JP2006324296A - 分散電流を具え発光面積利用率を高めた発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 分散電流を具え発光面積利用率を高めた発光ダイオードの提供。
【解決手段】 基板、基板上方に位置し第１部分と第２部分を具えた第１半導体構造、第１半導体構造の第１部分の上に位置する発光構造、第１半導体構造の第２部分の上に位置し第１形状を具えた第１コンタクト構造、発光構造上方に位置する第２半導体構造、第２半導体構造の上に位置し複数の切断部分を具えて一部の第２半導体構造を露出させ、第２形状を具えた透明コンタクト電極、透明コンタクト電極の切断部分の上方に位置し且つ第２半導体構造に接触し並びに第３形状を具えた第２コンタクト構造を具え、これにより第２コンタクト構造の第３形状と第２形状を具えた透明コンタクト電極、及び第１形状を具えた第１コンタクト構造の相互組合せの関係により、第１コンタクト構造から第２コンタクト構造に至る複数の電流経路が相互に近い経路距離を有するものとされた。
【選択図】 図３

Description

本発明は一種の発光ダイオード装置とされ、特に分散電流を具え発光面積利用率を高めた発光ダイオードに関する。

発光半導体装置に関しては、発光ダイオード（ＬＥＤ）が最も人に知られており、なぜならそれは各種の製品、例えば科学測定機器、医療測定機器から最もよく見られる消費性製品に応用されているためである。これらの発光ダイオードは各種の信号、指示器、測量機器、メーターの光源とされうる。発光ダイオードの半導体光源がこのように大量に光源出力の装置とされているのはそれらが非常に長い使用寿命、低いエネルギー消耗、及び高い信頼度を有しているためである。

１９７０年より窒化ガリウムが基本の材料とされ、これはその広いバンドギャップ特性により発光器への応用が非常に注目されている。また、絶縁及び結晶格子交錯の基板、例えばサファイヤ、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）は、熱安定と透光度の特性を有し、且つ現在結晶マッチングの基板がないために広く第３族窒化物エピタキシャルの基板として応用されている。周知の技術において、サファイヤ基板上に窒化ガリウムを成長させた基本の発光ダイオード構造が提出されており、並びにそのｎ及びｐ型層上に相互に対応するオームコンタクトが形成されて、平面式の発光ダイオード構造が完成されている。しかし、ｐ型高導電性の窒化ガリウム層を形成するのは非常に困難である。これにより、ｐ型窒化ガリウム上のオームコンタクトは製造が容易でなく、且つｐ型層の電流は分散しにくい。

ある周知の技術にあって、ｐ型窒化ガリウム導電性を改善する方法が提出されている。しかし、ｐ型窒化ガリウムの導電性はｎ型窒化ガリウムに劣る。結果として、最もよく見られるのは、ｐ型窒化ガリウムが窒化ガリウムを基本とする発光ダイオード構造の最上部に置かれたものであるが、ｐ型層上の透明コンタクト電極を良好な設計とすることが不可欠である。発光体表面の最大の利用効率に関しては、ｎ型とｐ型コンタクト構造は最も遠い位置、即ち装置の対角上にレイアウトされうる。

図１は伝統的な窒化ガリウムを基材とする発光ダイオードの正面図である。ｐ型半導体層１１３の上方にｐ型透明電極１１５が形成され、ボンディングパッド１１６がｐ型透明電極１１５の上に形成されている。ボンディングパッド１１６とｎ型半導体層１１２の上に提供されるｎ型電極１１４は最も遠い角部位置に配置されている。ただしこのようなコンタクトのレイアウトは電流の電極間のクラウディング（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｒｏｗｄｉｎｇ）の欠点を有し得る。結果として発光表面が効率的に利用不能となり、且つ更に装置及び透明コンタクト電極の寿命が電流クラウディングに短縮される可能性がある。

本発明の主要な目的は、分散電流を具え発光面積利用率を高めた発光ダイオードを提供することにある。本発明は透明コンタクト構造上に中空パターンを形成することで、電流の直線経路を遮断し、電流分散の目的を達成し、また発光面積の使用率を増す。

本発明の別の目的は電流クラウディングを防止した発光ダイオードを提供することにある。異なる幾何形状のコンタクト電極及びその相対位置を利用することにより、コンタクト電極の間の電流経路の長さを相互に接近させる。

本発明の更に別の目的は、表面状態とリーク電流を減らした発光ダイオードを提供することにある。保護層を利用して表面状態（ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔａｔｅ）の数を減らし、及び、リーク電流の情況を減らす。

上述の目的に基づき、本発明の提供する発光半導体装置は、基板、基板上方に位置し第１部分と第２部分を具えた第１半導体構造、第１半導体構造の第１部分の上に位置する発光構造、第１半導体構造の第２部分の上に位置し第１形状を具えた第１コンタクト構造、発光構造上方に位置する第２半導体構造、第２半導体構造の上に位置し複数の切断部分を具えて一部の第２半導体構造を露出させ、第２形状を具えた透明コンタクト電極、透明コンタクト電極の切断部分の上方に位置し且つ第２半導体構造に接触し並びに第３形状を具えた第２コンタクト構造を具え、これにより第２コンタクト構造の第３形状と第２形状を具えた透明コンタクト電極、及び第１形状を具えた第１コンタクト構造の相互組合せの関係により、第１コンタクト構造から第２コンタクト構造に至る複数の電流経路が相互に近い経路距離を有するものとされた。

請求項１の発明は、発光半導体装置において、該発光半導体装置は、
基板と、
該基板の上に位置し、相互に分離された第１部分と第２部分を具えた第１半導体構造と、
該第１半導体構造の該第１部分の上方に位置する発光構造と、
該第１半導体構造の該第２部分の上方に位置し、第１形状を具えた第１コンタクト構造と、
該発光構造の上に位置する第２半導体構造と、
該第２半導体構造の上に位置し、複数の切断部分を具え、該複数の切断部分が一部の第２半導体構造を露出させ、並びに第２形状を具え、これにより該複数の切断部分が光線を下方の第２半導体構造より直接射出させる透明コンタクト電極と、
第２コンタクト構造であって、該透明コンタクト電極の該複数の切断部分の上に位置し、並びに直接第２半導体構造と接触し、且つ第３形状を具え、該第１形状上の任意の一点から該第２形状上の任意の一点までの距離が等しく、且つ該第３形状上の任意の一点から該第１形状上の任意の一点までの距離が等しく、該第２コンタクト構造の該第３形状と該第２形状を具えた該透明コンタクト電極及び該第１形状を具えた該第１コンタクト構造との相互の組合せの関係により、該第１コンタクト構造から該第２コンタクト構造の間に同じ経路距離を具えたものとされ、且つ複数の電流経路の長さが相互に接近する、第２コンタクト構造と、
を具えたことを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、第１形状が第１円弧形境界を包含することを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の発光半導体装置において、第２形状が第２円弧形境界を包含し、該第２円弧形境界上の任意の一点から第１円弧形境界までの距離が等しいことを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項４の発明は、請求項２記載の発光半導体装置において、第３形状が第３円弧形境界を包含し、該第３円弧形境界上の任意の一点から第１円弧形境界までの距離が等しいことを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、第１形状が環形形状を具え、これにより透明コンタクト電極が該環形形状の第１コンタクト構造内に囲まれたことを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項６の発明は、請求項５記載の発光半導体装置において、第２コンタクト構造が透明コンタクト電極の中心に位置し、これにより第２コンタクト構造から環形形状の第１コンタクト構造に至る複数の電流経路長さが接近するものとされたことを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、第３形状が環形と円形パッド形状の組合せとされ、且つ第２形状と第１形状が凹円弧形状を具えて円形パッドと対向し、第１コンタクト構造が透明コンタクト電極といずれも該環形に包囲されたことを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項８の発明は、請求項７記載の発光半導体装置において、第１コンタクト構造が環形形状の第２コンタクト構造の中心の下方の位置に接近し、これにより複数の電流経路の長さが接近することを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項９の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、第１形状が第１線形形状を包含し、該第１線形形状を包含する第１コンタクト構造が第１表面の一側に位置することを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項１０の発明は、請求項９記載の発光半導体装置において、第２形状が第２線形形状を包含し、該第２線形形状を包含する第２コンタクト構造が第１表面の該一側の反対側に位置し、これにより複数の電流経路の長さが接近させられたことを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項１１の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、第１半導体構造と第２半導体構造がそれぞれＡｌ_X Ｇａ_Y Ｉｎ_(1-X-Y) Ｎで形成されたエピタキシャル層とされ、そのうち、０≦Ｘ≦１及び０≦Ｙ≦１であることを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項１２の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、第１半導体構造と第２半導体構造が単層構造及び多層構造からなる群より選択されることを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項１３の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、透明コンタクト電極の材質が酸化ニッケル／金とされたことを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項１４の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、第１コンタクト構造と第２コンタクト構造がそれぞれコンタクト層と電極で構成されたことを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項１５の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、発光装置がホモゲナスｐｎ接合、ヘテロジャンクション、単一量子井戸構造、或いは多重量子構造からなる群より選択されることを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項１６の発明は、請求項１記載の発光半導体装置において、透明コンタクト電極の上方と、第１コンタクト構造及び第２コンタクト構造の複数の側壁を被覆する保護層を更に包含することを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項１７の発明は、請求項１６記載の発光半導体装置において、保護層の材料が酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化チタン、硫化亜鉛、沸石（ＣａＦ₂ ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂ ）及び酸化亜鉛からなる群より選択されることを特徴とする、発光半導体装置としている。
請求項１８の発明は、発光ダイオード装置において、該発光ダイオード装置は、
基板と、
該基板の上に位置し、相互に分離された第１部分と第２部分を具え第１導電性を具えた第１半導体構造と、
該第１半導体構造の該第１部分の上方に位置する発光構造と、
該第１半導体構造の該第２部分の上方に位置し、第１形状と第１導電性を具えた第１コンタクト構造と、
該発光構造の上に位置し、第１導電性と反対の第２導電性を具えた第２半導体構造と、 透明コンタクト電極であって、該第２半導体構造の上に位置し、複数の切断部分を具え、該複数の切断部分が下方の一部の第２半導体構造を露出させ、並びに第２形状を具え、これにより該複数の切断部分が光線を下方の露出した第２半導体構造を通して該透明コンタクト電極に至らせ、第２コンタクト構造に射出させ、これにより光線が発生する等しい電流経路が屈折する方向を具えるものとされる、透明コンタクト電極と、
第２導電性を具えた第２コンタクト構造であって、該透明コンタクト電極の該複数の切断部分の上に位置し、並びに直接第２半導体構造と接触するが透明コンタクト電極に未接触であり、且つ第３形状を具え、第２コンタクト構造の第３形状と第２形状を具えた透明コンタクト電極、及び第１形状を具えた第１コンタクト構造の相互組合せの関係により、該第１形状上の任意の一点から該第２形状上の任意の一点までの距離が等しく、且つ該第３形状上の任意の一点から該第１形状上の任意の一点までの距離が等しく、これにより第１コンタクト構造より第２コンタクト構造までに相互に等しい経路距離があるものとされ、且つ複数の電流経路の長さが相互に接近するものとされた、第２コンタクト構造と、
透明コンタクト電極の上方と、第１コンタクト構造の一側壁、及び第２コンタクト構造の一側壁に位置する保護層と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１９の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１形状が第１円弧形境界を包含することを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２０の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第２形状が第２円弧形境界を包含し、該第２円弧形境界上の任意の一点から第１円弧形境界までの距離が等しいことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２１の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第３形状が第３円弧形境界を包含し、該第３円弧形境界上の任意の一点から第１円弧形境界までの距離が等しいことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２２の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１形状が環形形状を具え、これにより透明コンタクト電極が該環形形状の第１コンタクト構造内に囲まれたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２３の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第２コンタクト構造が透明コンタクト電極の中心に位置し、これにより第２コンタクト構造から環形形状の第１コンタクト構造に至る複数の電流経路長さが接近するものとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２４の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第３形状が環形形状を包含し、該環形形状の第２コンタクト構造が透明コンタクト電極の内部に嵌入したことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２５の発明は、請求項２４記載の発光ダイオード装置において、第１コンタクト構造が環形形状の第２コンタクト構造の中心の下方の位置に接近し、これにより複数の電流経路の長さが接近することを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２６の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１形状が第１線形形状を包含し、該第１線形形状を包含する第１コンタクト構造が第１表面の一側に位置することを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２７の発明は、請求項２６記載の発光ダイオード装置において、第２形状が第２線形形状を包含し、該第２線形形状を包含する第２コンタクト構造が第１表面の該一側の反対側に位置し、これにより複数の電流経路の長さが接近させられたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２８の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１半導体構造と第２半導体構造がそれぞれＡｌ_X Ｇａ_Y Ｉｎ_(1-X-Y) Ｎで形成されたエピタキシャル層とされ、そのうち、０≦Ｘ≦１及び０≦Ｙ≦１であることを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２９の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１半導体構造と第２半導体構造が単層構造及び多層構造からなる群より選択されることを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項３０の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、透明コンタクト電極の材質が酸化ニッケル／金とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項３１の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１コンタクト構造と第２コンタクト構造がそれぞれコンタクト層と電極で構成されたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項３２の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、発光装置がホモゲナスｐｎ接合、ヘテロジャンクション、単一量子井戸構造、或いは多重量子構造からなる群より選択されることを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項３３の発明は、請求項１８記載の発光ダイオード装置において、保護層の材料が酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化チタン、硫化亜鉛、沸石（ＣａＦ₂ ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂ ）及び酸化亜鉛からなる群より選択されることを特徴とする、発光ダイオード装置としている。

本発明の提供する発光半導体装置は、基板、基板上方に位置し第１部分と第２部分を具えた第１半導体構造、第１半導体構造の第１部分の上に位置する発光構造、第１半導体構造の第２部分の上に位置し第１形状を具えた第１コンタクト構造、発光構造上方に位置する第２半導体構造、第２半導体構造の上に位置し複数の切断部分を具えて一部の第２半導体構造を露出させ、第２形状を具えた透明コンタクト電極、透明コンタクト電極の切断部分の上方に位置し且つ第２半導体構造に接触し並びに第３形状を具えた第２コンタクト構造を具え、これにより第１形状上の任意の１点から第２形状上の任意の１点までの距離が等しくされ、且つ第３形状上の任意の１点から第１形状上の任意の１点までの距離が等しくされ、第２コンタクト構造の第３形状と第２形状を具えた透明コンタクト電極、及び第１形状を具えた第１コンタクト構造の相互組合せの関係により、第１コンタクト構造から第２コンタクト構造に至る複数の電流経路が相互に近い経路距離を有するものとされ、且つ複数の電流経路の長さが相互に接近するものとされた。

本発明は図面を参照して詳細に以下に説明されるが、本発明の実施例を説明する時、半導体構造の断面図は半導体工程中にあって一般比例に依らず局部拡大することで説明しやすくしており、図面を以て限定と認められるものではない。このほか、実際の製造においては、長さ、幅及び深さの三次元空間を包含する。

本実施例にあって、窒化ガリウム（ＧａＮ）が基本の装置として証明される。しかし本発明はこれらの材質に限定されるものではない。いわゆるＧａＮを基本とする材料とは、Ａｌ_X Ｇａ_Y Ｉｎ_(1-X-Y) Ｎ材料で形成されることを指す。そのうち、ＸとＹは０から１の間である。いわゆるＧａＮを主とするＬＥＤとは、比較的狭いバンドギャップのＧａＮを主とする発光構造で、並びに比較的広いバンドギャップを具えたＧａＮを基本構造とする単層或いは多層の間に介在し、発光構造の異なる側に異なる導電形態を具えていることを指す。このほか、本発明は発光ダイオードを絶縁基板の上に成長させるほか、発光ダイオードをその他の基板の上に成長させる応用も可能であるが、垂直方向には導通しない構造、例えばＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ及びＳｉＣ基板とされる。

本発明は装置の幾何形状、及びコンタクト形式の改変により電流分散を改善する方法である。これらの実施例中、透光且つ導電のオームコンタクト層が装置の導電性が小さい一側の上部に置かれる。全てのコンタクト層はいずれも電流クラウディングを減らし、発光面積を増しこれによりＬＥＤの効率及び使用寿命を増す為に細心の設計とされる。本発明の詳細な説明は以下のとおりであるが、本発明は以下の実施例中に局限されるものではない。

図２及び図３は本発明の断面及び正面図である。第１半導体構造１２が絶縁基板の上に形成され、そのうち絶縁基板１２はサファイヤ基板とされ得て、第１半導体構造１２はｎ型窒化ガリウム構造とされうる。発光構造１３が第１半導体構造１２の上方に位置する。続いて、発光構造１３の上方に第２半導体構造１４が形成される。そのうち第２半導体構造１４はｐ型窒化ガリウム構造とされうる。本発明の実施例では、ｐ型コンタクト構造１７と第２半導体構造１４が直接接触し、透明コンタクト電極と接触せず、この構造の間の付着力は良好であるため、製造の歩留りが比較的高い。このほか、第１半導体構造１２と第２半導体構造１４はいずれも窒化ガリウム単層、窒化ガリウムと窒化アルミニウム多層構造、或いはその他の組合せが結合された多層構造とされ得て、発光構造１３はホモゲナスｐｎ接合、ヘテロジャンクション、単一量子井戸構造、或いは多重量子構造とされうる。これにより、以上述べたことに基づき、良好な発光装置構造は、サファイヤ基板１１の上に単層ｎ型窒化ガリウム、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層、及びＡｌＧａＮ／ＧａＮ ｐ型層がある。このような半導体発光ダイオードはエピタキシャルの方式で形成される。

続いて、エピタキシャルウエハーに装置製造工程を行なう。それはメサエッチング、メタライズ、及び熱処理によりダイを定義する。メタライズにより透明コンタクト電極１５、複数の中空パターン１６、第２コンタクト構造（ｐ型コンタクト構造、導電電極とコンタクト層を包含する）１７、及び第１コンタクト構造（ｎ型オームコンタクト構造）１８が完成される。更に、熱処理工程で透明コンタクト電極１５の酸化が完成され、及びｐ型コンタクト構造１７とｎ型オームコンタクト構造１８のアニールが完成される。正面図によると、ｐ型コンタクト構造１７とｎ型オームコンタクト構造１８は相互に分離し、垂直方向上も上下に重畳する部分がない。特に強調する必要があるのは、透明コンタクト電極１５の材質が酸化ニッケル／金、酸化マグネシウム、酸化亜鉛或いは五酸化二バナジウムとされ得て、好ましい実施例では、透明コンタクト電極の材質は酸化ニッケル／金とされる、ということである。特に説明が必要であることは、本発明中のオームコンタクトは透明コンタクト電極１５と第２半導体構造１４（即ちｐ型半導体構造）で構成されていることである。

上述の中空パターン（ウインドウ）１６は本発明の第１実施例の鍵であり、それらは複数の屈折経路の機能を具えている。このほか、本発明の好ましい実施例では、中空パターン１６の設計の目的は以下のようである。第１に、中空パターン１６が電流の敏捷経路での通過を遮断することであり、この敏捷経路はｐ型コンタクト構造１７からｎ型オームコンタクト構造１８の最短距離を指し、一般に最短距離はｐ型コンタクト構造１７からｎ型オームコンタクト構造１８に至る直線距離である。第２に、仮に我々が正確に設計する時、最長と最短の電流経路がほぼ接近すればそれらは平衡差異の機能を果たし、即ち、電流経路が異なっても相互に接近する経路距離を有する。事実上、透明コンタクト電極１５は百分の百透光ではないため、本発明が透明コンタクト電極１５の上に中空パターン１６を設計する目的には一部の光線を中空パターン１６部分より直接射出し、透明コンタクト電極１５を通過させないことにより、装置の発光効率を中空パターン１６により高め、良好な電流分散性をえられるようにすることもある。

このほか、ｐ型コンタクト構造１７と第２半導体構造１４の間にはオームコンタクトは形成されないため、電流はｐ型コンタクト構造１７を経由して透明コンタクト電極１５（即ちオームコンタクト）に分散し、その後でなければ下方の第２半導体構造１４に進入できないため、周知の技術中のボンディングパッド下方の電極がクラウディングしやすい問題がなく、且つボンディングパッド下方に電流がないため、発光せず、ボンディングパッドにより光線が阻止される問題がない。

更に中空パターン１６の形状、数及び位置は実施例中に提示されたものに限定されるわけではない。それは各種装置及び電流レベルの最適化の設計に対応する。図４は本発明の別の実施例の正面図であり、方形形状のＬＥＤチップに応用され、そのうち、ｐ型コンタクト構造１７、及びｎ型オームコンタクト構造１８は方形の反対の一側に位置している。

また、表面状態が減少することにより装置の表現が改良される。表面状態は保護層１９を利用し装置上を被覆することでリーク電流を減らし、これは図５に示されるとおりである。多くの材料が表面保護の目的を達成できる。しかしどのようであっても、発光体に関しては、表層は発射光が発射波長範囲で高度の光学伝送を有するべきであり、並びに、この保護層１９の性質は絶縁或いは高抵抗とされる。このような材質として、例えば酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化チタン、硫化亜鉛、沸石（ＣａＦ₂ ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂ ）及び酸化亜鉛等が要求に符合する。この保護層１９は本発明の任意の実施例中に応用可能であり、後には重複して強調及び提示しない。

図２から図４の実施例で、電流遮断の中空パターンは強制的に電流を均一に分散させる。図６は本発明の幾何形状上の改善を行なった正面図である。装置構造上に、正確に設計されたメサ（ｍｅｓａ）及びコンタクト構造があれば、コンタクト間の最短距離を同じに保持できる。上述したように、伝統的なＬＥＤ中の電流はコンタクト（或いはコンタクトパッド）間の電流クラウディングを形成しうる。ゆえに電子は敏捷経路を流れる傾向にある。結果として、チップ上の大部分の面積は有効に利用できない。

第２の実施例中、透明コンタクト電極２５、ｐ型コンタクト構造２７及びｎ型コンタクト構造２８がｎ型ＧａＮ構造２２の上にさる。それらはこのようなレイアウトにより、ｐ型コンタクト構造２７上の任意の一点からｎ型コンタクト構造２８間の最短距離が同じに維持される。特に強調すべきことは、ｐ型コンタクト構造２７が４分の１円の形状とされ、透明コンタクト電極２５は扇形形状とされ、ｐ型コンタクト構造２７と同じ円心を具えていることである。即ち、透明コンタクト電極２５を通りｐ型コンタクト構造２７より分散する電流がｎ型コンタクト構造２８に至る放射状距離はいずれも同じということである。

図７を参照されたい。ｎ型ＧａＮ構造３３上のメサ構造３２の上に別の形状と位置のｐ型コンタクト構造３７、ｎ型コンタクト構造３８及び透明コンタクト電極３５がレイアウトされている。特に説明を要することは、ｐ型コンタクト構造３７とｎ型コンタクト構造３８が反対面にレイアウトされ、対角ではないことである。ｐ型コンタクト構造３７とｎ型コンタクト構造３８の形状は二次元方向上で展開される。このような形状とレイアウトはｐ型コンタクト構造３７とｎ型コンタクト構造３８の間にあって同じ長さの電流経路を形成する。

続いて、対称なコンタクトを利用し、電流の分散と発光面積を改善する。図８に示されるように、エピタキシャル構造と上述の実施例は同じであるがメサとコンタクトの形状は異なる。この実施例では環状ｎ型コンタクト構造４８が装置の周囲に位置し、且つｎ型ＧａＮ層４２の上方にある。両者はいずれもメサの底部に位置する。ｐ型透明コンタクト電極４５がｐ型ＧａＮ層４４の上方に位置し、且つｐ型ＧａＮ層４４はメサの上部に位置する。電流分散のために、ｐ型コンタクト構造４７の位置はメサの中心、或いは中心に接近する位置とされ、且つｎ型コンタクト構造４８はコンタクトパッドと導電リングを具えている。同様に、二種類のコンタクト構造（４７及び４８）の形状及び位置のレイアウトはコンタクト間の全ての電流距離がメサ中にあって等しいか或いはほぼ等しく確保できるものとされる。これにより装置は良好な電流分散と高い面積使用効率を表現できる。特に説明を要することは、ｐ型コンタクト構造４７の形状は図８に示されるものに限定されるわけではないことである。１４×１４ｍｉｌ或いは更に小さい面積のチップに関しては、コンタクトの形状は簡単に、例えば円形、方形とされ延伸された指状設計を具えているかいないものとされる。当然このような設計も以下の実施例中に応用可能である。

続いて、このほかの実施例として、図９の正面図、図１０のその断面図を参照されたい。ｎ型材質は良好な導電性と良好なキャリア遷移率を具え、ゆえにこの実施例はｎ型材質の電流分散能力に応用する。ｎ型コンタクト構造５８は反転メサ（或いは井戸）構造の中心或いは中心近い位置に置かれる。ｐ型透明コンタクト電極５５が装置のその他の表面上を被覆し、こうして発光面積の効率が最大化される。電流分散は環状ｐ型コンタクト構造５７により増強される。本実施例中、ｐ型透明コンタクト電極の面積は図８中のｐ型透明コンタクト電極４５より大きく、これにより更に大きな利用可能な発光面積を提供できる。ここで強調すべきことは、図９の実施例と上述のその他の実施例のエピタキシャル構造は同じであり、エピタキシャル層は、ｎ型ＧａＮ構造５２、発光構造５３、及びｐ型ＧａＮ構造５４を包含し、図２の実施例と材質が同じである。コンタクトの材質は、透明コンタクト電極５５、ｎ型コンタクト構造５８とｐ型コンタクト構造５７図２中の材質と同じである。これらの装置設計により、電流は比較的低いコンタクト抵抗で電流分散可能で、これにより透明コンタクト電極の使用寿命が延長される。

伝統的な窒化ガリウム発光ダイオードの正面図である。 本発明の発光ダイオードの断面図であり透明コンタクト電極上に中空パターンを具えたことを示している。 図２の発光ダイオードのＡＡ’方向で切開した正面図であり、本発明に記載の二つのコンタクト構造の幾何形状と相対位置を示している。 図２の発光ダイオードのＡＡ’方向で切開した正面図であり、本発明に記載の二つのコンタクト構造の幾何形状と相対位置を示している。 本発明の発光ダイオードの別の断面図であり、保護層で被覆して装置の信頼度を増すことを説明している。 本発明の発光ダイオードの別の系列の正面図であり、本発明の二つのコンタクト構造の幾何形状と相対位置を示している。 本発明の発光ダイオードの別の系列の正面図であり、本発明の二つのコンタクト構造の幾何形状と相対位置を示している。 本発明の発光ダイオードの別の系列の正面図であり、本発明の二つのコンタクト構造の幾何形状と相対位置を示している。 本発明の発光ダイオードの別の系列の正面図であり、ｎ型コンタクト構造が中間に置かれる方式を示している。 図９の実施例の断面図であり、ｎ型コンタクト構造が中間に置かれる方式を示している。

符号の説明

１１ 絶縁基板
１２ 第１半導体構造
１３ 発光構造
１４ 第２半導体構造
１５ 透明コンタクト電極
１６ 中空パターン
１７ ｐ型コンタクト構造
１８ ｎ型オームコンタクト構造
１９ 保護層
２２ ｎ型ＧａＮ構造
２５ 透明コンタクト電極
２７ ｐ型コンタクト構造
２８ ｎ型コンタクト構造
３２ メサ構造
３３ ｎ型ＧａＮ構造
３５ 透明コンタクト電極
３７ ｐ型コンタクト構造
３８ ｎ型コンタクト構造
４２ ｎ型ＧａＮ層
４４ ｐ型ＧａＮ層
４５ ｐ型透明コンタクト電極
４７ ｐ型コンタクト構造
４８ ｎ型コンタクト構造
５２ ｎ型ＧａＮ構造
５３ 発光構造
５４ ｐ型ＧａＮ構造
５５ 透明コンタクト電極
５７ ｐ型コンタクト構造
５８ ｎ型コンタクト構造
１１２ ｎ型半導体層
１１３ ｐ型半導体層
１１４ ｎ型電極
１１５ ｐ型透明電極
１１６ ボンディングパッド

Claims (33)

1. 発光半導体装置において、該発光半導体装置は、
   基板と、
   該基板の上に位置し、相互に分離された第１部分と第２部分を具えた第１半導体構造と、
   該第１半導体構造の該第１部分の上方に位置する発光構造と、
   該第１半導体構造の該第２部分の上方に位置し、第１形状を具えた第１コンタクト構造と、
   該発光構造の上に位置する第２半導体構造と、
   該第２半導体構造の上に位置し、複数の切断部分を具え、該複数の切断部分が一部の第２半導体構造を露出させ、並びに第２形状を具え、これにより該複数の切断部分が光線を下方の第２半導体構造より直接射出させる透明コンタクト電極と、
   第２コンタクト構造であって、該透明コンタクト電極の該複数の切断部分の上に位置し、並びに直接第２半導体構造と接触し、且つ第３形状を具え、該第１形状上の任意の一点から該第２形状上の任意の一点までの距離が等しく、且つ該第３形状上の任意の一点から該第１形状上の任意の一点までの距離が等しく、該第２コンタクト構造の該第３形状と該第２形状を具えた該透明コンタクト電極及び該第１形状を具えた該第１コンタクト構造との相互の組合せの関係により、該第１コンタクト構造から該第２コンタクト構造の間に同じ経路距離を具えたものとされ、且つ複数の電流経路の長さが相互に接近する、第２コンタクト構造と、
   を具えたことを特徴とする、発光半導体装置。
2. 請求項１記載の発光半導体装置において、第１形状が第１円弧形境界を包含することを特徴とする、発光半導体装置。
3. 請求項２記載の発光半導体装置において、第２形状が第２円弧形境界を包含し、該第２円弧形境界上の任意の一点から第１円弧形境界までの距離が等しいことを特徴とする、発光半導体装置。
4. 請求項２記載の発光半導体装置において、第３形状が第３円弧形境界を包含し、該第３円弧形境界上の任意の一点から第１円弧形境界までの距離が等しいことを特徴とする、発光半導体装置。
5. 請求項１記載の発光半導体装置において、第１形状が環形形状を具え、これにより透明コンタクト電極が該環形形状の第１コンタクト構造内に囲まれたことを特徴とする、発光半導体装置。
6. 請求項５記載の発光半導体装置において、第２コンタクト構造が透明コンタクト電極の中心に位置し、これにより第２コンタクト構造から環形形状の第１コンタクト構造に至る複数の電流経路長さが接近するものとされたことを特徴とする、発光半導体装置。
7. 請求項１記載の発光半導体装置において、第３形状が環形と円形パッド形状の組合せとされ、且つ第２形状と第１形状が凹円弧形状を具えて円形パッドと対向し、第１コンタクト構造が透明コンタクト電極といずれも該環形に包囲されたことを特徴とする、発光半導体装置。
8. 請求項７記載の発光半導体装置において、第１コンタクト構造が環形形状の第２コンタクト構造の中心の下方の位置に接近し、これにより複数の電流経路の長さが接近することを特徴とする、発光半導体装置。
9. 請求項１記載の発光半導体装置において、第１形状が第１線形形状を包含し、該第１線形形状を包含する第１コンタクト構造が第１表面の一側に位置することを特徴とする、発光半導体装置。
10. 請求項９記載の発光半導体装置において、第２形状が第２線形形状を包含し、該第２線形形状を包含する第２コンタクト構造が第１表面の該一側の反対側に位置し、これにより複数の電流経路の長さが接近させられたことを特徴とする、発光半導体装置。
11. 請求項１記載の発光半導体装置において、第１半導体構造と第２半導体構造がそれぞれＡｌ_X Ｇａ_Y Ｉｎ_(1-X-Y) Ｎで形成されたエピタキシャル層とされ、そのうち、０≦Ｘ≦１及び０≦Ｙ≦１であることを特徴とする、発光半導体装置。
12. 請求項１記載の発光半導体装置において、第１半導体構造と第２半導体構造が単層構造及び多層構造からなる群より選択されることを特徴とする、発光半導体装置。
13. 請求項１記載の発光半導体装置において、透明コンタクト電極の材質が酸化ニッケル／金とされたことを特徴とする、発光半導体装置。
14. 請求項１記載の発光半導体装置において、第１コンタクト構造と第２コンタクト構造がそれぞれコンタクト層と電極で構成されたことを特徴とする、発光半導体装置。
15. 請求項１記載の発光半導体装置において、発光装置がホモゲナスｐｎ接合、ヘテロジャンクション、単一量子井戸構造、或いは多重量子構造からなる群より選択されることを特徴とする、発光半導体装置。
16. 請求項１記載の発光半導体装置において、透明コンタクト電極の上方と、第１コンタクト構造及び第２コンタクト構造の複数の側壁を被覆する保護層を更に包含することを特徴とする、発光半導体装置。
17. 請求項１６記載の発光半導体装置において、保護層の材料が酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化チタン、硫化亜鉛、沸石（ＣａＦ₂ ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂ ）及び酸化亜鉛からなる群より選択されることを特徴とする、発光半導体装置。
18. 発光ダイオード装置において、該発光ダイオード装置は、
    基板と、
    該基板の上に位置し、相互に分離された第１部分と第２部分を具え第１導電性を具えた第１半導体構造と、
    該第１半導体構造の該第１部分の上方に位置する発光構造と、
    該第１半導体構造の該第２部分の上方に位置し、第１形状と第１導電性を具えた第１コンタクト構造と、
    該発光構造の上に位置し、第１導電性と反対の第２導電性を具えた第２半導体構造と、 透明コンタクト電極であって、該第２半導体構造の上に位置し、複数の切断部分を具え、該複数の切断部分が下方の一部の第２半導体構造を露出させ、並びに第２形状を具え、これにより該複数の切断部分が光線を下方の露出した第２半導体構造を通して該透明コンタクト電極に至らせ、第２コンタクト構造に射出させ、これにより光線が発生する等しい電流経路が屈折する方向を具えるものとされる、透明コンタクト電極と、
    第２導電性を具えた第２コンタクト構造であって、該透明コンタクト電極の該複数の切断部分の上に位置し、並びに直接第２半導体構造と接触するが透明コンタクト電極に未接触であり、且つ第３形状を具え、第２コンタクト構造の第３形状と第２形状を具えた透明コンタクト電極、及び第１形状を具えた第１コンタクト構造の相互組合せの関係により、該第１形状上の任意の一点から該第２形状上の任意の一点までの距離が等しく、且つ該第３形状上の任意の一点から該第１形状上の任意の一点までの距離が等しく、これにより第１コンタクト構造より第２コンタクト構造までに相互に等しい経路距離があるものとされ、且つ複数の電流経路の長さが相互に接近するものとされた、第２コンタクト構造と、
    透明コンタクト電極の上方と、第１コンタクト構造の一側壁、及び第２コンタクト構造の一側壁に位置する保護層と、
    を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
19. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１形状が第１円弧形境界を包含することを特徴とする、発光ダイオード装置。
20. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第２形状が第２円弧形境界を包含し、該第２円弧形境界上の任意の一点から第１円弧形境界までの距離が等しいことを特徴とする、発光ダイオード装置。
21. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第３形状が第３円弧形境界を包含し、該第３円弧形境界上の任意の一点から第１円弧形境界までの距離が等しいことを特徴とする、発光ダイオード装置。
22. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１形状が環形形状を具え、これにより透明コンタクト電極が該環形形状の第１コンタクト構造内に囲まれたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
23. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第２コンタクト構造が透明コンタクト電極の中心に位置し、これにより第２コンタクト構造から環形形状の第１コンタクト構造に至る複数の電流経路長さが接近するものとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
24. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第３形状が環形形状を包含し、該環形形状の第２コンタクト構造が透明コンタクト電極の内部に嵌入したことを特徴とする、発光ダイオード装置。
25. 請求項２４記載の発光ダイオード装置において、第１コンタクト構造が環形形状の第２コンタクト構造の中心の下方の位置に接近し、これにより複数の電流経路の長さが接近することを特徴とする、発光ダイオード装置。
26. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１形状が第１線形形状を包含し、該第１線形形状を包含する第１コンタクト構造が第１表面の一側に位置することを特徴とする、発光ダイオード装置。
27. 請求項２６記載の発光ダイオード装置において、第２形状が第２線形形状を包含し、該第２線形形状を包含する第２コンタクト構造が第１表面の該一側の反対側に位置し、これにより複数の電流経路の長さが接近させられたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
28. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１半導体構造と第２半導体構造がそれぞれＡｌ_X Ｇａ_Y Ｉｎ_(1-X-Y) Ｎで形成されたエピタキシャル層とされ、そのうち、０≦Ｘ≦１及び０≦Ｙ≦１であることを特徴とする、発光ダイオード装置。
29. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１半導体構造と第２半導体構造が単層構造及び多層構造からなる群より選択されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
30. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、透明コンタクト電極の材質が酸化ニッケル／金とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
31. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、第１コンタクト構造と第２コンタクト構造がそれぞれコンタクト層と電極で構成されたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
32. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、発光装置がホモゲナスｐｎ接合、ヘテロジャンクション、単一量子井戸構造、或いは多重量子構造からなる群より選択されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
33. 請求項１８記載の発光ダイオード装置において、保護層の材料が酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化チタン、硫化亜鉛、沸石（ＣａＦ₂ ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂ ）及び酸化亜鉛からなる群より選択されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
    

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