JP2008270694A - 発光ダイオードの構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光ダイオード素子中において、半導体材料と金属との反応を防止する。
【解決手段】基板と、基板上に形成された第１の導電性半導体層と、第１の導電性半導体層上に形成された発光層と、発光層上に形成された第２の導電性半導体層と、第２の導電性半導体層上に形成されたバリア層と、バリア層上に形成されたコンタクト層とを備えた発光ダイオードの構造である。バリア層はコンタクト層の金属が第２の導電性半導体層に拡散するのを回避するために用いられる。
【選択図】図１
【解決手段】基板と、基板上に形成された第１の導電性半導体層と、第１の導電性半導体層上に形成された発光層と、発光層上に形成された第２の導電性半導体層と、第２の導電性半導体層上に形成されたバリア層と、バリア層上に形成されたコンタクト層とを備えた発光ダイオードの構造である。バリア層はコンタクト層の金属が第２の導電性半導体層に拡散するのを回避するために用いられる。
【選択図】図１
Description
本発明は発光ダイオードの構造に関し、特にバリア層を備えた発光ダイオードの構造の関する
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）は微小な固体（Ｓｏｌｉｄ-Ｓｔａｔｅ）光源であり、小型で、耐振性に優れ、省エネルギーで、寿命が長く、色の多様性に富むといった長所を合わせて備えており、しかも各種の新たな応用ニーズに対応することができ、日常生活において身近な光源となっている。従来の白熱電灯および蛍光灯に比べて、発光ダイオードは多数個、多種類の組合わせが可能であり、かつ単一の発光ダイオードにおける発熱量は低いため、熱放射の発生を低減することができる。しかも発光ダイオードはフラットパッケージが可能で、しかも軽量小型の製品を開発可能である。以上の長所に基づいて、発光ダイオードは業界により期待され、従来の照明器具に取って代われる潜在力を持つ製品となっている。
身近な発光ダイオードの構造においては、エピタキシャル構造の半導体材料の表面にコンタクト層または金属電極をめっきして、効果的に導通可能な発光ダイオードを形成する必要がある。しかしながら、発光ダイオード素子は高温または高電力の状況下で使用する際、半導体材料は表面の金属と反応（ｒｅａｃｔｉｏｎ）、相転移（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）または金属拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が発生して、発光ダイオードの寿命が短くなるか、または信頼性が低下してしまう。
したがって、発光ダイオード素子中において、半導体材料と金属との反応を如何に防止するかというこは、かなり重要な課題となっている。
よって本発明の目的は、コンタクト層の金属が半導体堆積層内に拡散するのを防止するために、バリア層を備えた発光ダイオードの構造を提供するところにある。
本発明の上記目的によれば、基板と、基板上に形成された第１の導電性半導体層と、第１の導電性半導体層上に形成された発光層と、発光層上に形成された第２の導電性半導体層と、第２の導電性半導体層上に形成されたバリア層と、バリア層上に形成されたコンタクト層とを備えた発光ダイオードの構造を提供する。第１の導電性半導体層はカバー領域と露出領域とを有し、発光層、第２の導電性半導体層、バリア層およびコンタクト層がカバー領域上に形成されている。発光ダイオードの構造は、それぞれコンタクト層と第１の導電性半導体層の露出領域上に形成されている第１の電極と第２の電極とを備えている。バリア層の材料は例えば酸化ガリウム、酸化ニッケルといった金属酸化物とすることができ、バリア層の材料はタングステンまたはその合金とすることができ、バリア層の材料は窒化シリコン、窒化ボロン、または例えば窒化アルミニウムなどの金属窒化物とすることができる。
本発明の別の態様では、半導体層と、半導体堆積層上に形成されたバリア層と、バリア層上に形成されたコンタクト層とを備えた発光ダイオードの構造である。半導体堆積層はｎ型半導体と、ｐ型半導体と、ｎ型半導体とｐ型半導体との間に介在されている発光層とを備えている。バリア層の材料は例えば酸化ガリウム、酸化ニッケルといった金属酸化物とすることができ、バリア層の材料はタングステンまたはその合金とすることができ、バリア層の材料は窒化シリコン、窒化ボロン、または例えば窒化アルミニウムなどの金属窒化物とすることができる。
（１）基板と、前記基板上に形成された第１の導電性半導体層と、前記第１の導電性半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２の導電性半導体層と、前記第２の導電性半導体層上に形成されたバリア層と、前記バリア層上に形成されたコンタクト層と、を備えた、ことを特徴とする発光ダイオードの構造。
（２）前記バリア層の材料がタングステンまたはその合金である、ことを特徴とする（１）に記載の発光ダイオードの構造。
（３）前記バリア層の材料が酸化ガリウム、酸化ニッケルである、ことを特徴とする（１）に記載の発光ダイオードの構造。
（４）前記バリア層の材料が窒化シリコンまたは窒化ボロンである、ことを特徴とする（１）に記載の発光ダイオードの構造。
（５）ｎ型半導体と、ｐ型半導体と、前記ｎ型半導体と前記ｐ型半導体との間に介在されている発光層とからなる半導体堆積層と、前記半導体堆積層上に形成されたバリア層と、前記バリア層上に形成されたコンタクト層と、を備えた、ことを特徴とする発光ダイオードの構造。
（６）前記バリア層の材料がタングステンまたはその合金である、ことを特徴とする（５）に記載の発光ダイオードの構造。
（７）前記バリア層の材料が酸化ガリウム、酸化ニッケルである、ことを特徴とする（５）に記載の発光ダイオードの構造。
（８）前記バリア層の材料が窒化シリコンまたは窒化ボロンである、ことを特徴とする（５）に記載の発光ダイオードの構造。
本発明の発光ダイオードの構造では、半導体堆積層上に形成されたバリア層を利用することで、コンタクト層の金属原子が拡散して半導体堆積層内に浸入することがなくなり、しかもバリア層での隔離により、コンタクト層の金属と半導体堆積層の表面とに反応または相転移が発生するのを防止し、発光ダイオードの構造の信頼性を効果的に高めることができる。
以下にて図面および詳細な説明をもって本発明の技術的思想を明確に説明するものであり、当該技術分野におけるいずれの当業者であれば、本発明の好ましい実施例を理解した後に、本発明が開示する技術により、変更および付加を加えることが可能であり、これは本発明の技術的思想および範囲を逸脱することはない。
本発明の発光ダイオードの構造における好ましい実施例の断面図を示す図１を参照する。発光ダイオードの構造１００は基板１１０と、基板１１０上に形成された半導体堆積層１２０と、半導体堆積層１２０上に形成されたバリア層１３０と、バリア層１３０上に形成されたコンタクト層１４０とを備えている。発光ダイオードの構造１００はバリア層１３０により、コンタクト層１４０の金属原子が拡散して半導体堆積層１２０内に滲入することがなくなり、しかもコンタクト層１４０の金属と半導体堆積層１２０の表面とに反応または相転移が発生するのを防止し、発光ダイオードの構造１００の信頼性を高めている。
バリア層１３０の材料は例えば酸化ガリウム、酸化ニッケルといった金属酸化物とすることができ、バリア層１３０の材料はタングステンまたはその合金とすることができ、バリア層１３０の材料は窒化シリコン、窒化ボロン、または例えば窒化アルミニウムなどの金属窒化物とすることができる。バリア層１３０は物理気相成長法、化学気相成長法、熱蒸着、電子ビーム蒸着またはイオンスパッタリングなどの方法で、半導体堆積層１２０の表面に形成することができる。
発光ダイオードの構造１００の基板１１０はシリコン、炭化シリコン、サファイヤ、窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは金属基板（銅基板、銅合金基板またはアルミニウム基板など）などとすることができる。半導体堆積層１２０は上から下に、第１の導電性半導体層１２２と、発光層１２６と、第２の導電性半導体層１２８とを備えている。このうち第１の導電性半導体層１２２と第２の導電性半導体層１２８とは互いに電気的特性が異なっており、例示するならば、第１の導電性半導体層１２２はｎ型半導体、第２の導電性半導体層１２８はｐ型半導体とするか、または第１の導電性半導体層１２２はｐ型半導体、第２の導電性半導体層１２８はｎ型半導体とすることができる。
発光ダイオードの構造１００の半導体堆積層１２０において、第１の導電性半導体層１２２はカバー領域１２３と露出領域１２４とを備え、半導体堆積層１２０はエッチングにより第１の導電性半導体層１２２の露出領域１２４を露出させることができる。発光層１２６、第２の導電性半導体層１２８、バリア層１３０およびコンタクト層１４０がカバー領域１２３上に配置されている。発光ダイオードの構造１００は電気的特性が逆である第１の電極１５０と第２の電極１６０とを備えることができ、第１の電極１５０および第２の電極１６０はそれぞれコンタクト層１４０と第１の導電性半導体層１２２の露出領域１２４上に形成されている。このうち、もし基板１１０が導電性の金属基板である場合には、第２の電極１６０は基板１１０における半導体堆積層１２０に対する裏面に形成してもよい。つまり第１の電極１５０と第２の電極１６０とが垂直に配置されることになる。
上記した本発明の好ましい実施例から理解できるように、本発明を応用することで下記の長所を備えることになる。本発明の発光ダイオードの構造では、半導体堆積層上に形成されたバリア層を利用することで、コンタクト層の金属原子が拡散して半導体堆積層内に浸入することがなくなり、しかもバリア層での隔離により、コンタクト層の金属と半導体堆積層の表面とに反応または相転移が発生するのを防止し、発光ダイオードの構造の信頼性を効果的に高めることができる。
確かに本発明では一つの好ましい実施例を上記のように開示したが、これは本発明を限定するためのものではなく、当業者であれば、本発明の技術的思想および範囲を逸脱することなく、各種の変更および付加を行うことができるので、本発明の保護範囲は別紙の特許請求の範囲による限定を基準と見なすべきである。
本発明の上記およびその他目的、特徴、長所および実施例をより明確に理解できるよう、添付の図面の詳細な説明を下記のとおり行う。
本発明の発光ダイオードの構造の好ましい実施例の断面図である。
１００ 発光ダイオードの構造
１１０ 基板
１２０ 半導体堆積層
１２２ 第１の導電性半導体層
１２３ カバー領域
１２４ 露出領域
１２６ 発光層
１２８ 第２の導電性半導体層
１３０ バリア層
１４０ コンタクト層
１５０ 第１の電極
１６０ 第２の電極
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１３０ バリア層
１４０ コンタクト層
１５０ 第１の電極
１６０ 第２の電極
Claims (8)
- 基板と、
前記基板上に形成された第１の導電性半導体層と、
前記第１の導電性半導体層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第２の導電性半導体層と、
前記第２の導電性半導体層上に形成されたバリア層と、
前記バリア層上に形成されたコンタクト層と、を備えた、ことを特徴とする発光ダイオードの構造。 - 前記バリア層の材料がタングステンまたはその合金である、ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの構造。
- 前記バリア層の材料が酸化ガリウム、酸化ニッケルである、ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの構造。
- 前記バリア層の材料が窒化シリコンまたは窒化ボロンである、ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの構造。
- ｎ型半導体と、ｐ型半導体と、前記ｎ型半導体と前記ｐ型半導体との間に介在されている発光層とからなる半導体堆積層と、
前記半導体堆積層上に形成されたバリア層と、
前記バリア層上に形成されたコンタクト層と、を備えた、ことを特徴とする発光ダイオードの構造。 - 前記バリア層の材料がタングステンまたはその合金である、ことを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオードの構造。
- 前記バリア層の材料が酸化ガリウム、酸化ニッケルである、ことを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオードの構造。
- 前記バリア層の材料が窒化シリコンまたは窒化ボロンである、ことを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオードの構造。
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| US20080258170A1 (en) | 2008-10-23 |
| TW200843134A (en) | 2008-11-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100622 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101130 |