JP2009182324A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、比較的高い発光効率を有する半導体発光素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体発光素子は、基板と、前記基板の上に形成され、且つ第一型半導体層、第二型半導体層、前記第一型半導体層と前記第二型半導体層との間に位置する活性層を備えた半導体発光構造と、前記第一型半導体層と電気接続し、且つ互いに離れている感応電極及び第一接触パッドを備えた第一電極と、前記第一電極と相反する極性を有し、前記第二型半導体層と電気接続し、且つ透光導電層及び前記透光導電層と電気接続するパターン化された金属導電層を備えた第二電極と、を備えている。
【選択図】図５
【解決手段】本発明に係る半導体発光素子は、基板と、前記基板の上に形成され、且つ第一型半導体層、第二型半導体層、前記第一型半導体層と前記第二型半導体層との間に位置する活性層を備えた半導体発光構造と、前記第一型半導体層と電気接続し、且つ互いに離れている感応電極及び第一接触パッドを備えた第一電極と、前記第一電極と相反する極性を有し、前記第二型半導体層と電気接続し、且つ透光導電層及び前記透光導電層と電気接続するパターン化された金属導電層を備えた第二電極と、を備えている。
【選択図】図５
Description
本発明は、半導体発光素子に関するものであり、特に比較的高い発光効率を有する半導体発光ダイオード素子に関するものである。
半導体発光素子を採用して製作された発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）は、高輝度、低消費電力、長寿命である等の利点を有することから、冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ，ＣＣＦＬ）に代わる照明装置の発光素子として広く応用されている。
図１及び図２を参照すると、従来の発光ダイオード６００は、絶縁基板６１０と、前記絶縁基板６１０の上に形成された半導体発光構造６２０と、Ｎ電極（Ｎ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）６３０及びＰ電極（Ｐ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）６４０を備えている。前記半導体発光構造６２０は、Ｎ型半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｙｅｒ）６２１、Ｐ型半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅ Ｓｉｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｙｅｒ）６２３及び前記Ｎ型半導体層６２１と前記Ｐ型半導体層６２３との間に位置する活性層（Ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）６２２を備えている。前記Ｎ型半導体層６２１は、前記活性層６２２と前記Ｐ型半導体層６２３に覆われなかった暴露部分を有し、前記Ｎ電極６３０は、Ｎ接触パッド（Ｎ−ｃｏｎｔａｃｔ ｐａｄ）であって、且つ前記暴露部分に設置される。前記Ｐ電極６４０は、Ｐ接触パッド（Ｐ−ｃｏｎｔａｃｔ ｐａｄ）であって、前記Ｐ型半導体層６２３の上に設置されており、且つ前記Ｎ電極６３０と互いに対角位置に配置される。しかし、前記Ｐ型半導体層６２３は、比較的高いインピーダンスを有するため、電流が横方向で拡散する効果が悪い。代わりに、電流は前記Ｐ電極６４０から最も短い経路（すなわち、たいてい垂直方向）に沿って前記活性層６２２を通じて前記Ｎ型半導体層６２１へ流れるため、前記活性層６２２の面積使用率を下げ、従ってその発光効率も悪くなる。これは、特に大きい寸法のチップに対して影響が更に大きくなる。
図３及び図４を参照すると、前記活性層の面積使用率が低いため発光効率が悪い問題を改善するために、従来の技術において、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ）層を有する発光ダイオード７００を開示している。前記発光ダイオード７００は、絶縁基板７１０、前記絶縁基板７１０の上に形成された半導体発光構造７２０、Ｎ電極７３０、Ｐ電極７４０及び酸化インジウムスズ層７５０を備えている。前記半導体発光構造７２０は、Ｎ型半導体層７２１、Ｐ型半導体層７２３及び前記Ｎ型半導体層７２１と前記Ｐ型半導体層７２３との間に位置する活性層７２２を備えている。前記酸化インジウムスズ層７５０は、前記Ｐ型半導体層７２３における前記活性層７２２と対向する面と反対面の上に設置されており、前記Ｎ電極７３０は、前記Ｎ型半導体層７２１の暴露部分に設置されており、前記Ｐ電極７４０は、前記酸化インジウムスズ層７５０の上に設置されている。前記発光ダイオード７００において、前記酸化インジウムスズ層７５０によって電流分散の特性を改善することができるが、前記Ｎ型半導体層７２１自身が同様に内部インピーダンスを有するとともに、前記Ｎ電極７３０自身の面積が比較的小さいため、電流が前記Ｎ型半導体層７２１内で効果的に均一に拡散することができない。よって、前記発光ダイオード７００の発光効率に影響を与えている。
本発明の目的は、前記課題を解決し、比較的高い発光効率を有する半導体発光素子を提供することである。
前記目的を達成するため、本発明に係る半導体発光素子は、基板と、前記基板の上に形成され、且つ第一型半導体層、第二型半導体層、前記第一型半導体層と前記第二型半導体層との間に位置する活性層を備えた半導体発光構造と、前記第一型半導体層と電気接続し、且つ互いに離れている感応電極及び第一接触パッドを備えた第一電極と、前記第一電極と相反する極性を有し、前記第二型半導体層と電気接続し、且つ透光導電層及び前記透光導電層と電気接続するパターン化された金属導電層を備えた第二電極と、を備えている。
本発明の半導体発光素子に電流が流れると、互いに離れている感応電極と第一接触パッドとの間に、インピーダンスが更に低い等電位通路を形成することができ、従って電子が前記第一型半導体層内で横方向に拡散し且つ前記活性層に均一に流れることができるので、前記半導体発光素子は、前記活性層の最大面積を充分に利用して、比較的高い発光効率を有する。
以下、添付図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。
図５及び図６を参照すると、本発明の実施形態に係る半導体発光素子１０は、発光ダイオードである。前記半導体発光素子１０は、基板１１と、前記基板１１の上に位置する半導体発光構造１２及び極性が相反する第一電極１３と第二電極１４を備えている。
前記基板１１は、絶縁基板であって、その材質は、サファイア、炭化ケイ素などの絶縁材料とすることができる。
前記半導体発光構造１２は、Ｎ型半導体層１２１、Ｐ型半導体層１２３、前記Ｎ型半導体層１２１と前記Ｐ型半導体層１２３との間に位置する活性層１２２を備えている。前記Ｎ型半導体層１２１、前記活性層１２２及び前記Ｐ型半導体層１２３の基材は、ＩＩＩ―Ｖ族化合物又はＩＩ―ＶＩ族化合物とすることができる。前記Ｎ型半導体層１２１は、前記基板１１の上に形成されており、且つ前記活性層１２２、前記Ｐ型半導体層１２３及前記第二電極１４に覆われず、前記活性層１２２及び前記Ｐ型半導体層１２３に囲まれた暴露部分を有している。前記半導体発光構造１２は、二層エピタキシ構造とすることができ、前記二層エピタキシ構造は、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層からなる。
前記第一電極１３は、前記Ｎ型半導体層１２１の暴露部分に形成されて、前記Ｎ型半導体層１２１と電気接続する。前記第一電極１３は、感応電極１３１及び前記感応電極１３１の片側に位置する接触パッド１３２を備えている。前記感応電極１３１の形状は、直線形、台形、円形、楕円形などとすることができる。前記接触パッド１３２と前記感応電極１３１は、互いに離れており接触していない。前記接触パッド１３２は、外部回路と電気接続を形成することに用いられる。図５に示すように、本実施形態において、前記感応電極１３１は、直線形電極であって、前記接触パッド１３２は、前記感応電極１３１の長手方向の延長線に位置している。
前記第二電極１４は、前記Ｐ型半導体層１２３と電気接続し、透光導電層１４２及び前記透光導電層１４２と電気接続するパターン化された金属導電層１４４を備えている。
前記透光導電層１４２は、前記Ｐ型半導体層１２３の上に形成されており、且つ前記Ｐ型半導体層１２３とオーミック接触（Ｏｈｍｉｃ Ｃｏｎｔａｃｔ）を形成している。前記透光導電層１４２の材料は、金属をドーピングした透明な金属酸化物であって、例えば、インジウムに酸化スズをドーピングした（ＳｎＯ：Ｉｎ）か、スズに酸化ガリウムをドーピングした（Ｇａ２Ｏ３：Ｓｎ）か、スズに銀インジウム酸化物をドーピングした（ＡｇＩｎＯ２：Ｓｎ）か、スズにインジウム酸化物をドーピングした（Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ）か、亜鉛に酸化インジウムをドーピングした（Ｉｎ２Ｏ３：Ｚｎ）か、アンチモンに酸化スズをドーピングした（ＳｎＯ２：Ｓｂ）か、又はアルミニウムに酸化亜鉛をドーピングした（ＺｎＯ：Ａｌ）などがある。
前記金属導電層１４４は、前記透光導電層１４２における前記Ｐ型半導体層１２３と対向する面と反対面の上に形成されている。前記金属導電層１４４は、透光しない金属又は金属合金材料からなり、外部回路と電気接続を形成する接触パッド１４４２及び前記接触パッド１４４２から延び出た延長アーム１４４４を備えている。図５に示すように、前記金属導電層１４４は、Ｕ形状であって、二つの接触パッド１４４２及び三つの直線形延長アーム１４４４を備えている。前記二つの接触パッド１４４２は、一つの延長アーム１４４４によって連通している。他の二つの延長アーム１４４４は、隣り合う二つの接触パッド１４４２の間に位置する延長アーム１４４４の延長方向と直交する方向に沿って延び出し、且つ前記第一電極１３の感応電極１３１の両側に位置している。
図５に示すように、前記透光導電層１４２の一つの領域ユニット１４２２から前記金属導電層１４４までの最も短い横方向（即ち、前記透光導電層１４２の厚さ方向に直交する方向）の距離をｄとする。前記透光導電層１４２は、多数の領域ユニット１４２２から構成され、前記透光導電層１４２の立体構造において、前記領域ユニット１４２２は、極めて小さい立体構造である。
前記透光導電層１４２のミクロ構造は、一般的に柱状晶域であって、長い距離の電流が前記柱状晶域の直径方向に沿って拡散する時、その内部に大量の結晶粒境界及び欠陥が存在するため、遮断されてしまう。従って、前記最も短い横方向の距離ｄが３００μｍより小さいか等しければ、横方向の電流が遮断される可能性を下げることができる。なお、実験によって証明されたように、前記金属導電層１４４までの最も短い横方向の距離ｄが３００μｍより小さいか等しい条件を満足するあらゆる領域ユニット１４２２の面積の合計が前記透光導電層１４２の総面積の８０％に達すると、前記半導体発光素子１０は、比較的高い発光効率を有する。前記金属導電層１４４までの最も短い横方向の距離ｄが３００μｍより小さいか等しいあらゆる領域ユニット１４２２の面積の合計と前記透光導電層１４２の総面積の割合が大きければ大きいほど、前記半導体発光素子１０の発光効率は、更に良くなる。
前記半導体発光素子１０の発光効率を確保することを条件として、前記第二電極１４の直線形延長アーム１４４４の幅を適当に変更することができる。例えば、前記半導体発光素子１０の寸法が比較的大きい時、前記直線形延長アーム１４４４の幅を増加させて、前記最も短い横方向の距離ｄを３００μｍより小さいか等しくして、比較的高い発光効率を確保する。
前記Ｎ型半導体層１２１の内部インピーダンスは、前記Ｐ型半導体層１２３の内部インピーダンスより低く、且つ前記透光導電層１４２の内部インピーダンスに近いため、前記半導体発光素子１０に電流が流れると、電子は、前記接触パッド１３２から前記Ｎ型半導体層１２１に流れることができる。この時、前記Ｎ型半導体層１２１の表面に感応電極１３１が存在するため、前記接触パッド１３２と前記感応電極１３１との間に、インピーダンスが更に低い等電位通路が形成され、電子が前記接触パッド１３２から前記感応電極１３１に流れ、更に前記Ｎ型半導体層１２１内で横方向に拡散し、従って電子が前記活性層１２２に均一に流れることができる。よって、前記半導体発光素子１０は、前記活性層１２２の最大面積を充分に利用して、比較的高い発光効率を有する。
以上本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種種変更可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。
１０ 半導体発光素子
１１ 基板
１２、６２０、７２０ 半導体発光構造
１３ 第一電極
１４ 第二電極
１２１、６２１、７２１ Ｎ型半導体層
１２２、６２２、７２２ 活性層
１２３、６２３、７２３ Ｐ型半導体層
１３１ 感応電極
１３２、１４４２ 接触パッド
１４２ 透光導電層
１４４ 金属導電層
６００、７００ 発光ダイオード
６１０、７１０ 絶縁基板
６３０、７３０ Ｎ電極
６４０、７４０ Ｐ電極
７５０ 酸化インジウムスズ層
１４２２ 領域ユニット
１４４４ 延長アーム
１１ 基板
１２、６２０、７２０ 半導体発光構造
１３ 第一電極
１４ 第二電極
１２１、６２１、７２１ Ｎ型半導体層
１２２、６２２、７２２ 活性層
１２３、６２３、７２３ Ｐ型半導体層
１３１ 感応電極
１３２、１４４２ 接触パッド
１４２ 透光導電層
１４４ 金属導電層
６００、７００ 発光ダイオード
６１０、７１０ 絶縁基板
６３０、７３０ Ｎ電極
６４０、７４０ Ｐ電極
７５０ 酸化インジウムスズ層
１４２２ 領域ユニット
１４４４ 延長アーム
Claims (8)
- 基板と、
前記基板の上に形成され、且つ第一型半導体層、第二型半導体層、前記第一型半導体層と前記第二型半導体層との間に位置する活性層を備えた半導体発光構造と、
前記第一型半導体層と電気接続する第一電極と、
前記第一電極と相反する極性を有し、前記第二型半導体層と電気接続し、且つ透光導電層及び前記透光導電層と電気接続するパターン化された金属導電層を備えた第二電極と、
を備え、前記第一電極は、互いに離れている感応電極及び第一接触パッドを備えていることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記基板は、絶縁基板であって、前記第一型半導体層は、前記基板の上に形成され、前記第二型半導体層及び前記活性層は、前記第一型半導体層の局部を覆い、前記第一型半導体層は、前記第二型半導体層及び前記活性層に覆われていない暴露部分を有し、前記第一電極は、前記暴露部分に位置し、且つ前記第一型半導体層とオーミック接触を形成し、前記第二電極の透光導電層は、前記第二型半導体層の上に形成され、前記金属導電層は、前記透光導電層における前記第二型半導体層と対向する面と反対面の上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記感応電極の形状は、直線形、台形、円形、又は楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記感応電極の形状は、直線形であって、前記第一接触パッドは、前記感応電極の長手方向の延長線に位置していることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
- 前記透光導電層は、前記第二型半導体層とオーミック接触を形成していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記金属導電層は、第二接触パッド及び前記第二接触パッドから延び出た延長アームを備えていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
- 前記金属導電層までの最も短い横方向の距離が３００μｍより小さいか等しい条件を満足する前記透光導電層のあらゆる領域ユニットの面積の合計が、前記透光導電層の総面積の８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記第一型半導体層は、Ｎ型半導体層であって、前記第二型半導体層は、Ｐ型半導体層であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
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Cited By (2)
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