JP2010530628A - 発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】第一の導電型の下部電流分配層（５）と、第一の電極（２）と、後二つは互いに水平分離されて下部電流分配層上に形成された垂直層構造（５、６、７）であって、活性層（６）及び活性層の上部の第二の導電型の上部電流分配層（８）を含む垂直層構造と、上部電流分配層上に形成された第二の電極（３）と、を含む、電気的絶縁基板（４）上に成長させたＬＥＤチップ（１）であって、電極の配置は、電極間の水平距離をチップの電流広がり長さよりも小さくするように調節される。本発明によれば、垂直トレンチ（９）が電極（２、３）間に形成され、該トレンチは、活性層（６）にわたり均一な電流密度を達成する目的で水平電流の流れを制御するために、チップ（１）を通じて延びる下部電流分配層（５）を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、発行ダイオード（ＬＥＤ）チップ設計に関し、該ＬＥＤは、絶縁基板上で成長する。

絶縁基板上の層構造として成長するＬＥＤにおいて、ｎ型及びｐ型接触電極は、チップ上面から作られる。通常、それらは、チップの光発生領域の反対の端の近傍に位置する。これらの一つは、その上に成長する層から離れて選択的にエッチングすることにより露出した下方電流分配層の上に形成され、他のものは、ＬＥＤ層構造上端の上の上方電流分配層の上に形成される。

一般的に、電極間の水平距離は、ＬＥＤの垂直層構造の全体の厚さより非常に大きい。この場合には、均一な大電流を発光層全体に供給するため、電流分配層の層抵抗は、その層に沿った電圧降下を最小化する目的で可能な限り低くしなければならない。具体的には、層抵抗は、層構造を通じた平均の垂直抵抗（例えば、ｐ−ｎ接合における電圧降下による抵抗等を含む）よりも飛躍的に低くなければならない。しかしながら、大部分の実用的な場合において、当該層抵抗は、電流分配層に沿って相当な電圧降下を発生する。これは、電流密度の不均一につながり、大電流密度の部位での局所的な過熱の可能性を生じる。この局所的な過熱は、さらに、デバイス効率の低下、並びにデバイス信頼性の悪化を生じる可能性がある。

この電流不均一に関して特徴的なパラメータは、電流広がり長さであり、

式中、Ｐ_{ｖｅｒｔｉｃａｌ}は、ＬＥＤ構造を通じた平均の垂直抵抗であり、Ｐ_{ｓｈｅｅｔ，ｔｏｐ}及びＰ_{ｓｈｅｅｔ，ｂｏｔｔｏｍ}は、上部及び下部電流分配層の層抵抗である。電流広がり層に沿った上述の電圧降下を避ける目的で、電極間の水平距離は、電流広がり長さよりも小さくしなければならない。問題は、大部分の実用的な場合において、水平のチップ寸法が明らかに電流広がり長さよりも大きいことである。したがって、従来の単純な接触パッドを用いると、電極間距離に関する当該条件は、満たすことができない。この問題に対する公知の解決法は、指状の、すなわち相互かみ合い型の（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）電極配置を用いることである。この種の配置を用いる場合は、電極間の水平距離は、電流広がり長さよりも小さく調節することができる。しかしながら、同様にこの方法は、電流密度が電極近傍、とりわけ電極の「指」の外端において最大であるという欠点を有しており、顕著に不均一な電流密度を生じる。

本発明の目的は、チップ発光領域全体の電流密度の均一度を向上することにより、部品の性能及び信頼性を改良するＬＥＤチップ設計を提供することである。

本発明は、請求項１の記載を特徴とする。

本発明のＬＥＤチップは、電気的絶縁基板上に成長する。このＬＥＤ構造は、第一の導電型の低電流分配層と、第一の電極と、垂直層構造と、を含み、後者の二つは低電流分配層上で互いに横方向に分離されて形成される。垂直層は、好適にはｎ型及びｐ型半導体クラッド層の間に挟まれる活性層と、この活性層の上方に第二の導電型の上部電流分配層とを含む。第二の電極は、上方電流分配層上に形成される。電極の配置は、チップの電流広がり長さよりも小さい電極間の水平距離を提供するよう調節される。本願明細書に記載の「水平」という用語は基板平面内の方向を意味し、当然ながら「垂直」はこの平面に垂直な方向を意味する。

本発明によれば、垂直トレンチは電極間に形成され、このトレンチはチップを通じて延び、活性層にわたり均一な電流密度を達成する目的で、電流分配層における水平電流の流れを制御するために、下部電流分配層を備える。換言すれば、電流の流れが電極の配置及び下方電流分配層の上の垂直層のみによって制御される従来技術による解決法とは対照的に、本発明においては、下方電流分配もまた選択的に切断される。したがって、従来技術による二レベルの方法に代えて、本チップ形態は、三レベルに基づいている。チップ配置の選択的部位から全ての層を排除することによって電流の流れを制御することにより、一方向の電流の流れと、発光層全体にわたる非常に均一な電流密度とが達成できる。

電流をガイドする効果に加えて、上述のトレンチは、垂直層構造の周辺全体を増加する。これにより、活性層において発生する光が、垂直層構造の側壁を通じて構造から漏出する確率が増加する。チップからの光抽出をさらに増強するため、本発明の好適な実施形態においては、追加的な垂直トレンチが電極間に形成され、この追加のトレンチは、活性層を含み、垂直層構造の周辺全体をさらに増加するために、電流分配層における電流の流れの水平方向に沿って、チップを通じて延びる。電流の流れに沿って位置する追加のトレンチは、電流の流れを妨害しない。

相互かみ合い型又は同様の配置を有することにおける一つの問題は、垂直層構造の側壁から抽出される光が、対向側壁によって、又は底部電流分配層上の第一の電極によって、遮断される可能性があることである。これを避けるために、垂直層構造の側壁は、好適には、チップからの光抽出を容易にするために、少なくとも発光活性層において、垂直方向から傾けられる。

以下、添付図面を参照し、本発明をより詳細に記載する。

従来のＬＥＤチップの電流密度を例示する図である。 相互かみ合い型電極配置を利用する従来技術のＬＥＤチップにおける電流密度を例示する図である。 本発明に係る一実施形態の概略図及び簡略化した表現を示す図である。 本発明の好適な実施形態に係る垂直層構造の傾いた側壁の効果を図示する図である。

図１に、（上方グラフ）２００μｍ及び（下方グラフ）４００μｍの長さを有する直線ＬＥＤチップにおける計算電流密度を示す。両者の場合における電流広がり長さは、２００μｍである。図に見られるように、電流広がり長さに対して水平寸法が大きいことにより、両者の場合における電流密度は均一ではなく、チップ長が増すにつれて均一性は高くなる。第二の場合においては、電流密度が均一からは程遠いことが見て取れる。

図２のＬＥＤ設計の相互かみ合い型電極２、３は、電極間の距離が電流広がり長さよりも小さくなるよう配置される。それにも関わらず、図２のグラフに見られるように、チップ領域にわたる電流密度は、電極の指状突出端部において非常に大きな局所的最大を有する、極めて不均一なものである。

図３のＬＥＤチップ１において、第一及び第二の電極２、３は、チップ領域全体にわたり広がる、変形の相互かみ合い型配置を設定している。このように、本ＬＥＤは、電極間の距離が電流広がり長さよりも大きくならないやりかたでチップを多数の区域に分割するという、基本的なアイデアを利用している。この区分は、チップの層構造を示す断面図Ａ−Ａ及びＢ−Ｂに図示されている。ＬＥＤは、電気的絶縁層４の上に成長する。基板上の最下層は、下方電流分配層５である。この上には、異なる導電型を有する二つのクラッド層７に挟まれた発光活性層６がある。この層スタックの上は、上方電流分配層８である。これらの層を成長した後に、下方電流分配層上の層スタックは、その上に第一電極２を形成するために下方電流分配層５を露出する目的で、選択的にエッチング除去される。生成した断面は、下方電流分配層の上にあり、最上方の素子としての第二電極を有する、隣接したメサ型類似層を含む。

電流分配層によって決定される二つのレベルに加えて、第三のチップレベルは、電極の指状突出部１０のチップ部位において、上述の全ての層を通じた電極間にトレンチ９をエッチングすることにより形成される。したがって、電流は、当該チップを介する流れを妨げられ、図２に示したような、局所的な電流密度の最大を発生することになる。代わりに、電流は、主に、電極の平行な「指」に対して垂直な方向のみに流れることができる。これは、チップ領域全体にわたる、非常に均一な電流密度をもたらす。

メサ型類似層スタックとチップを通じるトレンチ９との間の溝は、チップの異なる断面を電気的に絶縁するだけでなく、垂直層構造の周辺長全体が増し、したがって垂直層構造の側壁を通じたチップからの光の漏出の確率を増すことにより、チップからの光抽出も改良する。光抽出をさらに強化する目的で、活性層の下方のチップ上部から延びる、追加の垂直トレンチ１１もある。電流の流れの妨害を回避する目的で、これらの追加のトレンチは、電流分配層における水平電流の流れの方向に沿っている。

図３に示すように、垂直層構造の側壁１２のいくつかは、垂直方向から傾けられ、上方に開口するトレンチ形状を形成する。この背景となる理由を、図４において、垂直側壁を有するトレンチを左に、側壁が傾けられたものを右に示して、図示する。前者の場合には、層構造から水平に漏出するときには、光は水平に進行し続け、トレンチ又は第一電極の対向端によって遮断される可能性がある。しかし、傾いた側壁の場合には、構造から漏出する光は、最初の水平方向から上方に屈折し、遮断は回避される。

当業者に明白であるように、本発明は、上記実施例に限定されず、本実施形態は、特許請求の範囲内において自由に変化することができる。

Claims (3)

1. 電気的絶縁基板（４）上に成長させたＬＥＤチップ（１）であって、前記ＬＥＤチップは、第一の導電型の下部電流分配層（５）と、第一の電極（２）と、後二つは互いに水平分離されて前記下部電流分配層上に形成された垂直層構造（５、６、７）であって、活性層（６）及び前記活性層の上部の第二の導電型の上部電流分配層（８）を含む垂直層構造と、前記上部電流分配層上に形成された第二の電極（３）と、を含み、前記電極の配置は、前記電極間の水平距離を前記チップの電流広がり長さよりも小さくするように調節され、垂直トレンチ（９）が前記電極（２、３）間に形成され、
   前記トレンチは、前記活性層（６）にわたり均一な電流密度を達成するために水平電流の流れを制御するよう前記下部電流分配層（５）を含む前記チップ（１）を通じて延びることを特徴とする、ＬＥＤチップ。
2. 前記電極（２、３）間に追加の垂直トレンチ（１１）が形成され、前記追加のトレンチは、前記電流分配層（５、８）における前記水平電流の流れの方向に沿い、前記活性層（６）を含めて前記チップ（１）を通じて延び、前記垂直層構造（５、６、７）の全体の周辺を増すことにより前記チップからの光抽出を増強することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤチップ。
3. 前記垂直層構造（５、６、７）の側壁（１２）は、前記チップ（１）からの光抽出を容易にするために、垂直方向から傾けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＬＥＤチップ。

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