JP2011129890A - 均一な電流拡がりを有するｌｅｄ - Google Patents

Abstract

【課題】向上した電流均一性と低減した順方向動作電圧とを有する窒化物ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）を提供すること。
【解決手段】窒化物発光デバイスは、該デバイス表面上の対向する端部領域に配置されるｐパッド及びｎパッドと、該ｐパッドから該ｎパッドに向かって延びる第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極を備え、該第１のｐ枝電極は、該デバイスの長さ方向に沿って延び、該第２のｐ枝電極は、該デバイスの幅方向と長さ方向とに沿って延びるように曲がり部分を含み、さらに該ｎパッドから該ｐパッドに向かって延びるｎ枝電極を備え、該ｎ枝電極の遠位端部は、該第２のｐ枝電極の該曲がり部分に向かって角度を付けられている。
【選択図】図４

Description

（技術分野）
本発明の少なくとも１つの実施形態は、概して、窒化物ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）、及び／又は、より均一な電流拡がりとより高い効率とを達成するための枝電極の構成に関する。

（背景）
窒化物ベースのＬＥＤは、それらの相対的に高い光出力の可能性のために、様々な用途（例えば、一般照明、バックライト、自動車用ランプ）に対してますます開発されている。しかしながら、窒化物ベースのＬＥＤの効率は、まだ、一般照明の市場における技術の大量採用に対する障害のままである。

図１は、従来の窒化物ベースのＬＥＤの断面図である。図１を参照すると、従来の窒化物ベースのＬＥＤは、基板２上に形成されたｎ型半導体層４を含む。基板２は、サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム又はケイ素で形成され得る。発光活性領域６は、ｎ型半導体層４の垂直上方に形成される。ｐ型半導体層８は活性領域６上に形成される。これらの層は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、又はＨＶＰＥ（ハロゲン化気相エピタキシー法）を含む種々の周知の方法によって堆積され得る。結果として、垂直方向にスタックされたｐ−ｉ−ｎ接合が形成される。

金属ｎ接続パッド１０（以後ｎパッド）は、ｎ型半導体層４との電気接続において形成される。これは、ｎ型半導体層４の表面を曝露させるように、ｐ型半導体層８及び活性領域６を部分的に介してエッチングすることによって達成される。ｎパッド１０は、ＬＥＤチップへの外部電気接続が構成されることを可能にする最小のサイズでなければならない。金属ｎ枝電極（又は複数のｎ枝電極）は、また、ｎ型半導体層４と電気的接触をしながら、ｎパッド１０から延びるように形成され得る。ｎ枝電極は、本質的に、薄い金属のストリップであり、この金属のストリップは、ｎ型半導体層４と電気的接触をしながら、ｎパッド１０から延びる。ｎ枝電極の主要な目的は、デバイスのｎ型半導体層４上に電流が拡がるような相対的に低い抵抗の経路を提供することである。ｎ枝電極は、金属がデバイスによって発せられた光を吸収し、効率を低減するので、相対的に小さい表面領域を有するべきである。

透明な電気伝導性の電流拡散層１２は、ｐ型半導体層８と電気的な接触をするように、ｐ型半導体層８上に形成される。結果として、ｐ型半導体層８の表面全体にわたって電流を拡げる比較的低い抵抗の経路が提供される。ｐ型半導体層８の伝導率はｎ型半導体層４の伝導率よりも一般的にかなり低いので、電流拡散層１２は、しばしば、窒化物ＬＥＤに使用される。電流拡散層１２は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＩｎＺｎＯ（酸化インジウム亜鉛）又は他の適切な材料で構成され得る。

金属ｐ接続パッド（以後ｐパッド）１４は、電流拡散層１２と電気的接触をして形成される。ｐパッド１４は、また、ＬＥＤへの外部電気接続が構成されることを可能にする最小の物理的サイズでなければならない。金属ｐ枝電極（又は複数のｐ枝電極）は、また、電流拡散層１２と電気的接触をしながら、ｐパッド１４から延びるように形成され得る。

従来の窒化物ＬＥＤにおいて、ｎ型半導体層４及び電流拡散層１２のシート抵抗が異なることが一般的である。この不整合は、枝電極がないと、電流が活性領域６全体にわたり均一に拡がらないことを意味している。均一性を向上させるために、ｎ枝電極及びｐ枝電極が使用され得る。枝電極は、ＬＥＤが、より効率的に、そして低電力において動作することを可能にする。枝電極は、電流は、ｎパッド１０とｐパッド１４との間の物理的距離の大部分を高伝導性金属内において進み、かなり短い距離を低伝導性ｐ型半導体層８、ｎ型半導体層４及び電流拡散層１２において進むことを可能にするので、枝電極は、ｎパッド１０とｐパッド１４との間の全抵抗経路を低減する。枝電極は、ｐ型半導体層８、ｎ型半導体層４及び電流拡散層１２よりもかなり高い伝導率であるので、枝電極は、活性領域６を通る電流均一性を向上させる。結果として、枝電極の構成は、活性領域６の各部分を通る全抵抗経路を支配し、全体としての活性領域６を通る電流分布を決定する。

均一な電流拡散は、「電流集中」と呼ばれる現象を防ぐため、有益である。電流集中は、ｎパッド１０とｐパッド１４との間の経路の全抵抗が、活性領域６の比較的小さい領域を通ってかなり小さい場合に起こり、その領域を通る相対的に大きな電流密度をもたらす。このことは、活性領域６の発光効率が温度と共に減少するので、局所的な加熱をもたらし、デバイスの効率を低減する。この工程のより詳細な説明は、非特許文献１におけるショックレー−リードの再結合の記載に見出され得、この文献の全内容が本明細書において参照により援用される。また、比較的低い電流密度の領域又はダークスポットは、製造することが比較的高価である活性領域６全体を最良に使用していないので、望ましくない。ＬＥＤ活性領域６を通る均一な電流分布を達成し、順方向動作電圧を低減することにおける枝電極の構成の有効性は、枝電極の構成の形状に対して比較的感度が高い。

特許文献１は、枝電極構成を有する窒化物ベースのＬＥＤを開示し、この例が図２に示される。図２を参照すると、ｎ枝電極２２は、ｎパッド１８から、直線で、チップの中心までｐパッド１６に向かって延びる。第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極は、ｐパッド１６から、チップの対向する側に向かって、中心のｎ枝電極２４の両側まで延びる。この構成の問題は、この構成が活性領域を通る電流の不均一な分布をもたらすことである。特に、この構成は、チップの４つの角領域における比較的低電流密度の領域（図２においてＡでマーキング）と、ｐ枝電極２０及び２１の端部の周りの電流集中（図２においてＢでマーキング）とをもたらす。特許文献１は、また、ｐ枝電極２０、２１と、ｎ枝電極２２との間の均一な距離を維持することを教示する。この制約は、電流集中と、比較的低い電流密度の領域とをもたらし得る。

特許文献２は、ｎ枝電極が、ｎパッドからチップの側部に沿ってｐパッドに向かわないで延びる、枝電極構成を有する窒化物ベースのＬＥＤを開示する。また、２つの分岐したｐ電極は、中心線の両側でｎパッドに向かって延びる。この参照の複数の実施形態の１つにおいて、ｐ電極の端部は、ｐ電極の端部の周りの電流集中を低減するために、ｎパッドから離れるように曲げられる。この構成の問題は、活性領域を通る電流密度が、チップの他の領域（チップの上部角領域及びｐ電極の外側）よりも低い、チップの比較的大きな領域が存在することである。また、ｎ電極とｐ電極との間の平均の間隔が比較的大きくなり、その結果、より大きい動作電圧をもたらし、チップの効率を低減する。

特許文献３は、枝電極がその長さ方向に沿ってテーパ加工されている枝電極を有する窒化物ベースのＬＥＤを開示する。この構成の問題は、電極と半導体層との間の接触抵抗を、その長さ方向に沿って増加させることである。このことは、結果として、接触抵抗が最も低い電極の基部に向かう電流集中をもたらす。

米国特許第６，６１４，０５６号明細書 米国特許第７，５３１，８４１号明細書 米国特許第６，６５０，０１８号明細書

「Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ」、Ｅ．Ｆｒｅｄ Ｓｃｈｕｂｅｒｔ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ

（概要）
本発明の例示的な実施形態は、向上した電流均一性と低減した順方向動作電圧とを有する窒化物ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）に関する。例示的な実施形態にしたがって、ｎ電極とｐ電極との間の抵抗経路をそれらの長さの関数として変更することによって、活性領域を通る電流分布が、ＬＥＤチップ全体にわたりより均一になり得、順方向動作電圧が低減され得る。このことは、デバイスの総合光変換効率を増加させ、電力消費を低減し、その結果、デバイスの総合効率を増加させる。

本発明の非限定的な実施形態にしたがう窒化物発光デバイスは、デバイス表面上の対向する端部領域に配置されたｐパッドとｎパッドとを含み得る。例えば、ｐパッド及びｎパッドは、デバイスの対角線上の角領域に配置され得る。第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極は、ｐパッドからｎパッドに向かって延び得、ここで、第１のｐ枝電極は、デバイスの長さ方向に沿って延びる、第２のｐ枝電極は、デバイスの幅方向及び長さ方向に沿って延びるように曲がり部分を含み得る。ｎ枝電極は、ｎパッドからｐパッドまで延び得、ｎ枝電極の遠位端部は、第２のｐ枝電極の曲がり部分に向けて角度を付けられる。

本発明の別の非限定的な実施形態にしたがう窒化物発光デバイスは、デバイス表面上の対向する端部領域に配置されたｐパッドとｎパッドとを含み得る。第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極は、ｐパッドからｎパッドに向かって延び得る。ｎ枝電極は、ｎパッドからｐパッドに向かって延び得、ｎ枝電極と、第１及び第２のｐ枝電極との間の距離は、ｎパッドへの距離が相対的に近くなることに関連して相対的に増加する。

本発明の第１の非限定的な実施形態にしたがうと、窒化物ベースのＬＥＤは、ｐ型半導体層と接触する透明な電流拡散層を有し得、この電流拡散層の上でデバイスの１つの角領域においてｐ接触パッドが形成される。ｐパッドから２つのｐ枝電極が延び、２つのｐ枝電極のうちの第１の電極は、チップの長い辺に平行に延びる。第２のｐ枝電極は、チップの短い辺に平行に延び、その後、チップの長い辺に平行に進むように曲がる。ｎパッドは、ｐパッドと対向する角領域に形成され、ｎ型層と接触する。ｎ型層と電気的に接触するｎ枝電極は、次いで、チップの中心線に沿うまで、短い部分間を対角線上に延び、ここから、ｎ枝電極はチップの長い辺に平行な方向に延びる。電極の端部は、ｎ接触パッド及びｐ接触パッドの両方と対向し、ｎ枝電極に最も近い角領域に向かって曲げられる。この角領域は、以後、問題となる角領域と呼ばれる。ｎ枝電極がこのように曲げられる理由は、問題となる角領域における活性領域を通る電流密度を増加させることである。この傾きは、チップのこの角領域の活性領域を通るｐ電極からｎ電極まで進む電流に対する全抵抗経路を低減する効果を有する。ｎ接触パッド及びｐ接触パッドを、チップの角領域に配置することによって、チップの角領域における低電流密度の領域という従来技術の共通の問題を取り除く。このことだけでは、１つの角領域、すなわち、前述の問題となる角領域が、依然低い電流密度を有したままである。曲げられたｎ電極は、次いで、この問題を解決し、非常に均一な電流密度と低減された順方向動作電圧を有するチップをもたらす。

本発明の第２の非限定的な局面は、本発明の第１の局面と同一の構造及び枝電極構成を有する窒化物ベースのＬＥＤを含み得、問題となる角領域に形成された追加の枝（角拡張部）を有している。この枝は、問題となる角領域において第２のｐ枝電極の頂点で開始し、問題となる角領域においてチップの頂点に向かって延びる。この特別なｐ枝電極は、問題となる角領域の活性領域を通るｐ枝電極からｎ枝電極まで進む電流に対する抵抗経路を低減することによって、問題となる角領域の活性領域を通る電流密度をさらに増加させる。

本発明の第３の非限定的な局面は、本発明の第１の局面に記載された電極構成と同一の電極構成を有する窒化物ベースのＬＥＤを含み得、第１のｐ枝電極の端部がｎパッドに向けて曲げられていることが追加されている。これは、活性領域のこの領域を通りｎ電極とｐ電極との間を流れる電流に対する全抵抗経路を低減することによって、ｎパッドと第１のｐ電極の端部との間に低電流密度の領域が形成されることを防ぐ。

本発明の第４の非限定的な局面は、本発明の第１の局面に記載された電極構成と同一の電極構成を有するが、代わりに、ｐ枝電極がｐパッドから別個に延び、ｐ電極の余分の枝がｐパッドを元のｐ電極の両方の枝に接続する窒化物ベースのＬＥＤを含み得る。このことは、ｎ枝電極とｐ枝電極との間の平均距離を低減し、結果として、チップの順方向動作電圧を低減するという利点を有する。チップからの光抽出に関して有利である、電流分布に対するわずかな不均一性を導入するという効果もまた有する。ｐパッドのすぐ下で生成された光は、金属のｐパッドによる吸収に起因して低い抽出効率を有する。この吸収を低減するために、ｐパッドの下の活性領域を通る電流密度を低減することが有利である。このことに伴う問題は、チップの他の領域における電流密度を増加させなければならず、このことに関連する全ての問題を生じることであり、これらの問題は既に議論してきた。その結果、これらの２つの効果の間にはトレードオフがある。この実施形態において、活性領域を通る電流分布は、余分の枝を追加する前には比較的均一であったので、ｐパッドの下の電流密度を低減する効果は、活性領域の残りの部分を通る平均電流密度をわずかに増加させる効果を有するが、電流集中の領域を全く生じさせず、その結果チップの全体の効率が増加する。

本発明の第５の非限定的な局面は、本発明の第１の局面に記載された電極構成と同一の電極構成を有する窒化物ベースのＬＥＤを含み得、第２のｐ枝電極の端部において、枝が２つに分岐し、２つの新しい枝（端部拡張部）は、この頂点からほぼ対向する方向に延びることが追加されている。この特別な特徴の目的は、ｐ枝電極の端部を、その端部が面するｎパッドの辺により平行にさせることである。この特徴なしでは、電流は、ｎパッドの辺に沿う全ての点からｐ枝電極の端部における単一の点まで流れ、ｐ枝電極の端部において電流集中を生じさせる。この特徴があると、ｐ枝電極は、ｎパッドにほぼ平行であり、その結果、ｎパッド及びｐ枝電極上の対向する点の間の抵抗経路が等しくなる。このことは、ｎパッドから流れ出る電流を、ｐ枝電極のより大きな領域に流れ込ませることにより、チップのこの領域における電流集中効果を低減する。このことは順方向動作電圧を低減し、チップ動作をより効率的にする。

本発明の第６の非限定的な局面は、ｐ型層と接触する透明な電流拡散層を有する窒化物ベースのＬＥＤを含み得、ｎ型層と接触する短い辺の中心のチップの辺においてｎパッドを有する。次いで、ｐパッドは、チップの辺においてＬＥＤと対向する辺の中心に位置する。ｎ枝電極は、ｎパッドからｐパッドに向かってチップの中心線上を延びる。２つのｐ枝電極は、中心のｎ枝電極の両側に沿って、ｐパッドから対向する辺に向かって延びる。ｎ枝電極とｐ枝電極との間の距離は、その長さ方向に沿って徐々に増加し、その長さ方向に沿ったｐ電極とｎ電極との間の全抵抗経路を増加する。このことは、ｎ電極とｐ電極との間の距離が一定に保たれている場合に、従来技術において観測されたｐ電極の端部における問題となる電流集中を防ぐ。このことは、次に、チップの活性領域を通る電流均一性を増加させ、チップの効率を増加させ、順方向動作電圧を低減する。

本発明の第７の非限定的な局面は、ｐ型層と接触する透明な電流拡散層を有する窒化物ベースのＬＥＤを含み得る。次いで、ｐパッドは、チップの辺において、ＬＥＤチップと対向する辺の中心に位置する。ｎ枝電極は、ｎパッドからｐパッドに向かってチップの中心線上を延びる。２つのｐ枝電極は、中心のｎ枝電極の両側に沿って、ｐパッドから対向する辺に向かって延びる。この実施形態において、前述の実施形態と同一の原理が使用されることによって、ｎ電極とｐ電極との間の抵抗は、それらの長さ方向に沿って変化する。この実施形態において、このことは、ｎ電極の幅をその長さ方向に沿って徐々に増加させることによって達成される。このことは、ｎ層と接触するｎ電極の領域が、単位長さ当たりに増加し、ｎ電極からｎ層に通る電流に対する単位長さ当たりの抵抗を低減する。この実施形態は、前述の実施形態の利点を全て有する。

例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
窒化物発光デバイスであって、
該デバイス表面上の対向する端部領域に配置されるｐパッド及びｎパッドと、
該ｐパッドから該ｎパッドに向かって延びる第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極であって、該第１のｐ枝電極は、該デバイスの長さ方向に沿って延び、該第２のｐ枝電極は、該デバイスの幅方向と長さ方向とに沿って延びるように曲がり部分を含む、第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極と、
該ｎパッドから該ｐパッドに向かって延びるｎ枝電極であって、該ｎ枝電極の遠位端部は、該第２のｐ枝電極の該曲がり部分に向かって角度を付けられている、ｎ枝電極と
を備えている、窒化物発光デバイス。
（項目２）
上記ｐパッド及び上記ｎパッドは、上記デバイスの対角線上の角領域に配置される、上記項目に記載のデバイス。
（項目３）
上記ｎ枝電極は、上記第１のｐ枝電極と上記第２のｐ枝電極との間に延びる、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目４）
上記ｎ枝電極の近位端部は、上記デバイスの中心線に向かって一定の角度で延びる、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目５）
上記ｎ枝電極の大部分が上記デバイスの中心線に沿って延びる、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目６）
上記第２のｐ枝電極の上記曲がり部分から、上記デバイスの対角線上の角領域に隣接する角領域に向かって外側に延びる角拡張部をさらに備えている、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目７）
上記第１のｐ枝電極の遠位端部は、上記ｎパッドに向かって角度を付けられている、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目８）
上記第１のｐ枝電極及び上記第２のｐ枝電極は、共通の点において上記ｐパッドと接触する、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目９）
上記第１のｐ枝電極及び上記第２のｐ枝電極を上記ｐパッドに接続する共通コネクタをさらに備えている、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目１０）
上記第２のｐ枝電極の遠位端部から延びる第１の端部拡張部と第２の端部拡張部とをさらに備えている、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目１１）
上記第１の端部拡張部及び上記第２の端部拡張部は、対向する方向に延びる、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目１２）
透明な電流拡散層をさらに備え、上記ｐパッドは、該透明な電流拡散層上に配置される、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目１３）
窒化物発光デバイスであって、
該デバイス表面上の対向する端部領域に配置されたｐパッド及びｎパッドと、
該ｐパッドから該ｎパッドに向かって延びる第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極と、
該ｎパッドから該ｐパッドに向かって延びるｎ枝電極であって、該ｎ枝電極と該第１のｐ枝電極との間の距離及び該ｎ枝電極と該第２のｐ枝電極との間の距離は、該ｎパッドへの近さにおける相対的な増加に関連して相対的に増加する、デバイス。
（項目１４）
上記ｎ枝電極は、上記第１のｐ枝電極と上記第２のｐ枝電極との間に延びる、上記項目に記載のデバイス。
（項目１５）
上記ｐパッド及びｎパッドは、上記デバイスの中心線に対して中心を合わせられる、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目１６）
上記ｎ枝電極は、上記デバイスの中心線に沿って延びる、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目１７）
上記デバイスは、該デバイスの長手方向の軸に対して対称である、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目１８）
上記第１のｐ枝電極及び上記第２のｐ枝電極は、上記ｎパッドに向かう延長の間に分岐する、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目１９）
上記ｎ枝電極の幅は一定のままである、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目２０）
上記ｎ枝電極の幅は上記ｐパッドに対して近づくにつれて増加する、上記項目のいずれかに記載のデバイス。
（項目２１）
上記第１のｐ枝電極及び上記第２のｐ枝電極の大部分は、平行に延びる、上記項目のいずれかに記載のデバイス。

（摘要）
本発明の非限定的な実施形態にしたがう窒化物発光デバイス（ＬＥＤ）は、ｐパッドとｎパッドとを含み得、ｐパッド及びｎパッドは、このデバイス表面上の対向する端部領域に配置される。第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極は、ｐパッドからｎパッドに向かって延び得、ここで第１のｐ枝電極はデバイスの長さ方向に沿って延びる。第２のｐ枝電極は、デバイスの幅方向及び長さ方向に沿って延びるように曲がり部分を有し得る。ｎ枝電極は、ｎパッドからｐパッドまで延び得、ｎ枝電極の遠位端部は、第２のｐ枝電極の曲がり部分に向けて角度を付けられる。代替的に、ｐ枝電極及びｎ枝電極は、ｎ枝電極と、第１及び第２のｐ枝電極との間の距離が、ｎパッドへ近づくにつれて増加するように構成され得る。結果として、例示的な実施形態にしたがう窒化物ベースのＬＥＤは、向上した電流均一性、より低い順方向動作電圧、及びより高い総合効率を提示し得る。

図１は、従来の窒化物ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）の断面図である。 図２は、窒化物ベースのＬＥＤの従来の枝電極構成の平面図である。 図３は、本発明の非限定的な実施形態にしたがう、半導体層上の枝電極の断面図である。 図４は、本発明の第１の非限定的な実施形態にしたがう、窒化物ベースの枝電極構成の平面図である。 図５は、２つの窒化物ベースのＬＥＤに対する、順方向動作電圧に対する動作電流を示すグラフであり、そのうちの１つは、第１の非限定的な実施形態にしたがう電極構成を有し、１つは従来の電極構成を有する。 図６は、本発明の第２の非限定的な実施形態にしたがう窒化物ベースのＬＥＤの枝電極構成の平面図である。 図７は、本発明の第３の非限定的な実施形態にしたがう窒化物ベースのＬＥＤの枝電極構成の平面図である。 図８は、本発明の第４の非限定的な実施形態にしたがう窒化物ベースのＬＥＤの枝電極構成の平面図である。 図９は、本発明の第５の非限定的な実施形態にしたがう窒化物ベースのＬＥＤの枝電極構成の平面図である。 図１０は、本発明の第６の非限定的な実施形態にしたがう窒化物ベースのＬＥＤの枝電極構成の平面図である。 図１１は、本発明の第７の非限定的な実施形態にしたがう窒化物ベースのＬＥＤの枝電極構成の平面図である。

（例示的な実施形態の詳細な説明）
要素又は層が、別の要素又は層「の上に」ある、別の要素又は層「に接続される」、別の要素又は層「に連結される」、又は別の要素又は層「を覆う」ように言及される場合、他の要素又は層のすぐ上に存在し得るか、他の要素又は層に接続され得るか、他の要素又は層に連結され得るか、又は他の要素又は層を覆い得るか、あるいは、介在要素又は介在層が存在し得ることが理解される。反対に、要素が別の要素又は層の「すぐ上に」ある、別の要素又は層に「直接的に接続される」、又は別の要素又は層に「直接的に連結される」ように言及される場合、介在要素又は介在層は存在しない。同様の数字は、明細書全体にわたり、同様の要素をいう。本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上の任意の組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。

用語、第１、第２、第３などは様々な要素、構成要素、領域、層及び／又は部分を記載するために本明細書において使用され得るが、これらの要素、構成要素、領域、層及び／又は部分は、これらの用語に限定されないことが理解される。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層又は部分を、別の要素、構成要素、領域、層又は部分と区別するためにのみ使用される。したがって、以下で論じられる第１の要素、構成要素、領域、層又は部分は、例示的な実施形態の教示から逸脱することなしに、第２の要素、構成要素、領域、層又は部分と呼ばれ得る。

空間的に相対的な用語、例えば、「〜の下」、「〜より下」、「下部」、「〜より上」、「上部」などは、図面に示される１つの要素又は特徴と、別の要素又は特徴との関係性を説明する記載を容易にするために本明細書において使用され得る。空間的に相対的な用語が、図面に描かれる向きに加えて、使用中又は動作中におけるデバイスの様々な向きを包含することが意図されることが理解される。例えば、図面内のデバイスが、ひっくり返される場合、他の要素又は特徴「より下」又は「の下」にあるように記載される要素は、他の要素又は特徴の上に向けられる。したがって、用語「より下」は、上及び下の向きの両方を包含し得る。デバイスは、他のように向けられ（９０度又は他の向きで回転され）、本明細書において使用される空間的に相対的な記述はそれに応じて解釈される。

本明細書で使用される専門用語は、様々な実施形態を説明する目的のみを意図し、例示的な実施形態を限定することは意図されていない。本明細書で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「前記、該（ｔｈｅ）」は、文脈上明確に規定されない限り、複数形を同様に含むことが意図される。用語「含む、備える」及び／又は「含んでいる、備えている」は、本明細書中で使用される場合、規定された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はこれらの群を排除しないことがさらに理解される。

例示的な実施形態は、例示的な実施形態の理想的な実施形態（及び中間構造物）の概略図である断面図を参照して、本明細書において記載される。そのようなものとして、例えば、製造技術及び／又は許容範囲の結果としての図面の形状からの変化形が予測される。したがって、例示的な実施形態は、本明細書に示される領域の形状に限定されるように解釈されるべきではないが、例えば、製造から生じる形状の偏差を含むように解釈されるべきである。

他に規定されない限り、本明細書で使用される（技術用語及び科学用語を含む）全ての用語は、当業者によって一般的に理解される意味と同一の意味を有する。一般的に使用される辞書において規定される用語を含む用語が、関連技術に関連する用語の意味と矛盾しない意味を有するように解釈されるべきであり、本明細書においてそのように明示的に規定されない限り、理想的な意味又は過度に形式的な意味において解釈されない。

ｐ枝電極は、電流が、チップの領域に対して、そしてｐ型層又は（使用される場合には）電流拡散層内により容易に拡がるための比較的低抵抗の経路を提供し得、ここで、ｐ電極はｐ型層又は電流拡散層と電気的に接触する。ｎ枝電極は、電流が、チップの領域に対して、そしてｎ型層により容易に拡がるためのかなり低い抵抗の経路を提供し得、ここで、ｎ電極はｎ型層と電気的に接触する。ｐ枝電極材料の所望の電気特性は、この材料が比較的高い電気伝導率を有し、ｐ層との適切な電気接触を構成することである。同様に、ｎ枝電極材料の所望の特性は、比較的高い電気伝導性を有し、ｐ層又は（使用される場合には）電流拡散層と適切な電気的接触を構成することである。これらの要件を満たすために、枝電極は、金属又は異なる金属の複数の層から構成され得る。

図３は、ＬＥＤ層３０上に形成される枝電極２８の断面を示す。ｐ枝電極に対して、関連するＬＥＤ層３０は、ｐ型層又は電流拡散層である。他方、ｎ枝電極に対して、関連するＬＥＤ層３０は、ｎ型層である。枝電極の幅３４及び高さ３２は、電気的性能（幅３４及び高さ３２が増加するにつれ一般的に増加する）と、光学的性能及びコスト（これらは共に幅３４及び高さ３２が増加するにつれ減少する）との間のトレードオフである。枝電極の全抵抗は、幅３４及び高さ３２と共に減少し、枝電極２８と、枝電極２８が接触する半導体層３０との間の接触抵抗もまた、電極の幅３４と共に減少する。対照的に、枝電極２８の材料コストは、また、幅３４及び高さ３２と共に増加し、同様に光学吸収も増加し、このことがＬＥＤの全体の効率を低減する。ｐ枝電極は、約１マイクロメートル〜２５マイクロメートルの範囲（例えば、約３マイクロメートル〜１０マイクロメートル）の幅を有し得る。n枝電極もまた、約１マイクロメートル〜２５マイクロメートルの範囲（例えば、約３マイクロメートル〜１０マイクロメートル）の幅を有し得る。両方の枝電極の高さは、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの範囲内（例えば、約２５０ｎｍ〜約２０００ｎｍの範囲内）にあり得る。

図４は、本発明の一実施形態を示し、窒化物ベースのＬＥＤは、透明な電流拡散層３６を有し、この電流拡散層３６上でデバイスの１つの角領域においてｐ接触パッド３８が形成される。ｐ接触パッド３８から延びているのは、２つのｐ枝電極４０及び４２である。第１のｐ枝電極４０は、チップの長い辺に平行に延びる。第２のｐ枝電極４２は、チップの短い辺に平行に延び、その後チップの長い辺に平行に走るように曲げられる。ｎパッド４４は、ｐパッド３８と対向する角領域に形成される。ｎ枝電極は、チップの中心線に沿うまで、短い部分４６だけｎパッド４４から対角線上に延び、ここから、ｎ枝電極は、チップの最も長い辺の方向に長い部分４８だけ延びる。チップの全長に対する割合として表されるｎ枝電極の長い部分４８の長さは、約０．０５〜約０．７（例えば、約０．１〜約０．６）である。ｎ枝電極の端部部分５０は、ｎ接触パッド４４及びｐ接触パッド３８の両方と対向し、ｎ枝電極に最も近い角領域に向かって曲げられる。Ｚは、ｎ枝電極の曲げられた端部部分５０の始点及びＬＥＤチップの上部右手角によって規定される、直線の垂直軸に対する傾きの角度を示す。ｎ枝電極の曲げられた端部部分５０の垂直軸に対する傾きの角度は、約Ｚ−３５度〜Ｚ＋１５度（例えば、約Ｚ−２５度〜Ｚ＋５度）であり得る。ｎ枝電極の直線部分の端部と、ｎ電極の曲げられた部分とｐ電極との交点との間の距離の割合として表わされる、ｎ枝電極の曲げられた端部部分５０の長さは、約０．０５〜約０．８（例えば、約０．１〜約０．６）であり得る。

電気的シミュレーションがこの第１の実施形態の例に対して行われた。シミュレーションのためのチップサイズは、２００×５６０マイクロメートルであった。ｎパッド及びｐパッドは両方とも、半径４５マイクロメートルの円の領域を少なくとも有し、この領域は外部の電気的ワイヤ接続がチップに対してなされることを可能にする。ｐ枝電極は、６マイクロメートルの幅と１０００ｎｍの高さとを有し、電流拡散層と電気的に接触し、電流拡散層が同様にｐ層と電気的に接触する。ｎ枝電極は、１２マイクロメートルの幅と１０００ｎｍの高さとを有し、ｎ層と電気的に接触する。ｎ型層と電気的に接触するｎ枝電極とｎパッドとを形成するために、ｎ型層の表面を曝露するために、電流拡散層、ｐ型層及び活性領域の一部をエッチングして取り去る必要がある。このことは、当業者に公知の任意の標準的な適切なエッチング技術によってなされ得る。エッチングされた領域は、ｎ接触パッド及びｎ枝電極の辺の周りに６マイクロメートルの境界を含む。この境界は、ｎ電極及びｎ接触パッドが、エッチングによって曝露されたｎ層表面上に形成される場合に、アライメント（位置合わせ）誤差を許容する。異なる電流における動作電圧及び活性領域を通る電流密度の均一性を予測するために、この電極構成の電気的シミュレーションが行われた。電流の均一性の数値的測定として、平均電流密度に対する最大電流密度の割合が使用され得る。この割合が低ければ低いほど、活性領域を通ってより均一に電流は拡散し、電流集中は起こらなくなる。完全に均一な電流分布は、１の割合を与える。比較のために、図２に示される従来の電極構成も、また、この例と同一の寸法でシミュレーションされた。１００ｍＡの動作電流におけるシミュレーション結果から計算された電流均一性の比は、従来技術に対し１．５８であり、本例に対しては１．２７であった。このことは、従来技術に対する本発明の活性領域を通る電流均一性において有意な改善を示している。

図５は、また、２つの窒化物ＬＥＤ（１つは本実施形態の例示的な実施形態に従う電極構成を有し、１つは図２に示される従来の電極構成を有する）についての動作電流に対する順方向電圧のグラフを示す。両方のＬＥＤは同一のチップ及び電極寸法を有する。これは、従来の電極構成を有するＬＥＤに対する、本実施形態の例示的な実施形態にしたがう電極構成を有するＬＥＤに対する順方向電圧における明確な低減を示す。

図６に示される本発明の別の実施形態は、電流拡散層及び第１の実施形態に記載されるような電極構成を有する窒化物ベースのＬＥＤであり、さらに、チップの角領域における第２のｐ枝電極から延びる角拡張部５２が追加されており、ここで、第２のｐ枝電極は、長い辺に平行に進むために、チップの短い辺に平行に進んだ後に曲がる。この特別な枝は、チップの角領域にほぼ向かう方向に延び、チップの角領域までの距離の割合として表わされるその長さは、約０．１〜約０．８（例えば、約０．２〜約０．６）である。この余分のｐ枝電極（角拡張部）５２は、電流がｐ枝電極からｎ枝電極まで、この角領域の活性領域を通って進むための抵抗経路を低減することによってチップのこの角領域における活性領域を通る電流密度をさらに増加させる。

図７に示される本発明の別の実施形態は、電流拡散層及び第１の実施形態に記載されるような電極構成を有する窒化物ベースのＬＥＤであり、さらに、第１のｐ枝電極の端部部分５４がｎパッド５に向けて曲げられている。第１のｐ枝電極は、チップの長い辺に平行にｐパッドから、チップの長さの割合として約０．４〜約０．９５（約０．５〜約０．９）で表される位置まで延びる。ｐ枝電極の端部部分５４は、次いで、約５度〜約８０度（例えば、約２０度〜約６５度）の角度Ｙでｎパッド５５に向かって曲げられる。第１のｐ枝電極の端部部分５４は、チップの長さの割合で表される地点が約０．５５〜約０．９９（例えば、約０．６５〜約０．９５）になるまで、角度Ｙで延びる。第１のｐ枝電極の曲げられた端部部分５４の利点は、低電流密度の領域（領域は図６においてＣでマーキングされている）が、ｎパッド５５と、第１のｐ電極５４の端部との間に形成されることを防ぐことである。このことは、活性領域の領域を通る、ｎ電極とｐ電極との間を流れる電流の全抵抗経路を低減する効果を有する。

図８に示される本発明の別の実施形態は、電流拡散層及び第１の実施形態において記載されるような電極構成を有する窒化物ベースのＬＥＤであり、さらに、ｐパッド５６から別個に延びるｐ枝電極６０及び６２の代わりに、共通コネクタ５８がｐパッド５６を両方のｐ枝電極６０及び６２に接続している。チップの垂直軸に対するこのコネクタ５８の角度Ｘは、約５度〜約７５度（例えば、約１０度〜約５０度）に存在し得る。コネクタ５８の位置は、コネクタ５８がｐパッド５６の辺と接するという事実によって規定される。コネクタ５８の端点は、第１の電極６０及び第２の電極６２との交点である。この交点は、また、第１のｐ枝電極６０及び第２のｐ枝電極６２の始点としても作用する。この実施形態の利点は、ＬＥＤの順方向動作電圧を低減することと、ｐパッド５６のすぐ下の活性領域を通る電流密度を低減することによってもたらされる全体の光抽出効率を向上させることとである。

図９に示される本発明の別の実施形態は、電流拡散層及び第１の実施形態に記載されるような電極構成を有する窒化物ベースのＬＥＤであり、さらに、第２のｐ枝電極６４の端部において、枝は２つに分割され、そして２つの新しい枝（端部拡張部）６６及び６８は、この頂点からほぼ対向する方向に延びる。新しい枝の各々１つと、元の枝との間の傾きの角度は、約４５度〜約１３５度（例えば、約８０度〜約１００度）であり得る。ｎパッド７０の幅の割合として表される、チップの辺に向かって延びる新しい枝６８の長さは、約０．０５〜約０．４５（例えば、約０．１〜約０．３）であり得る。ｎ電極７２に隣接するｐ層の辺までの距離の割合として表される、ｎ枝電極７２に向かって延びる新しい枝６６の長さは、約０．０５〜約０．４５（例えば、約０．１〜約０．３）であり得る。

この特別な特徴の目的は、第１の拡張部６６及び第２の拡張部６８を、それらが面するｎパッド７０の辺により平行にさせることである。この特徴なしでは、電流は、ｎパッド７０の辺に沿った全ての点から、第２のｐ枝電極６４の端部の単一の点まで流れ、第２のｐ枝電極６４の端部において電流集中を生じさせる。この特徴があると、第１の端部拡張部６６及び第２の端部拡張部６８は、ｎパッド７０にほぼ平行であり、その結果、ｎパッド７０とｐ枝電極６４との対向する点の間の抵抗経路はほぼ等しい。このことは、ｎパッド７０から流れ出る電流を、第１の端部拡張部６６及び第２の端部拡張部６８のより大きな領域内に流すことを引き起こし、それにより、チップのこの領域における電流集中効果を低減する。このことは、順方向動作電圧を低減し、チップをより効率的に動作させる。

図１０に示される本発明の別の実施形態は、透明な電流拡散層７４を有し、この電流拡散層７４の上に最も短い辺の中心にデバイスの１つの端部において、ｐパッド７６が形成される。ｎパッド７８は、次いで、チップの辺において、ＬＥＤチップの対向する辺の中心に位置する。ｎ枝電極８０は、ｎパッド７８からｐパッド７６に向かってチップの中心線上に延びる。第１のｐ枝電極８２及び第２のｐ枝電極８４は、ｐパッド７６から、ｎ枝電極８０の両側に沿って対向する辺に向かって延びる。ｎ枝電極８０と、ｐ枝電極８２、８４との間の距離は、その長さ方向に沿って徐々に増加し、ｎパッド７８への近さが増加することに関して、ｎ枝電極８０と、ｐ枝電極８２、８４との間の全抵抗経路を増加させる。ｎ枝電極８０と、ｐ枝電極８２、８４との間の距離は、ｎ枝電極８０に沿った各点から、各ｐ枝電極８２、８４の長さ方向に沿った各点までの距離が同一であるように対称であり得る。ｎ枝電極８０がｎパッド７８から延びる方向をｙ方向、この方向に直交する方向をｘ方向であると仮定すると、同一のｙ値を有する、ｎ枝電極８０及びｐ枝電極８２、８４上の２つの単一の点の間の間隔は、約０．０５ｗ〜約０．３５ｗから、約０．２５ｗ〜約０．５ｗまでの間（約０．１５ｗ〜約０．２５ｗから、約０．３５ｗ〜約０．４５ｗまでの間）で徐々に変化し、ここでｗは、ＬＥＤチップの全幅である。このことは、従来技術において観測されたｐ電極の端部における電流集中の問題を防ぎ、チップの活性領域を通る電流均一性を増加させる。

図１１に示される本発明の別の実施形態は、透明な電流拡散層８６を有する窒化物ベースのＬＥＤであり、この電流拡散層８６上に、短い辺の中心においてデバイスの１つの端部領域にｐパッド８８が形成される。ｎパッド９０は、次いで、チップの辺においてＬＥＤチップの対向する辺の中心に位置する。ｎ枝電極９２は、ｎパッド９０からｐパッド８８まで、チップの中心線上を延びる。２つのｐ枝電極９４、９６は、ｐパッド８８から、ｎ枝電極９２の両側に沿って対向する辺に向かって延びる。ｎ枝電極９２の幅は、ｎパッド９０への近さが減少していくと、その長さ方向に沿って徐々に増加し、その結果、ｎ枝電極９２の端部は、ｎパッド９０から突出したときの初期幅の約１．２倍〜４倍の幅を有する（例えば、初期幅の約１．５〜２．５倍）。このことは、ｎ層に接触するｎ枝電極９２の領域が、単位長さ当たり増加し、それにより、ｎ枝電極９２からｎ層に通る電流に対する単位長さ当たりの接触抵抗を低減する。この実施形態は、先述の実施形態の利点の全てを有している。

本発明の例示的な実施形態が本明細書に開示されてきたが、他の変化形が実行可能であり得ることが理解されるべきである。このような変化形は、本発明の精神及び範囲から逸脱しているとみなされるべきではなく、当業者に明白な全てのこのような修正は以下の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。

３６ 透明な電流拡散層
３８ ｐパッド
４０、４２ ｐ枝電極
４４ ｎパッド
５０ ｎ枝電極の端部部分

Claims (21)

1. 窒化物発光デバイスであって、
   該デバイス表面上の対向する端部領域に配置されるｐパッド及びｎパッドと、
   該ｐパッドから該ｎパッドに向かって延びる第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極であって、該第１のｐ枝電極は、該デバイスの長さ方向に沿って延び、該第２のｐ枝電極は、該デバイスの幅方向と長さ方向とに沿って延びるように曲がり部分を含む、第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極と、
   該ｎパッドから該ｐパッドに向かって延びるｎ枝電極であって、該ｎ枝電極の遠位端部は、該第２のｐ枝電極の該曲がり部分に向かって角度を付けられている、ｎ枝電極と
   を備えている、窒化物発光デバイス。
2. 前記ｐパッド及び前記ｎパッドは、前記デバイス表面上の対角線上の角領域に配置される、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記ｎ枝電極は、前記第１のｐ枝電極と前記第２のｐ枝電極との間に延びる、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記ｎ枝電極の近位端部は、前記デバイスの中心線に向かって一定の角度で延びる、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記ｎ枝電極の大部分が前記デバイスの中心線に沿って延びる、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記第２のｐ枝電極の前記曲がり部分から、前記デバイス表面上の対角線上の角領域に隣接する角領域に向かって外側に延びる角拡張部をさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記第１のｐ枝電極の遠位端部は、前記ｎパッドに向かって角度を付けられている、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記第１のｐ枝電極及び前記第２のｐ枝電極は、共通の点において前記ｐパッドと接触する、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記第１のｐ枝電極及び前記第２のｐ枝電極を前記ｐパッドに接続する共通コネクタをさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記第２のｐ枝電極の遠位端部から延びる第１の端部拡張部と第２の端部拡張部とをさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記第１の端部拡張部及び前記第２の端部拡張部は、対向する方向に延びる、請求項１０に記載のデバイス。
12. 透明な電流拡散層をさらに備え、前記ｐパッドは、該透明な電流拡散層上に配置される、請求項１に記載のデバイス。
13. 窒化物発光デバイスであって、
    該デバイス表面上の対向する端部領域に配置されたｐパッド及びｎパッドと、
    該ｐパッドから該ｎパッドに向かって延びる第１のｐ枝電極及び第２のｐ枝電極と、
    該ｎパッドから該ｐパッドに向かって延びるｎ枝電極であって、該ｎ枝電極と該第１のｐ枝電極との間の距離及び該ｎ枝電極と該第２のｐ枝電極との間の距離は、該ｎパッドへの近さにおける相対的な増加に関連して相対的に増加する、デバイス。
14. 前記ｎ枝電極は、前記第１のｐ枝電極と前記第２のｐ枝電極との間に延びる、請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記ｐパッド及びｎパッドは、前記デバイスの中心線に対して中心を合わせられる、請求項１３に記載のデバイス。
16. 前記ｎ枝電極は、前記デバイスの中心線に沿って延びる、請求項１３に記載のデバイス。
17. 前記デバイスは、該デバイスの長手方向の軸に対して対称である、請求項１３に記載のデバイス。
18. 前記第１のｐ枝電極及び前記第２のｐ枝電極は、前記ｎパッドに向かう延長の間に分岐する、請求項１３に記載のデバイス。
19. 前記ｎ枝電極の幅は一定のままである、請求項１８に記載のデバイス。
20. 前記ｎ枝電極の幅は前記ｐパッドに対して近づくにつれて増加する、請求項１３に記載のデバイス。
21. 前記第１のｐ枝電極及び前記第２のｐ枝電極の大部分は、平行に延びる、請求項２０に記載のデバイス。

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