JP2013251400A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板の上に複数の半導体層が積層され、第1の半導体層と第2の半導体層との間に電流が注入されると光を出射する直方体の半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a rectangular parallelepiped semiconductor light emitting device that emits light when a plurality of semiconductor layers are stacked on a substrate and current is injected between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer.
発光ダイオード(LED)等の半導体発光素子は、電球等と比べて、長寿命、低消費電力、低駆動電圧、低発熱性、および小型等の長所を有するが、更なる高輝度化が要求されている。 Semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) have advantages such as long life, low power consumption, low drive voltage, low heat generation, and small size compared to light bulbs and the like, but higher brightness is required. ing.
例えば、特開2006−120927号公報には、光を外部に出射する効率(光取り出し効率)が高いLED101が開示されている。図1(A)および図1(B)に示すように、LED101は、基板110のバッファ層112の上に、n型半導体層113と、活性層114と、p型半導体層115と、からなる半導体層111が積層されている。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-120927 discloses an
n型半導体である基板110の底面には、n側電極である第1の金属電極123が形成されている。一方、p型半導体層115の光取り出し面である上面2には、パターニングされた透明電極122が形成され、さらに、透明電極122と接続されたp側電極である第2の金属電極124が形成されている。LED101は、第1の金属電極123と第2の金属電極124との間に電流が印加されると活性層114が発光する。
A
しかし、第2の金属電極124は、上面2から外部への光出射を妨げ、光取り出し効率が低下する要因になっていた。
However, the
一方、図2に示す特開2001−210867号公報に開示されたLED101Aの基板110Aは不導体のサファイアである。LED101Aでは、バッファ層112Aの上に、n型半導体層113Aと、活性層114Aと、p型半導体層115Aと、からなる半導体層111Aが積層されている。そして、一部露出させたn型半導体層113Aの表面にn側電極である第1の金属電極123Aが形成され、p型半導体層115Aの上面2にp側電極である第2の金属電極124Aが形成されている。
On the other hand, the
LED101Aにおいても、第2の金属電極124Aは、上面2から外部への光出射を妨げ、光取り出し効率が低下する要因になっていた。
Also in the
なお、LED101Aは、底面3から光を取り出すことも可能である。しかし、第1の金属電極123Aを形成するために、n型半導体層113Aの表面を一部露出することは簡単ではなく、かつ、pn接合面の面積の減少要因、すなわち、発光面積の減少要因になっていた。
The
本発明の実施形態は、光取り出し効率の高い半導体発光素子を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention aims to provide a semiconductor light emitting device with high light extraction efficiency.
本発明の半導体発光素子は、基板と、前記基板の上に積層された複数の半導体層と、第1の半導体層に接続された第1の金属電極と、第2の半導体層に接続された第2の金属電極と、を具備し、前記第1の金属電極と前記第2の金属電極との間に電流が印加されると光を出射する直方体の半導体発光素子であって、前記第1の金属電極または前記第2の金属電極の少なくともいずれかが側面に形成されている。 The semiconductor light emitting device of the present invention is connected to a substrate, a plurality of semiconductor layers stacked on the substrate, a first metal electrode connected to the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer. A rectangular parallelepiped semiconductor light emitting device that emits light when a current is applied between the first metal electrode and the second metal electrode. At least one of the metal electrode and the second metal electrode is formed on the side surface.
本発明の実施形態によれば、光取り出し効率の高い半導体発光素子を提供することができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a semiconductor light emitting device with high light extraction efficiency.
<第1実施形態>
図3、図4(A)および図4(B)を用いて本発明の第1実施形態の半導体発光素子であるLED1について説明する。なお図は、いずれも説明のための模式図であり、縦横の寸法比等は実際とは異なっている。また、Z軸方向を上下方向とする。
<First Embodiment>
The
LED1は、単結晶サファイアからなる基板10の上に、第1の半導体層13と、活性層14と、第2の半導体層15とからなる複数の半導体層11が積層されている。そして、LED1は、第1の半導体層13と第2の半導体層15との間に電流が注入されると活性層14が光を発生する窒化ガリウム(GaN)系の半導体発光素子である。LED1は、光取り出し面である上面2と、上面2に対向する底面3と、四方の側面4A〜4Dと、を有する略直方体である。
In the
基板10は、半導体層11のエピタキシャル成長に適した材料であれば、ヒ化ガリウム(GaAs)、リン化ガリウム(GaP)、GaN、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、または炭化ケイ素(SiC)等を用いてもよい。
If the
第1の半導体層13は、Si、ゲルマニウム(Ge)等のドナーを形成する不純物がドープされたn型のGaN系半導体からなる第1のクラッド層であり、第2の半導体層15は、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、炭素(C)等のアクセプタを形成する不純物がドープされたp型のGaN系半導体からなる第2のクラッド層である。第1の半導体層13と第2の半導体層15との間の活性層14は、発光領域であり、Si、Ge等がドープされたn型層と、不純物を添加しないいわゆるアンドープの層と、Zn、Mg、C等がドープされたp型層と、からなる。なお、GaN、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、またはAlN等からなり、基板10と半導体層11との間に介在するバッファ層は、図示していない。
The
LED1では、第1の金属電極23が、第1の側面4Aに形成され、第2の金属電極24が、第1の側面4Aと対向する第2の側面4Cに形成されている。そして、光取り出し面である上面2には、光の出射を妨げる金属電極は形成されていない。このため、LED1は光取り出し効率が高い。
In the
外部接続用電極である、第1の金属電極23および第2の金属電極24は、Au、Al、Ag、Cu、またはNi等の導電性材料からなる単層層または多層層である。
The
LED1は、第1の金属電極23および第2の金属電極24を、適当な接続材料を介して半導体パッケージの外部リード端子等に電気的に接続される。
In the
そして、第1の金属電極23は第1の半導体層13の側面と電気的に接続され、第2の金属電極24は第2の半導体層15の側面と電気的に接続されている。LED1は、金属電極が半導体層11に直接、形成されているためコンタクト抵抗が低い。また、金属電極は半導体層11の側面に形成されるため製造が容易である。
The
なお、第2の金属電極24が形成される第2の側面は、第1の金属電極23と絶縁されていれば、第3の側面4Bまたは第4の側面4Dであってもよい。
Note that the second side surface on which the
また、半導体層は上記で説明した構成に限られるものではない。例えば、n型GaAs基板の上に、AlInPからなるn型クラッド層である第1の半導体層と、GaInPからなる活性層と、AlInPからなるp型クラッド層である第2の半導体層とを積層した構造のAlGaInP系半導体層等であってもよい。また、第1の半導体層、活性層、および第2の半導体層はLEDの基本構成層であり、LEDはさらに多数の半導体層を有していてもよい。 The semiconductor layer is not limited to the configuration described above. For example, a first semiconductor layer that is an n-type cladding layer made of AlInP, an active layer made of GaInP, and a second semiconductor layer that is a p-type cladding layer made of AlInP are stacked on an n-type GaAs substrate. An AlGaInP-based semiconductor layer having the structure described above may be used. Further, the first semiconductor layer, the active layer, and the second semiconductor layer are basic constituent layers of the LED, and the LED may further include a large number of semiconductor layers.
<第2実施形態>
次に、第2実施形態の半導体発光素子であるLED1Aについて説明する。なお、LED1Aは、LED1と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
Second Embodiment
Next, LED1A which is a semiconductor light-emitting device of 2nd Embodiment is demonstrated. In addition, since LED1A is similar to LED1, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.
図5および図6(A)および図6(B)に示すように、LED1Aでは、第1の側面4Aに形成された第1の絶縁層33と、第2の側面4Cに形成された第2の絶縁層34と、を具備する。第1の絶縁層33は、少なくとも第2の半導体層15および活性層14の側面を覆い、第1の半導体層13の側面を完全には覆っていない。一方、第2の絶縁層34は、少なくとも第1の半導体層13および活性層14の側面を覆い第2の半導体層15の側面を完全には覆っていない。そして、第1の金属電極23Aは第1の側面4Aの全面に形成されており、第2の金属電極24Aは第2の側面4Cの全面に形成されている。
As shown in FIGS. 5, 6A, and 6B, in the
第1の絶縁層33および第2の絶縁層34は、エポキシ、ポリイミドもしくはシリコーン等の樹脂材料、または、アルミナもしくはシリカ等の無機材料からなる。
The first insulating
LED1Aは、LED1が有する効果を有し、さらに、第1の金属電極23Aおよび第2の金属電極24Aの面積が広いために、外部との接続が容易である。
The
さらに、第1の金属電極23Aおよび第2の金属電極24Aは、活性層14から出射される光を反射する機能を有する。すなわち、第1の側面4Aおよび第2の側面4Cから出射された光が反射されて、一部は上面2から取り出される。このため、LED1Aは、LED1よりも光取り出し効率が高い。
Furthermore, the
特に、LED1Aが上面2が底面3よりも大きい直方体の場合、第1の側面4Aおよび第2の側面4Cで反射した光が効率的に上面2から出射される。
In particular, when the
なお、第1の側面4Aおよび第2の側面4Cの全面とは100%を意味するものではなく、LEDの仕様によっては90%程度であってもよい。
Note that the entire surfaces of the
<変形例>
第1実施形態のLED1または第2実施形態のLED1Aは、種々の変形が可能である。
例えば、図7に示す変形例1のLED1A1では、第1の金属電極23A1および第2の金属電極24A1が、それぞれ四方の側面いずれにも形成されている。
<Modification>
The
For example, in LED1A1 of the
また、図8に示す変形例2のLED1A2は、基板10A2が、n型SiCからなる。そして、第1の金属電極23A2が底面3に形成されており、第2の金属電極24A2が、第2の側面4Cに形成されている。
Further, in LED 1A2 of
すなわち、本発明のLEDは、絶縁状態にある第1の金属電極23または第2の金属電極24の少なくともいずれかが、四方いずれかの側面に形成されており、第1の金属電極23および第2の金属電極24が光取り出し面に形成されていなければ、所望の効果を得ることができる。
That is, in the LED of the present invention, at least one of the
<第3実施形態>
次に、第3実施形態の半導体発光素子であるLED1Bについて説明する。なお、LED1Bは、LED1等と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
<Third Embodiment>
Next, LED1B which is a semiconductor light-emitting device of 3rd Embodiment is demonstrated. In addition, since LED1B is similar to LED1 etc., the same code | symbol is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.
図9(A)および図9(B)に示すように、LED1Bでは、上面2に透明電極41が形成され、透明電極41は、第2の金属電極24Bと接続されている。透明電極41としては、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)または酸化亜鉛(ZnO)等の酸化物半導体の化合物、例えばITO(In2O3にスズ添加)、FTO(SnO2にフッ素添加)、またはGZO(ZnOにガリウム添加)等を用いる。
As shown in FIGS. 9A and 9B, in the
LED1Bは、LED1、1Aが有する効果を有し、さらに、半導体層11に印加される電流密度がより均一になるため、面内発光分布の均一性がさらに高いものとなる。
The
なお、第2の側面4Cには第2の絶縁層34が形成されており、第2の金属電極24Bは第2の半導体層15と側面でも接続されている。一方、第1の金属電極23Bは、第1の側面4Aに露出した第1の半導体層13の側面と接続されている。
A second insulating
しかし、第2の金属電極24Bは第2の半導体層15の側面と接続されていなくてもよいし、第1の側面4Aにも絶縁層が形成されていてもよい。
However, the
<第4実施形態>
次に、第4実施形態の半導体発光素子であるLED1Cについて説明する。なお、LED1Cは、LED1等と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
<Fourth embodiment>
Next, LED1C which is a semiconductor light-emitting device of 4th Embodiment is demonstrated. In addition, since LED1C is similar to LED1 etc., the same code | symbol is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.
図10(A)および図10(B)に示すように、LED1Cでは、第3の側面4Bおよび第4の側面4Dならびに底面3を覆うように、内部からの光を反射する反射層42が形成されている。反射層42は、高反射率の絶縁性材料であり、例えば、絶縁性の白色ソルダーレジスト、または、アルミナ層などを用いる。なお、LED1Cのように、反射層42は金属電極が形成されている領域には重ねて形成されている必要はないが、形成されていてもよい。
As shown in FIG. 10A and FIG. 10B, in the
LED1Cは、LED1等が有する効果に加えて、側面または底面3に出射された光が反射層42で反射されて上面2から取り出されるため、光取り出し効率がさらに高い。
In addition to the effects of the
本発明は上述した実施の形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments or modifications, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…LED、2…上面、3…底面、4A〜4D…側面、10…基板、11…半導体層、13…第1の半導体層、14…活性層、15…第2の半導体層、23…第1の金属電極、24…第2の金属電極、33…第1の絶縁層、34…第2の絶縁層、41…透明電極、42…反射層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基板の上に積層された複数の半導体層と、
第1の半導体層に接続された第1の金属電極と
第2の半導体層に接続された第2の金属電極と、を具備し、
前記第1の金属電極と前記第2の金属電極との間に電流が印加されると光を出射する直方体の半導体発光素子であって、
前記第1の金属電極または前記第2の金属電極の少なくともいずれかが、いずれかの側面に形成されていることを特徴とする半導体発光素子。 A substrate,
A plurality of semiconductor layers stacked on the substrate;
A first metal electrode connected to the first semiconductor layer, and a second metal electrode connected to the second semiconductor layer,
A rectangular parallelepiped semiconductor light emitting device that emits light when a current is applied between the first metal electrode and the second metal electrode,
At least one of the first metal electrode and the second metal electrode is formed on any one of the side surfaces.
第2の側面に形成された、前記第2の金属電極が前記第2の半導体層の側面と接続されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。 The first metal electrode formed on the first side surface is connected to the side surface of the first semiconductor layer;
3. The semiconductor light emitting element according to claim 2, wherein the second metal electrode formed on the second side surface is connected to the side surface of the second semiconductor layer.
前記第2の側面に形成された前記第1の半導体層の側面を覆う第2の絶縁層と、を具備し、
前記第1の金属電極および前記第2の金属電極が、それぞれの側面の全面に形成され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。 A first insulating layer covering a side surface of the second semiconductor layer formed on the first side surface;
A second insulating layer covering a side surface of the first semiconductor layer formed on the second side surface,
4. The semiconductor light emitting element according to claim 3, wherein the first metal electrode and the second metal electrode are formed on the entire surface of each side surface.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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---|---|---|---|---|
US10553752B2 (en) | 2015-12-02 | 2020-02-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Light-emitting device and display device including the same |
JP2020088392A (en) * | 2018-11-23 | 2020-06-04 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | Display device and method of manufacturing display device |
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2012
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US11094867B2 (en) | 2018-11-23 | 2021-08-17 | Lg Display Co., Ltd. | Display device and method of manufacturing the same |
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