JP2016100510A

JP2016100510A - 電流拡散構成を有する発光ダイオード

Info

Publication number: JP2016100510A
Application number: JP2014237784A
Authority: JP
Inventors: 海文徐; hai-wen Xu; 睿明楊; rui-ming Yang
Original assignee: Tekcore Co Ltd
Current assignee: Tekcore Co Ltd
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-30

Abstract

【課題】Ｐ型電極を発光層の一端に近接して高い反射率を有することで、Ｐ型電極の励起光が高い反射率で反射することができ、発光層の励起光の有効発光量を増加することで、発光ダイオードの発光効率を向上させる。【解決手段】堆積する反射層、Ｎ型電極２２、Ｎ型半導体層２３、発光層、Ｐ型半導体層、透明導電層２７及びＰ型電極２８を包括する、発光ダイオード上に応用する発光ダイオードの電流ブロック層構成であって、そのうち、透明導電層はＰ型電極に対応するエリアで発光層に近接する一端に、ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構成を有する電流ブロック反射層２６を設置し、発光層の励起光を電流ブロック反射層によって反射し、Ｐ型電極に向かって放射する励起光に高い反射率を備えさせ、励起光は、電流ブロック反射層によって反射された後、さらに反射層によって反射され、複数回の反射を繰り返した後、Ｎ型電極及びＰ型電極を有さないエリアから発光する。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、特に発光効率を増加させることができる発光ダイオードに関するものである。

青色発光ダイオードを例とすると、現在、発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、発光する半導体材料である多重エピタキシャルからなっている。主に窒化ガリウム系（ＧａＮ−ｂａｓｅｄ）エピタキシャルから生成し、サンドウィッチ構成を構成するように形成する発光体であって、発光ダイオードはその構成から水平型、垂直型及びフリップ型発光ダイオード等に分けることができる。

図１を参照すると、周知の水平型発光ダイオード１を開示しており、反射層２、Ｎ型半導体層３、Ｎ型電極４、発光層５、Ｐ型半導体層６、電流ブロック層（ＣｕｒｒｅｎｔＢｌｏｃｋＬａｙｅｒ；ＣＢＬ）７、透明導電層８及びＰ型電極９を包括している。そのうち、前記Ｎ型電極４と前記Ｐ型電極９とは、電圧差１０を出力し、前記Ｎ型半導体層３、前記発光層５及び前記Ｐ型半導体層６のサンドウィッチ構成を駆使して励起光１１を発生し、前記反射層２は前記励起光１１を反射するために用い、前記励起光１１を集中させて同じ方向から射出している。

そのうち、前記電流ブロック層７は電流の通過を阻止することができ、前記透明導電層８は透明な材質であって、電流の通過を許容することができ、そのため、前記電流ブロック層７及び前記透明導電層８は前記Ｐ型電極９と前記Ｐ型半導体層６との間に設置することができ、電流が前記Ｐ型電極９から流れ込むと、前記電流ブロック層７は電流の通過を阻止することができるため、強制的に電流を前記電流ブロック層７に流れさせ、前記透明導電層８において拡散することで、前記発光層５の発光の均一性及び輝度を向上させている。

上述の構成は、前記発光層５の発光の均一性及び輝度を向上させる上、前記励起光１１を前記Ｎ型電極４或いは前記Ｐ型電極９に向かって放射すると、前記励起光１１は反射し、さらに前記反射層２の反射によって、前記Ｎ型電極４或いは前記Ｐ型電極９を有さないエリアから発光しているものの、前記Ｎ型電極４或いは前記Ｐ型電極９は不透明材質である上、吸光するため、前記Ｎ型電極４或いは前記Ｐ型電極９に向かって放射する前記励起光１１は、その一部が前記Ｎ型電極４或いは前記Ｐ型電極９に吸光され、相当な光損失を引き起こしている。

これを鑑み、本発明の主要な目的は、前記Ｐ型電極を前記発光層の一端に近接して高い反射率を有することで、前記Ｐ型電極の励起光が高い反射率で反射することができ、前記発光層の励起光の有効発光量を増加することで、発光ダイオードの発光効率を向上させることにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、反射層、Ｎ型電極、Ｎ型半導体層、発光層、Ｐ型半導体層、透明導電層及びＰ型電極を包括し、そのうち、前記Ｎ型半導体層は前記反射層上に位置し、また、前記Ｎ型半導体層は区分けして前記Ｎ型電極及び前記発光層にそれぞれ接続し、前記Ｐ型半導体層は前記発光層上に位置し、前記透明層は前記Ｐ型半導体層上に位置し、前記Ｐ型電極は前記透明導電層に接続する、発光ダイオード上に応用する発光ダイオードの電流ブロック層構成であって、前記透明導電層は前記Ｐ型電極に対応するエリアで前記発光層に近接する一端に、ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構成を有する電流ブロック反射層を設置することを特徴としている。

従って、前記電流ブロック反射層は前記発光層の励起光を反射し、前記Ｐ型電極に向かって放射する励起光に高い放射率を備えさせ、前記励起光は、前記電流ブロック反射層によって反射された後、さらに前記反射層によって反射され、複数回の反射を繰り返した後、前記Ｎ型電極及び前記Ｐ型電極を有さないエリアから発光し、前記Ｎ型電極及び前記Ｐ型電極の金属材質の吸光量を減少することができ、さらに発光ダイオードの発光効率を向上させ、輝度を向上したいというニーズを満たしている。

周知の発光ダイオード構成を示す構成図である。本発明に係る発光ダイオード構成を示す平面図である。図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線断面図である。図２Ａの２Ｃ−２Ｃ線断面図である。本発明に係る励起光の反射の経路を示す図である。本発明に係る励起光の反射の経路を示す図である。本発明に係るＰ型電極の入射シュミレーションデータを示す図である。本発明に係るＰ型電極の入射シュミレーションデータを示す図である。本発明に係るＮ型電極の入射シュミレーションデータを示す図である。本発明に係るＮ型電極の入射シュミレーションデータを示す図である。本発明に係るＮ型電極の入射シュミレーションデータを示す図である。

本発明に関する詳細な内容及び技術的説明は、実施例をもってさらに説明するが、これ等実施例は説明を行うための例示に過ぎず、本発明の実施を制限するものではないことを理解してもらいたい。

まず、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照すると、本発明は、基板２０上に堆積する反射層２１、Ｎ型電極２２、Ｎ型半導体層２３、発光層２４、Ｐ型半導体層２５、透明導電層２７及びＰ型電極２８を包括し、そのうち、前記反射層２１は前記基板２０上に位置し、前記Ｎ型半導体層２３は前記反射層２１上に位置し、また、前記Ｎ型半導体層２３は区分けして前記Ｎ型電極２２及び前記発光層２４にそれぞれ接続し、前記Ｐ型半導体層２５は前記発光層２４上に位置し、前記透明層２７は前記Ｐ型半導体層２５上に位置し、前記Ｐ型電極２８は前記透明導電層２７に接続する、発光ダイオード１００上に応用する発光ダイオードの電流ブロック層構成である。

本発明の特徴として、前記透明導電層２７は前記Ｐ型電極２８に対応するエリアで前記発光層２４に近接する一端に、電流ブロック反射層２６を設置し、また、本発明に係る前記Ｎ型電極２２は、前記反射層２１に近接する一端にもう一つの電流ブロック反射層２６Ａを設置することもでき、前記電流ブロック反射層２６はブラッグ反射器（ＤＢＲ）構成を有し、且つ前記電流ブロック反射層２６のパターンは前記Ｐ型電極２８に対応し、その被覆面積は前記Ｐ型電極２８を超えていることにある。また、同じように、前記電流ブロック反射層２６Ａのパターンも前記Ｎ型電極２２に対応し、且つ前記Ｎ型電極２２が前記Ｎ型半導体層２３に接続するように、不連続状となっている。

また、前記Ｐ型電極２８は、連結し合うＰ型接点２８１とＰ型延在電極２８２とを区分けすることができ、同じように、前記Ｎ型電極２２は、連結し合うＮ型接点２２１とＮ型延在電極２２２とを区分けすることができ、且つ前記透明導電層２７は、前記Ｐ型接点２８１と前記Ｐ型延在電極２８２とに対応するエリアで前記発光層２４に近接する一端に、いずれも前記電流ブロック反射層２６を設置している。また、前記Ｎ型接点２２１と前記Ｎ型延在電極２２２とは、前記反射層２１に近接する一端に、いずれも前記電流ブロック反射層２６Ａを設置し、且つ前記Ｎ型延在電極２２２に対応するエリアの前記電流ブロック反射層２６Ａは、不連続状となっている。

なお、実施にあたって、前記Ｐ型接点２８１は、通常、円形であり、前記Ｐ型延在電極２８２の殆どは、帯状であって、円形の前記Ｐ型接点２８１は外部電圧に接続するために用いられ、帯状の前記Ｐ型延在電極２８２は電流の分散を手助けしている。また、前記Ｎ型接点２２１は、通常、円形であり、前記Ｎ型延在電極２２２の殆どは、帯状であって、円形の前記Ｎ型接点２２１は外部電圧に接続するために用いられ、帯状の前記Ｎ型延在電極２２２は電流の分散を手助けしている。

さらに図３及び図４を併せて参照すると、前記Ｎ型電極２２に設置する前記電流ブロック反射層２６Ａと前記Ｐ型電極２８に設置する前記電流ブロック反射層２６とは、いずれも前記発光層２４の励起光３０を反射しており、前記電流ブロック反射層２６及び２６Ａは、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や二酸化チタン（ＴｉＯ２）等、少なくともいずれか二つ以上の異なる屈折率の酸化物を交互に堆積してなり、且つ前記電流ブロック反射層２６及び２６Ａの厚さは、１オングストローム〜２００００オングストローム（Å）の間が好ましく、前記励起光３０を前記Ｐ型電極２８或いは前記Ｎ型電極２２に向かって放射すると、前記電流ブロック反射層２６及び２６Ａによって反射されて高い反射率を有し、且つ前記励起光３０は、前記電流ブロック反射層２６及び２６Ａによって反射された後、さらに前記反射層２１によって反射され、複数回の反射を繰り返した後、前記Ｎ型電極２２或いは前記Ｐ型電極２８を有さないエリアから発光している。

さらに図５Ａ及び図５Ｂを併せて参照すると、本発明に係るシュミレーションデータを示す図であって、入射角度０°及び３０°で前記Ｐ型電極２８に入射する前記励起光３０の反射率データを示しており、このデータは前記電流ブロック反射層２６を有していないものと有しているものとの二種類にそれぞれ分けられており、そのうち、前記電流ブロック反射層２６を有していないものは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の一般の電流ブロック層（ＣＢＬ）を設置し、実線Ｌ１で表しており、前記電流ブロック反射層２６を有しているものは、点線Ｌ２で表している。

図示されているとおり、入射角度０°において、波長４００〜５２０ナノメートル（ｎｍ）の帯域における前記電流ブロック反射層２６を有していないもの（実線Ｌ１）の反射率はおよそ４５％〜８０％だけであるが、前記電流ブロック反射層２６を有しているもの（点線Ｌ２）の反射率はおよそ６５％〜９０％の間に向上できることが分かる。また、入射角度３０°において、波長４４０〜７００ナノメートル（ｎｍ）の帯域における前記電流ブロック反射層２６を有していないもの（実線Ｌ１）の反射率はおよそ６０％〜８０％だけであるが、前記電流ブロック反射層２６を有しているもの（点線Ｌ２）の反射率はおよそ６５％〜９０％の間に向上できることが分かる。

さらにまた図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを併せて参照すると、本発明に係るシュミレーションデータを示す図であって、入射角度０°、３０°及び６０°で前記Ｎ型電極２２に入射する前記励起光３０の反射率データを示しており、このデータは前記電流ブロック反射層２６Ａを有していないものと有しているものとの二種類にそれぞれ分けられており、そのうち、前記電流ブロック反射層２６Ａを有していないものは、実線Ｌ１で表しており、前記電流ブロック反射層２６Ａを有しているものは、点線Ｌ２で表している。

図示されているとおり、入射角度０°において、波長４００〜７００ナノメートル（ｎｍ）の帯域における前記電流ブロック反射層２６Ａを有していないもの（実線Ｌ１）の反射率はおよそ７０％〜８０％だけであるが、前記電流ブロック反射層２６Ａを有しているもの（点線Ｌ２）の反射率はおよそ８５％〜１００％の間に向上できることが分かる。また、入射角度３０°において、波長４００〜５８０ナノメートル（ｎｍ）の帯域における前記電流ブロック反射層２６Ａを有していないもの（実線Ｌ１）の反射率はおよそ６８％〜７６％だけであるが、前記電流ブロック反射層２６Ａを有しているもの（点線Ｌ２）の反射率はおよそ７５％〜８５％の間に向上できることが分かる。また、入射角度６０°において、波長４００〜７００ナノメートル（ｎｍ）の帯域における前記電流ブロック反射層２６Ａを有していないもの（実線Ｌ１）の反射率はおよそ６８％〜７６％だけであるが、前記電流ブロック反射層２６Ａを有しているもの（点線Ｌ２）の反射率はおよそ１００％（全反射）に向上できることが分かる。

上述のデータから分かるとおり、前記電流ブロック反射層２６及び２６Ａの設置によって前記励起光３０の反射率を確実に増加させることができ、即ち、前記Ｐ型電極２８及び前記Ｎ型電極２２に入射する前記励起光３０を有効的に反射することができ、複数回の反射を介して発光し、反射率を向上すると、発光効率は増加することができ、輝度を向上したいというニーズを満たしている。

以上のことから、本発明は、前記電流ブロック反射層の設置によって、前記Ｐ型電極及び前記Ｎ型電極に向かって放射させ、反射率を増加させることができ、複数回の反射を繰り返した後、前記Ｎ型電極及び前記Ｐ型電極を有さないエリアから発光し、前記Ｎ型電極及び前記Ｐ型電極の金属材質の吸光量を減少することができ、さらに発光ダイオードの発光効率を向上させ、輝度を向上したいというニーズを満たしている。

１発光ダイオード
２反射層
３Ｎ型半導体層
４Ｎ型電極
５発光層
６Ｐ型半導体層
７電流ブロック層
８透明導電層
９Ｐ型電極
１０電圧差
１１励起光
Ｌ１実線
Ｌ２点線
１００発光ダイオード
２０基板
２１反射層
２２Ｎ型電極
２２１Ｎ型接点
２２２Ｎ型延在電極
２３Ｎ型半導体層
２４発光層
２５Ｐ型半導体層
２６電流ブロック反射層
２６Ａ電流ブロック反射層
２７透明導電層
２８Ｐ型電極
２８１Ｐ型接点
２８２Ｐ型延在電極
３０励起光

Claims

反射層、Ｎ型電極、Ｎ型半導体層、発光層、Ｐ型半導体層、透明導電層及びＰ型電極を包括し、そのうち、前記Ｎ型半導体層は前記反射層上に位置し、また、前記Ｎ型半導体層は区分けして前記Ｎ型電極及び前記発光層にそれぞれ接続し、前記Ｐ型半導体層は前記発光層上に位置し、前記透明層は前記Ｐ型半導体層上に位置し、前記Ｐ型電極は前記透明導電層に接続する、発光ダイオード上に応用する発光ダイオードの電流ブロック層構成であって、
前記透明導電層は前記Ｐ型電極に対応するエリアで前記発光層に近接する一端に、ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構成を有する電流ブロック反射層を設置することを特徴とする発光ダイオードの電流ブロック層構成。
前記電流ブロック反射層のパターンは前記Ｐ型電極に対応し、その被覆面積は前記Ｐ型電極を超え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電流ブロック層構成。
前記Ｐ型電極は、連結し合うＰ型接点とＰ型延在電極とを区分けすることができ、前記透明導電層は、前記Ｐ型接点と前記Ｐ型延在電極とに対応するエリアで前記発光層に近接する一端に、いずれも電流ブロック反射層を設置し、前記Ｐ型接点は円形であり、前記Ｐ型延在電極は帯状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電流ブロック層構成。
前記Ｎ型電極は、前記反射層に近接する一端にもう一つの電流ブロック反射層を設置し、前記もう一つの電流ブロック反射層のパターンは前記Ｎ型電極に対応し、不連続状にな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電流ブロック層構成。
前記Ｎ型電極は、連結し合うＮ型接点とＮ型延在電極とを区分けすることができ、前記Ｎ型接点と前記Ｎ型延在電極とは、前記反射層に近接する一端に、いずれも前記もう一つの電流ブロック反射層を設置し、且つ前記Ｎ型延在電極に対応するエリアの前記電流ブロック反射層は、不連続状であって、前記Ｎ型接点は円形であり、前記Ｎ型延在電極は帯状であることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードの電流ブロック層構成。