JP3108484U - 光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードの提供。
【解決手段】凹及び又は凸を具えた基板１０、ｎ型窒化ガリウム系層２０、発光層３０、ｐ型窒化ガリウム系層４０、表面テクスチャ化層５０、導電透光ウインドウ層６０、第１電極２２及び第２電極４２を具えている。そのうち、該基板１０の上方には更にバッファ層１２を有し得る。凹及び又は凸を具えた基板の利用により、発光ダイオードがテクスチャ化表面を具え及び該発光ダイオードの上に導電透光ウインドウ層が設けられ、発光ダイオードの作業電圧が下げられ、その光取り出し効率が高められる。
【選択図】図２
【解決手段】凹及び又は凸を具えた基板１０、ｎ型窒化ガリウム系層２０、発光層３０、ｐ型窒化ガリウム系層４０、表面テクスチャ化層５０、導電透光ウインドウ層６０、第１電極２２及び第２電極４２を具えている。そのうち、該基板１０の上方には更にバッファ層１２を有し得る。凹及び又は凸を具えた基板の利用により、発光ダイオードがテクスチャ化表面を具え及び該発光ダイオードの上に導電透光ウインドウ層が設けられ、発光ダイオードの作業電圧が下げられ、その光取り出し効率が高められる。
【選択図】図２
Description
本考案は光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードに係り、特に、作業電圧を減らし並びに光取り出し効率を増すことができる窒化ガリウム系発光ダイオードの構造に関する。
窒化ガリウム系発光ダイオードの伝統的な構造は図１に示されるようであり、この伝統的な発光ダイオード１’は、サファイヤ基板１０’、窒化ガリウムバッファ層２５’、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層３０’、窒化インジウムガリウム発光層４０’、ｐ型窒化ガリウム層５０’、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層６０’（２０’から６０’の層膜はここでエピタキシャル構造と称する）、及び、Ｎｉ／Ａｕで形成された導電透光層（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）７０’を具えている。また、ｐ型金属電極８０’が該導電透光層７０’の上に位置し、ｎ型金属電極９０’が該ｎ型窒化ガリウムコンタクト層３０’の上に位置する。
この伝統的な発光ダイオードは、光取り出し（ｌｉｇｈｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ）効率を高めるため、導電透光層の透光性を増すか、或いは発光層の下方に反射層を形成することができる。ただしこの二種類の方法は、光の発射方向が垂直方向の光取り出し効率を増すことができるだけである。また、多層窒化ガリウムエピタキシャル構造の屈折係数（ｎ＝２．４）、サファイヤ基板の屈折係数（ｎ＝１．７７）、そしてパッケージ用の樹脂封止材料の屈折係数（ｎ＝１．５）の分布により導波路効果（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｅｆｆｅｃｔ）が形成され、この効果により発光層の発生する光の一部がサファイヤ基板及び樹脂封止材料の界面により反射されて多層窒化ガリウムエピタキシャル構造に再吸収されるため、光取り出し（ｌｉｇｈｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ）効率が下がる。この導波路効果を中断するために、発光ダイオードの表面にテクスチャ化構造或いは粗化（ｒｏｕｇｈ）構造を設けて異なる屈折係数界面の反射率を減らしたものもあり、このテクスチャ化構造或いは粗化構造を形成するために、エピタキシャル成長過程中に注意深い制御により表面状態を形成することが、例えば本件出願人による特許文献１に記載されている。更に光取り出し効率を増し作業電圧を下げるため、本件出願人による特許文献２には、伝統的なＮｉ／Ａｕで形成した導電透光層の代わりに導電透光ウインドウ層を採用し、この導電透光ウインドウ層自身のＮｉ／Ａｕより優れた透光性と、テクスチャ化オームコンタクト層と良好なオームコンタクトを形成することにより、作業電圧を下げることが記載されている。
しかし、本件考案者が深く研究したところによると、多層窒化ガリウムエピタキシャル構造の下方もテクスチャ化或いは粗化すると、発光ダイオードの光取り出し効率を更に高めることができる。
本考案の主要な目的は、一種の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードを提供することにあり、それは、基板の有する凹及び又は凸のある表面を利用し、且つ発光ダイオードが有するテクスチャ化表面により、発光ダイオードの光取り出し効率を高めたものとする。
本考案の次の目的は、一種の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードを提供することにあり、それは、基板の有する凹及び又は凸のある表面を利用し、且つ発光ダイオードが有するテクスチャ化表面が導電透光ウインドウ層と良好なオームコンタクトを形成することにより、発光ダイオードの作業電圧を下げることができるものとする。
請求項１の考案は、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
凹及び又は凸部表面を具えた基板と、
該基板の上方に位置し、下から上に順に第１導電型窒化ガリウム系層、発光層、第２導電型窒化ガリウム系層を具えた半導体堆積層と、
エピタキシャル成長過程中に形成され且つ該第２導電型窒化ガリウム系層の上方に位置するテクスチャ化層と、
該テクスチャ化層の上方に位置し、並びに該テクスチャ化層とオームコンタクトを形成する導電透光ウインドウ層と、
該半導体堆積層中の第１導電型窒化ガリウム系層と電気的に結合された第１電極と、
該導電透光ウインドウ層と電気的に結合された第２電極と、
を具えたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が透光性基板とされ、その凹部は約１〜５μｍ幅とされ、その凸部は約１〜５μｍ幅とされ、エッチング深さは約０．１〜２μｍとされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項３の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板の屈折係数が半導体堆積層の単結晶体より小さいことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項４の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１導電型窒化ガリウム系層が、窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウム層とされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項５の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２導電型窒化ガリウム系層が、窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウム層とされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項６の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層が、インジウム含有の窒化物化合物半導体とされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項７の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、導電透光ウインドウ層が、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウムモリブデン、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化インジウムプルトニウム、或いは酸化インジウム錫のいずれかとされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項８の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、テクスチャ化層と導電透光ウインドウ層が同じ或いは異なる導電性を具えたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
凹及び又は凸部表面を具えた基板と、
該基板の上方に位置し、下から上に順に第１導電型窒化ガリウム系層、発光層、第２導電型窒化ガリウム系層を具えた半導体堆積層と、
エピタキシャル成長過程中に形成され且つ該第２導電型窒化ガリウム系層の上方に位置するテクスチャ化層と、
該テクスチャ化層の上方に位置し、並びに該テクスチャ化層とオームコンタクトを形成する導電透光ウインドウ層と、
該半導体堆積層中の第１導電型窒化ガリウム系層と電気的に結合された第１電極と、
該導電透光ウインドウ層と電気的に結合された第２電極と、
を具えたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が透光性基板とされ、その凹部は約１〜５μｍ幅とされ、その凸部は約１〜５μｍ幅とされ、エッチング深さは約０．１〜２μｍとされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項３の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板の屈折係数が半導体堆積層の単結晶体より小さいことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項４の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１導電型窒化ガリウム系層が、窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウム層とされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項５の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２導電型窒化ガリウム系層が、窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウム層とされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項６の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層が、インジウム含有の窒化物化合物半導体とされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項７の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、導電透光ウインドウ層が、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウムモリブデン、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化インジウムプルトニウム、或いは酸化インジウム錫のいずれかとされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項８の考案は、請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、テクスチャ化層と導電透光ウインドウ層が同じ或いは異なる導電性を具えたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
本考案は、周知の技術における、発光層が発射する光の一部がサファイヤ基板及び樹脂封止材料の界面で反射されて多層窒化ガリウム系エピタキシャル構造により再吸収されて光取り出し効率が下がるという発光ダイオードの導波路効果を解決する。本考案は、凹及び又は凸を具えた基板を利用し、及びエピタキシャル工程中に表面にテクスチャ化構造を具えた発光ダイオードが形成され、これによりこの導波路効果を中断し、並びに光取り出し効率を高める。
本考案によると、凹及び又は凸を具えた基板の利用により、発光ダイオードがテクスチャ化表面を具え及び該発光ダイオードの上に導電透光ウインドウ層が設けられ、発光ダイオードの作業電圧が下げられ、その光取り出し効率が高められる。
図２は本考案の好ましい窒化ガリウム系発光ダイオードの構造表示図である。図示されるように、本考案の窒化ガリウム系発光ダイオード１は、凹及び又は凸を具えた基板１０、ｎ型窒化ガリウム系層２０、発光層３０、ｐ型窒化ガリウム系層４０、表面テクスチャ化層５０、導電透光ウインドウ層６０、第１電極２２及び第２電極４２を具えている。そのうち、該基板１０の上方には更にバッファ層１２を有し得る。
該基板１０は透光性基板、例えば、サファイヤ、酸化亜鉛、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、スピネル基板とされる。該ｎ型窒化ガリウム系層２０はｎ型ドープの窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウム層とされる。該ｐ型窒化ガリウム系層４０は、ｐ型ドープの窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウム層とされる。該表面テクスチャ化層５０はｐ型ドープ、ｎ型ドープ或いはダブルドープの窒化ガリウム系層とされ、それはＡｌＩｎＧａＮＰＡｓと表示されうる。該発光層３０はインジウム含有の窒化ガリウム系化合物半導体とされる。該導電透光ウインドウ層６０は導電透光酸化層とされ、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウムモリブデン、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化インジウムプルトニウム、或いは酸化インジウム錫のいずれかとされうる。
該表面テクスチャ化層５０は、該ｐ型窒化ガリウム系層４０の表面状態がエピタキシャル成長過程中に制御されることで、直接ｐ型窒化ガリウム系層４０の表面に形成されたテクスチャ化形態とされ、これにより導電透光ウインドウ層６０と該表面テクスチャ化層５０の接触抵抗が減らされて該発光ダイオードの作業電圧が低減される。
該凹及び又は凸を具えた基板は、その表面状態がマスクエッチングの方法を利用して形成され、例えばＣ平面（０００１）サファイヤ基板を例とすると、Ａ軸方向に平行或いは垂直に、ニッケル、ホトレジスト、酸化シリコン或いは窒化シリコンがマスクとされ、そのうちニッケルがマスクとされるのが好ましく、続いてドライエッチングの方法（例えばＲＩＥ或いはＩＣＰ）でサファイヤ基板の表面がエッチングされて凹部及び凸部のストライプ状とされ、その反応ガスはＢＣｌ3 、Ｃｌ2 及びＡｒを所定比例で混合したものとされ、その凹部は約１〜５μｍ幅とされ、その凸部は約１〜５μｍ幅とされ、エッチング深さは約０．１〜２μｍとされる。
酸化インジウム錫を導電透光ウインドウ層とした結果の比較は以下のようである。
総合すると、本考案は新規性、進歩性を具え産業上の利用に供され得るものであり、実用新案登録の要件を具備している。
なお、以上の説明は本考案の実施例の説明に過ぎず、本考案の実施の範囲を限定するものではなく、本考案の請求範囲に記載の形状、構造、特徴及び精神に基づきなしうる均等な変化と修飾はいずれも本考案の請求範囲内に属するものとする。
１’ 発光ダイオード
１０’ サファイヤ基板
２０’ 窒化ガリウムバッファ層
３０’ ｎ型窒化ガリウムコンタクト層
４０’ 窒化インジウムガリウム発光層
５０’ ｐ型窒化ガリウム層
６０’ ｐ型窒化ガリウムコンタクト層
７０’ 導電透光層
８０’ ｐ型金属電極
９０’ ｎ型金属電極
１ 発光ダイオード
１０ 基板
１２ バッファ層
２０ ｎ型窒化ガリウム系層
２２ 第１電極
３０ 発光層
４０ ｐ型窒化ガリウム系層
４２ 第２電極
５０ テクスチャ化層
６０ 導電透光ウインドウ層
１０’ サファイヤ基板
２０’ 窒化ガリウムバッファ層
３０’ ｎ型窒化ガリウムコンタクト層
４０’ 窒化インジウムガリウム発光層
５０’ ｐ型窒化ガリウム層
６０’ ｐ型窒化ガリウムコンタクト層
７０’ 導電透光層
８０’ ｐ型金属電極
９０’ ｎ型金属電極
１ 発光ダイオード
１０ 基板
１２ バッファ層
２０ ｎ型窒化ガリウム系層
２２ 第１電極
３０ 発光層
４０ ｐ型窒化ガリウム系層
４２ 第２電極
５０ テクスチャ化層
６０ 導電透光ウインドウ層
Claims (8)
- 光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
凹及び又は凸部表面を具えた基板と、
該基板の上方に位置し、下から上に順に第１導電型窒化ガリウム系層、発光層、第２導電型窒化ガリウム系層を具えた半導体堆積層と、
エピタキシャル成長過程中に形成され且つ該第２導電型窒化ガリウム系層の上方に位置するテクスチャ化層と、
該テクスチャ化層の上方に位置し、並びに該テクスチャ化層とオームコンタクトを形成する導電透光ウインドウ層と、
該半導体堆積層中の第１導電型窒化ガリウム系層と電気的に結合された第１電極と、
該導電透光ウインドウ層と電気的に結合された第２電極と、
を具えたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオード。 - 請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が透光性基板とされ、その凹部は約１〜５μｍ幅とされ、その凸部は約１〜５μｍ幅とされ、エッチング深さは約０．１〜２μｍとされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板の屈折係数が半導体堆積層の単結晶体より小さいことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１導電型窒化ガリウム系層が、窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウム層とされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２導電型窒化ガリウム系層が、窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウム層とされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層が、インジウム含有の窒化物化合物半導体とされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、導電透光ウインドウ層が、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウムモリブデン、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化インジウムプルトニウム、或いは酸化インジウム錫のいずれかとされたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、テクスチャ化層と導電透光ウインドウ層が同じ或いは異なる導電性を具えたことを特徴とする、光取り出し効率が高い窒化ガリウム系発光ダイオード。
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