JP4704628B2 - 発光ダイオード - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光チップの光を有効に透過させると共に、表面電極の電気抵抗を小さくできる発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードの電極構造を図１と図２に示す。図１の発光ダイオードは、発光チップ２０の両面に一対の電極２１を設けている。一対の電極２１を電源に接続すると発光チップ２０は発光する。この発光チップ２０は、電極２１に電圧が供給されると、電極間に電流が流れて発光する。図において、上面の電極は透明電極２１Ａで、発光チップ２０の発光を透過させる。図２の発光チップ２０は、下面のｎ層にボンディング電極２１Ｂを設けて、上面の電極を透明電極２１Ａとしている。この発光チップ２０は、ｎ層と透明電極２１Ａに電圧を印加して発光させる。発光チップ２０の発光は、透明電極２０Ａを透過して外部に照射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
透明電極は、光を透過させる必要があるので、ＩＴＯ等の透光性と導電性のある電極が使用される。ＩＴＯ等の透明電極は、比抵抗が高いために内部抵抗が大きく、発光ダイオードの供給電圧を高くする。透明電極は、発光チップを低い電圧で発光させるためには、電気抵抗を小さくする必要がある。しかしながら、電気抵抗の小さい透明電極は、光の透過率が悪くなって発光出力を低下させる。理想的な透明電極は、電気抵抗が小さくて、光の透過率が高いものである。しかしながら、透明電極の電気抵抗と光の透過率は互いに相反する特性であって、両方を満足することが難しい。このことは、透明電極のコストを高くして、発光ダイオードの製造コストを高くする原因ともなっている。現実の発光ダイオードは、透明電極の光の透過率が低下すると発光出力が低下してしまうので、透明電極の光透過率を高くするために、電気抵抗を大きくせざるを得ない。このことが、発光ダイオードの供給電圧を低くするのを難しくしている。
【０００４】
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたもので、従来の構造とは全く異なる光の透過原理によって、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しながら、発光ダイオードの供給電圧を低くできる発光ダイオードを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面側に無数の誘電体アンテナ２を設けて、この誘電体アンテナ２の間に表面電極３を配設している。誘電体アンテナ２は、表面電極３に開口された貫通部３Ａに対応する位置に配設している。この誘電体アンテナ２は、発光チップ１内の発光を電磁波として受信し、受信した電磁波である光を表面電極３の表面側に透過させる。
【０００６】
発光チップ１は、表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けている。発光チップ１は、表面半導体層４の表面から突出して誘電体アンテナ２を設けている。発光チップ１は、表面半導体層４をエッチングし、エッチングされた部分に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を設けることができる。表面半導体層４の表面から内部に向かって成形される誘電体アンテナ２は、表面電極３の貫通部３Ａから表面半導体層４にイオンを注入して、貫通部３Ａに対応する表面半導体層４の表面部分に誘電体アンテナ２を設けることができる。
【０００７】
発光チップ１は、表面電極３と対向する位置に光反射層６を設けることができる。光反射層６は、光反射面６Ａを凹凸面とすることができる。さらに、光反射層６は、誘電率の異なる材料を交互に積層してなる多層膜反射層とすることができる。さらに、発光チップ１は、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を設けることができる。蛍光体層９は、好ましくは、青色の発光を赤色または黄色に波長変換する。さらに、発光チップ１は、光反射層６と裏面半導体層５との間に非線形光学材料層１１を設けることができる。さらに、発光チップ１は、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層してなる発光チップとすることができる。
【０００８】
誘電体アンテナ２は、高さ（Ｔ）を発光チップ１の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とし、最小幅（Ｄ）を高さの０．５〜２倍とし、さらに、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍とする。誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）は、好ましくは、０．５〜５μｍとする。さらに、誘電体アンテナ２は、その形状を、多角柱状、円柱状、楕円柱状等とすることができる。誘電体アンテナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることもできる。さらに、誘電体アンテナ２は、多層の誘電体膜１０で形成することができる。さらに、誘電体アンテナ２を形成している誘電体の誘電率は、１．１〜１０である。誘電体アンテナ２を形成している誘電体の誘電率（ε１）と表面半導体層４の誘電率（ε２）の比（ε１／ε２）は、１．１〜１０とすることができる。
【０００９】
本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける領域を除去する工程と、エッチングして除去された部分に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を設ける工程とで製造できる。
【００１０】
さらに、本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける領域を除去する工程と、エッチングして除去された部分に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を形成する工程と、表面半導体層４の表面の誘電体アンテナ２間に表面電極３を形成する工程とで製造できる。
【００１１】
さらに、本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面半導体層４の表面に、誘電体アンテナ２を配設する貫通部３Ａを設けた表面電極３を形成する工程と、この貫通部３Ａにイオン注入を行い表面半導体層４の誘電率を部分的に高くして誘電体アンテナ２を形成する工程とで発光ダイオードを製造できる。
【００１２】
さらにまた、本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面半導体層４の表面に、誘電体アンテナ２を配設する貫通部３Ａを設けた表面電極３を形成する工程と、この貫通部３Ａに対応する表面半導体層４の表面に、表面半導体層４から突出する誘電体アンテナ２を設ける工程とで発光ダイオードを製造する。この製造方法は、誘電体アンテナ２を設ける工程において、表面電極３および表面半導体層４上に誘電体膜１２を積層し、表面電極３上の誘電体膜１２をエッチングすることによって表面電極３の貫通部３Ａで突出する誘電体アンテナ２を成形することができる。
【００１３】
本発明の発光ダイオードは、表面電極３を形成する工程において、表面電極３をエッチングして除去することによって貫通部３Ａを形成することも、リフトオフ法によって表面電極３に貫通部３Ａを形成することもできる。
【００１４】
【作用】
発光チップ１の表面側に誘電体からなる誘電体アンテナ２を形成した構造の発光ダイオードは、表面電極３自体の透光性を向上させて発光出力を向上させるのではない。発光チップ１の表面に設けている誘電体アンテナ２が、発光チップ１の光を集光して透過させる。光は波長が極めて短い電磁波である。誘電体アンテナ２は、光を電磁波と同じように受信して集光する。アンテナで受信した電磁波である光は、誘電体アンテナ２に導かれて発光チップ１の外部に透過される。誘電体で構成される多数の誘電体アンテナ２は、高い利得で発光チップ１の光を電磁波として受信する。誘電体アンテナ２は先端の面積が小さいが、この先端面に入射する電磁波のみを受信するのではない。誘電体アンテナ２は先端面に入射する電磁波のみでなく、近傍を通過する電磁波をも受信する。たとえば、誘電体で製作されて、高さ（Ｔ）を１λ、一辺を１λとする平面形状を正方形とする角柱状の誘電体アンテナ２は、波長を０．５〜３λとする光の電磁波における利得が約１０ｄｂと極めて高くなる。このことは、誘電体アンテナ２が光の電磁波を極めて効率よく受信することを意味する。
【００１５】
さらに、本発明の発光ダイオードは、無数の誘電体アンテナ２で電磁波を効率よく受信して透過させるので、誘電体アンテナ２の間に、透光性のない表面電極３を設けることができる。透光性のない表面電極３には電気抵抗が小さい金属膜が使用できる。しかも、この表面電極３は面積を広くできる。このように、抵抗が低くて面積が広い表面電極３は、電気抵抗が小さくなる。このため、表面電極３による電圧降下を小さくして、発光ダイオードの供給電圧を低くできる。従来の発光ダイオードは、透明電極を使用するので、透明電極の抵抗を低くすると光の透過率が悪くなる。しかしながら、本発明の発光ダイオードは、誘電体アンテナ２が、電磁波である光を集光して受信して透過させるので、発光チップ１の内部発光を効率よく集光して発光チップ１の外部に放射する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための発光ダイオードを例示するものであって、本発明は発光ダイオードを下記のものに特定しない。
【００１７】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
さらに、以下の図３、図４、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９は本発明の参考例に係る発光ダイオードを示すものであって、本発明の実施例にかかるものではない。
【００１８】
図３と図４に示す発光ダイオードは、発光チップ１の表面側に無数の誘電体アンテナ２を設け、この誘電体アンテナ２の間に表面電極３を配設している。誘電体アンテナ２は、表面電極３に開口された貫通部３Ａに対向して設けられる。図に示す誘電体アンテナ２は、表面電極３を貫通して設けている。表面電極３を貫通する誘電体アンテナ２は、表面電極３の裏面で発光を集光して、表面電極３の表面に透過させる。
【００１９】
誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面に対して垂直方向に設けられる。この誘電体アンテナ２は、発光チップ１の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍の高さ（Ｔ）で、最小幅（Ｄ）を高さ（Ｔ）の０．５〜２倍とし、さらに、隣接する誘電体アンテナ２間の間隔（Ｌ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍とする。さらに、好ましくは、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）は、誘電体アンテナの高さ（Ｔ）の０．５〜１０倍とする。
【００２０】
誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とするのは、最大ピーク波長λmaxに比較して短すぎても、反対に長すぎても、電磁波である光を受信する感度が低下するからである。また、誘電体アンテナ２の最小幅（Ｄ）も、狭すぎても広すぎても電磁波である光の受信感度が低下し、さらに、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）も、狭すぎても広すぎても受信感度が低下する。最大ピーク波長λmaxを約０．５μｍとする発光チップ１に設ける誘電体アンテナ２は、高さ（Ｔ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とする場合、誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）は、０．２５〜２．５μｍとなる。
【００２１】
誘電体アンテナ２は、図５に示すように多角柱とし、あるいは図６に示すように、円柱状とし、あるいはまた、図示しないが楕円柱状とすることもできる。さらに、図７と図８に示すように、誘電体アンテナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状とすることもできる。また、図９に示すように、平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることもできる。ただし、これらの図は、誘電体アンテナ２の形状をわかりやすくするために、誘電体アンテナ２の間に配設される表面電極３を取り除いた状態を示している。実際には、誘電体アンテナ２は、図３と図４の拡大断面図に示すように、表面電極３が設けられる。さらに、以上の図の誘電体アンテナ２は先端を平面状としているが、図示しないが、誘電体アンテナは先端を湾曲面とすることもできる。
【００２２】
誘電体アンテナ２は、無機や有機の誘電体で製作される。誘電体は、誘電率を１．１〜１０とする材質が適している。さらに、誘電体アンテナ２を形成する誘電体の誘電率（ε１）と表面半導体層４の誘電率（ε２）の比（ε１／ε２）は、１．１〜１０とすることができる。無機の誘電体としてガラス、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等が使用できる。有機の誘電体として、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂等が使用できる。
【００２３】
誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面をエッチングして、エッチングした部分に誘電体を充填して形成できる。図１０は、発光チップ１に誘電体アンテナ２を設ける工程を示す。図１０の（１）に示す発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けている。発光チップ１は、両面に電圧を加えると発光する発光ダイオードのチップで、ｐｎ接合の半導体である。発光チップ１のｐｎ接合は、必ずしも１層のｐ層と、１層のｎ層とを積層した層構造ではない。ｐ層とｎ層は、複数の層構成とすることもある。発光チップ１は、発光ダイオードの発光色によってｐｎ接合の半導体と層構造が特定される。たとえば、青色発光、緑色発光、白色発光の発光ダイオードには、窒化ガリウム系化合物半導体層の発光チップが使用される。
【００２４】
発光チップ１は、図１０の（２）に示すように、表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける凹部７を設ける。図に示す発光チップ１は、エッチングによって、表面電極３を貫通する貫通部３Ａを開口すると共に、この貫通部３Ａに対向する表面電極層４の表面部分を切欠して凹部７を設けている。その後、図１０の（３）に示すようにエッチングしてできた貫通部３Ａと凹部７に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を設ける。
【００２５】
図１０の発光チップ１は、誘電体アンテナ２の先端面と表面電極３の表面とをほぼ同一平面として発光チップ１の表面を平滑面としている。ただ、誘電体アンテナの先端面と表面電極の表面は、必ずしも同一平面とする必要はなく、多少は凹凸のある凹凸面とすることもできる。誘電体アンテナは、その先端面を、表面電極の表面よりも多少は低くすることも、逆に高くして表面電極の表面から突出させることもできる。誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面よりも低く成形される発光チップは、図１１に示すように、表面電極３の貫通部３Ａに充填される誘電体の量を少なく調整して製造される。
【００２６】
誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面から突出して成形される発光チップは、図１２に示す工程で製造される。図１２の（１）に示す発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けている。この発光チップ１は、図１２の（２）に示すように、表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける貫通部３Ａと凹部７を設ける。次に、図１２の（３）に示すように、表面電極３および表面電極層４の表面に誘電体膜１２を積層して設ける。その後、図１２の（４）に示すように、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。誘電体アンテナ２の表面電極からの突出量は、誘電体膜１２の厚さで調整できる。
【００２７】
誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面から突出して成形される発光チップは、図１３に示すように、表面電極３のみをエッチングして誘電体アンテナ２を設けることもできる。この発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けた後、表面電極３をエッチングして貫通部３Ａを設ける。次に、表面電極３および表面電極層４の表面に誘電体膜１２を積層して設ける。その後、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。ただ、表面電極を形成する工程においては、リフトオフ法によって表面電極に貫通部を形成することもできる。
【００２８】
以上の発光チップは、表面電極３の貫通部３Ａを貫通して、あるいは、貫通部３Ａの内部に誘電体アンテナ２を設けている。ただ、発光チップ１は、図１４に示すように、表面電極３に開口された貫通部３Ａに対向する位置であって、発光チップ１の表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けることもできる。この発光ダイオードは、発光チップ１内の発光を誘電体アンテナ２で集光すると共に、表面電極３の貫通部３Ａを通過させて表面電極３の表面側に透過させる。
【００２９】
図１４に示す発光チップ１は、図１５に示す工程で誘電体アンテナ２を設けることができる。この発光チップ１は、図１５の（２）に示すように、表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける領域を除去して凹部７を設ける。その後、図１５の（３）に示すように、エッチングしてできた表面電極層４の凹部７に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を形成する。次に、図１５の（４）に示すように、リフトオフ法によって、誘電体アンテナ２間に表面電極３を形成する。このとき、表面電極３は、誘電体アンテナ２に位置して貫通部３Ａが開口された状態に形成される。
【００３０】
さらに、図１４に示す発光チップ１は、図１６に示す工程で、表面電極３の貫通部３Ａに対向する位置に誘電体アンテナ２を設けることもできる。この発光チップ１は、図１６の（２）に示すように、表面電極３をエッチングして、表面電極３を貫通する貫通部３Ａを開口する。このとき、表面電極層４の表面部分はエッチングされない。ただ、表面電極の貫通部は、リフトオフ法によって形成することもできる。さらに、表面電極３の貫通部３Ａにイオン注入を行って、図１６の（３）に示すように、表面半導体層４の誘電率を部分的に高くさせて誘電体アンテナ２を成形する。貫通部３Ａに注入されるイオンには、ヒ素、ガリウム、アルミニウム等のイオンが使用できる。貫通部３Ａから注入されるイオンは、表面半導体層４である半導体を変質させて誘電率を高くさせる。
【００３１】
さらに、発光チップは、図１５または図１６に示す工程で、表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けた後、さらに、表面電極３に開口された貫通部３Ａから突出する誘電体アンテナ２を形成することもできる。この発光チップは、図１７に示すように、表面半導体層４の表面に形成された誘電体アンテナ２と、表面電極３の表面に誘電体膜１２を積層して設けた後、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。この誘電体アンテナは、好ましくは、先の工程で表面半導体層４に形成された誘電体アンテナ２の誘電率よりも、貫通部３Ａから突出して形成される誘電体アンテナ２の誘電率を高くする。
【００３２】
以上の工程で、発光チップ１は、誘電体アンテナ２の間に表面電極３が配設される。誘電体アンテナ２は、表面電極３の貫通部３Ａに対向する位置に設けられる。この構造で発光チップ１に設けられた誘電体アンテナ２は、その周囲に入射する光を集光して表面電極３の表面側に透過させる。誘電体アンテナ２が周囲の光を集光するので、誘電体アンテナ２の間に、光を透過させない表面電極３を設けても、表面電極３によって光の透過率は低下しない。したがって、本発明の発光ダイオードは、表面電極３に透光性が要求されない。透光性のない表面電極３は、金属電極とすることができる。金属電極は、電気抵抗が極めて小さく、発電電力を極めて有効に出力できる。表面電極３は、たとえば、金、アルミニウム、銅、銀等の金属薄膜とすることができる。ただ、表面電極３として、透光率の低い電極をも使用できるのは言うまでもない。
【００３３】
さらに、図３と図４に示す発光ダイオードの発光チップ１は、表面電極３と対向する位置に光反射層６を設けている。光反射層６は、金属製の電極や電極でない金属層を発光チップ１の裏面半導体層５に設けて形成できる。図３に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面に裏面電極８を設けて光反射層６としている。この光反射層６は、裏面電極８の表面を光反射面６Ａとしている。さらに、図４に示す発光チップ１は、発光チップ１の裏面半導体層５に金属薄膜を配設して光反射層６を設けている。光反射層６である金属薄膜は、裏面半導体層５と基板１３との間に積層している。この光反射層６も、裏面半導体層５との境界面である表面を光反射面６Ａとしている。光反射層６は、図示しないが、光反射面を凹凸面とすることができる。以上の光反射層６は、図３と図４に示すように、発光チップ１から下方に照射される光を、図の矢印で示すように、光反射面６Ａで反射する。反射光は、誘電体アンテナ２でもって発光チップ１の外部に放射される。この発光ダイオードは、発光チップ１の光を効率よく外部に照射できる。
【００３４】
さらに、図４に示す光反射層は、必ずしも金属薄箔とする必要はなく、誘電率の異なる材料を交互に積層した多層膜反射層とすることもできる。この多層膜反射層は、たとえば、ＡｌＧａＮとＧａＮを交互に積層して形成される。多層膜反射層である光反射層は、高い反射率で光を反射できるので、基板側へ光の漏れを低減できる。
【００３５】
さらに、図１４に示す発光ダイオードの発光チップ１は、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を備える。この図に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面に基板１３を積層しており、この基板１３の下面に蛍光体９を介して光反射層６を積層している。この蛍光体層９は、発光チップ１の発光を波長変換する蛍光体を含有している。この発光ダイオードは、発光チップ１の発光を蛍光体層９で波長変換しながら誘電体アンテナ２から外部に透過させる。とくに、この発光ダイオードは、表面電極３の下面と光反射面６の反射面６Ａとで反射される反射光が蛍光体層９を繰り返し通過するので、効率よく波長変換しながら外部に照射できる特長がある。蛍光体層９は、たとえば、青色の発光を赤色または黄色に波長変換させる蛍光体を含有することができる。
【００３６】
さらに、発光ダイオードは、図１８に示すように、誘電体アンテナ２を多層の誘電体膜１０で成形することもできる。この構造の誘電体アンテナ２は、誘電体膜１０の材質と厚さと積層数を特定することによって、所定の波長の光の透過を抑制することができる。この誘電体アンテナ２は、たとえば、青色の透過光の強度を抑制させるように誘電体膜１０の材質と厚さと積層数を調整して、青色の反射率を高めることができる。さらに、この図に示す発光ダイオードは、図１４に示す発光ダイオードと同様に、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を設けているので、誘電体膜１０で反射される青色の発光を、蛍光体層９でより効率よく赤色または黄色に波長変換できる特長がある。
【００３７】
さらにまた、図１９に示す発光ダイオードは、光反射層６と裏面半導体層５との間に非線形光学材料層１１を備える。この図に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面にガラス基板１３を積層しており、このガラス基板１３の下面に非線形光学材料層１１を介して光反射層６を積層している。非線形光学材料層１１は、非線形光学効果によって、光の波長や周波数を変換させる。非線形光学材料層１１は、ここを通過する光の周波数を高周波に変換させて、より短波長の光を取り出すことができる。とくに、この発光ダイオードは、表面電極３の下面と光反射面６の反射面６Ａとで反射される反射光が繰り返し非線形光学材料層１１を通過するので、効率よく周波数変換できる特長がある。非線形光学材料層１１には、たとえば、ＡＤＰ、ＫＤＰ、ＢＢＯ等が使用できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の発光ダイオードは、従来の構造とは全く異なる光の透過原理によって、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しながら、発光ダイオードの供給電圧を低くできる優れた特長がある。それは、本発明の発光ダイオードが、発光チップの表面側であって、表面電極に開口した貫通部に位置して無数の誘電体アンテナを設けており、この誘電体アンテナで発光チップの発光を表面電極の表面側に透過させているからである。本発明の発光ダイオードは、発光チップの表面側に設けた誘電体アンテナで、発光チップの発光を効率よく表面電極の表面側に透過させる。このため、比抵抗が高くて内部抵抗が大きく、しかも高価な透明電極を使用することなく、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しできる。したがって、本発明の発光ダイオードは、表面電極の透過率に左右されることなく、表面電極の電気抵抗を小さくして、低い供給電圧で発光チップを発光できる。さらに、本発明は、表面電極のコストを低減できるので、発光ダイオードの製造コストを低減して、安価に多量生産できる特長もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の発光ダイオードの電極構造を示す概略断面図
【図２】 従来の他の発光ダイオードの電極構造を示す概略断面図
【図３】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図４】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図５】 誘電体アンテナの一例を示す拡大断面斜視図
【図６】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図７】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図８】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図９】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１０】 本発明の参考例にかかる製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１１】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１２】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１３】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１４】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す拡大断面図
【図１５】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１６】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１７】 本発明の参考例の発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１８】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図１９】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す拡大断面図
【符号の説明】
１…発光チップ
２…誘電体アンテナ
３…表面電極 ３Ａ…貫通部
４…表面半導体層
５…裏面半導体層
６…光反射層 ６Ａ…光反射面
７…凹部
８…裏面電極
９…蛍光体層
１０…誘電体膜
１１…非線形光学材料層
１２…誘電体膜
１３…基板
２０…発光チップ
２１…電極 ２１Ａ…透明電極
２１Ｂ…ボンディング
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光チップの光を有効に透過させると共に、表面電極の電気抵抗を小さくできる発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードの電極構造を図１と図２に示す。図１の発光ダイオードは、発光チップ２０の両面に一対の電極２１を設けている。一対の電極２１を電源に接続すると発光チップ２０は発光する。この発光チップ２０は、電極２１に電圧が供給されると、電極間に電流が流れて発光する。図において、上面の電極は透明電極２１Ａで、発光チップ２０の発光を透過させる。図２の発光チップ２０は、下面のｎ層にボンディング電極２１Ｂを設けて、上面の電極を透明電極２１Ａとしている。この発光チップ２０は、ｎ層と透明電極２１Ａに電圧を印加して発光させる。発光チップ２０の発光は、透明電極２０Ａを透過して外部に照射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
透明電極は、光を透過させる必要があるので、ＩＴＯ等の透光性と導電性のある電極が使用される。ＩＴＯ等の透明電極は、比抵抗が高いために内部抵抗が大きく、発光ダイオードの供給電圧を高くする。透明電極は、発光チップを低い電圧で発光させるためには、電気抵抗を小さくする必要がある。しかしながら、電気抵抗の小さい透明電極は、光の透過率が悪くなって発光出力を低下させる。理想的な透明電極は、電気抵抗が小さくて、光の透過率が高いものである。しかしながら、透明電極の電気抵抗と光の透過率は互いに相反する特性であって、両方を満足することが難しい。このことは、透明電極のコストを高くして、発光ダイオードの製造コストを高くする原因ともなっている。現実の発光ダイオードは、透明電極の光の透過率が低下すると発光出力が低下してしまうので、透明電極の光透過率を高くするために、電気抵抗を大きくせざるを得ない。このことが、発光ダイオードの供給電圧を低くするのを難しくしている。
【０００４】
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたもので、従来の構造とは全く異なる光の透過原理によって、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しながら、発光ダイオードの供給電圧を低くできる発光ダイオードを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面側に無数の誘電体アンテナ２を設けて、この誘電体アンテナ２の間に表面電極３を配設している。誘電体アンテナ２は、表面電極３に開口された貫通部３Ａに対応する位置に配設している。この誘電体アンテナ２は、発光チップ１内の発光を電磁波として受信し、受信した電磁波である光を表面電極３の表面側に透過させる。
【０００６】
発光チップ１は、表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けている。発光チップ１は、表面半導体層４の表面から突出して誘電体アンテナ２を設けている。発光チップ１は、表面半導体層４をエッチングし、エッチングされた部分に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を設けることができる。表面半導体層４の表面から内部に向かって成形される誘電体アンテナ２は、表面電極３の貫通部３Ａから表面半導体層４にイオンを注入して、貫通部３Ａに対応する表面半導体層４の表面部分に誘電体アンテナ２を設けることができる。
【０００７】
発光チップ１は、表面電極３と対向する位置に光反射層６を設けることができる。光反射層６は、光反射面６Ａを凹凸面とすることができる。さらに、光反射層６は、誘電率の異なる材料を交互に積層してなる多層膜反射層とすることができる。さらに、発光チップ１は、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を設けることができる。蛍光体層９は、好ましくは、青色の発光を赤色または黄色に波長変換する。さらに、発光チップ１は、光反射層６と裏面半導体層５との間に非線形光学材料層１１を設けることができる。さらに、発光チップ１は、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層してなる発光チップとすることができる。
【０００８】
誘電体アンテナ２は、高さ（Ｔ）を発光チップ１の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とし、最小幅（Ｄ）を高さの０．５〜２倍とし、さらに、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍とする。誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）は、好ましくは、０．５〜５μｍとする。さらに、誘電体アンテナ２は、その形状を、多角柱状、円柱状、楕円柱状等とすることができる。誘電体アンテナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることもできる。さらに、誘電体アンテナ２は、多層の誘電体膜１０で形成することができる。さらに、誘電体アンテナ２を形成している誘電体の誘電率は、１．１〜１０である。誘電体アンテナ２を形成している誘電体の誘電率（ε１）と表面半導体層４の誘電率（ε２）の比（ε１／ε２）は、１．１〜１０とすることができる。
【０００９】
本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける領域を除去する工程と、エッチングして除去された部分に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を設ける工程とで製造できる。
【００１０】
さらに、本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける領域を除去する工程と、エッチングして除去された部分に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を形成する工程と、表面半導体層４の表面の誘電体アンテナ２間に表面電極３を形成する工程とで製造できる。
【００１１】
さらに、本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面半導体層４の表面に、誘電体アンテナ２を配設する貫通部３Ａを設けた表面電極３を形成する工程と、この貫通部３Ａにイオン注入を行い表面半導体層４の誘電率を部分的に高くして誘電体アンテナ２を形成する工程とで発光ダイオードを製造できる。
【００１２】
さらにまた、本発明の発光ダイオードは、発光チップ１の表面半導体層４の表面に、誘電体アンテナ２を配設する貫通部３Ａを設けた表面電極３を形成する工程と、この貫通部３Ａに対応する表面半導体層４の表面に、表面半導体層４から突出する誘電体アンテナ２を設ける工程とで発光ダイオードを製造する。この製造方法は、誘電体アンテナ２を設ける工程において、表面電極３および表面半導体層４上に誘電体膜１２を積層し、表面電極３上の誘電体膜１２をエッチングすることによって表面電極３の貫通部３Ａで突出する誘電体アンテナ２を成形することができる。
【００１３】
本発明の発光ダイオードは、表面電極３を形成する工程において、表面電極３をエッチングして除去することによって貫通部３Ａを形成することも、リフトオフ法によって表面電極３に貫通部３Ａを形成することもできる。
【００１４】
【作用】
発光チップ１の表面側に誘電体からなる誘電体アンテナ２を形成した構造の発光ダイオードは、表面電極３自体の透光性を向上させて発光出力を向上させるのではない。発光チップ１の表面に設けている誘電体アンテナ２が、発光チップ１の光を集光して透過させる。光は波長が極めて短い電磁波である。誘電体アンテナ２は、光を電磁波と同じように受信して集光する。アンテナで受信した電磁波である光は、誘電体アンテナ２に導かれて発光チップ１の外部に透過される。誘電体で構成される多数の誘電体アンテナ２は、高い利得で発光チップ１の光を電磁波として受信する。誘電体アンテナ２は先端の面積が小さいが、この先端面に入射する電磁波のみを受信するのではない。誘電体アンテナ２は先端面に入射する電磁波のみでなく、近傍を通過する電磁波をも受信する。たとえば、誘電体で製作されて、高さ（Ｔ）を１λ、一辺を１λとする平面形状を正方形とする角柱状の誘電体アンテナ２は、波長を０．５〜３λとする光の電磁波における利得が約１０ｄｂと極めて高くなる。このことは、誘電体アンテナ２が光の電磁波を極めて効率よく受信することを意味する。
【００１５】
さらに、本発明の発光ダイオードは、無数の誘電体アンテナ２で電磁波を効率よく受信して透過させるので、誘電体アンテナ２の間に、透光性のない表面電極３を設けることができる。透光性のない表面電極３には電気抵抗が小さい金属膜が使用できる。しかも、この表面電極３は面積を広くできる。このように、抵抗が低くて面積が広い表面電極３は、電気抵抗が小さくなる。このため、表面電極３による電圧降下を小さくして、発光ダイオードの供給電圧を低くできる。従来の発光ダイオードは、透明電極を使用するので、透明電極の抵抗を低くすると光の透過率が悪くなる。しかしながら、本発明の発光ダイオードは、誘電体アンテナ２が、電磁波である光を集光して受信して透過させるので、発光チップ１の内部発光を効率よく集光して発光チップ１の外部に放射する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための発光ダイオードを例示するものであって、本発明は発光ダイオードを下記のものに特定しない。
【００１７】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
さらに、以下の図３、図４、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９は本発明の参考例に係る発光ダイオードを示すものであって、本発明の実施例にかかるものではない。
【００１８】
図３と図４に示す発光ダイオードは、発光チップ１の表面側に無数の誘電体アンテナ２を設け、この誘電体アンテナ２の間に表面電極３を配設している。誘電体アンテナ２は、表面電極３に開口された貫通部３Ａに対向して設けられる。図に示す誘電体アンテナ２は、表面電極３を貫通して設けている。表面電極３を貫通する誘電体アンテナ２は、表面電極３の裏面で発光を集光して、表面電極３の表面に透過させる。
【００１９】
誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面に対して垂直方向に設けられる。この誘電体アンテナ２は、発光チップ１の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍の高さ（Ｔ）で、最小幅（Ｄ）を高さ（Ｔ）の０．５〜２倍とし、さらに、隣接する誘電体アンテナ２間の間隔（Ｌ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍とする。さらに、好ましくは、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）は、誘電体アンテナの高さ（Ｔ）の０．５〜１０倍とする。
【００２０】
誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とするのは、最大ピーク波長λmaxに比較して短すぎても、反対に長すぎても、電磁波である光を受信する感度が低下するからである。また、誘電体アンテナ２の最小幅（Ｄ）も、狭すぎても広すぎても電磁波である光の受信感度が低下し、さらに、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）も、狭すぎても広すぎても受信感度が低下する。最大ピーク波長λmaxを約０．５μｍとする発光チップ１に設ける誘電体アンテナ２は、高さ（Ｔ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とする場合、誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）は、０．２５〜２．５μｍとなる。
【００２１】
誘電体アンテナ２は、図５に示すように多角柱とし、あるいは図６に示すように、円柱状とし、あるいはまた、図示しないが楕円柱状とすることもできる。さらに、図７と図８に示すように、誘電体アンテナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状とすることもできる。また、図９に示すように、平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることもできる。ただし、これらの図は、誘電体アンテナ２の形状をわかりやすくするために、誘電体アンテナ２の間に配設される表面電極３を取り除いた状態を示している。実際には、誘電体アンテナ２は、図３と図４の拡大断面図に示すように、表面電極３が設けられる。さらに、以上の図の誘電体アンテナ２は先端を平面状としているが、図示しないが、誘電体アンテナは先端を湾曲面とすることもできる。
【００２２】
誘電体アンテナ２は、無機や有機の誘電体で製作される。誘電体は、誘電率を１．１〜１０とする材質が適している。さらに、誘電体アンテナ２を形成する誘電体の誘電率（ε１）と表面半導体層４の誘電率（ε２）の比（ε１／ε２）は、１．１〜１０とすることができる。無機の誘電体としてガラス、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等が使用できる。有機の誘電体として、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂等が使用できる。
【００２３】
誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面をエッチングして、エッチングした部分に誘電体を充填して形成できる。図１０は、発光チップ１に誘電体アンテナ２を設ける工程を示す。図１０の（１）に示す発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けている。発光チップ１は、両面に電圧を加えると発光する発光ダイオードのチップで、ｐｎ接合の半導体である。発光チップ１のｐｎ接合は、必ずしも１層のｐ層と、１層のｎ層とを積層した層構造ではない。ｐ層とｎ層は、複数の層構成とすることもある。発光チップ１は、発光ダイオードの発光色によってｐｎ接合の半導体と層構造が特定される。たとえば、青色発光、緑色発光、白色発光の発光ダイオードには、窒化ガリウム系化合物半導体層の発光チップが使用される。
【００２４】
発光チップ１は、図１０の（２）に示すように、表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける凹部７を設ける。図に示す発光チップ１は、エッチングによって、表面電極３を貫通する貫通部３Ａを開口すると共に、この貫通部３Ａに対向する表面電極層４の表面部分を切欠して凹部７を設けている。その後、図１０の（３）に示すようにエッチングしてできた貫通部３Ａと凹部７に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を設ける。
【００２５】
図１０の発光チップ１は、誘電体アンテナ２の先端面と表面電極３の表面とをほぼ同一平面として発光チップ１の表面を平滑面としている。ただ、誘電体アンテナの先端面と表面電極の表面は、必ずしも同一平面とする必要はなく、多少は凹凸のある凹凸面とすることもできる。誘電体アンテナは、その先端面を、表面電極の表面よりも多少は低くすることも、逆に高くして表面電極の表面から突出させることもできる。誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面よりも低く成形される発光チップは、図１１に示すように、表面電極３の貫通部３Ａに充填される誘電体の量を少なく調整して製造される。
【００２６】
誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面から突出して成形される発光チップは、図１２に示す工程で製造される。図１２の（１）に示す発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けている。この発光チップ１は、図１２の（２）に示すように、表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける貫通部３Ａと凹部７を設ける。次に、図１２の（３）に示すように、表面電極３および表面電極層４の表面に誘電体膜１２を積層して設ける。その後、図１２の（４）に示すように、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。誘電体アンテナ２の表面電極からの突出量は、誘電体膜１２の厚さで調整できる。
【００２７】
誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面から突出して成形される発光チップは、図１３に示すように、表面電極３のみをエッチングして誘電体アンテナ２を設けることもできる。この発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けた後、表面電極３をエッチングして貫通部３Ａを設ける。次に、表面電極３および表面電極層４の表面に誘電体膜１２を積層して設ける。その後、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。ただ、表面電極を形成する工程においては、リフトオフ法によって表面電極に貫通部を形成することもできる。
【００２８】
以上の発光チップは、表面電極３の貫通部３Ａを貫通して、あるいは、貫通部３Ａの内部に誘電体アンテナ２を設けている。ただ、発光チップ１は、図１４に示すように、表面電極３に開口された貫通部３Ａに対向する位置であって、発光チップ１の表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けることもできる。この発光ダイオードは、発光チップ１内の発光を誘電体アンテナ２で集光すると共に、表面電極３の貫通部３Ａを通過させて表面電極３の表面側に透過させる。
【００２９】
図１４に示す発光チップ１は、図１５に示す工程で誘電体アンテナ２を設けることができる。この発光チップ１は、図１５の（２）に示すように、表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける領域を除去して凹部７を設ける。その後、図１５の（３）に示すように、エッチングしてできた表面電極層４の凹部７に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を形成する。次に、図１５の（４）に示すように、リフトオフ法によって、誘電体アンテナ２間に表面電極３を形成する。このとき、表面電極３は、誘電体アンテナ２に位置して貫通部３Ａが開口された状態に形成される。
【００３０】
さらに、図１４に示す発光チップ１は、図１６に示す工程で、表面電極３の貫通部３Ａに対向する位置に誘電体アンテナ２を設けることもできる。この発光チップ１は、図１６の（２）に示すように、表面電極３をエッチングして、表面電極３を貫通する貫通部３Ａを開口する。このとき、表面電極層４の表面部分はエッチングされない。ただ、表面電極の貫通部は、リフトオフ法によって形成することもできる。さらに、表面電極３の貫通部３Ａにイオン注入を行って、図１６の（３）に示すように、表面半導体層４の誘電率を部分的に高くさせて誘電体アンテナ２を成形する。貫通部３Ａに注入されるイオンには、ヒ素、ガリウム、アルミニウム等のイオンが使用できる。貫通部３Ａから注入されるイオンは、表面半導体層４である半導体を変質させて誘電率を高くさせる。
【００３１】
さらに、発光チップは、図１５または図１６に示す工程で、表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けた後、さらに、表面電極３に開口された貫通部３Ａから突出する誘電体アンテナ２を形成することもできる。この発光チップは、図１７に示すように、表面半導体層４の表面に形成された誘電体アンテナ２と、表面電極３の表面に誘電体膜１２を積層して設けた後、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。この誘電体アンテナは、好ましくは、先の工程で表面半導体層４に形成された誘電体アンテナ２の誘電率よりも、貫通部３Ａから突出して形成される誘電体アンテナ２の誘電率を高くする。
【００３２】
以上の工程で、発光チップ１は、誘電体アンテナ２の間に表面電極３が配設される。誘電体アンテナ２は、表面電極３の貫通部３Ａに対向する位置に設けられる。この構造で発光チップ１に設けられた誘電体アンテナ２は、その周囲に入射する光を集光して表面電極３の表面側に透過させる。誘電体アンテナ２が周囲の光を集光するので、誘電体アンテナ２の間に、光を透過させない表面電極３を設けても、表面電極３によって光の透過率は低下しない。したがって、本発明の発光ダイオードは、表面電極３に透光性が要求されない。透光性のない表面電極３は、金属電極とすることができる。金属電極は、電気抵抗が極めて小さく、発電電力を極めて有効に出力できる。表面電極３は、たとえば、金、アルミニウム、銅、銀等の金属薄膜とすることができる。ただ、表面電極３として、透光率の低い電極をも使用できるのは言うまでもない。
【００３３】
さらに、図３と図４に示す発光ダイオードの発光チップ１は、表面電極３と対向する位置に光反射層６を設けている。光反射層６は、金属製の電極や電極でない金属層を発光チップ１の裏面半導体層５に設けて形成できる。図３に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面に裏面電極８を設けて光反射層６としている。この光反射層６は、裏面電極８の表面を光反射面６Ａとしている。さらに、図４に示す発光チップ１は、発光チップ１の裏面半導体層５に金属薄膜を配設して光反射層６を設けている。光反射層６である金属薄膜は、裏面半導体層５と基板１３との間に積層している。この光反射層６も、裏面半導体層５との境界面である表面を光反射面６Ａとしている。光反射層６は、図示しないが、光反射面を凹凸面とすることができる。以上の光反射層６は、図３と図４に示すように、発光チップ１から下方に照射される光を、図の矢印で示すように、光反射面６Ａで反射する。反射光は、誘電体アンテナ２でもって発光チップ１の外部に放射される。この発光ダイオードは、発光チップ１の光を効率よく外部に照射できる。
【００３４】
さらに、図４に示す光反射層は、必ずしも金属薄箔とする必要はなく、誘電率の異なる材料を交互に積層した多層膜反射層とすることもできる。この多層膜反射層は、たとえば、ＡｌＧａＮとＧａＮを交互に積層して形成される。多層膜反射層である光反射層は、高い反射率で光を反射できるので、基板側へ光の漏れを低減できる。
【００３５】
さらに、図１４に示す発光ダイオードの発光チップ１は、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を備える。この図に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面に基板１３を積層しており、この基板１３の下面に蛍光体９を介して光反射層６を積層している。この蛍光体層９は、発光チップ１の発光を波長変換する蛍光体を含有している。この発光ダイオードは、発光チップ１の発光を蛍光体層９で波長変換しながら誘電体アンテナ２から外部に透過させる。とくに、この発光ダイオードは、表面電極３の下面と光反射面６の反射面６Ａとで反射される反射光が蛍光体層９を繰り返し通過するので、効率よく波長変換しながら外部に照射できる特長がある。蛍光体層９は、たとえば、青色の発光を赤色または黄色に波長変換させる蛍光体を含有することができる。
【００３６】
さらに、発光ダイオードは、図１８に示すように、誘電体アンテナ２を多層の誘電体膜１０で成形することもできる。この構造の誘電体アンテナ２は、誘電体膜１０の材質と厚さと積層数を特定することによって、所定の波長の光の透過を抑制することができる。この誘電体アンテナ２は、たとえば、青色の透過光の強度を抑制させるように誘電体膜１０の材質と厚さと積層数を調整して、青色の反射率を高めることができる。さらに、この図に示す発光ダイオードは、図１４に示す発光ダイオードと同様に、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を設けているので、誘電体膜１０で反射される青色の発光を、蛍光体層９でより効率よく赤色または黄色に波長変換できる特長がある。
【００３７】
さらにまた、図１９に示す発光ダイオードは、光反射層６と裏面半導体層５との間に非線形光学材料層１１を備える。この図に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面にガラス基板１３を積層しており、このガラス基板１３の下面に非線形光学材料層１１を介して光反射層６を積層している。非線形光学材料層１１は、非線形光学効果によって、光の波長や周波数を変換させる。非線形光学材料層１１は、ここを通過する光の周波数を高周波に変換させて、より短波長の光を取り出すことができる。とくに、この発光ダイオードは、表面電極３の下面と光反射面６の反射面６Ａとで反射される反射光が繰り返し非線形光学材料層１１を通過するので、効率よく周波数変換できる特長がある。非線形光学材料層１１には、たとえば、ＡＤＰ、ＫＤＰ、ＢＢＯ等が使用できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の発光ダイオードは、従来の構造とは全く異なる光の透過原理によって、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しながら、発光ダイオードの供給電圧を低くできる優れた特長がある。それは、本発明の発光ダイオードが、発光チップの表面側であって、表面電極に開口した貫通部に位置して無数の誘電体アンテナを設けており、この誘電体アンテナで発光チップの発光を表面電極の表面側に透過させているからである。本発明の発光ダイオードは、発光チップの表面側に設けた誘電体アンテナで、発光チップの発光を効率よく表面電極の表面側に透過させる。このため、比抵抗が高くて内部抵抗が大きく、しかも高価な透明電極を使用することなく、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しできる。したがって、本発明の発光ダイオードは、表面電極の透過率に左右されることなく、表面電極の電気抵抗を小さくして、低い供給電圧で発光チップを発光できる。さらに、本発明は、表面電極のコストを低減できるので、発光ダイオードの製造コストを低減して、安価に多量生産できる特長もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の発光ダイオードの電極構造を示す概略断面図
【図２】 従来の他の発光ダイオードの電極構造を示す概略断面図
【図３】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図４】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図５】 誘電体アンテナの一例を示す拡大断面斜視図
【図６】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図７】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図８】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図９】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１０】 本発明の参考例にかかる製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１１】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１２】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１３】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１４】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す拡大断面図
【図１５】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１６】 本発明の参考例の製造方法で発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１７】 本発明の参考例の発光チップの表面に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１８】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図１９】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す拡大断面図
【符号の説明】
１…発光チップ
２…誘電体アンテナ
３…表面電極 ３Ａ…貫通部
４…表面半導体層
５…裏面半導体層
６…光反射層 ６Ａ…光反射面
７…凹部
８…裏面電極
９…蛍光体層
１０…誘電体膜
１１…非線形光学材料層
１２…誘電体膜
１３…基板
２０…発光チップ
２１…電極 ２１Ａ…透明電極
２１Ｂ…ボンディング
Claims (8)
- 発光チップ(1)の表面側に無数の誘電体アンテナ(2)を設けており、この誘電体アンテナ(2)の間に表面電極(3)を配設して、表面電極(3)に開口された貫通部(3A)に対応する位置に誘電体アンテナ(2)を配設しており、かつ以下の（ａ）ないし（ｅ）の全ての構成を有し、
（ａ）この誘電体アンテナ(2)を発光チップ(1)の表面半導体層(4)の表面に設けている表面電極(3)から突出するように設けており、
（ｂ）この誘電体アンテナ(2)は、発光チップ(1)の表面半導体層(4)の表面から内部に向かって突出して設けられ、
（ｃ） 前記誘電体アンテナ(2)は柱状であって、誘電体アンテナ(2)を形成している誘電体の誘電率を１．１〜１０としており、
（ｄ） 前記誘電体アンテナ(2)の高さ(T)が発光チップ(1)の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍で、最小幅(D)が高さの０．５〜２倍で、隣接する誘電体アンテナ(2)の間隔(L)が最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍としており、
（ｅ） 前記表面電極(3)は金属膜で、
前記誘電体アンテナ(2)が発光チップ(1)内の発光を表面電極(3)の表面側に透過させるようにしてなる発光ダイオード。 - 発光チップ(1)の表面半導体層(4)をエッチングし、エッチングされた部分に誘電体を充填して誘電体アンテナ(2)を設けている請求項１に記載される発光ダイオード。
- 表面電極(3)の貫通部(3A)から表面半導体層(4)にイオンを注入して、貫通部(3A)に対応する表面半導体層(4)の表面部分に誘電体アンテナ(2)を設けている請求項１に記載される発光ダイオード。
- 発光チップ(1)が窒化ガリウム系化合物半導体層を積層してなる発光チップである請求項１に記載される発光ダイオード。
- 誘電体アンテナ(2)の高さ(T)が０．５〜５μｍである請求項１に記載される発光ダイオード。
- 誘電体アンテナ(2)が多角柱状、円柱状、楕円柱状のいずれかである請求項１に記載される発光ダイオード。
- 誘電体アンテナ(2)が、平面形状を細長い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状である請求項１に記載される発光ダイオード。
- 誘電体アンテナ(2)が、多層の誘電体膜(10)で形成されてなる請求項１に記載される発光ダイオード。
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