KR100998405B1 - 발광다이오드 - Google Patents

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다케시 구스세
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

전류를 과도하게 집중시키지 않고 발광을 보다 균일하게 하여, 더욱 빛의 추출효율을 향상시켜, 수명이 긴 발광다이오드를 제공한다. 발광다이오드는, 전극배치면측으로부터 보아, n측 전극이, 도전성 부재가 접속되어야 할 n측 접속부(9-1)와 n측 접속부의 일부로부터 길이방향으로 연신한 n측 연신부(9-2)로 구성됨과 동시에, p측 패드부가, 도전성 부재가 접속되어야 할 p측 접속부(1Ob-1)로부터 적어도 구성되고, 더욱 길이방향에서의 일끝단 근방에 n측 접속부가 배치된 n측 접속부영역과 길이방향에 있어서의 다른 끝단 근방에 p측 접속부가 배치된 p측 접속부영역과 그 사이에 위치하는 중간영역을 구비하고 있고, n측 연신부가 중간영역내에 위치하고, 중간영역에 있어서, n측 연신부가 p측 전류확산부와 대향하여 연신하고 있다.

Description

발광다이오드 {LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은, 질화물 반도체(InXAlYGa1-X-YN, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)를 층 구조에 포함한 발광다이오드에 관한 것으로, 특히, 첫 번째로, 발광을 균일화함과 동시에 수명을 향상시킨 발광다이오드에 관한 것으로, 두 번째로 관측면측으로의 광추출을 향상시킨 발광다이오드에 관한 것이다.
질화물 반도체를 층구조에 포함한 발광다이오드는, 고휘도 순녹색 발광LED, 청색발광 LED로서 풀컬러 LED디스플레이, 교통신호 등, 백 라이트 등, 여러가지 분야에서 폭 넓게 이용되고 있다.
이러한 LED는, 일반적으로, 사파이어 등의 기판상에 n형 질화물 반도체층, 활성층, p형 질화물 반도체층이 순서대로 적층된 구조가 되고 있다. 게다가 p형 질화물 반도체층상에는 p측 전극이 배치되고 n형 질화물 반도체층상에는 n측 전극이 배치되어 있다. 예를 들어, p측 전극과 n측 전극을 동일면측에 설치하는 경우는, p형 질화물 반도체층상에 p측 전극이 배치됨과 동시에, p형 질화물 반도체층, 활성층, 및 n형 질화물 반도체층의 일부가 에칭 등에 의해 제거되어 노출한 n형 밀화물 반도체층상에 n측 전극이 배치된 구성이 된다. 또한, 각 전극에는 전류를 흐 르게 하기 위해서, 금선등으로 이루어지는 와이어나 각종 땜납 등의 도전성 부재가 접속된다. 이러한 LED의 전극 배치로서 여러가지 것이 제안되고 있다(예를 들면 특허 문헌 1 ). 또, 광추출을 향상시키는 것을 목적으로 하여, LED의 구조로서 여러가지 것이 제안되고 있다(예를 들면 특허 문헌 2).
그러나, 제 1 과제로서 LED에서는, p측 전극에 p측 전류 확산부를 설치하고 있지만, 발광영역을 넓고 균일하게 이용하는 것은 간단하지 않다. 반대로 발광영역을 넓게 이용하고자 하여 각 전극을 변형시키거나 크게 하면, 전류가 과도하게 집중하는 영역이 나와 버린다. 그 결과, 효율이 좋은 발광을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 수명조차도 단축되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
또, 제 2 과제로서 LED의 광추출을 향상시키고자 하여, 본래, 발광 영역인 개소에 개구부를 마련하면, LED의 저항이 커지는 등의 원인으로 소자특성을 악화시켜 버린다고 하는 문제가 있었다.
특허문헌 1 일본 특허공개 2000-164930호 공보
특허 문헌 2 WO 01/41219 공보
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것이다. 본 발명의 제 1 목적은, 전극의 형상, 배치위치를 특정의 구성으로 함으로써, 전류를 과도하게 집중시키지 않고 발광을 보다 균일하게 하여, 더욱 빛의 추출효율을 향상시켜, 수명의 긴 발광다이오드를 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 제 2 목적은, 본래 발광영역이 아닌 영역을 이용하는 것으로써, 관측면측으로의 광추출을 향상시키는 것에 있다.
본 발명의 발광다이오드는, 적어도 n측 전극이 배치된 n형 질화물 반도체층(4)과 p측 전극이 배치된 p형 질화물 반도체층(8)을 구비하는 동시에, n측 전극과 p측 전극이 동일면측에 배치되어 있고, p측 전극이, p형 질화물 반도체층에 설치되고 또한 공급된 전류를 확산하는 p측 전류 확산부(10a)와, p측 전류 확산부의 적어도 일부에 설치되고 또한 p측 전류 확산부에 전류를 공급하는 p측 패드부(10b)가 구성되고, 전극배치면측으로부터 보아 소정의 방향으로 긴 직사각형형상인 발광다이오드에 관한 것이다. 특히, 전극 배치면측으로부터 보아, n측 전극이, 도전성 부재가 접속되어야 할 n측 접속부(9-1)와, n측 접속부의 일부로부터 길이방향으로 연신한 n측 연신부(9-2)로 구성됨과 동시에, p측 패드부가, 도전성 부재가 접속되어야 할 p측 접속부(10b-1)로부터 적어도 구성되고, 또한 길이방향에 있어서의 일끝단 근방에 n측 접속부가 배치된 n측 접속부 영역과, 길이방향에 있어서의 다른 끝단 근방에 p측 접속부가 배치된 p측 접속부 영역과, 그 사이에 위치하는 중간영역을 구비하고 있고, n측 연신부가 중간영역내에 위치하여, 중간영역에 있어서, n측 연신부가 p측 전류확산부와 대향하여 연신하고 있는 것을 특징으로 한다.
또, p측 패드부가 p측 접속부의 일부로부터 길이방향으로 연신한 p측 연신부(10b-2)를 더욱 구비하여, 중간영역에 있어 p측 연신부가 n측 연신부와 대향해 연신하고 있고, p측 연신부가, p측 전류확산부 내에 있어서, n측 연신부로부터 먼 방향측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, p측 전류확산부가 발광다이오드로부터의 빛의 적어도 일부를 투과하는 것을 특징으로 한다.
또, p측 전류확산부는 발광다이오드로부터의 빛의 적어도 일부를 투과하는 복수의 개구부(10aa)를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 전극배치면측으로부터 보아, 중간영역에 있어서의 p측 전류확산부의 일부에 움푹 패인 부분을 가져, 그 움푹 패인 부분을 따라서 n측 연신부가 연신하고 있어, 중간영역에 있어서의 n측 연신부와, p측 전류확산부 내의, n측 연신부로부터 먼 방향측에 위치하는 p측 전류확산부의 끝단부와의 거리 D가, p측 접속부 영역에 있어서의 p측 전류확산부의 폭방향의 거리 E보다 작은 것을 특징으로 한다.
또, 대향하는 n측 연신부와 p측 전류확산부와의 거리 A가, n측 연신부의 선단과 상기 선단으로부터 p측 접속부영역측에 위치하는 p측 전류확산부와의 거리 B보다도 작은 것을 특징으로 한다.
또, n측 접속부와 p측 전류확산부가 길이방향에 대해 서로 대향하고 있고, 대향하는 n측 연신부와 p측 전류확산부와의 거리 A가, 적어도 p측 연신부의 선단 근방에 있어서의 길이방향에 대해 서로 대향하는 n측 접속부와 p측 전류확산부와의 거리 C보다 작은 것을 특징으로 한다.
또, n측 접속부와 p측 접속부는, 길이방향에 대해 서로 대향하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광다이오드는, n측 전극을 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 n형 콘택트층과 p측 전극을 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 p형 콘택트층과의 사이에, 질화물 반도체로 이루어지는 활성층을 갖는 반도체 적층구조를 구비하는 발광다이오드에 관한 것이다. 특히, 발광다이오드는, n측 전극과 p측 전극을 동일면측에 구비함과 동시에, n형 콘택트층은 전극형성면측으로부터 보아 p측 전극을 갖는 반도체 적층구조가 설치된 제 1 영역과, 제 1 영역과 다른 제 2 영역으로 이루어지고, 제 2 영역에는 복수의 요철이 설치되어 요철의 꼭대기부분은 발광다이오드 단면에 있어서 활성층보다 p형 콘택트층 측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또, 요철의 꼭대기부분은 p형 콘택트층과 실질적으로 같은 높이인 것을 특징으로 한다.
또, 요철단면에 있어서, 요철을 형성하는 볼록부는, n형 콘택트층측으로부터 p형 콘택트층측을 향하여 서서히 가늘어지도록 경사한 사다리꼴인 것을 특징으로 한다.
또, 전극 형성면측으로부터 보아, 적어도 제 1 영역과 n측 전극의 사이에, 복수의 요철이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, p측 전극은, p형 콘택트층상에 설치되고 또한 공급된 전류를 확산하는 전류확산부와, 전류확산부상의 적어도 일부에 설치되고 또한 p측 전류확산부에 전류를 공급하는 패드부로 구성되고, 전극배치면측으로부터 보아, n측 전극과 p측 전극의 패드부와의 사이에 위치하는 제 1 영역에 설치된 반도체 적층구조가, n측 전극과 p측 전극의 패드부를 연결하는 직선에 수직을 이루는 방향에 대하여, 제 1 영역의 양측이 잘룩한 부분을 가짐과 동시에, 잘룩한 부분에 복수의 요철을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, p측 전극은, p형 콘택트층상에 설치되고 또한 공급된 전류를 확산하는 전류확산부와 전류확산부상의 적어도 일부에 설치되고 또한 p측 전류확산부에 전류를 공급하는 패드부로 구성되어, 전극배치면측으로부터 보아, n측 전극과 p측 전극의 패드부와의 사이에 위치하는 제 1 영역에 설치된 반도체 적층구조가, n측 전극과 p측 전극의 패드부를 연결하는 직선상에 있어서, n측 전극측으로부터 잘룩한 부분을 가짐과 동시에, 잘룩한 부분에 복수의 요철을 갖추는 것을 특징으로 한다.
도 1은, 본 발명의 실시형태 1의 LED를 전극배치면측으로부터 본 평면도이다.
도 2는, 도 1의 II-II선에 있어서의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 실시형태 2의 LED를 전극배치면측으로부터 본 평면도이다.
도 4는, 도 3의 IV-IV선에 있어서의 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 실시형태 3의 LED를 전극배치면측으로부터 본 평면도이다.
도 6은, 본 발명의 실시형태 3의 LED의 그 밖의 모양을 나타내는 평면도이다.
도 7은, 본 발명의 실시형태 4의 LED를 전극배치면측으로부터 본 평면도이다.
도 8은, 본 발명의 실시형태 4의 LED의 다른 모양을 나타내는 평면도이다.
도 9는, 본 발명의 실시형태 5의 LED에 있어서의 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 실시형태 6의 LED를 전극배치면측으로부터 본 평면도이다.
도 11은, 도 10의 XI-XI선에 있어서의 부분적인 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 실시형태 7의 LED를 전극배치면측으로부터 본 평면도이다.
도 13은, 본 발명의 실시형태 8의 LED를 전극배치면측으로부터 본 평면도이다.
본 발명에 관한 발광다이오드(이하'LED (Light Emitting Diode)'라고 한다)를 구성하는 각 반도체층으로서는 여러 가지의 질화물 반도체를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 유기금속기상성장법(MOCVD), 하이드라이드 기상성장법(HVPE) 등에 의해 기판상에 InXAlYGa1-X-YN, (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 등의 반도체를 복수 형성시킨 것이 매우 바람직하게 이용된다. 또, 그 층구조로서는, MIS접합, PIN접합이나 PN접합을 가진 호모구조, 헤테로구조 혹은 더블헤테로구성의 것을 들 수 있다. 또, 각층을 초격자 구조로 하거나 활성층을 양자효과가 발생하는 얇은 막으로 형성시킨 단일양자우물구조나 다중양자우물 구조로 할 수도 있다.
LED는, 일반적으로는, 특정의 기판상에 각 반도체층을 성장시켜 형성되지만, 그 때, 기판으로서 사파이어 등의 절연성 기판을 이용하여 그 절연성 기판을 최종적으로 제거하지 않는 경우, 통상, p측 전극 및, n측 전극은 모두 반도체층상의 동 일면측에 형성되게 된다. 이 경우, 페이스업 실장 즉 반도체층측을 보고 확인할 수 있는 측에 배치하여 발광된 빛을 반도체층측으로부터 추출하는 것도 가능하고, 페이스다운 실장 즉 기판측을 보고 확인할 수 있는 측에 배치하여 발광된 빛을 기판측으로부터 추출하는 것도 가능하다. 물론, 최종적으로 기판을 제거한 다음, 페이스업 실장 혹은 페이스다운 실장할 수도 있다. 덧붙여 기판은 사파이어로 한정되지 않고, 스피넬, SiC, GaN, GaAs 등, 공지의 부재를 이용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 다만, 이하에 나타내는 실시형태는, 본 발명의 기술사상을 구체화하기 위한 발광다이오드를 예시하는 것으로, 본 발명은 발광다이오드를 이하의 것에 특정하지 않는다.
또, 본 명세서는 특허 청구의 범위에 나타나는 부재를, 실시형태의 부재에 특정하는 것은 결코 아니다. 특히 실시형태에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다. 덧붙여 각 도면이 나타내는 부재의 크기나 위치관계 등은, 설명을 명확하게 하기 위해 과장하고 있는 경우가 있다. 또한 이하의 설명에 대하여, 동일한 명칭, 부호에 대해서는 동일 혹은 동질의 부재를 나타내고 있어 상세한 설명을 적당히 생략한다. 또한, 본 발명을 구성하는 각 요소는, 복수의 요소를 동일한 부재로 구성하여 하나의 부재로 복수의 요소를 겸용하는 형태로 해도 좋고, 반대로 하나의 부재의 기능을 복수의 부재로 분담해서 실현할 수도 있다.
(실시형태 1)
도 1, 2에 기초하여, 실시형태 1의 LED에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관한 LED는, 도면에 나타내는 바와 같이 동일면측에 p측 전극 및, n측 전극을 배치한 LED이다. 도 1은, 본 실시형태의 LED를 전극배치면측으로부터 본 개략도이다. 또, 도 2는, 본 실시형태의 LED의 층 구성을 나타내는 모식적 단면도이고, 도 1의 II-II선에 있어서의 단면도를 나타낸다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태 1에 관한 LED는, 전극배치면측으로부터 보아 소정의 방향으로 긴 직사각형 형상이다. 본 실시형태에서는, 한 쌍의 변이 다른 한 쌍의 변보다도 긴 직사각형으로 한다. 그리고, 직사각형의 길이방향에 있어서의 일 끝단 근방에 n측 접속부(9-1)가 배치되고 직사각형의 길이방향에 있어서의 다른 끝단 근방에 p측 접속부 (10b-1)가 대향하여 배치되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 LED는, 예를 들면, 사파이어기판(1)상에 GaN버퍼층(2), 도핑 되지않은 GaN층(3), n형 콘택트층이 되는 Si도핑 GaN층(4), n형 클래드층이 되는 Si도핑 GaN층(5), 활성층이 되는 InGaN층(6), p형 클래드층이 되는 Mg도핑 AIGaN층(7), p형 콘택트층이 되는 Mg도핑 GaN층(8)이, 순서대로 적층된 층구조를 갖는다. 게다가 Mg도핑 GaN층(8), Mg도핑 AIGaN층(7), InGaN층(6), Si도핑 GaN층(5), Si도핑 GaN층(4)이 부분적으로 에칭 등에 의해 제거되고, Si도핑 GaN층(4)의 노출면에 n측 전극(9)이 형성되고, Mg도핑 GaN층(8)의 표면의 대략 전체면에 p측 전극(10)이 설치되어 있다. 덧붙여 본 실시형태에서는, '특허청구범위'에 기재하는 n형 질화물 반도체층이 n형 콘택트층이 되는 Si도핑 GaN층(4)에 대응하여, p형 질화물 반도체층이 p형 콘택트층이 되는 Mg도핑 GaN층(8)에 대응하고 있다.
본 실시형태에서는, n측 전극(9)은, n콘택트층측으로부터 순서대로 W, Al, W, Pt, Au를 적층하여 n측 전극으로 하지만, 재료 및 적층구조는 다른 공지의 것을 이용해도 좋다. 또, 최종적으로 도전성 부재가 되는 와이어를 접속해야 할 n측 접속부(9-1)와 그 일부분으로부터 길이방향에 연신한 n측 연신부(9-2)로 구성된다.
p측 전극(10)은, p형 콘택트층의 비교적 넓은 영역(약 전면)에 형성된 p형 콘택트층과 오믹접촉함과 동시에, 다음에 기재하는 p측 패드부로부터 공급된 전류를 확산하는 p측 전류확산부(10a)와 p측 전류확산부의 일부에 형성된 p측 패드부(10b)로 구성된다. 본 실시형태에서는, p형 콘택트층으로부터 순서대로 Ni, Au, Au가 적층되어 p측 전극으로 하지만, 재료 및 적층구조는 다른 공지의 것을 이용해도 좋다. 이 경우, LED로부터의 빛의 적어도 일부를 투과하는(이하, '투광성'이라고도 말한다) 정도의 비교적 얇은 막으로 적층한 Ni, Au가 p측 전류확산부이고, 투광성을 갖지 않는 비교적 두꺼운 막으로 적층한 Au가 p측 패드부이다. 게다가 p측 패드부(10b)는, 최종적으로 도전성 부재가 되는 와이어를 접속해야 할 p측 접속부(10b-1)와 그 일부분으로부터 길이방향에 대향하는 n측 접속부(9-1)를 향하여 연신한 p측 연신부(10b-2)로 구성된다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이 본 발명의 실시형태 1에 관한 LED는, n측 접속부(9-1)를 포함한 n측 접속부 영역과, p측 접속부(10b-1)를 포함한 p측 접속부영역과, 그 사이에 위치하는 중간영역으로 분할된다. 여기에서는, 각 영역을, 길이방향과 대략 수직을 이루는 방향으로 LED를 분할한 영역으로 한다.
중간영역내에는, n측 연신부(9-2)가 배치되고, 그 중간영역에 있어서 n측 연신부(9-2)가 p측 전류확산부(10a)와 대향하도록 연신하고 있다. 즉, n측 연신부는 p측 접속부영역에는 침입하지 않고 중간영역에만 배치되어 있고 그 중간영역의 내부에서 n측 연신부(9-2)와 p측 전류확산부(10a)가 대향하도록 배치되어 있다.
이와 같이 구성함으로써, 중간영역의 n측 연신부(9-2)와 p측 전류확산부(10a)가 대향하는 영역에 있고, p측 전류확산부(10a)로부터 n측 연신부(9-2)에 균일하게 전류를 공급할 수 있다. 또, n측 연신부(9-2)는 중간영역내에 배치되어 있으므로, n측 연신부로부터 p측 접속부 주변의 p측 전류확산부(10a)에 전류가 집중하는 것을 경감할 수 있다.
즉, p측 접속부(10b-1)에는 직접 도전성 부재가 접속되므로, 당연히 그 주변이 전류밀도가 높아지기 쉬운 영역이 된다. 그러나, 본 발명의 실시형태 1에 관한 LED는, n측 연신부가 p측 접속부 영역까지 연신하고 있지 않기 때문에, p측 접속부 근방에서 전류가 집중하는 것을 큰 폭으로 경감함과 동시에, 중간영역에서 보다 넓은 영역에 의해 균일하게 전류를 공급할 수 있다.
또, 본 실시형태와 같이, p측 전류확산부(10a)가 투광성을 갖는 구성으로 하면, p측 접속부(10b-1)는 p측 연신부(10b-2)를 구비하는 것이 특히 바람직하다. 즉, p측 전류확산부(10a)를 투광성으로 하기 위해서는, 그 두꺼운 막을 비교적 얇은 막으로 형성할 필요가 있다. 그러나, p측 전류확산부(10a)를 투광성이 어느 정도 얇은 막으로 하면 필연적으로 전기저항이 커져, p측 패드부로부터 공급된 전류를 p측 전류확산부(10a) 전체에 넓히는 것이 곤란해진다. 거기서, 전기저항이 비교적 작은 p측 접속부(10b-1)로부터 p측 연신부(10b-2)가 연신하도록 p측 패드부(10b)를 구성하여, p측 연신부 (10b-2)에 전류를 넓힌 후에 p측 전류확산부(10a)에 전류를 공급함으로써, p측 전류확산부(10a) 전체에 전류를 확산하는 것이 보다 용이하게 된다.
또한, 본 실시형태의 LED는, 중간영역에 있어서, n측 연신부(9-2)와 p측 연신부(10b-2)가, 길이방향에 대략 수직을 이루는 방향(이하, '폭방향'이라고 한다)에 있어서, 서로에 의해 먼 방향에 대향해 위치하는 것에 의해, LED 전체에 의해 넓게 전류를 공급할 수 있다.
한편, 일반적으로, LED 내부로부터 생긴 빛은, 반도체층과 반도체층, 반도체층과 전극 등, 소위 계면에서 반사되면서 LED 외부로 방출된다. 빛이 반사할 때는, 완전하게 반사되는 것이 아니라, 빛의 일부가 각 부재에 흡수되어 버린다. 여기서, 광반사의 횟수를 줄일 수 있으면, 자동적으로 광흡수의 횟수도 줄일 수 있다. 이러한 사정에 감안하여, LED의 전극배치면측으로부터 보아 그 외형을 폭방향으로 할 수 있는 한 얇게 함으로써, 빛의 흡수를 최소한으로 억제하면서, 폭방향에서의 빛의 추출을 향상시킬 수 있다. 또, 얇게 함으로써, 얇은 쪽으로부터 집중적으로 빛을 추출할 수 있다. 이러한 형상으로서는, 한 쌍의 변이 다른 쪽의 한쌍의 변보다 긴 직사각형이나 평행사변형, 타원형 등이 있지만, 실제문제로서 제품비율 등을 고려하면 직사각형이 가장 바람직하다.
이와 같이, LED는 전극배치면측으로부터 보아, 한쪽의 방향으로 얇은 것이 바람직하다. 그러나, 최종적으로 도전성 부재를 각 전극에 접속하기 위해서는, p 측 접속부(10b-1) 및, n측 접속부(9-1)에 있는 정도의 면적이 필요하다. 전극배치면측으로부터 보아, LED의 외형을 도전성 부재가 접속 가능한 폭방향의 두께를 남기고 한계까지 얇게 하면, 빛의 추출은 최대한으로 이용할 수 있다고 생각할 수 있지만, 효과적으로 n측 연신부를 배치하는 것이 곤란하게 되어 버린다.
거기서, 본 실시형태의 LED는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 중간영역에 있어서, P측 전류확산부(10a)의 일부에 움푹 패인 부분을 갖는다. 그리고, 그 움푹 패인 부분을 따라서 n측 연신부(9-2)가 배치된다. 이 때, 중간영역에 있어서의 n측 연신부와 p측 전류확산부 내의, n측 연신부로부터 먼 방향측의 끝단부와의 거리 D를, p측 접속부 영역에 있어서의 p측 전류확산부의 폭방향의 거리 E보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, p측 접속부에 있어서의 도전성 부재가 접속 가능한 면적을 확보하면서 n측 연신부가 배치 가능하게 됨과 동시에, LED의 폭방향을 보다 얇게 할 수 있다.
또한, 거리 D가 거리 E보다 작은 경우, 서로 대향하는 n측 연신부와 p측 전류확산부와의 거리 A가, n측 연신부의 선단과 선단으로부터 p측 접속부영역측에 위치하는 p측 전류확산부와의 거리 B보다 작은 것이 바람직하다. 덧붙여 n측 연신부의 선단으로부터 p측 접속부 영역측에 위치하는 p측 전류확산부란, 요컨대, n측 연신부와 p측 전류확산부가 대향하고 있지 않은 비대향영역의 p측 접속부영역 근방에 있어서의 p측 전류확산부를 가리킨다. 도 1에서는, p측 접속부로부터 완만한 곡선을 따라서 p측 전류확산부가 연신하고 있으므로, 거리 B는 n측 연신부와 그 완만한 곡선과의 거리가 된다.
즉, 전에 설명한 바와 같이, p측 접속부(10b-1)에는 직접 도전성 부재가 접속되므로, 당연히 그 주변이 가장 전류밀도가 높은 영역이 되지만, 본 실시형태와 같이 거리 A가 거리 B보다 작음으로써, B사이에서 전류의 집중을 경감함과 동시에, A사이에서 보다 균일한 전류공급을 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태의 LED는, 도 1에 나타내는 바와 같이, n측 접속부와 p측 전류확산부가 길이방향에 대해 서로 대향하고 있다. 그리고, 대향하는 n측 연신부와 p측 전류확산부와의 거리 A가, 적어도 p측 연신부의 선단 근방에서 대향하는 n측 접속부와 p측 전류확산부의 거리 C보다 작은 것이 바람직하다. 즉, p측 연신부의 선단 근방은 n측 접속부와 인접하므로, 당연히 그 주변이 전류밀도가 높아지기 쉬운 영역이 되지만, 본 실시형태와 같이 거리 A가 거리 C보다 작음으로써, C사이에서 전류의 집중을 경감함과 동시에, A사이에 대해 보다 균일한 전류공급을 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태에 대해서는, p측 전류확산부가 충분히 전류를 확산하는 경우에 대해 설명했지만, p측 전류확산부의 전류확산기능이 충분하지 않은 경우는, p측 접속부 및 p측 연신부로 구성되는 p측 패드부의 형상 자체를 바꾸는 것에 의해, 실질적으로 거리 A, B, C를 증감시킬 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 거리 A를 크게 하고 싶은 경우는, p측 연신부를 보다 가늘게 하여 n측 연신부로부터 멀어지는 구성으로 하면 좋고, 거리 B를 크게 하고 싶은 경우는, 도 1에 나타내는 대략 사각형의 p측 접속부의 일각을 보다 라운드시켜 n측 연신부로부터 멀어지는 것과 같은 구성으로 하면 좋다. 마찬가지로, 거리 C를 크게 하고 싶은 경우는, p측 연 신부를 짧게 하여 n측 접속부로부터 멀어지는 구성으로 하면 좋다.
또, p측 전류확산부의 전류확산기능이 충분하지 않은 경우는, 거리 C는 p측 연신부의 선단에 가까울수록 거리 A와 거리 C와의 관계에 의한 상기 효과가 현저해지고, p측 연신부의 선단으로부터 멀어짐에 따라서 그 효과는 작아진다. 그 때문에, 예를 들면 발광면적을 크게 하기 위해서, p측 연신부의 선단으로부터 멀어짐에 따라서 길이방향에 대향하는 p측 전류확산부와 n측 접속부와의 거리를 작게 할 수도 있다.
또한, 여기에서는, 측면방향에 있어서 광출사부가 되는 활성층으로부터 출사되는 빛을 차단하지 않도록, 광출사부보다 낮은 위치에 n측 연신부를 구비한다. 본 실시형태에 대해서는, 전극배치면측으로부터 보아, LED의 외형을 직사각형으로 하고 있기 위해서, 길이방향으로부터가 아니라, 폭방향으로부터 주로 빛이 출사되므로, 이러한 구성이 특히 유효하게 된다. 덧붙여 여기에서는, 소자구조를 DH(더블헤테로) 구조로 하고 있으므로, 활성층인 InGaN층(6)이 광출사부에 해당한다. 물론, 소자 구조가 pn접합인 경우는 그 계면이 광출사부라는 것이 된다.
또, 본 실시형태의 LED를 페이스업 실장하는 경우는, 도전성 부재로서 금선등으로부터 되는 와이어가 주로 이용되어 페이스다운 실장하는 경우는, 도전성 부재로서 땜납등이 이용된다.
여기에서는, p측 전류확산부를 비교적 얇은 막으로 함으로써, p측 전류확산부자체가 LED의 빛의 일부를 투과할 수 있는 구성으로 하였지만, p측 전류확산부를 비교적 두꺼운 막으로서 LED빛을 투과하지 않는 구성으로 할 수도 있다. 특히, 페이스다운 실장하는 경우는, Rh, Al, Ag 등의 각종 금속부재를 소정의 두꺼운 막으로 적층시켜 p측 전류확산부에 빛을 반사시킴으로써, 보고 확인할 수 있는 측에서의 빛의 추출을 향상시킬 수 있다. 이 경우, p측 전류확산부의 일부에 p측 패드부를 설치할 필요는 없고, n전극과 같이 일체적으로 구성할 수도 있다.
또, LED의 소정의 일부에 요철을 설치함에 의해 빛을 난반사시켜, 결과적으로 빛의 추출효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, n측 전극을 구비하는 n형 콘택트층의 표면에 요철을 설치하거나, 사파이어기판과 에피층과의 계면에 요철을 설치함에 의해, 보다 효과적으로 빛을 난반사시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 실시형태 1에 관한 LED는 전극배치면측으로부터 보아 직사각형 형상이므로, 세로방향(반도체 적층방향)뿐만이 아니라 가로방향(특히 폭방향)으로부터도 효과적으로 빛이 출사되지만, 예를 들면 n형 콘택트층의 표면에 요철을 설치함으로써, 가로방향으로부터의 빛의 출사에 더하여, 세로방향으로부터의 빛의 출사도 향상시킬 수 있어 보다 입체적인 발광을 얻을 수 있다. 또, n형 콘택트층의 표면에 요철을 형성하기 위해서는, 예를 들면, n형 콘택트층의 표면에 형성시킨 원형, 삼각형, 사각형 등 소정의 형상으로 개구한 마스크를 이용하여, RIE(반응성 이온에칭)에 의해 상기 소정의 형상의 볼록부를 설치함에 의해서 형성할 수 있다. 또, 상기 소정의 형상을 남기고 다른 부분을 제거함으로써 요철 즉 볼록부를 형성할 수도 있다. n형 콘택트층에 요철을 형성하는 경우, n측 전극과 n형 콘택트층의 계면 이외는 물론, 상기 계면에 요철을 형성할 수도 있다.
또, 요철을 형성하는 공정과 n측 전극을 적층하기 위한 면을 노출시키는 공 정을 일괄적으로 실시할 수도 있다. 즉, 예를 들면, p형 콘택트층을 적층한 후에, 레지스터막을 도포하여 원하는 패턴으로 노광하여, 잔존하는 레지스터막을 마스크로서 이용하여 발광소자로서 기능하는 발광층이 잔존하는 부위, n형 콘택트층 표면의 최종적으로 n측 전극이 배치되는 부위, 그리고 n형 콘택트층상의 n형 콘택트층으로부터 p형 콘택트층까지를 포함한 볼록형상 기둥형상물을 형성할 수 있다. 이것에 의해, n측 전극을 형성하는 노출면을 형성함과 동시에 볼록형상 기둥형상물을 동시에 형성되므로, 공정을 간략화하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 요철을 형성하는 공정과 n측 전극을 적층하기 위한 면을 노출시키는 공정을 일괄적으로 행하는 경우, 필연적으로, 볼록형상 기둥형상물은 활성층보다 높은 위치에 형성되게 된다. 이 볼록형상 기둥형상물에 의해, n형 콘택트층을 도파해 온 빛을 관측면측에 반사시켜 외부로 추출할 수 있음과 동시에, 활성층에서 측면방향으로 출사된 빛이 직접 볼록형상 기둥형상물에 의해 관측면측으로 진행방향을 바꿈으로써, 관측면측으로의 빛의 추출효율이 보다 효과적인 것이 된다. 볼록형상 기둥형상물은 발광 관측면측으로부터 보아 원형, 마름모형, 삼각형이나 육각형 등 원함에 따라 여러가지 취할 수 있다. 게다가 볼록형상 기둥형상물은 n형 콘택트층측으로부터 p형 콘택트층측을 향하여 서서히 가늘어지고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 관측면측으로의 빛의 추출을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 지금까지 설명한 요철의 효과는, 본 실시형태의 LED 뿐만이 아니라 다른 구조의 LED에 대해서도 들어맞는 것은 말할 필요도 없다.
한편, 상술한 어떤 경우에 대해서도, 발광관측면에서 본 요철형상 또는 볼록 형상 기둥형상물의 형상의 단면은, 발광단면과 각도를 가지고, 바람직하게는 수직으로 형성된 변을 가지고 있으면 방출된 빛을 효율적으로 외부로 추출하는 것이 가능해진다. 특히, 요철 또는 볼록형상 기둥형상물의 발광관측면측으로부터 본 형상을 삼각형으로 하여, 상기 삼각형의 한 각을 발광단면에 대향시킴과 동시에, 상기 한 각과 대향하는 삼각형의 한 변을 발광단면으로부터 먼 곳에 위치시키고, 한편 발광단면과 대략 평행하게 함으로써, 발광 단면과 각도를 갖고 대향하는 한 변을 보다 크게 형성할 수 있으므로 바람직하다. 즉, 각각의 삼각형의 한 각이 발광단면에 대향하도록, 발광단면에 대해서 각 삼각형을 방사선형상으로 배치시킬 수 있다. 또, 삼각형은 이등변삼각형 혹은 정삼각형이 바람직하고, 이 경우, 상기한 각과는 길이가 동일한 두 변에 의해 형성된 각인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 보다 균일하게 빛을 추출할 수 있다. 또한, 발광단면이라는 것은 최종적으로 전류가 공급되어 발광하는 n형 콘택트층으로부터 p형 콘택트층까지를 구비한 적층체에 있어서의 단면이다.
또한 활성층에서 발광한 빛을 효율적으로 외부로 추출하기 위해서는, 반도체 적층구조내를 빛이 반사하는 횟수가 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 이 때문에, 예를 들면, 기판으로서 사파이어를 이용하여 반도체 적층구조를 예를들어 GaN으로 하면, 사파이어의 굴절률, GaN의 굴절률은, 대체로 1.77과 2.5이므로, 스넬의 법칙에 의해, 그 계면으로의 임계각은 약 45°가 되어, 빛이 반도체 적층구조 내를 반사하여 외부로 나가는 빛의 반사횟수를 설계자측에서 임의로 설정할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 도 1에 있어서의 중간영역의 활성층 끝단면을 구성하는 반 도체 적층구조의 폭방향의 거리를, 빛이 1회반사하는 것과 같은 거리에 설정할 수 있다. 이에 따라, 폭방향에 있어서의 빛의 추출을 더욱 향상시킬 수 있다. 물론 이것은 중간영역의 활성층 끝단면을 구성하는 반도체적층구조의 폭방향의 거리에 대해서만이 아니라 여러가지의 거리 설계에 응용할 수 있다.
(실시형태 2)
도 3, 4에 기초하여, 실시형태 2의 LED에 대해 설명한다. 도 3은, 본 실시형태의 LED를 전극배치면측으로부터 본 개략도이다. 또한, 도 4는, 실시형태 2의 LED의 층구성을 나타내는 모식적 단면도이며, 도 3의 IV-IV선에 있어서의 단면을 나타낸다. 또, 실시형태 1과 같은 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
본 실시형태의 LED는, p측 전류확산부(10a)가 복수의 개구부(10aa)를 갖는 것 이외는, 실시형태 1에 개시하는 LED와 같은 구성으로 한다. 또, p측 패드부는 p측 연신부를 갖지 않는다. 이와 같이 구성함으로써, 활성층으로부터 출사되는 빛이 p측 연신부에 의해 차단되는 일이 없기 때문에, 광추출이라는 점에서 바람직하다. 물론, 전류의 확대를 고려하여, p측 연신부를 갖추는 구성으로 할 수도 있다. 어느 효과를 중요시 할 것인지는, 설계자측에서 임의로 선택하면 좋다.
p측 전극(10)은, p형 콘택트층의 비교적 넓은 영역(약 전면)에 형성된 p형 콘택트층과 오믹접촉함과 동시에, 다음에 기재하는 p측 패드부로부터 공급된 전류를 확산하는 p측 전류확산부(10a)와 p측 전류확산부의 일부에 형성된 p측 패드부(10b)로 구성된다. 여기서, p전류 확산층은, 실질적으로 p콘택트층이 노출된 복수의 개구부를 구비한다. LED로부터의 빛의 적어도 일부는 이 개구부에서 외부로 추출된다.
본 실시형태에서는, p형 콘택트층으로부터 순서대로 Rh, Ir, Au를 적층하여 p측 전극으로 하지만, 재료 및 적층구조는 다른 공지의 것을 이용해도 좋다. 이 경우, 연속하여 적층한 Rh, Ir이 p측 전류확산부이고, Au가 p측 패드부이다. 본 실시형태에 대해서는, 최종적으로 도전성 부재를 접속해야 할 p측 접속부(10b)가 p측 패드부 그 자체에 대응한다.
또, 본 실시형태와 같이, p전류확산층에 복수의 개구부를 구비하면, p측 접속부는 p측 연신부를 갖추지 않아도 좋다. 즉, p전류확산층에 개구부를 형성하는 경우에는, 투광성이 없어질 정도로 그 막을 비교적 두꺼운 막으로 형성한다. 이것은, 비교적 두꺼운 막으로 형성함으로써 전기저항을 작게 하여, p측 패드부로부터 공급되는 전류를 확산하기 쉽게 하기 위해서이다. 그러나, p전류 확산층을 투광성을 구비하지 않을 정도의 두꺼운 막으로 하면 p측 전류확산부로부터 빛을 추출하는 것이 곤란해진다. 거기서, p측 전류확산부에 복수의 개구부를 설치함으로써, 전기저항을 작게 하면서 빛의 추출을 가능하게 할 수 있다.
또, 도 4에 나타내는 바와 같이, 개구부를 형성하지 않은 p측 전류확산부 위에 p측 패드부를 배치하더라도 좋지만, 다른 형태로서 개구부를 갖는 p측 전류확산부 위에 p측 접속부를 배치하더라도 좋다. 즉, 개구부를 구비함으로써 단면이 요철의 p전류확산층의 상면 및 볼록부 내부에 p측 배드부가 배치되도록 구성할 수도 있다. 이것에 의해, p측 패드부로부터 p전류확산층에의 접촉면적을 향상시킬 수 있으므로, p측 패드부와 p전류확산층과의 밀착성을 향상시킬 수 있음과 동시에, p측 패드부로부터 p전류확산층에 효과적으로 전류를 공급할 수 있다.
또, 개구부의 형상, 크기, 배치 위치 등은 임의로 설정할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, p측 전류확산부의 n측 연신부측 끝단부에 개구부를 구비함으로써, 그 끝단부가 일직선이 되지 않고 개구부에 의해 요철이 되는 경우라도, 전체적으로 보아, n측 연신부와 p측 전류확산부가 서로 대향하고 있으면 좋다.
또, 여기에서는, 도 1 또는 도 3에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 대향하는 n측 연신부와 p측 전류확산부, 대향하는 n측 연신부와 p측 연신부, 대향하는 n측 접속부와 p측 전류확산부가 각각 서로 대략 평행이 되도록 구성하고 있지만, 반드시 평행이 아니어도 좋은 것은 말할 필요도 없다.이 경우, 거리 A, B, C, D, E는 대응하는 영역에 있어서의 최단거리가 된다.
여기서, 실시형태 1 및 2에 대해서는, 도 1 및 3에 나타내는 바와 같이, n측 접속부영역에 p측 전류확산부가 위치하지 않은, 즉 중간영역내에 p측 전류확산부가 위치하는 구성이 되고 있지만, 예를 들면, 도 5∼8에 나타내는 바와 같이, p측 전류확산부를 n측 접속부 영역에 포함되도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 예를 들면 각 도면에 나타내는 바와 같이, 직사각형 또한 직사각형형상인 발광다이오드의 대각선상에 n측 패드부 및 p측 패드부가 각각 배치된 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또, 이 경우, n측 접속부 영역, 중간영역, p측 접속부 영역은 각각, 길이방향에 대략 수직을 이루도록 구분된 영역이다. 이하, 실시형태 3, 4를 도 5∼8에 기초하여 설명한다.
(실시형태 3)
도 5, 6에 기초하여, 본 실시형태의 LED에 대해 설명한다. 또, 실시형태 1과 같은 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시형태의 LED는, 이하의 구성이 다른 것 이외는, 기본적으로 실시형태 1에 개시하는 LED와 같은 구성으로 한다.
즉, 본 실시형태의 LED는, 상기한 바와 같이 p측 전류확산부(10a)가 n측 접속부 영역에 달하여 형성되고 있고, n측 패드부(9-1) 및, p측 패드부(10b-1)는, 전극배치면측으로부터 보아, 직사각형인 LED의 대각선상에 각각 배치되어 있다. 또, n측 연신부(9-2)와 p측 연신부(10b-2)는 부분적으로 대향하고 있다. 게다가 n측 전극을 형성하기 위해서 노출시킨 n형 콘택트층(4)까지 노출한 영역에는, 빛의 추출을 향상시키기 위한 복수의 볼록부(11)가, 활성층을 포함한 반도체 적층구조를 둘러싸도록 구비된다.
도 5에 대해서는, 전극배치면측으로부터 본 볼록부(11)의 형상이 마름모형인 경우의 예이고, 도 6에 대해서는, 전극배치면측으로부터 본 볼록부(11)의 형상이 삼각형인 경우의 예이다. 이와 같이, 소정의 형상의 볼록부(11)를 조밀하게 배치함으로써 페이스업 실장한 경우, 보고 확인할 수 있는 측에서의 빛의 추출을 향상시킬 수 있다. 이 이유는 확실하지 않지만, 볼록부(11) 아래쪽(도면에 있어서의 배면측)의 n형 콘택트층내에서 도파하는 빛이 볼록부(11)의 밑동부분에서 난반사하거나, 혹은, n형 콘택트층내에서 도파하는 빛이 볼록부(11) 내부에 파고 들어감으로써, 시각적으로 인식할 수 있는측에서의 빛의 추출효율이 향상하는 것이라고 생 각할 수 있다. 또, LED측면에서 보아, 요철꼭대기부분이 활성층의 위치보다 높은(p측에 위치한다) 것에 의해, 출사단면으로부터의 빛이 직접 요철을 형성하는 볼록부에 닿아, 빛의 진행방향을 관측면측으로 바꿀 수 있다고 생각된다.
또한, 출사단면으로부터의 빛이 반드시 몇 개의 볼록부(11)에 닿도록, 즉 출사단면으로부터의 빛이 일직선으로 LED 외부까지 빠지지 않도록, 각 볼록부를 배치하는 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 빛이 통과한다고 생각되는 출사단면으로부터 연신하는 소정의 모든 직선상에 적어도 1개의 볼록부가 배치되는 것에 의해, 보다 큰 광추출을 기대할 수 있다.
또한, 볼록부는, 공정을 간략화하기 위해서, n측 전극을 배치시키기 위해서 n측 콘택트층까지 노출하는 공정으로 형성할 수 있다. 이 경우, 각 볼록부는, 기판측으로부터 n측 콘택트층(4)으로부터 p측 콘택트층(8)까지가 순서대로 적층된 구성이 된다. 또, 에칭 등에 의해 볼록부를 형성시키는 경우에는, 전극배치면측으로부터 본 볼록부의 가장 앞면의 형상이, 예를 들면 모퉁이가 빠졌거나 해서 일정하지 않은 경우가 있지만, 가장 중요한 것은 그 꼭대기부분이 활성층보다 높은 볼록부를 형성할 수 있기 때문에, 이러한 경우에도, 빛의 추출효율은 향상시킬 수 있다.
(실시형태 4)
도 7, 8에 기초하여, 본 실시형태의 LED에 대해 설명한다. 또, 실시형태 1과 같은 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시형태의 LED는, 이하의 구성이 다른 것 이외는, 기본적으로 실시형태 1에 개시하는 LED와 같은 구 성으로 한다.
즉, 본 실시형태의 LED는, 상기한 바와 같이 p측 전류확산부(10a)가 n측 접속부 영역에 달하여 형성되고 있고, n측 패드부(9-1) 및, p측 패드부(10b-1)는, 전극배치면측으로부터 보아, 직사각형인 LED의 대각선상에 각각 배치되어 있다. 또, n측 연신부(9-2)와 p측 연신부(10b-2)는 부분적으로도 대향하고 있지 않다. 게다가 n측 전극을 형성하기 위해서 노출시킨 n형 콘택트층(4)까지 노출한 영역에는, 빛의 추출을 향상시키기 위한 볼록부(11)가 복수 구비된다. 볼록부(11)에 대해서는, 도 7은 도 5와 같고, 도 8은 도 6과 같다.
(실시형태 5)
도 9에 기초하여 본 실시형태의 LED에 대해 설명한다. 덧붙여 실시형태 1과 같은 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시형태의 LED는, 이하의 구성이 다른 것 이외는, 기본적으로 실시형태 1에 개시하는 LED와 같은 구성으로 한다.
즉, 본 실시형태의 LED는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 사파이어기판(1)과 버퍼층(2)과의 계면으로부터 n형 콘택트층(4)의 n측 전극(9)이 설치되는 면까지가 경사를 이루고 있다. 이와 같이 경사면을 구비하는 것에 의해, 페이스업 실장 또는 페이스다운 실장 했을 경우의 보고 확인할 수 있는 측에의 빛의 추출을 보다 향상시킬 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 페이스다운 실장 하였을 경우, 도 9에 나타내는 경사각도를 64°로 했을 경우에는, 경사각도가 90°의 실시형태 1의 경우와 비교하 여, 보고 확인할 수 있는 측에서의 빛의 추출을 약 1.1배로 할 수 있다. 또, 경사 각도를 34°로 하여 경사를 보다 완만하게 했을 경우에는, 경사각도가 90°인 경우에 비교하여, 보고 확인할 수 있는 측에서의 빛의 추출을 약 1.6배로 할 수 있다.
또, 본 실시형태에 대해서는, 경사면이, 사파이어기판(1)과 버퍼층(2)과의 계면으로부터 n형 콘택트층(4)의 n측 전극(9)가 설치되는 면까지가 경사를 이루고 있는 구성으로 했지만, 경사면은 다른 영역에 설치하는 것도 가능하다. 즉, LED의 측면의 적어도 일부에 경사면을 갖출 수 있다. 예를 들면, 상기한 구성에 더하여, n형 콘택트층(4)의 n측 전극(9)이 설치되는 면으로부터 p형 콘택트층의 p측 전극(10)이 설치되는 면까지가 경사를 이루고 있어도 좋다. 어느 것이더라도, 보다 큰 측면영역에 경사면을 설치함으로써 상기 효과는 보다 큰 것이 된다.
또한, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화규소, 산화이트륨, 산화티타늄, 산화지르코늄, ITO, 산화인듐, 산화주석 등, 공지의 절연성 재료로, LED 내부로부터의 빛을 투과 혹은 반사하도록 두꺼운 막 등을 제어하여, 경사면에 절연성재료를 단층 또는 다층 설치함에 의해, 페이스업 실장, 페이스다운 실장의 어느 경우에 대해도 보고 확인할 수 있는 측에서의 빛의 추출을 더욱 향상시킬 수 있다. 또, 본 실시형태에 대해서는, 기본적인 소자구조를 실시형태 1로 하였지만, 물론 다른 소자구조에 대해도, 경사면을 설치함으로써도, 보고 확인할 수 있는 측에의 빛의 추출은 향상한다.
(실시형태 6)
다음에, 도 10, 도 11에 기초하여 실시형태 6의 LED에 대해 설명한다.
도 10은 본 실시형태의 LED를 전극형성면측으로부터 본 평면도이다. 또, 도 11은, 도 10의 XI-XI선에 있어서의 p측 전극(20)의 패드부(20b)(이하, 'p측 패드부'라고도 한다) 근방의 단면도이며, p측 전극(20)이 설치된 제 1 영역의 반도체 적층구조와 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 설치된 볼록부(11)와의 위치 관계를 나타내고 있다.
본 실시형태의 LED는, p측 전극(20)및 n측 전극(19)가 동일면측에 설치되어 있고, 관측면측을 전극형성면측으로 한 전극형성면측으로부터 빛을 추출하는 구성이다. LED를 구성하는 반도체 적층구조는, 실시형태 1과 같이, 사파이어기판(1)상에 GaN버퍼층(2), 도핑되지 않은 GaN층(3), n형 콘택트층이 되는 Si도핑 GaN층(4), n형 클래드층이 되는 Si도핑 GaN층(5), 활성층이 되는 InGaN층(6), p형 클래드층이 되는 Mg도핑 AIGaN층(7), p형 콘택트층이 되는 Mg도핑 GaN층(8)이, 순서대로 적층된 층 구조를 갖는다. 또한, Mg도핑 GaN층(8), Mg도핑 AIGaN층(7), InGaN층(6), Si도핑 GaN층(5), Si도핑 GaN층(4)가 부분적으로 에칭 등에 의해 제거되어 Si도핑 GaN층(4)의 노출면에 n측 전극(19)이 형성되고, Mg도핑 GaN층(8)에는 p측 전극(20)이 설치되어 있다. n측 전극(19)는, n형 콘택트층측으로부터 순서대로 W, Pt, Au가 적층되어 이루어진다. p측 전극(20)의 전류확산부(20a)(이하, 'p측 전류확산부'라고도 한다)는 p형 콘택트층의 거의 전면에 형성됨과 동시에 p형 콘택트층측으로부터 순서대로 Ni, Au가 적층되어 이루어지고(또는, Ni와 Au의 합금), 패드부(20b)는 n측 전극과 같이 W, Pt, Au가 순서대로 적층되어 이루어진다. 이와 같이, p측 패드부(20b)와 n측 전극(19)을 동일한 구성으로 함으로써, p측 패드부(20b)와 n측 전극(19)의 형성공정을 1개로 할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 발광영역(제 1 영역)을 확보하기 위해서, p측 전류확산부 (20a)가 n측 전극(19)을 부분적으로 둘러싸고 있다.
여기서, 본 실시형태의 LED는, 복수의 요철을 형성하는 각 볼록부(11)가 제 1 영역의 주위를 둘러싸고 있다. 즉, 본 실시형태의 LED는, 구동시에 발광하는 제 1 영역의 주위를 볼록부로 둘러쌈으로써, LED의 전극 형성면측 표면영역을 유효하게 이용하여 빛 추출효율 및 광지향성의 제어를 실시할 수 있다. 일반적으로, LED는 사파이어 등의 기판상에 각종의 반도체층을 적층한 후에, 소정의 영역을 얇은 막 화하여, 그 얇은 막영역에서 개개의 LED로 분할한다. 본원발명은, 볼록부를 형성하기 위한 특별한 영역을 설치해도 좋지만, 예를 들면, 웨이퍼를 분할하는 얇은 막 영역, 또는 n전극 주변에 볼록부를 복수 형성함으로써, 공정의 증가를 억제할 수 있다. 즉, 본래, 단순히, 전극형성면측에 설치되는 n형 콘택트층 평면이 원하는 영역에, 본원발명의 볼록부를 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, n형 콘택트층은, 전극 형성면측으로부터 보아, p측 전극을 갖는 반도체 적층구조가 설치된 제 1 영역과, 상기 제 1 영역과 다른 제 2 영역으로부터 구성되고, 제 2 영역에는 n전극(19) 및 복수의 볼록부(11)가 설치되어 있다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 제 2 영역에 설치된 각 볼록부의 꼭대기부분은, LED 단면에 있어서, 활성층보다도 p형 콘택트층측, 바람직하게는 p형 콘택트층과 실질적으로 같은 높이가 되도록 구성된다. 즉, 볼록부의 꼭대기부분이 활성층보다 높아지도록 형성되고 있다. 또, 요철의 바닥부는 활성층보다 낮아지도록 형성되고 있 다. 본 실시형태의 LED는 DH구조이기 때문에, 요철의 꼭대기부분은, 적어도 활성층과 거기에 인접하는 n측층과의 계면보다 높으면 좋지만, 활성층과 거기에 인접하는 p측층과의 계면보다 높은 것이 보다 바람직하다. 또, 요철의 바닥부는, 적어도 활성층과 거기에 인접하는 p측층과의 계면보다 낮으면 좋지만, 활성층과 거기에 인접하는 n측층과의 계면보다 낮은 것이 보다 바람직하다. 또한, DH구조에 한정되지 않고, 예를 들면 활성층에 양자우물구조를 이용하여, 이 활성층을 n측층과 p측층에서 끼운 구조에 대해서도 같은 볼록부를 형성할 수 있다. 즉, 요철의 꼭대기부분은 활성층과 n측층과의 계면보다 높고, 바람직하게는 활성층과 p측층과의 계면보다 높게 한다. 또 요철의 바닥부는, 활성층과 p측층과의 계면보다 낮고, 바람직하게는 활성층과 n측층과의 계면보다 낮게 한다.
이와 같이 구성하는 것으로써, 관측면측으로의 빛의 추출효율을 예를 들면 10∼20퍼센트 향상시킬 수 있다. 그 이유는 분명하지 않지만, 이하의 이유 1∼3과 같이 생각할 수 있다. 즉, 1. n형 콘택트층내를 도파하는 빛이 n형 콘택트층에서 볼록부 내부에 빛이 집어넣어져 볼록부의 꼭대기부분 또는 그 도중부분으로부터 빛이 관측면측에 추출된다. 2. 활성층 끝단면으로부터 측면 외부에 출사된 빛이 복수의 볼록부에 의해 반사산란되어 관측면측에 빛이 추출된다. 3. n형 콘택트층내를 도파하는 빛이 볼록부의 밑동(n형 콘택트층과 볼록부의 접속부분)에서 난반사되어 관측면측에 빛이 추출된다.
또, 볼록부를 복수 설치함에 의해, 관측면측의 전역에 걸쳐 균일한 광추출이 가능해진다. 또한, 볼록부를 p형 콘택트층을 포함하도록 구성함으로써, 그러한 꼭 대기부분이 대략 같은 높이가 되기 때문에, p측 전극을 갖는 반도체 적층구조가 설치된 제 1 영역에 차단되지 않고, 볼록부 꼭대기부분으로부터 관측면측으로 효과적으로 빛을 추출할 수 있다. 또, 볼록부를 p형 콘택트층, 바람직하게는 p형 전극보다 높아지도록 구성함으로써, 보다 효과적으로 빛을 추출할 수 있다.
또한, 상기 효과는, 볼록부 단면에 있어서, 반도체 적층방향 즉 n형 콘택트층측으로부터 p형 콘택트층측을 향하여, 볼록부가 서서히 가늘어지도록 경사시킴으로써, 보다 큰 것이 된다. 즉, 볼록부에 의도적으로 각도를 형성함으로써, 활성층으로부터의 빛을 볼록부 표면에서 전반사시키고, 혹은, n형 콘택트층을 도파한 빛을 산란시켜, 결과적으로 관측면측으로의 광추출을 효과적으로 실시할 수 있다. 볼록부의 경사각은, 30°∼80°가 바람직하고, 40°∼70°가 보다 바람직하다.
또한, 볼록부 단면의 형상은 원추, 반원 등, 여러 가지의 형상이 가능하지만, 바람직하게는 사다리꼴, 즉 볼록부 자체가 원추사다리꼴형상인 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 빛의 지향성제어가 보다 용이하게 됨과 동시에, 전체적으로 보다 균일한 광추출이 가능해진다. p형 콘택트층측으로부터 빛을 추출하여, p측 콘택트층을 관측면으로 하는 경우에, 볼록부의 관측면측이 정점을 포함하지 않고 평면을 포함함으로써, 이 효과를 얻을 수 있는 것이라고 생각할 수 있다.
또한, 볼록부 단면의 형상이 사다리꼴인 경우, 사다리꼴의 상변(p측)에 있고, 더욱 볼록부를 구비할 수도 있다. 이것에 의해, n형 콘택트층내를 도파해 온 빛이 볼록부 내부에 침입했을 때에, 볼록부의 꼭대기부분에 형성된 볼록부에 의해, 관측면측에 빛이 출사되기 쉬워지기 때문에 바람직하다.
또한, 본원발명의 LED는, n형 콘택트층의 제 1 영역에 형성된 반도체 적층구조의 출사단면과 거의 수직을 이루는 방향에 대하여, 2 이상, 바람직하게는 3 이상의 볼록부가 적어도 부분적으로 중복하여 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 제 1 영역으로부터의 빛이 높은 확률로 볼록부를 통하게 되기 때문에, 상기 효과를 보다 용이하게 얻을 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 볼록부는, n측 전극을 형성하기 위해서, n형 콘택트층을 노출할 때에, 동시에 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시형태의 LED는, 동일면측에, p측 전극 및, n측 전극을 구비하는 구조이기 때문에, 기판상에 p형 콘택트층까지를 적층한 후에, 반도체 적층구조의 p측으로부터 적어도 n측 전극에 대응하는 영역을 n형 콘택트층이 노출되도록 제거하는 것이 필요하다. 상세하게는, 예를 들면, p형 콘택트층을 적층한 후에, 레지스터막을 도포하여 원하는 패턴으로 노광하여, 잔존하는 레지스터막을 마스크로서 이용해 후에 p측 전극을 마련하는 부위(제 1 영역), 및 볼록부를 형성해야 할 부위(제 2 영역의 일부분) 이외를 n형 콘택트층이 노출될 때까지 에칭 등에 의해 제거한다. 이것에 의해, n측 전극을 형성하는 노출면을 형성함과 동시에 볼록부를 동시에 형성할 수 있으므로, 공정을 간략화하는 것이 가능해진다. 또, 여기에서는 마스크로서 레지스터막을 이용하였지만, SiO2 등의 절연막을 마스크로 하더라도 좋다.
이와 같이 형성된 볼록부는, 제 1 영역에 있어서의 반도체 적층구조와 같은 적층구조를 구비한다. 그러나, 제 1 영역에 포함되는 활성층은 발광층으로서 기능 하지만, 제 2 영역의 볼록부에 포함되는 활성층은 발광층으로서 기능하지 않는다. 이것은, 제 1 영역이 p측 전극을 갖는 것에 비하여, 제 2 영역(볼록부)에는 p측 전극이 형성되어 있지 않은 것에 의한다. 즉, 제 1 영역의 활성층은 통전에 의해 캐리어(정공 및 전자)가 공급될 수 있는데 비하여, 제 2 영역에 설치된 볼록부의 활성층에는 통전에 의해 캐리어는 공급되지 않는다. 이와 같이, 본원발명의 볼록부는 그 자체로 발광할 수 있는 것은 아니다.
또, 제 1 영역의 내부에 주위가 완전히 제 1 영역으로 둘러싸인 개구부를 설치하여, 각 개구부내에 발광할 수 없는 복수의 볼록부를 설치할 수도 있지만, 이 경우, 개구부가 전류경로를 저해하는 경우가 있고 소자저항이 상승할 뿐만이 아니라, 균일한 발광을 얻을 수 없는 경향이 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, 본건 발명은, 본래 발광해야 할 영역(제 1 영역)에서는, 발광에 필요한 적어도 n형 콘택트층, 활성층, p형 콘택트층이 한결같게 적층되어, 한결같이 발광하는 것이 바람직하고, 본래 발광하지 않는 영역(제 2 영역)에만 복수의 볼록부를 설치하는 것이 바람직하다. 어쨌든, 본건 발명은, 본래 발광할 수 없는 영역에 복수의 볼록부를 설치하여, 본래 발광할 수 없는 영역을 유효하게 이용하는 것에 의해, 상기한 바와 같은 효과를 얻는 것을 큰 특징으로 한다.
또, 상기와 같이 형성된 볼록부는, 제 1 영역에 있어서의 반도체 적층구조와 같은 적층 구조가 되고, 바꿔 말하면, 볼록부가 재료의 다른 복수층으로 이루어지고 있다. 재료가 다르면, 필연적으로, 각층의 굴절률도 다르기 때문에, 볼록부에 받아들여진 빛이 각 계면에서 반사하기 쉬워져, 결과적으로, 관측면측으로의 빛 추 출향상에 기여하고 있는 것이라고 생각할 수 있다.
또한, 본건발명에 있어서의 볼록부의 수, 밀도등은 특별히 한정되지 않지만, 발명자들의 실험에 의하면, 제 2 영역에 있어서 적어도 100개 이상, 바람직하게는 200개 이상, 더욱 바람직하게는 300개 이상, 보다 바람직하게는 500개 이상으로 할 수 있다. 이것에 의해, 상기 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 또, 전극 형성면측으로부터 보아, 제 2 영역에 있어서의 볼록부가 차지하는 면적의 비율(상세하게는, 제 2 영역에 있어서의, 볼록부와 제 2 영역의 계면의 면적이 차지하는 비율)은, 20퍼센트 이상, 바람직하게는 30퍼센트 이상, 더욱 바람직하게는 40퍼센트 이상으로 할 수 있다. 또한 상한은 특별히 한정되지 않지만 80퍼센트 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 1개의 볼록부와 제 2 영역의 계면의 면적은, 3∼300㎛2, 바람직하게는 6∼80㎛2, 더욱 바람직하게는 12∼50㎛2로 할 수 있다.
제 2 영역에 볼록부를 설치함에 의해, 빛이 반사산란되어 추출효율이 높아진다. 여기서, 도 11에 나타내는 볼록부(11)는, 제 2 영역에서 n형 콘택트층(4)에 노출시키도록 요철을 설치하여 딤플형상으로 형성되기 때문에, 각각의 볼록부(1)는 발광영역인 제 1 영역과 같은 층구성을 구비하고 있다. 따라서, 볼록부(1)는 발광영역인 제 1 영역과 같은 층구성을 구비하고 있다. 따라서, 볼록부(1)도 활성층부분을 구비하고 있다. 단, 빛을 방출하는 제 1 영역의 활성층과, 볼록부(11)의 활성층부분이 그대로 대향하여 배치되어 있으면, 제 1 영역의 활성층으로부터 방출되는 빛이 볼록부(11)의 활성층 부분에서 일부 흡수되는 일이 있고, 이 부분에서 광 이용효율이 저하하는 것을 생각할 수 있다. 한편, 제 1 영역의 활성층으로부터 방출되는 빛은 확산하여 방사되기 때문에, 볼록부(11)의 활성층부분 뿐만 아니라, 클래드층부분에도 조사된다. 활성층으로부터의 발광이 대향하는 볼록부(11)의 클래드층 부분에서 반사산란되면, 빛의 이용효율은 높아진다. 따라서, 제 1 영역의 활성층으로부터 방출되는 빛이 확산 방사되기 쉽게 하고, 또한, 이 빛이 볼록부(11)의 클래드층에서 반사, 산란되기 쉬운 형상으로 함으로써, 빛의 이용효율을 높이는 것을 기대할 수 있다. 이러한 이유로부터도, 상술한 볼록부의 구성에 의해서 빛의 추출효율의 개선이 얻어지고 있는 것이라고 생각할 수 있다.
여기까지 설명한 바와 같이, 본원발명의 LED는, 가로방향(LED의 측면 방향)으로 출사하는 빛을 감소시키고, 위쪽방향(관측면측)으로 선택적으로 출사시키는 것이다. 특히, 활성층을 끼우는 상하의 층의 적어도 한 쪽(바람직하게는 위쪽 혹은 p측층)에 굴절률의 낮은 층을 구비하는 LED에 대해서는, 상기 굴절률의 낮은 층에서 빛이 반사되기 쉽고, 아무래도 측면 방향의 빛이 주가 되어 버린다. 본건 발명은 이러한 소자에 대해서 특히 효과적이다.
또한, LED는 실제로 사용할 때는, 일반적으로, 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘수지 등의 유기수지가 되는 봉지수지로 그 주위를 봉지하여 사용된다. 본건발명은 이러한 사용에 대해서도, 빛에 의한 수지열화를 큰 폭으로 경감할 수 있다. 이것은, 활성층측면에서의 빛이, 활성층측면에 위치하는 봉지수지에 집중하지 않고, 복수의 볼록부에 의해 빛이 분산되는 것에 의한 것이라고 생각할 수 있다. 특히 에폭시수지는 빛에 대해서 약하기 때문에, 본건 제 2 발명은 에폭시수지를 봉지 수지로 한 LED에 특히 효과적이다. 마찬가지로 유기수지(예를 들면 나일론계 수지)로 이루어지는 지지체에 LED를 배치했을 때에도, 그 지지체 자체의 수명을 길게 할 수 있다. 즉, 본원발명의 LED를 이용함으로써, LED측면으로부터 출사되는 빛에 의해 지지체가 열화하는 것을 큰 폭으로 경감할 수 있다. 이러한 효과는, 당연히, 지지체의 표면이 LED에 가까울수록 보다 현저한 것이 된다.
또, 본 실시형태의 LED는, n측 전극(19)과 제 1 영역과의 사이에 볼록부를 형성하지 않지만, 실시형태 7 및 실시형태 8과 같이, 상기 영역에 볼록부를 형성하더라도 좋다. n측 전극(19) 주변부는 비교적 발광이 강하기 때문에, n측 전극(19)과 p측 전류확산부(20a)와의 사이에 볼록부를 설치함으로써, 상기의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 예를 들면, n전극 및 제 1 영역근방의 비교적 발광의 강한 영역에 복수의 볼록부를 고밀도로 설치하여, 그것과 다른 영역의 비교적 발광이 약한 영역에 복수의 볼록부를 저밀도로 설치해도 좋다. 발광영역이 강한 영역, 약한 영역은 LED의 구조에 따라서 다르지만, 어쨌든, 발광영역의 강도를 고려하여, 복수의 볼록부의 밀도를 변화시킴으로써, 보다 효과적인 빛의 추출 및 지향성제어가 가능하게 된다.
(실시형태 7)
도 12에 기초하여, 본 실시형태의 LED에 대해 설명한다. 본 실시형태의 LED는, 제 1 영역에 있어서의 반도체 적층구조의 형상과, 거기에 따르는 p측 전류확산부(20a)의 형상과 볼록부의 형성영역이 다른 것 이외는, 실시형태 6의 LED와 같은 구성이다.
즉, 본 실시형태의 LED는, 전극배치면측으로부터 보아, n측 전극(19)과 p측 전극(20)과의 사이에 위치하는 제 1 영역이 잘룩한 부분을 가지고 있고, 또한 그 잘룩한 부분에 복수의 볼록부가 형성되고 있다. 즉, 전극배치면측으로부터 보아, n측 전극과 p측 전극의 패드부와의 사이에 위치하는 제 1 영역에 설치된 반도체 적층구조가, n측 전극과 p측 전극의 패드부를 묶는 직선에 수직을 이루는 방향에 있어서, 제 1 영역의 양측이 잘룩한 부분을 가짐과 동시에, 잘룩한 부분에 복수의 볼록부를 구비한다. 이것에 의해, 발광 및 관측면측으로의 광추출을 효과적으로 실시할 수 있다.
상세하게는, 본 실시형태의 LED는, p측 전극의 패드부(20b)와 n측 전극(19)가 직선 X-X상에 배치되어 있다. 그리고, 도 12에 나타내는 바와 같이, 전극 형성면측으로부터 보아, p측 전류확산부(20a)가 직선 X-X에 따른 직사각형 형상을 하고 있어, 거기에 따라 LED 자체의 형상도 직선 X-X에 따른 직사각형 형상으로 하고 있다. 또한, p측 전극의 패드부(20b)로부터 n측 전극(19)에 흐르는 전류는, 그 경로가 최단이 되듯이 주로 직선 X-X에 흐른다. 그러나, 본 발명자들은, p측 전극의 패드부(20b)와 n측 전극(19)의 사이의 전류확산부(20a)중, 직선 X-X, p 측 패드부(20b), n측 전극(19)의 3개소로부터 멀어진 영역에는, 전류가 공급되기 어렵고, 그 결과, 다른 영역과 비교하여 발광이 약한 것을 발견하여, 본 실시형태를 발명하기에 이르렀다.
본 실시형태의 LED는, 상기 사정을 고려하여, n측 전극(19)과 p측 전극의 패드부(20b)와의 사이에 위치하는 제 1 영역에 잘룩한 부분을 설치하여, 본래 발광해 야 할 잘룩한 부분에 대응하는 영역의 반도체 적층구조를 제거하고, 또한 그 잘룩한 부분에 복수의 볼록부를 형성함에 의해, 결과적으로 양호한 광추출이 실현 가능하게 된다. 이것은, 잘룩한 부분에 해당하는 발광이 약한 영역을 굳이 제거하여, 그 제거한 영역에 볼록부를 설치함에 의해, 강한 발광이 그대로 측면 외부로 방출되어 그 방출된 강한 발광이 볼록부를 통하여 관측면측으로 방향 전환하기 때문에, 빛의 추출, 빛의 지향제어성이 향상하는 것이라고 생각할 수 있다.
(실시형태 8)
도 13에 기초하여, 본 실시형태의 LED에 대해 설명한다. 본 실시형태의 LED는, 제 1 영역에 있어서의 반도체 적층구조의 형상과 거기에 따르는 p측 전류확산부(20a)의 형상과 볼록부의 형성영역이 다른 것 이외는, 실시형태 6의 LED와 동일한 구성이다.
즉, 본 실시형태의 LED는, 전극배치면측으로부터 보아, n측 전극과 P측 전극의 패드부와의 사이에 위치하는 제 1 영역에 설치된 반도체 적층구조가, n측 전극과 P측 전극의 패드부를 연결하는 직선 X-X상에 있어서, n측 전극측으로부터 부분을 가짐과 동시에, 잘룩한 부분에 복수의 볼록부를 구비한다. 이것에 의해, 빛의 추출, 빛의 지향제어성을 보다 향상시킬 수 있다. 전에 설명한 바와 같이, 전류는 직선 X-X에 주로 흐르지만, 제 1 영역의 직선 X-X상의 일부를 굳이 제거하여, 그 제거영역에 복수의 볼록부를 설치함에 의해, 결과적으로, 빛의 추출효율, 빛의 지향성제어를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이것은, 직선 X-X상의 일부를 굳이 제거함으로써 전류를 반도체 적층구조의 보다 넓은 영역으로 넓히는 것이 가능해짐과 동시에, 직선 X-X상으로부터 제거한 영역에 있어서의 활성층을 포함한 반도체 적층구조단면으로부터 출사되는 비교적 강한 빛을, 효과적으로 관측면측에 추출할 수 있기 때문이라고 생각할 수 있다.
또한, 발명자에 의하면, 제 2 발명과 같이, 제 2 영역에 볼록부를 복수 설치함에 의해, 순서방향과 반대방향의 쌍방의 정전내압이 향상하는 경향을 얻을 수 있었다. 이 이유는 분명하지 않지만, 아마, 볼록부를 복수 설치하여 표면적이 증가한 것에 관계되는 것이라고 생각할 수 있다.
또, 본 실시형태의 LED는, 실시형태 7의 LED의 구성과 병용하면 바람직하다. 즉 본 실시형태의 LED에 실시형태 7의 잘룩한 부분을 구비함으로써, 상기의 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 실시형태 7 및 8의 잘룩한 부분의 크기, 형상 등은, 임의로 설정 가능하다.
또, 각 실시형태의 LED의 반도체 적층구조는 상기에 한정되지 않는다. 각 반도체층에 있어서의 혼정(混晶)재료나 혼정비, 적층수, 적층순서 등은 제작자측에서 임의로 설정하면 좋다. p측 전극, n측 전극에 대해서도 마찬가지로, 그 적층순, 구성재료, 두꺼운 막 등은 임의로 설정할 수 있다.
또한, 실시형태 6, 7, 8에 대해서는, 전극 형성면측으로부터 보아, 직사각형의 외형이고, 더욱 그 길이방향의 양 끝단의 대략 중앙에 n전극 및 p전극의 패드부가 각각 배치되어 구성으로 하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 개시한 LED 구조 외에, 예를 들면, 사각형의 대각선상에, n전극 및, p전극의 패드부가 각각 배치된 구성으로 할 수도 있다.
또, 실시형태 6∼8에 대해서는, 전극 형성면측으로부터 보아, 제 2 영역에 복수의 볼록부에 의해 요철이 설치된 예에 대해 설명하였지만, 전극 형성면측으로부터 보아, 제 2 영역에 복수의 볼록부에 의해 요철이 설치되도록 할 수도 있다. 이와 같이 하더라도, 빛의 추출효율은 향상하지만, 작업이 번잡하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 즉, 제 2 영역에 볼록부를 설치하는 경우라도, 리크를 방지하기 위해서, 제 1 영역의 주위는 일단 n형 콘택트층이 노출되도록 홈을 형성하는 것이 바람직하다. 이것은, 제 1 영역의 주위에 홈을 형성하지 않으면 제 1 영역 및 제 2 영역이 연결한 상태가 되어, 예를 들면, 최종적으로 각 팁으로 절단할 때에, 절단면에 쓰레기등이 부착하면 누출되어 버릴 가능성이 생기기 때문이다. 이와 같이 홈을 형성해 버리면, 필연적으로 요철을 설치할 수 있는 면적이 작아지기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 전극형성면에서 보아, 제 2 영역에 복수의 볼록부를 설치하는 경우는, 볼록부의 수가, 적어도 100개 이상, 바람직하게는 200개 이상, 더욱 바람직하게는 300개 이상, 보다 바람직하게는 500개 이상으로 할 수 있다.
이상의 각 실시형태에서는, 보호막의 설명을 생략했지만, 실제로 LED를 사용할 때, LED의 표면의 적어도 일부를 SiO2, SiNx 등의 절연막으로 피복하는 것이 바람직하다. 예를 들면, p, n측 각 패드부에 도전성 부재가 접속되는 영역을 제외하는, 전극형성면측으로부터 보고 확인할 수 있는 영역을 절연막으로 피복할 수 있다. 이 때, 각 요철도 절연막으로 피복되게 된다.
본 발명의 발광다이오드에 의하면, 전류를 과도하게 집중시키지 않고 발광을 보다 균일하게 하고, 더욱 빛의 추출효율을 향상시켜, 수명을 길게 할 수 있다.
또한, 빛의 추출효율, 광지향성의 제어를 효과적으로 실시할 수 있어 발광소자로서의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 조명용 광원, LED디스플레이, 휴대전화기 등의 백라이트광원, 신호기, 조명식 스위치, 차재용 스톱램프, 각종 센서 및 각종 인지게이터 등에 이용할 수 있다.

Claims (19)

  1. 적어도 n측 전극이 배치된 n형 질화물 반도체층(4)과 p측 전극이 배치된 p형 질화물 반도체층(8)을 구비하는 동시에, 상기 n측 전극과 상기 p측 전극이 동일면측에 배치되어 있고, 상기 p측 전극은, 상기 p형 질화물 반도체층에 설치되고 또한 공급된 전류를 확산하는 p측 전류확산부(10a)와, 상기 p측 전류확산부(10a)의 적어도 일부에 설치되고 또한 상기 p측 전류확산부(10a)에 전류를 공급하는 p측 패드부(10b)로 구성되고, 전극배치면측으로부터 보아 직사각형 형상인 발광다이오드에 있어서,
    상기 발광다이오드는, 전극배치면측으로부터 보아,
    상기 n측 전극은, 도전성 부재가 접속되어야 할 n측 접속부(9-1)와, 상기 n측 접속부의 일부로부터 길이방향으로 연신한 n측 연신부(9-2)로 구성됨과 동시에, 상기 p측 패드부는, 도전성 부재가 접속되어야 할 p측 접속부(10b-1)로 적어도 구성되고, 또한,
    상기 직사각형 형상의 길이방향에 있어서의 일 끝단 근방에 상기 n측 접속부가 배치된 n측 접속부 영역과, 길이방향에 있어서의 다른 끝단 근방에 상기 p측 접속부가 배치된 p측 접속부 영역과, 그 사이에 위치하는 중간영역을 구비하고 있고,
    상기 n측 연신부(9-2)가 상기 중간영역내에 위치하고, 상기 중간영역에 있어서, 상기 n측 연신부(9-2)가 상기 p측 전류확산부(10a)와 대향하여 연신하고 있고,
    상기 p측 패드부가, 상기 p측 접속부(10b-1)의 일부로부터 길이방향으로 연신한 p측 연신부(10b-2)를 더욱 구비하고,
    상기 n측 연신부(9-2)와 상기 p측 연신부(10b-2)는, 길이방향에 수직을 이루는 방향에 있어서, 서로에 의해 먼 방향에 대향하여 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간영역에 있어서, 상기 p측 연신부(10b-2)가 상기 n측 연신부(9-2)와 대향하여 연신하고 있고,
    상기 n측 연신부(9-2)는 상기 직사각형 형상의 일끝단을 따라 길이방향으로 연신하도록 배치되어 있고,
    상기 p측 연신부(10b-2)가, 상기 p측 전류확산부(10a)내에 있어서, n측 연신부(9-2)로부터 먼 방향측에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 p측 전류확산부(10a)가, 상기 발광다이오드로부터의 빛의 적어도 일부를 투과하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 p측 전류확산부(10a)는, 발광다이오드로부터의 빛의 적어도 일부를 투과하는 복수의 개구부(10aa)를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광다이오드는, 전극배치면측으로부터 보아, 중간영역에 있어서의 상기 p측 전류확산부(10a)의 일부에 움푹 패인 부분을 갖고, 그 움푹 패인 부분을 따라서 상기 n측 연신부(9-2)가 연신하고 있고,
    중간영역에 있어서의 상기 n측 연신부(9-2)와, 상기 p측 전류확산부(10a)내의, n측 연신부(9-2)로부터 먼 방향측에 위치하는 상기 p측 전류확산부(10a)의 끝단부와의 거리(D)가, p측 접속부 영역에 있어서의 상기 p측 전류확산부(10a)의 폭방향의 거리(E)보다 작은 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    대향하는 상기 n측 연신부(9-2)와 상기 p측 전류확산부(10a)와의 거리(A)가, 상기 n측 연신부(9-2)의 선단과 상기 선단으로부터 p측 접속부영역측에 위치하는 상기 p측 전류확산부(10a)와의 거리(B)보다 작은 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 n측 접속부와 상기 p측 전류확산부(10a)가 길이방향에 대해 서로 대향하고 있고,
    대향하는 상기 n측 연신부(9-2)와 상기 p측 전류확산부(10a)와의 거리(A)가, 적어도 p측 연신부(10b-2)의 선단 근방에 있어서의 길이방향에 대해 서로 대향하는 상기 n측 접속부와 상기 p측 전류확산부(10a)와의 거리(C)보다 작은 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 n측 접속부와 상기 p측 접속부는, 길이방향에 대해 서로 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    n측 연신부(9-2)가 p측 접속부 영역까지 연신하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    n측 연신부(9-2)로부터 길이방향으로 보아, p측 접속부 영역측에 p측 전류확산부(10a)가 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 n측 접속부(9-1)는, 직사각형 형상의 대각선 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    n측 전극을 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 n형 콘택트층과, p측 전극을 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 p형 콘택트층과의 사이에, 질화물 반도체로 이루어지는 활성층을 갖는 반도체 적층구조를 갖추고 있고,
    상기 발광다이오드는, 상기 n측 전극과 상기 p측 전극을 동일면측에 구비하는 동시에, 상기 n형 콘택트층은, 전극 형성면측으로부터 보아, p측 전극을 갖는 반도체 적층구조가 설치된 제 1 영역과, 상기 제 1 영역과 다른 제 2 영역으로 이루어지고,
    상기 제 2 영역에는, 복수의 요철이 설치되고,
    상기 요철의 꼭대기부분은, 상기 발광다이오드 단면에 있어서, 상기 활성층보다도 p형 콘택트층 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 요철의 꼭대기부분은, 상기 p형 콘택트층과 실질적으로 같은 높이인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 요철단면에 있어서, 상기 요철을 형성하는 볼록부는, 상기 n형 콘택트층측으로부터 상기 p형 콘택트층측을 향하여 서서히 가늘어지도록 경사진 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  16. 제 13 항에 있어서,
    전극형성면측으로부터 보아, 적어도 상기 제 1 영역과 상기 n측 전극의 사이에, 상기 복수의 요철이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 요철의 바닥부는, 활성층과 거기에 인접하는 n측층과의 계면보다 낮은 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 p측 전극은, 상기 p형 콘택트층상에 설치되고 또한 공급된 전류를 확산하는 p측 전류확산부(10a)와, 상기 전류확산부상의 적어도 일부에 설치되고 또한 상기 p측 전류확산부(10a)에 전류를 공급하는 패드부로 구성되고,
    전극배치면측으로부터 보아, 상기 n측 전극과 상기 p측 전극의 패드부와의 사이에 위치하는 제 1 영역에 설치된 반도체 적층구조가, 상기 n측 전극과 상기 p측 전극의 패드부를 연결하는 직선에 수직을 이루는 방향에 있어서, 상기 제 1 영역의 양측이 잘룩한 부분을 갖는 동시에, 상기 잘룩한 부분에 상기 복수의 요철을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  19. 제 13 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 p측 전극은, 상기 p형 콘택트층상에 설치되고 또한 공급된 전류를 확산하는 p측 전류확산부(10a)와, 상기 전류확산부상의 적어도 일부에 설치되고 또한 상기 p측 전류확산부(10a)에 전류를 공급하는 패드부로 구성되고,
    전극배치면측으로부터 보아, 상기 n측 전극과 상기 p측 전극의 패드부와의 사이에 위치하는 제 1 영역에 설치된 반도체 적층구조가, 상기 n측 전극과 상기 p측 전극의 패드부를 연결하는 직선상에 있어서, 상기 n측 전극측으로부터 잘룩한 부분을 갖는 동시에, 상기 잘룩한 부분에 상기 복수의 요철을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
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