JP6199338B2 - 電極パッドを有する発光ダイオード - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードに関し、特に、電極パッドを有する発光ダイオードに関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）系列の発光ダイオードが開発されて以来、ＧａＮ系列のＬＥＤは、現在、天然色ＬＥＤ表示素子、ＬＥＤ交通信号器、白色ＬＥＤなどの多様な応用分野で使用されている。

一般に、窒化ガリウム系列の発光ダイオードは、サファイアなどの基板上に各エピ層を成長させることによって形成され、Ｎ型半導体層、Ｐ型半導体層及びこれらの層の間に介在した活性層を含む。一方、前記Ｎ型半導体層上にＮ−電極パッドが形成され、前記Ｐ型半導体層上にＰ−電極パッドが形成される。前記発光ダイオードは、前記各電極パッドを介して外部電源に電気的に連結されて駆動される。このとき、電流は、Ｐ−電極パッドから前記各半導体層を経てＮ−電極パッドに流れる。

一般に、Ｐ型半導体層は高い比抵抗を有するので、Ｐ型半導体層内で電流が均一に分散されず、前記Ｐ−電極パッドが形成された部分に電流が集中し、特に角の部分に電流が集中的に流れるという問題が発生する。電流の密集は発光領域の減少につながり、結果的に発光効率を低下させる。このような問題を解決するために、Ｐ型半導体層上に比抵抗の低い透明電極層を形成し、電流の分散を図る技術が使用される。この技術により、Ｐ−電極パッドから流入した電流が、透明電極層で分散されて前記Ｐ型半導体層に流入するので、発光ダイオードの発光領域を広げることができる。

しかしながら、透明電極層は、光を吸収するためその厚さが制限されており、その結果、電流分散に限界を有する。特に、高出力のために使用される約１ｍｍ２以上の大面積の発光ダイオードにおいては、透明電極層を用いた電流分散に限界がある。

一方、発光ダイオード内の電流分散を促進するために、各電極パッドから延長された各延長部が使用されている。例えば、特許文献１には、各電極接触部１１７、１２７、すなわち、各電極パッドから多数の延長部が互いに反対方向に延長され、電流の分散が促進されることを開示している。

このような多数の延長部を使用することにより、発光ダイオードの広い領域にわたって電流を分散させることができるが、各電極パッドが位置する部分では、依然として電流が集中する電流密集現象が現われる。

一方、発光ダイオードの大面積化により、発光ダイオード内に欠陥が含まれる確率が増加する。例えば、貫通転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）、ピンホールなどの欠陥は、電流が急激に流れる通路を提供し、電流分散を妨害する。

米国特許第６，６５０，０１８号明細書

本発明が解決しようとする課題は、電極パッド付近で電流密集現象が発生するのを防止できる発光ダイオードを提供することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、広い面積の発光ダイオードで電流を均一に分散させることができる発光ダイオードを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明の各実施例に係る発光ダイオードは、基板と、前記基板上に位置する第１の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層上に位置する第２の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層と前記第２の導電型半導体層との間に介在した活性層と、前記第１の導電型半導体層に電気的に接続された第１の電極パッドと、前記第１の導電型半導体層上に位置する第２の電極パッドと、前記第１の導電型半導体層と前記第２の電極パッドとの間に介在し、前記第２の電極パッドを前記第１の導電型半導体層から電気的に絶縁させる絶縁層と、を含む。少なくとも一つの上部延長部は、前記第２の電極パッドに連結され、前記第２の導電型半導体層に電気的に接続される。

特に、前記第１の導電型半導体層はｎ型窒化物半導体層で、前記第２の導電型半導体層はｐ型窒化物半導体層であってもよい。したがって、ｐ型窒化物半導体層上でｐ−電極パッドの周囲に電流が集中するのを防止することができる。さらに、透明電極層が前記ｐ型窒化物半導体層上に位置してもよく、前記上部延長部は前記透明電極層上に位置してもよい。

一方、前記第１の導電型半導体層は、前記第２の導電型半導体層及び前記活性層のメサエッチングによって露出された少なくとも一つの領域を有することができ、前記第２の電極パッドは、前記第１の導電型半導体層の露出された領域上に位置することができる。

さらに、連結部が前記上部延長部を前記第２の電極パッドに連結することができ、前記メサエッチングが行われた第１の導電型半導体層及び活性層の各側面は、前記絶縁層によって前記連結部から絶縁され得る。

また、前記絶縁層は、前記第２の導電型半導体層上に延長され、その縁部が前記第２の導電型半導体層上に位置することができる。

いくつかの実施例において、前記第２の電極パッドの少なくとも一部は、前記第２の導電型半導体層上に位置することができる。前記第２の電極パッドと前記第２の導電型半導体層は前記絶縁層によって分離され得る。

一方、前記第２の導電型半導体層及び前記活性層は、少なくとも二つの発光領域を定義するように分割され得る。前記少なくとも二つの発光領域上には、それぞれ前記第２の電極パッドに連結された上部延長部を位置させることができる。

また、前記少なくとも二つの発光領域は、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドを横切る線に対して対称構造を有することができる。これによって、前記少なくとも二つの発光領域が同一の発光特性を示すことができる。

また、少なくとも一つの下部延長部が前記第１の電極パッドに連結されてもよく、前記下部延長部のうち少なくとも一つを、前記少なくとも二つの発光領域の間に位置させることができる。

従来の発光ダイオードにおいては、第２の電極パッドが第２の導電型半導体層上に位置し、第２の導電型半導体層に電気的に接続される。したがって、第２の電極パッドの周囲に電流が集中し、電流の分散が妨害される。しかし、本発明の各実施例によれば、前記第２の電極パッドが前記第１の導電型半導体層上に位置するので、第２の電極パッドの周囲に電流が集中するのを防止することができる。また、複数の発光領域に分割することによって、電流を各発光領域に均一に分散させることができる。

本発明の一実施例に係る発光ダイオードを説明するための平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の他の実施例に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る発光ダイオードを説明するための平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る発光ダイオードを説明するための平面図である。

以下、添付の各図面を参照して本発明の各実施例を詳細に説明する。以下に説明する各実施例は、当業者に本発明の思想を充分に伝達するための例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下で説明する各実施例に限定されず、他の形態で具体化されることも可能である。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張して表現する場合がある。明細書全般にわたって同一の参照符号は、同一のあるいは同様の構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施例に係る発光ダイオードを説明するための平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

図１乃至図３を参照すれば、前記発光ダイオードは、基板２１、第１の導電型半導体層２３、活性層２５、第２の導電型半導体層２７、絶縁層３１、第１の電極パッド３５、第２の電極パッド３３及び上部延長部３３ａを含む。また、前記発光ダイオードは、さらに、各連結部３３ｂ、透明電極層２９及び下部延長部３５ａを含んでいてもよい。前記基板１１は、例えば、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではない。

第１の導電型半導体層２３が前記基板２１上に位置し、前記第１の導電型半導体層２３上に第２の導電型半導体層２７が位置し、第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に活性層２５が介在する。前記第１の導電型半導体層２３、活性層２５及び第２の導電型半導体層２７は、例えば窒化ガリウム系列の化合物半導体物質、すなわち、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎで形成することができる。前記活性層２５は、要求される波長の光、例えば紫外線又は青色光を放出するように決定される組成元素及び組成比を有する。

前記第１の導電型半導体層２３はｎ型窒化物半導体層であってもよく、第２の導電型半導体層２７はｐ型窒化物半導体層であってもよい。また、その反対の場合も可能である。

前記第１の導電型半導体層２３及び／又は第２の導電型半導体層２７は、図示したように、単一層又は多層構造で形成され得る。また、活性層２５は、単一量子ウェル又は多重量子ウェル構造を有することができる。また、前記基板２１と第１の導電型半導体層２３との間にバッファ層（図示せず）が介在していてもよい。前記各半導体層２３、２５、２７は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術又はＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）技術を使用して形成することができる。

一方、前記第２の導電型半導体層２７上には透明電極層２９を位置させることができる。透明電極層２９は、ＩＴＯ又はＮｉ／Ａｕで形成されてもよく、第２の導電型半導体層にオーミック接触される。

前記第２の導電型半導体層２７及び活性層２５は、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を使用して前記第１の導電型半導体層２３の１または複数の領域が露出されるようにパターニングされ得る。このような工程は、一般的にメサエッチング工程としてよく知られている。前記メサエッチング工程により、図示したように各発光領域が分割され得る。ここでは、二つの発光領域に分割された場合を示しているが、より多数の発光領域に分割されてもよい。また、前記メサエッチング工程によって形成される各側面は、基板２１面に対して３０〜７０°の傾斜角を有することが望ましい。

前記メサエッチングによって露出された第１の導電型半導体層上には、第１の電極パッド３５及び第２の電極パッド３３が位置する。前記第１の電極パッド３５は、第１の導電型半導体層２３に電気的に接続される。しかし、前記第２の電極パッド３３は、絶縁層３１によって第１の導電型半導体層２３から絶縁される。前記第１及び第２の電極パッド３３、３５は、ワイヤをボンディングするためのボンディングパッドであって、ワイヤをボンディングできるように相対的に広い面積を有する。前記第１の電極パッド３５及び第２の電極パッド３３は、第１の導電型半導体層２３の露出された１または複数の領域上にのみ位置させることができるが、これに限定されるものではない。

前記絶縁層３１は、第２の電極パッド３３と第１の導電型半導体層２３との間に介在し、第２の電極パッド３３を第１の導電型半導体層２３から絶縁させる。また、前記絶縁層３１は、メサエッチングによって露出された第２の導電型半導体層２７及び活性層２５の各側面を覆うことができる。さらに、前記絶縁層３１は延長され、その縁部を第２の導電型半導体層２７上に位置させることができる。

一方、前記第２の導電型半導体層２７（又は透明電極層２９）上に各上部延長部３３ａが位置する。前記各上部延長部３３ａは、それぞれ各連結部３３ｂを介して第２の電極パッド３３に連結されてもよく、前記各上部延長部３３ａは、第２の導電型半導体層２７に電気的に接続される。各上部延長部３３ａは、第２の導電型半導体層２７に均一に電流を分散させるように配置される。一方、前記各連結部３３ｂは、絶縁層３１によって第２の導電型半導体層２７及び活性層２５の各側面から分離される。

一方、少なくとも一つの下部延長部３５ａを、前記第１の電極パッド３５から延長させることができる。前記下部延長部３５ａは、第１の導電型半導体層２３上に位置し、第１の導電型半導体層２３に電気的に接続する。下部延長部３５ａは、図示したように、分割された各発光領域の間に位置することができる。あるいは、これに限定されるものではなく、下部延長部３５ａは、各発光領域の外側に位置することもできる。

前記各電極パッド３３、３５、各上部延長部３３ａ、各連結部３３ｂ及び下部延長部３５ａは、同一の金属材料、例えば、Ｃｒ／Ａｕで同一の工程を用いて共に形成することができるが、これに限定されるものではない。例えば、各上部延長部３３ａと前記第２の電極パッド３３は、別個の工程で形成することもでき、互いに異なる材料で形成することもできる。

本実施例において、分割された各発光領域は、第１の電極パッド３５と第２の電極パッド３３をつなぐ線、例えば、Ｂ−Ｂ線に対して対称構造を有する。各上部延長部３３ａも互いに対称に配置され、前記各発光領域は同一の発光特性を示すことができる。したがって、従来の二つの発光ダイオードを並列に連結して使用する場合に比べて、一つの発光ダイオード内で発光領域を二つに分割して使用することによって、発光ダイオードのパッケージング工程を単純化することができる。さらに、各発光領域を分割することによって、欠陥によって電流が集中するのを緩和することができ、メサエッチングによって傾斜した各側面を形成することによって光抽出効率を増加させることができる。

図４は、本発明の他の実施例に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。

図４を参照すれば、本実施例に係る発光ダイオードは、図１乃至図３を参照して説明した発光ダイオードとほぼ類似しているが、第２の電極パッド４３の一部が第２の導電型半導体層２７の上部に位置するという点で差を有する。

すなわち、第２の電極パッド４３は、メサエッチングによって露出された第１の導電型半導体層２３上に位置し、その一部が第２の導電型半導体層２７の上部に位置する。前記第２の電極パッド４３は、絶縁層３１によって第１の導電型半導体層２７から分離され、また、第２の導電型半導体層及び活性層からも分離される。各延長部３３ａは、前記第２の電極パッド４３から延長される。

本実施例によれば、絶縁層３１によって第２の電極パッド４３を各半導体層から分離し、第２の電極パッド４３の周囲に電流が集中するのを防止することができる。また、上述した実施例とは異なり、メサエッチングが行われる領域を相対的に減少させることができ、発光領域を増加させることができる。

図５は、本発明の更に他の実施例に係る発光ダイオードを説明するための平面図である。

図１の実施例は、第１の電極パッド３５及び第２の電極パッド３３が発光ダイオードの長軸方向に沿って配置され、各発光領域が発光ダイオードの長軸方向に沿って分割される場合を示している。一方、本実施例においては、各電極パッド５３、５５が発光ダイオードの短軸方向に沿って配置され、各発光領域が発光ダイオードの短軸方向に沿って分割されている。また、分割された各発光領域は対称構造を有し、各上部延長部５３ａ及び各下部延長部５５ａも対称構造で配置されている。

ここで、前記各上部延長部５３ａは、発光ダイオードの外側に延長され、発光ダイオードを取り囲む形態で配置され、発光ダイオードの外側から内側に侵入する延長部５３ｂを有する。一方、各下部延長部５５ａは、発光ダイオードの内側から外側に向かって延長されている。また、各下部延長部５５ａは、それぞれ各発光領域内で前記延長部５３ｂを取り囲むように二つに分けられ得る。

図６は、本発明の更に他の実施例に係る発光ダイオードを説明するための平面図である。

図６を参照すれば、本実施例に係る発光ダイオードは、図５を参照して説明した発光ダイオードとほぼ類似しているが、各下部延長部６５ａ及び各上部延長部６３ａの配置において差を有する。

すなわち、各下部延長部６５ａが発光ダイオードの外側に延長された後、発光領域の内側に侵入し、各上部延長部６３ａは各発光領域上に二つの延長部を含み、これら二つの延長部は、前記内側に侵入した下部延長部６５ａを取り囲むように配置される。

以上、本発明のいくつかの実施例について説明したが、各電極パッド及び各延長部の配置に対する多様な実施例及び変形が可能である。また、上記では、二つの発光領域に分割された発光ダイオードを例に挙げて説明したが、より多数の発光領域に分割されてもよく、各発光領域が完全に分割されなくてもよい。すなわち、各発光領域の少なくとも一部が互いに連結されてもよい。

２１：基板
２３：第１の導電型半導体層
２５：活性層
２７：第２の導電型半導体層
３１：絶縁層
３３：第２の電極パッド
３３ａ：上部延長部
３５：第１の電極パッド

Claims (7)

1. 基板上に位置する第１の導電型半導体層と、
   前記第１の導電型半導体層上に位置する第２の導電型半導体層と、
   前記第１の導電型半導体層と前記第２の導電型半導体層との間に介在した活性層と、
   前記第２の導電型半導体層及び前記活性層が除去されて前記第１の導電型半導体層が露出された一端に配置され、前記第１の導電型半導体層と接触する第１の電極パッドと、
   前記第２の導電型半導体層及び前記活性層が除去されて前記第１の導電型半導体層が露出された他端に配置され、外端部の少なくとも一部が前記第１の導電型半導体層上に位置し絶縁層上の一部に位置する第２の電極パッドと、
   前記第２の導電型半導体層上に配置され、前記第２の導電型半導体層とオーミック接触する透明電極層と、
   前記他端において、前記第１の導電型半導体層、前記第２の導電型半導体層及び前記透明電極層と前記第２の電極パッドとの間に介在し、前記第２の電極パッドを前記第１の導電型半導体層、前記第２の導電型半導体層及び前記透明電極層から電気的に絶縁させる絶縁層と、
   前記第１の電極パッドに連結され、前記第１の導電型半導体層に電気的に接続される導電性の下部延長部と、
   前記第２の電極パッドに連結され、前記透明電極層と電気的に接続される導電性の上部延長部と、を含み、
   前記第２の導電型半導体層、前記活性層及び前記透明電極層は、前記第１の導電型半導体層上で前記一端から前記他端を結ぶ領域を中心に対象構造を有するように複数の領域に分割され、少なくとも二つの発光領域が第１の電極パッドと前記第２の電極パッドを横断する線分に対して線対称構造を有し、
   前記導電性の下部延長部は、前記第２の導電型半導体層、前記活性層及び前記透明電極層が分割される領域において、前記第１の導電型半導体層上で前記一端から前記他端を結ぶ線上に延長して設けられ、
   前記導電性の上部延長部は、前記第２の導電型半導体層、前記活性層及び前記透明電極層が分割された領域のそれぞれにおいて、前記第２の導電型半導体層に均一に電流を分散させるように配置され、
   前記上部延長部又は下部延長部は、少なくとも３本に分岐していることを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記第１の導電型半導体層はｎ型窒化物半導体層であり、前記第２の導電型半導体層はｐ型窒化物半導体層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。
3. 前記他端は、前記第１の導電型半導体層上において前記第２の導電型半導体層及び前記活性層がメサ型構造を有し、前記絶縁層は、前記メサ型構造の領域を覆う、請求項１に記載の発光ダイオード。
4. 前記第１の電極パッド、前記第２の電極パッド、前記導電性の上部延長部及び前記導電性の下部延長部は、同じ金属材料で形成されている、請求項１に記載の発光ダイオード。
5. 前記導電性の上部延長部と前記第２の電極パッドは、前記絶縁層により前記透明電極層から離れた場所で電気的に接続される、請求項１に記載の発光ダイオード。
6. 前記第１の電極パッド及び前記第２の電極パッドは、ワイヤをボンディングするためのボンディングパッドである、請求項１に記載の発光ダイオード。
7. 前記第１の電極パッドの上面の高さと前記第２の電極パッドの上面の高さとは、同じである、請求項１に記載の発光ダイオード。

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