(57)【要約】【課題】半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板２１０と、基板２１０上に相互に離隔して設けられ、半導体物質の積層により形成される少なくとも二つの発光セル２４０と、発光セル２４０の間に順次に積層された反射層２２０及び透明絶縁層２３０と、発光セル２４０を覆う透明電極２５０と、を備える。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に相互に離隔して設けられ、半導体物質の積層により形成される少なくとも二つの発光セルと、
前記発光セルの間に所定高さに順次に積層された反射層及び透明絶縁層と、
前記発光セルの上面を覆う透明電極と、を備えることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記基板と前記発光セルとの間に第１バッファ層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記透明絶縁層と前記反射層の厚さの和は、前記発光セルの厚さと同じ、又は、前記発光セルより厚いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記透明絶縁層の厚さは、前記反射層より厚いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光セルの幅に対する当該発光セルの厚さの比率は、当該発光セルに対する前記透明絶縁層の全反射角度のタンジェント値と同じ、又は、当該タンジェント値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記基板は、Ｓｉから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記透明絶縁層は、前記発光セルを形成する半導体物質の屈折率より小さな屈折率を有する物質から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記透明絶縁層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記透明電極は、透明導電性酸化物又は金属から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される一つであることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記透明導電性酸化物は、亜鉛酸化物又はインジウム酸化物であることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から選択される少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記反射層は、金属層から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記反射層は、複数の誘電層から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記反射層は、一対の金属層及び誘電層が、一対以上繰り返し積層されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記基板と前記発光セルとの間に、ＧａＮ層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記基板と前記ＧａＮ層との間に、第２バッファ層を更に備えることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記第１バッファ層は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項１９】
基板上に透明絶縁層を形成する第１ステップと、
前記透明絶縁層に少なくとも一つのホールを形成する第２ステップと、
前記ホール内に、半導体物質の積層により発光セルを形成する第３ステップと、
前記透明絶縁層及び発光セルを覆う電極を形成する第４ステップと、を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記基板は、Ｓｉから形成されることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記透明絶縁層の厚さは、前記発光セルと同じ厚さに、又は、前記発光セルより厚く形成されることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記透明絶縁層は、前記発光セルを形成する半導体物質の屈折率より小さな屈折率を有する物質から形成されることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記透明絶縁層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成されることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第４ステップで形成される電極は、透明電極であって、
前記透明電極は、透明導電性酸化物又は金属から形成されることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される一つであることを特徴とする請求項２４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２６】
前記透明導電性酸化物は、亜鉛酸化物又はインジウム酸化物であることを特徴とする請求項２４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２７】
前記インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から選択される少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項２６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２８】
前記第４ステップで形成される電極は、反射電極であって、
前記第４ステップは、
前記反射電極上に熱伝達層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２９】
前記第４ステップは、
前記基板を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項２８に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３０】
前記第４ステップは、
前記基板が除去された前記発光セルの下面を少なくとも覆う下側透明電極を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３１】
前記熱伝達層は、Ｃｕ、Ｓｉ、及びＣｕ合金よりなる群から選択される一つの物質から形成されることを特徴とする請求項２８に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３２】
前記第１ステップは、
前記基板と前記透明絶縁層との間に反射層を形成するステップを含み、
前記第２ステップは、
前記基板が露出されまで、前記透明絶縁層及び前記反射層にホールを形成することを特徴とする請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３３】
前記第３ステップは、
前記発光セルと前記基板との間に第１バッファ層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項３２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３４】
前記第１ステップは、
前記基板と前記透明絶縁層との間にＧａＮ層及び反射層を順次に形成するステップを含み、
前記第２ステップは、
前記ＧａＮ層が露出されるまで、前記透明絶縁層及び前記反射層にホールを形成することを特徴とする請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３５】
前記第１ステップは、
前記基板と前記ＧａＮ層との間に第２バッファ層を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項３４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３６】
前記透明絶縁層と前記反射層の厚さの和は、前記発光セルの厚さと同じに、又は、前記発光セルより厚く形成されることを特徴とする請求項３２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３７】
前記透明絶縁層の厚さは、前記反射層より厚く形成されることを特徴とする請求項３２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３８】
前記発光セルの幅に対する前記発光セルの厚さの比率は、前記発光セルに対する前記透明絶縁層の全反射角度のタンジェント値と同じに、又は、当該タンジェント値より大きく形成されることを特徴とする請求項３２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３９】
前記反射層は、金属層から形成されることを特徴とする請求項３２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４０】
前記反射層は、複数の誘電層から形成されることを特徴とする請求項３２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４１】
前記反射層は、一対の金属層及び誘電層が、一対以上繰り返し積層されて形成されることを特徴とする請求項３２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４２】
前記第１バッファ層は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層であることを特徴とする請求項３３に記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に係り、より詳細には、複数の発光セル及び反射膜から形成された半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、光通信のような通信分野、コンパクトディスクプレーヤー（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｐｌａｙｅｒ：ＣＤＰ）、及びデジタル多機能ディスクプレーヤー（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ  Ｐｌａｙｅｒ：ＤＶＤＰ）などの装置でデータの伝送又はデータの記録及び読み取りのための手段として広く使用されており、大型屋外電光板、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）のバックライト、及び照明などに応用範囲を広げている。
【０００３】
既存の半導体発光素子の基板は、サファイア基板を利用してきた。サファイア基板は、ＧａＮ発光セルの厚さを５μｍ以上に容易に成長させうる。しかし、サファイア基板は、高価であり、そのサイズに制限があり、大面積の安価のシリコン基板上にＧａＮ発光セルを形成することが試みられてきた。
【０００４】
シリコン基板上にＧａＮ発光セルが成長した発光素子は、ＧａＮ発光セルとシリコンとの間の格子定数差及び熱膨張係数の差により、ＧａＮ発光セルに多くのクラックが発生しうる弱点を有する。このようなクラック発生を抑制するために、シリコン基板上に形成されるＧａＮ発光セルの成長厚さは、一般的に、１．０μｍ以内に限定される。しかし、一定レベル以下の厚さを有するＧａＮ発光セルは、駆動電圧を上昇させる。一方、シリコン基板は、ＧａＮ発光セルから放出される光を一部吸収することにより、光出力を低下させる。
【０００５】
図１は、シリコン基板に複数の発光セルがアレイ形態に配列されたマトリックス型のディスプレイの一例を示す。
【０００６】
図１に示すように、一つのシリコン基板１１０上に個別的に発光源を形成するＧａＮ系の半導体発光セル１２０が格子形態に配置されている。各発光セル１２０は、個別的に動作される。そして、一つの基板１１０で発光セル１２０全体を駆動することにより目的とする画像を表現できる。前記のような発光セルは、矩形で約１００μｍの幅を有し、隣接する発光セル間の距離は約１０μｍである。
【０００７】
このようなアレイ形態の発光セルを有する一般的なディスプレイは、シリコン基板１１０上に低温窒化アルミニウム（ＬＴ−ＡｌＮ）バッファ層が形成され、その上にＧａＮ系の半導体物質層が形成された構造を有する。このような構造によれば、残留応力の低下によりＧａＮ系の半導体物質層の欠陥及びクラックを減らし得る。しかし、このような構造の素子は、複雑な工程を要求し、特に、光出力が低いという短所を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が達成しようとする技術的課題は、シリコン基板上に成長した発光セルのクラック形成を最小化でき、発光素子の光放出量を効果的に増加させうる半導体発光素子を提供するところにある。
【０００９】
本発明が達成しようとする他の技術的課題は、前記半導体発光素子の製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の好ましい一実施の形態に係る本発明の半導体発光素子は、基板、前記基板上に相互に離隔して設けられ、半導体物質の積層により形成される少なくとも二つの発光セル、前記発光セルの間に順次に積層された反射層及び透明絶縁層、ならびに、前記発光セルを覆う透明電極を備える。前記基板は、Ｓｉから形成されうる。
【００１１】
前記基板と前記発光セルとの間に第１バッファ層を更に備え、例えば、前記バッファ層は、ＧａＮ系III−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
【００１２】
前記透明絶縁層と前記反射層の厚さの和は、前記発光セルの厚さと同じ、又は、前記発光セルより厚く形成されていることが好ましい。前記透明絶縁層の厚さは、前記反射層より厚く形成されていることが好ましい。前記発光セルの幅に対する前記発光セルの厚さの比率は、前記発光セルに対する前記透明絶縁層の全反射角度のタンジェント値と同じ、又は、当該タンジェント値より大きく形成されていることが好ましい。
【００１３】
前記透明絶縁層は、前記発光セルを形成する半導体物質層の屈折率より小さな物質から形成されていて、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成されうる。
【００１４】
前記透明電極は、金属又は透明導電性酸化物（ＴＣＯｓ）から形成されうる。前記金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される一つの物質から形成されうる。前記透明導電性酸化物は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（Ｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）から形成されうる。前記インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から選択される少なくとも一つの元素と結合されて形成されうる。
【００１５】
前記反射層は、金属層又は複数の誘電層から形成されうる。また、前記反射層は、一対の金属層及び誘電層が、一対以上繰り返し積層されて形成されうる。
【００１６】
本発明の好ましい他の実施の形態によれば、本発明の発光素子は、前記基板と前記発光セルとの間に、ＧａＮ層を更に備え、前記基板と前記ＧａＮ層との間に、第２バッファ層を更に備えうる。前記第１バッファ層は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
【００１７】
本発明の好ましい更に他の実施の形態によれば、本発明の発光素子の製造方法は、基板上に透明絶縁層を形成する第１ステップと、前記透明絶縁層に少なくとも一つのホールを形成する第２ステップと、前記ホール内に、半導体物質の積層により発光セルを形成する第３ステップと、前記透明絶縁層及び発光セルを覆う電極を形成する第４ステップと、を含む。前記基板は、Ｓｉから形成されうる。
【００１８】
前記透明絶縁層の厚さは、前記発光セルの厚さと同じ、又は、前記発光セルより厚く形成されることが好ましい。前記透明絶縁層は、前記発光セルを形成する半導体物質層の屈折率より小さな屈折率を有する物質から形成され、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成されうる。
【００１９】
前記第４ステップで形成される電極は透明電極であって、前記透明電極は、金属又は透明導電性酸化物（ＴＣＯｓ）から形成されうる。前記金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される一つの物質から形成されうる。前記透明導電性酸化物は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（ＩｎＯｘｉｄｅ）から形成されうる。前記インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から選択される少なくとも一つの元素と結合されて形成されうる。
【００２０】
本発明の好ましい更に他の実施の形態によれば、前記第４ステップで形成される電極は反射電極であって、前記第４ステップは、前記反射電極上に熱伝達層を形成するステップを含む。また、前記第４ステップは、前記基板を除去するステップを更に含み、前記発光セルの下面を覆う下側透明電極を形成するステップを更に含みうる。前記熱伝達層は、Ｃｕ、Ｓｉ、及びＣｕ合金よりなる群から選択される何れか一つの物質から形成されうる。
【００２１】
前記反射層は、金属または複数の誘電層から形成されうる。また、前記反射層は、一対の金属層及び誘電層が、一対以上繰り返し積層されて形成されうる。
【００２２】
前記透明絶縁層と前記反射層の厚さの和は、前記発光セルの厚さと同じに、又は、前記発光セルより厚く形成されることが好ましい。前記透明絶縁層の厚さは、前記反射層より厚く形成されることが好ましい。前記発光セルの幅に対する前記発光セルの厚さの比率は、前記発光セルに対する前記透明絶縁層の全反射角度のタンジェント値と同じ、又は、当該タンジェント値より大きく形成されることが好ましい。
【００２３】
本発明の好ましい他の実施の形態に係る発光素子の製造方法によれば、前記第１ステップは、前記基板と前記透明絶縁層との間にＧａＮ層及び反射層を順次に形成するステップを含み、前記第２ステップは、前記ＧａＮ層が露出されるまで、前記透明絶縁層及び前記反射層にホールを形成する。前記第１ステップは、前記基板と前記ＧａＮ層との間に第２バッファ層を形成するステップを更に含んでもよい。前記第１バッファ層は、例えば、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層である。
【００２４】
前記透明絶縁層と前記反射層の厚さの和は、前記発光セルの厚さと同じに、又は、前記発光セルよりに厚く形成されることが好ましい。前記透明絶縁層の厚さは、前記反射層より厚く形成されることが好ましい。前記発光セルの幅に対する前記発光セルの厚さの比率は、前記発光セルに対する前記透明絶縁層の全反射角度のタンジェント値と同じ、又は、当該タンジェント値より大きく形成されることが好ましい。
【００２５】
前記反射層は、金属または複数の誘電層から形成されうる。また、前記反射層は、一対の金属層及び誘電層が、一対以上繰り返し積層されて形成されうる。
【００２６】
また、基板の上部に形成された反射層は、基板での光吸収を減少させうる。発光セルの高さは、発光セルから放出された光が透明絶縁層を通過するように制限されうる。発光セルの側面に充填された透明絶縁層は、発光セルから外部への光放出に寄与できる。したがって、このような方法は、Ｓｉ基板上に積層された発光セルのクラック形成を減少させ、発光素子の光放出率を向上させうる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る半導体発光素子は、基板上に複数配列された発光セルの間に残留応力を減少させうる物質、例えば、前述した実施の形態のような透明絶縁層が満たされていることにより、発光セルの近傍での残留応力及びそれによるクラックの発生を減少させる。
【００２８】
また、基板の上部に形成された反射層は、基板での光吸収を減少させうる。発光セルの厚さは、活性層から放出された光を全反射するように制限されうる。発光セルの側面に充填された透明絶縁層は、外部への光の放出に寄与できる。したがって、このような方法は、発光素子の光放出率を向上させうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る半導体発光ダイオード及びその製造方法を詳細に説明する。この過程で、図面に示す層や領域の厚さは、説明の理解を助けるために誇張して示したことに留意せねばならない。
【００３０】
図２Ａは、本発明の好ましい一実施の形態に係る発光素子を示す図である。
【００３１】
図２Ａに示すように、本実施の形態における発光素子は、基板２１０と、基板２１０上に相互に離隔して設けられ、半導体物質の積層により形成される少なくとも二つの発光セル２４０と、発光セル２４０の間に順次に積層される反射層２２０及び透明絶縁層２３０と、発光セル２４０上面を覆う透明電極２５０と、を備える。基板２１０は、Ｓｉから形成されうる。
【００３２】
反射層２２０は、発光セル２４０で発生した光を反射し易い物質が好ましく、例えば、金属層、複数の誘電層、又は一対の金属層及び誘電層が一対以上繰り返し積層されたものから形成されうる。透明絶縁層２３０は、発光セル２４０から放出された光が外部に出射されうる光透過性物質でありながら、また電極間の短絡を防止できる絶縁性物質であることが好ましく、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つから形成される。透明電極２５０は、金属又は透明導電性酸化物（ＴＣＯｓ）から形成されうる。金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される何れか一つから形成されうる。透明導電性酸化物は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（Ｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）から形成されうる。インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から選択される少なくとも一つの元素と結合されて形成されうる。
【００３３】
発光セル２４０は、順次に積層された下部ＧａＮ層２４２、活性層２４４、及び上部ＧａＮ層２４６を備える。活性層２４４として、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮのＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物の化合物半導体層を使用することが好ましい。ここで、活性層２４４は、多重量子ウエルまたは単一量子ウエル構造を有してもよく、このような活性層２４４の構造は、本発明の技術的範囲を制限しない。
【００３４】
図２Ｂは、本実施の形態に係る半導体発光素子の平面図である。
【００３５】
図２Ｂに示すように、基板２１０の上面に複数の発光セル２４０は互いに離れて位置している。このような構成とすると、窒化物半導体の残留応力を減少させ、Ｓｉ基板上に形成されうるクラックを減らすことができる。
【００３６】
基板２１０と発光セル２４０との間にバッファ層（第１バッファ層）２６０を更に備える。バッファ層２６０は、例えば、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層である。
【００３７】
透明絶縁層２３０と反射層２２０の厚さの和は、電極との短絡を減らし、各発光セル２４０の絶縁性を向上させるために、発光セル２４０の厚さと同じであるか、またはそれより大きいことが好ましい。また、透明絶縁層２３０は、光の屈折を助けるために、活性層２４４、上部ＧａＮ層２４６、および下部ＧａＮ層２４２より屈折率の小さな物質であることが好ましい。透明絶縁層２３０の厚さは、反射層２２０が更に多い光を反射させるために、反射層２２０の厚さより更に厚いことが好ましい。
【００３８】
図２Ｃは、活性層２４４から放出された光が、反射層２２０で反射されることを示す図である。
【００３９】
図２Ｃに示すように、透明絶縁層２３０に入射する角度が発光セル２４０の屈折率ｎｓに対する透明絶縁層の屈折率ｎｉの全反射角度より小さければ（ｅａ＜ｓｉｎ−１（ｎｉ／ｎｓ））、活性層２４４の側面から放出された光が、外部に容易に放出されうる。このために、発光セル２４０の幅（Ｌ）に対する発光セル２４０の厚さ（Ｈ）は、全反射角度ｅａのタンジェント値より大きいか、同じに（Ｈ／Ｌ＞＝ｔａｎ（ｅａ））形成されることが好ましい。したがって、発光セル２４０の厚さは、光が外部に放出される効率を向上させるために、活性層２４４で発生した光を透明絶縁層２３０との界面を通過させるサイズになることが好ましい。
【００４０】
このような透明絶縁層２３０、透明電極２５０、及び反射層２２０の形成、ならびに各層の厚さの規定は、半導体発光素子の光放出率を向上させうる。
【００４１】
図３は、本発明の好ましい他の実施の形態に係る本発明の発光素子を示す図である。
【００４２】
図３に示すように、本実施の形態の発光素子は、基板２１０と発光セル２４０との間にＧａＮ層３２０を備える。
【００４３】
本実施の形態の発光素子は、基板２１０とＧａＮ層３２０との間にバッファ層（第２のバッファ層）３１０を更に備える。バッファ層３１０は、例えば、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層である。
【００４４】
ＧａＮ層３２０は、別途のバッファ層の助けなしにも下部ＧａＮ層２４２の成長を容易にし、ＧａＮ層３２０の下部の広い接触面積を介して電流が通過されるため、基板を介した電流の流れを向上させうる。
【００４５】
以下では、図面を参照して本発明の発光素子の製造方法を詳細に説明する。
【００４６】
図４Ａないし図４Ｄは、本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【００４７】
図４Ａないし図４Ｄに示すように、基板２１０上に透明絶縁層２３０を形成する第１ステップ（図４Ａ）、透明絶縁層２３０に少なくとも一つのホールｈを形成する第２ステップ（図４Ｂ）、ホールｈに発光セル２４０を形成する第３ステップ（図４Ｃ）、及び発光セル２４０を覆う透明電極４１０を形成する第４ステップ（図４Ｄ）を含む。基板２１０は、Ｓｉから形成されうる。
【００４８】
第３ステップは、下部ＧａＮ層２４２、活性層２４４、及び上部ＧａＮ層２４６を順次に形成するステップを含む。活性層２４４として、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮであるＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物の化合物半導体層を使用することが好ましい。ここで、活性層２４４は、多重量子ウエルまたは単一量子ウエル構造を有してもよく、このような活性層２４４の構造は、本発明の技術的範囲を制限しない。
【００４９】
透明絶縁層２３０の厚さは、絶縁性を向上させるために、発光セル２４０の厚さと同じか、さらに厚く形成されることが好ましい。透明絶縁層２３０は、光の屈折を助けるために、活性層２４４、上部ＧａＮ層２４６、及び下部ＧａＮ層２４２の屈折率より小さな物質から形成されることが好ましく、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成される。透明電極４１０は、光透過性に優れ、電流が通じ得る物質、例えば、金属又は透明導電性酸化物（ＴＣＯｓ）から形成されうる。金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される一つの物質から形成されうる。透明導電性酸化物は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（ＩｎＯｘｉｄｅ）から形成されうる。インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から選択される少なくとも一つの元素と結合されて形成され得る。
【００５０】
図５Ａないし図５Ｅは、本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。本実施の形態は、上述した実施の形態と第４ステップが異なる。したがって、第１〜第３ステップについての説明は省略する。
【００５１】
図５Ａないし図５Ｃに示すように、本実施の形態の製造方法における第４ステップは、透明絶縁層２３０及び発光セル２４０を覆う反射電極５２０を形成するステップを含み（図５Ａ）、反射電極５２０上に熱伝達層５３０を形成するステップ（図５Ｂ）を更に含む。また、本実施の形態の第４ステップは、基板２１０を除去するステップ（図５Ｃ）を更に含み、発光セル２４０の下面を覆う透明電極（下側透明電極）５１０を形成するステップ（図５ｄ）を更に含む。
【００５２】
熱伝達層５３０は、発光層で発生する熱を効果的に放出させるために、熱伝導性の高い物質から構成され、例えば、Ｃｕ、Ｓｉ、及びＣｕ合金よりなる群から選択される一つの物質から形成されうる。また、Ｃｕ熱伝導層を利用する場合、電気伝導性に優れているため、電流が発光セル２４０に容易に流れ得る。
【００５３】
ここで、発光セル２４０から透明電極５１０に向かって放出された光は、透明電極５１０を介して外部に放出される。一方、発光セル２４０から反射電極５２０に向かって放出された光は、反射電極５２０で反射される。Ｓｉ基板を除去すれば、Ｓｉ基板が吸収する光が外部に放出されるため、光放出率が向上しうる。したがって、これは、高出力の半導体発光素子の製造時に利用可能である。
【００５４】
図６Ａないし図６Ｃは、本発明の好ましい一実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【００５５】
図６Ａないし図６Ｃに示すように、本実施の形態における製造方法の第１ステップは、基板２１０と透明絶縁層２３０との間に反射層６１０を形成するステップを更に含み（図６Ａ）、第２ステップは、基板２１０が露出されるまで、透明絶縁層２３０及び反射層６１０にホールｈを形成する（図６Ｂ）。反射層６１０は、活性層２４４で発生した光を反射させやすい物質が好ましく、例えば、金属層、複数の誘電層、又は、一対の金属層及び誘電層が一対以上繰り返して積層されたものから形成されうる。
【００５６】
図６Ｃに示すように、第３ステップは、下部ＧａＮ層２４２と基板２１０との間にバッファ層（第１バッファ層）６２０を形成するステップを更に含みうる。バッファ層６２０は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
【００５７】
透明絶縁層２３０と反射層６１０の厚さの和は、電極との短絡を減らし、各発光セル２４０の絶縁性を向上させるために、発光セル２４０の厚さと同じか、さらに厚く形成されることが好ましい。透明絶縁層２３０の厚さは、反射層６１０が更に多い光を反射させるために、反射層６１０の厚さより更に大きく形成されることが好ましい。発光セル２４０の幅に対する発光セル２４０厚さの比率は、発光セル２４０に対する透明絶縁層２３０の全反射角度のタンジェント値と同じか、さらに大きく形成されることが好ましい。図２は、前記のような方法により得られた発光素子の断面構造を示す。
【００５８】
図７Ａないし図７Ｃは、本発明の好ましい他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【００５９】
図７Ａないし図７Ｃに示すように、第１ステップは、基板２１０と透明絶縁層２３０との間にＧａＮ層７１０及び反射層７２０を順次に形成するステップを更に含み（図７Ａ）、第２ステップは、透明絶縁層２３０及び反射層７２０に、ＧａＮ層７１０が露出されるまでホールｈを形成するステップを含むこと（図７Ｂ）を特徴とする。反射層７２０は、活性層２４４で発生した光を反射させやすい物質が好ましく、例えば、金属層、複数の誘電層、又は一対の金属層及び誘電層が一対以上繰り返し積層されたものから形成されうる。
【００６０】
ＧａＮ層７１０は、別途のバッファ層の助けなしに、下部ＧａＮ層２４２の成長を容易にするだけでなく、ＧａＮ層７１０の下部に広い接触面積を介して電流が通過するため、基板２１０を介した電流の流れを向上させる。
【００６１】
図７Ｃに示すように、第１ステップは、基板２１０とＧａＮ層７１０との間にバッファ層（第２バッファ層）７３０を形成するステップを更に含みうる。バッファ層７３０は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
【００６２】
透明絶縁層２３０と反射層７２０の厚さの和は、発光セル２４０の厚さと同じか、さらに厚く形成されることが好ましい。透明絶縁層２３０の厚さは、反射層７２０の厚さより更に厚く形成されることが好ましい。発光セル２４０の幅に対する発光セル２４０の厚さの比率は、発光セル２４０に対する透明絶縁層２３０の全反射角度のタンジェント値と同じか、さらに大きく形成されることが好ましい。図３は、前記のような方法により得られた発光素子の断面構造を示す図である。
【００６３】
このような本発明の方法及び装置は、理解を助けるために、図面に示された実施形態を参考に説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、半導体発光素子に関連した技術分野に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】一般的なＳｉ基板を利用した半導体発光素子の平面図である。
【図２Ａ】本発明の好ましい一実施の形態に係る発光素子の概略的な断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の平面図である。
【図２Ｃ】本発明の活性層から放出された光が反射層で反射されることを示す図面である。
【図３】本発明の好ましい他の実施の形態に係る発光素子の概略的な断面図である。
【図４Ａ】本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｂ】本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｃ】本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｄ】本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図５Ａ】本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図５Ｂ】本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図５Ｃ】本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図５Ｄ】本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図６Ａ】図２Ａに示す本発明の好ましい一実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図６Ｂ】図２Ａに示す本発明の好ましい一実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図６Ｃ】図２Ａに示す本発明の好ましい一実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図７Ａ】図３に示す本発明の好ましい他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図７Ｂ】図３に示す本発明の好ましい他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図７Ｃ】図３に示す本発明の好ましい他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００６６】
２１０    基板、
２２０    反射層、
２３０    透明絶縁層、
２４０    発光セル、
２４２    下部ＧａＮ層、
２４４    活性層、
２４６    上部ＧａＮ層、
２５０    透明電極、
２６０    バッファ層。
【図２Ａ】
2006165543.tif 000003
【図２Ｂ】
2006165543.tif 000004
【図２Ｃ】
2006165543.tif 000005
【図３】
2006165543.tif 000006
【図４Ａ】
2006165543.tif 000007
【図４Ｂ】
2006165543.tif 000008
【図４Ｃ】
2006165543.tif 000009
【図４Ｄ】
2006165543.tif 000010
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
2006165543.tif 000014
【図６Ａ】
2006165543.tif 000015
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図１】
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