(57)【要約】【課題】  本発明は高い透過率を有する同時にp型GaN層との接触抵抗の問題を改善できる窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。【解決手段】  本発明によれば、p-GaNから成る上部クラッド層の上部にMIO、ZIO、CIO(Mg、Zn、Cu中いずれかを含むIn2O3)でオーミック形成層をさらに形成した後、ITO等で具現される透明電極層と第2電極を形成することにより、上記上部クラッド層と第2電極との接触抵抗の問題を改善し、高い透過率を得られる。【選択図】図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系半導体物質を成長させるための基板と、
上記基板上に形成され第1導電性の窒化ガリウム系半導体物質から成る下部クラッド層と、
上記下部クラッド層の一部領域に形成され、アンドープされた窒化ガリウム系半導体物質から成る活性層と、
上記活性層上に形成され第2導電性の窒化ガリウム系半導体物質から成る上部クラッド層と、
上記上部クラッド層上に形成され、Zn、Mg、Cu中少なくとも1種以上を含むIn2O3から成るオーミック形成層と、
上記オーミック形成層の上部に形成される透明電極層と、
夫々上記下部クラッド層と上部クラッド層上に形成される第1、2電極と、
を含む窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項２】
上記上部クラッド層は、上記活性層の上部に順次に形成されるp型GaN層とp型AlGaN層を含んで成る請求項1に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項３】
上記透明電極層は、ITO(Indium Tin Oxide)、ZnO、MgO中少なくとも一種から成ることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項４】
上記オーミック形成層と透明電極層の間に形成され、Ag、Pt、Au、Co及びIr で成る群から選ばれた一種の金属から成る一層以上の金属層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項５】
上記オーミック形成層は約100Å以下の厚さを有するものを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項６】
上記透明電極層は数千Å以下の厚さを有するものを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項７】
上記基板の下面に形成され、基板方向へ放射する光を上部へ反射させる反射層をさらに含む請求項1に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項８】
上記素子の基板の下面及び側面上に形成され、発された光を上部へ反射させる反射層をさらに含む請求項1に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項９】
上記反射層は、複数の高屈折率の光学薄膜と低屈折率の光学薄膜とが交互に積層されて成ることを特徴とする請求項7または8に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項１０】
上記高屈折率/低屈折率の光学薄膜は、Si、Zr、Ta、Ti、Al中一種とOまたはNとの化合物である酸化膜または窒化膜とAl、Agを含む金属膜中一種であることを特徴とする請求項9に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項１１】
上記反射層を成す単一の光学薄膜の厚さが300Å〜800Åで、反射層の全体厚さは光学薄膜の屈折率に応じて決定されることを特徴とする請求項9に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項１２】
窒化ガリウム系半導体物質を成長させるための基板を設ける段階と、
上記基板上に第1 導電型窒化ガリウム系半導体物質で下部クラッド層を形成する段階と、
上記下部導電型クラッド層上にアンドープされた窒化ガリウム系半導体物質で活性層を形成する段階と、
上記活性層上に第2導電型窒化ガリウム系半導体物質で上部クラッド層を形成する段階と、
上記少なくとも上部クラッド層と活性層の一部領域を除去して上記下部クラッド層の一部を露出させる段階と、
上記上部クラッド層上面にZn、Mg、Cu中少なくとも一種以上を含むIn2O3から成るオーミック形成層を形成する段階と、
を含む窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
上記オーミック形成層を形成する段階は、上記上部クラッド層上に100Å以下の厚さで合金層を形成する段階であることを特徴とする請求項12に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
上記オーミック形成層を形成する段階は、Mg、Zn、Cu中一種の物質を含むIn2O3を所定の厚さで蒸着した後に熱処理する段階であることを特徴とする請求項12に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
上記オーミック形成層を形成する段階は、蒸着されたMg、Zn、Cu中一種の物質を含むIn2O3を約200℃以上で10秒以上熱処理することを特徴とする請求項14に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
上記オーミック形成層の上部に透明電極層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
上記透明電極層を形成する段階は、ITO(Indium Tin Oxide)、ZnO、MgO中一種を上記オーミック形成層の上部に蒸着する段階であることを特徴とする請求項16に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
上記透明電極層を形成する段階は、ITO(Indium Tin Oxide)、ZnO、MgO中一種を上記オーミック形成層の上部に蒸着し、蒸着されたITO(Indium Tin Oxide)、ZnO、MgOを200℃以上で10秒以上熱処理する段階であることを特徴とする請求項16に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
上記オーミック形成層の上部にAg、Pt、Au、Co及びIr で成る群から選ばれた一種の金属から成る金属層を一層以上形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
上記基板の下面に、基板方向へ放射する光を上部へ反射させる反射層を形成する段階をさらに含む請求項12に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
上記素子の基板の下面及び側面に反射層を形成する段階をさらに含む請求項12に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
上記反射層を形成する段階は、高屈折率の光学薄膜と低屈折率の光学薄膜とを交互に複数層積層形成する段階であることを特徴とする請求項20または21に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
上記反射層を形成する段階は、Si、Zr、Ta、Ti、Al中一種とOまたはNとの化合物である酸化膜、窒化膜、または金属膜中から選択形成することを特徴とする請求項20または21に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系半導体発光素子に関するもので、より詳しくは電極の透過率を改善する同時に透明電極層と上部クラッド層との間に良質のオーミックコンタクトを形成することにより良好な輝度特性を有しながら低い駆動電圧で作動可能な半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近頃LCD等のような平面型ディスプレイ装置のバックライト光源として、窒化ガリウム(GaN)系半導体を用した発光ダイオードが注目を浴びている。しかも、窒化ガリウム(GaN)系半導体を用にた高輝度青色LEDまで登場するにつれて赤色、緑黄色、青色を利用した総天然色表示が可能になった。
【０００３】
このような窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は一般に絶縁性基板(代表としてサファイア基板を使用する)上に成長され形成されるので、GaAs系発光素子のように基板の背面に電極を設けられず、電極全てを結晶成長させた半導体層上に形成しなければならない。こうした窒化ガリウム系発光素子の従来の構造を図1に示してある。
【０００４】
図1によると、窒化ガリウム系発光素子はサファイア成長基板(11)と上記サファイア成長基板(11)上に順次に形成された第1導電型半導体物質から成る下部クラッド層(12)、活性層(13)、及び第2導電型半導体物質から成る上部クラッド層(14)を含む。
【０００５】
上記下部クラッド層(12)はn型GaN層(12a)とn型AlGaN層(12b)から成ることができ、上記活性層(13)は多重量子井戸(Multi-Quantum Well)構造のアンドープInGaN層から成ることができる。また、上記上部クラッド層(14)はp型AlGaN層(14a)とp型GaN層(14b)から成ることができる。
【０００６】
一般に、上記半導体結晶から成る下部クラッド層/活性層/上部クラッド層(12、13、14)はMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などの工程により成長させることができる。この際、上記下部クラッド層(12)のn型GaN層(12a)を成長させる前にサファイア基板(11)との格子整合を向上させるため、AlN/GaNのようなバッファ層(図示せず)をその間に形成することもできる。
【０００７】
先述したように、上記サファイア基板(11)は電気的絶縁性物質なので、電極を全て半導体層の上面に形成するために、上部クラッド層(14)と活性層(13)の所定領域をエッチングして下部クラッド層(12)、より具体的にはn型GaN層(12a)の一部上面を露出させ、その露出したn型GaN(12a)層上面に第1電極(16)を形成する。
【０００８】
一方、上記上部クラッド層(14)は相対的に高い抵抗を有するので、第2電極(17)を形成する前に、通常の電極でオーミックコンタクト(Ohmic Contact)を形成できる追加的な層が必要となる。これに対して米国特許番号5,563,422号(出願人：日亜化学工業株式会社、登録公告日：1996.10.08)においては、p型GaN層(14b)の上面に第2電極(22)を形成する前に、オーミックコンタクトを形成するためNi/Auから成る透明電極(15)を形成する方法を提案した。
【０００９】
上記透明電極(15)はp型GaN層(14b)に対する電流注入面積を増加させ且つオーミックコンタクトを形成して順方向電圧(Vf)を低下させようとする。しかし、Ni/Auから成る透明電極(18)は熱処理されても約60%ないし70%の低い透過率を示し、こうした低い透過率は、該当発光素子を用いてワイヤボンディングによりパッケージを具現する際、全体の発光効率を低下させるようになる。
【００１０】
上記のような低い透過率問題を克服するための方案として、従来には上記透明電極層(15)をNi/Au層の代わりに透過率が約90%以上とされるITO(Indium Tin Oxide)で形成する方案が提案された。しかし、ITOはｎ型物質としてp型GaNより低い仕事関数4.7〜5.2eV を有するため、ITOをp型GaN層に直接蒸着する場合にオーミックコンタクトが形成され難い。
【００１１】
こうして、従来には仕事関数の差を和らげオーミックコンタクトを形成するために、上記p-GaN(14b)上にZn等の仕事関数の低い物質をドープしたり、Cをハイ(high)ドープしてp-GaNの仕事関数を減少させITOの蒸着を図った。しかし、ドープされたZnまたはCは高い移動性を有し、長時間使用するとp型GaN層の下部に拡散しかねなく、これにより発光素子の信頼性を低下させる問題を抱えていた。
【００１２】
さらに他の方法として、p型GaN層上にSiがハイドープされたn+GaNを成長させた後ITOを蒸着するか、Siがドープされたn+InGaN/GaNを交互に数対成長させた後ITOを蒸着させる方法が提案されているが、かかる方法は形成条件によってオーミックコンタクトが不安定になるといった欠点がある。
【００１３】
したがって、当技術分野においてはGaN発光素子の電極を形成するために高い透過率を維持する同時にp-GaN層と電極との良好なオーミックコンタクトを形成できる窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法が要求される実状である。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上述した従来の問題を解決するために提案されたものとして、その目的は高い透過率を有する同時にp型GaN層との接触抵抗の問題を改善した窒化ガリウム系半導体発光素子を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他目的は上記窒化ガリウム系半導体発光素子を製造するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上述した目的を成し遂げるための構成手段として、窒化ガリウム系半導体発光素子において、窒化ガリウム系半導体物質を成長させるための基板と、上記基板上に形成され第1導電性の窒化ガリウム系半導体物質から成る下部クラッド層と、上記下部クラッド層の一部領域に形成され、アンドープされた窒化ガリウム系半導体物質から成る活性層と、上記活性層上に形成され第2導電性の窒化ガリウム系半導体物質から成る上部クラッド層と、上記上部クラッド層上に形成され、Zn、Mg、Cu中少なくとも1種以上を含むIn2O3から成るオーミック形成層と、上記オーミック形成層の上部に形成される透明電極層と、夫々上記下部クラッド層と上部クラッド層上に形成される第1、2電極と、を含む。上記オーミック形成層は透過率特性を改善しながら上部クラッド層と第2電極とのオーミックコンタクトを形成することができる。
【００１７】
また、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子において、上部クラッド層は上記活性層の上部に順次に形成されるp型GaN層とp型AlGaN層を含んで成り、上記透明電極層はITO(Indium Tin Oxide)、ZnO、MgO中少なくとも一種から成ることができる。
【００１８】
さらに、 本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子は上記オーミック形成層と透明電極層との間に形成され、Ag、Pt、Au、Co及びIrから成る群から選ばれた一種の金属で成る一層以上の金属層をさらに含むことにより、オーミックコンタクトをより容易に形成することができる。
【００１９】
また、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子において、上記オーミック形成層は約100Å以下の厚さを有することが好ましく、上記透明電極層は数千Å以下の厚さを有することができる。
【００２０】
さらに、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子は、上記基板の下面に形成され基板方向へ放射する光を上部へ反射させる反射層をさらに含むことにより、素子の輝度を向上させることができる。上記反射層は複数の高屈折率の光学薄膜と低屈折率の光学薄膜とが交互に積層されて成ることができ、上記高屈折率/低屈折率の光学薄膜はSi、Zr、Ta、Ti、Al中一種とOまたはNとの化合物である酸化膜または窒化膜から成ることができ、その単一厚さは約300Å〜800Åで、反射層の全体の厚さは光学薄膜の屈折率により決定される。
【００２１】
上記目的を成し遂げるための他構成手段として、本発明は窒化ガリウム系半導体物質を成長させるための基板を設ける段階と、上記基板上に第1導電型窒化ガリウム系半導体物質で下部クラッド層を形成する段階と、上記下部導電型クラッド層上にアンドープされた窒化ガリウム系半導体物質で活性層を形成する段階と、上記活性層上に第2導電型窒化ガリウム系半導体物質で上部クラッド層を形成する段階と、上記少なくとも上部クラッド層と活性層の一部領域を除去して上記下部クラッド層の一部を露出させる段階と、上記上部クラッド層上面にZn、Mg、Cu中少なくとも1種以上を含むIn2O3から成るオーミック形成層を形成する段階と、を含む窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法を提案する。
【００２２】
上記において、オーミック形成層を形成する段階は、上記上部クラッド層上に100Å以下の厚さで合金層を形成でき、またMg、Zn、Cu中一物質を含んだIn2O3を所定の厚さで蒸着してから熱処理する段階であることもでき、ここで熱処理条件は約200℃以上で10秒以上行うことが好ましい。
【００２３】
さらに、上記本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法は上記オーミック形成層の上部に透明電極層を形成する段階をさらに含むことができ、この際上記オーミック形成層は上部クラッド層の仕事関数を下げ透明電極層とのオーミックコンタクトを形成することができる。
【００２４】
また、上記本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法はオーミック形成層の上部にAg、Pt、Au、Co及びIrで成る群から選ばれた一種の金属から成る金属層を一層以上形成する段階をさらに含むことができ、上記基板の下面に基板方向へ放射する光を上部へ反射させる反射層を形成する段階をさらに含む。上記反射層は高屈折率の光学薄膜と低屈折率の光学薄膜とを交互に複数層積層して成り、この際光学薄膜はSi、Zr、Ta、Ti、Al中一種とOまたはNとの 化合物である酸化膜または窒化膜中において高屈折率の光学薄膜と低屈折率の光学薄膜を設定することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明は窒化ガリウム系半導体発光素子において、上部クラッド層と電極とのオーミック特性を一定レベルに維持させながら、光の透過率特性を改善し、その結果素子の輝度を向上させられる優れた効果を奏する。
【００２６】
さらに、ワイヤボンディングタイプの窒化ガリウム系半導体発光素子において、基板を透過して散乱する光を再び上部方向へ反射させることにより、素子の全輝度特性をより向上させられる優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図を参照しながら、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子についてより詳しく説明する。
【００２８】
図2は本発明の一実施形態による窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図である。図2によると、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体物質の成長のためのサファイア基板(21)と、上記サファイア基板(21)上に順次に形成された第1導電型の半導体物質から成る下部クラッド層(22)と、活性層(23)と、第2導電型の半導体物質から成る上部クラッド層(24)と、オーミック形成層(25)と、透明電極層(26)と、第1、2電極(27、28)とを含む。
【００２９】
上記下部クラッド層(22)はn型GaN層(22a)とn型AlGaN層(22b)とで成ることができ、上記活性層(23)は多重量子井戸構造(Multi-Quantum Well)のアンドープInGaN層から成ることができる。さらに、上部クラッド層(24)はp型AlGaN層(24a)とp型GaN層(24b)とで成ることができる。上述した半導体結晶層(22、23、24)は先述したように、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などの工程を利用して成長させることができる。この際、n型GaN層(22a)とサファイア基板(11)との格子整合を向上させるために、上記サファイア基板(11)の上部にAlN/GaNのようなバッファ層(図示せず)をさらに形成することもできる。
【００３０】
上記上部クラッド層(24)と活性層(23)が除去された所定の領域において上記下部クラッド層(22)の上面一部が露出する。その露出した下部クラッド層(22)、とりわけn型GaN層(22a)の上面に第1電極(27)が配される。
【００３１】
また、第2電極(28)と上部クラッド層(24)との間には透明電極層(26)とオーミック形成層(25)が形成される。
【００３２】
上記透明電極層(26)とオーミック形成層(25)はn型GaN層(22a)に比して相対的に高い抵抗と大きい仕事関数(約7.5eV)を有するp型GaN層(24b)と第2電極(28)との間にオーミックコンタクトを形成し電流注入量は増加させながら、且つ一定レベル以上の透過率を維持して発光素子の輝度特性を向上させるためのものである。
【００３３】
より具体的に、上記透明電極層(26)はITO、ZnO、MgO中一種から成ることができるが、上記物質、とりわけITOは透過率は良いがn型物質としてp型GaNより仕事関数が低いので、上部クラッド層(24)とオーミック形成を成し難い。そのために、本発明の発光素子はその間にオーミック形成層(25)を形成して上部クラッド層(24)と透明電極層(26)とのオーミックコンタクトを可能にさせるが、上記オーミック形成層(25)はMg、Zn、Cu中いずれかを含むIn2O3(夫々MIO、ZIO、CIOという)で形成される。上記オーミック形成層(25)は上記上部クラッド層(24)の仕事関数を減少させ仕事関数の差による順方向電圧(VF)の上昇を抑制することにより、オーミックを形成して接触抵抗を改善することができる。
【００３４】
即ち、上記p型GaN層(24b)の表面においてはMg、Cu、Znを不純物に用いて大変低い濃度でドープされる。これにより上記p型GaN層(24b)のオーミック抵抗はより増加するようになる。さらに、本発明の発光素子は上記オーミック形成層(25)及び透明電極層(26)を夫々数百Åと数千Åの厚さで上記p型GaN層(24b)の上面に蒸着した後熱処理することにより、透過率をより向上させることができる。上記オーミック形成層(25)は好ましくは100Å以下の厚さを有する。
【００３５】
さらに、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子は上記オーミック形成層(25)と透明電極層(26)との間に金属層(図示せず)をさらに形成することができる。上記金属層は半導体発光素子がワイヤボンディング方式によりパッケージングされる場合、上記オーミック形成層(25)上にAg、Pt、Au、Co及びIrで成る群から選ばれた一種の金属から成る金属層を一層以上形成することから成る。上記のような金属層の追加により電流拡散増加、青色及び緑色領域における透過率増加を図ることができる。
【００３６】
図3は本発明の他実施形態による窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図である。上記窒化ガリウム系半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体物質の成長のためのサファイア基板(21)と、上記サファイア基板(21)上に順次に形成された第1導電型の半導体物質で成る下部クラッド層(22)と、活性層(23)と、第2導電型の半導体物質で成る上部クラッド層(24)と、オーミック形成層(25)と、透明電極層(26)と、第1、2電極(27、28)とを含んで成る。
【００３７】
さらに、図3(a)に示した窒化ガリウム系半導体発光素子は、上記基板(21)の下面に形成され基板(21)を透過する光を上部へ反射させる反射層(29)を含む。
【００３８】
さらに、上記図3(b)に示した窒化ガリウム系半導体発光素子は、素子の光放出方向(上記例においては上面)を除く残りの下面及び側面に形成され該当方向へ来る光を上部へ反射させる反射層(30)を含む。
【００３９】
上記素子の下面、または下面及び側面上に形成される反射層(29,30)は活性層(23)から全方向へ発した光を上部へ反射させることにより、パッケージングされた発光素子の輝度特性をより向上させることができる。
【００４０】
上記反射層(29,30)は一対の高屈折率の光学薄膜と低屈折率の光学薄膜とで成るミラーコーティング膜を利用して形成できるが、高屈折率の光学薄膜と低屈折率の光学薄膜とを交互に複数層積層して成る。上記ミラーコーティング構造から成る反射層(29,30)は光を反射させる特性を有し、反射率は屈折率の差が大きいほどより高くなる。ここで、一対の光学薄膜はSi、Zr、Ta、Ti、Al中一種とOまたはNとが化合して成る金属膜、酸化膜または窒化膜から成ることができ、こうした酸化膜または窒化膜は単一層の厚さが300Å〜800Åで蒸着され、反射層(29,30)の厚さは上記酸化膜または窒化膜の屈折率に応じて決められる。
【００４１】
例えば、屈折率が1.47のSiO2と屈折率が2以上のSi3N4を一対としてミラーコーティング構造を形成する場合、上記反射層(29,30)での反射率は98%以上となる。
【００４２】
さらに、上記反射層(29,30)を基板(21)の下面ばかりでなく発光素子の側面上にまで延長して形成することができる。
【００４３】
図4は本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法を順次に示したフローチャートである。
【００４４】
上記図4によると、先ず、窒化ガリウム系半導体物質を成長させるための基板(21)を用意し(401)、上記基板(21)の上部に第1導電型半導体物質から成る下部クラッド層(22)と活性層(23)及び第2導電型半導体物質から成る上部クラッド層(24)を順次に形成する(402)。
【００４５】
上記において成長用基板にはサファイア基板を使用でき、上記下部クラッド層(22)及び上部クラッド層(24)は先の実施形態のように夫々GaN層とAlGaN層を連続形成して成ることができ、MOCVD工程により形成されることができる。
【００４６】
次いで、上記下部クラッド層(22)の一部領域が露出するよう上部クラッド層(23)と活性層(23)の一部を除去する(403)。上記工程により設けられた下部クラッド層(21)の露出領域は電極と下部クラッド層(21)との接触を可能にする。本除去工程による構造物の形状は電極を形成しようとする位置、電極形状及び大きさに応じて多様な形態に変更することができる。例えば、本実施例のように一稜に接する領域の上部クラッド層(24)及び活性層(23)を除去する方式で具現することもでき、電流密度を分散させるために電極長さが延長される場合、上記除去領域は該当電極に対応して延長されることができる。
【００４７】
続いて、本発明による製造方法においては、上記上部クラッド層(21)上に順次にオーミック形成層(25)及び透明電極層(26)を形成する(404)。上記オーミック形成層(25)はオーミック形成のためにMg、Zn、Cu中一種を含むIn2O3を所定の厚さで蒸着させることにより形成することができる。ここで、上記オーミック形成層(25)の厚さは数百Å以下として、好ましくは100Å以下となる。また、透明電極層(26)の形成は上記オーミック形成層(25)上にITO、MgO、ZnOを数千Åの厚さで蒸着して成る。上記オーミック形成層(25)と透明電極層(26)を全て蒸着した後、透過率向上のために所定温度で熱処理を施すことができる。ここで、熱処理条件は200℃以上で10秒以上行うことが好ましい。
【００４８】
上記のように透明電極層(26)まで形成されると、上記下部クラッド層(22)と透明電極層(26)の上部に第1、2電極(27、28)を同時に形成する(406)。
【００４９】
この際、透明電極層(26)の形成前オーミック形成層(25)上にAg、Pt、Au、Co、Ir等の金属から成る群から選ばれた金属から成る金属層を1回以上積層形成する段階をさらに含むことができる。上記のように形成された金属層は電流拡散を増加させ、青色及び緑色領域の光に対する透過率を増加させることができる。
【００５０】
さらに、本発明による発光素子の製造方法は、当該発光素子がワイヤボンディングによりパッケージングされる場合、上記基板(21)の下面上に反射層(29)を形成する段階(407)をさらに行うことができる。
【００５１】
上記反射層(29)は高屈折率を有する光学薄膜と低屈折率を有する光学膜とを交互に複数層積層して形成することができる。
【００５２】
この際、上記光学薄膜は酸化膜または窒化膜に具現でき、上記酸化膜または窒化膜はSi、Zr、Ta、Ti、Al中一種とOまたはNとの化合物である。
【００５３】
こうして形成された反射層(29)は基板(21)を透過して散乱する光を上部へ反射させることにより、ワイヤボンディングタイプ発光素子に対する輝度特性をより向上させることができる。
【００５４】
次に、様々な実験結果に基づき本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子の特性について説明する。
【００５５】
図5は本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子において、上記オーミック形成層(25)の厚さと熱処理温度別に透過率特性を測定し比較したグラフである。図5(a)のグラフはCIO(Cuが含まれたIn2O3)で30Åの 厚さにオーミック形成層を形成し、夫々400℃〜700℃の大気(Air)とN2 雰囲気で熱処理した後、透過率を比較したもので、図5(b)はCIO(Cuが含まれたIn2O3)で100Åの厚さにオーミック形成層を形成し、夫々400℃〜700℃の大気(Air)とN2 雰囲気で熱処理した後、透過率を比較したものである。上記両グラフを見ると、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子において、透過率は如何なる条件においても80%以上と良好な特性を有し、厚さがより薄いほど透過率がより高くなることが分かる。
【００５６】
図6は本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子に対する他実験結果を示した図である。上記実験においては、オーミック形成層(25)をMIO(Mgを含んだIn2O3)で30Åの厚さに形成した後、従来のPt/ITO、Ag/ITOから成る発光素子と特性を比較した。先ず、図6(a)は本発明の発光素子と従来の発光素子との透過率を比較したもので、MIOのオーミック形成層を形成することにより、青色と緑色領域において透過率を高め光の損失を最少化することができる。図6(b)はMIOのオーミック形成層を形成した本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子と従来の発光素子らのオーミック形成を比較したもので、従来に比して本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子において等しい度合いのオーミックが形成されることが分かる。
【００５７】
次に、図7は従来の窒化ガリウム系半導体発光素子と本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子の特性(透過率及び注入電流)を比較した他実験結果を示したものである。先ず、図7(a)は非接触抵抗の測定に用いられたTLM(Transmission Length Mode)パターンであって、p-GaNウェーハにNi/Au、Pt/ITO及び本発明によるCIO/ITOを図7(a)のようにパターン形成し各パターン間隔同士の抵抗を測定する実験を行った。図7(b)、図7(c)は上記実験の結果測定された波長別透過率及び順方向電圧対比注入電流を比較したグラフである。
【００５８】
上記図7(b)及び図7(c)から、本発明のオーミック形成層を有する半導体発光素子はPt/ITO及びNi/Auで成る従来の発光素子に比して、接触抵抗及び透過率が全て良好な特性を示した。
【００５９】
下記表1は同一条件下においてITOのみ存在する場合、従来のようにPt、 LaNi5/Au、Ag、LaNi5上にITOを蒸着する場合、本発明のようにCIO上にITOを形成する場合各々におけるコンタクト抵抗、ITOの厚さが460nmである場合の透過率、注入電流が20mAである場合の順方向電圧、明るさを測定して比較したものである。
【表１】
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上記表1を見ると、本発明に説明したとおり、CIO上にITOを形成する場合順方向電圧を増加させず純粋ITOの特性に最も近いコンタクト抵抗値及び透過率を示し、結果として本発明により形成された発光素子の場合改善された輝度特性を示すことが分かる。
【００６０】
とりわけ、CIOから成るオーミック形成層を形成する場合、MIOから成るオーミック形成層を形成する場合に比して、高い接触抵抗及び同等レベル以上の透過率特性を示し、従来のPt/ITO、Ag/ITOに比しても高い透過率特性を示し、高輝度に適用が可能である。また、上記CIOを利用した場合、パターン高輝度エピ実験中最も低い順方向電圧特性を示した。
【００６１】
次に、上記に追加して基板(21)の下面に反射層(29)を形成した実施形態についてその特性変化を実験した。
【００６２】
図8(a)は反射層(29)の有無による光パワー(PO)の変化の流れを比較したもので、図8(b)はその反射層(29)の有無による順方向電圧(forward voltage)VF1の傾向を示したグラフであり、上記図8(a)、(b)を見ると、反射層(29)をさらに形成することによって順方向電圧を増加させずに光パワーを増大させられることが分かる。
【００６３】
本発明は上述した実施形態及び添付した図に基づき限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定されるもので、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において様々な形態の置換、変形及び変更が可能なことは当技術分野において通常の知識を有する者にとっては自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、従来の窒化ガリウム系半導体発光素子の代表的な例を示した斜視図である。
【図２】図２は、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子を示した斜視図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子の応用例を示した斜視図である。
【図４】図４は、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法を示したフローチャートである。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子において、オーミック形成層の厚さ別熱処理温度別透過率を比較した実験結果を示したグラフである。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本発明のＭＩＯを利用した窒化ガリウム系半導体発光素子に対する透過率、輝度及び非接触抵抗を比較した実験結果を示したグラフである。
【図７】図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子と従来の発光素子の注入電流及び透過率を比較した図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明による窒化ガリウム系半導体発光素子において、反射層の有無によるＰＯ、ＶＦ特性の傾向を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
21  サファイア基板
22  下部クラッド層
23  活性層
24  上部クラッド層
25  オーミック形成層
26  透明電極層
27  第1電極
28  第2電極
29  反射層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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