(57)【要約】【課題】本発明は、輝度を高めることができる発光素子に関するものである。【解決手段】上記の目的を達成するために、本発明は、光を透過可能な基板１と、基板１上に設けられたｎ層３及びｐ層５と、前記ｎ層３と前記ｐ層５の間に設けられた発光層４と、前記ｎ層３と前記ｐ層５にそれぞれ設けられたｎ側電極７とｐ側電極６を有した発光素子であって、ｐ側電極６を少なくともｐ層５側からＰｔ層６１、Ａｇ層６２、Ｍｏ層６３の順に積層した。本発明は、輝度を高めることができる発光素子に関するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過可能な基板と、前記基板上に設けられたｎ層及びｐ層と、前記ｎ層と前記ｐ層の間に設けられた発光層と、前記ｎ層と前記ｐ層にそれぞれ設けられたｎ側電極とｐ側電極を有した発光素子であって、ｐ側電極を少なくともｐ層側からＰｔ層、Ａｇ層、Ｍｏ層の順に積層し、前記Ｐｔ層の膜厚を０．５ｎｍ〜５ｎｍとしたことを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器、ディスプレイ、照明、バックライトなどに用いられる発光素子（ＬＥＤ、ＬＤ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は従来の発光素子を示す側面図である。
【０００３】
図２において、１１は基板で、基板１１は透明或いは半透明となるように構成されている。１２は基板上に設けられたｎ層、１３はｎ層１２の上に設けられた発光層、１４は発光層１３の上に設けられたｐ層、１５はｐ層１４の上に設けられたｐ側電極で、ｐ側電極１５は、Ｐｔ層１６、Ａｇ層１７、Ｎｉ層１８、Ａｕ層１９をｐ層１４側から順に積層して構成されている。２０はｎ層１２に電気的に接続されたｎ側電極で、ｎ側電極２０はｎ層側からＴｉ層２１とＡｕ層２２を順に積層して構成される。
【０００４】
この様に構成された発光素子は、回路基板や載置部材などの実装基板２３上に設けられた電極パターン２４、２５にそれぞれｐ側電極１５及びｎ側電極２０を半田等の接合材で面実装している。そして、発光層１３で放出された光の内、基板１１側に放出された光はそのまま外方へ放出され、ｐ側電極１５側に放出された光は、ｐ側電極１５のＡｇ層１７等によって基板１１側に反射されることで、輝度を向上させていた。
【０００５】
先行例としては、特許文献１等が挙げられる。
【特許文献１】特開平１１−２２０１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら前記従来の構成では、更に同じ駆動電圧で輝度を高めようとしても、なかなか輝度を高くすることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するもので、輝度を高めることができる発光素子に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、光を透過可能な基板と、前記基板上に設けられたｎ層及びｐ層と、前記ｎ層と前記ｐ層の間に設けられた発光層と、前記ｎ層と前記ｐ層にそれぞれ設けられたｎ側電極とｐ側電極を有した発光素子であって、ｐ側電極を少なくともｐ層側からＰｔ層、Ａｇ層、Ｍｏ層の順に積層し、前記Ｐｔ層の膜厚を０．５ｎｍ〜５ｎｍとした。
【発明の効果】
【０００９】
光を透過可能な基板と、基板上に設けられたｎ層及びｐ層と、前記ｎ層と前記ｐ層の間に設けられた発光層と、前記ｎ層と前記ｐ層にそれぞれ設けられたｎ側電極とｐ側電極を有した発光素子であって、ｐ側電極を少なくともｐ層側からＰｔ層、Ａｇ層、Ｍｏ層の順に積層したことで、Ｐｔ層に入射してきた光をＰｔ層自体で吸収されるのを抑えることができ、しかもＡｇ層で十分に反射させることができるので、電極構造の改良のみで輝度を向上させることができ、しかもｐ側電極とｐ層との電気的接続は十分良好に行えるので、駆動電圧などを高くしなくても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
請求項１記載の発明は、光を透過可能な基板と、前記基板上に設けられたｎ層及びｐ層と、前記ｎ層と前記ｐ層の間に設けられた発光層と、前記ｎ層と前記ｐ層にそれぞれ設けられたｎ側電極とｐ側電極を有した発光素子であって、ｐ側電極を少なくともｐ層側からＰｔ層、Ａｇ層、Ｍｏ層の順に積層し、前記Ｐｔ層の膜厚を０．５ｎｍ〜５ｎｍとしたことを特徴とする発光素子とすることで、Ｐｔ層に入射してきた光をＰｔ層自体で吸収されるのを抑えることができ、しかもＡｇ層で十分に反射させることができるので、電極構造の改良のみで輝度を向上させることができ、しかもｐ側電極とｐ層との電気的接続は十分良好に行えるので、駆動電圧などを高くしなくても良い。
【００１１】
ｎ層、ｐ層、発光層を少なくともＧａとＮを含む半導体層で構成したことを特徴とする発光素子とすることで、緑色、青色、紫色等の短波長の光を放出させることができる。
【００１２】
ｎ層にｐ層が設けられる第１の面と、前記第１の面と同一方向を向いた前記第１の面よりも段落ちした第２の面とを備え、前記第２の面にｎ側電極を設けたことを特徴とする発光素子とすることで、同一面方向において、ｐ側電極とｎ側電極の電気的接合を行うことができ、面実装可能な発光素子を得ることができる。
【００１３】
光を透過可能なｎ型導電性基板と、前記ｎ型導電性基板上に設けられたｐ層と、前記ｎ型導電性基板と前記ｐ層の間に設けられた発光層と、前記ｎ型導電性基板と前記ｐ層にそれぞれ設けられたｎ側電極とｐ側電極を有した発光素子であって、ｐ側電極を少なくともｐ層側からＰｔ層、Ａｇ層順に積層した構成とするとともに、前記Ｐｔ層の膜厚を０．５ｎｍ〜５ｎｍとしたことを特徴とする発光素子とすることで、Ｐｔ層に入射してきた光をＰｔ層自体で吸収されるのを抑えることができ、しかもＡｇ層で十分に反射させることができるので、電極構造の改良のみで輝度を向上させることができ、しかもｐ側電極とｐ層との電気的接続は十分良好に行えるので、駆動電圧などを高くしなくても良い。更に駆動電圧が低い素子を作製でき、低消費電力の素子を得ることができる。
【００１４】
Ａｇ層の厚さを５ｎｍ〜２０００ｎｍとした発光素子とすることで、所望の反射特性を得ることができ、しかも生産性を向上させることができる。
【００１５】
実装部材に電極パターンが設けられ、前記実装部材の電極パターンに発光素子を面実装にて実装したことを特徴とする発光素子の実装構造とすることで、輝度の高いＬＥＤ等を容易に作製できる。
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態における発光素子を示す側面図である。
【００１８】
図１において、基板１としては少なくとも光が通過可能な程度の透明度を有するものが用いられる。基板１の構成材料としては、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などが用いられる。
【００１９】
３は基板１の上に直接あるいは図示していないがバッファ層を介して設けられたｎ層で、ｎ層３は少なくともＧａとＮを含んだ半導体層で構成され、しかもｎ型ドーパントとしては、Ｓｉ又はＧｅ等が好適に用いられる。このｎ層３は膜厚４μｍで構成されている。
【００２０】
４はｎ層３の上に設けられた発光層で、発光層４はｎ層３の上に直接或いは少なくともＧａとＮを含む半導体層を介して積層されている。発光層４は少なくともＧａ、Ｎを含み、所望の発光波長を得る為に必要な場合は適量のＩｎを含む半導体からなる。また、発光層４としては、図１においては１層構造としているが、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を交互に少なくとも一対積層した多量子井戸構造とすることで、更に輝度を向上させることができる。
【００２１】
５は発光層４の上に直接或いは少なくともＧａとＮを含んだ半導体層を介して積層されたｐ層で、ｐ層５は少なくともＧａとＮを含んだ半導体層で構成され、しかもｐ型ドーパントとしては、Ｍｇ等が好適に用いられる。このｐ層５は膜厚０．３μｍで構成されている。
【００２２】
６はｐ層５の上に設けられたｐ側電極で、ｐ側電極６はｐ層５側からＰｔ層６１、Ａｇ層６２、Ｍｏ層６３、Ａｕ層６４を順に積層して構成されている。
【００２３】
本発明の特徴の一つは、Ｐｔ層６１の膜厚を０．５ｎｍ〜５ｎｍとしたことを特徴とする。すなわち、Ｐｔ層６１はｐ層５と良好な電気的接続を得るために０．５ｎｍ以上の膜厚で構成されており、Ｐｔ層６１が５ｎｍより厚いと、Ｐｔ層６１自体での光の吸収が大きくなってしまい、輝度が低下する。
【００２４】
また、本発明の特徴の一つは、Ａｇ層６２の厚さを５ｎｍ〜２０００ｎｍとすることを特徴とする。すなわち、Ａｇ層６２の膜厚が５ｎｍより薄いと十分な反射特性を得ることはできず、逆に２０００ｎｍより厚いと、反射特性に変化は無く、膜の形成に必要となる蒸発原料が多く必要となり、又この工程にかかる時間が長くなる為、製造コストが高くなってしまう。
【００２５】
この様に、Ｐｔ層６１の膜厚を０．５〜５ｎｍとすることで発光層から放射された光がＰｔ層６１に入射してもＰｔ層６１自体における光吸収を抑えることができ輝度を向上させることができ、しかもＡｇ層６２での反射特性を十分に得ることができる。従来の技術で示した先行例では、Ｐｔ層は５ｎｍ以上であるので光吸収が多く発生し、輝度が低下する。
【００２６】
本発明はこのＰｔ層６１自体の光吸収が輝度向上に影響を与えることに着目し、オーミック接合の度合いなどを考慮することで、Ｐｔ層６１の膜厚を規定し、その結果ｐ側電極６の改良のみで輝度を向上させることができる。
【００２７】
なお、ｐ側電極６はｐ層５の全面或いはｐ層５の表出面積の８０％以上設けることが好ましい。
【００２８】
７はｐ層５を設けた側に表出したｎ層３の一部に設けられたｎ側電極で、ｎ側電極７はｎ層３側からＴｉ層７１、Ａｕ層７２を順に積層して構成されている。
【００２９】
８は上述の様に構成された発光素子が実装される実装部材で、実装部材８としては、回路基板や載置部材などが好適に用いられる。実装部材８上には少なくとも電極パターン９、１０が設けられており、この電極パターン９、１０には例えばそれぞれＡｕ層６４及びＡｕ層７２が半田や鉛フリー半田等の導電性接合材にて電気的に接合されている。
【００３０】
以上の様に構成された発光素子は、発光層４で放出された光がＰｔ層６１に入射してもＰｔ層６１の厚みを５ｎｍ以下としていることでＰｔ層６１自体での光吸収を抑えることができ、しかも膜厚を０．５ｎｍ以上とすることで、十分なｐ層５との電気的接合を得ることができる。
【００３１】
従って、発光層４からｐ側電極６側に放出された光は効率よく反射されて基板１から放出されるので、ｐ側電極６の改良のみで、十分な輝度向上を実現できる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、Ｐｔ層、Ａｇ層、Ｍｏ層、Ａｕ層、Ｔｉ層等は各材料単体で構成される場合ももちろんその元素を主成分とする層でも良い。すなわち、例えばＰｔ層であれば、Ｐｔの特性に影響を与えない範囲で所定の元素が混入した材料でも良い。
【実施例】
【００３３】
本発明の実施例として、図３に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法を記す。以下の実施例においては、窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法として有機金属気相成長法を用いたものを示すが、成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタキシー法等を用いることも可能である。
【００３４】
（実施例１）
先ず、表面を鏡面に仕上げられたサファイアの基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１の温度を１０００℃に保ち、窒素と水素を流しながら基板１を１０分間加熱することにより、基板１の表面に付着している有機物等の汚れや水分を取り除いた。
【００３５】
次に、基板１の温度を５５０℃にまで降下させ、キャリアガスとして窒素を流しながら、アンモニアとトリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と略称する。）を供給して、ＧａＮからなるバッファ層２を２５ｎｍの厚さで成長させた。
【００３６】
次に、ＴＭＧの供給を止めて１０５０℃まで昇温させた後、キャリアガスとして窒素と水素を流しながら、アンモニア、ＴＭＧそしてＳｉＨ4を供給して、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ層３を４μｍの厚さで成長させた。
【００３７】
ｎ層３を成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4の供給を止め、基板温度を７５０℃にまで降下させ、７５０℃において、キャリアガスとして窒素を流しながら、アンモニア、ＴＭＧ、トリメチルインジウム（以下、「ＴＭＩ」と略称する。）を供給して、アンドープのＩｎＧａＮからなる単一量子井戸構造の発光層４を２ｎｍの厚さで成長させた。
【００３８】
発光層４を成長後、ＴＭＩの供給を止め、ＴＭＧを流しながら基板温度を１０５０℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのＧａＮ（図示せず）を４ｎｍの厚さで成長させ、基板温度が１０５０℃に達したら、キャリアガスとして窒素と水素を流しながら、アンモニア、ＴＭＧ、トリメチルアルミニウム（以下、「ＴＭＡ」、と略称する。）、シクロペンタジエニルマグネシウム（以下、「Ｃｐ2Ｍｇ」と略称する。）を供給して、ＭｇをドープさせたＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５１を０．２μｍの厚さで成長させた。
【００３９】
ｐ型クラッド層５１を成長後、基板１の温度を１０５０℃に保持したままで、キャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、アンモニア、ＴＭＧ、ＴＭＡ、及びＣｐ2Ｍｇを供給して、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層５２を０．１μｍの厚さで成長させた。
【００４０】
ｐ型コンタクト層５２を成長後、ＴＭＧとＴＭＡとＣｐ2Ｍｇの供給を止め、窒素ガスとアンモニアを流しながら、基板１の温度を室温程度にまで冷却させて、基板１の上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたウェハーを反応管から取り出した。
【００４１】
このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる積層構造に対して、別途アニールを施すことなく、その表面上にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を堆積させた後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングにより略方形状にパターンニングしてエッチング用のＳｉＯ2マスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチング法により、ｐ型コンタクト層５２とｐ型クラッド層５１と中間層と発光層４とｎ層３の一部を約０．４μｍの深さで積層方向と逆の方向に向かって除去させて、ｎ層３の表面を露出させた。
【００４２】
そして、エッチング用のＳｉＯ2マスクをウェットエッチングにより除去させた後、積層構造の表面上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりｐ型コンタクト層５２の表面上のフォトレジストのみを取り除き、ｐ型コンタクト層５２の表面の８０％以上を露出させた。そして、積層構造を真空蒸着装置のチャンバー内に装着し、チャンバー内を２×１０-6Ｔｏｒｒ以下にまで真空排気した後、電子ビーム蒸着法により露出されたｐ型コンタクト層５２の表面上およびフォトレジスト上に、１ｎｍの厚さのＰｔ層６１を蒸着した。続いて、１００ｎｍの厚さのＡｇ層６２を蒸着し、更に１００ｎｍの厚さのＭｏ層６３と１μｍの厚さのＡｕ層６４を順次蒸着した。次に、積層構造をチャンバーから取り出し、フォトレジスト上のＰｔ層６１とＡｇ層６２とＭｏ層６３とＡｕ層６４をフォトレジストと共に除去することによって、ｐ型コンタクト層５２の表面上にＰｔ層６１とＡｇ層６２とＭｏ層６３とＡｕ層６４が順次積層されたｐ側電極６を形成した。
【００４３】
再び積層構造の表面上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーにより、露出させたｎ層３の表面一部の上のフォトレジストのみを取り除き、ｎ層３の表面一部を露出させた。そして、積層構造を真空蒸着装置のチャンバー内に装着し、チャンバー内を２×１０-6Ｔｏｒｒ以下にまで真空排気した後、電子ビーム蒸着法により、露出されたｎ層３の表面上およびフォトレジスト上に、１００ｎｍの厚さのＴｉ層７１を蒸着し、更に１．５μｍの厚さのＡｕ層７２を蒸着した。次に、積層構造をチャンバーから取り出し、フォトレジスト上のＴｉ層７１とＡｕ層７２をフォトレジストと共に除去することによって、ｎ層３の表面一部の上にＴｉ層７１とＡｕ層７２が順次積層されたｎ側電極７を形成した。
【００４４】
この後、基板１の裏面を研磨して１００μｍ程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に分離した。このようにして、図３に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られた。
【００４５】
この発光素子を、電極形成面側を下向きにして、正負一対の電極を有するＳｉダイオードの上にＡｕバンプにより接着させた。このとき、発光素子のｐ側電極６およびｎ側電極７が、それぞれＳｉダイオードの負電極および正電極と接続されるようにして発光素子を搭載する。この後、発光素子を搭載させたＳｉダイオードを、Ａｇペーストによりステム上に載置し、Ｓｉダイオードの正電極をステム上の電極にワイヤで結線し、その後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク発光波長４７０ｎｍの青色で発光し、基板１の積層構造を形成した側の反対側の面から均一な面発光が得られた。このときの順方向動作電圧は３．４Ｖであり、発光出力は６．４ｍＷであった。
【００４６】
（実施例２）
実施例２においては、上記実施例１において、Ｐｔ層６１の厚みを６ｎｍとした以外は、上記実施例１と同様の手順で発光素子を作製した。この発光素子を２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク発光波長４７０ｎｍの青色で発光し、基板１の積層構造を形成した側の反対側の面から均一な面発光が得られたが、このときの順方向動作電圧は３．４Ｖであり、発光出力は４．１ｍＷであった。
【００４７】
以上の様に説明した、Ｐｔ層の膜厚と発光素子の輝度の関係と、Ｐｔ層の膜厚と駆動電圧の関係について、図４と図５を用いて説明する。
【００４８】
図４に示すように、Ｐｔ層の膜厚が５ｎｍよりも厚くなると、Ｐｔ層自体での光吸収量が著しく多くなると思われる原因で、輝度が低下する。更に図５から解るように、Ｐｔ層の膜厚が０．５ｎｍよりも薄いとｐ層とのオーミック接合が確実に行われていないことが原因と思われる駆動電圧の上昇が見られる。
【００４９】
従って、電気的な特性或いは輝度の面からＰｔ層は０．５ｎｍ〜５ｎｍとすることが好ましいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
Ｐｔ層に入射してきた光をＰｔ層自体で吸収されるのを抑えることができ、しかもＡｇ層で十分に反射させることができるので、電極構造の改良のみで輝度を向上させることができ、電子機器、ディスプレイ、照明、バックライトなどに用いられる発光素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施の形態における発光素子を示す側面図
【図２】従来の発光素子を示す側面図
【図３】本発明の一実施の形態における発光素子を示す側面図
【図４】本発明の一実施の形態における発光素子のＰｔ層の膜厚と輝度との関係を示すグラフ
【図５】本発明の一実施の形態における発光素子のＰｔ層の膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００５２】
１  基板
２  バッファ層
３  ｎ層
４  発光層
５  ｐ層
６  ｐ側電極
７  ｎ側電極
８  実装部材
９、１０  電極パターン
５１  ｐ型クラッド層
５２  ｐ型コンタクト層
６１  Ｐｔ層
６２  Ａｇ層
６３  Ｍｏ層
６４  Ａｕ層
７１  Ｔｉ層
７２  Ａｕ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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