(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ボンディングパッドと、
前記ｎ型ボンディングパッドの下面に形成されたｎ型電極と、
前記ｎ型電極の下面に形成されたｎ型透明電極と、
前記ｎ型透明電極の下面に形成されたｎ型窒化ガリウム層と、
前記ｎ型窒化ガリウム層の下面に形成された活性層と、
前記活性層の下面に形成されたｐ型窒化ガリウム層と、
前記ｐ型窒化ガリウム層の下面のうち、前記ｎ型電極と対応する部分に形成されており、分散ブラッグ反射器からなる電流阻止層と、
前記電流阻止層が形成された結果物の下面に形成されたｐ型電極と、
前記ｐ型電極の下面に形成された構造支持層と、
を備え、
前記分散ブラッグ反射器は、Ｓｉ３Ｎ４からなる高屈折率膜とＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３からなる低屈折率膜とが順次積層されたパターンが１つ以上積層されてなり、前記活性層の励起光を前記ｎ型透明電極の方向に反射することを特徴とする垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記ｎ型電極は、反射率の高い金属からなることを特徴とする請求項１に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
【請求項３】
前記低屈折率膜は、前記高屈折率膜に比べて相対的に屈折率の低い屈折率膜であることを特徴とする請求項２に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
【請求項４】
前記低屈折率膜及び前記高屈折率膜は、基準波長のλ／４の厚さを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直構造（垂直電極型）窒化ガリウム系（ＧａＮ）発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；以下、ＬＥＤという）素子に関し、さらに詳細には、電流阻止層に向かって発光する光子を発光面に反射させることで高輝度を具現する垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、窒化ガリウム系ＬＥＤは、サファイア基板上に成長するが、かかるサファイア基板は硬く、電気的に不導体であり、熱伝導特性がよくないことから、窒化ガリウム系ＬＥＤのサイズを減らして製造原価を低減するのに限界があり、また光出力及びチップの特性を改善させるのにも限界がある。特に、ＬＥＤの高出力化のためには、大電流の印加が必須となっているため、ＬＥＤの熱放出問題を解決することが重要である。上記のような問題を解決するための手段として、従来は、レーザリフトオフ（Ｌａｓｅｒ  Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ；以下、ＬＬＯという）を用いてサファイア基板を除去した垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子が提案されている。
【０００３】
以下に、図１及び図２を参照して従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子について詳細に説明する。
【０００４】
まず、図１は、従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図であって、従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、ｎ型ボンディングパッド１１０と、前記ｎ型ボンディングパッド１１０の下面に形成されたｎ型電極１２０と、前記ｎ型電極１２０の下面に形成されて電流の拡散効率を向上させるｎ型透明電極１３０と、前記ｎ型透明電極１３０の下面に形成されているｎ型窒化ガリウム層１４０と、前記ｎ型窒化ガリウム層１４０の下面に形成されている活性層１５０と、前記活性層１５０の下面に形成されているｐ型窒化ガリウム層１６０と、前記ｐ型窒化ガリウム層１６０の下面に形成されたｐ型電極１７０及び前記ｐ型電極１７０の下面に形成された構造支持層１９０と、を備えてなる。
【０００５】
ここで、説明していない図面符号１８０は、構造支持層１９０が電解メッキまたは無電解メッキ法により形成されるとき、メッキ工程を行うときのメッキ結晶核の機能を行うメッキシード層（ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒ）である。
【０００６】
ところが、従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、１対の電極すなわち、ｎ型電極及びｐ型電極は、発光構造物を隔てて互いに垂直に並んで配置されており、その中で、ｎ型電極は、電流の拡散効率を向上させるために、発光構造物の上面中心に配置されていることから、その構造によって電流は、ｎ型電極とｐ型電極との間の中心部分に該当する発光構造物に集中する。
【０００７】
しかし、上記のように、電流が発光構造物の中心部分に集中する場合、発光構造物から生成される光がその部分に集中するため、全体的な発光効率が低くなり、垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の輝度を低下させるという問題がある。
【０００８】
したがって、上記のような問題を解決するために、さらに他の従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子では、図２に示すように、前記ｎ型電極１２０とｐ型電極１７０との間に電流が流れなくする抵抗の高い金属または酸化物のような絶縁物からなる電流阻止層（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を備えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２に示す従来の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子では、電流阻止層を備えることによって、ｎ型電極とｐ型電極との間の中心部に電流が集中した電流を、その他の領域に拡散させて電流拡散効率を増加させることで、均一な光を具現できるという利点はあるが、前記電流阻止層は、抵抗の高い金属または酸化物のような絶縁物からなっていることから、前記発光構造物から発光する光の一部を吸収するか、または散乱させるため、素子の輝度は相変らず低いという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、前記電流阻止層を反射率の高い分散ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ；以下、ＤＢＲという）で形成することによって、電流の拡散効率を向上させると共に、電流阻止層に向かって発光する光子を発光面に反射させることで高輝度を具現する垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成すべく、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子によれば、ｎ型ボンディングパッドと、前記ｎ型ボンディングパッドの下面に形成されたｎ型電極と、前記ｎ型電極の下面に形成されたｎ型透明電極と、前記ｎ型透明電極の下面に形成されたｎ型窒化ガリウム層と、前記ｎ型窒化ガリウム層の下面に形成された活性層と、前記活性層の下面に形成されたｐ型窒化ガリウム層と、前記ｐ型窒化ガリウム層の下面のうち、前記ｎ型電極と対応する部分に形成されており、分散ブラッグ反射器からなる電流阻止層と、前記電流阻止層が形成された結果物の下面に形成されたｐ型電極と、前記ｐ型電極の下面に形成された構造支持層と、を備える。
【００１２】
また、前記ｎ型電極は、反射率の高い金属からなって、電極の機能及び反射の機能を同時に行うことが好ましい。
【００１３】
また、前記ＤＢＲは、低屈折率膜及び高屈折率膜が順次積層された半導体パターンが１つ以上積層されてなることが好ましい。このとき、前記低屈折率膜及び前記高屈折率膜が、基準波長のλ／４の厚さを有する。
【００１４】
一方、前記ＤＢＲを構成する半導体パターンの数は、ＬＥＤ素子から発光させようとする光の波長に応じて調節可能であり、これにより、前記ＤＢＲからなる電流阻止層の反射率を極大化できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、前記電流阻止層を反射率の高いＤＢＲで形成することによって、電流の拡散効率を向上させるとともに、電流阻止層に向かって発光する光が電流阻止層に吸収または散乱されて消滅することを最小化し、光抽出の効率を向上させることで、外部量子効率の改善効果を極大化させることができる。
【００１６】
したがって、本発明は、高輝度を具現する垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図において複数の層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書の全体において類似の構成要素については同一の符号を付している。
【００１９】
以下に、本発明の一実施の形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子について、図３及び図４を参照して詳しく説明する。
【００２０】
図３は、本発明の一実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図であり、図４は、本発明の一実施の形態に係る電流阻止層を示す部分断面図である。
【００２１】
まず、図３及び図４に示すように、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の最上部には、外部素子と電気的に接続するためのｎ型ボンディングパッド１１０が形成されている。
【００２２】
前記ｎ型ボンディングパッド１１０の下面には、光効率を向上させるためのｎ型電極１２０が形成されている。このとき、前記ｎ型電極１２０は、電極の機能及び反射の機能を同時にするよう、反射率の高い金属からなっていることが好ましい。
【００２３】
前記ｎ型電極１２０の下面には、ｎ型窒化ガリウム層１４０が形成されており、さらに詳細には、前記ｎ型窒化ガリウム層１４０は、ｎ型不純物がドープされたＧａＮ層またはＧａＮ／ＡｌＧａＮ層で形成することができる。
【００２４】
一方、電流拡散現象を向上させるために、本発明は、前記ｎ型電極１２０と接している前記ｎ型窒化ガリウム層１４０上には、ｎ型透明電極１３０をさらに備えている。
【００２５】
前記ｎ型窒化ガリウム層１４０の下面には、活性層１５０及びｐ型窒化ガリウム層１６０が下に順次積層されて窒化ガリウム系ＬＥＤ構造物をなす。
【００２６】
前記窒化ガリウム系ＬＥＤ構造物のうち、活性層１５０は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層で構成された多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）で形成することができ、前記ｐ型窒化ガリウム層１６０は、前記ｎ型窒化ガリウム層１４０と同様に、ｐ型不純物がドープされたＧａＮ層またはＧａＮ／ＡｌＧａＮ層で形成することができる。
【００２７】
前記窒化ガリウム系ＬＥＤ構造物のｐ型窒化ガリウム層１６０の下面のうち、前記ｎ型電極１２０が形成された領域と対応する部分に電流が窒化ガリウム系ＬＥＤ構造物の中心部に集中することを最小化するための電流阻止層２００が形成されている。
【００２８】
特に、本発明に係る前記電流阻止層２００は、ＤＢＲからなっている。前記ＤＢＲは、λを光の波長とし、ｎを媒質の屈折率とし、ｍを奇数とするとき、互いに異なる屈折率の二媒質をｍλ／４ｎの厚さに交互に積層して、特定波長帯（λ）の光から９５％以上の反射率が得られる半導体パターンで形成された反射器であって、発振波長よりバンドギャップエネルギー（ｂａｎｄｇａｐ  ｅｎｅｒｇｙ）が大きくて吸収が起きないようにし、前記半導体パターンをなす二媒質間の屈折率の差が大きいほど、反射率が大きくなる。
【００２９】
これにより、本発明によってＤＢＲからなる電流阻止層２００は、図４に示すように、低屈折率膜２００ａ及び高屈折率膜２００ｂが順次積層された半導体パターンが１つ以上積層されている。このとき、前記低屈折率膜２００ａ及び前記高屈折率膜２００ｂは、基準波長のλ／４の厚さを有する。
【００３０】
さらに詳細には、前記電流阻止層２００を構成する前記低屈折率膜２００ａは、高屈折率膜２００ｂに比べて相対的に屈折率が小さなければならない。例えば、一般に、低屈折率膜２００ａには、ＳｉＯ2（ｎ＝１．４），Ａｌ2Ｏ3（ｎ＝１．６）などが用いられ、高屈折率膜２００ｂには、Ｓｉ3Ｎ4（ｎ＝２．０５〜２．２５），ＴｉＯ2（ｎ＝２．１），Ｓｉ−Ｈ（ｎ＝３．２）などが用いられる。
【００３１】
本実施の形態では、低屈折率膜２００ａとしてＡｌ2Ｏ3（ｎ＝１．６）を用い、高屈折率膜２００ｂとしてＳｉ3Ｎ4（ｎ＝２．０５〜２．２５）を用いる。
【００３２】
一方、前記ＤＢＲを構成する低屈折率膜２００ａ及び高屈折率膜２００ｂが順次積層された半導体パターンの数は、ＬＥＤ素子から発光させようとする光の波長に応じて調節可能であり、これにより、本発明は、図５及び図６に示すように、前記ＤＢＲからなる電流阻止層の反射率を極大化できる。
【００３３】
ここで、図５は、図４に示す電流阻止層の厚さの変化に応じる反射度の変化を示すグラフであり、図６は、図４に示す電流阻止層の基準波長に応じる反射度の変化を示すグラフである。
【００３４】
本実施の形態では、電流阻止層の基準波長として４６０ｎｍの波長を有しており、それに応じて電流阻止層の厚さを変化させた。
【００３５】
そして、前記電流阻止層２００が形成されたｐ型窒化ガリウム層１６０の下面には、ｐ型電極１７０が形成されている。前記ｐ型電極１７０も前記ｎ型電極１２０と同様に、電極の機能及び反射の機能を同時に行えるように、反射率の高い金属からなることが好ましい。
【００３６】
前記ｐ型電極１７０の下面には、メッキ結晶核層１８０を利用して電解メッキまたは無電解メッキして形成されたメッキ層からなる構造支持層１９０が設けられている。
【００３７】
一方、本実施の形態では、前記構造支持層１９０として、メッキ結晶核層１８０を結晶核として用いて形成されたメッキ層を説明しているが、前記構造支持層はこれに限定されず、最終的なＬＥＤ素子の支持層及び電極としての機能を行うものであって、シリコン（Ｓｉ）基板、ＧａＡｓ基板、Ｇｅ基板または金属層などからなるものであってもよい。
【００３８】
また、前記金属層は、熱蒸着（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、電子線蒸着（ｅ−ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、スパッタ（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）などの方式により形成されたものを使用することもできる。
【００３９】
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更を行うことが可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。
【図２】従来の技術に係る他の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る電流阻止層を示す部分断面図である。
【図５】図４に示す電流阻止層の厚さ変化に応じる反射度の変化を示すグラフである。
【図６】図４に示す電流阻止層の基準波長に応じる反射度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１１０  ｎ型ボンディングパッド
１２０  ｎ型電極
１３０  ｎ型透明電極
１４０  ｎ型窒化ガリウム層
１５０  活性層
１６０  ｐ型窒化ガリウム層
１７０  ｐ型電極
１８０  メッキシード層
１９０  構造支持層
２００  電流阻止層
２００ａ  低屈折率膜
２００ｂ  高屈折率膜
【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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