(57)【要約】【課題】窒化物系発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、マルチオーミックコンタクト層が順次に積層されており、マルチオーミックコンタクト層は、第１透明薄膜層／Ａｇ／第２透明薄膜層より形成される窒化物系発光素子である。このような窒化物系発光素子及びその製造方法によれば、ｐ型クラッド層とのオーミック接触特性が改善されて、優秀な電流−電圧特性を表すだけでなく、透明電極が有する高い光透過性によって素子の発光効率を高めうる。【選択図】図１
2005191572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有する窒化物系発光素子において、
前記ｐ型クラッド層上に多層よりなるマルチオーミックコンタクト層を備え、
前記マルチオーミックコンタクト層は、前記ｐ型クラッド層上に形成された第１透明薄膜層と、前記第１透明薄膜層上に銀を主成分として形成された金属層と、前記金属層上に形成された第２透明薄膜層と、を含み、
前記第１透明薄膜層及び第２透明薄膜層は、それぞれ独立に、透明酸化物、透明窒化物および透明誘電体よりなる群から選択された何れか一つから形成されてなることを特徴とする窒化物系発光素子。
【請求項２】
前記透明酸化物は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｄ、ＶおよびＡｌよりなる群から選ばれた少なくとも一つを含む酸化物であり、
前記透明窒化物は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＭｏおよびＳｃよりなる群から選ばれた少なくとも一つの成分及びＮから形成されてなるものであり、
前記透明誘電体は、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、およびＭｇＦ２よりなる群から選ばれた何れか一つであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項３】
前記ｐ型クラッド層と前記第１透明薄膜層との間にＮｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＩｒおよびＲｕよりなる群から選ばれた何れか一つの元素、前記選択された元素を含む合金、酸化物及び固溶体のうち選択された何れか一つから形成された中間層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項４】
前記酸化物は、前記Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｄ、ＡｌまたはＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｌａ系元素よりなる群から選ばれた少なくとも一つから形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項５】
前記酸化物は、前記Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｄ、ＡｌまたはＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｌａ系元素よりなる群から選ばれた少なくとも一つから形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の窒化物系発光素子。
【請求項６】
前記マルチオーミックコンタクト層の上部に、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、ＣｒおよびＰｔよりなる群から選ばれた少なくとも一つの元素から形成された反射層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項７】
前記反射層の上部に、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄ、ＣｒおよびＷよりなる群から選ばれた何れか一つの元素、前記選択された元素を含む合金、酸化物、固溶体及びＴｉＮのうち選択された何れか一つから形成された集塊防止層をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の窒化物系発光素子。
【請求項８】
前記酸化物は、前記Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｄ、ＡｌまたはＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｌａ系元素よりなる群から選らばれた少なくとも一つより形成された酸化物であることを特徴とする請求項７に記載の窒化物系発光素子。
【請求項９】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有する窒化物系発光素子の製造方法において、
（ａ）基板上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層が順に積層された発光構造体の前記ｐ型クラッド層上に第１透明薄膜層と、銀を主成分とする金属層と、第２透明薄膜層と、を順に積層して多層よりなるマルチオーミックコンタクト層を形成する段階と、
（ｂ）前記（ａ）段階を経て形成された積層物を熱処理する段階と、を含み、
前記第１透明薄膜層及び第２透明薄膜層は、それぞれ独立に、透明酸化物、透明窒化物および透明誘電体よりなる群から選択された何れか一つから形成されることを特徴とする窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記透明酸化物は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、ＣｄおよびＡｌよりなる群から選ばれた少なくとも一つの成分から形成された酸化物であり、
前記透明窒化物は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＭｏおよびＳｃよりなる群から選ばれた少なくとも一つの成分及びＮから形成されたものであり、
前記透明誘電体は、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅおよびＭｇＦ２よりなる群から選ばれた何れか一つであることを特徴とする請求項９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１透明薄膜層の形成段階以前に、前記ｐ型クラッド層上にＮｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＩｒおよびＲｕよりなる群から選択された何れか一つの元素、前記選択された元素を含む合金、酸化物及び固溶体のうち選択された何れか一つから中間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９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記酸化物は、前記Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｄ、ＡｌまたはＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｌａ系元素よりなる群から選択された少なくとも一つから形成された酸化物であることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記マルチオーミックコンタクト層の上部に、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、ＣｒおよびＰｔよりなる群から選ばれた少なくとも一つの元素より反射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９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記反射層の上部に、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄ、ＣｒおよびＷよりなる群から選択された何れか一つの元素、前記選択された元素を含む合金、酸化物、固溶体及びＴｉＮのうち選択された何れか一つから集塊防止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１３に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物系発光素子及びその製造方法に係り、さらに詳細には発光及び駆動効率を向上させる電極構造を有する窒化物系発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、透明伝導性薄膜は、光電子分野、ディスプレイ分野及びエネルギー産業分野などの多くの分野で利用されている。
【０００３】
発光素子分野では、円滑なホール注入及び高効率の光放出の役割を行う透明伝導性薄膜電極が開発された。
【０００４】
現在、最も活発に研究されている透明伝導性薄膜素材としては、透明伝導性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）と、透明伝導性窒化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：ＴＣＮ）とがある。
【０００５】
ＴＣＯは、インジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）、錫酸化物（ＳｎＯ２）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、錫インジウム酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などがあり、ＴＣＮとしては、チタン窒化物（ＴｉＮ）がある。
【０００６】
しかし、これらの物質は、相対的に大きい面抵抗値、高い光反射率、そして相対的に小さな仕事関数値を有していて、単独ではトップエミット型窒化ガリウム系発光素子のｐ型透明電極として適用し難いという問題点を有している。
【０００７】
その問題点を記述すれば、第一に、前述した透明伝導性薄膜は、スパッタリング、ｅビーム蒸着器または熱蒸着器などのＰＶＤ法によって薄膜を形成するとき、ほぼ１００Ω／ｓｑ．（Ω／□）値に近い大きい面抵抗値を有しているため、発光素子の水平方向（層間境界面と平行した方向）への電流スプレッディング（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）を難しくするだけでなく、垂直方向への円滑なホール注入も難しくする。したがって、このような透明伝導性薄膜は、大面積及び大容量の高輝度発光素子を具現するのに適用し難い。
【０００８】
第二に、前述した透明伝導性薄膜は、窒化ガリウム系発光ダイオードから放射される光に対して高い光反射率を有していて、発光効率を低下させる。
【０００９】
第三に、ＩＴＯ及びＴｉＮをはじめとする透明伝導性薄膜は、相対的に小さな仕事関数値を有しているため、ｐ型窒化ガリウムとの直接的な接触によるオーミック接触を形成し難い。
【００１０】
最後に、ＴＣＯは、窒化ガリウム系化合物半導体と直接的にオーミック接触するように電極として適用される場合に、薄膜形成工程で窒化ガリウム表面にガリウムの大きい酸化能により絶縁性物質である酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）の生成を誘発し、良質のオーミック接触電極を形成し難いという問題点がある。
【００１１】
一方、窒化ガリウム系化合物半導体を利用した発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）及びレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を具現するためには、半導体と電極との間のオーミック接触を形成する電極構造が非常に重要である。
【００１２】
このような窒化ガリウム系発光素子は、トップエミット型発光ダイオード（Ｔｏｐ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ：ＴＬＥＤＳ）とフリップチップ発光ダイオード（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ：ＦＣＬＥＤＳ）とに分類される。
【００１３】
現在、一般的に広く使われているＴＬＥＤＳは、ｐ型クラッド層と接触するオーミックコンタクト層を通じて光が放射される。また、高輝度のＴＬＥＤＳを具現するためには、低いホール濃度を有するｐ型クラッド層の高い面抵抗値を補償するため、良質のオーミックコンタクト層である電流スプレッディング薄膜が絶対的に必要である。したがって、低い面抵抗値および高い光透過度を有する電流スプレッディング薄膜層を形成して、円滑なホール注入、電流スプレッディング、そして優れた光放出の役割を提供できるものが要求される。
【００１４】
公知のＴＬＥＤＳでは、ｐ型クラッド層上にニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層とを順次積層した構造が利用されている。Ｎｉ／Ａｕ層は、１０−３〜１０−４Ωｃｍ２ほどの優れた比接触抵抗を有し、半透明オーミック接触層として利用される。
【００１５】
このようなＮｉ／Ａｕ層が５００℃ないし６００℃ほどの温度及び酸素雰囲気で熱処理されるときに、窒化ガリウムから形成されたｐ型クラッド層及びオーミック接触層として適用されたニッケル層の界面で、ｐ型半導体酸化物であるニッケル酸化物（ＮｉＯ）が島状に形成され、ショットキー障壁の高さ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｈｅｉｇｈｔ：ＳＢＨ）を低め、ｐ型クラッド層の表面付近に複数キャリアであるホールを容易に供給する。
【００１６】
また、Ｎｉ／Ａｕ層をｐ型クラッド層上に形成した後に熱処理すれば、Ｍｇ−Ｈ金属間化合物を除去して再活性化過程で窒化ガリウム表面のＭｇドーパント濃度を高め、それによってｐ型クラッド層の表面における実効キャリア濃度を１０１８以上に高める。このようにして、ｐ型クラッド層と酸化ニッケルを含有するオーミックコンタクト層との間にトンネリング伝導を起こし、低い比接触抵抗値を有するオーミック伝導特性を表すと理解されている。
【００１７】
しかし、Ｎｉ／Ａｕから形成される半透明薄膜電極を利用したＴＬＥＤＳは、透光度を阻害するＡｕを含んでいるため、発光効率が低くて次世代大容量及び高輝度発光素子を具現するのには限界がある。
【００１８】
また、発光ダイオードの作動時に発生する熱の放出と光の発光効率とを向上させるために、反射層を適用して透明基板であるサファイアを通じて光を放射するＦＣＬＥＤＳ構造でも、反射層の酸化及び低い接着性のため高い抵抗を有するなどの多くの問題点がある。
【００１９】
したがって、このようなＴＬＥＤＳ及びＦＣＬＥＤＳの素子の限界を克服するために、従来ｐ型オーミックコンタクト層として使われている既存の半透明Ｎｉ／Ａｕ構造より優れた透光度を有するＴＣＯ、例えば、ＩＴＯがｐ型オーミックコンタクト層として提案された。しかし、ＩＴＯオーミックコンタクト層は、発光素子の出力を増大させうる一方、相対的に高い動作電圧を表す問題点を有するため、高面積及び大容量の高輝度発光素子への応用には多くの限界点を有している。
【００２０】
このように、良質のオーミック接触を形成する透明電極を開発し難いという点があるが、その根本的な原因は、次のように要約できる。
【００２１】
第一に、ｐ型窒化ガリウムの低いホール濃度とこれによる１０４Ω／ｓｑ．以上の高い面抵抗値とを有する。
【００２２】
第二に、ｐ型窒化ガリウムの仕事関数値に比べて相対的に大きい仕事関数値を有する透明電極物質がないため、ｐ型窒化ガリウムと電極との間の界面に高いショットキー障壁が形成され、垂直方向への円滑なホール注入が難しい。
【００２３】
第三に、ほとんどの物質において電気的な特性と光学的な特性とが相互に反比例し、それにより、高い透光度を有する透明電極は、おおむね大きい面抵抗値を有するため、水平方向への電流スプレッディングが急激に低下する。
【００２４】
また、前述した問題点によって、ｐ型窒化ガリウムと透明電極との間に熱の発生が増加するため、素子の寿命を短縮させるだけでなく、作動時に信頼性を確保し難いという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、前記問題点を改善するために創案されたものであって、高い透光度と低い面抵抗とを有する電極構造を有する窒化物系発光素子及びその製造方法を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前記目的を解決するために、本発明による窒化物系発光素子は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有する窒化物系発光素子において、前記ｐ型クラッド層上に多層よりなるマルチオーミックコンタクト層を備え、前記マルチオーミックコンタクト層は、前記ｐ型クラッド層上に形成された第１透明薄膜層と、前記第１透明薄膜層上に銀を主成分として形成された金属層と、前記金属層上に形成された第２透明薄膜層と、を含み、前記第１透明薄膜層及び第２透明薄膜層は、それぞれ独立に、透明酸化物、透明窒化物及び透明誘電体のうち選択された何れか一つより形成される。
【００２７】
本発明の一側面によれば、前記透明酸化物は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｖのうち少なくとも一つ以上の成分及びＯより形成された二元系酸化物または三元系酸化物が適用される。
【００２８】
前記三元系酸化物は、Ｉｎ−Ｎｉ−Ｏ、Ｉｎ−Ｃｕ−Ｏ、Ｉｎ−Ｒｈ−Ｏ、Ｉｎ−Ｉｒ−Ｏ、Ｉｎ−Ｒｕ−Ｏ、Ｓｎ−Ｎｉ−Ｏ、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｏ、Ｓｎ−Ｒｈ−Ｏ、Ｓｎ−Ｉｒ−Ｏ、Ｓｎ−Ｒｕ−Ｏ、Ｚｎ−Ｎｉ−Ｏ、Ｚｎ−Ｃｕ−Ｏ、Ｚｎ−Ｒｈ−Ｏ、Ｚｎ−Ｉｒ−Ｏ、Ｚｎ−Ｒｕ−Ｏ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｏ、Ｍｇ−Ｉｎ−Ｏ、Ｍｇ−Ｓｎ−Ｏ、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｏ、Ｇａ−Ｉｎ−Ｏ、Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ、Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｏ、Ｃｕ−Ｇａ−Ｏ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｏ、Ａｇ−Ｓｎ−Ｏ、Ａｇ−Ｚｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｏ、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｏ、Ｖ−Ｚｎ−Ｏのうち何れか一つが適用される。
【００２９】
また、前記透明窒化物は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｃのうち少なくとも何れか一つ以上の成分及びＮより形成されたものが適用される。
【００３０】
前記透明誘電体は、反射能が優秀なＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＭｇＦ２のうち何れか一つが適用される。前記透明薄膜層のそれぞれの厚さは、１ないし１０００ｎｍの範囲に形成することが望ましい。
【００３１】
また、前記透明薄膜層は、電気的特性を調節するためのドーパントが添加されうる。ここで、ドーパントとして適用される物質は、元素周期率表上で金属に分類される元素が適用される。また、前記ＴＣＯに対する前記ドーパントの添加比は、０．００１ないし２０ｗｔ％の範囲に適用されることが望ましい。
【００３２】
前記金属層は、１ないし２０ｎｍの厚さに形成することが望ましい。
【００３３】
さらに望ましくは、前記ｐ型クラッド層と前記第１透明薄膜層との間にＮｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｕのうち選択された何れか一つの元素、または前記選択された何れか一つの元素を含む合金、酸化物、固溶体のうち何れか一つより形成された中間層をさらに備える。
【００３４】
前記中間層が形成される場合、前記第１及び第２透明薄膜層として適用されうる前記透明酸化物は、前記Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ａｌ、ＶまたはＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｌａ系元素のうち選択された元素及びＯよりなる二元系酸化物または三元系酸化物のうち何れか一つが適用されることが望ましい。
【００３５】
前記中間層は、０．１ないし２０ｎｍの厚さに形成することが望ましい。
【００３６】
本発明の他の側面によれば、フリップチップ構造を有するように前記マルチオーミックコンタクト層の上部に、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｐｔのうち選択された少なくとも一つの元素を含んで形成された反射層をさらに備える。前記反射層は、１００ないし１０００ｎｍの厚さに形成することが望ましい。
【００３７】
望ましくは、前記反射層の上部に熱処理及び素子製作の最後の工程であるパッケージング工程でマルチオーミックコンタクト層の損傷を防止するために、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄのうち選択された何れか一つの元素、または前記選択された何れか一つの元素を含む合金、酸化物、固溶体またはＴｉＮのうち何れか一つより形成された集塊防止層をさらに備える。前記集塊防止層は、１０ないし１０００ｎｍの厚さに形成することが望ましい。
【００３８】
また、前記目的を解決するために、本発明による窒化物系発光素子の製造方法は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有する窒化物系発光素子の製造方法において、（ａ）基板上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層が順次に積層された発光構造体の前記ｐ型クラッド層上に第１透明薄膜層と、銀を主成分とした金属層と、第２透明薄膜層と、を順次に積層して多層よりなるマルチオーミックコンタクト層を形成する段階と、（ｂ）前記（ａ）段階を経て形成された積層物を熱処理する段階と、を含み、前記第１透明薄膜層及び第２透明薄膜層は、それぞれ独立に、透明酸化物、透明窒化物及び透明誘電体のうち何れか一つより形成する。
【００３９】
本発明のさらに他の側面によれば、フリップチップ型発光素子を具現するために前記マルチオーミックコンタクト層上に反射層を形成する段階をさらに含む。
【００４０】
また、熱処理及び素子製作の最後の工程であるパッケージング工程で、オーミックコンタクト層の損傷を防止するために、前記反射層上に集塊防止層を形成する段階をさらに含むことが望ましい。
【００４１】
前記熱処理段階は、１００ないし８００℃で１０秒ないし３時間行うことが望ましい。また、前記熱処理段階は、前記電極構造体が内蔵された反応器内に窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、空気のうち少なくとも何れか一つを含む気体雰囲気で行う。
【発明の効果】
【００４２】
本発明による窒化物系発光素子及びその製造方法によれば、ｐ型クラッド層とのオーミック接触特性が改善された電流−電圧特性を表すだけでなく、透明電極が有する高い透光性によって素子の発光効率を高めうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例による窒化物系発光素子及びその製造方法をさらに詳細に説明する。
【００４４】
以下の説明で参照される図面において同じ機能を行う要素は、同じ参照符号で表す。
【００４５】
図１は、本発明の第１実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子を示す断面図である。
【００４６】
図面を参照すれば、発光素子は、基板１１０、バッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３０、活性層１４０、ｐ型クラッド層１５０、マルチオーミックコンタクト層２３０が順次に積層された構造になっている。１８０はｐ型電極パッド、１９０はｎ型電極パッドである。
【００４７】
基板１１０からｐ型クラッド層１５０までが発光構造体に該当し、ｐ型クラッド層１５０上に積層された構造体がｐ型電極構造体に該当する。
【００４８】
基板１１０は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓのうち何れか一つより形成されることが望ましい。
【００４９】
バッファ層１２０は省略されうる。
【００５０】
バッファ層１２０からｐ型クラッド層１５０までの各層は、ＩＩＩ族窒化物系化合物の一般式であるＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）と表わされる化合物のうちから選択された何れかの化合物を基本として形成され、ｎ型クラッド層１３０及びｐ型クラッド層１５０は、当該ドーパントが添加される。
【００５１】
また、活性層１４０は、単層またはＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層などの公知の多様な方式で構成されうる。
【００５２】
一例として、ＧａＮ化合物を適用する場合、バッファ層１２０はＧａＮより形成され、ｎ型クラッド層１３０は、ＧａＮにｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅなどが添加されて形成され、活性層１４０はＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷまたはＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷより形成され、ｐ型クラッド層１５０は、ＧａＮにｐ型ドーパントとしてＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどが添加されて形成される。
【００５３】
ｎ型クラッド層１３０とｎ型電極パッド１９０との間には、ｎ型オーミックコンタクト層（図示せず）が介在し、ｎ型オーミックコンタクト層は、ＴｉとＡｌとが順次積層された層構造などの公知の多様な構造が適用されうる。
【００５４】
ｐ型電極パッド１８０は、Ｎｉ／ＡｕまたはＡｇ／Ａｕが順次に積層された層構造が適用されうる。
【００５５】
各層は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、二重型の熱蒸着器スパッタリングによって形成すればよい。
【００５６】
マルチオーミックコンタクト層２３０は、ｐ型電極構造体であって、第１透明薄膜層２３０ａ、金属層２３０ｂ及び第２透明薄膜層２３０ｃが順に積層されて形成される。
【００５７】
第１透明薄膜層２３０ａ及び第２透明薄膜層２３０ｃは、それぞれ独立に、透明酸化物、透明窒化物、及び透明誘電体のうち何れか一つより形成される。
【００５８】
本発明の一側面によれば、透明酸化物は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｖのうち何れか一つとＯとが結合した二元系酸化物または三元系酸化物が適用される。
【００５９】
三元系酸化物は、Ｉｎ−Ｎｉ−Ｏ、Ｉｎ−Ｃｕ−Ｏ、Ｉｎ−Ｒｈ−Ｏ、Ｉｎ−Ｉｒ−Ｏ、Ｉｎ−Ｒｕ−Ｏ、Ｓｎ−Ｎｉ−Ｏ、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｏ、Ｓｎ−Ｒｈ−Ｏ、Ｓｎ−Ｉｒ−Ｏ、Ｓｎ−Ｒｕ−Ｏ、Ｚｎ−Ｎｉ−Ｏ、Ｚｎ−Ｃｕ−Ｏ、Ｚｎ−Ｒｈ−Ｏ、Ｚｎ−Ｉｒ−Ｏ、Ｚｎ−Ｒｕ−Ｏ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｏ、Ｍｇ−Ｉｎ−Ｏ、Ｍｇ−Ｓｎ−Ｏ、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｏ、Ｇａ−Ｉｎ−Ｏ、Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ、Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｏ、Ｃｕ−Ｇａ−Ｏ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｏ、Ａｇ−Ｓｎ−Ｏ、Ａｇ−Ｚｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｏ、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｏ、Ｖ−Ｚｎ−Ｏのうち何れか一つが適用される。ここで、酸化物を構成する成分相互間の成分比は、適切に適用すればよい。
【００６０】
透明窒化物は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｃなどの金属のうちから少なくとも一つの成分及びＮより形成されたものが適用される。
【００６１】
透明誘電体は、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、及びＭｇＦ２のうちから何れか一つが適用される。
【００６２】
透明薄膜層２３０ａ，２３０ｃに適用される素材は、仕事関数値と面抵抗値とを考慮して選択すればよい。
【００６３】
また、透明薄膜層２３０ａ，２３０ｃとして適用される透明酸化物、透明窒化物、透明誘電体は、前記主成分に対して電気的特性を向上させるために元素周期率表上の金属成分のうち少なくとも一つの元素をドーパントとして添加しうる。ここで、透明酸化物、透明窒化物、透明誘電体に適切な電気的特性を付与させるために添加されるドーパントの添加比は、０．００１ないし２０ｗｔ％の範囲内で適用されることが望ましい。なお、ｗｔ％は、添加される元素相互間の質量比率である。
【００６４】
また、第１及び第２透明薄膜層２３０ａ，２３０ｃのそれぞれの厚さは、適切な透光度と電気伝導性とを有する１ないし１０００ｎｍの厚さに形成することが望ましい。
【００６５】
金属層２３０ｂは、高い電気伝導性を有するとともに、６００℃以下の温度及び酸素雰囲気で熱処理するときに容易に伝導性ナノ相（ｎａｎｏ−ｐｈａｓｅ）粒子に分解し、容易に酸化しない物質が適用される。このような条件を揃えた金属層２３０ｂ用の素材としては、Ａｇが適用される。望ましくは、前記金属層２３０ｂは、Ａｇ単一物質から形成される。一方では、金属層２３０ｂは、Ａｇを主成分とする合金または固溶体から形成されうる。
【００６６】
また、マルチオーミックコンタクト層２３０を形成する金属層２３０ｂの厚さは、熱処理時に容易に伝導性ナノ相粒子に分解可能な厚さである１ないし２０ｎｍ以内に形成することが望ましい。このようなマルチオーミックコンタクト層２３０は、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、スパッタリング蒸着器、レーザ蒸着器のうちから何れか一つより形成することが望ましい。また、マルチオーミックコンタクト層２３０を形成するために適用される蒸着温度は、２０ないし１５００℃の範囲内にあり、蒸着器内の圧力は大気圧ないし１０−１２ｔｏｒｒほどで行う。
【００６７】
さらに、マルチオーミックコンタクト層２３０を形成した後に、熱処理過程を経ることが望ましい。熱処理は、反応器内の温度を１００ないし８００℃とし、真空またはガス雰囲気で１０秒ないし３時間ほど行う。熱処理時に反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、空気のうちから選ばれた少なくとも一つの気体が適用される。
【００６８】
図２には、本発明の第１実施例によるｐ型電極構造体としてｐ型クラッド層１５０上に第１透明薄膜層２３０ａとしてＩＴＯを積層し、その上に金属層としてＡｇを積層した後、再び第２透明薄膜層２３０ｃとしてＩＴＯを積層して形成された発光素子と、ｐ型クラッド層１５０上にＩＴＯ単独でオーミックコンタクト層を形成した発光素子に対して電流−電圧特性を測定した比較結果が示される。
【００６９】
図２に示されるように、電極をＩＴＯ単独で適用した場合より、本実施例のようにマルチオーミックコンタクト層２３０で形成した方が電流−電圧特性が改善されることがわかる。また、電極をＩＴＯ単独で適用した場合、面抵抗値は８７Ω／ｓｑ．を有するが、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯから形成されたマルチオーミックコンタクト層２３０の場合、面抵抗値は８Ω／ｓｑ．と低くなった。この結果から、電極として使われる薄膜層の面抵抗値が小さいほど、側面への電流スプレッディングが容易になって、優れた発光効率を有する信頼性のある発光素子を作れることが確認できる。
【００７０】
図３は、本発明の第２実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子を示す断面図である。
【００７１】
図面を参照すれば、発光素子は、マルチオーミックコンタクト層２３０とｐ型クラッド層１５０との間に中間層２２０がさらに形成されている。ここで、ｐ型電極構造体は、中間層２２０とマルチオーミックコンタクト層２３０とを含む。
【００７２】
中間層２２０は、マルチオーミックコンタクト層２３０とｐ型クラッド層１５０との伝導性及びオーミック接触特性を向上させ、ガリウム関連化合物を形成できる素材より形成される。望ましくは、中間層は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｕのうち選択された何れか一つの元素、または前記選択された何れか一つの元素を含む合金、酸化物、固溶体のうち何れか一つより形成される。中間層２２０は、０．１ないし２０ｎｍの厚さに形成することが望ましい。中間層が適用される場合、透明薄膜層２３０ａ，２３０ｃとして適用されうる透明酸化物は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｌａ元素系などの金属のうちから少なくとも一つの成分及びＯより形成された二元系または三元系酸化物のうち何れか一つが適用されうる。ここで、三元系酸化物は、図１を通じて前述された酸化物が適用されうる。
【００７３】
図４は、本発明の第３実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子を示す断面図である。
【００７４】
図面を参照すれば、発光素子は、マルチオーミックコンタクト層２３０上に形成された反射層２４０を有する。ここで、ｐ型電極構造体は、マルチオーミックコンタクト層２３０と反射層２４０とを含む。
【００７５】
反射層２４０は、フリップチップ構造の発光素子を具現するために適用されたものであって、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｐｔ元素のうちから少なくとも一つを含んで形成することが望ましい。また、反射層２４０は、適切な反射能を有するように１００ないし１０００ｎｍの厚さに形成する。さらに、反射層２４０は、図３の発光素子の構造にもさらに適用されうる。すなわち、図３の発光素子において中間層２２０上に形成されたマルチオーミックコンタクト層２３０上に前述した素材で反射層２４０をさらに形成できる。
【００７６】
図５は、本発明の第４実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子を示す断面図である。
【００７７】
図面を参照すれば、発光素子は、マルチオーミックコンタクト層上に反射層２４０と集塊防止層２５０とが順次に積層された構造を有する。
【００７８】
集塊防止層２５０は、ＦＣＬＥＤＳの構造でｐ型電極パッド１８０との接着性を高め、反射層２４０の酸化を抑制して耐久性を高めるために適用されたものである。集塊防止層２５０は、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄのうちから選択された何れか一つの元素、または前記選択された何れか一つの元素を含む合金、酸化物、固溶体またはＴｉＮのうち選択された何れか一つより形成される。集塊防止層２５０は、１００ないし１０００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００７９】
図６は、本発明の第５実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子を示す断面図である。
【００８０】
図面を参照すれば、発光素子は、ｐ型クラッド層１５０上に中間層２２０、マルチオーミックコンタクト層２３０、反射層２４０及び集塊防止層２５０が順次に積層された構造を有する。
【００８１】
一方、図３ないし図６を通じて説明された発光素子は、基板１１０上にｐ型クラッド層１５０まで積層された発光構造体に、図１を通じて前述された蒸着方法で当該ｐ型電極構造体を蒸着して形成した後、熱処理過程を経て製造すればよい。熱処理過程を経れば、熱処理過程以前より電流−電圧特性が向上する。
【００８２】
本発明は、図面に示された実施例を参考として説明したが、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例が可能であることが分かる。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、窒化物系発光素子及びその製造方法に係り、ＬＥＤまたはＬＤなどの発光素子に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の電流−電圧特性の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の第５実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１１０  基板
１２０  バッファ層
１３０  ｎ型クラッド層
１４０  活性層
１５０  ｐ型クラッド層
１８０  ｐ型電極パッド
１９０  ｎ型電極パッド
２３０ａ，２３０ｃ  第１及び第２透明薄膜層
２３０ｂ  金属層。
【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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