(57)【要約】【課題】  本発明はフリップチップ用窒化物半導体発光素子に関し、電流クラウディング現象が和らぎより低い順方向電圧と高い発光効率を有する高信頼性フリップチップ用窒化物半導体発光素子を期待することができる。【解決手段】  本発明は、窒化物単結晶成長のための透光性基板と、上記透光性基板上に形成されたn型窒化物半導体層と、上記n型窒化物半導体層上に形成された活性層と、上記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層と、上記p型窒化物半導体層上に形成され上記p型窒化物半導体層が露出した複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成る高反射性オーミックコンタクト層と、上記高反射性オーミックコンタクト層上面の少なくとも一部領域に形成された金属バリア層と、上記金属バリア層と上記n型窒化物半導体層上に夫々形成されたp側ボンディング電極及びn側電極とを含む窒化物半導体発光素子を提供する。【選択図】図2
2005210051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物単結晶成長のための透光性基板と、
上記透光性基板上に形成されたn型窒化物半導体層と、
上記n型窒化物半導体層上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層と、
上記p型窒化物半導体層上に形成され、上記p型窒化物半導体層が露出した複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成る高反射性オーミックコンタクト層と、
上記高反射性オーミックコンタクト層上面の少なくとも一部領域に形成された金属バリア層と、
上記金属バリア層と上記n型窒化物半導体層上に夫々形成されたp側ボンディング電極及びn側電極と、を含む窒化物半導体発光素子。 
【請求項２】
上記高反射性オーミックコンタクト層は複数のオープン領域面積の和が上記オーミックコンタクト層の全体面積の少なくとも50%以下であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
上記高反射性オーミックコンタクト層の反射率は少なくとも70%であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
上記高反射性オーミックコンタクト層はAg、Ni、Al、Ph、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au及びその組合から成るグループから選択された物質から成る少なくとも一つの層を含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
上記高反射性オーミックコンタクト層はNi、Pd、Ir、Pt及びZnから成るグループから選択された物質から成る第1層と、上記第1層上に形成されAgとAlから成るグループから選択された物質から成る第2層と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
上記高反射性オーミックコンタクト層はNiからなる第1層と、上記第1層上に形成されたAgからなる第2層と、上記第2層上に形成されたPtからなる第3層と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
上記第1層の厚さは5〜50Å、上記第2層の厚さは1000〜10000Å、上記第3層の厚さは100〜500Åであることを特徴とする請求項5または6に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
上記金属バリア層は上記高反射性オーミックコンタクト層全体を囲繞するよう形成されることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
上記金属バリア層は上記高反射性オーミックコンタクト層のオープン領域により露出した上記p型窒化物半導体層の上面から形成されることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
上記金属バリア層はNi、Al、Cu、Cr、Ti及びその組合から成るグループから選択された物質から成る少なくとも一つの層を含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 
【請求項１１】
少なくともp側ボンディング電極が露出するよう上記高反射性オーミックコンタクト層の上面に形成された誘電体バリア層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
上記誘電体バリア層は上記高反射性オーミックコンタクト層を囲繞するよう形成されることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
上記誘電体バリア層は上記p側ボンディング電極とn側電極が露出するよう上記素子の一側面に形成されることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
上記誘電体バリア層は相異な屈折率を有する2種の誘電体層が交互に繰り返し形成された反射層であることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
上記誘電体バリア層は夫々Si、Zr、Ta、Ti、In、Sn、Mg及びAlから成るグループから選択された元素を含んだ酸化物または窒化物から成ることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
基板上に形成されたn型及びp型窒化物半導体層を含むフリップチップ用窒化物半導体発光素子において、
上記p型窒化物半導体層に形成され上記p型窒化物半導体層が露出した複数のオープン領域を有するメッシュ構造からなる高反射性オーミックコンタクト層と、上記高反射性オーミックコンタクト層上に形成された金属バリア層と、上記金属バリア層上に夫々形成されたp側ボンディング電極と、を含む窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体発光素子に関するものとして、より詳しくは、優れた電気的特性と優れた輝度を有するフリップチップ用窒化物半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、窒化物半導体発光素子は青色または緑色波長帯の光を得るための発光素子として、AlxInyGa(1-x-y)N組成式(ここで0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1である)を有する半導体物質から製造されている。窒化物半導体結晶は格子整合を考慮してサファイア基板のような窒化物単結晶成長用基板において成長させられる。上記サファイア基板は電気的絶縁性基板なので、最終窒化物半導体発光素子はp側電極とn側電極が同一面上に形成された構造を有する。 
こうした構造的な特徴により窒化物半導体発光素子はフリップチップ構造に適した形態で積極的に開発されている。従来の窒化物半導体発光素子が搭載されたフリップチップ発光装置が図1に示してある。
【０００３】
図1に示したフリップチップ発光装置(20)は支持体用基板(21)上に搭載された窒化物半導体発光素子(10)を含む。上記窒化物半導体発光素子(10)はサファイア基板(11)とその上に順次に積層されたn型窒化物半導体層(12)、活性層(13)、及びp型窒化物半導体層(14)を含む。また、上記窒化物半導体発光素子(10)は支持体用基板(21)上に各電極(19a、19b)を導電性バンプ(24a、24b)を通して各リードパターン(22a、22b)上に融着させることにより搭載できる。こうしたフリップチップ構造(20)において上記発光素子(10)のサファイア基板(11)は透光性なので光放出面として活用することができる。
【０００４】
図1のように、フリップチップ型窒化物半導体発光素子の電極、とりわけp側電極はp型窒化物半導体層(14)とのオーミックコンタクトを形成しながら、上記活性層(13)から発光された光を光放出面に向かって反射できる高反射率を有することが要求される。したがって図1に例示したように、p側電極構造はp型窒化物半導体層(14)上に形成された高反射率を有するオーミックコンタクト層(15)と上記オーミックコンタクト層(15)成分の拡散を防止するための金属バリア層(16)とを含むことができる。
【０００５】
しかし、図1に示した窒化物半導体発光素子(10)はプラナー電極構造を有し、とりわけp型窒化物半導体層(14)に比してp側オーミックコンタクト層(15)が低い比抵抗(5〜10mΩ/cm2)を有するので、矢印で表示したように電流の相当部分がオーミックコンタクト層(15)に沿ってn側電極の隣接した部分(A)に集中する電流クラウディング(current crowding)が発生する。
【０００６】
こうした電流クラウディングは順方向電圧を増加させるばかりでなく、相対的にn側電極と離隔した活性層部分の発光効率を低減させ輝度特性を低下させる。また、電流が集中する部分(A)の発熱量が高くなり素子の信頼性を大きく低下させかねない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題を解決するためのものとして、その目的は電流クラウディング現象が和らぐようp側電極構造を改善することにより、一層順方向電圧と高発光効率を有する窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した技術的課題を成し遂げるために、本発明は、窒化物単結晶成長のための透光性基板と、上記透光性基板上に形成されたn型窒化物半導体層と、上記n型窒化物半導体層上に形成された活性層と、上記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層と、上記p型窒化物半導体層上に形成され上記p型窒化物半導体層が露出した複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成る高反射性オーミックコンタクト層と、上記高反射性オーミックコンタクト層上面の少なくとも一部領域に形成された金属バリア層と、上記金属バリア層と上記n型窒化物半導体層上に夫々形成されたp側ボンディング電極及びn側電極とを含む窒化物半導体発光素子を提供する。
【０００９】
好ましくは、上記高反射性オーミックコンタクト層は複数のオープン領域面積の和が上記オーミックコンタクト層全体面積の70%以下、より好ましくは50%以下であることができる。また、上記高反射性オーミックコンタクト層の反射率は少なくとも70%であることが好ましい。
【００１０】
本発明に用いることのできる高反射性オーミックコンタクト層はAg、Ni、Al、Ph、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au及びその組合から成るグループから選択された物質から成ることができる。
【００１１】
より具体的に、上記高反射性オーミックコンタクト層はNi、Pd、Ir、Pt及びZnから成るグループから選択された物質から成る第1層と上記第1層上に形成されAgとAlから成るグループから選択された物質から成る第2層とで構成されることができる。これと異なり、上記高反射性オーミックコンタクト層はNiから成る第1層と、上記第1層上に形成されたAgから成る第2層と、上記第2層上に形成されたPtからなる第3層とで構成されることもできる。 
高反射性オーミックコンタクト層が2層または3層で構成された実施形態において、上記第1層の厚さは5〜50Å、上記第2層の厚さは1000〜10000Å、上記第3層の厚さは100〜500Åであることが好ましい。
【００１２】
本発明の他実施形態において、上記金属バリア層は上記高反射性オーミックコンタクト層全体を囲繞するよう形成することができる。上記金属バリア層は上記高反射性オーミックコンタクト層のオープン領域において追加的な反射層の役目を果たすよう、該オープン領域に露出したp型窒化物半導体層の上面から形成することができる。
【００１３】
本発明のさらに異なる実施形態において、少なくともp側ボンディング電極が露出するよう上記高反射性オーミックコンタクト層上面に形成された誘電体バリア層をさらに含むことができる。
【００１４】
上記誘電体バリア層は上記高反射性オーミックコンタクト層を囲繞するよう形成することができ、上記誘電体バリア層は通常のパッシベーション層のように上記p側ボンディング電極とn側電極が露出するよう上記素子の一側面に形成させることができる。とりわけ、本発明に用いられる誘電体バリア層は相異する屈折率を有する2種の誘電体層が交互に形成され高反射率を有する誘電体ミラー層の機能も行える。こうした誘電体バリア層は夫々Si、Zr、Ta、Ti、In、Sn、Mg及びAlから成るグループから選択された元素を含んだ酸化物または窒化物から成ることができる。
【００１５】
本発明に用いられる「フリップチップ用窒化物半導体発光素子」という用語は、フリップチップ構造の発光装置に用いられる発光素子を意味し、p側電極及びn側電極の形成された面が上記発光装置の基板への搭載面となる発光素子のことをいう。
【００１６】
以下、本発明の窒化物半導体発光素子の各構成要素についてより詳しく説明する。 
p型及びn型窒化物半導体層
p型及びn型窒化物半導体層はAlxInyGa(1-x-y)N組成式(ここで0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1である)を有する単結晶として、有機金属気相蒸着法(MOCVD)、分子ビーム成長法(MBE)及びハイブリッド気相蒸着法(HVPE)などにより成長させることができる。代表的な窒化物半導体層はGaN、AlGaN、GaInNがある。
【００１７】
p型窒化物半導体層はMg、Zn及びBeなどの不純物を含むことができ、n型窒化物半導体層はSi、Ge、Se、Te及びCなどのような不純物を含むことができる。一般に、基板とn型窒化物半導体層との間にはバッファ層を形成することができる。通常のバッファ層としてはAlNまたはGaNなどの低温核成長層がある。
【００１８】
活性層
本発明に用いられる活性層は青緑色光(約350〜550ｎｍ波長範囲)を発光するための層として、単一または多重量子井戸構造を有するアンドープ窒化物半導体層から成る。上記活性層はp型またはn型窒化物半導体層のように有機金属気相蒸着法(MOCVD)、分子ビーム成長法(MBE)、及びハイブリッド気相蒸着法(HVPE)などにより成長させることができる。
【００１９】
高反射性オーミックコンタクト層
先に説明したように、本発明に用いられる高反射性オーミックコンタクト層は複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成る。上記高反射性オーミックコンタクト層はメッシュ構造を有するので、p側ボンディング電極から高反射性オーミックコンタクト層に沿ってn側電極に向かう電流経路は相対的に長くなる。したがって、発光素子の動作時n側電極に隣接した部分に電流が集中する傾向は和らぎ、同時に電流がp型窒化物半導体層に進行する傾向が増加し、電流クラウディング問題を緩和させることができる。
【００２０】
また、高反射性オーミックコンタクト層は比較的高いエネルギーバンドギャップを有するp型窒化物半導体層との接触抵抗を下げるに適切でありながら、フリップチップ用窒化物半導体発光素子の構造的な面に鑑みて高反射率を有する物質から成ることが要求される。
【００２１】
こうした接触抵抗の改善と高反射率の条件を満足するために、高反射性オーミックコンタクト層はAg、Ni、Al、Ph、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au及びその組合から成るグループから選択された物質から成ることができ、70%以上の反射率を有することが好ましい。
【００２２】
また、好ましくは、上記高反射性オーミックコンタクト層はNi、Pd、Ir、Pt及びZnから成るグループから選択された物質から成る第1層と上記第1層上に形成されAgとAlから成るグループから選択された物質から成る第2層とで構成されることができ、これと異なり、Niから成る第1層と上記第1層上に形成されたAgからなる第2層と上記第2層上に形成されたPtから成る第3層とで構成されることができる。
【００２３】
2層または3層構造を有する高反射性オーミックコンタクト層は高い反射率を有するために、上記第1層の厚さは5〜50Åの範囲、上記第2層の厚さは1000〜10000Åの範囲、上記第3層の厚さは100〜500Åの範囲において形成することが好ましい。
【００２４】
上記高反射性オーミックコンタクト層は通常の蒸着法またはスパッタリング工程により形成し、オーミックコンタクト層の特性を向上させるために約400〜900℃の温度において熱処理することができる。
【００２５】
p側ボンディング電極及びn側電極
高反射性オーミックコンタクト層と金属バリア層と共にp側電極構造を構成するボンディング電極は、フリップチップ構造において導電性バンプを通してリード上に搭載される最外郭電極層として、一般にAuまたはAuを含んだ合金からなる。
【００２６】
また、n型窒化物半導体層に形成されるn側電極はTi、Cr、Al、Cu及びAuから成るグループから選択された物質から成る単一層または複数層に形成することができる。
【００２７】
こうした電極は通常の金属層成長方法である蒸着法またはスパッタリング工程により形成することができる。
【００２８】
金属バリア層
本発明に用いられる金属バリア層はp側ボンディング電極が形成される高反射性オーミックコンタクト層領域に形成され、 ボンディング電極物質とオーミックコンタクト層物質との界面において融和しオーミックコンタクト層の特性(とりわけ、反射率及び接触抵抗)を低下させることを防止するための層として採用される。こうした金属バリア層はNi、Al、Cu、Cr、Ti及びその組合から成るグループから選択された物質から成る単一層または複数の層に形成することができる。
【００２９】
また、上記金属バリア層は実施形態により、高反射性オーミックコンタクト層の面まで形成することができる。とりわけ、こうした実施形態は高反射性オーミックコンタクト層がAgを含む場合にAgの移動(migration)による漏れ電流の発生を効果的に防止できる利点がある。
【００３０】
さらに、所定の反射率を有する金属バリア層はメッシュ構造からなる高反射性オーミックコンタクト層のオープン領域においてp型窒化物半導体層と接して形成されることにより、高反射性オーミックコンタクト層の反射作用を補助する役目を果たしもする。 
上記金属バリア層は他電極のように通常の蒸着法またはスパッタリング工程により形成し、密着力を向上させるために約300℃の温度において数十秒ないし数分間熱処理することができる。
【００３１】
誘電体バリア層
本発明に用いることのできる誘電体バリア層は少なくともp側ボンディング電極が露出するよう上記高反射性オーミックコンタクト層上面に選択的に形成することができる。
【００３２】
好ましくは、上記誘電体バリア層は高反射性オーミックコンタクト層の側面まで囲繞するよう形成させ、通常のパッシベーション層としての機能はもちろん、高反射性オーミックコンタクト層のAg移動による漏れ電流発生を防止することができる。他実施形態においては、上記誘電体バリア層を通常のパッシベーション層構造のように上記p側ボンディング電極とn側電極が露出するよう上記素子の一側面に形成することができる。
【００３３】
上記誘電体バリア層は夫々Si、Zr、Ta、Ti、In、Sn、Mg及びAlから成るグループから選択された元素を含んだ酸化物または窒化物から成ることができる。
【００３４】
好ましくは、上記誘電体バリア層は相異する屈折率を有する2種の誘電体層が交互に繰り返し形成された高反射率層に形成することができる。フリップチップ型発光素子において高反射率を有する誘電体バリア層を形成する方法は韓国特許出願番号第2003-41172号(出願人：三星電機株式会社、出願日: 2003. 6.24)に記載の誘電体ミラー層を形成する方法を用いることができる。
【発明の効果】
【００３５】
上述したように本発明によると、p側電極構造においてメッシュ構造の高反射性オーミックコンタクト層を用いることによりn側電極に隣接した部分に集中する電流を減少させp型窒化物半導体層に向かう電流を増加させることにより、電流クラウディング現象を緩和させることができる。こうして本発明によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子は、より低い順方向電圧と高い発光効率を有するばかりでなく、劣化現象を効果的に防止することにより信頼性を大きく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付の図を参照しながら本発明の実施形態についてより詳しく説明する。
【００３７】
図2(a)及び図2(b)は本発明の一実施形態によるフリップチップ用窒化物発光素子を示した側断面図及び上部平面図である。
【００３８】
先ず、図2(a)によると、フリップチップ用窒化物半導体発光素子(30)はサファイア基板のような窒化物半導体成長用基板(31)とその上面に順次に積層されたn型窒化物半導体層(32)、活性層(33)、及びp型窒化物半導体層(34)を含む。
【００３９】
上記窒化物半導体発光素子(30)のn側電極(39a)はメサエッチングを通して露出したn型窒化物半導体層(32)の上面に形成される。上記窒化物半導体発光素子(30)に用いられたp側電極構造は高反射性オーミックコンタクト層(34)と金属バリア層(35)及びボンディング電極(39b)を含む。上記高反射性オーミックコンタクト層(34)は上記p型窒化物半導体層(34) 上に形成され、上記p型窒化物半導体層(34)が部分的に露出するよう複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成る。また、上記金属バリア層(36)は上記高反射性オーミックコンタクト層(35)の上面中上記ボンディング電極(39b)が形成される領域に形成される。 
上記高反射性オーミックコンタクト層(34)は好ましくは70%以上の反射率を有し、上記p型窒化物半導体層とのオーミックコンタクトを形成する。こうした高反射性オーミックコンタクト層はAg、Ni、Al、Ph、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au及びその組合から成るグループから選択された物質から成る少なくとも一つの層から成ることができる。好ましくは、上記高反射性オーミックコンタクト層(34)はNi/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/AlまたはNi/Ag/Ptから成ることができる。
【００４０】
図2(a)と共に図2(b)を参照すれば、本発明に用いられたメッシュ構造を有する高反射性オーミックコンタクト層(35)により電流クラウディング現象が緩和する原理を理解できるであろう。即ち、図2(b)のようにメッシュ構造の特性により、p型窒化物半導体層(34)より低い比抵抗を有する高反射性オーミックコンタクト層(35)に沿って進む電流はn側電極(39a)まで到達するために長い経路(例：図2(b)の矢印)を有するようになる。したがって、図2(a)に示したように、p型窒化物半導体層(34)に直接向かう電流の比重が相対的に増加することができる。これにより、電流クラウディング問題が和らぐ同時に、全体活性層(33)においてより均一な発光を期待でき、素子の信頼性を向上させることはもちろん発光効率も大きく増加させることができる。
【００４１】
本発明の高反射性オーミックコンタクト層はメッシュ構造で形成されたものだけでも十分に電流クラウディング問題を和らげられるが、十分な反射面積と電流注入効率を向上させるために、複数のオープン領域面積の和が上記オーミックコンタクト層(35)の全体面積に対して70%以下、より好ましくは50%以下とさせる。
【００４２】
図3(a)は本発明の他実施形態によるフリップチップ用窒化物発光素子(50)を示した側断面図である。
【００４３】
図3(a)のように、上記フリップチップ用窒化物半導体発光素子(50)はサファイア基板のような窒化物半導体成長用基板(51)とその上面に順次に積層されたn型窒化物半導体層(52)、活性層(53)、及びp型窒化物半導体層(54)を含む。
【００４４】
また、上記窒化物半導体発光素子(50)のn側電極(59a)はメサエッチングを通して露出したn型窒化物半導体層(52)の上面に形成され、上記窒化物半導体発光素子(50)に用いられたp側電極構造は図2(a)と類似して高反射性オーミックコンタクト層(54)と金属バリア層(55)及びボンディング電極(59b)を含むが、上記金属バリア層(55)は上記高反射性オーミックコンタクト層の上面ばかりでなく側面まで囲繞するよう形成された構造を有する。図2(a)の金属バリア層(36)においてはp側ボンディング電極(39b)と高反射性オーミックコンタクト層(35)との界面においてAu成分がミキシングされるのを防止すべきバリアの役目のみを期待できたが、本実施形態においては高反射性オーミックコンタクト層(55)の元素が移動して漏れ電流を発生させることを防止する機能も期待することができる。とりわけ、本実施形態は移動性の大きいAgを含んだ高反射性オーミックコンタクト層(55)を使用する場合に有益に適用される。
【００４５】
図3(b)は図3(a)の窒化物発光素子(50)が搭載されたチップ構造(60)を示した側断面図である。 
図3(b)に示した上記窒化物半導体発光素子(50)は支持体用基板(61)上に各電極(69a、69b)を導電性バンプ(64a、64b)を通して各リードパターン(62a、62b)上に融着させることにより搭載することができる。先に説明したように、本フリップチップ発光装置(60)において上記発光素子(50)のサファイア基板(51)は透光性なので光放出面とされ、高反射性オーミックコンタクト層(55)はp型窒化物半導体層(54)との接触抵抗を改善する同時に反射率を高め光放出面に向かう光を増加させることができる。また、上記発光素子(50)の金属バリア層(56)もある程度反射率を有するので、高反射性オーミックコンタクト層(55)のオープン領域まで十分形成され全体の反射性能を向上させることにより、一層高い輝度特性を期待することができる。
【００４６】
図4(a)は本発明のさらに異なる実施形態によるフリップチップ用窒化物発光素子(70)を示した側断面図である。
【００４７】
図4(a)に示したように、上記フリップチップ用窒化物半導体発光素子(70)はサファイア基板(71)とその上面に順次に積層されたn型窒化物半導体層(72)、活性層(73)、及びp型窒化物半導体層(74)を含む。上記窒化物半導体発光素子(70)は図2(a)に示した電極構造と類似して、メサエッチングを通して露出したn型窒化物半導体層(72)の上面に形成されたn側電極(79a)と高反射性オーミックコンタクト層(74)と金属バリア層(75)及びボンディング電極(79b)から成るp側電極の構造を有する。
【００４８】
但し、上記窒化物半導体発光素子はボンディング電極(79b)の形成領域を除いた高反射性オーミックコンタクト層(76)の上面とその側面まで囲繞するよう形成された誘電体バリア層(77)を有する。
【００４９】
本実施形態において、上記金属バリア層(76)はp側ボンディング電極(39b)と高反射性オーミックコンタクト層(35)との界面においてAu成分がミキシングされることを防止すべくバリアの役目を果たし、誘電体バリア層(77)は高反射性オーミックコンタクト層(75)においてAgのように移動性の高い元素が移動して漏れ電流が発生することを防止する役目を果たすことができる。本実施形態と異なり、上記誘電体バリア層(77)は通常のパッシベーション層のように上記p側ボンディング電極(79b)とn側電極(79a)が露出するよう上記素子の側面まで延長されるよう形成されることができる。こうした誘電体バリア層(77)には夫々Si、Zr、Ta、Ti、In、Sn、Mg及びAlから成るグループから選択された元素を含んだ酸化物または窒化物が使用されることができる。
【００５０】
本発明による誘電体バリア層(77)は高反射率を有する誘電体ミラー構造で形成され、全体素子の反射性能を大きく向上させることができる。即ち、本発明の誘電体バリア層(77)は相異する屈折率を有する2種の誘電体層が交互に繰り返し形成された反射層である。
【００５１】
図4(b)は図4(a)の誘電体ミラー層(77)の一部分(B)の構造を拡大した部分詳細図である。図4(b)のように、上記誘電体バリア層(77)は相異な屈折率を有するSiO2膜とSi3N4膜を複数回交互に繰り返し形成した構造を有することができる。このように誘電体バリア層を誘電体ミラー構造で形成する方案は韓国特許出願番号第2003-41172号(出願人: 三星電機株式会社、出願日: 2003. 6.24)における誘電体ミラー層を形成する方法を用いることができる。上記誘電体ミラー層の形成方法によると、反射率90%以上、より好ましくは反射率97%以上の高反射層を形成することができる。このように、本発明の誘電体バリア層として相異な屈折率を有する誘電体膜を交互に繰り返し形成することにより、全体素子の反射性能を大きく向上し、その結果フリップチップ用窒化物半導体発光素子の有効発光効率を大変高いレベルに増加させることができる。
【００５２】
下記のように行われた各実施例と比較例を通して本発明によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子と従来のフリップチップ用窒化物半導体発光素子の特性を比較する実験を行った。
【００５３】
(実施例1)
先ず、サファイア基板をMOCVD工程のためのチェンバーに配置した後、バッファ層としてGaN低温核成長層を成長させた。次いで、上記バッファ層上に青色発光素子を設けるために、n型GaN層とn型AlGaN層から成るn型窒化物半導体層、 InGaN/GaN層から成る多重量子井戸構造の活性層、及びp型GaN層から成るp型窒化物半導体層を形成した。
【００５４】
次に、上記p型窒化物半導体層上にオープン領域の比が30%のメッシュ構造の高反射性オーミックコンタクト層を形成してから約500℃において熱処理した。本実施例の高反射性オーミックコンタクト層にはNi/Agを使用した。ここでオープン領域の比とは本明細書において一般的に使用するように、全体面積(最外郭周辺で囲繞された面積)に対するオープン領域の面積比のことをいう。
【００５５】
次いで、p型窒化物半導体層の上面に上記高反射性オーミックコンタクト層の上面と側面を囲繞するよう金属バリア層(図3(a)の参照)を形成してから、約350℃において熱処理した。本実施例の金属バリア層にはCr/Ni層を形成した。次いで、Auを含んだp側ボンディング電極とN側電極を形成することによりフリップチップ用窒化物発光素子を設けた。
【００５６】
本実施例によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子は図3(b)のようにリードパターンの設けられた支持体用基板を用いてフリップチップ発光装置に製造した。
【００５７】
(実施例2)
本実施例は実施例1と同一な物質と条件によりフリップチップ用窒化物半導体発光素子を製造するが、但しメッシュ型高反射性オーミックコンタクト層のオープン領域の比が50%になるようパターニングした。このように設けたフリップチップ用窒化物半導体発光素子を図3(b)のようにリードパターンの設けられた支持体用基板を用いてフリップチップ発光装置に製造した。
【００５８】
(実施例3)
本実施例は実施例1と同一な物質と条件によりフリップチップ用窒化物半導体発光素子を製造するが、但しメッシュ型高反射性オーミックコンタクト層のオープン領域の比が70%になるようパターニングした。このように設けられたフリップチップ用窒化物半導体発光素子を図3(b)のようにリードパターンの設けられた支持体用基板を用いてフリップチップ発光装置に製造した。
【００５９】
(比較例)
本比較例は他実施例と同一な物質と条件によりフリップチップ用窒化物半導体発光素子を製造したが、但し高反射性オーミックコンタクト層の製造工程において、メッシュ構造を形成するための別途のパターニング工程無しで、同一な全体面積を有する従来の形態(非メッシュ型)で高反射性オーミックコンタクト層を形成した。このように設けられたフリップチップ用窒化物半導体発光素子を図3(b)のようにリードパターンの設けられた支持体用基板を用いてフリップチップ発光装置に製造した。
【００６０】
以上、実施例1ないし3と比較例を通して製造したフリップチップ発光装置に対して順方向電圧特性と出力特性を測定した。図5(a)及び図5(b)は夫々実施例1ないし3と比較例によるフリップチップ発光装置の順方向電圧特性と出力特性を比較したグラフである。
【００６１】
図5(a)によると、比較例によるフリップチップ発光装置においては、約3.42Vの順方向電圧を示したが、本発明による実施例1ないし3においては夫々3.10V、3.11V、3.12Vを示し、平均0.3V程度減少し約10%ほど順方向電圧特性の向上を示した。また、実施例1(オープン領域比30%)の場合、3.10Vと最も低い順方向電圧を示した。 
また、図5(b)によると、比較例によるフリップチップ発光装置においては、約18.53mWの出力を示したが、本発明による実施例1ないし3においては夫々20.59 mW、19.99 mW、19.24 mWを示した。とりわけ、実施例1(オープン領域比30%)の場合、比較例に比して約2 mWが増加し10%以上の効率向上を示すことが確認された。
【００６２】
上述した実施形態及び添付の図は好ましき実施形態の例示に過ぎず、本発明は添付の請求範囲により限定される。また、本発明は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である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】
【００６３】
【図１】従来の窒化物発光素子が搭載されたフリップチップ発光装置を示した側断面図である。
【図２】図2(a)及び(b)は夫々本発明の一実施形態によるフリップチップ用窒化物発光素子を示した側断面図及び上部平面図である。
【図３】図3(a)は本発明の他実施形態によるフリップチップ用窒化物発光素子を示した側断面図である。図3(b)は(a)のフリップチップ用窒化物発光素子が搭載されたチップ構造を示した側断面図である。
【図４】図4(a)は本発明のさらに異なる実施形態によるフリップチップ用窒化物発光素子を示した側断面図である。図4(b)は(a)に用いられる誘電体バリア層の部分詳細図である。
【図５】図5(a)及び(b)は夫々従来のフリップチップ発光装置と本発明による窒化物半導体発光素子を用いたフリップチップ発光装置の順方向電圧特性と出力特性を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
30  フリップチップ用窒化物発光素子
31  サファイア基板
32  n型窒化物半導体層
33  活性層
34  p型窒化物半導体層
35  高反射性オーミックコンタクト層
36  金属バリア層
39a  n側電極
39b  ボンディング電極
【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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