JP2008103759A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
【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
【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
Description
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。
図2は従来の発光素子を示す側面図である。
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。
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。
先行例としては、特許文献1等が挙げられる。
特開平11−220168号公報
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007333794A JP2008103759A (ja) | 2007-12-26 | 2007-12-26 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007333794A JP2008103759A (ja) | 2007-12-26 | 2007-12-26 | 発光素子 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2007333794A Pending JP2008103759A (ja) | 2007-12-26 | 2007-12-26 | 発光素子 |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002026392A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-01-25 | Toshiba Corp | 半導体発光素子とその製造方法、及び半導体発光装置 |
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2007
- 2007-12-26 JP JP2007333794A patent/JP2008103759A/ja active Pending
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