JP5770143B2 - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に係り、より詳細には、複数の発光セル及
び反射膜から形成された半導体発光素子及びその製造方法に関する。
び反射膜から形成された半導体発光素子及びその製造方法に関する。
半導体発光素子（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、光通信の
ような通信分野、コンパクトディスクプレーヤー（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｐｌａｙ
ｅｒ：ＣＤＰ）、及びデジタル多機能ディスクプレーヤー（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａ
ｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｐｌａｙｅｒ：ＤＶＤＰ）などの装置でデータの伝送又はデータの
記録及び読み取りのための手段として広く使用されており、大型屋外電光板、ＬＣＤ（Ｌ
ｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のバックライト、及び照明などに応用範
囲を広げている。
ような通信分野、コンパクトディスクプレーヤー（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｐｌａｙ
ｅｒ：ＣＤＰ）、及びデジタル多機能ディスクプレーヤー（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａ
ｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｐｌａｙｅｒ：ＤＶＤＰ）などの装置でデータの伝送又はデータの
記録及び読み取りのための手段として広く使用されており、大型屋外電光板、ＬＣＤ（Ｌ
ｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のバックライト、及び照明などに応用範
囲を広げている。
既存の半導体発光素子の基板は、サファイア基板を利用してきた。サファイア基板は、
ＧａＮ発光セルの厚さを５μｍ以上に容易に成長させうる。しかし、サファイア基板は、
高価であり、そのサイズに制限があり、大面積の安価のシリコン基板上にＧａＮ発光セル
を形成することが試みられてきた。
ＧａＮ発光セルの厚さを５μｍ以上に容易に成長させうる。しかし、サファイア基板は、
高価であり、そのサイズに制限があり、大面積の安価のシリコン基板上にＧａＮ発光セル
を形成することが試みられてきた。
シリコン基板上にＧａＮ発光セルが成長した発光素子は、ＧａＮ発光セルとシリコンと
の間の格子定数差及び熱膨張係数の差により、ＧａＮ発光セルに多くのクラックが発生し
うる弱点を有する。このようなクラック発生を抑制するために、シリコン基板上に形成さ
れるＧａＮ発光セルの成長厚さは、一般的に、１．０μｍ以内に限定される。しかし、一
定レベル以下の厚さを有するＧａＮ発光セルは、駆動電圧を上昇させる。一方、シリコン
基板は、ＧａＮ発光セルから放出される光を一部吸収することにより、光出力を低下させ
る。
の間の格子定数差及び熱膨張係数の差により、ＧａＮ発光セルに多くのクラックが発生し
うる弱点を有する。このようなクラック発生を抑制するために、シリコン基板上に形成さ
れるＧａＮ発光セルの成長厚さは、一般的に、１．０μｍ以内に限定される。しかし、一
定レベル以下の厚さを有するＧａＮ発光セルは、駆動電圧を上昇させる。一方、シリコン
基板は、ＧａＮ発光セルから放出される光を一部吸収することにより、光出力を低下させ
る。
図１は、シリコン基板に複数の発光セルがアレイ形態に配列されたマトリックス型のデ
ィスプレイの一例を示す。
ィスプレイの一例を示す。
図１に示すように、一つのシリコン基板１１０上に個別的に発光源を形成するＧａＮ系
の半導体発光セル１２０が格子形態に配置されている。各発光セル１２０は、個別的に動
作される。そして、一つの基板１１０で発光セル１２０全体を駆動することにより目的と
する画像を表現できる。前記のような発光セルは、矩形で約１００μｍの幅を有し、隣接
する発光セル間の距離は約１０μｍである。
の半導体発光セル１２０が格子形態に配置されている。各発光セル１２０は、個別的に動
作される。そして、一つの基板１１０で発光セル１２０全体を駆動することにより目的と
する画像を表現できる。前記のような発光セルは、矩形で約１００μｍの幅を有し、隣接
する発光セル間の距離は約１０μｍである。
このようなアレイ形態の発光セルを有する一般的なディスプレイは、シリコン基板１１
０上に低温窒化アルミニウム（ＬＴ−ＡｌＮ）バッファ層が形成され、その上にＧａＮ系
の半導体物質層が形成された構造を有する。このような構造によれば、残留応力の低下に
よりＧａＮ系の半導体物質層の欠陥及びクラックを減らし得る。しかし、このような構造
の素子は、複雑な工程を要求し、特に、光出力が低いという短所を有する。
０上に低温窒化アルミニウム（ＬＴ−ＡｌＮ）バッファ層が形成され、その上にＧａＮ系
の半導体物質層が形成された構造を有する。このような構造によれば、残留応力の低下に
よりＧａＮ系の半導体物質層の欠陥及びクラックを減らし得る。しかし、このような構造
の素子は、複雑な工程を要求し、特に、光出力が低いという短所を有する。
本発明が達成しようとする技術的課題は、シリコン基板上に成長した発光セルのクラッ
ク形成を最小化でき、発光素子の光放出量を効果的に増加させうる半導体発光素子を提供
するところにある。
ク形成を最小化でき、発光素子の光放出量を効果的に増加させうる半導体発光素子を提供
するところにある。
本発明が達成しようとする他の技術的課題は、前記半導体発光素子の製造方法を提供す
るところにある。
るところにある。
本発明の好ましい一実施の形態に係る本発明の発光素子は、基板、前記基板上に相互に離隔して設けられ、半導体物質の積層により形成される少なくとも二つの発光セル、前記発光セルの間に所定高さに順次に積層された反射層及び透明絶縁層、前記発光セルの上面を覆う透明電極、ならびに、前記基板と前記発光セルとの間に前記基板の全面に形成されるＧａＮ層、を備え、前記反射層は前記基板の上面で前記発光セルの間に該当する領域全体を覆うように形成され、前記透明絶縁層は前記反射層全体を覆うように形成され、前記反射層の上面の位置は前記発光セル内の活性層の位置より低いことを特徴とする。
前記基板は、Ｓｉから形成されうる。
前記基板は、Ｓｉから形成されうる。
前記基板と前記発光セルとの間に第１バッファ層を更に備え、例えば、前記バッファ層
は、ＧａＮ系III−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
は、ＧａＮ系III−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
前記透明絶縁層と前記反射層の厚さの和は、前記発光セルの厚さと同じ、又は、前記発
光セルより厚く形成されていることが好ましい。前記透明絶縁層の厚さは、前記反射層よ
り厚く形成されていることが好ましい。前記発光セルの幅に対する前記発光セルの厚さの
比率は、前記発光セルに対する前記透明絶縁層の全反射角度のタンジェント値と同じ、又
は、当該タンジェント値より大きく形成されていることが好ましい。
光セルより厚く形成されていることが好ましい。前記透明絶縁層の厚さは、前記反射層よ
り厚く形成されていることが好ましい。前記発光セルの幅に対する前記発光セルの厚さの
比率は、前記発光セルに対する前記透明絶縁層の全反射角度のタンジェント値と同じ、又
は、当該タンジェント値より大きく形成されていることが好ましい。
前記透明絶縁層は、前記発光セルを形成する半導体物質層の屈折率より小さな物質から
形成されていて、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２
、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成されうる。
形成されていて、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２
、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成されうる。
前記透明電極は、金属又は透明導電性酸化物（ＴＣＯｓ）から形成されうる。前記金属
は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される一つの物質から形成さ
れうる。前記透明導電性酸化物は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（Ｉｎ
Ｏｘｉｄｅ）から形成されうる。前記インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈ
ｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から選択される少なくとも一つの元素と結合さ
れて形成されうる。
は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される一つの物質から形成さ
れうる。前記透明導電性酸化物は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（Ｉｎ
Ｏｘｉｄｅ）から形成されうる。前記インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈ
ｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から選択される少なくとも一つの元素と結合さ
れて形成されうる。
前記反射層は、金属層又は複数の誘電層から形成されうる。また、前記反射層は、一対
の金属層及び誘電層が、一対以上繰り返し積層されて形成されうる。
の金属層及び誘電層が、一対以上繰り返し積層されて形成されうる。
本発明の好ましい他の実施の形態によれば、本発明の発光素子は、前記基板と前記ＧａＮ層との間に、第２バッファ層を更に備えうる。前記第１バッファ層は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
本発明に係る半導体発光素子は、基板上に複数配列された発光セルの間に残留応力を減
少させうる物質、例えば、前述した実施の形態のような透明絶縁層が満たされていること
により、発光セルの近傍での残留応力及びそれによるクラックの発生を減少させる。
少させうる物質、例えば、前述した実施の形態のような透明絶縁層が満たされていること
により、発光セルの近傍での残留応力及びそれによるクラックの発生を減少させる。
また、基板の上部に形成された反射層は、基板での光吸収を減少させうる。発光セルの
厚さは、活性層から放出された光を全反射するように制限されうる。発光セルの側面に充
填された透明絶縁層は、外部への光の放出に寄与できる。したがって、このような方法は
、発光素子の光放出率を向上させうる。
厚さは、活性層から放出された光を全反射するように制限されうる。発光セルの側面に充
填された透明絶縁層は、外部への光の放出に寄与できる。したがって、このような方法は
、発光素子の光放出率を向上させうる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る半導体発光ダイオー
ド及びその製造方法を詳細に説明する。この過程で、図面に示す層や領域の厚さは、説明
の理解を助けるために誇張して示したことに留意せねばならない。
ド及びその製造方法を詳細に説明する。この過程で、図面に示す層や領域の厚さは、説明
の理解を助けるために誇張して示したことに留意せねばならない。
図２Ａは、本発明の好ましい一実施の形態に係る発光素子を示す図である。
図２Ａに示すように、本実施の形態における発光素子は、基板２１０と、基板２１０上
に相互に離隔して設けられ、半導体物質の積層により形成される少なくとも二つの発光セ
ル２４０と、発光セル２４０の間に順次に積層される反射層２２０及び透明絶縁層２３０
と、発光セル２４０上面を覆う透明電極２５０と、を備える。基板２１０は、Ｓｉから形
成されうる。
に相互に離隔して設けられ、半導体物質の積層により形成される少なくとも二つの発光セ
ル２４０と、発光セル２４０の間に順次に積層される反射層２２０及び透明絶縁層２３０
と、発光セル２４０上面を覆う透明電極２５０と、を備える。基板２１０は、Ｓｉから形
成されうる。
反射層２２０は、発光セル２４０で発生した光を反射し易い物質が好ましく、例えば、
金属層、複数の誘電層、又は一対の金属層及び誘電層が一対以上繰り返し積層されたもの
から形成されうる。透明絶縁層２３０は、発光セル２４０から放出された光が外部に出射
されうる光透過性物質でありながら、また電極間の短絡を防止できる絶縁性物質であるこ
とが好ましく、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２、
及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つから形成される。透明電極２５０は
、金属又は透明導電性酸化物（ＴＣＯｓ）から形成されうる。金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ
、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される何れか一つから形成されうる。透明導電性酸
化物は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（Ｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から形成され
うる。インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、
Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素
よりなる群から選択される少なくとも一つの元素と結合されて形成されうる。
金属層、複数の誘電層、又は一対の金属層及び誘電層が一対以上繰り返し積層されたもの
から形成されうる。透明絶縁層２３０は、発光セル２４０から放出された光が外部に出射
されうる光透過性物質でありながら、また電極間の短絡を防止できる絶縁性物質であるこ
とが好ましく、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２、
及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つから形成される。透明電極２５０は
、金属又は透明導電性酸化物（ＴＣＯｓ）から形成されうる。金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ
、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される何れか一つから形成されうる。透明導電性酸
化物は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（Ｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から形成され
うる。インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、
Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素
よりなる群から選択される少なくとも一つの元素と結合されて形成されうる。
発光セル２４０は、順次に積層された下部ＧａＮ層２４２、活性層２４４、及び上部Ｇ
ａＮ層２４６を備える。活性層２４４として、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮのＧａＮ系
のIII−Ｖ族窒化物の化合物半導体層を使用することが好ましい。ここで、活性層２４４
は、多重量子ウエルまたは単一量子ウエル構造を有してもよく、このような活性層２４４
の構造は、本発明の技術的範囲を制限しない。
ａＮ層２４６を備える。活性層２４４として、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮのＧａＮ系
のIII−Ｖ族窒化物の化合物半導体層を使用することが好ましい。ここで、活性層２４４
は、多重量子ウエルまたは単一量子ウエル構造を有してもよく、このような活性層２４４
の構造は、本発明の技術的範囲を制限しない。
図２Ｂは、本実施の形態に係る半導体発光素子の平面図である。
図２Ｂに示すように、基板２１０の上面に複数の発光セル２４０は互いに離れて位置し
ている。このような構成とすると、窒化物半導体の残留応力を減少させ、Ｓｉ基板上に形
成されうるクラックを減らすことができる。
ている。このような構成とすると、窒化物半導体の残留応力を減少させ、Ｓｉ基板上に形
成されうるクラックを減らすことができる。
基板２１０と発光セル２４０との間にバッファ層（第１バッファ層）２６０を更に備え
る。バッファ層２６０は、例えば、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層である。
る。バッファ層２６０は、例えば、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層である。
透明絶縁層２３０と反射層２２０の厚さの和は、電極との短絡を減らし、各発光セル２
４０の絶縁性を向上させるために、発光セル２４０の厚さと同じであるか、またはそれよ
り大きいことが好ましい。また、透明絶縁層２３０は、光の屈折を助けるために、活性層
２４４、上部ＧａＮ層２４６、および下部ＧａＮ層２４２より屈折率の小さな物質である
ことが好ましい。透明絶縁層２３０の厚さは、反射層２２０が更に多い光を反射させるた
めに、反射層２２０の厚さより更に厚いことが好ましい。
４０の絶縁性を向上させるために、発光セル２４０の厚さと同じであるか、またはそれよ
り大きいことが好ましい。また、透明絶縁層２３０は、光の屈折を助けるために、活性層
２４４、上部ＧａＮ層２４６、および下部ＧａＮ層２４２より屈折率の小さな物質である
ことが好ましい。透明絶縁層２３０の厚さは、反射層２２０が更に多い光を反射させるた
めに、反射層２２０の厚さより更に厚いことが好ましい。
図２Ｃは、活性層２４４から放出された光が、反射層２２０で反射されることを示す図
である。
である。
図２Ｃに示すように、透明絶縁層２３０に入射する角度が発光セル２４０の屈折率ｎｓ
に対する透明絶縁層の屈折率ｎｉの全反射角度より小さければ（ｅａ＜ｓｉｎ−１（ｎｉ
／ｎｓ））、活性層２４４の側面から放出された光が、外部に容易に放出されうる。この
ために、発光セル２４０の幅（Ｌ）に対する発光セル２４０の厚さ（Ｈ）は、全反射角度
ｅａのタンジェント値より大きいか、同じに（Ｈ／Ｌ＞＝ｔａｎ（ｅａ））形成されるこ
とが好ましい。したがって、発光セル２４０の厚さは、光が外部に放出される効率を向上
させるために、活性層２４４で発生した光を透明絶縁層２３０との界面を通過させるサイ
ズになることが好ましい。
に対する透明絶縁層の屈折率ｎｉの全反射角度より小さければ（ｅａ＜ｓｉｎ−１（ｎｉ
／ｎｓ））、活性層２４４の側面から放出された光が、外部に容易に放出されうる。この
ために、発光セル２４０の幅（Ｌ）に対する発光セル２４０の厚さ（Ｈ）は、全反射角度
ｅａのタンジェント値より大きいか、同じに（Ｈ／Ｌ＞＝ｔａｎ（ｅａ））形成されるこ
とが好ましい。したがって、発光セル２４０の厚さは、光が外部に放出される効率を向上
させるために、活性層２４４で発生した光を透明絶縁層２３０との界面を通過させるサイ
ズになることが好ましい。
このような透明絶縁層２３０、透明電極２５０、及び反射層２２０の形成、ならびに各
層の厚さの規定は、半導体発光素子の光放出率を向上させうる。
層の厚さの規定は、半導体発光素子の光放出率を向上させうる。
図３は、本発明の好ましい他の実施の形態に係る本発明の発光素子を示す図である。
図３に示すように、本実施の形態の発光素子は、基板２１０と発光セル２４０との間に
ＧａＮ層３２０を備える。
ＧａＮ層３２０を備える。
本実施の形態の発光素子は、基板２１０とＧａＮ層３２０との間にバッファ層（第２の
バッファ層）３１０を更に備える。バッファ層３１０は、例えば、ＧａＮ系のIII−Ｖ族
窒化物半導体層である。
バッファ層）３１０を更に備える。バッファ層３１０は、例えば、ＧａＮ系のIII−Ｖ族
窒化物半導体層である。
ＧａＮ層３２０は、別途のバッファ層の助けなしにも下部ＧａＮ層２４２の成長を容易
にし、ＧａＮ層３２０の下部の広い接触面積を介して電流が通過されるため、基板を介し
た電流の流れを向上させうる。
にし、ＧａＮ層３２０の下部の広い接触面積を介して電流が通過されるため、基板を介し
た電流の流れを向上させうる。
以下では、図面を参照して本発明の発光素子の製造方法を詳細に説明する。
図４Ａないし図４Ｄは、本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方
法を示す工程図である。
法を示す工程図である。
図４Ａないし図４Ｄに示すように、基板２１０上に透明絶縁層２３０を形成する第１ス
テップ（図４Ａ）、透明絶縁層２３０に少なくとも一つのホールｈを形成する第２ステッ
プ（図４Ｂ）、ホールｈに発光セル２４０を形成する第３ステップ（図４Ｃ）、及び発光
セル２４０を覆う透明電極４１０を形成する第４ステップ（図４Ｄ）を含む。基板２１０
は、Ｓｉから形成されうる。
テップ（図４Ａ）、透明絶縁層２３０に少なくとも一つのホールｈを形成する第２ステッ
プ（図４Ｂ）、ホールｈに発光セル２４０を形成する第３ステップ（図４Ｃ）、及び発光
セル２４０を覆う透明電極４１０を形成する第４ステップ（図４Ｄ）を含む。基板２１０
は、Ｓｉから形成されうる。
第３ステップは、下部ＧａＮ層２４２、活性層２４４、及び上部ＧａＮ層２４６を順次
に形成するステップを含む。活性層２４４として、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮである
ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物の化合物半導体層を使用することが好ましい。ここで、活性
層２４４は、多重量子ウエルまたは単一量子ウエル構造を有してもよく、このような活性
層２４４の構造は、本発明の技術的範囲を制限しない。
に形成するステップを含む。活性層２４４として、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮである
ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物の化合物半導体層を使用することが好ましい。ここで、活性
層２４４は、多重量子ウエルまたは単一量子ウエル構造を有してもよく、このような活性
層２４４の構造は、本発明の技術的範囲を制限しない。
透明絶縁層２３０の厚さは、絶縁性を向上させるために、発光セル２４０の厚さと同じ
か、さらに厚く形成されることが好ましい。透明絶縁層２３０は、光の屈折を助けるため
に、活性層２４４、上部ＧａＮ層２４６、及び下部ＧａＮ層２４２の屈折率より小さな物
質から形成されることが好ましく、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、
ＺｒＯ、ＴｉＯ２、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成
される。透明電極４１０は、光透過性に優れ、電流が通じ得る物質、例えば、金属又は透
明導電性酸化物（ＴＣＯｓ）から形成されうる。金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及び
Ｎｉよりなる群から選択される一つの物質から形成されうる。透明導電性酸化物は、亜鉛
酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（ＩｎＯｘｉｄｅ）から形成されうる。インジウ
ム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ
、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から
選択される少なくとも一つの元素と結合されて形成され得る。
か、さらに厚く形成されることが好ましい。透明絶縁層２３０は、光の屈折を助けるため
に、活性層２４４、上部ＧａＮ層２４６、及び下部ＧａＮ層２４２の屈折率より小さな物
質から形成されることが好ましく、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、
ＺｒＯ、ＴｉＯ２、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成
される。透明電極４１０は、光透過性に優れ、電流が通じ得る物質、例えば、金属又は透
明導電性酸化物（ＴＣＯｓ）から形成されうる。金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及び
Ｎｉよりなる群から選択される一つの物質から形成されうる。透明導電性酸化物は、亜鉛
酸化物（ＺｎＯ）又はインジウム酸化物（ＩｎＯｘｉｄｅ）から形成されうる。インジウ
ム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ
、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から
選択される少なくとも一つの元素と結合されて形成され得る。
図５Ａないし図５Ｅは、本発明の好ましい更に他の実施の形態に係る発光素子の製造方
法を示す工程図である。本実施の形態は、上述した実施の形態と第４ステップが異なる。
したがって、第１〜第３ステップについての説明は省略する。
法を示す工程図である。本実施の形態は、上述した実施の形態と第４ステップが異なる。
したがって、第１〜第３ステップについての説明は省略する。
図５Ａないし図５Ｃに示すように、本実施の形態の製造方法における第４ステップは、
透明絶縁層２３０及び発光セル２４０を覆う反射電極５２０を形成するステップを含み（
図５Ａ）、反射電極５２０上に熱伝達層５３０を形成するステップ（図５Ｂ）を更に含む
。また、本実施の形態の第４ステップは、基板２１０を除去するステップ（図５Ｃ）を更
に含み、発光セル２４０の下面を覆う透明電極（下側透明電極）５１０を形成するステッ
プ（図５ｄ）を更に含む。
透明絶縁層２３０及び発光セル２４０を覆う反射電極５２０を形成するステップを含み（
図５Ａ）、反射電極５２０上に熱伝達層５３０を形成するステップ（図５Ｂ）を更に含む
。また、本実施の形態の第４ステップは、基板２１０を除去するステップ（図５Ｃ）を更
に含み、発光セル２４０の下面を覆う透明電極（下側透明電極）５１０を形成するステッ
プ（図５ｄ）を更に含む。
熱伝達層５３０は、発光層で発生する熱を効果的に放出させるために、熱伝導性の高い
物質から構成され、例えば、Ｃｕ、Ｓｉ、及びＣｕ合金よりなる群から選択される一つの
物質から形成されうる。また、Ｃｕ熱伝導層を利用する場合、電気伝導性に優れているた
め、電流が発光セル２４０に容易に流れ得る。
物質から構成され、例えば、Ｃｕ、Ｓｉ、及びＣｕ合金よりなる群から選択される一つの
物質から形成されうる。また、Ｃｕ熱伝導層を利用する場合、電気伝導性に優れているた
め、電流が発光セル２４０に容易に流れ得る。
ここで、発光セル２４０から透明電極５１０に向かって放出された光は、透明電極５１
０を介して外部に放出される。一方、発光セル２４０から反射電極５２０に向かって放出
された光は、反射電極５２０で反射される。Ｓｉ基板を除去すれば、Ｓｉ基板が吸収する
光が外部に放出されるため、光放出率が向上しうる。したがって、これは、高出力の半導
体発光素子の製造時に利用可能である。
０を介して外部に放出される。一方、発光セル２４０から反射電極５２０に向かって放出
された光は、反射電極５２０で反射される。Ｓｉ基板を除去すれば、Ｓｉ基板が吸収する
光が外部に放出されるため、光放出率が向上しうる。したがって、これは、高出力の半導
体発光素子の製造時に利用可能である。
図６Ａないし図６Ｃは、本発明の好ましい一実施の形態に係る発光素子の製造方法を示
す工程図である。
す工程図である。
図６Ａないし図６Ｃに示すように、本実施の形態における製造方法の第１ステップは、
基板２１０と透明絶縁層２３０との間に反射層６１０を形成するステップを更に含み（図
６Ａ）、第２ステップは、基板２１０が露出されるまで、透明絶縁層２３０及び反射層６
１０にホールｈを形成する（図６Ｂ）。反射層６１０は、活性層２４４で発生した光を反
射させやすい物質が好ましく、例えば、金属層、複数の誘電層、又は、一対の金属層及び
誘電層が一対以上繰り返して積層されたものから形成されうる。
基板２１０と透明絶縁層２３０との間に反射層６１０を形成するステップを更に含み（図
６Ａ）、第２ステップは、基板２１０が露出されるまで、透明絶縁層２３０及び反射層６
１０にホールｈを形成する（図６Ｂ）。反射層６１０は、活性層２４４で発生した光を反
射させやすい物質が好ましく、例えば、金属層、複数の誘電層、又は、一対の金属層及び
誘電層が一対以上繰り返して積層されたものから形成されうる。
図６Ｃに示すように、第３ステップは、下部ＧａＮ層２４２と基板２１０との間にバッ
ファ層（第１バッファ層）６２０を形成するステップを更に含みうる。バッファ層６２０
は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
ファ層（第１バッファ層）６２０を形成するステップを更に含みうる。バッファ層６２０
は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
透明絶縁層２３０と反射層６１０の厚さの和は、電極との短絡を減らし、各発光セル２
４０の絶縁性を向上させるために、発光セル２４０の厚さと同じか、さらに厚く形成され
ることが好ましい。透明絶縁層２３０の厚さは、反射層６１０が更に多い光を反射させる
ために、反射層６１０の厚さより更に大きく形成されることが好ましい。発光セル２４０
の幅に対する発光セル２４０厚さの比率は、発光セル２４０に対する透明絶縁層２３０の
全反射角度のタンジェント値と同じか、さらに大きく形成されることが好ましい。図２は
、前記のような方法により得られた発光素子の断面構造を示す。
４０の絶縁性を向上させるために、発光セル２４０の厚さと同じか、さらに厚く形成され
ることが好ましい。透明絶縁層２３０の厚さは、反射層６１０が更に多い光を反射させる
ために、反射層６１０の厚さより更に大きく形成されることが好ましい。発光セル２４０
の幅に対する発光セル２４０厚さの比率は、発光セル２４０に対する透明絶縁層２３０の
全反射角度のタンジェント値と同じか、さらに大きく形成されることが好ましい。図２は
、前記のような方法により得られた発光素子の断面構造を示す。
図７Ａないし図７Ｃは、本発明の好ましい他の実施の形態に係る発光素子の製造方法を
示す工程図である。
示す工程図である。
図７Ａないし図７Ｃに示すように、第１ステップは、基板２１０と透明絶縁層２３０と
の間にＧａＮ層７１０及び反射層７２０を順次に形成するステップを更に含み（図７Ａ）
、第２ステップは、透明絶縁層２３０及び反射層７２０に、ＧａＮ層７１０が露出される
までホールｈを形成するステップを含むこと（図７Ｂ）を特徴とする。反射層７２０は、
活性層２４４で発生した光を反射させやすい物質が好ましく、例えば、金属層、複数の誘
電層、又は一対の金属層及び誘電層が一対以上繰り返し積層されたものから形成されうる
。
の間にＧａＮ層７１０及び反射層７２０を順次に形成するステップを更に含み（図７Ａ）
、第２ステップは、透明絶縁層２３０及び反射層７２０に、ＧａＮ層７１０が露出される
までホールｈを形成するステップを含むこと（図７Ｂ）を特徴とする。反射層７２０は、
活性層２４４で発生した光を反射させやすい物質が好ましく、例えば、金属層、複数の誘
電層、又は一対の金属層及び誘電層が一対以上繰り返し積層されたものから形成されうる
。
ＧａＮ層７１０は、別途のバッファ層の助けなしに、下部ＧａＮ層２４２の成長を容易
にするだけでなく、ＧａＮ層７１０の下部に広い接触面積を介して電流が通過するため、
基板２１０を介した電流の流れを向上させる。
にするだけでなく、ＧａＮ層７１０の下部に広い接触面積を介して電流が通過するため、
基板２１０を介した電流の流れを向上させる。
図７Ｃに示すように、第１ステップは、基板２１０とＧａＮ層７１０との間にバッファ
層（第２バッファ層）７３０を形成するステップを更に含みうる。バッファ層７３０は、
ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
層（第２バッファ層）７３０を形成するステップを更に含みうる。バッファ層７３０は、
ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体層でありうる。
透明絶縁層２３０と反射層７２０の厚さの和は、発光セル２４０の厚さと同じか、さら
に厚く形成されることが好ましい。透明絶縁層２３０の厚さは、反射層７２０の厚さより
更に厚く形成されることが好ましい。発光セル２４０の幅に対する発光セル２４０の厚さ
の比率は、発光セル２４０に対する透明絶縁層２３０の全反射角度のタンジェント値と同
じか、さらに大きく形成されることが好ましい。図３は、前記のような方法により得られ
た発光素子の断面構造を示す図である。
に厚く形成されることが好ましい。透明絶縁層２３０の厚さは、反射層７２０の厚さより
更に厚く形成されることが好ましい。発光セル２４０の幅に対する発光セル２４０の厚さ
の比率は、発光セル２４０に対する透明絶縁層２３０の全反射角度のタンジェント値と同
じか、さらに大きく形成されることが好ましい。図３は、前記のような方法により得られ
た発光素子の断面構造を示す図である。
このような本発明の方法及び装置は、理解を助けるために、図面に示された実施形態を
参考に説明されたが、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形態が可能であるということが理解できるであろう。したがって、
本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。
参考に説明されたが、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形態が可能であるということが理解できるであろう。したがって、
本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。
本発明は、半導体発光素子に関連した技術分野に好適に利用できる。
２１０ 基板、
２２０ 反射層、
２３０ 透明絶縁層、
２４０ 発光セル、
２４２ 下部ＧａＮ層、
２４４ 活性層、
２４６ 上部ＧａＮ層、
２５０ 透明電極、
２６０ バッファ層。
２２０ 反射層、
２３０ 透明絶縁層、
２４０ 発光セル、
２４２ 下部ＧａＮ層、
２４４ 活性層、
２４６ 上部ＧａＮ層、
２５０ 透明電極、
２６０ バッファ層。
Claims (17)
- 基板と、
前記基板上に相互に離隔して設けられ、半導体物質の積層により形成される少なくとも二つの発光セルと、
前記発光セルの間に所定高さに順次に積層された反射層及び透明絶縁層と、
前記発光セル及び前記透明絶縁層の上面全体に接触する透明電極と、
前記基板と前記発光セルとの間に前記基板の全面に形成されるＧａＮ層と、
を備え、
前記反射層は前記基板の上面で前記発光セルの間に該当する領域全体を覆うように形成され、前記透明絶縁層は前記反射層全体を覆うように形成され、前記反射層の上面の位置は前記発光セル内の活性層の位置より低いことを特徴とする発光素子。 - 前記基板と前記発光セルとの間に第１バッファ層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記透明絶縁層と前記反射層の厚さの和は、前記発光セルの厚さと同じ、又は、前記発光セルより厚いことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
- 前記透明絶縁層の厚さは、前記反射層より厚いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記発光セルの幅に対する当該発光セルの厚さの比率は、当該発光セルに対する前記透明絶縁層の全反射角度のタンジェント値と同じ、又は、当該タンジェント値より大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記基板は、Ｓｉから形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記透明絶縁層は、前記発光セルを形成する半導体物質の屈折率より小さな屈折率を有する物質から形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記透明絶縁層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ２、及びＺｎＯよりなる群から選択される少なくとも一つの物質から形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記透明電極は、透明導電性酸化物又は金属から形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記金属は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、及びＮｉよりなる群から選択される一つであることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
- 前記透明導電性酸化物は、亜鉛酸化物又はインジウム酸化物であることを特徴とする請求項９または１０に記載の発光素子。
- 前記インジウム酸化物は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａ系の元素よりなる群から選択される少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
- 前記反射層は、金属層から形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記反射層は、複数の誘電層から形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記反射層は、一対の金属層及び誘電層が、一対以上繰り返し積層されて形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記基板と前記ＧａＮ層との間に、第２バッファ層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記第１バッファ層は、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
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