JP2002185037A - 発光装置 - Google Patents
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- JP2002185037A JP2002185037A JP2000384801A JP2000384801A JP2002185037A JP 2002185037 A JP2002185037 A JP 2002185037A JP 2000384801 A JP2000384801 A JP 2000384801A JP 2000384801 A JP2000384801 A JP 2000384801A JP 2002185037 A JP2002185037 A JP 2002185037A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】発光層から基板側に進行するＬＥＤの発光が、
発光層よりバンドギャップの小さい基板やバッファ層で
吸収されてしまうのを防止し、光取り出し効率の高い発
光装置を実現する。 【解決手段】発光層２とＳｉＣ基板４との間の、発光層
２のバンドギャップよりもバンドギャップが大きい層３
０の下部に、発光層２からの光を反射させる金属薄膜３
を部分的に設け、層３０の下部でかつ金属薄膜３の上部
に空隙または透明絶縁膜３１を設ける。
発光層よりバンドギャップの小さい基板やバッファ層で
吸収されてしまうのを防止し、光取り出し効率の高い発
光装置を実現する。 【解決手段】発光層２とＳｉＣ基板４との間の、発光層
２のバンドギャップよりもバンドギャップが大きい層３
０の下部に、発光層２からの光を反射させる金属薄膜３
を部分的に設け、層３０の下部でかつ金属薄膜３の上部
に空隙または透明絶縁膜３１を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板またはバッフ
ァ層の上部に発光層を有する発光装置に関する。
ァ層の上部に発光層を有する発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、発光装置である発光ダイオード
（Light Emitting Diode。以下、ＬＥＤと称する。）の
うち、窒化物半導体からなるＬＥＤは、これまで主とし
てＳｉＣ（炭化珪素）基板またはサファイア基板上に形
成されてきた。
（Light Emitting Diode。以下、ＬＥＤと称する。）の
うち、窒化物半導体からなるＬＥＤは、これまで主とし
てＳｉＣ（炭化珪素）基板またはサファイア基板上に形
成されてきた。
【０００３】特に、ＳｉＣ基板上に窒化物半導体層を形
成する場合は、結晶格子の不一致（すなわち、格子不整
合）が３．４％と、サファイア基板上に窒化物半導体層
を形成した場合の約１３％に比較して大変小さく、ま
た、窒化物半導体層の主な成長方向である六方晶のｃ軸
方向に垂直な面において極性面を有し、窒化物半導体層
の成長初期における表面改質の不完全性が無いことか
ら、極めて薄い、言い換えれば極めて高いスループット
でより高品質な窒化物半導体層による素子作製が可能と
なっている。
成する場合は、結晶格子の不一致（すなわち、格子不整
合）が３．４％と、サファイア基板上に窒化物半導体層
を形成した場合の約１３％に比較して大変小さく、ま
た、窒化物半導体層の主な成長方向である六方晶のｃ軸
方向に垂直な面において極性面を有し、窒化物半導体層
の成長初期における表面改質の不完全性が無いことか
ら、極めて薄い、言い換えれば極めて高いスループット
でより高品質な窒化物半導体層による素子作製が可能と
なっている。
【０００４】例えば、サファイア基板上では、高温にお
いて窒化物からなる厚さ４μｍ程度以上の厚いバッファ
層を形成し、低温において結晶核を形成する場合でも、
転位密度が１０９〜１０１０ｃｍ−２の高い密度の転位
が発光層に存在する。
いて窒化物からなる厚さ４μｍ程度以上の厚いバッファ
層を形成し、低温において結晶核を形成する場合でも、
転位密度が１０９〜１０１０ｃｍ−２の高い密度の転位
が発光層に存在する。
【０００５】これに対して、ＳｉＣ基板を用いた場合
は、該基板上に直接窒化物半導体層を成長することが可
能であり、また、短い成長時間で厚さ０．５μｍ程度の
薄いバッファ層を形成する場合でも、転位密度が１０８
ｃｍ−２程度と、高品質な成長が可能である。
は、該基板上に直接窒化物半導体層を成長することが可
能であり、また、短い成長時間で厚さ０．５μｍ程度の
薄いバッファ層を形成する場合でも、転位密度が１０８
ｃｍ−２程度と、高品質な成長が可能である。
【０００６】ＳｉＣ基板では、このような結晶品質にお
ける利点の他に、サファイア基板が絶縁性であるのに対
して、導電性があるので、作製したＬＥＤの電極を基板
の裏面、すなわち、基板を載せる台から直接取ることが
できるという利点がある。
ける利点の他に、サファイア基板が絶縁性であるのに対
して、導電性があるので、作製したＬＥＤの電極を基板
の裏面、すなわち、基板を載せる台から直接取ることが
できるという利点がある。
【０００７】図５は、従来用いられてきたＳｉＣ基板上
に窒化物半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図
である。
に窒化物半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図
である。
【０００８】４はＳｉＣ基板、１は窒化物半導体からな
るＬＥＤ構造、２は発光層、３０は発光層２のバンドギ
ャップよりもバンドギャップが大きい層（すなわち、発
光波長に対して透明な層）、９は層３０と異なる導電型
で、発光層２のバンドギャップよりもバンドギャップが
大きい層、１０は上部（すなわち、光取り出し側）オー
ミック電極、１１は下部オーミック電極、６は発光層２
から直接上部に放出される光の経路、８は発光層２から
放出された後、ＳｉＣ基板４側で吸収される光の経路で
ある。
るＬＥＤ構造、２は発光層、３０は発光層２のバンドギ
ャップよりもバンドギャップが大きい層（すなわち、発
光波長に対して透明な層）、９は層３０と異なる導電型
で、発光層２のバンドギャップよりもバンドギャップが
大きい層、１０は上部（すなわち、光取り出し側）オー
ミック電極、１１は下部オーミック電極、６は発光層２
から直接上部に放出される光の経路、８は発光層２から
放出された後、ＳｉＣ基板４側で吸収される光の経路で
ある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のような利点を有
するＳｉＣ基板であるが、ＳｉＣ基板の作製技術は、６
Ｈ−ＳｉＣというポリタイプの基板を用いる場合におい
て主として進展してきた。
するＳｉＣ基板であるが、ＳｉＣ基板の作製技術は、６
Ｈ−ＳｉＣというポリタイプの基板を用いる場合におい
て主として進展してきた。
【００１０】６Ｈ−ＳｉＣ基板は、バンドギャップが
３．１ｅＶで、導電性を高めるために不純物のドーピン
グを行なうと着色してしまい、紫外光はもちろんのこ
と、ＩｎＧａＮを発光材料として用いる青色光に対して
も、図５の８に示すように、ＳｉＣ基板４側に進行した
光を吸収してしまう。
３．１ｅＶで、導電性を高めるために不純物のドーピン
グを行なうと着色してしまい、紫外光はもちろんのこ
と、ＩｎＧａＮを発光材料として用いる青色光に対して
も、図５の８に示すように、ＳｉＣ基板４側に進行した
光を吸収してしまう。
【００１１】このため、内部量子効率が同等であって
も、ＳｉＣ基板を用いたＬＥＤでは、光取り出し効率が
低くなり、サファイア基板を用いたＬＥＤよりも光取り
出し効率において劣ってしまう。
も、ＳｉＣ基板を用いたＬＥＤでは、光取り出し効率が
低くなり、サファイア基板を用いたＬＥＤよりも光取り
出し効率において劣ってしまう。
【００１２】さらに、６Ｈ−ＳｉＣ基板よりもバンドギ
ャップが大きい４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いた場合でも、３
７８ｎｍより発光波長が短いＬＥＤにおいては、光の吸
収が大きく、紫外光発光ＬＥＤの高効率化の課題となっ
ていた。また、３６０ｎｍより発光波長が短いＬＥＤに
おいては、サファイア基板上で通常使用されるＧａＮか
らなるバッファ層がやはり光吸収体となり、紫外光発光
ＬＥＤを実現するための本質的な阻害要因となってい
た。
ャップが大きい４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いた場合でも、３
７８ｎｍより発光波長が短いＬＥＤにおいては、光の吸
収が大きく、紫外光発光ＬＥＤの高効率化の課題となっ
ていた。また、３６０ｎｍより発光波長が短いＬＥＤに
おいては、サファイア基板上で通常使用されるＧａＮか
らなるバッファ層がやはり光吸収体となり、紫外光発光
ＬＥＤを実現するための本質的な阻害要因となってい
た。
【００１３】本発明の目的は、発光層から下側、すなわ
ち、基板側に進行するＬＥＤの発光が、発光層よりバン
ドギャップの小さい下側の基板やバッファ層で吸収され
てしまうのを防止し、ＬＥＤの下側に向かう発光をＬＥ
Ｄの上面側（光放出面側）に反射させることにより、光
取り出し効率の高い発光装置を実現することにある。
ち、基板側に進行するＬＥＤの発光が、発光層よりバン
ドギャップの小さい下側の基板やバッファ層で吸収され
てしまうのを防止し、ＬＥＤの下側に向かう発光をＬＥ
Ｄの上面側（光放出面側）に反射させることにより、光
取り出し効率の高い発光装置を実現することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基板またはバッファ層の上部に発光層を
有する発光装置において、前記発光層と前記基板または
前記バッファ層との間の、前記発光層のバンドギャップ
よりもバンドギャップが大きい層の下部に、前記発光層
からの光を反射させる金属薄膜を部分的に設けたことを
特徴とする。
に、本発明は、基板またはバッファ層の上部に発光層を
有する発光装置において、前記発光層と前記基板または
前記バッファ層との間の、前記発光層のバンドギャップ
よりもバンドギャップが大きい層の下部に、前記発光層
からの光を反射させる金属薄膜を部分的に設けたことを
特徴とする。
【００１５】また、前記発光層のバンドギャップよりも
バンドギャップが大きい層の下部でかつ前記金属薄膜の
上部に、空隙または透明絶縁膜を設けたことを特徴とす
る。
バンドギャップが大きい層の下部でかつ前記金属薄膜の
上部に、空隙または透明絶縁膜を設けたことを特徴とす
る。
【００１６】また、前記発光層はインジウムを含み、近
紫外〜可視発光を行なうことを特徴とする。
紫外〜可視発光を行なうことを特徴とする。
【００１７】また、前記発光層はアルミニウムまたはホ
ウ素を含み、紫外発光を行なうことを特徴とする。
ウ素を含み、紫外発光を行なうことを特徴とする。
【００１８】また、前記基板が炭化珪素からなり、前記
発光層が窒化物半導体からなり、前記金属薄膜がタング
ステンからなることを特徴とする。
発光層が窒化物半導体からなり、前記金属薄膜がタング
ステンからなることを特徴とする。
【００１９】また、前記基板が６Ｈ−ＳｉＣまたは４Ｈ
−ＳｉＣからなり、前記発光層がインジウムを含むこと
を特徴とする。
−ＳｉＣからなり、前記発光層がインジウムを含むこと
を特徴とする。
【００２０】また、前記基板が窒化ガリウムからなり、
前記発光層がインジウムを含むことを特徴とする。
前記発光層がインジウムを含むことを特徴とする。
【００２１】さらに、前記基板が窒化ガリウム、サファ
イアまたは窒化アルミニウムからなり、前記バッファ層
が前記基板上に少なくとも厚さ１００ｎｍ形成した窒化
ガリウムからなり、前記発光層がアルミニウムまたはホ
ウ素を含む窒化物半導体からなり、前記金属薄膜がタン
グステンからなることを特徴とする。
イアまたは窒化アルミニウムからなり、前記バッファ層
が前記基板上に少なくとも厚さ１００ｎｍ形成した窒化
ガリウムからなり、前記発光層がアルミニウムまたはホ
ウ素を含む窒化物半導体からなり、前記金属薄膜がタン
グステンからなることを特徴とする。
【００２２】本発明では、発光層と基板またはバッファ
層との間にある、発光層のバンドギャップよりもバンド
ギャップが大きい層の下部に、金属薄膜を部分的に設け
たので、該金属薄膜により発光層からの光を光取り出し
側に反射させることができ、発光装置の光取り出し効率
を向上させることができる。
層との間にある、発光層のバンドギャップよりもバンド
ギャップが大きい層の下部に、金属薄膜を部分的に設け
たので、該金属薄膜により発光層からの光を光取り出し
側に反射させることができ、発光装置の光取り出し効率
を向上させることができる。
【００２３】また、金属薄膜の上部に、空隙または透明
絶縁膜を設けることにより、前記発光層のバンドギャッ
プよりもバンドギャップが大きい層と金属薄膜との接触
による光吸収を防止し、光取り出し効率をより向上させ
ることができる。
絶縁膜を設けることにより、前記発光層のバンドギャッ
プよりもバンドギャップが大きい層と金属薄膜との接触
による光吸収を防止し、光取り出し効率をより向上させ
ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
【００２５】実施の形態１ 図１は、本発明の実施の形態１のＳｉＣ基板上に窒化物
半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図である。
半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図である。
【００２６】４はＳｉＣ基板、１は例えば特願２０００
−２４６６０に記載されたような発光層を有する窒化物
半導体からなるＬＥＤ構造、２はＬＥＤ構造１のうちの
発光層、３０はＬＥＤ構造１のうちの、発光層２のバン
ドギャップよりもバンドギャップが大きい層（すなわ
ち、発光波長に対して透明な層）、９は層３０と異なる
導電型で、発光層２のバンドギャップよりもバンドギャ
ップが大きい層、１０は上部オーミック電極、１１は下
部オーミック電極、３はタングステン等からなる金属薄
膜（反射層、ミラー）、３１は層３０の下部でかつ金属
薄膜３の上部に設けた空隙または透明絶縁膜、６は発光
層２から直接上部に放出される光の経路、７は発光層２
から一旦下部の金属薄膜３で反射した後に、上部に放出
される光の経路である。
−２４６６０に記載されたような発光層を有する窒化物
半導体からなるＬＥＤ構造、２はＬＥＤ構造１のうちの
発光層、３０はＬＥＤ構造１のうちの、発光層２のバン
ドギャップよりもバンドギャップが大きい層（すなわ
ち、発光波長に対して透明な層）、９は層３０と異なる
導電型で、発光層２のバンドギャップよりもバンドギャ
ップが大きい層、１０は上部オーミック電極、１１は下
部オーミック電極、３はタングステン等からなる金属薄
膜（反射層、ミラー）、３１は層３０の下部でかつ金属
薄膜３の上部に設けた空隙または透明絶縁膜、６は発光
層２から直接上部に放出される光の経路、７は発光層２
から一旦下部の金属薄膜３で反射した後に、上部に放出
される光の経路である。
【００２７】すなわち、本発明の実施の形態１の構造
は、ＳｉＣ基板４の上部に発光層２を有するＬＥＤにお
いて、発光層２とＳｉＣ基板４との間の、発光層２のバ
ンドギャップよりもバンドギャップが大きい層３０の下
部に、発光層２からの光を反射させる金属薄膜３を部分
的に設け、層３０の下部でかつ金属薄膜３の上部に空隙
または透明絶縁膜３１を設けている。
は、ＳｉＣ基板４の上部に発光層２を有するＬＥＤにお
いて、発光層２とＳｉＣ基板４との間の、発光層２のバ
ンドギャップよりもバンドギャップが大きい層３０の下
部に、発光層２からの光を反射させる金属薄膜３を部分
的に設け、層３０の下部でかつ金属薄膜３の上部に空隙
または透明絶縁膜３１を設けている。
【００２８】空隙または透明絶縁膜３１は、空隙部か、
またはその代わりに光学的に透明で屈折率を除き空隙に
等価な透明絶縁膜で構成される。ＬＥＤ構造１のうち、
例えば発光層２のバンドギャップよりもバンドギャップ
が大きい層３０が金属薄膜３に直接接している構造にお
いては、金属薄膜３と半導体層である層３０とのオーミ
ックまたはショットキー接触による光吸収が生じる。空
隙または透明絶縁膜３１は、この光吸収を抑制するため
のものである。
またはその代わりに光学的に透明で屈折率を除き空隙に
等価な透明絶縁膜で構成される。ＬＥＤ構造１のうち、
例えば発光層２のバンドギャップよりもバンドギャップ
が大きい層３０が金属薄膜３に直接接している構造にお
いては、金属薄膜３と半導体層である層３０とのオーミ
ックまたはショットキー接触による光吸収が生じる。空
隙または透明絶縁膜３１は、この光吸収を抑制するため
のものである。
【００２９】特性的に望ましい構造の一例は、基板がＳ
ｉＣ基板４で、発光層２が窒化物半導体からなり、金属
薄膜がタングステンからなる構造である。また、基板が
６Ｈ−ＳｉＣ基板４で、発光層２がインジウムを含む構
造である。
ｉＣ基板４で、発光層２が窒化物半導体からなり、金属
薄膜がタングステンからなる構造である。また、基板が
６Ｈ−ＳｉＣ基板４で、発光層２がインジウムを含む構
造である。
【００３０】また、別の例は、特願２０００−２４６６
０に記載された窒化物半導体ＬＥＤの構造で、例えば、
ｎ型ＳｉＣ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ多
重量子井戸発光層、ｐ型ＡｌＧａＮ層を順に積層したＬ
ＥＤ構造を形成したものである。
０に記載された窒化物半導体ＬＥＤの構造で、例えば、
ｎ型ＳｉＣ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ多
重量子井戸発光層、ｐ型ＡｌＧａＮ層を順に積層したＬ
ＥＤ構造を形成したものである。
【００３１】本実施の形態１のＬＥＤに上部オーミック
電極１０、下部オーミック電極１１から通電すると、発
光層２において電子と正孔とが再結合し、光が放出され
る（発光再結合と称される）。その際、光は発光層２か
らほぼ等方的に放出される。発光層２から上方に放出さ
れた光のうち、このＬＥＤの外部の屈折率（大気の場合
は１、ＬＥＤを被覆する樹脂の場合は概ね１．３〜１．
７）と窒化物半導体の屈折率（概ね２．５）で定まる方
向に放出された６で示す光が外部に取り出される。この
とき、発光層２よりも上の層に、例えばＡｌ組成が高い
等によりバンドギャップの大きい層９等を備えている
と、発光層２の上層による光の吸収がほとんど無くな
る。さらに、発光層２から下方に放出された光も、７に
示すように、発光層２の下側に配置された金属薄膜３に
より反射されて、６に示した光と同様に上方に進行する
ため、上方から取り出すことができる。特に、発光層２
の下層における光吸収を抑制するために、例えばＡｌ組
成が高く、バンドギャップの大きい層３０等を備えると
効果的である。
電極１０、下部オーミック電極１１から通電すると、発
光層２において電子と正孔とが再結合し、光が放出され
る（発光再結合と称される）。その際、光は発光層２か
らほぼ等方的に放出される。発光層２から上方に放出さ
れた光のうち、このＬＥＤの外部の屈折率（大気の場合
は１、ＬＥＤを被覆する樹脂の場合は概ね１．３〜１．
７）と窒化物半導体の屈折率（概ね２．５）で定まる方
向に放出された６で示す光が外部に取り出される。この
とき、発光層２よりも上の層に、例えばＡｌ組成が高い
等によりバンドギャップの大きい層９等を備えている
と、発光層２の上層による光の吸収がほとんど無くな
る。さらに、発光層２から下方に放出された光も、７に
示すように、発光層２の下側に配置された金属薄膜３に
より反射されて、６に示した光と同様に上方に進行する
ため、上方から取り出すことができる。特に、発光層２
の下層における光吸収を抑制するために、例えばＡｌ組
成が高く、バンドギャップの大きい層３０等を備えると
効果的である。
【００３２】特性的に望ましい構造の一例は、発光層２
がインジウムを含み、近紫外〜可視発光を行なうか、ま
たは、発光層がアルミニウムまたはホウ素を含み、紫外
発光を行なう構造である。また、基板４が炭化珪素から
なり、発光層２が窒化物半導体からなり、金属薄膜３が
タングステンからなる構造である。また、基板４が６Ｈ
−ＳｉＣまたは４Ｈ−ＳｉＣからなり、前記発光層がイ
ンジウムを含む構造である。さらに、基板４が窒化ガリ
ウムからなり、発光層２がインジウムを含む構造であ
る。
がインジウムを含み、近紫外〜可視発光を行なうか、ま
たは、発光層がアルミニウムまたはホウ素を含み、紫外
発光を行なう構造である。また、基板４が炭化珪素から
なり、発光層２が窒化物半導体からなり、金属薄膜３が
タングステンからなる構造である。また、基板４が６Ｈ
−ＳｉＣまたは４Ｈ−ＳｉＣからなり、前記発光層がイ
ンジウムを含む構造である。さらに、基板４が窒化ガリ
ウムからなり、発光層２がインジウムを含む構造であ
る。
【００３３】実施の形態２、３ 図２は、本発明の実施の形態２のサファイア基板上に窒
化物半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図、図
３は、本発明の実施の形態３のサファイア基板上に窒化
物半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図であ
る。
化物半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図、図
３は、本発明の実施の形態３のサファイア基板上に窒化
物半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図であ
る。
【００３４】５はサファイア基板、２１はＧａＮからな
るバッファ層、２２はＡｌＧａＮ層、２３はＧａＮ層で
ある。
るバッファ層、２２はＡｌＧａＮ層、２３はＧａＮ層で
ある。
【００３５】すなわち、本発明の実施の形態２、３の構
造は、バッファ層２１の上部に発光層２を有するＬＥＤ
において、発光層２とバッファ層２１との間の、発光層
２のバンドギャップよりもバンドギャップが大きい層３
０の下部に、発光層２からの光を反射させる金属薄膜３
を部分的に設け、金属薄膜３の上部に空隙または透明絶
縁膜３１を設けている。空隙または透明絶縁膜３１は、
空隙部か、またはその代わりに光学的に透明で屈折率を
除き空隙に等価な透明絶縁膜で構成する。特性的に望ま
しい構造の一例は、基板が窒化ガリウム、サファイアま
たは窒化アルミニウムからなり、バッファ層２１が基板
上に少なくとも厚さ１００ｎｍ形成したＧａＮからな
り、発光層２がアルミニウムまたはホウ素を含む窒化物
半導体からなり、金属薄膜３がタングステンからなる構
造である。
造は、バッファ層２１の上部に発光層２を有するＬＥＤ
において、発光層２とバッファ層２１との間の、発光層
２のバンドギャップよりもバンドギャップが大きい層３
０の下部に、発光層２からの光を反射させる金属薄膜３
を部分的に設け、金属薄膜３の上部に空隙または透明絶
縁膜３１を設けている。空隙または透明絶縁膜３１は、
空隙部か、またはその代わりに光学的に透明で屈折率を
除き空隙に等価な透明絶縁膜で構成する。特性的に望ま
しい構造の一例は、基板が窒化ガリウム、サファイアま
たは窒化アルミニウムからなり、バッファ層２１が基板
上に少なくとも厚さ１００ｎｍ形成したＧａＮからな
り、発光層２がアルミニウムまたはホウ素を含む窒化物
半導体からなり、金属薄膜３がタングステンからなる構
造である。
【００３６】本実施の形態２、３のＬＥＤに上部オーミ
ック電極１０、下部オーミック電極１１から通電する
と、図１に示した実施の形態１と同様に、発光層２にお
いて電子と正孔とが再結合し、光が放出される。その
際、発光層２からは光はほぼ等方的に放出される。発光
層２から上方に放出された光のうち、このＬＥＤの外部
の屈折率と窒化物半導体の屈折率で定まる方向に放出さ
れた６で示す光が外部に取り出される。発光層２から下
方に放出された光も、７に示すように、発光層２の下側
に配置された金属薄膜３により反射されて、６に示した
光と同様に上方に進行するため、上方から取り出すこと
ができる。
ック電極１０、下部オーミック電極１１から通電する
と、図１に示した実施の形態１と同様に、発光層２にお
いて電子と正孔とが再結合し、光が放出される。その
際、発光層２からは光はほぼ等方的に放出される。発光
層２から上方に放出された光のうち、このＬＥＤの外部
の屈折率と窒化物半導体の屈折率で定まる方向に放出さ
れた６で示す光が外部に取り出される。発光層２から下
方に放出された光も、７に示すように、発光層２の下側
に配置された金属薄膜３により反射されて、６に示した
光と同様に上方に進行するため、上方から取り出すこと
ができる。
【００３７】本実施の形態２、３では、発光層２の下層
側に、ＧａＮバッファ層２１とＡｌＧａＮ層２２からな
る多層構造を配置している。一般的には、図３の実施の
形態３に示すように、ＧａＮバッファ層２１に下部オー
ミック電極１１を設けることが、素子抵抗の低減のため
に有利であるが、ＡｌＧａＮ層２２とＧａＮバッファ層
２１に対するエッチング量を減らし、素子作製のスルー
プットを優先して図２の実施の形態２に示すように、Ａ
ｌＧａＮ層２２に直接下部オーミック電極１１を設ける
ことも可能である。
側に、ＧａＮバッファ層２１とＡｌＧａＮ層２２からな
る多層構造を配置している。一般的には、図３の実施の
形態３に示すように、ＧａＮバッファ層２１に下部オー
ミック電極１１を設けることが、素子抵抗の低減のため
に有利であるが、ＡｌＧａＮ層２２とＧａＮバッファ層
２１に対するエッチング量を減らし、素子作製のスルー
プットを優先して図２の実施の形態２に示すように、Ａ
ｌＧａＮ層２２に直接下部オーミック電極１１を設ける
ことも可能である。
【００３８】また、本実施の形態２、３では、ＬＥＤ構
造１を形成する前に、ＬＥＤ構造１を付着しやすくする
ためにＧａＮ層２３を設けているが、作製条件によって
は、ＧａＮ層２３を設けないで、ＡｌＧａＮ層２２の上
にＬＥＤ構造１を直接設けることも可能である。
造１を形成する前に、ＬＥＤ構造１を付着しやすくする
ためにＧａＮ層２３を設けているが、作製条件によって
は、ＧａＮ層２３を設けないで、ＡｌＧａＮ層２２の上
にＬＥＤ構造１を直接設けることも可能である。
【００３９】実施の形態４ 図４は、本発明の実施の形態４のＳｉＣ基板上に窒化物
半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図である。
半導体層を成長したＬＥＤの構造を示す断面図である。
【００４０】本実施の形態４では、図１の実施の形態１
において空隙または透明絶縁膜３１が無い構造である。
本実施の形態４のように、空隙または透明絶縁膜３１が
無く、ＬＥＤ構造１のうち、発光層２のバンドギャップ
よりもバンドギャップが大きい層３０が、タングステン
等からなる金属薄膜３に直接接している構造において
は、金属薄膜３と半導体層である層３０とのオーミック
またはショットキー接触による光吸収が生じる。このた
め、空隙または透明絶縁膜３１を設けた場合に比較して
金属薄膜３による反射率が減少するものの、層３０の選
択成長などの構造形成を容易に行なうことができるとい
う工業的利点がある。
において空隙または透明絶縁膜３１が無い構造である。
本実施の形態４のように、空隙または透明絶縁膜３１が
無く、ＬＥＤ構造１のうち、発光層２のバンドギャップ
よりもバンドギャップが大きい層３０が、タングステン
等からなる金属薄膜３に直接接している構造において
は、金属薄膜３と半導体層である層３０とのオーミック
またはショットキー接触による光吸収が生じる。このた
め、空隙または透明絶縁膜３１を設けた場合に比較して
金属薄膜３による反射率が減少するものの、層３０の選
択成長などの構造形成を容易に行なうことができるとい
う工業的利点がある。
【００４１】上記のように実施の形態１〜４では、窒化
物半導体ＬＥＤで使用されるＳｉＣ基板４やＧａＮバッ
ファ層２１による光吸収を抑制し、光取り出し効率を向
上させることが可能である。
物半導体ＬＥＤで使用されるＳｉＣ基板４やＧａＮバッ
ファ層２１による光吸収を抑制し、光取り出し効率を向
上させることが可能である。
【００４２】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば、図１〜図４に
示した実施の形態１〜４のＬＥＤをドーム状の樹脂に埋
め込んで方向性に優れた発光を得たり、ＬＥＤの周囲に
凹面鏡を有するフレームを用いることにより、ＬＥＤか
ら横方向に出射した光を凹面鏡で上方向に反射させ、よ
り光取り出し効率の高いＬＥＤを実現することが可能で
ある。もちろん、ドーム状の樹脂と凹面鏡を共用するこ
とにより、出射方向制御と光取り出し効率に一層優れた
ＬＥＤを実現できることは言うまでもない。さらに、紫
外線発光ＬＥＤを被覆する樹脂の中に、可視光である蛍
光を発する蛍光材料を含ませたり、樹脂の下面、中間、
上面に蛍光材料を含む膜を形成して白色などより発光波
長分布の広いＬＥＤを実現することも容易である。
に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば、図１〜図４に
示した実施の形態１〜４のＬＥＤをドーム状の樹脂に埋
め込んで方向性に優れた発光を得たり、ＬＥＤの周囲に
凹面鏡を有するフレームを用いることにより、ＬＥＤか
ら横方向に出射した光を凹面鏡で上方向に反射させ、よ
り光取り出し効率の高いＬＥＤを実現することが可能で
ある。もちろん、ドーム状の樹脂と凹面鏡を共用するこ
とにより、出射方向制御と光取り出し効率に一層優れた
ＬＥＤを実現できることは言うまでもない。さらに、紫
外線発光ＬＥＤを被覆する樹脂の中に、可視光である蛍
光を発する蛍光材料を含ませたり、樹脂の下面、中間、
上面に蛍光材料を含む膜を形成して白色などより発光波
長分布の広いＬＥＤを実現することも容易である。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発光層から下側への発光が、発光層よりバンドギャップ
の小さい層で吸収されてしまうのを防止し、下側に向か
う発光を上面側に反射させることにより、光取り出し効
率の高い発光装置を提供することができる。
発光層から下側への発光が、発光層よりバンドギャップ
の小さい層で吸収されてしまうのを防止し、下側に向か
う発光を上面側に反射させることにより、光取り出し効
率の高い発光装置を提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態１のＳｉＣ基板上に窒化物
半導体層を成長したＬＥＤの構造断面図である。
半導体層を成長したＬＥＤの構造断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２のサファイア基板上に窒
化物半導体層を成長したＬＥＤの構造断面図である。
化物半導体層を成長したＬＥＤの構造断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３のサファイア基板上に窒
化物半導体層を成長したＬＥＤの構造断面図である。
化物半導体層を成長したＬＥＤの構造断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４のＳｉＣ基板上に窒化物
半導体層を成長したＬＥＤの構造断面図である。
半導体層を成長したＬＥＤの構造断面図である。
【図５】従来のＳｉＣ基板上に窒化物半導体層を成長し
たＬＥＤの構造断面図である。
たＬＥＤの構造断面図である。
１…ＬＥＤ構造、２…発光層、３…金属薄膜、４…Ｓｉ
Ｃ基板、５…サファイア基板、６…発光層から放出され
る光の経路、７…金属薄膜で反射した後に放出される光
の経路、８…基板側で吸収される光の経路、９、３０…
発光層のバンドギャップよりもバンドギャップが大きい
層、１０…上部オーミック電極、１１…下部オーミック
電極、２１…ＧａＮバッファ層、２２…ＡｌＧａＮ層、
２３…ＧａＮ層、３１…空隙または透明絶縁膜。
Ｃ基板、５…サファイア基板、６…発光層から放出され
る光の経路、７…金属薄膜で反射した後に放出される光
の経路、８…基板側で吸収される光の経路、９、３０…
発光層のバンドギャップよりもバンドギャップが大きい
層、１０…上部オーミック電極、１１…下部オーミック
電極、２１…ＧａＮバッファ層、２２…ＡｌＧａＮ層、
２３…ＧａＮ層、３１…空隙または透明絶縁膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 久夫 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA04 AA11 CA10 CA33 CA34 CA40 CA46 CB01
Claims (8)
- 【請求項１】基板またはバッファ層の上部に発光層を有
する発光装置において、前記発光層と前記基板または前
記バッファ層との間の、前記発光層のバンドギャップよ
りもバンドギャップが大きい層の下部に、前記発光層か
らの光を反射させる金属薄膜を部分的に設けたことを特
徴とする発光装置。 - 【請求項２】前記発光層のバンドギャップよりもバンド
ギャップが大きい層の下部でかつ前記金属薄膜の上部
に、空隙または透明絶縁膜を設けたことを特徴とする請
求項１記載の発光装置。 - 【請求項３】前記発光層はインジウムを含み、近紫外〜
可視発光を行なうことを特徴とする請求項１記載の発光
装置。 - 【請求項４】前記発光層はアルミニウムまたはホウ素を
含み、紫外発光を行なうことを特徴とする請求項１記載
の発光装置。 - 【請求項５】前記基板が炭化珪素からなり、前記発光層
が窒化物半導体からなり、前記金属薄膜がタングステン
からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。 - 【請求項６】前記基板が６Ｈ−ＳｉＣまたは４Ｈ−Ｓｉ
Ｃからなり、前記発光層がインジウムを含むことを特徴
とする請求項５記載の発光装置。 - 【請求項７】前記基板が窒化ガリウムからなり、前記発
光層がインジウムを含むことを特徴とする請求項１記載
の発光装置。 - 【請求項８】前記基板が窒化ガリウム、サファイアまた
は窒化アルミニウムからなり、前記バッファ層が前記基
板上に少なくとも厚さ１００ｎｍ形成した窒化ガリウム
からなり、前記発光層がアルミニウムまたはホウ素を含
む窒化物半導体からなり、前記金属薄膜がタングステン
からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000384801A JP2002185037A (ja) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | 発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000384801A JP2002185037A (ja) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | 発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002185037A true JP2002185037A (ja) | 2002-06-28 |
Family
ID=18852183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000384801A Pending JP2002185037A (ja) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | 発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002185037A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005535143A (ja) * | 2002-07-31 | 2005-11-17 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ＧａＮベースの発光薄膜半導体素子 |
| JP2010205969A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Stanley Electric Co Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
| WO2010110608A2 (ko) * | 2009-03-25 | 2010-09-30 | 우리엘에스티 주식회사 | 질화물계 반도체 발광소자 |
| KR101061803B1 (ko) | 2009-10-16 | 2011-09-05 | 서울대학교산학협력단 | Ⅲ족 질화물 박막 격자 반사체 |
| US8604497B2 (en) | 2003-09-26 | 2013-12-10 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-emitting thin-film semiconductor chip |
| JP2014060198A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Oki Electric Ind Co Ltd | 窒化物半導体発光ダイオードの製造方法、及び窒化物半導体発光ダイオード |
-
2000
- 2000-12-19 JP JP2000384801A patent/JP2002185037A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005535143A (ja) * | 2002-07-31 | 2005-11-17 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ＧａＮベースの発光薄膜半導体素子 |
| US7943944B2 (en) | 2002-07-31 | 2011-05-17 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | GaN-based radiation-emitting thin-layered semiconductor component |
| US8604497B2 (en) | 2003-09-26 | 2013-12-10 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-emitting thin-film semiconductor chip |
| JP2010205969A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Stanley Electric Co Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
| US8530917B2 (en) | 2009-03-04 | 2013-09-10 | Stanley Electric Co., Ltd. | Optical semiconductor device having air gap forming reflective mirror and its manufacturing method |
| WO2010110608A2 (ko) * | 2009-03-25 | 2010-09-30 | 우리엘에스티 주식회사 | 질화물계 반도체 발광소자 |
| WO2010110608A3 (ko) * | 2009-03-25 | 2010-12-09 | 우리엘에스티 주식회사 | 질화물계 반도체 발광소자 |
| KR101061803B1 (ko) | 2009-10-16 | 2011-09-05 | 서울대학교산학협력단 | Ⅲ족 질화물 박막 격자 반사체 |
| JP2014060198A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Oki Electric Ind Co Ltd | 窒化物半導体発光ダイオードの製造方法、及び窒化物半導体発光ダイオード |
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