JP2003023178A - 窒化ガリウム系発光素子 - Google Patents

窒化ガリウム系発光素子

Info

Publication number
JP2003023178A
JP2003023178A JP2001206718A JP2001206718A JP2003023178A JP 2003023178 A JP2003023178 A JP 2003023178A JP 2001206718 A JP2001206718 A JP 2001206718A JP 2001206718 A JP2001206718 A JP 2001206718A JP 2003023178 A JP2003023178 A JP 2003023178A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
layer
type
gan
electrode pad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001206718A
Other languages
English (en)
Inventor
Shiro Sakai
士郎 酒井
Lacroix Yves
ラクロワ イーヴ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitride Semiconductors Co Ltd
Original Assignee
Nitride Semiconductors Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nitride Semiconductors Co Ltd filed Critical Nitride Semiconductors Co Ltd
Priority to JP2001206718A priority Critical patent/JP2003023178A/ja
Publication of JP2003023178A publication Critical patent/JP2003023178A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 GaN系発光素子の発光効率を向上させる。 【解決手段】 基板10上にn型GaN層12、n型S
LS層14、発光層16、p型SLS層17、p型Ga
N層18、p型電極パッド20、n型電極パッド22、
透明電極24を形成する。発光層16からの波長360
nm以下の光はp型電極パッド20で遮蔽され、n型G
aN層12で吸収される。p型メサ領域の面積を1mm
2以上とすることで、コスト増を招くことなく光取り出
し効率を上げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系発光
素子、特にUV−LEDのチップ構造に関する。
【0002】
【従来の技術】発光層にGaNやAlGaNを用いた窒
化ガリウム(GaN)系発光素子は短波長(波長350
nm帯)LED等に広く応用されている。
【0003】このようなLEDにおいては、層構造の一
部に0.1μm以上のGaN層を形成する場合が多い。
例えば、サファイアやSiC等の基板上にまずGaN層
を成長させ、このGaN層上にデバイス構造を成長させ
る。このGaN層はデバイス構造中の転位を減らすため
に重要な機能を有しており、GaNやAlGaNを発光
層とするLEDではその発光効率が転位密度に大きく依
存するため、GaN層の存在が極めて重要となる。
【0004】一方、LEDの外部量子効率(=チップの
外に出てきたフォトン数/LEDに流した電子数)は、
光の取り出し効率(=チップの中で発生したフォトン数
/チップの外に出てきたフォトン数)が同じであればチ
ップサイズには依存しない。但し、実際のデバイス構造
としては有限の大きさのワイヤボンド用の電極パッドが
必要となるため、チップサイズが小さくなると電極パッ
ドで遮蔽される割合が大きくなるので光の取り出し効率
が低下し、外部量子効率も低下する。ここで、チップ内
に光吸収層が存在しない場合には、内部で光反射がある
ものの、いずれ外部に光が射出されるためチップサイズ
には依存しない。
【0005】図2には、チップサイズが大きい場合
(a)と小さい場合(b)が示されている。両チップと
も同一面積の電極パッド20が表面に形成されており、
チップ面積が小さいと電極パッド20の占有面積が相対
的に大きくなる。そのため、チップ面積の小さい(b)
の場合には、相対的に電極パッド20で遮蔽されて発光
層16から直接外部に射出する光の割合は低下するが、
図示の如く電極パッド20で遮蔽された光もさらに他の
層との界面で反射されて電極パッド20の存在しない領
域から外部に射出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、転位密度を
低減するための上記のGaN層やAlGaN層は、波長
360nm以下の短波長を吸収する特性を有しており、
したがってチップ面積の小さい(b)のような場合に
は、電極パッド20で遮蔽された光を吸収してしまい、
光取り出し効率が低下してしまう問題があった。
【0007】図3には、図2において光吸収層としての
GaN層が存在する場合が示されている。図2の場合と
異なり、電極パッド20で遮蔽された光はGaN層12
で吸収されてしまい外部に射出されない。したがって、
チップ面積が小さい場合には電極パッド20による遮蔽
の影響が大きくなり、光の取り出し効率及び外部量子効
率が低下してしまう問題があった。
【0008】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、波長360nm以
下の光を吸収するGaN層やAlGaN層などを有する
発光素子において、その発光効率を向上させることにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板上にGaN層及びGaN系発光層を
備え、前記GaN系発光層上の少なくとも一部に電極パ
ッドを有する窒化ガリウム系発光素子であって、前記G
aN系発光層の領域面積が1mm2以上であることを特
徴とする。
【0010】また、本発明は、基板上に順次n型GaN
層、GaN系発光層、p型GaN層が形成され、前記p
型GaN層の一部にp型電極パッドが形成され、前記G
aN系発光層及びp型GaN系層がメサ形状にエッチン
グされて前記n型GaN層の一部にn型電極パッドが形
成された窒化ガリウム系発光素子であって、前記メサ形
状の領域面積が1mm2以上であることを特徴とする。
【0011】本発明の発光素子において、前記領域面積
を1mm2以上10mm2以下とすることが好適である。
【0012】また、本発明は、基板上にGaN層及びG
aN系発光層を備え、前記GaN系発光層上の少なくと
も一部に電極パッドを有する窒化ガリウム系発光素子で
あって、前記GaN系発光層の領域面積を前記電極パッ
ドの面積に対して400倍以上とすることを特徴とす
る。
【0013】このように、本発明の発光素子では、発光
層からの光がGaN層で吸収される(GaNの光吸収は
波長360nmから始まり、350nmでは吸収長はお
よそ0.1μmとなる)ことを考慮し、電極パッドに対
する発光層あるいはメサ形状の領域面積を増大させるこ
とで吸収による光取り出し効率の低下を抑制する。具体
的には、後述するように発光層あるいはメサ形状の領域
面積が1mm2以上、あるいは発光層と電極パッドの面
積比率でいえば400以上であれば光取り出し効率の低
下を抑制でき、高い発光効率を得ることができる。な
お、発光層あるいはメサ形状をあまりに大きくすると1
枚のウエハから作成できる素子数が減少するため、コス
ト的には上限を10mm2程度とすることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
【0015】図1には、本実施形態に係るUV−LED
の平面図(a)及び縦断面図(b)が示されている。サ
ファイア基板10上にMOCVD等により1070度の
高温でn型GaN層12を0.4μm形成する。なお、
n型GaN層12を形成するに先立ち、まず500度の
低温でSiN及びGaNを順次形成し、その後n型Ga
N層12を形成することが好適である。これにより転位
密度を一層低減することができる。
【0016】次に、SiをドープしたAlGaNとSi
をドープしたGaNを交互に積層したn型超格子(SL
S:Strained Layer Super Lattice)層14を2μm形
成し、アンドープAlGaN/GaN/AlGaN量子
井戸発光層16を形成する。もちろん、発光層16とし
てInGaNを用いることも可能である。
【0017】発光層16上にMgをドープしたAlGa
NとMgをドープしたGaNを交互に積層し、特定波長
(例えば4.5μm)の電磁波を照射したp型超格子層
17を0.15μm形成する。特定波長の電磁波を照射
するのはp型不純物であるMgとHとの結合体を解離さ
せMgをアクセプタとして活性化させるためである。p
型超格子層17を形成した後、p型GaN層18を20
nm程度形成する。
【0018】PN接合構造を形成した後、n型GaN層
12が部分的に露出するまで表面の一部をエッチング
し、露出したn型GaN層12上にn型電極パッド22
としてAlパッドを蒸着やスパッタにより形成する。ま
た、エッチングされずに残ったメサ形状のp型GaN層
18上の一部にp型電極パッド20としてPt/Auパ
ッドを蒸着やスパッタで形成する。
【0019】最後に、p型GaN層18上にp型電極パ
ッド20と接するようにp型ZnO透明電極24をスパ
ッタなどで形成する。ZnOは波長350nm以上で透
明になることが知られており、またGaNの格子定数に
も近似しているため、p型GaN層18との密着性にも
優れており、p型電極パッド20との電気的接触を維持
しつつ発光層16からの光を外部に透過させることがで
きる。
【0020】以上のようにして基板10上に発光素子を
形成した後、互いに120度をなす2つの方向でウエハ
基板を切断することで、(a)の平面図に示されるよう
な平面形状菱形の発光素子チップが得られる。なお、ウ
エハ面内ではc軸を回転軸として6回回転対称性を有し
ているため、このように互いに120度をなす2つの方
向は結晶構造からみて等価な方向であり、一方向をウエ
ハが割れやすい方向、例えばへき開面に沿った方向に選
ぶと他の方向も同様に割れやすい方向となるのでウエハ
の切断が容易となる。
【0021】このように、本実施形態に係る発光素子
は、基板10上に光吸収層として機能するn型GaN層
12(p型GaN層18は薄いため影響はほとんどな
い)が存在するため、発光層16からの光(波長360
nm以下)はp型電極パッド20で反射された後にn型
GaN層12で吸収されてしまい外部に射出されない。
そこで、p型電極パッド20の面積を2500μm2
一定にし、p型メサ領域の面積、すなわち発光層16の
領域面積を種々変化させて発光させその外部量子効率を
測定したところ、以下のような結果が得られた。
【0022】
【表1】 なお、表では最も高い外部量子効率を1として規格化し
てある。
【0023】この表より、p型メサの領域面積が1mm
2より小さいと外部量子効率が著しく低下し、逆に領域
面積が1mm2以上の場合には発光効率が格段に向上す
ることが分かる。
【0024】もちろん、比率R=p型メサ領域面積/p
型電極パッド面積とした場合にこの比率が大きいほど外
部量子効率が高くなるが、あまりにp型メサ領域を大き
くするとウエハの単位面積から作成できるLEDの個数
が低下するためLEDのコスト増を招くことになる。ま
た、上記比率を大きくするためにp型電極パッドの面積
を小さくすることも有効であるが、ワイヤボンディング
の確実性を考慮するとあまり小さくすることはできず、
上記した2500μm2程度が一般的である。したがっ
て、p型電極パッドの面積及びLEDのコストを考慮す
ると、p型メサ領域の面積としては1mm2〜10mm2
が好適であり、上記の比率Rでは、400〜4000が
好適である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればG
aN系発光素子の発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態の発光素子の平面図及び断面図であ
る。
【図2】 チップ面積の異なる発光素子の取り出し効率
説明図である。
【図3】 光吸収層を有する発光素子の取り出し効率説
明図である。
【符号の説明】
10 基板、12 n型GaN層、14 n型SLS
層、16 発光層、17p型SLS層、18 p型Ga
N層、20 p型電極パッド、22 n型電極パッド、
24 透明電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イーヴ ラクロワ 徳島県徳島市南常三島町2−1 徳島大学 内 Fターム(参考) 5F041 AA03 CA05 CA34 CA40 CA46 CA65 CA74 CA76 CA83 CA88 CA93 CB05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にGaN層及びGaN系発光層を
    備え、前記GaN系発光層上の少なくとも一部に電極パ
    ッドを有する窒化ガリウム系発光素子であって、 前記GaN系発光層の領域面積が1mm2以上であるこ
    とを特徴とする窒化ガリウム系発光素子。
  2. 【請求項2】 基板上に順次n型GaN層、GaN系発
    光層、p型GaN層が形成され、前記p型GaN層の一
    部にp型電極パッドが形成され、前記GaN系発光層及
    びp型GaN系層がメサ形状にエッチングされて前記n
    型GaN層の一部にn型電極パッドが形成された窒化ガ
    リウム系発光素子であって、 前記メサ形状の領域面積が1mm2以上であることを特
    徴とする窒化ガリウム系発光素子。
  3. 【請求項3】 請求項1、2のいずれかに記載の素子に
    おいて、 前記領域面積を1mm2以上10mm2以下であることを
    特徴とする窒化ガリウム系発光素子。
  4. 【請求項4】 基板上にGaN層及びGaN系発光層を
    備え、前記GaN系発光層上の少なくとも一部に電極パ
    ッドを有する窒化ガリウム系発光素子であって、 前記GaN系発光層の領域面積を前記電極パッドの面積
    に対して400倍以上とすることを特徴とする窒化ガリ
    ウム系発光素子。
JP2001206718A 2001-07-06 2001-07-06 窒化ガリウム系発光素子 Pending JP2003023178A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001206718A JP2003023178A (ja) 2001-07-06 2001-07-06 窒化ガリウム系発光素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001206718A JP2003023178A (ja) 2001-07-06 2001-07-06 窒化ガリウム系発光素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003023178A true JP2003023178A (ja) 2003-01-24

Family

ID=19042807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001206718A Pending JP2003023178A (ja) 2001-07-06 2001-07-06 窒化ガリウム系発光素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003023178A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2006028118A1 (ja) * 2004-09-08 2008-05-08 ローム株式会社 半導体発光素子
JP2009531851A (ja) * 2006-03-28 2009-09-03 ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド ツェナーダイオードを備える発光素子及びその製造方法
JP2016521004A (ja) * 2013-04-24 2016-07-14 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Osram Opto Semiconductors GmbH オプトエレクトロニクス半導体チップ及びオプトエレクトロニクス半導体部品
CN106299059A (zh) * 2015-05-20 2017-01-04 南通同方半导体有限公司 一种可提高内量子效率带电子阻挡层的led外延结构

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2006028118A1 (ja) * 2004-09-08 2008-05-08 ローム株式会社 半導体発光素子
JP2009531851A (ja) * 2006-03-28 2009-09-03 ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド ツェナーダイオードを備える発光素子及びその製造方法
JP2013201455A (ja) * 2006-03-28 2013-10-03 Seoul Opto Devices Co Ltd 発光素子
JP2016521004A (ja) * 2013-04-24 2016-07-14 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Osram Opto Semiconductors GmbH オプトエレクトロニクス半導体チップ及びオプトエレクトロニクス半導体部品
US9793447B2 (en) 2013-04-24 2017-10-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic semiconductor chip and optoelectronic semiconductor component
CN106299059A (zh) * 2015-05-20 2017-01-04 南通同方半导体有限公司 一种可提高内量子效率带电子阻挡层的led外延结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5016808B2 (ja) 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子製造方法
JP4942996B2 (ja) 発光ダイオード
JP4644193B2 (ja) 半導体発光素子
JP6860293B2 (ja) 発光素子および発光素子の製造方法
JP6780083B1 (ja) 半導体発光素子
US20200212252A1 (en) Method of manufacturing deep ultraviolet light emitting device
US20090140279A1 (en) Substrate-free light emitting diode chip
JP2011505699A (ja) 光出力が高められた窒化ガリウム系薄型発光ダイオード
KR101007139B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
JP2008227553A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
US9252331B2 (en) Thin-film LED having a mirror layer and method for the production thereof
JP5244703B2 (ja) 発光ダイオード及び発光ダイオードランプ、並びに照明装置
JP2005116794A (ja) 窒化物半導体発光素子
RU2231171C1 (ru) Светоизлучающий диод
JP2011061036A (ja) Iii族窒化物半導体発光素子
KR101114047B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
US20090166662A1 (en) III-Nitride Semiconductor Light Emitting Device
KR20100103043A (ko) 발광소자 및 그 제조방법
JP2003023178A (ja) 窒化ガリウム系発光素子
US20100289036A1 (en) Iii-nitride semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same
KR20220110670A (ko) 발광 다이오드
JP5801542B2 (ja) 発光ダイオード及び発光ダイオードランプ
KR20050063493A (ko) 웨이퍼 본딩을 이용한 반도체 발광소자 및 그 제조 방법
KR102133904B1 (ko) 발광 다이오드 유전체 거울
JP2007109909A (ja) 発光ダイオード及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040525