JP2003051610A

JP2003051610A - Ｌｅｄ素子

Info

Publication number: JP2003051610A
Application number: JP2001236304A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sano; 雅彦佐野
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力で均一な発光が可能なＬＥＤ素子を提
供する。【解決手段】半導体の成長基板上に、活性層を含む半
導体層が積層されてなる発光部と、発光部の外側に設け
られ、発光部の側面と対向する側の面が基板水平面に対
して傾斜する斜面である反射部とが形成されていること
を特徴とするＬＥＤ素子である。同一の基板上に、活性
層を含む発光層を有する発光部と、この発光部の側面か
ら放出される発光を受けてそれを反射させる斜面を有す
る反射部との、異なる２つの光学機能を有する部位を形
成させることで、小型で高出力のＬＥＤ素子を実現す
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、高出力で輝度及び
色調が均一な発光が可能なＬＥＤ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物化合物半導体を用いた青色
系の発光が可能なＬＥＤ素子を備えた発光素子が注目さ
れている。このＬＥＤ素子は、サファイア基板上にｎ型
窒化物半導体層を成長させ、そのｎ型窒化物半導体層上
に直接又は発光層を介してｐ型窒化物半導体層を成長さ
せることにより構成される。このように窒化物半導体層
を用いたＬＥＤ素子は、絶縁体であるサファイア基板を
用いて構成されているので、導電性の半導体基板を用い
て構成される他の発光素子とは異なり、正電極及び負電
極が同一面側の半導体層上に形成される、すなわち、ｐ
側の正電極はｐ型窒化物半導体層上に形成されｎ側の負
電極は所定の位置で、ｐ型窒化物半導体層（発光層を備
えたものでは発光層も含む）をエッチングにより除去し
てｎ型窒化物半導体層の上面を露出させて形成される。

【０００３】このようなＬＥＤ素子は、図６のように樹
脂などからなるパッケージ１６に載置される。パッケー
ジには、ＬＥＤ素子１３を載置可能な凹部が形成されて
おり、この凹部の内部に外部と導通可能なリード電極１
５が設けられている。このリード電極１５とＬＥＤ素子
１３の電極とをワイヤ１４などで導通させ、更に透光性
樹脂などの封止部材１７で封止することでＬＥＤチップ
とすることができる。ＬＥＤ素子１３の上面及び側面か
ら放出された光は、封止部材を通して外部に放出され
る。このようなＬＥＤチップは、ランプタイプのＬＥＤ
に比べて小型であるため、液晶のバックライトなど薄型
・小型化が進む各種機器の光源として利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パッケ
ージ内にＬＥＤ素子を載置する際に、所定の位置からず
れる場合がある。位置がずれることによりパッケージ内
壁とＬＥＤ素子側面との距離が一定でなくなるので、輝
度ムラや色ムラが生じるという問題がある。そこで本発
明は、輝度及び色調が不均一になりにくく、しかも小型
化が可能なＬＥＤ素子を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明のＬＥＤ素子は、基板上に、活性層を含む半
導体層が積層されてなる発光部と、発光部の外側に設け
られ、発光部の側面と対向する側の面が基板水平面に対
して傾斜する斜面である反射部とが形成されていること
を特徴とする。これにより、同一の基板の上に発光部と
反射部とを有するＬＥＤ素子とすることができるので、
パッケージに載置する際の位置ズレによる輝度ムラや色
ムラを防ぐことができる。

【０００６】また、本発明のＬＥＤ素子の反射部は、前
記発光部と電気的に絶縁されている。これにより、発光
部からの光が反射部内に拡散されるのを防ぐことがで
き、効率よく発光させることができる。

【０００７】また、本発明のＬＥＤ素子の反射部は、外
部と導通可能な導電性物質を備えている。これにより、
パッケージの機能を有するＬＥＤ素子とすることができ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
に係る実施の形態のＬＥＤ素子について詳述するが、本
発明のＬＥＤ素子は実施の形態に示された素子構造や電
極構成に限定されるものではない。

【０００９】本発明に係る実施の形態のＬＥＤ素子を図
１（ａ）に示す。図１（ｂ）は図１（ａ）のＹＹ’断面
図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＸＸ’断面図であ
る。本実施の形態１のＬＥＤ素子は、図１（ａ）、図１
（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、例えばサファイア等
からなる基板８上に、その一部にｎ電極６、７が形成さ
れたｎ型半導体層１が形成されている。更にｎ電極が形
成されている部分とその周辺を除くｎ型半導体層上に、
ｎ電極と電気的に分離された活性層３が形成され、更に
その上にｐ型半導体層２が形成されている。ｐ型半導体
層の最上面にはｐ電極４、５が形成されている。活性層
は、通電により発光可能な発光層であり、このような発
光層を備えた半導体層からなる発光部９が基板上に形成
されている。

【００１０】ここで、本実施の形態のＬＥＤ素子は、基
板上に、活性層を含む半導体層が積層されてなる発光部
９と、発光部の外側に、発光部の側面と対向する面が基
板水平面に対して傾斜する斜面である反射部１０と、が
形成されていることを特徴とする。すなわち、ひとつの
基板（半導体の成長基板）上に、活性層を有して発光可
能な発光部と、発光層からの光を斜面によって上方向に
反射させる反射部（非発光部）とが形成されている。

【００１１】本実施の形態の発光部９は、基板の端部よ
り内側に活性層の端面が形成されており、その発光部の
外側に、発光部を取り囲むようにして反射部が形成され
ている。この反射部の側面のうち、発光部の側面、特に
活性層（発光層）の側面と対向する側の面は、基板水平
面に対して傾斜するように形成されている。これによ
り、発光層の端面から放出された光を、主として上方向
に向かって反射させることができる。斜面は、少なくと
も活性層を含む発光層と対向する位置で傾斜していれば
よいので、単一な平面でなくてもよい。例えば、ｎ型半
導体層と対向する位置では、基板水平面に対して垂直で
あってもかまわない。発光層と対向する位置では、上方
向に光を反射させやすいように傾斜させる。好ましい角
度としては、基板水平面に対して３０〜６０°、より好
ましくは４０〜５０°である。

【００１２】通常、発光層から生じた光は、ＬＥＤ素子
の上面及び側面、更には底面から放出される。これらの
光のうち、側面から放出される光は、前述したように、
ＬＥＤ素子が載置されるパッケージの側面などによって
上方向に反射される。このとき、パッケージへの載置位
置がずれることにより、パッケージ側面との距離にバラ
ツキが生じ、輝度や色調にムラが生じる。しかし、本実
施の形態のように、反射部が発光部と同じ基板上に形成
されていることで、パッケージに載置する際の位置ズレ
があっても。輝度や色調にはあまり影響しない。また、
反射部が設けられているのでＬＥＤ素子の側面方向には
光は放出されない。光は、反射部の斜面によって上方向
に反射される。

【００１３】また、本実施の形態のようなＬＥＤ素子を
用いると、ＬＥＤ素子自体が反射機能を有しているた
め、パッケージの側壁が必要なくなる。図１（ｂ）及び
図１（ｃ）のようなＬＥＤ素子と、パッケージにＬＥＤ
素子が載置されたＬＥＤチップである図６とを比べる
と、反射部がパッケージの側壁の機能を実質的に有して
いるのが分かる。

【００１４】本実施の形態１のＬＥＤ素子は、絶縁性の
基板を用いているため、ｐ電極及びｎ電極は同一面側に
設けられている。従って、ｎ電極を設けるために活性層
が除去されているため、図１（ｃ）のように、活性層
（発光層）と反射部との距離が一部異なるようになって
いる部分がある。これは、設計段階で分かることなの
で、あらかじめ反射率が不均一にならないように膜を設
けるなどして調整することができる。それ以外の部分
は、図１（ｂ）のように、活性層と反射部との距離はエ
ッチングにより精度よく制御できるので、均一な反射が
可能である。

【００１５】溝は、幅を一定にするのが好ましい。幅を
一定にすることで作業性が向上し、製造時においても、
バラツキにくい。しかし、輝度や色調に応じて幅を変更
しても何ら問題はない。また、基板の形状と発光部の形
状が相似でなくてもよく、目的や用途に応じて適宜最適
なものを選択することができる。

【００１６】また、図５（ａ）、図５（ｂ）のように、
導電性の基板を用いて電極が上面と下面とに設けられる
場合は、活性層の側面と反射部との距離は一定であり、
より均一な反射が得られる。導電性の基板を用いる場合
は、発光部と反射部とは電気的に導通されているので、
電極などを設けるときは、正負の電極がショートしない
ように、絶縁膜を介して設ける必要がある。絶縁膜の位
置は、適宜選択出来る。

【００１７】本実施の形態において、発光部の側面と反
射部とが対向するよう設けられることにより溝１２が形
成されることになる。この溝の底面は、図１（ｂ）、図
１（ｃ）のように基板でもよいし、あるいは、図２のよ
うに活性層を含む発光層と基板との間の層とすることが
できる。図１（ｂ）のように溝の底部を基板とした場
合、発光層と基板との間距離を大きくすることができ、
発光層からの光を効率よく発光部側面から放出させて、
反射部の斜面で反射させることができる。

【００１８】また、図２のように、溝の底部は活性層と
基板との間の層とすることができる。本実施の形態にお
いては、活性層と基板との間のｎ型半導体層が溝の底部
となっている。このような場合、反射部には電極は設け
られていないので、多少電流が流れることはあっても、
特に問題はない。また、そのような場合、反射部の外側
を光を透過させない部材で覆うことにより、側面から光
が漏れないようにすることができる。また、ｎ型半導体
層が溝の底部になるような場合、基板が底面になる場合
と比べて、反射部と発光部との間の空間を少なくするこ
とができる。この空間を封止材料などで充填させる場
合、封止材料が有機物のときは発光層からの光によって
劣化することがある。発光部と反射部との間の空間が少
ないと、これらの封止部材の量を少なくすることができ
る。

【００１９】基板としては、半導体層が成長可能なもの
であれば様々な材料を用いることができるので、基板の
性質によって溝の深さを決めてもよい。異種基板を用い
る場合、半導体層を基板との屈折率差を利用して発光層
から生じる光を基板より上の発光部内のみに閉じ込めて
おくことができ、効率よく発光が可能である。

【００２０】また、異種基板のなかでも、絶縁性の基板
を用いるのが好ましい。絶縁性の基板の場合、その基板
が底面となるよう溝を設けることで、発光部と反射部と
を絶縁にすることができる。こうすることで、反射部が
導体、あるいは半導体であっても、基板によって絶縁さ
れていることになるので、電流は発光部内にのみ流れる
ことになり、効率よく発光させることができ、反射部の
斜面を有効に利用して光を反射させることができる。

【００２１】また、図３のように発光層と対向する面に
反射膜１１を形成させることで、反射率を補うことがで
きる。特に積層された半導体をエッチングするなどして
溝を形成して発光部と反射部とを形成させる場合、反射
部の側面（斜面）は、積層面の端面となるので反射率が
一定ではない。このような場合、斜面に反射膜を形成さ
せることで均一な反射率とすることができる。また、反
射膜として金属など反射率の高いものを形成させること
で、より高い反射率を有する反射部とすることができ
る。反射膜として用いることができる具体的な材料とし
ては、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈなどが挙げられる。これらの材
料が最表面に形成されるように、多層膜とすることもで
き、その場合は、反射率が低い材料でも用いることがで
きる。

【００２２】また、図４のように反射部に設ける反射膜
を、外部にまで連続して設け、更に材料として導電性材
料を用いることでリード電極のような機能を付与させる
ことができる。これにより、実質的にパッケージを用い
た図６のようなＬＥＤチップと同様の機能がパッケージ
なしでも可能となり、発光素子として非常に小型化され
たものとすることができる。反射部が絶縁性のものであ
ればそのまま直接導電性材料を用いて反射膜を設けるこ
とができるが、反射部が導電性であっても、絶縁膜を介
して導電性の反射膜を形成させることができる。

【００２３】このように半導体層の成長基板の上に発光
部と反射部とを設けることで、ＬＥＤ素子自体にパッケ
ージとしての機能を付与させることができる。つまり、
パッケージを用いないＬＥＤチップとすることができ
る。この場合、基板の大きさが、すなわちＬＥＤチップ
の大きさとすることができる。反射部を設けるため、一
枚のウエハから得られるＬＥＤ素子の数は減少する。し
かし、パッケージが小型化されることで、ＬＥＤチップ
の実装に必要な面積を小さくすることができる。

【００２４】また、発光部と反射部の間に形成される溝
１２やＬＥＤ素子上面に、図６のような透光性の封止部
材を設けてもよい。その場合、ワイヤを保護するように
設けることで、外力によってワイヤが損傷するのを防ぐ
ことができる。

【００２５】本実施の形態において、反射部は、発光部
と実質的に同じ物質から構成することができる。例え
ば、基板上にｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層の順
で積層された半導体層を、エッチングして図１（ａ）の
ように発光部の周囲に溝が形成されようにし、溝に囲ま
れた内側の半導体層に電極を設けて発光部とし、溝の外
側の半導体層を反射部とすることができる。エッチング
の条件を設定することで溝の外側の側壁は容易に斜面と
することができる。このように、積層された半導体層を
エッチングして発光部と反射部の両方を同時に形成させ
ることが出来る。

【００２６】また、基板の端部より内側に発光部の側面
が形成されるようにエッチングした後、発光層からの光
を反射可能な材料を用いて上記の半導体層からなる反射
部と同様の形状になるよう反射部を形成させることもで
きる。この場合、反射部は発光部と同じ半導体層から形
成されていてもよいし、また、異なる層構成の半導体層
を発光部の周囲に積層させてもよい。また、導電性材料
や絶縁性材料など半導体層以外の材料を用いることもで
きる。また、これらの反射部にも、図３のような反射膜
を形成させてもよい。

【００２７】また、発光部の発光層の側面にはＡＲ膜を
形成させてもよい。ＡＲ膜は半導体層（主として活性
層）の屈折率の平方根に近い値の屈折率を有するもので
ある。このような膜を設けることで、発光部の端面から
外部に光を放出させやすくなる。特に、発光波長のλ／
４ｎの厚さの膜厚のものが好ましい。半導体層（主とし
て活性層）が窒化ガリウムからなる場合、窒化ガリウム
の屈折率（２．５）の平方根である１．５８近傍の屈折
率を有するものが好ましく、具体的な材料としてはＳｉ
Ｏ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等がある。

【００２８】上述のように、本実施の形態のＬＥＤ素子
は、半導体層の成長基板の上に、発光層を有する発光部
と、発光層からの光を反射させる反射部とが設けられて
いることで、発光層端面から放出される光を上方向に向
けて効率よく反射させることができる。

【００２９】本発明のＬＥＤ素子として用いられる半導
体としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮなどの窒
化物半導体や、これらの混晶であるIII−Ｖ族窒化物半
導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦ｘ、０≦
ｙ、ｘ＋ｙ≦１）が好ましい。以下、本発明のＬＥＤ素
子について、具体的に窒化物半導体を用いて説明する。

【００３０】（基板）本発明のＬＥＤ素子に用いられる
基板としては、窒化物半導体と異なる異種基板や、Ｇａ
Ｎ基板などの窒化物半導体からなる基板を用いてもよ
い。ここで、異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、
及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネ
ル、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＣ及び窒化
物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を
成長させることが可能な基板材料を用いることができ
る。好ましい異種基板としてはサファイア、スピネルが
挙げられる。また、異種基板は、オフアングルしていて
も良く、この場合ステップ状にオフアングルしたものを
用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よ
く行えるので好ましい。更に、異種基板を用いる場合に
は、異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物
半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法によ
り除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を
形成してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を
除去する方法で形成してもよい。異種基板を用いる場合
には、バッファ層、下地層を介して素子を形成すると窒
化物半導体の成長が良好なものとなる。

【００３１】（バッファ層）バッファ層は基板の上に積
層される層であって、基板と窒化物半導体層との間に積
層されることで窒化物半導体層の結晶性を改善するもの
である。好ましい材料としては、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ
（０．０５≦ａ≦０．８）で表される窒化物半導体、よ
り好ましくは、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ（０．１≦ａ≦０．
５）で表される窒化物半導体を用いる。これらバッファ
層が形成されることで、特に異種基板を用いる場合、窒
化物半導体層との格子不整合を緩和させることができ、
５ｎｍ〜０．５μｍの膜厚で成長される。窒化物半導体
層と格子定数の近いもの、或いは一致する基板を用いる
場合には、バッファ層は必ずしも必要ではない。

【００３２】（ｎ型コンタクト層）ｎ型不純物を含むｎ
型コンタクト層４は、ｎ型不純物を１×１０^１７／ｃｍ
^３以上、好ましくは３×１０^１８／ｃｍ^３以上、より好
ましくは５×１０^１８／ｃｍ^３以上の濃度で含有する。
このようにｎ型不純物を多くドープすることで、ＬＥＤ
素子のＶｆ（順方向電圧）を低下させることができる。
不純物濃度が上記範囲を逸脱するとＶｆが低下しにくく
なる傾向がある。ｎ型コンタクト層のｎ型不純物濃度の
上限は本発明において特に限定されるものではないが、
コンタクト層としての機能を保持しうる限界としては５
×１０^２１／ｃｍ^３以下とすることが望ましい。なお不
純物濃度の測定は、種々の測定方法により測定可能であ
るが、例えば二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ；Secondar
y Ion Mass Spectrometry）が挙げられる。

【００３３】ｎ型コンタクト層は、一般式Ｉｎ_ｅＡｌ_ｆ
Ｇａ_{１−ｅ−ｆ}Ｎ（０≦ｅ、０≦ｆ、ｅ＋ｆ≦１）で表
される材料で構成できるが、結晶欠陥の少ない窒化物半
導体層を得るために、ＧａＮ又はｆ値０．２以下のＡｌ
_ｆＧａ_１−ｆＮとすることが好ましい。また、ｎ型コン
タクト層の膜厚は、ｎ電極を形成する層であるので、抵
抗値を低くし発光素子のＶｆを低くするために、好まし
くは０．１〜２０μｍ、より好ましくは１〜１０μｍと
する。

【００３４】ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、
Ｓ等のＩＶ族、ＶＩ族元素を選択することが好ましく、
さらに好ましくはＳｉ、Ｓｎを用いる。ｎ型不純物をド
ープする場合、不純物濃度は５×１０^２１／cm^３以下、
好ましくは１×１０^２０／cm ^３以下に調整する。５×１
０^２１／cm^３よりも多いと窒化物半導体層の結晶性が悪
くなって、逆に出力が低下する傾向がある。これは変調
ドープの場合も同様である。

【００３５】（活性層）活性層は、単一量子井戸構造、
若しくは多重量子井戸構造を用いることができる。活性
層を単一量子井戸構造とした場合は、多重量子井戸構造
とした場合と比較して発光出力はやや低くなるものの、
静電耐圧は同等の良好な特性が得られるが、多重量子井
戸構造とするのが好ましい。詳細には、Ｉｎ及びＧａを
含有する窒化物半導体、好ましくは、Ｉｎ_ａＧａ_１−ａ
Ｎ（０≦ａ＜１）で形成される。また、活性層は、ｎ
型、ｐ型いずれでもよいが、アンドープ（不純物無添
加）とすることが好ましく、これにより強いバンド間発
光が得られ発光波長の半値幅を狭くすることができる。
活性層には、ｎ型不純物又はｐ型不純物の一方だけをド
ープしてもよく、ｎ型不純物及びｐ型不純物の双方をド
ープするようにしてもよい。この場合、活性層にｎ型不
純物をドープするとアンドープのものに比べてバンド間
発光強度をさらに強くすることができる。活性層にｐ型
不純物をドープするとバンド間発光のピーク波長よりも
約０．５ｅＶ低いエネルギー側にピーク波長をシフトさ
せることができるが、半値幅は広くなる。活性層にｐ型
不純物とｎ型不純物との双方をドープすると、前述した
ｐ型不純物のみドープした活性層の発光強度をさらに大
きくすることができる。特にｐ型ドーパントをドープし
た活性層を形成する場合、活性層の導電型はＳｉ等のｎ
型ドーパントをもドープして全体をｎ型とすることが好
ましい。結晶性のよい活性層を成長させるには、アンド
ープが最も好ましい。

【００３６】以下に、多重量子井戸構造を有する活性層
に含まれる障壁層および井戸層について説明する。障壁
層は例えばアンドープＧａＮからなり、井戸層は例えば
アンドープＩｎ_０．３５Ｇａ_０．６５Ｎからなる。活性
層の障壁層と井戸層との積層順は、井戸層から積層して
井戸層で終わる、井戸層から積層して障壁層で終わる、
障壁層から積層して障壁層で終わる、また障壁層から積
層して井戸層で終わっても良い。井戸層の膜厚としては
１００オングストローム以下、好ましくは７０オングス
トローム以下、さらに好ましくは５０オングストローム
以下に調整する。井戸層の膜厚の下限は、特に限定され
ないが、１原子層以上、好ましくは１０オングストロー
ム以上とする。井戸層が１００オングストロームよりも
厚いと、出力が向上しにくい傾向にある。なお、複数の
井戸層のうち第１層めの井戸層、すなわち、最もｎ側層
に近い井戸層をＳｉドープ層から形成し、他の井戸層を
アンドープ層から形成すると、Ｖｆを低下させることが
できる。Ｓｉドープ濃度は、５×１０^２１／cm^３以下、
好ましくは１×１０^２０／cm^３以下に調整すればよい。

【００３７】一方、障壁層の厚さは２０００オングスト
ローム以下、好ましくは５００オングストローム以下、
より好ましくは３００オングストローム以下に調整す
る。障壁層の膜厚の下限は特に限定されないが、１原子
層以上、好ましくは１０オングストローム以上とする。
障壁層の膜厚を上記範囲とすると出力を向上させること
ができる。また、活性層全体の膜厚はとくに限定される
ものではなく、発光波長等を考慮して、障壁層及び井戸
層の各積層数や積層順を調整し活性層の総膜厚を設定す
ることができる。

【００３８】（ｐ型クラッド層）活性層の上にはｐ型不
純物ドープのｐ型クラッド層が形成される。ｐ型クラッ
ド層は多層膜構造（超格子構造）または単一膜構造であ
る。ｐ型クラッド層を超格子構造とすると、結晶性を良
くでき、抵抗率を低くできるので、Ｖｆを低くすること
ができる。ｐ型クラッド層にドープされるｐ型不純物と
しては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の周期律表第ＩＩＡ
族、ＩＩＢ族元素を選択し、好ましくはＭｇ、Ｃａ等を
ｐ型不純物とする。また、ｐ型不純物ドープのｐ型クラ
ッド層が、ｐ型不純物を含むＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＮ（０≦
ｔ≦１）よりなる単一層からなる場合は、やや発光出力
が低下するが、静電耐圧はＡｌを含む場合とほぼ同等の
良好なものにできる。

【００３９】（ｐ型コンタクト層）ｐ型クラッド層の上
にはｐ型不純物ドープのｐ型コンタクト層が積層され
る。コンタクト層は、一般式Ｉｎ_ｒＡｌ_ｓＧａ
_{１−ｒ−ｓ}Ｎ（０≦ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｒ＋ｓ＜１）
で表される窒化物半導体を用いて形成することができる
が、結晶性の良好な層を形成するために、好ましくは３
元混晶の窒化物半導体、より好ましくはＩｎ、Ａｌを含
まない二元混晶のＧａＮからなる窒化物半導体とする。
更にｐ型コンタクト層１０をＩｎ、Ａｌを含まない２元
混晶とすると、ｐ電極とのオーミック接触をより良好に
でき、発光効率を向上させることができる。

【００４０】ｐ型コンタクト層のｐ型不純物としては、
ｐ型クラッド層と同様の種々のｐ型不純物を用いること
ができるが、好ましくはＭｇとする。ｐ型コンタクト層
にドープするｐ型不純物がＭｇとすると、ｐ型特性が容
易に得られ、またオーミック接触を容易に形成すること
ができる。

【００４１】（電極）ｎ電極はｎ型コンタクト層上に、
ｐ電極はｐ型コンタクト層上に、それぞれ形成されてい
る。ｎ電極及びｐ電極の材料は、本発明の構成上、特に
限定されるものではないが、例えばｎ電極としてはＷ／
Ａｌ、ｐ電極としてはＮｉ／Ａｕなどを用いることがで
きる。以上のように、本実施の形態によると、高い歩留
まりで良好な結晶性を有する半導体素子を製造すること
ができる。

【００４２】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れに限定されない。

【００４３】［実施例１］サファイア（Ｃ面）よりなる
基板をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流し
ながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板の
クリーニングを行う。

【００４４】（バッファ層）続いて、温度を５１０℃ま
で下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアと
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルア
ルミニウム）とを用い、基板上にＡｌ_０．２５Ｇａ
_０．７５Ｎよりなるバッファ層を約１００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。

【００４５】（ｎ型コンタクト層）続いて１０５０℃
で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物
ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０^１８／cm
^３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２
５μｍの膜厚で成長させる。

【００４６】（活性層）次に、アンドープＧａＮよりな
る障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、
続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニアを用いアンドープＩｎ_０．４Ｇａ_０．６Ｎよりなる
井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そ
して障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁
層を５層、井戸層を４層、交互に積層して、総膜厚１１
２０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性
層を成長させる。

【００４７】（ｐ型クラッド層）次に、温度１０５０℃
でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇ（シクロペ
ンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０
^２０／cm^３ドープしたｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎより
なる窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成
長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ、アンモニア、Ｃｐ _２Ｍｇを用いＭｇを１×１０^２０
／cm^３ドープしたＩｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎよりなる
窒化物半導体層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。これらの操作を繰り返して上記の層を交互に５層
ずつ積層し、最後の窒化物半導体層を４０オングストロ
ームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｐ
型多層膜クラッド層を３６５オングストロームの膜厚で
成長させる。

【００４８】（ｐ型コンタクト層）続いて１０５０℃
で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用い、Ｍｇを１
×１０^２０／cm^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層を１２００オングストロームの膜厚で成長さ
せる。

【００４９】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェハを反応容器内において、７００℃
でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。

【００５０】アニーリング後、ウェハを反応容器から取
り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状
のＳｉＯ_２マスクを厚さ１μｍで形成し、ＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）装置でｐ型コンタクト層側からエ
ッチングを行い、溝を形成する。溝は基板が露出するよ
うにする。

【００５１】次いで、上記で形成したＳｉＯ_２マスクの
上に更に一部を残してレジスト膜を形成し、ＲＩＥによ
ってｎ型コンタクト層一部の表面を露出させる。

【００５２】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉと
Ａｕを含む透光性のｐ電極と、そのｐ電極の上にボンデ
ィング用のＡｕよりなるｐパッド電極を０．５μｍの膜
厚で形成する。一方、エッチングにより露出させたｎ型
コンタクト層の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極を形成し
てＬＥＤ素子とした。このＬＥＤ素子は順方向電流２０
ｍＡにおいて、５２０ｎｍの純緑色発光を示し、Ｖｆは
３．５Ｖである。

【００５３】

【発明の効果】本発明のＬＥＤ素子は、半導体層の成長
基板の上に発光層を有する発光部と、この発光部からの
光を反射する反射部とが設けられていることで、パッケ
ージに載置したときの位置ズレによる輝度ムラや色調ム
を低減することができる。また、ＬＥＤ素子内に反射機
能を付与させることで、小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明のＬＥＤ素子を説明する模式正
面図（ｂ）図１（ａ）のＹＹ’断面図（ｃ）図１（ｂ）のＸＸ’断面図

【図２】本発明のＬＥＤ素子を説明する模式的断面図

【図３】本発明のＬＥＤ素子を説明する模式的断面図

【図４】本発明のＬＥＤ素子を説明する模式的断面図

【図５】（ａ）本発明のＬＥＤ素子を説明する模式正
面図（ｂ）図５（ａ）のＺＺ’断面図

【図６】パッケージ内にＬＥＤ素子を載置したＬＥＤ
チップの模式的断面図

【符号の簡単な説明】

１・・・ｎ型半導体層２・・・ｐ型半導体層３・・・活性層４・・・ｐ側パッド電極５・・・ｐ側オーミック電極６・・・ｎ側パッド電極７・・・ｎ側オーミック電極８・・・基板９・・・発光部１０・・・反射部１１・・・反射膜１２・・・溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、活性層を含む半導体層が積層
されてなる発光部と、該発光部の外側に設けられ、発光
部の側面と対向する側の面が基板水平面に対して傾斜す
る斜面である反射部とが形成されていることを特徴とす
るＬＥＤ素子。
【請求項２】前記反射部は、前記発光部と電気的に絶
縁されている請求項１記載のＬＥＤ素子。
【請求項３】前記反射部は、外部と導通可能な導電性
物質を備えている請求項２記載のＬＥＤ素子。