JP2005072433A

JP2005072433A - 発光素子

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Publication number: JP2005072433A
Application number: JP2003302596A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Shinagawa; 修一品川; Hidenori Kamei; 英徳亀井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】輝度を高くした発光素子を提供する。
【解決手段】光を透過可能な基板、ｎ層、発光層、ｐ層を順に積層し、さらに前記ｐ層に、光透過層と反射層とを順に積層したｐ側電極を設けた発光素子であって、前記光透過層の平均膜厚は５ｎｍ未満であることを特徴とする発光素子を形成し、ｐ層とｐ側電極とを、平均膜厚が５ｎｍ未満の光透過層によってオーミック接触して接触抵抗を小さくするとともに、通過する光の吸収量を小さくする。
【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１３は従来の発光素子を示す側面図である。発光素子は、基板上に複数の層を積層して形成され、使用時に、上下を逆にして、実装基板９３上に搭載される。以下の発光素子の説明は、図１３に示す状態とは上下方向が逆の状態で説明する。

８１は基板で、基板８１は透明或いは半透明となるように構成されている。８２は基板上に設けられたｎ層、８３はｎ層８２の上に設けられた発光層、８４は発光層８３の上に設けられたｐ層、８５はｐ層８４の上に設けられたｐ側電極で、ｐ側電極８５は、Ｐｔ層８６、Ａｇ層８７、Ｎｉ層８８、Ａｕ層８９をｐ層８４側から順に積層して構成されている。９０はｎ層８２に電気的に接続されたｎ側電極で、ｎ側電極９０はｎ層側からＴｉ層９１とＡｕ層９２を順に積層して構成される。Ｐｔ層８６の厚みは７５Åに形成されている。

図１３に示すように、この様に構成された発光素子は、上下を逆に配置して、回路基板や載置部材などの実装基板９３上に設けられた電極パターン９４、９５にそれぞれｐ側電極８５及びｎ側電極９０を半田等の接合材で面実装している。そして、発光層８３で放出された光の内、基板８１側に放出された光はそのまま外方へ放出され、ｐ側電極８５側に放出された光は、ｐ側電極８５にＰｔ層８６を介して設けられたＡｇ層８７等によって基板８１側に反射され、再度Ｐｔ層８６内を通過して基板８１側から放出される（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２２０１６８号公報（第２−５頁、第１図）

しかしながら、Ｐｔ層８６を設けると、ｐ層８４とｐ側電極８５とがオーミック接触されて接触抵抗が低くなるが、通過する光の一部をＰｔ層８６が吸収してしまい、輝度が低くなるという問題がある。また、Ｐｔ層８６の厚みをさらに厚くすると、Ｐｔ層８６により吸収される光量が飽和して、Ｐｔ層８６による反射光が多くなるので、輝度は低いレベルで安定してしまうことになる。

そこで本発明は、輝度を高くした発光素子を提供することを目的とする。

本発明の発光素子においては、光を透過可能な基板、ｎ層、発光層、ｐ層を順に積層し、さらに前記ｐ層に、光透過層と反射層とを順に積層したｐ側電極を設けた発光素子であって、前記光透過層の平均膜厚は５ｎｍ未満であることを特徴とする発光素子としたものである。

この発明によれば、輝度を高くした発光素子が得られる。

以上のように本発明によれば、ｐ側電極の光透過層の平均膜厚を５ｎｍ未満にしたので、光透過層に入射してきた光が光透過層自体に吸収されることを抑えることができ、しかも反射層で十分に反射させることができるので、電極の改良のみで輝度を向上させることができる。

本願の請求項１に記載の発明は、光を透過可能な基板、ｎ層、発光層、ｐ層を順に積層し、さらに前記ｐ層に、光透過層と反射層とを順に積層したｐ側電極を設けた発光素子であって、前記光透過層の平均膜厚は５ｎｍ未満であることを特徴とする発光素子としたものであり、ｐ層とｐ側電極とを、平均膜厚が５ｎｍ未満の光透過層によってオーミック接触して接触抵抗を小さくするとともに、通過する光の吸収量を小さくするという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、前記光透過層は、前記発光素子を光取り出し方向から見たときに、高輝度部または低輝度部が分散配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子としたものであり、島状に形成された光透過層の隙間部分を通過する光によって高輝度部を形成するとともに光透過層の透過部を通過する光によって低輝度部を形成し、高輝度部によって平均輝度を増加させ、低輝度部によってオーミック接触させて接触抵抗を小さくするという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、前記基板およびｎ層は一体的に形成されたｎ型導電性基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子としたものであり、バルク抵抗およびｎ側電極との接触抵抗を低くし、ｎ側電極の位置や形成手段の自由度が大きくなるという作用を有する。また、ｎ型導電性基板に、発光層およびｐ層と同じ材質のものを用いると、層の結晶性が高くなる。

請求項４に記載の発明は、前記ｎ層、前記発光層および前記ｐ層は、少なくともＧａとＮを含む半導体層であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光素子としたものであり、緑色、青色、紫色等の短波長の光を放出するという作用を有する。

請求項５に記載の発明は、前記光透過層は、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ若しくはこれらを含む合金、またはこれらを含む酸化物であることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の発光素子としたものであり、このような材料を用いることにより、ｐ側電極とｐ層との接触抵抗が低くなるという作用を有する。

請求項６に記載の発明は、前記反射層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｕ若しくはこれらを含む合金、またはこれらを含む酸化物であることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の発光素子としたものであり、このような材料を用いることにより、反射層の反射率を高くするという作用を有する。

請求項７に記載の発明は、前記反射層は、前記光透過層より反射率が高いことを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載の発光素子としたものであり、ｐ側電極を反射率の高いものに変え、また、反射層の厚みを厚くして反射率を高めることにより、光透過層を通過して反射層に照射された光の大部分を反射させるという作用を有する。

請求項８に記載の発明は、前記ｎ層には、前記ｐ側電極と同じ方向に向けて形成されたｎ側電極が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載の発光素子としたものであり、同一の面方向でｐ側電極とｎ側電極との電気的接合を行うことができ、他方の面を回路基板に固着させて面実装可能な発光素子を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の発光素子を示す側面図である。発光素子は、基板上に複数の層を積層して形成され、使用時に、上下を逆にして、実装部材８上に搭載される。以下の発光素子の説明は、図１に示す状態とは上下方向が逆の状態で説明する。

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。

２はバッファ層である。なお、バッファ層２は省略することも可能である。

３はｎ層で、少なくともＧａとＮを含んだ半導体層で構成されている。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。ｐ層５は、発光層４側から順にｐ型クラッド層５１およびｐ型コンタクト層５２を積層して設けられている。

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。

Ｐｔ層６１の平均膜厚は、０．５ｎｍ以上で５ｎｍ未満に形成されている。Ｐｔ層６１を０．５ｎｍ以上の平均膜厚に形成することにより、Ｐｔ層６１はｐ層５と良好な電気的接続を得ることができる。また、Ｐｔ層６１を５ｎｍ未満の平均膜厚に形成しているので、Ｐｔ層６１自体での光の吸収が少なくなり、輝度が向上する。

Ｐｔ層６１は、ｐ型コンタクト層５２に対して三次元成長をすることが多い。三次元成長とは、膜が形成される初期の段階において、基板表面に原子が島状に分散し、さらに各島が三次元状に積層することをいい、二次元的な核の周囲に新たな原子が付着して薄膜が積層して形成される層状成長と区別される。本明細書中において各層というときは、三次元成長の途中で各島の間に隙間があいている状態のときも含まれるものとし、平均膜厚は、ある断面に切断したときの各島と隙間の高さを平均したものとする。

また、Ａｇ層６２の平均膜厚は５ｎｍ〜２０００ｎｍに形成されている。すなわち、Ａｇ層６２の平均膜厚が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。Ａｇ層６２の平均膜厚を５ｎｍ〜２０００ｎｍに形成することにより、Ｐｔ層６１より反射率が高くなるとともに蒸発原料が少なくなるので、製造時間を短縮することができる。

この様に、Ｐｔ層６１の平均膜厚を０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満とすることで、発光層から放射された光がＰｔ層６１に入射したときにＰｔ層６１自体における光吸収を抑えて輝度を向上させることができ、また、Ａｇ層６２の平均膜厚を５ｎｍ〜２０００ｎｍにすることで、製造を簡単にするとともに十分な反射特性を得ることができる。

特に、Ｐｔ層６１が薄いので、Ｐｔ層６１が島状に形成され、発光素子を光取り出し方向から見たときに、光透過層には、高輝度部と低輝度部とが分散配置された状態になっている。

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、オーミック接触の度合いなどを考慮することで、Ｐｔ層６１の平均膜厚を規定したので、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の平均膜厚を５ｎｍ未満としていることでＰｔ層６１自体での光吸収を抑えることができ、しかも平均膜厚を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に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。

次に第１の実施の形態の発光素子の製造方法について説明する。ここでは、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。

まず、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。このようにして、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く。

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という。）を供給して、ＧａＮからなるバッファ層２を膜厚２５ｎｍに成長させる。

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を膜厚４μｍまで成長させる。

ｎ層３の成長後、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という。）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を膜厚２ｎｍに成長させる。

発光層４の成長後、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）を膜厚４ｎｍまで成長させる。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という。）、シクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ₂Ｍｇという。）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を膜厚０．２μｍまで成長させる。

ｐ型クラッド層５１の成長後、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を膜厚０．１μｍに成長させる。

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す。

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体に対して、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マスクを形成する。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し、ｎ層３の表面を露出させる。

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した後、積層構造体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％以上を露出させる。そして、積層構造体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、平均膜厚１ｎｍのＰｔ層６１を蒸着する。続いて、平均膜厚１００ｎｍのＡｇ層６２を蒸着し、更に平均膜厚１００ｎｍのＭｏ層６３と平均膜厚１μｍのＡｕ層６４を順次蒸着する。次に、積層構造体をチャンバーから取り出し、フォトレジスト上のＰｔ層６１、Ａｇ層６２、Ｍｏ層６３および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、Ａｇ層６２、Ｍｏ層６３およびＡｕ層６４が順次積層されたｐ側電極６を形成する。

再び積層構造体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る。そして、積層構造体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、露出したｎ層３の表面上およびフォトレジスト上に、平均膜厚１００ｎｍのＴｉ層７１を蒸着し、更に平均膜厚１．５μｍのＡｕ層７２を蒸着する。次に、積層構造体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を形成する。

この後、基板１の裏面を研磨して膜厚１００μｍ程度に調整し、スクライブによりチップ状に分離した。このようにして、発光素子を製造することができる。

（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態の発光素子を示す側面図である。図２に示すように、第２の実施の形態の発光素子は、第１の実施の形態のｐ側電極６に代えて、ｐ側電極６ａを用いたもので、他の部分構造は同一であるので、同一部材には同一番号を付して説明は省略する。

ｐ側電極６ａは、Ｐｔ層６５、Ｒｈ層６６およびＡｕ層６７を、ｐ層５側から順に積層して構成されている。Ｐｔ層６５の平均膜厚は、１ｎｍ以上５ｎｍ未満に形成されている。また、Ｒｈ層６６の平均膜厚は、５ｎｍ〜２０００ｎｍに形成されている。

Ｐｔ層６５の平均膜厚を１ｎｍ以上５ｎｍ未満とすることで、発光層４から放射された光がＰｔ層６５に入射したときにＰｔ層６５自体における光吸収を抑えて輝度を向上させることができ、また、Ｒｈ層６６の平均膜厚を５ｎｍ〜２０００ｎｍにすることで、製造を簡単にするとともに十分な反射特性を得ることができる。

第２の実施の形態の発光素子を製造するときは、第１の実施の形態の発光素子を製造する手順において、ｐ型コンタクト層５２の表面の８０％以上を露出させた後に、ｐ側電極６を製造する手順の代わりに以下の手順を用いてｐ側電極６ａを製造する。

まず、積層構造体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、平均膜厚３ｎｍのＰｔ層６５を蒸着する。続いて、平均膜厚１００ｎｍのＲｈ層６６を蒸着し、更に平均膜厚１μｍのＡｕ層６７を順次蒸着する。次に、積層構造体をチャンバーから取り出し、フォトレジスト上のＰｔ層６５、Ｒｈ層６６およびＡｕ層６７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６５、Ｒｈ層６６およびＡｕ層６７が順次積層されたｐ側電極６ａを形成する。このようにして製造することができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の発光素子は、第１の実施の形態のＰｔ層６１およびＡｇ層６２に代えて、Ｐｄ層およびＡｌ層をｐ層側から順に積層したｐ側電極を用いたものである。Ｐｄ層の平均膜厚は５ｎｍ未満に形成されている。また、Ａｌ層の平均膜厚は、５ｎｍ〜２０００ｎｍに形成されている。

以上の様に構成された発光素子は、発光層で放出された光がＰｄ層に入射してもＰｄ層の平均膜厚を５ｎｍ未満としていることでＰｄ層自体での光吸収を抑えることができる。従って、発光層からｐ側電極側に放出された光はＡｌ層で効率よく反射されて基板から放出されるので、ｐ側電極の改良のみで、十分な輝度向上を実現できる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態の発光素子は、第１の実施の形態のＰｔ層６１およびＡｇ層６２に代えて、Ｎｉ層およびＡｇ層をｐ層側から順に積層したｐ側電極を用いたものである。Ｎｉ層の平均膜厚は５ｎｍ未満に形成されている。また、Ａｇ層の平均膜厚は、５ｎｍ〜２０００ｎｍに形成されている。

以上の様に構成された発光素子は、発光層で放出された光がＮｉ層に入射してもＮｉ層の平均膜厚を５ｎｍ未満としていることでＮｉ層自体での光吸収を抑えることができる。従って、発光層からｐ側電極側に放出された光はＡｇ層で効率よく反射されて基板から放出されるので、ｐ側電極の改良のみで、十分な輝度向上を実現できる。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態の発光素子は、第１の実施の形態のＰｔ層６１およびＡｇ層６２に代えて、Ｃｏ層およびＲｕ層をｐ層側から順に積層したｐ側電極を用いたものである。Ｃｏ層の平均膜厚は５ｎｍ未満に形成されている。また、Ｒｕ層の平均膜厚は、５ｎｍ〜２０００ｎｍに形成されている。

以上の様に構成された発光素子は、発光層で放出された光がＣｏ層に入射してもＣｏ層の平均膜厚を５ｎｍ未満としていることでＣｏ層自体での光吸収を抑えることができる。従って、発光層からｐ側電極側に放出された光はＲｕ層で効率よく反射されて基板から放出されるので、ｐ側電極の改良のみで、十分な輝度向上を実現できる。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ｎ層およびｐ層は、層状に形成されていない導電部に置き換えることも可能である。

また、基板をｎ型導電性基板とし、ｎ層と基板とを兼用させることも可能である。

（実施例１）
実施例１は、第１の実施の形態の発光素子を用いた発光ダイオードである。

まず、第１の実施の形態の発光素子を、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バンプにより接着した。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に接続されるようにして発光素子を搭載する。この状態で通電して発光させ、基板側から顕微鏡で発光面を観察したところ斑状の発光部が形成されていることが確認された。

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の青色で発光した。

また、Ｐｔ層の膜厚のみを変更した比較例を複数台製造し、それぞれの駆動電圧と輝度を測定した。

図３は、発光ダイオードのＰｔ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ、図４は発光ダイオードのＰｔ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフである。図３に示すように、Ｐｔ層の平均膜厚が厚くなるに従って輝度は低下する。Ｐｔ層の平均膜厚が７ｎｍを超すと輝度が３．７５ｍＷ程度となって安定するが、これは、光がＰｔ層を通過しなくなり、Ａｇ層による反射の効果が無くなって、Ｐｔ層の反射のみになったためと考えられる。平均膜厚を５ｎｍ未満にしたときには、Ａｇ層による反射の効果が生じるので、輝度は向上する。

図４に示すように、駆動電圧は、Ｐｔ層の平均膜厚が０．５ｎｍ未満の場合に急激に上昇する。これは、Ｐｔ層が薄すぎて均一に形成されずオーミック接触が確実にされなくなるためと考えられる。

このように、輝度を高くするためには、平均膜厚を５ｎｍ未満にすることが好ましいことがわかる。

（実施例２）
実施例２は、第２の実施の形態の発光素子を用いた発光ダイオードである。実施例２の発光ダイオードは実施例１の発光ダイオードと同じ手順で製造する。

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の青色で発光した。

また、Ｐｔ層の平均膜厚のみを変更した比較例を複数台製造し、それぞれの駆動電圧と輝度を測定した。

図５は、発光ダイオードのＰｔ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ、図６は発光ダイオードのＰｔ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフである。図５に示すように、Ｐｔ層の平均膜厚が厚くなるに従って輝度は低下する。平均膜厚を５ｎｍ未満にしたときには、輝度は急激に高くなる。

図６に示すように、駆動電圧は、Ｐｔ層の平均膜厚が１ｎｍ未満の場合に急激に上昇している。

（実施例３）
実施例３は、第３の実施の形態の発光素子を用いた発光ダイオードである。実施例３の発光ダイオードは実施例１の発光ダイオードと同じ手順で製造する。

また、Ｐｄ層の平均膜厚のみを変更した比較例を複数台製造し、それぞれの駆動電圧と輝度を測定した。

図７は、発光ダイオードのＰｄ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ、図８は発光ダイオードのＰｄ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフである。図７に示すように、Ｐｄ層の平均膜厚が厚くなるに従って輝度は低下する。平均膜厚を５ｎｍ未満にしたときには、輝度は急激に高くなる。

図８に示すように、駆動電圧は、Ｐｄ層の平均膜厚が０．５ｎｍ未満の場合に急激に上昇している。

（実施例４）
実施例４は、第４の実施の形態の発光素子を用いた発光ダイオードである。実施例４の発光ダイオードは実施例１の発光ダイオードと同じ手順で製造する。

また、Ｎｉ層の平均膜厚のみを変更した比較例を複数台製造し、それぞれの駆動電圧と輝度を測定した。

図９は、発光ダイオードのＮｉ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ、図１０は発光ダイオードのＮｉ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフである。図９に示すように、Ｎｉ層の平均膜厚が厚くなるに従って輝度は低下する。平均膜厚を８ｎｍ未満にしたときには、輝度は急激に高くなる。

図１０に示すように、駆動電圧は、Ｎｉ層の平均膜厚が０．５ｎｍ未満の場合に急激に上昇している。

このように、輝度を高くするためには、平均膜厚を８ｎｍ未満にすることが好ましいことがわかる。

（実施例５）
実施例５は、第５の実施の形態の発光素子を用いた発光ダイオードである。実施例５の発光ダイオードは実施例１の発光ダイオードと同じ手順で製造する。

また、Ｃｏ層の平均膜厚のみを変更した比較例を複数台製造し、それぞれの駆動電圧と輝度を測定した。

図１１は、発光ダイオードのＣｏ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ、図１２は発光ダイオードのＣｏ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフである。図１１に示すように、Ｃｏ層の平均膜厚が厚くなるに従って輝度は低下する。平均膜厚を８ｎｍ未満にしたときには、輝度は急激に高くなる。

図１２に示すように、駆動電圧は、Ｃｏ層の平均膜厚が０．５ｎｍ未満の場合に急激に上昇している。

本発明の発光素子は、電極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（ＬＥＤ、ＬＤ）等として有用である。

本発明の第１の実施の形態の発光素子を示す側面図本発明の第２の実施の形態の発光素子を示す側面図実施例１の発光ダイオードのＰｔ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ実施例１の発光ダイオードのＰｔ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフ実施例２の発光ダイオードのＰｔ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ実施例２の発光ダイオードのＰｔ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフ実施例３の発光ダイオードのＰｄ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ実施例３の発光ダイオードのＰｄ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフ実施例４の発光ダイオードのＮｉ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ実施例４の発光ダイオードのＮｉ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフ実施例５の発光ダイオードのＣｏ層の平均膜厚と輝度の関係を示すグラフ実施例５の発光ダイオードのＣｏ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフ従来の発光素子を示す側面図

符号の説明

１基板
２バッファ層
３ｎ層
４発光層
５ｐ層
６ｐ側電極
６ａｐ側電極
７ｎ側電極
８実装部材
９，１０電極パターン
５１ｐ型クラッド層
５２ｐ型コンタクト層
６１Ｐｔ層
６２Ａｇ層
６３Ｍｏ層
６４Ａｕ層
６５Ｐｔ層
６６Ｒｈ層
６７Ａｕ層
７１Ｔｉ層
７２Ａｕ層

Claims

光を透過可能な基板、ｎ層、発光層、ｐ層を順に積層し、さらに前記ｐ層に、光透過層と反射層とを順に積層したｐ側電極を設けた発光素子であって、
前記光透過層の平均膜厚は５ｎｍ未満であることを特徴とする発光素子。
前記光透過層は、前記発光素子を光取り出し方向から見たときに、高輝度部と低輝度部とが分散配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記基板およびｎ層は一体的に形成されたｎ型導電性基板である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ｎ層、前記発光層および前記ｐ層は、少なくともＧａとＮを含む半導体層であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の発光素子。
前記光透過層は、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ若しくはこれらを含む合金、またはこれらを含む酸化物であることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の発光素子。
前記反射層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｕ若しくはこれらを含む合金、またはこれらを含む酸化物であることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の発光素子。
前記反射層は、前記光透過層より反射率が高いことを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載の発光素子。
前記ｎ層には、前記ｐ側電極と同じ方向に向けて形成されたｎ側電極が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載の発光素子。