JP2005260244A - トップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 トップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 基板、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層が順次に積層されており、ｐ型クラッド層上に電気的及び光学的特性を向上させることができるように伝導性を有する素材で３０μｍ以下の幅を有するサイズのセルを相互に離隔されるように格子状に形成された格子セル層と、ｐ型クラッド層の表面を保護することができるように、少なくともセル間領域をカバーできるようにｐ型クラッド層上に形成された表面保護層と、表面保護層と格子セル層上に透明伝導性素材で形成された透明伝導性薄膜層とを備えるトップエミット型窒化物系発光素子である。これにより、ｐ型クラッド層とのオーミック接触特性が改善されて優秀な電流−電圧特性を表すだけではなく、高い光透過性を提供し、素子の発光効率を高めることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】 基板、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層が順次に積層されており、ｐ型クラッド層上に電気的及び光学的特性を向上させることができるように伝導性を有する素材で３０μｍ以下の幅を有するサイズのセルを相互に離隔されるように格子状に形成された格子セル層と、ｐ型クラッド層の表面を保護することができるように、少なくともセル間領域をカバーできるようにｐ型クラッド層上に形成された表面保護層と、表面保護層と格子セル層上に透明伝導性素材で形成された透明伝導性薄膜層とを備えるトップエミット型窒化物系発光素子である。これにより、ｐ型クラッド層とのオーミック接触特性が改善されて優秀な電流−電圧特性を表すだけではなく、高い光透過性を提供し、素子の発光効率を高めることができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、本発明は、トップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法に係り、詳細にはオーミック特性及び発光効率の改善されたトップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法に関する。
現在、透明伝導性薄膜は、光電子分野、ディスプレイ分野及びエネルギー産業分野で多様に利用されている。
発光素子分野では、円滑なホール注入及び高効率の光放出の役割を行う透明伝導性オーミック電極の構造を開発するために全世界的に活発に研究中である。
現在、最も活発に研究されている透明伝導性薄膜素材としては、透明伝導性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）と透明伝導性窒化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｎｉｔｒｉｄｅ：ＴＣＮ）とがある。
ＴＣＯとしては、インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、スズ酸化物（ＳｎＯ２）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などがあり、ＴＣＮとしては、チタン窒化物（ＴｉＮ）がある。
ところで、これらの物質は、薄膜形成工程の条件により、大きい面抵抗値、高い光反射率、及び相対的に小さな仕事関数値を有しており、単独でトップエミット型窒化ガリウム系発光素子のｐ型透明オーミック電極として適用するには、多くの問題点を抱えている。
その問題点を述べれば、次の通りである。
第一に、以上列挙された透明伝導性薄膜は、スパッタリング、電子ビーム蒸着器または熱蒸着器（ｅ−ｂｅａｍ ｏｒ ｈｅａｔ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、及びレーザ光源を利用した蒸着器（ＰＬＤ）のようなＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による薄膜形成時、ほぼ１００Ω／ｃｍ２に近い大きい面抵抗値を有しているために、発光素子の水平方向（層間境界面と並んだ方向）への電流スプレッド（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）を困難とするだけではなく、垂直方向への円滑なホール注入も困難とすることにより、大面積及び大容量の高輝度発光素子を具現するのに適用し難い。
第二に、透明伝導性薄膜を、プラズマを利用して蒸着する時、ｐ型窒化ガリウム表面がプラズマイオンに露出されるために、ｐ型窒化ガリウム表面が損傷されて電気的特性を阻害すると広く知られている。
第三に、以上列挙された透明伝導性薄膜は、窒化ガリウム系発光ダイオードから出射される光に対して、高い光反射率を有するために発光効率を落とす。
最後に、ＴＣＯは、窒化ガリウム系化合物半導体と直接的にオーミック接触をする電極に適用する場合、薄膜形成工程上で、窒化ガリウム表面でＧａ及びｐ型ドーパントであるＭｇの強い酸化能により絶縁特性を有する酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の生成を誘発し、良質のオーミック接触電極を形成し難い。
一方、発光素子は、トップエミット型発光ダイオード（Ｔｏｐ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ：ＴＬＥＤｓ）とフリップチップ発光ダイオード（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ：ＦＣＬＥＤｓ）に分類される。
現在、広く使われているＴＬＥＤは、ｐ型クラッド層と接触しているオーミックコンタクト層を介して光が出射されるように構成されている。しかし、高輝度ＴＬＥＤを具現するためには、低いホール濃度を有したｐ型クラッド層の高い面抵抗値を補償する必要があり、電流フローを円滑にできる優秀な電流スプレッド薄膜が絶対的に必要である。従って、低い面抵抗値を持って高い光透過度を有した電流スプレッド薄膜層をオーミックコンタクト層として形成し、円滑なホール注入、電流スプレッド、そして優秀な光放出の役割を提供できることが要求される。
現在まで知られたＴＬＥＤとしては、ｐ型クラッド層上にＮｉ層とＡｕ層とが順次に形成されたオーミックコンタクト層が広く利用されている。
Ｎｉ−Ａｕからなるオーミックコンタクト層は、酸素（Ｏ２）雰囲気で熱処理し、１０−３ないし１０−４Ωｃｍ２ほどの優秀な非接触抵抗及び半透明性を有することが知られている。
このような従来のオーミックコンタクト層は、５００℃ないし６００℃ほどの温度及び酸素雰囲気で熱処理する時、ｐ型クラッド層をなしている窒化ガリウムと、オーミックコンタクト層として適用されたＮｉ層との界面で、ｐ型半導体酸化物であるＮｉ酸化物（ＮｉＯ）がアイランド状に形成されているＡｕ層間及び上層部に形成され、ショットキー障壁の高さ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｂａｒｒｉｅｒ ｈｅｉｇｈｔ：ＳＢＨ）を減少させるようになり、ｐ型クラッド層の表面付近に多数のキャリアであるホールを容易に供給する。
また、Ｎｉ−Ａｕ層構造をｐ型クラッド層上に形成した後に熱処理すれば、Ｍｇ−Ｈ金属間の化合物を除去し、窒化ガリウム表面でＭｇドーパント濃度を上昇させる再活性化過程を介して、ｐ型クラッド層の表面での実効キャリア濃度が１０１８以上になるようにし、ｐ型クラッド層と、酸化Ｎｉを含有したオーミックコンタクト層との間にトンネリング伝導を起こし、低い非接触抵抗値を有したオーミック伝導特性を示すことが知られている。
しかし、Ｎｉ−Ａｕ構造で形成される半透明性オーミックコンタクト層を利用したＴＬＥＤは、光の透過度を阻害しているＡｕを含んでおり、発光効率が低くて次世代大容量及び高輝度発光素子を具現するには、限界がある。
また、発光ダイオードの作動時に発生する熱の放出と光の発光効率を上昇させるために、反射層を適用して透明基板であるサファイアを介して光を放射するようにしたフリップチップ発光ダイオード構造でも、反射層の酸化及びあまり良くない接着性により、高い抵抗値を有するなど多くの問題点がある。
従って、このようなＴＬＥＤ及びＦＣＬＥＤの素子の限界を克服しようと、既存にｐ型オーミックコンタクト層として使われている従来の半透明Ｎｉ（酸化物）−金層構造より優秀な光透過度を有するように、Ａｕを完全に排除したＴＣＯ、例えばＩＴＯを利用しようとする研究内容が非特許文献１及び非特許文献２参照を介して報告されている。最近、ＩＴＯオーミックコンタクト層を利用して、既存のＮｉ−Ａｕ構造と比較すると、さらに出力を向上させたＴＬＥＤを具現したという内容が非特許文献３を介して報告されている。しかし、このような構造のオーミックコンタクト層は、発光素子の出力を増大させうる一方、相対的に高い動作電圧を表すという問題点を相変らず有しており、大面積及び大容量の高輝度発光素子への応用には多くの限界点を有している。他方では、特許文献１には、酸化された薄いＮｉ−ＡｕまたはＮｉ−Ａｇ構造をＩＴＯとの接続を介して、光透過度と電気的特性とを改善させた発光ダイオードの製作方法が開示されている。しかし、それら提案された工程もまた、相変らず高い非接触抵抗とＮｉ−Ａｕ（またはＡｇ）構造を酸化させる工程が追加されることによって、量産に適用し難いという問題点を抱いている。
前記のように、良質のオーミック接触を形成する高品位オーミック接触電極を開発するには多くの難点があるが、その根本的な原因は次の通り要約できる。
第一に、ｐ型窒化ガリウムの低いホール濃度と、これにより１０４Ω／ｃｍ２以上の高い面抵抗値とを有するという点と、第二に、ｐ型窒化ガリウムの仕事関数値に比べて相対的に大きい仕事関数値を有した透明電極物質の不在によるｐ型窒化ガリウムと電極との界面に高いＳＢＨが形成され、垂直方向への円滑なホール注入が困難であるという点と、第三に、ほとんどの物質が電気的特性と光学的な特性との間で相互に反比例し、それにより高い光透過度を有する透明電極は、ほぼ大きい面抵抗値を有しており、水平方向への電流スプレッドが急激に低下するという点と、第四に、透明伝導性薄膜層をｐ型窒化ガリウム上部に直接的に蒸着する工程で、窒化ガリウム表面に絶縁性である酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の生成により、発光素子の電気的特性が低下するという点と、第五に、低い面抵抗値を有した透明伝導性薄膜層を形成できるスパッタリング工程でプラズマによりｐ型窒化ガリウムの表面が損傷されるという点である。
このような問題点により、従来のオーミックコンタクト層は、ｐ型窒化ガリウムとオーミックコンタクト層との間での熱発生が増加し、素子の寿命を短縮させるだけではなく、素子の作動に対する信頼性を確保し難かった。
米国特許第６，、２８７，９４７号明細書
ＩＥＥＥ ＰＴＬ，Ｙ．Ｃ．Ｌｉｎ ｅｔ ａｌ．Ｖｏｌ．１４，１６６８
ＩＥＥＥ ＰＴＬ，Ｓｈｙｉ−Ｍｉｎｇ Ｐａｎ Ｅｅｔ ａｌ．Ｖｏｌ．１５，６４６
Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｃ Ｓ Ｃｈａｎｇ Ｅｅｔ ａｌ．１８（２００３），Ｌ２１
本発明は、前記のような全体的な問題点を改善するために創案され、高い光透過度、低い面抵抗、及び低い非接触オーミック抵抗値を有する透明オーミック接触電極構造を有するトップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法を提供するところに目的がある。
前記の課題を解決するために、本発明によるトップエミット型窒化物系発光素子は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有するトップエミット型窒化物系発光素子において、前記ｐ型クラッド層上に、伝導性を有する素材で３０μｍ以下の幅を有するサイズのセルを相互に離隔されるように格子状に形成された格子セル層と、前記ｐ型クラッド層の表面を保護することができるように、少なくとも前記セル間領域をカバーできるように、前記ｐ型クラッド層上に形成された表面保護層と、前記表面保護層と前記格子セル層上に透明伝導性素材で形成された透明伝導性薄膜層とを備える。
望ましくは、前記格子セル層は、伝導性及びＧａ関連化合物を形成できる素材として、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，ｌｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｒｈ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｓｒ，Ｂａのいずれかまたはこれらのいずれかを用いて形成された合金または固溶体のうち、選択された少なくとも１つの素材を適用し、少なくとも一層以上で形成される。
さらに望ましくは、前記格子セル層は、１ｎｍないし１００ｎｍの厚さに形成される。
また、前記表面保護層は、Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，ｌｒ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，ランタニド系元素、これらの金属で形成された合金または固溶体、及び遷移金属で形成された窒化物のうち、選択された少なくとも１つの素材を適用し、少なくとも一層以上で形成される。
前記表面保護層は、２０ｎｍ以下の厚さに形成されたことが望ましい。
前記透明伝導性薄膜層は、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｇａ、Ｃｄ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，ｌｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ランタニド系金属のうち、少なくとも一つ以上の成分とＯとが結びついたＴＣＯで形成される。
また、異なっては、前記透明伝導性薄膜層は、ＴｉとＮとを含有して形成されたＴＣＮが適用される。
本発明の他の側面によれば、前記透明伝導性薄膜は、前記ＴＣＯ及びＴＣＮに対して電気的特性を調節するためのドーパントを添加できる。ここで、ドーパントとして適用される物質は、元素周期律表上で金属成分として分類された元素のうち、少なくとも一つ以上が適用される。
前記透明伝導性薄膜層は、１０ｎｍないし１，０００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。
また、上記の目的を達成するために、本発明によるトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有するトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法において、（Ａ）基板上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層が順次に積層された発光構造体の前記ｐ型クラッド層上に、伝導性を有する素材で３０μｍ以下の幅を有するサイズのセルを相互に離隔されるように格子状に配列された格子セル層を形成する段階と、（Ｂ）前記ｐ型クラッド層の表面を保護することができるように、少なくとも前記セル間領域をカバーできるように、前記ｐ型クラッド層上に表面保護層を形成する段階と、（Ｃ）前記表面保護層と前記格子セル層上に透明伝導性素材で透明伝導性薄膜層を形成する段階とを含む。
前記（Ａ）段階で、前記格子セル層は、前記伝導性物質を前記ｐ型クラッド層上に形成した後、熱を加えて離散されるように処理する熱分散法またはシャドーマスクを利用して蒸着する方法のうち、いずれか１つの方法により形成する。
前記（Ａ）段階を経て形成されたｐ型電極構造体は、熱処理段階を経ることが望ましい。
前記熱処理段階は、常温ないし８００℃度の範囲内で１０秒ないし３時間行われることが望ましい。
また、前記熱処理段階は、前記ｐ型電極構造体が形成された発光素子が内蔵された反応器内に、Ｎ，Ａｒ，Ｈｅ，酸素，水素，空気、真空のうち、少なくとも一つを含む気体雰囲気で行われる。
本発明によるトップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法によれば、ｐ型クラッド層とのオーミック接触特性が改善され、優秀な電流−電圧特性を表すだけではなく、高い光透過性を提供し、素子の発光効率を高めることができる。
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましいトップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態によるトップエミット型発光素子を示した断面図である。
図面を参照すれば、トップエミット型発光素子は、基板１１０、バッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３０、活性層１４０、ｐ型クラッド層１５０、マルチ透明オーミックコンタクト層１６０が順次に積層された構造からなっている。参照符号１８０は、ｐ型電極パッドであり、１９０はｎ型電極パッドである。
ここで、基板１１０からｐ型クラッド層１５０までが発光構造体に該当し、ｐ型クラッド層１５０上に積層されたマルチ透明オーミックコンタクト層１６０がｐ型電極構造体に該当する。
基板１１０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、Ｓｉ、Ｇａヒ素（ＧａＡｓ）のうち、いずれか一つで形成されたことが望ましい。
バッファ層１２０は省略されうる。
バッファ層１２０からｐ型クラッド層１５０までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）より表現される化合物のうち、選択されたいずれかの化合物を基本として形成され、ｎ型クラッド層１３０及びｐ型クラッド層１５０は、当該ドーパントが添加される。
また、活性層１４０は、単層またはＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）層など公知の多様な方式で構成されうる。
一例として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物を適用する場合、バッファ層１２０は、ＧａＮから形成され、ｎ型クラッド層１３０は、ＧａＮにｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅなどが添加されて形成され、活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ ＭＱＷまたはＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＭＱＷから形成され、ｐ型クラッド層１５０は、ＧａＮにｐ型ドーパントとして、Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃａ、Ｓｒ，Ｂａなどが添加されて形成される。
ｎ型クラッド層１３０とｎ型電極パッド１９０との間には、ｎ型オーミックコンタクト層（図示せず）が介在され、ｎ型オーミックコンタクト層は、ＴｉとＡｌとが順次に積層された層構造など公知の多様な構造が適用されうる。
ｐ型電極パッド１８０は、Ｎｉ／ＡｕまたはＡｇ／Ａｕが順次に積層された層構造が適用されうる。
各層の形成方法は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ、二重型の熱蒸着器、スパッタリングなど公知の蒸着方式により形成すればよい。
マルチ透明オーミックコンタクト層１６０は、ｐ型電極構造体であり、格子セル層１６１、表面保護層１６３及び透明伝導性薄膜層１６５を備える。
格子セル層１６１は、サイズが３０μｍ以下、さらに望ましくは数ｎｍ以下の幅を有するセル１６１ａが相互に離隔されて格子状に形成されている。
格子セル層１６１の各セル１６１ａは、伝導性及びＧａ関連化合物を形成できる素材でり、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，ｌｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｒｈ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｓｒ，Ｂａのいずれかまたはこれらのいずれかを用いて形成された合金または固溶体のうち、選択された少なくとも１つの素材を適用して形成される。
格子セル層１６１は、単層以外にも相異なる物質で二層以上の複層薄膜より形成してもよい。
このような格子セル層１６１は、不均一なＳＢＨ効果を誘発し、円滑なキャリア注入、電流スプレッド、及びｐ型電極構造体の伝導性を向上させる。
格子セル層１６１は、適用対象伝導性物質をｐ型クラッド層１５０上に形成した後、熱を加えてアイランド状に相互に離散されるように処理する熱分散法またはマスキング（シャドーマスク）工程を介して蒸着する方法により形成できる。
望ましくは、格子セル層１６１は、セル１６１ａとの間隔は、可能ならば遠く離隔させつつ、セルのサイズは小さく形成する。
また、格子セル層１６１のセル１６１ａの形状は、図２に図示されたような円形、または楕円形または多角形などいずれの形態も可能である。
望ましくは、前記格子セル層１６１の厚さは、１ｎｍないし１００ｎｍに形成する。
表面保護層１６３は、スパッタリング工程時に、ｐ型クラッド層１５０の表面損傷を抑制し、絶縁性酸化物、例えば酸化ガリウムまたは酸化マグネシウムの形成を抑制し、ｐ型電極構造体の電気的特性を向上させるために適用された。
表面保護層１６３は、高い電気伝導性を有しつつ、６００℃以下の温度及びさまざまな雰囲気で熱処理時に容易に伝導性ナノ相粒子に分解し、高い光透過性を有する物質を適用することが望ましい。
表面保護層１６３は、Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，ｌｒ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，ランタニド系元素、これらの金属で形成された合金または固溶体、及び遷移金属で形成された窒化物のうち、選択された少なくとも１つの素材を適用して形成される。
また、表面保護層１６３は、相異なる素材で多層に形成されうる。
図示された例では、表面保護層１６３がセル１６１ａとの間の領域及びセル１６１ａの上部をカバーするように形成された場合が適用され、セル１６１ａとの間の領域にだけ形成できることは言うまでもない。
表面保護層１６３は、適切な厚さに形成されなければならず、望ましくは２０ｎｍ以下の厚さに形成する。
透明伝導性薄膜層１６５は、ＴＣＯまたはＴＣＮのうち、いずれか一つが適用される。
ＴＣＯは、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｇａ、Ｃｄ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，ｌｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ランタニド元素系のうち、少なくとも一つ以上の成分とＯとで形成されるＴＣＯが適用される。
ＴＣＯ用の素材としては、仕事関数値と面抵抗値とを考慮して選択すればよい。
ＴＣＮは、低い面抵抗値と高い光透過度とを有したＴｉとＮとで形成されたＴＣＮが適用されることが望ましい。
また、透明伝導性薄膜層１６５として適用されるＴＣＯ及びＴＣＮは、前記主成分に対して電気的特性を向上させるために、元素周期律表上の金属成分のうち、少なくとも一つ以上の元素をドーパントとして添加できる。
ここで、ＴＣＯ及びＴＣＮに適切な電気的特性を有させるために添加されるドーパントの添加比率は、０．００１ないし２０重量％範囲内で適用されることが望ましい。ここで、重量％は、添加される元素相互間の重量比率をいう。
また、透明伝導性薄膜層１６５の厚さは、適切な光透過度及び電気伝導性を有するように、１０ｎｍないし１，０００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。
このようなマルチ透明オーミックコンタクト層１６０は、基板１１０上にｎ型クラッド層１３０、活性層１４０及びｐ型クラッド層１５０が順次に積層された発光構造体のｐ型クラッド層１５０上に、前述の素材で格子セル層１６１、表面保護層１６３及び透明伝導性薄膜層１６５を形成すればよい。
マルチ透明オーミックコンタクト層１６０は、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、スパッタリング蒸着器、レーザ蒸着器のうち、いずれか一つ以上で形成することが望ましい。
また、マルチ透明オーミックコンタクト層１６０を形成するために適用される蒸着温度は、２０℃ないし１，５００℃範囲内であり、蒸着器内の圧力は、大気圧ないし１０−１２Ｔｏｒｒほどで行われる。
また、マルチ透明オーミックコンタクト層１６０を形成した後には、熱処理過程を経るのが望ましい。
熱処理は、反応器内の温度を１００℃ないし８００℃として、真空またはさまざまなガス雰囲気で１０秒ないし３時間ほど行われる。
熱処理時反応器内に投入されるガスは、Ｎ，Ａｒ，Ｈｅ，酸素，水素，空気のうち、少なくとも一つ以上の気体が適用されうる。
図３は、本発明による発光ダイオードと、Ｎｉ及びＡｕで形成されたオーミックコンタクト層を有する従来の発光素子との光透過度を測定した結果を比較して示したグラフである。ここで、本発明によるｐ型電極構造体の第１実施形態として、四角繋ぎ線（太い点線）で表記されたグラフは、ｐ型クラッド層１５０上に２０μｍのサイズのＡｕ粒子を均一に配列した格子セル層１６１、Ａｇ−Ｎｉを５ｎｍずつ順次に積層して形成した表面保護層１６３、及びＩＴＯを１００ｎｍ積層して形成した透明伝導性薄膜層１６５より形成された構造を有する発光素子を、５３０℃で熱処理した後で得た光透過度である。
また、本発明によるｐ型電極構造体の第２実施形態として、丸繋ぎ線（細い点線）で表記されたグラフは、ｐ型クラッド層１５０上に２０μｍサイズのＡｕ粒子を均一に配列した格子セル層１６１、Ｎｉ−Ａｕを５ｎｍずつ順次に積層して形成した表面保護層１６３、及びＩＴＯを１００ｎｍ積層して形成した透明伝導性薄膜層１６５より形成された構造を有する発光素子を５３０℃で熱処理した後で得た光透過度である。
最後に、直線（実線）で表記されたグラフは、ｐ型クラッド層１５０上にＡｇとＮｉとを５ｎｍずつ順次に積層して形成した従来のｐ型電極構造体を有する発光素子を５３０℃で熱処理した後で得た光透過度である。
図面を参照すれば分かるように、本発明による発光素子の光透過度が従来の発光素子より向上することが分かる。
また、本発明による発光素子の場合、表面保護層１６３に適用される物質が光透過度に影響を及ぼしていることが分かる。
図４は、本発明の実施形態によって、ｐ型クラッド層１５０上に２０μｍサイズのＡｕを１０ｎｍ厚さに一定に整列して格子セル層１６１を形成した場合と、格子セル層１６１を省略した場合とについて、表面保護層１６３にＮｉ−Ａｇをそれぞれ３ｎｍ積層し、透明伝導性薄膜層１６５にＩＴＯを積層した構造をそれぞれ有する青色ＩｎＧａＮ／ＧａＮ発光ダイオードの電流−電圧特性を示したグラフである。ここで、各発光素子は、５３０℃で熱処理した後で測定した。
図４を参照すれば分かるように、一定にＡｕ粒子が配列された格子セル層１６１を有する発光素子が、格子セル層１６１が省略された発光素子より電気的特性がはるかに優秀であることが確認できる。
図３及び図４の結果を介して分かるように、本発明によるｐ型電極構造体を有する発光素子は、ｐ型クラッド層１５０と表面保護層１６３との間にＧａ関連化合物が形成され、有効表面ホール濃度を上昇させ、高い光透過度を維持し、２０Ω／ｃｍ２以下の低い面抵抗値を有する。
本発明のトップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法は、例えば発光素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。
１１０ 基板
１２０ バッファ層
１３０ ｎ型グラッド層
１４０ 活性層
１５０ ｐ型グラッド層
１６０ マルチ透明オーミックコンタクト層
１６１ 格子セル層
１６１ａ セル
１６３ 表面保護層
１６５ 透明伝導性薄膜層
１８０ ｐ型電極パッド
１９０ ｎ型電極パッド
１２０ バッファ層
１３０ ｎ型グラッド層
１４０ 活性層
１５０ ｐ型グラッド層
１６０ マルチ透明オーミックコンタクト層
１６１ 格子セル層
１６１ａ セル
１６３ 表面保護層
１６５ 透明伝導性薄膜層
１８０ ｐ型電極パッド
１９０ ｎ型電極パッド
Claims (9)
- ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有するトップエミット型窒化物系発光素子において、
前記ｐ型クラッド層上に、伝導性を有する素材で３０μｍ以下の幅を有するサイズのセルを相互に離隔されるように格子状に形成された格子セル層と、
前記ｐ型クラッド層の表面を保護することができるように、少なくとも前記セル間領域をカバーできるように、前記ｐ型クラッド層上に形成された表面保護層と、
前記表面保護層と前記格子セル層上に透明伝導性素材で形成された透明伝導性薄膜層と、を備えることを特徴とするトップエミット型窒化物系発光素子。 - 前記格子セル層は、伝導性及びＧａ関連化合物を形成できる素材として、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，ｌｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｒｈ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｓｒ，Ｂａのいずれかまたはこれらのいずれかを用いて形成された合金または固溶体のうち、選択された少なくとも１つの素材を適用し、少なくとも一層以上で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
- 前記表面保護層は、Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，ｌｒ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，ランタニド系元素、これらの金属で形成された合金または固溶体、及び遷移金属で形成された窒化物のうち、選択された少なくとも１つの素材を適用し、少なくとも一層以上で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
- 前記透明伝導性薄膜層は、透明伝導性酸化物と透明伝導性窒化物のうち、いずれか一つから形成され、
前記透明伝導性酸化物は、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｇａ、Ｃｄ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，ｌｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ランタニド系金属のうち、選択された少なくとも一つ以上の成分とＯとが結合されて形成されたものを含み、前記透明伝導性薄膜層は、ＴｉとＮとを含有して形成されたものを含むことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。 - 前記格子セル層は、１ｎｍないし１００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
- 表面保護層は、２０ｎｍ以下の厚さに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
- 前記透明伝導性薄膜層は、１０ｎｍないし１，０００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
- ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有するトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法において、
（Ａ）基板上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層が順次に積層された発光構造体の前記ｐ型クラッド層上に、伝導性を有する素材で３０μｍ以下の幅を有するサイズのセルを相互に離隔されるように格子状に配列された格子セル層を形成する段階と、
（Ｂ）前記ｐ型クラッド層の表面を保護することができるように、少なくとも前記セル間領域をカバーできるように、前記ｐ型クラッド層上に表面保護層を形成する段階と、
（Ｃ）前記表面保護層と前記格子セル層上に透明伝導性素材で透明伝導性薄膜層を形成する段階と、を含むことを特徴とするトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法。 - 前記（Ａ）段階は、前記伝導性物質を前記ｐ型クラッド層上に形成した後、熱を加えて離散されるように処理する熱分散法またはシャドーマスクを利用して蒸着する方法のうち、いずれか１つの方法により形成することを特徴とする請求項８に記載のトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法。
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