JP2005347728A - フリップチップ用窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】
本発明は、優れた電気的特性と優れた輝度を有するフリップチップ用窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】
窒化物単結晶成長のための透光性基板３１と、透光性基板３１上に形成されたｎ型窒化物半導体層３２と、ｎ型窒化物半導体層３２上に形成された活性層３３と、活性層３３上に形成されたｐ型窒化物半導体層３４と、ｐ型窒化物半導体層３４上に形成され、ｐ型窒化物半導体層３４の露出した複数のオープン領域を有するメッシュ（mesh）構造から成るメッシュ型誘電体層３５と、メッシュ型誘電体層３５、及び、ｐ型窒化物半導体層３４の露出したオープン領域上に形成された高反射性オーミックコンタクト層３６と、高反射性オーミックコンタクト層３６、及び、ｎ型窒化物半導体層３２上に夫々形成された、ｐ側ボンディング電極３９ｂ、及び、ｎ側電極３９ａとを有する。
【選択図】 図２
本発明は、優れた電気的特性と優れた輝度を有するフリップチップ用窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】
窒化物単結晶成長のための透光性基板３１と、透光性基板３１上に形成されたｎ型窒化物半導体層３２と、ｎ型窒化物半導体層３２上に形成された活性層３３と、活性層３３上に形成されたｐ型窒化物半導体層３４と、ｐ型窒化物半導体層３４上に形成され、ｐ型窒化物半導体層３４の露出した複数のオープン領域を有するメッシュ（mesh）構造から成るメッシュ型誘電体層３５と、メッシュ型誘電体層３５、及び、ｐ型窒化物半導体層３４の露出したオープン領域上に形成された高反射性オーミックコンタクト層３６と、高反射性オーミックコンタクト層３６、及び、ｎ型窒化物半導体層３２上に夫々形成された、ｐ側ボンディング電極３９ｂ、及び、ｎ側電極３９ａとを有する。
【選択図】 図２
Description
本発明は、窒化物半導体発光素子に関し、特に、優れた電気的特性と優れた輝度を有するフリップチップ用窒化物半導体発光素子に関するものである。
近来において、ＧａＮを始め窒化物を用いた窒化物半導体は、その優れた物理、化学的特性に基づき、光電材料、及び、電子素子の核心素材として脚光を浴びている。とりわけ、窒化物半導体発光素子は、緑、青、さらに、紫外領域までの光を生成でき、技術の発展に伴いその輝度が飛躍的に向上し、総天然色電光板、照明装置などの分野にも適用されている。
このような窒化物半導体発光素子は、青色、又は、緑色波長帯の光を得るための発光素子であって、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有する半導体物質から成る。窒化物半導体結晶は、格子整合を考慮して、サファイア基板のような窒化物単結晶成長用基板上で成長させる。このサファイア基板は電気的絶縁性基板であるので、最終的に、窒化物半導体発光素子は、ｐ側電極とｎ側電極とが同面上に形成される構造となる。
こうした構造的な特徴により、窒化物半導体発光素子は、フリップチップ構造に適した形態で、積極的に開発されている。従来の窒化物半導体発光素子が搭載されたフリップチップ発光装置の側断面図を図１に例示する。
図１に示すフリップチップ発光装置２０は、支持体用基板２１上に搭載された窒化物半導体発光素子１０を備える。窒化物半導体発光素子１０は、サファイア基板１１と、その上に順次積層されたｎ型窒化物半導体層１２、活性層１３、及び、ｐ型窒化物半導体層１４とを備える。また、窒化物半導体発光素子１０は、支持体用基板２１上に、電極１９ａと電極１９ｂとを、導電性バンプ２４ａと導電性バンプ２４ｂをと介して、リードパターン２２ａとリードパターン２２ｂとの上に融着させ、搭載することができる。このようなフリップチップ発光装置２０において、窒化物半導体発光素子１０のサファイア基板１１は、透光性であるので、光放出面として活用できる。
図１のように、フリップチップ型窒化物半導体発光素子１０の電極、とりわけｐ側電極は、ｐ型窒化物半導体層１４とのオーミックコンタクトを形成しながらも、活性層１３から発光された光を光放出面に向かって反射できる高反射率を有することが要求される。したがって、図１に例示するように、ｐ側電極構造は、ｐ型窒化物半導体層１４上に形成された、高反射率を有するオーミックコンタクト層１５と、オーミックコンタクト層１５の成分の拡散を防止するための金属バリア層１６とを備えることができる。
しかし、図１に示す窒化物半導体発光素子１０は、プレナー電極構造を有し、とりわけ、ｐ型窒化物半導体層１４に比べて、ｐ側オーミックコンタクト層１５が低い電気抵抗率を有する。その結果、図１の矢印で表示したように、相当の電流がオーミックコンタクト層１５に沿ってｎ側電極の隣接部分「Ａ」に集中する、電流クラウディング（current crowding）が発生してしまう。
こうした電流クラウディングは、順方向電圧を増加させるばかりでなく、相対的にｎ側電極と離隔した活性層部分の発光効率を低減させ、輝度特性を下げる。さらに、電流が集中する部分「Ａ」において発熱量が多くなり、素子の信頼性を大きく低下させかねない。
本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためのもので、その目的は、電流クラウディング現象を緩和させるようｐ側電極構造を改善することにより、一層低い順方向電圧と高い発光効率とを有する、窒化物半導体発光素子を提供することにある。
上記技術的課題を成し遂げるために、本発明は、窒化物単結晶成長のための透光性基板と、透光性基板上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上に形成された活性層と、活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層上に形成され、ｐ型窒化物半導体層の露出した、複数のオープン領域を有するメッシュ(mesh)構造から成るメッシュ型誘電体層と、メッシュ型誘電体層、及び、ｐ型窒化物半導体層の露出したオープン領域上に形成された高反射性オーミックコンタクト層と、高反射性オーミックコンタクト層、及び、ｎ型窒化物半導体層上に夫々形成された、ｐ側ボンディング電極、及び、ｎ側電極とを備える、フリップチップ用窒化物半導体発光素子を提供する。
好ましくは、メッシュ型誘電体層のオープン領域面積の和は、ｐ型窒化物半導体層の上面の全面積の３０％以上であることができ、メッシュ型誘電体層の屈折率は、ｐ型窒化物半導体層の屈折率より低くなければならない。本発明に用いるメッシュ型誘電体層は、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ、及び、Ａｌから成る群から選択された元素を有する酸化物、又は、窒化物から成ることができる。
本発明による窒化物半導体発光素子は、メッシュ型誘電体層とｐ型窒化物半導体層との界面において生成された光の一部が反射し、メッシュ型誘電体層を通過した光は、メッシュ型誘電体層と高反射性オーミックコンタクト層との界面において反射する特徴を有する。この際、メッシュ型誘電体層の厚さを調節することにより、メッシュ型誘電体層とｐ型窒化物半導体層界面において反射する反射光と、メッシュ型誘電体層と高反射性オーミックコンタクト層界面において反射する反射光とが互いに補強干渉を起こして、より高輝度の光を放出できるようになる。このように、２個の反射光が互いに補強干渉を起こすためのメッシュ型誘電体層の厚さは、下記数式１のように計算することができる。
（ｄ:メッシュ型誘電体層の厚さ、λ:光の波長、ｎ:メッシュ型誘電体層の屈折率）
さらに、高反射性オーミックコンタクト層の反射率は、７０％以上であることが好ましい。本発明に用いる高反射性オーミックコンタクト層は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、及び、その組合せから成る群から選択された物質から成る、少なくとも一種の層を備えることができる。より好ましくは、高反射性オーミックコンタクト層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、及び、Ｚｎから成るグループから選択された物質から成る第１層と、第１層上に形成され、Ａｇ、及び、Ａｌから成る群から選択された物質から成る第２層とを備えることができる。最も好ましくは、高反射性オーミックコンタクト層は、Ｎｉから成る第１層と、第１層上に形成されたＡｇから成る第２層と、第２層上に形成されたＰｔから成る第３層とを備えることができる。
本発明の実施の形態の一つは、高反射性オーミックコンタクト層を覆う金属バリア層をさらに備え、金属バリア層は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、及び、その組合せから成る群から選択された物質から成る、少なくとも一種の層を備えることができる。
本発明に用いる「フリップチップ用窒化物半導体発光素子」という用語は、フリップチップ構造の発光装置に用いられる発光素子のことをいい、ｐ側ボンディング電極、及び、ｎ側電極の形成された面が、発光装置の基板に接合される搭載面となる発光素子のことを意味する。
上述したように、本発明によると、フリップチップ用窒化物半導体発光素子のｐ型窒化物半導体層上に、メッシュ構造のメッシュ型誘電体層を用いて、このメッシュ型誘電体層のオープン領域に、実質的に、メッシュ型高反射性オーミックコンタクト層が形成される。この結果、ｎ側電極の隣接部分に集中する電流を減少させ、ｐ型窒化物半導体層に向かう電流を増加させて、電流クラウディング現象を大幅に緩和させることができる。これにより、本発明によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子は、より低い順方向電圧と高い発光効率とを有するばかりでなく、劣化現象を効果的に防止して、信頼性を大きく向上させることができる。
また、メッシュ型誘電体層とｐ型窒化物半導体層との界面において、光の一部を光放出面側に反射し、さらに、メッシュ型誘電体層と高反射性オーミックコンタクト層との界面において、残りの光を光放出面側に反射する。このことにより、フリップチップ構造において高い輝度特性を得られ、さらに、メッシュ型誘電体層の厚さを調節することにより、二つの反射光の補強干渉を誘導し、より高い輝度特性を確保することができる。
以下、本発明の実施の形態によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子について、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子を示す側断面図であり、図３は、図２のフリップチップ用窒化物半導体発光素子のＢ−Ｂ矢視断面図である。
図２と図３によると、本発明の実施の形態によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子３０は、窒化物単結晶成長のための透光性基板３１と、透光性基板３１上に形成されたｎ型窒化物半導体層３２と、ｎ型窒化物半導体層３２上に形成された活性層３３と、活性層３３上に形成されたｐ型窒化物半導体層３４と、ｐ型窒化物半導体層３４上に形成され、ｐ型窒化物半導体層３４の露出した複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成るメッシュ型誘電体層３５と、メッシュ型誘電体層３５、及び、ｐ型窒化物半導体層３４が露出したオープン領域上に形成された高反射性オーミックコンタクト層３６と、高反射性オーミックコンタクト層３６、及び、ｎ型窒化物半導体層３２上に夫々形成されたｐ側ボンディング電極３９ｂ、及び、ｎ側電極３９ａとを備えている。この実施の形態による窒化物半導体発光素子３０の各構成要素について、より詳しく説明すれば、次のとおりである。
透光性基板３１は、その上に成長させる窒化物半導体物質の結晶と結晶構造が同一で、且つ、格子整合を成す商業的な基板が存在しない為、格子整合を考慮してサファイア基板が主に使用される。サファイア基板は、六角ロンボ型（Hexa-Rhombo R3c）対称性を有する結晶体であって、ｃ軸方向の格子定数が１３．００１Å、ａ軸方向には４．７６５Åの格子間距離を有し、サファイア面方向（orientation plane）として、Ｃ（０００１）面、Ａ（１１２０）面、Ｒ（１１０２）面等を有する特徴がある。こうしたサファイア基板のＣ面は、比較的にＧａＮ薄膜の成長が容易であり、かつ、サファイア基板は、高温において安定している為、サファイア基板は、青色、又は、緑色発光素子用基板として、主に使用されている。
ｎ型窒化物半導体層３２は、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有するｎドープした半導体物質から成ることができ、代表的な窒化物半導体物質としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮが挙げられる。ｎ型窒化物半導体層３２のドープに用いる不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、又は、Ｃなどを使用できる。ｎ型窒化物半導体層３２は、この半導体物質を、有機金属気相蒸着法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：MOCVD）、分子ビーム成長法（Molecular Beam Epitaxy：MBE）、又は、ハイブリッド気相蒸着法（Hybride Vapor Phase Epitaxy:HVPE）のような周知の蒸着工程を用いて、透光性基板上に成長させ形成される。
一般に、透光性基板３１とｎ型窒化物半導体層３２との間には、格子不整合を和らげるためにバッファ層を形成することができる。このバッファ層としては、通常数十ｎｍの厚さを有するＧａＮ、又は、ＡｌＮなどの低温核成長層が使用される。
活性層３３は、光を発光するための層であって、単一、又は、多重量子井戸構造を有するＧａＮ、又は、ＩｎＧａＮなどの窒化物半導体層から成る。活性層３３は、ｎ型窒化物半導体層３２のように、有機金属気相蒸着法、分子ビーム成長法、又は、ハイブリッド気相蒸着法のような周知の蒸着工程を用いて、ｎ型窒化物半導体層３２上に形成することができる。
ｐ型窒化物半導体層３４は、ｎ型窒化物半導体層３２と同様に、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有するｐドープした半導体物質から成ることができ、代表的な窒化物半導体物質としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮがある。ｐ型窒化物半導体層３４のドープに使用する不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎ、又は、Ｂｅなどが挙げられる。ｐ型窒化物半導体層３４は、この半導体物質を、有機金属気相蒸着法、分子ビーム成長法、又は、ハイブリッド気相蒸着法のような周知の蒸着工程を用いて、活性層３３上に成長させ形成される。
メッシュ型誘電体層３５は、ｐ型窒化物半導体層３４が露出した複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成る。メッシュ型誘電体層３５は、ｐ型窒化物半導体層３４の屈折率より低い屈折率を有する物質から成り、その材料としては、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ、及び、Ａｌから成る群から選択された元素を有する、酸化物、又は、窒化物から成ることができる。
活性層３３から生成された光は、メッシュ型誘電体層３５とｐ型窒化物半導体層３４との界面（説明の便宜上、以下第１界面という）において一部が反射し、ｐ型窒化物半導体層３４と高反射性オーミックコンタクト層３５との界面（以下第２界面という）において残りの殆どが反射する。これは、図４を参照してより明確に理解できるであろう。図４は、図２において「Ｃ」と表示された部分の拡大図であって、図４によると、活性層から生成された光は、約１．５の屈折率を有するメッシュ型誘電体層３５と約２．４の屈折率を有するｐ型窒化物半導体層３４との界面である第１界面において、透光性基板側に一部反射する（光Ｌ１）。また、メッシュ型誘電体層３５を通過した光は、メッシュ型誘電体層３５上に形成される高反射性オーミックコンタクト層３６と、メッシュ型誘電体層３５との界面である第２界面において、反射する（光Ｌ２）。
ここで、第１界面において反射する光Ｌ１と、第２界面において反射し、再びｐ型窒化物半導体層３４へ放出される光Ｌ２とが同じ位相となるよう、メッシュ型誘電体層３５の厚さを定めれば、光Ｌ１と光Ｌ２とが互いに補強干渉を起こして、光の輝度をより増加させることができる。補強干渉を起こすことのできるメッシュ型誘電体層３５の厚さは、下記数式１により計算することができる。
（ｄ：メッシュ型誘電体層の厚さ、λ：光の波長、ｎ：メッシュ型誘電体層の屈折率）
さらに、図２によると、高反射性オーミックコンタクト層３６は、メッシュ型誘電体層３５、及び、ｐ型窒化物半導体層３４が露出したオープン領域上に形成される。
高反射性オーミックコンタクト層３６は、比較的高いエネルギーバンドギャップを有するｐ型窒化物半導体層３４との接触抵抗を下げるのに適しながら、且つ、フリップチップ用窒化物半導体発光素子３０の構造的側面を考慮して、高い反射率を有する物質から成る必要がある。このような、接触抵抗の改善と高反射率との条件を満たすために、高反射性オーミックコンタクト層３６は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、及び、その組合せから成る群から選択された物資から成る、少なくとも一つの層から成ることができ、７０％以上の反射率を有することが好ましい。より好ましくは、高反射性オーミックコンタクト層３６は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、及び、Ｚｎから成る群から選択された物質から成る第１層と、この第１層上に形成され、Ａｇ、及び、Ａｌから成る群から選択された物質から成る第２層とを備える二層構造から成ることができる。最も好ましくは、高反射性オーミックコンタクト層３６は、Ｎｉから成る第１層と、この第１層上に形成されたＡｇから成る第２層と、この第２層上に形成されたＰｔから成る第３層とを備える三層構造から成ることができる。高反射性オーミックコンタクト層３６は、化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition : CVD）、及び、電子ビーム蒸発法（E-beam evaporator）のような周知の蒸着方法、又は、スパッタリング（sputtering）などの工程を用いて形成することができ、オーミックコンタクト特性を向上させるために、約４００℃から約９００℃の温度において熱処理することができる。
メッシュ型誘電体層３５は、メッシュ構造を有するので、高反射性オーミックコンタクト層３６は、オープン領域においてｐ型窒化物半導体層３４の上面に接触することになる。したがって、高反射性オーミックコンタクト層３６とｐ型窒化物半導体層３４とが互いに接した界面(以下、第３界面という)は、実質的に、メッシュ形態を有するようになる。結果として、高反射性オーミックコンタクト層３６は、実質的に、メッシュ構造となるので、ｐ側ボンディング電極３９ｂから、高反射性オーミックコンタクト層３６に沿って、ｎ側電極３９ａに向かう電流経路は、相対的に長くなる。したがって、発光素子の動作時において、ｎ側電極３９ａに隣接した部分に電流が集中する傾向が緩和し、電流がｐ型窒化物半導体層３４に進む割合が高くなり、電流クラウディング問題を緩和することができる。
図２と図３から、本発明に用いたメッシュ構造を有する高反射性オーミックコンタクト層３６により電流クラウディング現象が緩和する原理を、より容易に理解できるであろう。図３のようなメッシュ構造特性により、ｐ型窒化物半導体層３４より低い電気抵抗率を有する高反射性オーミックコンタクト層３６に沿って進む電流は、ｎ側電極３９ａへ到達するまで長い経路（例えば、図３の矢印）を有するようになる。したがって、図２に示すように、ｐ型窒化物半導体層３４へ直接向かう電流の割合が、相対的に増加する。このことにより、電流クラウディング問題が緩和すると同時に、活性層３３全体から、より均一な発光を期待できるので、素子の信頼性の向上はいうまでもなく、発光効率も大きく増加させることができる。また、メッシュ構造を用いながらも、第１界面、第２界面、及び、第３界面から光を透光性基板３１側に反射できるので、フリップチップ構造において、より高い輝度特性を得ることができる。
本発明の高反射性オーミックコンタクト層３６は、実質的に、メッシュ構造となるだけでも充分に電流クラウディング問題を緩和させられるが、電流注入効率を向上させ、ｐ型窒化物半導体層３４とのオーミックコンタクトを形成するために、第３界面の面積の和がｐ型窒化物半導体層３４上面の全面積に対して、３０％以上になることが好ましい。したがって、メッシュ型誘電体層３５において、ｐ型窒化物半導体層３４の上面を露出するオープン領域の面積を、ｐ型窒化物半導体層３４上面の全面積の３０％以上になるよう形成することが好ましい。
ｎ側電極３９ａは、ｎ型窒化物半導体層３２上に、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、及び、Ａｕから成る群から選択された物質から成る単一層、又は、複数層で形成することができる。ｎ側電極３９ａは、化学気相蒸着法、及び、電子ビーム蒸発法のような周知の蒸着方法、又は、スパッタリングなどの工程を用いて、ｎ型窒化物半導体層３２上に形成することができる。
ｐ側ボンディング電極３９ｂは、高反射性オーミックコンタクト層３６上に形成する。ｐ側ボンディング電極３９ｂは、フリップチップ構造において導電性バンプを介してリード上に搭載される最外郭電極層であって、一般に、Ａｕ、又は、Ａｕを有する合金を材料として、化学気相蒸着法、及び、電子ビーム蒸着法のような周知の蒸着方法、又は、スパッタリングなどの工程を用いて形成することができる。
図５は、本発明の他の実施の形態によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子を示す側断面図である。
図５のように、本実施の形態によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子４０は、サファイア基板のような窒化物半導体成長用透光性基板４１と、その上面に順次積層されたｎ型窒化物半導体層４２、活性層４３、及び、ｐ型窒化物半導体層４４と、ｐ型窒化物半導体層４４上に形成され、ｐ型窒化物半導体層４４の露出した複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成るメッシュ型誘電体層４５と、メッシュ型誘電体層４５、及び、ｐ型窒化物半導体層４４の露出したオープン領域上に形成された高反射性オーミックコンタクト層４６と、高反射性オーミックコンタクト層４６を覆う金属バリア層４７とを備える。また、本実施の形態によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子４０のｎ側電極４９ａは、メサエッチングにより露出されたｎ型窒化物半導体層４２の上面に形成され、ｐ側ボンディング電極４９ｂは、金属バリア層４７の上面に形成される。
本実施の形態によるフリップチップ用窒化物半導体発光素子４０は、図２に基づいて説明した本発明の実施の形態に、高反射性オーミックコンタクト層４６を覆う金属バリア層４７を、さらに備える構造を有する。
本実施の形態に用いる金属バリア層４７は、高反射性オーミックコンタクト層４６を覆う形態で形成され、ｐ側ボンディング電極４９ｂを構成する物質と、高反射性オーミックコンタクト層４６を構成する物質との界面に融和され、オーミックコンタクト層の特性(とりわけ、反射率及び接触抵抗)が低下するのを防止するための層として採用される。即ち、金属バリア層４７は、ｐ側ボンディング電極４９ｂと高反射性オーミックコンタクト層４６との界面において、Ａｕ成分がミキシングされるのを防止するためのバリアの役目を果たす。また、金属バリア層４７は、高反射性オーミックコンタクト層４６がＡｇを有する場合に、Ａｇの移動（migration）による漏れ電流の発生を、効果的に防止する役目を同時に果たす。
こうした金属バリア層４７は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、及び、その組合せから成るグループから選択された物質から成る単一層、又は、複数層から成ることができる。金属バリア層４７は、他の電極のように通常の蒸着法、又は、スパッタリング工程を用いて形成され、密着力を向上させるために約３００℃の温度において、数十秒から数分間熱処理することができる。
図６は、図５の窒化物半導体発光素子４０が搭載されたフリップチップ発光装置５０を示す側断面図である。
図６に示すように、フリップチップ用窒化物半導体発光素子４０は、支持体用基板６１上に、電極４９ａと電極４９ｂとを、導電性バンプ６４ａと導電性バンプ６４ｂとを介して、リードパターン６２ａとリードパターン６２ｂとの上に融着させ、搭載することができる。先に説明したように、本フリップチップ発光装置５０において、半導体発光素子４０のサファイア基板は投光性である為、光放出面として活用され、メッシュ型誘電体層４５は、実質的に、メッシュ形状の高反射性オーミックコンタクト層４６を形成する。この結果、ｐ型窒化物半導体層４４との接触抵抗、及び、電流注入効果を改善すると同時に、高い反射率を確保することによって光放出面に向かう光を増加させ、高い輝度特性を得ることができる。とりわけ、メッシュ型誘電体層４５の厚さを調節することにより、第１界面と第２界面とにおいて反射する光の補強干渉を誘導し、より高い輝度特性を得ることができる。
本発明は、上述した実施の形態、及び、添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定されるもので、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において、様々な形態の置換、変形、及び、変更が可能なことは当技術分野において通常の知識を有する者には明らかであろう。
１０、３０、４０ 窒化物半導体発光素子
１１ サファイア基板
１２、３２、４２ ｎ型窒化物半導体層
１３、３３、４３ 活性層
１４、３４、４４ ｐ型窒化物半導体層
１５ オーミックコンタクト層
１６、４７ 金属バリア層
１９ａ、１９ｂ 電極
２０、５０ フリップチップ発光装置
２１ 支持体用基板
２２ａ、２２ｂ リードパターン
２４ａ、２４ｂ 導電性バンプ
３１、４１ 透光性基板
３５、４５ メッシュ型誘電体層
３６、４６ 高反射性オーミックコンタクト層
３９ａ、４９ａ ｎ側電極
３９ｂ、４９ｂ ｐ側ボンディング電極
Ｌ１、Ｌ２ 光
１１ サファイア基板
１２、３２、４２ ｎ型窒化物半導体層
１３、３３、４３ 活性層
１４、３４、４４ ｐ型窒化物半導体層
１５ オーミックコンタクト層
１６、４７ 金属バリア層
１９ａ、１９ｂ 電極
２０、５０ フリップチップ発光装置
２１ 支持体用基板
２２ａ、２２ｂ リードパターン
２４ａ、２４ｂ 導電性バンプ
３１、４１ 透光性基板
３５、４５ メッシュ型誘電体層
３６、４６ 高反射性オーミックコンタクト層
３９ａ、４９ａ ｎ側電極
３９ｂ、４９ｂ ｐ側ボンディング電極
Ｌ１、Ｌ２ 光
Claims (12)
- 窒化物単結晶成長のための透光性基板と、
前記透光性基板上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成され、前記ｐ型窒化物半導体層の露出した、複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成るメッシュ型誘電体層と、
前記メッシュ型誘電体層、及び、前記ｐ型窒化物半導体層の露出したオープン領域上に形成された高反射性オーミックコンタクト層と、
前記高反射性オーミックコンタクト層、及び、前記ｎ型窒化物半導体層上に夫々形成された、ｐ側ボンディング電極、及び、ｎ側電極とを備えること、
を特徴とするフリップチップ用窒化物半導体発光素子。 - 基板上に形成されたｎ型、及び、ｐ型窒化物半導体層を備えるフリップチップ用窒化物半導体発光素子において、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成され、前記ｐ型窒化物半導体層の露出した複数のオープン領域を有するメッシュ構造から成るメッシュ型誘電体層と、
前記メッシュ型誘電体層上に形成された高反射性オーミックコンタクト層と、
前記高反射性オーミックコンタクト層上に形成されたｐ側ボンディング電極とを備えること、
を特徴とするフリップチップ用窒化物半導体発光素子。 - 前記メッシュ型誘電体層のオープン領域面積の和は、前記ｐ型窒化物半導体層の上面の全面積の３０％以上であること、
を特徴とする請求項１又は２に記載のフリップチップ用窒化物半導体発光素子。 - 前記メッシュ型誘電体層の屈折率は、前記ｐ型窒化物半導体層の屈折率より低いこと、
を特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のフリップチップ用窒化物半導体発光素子。 - 前記メッシュ型誘電体層の厚さは、下記数式１のようになること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のフリップチップ用窒化物半導体発光素子。
- 前記メッシュ型誘電体層は、
Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔi、Iｎ、Sｎ、Ｍｇ、及び、Ａｌから成る群から選択された元素を有する酸化物、又は、窒化物から成ること、
を特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のフリップチップ用窒化物半導体発光素子。 - 前記高反射性オーミックコンタクト層の反射率は、７０％以上であること、
を特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のフリップチップ用窒化物半導体発光素子。 - 前記高反射性オーミックコンタクト層は、
Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、及び、その組合せから成る群から選択された物質から成る、少なくとも一つの層を備えること、
を特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のフリップチップ用窒化物半導体発光素子。 - 前記高反射性オーミックコンタクト層は、
Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、及び、Ｚｎから成る群から選択された物質から成る第１層と、
前記第１層上に形成され、Ａｇ、及び、Ａｌから成る群から選択された物質から成る第２層とを備えること、
を特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記高反射性オーミックコンタクト層は、
Ｎｉから成る第１層と、
前記第１層上に形成されたＡｇから成る第２層と、
前記第２層上に形成されたＰｔから成る３層とを備えること、
を特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記高反射性オーミックコンタクト層を覆う金属バリア層を、さらに備えること、
を特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のフリップチップ用窒化物半導体発光素子。 - 前記金属バリア層は、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、及び、その組合せから成る群から選択された物質から成る、少なくとも一つの層を備えること、
を特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載のフリップチップ用窒化物半導体発光素子。
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