JP2013021059A

JP2013021059A - 深紫外発光ダイオード

Info

Publication number: JP2013021059A
Application number: JP2011151833A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sakai; 全弘坂井; Hiroto Yanagawa; 博人柳川
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】Top Emitting型の深紫外発光ダイオードの効率を改善し、高効率で安価な深紫外発光ダイオードを提供する。
【解決手段】p型電極7の主成分をAgとし、膜厚を6nmとする。発光層4の発光波長を320±5nmに調整する。発光層4としては、InAlGaNなどの窒化物半導体層、MgZnOなどの酸化物半導体層を利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は深紫外発光ダイオード(LED)に関するものである。特に、電極材料にAgを使用したTop Emitting型深紫外ダイオードに関する。

深紫外（発光波長220〜350nm）LEDは、通常、InAlGaNを発光層としている（例えば、特許文献1参照）。図3は、前記特許文献1に記載された従来の深紫外LEDの構造を示す、模式的な断面図である。
図3において、1はサファイア基板であり、2はAlNからなる低温バッファ層、3はn型AlGaN:Si層、4は4元混晶発光層InAlGaNである。5はp型AlGaN:Mg層、6はGaNキャップ層である。8はn型電極を示す。37はp型電極であり、具体的には、Pd/Au積層膜を使用している。このp型電極37は、深紫外を吸収してしまうため、発光はサファイア基板1側から取り出す必要がある。このような構造は、実装にFlip-Chip実装が必要となるため、Flip-Chip型と呼ばれる。

一方、近紫外ならびに可視LEDでは、透明電極であるインジウム錫酸化物(indium tin oxide: ITO)をp型電極として使用し、その表面にAuなどのメッシュ電極を形成することで、p型電極側から光を取り出すTop Emitting型が一般的である（例えば、非特許文献1）。なぜならば、近紫外ならびに可視LEDでは、発光波長が350nm以上であるため、ITOの透過率が高く、Top Emitting型の方が光取り出し効率が高くなるためである。また、Top Emitting型では、Flip-Chip実装が不要でパッケージングプロセスが簡素となりプロセス面でも有利である。

しかし、深紫外LEDでは、発光波長が350nm未満となり、ITOのバンドギャップエネルギーを上回ってしまうため、透過率が低くなり、Top Emitting型にすると光取出し効率が低下する。このため現状では、特許文献１にあるようなFlip-Chip型を採用している。

特開2004-228489号公報

テクノタイムズ社刊、月刊ディスプレイ2005年2月号

しかしながら、前記従来の構成では、Flip-Chip実装工程により実装信頼性が低下する、さらには、工程が増えることにより、コスト高となる課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するものであって、Flip-Chip実装が不要となり、かつ、Top Emitting構造の深紫外ダイオードを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の深紫外発光ダイオードは、発光層と、前記発光層の片側の面に接したn型層と、前記発光層の前記n型層が接する面と反対側の面に接したp型層と、前記n型層と電気的に接触したn型電極と、前記p型層と電気的に接触したp型電極を有する発光ダイオードであって、前記p型電極がAgを主成分し、前記発光層の発光波長が320±5nmであり、前記p型電極側から発光を取り出す構成とする。

本発明によれば、Flip-Chip実装が不要となり、かつTop Emitting構造の深紫外ダイオードを提供できる。

本発明の実施の形態1における深紫外LEDの構成を示すための概略断面図本発明の実施の形態1にかかるAg電極の透過率の波長依存性を示す図従来の深紫外LEDの構成を示すための概略断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図1は、本発明の実施の形態1における深紫外LEDの構成を示すための概略断面図である。図1において、図3と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
発光層材料としては、特許文献1と同様のInAlGaNを使用する。その場合、In、Al、Gaの組成比と成膜温度に代表される成膜条件を調整して、発光波長を320±5nmに調整する。

また、InAlGaN以外にも、AlGaN、MgZnOなどが利用できる。AlGaNを用いた場合は、Al、Ga組成比の成膜条件を調整して、発光波長を320±5nmに調整する。また、MgZnOを用いた場合は、Mg、Zn組成比の成膜条件を調整して、発光波長を320±5nmに調整する。発光層材料としては、キャリア閉じ込め効果により効率が顕著に改善する多層量子井戸構造のものを用いることがさらに好ましい。

図1において、7はAg電極であり、膜厚は6nmである。
ここで石英上にAg電極７のみを成膜し、直線透過率の波長依存性を測定した。測定結果を図2に示す。当図において、波長320nm近傍で特異的に透過率が上昇し、90%を超えていることが分かる。通常のITOの近紫外・可視領域における透過率はやはり90%程度であることから、320nm近傍の深紫外LEDにおいては、Ag電極は透明電極と同等の透過率を有する。したがって、図1に示すTop Emitting型により、発光波長が320nmのLEDを構成することができる。

なお、Ag電極７の膜厚は、横方向の抵抗と透過率を考慮し、適宜調整する必要があるが、図2の測定結果とAgの抵抗率（1.63×10^-6Ωcm）を考慮すると、シート抵抗200Ω／□と透過率80%を確保するには、0.8nm以上16nm以下が好適である。
また従来例のように、p型層5とp型電極7の間に、p型キャップ層6を設けてもよい。
また、p型電極７をAg電極単層とすることも可能であるが、オーム性接触を重視し、極薄く（例えば1nm）Ni層を介在させ、Ni/Ag積層構造とすることもできる。

また、Agを主成分とするAg合金とすることも可能である。ただし、この場合、副成分の金属により透過率のピークが320nmからずれることが容易に類推されるため、発光波長を適宜調整する必要がある。
本実施の形態の深紫外LEDでは、発光波長が320±5nmで、透明電極がAgを主成分とする電極を用いた。Agは、波長320nmの光に対して特異的に高い透過率を有するので、本構成により、波長320±5nmで発光する深紫外LEDをTop Emitting型とすることができる。

また、本実施形態の深紫外LEDは、Flip-Chip実装が不要となる。Flip-Chip実装が不要となることで、製造コストが低減され、近紫外・可視LEDと同様のプロセスでパッケージングができ好ましい。
なお、本実施の形態において、AlGaN系材料によりn型層3、発光層4、p型層5を構成する場合に関して記述したが、MgZnO系材料によりそれらを構成することも可能である。

本発明にかかる深紫外LEDは、Top Emitting構造を有し、RGB蛍光体と組み合わせた高演色性白色光源として有用である。また、有機ELディスプレイに代わる高効率LEDディスプレイとして応用可能である。また、光触媒を利用した空気・水中などの環境破壊物質の清浄化、医学・生化学技術への用途にも応用可能である。

1 サファイア基板
2 低温バッファ層
3 n型層
4 発光層
5 p型層
6 p型キャップ層
7 Ag電極
8 n型電極
37 Pd／Au電極

Claims

発光層と、
前記発光層の片側の面に接したn型層と、
前記発光層の前記n型層が接する面と反対側の面に接したp型層と、
前記n型層と電気的に接触したn型電極と、
前記p型層と電気的に接触したp型電極とを有する発光ダイオードであって、
前記p型電極がAgを主成分とし、前記発光層の発光波長が320±5nmであり、前記p型電極側から発光を取り出す
深紫外発光ダイオード。
前記p型電極の膜厚が0.8nm以上16nm以下である
請求項1に記載の深紫外発光ダイオード。
前記発光層が窒化物半導体層である
請求項1または2に記載の深紫外発光ダイオード。
前記窒化物半導体層が、In、Al、Gaを含有する
請求項3に記載の深紫外発光ダイオード。
前記発光層が酸化物半導体層である
請求項1または2に記載の深紫外発光ダイオード。
前記酸化物半導体層がMg、Znを含有する
請求項5に記載の深紫外発光ダイオード。
前記発光層が量子井戸構造を有する
請求項1乃至6に記載の深紫外発光ダイオード。