JP2017059752A - 発光装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光が電極に吸収されることを抑制するとともに光が外部に取り出されやすい発光装置とその製造方法を提供することである。【解決手段】 発光装置１は、基板１１０と、基板１１０の上のIII 族窒化物半導体層と、III 族窒化物半導体層の上の電流阻止層ＣＢ１と、III 族窒化物半導体層および電流阻止層ＣＢ１の上の透明導電性酸化物ＴＥ１と、III 族窒化物半導体層および透明導電性酸化物ＴＥ１の少なくとも一部を覆う誘電体膜Ｆ１と、誘電体膜Ｆ１の上の蛍光体樹脂２００と、を有する。III 族窒化物半導体層の屈折率は、透明導電性酸化物ＴＥ１の屈折率より大きい。透明導電性酸化物ＴＥ１の屈折率は、誘電体膜Ｆ１より大きい。誘電体膜Ｆ１の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率より大きい。電流阻止層ＣＢ１の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率よりも小さい。【選択図】図３
Description
本明細書の技術分野は、発光装置とその製造方法に関する。
III 族窒化物半導体発光装置は、電子と正孔とが再結合することにより発光する発光層と、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、を有する。このように発光層では光が発生する。しかし、発生した光は必ずしもIII 族窒化物半導体発光装置の外部に取り出されるとは限らない。III 族窒化物半導体発光装置の各部に吸収されたり、III 族窒化物半導体発光装置の各部で反射されたりするからである。
そのため、III 族窒化物半導体発光装置から好適に光を取り出すための技術が開発されてきている。例えば、特許文献１には、ＩＴＯ（屈折率１．９程度）の上に透明高屈折率膜１５（ＴｉＯ2 ）を形成する技術が開示されている（特許文献１の図６等参照）。透明高屈折率膜１５においては、膜厚内部の屈折率がＩＴＯの側から光取り出し面に向かうにしたがって小さくなっている（特許文献１の段落［００６０］および図６参照）。これにより、発光層からの光を外部に取り出しやすくしている。
このように、半導体発光素子の内部における光取り出し効率の向上を図ったとしても、半導体発光素子から蛍光体樹脂に光が入射する際に光が蛍光体樹脂に反射される場合がある。また、光が電極に照射されると、光はある程度電極に吸収される。このような発光装置では、その分だけ光取り出し効率が低い。
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、光が電極に吸収されることを抑制するとともに光が外部に取り出されやすい発光装置とその製造方法を提供することである。
第１の態様における発光装置は、基板と、基板の上のIII 族窒化物半導体層と、III 族窒化物半導体層の上の電流阻止層と、III 族窒化物半導体層および電流阻止層の上の透明導電性酸化物と、III 族窒化物半導体層および透明導電性酸化物の少なくとも一部を覆う第１の誘電体膜と、第１の誘電体膜の上の蛍光体樹脂と、を有する。III 族窒化物半導体層の屈折率は、透明導電性酸化物の屈折率より大きい。透明導電性酸化物の屈折率は、第１の誘電体膜より大きい。第１の誘電体膜の屈折率は、蛍光体樹脂の屈折率より大きい。電流阻止層の屈折率は、蛍光体樹脂の屈折率よりも小さい。
この発光装置においては、III 族窒化物半導体層、透明導電性酸化物、第１の誘電体膜、蛍光体樹脂の順で屈折率が小さくなっている。そして、発光層から発せられた光は、III 族窒化物半導体層、透明導電性酸化物、第１の誘電体膜、蛍光体樹脂の順で透過する。そのため、この発光装置から発せられた光は、それほど全反射することなく外部に取り出される。また、電流阻止層の屈折率は、蛍光体樹脂の屈折率よりも小さい。そのため、III 族窒化物半導体層から電流阻止層を透過して透明導電性酸化物に入射しようとする光は、電流阻止層と透明導電性酸化物との境界面で反射しやすい。このように、外部に取り出される経路を通過する光は発光装置の内部で反射しにくく、電極に向かう光は発光装置の内部で反射しやすい。このため、光は、電極にそれほど吸収されずに外部に取り出される。したがって、この発光装置の光取り出し効率は高い。
第２の態様における発光装置は、透明導電性酸化物の上の反射膜と、反射膜を覆う第２の誘電体膜と、を有する。そして、第２の誘電体膜の屈折率は、蛍光体樹脂の屈折率よりも小さい。
第３の態様における発光装置においては、第１の誘電体膜は、基板の側面を覆っている。そして、基板の屈折率は、第１の誘電体膜の屈折率よりも大きい。
第４の態様における発光装置においては、発光波長が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。
第５の態様における発光装置においては、透明導電性酸化物はＩＺＯである。
第６の態様における発光装置の製造方法は、基板の上にIII 族窒化物半導体層を形成する半導体層形成工程と、III 族窒化物半導体層の上に電流阻止層を形成する電流阻止層形成工程と、III 族窒化物半導体層および電流阻止層の上に透明導電性酸化物を形成する透明導電性酸化物形成工程と、III 族窒化物半導体層および透明導電性酸化物の少なくとも一部を第１の誘電体膜で覆う第１の誘電体膜形成工程と、第１の誘電体膜の上に蛍光体樹脂を形成する蛍光体樹脂形成工程と、を有する。III 族窒化物半導体層の屈折率は、透明導電性酸化物の屈折率より大きい。透明導電性酸化物の屈折率は、第１の誘電体膜より大きい。第１の誘電体膜の屈折率は、蛍光体樹脂の屈折率より大きい。電流阻止層の屈折率は、蛍光体樹脂の屈折率よりも小さい。
第７の態様における発光装置の製造方法は、透明導電性酸化物の上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、反射膜を第２の誘電体膜で覆う第２の誘電体膜形成工程と、を有する。そして、第２の誘電体膜の屈折率は、蛍光体樹脂の屈折率よりも小さい。
第８の態様における発光装置の製造方法においては、第１の誘電体膜形成工程では、基板の側面に第１の誘電体膜を形成する。基板の屈折率は、第１の誘電体膜の屈折率よりも大きい。
本明細書では、光が電極に吸収されることを抑制するとともに光が外部に取り出されやすい発光装置とその製造方法が提供されている。
以下、具体的な実施形態について、半導体発光装置とその製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、これらの実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体発光装置の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。
（第１の実施形態）
１．発光装置
図１は、第１の実施形態の発光装置１の構造を示す平面図である。図２は、図１の発光装置１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。発光装置１は、発光素子１００と、蛍光体樹脂２００と、を有する。発光装置１は、白色光を発するIII 族窒化物半導体発光装置である。発光装置１の波長は４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体から成る複数の半導体層を有するフェイスアップ型の半導体発光素子である。
１．発光装置
図１は、第１の実施形態の発光装置１の構造を示す平面図である。図２は、図１の発光装置１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。発光装置１は、発光素子１００と、蛍光体樹脂２００と、を有する。発光装置１は、白色光を発するIII 族窒化物半導体発光装置である。発光装置１の波長は４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体から成る複数の半導体層を有するフェイスアップ型の半導体発光素子である。
図１および図２に示すように、発光素子１００は、基板１１０と、ｎ型半導体層１２０と、発光層１３０と、ｐ型半導体層１４０と、電流阻止層ＣＢ１と、透明導電性酸化物ＴＥ１と、誘電体膜Ｆ１と、誘電体膜ＦＮ１と、誘電体膜ＦＰ１と、誘電体膜ＦＫ１と、反射膜ＲＮ１と、反射膜ＲＰ１と、ｎドット電極Ｎ１と、ｎ配線電極Ｎ２と、ｎパッド電極ＮＥと、ｐドット電極Ｐ１と、ｐ配線電極Ｐ２と、ｐパッド電極ＰＥと、を有する。
基板１１０は、各半導体層を支持するための支持基板である。また、成長基板を兼ねていてもよい。基板１１０の主面の上には凹凸加工があるとよい。基板１１０の材質は、サファイアである。また、サファイア以外にも、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＮなどの材質を用いてもよい。
ｎ型半導体層１２０と、発光層１３０と、ｐ型半導体層１４０とは、基板１１０の上に形成されたIII 族窒化物半導体層である。ｎ型半導体層１２０は、ｎ型コンタクト層と、ｎ側静電耐圧層と、ｎ側超格子層と、を有する。ｎ型半導体層１２０は、ドナーをドープしていないｕｄ−ＧａＮ層等を有していてもよい。ｐ型半導体層１４０は、ｐ側クラッド層と、ｐ型コンタクト層と、を有する。ｐ型半導体層１４０は、アクセプターをドープしていないｕｄ−ＧａＮ層等を有していてもよい。ｎ型半導体層１２０およびｐ型半導体層１４０は、上記以外の構造であってもよい。
電流阻止層ＣＢ１は、電極直下に電流が流れることを阻止するとともに発光面内に電流を拡散させるための層である。電流阻止層ＣＢ１は、ｐ型半導体層１４０の上に形成されている。また、電流阻止層ＣＢ１は、ｐ型半導体層１４０と透明導電性酸化物ＴＥ１との間に形成されている。電流阻止層ＣＢ１の材質は、例えば、ＭｇＦもしくはＳｉＯ2 である。
透明導電性酸化物ＴＥ１は、ｐ型半導体層１４０および電流阻止層ＣＢ１の上に形成されている。透明導電性酸化物ＴＥ１は、透明電極である。透明導電性酸化物ＴＥ１として、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＣＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 、ＳｎＯ2 が挙げられる。また、その他の透明な酸化物であってもよい。
誘電体膜Ｆ１は、第１の誘電体膜である。誘電体膜Ｆ１は、III 族窒化物半導体層および透明導電性酸化物ＴＥ１の少なくとも一部を覆っている。また、誘電体膜Ｆ１は、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を覆っている。誘電体膜Ｆ１の材質は、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ｙ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 のいずれかである。
反射膜ＲＮ１は、発光層１３０からの光をｎ配線電極Ｎ２等に照射させることを防止するための膜である。反射膜ＲＰ１は、発光層１３０からの光をｐ配線電極Ｐ２等に照射させることを防止するための膜である。反射膜ＲＮ１は、ｎ型半導体層１２０の上に形成されている。反射膜ＲＰ１は、透明導電性酸化物ＴＥ１の上に位置している。誘電体膜ＦＮ１は、反射膜ＲＮ１を覆う膜である。誘電体膜ＦＰ１は、反射膜ＲＰ１を覆う第２の誘電体膜である。
ｎドット電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層に接触するｎコンタクト電極である。ｎ配線電極Ｎ２は、複数のｎドット電極Ｎ１とｎパッド電極ＮＥとを電気的に接続するための電極である。ｎパッド電極ＮＥは、外部電源と電気的に接続される電極である。
ｐドット電極Ｐ１は、ｐ型コンタクト層に接触するｐコンタクト電極である。ｐ配線電極Ｐ２は、複数のｐドット電極Ｐ１とｐパッド電極ＰＥとを電気的に接続するための電極である。ｐパッド電極ＰＥは、外部電源と電気的に接続される電極である。
蛍光体樹脂２００は、蛍光体を含有する樹脂である。蛍光体は、例えばＹＡＧ系蛍光体である。蛍光体樹脂２００は、誘電体膜Ｆ１の上に形成されている。
これらの半導体の積層構造および電極の積層構造は一例である。そのため、半導体の積層構造および電極の積層構造は、上記以外の構成であってもよい。
２．積層構造と屈折率との関係
２−１．積層構造
図３は、各層の積層構造と屈折率とを示す図である。図３に示すように、各層は、半導体層の側から、ｐ型半導体層１４０、電流阻止層ＣＢ１、透明導電性酸化物ＴＥ１、誘電体膜Ｆ１、ｐドット電極Ｐ１、ｐ配線電極Ｐ２、蛍光体樹脂２００、の順で積層されている。
２−１．積層構造
図３は、各層の積層構造と屈折率とを示す図である。図３に示すように、各層は、半導体層の側から、ｐ型半導体層１４０、電流阻止層ＣＢ１、透明導電性酸化物ＴＥ１、誘電体膜Ｆ１、ｐドット電極Ｐ１、ｐ配線電極Ｐ２、蛍光体樹脂２００、の順で積層されている。
図３に示すように、発光装置１は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とを有する。第１の領域Ｒ１は、ｐドット電極Ｐ１等の電極を有さない領域である。第２の領域Ｒ２は、ｐドット電極Ｐ１等の電極を有する領域である。第１の領域Ｒ１では、発光層１３０からの光をなるべく外部に取り出すようにする。第２の領域Ｒ２では、発光層１３０からの光を電極に照射されないようにする。
第２の領域Ｒ２には、ｐドット電極Ｐ１およびｐ配線電極Ｐ２がある。また、第２の領域Ｒ２には、電流阻止層ＣＢ１がある。このように、電流阻止層ＣＢ１は、ｐドット電極Ｐ１を半導体層に射影した領域の周辺に位置している。
２−２．屈折率
図３には、各層の屈折率が代表値で示されている。つまり、図３の屈折率はあくまで例示であり、各層の屈折率はこれらの数値に限られない。図３に示すように、ｐ型半導体層１４０の屈折率は２．４である。電流阻止層ＣＢ１の屈折率は１．４６である。透明導電性酸化物ＴＥ１の屈折率は１．９６である。誘電体膜Ｆ１の屈折率は１．７である。蛍光体樹脂２００の屈折率は１．５３である。
図３には、各層の屈折率が代表値で示されている。つまり、図３の屈折率はあくまで例示であり、各層の屈折率はこれらの数値に限られない。図３に示すように、ｐ型半導体層１４０の屈折率は２．４である。電流阻止層ＣＢ１の屈折率は１．４６である。透明導電性酸化物ＴＥ１の屈折率は１．９６である。誘電体膜Ｆ１の屈折率は１．７である。蛍光体樹脂２００の屈折率は１．５３である。
ｐ型半導体層１４０の屈折率は、透明導電酸化物ＴＥ１の屈折率よりも大きい。透明導電性酸化物ＴＥ１の屈折率は、誘電体膜Ｆ１の屈折率よりも大きい。誘電体膜Ｆ１の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率よりも大きい。電流阻止層ＣＢ１の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率よりも小さい。
電流阻止層ＣＢ１の屈折率はｐ型半導体層１４０の屈折率よりも小さい。また、電流阻止層ＣＢ１の屈折率は透明導電性酸化物ＴＥ１の屈折率よりも小さい。
また、図３には描かれていないが、例えば、誘電体膜ＦＰ１の屈折率は、１．４６である。誘電体膜ＦＰ１の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率よりも小さい。
発光素子１００は、電流阻止層ＣＢ１の直下以外の第１の領域Ｒ１と、電流阻止層ＣＢ１の直下の第２の領域Ｒ２と、を有する。発光素子１００に電圧を印加すると、電流阻止層ＣＢ１のない第１の領域Ｒ１に電流が流れる。そのため、第１の領域Ｒ１の発光層１３０が発光する。
ここで、第１の領域Ｒ１では、半導体層の側から、ｐ型半導体層１４０、透明導電性酸化物ＴＥ１、誘電体膜Ｆ１、蛍光体樹脂２００、の順に形成されている。そして、半導体層の側から蛍光体樹脂２００に向かって屈折率が徐々に小さくなっている。そのため、第１の領域Ｒ１では、各層間の境界面における光の反射が抑制されている。したがって、発光素子１００の発光効率はよい。
第２の領域Ｒ２の発光層１３０は、ほとんど発光しない。ただし、第１の領域Ｒ１の発光層１３０から斜めに第２の領域Ｒ２に入る光は存在し得る。ここで、第２の領域Ｒ２では、電流阻止層ＣＢ１の屈折率は透明導電性酸化物ＴＥ１の屈折率よりも小さい。そのため、電流阻止層ＣＢ１から透明導電性酸化物ＴＥ１に向かう光の臨界角は小さい。したがって、電流阻止層ＣＢ１から透明導電性酸化物ＴＥ１に向かう光は全反射しやすい。よって、第２の領域Ｒ２では、光はｐドット電極Ｐ１にそれほど照射されない。そのため、ｐドット電極Ｐ１で吸収される光の成分は少ない。
このように、発光装置１は、光を透過させたい経路では光の全反射を抑制し、光を透過させたくない経路では光の全反射を促進する。したがって、発光装置１は、光取り出し効率に優れている。
２−３．各材料における波長と屈折率との関係
図４は、各材料における波長と屈折率との関係を示すグラフである。図４の横軸は、光の波長である。図４の縦軸は、屈折率である。図４において、線Ａ１は、ＧａＮの屈折率を示している。線Ａ２は、ＩＺＯの屈折率を示している。線Ａ３は、ＩＴＯの屈折率を示している。線Ａ４は、ＨｆＯ2 の屈折率を示している。線Ａ５は、サファイアの屈折率を示している。線Ａ６は、Ａｌ2 Ｏ3 の屈折率を示している。線Ａ７は、ＳｉＯ2 の屈折率を示している。線Ａ８は、ＭｇＦ2 の屈折率を示している。
図４は、各材料における波長と屈折率との関係を示すグラフである。図４の横軸は、光の波長である。図４の縦軸は、屈折率である。図４において、線Ａ１は、ＧａＮの屈折率を示している。線Ａ２は、ＩＺＯの屈折率を示している。線Ａ３は、ＩＴＯの屈折率を示している。線Ａ４は、ＨｆＯ2 の屈折率を示している。線Ａ５は、サファイアの屈折率を示している。線Ａ６は、Ａｌ2 Ｏ3 の屈折率を示している。線Ａ７は、ＳｉＯ2 の屈折率を示している。線Ａ８は、ＭｇＦ2 の屈折率を示している。
ＩＴＯ、ＩＺＯは、透明導電性酸化物ＴＥ１の材料である。サファイアは、基板の材料である。ＨｆＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 は、誘電体膜Ｆ１の材料である。ＳｉＯ2 、ＭｇＦ2 は、電流阻止層ＣＢ１の材料である。
図４に示すように、特定の材料における屈折率は光の波長にある程度依存する。例えば、ＩＴＯは、波長が長くなるほど屈折率は小さくなる。波長が３００ｎｍの場合にはＩＴＯの屈折率は２．４である。波長が９００ｎｍの場合にはＩＴＯの屈折率は１．６７程度である。
ここで、光の波長が５００ｎｍの場合について説明する。この場合、ＧａＮの屈折率は、２．４２程度である。ＩＺＯの屈折率は、２．０５程度である。ＩＴＯの屈折率は、１．９５程度である。ＨｆＯ2 の屈折率は、１．９３程度である。サファイアの屈折率は、１．７８程度である。Ａｌ2 Ｏ3 の屈折率は、１．６８程度である。ＳｉＯ2 の屈折率は、１．４６程度である。ＭｇＦ2 の屈折率は、１．４程度である。
２−４．スペクトル
図５は、本実施形態の発光素子１００が発する光の波長と発光強度との関係を示すグラフである。図５の横軸は波長である。図５の縦軸は発光強度である。図５に示すように、波長４５０ｎｍ近傍に大きなピークがある。そして、波長５６０ｎｍ近傍に緩やかなピークがある。図５に示すように、この発光素子１００の発光波長は４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。
図５は、本実施形態の発光素子１００が発する光の波長と発光強度との関係を示すグラフである。図５の横軸は波長である。図５の縦軸は発光強度である。図５に示すように、波長４５０ｎｍ近傍に大きなピークがある。そして、波長５６０ｎｍ近傍に緩やかなピークがある。図５に示すように、この発光素子１００の発光波長は４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。
２−５．シミュレーション
図６に示す構造を想定してシミュレーションを行った。つまり、下層からＧａＮ、ＩＺＯ、誘電体膜、樹脂の順で積層された積層体を想定した。ＩＺＯの膜厚は７０ｎｍである。誘電体膜の膜厚は１００ｎｍである。誘電体膜については、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 とを用いてこれらを比較した。
図６に示す構造を想定してシミュレーションを行った。つまり、下層からＧａＮ、ＩＺＯ、誘電体膜、樹脂の順で積層された積層体を想定した。ＩＺＯの膜厚は７０ｎｍである。誘電体膜の膜厚は１００ｎｍである。誘電体膜については、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 とを用いてこれらを比較した。
図７は、波長が４５０ｎｍの場合の入射角と透過率との関係を示すグラフである。図７の横軸は入射角である。図７の縦軸は透過率である。誘電体膜としてＡｌ2 Ｏ3 を用いた場合の透過率は、入射角が７５°程度より大きい領域で顕著に減少している。入射角が７５°程度の場合に、誘電体膜としてＡｌ2 Ｏ3 を用いた場合の透過率は９０％程度である。誘電体膜としてＳｉＯ2 を用いた場合の透過率は、入射角が６０°程度より大きい領域で顕著に減少している。入射角が６０°程度の場合に、誘電体膜としてＳｉＯ2 を用いた場合の透過率は９０％程度である。そして、図７に示すように、誘電体膜としてＡｌ2 Ｏ3 を用いた場合の透過率は、誘電体膜としてＳｉＯ2 を用いた場合の透過率よりも大きい。
図８は、波長が５７０ｎｍの場合の入射角と透過率との関係を示すグラフである。図８の横軸は入射角である。図８の縦軸は透過率である。誘電体膜としてＡｌ2 Ｏ3 を用いた場合の透過率は、入射角が７５°程度より大きい領域で顕著に減少している。入射角が７５°程度の場合に、誘電体膜としてＡｌ2 Ｏ3 を用いた場合の透過率は９０％程度である。誘電体膜としてＳｉＯ2 を用いた場合の透過率は、入射角が６０°程度より大きい領域で顕著に減少している。入射角が６０°程度の場合に、誘電体膜としてＳｉＯ2 を用いた場合の透過率は９０％程度である。そして、図８に示すように、誘電体膜としてＡｌ2 Ｏ3 を用いた場合の透過率は、誘電体膜としてＳｉＯ2 を用いた場合の透過率よりも大きい。
３．発光装置の製造方法
この製造方法は、基板の上にIII 族窒化物半導体層を形成する半導体層形成工程と、III 族窒化物半導体層の上に電流阻止層を形成する電流阻止層形成工程と、III 族窒化物半導体層および電流阻止層の上に透明導電性酸化物を形成する透明導電性酸化物形成工程と、III 族窒化物半導体層および透明導電性酸化物の少なくとも一部を第１の誘電体膜で覆う第１の誘電体膜形成工程と、第１の誘電体膜の上に蛍光体樹脂を形成する蛍光体樹脂形成工程と、を有する。
この製造方法は、基板の上にIII 族窒化物半導体層を形成する半導体層形成工程と、III 族窒化物半導体層の上に電流阻止層を形成する電流阻止層形成工程と、III 族窒化物半導体層および電流阻止層の上に透明導電性酸化物を形成する透明導電性酸化物形成工程と、III 族窒化物半導体層および透明導電性酸化物の少なくとも一部を第１の誘電体膜で覆う第１の誘電体膜形成工程と、第１の誘電体膜の上に蛍光体樹脂を形成する蛍光体樹脂形成工程と、を有する。
３−１．半導体層形成工程
基板１１０の上に、ｎ型半導体層１２０、発光層１３０、ｐ型半導体層１４０を形成する。より具体的には、基板１１０の上に、ｎ型コンタクト層、ｎ側静電耐圧層、ｎ側超格子層、発光層、ｐ側クラッド層、ｐ型コンタクト層の順に半導体層を形成する。その際に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。ここで用いるキャリアガスは、水素（Ｈ2 ）もしくは窒素（Ｎ2 ）もしくは水素と窒素との混合気体（Ｈ2 ＋Ｎ2 ）である。窒素源として、アンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いる。Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ）を用いる。Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ）を用いる。Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）を用いる。ｎ型ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）を用いる。ｐ型ドーパントガスとして、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）を用いる。また、これら以外のガスを用いてもよい。
基板１１０の上に、ｎ型半導体層１２０、発光層１３０、ｐ型半導体層１４０を形成する。より具体的には、基板１１０の上に、ｎ型コンタクト層、ｎ側静電耐圧層、ｎ側超格子層、発光層、ｐ側クラッド層、ｐ型コンタクト層の順に半導体層を形成する。その際に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。ここで用いるキャリアガスは、水素（Ｈ2 ）もしくは窒素（Ｎ2 ）もしくは水素と窒素との混合気体（Ｈ2 ＋Ｎ2 ）である。窒素源として、アンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いる。Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ）を用いる。Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ）を用いる。Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）を用いる。ｎ型ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）を用いる。ｐ型ドーパントガスとして、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）を用いる。また、これら以外のガスを用いてもよい。
３−２．電流阻止層形成工程
次に、ｐ型半導体層１４０のｐ型コンタクト層の上に電流阻止層ＣＢ１を形成する。その際にＣＶＤ法を用いればよい。電流阻止層ＣＢ１の膜厚は、例えば、１００ｎｍである。また、電流阻止層ＣＢ１を所望の位置および形状で形成するために、フォトリソグラフィ技術を用いればよい。
次に、ｐ型半導体層１４０のｐ型コンタクト層の上に電流阻止層ＣＢ１を形成する。その際にＣＶＤ法を用いればよい。電流阻止層ＣＢ１の膜厚は、例えば、１００ｎｍである。また、電流阻止層ＣＢ１を所望の位置および形状で形成するために、フォトリソグラフィ技術を用いればよい。
３−３．透明導電性酸化物形成工程
次に、電流阻止層ＣＢ１およびｐ型コンタクト層の上に透明導電性酸化物ＴＥ１を形成する。例えば、スパッタリングによりＩＺＯ膜を形成する。透明導電性酸化物ＴＥ１の膜厚は、例えば、７０ｎｍである。そして、６５０℃の雰囲気温度で透明導電性酸化物ＴＥ１を熱処理する。
次に、電流阻止層ＣＢ１およびｐ型コンタクト層の上に透明導電性酸化物ＴＥ１を形成する。例えば、スパッタリングによりＩＺＯ膜を形成する。透明導電性酸化物ＴＥ１の膜厚は、例えば、７０ｎｍである。そして、６５０℃の雰囲気温度で透明導電性酸化物ＴＥ１を熱処理する。
３−４．ｎ型半導体層露出工程
次に、ＩＣＰを用いてｐ型半導体層１４０の一部および発光層１３０の一部を除去する。これにより、ｎ型半導体層１２０の一部を露出させる。
次に、ＩＣＰを用いてｐ型半導体層１４０の一部および発光層１３０の一部を除去する。これにより、ｎ型半導体層１２０の一部を露出させる。
３−５．ドット電極形成工程
次に、ｎドット電極Ｎ１およびｐドット電極Ｐ１を形成する。ここで、例えば、蒸着により、５０ｎｍのＮｉ、２５０ｎｍのＡｕ、１０ｎｍのＡｌを順に形成する。そして、酸素雰囲気中で５５０℃の温度下で熱処理する。例えば、圧力は１５Ｐａである。
次に、ｎドット電極Ｎ１およびｐドット電極Ｐ１を形成する。ここで、例えば、蒸着により、５０ｎｍのＮｉ、２５０ｎｍのＡｕ、１０ｎｍのＡｌを順に形成する。そして、酸素雰囲気中で５５０℃の温度下で熱処理する。例えば、圧力は１５Ｐａである。
３−６．反射膜形成工程（第２の誘電体膜形成工程）
次に、ＣＶＤ法により３００ｎｍの膜厚で誘電体膜ＦＮ１および誘電体膜ＦＰ１を形成し、蒸着法により反射膜ＲＮ１および反射膜ＲＰ１を形成する。この後、再度ＣＶＤ法により１００ｎｍの膜厚で誘電体膜ＦＮ１および誘電体膜ＦＰ１を形成する。このようにして、反射膜ＲＰ１を誘電体膜ＦＰ１で覆う。反射膜ＲＮ１および反射膜ＲＰ１の材質は、例えば、Ａｌである。反射膜ＲＮ１および反射膜ＲＰ１の膜厚は、例えば、１００ｎｍである。
次に、ＣＶＤ法により３００ｎｍの膜厚で誘電体膜ＦＮ１および誘電体膜ＦＰ１を形成し、蒸着法により反射膜ＲＮ１および反射膜ＲＰ１を形成する。この後、再度ＣＶＤ法により１００ｎｍの膜厚で誘電体膜ＦＮ１および誘電体膜ＦＰ１を形成する。このようにして、反射膜ＲＰ１を誘電体膜ＦＰ１で覆う。反射膜ＲＮ１および反射膜ＲＰ１の材質は、例えば、Ａｌである。反射膜ＲＮ１および反射膜ＲＰ１の膜厚は、例えば、１００ｎｍである。
３−７．配線電極形成工程
次に、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を形成する。例えば、蒸着により、５０ｎｍのＴｉ、１５００ｎｍのＡｕ、１０ｎｍのＡｌを順に形成する。なお、ｎパッド電極ＮＥおよびｐパッド電極ＰＥを別途形成してもよい。
次に、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を形成する。例えば、蒸着により、５０ｎｍのＴｉ、１５００ｎｍのＡｕ、１０ｎｍのＡｌを順に形成する。なお、ｎパッド電極ＮＥおよびｐパッド電極ＰＥを別途形成してもよい。
３−８．保護膜形成工程（第１の誘電体膜形成工程））
次に、誘電体膜Ｆ１を形成する。誘電体膜Ｆ１により、各半導体層および透明導電性酸化物ＴＥ１の一部およびｐ配線電極Ｐ２およびｎ配線電極Ｎ２を覆う。ＣＶＤ法により誘電体膜Ｆ１を、例えば１００ｎｍの膜厚で形成する。または、原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いてもよい。
次に、誘電体膜Ｆ１を形成する。誘電体膜Ｆ１により、各半導体層および透明導電性酸化物ＴＥ１の一部およびｐ配線電極Ｐ２およびｎ配線電極Ｎ２を覆う。ＣＶＤ法により誘電体膜Ｆ１を、例えば１００ｎｍの膜厚で形成する。または、原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いてもよい。
３−９．素子分離工程
次に、ウエハを分割する。これにより、多数の発光素子１００が製造される。
次に、ウエハを分割する。これにより、多数の発光素子１００が製造される。
３−１０．蛍光体樹脂形成工程
次に、発光素子１００の光取り出し面側に蛍光体樹脂２００を形成する。
次に、発光素子１００の光取り出し面側に蛍光体樹脂２００を形成する。
３−１１．その他の工程
また、各パッド電極に配線する配線工程等その他の工程を実施してもよい。なお、上記の工程は、一例である。そのため、前述した積層構造および数値等はあくまで例である。よって、上記以外の数値等を用いてもよい。
また、各パッド電極に配線する配線工程等その他の工程を実施してもよい。なお、上記の工程は、一例である。そのため、前述した積層構造および数値等はあくまで例である。よって、上記以外の数値等を用いてもよい。
４．変形例
４−１．配線電極
本実施形態の発光装置１は、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を有している。しかし、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を有さない発光装置に対しても、本実施形態の技術を適用することができる。
４−１．配線電極
本実施形態の発光装置１は、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を有している。しかし、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を有さない発光装置に対しても、本実施形態の技術を適用することができる。
図９は、配線電極を有さない発光装置２を示す平面図である。図１０は、図９の発光装置２のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。図９および図１０に示すように、発光装置２は、発光素子３００と、蛍光体樹脂２００と、を有している。発光素子３００は、基板１１０と、ｎ型半導体層１２０と、発光層１３０と、ｐ型半導体層１４０と、電流阻止層ＣＢ１と、透明導電性酸化物ＴＥ１と、誘電体膜Ｆ１と、誘電体膜ＦＰ１と、反射膜ＲＰ１と、ｎパッド電極ＮＥ２と、ｐパッド電極ＰＥ２と、を有する。
この場合には、第１の領域Ｒ１に相当する領域では、各層は、半導体層の側から、ｐ型半導体層１４０、透明導電性酸化物ＴＥ１、誘電体膜Ｆ１、蛍光体樹脂２００、の順に形成されている。第２の領域Ｒ２に相当する領域では、各層は、半導体層の側から、ｐ型半導体層１４０、電流阻止層ＣＢ１、透明導電性酸化物ＴＥ１、誘電体膜ＦＰ１、反射膜ＲＰ１、ｐパッド電極ＰＥ２、蛍光体樹脂２００、の順に形成されている。そのため、発光装置２は、本実施形態と同様の屈折率の関係を有している。つまり、発光装置２に対して本実施形態の技術を適用することができる。
４−２．ｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極
本実施形態のｐコンタクト電極は、ｐドット電極Ｐ１である。本実施形態のｎコンタクト電極は、ｎドット電極Ｎ１である。これらの電極は、ドット形状に限らない。その他の形状のｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極を用いてもよい。
本実施形態のｐコンタクト電極は、ｐドット電極Ｐ１である。本実施形態のｎコンタクト電極は、ｎドット電極Ｎ１である。これらの電極は、ドット形状に限らない。その他の形状のｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極を用いてもよい。
５．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光装置１においては、各層は、半導体層の側から、ｐ型半導体層１４０、電流阻止層ＣＢ１、透明導電性酸化物ＴＥ１、誘電体膜Ｆ１、ｐドット電極Ｐ１、ｐ配線電極Ｐ２、蛍光体樹脂２００、の順で積層されている。ｐ型半導体層１４０の屈折率は、透明導電酸化物ＴＥ１の屈折率よりも大きい。透明導電性酸化物ＴＥ１の屈折率は、誘電体膜Ｆ１の屈折率よりも大きい。誘電体膜Ｆ１の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率よりも大きい。電流阻止層ＣＢ１の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率よりも小さい。これにより、発光光量に優れた発光装置１が実現されている。
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光装置１においては、各層は、半導体層の側から、ｐ型半導体層１４０、電流阻止層ＣＢ１、透明導電性酸化物ＴＥ１、誘電体膜Ｆ１、ｐドット電極Ｐ１、ｐ配線電極Ｐ２、蛍光体樹脂２００、の順で積層されている。ｐ型半導体層１４０の屈折率は、透明導電酸化物ＴＥ１の屈折率よりも大きい。透明導電性酸化物ＴＥ１の屈折率は、誘電体膜Ｆ１の屈折率よりも大きい。誘電体膜Ｆ１の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率よりも大きい。電流阻止層ＣＢ１の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率よりも小さい。これにより、発光光量に優れた発光装置１が実現されている。
なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。積層体の積層構造については、必ずしも図に示したものに限らない。積層構造や各層の繰り返し回数等、任意に選択してよい。また、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。キャリアガスを用いて結晶を成長させる方法であれば、他の方法を用いてもよい。また、液相エピタキシー法、分子線エピタキシー法等、その他のエピタキシャル成長法により半導体層を形成することとしてもよい。
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態について説明する。
１．発光装置
図１１は、第２の実施形態の発光装置３の概略構成を示す図である。図１２は、図１１の発光装置３のＸＩＩ−ＸＩＩ断面を示す断面図である。発光装置３は、発光素子４００と、蛍光体樹脂２００と、を有する。
図１１は、第２の実施形態の発光装置３の概略構成を示す図である。図１２は、図１１の発光装置３のＸＩＩ−ＸＩＩ断面を示す断面図である。発光装置３は、発光素子４００と、蛍光体樹脂２００と、を有する。
図１１および図１２に示すように、発光素子４００は、基板１１０と、ｎ型半導体層１２０と、発光層１３０と、ｐ型半導体層１４０と、電流阻止層ＣＢ１と、透明導電性酸化物ＴＥ１と、誘電体膜Ｆ２と、誘電体膜ＦＮ１と、誘電体膜ＦＰ１と、誘電体膜ＦＫ１と、反射膜ＲＮ１と、反射膜ＲＰ１と、ｎドット電極Ｎ１と、ｎ配線電極Ｎ２と、ｎパッド電極ＮＥと、ｐドット電極Ｐ１と、ｐ配線電極Ｐ２と、ｐパッド電極ＰＥと、を有する。
２．積層構造と屈折率との関係
第２の実施形態の発光素子４００は、第１の実施形態の発光素子１００と誘電体膜において異なっている。誘電体膜Ｆ２は、第１の誘電体膜である。発光素子４００の誘電体膜Ｆ２は、III 族窒化物半導体層および透明導電性酸化物ＴＥ１の少なくとも一部を覆っている。また、誘電体膜Ｆ２は、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を覆っている。そして、発光素子４００の誘電体膜Ｆ２は、III 族窒化物半導体層の側面に加えて基板１１０の側面も覆っている。
第２の実施形態の発光素子４００は、第１の実施形態の発光素子１００と誘電体膜において異なっている。誘電体膜Ｆ２は、第１の誘電体膜である。発光素子４００の誘電体膜Ｆ２は、III 族窒化物半導体層および透明導電性酸化物ＴＥ１の少なくとも一部を覆っている。また、誘電体膜Ｆ２は、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を覆っている。そして、発光素子４００の誘電体膜Ｆ２は、III 族窒化物半導体層の側面に加えて基板１１０の側面も覆っている。
基板１１０の屈折率は、１．７８である。誘電体膜Ｆ２の屈折率は１．７である。蛍光体樹脂２００の屈折率は１．５３である。よって、基板１１０の屈折率は、誘電体膜Ｆ２の屈折率よりも大きい。また、誘電体膜Ｆ２の屈折率は、蛍光体樹脂２００の屈折率よりも大きい。
３．発光装置の製造方法
本実施形態の発光装置の製造方法は、第１の実施形態の発光装置の製造方法とほぼ同様である。そのため、異なる点についてのみ説明する。第２の実施形態の発光装置の製造方法においては、第１の誘電体膜形成工程において、III 族窒化物半導体層に加えて、基板１１０の側面にも誘電体膜Ｆ２を形成する。
本実施形態の発光装置の製造方法は、第１の実施形態の発光装置の製造方法とほぼ同様である。そのため、異なる点についてのみ説明する。第２の実施形態の発光装置の製造方法においては、第１の誘電体膜形成工程において、III 族窒化物半導体層に加えて、基板１１０の側面にも誘電体膜Ｆ２を形成する。
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態について説明する。
１．発光装置
図１３は、第３の実施形態の発光装置４の構成を示す断面図である。発光装置４は、発光素子５００と、蛍光体樹脂２００と、を有する。
図１３は、第３の実施形態の発光装置４の構成を示す断面図である。発光装置４は、発光素子５００と、蛍光体樹脂２００と、を有する。
図１３に示すように、発光素子５００は、基板１１０と、ｎ型半導体層１２０と、発光層１３０と、ｐ型半導体層１４０と、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１と、透明導電性酸化物ＴＥ１と、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２と、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３と、誘電体膜Ｆ３と、ｎドット電極Ｎ１と、ｎ配線電極Ｎ２と、ｎパッド電極ＮＥと、ｐドット電極Ｐ１と、ｐ配線電極Ｐ２と、ｐパッド電極ＰＥと、を有する。
分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１、ＤＢＲ２、ＤＢＲ３は、波長λの光を選択的に反射する膜である。誘電体膜Ｆ３は、反射防止膜（ＡＲ）である。
このように、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１、ＤＢＲ２、ＤＢＲ３および反射防止膜を用いた場合であっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
１、２、３、４…発光装置
１００、３００、４００、５００…発光素子
１１０…基板
１２０…ｎ型半導体層
１３０…発光層
１４０…ｐ型半導体層
２００…蛍光体樹脂
ＣＢ１…電流阻止層
ＴＥ１…透明導電性酸化物
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３…誘電体膜
ＦＮ１、ＦＰ１…誘電体膜
ＲＮ１、ＲＰ１…反射膜
Ｎ１…ｎドット電極
Ｎ２…ｎ配線電極
ＮＥ…ｎパッド電極
Ｐ１…ｐドット電極
Ｐ２…ｐ配線電極
ＰＥ…ｐパッド電極
１００、３００、４００、５００…発光素子
１１０…基板
１２０…ｎ型半導体層
１３０…発光層
１４０…ｐ型半導体層
２００…蛍光体樹脂
ＣＢ１…電流阻止層
ＴＥ１…透明導電性酸化物
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３…誘電体膜
ＦＮ１、ＦＰ１…誘電体膜
ＲＮ１、ＲＰ１…反射膜
Ｎ１…ｎドット電極
Ｎ２…ｎ配線電極
ＮＥ…ｎパッド電極
Ｐ１…ｐドット電極
Ｐ２…ｐ配線電極
ＰＥ…ｐパッド電極
Claims (8)
- 基板と、
前記基板の上のIII 族窒化物半導体層と、
前記III 族窒化物半導体層の上の電流阻止層と、
前記III 族窒化物半導体層および前記電流阻止層の上の透明導電性酸化物と、
前記III 族窒化物半導体層および前記透明導電性酸化物の少なくとも一部を覆う第１の誘電体膜と、
前記第１の誘電体膜の上の蛍光体樹脂と、
を有し、
前記III 族窒化物半導体層の屈折率は、前記透明導電性酸化物の屈折率より大きく、
前記透明導電性酸化物の屈折率は、前記第１の誘電体膜より大きく、
前記第１の誘電体膜の屈折率は、前記蛍光体樹脂の屈折率より大きく、
前記電流阻止層の屈折率は、前記蛍光体樹脂の屈折率よりも小さいこと
を特徴とする発光装置。 - 請求項１に記載の発光装置において、
前記透明導電性酸化物の上の反射膜と、
前記反射膜を覆う第２の誘電体膜と、
を有し、
前記第２の誘電体膜の屈折率は、前記蛍光体樹脂の屈折率よりも小さいこと
を特徴とする発光装置。 - 請求項１または請求項２に記載の発光装置において、
前記第１の誘電体膜は、前記基板の側面を覆っており、
前記基板の屈折率は、前記第１の誘電体膜の屈折率よりも大きいこと
を特徴とする発光装置。 - 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の発光装置において、
発光波長が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であること
を特徴とする発光装置。 - 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の発光装置において、
前記透明導電性酸化物はＩＺＯであること
を特徴とする発光装置。 - 発光装置の製造方法において、
基板の上にIII 族窒化物半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記III 族窒化物半導体層の上に電流阻止層を形成する電流阻止層形成工程と、
前記III 族窒化物半導体層および前記電流阻止層の上に透明導電性酸化物を形成する透明導電性酸化物形成工程と、
前記III 族窒化物半導体層および前記透明導電性酸化物の少なくとも一部を第１の誘電体膜で覆う第１の誘電体膜形成工程と、
前記第１の誘電体膜の上に蛍光体樹脂を形成する蛍光体樹脂形成工程と、
を有し、
前記III 族窒化物半導体層の屈折率は、前記透明導電性酸化物の屈折率より大きく、
前記透明導電性酸化物の屈折率は、前記第１の誘電体膜より大きく、
前記第１の誘電体膜の屈折率は、前記蛍光体樹脂の屈折率より大きく、
前記電流阻止層の屈折率は、前記蛍光体樹脂の屈折率よりも小さいこと
を特徴とする発光装置の製造方法。 - 請求項６に記載の発光装置の製造方法において、
前記透明導電性酸化物の上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記反射膜を第２の誘電体膜で覆う第２の誘電体膜形成工程と、
を有し、
前記第２の誘電体膜の屈折率は、前記蛍光体樹脂の屈折率よりも小さいこと
を特徴とする発光装置の製造方法。 - 請求項６または請求項７に記載の発光装置の製造方法において、
前記第１の誘電体膜形成工程では、
前記基板の側面に前記第１の誘電体膜を形成し、
前記基板の屈折率は、前記第１の誘電体膜の屈折率よりも大きいこと
を特徴とする発光装置の製造方法。
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