JP4806111B1 - 発光ダイオード - Google Patents

発光ダイオード Download PDF

Info

Publication number
JP4806111B1
JP4806111B1 JP2011525756A JP2011525756A JP4806111B1 JP 4806111 B1 JP4806111 B1 JP 4806111B1 JP 2011525756 A JP2011525756 A JP 2011525756A JP 2011525756 A JP2011525756 A JP 2011525756A JP 4806111 B1 JP4806111 B1 JP 4806111B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
single crystal
type
transparent electrode
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011525756A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2011132394A1 (ja
Inventor
浩之 田中
宣明 長尾
貴裕 濱田
映志 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2011525756A priority Critical patent/JP4806111B1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4806111B1 publication Critical patent/JP4806111B1/ja
Publication of JPWO2011132394A1 publication Critical patent/JPWO2011132394A1/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/832—Electrodes characterised by their material
    • H10H20/833—Transparent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN

Abstract

窓電極層からの光抽出効率の向上およびｐ型ＧａＮに接する窓電極層の接触抵抗の低減を同時に達成する発光ダイオードを提供する。ｎ型窒化物半導体層、多重量子井戸層、ｐ型窒化物半導体層、窓電極層、およびｐ側電極は、この順に積層され、ｎ側電極はｎ型窒化物半導体層に電気的に接続され、窓電極層は、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜および単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜を具備し、ｐ側窒化物半導体層は、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜に接しており、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜は、単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜に接しており、ｐ側電極は、単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜に電気的に接続されており、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜はＩｎだけでなくＧａをも含有し、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜は、０．０８以上０．５以下のＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）のモル比を有し、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜は、１．１ｎｍ以上５５ｎｍ以下の厚みを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体により構成される発光ダイオードに関する。本発明は、特に、窓電極層によって特徴付けられる発光ダイオードに関する。
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、またはそれらの混晶体により構成される発光ダイオードは、当該発光ダイオードに含まれる膜の組成を調整することによって、紫外線から赤外線までの幅広い波長領域において発光する。非特許文献１は、可視光線を発光する市販の発光ダイオードを開示している。
図９は、特許文献１に開示される窒化物半導体により構成される発光ダイオードの断面を示す。
図９に示されるように、当該発光ダイオードは、（０００１）面の面方位を有するサファイヤ基板９１上に、ＧａＮからなる低温成長バッファ層９２、ｎ型ＧａＮクラッド層９３、多重量子井戸層９４、ｐ型ＧａＮクラッド層９５、窓電極層９６、およびｐ側電極９７をこの順に具備している。
窓電極層９６は、電流を広範囲に拡散させる機能および光を外部に取り出すための透光性の機能の両者を具備している。窓電極層９６の材料の例は、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）である。ｎ型ＧａＮクラッド層９３上にはｎ側電極９８が形成されている。
特許文献２〜３は、窒化物半導体により構成される発光ダイオードを開示している。
特開２００９−２００２０７号公報 特開２００６−１７９６１８号公報（特に段落番号００２０） 特開２００５−１９１３２６号公報（特に段落番号００５６）
Shuji Nakamura et.al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol.34 (1995)L.1332 - L.1335 Kow-Ming Chang et.al., Solid-State Electronics 49 (2005) 1381-1386 Chun-Ju Tun et.al., IEEE Photon. Technol. Lett., vol.18,(2006) 274-276 Yang Hua et.al., Journal of Semiconductors vol.30 (2009) 094002-1-4
ＧａＮ上に通常の方法によって形成されたＩＴＯは多結晶である。多結晶における結晶粒界のために光は散乱されやすい。これは光抽出効率を低下させることをもたらす（非特許文献２を参照）。
非特許文献３および非特許文献４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）から構成される窓電極層が、ＩＴＯと比較して、高い光抽出効率を有することを開示している。この理由は、ｐ型ＧａＮ層上に単結晶のＺｎＯが成長され得るからである。言うまでもないが、単結晶は、結晶粒界を有さないので、光を散乱させない。
しかし、ＺｎＯの仕事関数の深さは、ｐ型ＧａＮの価電子帯端のエネルギー準位と比べて相対的に浅い。この理由のため、ｐ型ＧａＮに接するＺｎＯは、高い接触抵抗を有する。
すなわち、窓電極層からの光抽出効率の向上およびｐ型ＧａＮに接する窓電極層の接触抵抗の低減の間には、矛盾(collision)が存在する。
本発明の目的は、窓電極層からの光抽出効率の向上およびｐ型ＧａＮに接する窓電極層の接触抵抗の低減を同時に達成する発光ダイオードを提供することである。
本発明に係る発光ダイオードは、以下を具備する：ｎ型窒化物半導体層、多重量子井戸層、ｐ型窒化物半導体層、窓電極層、ｐ側電極、およびｎ側電極、ここで、前記ｎ型窒化物半導体層、前記多重量子井戸層、前記ｐ型窒化物半導体層、前記窓電極層、および前記ｐ側電極は、この順に積層され、前記ｎ側電極は前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続され、前記窓電極層は、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜および単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜を具備し、前記ｐ側窒化物半導体層は、前記単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜に接しており、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜は、単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜に接しており、前記ｐ側電極は、前記単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜に電気的に接続されており、前記単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜はＩｎだけでなくＧａをも含有し、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜は、０．０８以上０．５以下のＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）のモル比を有し、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜は、１．１ｎｍ以上５５ｎｍ以下の厚みを有する。
また、本発明に係る発光ダイオードから光を放出させる方法は、以下の工程（ａ）〜工程（ｂ）を具備する：上記構成の発光ダイオードを用意する工程（ａ）、および前記ｎ側電極および前記ｐ側電極の間に電位差を印加し、前記発光ダイオードから光を放出させる工程（ｂ）。
本発明の発光ダイオードは、窓電極層からの光抽出効率の向上およびｐ型ＧａＮに接する窓電極層が有する接触抵抗の低減を同時に達成する。
実施の形態１による発光ダイオードの断面図 実施の形態1による発光ダイオードの製造方法を示す断面図 実施の形態1による発光ダイオードの製造方法を示す断面図 実施の形態1による発光ダイオードの製造方法を示す断面図 実施の形態1による発光ダイオードの製造方法を示す断面図 反射高速電子線回折(Reflective High-Energy Electron Diffraction)の結果を示すＲＨＥＥＤ写真 反射高速電子線回折(Reflective High-Energy Electron Diffraction)の結果を示すＲＨＥＥＤ写真 反射高速電子線回折(Reflective High-Energy Electron Diffraction)の結果を示すＲＨＥＥＤ写真 反射高速電子線回折(Reflective High-Energy Electron Diffraction)の結果を示すＲＨＥＥＤ写真 反射高速電子線回折(Reflective High-Energy Electron Diffraction)の結果を示すＲＨＥＥＤ写真 反射高速電子線回折(Reflective High-Energy Electron Diffraction)の結果を示すＲＨＥＥＤ写真 反射高速電子線回折(Reflective High-Energy Electron Diffraction)の結果を示すＲＨＥＥＤ写真 反射高速電子線回折(Reflective High-Energy Electron Diffraction)の結果を示すＲＨＥＥＤ写真 反射高速電子線回折(Reflective High-Energy Electron Diffraction)の結果を示すＲＨＥＥＤ写真 実施例１におけるＳＥＭ写真 ＺｎＯ膜からなる領域５１の(１０−１１)面からの極点図 ＧａＮ膜からなる領域５２の（１０−１０）面からの極点図 実施例１による発光ダイオードのＩ−Ｖ曲線を示す図 ３００〜５００ｎｍの波長を有する光に対する透過スペクトルの測定結果を示す図 従来の発光ダイオードの断面図
図面を参照しながら、以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１による発光ダイオードの断面図を示す。図１に示される各要素が図９に示される各要素と同一である場合には、同一の参照符号が用いられ、その説明を省略する。
実施の形態１による窓電極層は、Ｇａをドープした単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１および単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜１２から構成される。単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜１２の上には、ｐ側電極９７が形成されている。ｐ側電極９７の例は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）から構成される積層膜である。ｎ側電極９８の例は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）から構成される積層膜である。
図２Ａ〜図３Ｂは、実施の形態１による発光ダイオードを製造する方法を示す。
III族窒化物半導体の結晶成長法として、ＭＯＣＶＤ法が用いられる。ガリウム（Ｇａ）源の例は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）である。アルミニウム源の例は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）である。インジウム源の例は、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）である。窒素源の例は、アンモニア（ＮＨ3）である。ｎ型ドーパントの原料の例は、シラン（ＳｉＨ4）である。ｐ型ドーパントの原料の例は、シクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）である。
図２Ａに示されるように、（０００１）面の主面を有するサファイヤ基板９１上に、およそ５００℃の低温ＭＯＣＶＤ法によってＧａＮ低温バッファ層９２が成長される。その後、およそ９００℃のＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型ＧａＮから構成されるｎ型クラッド層９３、多重量子井戸層９４、およびｐ型ＧａＮから構成されるｐ型クラッド層９５が、この順で成長される。当該多重量子井戸層９４の例は、ＩｎxＧａ1-xＮとＧａＮとが交互に積層することにより形成された積層膜である。
次に、図２Ｂに示されるように、窓電極層が形成される。
単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１は、ＩｎだけでなくＧａをも含有する。単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１におけるＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比は、０．０８以上０．５以下である。０．０８未満のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比は、ＩＴＯ透明電極膜１１を多結晶にすることをもたらしてしまう。０．５を超えるＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比は、単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１の結晶性を低下させることをもたらしてしまう。
単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１は、１．１ｎｍ以上５５ｎｍ以下の厚みを有する。１．１ｎｍ未満の厚みは、接触抵抗を増加させることをもたらしてしまう。５５ｎｍを超える厚みは、ｎ型ＩＴＯ透明電極膜１１を多結晶にすることをもたらしてしまう。
単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１は、パルス・レーザー堆積法（ＰＬＤ法）により成長され得る。より具体的には、ガリウム（Ｇａ）をドープしたＩＴＯターゲットと、ｐ型クラッド層９５を具備するサファイヤ基板９１とを平行に配置する。当該ＩＴＯターゲットに、２４８ｎｍの波長を有するエキシマレーザを斜めに照射する。このようにして、ＩＴＯターゲットのアブレーションを介して単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１がｐ型クラッド層９５上に形成される。
ＰＬＤ法における気圧の例は１×１０-3Ｐａ以下である。サファイヤ基板９１の温度の例は、およそ２５０℃である。
単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１の上に、単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜１２が成長される。
単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜１２は、単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１の場合と同様、ＺｎＯ膜を用いたＰＬＤ法により成長される。ＰＬＤ法における酸素ガス分圧の例は２×１０-1Ｐａである。ＰＬＤ法におけるサファイヤ基板９１の温度の例は、４００℃である。
単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜１２は、ＡｌまたはＧａを含有し得る。ＡｌまたはＧａを含有する単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜１２は、ＡｌまたはＧａを含有するＺｎＯ膜を用いたＰＬＤ法により形成される。
図３Ａに示されるように、ｎ型ＧａＮクラッド層９３の表面が露出するまで、多重量子井戸層９４〜単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜１２の一部がドライエッチングにより除去される。次いで、図３Ｂに示されるように、単結晶ＺｎＯ透明電極膜１２およびｎ型ＧａＮクラッド層９３の上に、それぞれ、ｐ側電極９７およびｎ側電極９８が、リフトオフ法により形成される。
実施の形態１によれば、ｐ型ＧａＮクラッド層９５の上に単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜１１が成長する。さらに、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜１１の上に、ＧａＮの方位と同一の方位を有する単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜１２が成長する。
単結晶の窓電極層では、多結晶の窓電極層とは異なり、結晶粒界による出力光の散乱が生じないので、光抽出効率が向上される。さらに、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜１１は、多結晶のＩＴＯと比較して、ｐ型ＧａＮクラッド層９５に対して極めて低い接触抵抗を有する。
（実施例１）
以下の実験例は、本発明をさらにより詳細に説明する。
まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、２μｍの厚みを有するＧａＮからなるバッファ層９２をサファイヤ基板９１の上に成長した。
Ｓｉがドーピングされたｎ型ＧａＮクラッド層９３をバッファ層９２上に成長した。
ＩｎxＧａ1-xＮおよびＧａＮの積層成長を５回、繰り返し、多重量子井戸層９４をｎ型ＧａＮクラッド層９３の上に成長した。ｘは０．０１以上０．２０以下であることが好ましいため、実施例１ではｘは０．１２に設定された。多重量子井戸層９４を成長するためのＩｎxＧａ1-xＮおよびＧａＮの積層成長の回数は１回以上１０回以下であり得る。
Ｍｇがドーピングされたｐ型ＧａＮクラッド層９５を多重量子井戸層９４の上に成長した。その後、窒素雰囲気中おいて８００℃で３０分間アニールすることにより、ドーパントを活性化した。
Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法を用いて測定したｐ型ＧａＮのキャリア濃度は１．９×１０-17ｃｍ-3であった。キャリア極性はｐ型であることを、本発明者らは確認した。
２×１０-4Ｐａの真空度を有するチャンバーに、当該サファイヤ基板９１を装填した。サファイヤ基板９１の温度を２５０℃に上昇させた。ＰＬＤ法を用いて、Ｇａを含有するＩＴＯ膜を成長した。Ｇａを含有するＩＴＯ膜を、以下、「ＧＩＴＯ膜」という。
チャンバーに酸素ガスを導入した。当該酸素ガスの分圧は２×１０-1Ｐａに設定された。
サファイヤ基板９１の温度を４００℃に上昇させた。ＰＬＤ法を用いて、Ｇａを２ａｔｏｍ％ドーピングしたｎ型のＺｎＯ膜（以下、「ＺｎＯ膜」）を成長した。「Ｇａを２ａｔｏｍ％ドーピングしたＺｎＯ」とは、０．０２のＧａ／（Ｇａ＋Ｚｎ）モル比を有するＺｎＯを意味する。
成膜中のＩＴＯ膜およびＺｎＯ膜の結晶成長状態は、チャンバーに取り付けられている反射電子線回折（Reflective High-Energy Electron Diffraction、以下RHEED）装置でその場観察(in-situ observation)により確かめられた。
（単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１におけるＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比の考察）
まず、本発明者らは、ＧＩＴＯ膜の結晶成長状態と、その上に成長したＺｎＯ膜の結晶成長状態を観察した。当該観察においては、当該ＧＩＴＯ膜に含まれるＧａの添加量を変化させた。
表１は、０、０．０８、０．３、および０．５のＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）モル比を有する各ＧＩＴＯ膜（厚み１．１ｎｍ）の結晶成長状態、およびその上に成長した１００ｎｍの膜厚を有する各ＺｎＯ膜の結晶成長状態を示す。当該結晶成長状態は、ＲＨＥＥＤ装置を用いてその場観察により得られた。
Ｇａを含有しないＩＴＯ膜（すなわち、Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）＝０）の上にＺｎＯ膜を成長した場合、図４Ａに示されるように、ＲＨＥＥＤは暗いスポットおよびリングが混在したパターンを示した。これは、多結晶のＩＴＯ膜および多結晶のＺｎＯ膜が成長したことを意味する。
これに対して、０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比を有するＧＩＴＯ膜およびその上のＺｎＯ膜を成長した場合、図４Ｂに示されるように、ＲＨＥＥＤは明瞭なストリークパターンを示した。これは、いずれもエピタキシャルな方位関係を持った単結晶のＧＩＴＯ膜および単結晶のＺｎＯ膜が成長したことを意味する。推定であるが(Presumably)、ＧＩＴＯ膜は、Ｇａを含有しないＩＴＯ膜とは異なる結晶系を有しているため、ＺｎＯがＧＩＴＯ膜上に容易にエピタキシャル成長すると考えられる。
０．３または０．５のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比を有するＧＩＴＯ膜およびその上のＺｎＯ膜を成長した場合、図４Ｃおよび図４Ｄに示されるように、ＲＨＥＥＤはストリークパターンを示した。これは、エピタキシャルな方位関係を有する単結晶のＧＩＴＯ膜および単結晶のＺｎＯ膜が成長したことを意味する。
しかし、Ｇａの添加量の増加はＲＨＥＥＤのパターン強度の低下をもたらし、結晶性を幾分低下させた。０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比を有するＧＩＴＯ膜は、最も優れた結晶性を有する単結晶ＺｎＯ膜の成長をもたらした。
表１および図４から理解されるように、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜１１におけるＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比は、０．０８以上０．５以下であることが必要とされる。
（単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１の厚みの考察）
次に、本発明者らは、異なる厚みを有する複数のＧＩＴＯ膜の結晶成長状態と、その上に形成したＺｎＯ膜の結晶成長状態を観察した。
表２は、０ｎｍ、１．１ｎｍ、１１ｎｍ、５５ｎｍ、および１１１ｎｍの厚みを有するＧＩＴＯ膜の結晶成長状態、およびその上に形成した１００ｎｍの厚みを有するＺｎＯ膜の結晶成長状態を示す。当該ＧＩＴＯ膜は、０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比を有していた。当該結晶成長状態は、ＲＨＥＥＤ装置を用いてその場観察方法により監視された。
ＧＩＴＯ膜なしでＧａＮ上に成長したＺｎＯ膜のＲＨＥＥＤは、図５Ａに示されるように、明瞭なストリークパターンを示した。これは、単結晶のＺｎＯ膜が成長したことを意味する。
１．１ｎｍ、１１ｎｍ、および５５ｎｍの厚みを有するＧＩＴＯ膜の上に成長したＺｎＯ膜のＲＨＥＥＤは、それぞれ図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｄに示されるように、明瞭なストリークパターンを示した。これらはいずれも、ＧＩＴＯ膜とエピタキシャルな方位関係を有する単結晶のＺｎＯ膜が成長したことを意味する。
ＧＩＴＯ膜の厚みの増加は、ＲＨＥＥＤパターン強度の低下をもたらし、結晶性を低下させた。１１１ｎｍの厚みを有するＧＩＴＯ膜のＲＨＥＥＤは、図８Ｅに示されるように、暗いスポットを有するパターンであった。これは、多結晶のＧＩＴＯ膜が成長したことを意味する。
表１、表２、図４、および図５から理解されるように、０．０８以上０．５０以下のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比を有し、かつ１．１ｎｍ以上５５ｎｍの厚みを有するＧＩＴＯ膜は単結晶であり、かつその上に単結晶ＺｎＯ膜が成長する。
図６ＡはＳＥＭ像である。図６Ａにおける符号５１は、０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比および１．１ｎｍの厚みを有するＧＩＴＯ膜上に成長された１００ｎｍの厚みを有するＺｎＯ膜の領域を指し示す。符号５２は、当該ＧＩＴＯ膜およびＺｎＯ膜の一部をフッ酸を用いたウェットエッチング法によって除去することによって露出したＧａＮ膜の領域を指し示す。
（接触抵抗の測定）
本発明者らは、ｃ−ＴＬＭ法(Cycle-Transmission Line Model)を用いて、ｐ型ＧａＮクラッド層９５と単結晶ＩＴＯ透明電極膜１１との間の接触抵抗を測定した。
表３から理解されるように、ｐ型ＧａＮクラッド層９３に接触するＺｎＯ膜の接触抵抗は３．２×１０4Ω／ｃｍ2であり、非常に高かった。
一方、０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比を有し、１１１ｎｍの厚みを有するＧＩＴＯ膜を間に挟むｐ型ＧａＮクラッド層９３および単結晶ＺｎＯ透明電極膜１２の間の接触抵抗は６．４×１０-2Ω／ｃｍ2であり、低かった。
一方、０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比を有し、１．１ｎｍの厚みを有するＧＩＴＯ膜を間に挟むｐ型ＧａＮクラッド層９３および単結晶ＺｎＯ透明電極膜１２の間の接触抵抗は７．９×１０-3Ω／ｃｍ2であり、非常に低かった。
図７は、７．９×１０-3Ω／ｃｍ2の接触抵抗を有する発光ダイオードのＩ−Ｖ曲線を示す。図７から理解されるように、極めて優れたオーミック特性を有するＩ−Ｖ特性が得られた。
（窓電極層の光透過率の測定）
本発明者らは、窓電極層の光透過率を測定した。
図８は、波長３００〜５００ｎｍの光に対する透過スペクトルの測定結果を示す。
符号８１は、０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比および１１１ｎｍの厚みを有する多結晶のＧＩＴＯ膜の透過スペクトルを指し示す。
符号８２は、０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比および１．１ｎｍの厚みを有する単結晶のＧＩＴＯ膜の上に成長された１００ｎｍの厚みを有する単結晶のＺｎＯ膜の透過スペクトルを指し示す。
符号８３は、１００ｎｍの厚みを有する単結晶のＺｎＯ膜の透過スペクトルを指し示す。
スペクトル８１と比較して、スペクトル８２は高い透過率を示す。当該高い透過率は、ＺｎＯ単層構造のスペクトル８３と同様である。従って、発光ダイオードの内部からの高い光抽出効率が期待できる。
表４は、以下（ａ）〜（ｄ）の窓電極層の光透過率を示す。
（ａ）：０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比を有し、かつ１．１ｎｍの厚みを有するＧＩＴＯ膜と、当該ＧＩＴＯ膜上に成長された５００ｎｍの厚みを有するＺｎＯ膜とから構成される単結晶ＺｎＯ／ＧＩＴＯ積層体、
（ｂ）：４ｎｍの厚みを有するＮｉ膜と、当該Ｎｉ膜上に形成された８ｎｍの厚みを有するＡｕ膜とから構成されるＮｉ／Ａｕ積層体、
（ｃ）：２３０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ膜、および
（ｄ）：５００ｎｍの厚みを有する単結晶ＺｎＯ膜
光透過率は、一定の動作電圧（〜３．５Ｖ）で発光ダイオードを点灯させながら、積分球を用いて測定した。
表４から理解されるように、Ｎｉ／Ａｕ積層体と比較して、ＩＴＯ膜は１．３６倍の光出力を有する。しかし、単結晶ＺｎＯ膜は、Ｎｉ／Ａｕ積層体と比較して、０．４３倍の光出力しか有しない。単結晶のＺｎＯ／ＧＩＴＯ積層体は、Ｎｉ／Ａｕ積層体と比較して、１．５４倍の光出力を有する。
上記の実験例から理解されるように、０．０８以上０．５以下のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比を有し、かつ１．１ｎｍ以上５５ｎｍ以下の厚みを有する単結晶ＧＩＴＯ透明電極膜と、当該単結晶ＧＩＴＯ透明電極膜上に成長した単結晶ＺｎＯ膜とから構成される窓電極層は、低い接触抵抗および高い光出力を同時に達成した。
本発明による発光ダイオードは、照明装置またはディスプレイ装置に組み込まれる。
１１ 単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜
１２ 単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜
８１ ０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比および１１１ｎｍの厚みを有する多結晶のＧＩＴＯ膜による透過スペクトル
８２ ０．０８のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）のモル比および１．１ｎｍの厚みを有する単結晶のＧＩＴＯ膜の上に成長された１００ｎｍの厚みを有する単結晶のＺｎＯ膜による透過スペクトル
８３ １００ｎｍの厚みを有する単結晶のＺｎＯ膜による透過スペクトル
９１ サファイヤ基板
９２ バッファ層
９３ ｎ型ＧａＮクラッド層
９４ 多重量子井戸層
９５ ｐ型ＧａＮクラッド層
９７ ｐ側電極
９８ ｎ側電極

Claims (2)

  1. 発光ダイオードであって、以下を具備する：
    ｎ型窒化物半導体層、
    多重量子井戸層、
    ｐ型窒化物半導体層、
    窓電極層、
    ｐ側電極、および
    ｎ側電極、
    ここで、前記ｎ型窒化物半導体層、前記多重量子井戸層、前記ｐ型窒化物半導体層、前記窓電極層、および前記ｐ側電極は、この順に積層され、
    前記ｎ側電極は前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続され、
    前記窓電極層は、単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜および単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜を具備し、
    前記ｐ側窒化物半導体層は、前記単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜に接しており、
    単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜は、単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜に接しており、
    前記ｐ側電極は、前記単結晶ｎ型ＺｎＯ透明電極膜に電気的に接続されており、
    前記単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜はＩｎだけでなくＧａをも含有し、
    単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜は、０．０８以上０．５以下のＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）のモル比を有し、
    単結晶ｎ型ＩＴＯ透明電極膜は、１．１ｎｍ以上５５ｎｍ以下の厚みを有する。
  2. 発光ダイオードから光を放出させる方法であって、以下の工程（ａ）〜工程（ｂ）を具備する：
    請求項１に記載の発光ダイオードを用意する工程（ａ）、および
    前記ｎ側電極および前記ｐ側電極の間に電位差を印加し、前記発光ダイオードから光を放出させる工程（ｂ）。
JP2011525756A 2010-04-20 2011-04-15 発光ダイオード Expired - Fee Related JP4806111B1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011525756A JP4806111B1 (ja) 2010-04-20 2011-04-15 発光ダイオード

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010096792 2010-04-20
JP2010096792 2010-04-20
PCT/JP2011/002243 WO2011132394A1 (ja) 2010-04-20 2011-04-15 発光ダイオード
JP2011525756A JP4806111B1 (ja) 2010-04-20 2011-04-15 発光ダイオード

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP4806111B1 true JP4806111B1 (ja) 2011-11-02
JPWO2011132394A1 JPWO2011132394A1 (ja) 2013-07-18

Family

ID=44833938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011525756A Expired - Fee Related JP4806111B1 (ja) 2010-04-20 2011-04-15 発光ダイオード

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8304803B2 (ja)
JP (1) JP4806111B1 (ja)
CN (1) CN102473809B (ja)
WO (1) WO2011132394A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102091831B1 (ko) * 2013-01-08 2020-03-20 서울반도체 주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법
US9455366B2 (en) * 2013-03-15 2016-09-27 Lawrence Livermore National Security, Llc Sol-gel process for the manufacture of high power switches
JP6617401B2 (ja) * 2014-09-30 2019-12-11 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4409684B2 (ja) * 1999-11-17 2010-02-03 昭和電工株式会社 ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードおよびその製造方法
TW550839B (en) * 2001-07-25 2003-09-01 Shinetsu Handotai Kk Light emitting element and method for manufacturing thereof
EP1437776B1 (en) * 2001-10-12 2011-09-21 Nichia Corporation Light emitting device and method for manufacture thereof
US7723740B2 (en) * 2003-09-18 2010-05-25 Nichia Corporation Light emitting device
KR100580634B1 (ko) * 2003-12-24 2006-05-16 삼성전자주식회사 질화물계 발광소자 및 그 제조방법
JP4507594B2 (ja) * 2003-12-26 2010-07-21 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子
KR100682870B1 (ko) * 2004-10-29 2007-02-15 삼성전기주식회사 다층전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자
JP2006179618A (ja) 2004-12-21 2006-07-06 Fujikura Ltd 半導体発光素子およびその製造方法
KR100720101B1 (ko) * 2005-08-09 2007-05-18 삼성전자주식회사 나노구조의 다기능성 오믹층을 사용한 탑에미트형 질화물계발광소자 및 그 제조방법
TW200735418A (en) * 2005-11-22 2007-09-16 Rohm Co Ltd Nitride semiconductor device
JP2007314386A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Murata Mfg Co Ltd 酸化亜鉛単結晶の製造方法
JP2008109066A (ja) * 2006-09-29 2008-05-08 Rohm Co Ltd 発光素子
JP5183128B2 (ja) * 2007-08-30 2013-04-17 凸版印刷株式会社 液晶表示装置
JP5386747B2 (ja) 2008-02-21 2014-01-15 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー 半導体基板、半導体素子、発光素子及び電子素子
JP5397369B2 (ja) * 2008-03-06 2014-01-22 住友金属鉱山株式会社 半導体発光素子、該半導体発光素子の製造方法および該半導体発光素子を用いたランプ
WO2010071113A1 (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 昭和電工株式会社 半導体発光素子
JP2011082233A (ja) * 2009-10-05 2011-04-21 Hitachi Cable Ltd 発光素子

Also Published As

Publication number Publication date
US20120104354A1 (en) 2012-05-03
CN102473809B (zh) 2015-08-12
JPWO2011132394A1 (ja) 2013-07-18
WO2011132394A1 (ja) 2011-10-27
US8304803B2 (en) 2012-11-06
CN102473809A (zh) 2012-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI591851B (zh) Iii族氮化物半導體發光元件及其製造方法、與燈
JP5068475B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプ
JP5310604B2 (ja) 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置
TW201724560A (zh) 氮化物半導體發光元件
WO2010100844A1 (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法
JP2008047864A (ja) 窒化物系半導体発光素子の製造方法
WO2008072681A1 (ja) 化合物半導体発光素子及びその製造方法
JP5047516B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びそれを用いたランプ
TWI455352B (zh) 半導體發光元件之製造方法、半導體發光元件、電子機器及機器裝置
JP4806112B1 (ja) 発光ダイオード
JP5873260B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物積層体の製造方法
CN102884643B (zh) 生长在松弛层上的iii族氮化物发光装置
JP4806111B1 (ja) 発光ダイオード
JP2012169323A (ja) 発光ダイオード素子
JP5429196B2 (ja) 半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ、電子機器、機械装置
JP5353827B2 (ja) 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置
JP5648446B2 (ja) 半導体発光素子の製造方法
JP2011258630A (ja) 発光ダイオードおよびその製造方法
JP5636693B2 (ja) 半導体素子の製造方法
JP4594993B2 (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP5942519B2 (ja) 半導体発光素子
JP5549546B2 (ja) 半導体発光素子の製造方法およびランプ、電子機器、機械装置

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110726

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110811

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4806111

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140819

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees