JP5177638B2 - フリップチップ型窒化物系発光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、フリップチップ型窒化物系発光素子及びその製造方法に関し、より詳細には、発光効率を向上させることができる電極構造を有するフリップチップ型窒化物系発光素子及びその製造方法に関する。
窒化物系化合物半導体、例えば、青色・緑色及び紫外線を出す窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体を利用した発光ダイオードまたはレーザーダイオードのような発光素子を具現するためには、半導体と電極とのオーミック接触構造が非常に重要である。現在、商業的に利用可能な窒化ガリウム系発光素子は、絶縁性サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上に形成される。
このような窒化ガリウム系発光素子は、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）とに分けられる。
このような窒化ガリウム系発光素子は、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）とに分けられる。
トップエミット型発光ダイオードは、ｐ型クラッド層と接触しているオーミック電極層を介して光が出射されるように形成される。
また、トップエミット型発光素子は、低いホール濃度を有するｐ型クラッド層の薄膜特性から起因する低い電流注入（current injection）及び電流広がり（current spreading）のような劣悪な電気的特性は、透明で、且つ低い面抵抗（sheet resistance）値を有するオーミック接触電極を開発することによって、発光素子の問題点を克服することができる。
また、トップエミット型発光素子は、低いホール濃度を有するｐ型クラッド層の薄膜特性から起因する低い電流注入（current injection）及び電流広がり（current spreading）のような劣悪な電気的特性は、透明で、且つ低い面抵抗（sheet resistance）値を有するオーミック接触電極を開発することによって、発光素子の問題点を克服することができる。
このようなトップエミット型発光素子は、一般的にニッケル（Ｎｉ）金属のような遷移金属（transition metal）を基本とする金属薄膜構造として酸化した半透明のニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の金属薄膜が広く用いられている。
ニッケル（Ｎｉ）金属を基本とする金属薄膜は、酸素（Ｏ2）雰囲気で熱処理し、約１０-3〜１０-4Ωｃｍ2の非接触抵抗を有する半透明オーミック接触層（semi-transparent ohmic contact layer）を形成するものと報告されている。
ニッケル（Ｎｉ）金属を基本とする金属薄膜は、酸素（Ｏ2）雰囲気で熱処理し、約１０-3〜１０-4Ωｃｍ2の非接触抵抗を有する半透明オーミック接触層（semi-transparent ohmic contact layer）を形成するものと報告されている。
このような低い非接触抵抗は、５００℃〜６００℃の温度範囲、酸素（Ｏ2）雰囲気で熱処理する際に、ｐ型窒化ガリウムとニッケル（Ｎｉ）との界面にｐ型半導体酸化物であるニッケル酸化物（ＮｉＯ）が島（island）形状に形成されている金（Ａｕ）の間及び上層部に形成されていて、ショットキー障壁の高さ（Schottky barrier height：ＨＢＴ）を減少させるようになり、窒化ガリウムの表面近くに多数キャリアであるホール（hole）を容易に供給し、窒化ガリウムの表面近くでの実効キャリア濃度（effective carrier concentration）を増加させる。他方では、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）をｐ型窒化ガリウムに接触した後に熱処理する場合、Ｍｇ−Ｈ金属間化合物（complex）を除去して、窒化ガリウムの表面でマグネシウム（Ｍｇ）ドーパント（dopant）濃度を増加させる再活性化（reactivation）過程を通じてｐ型窒化ガリウムの表面でこのような実効キャリア濃度が１０19以上となるようにして、ｐ型窒化ガリウムと電極層（金を含む酸化ニッケル層）との間にトンネリング（tunneling）伝導を起こし、オーミック伝導特性を示すものと理解されている。
ところが、ニッケル／金で形成される半透明の電極薄膜を利用したトップエミット型発光ダイオードは、光利用効率が低いため、大容量及び高輝度の発光素子を具現することが難しい。
最近、大容量及び高輝度の発光素子を具現するために、高反射層素材として注目されている銀（Ａｇ）、銀酸化物（Ａｇ2Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）を利用したフリップチップ方式の発光素子の開発に対する必要性が提起されている。
ところが、これらの反射用金属は、高い反射効率を有するため、一時的に高い発光効率を提供することはできるが、小さい仕事関数（work function）値を有する特性に起因して、低抵抗値を有するオーミック接触の形成が難しいため、素子寿命が短く、窒化ガリウムとの接着性が劣化し、素子の安定した信頼性を提供することができないという問題点がある。
最近、大容量及び高輝度の発光素子を具現するために、高反射層素材として注目されている銀（Ａｇ）、銀酸化物（Ａｇ2Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）を利用したフリップチップ方式の発光素子の開発に対する必要性が提起されている。
ところが、これらの反射用金属は、高い反射効率を有するため、一時的に高い発光効率を提供することはできるが、小さい仕事関数（work function）値を有する特性に起因して、低抵抗値を有するオーミック接触の形成が難しいため、素子寿命が短く、窒化ガリウムとの接着性が劣化し、素子の安定した信頼性を提供することができないという問題点がある。
これについてさらに詳細に説明すれば、まず、アルミニウム（Ａｌ）金属は、低い仕事関数値を有し、熱処理の際に、比較的低い温度でも容易に窒化物（ＡｌＮ）を形成するので、ｐ型窒化ガリウムとのオーミック接触を形成することが難しい。
次に、銀（Ａｇ）は、良質のオーミック接触を形成し、高い反射率を有するが、熱的不安定性に起因して薄膜形成工程を通じて良質の薄膜を形成することが難しいという問題点を有する。すなわち、銀（Ａｇ）薄膜は、熱的不安定に起因して熱処理初期段階で集塊（agglomeration）現象が発生し、熱処理最終段階では空隙（void）、ヒロック（hillock）及び島（island）形状に変化し、電気及び光学的特性を劣化させる。
次に、銀（Ａｇ）は、良質のオーミック接触を形成し、高い反射率を有するが、熱的不安定性に起因して薄膜形成工程を通じて良質の薄膜を形成することが難しいという問題点を有する。すなわち、銀（Ａｇ）薄膜は、熱的不安定に起因して熱処理初期段階で集塊（agglomeration）現象が発生し、熱処理最終段階では空隙（void）、ヒロック（hillock）及び島（island）形状に変化し、電気及び光学的特性を劣化させる。
最近、発光素子の使用分野を自動車のバックライト（back light）、家庭用照明などのように大面積及び大容量の高輝度発光素子に拡大するために、低い非接触抵抗値を有し、且つ高い反射率を提供するオーミック接触層を開発するための研究が活発に進行されている。
Mensz et al.グループは、非特許文献１において２層構造としてニッケル（Ｎｉ）／アルミニウム（Ａｌ）及びニッケル（Ｎｉ）／銀（Ａｇ）構造を提案したが、この構造は、オーミック接触の形成が難しいため、発光ダイオード作動時、高い作動電圧に因る多くの熱発生を引き起こすという問題点を有する。
Mensz et al.グループは、非特許文献１において２層構造としてニッケル（Ｎｉ）／アルミニウム（Ａｌ）及びニッケル（Ｎｉ）／銀（Ａｇ）構造を提案したが、この構造は、オーミック接触の形成が難しいため、発光ダイオード作動時、高い作動電圧に因る多くの熱発生を引き起こすという問題点を有する。
また、最近、Michael R. Krames et al.グループでは、特許文献１においてニッケル（Ｎｉ）／銀（Ａｇ）及び金（Ａｕ）／酸化ニッケル（ＮｉＯｘ）／アルミニウム（Ａｌ）電極構造を研究開発したと報告した。ところが、この構造もやはり接着性が劣化し、乱反射に起因して発光効率が低下するという短所を有する。
electronics letters 33(24)pp.2066
米国特許公開第２００２／０１７１０８７Ａ１号明細書
本発明は、前述のような問題点を改善するためになされたもので、その目的は、熱的に安定し、且つ高い信頼性を有する良質のオーミック接触電極を適用して、優れた電気的特性を有するフリップチップ型窒化物系発光素子及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の第１実施形態に係るフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子において、前記ｐ型クラッド層上に形成された反射層と、前記ｐ型クラッド層と前記反射層との間に、前記反射層を構成する物質の拡散を抑制させることができる透明導電性素材で形成された少なくとも１つ以上の透明導電性薄膜層と、を備えることを特徴とする。
本発明の第２実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子は、前記ｐ型クラッド層と前記透明導電性薄膜層との間に形成された界面改質層をさらに備える。
本発明の第３実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子は、前記界面改質層と前記透明導電性薄膜層との間に形成された挿入金属層をさらに備える。
本発明の第４から第６実施形態に係るフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子において、前記ｐ型クラッド層上に界面改質層と少なくとも１つの透明導電性薄膜層とを積層繰り返し単位として積層されたマルチオーミック接触層と、前記マルチオーミック接触層上に反射物質で形成された反射層と、を備える。
本発明の第３実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子は、前記界面改質層と前記透明導電性薄膜層との間に形成された挿入金属層をさらに備える。
本発明の第４から第６実施形態に係るフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子において、前記ｐ型クラッド層上に界面改質層と少なくとも１つの透明導電性薄膜層とを積層繰り返し単位として積層されたマルチオーミック接触層と、前記マルチオーミック接触層上に反射物質で形成された反射層と、を備える。
上記目的を達成するために、本発明に係るフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子の製造方法において、（イ）基板上に前記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、少なくとも１つ以上の透明導電性薄膜層を形成する段階と、（ロ）前記透明導電性薄膜層に反射層を形成する段階と、（ハ）前記反射層を含む構造体を熱処理する段階と、を含む。
好ましくは、前記（イ）段階を進行した後、前記反射層形成の前に熱処理する段階をさらに含む。
また、本発明の他の実施形態に係るフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子の製造方法において、（イ）基板上に前記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型クラッド層上に界面改質層を形成する段階と、（ロ）前記界面改質層上に透明導電性素材で少なくとも１つ以上の透明導電性薄膜層を形成する段階と、（ハ）前記透明導電性薄膜層上に反射層を形成する段階と、（ニ）前記（ハ）段階を経て形成された構造体を熱処理する段階と、を含む。
また、本発明の他の実施形態に係るフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子の製造方法において、（イ）基板上に前記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型クラッド層上に界面改質層を形成する段階と、（ロ）前記界面改質層上に透明導電性素材で少なくとも１つ以上の透明導電性薄膜層を形成する段階と、（ハ）前記透明導電性薄膜層上に反射層を形成する段階と、（ニ）前記（ハ）段階を経て形成された構造体を熱処理する段階と、を含む。
好ましくは、前記（ロ）段階を進行した後、前記反射層の形成の前に熱処理する段階をさらに含む。
好ましくは、前記透明導電性薄膜層の形成の前に、前記界面改質層上に、挿入金属層を形成する段階をさらに含む。
また、本発明のさらに他の実施形態に係るフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子の製造方法において、（イ）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、界面改質層と少なくとも１つの透明導電性薄膜層とを積層繰り返し単位として積層し、マルチオーミック接触層を形成する段階と、（ロ）前記マルチオーミック接触層上に反射層を形成する段階と、（ハ）前記（ロ）段階を経て形成された構造体を熱処理する段階と、を含む。
好ましくは、前記（イ）段階を進行した後、前記反射層の形成の前に前記マルチオーミック接触層を熱処理する段階をさらに含む。
好ましくは、前記透明導電性薄膜層の形成の前に、前記界面改質層上に、挿入金属層を形成する段階をさらに含む。
また、本発明のさらに他の実施形態に係るフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子の製造方法において、（イ）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、界面改質層と少なくとも１つの透明導電性薄膜層とを積層繰り返し単位として積層し、マルチオーミック接触層を形成する段階と、（ロ）前記マルチオーミック接触層上に反射層を形成する段階と、（ハ）前記（ロ）段階を経て形成された構造体を熱処理する段階と、を含む。
好ましくは、前記（イ）段階を進行した後、前記反射層の形成の前に前記マルチオーミック接触層を熱処理する段階をさらに含む。
本発明に係るフリップチップ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、発光素子のパッケージングの際に、ワイヤーボンディング効率及び収率を高めることができ、低い非接触抵抗及び優れた電流−電圧特性により素子の発光効率及び素子寿命を向上させることができるという長所を提供する。
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子を示す断面図である。
図１は、本発明の第１実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子を示す断面図である。
図１に示したように、フリップチップ型窒化物系発光素子は、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、透明導電性薄膜層１７０、及び反射層１８０が順次に積層された構造となっている。参照符号１９０は、ｐ型電極パッドであり、２００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 上に積層された透明導電性薄膜層１７０が、オーミック接触構造体に該当する。
基板１１０は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、及びガリウム砒素（ＧａＡｓ）のうちいずれか１つで形成されることが好ましい。
基板１１０は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、及びガリウム砒素（ＧａＡｓ）のうちいずれか１つで形成されることが好ましい。
バッファ層１２０は省略してもよい。
バッファ層１２０からｐ型クラッド層１５０までの各層は、第３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）で表される化合物の中から選択されたいずれ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、該当ドーパントが添加される。
また、活性層１４０は、単層またはＭＱＷ層など公知の多様な方式で構成されることができる。
バッファ層１２０からｐ型クラッド層１５０までの各層は、第３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）で表される化合物の中から選択されたいずれ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、該当ドーパントが添加される。
また、活性層１４０は、単層またはＭＱＷ層など公知の多様な方式で構成されることができる。
一例として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を適用する場合、バッファ層１２０は、ＧａＮで形成され、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で形成され、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２００との間には、ｎ型オーミック接触層（不図示）を介在することができ、ｎ型オーミック接触層は、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）とが順次に積層された層構造など公知の多様な構造を適用することができる。
ｐ型電極パッド１９０は、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）／金（Ａｕ）が順次に積層された層構造を適用することができる。
ｐ型電極パッド１９０は、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）／金（Ａｕ）が順次に積層された層構造を適用することができる。
各層の形成方法は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（physical vapor deposition）、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＰＬＤ（plasma laser deposition）、二重型の熱蒸着器（dual-type thermal evaporator）スパッタリング（sputtering）などにより形成すればよい。
オーミック接触構造体として適用された透明導電性薄膜層１７０は、後続工程を通じて形成される反射層１８０の素材である物質がｐ型クラッド層１５０に広がることを抑制させて、これらの物質に対する拡散障壁として機能することができると共に、高い透光度及び伝導度を提供することができる素材で形成される。
オーミック接触構造体として適用された透明導電性薄膜層１７０は、後続工程を通じて形成される反射層１８０の素材である物質がｐ型クラッド層１５０に広がることを抑制させて、これらの物質に対する拡散障壁として機能することができると共に、高い透光度及び伝導度を提供することができる素材で形成される。
また、透明導電性薄膜層１７０は、ｐ型クラッド層１５０の実効キャリア濃度を高めることができ、ｐ型クラッド層１５０をなしている化合物のうち窒素以外の成分と優先的に反応性が良い物質が適用される。例えば、ＧａＮ系化合物を主成分とする発光素子の場合、透明導電性薄膜層１７０は、窒素よりガリウム（Ｇａ）に対して優先的に反応する物質が適用される。
この場合、一例として、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主成分とするｐ型クラッド層１５０の場合、前述した特性を有する透明導電性薄膜層１７０によりｐ型クラッド層１５０と透明導電性薄膜層１７０との反応によりｐ型クラッド層１５０の表面にガリウム空孔（vacancy）を形成するようになる。この際、ｐ型クラッド層１５０に形成されるガリウム空孔は、ｐ型ドーパントとして作用するので、ｐ型クラッド層１５０と透明導電性薄膜層１７０との反応によりｐ型クラッド層１５０表面の実効キャリア濃度を増加させるようになる。
また、透明導電性薄膜層１７０は、好ましくは、ｐ型クラッド層１５０の表面に残留して、界面でキャリア流れに障害物の役目をする自然酸化層であるガリウム酸化物（Ｇａ2Ｏ3）を還元させて、ショットキー障壁の高さと幅を減少させることができる物質が適用される。
このような条件を満足させることができる透明導電性薄膜層１７０の素材として、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）または透明導電性窒化物（ＴＣＮ）を適用することができる。
前記透明導電性酸化物は、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、及びランタン（Ｌａ）の中から選択された少なくとも１つ以上の成分と酸素とが結合された物質を適用することができる。
このような条件を満足させることができる透明導電性薄膜層１７０の素材として、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）または透明導電性窒化物（ＴＣＮ）を適用することができる。
前記透明導電性酸化物は、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、及びランタン（Ｌａ）の中から選択された少なくとも１つ以上の成分と酸素とが結合された物質を適用することができる。
また、透明導電性窒化物は、低い面抵抗値及び高い光透過度を有する少なくともチタン（Ｔｉ）と窒素（Ｎ）を含有して形成されたものを含み、一例として、チタン窒化物（ＴｉＮ）及びチタン窒化酸化物（Ｔｉ−Ｎ−Ｏ）のいずれか１つを挙げることができる。
透明導電性酸化物または透明導電性窒化物に電気的特性を向上させるために、元素周期律表の金属のうち少なくとも１つ以上の元素をドーパントとして添加することができる。
好ましくは、透明導電性酸化物または透明導電性窒化物に添加されるドーパントの添加比率は、０．００１から２０重量％の範囲内で適用する。ここで、重量％は、添加される物質相互間の重量比率をいう。
好ましくは、透明導電性酸化物または透明導電性窒化物に添加されるドーパントの添加比率は、０．００１から２０重量％の範囲内で適用する。ここで、重量％は、添加される物質相互間の重量比率をいう。
透明導電性薄膜層１７０の素材は、適用しようとする発光素子の用途に応じて仕事関数（work function）値と、面抵抗値（sheet resistance）を考慮して選択すればよい。
透明導電性薄膜層１７０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１ナノメートルから１０００ナノメートルの厚さで形成されることが好ましい。
上記のような透明導電性薄膜層１７０は、単層で形成されてもよく、２層以上の複層で形成されてもよい。その一例が図５に示されている。
透明導電性薄膜層１７０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１ナノメートルから１０００ナノメートルの厚さで形成されることが好ましい。
上記のような透明導電性薄膜層１７０は、単層で形成されてもよく、２層以上の複層で形成されてもよい。その一例が図５に示されている。
反射層１８０は、反射率が高い素材、例えば、銀（Ａｇ）、銀酸化物（Ａｇ2Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、マグネシウム（Ｍｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、及び白金（Ｐｔ）の中から選択された少なくともいずれか１つ以上の物質で形成される。
本発明のさらに他の側面によれば、反射層１７０は、銀（Ａｇ）を主成分として、銀（Ａｇ）に、アルミニウム（Ａｌ）、銀酸化物（Ａｇ2Ｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、マグネシウム（Ｍｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、及びイリジウム（Ｉｒ）の中から選択された少なくとも１つ以上の元素を約５重量％（５Ｗｔ％）以下含有されるように形成した合金または固溶体で形成される。このような銀（Ａｇ）系合金は、銀（Ａｇ）単独成分が有している劣悪な接着性及び熱的不安定性を改善させて、優れた接触性及び熱的耐久性を有するだけでなく、高い光反射率をそのまま維持する。
反射層１８０は、所望の反射率を提供できるように、１００ナノメートルから１０００ナノメートルの厚さを有する厚膜で形成される。反射層１８０は、前述した素材で蒸着した後、熱処理することが好ましい。
このような構造の発光素子において透明導電性薄膜層１７０は、前述した素材で形成した後、酸素または空気雰囲気で適切な温度で熱処理すれば、高い光透過度、すなわち４００ナノメートルの波長帯で９０％以上の透過率を有し、低い面抵抗値（単位面積当たり１０Ω以下）を有する透明導電性物質になると同時に、ｐ型クラッド層１５０の表面上に残留していて、界面でキャリア流れに障害物の役目をする自然酸化層であるガリウム酸化物（Ｇａ2Ｏ3）を還元させて、ショットキー障壁（Schottky barrier）の高さ（height）と幅（width）を減少させ、オーミック接触の形成に有利なトンネリング（tunneling）効果を誘発して電気的特性を向上させ、１００％に近接した光透過度を有する。
このような構造の発光素子において透明導電性薄膜層１７０は、前述した素材で形成した後、酸素または空気雰囲気で適切な温度で熱処理すれば、高い光透過度、すなわち４００ナノメートルの波長帯で９０％以上の透過率を有し、低い面抵抗値（単位面積当たり１０Ω以下）を有する透明導電性物質になると同時に、ｐ型クラッド層１５０の表面上に残留していて、界面でキャリア流れに障害物の役目をする自然酸化層であるガリウム酸化物（Ｇａ2Ｏ3）を還元させて、ショットキー障壁（Schottky barrier）の高さ（height）と幅（width）を減少させ、オーミック接触の形成に有利なトンネリング（tunneling）効果を誘発して電気的特性を向上させ、１００％に近接した光透過度を有する。
また、透明導電性薄膜層１７０は、前述した物質で反射層１８０が形成される時、前記反射層をなす物質がｐ型クラッド層１５０に拡散／接触されることを抑制する。
図２は、本発明の第２実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子を示す断面図である。前記実施形態に示された構成要素と同じ機能をする構成要素には、同じ参照符号を付す。
図２に示したように、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、界面改質層１６０、透明導電性薄膜層１７０及び反射層１８０が順次に積層された構造となっている。
図２は、本発明の第２実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子を示す断面図である。前記実施形態に示された構成要素と同じ機能をする構成要素には、同じ参照符号を付す。
図２に示したように、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、界面改質層１６０、透明導電性薄膜層１７０及び反射層１８０が順次に積層された構造となっている。
界面改質層１６０は、ｐ型クラッド層１５０と透明導電性薄膜層１７０とのオーミック接触を向上させるために適用される。
界面改質層１６０は、高い電気伝導度を有し、且つ８００℃以下の温度及び酸素、窒素またはアルゴンなどの様々なガス雰囲気で熱処理する時、容易に導電性ナノ相（nano phase）酸化物粒子に分解されたり、透明導電性薄膜層を形成すると同時に、ｐ型クラッド層１５０の上部に薄く形成された自然酸化層である酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）を還元させたり、導電性酸化物に変化させることができる物質を適用する。
界面改質層１６０は、高い電気伝導度を有し、且つ８００℃以下の温度及び酸素、窒素またはアルゴンなどの様々なガス雰囲気で熱処理する時、容易に導電性ナノ相（nano phase）酸化物粒子に分解されたり、透明導電性薄膜層を形成すると同時に、ｐ型クラッド層１５０の上部に薄く形成された自然酸化層である酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）を還元させたり、導電性酸化物に変化させることができる物質を適用する。
このような条件を有する界面改質層１６０用素材は、以下のような多様な材料の中から選択可能である。
（１）インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）の中から選択されたいずれか１つの元素、前記元素の中から選択された少なくとも１つの元素を含む合金、及び固溶体。
（１−１）前記成分中のインジウム、インジウムを主成分として添加元素が添加された合金、または固溶体のうちいずれか１つで形成されることが好ましい。この際、前記界面改質層に適用される素材としてインジウムに添加される添加元素は、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上を含む。前記インジウムに対して添加される前記添加元素の添加比は、特に限定されるものではなく、０．００１から５０重量％である。
（１）インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）の中から選択されたいずれか１つの元素、前記元素の中から選択された少なくとも１つの元素を含む合金、及び固溶体。
（１−１）前記成分中のインジウム、インジウムを主成分として添加元素が添加された合金、または固溶体のうちいずれか１つで形成されることが好ましい。この際、前記界面改質層に適用される素材としてインジウムに添加される添加元素は、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上を含む。前記インジウムに対して添加される前記添加元素の添加比は、特に限定されるものではなく、０．００１から５０重量％である。
（１−２）前記成分中のスズ、スズを主成分として添加元素が添加された合金または固溶体のうちいずれか１つで形成されることが好ましい。この際、前記界面改質層に適用される素材としてスズに添加される添加元素は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上を含む。前記スズに対して添加される前記添加元素の添加比は、特に限定されるものではなく、約０．００１から約５０重量％である。
（２）Ｐ型透明導電性酸化物
界面改質層１６０は、ｐ型クラッド層１５０との間に形成されるショットキー障壁の高さ及び幅を減少させることができるように、ｐ型クラッド層１５０の上部に形成されるｐ型透明導電性酸化物の正孔（hole）濃度が１０15から１０18／ｃｍ3の値を提供できる物質を適用する。
（２−１）前記Ｐ型透明酸化物の例としては、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びベリリウム（Ｂｅ）を含む第２族元素の中から選択された少なくとも１つの元素で形成された２元系または３元系酸化物が好ましい。
界面改質層１６０は、ｐ型クラッド層１５０との間に形成されるショットキー障壁の高さ及び幅を減少させることができるように、ｐ型クラッド層１５０の上部に形成されるｐ型透明導電性酸化物の正孔（hole）濃度が１０15から１０18／ｃｍ3の値を提供できる物質を適用する。
（２−１）前記Ｐ型透明酸化物の例としては、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びベリリウム（Ｂｅ）を含む第２族元素の中から選択された少なくとも１つの元素で形成された２元系または３元系酸化物が好ましい。
（２−２）前記Ｐ型酸化物の例としては、Ａｇ2Ｏ、ＣｕＡｌＯ2、ＳｒＣｕ2Ｏ2、ＬａＭｎＯ3、ＬａＮｉＯ3、ＩｎxＯ1-xの中から選択されたいずれか１つの酸化物が好ましい。
前記酸化物には、ｐ型透明導電性酸化物の濃度及び仕事関数を調節すると同時に、ショットキー障壁の高さ及び幅を減少させることができるように、ｐ型ドーパントを適宜添加することができる。
前記酸化物には、ｐ型透明導電性酸化物の濃度及び仕事関数を調節すると同時に、ショットキー障壁の高さ及び幅を減少させることができるように、ｐ型ドーパントを適宜添加することができる。
また、上記のようなｐ型透明導電性酸化物以外に、ｐ型クラッド層１５０との間に形成されるショットキー障壁の高さ及び幅を減少させることができるように、ｐ型クラッド層１５０の上部に形成される透明導電性ナノ相粒子または薄膜層の電子濃度が１０15から１０17／ｃｍ3の値を提供できる物質を適用することができる。
（２−３）前記物質のうちインジウム系酸化物、スズ系酸化物、または亜鉛系酸化物が好ましい。
前記インジウム系酸化物は、好ましくは、主成分であるインジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）に、インジウム酸化物の濃度及び仕事関数値を調節することができると同時に、ショットキー障壁の高さ及び幅を減少させることができる添加元素が添加される。このような添加元素として、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上の成分を挙げることができる。
前記インジウム系酸化物は、好ましくは、主成分であるインジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）に、インジウム酸化物の濃度及び仕事関数値を調節することができると同時に、ショットキー障壁の高さ及び幅を減少させることができる添加元素が添加される。このような添加元素として、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上の成分を挙げることができる。
前記スズ系酸化物は、好ましくは、スズ酸化物の濃度及び仕事関数値を調節することができると同時に、ショットキー障壁の高さ及び幅を減少させることができる添加元素がさらに添加されることが好ましい。このような添加元素として、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上の成分を挙げることができる。
前記亜鉛系酸化物は、好ましくは、亜鉛酸化物の濃度及び仕事関数値を調節することができると同時に、ショットキー障壁の高さ及び幅を減少させることができる添加元素がさらに添加されることが好ましい。このような添加元素として、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上の成分を挙げることができる。
この際、前記主成分に対する前記添加元素の添加比は、特に限定されるものではなく、約０．００１から約５０重量％である。ここで、重量％は、添加される物質相互間の重量比率をいう。
前述したような素材で構成される界面改質層１６０は、熱処理時、容易に導電性ナノ相酸化物に分解されたり、キャリア（carrier）が量子的にトンネリングすることができる薄膜層を形成できる０．１ナノメートルから１００ナノメートルの厚さで形成されることが好ましい。
前述したような素材で構成される界面改質層１６０は、熱処理時、容易に導電性ナノ相酸化物に分解されたり、キャリア（carrier）が量子的にトンネリングすることができる薄膜層を形成できる０．１ナノメートルから１００ナノメートルの厚さで形成されることが好ましい。
透明導電性酸化物１７０は、前述した素材で形成すればよい。
このような構造のマルチオーミック接触層及び反射層１８０は、２００℃以上の温度で発生する表面退化（surface degradation）現象が防止され、酸化に安定し、且つ高い反射率をそのまま有しているので、高効率の発光素子を具現することができる。
このような構造のマルチオーミック接触層及び反射層１８０は、２００℃以上の温度で発生する表面退化（surface degradation）現象が防止され、酸化に安定し、且つ高い反射率をそのまま有しているので、高効率の発光素子を具現することができる。
以下、本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る構造を有する発光素子を製造する過程を図１及び図２を参照して説明する。
まず、基板１１０上にバッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３０、活性層１４０及びｐ型クラッド層１５０を順次に形成する。
その後、ｎ型電極パッド２００を形成するための空間を確保するために、ｐ型クラッド層１５０からｎ型クラッド層１３０の一部までエッチングし、メサ（ＭＥＳＡ）構造を形成する。
まず、基板１１０上にバッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３０、活性層１４０及びｐ型クラッド層１５０を順次に形成する。
その後、ｎ型電極パッド２００を形成するための空間を確保するために、ｐ型クラッド層１５０からｎ型クラッド層１３０の一部までエッチングし、メサ（ＭＥＳＡ）構造を形成する。
次に、図１の構造を適用する場合、ｐ型クラッド層１５０上に透明導電性薄膜層１７０を単独で形成し、図２の構造を適用する場合、界面改質層１６０及び透明導電性薄膜層１７０を順次に形成する。
透明導電性薄膜層１７０または界面改質層１６０及び透明導電性薄膜層１７０は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（physical vapor deposition）、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＰＬＤ（plasma laser deposition）、二重型の熱蒸着器（dual-type thermal evaporator）スパッタリング（sputtering）など公知の蒸着方法により順次に形成すればよい。
透明導電性薄膜層１７０または界面改質層１６０及び透明導電性薄膜層１７０は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（physical vapor deposition）、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＰＬＤ（plasma laser deposition）、二重型の熱蒸着器（dual-type thermal evaporator）スパッタリング（sputtering）など公知の蒸着方法により順次に形成すればよい。
また、蒸着温度は、２０℃から１５００℃の範囲内で、蒸着器内の圧力は、大気圧または１０-12トールを適用する。
ｐ型クラッド層１５０上に透明導電性薄膜層１７０または、界面改質層１６０及び透明導電性薄膜層１７０を形成した後、 酸素を含む気体雰囲気、すなわち酸素雰囲気又は空気雰囲気で構造体を熱処理することが好ましい。
熱処理時、反応器内の温度は、１００℃から８００℃で１０秒から３時間行う。
その後、透明導電性薄膜層１７０上に反射層１８０を形成する。反射層１８０は、前述した蒸着方式により蒸着すればよい。
ｐ型クラッド層１５０上に透明導電性薄膜層１７０または、界面改質層１６０及び透明導電性薄膜層１７０を形成した後、 酸素を含む気体雰囲気、すなわち酸素雰囲気又は空気雰囲気で構造体を熱処理することが好ましい。
熱処理時、反応器内の温度は、１００℃から８００℃で１０秒から３時間行う。
その後、透明導電性薄膜層１７０上に反射層１８０を形成する。反射層１８０は、前述した蒸着方式により蒸着すればよい。
反射層１８０を形成した後、反射層１８０の接着力及び熱的安定性を向上させるために、真空、窒素及びアルゴンのうちいずれか１つの雰囲気で反応器内の温度を１００℃から８００℃にして１０秒から３時間構造体を熱処理する。
実験によれば、反射層１８０の熱処理時に、前述した真空、窒素及びアルゴン以外の雰囲気で処理すれば、特性が劣化することを確認した。
図３は、本発明の第３実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子を示す断面図である。前記実施形態に示された構成要素と同じ機能をする構成要素には、同じ参照符号を付す。
実験によれば、反射層１８０の熱処理時に、前述した真空、窒素及びアルゴン以外の雰囲気で処理すれば、特性が劣化することを確認した。
図３は、本発明の第３実施形態に係るフリップチップ型窒化物系発光素子を示す断面図である。前記実施形態に示された構成要素と同じ機能をする構成要素には、同じ参照符号を付す。
図面を参照すれば、フリップチップ型発光素子は、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、界面改質層１６０、挿入金属層１６５、透明導電性薄膜層１７０及び反射層１８０が順次に積層された構造となっている。
ここで、界面改質層１６０、挿入金属層１６５、及び透明導電性薄膜層１７０がマルチオーミック接触層に該当する。
挿入金属層１６５は、界面改質層１６０と透明導電性薄膜層１７０との間に形成されている。
ここで、界面改質層１６０、挿入金属層１６５、及び透明導電性薄膜層１７０がマルチオーミック接触層に該当する。
挿入金属層１６５は、界面改質層１６０と透明導電性薄膜層１７０との間に形成されている。
挿入金属層１６５は、熱処理時、容易に透明な導電性酸化物に変態すると同時に、界面改質層１６０または後続工程でその上部に形成される透明導電性薄膜層１７０の電気または光学的特性を調整できる金属を適用することが好ましい。
好ましくは、挿入金属層１６５は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ガリウム（Ｇａ）、銅（Ｃｕ）、ベリリウム（Ｂｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びモリブデン（Ｍｏ）の中から選択された少なくとも１つ以上の成分で形成される。
挿入金属層１６５は、前述した素材を用いて複層で形成されることができることはもちろんである。
好ましくは、挿入金属層１６５は、１ナノメートルから１００ナノメートルの厚さで形成される。
好ましくは、挿入金属層１６５は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ガリウム（Ｇａ）、銅（Ｃｕ）、ベリリウム（Ｂｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びモリブデン（Ｍｏ）の中から選択された少なくとも１つ以上の成分で形成される。
挿入金属層１６５は、前述した素材を用いて複層で形成されることができることはもちろんである。
好ましくは、挿入金属層１６５は、１ナノメートルから１００ナノメートルの厚さで形成される。
以下、本発明の第３実施形態に係る構造を有する発光素子を製造する過程を図３を参照して説明する。
まず、基板１１０上にバッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３０、活性層１４０及びｐ型クラッド層１５０を順次に蒸着し、発光構造体を形成する。
その後、ｎ型電極パッド１９０を形成するための空間を確保するために、ｐ型クラッド層１５０からｎ型クラッド層１３０の一部までエッチングし、メサ（ＭＥＳＡ）構造を形成する。
まず、基板１１０上にバッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３０、活性層１４０及びｐ型クラッド層１５０を順次に蒸着し、発光構造体を形成する。
その後、ｎ型電極パッド１９０を形成するための空間を確保するために、ｐ型クラッド層１５０からｎ型クラッド層１３０の一部までエッチングし、メサ（ＭＥＳＡ）構造を形成する。
次に、ｐ型クラッド層１５０上に界面改質層１６０、挿入金属層１６５、及び透明導電性薄膜層１７０を順次に形成したマルチオーミック接触層を形成する。
界面改質層１６０、挿入金属層１６５及び透明導電性薄膜層１７０は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（physical vapor deposition）、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＰＬＤ（plasma laser deposition）、二重型の熱蒸着器（dual-type thermal evaporator）スパッタリング（sputtering）など公知の蒸着方法により順次に形成すればよい。
界面改質層１６０、挿入金属層１６５及び透明導電性薄膜層１７０は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（physical vapor deposition）、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＰＬＤ（plasma laser deposition）、二重型の熱蒸着器（dual-type thermal evaporator）スパッタリング（sputtering）など公知の蒸着方法により順次に形成すればよい。
また、界面改質層１６０から透明導電性薄膜層１７０を順次に形成するために適用される蒸着温度は、２０℃から１５００℃の範囲内で、蒸着器内の圧力は、大気圧または約１０-12トールで行う。
また、界面改質層１６０から透明導電性薄膜層１７０まで形成した後、熱処理過程を進行することが好ましい。
熱処理は、反応器内の温度を１００℃から８００℃で真空又は様々なガス雰囲気で約１０秒から３時間行う。
熱処理時、反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、及び空気のうち少なくとも１つ以上の気体を適用することができる。
熱処理後、透明導電性薄膜層１７０上に前述した素材で反射層１８０を形成する。
また、界面改質層１６０から透明導電性薄膜層１７０まで形成した後、熱処理過程を進行することが好ましい。
熱処理は、反応器内の温度を１００℃から８００℃で真空又は様々なガス雰囲気で約１０秒から３時間行う。
熱処理時、反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、及び空気のうち少なくとも１つ以上の気体を適用することができる。
熱処理後、透明導電性薄膜層１７０上に前述した素材で反射層１８０を形成する。
反射層１８０は、前述した蒸着方式により蒸着すればよい。
反射層１８０を形成した後、反射層１８０の接着力及び熱的安定性を向上させるために前述した方法により構造体を熱処理する。
これとは異なって、ｐ型クラッド層１５０上に界面改質層１６０から反射層１８０まで順次に蒸着した後、構造体に対して熱処理を一度だけ行うことができる。
実験によれば、透明導電性薄膜層１７０まで形成した後、１次熱処理を行い、反射層１８０の形成後に２次熱処理を行う場合、マルチオーミック接触層の光透過度がさらに上昇し、反射層１８０の反射率が増加することを確認した。
反射層１８０を形成した後、反射層１８０の接着力及び熱的安定性を向上させるために前述した方法により構造体を熱処理する。
これとは異なって、ｐ型クラッド層１５０上に界面改質層１６０から反射層１８０まで順次に蒸着した後、構造体に対して熱処理を一度だけ行うことができる。
実験によれば、透明導電性薄膜層１７０まで形成した後、１次熱処理を行い、反射層１８０の形成後に２次熱処理を行う場合、マルチオーミック接触層の光透過度がさらに上昇し、反射層１８０の反射率が増加することを確認した。
以下、本発明の第４及び第５実施形態に係る構造を有する発光素子を製造する過程を図１及び図５を参照して説明する。
図４は、本発明の第４実施形態に係るフリップチップ型発光素子を示す断面図である。
図４に示したように、フリップチップ型発光素子は、基板２１０、バッファ層２２０、ｎ型クラッド層２３０、活性層２４０、ｐ型クラッド層２５０、マルチオーミック接触層２６０及び反射層２７０が順次に積層された構造となっている。参照符号２８０は、ｐ型電極パッドであり、２９０は、ｎ型電極パッドである。
図４は、本発明の第４実施形態に係るフリップチップ型発光素子を示す断面図である。
図４に示したように、フリップチップ型発光素子は、基板２１０、バッファ層２２０、ｎ型クラッド層２３０、活性層２４０、ｐ型クラッド層２５０、マルチオーミック接触層２６０及び反射層２７０が順次に積層された構造となっている。参照符号２８０は、ｐ型電極パッドであり、２９０は、ｎ型電極パッドである。
マルチオーミック接触層２６０を除いた他の構成は、実施例１とほぼ同様であるため、これらの構成に対する詳細な説明を省略し、以下では、前記マルチオーミック接触層２６０について説明する。
マルチオーミック接触層２６０は、界面改質層２６０ａ／透明導電性薄膜層２６０ｂを単位として繰り返し積層されて形成される。このような繰り返し積層構造の一例が図４に示されている。
マルチオーミック接触層２６０は、界面改質層２６０ａ／透明導電性薄膜層２６０ｂを単位として繰り返し積層されて形成される。このような繰り返し積層構造の一例が図４に示されている。
図４に示したように、マルチオーミック接触層２６０は、第１界面改質層２６０ａ／第１透明導電性薄膜層２６０ｂ／第２界面改質層２６０ｃ／第２透明導電性薄膜層２６０ｄが順に積層されて形成される。
第１界面改質層２６０ａ及び第１透明導電性薄膜層２６０ｂは、前述した本発明の第１実施形態から第３実施形態の界面改質層１６０及び透明導電性薄膜層１７０と同様に形成することができる。
第１界面改質層２６０ａ及び第１透明導電性薄膜層２６０ｂは、前述した本発明の第１実施形態から第３実施形態の界面改質層１６０及び透明導電性薄膜層１７０と同様に形成することができる。
第２界面改質層２６０ｃは、熱処理時、第１透明導電性薄膜層２６０ｂまたは後続工程を通じて形成される第２透明導電性薄膜層２６０ｄから酸素を供給され、第２界面改質層２６０ｃが透明導電性酸化薄膜層を形成すると同時に、第１及び第２透明導電性薄膜層２６０ｂ、２６０ｄのキャリア濃度をさらに高める機能を行う。
第２界面改質層２６０ｃに適用される素材は、面抵抗を低減するために、第１界面改質層２６０ａの成分と同一に適用されてもよく、又は異なって適用されてもよい。
第２界面改質層２６０ｃに適用される素材は、面抵抗を低減するために、第１界面改質層２６０ａの成分と同一に適用されてもよく、又は異なって適用されてもよい。
第１及び第２界面改質層２６０ａ、２６０ｃの各々は、熱処理時、容易に導電性ナノ相粒子に分解及び酸化され得る厚さである０．１ナノメートルから１００ナノメートルの厚さで形成することが好ましい。
また、第１透明導電性薄膜層２６０ｂ及び第２透明導電性薄膜層２６０ｄは、前述した素材で形成し、面抵抗を低減するために、第１透明導電性薄膜層２６０ｂの成分と第２透明導電性薄膜層２６０ｄの成分とが互いに同一に適用されてもよく、異なって適用されてもよい。
また、第１透明導電性薄膜層２６０ｂ及び第２透明導電性薄膜層２６０ｄは、前述した素材で形成し、面抵抗を低減するために、第１透明導電性薄膜層２６０ｂの成分と第２透明導電性薄膜層２６０ｄの成分とが互いに同一に適用されてもよく、異なって適用されてもよい。
また、第１透明導電性薄膜層２６０ｂ及び第２透明導電性薄膜層２６０ｄの各々は、前述したように、１ナノメートルから１０００ナノメートルの厚さで形成する。
一方、さらに他のマルチオーミック接触層が適用された発光素子が図５に示されている。前記実施形態に示された構成要素と同じ機能をする構成要素には、同じ参照符号を付す。
図５に示したように、マルチオーミック接触層２６０は、第１界面改質層２６０ａ／第１透明導電性薄膜層２６０ｂ／第２透明導電性薄膜層２６０ｄが順次に積層されて形成されている。
一方、さらに他のマルチオーミック接触層が適用された発光素子が図５に示されている。前記実施形態に示された構成要素と同じ機能をする構成要素には、同じ参照符号を付す。
図５に示したように、マルチオーミック接触層２６０は、第１界面改質層２６０ａ／第１透明導電性薄膜層２６０ｂ／第２透明導電性薄膜層２６０ｄが順次に積層されて形成されている。
ここで、積層繰り返し単位は、第１界面改質層２６０ａ／第１透明導電性薄膜層２６０ｂ／第２透明導電性薄膜層２６０ｄとなる。
このような構造のマルチオーミック接触層２６０において、第１界面改質層２６０ａ／第１透明導電性薄膜層２６０ｂ／第２透明導電性薄膜層２６０ｄは、前述した素材及び方法により形成すればよい。
このような構造のマルチオーミック接触層２６０において、第１界面改質層２６０ａ／第１透明導電性薄膜層２６０ｂ／第２透明導電性薄膜層２６０ｄは、前述した素材及び方法により形成すればよい。
以下、本発明の第４及び第５実施形態に係る構造を有する発光素子を製造する過程を図１及び図５を参照して説明する。
まず、基板２１０上にバッファ層２２０、ｎ型クラッド層２３０、活性層２４０及びｐ型クラッド層２５０を順次に蒸着し、発光構造体を形成する。
その後、ｎ型電極パッド２９０を形成するための空間を確保するために、ｐ型クラッド層２５０からｎ型クラッド層２３０の一部までエッチングし、メサ（ＭＥＳＡ）構造を形成する。
まず、基板２１０上にバッファ層２２０、ｎ型クラッド層２３０、活性層２４０及びｐ型クラッド層２５０を順次に蒸着し、発光構造体を形成する。
その後、ｎ型電極パッド２９０を形成するための空間を確保するために、ｐ型クラッド層２５０からｎ型クラッド層２３０の一部までエッチングし、メサ（ＭＥＳＡ）構造を形成する。
次に、発光構造体のｐ型クラッド層２５０上にマルチオーミック接触層２６０を形成する。
マルチオーミック接触層２６０の各層は、 電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（physical vapor deposition）、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＰＬＤ（plasma laser deposition）、二重型の熱蒸着器（dual-type thermal evaporator）スパッタリング（sputtering）など公知の蒸着方法により形成すればよい。
また、マルチオーミック接触層２６０の各層を順次に形成するために適用される蒸着温度は、２０℃から１５００℃の範囲内であり、蒸着器内の圧力は、大気圧から約１０-12トールで行う。
マルチオーミック接触層２６０の各層は、 電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（physical vapor deposition）、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＰＬＤ（plasma laser deposition）、二重型の熱蒸着器（dual-type thermal evaporator）スパッタリング（sputtering）など公知の蒸着方法により形成すればよい。
また、マルチオーミック接触層２６０の各層を順次に形成するために適用される蒸着温度は、２０℃から１５００℃の範囲内であり、蒸着器内の圧力は、大気圧から約１０-12トールで行う。
また、マルチオーミック接触層２６０を形成した後に、熱処理（annealing）過程を進行することが好ましい。
熱処理は、反応器内の温度を１００℃から８００℃にして、真空または様々なガス雰囲気で１０秒から３時間程行う。
熱処理時、反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、及び空気のうち少なくとも１つ以上の気体を適用することができる。
熱処理後、マルチオーミック接触層２６０上に前述した素材で反射層２７０を形成する。
反射層２７０は、前述した蒸着方式により蒸着すればよい。
熱処理は、反応器内の温度を１００℃から８００℃にして、真空または様々なガス雰囲気で１０秒から３時間程行う。
熱処理時、反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、及び空気のうち少なくとも１つ以上の気体を適用することができる。
熱処理後、マルチオーミック接触層２６０上に前述した素材で反射層２７０を形成する。
反射層２７０は、前述した蒸着方式により蒸着すればよい。
反射層２７０を形成した後、構造体を反射層２７０の接着力及び熱的安定性を向上させるために、前述した方法により熱処理する。
これとは異なって、ｐ型クラッド層２５０上にマルチオーミック接触層２６０及び反射層２７０を順次に形成した後、熱処理を一度だけ行うこともできる。
実験によれば、マルチオーミック接触層２６０を形成した後、１次熱処理を行い、反射層２７０の形成後、２次熱処理を行う場合、マルチオーミック接触層２６０の光透過度がさらに上昇し、反射層２７０の反射率が増加することを確認した。
これとは異なって、ｐ型クラッド層２５０上にマルチオーミック接触層２６０及び反射層２７０を順次に形成した後、熱処理を一度だけ行うこともできる。
実験によれば、マルチオーミック接触層２６０を形成した後、１次熱処理を行い、反射層２７０の形成後、２次熱処理を行う場合、マルチオーミック接触層２６０の光透過度がさらに上昇し、反射層２７０の反射率が増加することを確認した。
前述したような本発明に係る工程で製作された発光素子の特性を測定した実験結果が図６及び図７に示されている。
図６は、ｐ型クラッド層の上部にＡｇ／ＩＴＯを順次に積層した後、３３０から５３０℃、空気雰囲気で熱処理を行った後に製作された発光素子に対して電流−電圧特性を測定したグラフである。
図７は、ｐ型クラッド層の上部にＡｇ／ＩＴＯを順次に積層した後、３３０から５３０℃、空気雰囲気で熱処理を行った後、アルミニウム反射層を蒸着し、３３０℃の真空で熱処理して得られた電流−電圧特性を測定したグラフである。
図６及び図７の比較から明らかなように、アルミニウムで反射層１８０をさらに形成し、熱処理した構造が電流−電圧駆動特性を向上させることが分かる。
図６は、ｐ型クラッド層の上部にＡｇ／ＩＴＯを順次に積層した後、３３０から５３０℃、空気雰囲気で熱処理を行った後に製作された発光素子に対して電流−電圧特性を測定したグラフである。
図７は、ｐ型クラッド層の上部にＡｇ／ＩＴＯを順次に積層した後、３３０から５３０℃、空気雰囲気で熱処理を行った後、アルミニウム反射層を蒸着し、３３０℃の真空で熱処理して得られた電流−電圧特性を測定したグラフである。
図６及び図７の比較から明らかなように、アルミニウムで反射層１８０をさらに形成し、熱処理した構造が電流−電圧駆動特性を向上させることが分かる。
Claims (11)
- 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フリップチップ型窒化物系発光素子において、
前記ｐ型クラッド層上に形成された反射層と、
前記ｐ型クラッド層と前記反射層との間に、前記反射層を構成する物質の拡散を抑制可能な透明導電性素材で形成された少なくとも１つ以上の透明導電性薄膜層と、
前記ｐ型クラッド層と前記透明導電性薄膜層との間に形成された界面改質層と、
前記界面改質層と前記透明導電性薄膜層との間に形成された挿入金属層と、を含み、
前記界面改質層は、Ｐ型透明導電性酸化物を主成分とし、前記ｐ型クラッド層とのオーミック接触を向上させる添加元素を含むことを特徴とするフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子において、
前記ｐ型クラッド層上に形成された反射層と、
前記ｐ型クラッド層と前記反射層との間に、前記反射層を構成する物質の拡散を抑制可能な透明導電性素材で形成された少なくとも１つ以上の透明導電性薄膜層と、
前記ｐ型クラッド層と前記透明導電性薄膜層との間に形成された界面改質層と、
前記界面改質層と前記透明導電性薄膜層との間に形成された挿入金属層と、を含み、
前記界面改質層は、Ａｇ2Ｏ、ＣｕＡｌＯ2、ＳｒＣｕ2Ｏ2、ＬａＭｎＯ3、ＬａＮｉＯ3、及びＩｎxＯ1-xの中から選択されたいずれか１つの酸化物を主成分とし、前記ｐ型クラッド層とのオーミック接触を向上させる添加元素を含むことを特徴とするフリップチップ型窒化物系発光素子。 - 前記界面改質層は、前記酸化物にｐ型ドーパントがさらに添加されて形成されることを特徴とする請求項２に記載のフリップチップ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フリップチップ型窒化物系発光素子において、
前記ｐ型クラッド層上に形成された反射層と、
前記ｐ型クラッド層と前記反射層との間に、前記反射層を構成する物質の拡散を抑制可能な透明導電性素材で形成された少なくとも１つ以上の透明導電性薄膜層と、
前記ｐ型クラッド層と前記透明導電性薄膜層との間に形成された界面改質層と、
前記界面改質層と前記透明導電性薄膜層との間に形成された挿入金属層と、を含み、
前記界面改質層は、インジウム系酸化物、スズ系酸化物、または亜鉛系酸化物を主成分とし、前記ｐ型クラッド層とのオーミック接触を向上させる添加元素を含むことを特徴とするフリップチップ型窒化物系発光素子。 - 前記インジウム系酸化物は、インジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）を前記主成分とし、前記添加元素としてガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上の成分を含んで形成されることを特徴とする請求項４に記載のフリップチップ型窒化物系発光素子。
- 前記スズ系酸化物は、スズ酸化物（ＳｎＯ2）を前記主成分とし、前記添加元素として亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上の成分を含んで形成されることを特徴とする請求項４に記載のフリップチップ型窒化物系発光素子。
- 前記亜鉛系酸化物は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）を前記主成分とし、前記添加元素としてインジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、及びランタン（Ｌａ）元素系列金属の中から選択された少なくとも１つ以上の成分を含んで形成されることを特徴とする請求項４に記載のフリップチップ型窒化物系発光素子。
- 前記界面改質層の前記主成分に対する前記添加元素の添加比は、０．００１から５０重量％であることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化物系発光素子。
- 前記界面改質層は、０．１ナノメートルから１００ナノメートルの厚さで形成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化物系発光素子。
- 前記挿入金属層は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ガリウム（Ｇａ）、銅（Ｃｕ）、ベリリウム（Ｂｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、及びモリブデン（Ｍｏ）の中から選択された少なくとも１つ以上の成分で形成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化物系発光素子。
- 前記挿入金属層は、１ナノメートルから１００ナノメートルの厚さで形成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化物系発光素子。
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