JP6732201B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
サファイア基板と、
前記サファイア基板上に形成され、ガリウム、クロムの少なくとも1つを含む菱面体晶構造を有する酸化物からなる緩衝層と、
前記緩衝層の上に形成され、菱面体晶構造を有するITO(Indium Tin Oxide)からなる導電体層と、を有する基体と、
前記基体上に形成され、GaNを含む第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第2クラッド層と、
前記第2クラッド層上に形成された第1電極と、を備え、
前記基体の前記導電体層は、第2電極である。
以下、本発明の実施形態1に係る基体について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る基体10は、図1に示すように、サファイア基板1と、サファイア基板1上に形成された緩衝層2と、緩衝層2上に形成された導電体層3と、を備える。サファイア基板1は、少なくとも緩衝層2が形成される側の表面が平坦であり且つ表面がc面、r面、a面およびm面のいずれかである。また、サファイア基板1は、PSS(Patterned Sapphire Substrate、以下「PSS基板」と称する。)、即ち、少なくとも緩衝層2が形成される側の表面がc面であり且つ表面に規則正しく整列した微細な凹凸が形成されたものであってもよい。
本実施形態に係る発光素子100は、縦型LED(Light Emitting Diode)であり、図3に示すように、結晶方位がc面であり且つ表面に微細な凹凸形状が形成されたサファイア基板(PSS基板)1上に、緩衝層2、導電体層3が順に積層された基体10を備える。ここで、基体10の導電体層3は、抵抗が十分に低いので、電極(第2電極)として機能する。この発光素子100は、第1クラッド層104と発光層105と第2クラッド層106と電極層107(第1電極)とを備える。第1クラッド層104は、基体10の導電体層3側に形成され、n型GaNからなる。発光層105は、例えばMQW(Multi Quantum Well)構造を有し、第1クラッド層104上に形成されている。第2クラッド層106は、発光層105上に形成され、p型GaNからなる。電極層107は、例えばITOのような導電体材料から形成されている。この電極層107は、第2クラッド層106上に形成されている。
各実施例に係る基体10並びに比較例に係る基体の製造に用いるミストCVD装置の超音波振動子として2.4MHzの周波数で振動する超音波振動子(本多電子社製、HM-2412)を採用した。また、このミストCVD装置で用いるキャリアガスとして窒素を採用した。
表1に示す各実施例および各比較例に係る基体について、結晶構造の確認、導電体層3の比抵抗値、導電体層3側の表面のSEM観察および透過光スペクトル測定を実施することにより各基体を評価した。
(実施例1)
XRDによれば、図4(A)に示すように、菱面体晶構造を有するITO(rh−ITO)に対応した(0006)の回折ピークが確認できた。即ち、菱面体晶構造を有するITOからなる導電体層3が形成されていることが判った。また、c面のサファイア基板1に対応する回折ピーク(α−Al2O3(0006))と、菱面体晶構造を有する酸化ガリウムに対応するピーク(α−Ga2O3(0006))とが確認できた。このことから、緩衝層2が菱面体晶構造を有する酸化ガリウムであることが判った。つまり、緩衝層2であるα−Ga2O3層上にGaNと格子整合する菱面体晶構造を有するITOからなる導電体層3が形成されていることが判った。導電体層3のシート抵抗から算出した比抵抗は、4.0×10−4Ω・cmであった。基体の導電体層3側の表面では、図5(A)に示すように、導電体層3が連続的に繋がっていることが判った。このように、導電体層3が連続的に繋がっていることにより、導電体層3の比抵抗が低くなると考えられた。なお、導電体層3を電極として機能させるためには、導電体層3の比抵抗の大きさは、一般的に1.0×10−3Ω・cm以下であることが好ましい。これに対して、実施例1の導電体層3はこの導電体層3を電極として機能させるため条件を満足していると言える。
XRDによれば、図4(B)に示すように、菱面体晶構造を有するITOに対応したピークは確認されなかった。導電体層3のシート抵抗は、シート抵抗器の測定限界を超えるほど高い抵抗値を示した。基体の導電体層側の表面では、図5(B)に示すように、凹凸の凸部分(山の部分)のみに導電体層が形成され、凹凸の凹部分(谷の部分)には導電体層が形成されていないことが判った。このように、凹部分に導電体層3が形成されず隣接する凸部分に形成された導電体層同士が電気的に絶縁されているために、導電体層のシート抵抗が高くなると考えられた。
XRDによれば、図6(A)に示すように、菱面体晶構造を有するITO(rh−ITO)に対応した(0006)の回折ピーク、c面のサファイア基板1に対応する回折ピーク(α−Al2O3(0006))、緩衝層2に対応する菱面体晶構造を有する酸化ガリウムに対応するピーク(α−Ga2O3(0006))が確認できた。このことから、菱面体晶構造を有する酸化ガリウムからなる緩衝層2と、GaNと格子整合する菱面体晶構造を有するITOからなる導電体層3と、が形成されていることが判った。透過光スペクトルは、図7に示すようになった。図7から、青色の波長帯域(415〜500nm)における基体10の透過率が80%以上であることが判った。また、導電体層3のシート抵抗から算出した比抵抗は、2.4×10−4Ω・cmであった。従って、実施例2の導電体層3は前述の導電体層3を電極として機能させるため条件を満足していると言える。
XRDによれば、図6(B)に示すように、bcc構造を有するITO(bcc−ITO)に対応した(222)、(400)の回折ピーク、c面のサファイア基板1に対応する回折ピーク(α−Al2O3(0006))のみが確認できた。但し、菱面体晶構造を有するITO(rh−ITO)に対応する回折ピークは確認できなかった。
XRDによれば、図8(A)に示すように、菱面体晶構造を有するITO(rh−ITO)に対応した(10−12)の回折ピーク、r面のサファイア基板1に対応する回折ピーク(α−Al2O3(10−12))、緩衝層2に対応する菱面体晶構造を有する酸化ガリウムに対応するピーク(α−Ga2O3(10−12))が確認できた。このことから、菱面体晶構造を有する酸化ガリウムからなる緩衝層2と、GaNと格子整合する菱面体晶構造を有するITOからなる導電体層3とが形成されていることが判った。導電体層3のシート抵抗から算出した比抵抗は、3.0×10−4Ω・cmであった。従って、実施例3の導電体層3は前述の導電体層3を電極として機能させるため条件を満足していると言える。
XRDによれば、図8(B)に示すように、bcc構造を有するITO(bcc−ITO)に対応した(400)の回折ピーク、r面のサファイア基板1に対応する回折ピーク(α−Al2O3(10−12))のみが確認できた。但し、菱面体晶構造を有するITO(rh−ITO)に対応する回折ピークは確認できなかった。即ち、緩衝層2が存在しない場合、GaNと格子整合する菱面体晶構造を有するITOを含む導電体層3が形成されないことが判った。
Claims (4)
- サファイア基板と、
前記サファイア基板上に形成され、ガリウム、クロムの少なくとも1つを含む菱面体晶構造を有する酸化物からなる緩衝層と、
前記緩衝層の上に形成され、菱面体晶構造を有するITO(Indium Tin Oxide)からなる導電体層と、を有する基体と、
前記基体上に形成され、GaNを含む第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第2クラッド層と、
前記第2クラッド層上に形成された第1電極と、を備え、
前記基体の前記導電体層は、第2電極である、
発光素子。 - 前記サファイア基板は、結晶方位がc面、r面、a面およびm面のうちのいずれか1つであり且つ厚さ方向における前記緩衝層側の面が平坦である、
請求項1に記載の発光素子。 - 前記サファイア基板は、結晶方位がc面であり且つ厚さ方向における前記緩衝層側の面に凹凸形状が形成されている、
請求項1に記載の発光素子。 - 前記緩衝層は、α−Ga2O3、α−Cr2O3の少なくとも1つを含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載の発光素子。
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