WO2006049146A1 - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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emitting element
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Kazuo Uchida
Shinji Nozaki
Hiroshi Morisaki
Yasuo Imamura
Shuichi Kato
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Nanoteco Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device, and more particularly to a light emitting device that performs wavelength conversion using a phosphor.
  • LEDs Light emitting diodes
  • One of the problems when using an LED as the light source is that, in principle, the LED can only generate monochromatic light and its wavelength cannot be easily adjusted.
  • the wavelength of light generated by an LED is determined by the materials and structures that make up the LED, and its adjustment is not easy.
  • LED When LED is applied to lighting equipment, it is required to generate light of various colors, especially white light, but LED cannot meet such needs unless special technology is used.
  • LED power As one method for obtaining light having a desired wavelength, it is known that a phosphor is mixed in a mold resin for sealing an LED. Such techniques are disclosed in, for example, JP-A-5 152609, JP-A-7-99345, and JP-A-10-242513. Light having a desired wavelength can be obtained by converting the wavelength of light generated by the LED using a phosphor mixed with mold resin.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 10-242513 discloses the use of Ce-doped YAG (yttrium aluminum garnet) as a phosphor.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-363554 discloses that alpha sialon doped with at least one element of Ce, Pr, Eu, Tb, Yb, and Er is used as a phosphor.
  • This technology is based on the practical application of LEDs that generate short-wavelength light, specifically blue light or ultraviolet light. Since phosphors can basically emit only light having a wavelength longer than that of excitation light, an LED that generates light having a short wavelength is used to obtain light having a desired wavelength, particularly white light. This is very important.
  • One of the user's requirements for a light-emitting element that performs wavelength conversion using a phosphor is its light emission. This is an improvement in light efficiency. High luminous efficiency leads to improved brightness of the light source and reduced power consumption.
  • One of the other requirements for the light emitting element is to reduce its size. The downsizing of the light emitting element makes it easy to mount the light emitting element in the final product.
  • an object of the present invention is to improve the light emission efficiency of a light emitting element that performs wavelength conversion using a phosphor.
  • Another object of the present invention is to realize miniaturization of a light emitting element that performs wavelength conversion using a phosphor.
  • a light emitting device includes a semiconductor active region that generates first light, and a fluorescent light that is excited by the first light and generates second light having a wavelength different from that of the first light. And a transparent conductive layer containing a light body.
  • a structure of the light emitting element makes it possible to use an electrode for supplying a driving current to the semiconductor active region as a structure supporting the phosphor. This enables a reduction in the distance between the phosphor and the semiconductor active region, and effectively improves the luminous efficiency of the phosphor.
  • it is effective to reduce the size of the light-emitting element by using the electrode that supplies the drive current to the semiconductor active region as a structure that supports the phosphor.
  • the base material is made of at least one of indium, zinc, tin, gallium, and antimony. It is preferable to use an acid salt.
  • the transparent conductive layer is Can be bonded to the semiconductor contact layer.
  • Such a configuration allows the transparent conductive layer to function as an electrode for supplying a drive current to the semiconductor active region.
  • the transparent conductive layer is formed with respect to the semiconductor active region of the transparent conductive substrate. It is preferable to form so as to cover the surface located on the opposite side. Such a configuration makes it easy to adopt a face-down structure.
  • the transparent conductive layer is bonded to the first transparent conductive film containing the phosphor and the first transparent conductive film. And a second transparent conductive film not containing the phosphor.
  • the phosphor may include YAG (yttrium 'aluminum' garnet) containing cerium.
  • the phosphor may include an ⁇ -type sialon containing europium.
  • the semiconductor active region is preferably formed of a nitride compound semiconductor.
  • a method for manufacturing a light emitting element includes:
  • the step of forming the transparent conductive layer includes a step of applying a transparent conductor precursor solution mixed with the phosphor and a step of sintering the applied solution.
  • a manufacturing method makes it possible to introduce a large amount of phosphor into the transparent conductive layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the LED chip of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a top view showing the structure of the LED chip of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing a change in resistivity of an ITO electrode containing a YAG phosphor depending on the amount of the YAG phosphor.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the LED chip of the first embodiment.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the LED chip according to the first embodiment.
  • FIG. 5C is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the LED chip of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of an LED chip according to a second embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of an LED chip according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing another structure of the LED chip of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • the light emitting element 10 includes an LED chip 1 and leads 2 and 3.
  • a cup 2a that accommodates the LED chip 1 is provided at the tip of the lead 2, and the LED chip 1 is bonded to the bottom surface of the cup 2a.
  • LED chip 1 and lead 2 are electrically connected by wire 4, and LED chip 1 and lead 3 are electrically connected by wire 5.
  • the LED chip 1, the leads 2, 3 and the wires 4, 5 are sealed with a mold grease 6.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the LED chip 1
  • FIG. 3 is a plan view showing the structure of the LED chip 1.
  • the LED chip 1 includes a sapphire substrate 11, an n—GaN layer 12, an n—AlGaN layer 13, an MQW layer 14, a p—AlGaN layer 15, and a p—GaN layer. 16, a force sword electrode 17, and an anode electrode 18.
  • the n—GaN layer 12 is a layer that functions as an n-type contact layer, and is bonded to the force sword electrode 17.
  • the n-AlGaN layer 13 and the MQW layer 14 and the p-AlGaN layer 15 function as an n-type cladding layer, an active region that generates light from a driving current, and a p-type cladding layer, respectively.
  • the MQW layer 14 is formed by a multilayer quantum well (mulU-quantum well) in which an InGaN layer and a GaN layer are stacked. Forming the cladding layer and the MQW layer with a nitride compound semiconductor is important for emitting short-wavelength light, particularly blue light and ultraviolet light, from the MQW layer.
  • the p—GaN layer 16 is a layer that functions as a p-type contact layer, and is bonded to the anode electrode 18.
  • the anode electrode 18 includes a metal electrode 19 joined to the wire 5, and a transparent conductive layer 20 interposed between the metal electrode 19 and the p-GaN layer 16.
  • the transparent conductive layer 20 and the p-GaN layer 16 are joined in an ohmic manner.
  • the drive current used to generate the light is supplied from the lead 3 and the wire 5 to the metal electrode 19, and then the MQW layer through the transparent conductive layer 20, p-GaN layer 16, and p-AlGaN layer 15. Injected into 14.
  • the transparent conductive layer 20 covers the entire upper surface of the p-GaN layer 16, whereas the metal electrode 19 partially covers the upper surface of the p-GaN layer 16. I only covered Yes. This is because the luminance uniformity is improved while the luminance of the light emitting element 10 is increased. Since the light transmittance of the metal electrode 19 is low, a large area of the metal electrode 19 causes a decrease in luminance of the light emitting element 10. However, if the area of the metal electrode 19 is small, the drive current injected into the MQW layer 14 may be non-uniform in the plane. The transparent conductive layer 20 diffuses the drive current in the in-plane direction, and improves the in-plane uniformity of the drive current injected into the MQW layer 14.
  • the transparent conductive layer 20 of the anode electrode 18 includes a phosphor-containing transparent conductive film 21 containing a phosphor and a transparent conductive film 22 containing no phosphor.
  • the use of the phosphor-containing transparent conductive film 21 is one characteristic of the light-emitting element 10 of the present embodiment.
  • the phosphor-containing transparent conductive film 21 functions as a drive current path and also serves to perform wavelength conversion using the phosphor.
  • the phosphor contained in the phosphor-containing transparent conductive film 21 is excited, and light having a wavelength different from that of the original light is fluorescent. Emitted from the body.
  • the color of light emitted from the light emitting element 10 depends on the wavelength of light generated in the MQW layer 14 and the material constituting the phosphor.
  • the MQW layer 14 is formed so as to generate blue light, and YAG (yttrium aluminum garnet) containing cerium (Ce) as a phosphor. It is preferable to use ⁇ -sialon containing europium (Eu).
  • a material generally used as a transparent electrode specifically, An oxide of a material capable of at least one of indium, zinc, tin, gallium and antimony is used.
  • the base material of the phosphor-containing transparent conductive film 21 can be formed of ITO (Indium Tin Oxide), ZnO, or SnO.
  • the transparent conductive film 22 is made of at least one of materials commonly used as transparent electrodes, indium, zinc, tin, gallium, and antimony. Formed of an oxide of the material
  • the first merit of the structure in which the phosphor-containing transparent conductive film 21 is incorporated in the anode electrode 18 is that the light emission efficiency of the light emitting element 10 can be improved.
  • Contains phosphor The structure in which the transparent conductive film 21 is incorporated in the anode electrode 18 makes it possible to reduce the distance from the MQW layer 14 to the phosphor. This effectively improves the light emission efficiency of the light emitting element 10.
  • a second merit is that the light emitting device 10 can be downsized.
  • the LED chip 1 in which the phosphor-containing transparent conductive film 21 is incorporated in the anode electrode 18 eliminates the need to provide the light emitting element 10 with a dedicated structure for performing wavelength conversion with the phosphor. This is effective for reducing the size of the light emitting element 10.
  • FIG. 4 is a graph showing the influence of the resistivity (wt%) of the phosphor contained in ITO on the resistivity of the ITO electrode containing the YAG phosphor.
  • the resistivity of the ITO electrode increases significantly.
  • Increasing the resistivity of the phosphor-containing transparent conductive film 21 weakens the action of diffusing the drive current of the transparent conductive layer 20 in the in-plane direction, leading to a reduction in in-plane uniformity of the drive current.
  • the transparent conductive film 22 containing no phosphor plays a role of suppressing a decrease in in-plane uniformity of the drive current caused by an increase in resistivity of the phosphor-containing transparent conductive film 21.
  • the transparent conductive film 22 that does not contain a phosphor and can reduce its resistance is effective for sufficiently diffusing the drive current in the in-plane direction and improving the in-plane uniformity of the drive current.
  • the transparent conductive film 22 is provided between the phosphor-containing transparent conductive film 21 and the p-GaN layer 16, but the positions of the phosphor-containing transparent conductive film 21 and the transparent conductive film 22 are interchangeable. Please note that. It was noted that if the resistivity is low enough, the transparent conductive film 22 may not be provided!
  • FIG. 5A to FIG. 5C are cross-sectional views showing a preferred manufacturing process of the LED chip 1 of the first embodiment.
  • n-GaN layer 12, n-AlGaN layer 13, MQW layer 14, p-AlGaN layer 15, and p-GaN layer 16 are sequentially formed on sapphire substrate 11. It is done.
  • Transparent conductive film 22 and phosphor-containing transparent conductive film 21 are sequentially formed.
  • Transparent conductive film 22 and phosphor-containing transparent conductive film 21 are the simplest Is formed by sputtering.
  • the sputtering method is not suitable for adding a large amount of the phosphor to the phosphor-containing transparent conductive film 21.
  • a sol-gel method it is preferable to use a sol-gel method.
  • the phosphor-containing transparent conductive film 21 is formed by applying a solution of a base material precursor mixed with a phosphor onto the transparent conductive film 22 and firing the solution. Is preferred.
  • the phosphor-containing transparent conductive film 21 whose base material is ITO can be formed by the following steps. First, a solution containing ITO (ITO sol) is prepared. As the ITO sol, for example, acetate containing 5% ITO is used. Subsequently, the phosphor powder is mixed with the ITO sol. The ITO sol mixed with the phosphor is subjected to ultrasonic stirring, and the phosphor is uniformly dispersed in the ITO sol. Subsequently, ITO sol is applied onto the transparent conductive film 22 by spin coating. Subsequently, after the ITO sol applied by heating at 120 ° C.
  • ITO sol for example, acetate containing 5% ITO is used.
  • the phosphor powder is mixed with the ITO sol.
  • the ITO sol mixed with the phosphor is subjected to ultrasonic stirring, and the phosphor is uniformly dispersed in the ITO sol.
  • ITO sol is applied onto the transparent conductive film 22 by spin coating.
  • the phosphor-containing transparent conductive film 21 is formed by baking at 550 ° C. for 1 hour. According to such a method, it is possible to include a sufficiently large number of phosphors in the phosphor-containing transparent conductive film 21.
  • the n-AlGaN layer 13, the MQW layer 14, the p-AlGaN layer 15, the p-GaN layer 16, the transparent conductive film 22 and the phosphor-containing transparent conductive film 21 are patterned, and a part of the n-GaN layer 12 is exposed. Further, a force sword electrode 17 is formed on the exposed portion of the n-GaN layer 12, and a metal electrode 19 is formed on the upper surface of the phosphor-containing transparent conductive film 21, thereby completing the LED chip 1 of FIG.
  • the phosphor-containing transparent conductive film 21 is incorporated into an electrode (the anode electrode 18 in the present embodiment) for supplying a drive current.
  • the light emission efficiency of the light emitting element 10 is improved and the light emitting element 10 is downsized.
  • the transparent conductive film 22 containing no phosphor is joined to the phosphor-containing transparent conductive film 21, thereby improving the in-plane uniformity of the drive current.
  • the structure of the LED chip 1 shown in FIG. 2 is a so-called face-up structure.
  • a face-down structure in which light is extracted from the substrate side is suitable for increasing the light extraction efficiency of the light emitting element.
  • the face-down structure provides a light-emitting element on which an LED chip that employs the face-down structure is mounted.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a light emitting element 10A according to the second embodiment.
  • the LED chip 1 A adopting the face-down structure is used instead of the LED chip 1 adopting the face-up structure. Accordingly, the LED chip 1A is flip-chip connected to the lead 2, and no wire is used for electrical connection between the LED chip 1A and the lead 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the LED chip 1A of the second embodiment.
  • the LED chip 1A includes an n—SiC substrate 11A, an n—GaN layer 12, an n—AlGaN layer 13, an MQW layer 14, a p—AlGaN layer 15, a p—GaN layer 16, and an anode electrode 17A.
  • the anode electrode 17A is formed of a metal film.
  • the n-SiC substrate 11A is conductive and transparent. Since the n—SiC substrate 11 A has conductivity, the n—SiC substrate 11 A can be used as a path for supplying a drive current to the MQW layer 14. Further, since the n—SiC substrate 11A is transparent, the light generated by the MQW layer 14 can pass through the inside, and the LED chip 1A does not prevent light from being emitted. As is clear from this discussion, a substrate that is conductive and transparent can be used instead of the n-SiC substrate 11A. For example, when the MQW layer 14 is configured to generate blue light, a GaN substrate doped with an n-type impurity at a high concentration can be used. The GaN substrate is transparent to blue light.
  • the force sword electrode 18A is formed on the back surface of the n — SiC substrate 11A (ie, the surface opposite to the side on which the MQW layer 14 is provided). It is made. Accordingly, in the present embodiment, the transparent conductive layer 20 composed of the phosphor-containing transparent conductive film 21 and the transparent conductive film 22 containing no phosphor is provided on the back of the n-SiC substrate 11A. It is incorporated into a force sword electrode 18A provided on the surface. On the transparent conductive layer 20, a metal electrode 19A is formed. As shown in Fig.
  • the transparent conductive layer 20 covers the entire back surface of the n-SiC substrate 11 A, whereas the metal electrode 19 partially covers the back surface of the n-SiC substrate 11A. It is not covered with force. The effectiveness of this is as discussed in the first embodiment.
  • a drive current for generating light is injected into the MQW layer 14 from the anode electrode 17A, and further flows to the metal electrode 19 through the n-SiC substrate 11A and the transparent conductive layer 20.
  • Such a structure has the same advantages as the light emitting element 10 of the first embodiment (that is, the luminous efficiency of the light emitting element 10 is improved and the size is reduced by using the phosphor-containing transparent conductive film 21). While enjoying, it is possible to realize a face-down structure.
  • the structure in FIG. 6 utilizes the fact that the n-SiC substrate 11A is conductive and transparent. However, for practical reasons, it may be desirable to use a transparent and insulating substrate, such as a sapphire substrate.
  • FIG. 9 shows a structure of the LED chip 1B for satisfying such a requirement.
  • the LED chip 1B shown in FIG. 9 uses a sapphire substrate 11B instead of the n-SiC substrate 11A. Note that the sapphire substrate 11B is transparent and insulative.
  • the transparent conductive layer 20 is formed so as to cover the back surface of the sapphire substrate 11B, and the metal electrode 19 is bonded to the transparent conductive layer 20.
  • the electrical connection between the force sword electrode 18A and the n-GaN layer 12 is achieved by bonding the transparent conductive layer 20 directly to the n-GaN layer 12. .
  • a driving current for generating light is injected from the anode electrode 17A into the MQW layer 14, and further flows to the metal electrode 19 through the n—GaN layer 12 and the transparent conductive layer 20.
  • the sapphire substrate 11B also excludes the path force through which the drive current flows. Such a structure makes it possible to adopt a face-down structure even if the sapphire substrate 11B is insulative.

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Abstract

　本発明は、蛍光体を用いて波長変換を行う発光素子の発光効率の向上と小型化とを実現するためのものである。本発明による発光素子は，第１光を発生する半導体活性領域と，第１光によって励起されて前記第１光と異なる波長を有する第２光を発生する蛍光体を含む透明導電層とを具備する。

Description

明 細 書
発光素子及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、発光素子に関し、特に、蛍光体を用いて波長変換を行う発光素子に関 する。
背景技術
[0002] 発光ダイオード (LED)は、最も広く使用される光源の一つである。光源として LED を使用する場合に問題になる点の一つは、 LEDは、原理的には単色光しか発生す ることができず、且つ、その波長の調整が容易でないことである。 LEDが発生する光 の波長は、それを構成する材料や構造によって決定され、その調整は容易ではない 。 LEDを照明器具に応用する場合には、様々な色の光、特に白色光を発生すること が求められるが、 LEDは、特殊な技術を使用しない限り、このようなニーズに対応で きない。
[0003] LED力 所望の波長を有する光を得る一つの方法として、 LEDを封止するモール ド榭脂に蛍光体を混入することが知られている。このような技術は、例えば、特開平 5 152609号公報、特開平 7— 99345号公報、及び特開平 10— 242513号公報に 開示されて 、る。 LEDが発生した光をモールド榭脂に混入された蛍光体を用 、て波 長変換することにより、所望の波長の光を得ることができる。特開平 10— 242513号 公報は、 Ceがドープされた YAG (イットリウム ·アルミニウム 'ガーネット）を蛍光体とし て使用することを開示している。また、特開 2002— 363554号公報は、 Ce、 Pr、 Eu 、 Tb、 Yb、 Erの少なくとも一の元素がドープされたアルファサイアロンを蛍光体として 使用することを開示して 、る。
[0004] この技術は、短波長の光、具体的には、青色光や紫外光を発生する LEDの実用 化が基礎となっている。蛍光体は、基本的には励起光よりも長い波長の光しか発する ことができないから、所望の波長の光、特に、白色光を得るためには、短波長の光を 発生する LEDを使用することが重要である。
[0005] 蛍光体を用いて波長変換を行う発光素子に対するユーザの要求の一つは、その発 光効率の向上である。発光効率が高いことは、光源の輝度の向上や、消費電力の低 減につながる。発光素子に対する他の要求の一つは、その大きさの縮小である。発 光素子の小型化は、発光素子を最終製品に実装することを容易にする。
発明の開示
[0006] したがって、本発明の目的は、蛍光体を用いて波長変換を行う発光素子の発光効 率を向上することにある。
本発明の他の目的は、蛍光体を用いて波長変換を行う発光素子の小型化を実現 することにある。
[0007] 本発明の一の観点において、発光素子は、第 1光を発生する半導体活性領域と、 前記第 1光によって励起されて前記第 1光と異なる波長を有する第 2光を発生する蛍 光体を含む透明導電層とを具備する。このような発光素子の構造は、半導体活性領 域に駆動電流を供給する電極を、蛍光体を支持する構造体として兼用することを可 能にする。これは、蛍光体と半導体活性領域との間の距離の縮小を可能にし、蛍光 体の発光効率を有効に向上させる。加えて、半導体活性領域に駆動電流を供給す る電極を、蛍光体を支持する構造体として兼用することは、発光素子の小型化に有 効である。
[0008] 蛍光体が母材に分散されている構造体が、透明導電層として使用される場合、前 記母材は、インジウム、亜鉛、錫、ガリウム、アンチモンの少なくとも 1つ以上からなる 材料の酸ィ匕物カゝらなることが好適である。
[0009] 一実施形態にお!ヽて、当該発光素子が前記半導体活性領域に接合される半導体 クラッド層と半導体クラッド層に接合される半導体コンタ外層とを具備する場合には、 透明導電層は、半導体コンタクト層に接合され得る。このような構成は、透明導電層 を半導体活性領域に駆動電流を供給する電極として機能させる。
[0010] 他の実施形態において、当該発光素子が、更に、半導体活性領域を支持する透明 導電性基板を具備する場合には、透明導電層は、透明導電性基板の半導体活性領 域に対して反対側に位置する面を被覆するように形成されることが好適である。かか る構成は、フェースダウン構造を採用することを容易にする。
[0011] 透明導電層は、前記蛍光体を含む第 1透明導電膜と、前記第 1透明導電膜に接合 され、且つ、前記蛍光体を含まない第 2透明導電膜とを含むことが好ましい。
[0012] 前記蛍光体は、セリウムを含有する YAG (イットリウム 'アルミニウム 'ガーネット）を 含むことがある。他の実施形態では、前記蛍光体は、ユーロピウムを含有する α型サ ィァロンを含み得る。この場合、当該発光素子によって白色光を発生させるためには 、半導体活性領域は、窒化物化合物半導体で形成されていることが好適である。
[0013] 本発明の他の観点において、発光素子の製造方法は、
第 1光を発生する半導体活性領域を形成する工程と、
前記第 1光から前記第 1光と異なる波長を有する第 2光を発生する蛍光体を含む透 明導電層 (20)を形成する工程
とを具備する。透明導電層を形成する工程は、前記蛍光体が混合された透明導電体 の前駆体の溶液を塗布する工程と、塗布された前記溶液を焼結する工程とを含む。 このような製造方法は、多くの分量の蛍光体を透明導電層に導入することを可能に する。
[0014] 本発明によれば、蛍光体を用いて波長変換を行う発光素子の発光効率を向上する ことができる。
また、本発明によれば、蛍光体を用いて波長変換を行う発光素子の小型化を実現 することができる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]図 1は、本発明の実施の第 1形態の発光素子の構成を示す断面図である。
[図 2]図 2は、実施の第 1形態の LEDチップの構造を示す断面図である。
[図 3]図 3は、実施の第 1形態の LEDチップの構造を示す上面図である。
[図 4]図 4は、 YAG蛍光体を含有する ITO電極の抵抗率の、 YAG蛍光体の分量に よる変化を示すグラフである。
[図 5A]図 5Aは、実施の第 1形態の LEDチップの製造方法を示す断面図である。
[図 5B]図 5Bは、実施の第 1形態の LEDチップの製造方法を示す断面図である。
[図 5C]図 5Cは、実施の第 1形態の LEDチップの製造方法を示す断面図である。
[図 6]図 6は、本発明の実施の第 2形態の発光素子の構成を示す断面図である。
[図 7]図 7は、実施の第 2形態の LEDチップの構造を示す断面図である。 [図 8]図 8は、実施の第 2形態の LEDチップの構造を示す断面図である。
[図 9]図 9は、実施の第 2形態の LEDチップの他の構造を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0016] (実施の第 1形態）
図 1は、本発明の実施の第 1形態の発光素子 10の構成を示す断面図である。発光 素子 10は、 LEDチップ 1と、リード 2、 3とを備えている。リード 2の先端には、 LEDチ ップ 1を収容するカップ 2aが設けられ、 LEDチップ 1は、カップ 2aの底面に接合され ている。 LEDチップ 1とリード 2とは、ワイヤ 4によって電気的に接続され、 LEDチップ 1とリード 3とは、ワイヤ 5によって電気的に接続されている。 LEDチップ 1、リード 2、 3 、及びワイヤ 4、 5は、モールド榭脂 6によって封止されている。
[0017] 図 2は、 LEDチップ 1の構造を示す断面図であり、図 3は、 LEDチップ 1の構造を示 す平面図である。図 2に示されているように、 LEDチップ 1は、サファイア基板 11と、 n — GaN層 12と、 n— AlGaN層 13と、 MQW層 14と、 p— AlGaN層 15と、 p— GaN層 16と、力ソード電極 17と、アノード電極 18とを備えている。 n— GaN層 12は、 n型コン タクト層として機能する層であり、力ソード電極 17に接合されている。 n— AlGaN層 1 3、 MQW層 14は、 p— AlGaN層 15は、それぞれ、 n型クラッド層、駆動電流から光 を発生する活性領域、及び p型クラッド層として機能する。 MQW層 14は、 InGaN層 と GaN層とが積層された多層量子井戸（mulU-quantum well)で形成されている。クラ ッド層及び MQW層を窒化物化合物半導体で形成することは、短波長の光、特に、 青色光や紫外光を MQW層から放出させるために重要である。 p— GaN層 16は、 p 型コンタクト層として機能する層であり、アノード電極 18に接合されて!、る。
[0018] アノード電極 18は、ワイヤ 5に接合されている金属電極 19と、金属電極 19と p— Ga N層 16との間に介設されて 、る透明導電層 20とから構成されて 、る。透明導電層 2 0と p— GaN層 16とは、ォーミック的に接合されている。光を発生するために使用され る駆動電流は、リード 3及びワイヤ 5から金属電極 19に供給され、その後、透明導電 層 20、 p— GaN層 16、及び p— AlGaN層 15を介して MQW層 14に注入される。
[0019] 図 3に示されているように、透明導電層 20が p— GaN層 16の上面の全体を被覆し ているのに対し、金属電極 19は、 p— GaN層 16の上面を部分的にしか被覆していな い。これは、発光素子 10の輝度を高めながら、輝度の均一性を向上するためである 。金属電極 19の光透過率は低いから、金属電極 19の面積が広いことは発光素子 10 の輝度の低下を招く。し力し、金属電極 19の面積が少ないと、 MQW層 14に注入さ れる駆動電流が面内で不均一になり得る。透明導電層 20は、駆動電流を面内方向 に拡散させ、 MQW層 14に注入される駆動電流の面内均一性を向上する。
[0020] 図 2に戻り、アノード電極 18の透明導電層 20は、蛍光体を含有する蛍光体含有透 明導電膜 21と、蛍光体を含有しない透明導電膜 22とを備えている。蛍光体含有透 明導電膜 21を使用することは、本実施の形態の発光素子 10の一つの特徴である。 蛍光体含有透明導電膜 21は、駆動電流の経路として機能するとともに、蛍光体を用 Vヽて波長変換を行う役割も果たして ヽる。 MQW層 14で発生された光が蛍光体含有 透明導電膜 21に入射されると、蛍光体含有透明導電膜 21に含まれている蛍光体が 励起され、元の光と異なる波長の光が蛍光体から発せられる。
[0021] 発光素子 10が発する光の色は、 MQW層 14で発生される光の波長、及び蛍光体 を構成する材料に依存する。発光素子 10を白色光の発生に使用する場合には、 M QW層 14が青色光を発生するように形成され、且つ、蛍光体としてセリウム (Ce)を含 有する YAG (イットリウム .アルミニウム .ガーネット）やユーロピウム（Eu)を含有する α型サイアロンが使用されることが好適である。
[0022] 蛍光体含有透明導電膜 21の母材 (即ち、蛍光体含有透明導電膜 21の蛍光体以 外の部分)としては、透明電極として一般的に使用される材料、具体的には、インジゥ ム、亜鉛、錫、ガリウム、アンチモンの少なくとも 1つ以上力もなる材料の酸ィ匕物が使 用される。例えば、蛍光体含有透明導電膜 21の母材は、 ITO (Indium Tin Oxide)、 ZnO、又は SnOで形成され得る。
2
[0023] 蛍光体含有透明導電膜 21の母材と同様に、透明導電膜 22は、透明電極として一 般的に使用される材料、インジウム、亜鉛、錫、ガリウム、アンチモンの少なくとも 1つ 以上からなる材料の酸化物で形成される。
[0024] 以下では、蛍光体含有透明導電膜 21と蛍光体を含有しない透明導電膜 22の有用 性が詳細に説明される。蛍光体含有透明導電膜 21をアノード電極 18に組み込む構 造の第 1のメリットは、発光素子 10の発光効率を向上できることである。蛍光体含有 透明導電膜 21がアノード電極 18に組み込まれている構造は、 MQW層 14から蛍光 体までの距離を小さくすることを可能にする。これは、発光素子 10の発光効率を有効 に向上させる。
[0025] 第 2のメリットは、発光素子 10の小型化を実現できることである。蛍光体含有透明導 電膜 21をアノード電極 18に組み込まれている LEDチップ 1は、蛍光体によって波長 変換を行うための専用の構造体を発光素子 10に設ける必要をなくす。これは、発光 素子 10の小型化に有効である。
[0026] 発光素子 10の発光効率は、蛍光体含有透明導電膜 21に含まれる蛍光体の分量 が増大するほど増大する。し力しながら、蛍光体の分量の増大は、蛍光体含有透明 導電膜 21の抵抗率の増大を招く点で問題である。図 4は、 YAG蛍光体を含有する I TO電極の抵抗率の、 ITOに含まれる蛍光体の分量 (wt%)による影響を示すグラフ である。 YAG蛍光体の分量が 1. 5wt%を超えると、 ITO電極の抵抗率は顕著に増 大する。蛍光体含有透明導電膜 21の抵抗率の増大は、透明導電層 20の駆動電流 を面内方向に拡散させる作用を弱め、駆動電流の面内均一性の低下を招く。
[0027] 蛍光体を含有しない透明導電膜 22は、蛍光体含有透明導電膜 21の抵抗率の増 大に起因する駆動電流の面内均一性の低下を抑制する役割を果たしている。蛍光 体を含有せず、従って、その抵抗を低くすることができる透明導電膜 22は、駆動電流 を面内方向に充分に拡散させ、駆動電流の面内均一性を向上するために有効であ る。図 2では、透明導電膜 22が蛍光体含有透明導電膜 21と p— GaN層 16の間に設 けられているが、蛍光体含有透明導電膜 21と透明導電膜 22との位置は交換可能で あることに留意されたい。カロえて、抵抗率が充分に低い場合には、透明導電膜 22が 設けられな 、ことも可能であることに留意された!、。
[0028] 図 5A〜図 5Cは、実施の第 1形態の LEDチップ 1の好適な製造工程を示す断面図 である。まず、図 5Aに示されているように、サファイア基板 11の上に、 n— GaN層 12 、 n— AlGaN層 13、 MQW層 14、 p— AlGaN層 15、 p— GaN層 16が順次に形成さ れる。
[0029] 続いて、図 5Bに示されているように、透明導電膜 22と蛍光体含有透明導電膜 21と が順次に形成される。透明導電膜 22と蛍光体含有透明導電膜 21とは、最も簡便に は、スパッタ法によって形成される。
[0030] し力しながら、発明者の検討によれば、スパッタ法は多くの分量の蛍光体を蛍光体 含有透明導電膜 21に添加するためには不向きである。蛍光体含有透明導電膜 21 に含有される蛍光体の分量を増大させるためには、ゾル ·ゲル法を使用することが好 適である。具体的には、蛍光体が混合された母材の前駆体の溶液が透明導電膜 22 の上に塗布され、当該溶液が焼成されることによって蛍光体含有透明導電膜 21が形 成されることが好適である。
[0031] 例えば、母材が ITOである蛍光体含有透明導電膜 21は、下記の工程で形成され 得る。まず、 ITOを含む溶液 (ITOゾル）が調製される。 ITOゾルとしては、例えば、 5 %の ITOを含有する酢酸エステルが使用される。続いて、蛍光体の粉末が ITOゾル に混合される。蛍光体が混合された ITOゾルに超音波攪拌が施され、蛍光体が ITO ゾルに均一に分散される。続いて、透明導電膜 22の上に ITOゾルがスピンコートによ つて塗布される。続いて、 120°C、 30分の加熱によって塗布された ITOゾルが乾燥さ れた後、 550°C、 1時間の焼成により、蛍光体含有透明導電膜 21が形成される。この ような方法によれば、充分に多くの蛍光体を蛍光体含有透明導電膜 21に含ませるこ とが可能である。
[0032] 蛍光体含有透明導電膜 21の形成の後、図 5Cに示されているように、 n-AlGaN 層 13、 MQW層 14、 p— AlGaN層 15、 p— GaN層 16、透明導電膜 22、及び蛍光体 含有透明導電膜 21がパターユングされて、 n— GaN層 12の一部が露出される。更 に、 n— GaN層 12の露出部分に力ソード電極 17が、蛍光体含有透明導電膜 21の上 面に金属電極 19が形成されて、図 2の LEDチップ 1が完成される。
[0033] 以上に説明されているように、本実施の形態の発光素子 10では、蛍光体含有透明 導電膜 21が駆動電流を供給するための電極 (本実施の形態ではアノード電極 18) に組み込まれ、これにより発光素子 10の発光効率の向上と発光素子 10の小型化と が実現されている。
[0034] 力！]えて、本実施の形態の発光素子 10では、蛍光体を含有しない透明導電膜 22が 蛍光体含有透明導電膜 21に接合され、これにより駆動電流の面内均一性が向上さ れている。 [0035] (実施の第 2形態）
図 2に図示されている LEDチップ 1の構造は、いわゆる、フェースアップ構造と呼ば れるものである。しかし、発光素子の光取り出し効率を高めるためには、基板の側か ら光を取り出すフェースダウン構造が好適であることが知られて 、る。フェースダウン 構造は、実施の第 2形態では、フェースダウン構造を採用する LEDチップが搭載さ れた発光素子が提供される。
[0036] 図 6は、実施の第 2形態の発光素子 10Aの構成を示す図である。実施の第 2形態 では、フェースアップ構造を採用する LEDチップ 1の代わりに、フェースダウン構造を 採用する LEDチップ 1 Aが使用される。これに伴い、 LEDチップ 1Aは、リード 2にフリ ップチップ接続され、 LEDチップ 1Aとリード 2との間の電気的接続にはワイヤは使用 されない。
[0037] 図 7は、実施の第 2形態の LEDチップ 1Aの構造を示す断面図である。 LEDチップ 1Aは、 n— SiC基板 11Aと、 n— GaN層 12と、 n— AlGaN層 13と、 MQW層 14と、 p — AlGaN層 15と、 p— GaN層 16と、アノード電極 17Aとを備えている。アノード電極 17Aは、金属膜で形成されている。 LEDチップ 1Aが発光素子 10Aに実装される場 合、アノード電極 17A力 Sリード 2にフリップチップ接続される。
[0038] n— SiC基板 11Aは、導電性、且つ、透明であることに留意されたい。 n— SiC基板 11 Aは導電性を有するから、 n— SiC基板 11Aは、駆動電流を MQW層 14に供給す るための経路として使用可能である。また、 n— SiC基板 11Aは透明であるから、 MQ W層 14が発生する光はその内部を透過可能であり、 LEDチップ 1 Aが光を放出する 妨げにならない。この議論から明らかであるように、 n— SiC基板 11Aの代わりに導電 性、且つ、透明である基板が使用されることが可能である。例えば、 MQW層 14が青 色光を発生するように構成されて ヽる場合には、高濃度に n型不純物がドープされて いる GaN基板が使用可能である。 GaN基板は、青色光に対して透明である。
[0039] フェースダウン構造を実現するために、本実施の形態では、力ソード電極 18Aが n — SiC基板 11Aの裏面 (即ち、 MQW層 14が設けられている側と反対側の面）に形 成されている。これに伴い、本実施の形態では、蛍光体含有透明導電膜 21と、蛍光 体を含有しない透明導電膜 22とからなる透明導電層 20が、 n— SiC基板 11Aの裏 面に設けられた力ソード電極 18Aに組み込まれる。透明導電層 20の上には、金属電 極 19Aが形成されている。図 8に示されているように、透明導電層 20が n—SiC基板 11 Aの裏面の全体を被覆しているのに対し、金属電極 19は、 n— SiC基板 11Aの裏 面を部分的にし力被覆していない。このことの有効性は、実施の第 1形態で議論され たとおりである。光を発生するための駆動電流はアノード電極 17Aから MQW層 14 に注入され、更に、 n— SiC基板 11 A及び透明導電層 20を介して金属電極 19に流 れる。
[0040] このような構造は、実施の第 1形態の発光素子 10と同様の利点 (即ち、蛍光体含有 透明導電膜 21を使用することによる発光素子 10の発光効率の向上と小型化)を享 受しながら、フェースダウン構造を実現することを可能にする。
[0041] 既述のように、図 6の構造は、 n— SiC基板 11Aが導電性、且つ、透明であることを 利用している。しかし、実用上の理由により、透明、且つ、絶縁性の基板、例えば、サ ファイア基板を使用することが望ましい場合がある。
[0042] 図 9は、このような要求を満足させるための LEDチップ 1Bの構造を示している。図 9 に図示されている LEDチップ 1Bは、 n— SiC基板 11Aの代わりに、サファイア基板 1 1Bを使用している。サファイア基板 11Bは、透明、且つ、絶縁性であることに留意さ れたい。透明導電層 20は、サファイア基板 11Bの裏面を被覆するように形成され、金 属電極 19は、その透明導電層 20に接合される。
[0043] 図 9の LEDチップ 1Bでは、力ソード電極 18Aと n—GaN層 12との間の電気的接続 が透明導電層 20が n—GaN層 12に直接に接合されることによって達成される。光を 発生するための駆動電流はアノード電極 17Aから MQW層 14に注入され、更に、 n — GaN層 12及び透明導電層 20を介して金属電極 19に流れる。即ち、サファイア基 板 11Bは、駆動電流が流れる経路力も排除されている。このような構造は、サファイア 基板 11Bが絶縁性であってもフェースダウン構造を採用することを可能にする。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1光を発生する半導体活性領域と、
前記第 1光によって励起されて前記第 1光と異なる波長を有する第 2光を発生する 蛍光体を含む透明導電層
とを具備する
発光素子。
[2] 請求項 1に記載の発光素子であって、
前記透明導電層は、前記蛍光体が分散される母材を含み、
前記母材は、インジウム、亜鉛、錫、ガリウム、アンチモンの少なくとも 1つ以上から なる材料の酸ィ匕物カゝらなる
発光素子。
[3] 請求項 1に記載の発光素子であって、
前記透明導電層は、前記半導体活性領域に駆動電流を供給する電極として使用 される
発光素子。
[4] 請求項 1に記載の発光素子であって、
更に、
前記半導体活性領域に接合される半導体クラッド層と、
前記半導体クラッド層に接合される半導体コンタクト層
とを具備し、
前記透明導電層は、前記半導体コンタクト層に接合されて ヽる
発光素子。
[5] 請求項 1に記載の発光素子であって、
更に、
前記半導体活性領域を支持する透明導電性基板を具備し、
前記透明導電層は、前記透明導電性基板の前記前記半導体活性領域に対して反 対側に位置する面を被覆するように形成されて ヽる
発光素子。
[6] 請求項 1に記載の発光素子であって、
前記透明導電層は、
前記蛍光体を含む第 1透明導電膜と、
前記第 1透明導電膜に接合され、且つ、前記蛍光体を含まない第 2透明導電膜 とを含む
発光素子。
[7] 請求項 1に記載の発光素子であって、
前記蛍光体は、セリウムを含有する YAG (イットリウム 'アルミニウム 'ガーネット）を 含む
発光素子。
[8] 請求項 1に記載の発光素子であって、
前記蛍光体は、ユーロピウムを含有する α型サイアロンを含む
発光素子。
[9] 請求項 7又は請求項 8に記載の発光素子であって、
前記半導体活性領域は、窒化物化合物半導体で形成されて ヽる
発光素子。
[10] 第 1光を発生するための半導体活性領域を形成する工程と、
前記第 1光から前記第 1光と異なる波長を有する第 2光を発生する蛍光体を含む透 明導電層を形成する工程
とを具備し、
前記透明導電層を形成する工程は、
前記蛍光体が混合された透明導電体の前駆体の溶液を塗布する工程と、 塗布された前記溶液を焼結する工程
とを含む
発光素子の製造方法。
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