発光素子及びその製造方法
【課題】発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ型クラッド層と活性層とｐ型クラッド層とを含み、ｎ型クラッド層は複数の窒化物半導体層と、該複数の窒化物半導体層の間に配された少なくとも一つの中間層と、その内部にビアホールとを含み、該ビアホールに電極が備えられた発光素子。
【解決手段】ｎ型クラッド層と活性層とｐ型クラッド層とを含み、ｎ型クラッド層は複数の窒化物半導体層と、該複数の窒化物半導体層の間に配された少なくとも一つの中間層と、その内部にビアホールとを含み、該ビアホールに電極が備えられた発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列抵抗及び動作電圧を低減させる電極構造を持つ発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、半導体のｐ−ｎ接合構造を利用して注入された少数キャリアを設け、これらの再結合により発光される。半導体発光素子は、発光ダイオードとレーザーダイオードとに大別され、発光ダイオードは、電力消耗が相対的に少ないながらも輝度が高くて、高効率、環境にやさしい光源としてディスプレイ、光通信、自動車、一般照明などの多様な分野に使われる。
【０００３】
発光素子は発光性能に優れねばならず、発光素子の発光性能を判定する基準要素のうちの一つとして、発光効率がある。発光効率は、内部量子効率、抽出効率、動作電圧の３要素によって主に決定される。内部量子効率は、発光素子を通過する電子に対してどれほど多くの光子が作られるかについての特性値であって、これは、半導体物質の品質と活性領域についての設計により決定されうる。抽出効率は、このように生成された光子が半導体チップの外に抜け出る量に対する比率を表す。半導体と周辺物質との間の高い屈折率差によって、生成された光子が、内部的に数回反射しつつ再びチップの内部に吸収されることもある。したがって、抽出効率は、半導体チップ内部での多重反射や吸収過程で失う光子により制限される。動作電圧は、活性領域のエネルギーバンドギャップと発光素子の電気的な抵抗とにより決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、直列抵抗及び動作電圧を低減させて発光効率を高めた発光素子を提供する。
【０００５】
本発明の実施形態は、発光効率が向上した発光素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面による発光素子は、複数の窒化物半導体層と、前記複数の窒化物半導体層の間に配された少なくとも一つの中間層と、ビアホールとを有したｎ型クラッド層と、ｐ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に備えられた活性層と、前記ｎ型クラッド層のビアホールに備えられた第１電極と、前記ｐ型クラッド層の一面に備えられた第２電極と、を備えている。
【０００７】
本発明の他の側面によれば、前記第１電極は、前記複数の窒化物半導体層のうち少なくとも一つに接触している。
【０００８】
本発明の他の側面によれば、前記第１電極の一端は、前記活性層に最も近い窒化物半導体層に接触している。
【０００９】
本発明の他の側面によれば、前記活性層に最も近い窒化物半導体層はｎ型にドーピングされ、残りの窒化物半導体層はドーピングされていない。
【００１０】
本発明の他の側面によれば、前記ｎ型クラッド層の下部面にバッファ層がさらに備えられている。
【００１１】
本発明の他の側面によれば、前記第１電極の内側端部に誘電体層がさらに備えられている。
【００１２】
本発明の他の側面によれば、前記ｎ型クラッド層はシリコン基板に成長し、前記シリコン基板は除去される。
【００１３】
本発明の一側面による発光素子の製造方法は、シリコン基板上に第１窒化物半導体層を成長させる段階と、前記第１窒化物半導体層上に、第１中間層と第２窒化物半導体層とを交互に少なくとも１回以上成長させる段階と、前記第２窒化物半導体層上に活性層を成長させる段階と、前記活性層上にｐ型クラッド層を成長させる段階と、前記シリコン基板を除去する段階と、前記第１窒化物半導体層の下部面をエッチングしてビアホールを形成する段階と、前記ビアホールに電極物質を注入して第１電極を形成する段階と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による発光素子の斜視図である。
【図２】本発明の他の実施形態による発光素子の断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を示した図面である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を示した図面である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を示した図面である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態による発光素子及びその製造方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を称し、図面上で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜性のために誇張している。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による発光素子の斜視図を示したものである。図１は、チップ単位の発光素子を示したものである。図１を参照すれば、本発明の一実施形態による発光素子は、ｎ型クラッド層４０、ｐ型クラッド層５５、及び前記ｎ型クラッド層４０とｐ型クラッド層５５との間に備えられた活性層５０を備える。前記ｎ型クラッド層４０は、複数の窒化物半導体層と、前記複数の窒化物半導体層の間に備えられた少なくとも一つの中間層とを含むことができる。例えば、前記ｎ型クラッド層４０は、第１窒化物半導体層１５、第１中間層１７、第２窒化物半導体層２０、第２中間層２２、第３窒化物半導体層２５、第３中間層２７及び第４窒化物半導体層３０を含むことができる。ｎ型クラッド層４０を構成する窒化物半導体層と中間層との数は、必要なｎ型クラッド層４０の全体厚さによって変更され、図１に図示された構造に限定されるものではない。窒化物半導体層はＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体物質を含むことができ、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことができる。
【００１７】
前記中間層は、基板にｎ型クラッド層を成長させた後で冷却時に窒化物半導体層に形成される引っ張り応力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ）を低減させて、クラックのないクラッド層の厚さを高めるか、または格子不整合により発生する転移密度を低減させるために、窒化物半導体層の間に備えられうる。例えば、Ｓｉ基板上に窒化物半導体層を成長させる時に、熱膨張係数差によって、冷却時に窒化物半導体層に引っ張り応力が生成され、この引っ張り応力が臨界点を超えれば、クラックが発生する。例えば、Ｓｉ基板上に成長した窒化ガリウム（ＧａＮ）層のクラックのない（ｃｒａｃｋ−ｆｒｅｅ）臨界厚さは概略１μｍほどでありうる。ところが、高品質のｎ型クラッド層の製作のために、ｎ型クラッド層が概略５μｍ以上の厚さで形成される必要がありうる。したがって、クラックのないｎ型クラッド層の厚さを高めるために、窒化物半導体層の成長中に数〜数百ｎｍ厚さの中間層を蒸着して応力を緩和させる。
【００１８】
前記中間層としては、低温または高温で蒸着したＡｌＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＳｉＮｘからなるグループから選択された少なくとも一つを含む物質からなりうる。また、前記中間層は超格子構造を含むことができる。ＡｌｘＧａ１−ｘＮ中間層の場合、抵抗を低減させるためにＳｉでドーピングしてｎ型に蒸着してもよい。中間層は１ｎｍ〜１００ｎｍ範囲の厚さを有することができ、窒化物半導体層は３００ｎｍ〜２μｍ範囲の厚さを有することができる。各中間層の物質、厚さ及び窒化物半導体層の厚さは規則的である必要はない。活性層に近い最終窒化物半導体層の厚さを相対的にさらに厚くすることができる。
【００１９】
前記活性層５０は、電子−正孔再結合により光を発光する層であって、例えば、ＩｎＧａＮベースの窒化物半導体層からなり、バンドギャップエネルギーを制御することによってその発光波長帯域が調節される。活性層５０は、量子ウェル層と障壁層とを含み、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮからなる量子ウェル層と障壁層とを含むことができる。量子ウェル層は、単一量子ウェル層または多重量子ウェル層からなりうる。
【００２０】
ｐ型クラッド層５５は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体物質からなり、例えば、ｐ型ＧａＮで形成されうる。ドーパントとしては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇなどのｐ型ドーパントが使われうる。
【００２１】
本発明の実施形態による発光素子は基板を備えない。例えば、基板はＳｉ基板であり、基板上にｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を成長させた後、基板を除去する。基板を除去することについては後述する。
【００２２】
前記ｎ型クラッド層４０は少なくとも一つのビアホール６５を備え、前記ビアホール６５に第１電極７０が備えられる。前記ビアホール６５はｎ型クラッド層４０の下部面でパターニングされて、ｎ型クラッド層４０の内部にエッチングされて形成されうる。前記ビアホール６５に電極物質が注入されて第１電極７０が備えられる。前記第１電極７０は、ｎ型クラッド層４０の窒化物半導体層の少なくとも一つに接触できる。前記第１電極７０は、ｎ型クラッド層４０の窒化物半導体層のうち、前記活性層５０に最も近い窒化物半導体層にまで至るように備えられうる。言い換えれば、前記第１電極７０の内側端部が前記活性層５０に最も近く位置する窒化物半導体層に接触できる。第１電極７０が活性層５０に最も近い窒化物半導体層にまで位置する時、第１電極を通じて注入される電子が電気伝導度の低い中間層のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）を通過しつつ生じる損失を低減させ、抵抗の低い電極を通じて活性層まで容易に移動することによって発光効率を高めることができる。
【００２３】
前記ｎ型クラッド層４０の全ての窒化物半導体層がｎ型にドーピングされうる。または、ｎ型クラッド層の一部の窒化物半導体層のみｎ型にドーピングされうる。例えば、前記活性層５０に最も近い窒化物半導体層のみｎ型にドーピングされ、残りの窒化物半導体層はドーピングされない。ｎ型ドーパントが冷却時にクラックの発生に寄与しうるので、活性層に最も近い窒化物半導体層をｎ型ドーピングし、残りの窒化物半導体層をドーピングしないことで、クラックのないクラッド層の厚さをさらに高めることができる。
【００２４】
前記第１電極７０は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｏからなるグループから選択された少なくとも一つの物質を含むか、またはＩＴＯ、ＺｒＢ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯのうちいずれか一つを含むことができる。
【００２５】
前記ｐ型クラッド層５５の上部には、反射膜５７と支持層６０とが備えられうる。前記反射膜５７と支持層６０とは、第２電極として作用できる。したがって、反射膜と支持層とが第２電極として作用するように備えられる場合、第２電極が別途に備えられなくてもよい。前記反射膜５７は、電気伝導度及び反射度の高い金属系列の材料で形成されうる。前記支持層６０は、電気伝導度及び熱伝導度の高いシリコンまたは金属系列の材料で形成されうる。第１電極と第２電極は活性層５０とに電子及び正孔が注入されるように、外部電源供給部とワイヤーボンディングにより連結される。
【００２６】
前記ｎ型クラッド層４０の下部にはバッファ層１３がさらに備えられうる。前記バッファ層１３は、基板（図３Ａの１０参照）上にｎ型クラッド層を成長させた後、冷却中に発生する引っ張り応力を補償するために備えられるものであって、窒化物半導体層を成長させる時に圧縮応力が累積されるように、窒化物半導体層より格子定数の小さな物質で形成されうる。例えば、前記バッファ層１３は、ＡｌＮまたはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）などの物質で形成されうる。前記バッファ層１３は、格子欠陥の減少のために、ＡｌｘＧａ１−ｘＮの組成比を、順次的な格子定数の調節を通じて漸進的（ｇｒａｄｅｄ）方式または階段的（ｓｔｅｐ−ｗｉｓｅ）方式で調節しつつ形成されうる。また、前記バッファ層１３は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ／ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｘ，ｙ≦１、ｘ≠ｙ）超格子構造で形成されうる。前記バッファ層１３は、下部面にテクスチャー１３ａを備えることができる。
【００２７】
一方、前記バッファ層１３は、基板上にあらゆる膜を積層した後、基板と共に除去されうる。前記バッファ層１３が完全に除去される場合、ｎ型クラッド層４０の下部面にテクスチャーを備えることができる。
【００２８】
図２は、図１に図示された発光素子に誘電体層６８をさらに備えた例を示したものである。図２を参照すれば、前記第１電極７０の内側端部に誘電体層６８が備えられる。前記誘電体層６８は、例えば、ＳｉＯ２、レジンなどで形成されうる。前記誘電体層６８は、前記第１電極７０を通じる電流分散をさらに増大させるために備えられうる。第１電極７０を通じて流れる電流が誘電体層６８により妨害されて、電流が窒化物半導体層と第１電極とが接触する部分での水平方向に広がることによって、窒化物半導体層にさらに均一に広がりうる。
【００２９】
次いで、本発明の一実施形態による発光素子の製造方法について説明する。
【００３０】
図３Ａないし図３Ｄは、ウェーハ単位の発光素子を図示する。図３Ａを参照すれば、基板１０上にバッファ層１３を積層する。前記基板１０としては、サファイア基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、シリコン基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などが採用されうる。シリコン基板としては、例えば、Ｓｉ（１１１）基板が使われうる。前記基板１０をウェット洗浄及びＨＦ処理した後、バッファ層１３、ｎ型クラッド層４０、活性層５０及びｐ型クラッド層５５を成長させる。前記層の成長方法としては、公知の多様な方法を使用できる。例えば、金属有機化学蒸着法（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）、混成気相結晶成長法（ｈｙｄｒｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ；ＨＶＰＥ）、分子線結晶成長法（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ）、ＨＣＶＤ法（ｈａｌｉｄｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが使われうる。
【００３１】
前記バッファ層１３は、窒化物半導体より格子定数の小さな物質、例えば、ＡｌＮまたはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）などの物質で形成されうる。前記バッファ層１３の上部にｎ型クラッド層４０を成長させる。ｎ型クラッド層４０は、窒化物半導体層と中間層とが交互に成長して形成されうる。図３Ａでは、第１窒化物半導体層１５、第１中間層１７、第２窒化物半導体層２０、第２中間層２２、第３窒化物半導体層２５、第３中間層２７及び第４窒化物半導体層３０が順に積層された例を示す。ｎ型クラッド層４０の窒化物半導体層と中間層との数は、ｎ型クラッド層の厚さによって多様に選択されうる。前記中間層は、低温または高温で蒸着したＡｌＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＳｉＮｘなどの物質で形成されうる。例えば、前記中間層をＡｌｘＧａ１−ｘＮで形成する時、抵抗を低減させるためにＳｉでｎ型ドーピングをして蒸着できる。前記中間層はいろいろな物質の組み合わせで製作でき、超格子の形態にも適用できる。各中間層は１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有し、中間層の間の窒化物半導体層の厚さは３００ｎｍ〜２μｍの範囲を有することができる。各中間層の物質はいずれも同一なものでなくてもよい。また、中間層の厚さと中間層間の窒化物半導体層の厚さとがそれぞれ同一である必要はない。例えば、活性層５５に最も近い窒化物半導体層の厚さを最も厚くすることができる。
【００３２】
前記ｎ型クラッド層の全ての窒化物半導体層がｎ型にドーピングされうる。または、ｎ型クラッド層の一部の窒化物半導体層のみｎ型にドーピングされうる。例えば、前記活性層５５に最も近い窒化物半導体層のみｎ型にドーピングされ、残りの窒化物半導体層はドーピングされない。シリコンドーパントにより窒化物半導体層をドーピングする時、引っ張り応力が発生して冷却時にクラックが発生しうるので、窒化物半導体層をドーピングしないことによってクラックのない成長厚さを高めることができる。一般的な垂直型発光素子では、あらゆる窒化物半導体層がｎ型にドーピングされねばならないが、本発明の実施形態による発光素子では、あらゆる窒化物半導体層がｎ型にドーピングされる必要はない。これは、本発明の実施形態による発光素子の第１電極がｎ型クラッド層の内部に備えられて、内部側の窒化物半導体層と直接接触するためである。
【００３３】
図３Ｂを参照すれば、前記ｐ型クラッド層５５に反射膜５７を接着し、前記反射膜５７上に支持層６０をウェーハボンディング法によりボンディングする。前記反射膜５７を、接着時に接着力及び電気伝導度の高い物質を利用して接着させることができる。前記反射膜５７は電気伝導度及び反射度の高い金属で形成され、支持層６０は、電気伝導度及び熱伝導度の高いシリコンまたは金属で形成されうる。前記反射膜５７と支持層６０とは第２電極として使われうる。
【００３４】
次いで、前記基板１０を除去する。基板を備えた発光素子の活性層で生成された光がシリコン基板で吸収されて損失されることを防止するために、基板を除去する。シリコンは、バンドギャップが概略１．１２ｅＶであるので、可視光及び赤外線領域の光を大部分吸収して光抽出効率を低下させる。前記基板１０は、研削、ラッピング、研磨またはウェット／ドライエッチングを通じて除去されうる。垂直型発光素子の製造時、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）を通じてサファイア基板を除去することに比べて、シリコン基板の除去が経済的であり、収率が高くて加工が容易である。基板の除去時、バッファ層１３の一部または全体を共に除去できる。
【００３５】
しかし、電気伝導度の低いバッファ層が使われた場合であっても、バッファ層が活性層からの光を吸収しなければ、バッファ層を除去しなくてもよい。電極がバッファ層下に位置するならば、電気伝導度の低いバッファ層により電流が損失されるため、バッファ層を除去せねばならないが、本発明の実施形態のように、電極がｎ型クラッド層の内部に備えられる場合には、電流がバッファ層を通じて流れないため、バッファ層を除去しなくてもよい。したがって、バッファ層を除去する工程を低減させて工程を単純化できる。
【００３６】
図３Ｂでは、バッファ層１３の一部が除去された状態を示す。基板１０とバッファ層１３との一部を除去した後、バッファ層１３の表面にテクスチャー１３ａを形成する。前記テクスチャー１３ａは、活性層５０で生成された光が下方に出る時、バッファ層１３から全反射されて放出されないことを回避して、光抽出効率及び外部量子効率を高めることができる。バッファ層を全部除去した場合には、ｎ型クラッド層の第１窒化物半導体層にテクスチャーを形成できる。
【００３７】
図３Ｃを参照すれば、前記バッファ層１３を、マスクを利用してエッチングしてビアホール６５を形成する。前記ビアホール６５は、バッファ層１３の表面からｎ型クラッド層４０の一部層まで貫通して形成されうる。例えば、前記ビアホール６５は、ｎ型クラッド層４０の窒化物半導体層のうち、活性層に最も近い層にまで形成されうる。前記ビアホールの形成時、ＳｉＯ２またはフォトレジストをバッファ層に蒸着してマスクとして使用し、ドライエッチングを通じてビアホールを形成できる。前記ビアホール６５のパターンは、円形、方形、Ｘ型、メッシュ型、フィンガー型など多様な形状を持つことができる。
【００３８】
図３Ｄに図示されたように、前記ビアホール６５に電極物質を注入して第１電極７０を形成する。第１電極７０は、メッキまたはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法を利用して形成されうる。前記第１電極７０は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｏからなるグループから選択された少なくとも一つの物質またはこれらの組み合わせで形成されうる。または、前記第１電極７０は、電気伝導性及び透過性の良いＴＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｏｘｉｄｅ）物質であって、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＺｒＢ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯのうちいずれか一つで形成されうる。
【００３９】
前記第１電極７０は、ビアホール６５の形態と同様に、円形、方形、Ｘ型、メッシュ型、フィンガー型など多様な形状を持つことができる。例えば、第１電極７０がＸ型に形成される場合、電極とｎ型クラッド層との接触面積が広くて分散拡散（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）がよくなされうる。前記第１電極７０がｎ型クラッド層４０の内部に備えられることによって、第１電極を通じて注入された電子が中間層のバリアを通過する間に生じる損失を低減させることができる。そして、抵抗の低い第１電極を通じて容易に移動して、第２電極を通じて注入される正孔と結合して活性層５０で発光できるようになる。
【００４０】
一方、前記第１電極７０を形成する前にビアホール６５の内側端部に誘電体層６８をさらに形成できる。前記誘電体層６８は、ＳｉＯ２またはレジンで形成されて、第１電極を通じる電流分散をさらに増大させることができる。第１電極７０を通じて垂直方向の電流フローが前記誘電体層６８により妨害されて、水平方向への電流フローに転換されることによって、電流がｎ型クラッド層にさらに均一に広がりうる。
【００４１】
本発明の実施形態による発光素子は、直列抵抗と動作電圧とを低減させる電極構造を備えて発光効率を高める。そして、発光素子がシリコン基板上で製作されて低コストとなる。
【００４２】
本発明の実施形態による発光素子の製造方法は、シリコン基板を利用して低コストで大面積の基板を製造でき、ｎ型クラッド層に中間層を備えてクラッド層の成長厚さを高めることができる。そして、第１電極をｎ型クラッド層の少なくとも一つの窒化物半導体層に直接接触させることによって、抵抗による電流損失を低減させて動作電圧を低減させ、発光効率を高めることができる。
【００４３】
本発明の実施形態による発光素子とその製造方法は、理解を助けるために図面に図示された実施形態を参考までに説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、半導体発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４５】
１３ バッファ層
１３ａ テクスチャー
１５ 第１窒化物半導体層
１７ 第１中間層
２０ 第２窒化物半導体層
２２ 第２中間層
２５ 第３窒化物半導体層
２７ 第３中間層
３０ 第４窒化物半導体層
４０ ｎ型クラッド層
５０ 活性層
５５ ｐ型クラッド層
６５ ビアホール
７０ 第１電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列抵抗及び動作電圧を低減させる電極構造を持つ発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、半導体のｐ−ｎ接合構造を利用して注入された少数キャリアを設け、これらの再結合により発光される。半導体発光素子は、発光ダイオードとレーザーダイオードとに大別され、発光ダイオードは、電力消耗が相対的に少ないながらも輝度が高くて、高効率、環境にやさしい光源としてディスプレイ、光通信、自動車、一般照明などの多様な分野に使われる。
【０００３】
発光素子は発光性能に優れねばならず、発光素子の発光性能を判定する基準要素のうちの一つとして、発光効率がある。発光効率は、内部量子効率、抽出効率、動作電圧の３要素によって主に決定される。内部量子効率は、発光素子を通過する電子に対してどれほど多くの光子が作られるかについての特性値であって、これは、半導体物質の品質と活性領域についての設計により決定されうる。抽出効率は、このように生成された光子が半導体チップの外に抜け出る量に対する比率を表す。半導体と周辺物質との間の高い屈折率差によって、生成された光子が、内部的に数回反射しつつ再びチップの内部に吸収されることもある。したがって、抽出効率は、半導体チップ内部での多重反射や吸収過程で失う光子により制限される。動作電圧は、活性領域のエネルギーバンドギャップと発光素子の電気的な抵抗とにより決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、直列抵抗及び動作電圧を低減させて発光効率を高めた発光素子を提供する。
【０００５】
本発明の実施形態は、発光効率が向上した発光素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面による発光素子は、複数の窒化物半導体層と、前記複数の窒化物半導体層の間に配された少なくとも一つの中間層と、ビアホールとを有したｎ型クラッド層と、ｐ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に備えられた活性層と、前記ｎ型クラッド層のビアホールに備えられた第１電極と、前記ｐ型クラッド層の一面に備えられた第２電極と、を備えている。
【０００７】
本発明の他の側面によれば、前記第１電極は、前記複数の窒化物半導体層のうち少なくとも一つに接触している。
【０００８】
本発明の他の側面によれば、前記第１電極の一端は、前記活性層に最も近い窒化物半導体層に接触している。
【０００９】
本発明の他の側面によれば、前記活性層に最も近い窒化物半導体層はｎ型にドーピングされ、残りの窒化物半導体層はドーピングされていない。
【００１０】
本発明の他の側面によれば、前記ｎ型クラッド層の下部面にバッファ層がさらに備えられている。
【００１１】
本発明の他の側面によれば、前記第１電極の内側端部に誘電体層がさらに備えられている。
【００１２】
本発明の他の側面によれば、前記ｎ型クラッド層はシリコン基板に成長し、前記シリコン基板は除去される。
【００１３】
本発明の一側面による発光素子の製造方法は、シリコン基板上に第１窒化物半導体層を成長させる段階と、前記第１窒化物半導体層上に、第１中間層と第２窒化物半導体層とを交互に少なくとも１回以上成長させる段階と、前記第２窒化物半導体層上に活性層を成長させる段階と、前記活性層上にｐ型クラッド層を成長させる段階と、前記シリコン基板を除去する段階と、前記第１窒化物半導体層の下部面をエッチングしてビアホールを形成する段階と、前記ビアホールに電極物質を注入して第１電極を形成する段階と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による発光素子の斜視図である。
【図２】本発明の他の実施形態による発光素子の断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を示した図面である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を示した図面である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を示した図面である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態による発光素子及びその製造方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を称し、図面上で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜性のために誇張している。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による発光素子の斜視図を示したものである。図１は、チップ単位の発光素子を示したものである。図１を参照すれば、本発明の一実施形態による発光素子は、ｎ型クラッド層４０、ｐ型クラッド層５５、及び前記ｎ型クラッド層４０とｐ型クラッド層５５との間に備えられた活性層５０を備える。前記ｎ型クラッド層４０は、複数の窒化物半導体層と、前記複数の窒化物半導体層の間に備えられた少なくとも一つの中間層とを含むことができる。例えば、前記ｎ型クラッド層４０は、第１窒化物半導体層１５、第１中間層１７、第２窒化物半導体層２０、第２中間層２２、第３窒化物半導体層２５、第３中間層２７及び第４窒化物半導体層３０を含むことができる。ｎ型クラッド層４０を構成する窒化物半導体層と中間層との数は、必要なｎ型クラッド層４０の全体厚さによって変更され、図１に図示された構造に限定されるものではない。窒化物半導体層はＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体物質を含むことができ、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことができる。
【００１７】
前記中間層は、基板にｎ型クラッド層を成長させた後で冷却時に窒化物半導体層に形成される引っ張り応力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ）を低減させて、クラックのないクラッド層の厚さを高めるか、または格子不整合により発生する転移密度を低減させるために、窒化物半導体層の間に備えられうる。例えば、Ｓｉ基板上に窒化物半導体層を成長させる時に、熱膨張係数差によって、冷却時に窒化物半導体層に引っ張り応力が生成され、この引っ張り応力が臨界点を超えれば、クラックが発生する。例えば、Ｓｉ基板上に成長した窒化ガリウム（ＧａＮ）層のクラックのない（ｃｒａｃｋ−ｆｒｅｅ）臨界厚さは概略１μｍほどでありうる。ところが、高品質のｎ型クラッド層の製作のために、ｎ型クラッド層が概略５μｍ以上の厚さで形成される必要がありうる。したがって、クラックのないｎ型クラッド層の厚さを高めるために、窒化物半導体層の成長中に数〜数百ｎｍ厚さの中間層を蒸着して応力を緩和させる。
【００１８】
前記中間層としては、低温または高温で蒸着したＡｌＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＳｉＮｘからなるグループから選択された少なくとも一つを含む物質からなりうる。また、前記中間層は超格子構造を含むことができる。ＡｌｘＧａ１−ｘＮ中間層の場合、抵抗を低減させるためにＳｉでドーピングしてｎ型に蒸着してもよい。中間層は１ｎｍ〜１００ｎｍ範囲の厚さを有することができ、窒化物半導体層は３００ｎｍ〜２μｍ範囲の厚さを有することができる。各中間層の物質、厚さ及び窒化物半導体層の厚さは規則的である必要はない。活性層に近い最終窒化物半導体層の厚さを相対的にさらに厚くすることができる。
【００１９】
前記活性層５０は、電子−正孔再結合により光を発光する層であって、例えば、ＩｎＧａＮベースの窒化物半導体層からなり、バンドギャップエネルギーを制御することによってその発光波長帯域が調節される。活性層５０は、量子ウェル層と障壁層とを含み、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮからなる量子ウェル層と障壁層とを含むことができる。量子ウェル層は、単一量子ウェル層または多重量子ウェル層からなりうる。
【００２０】
ｐ型クラッド層５５は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体物質からなり、例えば、ｐ型ＧａＮで形成されうる。ドーパントとしては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇなどのｐ型ドーパントが使われうる。
【００２１】
本発明の実施形態による発光素子は基板を備えない。例えば、基板はＳｉ基板であり、基板上にｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を成長させた後、基板を除去する。基板を除去することについては後述する。
【００２２】
前記ｎ型クラッド層４０は少なくとも一つのビアホール６５を備え、前記ビアホール６５に第１電極７０が備えられる。前記ビアホール６５はｎ型クラッド層４０の下部面でパターニングされて、ｎ型クラッド層４０の内部にエッチングされて形成されうる。前記ビアホール６５に電極物質が注入されて第１電極７０が備えられる。前記第１電極７０は、ｎ型クラッド層４０の窒化物半導体層の少なくとも一つに接触できる。前記第１電極７０は、ｎ型クラッド層４０の窒化物半導体層のうち、前記活性層５０に最も近い窒化物半導体層にまで至るように備えられうる。言い換えれば、前記第１電極７０の内側端部が前記活性層５０に最も近く位置する窒化物半導体層に接触できる。第１電極７０が活性層５０に最も近い窒化物半導体層にまで位置する時、第１電極を通じて注入される電子が電気伝導度の低い中間層のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）を通過しつつ生じる損失を低減させ、抵抗の低い電極を通じて活性層まで容易に移動することによって発光効率を高めることができる。
【００２３】
前記ｎ型クラッド層４０の全ての窒化物半導体層がｎ型にドーピングされうる。または、ｎ型クラッド層の一部の窒化物半導体層のみｎ型にドーピングされうる。例えば、前記活性層５０に最も近い窒化物半導体層のみｎ型にドーピングされ、残りの窒化物半導体層はドーピングされない。ｎ型ドーパントが冷却時にクラックの発生に寄与しうるので、活性層に最も近い窒化物半導体層をｎ型ドーピングし、残りの窒化物半導体層をドーピングしないことで、クラックのないクラッド層の厚さをさらに高めることができる。
【００２４】
前記第１電極７０は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｏからなるグループから選択された少なくとも一つの物質を含むか、またはＩＴＯ、ＺｒＢ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯのうちいずれか一つを含むことができる。
【００２５】
前記ｐ型クラッド層５５の上部には、反射膜５７と支持層６０とが備えられうる。前記反射膜５７と支持層６０とは、第２電極として作用できる。したがって、反射膜と支持層とが第２電極として作用するように備えられる場合、第２電極が別途に備えられなくてもよい。前記反射膜５７は、電気伝導度及び反射度の高い金属系列の材料で形成されうる。前記支持層６０は、電気伝導度及び熱伝導度の高いシリコンまたは金属系列の材料で形成されうる。第１電極と第２電極は活性層５０とに電子及び正孔が注入されるように、外部電源供給部とワイヤーボンディングにより連結される。
【００２６】
前記ｎ型クラッド層４０の下部にはバッファ層１３がさらに備えられうる。前記バッファ層１３は、基板（図３Ａの１０参照）上にｎ型クラッド層を成長させた後、冷却中に発生する引っ張り応力を補償するために備えられるものであって、窒化物半導体層を成長させる時に圧縮応力が累積されるように、窒化物半導体層より格子定数の小さな物質で形成されうる。例えば、前記バッファ層１３は、ＡｌＮまたはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）などの物質で形成されうる。前記バッファ層１３は、格子欠陥の減少のために、ＡｌｘＧａ１−ｘＮの組成比を、順次的な格子定数の調節を通じて漸進的（ｇｒａｄｅｄ）方式または階段的（ｓｔｅｐ−ｗｉｓｅ）方式で調節しつつ形成されうる。また、前記バッファ層１３は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ／ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｘ，ｙ≦１、ｘ≠ｙ）超格子構造で形成されうる。前記バッファ層１３は、下部面にテクスチャー１３ａを備えることができる。
【００２７】
一方、前記バッファ層１３は、基板上にあらゆる膜を積層した後、基板と共に除去されうる。前記バッファ層１３が完全に除去される場合、ｎ型クラッド層４０の下部面にテクスチャーを備えることができる。
【００２８】
図２は、図１に図示された発光素子に誘電体層６８をさらに備えた例を示したものである。図２を参照すれば、前記第１電極７０の内側端部に誘電体層６８が備えられる。前記誘電体層６８は、例えば、ＳｉＯ２、レジンなどで形成されうる。前記誘電体層６８は、前記第１電極７０を通じる電流分散をさらに増大させるために備えられうる。第１電極７０を通じて流れる電流が誘電体層６８により妨害されて、電流が窒化物半導体層と第１電極とが接触する部分での水平方向に広がることによって、窒化物半導体層にさらに均一に広がりうる。
【００２９】
次いで、本発明の一実施形態による発光素子の製造方法について説明する。
【００３０】
図３Ａないし図３Ｄは、ウェーハ単位の発光素子を図示する。図３Ａを参照すれば、基板１０上にバッファ層１３を積層する。前記基板１０としては、サファイア基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、シリコン基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などが採用されうる。シリコン基板としては、例えば、Ｓｉ（１１１）基板が使われうる。前記基板１０をウェット洗浄及びＨＦ処理した後、バッファ層１３、ｎ型クラッド層４０、活性層５０及びｐ型クラッド層５５を成長させる。前記層の成長方法としては、公知の多様な方法を使用できる。例えば、金属有機化学蒸着法（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）、混成気相結晶成長法（ｈｙｄｒｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ；ＨＶＰＥ）、分子線結晶成長法（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ）、ＨＣＶＤ法（ｈａｌｉｄｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが使われうる。
【００３１】
前記バッファ層１３は、窒化物半導体より格子定数の小さな物質、例えば、ＡｌＮまたはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）などの物質で形成されうる。前記バッファ層１３の上部にｎ型クラッド層４０を成長させる。ｎ型クラッド層４０は、窒化物半導体層と中間層とが交互に成長して形成されうる。図３Ａでは、第１窒化物半導体層１５、第１中間層１７、第２窒化物半導体層２０、第２中間層２２、第３窒化物半導体層２５、第３中間層２７及び第４窒化物半導体層３０が順に積層された例を示す。ｎ型クラッド層４０の窒化物半導体層と中間層との数は、ｎ型クラッド層の厚さによって多様に選択されうる。前記中間層は、低温または高温で蒸着したＡｌＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＳｉＮｘなどの物質で形成されうる。例えば、前記中間層をＡｌｘＧａ１−ｘＮで形成する時、抵抗を低減させるためにＳｉでｎ型ドーピングをして蒸着できる。前記中間層はいろいろな物質の組み合わせで製作でき、超格子の形態にも適用できる。各中間層は１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有し、中間層の間の窒化物半導体層の厚さは３００ｎｍ〜２μｍの範囲を有することができる。各中間層の物質はいずれも同一なものでなくてもよい。また、中間層の厚さと中間層間の窒化物半導体層の厚さとがそれぞれ同一である必要はない。例えば、活性層５５に最も近い窒化物半導体層の厚さを最も厚くすることができる。
【００３２】
前記ｎ型クラッド層の全ての窒化物半導体層がｎ型にドーピングされうる。または、ｎ型クラッド層の一部の窒化物半導体層のみｎ型にドーピングされうる。例えば、前記活性層５５に最も近い窒化物半導体層のみｎ型にドーピングされ、残りの窒化物半導体層はドーピングされない。シリコンドーパントにより窒化物半導体層をドーピングする時、引っ張り応力が発生して冷却時にクラックが発生しうるので、窒化物半導体層をドーピングしないことによってクラックのない成長厚さを高めることができる。一般的な垂直型発光素子では、あらゆる窒化物半導体層がｎ型にドーピングされねばならないが、本発明の実施形態による発光素子では、あらゆる窒化物半導体層がｎ型にドーピングされる必要はない。これは、本発明の実施形態による発光素子の第１電極がｎ型クラッド層の内部に備えられて、内部側の窒化物半導体層と直接接触するためである。
【００３３】
図３Ｂを参照すれば、前記ｐ型クラッド層５５に反射膜５７を接着し、前記反射膜５７上に支持層６０をウェーハボンディング法によりボンディングする。前記反射膜５７を、接着時に接着力及び電気伝導度の高い物質を利用して接着させることができる。前記反射膜５７は電気伝導度及び反射度の高い金属で形成され、支持層６０は、電気伝導度及び熱伝導度の高いシリコンまたは金属で形成されうる。前記反射膜５７と支持層６０とは第２電極として使われうる。
【００３４】
次いで、前記基板１０を除去する。基板を備えた発光素子の活性層で生成された光がシリコン基板で吸収されて損失されることを防止するために、基板を除去する。シリコンは、バンドギャップが概略１．１２ｅＶであるので、可視光及び赤外線領域の光を大部分吸収して光抽出効率を低下させる。前記基板１０は、研削、ラッピング、研磨またはウェット／ドライエッチングを通じて除去されうる。垂直型発光素子の製造時、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）を通じてサファイア基板を除去することに比べて、シリコン基板の除去が経済的であり、収率が高くて加工が容易である。基板の除去時、バッファ層１３の一部または全体を共に除去できる。
【００３５】
しかし、電気伝導度の低いバッファ層が使われた場合であっても、バッファ層が活性層からの光を吸収しなければ、バッファ層を除去しなくてもよい。電極がバッファ層下に位置するならば、電気伝導度の低いバッファ層により電流が損失されるため、バッファ層を除去せねばならないが、本発明の実施形態のように、電極がｎ型クラッド層の内部に備えられる場合には、電流がバッファ層を通じて流れないため、バッファ層を除去しなくてもよい。したがって、バッファ層を除去する工程を低減させて工程を単純化できる。
【００３６】
図３Ｂでは、バッファ層１３の一部が除去された状態を示す。基板１０とバッファ層１３との一部を除去した後、バッファ層１３の表面にテクスチャー１３ａを形成する。前記テクスチャー１３ａは、活性層５０で生成された光が下方に出る時、バッファ層１３から全反射されて放出されないことを回避して、光抽出効率及び外部量子効率を高めることができる。バッファ層を全部除去した場合には、ｎ型クラッド層の第１窒化物半導体層にテクスチャーを形成できる。
【００３７】
図３Ｃを参照すれば、前記バッファ層１３を、マスクを利用してエッチングしてビアホール６５を形成する。前記ビアホール６５は、バッファ層１３の表面からｎ型クラッド層４０の一部層まで貫通して形成されうる。例えば、前記ビアホール６５は、ｎ型クラッド層４０の窒化物半導体層のうち、活性層に最も近い層にまで形成されうる。前記ビアホールの形成時、ＳｉＯ２またはフォトレジストをバッファ層に蒸着してマスクとして使用し、ドライエッチングを通じてビアホールを形成できる。前記ビアホール６５のパターンは、円形、方形、Ｘ型、メッシュ型、フィンガー型など多様な形状を持つことができる。
【００３８】
図３Ｄに図示されたように、前記ビアホール６５に電極物質を注入して第１電極７０を形成する。第１電極７０は、メッキまたはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法を利用して形成されうる。前記第１電極７０は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｏからなるグループから選択された少なくとも一つの物質またはこれらの組み合わせで形成されうる。または、前記第１電極７０は、電気伝導性及び透過性の良いＴＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｏｘｉｄｅ）物質であって、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＺｒＢ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯのうちいずれか一つで形成されうる。
【００３９】
前記第１電極７０は、ビアホール６５の形態と同様に、円形、方形、Ｘ型、メッシュ型、フィンガー型など多様な形状を持つことができる。例えば、第１電極７０がＸ型に形成される場合、電極とｎ型クラッド層との接触面積が広くて分散拡散（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）がよくなされうる。前記第１電極７０がｎ型クラッド層４０の内部に備えられることによって、第１電極を通じて注入された電子が中間層のバリアを通過する間に生じる損失を低減させることができる。そして、抵抗の低い第１電極を通じて容易に移動して、第２電極を通じて注入される正孔と結合して活性層５０で発光できるようになる。
【００４０】
一方、前記第１電極７０を形成する前にビアホール６５の内側端部に誘電体層６８をさらに形成できる。前記誘電体層６８は、ＳｉＯ２またはレジンで形成されて、第１電極を通じる電流分散をさらに増大させることができる。第１電極７０を通じて垂直方向の電流フローが前記誘電体層６８により妨害されて、水平方向への電流フローに転換されることによって、電流がｎ型クラッド層にさらに均一に広がりうる。
【００４１】
本発明の実施形態による発光素子は、直列抵抗と動作電圧とを低減させる電極構造を備えて発光効率を高める。そして、発光素子がシリコン基板上で製作されて低コストとなる。
【００４２】
本発明の実施形態による発光素子の製造方法は、シリコン基板を利用して低コストで大面積の基板を製造でき、ｎ型クラッド層に中間層を備えてクラッド層の成長厚さを高めることができる。そして、第１電極をｎ型クラッド層の少なくとも一つの窒化物半導体層に直接接触させることによって、抵抗による電流損失を低減させて動作電圧を低減させ、発光効率を高めることができる。
【００４３】
本発明の実施形態による発光素子とその製造方法は、理解を助けるために図面に図示された実施形態を参考までに説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、半導体発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４５】
１３ バッファ層
１３ａ テクスチャー
１５ 第１窒化物半導体層
１７ 第１中間層
２０ 第２窒化物半導体層
２２ 第２中間層
２５ 第３窒化物半導体層
２７ 第３中間層
３０ 第４窒化物半導体層
４０ ｎ型クラッド層
５０ 活性層
５５ ｐ型クラッド層
６５ ビアホール
７０ 第１電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の窒化物半導体層と、前記複数の窒化物半導体層の間に配された少なくとも一つの中間層と、ビアホールとを有したｎ型クラッド層と、
ｐ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に備えられた活性層と、
前記ｎ型クラッド層のビアホールに備えられた第１電極と、
前記ｐ型クラッド層の一面に備えられた第２電極と、を備えている発光素子。
【請求項２】
前記第１電極は、前記複数の窒化物半導体層のうち少なくとも一つに接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１電極の一端は、前記活性層に最も近い窒化物半導体層に接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記活性層に最も近い窒化物半導体層はｎ型にドーピングされ、残りの窒化物半導体層はドーピングされていないことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記ｎ型クラッド層の下部面にバッファ層がさらに備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記バッファ層は、その下部面にテクスチャーを有することを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記中間層は、ＡｌＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＳｉＮｘからなるグループから選択された少なくとも一つを含む物質からなるか、または超格子構造を含むことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１電極は、円形、方形、メッシュ型、フィンガー型またはＸ形状を有することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第１電極の内側端部に誘電体層がさらに備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記ｎ型クラッド層はシリコン基板に成長し、前記シリコン基板は除去されたことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記第２電極は、反射層と支持層とを含むことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１２】
シリコン基板上に第１窒化物半導体層を成長させる段階と、
前記第１窒化物半導体層上に、第１中間層と第２窒化物半導体層とを交互に少なくとも１回以上成長させる段階と、
前記第２窒化物半導体層上に活性層を成長させる段階と、
前記活性層上にｐ型クラッド層を成長させる段階と、
前記シリコン基板を除去する段階と、
前記第１窒化物半導体層の下部面をエッチングしてビアホールを形成する段階と、
前記ビアホールに電極物質を注入して第１電極を形成する段階と、を含む発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記ビアホールを形成する段階は、ドライエッチングを通じて前記活性層に最も近い前記第２窒化物半導体層にまでエッチングすることを含むことを特徴とする請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記ビアホールに電極物質を注入する前に誘電体物質を注入して、前記ビアホールの端部に誘電体層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記誘電体層は、ＳｉＯ２またはレジンを含むことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記シリコン基板と第１窒化物半導体層との間にバッファ層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記シリコン基板とバッファ層の一部または全部を除去し、前記バッファ層表面またはｎ型クラッド層の下部面にテクスチャーを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２窒化物半導体層を成長させる段階は、前記活性層に最も近い第２窒化物半導体層をｎ型にドーピングすることを含むことを特徴とする請求項１２ないし１７のうちいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１電極は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｏからなるグループから選択された少なくとも一つの物質またはこれらの組み合わせを含むか、またはＩＴＯ、ＺｒＢ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯのうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１２ないし１７のうちいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１】
複数の窒化物半導体層と、前記複数の窒化物半導体層の間に配された少なくとも一つの中間層と、ビアホールとを有したｎ型クラッド層と、
ｐ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に備えられた活性層と、
前記ｎ型クラッド層のビアホールに備えられた第１電極と、
前記ｐ型クラッド層の一面に備えられた第２電極と、を備えている発光素子。
【請求項２】
前記第１電極は、前記複数の窒化物半導体層のうち少なくとも一つに接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１電極の一端は、前記活性層に最も近い窒化物半導体層に接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記活性層に最も近い窒化物半導体層はｎ型にドーピングされ、残りの窒化物半導体層はドーピングされていないことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記ｎ型クラッド層の下部面にバッファ層がさらに備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記バッファ層は、その下部面にテクスチャーを有することを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記中間層は、ＡｌＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＳｉＮｘからなるグループから選択された少なくとも一つを含む物質からなるか、または超格子構造を含むことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１電極は、円形、方形、メッシュ型、フィンガー型またはＸ形状を有することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第１電極の内側端部に誘電体層がさらに備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記ｎ型クラッド層はシリコン基板に成長し、前記シリコン基板は除去されたことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記第２電極は、反射層と支持層とを含むことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１２】
シリコン基板上に第１窒化物半導体層を成長させる段階と、
前記第１窒化物半導体層上に、第１中間層と第２窒化物半導体層とを交互に少なくとも１回以上成長させる段階と、
前記第２窒化物半導体層上に活性層を成長させる段階と、
前記活性層上にｐ型クラッド層を成長させる段階と、
前記シリコン基板を除去する段階と、
前記第１窒化物半導体層の下部面をエッチングしてビアホールを形成する段階と、
前記ビアホールに電極物質を注入して第１電極を形成する段階と、を含む発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記ビアホールを形成する段階は、ドライエッチングを通じて前記活性層に最も近い前記第２窒化物半導体層にまでエッチングすることを含むことを特徴とする請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記ビアホールに電極物質を注入する前に誘電体物質を注入して、前記ビアホールの端部に誘電体層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記誘電体層は、ＳｉＯ２またはレジンを含むことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記シリコン基板と第１窒化物半導体層との間にバッファ層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記シリコン基板とバッファ層の一部または全部を除去し、前記バッファ層表面またはｎ型クラッド層の下部面にテクスチャーを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２窒化物半導体層を成長させる段階は、前記活性層に最も近い第２窒化物半導体層をｎ型にドーピングすることを含むことを特徴とする請求項１２ないし１７のうちいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１電極は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｏからなるグループから選択された少なくとも一つの物質またはこれらの組み合わせを含むか、またはＩＴＯ、ＺｒＢ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯのうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１２ないし１７のうちいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【公開番号】特開２０１１−１１９７３０（Ｐ２０１１−１１９７３０Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４９８３（Ｐ２０１０−２６４９８３）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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