特開 2017-103343 発光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-103343(P2017-103343A)

(43)【公開日】2017年6月8日

(54)【発明の名称】発光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/042 20060101AFI20170512BHJP

   H01S 5/32 20060101ALI20170512BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/042 612

   H01S5/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-235292(P2015-235292)

(22)【出願日】2015年12月2日

(71)【出願人】

【識別番号】000132725

【氏名又は名称】株式会社ソディック

(72)【発明者】

【氏名】津田 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】松舘 政茂

(72)【発明者】

【氏名】坪利 悠司

(72)【発明者】

【氏名】高山 翼

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA01

5F173AH40

5F173AK08

5F173AK14

5F173AK15

5F173AK20

5F173AR99

(57)【要約】

【課題】素子と第１電極および第２電極と配線部材との接合を保持することができる、発光デバイスを提供すること。
【解決手段】発光デバイスは、ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、ｐ型添加部分とｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、からなる素子と、素子のｐ型添加部分表面に形成される第１電極と、素子のｎ型添加部分表面に形成される第２電極と、電源装置に接続される配線部材と第１電極および第２電極の表面とをそれぞれ接続する接続部と、を備え、ｐ型添加部分、ｎ型添加部分およびｐｎ活性部分は、その一部またはすべての領域からなる発光部を有し、第１電極および第２電極は、素子側から順に、素子との接合性の高い部材からなるコンタクト層と、接続部との接合性の高い部材からなる接合層と、からなる。

【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、前記ｐ型添加部分と前記ｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、からなる素子と、
前記素子の前記ｐ型添加部分表面に形成される第１電極と、
前記素子の前記ｎ型添加部分表面に形成される第２電極と、
電源装置に接続される配線部材と前記第１電極および前記第２電極の表面とをそれぞれ接続する接続部と、
を備え、
前記ｐ型添加部分、前記ｎ型添加部分および前記ｐｎ活性部分は、その一部またはすべての領域からなる発光部を有し、
電源装置から、前記配線部材と、前記第１電極および前記第２電極を介して前記素子に電流が印加されることにより、前記ｐ型添加部分、前記ｎ型添加部分および前記ｐｎ活性部分内に電子が添加され、電子が付与されることによって前記発光部が発光する発光デバイスであって、
前記第１電極および前記第２電極は、前記素子側から順に、
前記素子との接合性の高い部材からなるコンタクト層と、
前記接続部との接合性の高い部材からなる接合層と、
からなることを特徴とする発光デバイス。

【請求項2】

前記コンタクト層は、前記素子とオーミック接触可能な部材からなることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項3】

前記第１電極および前記第２電極は、前記コンタクト層と前記接合層との間に、前記接続部を構成する金属イオンが前記素子内に入り込むことを防止する部材からなるバリアメタル層を有することを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。

【請求項4】

前記第１電極および前記第２電極は、前記コンタクト層と前記接合層との間に、反射係数が０．５以上である光閉じ込め層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光デバイス。

【請求項5】

前記第１電極および前記第２電極は、前記素子側から、コンタクト層、光閉じ込め層、バリアメタル層、接合層の順に積層されていることを特徴とする請求項４に記載の発光デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、間接遷移型の半導体レーザ装置等に適用される発光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

電流注入によってレーザ発信を得る間接遷移型半導体レーザの発光素子として、特許文献１に記載のものがある。この発光素子は、シリコン等の間接遷移型半導体にｐ型不純物が添加されたｐ型活性部分と、前記間接遷移型の半導体にｎ型不純物が添加されたｎ型活性部分と、ｐ型活性部分とｎ型活性部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分とを備えている。

【0003】

ｐ型活性部分およびｎ型活性部分は、その一部の領域、また、ｐｎ活性部分は、そのすべての領域が、電流が印加されて電子が付与されることにより発光する発光部となっている。また、ｎ型活性部分およびｐ型活性部分には電源が接続され、レーザの発信時には、ｎ型活性部分側が正電圧、ｐ型活性部分側が負電圧となるように順方向にバイアス電圧が印加される。これにより、ｎ型活性部分、ｐｎ活性部分およびｎ型活性部分に電流が注入され、ｎ型活性部分、ｐｎ活性部分およびｎ型活性部分内の発光部に電子が付与されることにより、その一部またはすべてが発光する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２４３８２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したようなレーザの発信を行う際、発光素子は、ｐ型活性部分の表面にｐ型電極、ｎ型活性部分の表面にｎ型電極が形成された状態で、ｐ型電極とｎ型電極に設けられた接合部に接合された配線部材を介して電流が印加される。

【0006】

ここで、発光素子と第１電極および第２電極、第１電極および第２電極と接合部とは材質が異なるため、選択する材料によっては接合度が低くなり、動作を繰り返す中で、その一部またはすべてが剥離する等の問題が生じるおそれがある。このような問題が生じ場合、素子に対して所望の電流を印加することができない。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、素子と第１電極および第２電極と配線部材との接合を保持することができる、発光デバイスを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の発明の発光デバイスは、ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、前記ｐ型添加部分と前記ｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、からなる素子と、前記素子の前記ｐ型添加部分表面に形成される第１電極と、前記素子の前記ｎ型添加部分表面に形成される第２電極と、電源装置に接続される配線部材と前記第１電極および前記第２電極の表面とをそれぞれ接続する接続部と、を備え、前記ｐ型添加部分、前記ｎ型添加部分および前記ｐｎ活性部分は、その一部またはすべての領域からなる発光部を有し、電源装置から、前記配線部材と、前記第１電極および前記第２電極を介して前記素子に電流が印加されることにより、前記ｐ型添加部分、前記ｎ型添加部分および前記ｐｎ活性部分内に電子が添加され、電子が付与されることによって前記発光部が発光する発光デバイスであって、前記第１電極および前記第２電極は、前記素子側から順に、前記素子との接合性の高い部材からなるコンタクト層と、前記接続部との接合性の高い部材からなる接合層と、からなることを特徴とするものである。

【0009】

本発明では、第１電極および第２電極は、素子との接合性の高い部材からなるコンタクト層と、接続部との接合性の高い部材からなる接合層とからなる。従って、素子と第1電極および第２電極、第1電極および第２電極と接続部とが剥離することを防止できる。

【0010】

第２の発明の発光デバイスは、前記第１の発明において、前記コンタクト層は、前記素子とオーミック接触可能な部材からなることを特徴とするものである。

【0011】

ここで、半導体と金属との界面ではショットキー障壁が存在するため、半導体と金属との間で接触抵抗が大きくなる。従って、コンタクト層を構成するものを不用意に選択した場合、素子に対して所望の電流を印加することができず、想定した発光強度を得ることができないおそれがある。

【0012】

本発明では、コンタクト層は、素子とオーミック接触可能な部材からなる。従って、半導体と金属との界面の接触抵抗を無視できるほどに小さくすることができる。これにより、素子に対して所望の電流を印加することができる。

【0013】

第３の発明の発光デバイスは、前記第１または２の発明において、前記第１電極および前記第２電極は、前記コンタクト層と前記接合層との間に、前記接続部を構成する金属イオンが前記素子内に入り込むことを防止する部材からなるバリアメタル層を有することを特徴とするものである。

【0014】

ここで、接合部と第１電極および第２電極とを接合した際、接合部を構成する金属イオンが電極や素子の内部まで浸食することがある。このような浸食が生じると、素子内のｐ型不純物の配位が変化し、十分な電流を印加しても所望の発光強度を得ることができなくなるおそれがある。

【0015】

本発明では、第１電極および第２電極は、コンタクト層と接合層との間に、接続部を構成する金属イオンが素子内に入り込むことを防止する部材からなるバリアメタル層を有する。従って、金属イオンの浸食をバリアメタル層よりも上層までに留めることができる。これにより、接合部の金属イオンがコンタクト層および素子まで浸食することを防止することができる。

【0016】

第４の発明の発光デバイスは、前記第１〜３のいずれかの発明において、前記第１電極および前記第２電極は、前記コンタクト層と前記接合層との間に、反射係数が０．５以上である光閉じ込め層を有する。

【0017】

本発明では、第１電極および第２電極は、コンタクト層と接合層との間に、反射係数が０．５以上である光閉じ込め層を有する。従って、素子の厚み方向において、第１電極の光閉じ込め層と第２電極の光閉じ込め層との間で光を閉じ込めることができる。これにより、素子の厚み方向においても光を強振させて、発光強度を高めることができる。

【0018】

第５の発明の発光デバイスは、前記第４の発明において、前記第１電極および前記第２電極は、前記素子側から、コンタクト層、光閉じ込め層、バリアメタル層、接合層の順に積層されている。

【0019】

本発明では、第１電極および第２電極は、素子側から、コンタクト層、光閉じ込め層、バリアメタル層、接合層の順に積層されている。従って、素子側から、コンタクト層、バリアメタル層、光閉じ込め層、接合層の順に積層されている場合と比較して、光閉じ込め層を素子側に配置することができるため、より狭い領域に光を閉じ込めることができる。これにより、狭い領域で強振させることによって、より発光強度の高い光を得ることができる。

【0020】

また、第１電極および第２電極の層が上述した順に積層されている場合、接合部の金属イオンによる浸食が光閉じ込め層にまで達してしまうおそれがある。一般的に、接合部を構成する金属の反射係数は、光閉じ込め層の反射係数よりも小さいため、光閉じ込め層の浸食箇所では、その他の場所と比較して反射係数が小さくなり、全体として厚み方向における光閉じこめ効果が弱くなってしまうおそれがある。

【0021】

本発明では、光閉じ込め層は、バリアメタル層よりも素子側に配置されている。従って、接合部の金属イオンが光閉じ込め層まで浸食されることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施形態に係る発光素子の長手方向から見た断面図である。

【図2】（ａ），（ｂ）は、本実施形態に係る発光素子の長手方向から見た断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0024】

本実施形態は、半導体レーザやＬＥＤ光源として利用され、ｎ型添加部分２側が正電圧、ｐ型添加部分１側が負電圧となるように、順方向にバイアス電圧を印加することにより発光する発光デバイス１００，２００，３００に本発明を適用した一例である。なお、発光デバイス１００，２００，３００は、所定厚みを有し、厚み方向に直交する方向から見て矩形状をなす略直方体形状であるが、図面上では全形の図示を省略し、長手方向から見た断面図によって、その構成を説明する。

【0025】

（第１実施形態）
図１に示すように、発光デバイス１００は、発光素子１０と、発光素子１０の表面に形成されたｐ型電極２０およびｎ型電極３０とからなる。

【0026】

発光素子１０は、シリコン等の間接遷移型の半導体にｐ型不純物が添加されたｐ型添加部分１と、同間接遷移型の半導体にｎ型不純物が添加されたｎ型添加部分２と、ｐ型添加部分１とｎ型添加部分２との境界部分に形成されたｐｎ活性部分３とからなる。ｐ型添加部分１およびｎ型添加部分２の一部の領域は、電流が印加されて電子が付与されることによって発光する発光部となっている。また、ｐｎ活性部分３のすべての領域は、電流が印加されて電子が付与されることによって発光する発光部となっている。

【0027】

ｐ型電極２０は、発光素子１０のｐ型添加部分１の上側表面に形成されている。また、ｐ型電極２０の上側表面には、はんだからなる接続部６が形成されている。さらに、接続部６には配線部材８が接合され、この配線部材８に接続された電源装置（不図示）から電流が供給される。ｎ型電極３０は、発光素子１０のｎ型添加部分２の下側表面に形成されている。また、ｎ型電極３０の下側表面には、はんだからなる接続部７が形成されている。さらに、接続部７には配線部材９が接合され、この配線部材９に接続された電源装置（不図示）から電流が供給される。

【0028】

なお、以上は、後述する図２の（ａ），（ｂ）に記載の形態（第２実施形態および第３実施径形態）においても構成が等しいため、以下では説明を割愛し、構成の異なるｐ型電極およびｎ型電極に特に着目して説明を行う。

【0029】

図１に示すように、ｐ型電極２０およびｎ型電極３０は、発光素子１０側から順に、発光素子１０との接合性の高い部材からなるコンタクト層１１，１２と、接続部６，７との接合性の高い部材からなる接合層１３，１４とを有している。より具体的には、コンタクト層１１，１２は、例えば、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｗ，Ｐｂ，Ｔａ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｙ等からなる。さらに、コンタクト層１１，１２は、それらのうち、Ａｌ，Ｔｉ，Ｙ，Ｃｒ等、発光素子１０との間でオーミック接触可能なものであることがより好ましい。また、接合層１３，１４は、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ等からなる。

【0030】

本実施形態では、ｐ型電極２０およびｎ型電極３０は、発光素子１０との接合性の高い部材からなるコンタクト層１１，１２と、接続部６，７との接合性の高い部材からなる接合層１３，１４とを有している。従って、発光素子１０とｐ型電極２０およびｎ型電極３０、ｐ型電極２０およびｎ型電極３０と接続部６，７とが剥離することを防止できる。また、コンタクト層１１，１２は、好ましくは、発光素子１０とオーミック接触可能な部材からなる。従って、半導体と金属との界面の接触抵抗を無視できるほどに小さくすることができる。これにより、発光素子１０に対して所望の電流を印加することができる。

【0031】

（第２実施形態）
図２の（ａ）に示すように、ｐ型電極４０およびｎ型電極５０は、第１実施形態において記載したコンタクト層１１，１２と接合層と、その間に形成されたバリアメタル層１５，１６とを有している。バリアメタル層１５，１６は、接続部６，７を構成するはんだに含まれる金属イオンが、発光素子１０内まで浸食することを防止するためのものである。より具体的には、バリアメタル層１５，１６は、例えば、Ｎｉ，ＴｉＮ，Ｔｉ，Ｔａ，ＴａＮ，Ｐｔ，Ｆｅ等からなる。

【0032】

本実施形態では、ｐ型電極４０およびｎ型電極５０は、コンタクト層１１，１２と接合層１３，１４と、その間に形成されたバリアメタル層１５，１６とを有している。従って、接合部６，７の金属イオンの浸食を、バリアメタル層１５，１６よりも上層までに留めることができる。これにより、接合部６，７の金属イオンがコンタクト層１１，１２および発光素子１０まで浸食することを防止することができる。

【0033】

（第３実施形態）
図２の（ｂ）に示すように、ｐ型電極６０およびｎ型電極７０は、第１実施形態において記載したコンタクト層１１，１２と接合層１３，１４と、第２実施形態において記載したバリアメタル層１５，１６と、光閉じ込め層１７，１８とを有している。光閉じ込め層１７，１８は、その反射係数が０．５以上であって、発光素子１０の厚み方向において、光を閉じ込めるためのものである。光閉じ込め層１０は、例えば、Ａｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ等からなる。コンタクト層１１，１２と接合層１３，１４とバリアメタル層１５，１６と光閉じ込め層１７，１８とは、発光素子１０側から、コンタクト層１１，１２、光閉じ込め層１７，１８、バリアメタル層１５，１６、接合層１３，１４の順に積層されている。

【0034】

本実施形態では、ｐ型電極６０およびｎ型電極７０は、反射係数が０．５以上である光閉じ込め層１７，１８を有している。従って、発光素子１０の厚み方向において、ｐ型電極６０の光閉じ込め層１７とｎ型電極７０の光閉じ込め層１８との間で光を閉じ込めることができる。これにより、発光素子１０の厚み方向においても光を強振させて、発光強度を高めることができる。

【0035】

また、コンタクト層１１，１２と接合層１３，１４とバリアメタル層１５，１６と光閉じ込め層１７，１８とは、発光素子１０側から、コンタクト層１１，１２、光閉じ込め層１７，１８、バリアメタル層１５，１６、接合層１３，１４の順に積層されている。従って、発光素子１０側から、コンタクト層１１，１２、バリアメタル層１５，１６、光閉じ込め層１７，１８、接合層１３，１４の順に積層されている場合と比較して、光閉じ込め層１７，１８を発光素子１０側に配置することができるため、より狭い領域に光を閉じ込めることができる。これにより、狭い領域で強振させることによって、より発光強度の高い光を得ることができる。さらに、光閉じ込め層１７，１８がバリアメタル層１５，１６よりも発光素子１０側に配置されているため、接合部６，７の金属イオンが光閉じ込め層１７，１８まで浸食されることを防止することができる。

【0036】

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

【0037】

本実施形態では、コンタクト層１１，１２、接合層１３，１４、バリアメタル層１５，１６および光閉じ込め層１７，１８は、各層ごとにひとつの効果を有する場合について記載したが、例えば、１つの層によって複数の効果を得られる材質で構成されていても構わない。より具体的には、Ａｌによれば、ひとつの層によって、コンタクト層と光閉じ込め層とを兼ねることができる。また、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｔａによれば、コンタクト層とバリアメタル層とを兼ねることができる。また、例えば、グラフェン，ＩＴＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ_２，ＦＴＯ等により、ｐ電極およびｎ電極を１層で構成しても構わない。

【0038】

また、本実施形態に係る発光デバイスは、半導体レーザのみならず、ＬＥＤ光源等に適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ ｐ型活性部分
２ ｎ型活性部分
３ ｐｎ活性部分
１０ 発光素子
２０ ｐ型電極
３０ ｎ型電極
４０ ｐ型電極
５０ ｎ型電極
６０ ｐ型電極
７０ ｎ型電極
１００ 発光デバイス

【図1】

【図2】