特許 5745250 発光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5745250

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月8日

(54)【発明の名称】発光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/10 20100101AFI20150618BHJP

   H01L 33/22 20100101ALI20150618BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20150618BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 130

   H01L33/00 172

   H01L33/00 186

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-234051(P2010-234051)

(22)【出願日】2010年10月18日

(65)【公開番号】特開2011-254061(P2011-254061A)

(43)【公開日】2011年12月15日

【審査請求日】2010年10月18日

【審判番号】不服2014-4406(P2014-4406/J1)

【審判請求日】2014年3月6日

(31)【優先権主張番号】099117667

(32)【優先日】2010年6月1日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】509055253

【氏名又は名称】廣▲ジャー▼光電股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】李政憲

(72)【発明者】

【氏名】郭修▲い▼

【合議体】

【審判長】 吉野 公夫

【審判官】 星野 浩一

【審判官】 松川 直樹

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５３６７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３８３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８０３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６４４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５８２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４０７６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01L 33/00-33/64

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電基板と、
前記導電基板の上に形成される金属反射層と、
異なる屈折率を有する材料が前記金属反射層の上に順に積層されて形成される積層膜構造であって、Ti_xTa_1-xO₂或いはTi_xNb_1-xO₂と、ITOが順に積層されて構成される積層膜構造と、
前記積層膜構造の上に形成され、ITOを含む透明導電層と、
前記透明導電層の上に形成される半導体積層と、を含むことを特徴とする発光デバイス。

【請求項2】

前記積層膜構造は、分布ブラッグ反射構造（Distributed Bragg Reflector、ＤＢＲ）であ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】

前記半導体積層は、前記透明導電層に接続される第一導電型半導体積層と、前記第一導電型半導体積層の上に形成される活性層と、前記活性層の上に形成される第二導電型半導体積層と、を含む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4】

前記金属反射層と前記導電基板との間に接着層をさらに含む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5】

前記接着層の材料は、金属材料或いは導電粒子を含む有機材料を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光デバイス。

【請求項6】

前記導電基板の材料は、酸化亜鉛、シリコン或いは金属を含むことを特徴とする請求項１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、発光デバイスに関し、特に分布ブラッグ反射構造（Distributed Bragg Reflector、ＤＢＲ）を有する発光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、発光ダイオードなどのような発光デバイスは、例えば、表示装置、交通信号装置、照明装置、医療装置および通信装置などに広く使われている。

【0003】

図１の従来の発光デバイス１０は、導光板１１と、前記導光板１１の上に形成される接着層１３と、前記接着層１３の上に形成される金属反射層１５と、前記金属反射層１５の上に形成される透明導電層１７と、前記透明導電層１７の上に形成される半導体積層１９と、を含む。前記半導体積層１９は、前記透明導電層１７の上に形成されるＰ型窒化ガリウム層１９２と、前記Ｐ型窒化ガリウム層１９２の上に形成されるＮ型窒化ガリウム層１９６と、前記Ｐ型窒化ガリウム層１９２と前記Ｎ型窒化ガリウム層１９６との間に位置する活性層１９４と、を含む。

【0004】

前記発光デバイス１０において、前記透明導電層１７は、直接に前記Ｐ型窒化ガリウム層１９２に接続されてオーム性接続機能を実現し、且つ前記透明導電層１７の高透過特性を通して前記金属反射層１５の高反射機能を実現することができる。

【0005】

しかし、前記発光デバイス１０の製造過程において加熱工程を実施する必要があるので、前記透明導電層１７と前記金属反射層１５との間にディフュージョン現象（Diffusion）が生じる可能性がある。即ち、前記発光デバイス１０を製造する過程に前記金属反射層１５の表面に霧化現象が生じる可能性がある。従って、前記金属反射層１５の反射率が悪くなり、前記発光デバイス１０の発光効率に影響を与える。

【0006】

発光デバイス１０の製造過程に反射構造の反射率が低くなる問題は、解決すべき問題になっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の主な目的は、発光効率を向上させることができる発光デバイスを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本発明では、導電基板と、金属反射層と、異なる屈折率を有する二種或いは二種以上の材料が順に積層して形成される積層膜構造と、透明導電層と、半導体積層と、を含む発光デバイスを提供する。前記金属反射層は、前記導電基板の上に形成されている。前記積層膜構造は、前記金属反射層の上に形成されている。前記積層膜構造は、絶縁層と、積層膜構造を貫通して形成される少なくとも１つの穴構造とを含む。前記透明導電層は、前記前記積層膜構造の上に形成され、前記半導体積層は、前記積層膜構造の上に形成されている。

【0009】

上記課題を解決するために本発明では、導電基板と、金属反射層と、異なる屈折率を有する二種或いは二種以上の材料が順に積層して形成される積層膜構造と、透明導電層と、半導体積層とを含む発光デバイスを提供する。前記積層膜構造は、前記金属反射層の上に形成され、少なくともTiO2が混入されている導電材料で製造する。前記透明導電層は、前記積層膜構造の上に形成され、前記半導体積層は、前記透明導電層の上に形成されている。

【発明の効果】

【0010】

上述したように、本発明の発光デバイスは、異なる屈折率を有する二種或いは二種以上の材料が順に積層される積層膜構造を通して光線を反射する。前記積層膜構造は、金属反射層と透明導電層を分離させるので、加熱工程により両者の間にディフュージョン現象（Diffusion）が生じ、金属反射層の表面に霧化現象が生じることを防ぐことができる。即ち、金属反射層の表面が霧化されることを防げるために、前記金属反射層の反射率が悪くなることを防ぎ、前記発光デバイスの発光効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】従来の発光デバイスを示す。

【図2】本発明の第一実施形態に係る発光デバイスを示す。

【図3】本発明の第二実施形態に係る発光デバイスを示す。

【図4】本発明の第三実施形態に係る発光デバイスを示す。

【図5】本発明の第四実施形態に係る発光デバイスを示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図２は、本発明の第一実施形態に係る発光デバイスを示す。図２の発光デバイス３０は、導電基板３１と、金属反射層３３と、異なる屈折率を有する二種或いは二種以上の材料が順に積層して形成される積層膜構造３５と、透明導電層３７と、半導体積層３９と、穴構造３５２と、電極４１と、を含む。

【0013】

図２に示すように、前記発光デバイス３０は、垂直式発光ダイオードである。前記金属反射層３３は、前記導電基板３１の上に形成され、前記積層膜構造３５は、前記金属反射層３３の上に形成され、前記透明導電層３７は、前記積層膜構造３５の上に形成され、前記半導体積層３９は、前記透明導電層３７の上に形成され、前記電極４１は、前記半導体積層３９の上に形成されている。前記積層膜構造３５は、Ta₂O₅、SiNx、TiO₂或いはSiO₂から構成される少なくとも１つの絶縁層を含む。前記積層膜構造３５には、前記金属反射層３３と前記透明導電層３７との間の電気接続を実現するための穴構造３５２が形成されている。前記穴構造３５２は、積層膜構造３５を貫通して形成される穴構である。

【0014】

図２の実施形態において１つの穴構造３５２が形成されているが、他の実施形態で需要に従って複数の穴構造を形成してもよい。または、前記穴構造３５２を形成する材料として銀、アルミニウム、金或いはその合金などの高光反射材料を使って発光デバイス３０の光反射率を高くするか、チタン、アルミニウム、クロミウム或いはその合金などの高光反射材料を使って発光デバイス３０の強度を高くすることもできる。

【0015】

前記積層膜構造３５は、Ta₂O₅、SiNx、TiO₂或いはSiO₂などから構成される複数な絶縁材料を積層させて製造することができる。本発明では、TiO₂とSiO₂を積層させて積層膜構造３５を製造する。

【0016】

異なる屈折率を有する二種或いは二種以上の材料を順に積層させて得る積層膜構造３５は、通常異なる屈折率を有する二種の材料を順に積層させて得る積層膜構造３５を言う。本発明の積層膜構造３５は、一層厚がλ/4である分布ブラッグ反射構造（Distributed Bragg Reflector、ＤＢＲ）である。前記λは、前記発光デバイス３０の主波長（dominant wavelength）である。

【0017】

前記半導体積層３９の材料として、窒化アルミニウムインジウムガリウム（AlInGaN）類或いはアルミニウムガリウムインジウムリン（AlGaInP）を使うことができる。前記半導体積層３９は、第一導電型半導体積層３９２と、活性層３９４と、第二導電型半導体積層３９６と、を含む。前記第一導電型半導体積層３９２は、前記透明導電層３７の上に形成され、前記活性層３９４は、前記第一導電型半導体積層３９２の上に形成され、前記第二導電型半導体積層３９６は、前記活性層３９４の上に形成されている。

【0018】

前記活性層３９４は、歪多重量子井戸（multi-quantum well、MQW）構造に形成されている。前記第一導電型半導体積層３９２は、P型半導体層構造に形成され、前記第二導電型半導体積層３９６は、N型半導体層構造に形成されている。即ち、前記第一導電型半導体積層３９２は、P型窒化アルミニウムインジウムガリウム層に形成され、前記第二導電型半導体積層３９６は、N型窒化アルミニウムインジウムガリウム層に形成されている

【0019】

前記半導体積層３９の表面は、粗い面に形成されている。これにより前記活性層で生じる光線が半導体層３９と外部環境の屈折率の差異によって生じる全反射の現象を減らし、発光デバイス３０の出光率を高くすることができる。

【0020】

前記透明導電層３７の材料として、透明な酸化金属材料を使うことができる。例えば、ITO、CTO、ZnO、In₂O₃、SnO₂、CuAlO₂、CuGaO₂、SrCu₂O₂などを使うことができる。本実施形態では、ITOを選んで使う。

【0021】

前記導電基板３１の材料として、酸化亜鉛、シリコン或いは金属などを使うことができる。前記導電基板３１の下表面に裏面電極（Back Electrode）３１２を形成してもよい。

【0022】

前記金属反射層３３の表面を接着層に形成して、前記導電基板３１と積層膜構造３５を金属反射層３３の両面に接着させることができる。前記金属反射層３３は、高光反射性を有する金属で製造する。例えば、銀、アルミニウム、金或いはその合金などの材料を使うことができる。且つ、金属共晶接合（Eutectic bonding）技術により金属反射層３３に接着層を形成することもできる。

【0023】

図３は、本発明の第二実施形態に係る発光デバイスの図である。図３の実施形態において、金属反射層３３と導電基板３１との間に接着層３４がさらに形成されている。前記接着層３４は、金属反射層３３と導電基板３１との間の接着力を高くする。前記接着層３４の材料として、金属或いは導電粒子を含む有機材料を使うことができる。

【0024】

上述したように、本発明の発光デバイスは、異なる屈折率を有する二種或いは二種以上の材料が順に積層される積層膜構造を通して金属反射層と透明導電層を分離させる。従って、透明導電層と金属反射層との間に加熱工程によりディフュージョン現象（Diffusion）が生じ、金属反射層の表面に霧化現象が生じることを防ぐことができる。従って、前記発光デバイスの発光効率を改善することができる。

【0025】

前記積層膜構造３５が前記金属反射層３３と前記透明導電層３７との間に形成されているので、透明導電層３７と金属反射層３３との間に加熱工程によりディフュージョン現象が生じ、金属反射層３３の表面が霧化されることを防ぐことができる。従って、前記金属反射層３３の反射率に影響を与えることなく、発光デバイス３０の発光効率を改善することができる。また、積層膜構造３５と金属反射層３３により所定方向性の反射鏡を形成することができるので、発光デバイス３０の設計を容易にすることができる。

【0026】

図４は、本発明の第三実施形態に係る発光デバイス５０を示す図である。前記発光デバイス５０と上述した発光デバイス３０が異なる所は、積層膜構造５５を導電性材料で製造したことである。前記積層膜構造５５を製造する導電性材料として、ITO、CTO、ZnO、In₂O₃、SnO₂、CuAlO₂、CuGaO₂或いはSrCu₂O₂などを使うことができる。前記積層膜構造５５を導電材料で製造したので、前記積層膜構造５５により金属反射層３３と透明導電層３７を導電接続させることができる。

【0027】

本実施形態の積層膜構造５５は、少なくともTiO₂が混入される材料を含んでいる。本実施形態のTiO₂が混入されている材料は、Ti_xTa_1-xO₂或いはTi_xNb_1-xO₂である。即ち、本実施形態の積層膜構造５５は、Ti_xTa_1-xO₂或いはTi_xNb_1-xO₂と、ITOとが順に積層して形成されるものである。

【0028】

本実施形態の発光デバイス５０は、積層膜構造５５を貫通して形成されて金属反射層３３と透明導電層３７との間の電気接続状態を向上させる少なくとも１つの穴構造（図に示しない）を含むことができる。且つ、前記穴構造を形成する材料として銀、アルミニウム、金或いはその合金などの高光反射材料を使って発光デバイス５０の光反射率を高くするか、チタン、アルミニウム、クロミウム或いはその合金などの高光反射材料を使って穴構造の強度を高くすることもできる。

【0029】

図５は、本発明の第四実施形態に係る発光デバイス５０を示す図である。図３の実施形態において、金属反射層３３と導電基板３１との間に接着層５４がさらに形成されている。前記接着層５４は、金属反射層３３と導電基板３１との間の接着力を高くする。前記接着層５４の材料として、金属材料或いは導電粒子を含む有機材料を使うことができる。

【0030】

上述したように、本発明の発光デバイスは、異なる屈折率を有する二種或いは二種以上の材料が順に積層される積層膜構造を介して金属反射層と透明導電層を分離させる。従って、加熱工程により透明導電層と金属反射層との間にディフュージョン現象（Diffusion）が生じ、金属反射層の表面に霧化現象が生じることを防ぐことができる。金属反射層の表面が霧化されることを防げるために、前記金属反射層３３の反射率が悪くなることを防ぎ、前記発光デバイスの発光効率を向上させることができる。また、積層膜構造と金属反射層により所定方向性の反射鏡を形成することができるので、発光デバイスの設計を容易にすることができる。

【符号の説明】

【0031】

３０、５０ 発光デバイス
３１ 導電基板
３１２ 裏面電極
３３ 金属反射層
３４、５４ 接着層
３５、５５ 積層膜構造
３５２ 穴構造
３７ 透明導電層
３９ 半導体積層
３９２ 第一導電型半導体積層
３９４ 活性層
３９６ 第二導電型半導体積層
４１ 電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】