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公開番号2024131320
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023041519
出願日2023-03-16
発明の名称発光素子および発光素子の製造方法
出願人豊田合成株式会社
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類H01L 33/08 20100101AFI20240920BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】各色の光の干渉が制御された発光素子を提供する。
【解決手段】第2活性層から放射される光は、基板側に向かう光と第1p電極側に向かい第1p電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は第1p層の厚さa1によって制御され、第1活性層から放射される光は、基板側に向かう光と、第2p電極側に向かい第2p電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は第2p層の厚さa2およびノンドープ層のうち溝が形成された領域の厚さbによって制御され、第1活性層から放射される光と第2活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さa1、a2、およびbが設定されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
基板と、
前記基板上に設けられ、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、
前記ｎ層上に設けられ、所定の発光波長の第１活性層と、
前記第１活性層上に設けられ、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層が順に積層された構造である中間層と、
前記中間層上に設けられ、前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝と、
前記第２活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層と、
前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２ｐ層と、
前記第１ｐ層上に設けられ、光を反射させる第１ｐ電極と、
前記第２ｐ層上に設けられ、光を反射させる第２ｐ電極と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御され、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂが設定されている、発光素子。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記第１ｐ層と前記第１ｐ電極との間に設けられた第１透明電極と、
前記第２ｐ層と前記第２ｐ電極との間に設けられた第２透明電極と、をさらに有し、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記第１透明電極の厚さｃ１によって制御され、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂ、および前記第２透明電極の厚さｃ２によって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｃ１、ｃ２が設定されている、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第２活性層と前記第１ｐ層との間にｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる電子ブロック層をさらに有し、
前記溝は、前記電子ブロック層側から前記ノンドープ層に達する深さであり、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記電子ブロック層の厚さｄによって制御され、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂによって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｄが設定されている、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
厚さａ１と厚さａ２は等しい、請求項１～３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
前記基板上にｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層を形成するｎ層形成工程と、
前記ｎ層上所定の発光波長の第１活性層を形成する第１活性層形成工程と、
前記第１活性層上に、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層を順に積層して中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層を形成する第２活性層形成工程と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する溝形成工程と、
前記第２活性層上、および前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層、第２ｐ層をそれぞれ形成するｐ層形成工程と、
前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、光を反射させる第１ｐ電極、第２ｐ電極をそれぞれ形成するｐ電極形成工程と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御し、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂを設定する、発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記ｐ層形成工程の後、前記ｐ電極形成工程の前に、前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、第１透明電極、第２透明電極をそれぞれ形成する透明電極形成工程をさらに有し、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記第１透明電極の厚さｃ１によって制御し、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂ、および前記第２透明電極の厚さｃ２によって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｃ１、ｃ２を設定する、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第２活性層形成工程後、前記溝形成工程前に、前記第２活性層上にｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程をさらに有し、
前記溝形成工程は、前記電子ブロック層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する工程であり、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記電子ブロック層の厚さｄによって制御し、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂによって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｄを設定する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
厚さａ１と厚さａ２を同じ厚さとし、前記第１ｐ層と前記第２ｐ層は同時に形成する、請求項５～７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子および発光素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイの高精細化が求められており、１ピクセルを１～１００μｍオーダーの微細なＬＥＤとするマイクロＬＥＤディスプレイが注目されている。フルカラーとする方式は各種知られているが、たとえば青、緑、赤の各色を発光する３つの活性層を同一基板上に順に積層する方式が知られている（たとえば特許文献１）。
【０００３】
また、半導体層の厚さを調整し、光の干渉効果を利用して発光が増幅するようにしたＬＥＤが知られている（たとえば非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５８５４４１９号公報
【非特許文献】
【０００５】
Appl.Phys. Lett. 82, 2221 (2003)
Appl.Phys. Express 14, 084004 (2021)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光の干渉を利用した発光素子は単色の発光であり、青、緑、赤の各色を発光する３つの活性層が同一基板上に積層された発光素子について、光干渉効果を利用した例は知られていない。そのような発光素子において発光を増幅する場合、青、緑、赤の各色についてそれぞれ光の干渉を制御する必要がある。しかし従来そのような検討はされていなかった。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、異なる発光色の複数の活性層が同一基板上に積層された発光素子において、各色の光の干渉が制御された発光素子およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
基板と、
前記基板上に設けられ、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、
前記ｎ層上に設けられ、所定の発光波長の第１活性層と、
前記第１活性層上に設けられ、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層が順に積層された構造である中間層と、
前記中間層上に設けられ、前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝と、
前記第２活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層と、
前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２ｐ層と、
前記第１ｐ層上に設けられ、光を反射させる第１ｐ電極と、
前記第２ｐ層上に設けられ、光を反射させる第２ｐ電極と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御され、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂが設定されている、発光素子にある。
【０００９】
本発明の他の態様は、
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
前記基板上にｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層を形成するｎ層形成工程と、
前記ｎ層上所定の発光波長の第１活性層を形成する第１活性層形成工程と、
前記第１活性層上に、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層を順に積層して中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層を形成する第２活性層形成工程と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する溝形成工程と、
前記第２活性層上、および前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層、第２ｐ層をそれぞれ形成するｐ層形成工程と、
前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、光を反射させる第１ｐ電極、第２ｐ電極をそれぞれ形成するｐ電極形成工程と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御し、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂを設定する、発光素子の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の上記態様によれば、厚さａ１、ａ２、およびｂをそれぞれ調整することで、第１活性層からの光の干渉と第２活性層からの光の干渉を個別に制御することができ、少なくとも一方を干渉により増幅するように設定することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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