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公開番号2024179998
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2023099392
出願日2023-06-16
発明の名称発光装置
出願人豊田合成株式会社,学校法人名城大学
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類H01L 33/10 20100101AFI20241219BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】軸上強度を向上させることができる発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置は、フリップチップ型で紫外発光の発光素子と、発光素子の少なくとも上面を接して覆い、屈折率が空気よりも高く発光素子よりも低い封止部と、封止部を接して覆い、屈折率が封止部よりも高いレンズと、を有する。発光素子の組成傾斜層の厚さは、活性層からn型層側に向かう光と、活性層からn型層とは反対側に向かったのちp側電極により反射されてn型層側に向かう光とが、干渉によって発光素子の主面に垂直な方向において強め合うように設定されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
フリップチップ型で紫外発光の発光素子と、
前記発光素子の少なくとも上面を接して覆い、屈折率が空気よりも高く前記発光素子よりも低い封止部と、
前記封止部を接して覆い、屈折率が前記封止部よりも高いレンズと、
を有し、
前記発光素子は、
ｎ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層と、
前記ｎ型層の主面のうち前記封止部側とは反対側の面に位置し、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、井戸層と障壁層を有する量子井戸構造である活性層と、
前記活性層の主面のうち前記ｎ型層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、Ａｌ組成が前記障壁層よりも高い電子ブロック層と、
前記電子ブロック層の主面のうち前記活性層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、Ａｌ組成が前記活性層から離れるにつれて減少している組成傾斜層と、
前記組成傾斜層の主面のうち前記電子ブロック層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層の主面のうち前記組成傾斜層側とは反対側の面に位置し、前記活性層からの紫外光を反射するｐ側電極と、
を有し、
前記組成傾斜層の厚さは、前記活性層から前記ｎ型層側に向かう光と、前記活性層から前記ｎ型層とは反対側に向かったのち前記ｐ側電極により反射されて前記ｎ型層側に向かう光とが、干渉によって前記発光素子の主面に垂直な方向において強め合うように設定されている、発光装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記障壁層のうち最上層である層から前記ｐ型コンタクト層までの総膜厚をｄ１、前記組成傾斜層の厚さをｄ２として、ｄ１が、ｎ×ｄ１＝ｍ×λ（ここでｎは発光波長における前記電子ブロック層から前記ｐ型コンタクト層までの層の平均屈折率、λは発光波長）、ｍは０．５５以上０．９以下、を満たすように厚さｄ２が設定されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記組成傾斜層は、前記電子ブロック層側から順に、第１組成傾斜層、第２組成傾斜層を積層させた構造であり、前記第１組成傾斜層はノンドープまたはｐ型不純物ドープであり、前記第２組成傾斜層はｐ型不純物ドープであって前記第１組成傾斜層よりもｐ型不純物濃度が高い、請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記組成傾斜層の厚さは、前記第１組成傾斜層の厚さによって設定されている、請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記組成傾斜層の厚さｄ２に対する前記第１組成傾斜層の厚さの比は、０．４～０．７である、請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記封止部は、前記発光素子の上面に設けられ、側面には設けられていない、請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項７】
前記電子ブロック層は、前記活性層側から順に、第１電子ブロック層、第２電子ブロック層を積層させた構造であり、前記第２電子ブロック層のＡｌ組成は、前記第１電子ブロック層のＡｌ組成よりも低く、前記組成傾斜層のＡｌ組成の最大値よりも低い、請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項８】
フリップチップ型で紫外発光の発光素子と、
前記発光素子の少なくとも上面を接して覆い、屈折率が空気よりも高く前記発光素子よりも低い封止部と、
前記封止部を接して覆い、屈折率が前記封止部よりも高いレンズと、
を有し、
前記発光素子は、
ｎ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層と、
前記ｎ型層の主面のうち前記封止部側とは反対側の面に位置し、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、井戸層と障壁層を有する量子井戸構造である活性層と、
前記活性層の主面のうち前記ｎ型層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、Ａｌ組成が前記障壁層よりも高い電子ブロック層と、
前記電子ブロック層の主面のうち前記活性層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、Ａｌ組成が前記活性層から離れるにつれて減少している組成傾斜層と、
前記組成傾斜層の主面のうち前記電子ブロック層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層の主面のうち前記組成傾斜層側とは反対側の面に位置し、前記活性層からの紫外光を反射するｐ側電極と、
を有した発光装置の製造方法であって、
前記組成傾斜層の厚さを、前記活性層から前記ｎ型層側に向かう光と、前記活性層から前記ｎ型層とは反対側に向かったのち前記ｐ側電極により反射されて前記ｎ型層側に向かう光とが、干渉によって前記発光素子の主面に垂直な方向において強め合うように設定する、発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記障壁層のうち最上層である層から前記ｐ型コンタクト層までの総膜厚をｄ１、前記組成傾斜層の厚さをｄ２、ｄ３＝ｄ１－ｄ２として、厚さｄ３を所定値に固定し、厚さｄ２を変更して、ｎ×ｄ１＝ｍ×λ（ここでｎは発光波長における前記電子ブロック層から前記ｐ型コンタクト層までの層の平均屈折率、λは発光波長）、ｍは０．５５以上０．９以下、を満たすように厚さｄ２を設定する、請求項８に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記組成傾斜層は、前記電子ブロック層側から順に、第１組成傾斜層、第２組成傾斜層を積層させた構造であり、前記第１組成傾斜層はノンドープまたはｐ型不純物ドープであり、前記第２組成傾斜層はｐ型不純物ドープであって前記第１組成傾斜層よりもｐ型不純物濃度が高く、
前記組成傾斜層の厚さは、前記第２組成傾斜層の厚さを所定値に固定し、前記第１組成傾斜層の厚さを変更して設定する、請求項８または請求項９に記載の発光装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた固体発光素子の紫外線の波長は約２１０～４００ｎｍの範囲の波長帯に対応している。特にＵＶＣ（波長１００～２８０ｎｍ）は効率的に殺菌、除菌できることが知られており、発光波長がＵＶＣに対応する紫外光を放射するＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの需要が高まっている。紫外ＬＥＤは、サファイア基板上にＡｌＮ層を形成し、ＡｌＮ層上にＡｌＧａＮからなるｎ型層、発光層、ｐ型層を積層した構成である。
【０００３】
特許文献１には、発光素子における半導体層の厚さをｎ×ｄ＝ｍ×λ／２、ここでｎは半導体層の屈折率、ｄは半導体層の厚さ、λは発光波長、ｍは整数、とすることが記載されている。半導体層の厚さをこのように設定することで、素子内部での光の干渉による弱め合いを防止し、光取り出し効率を向上させることができることが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、電子ブロック層とｐ型コンタクト層の間に組成傾斜層を設けることが記載されている。組成傾斜層は、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮからなり、Ａｌ組成が電子ブロック層から離れるにしたがって減少するように構成され、電子ブロック層との界面においてはＡｌ組成が電子ブロック層と同一の層である。組成傾斜層を設けることで２次元ホールガスの発生を抑制し、カレントクラウディングの発生を抑制することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、実装基板上に実装された紫外ＬＥＤをレンズで覆い、紫外ＬＥＤとレンズの隙間を液体のフッ化炭素化合物で埋めた発光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００４－１１９７５６号公報
特開２０１９－１６９６４号公報
特開２０２２－１０８６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１－３は発光素子から取り出される光の角度依存性（配光）に言及されていない。たとえば、発光素子の横方向（発光素子の主面に水平な方向）に取り出された光は、実際の製品において活用しにくい。そのため、素子内部構造で軸上強度（発光素子の主面に垂直な方向の光強度）を高めることが求められていた。また、特許文献１の方法では、半導体層の厚さによって直列抵抗が変化するため、駆動電圧も変化してしまう可能性があった。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、駆動電圧上昇を抑制しつつ軸上強度を高めることができる発光装置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】
【０００９】
本発明の一態様は、
フリップチップ型で紫外発光の発光素子と、
前記発光素子の少なくとも上面を接して覆い、屈折率が空気よりも高く前記発光素子よりも低い封止部と、
前記封止部を接して覆い、屈折率が前記封止部よりも高いレンズと、
を有し、
前記発光素子は、
ｎ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層と、
前記ｎ型層の主面のうち前記封止部側とは反対側の面に位置し、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、井戸層と障壁層を有する量子井戸構造である活性層と、
前記活性層の主面のうち前記ｎ型層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、Ａｌ組成が前記障壁層よりも高い電子ブロック層と、
前記電子ブロック層の主面のうち前記活性層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、Ａｌ組成が前記活性層から離れるにつれて減少している組成傾斜層と、
前記組成傾斜層の主面のうち前記電子ブロック層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層の主面のうち前記組成傾斜層側とは反対側の面に位置し、前記活性層からの紫外光を反射するｐ側電極と、
を有し、
前記組成傾斜層の厚さは、前記活性層から前記ｎ型層側に向かう光と、前記活性層から前記ｎ型層とは反対側に向かったのち前記ｐ側電極により反射されて前記ｎ型層側に向かう光とが、干渉によって前記発光素子の主面に垂直な方向において強め合うように設定されている、発光装置にある。
【００１０】
本発明の他態様は、
フリップチップ型で紫外発光の発光素子と、
前記発光素子の少なくとも上面を接して覆い、屈折率が空気よりも高く前記発光素子よりも低い封止部と、
前記封止部を接して覆い、屈折率が前記封止部よりも高いレンズと、
を有し、
前記発光素子は、
ｎ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層と、
前記ｎ型層の主面のうち前記封止部側とは反対側の面に位置し、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、井戸層と障壁層を有する量子井戸構造である活性層と、
前記活性層の主面のうち前記ｎ型層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、Ａｌ組成が前記障壁層よりも高い電子ブロック層と、
前記電子ブロック層の主面のうち前記活性層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなり、Ａｌ組成が前記活性層から離れるにつれて減少している組成傾斜層と、
前記組成傾斜層の主面のうち前記電子ブロック層側とは反対側の面に位置し、ｐ型のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層の主面のうち前記組成傾斜層側とは反対側の面に位置し、前記活性層からの紫外光を反射するｐ側電極と、
を有した発光装置の製造方法であって、
前記組成傾斜層の厚さを、前記活性層から前記ｎ型層側に向かう光と、前記活性層から前記ｎ型層とは反対側に向かったのち前記ｐ側電極により反射されて前記ｎ型層側に向かう光とが、干渉によって前記発光素子の主面に垂直な方向において強め合うように設定する、発光装置の製造方法にある。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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