CN115732602A - 发光元件 - Google Patents
发光元件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115732602A CN115732602A CN202211039261.5A CN202211039261A CN115732602A CN 115732602 A CN115732602 A CN 115732602A CN 202211039261 A CN202211039261 A CN 202211039261A CN 115732602 A CN115732602 A CN 115732602A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- contact
- electrode
- light
- contact layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 9
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 abstract description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
- H01L33/382—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending partially in or entirely through the semiconductor body
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种降低由III族氮化物半导体构成的紫外发光的发光元件中的n层与n电极之间的电阻的发光元件。接触层(14)在反射绝缘膜(19)上沿着孔(22)的底面、侧面、上表面设置。接触层(14)与n层(11)介由多个孔(23)相接。接触层(14)由Si掺杂的n－GaN构成。接触层(14)的下表面与n层(11)接触，上表面与n电极(17)接触。接触层(14)设置在反射绝缘膜(19)上，孔(23)的区域以外不与n电极(17)相接。另一方面，n电极(17)设置在接触层(14)上表面的大致整面。因此，n电极(17)与接触层(14)的接触面积比接触层(14)与n层(11)的接触面积宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种由III族氮化物半导体构成的紫外发光的发光元件。
背景技术
近年来，将紫外线LED用于杀菌、消毒的情况备受关注，正在积极地进行面向紫外线LED的高效率化的研究、开发。
以往的紫外线LED在蓝宝石基板上依次层叠AlN、n－AlGaN、发光层、p－AlGaN、p－GaN，从p－GaN表面侧对一部分区域进行蚀刻而使n－AlGaN露出，在该露出的n－AlGaN上形成n电极。
专利文献1中记载了通过在n－AlxGa1－xN(0.7≤x≤1.0)与n电极之间设置由n－AlyGa1－yN(0≤y≤0.5)构成的中间层，从而降低n－AlxGa1－xN与n电极的接触电阻。专利文献2中也记载了同样的技术。
专利文献1：日本特开2010－161311号公报
专利文献2：日本特开2012－89754号公报
发明内容
但是，在n－AlGaN的Al组成比高的情况下，专利文献1、2的方法无法充分降低n－AlGaN与n电极的接触电阻，需要扩大n电极的面积。因此，需要扩大用于使n层露出的蚀刻面积，导致发光面积变窄，无法实现高效率的元件。
因此，本发明在于，在由III族氮化物半导体构成的紫外发光的发光元件中降低n层与n电极之间的电阻。
本发明涉及一种发光元件，其特征在于，在具有基板、位于基板上的n层、位于n层上的发光层、位于发光层上的p层、从p层表面到达n层的孔以及与在孔的底面露出的n层连接的n电极的、由III族氮化物半导体构成的紫外发光的发光元件中，n层由Al组成比为70％以上的n－AlGaN构成，在n层与n电极之间进一步具有由Al组成比小于n层的n－AlGaN构成的接触层，接触层与n层和n电极这两者接触，n电极与接触层的接触面积比接触层与n层的接触面积宽。
在本发明中，将n电极与接触层的接触面积设为S1，将接触层与n层的接触面积设为S2，S1/S2可以为1.02～5。
在本发明中，接触层的上表面中与孔的上部相对应的区域的上表面可以位于比p层下表面更靠上方的位置。
在本发明中，接触层可以从p层的上部或上述孔的侧面遍及孔的底面形成。
在本发明中，接触层可以为n－GaN。
根据本发明，能够充分降低由AlGaN构成的n层与n电极之间的电阻。
附图说明
图1是表示实施例1的发光元件的构成的图。
图2是表示实施例1的发光元件的制造工序的图。
图3是表示实施例1的发光元件的制造工序的图。
图4是表示实施例1的发光元件的制造工序的图。
符号说明
10：基板11：n层12：发光层13：p层14：接触层15：缓冲层16：透明电极17：n电极18：p电极19：反射绝缘膜20：n侧接合电极21：p侧接合电极22～25：孔
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体的实施例进行说明，但本发明并不限于实施例。
实施例1
图1是表示实施例1的紫外发光的发光元件的构成的图。发光波长例如是200～280nm。如图1所示，实施例1的发光元件具有基板10、缓冲层15、n层11、发光层12、p层13、接触层14、透明电极16、n电极17、p电极18、反射绝缘膜19、n侧接合电极20和p侧接合电极21。
(基板10的构成)
基板10是由以c面为主面的蓝宝石构成的基板。除了蓝宝石以外，只要是相对于发光波长的透过率高，且能够使III族氮化物半导体生长的材料就可以使用任意的材料。实施例1的发光元件中，从基板10背面侧取出光。
(缓冲层15的构成)
缓冲层15位于基板10上。缓冲层15由AlN构成。通过设置缓冲层15，改善半导体层的平坦性、结晶性。
(n层11的构成)
n层11位于缓冲层15上。n层11由Al组成比为70％以上的n―AlGaN构成。n型杂质为Si。这里，III族氮化物半导体的Al组成比是Al相对于III族金属的摩尔比(％)。即以通式AlxGayInzN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1)表示III族氮化物半导体时，Al组成比为x×100(％)。n层11可以由多个层构成。在该情况下，只要n层11的最上层的Al组成比为70％以上即可。更优选的n层11的Al组成比为75～90％，进一步优选为80～85％。
(发光层12的构成)
发光层12位于n层11上。发光层12是阱层与障壁层交替地反复层叠而成的MQW结构。重复数例如为2～5。阱层由AlGaN构成，其Al组成比根据所希望的发光波长进行设定。障壁层是Al组成比大于阱层的AlGaN。可以为带隙能量大于阱层的AlGaInN。另外，发光层12也可以为SQW结构。
(p层13的构成)
p层13位于发光层12上。p层13是从发光层12一侧依次层叠有p－AlGaN、p－GaN的结构。p型杂质为Mg。通过使与透明电极16相接的最上层为p－GaN，从而减少透明电极16与p层13的接触。
在p层13表面的一部分区域形成有多个到达n层11的深度的孔22。在孔22的底面露出有n层11。孔22周期性地排列，例如排列成蜂巢状、正三角格子状。孔22的俯视时的形状为圆、正六角形等。应予说明，孔22可以为1个，可以为台面状。孔22的侧面可以垂直，也可以倾斜。
(透明电极16的构成)
透明电极16位于p层13上。透明电极16由ITO构成。除了ITO以外，也可以使用IZO等透明导电性材料。另外，也可以没有透明电极，也可以使用Ni/Au等电极材料。这里，“/”是指层叠，A/B是指按照A、B的顺序层叠的结构。以下材料的说明中同样。
(p电极18的构成)
p电极18位于透明电极16上。p电极18例如为Ni/Au、Ni/Al等。
(反射绝缘膜19的构成)
反射绝缘膜19遍及p电极18上、透明电极16上、p层13上、孔22的侧面和底面连续地呈膜状设置。反射绝缘膜19保护元件表面，使从发光层12放射的光反射而提高光取出。反射绝缘膜19由SiO2构成。除SiO2以外，也可以使用SiN、SiO2/Al/SiO2等，也可以为DBR。DBR是使高折射率层和低折射率层以规定的厚度交替地层叠而成的结构，是通过适当地设定厚度而提高所希望的波长的反射率的结构。例如高折射率层为HfO2，低折射率层为SiO2。通过利用该反射绝缘膜19使从发光层12放射的紫外线向基板10侧反射来改善光取出。
在反射绝缘膜19中与孔22底面上部相对应的区域设置有多个孔23。孔23贯通反射绝缘膜19。另外，孔23周期性地排列，例如排列成蜂巢状、正三角格子状。孔23的俯视时的形状为圆、正六角形等。孔23的侧面可以垂直，也可以倾斜。
(接触层14的构成)
接触层14在反射绝缘膜19上沿着孔22的底面、侧面、上表面(p层13上部的区域即侧面附近的区域)设置。虽然也可以不设置于侧面、上表面，但优选为了使n电极17与接触层14的接触面积增加而设置。另外，接触层14沿着孔23的底面、侧面设置，或者设置成填埋孔23，接触层14与n层11介由多个孔23相接。
接触层14由Si掺杂的n－GaN构成。接触层14并不限于n－GaN，也可以为Al组成比小于n层11的n－AlGaN。其中，为了充分降低n电极17与n层11的电阻，优选尽可能减少Al组成比，更优选Al组成比为10％以下，进一步优选Al组成比为0％，即n－GaN。另外，接触层14可以由Al组成比不同的多个层构成。
接触层14的n型杂质浓度例如为1×1018～1×1021/cm3。如果在该范围内，则能够充分降低n电极17与n层11的电阻。
接触层14的厚度例如为1nm～10μm。接触层14的厚度不需要均匀，只要平均膜厚在该范围内即可。通过为该范围，能够充分降低n电极17与n层11之间的电阻。更优选的厚度为10nm～1μm，进一步优选为20～500nm。
接触层14的下表面与n层11接触，上表面与n电极17接触。接触层14设置在反射绝缘膜19上，孔23的区域以外不与n电极17相接。另一方面，n电极17设置于接触层14上表面的大致整面。因此，n电极17与接触层14的接触面积比接触层14与n层11的接触面积宽。
接触层14的上表面中与孔23的上部相对应的区域的上表面优选位于比p层13下面更靠上方的位置。容易使n侧接合电极20与p侧接合电极21的高度一致，能够提高将实施例1的发光元件安装于子底座(submount)时的与子底座的接合强度。
实施例1中，如上所述设置有接触层14，因此能够降低n电极17与n层11之间的电阻。n电极17与n层11之间的电阻是n电极17与接触层14的接触电阻、接触层14本身的电阻以及接触层14与n层11的接触电阻之和。这里，对于n电极17与接触层14的接触电阻，可以通过使用n－Gan作为接触层14的材料，并加宽n电极17与接触层14的接触面积而充分地降低。另外，对于接触层14本身的电阻，由于材料使用n－Gan，因此降低。另外，对于接触层14与n层11的接触电阻，由于均为III族氮化物半导体材料，因此能够降低。因此，实施例1的发光元件中，对于n电极17与n层11之间的电阻，能够比n电极17与n层11直接接触的情况降低。其结果，能够降低发光元件的正向电压Vf，也能够提高元件的可靠性。
另外，由于接触层14与n层11的接触电阻小，因此能够减少接触层14与n层11的接触面积。因此，能够减少用于使n层11露出的孔22的面积，能够减少由孔22的形成所引起的发光层12的面积的减少。因此，能够与以往的发光元件相比增大发光面积，能够实现输出的提高。
将n电极17与接触层14的接触面积设为S1，将接触层14与n层11的接触面积设为S2，S1/S2优选为1.02～5。这是因为进一步降低n电极17与n层11之间的电阻，进一步提高输出。更优选为1.05～3。
(n电极17的构成)
n电极17位于接触层14上。n电极17例如可以使用Ti/Al、V、V/Au、V/Al、V/Ti/Al、V/Ti/Au、Ni/Al等。n电极17被绝缘膜26覆盖。另外，在绝缘膜26的规定区域设置有孔24、25。孔24、25贯通绝缘膜26，在其底面分别露出p电极18、n电极17。
(接合电极的构成)
n侧接合电极20设置在绝缘膜26上，介由孔25与n电极17见解。p侧接合电极21设置在绝缘膜26上，介由孔24与p电极18接触。n侧接合电极20、p侧接合电极21例如由Au构成。
以上，实施例1的发光元件中，在n电极17与n层11之间设置接触层14，使接触层14与n电极17的接触面积比接触层14与n层11的接触面积宽。因此，能够降低n电极17与n层11之间的电阻。另外，能够使发光层12的面积的减少小，能够实现输出的提高。
接下来，参照附图对实施例1的发光元件的制造方法进行说明。
首先，在由蓝宝石构成的基板10上，通过MOCVD法依次层叠由AlN构成的缓冲层15、由n－AlGaN构成的n层11、发光层12、由p－AlGaN/p－GaN构成的p层13(参照图2(a))。
接下来，在p层13上的规定的区域通过溅射形成由ITO构成的透明电极16(参照图2(b))。
接下来，将p层13的规定区域干式蚀刻到n层11露出为止，形成孔22(参照图2(c))。
接下来，进行热处理，使透明电极16结晶化，进行低电阻化，并且进行p层13的Mg活化。
接下来，通过CVD法在元件上表面整面形成反射绝缘膜19。然后，对反射绝缘膜19的规定区域进行蚀刻而形成孔23(参照图3(a))。
接下来，在反射绝缘膜19上的规定区域形成由n－GaN构成的接触层14，介由孔23使接触层14与n层11接触(参照图3(b))。成膜使用溅射、MBE、PSD、MOCVD等。从防止因H2带来的p层13的失活的观点考虑，优选通过溅射进行成膜。另外，图案化使用干式蚀刻。
接下来，在接触层14上，使用蒸镀、溅射等方法形成n电极17(参照图3(c))。
接下来，对反射绝缘膜19的规定区域进行蚀刻而开口，在该开口露出的透明电极16上，使用蒸镀、溅射等方法形成p电极18(参照图4(a))。
接下来，进行热处理，改善p电极18与透明电极16以及n电极17与接触层14的接触。
接下来，以覆盖元件上表面整体的方式形成绝缘膜26。然后，对绝缘膜26的规定区域进行蚀刻而形成孔24、25。接下来，在绝缘膜26上的规定区域形成p侧接合电极21、n侧接合电极20(参照图4(a))。
接下来，研磨基板10背面，使其变薄，通过激光、断裂分割成各个元件。以上，制造出实施例1的发光元件。
(制造方法的变形例)实施例1的发光元件也可以如下制作。
首先，与实施例1同样地依次在基板10上层叠缓冲层15、n层11、发光层12、p层13。
接下来，将p层13的规定区域干式蚀刻到n层11露出为止，形成孔22。
接下来，通过CVD法形成在元件上表面整面形成反射绝缘膜19。然后，对反射绝缘膜19的规定区域进行蚀刻而形成孔23。
接下来，与实施例1同样地在反射绝缘膜19上的规定区域形成接触层14。
接下来，在接触层14上形成n电极17。
接下来，对反射绝缘膜19中的p层13上部的区域进行蚀刻而开口。然后，在该开口露出的p层13上形成透明电极16。
接下来，在透明电极16上形成p电极18。
接下来，进行热处理。实施例1中，为了透明电极16的低电阻化和电极的接触改善，需要进行2次热处理，但变形例中可以仅进行1次热处理。
接下来，与实施例1同样地形成绝缘膜26、孔24、25，形成p侧接合电极21、n侧接合电极20，进行元件分割。
产业上的可利用性
本发明的发光元件能够用于杀菌、消毒等。
Claims (5)
1.一种发光元件，其特征在于，在具有基板、位于所述基板上的n层、位于所述n层上的发光层、位于所述发光层上的p层、从所述p层表面到达所述n层的孔以及与在所述孔的底面露出的所述n层连接的n电极的、由III族氮化物半导体构成的紫外发光的发光元件中，所述n层由Al组成比为70％以上的n－AlGaN构成，在所述n层与所述n电极之间进一步具有由Al组成比小于所述n层的n－AlGaN构成的接触层，所述接触层与所述n层和所述n电极这两者接触，
所述n电极与所述接触层的接触面积比所述接触层与所述n层的接触面积宽。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，将所述n电极与所述接触层的接触面积设为S1，将所述接触层与所述n层的接触面积设为S2，S1/S2为1.02～5。
3.根据权利要求1或2所述的发光元件，其特征在于，所述接触层的上表面中与所述孔的上部相对应的区域的上表面位于比所述p层下表面更靠上方的位置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述接触层从所述p层的上部或所述孔的侧面遍及所述孔的底面形成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述接触层由n－GaN构成。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021140365A JP2023034227A (ja) | 2021-08-30 | 2021-08-30 | 発光素子 |
| JP2021-140365 | 2021-08-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115732602A true CN115732602A (zh) | 2023-03-03 |
Family
ID=85287276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211039261.5A Pending CN115732602A (zh) | 2021-08-30 | 2022-08-29 | 发光元件 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230060636A1 (zh) |
| JP (1) | JP2023034227A (zh) |
| CN (1) | CN115732602A (zh) |
-
2021
- 2021-08-30 JP JP2021140365A patent/JP2023034227A/ja active Pending
-
2022
- 2022-08-29 US US17/897,578 patent/US20230060636A1/en active Pending
- 2022-08-29 CN CN202211039261.5A patent/CN115732602A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230060636A1 (en) | 2023-03-02 |
| JP2023034227A (ja) | 2023-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9991424B2 (en) | Light-emitting diode and method for manufacturing same | |
| TWI392106B (zh) | 具縮減極化場之三族氮化物發光裝置 | |
| JP5037169B2 (ja) | 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP4954536B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3374737B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP2014067893A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 | |
| KR101337616B1 (ko) | 다수의 절연층이 적층된 산란 중심을 구비하는 발광 소자제조방법 및 그 발광 소자 | |
| KR20130058406A (ko) | 반도체 발광소자 | |
| JP2006310488A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子及びその製造方法 | |
| KR101981119B1 (ko) | 자외선 반도체 발광 소자 | |
| JP3951973B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| US8013353B2 (en) | Light-emitting element | |
| KR20140013249A (ko) | 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지 | |
| KR20050063493A (ko) | 웨이퍼 본딩을 이용한 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 | |
| JP2001291896A (ja) | 半導体発光素子 | |
| CN115732602A (zh) | 发光元件 | |
| KR101124470B1 (ko) | 반도체 발광소자 | |
| JP2011082248A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ | |
| JP3857417B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| US20230282769A1 (en) | Ultraviolet light emitting element and light emitting element package including the same | |
| JP6747308B2 (ja) | 発光素子 | |
| KR100661715B1 (ko) | 아일랜드(ｉｓｌａｎｄ )형상의 삽입층이 구비된 발광다이오드 및 이의 제조 방법 | |
| JP4188750B2 (ja) | 発光素子 | |
| KR102014172B1 (ko) | 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지 | |
| KR101478334B1 (ko) | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |