JP2000174341A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板を
用い、この基板の側を主発光面側とする発光素子におい
て、発光素子直上での配光特性を改善するとともに、発
光強度を高く保持することができる新規な構造を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 n型の窒化ガリウム系化合物半導体から
なる基板1とInを含む活性層3とを包含するダブルヘ
テロ構造を備え、前記基板1に接続される電極を有する
半導体発光素子において、前記基板1と前記活性層3と
の間に、電子濃度が1×1016cm-3未満である中間層
2を有する構成とすることによって、主発光面側に配置
される電極を不要とし主発光面側から均一な面発光を得
ることができる。
用い、この基板の側を主発光面側とする発光素子におい
て、発光素子直上での配光特性を改善するとともに、発
光強度を高く保持することができる新規な構造を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 n型の窒化ガリウム系化合物半導体から
なる基板1とInを含む活性層3とを包含するダブルヘ
テロ構造を備え、前記基板1に接続される電極を有する
半導体発光素子において、前記基板1と前記活性層3と
の間に、電子濃度が1×1016cm-3未満である中間層
2を有する構成とすることによって、主発光面側に配置
される電極を不要とし主発光面側から均一な面発光を得
ることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオードに利
用される半導体発光素子に係り、特に窒化ガリウム系化
合物半導体からなる基板を用いた窒化ガリウム系化合物
発光素子に関する。
用される半導体発光素子に係り、特に窒化ガリウム系化
合物半導体からなる基板を用いた窒化ガリウム系化合物
発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、可視光
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して多用されるようになっており、青色や緑色の発光ダ
イオードの分野での展開が進んでいる。
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して多用されるようになっており、青色や緑色の発光ダ
イオードの分野での展開が進んでいる。
【0003】可視光で発光可能な窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子は、基本的には、サファイアやSiC等
からなる基板の上にバッファ層を介して、n型クラッド
層と、発光層となるInGaNからなる活性層と、p型
クラッド層とを積層させたものが主流である。特に、近
来では、基板にサファイアを用い、有機金属気相成長法
により、GaNやAlN等からなる低温成長バッファ層
を介してダブルへテロ構造を成長させたものは、高輝度
で信頼性が高く、屋外用のパネルディスプレイ用発光ダ
イオード等に広く用いられるようになってきている。
半導体発光素子は、基本的には、サファイアやSiC等
からなる基板の上にバッファ層を介して、n型クラッド
層と、発光層となるInGaNからなる活性層と、p型
クラッド層とを積層させたものが主流である。特に、近
来では、基板にサファイアを用い、有機金属気相成長法
により、GaNやAlN等からなる低温成長バッファ層
を介してダブルへテロ構造を成長させたものは、高輝度
で信頼性が高く、屋外用のパネルディスプレイ用発光ダ
イオード等に広く用いられるようになってきている。
【0004】しかしながら、最近、GaNからなる基板
が作製されるようになり、これを用いた窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子がいくつか提案されるようになっ
てきている。例えば、特開平7−94784号公報に
は、GaNを基板とし基板の上にホモ接合構造、シング
ルヘテロ構造またはダブルヘテロ構造で構成されるp−
n接合を含む積層体を形成させた青色発光素子が開示さ
れている。この公報によれば、GaNを基板として用い
他の赤色発光ダイオード等と同様に対向する電極の間に
基板が存在する構造が可能となり、電極位置に対する制
約をなくすることができるとされている。
が作製されるようになり、これを用いた窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子がいくつか提案されるようになっ
てきている。例えば、特開平7−94784号公報に
は、GaNを基板とし基板の上にホモ接合構造、シング
ルヘテロ構造またはダブルヘテロ構造で構成されるp−
n接合を含む積層体を形成させた青色発光素子が開示さ
れている。この公報によれば、GaNを基板として用い
他の赤色発光ダイオード等と同様に対向する電極の間に
基板が存在する構造が可能となり、電極位置に対する制
約をなくすることができるとされている。
【0005】また、特開平10−150220号公報に
おいては、n型GaNからなる基板を用い、基板の側を
主発光面側とすることができる発光素子が開示されてい
る。
おいては、n型GaNからなる基板を用い、基板の側を
主発光面側とすることができる発光素子が開示されてい
る。
【0006】図2は、上記公報において示された従来の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面
図である。n型のGaNからなる基板11の上には、S
iがドープされたn型クラッド12層と、活性層13
と、Mgがドープされたp型クラッド層14とが順次積
層されており、基板11の積層面側でない一面の上の一
部にn側電極15が設けられ、p型クラッド層14の上
の全面にわたってp側電極16が設けられている。p側
電極16を下向きに実装することにより、n側電極を設
けた面の側を主発光面側とし、面発光を得ることができ
る。このような構成によれば、電流−光出力特性が改善
された安価な発光素子を提供することができるとされて
いる。さらに、例えば、GaNからなる基板11を用
い、n型クラッド層12をGaNで形成した場合のよう
に、基板11とn型クラッド層12の組成を一致させる
と、基板11とn型クラッド層12とが一体となり、製
造が容易となるとされている。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面
図である。n型のGaNからなる基板11の上には、S
iがドープされたn型クラッド12層と、活性層13
と、Mgがドープされたp型クラッド層14とが順次積
層されており、基板11の積層面側でない一面の上の一
部にn側電極15が設けられ、p型クラッド層14の上
の全面にわたってp側電極16が設けられている。p側
電極16を下向きに実装することにより、n側電極を設
けた面の側を主発光面側とし、面発光を得ることができ
る。このような構成によれば、電流−光出力特性が改善
された安価な発光素子を提供することができるとされて
いる。さらに、例えば、GaNからなる基板11を用
い、n型クラッド層12をGaNで形成した場合のよう
に、基板11とn型クラッド層12の組成を一致させる
と、基板11とn型クラッド層12とが一体となり、製
造が容易となるとされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す構造の発光
素子においては、GaNからなる基板11が活性層13
からの発光に対し透明であるので、基板11に設けたn
側電極15の側を主発光面とすることができる。このn
側電極15は、通常、ワイヤボンディング用のパッドと
して用いられるため、発光に対し透過性を有しない程度
の厚膜で形成される。
素子においては、GaNからなる基板11が活性層13
からの発光に対し透明であるので、基板11に設けたn
側電極15の側を主発光面とすることができる。このn
側電極15は、通常、ワイヤボンディング用のパッドと
して用いられるため、発光に対し透過性を有しない程度
の厚膜で形成される。
【0008】したがって、この電極の下の活性層13で
発せられ基板11の主発光面の側へ向かう光は、厚膜の
n側電極15で遮られてしまうこととなる。このため、
発光素子の上方のおける配光特性は、n側電極15を形
成した領域の上部で落ち込む凹状の分布となる。このよ
うな分布の配光特性は、発光素子直上で均一な配光特性
と高い発光強度を必要とする用途においては望ましくな
いという問題がある。
発せられ基板11の主発光面の側へ向かう光は、厚膜の
n側電極15で遮られてしまうこととなる。このため、
発光素子の上方のおける配光特性は、n側電極15を形
成した領域の上部で落ち込む凹状の分布となる。このよ
うな分布の配光特性は、発光素子直上で均一な配光特性
と高い発光強度を必要とする用途においては望ましくな
いという問題がある。
【0009】このような凹状の分布を回避しようとして
主発光面となる基板11の面積を大きくするためにn側
電極15のサイズを小さくすると、ワイヤボンディング
の作業が困難となるので、n側電極15のサイズを小さ
くすることは好ましくない。したがって、ボンディング
等の電気的接続の作業性を確保してもなお発光特性を改
善することができる発光素子が望まれている。
主発光面となる基板11の面積を大きくするためにn側
電極15のサイズを小さくすると、ワイヤボンディング
の作業が困難となるので、n側電極15のサイズを小さ
くすることは好ましくない。したがって、ボンディング
等の電気的接続の作業性を確保してもなお発光特性を改
善することができる発光素子が望まれている。
【0010】本発明において解決すべき課題は、窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる基板を用い、この基板の
側を主発光面側とする発光素子において、発光素子直上
での配光特性を改善するとともに、発光強度を高く保持
することができる新規な構造を提供することである。
リウム系化合物半導体からなる基板を用い、この基板の
側を主発光面側とする発光素子において、発光素子直上
での配光特性を改善するとともに、発光強度を高く保持
することができる新規な構造を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、基板の上
に積層させるダブルヘテロ構造の積層条件と電極の配置
について鋭意検討した結果、基板をダブルヘテロ構造を
構成するn型クラッド層として用い、活性層と基板との
間に特定の電子濃度の中間層を設けることにより、活性
層から均一な発光が得られ発光強度を高く保持すること
ができることが判った。そして、基板に接続させる電極
を基板の積層面側に配置することにより均一な面発光が
得られることを想到するに至った。
に積層させるダブルヘテロ構造の積層条件と電極の配置
について鋭意検討した結果、基板をダブルヘテロ構造を
構成するn型クラッド層として用い、活性層と基板との
間に特定の電子濃度の中間層を設けることにより、活性
層から均一な発光が得られ発光強度を高く保持すること
ができることが判った。そして、基板に接続させる電極
を基板の積層面側に配置することにより均一な面発光が
得られることを想到するに至った。
【0012】すなわち、本発明は、n型の窒化ガリウム
系化合物半導体からなる基板とInを含む活性層とを包
含するダブルヘテロ構造を備え、前記基板に接続される
電極を有する半導体発光素子であって、前記基板と前記
活性層との間に、電子濃度が1×1016cm-3未満であ
る中間層を有することを特徴とする。
系化合物半導体からなる基板とInを含む活性層とを包
含するダブルヘテロ構造を備え、前記基板に接続される
電極を有する半導体発光素子であって、前記基板と前記
活性層との間に、電子濃度が1×1016cm-3未満であ
る中間層を有することを特徴とする。
【0013】また、本発明においては、前記電極は、前
記ダブルヘテロ構造の表面側からその一部を除去させて
露出された前記基板の表面に直接接して設けられている
ことを特徴とする。
記ダブルヘテロ構造の表面側からその一部を除去させて
露出された前記基板の表面に直接接して設けられている
ことを特徴とする。
【0014】このような構成によれば、基板の側を主発
光面側とする発光素子において、発光素子直上での配光
特性を改善することができるとともに、発光強度を高く
保持することが可能となる。
光面側とする発光素子において、発光素子直上での配光
特性を改善することができるとともに、発光強度を高く
保持することが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、n型の
窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板とInを含む
活性層とを包含するダブルヘテロ構造を備え、前記基板
に接続される電極を有する半導体発光素子であって、前
記基板と前記活性層との間に、電子濃度が1×1016c
m-3未満である中間層を有することを特徴とするもので
あり、n型の基板をn型クラッド層として機能させ、基
板と中間層との界面において電子を面内で広げやすくす
るという作用を有する。
窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板とInを含む
活性層とを包含するダブルヘテロ構造を備え、前記基板
に接続される電極を有する半導体発光素子であって、前
記基板と前記活性層との間に、電子濃度が1×1016c
m-3未満である中間層を有することを特徴とするもので
あり、n型の基板をn型クラッド層として機能させ、基
板と中間層との界面において電子を面内で広げやすくす
るという作用を有する。
【0016】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記中間層は、その厚さが10nm以
上で100nm以下の範囲にあることを特徴とするもの
であり、動作電圧の増大を抑えつつ中間層の結晶性を良
好に保つことができるという作用を有する。
の発明において、前記中間層は、その厚さが10nm以
上で100nm以下の範囲にあることを特徴とするもの
であり、動作電圧の増大を抑えつつ中間層の結晶性を良
好に保つことができるという作用を有する。
【0017】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記中間層は、アンドープのGaNか
らなることを特徴とするものであり、中間層を結晶性の
良好なものとすることができるという作用を有する。
の発明において、前記中間層は、アンドープのGaNか
らなることを特徴とするものであり、中間層を結晶性の
良好なものとすることができるという作用を有する。
【0018】請求項4に記載の発明は、請求項1から3
のいずれかに記載の発明において、前記電極は、前記ダ
ブルヘテロ構造の表面側からその一部を除去させて露出
された前記基板の表面に直接接して設けられていること
を特徴とするものであり、基板の側を主発光面側とし均
一な面発光が得られるという作用を有する。
のいずれかに記載の発明において、前記電極は、前記ダ
ブルヘテロ構造の表面側からその一部を除去させて露出
された前記基板の表面に直接接して設けられていること
を特徴とするものであり、基板の側を主発光面側とし均
一な面発光が得られるという作用を有する。
【0019】以下に、本発明の実施の形態の具体例を、
図1を参照しながら説明する。 (実施の形態1)図1に、本発明の一実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面
図を示す。
図1を参照しながら説明する。 (実施の形態1)図1に、本発明の一実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面
図を示す。
【0020】図1において、n型のGaNからなる基板
1の上に、GaNからなる中間層2と、InGaNから
なる活性層3と、GaNからなる第一p型クラッド層4
と、AlGaNからなる第二p型クラッド層5と、In
GaNからなるp型コンタクト層6とが、が順次積層さ
れている。p型コンタクト層6の表面上にはp側電極7
が形成されており、p型コンタクト層6の表面側から、
p型コンタクト層6と第二p型クラッド層5と第一p型
クラッド層4と活性層3とn型クラッド層2と基板1の
一部をエッチングにより除去して露出された基板1の表
面上に、n側電極8が形成されている。
1の上に、GaNからなる中間層2と、InGaNから
なる活性層3と、GaNからなる第一p型クラッド層4
と、AlGaNからなる第二p型クラッド層5と、In
GaNからなるp型コンタクト層6とが、が順次積層さ
れている。p型コンタクト層6の表面上にはp側電極7
が形成されており、p型コンタクト層6の表面側から、
p型コンタクト層6と第二p型クラッド層5と第一p型
クラッド層4と活性層3とn型クラッド層2と基板1の
一部をエッチングにより除去して露出された基板1の表
面上に、n側電極8が形成されている。
【0021】基板1には、活性層3よりもバンドギャッ
プの大きいn型窒化ガリウム系化合物半導体を使用する
ことができる。中でも、製造が比較的容易で、かつ比較
的結晶性の良好なものが得られるGaNからなるものを
使用することが好ましい。基板1にはSiやGe等のn
型不純物がドープされて、その電子濃度を1×1017c
m-3から1×1019cm-3の範囲に制御されたものを用
いる。電子濃度が1×1017cm-3よりも低くなると、
抵抗率が高くなり基板1に注入された電子が基板1で広
がりにくくなる傾向にあるからであり、1×1019cm
-3よりも高くなると、n型不純物を高濃度にドープした
ことに起因して基板1の結晶性が悪くなる傾向にあるか
らである。
プの大きいn型窒化ガリウム系化合物半導体を使用する
ことができる。中でも、製造が比較的容易で、かつ比較
的結晶性の良好なものが得られるGaNからなるものを
使用することが好ましい。基板1にはSiやGe等のn
型不純物がドープされて、その電子濃度を1×1017c
m-3から1×1019cm-3の範囲に制御されたものを用
いる。電子濃度が1×1017cm-3よりも低くなると、
抵抗率が高くなり基板1に注入された電子が基板1で広
がりにくくなる傾向にあるからであり、1×1019cm
-3よりも高くなると、n型不純物を高濃度にドープした
ことに起因して基板1の結晶性が悪くなる傾向にあるか
らである。
【0022】このn型の基板1がダブルヘテロ構造を構
成するn型クラッド層として機能する。
成するn型クラッド層として機能する。
【0023】中間層2には、活性層3よりもバンドギャ
ップの大きいn型の窒化ガリウム系化合物半導体を用い
ることができ、その電子濃度を1×1016cm-3未満に
調整したものを用いる。中間層2の電子濃度を1×10
16cm-3未満に特定することで、基板1との電子濃度の
差、すなわち抵抗率の差を大きくとることができ、基板
1と中間層2との界面において、基板1の中の電子が面
内で十分に広がり、これにより活性層3への均一な電子
の注入が実現できるため、活性層3における発光分布が
均一となり、その結果、基板1の側の主発光面で均一な
面発光が得られるからである。
ップの大きいn型の窒化ガリウム系化合物半導体を用い
ることができ、その電子濃度を1×1016cm-3未満に
調整したものを用いる。中間層2の電子濃度を1×10
16cm-3未満に特定することで、基板1との電子濃度の
差、すなわち抵抗率の差を大きくとることができ、基板
1と中間層2との界面において、基板1の中の電子が面
内で十分に広がり、これにより活性層3への均一な電子
の注入が実現できるため、活性層3における発光分布が
均一となり、その結果、基板1の側の主発光面で均一な
面発光が得られるからである。
【0024】なお、中間層2にSiやGe等のn型不純
物を意図的に少量ドープして、電子濃度を制御すること
も可能である。
物を意図的に少量ドープして、電子濃度を制御すること
も可能である。
【0025】中間層2には、GaNやAlGaN等を用
いることができるが、基板1にGaNを用いる場合に
は、アンドープのGaNを用いることが最も望ましい。
窒化ガリウム系化合物半導体は、GaNからなる基板1
の上にアンドープで形成させたGaNは結晶性が良好で
あり、この上に形成する活性層3の結晶性も向上するか
らである。
いることができるが、基板1にGaNを用いる場合に
は、アンドープのGaNを用いることが最も望ましい。
窒化ガリウム系化合物半導体は、GaNからなる基板1
の上にアンドープで形成させたGaNは結晶性が良好で
あり、この上に形成する活性層3の結晶性も向上するか
らである。
【0026】本発明者らの知見によれば、GaNからな
る基板1の上に形成するGaNは、アンドープの状態で
比較的高抵抗のn型の導電性を示すが、その厚さを10
nm以上で100nm以下の範囲に特定し肉薄の層とし
て形成することにより、この層の形成によるシリーズ抵
抗の過剰な増大を防止することができ、発光素子の動作
電圧の上昇を抑えつつ活性層における発光の均一性を向
上させることができる。
る基板1の上に形成するGaNは、アンドープの状態で
比較的高抵抗のn型の導電性を示すが、その厚さを10
nm以上で100nm以下の範囲に特定し肉薄の層とし
て形成することにより、この層の形成によるシリーズ抵
抗の過剰な増大を防止することができ、発光素子の動作
電圧の上昇を抑えつつ活性層における発光の均一性を向
上させることができる。
【0027】活性層3には、Inを含み、基板1、中間
層2、第一p型クラッド層4、第二p型クラッド層5の
バンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する窒
化ガリウム系化合物半導体を用いることができる。特
に、Alを含まないInGaNを用いると、青色から緑
色の波長域での発光強度を高くすることができる。さら
に、膜厚を100nmよりも薄くして単一量子井戸構造
とすると、活性層3の結晶性を高めることができ、発光
効率をより一層高めることができる。
層2、第一p型クラッド層4、第二p型クラッド層5の
バンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する窒
化ガリウム系化合物半導体を用いることができる。特
に、Alを含まないInGaNを用いると、青色から緑
色の波長域での発光強度を高くすることができる。さら
に、膜厚を100nmよりも薄くして単一量子井戸構造
とすると、活性層3の結晶性を高めることができ、発光
効率をより一層高めることができる。
【0028】また、活性層3は、膜厚を100nmより
も薄いInGaNからなる量子井戸層と、この量子井戸
層よりもバンドギャップの大きいInGaN、GaN等
からなる障壁層とを交互に積層させた多重量子井戸構造
とすることもできる。
も薄いInGaNからなる量子井戸層と、この量子井戸
層よりもバンドギャップの大きいInGaN、GaN等
からなる障壁層とを交互に積層させた多重量子井戸構造
とすることもできる。
【0029】第一p型クラッド層4には、活性層3より
もバンドギャップの大きい窒化ガリウム系化合物半導体
を用いることができる。特に、GaNを用いると、活性
層3との界面の結晶性を良好に保つことができるので、
好ましい。
もバンドギャップの大きい窒化ガリウム系化合物半導体
を用いることができる。特に、GaNを用いると、活性
層3との界面の結晶性を良好に保つことができるので、
好ましい。
【0030】第一p型クラッド層4にはp型不純物がド
ープされて、導電型をp型とされる。このp型不純物の
ドープは、結晶成長時にp型不純物の原料ガスを流すこ
とで実現することもできるが、第一p型クラッド層4の
上に成長させる第二p型クラッド層5にドープさせたp
型不純物を第一p型クラッド層4に拡散させてドープす
ると、結晶性の低下を抑制し発光効率を高めることがで
きる。
ープされて、導電型をp型とされる。このp型不純物の
ドープは、結晶成長時にp型不純物の原料ガスを流すこ
とで実現することもできるが、第一p型クラッド層4の
上に成長させる第二p型クラッド層5にドープさせたp
型不純物を第一p型クラッド層4に拡散させてドープす
ると、結晶性の低下を抑制し発光効率を高めることがで
きる。
【0031】第一p型クラッド層4の層厚は、30nm
以上60nm以下の範囲とすることが好ましい。
以上60nm以下の範囲とすることが好ましい。
【0032】第二p型クラッド層5には、活性層3より
もバンドギャップの大きい窒化ガリウム系化合物半導体
を用いることができる。特に、第一p型クラッド層より
もバンドギャップの大きいAlGaNを用いると、活性
層3への電子の閉じ込めを効率的に行うことができ、発
光効率を高くすることができるので好ましい。さらに、
第一p型クラッド層4と接する側からp型コンタクト層
6に接する側にかけて、Al組成が収斂するように組成
を傾斜させて変化させた構造とすると、発光効率を高く
することができるとともに、動作電圧を低減することが
できるので好ましい。
もバンドギャップの大きい窒化ガリウム系化合物半導体
を用いることができる。特に、第一p型クラッド層より
もバンドギャップの大きいAlGaNを用いると、活性
層3への電子の閉じ込めを効率的に行うことができ、発
光効率を高くすることができるので好ましい。さらに、
第一p型クラッド層4と接する側からp型コンタクト層
6に接する側にかけて、Al組成が収斂するように組成
を傾斜させて変化させた構造とすると、発光効率を高く
することができるとともに、動作電圧を低減することが
できるので好ましい。
【0033】第二p型クラッド層5の層厚は、0.03
μm以上0.3μm以下の範囲とすることが好ましい。
μm以上0.3μm以下の範囲とすることが好ましい。
【0034】p型コンタクト層6には、GaNやInG
aN、AlGaNを用いることができるが、p側電極7
との接触抵抗を小さくできるGaNやInGaNを用い
ることが好ましい。特に、組成傾斜させたAlGaNか
らなる第二p型クラッド層5とInGaNからなるp型
コンタクト層6とを組み合わせて用いると、発光効率の
向上と動作電圧の低減を同時に効果的に行うことができ
る。
aN、AlGaNを用いることができるが、p側電極7
との接触抵抗を小さくできるGaNやInGaNを用い
ることが好ましい。特に、組成傾斜させたAlGaNか
らなる第二p型クラッド層5とInGaNからなるp型
コンタクト層6とを組み合わせて用いると、発光効率の
向上と動作電圧の低減を同時に効果的に行うことができ
る。
【0035】p型コンタクト層6の層厚は、0.02μ
m以上0.2μm以下の範囲とすることが好ましい。
m以上0.2μm以下の範囲とすることが好ましい。
【0036】第一p型クラッド層4、第二p型クラッド
層5、およびp型コンタクト層6にドープされるp型不
純物には、Mg、Zn、Cd,C等を用いることができ
るが、比較的容易にp型とすることができるMgを用い
ることが好ましい。
層5、およびp型コンタクト層6にドープされるp型不
純物には、Mg、Zn、Cd,C等を用いることができ
るが、比較的容易にp型とすることができるMgを用い
ることが好ましい。
【0037】p側電極7には、AuやNi、Pt、P
d、Mg等の単体金属、あるいはそれらの合金や積層構
造を用いることができる。特に、発光波長に対する反射
率が高いPt,Mg等の金属を用いると、活性層3から
p側電極7の側へ向かう光を反射させて、基板1の側か
ら取り出すことができるので、発光強度向上の面で好ま
しい。
d、Mg等の単体金属、あるいはそれらの合金や積層構
造を用いることができる。特に、発光波長に対する反射
率が高いPt,Mg等の金属を用いると、活性層3から
p側電極7の側へ向かう光を反射させて、基板1の側か
ら取り出すことができるので、発光強度向上の面で好ま
しい。
【0038】n側電極8は、基板1の上に形成された中
間層2、活性層3、第一p型クラッド層4、第二p型ク
ラッド層5およびp型コンタクト層6からなる積層構造
の表面側からこれらの一部を除去させて露出させた基板
1の表面に直接接して形成される。n側電極8をこのよ
うに配置する構成とすることにより、基板1の前記積層
構造を形成していない面側を主発光面とすることがで
き、上記した中間層2と基板1との界面における電流広
がり効果により、この主発光面において均一な面発光が
得られる。
間層2、活性層3、第一p型クラッド層4、第二p型ク
ラッド層5およびp型コンタクト層6からなる積層構造
の表面側からこれらの一部を除去させて露出させた基板
1の表面に直接接して形成される。n側電極8をこのよ
うに配置する構成とすることにより、基板1の前記積層
構造を形成していない面側を主発光面とすることがで
き、上記した中間層2と基板1との界面における電流広
がり効果により、この主発光面において均一な面発光が
得られる。
【0039】n側電極8には、AlやTi等の単体金
属、またはAlやTi、Au、Ni、V、Cr等を含む
合金、若しくはそれらの積層構造を用いることができ
る。
属、またはAlやTi、Au、Ni、V、Cr等を含む
合金、若しくはそれらの積層構造を用いることができ
る。
【0040】
【実施例】以下、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子の製造方法の具体例について図面を参照しなが
ら説明する。以下の実施例は、主として有機金属気相成
長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を
示すものであるが、成長方法はこれに限定されるもので
はなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタ
キシー法等を用いることも可能である。
発光素子の製造方法の具体例について図面を参照しなが
ら説明する。以下の実施例は、主として有機金属気相成
長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を
示すものであるが、成長方法はこれに限定されるもので
はなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタ
キシー法等を用いることも可能である。
【0041】(実施例)本実施例においては、図1に示
す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
【0042】まず、表面を鏡面に仕上げられたGaNか
らなる基板1を反応管内の基板ホルダーに載置した後、
基板1の表面温度を1100℃に10分間保ち、水素ガ
スを流しながら基板を加熱することにより、基板1の表
面に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くため
のクリーニングを行った。
らなる基板1を反応管内の基板ホルダーに載置した後、
基板1の表面温度を1100℃に10分間保ち、水素ガ
スを流しながら基板を加熱することにより、基板1の表
面に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くため
のクリーニングを行った。
【0043】続いて、基板1の表面温度を1100℃に
5分間保ち、水素ガスと窒素ガスとアンモニアとを流し
ながら、基板1の表面の結晶性を向上させる。
5分間保ち、水素ガスと窒素ガスとアンモニアとを流し
ながら、基板1の表面の結晶性を向上させる。
【0044】次に、基板1の表面温度を1050℃にま
で降下させた後、主キャリアガスとして窒素ガスと水素
ガスを流しながら、トリメチルガリウム(TMG)を含
むTMG用のキャリアガスと、を流しながら成長させ
て、アンドープのGaNからなる中間層2を50mの厚
さで成長させた。この中間層2の電子濃度は6×1015
cm-3であった。
で降下させた後、主キャリアガスとして窒素ガスと水素
ガスを流しながら、トリメチルガリウム(TMG)を含
むTMG用のキャリアガスと、を流しながら成長させ
て、アンドープのGaNからなる中間層2を50mの厚
さで成長させた。この中間層2の電子濃度は6×1015
cm-3であった。
【0045】中間層2を成長後、TMG用のキャリアガ
スを止め、基板温度を750℃にまで降下させ、750
℃において、主キャリアガスとして窒素ガスを流し、新
たにTMG用のキャリアガスと、TMI用のキャリアガ
スと、を流しながらアンドープのIn0.2Ga0.8
Nからなる単一量子井戸構造の活性層3を3nmの厚さ
で成長させた。
スを止め、基板温度を750℃にまで降下させ、750
℃において、主キャリアガスとして窒素ガスを流し、新
たにTMG用のキャリアガスと、TMI用のキャリアガ
スと、を流しながらアンドープのIn0.2Ga0.8
Nからなる単一量子井戸構造の活性層3を3nmの厚さ
で成長させた。
【0046】活性層3を成長後、TMI用のキャリアガ
スを止め、TMG用のキャリアガスを流しながら基板温
度を1050℃に向けて昇温させながら、引き続きアン
ドープのGaNを4nmの厚さで成長させ、基板温度が
1050℃に達したら、新たに主キャリアガスとしての
窒素ガスと水素ガスと、TMA用のキャリアガスと、M
g源であるCp2Mg用のキャリアガスと、を流しなが
ら成長させて、MgをドープさせたAlGaNからなる
第二p型クラッド層5を0.1μmの厚さで成長させ
る。このAlGaNの成長時には、TMA用のキャリア
ガスを時間とともにリニアに減少させつつ、TMG用の
キャリアガスを時間とともにリニアに増加させて、組成
がAl0.15Ga0.85NからAl0.01Ga
0.99Nまで変化した傾斜組成AlGaNとして第二
p型クラッド層5を成長させた。
スを止め、TMG用のキャリアガスを流しながら基板温
度を1050℃に向けて昇温させながら、引き続きアン
ドープのGaNを4nmの厚さで成長させ、基板温度が
1050℃に達したら、新たに主キャリアガスとしての
窒素ガスと水素ガスと、TMA用のキャリアガスと、M
g源であるCp2Mg用のキャリアガスと、を流しなが
ら成長させて、MgをドープさせたAlGaNからなる
第二p型クラッド層5を0.1μmの厚さで成長させ
る。このAlGaNの成長時には、TMA用のキャリア
ガスを時間とともにリニアに減少させつつ、TMG用の
キャリアガスを時間とともにリニアに増加させて、組成
がAl0.15Ga0.85NからAl0.01Ga
0.99Nまで変化した傾斜組成AlGaNとして第二
p型クラッド層5を成長させた。
【0047】この後、TMG用のキャリアガスとTMA
用のキャリアガスとを止め、基板温度を1050℃に保
持し、MgをドープさせたAlGaNからアンドープで
形成したGaNにMgを拡散させ、第一p型クラッド層
4を形成させた。
用のキャリアガスとを止め、基板温度を1050℃に保
持し、MgをドープさせたAlGaNからアンドープで
形成したGaNにMgを拡散させ、第一p型クラッド層
4を形成させた。
【0048】第一p型クラッド層4および第二p型クラ
ッド層5を形成後、基板温度を800℃にまで降下さ
せ、800℃において、新たにTMG用のキャリアガス
と、TMI用のキャリアガスと、Cp2Mg用のキャリ
アガスと、を流しながら成長させて、Mgをドープさせ
たIn0.05Ga0.95Nからなるp型コンタクト
層6を0.1μmの厚さで成長させた。
ッド層5を形成後、基板温度を800℃にまで降下さ
せ、800℃において、新たにTMG用のキャリアガス
と、TMI用のキャリアガスと、Cp2Mg用のキャリ
アガスと、を流しながら成長させて、Mgをドープさせ
たIn0.05Ga0.95Nからなるp型コンタクト
層6を0.1μmの厚さで成長させた。
【0049】p型コンタクト層6を成長後、TMG用の
キャリアガスとTMI用のキャリアガスとCp2Mg用
のキャリアガスとを止め、主キャリアガスとアンモニア
をそのまま流しながら室温程度にまで冷却させて、ウェ
ハーを反応管から取り出した。
キャリアガスとTMI用のキャリアガスとCp2Mg用
のキャリアガスとを止め、主キャリアガスとアンモニア
をそのまま流しながら室温程度にまで冷却させて、ウェ
ハーを反応管から取り出した。
【0050】次に、p型コンタクト層6の表面上にCV
D法によりSiO2膜を堆積させた後、フォトリソグラ
フィにより所定の形状にパターンニングしてエッチング
用のマスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチ
ング法により、p型コンタクト層6と第二p型クラッド
層5と第一p型クラッド層4と活性層3とn型クラッド
層2と基板1の一部を約0.4μmの深さで積層方向と
逆の方向に向かって除去させて、基板1の表面を露出さ
せた。そして、フォトリソグラフィーと蒸着法により露
出させた基板1の表面上にAlからなるn側電極8を蒸
着形成させた。さらに、同様にしてp型コンタクト層6
の表面上にPtとAuとからなるp側電極7を蒸着形成
させた。
D法によりSiO2膜を堆積させた後、フォトリソグラ
フィにより所定の形状にパターンニングしてエッチング
用のマスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチ
ング法により、p型コンタクト層6と第二p型クラッド
層5と第一p型クラッド層4と活性層3とn型クラッド
層2と基板1の一部を約0.4μmの深さで積層方向と
逆の方向に向かって除去させて、基板1の表面を露出さ
せた。そして、フォトリソグラフィーと蒸着法により露
出させた基板1の表面上にAlからなるn側電極8を蒸
着形成させた。さらに、同様にしてp型コンタクト層6
の表面上にPtとAuとからなるp側電極7を蒸着形成
させた。
【0051】この後、基板1の裏面を研磨して100μ
m程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に分
離した。このようにして、図1に示す窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子が得られた。
m程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に分
離した。このようにして、図1に示す窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子が得られた。
【0052】この発光素子を、電極形成面側を下向きに
して、正負一対の電極を有するSiダイオードの上にA
uバンプにより接着させた。このとき、発光素子のp側
電極7およびn側電極8が、それぞれSiダイオードの
負電極および正電極と接続されるようして発光素子を搭
載する。この後、発光素子を搭載させたSiダイオード
を、Agペーストによりステム上に載置し、Siダイオ
ードの正電極をステム上の電極にワイヤで結線し、その
後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この発
光ダイオードを20mAの順方向電流で駆動したとこ
ろ、ピーク発光波長470nmの青色で発光し、基板1
の側から均一な面発光が得られた。このときの発光出力
は1.0mWであり、順方向動作電圧は3.45Vであ
った。
して、正負一対の電極を有するSiダイオードの上にA
uバンプにより接着させた。このとき、発光素子のp側
電極7およびn側電極8が、それぞれSiダイオードの
負電極および正電極と接続されるようして発光素子を搭
載する。この後、発光素子を搭載させたSiダイオード
を、Agペーストによりステム上に載置し、Siダイオ
ードの正電極をステム上の電極にワイヤで結線し、その
後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この発
光ダイオードを20mAの順方向電流で駆動したとこ
ろ、ピーク発光波長470nmの青色で発光し、基板1
の側から均一な面発光が得られた。このときの発光出力
は1.0mWであり、順方向動作電圧は3.45Vであ
った。
【0053】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、窒化ガリ
ウム系化合物半導体からなる基板を用い、この基板の側
を主発光面側とする発光素子において、発光素子直上で
の配光特性を改善するとともに、発光強度を高く保持す
ることができるので、発光素子直上で均一な配光分布が
望まれる表面実装型発光ダイオードや発光素子を基板上
に複数配列させたライン状光源などの用途に好適に用い
ることができる。
ウム系化合物半導体からなる基板を用い、この基板の側
を主発光面側とする発光素子において、発光素子直上で
の配光特性を改善するとともに、発光強度を高く保持す
ることができるので、発光素子直上で均一な配光分布が
望まれる表面実装型発光ダイオードや発光素子を基板上
に複数配列させたライン状光源などの用途に好適に用い
ることができる。
【0054】また、発光素子直上での発光強度を高く保
持することができるので、従来の砲弾形状の樹脂レンズ
付き発光ダイオードにも用いることができる。
持することができるので、従来の砲弾形状の樹脂レンズ
付き発光ダイオードにも用いることができる。
【0055】さらに、n側電極の配置とn型クラッド層
の電子濃度の条件を特定することにより、n型の基板と
n型クラッド層における電流広がりが確保されるので、
n側電極のサイズを小さくすることが可能となる。この
ため、Auバンプ等による電気的接続を用いることがで
きるので、電極サイズによるワイヤボンディング等の作
業性の制約が解消され、電気的接続の作業性が確保され
る。
の電子濃度の条件を特定することにより、n型の基板と
n型クラッド層における電流広がりが確保されるので、
n側電極のサイズを小さくすることが可能となる。この
ため、Auバンプ等による電気的接続を用いることがで
きるので、電極サイズによるワイヤボンディング等の作
業性の制約が解消され、電気的接続の作業性が確保され
る。
【0056】また、中間層を層厚が薄いので、積層構造
の成長時間を短くすることができ、製造コストの低減に
も寄与することができる。
の成長時間を短くすることができ、製造コストの低減に
も寄与することができる。
【図1】本発明の一実施の形態に係る窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図
合物半導体発光素子の構造を示す断面図
【図2】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
構造を示す断面図
構造を示す断面図
1 基板(n型クラッド層) 2 中間層 3 活性層 4 第一p型クラッド層 5 第二p型クラッド層 6 p型コンタクト層 7 p側電極 8 n側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 AA04 AA05 CA04 CA05 CA12 CA13 CA33 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA65 CA66 CA74 CA76 CA83 CA92 DA02 DA04 DA07 DA19 DA41 DB01 FF01 5F073 AA44 AA73 AA74 AA77 CA07 CB02 CB05 CB13 CB14 DA05 DA06 EA07 EA24
Claims (4)
- 【請求項1】n型の窒化ガリウム系化合物半導体からな
る基板とInを含む活性層とを包含するダブルヘテロ構
造を備え、前記基板に接続される電極を有する半導体発
光素子であって、前記基板と前記活性層との間に、電子
濃度が1×10 16cm-3未満である中間層を有すること
を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項2】前記中間層は、その厚さが10nm以上で
100nm以下の範囲にあることを特徴とする請求項1
記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項3】前記中間層は、アンドープのGaNからな
ることを特徴とする請求項1記載の窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子。 - 【請求項4】前記電極は、前記ダブルヘテロ構造の表面
側からその一部を除去させて露出された前記基板の表面
に直接接して設けられていることを特徴とする請求項1
から3のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34807898A JP2000174341A (ja) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34807898A JP2000174341A (ja) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000174341A true JP2000174341A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=18394605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34807898A Pending JP2000174341A (ja) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000174341A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003046127A (ja) * | 2001-05-23 | 2003-02-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体発光素子 |
US6936859B1 (en) | 1998-05-13 | 2005-08-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound |
WO2005091385A1 (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 半導体発光素子及び照明装置 |
WO2008081566A1 (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Nec Corporation | 電極構造、半導体素子、およびそれらの製造方法 |
JP2009033211A (ja) * | 2008-11-12 | 2009-02-12 | Panasonic Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
JP2019036629A (ja) * | 2017-08-15 | 2019-03-07 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 深紫外発光ダイオードおよびそれを備える電気機器 |
CN112768576A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-07 | 天津三安光电有限公司 | 一种发光二极管及制备方法 |
-
1998
- 1998-12-08 JP JP34807898A patent/JP2000174341A/ja active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7109529B2 (en) | 1998-05-13 | 2006-09-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound |
JP2003046127A (ja) * | 2001-05-23 | 2003-02-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体発光素子 |
WO2005091385A1 (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 半導体発光素子及び照明装置 |
US8076679B2 (en) | 2004-03-19 | 2011-12-13 | Panasonic Corporation | Nitride-based semiconductor light-emitting diode and illuminating device |
JPWO2008081566A1 (ja) * | 2006-12-28 | 2010-04-30 | 日本電気株式会社 | 電極構造、半導体素子、およびそれらの製造方法 |
WO2008081566A1 (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Nec Corporation | 電極構造、半導体素子、およびそれらの製造方法 |
US8169078B2 (en) | 2006-12-28 | 2012-05-01 | Renesas Electronics Corporation | Electrode structure, semiconductor element, and methods of manufacturing the same |
US8304335B2 (en) | 2006-12-28 | 2012-11-06 | Renesas Electronics Corporation | Electrode structure, semiconductor element, and methods of manufacturing the same |
JP2009033211A (ja) * | 2008-11-12 | 2009-02-12 | Panasonic Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
JP2019036629A (ja) * | 2017-08-15 | 2019-03-07 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 深紫外発光ダイオードおよびそれを備える電気機器 |
CN112768576A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-07 | 天津三安光电有限公司 | 一种发光二极管及制备方法 |
CN112768576B (zh) * | 2021-01-25 | 2022-04-12 | 天津三安光电有限公司 | 一种发光二极管及制备方法 |
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---|---|---|---|
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