JP2002016288A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子Info
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- JP2002016288A JP2002016288A JP2000192292A JP2000192292A JP2002016288A JP 2002016288 A JP2002016288 A JP 2002016288A JP 2000192292 A JP2000192292 A JP 2000192292A JP 2000192292 A JP2000192292 A JP 2000192292A JP 2002016288 A JP2002016288 A JP 2002016288A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 III族窒化物系化合物半導体発光素子の発光
観察面における均一発光を達成する。 【構成】 透光性電極を絶縁部で区切って複数の電流拡
散経路を形成して各電流拡散経路の抵抗を区切る前のプ
レーンな透光性電極自体より高くする。これにより、電
流拡散経路の電流は当該電流拡散経路から半導体層側へ
流れ込み易くなり、電流は一極に集中することなく半導
体層の全面へ均等に分配される。
観察面における均一発光を達成する。 【構成】 透光性電極を絶縁部で区切って複数の電流拡
散経路を形成して各電流拡散経路の抵抗を区切る前のプ
レーンな透光性電極自体より高くする。これにより、電
流拡散経路の電流は当該電流拡散経路から半導体層側へ
流れ込み易くなり、電流は一極に集中することなく半導
体層の全面へ均等に分配される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はIII族窒化物系化合物半
導体発光素子に関する。
導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】III族窒化物系化合物半導体は発光ダイ
オード等の発光素子に用いられる。かかる発光素子で
は、例えばサファイア製の基板表面に素子機能を有する
III族窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長さ
せた構成である。発光ダイオードを例にとれば、基板の
上にｎ型クラット層＼発光層＼ｐ型クラッド層を順次積
層した構成である。サファイア基板は絶縁性であるた
め、正電極及び負電極を一の面側から取り出す必要があ
る。負電極（ｎ型台座電極）を設けるために、ｎ型クラ
ッド層の下にはコンタクト層が形成され、その一部がエ
ッチングにより表出される。ｐ型のIII族窒化物系化合
物半導体層は一般に高抵抗であるため、ｐ型クラッド層
の上に正電極（ｐ型台座電極）を設けただけではｐ型ク
ラッド層の全域に電流が分散されない。そこで従来か
ら、ｐ型クラッド層のほぼ全面に透光性電極を貼着して
いる。又、かかる透光性電極とp型クラッド層との間に
ｐ型コンタクト層を設けている場合もある。これによ
り、ｐ型台座電極の電流が透光性電極を介してｐ型半導
体層の全域へ注入されるようにしていた。
オード等の発光素子に用いられる。かかる発光素子で
は、例えばサファイア製の基板表面に素子機能を有する
III族窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長さ
せた構成である。発光ダイオードを例にとれば、基板の
上にｎ型クラット層＼発光層＼ｐ型クラッド層を順次積
層した構成である。サファイア基板は絶縁性であるた
め、正電極及び負電極を一の面側から取り出す必要があ
る。負電極（ｎ型台座電極）を設けるために、ｎ型クラ
ッド層の下にはコンタクト層が形成され、その一部がエ
ッチングにより表出される。ｐ型のIII族窒化物系化合
物半導体層は一般に高抵抗であるため、ｐ型クラッド層
の上に正電極（ｐ型台座電極）を設けただけではｐ型ク
ラッド層の全域に電流が分散されない。そこで従来か
ら、ｐ型クラッド層のほぼ全面に透光性電極を貼着して
いる。又、かかる透光性電極とp型クラッド層との間に
ｐ型コンタクト層を設けている場合もある。これによ
り、ｐ型台座電極の電流が透光性電極を介してｐ型半導
体層の全域へ注入されるようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の観察によれば、従来の技術ではｐ型半導体層におい
て電流密度は均一とならず、その結果発光層における電
流密度に差異が生じて、発光観察面（透光性電極側）に
明るい部分と暗い部分とが生じていた。特に、チップの
径が大きくなるとこのような明るい部分と暗い部分との
コントラストが無視できない程度となる。本発明者はこ
のような不均一発光の原因を探るため鋭意検討を重ねて
きた結果、ｎ型コンタクト層の電気抵抗の影響に思い至
った。即ち、水のように流れ易きに流れるという電流の
性質に鑑みれば、透光性電極に注入された電流も最も電
気抵抗の小さい部分に流れることとなる。一方、透光性
電極に比べてｎ型コンタクト層は抵抗率が高い。ｎ型コ
ンタクト層においてはｎ型台座電極から離れれば離れる
ほど抵抗が大きくなので、透光性電極から注入された電
流はｎ型コンタクト層において抵抗の小さい部分、即ち
ｎ型台座電極の付近へ集中して流れることとなる。実際
発光ダイオードを観察した場合においてもｎ型台座電極
の周囲が明るい部分であり、これから離れるにつれて暗
い部分が多くなる。
者の観察によれば、従来の技術ではｐ型半導体層におい
て電流密度は均一とならず、その結果発光層における電
流密度に差異が生じて、発光観察面（透光性電極側）に
明るい部分と暗い部分とが生じていた。特に、チップの
径が大きくなるとこのような明るい部分と暗い部分との
コントラストが無視できない程度となる。本発明者はこ
のような不均一発光の原因を探るため鋭意検討を重ねて
きた結果、ｎ型コンタクト層の電気抵抗の影響に思い至
った。即ち、水のように流れ易きに流れるという電流の
性質に鑑みれば、透光性電極に注入された電流も最も電
気抵抗の小さい部分に流れることとなる。一方、透光性
電極に比べてｎ型コンタクト層は抵抗率が高い。ｎ型コ
ンタクト層においてはｎ型台座電極から離れれば離れる
ほど抵抗が大きくなので、透光性電極から注入された電
流はｎ型コンタクト層において抵抗の小さい部分、即ち
ｎ型台座電極の付近へ集中して流れることとなる。実際
発光ダイオードを観察した場合においてもｎ型台座電極
の周囲が明るい部分であり、これから離れるにつれて暗
い部分が多くなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は発光観察面に
おける均一発光を達成するために鋭気検討を重ねてきた
結果、下記構成の本発明を想到するに至った。即ち、透
光性電極が絶縁部で区切られて複数の電流拡散経路が形
成され、前記各電流拡散経路の第１の端部はｐ型台座電
極に接続されて該ｐ型台座電極からの電流が前記各電流
拡散経路へ分配される、ことを特徴とするIII族窒化物
系化合物半導体発光素子。
おける均一発光を達成するために鋭気検討を重ねてきた
結果、下記構成の本発明を想到するに至った。即ち、透
光性電極が絶縁部で区切られて複数の電流拡散経路が形
成され、前記各電流拡散経路の第１の端部はｐ型台座電
極に接続されて該ｐ型台座電極からの電流が前記各電流
拡散経路へ分配される、ことを特徴とするIII族窒化物
系化合物半導体発光素子。
【０００５】このように構成されたIII族窒化物系化合
物半導体発光素子によれば、透光性電極を絶縁部で区切
って形成した複数の電流拡散経路は、区切られていない
もとの透光性電極に比べれば、その断面積が小さくな
る。また、複数の拡散経路を設けることにより、そのう
ちの少なくとも一つの長さはｐ型台座電極とｎ型台座電
極との距離（正確には、平面視における距離）より長く
なる。従って、区切られていないもとの透光性電極に比
べて各電流拡散経路の電気抵抗は大きくなる。これによ
り、ｐ型台座電極から各電流拡散経路に注入された電流
は、ｎ型台座電極付近から集中して半導体層へ流れ込む
ことが無くなる。即ち、電流拡散経路の抵抗が大きくな
った結果、半導体層の抵抗と電流拡散経路自体の抵抗と
の差が比較的小さくなって半導体層側へ電流が流れ込み
易くなる。これにより、電流がｎ型台座電極の付近に著
しく集中することが防止される。よって、発光観察面か
ら見たときの不均一発光が防止乃至緩和される。
物半導体発光素子によれば、透光性電極を絶縁部で区切
って形成した複数の電流拡散経路は、区切られていない
もとの透光性電極に比べれば、その断面積が小さくな
る。また、複数の拡散経路を設けることにより、そのう
ちの少なくとも一つの長さはｐ型台座電極とｎ型台座電
極との距離（正確には、平面視における距離）より長く
なる。従って、区切られていないもとの透光性電極に比
べて各電流拡散経路の電気抵抗は大きくなる。これによ
り、ｐ型台座電極から各電流拡散経路に注入された電流
は、ｎ型台座電極付近から集中して半導体層へ流れ込む
ことが無くなる。即ち、電流拡散経路の抵抗が大きくな
った結果、半導体層の抵抗と電流拡散経路自体の抵抗と
の差が比較的小さくなって半導体層側へ電流が流れ込み
易くなる。これにより、電流がｎ型台座電極の付近に著
しく集中することが防止される。よって、発光観察面か
ら見たときの不均一発光が防止乃至緩和される。
【０００６】以下、この発明を構成する要素について詳
細に説明する。各電流拡散経路はそのｐ型台座電極に接
続する第１の端部からもう一方の端部（第２の端部）ま
での距離が長ければ長いほど、またその幅が狭ければ狭
いほど高い抵抗を有するものとなるので、電流拡散経路
の電流を半導体層側へより多く注入できるものとなる。
電流拡散経路を構成する透光性電極材料自体の抵抗率を
高くすることにより電流拡散経路の抵抗を上げることも
可能である。電流拡散経路の抵抗がｎ型コンタクト層に
比べて格段に大きくなると、今度は発光観察面におい
て、ｐ型台座電極の周囲のみが明るくなりこれから離れ
るに従って暗くなるという現象が観察された。従って、
各電流拡散経路の抵抗は、ｎ型コンタクト層の抵抗を考
慮しつつ適宜設定していく必要がある。
細に説明する。各電流拡散経路はそのｐ型台座電極に接
続する第１の端部からもう一方の端部（第２の端部）ま
での距離が長ければ長いほど、またその幅が狭ければ狭
いほど高い抵抗を有するものとなるので、電流拡散経路
の電流を半導体層側へより多く注入できるものとなる。
電流拡散経路を構成する透光性電極材料自体の抵抗率を
高くすることにより電流拡散経路の抵抗を上げることも
可能である。電流拡散経路の抵抗がｎ型コンタクト層に
比べて格段に大きくなると、今度は発光観察面におい
て、ｐ型台座電極の周囲のみが明るくなりこれから離れ
るに従って暗くなるという現象が観察された。従って、
各電流拡散経路の抵抗は、ｎ型コンタクト層の抵抗を考
慮しつつ適宜設定していく必要がある。
【０００７】各電流拡散経路の抵抗を設定する際には、
各電流拡散経路の電流密度が等しくなるようにすること
が好ましい。これにより、各電流拡散経路から半導体層
へ注入される電流密度も等しくなり、より均一な発光が
得られることとなる。各電流拡散経路の電流密度を等し
くするには各電流拡散経路の電気抵抗を等しくすればよ
い。抵抗(Ｒ）は導電率（σ）と断面積（Ａ）に反比例
し長さ（ｌ）に比例するので、これらのパラメータを適
宜選択することにより、各電流拡散経路の抵抗を等しく
することが可能である。
各電流拡散経路の電流密度が等しくなるようにすること
が好ましい。これにより、各電流拡散経路から半導体層
へ注入される電流密度も等しくなり、より均一な発光が
得られることとなる。各電流拡散経路の電流密度を等し
くするには各電流拡散経路の電気抵抗を等しくすればよ
い。抵抗(Ｒ）は導電率（σ）と断面積（Ａ）に反比例
し長さ（ｌ）に比例するので、これらのパラメータを適
宜選択することにより、各電流拡散経路の抵抗を等しく
することが可能である。
【０００８】このうち、導電率（σ）は形成材料に依存
するので各電流拡散経路毎に制御することは困難であ
る。また、電流拡散経路の厚さに変化を与えることも困
難である。そこで、各電流拡散経路においては、その長
さと幅を等しくすることが各電流拡散経路の電気抵抗を
等しくする最も簡便な方法である。なお、電流拡散経路
の幅に変化を持たせることを何ら制限するものではな
い。
するので各電流拡散経路毎に制御することは困難であ
る。また、電流拡散経路の厚さに変化を与えることも困
難である。そこで、各電流拡散経路においては、その長
さと幅を等しくすることが各電流拡散経路の電気抵抗を
等しくする最も簡便な方法である。なお、電流拡散経路
の幅に変化を持たせることを何ら制限するものではな
い。
【０００９】この発明は最外径が７００μｍ以上の発光
素子に適用することが好ましい。矩形チップの場合、一
辺の長さが５００μｍ以上（最外径では７００μｍ以
上）のチップに適用されることが好ましい。このように
チップサイズが大きくなると、従来のようなプレーンな
透光性電極では、十分な電流密度が得られずに暗くなっ
てしまう部分が容認できないほどに大きな領域となり、
かつその領域が素子の中央部分に現出して発光態様を不
適なものとする惧れがある。更に好ましくは、矩形チッ
プの場合、一辺の長さが６００μｍ以上であり、更に更
に好ましくは一辺の長さが７００μｍ以上であり、最も
好ましくは８００μｍ以上である。素子の平面視形状は
矩形に限定されるものではなく、円形、楕円径、多角形
等任意に設計できる。
素子に適用することが好ましい。矩形チップの場合、一
辺の長さが５００μｍ以上（最外径では７００μｍ以
上）のチップに適用されることが好ましい。このように
チップサイズが大きくなると、従来のようなプレーンな
透光性電極では、十分な電流密度が得られずに暗くなっ
てしまう部分が容認できないほどに大きな領域となり、
かつその領域が素子の中央部分に現出して発光態様を不
適なものとする惧れがある。更に好ましくは、矩形チッ
プの場合、一辺の長さが６００μｍ以上であり、更に更
に好ましくは一辺の長さが７００μｍ以上であり、最も
好ましくは８００μｍ以上である。素子の平面視形状は
矩形に限定されるものではなく、円形、楕円径、多角形
等任意に設計できる。
【００１０】電流拡散経路を区画する絶縁部は電流拡散
経路間を絶縁するものである。実施例では溝（数μｍ
幅）によりこの絶縁部を形成した。この溝は二酸化シリ
コン製等の保護膜で充填される場合がある。透光製電極
材料（電流拡散経路の形成材料）をｐ型コンタクト層へ
蒸着するときのマスクを用いてこの溝は形成される。エ
ッチングによりこの溝を形成することも可能である。各
電流拡散経路の一端（第１の端部）はｐ型台座電極に接
続されるものとする。ｐ型台座電極から補助電極が延設
される場合には、この補助電極に接続されておればよ
い。各電流拡散経路の他端（第２の端部）の配置は特に
限定されるものではないが、ｎ型台座電極に対向してい
ると各電流拡散経路の電気抵抗を等しくし易い。各電流
拡散経路の両端の電気的な環境を一致させることによ
り、各電流拡散経路の電流密度の均一化を図り易くな
る。
経路間を絶縁するものである。実施例では溝（数μｍ
幅）によりこの絶縁部を形成した。この溝は二酸化シリ
コン製等の保護膜で充填される場合がある。透光製電極
材料（電流拡散経路の形成材料）をｐ型コンタクト層へ
蒸着するときのマスクを用いてこの溝は形成される。エ
ッチングによりこの溝を形成することも可能である。各
電流拡散経路の一端（第１の端部）はｐ型台座電極に接
続されるものとする。ｐ型台座電極から補助電極が延設
される場合には、この補助電極に接続されておればよ
い。各電流拡散経路の他端（第２の端部）の配置は特に
限定されるものではないが、ｎ型台座電極に対向してい
ると各電流拡散経路の電気抵抗を等しくし易い。各電流
拡散経路の両端の電気的な環境を一致させることによ
り、各電流拡散経路の電流密度の均一化を図り易くな
る。
【００１１】III族窒化物系化合物半導体は、一般式と
してＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦
Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及
びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、Ａｌ
ｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において
０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系及びＡｌＸＧａＹＩｎ
１−Ｘ−ＹＮ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１）の４元系を包
含する。III族元素の一部をボロン（Ｂ）、タリウム
（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の一部
もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビ
スマス（Ｂｉ）等で置換できる。発光素子の素子機能部
分は上記２元系若しくは３元系のIII族窒化物系化合物
半導体より構成することが好ましい。III族窒化物系化
合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良
い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等
を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚ
ｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることができる。
なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合
物半導体をさらに低抵抗化するために電子線照射、プラ
ズマ照射若しくは炉により加熱することも可能である。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（Ｍ
ＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパ
ッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等に
よっても形成することができる。発光素子の構成として
は、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したもの
や、ホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造の
ものを用いることができる。発光層として量子井戸構造
（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用
することもできる。
してＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦
Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及
びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、Ａｌ
ｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において
０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系及びＡｌＸＧａＹＩｎ
１−Ｘ−ＹＮ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１）の４元系を包
含する。III族元素の一部をボロン（Ｂ）、タリウム
（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の一部
もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビ
スマス（Ｂｉ）等で置換できる。発光素子の素子機能部
分は上記２元系若しくは３元系のIII族窒化物系化合物
半導体より構成することが好ましい。III族窒化物系化
合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良
い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等
を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚ
ｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることができる。
なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合
物半導体をさらに低抵抗化するために電子線照射、プラ
ズマ照射若しくは炉により加熱することも可能である。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（Ｍ
ＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパ
ッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等に
よっても形成することができる。発光素子の構成として
は、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したもの
や、ホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造の
ものを用いることができる。発光層として量子井戸構造
（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用
することもできる。
【００１２】電流拡散経路の形成材料は、透光性電極と
同様に、コバルト及び金を含んでなる合金で形成するこ
とが耐久性の点で好ましい。コバルト及び金を含んでな
る透光性電極は耐水性に優れている。したがって、通常
の使用環境下において、ＳｉＯｘなどの保護膜がない場
合や、保護膜としての機能が不充分の場合であっても良
好な耐久性を確保できる。コバルトの一部をニッケル(N
i)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナ
ジウム(V)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)
のうち少なくとも一種の元素で置換し、金の一部をパラ
ジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)のうち少なくと
も１種の元素で置換することも可能であるが、あくまで
も耐水性を有する範囲とする。即ち、電流拡散経路はコ
バルト・金合金製とすることが好ましい。かかる電流拡
散経路は、第１電極層としてコバルトを０．５〜１５ｎ
ｍの膜厚でｐ型コンタクト層の上に積層し、当該コバル
ト層の上に第２電極層として金を３．５〜２５ｎｍの膜
厚で積層する。その後、熱処理により両者を合金化させ
る。熱処理後において、ｐ型コンタクト層の表面から深
さ方向の元素分布は、CoよりもAuが深く浸透した分布と
なる。ここに、熱処理は酸素を含むガス中において行う
ことが好ましい。このとき、酸素を含むガスとしては、
O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの少なくと
も１種又はこれらの混合ガスを用いることができる。又
は、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの少な
くとも１種と不活性ガスとの混合ガス、又は、O2、O3、
CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの混合ガスと不活性
ガスとの混合ガスを用いることができる。要するに酸素
を含むガスは、酸素原子、酸素原子を有する分子のガス
の意味である。熱処理時の雰囲気の圧力は、熱処理温度
において、窒化ガリウム系化合物半導体が熱分解しない
圧力以上であれば良い。酸素を含むガスは、O2ガスだけ
を用いた場合には、窒化ガリウム系化合物半導体の分解
圧以上の圧力で導入すれば良く、他の不活性ガスと混合
した状態で用いた場合には、全ガスを窒化ガリウム系化
合物半導体の分解圧以上の圧力とし、O2ガスは全ガスに
対して１０-6程度以上の割合を有しておれば十分であ
る。要するに、酸素を含むガスは極微量存在すれば十分
である。尚、酸素を含むガスの導入量の上限値は、ｐ型
低抵抗化及び電極合金化の特性からは、特に、制限され
るものではない。要は、製造が可能である範囲まで使用
できる。熱処理に関しては、最も望ましくは、５００〜
６００℃である。５００℃以上の温度で、抵抗率が完全
に飽和した低抵抗のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
得ることができる。又、６００℃以下の温度において、
電極の合金化処理を良好に行うことができる。又、望ま
しい温度範囲は、４５０〜６５０℃である。詳しくは特
願２０００−９２６１１号（出願人整理番号990472、代
理人整理番号：P0197）を参照されたい。
同様に、コバルト及び金を含んでなる合金で形成するこ
とが耐久性の点で好ましい。コバルト及び金を含んでな
る透光性電極は耐水性に優れている。したがって、通常
の使用環境下において、ＳｉＯｘなどの保護膜がない場
合や、保護膜としての機能が不充分の場合であっても良
好な耐久性を確保できる。コバルトの一部をニッケル(N
i)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナ
ジウム(V)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)
のうち少なくとも一種の元素で置換し、金の一部をパラ
ジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)のうち少なくと
も１種の元素で置換することも可能であるが、あくまで
も耐水性を有する範囲とする。即ち、電流拡散経路はコ
バルト・金合金製とすることが好ましい。かかる電流拡
散経路は、第１電極層としてコバルトを０．５〜１５ｎ
ｍの膜厚でｐ型コンタクト層の上に積層し、当該コバル
ト層の上に第２電極層として金を３．５〜２５ｎｍの膜
厚で積層する。その後、熱処理により両者を合金化させ
る。熱処理後において、ｐ型コンタクト層の表面から深
さ方向の元素分布は、CoよりもAuが深く浸透した分布と
なる。ここに、熱処理は酸素を含むガス中において行う
ことが好ましい。このとき、酸素を含むガスとしては、
O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの少なくと
も１種又はこれらの混合ガスを用いることができる。又
は、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの少な
くとも１種と不活性ガスとの混合ガス、又は、O2、O3、
CO、CO2、NO、N2O、NO2、又は、H2Oの混合ガスと不活性
ガスとの混合ガスを用いることができる。要するに酸素
を含むガスは、酸素原子、酸素原子を有する分子のガス
の意味である。熱処理時の雰囲気の圧力は、熱処理温度
において、窒化ガリウム系化合物半導体が熱分解しない
圧力以上であれば良い。酸素を含むガスは、O2ガスだけ
を用いた場合には、窒化ガリウム系化合物半導体の分解
圧以上の圧力で導入すれば良く、他の不活性ガスと混合
した状態で用いた場合には、全ガスを窒化ガリウム系化
合物半導体の分解圧以上の圧力とし、O2ガスは全ガスに
対して１０-6程度以上の割合を有しておれば十分であ
る。要するに、酸素を含むガスは極微量存在すれば十分
である。尚、酸素を含むガスの導入量の上限値は、ｐ型
低抵抗化及び電極合金化の特性からは、特に、制限され
るものではない。要は、製造が可能である範囲まで使用
できる。熱処理に関しては、最も望ましくは、５００〜
６００℃である。５００℃以上の温度で、抵抗率が完全
に飽和した低抵抗のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
得ることができる。又、６００℃以下の温度において、
電極の合金化処理を良好に行うことができる。又、望ま
しい温度範囲は、４５０〜６５０℃である。詳しくは特
願２０００−９２６１１号（出願人整理番号990472、代
理人整理番号：P0197）を参照されたい。
【００１３】発光素子をフリップチップ型としてＬＥＤ
を構成する場合は、ｐ型半導体層へ貼着される電極材料
には透光性が要求されない。この場合には電流拡散経路
の形成材料として、ｐ型III族窒化物系化合物半導体に
対してオーム接触の得られる材料（主として金及び金合
金）が採用される。
を構成する場合は、ｐ型半導体層へ貼着される電極材料
には透光性が要求されない。この場合には電流拡散経路
の形成材料として、ｐ型III族窒化物系化合物半導体に
対してオーム接触の得られる材料（主として金及び金合
金）が採用される。
【００１４】ｐ型台座電極の形成材料も特に限定される
ものではないが、例えば下側から第１金属層としてＶ
層、第２金属層としてＡｕ層及び第３金属層としてＡｌ
層を順次積層する構造とする。第１金属層はその下の層
と強固に結合できるように、第２の金属層よりもイオン
化ポテンシャルが低い元素とする。第２の金属層はＡｌ
又はＡｕとのボンディング性が良好で、かつ透光性電極
（電流拡散経路）と反応しない元素とする。第３金属層
は保護膜と強固に結合できる元素とすることが好まし
い。望ましくは、第１金属層の構成元素は、ニッケル(N
i)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナ
ジウム(V)、マンガン(Mn)、コバルト（Co）のうち少な
くとも一種の元素であり、その膜厚は１〜３００ｎｍで
ある。望ましくは、第３金属層の構成元素は、アルミニ
ウム(Al)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)のうち少なくとも
一種の元素であり、その膜厚は１〜３０ｎｍである。望
ましくは、第２金属層の構成元素は金(Au)であり、その
膜厚は０．３〜３μｍである。ｎ型台座電極はバナジウ
ムとアルミニウムとからなる。
ものではないが、例えば下側から第１金属層としてＶ
層、第２金属層としてＡｕ層及び第３金属層としてＡｌ
層を順次積層する構造とする。第１金属層はその下の層
と強固に結合できるように、第２の金属層よりもイオン
化ポテンシャルが低い元素とする。第２の金属層はＡｌ
又はＡｕとのボンディング性が良好で、かつ透光性電極
（電流拡散経路）と反応しない元素とする。第３金属層
は保護膜と強固に結合できる元素とすることが好まし
い。望ましくは、第１金属層の構成元素は、ニッケル(N
i)、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、バナ
ジウム(V)、マンガン(Mn)、コバルト（Co）のうち少な
くとも一種の元素であり、その膜厚は１〜３００ｎｍで
ある。望ましくは、第３金属層の構成元素は、アルミニ
ウム(Al)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)のうち少なくとも
一種の元素であり、その膜厚は１〜３０ｎｍである。望
ましくは、第２金属層の構成元素は金(Au)であり、その
膜厚は０．３〜３μｍである。ｎ型台座電極はバナジウ
ムとアルミニウムとからなる。
【００１５】
【実施例】次にこの発明の実施例について説明する。実
施例は発光ダイオード１０であり、その構成を図１に示
す。
施例は発光ダイオード１０であり、その構成を図１に示
す。
【００１６】各層のスペックは次の通りである。 層 ： 組成：ドーパント （膜厚） 透光性電極材料層１９ ｐ型クラッド層（兼コンタクト層）１８： ｐ−ＧａＮ:Ｍｇ （0.3μm） 発光層 １７ ： 多重量子井戸構造 量子井戸層 ： Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ （3.5nm) バリア層 ： ＧａＮ （3.5nm） 量子井戸層とバリア層の繰り返し数：1〜10 ｎ型クラッド層（兼コンタクト層）１６： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ （4μm） バッファ層 １５ ： ＡｌＮ （15nm） 基板 １１ ： サファイア（ａ面） （350μm）
【００１７】ｎ型クラッド層１６は発光層１７側の低電
子濃度ｎ-層とバッファ層１５側の高電子濃度ｎ＋層と
からなる２層構造とすることができる。後者はｎ型コン
タクト層と呼ばれる。発光層１７は多重量子井戸構造の
ものに限定されない。発光素子の構成としてはシングル
へテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどを
用いることができる。発光層として単一量子井戸構造を
用いることもできる。発光層１７とｐ型クラッド層１８
との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバン
ドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を介在
させることができる。これは発光層１７中に注入された
電子がｐ型クラッド層１８に拡散するのを防止するため
である。ｐ型クラッド層１８を発光層１７側の低ホール
濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とからなる２
層構造とすることができる。後者はｐ型コンタクト層と
呼ばれる。量子井戸層はＩｎＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及
びＩｎＡｌＮを含むＩｎＧａＡｌＮであれば良く、バリ
ア層は量子井戸層よりエネルギーギャップが大きいＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＧａＮを含むＩｎＧ
ａＡｌＮであればよい。
子濃度ｎ-層とバッファ層１５側の高電子濃度ｎ＋層と
からなる２層構造とすることができる。後者はｎ型コン
タクト層と呼ばれる。発光層１７は多重量子井戸構造の
ものに限定されない。発光素子の構成としてはシングル
へテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどを
用いることができる。発光層として単一量子井戸構造を
用いることもできる。発光層１７とｐ型クラッド層１８
との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバン
ドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を介在
させることができる。これは発光層１７中に注入された
電子がｐ型クラッド層１８に拡散するのを防止するため
である。ｐ型クラッド層１８を発光層１７側の低ホール
濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とからなる２
層構造とすることができる。後者はｐ型コンタクト層と
呼ばれる。量子井戸層はＩｎＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及
びＩｎＡｌＮを含むＩｎＧａＡｌＮであれば良く、バリ
ア層は量子井戸層よりエネルギーギャップが大きいＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＧａＮを含むＩｎＧ
ａＡｌＮであればよい。
【００１８】上記構成の発光ダイオードは次のようにし
て製造される。まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応装置内へ水
素ガスを流通させながら当該サファイア基板を１１３０
℃まで昇温して表面をクリーニングする。その後、その
基板温度においてＴＭＡ及びＮＨ３を導入してＡｌＮ製
のバッファ層１５をＭＯＣＶＤ法で成長させる。
て製造される。まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応装置内へ水
素ガスを流通させながら当該サファイア基板を１１３０
℃まで昇温して表面をクリーニングする。その後、その
基板温度においてＴＭＡ及びＮＨ３を導入してＡｌＮ製
のバッファ層１５をＭＯＣＶＤ法で成長させる。
【００１９】次に基板温度を維持した状態でｎ型クラッ
ド層１６を形成し、それ以降の第二のIII族窒化物系化
合物半導体層１７、１８を常法（ＭＯＣＶＤ法）に従い
形成する。この成長法においては、アンモニアガスとII
I族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）や
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱
された基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の
結晶を基板の上に成長させる。
ド層１６を形成し、それ以降の第二のIII族窒化物系化
合物半導体層１７、１８を常法（ＭＯＣＶＤ法）に従い
形成する。この成長法においては、アンモニアガスとII
I族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）や
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱
された基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の
結晶を基板の上に成長させる。
【００２０】次に、Ｔｉ／Ｎｉをマスクとしてｐ型クラ
ッド層１８、活性層１７及びｎ型クラッド層１６の一部
を反応性イオンエッチングにより除去し、ｎ型台座電極
２１を形成すべきｎ型クラッド層（兼ｎ型コンタクト
層）１６を表出させる。
ッド層１８、活性層１７及びｎ型クラッド層１６の一部
を反応性イオンエッチングにより除去し、ｎ型台座電極
２１を形成すべきｎ型クラッド層（兼ｎ型コンタクト
層）１６を表出させる。
【００２１】半導体表面上にフォトレジストを一様に塗
布して、フォトリソグラフィにより、ｐ型クラッド層１
８（兼ｐ型コンタクト層）の上の電流拡散経路形成部分
のフォトレジストを除去して、その部分のｐ型クラッド
層１８を露出させる。このとき各電流拡散経路を絶縁分
離する部分のフォトレジストは残されることとなる。蒸
着装置にて、露出させたｐ型クラッド層１８の上に、Ｃ
ｏ（コバルト、１．５nm）とＡｕ（金、６．０nm）を順
次積層する。このＣｏとＡｕとが熱処理されると透光性
の電流拡散経路３１、３２、３３、３４及び３５が形成
される。次に、同様にしてｐ型台座電極２０、ｎ型台座
電極２１を蒸着する。その後、熱処理を行い、更にウエ
ハからチップを切り分ける。
布して、フォトリソグラフィにより、ｐ型クラッド層１
８（兼ｐ型コンタクト層）の上の電流拡散経路形成部分
のフォトレジストを除去して、その部分のｐ型クラッド
層１８を露出させる。このとき各電流拡散経路を絶縁分
離する部分のフォトレジストは残されることとなる。蒸
着装置にて、露出させたｐ型クラッド層１８の上に、Ｃ
ｏ（コバルト、１．５nm）とＡｕ（金、６．０nm）を順
次積層する。このＣｏとＡｕとが熱処理されると透光性
の電流拡散経路３１、３２、３３、３４及び３５が形成
される。次に、同様にしてｐ型台座電極２０、ｎ型台座
電極２１を蒸着する。その後、熱処理を行い、更にウエ
ハからチップを切り分ける。
【００２２】このようにして得られた実施例の発光ダイ
オード１０チップの平面図を図２に示す。図２のチップ
において一辺の幅は５００μｍである。図２において、
溝３０により計５本の電流拡散経路３１，３２，３３，
３４，３５が形成されている。各電流拡散経路において
ｐ型台座電極２０に接続する端部（第１の端部）からｎ
型台座電極２１に対向する端部（第２の端部）までの距
離（約１０００μｍ）及びその幅（６０μｍ）がほぼ等
しくなるように溝３０は設計されている。このようにし
て得られる発光ダイオードによれば発光観測面（図２の
平面）がほぼ均等に発光する。他方、溝３０がなく透光
性電極を全面に形成するものは（従来タイプ）はｎ型台
座電極２１側で明るくｐ型台座電極２０側で暗くなって
いる。
オード１０チップの平面図を図２に示す。図２のチップ
において一辺の幅は５００μｍである。図２において、
溝３０により計５本の電流拡散経路３１，３２，３３，
３４，３５が形成されている。各電流拡散経路において
ｐ型台座電極２０に接続する端部（第１の端部）からｎ
型台座電極２１に対向する端部（第２の端部）までの距
離（約１０００μｍ）及びその幅（６０μｍ）がほぼ等
しくなるように溝３０は設計されている。このようにし
て得られる発光ダイオードによれば発光観測面（図２の
平面）がほぼ均等に発光する。他方、溝３０がなく透光
性電極を全面に形成するものは（従来タイプ）はｎ型台
座電極２１側で明るくｐ型台座電極２０側で暗くなって
いる。
【００２３】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００２４】以下、次の事項を開示する。 １１ ｐ型台座電極に接続する第１の端部を有し、透光
性電極材料からなる電流拡散経路がｐ型コンタクト層の
上に複数形成され、該各電流拡散経路からｐ型コンタク
ト層の全域へ実質的に均等に電流が注入される、ことを
特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。 １２ ｐ型台座電極に接続する第１の端部とｎ型台座電
極に対向する第２の端部とを有し、透光性電極材料から
なる電流拡散経路がｐ型コンタクト層の上に複数形成さ
れ、前記ｐ型台座電極と前記ｎ型台座電極との距離より
該各電流拡散経路の長さが長いこと、を特徴とするIII
族窒化物系化合物半導体発光素子。
性電極材料からなる電流拡散経路がｐ型コンタクト層の
上に複数形成され、該各電流拡散経路からｐ型コンタク
ト層の全域へ実質的に均等に電流が注入される、ことを
特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。 １２ ｐ型台座電極に接続する第１の端部とｎ型台座電
極に対向する第２の端部とを有し、透光性電極材料から
なる電流拡散経路がｐ型コンタクト層の上に複数形成さ
れ、前記ｐ型台座電極と前記ｎ型台座電極との距離より
該各電流拡散経路の長さが長いこと、を特徴とするIII
族窒化物系化合物半導体発光素子。
【図１】図１はこの発明の実施例の発光ダイオードを示
す。
す。
【図２】図２は発光ダイオードの平面図である。
１０ 発光ダイオード １５ バッファ層 １６ ｎ型クラッド層 １７ 発光層 １８ ｐ型クラッド層 １９ 透光性電極 ２０ ｐ型台座電極 ２１ ｎ型台座電極 ３０ 溝 ３１、３２、３３、３４、３５ 電流拡散路
Claims (6)
- 【請求項１】 透光性電極が絶縁部で区切られて複数の
電流拡散経路が形成され、前記各電流拡散経路の第１の
端部はｐ型台座電極に接続されて該ｐ型台座電極からの
電流が前記各電流拡散経路へ分配される、ことを特徴と
するIII族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】 該各電流拡散経路の電流密度が実質的に
等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化
物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記各電流拡散経路の電気抵抗が実質的
に等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のIII族窒
化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記各電流拡散経路は前記ｐ型台座電極
に接続される第１の端部と第２の端部との距離及びその
幅が実質的に等しい、ことを特徴とする請求項１に記載
のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項５】 平面視の径が７００μｍ以上である、こ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のIII族
窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項６】 ｐ型台座電極に接続する第１の端部を有
し、電極材料からなる電流拡散経路がｐ型コンタクト層
の上に複数形成され、前記ｐ型台座電極からの電流が前
記各電流拡散経路に分配される、ことを特徴とするIII
族窒化物系化合物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000192292A JP2002016288A (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000192292A JP2002016288A (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002016288A true JP2002016288A (ja) | 2002-01-18 |
Family
ID=18691444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000192292A Pending JP2002016288A (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002016288A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003069074A (ja) * | 2001-08-14 | 2003-03-07 | Shurai Kagi Kofun Yugenkoshi | 半導体装置 |
| JP2006313884A (ja) * | 2005-05-03 | 2006-11-16 | Samsung Electro Mech Co Ltd | フリップチップ発光ダイオード及びその製造方法 |
| WO2010100949A1 (ja) * | 2009-03-06 | 2010-09-10 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ |
| JP2013012555A (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-17 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
-
2000
- 2000-06-27 JP JP2000192292A patent/JP2002016288A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2003069074A (ja) * | 2001-08-14 | 2003-03-07 | Shurai Kagi Kofun Yugenkoshi | 半導体装置 |
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| JP4699258B2 (ja) * | 2005-05-03 | 2011-06-08 | サムソン エルイーディー カンパニーリミテッド． | フリップチップ発光ダイオード及びその製造方法 |
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| JP2010232649A (ja) * | 2009-03-06 | 2010-10-14 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ |
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| JP2013012555A (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-17 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
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