JP2003124518A - 窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JP2003124518A JP2003124518A JP2002270126A JP2002270126A JP2003124518A JP 2003124518 A JP2003124518 A JP 2003124518A JP 2002270126 A JP2002270126 A JP 2002270126A JP 2002270126 A JP2002270126 A JP 2002270126A JP 2003124518 A JP2003124518 A JP 2003124518A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械的強度に優れ、高温高湿度環境下でも劣
化しにくく、光の外部への取り出し効率の高い窒化ガリ
ウム系半導体発光素子とする。 【構成】 Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層として
一層目がゾルゲル法によって形成された下側透明電極膜
として形成された下側ＩＴＯ膜８１０と、この下側ＩＴ
Ｏ膜８１０の上にスパッタリング法で形成された上側透
明電極膜としての上側ＩＴＯ膜８２０とを有する。
化しにくく、光の外部への取り出し効率の高い窒化ガリ
ウム系半導体発光素子とする。 【構成】 Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層として
一層目がゾルゲル法によって形成された下側透明電極膜
として形成された下側ＩＴＯ膜８１０と、この下側ＩＴ
Ｏ膜８１０の上にスパッタリング法で形成された上側透
明電極膜としての上側ＩＴＯ膜８２０とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色発光が可能な
発光ダイオード、レーザーダイオードの窒化ガリウム系
半導体発光素子と、この窒化ガリウム系半導体発光素子
の製造方法とに関する。
発光ダイオード、レーザーダイオードの窒化ガリウム系
半導体発光素子と、この窒化ガリウム系半導体発光素子
の製造方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系半導体（ＧａＮ系半導
体）は、かねてから困難であってた青色発光を実現して
発光ダイオード素子に用いられるもである。Ｐ型ＧａＮ
系半導体は現実可能であるものの、比抵抗が２Ωｃｍ程
度と他の半導体に較べて非常に大きい。なお、Ｐ型Ｇａ
Ａｓ系半導体型では、比抵抗が０．００１Ωｃｍ程度と
低いものが簡単に得られる。
体）は、かねてから困難であってた青色発光を実現して
発光ダイオード素子に用いられるもである。Ｐ型ＧａＮ
系半導体は現実可能であるものの、比抵抗が２Ωｃｍ程
度と他の半導体に較べて非常に大きい。なお、Ｐ型Ｇａ
Ａｓ系半導体型では、比抵抗が０．００１Ωｃｍ程度と
低いものが簡単に得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の発光ダ
イオードのようなボンディングパッド兼用の金属電極を
付けると、その金属電極の真下部分しか発光しない。さ
らに金属電極に遮られるとため、取り出せる光はごく僅
かになってしまう。そこで、例えば、Ｎｉ／Ａｕ薄膜か
らなる半透明補助電極を使用して取り出せる光を多くし
ようとしているが、Ｎｉ／Ａｕ薄膜も５０％程度の透過
率であるので、光の外部への取り出し効率はそれほど高
くない。また、Ｎｉ／Ａｕ薄膜の膜厚は１００Å程度と
非常に薄いため、機械的強度も弱く、高温高湿度環境下
での劣化等の問題点を有している。
イオードのようなボンディングパッド兼用の金属電極を
付けると、その金属電極の真下部分しか発光しない。さ
らに金属電極に遮られるとため、取り出せる光はごく僅
かになってしまう。そこで、例えば、Ｎｉ／Ａｕ薄膜か
らなる半透明補助電極を使用して取り出せる光を多くし
ようとしているが、Ｎｉ／Ａｕ薄膜も５０％程度の透過
率であるので、光の外部への取り出し効率はそれほど高
くない。また、Ｎｉ／Ａｕ薄膜の膜厚は１００Å程度と
非常に薄いため、機械的強度も弱く、高温高湿度環境下
での劣化等の問題点を有している。
【０００４】本発明は、上記事情に鑑みて創案されたも
ので、機械的強度に優れ、高温高湿度環境下でも劣化し
にくく、光の外部への取り出し効率の高い窒化ガリウム
系半導体発光素子と、その製造方法とを提供することを
目的としている。
ので、機械的強度に優れ、高温高湿度環境下でも劣化し
にくく、光の外部への取り出し効率の高い窒化ガリウム
系半導体発光素子と、その製造方法とを提供することを
目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る窒化ガリウ
ム系半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体発光素子
において、Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層として
一層目がゾルゲル法によって形成された下側透明電極膜
として形成された下側ＩＴＯ膜と、この下側ＩＴＯ膜の
上にスパッタリング法で形成された上側透明電極膜とし
ての上側ＩＴＯ膜とを有している。
ム系半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体発光素子
において、Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層として
一層目がゾルゲル法によって形成された下側透明電極膜
として形成された下側ＩＴＯ膜と、この下側ＩＴＯ膜の
上にスパッタリング法で形成された上側透明電極膜とし
ての上側ＩＴＯ膜とを有している。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
窒化ガリウム系半導体発光素子の概略的断面図である。
窒化ガリウム系半導体発光素子の概略的断面図である。
【０００７】まず、ＧａＮ系半導体発光素子のＰ型Ｇａ
Ｎ半導体層用の電流拡散層として要求される条件は、
Ｐ型ＧａＮ半導体層との密着性が優れていること、Ｐ
型ＧａＮ半導体層との接触抵抗が小さいこと、膜形成
時にＰ型ＧａＮ半導体層を高抵抗化させないこと、比
抵抗値が低く薄いものでも電流を拡散できること、光
の透過率が高いこと、等が挙げられる。
Ｎ半導体層用の電流拡散層として要求される条件は、
Ｐ型ＧａＮ半導体層との密着性が優れていること、Ｐ
型ＧａＮ半導体層との接触抵抗が小さいこと、膜形成
時にＰ型ＧａＮ半導体層を高抵抗化させないこと、比
抵抗値が低く薄いものでも電流を拡散できること、光
の透過率が高いこと、等が挙げられる。
【０００８】そこで、透過率が高く、導電性もよく、す
でに液晶ディスプレイパネル等で実用かされているＩＴ
Ｏ膜であるならば、前記条件及びは充足できると考
えられる。しかし、ＩＴＯ膜を形成する手法として現在
一般的に用いられているスパッタリング法では、前記条
件は充足できるが、プラズマの高エネルギー状態に晒
されるＰ型ＧａＮ半導体層が損傷を受けるためか、接触
抵抗が高いためか、低動作電圧の素子を得ることはでき
なかった。
でに液晶ディスプレイパネル等で実用かされているＩＴ
Ｏ膜であるならば、前記条件及びは充足できると考
えられる。しかし、ＩＴＯ膜を形成する手法として現在
一般的に用いられているスパッタリング法では、前記条
件は充足できるが、プラズマの高エネルギー状態に晒
されるＰ型ＧａＮ半導体層が損傷を受けるためか、接触
抵抗が高いためか、低動作電圧の素子を得ることはでき
なかった。
【０００９】ゾルゲル法でＩＴＯ膜を形成してみたとこ
ろ、ＩＴＯ膜自体の抵抗比は、スパッタリング法で形成
されたＩＴＯ膜より１０倍以上高いものの、動作電圧の
低い素子を得ることができた。かかる実験結果から、前
記条件のＰ型ＧａＮ半導体層とＩＴＯ膜との間の接触
抵抗が低いものができているのではないかと推測した。
ろ、ＩＴＯ膜自体の抵抗比は、スパッタリング法で形成
されたＩＴＯ膜より１０倍以上高いものの、動作電圧の
低い素子を得ることができた。かかる実験結果から、前
記条件のＰ型ＧａＮ半導体層とＩＴＯ膜との間の接触
抵抗が低いものができているのではないかと推測した。
【００１０】次に、本発明の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系半導体発光素子の製造方法について説明する。ま
ず、サファイア基板１００にサーマルクリーニングを施
す。すなわち減圧ＭＯＣＶＤ装置（減圧有機金属気相成
長装置）内で水素を供給しながら、サファイア基板１０
０を１０５０℃に加熱することでクリーニングするので
ある。
ウム系半導体発光素子の製造方法について説明する。ま
ず、サファイア基板１００にサーマルクリーニングを施
す。すなわち減圧ＭＯＣＶＤ装置（減圧有機金属気相成
長装置）内で水素を供給しながら、サファイア基板１０
０を１０５０℃に加熱することでクリーニングするので
ある。
【００１１】次に、サファイア基板１００の温度を５１
０℃にまで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとして
アンモニア、トリメチルアルミニウムを供給してサファ
イア基板１００の表面に低温ＡｌＮバッファ層２００を
形成する。このＡｌＮバッファ層は約２００Åである。
０℃にまで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとして
アンモニア、トリメチルアルミニウムを供給してサファ
イア基板１００の表面に低温ＡｌＮバッファ層２００を
形成する。このＡｌＮバッファ層は約２００Åである。
【００１２】つぎに、サファイア基板１００の温度を１
０００℃に上昇させて、前記キャリアガスを用いてアン
モニア、トリメチルガリウムを流す。この時、当時にＮ
型不純物としてのシリコンを用いてＮ型ＧａＮであるＳ
ｉドープＧａＮ層３００をＹＡＧ１．２μｍ成長させ
る。
０００℃に上昇させて、前記キャリアガスを用いてアン
モニア、トリメチルガリウムを流す。この時、当時にＮ
型不純物としてのシリコンを用いてＮ型ＧａＮであるＳ
ｉドープＧａＮ層３００をＹＡＧ１．２μｍ成長させ
る。
【００１３】次に、トリメチルインジウムを断続的に流
しつつ、Ｎ型ＧａＮとＮ型ＩｎＧａＮの多重量子井戸
（ＭＱＷ）からなる活性層４００をＳｉドープＧａＮ層
３００の上に約４００Å成長させる。
しつつ、Ｎ型ＧａＮとＮ型ＩｎＧａＮの多重量子井戸
（ＭＱＷ）からなる活性層４００をＳｉドープＧａＮ層
３００の上に約４００Å成長させる。
【００１４】さらに、サファイア基板１００の温度を９
５０℃として、ＡｌＮとＰ型ＧａＮの超格子からなるキ
ャップ層５００を前記活性層４００の上に成長させる。
このキャップ層５００のは約２００Åの厚さである。
５０℃として、ＡｌＮとＰ型ＧａＮの超格子からなるキ
ャップ層５００を前記活性層４００の上に成長させる。
このキャップ層５００のは約２００Åの厚さである。
【００１５】次に、キャリアガスに不純物としてマグネ
シウムを加え、ＭｇドープＧａＮ層６００を約０．２μ
ｍ成長させる。
シウムを加え、ＭｇドープＧａＮ層６００を約０．２μ
ｍ成長させる。
【００１６】次に、サファイア基板１００の温度を８０
０℃にし、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を６６５０Ｐａ
（５０ｔｏｒｒ）とする。これと同時に、アンモニア等
の水素原子を含む混合ガスの雰囲気から、速やかに減圧
ＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガスである窒素ガス
に切り替える。
０℃にし、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を６６５０Ｐａ
（５０ｔｏｒｒ）とする。これと同時に、アンモニア等
の水素原子を含む混合ガスの雰囲気から、速やかに減圧
ＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガスである窒素ガス
に切り替える。
【００１７】そして、キャリアガスとして窒素ガスを用
い、トリメチルジンクを流して、膜厚が数十ÅのＺｎ膜
７００を形成する。そして、このままの状態、すなわち
窒素雰囲気下でサファイア基板１００の温度を約１００
℃以下にまで低下させる。
い、トリメチルジンクを流して、膜厚が数十ÅのＺｎ膜
７００を形成する。そして、このままの状態、すなわち
窒素雰囲気下でサファイア基板１００の温度を約１００
℃以下にまで低下させる。
【００１８】この製造方法では、ＩＴＯ膜８００を２回
に分けて形成する。すなわち、ゾルゲル法にて形成され
た約１００Åの下側透明電極膜である下側ＩＴＯ膜８１
０の上にスパッタリング法で約０．５μｍの上側透明電
極膜である上側ＩＴＯ膜８２０を形成するのである。
に分けて形成する。すなわち、ゾルゲル法にて形成され
た約１００Åの下側透明電極膜である下側ＩＴＯ膜８１
０の上にスパッタリング法で約０．５μｍの上側透明電
極膜である上側ＩＴＯ膜８２０を形成するのである。
【００１９】前記下側ＩＴＯ膜８１０の比抵抗は、０．
００５Ωｃｍ以下になってことが確認された。
００５Ωｃｍ以下になってことが確認された。
【００２０】次に、ＩＴＯ膜８００の一部をドライエッ
チングし、ＳｉドープＧａＮ層３００の一部を露出させ
る。この露出したＳｉドープＧａＮ層３００にＮ型電極
９１０を、前記ＩＴＯ膜８００の一部にＰ型電極９２０
を形成する。この両電極９１０、９２０は、Ｔｉ／Ａｕ
薄膜を約５００Å／５０００Å程度蒸着したものであ
る。
チングし、ＳｉドープＧａＮ層３００の一部を露出させ
る。この露出したＳｉドープＧａＮ層３００にＮ型電極
９１０を、前記ＩＴＯ膜８００の一部にＰ型電極９２０
を形成する。この両電極９１０、９２０は、Ｔｉ／Ａｕ
薄膜を約５００Å／５０００Å程度蒸着したものであ
る。
【００２１】なお、このゾルゲル法の場合、焼成温度が
４００℃以下であると、良好な下側ＩＴＯ膜８１０が形
成されない。
４００℃以下であると、良好な下側ＩＴＯ膜８１０が形
成されない。
【００２２】
【発明の効果】本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光
素子は、窒化ガリウム系半導体発光素子において、Ｐ型
ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層として一層目がゾルゲ
ル法によって形成された下側透明電極膜として形成され
た下側ＩＴＯ膜と、この下側ＩＴＯ膜の上にスパッタリ
ング法で形成された上側透明電極膜としての上側ＩＴＯ
膜とを有している。
素子は、窒化ガリウム系半導体発光素子において、Ｐ型
ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層として一層目がゾルゲ
ル法によって形成された下側透明電極膜として形成され
た下側ＩＴＯ膜と、この下側ＩＴＯ膜の上にスパッタリ
ング法で形成された上側透明電極膜としての上側ＩＴＯ
膜とを有している。
【００２３】かかる窒化ガリウム系半導体発光素子であ
ると、動作電圧が３．６〜４．０Ｖと十分に低く、光の
取り出し効率も従来のＮｉ／Ａｕ薄膜からある半導体透
明補助電極よりも約５０％以上も向上していることが確
認された。
ると、動作電圧が３．６〜４．０Ｖと十分に低く、光の
取り出し効率も従来のＮｉ／Ａｕ薄膜からある半導体透
明補助電極よりも約５０％以上も向上していることが確
認された。
【００２４】また、機械的強度も十分に高く高温高湿度
環境下がであっても、耐久性に優れたものであることが
確認できた。
環境下がであっても、耐久性に優れたものであることが
確認できた。
【図１】本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系半導
体発光素子の概略的断面図である。
体発光素子の概略的断面図である。
１００ サファイア基板
２００ ＡｌＮバッファ層
３００ ＳｉドープＧａＮ層
４００ 活性層
５００ キャップ層
６００ ＭｇドープＧａＮ層
８００ ＩＴＯ膜
８１０ 下側ＩＴＯ膜
８２０ 上側ＩＴＯ膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA44 CA05 CA40 CA46
CA49 CA57 CA65 CA77 CA82
CA88 CA92 CA98
Claims (6)
- 【請求項１】 窒化ガリウム系半導体発光素子におい
て、Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層として一層目
がゾルゲル法によって形成された下側透明電極膜として
形成された下側ＩＴＯ膜と、この下側ＩＴＯ膜の上にス
パッタリング法で形成された上側透明電極膜としての上
側ＩＴＯ膜とを有することを特徴とする窒化ガリウム系
半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記下側透明電極膜としての下側ＩＴＯ
膜は、膜厚が約１００Åであることを特徴とする請求項
１記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記下側透明電極膜としての下側ＩＴＯ
膜は、ＳｎＯ2 が２〜２０％であることを特徴とする請
求項１又は２記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 - 【請求項４】 窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方
法において、Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層とし
てゾルゲル法によって下側透明電極膜としのての下側Ｉ
ＴＯ膜を形成する工程と、前記下側ＩＴＯ膜の上にスパ
ッタリング法で上側透明電極膜としての上側ＩＴＯ膜を
形成する工程とを具備したことを特徴とする窒化ガリウ
ム系半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記下側透明電極膜としての下側ＩＴＯ
膜は、膜厚が約１００Åであることを特徴とする請求項
４記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記下側透明電極膜としての下側ＩＴＯ
膜は、ＳｎＯ2 が２〜２０％であることを特徴とする請
求項４又は５記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002270126A JP3683560B2 (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | 窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002270126A JP3683560B2 (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | 窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000014390A Division JP3394488B2 (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003124518A true JP2003124518A (ja) | 2003-04-25 |
| JP3683560B2 JP3683560B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=19196908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002270126A Expired - Fee Related JP3683560B2 (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | 窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3683560B2 (ja) |
Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2006128631A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 多層電極及びこれを備える化合物半導体の発光素子 |
| KR100708935B1 (ko) | 2005-10-05 | 2007-04-17 | 삼성전기주식회사 | 질화물계 반도체 발광소자 |
| JP2008506272A (ja) * | 2004-07-12 | 2008-02-28 | グァンジュ インスティチュート オブ サイエンス アンド テクノロジー | フリップチップ型窒化物系発光素子及びその製造方法 |
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| JP2012156312A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Toshiba Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
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| CN107364838A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-11-21 | 南开大学 | 铁系元素掺杂的氮化镓纳米材料的制备方法 |
-
2002
- 2002-09-17 JP JP2002270126A patent/JP3683560B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP4765632B2 (ja) * | 2004-01-20 | 2011-09-07 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光素子 |
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| US8623676B2 (en) | 2011-01-26 | 2014-01-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device with light transmittable electrode and method for manufacturing same |
| US9202986B2 (en) | 2011-01-26 | 2015-12-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
| JP2014042072A (ja) * | 2013-11-18 | 2014-03-06 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| CN107364838A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-11-21 | 南开大学 | 铁系元素掺杂的氮化镓纳米材料的制备方法 |
| CN107364838B (zh) * | 2017-06-19 | 2019-12-03 | 南开大学 | 铁系元素掺杂的氮化镓纳米材料的制备方法 |
Also Published As
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|---|---|
| JP3683560B2 (ja) | 2005-08-17 |
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