JP2005209733A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 p型半導体層の上に、p型コンタクト層を介して形成された正電極を備える半導体発光素子であって、前記p型コンタクト層が、膜厚250Å以下の膜厚で、Mg濃度1.5×1020/cm3以上に設定されてなる半導体発光素子。
【選択図】 なし
Description
このような構成の半導体発光素子では、p型半導体層上の全面電極として、Ni/Au電極等の透明な金属薄膜や、ITO、ZnO、In2O3、SnO2等の導電性酸化物膜が用いられている(例えば、特許文献1及び2)。
また、導電性酸化物、例えば、ITO自体は、n型の半導体特性を示すことから、必ずしも半導体層とオーミック性が良好ではなく、半導体層の種類、導電型、成膜方法等の種々の要因から、ショットキー障壁が形成され、コンタクト抵抗を増大させることがある。従って、半導体層とITO膜との成膜条件や、種類、不純物濃度、導電型等が制限され、あるいは導電性酸化物膜の半導体層へのオーミック性の悪化により電力効率が低下し、光の取り出し効率が低下するという問題があった。
また、この半導体発光素子においては、p型コンタクト層は、表面がRMS値3nm以下の面粗さに設定されてなることが好ましい。
さらに、p型コンタクト層上に、正電極として、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続され、かつ該導電性酸化物膜が、前記p型コンタクト層との界面近傍において表面側よりも密度が低いことが好ましく、正電極がITO膜であることが好ましい。
また、正電極の400〜600nmにおける光の透過率が80%以上であるか、正電極の比抵抗が1×10−4Ωcm以下であることが好ましい。
さらに、密度の低い領域が、p型コンタクト層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して10〜50%の範囲に存在することが好ましい。
また、正電極の上に、さらに金属膜が形成され、特に、金属膜が、W、Rh、Ag、Pt、Pd、Alの単層膜又は積層膜により形成されてなることが好ましい。
さらに、p型半導体層が窒化物半導体であることが好ましい。
Mg)からなる群から選択された少なくとも1種の元素を含む導電性酸化物膜が挙げられる。具体的にはZnO、In2O3、SnO2、ITO(InとSnとの複合酸化物)、MgOが挙げられる。なかでも、ITO膜が好ましい。
延長導電部が設けられたパッド電極としては、例えば、図1〜図4に示したような構成が挙げられる。
実施例1
この実施の形態の半導体発光素子を図5に示す。
この半導体発光素子10は、サファイア基板1の上に、Al0.1Ga0.9Nよりなるバッファ層(図示せず)、ノンドープGaN層(図示せず)が積層され、その上に、n型半導体層2として、SiドープGaNよりなるn型コンタクト層、GaN層(40Å)とInGaN層(20Å)とを交互に10回積層させた超格子のn型クラッド層が積層され、さらにその上に、GaN層(250Å)とInGaN層(30Å)とが交互に3〜6回積層された多重量子井戸構造の活性層3、p型半導体層4として、MgドープAl0.1Ga0.9N層(40Å)とMgドープInGaN層(20Å)とが交互に10回積層された超格子のp型クラッド層、MgドープGaNよりなるp型コンタクト層がこの順に積層されて構成される。
<半導体層の形成>
まず、直径2インチ、C面を主面とするサファイア基板をMOVPE反応容器内にセットし、温度を500℃にしてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、アンモニア(NH3)を用い、Al0.1Ga0.9Nよりなるバッファ層を100Åの膜厚で成長させる。
バッファ層形成後、温度を1050℃にして、TMG、アンモニアを用い、アンドープGaN層を1.5μmの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層(成長基板)として作用する。
次に、下地層の上に、n型半導体層2として、TMG、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、1050℃でSiを1×1018/cm3ドープさせたGaNからなるn型コンタクト層を2.165μmの膜厚で成長させる。
その上に、温度を800℃にして、原料ガスにトリメチルインジウムを断続的に流しながら、GaN層(40Å)とInGaN層(20Å)とを交互に10回積層させた超格子のn型クラッド層5を640Åの膜厚で成長させ、さらに、GaN層(250Å)とInGaN層(30Å)とを交互に3〜6回積層させた多重量子井戸構造の活性層3を成長させる。
最後に、900℃で、水素雰囲気下、TMGを4cc、アンモニア3.0リットル、キャリアガスとして水素ガスを2.5リットル導入し、p型クラッド層の上にMgを1.5×1020/cm3ドープしたp型GaNからなるp型コンタクト層を250Åの膜厚で成長させる。なお、コンタクト層の表面を、必要に応じて、例えば研磨する。これにより、コンタクト層の表面の面粗さをRMS値3nm程度に調整する。
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、600℃にてアニールし、p型クラッド層及びp型コンタクト層をさらに低抵抗化した。
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のp型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、n型コンタクト層の一部を露出させた。
マスクを除去した後、スパッタ装置にウェハを設置し、In2O3とSnO2との焼結体からなる酸化物ターゲットをスパッタ装置内に設置した。スパッタ装置によって、酸素ガス雰囲気中、ウェハを300℃に維持し、スパッタガスとしてアルゴンガスと酸素との混合ガス(20:1)で、例えば、RFパワー10W/cm2で20分間スパッタリングし、引き続き、RFパワーを2W/cm2に変更して20分間スパッタリングすることにより、ウェハのp型コンタクト層8のほぼ全面に、ITOよりなる導電性酸化物膜5である正電極を5000Åの膜厚で形成した。
導電性酸化物膜5である正電極上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上にW層、Pt層およびAu層をこの順に積層し、リフトオフ法により、ボンディング用のパッド電極6を総膜厚2μmで形成した。
次いで、ランプアニール装置にて400〜600℃程度で熱処理を施した。
得られたウェハを所定の箇所で分割することにより、半導体発光素子10を得た。
得られた半導体発光素子の特性について評価したところ、上述した高Mgドープの発光素子では、比較例である低Mgドープの発光素子に対して、20mAのときのVfが3.9Vから3.6Vになることが確認された。
また、Vf面内分布は、3.75V以下で安定したことが確認された。
しかも、ITO膜は、表面側において、密で結晶性が良好となり、光の散乱を防止しながら、透光性を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
この実施例の半導体発光素子は、実施例1における製造工程において、ITO膜を成膜する際に、成膜初期は、スパッタガスとして、アルゴンガスを用い、その後、スパッタガスをアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスに変更する以外は、実質的に実施例1と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
なお、成膜時のスパッタガスの圧力を0.01〜0.5Pa程度とした場合に、成膜途中以降の酸素ガスの分圧は、1×10−4〜1×10−2Pa程度とした。また、アルゴンガスで20分間程度成膜し、その後、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスを用いた成膜時間は5分間程度とした。
この実施例の半導体発光素子は、実施例1における製造工程において、ITO膜を成膜した後、あるいは、実施例1における製造工程において、室温にてRFパワーを一定に保ちながら5000ÅのITO膜を形成した後、非酸化雰囲気下(例えば、水素ガス、窒素ガス雰囲気下)にて、例えば、500〜600℃でランプアニールによって処理することにより、実施例1と実質的に同様の構成の半導体発光素子を得た。
得られた半導体発光素子においても、実施例1と同様に、オーミック性が良好で、透光性がよく、光の取り出し効率を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができた。
この実施例の半導体発光素子は、実施例1における製造工程において、ITO膜を成膜する際に、スパッタ法に代えて、真空蒸着法を利用する以外は、実質的に実施例1と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
n型コンタクト層の一部を露出させたウェハを、真空蒸着装置に入れ、ウェハ温度を300℃に維持しながら、SnO2が10%のITOを電子銃で加熱、蒸発させて、ITO膜を成膜した。成膜中、ウェハ温度を100℃まで、10秒間で水冷手段を用いて急激に低下させ、膜厚が5000ÅのITO膜を形成した。
この実施例の半導体発光素子は、実施例4における製造工程において、真空蒸着法によりITO膜を形成する際に、ウェハ温度を300℃に維持しながら、イオン銃を利用して、成膜初期にのみ、ウェハ表面(p型半導体層)に酸素イオンを1012個/cm2程度で照射する以外は、実質的に実施例4と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
この実施例の半導体発光素子は、実施例5における製造工程において、真空蒸着法によりITO膜を形成する際に、ウェハ温度を室温に維持しながら、成膜初期の成膜レートを50Å/秒、さらに、5Å/秒に減少させ、その後、ITO膜を加熱して透明化させる以外は、実質的に実施例5と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
この実施例の半導体発光素子は、実施例5における製造工程において、真空蒸着法によりITO膜を形成する際に、ウェハ温度を300℃に維持しながら、成膜初期の成膜レートを50Å/秒とし、その後、5Å/秒に減少させる以外は、実質的に実施例5と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
2 n型半導体層
3 活性層
4 p型半導体層
5 導電性酸化物膜
6 パッド電極
7 n電極
10 半導体発光素子
Claims (11)
- p型半導体層の上に、p型コンタクト層を介して形成された正電極を備える半導体発光素子であって、
前記p型コンタクト層が、膜厚250Å以下の膜厚で、Mg濃度1.5×1020/cm3以上に設定されてなることを特徴とする半導体発光素子。 - p型コンタクト層は、表面がRMS値3nm以下の面粗さに設定されてなる請求項1に記載の半導体発光素子。
- p型コンタクト層上に、正電極として、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続され、かつ該導電性酸化物膜が、前記p型コンタクト層との界面近傍において表面側よりも密度が低いことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
- 正電極がITO膜である請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 正電極の400〜600nmにおける光の透過率が80%以上である請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 正電極の比抵抗が1×10−4Ωcm以下である請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 密度の低い領域が、p型コンタクト層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して10〜50%の範囲に存在する請求項2〜6のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 正電極の上に、さらに金属膜が形成されてなる請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 金属膜が、W、Rh、Ag、Pt、Pd、Alの単層膜又は積層膜により形成されてなる請求項8に記載の半導体発光素子。
- p型半導体層が窒化物半導体である請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- p型コンタクト層が、GaNである請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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