JP2005244148A - 窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法の提供。
【解決手段】 拡散バリア層、ドメインコンタクト層及びウインドウ層を利用し透光導電ウインドウ層を形成し、該ドメインコンタクト層の加入により該拡散バリア層と発光ダイオードのｐ型半導体層にオームコンタクトを形成させ、さらに該拡散バリア層を利用して該ウインドウ層が拡散により該ドメインコンタクト層と接触して接触抵抗値の上昇を形成するのを防止し、これにより該透光導電ウインドウ層の操作電圧を下げ並びにその透光性を増すようにした。
【選択図】 図４
【解決手段】 拡散バリア層、ドメインコンタクト層及びウインドウ層を利用し透光導電ウインドウ層を形成し、該ドメインコンタクト層の加入により該拡散バリア層と発光ダイオードのｐ型半導体層にオームコンタクトを形成させ、さらに該拡散バリア層を利用して該ウインドウ層が拡散により該ドメインコンタクト層と接触して接触抵抗値の上昇を形成するのを防止し、これにより該透光導電ウインドウ層の操作電圧を下げ並びにその透光性を増すようにした。
【選択図】 図４
Description
本発明は一種の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法に係り、特にドメインコンタクト層、拡散バリア層及びウインドウ層を使用して透光導電ウインドウ層を形成した発光ダイオード及びその製造方法に関する。
周知のサファイヤ基板を使用して成長させた窒化ガリウム系発光ダイオードは、図１に示されるようであり、そのうち、窒化ガリウムバッファ層２、ｎ型窒化ガリウムオームコンタクト層３、窒化インジウムガリウムの発光層４、ｐ型窒化アルミニウムガリウム被覆層５、及びｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層６がサファイヤ基板上に順にエピタキシー成長させられて、最後に該ｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層６の上にｐ型透光金属導電層７が形成され、並びに正電極ボンディングパッド８が該透光金属導電層７の上に形成され、負電極ボンディングパッド９が該ｎ型窒化ガリウムオームコンタクト層３の上に形成される。この多層窒化ガリウムエピタキシャル構造の屈折係数（ｎ＝２．４）、サファイヤ基板の屈折係数（ｎ＝１．７７）、パッケージ用の樹脂封止材料の屈折係数（ｎ＝１．５）の分布により、発光層の発射する光はそのほぼ２５％のみが界面により反射されず射出され、その他の７５％の光はいずれも該サファイヤ基板及びパッケージ用の樹脂封止材料により構成される光導構造に制限され並びに何度も界面反射されることで吸収される割合が増し、有効に取り出して利用されない。ゆえにこのような発光ダイオード装置の構造はその光線取り出しのメカニズムが透光金属導電層の吸収及び内部エピタキシャル構造の更なる吸収により制限される。
さらに、このｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層６の伝導性は相当に低く、その電気抵抗係数は一般に１〜２Ωｃｍで、且つ厚さは約０．１〜０．５μｍ程度であり、言い換えると、電流が正電極ボンディングパッド８の下に制限されて横向きの分散距離が約１μｍまでとなり、ゆえに、電流を有効に分散させるためには、先ず該透光金属導電層７を該ｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層６の上に形成し且つ全体の発光領域に配置しなければならず、透光性を高めるためには、この透光金属導電層７を相当に薄くしなければならず、一般にはＮｉ／Ａｌで形成するこの透光金属導電層７の厚さは約５０〜５００Åである。
周知のＮｉ／Ａｌで形成する透光金属導電層の研究によると、発光ダイオード装置の作業電圧を下げるためには金属導電層とｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層の接触抵抗を１０-4Ωｃｍ2 まで下げなければならず、外部量子効率を増すために、可視光波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの時、この金属導電層の透光性は８０％より高くする必要がある。非特許文献１に記載の論文にはサンプルを酸素含有の環境中でアニールしてＮｉＯ半導体中間層を形成し、有効に接触抵抗を下げ並びに透光性を増すことが記載されている。また非特許文献２には有効に透光性を増すためには、Ｎｉ及びＡｕの厚さを薄くするほどよく、有効に接触抵抗を減らすためにはＡｕの厚さを厚くするほどよく、ゆえにＮｉ／Ａｕを透光金属導電層として窒化ガリウム系列の発光ダイオード装置には以上に述べた制限があることが記載されている。
さらに、特許文献１に記載の窒化ガリウム系列の発光ダイオードの構造は、図２に示されるようであり、この発光ダイオード１０’は、基板１１０’、ｎ−ＧａＮ１２０’、ｎ−ＡｌＧａＮ１３０’、ｕＩｎＧａＮ１４０’、ｐ−ＡｌＧａＮ１５０’、ｐ−ＧａＮ１６０’、高濃度キャリア層１７０’、導電透光層１８０’を具えている。
この導電透光層１８０’は直接ｐ−ＧａＮ１６０’と接触し且つ高温合金を経過し並びに良好なオームコンタクトを形成するのが難しく、ゆえに発光ダイオード装置の操作電圧を有効に下げることができない。また、導電透光層１８０’とｐ−ＧａＮ１６０’の間に高濃度キャリア層１７０’、例えばＮｉ／Ａｕ或いはＮｉ／Ｃｒの金属が加入されると比較的有効に操作電圧を下げることが示されているが、本発明者の研究によると、Ｎｉ／Ａｕを導電透光層に加えた構造を使用すると、導電透光層中のインジウム組成が工程中に極めて拡散しやすく、Ｎｉ／Ａｕと導電透光層の界面に高抵抗のＡｕ−Ｉｎ化合物が形成され、ゆえに有効に装置の操作電圧を下げることができなくなり、且つ全体の透光性も低くなる。
また、特許文献２には一種の窒化ガリウム系列の発光ダイオードのウインドウ層の構造が記載され、それは図３に示されるようであり、この発光ダイオード２０’は、サファイヤ基板２１０’、バッファ層２２０’、ｎ−ＧａＮ層２３０’、ｎ−被覆層２４０’、活性層２５０’、ｐ−被覆層２６０’、ウインドウ層２７０’、２８０’、ＮｉＯｘ／Ａｕ層２９０’及び導電透光層３００’を具えている。
それはＮｉＯｘ／Ａｕ層２９０’を利用してｐ−被覆層２６０’とオームコンタクトを形成させ、さらに導電透光層３００’を利用して電流分散を行なわせると共に透光層となしているが、本発明者の研究によると、ＮｉＯｘ／Ａｕ層を使用してオームコンタクト層を形成すると、工程中に高抵抗のＡｕ−Ｉｎ化合物が形成されるのを回避できず、ゆえに有効に装置の操作電圧を下げることができず、且つ全体の透光性が低くなる。
このため、上述の、伝統的な発光ダイオードが操作電圧を下げられない欠点を解決し、また全体の透光性を高ることができる新規な構造の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法が求められている。
本発明は周知の技術の窒化ガリウム系発光ダイオードの透明導電層（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ；ＴＣＬ）の構造、例えば特許文献３〜８の該ＴＣＬ層の操作電圧と透光性を下げることができないという欠点を解決するために提供される。このような欠点を有する構造は、上述の特許文献１、２のほか、特許文献３〜７に記載されている。
本発明の主要な目的は、一種の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法を提供することにあり、それは、ドメインコンタクト層（ｄｏｍａｉｎ ｃｏｎｔａｃｔ ｌａｙｅｒ）、拡散バリア層（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅｒ）及びウインドウ層（ｗｉｎｄｏｗ ｌａｙｅｒ）を利用し透光導電ウインドウ層を形成し、該ドメインコンタクト層と拡散バリア層とｐ型半導体層を利用してオームコンタクト（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）を形成し、該拡散バリア層を通して該ウインドウ層と該ドメインコンタクト層を隔離し、これにより該発光ダイオードに装置の操作電圧を下げさせるのみならず、その発光効率を高められるようにしたものとする。
本発明の次の目的は、一種の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法を提供することにあり、それは、ｎ型電極を形成する時、アニールし、該ｎ型電極とｎ型半導体層のコンタクト抵抗を減らし、且つ該ウインドウ層をアニールしてウインドウ層の透光性を増しウインドウ層と拡散バリア層のコンタクト抵抗を高めるようにしたものとする。
上述の各目的を達成するため、本発明は一種の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法を提供し、それは、拡散バリア層、ドメインコンタクト層及びウインドウ層を利用し透光導電ウインドウ層を形成し、該ドメインコンタクト層の加入により該拡散バリア層と発光ダイオードのｐ型半導体層にオームコンタクトを形成させ、さらに該拡散バリア層を利用して該ウインドウ層が拡散により該ドメインコンタクト層と接触して接触抵抗値の上昇を形成するのを防止し、これにより該透光導電ウインドウ層の操作電圧を下げ並びにその透光性を増すようにする。
請求項１の発明は、窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
基板と、
該基板の上に接続された第１導電型半導体層と、
該第１導電型半導体層の上に位置する発光層と、
該発光層の上に位置する第２導電型半導体層と、
該第２導電型半導体層の上に位置するドメインコンタクト層と、
該ドメインコンタクト層の上に位置する拡散バリア層と、
該拡散バリア層の上に位置する第１電極と、
該ウインドウ層の上に位置する第２電極と、
を具え、そのうち、該拡散バリア層が該ウインドウ層がドメインコンタクト層に拡散することによるコンタクト抵抗値の上昇を防止することを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が透光性基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項３の発明は、請求項２記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板がサファイヤ基板、酸化亜鉛、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム或いはスピネルのいずれかとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項４の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が炭化シリコン、砒素化ガリウム或いはシリコン基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項５の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１導電型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項６の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２導電型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項７の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層がインジウムを含有する窒化物化合物半導体で構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項８の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ドメインコンタクト層が金層とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項９の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、拡散バリア層が酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１０の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ウインドウ層が導電透光層とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項１１の発明は、請求項１０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、導電透光層が酸化インジウム、酸化錫或いは酸化インジウム錫のいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１２の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２導電型半導体層とドメインコンタクト層の間に更に拡散バリア層が設けられたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１３の発明は、窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
基板と、
該基板の上に接続されたｎ型半導体層と、
該ｎ型半導体層の上に位置する発光層と、
該発光層の上に位置するｐ型半導体層被覆層と、該ｐ型半導体層被覆層の上に位置するｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層と、
該ｐ型半導体オームコンタクト層の上に位置する金属薄膜層と、
該金属薄膜層の上に位置する第１金属酸化薄膜層と、
該第１金属酸化薄膜層の上に位置する導電透光層と、
該ｎ型半導体層の上に位置する第１電極と、
該導電透光層の上に位置する第２電極と、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１４の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が透光性基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１５の発明は、請求項１４記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板がサファイヤ基板、酸化亜鉛、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム或いはスピネルのいずれかとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項１６の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が炭化シリコン、砒素化ガリウム或いはシリコン基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１７の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｎ型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項１８の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項１９の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層がインジウムを含有する窒化物化合物半導体で構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２０の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、金属薄膜層とｐ型半導体オームコンタクト層との間に第２金属酸化薄膜層が設けられたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２１の発明は、請求項２０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２金属酸化薄膜層が酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２２の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、金属薄膜層が金層とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２３の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１金属酸化薄膜層が酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２４の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、導電透光層が酸化インジウム、酸化錫或いは酸化インジウム錫で構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２５の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、金属薄膜層の厚さが５〜２０Åとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項２６の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１金属酸化薄膜層の厚さが２５〜５０Åとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２７の発明は、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、
基板を提供する工程と、
ｎ型半導体層を該基板の上に形成する工程と、
発光層を該ｎ型半導体層の上に形成する工程と、
該発光層の上方に形成したｐ型半導体被覆層と、該ｐ型半導体層の上方に形成したｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層を該発光層の上に形成する工程と、
ドメインコンタクト層を該ｐ型半導体層オームコンタクト層の上に形成する工程と、
拡散バリア層を該ドメインコンタクト層の上に形成する工程と、
ウインドウ層を該拡散バリア層の上に形成する工程と、
第１電極をｎ型半導体層の上に形成する工程と、
第２電極を該ウインドウ層の上に形成する工程と、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２８の発明は、請求項２７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、拡散バリア層をドメインコンタクト層の上に形成した後、アニール処理を行なうことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２９の発明は、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、
基板を提供する工程と、
ｎ型半導体層を該基板の上に形成する工程と、
発光層を該ｎ型半導体層の上に形成する工程と、
該発光層の上方に形成したｐ型半導体被覆層と、該ｐ型半導体層の上方に形成したｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層を該発光層の上に形成する工程と、
金属薄膜を該ｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程と、
該第１金属酸化薄膜層を該金属薄膜の上に形成する工程と、
該第１金属酸化薄膜層の上に導電透光層を形成する工程と、
該ｎ型半導体層の上に第１電極を形成する工程と、
該導電透光層の上に第２電極を形成する工程と、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３０の発明は、請求項２０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、第１金属酸化薄膜層を該金属薄膜の上に形成した後、アニール処理を行なうことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項３１の発明は、請求項２９記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、金属薄膜をｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程が、
第２金属酸化薄膜層をｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程と、
金属薄膜層を第２金属酸化薄膜層の上に形成する工程と、
に置き換えられたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としているとしている。
請求項３２の発明は、請求項２９記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、第１電極を形成する時、アニール処理を行なうことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
基板と、
該基板の上に接続された第１導電型半導体層と、
該第１導電型半導体層の上に位置する発光層と、
該発光層の上に位置する第２導電型半導体層と、
該第２導電型半導体層の上に位置するドメインコンタクト層と、
該ドメインコンタクト層の上に位置する拡散バリア層と、
該拡散バリア層の上に位置する第１電極と、
該ウインドウ層の上に位置する第２電極と、
を具え、そのうち、該拡散バリア層が該ウインドウ層がドメインコンタクト層に拡散することによるコンタクト抵抗値の上昇を防止することを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が透光性基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項３の発明は、請求項２記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板がサファイヤ基板、酸化亜鉛、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム或いはスピネルのいずれかとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項４の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が炭化シリコン、砒素化ガリウム或いはシリコン基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項５の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１導電型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項６の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２導電型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項７の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層がインジウムを含有する窒化物化合物半導体で構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項８の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ドメインコンタクト層が金層とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項９の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、拡散バリア層が酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１０の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ウインドウ層が導電透光層とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項１１の発明は、請求項１０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、導電透光層が酸化インジウム、酸化錫或いは酸化インジウム錫のいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１２の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２導電型半導体層とドメインコンタクト層の間に更に拡散バリア層が設けられたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１３の発明は、窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
基板と、
該基板の上に接続されたｎ型半導体層と、
該ｎ型半導体層の上に位置する発光層と、
該発光層の上に位置するｐ型半導体層被覆層と、該ｐ型半導体層被覆層の上に位置するｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層と、
該ｐ型半導体オームコンタクト層の上に位置する金属薄膜層と、
該金属薄膜層の上に位置する第１金属酸化薄膜層と、
該第１金属酸化薄膜層の上に位置する導電透光層と、
該ｎ型半導体層の上に位置する第１電極と、
該導電透光層の上に位置する第２電極と、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１４の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が透光性基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１５の発明は、請求項１４記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板がサファイヤ基板、酸化亜鉛、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム或いはスピネルのいずれかとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項１６の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が炭化シリコン、砒素化ガリウム或いはシリコン基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１７の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｎ型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項１８の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項１９の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層がインジウムを含有する窒化物化合物半導体で構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２０の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、金属薄膜層とｐ型半導体オームコンタクト層との間に第２金属酸化薄膜層が設けられたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２１の発明は、請求項２０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２金属酸化薄膜層が酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２２の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、金属薄膜層が金層とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２３の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１金属酸化薄膜層が酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２４の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、導電透光層が酸化インジウム、酸化錫或いは酸化インジウム錫で構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２５の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、金属薄膜層の厚さが５〜２０Åとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしているとしている。
請求項２６の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１金属酸化薄膜層の厚さが２５〜５０Åとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２７の発明は、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、
基板を提供する工程と、
ｎ型半導体層を該基板の上に形成する工程と、
発光層を該ｎ型半導体層の上に形成する工程と、
該発光層の上方に形成したｐ型半導体被覆層と、該ｐ型半導体層の上方に形成したｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層を該発光層の上に形成する工程と、
ドメインコンタクト層を該ｐ型半導体層オームコンタクト層の上に形成する工程と、
拡散バリア層を該ドメインコンタクト層の上に形成する工程と、
ウインドウ層を該拡散バリア層の上に形成する工程と、
第１電極をｎ型半導体層の上に形成する工程と、
第２電極を該ウインドウ層の上に形成する工程と、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２８の発明は、請求項２７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、拡散バリア層をドメインコンタクト層の上に形成した後、アニール処理を行なうことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２９の発明は、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、
基板を提供する工程と、
ｎ型半導体層を該基板の上に形成する工程と、
発光層を該ｎ型半導体層の上に形成する工程と、
該発光層の上方に形成したｐ型半導体被覆層と、該ｐ型半導体層の上方に形成したｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層を該発光層の上に形成する工程と、
金属薄膜を該ｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程と、
該第１金属酸化薄膜層を該金属薄膜の上に形成する工程と、
該第１金属酸化薄膜層の上に導電透光層を形成する工程と、
該ｎ型半導体層の上に第１電極を形成する工程と、
該導電透光層の上に第２電極を形成する工程と、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３０の発明は、請求項２０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、第１金属酸化薄膜層を該金属薄膜の上に形成した後、アニール処理を行なうことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項３１の発明は、請求項２９記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、金属薄膜をｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程が、
第２金属酸化薄膜層をｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程と、
金属薄膜層を第２金属酸化薄膜層の上に形成する工程と、
に置き換えられたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としているとしている。
請求項３２の発明は、請求項２９記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、第１電極を形成する時、アニール処理を行なうことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
本発明は一種の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法を提供し、それによると、拡散バリア層、ドメインコンタクト層及びウインドウ層を利用し透光導電ウインドウ層を形成し、該ドメインコンタクト層の加入により該拡散バリア層と発光ダイオードのｐ型半導体層にオームコンタクトを形成させ、さらに該拡散バリア層を利用して該ウインドウ層が拡散により該ドメインコンタクト層と接触して接触抵抗値の上昇を形成するのを防止し、これにより該透光導電ウインドウ層の操作電圧を下げ並びにその透光性を増すようにしている。
本発明は周知の技術の窒化ガリウム系発光ダイオードの透明導電層（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ；ＴＣＬ）の構造、例えば特許文献３〜８の該ＴＣＬ層の操作電圧と透光性を下げることができないという欠点を解決するために提供される。
上述のＴＣＬ層は周知の技術中ではいずれも酸化インジウム錫（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）であると説明されており、それは高い透光性と低い抵抗を有するが、ＩＴＯは一般にｎ型とされそれは発光ダイオードのｐ型半導体層とオームコンタクトを形成しにくく、ゆえにそれはオーム金属コンタクト層をその間に介在させるか、或いは発光ダイオードの構造を改変して、超格子ひずみ層（ｓｔｒａｉｎｅｄ ｌａｙｅｒ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ；ＳＬＳ）或いはｎ+ ／ｐ トンネル接合或いはデジタルパンチスルー層を使用する必要があり、そのうち、該超格子ひずみ層は窒化ガリウムを含むＩＩＩ−Ｖ族元素化合物を使用し、該デジタルパンチスルー層は二種類の厚さが漸増／漸減する材料Ａｌx Ｉｎy Ｇａ1-x-y Ｎz Ｐ1-z ／Ａｌp Ｉｎq Ｇａ1-p-q Ｎr Ｐ1-r を堆積して形成し、そのうち０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１，０≦ｒ≦１である。
ＩＴＯはエネルギーバンドギャップ（ｅｎｅｒｇｙ ｂａｎｄｇａｐ）が２．０〜３．８ｅＶの高バンドギャップ材料であるだけでなく、可視光範囲にあって、その透過率は９５％以上に達し且つそれは一種の電子伝導のｎ型高伝導性の材料である。そのキャリア濃度は１０20〜１０21ｃｍ-3であり、且つ遷移率は１０〜５０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃに近い。またこのＩＴＯの屈折係数は１．７から２．２の間であり、Ｓｎｅｌｌ’ｓ ｌａｗ及び抗屈折原理によると、多層窒化ガリウムエピタキシャル構造の屈折係数（ｎ＝２．４）と樹脂封止材料の屈折係数（ｎ＝１．５）の分布により、もし屈折係数ｎが１．９までの中間媒体を加入すれば、パッケージ後に光の反射を減らしてこれにより光の抽出（ｌｉｇｈｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ）効率を高めることができる。本発明はＩＴＯを発光ダイオードのウインドウ層としている。
本発明の重点は透光導電ウインドウ層にある。これについて以下に説明する。本発明者は一つの拡散バリア層、例えば酸化ニッケル化合物（ＮｉＯx ）を単一使用すると、該発光ダイオードのｐ型半導体層とオームコンタクトを形成できないが、ただし拡散バリア層とウインドウ層がオームコンタクトを形成できることを見いだした。そのうち、該ウインドウ層は、例えば、ＩＴＯとされ、ゆえに本発明は該ｐ型半導体層と該拡散バリア層の間にドメインコンタクト層、例えば金属薄膜層を加入し、その酸素ガスを含む環境下での合金によりオームコンタクトを達成する。その主要なメカニズムは、ドメインマッチエピタキシー（Ｄｏｍａｉｎ Ｍａｔｃｈ Ｅｐｉｔａｘｙ）をドメインコンタクト層と該ｐ型半導体層の間に形成することであり、本発明は拡散バリア層を利用し該ウインドウ層のＩｎ拡散を抑制し、Ｉｎが拡散してドメインコンタクト層と界面層を形成してコンタクト抵抗を上昇させるのを防止する。
図４は本発明の好ましい実施例の窒化ガリウム系発光ダイオードの構造を示す。図示されるように、本発明の窒化ガリウム系発光ダイオード１０は、基板１１０、第１導電型半導体層１２０、発光層１３０、第２導電型半導体層１４０、ドメインコンタクト層１５０、拡散バリア層１６０、ウインドウ層１７０、第１電極１８０及び第２電極１９０を具えている。
そのうち、該第１導電型半導体層１２０は該基板１１０の上に位置し、該発光層１３０は第１導電型半導体層１２０の上方の位置し、該第２導電型半導体層１４０は該発光層１３０の上方に位置し、そのうち、該第２導電型半導体層１４０は該発光層１３０の上方に形成された第２導電型半導体被覆層１４２と、第２導電型半導体被覆層１４２の上方に形成された第２導電型半導体オームコンタクト層１４４を具えている。該ドメインコンタクト層１５０は該第２導電型半導体層１４０の上方に位置し、該拡散バリア層１６０は該ドメインコンタクト層１５０の上方に位置し、該ウインドウ層１７０は該拡散バリア層１６０の上方に位置し、該第１電極１８０は該第１導電型半導体層１２０の上方に位置し、該第２電極１９０は該ウインドウ層１７０の上方に位置する。該拡散バリア層１６０は該ウインドウ層１７０とドメインコンタクト層１５０の拡散により形成されるコンタクト抵抗値の上昇を防止する。図５に示されるのは本発明の別の実施例の窒化ガリウム系発光ダイオードの構造である。それは、第２導電型半導体層１４０とドメインコンタクト層１５０の間のさらに第２拡散バリア層２００が設けられている。
該基板１１０は透光性基板とされ、それはサファイヤ基板、酸化亜鉛基板、酸化リチウムガリウム基板、酸化リチウムアルミニウム或いはスピネル、或いは炭化シリコン、砒素化ガリウム或いはシリコンとされる。該第１導電型半導体層１２０は窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムとされる。該第２導電型半導体層１４０は窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムとされる。該発光層１３０はインジウムを含有する窒化物化合物半導体とされる。該ドメインコンタクト層１５０は金層とされる。該拡散バリア層１６０と第２拡散バリア層２００は酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされ、該ウインドウ層１７０は導電透光層とされ、それは酸化インジウム、酸化錫或いは酸化インジウム錫とされる。
図５は本発明の好ましい実施例の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造フローチャートである。図示されるように、本発明の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法は以下の工程を具えている。
工程Ｓ１００： 基板を提供する
工程Ｓ１１０： ｎ型半導体層を該基板の上に形成する
工程Ｓ１２０： 発光層を該ｎ型半導体層の上に形成する
工程Ｓ１３０： 該発光層の上方に形成したｐ型半導体被覆層と、該ｐ型半導体層の上方に形成したｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層を該発光層の上に形成する
工程Ｓ１４０： ドメインコンタクト層を該ｐ型半導体層オームコンタクト層の上に形成する
工程Ｓ１５０： 拡散バリア層を該ドメインコンタクト層の上に形成する
工程Ｓ１６０： ウインドウ層を該拡散バリア層の上に形成する
工程Ｓ１７０： 第１電極をｎ型半導体層の上に形成する
工程Ｓ１８０： 第２電極を該ウインドウ層の上に形成する。
工程Ｓ１００： 基板を提供する
工程Ｓ１１０： ｎ型半導体層を該基板の上に形成する
工程Ｓ１２０： 発光層を該ｎ型半導体層の上に形成する
工程Ｓ１３０： 該発光層の上方に形成したｐ型半導体被覆層と、該ｐ型半導体層の上方に形成したｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層を該発光層の上に形成する
工程Ｓ１４０： ドメインコンタクト層を該ｐ型半導体層オームコンタクト層の上に形成する
工程Ｓ１５０： 拡散バリア層を該ドメインコンタクト層の上に形成する
工程Ｓ１６０： ウインドウ層を該拡散バリア層の上に形成する
工程Ｓ１７０： 第１電極をｎ型半導体層の上に形成する
工程Ｓ１８０： 第２電極を該ウインドウ層の上に形成する。
そのうち、工程Ｓ１４０において、ドメインコンタクト層をｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程は、以下の工程に代えることもできる
工程Ｓ１４２： 第２拡散バリア層をｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する
工程Ｓ１４４： ドメインコンタクト層を第２拡散バリア層の上に形成する。
工程Ｓ１４２： 第２拡散バリア層をｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する
工程Ｓ１４４： ドメインコンタクト層を第２拡散バリア層の上に形成する。
基板を提供し、基板表面上に低温下で低温バッファ層を成長させ、低温バッファ層の上に高温下で高温バッファ層を形成する。上述の低温、高温バッファ層の材料は窒化ガリウム系化合物で組成し、通常はＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）である。
基板上に厚さ約２００〜３００Åの低温バッファ層及び厚さ約０．７μｍの高温バッファ層を形成した後、続いて高温バッファ層の上にキャリアドープ濃度約３〜５ｅ＋１８ｃｍ-3のｎ型窒化ガリウム（ｎ−ＧａＮ）オームコンタクト層をエピタキシャル成長させ、その成長厚さは約２〜５μｍとする。続いて、キャリアノンドープの窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で組成した発光層を形成し、発光層のエピタキシャル成長完成後に、キャリアドープ濃度約３ｅ＋１７〜５ｅ＋１７ｃｍ-3のｐ型窒化アルミニウムガリウム（ｐ−ＡｌＧａＮ）で組成した被覆層４及びキャリアドープ濃度約３ｅ＋１７〜１ｅ＋１８ｃｍ-3のｐ型窒化ガリウム（ｐ−ＧａＮ）オームコンタクト層を成長させる。全体の発光装置のエピタキシャル成長完成後に、ドライエッチングにより一部のｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面、一部の発光層、及び一部のｐ−ＡｌＧａＮ被覆層及びｐ−ＧａＮオームコンタクト層を除去し、ｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面２０ａを露出させる。
続いて本発明の重点であるドメインコンタクト層、拡散バリア層及びウインドウ層と正負の電極の形成について説明する。図４を参照されたい。
（１）それぞれＢＯＥ及び（ＮＨ4 ）Ｓx を使用しｐ−ＧａＮオームコンタクト層及びｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面を約１０分間洗浄する。
（２）さらに電子ビーム蒸着法（Ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）でｐ−ＧａＮオームコンタクト層の上に厚さ約５〜２０Åの金の金属薄膜層（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成しドメインコンタクト層となし、厚さ約２５〜５０Åのニッケルの第１金属酸化膜薄膜層を形成し、それを拡散バリア層となし、並びに急速アニール（ＲＴＡ）装置或いは石英製反応容器を使用し、酸素を含有する環境下で温度約４５０〜６００℃、約５〜２０分間アニールし、ＧａＮ／Ａｕ／ＮｉＯx のドメインマッチエピタキシャル層（ｄｏｍａｉｎ ｍａｔｃｈ ｅｐｉｔａｘｙ）を形成し、ｐ−ＧａＮオームコンタクト層のコンタクト抵抗を下げる。続いて、周知のマスクを用いたウエットエッチング法により、ｐ−ＧａＮオームコンタクト層の上以外の金属薄膜層を除去する。
（３）ＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の上に、続いて電子ビーム蒸着法或いはスパッタ法により厚さ約５００〜４０００ÅのＩＴＯの導電透光層を形成してそれをウインドウ層となし、このニッケル酸化物金属酸化薄膜層の上において、ウエットエッチング法を用いてＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の上以外のＩＴＯを除去する （４）ｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面の上にＴｉ／Ａｌを形成し、並びに急速アニール装置或いは石英製反応容器中で窒素を含有する環境下で温度約４５０〜６００℃で約５〜３０分間アニールし、Ｔｉ／Ａｌとｎ−ＧａＮオームコンタクト層２０のコンタクト抵抗を下げ、並びにＩＴＯをアニールしてＩＴＯの透光性とＩＴＯとＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の間のコンタクト抵抗を増す。
（５）続いてｐ−ＧａＮオームコンタクト層及びｎ−ＧａＮオームコンタクト層の表面上にＴｉ／Ａｕの正の電極ボンディングパッドと負の電極ボンディングパッドを形成する。
（１）それぞれＢＯＥ及び（ＮＨ4 ）Ｓx を使用しｐ−ＧａＮオームコンタクト層及びｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面を約１０分間洗浄する。
（２）さらに電子ビーム蒸着法（Ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）でｐ−ＧａＮオームコンタクト層の上に厚さ約５〜２０Åの金の金属薄膜層（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成しドメインコンタクト層となし、厚さ約２５〜５０Åのニッケルの第１金属酸化膜薄膜層を形成し、それを拡散バリア層となし、並びに急速アニール（ＲＴＡ）装置或いは石英製反応容器を使用し、酸素を含有する環境下で温度約４５０〜６００℃、約５〜２０分間アニールし、ＧａＮ／Ａｕ／ＮｉＯx のドメインマッチエピタキシャル層（ｄｏｍａｉｎ ｍａｔｃｈ ｅｐｉｔａｘｙ）を形成し、ｐ−ＧａＮオームコンタクト層のコンタクト抵抗を下げる。続いて、周知のマスクを用いたウエットエッチング法により、ｐ−ＧａＮオームコンタクト層の上以外の金属薄膜層を除去する。
（３）ＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の上に、続いて電子ビーム蒸着法或いはスパッタ法により厚さ約５００〜４０００ÅのＩＴＯの導電透光層を形成してそれをウインドウ層となし、このニッケル酸化物金属酸化薄膜層の上において、ウエットエッチング法を用いてＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の上以外のＩＴＯを除去する （４）ｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面の上にＴｉ／Ａｌを形成し、並びに急速アニール装置或いは石英製反応容器中で窒素を含有する環境下で温度約４５０〜６００℃で約５〜３０分間アニールし、Ｔｉ／Ａｌとｎ−ＧａＮオームコンタクト層２０のコンタクト抵抗を下げ、並びにＩＴＯをアニールしてＩＴＯの透光性とＩＴＯとＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の間のコンタクト抵抗を増す。
（５）続いてｐ−ＧａＮオームコンタクト層及びｎ−ＧａＮオームコンタクト層の表面上にＴｉ／Ａｕの正の電極ボンディングパッドと負の電極ボンディングパッドを形成する。
基板を提供し、基板表面上に低温下で低温バッファ層を成長させ、低温バッファ層の上に高温下で高温バッファ層を形成する。上述の低温、高温バッファ層の材料は窒化ガリウム系化合物で組成し、通常はＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）である。
基板上に厚さ約２００〜３００Åの低温バッファ層及び厚さ約０．７μｍの高温バッファ層を形成した後、続いて高温バッファ層の上にキャリアドープ濃度約３〜５ｅ＋１８ｃｍ-3のｎ型窒化ガリウム（ｎ−ＧａＮ）オームコンタクト層をエピタキシャル成長させ、その成長厚さは約２〜５μｍとする。続いて、キャリアノンドープの窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で組成した発光層を形成し、発光層のエピタキシャル成長完成後に、キャリアドープ濃度約３ｅ＋１７〜５ｅ＋１７ｃｍ-3のｐ型窒化アルミニウムガリウム（ｐ−ＡｌＧａＮ）で組成した被覆層及びキャリアドープ濃度約３ｅ＋１７〜１ｅ＋１８ｃｍ-3のｐ型窒化ガリウム（ｐ−ＧａＮ）とｐ型窒化インジウムガリウム（ｐ−ＩｎＧａＮ）で構成したオームコンタクト層を成長させる。全体の発光装置のエピタキシャル成長完成後に、ドライエッチングにより一部のｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面、一部の発光層、及び一部のｐ−ＡｌＧａＮ被覆層及びｐ−ＧａＮとｐ−ＩｎＧａＮのオームコンタクト層を除去し、ｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面を露出させる。
続いて本発明の重点であるドメインコンタクト層、拡散バリア層及びウインドウ層と正負の電極の形成について説明する。図５を参照されたい。
（１）それぞれＢＯＥ及び（ＮＨ4 ）Ｓx を使用しｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層及びｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面を約１０分間洗浄する。
（２）さらに電子ビーム蒸着法（Ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）でｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層の上に厚さ約５〜２０Åのニッケル金属薄膜層（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成して第２拡散バリア層（或いは第２金属酸化薄膜層と称する）となし、及び５〜２０Åの金の金属薄膜層のドメインコンタクト層を形成し、及び、厚さ約１０〜５０Åのニッケルの第１金属酸化膜薄膜層である第１拡散バリア層を形成する。並びに急速アニール（ＲＴＡ）装置或いは石英製反応容器を使用し、酸素を含有する環境下で温度約４５０〜６００℃、約５〜２０分間アニールし、ＮｉＯx ／Ａｕ／ＮｉＯx を形成し、ｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層とのコンタクト抵抗を減らし、続いて周知のマスクを用いたウエットエッチングによりｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層の上以外の金属薄膜層を除去する。
（３）ＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の上に、続いて電子ビーム蒸着法或いはスパッタ法により厚さ約５００〜４０００ÅのＩＴＯの導電透光層を形成してそれをウインドウ層となし、このニッケル酸化物金属酸化薄膜層の上において、ウエットエッチング法を用いてＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の上以外のＩＴＯを除去する （４）ｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面の上にＴｉ／Ａｌを形成し、並びに急速アニール装置或いは石英製反応容器中で窒素を含有する環境下で温度約４５０〜６００℃で約５〜３０分間アニールし、Ｔｉ／Ａｌとｎ−ＧａＮオームコンタクト層のコンタクト抵抗を減らし、並びにＩＴＯをアニールしてＩＴＯの透光性とＩＴＯとＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の間のコンタクト抵抗を増す。
（５）続いてｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層及びｎ−ＧａＮオームコンタクト層の表面上にＴｉ／Ａｕの正の電極ボンディングパッドと負の電極ボンディングパッドを形成する。
（１）それぞれＢＯＥ及び（ＮＨ4 ）Ｓx を使用しｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層及びｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面を約１０分間洗浄する。
（２）さらに電子ビーム蒸着法（Ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）でｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層の上に厚さ約５〜２０Åのニッケル金属薄膜層（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成して第２拡散バリア層（或いは第２金属酸化薄膜層と称する）となし、及び５〜２０Åの金の金属薄膜層のドメインコンタクト層を形成し、及び、厚さ約１０〜５０Åのニッケルの第１金属酸化膜薄膜層である第１拡散バリア層を形成する。並びに急速アニール（ＲＴＡ）装置或いは石英製反応容器を使用し、酸素を含有する環境下で温度約４５０〜６００℃、約５〜２０分間アニールし、ＮｉＯx ／Ａｕ／ＮｉＯx を形成し、ｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層とのコンタクト抵抗を減らし、続いて周知のマスクを用いたウエットエッチングによりｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層の上以外の金属薄膜層を除去する。
（３）ＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の上に、続いて電子ビーム蒸着法或いはスパッタ法により厚さ約５００〜４０００ÅのＩＴＯの導電透光層を形成してそれをウインドウ層となし、このニッケル酸化物金属酸化薄膜層の上において、ウエットエッチング法を用いてＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の上以外のＩＴＯを除去する （４）ｎ−ＧａＮオームコンタクト層表面の上にＴｉ／Ａｌを形成し、並びに急速アニール装置或いは石英製反応容器中で窒素を含有する環境下で温度約４５０〜６００℃で約５〜３０分間アニールし、Ｔｉ／Ａｌとｎ−ＧａＮオームコンタクト層のコンタクト抵抗を減らし、並びにＩＴＯをアニールしてＩＴＯの透光性とＩＴＯとＮｉＯx （ニッケル酸化物）金属酸化薄膜層の間のコンタクト抵抗を増す。
（５）続いてｐ−ＩｎＧａＮオームコンタクト層及びｎ−ＧａＮオームコンタクト層の表面上にＴｉ／Ａｕの正の電極ボンディングパッドと負の電極ボンディングパッドを形成する。
実験データ：
Ａ．ｐ−ＧａＮコンタクト層の透過率
Ｂ．ｐ−ＩｎＧａＮコンタクト層の透過率
Ａ．ｐ−ＧａＮコンタクト層の透過率
総合すると、本発明は新規性、進歩性及び産業上の利用価値を有する。なお、以上の実施例は本発明の特許請求の範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
１ サファイヤ基板 ２２０’ バッファ層
２ 窒化ガリウムバッファ層 ２３０’ ｎ−ＧａＮ層
３ ｎ型窒化ガリウムオームコンタクト層 ２４０’ ｎ−被覆層
４ 発光層 ２５０’ 活性層
５ ｐ型窒化アルミニウムガリウム被覆層 ２６０’ ｐ−被覆層
６ ｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層 ２７０’ ウインドウ層
７ ｐ型透光金属導電層 ２８０’ ウインドウ層
８ 正電極ボンディングパッド ２９０’ ＮｉＯx ／Ａｕ層
９ 負電極ボンディングパッド ３００’ 導電透光層
１０’ 発光ダイオード １０ 発光ダイオード
１１０’ 基板 １１０ 基板
１２０’ ｎ−ＧａＮ １２０ 第１導電型半導体層
１３０’ ｎ−ＡｌＧａＮ １３０ 発光層
１４０’ ｕＩｎＧａＮ １４０ 第２導電型半導体層
１５０’ ｐ−ＡｌＧａＮ １５０ ドメインコンタクト層
１６０’ ｐ−ＧａＮ １６０ 拡散バリア層
１７０’ 高濃度キャリア層 １７０ ウインドウ層
１８０’ 導電透光層 １８０ 第１電極
２０’ 発光ダイオード １９０ 第２電極
２１０’ サファイヤ基板 ２００ 第２拡散バリア層
２ 窒化ガリウムバッファ層 ２３０’ ｎ−ＧａＮ層
３ ｎ型窒化ガリウムオームコンタクト層 ２４０’ ｎ−被覆層
４ 発光層 ２５０’ 活性層
５ ｐ型窒化アルミニウムガリウム被覆層 ２６０’ ｐ−被覆層
６ ｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層 ２７０’ ウインドウ層
７ ｐ型透光金属導電層 ２８０’ ウインドウ層
８ 正電極ボンディングパッド ２９０’ ＮｉＯx ／Ａｕ層
９ 負電極ボンディングパッド ３００’ 導電透光層
１０’ 発光ダイオード １０ 発光ダイオード
１１０’ 基板 １１０ 基板
１２０’ ｎ−ＧａＮ １２０ 第１導電型半導体層
１３０’ ｎ−ＡｌＧａＮ １３０ 発光層
１４０’ ｕＩｎＧａＮ １４０ 第２導電型半導体層
１５０’ ｐ−ＡｌＧａＮ １５０ ドメインコンタクト層
１６０’ ｐ−ＧａＮ １６０ 拡散バリア層
１７０’ 高濃度キャリア層 １７０ ウインドウ層
１８０’ 導電透光層 １８０ 第１電極
２０’ 発光ダイオード １９０ 第２電極
２１０’ サファイヤ基板 ２００ 第２拡散バリア層
Claims (32)
- 窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
基板と、
該基板の上に接続された第１導電型半導体層と、
該第１導電型半導体層の上に位置する発光層と、
該発光層の上に位置する第２導電型半導体層と、
該第２導電型半導体層の上に位置するドメインコンタクト層と、
該ドメインコンタクト層の上に位置する拡散バリア層と、
該拡散バリア層の上に位置する第１電極と、
該ウインドウ層の上に位置する第２電極と、
を具え、そのうち、該拡散バリア層が該ウインドウ層がドメインコンタクト層に拡散することによるコンタクト抵抗値の上昇を防止することを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。 - 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が透光性基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項２記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板がサファイヤ基板、酸化亜鉛、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム或いはスピネルのいずれかとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が炭化シリコン、砒素化ガリウム或いはシリコン基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１導電型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２導電型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層がインジウムを含有する窒化物化合物半導体で構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ドメインコンタクト層が金層とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、拡散バリア層が酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ウインドウ層が導電透光層とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、導電透光層が酸化インジウム、酸化錫或いは酸化インジウム錫のいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２導電型半導体層とドメインコンタクト層の間に更に拡散バリア層が設けられたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
基板と、
該基板の上に接続されたｎ型半導体層と、
該ｎ型半導体層の上に位置する発光層と、
該発光層の上に位置するｐ型半導体層被覆層と、該ｐ型半導体層被覆層の上に位置するｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層と、
該ｐ型半導体オームコンタクト層の上に位置する金属薄膜層と、
該金属薄膜層の上に位置する第１金属酸化薄膜層と、
該第１金属酸化薄膜層の上に位置する導電透光層と、
該ｎ型半導体層の上に位置する第１電極と、
該導電透光層の上に位置する第２電極と、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。 - 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が透光性基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１４記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板がサファイヤ基板、酸化亜鉛、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム或いはスピネルのいずれかとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が炭化シリコン、砒素化ガリウム或いはシリコン基板とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｎ型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型半導体層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム或いは窒化インジウムガリウムのいずれかで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層がインジウムを含有する窒化物化合物半導体で構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、金属薄膜層とｐ型半導体オームコンタクト層との間に第２金属酸化薄膜層が設けられたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項２０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第２金属酸化薄膜層が酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、金属薄膜層が金層とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１金属酸化薄膜層が酸化ニッケル化合物層（ＮｉＯx ）とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、導電透光層が酸化インジウム、酸化錫或いは酸化インジウム錫で構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、金属薄膜層の厚さが５〜２０Åとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、第１金属酸化薄膜層の厚さが２５〜５０Åとされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、
基板を提供する工程と、
ｎ型半導体層を該基板の上に形成する工程と、
発光層を該ｎ型半導体層の上に形成する工程と、
該発光層の上方に形成したｐ型半導体被覆層と、該ｐ型半導体層の上方に形成したｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層を該発光層の上に形成する工程と、
ドメインコンタクト層を該ｐ型半導体層オームコンタクト層の上に形成する工程と、
拡散バリア層を該ドメインコンタクト層の上に形成する工程と、
ウインドウ層を該拡散バリア層の上に形成する工程と、
第１電極をｎ型半導体層の上に形成する工程と、
第２電極を該ウインドウ層の上に形成する工程と、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。 - 請求項２７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、拡散バリア層をドメインコンタクト層の上に形成した後、アニール処理を行なうことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
- 窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、
基板を提供する工程と、
ｎ型半導体層を該基板の上に形成する工程と、
発光層を該ｎ型半導体層の上に形成する工程と、
該発光層の上方に形成したｐ型半導体被覆層と、該ｐ型半導体層の上方に形成したｐ型半導体オームコンタクト層からなるｐ型半導体層を該発光層の上に形成する工程と、
金属薄膜を該ｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程と、
該第１金属酸化薄膜層を該金属薄膜の上に形成する工程と、
該第１金属酸化薄膜層の上に導電透光層を形成する工程と、
該ｎ型半導体層の上に第１電極を形成する工程と、
該導電透光層の上に第２電極を形成する工程と、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。 - 請求項２０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、第１金属酸化薄膜層を該金属薄膜の上に形成した後、アニール処理を行なうことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
- 請求項２９記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、金属薄膜をｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程が、
第２金属酸化薄膜層をｐ型半導体オームコンタクト層の上に形成する工程と、
金属薄膜層を第２金属酸化薄膜層の上に形成する工程と、
に置き換えられたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。 - 請求項２９記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、第１電極を形成する時、アニール処理を行なうことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
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