JP2006013475A - Positive electrode structure and gallium nitride based compound semiconductor light emitting device - Google Patents

Positive electrode structure and gallium nitride based compound semiconductor light emitting device Download PDF

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Hisayuki Miki
久幸 三木
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Showa Denko KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode structure which is excellent in current diffusivity having better translucency and low contact resistance that does not require heat treatment nor heat treatment for alloying in an oxygen atmosphere, nor the like, and also to provide a semiconductor light emitting device which is higher in luminescent efficiency using the positive electrode. <P>SOLUTION: The positive electrode structure is related to the transparent positive electrode of the compound semiconductor light emitting device, wherein the structure comprises: a contact metal layer consisting of a thin film of at least one kind of metal chosen from a platinum group, a current diffusion layer consisting of at least one kind of metal chosen from a group consisting of gold, silver or copper, or an alloy including at least one kind of these; and a bonding pad. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、透光性正極を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関し、特に発光層にInを含む素子構造を有する場合に、出力低下の少ない正極構造と発光素子に関するものである。   The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device having a light-transmitting positive electrode, and more particularly to a positive-electrode structure and a light-emitting device with little decrease in output when the light-emitting layer has an element structure containing In.

近年、短波長光発光素子用の半導体材料としてGaN系化合物半導体材料が注目を集めている。GaN系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして種々の酸化物基板やIII−V族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法(MOCVD法)や分子線エピタキシー法(MBE法)等によって形成される。   In recent years, GaN-based compound semiconductor materials have attracted attention as semiconductor materials for short wavelength light emitting devices. GaN-based compound semiconductors include sapphire single crystals, various oxide substrates, and III-V group compounds as substrates, and then metalorganic vapor phase chemical reaction method (MOCVD method) and molecular beam epitaxy method (MBE method). And so on.

GaN系化合物半導体材料の特性として、横方向への電流拡散が小さいことがある。原因は、エピタキシャル結晶中に多く存在する基板から表面へ貫通する転位の存在であることが考えられるが、詳しいことは判っていない。さらに、p型のGaN系化合物半導体においてはn型のGaN系化合物半導体の抵抗率に比べて抵抗率が高く、その表面に金属を積層しただけではp層内の横の電流の広がりはほとんど無く、pn接合を持ったLED構造とした場合正極の直下しか発光しない。   A characteristic of the GaN-based compound semiconductor material is that current diffusion in the lateral direction is small. The cause is thought to be the presence of dislocations penetrating from the substrate present in the epitaxial crystal to the surface, but the details are not known. Furthermore, the resistivity of the p-type GaN-based compound semiconductor is higher than that of the n-type GaN-based compound semiconductor, and there is almost no spread of lateral current in the p-layer just by stacking metal on the surface. In the case of an LED structure having a pn junction, light is emitted only directly below the positive electrode.

そこで、正極として透光性を有する電極を形成し、電極を通して発光を外部に取り出す構造が採用されてきた。この構造の場合、電極が電流を拡散させる機能を備えている。例えば、p層上にNiとAuを各々数10nm程度積層させて酸素雰囲気下で合金化処理を行い、p層の低抵抗化の促進および透光性とオーミック性を有した正極の形成を行なうことが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Therefore, a structure has been adopted in which a light-transmitting electrode is formed as a positive electrode and light emission is extracted to the outside through the electrode. In the case of this structure, the electrode has a function of diffusing current. For example, Ni and Au are each deposited on the p layer by several tens of nanometers and alloyed in an oxygen atmosphere to promote the reduction of the resistance of the p layer and to form a positive electrode having translucency and ohmic properties. (For example, refer to Patent Document 1).

また、正極としてp層上にPt層を形成し酸素を含む雰囲気中で熱処理し、p層の低抵抗化と合金化処理を同時に行なうことが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかし、この方法も酸素雰囲気下で熱処理するため、上述と同じ問題を有する。さらに、Pt単体で良好な透明電極とするためには相当薄く(例えば、5nm以下)しなければならないが、結果としてPt層の電気抵抗が高くなり、熱処理によりPt層の低抵抗化が成されたとしても電流の広がりが悪く、不均一な発光となり順方向電圧(VF)の上昇および発光強度の低下を招く。
In addition, it has been proposed to form a Pt layer on the p layer as a positive electrode and heat-treat in an oxygen-containing atmosphere to simultaneously reduce the resistance of the p layer and perform alloying treatment (see, for example, Patent Document 2). .
However, since this method is also heat-treated in an oxygen atmosphere, it has the same problem as described above. Furthermore, in order to make a good transparent electrode with Pt alone, it must be made quite thin (for example, 5 nm or less), but as a result, the electrical resistance of the Pt layer is increased and the resistance of the Pt layer is lowered by heat treatment. Even if this is the case, the spread of current is poor, resulting in non-uniform light emission, leading to an increase in forward voltage (VF) and a decrease in light emission intensity.

しかも熱処理によって半導体積層構造に影響があることが判ってきた。特に発光層にInを含む構造とした場合、Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体結晶は熱により劣化するので、発光出力の低下、逆方向電圧の低下などの弊害を招く。また、初期特性が良い場合でも熱履歴を経た材料ではエージングによる劣化を招きやすい。このため、Inを含む発光層を有する素子の場合、製造の過程においてできるだけ熱処理を経ないことが望まれる。
特許第2803742号公報 特開平11−186605号公報
Moreover, it has been found that the heat treatment has an influence on the semiconductor multilayer structure. In particular, when the light emitting layer has a structure containing In, the gallium nitride-based compound semiconductor crystal containing In deteriorates due to heat, which causes adverse effects such as a decrease in light emission output and a decrease in reverse voltage. Even when the initial characteristics are good, a material that has undergone a thermal history is likely to be deteriorated by aging. For this reason, in the case of an element having a light-emitting layer containing In, it is desirable that heat treatment be avoided as much as possible in the manufacturing process.
Japanese Patent No. 2803742 JP 11-186605 A

本発明の目的は、上述の問題点を解決する為に、Inを含む発光層を有する素子構造において、酸素雰囲気下での熱処理や合金化熱処理等を必要とせず、かつ良好な透光性と低接触抵抗を有する電流拡散性に優れた、正極構造を提供し、さらにその正極を使用した発光効率の高い半導体発光素子を提供することである。
本発明において透光性とは、300〜600nmの波長領域における光に対して透光性であることを意味し、無色透明を意味するものではない。
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and in an element structure having a light-emitting layer containing In, it does not require heat treatment or alloying heat treatment in an oxygen atmosphere, and has good light-transmitting properties. It is to provide a positive electrode structure having a low contact resistance and excellent current diffusivity, and further to provide a semiconductor light emitting device having a high light emission efficiency using the positive electrode.
In the present invention, translucency means translucency with respect to light in a wavelength region of 300 to 600 nm, and does not mean colorless and transparent.

本発明は、以下の発明を提供する。
(1) Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の透明正極であって、白金族から選ばれた少なくとも1種類の金属の薄膜からなるコンタクトメタル層と、コンタクトメタル層を構成する金属以外の金属もしくは合金の薄膜からなる電流拡散層の2種類の層、及びボンデイングパッドからなることを特徴とする正極構造。
The present invention provides the following inventions.
(1) A transparent positive electrode of a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element containing In, a contact metal layer made of a thin film of at least one metal selected from the platinum group, and a metal other than the metal constituting the contact metal layer Alternatively, a positive electrode structure comprising two types of current diffusion layers made of an alloy thin film and a bonding pad.

(2) 前記コンタクトメタル層の厚さが0.1〜7.5nmであることを特徴とする(1)に記載の正極構造。
(3) 前記コンタクトメタル層の厚さが0.1〜5nmであることを特徴とする(1)に記載の正極構造。
(4) 前記コンタクトメタル層の厚さが0.5〜2.5nmであることを特徴とする(1)に記載の正極構造。
(5) 前記コンタクトメタル層を構成する白金族金属が白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウムからなる金属のうち、少なくとも1種類の金属を含むことを特徴とする(1)から(4)のいずれか一つに記載の正極構造。
(6) 前記コンタクトメタル層が白金を含むことを特徴とする(1)から(5)のいずれか一つに記載の正極構造。
(2) The positive electrode structure according to (1), wherein the contact metal layer has a thickness of 0.1 to 7.5 nm.
(3) The positive electrode structure according to (1), wherein the contact metal layer has a thickness of 0.1 to 5 nm.
(4) The positive electrode structure according to (1), wherein the contact metal layer has a thickness of 0.5 to 2.5 nm.
(5) Any one of (1) to (4), wherein the platinum group metal constituting the contact metal layer includes at least one kind of metal selected from platinum, iridium, rhodium, and ruthenium. The positive electrode structure described in 1.
(6) The positive electrode structure according to any one of (1) to (5), wherein the contact metal layer includes platinum.

(7) 前記電流拡散層が金、銀および銅から選ばれた少なくとも1種の金属の薄膜、または少なくとも1種の金属を含む合金の薄膜であることを特徴とする(1)から(6)のいずれか一つに記載の正極構造。
(8) 前記電流拡散層が金であることを特徴とする(1)から(7)のいずれか一つに記載の正極構造。
(9) 前記電流拡散層の厚さが1〜20nmであることを特徴とする(1)から(8)のいずれか一つに記載の正極構造。
(10) 前記電流拡散層の厚さが10nm以下であることを特徴とする(1)から(8)のいずれか一つに記載の正極構造。
(11) 前記電流拡散層の厚さが3〜6nmであることを特徴とする(1)から(8)のいずれか一つに記載の正極構造。
(7) The current spreading layer is a thin film of at least one metal selected from gold, silver and copper, or a thin film of an alloy containing at least one metal. (1) to (6) The positive electrode structure according to any one of the above.
(8) The positive electrode structure according to any one of (1) to (7), wherein the current diffusion layer is gold.
(9) The positive electrode structure according to any one of (1) to (8), wherein the current diffusion layer has a thickness of 1 to 20 nm.
(10) The positive electrode structure according to any one of (1) to (8), wherein the current diffusion layer has a thickness of 10 nm or less.
(11) The positive electrode structure according to any one of (1) to (8), wherein the current diffusion layer has a thickness of 3 to 6 nm.

(12) Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなる量子井戸構造の発光層を有し、(1)から(11)のいずれか一つに記載の正極構造を具備してな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。
(13) 前記発光層が、複数の井戸層と複数の障壁層からなる多重量子井戸構造であることを特徴とする(12)に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(12) A light emitting layer having a quantum well structure made of a gallium nitride compound semiconductor containing In and having the positive electrode structure according to any one of (1) to (11). Gallium nitride compound semiconductor light emitting device.
(13) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to (12), wherein the light-emitting layer has a multiple quantum well structure including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers.

本発明は、Inを含む発光層を有する発光素子用の電極として、金属のみからなる透光性の電極とし、作製の過程で熱処理を実施しないことにより、発光強度の低下や逆耐圧の悪化を招くことなく、エージング劣化の少ない発光素子を作製することができる。   The present invention provides a light-transmitting electrode made of only a metal as an electrode for a light-emitting element having a light-emitting layer containing In, and does not perform heat treatment in the manufacturing process, thereby reducing the emission intensity and the reverse breakdown voltage. A light-emitting element with little aging deterioration can be manufactured without incurring.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の各実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせてもよい。
図1は、本発明の透光性の正極を有する発光素子の断面を示した模式図である。本発明の化合物半導体発光素子100は、基板1上にバッファ層6を介してGaN系化合物半導体層2が形成されており、その上に本発明の透光性の正極10が形成されている。
GaN系化合物半導体層2は、例えばn型半導体層3、発光層4およびp型半導体層5からなるヘテロ接合構造で構成される。発光層4はInを含んでいる。また、発光層4はInを含む井戸層とInを含まない障壁層からなる多重量子井戸構造としてもよい。
n型半導体層3の一部には負極20が形成され、p型半導体層5の一部には透光性の正極10が形成される。
また、透光性の正極10は、コンタクトメタル層11、電流拡散層12およびボンディングパッド層13の3層で構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and for example, the constituent elements of these embodiments may be appropriately combined.
FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a light-emitting element having a translucent positive electrode according to the present invention. In a compound semiconductor light emitting device 100 of the present invention, a GaN-based compound semiconductor layer 2 is formed on a substrate 1 with a buffer layer 6 interposed therebetween, and a light-transmitting positive electrode 10 of the present invention is formed thereon.
The GaN-based compound semiconductor layer 2 has a heterojunction structure including, for example, an n-type semiconductor layer 3, a light emitting layer 4, and a p-type semiconductor layer 5. The light emitting layer 4 contains In. The light emitting layer 4 may have a multiple quantum well structure including a well layer containing In and a barrier layer not containing In.
A negative electrode 20 is formed on a part of the n-type semiconductor layer 3, and a translucent positive electrode 10 is formed on a part of the p-type semiconductor layer 5.
The translucent positive electrode 10 is composed of three layers: a contact metal layer 11, a current diffusion layer 12, and a bonding pad layer 13.

コンタクトメタル層11に要求される性能としては、p層との接触抵抗が小さいことが必須である。さらに、発光層からの光を電極面側より取り出すフェイスアップマウント型の発光素子にあっては優れた光透過性が要求される。   As the performance required for the contact metal layer 11, it is essential that the contact resistance with the p layer is small. Further, a face-up mount type light emitting element that takes out light from the light emitting layer from the electrode surface side is required to have excellent light transmittance.

コンタクトメタル層11の材料は、熱処理を実施しなくとも良好な接触抵抗を得ることができるとの観点から、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、パラジウム(Pd)等の白金族金属が好ましい。これらの中でもPtは、仕事関数が高く、高温熱処理を施していない比較的高抵抗なp型GaN系化合物半導体層に対してでも良好なオーミック接触を得ることが可能なので、特に好ましい。   The material of the contact metal layer 11 is platinum (Pt), ruthenium (Ru), osmium (Os), rhodium (Rh), iridium (from the viewpoint that good contact resistance can be obtained without performing heat treatment. A platinum group metal such as Ir) or palladium (Pd) is preferred. Among these, Pt is particularly preferable because it has a high work function and can obtain a good ohmic contact even with a relatively high resistance p-type GaN compound semiconductor layer that has not been subjected to high-temperature heat treatment.

コンタクトメタル層11を白金族金属で構成した場合、光透過性の観点からその厚さを非常に薄くすることが必要である。コンタクトメタル層11の厚さは、0.1〜7.5nmの範囲が好ましい。0.1nm未満では安定した薄層が得られ難い。7.5nmを超えると透光性が低下してくるので、5nm以下がさらに好ましい。また、その後の電流拡散層12の積層による透光性の低下と成膜の安定性を考慮すると、0.5〜2.5nmの範囲が特に好ましい。   When the contact metal layer 11 is made of a platinum group metal, it is necessary to make the thickness very thin from the viewpoint of light transmittance. The thickness of the contact metal layer 11 is preferably in the range of 0.1 to 7.5 nm. If it is less than 0.1 nm, it is difficult to obtain a stable thin layer. If it exceeds 7.5 nm, the translucency is lowered, so that it is more preferably 5 nm or less. In consideration of a decrease in translucency due to subsequent lamination of the current diffusion layer 12 and stability of film formation, a range of 0.5 to 2.5 nm is particularly preferable.

しかし、コンタクトメタル層11の厚さを薄くすることでコンタクトメタル層11の面方向の電気抵抗が高くなり、かつ比較的高抵抗なp層とあいまって電流注入部であるパッド層の周辺部しか電流が拡がらず、結果として不均一な発光パターンとなり発光出力が低下する。   However, by reducing the thickness of the contact metal layer 11, the electrical resistance in the surface direction of the contact metal layer 11 is increased, and only the peripheral portion of the pad layer, which is the current injection portion, is combined with the p layer having a relatively high resistance. The current does not spread, resulting in a non-uniform light emission pattern, and the light emission output decreases.

そこで、コンタクトメタル層11の電流拡散性を補う手段として高光透過率で高導電性の金属薄膜からなる電流拡散層12をコンタクトメタル層11上に配置することにより、白金族金属の低接触抵抗性や光透過率を大きく損なうことなく電流を均一に広げることが可能となり、結果として発光出力の高い発光素子を得ることが出来る。   Therefore, by disposing a current diffusion layer 12 made of a metal thin film having a high light transmittance and a high conductivity as a means for supplementing the current diffusibility of the contact metal layer 11, low contact resistance of the platinum group metal is provided. In addition, the current can be spread uniformly without greatly impairing the light transmittance, and as a result, a light emitting element having a high light emission output can be obtained.

電流拡散層12は、コンタクトメタル層11を構成する金属以外の金属もしくは合金の薄膜で構成する。
電流拡散層12の材料は、導電率の高い金属、例えば金(Au)、銀(Ag)および銅(Cu)からなる群から選ばれた金属または少なくともそれらの一種を含む合金が好ましい。中でも金は、薄膜とした時の光透過率が高いことから最も好ましい。
The current diffusion layer 12 is made of a thin film of metal or alloy other than the metal constituting the contact metal layer 11.
The material of the current spreading layer 12 is preferably a metal having a high conductivity, for example, a metal selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), and copper (Cu), or an alloy containing at least one of them. Of these, gold is most preferable because of its high light transmittance when it is made into a thin film.

電流拡散層12の厚さは、1〜20nmが好ましい。1nm未満では電流拡散効果が十分発揮されない。20nmを超えると電流拡散層12の光透過性の低下が著しく発光出力の低下が危惧される。10nm以下がさらに好ましい。さらに厚さを3〜6nmの範囲とすることで電流拡散層12の光透過性と電流拡散の効果のバランスが最も良くなり、上記のコンタクトメタル層11と合わせることで正極上の全面で均一に発光し、かつ高出力な発光が得られる。   The thickness of the current spreading layer 12 is preferably 1 to 20 nm. If it is less than 1 nm, the current diffusion effect is not sufficiently exhibited. If the thickness exceeds 20 nm, the light transmission of the current diffusion layer 12 is significantly lowered, and the light emission output may be lowered. More preferably, it is 10 nm or less. Further, by setting the thickness in the range of 3 to 6 nm, the balance between the light transmittance of the current diffusion layer 12 and the effect of current diffusion becomes the best, and by combining with the contact metal layer 11 above, the entire surface on the positive electrode can be evenly distributed. Light emission and high output light emission can be obtained.

コンタクトメタル層11および電流拡散層12の成膜方法については、特に制限されることはなく公知の真空蒸着法やスパッタ法を用いることができる。中でも、熱ダメージの少ない蒸着法は、Inを含む発光層4を有する素子に電極を形成する方法としては好適である。   The method for forming the contact metal layer 11 and the current diffusion layer 12 is not particularly limited, and a known vacuum deposition method or sputtering method can be used. Among these, the vapor deposition method with little thermal damage is suitable as a method for forming an electrode on an element having the light emitting layer 4 containing In.

ボンディングパッド部を構成するボンディングパッド層13については、各種の材料を用いた各種の構造のものが知られており、これら公知のものを特に制限されることなく用いることが出来る。但し、電流拡散層12との密着性の良い材料を用いることが望ましく、厚さはボンディング時の応力に対してコンタクトメタル層11あるいは電流拡散層12へダメージを与えないよう十分厚くする必要がある。また最表層はボンディングボールとの密着性の良い材料とすることが望ましい。   As the bonding pad layer 13 constituting the bonding pad portion, those having various structures using various materials are known, and these known materials can be used without particular limitation. However, it is desirable to use a material having good adhesion to the current diffusion layer 12, and the thickness needs to be sufficiently thick so as not to damage the contact metal layer 11 or the current diffusion layer 12 due to stress during bonding. . The outermost layer is preferably made of a material having good adhesion to the bonding ball.

本発明に提案されたような、金属のみからなる透光性電極は、作製する工程に熱処理を含まずに作製することが可能なのが最大の利点である。作製工程に熱処理を含まないことは、発光層4にInを含む従来公知の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に対し、発光層4への熱ダメージの蓄積を抑える上で非常に有利である。従来の熱処理工程を経ないと形成できない酸化物層を含む構造の透光性電極や、金属製の透光性電極でもオーミック接触を取るための熱処理を施した電極では、InGaN等で構成されたInを含む発光層4に結晶が熱分解して金属化した部分が見られた。また、そのような明確な破壊の痕が見られない場合でも、エージングによって破壊が顕在化することがあったが、熱処理工程を経ない電極を用いた場合、このような不都合が解消される。
このことは、Inを含む発光層4を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であれば一般的に見られる有利点である。また、InGaN層を薄膜化させ、格子歪のかかる構成とした量子井戸構造においては、特に効果が著しい。中でも、多重量子井戸構造を用いた場合に、更に発光層4の破壊の抑制の効果が顕著である。
The greatest advantage of a translucent electrode made of only metal as proposed in the present invention is that it can be produced without including heat treatment in the production process. The fact that the manufacturing process does not include heat treatment is very advantageous for suppressing the accumulation of thermal damage to the light emitting layer 4 as compared with the conventionally known gallium nitride compound semiconductor light emitting device in which the light emitting layer 4 contains In. A translucent electrode including an oxide layer that cannot be formed without a conventional heat treatment step, or a metal translucent electrode that has been subjected to a heat treatment for ohmic contact, is composed of InGaN or the like. A portion where the crystal was thermally decomposed and metallized was observed in the light emitting layer 4 containing In. Further, even when such a clear fracture mark is not observed, the breakage may be manifested by aging. However, such an inconvenience is solved when an electrode not subjected to a heat treatment step is used.
This is an advantage generally found in a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element having a light-emitting layer 4 containing In. In addition, the effect is particularly remarkable in the quantum well structure in which the InGaN layer is thinned and the lattice strain is applied. In particular, when the multiple quantum well structure is used, the effect of suppressing the destruction of the light emitting layer 4 is further remarkable.

基板1には、サファイア単結晶(Al;A面、C面、M面、R面)、スピネル単結晶(MgAl)、ZnO単結晶、LiAlO単結晶、LiGaO単結晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶、GaAs単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶およびZrBなどのホウ化物単結晶などの公知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。 The substrate 1 includes a sapphire single crystal (Al 2 O 3 ; A plane, C plane, M plane, R plane), spinel single crystal (MgAl 2 O 4 ), ZnO single crystal, LiAlO 2 single crystal, LiGaO 2 single crystal. Known substrate materials such as oxide single crystals such as MgO single crystal, Si single crystal, SiC single crystal, GaAs single crystal, AlN single crystal, GaN single crystal, and boride single crystals such as ZrB 2 are used without any limitation. be able to. The plane orientation of the substrate is not particularly limited. Moreover, a just board | substrate may be sufficient and the board | substrate which provided the off angle may be sufficient.

n型半導体層3、発光層4およびp型半導体層5は各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。特にp型半導体層5のキャリア濃度は一般的な濃度のものを用いるが、比較的キャリア濃度の低い、例えば1×1017cm−3程度のp型半導体層にも本発明の透光性正極は適用できる。 The n-type semiconductor layer 3, the light emitting layer 4, and the p-type semiconductor layer 5 are known in various structures, and these known materials can be used without any limitation. In particular, the carrier concentration of the p-type semiconductor layer 5 is a common concentration, but the translucent positive electrode of the present invention is also applied to a p-type semiconductor layer having a relatively low carrier concentration, for example, about 1 × 10 17 cm −3. Is applicable.

それらを構成する窒化ガリウム系化合物半導体として、一般式AlInGa1−x−yN(0≦x<1,0≦y<1,0≦x+y<1)で表わされる各種組成の半導体が周知であり、本発明におけるn型半導体層3およびp型半導体層5を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式AlInGa1−x−yN(0≦x<1,0≦y<1,0≦x+y<1)で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。発光層4を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としては、Inを含む一般式AlInGa1−x−yN(0≦x<1,0<y<1,0<x+y<1)で表わされる半導体を何ら制限なく用いることができる。 As a gallium nitride compound semiconductor constituting them, semiconductors of various compositions represented by the general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1) Is known, and the gallium nitride-based compound semiconductor constituting the n-type semiconductor layer 3 and the p-type semiconductor layer 5 in the present invention is also represented by the general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, Semiconductors having various compositions represented by 0 ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1) can be used without any limitation. The gallium nitride-based compound semiconductor constituting the light emitting layer 4 is represented by the general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1) including In. The semiconductors represented can be used without any limitation.

これらの窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、有機金属化学気相成長法(MOCVD)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、分子線エピタキシー法(MBE)、などIII族窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からMOCVD法である。
MOCVD法では、キャリアガスとして水素(H)または窒素(N)、III族原料であるGa源としてトリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチルアルミニウム(TEA)、In源としてトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)、V族原料であるN源としてアンモニア(NH)、ヒドラジン(N)などが用いられる。また、ドーパントとしては、n型にはSi原料としてモノシラン(SiH)またはジシラン(Si)を、Ge原料としてゲルマン(GeH)を用い、p型にはMg原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム((EtCp) Mg)を用いる。
The growth method of these gallium nitride-based compound semiconductors is not particularly limited. Group III nitride semiconductors such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), hydride vapor deposition (HVPE), molecular beam epitaxy (MBE), etc. All methods known to grow can be applied. A preferred growth method is the MOCVD method from the viewpoint of film thickness controllability and mass productivity.
In the MOCVD method, hydrogen (H 2 ) or nitrogen (N 2 ) as a carrier gas, trimethyl gallium (TMG) or triethyl gallium (TEG) as a Ga source which is a group III source, trimethyl aluminum (TMA) or triethyl aluminum as an Al source (TEA), trimethylindium (TMI) or triethylindium (TEI) as an In source, ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), or the like as an N source as a group V source. As dopants, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as a Si raw material for n-type, germane (GeH 4 ) is used as a Ge raw material, and biscyclohexane is used as an Mg raw material for p-type. Pentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) or bisethylcyclopentadienyl magnesium ((EtCp) 2 Mg) is used.

基板1上にn型半導体層3、発光層4およびp型半導体層5が順次積層された窒化ガリウム系化合物半導体のn型半導体層3に接して負極20を形成するために、発光層4およびp型半導体層5の一部を除去して、n型半導体層3を露出させる。その後残したp型半導体層5上に本発明の透光性正極を形成し、露出させたn型半導体層3上に負極20を形成する。負極20としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができる。   In order to form the negative electrode 20 in contact with the n-type semiconductor layer 3 of the gallium nitride-based compound semiconductor in which the n-type semiconductor layer 3, the light-emitting layer 4 and the p-type semiconductor layer 5 are sequentially stacked on the substrate 1, A part of the p-type semiconductor layer 5 is removed to expose the n-type semiconductor layer 3. Thereafter, the translucent positive electrode of the present invention is formed on the remaining p-type semiconductor layer 5, and the negative electrode 20 is formed on the exposed n-type semiconductor layer 3. As the negative electrode 20, negative electrodes having various compositions and structures are known, and these known negative electrodes can be used without any limitation.

本発明では発光層(活性層)4中にはインジウム(In)が含まれていることが前提となる。発光層4は、InGaNなどの単層で構成しても構わないし、量子井戸構造としても構わないが、特に、量子井戸構造を採用した場合に、本発明の効果が顕著に現れる。
量子井戸構造としては、単一の層からなる単一量子井戸構造でもよいが、活性層である井戸層と障壁層とを交互に複数層積層させた多重量子井戸構造が、発光出力が向上するので好ましい。積層の回数は3回から10回程度が好ましく、3回から6回程度がさらに好ましい。多重量子井戸構造の場合、全ての井戸層(活性層)が厚膜部と薄膜部を備えている必要はなく、また、厚膜部および薄膜部それぞれの寸法や面積比などを各層によって変化させても良い。なお、多重量子井戸構造の場合、井戸層(活性層)と障壁層を併わせた全体を本明細では発光層と呼ぶ。
In the present invention, it is assumed that the light emitting layer (active layer) 4 contains indium (In). The light emitting layer 4 may be composed of a single layer such as InGaN, or may have a quantum well structure, but the effect of the present invention is particularly remarkable when a quantum well structure is employed.
The quantum well structure may be a single quantum well structure composed of a single layer, but a multiple quantum well structure in which a plurality of well layers and barrier layers as active layers are alternately stacked improves the light emission output. Therefore, it is preferable. The number of lamination is preferably about 3 to 10 times, more preferably about 3 to 6 times. In the case of a multiple quantum well structure, it is not necessary that all well layers (active layers) have a thick film portion and a thin film portion, and the dimensions and area ratios of the thick film portion and the thin film portion are changed depending on each layer. May be. In the case of a multiple quantum well structure, the whole of the well layer (active layer) and the barrier layer together is referred to as a light emitting layer in this specification.

障壁層の膜厚は、70Å以上であることが好ましく、さらに好ましくは140Å以上である。障壁層の膜厚が薄いと、障壁層上面の平坦化を阻害し、発光効率の低下やエージング特性の低下を引き起こす。また、膜厚が厚すぎることは、駆動電圧の上昇や発光の低下を引き起こす。このため、障壁層の膜厚は500Å以下であることが好ましい。   The thickness of the barrier layer is preferably 70 mm or more, and more preferably 140 mm or more. If the thickness of the barrier layer is thin, the flattening of the upper surface of the barrier layer is hindered, and the light emission efficiency and aging characteristics are reduced. Moreover, when the film thickness is too thick, it causes an increase in driving voltage and a decrease in light emission. For this reason, the thickness of the barrier layer is preferably 500 mm or less.

多重量子構造の場合、障壁層は、GaNやAlGaNのほか、井戸層(活性層)を構成するInGaNよりもIn比率の小さいInGaNで形成することができる。中でも、GaNが好適である。   In the case of a multiple quantum structure, the barrier layer can be formed of InGaN having a smaller In ratio than InGaN constituting the well layer (active layer) in addition to GaN and AlGaN. Among these, GaN is preferable.

活性層を、多重量子井戸構造で構成し、アンドープとする場合、井戸層には膜厚の厚い領域と薄い領域を含む構造とすることができる。井戸層をこの構造とすることで、駆動電圧の低減を実現することができる。
このような構造は、600度から900度などの比較的低い温度で井戸層を成長させておき、その後成長を停止した状態で昇温する工程を入れることで形成することが可能である。
When the active layer is constituted by a multiple quantum well structure and is undoped, the well layer can have a structure including a thick region and a thin region. By adopting this structure for the well layer, the drive voltage can be reduced.
Such a structure can be formed by growing a well layer at a relatively low temperature such as 600 to 900 degrees and then increasing the temperature while stopping the growth.

活性層にSiをドープする場合、ドーパント源としては一般に良く知られたシラン(SiH)、ジシラン(Si)のほか、有機珪素原料を用いることができる。シラン(SiH)、ジシラン(Si)は100%のガスとして供給しても良いが、安全性の観点からは希釈したガスをボンベから供給することが望ましい。 When doping the active layer with Si, an organic silicon raw material can be used as a dopant source in addition to silane (SiH 4 ) and disilane (Si 2 H 6 ) which are generally well known. Silane (SiH 4 ) and disilane (Si 2 H 6 ) may be supplied as 100% gas, but it is desirable to supply a diluted gas from a cylinder from the viewpoint of safety.

同様に、活性層にGeをドープする場合、ドーパント源としては一般に良く知られたゲルマン(GeH)のほか、有機ゲルマニウム原料を用いることができる。ゲルマン(GeH)は、100%のガスとして供給しても良いが、安全性の観点からは希釈したガスをボンベから供給することが望ましい。 Similarly, when the active layer is doped with Ge, an organic germanium raw material can be used as a dopant source in addition to germanium (GeH 4 ) which is generally well known. Although germane (GeH 4 ) may be supplied as a 100% gas, it is desirable to supply a diluted gas from a cylinder from the viewpoint of safety.

活性層にnドーパントをドープする場合、全領域にドープしても良いし、一部の領域のみにドープしても良い。特に、量子井戸構造を採用している構造において障壁層にnドーパントをドープすると、素子の駆動電圧が低下する効果があるので、障壁層にnドーパントをドープすることは望ましい。この場合、障壁層全体にドープするだけでなく、一部の領域にドープしても良い。特に、井戸層の直下にあたる領域に選択的にドープすることで高い出力と低い駆動電圧を両立することができる。
nドーパントをドープする濃度としては、5×1016cm−3以上で1×1019cm−3以下とすることが良い。濃度がこれ以上低くては駆動電圧の低減が実現できないし、これ以上高いと結晶性や平坦性が低下する。更に望ましくは1×1017cm−3以上で5×1018cm−3以下であり、1×1017cm−3以上で1×1018cm−3以下が最も好適である。
When the n dopant is doped into the active layer, the entire region may be doped, or only a part of the region may be doped. In particular, doping the barrier layer with n dopant in a structure employing a quantum well structure has the effect of reducing the driving voltage of the device, so it is desirable to dope the barrier layer with n dopant. In this case, not only the entire barrier layer but also a part of the region may be doped. In particular, a high output and a low drive voltage can both be achieved by selectively doping the region immediately below the well layer.
The concentration at which the n-dopant is doped is preferably 5 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less. If the concentration is lower than this, the driving voltage cannot be reduced, and if it is higher than this, the crystallinity and flatness are lowered. More desirably, it is 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm −3 or less, and 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less is most preferable.

コンタクト層と発光層との間に、nクラッド層を設けることが好ましい。nコンタクト層の最表面に生じた平坦性の悪化を埋めることができるからである。nクラッド層は、AlGaN、GaN、InGaNなどで形成することが可能であるが、InGaNとする場合には活性層のInGaNのバンドギャップよりも大きい組成とすることが望ましいことは言うまでもない。nクラッド層のキャリア濃度は、nコンタクト層と同じでも良いし、大きくても小さくても良い。その上に形成される活性層の結晶性をよくするために、成長速度、成長温度、成長圧力、ドープ量などの成長条件を適宜調節して、平坦性の高い表面とすることが好ましい。   An n-clad layer is preferably provided between the contact layer and the light emitting layer. This is because the deterioration of flatness generated on the outermost surface of the n contact layer can be filled. The n-clad layer can be formed of AlGaN, GaN, InGaN or the like, but it goes without saying that in the case of using InGaN, it is desirable that the composition be larger than the band gap of InGaN in the active layer. The carrier concentration of the n-clad layer may be the same as that of the n-contact layer, or may be large or small. In order to improve the crystallinity of the active layer formed thereon, it is preferable to adjust the growth conditions such as the growth rate, the growth temperature, the growth pressure, and the doping amount as appropriate to obtain a highly flat surface.

またnクラッド層は、組成や格子定数の異なる層を、交互に複数回積層して形成しても良い。その際、積層する層によって組成のほか、ドーパントの量や膜厚などを変化させても良い。   The n-clad layer may be formed by alternately laminating layers having different compositions and lattice constants. At that time, in addition to the composition, the amount and thickness of the dopant may be changed depending on the layer to be stacked.

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
(実施例)
図2は本実施例で作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子200の断面を示した模式図であり、図3はその平面を示した模式図である。サファイアからなる基板1上に、AlNからなるバッファ層6を介して、厚さ8μmのアンドープGaNからなる下地層3a、厚さ2μmのGeドープn型GaNコンタクト層3b、厚さ0.03μmのn型In0.1 Ga0.9 Nクラッド層3c、厚さ16nmのSiドープGaN障壁層および厚さ3nmのIn0.2 Ga0.8 N井戸層を5回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層4、厚さ0.01μmのMgドープp型Al0.07Ga0.93Nクラッド層5a、厚さ0.15μmのMgドープp型AlGaNコンタクト層5bを順に積層し、窒化ガリウム系化合物半導体を形成した。p型AlGaNコンタクト層5b上に、厚さ1.5nmのPtコンタクトメタル層11、厚さ5nmのAu電流拡散層12およびAu/Ti/Al/Ti/Au5層構造(厚さはそれぞれ50/20/10/100/200nm)のボンディングパッド層13よりなる正極10を形成した。多重量子井戸構造をなす発光層4の断面構造を図4に示す。図において41−1〜41−6は障壁層であり、42−1〜42−5は井戸層である。
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited only to these Examples.
(Example)
FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of the gallium nitride compound semiconductor light emitting device 200 manufactured in this example, and FIG. 3 is a schematic view showing the plane thereof. On a substrate 1 made of sapphire, a base layer 3a made of undoped GaN having a thickness of 8 μm, a Ge-doped n-type GaN contact layer 3b having a thickness of 2 μm, and an n having a thickness of 0.03 μm, via a buffer layer 6 made of AlN. A type In 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 3c, a 16 nm thick Si-doped GaN barrier layer, and a 3 nm thick In 0.2 Ga 0.8 N well layer are stacked five times, and finally a barrier layer is formed. The provided multi-quantum well structure light emitting layer 4, Mg-doped p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 5a having a thickness of 0.01 μm, and Mg-doped p-type AlGaN contact layer 5b having a thickness of 0.15 μm are sequentially arranged. Stacked to form a gallium nitride compound semiconductor. On the p-type AlGaN contact layer 5b, a Pt contact metal layer 11 having a thickness of 1.5 nm, an Au current diffusion layer 12 having a thickness of 5 nm, and an Au / Ti / Al / Ti / Au5 layer structure (thickness is 50/20, respectively). The positive electrode 10 made of the bonding pad layer 13 of / 10/100/200 nm was formed. FIG. 4 shows a cross-sectional structure of the light emitting layer 4 having a multiple quantum well structure. In the figure, 41-1 to 41-6 are barrier layers, and 42-1 to 42-5 are well layers.

次にn型GaNコンタクト層3b上にTi/Auの二層構造の負極20を形成し、光取り出し面を半導体側とした発光素子である。正極10および負極20の平面形状は図3に示したとおりである。   Next, a light emitting device in which a negative electrode 20 having a two-layer structure of Ti / Au is formed on the n-type GaN contact layer 3b and the light extraction surface is the semiconductor side. The planar shapes of the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are as shown in FIG.

この発光素子構造において、n型GaNコンタクト層3bのキャリア濃度は5×1018cm−3であり、GaN障壁層のSiドープ量は1×1018cm−3であり、p型AlGaNコンタクト層5bのキャリア濃度は5×1018cm−3であり、p型AlGaNクラッド層5aのMgドープ量は5×1019cm−3であった。 In this light emitting device structure, the carrier concentration of the n-type GaN contact layer 3b is 5 × 10 18 cm −3 , the Si doping amount of the GaN barrier layer is 1 × 10 18 cm −3 , and the p-type AlGaN contact layer 5b The carrier concentration was 5 × 10 18 cm −3 , and the Mg doping amount of the p-type AlGaN cladding layer 5a was 5 × 10 19 cm −3 .

窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、MOCVD法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。また、正極10および負極20は次の手順で形成した。   Lamination of the gallium nitride compound semiconductor layers was performed by MOCVD under normal conditions well known in the art. Moreover, the positive electrode 10 and the negative electrode 20 were formed in the following procedure.

初めに反応性イオンエッチング法によって負極20を形成する部分のn型GaNコンタクト層3bを下記手順により露出させた。   First, the n-type GaN contact layer 3b where the negative electrode 20 is to be formed was exposed by the following procedure by the reactive ion etching method.

まず、エッチングマスクをp型半導体層5b上に形成した。形成手順は以下の通りである。レジストを全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、正極領域より一回り大きい領域からレジストを除去した。真空蒸着装置内にセットして、圧力4×10−4Pa以下でNiおよびTiをエレクトロンビーム法により膜厚がそれぞれ約50nmおよび300nmとなるように積層した。その後リフトオフ技術により、正極領域以外の金属膜をレジストとともに除去した。 First, an etching mask was formed on the p-type semiconductor layer 5b. The formation procedure is as follows. After uniformly applying the resist over the entire surface, the resist was removed from a region that was slightly larger than the positive electrode region using a known lithography technique. It was set in a vacuum deposition apparatus, and Ni and Ti were laminated by an electron beam method at a pressure of 4 × 10 −4 Pa or less so that the film thicknesses were about 50 nm and 300 nm, respectively. Thereafter, the metal film other than the positive electrode region was removed together with the resist by a lift-off technique.

次いで、反応性イオンエッチング装置のエッチング室内の電極上に半導体積層基板を載置し、エッチング室を10−4Paに減圧した後、エッチングガスとしてClを供給してn型GaNコンタクト層3bが露出するまでエッチングした。エッチング後、反応性イオンエッチング装置より取り出し、上記エッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去した。 Next, after placing the semiconductor laminated substrate on the electrode in the etching chamber of the reactive ion etching apparatus and reducing the etching chamber to 10 −4 Pa, Cl 2 is supplied as an etching gas to form the n-type GaN contact layer 3b. Etched until exposed. After the etching, it was taken out from the reactive ion etching apparatus, and the etching mask was removed with nitric acid and hydrofluoric acid.

次に、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、p型AlGaNコンタクト層5b上の正極を形成する領域にのみ、Ptからなるコンタクトメタル層11、Auからなる電流拡散層12を形成した。コンタクトメタル層11、電流拡散層12の形成では、まず、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した基板1を真空蒸着装置内に入れ、p型AlGaNコンタクト層5b上に初めにPtを1.5nm、次にAuを5nm積層した。引き続き真空室から取り出した後、通常リフトオフと呼ばれる周知の手順に則って処理し、さらに同様な手法で電流拡散層12上の一部にAuからなる第1の層、Tiからなる第2の層、Alからなる第3の層、Tiからなる第4の層、Auからなる第5の層を順に積層し、ボンディングパッド層13を形成した。このようにしてp型AlGaNコンタクト層5b上に正極10を形成した。   Next, the contact metal layer 11 made of Pt and the current diffusion layer 12 made of Au were formed only in the region where the positive electrode was formed on the p-type AlGaN contact layer 5b by using a known photolithography technique and lift-off technique. In the formation of the contact metal layer 11 and the current diffusion layer 12, first, the substrate 1 on which the gallium nitride compound semiconductor layer is stacked is placed in a vacuum deposition apparatus, and Pt is first deposited on the p-type AlGaN contact layer 5b at 1.5 nm, Next, 5 nm of Au was laminated. Subsequently, after taking out from the vacuum chamber, it is processed in accordance with a well-known procedure generally called lift-off, and further, a first layer made of Au and a second layer made of Ti are partially formed on the current diffusion layer 12 by a similar method. Then, a third layer made of Al, a fourth layer made of Ti, and a fifth layer made of Au were laminated in this order to form a bonding pad layer 13. In this way, the positive electrode 10 was formed on the p-type AlGaN contact layer 5b.

この方法で形成した正極10は透光性を示し、470nmの波長領域で60%の光透過率を有していた。なお、光透過率は、上記と同じコンタクトメタル層および電流拡散層を光透過率測定用の大きさに形成したもので測定した。   The positive electrode 10 formed by this method showed translucency and had a light transmittance of 60% in the wavelength region of 470 nm. The light transmittance was measured by forming the same contact metal layer and current diffusion layer as described above in a size for measuring light transmittance.

次に、露出したn型GaNコンタクト層3b上に負極20を以下の手順により形成した。レジストを全面に一様に塗布した後、公知リソグラフィー技術を用いて、露出したn型GaNコンタクト層3b上の負極形成部分からレジストを除去して、通常用いられる真空蒸着法で半導体側から順にTiが100nm、Auが200nmよりなる負極20を形成した。その後レジストを公知の方法で除去した。   Next, the negative electrode 20 was formed on the exposed n-type GaN contact layer 3b by the following procedure. After uniformly applying the resist to the entire surface, the resist is removed from the negative electrode forming portion on the exposed n-type GaN contact layer 3b by using a known lithography technique, and Ti is sequentially applied from the semiconductor side by a commonly used vacuum deposition method. A negative electrode 20 having a thickness of 100 nm and Au of 200 nm was formed. Thereafter, the resist was removed by a known method.

このようにして正極10および負極20を形成したウエーハを、基板裏面を研削・研磨することにより80μmまで基板1の板厚を薄くして、レーザスクライバを用いて半導体積層側から罫書き線を入れたあと、押し割って、350μm角のチップに切断した。続いてこれらのチップをプローブ針による通電で電流印加値20mAにおける順方向電圧の測定をしたところ2.9Vであった。   The wafer on which the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are formed in this way is thinned and polished to 80 μm by grinding and polishing the back surface of the substrate, and a ruled line is inserted from the semiconductor lamination side using a laser scriber. Then, it was cut and cut into 350 μm square chips. Subsequently, when these chips were energized with a probe needle and the forward voltage was measured at a current application value of 20 mA, it was 2.9 V.

その後、TO−18缶パッケージに実装してテスターによって発光出力を計測したところ印加電流20mAにおける発光出力は6mWを示した。また、この試料をTO−18缶パッケージに実装したまま30mAの電流を100hrの間、通電し続けて、テスターによって発光特性および電気特性を計測した。すると、発光出力や逆方向電圧に変化は見られなかった。   After that, when mounted on a TO-18 can package and measured for light output by a tester, the light output at an applied current of 20 mA was 6 mW. Further, while the sample was mounted in a TO-18 can package, a current of 30 mA was continuously applied for 100 hr, and the light emission characteristics and electrical characteristics were measured by a tester. Then, no change was observed in the light emission output and the reverse voltage.

(比較例1)
電極を、従来のAu/NiOの構造とした以外は、実施例1と同様に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。Au/NiO透光性電極の作製に際しては、酸素雰囲気で450℃の温度で熱処理を行った。この発光素子の順方向電圧及び発光出力はそれぞれ2.9V及び3.7mWであった。発光の様子を顕微鏡で確認すると、ところどころに暗いスポットが見られることが判った。これは、透光性電極作成時の熱処理により発光層の劣化が発生したことを示しているものと思われる。
(Comparative Example 1)
A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the electrode had a conventional Au / NiO structure. When producing the Au / NiO translucent electrode, heat treatment was performed at a temperature of 450 ° C. in an oxygen atmosphere. The forward voltage and light emission output of this light emitting device were 2.9 V and 3.7 mW, respectively. When the state of luminescence was confirmed with a microscope, it was found that dark spots were seen in some places. This seems to indicate that the light emitting layer was deteriorated by the heat treatment during the production of the translucent electrode.

(比較例2)
電極を、Ptのみからなるの構造とし、熱処理を施した以外は、実施例1と同様に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。この発光素子の順方向電圧及び発光出力はそれぞれ2.9V及び4.5mWであった。この試料を30mAの電流を100hr通電し続けてエージング試験をしたところ、10μAの逆方向電流における逆方向電圧は、試験前には20V以上あったが、試験後に5Vに低下していた。これは、透光性電極作成時の熱処理で蓄積された発光層へのダメージによるものと思われる。
(Comparative Example 2)
A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the electrode was made of Pt only and was subjected to heat treatment. The forward voltage and light emission output of this light emitting device were 2.9 V and 4.5 mW, respectively. When this sample was subjected to an aging test while energizing a current of 30 mA for 100 hr, the reverse voltage at a reverse current of 10 μA was 20 V or more before the test, but decreased to 5 V after the test. This seems to be due to damage to the light emitting layer accumulated by the heat treatment at the time of forming the translucent electrode.

本発明によって提供される窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用電極は、透光型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の正極として有用である。   The electrode for a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device provided by the present invention is useful as a positive electrode of a translucent gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device.

本発明の化合物半導体発光素子の断面構造を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-section of the compound semiconductor light-emitting device of this invention. 実施例の化合物半導体発光素子の断面構造を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-section of the compound semiconductor light-emitting device of an Example. 実施例の化合物半導体発光素子の平面を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the plane of the compound semiconductor light-emitting device of an Example. 実施例の発光層の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the light emitting layer of an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・基板、2・・・GaN系化合物半導体層、3・・・n型半導体層、3a・・・下地層、3c・・・クラッド層、4・・・発光層、5・・・p型半導体層、5a・・・クラッド層、5b・・・コンタクト層、6・・・バッファ層、10・・・正極、11・・・コンタクトメタル層、12・・・電流拡散層、13・・・ボンディングパッド層、20・・・負極、41−1〜41−6・・・障壁層、42−1〜41−5・・・井戸層、100,200・・・窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... GaN-based compound semiconductor layer, 3 ... n-type semiconductor layer, 3a ... Underlayer, 3c ... Cladding layer, 4 ... Light emitting layer, 5 ... p-type semiconductor layer, 5a ... cladding layer, 5b ... contact layer, 6 ... buffer layer, 10 ... positive electrode, 11 ... contact metal layer, 12 ... current diffusion layer, 13. .... Bonding pad layer, 20 ... negative electrode, 41-1 to 41-6 ... barrier layer, 42-1 to 41-5 ... well layer, 100, 200 ... gallium nitride compound semiconductor light emission element

Claims (13)

Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の透明正極であって、白金族から選ばれた少なくとも1種類の金属の薄膜からなるコンタクトメタル層と、コンタクトメタル層を構成する金属以外の金属もしくは合金の薄膜からなる電流拡散層の2種類の層、及びボンデイングパッドからなることを特徴とする正極構造。   A transparent positive electrode of a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element containing In, comprising a contact metal layer made of a thin film of at least one metal selected from the platinum group, and a metal or alloy other than a metal constituting the contact metal layer A positive electrode structure comprising two types of current diffusion layers made of a thin film and a bonding pad. 前記コンタクトメタル層の厚さが0.1〜7.5nmであることを特徴とする請求項1に記載の正極構造。   The positive electrode structure according to claim 1, wherein a thickness of the contact metal layer is 0.1 to 7.5 nm. 前記コンタクトメタル層の厚さが0.1〜5nmであることを特徴とする請求項1に記載の正極構造。   The positive electrode structure according to claim 1, wherein a thickness of the contact metal layer is 0.1 to 5 nm. 前記コンタクトメタル層の厚さが0.5〜2.5nmであることを特徴とする請求項1に記載の正極構造。   The positive electrode structure according to claim 1, wherein a thickness of the contact metal layer is 0.5 to 2.5 nm. 前記コンタクトメタル層を構成する白金族金属が白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウムからなる金属のうち、少なくとも1種類の金属を含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の正極構造。   The platinum group metal constituting the contact metal layer contains at least one kind of metal selected from the group consisting of platinum, iridium, rhodium, and ruthenium, according to any one of claims 1 to 4. The positive electrode structure. 前記コンタクトメタル層が白金を含むことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の正極構造。   The positive electrode structure according to claim 1, wherein the contact metal layer contains platinum. 前記電流拡散層が金、銀および銅から選ばれた少なくとも1種の金属の薄膜、または少なくとも1種の金属を含む合金の薄膜であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の正極構造。   The current spreading layer is a thin film of at least one metal selected from gold, silver and copper, or a thin film of an alloy containing at least one metal. 2. The positive electrode structure according to item 1. 前記電流拡散層が金であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の正極構造。   The positive electrode structure according to claim 1, wherein the current diffusion layer is gold. 前記電流拡散層の厚さが1〜20nmであることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の正極構造。   The positive electrode structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the current diffusion layer has a thickness of 1 to 20 nm. 前記電流拡散層の厚さが10nm以下であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の正極構造。   The positive electrode structure according to claim 1, wherein a thickness of the current diffusion layer is 10 nm or less. 前記電流拡散層の厚さが3〜6nmであることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の正極構造。   The positive electrode structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the current diffusion layer has a thickness of 3 to 6 nm. Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなる量子井戸構造の発光層を有し、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の正極構造を具備してな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。   12. A gallium nitride system comprising a light emitting layer having a quantum well structure made of a gallium nitride compound semiconductor containing In and comprising the positive electrode structure according to claim 1. Compound semiconductor light emitting device. 前記発光層が、複数の井戸層と複数の障壁層からなる多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項12に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 12, wherein the light-emitting layer has a multiple quantum well structure including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers.
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