JP2008053425A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

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JP2008053425A JP2006227733A JP2006227733A JP2008053425A JP 2008053425 A JP2008053425 A JP 2008053425A JP 2006227733 A JP2006227733 A JP 2006227733A JP 2006227733 A JP2006227733 A JP 2006227733A JP 2008053425 A JP2008053425 A JP 2008053425A
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Hiroshi Takase
裕志 高瀬
Tetsuzo Ueda
哲三 上田
Kenji Orita
賢児 折田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To permit the realization of a semiconductor light emitting device with higher output and smaller series resistance, in the semiconductor light emitting device which separates a substrate for growing crystal from a semiconductor layer. <P>SOLUTION: The semiconductor light emitting device is provided with a semiconductor laminate 100, comprising at least two layers of group III-V family nitride semiconductor layer having different conduction type from each other while having one principal plane and another principal plane opposed to the principal plane, and a transparent electrode 102 formed on one principal plane of the semiconductor laminate 100. The semiconductor laminate 100 comprises an n-type contact layer 104 consisting of an n-type AlGaN contacted with the transparent electrode 102. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、可視光又は白色発光ダイオードに適用可能なIII-Ｖ族窒化物半導体からなる半導体発光装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device made of a III-V nitride semiconductor applicable to visible light or white light emitting diodes.

窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される、III-Ｖ族窒化物系化合物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１)により、青色等の可視光から紫外光に至る波長帯を有する半導体発光装置が実現されている。窒化物半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）は各種表示用又は照明用等の幅広い応用が期待され、今後も市場の拡大が期待されている。 Group III-V nitride compound semiconductors (In x Al y Ga 1-xy N, represented by gallium nitride (GaN), where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ By 1), a semiconductor light emitting device having a wavelength band from visible light such as blue to ultraviolet light is realized. Light emitting diodes (LEDs) using nitride semiconductors are expected to have a wide range of applications such as various displays and illuminations, and the market is expected to expand in the future.

窒化物半導体は、バルク状の単結晶を得るのが困難であり、該窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板を用いて結晶成長を行なう、いわゆるヘテロエピタキシャル成長技術が用いられている。最も一般的な結晶成長用の異種基板には、熱的及び化学的に安定な単結晶サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）基板があり、高輝度な発光ダイオードが実現されている。しかしながら、成長用基板に用いるサファイアは絶縁性であるため、ｐ側電極及びｎ側電極を基板の片側にしか形成できず、その結果、直列抵抗が大きくなり動作電圧が高くなる。また、サファイアは熱伝導率が小さく放熱性が低いため、光出力の向上に限界がある等の課題があり、サファイア基板上に形成した発光ダイオードは、高出力化及び動作電圧の低減に限界がある（例えば、特許文献１及び２を参照。）。 It is difficult to obtain a bulk single crystal for a nitride semiconductor, and so-called heteroepitaxial growth technology is used in which crystal growth is performed using a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor. The most common heterogeneous substrate for crystal growth is a thermally and chemically stable single crystal sapphire (α-Al 2 O 3 ) substrate, which realizes a high-intensity light emitting diode. However, since sapphire used for the growth substrate is insulative, the p-side electrode and the n-side electrode can be formed only on one side of the substrate. As a result, the series resistance increases and the operating voltage increases. In addition, since sapphire has low thermal conductivity and low heat dissipation, there are problems such as limitations in improving the light output. Light-emitting diodes formed on a sapphire substrate have limitations in increasing output and reducing operating voltage. (For example, see Patent Documents 1 and 2).

近年、成長用基板にサファイアを用いる場合の課題を解決する方法として、サファイア基板を半導体層から分離して、ｐ側電極とｎ側電極とを対向して設ける縦型デバイス構造を持つ発光ダイオードが提案されている（非特許文献１を参照。)。   In recent years, a light emitting diode having a vertical device structure in which a sapphire substrate is separated from a semiconductor layer and a p-side electrode and an n-side electrode are provided facing each other as a method for solving the problem in the case of using sapphire as a growth substrate. It has been proposed (see Non-Patent Document 1).

縦型構造を持つ発光ダイオードは、サファイア基板上に複数の窒化物半導体層をエピタキシャル成長した後に、基板の裏面からサファイア基板を透過し且つＧａＮ層において吸収される波長、例えばＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）又はＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザの第３高調波光（波長３５５ｎｍ）等の短波長で高出力のパルスレーザ光を照射して、サファイア基板と接して形成されたＧａＮ層を分解することにより、サファイア基板を窒化物半導体層から分離される。このいわゆるレーザリフトオフ法と呼ばれる基板分離工程の前工程又は後工程において、サファイア基板が分離された窒化物半導体層に、例えば高い放熱性を有する他の基板（保持基板）を貼り合わせる（転写する）ことにより、放熱特性が改善されると共に、サファイア基板が分離されて露出した窒化物半導体層の上に電極を形成して縦型構造とすることにより、直列抵抗が低減されて動作電圧を低減することができる。
特開平０７−０９４７８２号公報 特開平１０−１７３２２４号公報 T.Ueda et al, physica status solidi (c) 0, No.7, 2219-2222(2003) In a light emitting diode having a vertical structure, a plurality of nitride semiconductor layers are epitaxially grown on a sapphire substrate, and then transmitted through the sapphire substrate from the back surface of the substrate and absorbed by the GaN layer, for example, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm). ) Or YAG (yttrium aluminum garnet) laser third-harmonic light (wavelength 355 nm) or other short-wavelength high-power pulsed laser light is applied to decompose the GaN layer formed in contact with the sapphire substrate, The sapphire substrate is separated from the nitride semiconductor layer. In the pre-process or post-process of the substrate separation process called the so-called laser lift-off method, for example, another substrate (holding substrate) having high heat dissipation is bonded (transferred) to the nitride semiconductor layer from which the sapphire substrate is separated. As a result, the heat dissipation characteristics are improved and the vertical structure is formed by forming electrodes on the nitride semiconductor layer exposed by separating the sapphire substrate, thereby reducing the series resistance and reducing the operating voltage. be able to.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-094782 Japanese Patent Laid-Open No. 10-173224 T. Ueda et al, physica status solidi (c) 0, No. 7, 2219-2222 (2003)

しかしながら、前記従来の縦型デバイス構造を持つ半導体発光装置は、例えばｎ型窒化物半導体層の露出面上にパッド電極を形成する際に、パッド電極の面積を大きくすると、電極コンタクト抵抗及びｎ型半導体層における直列抵抗は小さくなるものの、発光光の出射面積が小さくなるため、光出力が低下する。   However, in the semiconductor light emitting device having the conventional vertical device structure, for example, when the pad electrode is formed on the exposed surface of the n-type nitride semiconductor layer, the electrode contact resistance and the n-type are increased. Although the series resistance in the semiconductor layer is reduced, the light output is reduced because the emission area of the emitted light is reduced.

逆に、パッド電極の面積を小さくすると、全面での均一な発光を実現するには、ｎ型半導体層において電流の拡がりを十分に確保するために、ｎ型半導体層の膜厚を大きくする必要があり、結果として直列抵抗の低減には限界がある。   Conversely, if the pad electrode area is reduced, in order to achieve uniform light emission over the entire surface, the n-type semiconductor layer needs to have a large thickness in order to ensure sufficient current spread in the n-type semiconductor layer. As a result, there is a limit to reducing the series resistance.

また、成長用の基板としてサファイアを用いる場合には、該サファイア基板の径は、一般には５．１ｃｍ（２インチ相当）程度であり、発光ダイオードを構成する半導体チップの低コスト化を図れないという問題もある。   In addition, when sapphire is used as a growth substrate, the diameter of the sapphire substrate is generally about 5.1 cm (equivalent to 2 inches), and it is impossible to reduce the cost of the semiconductor chip constituting the light emitting diode. There is also a problem.

本発明は、前記従来の問題を解決し、結晶成長用の基板を半導体層から分離する半導体発光装置において、より高出力で且つ直列抵抗が小さい半導体発光装置を実現できるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to realize a semiconductor light-emitting device with higher output and lower series resistance in a semiconductor light-emitting device that separates a substrate for crystal growth from a semiconductor layer. To do.

前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光装置を、ｐｎ接合を含む窒化物半導体層におけるｎ型コンタクト層としてｎ型ＡｌＧａＮ層を形成し、形成したｎ型ＡｌＧａＮ層に接するように透明電極（透光性電極）を形成する構成とする。このような構造とすることにより、ｎ型層を薄膜化した場合でも、電流をチップ全体に拡げることができ、均一且つ高出力発光を実現できる。   In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor light-emitting device in which an n-type AlGaN layer is formed as an n-type contact layer in a nitride semiconductor layer including a pn junction, and the n-type AlGaN layer is in contact with the formed n-type AlGaN layer. An electrode (translucent electrode) is formed. With such a structure, even when the n-type layer is thinned, the current can be spread over the entire chip, and uniform and high-output light emission can be realized.

さらに、ｎ型層を薄膜化して直列抵抗を低減すると共に大口径のＳｉ基板を用いることでより、低コストな発光ダイオードを実現できる。   Furthermore, a low-cost light-emitting diode can be realized by making the n-type layer thin to reduce series resistance and using a large-diameter Si substrate.

本願発明者らは、ｎ型窒化物半導体からなるコンタクト層の低抵抗化を図るべく種々の検討を重ねた結果、以下のような知見を得ている。   The inventors of the present application have obtained the following knowledge as a result of various studies to reduce the resistance of a contact layer made of an n-type nitride semiconductor.

すなわち、成長用基板として、例えばシリコン（Ｓｉ）を用いた場合には、前述したように、シリコン基板上には、窒化物半導体層（エピタキシャル層）として、格子定数及びＳｉとＧａとの反応を防止するという観点から、まず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる初期層（バッファ層）を形成する。次に、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる第２層を形成すると、形成した第２層には、貫通転位が生じ、その欠陥密度（転位密度）は５×１０９ ｃｍ−２以上と大きくなる。 That is, for example, when silicon (Si) is used as a growth substrate, as described above, a lattice constant and a reaction between Si and Ga are formed on the silicon substrate as a nitride semiconductor layer (epitaxial layer). From the viewpoint of prevention, an initial layer (buffer layer) made of aluminum nitride (AlN) is first formed. Next, when the second layer made of n-type aluminum gallium nitride (AlGaN) is formed, threading dislocation occurs in the formed second layer, and the defect density (dislocation density) is 5 × 10 9 cm −2 or more. growing.

この大きい転位密度を持つ貫通転位によって第２層には貫通電流が流れるため、第２層をｎ型コンタクト層として用い、且つ、該ｎ型コンタクト層の上に透明電極を設けることにより、窒化物半導体からなり縦型デバイス構造を採る半導体発光装置における直列抵抗を低減できるというものである。   A threading dislocation having a high dislocation density causes a through current to flow in the second layer. Therefore, by using the second layer as an n-type contact layer and providing a transparent electrode on the n-type contact layer, a nitride is obtained. The series resistance in a semiconductor light emitting device made of a semiconductor and adopting a vertical device structure can be reduced.

さらに、本願発明者らは、成長用基板を分離し、続いて初期層をドライエッチングによって除去すると、露出した第２層の表面から窒素原子が蒸発し、蒸発した窒素の空孔（窒素抜け）がドナーとして（ドナーライクに）機能するという知見をも得ている。   Further, when the present inventors separate the growth substrate and subsequently remove the initial layer by dry etching, nitrogen atoms evaporate from the exposed surface of the second layer, and vaporized nitrogen vacancies (nitrogen removal) Has also gained the knowledge that it functions as a donor.

具体的に、本発明に係る半導体発光装置は、互いに導電型が異なる少なくとも２層のIII-Ｖ族窒化物半導体層を含み、一の主面と該一の主面と対向する他の主面とを有する半導体積層体と、半導体積層体の一の主面上に形成された透明電極とを備え、半導体積層体は、透明電極と接するｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜ｘ≦１である。）からなるコンタクト層を含む。 Specifically, the semiconductor light emitting device according to the present invention includes at least two III-V nitride semiconductor layers having different conductivity types, and one main surface and another main surface facing the one main surface. And a transparent electrode formed on one main surface of the semiconductor stack, and the semiconductor stack is n-type Al x Ga 1-x N (where 0 < x ≦ 1)).

本発明の半導体発光装置によると、半導体積層体は透明電極と接するｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜ｘ≦１である。）からなるコンタクト層を含むため、前述した知見から、コンタクト層の抵抗を低減できる。さらに、透明電極は半導体層と比べてシート抵抗が小さいため、注入された電流がコンタクト層のほぼ全面に拡がるので、コンタクト層の膜厚が小さい場合であっても、半導体積層体（活性層）の全面での発光が可能となる。また、コンタクト層の全面に透明電極を形成することにより、電極コンタクト抵抗が低減できるので、直列抵抗を低減することができる。 According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the semiconductor stacked body includes the contact layer made of n-type Al x Ga 1-x N (where 0 <x ≦ 1) in contact with the transparent electrode. The resistance of the contact layer can be reduced. Furthermore, since the transparent electrode has a lower sheet resistance than the semiconductor layer, the injected current spreads over almost the entire surface of the contact layer. Therefore, even when the thickness of the contact layer is small, the semiconductor laminate (active layer) It is possible to emit light over the entire surface. In addition, since the electrode contact resistance can be reduced by forming the transparent electrode on the entire surface of the contact layer, the series resistance can be reduced.

本発明の半導体発光装置において、コンタクト層における表面粗さの平均平方根は、１ｎｍ以上であることが好ましい。このような表面荒れの原因である窒素抜けにより、コンタクト層の抵抗が低減する。さらに、半導体積層体から出射される発光光が光取り出し面となるコンタクト層の表面で全反射によって半導体積層体の内部に閉じ込められる現象が抑制されるため、半導体積層体からの光取り出し効率が向上するので、高輝度に発光可能な半導体発光装置を実現できる。また、ｎ型のコンタクト層と透明電極との接触面積が増大するため、コンタクト抵抗が低減でき、直列抵抗を低減することができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the average square root of the surface roughness in the contact layer is preferably 1 nm or more. The resistance of the contact layer is reduced due to nitrogen depletion which is a cause of such surface roughness. In addition, the phenomenon that light emitted from the semiconductor stack is confined inside the semiconductor stack due to total reflection at the surface of the contact layer, which is the light extraction surface, improves the light extraction efficiency from the semiconductor stack. Therefore, a semiconductor light emitting device capable of emitting light with high luminance can be realized. Further, since the contact area between the n-type contact layer and the transparent electrode increases, the contact resistance can be reduced, and the series resistance can be reduced.

本発明の半導体発光装置は、コンタクト層と透明電極との間に形成された金属膜をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、ｎ型のコンタクト層と透明電極との間のコンタクト抵抗をさらに低減できるため、直列抵抗をより一層低減することが可能となる。   The semiconductor light emitting device of the present invention preferably further includes a metal film formed between the contact layer and the transparent electrode. In this case, since the contact resistance between the n-type contact layer and the transparent electrode can be further reduced, the series resistance can be further reduced.

この場合に、金属膜は半導体積層体から発光される発光波長に対する透過率が７０％以上であることが好ましい。このようにすると、金属膜を設けたことにより生じる、コンタクト抵抗の低減と透明電極からの出射光量の減少の抑制とを両立することができる。   In this case, the metal film preferably has a transmittance of 70% or more with respect to the emission wavelength emitted from the semiconductor laminate. In this way, it is possible to achieve both reduction in contact resistance and suppression of reduction in the amount of light emitted from the transparent electrode caused by providing the metal film.

またこの場合に、金属膜は透明電極と比べて仕事関数が小さい金属からなることが好ましい。このようにすると、コンタクト層と透明電極との間のコンタクト抵抗をさらに低減することができるため、直列抵抗を確実に低減することが可能となる。   In this case, the metal film is preferably made of a metal having a work function smaller than that of the transparent electrode. In this way, since the contact resistance between the contact layer and the transparent electrode can be further reduced, the series resistance can be reliably reduced.

またこの場合に、金属膜は、チタン、アルミニウム、バナジウム若しくはタンタルからなる単層膜又はこれらのうちの少なくとも２つを含む積層膜により構成されていることが好ましい。   In this case, the metal film is preferably composed of a single layer film made of titanium, aluminum, vanadium, or tantalum, or a laminated film including at least two of them.

本発明の半導体発光装置において、半導体積層体は、コンタクト層に対して透明電極の反対側に形成され、ＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｙ−ｚＮ（但し、０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｙ＋ｚ≦１である。）からなり、互いに組成が異なる２層の半導体層が交互に積層されてなる周期構造を含むことが好ましい。一般に、ヘテロエピタキシャル成長においては、結晶成長用基板と半導体積層体との格子定数の差及び熱膨張係数の差によって、成長中又は成長後に半導体積層体に歪みが導入されやすく、半導体積層体に結晶欠陥又はクラックが発生する。これに対し、本発明は、ＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなる周期構造における互いに隣接する半導体層同士の組成差すなわち格子定数差によって、半導体積層体に導入される歪みを制御することができる。すなわち、結晶性が良好な窒化物半導体からなる積層構造を形成することができるので、高輝度な半導体発光装置を実現することができる。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the semiconductor stacked body is formed on the opposite side of the transparent electrode with respect to the contact layer, and In y Al z Ga 1-yz N (where 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ y + z ≦ 1), and preferably includes a periodic structure in which two semiconductor layers having different compositions from each other are alternately stacked. In general, in heteroepitaxial growth, strain is easily introduced into a semiconductor multilayer body during or after growth due to a difference in lattice constant and a thermal expansion coefficient between the substrate for crystal growth and the semiconductor multilayer body. Or a crack generate | occur | produces. On the other hand, the present invention controls the strain introduced into the semiconductor stacked body by the compositional difference between adjacent semiconductor layers in the periodic structure composed of In y Al z Ga 1-yz N, that is, the lattice constant difference. be able to. That is, since a stacked structure made of a nitride semiconductor with good crystallinity can be formed, a high-luminance semiconductor light-emitting device can be realized.

この場合に、周期構造における２層の半導体層は、第１層がＡｌｙＧａ１−ｙＮ（但し、０≦ｙ＜１である。）であり、第２層がＡｌＮであることが好ましい。このようにすると、周期構造が紫外域から可視域までの波長を持つ発光光に対して透明とすることができるため、半導体積層体からの発光光は周期構造で減衰されることなく、コンタクト層及び透明電極から取り出すことができる。 In this case, in the two semiconductor layers in the periodic structure, it is preferable that the first layer is Al y Ga 1-y N (where 0 ≦ y <1) and the second layer is AlN. . In this way, since the periodic structure can be transparent to emitted light having a wavelength from the ultraviolet region to the visible region, the emitted light from the semiconductor laminate is not attenuated by the periodic structure, and the contact layer And from the transparent electrode.

また、この場合に、周期構造はｎ型の導電性を示すことが好ましい。このようにすると、周期構造におけるキャリア密度が増加するため、周期構造に対して電流が拡がりやすくなるので、直列抵抗を低減することができる。   In this case, the periodic structure preferably exhibits n-type conductivity. In this case, since the carrier density in the periodic structure increases, the current easily spreads with respect to the periodic structure, so that the series resistance can be reduced.

本発明の半導体発光装置において、コンタクト層は、選択的に形成された複数の開口部を有していることが好ましい。このようにすると、光取り出し面となるコンタクト層の表面での全反射が抑制されて散乱効果により半導体積層体からの光取り出し効率が向上するため、高輝度な半導体発光装置を実現できる。また、ｎ型のコンタクト層と透明電極との接触面積が増大するため、コンタクト抵抗が低減するので、直列抵抗を低減することができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the contact layer preferably has a plurality of selectively formed openings. In this case, since the total reflection on the surface of the contact layer serving as the light extraction surface is suppressed and the light extraction efficiency from the semiconductor stacked body is improved by the scattering effect, a high-luminance semiconductor light emitting device can be realized. Further, since the contact area between the n-type contact layer and the transparent electrode is increased, the contact resistance is reduced, so that the series resistance can be reduced.

この場合に、開口部は周期構造にまで達するように形成されていることが好ましい。このようにすると、透明電極の半導体積層体との接触面積がさらに増大するため、コンタクト抵抗をより低減できるので、直列抵抗がより一層低減する。   In this case, the opening is preferably formed so as to reach the periodic structure. If it does in this way, since the contact area with the semiconductor laminated body of a transparent electrode increases further, since contact resistance can be reduced more, series resistance further reduces.

またこの場合に、開口部は、フォトニック結晶となる周期性を有していることが好ましい。このようにすると、フォトニック結晶構造による回折効果により光取り出し面での全反射現象が抑制されて光取り出し効率が向上するため、高輝度な半導体発光装置を得ることができる。   In this case, the opening preferably has a periodicity that becomes a photonic crystal. In this case, the total reflection phenomenon on the light extraction surface is suppressed by the diffraction effect due to the photonic crystal structure, and the light extraction efficiency is improved, so that a high-luminance semiconductor light emitting device can be obtained.

本発明の半導体発光装置において、透明電極は、選択的に形成された複数の開口部を有していることが好ましい。このようにすると、透明電極による光吸収が低減して光取り出し効率が向上するため、高輝度な半導体発光装置を得ることができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the transparent electrode preferably has a plurality of selectively formed openings. In this case, light absorption by the transparent electrode is reduced and light extraction efficiency is improved, so that a semiconductor light emitting device with high luminance can be obtained.

本発明の半導体発光装置において、半導体積層体は、コンタクト層に対して透明電極の反対側に、コンタクト層側から順次形成されたｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層及びｐ側電極を含み、ｐ側電極は、その反射率が活性層から出射される発光波長に対して７０％以上であることが好ましい。このようにすると、透明電極が形成されたｎ型のコンタクト層と逆方向に放射される発光光を、ｐ側電極により高効率で反射することによりコンタクト層から取り出すことができるため、高輝度な半導体発光装置を得ることができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the semiconductor stacked body includes an n-type semiconductor layer, an active layer, a p-type semiconductor layer, and a p-side electrode sequentially formed from the contact layer side on the opposite side of the transparent electrode with respect to the contact layer. In addition, the p-side electrode preferably has a reflectance of 70% or more with respect to the emission wavelength emitted from the active layer. In this way, since the emitted light emitted in the opposite direction to the n-type contact layer on which the transparent electrode is formed can be extracted from the contact layer by being reflected with high efficiency by the p-side electrode, A semiconductor light emitting device can be obtained.

本発明の半導体発光装置において、透明電極は、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、タングステンドープ酸化インジウム（ＩＷＯ）、酸化スズ（ＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズカドミウム（ＣＴＯ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）又は酸化チタン（ＴｉＯ２ ）により構成されていることが好ましい。このようにすると、透光性及び導電性が良好な透明電極を形成できるため、コンタクト層の全面に透明電極を形成することができるので、該コンタクト層の全面から発光光を出射することができる。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the transparent electrode includes tin-doped indium oxide (ITO), tungsten-doped indium oxide (IWO), tin oxide (TO), zinc oxide (ZnO), indium oxide / zinc oxide (IZO), tin oxide. It is preferably composed of cadmium (CTO), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), or titanium oxide (TiO 2 ). In this case, since a transparent electrode having good translucency and conductivity can be formed, a transparent electrode can be formed on the entire surface of the contact layer, and thus emitted light can be emitted from the entire surface of the contact layer. .

本発明の半導体発光装置は、透明電極におけるコンタクト層と反対側の面上に形成されたパッド電極をさらに備え、パッド電極は、平面円形状のパッド部本体と該パッド部本体から分岐して面内に延びる分岐部とから構成されていることが好ましい。このようにすると、分岐部を設けたパッド電極により、注入電流が透明電極の全面により拡がりやすくなるため、透明電極の膜厚を小さくすることができ、その結果、透過率を向上することができる。これにより、高輝度な半導体発光装置を得ることができる。   The semiconductor light-emitting device of the present invention further includes a pad electrode formed on the surface of the transparent electrode opposite to the contact layer, and the pad electrode is a plane-circular pad portion body and a surface branched from the pad portion body. It is preferable that it is comprised from the branch part extended in. In this way, the pad electrode provided with the branch portion makes it easier for the injection current to spread over the entire surface of the transparent electrode, so the film thickness of the transparent electrode can be reduced, and as a result, the transmittance can be improved. . Thereby, a semiconductor light emitting device with high brightness can be obtained.

本発明の半導体発光装置は、透明電極におけるコンタクト層と反対側の面上に形成されたパッド電極と、半導体積層体における他の主面上であって、パッド電極と対向する位置に設けられた絶縁性を有する電流阻止層と、半導体積層体における他の主面上であって、電流阻止層の周囲に形成されたｐ側電極とをさらに備えていることが好ましい。このように、パッド電極と対向する位置に電流阻止層が設けられているため、活性層におけるパッド電極と対向する位置に注入された電流により生じる発光光がパッド電極で遮られることがなくなるので、無効電流を低減できる。   The semiconductor light-emitting device of the present invention is provided on a pad electrode formed on the surface of the transparent electrode opposite to the contact layer, and on the other main surface of the semiconductor laminate, at a position facing the pad electrode. It is preferable to further include an insulating current blocking layer and a p-side electrode formed on the other main surface of the semiconductor stacked body and around the current blocking layer. As described above, since the current blocking layer is provided at the position facing the pad electrode, the light emitted by the current injected at the position facing the pad electrode in the active layer is not blocked by the pad electrode. The reactive current can be reduced.

本発明の半導体発光装置は、半導体積層体における他の主面側に設けられ、半導体積層体を保持する保持基板をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、半導体積層体が保持基板によって保持されるため、実装工程において半導体積層体に損傷を与えるおそれが小さくなる。   The semiconductor light emitting device of the present invention preferably further includes a holding substrate that is provided on the other main surface side of the semiconductor stacked body and holds the semiconductor stacked body. If it does in this way, since a semiconductor laminated body is hold | maintained by a holding substrate, a possibility that a semiconductor laminated body may be damaged in a mounting process becomes small.

この場合に、保持基板は、シリコン、炭化シリコン又は砒化ガリウムからなることが好ましい。このようにすると、保持基板に導電性を持たせることができるため、導電性を持たせた保持基板とｐ側電極とが電気的に接続可能となるので、半導体発光装置における実装が容易となる。また、半導体積層体に生じた熱を保持基板を通じて放熱させることができるため、高出力動作が可能な半導体発光素子が実現できる。   In this case, the holding substrate is preferably made of silicon, silicon carbide, or gallium arsenide. In this way, since the holding substrate can be made conductive, the holding substrate made conductive and the p-side electrode can be electrically connected, so that mounting in the semiconductor light emitting device is facilitated. . In addition, since heat generated in the semiconductor stacked body can be dissipated through the holding substrate, a semiconductor light emitting device capable of high output operation can be realized.

また、この場合に、保持基板は、炭素、銅、モリブデン若しくはタングステン又はこれらのうちの少なくとも２つを含む材料からなることが好ましい。このようにすると、保持基板の抵抗率が低くなるため、直列抵抗を低減できる。また、保持基板の熱伝導率が高くなるため、半導体積層体から発生する熱を効率良く放熱させることができるので、高出力動作が可能となる。   In this case, the holding substrate is preferably made of carbon, copper, molybdenum, tungsten, or a material containing at least two of them. If it does in this way, since the resistivity of a holding substrate becomes low, series resistance can be reduced. In addition, since the heat conductivity of the holding substrate is increased, heat generated from the semiconductor stacked body can be efficiently dissipated, so that high output operation is possible.

本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、成長用基板の上に、窒化アルミニウムからなる初期層を形成する工程（ａ）と、初期層の上に、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜ｘ≦１である。）からなるコンタクト層を形成する工程（ｂ）と、コンタクト層の上に、それぞれIII-Ｖ族窒化物半導体からなり、少なくともｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を順次形成することにより半導体積層体を形成する工程（ｃ）と、成長用基板を除去することにより、初期層を露出する工程（ｄ）と、初期層をドライエッチングで除去することにより、コンタクト層を露出する工程（ｅ）と、コンタクト層の上に透明電極を形成する工程（ｆ）とを備えていることを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a step (a) of forming an initial layer made of aluminum nitride on a growth substrate, and an n-type Al x Ga 1-x N ( However, the step (b) of forming a contact layer consisting of 0 <x ≦ 1), and a III-V group nitride semiconductor each on the contact layer, at least an n-type semiconductor layer, an active layer, and A step (c) of forming a semiconductor stacked body by sequentially forming a p-type semiconductor layer, a step (d) of exposing the initial layer by removing the growth substrate, and removing the initial layer by dry etching. Thus, the method includes the step (e) of exposing the contact layer and the step (f) of forming a transparent electrode on the contact layer.

本発明の半導体発光装置の製造方法によると、初期層をドライエッチングで除去することによりコンタクト層を露出するため、ｎ型ＡｌＧａＮからなるコンタクト層の表面に窒素抜けが生じる。この窒素抜けのドナーライクの振る舞いにより、コンタクト層の抵抗値が低減するので、半導体積層体の直列抵抗が低減する。その上、ｎ型のコンタクト層と透明電極との間で良好なオーミック接触を得られるため、コンタクト層の全面から発光光を出射できるので、高輝度な半導体発光装置を実現することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the contact layer is exposed by removing the initial layer by dry etching, so that nitrogen escape occurs on the surface of the contact layer made of n-type AlGaN. The resistance value of the contact layer is reduced due to the donor-like behavior of nitrogen elimination, so that the series resistance of the semiconductor stacked body is reduced. In addition, since good ohmic contact can be obtained between the n-type contact layer and the transparent electrode, emitted light can be emitted from the entire surface of the contact layer, so that a high-luminance semiconductor light-emitting device can be realized.

本発明の半導体発光装置の製造方法は、工程（ｅ）において、ドライエッチングは、露出したコンタクト層をその表面粗さの平均平方根が１ｎｍ以上となるまで行なうことが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, in the step (e), dry etching is preferably performed until the average square root of the surface roughness of the exposed contact layer becomes 1 nm or more.

本発明の半導体発光装置の製造方法は、工程（ｃ）よりも後で且つ工程（ｄ）よりも前に、ｐ型半導体層の上にｐ側電極を形成する工程（ｇ）をさらに備えていることが好ましい。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention further includes a step (g) of forming a p-side electrode on the p-type semiconductor layer after the step (c) and before the step (d). Preferably it is.

本発明の半導体発光装置の製造方法において、工程（ｇ）は、ｐ型半導体層の上であって、透明電極上のパッド電極形成領域と対向する位置に、絶縁性を有する電流阻止層を形成する工程を含み、ｐ側電極は、ｐ型半導体層の上における電流阻止層の周囲に形成することが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, in the step (g), an insulating current blocking layer is formed on the p-type semiconductor layer at a position facing the pad electrode formation region on the transparent electrode. The p-side electrode is preferably formed around the current blocking layer on the p-type semiconductor layer.

本発明の半導体発光装置の製造方法は、工程（ｇ）よりも後で且つ工程（ｄ）よりも前に、ｐ側電極の上に、半導体積層体を保持する保持基板を貼り合せる工程（ｈ）をさらに備えていることが好ましい。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention includes a step (h) of attaching a holding substrate for holding a semiconductor stacked body on the p-side electrode after the step (g) and before the step (d). ).

本発明の半導体発光装置の製造方法において、成長用基板は、シリコン、サファイア、炭化シリコン又はＬｉＧａＡｌＯ２ からなることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the growth substrate is preferably made of silicon, sapphire, silicon carbide, or LiGaAlO 2 .

本発明に係る半導体発光装置及びその製造方法によると、III-Ｖ族窒化物半導体層を含む半導体積層体におけるｎ型コンタクト層の全面からの発光光を得られ、より高出力で且つ直列抵抗が小さく、高輝度の半導体発光装置を実現することができる。   According to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the present invention, it is possible to obtain emitted light from the entire surface of the n-type contact layer in the semiconductor stacked body including the group III-V nitride semiconductor layer, which has higher output and series resistance. A small, high-luminance semiconductor light-emitting device can be realized.

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の第１の実施形態に係るIII-Ｖ族窒化物半導体を用いた半導体発光装置の断面構成を示している。   FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor light emitting device using a group III-V nitride semiconductor according to the first embodiment of the present invention.

図１に示すように、例えば抵抗率が０．００１Ω・ｃｍである低抵抗シリコン（Ｓｉ）からなる保持基板１１２の上には、厚さが約１μｍの金スズ（ＡｕＳｎ）からなる接着層１１０を介在させて、白金（Ｐｔ）と銀（Ａｇ）との積層体からなり、厚さが約４００ｎｍで反射率が７０％以上のｐ側電極１０９が形成されている。ｐ側電極１０９の中央部分には、厚さが約４００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）からなる電流阻止層１１１がｐ側電極１０９に代えて形成されている。ｐ側電極１０９及び電流阻止層１１１の上には、発光装置（発光ダイオード）を構成する半導体積層体１００が形成されている。 As shown in FIG. 1, for example, an adhesive layer 110 made of gold tin (AuSn) having a thickness of about 1 μm is formed on a holding substrate 112 made of low resistance silicon (Si) having a resistivity of 0.001 Ω · cm. A p-side electrode 109 made of a laminate of platinum (Pt) and silver (Ag), having a thickness of about 400 nm and a reflectance of 70% or more is formed. In the central portion of the p-side electrode 109, a current blocking layer 111 made of silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of about 400 nm is formed instead of the p-side electrode 109. On the p-side electrode 109 and the current blocking layer 111, a semiconductor stacked body 100 constituting a light emitting device (light emitting diode) is formed.

第１の実施形態に係る半導体発光装置は、絶縁性の電流阻止層１１１をｐ側電極１０９のパッド電極１０１と対向する位置に設けたことにより、ＭＱＷ活性層１０７におけるパッド電極１０１と対向する位置には電流が注入されなくなるため、発光光がパッド電極１０１で遮られることがなくなるので、無効電流を低減することができる。   In the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, the insulating current blocking layer 111 is provided at a position facing the pad electrode 101 of the p-side electrode 109, so that the MQW active layer 107 faces the pad electrode 101. Since no current is injected into the light emitting light, the light emission is not blocked by the pad electrode 101, and the reactive current can be reduced.

半導体積層体１００は、ｐ側電極１０９側から、厚さが約２００ｎｍでキャリア密度が１×１０１８ｃｍ３ のｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐ型クラッド層１０８、厚さが約５ｎｍのＧａＮからなる障壁層と厚さが約３ｎｍのＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる井戸層が５周期分積層されてなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０７、厚さが約２００ｎｍでキャリア密度が１×１０１８ｃｍ３ のｎ型ＧａＮからなるｎ型クラッド層１０６、厚さが約２０ｎｍでキャリア密度が1×１０１８ｃｍ３ のｎ型窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ）層及び厚さが約５ｎｍのｎ型窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層が２０周期分積層されてなるｎ型周期層１０５、並びに厚さが約４０ｎｍでキャリア密度が１×１０１８ｃｍ３ のｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎからなるｎ型コンタクト層１０４により構成されている。 The semiconductor stacked body 100 includes a p-type cladding layer 108 made of p-type gallium nitride (GaN) having a thickness of about 200 nm and a carrier density of 1 × 10 18 cm 3 from the p-side electrode 109 side, and a thickness of about 5 nm. A multi-quantum well (MQW) active layer 107 in which a barrier layer made of GaN and a well layer made of In 0.3 Ga 0.7 N having a thickness of about 3 nm are stacked for five periods, a carrier having a thickness of about 200 nm n-type cladding layer 106 having a density of n-type GaN of 1 × 10 18 cm 3, the carrier density in a thickness of about 20nm is 1 × 10 18 n-type aluminum gallium nitride cm 3 (Al 0.15 Ga 0.85 N) layer and an n-type periodic layer 105 in which an n-type aluminum nitride (AlN) layer having a thickness of about 5 nm is stacked for 20 cycles, and a carrier density of about 40 nm and a carrier density of 1 × 10 18 c. The n-type contact layer 104 is made of m 3 n-type Al 0.3 Ga 0.7 N.

半導体積層体１００を構成する各半導体層は、ｎ型コンタクト層１０４から順次、成長用基板（図示せず）の上にエピタキシャル成長した後に、該成長用基板を半導体積層体１００から分離して形成されている。このように、半導体積層体１００から成長用基板を分離することにより、保持基板１１２とｐ型クラッド層１０８との間に、ｐ側電極１０９を形成することができるため、より高輝度な半導体発光装置を実現することができる。   Each semiconductor layer constituting the semiconductor stacked body 100 is formed by epitaxially growing on a growth substrate (not shown) sequentially from the n-type contact layer 104 and then separating the growth substrate from the semiconductor stacked body 100. ing. In this manner, by separating the growth substrate from the semiconductor stacked body 100, the p-side electrode 109 can be formed between the holding substrate 112 and the p-type cladding layer 108, so that semiconductor light emission with higher luminance can be achieved. An apparatus can be realized.

半導体積層体１００におけるｎ型コンタクト層１０４の上には、厚さが約５０ｎｍのスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）からなる透明電極１０２が形成され、該透明電極１０２における電流阻止層１１１と対向する領域に、厚さが約２００ｎｍのチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）とが積層されたパッド電極１０１が形成されている。   A transparent electrode 102 made of tin-doped indium oxide (ITO) having a thickness of about 50 nm is formed on the n-type contact layer 104 in the semiconductor stacked body 100, and is formed in a region facing the current blocking layer 111 in the transparent electrode 102. A pad electrode 101 in which titanium (Ti) and gold (Au) having a thickness of about 200 nm are laminated is formed.

第１の実施形態に係る半導体発光装置は、ＭＱＷ活性層１０７において生じた発光光を透明電極１０２を通して取り出す構成である。   The semiconductor light emitting device according to the first embodiment has a configuration in which emitted light generated in the MQW active layer 107 is extracted through the transparent electrode 102.

このように、第１の実施形態に係る半導体発光装置において、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎからなるｎ型コンタクト層１０４、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ／ＡｌＮからなるｎ型周期層１０５及びｎ型ＧａＮからなるｎ型クラッド層１０６は、膜厚が小さく、従ってシート抵抗が高いため、パッド電極１０１のみではＭＱＷ活性層１０７の全面に注入電流を拡げることができず、ＭＱＷ活性層１０７を全面にわたって発光させることは困難である。 Thus, in the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, the n-type contact layer 104 made of n-type Al 0.3 Ga 0.7 N and the n-type made of Al 0.15 Ga 0.85 N / AlN. Since the periodic layer 105 and the n-type clad layer 106 made of n-type GaN have a small film thickness and a high sheet resistance, the pad electrode 101 alone cannot spread the injection current over the entire surface of the MQW active layer 107. It is difficult to make the active layer 107 emit light over the entire surface.

しかしながら、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置においては、成長用基板を分離した半導体積層体１００におけるｎ型コンタクト層１０４上のほぼ全面に透明電極１０２を形成することにより、ｎ型コンタクト層１０４のほぼ全面から発光光を取り出すことができるため、より高出力の窒化物半導体からなる半導体発光装置を実現することができる。   However, in the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment of the present invention, the transparent electrode 102 is formed on almost the entire surface of the n-type contact layer 104 in the semiconductor stacked body 100 from which the growth substrate is separated, whereby the n-type is obtained. Since emitted light can be extracted from almost the entire surface of the contact layer 104, a semiconductor light emitting device made of a nitride semiconductor with higher output can be realized.

図２は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子における電流−電圧特性をｎ型コンタクト層に透明電極を設けない従来の構成と比較して示している。図２に示すように、従来のパッド電極をｎ型コンタクト層に直接に設ける場合は、ｎ型コンタクト層及びｎ型周期層での抵抗が十分に小さくないため、注入された電流が十分に拡がらず、その結果、動作電圧が高くなっている。一方、本発明の場合は、ｎ型コンタクト層とパッド電極との間に透明電極を設けることにより、ＭＱＷ活性層の全面にわたって均一に電流を流すことができるため、動作電圧を低減することができる。   FIG. 2 shows the current-voltage characteristics of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention in comparison with a conventional configuration in which no transparent electrode is provided on the n-type contact layer. As shown in FIG. 2, when the conventional pad electrode is provided directly on the n-type contact layer, the resistance in the n-type contact layer and the n-type periodic layer is not sufficiently small, so that the injected current is sufficiently expanded. As a result, the operating voltage is high. On the other hand, in the case of the present invention, by providing a transparent electrode between the n-type contact layer and the pad electrode, a current can flow uniformly over the entire surface of the MQW active layer, so that the operating voltage can be reduced. .

図３は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子における電流−光出力特性をｎ型コンタクト層に透明電極を設けない従来の構成と比較して示している。図３に示すように、従来のパッド電極をｎ型コンタクト層に直接に設ける場合は、注入された電流がＭＱＷ活性層の全面に拡がらずに、主にパッド電極の下方の領域でのみ発光するため、光出力が小さい。一方、本発明の場合は、ＭＱＷ活性層の全面で発光するため、光出力を増大させることができる。   FIG. 3 shows the current-light output characteristics of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention in comparison with a conventional configuration in which no transparent electrode is provided on the n-type contact layer. As shown in FIG. 3, when the conventional pad electrode is provided directly on the n-type contact layer, the injected current does not spread over the entire surface of the MQW active layer, but mainly emits light only in the region below the pad electrode. Therefore, the light output is small. On the other hand, in the case of the present invention, since light is emitted from the entire surface of the MQW active layer, the light output can be increased.

図４（ａ）及び図４（ｂ）に本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置に設けるパッド電極及び透明電極の電極パターンの一例を示す。図４（ａ）は、透明電極１０２がｎ型コンタクト層１０４の上にほぼ全面的に形成され、平面円形状のパッド電極１０１が透明電極１０２の上の中央部分に配置される例を示している。ｎ型コンタクト層１０４に設けるｎ側電極をこのような構成とすることにより、ＭＱＷ活性層の全面での均一な発光を実現できるため、より高輝度の発光装置を実現できる。   4A and 4B show an example of electrode patterns of pad electrodes and transparent electrodes provided in the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A shows an example in which the transparent electrode 102 is formed almost entirely on the n-type contact layer 104, and the planar circular pad electrode 101 is disposed at the central portion on the transparent electrode 102. Yes. Since the n-side electrode provided in the n-type contact layer 104 has such a configuration, uniform light emission can be realized over the entire surface of the MQW active layer, and thus a light-emitting device with higher luminance can be realized.

注入される電流の拡がりをより促進するために、図４（ｂ）に示すように、パッド電極１０１を平面円形状のパッド部本体１０１ａと、該パッド部本体１０１ａから透明電極１０２の四隅にそれぞれ直線状に延びる分岐部１０１ｂとにより構成してもよい。なお、分岐部１０１ｂは、４本に限られず、その平面形状も直線状に限られず、例えば曲線状であってもよい。   In order to further promote the spread of the injected current, as shown in FIG. 4 (b), the pad electrode 101 is placed on the planar circular pad portion body 101a and from the pad portion body 101a to the four corners of the transparent electrode 102, respectively. You may comprise by the branch part 101b extended linearly. In addition, the branch part 101b is not restricted to four, The planar shape is not restricted to a linear form, For example, a curved form may be sufficient.

以下、前記のように構成された半導体発光装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図５（ａ）〜図５（ｃ）及び図６（ａ）〜図６（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の工程順の製造方法を示している。   FIG. 5A to FIG. 5C and FIG. 6A to FIG. 6C show a method of manufacturing the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.

まず、図５（ａ）に示すように、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition 以下、ＭＯＣＶＤと称する）法により、主面の面方位が（１１１）面であるシリコン（Ｓｉ）からなる成長用基板１１４の主面上に、厚さが約２０ｎｍのＡｌＮからなる初期層１１５を形成する。   First, as shown in FIG. 5A, the main surface is made of silicon (Si) having a (111) plane orientation by a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCVD) method. An initial layer 115 made of AlN having a thickness of about 20 nm is formed on the main surface of the growth substrate 114.

続いて、図５（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、初期層１１５の上に、厚さが約４０ｎｍでｎ型不純物としてＳｉをドーピングしたｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎからなるｎ型コンタクト層１０４を形成する。ここで、ＡｌＮからなる初期層１１５は、成長用基板１１４のＳｉとｎ型コンタクト層１０４のＧａとの反応を防止するために必要であり、その厚さは５ｎｍ〜２００ｎｍ程度であればよい。続いて、ＳｉをドーピングしたＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ／ＡｌＮが２０周期分積層されたｎ型周期層１０５を形成する。次に、厚さが約２００ｎｍでＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＮからなるｎ型クラッド層１０６を形成する。次に、厚さが約３ｎｍのＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる井戸層と厚さが約５ｎｍのＧａＮからなる障壁層とを５周期分含むＭＱＷ活性層１０７を形成する。続いて、厚さが約２００ｎｍでマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ型ＧａＮからなるｐ型クラッド層１０８を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 5B, from the n-type Al 0.3 Ga 0.7 N doped with Si as an n-type impurity having a thickness of about 40 nm on the initial layer 115 by MOCVD. An n-type contact layer 104 is formed. Here, the initial layer 115 made of AlN is necessary to prevent the reaction between Si of the growth substrate 114 and Ga of the n-type contact layer 104, and the thickness may be about 5 nm to 200 nm. Subsequently, an n-type periodic layer 105 in which 20 periods of Al 0.15 Ga 0.85 N / AlN doped with Si are stacked is formed. Next, an n-type cladding layer 106 made of n-type GaN doped with Si and having a thickness of about 200 nm is formed. Next, an MQW active layer 107 including a well layer made of In 0.3 Ga 0.7 N having a thickness of about 3 nm and a barrier layer made of GaN having a thickness of about 5 nm is formed for five periods. Subsequently, a p-type cladding layer 108 made of p-type GaN having a thickness of about 200 nm and doped with magnesium (Mg) is formed.

次に、図５（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、ｐ型クラッド層１０８におけるパッド電極形成領域と対向する位置に、厚さが約４００ｎｍのＳｉＯ２ からなる電流阻止層１１１を選択的に形成する。電流阻止層１１１は、ｐ型クラッド層１０８に対してオーミック性を持たない材料であればよく、従って、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の他の誘電体材料を用いることができる。続いて、例えば電子ビーム蒸着法により、ｐ型クラッド層１０８の上の電流阻止層１１１が形成されていない領域に、Ｐｔ／Ａｇの積層体からなり、厚さが約４００ｎｍの高反射性を有するオーミック電極であるｐ側電極１０９を形成する。続いて、導電性シリコンからなる保持基板（転写基板）１１２を準備する。保持基板１１２は、ｎ型又はｐ型で、例えば０．０００１Ω・ｃｍ〜０．１Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有していることが望ましく、シリコンの他に、導電性の炭化シリコン（ＳｉＣ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化インジウム（ＩｎＰ）等の半導体基板を用いることができる。また、炭素（Ｃ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）若しくはタングステン（Ｗ）又はこれらのうちの少なくとも２つを含む材料、例えば銅タングステン（ＣｕＷ）又は銅モリブデン（ＣｕＭｏ）等の金属材料を用いてもよい。続いて、保持基板１１２の接着面上に、Ｔｉ／Ａｕを積層した下地層（図示せず）を形成し、形成した下地層の上に金スズ（ＡｕＳｎ）からなる接着層１１０を形成する。なお、接着層１１０はＡｕＳｎに限られず、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛（Ｚｎ）及びインジウム（Ｉｎ）のうちのいずれか２つを含む合金を用いてもよい。続いて、半導体積層体１００に形成されたｐ側電極１０９及び電流阻止層１１１に保持基板１１２を接着層１１０及び下地層を介して接着する。ここでは、接着層１１０を構成するＡｕＳｎ合金の共晶化を利用して接着する。 Next, as shown in FIG. 5C, a current blocking layer 111 made of SiO 2 having a thickness of about 400 nm is selected at a position facing the pad electrode formation region in the p-type cladding layer 108 by, eg, CVD. Form. The current blocking layer 111 may be any material that does not have ohmic properties with respect to the p-type cladding layer 108, and therefore other dielectric materials such as silicon nitride (SiN) can be used. Subsequently, for example, by an electron beam evaporation method, the region where the current blocking layer 111 is not formed on the p-type cladding layer 108 is made of a Pt / Ag laminate and has a high reflectivity with a thickness of about 400 nm. A p-side electrode 109 that is an ohmic electrode is formed. Subsequently, a holding substrate (transfer substrate) 112 made of conductive silicon is prepared. The holding substrate 112 is preferably n-type or p-type and has a resistivity of, for example, about 0.0001 Ω · cm to 0.1 Ω · cm. In addition to silicon, conductive silicon carbide (SiC) is preferable. A semiconductor substrate such as gallium arsenide (GaAs) or indium phosphide (InP) can be used. Further, carbon (C), copper (Cu), molybdenum (Mo), tungsten (W), or a material containing at least two of them, for example, a metal material such as copper tungsten (CuW) or copper molybdenum (CuMo) is used. It may be used. Subsequently, an underlayer (not shown) in which Ti / Au is laminated is formed on the adhesion surface of the holding substrate 112, and an adhesion layer 110 made of gold tin (AuSn) is formed on the formed underlayer. The adhesive layer 110 is not limited to AuSn, but gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), tin (Sn), nickel (Ni), bismuth (Bi), antimony (Sb), zinc (Zn). And an alloy containing any two of indium (In) may be used. Subsequently, the holding substrate 112 is bonded to the p-side electrode 109 and the current blocking layer 111 formed in the semiconductor stacked body 100 via the adhesive layer 110 and the base layer. Here, bonding is performed using eutecticization of the AuSn alloy constituting the bonding layer 110.

次に、図６（ａ）に示すように、成長用基板１１４を例えばフッ酸と硝酸とを混合した酸性溶液を用いたウェットエッチングにより除去する。ウェットエッチングの溶液には、酸性溶液の他に、水酸化カリウム溶液、アンモニウム溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム溶液、エチレンジアミン溶液又はヒドラジン容液等のアルカリ性溶液を用いてもよい。また、成長用基板１１４の除去方法には、ウェットエッチングの他に、反応性イオンエッチング（Reactive Ion etching：ＲＩＥ）等のドライエッチングを用いてもよく、さらには化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）等の研磨法を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 6A, the growth substrate 114 is removed by wet etching using, for example, an acidic solution in which hydrofluoric acid and nitric acid are mixed. In addition to the acidic solution, an alkaline solution such as a potassium hydroxide solution, an ammonium solution, a tetramethylammonium hydroxide solution, an ethylenediamine solution, or a hydrazine solution may be used as the wet etching solution. In addition to wet etching, dry etching such as reactive ion etching (RIE) may be used as a method for removing the growth substrate 114, and chemical mechanical polishing (CMP) is also possible. A polishing method such as) may be used.

次に、図６（ｂ）に示すように、成長用基板１１４を除去したことにより露出した初期層１１５を、例えばＲＩＥ等のドライエッチング法により除去する。これにより、半導体積層体１００の表面（上面）にはｎ型コンタクト層１０４が露出する。前述したように、本発明の知見として、初期層１１５をドライエッチングにより除去してその下のｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型コンタクト層１０４を露出すると、露出したｎ型コンタクト層１０４の表面から窒素が蒸発して窒素抜けが生じ、この窒素抜けがドナーとして機能するため、ｎ型コンタクト層１０４の抵抗を下げることができる。さらには、初期層１１５に対して行なうエッチングをオーバエッチングとして、露出したｎ型コンタクト層１０４の表面を積極的に荒れるようにしてもよい。このようにすると、ｎ型コンタクト層１０４は、窒素抜けが増加するだけでなく表面積が増大するため、光取り出し効率が向上する。   Next, as shown in FIG. 6B, the initial layer 115 exposed by removing the growth substrate 114 is removed by a dry etching method such as RIE. As a result, the n-type contact layer 104 is exposed on the surface (upper surface) of the semiconductor stacked body 100. As described above, as a knowledge of the present invention, when the initial layer 115 is removed by dry etching and the n-type contact layer 104 made of n-type AlGaN is exposed, nitrogen is exposed from the exposed surface of the n-type contact layer 104. Evaporation causes nitrogen loss, and this nitrogen loss functions as a donor, so that the resistance of the n-type contact layer 104 can be lowered. Furthermore, the etching performed on the initial layer 115 may be overetched so that the exposed surface of the n-type contact layer 104 is actively roughened. In this case, the n-type contact layer 104 not only increases nitrogen escape but also increases the surface area, thereby improving light extraction efficiency.

また、半導体積層体１００に対してさらにオーバエッチングを行なってｎ型周期層１０５を露出させてもよい。なぜなら、ｎ型コンタクト層１０４を除去しても、ｎ型周期層１０５の低抵抗性により、該ｎ型周期層１０５の上に形成される透明電極１０２と良好なオーミック接触を得られるからである。   Further, the n-type periodic layer 105 may be exposed by further over-etching the semiconductor stacked body 100. This is because, even if the n-type contact layer 104 is removed, good ohmic contact with the transparent electrode 102 formed on the n-type periodic layer 105 can be obtained due to the low resistance of the n-type periodic layer 105. .

次に、図６（ｃ）に示すように、例えばスパッタ法又は真空蒸着法等により、厚さが約５０ｎｍのスズドープ酸化インジウム（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）からなる透明電極１０２を形成する。なお、透明電極は、ＩＴＯに代えて、タングステンドープ酸化インジウム（ＩＷＯ）、酸化スズ（ＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズカドミウム（ＣＴＯ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２ ）又はアルミドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 6C, a transparent electrode 102 made of tin-doped indium oxide (ITO) having a thickness of about 50 nm is formed by, for example, sputtering or vacuum deposition. The transparent electrode is replaced with ITO by tungsten-doped indium oxide (IWO), tin oxide (TO), zinc oxide (ZnO), indium / zinc oxide (IZO), tin cadmium oxide (CTO), gallium oxide ( Ga 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), or aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) can be used.

［表１］に主な導電性酸化膜の仕事関数を示す。比較用として、［表２］にはｎ型ＧａＮとオーミック電極を形成するチタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）の各仕事関数を示し、［表３］にはｐ型ＧａＮとオーミック電極を形成するパラジウム（Ｐｄ）及びニッケル（Ｎｉ）の各仕事関数を示す。［表１］〜［表３］から分かるように、導電性酸化膜の仕事関数は、Ｐｄ又はＮｉに近く比較的大きいにもかかわらず、第１の実施形態に係るｎ型コンタクト層１０４を構成するｎ型ＡｌＧａＮは、転位密度が５×１０９ ｃｍ−２以上と高いことから、キャリア密度が高くなるため、ｎ型コンタクト層１０４に対してオーミック接触が可能となる。 [Table 1] shows work functions of main conductive oxide films. For comparison, [Table 2] shows the work functions of titanium (Ti) and aluminum (Al) forming n-type GaN and ohmic electrodes, and [Table 3] shows p-type GaN and ohmic electrodes. The work functions of palladium (Pd) and nickel (Ni) are shown. As can be seen from [Table 1] to [Table 3], although the work function of the conductive oxide film is close to Pd or Ni and relatively large, the n-type contact layer 104 according to the first embodiment is configured. Since the n-type AlGaN has a high dislocation density of 5 × 10 9 cm −2 or more, the carrier density is high, so that an ohmic contact with the n-type contact layer 104 is possible.

Figure 2008053425
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Figure 2008053425
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続いて、真空蒸着法により、透明電極１０２の上の電流阻止層１１１と対向する領域に、厚さが約２００ｎｍのＴｉ／Ａｕを積層したパッド電極１０１を選択的に形成する。ここで、パッド電極１０１は、図４（ａ）又は図４（ｂ）に示した電極パターンである。   Subsequently, a pad electrode 101 in which Ti / Au having a thickness of about 200 nm is laminated is selectively formed in a region facing the current blocking layer 111 on the transparent electrode 102 by vacuum deposition. Here, the pad electrode 101 has the electrode pattern shown in FIG. 4A or 4B.

このように、第１の実施形態に係る半導体発光装置によると、ｎ型コンタクト１０４に転位密度が５×１０９ ｃｍ−２以上のｎ型ＡｌＧａＮを用いている。その上、成長用基板１１４を除去し、その後、ＡｌＮからなる初期層１１５をドライエッチングにより除去することによって、露出したｎ型コンタクト層１０４の表面に窒素抜けを積極的に生じさせている。この窒素抜けにより抵抗が低減したｎ型コンタクト層１０４の上のほぼ全面に透明電極１０２を形成することにより、ｐ側電極１０９との間の直流抵抗が低減する。 As described above, in the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, the n-type AlGaN having a dislocation density of 5 × 10 9 cm −2 or more is used for the n-type contact 104. In addition, the growth substrate 114 is removed, and then the initial layer 115 made of AlN is removed by dry etching, so that nitrogen desorption is actively generated on the exposed surface of the n-type contact layer 104. By forming the transparent electrode 102 on almost the entire surface of the n-type contact layer 104 whose resistance has been reduced by this nitrogen loss, the direct current resistance with the p-side electrode 109 is reduced.

（第１の実施形態の一変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の一変形例について図面を参照しながら説明する。図７は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体発光装置の断面構成を示している。図７において、図１に示した構成要件と同一の構成要件には同一の符号を付すことにより説明を省略する。 (One modification of the first embodiment)
Hereinafter, a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor light emitting device according to a modification of the first embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG.

図７に示すように、本変形例に係る半導体発光装置は、ｎ型コンタクト層１０４と透明電極１０２との間に厚さが約１ｎｍのチタン（Ｔｉ）からなる金属膜１２０層が形成されている。このように、ｎ型コンタクト層１０４と透明電極１０２との間に、透明電極１０２と比べて仕事関数が小さいチタンを介在させることにより、ｎ型コンタクト層１０４と透明電極１０２とのコンタクト抵抗を小さくすることができる。その結果、半導体発光装置における動作電圧を下げることができる。   As shown in FIG. 7, in the semiconductor light emitting device according to this modification, a metal film 120 layer made of titanium (Ti) having a thickness of about 1 nm is formed between the n-type contact layer 104 and the transparent electrode 102. Yes. Thus, by interposing titanium having a work function smaller than that of the transparent electrode 102 between the n-type contact layer 104 and the transparent electrode 102, the contact resistance between the n-type contact layer 104 and the transparent electrode 102 is reduced. can do. As a result, the operating voltage in the semiconductor light emitting device can be lowered.

金属膜１２０は、チタンに代えて、透明電極１０２よりも仕事関数が小さい金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）若しくはタンタル（Ｔａ）からなる単層膜又はチタンを含めこれらのうちの少なくとも２つを含む積層膜を用いることができる。   Instead of titanium, the metal film 120 includes a metal having a work function smaller than that of the transparent electrode 102, for example, a single layer film made of aluminum (Al), vanadium (V), or tantalum (Ta) or at least one of these. A stacked film including two layers can be used.

特に、チタンは、ｎ型コンタクト層１０４によって、チタンよりもさらに仕事関数が小さい窒化チタン（ＴｉＮ）が形成されるため、より動作電圧が低下する。なお、金属膜１２０の膜厚を小さくすることにより、ＭＱＷ活性層１０７から出射される発光光が金属膜１２０を透過するため、光出力を低下させることはない。   In particular, for titanium, the n-type contact layer 104 forms titanium nitride (TiN) having a work function smaller than that of titanium, so that the operating voltage is further lowered. Note that by reducing the film thickness of the metal film 120, the emitted light emitted from the MQW active layer 107 passes through the metal film 120, so that the light output is not reduced.

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図８は本発明の第２の実施形態に係るIII-Ｖ族窒化物半導体を用いた半導体発光装置の断面構成を示している。図８において、図１に示した構成要件と同一の構成要件には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 8 shows a cross-sectional structure of a semiconductor light emitting device using a group III-V nitride semiconductor according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same constituent elements as those shown in FIG.

図８に示すように、第２の実施形態に係る半導体発光装置は、ｎ型コンタクト層１０４及びｎ型周期層１０５の上部に、面内方向（保持基板１１２の主面に平行な方向）の周期が約０．４μｍで且つ凹部の深さが約１５０ｎｍであるフォトニック結晶領域１１６が形成されていることを特徴とする。フォトニック結晶領域１１６は、１次元及び２次元の周期を持つ凸凹構造を有する領域である。フォトニック結晶領域１１６の上には、凸凹構造を埋めるように、例えばＩＴＯからなる透明電極１０２が形成され、該透明電極１０２の上には、パッド電極１０１が形成されている。   As shown in FIG. 8, the semiconductor light emitting device according to the second embodiment has an in-plane direction (a direction parallel to the main surface of the holding substrate 112) above the n-type contact layer 104 and the n-type periodic layer 105. A photonic crystal region 116 having a period of about 0.4 μm and a recess depth of about 150 nm is formed. The photonic crystal region 116 is a region having an uneven structure having one-dimensional and two-dimensional periods. A transparent electrode 102 made of, for example, ITO is formed on the photonic crystal region 116 so as to fill the uneven structure, and a pad electrode 101 is formed on the transparent electrode 102.

第２の実施形態に係る半導体発光装置は、第１の実施形態と比較して、光取り出し面であるｎ型コンタクト層１０４及びｎ型周期層１０５の上部にフォトニック結晶領域１１６を設けており、臨界角よりも大きい角度で入射する発光光をも周期的な凸凹構造による回折効果により外部に取り出すことができる。このため、光取り出し効率が向上して、より高輝度な半導体発光装置を得ることができる。   The semiconductor light emitting device according to the second embodiment is provided with a photonic crystal region 116 above the n-type contact layer 104 and the n-type periodic layer 105, which are light extraction surfaces, as compared with the first embodiment. Also, the emitted light incident at an angle larger than the critical angle can be taken out by the diffraction effect due to the periodic uneven structure. For this reason, the light extraction efficiency is improved, and a semiconductor light emitting device with higher brightness can be obtained.

ここで、フォトニック結晶領域１１６における凸凹構造の周期Λは、発光波長をλ、凸凹構造を構成する窒化物半導体層の屈折率をＮとすると、以下の（式１）に示す条件を満たすことが好ましい。   Here, the period Λ of the concavo-convex structure in the photonic crystal region 116 satisfies the condition shown in the following (Formula 1), where λ is the emission wavelength and N is the refractive index of the nitride semiconductor layer constituting the concavo-convex structure. Is preferred.

０．５λ／Ｎ＜Λ＜２０λ／Ｎ …（式１）
（式１）を満たさない場合、すなわち、０．５λ／Ｎ＞Λの場合は、回折による角度変化が大きく、回折光は全反射の臨界角を超えるため、半導体発光装置の外部には放射されず、光取り出し効率を向上することができない。また、Λ＞２０λ／Ｎの場合は、ＭＱＷ活性層１０７から放射される光の波長よりも周期が大きくなるため、回折の効果がほとんど期待できない。 0.5λ / N <Λ <20λ / N (Formula 1)
When (Equation 1) is not satisfied, that is, when 0.5λ / N> Λ, the change in angle due to diffraction is large, and the diffracted light exceeds the critical angle of total reflection, so that it is emitted outside the semiconductor light emitting device. Therefore, the light extraction efficiency cannot be improved. When Λ> 20λ / N, the period becomes longer than the wavelength of the light emitted from the MQW active layer 107, so that almost no diffraction effect can be expected.

フォトニック結晶領域１１６における凸凹構造の高さ（深さ）をｈとし、空気の屈折率をｎ１、凸凹構造を構成する窒化物半導体層の屈折率をｎ２とすると、高さｈがλ／｛２（ｎ２−ｎ１）｝の整数倍の近傍であることが好ましい。このようにすると、２次元周期を持つ凹凸構造の上部を通過する光の成分と、凹凸構造の下部を通過する光の成分との位相差が互いに強められるため、２次元周期構造による回折効率が最大となる。   When the height (depth) of the uneven structure in the photonic crystal region 116 is h, the refractive index of air is n1, and the refractive index of the nitride semiconductor layer constituting the uneven structure is n2, the height h is λ / { 2 (n2-n1)} is preferably in the vicinity of an integral multiple of 2 (n2-n1)}. In this way, the phase difference between the light component passing through the upper part of the concavo-convex structure having a two-dimensional period and the light component passing through the lower part of the concavo-convex structure is strengthened, so that the diffraction efficiency by the two-dimensional periodic structure is increased. Maximum.

図９に、発光波長が４５０ｎｍで且つフォトニック結晶領域１１６における凸凹構造の周期が４００ｎｍの場合の、凸凹構造の高さｈによる光取り出し効率の変化を示す。ここで、窒化物半導体層の屈折率を２．５とし、空気の屈折率を１とする。図９から、高さｈが１５０ｎｍのときに、２次元周期構造による回折効率が最大となるため、光取り出し効率が最大となることが分かる。   FIG. 9 shows a change in light extraction efficiency depending on the height h of the uneven structure when the emission wavelength is 450 nm and the period of the uneven structure in the photonic crystal region 116 is 400 nm. Here, the refractive index of the nitride semiconductor layer is 2.5, and the refractive index of air is 1. From FIG. 9, it can be seen that when the height h is 150 nm, the diffraction efficiency due to the two-dimensional periodic structure is maximized, so that the light extraction efficiency is maximized.

また、フォトニック結晶領域１１６のように、少なくともｎ型コンタクト層１０４に凸凹構造を形成することにより、ｎ型コンタクト層１０４又はｎ型周期層１０５と透明電極１０２との接触面積が大きくなるため、透明電極１０２のコンタクト抵抗をさらに低減することができるので、半導体発光装置の動作電圧を低減することができる。   Further, by forming a concave / convex structure in at least the n-type contact layer 104 as in the photonic crystal region 116, the contact area between the n-type contact layer 104 or the n-type periodic layer 105 and the transparent electrode 102 is increased. Since the contact resistance of the transparent electrode 102 can be further reduced, the operating voltage of the semiconductor light emitting device can be reduced.

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係るIII-Ｖ族窒化物半導体を用いた半導体発光装置であって、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のＸｂ−Ｘｂ線における断面構成を示している。図１０において、図１に示した構成要件と同一の構成要件には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 10A and FIG. 10B are semiconductor light-emitting devices using a group III-V nitride semiconductor according to the third embodiment of the present invention, in which FIG. ) Shows a cross-sectional structure taken along line Xb-Xb in (a). In FIG. 10, the same constituent elements as those shown in FIG.

図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３の実施形態に係る半導体発光装置は、透明電極１０２に複数の開口部１０２ａが選択的に形成されていることを特徴とする。複数の開口部１０２ａは、例えば図１０（ａ）に示すように、面内方向の周期が４００ｎｍの三角格子（六方対称）状の周期構造を持つ。   As shown in FIGS. 10A and 10B, the semiconductor light emitting device according to the third embodiment is characterized in that a plurality of openings 102 a are selectively formed in the transparent electrode 102. For example, as shown in FIG. 10A, the plurality of openings 102a have a triangular lattice (hexagonal symmetry) periodic structure with a period in the in-plane direction of 400 nm.

第３の実施形態によると、第１の実施形態と同様に、透明電極１０２がｎ型コンタクト層１０４のほぼ全面に形成されているため、ＭＱＷ活性１０７に注入される電流を拡げることができるので、ＭＱＷ活性層１０７の全面から発光光を出力することができる。   According to the third embodiment, since the transparent electrode 102 is formed on almost the entire surface of the n-type contact layer 104 as in the first embodiment, the current injected into the MQW active 107 can be expanded. The emitted light can be output from the entire surface of the MQW active layer 107.

さらに、第３の実施形態においては、透明電極１０２に複数の開口部１０２ａを周期的に設けることにより、屈折率が互いに異なる物質（ＩＴＯと空気）による周期構造が形成される。これにより、臨界角よりも大きい角度で入射する発光光であっても周期構造による回折効果により外部に取り出すことができる。このため、光取り出し効率が向上して、より高輝度な半導体発光装置を得ることができる。   Furthermore, in the third embodiment, by periodically providing a plurality of openings 102a in the transparent electrode 102, a periodic structure made of substances (ITO and air) having different refractive indexes is formed. Thereby, even the emitted light incident at an angle larger than the critical angle can be extracted to the outside due to the diffraction effect due to the periodic structure. For this reason, the light extraction efficiency is improved, and a semiconductor light emitting device with higher brightness can be obtained.

本発明に係る半導体発光装置及びその製造方法は、III-Ｖ族窒化物半導体層を含む半導体積層体におけるｎ型コンタクト層の全面からの発光を得られ、より高出力で且つ直列抵抗が小さく、高輝度の半導体発光装置を実現することができ、可視光又は白色発光ダイオードに適用可能な半導体発光装置等に有用である。   The semiconductor light-emitting device and the manufacturing method thereof according to the present invention can obtain light emission from the entire surface of the n-type contact layer in the semiconductor stacked body including the group III-V nitride semiconductor layer, have higher output and low series resistance, A high-luminance semiconductor light-emitting device can be realized, and is useful for a semiconductor light-emitting device applicable to visible light or white light-emitting diodes.

本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を示す構成断面図である。1 is a structural cross-sectional view showing a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置における電流−電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the current-voltage characteristic in the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の電流−光出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the electric current-light output characteristic of the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention. （ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置のパッド電極及び透明電極を示す平面図である。（ｂ）はパッド電極の他の形状を示す平面図である。(A) is a top view which shows the pad electrode and transparent electrode of the semiconductor light-emitting device which concern on the 1st Embodiment of this invention. (B) is a top view which shows the other shape of a pad electrode. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(c) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(c) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体発光装置を示す構成断面図である。FIG. 6 is a structural cross-sectional view showing a semiconductor light emitting device according to a modification of the first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置を示す構成断面図である。It is a structure sectional view showing a semiconductor light emitting device concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置における上部の凸凹構造の高さと光取り出し効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the height of the uneven structure of the upper part in the semiconductor light-emitting device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and light extraction efficiency. （ａ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸｂ−Ｘｂ線における構成断面図である。(A) is a top view which shows the semiconductor light-emitting device concerning the 3rd Embodiment of this invention. (B) is a sectional view taken along line Xb-Xb in (a).

符号の説明Explanation of symbols

１００ 半導体積層体
１０１ パッド電極
１０１ａ パッド部本体
１０１ｂ 分岐部
１０２ 透明電極
１０２ａ 開口部
１０４ ｎ型コンタクト層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）
１０５ 周期層（周期構造）
１０６ ｎ型クラッド層
１０７ 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
１０８ ｐ型クラッド層
１０９ ｐ側電極
１１０ 接着層
１１１ 電流阻止層
１１２ 保持基板
１１４ 成長用基板
１１５ 初期層
１１６ フォトニック結晶領域
１２０ 金属膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor laminated body 101 Pad electrode 101a Pad part main body 101b Branch part 102 Transparent electrode 102a Opening part 104 N-type contact layer (n-type AlGaN layer)
105 Periodic layer (periodic structure)
106 n-type cladding layer 107 multiple quantum well (MQW) active layer 108 p-type cladding layer 109 p-side electrode 110 adhesive layer 111 current blocking layer 112 holding substrate 114 growth substrate 115 initial layer 116 photonic crystal region 120 metal film

Claims (26)

互いに導電型が異なる少なくとも２層のIII-Ｖ族窒化物半導体層を含み、一の主面と該一の主面と対向する他の主面とを有する半導体積層体と、
前記半導体積層体の前記一の主面上に形成された透明電極とを備え、
前記半導体積層体は、前記透明電極と接するｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜ｘ≦１である。）からなるコンタクト層を含むことを特徴とする半導体発光装置。 A semiconductor laminate including at least two III-V nitride semiconductor layers having different conductivity types, and having one main surface and another main surface opposite to the one main surface;
A transparent electrode formed on the one main surface of the semiconductor laminate,
The semiconductor layered product includes a contact layer made of n-type Al x Ga 1-x N (where 0 <x ≦ 1) in contact with the transparent electrode. 前記コンタクト層における表面粗さの平均平方根は、１ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an average square root of surface roughness in the contact layer is 1 nm or more. 前記コンタクト層と前記透明電極との間に形成された金属膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a metal film formed between the contact layer and the transparent electrode. 前記金属膜は、前記半導体積層体から発光される発光波長に対する透過率が７０％以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。   4. The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the metal film has a transmittance of 70% or more with respect to an emission wavelength emitted from the semiconductor laminate. 前記金属膜は、前記透明電極と比べて仕事関数が小さい金属からなることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the metal film is made of a metal having a work function smaller than that of the transparent electrode. 前記金属膜は、チタン、アルミニウム、バナジウム若しくはタンタルからなる単層膜又はこれらのうちの少なくとも２つを含む積層膜により構成されている請求項５に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein the metal film is formed of a single layer film made of titanium, aluminum, vanadium, or tantalum, or a laminated film including at least two of them. 前記半導体積層体は、前記コンタクト層に対して前記透明電極の反対側に形成され、ＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｙ−ｚＮ（但し、０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｙ＋ｚ≦１である。）からなり、互いに組成が異なる２層の半導体層が交互に積層されてなる周期構造を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。 The semiconductor stacked body is formed on the opposite side of the transparent electrode with respect to the contact layer, and In y Al z Ga 1-yz N (where 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ 3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device includes a periodic structure in which two semiconductor layers having different compositions from each other are alternately stacked. 前記周期構造における前記２層の半導体層は、第１層がＡｌｙＧａ１−ｙＮ（但し、０≦ｙ＜１である。）であり、第２層がＡｌＮであることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置。 The two semiconductor layers in the periodic structure are characterized in that the first layer is Al y Ga 1-y N (where 0 ≦ y <1) and the second layer is AlN. The semiconductor light emitting device according to claim 7. 前記周期構造は、ｎ型の導電性を示すことを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the periodic structure exhibits n-type conductivity. 前記コンタクト層は、選択的に形成された複数の開口部を有していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the contact layer has a plurality of selectively formed openings. 前記開口部は、前記周期構造にまで達するように形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 10, wherein the opening is formed to reach the periodic structure. 前記開口部は、フォトニック結晶となる周期性を有していることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 10, wherein the opening has a periodicity that becomes a photonic crystal. 前記透明電極は、選択的に形成された複数の開口部を有していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the transparent electrode has a plurality of selectively formed openings. 前記半導体積層体は、前記コンタクト層に対して前記透明電極の反対側に、前記コンタクト層側から順次形成されたｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層及びｐ側電極を含み、
前記ｐ側電極は、その反射率が前記活性層から出射される発光波長に対して７０％以上であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。 The semiconductor laminate includes an n-type semiconductor layer, an active layer, a p-type semiconductor layer, and a p-side electrode sequentially formed from the contact layer side on the opposite side of the transparent electrode with respect to the contact layer,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the p-side electrode has a reflectance of 70% or more with respect to an emission wavelength emitted from the active layer. 前記透明電極は、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、タングステンドープ酸化インジウム（ＩＷＯ）、酸化スズ（ＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズカドミウム（ＣＴＯ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）又は酸化チタン（ＴｉＯ２ ）により構成されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。 The transparent electrode includes tin-doped indium oxide (ITO), tungsten-doped indium oxide (IWO), tin oxide (TO), zinc oxide (ZnO), indium oxide / zinc oxide (IZO), tin cadmium oxide (CTO), and gallium oxide. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting device is made of (Ga 2 O 3 ) or titanium oxide (TiO 2 ). 前記透明電極における前記コンタクト層と反対側の面上に形成されたパッド電極をさらに備え、
前記パッド電極は、平面円形状のパッド部本体と該パッド部本体から分岐して面内に延びる分岐部とから構成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。 A pad electrode formed on a surface of the transparent electrode opposite to the contact layer;
The said pad electrode is comprised from the planar circular pad part main body and the branch part branched from this pad part main body, and is extended in a surface, The any one of Claims 1-15 characterized by the above-mentioned. Semiconductor light emitting device. 前記透明電極における前記コンタクト層と反対側の面上に形成されたパッド電極と、
前記半導体積層体における前記他の主面上であって、前記パッド電極と対向する位置に設けられた絶縁性を有する電流阻止層と、
前記半導体積層体における前記他の主面上であって、前記電流阻止層の周囲に形成されたｐ側電極とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。 A pad electrode formed on the surface of the transparent electrode opposite to the contact layer;
A current blocking layer having an insulating property provided on the other main surface of the semiconductor stacked body and facing the pad electrode;
The p-side electrode formed on the other main surface of the semiconductor stacked body and around the current blocking layer is further provided. The semiconductor light-emitting device as described. 前記半導体積層体における前記他の主面側に設けられ、前記半導体積層体を保持する保持基板をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a holding substrate that is provided on the other main surface side of the semiconductor stacked body and holds the semiconductor stacked body. . 前記保持基板は、シリコン、炭化シリコン又は砒化ガリウムからなることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 18, wherein the holding substrate is made of silicon, silicon carbide, or gallium arsenide. 前記保持基板は、炭素、銅、モリブデン若しくはタングステン又はこれらのうちの少なくとも２つを含む材料からなることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 18, wherein the holding substrate is made of carbon, copper, molybdenum, tungsten, or a material containing at least two of them. 成長用基板の上に、窒化アルミニウムからなる初期層を形成する工程（ａ）と、
前記初期層の上に、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜ｘ≦１である。）からなるコンタクト層を形成する工程（ｂ）と、
前記コンタクト層の上に、それぞれIII-Ｖ族窒化物半導体からなり、少なくともｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を順次形成することにより半導体積層体を形成する工程（ｃ）と、
前記成長用基板を除去することにより、前記初期層を露出する工程（ｄ）と、
前記初期層をドライエッチングで除去することにより、前記コンタクト層を露出する工程（ｅ）と、
前記コンタクト層の上に透明電極を形成する工程（ｆ）とを備えていることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 Forming an initial layer of aluminum nitride on the growth substrate (a);
(B) forming a contact layer made of n-type Al x Ga 1-x N (where 0 <x ≦ 1) on the initial layer;
A step (c) of forming a semiconductor stacked body by sequentially forming at least an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer on the contact layer, each of which is made of a group III-V nitride semiconductor;
(D) exposing the initial layer by removing the growth substrate;
(E) exposing the contact layer by removing the initial layer by dry etching;
And a step (f) of forming a transparent electrode on the contact layer. 前記工程（ｅ）において、前記ドライエッチングは、露出した前記コンタクト層をその表面粗さの平均平方根が１ｎｍ以上となるまで行なうことを特徴とする請求項２１に記載の半導体発光装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 21, wherein in the step (e), the dry etching is performed until the average square root of the surface roughness of the exposed contact layer becomes 1 nm or more. 前記工程（ｃ）よりも後で且つ前記工程（ｄ）よりも前に、
前記ｐ型半導体層の上にｐ側電極を形成する工程（ｇ）をさらに備えていることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の半導体発光装置の製造方法。 After step (c) and before step (d),
The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 21, further comprising a step (g) of forming a p-side electrode on the p-type semiconductor layer. 前記工程（ｇ）は、前記ｐ型半導体層の上であって、前記透明電極上のパッド電極形成領域と対向する位置に、絶縁性を有する電流阻止層を形成する工程を含み、
前記ｐ側電極は、前記ｐ型半導体層の上における前記電流阻止層の周囲に形成することを特徴とする請求項２３に記載の半導体発光装置の製造方法。 The step (g) includes a step of forming a current blocking layer having an insulating property on the p-type semiconductor layer at a position facing the pad electrode formation region on the transparent electrode,
24. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 23, wherein the p-side electrode is formed around the current blocking layer on the p-type semiconductor layer. 前記工程（ｇ）よりも後で且つ前記工程（ｄ）よりも前に、
前記ｐ側電極の上に、前記半導体積層体を保持する保持基板を貼り合せる工程（ｈ）をさらに備えていることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の半導体発光装置の製造方法。 After step (g) and before step (d),
25. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 23, further comprising a step (h) of bonding a holding substrate for holding the semiconductor stacked body on the p-side electrode. 前記成長用基板は、シリコン、サファイア、炭化シリコン又はＬｉＧａＡｌＯ２ からなることを特徴とする請求項２１〜２５のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
The growth substrate is silicon, sapphire, a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 21 to 25, characterized in that it consists of silicon carbide or LiGaAlO 2.
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