JP2009521814A - Iii族窒化物系発光素子 - Google Patents

Iii族窒化物系発光素子 Download PDF

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Abstract

III族窒化物系発光ダイオードが開示される。III族窒化物系発光ダイオードは、基板と、前記基板上に形成されたn型窒化物系クラッド層と、前記n型窒化物系クラッド層上に形成された窒化物系活性層と、前記窒化物系活性層上に形成されたp型窒化物系クラッド層と、前記p型窒化物系クラッド層上に形成され熱分解窒化物を含むp型多層オーミックコンタクト層と、を含む。熱分解窒化物は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも一つの金属成分と窒素(N)とが結合してなる。III族窒化物系発光素子のp型窒化物系クラッド層との界面でオーミックコンタクト特性を改善して優れた電流―電圧特性を確保できる。また、透明電極の光透過度が向上するため、III族窒化物系発光素子の光効率及び輝度をも向上させることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、III族窒化物系発光素子に関し、さらに詳細には、発光効率を向上させ、半導体装置の寿命を向上させることができるIII族窒化物系発光素子に関する。
III族窒化物系化合物半導体、例えば、窒化ガリウム(GaN)半導体を用いる発光ダイオード、またはレーザーダイオードのような発光素子を具現化するためには、半導体と電極パッドとの間のオーミックコンタクト電極の構造及び特性が非常に重要である。
現在、商業的利用が可能な窒化物系発光素子は、絶縁性サファイア(Al)基板上に形成される。絶縁性サファイア基板上に形成されるIII族窒化物系発光ダイオードは、トップエミット型発光ダイオード(top−emitting light emitting diode)とフリップチップ型発光ダイオード(flip−chip light emitting diode)に分類される。
III族窒化物系トップエミット型発光ダイオードは、p型窒化物系クラッド層(p−type nitride−based cladding layer)と接触している透明なオーミックコンタクトp型電極層を介して窒化物系活性層より生成される光を出射する。
また、トップエミット型発光ダイオードは1018/cm以下の低いホールキャリア濃度を有するp型窒化物系クラッド層の特性上、電流注入性(current injection)及び電流拡散性(current spreading)に劣るというような乏しい電気的特性を有する。近年、窒化物系発光ダイオードの問題を克服するために、p型窒化物系クラッド層の上部に良好な電気導電性とオーミックコンタクト特性を有する透明電流拡散層が形成される。
一般に、このような窒化物系トップエミット型発光ダイオードではp型オーミックコンタクト特性を有する電流拡散層として、半透明導電性薄膜が広く用いられている。このような半透明導電性薄膜は、ニッケル(Ni)のような一般金属と金(Au)のような貴金属(noble metal)とを結合して、この金属を適正温度のガス雰囲気で熱処理することにより得られる。
半透明の導電性薄膜は、熱処理によって、10−3〜10−4Ωcm程度の低いオーミック接触非抵抗値(specific contact ohmic resistance value)を有する好適なp型オーミックコンタクト電極(p−type ohmic contact elctrode)を形成しうる。しかし、このp型オーミックコンタクト電極は青色光領域である460nmでは80%未満の低い光透過度を有する。低い光透過度を有するp型電流拡散層は、窒化物系発光ダイオードより生成される光のほとんどを吸収するため、大容量、大面積、高輝度の窒化物系発光ダイオードには適さない。
図1は、p型窒化物系クラッド層の上部に反射性金属層を有する反射オーミックコンタクト層が適用された従来の窒化物系フリップチップ型発光ダイオードを示す断面図である。
図1に示すように、従来の窒化物系フリップチップ型発光ダイオードでは、基板110、窒化物系バッファ層120、n型窒化物系クラッド層130、多重量子井戸構造の窒化物系活性層140、p型窒化物系クラッド層150、およびp型反射オーミックコンタクト層160が順に積層される。p型反射オーミックコンタクト層160はp型電極パッド170に連結され、n型窒化物系クラッド層130はn型電極パッド180に連結される。
p型反射オーミックコンタクト層160としては、光反射特性に優れたアルミニウム(Al)、銀(Ag)、またはロジウム(Rh)などの高反射性の電極材を用いる。しかし、上記の高反射性の電極材は高い反射率を有するため、p型反射オーミックコンタクト層160は一時的に高い外部量子効率(EQE)を提供できる。しかし、高反射性の電極材は仕事関数の値が小さく、熱処理工程時に界面において新しい相の窒化物を形成するため、p型反射オーミックコンタクト層160はp型窒化物系クラッド層150とのオーミックコンタクト特性が悪く、機械的な粘着性及び熱的安定性が悪い。したがって、半導体素子の寿命が短くなり生産性が低下する。
即ち、仕事関数値が小さく、熱処理工程時に新しい相の窒化物を形成するアルミニウム反射金属をp型窒化物系半導体の上部に蒸着する場合、二つの物質の間の界面において、オーム接触非抵抗値(specific ohmic contact value)の低いオーミックコンタクトでなく、重大な電圧降下(voltage drop)が生じるショットキーコンタクトを形成するため、アルミニウム反射金属をp型反射オーミックコンタクト層として採用することはほとんどない。銀(Ag)金属はアルミニウム(Al)と異なり、p型窒化物系半導体に対してオーミックコンタクトを形成する。しかし、熱的に不安定であり、窒化物系半導体との機械的な粘着性が悪く、漏洩電流が大きいため、銀金属は広く使用されてはいない。
上記の問題を解決すべく、低い接触非抵抗値(specific contact resistance value)と高い反射率を有するp型反射オーミックコンタクト層の研究開発が活発に行われている。
図2は、p型窒化物系クラッド層上に導電性薄膜を形成した反射オーミックコンタクト層を適用した従来の窒化物系フリップチップ型発光ダイオードを示す断面図である。
図2に示すように、反射性金属層260bとp型窒化物系クラッド層250との間の界面特性を向上させるため、p型窒化物系クラッド層250上に薄い半透明金属、または透明金属酸化物層260aをp型反射オーミックコンタクト層260として形成した後に、厚い反射性金属層を蒸着する。薄い半透明金属、または透明金属酸化物層を有するp型反射オーミックコンタクト層260はオーミックコンタクト特性のような電気的特性は向上するが、フリップチップ型発光ダイオードの光学的性能を左右する反射オーミックコンタクト層の光反射率は小さいため、低い外部量子効率(EQE)を有する。
例えば、図2に示すように、Menszらは、文献(electronics letters 33(24)pp.2066)でニッケル(Ni)/アルミニウム(Al)またはニッケル(Ni)/銀(Ag)を含む2層構造を提案した。しかし、ニッケル(Ni)/アルミニウム(Al)の電極構造は、p型窒化物系クラッド層との好適なオーミックコンタクトを形成できないおそれがある。ニッケル(Ni)/銀(Ag)の電極構造は、p型窒化物系クラッド層に対して好適なオーミックコンタクトを形成しうるが、ニッケル金属が挿入されているために反射率が小さく、これにより低い外部量子効率(EQE)をまねく。最近、Michael R.Kramesらは、ニッケル(Ni)/銀(Ag)または金(Au)/酸化ニッケル酸化物(NiOx)/アルミニウム(Al)を含む多層p型反射オーミックコンタクト構造を提案した(米国公開特許第2002/0171087号明細書)。しかしながら、これらの多層p型反射オーミックコンタクト構造は、p型窒化物系クラッド層との界面における乱反射の原因となり、これにより外部量子効率(EQE)が低下する。
また、近年、トップエミット型及びフリップチップ型発光ダイオードの課題を解決するために、従来からp型多層オーミックコンタクト層として用いられるニッケル−金構造に比べて光透過度に優れるインジウム・スズ酸化物(ITO)のような透明導電性酸化物を利用することが文献[T.Margalithら,Appl.Phys.Lett.Vol.74.p3930(1999)]で報告された。ITOオーミックコンタクト層を用いたトップエミット型発光ダイオード(TELED)が従来のニッケル−金の構造を用いたTELEDに比べて出力(output power)が向上したことが文献[Solid−State Electronics vol.47.p849(2003)]で報告されている。
しかしながら、上述のようなITOオーミックコンタクト層を用いるオーミックコンタクト層は、発光ダイオードの出力を増大させるが、相対的に高い動作電圧を示す。この理由は、オーミックコンタクト層がp型窒化物系半導体の仕事関数値に比べ相対的に小さな仕事関数値を有するためである。このため、p型窒化物系クラッド層とITOオーミックコンタクト層との間の界面に高いショットキーバリアを形成する。これによりキャリア注入が円滑に行われないため、多量の熱が発生し、半導体装置の寿命が短くなる。
本発明の目的は、発光効率を向上させると同時に半導体装置の寿命を大きくすることができるIII族窒化物系発光ダイオードを提供することにある。
本発明の一態様では、III族窒化物系発光ダイオードは、基板と、前記基板上に形成されたn型窒化物系クラッド層と、前記n型窒化物系クラッド層上に形成された窒化物系活性層と、前記窒化物系活性層上に形成されたp型窒化物系クラッド層と、前記p型窒化物系クラッド層上に形成されたp型多層オーミックコンタクト層と、を含む。
前記p型多層オーミックコンタクト層は熱分解窒化物(thermally decomposed nitride)を含む。前記熱分解窒化物はニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択された少なくとも一つの金属成分と窒素(N)とが結合してなる。
前記p型多層オーミックコンタクト層は、前記p型窒化物系クラッド層とのオーミックコンタクトを向上させるために、金属、前記金属を母体とする合金/固溶体(alloy/solid solution)、導電性酸化物(conducting oxide)、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)、及び透明導電性窒化酸化物(TCON)からなる群より選択される少なくとも一つを含む。
前記基板は絶縁性物質を含み、前記基板と前記n型窒化物系クラッド層との間に順に積層された低温核生成層及び窒化物系バッファ層と、前記p型多層オーミックコンタクト層上に形成されたp型電極パッドと、前記n型窒化物系クラッド層上に形成されたn型電極パッドとを含む。
前記基板は導電性物質を含み、前記基板と前記n型窒化物系クラッド層との間に順に積層された低温核生成層及び窒化物系バッファ層と、前記p型多層オーミックコンタクト層上に形成されたp型電極パッドと、前記基板に形成されたn型電極パッドとを含む。
前記p型多層オーミックコンタクト層は、前記p型窒化物系クラッド層上に形成されたオーミック改質層(ohmic modification layer)及び前記オーミック改質層上に形成された反射性金属層を含む。
前記オーミック改質層は透明導電性窒化酸化物(TCON)及び熱分解窒化物のうちいずれか一つを含む。前記透明導電性窒化酸化物(TCON)はインジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)及びパラジウム(Pd)からなる群より選択される少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなる。前記透明導電性窒化酸化物(TCON)は、金属ドーパント(dopant)をさらに含み、前記透明導電性窒化酸化物(TCON)に対して前記ドーパントは0.001質量%〜20質量%添加される。
前記反射性金属層は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)及び白金(Pt)からなる群より選択される少なくとも一つを含む。
前記p型多層オーミックコンタクト層は、前記オーミック改質層と前記反射性金属層との間に形成された挿入層をさらに含み、前記挿入層は金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物(TCO)及び透明導電性窒化物(TCN)からなる群より選択されるいずれか一つを含む。
本発明の別の態様では、III族窒化物半導体装置は、基板と、前記基板上に形成されたp型窒化物系クラッド層と、前記p型窒化物系クラッド層上に形成された窒化物系活性層と、前記窒化物系活性層上に形成されたn型窒化物系クラッド層と、前記n型窒化物系クラッド層上に形成された少なくとも一つの熱分解窒化物系導電性層と、を含む。
前記熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル窒化物(Ni−N)、銅窒化物(Cu−N)、亜鉛窒化物(Zn−N)、インジウム窒化物(In−N)、及びスズ窒化物(Sn−N)からなる群より選択される少なくとも一つを含む透明多層n型ショットキーコンタクト層である。
前記熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも二つを含む合金と結合した窒化物を含む透明多層n型ショットキーコンタクト層である。
前記透明多層n型ショットキーコンタクト層は、前記n型窒化物系クラッド層の界面でのショットキーコンタクトを向上させるために、金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物(conducting oxide)、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)及び透明導電性窒化酸化物(TCON)からなる群より選択される少なくとも一つを含む。
前記熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル窒化物(Ni−N)、銅窒化物(Cu−N)、亜鉛窒化物(Zn−N)、インジウム窒化物(In−N)、及びスズ窒化物(Sn−N)からなる群より選択される少なくとも一つを含む透明多層n型ショットキーコンタクト層である。
前記熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも二つを含む合金と結合した窒化物を含む透明多層n型ショットキーコンタクト層である。
上述したように、p型窒化物系オーミック電極の特性を有する熱分解窒化物をIII族窒化物系発光ダイオードのp型オーミック電極として適用する。
従って、p型オーミック電極とp型窒化物系クラッド層との間の界面でのオーミックコンタクト特性を改善することができ、優れた電流―電圧特性を確保できる。また、透明電極の光透過度を向上させることができるため、III族窒化物系発光素子の効率及び輝度を向上させることができる。
図面の簡単な説明
図1は、p型窒化物系クラッド層の上部に反射性金属層が形成された反射オーミックコンタクト層が適用された従来の窒化物系フリップチップ型発光ダイオードを示す断面図である。
図2は、p型窒化物系クラッド層上に導電性薄膜を形成した反射オーミックコンタクト層を適用した従来の窒化物系フリップチップ型発光ダイオードを示す断面図である。
図3及び図4は、本発明の第1実施形態によるp型多層オーミックコンタクト電極構造が適用された発光素子を示す断面図である。
図5及び図6は、本発明の第2実施形態によるp型多層オーミックコンタクト電極構造が適用された発光素子を示す断面図である。
図7乃至図10は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様なp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。
図11乃至図14は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された他のp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。
図15は、本発明の第3実施形態によるオーミック改質層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。
図16は、本発明の第4実施形態によるオーミック改質層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。
図17は、本発明の第5実施形態によるオーミック改質層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。
図18は、本発明の第6実施形態によるp型多層反射オーミックコンタクト層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。
図19及び図20は、本発明の第7実施形態によるショットキーコンタクト層が適用された透明多層n型ショットキーコンタクト電極構造を示す断面図である。
図21及び図22は、本発明の第8実施形態によるオーミックコンタクト層が適用された透明多層n型オーミックコンタクト電極構造を示す断面図である。
図23乃至図26は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様な透明多層n型ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。
図27乃至図30は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された他の透明多層n型窒化物系ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。
図31及び図32は、本発明の実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成されたn型透明多層オーミックコンタクト層を含むIII族窒化物系発光ダイオードを示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を、添付した図面に基づき説明する。なお、同一の構造及び機能を有する構造要素については、同じ参照符号で表示する。
図3及び図4は、本発明の第1実施形態によるp型多層オーミックコンタクト電極構造が適用された発光素子を示す断面図である。
具体的には、図3はサファイア(Al)を有する絶縁性成長基板10が適用されたIII族窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)を示し、図4はシリコンカーバイド(SiC)、亜鉛酸化物(ZnO)、シリコン(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)、金属(Cu、Ni、Alなど)または多数の文献により公知の電解めっき(electroplating)またはボンディングトランスファ(bonding transfer)法によって形成される合金を含む導電性物質層を有する導電性基板10が適用されたIII族窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)を示す。
図3に示すように、III族窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)では、基板10、低温核生成層20、窒化物系バッファ層30、n型窒化物系クラッド層40、窒化物系活性層50、p型窒化物系クラッド層60、及びオーミックコンタクト層70が順に積層される。前記オーミックコンタクト層70は、p型電極パッド80に連結され、前記n型窒化物系クラッド層40はn型電極パッド90に連結される。
ここで、前記基板10からp型窒化物系クラッド層60までの層が発光構造に該当し、p型窒化物系クラッド層60の上部に積層された構造がp型電極構造に該当しうる。
前記基板10は、サファイア(Al)、シリコンカーバイド(SiC)、亜鉛酸化物(ZnO)、シリコン(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)、金属(Cu、Ni、Alなど)、または多数の文献により公知の電解めっきもしくはボンディングトランスファ法によって形成される合金からなる群より選択される一つを含む。
前記低温核生成層20は、約700℃以下の低温で形成される非晶質の窒化ガリウム(GaN)または窒化アルミニウム(AlN)を含む。
前記窒化物系バッファ層30から前記p型窒化物系クラッド層60までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlInGaN(x、y、zは各々整数である)で表される化合物から選択される一つを主に含む。n型窒化物系クラッド層40及びp型窒化物系クラッド層60にはドーパント(dopant)が添加される。
また、前記窒化物系活性層50は、単層、多重量子井戸(MQW:multi quantum well)構造、多重量子ドット/ワイヤ(multi quantum dot/wire)構造、または多重量子ドット/ワイヤ及びMQWの混合層の形態で構成され得る。
例えば、GaN系化合物を適用する場合、前記窒化物系バッファ層30はGaNを含み、n型窒化物系クラッド層40はGaNとGaNに添加されるSi、Ge、Se、Teなどのn型ドーパントとを含み、前記窒化物系活性層50はInGaN/GaN MQW構造またはAlGaN/GaN MQW構造を含む。また、p型窒化物系クラッド層60は、GaNとGaNに添加されるMg、Zn、Ca、Sr、Baなどのp型ドーパントとを含む。
前記n型窒化物系クラッド層40とn型電極パッド90との間にはn型オーミックコンタクト層(図示せず)がさらに介在してもよく、n型オーミックコンタクト層には、当業者に公知の多様な構造が適用され得る。例えば、n型オーミックコンタクト層は、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層構造を有する。
上述したように、前記p型多層オーミックコンタクト層70は、p型窒化物系クラッド層60の上部に少なくとも1つの窒化物層、即ち、熱分解窒化物層を積層することにより形成されうる。ここで、前記熱分解窒化物層はニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)またはスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも一つの金属成分と窒素(N)とが結合してなる。
好ましくは、前記熱分解窒化物層は電気的特性を調整するために、他の金属成分をドーパントとしてさらに含み得る。この実施の形態において、元素周期律表において金属と分類される元素が前記熱分解窒化物のドーパントとして適用され得る。
前記熱分解窒化物層に加えて、前記p型多層オーミックコンタクト層70は、積層順序に関係なく、金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)及び透明導電性窒化酸化物(TCON)をさらに含んでもよい。
前記金属(metal)としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、または希土類金属が含まれる。また、前記合金/固溶体としては、上記金属を母体とする合金/固溶体が含まれる。
前記導電性酸化物としては、ニッケル酸化物(Ni−O)、ロジウム酸化物(Rh−O)、ルテニウム酸化物(Ru−O)、イリジウム酸化物(Ir−O)、銅酸化物(Cu−O)、コバルト酸化物(Co−O)、タングステン酸化物(W−O)、またはチタン酸化物(Ti−O)が含まれる。
前記透明導電性酸化物(TCO)としては、インジウム酸化物(In)、スズ酸化物(SnO)、インジウム・スズ酸化物(ITO)、亜鉛酸化物(ZnO)、マグネシウム酸化物(MgO)、カドミウム酸化物(CdO)、マグネシウム・亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム・亜鉛酸化物(InZnO)、インジウム・スズ酸化物(InSnO)、銅・アルミニウム酸化物(CuAlO)、銀酸化物(AgO)、ガリウム酸化物(Ga)、亜鉛・スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛・インジウム・スズ酸化物(ZITO)、またはこれらの透明導電性酸化物と結合した他の酸化物が含まれる。
前記透明導電性窒化物(TCN)としては、チタン窒化物(TiN)、クロム窒化物(CrN)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、ニオブ窒化物(NbN)が含まれる。
前記透明導電性窒化酸化物(TCON)には、主にインジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、およびパラジウム(Pd)のうち少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなるものが含まれる。
また、好ましくは、前記酸化物及び窒化物の電気的特性を向上させるために、上記の酸化物及び窒化物に第3の物質をドーパントとして添加できる。
前記p型多層オーミックコンタクト層70は、約1nm〜約1000nmの厚さを有するのが好ましい。
また、p型多層オーミックコンタクト層70は約20℃〜約1500℃の範囲の温度で蒸着される。この場合、前記p型多層オーミックコンタクト層70の蒸着が行われる蒸着器内の圧力は、約10トール〜約12トール(torr)の範囲とする。
前記p型多層オーミックコンタクト層70を形成した後、アニール(annealing)工程を行うのが好ましい。アニール工程は、反応器内の温度を約100℃〜約800℃の範囲とし、真空またはガス雰囲気中で10秒〜3時間の間行う。前記p型多層オーミックコンタクト層70のアニール工程時に反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、および空気のうち少なくとも一つである。
前記p型電極パッド80は、ニッケル(Ni)/金(Au)、銀(Ag)/金(Au)、チタン(Ti)/金(Au)、ニッケル(Ni)/金(Au)、パラジウム(Pd)/金(Au)、またはクロム(Cr)/金(Au)の積層構造が適用される。
前記III族窒化物系発光ダイオードの各層は、電子ビームもしくは熱蒸着(e−beam or thermal evaporation)、レーザー源を用いるPLD(パルスレーザー蒸着:pulsed laser deposition)、二重型の熱蒸着(dual−type thermal evaporation)、もしくはスパッタリング(sputtering)などの物理的気相蒸着(PVD:physical vapor deposition)または電解めっき(electroplating)もしくは有機金属化学気相蒸着(metal organic chemical vapor deposition)などの化学反応を利用する化学的気相蒸着(CVD:chemical vapor deposition)によって形成されうる。
一方、図4に示すように前記基板10として導電性物質が適用されると、前記p型電極パッド80は前記オーミックコンタクト層70に連結され、前記n型電極パッド90は前記基板10に連結される。また、図4に示すIII族窒化物系トップエミット型発光ダイオードは、前記基板10の導電性と前記n型電極パッド90の形成位置とを除けば、図3に示すIII族窒化物系トップエミット型発光ダイオードと同一の構成を有するので、それについての具体的な説明は省略する。
図5及び図6は、本発明の第2実施形態によるp型多層オーミックコンタクト電極構造が適用された発光素子を示す断面図である。図5及び図6において、図3及び図4に示す構成要素と同一の機能および構造を有する構造要素については同じ参照符号で表示し、重複を避けるためそれについての具体的な説明は省略する。
具体的には、図5はサファイア(Al)を有する絶縁性成長基板10が適用されたIII族窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)を示し、図6は電気的に導電性を有する基板、即ち、シリコンカーバイド(SiC)、亜鉛酸化物(ZnO)、シリコン(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)、金属(Cu、Ni、Alなど)、または多数の文献などにより公知の電解めっきもしくはボンディングトランスファ法によって形成される合金を含む導電性物質層を有する導電性基板10が適用されたIII族窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)を示す。
図6に示すように、III族窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)では、基板10、低温核生成層20、窒化物系バッファ層30、n型窒化物系クラッド層40、窒化物系活性層50、p型窒化物系クラッド層60、トンネル接合層100、及びオーミックコンタクト層70が順に積層される。前記オーミックコンタクト層70はp型電極パッド80に連結され、前記n型窒化物系クラッド層40はn型電極パッド90に連結される。
本発明の第2実施形態において、前記p型多層オーミックコンタクト電極構造は、前記p型窒化物系クラッド層60と前記p型多層オーミックコンタクト層70との間に形成されたトンネル接合層100をさらに含む。
前記トンネル接合層100は、III〜V族元素で構成されるAlInGaAs(a、b、c、x、y、zは各々整数である)で表される化合物から選択されるいずれかの化合物を主に含む。トンネル接合層100は、約50nm以下の厚さで形成される単層(single layer)で形成することができる。好ましくは二重層(bi−layer)、三重層(tri−layer)、または多層の形態で形成する。
好ましくは、前記トンネル接合層100は、多数の文献などにより公知の超格子構造(superlattice structure)を有する。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、またはAlGaAs/InGaAsなどのようにIII〜V族元素で形成される30組が薄い積層構造の形態で繰り返し積層され得る。
さらに好ましく、前記トンネル接合層100は、II族元素(Mg、Be、Zn)またはIVIV族元素(Si、Ge)が添加されたエピタキシャル層(epitaxial layer)、多結晶層または非晶質層を含みうる。
本発明の第1実施形態と同様に、前記基板10からp型窒化物系クラッド層60までの層が発光構造に該当し、p型窒化物系クラッド層60の上部に積層された構造がp型電極構造に該当しうる。
前記基板10及び前記低温核生成層20は、図3に示す基板10及び低温核生成層20と同一の物質及び同一の工程条件を適用して形成される。
また、前記窒化物系バッファ層30及び前記p型窒化物系クラッド層60も、図3に示す窒化物系バッファ層30及びp型窒化物系クラッド層60と同一の物質及び同一の工程条件を適用して形成される。
前記n型窒化物系クラッド層40と前記n型電極パッド90の間にはn型オーミックコンタクト層(図示せず)がさらに介在しても良く、n型オーミックコンタクト層には、当業者に公知の多様な構造が適用され得る。例えば、n型オーミックコンタクト層は、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層構造を有する。
上述したように、前記p型多層オーミックコンタクト層70は、p型窒化物系クラッド層60の上部に少なくとも1つの窒化物層、即ち、熱分解窒化物層を積層することにより形成されうる。ここで、前記熱分解窒化物層は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、およびスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも一つの金属成分と窒素(N)とが結合してなる。
好ましくは、前記熱分解窒化物層は電気的特性を調整するために、他の金属成分をドーパントとしてさらに含み得る。本発明の第2実施の形態において、元素周期律表において金属と分類される元素が前記熱分解窒化物のドーパントとして適用され得る。
前記熱分解窒化物層に加えて、前記p型多層オーミックコンタクト層70は、積層順序に関係なく、金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)、及び透明導電性窒化酸化物(TCON)をさらに含む。
前記金属(metal)、前記金属を母体とする合金/固溶体、一般導電性酸化物(conducting oxide)、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)及び透明導電性窒化酸化物(TCON)には、本発明の第1実施形態と同一の物質が含まれる。
また、前記p型多層オーミックコンタクト層70は、図3に示すp型多層オーミックコンタクト層70と同一の構造、同一の工程条件及び同一の工程装備を適用して形成される。
一方、図6に示すように、前記基板10として導電性物質が適用されると、前記p型電極パッド80は前記オーミックコンタクト層70に連結され、前記n型電極パッド90は前記基板10に連結される。また、図6に示すIII族窒化物系トップエミット型発光ダイオードは、前記基板10の導電性と前記n型電極パッド90の形成位置とを除けば、図5に示すIII族窒化物系トップエミット型発光ダイオードと同一の構成を有するので、それについての具体的な説明は省略する。
図7乃至図10は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層60の上部に形成される多様なp型多層オーミックコンタクト層70を示す断面図である。
図7乃至図10に示すように、前記p型多層オーミックコンタクト層70は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)およびスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも一つの金属成分と窒素(N)とが結合してなる少なくとも一つの熱分解窒化物層を含む。前記p型多層オーミックコンタクト層70は、単層または多層の形態として形成される。
即ち、図7に示すように、前記p型多層オーミックコンタクト層70は、透明導電性窒化酸化物(TCON)を含む単層70aとして形成されうる。しかし、金属、合金、固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、及び透明導電性窒化酸化物(TCON)のうち少なくとも二つを積層順序に関係なく含む多層(図8、図9及び図10参照)として形成されるのが好ましい。
図11乃至図14は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された他のp型多層オーミックコンタクト層70を示す断面図である。図11乃至図14に示す前記p型多層オーミックコンタクト層70は、p型窒化物系クラッド層上に形成された粒子を除けば、図7乃至図10に示すp型多層オーミックコンタクト層70と同一の構造及び機能を有する。従って、前記p型多層オーミックコンタクト層70については具体的な説明を省略し、前記粒子について具体的に説明する。
図11乃至図14に示すように、前記p型多層オーミックコンタクト層70を前記p型窒化物系クラッド層60の上部に形成する前に、前記p型窒化物系クラッド層60上にナノサイズの大きさを有する粒子70eが形成される。
前記粒子70eは、前記p型窒化物系クラッド層60と前記p型多層オーミックコンタクト層70との間の界面におけるキャリアの電荷輸送(charge transport)を調整するショットキーバリアの高さ及び幅を制御することのできる、金属、合金、固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)、透明導電性窒化酸化物(TCON)、または熱分解窒化物を含む。
好ましくは、前記p型多層オーミックコンタクト層70は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、およびスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも一つの金属成分と窒素(N)とが結合してなる熱分解窒化物層を少なくとも1つ含み、前記粒子70eを形成した後に形成される。
即ち、図11に示すように、前記p型多層オーミックコンタクト層70は、透明導電性窒化酸化物(TCON)を含む単層70aとして形成することができる。しかし、金属、合金、固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、及び透明導電性窒化酸化物(TCON)のうち少なくとも二つ以上を積層順序に関係なく含む多層(図12、図13及び図14参照)として形成されるのが好ましい。
前記p型多層オーミックコンタクト層70の好ましい例としては、ニッケル窒化物(Ni−N)/インジウム・スズ酸化物(ITO)または亜鉛酸化物(ZnO);ニッケル窒化物(Ni−N)/インジウム・スズ・窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON);銅窒化物(Cu−N)/ルテニウム(Ru)/インジウム・スズ・窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON);スズ窒化物(Sn−N)/イリジウム(Ir)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛窒化酸化物(ZnON);ニッケル窒化物(Ni−N)/銀(Ag)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON);亜鉛窒化物(Zn−N)/ルテニウム酸化物(Ru−O)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON);スズ窒化物(Sn−N)/イリジウム酸化物(Ir−O)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON);ニッケル窒化物(Ni−N)/銀(Ag)または金(Au)/インジウム・スズ酸化物(ITO)または亜鉛酸化物(ZnO);スズ窒化物(Sn−N)/ルテニウム(Ru)/銀(Ag)または金(Au)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛窒化酸化物(ZnON);銅窒化物(Cu−N)/イリジウム(Ir)/銀(Ag)または金(Au)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛窒化酸化物(ZnON);ニッケル窒化物(Ni−N)/ニッケル酸化物(Ni−O)/銀(Ag)または金(Au)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON);スズ窒化物(Sn−N)/ルテニウム酸化物(Ru−O)/銀(Ag)または金(Au)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON);亜鉛窒化物(Zn−N)/イリジウム酸化物(Ir−O)/銀(Ag)または金(Au)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON);銅窒化物(Cu−N)/インジウム・スズ酸化物(ITO)または亜鉛酸化物(ZnO)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON);ニッケル窒化物(Ni−N)/インジウム・スズ窒化酸化物(ITON)または亜鉛・窒化酸化物(ZnON)/インジウム・スズ酸化物(ITO)または亜鉛酸化物(ZnO)が挙げられる。
上述したように、前記p型多層オーミックコンタクト層を含む電極構造は、絶縁性のサファイア基板の上部に形成されたIII族窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)に限られるものでなく、絶縁性基板以外の導電性基板、即ち、Si、SiC、GaAs、ZnO、またはMgZnOなどのような基板の上部に形成される垂直型III族窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)にも適用することができる。
以下、図15乃至図18を参照して、p型多層反射オーミックコンタクト層が適用されたIII族窒化物系フリップチップ型発光素子について説明する。
図15は、本発明の第3実施の形態によるオーミック改質層が適用された窒化物系フリップチップ型発光ダイオードを示す断面図である。
図15に示すように、p型多層反射オーミックコンタクト層360はオーミック改質層360a及び反射性金属層360bが順に積層されてなり、前記オーミック改質層360aは透明導電性窒化酸化物(TCON)を含む。
前記オーミック改質層360aとして用いられる透明導電性窒化酸化物(TCON)は、主に、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)およびパラジウム(Pd)のうち少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなるものを含む。
前記反射性金属層360bは、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)及び白金(Pt)のうち少なくとも一つを含む。この実施形態において前記オーミック改質層360aは、約0.1nm〜約100nmの厚さを有する。また、前記反射性金属層360bは約50nm以上の厚さを有する。
図15に示すように、前記窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)では、基板310、窒化物系バッファ層320、n型窒化物系クラッド層330、多重量子井戸(MQW)窒化物系活性層340、p型窒化物系クラッド層350、及びp型多層オーミックコンタクト層360が順に形成される。前記p型窒化物系クラッド層350の上部には、オーミック改質層360a及び反射性金属層360bが順に積層されたp型多層オーミックコンタクト層360が形成される。前記反射性金属層360bはp型電極パッド370に連結され、前記n型窒化物系クラッド層330はp型電極パッド380に連結される。
本実施形態において前記基板310からp型窒化物系クラッド層350までの層が発光構造に該当し、p型窒化物系クラッド層350の上部に形成されたオーミック改質層360a及び反射性金属層360bがp型オーミック電極構造に該当しうる。前記基板310は、サファイア(Al)のような絶縁性物質であるのが好ましく、前記窒化物系バッファ層320は省略できる。
前記窒化物系バッファ層320から前記p型窒化物系クラッド層350までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlInGaN(x、y、zは各々整数である)で表される化合物から選択される一つを主に含む。n型窒化物系クラッド層330及びp型窒化物系クラッド層350にはドーパントが添加される。
また、前記窒化物系活性層340は、単層または多重量子井戸(MQW)層の形態で形成され得る。
例えば、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合、窒化物系バッファ層320はGaNを含み、窒化物系クラッド層330はGaNとGaNに添加されるIV族元素であるSi、Ge、Se、Teなどのn型ドーパントとを含む。そしてIV、窒化物系活性層340はInGaN/GaN MQW構造、またはAlGaN/GaN MQW構造を含む。また、p型窒化物系クラッド層340はGaNとGaNに添加されるII族元素であるMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどのp型ドーパントとを含む。
前記n型窒化物系クラッド層330と前記n型電極パッド380との間には、n型オーミックコンタクト層(図示せず)がさらに介在しても良く、n型オーミックコンタクト層はチタン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層構造を有する。
前記p型電極パッド370は、ニッケル(Ni)/金(Au)、銀(Ag)/金(Au)、クロム(Cr)/金(Au)、チタン(Ti)/金(Au)などの積層構造を有する。
各層は、電子ビームもしくは熱蒸着、PVD(物理的気相蒸着)、レーザー源を用いるPLD(パルスレーザー蒸着)、MOCVD(有機金属化学気相蒸着)、プラズマレーザー蒸着(plasma laser deposition)、二重型の熱蒸着(dual−type thermal evaporation)、またはスパッタリング(sputtering)によって形成され得る。
前記オーミック改質層360aを約400℃以上の温度で熱処理工程を行う場合、前記オーミック改質層360aは、その下層部に形成されたp型窒化物系クラッド層350とのp型オーミックコンタクトの形成に有利な透明の導電性粒子に分解するか、または新しい透明の導電性相(phase)が形成される。
かかる前記p型多層反射オーミックコンタクト層360は、電子ビームもしくは熱蒸着、PVD(物理的気相蒸着)、レーザー源を用いるPLD(パルスレーザー蒸着)、MOCVD(有機金属化学気相蒸着)、PLD(プラズマレーザー蒸着)、二重型の熱蒸着(dual−type thermal evaporation)、またはスパッタリング(sputtering)によって形成され得る。
また、前記p型多層反射オーミックコンタクト層360は約20℃〜約1500℃の範囲の温度で蒸着される。この際、前記p型多層オーミックコンタクト層360の蒸着が行われる蒸着器内の圧力は、大気圧乃至約10トール〜約12トール(torr)の範囲とする。
前記p型多層反射オーミックコンタクト層360は、アニール(annealing)工程を行うのが好ましい。前記アニー工程はル、反応器内の温度を700℃以下の範囲とし、真空(vacuum)またはガス雰囲気中で10秒〜3時間の間行う。アニール工程時に反応器内に投入されるガスは、窒素(N)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、酸素(O)、水素(H)、空気のうち少なくとも一つである。
図16は、本発明の第4実施形態によるオーミック改質層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。図16に示すように、窒化物系フリップチップ型発光素子の構成要素410、420、430、440、450、470及び480は、図15に示す窒化物系フリップチップ型発光素子の構成要素310、320、330、340、350、370及び380と実質的に同一である。従って、この実施の形態ではp型多層反射オーミックコンタクト層460について具体的に説明する。
図16に示すように窒化物系フリップチップ型発光素子では、基板410、窒化物系バッファ層420、n型窒化物系クラッド層430、多重量子井戸(MQW)窒化物系活性層440、p型窒化物系クラッド層450、及びp型多層オーミックコンタクト層460が順に形成される。前記p型窒化物系クラッド層450の上部には、前記オーミック改質層460a及び反射性金属層460bが順に積層されたp型多層反射オーミックコンタクト層460が形成される。前記反射性金属層460bはp型電極パッド470に連結され、前記n型窒化物系クラッド層430はn型電極パッド480に連結される。
前記p型多層オーミックコンタクト層460は、前記p型窒化物系クラッド層450とp型電極パッド470との間に積層されたオーミック改質層460a及び反射性金属層460bを含む。
前記オーミック改質層460aは、熱分解窒化物を含む。前記オーミック改質層460aとして用いられる熱分解窒化物は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、またはスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも一つの金属成分と窒素(N)が結合されてなる。
前記p型窒化物系クラッド層450の上部に蒸着された熱分解窒化物460aは、熱処理時に金属成分と窒素(N)成分に分解される。このため、窒素(N)成分は、前記p型窒化物系クラッド層450の上部に多量に存在し、この窒素(N)成分がp型オーミック電極の形成に悪影響を及ぼす窒素空孔を除去する役割を果たす。また、熱分解窒化物460aから発生する金属成分は、クラッド層の上部に形成されたガリウム(Ga)成分と反応することにより金属間化合物(intermetallic compound)を生成して、p型オーミック電極の形成に有利に作用する。
前記反射性金属層460bは、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)及び白金(Pt)のうち少なくとも一つを含む。好ましくは、前記オーミック改質層460aは約0.1nm〜約100nmの厚さを有し、前記反射性金属層460bは、約50nm以上の厚さを有する。
前記オーミック改質層460aを約400℃以上の温度で熱処理する時、その下層部に形成された前記p型窒化物系クラッド層450とのp型オーミックコンタクトを形成するのに有利な透明の導電性粒子に分解されるか、または新しい透明の導電性相(phase)が形成される。
かかる前記p型多層反射オーミックコンタクト層460は、電子ビームもしくは熱蒸着、PVD(物理的気相蒸着)、レーザー源を用いるPLD(パルスレーザー蒸着)、MOCVD(有機金属化学気相蒸着)、PLD(プラズマレーザー蒸着)、二重型の熱蒸着、またはスパッタリングによって形成され得る。
また、p型多層オーミックコンタクト層460を形成するために適用される工程条件及び工程ステップは、図15に示す第3実施形態と同一であるので、具体的な説明を省略する。
図17は、本発明の第5実施形態によるオーミック改質層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。図17において、窒化物系フリップチップ型発光素子の構成要素510、520、530、540、550、570及び580は、図15に示す窒化物系フリップチップ型発光素子の構成要素310、320、330、340、350、370及び380と同一である。従って、p型多層反射オーミックコンタクト層560について具体的に説明する。
図17に示すように、前記窒化物系フリップチップ型型発光素子では、基板510、窒化物系バッファ層520、n型窒化物系クラッド層530、多重量子井戸(MQW)窒化物系活性層540、p型窒化物系クラッド層550、及びp型多層オーミックコンタクト層560が順に形成される。前記p型窒化物系クラッド層550の上部には、第1オーミック改質層560a、第2オーミック改質層560b及び反射性金属層560bが順に積層されたp型多層反射オーミックコンタクト層560が形成される。前記反射性金属層560cはp型電極パッド570に連結され、前記n型窒化物系クラッド層530はn型電極パッド580に連結される。
前記第1及び第2オーミック改質層560a、560bのうち一方は、透明導電性窒化酸化物(TCON)を含み、他方は熱分解窒化物を含む。
この実施の形態において、前記第1及び第2オーミック改質層560a、560bとして用いられる透明導電性窒化酸化物(TCON)及び熱分解窒化物は、図15及び図16に示す第1及び第2実施形態において説明した透明導電性窒化酸化物(TCON)及び熱分解窒化物と同一である。前記p型窒化物系クラッド層550の上部に蒸着された第1及び第2オーミック改質層560は、クラッド層の界面特性を向上させることにより、電気的特性および光透過度のような光学的特性を向上させる。
前記反射性金属層560cは、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)及び白金(Pt)のうち少なくとも一つを含む。好ましくは、前記第1及び第2オーミック改質層560a、560bはそれぞれ約0.1nm〜約100nmの厚さを有し、前記反射性金属層460cは約50nm以上の厚さを有する。
前記第1及び第2オーミック改質層560a、560bを約400℃以上の温度で熱処理する時、その下層部に形成された前記p型窒化物系クラッド層550とのp型オーミックコンタクトを形成するのに有利な透明の導電性粒子に分解されるか、または新しい透明の導電性相(phase)が形成される。
かかる前記p型多層反射オーミックコンタクト層560は、電子ビームもしくは熱蒸着、PVD(物理的気相蒸着)、レーザー源を用いるPLD(パルスレーザー蒸着)、MOCVD(有機金属化学気相蒸着)、PLD(プラズマレーザー蒸着)、二重型の熱蒸着(dual−type thermal evaporation)、またはスパッタリング(sputtering)によって形成され得る。
また、p型多層オーミックコンタクト層560を形成するために適用される工程条件及び工程ステップは、図15に示す第3実施の形態と同一であるので、具体的な説明を省略する。
図18は、本発明の第6実施形態によるp型多層反射オーミックコンタクト層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。図18において、窒化物系フリップチップ型発光素子の構成要素610、620、630、640、650、670及び680は、図17に示す窒化物系フリップチップ型発光素子の構成要素510、520、530、540、550、570及び580と実質的に同一である。従って、図18を参照して前記p型多層反射オーミックコンタクト層660について具体的に説明する。
図18に示すように、前記窒化物系フリップチップ型発光素子では、基板610、窒化物系バッファ層620、n型窒化物系クラッド層630、多重量子井戸(MQW)窒化物系活性層640、p型窒化物系クラッド層650、及びp型多層反射オーミックコンタクト層660が順に形成される。前記p型多層反射オーミックコンタクト層660はp型電極パッド670に連結され、前記n型窒化物系クラッド層630はn型電極パッド680に連結される。
前記p型多層反射オーミックコンタクト層660は、p型窒化物系クラッド層650と前記p型電極パッド670との間に介在するオーミック改質層660a、挿入層660b及び反射性金属層660cを単層または多層の形態で含む。
前記オーミック改質層660aは、透明導電性窒化酸化物(TCON)及び熱分解窒化物のうち一つを含む単層の形態で形成することができる。また、前記オーミック改質層660aは、導電性窒化酸化物(TCON)を含む層と熱分解窒化物を含むその他の層とから構成される、二層または多層の形態で形成することもできる窒化酸化物。
前記オーミック改質層660aと前記反射性金属層660cとの間に形成される前記挿入層660bは、垂直方向における界面特性を向上させると共に、水平方向への電流拡散性(current spreading)を向上させる。
前記挿入層660bは、前記p型窒化物系クラッド層650の上部表面から垂直な方向のオーミック特性を低下させない特性を有する、金属、合金、固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)または透明導電性窒化物(TCN)を含みうる。
前記挿入層660bとして用いられる金属としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、または希土類金属が含まれうる。また、前記挿入層660bとして用いられる金属を母体とする合金/固溶体としては上記の金属を母体とする合金/固溶体が含まれうる。
前記挿入層660bとして用いられる導電性酸化物は、ニッケル酸化物(Ni−O)、ロジウム酸化物(Rh−O)、ルテニウム酸化物(Ru−O)、イリジウム酸化物(Ir−O)、銅酸化物(Cu−O)、コバルト酸化物(Co−O)、タングステン酸化物(W−O)及びチタン酸化物(Ti−O)からなる群より選択される少なくとも一つを含みうる。
前記挿入層660bとして用いられる透明導電性酸化物(TCO)は、インジウム酸化物(In2O3)、スズ酸化物(SnO2)、インジウム・スズ酸化物(ITO)、亜鉛酸化物(ZnO)、マグネシウム酸化物(MgO)、カドミウム酸化物(CdO)、マグネシウム・亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム・亜鉛酸化物(InZnO)、インジウム・スズ酸化物(InSnO)、銅・アルミニウム酸化物(CuAlO2)、銀酸化物(Ag2O)、ガリウム酸化物(Ga2O3)、亜鉛・スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛・インジウム・スズ酸化物(ZITO)、またはこれらの透明導電性酸化物が結合した他の酸化物などである。
前記挿入層660bとして用いられる透明導電性窒化物(TCN:Transparent conducting nitride)は、チタン窒化物(TiN)、クロム窒化物(CrN)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、またはニオブ窒化物(NbN)からなる群より選択される。
前記p型窒化物系クラッド層650の上部に蒸着された前記オーミック改質層660a及び挿入層660bは、熱処理時にクラッド層との界面特性を向上させ電気的特性を向上させるだけでなく、光透過度のような光学的特性も調整できる。
前記反射性金属層660cとして用いられる物質は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)及び白金(Pt)のうち少なくとも何れか一つからなる。好ましくは、前記オーミック改質層660a及び挿入層660bは各々0.1nm〜100nmの厚さを有し、前記反射性金属層660cは50nm以上の厚さを有する。
前記オーミック改質層660a及び挿入層660bは、400℃以上の温度で熱処理する時、その下層部の前記p型窒化物系クラッド層650とのp型オーミックコンタクトを形成するのに有利な透明導電性の粉に分解されるか、化学反応による新しい透明導電性相(phase)が形成される。
かかる前記p型多層反射オーミックコンタクト層660は、電子ビームもしくは熱蒸着、PVD(物理的気相蒸着)、レーザー源を用いるPLD(パルスレーザー蒸着)、MOCVD(有機金属化学気相蒸着)、PLD(プラズマレーザー蒸着)、二重型の熱蒸着、またはスパッタリングによって形成され得る。
また、前記p型多層オーミックコンタクト層660を形成するために適用される工程条件及び工程ステップは、図17に示す第5実施形態と同一であるので、具体的な説明を省略する。
p型多層反射オーミックコンタクト層を含む電極構造は、絶縁性のサファイア基板の上部に形成されるIII族窒化物系フリップチップ型発光素子に限られるものでなく、絶縁性基板以外の導電性基板、即ち、Si、SiC、GaAs、ZnO、またはMgZnoなどのような基板の上部に形成されるIII族窒化物系フリップチップ型発光素子にも適用することができる。
以下、図19乃至図32を参照して、ショットキーコンタクト層またはオーミックコンタクト層が適用されたn型III族窒化物系発光素子について説明する。
図19及び図20は本発明の第7実施形態による高透明n型多層ショットキーコンタクト層が適用された透明多層n型ショットキー電極構造を示す断面図である。
具体的には、図19は透明多層n型ショットキーコンタクト層20がn型窒化物系クラッド層10の上部に直接的に積層されたショットキーコンタクト電極構造を示し、図20はn型窒化物系クラッド層10と透明多層n型ショットキーコンタクト層20との間に介在するトンネル接合層30をさらに含むショットキー電極構造を示す。
前記n型窒化物系クラッド層10は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlInGaN(x、y、zは各々整数である)で表される化合物から選択される一つを主に含む。前記n型窒化物系クラッド層10にIVシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、セレン(Se)、テルル(Te)などのようなIV族元素を含むドーパントが単独でまたは複数種を共に添加してもよい。
前記透明多層n型ショットキーコンタクト電極構造は、前記n型窒化物系クラッド層10の上部に形成され、熱分解窒化物を含む透明多層n型ショットキーコンタクト層20を具備する。熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル窒化物(Ni−N)、銅窒化物(Cu−N)、亜鉛窒化物(Zn−N)、インジウム窒化物(In−N)、及びスズ窒化物(Sn−N)のうちいずれか一つを含み得る。好ましくは、前記熱分解窒化物系導電性層は、電気的及び光学的特性を調整するために、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも二つを含む合金と結合した窒化物を含んでもよい。
前記熱分解窒化物に加えて、前記透明多層n型ショットキーコンタクト層20は前記n型窒化物系クラッド層10とのショットキーコンタクト界面の形成に有利な金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)及び透明導電性窒化酸化物(TCON)を積層順序に関係なく、さらに含み得る。
金属としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、または希土類金属が含まれる。また、前記合金/固溶体としては、上記金属を母体とする合金/固溶体が含まれる。
導電性酸化物としては、ニッケル酸化物(Ni−O)、ロジウム酸化物(Rh−O)、ルテニウム酸化物(Ru−O)、イリジウム酸化物(Ir−O)、銅酸化物(Cu−O)、コバルト酸化物(Co−O)、タングステン酸化物(W−O)、またはチタン酸化物(Ti−O)が含まれる。
透明導電性酸化物(TCO)としては、インジウム酸化物(In)、スズ酸化物(SnO)、インジウム・スズ酸化物(ITO)、亜鉛酸化物(ZnO)、マグネシウム酸化物(MgO)、カドミウム酸化物(CdO)、マグネシウム・亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム・亜鉛酸化物(InZnO)、インジウム・スズ酸化物(InSnO)、銅・アルミニウム酸化物(CuAlO)、銀酸化物(AgO)、ガリウム酸化物(Ga)、亜鉛・スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛・インジウム・スズ酸化物(ZITO)、またはこれらの透明導電性酸化物と結合した他の酸化物が含まれる。
透明導電性窒化物(TCN)としては、チタン窒化物(TiN)、クロム窒化物(CrN)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、ニオブ窒化物(NbN)が含まれる。
透明導電性窒化酸化物(TCON)には、主にインジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、およびパラジウム(Pd)のうち少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなるものが含まれる。
また、好ましくは、前記酸化物及び窒化物の電気的特性を向上させるために、上記の酸化物及び窒化物に第3の物質をドーパントとして添加できる。
前記透明多層n型オーミックコンタクト層20は、約1nm〜約1000nmの厚さを有し、前記n型窒化物系クラッド層10の上部に直接的に積層するのが好ましい。
また、前記透明多層n型オーミックコンタクト層20は約20℃〜約1500℃の範囲の温度で蒸着される。この場合、透明多層n型オーミックコンタクト層20の蒸着が行われる蒸着器内の圧力は、約10トール〜約12トール(torr)の範囲とする。
前記透明多層n型ショットキーコンタクト層20を形成した後、アニール工程を行うのが好ましい。アニール工程は、反応器内の温度を約100℃〜約800℃の範囲とし、真空またはガス雰囲気中で10秒〜3時間の間行う。前記透明多層n型ショットキーコンタクト層20のアニール工程時に反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、空気のうち少なくとも一つである。
図20に示す前記トンネル接合層30は、III〜V族の元素で構成されるAlInGaAs(a、b、c、x、y、zは各々整数である)で表される化合物から選択されるいずれかの化合物を主に含む。トンネル接合層30は、約50nm以下の厚さで形成される単層の形態で形成することができる。好ましくは二重層、三重層、または多層の形態で形成する。
前記透明多層n型ショットキーコンタクト層20は約1nm〜約1000nmの厚さを有するように形成され、前記トンネル接合層30の上部に直接的に積層するのが好ましい。また、前記トンネル接合層30は超格子構造を有していてもよい。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、またはAlGaAs/InGaAsなどのようにIII〜V族の元素で形成される30組が薄い積層構造の形態で繰り返し積層され得る。さらに好ましくは、前記トンネル接合層30はII族元素(Mg、Be、Zn)またはIV族元素(Si、Ge)が添加されたエピタキシャル層、多結晶層または非晶質層を含み得る。
図21及び図22は本発明の第8実施の形態によるオーミックコンタクト層が適用された透明多層n型オーミックコンタクト電極構造を示す断面図である。
具体的には、図21は透明多層n型オーミックコンタクト層40がn型窒化物系クラッド層160の上部に直接的に積層されたオーミックコンタクト電極構造を示し、図22はn型窒化物系クラッド層160と透明多層n型オーミックコンタクト層40との間に介在するトンネル接合層180をさらに含むオーミックコンタクト電極構造を示す。
前記n型窒化物系クラッド層160は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlInGaN(x、y、zは各々整数である)で表される化合物から選択される一つを主に含む。前記n型窒化物系クラッド層160にIVシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、セレン(Se)、テルル(Te)などのようなIV族元素を含むドーパントが単独でまたは複数種を共に添加してもよい。
前記透明多層n型オーミックコンタクト電極構造は、前記n型窒化物系クラッド層160の上部に形成された熱分解窒化物層を少なくとも一つ含む透明多層n型オーミックコンタクト層40を具備する。熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル窒化物(Ni−N)、銅窒化物(Cu−N)、亜鉛窒化物(Zn−N)、インジウム窒化物(In−N)、及びスズ窒化物(Sn−N)のうちいずれか一つを含み得る。好ましくは、前記熱分解窒化物系導電性層は、電気的及び光学的特性を調整するために、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくともを含む合金と結合した窒化物を含んでもよい。
前記熱分解窒化物に加えて、前記透明多層n型オーミックコンタクト層20は前記n型窒化物系クラッド層160とのオーミックコンタクト電極の形成に有利な金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)及び透明導電性窒化酸化物(TCON)を積層順序に関係なく、さらに含み得る。
金属としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、または希土類金属が含まれる。また、前記合金/固溶体としては、上記金属を母体とする合金/固溶体が含まれる。
導電性酸化物としては、ニッケル酸化物(Ni−O)、ロジウム酸化物(Rh−O)、ルテニウム酸化物(Ru−O)、イリジウム酸化物(Ir−O)、銅酸化物(Cu−O)、コバルト酸化物(Co−O)、タングステン酸化物(W−O)、またはチタン酸化物(Ti−O)が含まれる。
透明導電性酸化物(TCO)としては、インジウム酸化物(In)、スズ酸化物(SnO)、インジウム・スズ酸化物(ITO)、亜鉛酸化物(ZnO)、マグネシウム酸化物(MgO)、カドミウム酸化物(CdO)、マグネシウム・亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム・亜鉛酸化物(InZnO)、インジウム・スズ酸化物(InSnO)、銅・アルミニウム酸化物(CuAlO)、銀酸化物(AgO)、ガリウム酸化物(Ga)、亜鉛・スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛・インジウム・スズ酸化物(ZITO)、またはこれらの透明導電性酸化物と結合した他の酸化物が含まれる。
透明導電性窒化物(TCN)としては、チタン窒化物(TiN)、クロム窒化物(CrN)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、ニオブ窒化物(NbN)が含まれる。
透明導電性窒化酸化物(TCON)には、主にインジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、またはパラジウム(Pd)のうち少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなるものが含まれる。
また、好ましくは、前記酸化物及び窒化物の電気的特性を向上させるために、上記の酸化物及び窒化物に第3の物質をドーパントとして添加できる。
前記透明多層n型オーミックコンタクト層40は約1nm〜約1000nmの厚さを有し、前記n型窒化物系クラッド層160の上部に直接的に積層するのが好ましい。
また、前記透明多層n型オーミックコンタクト層40は約20℃〜約1500℃の範囲の温度で蒸着される。この場合、透明多層n型オーミックコンタクト層40の蒸着が行われる蒸着器内の圧力は、約10トール〜約12トール(torr)の範囲とする。
前記透明多層n型オーミックコンタクト層40を形成した後、アニール工程を行うのが好ましい。アニール工程は、反応器内の温度を約100℃〜約800℃の範囲とし、真空またはガス雰囲気中で10秒〜3時間の間行う。前記透明多層n型オーミックコンタクト層40のアニール工程時に反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、空気のうち少なくとも一つである。
図22に示す前記トンネル接合層180は、III〜V族の元素で構成されるAlInGaAs(a、b、c、x、y、zは各々整数である)で表される化合物から選択されるいずれかの化合物を主に含む。前記トンネル接合層180は、約50nm以下の厚さで形成される単層の形態で形成することができる。好ましくは二重層、三重層、または多層の形態で形成する。
前記透明多層n型オーミックコンタクト層40は約1nm〜約1000nmの厚さを有するように形成され、前記トンネル接合層180の上部に直接的に積層するのが好ましい。また、前記トンネル接合層180は超格子構造を有していてもよい。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、またはAlGaAs/InGaAsなどのようにIII〜V族の元素で形成される30組が薄い積層構造の形態で繰り返し積層され得る。さらに好ましくは、前記トンネル接合層180は、II族元素(Mg、Be、Zn)またはIV族元素(Si、Ge)が添加されたエピタキシャル層、多結晶層または非晶質層を含み得る。
図23乃至図26は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成される多様な透明多層n型ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。
図23乃至図26に示すように、前記n型窒化物系クラッド層10または160の上部に形成される前記透明多層n型ショットキー/オーミックコンタクト層20または40は、熱分解窒化物層を少なくとも一つ含む単層(図23参照)または多層(図24、図25及び図26参照)の形態で形成される。
図27乃至図30は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された他の透明多層n型窒化物系ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。
図27乃至図30に示すように、透明多層n型窒化物系ショットキー/オーミックコンタクト電極構造を前記n型窒化物系クラッド層10または160の上部に形成する前に、キャリア輸送に大きな影響を及ぼす界面特性であるショットキーバリアの高さ及び幅を制御することのできる、ナノサイズの大きさを有する粒子50が前記n型窒化物系クラッド層10または160の上部に形成される。
前記粒子50は、前記n型窒化物系クラッド層10または160と前記透明n型多層ショットキー/オーミックコンタクト層20または40との間の界面においてキャリアの電荷輸送を調整するショットキーバリアの高さ及び幅を制御することのできる、金属、合金、固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)、透明導電性窒化酸化物(TCON)、または熱分解窒化物を含む。すなわち、前記粒子50が形成された後、前記透明n型多層ショットキー/オーミックコンタクト層20または40が前記n型窒化物系クラッド層10または160上に形成される。この際、前記透明n型多層ショットキー/オーミックコンタクト層20または40は、熱処理工程が行われる時に金属成分及び窒素成分へと熱分解される熱分解窒化物層を少なくとも一つ含む単層または多層の形態で形成される。
図31及び図32は、本発明の実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された透明n型多層オーミックコンタクト層を含むIII族窒化物系発光素子を示す断面図である。具体的には、図31及び図32は電気的に導電性を有し、シリコンカーバイド(SiC)、亜鉛酸化物(ZnO)、シリコン(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)、金属(Cu、Ni、Alなど)、金属(Cu、Ni、Alなど)または電解めっきもしくはボンディングトランスファ法によって形成される合金を含む基板の上部に形成されたIII族窒化物系垂直型発光ダイオードを示す。
図31に示すように、III族窒化物系発光素子は順に積層された導電性基板110、結合物質層120、反射多層p型オーミックコンタクト層130、p型窒化物系クラッド層140、窒化物系活性層150、n型窒化物系クラッド層160、及び透明多層n型オーミックコンタクト層40を含む。前記透明多層n型オーミックコンタクト層40はn型電極パッド170に連結される。また、前記III族窒化物系発光素子は、図32に示すように、前記透明多層n型オーミックコンタクト層40の特性を向上させるために、前記n型窒化物系クラッド層10と前記透明多層n型オーミックコンタクト層40との間に形成されるトンネル接合層180をさらに含む。
前記n型窒化物系クラッド層160から前記p型窒化物系クラッド層140までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlInGaN(x、y、zは各々整数である)で表される化合物から選択される一つを主に含む。前記n型窒化物系クラッド層160及び前記p型窒化物系クラッド層140にはドーパントが添加される。
また、前記窒化物系活性層150は、単層、多重量子井戸(MQW)構造、多重量子ドット/ワイヤ構造、または多重量子ドット/ワイヤ及びMQWの混入層形態で構成され得る。一例として、前記n型窒化物系クラッド層160は、GaNとGaNに添加されるSi、Ge、Se、Teなどのn型ドーパントとを含み、前記窒化物系活性層150はInGaN/GaN MQW構造またはAlGaN/GaN MQW構造を含む。また、前記p型窒化物系クラッド層140はGaNとGaNに添加されるMg、Zn、Ca、Sr、Baなどのp型ドーパントとを含む。
前記透明多層n型オーミックコンタクト電極構造は、前記n型窒化物系クラッド層160の上部に形成された熱分解窒化物層を少なくとも一つを含む透明多層n型オーミックコンタクト層40を具備する。前記熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル窒化物(Ni−N)、銅窒化物(Cu−N)、亜鉛窒化物(Zn−N)、インジウム窒化物(In−N)、及びスズ窒化物(Sn−N)のうちいずれか一つを含み得る。好ましくは、前記熱分解窒化物系導電性層は、電気的及び光学的特性を調整するために、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも二つを含む合金と結合した窒化物を含んでもよい。
前記熱分解窒化物に加えて、前記透明多層n型オーミックコンタクト層40は、前記n型窒化物系クラッド層160とのオーミックコンタクト電極の形成に有利な金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)及び透明導電性窒化酸化物(TCON)を積層順序に関係なく、さらに含み得る。
金属としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、または希土類金属が含まれる。また、前記合金/固溶体としては、上記金属を母体とする合金/固溶体が含まれる。
導電性酸化物としては、ニッケル酸化物(Ni−O)、ロジウム酸化物(Rh−O)、ルテニウム酸化物(Ru−O)、イリジウム酸化物(Ir−O)、銅酸化物(Cu−O)、コバルト酸化物(Co−O)、タングステン酸化物(W−O)、またはチタン酸化物(Ti−O)が含まれる。
透明導電性酸化物(TCO)としては、インジウム酸化物(In)、スズ酸化物(SnO)、インジウム・スズ酸化物(ITO)、亜鉛酸化物(ZnO)、マグネシウム酸化物(MgO)、カドミウム酸化物(CdO)、マグネシウム・亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム・亜鉛酸化物(InZnO)、インジウム・スズ酸化物(InSnO)、銅・アルミニウム酸化物(CuAlO)、銀酸化物(AgO)、ガリウム酸化物(Ga)、亜鉛・スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛・インジウム・スズ酸化物(ZITO)、またはこれらの透明導電性酸化物と結合した他の酸化物が含まれる。
透明導電性窒化物(TCN)としては、チタン窒化物(TiN)、クロム窒化物(CrN)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、ニオブ窒化物(NbN)が含まれる。
透明導電性窒化酸化物(TCON)には、主にインジウム(In)、スズ(Sn)、 亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、またはパラジウム(Pd)のうち少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなるものが含まれる。
また、好ましくは、前記酸化物及び窒化物の電気的特性を向上させるために、上記の酸化物及び窒化物に第3の物質をドーパントとして添加できる。
前記透明多層n型オーミックコンタクト層40は約1nm〜約1000nmの厚さを有し、前記n型窒化物系クラッド層160の上部に直接的に積層するのが好ましい。
また、前記透明多層n型オーミックコンタクト層40は約20℃〜約1500℃の範囲の温度で蒸着される。この場合、透明多層n型オーミックコンタクト層40の蒸着が行われる蒸着器内の圧力は、大気圧または約10トール〜約12トール(torr)の範囲とする。
前記透明多層n型オーミックコンタクト層40を形成した後、アニール工程を行うのが好ましい。アニール工程は、反応器内の温度を約100℃〜約800℃の範囲とし、真空またはガス雰囲気中で10秒〜3時間の間行う。前記透明多層n型オーミックコンタクト層40のアニール工程時の反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、空気のうち少なくとも一つである。
前記n型電極パッド170は、ニッケル(Ni)/金(Au)、銀(Ag)/金(Au)、チタン(Ti)/金(Au)、ニッケル(Ni)/金(Au)、パラジウム(Pd)/金(Au)、またはクロム(Cr)/金(Au)の積層構造を有する。
各層は、電子ビームもしくは熱蒸着、レーザー源を用いるPLD(パルスレーザー蒸着)、二重型の熱蒸着(dual−type thermal evaporator)、もしくはスパッタリングなどの物理的気相蒸着(PVD)または電解めっきもしくは有機金属気相成長法(MOCVD)などの化学反応を利用する化学的気相蒸着(CVD)によって形成されうる。
図32に示す前記トンネル接合層180は、III〜V族の元素で構成されるAlInGaAs(a、b、c、x、y、zは各々整数である)で表される化合物から選択されるいずれかの化合物を主に含む。トンネル接合層180は、約50nm以下の厚さで形成される単層で形成することができる。好ましくは二重層、三重層、または多層の形態で形成する。
前記透明多層n型オーミックコンタクト層40は、前記トンネル接合層180の上部に直接的に積層するのが好ましい。また、前記トンネル接合層180は超格子構造を有していてもよい。一例としてInGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、またはAlGaAs/InGaAsなどのようにIII〜V族の元素で形成される30組が薄い積層構造の形態で繰り返し積層され得る。さらに好ましくは、前記トンネル接合層180はII族元素(Mg、Be、Zn)またはIV族元素(Si、Ge)が添加されたエピタキシャル層、多結晶層、または非晶質層を含み得る。
上述したように、本発明によれば、窒化物系p型オーミック電極特性を有し、かつ金属、透明導電性酸化物または窒化物を適用した透明導電性薄膜電極より優れた電気的及び光学的特性を示す熱分解窒化物を、III族窒化物系トップエミット型発光ダイオード(TELED)のp型オーミック電極として適用する。
従って、III族窒化物系トップエミット型発光素子のp型窒化物系クラッド層との界面でオーミックコンタクト界面特性が向上し、これにより優れた電流―電圧特性を確保できる。また、透明電極の光透過度を向上することができるため、III族窒化物系発光素子の光効率及び輝度を向上させることができる。
また、このような窒化物系オーミックコンタクト電極特性を有する熱分解窒化物をIII族窒化物系フリップチップ型発光素子に適用することができる。このため、パッケージ工程におけるフリップチップ型発光ダイオードのワイヤボンディング効率及び量産収率を向上させることができる。さらにかかる熱分解窒化物は低い接触非抵抗(specific resistance value)を有するため、優れた電流―電圧(−V)特性を確保し、外部量子効率(EQE)を向上させることができる。
図1は、p型窒化物系クラッド層の上部に反射性金属層が形成された反射オーミックコンタクト層が適用された従来の窒化物系フリップチップ型発光ダイオードを示す断面図である。 図2は、p型窒化物系クラッド層上に導電性薄膜を形成した反射オーミックコンタクト層を適用した従来の窒化物系フリップチップ型発光ダイオードを示す断面図である。 図3は、本発明の第1実施形態によるp型多層オーミックコンタクト電極構造が適用された発光素子を示す断面図である。 図4は、本発明の第1実施形態によるp型多層オーミックコンタクト電極構造が適用された発光素子を示す断面図である。 図5は、本発明の第2実施形態によるp型多層オーミックコンタクト電極構造が適用された発光素子を示す断面図である。 図6は、本発明の第2実施形態によるp型多層オーミックコンタクト電極構造が適用された発光素子を示す断面図である。 図7は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様なp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。 図8は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様なp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。 図9は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様なp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。 図10は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様なp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。 図11は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された他のp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。 図12は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された他のp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。 図13は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された他のp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。 図14は、本発明の第1及び第2実施形態によるp型窒化物系クラッド層の上部に形成された他のp型多層オーミックコンタクト層を示す断面図である。 図15は、本発明の第3実施形態によるオーミック改質層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。 図16は、本発明の第4実施形態によるオーミック改質層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。 図17は、本発明の第5実施形態によるオーミック改質層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。 図18は、本発明の第6実施形態によるp型多層反射オーミックコンタクト層が適用された窒化物系フリップチップ型発光素子を示す断面図である。 図19は、本発明の第7実施形態によるショットキーコンタクト層が適用された透明多層n型ショットキーコンタクト電極構造を示す断面図である。 図20は、本発明の第7実施形態によるショットキーコンタクト層が適用された透明多層n型ショットキーコンタクト電極構造を示す断面図である。 図21は、本発明の第8実施形態によるオーミックコンタクト層が適用された透明多層n型オーミックコンタクト電極構造を示す断面図である。 図22は、本発明の第8実施形態によるオーミックコンタクト層が適用された透明多層n型オーミックコンタクト電極構造を示す断面図である。 図23は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様な透明多層n型ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。 図24は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様な透明多層n型ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。 図25は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様な透明多層n型ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。 図26は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された多様な透明多層n型ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。 図27は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された他の透明多層n型窒化物系ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。 図28は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された他の透明多層n型窒化物系ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。 図29は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された他の透明多層n型窒化物系ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。 図30は、本発明の第7及び第8実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された他の透明多層n型窒化物系ショットキー/オーミックコンタクト電極を示す断面図である。 図31は、本発明の実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された透明多層n型オーミックコンタクト層を含むIII族窒化物系発光ダイオードを示す断面図である。 図32は、本発明の実施形態によるn型窒化物系クラッド層の上部に形成された透明多層n型オーミックコンタクト層を含むIII族窒化物系発光ダイオードを示す断面図である。

Claims (31)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成されたn型窒化物系クラッド層と、
    前記n型窒化物系クラッド層上に形成された窒化物系活性層と、
    前記窒化物系活性層上に形成されたp型窒化物系クラッド層と、
    前記p型窒化物系クラッド層上に形成され、熱分解窒化物を有するp型多層オーミックコンタクト層と、
    を含むことを特徴とするIII族窒化物系発光ダイオード。
  2. 前記熱分解窒化物はニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも一つの金属成分と窒素(N)とが結合してなることを特徴とする、請求項1に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  3. 前記p型多層オーミックコンタクト層は、前記p型窒化物系クラッド層とのオーミックコンタクトを向上させるために、金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)及び透明導電性窒化酸化物(TCON)からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  4. 前記金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、前記導電性酸化物、前記透明導電性酸化物(TCO)、前記透明導電性窒化物(TCN)、及び前記透明導電性窒化酸化物(TCON)は以下のものであることを特徴とする、請求項3に記載のIII族窒化物系発光ダイオード;
    金属:白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、または希土類金属;
    合金/固溶体:上記金属を母体とする合金/固溶体;
    導電性酸化物:ニッケル酸化物(Ni−O)、ロジウム酸化物(Rh−O)、ルテニウム酸化物(Ru−O)、イリジウム酸化物(Ir−O)、銅酸化物(Cu−O)、コバルト酸化物(Co−O)、タングステン酸化物(W−O)、またはチタン酸化物(Ti−O);
    透明導電性酸化物(TCO):インジウム酸化物(In)、スズ酸化物(SnO)、インジウム・スズ酸化物(ITO)、亜鉛酸化物(ZnO)、マグネシウム酸化物(MgO)、カドミウム酸化物(CdO)、マグネシウム・亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム・亜鉛酸化物(InZnO)、インジウム・スズ酸化物(InSnO)、銅・アルミニウム酸化物(CuAlO)、銀酸化物(AgO)、ガリウム酸化物(Ga)、亜鉛・スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛・インジウム・スズ酸化物(ZITO)、またはこれらの透明導電性酸化物(TCO)と結合した他の酸化物;
    透明導電性窒化物(TCN):チタン窒化物(TiN)、クロム窒化物(CrN)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、ニオブ窒化物(NbN);
    透明導電性窒化酸化物(TCON):インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、またはパラジウム(Pd)のうち少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなるもの。
  5. 前記p型多層オーミックコンタクト層は、前記p型窒化物系クラッド層上に形成された粒子をさらに含み、
    前記粒子は、前記金属、前記合金、前記固溶体、前記導電性酸化物、前記透明導電性酸化物(TCO)、前記透明導電性窒化物(TCN)、前記透明導電性窒化酸化物(TCON)及び熱分解窒化物のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項4に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  6. 前記基板は絶縁性物質を含み
    前記基板と前記n型窒化物系クラッド層との間に順に積層された低温核生成層及び窒化物系バッファ層と、
    前記p型多層オーミックコンタクト層上に形成されたp型電極パッドと、
    前記n型窒化物系クラッド層上に形成されたn型電極パッドと、
    を含むことを特徴とする、請求項5に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  7. 前記基板は導電性物質を含み、
    前記基板と前記n型窒化物系クラッド層との間に順に積層された低温核生成層及び窒化物系バッファ層と、
    前記p型多層オーミックコンタクト層上に形成されたp型電極パッドと、
    前記基板上に形成されたn型電極パッドと、
    を含むことを特徴とする、請求項5に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  8. 前記p型多層オーミックコンタクト層は、前記p型窒化物系クラッド層上に形成されたオーミック改質層及び前記オーミック改質層上に形成された反射性金属層を含むことを特徴とする、請求項1に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  9. 前記オーミック改質層は、透明導電性窒化酸化物(TCON)及び熱分解窒化物のうちいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項8に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  10. 前記透明導電性窒化酸化物(TCON)は、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)及びパラジウム(Pd)からなる群より選択される少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなることを特徴とする、請求項9に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  11. 前記透明導電性窒化酸化物(TCON)は、金属ドーパントをさらに含み、前記透明導電性窒化酸化物(TCON)に対して前記金属ドーパントが0.001質量%〜20質量%添加されることを特徴とする、請求項10に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  12. 前記透明導電性窒化酸化物(TCON)は、フッ素(F)及び硫黄(S)をさらに含むことを特徴とする、請求項11に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  13. 前記熱分解窒化物は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも一つの金属成分と窒素(N)とが結合してなることを特徴とする、請求項9に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  14. 前記反射性金属層は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)及び白金(Pt)からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項8に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  15. 前記p型多層オーミックコンタクト層は、前記オーミック改質層と前記反射性金属層との間に形成された挿入層をさらに含み、
    前記挿入層は金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物(TCO)及び透明導電性窒化物(TCN)からなる群より選択されるいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項8に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  16. 前記金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、前記導電性酸化物、前記透明導電性酸化物(TCO)、前記透明導電性窒化物(TCN)、及び前記透明導電性窒化酸化物(TCON)は以下のものであることを特徴とする、請求項15に記載のIII族窒化物系発光ダイオード;
    金属:白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、または希土類金属(rare earth metal);
    合金/固溶体:上記金属を母体とする合金/固溶体;
    導電性酸化物:ニッケル酸化物(Ni−O)、ロジウム酸化物(Rh−O)、ルテニウム酸化物(Ru−O)、イリジウム酸化物(Ir−O)、銅酸化物(Cu−O)、コバルト酸化物(Co−O)、タングステン酸化物(W−O)、またはチタン酸化物(Ti−O);
    透明導電性酸化物(TCO):インジウム酸化物(In)、スズ酸化物(SnO)、インジウム・スズ酸化物(ITO)、亜鉛酸化物(ZnO)、マグネシウム酸化物(MgO)、カドミウム酸化物(CdO)、マグネシウム・亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム・亜鉛酸化物(InZnO)、インジウム・スズ酸化物(InSnO)、銅・アルミニウム酸化物(CuAlO)、銀酸化物(AgO)、ガリウム酸化物(Ga)、亜鉛・スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛・インジウム・スズ酸化物(ZITO)、またはこれらの透明導電性酸化物(TCO)と結合した他の酸化物;
    透明導電性窒化物(TCN):チタン窒化物(TiN)、クロム窒化物(CrN)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、ニオブ窒化物(NbN);
    透明導電性窒化酸化物(TCON):インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、またはパラジウム(Pd)のうち少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなるもの。
  17. 前記オーミック改質層及び前記挿入層は約0.1nm〜約100nmの厚さを有し、前記反射性金属層は約50nm以下の厚さを有することを特徴とする、請求項15に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  18. 前記オーミック改質層及び前記挿入層のうち少なくとも一つは、10マイクロメートル以下のサイズの、孔(pore)、ドット(dot)及びロッド(rod)のうちの少なくとも一つで均一に形成されることを特徴とする、請求項15に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  19. 前記基板が絶縁性物質を含み、
    前記基板と前記n型窒化物系クラッド層との間に形成された第1の窒化物系バッファ層と、
    前記n型窒化物系クラッド層と前記p型窒化物系クラッド層との間に形成された第2の窒化物系バッファ層と、
    前記反射性金属層上に形成されたp型電極パッドと、
    前記n型窒化物系クラッド層に形成されたn型電極パッドと、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項8に記載のIII族窒化物系発光ダイオード。
  20. 基板と、
    前記基板上に形成されたp型窒化物系クラッド層と、
    前記p型窒化物系クラッド層上に形成された窒化物系活性層と、
    前記窒化物系活性層上に形成されたn型窒化物系クラッド層と、
    前記n型窒化物系クラッド層上に形成された少なくとも一つの熱分解窒化物系導電性層と、
    を含むことを特徴とするIII族窒化物系半導体装置。
  21. 前記熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル窒化物(Ni−N)、銅窒化物(Cu−N)、亜鉛窒化物(Zn−N)、インジウム窒化物(In−N)、及びスズ窒化物(Sn−N)からなる群より選択される少なくとも一つを含む透明多層n型ショットキーコンタクト層であることを特徴とする、請求項20に記載のIII族窒化物系半導体装置。
  22. 前記熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも二つを含む合金と結合した窒化物を含む透明多層n型ショットキーコンタクト層であることを特徴とする、請求項20に記載のIII族窒化物系半導体装置。
  23. 前記透明多層n型ショットキーコンタクト層は、前記n型窒化物系クラッド層の界面でのショットキーコンタクトを向上させるために、金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)、及び透明導電性窒化酸化物(TCON)からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項21に記載のIII族窒化物系半導体装置。
  24. 前記金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、前記導電性酸化物、前記透明導電性酸化物(TCO)、前記透明導電性窒化物(TCN)、及び前記透明導電性窒化酸化物(TCON)は以下のものであることを特徴とする、請求項23に記載のIII族窒化物系半導体装置;
    金属:白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、または希土類金属;
    合金/固溶体:上記金属を母体とする合金/固溶体;
    導電性酸化物:ニッケル酸化物(Ni−O)、ロジウム酸化物(Rh−O)、ルテニウム酸化物(Ru−O)、イリジウム酸化物(Ir−O)、銅酸化物(Cu−O)、コバルト酸化物(Co−O)、タングステン酸化物(W−O)、またはチタン酸化物(Ti−O);
    透明導電性酸化物(TCO):インジウム酸化物(In)、スズ酸化物(SnO)、インジウム・スズ酸化物(ITO)、亜鉛酸化物(ZnO)、マグネシウム酸化物(MgO)、カドミウム酸化物(CdO)、マグネシウム・亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム・亜鉛酸化物(InZnO)、インジウム・スズ酸化物(InSnO)、銅・アルミニウム酸化物(CuAlO)、銀酸化物(AgO)、ガリウム酸化物(Ga)、亜鉛・スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛・インジウム・スズ酸化物(ZITO)、またはこれらの透明導電性酸化物(TCO)と結合した他の酸化物;
    透明導電性窒化物(TCN):チタン窒化物(TiN)、クロム窒化物(CrN)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、ニオブ窒化物(NbN);
    透明導電性窒化酸化物(TCON):インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、またはパラジウム(Pd)のうち少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなるもの。
  25. 前記n型窒化物系クラッド層と前記透明多層n型ショットキーコンタクト層との間に形成されたトンネル接合層をさらに含むことを特徴とする、請求項20に記載のIII族窒化物系半導体装置。
  26. 前記熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル窒化物(Ni−N)、銅窒化物(Cu−N)、亜鉛窒化物(Zn−N)、インジウム窒化物(In−N)、及びスズ窒化物(Sn−N)からなる群より選択される少なくとも一つを含む透明多層n型オーミックコンタクト層であることを特徴とする、請求項20に記載のIII族窒化物系半導体装置。
  27. 前記熱分解窒化物系導電性層は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、及びスズ(Sn)からなる群より選択される少なくとも二つを含む合金と結合した窒化物を含む透明多層n型オーミックキコンタクト層であることを特徴とする、請求項20に記載のIII族窒化物系半導体装置。
  28. 前記透明多層n型オーミックコンタクト層は前記n型窒化物系クラッド層の界面でのオーミックコンタクトを向上させるために、金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、透明導電性窒化物(TCN)、及び透明導電性窒化酸化物(TCON)からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項26に記載のIII族窒化物系半導体装置。
  29. 前記金属、前記金属を母体とする合金/固溶体、前記導電性酸化物(TCO)、前記透明導電性酸化物、前記透明導電性窒化物、及び前記透明導電性窒化酸化物は以下のものであることを特徴とする、請求項28に記載のIII族窒化物系半導体装置;
    金属:白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、または希土類金属;
    合金/固溶体:上記金属を母体とする合金/固溶体;
    導電性酸化物(conducting oxide):ニッケル酸化物(Ni−O)、ロジウム酸化物(Rh−O)、ルテニウム酸化物(Ru−O)、イリジウム酸化物(Ir−O)、銅酸化物(Cu−O)、コバルト酸化物(Co−O)、タングステン酸化物(W−O)、またはチタン酸化物(Ti−O);
    透明導電性酸化物(TCO):インジウム酸化物(In)、スズ酸化物(SnO)、インジウム・スズ酸化物(ITO)、亜鉛酸化物(ZnO)、マグネシウム酸化物(MgO)、カドミウム酸化物(CdO)、マグネシウム・亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム・亜鉛酸化物(InZnO)、インジウム・スズ酸化物(InSnO)、銅・アルミニウム酸化物(CuAlO)、銀酸化物(AgO)、ガリウム酸化物(Ga)、亜鉛・スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛・インジウム・スズ酸化物(ZITO)、またはこれらの透明導電性酸化物(TCO)と結合した他の酸化物;
    透明導電性窒化物(TCN):チタン窒化物(TiN)、クロム窒化物(CrN)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、ニオブ窒化物(NbN);
    透明導電性窒化酸化物(TCON):インジウム(In)、スズ(Sn)、 亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、またはパラジウム(Pd)のうち少なくとも一つが酸素(O)および窒素(N)の両方と結合してなるもの。
  30. 前記透明多層n型オーミックコンタクト層は、前記n型窒化物系クラッド層上に形成された粒子をさらに含み、
    前記粒子は、前記金属、前記合金、前記固溶体、前記導電性酸化物、前記透明導電性酸化物(TCO)、前記透明導電性窒化物(TCN)、前記透明導電性窒化酸化物(TCON)、及び熱分解窒化物のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項26に記載のIII族窒化物系半導体装置。
  31. 前記基板は導電性物質を含み、
    前記基板と前記p型窒化物系クラッド層との間に順に積層された結合物質層及び反射多層p型オーミックコンタクト層と、
    前記透明多層n型オーミックコンタクト層上に形成されたn型電極パッドと、
    を含むことを特徴とする、請求項26に記載のIII族窒化物系半導体装置。
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