JP2012256918A - 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化物系半導体発光素子200は、縦横比が1.5以上の長方形の基板201と、n型InXAlYGa1-X-YN物質から成るn型窒化物半導体層202と、n型窒化物半導体層202の所定領域上に順に設けられた、InXAlYGa1- X-YN物質の活性層203及びp型InXAlYGa1-X-YN物質のp型窒化物半導体層204と、p型窒化物半導体層204上に設けられp型窒化物半導体層204の外側エッジラインから所定間隔離間して設けられた透明電極205と、透明電極205上に設けられp型窒化物半導体層204の外側エッジラインから50〜200μmだけ離間されたp型電極パッド206と、n型窒化物半導体層202上に設けられたn型電極パッド207と、を備える。
【選択図】図3
Description
生するp型電極パッド付近の面積を拡張して光抽出効率を向上させ、局部的な電流の集中
を防止して駆動電圧を減少させ得る窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
発光ダイオード(light emitting diode:LED)又はレーザーダ
イオード(laser diode:LD)などの発光素子の核心素材として注目されつ
つある。III−V族窒化物半導体材料を利用したLED又はLDは、青色又は緑色波長
帯の光を得るための発光素子に多く用いられており、このような発光素子は、電光板及び
照明装置など各種製品の光源として応用されている。ここで、前記III−V族窒化物半
導体は、通常、InXAlYGa1-X-YN(0≦X,0≦Y,X+Y≦1)の組成式を有す
るGaN系物質からなる。
明する。
の技術に係る窒化物系半導体発光素子を示す平面図である。
系半導体物質の成長のためのサファイア基板101と、該サファイア基板101上に順次
形成されたn型窒化物半導体層102、活性層103及びp型窒化物半導体層104を備
え、前記p型窒化物半導体層104及び活性層103は、メサエッチング(mesa e
tching)工程によりその一部領域が除去され、n型窒化物半導体層102の上面の
一部を露出した構造を有する。
上には、p型電極パッド106が形成されており、前記n型窒化物半導体層102上には
、n型電極パッド107が形成されている。
比抵抗を有するため、p型窒化物半導体層104とn型窒化物半導体層102との抵抗差
により、電流拡散特性が低くなるという問題がある。このように、電流拡散特性が低くな
れば、光抽出効率も低くなることから、結局、窒化物系半導体発光素子100の輝度が低
下する。これにより、従来では、前記p型窒化物半導体層104上に透明電極105を形
成して、前記p型電極パッド106を介して注入される電流の注入面積を増加させること
で、電流拡散効果を改善した。
化物半導体層104上に透明電極105をさらに備えて、既存に比べて向上した電流拡散
効果を得ることができたが、前記透明電極105とn型窒化物半導体層102との間の面
抵抗の差が大きい場合には、相変らず低い電流拡散特性を示すという問題がある。その例
として、通常用いられているITO(Indium Tin Oxide)を透明電極1
05として使用する場合、前記ITOの高い面抵抗により、p型電極パッド106の付近
(図面符号「A1」参照)で局部的な電流集中現象が発生する。
極パッド106をメサラインである前記p型窒化物半導体層104の外側エッジラインと
最大限近接するように形成して、n型電極パッド107との間隔を最大限離隔させること
により、これらの間での発光面積を最大限確保して光出力の向上効果を期待している。し
かしながら、こういう場合、上述したようなp型電極パッド106付近A1での局部的な
電流集中が極めて増加するため、駆動電圧が増加するなど、素子の信頼性が低下するとい
う問題が発生する。
に発生する領域(以下、「優先発光領域」と称する)でもあり、上記のように、p型電極
パッド106をメサラインと近接して形成する場合、むしろ、発光密度の高い優先発光領
域であるp型電極パッド106付近A1の面積を確保するのに限界があるから、チップ全
体の光抽出効率を向上させるのが困難である。一方、図1において点線で示したものは、
電流の経路である。
面積を拡張して光抽出効率を向上させ、局部的な電流の集中を防止して駆動電圧を減少さ
せる等、素子の信頼性を向上させ得る窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供す
ることにある。
、縦横比が1.5以上の基板と、前記基板上に設けられたn型InXAlYGa1-X-YN(
0≦X、0≦Y、X+Y≦1である)物質から成るn型窒化物半導体層と、前記n型窒化
物半導体層の所定領域上に順に設けられた、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、
X+Y≦1である)物質から成る活性層、及びp型InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0
≦Y、X+Y≦1である)物質から成るp型窒化物半導体層と、前記p型窒化物半導体層
上に設けられ、前記p型窒化物半導体層の外側エッジラインから所定間隔離間して設けら
れた透明電極と、前記透明電極上に設けられ、前記p型窒化物半導体層の外側エッジライ
ンから50〜200μmだけ離間されたp型電極パッドと、前記n型窒化物半導体層上に
設けられたn型電極パッドと、を備える。
100〜200μmだけ離間される。
にAlN/GaNからなるバッファ層をさらに含む。
型導電型不純物がドープされたGaN層またはGaN/AlGaN層であり、前記p型窒
化物半導体層は、Mg、Zn、Beのうちのいずれか一つのp型導電型不純物がドープさ
れたGaN層またはGaN/AlGaN層であり、前記活性層は、多重量子井戸(mul
ti−quantum well)構造のInGaN/GaN層から成る。
ら成る。
μm〜200μmだけ離間される間、光出力(Po)値が増加する。
00μmより遠い距離に離間されるほど、光出力(Po)値が減少する。
光が優先的に発生するp型電極パッド付近の面積を拡張してチップの光抽出効率を向上さ
せることができ、局部的な電流の集中を分散させて駆動電圧を減少させるなど、素子の信
頼性を向上させることができるという効果がある。
、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
図3及び図4を参考に、本発明の一実施形態に係る窒化物系半導体発光素子について詳
細に説明する。
は、本発明の一実施形態に係る窒化物系半導体発光素子を示す平面図である。
物系半導体物質の成長のためのサファイア基板201と、該サファイア基板201上に順
次形成されたバッファ層(図示せず)、n型窒化物半導体層202、活性層203、及び
p型窒化物半導体層204を備え、前記p型窒化物半導体層204及び活性層203は、
メサエッチング工程によりその一部領域が除去されるため、前記n型窒化物半導体層20
2の一部上面を露出した構造を有する。
の間の格子整合を向上させるために、サファイア基板201上に成長されるものであって
、通常、AlN/GaNなどからなることができる。
InXAlYGa1-X-YN組成式(ここで、0≦X,0≦Y,X+Y≦1)を有する半導体
物質からなることができる。さらに詳細に、前記n型窒化物半導体層202は、n型導電
形不純物がドーピングされたGaN層又はGaN/AlGaN層からなることができ、前
記n型導電形不純物には、例えば、Si,Ge,Snなどを使用し、好ましくは、Siを
主に使用する。また、前記p型窒化物半導体層204は、p型導電形不純物がドーピング
されたGaN層又はGaN/AlGaN層からなることができ、前記p型導電形不純物に
は、例えば、Mg,Zn,Beなどを使用し、好ましくは、Mgを主に使用する。そして
、前記活性層203は、多重量子井戸(multi−quantum well)構造の
InGaN/GaN層からなることができる。
ITO材質の透明電極205が形成されている。そして、前記透明電極205上には、メ
サラインである前記p型窒化物半導体層204の外側エッジラインから所定間隔が離隔さ
れたp型電極パッド206が形成されており、前記メサエッチング工程により露出された
n型窒化物半導体層202上には、n型電極パッド207が形成されている。このとき、
前記p型電極パッド206は、一般的な窒化物系半導体発光素子チップのサイズを考慮し
て、前記p型窒化物半導体層204の外側エッジラインから50〜200μmだけ離隔さ
れて形成されることが好ましい。
のとき、長方形の縦対横の比が1対1.5以上であることが好ましい。
合、前記ITOの高い面抵抗により、p型電極パッド206付近で局部的な電流集中現象
が発生できるが、本発明の実施の形態では、前記p型電極パッド206がメサラインから
所定間隔が離隔されているため、電流の局部的な集中を分散させることができる。これに
より、駆動電圧を減少させ得るなど、素子の信頼性を向上させ得るが、優先発光領域であ
るp型電極パッド206付近の面積を拡張(図3の図面符号「A2」参照)でき、チップ
全体の発光効率を向上させることができる。一方、図3において点線で示したものは、電
流の経路である。
以下では、本発明の実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明
する。
明するための工程別断面図である。
上に、バッファ層(図示せず)、n型窒化物半導体層202、活性層203、及びp型窒
化物半導体層204を順に形成する。ここで、前記バッファ層は形成しなくてもよく、n
型窒化物半導体層202、活性層203及びp型窒化物半導体層204は、InXAlYG
a1-X-YN組成式(ここで、0≦X,0≦Y,X+Y≦1である)を有する半導体物質か
らなることができ、一般に、有機金属化学気相(metal organic chem
ical vapor deposition:MOCVD)などの工程により形成でき
る。
窒化物半導体層202の一部をメサエッチングすることにより、前記n型窒化物半導体層
202の一部を露出させる。
成する。前記透明電極205は、通常、ITOで形成する。
所定間隔離隔された前記透明電極205上にp型電極パッド206を形成し、前記n型窒
化物半導体層202上にn型電極パッド207を形成する。前記p型電極パッド206及
びn型電極パッド207は、Au又はAu/Crなどのような金属を利用して形成できる
。
により、p型電極パッド206の付近に電流が集中することができるが、本発明の実施の
形態では、前記p型電極パッド206がメサラインから所定間隔が離隔されているため、
電流の局部的な集中を分散させることができる。したがって、本発明は、駆動電圧の減少
効果を得ることができ、優先発光領域であるp型電極パッド206付近の面積を拡張(図
5Dの図面符号「A2」参照)できるため、チップ全体の発光効率を向上させることがで
きる。
r)変化を示すグラフであり、図7は、p型電極パッドの離隔距離に応じる駆動電圧の変
化を示すグラフである。
μm分だけ離隔される間、Po値が増加する傾向を示しており、200μm以上に離隔さ
れるほど、Po値が減少することが分かる。したがって、前記p型電極パッド206は、
メサラインである前記p型窒化物半導体層204の外側エッジラインから50〜200μ
m程度の範囲で離隔されることが最も好ましい。
隔させることにより、すなわち、p型電極パッド206とn型電極パッド207との間の
距離を減少させることによって、駆動電圧値が減少したことが分かる。
真である。
た場合、同図に示すように、全チップにおいて均一な光効果を得ることができることはも
ちろん、優先発光領域であるp型電極パッド206付近の面積を拡張できることから、チ
ップ全体の発光効率をさらに向上させることができる。
記サファイア基板201が長方形である場合が、正四角形の場合に比べてp型電極パッド
206をメサラインから離隔させ得る距離に対するマージン確保に有利なためである。こ
のとき、前記長方形の縦対横の長さ比が1対1.5以上であることが好ましい。これは、
長方形の縦対横の長さ比が1.5より小さい場合、メサラインから離隔されるp型電極パ
ッド206がn型電極パッド207に近づきすぎることによって、むしろ電流の拡散性が
低くなり得る可能性があるためである。
本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想
を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変
更などは、特許請求の範囲に属するものである。
201 サファイア基板
202 n型窒化物半導体層
203 活性層
204 p型窒化物半導体層
205 透明電極
206 p型電極パッド
207 n型電極パッド
A2 拡張された優先発光領域
Claims (8)
- 長方形に設けられ、縦横比が1.5以上の基板と、
前記基板上に設けられたn型InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1で
ある)物質から成るn型窒化物半導体層と、
前記n型窒化物半導体層の所定領域上に順に設けられた、InXAlYGa1-X-YN(0
≦X、0≦Y、X+Y≦1である)物質から成る活性層、及びp型InXAlYGa1-X-Y
N(0≦X、0≦Y、X+Y≦1である)物質から成るp型窒化物半導体層と、
前記p型窒化物半導体層上に設けられ、前記p型窒化物半導体層の外側エッジラインか
ら所定間隔離間して設けられた透明電極と、
前記透明電極上に設けられ、前記p型窒化物半導体層の外側エッジラインから50〜2
00μmだけ離間されたp型電極パッドと、
前記n型窒化物半導体層上に設けられたn型電極パッドと、
を含む窒化物系半導体発光素子。 - 前記p型電極パッドは、前記p型窒化物半導体層の外側エッジラインから100〜20
0μmだけ離間されたことを特徴とする請求項1に記載の窒化物系半導体発光素子。 - 前記基板はサファイアであり、前記基板と前記n型窒化物半導体層との間にAlN/G
aNからなるバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物系半導体
発光素子。 - 前記n型窒化物半導体層は、Si、Ge、Snのうちのいずれか一つのn型導電型不純
物がドープされたGaN層またはGaN/AlGaN層であり、前記p型窒化物半導体層
は、Mg、Zn、Beのうちのいずれか一つのp型導電型不純物がドープされたGaN層
またはGaN/AlGaN層であり、前記活性層は、多重量子井戸(multi−qua
ntum well)構造のInGaN/GaN層から成ることを特徴とする請求項1に
記載の窒化物系半導体発光素子。 - 前記透明電極は、ITO材質から成ることを特徴とする請求項1に記載の窒化物系半導
体発光素子。 - 前記p型電極パッド及び前記n型電極パッドは、AuまたはAu/Crから成ることを
特徴とする請求項1に記載の窒化物系半導体発光素子。 - 前記p型電極パッドが前記窒化物半導体層の外側エッジラインから約50μm〜200
μmだけ離間される間、光出力(Po)値が増加することを特徴とする請求項1に記載の
窒化物系半導体発光素子。 - 前記p型電極パッドが前記p型窒化物半導体層の外側エッジラインから200μmより
遠い距離に離間されるほど、光出力(Po)値が減少することを特徴とする請求項7に記
載の窒化物系半導体発光素子。
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