JP2014107475A - Semiconductor light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子、特に、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a light emitting diode (LED) device.
LED素子を搭載した発光装置が、照明、バックライト、産業機器等に従来から用いられてきた。特許文献1に記載されているようなLED素子は、GaAs基板またはサファイヤ基板等の成長基板上にMOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法等を用いてAlGaInPまたはGaN等の半導体層をエピタキシャル成長させ、成長基板上に成長した半導体層を導電性の支持基板に貼り合わせた後、成長基板を除去して製造されている。 A light-emitting device equipped with an LED element has been conventionally used in lighting, backlights, industrial equipment and the like. The LED element as described in Patent Document 1 epitaxially grows a semiconductor layer such as AlGaInP or GaN on a growth substrate such as a GaAs substrate or a sapphire substrate using a MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) method or the like, After the semiconductor layer grown on the growth substrate is bonded to a conductive support substrate, the growth substrate is removed to manufacture the semiconductor layer.
上記したような発光素子には、活性層全体に電流を均一に拡散させて発光ムラをなくす為、n電極直下の反射面側電極に透光性絶縁体層を挿入して、p電極とn電極とが互い違いに配されるようにすることで、n電極直下での電流集中を抑制し、電流を拡散させる方法が用いられているものがある(特許文献1)。このような発光素子において、活性層から見て光取り出し面側にあるn型半導体層の層厚を厚く(例えば、数千nm)することによって、n型半導体層内での電流の水平方向拡散(活性層と平行な面内における電流拡散)を促進し、活性層全体を均一に発光させているものがある(特許文献2)。 In the light emitting device as described above, in order to uniformly diffuse the current throughout the active layer and eliminate unevenness of light emission, a translucent insulator layer is inserted into the reflective surface side electrode immediately below the n electrode, and the p electrode and the n electrode There is a method in which current concentration just below an n electrode is suppressed and current is diffused by arranging the electrodes alternately (Patent Document 1). In such a light emitting device, by increasing the thickness of the n-type semiconductor layer on the light extraction surface side as viewed from the active layer (for example, several thousand nm), horizontal current diffusion in the n-type semiconductor layer There is one that promotes (current diffusion in a plane parallel to the active layer) and causes the entire active layer to emit light uniformly (Patent Document 2).
しかし、n型半導体層の層厚を厚くすると、半導体層内の不純物キャリアによる光の吸収が増加するため発光素子の光取り出し効率の低下が生じてしまう。さらに、半導体層の層厚を厚くすることで半導体膜を成長する時間が増加してしまい、製造コストの増加も生じてしまう。 However, when the thickness of the n-type semiconductor layer is increased, light absorption by the impurity carriers in the semiconductor layer is increased, so that the light extraction efficiency of the light emitting element is lowered. Furthermore, increasing the thickness of the semiconductor layer increases the time for growing the semiconductor film, resulting in an increase in manufacturing cost.
また、n型半導体層の層厚を薄くして、光吸収を抑制しようとすると、n型半導体層内での電流の水平方向拡散が不十分になり、活性層の発光面積が減少してしまう。さらに、層厚の薄いn型半導体層内で電流集中が生ずることにより、静電破壊耐圧(ESD耐圧)、特に逆方向バイアスの電流が流れる際の静電破壊耐圧が低下してしまう。 In addition, if the thickness of the n-type semiconductor layer is reduced to suppress light absorption, horizontal diffusion of current in the n-type semiconductor layer becomes insufficient, and the light emitting area of the active layer is reduced. . Furthermore, current concentration occurs in the thin n-type semiconductor layer, thereby reducing the electrostatic breakdown voltage (ESD breakdown voltage), particularly the electrostatic breakdown voltage when a reverse bias current flows.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、全体が均一に発光し、高い発光効率で信頼性に優れ、また製造コストが安いなど、高性能なLED素子等の半導体発光素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described points. A semiconductor light-emitting element such as a high-performance LED element that emits light uniformly, has high light emission efficiency, is highly reliable, and is low in manufacturing cost. The purpose is to provide.
本発明の発光素子は、p型の第1の半導体層、活性層、及びn型の第2の半導体層がこの順に積層されているAlGaInP系半導体からなる半導体構造層と、当該第1の半導体層上の一部に形成されている第1の電極と、当該第2の半導体層上の一部に形成されている第2の電極と、を含み、当該第1の電極は、当該第2の電極が形成されている領域と当該半導体構造層を挟んで対向している領域以外の領域に形成されており、当該第2の電極は、給電配線、及び当該給電配線から伸張し、当該第2の半導体層とオーミック接合を形成している配線電極を含み、当該給電配線が形成されている領域と当該半導体構造層を挟んで対向する領域の当該第1の半導体層上に対向電極が形成されており、当該給電配線が当該第2の半導体層とショットキー接合を形成し、当該対向電極が当該第1の半導体層とオーミック接合を形成している、または当該給電配線が当該第2の半導体層とオーミック接合を形成し、当該対向電極が当該第1の半導体層とショットキー接合を形成している、のいずれかであり、当該半導体構造層の上面と平行な方向における当該配線電極の端部と当該第1の電極の端部との最短距離が、当該配線電極の端部と当該対向電極の端部との最短距離より小さく、当該第2の半導体層は、電流拡散層を含み、当該電流拡散層の電気抵抗率をρ、層厚をdとしたとき、当該電流拡散層のAl組成、キャリア濃度及び層厚は、ρ/d≦600[Ω]の関係を満たすように定められていることを特徴とする。 The light-emitting element of the present invention includes a semiconductor structure layer made of an AlGaInP-based semiconductor in which a p-type first semiconductor layer, an active layer, and an n-type second semiconductor layer are stacked in this order, and the first semiconductor A first electrode formed on a part of the layer and a second electrode formed on a part of the second semiconductor layer, wherein the first electrode includes the second electrode The second electrode extends from the power supply wiring and the power supply wiring, and is formed in a region other than the region facing the semiconductor structure layer with the semiconductor structure layer interposed therebetween. A counter electrode is formed on the first semiconductor layer in a region that includes a wiring electrode forming an ohmic junction with the two semiconductor layers and is opposed to a region where the power supply wiring is formed and sandwiching the semiconductor structure layer The power supply wiring is connected to the second semiconductor layer. A key junction is formed, the counter electrode forms an ohmic junction with the first semiconductor layer, or the power supply wiring forms an ohmic junction with the second semiconductor layer, and the counter electrode is formed in the first semiconductor layer. A shortest distance between the end of the wiring electrode and the end of the first electrode in a direction parallel to the top surface of the semiconductor structure layer. The second semiconductor layer includes a current diffusion layer, and the electric resistivity of the current diffusion layer is ρ, and the layer thickness is d, which is smaller than the shortest distance between the end of the wiring electrode and the end of the counter electrode. In this case, the Al composition, the carrier concentration, and the layer thickness of the current diffusion layer are determined so as to satisfy the relationship of ρ / d ≦ 600 [Ω].
以下に、LED素子を例にして、本発明の実施例に係る半導体素子10について、図1及び図2を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a semiconductor element 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 2, taking an LED element as an example.
半導体構造層11は、p型コンタクト層及びp型クラッド層からなるp型半導体層13、多重量子井戸構造(MQW)を有する活性層15、並びにn型クラッド層17A、電流拡散層17B及び表面加工層17Cからなるn型半導体層17が積層されている構造を有している。例えば、p型コンタクト層は、Mgのキャリア濃度が3×1018cm−3である厚さ500nmのIn0.05Ga0.95Pの層であり、p型クラッド層は、Mgのキャリア濃度が5×1017cm−3である厚さ500nmのAl0.5In0.5Pの層である。 The semiconductor structure layer 11 includes a p-type semiconductor layer 13 composed of a p-type contact layer and a p-type cladding layer, an active layer 15 having a multiple quantum well structure (MQW), an n-type cladding layer 17A, a current diffusion layer 17B, and surface processing. The n-type semiconductor layer 17 composed of the layer 17C is stacked. For example, the p-type contact layer is a 500 nm-thick In 0.05 Ga 0.95 P layer with a Mg carrier concentration of 3 × 10 18 cm −3 , and the p-type cladding layer has a Mg carrier concentration. Is a layer of Al 0.5 In 0.5 P having a thickness of 500 nm and 5 × 10 17 cm −3 .
活性層15を構成する多重量子井戸構造は、例えば、井戸層を(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P層(厚さ20nm)、バリア層を(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層(厚さ10nm)とし、15層の井戸層を有している。なお、p型半導体層13及び活性層の各層の組成比は、上記したものに限定されるものではなく、発光波長等に合わせて適宜変更可能である。 The multiple quantum well structure constituting the active layer 15 includes, for example, a well layer (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P layer (thickness 20 nm) and a barrier layer (Al 0.5 It is a Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer (thickness 10 nm) and has 15 well layers. Note that the composition ratios of the p-type semiconductor layer 13 and the active layer are not limited to those described above, and can be changed as appropriate according to the emission wavelength and the like.
上述のように、n型半導体層17は、n型クラッド層17A、電流拡散層17B、表面加工層17Cがこの順に積層されて構成されている。すなわち、n型半導体層17は、3層構造になっており、その中央の層として電流拡散層17Bを有している。n型クラッド層17Aは、Siのキャリア濃度が1×1018cm−3である厚さ500nmのAl0.5In0.5Pの層であり、電流拡散層17Bは、Siのキャリア濃度が2×1018cmー3である厚さ500nmの(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5Pの層であり、表面加工層17Cは、Siのキャリア濃度が1×1018cm−3である厚さ500nmのAl0.5In0.5Pの層である。n型半導体の各層内の電気抵抗率は、Al組成が小さくなるかまたはSiのキャリア濃度が多いほど低くなり、n型クラッド層17A及び表面加工層17Cの電気抵抗率が0.14Ω・cm、電流拡散層17Bの電気抵抗率が0.02Ω・cmとなっている。 As described above, the n-type semiconductor layer 17 is configured by laminating the n-type cladding layer 17A, the current diffusion layer 17B, and the surface processing layer 17C in this order. That is, the n-type semiconductor layer 17 has a three-layer structure, and has a current diffusion layer 17B as a central layer. The n-type cladding layer 17A is an Al 0.5 In 0.5 P layer having a thickness of 500 nm with a Si carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 , and the current diffusion layer 17B has a Si carrier concentration of It is a layer of (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P having a thickness of 2 × 10 18 cm −3 and having a thickness of 500 nm, and the surface processed layer 17C has a Si carrier concentration of 1 × 10 6. It is a layer of Al 0.5 In 0.5 P with a thickness of 500 nm that is 18 cm −3 . The electrical resistivity in each layer of the n-type semiconductor decreases as the Al composition decreases or the Si carrier concentration increases, and the electrical resistivity of the n-type cladding layer 17A and the surface processed layer 17C is 0.14 Ω · cm, The electric resistivity of the current diffusion layer 17B is 0.02 Ω · cm.
なお、nクラッド層17A及び表面加工層17Cの組成は、上記したものに限らずGaAs基板上に成長させることが可能であり、活性層15から出射される光に対して十分な透光性を有する範囲である、例えば(AlZGa1−Z)xIn1−xP (0.65≦Z≦1.0、0.45≦x≦0.55)のような組成であってもよい。また、電流拡散層17Bの組成は、上記したものに限らず、後述するように、電流拡散層17Bにおいて水平方向に電流が十分広がり活性層15を均一に発光させることができ、電流拡散層17Bによる活性層15から出射された光の吸収の影響を無視できる範囲の組成であればよい。 The compositions of the n-clad layer 17A and the surface processed layer 17C are not limited to those described above, and can be grown on a GaAs substrate, and have sufficient translucency for light emitted from the active layer 15. a range with may be compositions such as, for example, (Al Z Ga 1-Z) x in 1-x P (0.65 ≦ Z ≦ 1.0,0.45 ≦ x ≦ 0.55) . Further, the composition of the current spreading layer 17B is not limited to the above, and as will be described later, the current spreads sufficiently in the horizontal direction in the current spreading layer 17B so that the active layer 15 can emit light uniformly, and the current spreading layer 17B. The composition may be in a range in which the influence of absorption of light emitted from the active layer 15 due to the above can be ignored.
半導体構造層11のn型半導体層17の上面、すなわち光取り出し面上には、n配線電極19及びn配線電極19に電力を供給するためのn給電配線21が形成されている。n配線電極19は、AuGeNiからなり、n型半導体層17上に互いに平行に配され、n型半導体層17とオーミック接合を形成している線状電極として形成されている(本実施例では、3本の互いに平行な直線上に配置されている)。n配線電極19は、n型半導体層17とオーミック接合を形成できる他の金属、AuGe、AuSn、AuSnNi等で形成されていてもよい。 On the upper surface of the n-type semiconductor layer 17 of the semiconductor structure layer 11, that is, on the light extraction surface, an n wiring electrode 19 and an n power supply wiring 21 for supplying power to the n wiring electrode 19 are formed. The n wiring electrode 19 is made of AuGeNi, and is formed as a linear electrode that is arranged in parallel to each other on the n type semiconductor layer 17 and forms an ohmic junction with the n type semiconductor layer 17 (in this embodiment, Are arranged on three parallel straight lines). The n wiring electrode 19 may be formed of another metal that can form an ohmic junction with the n-type semiconductor layer 17, such as AuGe, AuSn, or AuSnNi.
n給電配線21は、n型半導体層17の上面に、n型半導体層17の上面中央の後述するボンディングパッド22を形成する円状の領域から十字方向に伸張し、n配線電極19の各々の一部を覆うように形成されており、n配線電極19と電気的に接続している。n給電配線21は、n型半導体層17及びn配線電極19上に、Tiが100nm堆積されて形成されており、n型半導体層17とショットキー接合を形成している。なお、n給電配線21の材料は、n型半導体層17とショットキー接合を形成する金属であればよく、TaN、Au、Ag、Cu、Fe、Ni、Pd、Pt、Mo、Ta、Ti、W、これらの窒化物、またはこれらのシリサイドを使用することも可能である。また、n給電配線21とn型半導体層17との間で形成されるショットキー接合のショットキー障壁は、半導体構造層11内に動作電流が流れ始めるまでの配線抵抗を含む順方向電圧降下(VF)(例えば、0.2V)よりも高く、0.5V以上であるのが好ましい。 The n power supply wiring 21 extends in a cross direction from a circular region on the upper surface of the n-type semiconductor layer 17 where a bonding pad 22 described later is formed at the center of the upper surface of the n-type semiconductor layer 17. It is formed so as to cover a part and is electrically connected to the n wiring electrode 19. The n power supply wiring 21 is formed by depositing 100 nm of Ti on the n type semiconductor layer 17 and the n wiring electrode 19, and forms a Schottky junction with the n type semiconductor layer 17. The material of the n power supply wiring 21 may be any metal that forms a Schottky junction with the n-type semiconductor layer 17, and TaN, Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Pd, Pt, Mo, Ta, Ti, It is also possible to use W, their nitrides, or their silicides. In addition, the Schottky barrier of the Schottky junction formed between the n power supply wiring 21 and the n-type semiconductor layer 17 has a forward voltage drop including a wiring resistance until an operating current starts flowing in the semiconductor structure layer 11 ( V F ) (for example, 0.2 V) and preferably 0.5 V or more.
n給電配線21の上面の中央には、ボンディングパッド22が形成されている。ボンディングパッド22は、n給電配線21上にAuが1000nm堆積されて形成されており、直径が70μmの円柱形状を有している。n給電配線21がTi以外の材料で形成されている場合には、ボンディングパッド22は、n給電配線21の上面のボンディングパッド22を形成する領域にTi等の密着性の高い金属を形成し、その上にAuを堆積することで形成されもよい。なお、ボンディングパッド22は、角柱状、錐台形状等任意の形状をとることが可能である。 A bonding pad 22 is formed at the center of the upper surface of the n power supply wiring 21. The bonding pad 22 is formed by depositing 1000 nm of Au on the n power supply wiring 21 and has a cylindrical shape with a diameter of 70 μm. When the n power supply wiring 21 is formed of a material other than Ti, the bonding pad 22 forms a metal having high adhesion such as Ti in a region where the bonding pad 22 is formed on the upper surface of the n power supply wiring 21. It may be formed by depositing Au thereon. The bonding pad 22 can have any shape such as a prism shape or a frustum shape.
半導体構造層11の光取り出し面と反対側の面上(すなわちp型半導体層13の表面)の一部領域には、p電極23が形成されている。p電極23は、半導体構造層11を挟んでn配線電極19及びn給電配線21が形成されている領域と対向する領域以外の領域に形成されている。本実施例においては、p電極23は、n配線電極19の伸長方向と平行に伸張する電極であり、半導体構造層の上面方向から見た場合に、n配線電極19を挟み込む4本の直線上に形成されている。p電極23は、p型半導体層とオーミック接合を形成する金属、例えば、AuZnからなり、100nmの厚さを有している。 A p-electrode 23 is formed in a partial region on the surface opposite to the light extraction surface of the semiconductor structure layer 11 (that is, the surface of the p-type semiconductor layer 13). The p electrode 23 is formed in a region other than a region facing the region where the n wiring electrode 19 and the n power supply wiring 21 are formed with the semiconductor structure layer 11 interposed therebetween. In the present embodiment, the p-electrode 23 is an electrode that extends in parallel with the extending direction of the n-wiring electrode 19. When viewed from the upper surface direction of the semiconductor structure layer, the p-electrode 23 is on four straight lines that sandwich the n-wiring electrode 19. Is formed. The p-electrode 23 is made of a metal that forms an ohmic junction with the p-type semiconductor layer, for example, AuZn, and has a thickness of 100 nm.
半導体構造層11を挟んでボンディングパッド22が形成されている領域と対向する領域(ボンディングパッド22の真下)のp型半導体層13の表面には、対向電極25が形成されている。対向電極25は、p型半導体層13とオーミック接合を形成する金属、例えば、AuZnからなる厚さ100nmで直径が70μmの円柱体であり、p型半導体層13とオーミック接合を形成している。なお、対向電極25は、角柱状、錐台形状等任意の形状をとることが可能である。 A counter electrode 25 is formed on the surface of the p-type semiconductor layer 13 in a region facing the region where the bonding pad 22 is formed across the semiconductor structure layer 11 (just below the bonding pad 22). The counter electrode 25 is a columnar body having a thickness of 100 nm and a diameter of 70 μm made of a metal that forms an ohmic junction with the p-type semiconductor layer 13, for example, AuZn, and forms an ohmic junction with the p-type semiconductor layer 13. Note that the counter electrode 25 can have an arbitrary shape such as a prismatic shape or a frustum shape.
p型半導体層13の表面の、p電極23及び対向電極25を介して露出している領域には、透光性絶縁層27が形成されている。透光性絶縁層27は、絶縁性を有する透光性材料、例えば、SiO2からなる層厚100nmの層である。透光性絶縁層27の材料としては、SiO2以外にもSi3N4やAl2O3等の他の透光性を有する絶縁性材料も用いることができる。 A translucent insulating layer 27 is formed in a region of the surface of the p-type semiconductor layer 13 exposed through the p-electrode 23 and the counter electrode 25. The translucent insulating layer 27 is a layer having a layer thickness of 100 nm made of a translucent material having insulating properties, for example, SiO 2 . As the material of the light-transmitting insulating layer 27, other light-transmitting insulating materials such as Si 3 N 4 and Al 2 O 3 can be used in addition to SiO 2 .
p電極23、対向電極25及び透光性絶縁層27の半導体構造層11に接している面と反対側の面上には、反射金属層29が形成されている。反射金属層29は、光反射性の高い金属、例えばAuZnからなり、200nmの層厚を有している。なお、反射金属層29には、Au、Ag、Al、Rh等の他の光反射性の高い金属を用いてもよい。 A reflective metal layer 29 is formed on the surface of the p-electrode 23, the counter electrode 25, and the translucent insulating layer 27 opposite to the surface in contact with the semiconductor structure layer 11. The reflective metal layer 29 is made of a highly light reflective metal, for example, AuZn, and has a layer thickness of 200 nm. The reflective metal layer 29 may be made of another highly light reflective metal such as Au, Ag, Al, or Rh.
半導体側接合層31は、反射金属層29のp電極23、対向電極25及び透光性絶縁層27と接している面と反対側の表面上に形成されている。半導体側接合層31は、反射金属層29側からTaN(層厚100nm)、TiW(層厚100nm)、TaN(100nm)、Ni(層厚300nm)、Au(層厚30nm)がこの順に積層されている層である。 The semiconductor-side bonding layer 31 is formed on the surface of the reflective metal layer 29 opposite to the surface in contact with the p-electrode 23, the counter electrode 25, and the translucent insulating layer 27. The semiconductor-side bonding layer 31 is formed by stacking TaN (layer thickness 100 nm), TiW (layer thickness 100 nm), TaN (100 nm), Ni (layer thickness 300 nm), Au (layer thickness 30 nm) in this order from the reflective metal layer 29 side. It is a layer.
支持基板側接合層33は、上面及び下面にPtからなるオーミック金属層(図示せず)を有するSi等の導電性基板である支持基板35上に、Ti(層厚150nm)、Ni(層厚150nm)、AuSn(層厚600nm)がこの順に形成されている層であり、半導体側接合層31と共晶接合している。支持基板35は、例えば、一辺が350μmの正方形の上面形状を有している。なお、支持基板35は、導電性を有し熱伝導率が高い材料であれば、Ge、Al、Cu、CuW等の他の材料を用いてもよい。 The support substrate side bonding layer 33 is formed on a support substrate 35 which is a conductive substrate such as Si having an ohmic metal layer (not shown) made of Pt on the upper surface and the lower surface, and Ti (layer thickness 150 nm), Ni (layer thickness). 150 nm) and AuSn (layer thickness 600 nm) are formed in this order, and are eutectic bonded to the semiconductor side bonding layer 31. The support substrate 35 has, for example, a square upper surface shape with a side of 350 μm. The support substrate 35 may be made of other materials such as Ge, Al, Cu, and CuW as long as the material has conductivity and high thermal conductivity.
ここで、図3を用いて、通常の動作時の発光素子10の半導体構造層11内での電流の流れについて説明する。図3は、図2の領域Aの部分拡大図である。図3の太線矢印で示すように、通常の動作時において、半導体構造層11内では、p電極23とn配線電極19との間に電流が流れている。図3に示すように、n型半導体層17内においては、n型半導体層17において、電気抵抗率が比較的高いn型クラッド層17A及び表面加工層17Cにおいては、電流は水平方向、すなわち活性層15の上面と平行な面内方向にはあまり拡散せず、電流は主に電気抵抗率が比較的低い電流拡散層17Bにおいて水平方向に拡散する。 Here, the flow of current in the semiconductor structure layer 11 of the light emitting element 10 during normal operation will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a partially enlarged view of region A in FIG. As indicated by a thick arrow in FIG. 3, a current flows between the p electrode 23 and the n wiring electrode 19 in the semiconductor structure layer 11 during normal operation. As shown in FIG. 3, in the n-type semiconductor layer 17, in the n-type semiconductor layer 17, in the n-type cladding layer 17A and the surface processed layer 17C having a relatively high electrical resistivity, the current is horizontal, ie, active In the in-plane direction parallel to the upper surface of the layer 15, it does not diffuse so much, and the current mainly diffuses in the horizontal direction in the current diffusion layer 17 </ b> B having a relatively low electrical resistivity.
本願の発明者は、電流拡散層17Bの電気抵抗率ρ(Ω・cm)と層厚dとの間で、ρ/d≦ 600[Ω]という関係が成り立つ膜厚d以上のときに、電流拡散層のキャリア濃度にかかわらず電流拡散層17Bにおいて水平方向に電流が十分広がり活性層15が均一に発光すること、また電流拡散層17Bによる活性層から出射された光の吸収の影響を無視できるということを見出した。さらに、局所的な電流集中がなくなることで、局所的なキャリアオーバーフローが減少し、光出力が向上する。図4に電流拡散層17BのSiのキャリア濃度を1×1018cm−3(実線)、2×1018cm−3(破線)、及び3×1018cm−3(一点鎖線)とした場合に、ρ/d=600[Ω]を満たす電流拡散層の層厚dとAl組成Zとの関係を示す。この図において、ρ/d≦600[Ω]を満たす領域は、各曲線よりも上の領域、すなわち、層厚dが大なる領域である。 The inventor of the present application calculates the current when the electrical resistivity ρ (Ω · cm) of the current diffusion layer 17B and the layer thickness d are equal to or larger than the film thickness d satisfying the relationship of ρ / d ≦ 600 [Ω]. Regardless of the carrier concentration of the diffusion layer, the current spreads sufficiently in the horizontal direction in the current diffusion layer 17B, and the active layer 15 emits light uniformly, and the influence of absorption of light emitted from the active layer by the current diffusion layer 17B can be ignored. I found out. Further, since local current concentration is eliminated, local carrier overflow is reduced and light output is improved. FIG. 4 shows the case where the Si carrier concentration of the current diffusion layer 17B is 1 × 10 18 cm −3 (solid line), 2 × 10 18 cm −3 (broken line), and 3 × 10 18 cm −3 (dashed line). Shows the relationship between the layer thickness d of the current diffusion layer satisfying ρ / d = 600 [Ω] and the Al composition Z. In this figure, the region satisfying ρ / d ≦ 600 [Ω] is a region above each curve, that is, a region where the layer thickness d is large.
例えば、本実施例のように、電流拡散層17Bの層厚を500nm、Siのキャリア濃度が2×1018cm−3(破線)である場合、Al組成Z≦0.5であれば、電流拡散層において水平方向に電流が十分広がり活性層15が均一に発光し、電流拡散層17Bによる活性層15から出射される光の吸収の影響を無視することができる。 For example, as in this embodiment, when the layer thickness of the current diffusion layer 17B is 500 nm and the Si carrier concentration is 2 × 10 18 cm −3 (broken line), if the Al composition Z ≦ 0.5, the current The current spreads sufficiently in the horizontal direction in the diffusion layer, and the active layer 15 emits light uniformly, and the influence of absorption of light emitted from the active layer 15 by the current diffusion layer 17B can be ignored.
また、例えば、電流拡散層17Bの層厚が500nm、Siのキャリア濃度が1×1018cm−3(一点鎖線)である場合はAl組成Z≦0.45、電流拡散層17Bの層厚が500nm、Siのキャリア濃度が3×1018cm−3である場合はAl組成Z≦0.52であれば、電流拡散層において水平方向に電流が十分広がり活性層15が均一に発光し、電流拡散層17Bによる活性層15から出射される光の吸収の影響を無視することができる。さらに、本実施例では、例えば500nm以下の薄い電流拡散層17Bとすることを可能にすることによって、n型半導体層17全体を薄くすることができ、半導体構造層の成長時間が短縮でき、発光素子の製造コストを削減することが可能である。 For example, when the thickness of the current diffusion layer 17B is 500 nm and the Si carrier concentration is 1 × 10 18 cm −3 (one-dot chain line), the Al composition Z ≦ 0.45 and the layer thickness of the current diffusion layer 17B are In the case of 500 nm and the Si carrier concentration of 3 × 10 18 cm −3 , if the Al composition is Z ≦ 0.52, the current spreads sufficiently in the horizontal direction in the current diffusion layer, and the active layer 15 emits light uniformly. The influence of absorption of light emitted from the active layer 15 by the diffusion layer 17B can be ignored. Further, in this embodiment, by making it possible to make the current diffusion layer 17B as thin as 500 nm or less, for example, the entire n-type semiconductor layer 17 can be made thin, the growth time of the semiconductor structure layer can be shortened, and light emission It is possible to reduce the manufacturing cost of the element.
なお、電流拡散層17Bの層厚及びAl組成Zは上記ρ/d≦600であれば任意に変更可能であるが、層厚を厚くし過ぎると電流拡散層17Bの光吸収量が増大し過ぎて、光取り出し効率の低下を招く可能性がある故に、500nm以下であるのが好ましい。また、電流拡散層17BのAl組成Zを低くし過ぎると、電流拡散層17Bの光吸収量が増大し光取り出し効率の低下を招く可能性がある故に、電流拡散層17BのAl組成Zは0.3以上(0.3≦Z)であるのが好ましく、0.35以上(0.35≦Z)であるのがさらに好ましい。 The layer thickness and Al composition Z of the current diffusion layer 17B can be arbitrarily changed as long as ρ / d ≦ 600. However, if the layer thickness is excessively increased, the light absorption amount of the current diffusion layer 17B increases excessively. Therefore, the thickness is preferably 500 nm or less because there is a possibility of lowering the light extraction efficiency. Further, if the Al composition Z of the current diffusion layer 17B is made too low, the light absorption amount of the current diffusion layer 17B increases and the light extraction efficiency may be lowered. Therefore, the Al composition Z of the current diffusion layer 17B is 0. 0.3 or more (0.3 ≦ Z) is preferable, and 0.35 or more (0.35 ≦ Z) is more preferable.
次に、発光素子10内に、逆方向バイアスの電流が流れた場合の電流の流れを図5に示す。図5は、図3と同様に図2の領域Aの部分拡大図である。図5の太線矢印で示すように、逆方向バイアスの電流が流れた場合、電流は、n配線電極19とp電極23との間だけではなく、ボンディングパッド22下のn給電配線21と対向電極25との間にも流れる。従って、n配線電極19とp電極23との間の経路に流れるはずの電流を、ボンディングパッド22下のn給電配線21と対向電極25との間の経路にも分散させ、n配線電極19とp電極23との間の経路に流れる電流の量を低下させることができる。よって、発光素子の静電破壊耐圧、特に、逆方向バイアスに電圧がかかった際の静電破壊耐圧を向上させることが可能である。 Next, FIG. 5 shows a current flow when a reverse bias current flows in the light emitting element 10. 5 is a partially enlarged view of region A in FIG. 2 as in FIG. As shown by a thick arrow in FIG. 5, when a reverse bias current flows, the current is not only between the n wiring electrode 19 and the p electrode 23 but also between the n power supply wiring 21 and the counter electrode under the bonding pad 22. Also flows between 25. Accordingly, the current that should flow in the path between the n wiring electrode 19 and the p electrode 23 is also distributed to the path between the n power supply wiring 21 and the counter electrode 25 under the bonding pad 22. The amount of current flowing through the path between the p electrode 23 can be reduced. Therefore, it is possible to improve the electrostatic breakdown voltage of the light emitting element, particularly the electrostatic breakdown voltage when a voltage is applied to the reverse bias.
本実施例の発光素子10のように、電流拡散層17Bとして、電気抵抗率が比較的低く、薄い層(例えば500nm以下の層)を挿入する構造をとる場合、電流拡散層17Bにおいて、電流集中が生じやすく、それによる静電破壊耐圧の低下が生じ易い。図6に、対向電極が無い場合及び有る場合における、発光素子の静電破壊耐圧(V)の値と電流拡散層の厚み(nm)との関係を、電流拡散層のAl組成毎に示す。例えば、図6に示すように、対向電極を形成しない場合には、特に、上記実施例において示したようなアルミ組成Z=0.4またはZ=0.5で層厚500nm程度の電流拡散層としたときに、発光素子の静電破壊耐圧が3000V程度と低くなっている。しかし、対向電極を形成した場合には、静電破壊耐圧は、12000Vと非常に高くなる。従って、対向電極を形成することによって、薄膜の電流拡散層を用いて光吸収を抑制しつつ、高い電流拡散効果を得ることができ、かつ非常に信頼性の高い発光素子が得られる。 When the current diffusion layer 17B has a structure with a relatively low electrical resistivity and a thin layer (for example, a layer having a thickness of 500 nm or less) inserted as in the light emitting element 10 of this embodiment, the current diffusion layer 17B has a current concentration. This is likely to cause a decrease in electrostatic breakdown voltage. FIG. 6 shows the relationship between the value of the electrostatic breakdown voltage (V) of the light emitting element and the thickness (nm) of the current diffusion layer for each Al composition of the current diffusion layer when there is no counter electrode and when it is present. For example, as shown in FIG. 6, in the case where the counter electrode is not formed, the current diffusion layer having an aluminum composition Z = 0.4 or Z = 0.5 and a layer thickness of about 500 nm, as shown in the above-described embodiment. The electrostatic breakdown voltage of the light emitting element is as low as about 3000V. However, when the counter electrode is formed, the electrostatic breakdown voltage is as high as 12000V. Therefore, by forming the counter electrode, it is possible to obtain a highly reliable light-emitting element that can obtain a high current diffusion effect while suppressing light absorption using a thin current diffusion layer.
上記実施例との比較のため、比較例のサンプルを作成し、それらの特性の評価を行った。比較例1の発光素子は、n型半導体層全体が厚膜のもの(層厚3μm)の発光素子であり、対向電極を形成せず、電流拡散層の層厚を2μmとしAl組成ZをZ=1.0とした以外は、実施例1の発光素子10と同一の構成を有している。比較例2の発光素子は、対向電極を形成せず、n型半導体層全体を層厚1.5μm、Al組成ZがZ=0.4である電流拡散層とすることで電流拡散を行っている以外は、実施例1の発光素子10と同一の構成を有している。比較例3の発光素子は、対向電極を形成していない以外は、実施例1の発光素子10と同一の構成を有している。 For comparison with the above examples, samples of comparative examples were prepared and their characteristics were evaluated. The light-emitting element of Comparative Example 1 is a light-emitting element having a thick n-type semiconductor layer (layer thickness: 3 μm), does not form a counter electrode, has a current diffusion layer thickness of 2 μm, and has an Al composition Z of Z The light emitting device 10 has the same configuration as that of the light emitting device 10 of Example 1 except that 1.0 is set. In the light emitting device of Comparative Example 2, the counter electrode is not formed, and current diffusion is performed by forming the entire n-type semiconductor layer as a current diffusion layer having a layer thickness of 1.5 μm and an Al composition Z of Z = 0.4. Except for this, it has the same configuration as the light emitting element 10 of Example 1. The light emitting element of Comparative Example 3 has the same configuration as the light emitting element 10 of Example 1 except that the counter electrode is not formed.
図7に比較例1−3及び実施例の発光素子の上面から見た際の発光分布(NFP:near -field pattern)、発光素子の相対輝度(比較例1の発光素子の輝度を1とする)及び静電破壊耐圧を示す。発光分布の図においては、光の強度を色の濃淡で示しており、色の濃い部分ほど明るく光っていることを示している。発光分布は、発光素子の上面の光取り出し面に平行な面における電流分布に依存しており、均一に発光しているということは、電流が良好に拡散して発光素子全体に均一に流れているということを示している。図7から明らかなように、比較例1の発光素子の場合、光取出し面側のn配線電極付近のみが強く発光しており、n配線電極直下に電流が集中し、発光素子全体に電流が均一に流れていないことが分かる。 FIG. 7 shows a light emission distribution (NFP: near-field pattern) when viewed from the upper surface of the light emitting elements of Comparative Examples 1-3 and Examples, and the relative luminance of the light emitting elements (the luminance of the light emitting element of Comparative Example 1 is set to 1). ) And electrostatic breakdown voltage. In the diagram of the light emission distribution, the intensity of light is indicated by shades of color, and the darker the portion, the brighter the light. The light emission distribution depends on the current distribution in a plane parallel to the light extraction surface on the upper surface of the light emitting element. Uniform light emission means that the current is diffused well and flows uniformly throughout the light emitting element. It shows that there is. As is clear from FIG. 7, in the case of the light emitting element of Comparative Example 1, only the vicinity of the n wiring electrode on the light extraction surface side emits light strongly, the current concentrates directly under the n wiring electrode, and the current flows in the entire light emitting element. It turns out that it is not flowing uniformly.
比較例2の発光素子の場合、Al組成が低く電気抵抗率が低い層を使用しているので、比較例1よりも電流拡散の改善はなされており、発光素子全体が均一に光っている。しかし、相対輝度が0.95となっており、比較例1の発光素子と比べて明るさが減少している。これは電流拡散層のAl組成ZがZ=0.4と低く、かつ層厚が厚いため、光が電流拡散層に吸収されている故である。 In the case of the light emitting device of Comparative Example 2, since a layer having a low Al composition and a low electrical resistivity is used, the current diffusion is improved as compared with Comparative Example 1, and the entire light emitting device is uniformly illuminated. However, the relative luminance is 0.95, and the brightness is reduced as compared with the light emitting element of Comparative Example 1. This is because light is absorbed by the current diffusion layer because the Al composition Z of the current diffusion layer is as low as Z = 0.4 and the layer thickness is thick.
比較例3の発光素子の場合、Al組成が低く電気抵抗率が低く、かつ光の吸収が無視できる程度に薄い電流拡散層を用いている故に、電流拡散も良好に行われ、発光素子全体が均一に光っている。また、輝度についても比較例1の発光素子よりも高くなっている。しかし、電流拡散層の低抵抗化及び薄膜化による電流集中の故に、静電破壊耐圧が比較例1の発光素子よりも低くなっている。 In the case of the light emitting device of Comparative Example 3, since the current diffusion layer is used because the Al composition is low, the electric resistivity is low, and light absorption is negligible, current diffusion is performed well, and the entire light emitting device is obtained. Evenly shining. Also, the luminance is higher than that of the light emitting element of Comparative Example 1. However, the electrostatic breakdown voltage is lower than that of the light-emitting element of Comparative Example 1 due to current concentration due to low resistance and thinning of the current diffusion layer.
上記実施例の発光素子の場合、比較例3の発光素子と同様に、発光分布は均一となっているので電流は面内に一様に拡散していることがわかり、輝度についても、電流拡散層による光の吸収が無視できる程度に電流拡散層を薄くしているために比較例1のものと比較しても高くなっている。また、対向電極を形成することによって静電破壊耐圧も向上している。従って、この比較からも、上記実施例の発光素子が、全体が均一に発光し、高い発光効率で信頼性に優れた発光素子であることがわかる。 In the case of the light emitting device of the above example, it can be seen that the current distribution is uniform in the plane because the light emission distribution is uniform as in the light emitting device of Comparative Example 3, and the current is also diffused. Since the current diffusion layer is thinned to such an extent that light absorption by the layer can be ignored, it is higher than that of Comparative Example 1. Moreover, the electrostatic breakdown voltage is improved by forming the counter electrode. Therefore, also from this comparison, it can be seen that the light-emitting elements of the above examples are light-emitting elements that uniformly emit light as a whole, have high luminous efficiency, and excellent reliability.
以下に、上述した発光素子10を製造する方法について、図1の2−2線に沿った発光素子10の断面における製造過程の図である図8(a)−(d)及び図9(a)−(b)を用いて説明する。最初に、半導体構造層11の結晶成長に使用する成長基板37として(100)面から[011]方向に15°傾斜させた厚さ300μmのn型GaAs基板を用意し、半導体構造層11をMOCVD法により成膜する。 8A to FIG. 8D and FIG. 9A, which are diagrams showing a manufacturing process in the cross section of the light emitting device 10 taken along the line 2-2 of FIG. 1, regarding the method for manufacturing the light emitting device 10 described above. )-(B). First, an n-type GaAs substrate having a thickness of 300 μm inclined by 15 ° from the (100) plane in the [011] direction is prepared as a growth substrate 37 used for crystal growth of the semiconductor structure layer 11, and the semiconductor structure layer 11 is formed by MOCVD. The film is formed by the method.
まず、成長基板37上に表面加工層17C、電流拡散層17B、n型クラッド層17Aを形成した(図8(a))。表面加工層17Cは、Siのキャリア濃度が1×1018cm−3である厚さ500nmのAl0.5In0.5Pの層とし、電流拡散層17Bは、Siのキャリア濃度が2×1018cmー3である厚さ500nmの(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5Pの層とし、n型クラッド層17Aは、Siのキャリア濃度が1×1018cm−3である厚さ500nmのAl0.5In0.5Pの層とする。 First, the surface processed layer 17C, the current diffusion layer 17B, and the n-type cladding layer 17A were formed on the growth substrate 37 (FIG. 8A). The surface processed layer 17C is an Al 0.5 In 0.5 P layer having a thickness of 500 nm with a Si carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 , and the current diffusion layer 17B has a Si carrier concentration of 2 × A 500 nm thick (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer of 10 18 cm −3 is used, and the n-type cladding layer 17A has a Si carrier concentration of 1 × 10 18 cm. -3 , and a layer of Al 0.5 In 0.5 P with a thickness of 500 nm.
次に、活性層15、並びにp型クラッド層及びp型コンタクト層からなるp型半導体層13をこの順に成膜し、半導体構造層11を完成する(図8(b))。p型クラッド層は、Mgのキャリア濃度が5×1017cm−3である厚さ500nmのAl0.5In0.5Pの層とし、p型コンタクト層は、Mgのキャリア濃度が3×1018cm−3である厚さ500nmのIn0.05Ga0.95Pの層とした。活性層15を構成する多重量子井戸構造は、例えば、井戸層を(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P層(厚さ20nm)、バリア層を(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層(厚さ10nm)とし、15層の井戸層を有するように形成した。 Next, the active layer 15 and the p-type semiconductor layer 13 composed of the p-type cladding layer and the p-type contact layer are formed in this order to complete the semiconductor structure layer 11 (FIG. 8B). The p-type cladding layer is an Al 0.5 In 0.5 P layer having a thickness of 500 nm with an Mg carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 , and the p-type contact layer has an Mg carrier concentration of 3 × A layer of In 0.05 Ga 0.95 P having a thickness of 10 18 cm −3 and a thickness of 500 nm was formed. The multiple quantum well structure constituting the active layer 15 includes, for example, a well layer (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P layer (thickness 20 nm) and a barrier layer (Al 0.5 A Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer (thickness: 10 nm) was formed so as to have 15 well layers.
なお、p型コンタクト層には、活性層15からの光を吸収しない範囲でInを含めることができ、井戸層のAl組成比zは発光波長に合わせて0≦z≦0.4の範囲で調整することができる。また、V族原料としてホスフィン(PH3)を使用し、III族原料としてトリメチルガリウム(TMGa)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルインジウム(TMI)の有機金属を使用した。また、n型不純物であるSiの原料としてシラン(SiH4)を使用し、p型不純物であるMgの原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を使用した。成長温度は750〜850℃とし、キャリアガスに水素を使用し、成長圧力は10kPaとした。 The p-type contact layer can contain In as long as light from the active layer 15 is not absorbed, and the Al composition ratio z of the well layer is in the range of 0 ≦ z ≦ 0.4 according to the emission wavelength. Can be adjusted. Further, phosphine (PH 3 ) was used as a group V raw material, and organometallic metals such as trimethylgallium (TMGa), trimethylaluminum (TMAl), and trimethylindium (TMI) were used as a group III raw material. Further, silane (SiH 4 ) was used as a raw material for Si that is an n-type impurity, and biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) was used as a raw material for Mg that was a p-type impurity. The growth temperature was 750 to 850 ° C., hydrogen was used as the carrier gas, and the growth pressure was 10 kPa.
次に、p型半導体層13上にプラズマCVD法により透光性絶縁層27を構成するSiO2膜を100nmの厚さで形成する。続いて、SiO2膜上にレジストマスクを形成した後、バッファードフッ酸(BHF)を用いてエッチングを行うことにより、SiO2膜にp電極23及び対向電極25のパターンに対応したパターニングを施した。SiO2膜を除去した部分において開口部が形成され、この開口部においてp型半導体層13が露出する(図8(c))。尚、SiO2膜の成膜方法として熱CVD法やスパッタ法を用いることもできる。また、SiO2膜のエッチング方法としてドライエッチング法を用いることも可能である。透光性絶縁層27の材料としては、SiO2以外にもSi3N4やAl2O3等の他の透光性を有する絶縁性材料も用いることができる。 Next, a SiO 2 film constituting the light-transmitting insulating layer 27 is formed with a thickness of 100 nm on the p-type semiconductor layer 13 by plasma CVD. Subsequently, after forming a resist mask on the SiO 2 film, facilities by etching using buffered hydrofluoric acid (BHF), a patterned corresponding to the pattern of p electrodes 23 and the counter electrode 25 to the SiO 2 film did. An opening is formed in the portion from which the SiO 2 film is removed, and the p-type semiconductor layer 13 is exposed in this opening (FIG. 8C). Note that a thermal CVD method or a sputtering method can also be used as a method for forming the SiO 2 film. It is also possible to use a dry etching method as a method for etching the SiO 2 film. As the material of the light-transmitting insulating layer 27, other light-transmitting insulating materials such as Si 3 N 4 and Al 2 O 3 can be used in addition to SiO 2 .
次に、EB蒸着法により、上記透光性絶縁層27の開口部を介して露出しているp型半導体層13上に、p電極23及び対向電極25を形成する。具体的には、透光性絶縁層27上にレジストを形成し、その上からAuZnをEB蒸着によって100nmとなるように堆積し、リフトオフによって透光性絶縁層27上に堆積されたAuZnを除去することによって形成する。その後、p電極23、対向電極25、及び透光性絶縁層27上にEB蒸着法によりAuZnを200nm堆積し反射金属層29を形成した(図8(d))。なお、反射金属層29には、光反射性の高い他の材料、Au、Ag、Al、Rh等を用いることも可能である。また、p電極23、対向電極25及び反射金属層29を同一の材料で形成する場合には、これらを一工程で形成すべく、透光性絶縁層27を形成した後に、透光性絶縁層27上にEB蒸着法等で300nm金属材料を堆積することとしてもよい。 Next, the p electrode 23 and the counter electrode 25 are formed on the p-type semiconductor layer 13 exposed through the opening of the translucent insulating layer 27 by EB vapor deposition. Specifically, a resist is formed on the light-transmitting insulating layer 27, and AuZn is deposited thereon to be 100 nm by EB vapor deposition, and AuZn deposited on the light-transmitting insulating layer 27 is removed by lift-off. To form. Thereafter, 200 nm of AuZn was deposited on the p-electrode 23, the counter electrode 25, and the translucent insulating layer 27 by EB vapor deposition to form a reflective metal layer 29 (FIG. 8D). Note that the reflective metal layer 29 may be made of another material having high light reflectivity, such as Au, Ag, Al, and Rh. Further, when the p-electrode 23, the counter electrode 25, and the reflective metal layer 29 are formed of the same material, the light-transmitting insulating layer 27 is formed after the light-transmitting insulating layer 27 is formed so as to form them in one step. A 300 nm metal material may be deposited on the surface 27 by EB vapor deposition or the like.
次に、反射金属層29上に半導体側接合層31を形成する。具体的には、例えば、電子ビーム真空蒸着法によりTaN(層厚100nm)、TiW(層厚100nm)、TaN(100nm)、Ni(層厚200nm)、Au(層厚30nm)を順に成膜して積層する(図9(a))。なお、半導体側接合層31の形成には、抵抗加熱蒸着法やスパッタ法を用いることも可能である。 Next, the semiconductor side bonding layer 31 is formed on the reflective metal layer 29. Specifically, for example, TaN (layer thickness: 100 nm), TiW (layer thickness: 100 nm), TaN (100 nm), Ni (layer thickness: 200 nm), and Au (layer thickness: 30 nm) are sequentially formed by an electron beam vacuum deposition method. Are stacked (FIG. 9A). Note that the resistance heating vapor deposition method or the sputtering method can also be used to form the semiconductor side bonding layer 31.
次に、上面に支持基板側接合層33が形成されている支持基板35を用意する。例えば、支持基板35は、上面及び下面にEB蒸着法によりPtからなる層厚200nmのオーミック金属層(図示せず)が形成されているSi基板である。支持基板側接合層33は、スパッタ法等により、支持基板35上にTi(層厚150nm)、Ni(層厚150nm)、AuSn(層厚600nm)がこの順に形成されている。 Next, a support substrate 35 having a support substrate side bonding layer 33 formed on the upper surface is prepared. For example, the support substrate 35 is a Si substrate in which an ohmic metal layer (not shown) made of Pt and having a layer thickness of 200 nm is formed on the upper and lower surfaces by EB vapor deposition. In the support substrate side bonding layer 33, Ti (layer thickness 150 nm), Ni (layer thickness 150 nm), and AuSn (layer thickness 600 nm) are formed in this order on the support substrate 35 by sputtering or the like.
次に、半導体側接合層31の表面と支持基板側接合層33の表面とを接触させて、互いに対して圧力1MPaで押圧しつつ、温度330℃の窒素雰囲気下で10分間かけて熱圧着を行うことにより支持基板35を貼り付ける。その後、例えば、アンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いたウェットエッチングにより成長基板37を除去する(図9(a))。なお、成長基板37の除去は、ドライエッチング、機械研磨法、もしくは化学機械研磨(CMP)法、またはこれらの方法を組み合わせて行ってもよい。なお、光取り出し効率を向上させる為に、露出したn型半導体層表面には、ウェットエッチング等で凹凸加工を施す事が好ましい。 Next, the surface of the semiconductor side bonding layer 31 and the surface of the support substrate side bonding layer 33 are brought into contact with each other and pressed against each other at a pressure of 1 MPa, and thermocompression bonding is performed for 10 minutes in a nitrogen atmosphere at a temperature of 330 ° C. By doing so, the support substrate 35 is attached. Thereafter, for example, the growth substrate 37 is removed by wet etching using a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide water (FIG. 9A). The growth substrate 37 may be removed by dry etching, mechanical polishing, chemical mechanical polishing (CMP), or a combination of these methods. In order to improve the light extraction efficiency, the exposed n-type semiconductor layer surface is preferably subjected to uneven processing by wet etching or the like.
上記処理の終了後、n型半導体層17上にn配線電極19、n給電配線21及びボンディングパッド22を形成する(図9(b))。n配線電極19は、n型半導体層17上にAuGeNiをEB蒸着法により堆積させた後に、リフトオフ法によりパターニングを行って形成する。続いて、n型半導体層17の上面及びn配線電極19を覆うように、Ti(層厚100nm)をEB蒸着等で順に堆積し、リフトオフ法によりパターニングを行って、n給電配線21を形成した。その後、Auを1000nm堆積し、リフトオフ法によりパターニングを行ってボンディングパッド22を形成した。なお、n配線電極19は、n型半導体とオーミック接合を形成することが可能な材料で形成されていればよく、例えば、AuGe、AuSn、AuSnNi等を用いて形成してもよい。 After completion of the above processing, an n wiring electrode 19, an n power supply wiring 21, and a bonding pad 22 are formed on the n type semiconductor layer 17 (FIG. 9B). The n wiring electrode 19 is formed by depositing AuGeNi on the n-type semiconductor layer 17 by EB vapor deposition and then patterning by lift-off. Subsequently, Ti (layer thickness: 100 nm) was sequentially deposited by EB vapor deposition or the like so as to cover the upper surface of the n-type semiconductor layer 17 and the n wiring electrode 19 and patterned by a lift-off method to form the n power supply wiring 21. . Thereafter, Au was deposited to 1000 nm, and patterning was performed by a lift-off method to form a bonding pad 22. Note that the n wiring electrode 19 may be formed of a material capable of forming an ohmic junction with the n-type semiconductor, and may be formed using, for example, AuGe, AuSn, AuSnNi, or the like.
最後に、n型半導体層17とn配線電極19との間でのオーミック接合の形成を促進するために、400℃の窒素雰囲気下で熱処理を行い、発光素子10が完成する。 Finally, in order to promote the formation of an ohmic junction between the n-type semiconductor layer 17 and the n wiring electrode 19, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 400 ° C., and the light emitting element 10 is completed.
上記実施例において、逆方向バイアスの電流が流れた際に、n配線電極19から対向電極25に電流が流れ過ぎることで、静電破壊耐圧特性の低下が発生しないように、発光素子40の半導体構造層の上面と平行な方向におけるn配線電極19の端部とp電極23の端部との最短距離aが、n配線電極19の端部と対向電極41の端部との最短距離bより小さいことが好ましい。 In the above embodiment, when a reverse bias current flows, the semiconductor of the light emitting element 40 does not deteriorate the electrostatic breakdown voltage characteristics due to excessive current flowing from the n wiring electrode 19 to the counter electrode 25. The shortest distance a between the end of the n wiring electrode 19 and the end of the p electrode 23 in the direction parallel to the upper surface of the structural layer is less than the shortest distance b between the end of the n wiring electrode 19 and the end of the counter electrode 41. Small is preferable.
また、上記実施例においては、n給電配線21とn型半導体層17とがショットキー接合を形成し、対向電極25とp型半導体層13とがオーミック接合を形成する場合を例として説明したが、n給電配線21とn型半導体層17とがオーミック接合を形成し、対向電極25とp型半導体層13とがショットキー接合を形成することとしてもよい。このようにしても、上記実施例と同様に、逆方向バイアス電流が流れた際に、ボンディングパッド22下のn給電配線21と対向電極25との間に電流が分散され、逆方向バイアス電流が流れた際の静電破壊耐圧の向上効果を得ることが可能である。 In the above embodiment, the case where the n power supply wiring 21 and the n-type semiconductor layer 17 form a Schottky junction and the counter electrode 25 and the p-type semiconductor layer 13 form an ohmic junction has been described as an example. The n power supply wiring 21 and the n-type semiconductor layer 17 may form an ohmic junction, and the counter electrode 25 and the p-type semiconductor layer 13 may form a Schottky junction. Even in this case, as in the above-described embodiment, when a reverse bias current flows, the current is distributed between the n power supply wiring 21 under the bonding pad 22 and the counter electrode 25, and the reverse bias current is reduced. It is possible to improve the electrostatic breakdown voltage when flowing.
上述した実施例における種々の数値、寸法、材料、電極の配置等は、例示に過ぎず、用途及び製造される半導体発光素子等に応じて、適宜選択することができる。
10 発光素子
11 半導体構造層
13 p型半導体層
15 活性層
17 n型半導体層
17A n型クラッド層
17B 電流拡散層
17C 表面加工層
19 n配線電極
21 n給電配線
22 ボンディングパッド
23 p電極
25 対向電極
27 透光性絶縁層
29 反射金属層
31 半導体側接合層
33 支持基板側接合層
35 支持基板
37 成長基板
Various numerical values, dimensions, materials, electrode arrangements, and the like in the above-described embodiments are merely examples, and can be appropriately selected according to the application and the semiconductor light emitting element to be manufactured.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light emitting element 11 Semiconductor structure layer 13 P-type semiconductor layer 15 Active layer 17 n-type semiconductor layer 17A n-type clad layer 17B Current diffusion layer 17C Surface processed layer 19 n wiring electrode 21 n power supply wiring 22 bonding pad 23 p electrode 25 counter electrode 27 Translucent insulating layer 29 Reflective metal layer 31 Semiconductor side bonding layer 33 Support substrate side bonding layer 35 Support substrate 37 Growth substrate
Claims (3)
前記第1の半導体層上の一部に形成されている第1の電極と、
前記第2の半導体層上の一部に形成されている第2の電極と、を含み、
前記第1の電極は、前記第2の電極が形成されている領域と前記半導体構造層を挟んで対向している領域以外の領域に形成されており、
前記第2の電極は、給電配線、及び前記給電配線から伸張し、前記第2の半導体層とオーミック接合を形成している配線電極を含み、
前記給電配線が形成されている領域と前記半導体構造層を挟んで対向する領域の前記第1の半導体層上に対向電極が形成されており、
前記給電配線が前記第2の半導体層とショットキー接合を形成し、前記対向電極が前記第1の半導体層とオーミック接合を形成している、または前記給電配線が前記第2の半導体層とオーミック接合を形成し、前記対向電極が前記第1の半導体層とショットキー接合を形成している、のいずれかであり、
前記半導体構造層の上面と平行な方向における前記配線電極の端部と前記第1の電極の端部との最短距離が、前記配線電極の端部と前記対向電極の端部との最短距離より小さく、
前記第2の半導体層は、電流拡散層を含み、前記電流拡散層の電気抵抗率をρ、層厚をdとしたとき、前記電流拡散層のAl組成、キャリア濃度及び層厚は、ρ/d≦600[Ω]の関係を満たすように定められていることを特徴とする半導体発光素子。 a semiconductor structure layer made of an AlGaInP-based semiconductor in which a p-type first semiconductor layer, an active layer, and an n-type second semiconductor layer are stacked in this order;
A first electrode formed on a part of the first semiconductor layer;
A second electrode formed on a part of the second semiconductor layer,
The first electrode is formed in a region other than a region facing the region where the second electrode is formed with the semiconductor structure layer interposed therebetween,
The second electrode includes a power supply wiring, and a wiring electrode extending from the power supply wiring and forming an ohmic junction with the second semiconductor layer,
A counter electrode is formed on the first semiconductor layer in a region facing the region where the power supply wiring is formed and the semiconductor structure layer in between.
The power supply wiring forms a Schottky junction with the second semiconductor layer, and the counter electrode forms an ohmic junction with the first semiconductor layer, or the power supply wiring forms an ohmic contact with the second semiconductor layer. A junction is formed, and the counter electrode forms a Schottky junction with the first semiconductor layer,
The shortest distance between the end of the wiring electrode and the end of the first electrode in a direction parallel to the upper surface of the semiconductor structure layer is less than the shortest distance between the end of the wiring electrode and the end of the counter electrode. small,
The second semiconductor layer includes a current diffusion layer. When the electric resistivity of the current diffusion layer is ρ and the layer thickness is d, the Al composition, carrier concentration, and layer thickness of the current diffusion layer are ρ / A semiconductor light-emitting element characterized by satisfying a relationship of d ≦ 600 [Ω].
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