JP2828187B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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Description
式InXAlYGa1-X-YN(0≦X<1、0≦Y<1)で
表される窒化ガリウム系化合物半導体が積層されてなる
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に係り、特にその
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の電極に関する。
ーザーダイオード等に使用される実用的な半導体材料と
して、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウムガリウ
ム(InGaN)、窒化ガリウムアルミニウム(GaA
lN)、窒化インジウムアルミニウムガリウム(InA
lGaN)等の窒化ガリウム系化合物半導体が注目され
ている。
構造について、図5および図6を用いて説明する。図5
は従来のLED素子の構造を示す断面図、図6はこの素
子を電極側から見た平面図である。この素子は、基本的
にサファイアよりなる基板1の上に、n型GaN層2
と、p型ドーパントがドープされた高抵抗なi型GaN
層3’とが順に積層された構造を有し、n型GaN層2
の電極22と、i型GaN層3’の電極33’とに通電
することにより、i型GaN層3’を発光させ、その発
光を、透光性基板であるサファイア基板1側から観測す
ることができる。特に図5に示すように、電極33’を
i型GaN層3’のほぼ全面に形成することにより、電
流を均一に広げ、i型GaN層3’と電極33’との接
触抵抗を下げて、順方向電圧を下げるようにしている。
このような発光素子の構造はMIS構造と呼ばれ、抵抗
率が106Ω・cm以上と非常に高抵抗なi型窒化ガリウム
系化合物半導体を発光層とするため、非常に発光効率が
悪く未だ実用化には至っていない。
を向上させたp−n接合の発光素子を実現するための技
術として、例えば特開平3−218325号公報等でi
型窒化ガリウム系化合物半導体層に電子線照射する技術
が開示されている。また、我々は特願平3−35704
6号でi型窒化ガリウム系化合物半導体層を400℃以
上でアニーリングすることにより低抵抗なp型とする技
術を提案した。このようにp−n接合型の窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子が実現可能となると、発光素子
の電極形状は発光出力を高める上で非常に重要な要素と
なってくる。特に、絶縁体であるサファイアを基板とす
る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、他のGaA
s等の半導体基板を用いたを発光素子と異なり、基板側
から電極を取ることができないため、その電極形状は非
常に重要である。
有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を試作し、
電流が均一に流れるよう、p型層に従来の図5、図6に
示すような全面電極を形成したところ、以外にもn型層
に形成された電極に近いところに集中して電流が流れ、
p型電極が形成された下の窒化ガリウム系化合物半導体
発光層全てが均一に発光していないことが判明した。従
って、本発明の目的は、p型窒化ガリウム系化合物半導
体に電流が均一に流れるような電極を形成することによ
り、窒化ガリウム系化合物半導体発光層の発光を均一化
させることにあり、さらに発光を均一化させることによ
り、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の発光効率を
向上させることにある。
化合物半導体発光素子は、p型窒化ガリウム系化合物半
導体層に形成されたp型電極と、そのp型窒化ガリウム
系化合物半導体層の上面からエッチングされて露出され
たn型窒化ガリウム系化合物半導体層に形成されたn型
電極とを具備する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、前記p型電極は前記n型電極との距離に比例
して面積が大きくなるように形成されていることを特徴
とする。
半導体発光素子を図1および図2に示す。図1は発光素
子を電極側からみた平面図、図2はその素子の構造を示
す模式断面図であり、サファイア基板1の上に、n型G
aN層2と、p型GaN層3とが順に積層されたホモ構
造のLED素子としており、n型GaN層2にはn型電
極22、p型GaN層3には複数のp型電極33が形成
されている。しかもn型電極22とp型電極33との距
離に比例して、p型電極33の面積を大きくしている。
このように、n型電極22と接近したp型電極33の面
積を小さくすることにより、n型電極22とp型電極3
3との間の窒化ガリウム系化合物半導体の抵抗が接近
し、各電極の下にあるp型GaN層3を均一に発光させ
ることができる。
33の面積をS、窒化ガリウム系化合物半導体の抵抗率
をρ、n型電極22とp型電極33との距離をlとする
と、p型電極33とn型電極22との間の窒化ガリウム
系化合物半導体の抵抗RはR=ρ・l/Sで表すことが
できる。従って、n型電極22に最も近いp型電極33
の面積をS1、その距離をl1、次のp型電極の面積をS
2、その距離をl1とした場合、Rを接近させる条件、最
も好ましくは一定となる条件、即ちl1/S1=l2/S2
=l3/S3=・・・・=ln/Snとなるように、p型
電極33の位置、面積を設定することにより、p型Ga
N層3を均一に発光させることができる。また、図3は
本発明の他の実施例に係る発光素子のp型窒化ガリウム
系化合物半導体層状に形成したp型電極の形状を示す平
面図であるが、このようにn型電極に近づくに従って、
幅を細くして面積を小さくしたp型電極を多数並べて
も、図1の発光素子と同一の効果が得られる。
リウム系化合物半導体発光素子は、図5に示すような全
面電極をi層に形成することにより、強制的に電流を拡
散させて、i層を均一に発光させることができる。しか
し、p−n接合の発光素子はi層よりもはるかに低抵抗
なp型を用いp−n接合で発光させているため、図5の
ような全面電極を形成すると、電流は抵抗の低いところ
を流れるので、n型電極に近いところで発光してしま
う。ところが本願のように、n型電極に近い箇所のp型
電極の面積を小さくすると、電極間抵抗がほぼ同一とな
り、電流が均一に流れるので窒化ガリウム系化合物半導
体発光層を均一に発光させることができる。
GaNバッファ層と、Siドープn型GaN層と、Zn
ドープInGaN層と、Mgドープp型GaN層を順に
成長させる。この構造において発光層はZnドープIn
GaN層である。
にフォトリソグラフィー技術を用いてマスクを形成した
後、エッチング装置でMgドープGaN層と、Znドー
プInGaN層をエッチングし、n型GaN層を露出さ
せる。
ィーにより図1に示すパターンをp型GaN層上に形成
した後、蒸着によりn型層およびp型層に電極を形成す
る。但し、p型電極は複数形成し、各p型電極面積は上
記のようにl1/S1=l2/S2=l3/S3=・・・・=
ln/Snの関係となるよう、n型電極に近い方の面積
を小さくする。
るため導電性材料で被覆した後、常法に従い、ウエハー
をチップ状にカットして、ZnドープInGaN層を発
光層とするダブルへテロ構造の本発明の青色発光ダイオ
ードを得た。この発光ダイオードを順方向電圧20mA
で発光させたところ、サファイア基板側からInGaN
層が均一に発光していることが観測でき、発光出力は3
00μWであった。
パターンを図3に示すような形状とする他は実施例1と
同様にして本発明の青色発光ダイオードを得たところ、
同じくInGaN層が均一に発光していることが観測で
き、発光出力はほぼ同等であった。
成し、実施例1と同じく発光させたところ、n型電極に
近い箇所のみしか発光せず、発光出力も100μWでし
かなかった。
ウム系化合物半導体発光素子はp型電極がn型電極との
距離に比例して面積が大きくなるようにしているので、
p型窒化ガリウム系化合物半導体層中に均一に電流を流
すことができ、発光素子の発光層を均一に発光させるこ
とができ、しかも発光効率を向上させることができる。
らみた平面図
からみた平面図。
図。
Claims (1)
- 【請求項1】 p型窒化ガリウム系化合物半導体層に形
成されたp型電極と、そのp型窒化ガリウム系化合物半
導体層の上面からエッチングされて露出されたn型窒化
ガリウム系化合物半導体層に形成されたn型電極とを具
備する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記p型電極は前記n型電極との距離に比例して面積が
大きくなるように形成されていることを特徴とする窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子。
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