JP3019085B1 - Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same

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JP3019085B1 JP30342498A JP30342498A JP3019085B1 JP 3019085 B1 JP3019085 B1 JP 3019085B1 JP 30342498 A JP30342498 A JP 30342498A JP 30342498 A JP30342498 A JP 30342498A JP 3019085 B1 JP3019085 B1 JP 3019085B1
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哲次 杢
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Abstract

【要約】 【課題】 青色発光ダイオードの低コスト化及び特性向
上が困難であった。 【解決手段】 サファイアから成る絶縁性基板11の上
に窒化チタン膜12を設ける。窒化チタン膜12の上に
窒化ガリウムから成るn形半導体領域14、窒化ガリウ
ムインジウムから成る活性層15、窒化ガリウムから成
るp形半導体領域16を順次に形成する。p形半導体領
域16のアノード電極18を設ける。窒化チタン膜12
の上にn形半導体領域14を部分的に設けるためにアモ
ルファス膜20を設ける。エピタキシャル成長層の形成
後にアモルファス膜20を除去して窒化チタン膜をカソ
ード電極とする。
[Problem] It is difficult to reduce the cost and improve the characteristics of a blue light emitting diode. A titanium nitride film is provided on an insulating substrate made of sapphire. On the titanium nitride film 12, an n-type semiconductor region 14 of gallium nitride, an active layer 15 of gallium indium nitride, and a p-type semiconductor region 16 of gallium nitride are sequentially formed. An anode electrode 18 of the p-type semiconductor region 16 is provided. Titanium nitride film 12
The amorphous film 20 is provided to partially provide the n-type semiconductor region 14 on the substrate. After the formation of the epitaxial growth layer, the amorphous film 20 is removed, and the titanium nitride film is used as a cathode electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系化合
物半導体を用いた半導体発光素子及びその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN、GaAIN、InGaN、In
GaAIN等の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青
色発光素子(青色発光ダイオード)は公知である。この
種の発光素子は、一般に窒化ガリウム系化合物半導体が
サファイアから成る絶縁性基板上に形成されており、一
対の電極が素子の上面に配置された構造を有する。即
ち、従来の発光素子は図1に示すように、サファイアか
ら成る絶縁性基板1、この絶縁性基板1の一方の主面
(上面)に周知のエピタキシャル成長法によって形成さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体(例えばGaN)から
成るn形半導体領域2、このn形半導体領域2の上にエ
ピタキシャル成長法によって形成された窒化ガリウム系
化合物半導体(例えばInGaN)から成る活性層3、
及びこの活性層3の上にエピタキシャル成長法によって
形成されたp形半導体領域4を備えた半導体基体5と、
この半導体基体5の一方の主面(上面)においてn形半
導体領域2に接続されたカソード電極6と、p形半導体
領域4に電気的に接続されたアノード電極7とから成
る。図1の発光素子は絶縁性基板1の他方の主面(下
面)が回路基板やリードフレームに固着され、活性層3
にて生じた光は半導体基体5の一方の主面側に導かれ、
この一方の主面のうち電極6、7の形成されていない領
域から外部に放出される。
2. Description of the Related Art GaN, GaAIN, InGaN, In
A blue light emitting device (blue light emitting diode) using a gallium nitride based compound semiconductor such as GaAIN is known. This type of light-emitting element generally has a structure in which a gallium nitride-based compound semiconductor is formed on an insulating substrate made of sapphire, and a pair of electrodes is arranged on the upper surface of the element. That is, as shown in FIG. 1, a conventional light-emitting device includes an insulating substrate 1 made of sapphire, and a gallium nitride-based compound semiconductor formed on one main surface (upper surface) of the insulating substrate 1 by a well-known epitaxial growth method. An active layer 3 made of a gallium nitride-based compound semiconductor (eg, InGaN) formed on the n-type semiconductor region 2 by epitaxial growth,
A semiconductor substrate 5 having a p-type semiconductor region 4 formed on the active layer 3 by an epitaxial growth method;
On one main surface (upper surface) of the semiconductor substrate 5, a cathode electrode 6 connected to the n-type semiconductor region 2 and an anode electrode 7 electrically connected to the p-type semiconductor region 4 are provided. In the light emitting device of FIG. 1, the other main surface (lower surface) of the insulating substrate 1 is fixed to a circuit board or a lead frame, and the active layer 3
The light generated at is guided to one main surface side of the semiconductor substrate 5,
The light is emitted to the outside from a region of the one main surface where the electrodes 6 and 7 are not formed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図1の発光
素子では、絶縁性基板のサファイアを使用しており、基
板裏面側に電極形成ができない。このためデバイス構造
をサファイア上にエピタキシャル成長した後に、図1に
示すように、p形半導体領域4、活性層3及びn形半導
体領域2の一部をエッチングし、カソ−ド電極6を形成
する必要があった。しかし、GaNのエッチングには、
GaNの有効なウエットエッチング液が見出だされてい
ないため、C12とH2 の混合ガスなどを使用したドライ
エッチング装置が必要になった。また従来方法では、エ
ッチングをn形半導体領域2内でストップさせるため
に、精密にエッチングレートをコントロールする技術の
他、n形半導体領域2を他の領域3、4に比べて大幅に
厚くエピタキシャル成長することが必要になり、コスト
高となった。またドライエッチング法では、ウエハをプ
ラズマ中で反応性ガスにさらすため、エピタキシャル層
の結晶性に深刻なダメージを与える。特にp形層のアク
セプタは水素などにより不活性化されやすいため、エッ
チングプロセス後には、p形層が高抵抗化し、デバイス
特性を劣化させる。また図1の発光素子では、表面から
n側のカソ−ド電極6及びp側のアノ−ド電極7を取り
出しているため、必然的に電極面積が小さくなる。例え
ばAlGaInN系LEDの場合、n側電極領域が直径
100μm程度で、これは他の材料系において導電性基
板を使用し、チップ裏面にn側電極を形成している従来
のLEDと比較すると、半導体/電極接触面積が1/1
0程度である。電流が一定の条件下において、コンタク
ト抵抗成分により発生する電極/半導体間の電圧は、コ
ンタクト面積に反比例する。即ち、コンタクト面積が大
きい方が、動作電圧の低減には有利となる。このコンタ
クト面積の問題は、現状のLEDの順方向の高動作電圧
(20mAで3.6〜4.0V)の要因の一つである。
In the light emitting device shown in FIG. 1, sapphire of an insulating substrate is used, and an electrode cannot be formed on the back surface of the substrate. Therefore, after epitaxially growing a device structure on sapphire, it is necessary to form a cathode electrode 6 by etching a part of the p-type semiconductor region 4, the active layer 3 and the n-type semiconductor region 2 as shown in FIG. was there. However, for GaN etching,
Since the effective wet etchant GaN is not been found, a dry etching apparatus using a a mixed gas of C 12 and H 2 is required. In addition, in the conventional method, in order to stop the etching in the n-type semiconductor region 2, in addition to the technique of precisely controlling the etching rate, the n-type semiconductor region 2 is epitaxially grown to be much thicker than the other regions 3 and 4. And increased costs. Further, in the dry etching method, since the wafer is exposed to a reactive gas in the plasma, the crystallinity of the epitaxial layer is seriously damaged. In particular, since the acceptor of the p-type layer is easily deactivated by hydrogen or the like, the resistance of the p-type layer increases after the etching process, and the device characteristics deteriorate. Further, in the light emitting device shown in FIG. 1, since the cathode electrode 6 on the n side and the anode electrode 7 on the p side are taken out from the surface, the electrode area is inevitably reduced. For example, in the case of an AlGaInN-based LED, the n-side electrode region has a diameter of about 100 μm, which is a semiconductor compared to a conventional LED in which a conductive substrate is used in another material system and an n-side electrode is formed on the back surface of the chip. / Electrode contact area is 1/1
It is about 0. Under a constant current condition, the voltage between the electrode and the semiconductor generated by the contact resistance component is inversely proportional to the contact area. That is, a larger contact area is advantageous for reducing the operating voltage. This problem of the contact area is one of the factors of the high forward operating voltage (3.6 to 4.0 V at 20 mA) of the current LED.

【0004】そこで、本発明の目的は製造が容易であり
且つ特性の向上を図ることができる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。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device which can be easily manufactured and whose characteristics can be improved, and a method of manufacturing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための本願の装置の発明は、絶縁性基板
と、前記絶縁性基板の一方の主面に形成された窒化チタ
ン膜と、前記窒化チタン膜の主面の一部に接触するよう
に形成された窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体か
ら成る第1の導電形の第1の半導体領域と、前記第1の
半導体領域の上に形成された窒化ガリウム又は窒化ガリ
ウム系半導体から成る第2の導電形の第2の半導体領域
と、前記第2の半導体領域の表面の一部に形成された第
1の電極とを有し、前記窒化チタン膜の前記第1の半導
体領域で覆われていない部分を第2の電極又は第2の電
極形成領域として使用するように形成されている半導体
発光素子に係わるものである。また、本願の方法の発明
は、窒化チタン膜を形成することができる基板を用意
し、この基板の一方の主面上に窒化チタン膜を形成する
工程と、前記窒化チタン膜の上の一部にアモルファス膜
を形成する工程と、前記窒化チタン膜の前記アモルファ
ス膜で覆われていない部分の上に窒化ガリウム又は窒化
ガリウム系半導体から成る第1の導電形の第1の半導体
領域を気相成長方法で形成する工程と、前記第1の半導
体領域の上に窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体か
ら成る第2の導電形の第2の半導体領域を気相成長方法
で形成する工程と、前記アモルファス膜をウエットエッ
チングによって除去する工程と、前記第2の半導体領域
の表面の一部に電極を形成する工程とを備えている半導
体発光素子の製造方法に係わるものである。なお請求項
2及び4に示すように活性層を設けることが望ましい。
活性層は窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体で形成
されるので、第1の半導体領域又は第2の半導体領域を
多層構造とし、この1つの層を活性層と呼ぶこともでき
る。
Means for Solving the Problems To solve the above problems and achieve the above object, an apparatus of the present invention comprises an insulating substrate and a titanium nitride film formed on one main surface of the insulating substrate. A first semiconductor region of a first conductivity type made of gallium nitride or a gallium nitride-based semiconductor formed so as to contact a part of a main surface of the titanium nitride film; A second semiconductor region of a second conductivity type made of gallium nitride or a gallium nitride-based semiconductor formed on the first semiconductor region, and a first electrode formed on a part of the surface of the second semiconductor region; The present invention relates to a semiconductor light emitting device formed so that a portion of the titanium nitride film that is not covered with the first semiconductor region is used as a second electrode or a second electrode formation region. Further, the invention of the method of the present application includes a step of preparing a substrate on which a titanium nitride film can be formed, forming a titanium nitride film on one main surface of the substrate, and forming a part on the titanium nitride film. Forming a first semiconductor region of a first conductivity type made of gallium nitride or a gallium nitride based semiconductor on a portion of the titanium nitride film not covered with the amorphous film. Forming a second semiconductor region of a second conductivity type made of gallium nitride or a gallium nitride-based semiconductor on the first semiconductor region by a vapor deposition method; and forming the amorphous film. And a step of forming an electrode on a part of the surface of the second semiconductor region. It is desirable to provide an active layer as described in claims 2 and 4.
Since the active layer is formed of gallium nitride or a gallium nitride-based semiconductor, the first semiconductor region or the second semiconductor region has a multilayer structure, and this one layer can be called an active layer.

【0006】[0006]

【発明の効果】各請求項の発明によれば、窒化チタン膜
が電極として機能するので、第1の半導体領域に図1に
示す従来のカソード電極6に相当するものを設けること
が不要になり、第1の半導体領域を薄くすることができ
る。第1の半導体領域を薄くすると、この薄くなった分
だけコストの低減を図ることができるのみでなく、動作
抵抗が低減する。また、電極として機能する窒化チタン
膜と第1の半導体領域との接触面積を大きくすることが
できるので、動作抵抗を低減することができる。また、
請求項3の方法の発明によれば、アルモファス膜を使用
して第1及び第2の半導体領域を選択的に形成するの
で、図1の従来の発光素子で必要になったn形半導体領
域2の中間までドライエッチングする工程が不要にな
る。従って、請求項3の発明によれば、特性の劣化を伴
わないで半導体発光素子を容易に製造することができ
る。
According to the invention of each claim, since the titanium nitride film functions as an electrode, it is not necessary to provide the first semiconductor region with a material corresponding to the conventional cathode electrode 6 shown in FIG. The thickness of the first semiconductor region can be reduced. When the first semiconductor region is thinned, not only can the cost be reduced by the thinned region, but also the operating resistance is reduced. Further, the contact area between the titanium nitride film functioning as an electrode and the first semiconductor region can be increased, so that operating resistance can be reduced. Also,
According to the method of the third aspect, since the first and second semiconductor regions are selectively formed using the amorphous film, the n-type semiconductor region 2 required for the conventional light emitting device of FIG. This eliminates the need for a step of dry-etching to an intermediate point. Therefore, according to the third aspect of the present invention, a semiconductor light emitting device can be easily manufactured without deterioration of characteristics.

【0007】[0007]

【実施形態及び実施例】次に、図2及び図3を参照して
本発明の実施形態及び実施例に係わる半導体発光素子と
しての窒化ガリウム系化合物半導体青色発光ダイオード
を説明する。図2及び図3に示す本発明の実施例に従う
青色発光ダイオードは、サファイアから成る絶縁性基板
11、窒化チタン膜12、GaN(窒化ガリウム)から
成る第1の半導体領域としてのn形半導体領域14、p
形のInGaN(窒化ガリウムインジウム)から成る窒
化ガリウム系半導体の活性層15、及び第2の半導体領
域としてのGaN(窒化ガリウム)から成るp形半導体
領域16を順次に積層した構成の板状基体17と、この
基体17の一方の主面(上面)即ちp形半導体領域16
に電気的に接続された第1の電極としてのアノード電極
18とを備えている。なお、窒化チタン膜12、n形半
導体領域14、活性層15、及びp形半導体領域16は
絶縁性基板11の上に順次にそれぞれの結晶方位の配向
を揃えて成長させたものである。
Embodiments and Examples Next, a gallium nitride-based compound semiconductor blue light emitting diode as a semiconductor light emitting device according to embodiments and examples of the present invention will be described with reference to FIGS. The blue light emitting diode according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 2 and 3 has an insulating substrate 11 made of sapphire, a titanium nitride film 12, and an n-type semiconductor region 14 as a first semiconductor region made of GaN (gallium nitride). , P
Substrate 17 having a structure in which an active layer 15 of a gallium nitride based semiconductor made of InGaN (gallium indium nitride) and a p-type semiconductor region 16 made of GaN (gallium nitride) as a second semiconductor region are sequentially laminated. And one main surface (upper surface) of the base 17, that is, the p-type semiconductor region 16
And an anode electrode 18 as a first electrode electrically connected to the first electrode. The titanium nitride film 12, the n-type semiconductor region 14, the active layer 15, and the p-type semiconductor region 16 are grown on the insulating substrate 11 in such a manner that their crystal orientations are aligned.

【0008】以下、図2の発光ダイオードの製造方法を
説明する。まず、図3(A)に示すように、サファイア
から成る絶縁性基板11を用意し、その一方の主面全体
に窒化チタン膜12を形成する。なお、絶縁性基板11
をn形半導体領域14、活性層15及びp形半導体領域
16から成る発光部の支持体として機能させるため、こ
の絶縁性基板11の厚みを約350μmに設定した。
Hereinafter, a method for manufacturing the light emitting diode of FIG. 2 will be described. First, as shown in FIG. 3A, an insulating substrate 11 made of sapphire is prepared, and a titanium nitride film 12 is formed on one entire main surface thereof. The insulating substrate 11
The insulating substrate 11 was set to have a thickness of about 350 μm in order to function as a support for the light emitting portion composed of the n-type semiconductor region 14, the active layer 15, and the p-type semiconductor region 16.

【0009】窒化チタン膜12は周知の反応性スパッタ
リング方法によって形成する。即ち、この窒化チタン膜
には、窒素(N2 )とアルゴン(Ar)の混合ガスの雰
囲気中でチタンから成るターゲットをスパッタリングし
て、チタンとガス中の窒素とを反応させてその化合物で
ある窒化チタンを絶縁性基板11の一方の主面に堆積さ
せる。なお、窒化チタン膜12はこの反応性スパッタリ
ング方法以外の方法によって形成することもできる。例
えばターゲットに窒化チタンを使用したスパッタリング
方法や、チタンから成る金属膜を絶縁性基板11の一方
の主面にスパッタリング方法等で形成した後にこの金属
膜をNH3 の雰囲気中の熱処理で窒化させる方法を用い
ても形成することができる。窒化チタン(TiN)は、
六方晶系の絶縁性基板11上に成長した場合、〈11
1〉方向に良好に配向する。窒化チタン膜12の比抵抗
は25〜250μΩcmであり、窒化チタン膜12の膜
厚は50〜2000オングストロームである。このた
め、窒化チタン膜12は実質的に導電膜となっており、
後述のn形半導体領域14と低抵抗性接触し、カソード
電極として機能する。
The titanium nitride film 12 is formed by a known reactive sputtering method. That is, a target made of titanium is sputtered on the titanium nitride film in an atmosphere of a mixed gas of nitrogen (N 2 ) and argon (Ar), and the titanium reacts with nitrogen in the gas to form a compound thereof. Titanium nitride is deposited on one main surface of the insulating substrate 11. Incidentally, the titanium nitride film 12 can be formed by a method other than the reactive sputtering method. For example, a sputtering method using titanium nitride as a target, a method in which a metal film made of titanium is formed on one main surface of the insulating substrate 11 by a sputtering method or the like, and then the metal film is nitrided by a heat treatment in an NH 3 atmosphere. Can also be used. Titanium nitride (TiN)
When grown on a hexagonal insulating substrate 11, <11
Good orientation in 1> direction. The specific resistance of the titanium nitride film 12 is 25 to 250 μΩcm, and the thickness of the titanium nitride film 12 is 50 to 2000 Å. For this reason, the titanium nitride film 12 is substantially a conductive film,
It makes low-resistance contact with an n-type semiconductor region 14 described later, and functions as a cathode electrode.

【0010】次に、図3(B)に示すように窒化チタン
膜12の上面全体に周知のCVD(気相成長)方法を用
いてアモルファス膜を形成し、これにウエットエッチン
グを施して窒化チタン膜12のうちカソード電極19と
なる部分を被覆するアモルファス膜20を形成する。こ
のアモルファス膜20は例えばSiO2 膜からなり、そ
の厚みは1μm以下である。
Next, as shown in FIG. 3B, an amorphous film is formed on the entire upper surface of the titanium nitride film 12 by using a well-known CVD (vapor phase growth) method, and the amorphous film is subjected to wet etching. An amorphous film 20 covering a portion of the film 12 to be the cathode electrode 19 is formed. The amorphous film 20 is made of, for example, a SiO 2 film and has a thickness of 1 μm or less.

【0011】次に、図3(C)に示すように窒化チタン
膜12のうちアモルファス膜20によって被覆されてい
ない領域の上面にn形半導体領域14、活性層15、p
形半導体領域16を順次周知のMOCVD(有機金属気
相成長)方法によって連続的に形成する。即ち、上面に
窒化チタン膜12とアモルファス膜20の形成された絶
縁性基板11をMOCVD装置の反応室内に配置して、
反応室内にまずトリメチルガリウムガス(以下、TMG
ガスという)、NH3 (アンモニア)ガス、SiH
4 (シラン)ガスを供給してアモルファス膜20によっ
て被覆されていない窒化チタン膜12の上面にn形半導
体領域14を選択的に形成する。ここで、シランガスは
形成膜中にn形不純物としてのSiを導入するためのも
のである。本実施例では窒化チタン膜12の形成された
絶縁性基板11の加熱温度を1040℃とした後、TM
Gガスの流量即ちGaの供給量を約4.3μmol /分、
NH3ガスの流量即ちNH3 の供給量を約53.6mmol
/分、シランガスの流量即ちSiの供給量を約1.5
nmol /分とした。また、本実施例では、n形半導体領
域14の厚みを約1〜1.5μmとした。図1の従来の
発光ダイオードのn形半導体領域2の厚みは約4.0〜
5.0μmであるから、これに比べて図2及び図3
(C)の本実施例のn形半導体領域14はかなり肉薄に
形成されている。また、n形半導体領域14の不純物濃
度は約3×1018cm-3であり、絶縁性基板11の不純
物濃度よりは十分に低い。アモルファス膜20上にはn
形半導体領域14はエピタキシャル成長しないので、n
形半導体領域14はアモルファス膜20によって被覆さ
れていない窒化チタン膜12上に選択的にエピタキシャ
ル成長する。なお、本実施例によれば、窒化チタン膜1
2の触媒効果により、比較的低温で成長させる緩衝層を
介さずに比較的高温でこのn形半導体領域14を金属層
13の上面に直接に形成することが可能になる。
Next, as shown in FIG. 3C, the n-type semiconductor region 14, the active layer 15, and the p-type semiconductor layer 14 are formed on the upper surface of the titanium nitride film 12 which is not covered with the amorphous film 20.
The semiconductor regions 16 are successively formed by a known MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method. That is, the insulating substrate 11 on which the titanium nitride film 12 and the amorphous film 20 are formed on the upper surface is arranged in a reaction chamber of a MOCVD apparatus,
First, trimethylgallium gas (hereinafter, TMG) is placed in the reaction chamber.
Gas), NH 3 (ammonia) gas, SiH
4 By supplying (silane) gas, the n-type semiconductor region 14 is selectively formed on the upper surface of the titanium nitride film 12 not covered with the amorphous film 20. Here, the silane gas is for introducing Si as an n-type impurity into the formed film. In this embodiment, after the heating temperature of the insulating substrate 11 on which the titanium nitride film 12 is formed is set to 1040 ° C., the TM
The flow rate of G gas, that is, the supply rate of Ga is set to about 4.3 μmol / min.
The flow rate of NH 3 gas, that is, the supply amount of NH 3 is about 53.6 mmol
/ Minute, the flow rate of silane gas, that is, the supply rate of Si is set to about 1.5.
nmol / min. In the present embodiment, the thickness of the n-type semiconductor region 14 is set to about 1 to 1.5 μm. The thickness of the n-type semiconductor region 2 of the conventional light emitting diode of FIG.
Since the thickness is 5.0 μm, FIGS.
(C) The n-type semiconductor region 14 of this embodiment is formed to be quite thin. The impurity concentration of the n-type semiconductor region 14 is about 3 × 10 18 cm −3 , which is sufficiently lower than the impurity concentration of the insulating substrate 11. On the amorphous film 20, n
Since the semiconductor region 14 does not grow epitaxially, n
The semiconductor region 14 is selectively epitaxially grown on the titanium nitride film 12 not covered with the amorphous film 20. According to this embodiment, the titanium nitride film 1
Due to the catalytic effect of 2, the n-type semiconductor region 14 can be formed directly on the upper surface of the metal layer 13 at a relatively high temperature without using a buffer layer grown at a relatively low temperature.

【0012】続いて、絶縁性基板11の加熱温度を80
0℃とし、反応室内にTMGガス、アンモニアガスに加
えてトリメチルインジウムガス(以下、TMIガスとい
う)とビスシクロペンタジェニルマグネシウムガス(以
下、Cp2 Mgガスという)を供給してn形半導体領域
14の上面にp形InGaNから成る窒化ガリウム系半
導体の活性層15を形成する。ここで、Cp2 Mgガス
は形成膜中にp形導電形の不純物としてのMgを導入す
るためのものである。本実施例では、TMGガスの流量
を約1.1μmol /分、NH3 ガスの流量を約67mmo
l /分、TMIガスの流量即ちInの供給量を約4.5
μmol /分、Cp2 Mgガスの流量即ちMgの供給量を
約12nmol /分とした。また、活性層15の厚みは図
1の発光ダイオードの活性層3の厚みと同様に約20オ
ングストロームとした。なお、活性層15の不純物濃度
は約3×1017cm-3である。なお、活性層は次に形成
するp形半導体領域16の一部と見なすこともできる。
Subsequently, the heating temperature of the insulating substrate 11 is set to 80
At 0 ° C., trimethylindium gas (hereinafter, referred to as TMI gas) and biscyclopentagenenyl magnesium gas (hereinafter, referred to as Cp 2 Mg gas) are supplied into the reaction chamber in addition to TMG gas and ammonia gas to form an n-type semiconductor region. An active layer 15 of a gallium nitride-based semiconductor made of p-type InGaN is formed on the upper surface of the semiconductor device. Here, the Cp 2 Mg gas is for introducing Mg as a p-type conductivity type impurity into the formed film. In this embodiment, the flow rate of TMG gas is about 1.1 μmol / min, and the flow rate of NH 3 gas is about 67 mM.
l / min, the flow rate of the TMI gas, that is, the supply rate of In, is about 4.5.
μmol / min, and the flow rate of Cp 2 Mg gas, that is, the supply amount of Mg, was about 12 nmol / min. The thickness of the active layer 15 was about 20 angstroms, similarly to the thickness of the active layer 3 of the light emitting diode of FIG. The active layer 15 has an impurity concentration of about 3 × 10 17 cm −3 . Note that the active layer can be regarded as a part of the p-type semiconductor region 16 to be formed next.

【0013】続いて、絶縁性基板11の加熱温度を10
40℃とし、反応室内にTMGガス、アンモニアガス及
びCp2 Mgガスを供給して活性層15の上面にp形G
aNから成るp形半導体領域16を形成する。本実施例
では、この時のTMGガスの流量を約4.3μmol /
分、アンモニアガスの流量を約53.6μmol /分、C
2 Mgガスの流量を約0.12μmol /分とした。ま
た、p形半導体領域16の厚みは図1の発光ダイオード
のp形半導体領域4の厚みと同様に約0.5μmとし
た。なお、p形半導体領域16の不純物濃度は約3×1
18cm-3である。上記のMOCVD成長方法によれ
ば、アモルファス膜20で被覆されていない窒化チタン
膜12の上面にこの窒化チタン膜12の結晶方位に対し
てn形半導体領域14、活性層15及びp形半導体領域
16の結晶方位を揃えて選択的に形成することができ
る。即ち、サファイア基板から成る絶縁性基板11の結
晶方位を良好に引き継いでいる窒化チタン膜12の上に
これを核としてn形半導体領域14、活性層15及びp
形半導体領域16が順次にエピタキシャル成長させるこ
とができる。
Subsequently, the heating temperature of the insulating substrate 11 is set to 10
At 40 ° C., TMG gas, ammonia gas, and Cp 2 Mg gas were supplied into the reaction chamber, and p-type G
A p-type semiconductor region 16 made of aN is formed. In this embodiment, the flow rate of the TMG gas at this time is set to about 4.3 μmol /
, The flow rate of ammonia gas is about 53.6 μmol / min, C
The flow rate of the p 2 Mg gas was set to about 0.12 μmol / min. The thickness of the p-type semiconductor region 16 was about 0.5 μm, similar to the thickness of the p-type semiconductor region 4 of the light emitting diode in FIG. Note that the impurity concentration of the p-type semiconductor region 16 is about 3 × 1
0 18 cm -3 . According to the MOCVD growth method described above, the n-type semiconductor region 14, the active layer 15, and the p-type semiconductor region 16 are formed on the upper surface of the titanium nitride film 12 not covered with the amorphous film 20 with respect to the crystal orientation of the titanium nitride film 12. Can be selectively formed with the same crystal orientation. That is, an n-type semiconductor region 14, an active layer 15 and a p-type semiconductor layer 11 are formed on a titanium nitride film 12 which is a sapphire substrate.
The semiconductor regions 16 can be sequentially grown epitaxially.

【0014】次に、アモルファス膜20をフッ酸等を用
いたウエットエッチングによって除去した後、p形半導
体領域16の上面にアノード電極18を形成する。第1
の電極としてのアノード電極18は、例えばニッケルと
金を周知の真空蒸着法等によってp形半導体領域16の
上面に付着させることによって形成し、p形半導体領域
16の表面に低抵抗接触させる。このアノード電極18
は円形の平面形状を有しており、p形半導体領域16の
上面のほぼ中央に配置されている。p形半導体領域16
の上面のうち、アノード電極18の形成されていない領
域21は光取り出し領域として機能する。第2の電極と
してのカソード電極部分19は窒化チタン膜12のうち
n形半導体領域14から露出した部分である。なお、窒
化チタン膜12のうちn形半導体領域14で被覆された
部分を含む全体をカソード電極と呼ぶこともできる。
Next, after the amorphous film 20 is removed by wet etching using hydrofluoric acid or the like, an anode electrode 18 is formed on the upper surface of the p-type semiconductor region 16. First
Is formed by depositing, for example, nickel and gold on the upper surface of the p-type semiconductor region 16 by a well-known vacuum deposition method or the like, and is brought into low-resistance contact with the surface of the p-type semiconductor region 16. This anode electrode 18
Has a circular planar shape, and is disposed substantially at the center of the upper surface of the p-type semiconductor region 16. p-type semiconductor region 16
A region 21 where the anode electrode 18 is not formed functions as a light extraction region. The cathode electrode portion 19 as the second electrode is a portion of the titanium nitride film 12 exposed from the n-type semiconductor region 14. Note that the entirety of the titanium nitride film 12, including the portion covered with the n-type semiconductor region 14, can also be referred to as a cathode electrode.

【0015】図2の青色発光ダイオードを外部装置に取
付ける時には例えば図4に示すように絶縁性基板11を
光透過性の接着剤22で支持基体23に固着し、支持基
体23の導体24、25にアノード電極18及びカソー
ド電極部分19を周知のワイヤボンディング方法によっ
てワイヤ26、27で電気的に接続する。
When the blue light emitting diode shown in FIG. 2 is mounted on an external device, for example, as shown in FIG. 4, the insulating substrate 11 is fixed to the support base 23 with a light-transmitting adhesive 22, and the conductors 24, 25 of the support base 23 are provided. The anode electrode 18 and the cathode electrode portion 19 are electrically connected by wires 26 and 27 by a known wire bonding method.

【0016】本実施例は次の効果を有する。 (1) n形半導体領域14を形成する時に、図1のn
形半導体領域2のようにドライエッチングで除去する工
程が不要になり、アモルファス膜20のウエットエッチ
ングでn形半導体領域14を特定パターンに形成するこ
とができるので、製造装置の低コスト化、製造工程の簡
単化が可能になり、発光ダイオードのコストの削減が達
成される。 (2) n形半導体領域14に図1のn形半導体領域2
のような段部を設けることが不要になるので、n形半導
体領域14を薄くすることができ、この薄くなった分だ
けコストの削除及び動作抵抗の低減が達成される。 (3) プラズマエッチングを必要としないので、n形
半導体領域14、活性層15、p形半導体領域16の結
晶性を良好に保ち、良好な特性を有する発光ダイオード
を得ることができる。 (4) カソード電極として機能する窒化チタン膜12
がn形半導体領域14の下面全体に接触しているので、
動作抵抗を低くすることができる。
This embodiment has the following effects. (1) When forming the n-type semiconductor region 14, the n-type semiconductor region 14 shown in FIG.
The step of removing by dry etching as in the case of the semiconductor region 2 becomes unnecessary, and the n-type semiconductor region 14 can be formed in a specific pattern by wet etching of the amorphous film 20. Can be simplified, and the cost of the light emitting diode can be reduced. (2) The n-type semiconductor region 2 of FIG.
Since it is not necessary to provide such a step, the n-type semiconductor region 14 can be made thinner, and the cost can be reduced and the operating resistance can be reduced by the thinner. (3) Since no plasma etching is required, the n-type semiconductor region 14, the active layer 15, and the p-type semiconductor region 16 maintain good crystallinity, and a light emitting diode having good characteristics can be obtained. (4) Titanium nitride film 12 functioning as cathode electrode
Are in contact with the entire lower surface of the n-type semiconductor region 14,
The operating resistance can be reduced.

【0017】[0017]

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 絶縁性基板11と窒化チタン膜12との間にチ
タンから成る金属膜が介在していても良い。また、窒化
チタン膜12と第1の半導体領域14との間に白金族元
素(Pt、Ir、Os、Pd、Rh、Ru等)から成る
金属膜が介在しても良い。この場合も、実施例と同様の
効果を得ることができる。 (2) 図2の発光素子において第1の導電形がn形、
第2の導電形がp形であるが、これを逆にしてもよい。
即ち、n形半導体領域14、活性層15、p形半導体領
域16の導電形を反転してもよい。また、図2のp形半
導体領域16の代りにn形GaNを形成すると、n形G
aNはp形GaNに比べてキャリア移動度が極めて大き
いので、電流通路を素子の外周側にまで広げることがで
き、発光領域を広げることができる。 (3) 窒化チタン膜12の厚みは下側の絶縁性基板1
1の結晶方位を上側のn形半導体領域14に良好に伝達
できるように50〜2000オングストロームの範囲に
設定するのが望ましい。50オングストロームより薄い
と窒化チタン膜12が半導体領域14の成長のための核
となって上側の半導体領域14に下側の絶縁性基板11
の結晶方位を良好に伝えることが難しくなり、一方、2
000オングストロームよりも厚くなると、窒化チタン
膜12内の結晶方位が下側の絶縁性基板11の結晶方位
と一致しなくなるため、同様に上側の半導体領域14に
結晶方位を良好に伝達できなくなる。 (4) 第1の半導体領域としてのn形半導体領域14
を不純物濃度や材料の異なる複数の層にすること、及び
p形半導体領域16を不純物濃度や材料の異なる複数の
層にすることができる。また、アノード電極18の下に
オーミック接触を良好にするための半導体領域を形成す
ることができる。 (5) 活性層15の導電形を第1の半導体領域14の
導電形と同じにすることもできる。 (6) 図4で破線で示すように窒化チタン膜12のカ
ソード電極部分19の上に金属層30を形成し、これを
カソード電極とすることができる。
[Modifications] The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications are possible. (1) A metal film made of titanium may be interposed between the insulating substrate 11 and the titanium nitride film 12. Further, a metal film made of a platinum group element (Pt, Ir, Os, Pd, Rh, Ru, or the like) may be interposed between the titanium nitride film 12 and the first semiconductor region 14. In this case, the same effect as that of the embodiment can be obtained. (2) In the light emitting device of FIG. 2, the first conductivity type is n-type,
Although the second conductivity type is p-type, this may be reversed.
That is, the conductivity types of the n-type semiconductor region 14, the active layer 15, and the p-type semiconductor region 16 may be reversed. When n-type GaN is formed instead of the p-type semiconductor region 16 in FIG.
Since aN has much higher carrier mobility than p-type GaN, the current path can be extended to the outer peripheral side of the device, and the light emitting region can be extended. (3) The thickness of the titanium nitride film 12 is lower than that of the insulating substrate 1.
It is desirable to set the crystal orientation in the range of 50 to 2000 Å so that the crystal orientation of 1 can be transmitted to the upper n-type semiconductor region 14 well. If the thickness is less than 50 angstroms, the titanium nitride film 12 becomes a nucleus for the growth of the semiconductor region 14 and the lower insulating substrate 11
It is difficult to transmit the crystal orientation of
If the thickness is larger than 000 angstroms, the crystal orientation in the titanium nitride film 12 does not match the crystal orientation of the lower insulating substrate 11, so that the crystal orientation cannot be transmitted to the upper semiconductor region 14 similarly. (4) N-type semiconductor region 14 as first semiconductor region
Can be formed into a plurality of layers having different impurity concentrations and materials, and the p-type semiconductor region 16 can be formed into a plurality of layers having different impurity concentrations and materials. Further, a semiconductor region for improving ohmic contact can be formed below the anode electrode 18. (5) The conductivity type of the active layer 15 may be the same as the conductivity type of the first semiconductor region 14. (6) As shown by a broken line in FIG. 4, a metal layer 30 can be formed on the cathode electrode portion 19 of the titanium nitride film 12 and can be used as a cathode electrode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の発光ダイオードを示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a conventional light emitting diode.

【図2】本発明の実施例の発光ダイオードを示す中央縦
断面図である。
FIG. 2 is a central longitudinal sectional view showing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

【図3】図2の発光ダイオードの製造工程を説明するた
めの断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the light emitting diode of FIG.

【図4】図2の発光ダイオードを支持体に装着したもの
を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the light emitting diode of FIG. 2 mounted on a support.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 絶縁性基板 12 窒化チタン膜 14 n形半導体領域 15 活性層 16 p形半導体領域 18 アノード電極 19 カソード電極部分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Insulating substrate 12 Titanium nitride film 14 N-type semiconductor region 15 Active layer 16 P-type semiconductor region 18 Anode electrode 19 Cathode electrode part

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性基板と、 前記絶縁性基板の一方の主面に形成された窒化チタン膜
と、 前記窒化チタン膜の主面の一部に接触するように形成さ
れた窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体から成る第
1の導電形の第1の半導体領域と、 前記第1の半導体領域の上に形成された窒化ガリウム又
は窒化ガリウム系半導体から成る第2の導電形の第2の
半導体領域と、 前記第2の半導体領域の表面の一部に形成された第1の
電極とを有し、前記窒化チタン膜の前記第1の半導体領
域で覆われていない部分を第2の電極又は第2の電極形
成領域として使用す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。
An insulating substrate; a titanium nitride film formed on one main surface of the insulating substrate; and gallium nitride or nitride formed so as to contact a part of the main surface of the titanium nitride film. A first semiconductor region of a first conductivity type made of a gallium-based semiconductor, and a second semiconductor region of a second conductivity type made of gallium nitride or a gallium nitride-based semiconductor formed on the first semiconductor region And a first electrode formed on a part of the surface of the second semiconductor region. A portion of the titanium nitride film that is not covered with the first semiconductor region is a second electrode or a second electrode. 2. A semiconductor light emitting device formed so as to be used as an electrode formation region of No. 2.
【請求項2】 前記第1の半導体領域と前記第2の半導
体領域との間に活性層が介在していることを特徴とする
請求項1記載の半導体発光素子。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an active layer is interposed between said first semiconductor region and said second semiconductor region.
【請求項3】 窒化チタン膜を形成することができる基
板を用意し、この基板の一方の主面上に窒化チタン膜を
形成する工程と、 前記窒化チタン膜の上の一部にアモルファス膜を形成す
る工程と、 前記窒化チタン膜の前記アモルファス膜で覆われていな
い部分の上に窒化ガリウム又は窒化ガリウム系半導体か
ら成る第1の導電形の第1の半導体領域を気相成長方法
で形成する工程と、 前記第1の半導体領域の上に窒化ガリウム又は窒化ガリ
ウム系半導体から成る第2の導電形の第2の半導体領域
を気相成長方法で形成する工程と、 前記アモルファス膜をウエットエッチングによって除去
する工程と、 前記第2の半導体領域の表面の一部に電極を形成する工
程とを備えていることを特徴とする半導体発光素子の製
造方法。
3. A step of preparing a substrate on which a titanium nitride film can be formed, forming a titanium nitride film on one main surface of the substrate, and forming an amorphous film on a part of the titanium nitride film. Forming a first semiconductor region of a first conductivity type made of gallium nitride or a gallium nitride-based semiconductor on a portion of the titanium nitride film that is not covered with the amorphous film by a vapor phase growth method Forming a second semiconductor region of a second conductivity type made of gallium nitride or a gallium nitride-based semiconductor on the first semiconductor region by a vapor deposition method; and wet etching the amorphous film. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: a step of removing; and a step of forming an electrode on a part of a surface of the second semiconductor region.
【請求項4】 前記第1の半導体領域と前記第2の半導
体領域との間に活性層を気相成長方法で形成する工程を
有していることを特徴とする請求項3記載の半導体発光
素子の製造方法。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 3, further comprising a step of forming an active layer between said first semiconductor region and said second semiconductor region by a vapor deposition method. Device manufacturing method.
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