JP3342336B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体発光素子
に係り、特に青色発光ダイオード、青色レーザダイオー
ドなど青色の発光デバイスに用いられる窒化ガリウム系
化合物半導体（ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ ｘ≦１、
０≦ｙ≦１）が積層された窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子において、最表面にｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層を有し、このｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
層側を発光観測面側とする発光素子に用いて好適な電極
構造に関する。
に係り、特に青色発光ダイオード、青色レーザダイオー
ドなど青色の発光デバイスに用いられる窒化ガリウム系
化合物半導体（ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ ｘ≦１、
０≦ｙ≦１）が積層された窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子において、最表面にｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層を有し、このｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
層側を発光観測面側とする発光素子に用いて好適な電極
構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、発光ダイオードの作成の容易さ
から、発光観測面側から、正、負両方の電極を取り出せ
ることが望ましい。しかし、発光観測面側に電極が存在
することは、電極により発光が阻害されるため、外部量
子効率が低下するという欠点がある。
から、発光観測面側から、正、負両方の電極を取り出せ
ることが望ましい。しかし、発光観測面側に電極が存在
することは、電極により発光が阻害されるため、外部量
子効率が低下するという欠点がある。
【０００３】この欠点を解決するために、発光観測面側
の化合物半導体層に形成する電極を透光性の全面金属と
し、外部量子効率を向上させることが提案されている
（例えば、特開平７−１０６６３３号公報参照。）。
の化合物半導体層に形成する電極を透光性の全面金属と
し、外部量子効率を向上させることが提案されている
（例えば、特開平７−１０６６３３号公報参照。）。
【０００４】上記発光素子を、図３及び図４に従い説明
する。図３は平面図、図４は図３のＡ−Ａ’線断面図で
ある。
する。図３は平面図、図４は図３のＡ−Ａ’線断面図で
ある。
【０００５】図３及び図４に示すように、サファイア基
板１上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２と、ｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体層３とが順次積層されて
いる。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２上には、こ
の半導体層２とオーミック接触するｎ型電極４が形成さ
れている。また、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３
表面のほぼ全面にニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の２種
類の金属薄膜を積層した透光性電極１１が形成され、こ
の透光性電極１１の上にボンディング用のパッド電極１
２が形成されている。
板１上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２と、ｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体層３とが順次積層されて
いる。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２上には、こ
の半導体層２とオーミック接触するｎ型電極４が形成さ
れている。また、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３
表面のほぼ全面にニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の２種
類の金属薄膜を積層した透光性電極１１が形成され、こ
の透光性電極１１の上にボンディング用のパッド電極１
２が形成されている。
【０００６】上記した構造によれば、ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体層３とオーミック接触する電極１１を透
光性としているので、素子の外部量子効率を向上させる
ことができる。
系化合物半導体層３とオーミック接触する電極１１を透
光性としているので、素子の外部量子効率を向上させる
ことができる。
【０００７】ところで、上述した構造では、パッド電極
１２の下に位置する部分へ流れる電流が多く、その領域
が素子の中で一番良く発光する。しかしながら、その発
光観測側にはパッド電極１２が位置するため、このパッ
ド電極１２により外部への発光が妨げられるという問題
があった。
１２の下に位置する部分へ流れる電流が多く、その領域
が素子の中で一番良く発光する。しかしながら、その発
光観測側にはパッド電極１２が位置するため、このパッ
ド電極１２により外部への発光が妨げられるという問題
があった。
【０００８】そこで、図４及び図５に示すように、ｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層３のほぼ全面に透光性電
極１１を設けると共に、この透光性電極１１の一部に貫
通した窓部１３を形成し、この窓部１３に透光性電極１
１と電気的に接続された金、アルミニウムなどからなる
ボンディング用パッド電極１２を設けた窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子が提案されている（例えば、特開
平７−９４７８２号公報参照）。
窒化ガリウム系化合物半導体層３のほぼ全面に透光性電
極１１を設けると共に、この透光性電極１１の一部に貫
通した窓部１３を形成し、この窓部１３に透光性電極１
１と電気的に接続された金、アルミニウムなどからなる
ボンディング用パッド電極１２を設けた窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子が提案されている（例えば、特開
平７−９４７８２号公報参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記した構造では、パ
ッド電極１２の材料としてｐ型窒化ガリウム系半導体層
３とオーミック接触しない材料を選択することで、パッ
ド電極１２の下に位置する半導体領域以外、即ち透光性
電極１１への電流供給が多くなり、パッド電極１２以外
の透光性電極１１の領域からの発光効率を向上させるこ
とができる。
ッド電極１２の材料としてｐ型窒化ガリウム系半導体層
３とオーミック接触しない材料を選択することで、パッ
ド電極１２の下に位置する半導体領域以外、即ち透光性
電極１１への電流供給が多くなり、パッド電極１２以外
の透光性電極１１の領域からの発光効率を向上させるこ
とができる。
【００１０】しかしながら、上記の構造では、透光性電
極１１自体が有する抵抗のために、パッド電極１２と接
触する透光性電極１１の端部に電流が集中し、透光性電
極１２が変質し、特性が劣化するという問題があった。
極１１自体が有する抵抗のために、パッド電極１２と接
触する透光性電極１１の端部に電流が集中し、透光性電
極１２が変質し、特性が劣化するという問題があった。
【００１１】この発明は、上述した従来の問題点に鑑み
なされたものにして、外部量子効率が優れ且つ特性劣化
がない半導体発光素子を提供することをその目的とす
る。
なされたものにして、外部量子効率が優れ且つ特性劣化
がない半導体発光素子を提供することをその目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は、発光観測面
側の半導体層表面のほぼ全面に設けられた透光性電極
と、この透光性電極の一部に設けられ前記半導体層表面
が露出する窓部と、この窓部の周縁部に設けられ前記透
光性電極及び前記半導体層とオーミック接触する金属層
と、この金属層及び前記窓部から露出する前記半導体層
と接触するパッド電極と、を備えたことを特徴とする。
側の半導体層表面のほぼ全面に設けられた透光性電極
と、この透光性電極の一部に設けられ前記半導体層表面
が露出する窓部と、この窓部の周縁部に設けられ前記透
光性電極及び前記半導体層とオーミック接触する金属層
と、この金属層及び前記窓部から露出する前記半導体層
と接触するパッド電極と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】また、この発明は、前記半導体層をｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体、前記金属層をニッケル、前
記パッド電極を金またはチタン、パラジウム、白金の中
から選ばれた１つと金との合金、で構成すると良い。
化ガリウム系化合物半導体、前記金属層をニッケル、前
記パッド電極を金またはチタン、パラジウム、白金の中
から選ばれた１つと金との合金、で構成すると良い。
【００１４】さらに、この発明は、前記ｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層が、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体層に積層されてなることを特徴とする。
ム系化合物半導体層が、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体層に積層されてなることを特徴とする。
【００１５】上記のように構成することで、透光性電極
への電流集中が緩和され、透光性電極の変質、劣化が防
止できる。
への電流集中が緩和され、透光性電極の変質、劣化が防
止できる。
【００１６】
【実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面を参
照して説明する。図１は、この発明を窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子に用いた場合の一実施の形態を示す
平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図である。
照して説明する。図１は、この発明を窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子に用いた場合の一実施の形態を示す
平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【００１７】図１及び図２に示すように、サファイア基
板１上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体層３がＭＯＣＶＤ法により形
成されている。そして、メサエッチングによりｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層３の一部が除去され、ｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体層２の一部が露出されてい
る。なお、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、ｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層３間には活性層が設けら
れている。
板１上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体層３がＭＯＣＶＤ法により形
成されている。そして、メサエッチングによりｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層３の一部が除去され、ｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体層２の一部が露出されてい
る。なお、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２、ｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層３間には活性層が設けら
れている。
【００１８】ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２の表
面には、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）を積層
したｎ電極４が電子ビーム蒸着などにより設けらてい
る。このｎ電極５は熱処理（アロイ）され、ｎ電極５と
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２とのオーミック接
触がとられている。
面には、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）を積層
したｎ電極４が電子ビーム蒸着などにより設けらてい
る。このｎ電極５は熱処理（アロイ）され、ｎ電極５と
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２とのオーミック接
触がとられている。
【００１９】発光観測面側となるｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体層３のほぼ全面に、この半導体層３とオーミ
ック接触する透光性電極１１が形成されている。この透
光性電極１１は膜厚１０ｎｍ程度のニッケル（Ｎｉ）薄
膜と膜厚１０ｎｍ程度の金（Ａｕ）薄膜を電子ビーム蒸
着などにより積層して形成されている。
合物半導体層３のほぼ全面に、この半導体層３とオーミ
ック接触する透光性電極１１が形成されている。この透
光性電極１１は膜厚１０ｎｍ程度のニッケル（Ｎｉ）薄
膜と膜厚１０ｎｍ程度の金（Ａｕ）薄膜を電子ビーム蒸
着などにより積層して形成されている。
【００２０】透光性電極１１には、ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体層３表面が露出する窓部１４が設けられて
いる。この窓部１４は、同一平面上からみて、ｎ型電極
４と最も距離の遠い位置、すなわち、対角線上に設けら
れている。
化合物半導体層３表面が露出する窓部１４が設けられて
いる。この窓部１４は、同一平面上からみて、ｎ型電極
４と最も距離の遠い位置、すなわち、対角線上に設けら
れている。
【００２１】この窓部１４の周縁部には、ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層３及び透光性電極１１の双方とオ
ーミック接触がとれる金属層、この実施の形態では、膜
厚０．３μｍ程度のニッケルからなる鍔状の電極１５が
形成されている。そして、この電極１５を含んで、窓部
１４から露出するｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３
と接触する金からなるパッド電極１６が設けられてい
る。
ウム系化合物半導体層３及び透光性電極１１の双方とオ
ーミック接触がとれる金属層、この実施の形態では、膜
厚０．３μｍ程度のニッケルからなる鍔状の電極１５が
形成されている。そして、この電極１５を含んで、窓部
１４から露出するｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３
と接触する金からなるパッド電極１６が設けられてい
る。
【００２２】なお、上記パッド電極１６としては、金
（Ａｕ）以外にチタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、
白金（Ｐｔ）の中から選ばれた１つと金との合金を用い
てもよい。
（Ａｕ）以外にチタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、
白金（Ｐｔ）の中から選ばれた１つと金との合金を用い
てもよい。
【００２３】このパッド電極１６は電極１５を介して透
光性電極１１とオーミック接触されると共に、一部が電
極１５を介してｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の
一部とオーミック接触する。ただし、ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体層３とパッド電極１６とが直接接触する
箇所はオーミック接触ではなく、この間の抵抗は大き
い。
光性電極１１とオーミック接触されると共に、一部が電
極１５を介してｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の
一部とオーミック接触する。ただし、ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体層３とパッド電極１６とが直接接触する
箇所はオーミック接触ではなく、この間の抵抗は大き
い。
【００２４】このように構成することで、パッド電極１
６からの電流は電極１５を介して透光性電極１１及びｐ
型窒化ガリウム半導体層３へ大きく広がって供給される
ことになり、透光性電極１１への電流の集中が緩和さ
れ、透光性電極１１の変質並びに特性の劣化が防止でき
る。また、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３とパッ
ド電極１６とが直接接触する箇所の抵抗は大きいので、
この部分には電流があまり流れず、パッド電極１６で隠
れる箇所の発光は少ない。
６からの電流は電極１５を介して透光性電極１１及びｐ
型窒化ガリウム半導体層３へ大きく広がって供給される
ことになり、透光性電極１１への電流の集中が緩和さ
れ、透光性電極１１の変質並びに特性の劣化が防止でき
る。また、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３とパッ
ド電極１６とが直接接触する箇所の抵抗は大きいので、
この部分には電流があまり流れず、パッド電極１６で隠
れる箇所の発光は少ない。
【００２５】さて、上記の構造のこの発明に係る発光素
子と電極１５を設けずに図６に示すように直接パッド電
極１２を窓部１３設けた以外はこの発明と同じ構成の発
光素子を用意し、動作電圧（ＶF）を測定した。この結
果、この発明による発光素子は従来の発光素子に比べて
８２．５％の電圧で動作が可能となり、消費電力を低減
化できることが分かった。これは、電極１５を設けたこ
とにより、透光性電極１１の特性の劣化の防止と、パッ
ド電極１６と透光性電極１１のオーミック接触が向上し
たためと思われる。
子と電極１５を設けずに図６に示すように直接パッド電
極１２を窓部１３設けた以外はこの発明と同じ構成の発
光素子を用意し、動作電圧（ＶF）を測定した。この結
果、この発明による発光素子は従来の発光素子に比べて
８２．５％の電圧で動作が可能となり、消費電力を低減
化できることが分かった。これは、電極１５を設けたこ
とにより、透光性電極１１の特性の劣化の防止と、パッ
ド電極１６と透光性電極１１のオーミック接触が向上し
たためと思われる。
【００２６】上記した実施の形態においては、発光観測
面側の半導体層として、ｐ型窒化ガリウム半導体を用い
た窒化ガリウム系化合物半導体発光素子について説明し
たが、この発明は、発光観測面側の半導体素子として、
ＡｌＧａＩｎＰ或いはＳｉＣを用いた発光素子に適用す
ることができる。
面側の半導体層として、ｐ型窒化ガリウム半導体を用い
た窒化ガリウム系化合物半導体発光素子について説明し
たが、この発明は、発光観測面側の半導体素子として、
ＡｌＧａＩｎＰ或いはＳｉＣを用いた発光素子に適用す
ることができる。
【００２７】また、他のＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡ
ｌＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＡｓな
どの半導体材料を用いた発光素子において、発光観測面
側のほぼ前面に透光性電極を設ける場合には、この発明
を適用すれば上述した実施の形態と同様の効果が得られ
る。
ｌＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＡｓな
どの半導体材料を用いた発光素子において、発光観測面
側のほぼ前面に透光性電極を設ける場合には、この発明
を適用すれば上述した実施の形態と同様の効果が得られ
る。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、透光性電極の特性の劣化の防止とパッド電極と透光
性電極のオーミック接触が向上され、消費電力の少ない
且つパッド電極により外部への発光が妨げられることを
抑制でき、外部量子効率の高い発光素子を提供すること
ができる。
ば、透光性電極の特性の劣化の防止とパッド電極と透光
性電極のオーミック接触が向上され、消費電力の少ない
且つパッド電極により外部への発光が妨げられることを
抑制でき、外部量子効率の高い発光素子を提供すること
ができる。
【図１】この発明を窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子に適用した場合の一実施の形態を示す平面図である。
子に適用した場合の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’線断面図である。
【図５】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ’線断面図である。
１ サファイア基板 ２ ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層 ３ ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層 ４ ｎ型電極 １１ 透光性電極 １４ 窓部 １５ 電極（金属層） １６ パッド電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−106633（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−94782（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−264827（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−232632（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 発光観測面側の半導体層表面のほぼ全面
に設けられた透光性電極と、この透光性電極の一部に設
けられ前記半導体層表面が露出する窓部と、この窓部の
周縁部に設けられ前記透光性電極及び前記半導体層とオ
ーミック接触する金属層と、この金属層及び前記窓部か
ら露出する前記半導体層と接触するパッド電極と、を備
えたことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記半導体層がｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体からなり、前記金属層がニッケルであり、前記
パッド電極が金またはチタン、パラジウム、白金の中か
ら選ばれた１つと金との合金であることを特徴とする請
求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
が、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層に積層されてな
ることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4020997A JP3342336B2 (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4020997A JP3342336B2 (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242518A JPH10242518A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3342336B2 true JP3342336B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=12574401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4020997A Expired - Fee Related JP3342336B2 (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3342336B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4026294B2 (ja) * | 2000-03-07 | 2007-12-26 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法 |
| KR100983825B1 (ko) | 2005-10-07 | 2010-09-27 | 주식회사 에피밸리 | 3족 질화물 반도체 발광소자 |
| JP2010153581A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法、ランプ |
| KR101081135B1 (ko) | 2010-03-15 | 2011-11-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 |
| JP6068165B2 (ja) | 2013-01-29 | 2017-01-25 | スタンレー電気株式会社 | 半導体光学装置、および半導体光学装置の製造方法 |
-
1997
- 1997-02-25 JP JP4020997A patent/JP3342336B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10242518A (ja) | 1998-09-11 |
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