JP4164689B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、例えばAlGaAs系、AlGaInP系、GaN系等の半導体から成る発光層を含む半導体発光素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device including a light emitting layer made of a semiconductor such as AlGaAs, AlGaInP, or GaN, and a method for manufacturing the same.
AlGaInP系化合物半導体によって発光層即ち活性層が形成されている従来の典型的な半導体発光素子は、GaAsから成る支持基板と、この支持基板上に配置された発光のために必要な複数のAlGaInP系化合物半導体層を含む主半導体領域とを有する。AlGaInP系化合物半導体はGaAs支持基板に対して比較的良好にエピタキシャル成長させることができる。 A conventional typical semiconductor light emitting device in which a light emitting layer, that is, an active layer is formed of an AlGaInP compound semiconductor, includes a support substrate made of GaAs and a plurality of AlGaInP systems necessary for light emission disposed on the support substrate. A main semiconductor region including a compound semiconductor layer. The AlGaInP-based compound semiconductor can be epitaxially grown relatively well on the GaAs support substrate.
しかしながら、GaAs支持基板は、主半導体領域に含まれている発光層から発光された光の波長帯域での光吸収係数が極めて高い。このため、発光層から支持基板側に放出された光の多くはGaAs支持基板に吸収されてしまい、高い発光効率を有する発光素子を得ることが出来なかった。 However, the GaAs support substrate has a very high light absorption coefficient in the wavelength band of the light emitted from the light emitting layer included in the main semiconductor region. For this reason, most of the light emitted from the light emitting layer to the support substrate side is absorbed by the GaAs support substrate, and a light emitting element having high light emission efficiency cannot be obtained.
上記のGaAs支持基板による光吸収を防いで発光効率を高める方法として、前述の基本構造の半導体発光素子においてGaAs等の支持基板上に発光層を含む主半導体領域をエピタキシャル成長させた後にGaAs支持基板を除去し、発光層を含む主半導体領域に例えばGaPから成る光透過性基板を貼着し、更にこの光透過性基板の下面に光反射性を有する電極を形成する方法が知られている。しかし、この光透過性基板と光反射性電極とを設ける構造は、発光層を含む主半導体領域と光透過性基板との界面における抵抗によってアノード電極とカソード電極との間の順方向電圧が比較的大きくなるという欠点を有する。 As a method for preventing light absorption by the GaAs support substrate and increasing the light emission efficiency, the main semiconductor region including the light emitting layer is epitaxially grown on the support substrate such as GaAs in the semiconductor light emitting device having the basic structure described above, and then the GaAs support substrate is formed. A method is known in which a light-transmitting substrate made of, for example, GaP is attached to the main semiconductor region including the light-emitting layer, and an electrode having light reflectivity is formed on the lower surface of the light-transmitting substrate. However, the structure in which the light-transmitting substrate and the light-reflecting electrode are provided is such that the forward voltage between the anode electrode and the cathode electrode is compared by the resistance at the interface between the main semiconductor region including the light emitting layer and the light-transmitting substrate. Has the disadvantage of becoming larger.
上記欠点を解決するための方法が、特開2002−217450号公報(以下特許文献1と言う。)開示されている。即ち、前記特許文献1には、発光層を含む主半導体領域の下面側にオーミック性が優れている反面、反射性が低いAuGeGa合金層を分散的に形成し、AuGeGa合金層の下面及びこれによって覆われていない発光層を含む主半導体領域の下面の両方を反射性が優れているAl等の金属反射膜で覆い、更に、この金属反射膜に例えば導電性を有するシリコンから成る導電性支持基板を貼着することが開示されている。Alから成る金属反射膜の半導体領域に対するオーミック接触性は悪い。しかし、AuGeGa合金層は例えばAlGaInP等の半導体領域及び光反射膜に対して比較的良好にオーミック接触する。従って、この構造によると、アノード電極とカソード電極との間の順方向電圧を低下させることができる。
また、発光層から導電性支持基板側に放出された光をAlから成る金属反射膜によって良好に反射させることができる。
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-217450 (hereinafter referred to as Patent Document 1) discloses a method for solving the above drawbacks. That is, in Patent Document 1, an ohmic property is excellent on the lower surface side of the main semiconductor region including the light emitting layer, but an AuGeGa alloy layer having low reflectivity is formed in a dispersed manner. Both the lower surface of the main semiconductor region including the uncovered light emitting layer is covered with a metal reflective film such as Al having excellent reflectivity, and the conductive support substrate made of, for example, conductive silicon is used for the metal reflective film. Is disclosed. The ohmic contact with the semiconductor region of the metal reflective film made of Al is poor. However, the AuGeGa alloy layer has a relatively good ohmic contact with a semiconductor region such as AlGaInP and the light reflecting film. Therefore, according to this structure, the forward voltage between the anode electrode and the cathode electrode can be reduced.
Further, the light emitted from the light emitting layer to the conductive support substrate side can be favorably reflected by the metal reflective film made of Al.
しかし、前記特許文献1に記載の発光素子では、製造プロセス中の種々の熱処理工程を経る過程において、金属反射膜及びAuGeGa合金層とこれに隣接する主半導体領域との間に反応が生じ、その界面における反射率が低下することがあった。このため、期待されたほどには、発光効率の高い半導体発光素子を歩留り良く生産することができなかった。また、オーミックコンタクト用のAuGeGa合金属が主半導体領域の下面に対して分散的に形成されているので、発光効率と順方向電圧の両方を十分に満足させることができなかった。即ち、半導体領域の下面に対するオーミックコンタクト用のAuGeGaの割合を大きくすると、順方向電圧は低下する反面、Al反射膜の面積の減少によって反射量が低下し、発光効率の低下を招く。従って、従来技術では、発光効率と順方向電圧との両方を同時に改善することが困難であった。
そこで、本発明の課題は、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができないことである。 Accordingly, an object of the present invention is that a semiconductor light emitting device having high light emission efficiency cannot be obtained.
上記課題を解決するための本発明は、
発光のための複数の半導体層を有し且つ光を取り出すための一方の主面とこの一方の主面と反対側の他方の主面とを有し且つ前記他方の主面に露出するコンタクト層を有する半導体領域と、
前記半導体領域の一方の主面側に配置された半導体層に電気的に接続された第1の電極と、
前記半導体領域の他方の主面にオーミック接触し且つ導電性を有し且つ前記半導体領域で発生した光に対する透過性を有している光透過膜と、
前記光透過膜を覆うように配置され且つ前記半導体領域で発生した光を反射する機能を有している金属光反射膜と、
前記光透過膜又は前記金属光反射膜に対して電気的に接続された第2の電極と
備え、前記コンタクト層の厚みT及び屈折率をn 1 が
T=(2m+1)×(λ/4n 1 )±λ/8n 1
n 1 =(n 2 ×n 3 ) 1/2 ×0.8〜(n 2 ×n 3 ) 1/2 ×1.2
ここで、mは0又は1又は2のいずれかの値、
n 2 は前記光透過膜の屈折率、
n 3 は前記半導体領域において前記コンタクト層に接している層の屈折率、
λは前記半導体領域から発生する光の波長、
に決定されていることを特徴とする半導体発光素子に係わるものである。
本発明における半導体発光素子は、完成した発光素子のみでなく、中間製品としての発光チップであってもよい。
The present invention for solving the above problems is as follows.
A contact layer having a plurality of semiconductor layers for light emission and having one main surface for extracting light and the other main surface opposite to the one main surface and exposed to the other main surface A semiconductor region having
A first electrode electrically connected to a semiconductor layer disposed on one main surface side of the semiconductor region;
A light-transmitting film that is in ohmic contact with the other main surface of the semiconductor region, has conductivity, and is transmissive to light generated in the semiconductor region;
A metal light reflection film disposed so as to cover the light transmission film and having a function of reflecting light generated in the semiconductor region;
Comprising a second electrode electrically connected to the light-transmitting film or the metal light-reflecting film, the thickness T and refractive index of the contact layer n 1 is
T = (2m + 1) × (λ / 4n 1 ) ± λ / 8n 1
n 1 = (n 2 × n 3 ) 1/2 × 0.8 to (n 2 × n 3 ) 1/2 × 1.2
Here, m is a value of 0, 1 or 2,
n 2 is the refractive index of the light transmission film,
n 3 is the refractive index of the layer in contact with the contact layer in the semiconductor region,
λ is the wavelength of light generated from the semiconductor region,
The present invention relates to a semiconductor light emitting device characterized by the above.
The semiconductor light emitting device in the present invention may be not only a completed light emitting device but also a light emitting chip as an intermediate product.
前記半導体領域は3−5族化合物半導体から成ることが望ましい。
また、前記半導体領域の前記他方の主面に露出する半導体層はヒ素(As)を含む化合物半導体から成ることが望ましい。ガリウムヒ素(GaAs)、アルミニウムガリウムヒ素(AlGaAs)等のAsを含む化合物半導体は、光透過膜と良好に低抵抗性接触する。この結果、低い動作電圧をより確実に得ることができる。
前記光透過膜は光透過性を有する金属酸化物からなることが望ましい。
前記光透過膜は、In2O3即ち酸化インジウム又は三酸化二インジウムとSnO2即ち酸化錫又は酸化第二錫との混合物(以下、ITOと言う。)、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛(ZnO)(以下、AZOと言う。)、フッ素がドープされた酸化錫(SnO2)(以下、FTOと言う。)、ZnO即ち酸化亜鉛、SnO即ち酸化錫又は酸化第一錫、ZnSe即ち亜鉛セレン、及びGaO即ち酸化ガリウムから選択された少なくとも1つから成ることが望ましい。これらの材料から成る光透過膜は金属反射膜及び半導体領域と良好に低抵抗性接触すると共に、光透過性に優れ、光の減衰を抑制して半導体領域で発生した光を金属光反射膜側及びこれとは逆の方向に良好に導くことができ、且つ金属光反射膜の金属の半導体領域側への拡散を良好に抑制する機能を有する。
前記光透過膜は、10nm〜1μmの厚みを有していることが望ましい。10nm以上の厚みを有する光透過膜は、金属光反射膜と半導体領域との反応即ち半導体と金属との相互拡散を抑制する機能を有し、これらの界面に光吸収の大きい合金層が形成されることを防止する。また、前記光透過膜の厚みを1μm以下に制限すると、前記光透過膜における光の減衰が少なくなり、外部量子効率を向上することができる。
前記金属光反射膜は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、及び銅(Cu)から選択された少なくとも1つを含む層であることが望ましい。これ等の金属膜で形成された金属光反射膜は、光透過膜との界面に良好な光反射面を形成する。即ち、Al膜及びAg膜から成る金属光反射膜は、短波長から長波長までの比較的広い波長領域の可視光に対して良好な反射特性を有する。また、Cu膜及びAu膜から成る金属光反射膜は、比較的長波長の可視光に対し良好な反射特性を有する。
前記半導体発光素子は、更に、前記金属光反射膜に結合された導電性支持基板を有していることが望ましい。前記半導体発光素子が導電性支持基板を有していると、前記半導体領域、前記光透過膜及び前記金属光反射膜の安定的な機械的支持が達成される。
前記第2の電極は前記導電性支持基板に結合され、前記導電性支持基板と前記金属光反射膜とを介して前記光透過膜に電気的に接続されていることが望ましい。これにより、前記第2の電極の形成が容易になる。
The semiconductor region is preferably made of a Group 3-5 compound semiconductor.
The semiconductor layer exposed on the other main surface of the semiconductor region is preferably made of a compound semiconductor containing arsenic (As). A compound semiconductor containing As such as gallium arsenide (GaAs) or aluminum gallium arsenide (AlGaAs) is in good low-resistance contact with the light-transmitting film. As a result, a low operating voltage can be obtained more reliably.
The light transmissive film is preferably made of a light transmissive metal oxide.
The light transmitting film is made of In 2 O 3, indium oxide or a mixture of indium trioxide and SnO 2, ie, tin oxide or stannic oxide (hereinafter referred to as ITO), aluminum-doped zinc oxide (ZnO ) (Hereinafter referred to as AZO), fluorine-doped tin oxide (SnO 2 ) (hereinafter referred to as FTO), ZnO or zinc oxide, SnO or tin oxide or stannous oxide, ZnSe or zinc selenium, And at least one selected from GaO or gallium oxide. The light-transmitting film made of these materials has good low-resistance contact with the metal reflecting film and the semiconductor region, and also has excellent light transmittance, suppresses light attenuation, and emits light generated in the semiconductor region to the metal light reflecting film side. In addition, it has a function that can be favorably guided in the opposite direction, and that suppresses the diffusion of the metal light reflection film to the semiconductor region side of the metal satisfactorily.
The light transmission film preferably has a thickness of 10 nm to 1 μm. The light transmission film having a thickness of 10 nm or more has a function of suppressing the reaction between the metal light reflection film and the semiconductor region, that is, the mutual diffusion between the semiconductor and the metal, and an alloy layer having a large light absorption is formed at the interface between them. To prevent it. Moreover, when the thickness of the light transmission film is limited to 1 μm or less, the attenuation of light in the light transmission film is reduced, and the external quantum efficiency can be improved.
The metal light reflecting film is preferably a layer including at least one selected from aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), and copper (Cu). A metal light reflection film formed of these metal films forms a good light reflection surface at the interface with the light transmission film. That is, the metal light reflection film composed of the Al film and the Ag film has good reflection characteristics with respect to visible light in a relatively wide wavelength region from a short wavelength to a long wavelength. Further, the metal light reflection film made of the Cu film and the Au film has good reflection characteristics with respect to visible light having a relatively long wavelength.
The semiconductor light emitting device preferably further includes a conductive support substrate bonded to the metal light reflecting film. When the semiconductor light emitting element has a conductive support substrate, stable mechanical support of the semiconductor region, the light transmission film, and the metal light reflection film is achieved.
Preferably, the second electrode is coupled to the conductive support substrate and electrically connected to the light transmission film via the conductive support substrate and the metal light reflection film. Thus, formation of the second electrode is facilitated.
本発明に従う半導体発光素子において、前記半導体領域と前記金属光反射膜との間に配置された導電性を有する光透過膜は、前記半導体領域及び前記金属光反射膜の両方にオーミック接触し且つ前記半導体領域と前記金属光反射膜との合金化を抑制するので、従来の金属光反射膜を半導体領域に直接に接触させる場合よりも優れた光反射面を構成することができる。また、光透過膜における光の吸収が従来のAuGeGa合金属よりも少ない。このため、半導体領域から金属光反射膜側に放射された光を半導体領域の一方の主面側に良好に戻すことができ、外部発光効率を増大させることができる。
また、前記特許文献1の半導体発光素子に比べて、金属光反射膜がオーミックコンタクトしている領域の面積を増大させることができる。このようにオーミックコンタクト領域の面積を増大させると、発光時における電流通路の抵抗が小さくなり、順方向電圧が低下し、電力損失が小さくなり、発光効率が向上する。
また、コンタクト層の厚みTと屈折率n 1 とを本発明のように設定すると、光透過膜と金属光反射膜との間で反射した光がコンタクト層と光透過膜との界面で全反射することを防止できる。この結果、光透過膜と金属光反射膜との界面で反射した光を半導体領域の一方の主面側に良好に導くことができる。
In the semiconductor light emitting device according to the present invention, the conductive light transmissive film disposed between the semiconductor region and the metal light reflective film is in ohmic contact with both the semiconductor region and the metal light reflective film, and Since the alloying between the semiconductor region and the metal light reflecting film is suppressed, a light reflecting surface superior to the case where the conventional metal light reflecting film is brought into direct contact with the semiconductor region can be configured. Further, the light transmission film absorbs less light than the conventional AuGeGa alloy. For this reason, the light radiated | emitted from the semiconductor region to the metal light reflection film side can be satisfactorily returned to one main surface side of the semiconductor region, and the external light emission efficiency can be increased.
Further, compared to the semiconductor light emitting device of Patent Document 1, the area of the region where the metal light reflecting film is in ohmic contact can be increased. When the area of the ohmic contact region is increased in this way, the resistance of the current path during light emission is reduced, the forward voltage is reduced, the power loss is reduced, and the light emission efficiency is improved.
Further, when the thickness T and the refractive index n 1 of the contact layer are set as in the present invention, the light reflected between the light transmission film and the metal light reflection film is totally reflected at the interface between the contact layer and the light transmission film. Can be prevented. As a result, the light reflected at the interface between the light transmission film and the metal light reflection film can be favorably guided to one main surface side of the semiconductor region .
次に、図1〜図3を参照して本発明の実施形態に従う半導体発光素子即ち発光ダイオード及びその製造方法を説明する。 Next, a semiconductor light emitting device, that is, a light emitting diode, and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の実施例1に従うダブルヘテロ接合型半導体発光素子1は、図1に概略的に示すように、発光のために必要な半導体領域2と、本発明に従う光透過膜3と、金属光反射膜4と、第1及び第2の接合金属層5、6と、導電性シリコン支持基板7と、第1の電極としてのカソード電極8と、第2の電極としてのアノード電極9とから成る。
As shown schematically in FIG. 1, a double heterojunction semiconductor light emitting device 1 according to Example 1 of the present invention includes a
半導体領域2は、P(リン)又はN(窒素)又はAs(砒素)等の5族の元素と、Al(アルミニウム)、Ga(ガリウム)、In(インジウム)、B(ホウ素)等から選択された1つ又は複数の3族の元素との化合物半導体から成り、主半導体領域又は発光半導体基板と呼ぶこともできるものである。図1の実施例の半導体領域2は、一方の主面11と他方の主面12とを有し、一方の主面11から他方の主面12に向かって順次に配置されたn型(第1導電型)の第1の補助層13と、n型の第2の補助層14と、n型クラッド層又は第1導電型半導体層とも呼ぶことができるn型半導体層15と、発光層と呼ぶこともできる活性層16と、p型(第2導電型)クラッド層又は第2導電型半導体層と呼ぶこともできるp型半導体層17と、p型の第3の補助層18と、p型コンタクト層19とを有する。
ダブルヘテロ接合型発光ダイオードのための半導体領域2において発光のために最も重要な部分はn型半導体層15と活性層16とp型半導体層17である。従って、半導体領域2のn型の第1の補助層13とn型の第2の補助層14とp型の第3の補助層18とp型コンタクト層19との全て又は一部を省略することができる。また、ダブルヘテロ接合型としない場合には活性層16を省くこともできる。従って、半導体領域2は少なくともn型半導体層15とp型半導体層17とを含むものであれば良い。
この発光素子1は、活性層16から放射された光を半導体領域2の一方の主面11側から取り出すように構成されている。
次に、発光素子1の各部を詳しく説明する。
The
The most important parts for light emission in the
The light emitting element 1 is configured to extract light emitted from the
Next, each part of the light emitting element 1 will be described in detail.
n型半導体層15とp型半導体層17との間に配置された活性層16は、3−5族化合物半導体から成る。この3−5族化合物半導体は、化学式
AlxGayIn1-x-yP
ここで、x,yは0≦x≦1、
0≦y≦1、
0≦x+y≦1を満足する数値、
で示すことができる材料であることが望ましい。しかし、活性層16をAlxGayIn1-x-yN等の別の3−5族化合物半導体で構成することもできる。
この実施形態では、活性層16に、導電型決定不純物が添加されていない。しかし、活性層16にp型クラッド層17よりも低い濃度でp型不純物を添加すること、又はn型半導体層15よりも低い濃度でn型不純物を添加することも可能である。また、図1では図示を簡略化するために活性層16が単一の層で示されているが、実際には、周知の多重量子井戸(MQW:Multi-Quantum-Well)構造、又は単一量子井戸(SQW:Single-Quantum-Well )構造を有する。
The
Here, x and y are 0 ≦ x ≦ 1,
0 ≦ y ≦ 1,
A numerical value satisfying 0 ≦ x + y ≦ 1,
It is desirable that the material can be represented by. However, the
In this embodiment, the conductivity determining impurity is not added to the
活性層16の一方の側に配置されたn型半導体層15は、n型不純物(例えばSi)が添加された3−5族化合物半導体から成る。この3−5族化合物半導体は、例えば化学式
Alx Gay In1-x-y P
ここで、x,yは0≦x<1、
0≦y≦1、
0≦x+y≦1を満足する数値、
で示すことができる材料であることが望ましい。活性層16で発生した光を外部に良好に取り出すためにn型半導体層15のAlの割合xは活性層16のAlの割合xよりも大きい値を有し、好ましくは0.15〜0.45、より好ましくは0.2〜0.4である。また、Gaの割合yは好ましくは0.05〜0.35、より好ましくは0.1〜0.3である。n型半導体層15のn型不純物の濃度は5×1017cm-3以上であることが望ましい。n型半導体層15のバンドギャップは活性層16のバンドギャップよりも大きい。
なお、n型半導体層15をAlxGayIn1-x-yN等の別の3−5族化合物半導体で構成することもできる。
The n-
Here, x and y are 0 ≦ x <1,
0 ≦ y ≦ 1,
A numerical value satisfying 0 ≦ x + y ≦ 1,
It is desirable that the material can be represented by. In order to satisfactorily extract the light generated in the
Note that the n-
活性層12の他方の側に配置されたp型半導体層17は、p型不純物(例えばZn)が添加された3−5族化合物半導体から成る。この3−5族化合物半導体は、例えば化学式
AlxGayIn1-x-y P
ここでx,yは0≦x≦1、
0≦y≦1、
0≦x+y≦1を満足する数値、
で示すことができる材料であることが望ましい。活性層16で発生した光を外部に良好に取り出すためにp型半導体層17のAlの割合xは活性層16のAlの割合xよりも大きい値を有し、好ましくは0.15〜0.5の範囲に設定される。p型半導体層17のp型不純物の濃度は例えば5×1017cm-3以上に決定される。p型半導体層17のバンドギャップは活性層16のバンドギャップよりも大きい。
なお、p型半導体層17をAlxGayIn1-x-yN等の別の3−5族化合物半導体で構成することもできる。
The p-
Where x and y are 0 ≦ x ≦ 1,
0 ≦ y ≦ 1,
A numerical value satisfying 0 ≦ x + y ≦ 1,
It is desirable that the material can be represented by. In order to satisfactorily extract the light generated in the
Note that the p-
n型半導体層15の上に配置された第2の補助層14は電流拡散層又はバッファ層と呼ぶこともできるものであって、主として順方向電流の分布の均一性を高める働きを有する。即ち、第2の補助層14は半導体領域2の一方の主面11に対して垂直な方向から見て、カソード電極8の外周側に電流を広げる働きを有する。また、この第2の補助層14は、活性層16で発生した光を素子の外周側に広げて取り出す働きを有する。この実施例1の第2の補助層14はn型GaAsから成る。しかし、第2の補助層14を例えばGaAs以外の例えばGaP、又はGaxIn1-x P、又はAlxGa1-x As、又はGaN、又はGaxIn1-xN、又はAlxGa1-xN等のn型の別の3−5族化合物半導体で構成することができる。
The second
第2の補助層14の上に配置されたn型の第1の補助層13はn型コンタクト層と呼ぶこともできるものであって、主としてカソード電極8のオーミックコンタクトを良好にする機能を有し、更に、後述する発光素子の製造工程におけるエッチングのストッパとしての機能も有する。この第1の補助層13は、例えば化学式
AlxGayIn1-x-yP
ここで、x,yは0≦x≦1、
0≦y≦1、
0≦x+y≦1を満足する数値、
で示すことができる3−5族化合物半導体にn型不純物を添加したものから成る。
なお、第1の補助層13をAlxGayIn1-x-yN等の別の3−5族化合物半導体で構成することもできる。
The n-type first
Here, x and y are 0 ≦ x ≦ 1,
0 ≦ y ≦ 1,
A numerical value satisfying 0 ≦ x + y ≦ 1,
It consists of what added the n-type impurity to the group 3-5 compound semiconductor which can be shown by these.
The first
p型半導体層17に隣接配置された第3の補助層18は、電流拡散層又はバッファ層と呼ぶこともできるものであって、主として順方向電流の分布の均一性を高める働きを有する。即ち、第3の補助層18は半導体領域2の一方の主面11に対して垂直な方向から見て、カソード電極8の外周側に電流を広げる働きを有する。第3の補助層18はp型GaP(ガリウム リン)又はp型GaN等の別の3−5族化合物半導体で構成される。
The third
第3の補助層18に隣接配置されたp型コンタクト層19は半導体領域2の他方の主面12に露出する半導体層であって、本発明に従う光透過膜3の良好のオーミック接触を得るため設けられている。このp型コンタクト層19はAsを含む3−5族化合物半導体から成ることが望ましい。この実施例ではp型GaAs(ガリウム 砒素)が使用されているが、これに限らずp型AlGaAs、p型GaN、p型AlGaN等の別の3−5族化合物半導体を使用することができる。
コンタクト層19の厚みをT、屈折率をn1、光透過膜3の屈折率をn2、第3の補助層18の屈折率をn3、活性層16から発生する光の波長をλとした時、コンタクト層19の厚みT及び屈折率をn1を次の条件を満足するように決定することが望ましい。
T=(2m+1)×(λ/4n1)±λ/8n1
ここで、mは0又は1又は2のいずれかの値である。
n1=(n2×n3)1/2×0.8〜(n2×n3)1/2×1.2
コンタクト層19の厚みTと屈折率n1とをこのように設定すると、光透過膜3と金属光反射膜4との間で反射した光がコンタクト層19と光透過膜3との界面で全反射することを防止できる。この結果、光透過膜3と金属光反射膜4との界面で反射した光を半導体領域2の一方の主面11側に良好に導くことができる。
The p-
The thickness of the
T = (2m + 1) × (λ / 4n 1 ) ± λ / 8n 1
Here, m is 0 or any value of 1 or 2.
n 1 = (n 2 × n 3 ) 1/2 × 0.8 to (n 2 × n 3 ) 1/2 × 1.2
When the thickness T and the refractive index n 1 of the contact layer 19 are set in this way, the light reflected between the light transmission film 3 and the metal
光透過膜3は導電性を有し且つ半導体領域2で発生した光に対する透過性を有しており、半導体領域2の他方の主面12即ちp型コンタクト層19の全体にオーミック接触している。この光透過膜3は半導体領域2で発生した光に対する透過率が半導体領域2の透過率よりも大きい材料で形成される。この光透過膜3の透過率は60%以上であることが望ましい。光透過膜3は半導体領域2及び金属光反射膜4との間に合金化部分又は相互拡散部分が生じない又は僅かしか生じない材料及び方法で形成される。光透過膜3の好ましい材料は金属酸化物又は金属化合物であり、より好ましい材料は例えば、ITO、AZO、FTO、ZnO、SnO、ZnSe、及びGaOから選択された少なくとも1つであり、最も好ましい材料はITOである。また、光透過膜3の好ましい形成方法はスパッタリング又CVD(Chemical Vapor Deposition)又は蒸着である。
光透過膜3の厚みは10nm〜1μmであることが望ましい。光透過膜3の厚みを10nm以上にすると、金属光反射膜4と半導体領域2との合金化を良好に抑制することができる。また、光透過膜3の厚みを1μm以下に制限すると、光透過膜3における光の減衰が少なくなり、外部量子効率を向上することができる。光透過膜3は半導体領域2の他方の主面12の全面に形成することが最も望ましいが、しかし他方の主面12の50〜100%の範囲に形成することもできる。
The light transmissive film 3 has conductivity and is transmissive to light generated in the
The thickness of the light transmission film 3 is desirably 10 nm to 1 μm. When the thickness of the light transmission film 3 is 10 nm or more, alloying between the metal
金属光反射膜4は半導体領域2で発生した光を反射する機能を有し、光透過膜3の全面を覆うように配置されている。この金属光反射膜4を、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、及び銅(Cu)から選択された少なくとも1つ金属、又はアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、及び銅(Cu)から選択された少なくとも1つ金属を含む合金で形成することが望ましい。この実施例ではコストの点で有利なアルミニウム(Al)で金属光反射膜4が形成されている。金属光反射膜4は光透過膜3の全面に形成することが最も望ましいが、光透過膜3又は他方の主面12の50〜100%の範囲に形成することもできる。十分な光反射機能を得るために金属光反射膜4は好ましくは0.05μm〜1μm厚さに形成される。
The metal
半導体領域2、光透過膜3、及び金属光反射膜4を機械的に保護し且つ支持するために導電性支持基板7が第1及び第2の接合金属層5,6を介して金属光反射膜4に結合されている。第1の接合金属層5は例えば金(Au)から成り、金属光反射膜4を覆うように形成されている。第2の接合金属層6は例えば金(Au)から成り、導電性支持基板7を覆うように形成されている。第1及び第2の接合金属層5,6は熱圧着法によって相互に結合されている。この実施例では、導電性支持基板7として導電型決定不純物が添加され且つ300μmの厚さを有するシリコン基板が使用されている。シリコン基板は安価且つ加工が容易であるという特長を有する。
In order to mechanically protect and support the
第1の電極としてのカソード電極8は金属層から成り、半導体領域2の一方の主面11即ち第1の補助層13の中央にオーミック接触している。従って、半導体領域2の一方の主面11のカソード電極8が形成されていない部分が光取り出し面となる。なお、カソード電極8をITO等の光透過性電極とボンディングパッド電極との組み合せで構成することもできる。また、カソード電極8をn型の第1の補助層13と第2の補助層14とn型半導体層15から選択された1つの任意の位置に接続することもできる。
The
第2の電極としてのアノード電極9はシリコン支持基板7の下面全体に形成されている。シリコン支持基板7の代わりに金属支持基板を設ける場合には、これがカソード電極となるので、図1のカソード電極9を省くことができる。
The
図1の半導体発光素子1を製造する時には、まず半導体領域2を形成する。即ち、図2に示す例えばGaAsから成る半導体基板10を用意し、周知のMOCVD( Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置を使用して、GaAs半導体基板10の上にn型の第1の補助層13と、n型の第2の補助層14と、n型半導体層15と、活性層16と、p型半導体層17と、p型の第3の補助層18と、p型コンタクト層19とを順次にエピタキシャル成長させ、半導体領域2を得る。
When manufacturing the semiconductor light emitting device 1 of FIG. 1, the
次に、スパッタリング又CVD又は蒸着等によって、p型コンタクト層19の露出主面全体にITOを被着させて光透過膜3を形成し、次に、光透過膜3の上にAlから成る金属光反射膜4を形成し、更に、Auから成る第1の接合金属層5を形成する。
Next, ITO is deposited on the entire exposed main surface of the p-
次に、図2に示す不純物を含むSi基板から成る支持基板7の一方の主面にAuから成る第2の接合金属層6を真空蒸着したものを用意し、第1及び第2の金属接合層5、6を加圧接触させ、300℃以下の温度の熱処理を施してAuを相互に拡散させることによって第1及び第2の金属接合層5、6を貼り合わせて、光透過膜3、金属光反射膜4、及び第1の接合金属層5を伴った半導体領域2と第2の接合金属層6を伴った支持基板7とを一体化する。
Next, a material obtained by vacuum-depositing a second
次に、GaAsから成る半導体基板10をエッチングで除去する。これにより、光透過膜3、金属光反射膜4、及び第1の接合金属層5を伴った半導体領域2が得られる。なお、GaAsから成る半導体基板10の除去を、第2の接合金属層6を伴った支持基板7を第1の接合金属層5に結合する前に行うこともできる。
Next, the
しかる後、図1のカソード電極8及びアノード電極9を形成して半導体発光素子を完成させる。
Thereafter, the
本実施例は次の効果を有する。
(1) 金属光反射膜4と半導体領域2との間に導電性を有する光透過膜3が形成されているため、製造プロセス中の種々の熱処理工程において金属反射膜4と半導体領域2との間に生じる合金化反応を阻止又は抑制することができる。もし、合金化部分が生じると、反射率が低下するが、本実施形態ではこのような問題が生じない。このため、高い発光効率を有する発光素子を、容易に且つ高い歩留まりで生産することができる。
(2)光透過膜3はスパッタリング又CVD又は蒸着等によって金属酸化物を被着させることによって形成されているので、金属光反射膜4及び半導体領域2に対して合金化反応が抑制又は阻止された状態でオーミック接触する。従って、光透過膜3のオーミック接触部分における光吸収が少なくなり且つ抵抗が小さくなり、発光効率の低減及び動作電圧の増大を抑制することができる。
(3) 光透過膜3及び金属光反射膜4は半導体領域2の他方の主面12の実質的に全部に対向しているのでオーミック接触面積が大きくなり、半導体発光素子1に順方向電圧が印加された時のアノード電極9とカソード電極8との間の抵抗を減少させることができる。
(4)コンタクト層19を半導体領域2の他方の主面12の実質的に全部に設けるので、コンタクト層19を部分的に設ける前記特許文献1の半導体発光素子に比べて半導体領域2の他方の主面12の平坦性が良くなり、シリコン支持基板7の貼り合せを良好に達成することができる。
(5)コンタクト層19を部分的に設けることが不要になるので、コンタクト層19を部分的に設けるためのパターニングが不要になり、製造工程が簡素化される。
This embodiment has the following effects.
(1) Since the light transmission film 3 having conductivity is formed between the metal
(2) Since the light transmission film 3 is formed by depositing a metal oxide by sputtering, CVD, vapor deposition, or the like, the alloying reaction is suppressed or prevented with respect to the metal
(3) Since the light transmission film 3 and the metal
(4) Since the
(5) Since it is not necessary to partially provide the
次に、図3を参照して実施例2に従う半導体発光素子1aを説明する。但し、図3において図1及び図2と共通する部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
Next, the semiconductor
図3の半導体発光素子1aは、変形された半導体領域2aと変形された支持基板7aとを設け、且つアノード電極9の接続位置を変えた他は、図1と同一に形成したものである。図3の変形された半導体領域2aは、図1の半導体領域1から第1及び第3の補助層13,18とp型コンタクト層19を省いたものに相当する。従って、第1の電極としてのカソード電極8が図1の第2の補助層14と同一の構成の電流拡散層14の主面に接続されている。支持基板7a及び光透過膜3及び金属光反射膜4は半導体領域2aから横方向に突出する部分を有するように形成されている。アノード電極9は光透過膜3に直接に接続されている。また、金属光反射膜4は支持基板7aに直接に結合されている。支持基板7aは放熱性を高めるために熱伝導性の良い金属材料で形成されている。
The semiconductor
図3の半導体発光素子1aにおいても半導体領域2aの他方の主面12に対して光透過膜3を介して金属光反射膜4が結合されているので、図1の実施例1と同一の効果を得ることができる。
Also in the semiconductor
本発明は上記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) 半導体領域2又は2aの機械的強度が十分な場合は、図1及び図3の支持基板7又は7aを省くことができる。この場合には金属光反射層4がカソード電極として機能する。
(2)半導体領域2又は2aの各層13,14,15,17,18,19の導電型を実施例と逆にすることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
(1) When the mechanical strength of the
(2) The conductivity type of each
1,1a 半導体発光素子
2,2a 半導体領域
3 光透過膜
4 金属光反射層
5,6 第1及び第2の接合金属層
7 シリコン支持基板
8 カソード電極
9 アノード電極
15 n型半導体層
16 活性層
17 p型半導体層
13,14,18 第1、第2及び第3の補助層
19 オーミックコンタクト層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記半導体領域の一方の主面側に配置された半導体層に電気的に接続された第1の電極と、
前記半導体領域の他方の主面にオーミック接触し且つ導電性を有し且つ前記半導体領域で発生した光に対する透過性を有している光透過膜と、
前記光透過膜を覆うように配置され且つ前記半導体領域で発生した光を反射する機能を有している金属光反射膜と、
前記光透過膜又は前記金属光反射膜に対して電気的に接続された第2の電極と
備え、前記コンタクト層の厚みT及び屈折率をn 1 が
T=(2m+1)×(λ/4n 1 )±λ/8n 1
n 1 =(n 2 ×n 3 ) 1/2 ×0.8〜(n 2 ×n 3 ) 1/2 ×1.2
ここで、mは0又は1又は2のいずれかの値、
n 2 は前記光透過膜の屈折率、
n 3 は前記半導体領域において前記コンタクト層に接している層の屈折率、
λは前記半導体領域から発生する光の波長、
に決定されていることを特徴とする半導体発光素子。 A contact layer having a plurality of semiconductor layers for light emission and having one main surface for extracting light and the other main surface opposite to the one main surface and exposed to the other main surface A semiconductor region having
A first electrode electrically connected to a semiconductor layer disposed on one main surface side of the semiconductor region;
A light-transmitting film that is in ohmic contact with the other main surface of the semiconductor region, has conductivity, and is transmissive to light generated in the semiconductor region;
A metal light reflection film disposed so as to cover the light transmission film and having a function of reflecting light generated in the semiconductor region;
Comprising a second electrode electrically connected to the light-transmitting film or the metal light-reflecting film, the thickness T and refractive index of the contact layer n 1 is
T = (2m + 1) × (λ / 4n 1 ) ± λ / 8n 1
n 1 = (n 2 × n 3 ) 1/2 × 0.8 to (n 2 × n 3 ) 1/2 × 1.2
Here, m is a value of 0, 1 or 2,
n 2 is the refractive index of the light transmission film,
n 3 is the refractive index of the layer in contact with the contact layer in the semiconductor region,
λ is the wavelength of light generated from the semiconductor region,
The semiconductor light emitting element characterized by being determined .
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