JP4409684B2

JP4409684B2 - AlGaInP light emitting diode and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4409684B2
Application number: JP32689499A
Authority: JP
Inventors: 良一竹内; 亙鍋倉; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
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Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP2001144323A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動電流を平面的に見た発光部の全域に広範に拡散できる電極構造を備えた高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード（ＬＥＤ）とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般式を（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ＜１）とするＡｌＧａＩｎＰ多元混晶にあって、特にインジウム組成比（＝１−Ｙ）を０．５とする（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と良好な格子整合性を果たせる利点もあって、例えば赤橙色系の光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザーダイオード（ＬＤ）を構成するに利用されている。図１は、発光波長を約６２０ナノメータ（ｎｍ）〜６３０ｎｍとする従来の赤橙色ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０の構造を示す断面図である。
【０００３】
従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０の発光部１０ａは、ｎ形またはｐ形の導電性のＧａＡｓ単結晶基板１０１上に、例えば有機金属熱分解（ＭＯＣＶＤ）法等の気相成長法に依り成膜された緩衝層１０２とその上に成膜されたブラッグ（Ｂｒａｇｇ）反射層１０３とを介して積層された（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）からなる層１０４〜１０６を利用して構成される。
また発光部１０ａは、キャリアの「閉じ込め」効果を利用して高強度の発光を獲得するために、発光層１０５よりバンドギャップの大きいそれぞれｎ形またはｐ形の下部クラッド（ｃｌａｄ）層１０４および上部クラッド層１０６の中間に、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）からなる発光層１０５を挟持してなるｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）構造から構成するのが通例となっている。
すなわち、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０は、ＧａＡｓ単結晶基板１０１上に積層された緩衝層１０２、ブラッグ反射層１０３、下部クラッド層１０４、発光層１０５および上部クラッド層１０６からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０ｂを具備する構造となっている。
【０００４】
従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０では、ＤＨ構造の発光部１０ａの上方の発光の外部への取り出し方向には、窓層（ウィンドウ層）１０７を配置するのが通例となっている。窓層１０７は発光層１０５から出射される発光を充分に透過できる、禁止帯幅の大きな透明材料から構成する必要がある。従来技術では、窓層１０７を酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛或いは酸化マグネシウム等の導電性を有する酸化物結晶から構成する手段が開示されている（▲１▼特開平１１−１７２２０号及び▲２▼アメリカ合衆国特許第５，４８１，１２２号各公報明細書参照）。
【０００５】
導電性の透明酸化物窓層１０７の上には、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）或いはチタン（Ｔｉ）などの結線用の台座（ｐａｄ）電極１０８が敷設される。また、導電性のＧａＡｓ基板１０１の裏面側には、オーミック接触を有する第１の電極１０９が配置されてＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０が構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０の断面構造図を利用して説明するに、従来の透明な酸化物からなる窓層１０７を具備したＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０にあって、窓層１０７は導電性の層から構成されていると云えども、窓層１０７を構成する酸化物結晶とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０ｂ（特に図１に例示するＬＥＤ構造の場合は、上部クラッド層１０６）との接合に於ける障壁の高さに起因して、窓層１０７とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０ｂとの間にオーミック性に充分に優れる接触が構成できない問題があった。
このため、電極１０８を介して供給されるＬＥＤ駆動用電流を発光面の広範囲に亘り拡散できず、ＬＥＤの高輝度化に支障を来していた。また、順方向電圧（Ｖｆ）が低減されたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤが安定して供給出来なかった。
【０００７】
また、導電性の透明酸化物からなる窓層１０７と上部クラッド層１０６との中間に、亜鉛（Ｚｎ）或いは金−亜鉛（Ａｕ−Ｚｎ）合金からなる金属膜１１０を挿入する技術も開示されている（特開平１１−４０２０号公報明細書参照）。この従来技術では、金属膜１１０は上部クラッド層１０６と窓層１０７との密着性を促進させる目的で装備されている。しかし、この従来技術にあって、金属膜１１０は上部クラッド層１０６のおよそ全面に一様に敷設されているため、金属膜１１０により発光が吸収されてしまい、高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを得るには不利となっている。
【０００８】
また金属膜１１０が、平面的に見て台座電極１０８がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０ｂの表面と重なる部分も被覆して敷設されているために、外部へ発光を取り出し難い台座電極１０８直下の領域でＬＥＤ駆動電流が発光部に流れるのを回避できない構成となっている。このため、この台座電極１０８直下の領域に於いてＬＥＤ動作電流の一部が浪費されてしまい、結局のところ外部への発光の取り出し効率の低下を帰結する欠点がある。
【０００９】
要約するに、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの高輝度化のための従来技術では、ＬＥＤ駆動電流の発光領域への広範囲な拡散性と、併せて外部への発光の取り出し効率の向上を充分に達成できない。
本発明は、（１）ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との良好なオーミック（Ｏｈｍｉｃ）接触が果たせるため、ＬＥＤ動作電流を平面的に見た発光層の全域に広範囲に拡散できると共に、（２）低い順方向電圧（Ｖ_f）がもたらされ、（３）且つ、発光が遮蔽される割合を低くできる形状であるが故に優れた外部発光効率がもたらされる電極構造を具備したＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、裏面に第１の電極が形成された半導体基板と、該半導体基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰよりなる発光部を含む半導体層と、該半導体層の表面の一部に形成された該半導体層とオーミック接触をなす複数のオーミック電極と、該半導体層とオーミック電極とを覆って形成された該オーミック電極と導通する透明導電膜と、該透明導電膜の表面の一部に形成された該透明導電膜と導通する台座電極とを有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、前記複数のオーミック電極がすべて、平面形状において最大幅を２０μｍ以下とする粒状の電極からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、前記オーミック電極を、半導体層の表面の平面的に見て台座電極と重ならない部分（開放発光領域）に散在させて配置するのが望ましい。
さらに本発明では、開放発光領域にある前記オーミック電極の表面積の合計が、開放発光領域の表面積に占める割合（表面被覆率）が、３〜７０％であることが特に望ましい。
【００１２】
また本発明は、前記オーミック電極が、半導体層と接する側を金（Ａｕ）を含む合金とし、透明導電膜と接する側をＡｕとする多層構造からなることを特徴とする。
特に前記オーミック電極と接する半導体層がｎ形のＡｌＧａＩｎＰからなる場合、該オーミック電極の半導体層と接する側はＡｕとゲルマニウム（Ｇｅ）の合金からなることが望ましい。また、前記オーミック電極と接する半導体層がｐ形のＡｌＧａＩｎＰからなる場合、該オーミック電極の半導体層と接する側はＡｕと亜鉛（Ｚｎ）を含む合金またはＡｕとベリリウム（Ｂｅ）を含む合金からなることが望ましい。
【００１３】
また本発明は、前記透明導電膜が、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなることを特徴とする。すなわち前記透明導電膜は、抵抗率を７×１０^-4Ωｃｍ以下とし、禁止帯幅を２．５ｅＶ以上とする金属酸化物からなるのが望ましい。
【００１４】
また本発明は、上記のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法において、前記半導体層表面に金属薄膜を被着し、該金属薄膜を熱処理により凝縮させて、複数の粒状のオーミック電極を形成することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明に係わる本発明の実施形態を説明するためのＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０の平面模式図を図２に示す。また、図３は図２に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０の断面構造を示す模式図である。
第１の実施形態に係わるＬＥＤ２０の構成上の特徴は、図２及び図３に示す如く、裏面に第１の電極２０９が形成された半導体基板２０１と、該半導体基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰよりなる発光部２０ａを含む半導体層２０ｂと、該半導体層２０ｂの表面の一部に形成された該半導体層とオーミック接触をなす複数のオーミック電極２１０と、該半導体層とオーミック電極とを覆って形成された該オーミック電極と導通する透明導電膜（＝窓層）２０７と、該透明導電膜の表面の一部に形成された該透明導電膜と導通する台座電極２０８とを有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード２０において、前記複数のオーミック電極２１０がすべて、平面形状において最大幅を２０μｍ以下とする粒状の電極からなることにある。
換言すれば、透明導電膜２０７とＬＥＤ２０の発光部２０ａの一部をなす上部クラッド層２０６との接合面に、台座電極２０８より透明導電膜２０７を介して発光部２０ａにＬＥＤ駆動電流を好都合に通流するためのオーミック電極２１０を設け、該オーミック電極が平面形状において最大幅を２０μｍ以下とする複数の粒状の電極からなる構成とするのが特徴である。此処で、上部クラッド層２０６は、発光を外部へ取り出す方向に在るクラッド層であり、透明導電膜２０７を接合させて設ける層としている。
【００１６】
複数の粒状の金属からなるオーミック電極２１０を備えたＬＥＤ２０を得る手法を、金（Ａｕ）合金からなるオーミック電極２１０を設ける場合を例にして説明する。
（１）先ず、ＧａＡｓ基板２０１上に（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる上部クラッド層２０６を含む半導体層２０ｂをＭＯＣＶＤ法等の成長手段により形成する。なおここで例えば、半導体層２０ｂをＧａＡｓ基板２０１上に順次積層した緩衝層２０２、ブラッグ反射層２０３、下部クラッド層２０４、発光層２０５、上部クラッド層２０６から構成する。この場合、このＬＥＤ２０の発光部２０ａは下部クラッド層２０４、発光層２０５、上部クラッド層２０６からなる。また、発光部２０ａはＡｌＧａＩｎＰから作るものとする。
（２）次に、上部クラッド層２０６の表面上に、同層２０６をなす（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐとオーミック接触をなす金属材料として選択された、例えば金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）合金からなる連続性を有する薄膜を一旦、被着させる。
（３）その後、被着させたＡｕ・Ｇｅ合金薄膜に熱処理によるオーミック合金化（ａｌｌｏｙ）処理を施し、その際表面張力に因りＡｕ・Ｇｅ合金を凝縮させて（すなわち、Ａｕ・Ｇｅ合金をボールアップさせて）、合金薄膜の連続性を破断して、複数の外形を略球状とする粒状のオーミック電極２１０を形成する。
（４）粒状のオーミック電極２１０を上部クラッド層２０６の表面に散在して配置したままで、上部クラッド層２０６及びオーミック電極２１０を窓層となる透明導電膜２０７で被覆する。
（５）次に、透明導電膜２０７上の中央部に台座電極２０８を敷設してＬＥＤ２０を構成する。
【００１７】
或いは上記以外の方法として、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ上部クラッド層２０６の表面上の平面的に見て台座電極２０８と重ならない領域に選択的に、オーミック性をなす金属材料であるＡｕ・Ｇｅ合金薄膜を、例えばマスク材を利用して互いに孤立して散在させて被着させた後、オーミックアロイ処理を施して粒状オーミック電極を形成する手法もある。
【００１８】
本発明では、複数のオーミック電極をすべて、平面形状において最大幅を２０μｍ以下とする粒状の電極から構成することを特徴とする。
半導体層２０ｂ表面の平面的に見て台座電極２０８と重ならない領域、すなわち開放発光領域２１１に、平面積を必要以上に大とする粒状のオーミック電極２１０を設置すると、開放発光領域２１１のうち、発光部の光を取り出せる面積が減少し、高い強度の発光が獲得できなくなり不都合である。従って、複数のオーミック電極はすべて、平面形状において最大幅を２０μｍ以下とする金属粒から構成することが好ましい。しかし、逆に粒径を極端に小とする粒状のオーミック電極２１０ではＶ_fの徒な上昇を帰結するために不都合となる。徒にＶ_fの上昇を招かず、且つ安定して形成できるオーミック電極の最低の粒径は大凡、０．５μｍ程度である。
図２の平面模式図に例示するＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０は、平均の粒径を約５μｍとする粒状のオーミック電極２１０を、平面的に見て台座電極２０８と重ならない上部クラッド層２０６の表面、すなわち開放発光領域２１１に散在させて設けてなるＬＥＤの一例である。粒状のオーミック電極２１０は、上部クラッド層２０６の表面の一部領域に密集させて設けるのではなく、略均一な面密度で散在させて設けると、透明導電膜２０７を介して供給されるＬＥＤ駆動電流を開放発光領域２１１に都合良く拡散できる効果が上げられる。
粒状オーミック電極２１０の開放発光領域２１１に於ける好適な存在密度は、ＬＥＤの平面積、台座電極２０８の平面積或いは粒状のオーミック電極２１０の平均粒径に依存して変化する。一例として挙げれば、開放発光領域２１１の平面積を５×１０^ー4ｃｍ²とし、粒状オーミック電極２１０の平均粒径を１０μｍと仮定した場合では、開放発光領域２１１に散在させるべき好適な粒状オーミック電極２１０の数量は約２０個から約４４５個の範囲内にあり、従って、存在密度は約３．８×１０⁴個／ｃｍ²〜８．９×１０⁵個／ｃｍ²の範囲内となる。
【００１９】
本発明の請求項２に記載の発明に係わる実施形態では、前記オーミック電極２１０を、半導体層の表面の平面的に見て台座電極と重ならない部分、すなわち開放発光領域２１１に散在させて配置するのが好ましい。粒状のオーミック電極２１０は、台座電極２０８から窓層２０７を構成する透明導電膜を介して供給されるＬＥＤ駆動電流を、開放発光領域２１１の広範な領域に拡散させる目的で設ける。台座電極２０８と重なる領域にオーミック電極２１０を設けて、同領域に動作電流を供給しても、台座電極２０８の下の発光部からの発光は台座電極２０８に遮蔽されることにより、外部に取り出される発光は増加しないからである。
本発明では、台座電極２０８の直下の部分では、透明導電膜２０７をなす導電性酸化物層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層（図２及び図３にあっては２０６）とが直接接合をなす構成とするのが好ましい。酸化物層からなる透明導電膜２０７とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との界面では、比較的に障壁の高い接合が形成される。従って、台座電極２０８の直下の領域にこの様な接合を形成しておけば、ＬＥＤ動作電流が台座電極２０８の直下の領域に直接的に流入するのを回避できる。即ち、開放発光領域２１１に有効に動作電流を流通でき、発光の外部取出し効率を向上させる作用が発揮される。
【００２０】
透明導電膜２０７の直下の例えば、上部クラッド層２０６の表面の、特に台座電極２０８の直下の領域以外の開放発光領域２１１に散在させる粒状のオーミック電極２１０の数量を増加させると、開放発光領域２１１に於いて電極２１０が占有する面積が増加する。これより、開放発光領域２１１のうち発光部の光を取り出せる面積が減少する。
開放発光領域２１１の表面積の７０パーセント（％）を越える面積を占有する様に粒状のオーミック電極２１０を配置したＬＥＤでは、粒状のオーミック電極２１０自身により発光が遮蔽される割合が大となり、発光が外部に取り出せなくなる結果、高輝度のＬＥＤが得られなくなる。しかし、３％未満の面積を占有する微小なオーミック電極２１０のみを備えたＬＥＤでは、順方向電圧（Ｖ_f）が増大し不都合である。
従って、本発明の請求項３の発明に係わる実施形態では、開放発光領域２１１にある粒状のオーミック電極２１０の合計の平面積を、開放発光領域２１１の表面積の３パーセント（％）以上で７０％以下とするのが好ましい。
【００２１】
例えば、一辺を２５０μｍとする正方形のＬＥＤのチップ（ｃｈｉｐ）（平面積≒６．３×１０^-4ｃｍ²）の中央部に、直径を１２０μｍとする円形台座電極２０８（平面積≒１．１×１０^-4ｃｍ²）が敷設されているＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０にあって、開放発光領域２１１の表面積は約５．２×１０^-4ｃｍ²となる。この表面積を有する開放発光領域２１１に、平均粒径を５μｍとする円形の形状に近似される粒状のオーミック電極２１０（平面積≒７．９×１０^-7ｃｍ²）を合計約５０箇所に設けたとすると、開放発光領域２１１に於けるオーミック電極２１０の被覆率は約７．６％となる。
【００２２】
前記した電極のオーミック合金化のための熱処理の際のボールアップを利用して粒状のオーミック電極を作製する場合には、粒状のオーミック電極２１０の被覆率は、オーミック電極２１０を構成する電極金属の材料となる薄膜の膜厚、及びそれにオーミック性を付与するための合金化（アロイ：ａｌｌｏｙ）処理の条件に依り調整できる。アロイ条件が同一である場合、膜厚が薄い薄膜である程、粒径の小さなオーミック電極２１０とすることができる。従って、被覆率の小さい粒状のオーミック電極２１０が形成できる。
また、同一の膜厚の薄膜では、合金化のための熱処理温度（アロイ温度）を高温とする程、粒径の小さな粒状オーミック電極２１０が得られる。一般的には、アロイ温度を約４００℃から約５５０℃の範囲内とし、処理時間を約１分以上で６０分以内とするのが適する。処理時間を延長する程、凝縮により粒状の電極が得られ易くなる。例えば、膜厚が約５０ナノメータ（ｎｍ）の金・ゲルマニウム合金（Ａｕ９３重量％・Ｇｅ７重量％合金）を半導体層表面に被着した後、水素（Ｈ₂）雰囲気内で５００℃に於いて３０分間に亘りアロイ処理を施すことにより、平均の直径を約５μｍとする粒状のオーミック電極２１０がもたらされる。アロイ処理は水素の他、窒素（Ｎ₂）、アルゴン（Ａｒ）等の非酸化性雰囲気内で実施できるが、水素を主体として含む雰囲気内での熱処理に依れば、粒径をより均一とする粒状のオーミック電極がもたらされる利便性がある。粒径とは、粒状のオーミック電極の平面形状を外接する円形として見立てた場合に於ける、その外接円の直径である。
【００２３】
またボールアップを利用して粒状のオーミック電極を作製する場合、半導体層表面に略均一な面密度をもって粒状のオーミック電極を配置するには、電極金属の材料とする金合金薄膜の膜厚を予め、半導体層表面で均一とする必要がある。膜厚が不均一で一部領域に膜厚が大である領域が存在すると、その領域で凝縮により集中的に粒径を大とする粒状のオーミック電極が形成され易くなり、オーミック電極２１０を開放発光領域２１１に均一な密度で散在させることができなくなる。均一な面密度のオーミック電極２１０の形成を促すに好都合なのは、例えば、５０ｎｍのＡｕ・Ｇｅ合金膜について、そもそも±１０％以内の層厚の均一性を有する薄膜である。この様な均一性を有する薄膜は、一般的な真空蒸着法やスパッタリング法などにより成膜することができる。
【００２４】
また、本発明の請求項４の発明に係わる実施形態に記す如く、粒状のオーミック電極２１０を構成するにあって、発光部２０ａの一部を構成する（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ上部クラッド層２０６との接触をなす側を金合金から構成するとオーミック性に優れる電極２１０がもたらされる。また、金合金層の上層である、透明導電膜２０７に接する側を金から構成すると、透明導電膜２０７との密着性に優れるオーミック電極２１０が構成できる。
即ち、オーミック電極２１０が、半導体層と接する側を金（Ａｕ）を含む合金とし、透明導電膜２０７と接する側をＡｕとする多層構造からなる構成からは、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０の上部クラッド層２０６とのオーミック接触性に優れる一方で、透明導電膜２０７との密着性に優れる粒状のオーミック電極２１０がもたらされる。粒状のオーミック電極２１０を透明導電膜２０７との密着性に優れたものとすることにより、透明導電膜２０７を介して供給される駆動電流が安定してオーミック電極２１０に供給できる。下層を金合金層とし、上層を金層とする重層構造のオーミック電極は、例えば一般的な真空蒸着法を利用して初めに金合金膜を被着させた後、その上に金膜を被着させれば形成できる。低接触抵抗のオーミック電極を得る観点から金合金薄膜の層厚は大凡、１０ｎｍ以上とするのが望ましい。代表的な膜厚は約５０ｎｍ程度である。金薄膜の膜厚も大凡１０ｎｍ以上とするのが望ましい。また、金合金薄膜と金薄膜との合計の膜厚は透明導電膜２０７を構成する酸化物層の層厚未満とするのが好ましい。
【００２５】
本発明の請求項５の発明に係わる実施形態では、発光部２０ａの一部を構成する（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ上部クラッド層２０６がｎ形伝導層である場合に好適な粒状のオーミック電極を与えるための電極の構成として、上部クラッド層２０６と接合をなす側の電極材料の金合金を、特に金・ゲルマニウム合金とする。ｎ形の（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層とのオーミック接触性をなす金合金には、この他、金・錫（Ａｕ・Ｓｎ）合金や金・インジウム（Ａｕ・Ｉｎ）合金が挙げられるが、Ａｕ・Ｇｅ合金が最も良好なオーミック接触性を安定して与える。Ａｕ・Ｇｅ合金にあって、ゲルマニウム（Ｇｅ）の重量含有率が高い程、オーミック接触性が良好となり且つ凝縮し易くなり、簡便に粒状のオーミック電極２１０がもたらされる。
【００２６】
本発明の請求項６の発明に係わる実施形態では、発光部２０ａの一部を構成する（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ上部クラッド層２０６がｐ形伝導層である場合に、上部クラッド層２０６と接合をなす側の電極材料の金合金を、金・亜鉛（Ｚｎ）合金あるいは金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金とする。Ａｕ・Ｚｎ合金あるいはＡｕ・Ｂｅ合金を用いれば最も利便に粒状のオーミック電極が形成できる。
【００２７】
また本発明では、半導体層表面と該表面に散在させた粒状のオーミック電極２１０とを覆って、窓層として導電性の酸化物層からなる透明導電膜２０７を形成する。オーミック電極２１０を透明導電膜２０７で覆って電気接触を形成することにより、台座電極２０８より供給されるＬＥＤ駆動電流を万遍なく粒状のオーミック電極２１０に供給することができる。即ち、透明導電膜２０７は一方で上記の如くＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との間で通電を阻害する障壁を形成しつつ、他方でその導電性によりオーミック電極２１０に動作電流を流通する作用を有する。
また、粒状のそれぞれのオーミック電極２１０の間の半導体層表面の部分に、ＬＥＤの発光波長に対応する禁止帯幅より充分に大きな、具体的には緑色帯光をも透過できる２．５ｅＶ以上の禁止帯幅を有する光学的に透明な酸化物層からなる透明導電膜を敷設しておけば、遮蔽されることなく透明導電膜を透過させて発光を外部に取り出せる。このため、高輝度のＬＥＤを得るに好都合となる。
オーミック電極２１０へのＬＥＤ駆動電流の供給に適する導電性を有し、且つ室温で禁止帯幅が２．５ｅＶを越える発光の透過性に充分に優れる金属酸化物には、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）がある。特に、禁止帯幅が２．５ｅＶ以上であり、抵抗率を７×１０^-4Ω・ｃｍ以下とすることができる低比抵抗のＩＴＯは、透明導電膜２０７の材料として好都合である。
【００２８】
また、透明導電膜２０７の層厚は、ＬＥＤの発光波長に対して高い透過率を与えるように設定する。例えば、波長を約６２０ｎｍとする赤橙色の発光に対しては、層厚を約６００ｎｍとするＩＴＯから透明導電膜２０７を構成すると９０％を越える透過率を有する窓層が構成できる。また、ＩＴＯ層とＺｎＯ層とから透明導電膜を構成するように二層以上の金属酸化物層からも透明導電膜を構成できるが、二層以上の金属酸化物層から透明導電膜２０７を構成する場合、発光の取り出し方向に順次、屈折率をより小とする酸化物層を重層させる構成が最適である。例えば、ＩＴＯ（屈折率≒２．０）とＺｎＯ（屈折率≒２．２）との重層構造から透明導電膜を構成する場合、発光の取り出し方向に対して下層をＺｎＯとし、上層をＩＴＯとするのが推奨される。
【００２９】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明を実施例を基に詳細に説明する。図４に本実施例１に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０の平面模式図を示す。また、図５は図４に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０の断面模式図である。
【００３０】
ＬＥＤ３０は、亜鉛（Ｚｎ）ドープでｐ形の（００１）面を有するＧａＡｓ単結晶基板３０１上に、半導体層３０ｂとして順次、Ｚｎドープｐ形ＧａＡｓ緩衝層３０２、何れもＺｎをドーピングしたｐ形Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ層とｐ形Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層とを交互に１０層づつ積層した周期構造からなるブラッグ反射（ＤＢＲ）層３０３、Ｚｎドープｐ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなるｐ形下部クラッド層３０４、アンドープのｎ形（Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ混晶からなる発光層３０５、及びシリコン（Ｓｉ）ドープのｎ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる上部クラッド層３０６を積層した構造となっている。このＬＥＤ３０の発光部はそれぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層３０４、発光層３０５、上部クラッド層３０６からなる。
【００３１】
半導体層３０ｂを構成する各層３０２〜３０６は、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）をＩＩＩ族元素の原料とする減圧ＭＯＣＶＤ法により形成した。ｐ形不純物である亜鉛（Ｚｎ）のドーピング原料にはジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）を利用した。ｎ形不純物であるシリコン（Ｓｉ）のドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を使用した。またＶ族元素の原料としては、アルシン（ＡｓＨ₃）あるいはホスフィン（ＰＨ₃）を使用した。
半導体層３０ｂの各層３０２〜３０６の形成温度は７３０℃に統一した。緩衝層３０２のキャリア濃度は約５×１０¹⁸ｃｍ^-3と、また、層厚は約１μｍとした。ＤＢＲ層３０３をなすｐ形Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ層とｐ形Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層の層厚は各々、約４０ｎｍとした。下部クラッド層３０４のキャリア濃度は約３×１０¹⁷ｃｍ^-3と、また、層厚は約１μｍとした。発光層３０５の層厚は約０．５μｍとし、キャリア濃度は約５×１０¹⁶ｃｍ^-3とした。上部クラッド層３０６のキャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、また、層厚は約５μｍとした。
【００３２】
ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＡｓ単結晶基板３０１上に半導体層３０ｂの各層３０２〜３０６を形成した後、該ウェハの表面および裏面に電極を形成した。
まず、ｎ形上部クラッド層３０６の表面の全面に、一般的な真空蒸着法により膜厚を約５０ｎｍとする金・ゲルマニウム合金（Ａｕ９３重量％−Ｇｅ７重量％合金）からなる連続膜を一旦、被着させた。続けて、膜厚を約５０ｎｍとする金（Ａｕ）被膜をＡｕ−Ｇｅ合金膜の表面上に被着させた。次に、Ａｕ−Ｇｅ合金膜およびＡｕ被膜を上部クラッド層３０６の表面上に残置させたままで、水素（Ｈ₂）気流中に於いて、５００℃で３０分間の合金化のための熱処理を施した。この結果、蒸着時に連続性を呈していた上記のＡｕ−Ｇｅ合金膜／Ａｕ被膜はボールアップし、凝縮により粒状で且つオーミック接触を有するオーミック電極３０７となった。通常の光学顕微鏡で測長した粒状のオーミック電極３０７の直径（粒径）の平均値は約８μｍであり最大幅は２０μｍ以下であった。
【００３３】
次に、ｎ形上部クラッド層３０６上に粒状のオーミック電極３０７を残置させたままで、ｎ形上部クラッド層３０６およびオーミック電極３０７を覆って、一般のマグネトロンスパッタリング法により透明導電膜３０９とする酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）膜を３００℃で被着させた。これより、粒状のオーミック電極３０７を透明導電膜３０９で囲繞した。ＩＴＯ層の比抵抗は約４×１０^-4Ω・ｃｍであり、層厚は約６００ｎｍとした。一般的なＸ線回折分析法に依り、ＩＴＯ膜は＜００１＞方向（Ｃ軸）に優先的に配向した多結晶膜であるのが示された。
【００３４】
次に、発光を透過するための透明導電膜３０９の表面に、一般的な有機フォトレジスト材料を塗布した後、台座電極３１０を設けるべき領域を公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングした。然る後、パターニングされたレジスト材料を残置させたままで、全面に金（Ａｕ）膜を真空蒸着法により被着させた。この金（Ａｕ）膜の厚さは約７００ｎｍとした。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、周知のリフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）手段に依り台座電極３１０の形成予定領域に限定してＡｕ膜を残留させた。これより、直径を約１１０μｍとするＡｕ膜よりなる円形の台座電極３１０を形成した。台座電極３１０の平面積は約０．９５×１０^-4ｃｍ²となった。
【００３５】
続いてｐ形ＧａＡｓ単結晶基板３０１の裏面に金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金からなるオーミック接触を有するｐ形の第１の電極３１１を形成した後、通常のスクライブ法によりウェハを裁断して個別に細分化し、ＬＥＤ３０となした。ＬＥＤ３０は一辺を２６０μｍ、平面積を約６．８×１０^-4ｃｍ²とする正方形としたことにより、このＬＥＤ３０の開放発光領域３０８の面積は５．９×１０^-4ｃｍ²となった。また、ＬＥＤ３０の開放発光領域３０８面上に散在する粒状オーミック電極３０７の数量は４３６個であり、これより、粒状オーミック電極３０７の面密度は約７．４×１０⁵個／ｃｍ²と計算された。また、開放発光領域３０８の表面積に対して、平均粒径を約８μｍとする粒状オーミック電極３０７が占有する合計の平面積（２．２×１０^-4ｃｍ²）が占める割合は約３７％となった。
【００３６】
ＬＥＤ３０のｐ形の第１の電極３１１及び台座電極３１０間に順方向に電流を通流したところ、開放発光領域３０８を通して波長を約６２０ｎｍとする赤橙色光が出射された。また、分光器により測定された発光スペクトルの半値幅は約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。積分球を利用して視感度補正をした状態で簡易的に測定される２０ｍＡの電流を通流した際のＬＥＤ３０の発光の強度は、約７４ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。更に本実施例のＬＥＤ３０では、オーミック電極を粒状に散在させて配置したことによる動作電流の均等な分配の効果に依り、ＬＥＤ３０の周縁の領域に於いても発光が認められ、開放発光領域３０８に於ける発光強度の分布は、均等となった。
また、２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際のＬＥＤ３０の順方向電圧（Ｖ_f：＠２０ｍＡ）は、分配して配置した粒状のオーミック電極３０７により発現された良好なオーミック特性を反映して約２．１ボルト（Ｖ）となった。
【００３７】
（実施例２）
この実施例は参考例として示す。
本実施例２では、ｐ形の半導体層が発光の取り出し方向に配置されているＬＥＤを作製した。本実施例２に係わるＬＥＤ５０の断面模式図を図６に示す。
【００３８】
本実施例２のＬＥＤ５０は、シリコン（Ｓｉ）ドープでｎ形の（００１）方向から２゜オフした面を有するＧａＡｓ単結晶基板５０１上に、半導体層５０ｂとして順次、Ｓｉドープｎ形ＧａＡｓ緩衝層５０２、何れもＳｉをドーピングしたｎ形Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ層とｎ形Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層とを交互に１０層づつ積層した周期構造からなるブラッグ反射（ＤＢＲ）層５０３、Ｓｉドープｎ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる下部クラッド層５０４、アンドープのｎ形（Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる発光層５０５、及びマグネシウム（Ｍｇ）ドープｐ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる上部クラッド層５０６を積層した構造となっている。このＬＥＤ５０の発光部はそれぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層５０４、発光層５０５、上部クラッド層５０６からなる。
【００３９】
半導体層５０ｂを構成する各層５０２〜５０６は、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料とする減圧ＭＯＣＶＤ法により成膜した。ｐ形不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）のドーピング原料には、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｍｇ）を利用した。ｎ形不純物であるＳｉのドーピング原料には、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を使用した。半導体層５０ｂの各層５０２〜５０６の形成温度は７３０℃に統一した。
緩衝層５０２のキャリア濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3に、また、層厚は約０．５μｍとした。ＤＢＲ層５０３をなすｎ形Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ層とｎ形Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層の層厚は各々、約４０ｎｍとした。また、キャリア濃度は各々、約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。下部クラッド層５０４のキャリア濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3に、また、層厚は約４００ｎｍとした。発光層５０５の層厚は約１０ｎｍとし、キャリア濃度は約１×１０¹⁷ｃｍ^-3とした。上部クラッド層５０６のキャリア濃度は約４×１０¹⁷ｃｍ^-3とし、また、層厚は約３μｍとした。
【００４０】
ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＡｓ単結晶基板５０１上に半導体層５０ｂの各層５０２〜５０６を形成した後、該ウェハの表面および裏面に電極を形成した。
まず、上部クラッド層５０６の表面の全面に、一般的な真空蒸着法により膜厚を約４０ｎｍとする金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金薄膜を被着させた。次に、ｐ形上部クラッド層５０６の表面上にＡｕ・Ｚｎ合金薄膜を残置させたままで、水素（Ｈ₂）気流中に於いて、４８０℃で２５分間の合金化熱処理を施した。この結果、蒸着時に連続性を呈していた上記のＡｕ・Ｚｎ膜は、凝縮により粒状で且つオーミック接触性を呈する粒状のオーミック電極５０７となった。通常の光学顕微鏡で測長した粒状のオーミック電極５０７の直径（粒径）の平均値は約１０μｍとなり、最大幅は２０μｍ以下であった。
【００４１】
次に、ｐ形上部クラッド層５０６上に粒状のオーミック電極５０７を残置させたままで、一般のマグネトロンスパッタリング法によりｐ形上部クラッド層５０６と粒状オーミック電極５０７とを覆って、透明導電膜５０９として酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）膜を２５０℃で被着させた。このＩＴＯ膜の比抵抗は約３×１０^-4Ω・ｃｍであり、層厚は約５９０ｎｍとした。一般的なＸ線回折分析法に依り、ＩＴＯ膜は＜００１＞方向（Ｃ軸）に優先的に配向した多結晶膜であるのが示された。
【００４２】
次に、透明導電膜５０９の全面に、一般的な有機フォトレジスト材料を塗布した後、台座電極５１０を設けるべき領域を公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングした。然る後、パターニングされたレジスト材料を残置させたままで、全面にアルミニウム（Ａｌ）膜を電子ビーム真空蒸着法により被着させた。Ａｌ膜の厚さは約８００ｎｍとした。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、周知のリフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）手段に依り台座電極５１０の形成予定領域に限定してＡｌ膜を残留させた。これより、直径を約１２０μｍ、平面積を１．１×１０^-4ｃｍ²とするＡｌ膜より成る円形の台座電極５１０を形成した。
【００４３】
続いてｎ形ＧａＡｓ単結晶基板５０１の裏面に金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）合金からなるオーミック接触を有する第１の電極５１１を形成した後、通常のスクライブ法によりウェハを裁断して個別に細分化し、ＬＥＤ５０となした。ＬＥＤ５０は一辺を２６０μｍ、平面積を６．８×１０^-4ｃｍ²とする正方形としたことより、開放発光領域５０８の面積は５．７×１０^-4ｃｍ²となった。また、開放発光領域５０８面上に散在する粒状オーミック電極５０７の数量は２２０個であり、粒状オーミック電極５０７の合計の平面積は約１．７×１０^-4ｃｍ²となった。従って、開放発光領域５０８の表面積に対して、粒状オーミック電極５０７の合計の平面積（＝１．７×１０^-4ｃｍ²）が占める割合、所謂、被覆率は約３０％となった。
【００４４】
ＬＥＤ５０のｎ形の第１の電極５１１及び台座電極５１９間に順方向に電流を通流したところ、開放発光領域５０８を通して波長を約６２０ｎｍとする赤橙色光が出射された。また、分光器により測定された発光スペクトルの半値幅は約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。また、散在させてオーミック電極５０７を配置した効果に依り、ＬＥＤ５０の周縁の領域に於いても発光が認められ、積分球を利用して視感度補正を施した状態で簡易的に測定される２０ｍＡの電流を通流した際のＬＥＤの発光の強度は約５５ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。本実施例のＬＥＤ５０は、開放発光領域５０８での粒状オーミック電極５０７に依る動作電流の均等な配分の効果により均等な強度の発光がもたらすＬＥＤであることが示された。
また２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際のＬＥＤ５０の順方向電圧（Ｖ_f：＠２０ｍＡ）は、散在させて配置した粒状のオーミック電極５０７の良好なオーミック特性を反映して約２．１ボルト（Ｖ）となった。
【００４５】
【発明の効果】
本発明では、台座電極から供給されるＬＥＤ駆動電流を、導電性の酸化物層からなる透明導電膜を介して、半導体層上に散在させた粒状の各オーミック電極より発光部に流通できる電極の構成とし、かつオーミック電極を半導体層表面に万遍なく配置した平面形状において最大幅を２０μｍ以下とする粒状の電極から構成したので、ＬＥＤ駆動電流を開放発光領域に均等に拡散でき、発光強度の均一性に優れ且つ高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤが得られる。
【００４６】
また本発明では、粒状のオーミック電極を、オーミック合金化のための熱処理の際の電極金属材料の凝縮（ボールアップ）を利用して作製できるので、所望のオーミック電極を再現性よく効率的に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面模式図である。
【図３】図２に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの断面模式図である。
【図４】本発明の実施例１に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面模式図である。
【図５】図４に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの断面模式図である。
【図６】本発明の実施例２に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面模式図である。
【符号の説明】
１０ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
１０ａ発光部
１０ｂＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
１０１ＧａＡｓ単結晶基板
１０２緩衝層
１０３ブラッグ反射層
１０４下部クラッド層
１０５発光層
１０６上部クラッド層
１０７窓層
１０８台座電極
１０９第１の電極
１１０金属膜
２０ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
２０ａ発光部
２０ｂ半導体層
２０１ＧａＡｓ単結晶基板
２０２緩衝層
２０３ブラッグ反射層
２０４下部クラッド層
２０５発光層
２０６上部クラッド層
２０７透明導電膜
２０８台座電極
２０９第１の電極
２１０オーミック電極
２１１開放発光領域
３０、５０ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
３０ｂ、５０ｂ半導体層
３０１、５０１ＧａＡｓ単結晶基板
３０２、５０２緩衝層
３０３、５０３ブラッグ反射層
３０４、５０４下部クラッド層
３０５、５０５発光層
３０６、５０６上部クラッド層
３０７、５０７オーミック電極
３０８、５０８開放発光領域
３０９、５０９透明導電膜
３１０、５１０台座電極
３１１、５１１第１の電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-brightness AlGaInP light-emitting diode (LED) having an electrode structure capable of widely diffusing the entire area of a light-emitting portion in a plan view, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The general formula is (Al_XGa_1-X)_YIn_1-YIn an AlGaInP multielement mixed crystal with P (0 ≦ X ≦ 1, 0 <Y <1), in particular, the indium composition ratio (= 1−Y) is set to 0.5 (Al_XGa_1-X)_0.5In_0.5P (0.ltoreq.X.ltoreq.1) has an advantage that it can achieve good lattice matching with gallium arsenide (GaAs) single crystal. For example, a light emitting diode (LED) or laser diode (LD) that emits reddish orange light. Is used to compose. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional red-orange AlGaInPLED 10 having an emission wavelength of about 620 nanometers (nm) to 630 nm.
[0003]
The light emitting part 10a of the conventional AlGaInPLED 10 is a buffer layer 102 formed on an n-type or p-type conductive GaAs single crystal substrate 101 by a vapor phase growth method such as a metal organic thermal decomposition (MOCVD) method. And a Bragg reflection layer 103 deposited thereon (AlG)._XGa_1-X)_0.5In_0.5It is configured using layers 104 to 106 made of P (0 ≦ X ≦ 1).
In addition, the light emitting unit 10 a uses the “confinement” effect of carriers to obtain high-intensity light emission, and has an n-type or p-type lower clad layer 104 and an upper part having a band gap larger than that of the light-emitting layer 105. In the middle of the cladding layer 106, (Al_XGa_1-X)_0.5In_0.5In general, the light emitting layer 105 made of P (0 ≦ X ≦ 1) is used to form a pn junction type double hetero (DH) structure.
That is, the AlGaInPLED 10 includes a III-V group compound semiconductor layer 10b including a buffer layer 102, a Bragg reflection layer 103, a lower cladding layer 104, a light emitting layer 105, and an upper cladding layer 106 stacked on a GaAs single crystal substrate 101. It has a structure.
[0004]
In the conventional AlGaInPLED 10, it is usual to arrange a window layer (window layer) 107 in the direction of taking out the emitted light above the light emitting portion 10a having the DH structure. The window layer 107 needs to be made of a transparent material having a large forbidden band width that can sufficiently transmit the light emitted from the light emitting layer 105. The prior art discloses means for forming the window layer 107 from conductive oxide crystals such as indium oxide, tin oxide, zinc oxide or magnesium oxide ((1) JP-A-11-17220 and (2). (See US Pat. No. 5,481,122).
[0005]
A pedestal (pad) electrode 108 for connection such as gold (Au), aluminum (Al) or titanium (Ti) is laid on the conductive transparent oxide window layer 107. In addition, the first electrode 109 having ohmic contact is disposed on the back side of the conductive GaAs substrate 101 to constitute the AlGaInPLED 10.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Referring to the cross-sectional structure diagram of the conventional AlGaInPLED 10 shown in FIG. 1, in the conventional AlGaInPLED 10 having the window layer 107 made of a transparent oxide, the window layer 107 is composed of a conductive layer. However, a high barrier at the junction between the oxide crystal constituting the window layer 107 and the III-V group compound semiconductor layer 10b (in particular, the upper cladding layer 106 in the case of the LED structure illustrated in FIG. 1). Due to this, there is a problem that a contact with sufficiently good ohmic properties cannot be formed between the window layer 107 and the III-V group compound semiconductor layer 10b.
For this reason, the LED driving current supplied via the electrode 108 cannot be diffused over a wide area of the light emitting surface, which hinders the high brightness of the LED. Moreover, AlGaInPLED with reduced forward voltage (Vf) could not be supplied stably.
[0007]
Also disclosed is a technique in which a metal film 110 made of zinc (Zn) or gold-zinc (Au—Zn) alloy is inserted between the window layer 107 made of conductive transparent oxide and the upper cladding layer 106. (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-4020). In this prior art, the metal film 110 is equipped for the purpose of promoting the adhesion between the upper cladding layer 106 and the window layer 107. However, in this prior art, the metal film 110 is uniformly laid on almost the entire surface of the upper clad layer 106, so that light emission is absorbed by the metal film 110, which is disadvantageous for obtaining a high-luminance AlGaInPLED. It has become.
[0008]
Further, since the metal film 110 is laid so as to cover the portion where the pedestal electrode 108 overlaps the surface of the group III-V compound semiconductor layer 10b in plan view, it is difficult to take out light emission to the outside. In this region, the LED drive current cannot be prevented from flowing to the light emitting unit. For this reason, a part of the LED operating current is wasted in the region immediately below the pedestal electrode 108, and as a result, there is a drawback that the efficiency of extracting light emitted to the outside is reduced.
[0009]
In summary, the conventional technology for increasing the brightness of the AlGaInPLED cannot sufficiently achieve the wide diffusion of the LED drive current to the light emitting region and the improvement of the efficiency of extracting the emitted light to the outside.
In the present invention, (1) good ohmic contact with the group III-V compound semiconductor layer constituting the AlGaInPLED can be achieved, so that the LED operating current can be diffused over a wide range of the light emitting layer in a plan view. (2) Low forward voltage (V_fAnd (3) providing an AlGaInPLED having an electrode structure that has a shape that can reduce the ratio of light emission to be shielded and therefore provides excellent external light emission efficiency.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a semiconductor substrate having a first electrode formed on the back surface, a semiconductor layer including a light emitting portion made of AlGaInP formed on the semiconductor substrate, and the semiconductor layer formed on a part of the surface of the semiconductor layer. A plurality of ohmic electrodes that are in ohmic contact with the semiconductor layer, a transparent conductive film that is electrically connected to the ohmic electrode formed to cover the semiconductor layer and the ohmic electrode, and a part of the surface of the transparent conductive film In the AlGaInP light emitting diode having a pedestal electrode that is electrically connected to the transparent conductive film, all of the plurality of ohmic electrodes are made of granular electrodes having a maximum width of 20 μm or less in a planar shape.
[0011]
In the present invention, it is preferable that the ohmic electrodes are arranged in a scattered manner in a portion (open light emitting region) that does not overlap with the base electrode when viewed in plan on the surface of the semiconductor layer.
Furthermore, in the present invention, it is particularly desirable that the ratio of the total surface area of the ohmic electrode in the open light emitting region to the surface area of the open light emitting region (surface coverage) is 3 to 70%.
[0012]
In the invention, it is preferable that the ohmic electrode has a multilayer structure in which a side in contact with the semiconductor layer is an alloy containing gold (Au) and a side in contact with the transparent conductive film is Au.
In particular, when the semiconductor layer in contact with the ohmic electrode is made of n-type AlGaInP, the side of the ohmic electrode in contact with the semiconductor layer is preferably made of an alloy of Au and germanium (Ge). When the semiconductor layer in contact with the ohmic electrode is made of p-type AlGaInP, the side in contact with the semiconductor layer of the ohmic electrode is made of an alloy containing Au and zinc (Zn) or an alloy containing Au and beryllium (Be). Is desirable.
[0013]
In the present invention, the transparent conductive film is made of indium tin oxide (ITO). That is, the transparent conductive film has a resistivity of 7 × 10.^-FourIt is desirable to be made of a metal oxide having an Ωcm or less and a forbidden band width of 2.5 eV or more.
[0014]
The present invention is also characterized in that, in the method of manufacturing an AlGaInP light emitting diode, a plurality of granular ohmic electrodes are formed by depositing a metal thin film on the surface of the semiconductor layer and condensing the metal thin film by heat treatment. To do.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 2 shows a schematic plan view of an AlGaInPLED 20 for explaining an embodiment of the present invention according to the first aspect of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the AlGaInPLED 20 shown in FIG.
As shown in FIGS. 2 and 3, the structural features of the LED 20 according to the first embodiment are as follows: a semiconductor substrate 201 having a first electrode 209 formed on the back surface, and an AlGaInP formed on the semiconductor substrate. A semiconductor layer 20b including the light emitting portion 20a, a plurality of ohmic electrodes 210 in ohmic contact with the semiconductor layer formed on a part of the surface of the semiconductor layer 20b, and the semiconductor layer and the ohmic electrode In the AlGaInP light-emitting diode 20 having a transparent conductive film (= window layer) 207 that is electrically connected to the ohmic electrode and a base electrode 208 that is electrically connected to the transparent conductive film formed on a part of the surface of the transparent conductive film The plurality of ohmic electrodes 210 are all made of a granular electrode having a maximum width of 20 μm or less in a planar shape.
In other words, the LED driving current is conveniently applied to the light emitting unit 20a from the pedestal electrode 208 via the transparent conductive film 207 on the joint surface between the transparent conductive film 207 and the upper cladding layer 206 forming a part of the light emitting unit 20a of the LED 20. A characteristic is that an ohmic electrode 210 is provided for flowing, and the ohmic electrode is composed of a plurality of granular electrodes having a maximum width of 20 μm or less in a planar shape. Here, the upper clad layer 206 is a clad layer in a direction in which emitted light is extracted to the outside, and is a layer provided by bonding a transparent conductive film 207.
[0016]
A method of obtaining the LED 20 including the ohmic electrode 210 made of a plurality of granular metals will be described by taking as an example the case of providing the ohmic electrode 210 made of a gold (Au) alloy.
(1) First, on the GaAs substrate 201 (Al_XGa_1-X)_0.5In_0.5The semiconductor layer 20b including the upper clad layer 206 made of P is formed by growth means such as MOCVD. Here, for example, the semiconductor layer 20b is composed of a buffer layer 202, a Bragg reflection layer 203, a lower cladding layer 204, a light emitting layer 205, and an upper cladding layer 206, which are sequentially stacked on a GaAs substrate 201. In this case, the light emitting portion 20 a of the LED 20 includes a lower cladding layer 204, a light emitting layer 205, and an upper cladding layer 206. The light emitting unit 20a is made of AlGaInP.
(2) Next, the same layer 206 is formed on the surface of the upper cladding layer 206 (Al_XGa_1-X)_0.5In_0.5A thin film having a continuity made of, for example, a gold / germanium (Au / Ge) alloy, which is selected as a metal material having ohmic contact with P, is once deposited.
(3) After that, the deposited Au · Ge alloy thin film is subjected to an ohmic alloying treatment by heat treatment, and the Au · Ge alloy is condensed due to the surface tension (that is, the Au · Ge alloy is made into a ball). The continuity of the alloy thin film is broken to form a granular ohmic electrode 210 having a plurality of outer shapes that are substantially spherical.
(4) The upper clad layer 206 and the ohmic electrode 210 are covered with a transparent conductive film 207 serving as a window layer while the granular ohmic electrode 210 is scattered and disposed on the surface of the upper clad layer 206.
(5) Next, the pedestal electrode 208 is laid in the center on the transparent conductive film 207 to constitute the LED 20.
[0017]
Alternatively, as a method other than the above, (Al_XGa_1-X)_YIn_1-YAn Au / Ge alloy thin film, which is an ohmic metal material, is selectively isolated from each other in an area that does not overlap the pedestal electrode 208 in plan view on the surface of the P upper clad layer 206 by using, for example, a mask material. There is also a method of forming a granular ohmic electrode by performing an ohmic alloy process after being scattered and deposited.
[0018]
The present invention is characterized in that all of the plurality of ohmic electrodes are composed of granular electrodes having a maximum width of 20 μm or less in a planar shape.
When a granular ohmic electrode 210 having a plane area larger than necessary is installed in a region that does not overlap with the pedestal electrode 208 in plan view on the surface of the semiconductor layer 20b, that is, in the open light emitting region 211, The area from which the light from the light emitting part can be extracted is reduced, and high intensity light emission cannot be obtained. Therefore, it is preferable that all of the plurality of ohmic electrodes are composed of metal grains having a maximum width of 20 μm or less in a planar shape. However, on the contrary, in the granular ohmic electrode 210 having an extremely small particle size, V_fIt is inconvenient to result in a sudden rise. V_fThe minimum particle size of an ohmic electrode that can be stably formed without causing an increase in the thickness is about 0.5 μm.
The AlGaInPLED 20 illustrated in the schematic plan view of FIG. 2 has a granular ohmic electrode 210 having an average particle size of about 5 μm, the surface of the upper cladding layer 206 that does not overlap the pedestal electrode 208 in a plan view, that is, an open light emitting region. 2 is an example of an LED provided in a scattered manner. The granular ohmic electrodes 210 are not provided densely in a partial region of the surface of the upper clad layer 206, but are provided by being scattered with a substantially uniform surface density, so that the LED driving supplied through the transparent conductive film 207 is performed. The effect that current can be diffused conveniently to the open light emitting region 211 is improved.
The suitable density of presence in the open light emitting region 211 of the granular ohmic electrode 210 varies depending on the flat area of the LED, the flat area of the pedestal electrode 208, or the average particle diameter of the granular ohmic electrode 210. As an example, the plane area of the open light emitting region 211 is 5 × 10 5.^-4cm²Assuming that the average particle diameter of the granular ohmic electrode 210 is 10 μm, the number of suitable granular ohmic electrodes 210 to be scattered in the open light emitting region 211 is in the range of about 20 to about 445. The abundance density is about 3.8 × 10^FourPiece / cm²~ 8.9 × 10^FivePiece / cm²Within the range.
[0019]
In an embodiment according to the second aspect of the present invention, the ohmic electrode 210 is disposed so as to be scattered in a portion of the surface of the semiconductor layer that does not overlap with the pedestal electrode in plan view, that is, in the open light emitting region 211. Is preferred. The granular ohmic electrode 210 is provided for the purpose of diffusing the LED driving current supplied from the pedestal electrode 208 through the transparent conductive film constituting the window layer 207 to a wide area of the open light emitting area 211. Even if an ohmic electrode 210 is provided in a region overlapping with the pedestal electrode 208 and an operating current is supplied to the region, light emitted from the light emitting portion under the pedestal electrode 208 is shielded by the pedestal electrode 208 and extracted outside. This is because the emitted light does not increase.
In the present invention, the conductive oxide layer forming the transparent conductive film 207 and the III-V group compound semiconductor layer (206 in FIGS. 2 and 3) form a direct bond in the portion immediately below the base electrode 208. A configuration is preferable. A junction having a relatively high barrier is formed at the interface between the transparent conductive film 207 made of an oxide layer and the III-V group compound semiconductor layer. Therefore, if such a junction is formed in the region immediately below the pedestal electrode 208, it is possible to avoid the LED operating current from flowing directly into the region immediately below the pedestal electrode 208. That is, it is possible to effectively distribute the operating current to the open light emitting region 211, and the effect of improving the external extraction efficiency of light emission is exhibited.
[0020]
For example, when the number of the granular ohmic electrodes 210 scattered in the open light emitting region 211 other than the region directly below the pedestal electrode 208, for example, on the surface of the upper clad layer 206 immediately below the transparent conductive film 207 is increased, the open light emitting region 211 is obtained. In this case, the area occupied by the electrode 210 increases. As a result, the area of the open light emitting region 211 where light from the light emitting part can be extracted is reduced.
In the LED in which the granular ohmic electrode 210 is arranged so as to occupy an area exceeding 70 percent (%) of the surface area of the open light emitting region 211, the ratio of light emission shielded by the granular ohmic electrode 210 itself becomes large, and the light emission is reduced. As a result, it becomes impossible to obtain a high-brightness LED. However, in an LED having only a small ohmic electrode 210 occupying an area of less than 3%, the forward voltage (V_f) Increases and is inconvenient.
Therefore, in the embodiment according to the third aspect of the present invention, the total plane area of the granular ohmic electrodes 210 in the open light emitting region 211 is 70% at 3% (%) or more of the surface area of the open light emitting region 211. The following is preferable.
[0021]
For example, a square LED chip with a side of 250 μm (plane area≈6.3 × 10^-Fourcm²) At the center of the circular pedestal electrode 208 having a diameter of 120 μm (plane area≈1.1 × 10^-Fourcm²) In which the surface area of the open light emitting region 211 is about 5.2 × 10 5.^-Fourcm²It becomes. A granular ohmic electrode 210 (planar area ≈ 7.9 × 10) approximated to a circular shape having an average particle diameter of 5 μm is formed in the open light emitting region 211 having the surface area.^-7cm²) At a total of about 50 locations, the coverage of the ohmic electrode 210 in the open light emitting region 211 is about 7.6%.
[0022]
In the case where a granular ohmic electrode is produced by utilizing the ball-up during the heat treatment for forming an ohmic alloy of the electrode, the coverage of the granular ohmic electrode 210 is the electrode metal constituting the ohmic electrode 210. The thickness can be adjusted depending on the thickness of the thin film as a material and the conditions of alloying treatment for imparting ohmic properties thereto. When the alloy conditions are the same, the thinner the film thickness, the smaller the ohmic electrode 210 can be made. Therefore, the granular ohmic electrode 210 with a small coverage can be formed.
In addition, with a thin film having the same film thickness, a granular ohmic electrode 210 having a smaller particle diameter can be obtained as the heat treatment temperature (alloy temperature) for alloying is increased. In general, it is suitable that the alloy temperature is in the range of about 400 ° C. to about 550 ° C., and the treatment time is about 1 minute or more and 60 minutes or less. The longer the treatment time, the easier it is to obtain a granular electrode by condensation. For example, after depositing a gold / germanium alloy (Au 93 wt% / Ge 7 wt% alloy) having a film thickness of about 50 nanometers (nm) on the surface of the semiconductor layer, hydrogen (H₂) Alloying for 30 minutes at 500 ° C. in an atmosphere results in a granular ohmic electrode 210 having an average diameter of about 5 μm. In addition to hydrogen, the alloy treatment is nitrogen (N₂), Argon (Ar), etc., but can be carried out in a non-oxidizing atmosphere, but the heat treatment in an atmosphere mainly containing hydrogen has the advantage of providing a granular ohmic electrode with a more uniform particle size. is there. The particle diameter is a diameter of a circumscribed circle when the planar shape of the granular ohmic electrode is regarded as a circumscribed circle.
[0023]
In addition, when producing a granular ohmic electrode using ball-up, in order to dispose the granular ohmic electrode with a substantially uniform surface density on the surface of the semiconductor layer, the film thickness of the gold alloy thin film as the electrode metal material is set in advance. It is necessary to make it uniform on the surface of the semiconductor layer. When there is a region where the film thickness is non-uniform and the film thickness is large in a part of the region, it becomes easy to form a granular ohmic electrode having a large particle size by condensation in that region, and the ohmic electrode 210 is opened. The light emitting region 211 cannot be scattered at a uniform density. For example, a thin film having a uniformity of layer thickness of ± 10% or less for an Au / Ge alloy film of 50 nm is advantageous for promoting the formation of the ohmic electrode 210 having a uniform surface density. A thin film having such uniformity can be formed by a general vacuum deposition method, a sputtering method, or the like.
[0024]
Further, as described in the embodiment according to the fourth aspect of the present invention, in forming the granular ohmic electrode 210, a part of the light emitting portion 20a is formed (Al_XGa_1-X)_0.5In_0.5If the side that makes contact with the P upper clad layer 206 is made of a gold alloy, an electrode 210 having excellent ohmic properties is provided. Further, when the side that is in contact with the transparent conductive film 207, which is the upper layer of the gold alloy layer, is made of gold, the ohmic electrode 210 having excellent adhesion to the transparent conductive film 207 can be formed.
That is, since the ohmic electrode 210 has a multilayer structure in which the side in contact with the semiconductor layer is an alloy containing gold (Au) and the side in contact with the transparent conductive film 207 is Au, the ohmic contact with the upper cladding layer 206 of the AlGaInPLED 20 is achieved. A granular ohmic electrode 210 having excellent contact properties and excellent adhesion to the transparent conductive film 207 is provided. By making the granular ohmic electrode 210 excellent in adhesiveness with the transparent conductive film 207, the drive current supplied through the transparent conductive film 207 can be stably supplied to the ohmic electrode 210. An ohmic electrode having a multilayer structure in which a lower layer is a gold alloy layer and an upper layer is a gold layer is formed by, for example, first depositing a gold alloy film using a general vacuum deposition method, and then depositing the gold film thereon. Can be formed if worn. From the viewpoint of obtaining an ohmic electrode having a low contact resistance, the thickness of the gold alloy thin film is preferably about 10 nm or more. A typical film thickness is about 50 nm. The film thickness of the gold thin film is desirably about 10 nm or more. The total film thickness of the gold alloy thin film and the gold thin film is preferably less than the thickness of the oxide layer constituting the transparent conductive film 207.
[0025]
In the embodiment according to the fifth aspect of the present invention, a part of the light emitting portion 20a is formed (Al_XGa_1-X)_0.5In_0.5As an electrode configuration for providing a granular ohmic electrode suitable for the case where the P upper clad layer 206 is an n-type conductive layer, a gold alloy of an electrode material on the side to be bonded to the upper clad layer 206 is used, particularly gold / germanium. Alloy. n-type (Al_XGa_1-X)_0.5In_0.5Other gold alloys that make ohmic contact with the P layer include gold / tin (Au / Sn) alloys and gold / indium (Au / In) alloys, but the Au / Ge alloy is the best ohmic. Provides stable contact. In the Au · Ge alloy, the higher the weight content of germanium (Ge), the better the ohmic contact and the easier the condensation, and the granular ohmic electrode 210 is simply provided.
[0026]
In an embodiment according to the sixth aspect of the present invention, a part of the light emitting portion 20a is formed (Al_XGa_1-X)_0.5In_0.5When the P upper clad layer 206 is a p-type conductive layer, the gold alloy of the electrode material on the side to be joined to the upper clad layer 206 is a gold / zinc (Zn) alloy or a gold / beryllium (Au / Be) alloy. To do. If an Au.Zn alloy or an Au.Be alloy is used, a granular ohmic electrode can be formed most conveniently.
[0027]
In the present invention, the transparent conductive film 207 made of a conductive oxide layer is formed as a window layer so as to cover the surface of the semiconductor layer and the granular ohmic electrodes 210 scattered on the surface. By covering the ohmic electrode 210 with the transparent conductive film 207 to form an electrical contact, the LED driving current supplied from the pedestal electrode 208 can be uniformly supplied to the granular ohmic electrode 210. That is, on the one hand, the transparent conductive film 207 forms a barrier that impedes conduction with the III-V group compound semiconductor layer as described above, and on the other hand, the conductive film 207 functions to flow an operating current to the ohmic electrode 210 due to its conductivity. Have.
In addition, a portion of the semiconductor layer surface between each of the granular ohmic electrodes 210 is sufficiently larger than the forbidden band width corresponding to the emission wavelength of the LED, specifically, 2.5 eV or more that can also transmit green band light. If a transparent conductive film made of an optically transparent oxide layer having a forbidden band width is laid, light can be extracted outside through the transparent conductive film without being shielded. For this reason, it is convenient to obtain a high-brightness LED.
A metal oxide that has conductivity suitable for supplying an LED driving current to the ohmic electrode 210 and that has a sufficiently high transmittance of light emission with a band gap exceeding 2.5 eV at room temperature is indium tin oxide (ITO). Zinc oxide (ZnO) and magnesium oxide (MgO). In particular, the forbidden band width is 2.5 eV or more and the resistivity is 7 × 10.^-FourITO having a low specific resistance that can be Ω · cm or less is convenient as a material for the transparent conductive film 207.
[0028]
The layer thickness of the transparent conductive film 207 is set so as to give a high transmittance with respect to the emission wavelength of the LED. For example, for red-orange light emission with a wavelength of about 620 nm, if the transparent conductive film 207 is made of ITO having a layer thickness of about 600 nm, a window layer having a transmittance exceeding 90% can be formed. In addition, a transparent conductive film can be formed from two or more metal oxide layers so as to form a transparent conductive film from an ITO layer and a ZnO layer, but a transparent conductive film 207 is formed from two or more metal oxide layers. In this case, it is optimal to sequentially stack oxide layers having a smaller refractive index in the emission extraction direction. For example, in the case of forming a transparent conductive film from a multilayer structure of ITO (refractive index≈2.0) and ZnO (refractive index≈2.2), the lower layer is made of ZnO and the upper layer is made of ITO with respect to the direction of light emission. It is recommended that you do this.
[0029]
【Example】
Example 1
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. FIG. 4 is a schematic plan view of the AlGaInPLED 30 according to the first embodiment. FIG. 5 is a schematic sectional view of the AlGaInPLED 30 shown in FIG.
[0030]
The LED 30 includes a Zn-doped p-type GaAs buffer layer 302 as a semiconductor layer 30b on a zinc (Zn) -doped GaAs single crystal substrate 301 having a p-type (001) plane, and p-type Al doped with Zn._0.40Ga_0.60As layer and p-type Al_0.95Ga_0.05Bragg reflection (DBR) layer 303 having a periodic structure in which 10 As layers are stacked alternately, Zn-doped p-type (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P-type lower cladding layer 304 made of P, undoped n-type (Al_0.2Ga_0.8)_0.5In_0.5Light emitting layer 305 made of P mixed crystal and silicon (Si) doped n-type (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5The upper clad layer 306 made of P is laminated. The light emitting portion of the LED 30 includes a lower cladding layer 304, a light emitting layer 305, and an upper cladding layer 306 made of AlGaInP.
[0031]
Each of the layers 302 to 306 constituting the semiconductor layer 30b is formed of trimethylaluminum ((CH_Three)_ThreeAl), trimethylgallium ((CH_Three)_ThreeGa) and trimethylindium ((CH_Three)_ThreeIt was formed by a low pressure MOCVD method using In) as a group III element material. The doping material for zinc (Zn), which is a p-type impurity, is diethyl zinc ((C₂H_Five)₂Zn) was used. Disilane (Si) is used as a doping material for silicon (Si), which is an n-type impurity.₂H₆)It was used. Further, as a raw material for the group V element, arsine (AsH_Three) Or phosphine (PH_Three)It was used.
The formation temperature of each of the layers 302 to 306 of the semiconductor layer 30b was unified at 730 ° C. The carrier concentration of the buffer layer 302 is about 5 × 10¹⁸cm^-3And the layer thickness was about 1 μm. P-type Al forming the DBR layer 303_0.40Ga_0.60As layer and p-type Al_0.95Ga_0.05The thickness of each As layer was about 40 nm. The carrier concentration of the lower cladding layer 304 is about 3 × 10¹⁷cm^-3And the layer thickness was about 1 μm. The thickness of the light emitting layer 305 is about 0.5 μm, and the carrier concentration is about 5 × 10.¹⁶cm^-3It was. The carrier concentration of the upper cladding layer 306 is about 2 × 10¹⁸cm^-3The layer thickness was about 5 μm.
[0032]
After the layers 302 to 306 of the semiconductor layer 30b were formed on the GaAs single crystal substrate 301 by MOCVD, electrodes were formed on the front and back surfaces of the wafer.
First, a continuous film made of a gold / germanium alloy (Au 93 wt% -Ge 7 wt% alloy) having a thickness of about 50 nm is formed on the entire surface of the n-type upper cladding layer 306 by a general vacuum deposition method. I wore it. Subsequently, a gold (Au) film having a thickness of about 50 nm was deposited on the surface of the Au—Ge alloy film. Next, while leaving the Au—Ge alloy film and the Au coating on the surface of the upper cladding layer 306, hydrogen (H₂) Heat treatment was performed for alloying at 500 ° C. for 30 minutes in an air stream. As a result, the above Au—Ge alloy film / Au coating that exhibited continuity at the time of vapor deposition was ball-uped to form an ohmic electrode 307 that is granular and has ohmic contact by condensation. The average value of the diameter (particle diameter) of the granular ohmic electrode 307 measured with a normal optical microscope was about 8 μm, and the maximum width was 20 μm or less.
[0033]
Next, with the granular ohmic electrode 307 remaining on the n-type upper cladding layer 306, the n-type upper cladding layer 306 and the ohmic electrode 307 are covered, and indium oxide is formed into a transparent conductive film 309 by a general magnetron sputtering method. A tin (ITO) film was deposited at 300 ° C. From this, the granular ohmic electrode 307 was surrounded by the transparent conductive film 309. The resistivity of the ITO layer is about 4 × 10^-FourΩ · cm, and the layer thickness was about 600 nm. According to a general X-ray diffraction analysis method, the ITO film was shown to be a polycrystalline film preferentially oriented in the <001> direction (C axis).
[0034]
Next, after applying a general organic photoresist material to the surface of the transparent conductive film 309 for transmitting light, a region where the pedestal electrode 310 is to be provided was patterned using a known photolithography technique. Thereafter, a gold (Au) film was deposited on the entire surface by vacuum deposition while leaving the patterned resist material remaining. The thickness of the gold (Au) film was about 700 nm. Thereafter, along with the peeling of the resist material, the Au film was left only in the region where the pedestal electrode 310 was to be formed by known lift-off means. Thus, a circular pedestal electrode 310 made of an Au film having a diameter of about 110 μm was formed. The plane area of the base electrode 310 is about 0.95 × 10.^-Fourcm²It became.
[0035]
Subsequently, a p-type first electrode 311 having an ohmic contact made of a gold / zinc (Au / Zn) alloy is formed on the back surface of the p-type GaAs single crystal substrate 301, and then the wafer is cut by a normal scribing method. Individually subdivided into LED30. The LED 30 has a side of 260 μm and a flat area of about 6.8 × 10^-Fourcm²The area of the open light emitting region 308 of the LED 30 is 5.9 × 10.^-Fourcm²It became. The number of the granular ohmic electrodes 307 scattered on the surface of the open light emitting region 308 of the LED 30 is 436, and the surface density of the granular ohmic electrodes 307 is about 7.4 × 10.^FivePiece / cm²It was calculated. Further, the total plane area (2.2 × 10 6) occupied by the granular ohmic electrode 307 having an average particle diameter of about 8 μm with respect to the surface area of the open light emitting region 308.^-Fourcm²) Accounted for about 37%.
[0036]
When a current was passed in the forward direction between the p-type first electrode 311 and the base electrode 310 of the LED 30, red-orange light having a wavelength of about 620 nm was emitted through the open light emitting region 308. Moreover, the half width of the emission spectrum measured by the spectroscope was about 20 nm, and light emission excellent in monochromaticity was obtained. The intensity of light emission of the LED 30 when a current of 20 mA, which is simply measured with the integrating sphere corrected for visibility, was about 74 millicandelas (mcd). Furthermore, in the LED 30 of the present embodiment, light emission is recognized in the peripheral region of the LED 30 due to the effect of the uniform distribution of the operating current by arranging the ohmic electrodes in a granular manner, and the open light emitting region 308 The distribution of the luminescence intensity was uniform.
In addition, the forward voltage (V) of the LED 30 when a current of 20 mA (mA) is passed._f: @ 20 mA) was about 2.1 volts (V) reflecting the good ohmic characteristics developed by the distributed ohmic electrodes 307 distributed.
[0037]
  (Example 2)
  This example is given as a reference example.
  In Example 2, an LED in which a p-type semiconductor layer is arranged in the light emission extraction direction was manufactured. FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of the LED 50 according to the second embodiment.
[0038]
The LED 50 according to the second embodiment has a silicon (Si) -doped n-type GaAs buffer layer sequentially formed as a semiconductor layer 50b on a GaAs single crystal substrate 501 having a surface that is 2 ° off from the n-type (001) direction. 502, both n-type Al doped with Si_0.40Ga_0.60As layer and n-type Al_0.95Ga_0.05Bragg reflection (DBR) layer 503 having a periodic structure in which 10 layers of As layers are alternately stacked, Si-doped n-type (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5Lower cladding layer 504 made of P, undoped n-type (Al_0.2Ga_0.8)_0.5In_0.5Light emitting layer 505 made of P, and magnesium (Mg) doped p-type (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5The upper clad layer 506 made of P is laminated. The light emitting portion of the LED 50 includes a lower cladding layer 504, a light emitting layer 505, and an upper cladding layer 506 made of AlGaInP.
[0039]
Each of the layers 502 to 506 constituting the semiconductor layer 50b is formed of trimethylaluminum ((CH_Three)_ThreeAl), trimethylgallium ((CH_Three)_ThreeGa) and trimethylindium ((CH_Three)_ThreeA film was formed by a low pressure MOCVD method using In) as a group III constituent element material. The doping raw material for magnesium (Mg), which is a p-type impurity, includes biscyclopentadienyl magnesium (bis- (C_FiveH_Five)₂Mg) was used. The doping material for Si, which is an n-type impurity, includes disilane (Si₂H₆)It was used. The formation temperature of each layer 502 to 506 of the semiconductor layer 50b was unified to 730 ° C.
The carrier concentration of the buffer layer 502 is about 3 × 10¹⁸cm^-3The layer thickness was about 0.5 μm. N-type Al forming the DBR layer 503_0.40Ga_0.60As layer and n-type Al_0.95Ga_0.05The thickness of each As layer was about 40 nm. Each carrier concentration is about 2 × 10.¹⁸cm^-3It was. The carrier concentration of the lower cladding layer 504 is about 3 × 10¹⁸cm^-3In addition, the layer thickness was about 400 nm. The light emitting layer 505 has a thickness of about 10 nm and a carrier concentration of about 1 × 10.¹⁷cm^-3It was. The carrier concentration of the upper cladding layer 506 is about 4 × 10.¹⁷cm^-3The layer thickness was about 3 μm.
[0040]
After forming each layer 502-506 of the semiconductor layer 50b on the GaAs single crystal substrate 501 by MOCVD, electrodes were formed on the front and back surfaces of the wafer.
First, a gold / zinc (Au / Zn) alloy thin film having a thickness of about 40 nm was deposited on the entire surface of the upper cladding layer 506 by a general vacuum deposition method. Next, while leaving the Au / Zn alloy thin film on the surface of the p-type upper cladding layer 506, hydrogen (H₂) Alloying heat treatment was performed at 480 ° C. for 25 minutes in an air stream. As a result, the above-described Au · Zn film exhibiting continuity during vapor deposition became a granular ohmic electrode 507 which is granular and exhibits ohmic contact by condensation. The average value of the diameter (particle diameter) of the granular ohmic electrode 507 measured with a normal optical microscope was about 10 μm, and the maximum width was 20 μm or less.
[0041]
Next, the granular ohmic electrode 507 is left on the p-type upper cladding layer 506, and the p-type upper cladding layer 506 and the granular ohmic electrode 507 are covered by a general magnetron sputtering method to be oxidized as a transparent conductive film 509. An indium-tin (ITO) film was deposited at 250 ° C. The specific resistance of this ITO film is about 3 × 10^-FourΩ · cm, and the layer thickness was about 590 nm. According to a general X-ray diffraction analysis method, the ITO film was shown to be a polycrystalline film preferentially oriented in the <001> direction (C axis).
[0042]
Next, after applying a general organic photoresist material to the entire surface of the transparent conductive film 509, a region where the pedestal electrode 510 was to be provided was patterned using a known photolithography technique. Thereafter, an aluminum (Al) film was deposited on the entire surface by an electron beam vacuum deposition method while leaving the patterned resist material remaining. The thickness of the Al film was about 800 nm. Thereafter, as the resist material was peeled off, the Al film was left only in the region where the pedestal electrode 510 was to be formed by known lift-off means. From this, the diameter is about 120 μm, and the plane area is 1.1 × 10.^-Fourcm²A circular pedestal electrode 510 made of an Al film was formed.
[0043]
Subsequently, a first electrode 511 having an ohmic contact made of a gold / germanium (Au / Ge) alloy is formed on the back surface of the n-type GaAs single crystal substrate 501, and then the wafer is cut into pieces by a normal scribing method. It became LED50. The LED 50 has a side of 260 μm and a flat area of 6.8 × 10^-Fourcm²The area of the open light emitting region 508 is 5.7 × 10.^-Fourcm²It became. The number of granular ohmic electrodes 507 scattered on the surface of the open light emitting region 508 is 220, and the total plane area of the granular ohmic electrodes 507 is about 1.7 × 10.^-Fourcm²It became. Therefore, the total plane area of the granular ohmic electrode 507 (= 1.7 × 10 4) with respect to the surface area of the open light emitting region 508.^-Fourcm²), The so-called coverage, was about 30%.
[0044]
When a current was passed between the n-type first electrode 511 and the base electrode 519 of the LED 50 in the forward direction, red-orange light having a wavelength of about 620 nm was emitted through the open light emitting region 508. Moreover, the half width of the emission spectrum measured by the spectroscope was about 20 nm, and light emission excellent in monochromaticity was obtained. Further, due to the effect of arranging the ohmic electrodes 507 in a scattered manner, light emission is recognized even in the peripheral region of the LED 50, and 20 mA that is simply measured in a state in which the visibility is corrected using an integrating sphere. The intensity of the light emission of the LED when the current was passed was about 55 millicandela (mcd). It has been shown that the LED 50 of this example is an LED that emits light of uniform intensity due to the effect of even distribution of operating current by the granular ohmic electrode 507 in the open light emitting region 508.
The forward voltage (V) of the LED 50 when a current of 20 mA (mA) is passed._f: @ 20 mA) was about 2.1 volts (V) reflecting the good ohmic characteristics of the granular ohmic electrodes 507 arranged in a scattered manner.
[0045]
【The invention's effect】
In the present invention, the LED drive current supplied from the pedestal electrode can be circulated to the light emitting portion from each of the granular ohmic electrodes dispersed on the semiconductor layer through the transparent conductive film made of the conductive oxide layer. Since it is composed of a granular electrode having a maximum width of 20 μm or less in a planar shape in which ohmic electrodes are uniformly arranged on the surface of the semiconductor layer, the LED driving current can be evenly diffused to the open light emitting region, and the light emission intensity can be increased. An AlGaInPLED having excellent uniformity and high brightness can be obtained.
[0046]
In addition, in the present invention, a granular ohmic electrode can be produced by utilizing condensation (ball-up) of an electrode metal material during heat treatment for forming an ohmic alloy, so that a desired ohmic electrode can be efficiently produced with good reproducibility. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional AlGaInPLED.
FIG. 2 is a schematic plan view of an AlGaInPLED according to the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view of the AlGaInPLED shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic plan view of an AlGaInPLED according to Example 1 of the present invention.
5 is a schematic cross-sectional view of the AlGaInPLED shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic plan view of an AlGaInPLED according to Example 2 of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 AlGaInPLED
10a Light emitting part
10b III-V compound semiconductor layer
101 GaAs single crystal substrate
102 Buffer layer
103 Bragg reflection layer
104 Lower cladding layer
105 Light emitting layer
106 Upper cladding layer
107 Window layer
108 Base electrode
109 first electrode
110 Metal film
20 AlGaInPLED
20a Light emitting part
20b Semiconductor layer
201 GaAs single crystal substrate
202 Buffer layer
203 Bragg reflection layer
204 Lower cladding layer
205 Light emitting layer
206 Upper cladding layer
207 Transparent conductive film
208 Base electrode
209 first electrode
210 Ohmic electrode
211 Open light emitting area
30, 50 AlGaInPLED
30b, 50b semiconductor layer
301,501 GaAs single crystal substrate
302, 502 Buffer layer
303, 503 Bragg reflective layer
304, 504 Lower cladding layer
305, 505 Light emitting layer
306, 506 Upper cladding layer
307, 507 Ohmic electrode
308, 508 Open light emitting area
309, 509 transparent conductive film
310, 510 Base electrode
311 and 511 first electrode

Claims

A semiconductor substrate having a first electrode formed on the back surface, a semiconductor layer including a light emitting portion made of AlGaInP formed on the semiconductor substrate, and an ohmic contact with the semiconductor layer formed on a part of the surface of the semiconductor layer A plurality of ohmic electrodes in contact with each other, a transparent conductive film made of a metal oxide that is electrically connected to the ohmic electrode formed to cover the semiconductor layer and the ohmic electrode, and formed on a part of the surface of the transparent conductive film Further, in a method of manufacturing an AlGaInP light emitting diode having a pedestal electrode electrically connected to the transparent conductive film, a semiconductor layer in contact with the ohmic electrode is AlGaInP, and an alloy thin film containing gold (Au) is provided on the side of the ohmic electrode in contact with the AlGaInP semiconductor. deposited, deposited gold (Au) thin film on the side in contact with the transparent conductive film, in the plane shape of these films is condensed by heat treatment Manufacturing method of AlGaInP light emitting diode, wherein forming an ohmic electrode of a plurality of granular that a significant and 20μm or less.

2. The AlGaInP light emitting diode according to claim 1, wherein the semiconductor layer in contact with the ohmic electrode is made of n-type AlGaInP, and the alloy containing gold (Au) is made of an alloy of gold (Au) and germanium (Ge). Manufacturing method .

The semiconductor layer in contact with the ohmic electrode is made of p-type AlGaInP, and the alloy containing gold (Au) is made of an alloy containing gold (Au) and zinc (Zn) or an alloy containing gold (Au) and beryllium (Be). The method for producing an AlGaInP light-emitting diode according to claim 1.

The AlGaInP light emission according to any one of claims 1 to 3, wherein the ohmic electrodes are arranged so as to be scattered in a portion (open light emitting region) that does not overlap with the pedestal electrode when viewed in plan on the surface of the semiconductor layer. Diode manufacturing method .

5. The AlGaInP light-emitting diode according to claim 4, wherein the total surface area of the ohmic electrode in the open light-emitting region accounts for 3 to 70% of the surface area of the open light-emitting region (surface coverage). Production method.

6. The method for manufacturing an AlGaInP light emitting diode according to claim 1, wherein the transparent conductive film is made of indium tin oxide (ITO).

7. The AlGaInP according to claim 1, wherein the transparent conductive film is made of a metal oxide having a resistivity of 7 × 10 ⁻⁴ Ωcm or less and a forbidden band width of 2.5 eV or more. Manufacturing method of light emitting diode.