JP4867414B2 - Nitride semiconductor light emitting diode - Google Patents
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Description
本発明は、外部電極との電気的接続をハンダを介して行うのに適したn型窒化物半導体用の電極を有する、窒化物半導体発光ダイオードに関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor light-emitting diode having an electrode for an n-type nitride semiconductor suitable for making electrical connection with an external electrode through solder.
近年、pn接合型の発光ダイオード素子構造を、窒化物半導体で構成してなる窒化物半導体発光ダイオードが開発され、実用化されている。窒化物半導体とは、一般式AlaInbGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)で表される化合物半導体であり、GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、InNなど、任意の組成のものを含む。上記化学式において、3族元素の一部をB(ホウ素)、Tl(タリウム)などで置換したもの、また、N(窒素)の一部をP(リン)、As(ヒ素)、Sb(アンチモン)、Bi(ビスマス)などで置換したものも、窒化物半導体に含まれる。以下では、窒化物半導体発光ダイオードを「GaN系LED」とも呼ぶ。また、n型窒化物半導体層を単に「n型層」とも呼び、p型窒化物半導体層を単に「p型層」とも呼ぶ。また、発光部となるpn接合部を基準として、p型層側に設けられる電極をp側電極、n型層側に設けられる電極をn側電極とも呼ぶ。 In recent years, a nitride semiconductor light emitting diode having a pn junction type light emitting diode element structure made of a nitride semiconductor has been developed and put into practical use. A nitride semiconductor is a compound semiconductor represented by the general formula Al a In b Ga 1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), GaN, InGaN , AlGaN, AlInGaN, AlN, InN, etc. In the above chemical formula, a part of the group 3 element is substituted with B (boron), Tl (thallium), etc., and a part of N (nitrogen) is P (phosphorus), As (arsenic), Sb (antimony) Those substituted with Bi (bismuth) or the like are also included in the nitride semiconductor. Hereinafter, the nitride semiconductor light emitting diode is also referred to as “GaN-based LED”. The n-type nitride semiconductor layer is also simply referred to as “n-type layer”, and the p-type nitride semiconductor layer is also simply referred to as “p-type layer”. In addition, with reference to the pn junction serving as the light emitting portion, an electrode provided on the p-type layer side is also referred to as a p-side electrode, and an electrode provided on the n-type layer side is also referred to as an n-side electrode.
サファイアなどからなる基板の上に、n型層、InGaNなどからなる発光層、p型層をこの順に成長して積層し、発光層およびp型層の一部を除去して露出させたn型層上にn側電極を形成し、p型層上にp側電極を形成することにより構成したGaN系LEDが公知である(特許文献1)。 An n-type layer in which an n-type layer, a light-emitting layer made of InGaN, and a p-type layer are grown and stacked in this order on a substrate made of sapphire and the like, and a part of the light-emitting layer and the p-type layer are removed and exposed. A GaN-based LED configured by forming an n-side electrode on a layer and forming a p-side electrode on a p-type layer is known (Patent Document 1).
また、n型窒化物半導体からなる基板の上に、MOVPE(有機金属化合物気相成長)法により、n型層、InGaNなどからなる発光層、p型層をこの順に成長して積層し、基板の裏面にn側電極、p型層の表面にp側電極を形成することにより構成したGaN系LEDが公知である(特許文献2)。 Further, an n-type layer, a light-emitting layer made of InGaN, and a p-type layer are grown and stacked in this order on a substrate made of an n-type nitride semiconductor by a MOVPE (organometallic compound vapor phase epitaxy) method. A GaN-based LED configured by forming an n-side electrode on the back surface and a p-side electrode on the surface of the p-type layer is known (Patent Document 2).
また、サファイアなどからなる基板の上に、第1のn型層、InGaNなどからなる発光層、p型層、第2のn型層をこの順に成長して積層し、第1のn型層にn側電極、第2のn型層にp側電極を形成することにより構成したGaN系LEDが公知である(特許文献3、特許文献4)。 A first n-type layer, a light-emitting layer made of InGaN, a p-type layer, and a second n-type layer are grown and stacked in this order on a substrate made of sapphire or the like to form a first n-type layer. A GaN-based LED configured by forming an n-side electrode and a p-side electrode in a second n-type layer is known (Patent Document 3 and Patent Document 4).
また、結晶成長用基板上に、n型層、InGaNなどからなる発光層、p型層をこの順に成長して積層し、次に、p型層の表面に支持基板を仮接着して、結晶成長用基板を窒化物半導体層から除去するとともに、露出したn型層に別途準備した導電性基板を接着し、その後、支持基板を剥離して、p型層の表面にp側電極を形成することにより構成したGaN系LEDが公知である(特許文献5)。 In addition, an n-type layer, a light emitting layer made of InGaN, and a p-type layer are grown and laminated in this order on a crystal growth substrate. The growth substrate is removed from the nitride semiconductor layer, and a separately prepared conductive substrate is bonded to the exposed n-type layer, and then the support substrate is peeled off to form a p-side electrode on the surface of the p-type layer. A GaN-based LED configured by this is known (Patent Document 5).
また、n型窒化物半導体用の電極として、Ti−W合金と、Geと、Rhとを必須に含む電極が公知である(特許文献6)。 As an electrode for an n-type nitride semiconductor, an electrode that essentially contains a Ti—W alloy, Ge, and Rh is known (Patent Document 6).
特許文献1には、n型窒化物半導体用の電極として、Alの単層膜からなる電極(以下「Al単層電極」ともいう。)が記載されている。Alは光の反射率が高いことから、Al単層電極はLED用の電極として好適である。しかしながら、Alは溶融したハンダと接触すると反応して合金化を起こすことから、例えばフリップチップ実装用のLEDのように、LEDチップの電極と外部電極(LEDチップの支持体となるリードフレーム、回路基板、サブマウント等の側に設けられた電極)との接続にハンダを用いるLEDには、Al単層電極を使用することができない。なぜなら、合金化によって電極とn型窒化物半導体との接触抵抗が増加する問題が生じるからである。また、ハンダとの反応により生じる合金の反射率が、Al単体に比べ著しく低いものとなるという問題もある。特許文献1には、この問題を改善するために、Al層の上に融点の高い金属からなるバリア層を介してAu(金)層を積層することにより構成した電極が開示されている。しかし、この電極でも、Alの熱膨張率が窒化物半導体や他の金属と比べて極端に大きいことから、内部に大きな熱応力が発生し易く、そのために、電極が加熱を受けた際に特性が変動し易いという問題がある。また、熱応力によってバリア層が損傷を受けると、バリア層のバリア機能が低下して、Al層とAu層またはハンダとの間で、合金化反応が起こる恐れがある。 Patent Document 1 describes an electrode made of an Al single layer film (hereinafter also referred to as “Al single layer electrode”) as an electrode for an n-type nitride semiconductor. Since Al has a high light reflectance, an Al single layer electrode is suitable as an electrode for LED. However, since Al reacts with molten solder to cause alloying, LED chip electrodes and external electrodes (lead frame and circuit serving as a support for the LED chip, such as LEDs for flip chip mounting). An Al single layer electrode cannot be used for an LED that uses solder for connection to an electrode provided on a substrate, a submount, or the like. This is because there is a problem that the contact resistance between the electrode and the n-type nitride semiconductor increases due to alloying. There is also a problem that the reflectance of the alloy generated by the reaction with solder is significantly lower than that of Al alone. In order to improve this problem, Patent Document 1 discloses an electrode configured by laminating an Au (gold) layer on an Al layer via a barrier layer made of a metal having a high melting point. However, even in this electrode, since the thermal expansion coefficient of Al is extremely large compared to nitride semiconductors and other metals, large thermal stress is likely to be generated inside, and therefore characteristics when the electrode is heated. There is a problem that it is likely to fluctuate. Further, when the barrier layer is damaged by the thermal stress, the barrier function of the barrier layer is lowered, and an alloying reaction may occur between the Al layer and the Au layer or solder.
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであり、外部電極との電気的接続をハンダを介して行うのに適したn型窒化物半導体用の電極を備えた、GaN系LEDを提供することを目的とする。本発明の他の目的は、かかる電極を備えるとともに、それによる発光出力の低下を補ったGaN系LEDを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a GaN-based LED including an n-type nitride semiconductor electrode suitable for electrical connection with an external electrode via solder. Objective. Another object of the present invention is to provide a GaN-based LED that includes such an electrode and compensates for a decrease in light emission output caused thereby.
本発明者等は、Ti−W合金が、GeやRhを併用しなくても、n型窒化物半導体との間で低い接触抵抗を示すことを見出し、それによって本発明をなすに至った。ここで、Ti−W合金とは、実質的にTi(チタン)とW(タングステン)のみからなる合金である。本発明は、上記目的を達成するために、次の特徴を有する窒化物半導体発光ダイオードを提供する。 The present inventors have found that the Ti—W alloy exhibits a low contact resistance with the n-type nitride semiconductor without using Ge or Rh together, and thus the present invention has been made. Here, the Ti—W alloy is an alloy substantially consisting of Ti (titanium) and W (tungsten). In order to achieve the above object, the present invention provides a nitride semiconductor light emitting diode having the following characteristics.
(1)n型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層上に形成された電極とを有し、該電極がハンダを介して外部電極に電気的に接続される窒化物半導体発光ダイオードにおいて、該電極が該n型窒化物半導体層と接するTi−W合金層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光ダイオード。
(2)前記Ti−W合金層のTi濃度が5wt%〜50wt%である前記(1)に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(3)前記電極が、前記Ti−W合金層上に積層された金属層を含む、前記(1)または(2)に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(4)前記金属層が、前記Ti−W合金層の直上に積層されたAu層を含む、前記(3)に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(5)前記金属層の最上層が、Au、白金族元素、Snまたはハンダからなる層である、前記(3)または(4)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(6)前記電極がRhを含まない、前記(1)〜(5)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(7)発光層と、該発光層に直接的または間接的に積層されたn型コンタクト層とを含む窒化物半導体層を備えた窒化物半導体発光ダイオードにおいて、該n型コンタクト層上の一部の領域に接するように形成された電極と、該n型コンタクト層上の該電極が接している領域を除く領域に形成された、該発光層で生じる光を反射する反射膜とを有し、該電極が該n型コンタクト層と接するTi−W合金層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光ダイオード。
(8)前記n型コンタクト層がn型窒化物半導体からなる基板である、前記(7)に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(9)前記発光層と前記n型コンタクト層との間にp型窒化物半導体層を有する、前記(7)に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(10)前記反射膜が前記n型コンタクト層よりも低い屈折率を有する透光性層を含む、前記(7)〜(9)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(11)前記反射膜が誘電体多層膜型の反射層を含む、前記(7)〜(10)に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(12)前記反射膜が金属層を含む、前記(7)〜(11)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(13)前記Ti−W合金層の一部が、前記反射膜の表面を覆うように形成されている、前記(7)〜(12)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(14)
前記電極が前記Ti−W合金層の上から形成されたボンディング層を含んでいる、前記(7)〜(13)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(15)前記Ti−W合金層の一部が前記反射膜と前記ボンディング層とを隔てている、前記(14)に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(16)前記n型コンタクト層とで前記電極および反射膜を挟むように設けられている導電性基板を有する、前記(7)に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
(1) A nitride semiconductor light-emitting diode having an n-type nitride semiconductor layer and an electrode formed on the n-type nitride semiconductor layer, the electrode being electrically connected to an external electrode through solder A nitride semiconductor light-emitting diode, wherein the electrode includes a Ti—W alloy layer in contact with the n-type nitride semiconductor layer.
(2) The nitride semiconductor light emitting diode according to (1), wherein the Ti concentration of the Ti—W alloy layer is 5 wt% to 50 wt%.
(3) The nitride semiconductor light-emitting diode according to (1) or (2), wherein the electrode includes a metal layer stacked on the Ti—W alloy layer.
(4) The nitride semiconductor light-emitting diode according to (3), wherein the metal layer includes an Au layer laminated directly on the Ti—W alloy layer.
(5) The nitride semiconductor light-emitting diode according to (3) or (4), wherein the uppermost layer of the metal layer is a layer made of Au, a platinum group element, Sn, or solder.
(6) The nitride semiconductor light-emitting diode according to any one of (1) to (5), wherein the electrode does not contain Rh.
(7) In a nitride semiconductor light-emitting diode including a nitride semiconductor layer including a light-emitting layer and an n-type contact layer directly or indirectly stacked on the light-emitting layer, a part on the n-type contact layer An electrode formed so as to be in contact with the region, and a reflective film that reflects light generated in the light-emitting layer formed in a region other than the region in contact with the electrode on the n-type contact layer, The nitride semiconductor light-emitting diode, wherein the electrode includes a Ti-W alloy layer in contact with the n-type contact layer.
(8) The nitride semiconductor light emitting diode according to (7), wherein the n-type contact layer is a substrate made of an n-type nitride semiconductor.
(9) The nitride semiconductor light-emitting diode according to (7), wherein a p-type nitride semiconductor layer is provided between the light-emitting layer and the n-type contact layer.
(10) The nitride semiconductor light-emitting diode according to any one of (7) to (9), wherein the reflective film includes a light-transmitting layer having a lower refractive index than the n-type contact layer.
(11) The nitride semiconductor light-emitting diode according to any one of (7) to (10), wherein the reflective film includes a dielectric multilayer type reflective layer.
(12) The nitride semiconductor light-emitting diode according to any one of (7) to (11), wherein the reflective film includes a metal layer.
(13) The nitride semiconductor light-emitting diode according to any one of (7) to (12), wherein a part of the Ti—W alloy layer is formed so as to cover a surface of the reflective film.
(14)
The nitride semiconductor light-emitting diode according to any one of (7) to (13), wherein the electrode includes a bonding layer formed from above the Ti—W alloy layer.
(15) The nitride semiconductor light-emitting diode according to (14), wherein a part of the Ti—W alloy layer separates the reflective film and the bonding layer.
(16) The nitride semiconductor light-emitting diode according to (7), further including a conductive substrate provided so as to sandwich the electrode and the reflective film with the n-type contact layer.
本発明の好適な実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードは、n型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層上に形成された電極とを有し、該電極が該n型窒化物半導体層と接するTi−W合金層を含むことを特徴としている。Ti−W合金は耐熱性の良好な合金であり、溶融したハンダと接触しても反応を起こさないので、この発光ダイオードでは、素子側の電極と外部電極とをハンダを介して接続する方式で実装したときに、実装後の動作電圧が実装前よりも高くなる問題が防止される。 A nitride semiconductor light emitting diode according to a preferred embodiment of the present invention includes an n-type nitride semiconductor layer and an electrode formed on the n-type nitride semiconductor layer, and the electrode is the n-type nitride. A Ti—W alloy layer in contact with the semiconductor layer is included. Ti-W alloy is an alloy with good heat resistance and does not react even when it comes into contact with molten solder. In this light emitting diode, the element side electrode and the external electrode are connected via solder. When mounted, the problem that the operating voltage after mounting becomes higher than before mounting is prevented.
本発明の他の好適な実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードは、発光層と、該発光層に直接的または間接的に積層されたn型コンタクト層とを含む窒化物半導体層を備えるものであって、該n型コンタクト層上の一部の領域に接するように形成された電極と、該n型コンタクト層上の該電極が接する領域を除く領域に形成された、該発光層で生じる光を反射する反射膜とを有し、該電極が該n型コンタクト層と接するTi−W合金層を含むことを特徴としている。この窒化物半導体発光ダイオードは、n型コンタクト層に形成された電極と外部電極とを、ハンダを介して好適に接続することができる。また、Ti−W合金は比較的低い光反射率を有するが、この窒化物半導体発光ダイオードでは、n型コンタクト層上に電極に加えて反射膜を設けることによって、Ti−W合金を電極に用いることによる発光出力の低下が補われる。 A nitride semiconductor light emitting diode according to another preferred embodiment of the present invention includes a nitride semiconductor layer including a light emitting layer and an n-type contact layer laminated directly or indirectly on the light emitting layer. And an electrode formed so as to be in contact with a part of the region on the n-type contact layer and light generated in the light-emitting layer formed in a region other than the region on the n-type contact layer in contact with the electrode. The electrode includes a Ti—W alloy layer in contact with the n-type contact layer. In this nitride semiconductor light emitting diode, the electrode formed on the n-type contact layer and the external electrode can be suitably connected via solder. Ti-W alloy has a relatively low light reflectivity. In this nitride semiconductor light emitting diode, a Ti-W alloy is used as an electrode by providing a reflective film in addition to the electrode on the n-type contact layer. This compensates for a decrease in light emission output.
本発明に係るGaN系LEDは、電極が形成されるn型層であるn型コンタクト層と、そのn型コンタクト層上に形成された電極とを有しており、該電極がn型コンタクト層と接するTi−W合金層を含んでいる。 The GaN-based LED according to the present invention has an n-type contact layer, which is an n-type layer on which an electrode is formed, and an electrode formed on the n-type contact layer, and the electrode is an n-type contact layer. A Ti—W alloy layer in contact with the substrate.
n型コンタクト層を構成する窒化物半導体の組成は任意であるが、好ましくは、AlxGa1−xN(0≦x≦0.2)である。これは、Inを含まない窒化物半導体は高温(MOVPE法の場合では900℃以上)での成長が可能となるので、良好な結晶性を有するもの、すなわち、良好な導電性を有するものが作製し易いからである。また、Al組成の低い窒化物半導体の方が、結晶性が良好となるからである。n型コンタクト層は、n型導電性を示すものであれば、アンドープであってもよいし、不純物がドープされたものであってもよいが、電極との接触抵抗が低くなるように、キャリア濃度は1×1018cm−3以上であることが好ましく、3×1018cm−3以上であることがより好ましい。キャリア濃度の制御に用いるn型不純物の種類に限定はなく、Si(ケイ素)、Ge(ゲルマニウム)など、公知のn型不純物を任意に用いることができる。n型コンタクト層はいかなる方法で作製されたものであってもよく、MOVPE法、HVPE(ハイドライド気相成長)法、MBE(分子ビームエピタキシー)法等の気相法で成長されたものであってもよいし、高圧法、液相法などの、気相法以外の方法で成長されたものであってもよい。n型コンタクト層は、基板上にエピタキシャル成長された層に限定されるものではなく、n型窒化物半導体からなる基板であってもよい。 The composition of the nitride semiconductor constituting the n-type contact layer is arbitrary, but is preferably Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.2). This is because a nitride semiconductor containing no In can be grown at a high temperature (900 ° C. or more in the case of the MOVPE method), so that a semiconductor having good crystallinity, that is, a semiconductor having good conductivity is manufactured. This is because it is easy to do. In addition, the nitride semiconductor having a lower Al composition has better crystallinity. As long as the n-type contact layer exhibits n-type conductivity, it may be undoped or doped with impurities, but the carrier is used so that the contact resistance with the electrode is lowered. The concentration is preferably 1 × 10 18 cm −3 or more, and more preferably 3 × 10 18 cm −3 or more. The type of n-type impurity used for controlling the carrier concentration is not limited, and any known n-type impurity such as Si (silicon) or Ge (germanium) can be used. The n-type contact layer may be produced by any method, and is grown by a vapor phase method such as MOVPE method, HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method, MBE (molecular beam epitaxy) method, etc. Alternatively, it may be grown by a method other than the gas phase method such as a high pressure method or a liquid phase method. The n-type contact layer is not limited to a layer epitaxially grown on the substrate, and may be a substrate made of an n-type nitride semiconductor.
n型コンタクト層上に形成される電極は、Ti−W合金の単層膜からなるものであってもよいし、n型コンタクト層と接するTi−W合金層の上に、他の金属層を積層したものであってもよい。後者の場合、Ti−W合金層の上に積層する金属の種類は任意であり、単体であっても合金であってもよく、また、該金属層は単層であっても多層構造を有していてもよい。電極の抵抗を低くする目的で金属層を積層する場合には、該金属層がAg、Cu(銅)、Au、Al等の導電性の高い金属からなる層を含むことが好ましい。また、電極の表面をハンダにより濡れ易くする目的のためには、該金属層が、最上層として、Auまたは白金族元素からなる層を含むことが好ましい。Auや白金族元素は、表面に酸化膜が形成され難いために、Auまたは白金族元素からなる層の表面はハンダにより濡れ易い。また、電極とハンダとの接合性を良好にするには、該最上層をSn(錫)またはハンダで形成してもよい。ここで、Snはハンダの成分として多用される金属である。Ti−W合金層上に他の金属層を積層することに起因してTi−W合金層が受ける熱応力を低減するには、積層する金属層を、Au層または、Au層と他の金属からなる層との積層体とすることが好ましい。特に好ましくは、Ti−W合金層の直上の層をAu層とする。なぜなら、Auは柔らかく、変形し易い金属だからである。Ti−W合金層が受ける熱応力を低減させることにより、電極の変形や剥離、電極とn型コンタクト層との接触状態の不安定化、といった問題が抑制できる。電極の安定性の観点から、Ti−W合金層の上(特に直上)に積層することが好ましくないのはAl層である。Alは熱膨張率が特に大きいために、Al層を積層すると、Ti−W合金層が受ける熱応力が大きくなるからである。 The electrode formed on the n-type contact layer may be composed of a single layer film of Ti—W alloy, or another metal layer may be formed on the Ti—W alloy layer in contact with the n-type contact layer. It may be laminated. In the latter case, the type of metal laminated on the Ti—W alloy layer is arbitrary, and it may be a simple substance or an alloy. The metal layer may be a single layer or have a multilayer structure. You may do it. When laminating a metal layer for the purpose of reducing the resistance of the electrode, the metal layer preferably includes a layer made of a highly conductive metal such as Ag, Cu (copper), Au, or Al. For the purpose of making the surface of the electrode easy to wet with solder, the metal layer preferably includes a layer made of Au or a platinum group element as the uppermost layer. Since Au and platinum group elements hardly form an oxide film on the surface, the surface of the layer made of Au or platinum group elements is easily wetted by solder. In order to improve the bonding property between the electrode and the solder, the uppermost layer may be formed of Sn (tin) or solder. Here, Sn is a metal frequently used as a solder component. In order to reduce the thermal stress applied to the Ti—W alloy layer due to the lamination of another metal layer on the Ti—W alloy layer, the laminated metal layer is made of an Au layer or an Au layer and another metal. It is preferable to make a laminated body with the layer which consists of. Particularly preferably, the layer immediately above the Ti—W alloy layer is an Au layer. This is because Au is a soft and easily deformable metal. By reducing the thermal stress applied to the Ti—W alloy layer, problems such as electrode deformation and peeling and instability of the contact state between the electrode and the n-type contact layer can be suppressed. From the viewpoint of electrode stability, it is the Al layer that is not preferably laminated on the Ti—W alloy layer (particularly immediately above). This is because Al has a particularly large coefficient of thermal expansion, and when an Al layer is laminated, the thermal stress received by the Ti—W alloy layer increases.
Ti−W合金層の形成方法に限定はなく、従来公知のTi−W合金薄膜の形成方法を適宜用いることができる。好ましくは、Ti−W合金層は、Ti−Wターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。Ti−Wターゲットの詳細については、特許文献7、特許文献8、特許文献9その他の公知文献を参照することができる。Ti−Wターゲットを用いて形成されたTi−W合金層は、Ti、W以外に、ターゲットに不可避的に含まれる不純物を含むことになるが、このような、原材料から取り除くことが困難な不純物がTi−W合金層に含有されることは許容される。Ti−W合金層の膜厚は、例えば、0.01μm〜1μmとすることができ、好ましくは0.05〜0.5μmである。Ti−W合金層のTi濃度は特に制限されないが、スパッタリングで形成する場合に、Ti−Wターゲットに占めるTi成分の含有量が5wt%未満になると、形成されるTi−W合金薄膜が剥離し易くなる(特許文献7)。スパッタリングにより形成されるTi−W合金層のTi濃度は、ターゲットのTi含有量よりも低くなることから、Ti−W合金層のTi濃度は5wt%以上とすることが好ましい。また、Ti−W合金層のTi濃度が高くなる程、電極の耐熱性が低くなることから、Ti−W合金層のTi濃度は50wt%以下とすることが好ましく、25wt%以下とすることがより好ましく、10wt%以下とすることが特に好ましい。 There is no limitation in the formation method of a Ti-W alloy layer, The conventionally well-known formation method of a Ti-W alloy thin film can be used suitably. Preferably, the Ti—W alloy layer is formed by a sputtering method using a Ti—W target. For details of the Ti-W target, Patent Document 7, Patent Document 8, Patent Document 9, and other known documents can be referred to. The Ti—W alloy layer formed using the Ti—W target contains impurities inevitably contained in the target in addition to Ti and W, but such impurities that are difficult to remove from the raw material. Is allowed to be contained in the Ti-W alloy layer. The film thickness of the Ti—W alloy layer can be, for example, 0.01 μm to 1 μm, and preferably 0.05 to 0.5 μm. The Ti concentration of the Ti—W alloy layer is not particularly limited, but when formed by sputtering, if the content of the Ti component in the Ti—W target is less than 5 wt%, the formed Ti—W alloy thin film is peeled off. It becomes easy (patent document 7). Since the Ti concentration of the Ti—W alloy layer formed by sputtering is lower than the Ti content of the target, the Ti concentration of the Ti—W alloy layer is preferably 5 wt% or more. In addition, the higher the Ti concentration of the Ti—W alloy layer, the lower the heat resistance of the electrode. Therefore, the Ti concentration of the Ti—W alloy layer is preferably 50 wt% or less, and preferably 25 wt% or less. More preferred is 10 wt% or less.
スパッタリング法により形成したTi−W合金層でn型コンタクト層と接する電極は、熱処理を行わなくても、n型コンタクト層との間の接触抵抗が実用上問題がない程度に低いものとなる。従って、接触抵抗を低下させる目的で熱処理を行う必要がない。このことから、Ti−W合金層を形成した後、連続して、融点の低いSn層やハンダ層の積層を行うことができる。Ti−W合金層のTi濃度が10%以下である場合には、熱処理に伴う電極表面の荒れが小さくなるので、熱処理によって電極の状態を安定化させてから使用することが好ましい。なお、熱処理をした場合、Ti−W合金層の内部にn型コンタクト層の成分(窒化物半導体結晶を構成する元素、導電性付与のために添加される不純物など)が拡散する、あるいは、n型コンタクト層の内部にTi−W合金層の成分が拡散することが有り得るが、本発明の効果が損なわれない限りにおいて許容される。 An electrode that is in contact with the n-type contact layer with a Ti—W alloy layer formed by a sputtering method has a contact resistance with the n-type contact layer that is low enough that there is no practical problem without performing heat treatment. Therefore, it is not necessary to perform heat treatment for the purpose of reducing the contact resistance. From this, after forming the Ti—W alloy layer, it is possible to continuously stack an Sn layer or a solder layer having a low melting point. When the Ti concentration of the Ti—W alloy layer is 10% or less, the roughness of the electrode surface associated with the heat treatment is reduced. Therefore, it is preferable to stabilize the electrode state by the heat treatment before use. When heat treatment is performed, components of the n-type contact layer (elements constituting the nitride semiconductor crystal, impurities added for imparting conductivity, etc.) diffuse into the Ti—W alloy layer, or n The component of the Ti—W alloy layer may diffuse inside the mold contact layer, but is allowed as long as the effect of the present invention is not impaired.
次に、本発明の具体的な実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下では、便宜上、基板の主面のうち、窒化物半導体層が形成された側の面を「おもて面」と呼び、窒化物半導体層が形成されていない側の面を「裏面」と呼ぶことにする。 Next, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, for convenience, the surface on the side of the substrate on which the nitride semiconductor layer is formed is referred to as the “front surface”, and the surface on which the nitride semiconductor layer is not formed is referred to as the “back surface”. I will call it.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るGaN系LEDの構造を示す断面図である。このGaN系LEDは、サファイアからなる基板110と、その上にバッファ層(図示せず)を介してエピタキシャル成長された窒化物半導体層120を有しており、窒化物半導体層120には、基板110側から順に、n型GaN層121、InGaN発光層122、p型GaN層123が含まれている。n型GaN層121はn型コンタクト層であり、部分的に露出された該n型GaN層121上には、n側電極P110が形成されている。p型GaN層P123上のほぼ全面には、透光性を有さないp側電極P120が形成されている。n側電極P110は、n型GaN層121に接するTi−W合金層P111(厚さ100nm)と、その上に積層されたAu層P112(厚さ200nm)とからなる積層体である。p側電極P120は、p型GaN層123と接する側から順に、Rh(ロジウム)層P121(厚さ20nm)、Pt(白金)層P122(厚さ100nm)、Au層P123(厚さ200nm)を含む積層体を形成した後、熱処理してなるものである。このGaN系LEDは、InGaN発光層122で発生する光を基板110の裏面側から取出すべく、基板のおもて面側を支持体に向けてフリップチップ実装される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based LED according to the first embodiment of the present invention. This GaN-based LED has a substrate 110 made of sapphire and a nitride semiconductor layer 120 epitaxially grown thereon via a buffer layer (not shown). The nitride semiconductor layer 120 includes a substrate 110. In order from the side, an n-type GaN layer 121, an InGaN light emitting layer 122, and a p-type GaN layer 123 are included. The n-type GaN layer 121 is an n-type contact layer, and an n-side electrode P110 is formed on the partially exposed n-type GaN layer 121. A p-side electrode P120 having no translucency is formed on almost the entire surface of the p-type GaN layer P123. The n-side electrode P110 is a laminate including a Ti—W alloy layer P111 (thickness: 100 nm) in contact with the n-type GaN layer 121 and an Au layer P112 (thickness: 200 nm) laminated thereon. The p-side electrode P120 includes an Rh (rhodium) layer P121 (thickness 20 nm), a Pt (platinum) layer P122 (thickness 100 nm), and an Au layer P123 (thickness 200 nm) in this order from the side in contact with the p-type GaN layer 123. After forming the laminated body containing, it heat-processes. This GaN-based LED is flip-chip mounted with the front side of the substrate facing the support in order to extract light generated in the InGaN light emitting layer 122 from the back side of the substrate 110.
次に、図1に示すGaN系LEDの製造方法を説明する。
まず、サファイアからなる基板110上に、MOVPE法、HVPE法、MBE法等の気相エピタキシャル成長法を用いて、GaN等からなるバッファ層(図示せず)、n型GaN層121、InGaN発光層122、p型GaN層123を、順次成長して積層し、窒化物半導体層120を形成する。この積層体に含まれる各層を構成する窒化物半導体の組成の変更、該各層を多層膜構造とする変更、高温バッファ層、クラッド層、歪緩和層などの各種機能層を付加する変更などは、周知の技術を参考にして適宜行うことができる。
Next, a method for manufacturing the GaN-based LED shown in FIG. 1 will be described.
First, on a substrate 110 made of sapphire, a buffer layer (not shown) made of GaN or the like, an n-type GaN layer 121, an InGaN light emitting layer 122 using a vapor phase epitaxial growth method such as MOVPE method, HVPE method, MBE method or the like. The p-type GaN layer 123 is sequentially grown and laminated to form the nitride semiconductor layer 120. Changes in the composition of the nitride semiconductor constituting each layer included in this laminate, changes in each layer to a multilayer film structure, changes to add various functional layers such as a high-temperature buffer layer, cladding layer, strain relaxation layer, etc. This can be appropriately carried out with reference to a known technique.
次に、p型GaN層123の表面に、電子ビーム蒸着法を用いて、Rh層、Pt層、Au層を順次形成して積層した後、RTA装置を用いて、500℃、1分間の熱処理を行うことにより、p側電極P120を形成する。次に、反応性イオンエッチング法を用いて、p型GaN層123の表面側から、n型GaN層121に達する深さのエッチングを行って、p型GaN層123およびInGaN発光層122の一部を除去し、n型GaN層121の表面を部分的に露出させる。次に、露出したn型GaN層121の表面に、RFスパッタ法を用いて、Ti−W合金層、Au層をこの順に形成して積層することにより、n側電極P110を形成する。RFスパッタ法によるTi−W合金層の形成は、ターゲットにTi−Wターゲット(三菱マテリアル株式会社製、品名:4N W−10wt%Tiターゲット)、スパッタガスにAr(アルゴン)を用い、RF電力:200W、スパッタガス圧:1.0×10−1Paという条件で行うことができる。n側電極P110に熱処理を行ってもよく、例えば、n側電極を形成したウエハに、RTA装置を用いて、窒素雰囲気中、500℃、1分間の熱処理を行う。この熱処理は、後述する絶縁保護膜の形成の後に行ってもよい。 Next, after an Rh layer, a Pt layer, and an Au layer are sequentially formed and stacked on the surface of the p-type GaN layer 123 by using an electron beam evaporation method, heat treatment is performed at 500 ° C. for 1 minute using an RTA apparatus. To form the p-side electrode P120. Next, using a reactive ion etching method, etching is performed from the surface side of the p-type GaN layer 123 to a depth reaching the n-type GaN layer 121, and a part of the p-type GaN layer 123 and the InGaN light emitting layer 122. And the surface of the n-type GaN layer 121 is partially exposed. Next, an n-side electrode P110 is formed by forming and laminating a Ti—W alloy layer and an Au layer in this order on the exposed surface of the n-type GaN layer 121 using RF sputtering. The Ti—W alloy layer is formed by RF sputtering using a Ti—W target (manufactured by Mitsubishi Materials Corporation, product name: 4N W-10 wt% Ti target) as a target, and Ar (argon) as a sputtering gas, and RF power: It can be performed under the conditions of 200 W and sputtering gas pressure: 1.0 × 10 −1 Pa. The n-side electrode P110 may be heat-treated. For example, the wafer on which the n-side electrode is formed is heat-treated at 500 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere using an RTA apparatus. This heat treatment may be performed after the formation of an insulating protective film described later.
次に、窒化物半導体層120の表面が電極に覆われずに露出した部分に、プラズマCVD法を用いて、酸化ケイ素からなる膜厚300nmの絶縁保護膜(図示せず)を形成する。最後に、ウエハを、ダイシング、スクライビング、レーザ溶断等、この分野における周知の方法を用いて切断し、GaN系LEDをチップ状にする。 Next, an insulating protective film (not shown) made of silicon oxide and having a thickness of 300 nm is formed on the exposed portion of the nitride semiconductor layer 120 without being covered with the electrode, using a plasma CVD method. Finally, the wafer is cut using a well-known method in this field such as dicing, scribing, laser cutting, etc., and the GaN-based LED is formed into a chip shape.
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係るGaN系LEDでは、n型窒化物半導体からなる基板をコンタクト層として用いる。図2は、このような第2の実施形態に係るGaN系LEDの構造図であり、図2(a)は上面図、図2(b)は図2(a)のX−Y線における断面図である。このGaN系LEDは、n型GaNからなる基板210と、その上にバッファ層(図示せず)を介してエピタキシャル成長された窒化物半導体層220を有しており、窒化物半導体層220には、基板210側から順に、n型GaN層221、InGaN発光層222、p型GaN層223が含まれている。基板210の裏面上には、Ag(銀)の単層膜(厚さ100nm)である反射膜P230が形成されている。この反射膜P230は、中央部に円形状の開口部が設けられている。図3は、この反射膜P230のみを抜き出して描いた上面図である。基板210の裏面上には、更に、反射膜P230を覆うように、n側電極P210が形成されている。このn側電極P210はTi−W合金の単層膜(厚さ200nm)からなり、反射膜P230の開口部を通して基板210の裏面に接している。p型GaN層223上には、p側電極P220が形成されている。このp側電極P220は、p型GaN層223上の略全面を覆うように形成された、ITO(インジウム錫酸化物)からなる透光性のオーミック電極P221(厚さ600nm)と、その上面の一部に形成されたボンディングパッドP222とから構成されている。ボンディングパッドP222は、Ti(チタン)層P222a(厚さ30nm)と、その上に積層されたAu層P222b(厚さ400nm)とから構成されており、反射膜P230に設けられた開口部の上方に位置している。ボンディングパッドP222の射影部を含むp型層223上の領域には、酸化ケイ素からなる絶縁性の電流バリア層Bが形成され、オーミック電極P221とp型層223との接触を妨げている。
(Second Embodiment)
In the GaN-based LED according to the second embodiment of the present invention, a substrate made of an n-type nitride semiconductor is used as a contact layer. FIG. 2 is a structural diagram of the GaN-based LED according to the second embodiment, FIG. 2 (a) is a top view, and FIG. 2 (b) is a cross section taken along line XY of FIG. 2 (a). FIG. This GaN-based LED includes a substrate 210 made of n-type GaN, and a nitride semiconductor layer 220 epitaxially grown thereon via a buffer layer (not shown). The nitride semiconductor layer 220 includes: In order from the substrate 210 side, an n-type GaN layer 221, an InGaN light emitting layer 222, and a p-type GaN layer 223 are included. On the back surface of the substrate 210, a reflective film P230 that is a single layer film (thickness: 100 nm) of Ag (silver) is formed. The reflective film P230 has a circular opening at the center. FIG. 3 is a top view illustrating only the reflective film P230. On the back surface of the substrate 210, an n-side electrode P210 is further formed so as to cover the reflective film P230. The n-side electrode P210 is made of a single layer film (thickness: 200 nm) of Ti—W alloy, and is in contact with the back surface of the substrate 210 through the opening of the reflective film P230. A p-side electrode P220 is formed on the p-type GaN layer 223. The p-side electrode P220 includes a translucent ohmic electrode P221 (thickness 600 nm) made of ITO (indium tin oxide) formed so as to cover substantially the entire surface of the p-type GaN layer 223, and an upper surface thereof. The bonding pad P222 is formed in part. The bonding pad P222 is composed of a Ti (titanium) layer P222a (thickness 30 nm) and an Au layer P222b (thickness 400 nm) laminated thereon, above the opening provided in the reflective film P230. Is located. An insulating current barrier layer B made of silicon oxide is formed in a region on the p-type layer 223 including the projected portion of the bonding pad P222, thereby preventing contact between the ohmic electrode P221 and the p-type layer 223.
図2に示すGaN系LEDは、基板210の裏面側に設けられたn側電極P210と、外部電極(負電極)とをハンダを介して接合することにより、該外部電極の表面に固定することができる。p側電極P220と外部電極(正電極)との電気的接続は、ボンディングパッド222と該外部電極との間をボンディングワイヤを介して接続することによって行われる。発光層222で発生する光は、透光性のオーミック電極P221を通してチップの外部に放射される。発光層222から基板210の裏面に向かって進んだ光は、一部はTi−W合金からなるn側電極P210で反射されるが、他の一部は反射率の高いAgからなる反射膜P230によって反射されるので、反射膜P230を設けない場合に比べて、LEDの発光出力が改善される。また、n側電極P210が基板210に接している部分と、ボンディングパッドP222とを結ぶ最短経路上に、電流バリア層Bが設けられているため、該経路への電流集中が抑制されるとともに、ボンディングパッドP222に遮られてチップ外に放射され難い、ボンディングパッドP222の射影部での発光が抑制されている。 The GaN-based LED shown in FIG. 2 is fixed to the surface of the external electrode by joining an n-side electrode P210 provided on the back side of the substrate 210 and an external electrode (negative electrode) via solder. Can do. The electrical connection between the p-side electrode P220 and the external electrode (positive electrode) is performed by connecting the bonding pad 222 and the external electrode via a bonding wire. Light generated in the light emitting layer 222 is radiated to the outside of the chip through the translucent ohmic electrode P221. A part of the light traveling from the light emitting layer 222 toward the back surface of the substrate 210 is reflected by the n-side electrode P210 made of a Ti—W alloy, while the other part is a reflective film P230 made of Ag having a high reflectance. Therefore, the light emission output of the LED is improved as compared with the case where the reflective film P230 is not provided. In addition, since the current barrier layer B is provided on the shortest path connecting the portion where the n-side electrode P210 is in contact with the substrate 210 and the bonding pad P222, current concentration on the path is suppressed, Light emission from the projected portion of the bonding pad P222, which is blocked by the bonding pad P222 and hardly radiated out of the chip, is suppressed.
図2に示すGaN系LEDにおいて、反射膜P230に設ける開口部の形状、個数、位置などは、任意に設定することができる。n側電極P210が反射膜P230の周囲の領域で、基板210に接するように構成してもよく、図4はそのように構成したGaN系LEDの断面図である。図4に示すGaN系LEDでは、n型GaNからなる基板210の裏面に、開口部を有さない反射膜P230が形成され、その上から、該反射膜P230の端面も覆うように、Ti−W合金の単層膜からなるn側電極P210が形成されている。このn側電極P210は、反射膜P230の周囲で基板210の裏面と接している。 In the GaN-based LED shown in FIG. 2, the shape, number, position, and the like of the openings provided in the reflective film P230 can be arbitrarily set. The n-side electrode P210 may be configured to be in contact with the substrate 210 in a region around the reflective film P230, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the GaN-based LED configured as such. In the GaN-based LED shown in FIG. 4, a reflective film P230 having no opening is formed on the back surface of the substrate 210 made of n-type GaN, and from above, the end face of the reflective film P230 is covered so that Ti− An n-side electrode P210 made of a W alloy single layer film is formed. The n-side electrode P210 is in contact with the back surface of the substrate 210 around the reflective film P230.
図2および図4に示すGaN系LEDでは、n側電極P210を構成するTi−W合金層の一部が、反射膜P230の表面を覆うように形成されている。このように構成すると、n側電極P210に接合されるハンダが反射膜P230に接触することが防止されるために、反射膜P230を構成するAgがハンダと化合することによる反射膜P230の反射率の低下が防止される。 In the GaN-based LED shown in FIGS. 2 and 4, a part of the Ti—W alloy layer constituting the n-side electrode P210 is formed so as to cover the surface of the reflective film P230. With this configuration, since the solder bonded to the n-side electrode P210 is prevented from coming into contact with the reflective film P230, the reflectance of the reflective film P230 due to the combination of Ag constituting the reflective film P230 with the solder Is prevented.
本第2の実施の形態に係るGaN系LEDでは、n側電極を、n型コンタクト層に接するTi−W合金層と、その上から形成したボンディング層とで構成してもよい。ここで、ボンディング層とは、実装の際にハンダが接合される金属層である。ボンディング層は、好ましくは、表面層としてAu、白金族元素、Snまたはハンダからなる層を含む。図5に、このようなn側電極を有するGaN系LEDの断面図を示す。図5(a)に示す例では、n型GaNからなる基板210の裏面側に形成されたn側電極P210の全体が、Ti−W合金層P211とボンディング層P212とからなる2層構造となっており、Ti−W合金層P211の一部が基板210の裏面の一部に接している。このように構成すると、Ti−W合金層P211によって、ボンディング層P212と反射膜P230とが隔てられることになるので、特に、P230が金属製の反射膜である場合に、ボンディング層P212を構成する金属と反射膜P230を構成する金属との間での、望ましくない合金化反応が防止されるという効果が生じる。図5(b)の例では、n側電極P210を構成するTi−W合金層P211が、反射膜P230の表面上まで延長して形成されておらず、ボンディング層P212がTi−W合金層P211と反射膜P230の両方に接するように形成されている。 In the GaN-based LED according to the second embodiment, the n-side electrode may be composed of a Ti—W alloy layer in contact with the n-type contact layer and a bonding layer formed thereon. Here, the bonding layer is a metal layer to which solder is bonded during mounting. The bonding layer preferably includes a layer made of Au, a platinum group element, Sn, or solder as a surface layer. FIG. 5 shows a cross-sectional view of a GaN-based LED having such an n-side electrode. In the example shown in FIG. 5A, the entire n-side electrode P210 formed on the back side of the substrate 210 made of n-type GaN has a two-layer structure composed of a Ti—W alloy layer P211 and a bonding layer P212. A part of the Ti—W alloy layer P211 is in contact with a part of the back surface of the substrate 210. With this configuration, the bonding layer P212 and the reflective film P230 are separated from each other by the Ti—W alloy layer P211. Therefore, particularly when the P230 is a metallic reflective film, the bonding layer P212 is configured. There is an effect that an undesirable alloying reaction between the metal and the metal constituting the reflective film P230 is prevented. In the example of FIG. 5B, the Ti—W alloy layer P211 constituting the n-side electrode P210 is not formed so as to extend to the surface of the reflective film P230, and the bonding layer P212 is the Ti—W alloy layer P211. And the reflective film P230.
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係るGaN系LEDは、発光部となるpn接合部を構成するn型層およびp型層に加えて、p側のコンタクト層として、該p型層に接するもうひとつのn型層を含んでいる。図6は、このような第3の実施形態に係るGaN系LEDの断面図である。このGaN系LEDは、サファイアからなる基板310と、その上にバッファ層(図示せず)を介してエピタキシャル成長された窒化物半導体層320を有しており、窒化物半導体層320には、基板310側から順に、第1のn型GaN層321、InGaN発光層322、p型GaN層323、第2のn型GaN層324が含まれている。ここで、第1のn型GaN層321はn側のコンタクト層とされており、第2のn型GaN層324は、p側のコンタクト層とされている。いずれのコンタクト層も、n型コンタクト層である。第2のn型層324上にはAgの単層膜である反射膜P330が形成されており、その反射膜P330を覆って、p側電極P320が形成されている。このp側電極P320はTi−W合金の単層膜(厚さ200nm)からなり、反射膜P330に設けられた開口部および反射膜P330の周囲で、第2のn型GaN層324に接している。また、発光層322、p型GaN層323、第2のn型層324の一部が除去されて露出した第1のn型層321の表面上には、Ti−W合金の単層膜(厚さ200nm)からなるn側電極P310が形成されている。このGaN系LEDは、InGaN発光層322で発生する光を基板310の裏面側から取出すべく、基板のおもて面側を支持体に向けてフリップチップ実装される。
(Third embodiment)
The GaN-based LED according to the third embodiment of the present invention is in contact with the p-type layer as a p-side contact layer, in addition to the n-type layer and the p-type layer that form the pn junction that becomes the light-emitting portion. One n-type layer is included. FIG. 6 is a cross-sectional view of such a GaN-based LED according to the third embodiment. This GaN-based LED has a substrate 310 made of sapphire and a nitride semiconductor layer 320 epitaxially grown thereon via a buffer layer (not shown). The nitride semiconductor layer 320 includes a substrate 310. In order from the side, a first n-type GaN layer 321, an InGaN light emitting layer 322, a p-type GaN layer 323, and a second n-type GaN layer 324 are included. Here, the first n-type GaN layer 321 is an n-side contact layer, and the second n-type GaN layer 324 is a p-side contact layer. Both contact layers are n-type contact layers. A reflective film P330 that is a single layer film of Ag is formed on the second n-type layer 324, and a p-side electrode P320 is formed to cover the reflective film P330. The p-side electrode P320 is made of a single layer film (thickness: 200 nm) of a Ti—W alloy and is in contact with the second n-type GaN layer 324 around the opening provided in the reflective film P330 and the reflective film P330. Yes. Further, on the surface of the first n-type layer 321 exposed by removing a part of the light-emitting layer 322, the p-type GaN layer 323, and the second n-type layer 324, a single layer film of Ti—W alloy ( An n-side electrode P310 having a thickness of 200 nm is formed. This GaN-based LED is flip-chip mounted with the front surface side of the substrate facing the support in order to extract light generated in the InGaN light emitting layer 322 from the back surface side of the substrate 310.
本第3の実施形態において、基板310として、n型導電性を付与したGaN、AlGaN、SiC、GaP、ZnO等からなる透光性の半導体基板を用いると、図7に示すGaN系LEDのように、n側電極P310を基板310の裏面上の一部に設けた構成を採用することが可能となる。ここで、n側電極P310は、例えば、Ti層の上にAu層を積層した積層体とすることができる。基板310がn型の窒化物半導体からなる場合には、基板と接する層をTi−W合金層とすることが好ましい。図7に示す例では、また、p側電極P320を、n型コンタクト層(第2のn型層324)に接するTi−W合金層P321と、その上から形成したボンディング層P322とで構成している。図7に示すGaN系LEDは、ボンディング層P322と、外部電極(正電極)とをハンダを介して接合することにより、チップの固定と電極間の電気的接続を同時に行うことができる。n側電極P310と外部電極(負電極)との電気的接続は、これらの電極間をボンディングワイヤを介して接続することによって行われる。 In the third embodiment, when a light-transmitting semiconductor substrate made of GaN, AlGaN, SiC, GaP, ZnO or the like imparted with n-type conductivity is used as the substrate 310, a GaN-based LED shown in FIG. In addition, a configuration in which the n-side electrode P310 is provided on a part of the back surface of the substrate 310 can be employed. Here, the n-side electrode P310 can be, for example, a stacked body in which an Au layer is stacked on a Ti layer. In the case where the substrate 310 is made of an n-type nitride semiconductor, the layer in contact with the substrate is preferably a Ti—W alloy layer. In the example shown in FIG. 7, the p-side electrode P320 is composed of a Ti—W alloy layer P321 in contact with the n-type contact layer (second n-type layer 324) and a bonding layer P322 formed thereon. ing. In the GaN-based LED shown in FIG. 7, the bonding layer P322 and the external electrode (positive electrode) are bonded to each other through solder, so that fixing of the chip and electrical connection between the electrodes can be performed simultaneously. The electrical connection between the n-side electrode P310 and the external electrode (negative electrode) is performed by connecting these electrodes via a bonding wire.
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態に係るGaN系LEDは、結晶成長用基板上に、n型層、発光層、p型層をこの順に成長して積層した後、結晶成長用基板を窒化物半導体層から除去し、露出したn型層に対して、n側電極を介して、導電性基板を接合することにより製造されるものである。図8は、本第4の実施形態に係るGaN系LEDの構造を示す断面図であり、CuWからなる基板410と、その上に、n側電極P410を介して接合された窒化物半導体層420を有している。窒化物半導体層420には、基板410側から順に、n型GaN層421、InGaN発光層422、p型GaN層423が含まれている。n型コンタクト層であるn型GaN層421の下面(基板410側の面)には、Agの単層膜(厚さ100nm)である反射膜P430が形成されており、n側電極P410は、該反射膜P430の中央部に設けられた開口部を通して、n型GaN層421の下面に接している。n側電極P410は、n型GaN層421に接するTi−W合金層P411と、該Ti−W合金層411と基板410とを接着するハンダ層P412とからなる積層構造を有している。p型GaN層423上にはp側電極P420が形成されている。p側電極P420は、p型GaN層423上の略全面を覆うように形成された、ITO(インジウム錫酸化物)からなる透光性のオーミック電極P421と、その上面の一部に形成されたボンディングパッドP422とから構成されている。ボンディングパッドP422は、Ti(チタン)層P422aと、その上に積層されたAu層422bとから構成されており、反射膜P430に設けられた開口部の上方に位置している。ボンディングパッドP422の射影部を含むp型層423上の領域には、酸化ケイ素からなる絶縁性の電流バリア層Bが形成され、オーミック電極P421とp型GaN層423との接触を妨げている。
(Fourth embodiment)
In the GaN-based LED according to the fourth embodiment of the present invention, an n-type layer, a light emitting layer, and a p-type layer are grown and stacked in this order on a crystal growth substrate, and then the crystal growth substrate is used as a nitride semiconductor. It is manufactured by bonding a conductive substrate to an exposed n-type layer through an n-side electrode. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based LED according to the fourth embodiment. A substrate 410 made of CuW and a nitride semiconductor layer 420 bonded on the substrate 410 via an n-side electrode P410 are shown. have. The nitride semiconductor layer 420 includes an n-type GaN layer 421, an InGaN light emitting layer 422, and a p-type GaN layer 423 in this order from the substrate 410 side. On the lower surface (surface on the substrate 410 side) of the n-type GaN layer 421 that is an n-type contact layer, a reflective film P430 that is a single layer film (thickness 100 nm) of Ag is formed, and the n-side electrode P410 is The lower surface of the n-type GaN layer 421 is in contact with an opening provided in the central portion of the reflective film P430. The n-side electrode P410 has a laminated structure including a Ti—W alloy layer P411 in contact with the n-type GaN layer 421 and a solder layer P412 that bonds the Ti—W alloy layer 411 and the substrate 410 together. A p-side electrode P420 is formed on the p-type GaN layer 423. The p-side electrode P420 is formed on a part of the upper surface of the translucent ohmic electrode P421 made of ITO (indium tin oxide), which is formed so as to cover substantially the entire surface of the p-type GaN layer 423. It is comprised from the bonding pad P422. The bonding pad P422 includes a Ti (titanium) layer P422a and an Au layer 422b laminated thereon, and is located above the opening provided in the reflective film P430. An insulating current barrier layer B made of silicon oxide is formed in a region on the p-type layer 423 including the projected portion of the bonding pad P422, thereby preventing contact between the ohmic electrode P421 and the p-type GaN layer 423.
上記第2の実施形態ないし第4の実施形態に係るGaN系LEDは、n型コンタクト層に接する反射膜を有している。上記では、この反射膜をAgの単層膜とした例を挙げて各実施形態を説明したが、反射膜はこれに限定されるものではなく、n型コンタクト層の表面における光の反射を促進する膜であれば、いかなる膜であってもよい。従って、この反射膜はAg以外の金属層(ただし、Ti−W合金層より反射率が高いもの。)であってもよいし、誘電体多層膜型の反射層であってもよい。反射膜を金属層とする場合の好ましい金属としては、Agの他に、Alおよび白金族元素(Rh、Ptなど)が挙げられる。また、反射膜は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、スピネルなどの、n型コンタクト層よりも低い屈折率を有する絶縁性の透明材料からなる透光性層であってもよい。このような透光性層からなる反射膜とn型コンタクト層との界面では、n型コンタクト層側から入射する光のうち、入射角が全反射臨界角より大きい成分が全反射を受けるが、この全反射に伴う損失は、Ti−W合金の表面による反射に伴う損失よりも小さいからである。反射膜は、また、n型コンタクト層よりも低い屈折率を有する透光性層、誘電体多層膜型の反射層および金属層から選ばれる2つ、またはこれら3つを複合したものであってもよい。その場合の順序は、光が入射する側であるn型コンタクト層側から順に、透光性層、誘電体多層膜型の反射層、金属層とすることが好ましい。 The GaN-based LEDs according to the second to fourth embodiments have a reflective film in contact with the n-type contact layer. In the above, each embodiment has been described with an example in which the reflective film is a single Ag film, but the reflective film is not limited to this, and promotes reflection of light on the surface of the n-type contact layer. Any film may be used as long as it is a film to be used. Therefore, the reflective film may be a metal layer other than Ag (however, a reflectance higher than that of the Ti—W alloy layer) or a dielectric multilayer type reflective layer. Preferred metals when the reflective film is a metal layer include Al and platinum group elements (Rh, Pt, etc.) in addition to Ag. Further, the reflective film may be a translucent layer made of an insulating transparent material having a lower refractive index than that of the n-type contact layer, such as silicon oxide, aluminum oxide, and spinel. At the interface between the reflective film made of such a light-transmitting layer and the n-type contact layer, a component of which incident angle is larger than the total reflection critical angle among the light incident from the n-type contact layer side undergoes total reflection. This is because the loss associated with the total reflection is smaller than the loss associated with the reflection by the surface of the Ti—W alloy. The reflective film is also a translucent layer having a lower refractive index than the n-type contact layer, a dielectric multilayer film type reflective layer and a metal layer, or a combination of these three. Also good. In this case, the light transmitting layer, the dielectric multilayer reflective layer, and the metal layer are preferably used in this order from the n-type contact layer side on which light is incident.
110、210、310、410 基板
120、220、320、420 窒化物半導体層
121、221、321、421 n型窒化物半導体層
122、222、322、422 発光層
123、223、323、423 p型窒化物半導体層
P110、P210、P310、P410 n側電極
P120、P220、P320、P420 p側電極
P230、P330、P430 反射膜
B 電流バリア層
110, 210, 310, 410 Substrate 120, 220, 320, 420 Nitride semiconductor layers 121, 221, 321, 421 N-type nitride semiconductor layers 122, 222, 322, 422 Light emitting layers 123, 223, 323, 423 p-type Nitride semiconductor layers P110, P210, P310, P410 n-side electrodes P120, P220, P320, P420 p-side electrodes P230, P330, P430 Reflective film B Current barrier layer
Claims (5)
該窒化物半導体層は、発光層と、該発光層に直接的または間接的に積層されたn型コンタクト層と、を含んでおり、The nitride semiconductor layer includes a light emitting layer and an n-type contact layer laminated directly or indirectly on the light emitting layer,
該n型コンタクト層は、該発光層側とは反対側に第1主面を有しており、The n-type contact layer has a first main surface on the side opposite to the light emitting layer side,
該発光層で生じる光を反射する反射膜が、該n型コンタクト層の該第1主面上の一部に形成されており、A reflective film for reflecting light generated in the light emitting layer is formed on a part of the first main surface of the n-type contact layer;
電極が、該n型コンタクト層の該第1主面上の、該反射膜が形成された領域以外の領域に接するように形成されており、An electrode is formed on the first main surface of the n-type contact layer so as to be in contact with a region other than the region where the reflective film is formed;
該電極は、該n型コンタクト層と接するTi−W合金層を含んでおり、The electrode includes a Ti—W alloy layer in contact with the n-type contact layer,
該Ti−W合金層には第1金属層が積層されており、A first metal layer is laminated on the Ti-W alloy layer,
該第1金属層は、ハンダ層であるか、または、ハンダが接合される金属層であり、The first metal layer is a solder layer or a metal layer to which solder is joined,
該反射膜は、該Ti−W合金層より反射率の高い第2金属層を有しており、The reflective film has a second metal layer having a higher reflectance than the Ti-W alloy layer,
該Ti−W合金層および該第1金属層が該反射膜上を覆う部分があり、該部分では該Ti−W合金層によって該第1金属層と該第2金属層とが隔てられており、それによって該第1金属層と該第2金属層との間の合金化反応が防止されているThe Ti-W alloy layer and the first metal layer have a portion covering the reflective film, and the first metal layer and the second metal layer are separated by the Ti-W alloy layer in the portion. This prevents the alloying reaction between the first metal layer and the second metal layer.
ことを特徴とする窒化物半導体発光ダイオード。A nitride semiconductor light emitting diode characterized by the above.
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