JP5055678B2

JP5055678B2 - Nitride semiconductor light emitting device

Info

Publication number: JP5055678B2
Application number: JP2001301832A
Authority: JP
Inventors: 真也園部
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003110140A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を層構造に含む発光素子、すなわち窒化物半導体発光素子に係わり、特に発光効率を飛躍的に向上させた窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体を層構造に含む窒化物半導体発光素子は高輝度純緑色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥＤとして、フルカラーＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、バックライトなど、様々な分野で広く利用されている。
【０００３】
これらのＬＥＤは、一般に、サファイアなどの基板上にｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層が順に積層された構造となっている。さらに、ｐ型窒化物半導体層上にはｐ電極が配置され、ｎ型窒化物半導体層上にはｎ電極が配置されている。たとえば、ｐ電極とｎ電極とを同一面側に設ける場合は、ｐ型窒化物半導体層上にｐ電極が配置されると共に、ｐ型窒化物半導体層、活性層、およびｎ型窒化物半導体層の一部がエッチングなどにより除去され、露出したｎ型窒化物半導体層上にｎ電極が配置された構成となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、省エネなどに応じて、発光出力の低下を伴わずに消費電力の低減を可能とするＬＥＤが望まれている現在において、上記の構成では十分とは言えず、さらなる改良が求められている。
【０００５】
すなわち、上記した従来のＬＥＤは、活性層にて発光した光が各種半導体層または基板を介してＬＥＤの上面および側面から出射される。より詳細には、活性層から出射された光の一部は、あらゆる界面、すなわち基板と半導体層との界面、半導体層と半導体層の界面、あるいは半導体層と電極との界面で反射してしまう。そして、このような工程を複数回繰り返しても各々の部材に吸収されずに残った光が、ＬＥＤの上面および側面から出射される。ここで、主に側面から出射される光の一部はｐ電極またはｎ電極に反射してＬＥＤ外部に取り出されると考えられるが、光の一部がｐ電極またはｎ電極に吸収されてしまうという問題があった。これにより、活性層からの光の一部が無駄になり、ＬＥＤ外部に光を効率よく取り出すことができなかった。また、これに伴い、ＬＥＤを長寿命化することが困難となってしまうという問題もあった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、特にｎ電極を特定の構成とすることにより、窒化物半導体発光素子における光の取り出し効率をさらに向上させ、寿命の長い窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置にｎ電極を備える窒化物半導体発光素子である。特に、ｎ電極は電気的に接続された第１の領域と第２の領域とから構成されており、ｎ電極形成面側から見て、第１の領域の最背面は第２の領域の最背面と略同じ面に位置している。さらに、ｎ電極の第２の領域は窒化物半導体発光素子からの光に対して、ｎ電極の第１の領域よりも高い反射率を備えることを特徴とする。これにより、光の取り出し効率を大幅に向上させることができる。
【０００８】
さらに、ｎ電極の第１の領域は前記ｎ型窒化物半導体層とオーミック接触していることをが好ましい。これにより、ｎ電極における第１の領域および第２の領域の構成部材を広範囲に選択することができる。
【０００９】
また、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の最背面における周縁部の少なくとも一部に配置されていることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子を効率よく発光させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置に配置されるｎ電極と同一面側であると共に、ｎ型窒化物半導体層の該所定の位置と異なる別の位置に、少なくとも活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層された構成において、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面が、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と対向して配置されることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子をさらに効率よく発光させることができる。
【００１１】
また、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は略一定の幅であることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子をさらに効率よく発光させることができる。
【００１２】
また、半導体積層方向断面において、第１の領域および第２の領域から構成されるｎ電極の最上面は、活性層の最下面よりも低い位置に配置されていることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子の端面すなわち側面から出射された光がｎ電極に吸収されるのを大幅に軽減することができる。
【００１３】
さらに、ｎ電極を構成する第１の領域は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つを含む層構造または合金であり、ｎ電極を構成する第２の領域は、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうち少なくとも１つを含む層構造または合金であることが好ましい。これにより、各電極を比較的容易に形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、窒化物半導体発光素子としてＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）を用いた例について説明する。本発明に係るＬＥＤを構成する各半導体層としては種々の窒化物半導体を用いることができる。具体的には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより基板上にＩｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）の半導体を発光層として形成させたものが好適に用いられる。また、その層構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００１５】
またＬＥＤは、一般的には、特定の基板上に各半導体層を成長させて形成されるが、その際、基板に絶縁性基板を用いその絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになる。この場合、フェイスアップ実装すなわち半導体層側を視認側に配置し発光された光を半導体層側から取り出すことも可能であるし、フェイスダウン実装すなわち基板側を視認側に配置し発光された光を基板側から取り出すことも可能である。もちろん、初めから絶縁性基板を用いず、あるいは最終的に絶縁性基板を取り除くことにより、ｐ電極とｎ電極が半導体層構造を介して対向するように配置された構成とすることもできる。
【００１６】
ここで、本発明に係わるＬＥＤは、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置にｎ電極を備えるＬＥＤである。特に、ｎ電極は電気的に接続された第１の領域と第２の領域とから構成されており、ｎ電極形成面側から見て、第１の領域の最背面は第２の領域の最背面と略同じ面に位置している。さらに、ｎ電極の第２の領域はＬＥＤからの光に対して、ｎ電極の第１の領域よりも高い反射率を備えることを特徴とする。これにより、ｎ電極における光の吸収を大幅に軽減することができるので、結果的に光の取り出し効率を向上させることができる。なお、ここでいう高い反射率とは、ＬＥＤからの光の全波長において反射率が高いことをいう。もちろん、ＬＥＤからの光の所定の波長においてのみ反射率を高くすることも可能であるが、ＬＥＤからの光の全波長において反射率を高くすることにより、より優れた効果を得ることができる。
【００１７】
なお、ｎ電極を構成する第１の領域および第２の領域は、ｎ型窒化物半導体層に直接接した、換言すればｎ型窒化物半導体層に直接配置された構成とすることが好ましいが、ｎ電極とｎ型窒化物半導体層との間に、ＬＥＤからの光を完全に遮ることのない部材を介して配置することもできる。
【００１８】
また、ここではｎ電極の第１の領域がｎ型窒化物半導体層とオーミック接触している構成とすることが好ましい。さらに、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の最背面における周縁部の少なくとも一部に配置されている構成とすることが好ましい。このように構成することにより、本発明のＬＥＤに最終的に電流を供給する際に、電流が流れる経路を広範囲に取ることができるので、より均一な発光を得ることができる。
【００１９】
さらに、本発明のＬＥＤは、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置に配置されるｎ電極と同一面側であると共に、ｎ型窒化物半導体層の該所定の位置と異なる別の位置に、少なくとも活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層された構成を備える場合、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面が、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と対向して配置されることが好ましい。すなわち、ｎ電極形成面側から見て、ｎ電極の第１の領域が第２の領域を介さずにｐ型窒化物半導体層の周縁部に隣接して配置させることが好ましい。このように構成することにより、本発明のＬＥＤに最終的に電流を供給する際に、電流が流れる経路を短くすることができるので、より優れた発光効率を得ることができる。
【００２０】
また、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は略一定の幅であることが好ましい。このように構成することにより、本発明のＬＥＤをより効率よく均一に発光させることができる。
【００２１】
また、半導体積層方向断面において、第１の領域および第２の領域から構成されるｎ電極の最上面は、活性層の最下面よりも低い位置に配置されていることが好ましい。このように構成することにより、ＬＥＤの端面から出射された光がｎ電極に吸収されるのを大幅に軽減することができる。なお、ここではパッド部を備えないｎ電極領域について記載したが、もちろん、パッド部の最上面を活性層の最下面よりも低く設定することにより、より優れた光の取り出し効率を得ることができる。
【００２２】
また、ｎ電極を構成する第１の領域は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つを含む層構造または合金であり、ｎ電極を構成する第２の領域は、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうち少なくとも１つを含む層構造または合金とする。さらに、第１の領域を形成した後にアニーリングを行うことにより、よりよいオーミック特性を得ることができる。また、第２の領域の膜厚は４００Å以上であることが好ましい。これにより、第２の領域が薄すぎることにより生じる光の透過を略完全に防止でき、第２の領域の持つ反射率をそのままに再現することができる。
【００２３】
なお、ｎ電極の形状は特に限定されず、その形状はたとえば、ｎ電極形成面側から見て、円形、四角形、扇形など種々選択することができる。さらに、より優れた発光効率を得るために、ｎ電極を構成する第１の領域および第２の領域のうち少なくとも第１の領域を所定の方向に突起させた形状とすることもできる。また、ｎ電極は、少なくともｎ電極形成面すなわちｎ電極とｎ型窒化物半導体層の接触面において第１の領域と第２の領域とに分割されていればよく、たとえば第１の領域の半導積層方向側に第２の領域が配置されてもよい。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのＬＥＤを例示するものであって、本発明はＬＥＤを以下のものに特定するものではない。さらに、各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、説明を明確にするため誇張していることがある。
【００２５】
図１、２に、本実施の形態のＬＥＤの概略図を示す。ここでは、図に示すように同一面側にｐ電極およびｎ電極を配置したＬＥＤについて説明する。図１は、本実施の形態のＬＥＤをｎ電極形成面側から見た概略図である。また、図２は、本実施の形態のＬＥＤの層構成を示す模式的断面図であり、図１のＡ−Ａ部における断面すなわち半導体積層方向断面を表す。以下、本実施の形態のＬＥＤの各構成について詳細に説明する。
（基板１）
まず、サファイア（Ｃ面）よりなる基板１をＭＯＣＶＤの反応容器内にセットし、容器内を水素で十分に置換した後、水素を流しながら基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。基板１はサファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア基板、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）のような絶縁性の基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体基板を用いることができる。
（バッファ層２）
続いて温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約１００Åの膜厚で成長させる。なお、このバッファ層２は基板の種類、成長方法によっては省略できる。また、このバッファ層２はＡｌの割合の小さいＡｌＧａＮを用いることもできる。
（アンドープＧａＮ層３）
次に、バッファ層２成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層３を１．５μｍの膜厚で成長させる。
（ｎ型コンタクト層４）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層４を２．１６５μｍの膜厚で成長させる。
（ｎ型第１多層膜層５）
次に、シランガスのみを止め、１０５０℃でＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮよりなる下層を３０００Åの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなる中間層を３００Åの膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアンドープＧａＮからなる上層を５０Åの膜厚で成長させ、３層からなる層膜厚３３５０Åのｎ型第１多層膜層５を成長させる。
（ｎ型第２多層膜層６）
次に、同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させ、次に温度を８００℃にしてＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎよりなる窒化物半導体層を２０Åの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い交互に１０層ずつ積層し、さらにアンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｎ型第２多層膜層６を６４０Åの膜厚で成長させる。
（活性層７）
次にＴＭＧ、アンモニアを用いアンドープのＧａＮよりなる障壁層を２５０Åの膜厚で成長させる。続いて同温度にてＴＭＩを追加し、Ｉｎ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなる井戸層を３０Åの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い交互に６層ずつ積層し、さらにアンドープＧａＮよりなる障壁を２５０Åの膜厚で成長させ、多重量子井戸構造の活性層７を１９３０Åの膜厚で成長させる。
（ｐ型多層膜層８）
次に、温度１０５０℃で、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇ（シクロペンタンジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用いＭｇを５×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたＩｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎよりなる窒化物半導体層を２５Åの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ層とＩｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎ層を交互に５層ずつ積層し、さらにＭｇを５×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させた超格子構造のｐ型多層膜層８を３６５Åの膜厚で成長させる。
（ｐ型コンタクト層９）
続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたＧａＮからなるｐ型コンタクト層９を１２００Åの膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００２６】
アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、所定の領域をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置でｐ側コンタクト層側からエッチングを行い、図２に示すようにｎ型コンタクト層４の表面を露出させる。露出後、ｎ型コンタクト層４の表面を３００℃以上で熱処理する。
【００２７】
続いて、スパッタリング装置、蒸着装置などを用いて、ｐ型コンタクト層９の略全域に膜厚２０ｎｍのＮｉおよびＡｕを順に形成し、透光性のｐ電極１０を形成する。次に、予め露出させたｎ型コンタクト層４面の一部に、スパッタリング装置、蒸着装置などを用いて、たとえば膜厚１００ÅのＲｈと膜厚５００ÅのＡｌとを順に積層させ、Ｒｈ／Ａｌより構成される第１の領域１１ａを形成する。さらに、Ｒｈ／Ａｌからなる第１の領域１１ａを５００℃でアニーリングする。これにより、ｎ型コンタクト層４とのより優れたオーミック特性を得ることができる。引き続き、第１の領域１１ａと接続した所定の部位に、Ａｌの単層を５００Åの膜厚で積層し、第２の領域１１ｂを形成する。このように本実施の形態においては、ｎ電極１１は、Ｒｈ／Ａｌより構成される第１の領域１１ａとＡｌより構成される第２の領域１１ｂから構成されている。
【００２８】
なお、ここでは、ｎ電極の第１の領域１１ａとしてＲｈ／Ａｌを示したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｗ／Ａｌなど、上記した種々の部材を用いることができる。
【００２９】
さらに、ｐ電極１０およびｎ電極１１の上に、Ｗをバリア層として介して、Ａｕからなるパッド部１２、１３を形成する。なお、バリア層とはバリア層の上下に位置する部材が合金化するのを防ぐための層であり、ここではＷの膜厚を２０００Å、Ａｕの膜厚を３０００Åとしている。また、バリア層を構成する部材は特に限定されず、Ｗの他に、Ｔｉ、Ｎｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＲｈＯなどを用いてもよい。
【００３０】
引き続き、窒化物半導体露出面の全面に保護膜、帯電防止膜として、ＳｉＯ_２を２００ｎｍの膜厚で形成する。このとき、窒化物半導体露出面の全面にまずＮｉを１００Å程度形成しておくと、ＳｉＯ_２の密着性が向上する。最後にＳｉＯ_２およびＮｉの一部をエッチングして、ｐパッド部１２およびｎパッド部１３を形成すべき部位を露出させ、各露出部位にｐパッド部１２およびｎパッド部１３を形成してＬＥＤを作製する。ここでは図１に示すように、ｎ電極形成面側から見て、ｐパッド部１２とｎパッド部１３がＬＥＤの対角線上に配置されるように構成される。なお、ｐパッド部１２およびｎパッド部１３は、最終的に金線などから構成されるワイヤーを取り付けるためのものであり、各ワイヤーを介してＬＥＤに電流を供給する、あるいは電流を取り出すことができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、ｎ電極形成面側から見たｎ電極１１の形状を扇形とし、ｎ電極形成面側から見たｎ電極１１の第１の領域１１ａの最背面が、ｎ電極形成面側から見てｐ型コンタクト層９と対向するように配置している。すなわち、ｎ電極形成面側から見て、扇形であるｎ電極１１の円弧部位に第１の領域１１ａの最背面が位置するように構成し、ｎ電極形成面側から見て円弧部位がｐ型コンタクト層９に隣接するように配置されている。さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域１１ａの最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型コンタクト層９の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域１１ａの最背面は略一定の幅になるように構成されている。換言すれば、ｎ型コンタクト層４と第１の領域１１ａとの接触面が略一定の幅になるように構成されている。また、本実施の形態においては、第１の領域１１ａの半導体積層方向すなわちｎ型コンタクト層４上だけでなく第１の領域１１ａ上にも第２の領域が配置された構成としている。
【００３２】
このように構成することにより、本実施例のＬＥＤはより効率よく発光することができる。その理由は定かではないが本発明者は次のように考えている。すなわち、一般にＬＥＤは電流を供給される際にｐパッド部（詳細には、ｐパッド部のワイヤーが接続される部位）からｎパッド部（詳細には、ｎパッド部のワイヤーが接続される部位）に種々の経路を通って電流が流れる。しかしながら、たとえば図７に示すｎコンタクト層６４とｎ電極７１の接触面全域においてオーミック接触しているＬＥＤは、実際に電流を流すと、図における直線Ａ−Ａ部上の矢印で表すように、直線Ａ−Ａ部周辺に集中的に電流が流れる。このため、直線Ａ−Ａ部から離れた部位、たとえば直線Ｂ−Ｂ部乃至Ｃ−Ｃ部上の矢印で表すように、直線Ｂ−Ｂ部乃至Ｃ−Ｃ部周辺の発光が少なくなってしまう。これは、ｎ電極形成面側から見て、ｐパッド部７２のワイヤーが接続される部位とｎ電極７１の所望の部位を結んだ直線（たとえば直線Ａ−Ａ部、直線Ｂ−Ｂ部、直線Ｃ−Ｃ部）において、その直線が通過するｎ型コンタクト層６４とｎ電極７１の接触領域が各々の直線によって異なることが原因のひとつであると考えられる。具体的には、図７に示す形状のｎ電極７１の場合は、直線Ｂ−Ｂ部または直線Ｃ−Ｃ部よりも直線Ａ−Ａ部の方が、直線が通過するｎ型コンタクト層６４とｎ電極７１の接触領域が大きいのでより集中的に電流が流れると考えられる。
【００３３】
それに対して図１に示す本発明のＬＥＤは、ｎ電極形成面側から見たｎ電極１１の形状を扇形とし、ｎ電極形成面側から見てｐ型コンタクト層９と対向する部位にｎ電極１１の第１の領域１１ａを配置している。すなわち、図において扇形であるｎ電極１１の円弧部位が第１の領域１１ａとなるように構成し、ｎ電極形成面側から見て円弧部位がｐ型コンタクト層９に隣接するように配置されている。さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域１１ａの最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型コンタクト層９の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域１１ａの最背面は略一定の幅になるように構成されている。換言すれば、ｎ型コンタクト層４と第１の領域１１ａとの接触面が略一定の幅になるように構成されている。これにより、ｐパッド部１２のワイヤーが接続される部位と第１の領域１１ａの異なる複数の部位を結んだ各々の直線において、各直線が通過するｎ型コンタクト層４と第１の領域１１ａの接触領域の大きさをより均等にすることができる。すなわち、第１の領域１１ａのあらゆる部位において、ｐパッド部から供給される電流量をより一定とすることができるので、発光の分布が均一化され、優れた発光効率が得られると本発明者は考えている。
【００３４】
さらに、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂの反射率を次のようにして求める。まず、得られたＬＥＤのｎ電極形成面と反対側の面すなわち基板側から、第１の領域１１ａまたは第２の領域１１ｂのそれぞれに、得られたＬＥＤの発光波長範囲を持つ所定の光を垂直に照射し、各領域における反射率（反射波の強度と入射波の強度との比）を算出する。これにより、第１の領域１１ａおよび第２の領域１１ｂそれぞれにおいて、前記所定の光の発光波長範囲における反射率を得ることができる。このようにして得られた波長毎の反射率に、得られたＬＥＤの発光波長のうちピークとなる４６５ｎｍの波長を対応させて、第１の領域および第２の領域の反射率を求めたところ、第１の領域の反射率は７０％、第２の領域の反射率は８５％であった。このようにｎ電極１１を特定の構成とすることにより、比較的簡単な構成であるにも係わらず発光効率を大幅に向上させることができる。
【００３５】
一方、図１、２に示すＬＥＤは、ｎ電極形成面側から見てｐ電極およびｎ電極が対角に位置する構成としたが本発明はこれに限定されず、たとえば図３、４に示すような構成とすることもできる。ここでは、図に示すように同一面側にｐ電極およびｎ電極を配置したＬＥＤについて説明する。図３は、本実施の形態のＬＥＤをｎ電極形成面側から見た概略図である。また、図４は、本実施の形態のＬＥＤの層構成を示す模式的断面図であり、図３のＡ−Ａ部における断面を表す。なお、ここでは半導体層構造は先に記載したＬＥＤと同様のものとする。
【００３６】
すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、ｎ電極形成面側から見て、円形のｎ電極３１の周囲全域にｐ型コンタクト層２９が位置した構成となる。ｎ電極３１は、詳細には、ドーナッツ状の第１の領域３１ａがｎ型コンタクト層２４と接するように構成され、その内部および上部（半導体積層方向）に第２の領域３１ｂが配置された構成となる。なお、ｎ電極３１を構成する第１の領域３１ａおよび第２の領域３１ｂはそれぞれ、先に記載したＬＥＤと同様に、Ｒｈ／Ａｌの二層膜およびＡｌの単層膜により構成しているので、第１の領域３１ａと第２の領域３１ｂそれぞれにおける反射率は先に記載したＬＥＤと同じである。
【００３７】
このように、ｎ電極形成面側から見て、円形のｎ電極３１の周囲全域にｐ型コンタクト層２９が位置した構成となる場合は、ｎ電極形成面側から見たｎ電極３１の最背面における全周縁部に第１の領域３１ａが配置されることが好ましい。このように構成することにより、より効率のよい均一な発光を得ることができる。
【００３８】
次に、図５、６に示す同一面側にｐ電極およびｎ電極を備え、ｎ電極形成面側から見て、ｎ電極が所定の方向に突起しているＬＥＤについて説明する。図５は、本実施の形態のＬＥＤをｎ電極形成面側から見た概略図である。また、図６は、本実施の形態のＬＥＤの層構成を示す模式的断面図であり、図５のＡ−Ａ部における断面を表す。なお、ここでは半導体層構造は先に記載したＬＥＤと同様のものとする。
【００３９】
本実施の形態のＬＥＤは、図５に示すように、ｎ電極形成面側から見て、所定の方向に突起したｎ電極５１の周囲全域にｐ型コンタクト層４９が位置した構成となる。ｎ電極５１は、詳細には、ｎ電極形成面側から見て、所定の方向に突起したｎ電極５１の最背面における全周縁部が第１の領域５１ａとなる共に、その内部および上部（半導体積層方向）に第２の領域５１ｂが配置された構成となる。なお、ｎ電極５１を構成する第１の領域５１ａおよび第２の領域５１ｂはそれぞれ、先に記載したＬＥＤと同様に、Ｒｈ／Ａｌの二層膜およびＡｌの単層膜により構成しているので、第１の領域５１ａと第２の領域５１ｂそれぞれにおける反射率は先に記載したＬＥＤと同じである。
【００４０】
なおここでは、ｎ電極形成面側から見て、ｎ電極の所定の一部に該ｎ電極から外部に電流を取り出すワイヤーを接続するためのｎパッド部５３を備える構成とする。これにより、半導体積層方向断面において、ｎパッド部５３形成部位に比較してｎパッド部５３形成部位以外のｎ電極５１部位の高さを低くすることができるので、端面から出射される光を遮ることなく外部に取り出すことができる。
【００４１】
一方、本実施の形態のように、ｐ型コンタクト層４９の内側に所定の方向に突起したｎ電極５１を配置することにより、比較的容易に大電流、具体的には２０ｍＡ以上の電流を供給することができる。ここで、一般に、大電流を効率よく供給するにはｎ電極５１の断面積がある程度必要となる。しかしながら、ｎ電極５１の断面積を確保するために積層方向にｎ電極５１を厚くすると、部分的に設けられたパッド部を除く領域の半導体積層方向断面において、ｎ電極の最上面５１ｈが活性層の最下面４７ｈよりも高い位置に配置されてしまう。このように構成すると、ＬＥＤ端部から出射される光の一部が第１の領域５１ａおよび第２の領域５１ｂから構成されるｎ電極５１に吸収されてしまい、効率よく光を取り出すことができない。そこで、ｎ電極５１の断面積を保持しつつ、ｎ電極の高さ５１ｈを活性層の最下面４７ｈよりも低くすると、当然、ｎ電極５１とｎ型コンタクト層４４との接触面積が大きくなる。しかしながら、ｎ電極５１とｎ型コンタクト層４４との接触面積全域をオーミック電極とする必要はなく、接触面積の一部を部分的にオーミック電極とすることで十分なオーミック特性を得ることができる。
【００４２】
このような理由から、本実施の形態では、ｎ電極形成面側から見て、所定の方向に突起したｎ電極５１の周縁部全域に第１の領域５１ａが配置されると共に、第１の領域５１ａの内部および上部に第２の５１ｂが配置された構成において、ｎ電極上に部分的に設けられたパッド部を除く領域、たとえばＡ−Ａ部の半導体積層方向断面において、第１の領域５１ａおよび第２の領域５１ｂから構成されるｎ電極５１の最上面５１ｈを活性層４７の最下面４７ｈよりも低い位置に配置することにより、ＬＥＤ端面から出射された光がｎ電極５１に吸収されるを大幅に軽減することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係わる窒化物半導体発光素子によれば、ｎ電極における光の吸収を最小限に抑えることができる。これにより、光の取り出し効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる１ＬＥＤをｎ電極形成面側から見た平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ部における断面図である。
【図３】本発明に係わる１ＬＥＤをｎ電極形成面側から見た平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ部における断面図である。
【図５】本発明に係わる１ＬＥＤをｎ電極形成面側から見た平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ部における断面図である。
【図７】本発明に係わるＬＥＤと比較するためのＬＥＤをｎ電極形成面側から見た平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ部における断面図である。
【符号の説明】
１、２１、４１、６１・・・基板
２、２２、４２、６２・・・バッファ層
３、２３、４３、６３・・・アンドープＧａＮ層
４、２４、４４、６４・・・ｎ型コンタクト層
５、２５、４５、６５・・・ｎ型第１多層膜層
６、２６、４６、６６・・・ｎ型第２多層膜層
７、２７、４７、６７・・・活性層
８、２８、４８、６８・・・ｐ型多層膜層
９、２９、４９、６９・・・ｐ型コンタクト層
１０、３０、５０、７０・・・ｐ電極
１１、３１、５１、７１・・・ｎ電極
１１ａ、３１ａ、５１ａ・・・第１の領域
１１ｂ、３１ｂ、５１ｂ・・・第２の領域
１２、３２、５２、７２・・・ｐパッド部
１３、３３、５３、７３・・・ｎパッド部
４７ｈ・・・活性層の最下面
５１ｈ・・・ｎ電極の最上面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitride semiconductor (In _X Al _Y Ga _1-XY The present invention relates to a light emitting device including N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) in a layer structure, that is, a nitride semiconductor light emitting device, and more particularly, to a nitride semiconductor light emitting device that greatly improves luminous efficiency.
[0002]
[Prior art]
Nitride semiconductor light-emitting elements including a nitride semiconductor in a layer structure are widely used in various fields such as high-luminance pure green light-emitting LEDs and blue light-emitting LEDs, such as full-color LED displays, traffic signal lights, and backlights.
[0003]
These LEDs generally have a structure in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate such as sapphire. Further, a p-electrode is disposed on the p-type nitride semiconductor layer, and an n-electrode is disposed on the n-type nitride semiconductor layer. For example, when the p electrode and the n electrode are provided on the same surface side, the p electrode is disposed on the p type nitride semiconductor layer, and the p type nitride semiconductor layer, the active layer, and the n type nitride semiconductor layer are provided. Is partially removed by etching or the like, and an n-electrode is arranged on the exposed n-type nitride semiconductor layer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, at the present time when an LED capable of reducing power consumption without reducing light emission output in response to energy saving is desired, the above configuration is not sufficient, and further improvement is required. .
[0005]
That is, in the conventional LED described above, light emitted from the active layer is emitted from the upper surface and side surfaces of the LED through various semiconductor layers or substrates. More specifically, a part of the light emitted from the active layer is reflected at any interface, that is, the interface between the substrate and the semiconductor layer, the interface between the semiconductor layer and the semiconductor layer, or the interface between the semiconductor layer and the electrode. . And even if such a process is repeated a plurality of times, the light remaining without being absorbed by each member is emitted from the upper and side surfaces of the LED. Here, it is considered that a part of the light emitted mainly from the side surface is reflected by the p electrode or the n electrode and taken out of the LED, but a part of the light is absorbed by the p electrode or the n electrode. There was a problem. As a result, part of the light from the active layer was wasted and light could not be extracted efficiently outside the LED. In addition, there is a problem that it is difficult to extend the life of the LED.
[0006]
The present invention has been made to solve such a problem, and in particular, the n-electrode has a specific configuration to further improve the light extraction efficiency in the nitride semiconductor light-emitting device and to provide a long-life nitriding. An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is a nitride semiconductor light emitting device including an n electrode at a predetermined position of an n-type nitride semiconductor layer. In particular, the n-electrode is composed of a first region and a second region that are electrically connected, and when viewed from the n-electrode formation surface side, the rearmost surface of the first region is the outermost surface of the second region. Located on the same plane as the back. Furthermore, the second region of the n electrode has a higher reflectivity than the first region of the n electrode with respect to light from the nitride semiconductor light emitting element. Thereby, the light extraction efficiency can be significantly improved.
[0008]
Furthermore, it is preferable that the first region of the n-electrode is in ohmic contact with the n-type nitride semiconductor layer. Thereby, the constituent members of the first region and the second region in the n-electrode can be selected over a wide range.
[0009]
Further, it is preferable that the rearmost surface of the first region of the n-electrode viewed from the n-electrode formation surface side is disposed at least at a part of the peripheral edge portion of the rearmost surface of the n-electrode viewed from the n-electrode formation surface side. . As a result, the nitride semiconductor light emitting device can emit light efficiently.
[0010]
Further, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention is on the same plane side as the n electrode disposed at a predetermined position of the n-type nitride semiconductor layer, and is different from the predetermined position of the n-type nitride semiconductor layer. In the configuration in which at least the active layer and the p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked at the position of the first region, the rearmost surface of the first region viewed from the n electrode formation surface side is p from the n electrode formation surface side. It is preferable to be disposed to face the peripheral portion of the type nitride semiconductor layer. Thereby, the nitride semiconductor light emitting device can emit light more efficiently.
[0011]
Further, the rearmost surface of the first region viewed from the n electrode formation surface side is disposed at a substantially constant distance from the peripheral edge of the p-type nitride semiconductor layer as viewed from the n electrode formation surface side. Furthermore, it is preferable that the rearmost surface of the first region viewed from the n-electrode formation surface side has a substantially constant width. Thereby, the nitride semiconductor light emitting device can emit light more efficiently.
[0012]
In the cross section in the semiconductor stacking direction, the uppermost surface of the n electrode composed of the first region and the second region is preferably arranged at a position lower than the lowermost surface of the active layer. Thereby, it is possible to significantly reduce the light emitted from the end face, that is, the side face of the nitride semiconductor light emitting element from being absorbed by the n electrode.
[0013]
Further, the first region constituting the n electrode is Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re, Mn, Al, Zn, Pt, Au, Ru, Pd, Rh. The second region constituting the n-electrode is a layer structure or alloy including at least one of Al, Ag, Pt, Os, Ir, Rh, Pd, and Ru. Preferably there is. Thereby, each electrode can be formed relatively easily.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In this embodiment, an example in which an LED (Light Emitting Diode) is used as a nitride semiconductor light emitting element will be described. As each semiconductor layer constituting the LED according to the present invention, various nitride semiconductors can be used. Specifically, In metal is deposited on the substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), hydride vapor deposition (HVPE), or the like. _X Al _Y Ga _1-XY A semiconductor in which N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) is formed as a light emitting layer is preferably used. In addition, the layer structure includes a homo structure having a MIS junction, a PIN junction or a PN junction, a hetero structure, or a double hetero structure. Each layer may have a superlattice structure, or may have a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which an active layer is formed in a thin film in which a quantum effect is generated.
[0015]
Further, the LED is generally formed by growing each semiconductor layer on a specific substrate. At that time, when an insulating substrate is used as the substrate and the insulating substrate is not finally removed, usually, Both the p electrode and the n electrode are formed on the same surface side on the semiconductor layer. In this case, it is possible to take out the emitted light from the semiconductor layer side with the face-up mounting, i.e., the semiconductor layer side arranged on the viewing side, or the face-down mounting, i.e., arrange the substrate side on the viewing side, It is also possible to take out from the substrate side. Of course, it is also possible to adopt a configuration in which the p-electrode and the n-electrode are arranged to face each other with the semiconductor layer structure by not using the insulating substrate from the beginning or finally removing the insulating substrate.
[0016]
Here, the LED according to the present invention is an LED including an n-electrode at a predetermined position of the n-type nitride semiconductor layer. In particular, the n-electrode is composed of a first region and a second region that are electrically connected, and when viewed from the n-electrode formation surface side, the rearmost surface of the first region is the outermost surface of the second region. Located on the same plane as the back. Furthermore, the second region of the n-electrode has a higher reflectivity with respect to light from the LED than the first region of the n-electrode. As a result, light absorption at the n-electrode can be greatly reduced, and as a result, light extraction efficiency can be improved. In addition, high reflectance here means that reflectance is high in all the wavelengths of the light from LED. Of course, it is possible to increase the reflectance only at a predetermined wavelength of the light from the LED, but a higher effect can be obtained by increasing the reflectance at all the wavelengths of the light from the LED.
[0017]
It is preferable that the first region and the second region constituting the n electrode are in direct contact with the n-type nitride semiconductor layer, in other words, directly disposed in the n-type nitride semiconductor layer. It is also possible to arrange between the n-electrode and the n-type nitride semiconductor layer through a member that does not completely block the light from the LED.
[0018]
Here, it is preferable that the first region of the n-electrode is in ohmic contact with the n-type nitride semiconductor layer. Furthermore, the back surface of the first region of the n electrode viewed from the n electrode formation surface side is arranged at least at a part of the peripheral edge of the back surface of the n electrode viewed from the n electrode formation surface side. It is preferable. With such a configuration, when a current is finally supplied to the LED of the present invention, a path through which the current flows can be taken in a wide range, so that more uniform light emission can be obtained.
[0019]
Further, the LED of the present invention is on the same plane side as the n electrode disposed at a predetermined position of the n-type nitride semiconductor layer, and at a different position different from the predetermined position of the n-type nitride semiconductor layer, In the case where at least the active layer and the p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked, the rearmost surface of the first region viewed from the n-electrode formation surface side is p-type nitridation as viewed from the n-electrode formation surface side. It is preferable to be disposed to face the peripheral edge of the physical semiconductor layer. That is, it is preferable that the first region of the n-electrode is disposed adjacent to the peripheral portion of the p-type nitride semiconductor layer without passing through the second region when viewed from the n-electrode formation surface side. By comprising in this way, when finally supplying an electric current to LED of this invention, since the path | route through which an electric current flows can be shortened, the more excellent luminous efficiency can be obtained.
[0020]
Further, the rearmost surface of the first region viewed from the n electrode formation surface side is disposed at a substantially constant distance from the peripheral edge of the p-type nitride semiconductor layer as viewed from the n electrode formation surface side. Furthermore, it is preferable that the rearmost surface of the first region viewed from the n-electrode formation surface side has a substantially constant width. By comprising in this way, LED of this invention can be light-emitted more efficiently and uniformly.
[0021]
In the cross section in the semiconductor stacking direction, the uppermost surface of the n electrode composed of the first region and the second region is preferably arranged at a position lower than the lowermost surface of the active layer. By comprising in this way, it can reduce significantly that the light radiate | emitted from the end surface of LED is absorbed by n electrode. In addition, although the n electrode area | region which does not have a pad part was described here, of course, the more excellent light extraction efficiency can be obtained by setting the uppermost surface of a pad part lower than the lowermost surface of an active layer. .
[0022]
The first region constituting the n electrode is Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re, Mn, Al, Zn, Pt, Au, Ru, Pd, and Rh. A layer structure or an alloy including at least one, and the second region constituting the n-electrode includes a layer structure or an alloy including at least one of Al, Ag, Pt, Os, Ir, Rh, Pd, and Ru. To do. Furthermore, better ohmic characteristics can be obtained by performing annealing after forming the first region. The film thickness of the second region is preferably 400 mm or more. As a result, the transmission of light caused by the second region being too thin can be prevented almost completely, and the reflectance of the second region can be reproduced as it is.
[0023]
The shape of the n electrode is not particularly limited, and for example, the shape can be variously selected from a circular shape, a square shape, a sector shape, and the like when viewed from the n electrode forming surface side. Furthermore, in order to obtain better luminous efficiency, it is possible to form a shape in which at least the first region of the first region and the second region constituting the n-electrode is projected in a predetermined direction. The n electrode may be divided into a first region and a second region at least on the n electrode formation surface, that is, the contact surface between the n electrode and the n-type nitride semiconductor layer. The second region may be arranged on the conductive lamination direction side.
[0024]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies an LED for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the LED as follows. Further, the size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.
[0025]
1 and 2 are schematic views of the LED of the present embodiment. Here, as shown in the figure, an LED in which a p-electrode and an n-electrode are arranged on the same surface side will be described. FIG. 1 is a schematic view of the LED of the present embodiment as viewed from the n-electrode formation surface side. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the layer configuration of the LED of the present embodiment, and represents a cross section taken along the line AA of FIG. Hereafter, each structure of LED of this Embodiment is demonstrated in detail.
(Substrate 1)
First, the substrate 1 made of sapphire (C-plane) is set in a MOCVD reaction vessel, and the inside of the vessel is sufficiently replaced with hydrogen. Then, the temperature of the substrate is raised to 1050 ° C. while flowing hydrogen to clean the substrate. Do. In addition to the sapphire C surface, the substrate 1 is a sapphire substrate whose main surface is the R surface and the A surface, spinel (MgAl ₂ O ₄ ), A semiconductor substrate such as SiC (including 6H, 4H, and 3C), Si, ZnO, GaAs, and GaN.
(Buffer layer 2)
Subsequently, the temperature is lowered to 510 ° C., hydrogen is used as a carrier gas, ammonia and TMG (trimethyl gallium) are used as a source gas, and a buffer layer 2 made of GaN is grown on the substrate with a thickness of about 100 mm. The buffer layer 2 can be omitted depending on the type of substrate and the growth method. The buffer layer 2 can also be made of AlGaN with a small Al ratio.
(Undoped GaN layer 3)
Next, after the growth of the buffer layer 2, only TMG is stopped, the temperature is raised to 1050 ° C., and TMG and ammonia gas are similarly used as the source gas, and the undoped GaN layer 3 is grown to a thickness of 1.5 μm.
(N-type contact layer 4)
Subsequently, at 1050 ° C., similarly, TMG, ammonia gas, and silane gas are used as source gas and silane gas as impurity gas, and Si is 4.5 × 10 ¹⁸ / Cm ³ An n-type contact layer 4 made of doped GaN is grown to a thickness of 2.165 μm.
(N-type first multilayer film layer 5)
Next, only the silane gas is stopped, TMG and ammonia gas are used at 1050 ° C., and a lower layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 3000 mm, and then silane gas is added at the same temperature to add Si to 4.5 × 10 6. ¹⁸ / Cm ³ An intermediate layer made of doped GaN is grown to a thickness of 300 mm, and then only the silane gas is stopped, and an upper layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 50 mm at the same temperature to form a layer thickness of 3350 mm. The n-type first multilayer film layer 5 is grown.
(N-type second multilayer layer 6)
Next, a nitride semiconductor layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 40 mm at the same temperature. Next, the temperature is set to 800 ° C., and TMG, TMI, and ammonia are used. _0.1 Ga _0.9 A nitride semiconductor layer made of N is grown to a thickness of 20 mm. By repeating these operations, 10 layers are alternately stacked, and an n-type second multilayer film layer 6 made of a multilayer film having a superlattice structure in which a nitride semiconductor layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 40 mm is obtained by 640 mm. Growing with a film thickness of
(Active layer 7)
Next, a barrier layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 250 mm using TMG and ammonia. Subsequently, TMI was added at the same temperature, and In _0.3 Ga _0.7 A well layer made of N is grown to a thickness of 30 mm. By repeating these operations, six layers are alternately stacked, a barrier made of undoped GaN is grown to a thickness of 250 mm, and an active layer 7 having a multiple quantum well structure is grown to a thickness of 1930 mm.
(P-type multilayer film layer 8)
Next, at a temperature of 1050 ° C., TMG, TMA, ammonia, Cp ₂ Using Mg (cyclopentanedienylmagnesium), Mg 5 × 10 ¹⁹ / Cm ³ Doped Al _0.15 Ga _0.85 A nitride semiconductor layer made of N is grown to a thickness of 40 mm, and subsequently the temperature is set to 800 ° C., and TMG, TMI, ammonia, Cp ₂ Mg is used 5 × 10 Mg ¹⁹ / Cm ³ Doped In _0.03 Ga _0.97 A nitride semiconductor layer made of N is grown to a thickness of 25 mm. These operations are repeated until Al _0.15 Ga _0.85 N layer and In _0.03 Ga _0.97 5 layers of N layers are stacked alternately, and 5 × 10 Mg. ¹⁹ / Cm ³ Doped Al _0.15 Ga _0.85 A p-type multilayer film layer 8 having a superlattice structure in which a nitride semiconductor layer made of N is grown to a thickness of 40 mm is grown to a thickness of 365 mm.
(P-type contact layer 9)
Subsequently, at 1050 ° C., TMG, ammonia, Cp ₂ Mg is used, and Mg is 1 × 10 ²⁰ / Cm ³ A p-type contact layer 9 made of doped GaN is grown to a thickness of 1200 mm. After completion of the reaction, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is annealed in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer.
[0026]
After the annealing, the wafer is taken out from the reaction vessel, and a predetermined region is etched from the p-side contact layer side by an RIE (reactive ion etching) apparatus to expose the surface of the n-type contact layer 4 as shown in FIG. After the exposure, the surface of the n-type contact layer 4 is heat-treated at 300 ° C. or higher.
[0027]
Subsequently, Ni and Au having a film thickness of 20 nm are sequentially formed over substantially the entire area of the p-type contact layer 9 by using a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, or the like, thereby forming a translucent p-electrode 10. Next, for example, Rh having a thickness of 100 mm and Al having a thickness of 500 mm are sequentially laminated on a part of the surface of the n-type contact layer 4 exposed in advance using a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, and the like. A first region 11a to be configured is formed. Further, the first region 11a made of Rh / Al is annealed at 500 ° C. Thereby, more excellent ohmic characteristics with the n-type contact layer 4 can be obtained. Subsequently, an Al single layer is laminated at a thickness of 500 mm at a predetermined portion connected to the first region 11a to form the second region 11b. Thus, in the present embodiment, the n-electrode 11 is composed of the first region 11a made of Rh / Al and the second region 11b made of Al.
[0028]
Here, although Rh / Al is shown as the first region 11a of the n-electrode, the present invention is not limited to this, and for example, various members such as Ti / Al and W / Al are used. Can do.
[0029]
Further, pad portions 12 and 13 made of Au are formed on the p-electrode 10 and the n-electrode 11 with W serving as a barrier layer. The barrier layer is a layer for preventing members located above and below the barrier layer from being alloyed. Here, the thickness of W is 2000 mm and the thickness of Au is 3000 mm. Moreover, the member which comprises a barrier layer is not specifically limited, In addition to W, Ti, Ni, TiN, Mo, RhO, etc. may be used.
[0030]
Subsequently, as a protective film and an antistatic film on the entire exposed surface of the nitride semiconductor, SiO ₂ Is formed with a thickness of 200 nm. At this time, if Ni is first formed to a thickness of about 100% on the entire exposed surface of the nitride semiconductor, ₂ Improved adhesion. Finally, SiO ₂ A portion of Ni and Ni is etched to expose the portions where the p-pad portion 12 and the n-pad portion 13 are to be formed, and the p-pad portion 12 and the n-pad portion 13 are formed at each exposed portion to produce an LED. Here, as shown in FIG. 1, the p pad portion 12 and the n pad portion 13 are arranged on the diagonal line of the LED as viewed from the n electrode forming surface side. The p pad portion 12 and the n pad portion 13 are for finally attaching a wire composed of a gold wire or the like, and can supply current to the LED or take out current through each wire. it can.
[0031]
In the present embodiment, the shape of the n-electrode 11 viewed from the n-electrode forming surface side is a sector shape, and the rearmost surface of the first region 11a of the n-electrode 11 viewed from the n-electrode forming surface side is the n-electrode forming surface. It is arranged so as to face the p-type contact layer 9 when viewed from the surface side. That is, when viewed from the n-electrode forming surface side, the rear surface of the first region 11a is positioned at the arc-shaped portion of the fan-shaped n-electrode 11, and the arc-shaped portion is p-type when viewed from the n-electrode forming surface side. The contact layer 9 is disposed adjacent to the contact layer 9. Furthermore, the rearmost surface of the first region 11a viewed from the n electrode formation surface side is disposed at a substantially constant distance from the peripheral edge of the p-type contact layer 9 as viewed from the n electrode formation surface side. Further, the rearmost surface of the first region 11a viewed from the n-electrode formation surface side is configured to have a substantially constant width. In other words, the contact surface between the n-type contact layer 4 and the first region 11a is configured to have a substantially constant width. In the present embodiment, the second region is arranged not only on the semiconductor lamination direction of the first region 11a, that is, on the n-type contact layer 4, but also on the first region 11a.
[0032]
By comprising in this way, LED of a present Example can light-emit more efficiently. The reason is not clear, but the present inventor thinks as follows. That is, in general, when an LED is supplied with current, the p pad portion (specifically, the portion where the wire of the p pad portion is connected) to the n pad portion (specifically, the portion where the wire of the n pad portion is connected). ) Through various paths. However, for example, an LED that is in ohmic contact with the entire contact surface between the n-contact layer 64 and the n-electrode 71 shown in FIG. 7 is represented by an arrow on the straight line A-A portion in FIG. A current flows intensively around the straight line AA portion. For this reason, as shown by an arrow on a part away from the straight line AA part, for example, the straight line BB part to the CC part, light emission around the straight line BB part to the CC part is reduced. . This is because, as viewed from the n electrode formation surface side, a straight line (for example, a straight line AA portion, a straight line BB portion, a straight line connecting the portion to which the wire of the p pad portion 72 is connected and a desired portion of the n electrode 71 is connected. It is considered that one of the causes is that the contact area between the n-type contact layer 64 and the n-electrode 71 through which the straight line passes differs depending on each straight line. Specifically, in the case of the n-electrode 71 having the shape shown in FIG. 7, the straight line A-A portion is more likely to pass through the straight line BB portion or straight line CC portion, and the n-type contact layer 64 through which the straight line passes. Since the contact area of the n-electrode 71 is large, it is considered that the current flows more intensively.
[0033]
On the other hand, in the LED of the present invention shown in FIG. 1, the shape of the n-electrode 11 viewed from the n-electrode forming surface is a fan shape, and the n-electrode is formed at a portion facing the p-type contact layer 9 when viewed from the n-electrode forming surface. Eleven first regions 11a are arranged. That is, the arc-shaped portion of the fan-shaped n-electrode 11 in the figure is configured to be the first region 11a, and the arc-shaped portion is disposed adjacent to the p-type contact layer 9 when viewed from the n-electrode forming surface side. Yes. Furthermore, the rearmost surface of the first region 11a viewed from the n electrode formation surface side is disposed at a substantially constant distance from the peripheral edge of the p-type contact layer 9 as viewed from the n electrode formation surface side. Further, the rearmost surface of the first region 11a viewed from the n-electrode formation surface side is configured to have a substantially constant width. In other words, the contact surface between the n-type contact layer 4 and the first region 11a is configured to have a substantially constant width. Thereby, in each straight line connecting a part to which the wire of the p pad part 12 is connected and a plurality of different parts of the first region 11a, the n-type contact layer 4 through which each straight line passes and the first region 11a The size of the contact area can be made more uniform. That is, since the amount of current supplied from the p-pad portion can be made more constant at any part of the first region 11a, the present inventor can obtain a uniform light emission distribution and excellent light emission efficiency. Is thinking.
[0034]
Further, the reflectance of the first region 11a and the second region 11b is obtained as follows. First, from the surface opposite to the n-electrode formation surface of the obtained LED, that is, the substrate side, predetermined light having the emission wavelength range of the obtained LED is applied to each of the first region 11a or the second region 11b. Irradiate vertically, and calculate the reflectance (ratio of reflected wave intensity to incident wave intensity) in each region. Thereby, the reflectance in the emission wavelength range of the predetermined light can be obtained in each of the first region 11a and the second region 11b. The reflectance of each of the first region and the second region was calculated by associating the reflectance of each wavelength obtained in this way with the peak wavelength of 465 nm among the emission wavelengths of the obtained LEDs. The reflectance of the first region was 70%, and the reflectance of the second region was 85%. Thus, by setting the n electrode 11 to a specific configuration, it is possible to greatly improve the light emission efficiency despite the relatively simple configuration.
[0035]
On the other hand, the LED shown in FIGS. 1 and 2 has a configuration in which the p-electrode and the n-electrode are positioned diagonally when viewed from the n-electrode formation surface side, but the present invention is not limited to this, and for example, shown in FIGS. It can also be set as such a structure. Here, as shown in the figure, an LED in which a p-electrode and an n-electrode are arranged on the same surface side will be described. FIG. 3 is a schematic view of the LED of the present embodiment as viewed from the n-electrode formation surface side. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the layer structure of the LED of the present embodiment, and shows a cross section taken along the line AA of FIG. Here, the semiconductor layer structure is the same as that of the LED described above.
[0036]
That is, the LED of the present embodiment has a configuration in which the p-type contact layer 29 is located in the entire area around the circular n-electrode 31 when viewed from the n-electrode formation surface side. Specifically, the n-electrode 31 is configured such that the donut-shaped first region 31a is in contact with the n-type contact layer 24, and the second region 31b is disposed inside and above (in the semiconductor stacking direction). It becomes. Since the first region 31a and the second region 31b constituting the n-electrode 31 are each composed of a two-layer film of Rh / Al and a single-layer film of Al, similar to the LED described above. The reflectance in each of the first region 31a and the second region 31b is the same as that of the LED described above.
[0037]
As described above, when the p-type contact layer 29 is located around the circular n-electrode 31 when viewed from the n-electrode formation surface side, the rearmost surface of the n-electrode 31 as viewed from the n-electrode formation surface side. It is preferable that the 1st area | region 31a is arrange | positioned in the whole peripheral part in. By comprising in this way, more efficient uniform light emission can be obtained.
[0038]
Next, an LED including a p-electrode and an n-electrode on the same surface side as shown in FIGS. 5 and 6 and the n-electrode protruding in a predetermined direction when viewed from the n-electrode formation surface side will be described. FIG. 5 is a schematic view of the LED of the present embodiment as viewed from the n-electrode formation surface side. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the layer structure of the LED of the present embodiment, and shows a cross section taken along the line AA of FIG. Here, the semiconductor layer structure is the same as that of the LED described above.
[0039]
As shown in FIG. 5, the LED of the present embodiment has a configuration in which a p-type contact layer 49 is located around the n-electrode 51 protruding in a predetermined direction when viewed from the n-electrode formation surface side. Specifically, the n-electrode 51 has the entire periphery on the backmost surface of the n-electrode 51 protruding in a predetermined direction as viewed from the n-electrode forming surface side as the first region 51a. The second region 51b is arranged in the stacking direction). Since the first region 51a and the second region 51b constituting the n-electrode 51 are composed of a Rh / Al bilayer film and an Al single layer film, respectively, as in the LED described above. The reflectance in each of the first region 51a and the second region 51b is the same as that of the LED described above.
[0040]
Here, when viewed from the n-electrode forming surface side, an n-pad portion 53 for connecting a wire for taking out current from the n-electrode to a predetermined part of the n-electrode is provided. Thereby, in the cross section in the semiconductor stacking direction, the height of the n electrode 51 site other than the n pad unit 53 formation site can be made lower than the n pad unit 53 formation site, so that the light emitted from the end face is blocked. It can be taken out without any trouble.
[0041]
On the other hand, by arranging the n electrode 51 protruding in a predetermined direction inside the p-type contact layer 49 as in this embodiment, a large current, more specifically, a current of 20 mA or more can be supplied relatively easily. can do. Here, in general, the cross-sectional area of the n-electrode 51 is required to some extent in order to efficiently supply a large current. However, when the n electrode 51 is thickened in the stacking direction in order to secure the cross-sectional area of the n electrode 51, the uppermost surface 51h of the n electrode is the active layer in the cross section in the semiconductor stacking direction of the region excluding the partially provided pad portion It will be arranged at a position higher than the lowermost surface 47h. If comprised in this way, a part of light radiate | emitted from LED edge part will be absorbed by the n electrode 51 comprised from the 1st area | region 51a and the 2nd area | region 51b, and light cannot be taken out efficiently. . Therefore, when the height 51h of the n electrode is made lower than the lowermost surface 47h of the active layer while maintaining the cross-sectional area of the n electrode 51, the contact area between the n electrode 51 and the n-type contact layer 44 is naturally increased. However, the entire contact area between the n-electrode 51 and the n-type contact layer 44 does not need to be an ohmic electrode, and sufficient ohmic characteristics can be obtained by partially forming an ohmic electrode in part of the contact area.
[0042]
For this reason, in the present embodiment, the first region 51a is disposed over the entire periphery of the n electrode 51 protruding in a predetermined direction when viewed from the n electrode formation surface side, and the first region In the configuration in which the second 51b is arranged inside and on the upper side of 51a, the first region 51a in the semiconductor stacking direction cross section in the region excluding the pad portion partially provided on the n-electrode, for example, the AA portion By arranging the uppermost surface 51h of the n-electrode 51 composed of the second region 51b at a position lower than the lowermost surface 47h of the active layer 47, the light emitted from the LED end surface is absorbed by the n-electrode 51. Can be greatly reduced.
[0043]
【Effect of the invention】
As described above, according to the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, light absorption in the n electrode can be minimized. Thereby, the light extraction efficiency can be significantly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of one LED according to the present invention viewed from an n-electrode forming surface side.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
FIG. 3 is a plan view of one LED according to the present invention as viewed from the n-electrode formation surface side.
4 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
FIG. 5 is a plan view of one LED according to the present invention as viewed from the n-electrode formation surface side.
6 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
FIG. 7 is a plan view of an LED for comparison with the LED according to the present invention as viewed from the n-electrode formation surface side.
8 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
[Explanation of symbols]
1, 21, 41, 61 ... substrate
2, 22, 42, 62... Buffer layer
3, 23, 43, 63 ... undoped GaN layer
4, 24, 44, 64 ... n-type contact layer
5, 25, 45, 65... N-type first multilayer film layer
6, 26, 46, 66... N-type second multilayer layer
7, 27, 47, 67... Active layer
8, 28, 48, 68 ... p-type multilayer film layer
9, 29, 49, 69... P-type contact layer
10, 30, 50, 70 ... p-electrode
11, 31, 51, 71 ... n electrodes
11a, 31a, 51a ... 1st area | region
11b, 31b, 51b ... second region
12, 32, 52, 72 ... p pad part
13, 33, 53, 73 ... n pad part
47h: bottom surface of the active layer
51h ... top surface of n electrode

Claims

In a nitride semiconductor light emitting device including an n electrode at a predetermined position of an n-type nitride semiconductor layer,
The n electrode is composed of a first region and a second region which are electrically connected and have reflectivity,
When viewed from the n-electrode forming surface side, the back surface of the first region is positioned on the substantially same surface as the back surface of the second region, and the second region of the n-electrode is the nitride semiconductor light emitting device. to light from the device, it has a higher reflectance than the first region of the n-electrode,
The first region constituting the n electrode is at least one of Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re, Mn, Al, Zn, Pt, Au, Ru, Pd, and Rh. And the second region constituting the n-electrode is a layer structure or alloy containing at least one of Al, Ag, Pt, Os, Ir, Rh, Pd, and Ru. nitride semiconductor light emitting device characterized by at.

2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first region of the n electrode is in ohmic contact with the n-type nitride semiconductor layer.

The back surface of the first region of the n electrode viewed from the n electrode forming surface side is disposed at least at a part of a peripheral edge portion of the back surface of the n electrode viewed from the n electrode forming surface side. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2.

The nitride semiconductor light-emitting element is on the same plane side as an n-electrode disposed at a predetermined position of the n-type nitride semiconductor layer and is different from the predetermined position of the n-type nitride semiconductor layer. In addition, at least the active layer and the p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked, and the back surface of the first region viewed from the n electrode forming surface side is viewed from the n electrode forming surface side. The nitride semiconductor light-emitting element according to claim 3, wherein the nitride semiconductor light-emitting element is disposed to face a peripheral portion of the p-type nitride semiconductor layer.

The rearmost surface of the first region viewed from the n-electrode formation surface side is disposed at a substantially constant distance from the peripheral edge of the p-type nitride semiconductor layer as viewed from the n-electrode formation surface side, 5. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the rearmost surface of the first region viewed from the n electrode forming surface side has a substantially constant width.

5. The uppermost surface of the n-electrode composed of the first region and the second region is arranged at a position lower than the lowermost surface of the active layer in a cross section in the semiconductor stacking direction. Or the nitride semiconductor light emitting device according to 5;

In a nitride semiconductor light emitting device including an n electrode at a predetermined position of an n-type nitride semiconductor layer,
The n-electrode is composed of a first region and a second region that are electrically connected,
The first region is in ohmic contact with the n-type nitride semiconductor layer,
When viewed from the n-electrode forming surface side, the back surface of the first region is positioned on the substantially same surface as the back surface of the second region, and the second region of the n-electrode is the nitride semiconductor light emitting device. A higher reflectivity than the first region for light from the element;
A nitride semiconductor light emitting device characterized in that, when viewed from the n electrode forming surface side, the entire peripheral edge portion on the backmost surface of the n electrode is the first region.

8. The nitride semiconductor light emitting element according to claim 7 , wherein the n electrode constituting the second region is arranged inside and above the n electrode constituting the first region.