JP5514274B2 - Iii族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
電型III族窒化物半導体層と、該第1導電型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層と、該発光層の上に設けられた第2導電型III族窒化物半導体層と、該第2導電型III族窒化物半導体層上に設けられたアンドープIII族窒化物半導体層を含むバッファ層と、を有するIII族窒化物半導体発光素子であって、前記バッファ層は、前記第2導電型III族窒化物半導体層を露出する独立した複数の露出部を備え、前記バッファ層の前記露出部のそれぞれにおいて前記第2導電型III族窒化物半導体層と接触し、かつ、前記露出部における前記第2導電型III族窒化物半導体層を部分的に被覆する接触部を含み、前記露出部のそれぞれにおける接触部を互いに電気的に連結させる第2電極をさらに有し、前記第2電極の一部が前記バッファ層上に設けられることを特徴とする。
本発明において、前記独立した複数の露出部は、形状および寸法が同一であることが好ましい。
本発明の製造方法において、前記独立した複数の露出部は、形状および寸法が同一であることが好ましい。
図1〜3を用いて、本発明の一実施形態であるIII族窒化物半導体発光素子100(以下、単に「発光素子」100ともいう。)を説明する。
図4を用いて、本発明の他の実施形態にかかるIII族窒化物半導体発光素子200を説明する。本実施形態は、n側電極122、具体的にはパッド部122aの直下、かつ、p層112の一部の上に絶縁層124を有する点以外は、実施形態1の発光素子100と同様である。n側電極122からは光を取り出すことはできないため、n側電極122の直下の発光層110で発光させるより、発光層110の他の部分で発光させた方が、発光効率が高まる。かような絶縁層124により、n側電極122の直下の発光層に電流を流れにくくし、発光層110の他の部分に電流を流れやすくすることができ、発光効率をより向上させることができる。
図5、6を参照して、本発明の他の実施形態にかかるIII族窒化物半導体発光素子300を説明する。III族窒化物半導体発光素子300は、図5および図6に示すように、バッファ層106に多数の露出部126を形成して、接触部122cを多数形成している。本実施形態において、n側電極122は、多数の接触部122cと、素子中央に位置するパッド部122aと、各接触部122cをパッド電極122aと接続する配線部122bとからなる。この場合も、各接触部122cは、バッファ層106上で互いに電気的に接続されている。このように接触部122cを素子全体に均等に多数設けることにより、発光出力をより向上させ、かつ、低い順方向電圧を維持することができる。
図7を参照して、本発明の他の実施形態にかかるIII族窒化物半導体発光素子400を説明する。III族窒化物半導体発光素子400は、支持基板であるAlN焼結基板128上に、導電層130、p側電極、p層、発光層、n層およびバッファ層106がこの順に形成されている。バッファ層106には、図7に示すようにn層を露出させる部分である露出部126が5つある。n側電極は、露出したn層と接触する接触部122cと、バッファ層106上(側面を含む)において接触部122cを電気的に連結させる配線部122bと、配線部122bに接続するパッド部122aからなる。配線部122bは、4つの接触部122cをつなぐドーナツ形状と、素子中心の接触部122cを通過する直線部分とからなる。パッド部122aは、バッファ層106の対向する角部に2箇所設けられる。バッファ層106のもう片方の対向する角部は、AlN焼結基板128上の導電層130が露出しており、露出した導電層130上にp側パッド部132が形成されている。本実施形態でも、発光出力を向上させつつ順方向電圧を低下させることができる。接触部122cの配置は図8のようにしてもよい。
次に、図9および図10を用いて、本発明にかかるIII族窒化物半導体発光素子100の製造方法を説明する。図9(D)は、図10(A)のC−C断面図であり、図9(E)は、図10(B)のD−D断面図である。図9(F)は、図10(C)のE−E断面図である。
(実施例1)
図9に示す方法で、図1に示す発光素子を作製した。まず、成長用基板としてサファイア基板上にMOCVD法によりAlN層を1μm形成し、AlNテンプレート基板とした。その上に、スパッタ法によりCr(厚み:8nm)を形成後、MOCVD炉内でアンモニアを用いて窒化処理を行い、リフトオフ層としてCrNを形成した。その後、MOCVD法により、バッファ層(アンドープAlN層(厚み:1μm)および超格子層(AlN/GaNの積層体、厚み:1μm))、n型層(AlGaN層、Siドープ、厚み:2μm)、発光層(AlInGaN系MQW層、厚み:0.2μm、発光波長340nm)およびp層(AlGaN層、Mgドープ、厚み:0.4μm)からなるIII族窒化物半導体層をこの順に形成した。
p層形成後、かつ、p側電極形成前に、p層表面上に、n側電極のパッド部形成予定位置の直下に中心を合わせてSiO2からなる絶縁層(厚み:300nm、直径:120μm)をプラズマCVD法により形成したこと以外は、実施例1と同様に、発光素子を作製した。
マスクの開口部の形状、すなわちバッファ層に形成する露出部の形状と、n側電極の形状を以下のように変更した以外は、実施例1と同様にして、図13および図14に示すIII族窒化物半導体発光素子500を製造した。この素子では、バッファ層506には、外径200μm、内径150μmのドーナツ状に連続した露出部526を形成した。そして、露出したn層508の上および孔に囲まれたバッファ層506上に、n側電極522(直径:200μm)を形成した。すなわちn側電極は、露出部526と同じドーナツ形状の接触部と、接触部と接続する直径150μmの配線部兼パッド部を素子中央に有する。この比較例では、n側電極のn層との接触部は、ドーナツ状に連続した1つの領域である。上面図を用いて面積を計算すると、接触部の面積は13744μm2、n側電極の面積は31425μm2であり、実施例とほぼ同じである。
p層形成後、かつ、p側電極形成前に、p層表面上に実施例2と同様の絶縁層を形成したこと以外は、比較例1と同様に発光素子を作製した。
実施例1、2および比較例1、2の発光素子それぞれについてパッド部にワイヤーボンディングを行った。得られた発光素子に定電流電圧電源を用いて0〜300mAの所定の電流を流したときの素子のバッファ層側の上方に配置したフォトダイオードの電流値により評価した発光出力Poおよび順方向電圧Vfを、図11および図12にそれぞれ示した。
図11および図12に示すとおり、比較例1は他の試験例に比べて発光出力Poが低い。また、比較例2はパッド部直下に絶縁層を設けたために比較例1に比べて高い発光出力Poを得ることができた。しかし、順方向電圧Vfが他の試験例に比べて高かった。一方で、実施例1および2は、発光出力Poが高く、かつ、順方向電圧Vfが低かった。これは、実施例1および2は、n側電極とn層との接触部を複数有しているためと考えられる。
102 成長用基板
104 リフトオフ層
106 バッファ層
108 n型III族窒化物半導体層
110 発光層
112 p型III族窒化物半導体層
116 p側電極
118 マスク
120 開口部
122 n側電極
122a パッド部
122b 配線部
122c 接触部
124 絶縁層
126 露出部
200 III族窒化物半導体発光素子
300 III族窒化物半導体発光素子
400 III族窒化物半導体発光素子
Claims (8)
- 第1電極と、
該第1電極に接続された第1導電型III族窒化物半導体層と、
該第1導電型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層と、
該発光層の上に設けられた第2導電型III族窒化物半導体層と、
該第2導電型III族窒化物半導体層上に設けられたアンドープIII族窒化物半導体層を含むバッファ層と、
を有するIII族窒化物半導体発光素子であって、
前記バッファ層は、前記第2導電型III族窒化物半導体層を露出する独立した複数の露出部を備え、
前記バッファ層の前記露出部のそれぞれにおいて前記第2導電型III族窒化物半導体層と接触し、かつ、前記露出部における前記第2導電型III族窒化物半導体層を部分的に被覆する接触部を含み、前記露出部のそれぞれにおける接触部を互いに電気的に連結させる第2電極をさらに有し、
前記第2電極の一部が前記バッファ層上に設けられることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。 - 前記独立した複数の露出部は、形状および寸法が同一である請求項1に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
- 前記アンドープIII族窒化物半導体層がAlN層である、請求項1または2に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
- 前記第2電極は、前記接触部と、前記バッファ層上に設けられたパッド部と、前記接触部と前記パッド部とを連結する配線部と、を有する、請求項1〜3いずれか1項に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
- 前記第2電極の直下、かつ、前記第1導電型III族窒化物半導体層の第1電極側の面上の一部に絶縁層を有する、請求項4に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
- 成長用基板の上にアンドープIII族窒化物半導体層を含むバッファ層、第2導電型III族窒化物半導体層、発光層、第1導電型III族窒化物半導体層をこの順に形成する工程と、
前記第1導電型III族窒化物半導体層上に第1電極を形成する工程と、
前記成長用基板を除去して前記バッファ層を露出させる工程と、
露出した前記バッファ層の一部を除去して、前記第2導電型III族窒化物半導体層を露出する独立した複数の露出部を形成する工程と、
前記露出部のそれぞれにおいて露出した前記第2導電型III族窒化物半導体層の上および前記バッファ層の上で連続した第2電極を形成する工程と、
を有し、該第2電極は、前記バッファ層の前記露出部のそれぞれにおいて前記第2導電型III族窒化物半導体層と接触し、かつ、前記露出部における前記第2導電型III族窒化物半導体層を部分的に被覆する接触部を含み、前記露出部のそれぞれにおける接触部を互いに電気的に連結させることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記独立した複数の露出部は、形状および寸法が同一である請求項6に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
- 前記アンドープIII族窒化物半導体層がAlN層である、請求項6または7に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
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