JP5974980B2 - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間に発光層を有してなる窒化物半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device having a light emitting layer between an n type nitride semiconductor layer and a p type nitride semiconductor layer.
窒化物半導体を用いた発光素子は、用いる材料に応じて発光波長を制御できることから、現在、多様な分野に利用されており、またその研究開発も盛んに行われているところである(例えば、特許文献1参照)。 Since light emitting elements using nitride semiconductors can control the emission wavelength according to the materials used, they are currently used in various fields, and their research and development are also being actively conducted (for example, patents). Reference 1).
従来の窒化物半導体発光素子は、Mgをオーバードープしたp側コンタクト層、Mgをドープしたp型窒化物半導体層、発光層及びSiをドープしたn型窒化物半導体層を順次積層した構成を有している。 A conventional nitride semiconductor light emitting device has a structure in which a p-side contact layer overdoped with Mg, a p-type nitride semiconductor layer doped with Mg, a light emitting layer, and an n-type nitride semiconductor layer doped with Si are sequentially stacked. doing.
従来、p側コンタクト層は、その上層に形成される電極とのコンタクト性を向上させてオーミック接続を実現するために、高濃度ドープがされている。より詳細には、p側コンタクト層上に縮退半導体であるITO又はNiをコンタクト電極として設け、更にこのコンタクト電極上に金属電極(Ag,Al)を設けた構成を採用している。 Conventionally, the p-side contact layer is heavily doped in order to improve the contact property with the electrode formed on the p-side contact layer and realize ohmic connection. More specifically, a configuration is adopted in which ITO or Ni, which is a degenerate semiconductor, is provided as a contact electrode on the p-side contact layer, and a metal electrode (Ag, Al) is further provided on the contact electrode.
しかしながら、上記した従来の窒化物半導体発光素子においては、Mgを高濃度でドープしたp側コンタクト層とのコンタクトをとるために用いられる、ITO又はNiからなるコンタクト電極が、短波長の光を吸収するものであるため、短波長域の発光強度が低下するという問題があった。例えば、ITOは365nm付近に吸収端を有し、NiはITOよりも長波長側に吸収端を有するため、紫外波長域における発光強度の低下を引き起こすことが強く懸念される。 However, in the conventional nitride semiconductor light emitting device described above, the contact electrode made of ITO or Ni used for making contact with the p-side contact layer doped with Mg at a high concentration absorbs light of a short wavelength. Therefore, there is a problem that the light emission intensity in the short wavelength region is lowered. For example, since ITO has an absorption edge near 365 nm and Ni has an absorption edge on the longer wavelength side than ITO, there is a strong concern that the emission intensity in the ultraviolet wavelength region is reduced.
本発明は、ITOやNiといった材料で形成されるコンタクト電極を用いることなく、従来の窒化物半導体発光素子と同等のコンタクト特性を有する窒化物半導体発光素子を実現することで、紫外波長域における透過率が高い素子を実現することを目的とする。 The present invention realizes a nitride semiconductor light emitting device having contact characteristics equivalent to those of a conventional nitride semiconductor light emitting device without using a contact electrode formed of a material such as ITO or Ni, thereby transmitting in the ultraviolet wavelength region. The object is to realize an element with a high rate.
もし、ITOやNiで形成されるコンタクト電極を設けることなく、p型コンタクト層の上層に直接金属電極を形成できれば、コンタクト電極を形成する材料による短波長の光の吸収という上記の課題が解決される。しかし、これまでの技術では、このようなコンタクト電極を設けることなく、p型コンタクト層の上層に金属電極を直接形成した場合には、良好なオーミック特性が実現できないと考えられていた。本発明者は、鋭意研究により、従来の窒化物半導体発光素子とは異なる方法でコンタクト層(半導体層)を形成することで、コンタクト電極を設けることなく、半導体層と金属電極の間の良好なコンタクト特性を示す窒化物半導体発光素子を実現するに至ったものである。 If a metal electrode can be formed directly on the p-type contact layer without providing a contact electrode made of ITO or Ni, the above problem of absorption of short wavelength light by the material forming the contact electrode is solved. The However, with conventional techniques, it has been considered that good ohmic characteristics cannot be realized when a metal electrode is directly formed on the p-type contact layer without providing such a contact electrode. The present inventor has made an excellent study between a semiconductor layer and a metal electrode by providing a contact layer (semiconductor layer) by a method different from that of a conventional nitride semiconductor light-emitting device, without providing a contact electrode, through intensive research. Thus, a nitride semiconductor light emitting device exhibiting contact characteristics has been realized.
すなわち、本発明の窒化物半導体発光素子は、
n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間に発光層を有する窒化物半導体発光素子において、
前記p型窒化物半導体層に接触して、前記p型窒化物半導体層よりも高濃度で第1不純物材料がドープされた窒化物半導体層で構成された第1コンタクト層と、
前記第1コンタクト層に接触して、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされた、AlXGaYInZN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成された第2コンタクト層を有することを特徴とする。
That is, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention is
In a nitride semiconductor light emitting device having a light emitting layer between an n type nitride semiconductor layer and a p type nitride semiconductor layer,
A first contact layer made of a nitride semiconductor layer in contact with the p-type nitride semiconductor layer and doped with a first impurity material at a higher concentration than the p-type nitride semiconductor layer;
Al X Ga Y In Z N (0 ≦ X ≦ 1) in contact with the first contact layer and doped with at least one second impurity material of any one of Zn, Cd, Be, Sr, Ca and C , 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1, and X + Y + Z = 1).
なお、第2コンタクト層を構成するAlXGaYInZN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)は、微量の他の物質(Sbなど)が含有されていても構わない。 Al X Ga Y In ZN (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1) constituting the second contact layer is a trace amount of other substances (Sb, etc.) May be contained.
第2コンタクト層にドープされた第2不純物材料(Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上のもの)は、p型窒化物半導体層を形成する際に一般的にドープされる材料(Mg)よりも、深い不純物準位を形成する。より詳細には、第1コンタクト層に対してドープされる第1不純物材料の活性化エネルギーよりも、第2コンタクト層に対してドープされる第2不純物材料の活性化エネルギーが高くなるように、第2不純物材料を選択すればよい。例えば、第1コンタクト層、第2コンタクト層をいずれもGaNで構成した場合、Mgの活性化エネルギーは140meVであるのに対し、Znは350meVである。 The second impurity material doped into the second contact layer (one or more of Zn, Cd, Be, Sr, Ca and C) is generally doped when forming the p-type nitride semiconductor layer. A deeper impurity level is formed than the material (Mg). More specifically, the activation energy of the second impurity material doped to the second contact layer is higher than the activation energy of the first impurity material doped to the first contact layer. The second impurity material may be selected. For example, when both the first contact layer and the second contact layer are made of GaN, the activation energy of Mg is 140 meV, whereas Zn is 350 meV.
第2コンタクト層では、第2不純物材料による深い準位が形成されるため、有効密度以上に不純物を半導体層に添加してもイオン化されず、キャリアは価電子帯ではなく不純物の作るサイト間をホッピング伝導する。素子間に電圧を印加すると、深い準位にトラップされて移動できない電子が、電界の影響を受けてトンネル可能な準位で熱的に励起された後にトンネルホッピングすることで、第2コンタクト層内を高効率でキャリアが移動できるものと考えられる。 In the second contact layer, since a deep level is formed by the second impurity material, even if an impurity is added to the semiconductor layer at an effective density or higher, it is not ionized, and carriers are not located in the valence band but between the sites formed by the impurity. Conduct hopping conduction. When a voltage is applied between the elements, electrons that are trapped in a deep level and cannot move are thermally excited at a level capable of tunneling under the influence of an electric field, and then tunnel hopping. It is considered that the carrier can move with high efficiency.
ホッピング伝導を実現するに際しては、第2コンタクト層に電界が与えられることが必要となる。窒化物半導体発光素子を発光させる際には、発光層に電流を流すために電圧が印加されることから、必然的に第2コンタクト層に電界が与えられる。ここで、発光層の電流電圧特性(I−V特性)によれば、初期段階の立ち上がり電圧までは電流が流れず、その電圧以上の電圧が印加されると、発光層に電流が流れ始めて発光が開始される。この初期段階の電圧の印加によって、ホッピング伝導が実現するために必要な電界が第2コンタクト層に与えられるので、発光層に必要な電流を流すための駆動電圧が従来と比較して上昇するという問題は生じない。 In order to realize hopping conduction, it is necessary to apply an electric field to the second contact layer. When the nitride semiconductor light emitting device emits light, an electric field is inevitably applied to the second contact layer because a voltage is applied to cause a current to flow through the light emitting layer. Here, according to the current-voltage characteristics (IV characteristics) of the light emitting layer, current does not flow until the rising voltage in the initial stage, and when a voltage higher than that voltage is applied, current starts to flow through the light emitting layer and emits light. Is started. By applying the voltage at this initial stage, an electric field necessary for realizing hopping conduction is applied to the second contact layer, so that a driving voltage for flowing a current necessary for the light emitting layer is increased as compared with the conventional case. There is no problem.
この構成によれば、コンタクト電極を有することなく、ITOやNiで形成されたコンタクト電極を有する従来構成と同等のコンタクト特性が実現される。このため、第2コンタクト層に接触して金属電極を形成することができるので、短波長域の発光強度が低下するという従来の窒化物半導体発光素子の課題が解消する。 According to this configuration, contact characteristics equivalent to those of a conventional configuration having a contact electrode made of ITO or Ni are realized without having a contact electrode. For this reason, since the metal electrode can be formed in contact with the second contact layer, the problem of the conventional nitride semiconductor light emitting device that the emission intensity in the short wavelength region is reduced is solved.
特に、前記第2不純物材料としてはZnを好適に用いることができる。この場合、ドープするZnの濃度を1×1019/cm3〜5×1021/cm3とすることで、より良好なコンタクト特性が実現できる。ホッピング伝導を実現させるためには準位間の間隔を狭める必要があるので、有効状態密度以上の不純物濃度とするのが好ましい。また、あまりに高濃度にドープすると、第2コンタクト層を形成するAlXGaYInZN材料の結晶性を劣化させ、実質的に抵抗を増す結果になると考えられる。このため、上記範囲の濃度で第2コンタクト層にZnをドープするのが好ましい。
In particular, Zn can be suitably used as the second impurity material. In this case, better contact characteristics can be realized by setting the concentration of Zn to be doped to 1 × 10 19 /
本発明の窒化物半導体発光素子は、上記の構成に加えて、前記第2コンタクト層に接触して、Ag(Ag合金を含む)及びAlの1種以上を含む金属電極を有する構成とすることができる。 In addition to the above configuration, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention has a configuration in which a metal electrode containing at least one of Ag (including an Ag alloy) and Al is in contact with the second contact layer. Can do.
第2コンタクト層が良好なオーミック特性を有するため、この第2コンタクト層に直接金属電極を接触して形成することが可能である。特に、この金属電極として、反射率の高いAg(Ag合金を含む)やAlを利用することで、発光層からp型窒化物半導体層側へ放射された光を、光取り出し方向へと反射させる反射電極としての機能を実現させることができる。特に、深紫外光用光源として本発明の窒化物半導体発光素子を実現する場合においては、p型窒化物半導体層、第1コンタクト層、第2コンタクト層を全てAlXGaYInZN(0<X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で形成し、金属電極をAlで構成するのが好適である。これにより、ITOやNiといった、発光波長よりも長波長側に吸収端を有する材料でコンタクト電極を形成する必要がないので、光取り出し効率の高い深紫外効用光源素子が実現できる。なお、このとき、p型窒化物半導体層、第1コンタクト層、第2コンタクト層を構成するAlXGaYInZNの各組成比率は、必ずしも全てを共通にする必要はなく、例えば各層毎に異なる比率のものとしても構わない。 Since the second contact layer has good ohmic characteristics, a metal electrode can be formed in direct contact with the second contact layer. In particular, by using Ag (including an Ag alloy) or Al having high reflectivity as the metal electrode, light emitted from the light emitting layer to the p-type nitride semiconductor layer side is reflected in the light extraction direction. The function as a reflective electrode can be realized. In particular, when the nitride semiconductor light emitting device of the present invention is realized as a light source for deep ultraviolet light, the p-type nitride semiconductor layer, the first contact layer, and the second contact layer are all made of Al X Ga Y In Z N (0 <X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1), and the metal electrode is preferably made of Al. Thereby, it is not necessary to form the contact electrode with a material having an absorption edge longer than the emission wavelength, such as ITO or Ni, and thus a deep ultraviolet light source element with high light extraction efficiency can be realized. At this time, the composition ratios of Al X Ga Y In Z N constituting the p-type nitride semiconductor layer, the first contact layer, and the second contact layer are not necessarily all common. Different ratios may be used.
本発明の窒化物半導体発光素子によれば、ITOやNiといった材料で形成されるコンタクト電極を用いることなく、従来の窒化物半導体発光素子と同等のコンタクト特性を有する素子が実現できる。 According to the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, a device having contact characteristics equivalent to those of a conventional nitride semiconductor light emitting device can be realized without using a contact electrode formed of a material such as ITO or Ni.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態の窒化物半導体発光素子の構造の一例につき、図1を参照して説明する。図1は窒化物半導体発光素子1の概略断面図である。なお、以下において、AlGaNという表記は、AlとGaの組成比を省略して記載したものであって、組成比が1:1であることを示すものではない。また、図1内における矢印は光の取り出し方向を示している。
[First Embodiment]
An example of the structure of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor
〈構造〉
窒化物半導体発光素子1は、支持基板11、導電層20、絶縁層21、半導体層30、電極42及びボンディング電極43を含んで構成される。半導体層30は、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、発光層33、第2コンタクト層34、n型窒化物半導体層35を含んで構成される。
<Construction>
The nitride semiconductor
(支持基板11)
支持基板11は、例えばCuW、W、Moなどの導電性基板、又はSiなどの半導体基板で構成される。
(Support substrate 11)
The
(導電層20)
支持基板11の上層には、多層構造からなる導電層20が形成されている。この導電層20は、本実施形態では、ハンダ層13、ハンダ層15、保護層17及び金属電極19を含む。
(Conductive layer 20)
A
ハンダ層13及びハンダ層15は、例えばAu−Sn、Au−In、Au−Cu−Sn、Cu−Sn、Pd−Sn、Snなどで構成される。後述するように、これらのハンダ層13とハンダ層15は、支持基板11上に形成されたハンダ層13と、別の基板上に形成されたハンダ層15を対向させた後に、両者を貼り合せることで形成されたものである。
The
保護層17は、例えばPt系の金属(TiとPtの合金)、W、Moなどで構成される。後述するように、ハンダ層を介した貼り合わせの際、ハンダを構成する材料が後述する金属電極19側に拡散し、反射率が落ちることによる発光効率の低下を防止する機能を果たしている。
The
金属電極19は、例えばAg(Ag合金を含む)、Alなどで構成される。窒化物半導体発光素子1は、半導体層30の発光層33から放射された光を、図1の紙面上方向に取り出すことを想定しており、金属電極19は、発光層33から紙面下向きに放射された光を上向きに反射させる反射電極としての役割を有し、発光効率を高める機能を果たしている。なお、窒化物半導体発光素子1では、金属電極19にコンタクト性向上のためのITOやNiといったコンタクト電極を形成していない。
The
なお、導電層20は、一部において半導体層30と接触しており、支持基板11とボンディング電極43の間に電圧が印加されると、支持基板11、導電層20、半導体層30、ボンディング電極43を介してボンディングワイヤ45へと流れる電流経路が形成される。
Note that the
(絶縁層21)
絶縁層21は、例えばSiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3などで構成される。この絶縁層21は、上面が半導体層30、より詳細には第2コンタクト層34の底面と接触している。なお、この絶縁層21は、後述するように素子分離時(ステップS7)におけるエッチングストッパー層としての機能を有すると共に、支持基板11の基板面に平行な方向に電流を拡げる機能も有する。
(Insulating layer 21)
Insulating
(半導体層30)
上述したように、半導体層30は、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、発光層33、第2コンタクト層34、及びn型窒化物半導体層35を含んで構成される。
(Semiconductor layer 30)
As described above, the
(n型窒化物半導体層35)
本実施形態において、n型窒化物半導体層35はAlnGa1−nN(0≦n≦1)で構成される。少なくともn型窒化物半導体層35には、Si、Ge、S、Se、Sn、Teなどのn型不純物がドープされており、特にSiがドープされているのが好ましい。
(N-type nitride semiconductor layer 35)
In the present embodiment, the n-type
なお、図1の例では、n型窒化物半導体層35には、上面に凹凸が形成されている。これは発光層33から上方に向けて放射された光(及び金属電極19から上向きに放射される反射光)が、n型窒化物半導体層35の表面で下向きに反射される光量を減らして、素子外への取り出し光量を高めることを目的としたものである。
In the example of FIG. 1, the n-type
n型窒化物半導体層35は、膜厚が0.5μm以上1μm以下程度で構成されている。なお、上述したように、n型窒化物半導体層35の上面に凹凸が形成されている場合においては、凹凸の凹部(谷部)から発光層33との界面までをもってn型窒化物半導体層35の膜厚としても構わないし、凹凸の凸部(山部)から発光層33との界面までをもってn型窒化物半導体層35の膜厚としても構わない。
The n-type
(発光層33)
発光層33は、例えばInGaNからなる井戸層とAlGaNからなる障壁層が繰り返されてなる多重量子井戸構造を有する半導体層で形成される。これらの層はアンドープでもp型又はn型にドープされていても構わない。
(Light emitting layer 33)
The
(p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32)
p型窒化物半導体層31及び第1コンタクト層32は、例えばAlmGa1−mN(0≦m≦1)で構成される。なお、p型窒化物半導体層31及び第1コンタクト層32を構成する半導体材料は、異ならせるものとしても構わない。すなわち、一例としてp型窒化物半導体層31をAlGaNで構成し、第1コンタクト層32をGaNで構成しても構わない。
(P-type
The p-type
ここで、第1コンタクト層32は、p型窒化物半導体層31よりも高濃度にドープされている。例えば、p型窒化物半導体層31の不純物濃度が1×1019/cm3以上、5×1019/cm3以下程度であり、第1コンタクト層32は5×1019/cm3以上、5×1020/cm3以下程度である。なお、これらの層は、いずれもドーパントをMgとすることができる。
Here, the
(第2コンタクト層34)
第2コンタクト層34は、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされた、AlXGaYInZN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成される。例えば第2コンタクト層34の不純物濃度は、1×1019/cm3以上、5×1021/cm3以下程度である。具体的には、一例としてZnがドープされたGaNとすることができる。ここで、第2コンタクト層34にドープする不純物材料(「第2不純物材料」に対応)としては、第1コンタクト層32にドープする不純物材料(「第1不純物材料」に対応)が第1コンタクト層32内に形成する不純物準位よりも、深い位置に不純物準位を形成するような材料であればよい。一例として、第1コンタクト層32にMgをドープする場合、第2コンタクト層34にZnをドープすると、第2コンタクト層34に形成される不純物準位は、第1コンタクト層32に形成される不純物準位よりも深い位置になる。
(Second contact layer 34)
実施例を参照して後述するように、窒化物半導体発光素子1は、第2コンタクト層34におけるホッピング伝導を利用することで、コンタクト電極なしでも半導体層30と金属電極19の良好なオーミック接続が形成され、低電圧駆動が実現できる構成である。第2コンタクト層34にドープされる第2不純物材料としては、上述したように深い準位を形成するものが利用される。第1コンタクト層32は、p型窒化物半導体層31と第2コンタクト層34との各々のフェルミ準位が離れているため、各々のフェルミ準位の中間の準位を有する構成とするのが好ましい。
As will be described later with reference to the embodiment, the nitride semiconductor
(電極42、ボンディング電極43)
電極42及びボンディング電極43はn型窒化物半導体層35の上層に形成され、例えばCr−Auで構成される。より詳細には、電極42及びボンディング電極43は、半導体層30の底面と絶縁層21の上面が接触している領域の真上位置に係るn型窒化物半導体層35の上層に形成されている。これにより、電極下方に導電性の低い材料が形成されるため、電流が印加された場合に発光層33内を水平方向に電流を拡げる効果が得られる。
(
The
ボンディング電極43には、例えばAu、Cuなどで構成されるボンディングワイヤ45が連絡され、このワイヤの他方は、窒化物半導体発光素子1が配置されている基板の給電パターン(不図示)などに接続される。
A
〈コンタクト性の検証〉
本発明の窒化物半導体発光素子1により、ITO又はNiを設けることなく従来と同等の良好なコンタクト層が実現される点につき、実施例を参照して説明する。
<Verification of contactability>
With respect to the point that the nitride semiconductor
(実施例)
図1に示す窒化物半導体発光素子1を実施例とした。ここで、半導体層30としては、Si濃度が3×1019/cm3のAl0.06Ga0.94Nで構成されるn型窒化物半導体層35、InGaNよりなる井戸層及びn型AlGaNよりなる障壁層による15周期の多重量子井戸構造を有する発光層33、Mg濃度が3×1019/cm3程度のAl0.06Ga0.94Nで構成されるp型窒化物半導体層31、Mg濃度が1×1020/cm3程度のGaNで構成される第1コンタクト層32、及びZn濃度が1×1020/cm3程度のGaNで構成される第2コンタクト層34を有する構成とした。また、金属電極19をAgで形成した。
(Example)
The nitride semiconductor
(従来例)
図2(a)に従来例の素子80の構成を模式的に示す。この従来例の素子80は、実施例と比較して、第2コンタクト層34を備えずに、第1コンタクト層32を導電層20aと接触させている。より詳細には、導電層20aとして、金属電極19に加えてNiで形成されたコンタクト電極83を備え、このコンタクト電極83を第1コンタクト層32と接触させている。他の構成は、実施例と共通とした。
(Conventional example)
FIG. 2A schematically shows a configuration of a
(比較例)
図2(b)に比較例の素子81の構成を模式的に示す。この比較例の素子81は、従来例の素子80に対してコンタクト電極83を備えない構成としたものである。すなわち、第1コンタクト層32を導電層20、より詳細には金属電極19と接触させている。
(Comparative example)
FIG. 2B schematically shows the configuration of the
(検証結果)
図3は、実施例の素子1、従来例の素子80、及び比較例の素子81に対して、それぞれボンディング電極43と支持基板11の間に電圧Vを印加したときの、電流Iと電圧Vの関係をグラフ化したものである。
(inspection result)
FIG. 3 shows current I and voltage V when voltage V is applied between
図3によれば、実施例の素子1は、コンタクト電極83を備えた従来例の素子80と同様に、コンタクト電極83を備えず第1コンタクト層32を金属電極19に直接接触させた構成である比較例の素子81よりも、低電圧化が実現できている。よって、本発明の構成によれば、コンタクト電極83を形成することなく、コンタクト電極83を有する従来例の素子80と同等以上の良好なコンタクト性が実現できていることが分かる。
According to FIG. 3, the
これは、以下の理由によるものと推察される。第1コンタクト層32は、Mgを高濃度にドープされているため、浅い不純物準位が形成され、室温下でアクセプタがイオン化する。また、金属電極19として形成したAgは仕事関数が小さい。このため、比較例のように、第1コンタクト層32に直接Ag(金属電極19)を接触させた場合には、トンネル効果を生じさせて電流を流すために大きな外部電圧が必要となる。そこで、従来では、この外部電圧を低下させるために、Niなどで形成されるコンタクト電極83を介在させていた。従来例の素子80のように、コンタクト電極83を形成し、酸素雰囲気でアニールすることによりNiOを形成し、第1コンタクト層32との仕事関数差を小さくすることで、比較例1の素子81よりも外部電圧が低下できている。
This is presumably due to the following reasons. Since the
これに対し、実施例の素子1では、Znがドープされた第2コンタクト層34を有している。Znは、Mgとは違ってAlXGaYInZN内において、価電子帯から深い準位に不純物準位を形成する。このため、アクセプタはイオン化されず、有効密度以上に不純物を半導体層に添加しても、エネルギー準位は局在化するため、キャリアは価電子帯ではなく、不純物の作るサイト間をホッピング伝導する。つまり、深い準位にトラップされて移動できない電子が、与えられた電界によってトンネル可能な準位で熱的に励起された後、トンネルホッピングすることにより、コンタクト電極83を有しなくても従来例の素子80と同等に動作電圧を低下させることができたものと考えられる。
On the other hand, the
また、Znなどのように、深い準位を形成する材料(第2不純物材料)をドープすることで、高濃度にドープしてもエネルギー準位が局在化し、ホッピング伝導が実現できる。一方、高濃度にドープすることで、空乏層の幅を狭めることができるため、トンネリングによってキャリアを金属電極19側へと移動させやすくする効果が得られる。
Further, by doping a material (second impurity material) that forms a deep level, such as Zn, the energy level is localized even when doped at a high concentration, and hopping conduction can be realized. On the other hand, since the width of the depletion layer can be narrowed by doping at a high concentration, an effect of facilitating movement of carriers to the
図4は、実施例の素子1において、第2コンタクト層34にドープするZnの濃度を変化させたときの、コンタクト特性を検証した結果である。8×1018/cm3の場合にはコンタクト特性が悪化し、1×1019/cm3にすると、8×1018/cm3の場合よりはコンタクト特性が良くなった。また、濃度を5×1019/cm3、1×1020/cm3、5×1020/cm3、1×1021/cm3とした場合には、極めて良好なコンタクト特性が得られた。濃度を5×1021/cm3とした場合には1×1019/cm3の場合と同程度のコンタクト特性を示し、更に高濃度(1×1022/cm3)にするとコンタクト特性は悪化した。
FIG. 4 shows the results of verifying the contact characteristics when the concentration of Zn doped in the
Zn濃度が8×1018/cm3の場合には、濃度が低すぎた結果、局在化した不純物準位の離散度が高くなり、キャリアのホッピング伝導が効率的に行えていないものと推察される。また、Zn濃度が1×1022/cm3の場合には、あまりに高濃度でドープしたことで、AlXGaYInZNの結晶性が悪化したことにより抵抗性が上昇してしまったものと推察される。 In the case where the Zn concentration is 8 × 10 18 / cm 3 , it is assumed that as a result of the concentration being too low, the discrete level of localized impurity levels is high, and carrier hopping conduction is not efficiently performed. Is done. In addition, when the Zn concentration is 1 × 10 22 / cm 3 , the resistance has increased due to the crystallinity of Al X Ga Y In ZN being deteriorated by doping at a very high concentration. It is guessed.
従って、図4に示す実験結果によれば、第2コンタクト層34にドープするZn濃度は、1×1019/cm3〜5×1021/cm3であることが好ましく、更には5×1019/cm3〜1×1021/cm3がより好ましいと言える。
Therefore, according to the experimental results shown in FIG. 4, the Zn concentration doped in the
以上によれば、実施例1の素子1によれば、365nm付近に吸収端を有するITOや、それよりも長波長側に吸収端を有するNiを用いたコンタクト電極83を用いることなく、良好なコンタクト特性が実現できるため、コンタクト電極83が不要となる。これにより、コンタクト電極83における紫外光の吸収が抑制され、光取り出し効率が向上した紫外光の発光素子が実現される。
As described above, according to the
〈別構成〉
第1コンタクト層32及び第2コンタクト層34を共に所定の組成比で構成したAlGaNで形成し、金属電極19をAlで形成するものとしても構わない。AlXGaYInZNにおけるAlの組成比を高めることで、吸収端を短波長側にシフトさせることができるため、窒化物半導体発光素子1を、深紫外光を放射する素子として形成することができる。この場合、NiやITOなどで形成されるコンタクト電極83が不要となるため、当該コンタクト電極83における深紫外光の吸収が抑制され、光取り出し効率が向上した深紫外光の発光素子が実現される。
<Other configuration>
Both the
〈製造プロセス〉
次に、図1に示した窒化物半導体発光素子1の製造プロセスにつき説明する。なお、この製造プロセスはあくまで一例であり、ガスの流量、炉内温度、炉内圧力等は適宜調整して構わない。
<Manufacturing process>
Next, a manufacturing process of the nitride semiconductor
(ステップS1)
図5Aに示すように、サファイア基板61上にエピ層40を形成する。このステップS1は、例えば以下の手順により行われる。
(Step S1)
As shown in FIG. 5A, the
〈サファイア基板61の準備〉
まず、c面サファイア基板61のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着)装置の処理炉内にc面サファイア基板61を配置し、処理炉内に流量が10slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば1150℃に昇温することにより行われる。
<Preparation of
First, the c-
〈アンドープ層36の形成〉
次に、c面サファイア基板61の表面に、GaNよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にGaNよりなる下地層を形成する。これら低温バッファ層及び下地層がアンドープ層36に対応する。
<Formation of
Next, a low-temperature buffer layer made of GaN is formed on the surface of the c-
アンドープ層36のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、МОCVD装置の炉内圧力を100kPa、炉内温度を480℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ5slmの窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が50μmol/minのトリメチルガリウム(TMG)及び流量が250000μmol/minのアンモニアを処理炉内に68秒間供給する。これにより、c面サファイア基板61の表面に、厚みが20nmのGaNよりなる低温バッファ層を形成する。
A more specific method for forming the
次に、MOCVD装置の炉内温度を1150℃に昇温する。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が20slmの窒素ガス及び流量が15slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が100μmol/minのTMG及び流量が250000μmol/minのアンモニアを処理炉内に30分間供給する。これにより、第1バッファ層の表面に、厚みが1.7μmのGaNよりなる下地層を形成する。 Next, the furnace temperature of the MOCVD apparatus is raised to 1150 ° C. Then, while flowing nitrogen gas having a flow rate of 20 slm and hydrogen gas having a flow rate of 15 slm as a carrier gas in the processing furnace, TMG having a flow rate of 100 μmol / min and ammonia having a flow rate of 250,000 μmol / min are introduced into the processing furnace as source gases. Feed for 30 minutes. As a result, a base layer made of GaN having a thickness of 1.7 μm is formed on the surface of the first buffer layer.
〈n型窒化物半導体層35の形成〉
次に、アンドープ層36の上層にAlnGa1−nN(0≦n≦1)の組成からなるn型窒化物半導体層35を形成する。
<Formation of n-type
Next, an n-type
n型窒化物半導体層35のより具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。まず、引き続き炉内温度を1150℃とした状態で、MOCVD装置の炉内圧力を30kPaとする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が20slmの窒素ガス及び流量が15slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が94μmol/minのTMG、流量が6μmol/minのトリメチルアルミニウム(TMA)、流量が250000μmol/minのアンモニア及び流量が0.025μmol/minのテトラエチルシランを処理炉内に60分間供給する。これにより、例えばAl0.06Ga0.94Nの組成を有し、Si濃度が3×1019/cm3で、厚みが2μmのn型窒化物半導体層35がアンドープ層36の上層に形成される。そして、この厚みが2μmのn−AlGaN層を厚みが0.8μm程度になるようICP装置で削り、n型窒化物半導体層35の厚みを調整する。
A more specific method for forming the n-type
なお、この後、TMAの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを6秒間供給することにより、n型窒化物半導体層35の上層に厚みが5nmのn型GaNよりなる保護層を形成するものとしてもよい。
Thereafter, the supply of TMA is stopped, and other source gases are supplied for 6 seconds, thereby forming a protective layer made of n-type GaN having a thickness of 5 nm on the n-type
なお、n型窒化物半導体層35に含まれるn型不純物としては、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、硫黄(S)、セレン(Se)、錫(Sn)及びテルル(Te)などを用いることができる。これらの中では、特にシリコン(Si)が好ましい。
As the n-type impurity contained in the n-type
〈発光層33の形成〉
次に、n型窒化物半導体層35の上層にInGaNで構成される井戸層及びn型AlGaNで構成される障壁層が周期的に繰り返される多重量子井戸構造を有する発光層33を形成する。
<Formation of the
Next, a
具体的には、まずMOCVD装置の炉内圧力を100kPa、炉内温度を830℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が15slmの窒素ガス及び流量が1slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が10μmol/minのTMG、流量が12μmol/minのトリメチルインジウム(TMI)及び流量が300000μmol/minのアンモニアを処理炉内に48秒間供給するステップを行う。その後、流量が10μmol/minのTMG、流量が1.6μmol/minのTMA、0.002μmol/minのテトラエチルシラン及び流量が300000μmol/minのアンモニアを処理炉内に120秒間供給するステップを行う。以下、これらの2つのステップを繰り返すことにより、厚みが2nmのInGaNよりなる井戸層及び厚みが7nmのn型AlGaNよりなる障壁層による15周期の多重量子井戸構造を有する発光層33が、n型窒化物半導体層35の表面に形成される。
Specifically, first, the furnace pressure of the MOCVD apparatus is set to 100 kPa, and the furnace temperature is set to 830 ° C. Then, while flowing nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 1 slm as a carrier gas in the processing furnace, TMG having a flow rate of 10 μmol / min, trimethylindium (TMI) having a flow rate of 12 μmol / min, and A step of supplying ammonia at a flow rate of 300,000 μmol / min into the processing furnace for 48 seconds is performed. Thereafter, TMG having a flow rate of 10 μmol / min, TMA having a flow rate of 1.6 μmol / min, tetraethylsilane having a flow rate of 0.002 μmol / min, and ammonia having a flow rate of 300,000 μmol / min are supplied into the processing furnace for 120 seconds. Hereinafter, by repeating these two steps, the light-emitting
〈p型窒化物半導体層31の形成〉
次に、発光層33の上層に、AlmGa1−mN(0≦m≦1)で構成されるp型窒化物半導体層31を形成する。
<Formation of p-type
Next, a p-type
具体的には、MOCVD装置の炉内圧力を100kPaに維持し、処理炉内にキャリアガスとして流量が15slmの窒素ガス及び流量が25slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を1025℃に昇温する。その後、原料ガスとして、流量が35μmol/minのTMG、流量が20μmol/minのTMA、流量が250000μmol/minのアンモニア及びp型不純物をドープするための流量が0.1μmol/minのビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CP2Mg)を処理炉内に60秒間供給する。これにより、発光層33の表面に、厚みが20nmのAl0.3Ga0.7Nの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、TMGの流量を9μmol/minに変更して原料ガスを360秒間供給することにより、厚みが120nmのAl0.13Ga0.87Nの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりp型窒化物半導体層31が形成される。このp型窒化物半導体層31のp型不純物(Mg)濃度は、3×1019/cm3程度である。
Specifically, the furnace pressure of the MOCVD apparatus is maintained at 100 kPa, and the furnace temperature is raised to 1025 ° C. while nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 25 slm are supplied as carrier gases in the processing furnace. To do. Thereafter, as source gases, TMG with a flow rate of 35 μmol / min, TMA with a flow rate of 20 μmol / min, ammonia with a flow rate of 250,000 μmol / min, and biscyclopentadiene with a flow rate of 0.1 μmol / min for doping p-type impurities. Enilmagnesium (CP 2 Mg) is fed into the processing furnace for 60 seconds. Thereby, a hole supply layer having a composition of Al 0.3 Ga 0.7 N having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the
〈第1コンタクト層32の形成〉
更にその後、TMAの供給を停止すると共に、CP2Mgの流量を0.2μmol/minに変更して原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのp+GaNよりなる第1コンタクト層32を形成する。この第1コンタクト層32のp型不純物(Mg)濃度は、1×1020/cm3程度である。
<Formation of
Thereafter, the supply of TMA is stopped, the flow rate of CP 2 Mg is changed to 0.2 μmol / min, and the source gas is supplied for 20 seconds, whereby the
〈第2コンタクト層34の形成〉
次に、CP2Mgの供給を停止すると共に、原料ガスに加えてジエチル亜鉛の流量を0.2μmol/minにした状態で20秒間供給することにより、厚みが5nmのZnドープGaNよりなる第2コンタクト層34を形成する。なお、第2コンタクト層34のドーパントとしては、Znの他、Cd、Be、Sr、Ca、Cなどを用いることができる。この第2コンタクト層34の不純物(Zn)濃度は、1×1020/cm3程度である。
<Formation of
Next, the supply of CP 2 Mg is stopped, and in addition to the source gas, the second flow of diethyl zinc is supplied for 20 seconds in a state where the flow rate of diethyl zinc is 0.2 μmol / min. A
このようにしてサファイア基板61上に、アンドープ層36、n型窒化物半導体層35、発光層33、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、及び第2コンタクト層34からなるエピ層40が形成される。
In this way, an epitaxial layer comprising the
(ステップS2)
次に、ステップS1で得られたウェハに対して活性化処理を行う。より具体的には、RTA(Rapid Thermal Anneal:急速加熱)装置を用いて、窒素雰囲気下中650℃で15分間の活性化処理を行う。
(Step S2)
Next, an activation process is performed on the wafer obtained in step S1. More specifically, activation is performed at 650 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere using an RTA (Rapid Thermal Anneal) device.
(ステップS3)
次に、図5Bに示すように、p型窒化物半導体層31の上層の所定箇所に絶縁層21を形成する。より具体的には、後の工程で給電端子42を形成する領域の下方に位置する箇所に絶縁層21を形成するのが好ましい。絶縁層21としては、例えばSiO2を膜厚200nm程度成膜する。なお成膜する材料は絶縁性材料であればよく、例えばSiN、Al2O3でも良い。
(Step S3)
Next, as shown in FIG. 5B, the insulating
(ステップS4)
図5Cに示すように、p型窒化物半導体層31及び絶縁層21の上面を覆うように、導電層20を形成する。ここでは、金属電極19、保護層17、及びハンダ層15を含む多層構造の導電層20を形成する。
(Step S4)
As shown in FIG. 5C, the
導電層20のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、スパッタ装置にて第2コンタクト層34及び絶縁層21の上面を覆うようにAgを全面に成膜して、金属電極19を形成する。上述したように、本実施形態の構成では、第2コンタクト層34にはZnドープによって深い不純物準位が形成されるため、TiやITOなどのコンタクト電極を形成しなくても、直接半導体層とAgを接触させることで良好なコンタクト特性が得られる。
A more specific method for forming the
次に、電子線蒸着装置(EB装置)にて金属電極19の上面(Ag表面)に、膜厚100nmのTiと膜厚200nmのPtを3周期成膜することで、保護層17を形成する。更にその後、保護層17の上面(Pt表面)に、膜厚10nmのTiを蒸着させた後、Au80%Sn20%で構成されるAu−Snハンダを膜厚3μm蒸着させることで、ハンダ層15を形成する。
Next, the
なお、このハンダ層15の形成ステップにおいて、サファイア基板61とは別に準備された支持基板11の上面にもハンダ層13を形成するものとして構わない(図5D参照)。このハンダ層13は、ハンダ層15と同一の材料で構成されるものとしてよく、次のステップにおいてハンダ層13と接合されることで、サファイア基板61と支持基板11が貼り合わせられる。なお、この支持基板11としては、構造の項で前述したように、例えばCuWが用いられる。
In the step of forming the
(ステップS5)
次に、図5Eに示すように、サファイア基板61と支持基板11とを貼り合わせる。より具体的には、280℃の温度、0.2MPaの圧力下で、ハンダ層15と支持基板11の上層に形成されたハンダ層13とを貼り合せる。
(Step S5)
Next, as shown in FIG. 5E, the
(ステップS6)
次に、図5Fに示すように、サファイア基板61を剥離する。より具体的には、サファイア基板61を上に、支持基板11を下に向けた状態で、サファイア基板61側からKrFエキシマレーザを照射して、サファイア基板61とエピ層40の界面を分解させることでサファイア基板61の剥離を行う。サファイア61はレーザが通過する一方、その下層のGaN(アンドープ層36)はレーザを吸収するため、この界面が高温化してGaNが分解される。これによってサファイア基板61が剥離される。
(Step S6)
Next, as shown in FIG. 5F, the
その後、ウェハ上に残存しているGaN(アンドープ層36)を、塩酸などを用いたウェットエッチング、ICP装置を用いたドライエッチングによって除去し、n型窒化物半導体層35を露出させる。なお、本ステップS6においてアンドープ層36が除去されて、第2コンタクト層34、第1コンタクト層32、p型窒化物半導体層31、発光層33、及びn型窒化物半導体層35がこの順に積層されてなる半導体層30が残存する。
Thereafter, GaN (undoped layer 36) remaining on the wafer is removed by wet etching using hydrochloric acid or the like, or dry etching using an ICP apparatus, and the n-type
(ステップS7)
次に、図5Gに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ICP装置を用いて絶縁層21の上面が露出するまで半導体層30をエッチングする。上述したように、絶縁層21は、エッチング時のストッパーとしても機能する。
(Step S7)
Next, as shown in FIG. 5G, adjacent elements are separated. Specifically, the
(ステップS8)
次に、図5Hに示すようにn型窒化物半導体層35の表面に凹凸を形成する。具体的には、KOH等のアルカリ溶液を浸すことで凹凸形成を行う。このとき、後に電極42及びボンディング電極43を形成する箇所に対しては、凹凸を形成しないものとしても構わない。これらの箇所に凹凸を形成しないことで、電極を形成する箇所のn型窒化物半導体層35の表面が平坦な状態のまま維持される。電極形成箇所のn型窒化物半導体層35の表面を平坦な状態のまま維持することで、特にボンディング電極43の形成後、ワイヤボンディングを行う際にボンディング電極43とn型窒化物半導体層35の界面にボイドが発生するのを防ぐ効果が得られる。
(Step S8)
Next, as shown in FIG. 5H, irregularities are formed on the surface of the n-type
(ステップS9)
次に、図5Iに示すように、n型窒化物半導体層35の上面に電極42及びボンディング電極43を形成する。より具体的には、膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuからなる電極を形成後、窒素雰囲気中で250℃1分間のシンタリングを行う。
(Step S9)
Next, as shown in FIG. 5I, an
その後の工程としては、露出されている素子側面、及び電極42及びボンディング電極43以外の素子上面を絶縁層41で覆う。より具体的には、EB装置にてSiO2膜を形成する。なおSiN膜を形成しても構わない。そして、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、支持基板11の裏面を例えばAgペーストにてパッケージと接合し、ボンディング電極43に対してワイヤボンディングを行う。例えば、50gの荷重でΦ100μmのボンディング領域にAuからなるワイヤ45を連結させることで、ワイヤボンディングを行う。これにより、図1に示す窒化物半導体発光素子1が形成される。
As a subsequent process, the exposed element side surface and the element upper surface other than the
〈別構成の製造プロセス〉
第1コンタクト層32及び第2コンタクト層34をAlGaNで形成する場合には、ステップS1において以下の方法を採用できる。まず、p型窒化物半導体層31の形成後、CP2Mgの流量を0.2μmol/minに変更して原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのp+Al0.13Ga0.87Nよりなる第1コンタクト層32を形成する。次に、CP2Mgの供給を停止すると共に、ジエチル亜鉛を0.2μmol/minにし、原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのZnドープAl0.13Ga0.87Nよりなる第2コンタクト層34を形成する。
<Other manufacturing process>
When the
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態の窒化物半導体発光素子の構造の一例につき、図6を参照して説明する。図6は、第2実施形態の窒化物半導体発光素子1aの概略断面図である。なお、第1実施形態と同一の材料については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図6内における矢印は光の取り出し方向を示しており、図1に示す窒化物半導体発光素子1aとは光取り出し方向が反対である。
[Second Embodiment]
An example of the structure of the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the nitride semiconductor light emitting device 1a of the second embodiment. In addition, about the same material as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. Moreover, the arrow in FIG. 6 has shown the extraction direction of light, and the light extraction direction is reverse with the nitride semiconductor light-emitting device 1a shown in FIG.
〈構造〉
サファイア基板61、半導体層30a、金属電極19,19a、給電端子51、給電端子52を備える。半導体層30aは、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、発光層33、第2コンタクト層34、n型窒化物半導体層35、及びアンドープ層36を含んで構成される。なお、この窒化物半導体発光素子1aは、紙面下向きに光を取り出すことが想定されている。
<Construction>
A
この実施形態では、第1実施形態におけるp側の半導体層30の上面に形成される金属電極19と区別するために、n側の半導体層30の上面に形成される金属電極を「金属電極19a」と称しているが、両者は同一の材料で構成されるものとして構わない。
In this embodiment, in order to distinguish from the
この構成においても、第1実施形態と同様に、Ag等で形成される金属電極19を第2コンタクト層34の上面に直接形成することで良好なコンタクト特性が得られるので、コンタクト性を向上させるためにNiやITOからなるコンタクト電極を形成しなくてもよい。これにより、発光層33からの光が上方に放射された場合でも、このコンタクト電極で光吸収されることなく金属電極19に到達した光を下方(取り出し方向)に反射させることができるので、光取り出し効率が向上する。
Also in this configuration, as in the first embodiment, the contact property is improved because the
〈製造プロセス〉
図6に示した窒化物半導体発光素子1aの製造プロセスにつき、第1実施形態の素子1と異なる箇所のみを説明する。
<Manufacturing process>
With respect to the manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device 1a shown in FIG. 6, only portions different from the
第1実施形態と同様に、ステップS1及びステップS2を実行する。 Step S1 and step S2 are executed as in the first embodiment.
(ステップS10)
ステップS2の後(図5A参照)、図7Aに示すように、n型窒化物半導体層35の一部上面が露出するまで、第2コンタクト層34、第1コンタクト層32、p型窒化物半導体層31、及び発光層33を、ICP装置を用いたドライエッチングによって除去する。なお、本ステップS3において、n型窒化物半導体層35についても一部エッチング除去しても構わない。
(Step S10)
After step S2 (see FIG. 5A), as shown in FIG. 7A, the
(ステップS11)
図7Bに示すように、第2コンタクト層34の上面、及び露出したn型窒化物半導体層35の上面に、Agを成膜することで、金属電極19及び金属電極19aを形成する。本実施形態においても、第2コンタクト層34にはZnドープによって深い不純物準位が形成されるため、NiやITOなどのコンタクト電極を形成しなくても、第2コンタクト層34とAgを接触させることで良好なコンタクト特性が得られる。
(Step S11)
As shown in FIG. 7B, the
なお、本構成においては、n型窒化物半導体層35として、少なくとも上面部分が、n型不純物濃度が1×1019/cm3より大きい高濃度のAlGaNで形成するのが好適である。これにより、n型窒化物半導体層35と金属電極19aの良好なコンタクト特性も実現できる。
In the present configuration, it is preferable that at least the upper surface portion of the n-type
(ステップS12)
その後、n側の金属電極19aの上面に給電端子51、p側の金属電極19の上面に給電端子52をそれぞれ形成する。より具体的には、給電端子51,52を形成する導電材料膜(例えば膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuからなる材料膜)を全面に形成後、リフトオフによって給電端子51,52を形成する。その後、窒素雰囲気中で250℃1分間のシンタリングを行う。
(Step S12)
Thereafter, a
そして、ボンディング電極53を介して基板55と給電端子51を接続し、ボンディング電極54を介して基板55と給電端子52を接続することで、図2に示した窒化物半導体発光素子1aが形成される。
Then, by connecting the
[別実施形態]
以下、別実施形態について説明する。
[Another embodiment]
Hereinafter, another embodiment will be described.
〈1〉 上述した製造プロセスにおいては、第2コンタクト層34として、ZnがドープされたGaN又はAlGaNである場合を採り上げて説明した。しかし、同様の原理により、第2コンタクト層34を、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされたAlXGaYInZN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成した場合において、金属電極19とのコンタクト性の向上が実現できる。
<1> In the above-described manufacturing process, the case where the
更に、第2コンタクト層34が、微量の他の物質(Sbなど)が含有されたAlXGaYInZNで構成された場合においても、同様の効果を示すものであり、本発明はこのような材料で第2コンタクト層34が形成された素子を権利範囲から排除する趣旨ではない。
Furthermore, even when the
〈2〉 第1実施形態において、絶縁層21に代えて導電性酸化膜層を形成しても構わない。導電性酸化膜層を備える構成とした場合、絶縁層21よりは導電率が高いため、半導体層30内を電流が垂直方向に流れやすくなるが、通常の導電材料(金属など)と比較すると導電率は大幅に低いので、水平方向に電流を拡げる効果が実現される。
<2> In the first embodiment, a conductive oxide film layer may be formed instead of the insulating
なお、この絶縁層21や導電性酸化膜層は、電流を水平方向に拡げるという意味においては、電極(42,43)の直下位置に形成されることが好ましいが、本発明はこの絶縁層21や導電性酸化膜層を有しない構成の素子を権利範囲から排除する趣旨ではない。
The insulating
〈3〉 図1及び図6に示した構造、並びに図5A〜図5Iや図7A及び図7Bに示した製造方法は、好ましい実施形態の一例であって、これらの構成やプロセスの全てを備えなければならないというものではない。 <3> The structure shown in FIG. 1 and FIG. 6 and the manufacturing method shown in FIG. 5A to FIG. 5I and FIG. 7A and FIG. 7B are examples of preferred embodiments, and all of these configurations and processes are provided. It doesn't mean you have to.
例えば第1実施形態において、ハンダ層13とハンダ層15は、2つの基板の貼り合せを効率的に行うべく形成されたものであって、2基板の貼り合せが実現できるのであれば窒化物半導体発光素子の機能を実現する上で必ずしも必要なものではない。
For example, in the first embodiment, the
同様に、保護層17はハンダ材料の拡散防止の観点、n型窒化物半導体層35の表面の凹凸は光取り出し効率の向上の観点からは、備えるのが好適であるが、本発明はこれらを備えない構成の素子を権利範囲から排除する趣旨ではない。
Similarly, the
〈4〉 第1実施形態では、サファイア基板61と支持基板11の両者にハンダ層を形成したが(ハンダ層13、15)、どちらか一方にのみハンダ層を形成した後に両基板を貼り合せても構わない。また、保護層17をサファイア基板61側に形成したが、支持基板11側に形成しても構わない。すなわち、図5Dに示す構成に代えて、支持基板11の上層に保護層17を形成し、その上層にハンダ層13を形成したものを、ステップS5においてサファイア基板61と貼り合せても構わない。
<4> In the first embodiment, the solder layer is formed on both the
1、1a : 窒化物半導体発光素子
11 : 支持基板
13 : ハンダ層
15 : ハンダ層
17 : 保護層
19、19a : 金属電極
20、20a : 導電層
21 : 絶縁層
30、30a : 半導体層
31 : p型窒化物半導体層
32 : 第1コンタクト層
33 : 発光層
34 : 第2コンタクト層
35 : n型窒化物半導体層
36 : アンドープ層
40 : エピ層
41 : 絶縁層
42 : 電極
43 : ボンディング電極
45 : ボンディング電極
51、52 : 給電端子
53、54 : ボンディング電極
55 : 基板
61 : サファイア基板
80 : 従来例の素子
81 : 比較例の素子
83 : コンタクト電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記p型窒化物半導体層に接触して、前記p型窒化物半導体層よりも高濃度で第1不純物材料がドープされた窒化物半導体層で構成された第1コンタクト層と、
前記第1コンタクト層に接触して、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされた、AlXGaYInZN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成された第2コンタクト層を有することを特徴とする窒化物半導体発光素子。 In a nitride semiconductor light emitting device having a light emitting layer between an n type nitride semiconductor layer and a p type nitride semiconductor layer,
A first contact layer made of a nitride semiconductor layer in contact with the p-type nitride semiconductor layer and doped with a first impurity material at a higher concentration than the p-type nitride semiconductor layer;
Al X Ga Y In Z N (0 ≦ X ≦ 1) in contact with the first contact layer and doped with at least one second impurity material of any one of Zn, Cd, Be, Sr, Ca and C , 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1, and X + Y + Z = 1).
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