JP6747308B2 - Light emitting element - Google Patents
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Description
本発明は、III 族窒化物半導体からなる発光素子に関するものであり、特に電極材料に特徴を有するものである。 The present invention relates to a light emitting device made of a Group III nitride semiconductor, and is characterized by an electrode material.
III 族窒化物半導体からなるフェイスアップ型の発光素子では、p電極やn電極により光が吸収されてしまい、光取り出し効率が低下してしまうのを抑制する必要がある。その方法の1つは、p電極やn電極の材料として高い反射率を有した材料を用いることである。たとえばp電極およびn電極として、透明電極とn層の双方にコンタクト可能なTi/Rhが用いられている。p電極とn電極で同一材料であるため、p電極とn電極を同時に形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。ここで記号「/」は、積層を意味し、A/BはAを成膜した後Bを成膜した積層構造であることを意味する。以下においても材料の説明において「/」を同様の意味で用いる。 In a face-up type light emitting device made of a group III nitride semiconductor, it is necessary to prevent light from being absorbed by the p-electrode and the n-electrode and reducing the light extraction efficiency. One of the methods is to use a material having a high reflectance as a material for the p electrode and the n electrode. For example, Ti/Rh that can contact both the transparent electrode and the n layer is used as the p electrode and the n electrode. Since the p electrode and the n electrode are made of the same material, the p electrode and the n electrode can be formed at the same time, and the manufacturing process can be simplified. Here, the symbol “/” means stacking, and A/B means a stacking structure in which A is deposited and B is deposited. In the following, “/” is used in the same meaning in the description of materials.
特許文献1には、p電極を覆うバリアメタルとn電極とを同一の材料とすることが記載されており、その材料として、Ti/Rh/Ti/Au/Alが例示されている。
発明者らは、Rhよりも反射率が高くて安価な材料であるAlあるいはAl合金を用いて透明電極およびn層の双方に良好なコンタクトを取ることができないか検討した。その結果、透明電極上にAlを形成すると、透明電極とAlとの界面に酸化膜が形成され、高抵抗化してしまい、透明電極に対して良好なコンタクトを取ることができないことがわかった。 The inventors examined whether it is possible to make good contact with both the transparent electrode and the n layer by using Al or Al alloy, which is a material having a higher reflectance than Rh and which is inexpensive. As a result, it was found that when Al was formed on the transparent electrode, an oxide film was formed at the interface between the transparent electrode and Al, resulting in high resistance, and good contact with the transparent electrode was not possible.
そこで本発明の目的は、p側とn側の双方に対して良好なコンタクトを取ることができ、かつ反射率の高いp電極およびn電極を実現することである。 Therefore, an object of the present invention is to realize a p-electrode and an n-electrode which can make good contact with both the p-side and the n-side and have high reflectance.
本発明は、III 族窒化物半導体からなり、n層、発光層、p層の順に積層された半導体層と、p層上に設けられた透明電極と、透明電極に接して設けられたp電極と、n層に接して設けられ、p電極と同一材料からなるn電極と、を有した発光素子において、p電極およびn電極は、p電極については透明電極上に接して位置し、n電極についてはn層上に接して位置し、AlまたはAl合金からなる第1層と、第1層中に島状に複数に分離して形成され、p電極については透明電極に接し、n電極についてはn層に接触し、Cu、または、Cuを含むAl合金からなる第2層と、を含むことを特徴とする発光素子である。 The present invention is a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor, in which an n layer, a light emitting layer, and ap layer are stacked in this order, a transparent electrode provided on the p layer, and a p electrode provided in contact with the transparent electrode. And an n-electrode provided in contact with the n-layer and made of the same material as the p-electrode, the p-electrode and the n-electrode are located in contact with the transparent electrode for the p-electrode. Is formed in contact with the n-layer, is formed of a first layer made of Al or an Al alloy, and is separated into a plurality of islands in the first layer. The p-electrode is in contact with the transparent electrode and the n-electrode is Is a light-emitting element that is in contact with the n layer and includes a second layer made of Cu or an Al alloy containing Cu.
第2層の平均膜厚は、3〜8Åであることが望ましい。この範囲であれば、p電極およびn電極は透明電極、n層の双方に対してより良好にコンタクトを取ることができる。 The average film thickness of the second layer is preferably 3 to 8Å. Within this range, the p electrode and the n electrode can make better contact with both the transparent electrode and the n layer.
第1層は、Al、または任意のAl合金を用いることができる。Al合金は、たとえばAl−Ni合金、Al−Nd合金、Al−Ta合金である。AlまたはAl−Ni合金を用いれば、より良好にコンタクトを取ることができ、駆動電圧の低減を図ることができ、Al−Nd合金、Al−Ta合金を用いれば、その高い反射率によってp電極およびn電極による光の吸収をより低減することができ、光出力の向上を図ることができる。 For the first layer, Al or any Al alloy can be used. The Al alloy is, for example, an Al-Ni alloy, an Al-Nd alloy, or an Al-Ta alloy. If Al or Al-Ni alloy is used, better contact can be achieved and the driving voltage can be reduced. If Al-Nd alloy or Al-Ta alloy is used, the p-electrode can be obtained due to its high reflectance. Also, the absorption of light by the n-electrode can be further reduced, and the light output can be improved.
第1層の厚さは100nm以上とすることが望ましい。第1層の反射率を十分に高めることができ、p電極およびn電極による光の吸収をより低減することができ、光出力の向上を図ることができる。 The thickness of the first layer is preferably 100 nm or more. The reflectance of the first layer can be sufficiently increased, the absorption of light by the p electrode and the n electrode can be further reduced, and the light output can be improved.
本発明によれば、p層側の透明電極とn層の双方に良好なコンタクトを取ることができ、かつ反射率の高いp電極およびn電極を、低コストな材料で実現できる。その結果、発光素子の出力を安価に向上させることができる。 According to the present invention, good contact can be made with both the transparent electrode on the p-layer side and the n-layer, and a p-electrode and an n-electrode with high reflectance can be realized with low-cost materials. As a result, the output of the light emitting element can be improved at low cost.
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、実施例1の発光素子の構成を示した図である。また、図2は、実施例1の発光素子を上方から見た平面図である。図1は、図2におけるA−A’での断面図である。図2のように、実施例1の発光素子は、平面視で長方形のフェイスアップ型素子である。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the light emitting device of Example 1. Further, FIG. 2 is a plan view of the light emitting element of Example 1 viewed from above. 1 is a cross-sectional view taken along the line A-A' in FIG. As shown in FIG. 2, the light emitting device of Example 1 is a face-up type device having a rectangular shape in plan view.
図1のように、実施例1の発光素子は、基板10と、基板10上にn層11、発光層12、p層13の順に積層されたIII 族窒化物半導体からなる半導体層と、p層13上の所定領域に設けられた電流阻止層18と、p層13および電流阻止層18上に設けられた透明電極14と、透明電極14および露出させたn層11を覆う絶縁膜15と、絶縁膜15上にそれぞれ離間して設けられたp電極16およびn電極17と、素子上面を覆う保護膜19と、によって構成されている。以下、各構成を詳しく説明する。
As shown in FIG. 1, the light emitting device of Example 1 includes a
(基板10の構成)
基板10は、その主面上にIII 族窒化物半導体を形成するための成長基板である。基板10のn層11側の表面には凹凸加工が施されており(図示しない)、光取り出し効率の向上が図られている。基板10の材料はサファイア以外を用いてもよく、Si、GaN、SiC、ZnOなどを用いてもよい。
(Structure of substrate 10)
The
(半導体層の構成)
n層11、発光層12、およびp層13の構成は、発光素子の構成として従来採用されている任意の構成でよい。たとえば、n層11は、n−GaNからなるnコンタクト層、アンドープGaNとn−GaNを順に積層させた静電耐圧層、n−GaNとInGaNを交互に繰り返し積層させたn超格子層を順に積層させた構造である。また、発光層12は、InGaNからなる井戸層、GaNまたはAlGaNからなるキャップ層、AlGaNからなる障壁層を順に積層させた構造を1単位として、これを複数回繰り返し積層させたMQW構造である。また、p層13は、p−AlGaNとp−InGaNを交互に繰り返し積層させたpクラッド層、p−GaNからなるpコンタクト層を順に積層させた構造である。
(Structure of semiconductor layer)
The structure of the
p層13表面の所定領域には、n層11に達する深さの溝20が設けられている。この溝20は、n電極17を設けるためにn層11表面を露出させるものである。溝20のパターンは、n電極17のパターンより一回り広いパターンとなっている。
A
(透明電極14の構成)
透明電極14は、p層13および電流阻止層18上に連続して形成されている。透明電極14の材料はIZO(亜鉛ドープの酸化インジウム)である。他にもITO(スズドープの酸化インジウム)やICO(セリウムドープの酸化インジウム)などの導電性酸化物を用いることができる。
(Structure of transparent electrode 14)
The
(絶縁膜15の構成)
絶縁膜15は、素子上面全体を覆うようにして設けられている。つまり、溝の底面に露出するn層11表面から透明電極14表面にかけて覆うようにして形成されている。絶縁膜15の材料はSiO2 である。もちろん、絶縁膜15の材料はSiO2 に限らず、TiO2 、Nb2 O5 、Al2 O3 、ZrO2 、HfO2 などの酸化膜、SiN、TiN、などの窒化膜、SiONなどの酸窒化膜、MgF2 などのフッ化膜等を用いることができる。また、それらの材料の積層とすることができる。
(Structure of insulating film 15)
The
(p電極16の構成)
p電極16は、素子外部と電気的に接続されるpパッド部160と、pパッド部160から延伸するp配線部161と、を有している。
(Structure of p electrode 16)
The
pパッド部160は円形であり、絶縁膜15上に位置している。図2のように、pパッド部160は、一方の短辺側に位置してる。
The
そのpパッド部160から、1本の直線状のp配線部161が長辺に平行に延伸している。p配線部161の線幅は3.5μmである。また、p配線部161は、短辺方向において中央近傍に位置している。絶縁膜15のうち、平面視でp配線部161と重なる領域には孔21が設けられており、p配線部161のパターン全体が、その孔21の底面に露出する透明電極14と接触している。つまり、p電極16は透明電極14に線接触している。
From the
また、p配線部161は、pパッド部160の中央部ではなく、端部で接続している。これにより、p配線部161をより長く確保することができ、透明電極14との接触面積も広く取ることができるので、順方向電圧VFをより低減することができる。
Further, the
このように、p電極16のうち、pパッド部160は絶縁膜15上に配置して透明電極14と接触しないようにし、配線状に延伸するp配線部161で透明電極14と接触するようにすることで、電流を面内に効率的に拡散させ、発光強度分布が均一となるようにしている。そして、p配線部161によって透明電極14と線接触するようにして、透明電極14との接触面積を広くし、これにより順方向電圧VFの低減を図っている。
As described above, the
(n電極17の構成)
n電極17は、素子外部と電気的に接続されるnパッド部170と、nパッド部170から延伸するn配線部171と、を有している。
(Structure of n-electrode 17)
The n-
nパッド部170は、長円形を短手方向で半分にした形状であり、絶縁膜15上に位置している。図2のように、nパッド部170は、pパッド部160側とは反対側の短辺中央近傍に位置してる。
The
n配線部171は、nパッド部170から短辺に沿って延伸し、発光素子の長方形の角部にて屈曲し、長辺近傍において、pパッド部160側の短辺に向かって長辺方向に延伸する直線状の形状であり、pパッド部160近傍まで延びている。n配線部171は絶縁膜15上に位置している。p配線部161とn配線部171は平行であり、その間隔は、短辺の長さの1/2である。このn配線部171により、電流が面内に均一に拡散するようにしている。
The
絶縁膜15のうち、n配線部171下の領域には、その絶縁膜15を貫通する孔21が等間隔に複数設けられている。孔21の底面にはn層11が露出している。n配線部171は、この孔21を埋めるようにして設けられており、孔21を介してn配線部171はn層11と接触し、電気的に接続されている。つまり、n電極17はn層11に点接触している。
In the region of the insulating
(p電極16およびn電極17の材料)
p電極16およびn電極17は、Ni/Al合金/Ti/Au/Au/Alからなる。つまり、NiからなるNi層100、Al合金からなるAl合金層101、TiからなるTi層102、Auからなる第1Au層103、同じくAuからなる第2Au層104、AlからなるAl層105を絶縁膜15側から順に積層した構造である。各層の厚さは、積層順に、3〜8Å、100nm、70nm、10nm、1500nm、10nmである。
(Materials for p-
The
図3に、p電極16およびn電極17の積層構造を示す。図3(a)は、孔21を介してp配線部161と透明電極14とが接触する領域における、p配線部161の積層構造を示した図である。また、図3(b)は、孔21を介してn配線部171とn層11とが接触する領域における、n配線部171の積層構造を示した図である。
FIG. 3 shows a laminated structure of the
p電極16およびn電極17の積層構造における各層の役割は次の通りである。Ni層100は、透明電極14に対して良好なコンタクトを取るために設ける層である。Al合金層101は、n層11に対して良好なコンタクトを取るため、および、発光層12から放射される光のうち、およびp電極16およびn電極17に向かう光を反射し、p電極16およびn電極17による光の吸収を低減するために設ける層である。Ti層101は、Al合金層101と第1Au層103間の金属の拡散をバリアする層である。第1Au層103は、表面酸化を防止するための層である。第2Au層104は、電流を輸送するための層である。Al層105は、保護膜19との密着性を高めるための層である。
The role of each layer in the laminated structure of the
Ni層100は、図3のように、島状に複数に分離して設けられている。そのため、Ni層100上のAl合金層101は、そのNi層100の島と島の間の領域を埋めるように設けられている。
As shown in FIG. 3, the
したがって、p電極16と透明電極14が接する孔21の領域では、図3(a)のように、透明電極14上にNi層100とAl合金層101の双方が接する。Niは耐酸化性が高く、透明電極14とNi層100との間に酸化物を形成せず、透明電極14とNi層100とが直接接する。そのため、透明電極14とNi層100との間で局所的な導通領域を形成し、p電極16は透明電極14に対して良好にコンタクトを取ることができる。
Therefore, in the region of the
また、n電極17とn層11が接する孔21の領域においても、図3(b)のように、n層11上にNi層100とAl合金層101の双方が接する。Al合金層101は、n層11に対して良好にコンタクトを取ることができ、n層11とAl合金層101との間で導通領域を形成する。そのため、n電極17はn層11に対して良好にコンタクトを取ることができる。
Further, also in the region of the
このように、p電極16とn電極17は同一材料でありながら、透明電極14とn層11の双方に対して良好なコンタクトを取ることができる。
Thus, although the
Ni層100の厚さは、3〜8Åである。ここで、厚さは平均膜厚であり、厚さの均一な1つの膜に換算したときの厚さである。Ni層100が島状に複数に分離して形成されているのであれば、Ni層100の厚さは上記範囲に限らないが、実施例1のように3〜8Åとすることが望ましい。Ni層100の厚さを3Å以上とすれば、p電極16は透明電極14に対して良好にコンタクトを取ることができる。また、Ni層100の厚さを8Å以下とすれば、n電極17はn層11に対して良好にコンタクトを取ることができる。より望ましいNi層100の厚さは6〜8Åである。
The thickness of the
なお、Ni層100に替えて、CoまたはCuからなる層を用いてもよいし、Ni、Co、Cuのうち少なくとも1種の元素を主成分とする合金を用いてもよい。
Instead of the
Al合金層101は、Al−Ni合金からなる。Al−Ni合金以外にも、Al−Nd合金、Al−Ta合金、など任意のAl合金を用いることができる。また、合金ではなくAlを用いてもよい。特に、n層11へのコンタクト抵抗の低さから、AlまたはAl−Nd合金を用いるのがよい。n電極17がn層11に対してより良好にコンタクトを取ることができる。また、Al−Nd合金は、高い反射率を有しているため、p電極16およびn電極17の光吸収低減により光出力の向上を期待できる。なお、Ni層100は非常に薄く、かつ島状に形成されているため、p電極16およびn電極17に向かう光はNi層100にほとんど影響されず、p電極16およびn電極17の反射率は、ほぼAl合金層101の反射率と等しくなる。
The
Al合金層101の厚さは、100nmに限らないが、75nm以上とすることが望ましい。75nm以上とすることで、反射率を十分に高めることができ、p電極16およびn電極17による光の吸収を十分に抑制できるためである。厚さの上限は特にないが、反射率向上の飽和などを考慮して、300nm以下とすることが望ましい。より望ましくは75〜200nmである。
The thickness of the
(反射膜22の構成)
絶縁膜15中であって、pパッド部160下、nパッド部170下およびn配線部171下の領域には、Alからなる反射膜22が設けられている。反射膜22は絶縁膜15中にあるため、電気的に絶縁されており、マイグレーションが防止される。この反射膜22は、p電極16、n電極17方向へ向かう光を反射させることでp電極16、n電極17による光の吸収を抑制し、これにより発光効率を向上させるために設けるものである。
(Structure of reflective film 22)
A
反射膜22は、Al以外にも、Ag、Al合金、Ag合金などの反射率の高い材料を用いることができる。反射膜22は単層としてもよいし多層としてもよい。多層とする場合、Al合金/Ti、Ag合金/Al、Ag合金/Ti、Al/Ag/Al、Ag合金/Niなどを用いることができる。反射膜22と絶縁膜15との密着性を向上させるために、Ti、Cr、Alなどの薄膜を、反射膜22と絶縁膜15との間に設けてもよい。
The
なお、図4に示すように、反射膜22は設けなくともよい。反射膜22を設けないことで光出力は低下するものの、製造工程がより簡素となり、コストの低減を図ることができる。
The
(電流阻止層18の構成)
電流阻止層18は、p層13と透明電極14との間であって孔21下の領域(すなわち、p配線部161と透明電極14とが接触している領域下)に設けられている。電流阻止層18はSiO2 からなる。このように電流阻止層18を設けることで、発光層12のうち孔21下の領域を発光させないようにしている。また、電流阻止層18とp層13との界面での反射によりp配線部161に向かう光を減少させている。これらによりp配線部161による光吸収を減少させ、光出力の向上を図っている。
(Structure of current blocking layer 18)
The
電流阻止層18の材料はSiO2 に限らず、TiO2 、Nb2 O5 、Al2 O3 、ZrO2 、HfO2 などの酸化膜、SiN、TiN、などの窒化膜、SiONなどの酸窒化膜、MgF2 などのフッ化膜等を用いることができる。また、それらの材料の積層とすることができる。反射率を高めるためにDBR構造としてもよい。
The material of the
(保護膜19の構成)
pパッド部160とnパッド部170を除いた上面全体には、SiO2 からなる保護膜19が形成されている。保護膜19の材料はSiO2 に限らず、TiO2 、Nb2 O5 、Al2 O3 、ZrO2 、HfO2 などの酸化膜、SiN、TiN、などの窒化膜、SiONなどの酸窒化膜、MgF2 などのフッ化膜等を用いることができる。また、それらの材料の積層とすることができる。
(Structure of protective film 19)
A
以上、実施例1の発光素子では、p電極16およびn電極17がNi層100とAl合金層101の積層であり、Ni層100が透明電極14上あるいはn層11上に島状に複数に分離して形成されているため、透明電極14とn層11の双方に対して良好なコンタクトを取ることができ、p電極16とn電極17とを同一材料とできる。
As described above, in the light emitting device of Example 1, the
また、p電極16とn電極17はNi層100上にAl合金層101を有するため、反射率が高い。そのため、発光層12から放射されてp電極16およびn電極17に向かう光をAl合金層101によって効果的に反射させることができ、p電極16およびn電極17による光の吸収が低減される。その結果、実施例1の発光素子は光出力が向上している。
Further, since the
(実施例1の発光素子の製造方法)
次に、実施例1の発光素子の製造方法について、図5を参照に説明する。
(Manufacturing Method of Light-Emitting Element of Example 1)
Next, a method for manufacturing the light emitting device of Example 1 will be described with reference to FIG.
まず、表面に凹凸加工が施されたサファイアからなる基板10を用意し、水素雰囲気下で熱処理して表面に付着する不純物を除去する。次に、MOCVD法を用いて、基板10上にn層11、発光層12、p層13を順に積層する。原料ガスには、Ga源としてTMG(トリメチルガリウム)、Al源としてTMA(トリメチルアルミニウム)、In源としてTMI(トリメチルインジウム)、N源としてアンモニア、p型ドーパントガスとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム、n型ドーパントガスとしてシランを用いる。キャリアガスには水素と窒素を用いる。
First, a
次に、p層13上に電流阻止層18を形成する。電流阻止層18は、蒸着またはCVDによってSiO2 膜を形成後、フォトリソグラフィとウェットエッチングによってパターン形成する。フォトリソグラフィ、スパッタまたは蒸着、リフトオフによってパターン形成してもよい。電流阻止層18は、p層13上であって、後に形成する孔21を含む領域にのみ形成する。
Next, the
次に、p層13および電流阻止層18上の所定領域に、透明電極14を形成する。透明電極14は、スパッタによってIZO膜を形成後、フォトリソグラフィとウェットエッチングによってパターン形成する。
Next, the
次に、p層13表面の所定の領域をドライエッチングして溝20を形成し、溝20の底面にn層11を露出させる(図5(a)参照)。
Next, a predetermined region on the surface of the
次に、上方全面を覆うようにして、反射膜22が埋め込まれた絶縁膜15を形成する。詳細には次のように形成する。まず、CVD法によって上方全面に第1絶縁膜を形成する。そして、第1絶縁膜上の所定領域(後に形成するpパッド部160、p配線部161、nパッド部170およびn配線部171に平面視で重なる領域)に、蒸着、フォトリソグラフィ、エッチングによって反射膜22を形成する。リフトオフによって反射膜22を形成してもよい。次に、CVD法によって、第1絶縁膜上および反射膜22上に第2絶縁膜を形成し、第1絶縁膜と第2絶縁膜とで一体の絶縁膜15とする。以上により、内部の所定領域に反射膜22が埋め込まれた絶縁膜15を形成する。
Next, the insulating
なお、図4に示す変形例の発光素子のように、反射膜22を設けない場合には、単に絶縁膜15を形成する工程とできるので、製造工程をより簡素化することができ、製造コストの低減を図ることができる。
If the
次に、絶縁膜15の所定領域(p配線部161と透明電極14あるいはn配線部171とn層11とを接触させる領域)をドライエッチングして絶縁膜15を貫通する孔21を形成する。孔21の底面には透明電極14、n層11が露出する(図5(b)参照)。
Next, a predetermined region of the insulating film 15 (a region where the
次に、絶縁膜15上の所定領域に、p電極16のpパッド部160、p配線部161、およびn電極17のnパッド部170、n配線部171を形成し、孔21を介してp配線部161は透明電極14と接触し、n配線部171はn層11に接触するように形成する(図5(c)参照)。パターニングはリフトオフ法による。より詳細に説明すると、以下の通りである。
Next, the
まず、フォトリソグラフィにより、絶縁膜15上およびn層11上にレジスト層を形成する。レジスト層のうち、後にp電極16のpパッド部160、p配線部161、およびn電極17のnパッド部170、n配線部171を形成する領域は開口したパターンとする。
First, a resist layer is formed on the insulating
次に、レジスト層上、および開口に露出する絶縁膜15およびn層11上に、EB(電子ビーム)蒸着法によりNiからなるNi層100を3〜8Å形成する。ここで、3〜8Åの厚さは、平均の厚さである。平均の厚さがこの範囲では、Ni層100は複数の島状に分離されて形成される。
Next, a
次に、スパッタ法によってAl−NiからなるAl合金層101を100nm、TiからなるTi層102を70nm、Auからなる第1Au層103を10nm、順に積層する。ここでAl合金層101は、Ni層100の島と島の間の領域も埋めるようにして形成される。そのため、孔21の領域では、透明電極14上、あるはn層11上に、Ni層100とAl合金層101の双方が接触する。
Then, an
次に、RH(抵抗加熱)蒸着法により、Auからなる第2Au層104を1500nm、AlからなるAl層105を10nm、順に積層する。
Next, a
次に、レジスト層を除去するとともに、レジスト層上に形成された金属の積層も除去する。以上により、所定の領域にNi/Al合金/Ti/Au/Au/Alからなるp電極16のpパッド部160、p配線部161、およびn電極17のnパッド部170、n配線部171を形成する。
Next, the resist layer is removed and the metal stack formed on the resist layer is also removed. As described above, the
次に、pパッド部160およびnパッド部170を除く全面に、CVD法、フォトリソグラフィ、ドライエッチングによって保護膜19を形成する。以上により、実施例1の発光素子が作製される。このように、実施例1の発光素子では、p電極16およびn電極17を、透明電極14とn層11の双方に対して良好なコンタクトを取ることができる材料としており、p電極16とn電極17を同時に形成することで製造工程を簡略化している。
Next, the
(各種実験例)
次に、実施例1の発光素子に関する各種のデータを説明する。
(Examples of various experiments)
Next, various data regarding the light emitting device of Example 1 will be described.
図6は、p電極16およびn電極17のp側コンタクト性についてのNi層100厚さ依存性を示したグラフである。p側コンタクト性は、透明電極14上にテストエレメントグループ(TEG)用パターンであってp電極16およびn電極17と同一の積層構造の電極を形成して、20mAでの電圧値ppによって評価した。比較のため、Ni層100およびAl合金層101を、Ti層とRh層の積層に置き換えた電極(比較例1)についても、電圧値ppのTi層厚さ依存性を評価した。
FIG. 6 is a graph showing the dependency of p-side contact properties of the p-
図6のように、Ni層100、Ti層がいずれの厚さであっても、Ni層100を用いた実施例1の電極は、Ti層を用いた比較例の電極に比べてpp値が低く、比較例よりも実施例1の方が、透明電極14に対して良好なコンタクトを取ることができるとわかった。また、図6のように、実施例1の電極では、Ni層100の厚さが増加すると急激にpp値が減少し、3Å以上でほぼ一定のpp値となることがわかった。
As shown in FIG. 6, regardless of the thickness of the
図7は、p電極16およびn電極17のn側コンタクト性についてのNi層100厚さ依存性を示したグラフである。n側コンタクト性は、n層11上にテストエレメントグループ(TEG)用パターンであってp電極16およびn電極17と同一の積層構造の電極を形成して、20mAでの電圧値nnによって評価した。同様に比較例1についても電圧値nnを評価した。
FIG. 7 is a graph showing the dependency of the n-side contact properties of the
図7のように実施例1、比較例1の双方ともに、Ni層100、Ti層の厚さの増加とともにnn値が増加していくことがわかった。特に、厚さ10Åまでは実施例1、比較例1とでほぼ同等のnn値増加であるが、厚さ10Åより大きくなると、実施例1の方がnn値の増加が大きくなることがわかった。また、8Å以下ではnn値の増加は微増であることがわかった。
As shown in FIG. 7, it was found that in both Example 1 and Comparative Example 1, the nn value increased as the thickness of the
図8は、実施例1の発光素子について、20mAでの順方向電圧VFとNi層100の厚さとの関係を示したグラフである。比較例1の発光素子についても、同様に順方向電圧VFとNi層100の厚さとの関係を示す。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the forward voltage VF at 20 mA and the thickness of the
図8のように、実施例1の発光素子では、Ni層100の厚さが3Åまでは急激にVFが低下し、3〜8Åではほぼ一定のVFとなり、8Åを超えるとVFがわずかに上昇していくことがわかった。また、比較例1の発光素子では、Ti層の厚さが12Åまでは次第にVFが低下していくが、12Åより厚いとほぼVFは一定となった。また、いずれの厚さにおいても、実施例1の発光素子の方が比較例1の発光素子よりもVFが小さいことがわかった。
As shown in FIG. 8, in the light emitting device of Example 1, the VF rapidly decreased until the thickness of the
図6〜8から、Ni層100の厚さを3〜8Åとすることにより、p側とn側の双方に対して良好なコンタクトを取ることができ、VFを低減できることがわかった。また、p側のコンタクト性の方が、n側のコンタクト性よりもVFへの寄与が大きいことがわかった。
From FIGS. 6 to 8, it was found that by setting the thickness of the
図9は、実施例1の発光素子について、20mAで駆動した場合の全放射束のNi層100厚さ依存性を示したグラフである。図9のように、Ni層100の厚さが増加するにつれて全放射束も増加する傾向にあり、厚さが6Å以上では全放射束はほぼ一定となって飽和する傾向にあることがわかった。図6〜8と図9から、VFを維持しつつ光出力を向上させるためには、Ni層100の厚さを6〜8Åとすることが最適であるとわかった。
FIG. 9 is a graph showing the dependency of total radiant flux on the thickness of the
図10は、実施例1の発光素子と比較例1の発光素子について、20mAで駆動した場合の全放射束を比較したグラフである。実施例1におけるNi層100の厚さ、および比較例1におけるTi層の厚さは6Å、8Åとした。図10のように、実施例1の発光素子は比較例1の発光素子に比べて光出力が高く、0.6〜2.2%光出力が向上することがわかった。
FIG. 10 is a graph comparing the total radiant flux of the light emitting device of Example 1 and the light emitting device of Comparative Example 1 when driven at 20 mA. The thickness of the
実施例2は、Ni層100を、Niを含むAl合金(たとえばAl−Ni合金)に変更したものである。Niを含むAl合金は、熱処理によってAl合金中に複数のNi粒が析出する。よって、実施例1のNi層100と同様に、透明電極14上あるいはn層11上にNi粒が島状に複数に分離して位置する構造となる。また、そのNi粒間はAl合金で満たされた構造となり、透明電極14上あるいはn層11上にAl合金も接触する構造となる。すなわち、Niを含むAl合金を熱処理することで、実施例1と同様の構造が実現される。その結果、実施例1と同様の効果が得られる。
In the second embodiment, the
なお、Niを含むAl合金以外に、Co、Cuを含むAl合金も用いることができる。つまり、Ni、Co、Cuのうち少なくとも1種の元素を含むAl合金であればよい。 In addition to the Al alloy containing Ni, an Al alloy containing Co and Cu can also be used. That is, any Al alloy containing at least one element of Ni, Co, and Cu may be used.
(各種変形例)
実施例1の発光素子は、p電極については線接触、n電極については点接触させる構造であるが、これに限らず、点接触、線接触、面接触のいずれであってもよい。
(Various modifications)
The light-emitting element of Example 1 has a structure in which the p-electrode is in line contact and the n-electrode is in point contact, but the structure is not limited to this, and may be point contact, line contact, or surface contact.
また、実施例1、2の発光素子はフェイスアップ型の素子であったが、本発明はフリップチップ型の素子にも適用することができる。 Further, although the light emitting elements of Examples 1 and 2 were face-up type elements, the present invention can also be applied to flip chip type elements.
実施例1では、Ni層を蒸着やスパッタなどで成膜することにより、島状に複数に分離した形状を形成し、実施例2では、Niを含むAl合金中にNi粒を析出させることで、Al合金中にNiが島状に複数に分離した形状を形成したが、本発明はこれらの方法に限らない。透明電極あるいはn層上にAl合金が接して設けられ、Al合金中に島状に複数に分離してNi層が形成され、Ni層が透明電極あるいはn層に接するのであれば、任意の形成方法を採用することができる。 In Example 1, a Ni layer is formed by vapor deposition, sputtering, or the like to form a plurality of island-shaped shapes, and in Example 2, Ni particles are precipitated in an Al alloy containing Ni. , The Ni was formed into a plurality of islands in the Al alloy, but the present invention is not limited to these methods. If an Al alloy is provided in contact with the transparent electrode or the n layer, and a Ni layer is formed in the Al alloy by dividing into a plurality of islands, and the Ni layer is in contact with the transparent electrode or the n layer, any formation is possible. A method can be adopted.
本発明の発光素子は、照明装置や表示装置などの光源として利用することができる。 The light emitting element of the present invention can be used as a light source for a lighting device, a display device and the like.
10:基板
11:n層
12:発光層
13:p層
14:透明電極
15:絶縁膜
16:p電極
17:n電極
18:電流阻止層
19:保護膜
22:反射膜
100:Ni層
101:Al合金層
102:Ti層
103:第1Au層
104:第2Au層
105:Al層
160:pパッド部
161:p配線部
170:nパッド部
171:n配線部
10: substrate 11: n layer 12: light emitting layer 13: p layer 14: transparent electrode 15: insulating film 16: p electrode 17: n electrode 18: current blocking layer 19: protective film 22: reflective film 100: Ni layer 101: Al alloy layer 102: Ti layer 103: First Au layer 104: Second Au layer 105: Al layer 160: p pad portion 161: p wiring portion 170: n pad portion 171: n wiring portion
Claims (5)
前記p電極および前記n電極は、
前記p電極については前記透明電極上に接して位置し、前記n電極については前記n層上に接して位置し、AlまたはAl合金からなる第1層と、
前記第1層中に島状に複数に分離して形成され、前記p電極については透明電極に接し、前記n電極についてはn層に接触し、Cu、または、Cuを含むAl合金からなる第2層と、を含む
ことを特徴とする発光素子。 A semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor, in which an n layer, a light emitting layer, and a p layer are laminated in this order, a transparent electrode provided on the p layer, and a p electrode provided in contact with the transparent electrode, A light emitting device provided in contact with the n layer and having an n electrode made of the same material as the p electrode,
The p electrode and the n electrode are
The p electrode is located in contact with the transparent electrode, the n electrode is located in contact with the n layer, and the first layer is made of Al or Al alloy;
The formed a plurality to separate the island in one layer, the p for electrodes in contact with the transparent electrode, wherein the n electrode contacts the n-layer, Cu, or a made of Al alloy containing Cu A light emitting device comprising: two layers.
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