JPH08153892A - 半導体発光素子、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】煩雑な製造工程を必要とすることなく、簡易な
製造工程によって電極接触部のコンタクト抵抗を低下さ
せ、もって半導体発光素子の発光輝度を高め、その発光
駆動を安定させる。 【構成】発光層４を挟むｎ型半導体層３およびｐ型半導
体層５の各表面に、電極６ａ，６ｂが設けられている半
導体発光素子において、上記ｎ型半導体層３およびｐ型
半導体層５の少なくとも上記電極６ａ，６ｂと接触する
表面部には、この表面部の電気抵抗値を低下させるため
のイオン注入がなされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、電極形成位置におけ
る半導体層のコンタクト抵抗を小さくすることにより、
高い発光輝度を安定して得られるようにした半導体発光
素子、およびその半導体発光素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】発光
ＬＥＤなどの半導体発光素子では、ｎ型半導体層および
ｐ型半導体層の各表面に電極を設ける場合に、電極形成
位置のコンタクト抵抗を小さくし、オーミック接触を得
る必要がある。このコンタクト抵抗の大きさはショット
キー障壁の発生に原因し、コンタクト抵抗が大きいと、
半導体発光素子への供給電力量に見合った高い発光輝度
が安定して得られない。

【０００３】とくに、近年においては、サファイア基板
上に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させるな
どして青色発光ＬＥＤを製造する技術が開発されるに至
っているが、この種の青色発光ＬＥＤでは他の発光ＬＥ
Ｄに比較すると、充分な発光強度が得られず、その発光
輝度が低いのが実情である。したがって、このような青
色発光ＬＥＤの発光輝度を安定的に高めて、その実用化
を促進する観点からしても、半導体発光素子の種類を問
わず、上記コンタクト抵抗を低下させる技術の確立が要
望される。

【０００４】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであって、煩雑な製造工程を必要とするこ
となく、簡易な製造工程によって電極接触部のコンタク
ト抵抗を低下させ、もって半導体発光素子の発光輝度を
高め、その発光駆動を安定させることができるようにす
ることをその課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

【０００６】本願の請求項１に記載の発明は、発光層を
挟むｎ型半導体層およびｐ型半導体層の各表面に、電極
が設けられている半導体発光素子において、上記ｎ型半
導体層およびｐ型半導体層の上記電極と接触する表面部
の少なくとも一部には、この表面部の電気抵抗値を低下
させるためのイオン注入がなされていることを特徴とし
ている。

【０００７】本願の請求項２に記載の発明は、上記請求
項１の半導体発光素子において、上記ｎ型半導体層およ
びｐ型半導体層の各表面部にイオン注入されるイオン
は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の各半導体層にド
ープされているｎ型不純物およびｐ型不純物の各イオン
であることを特徴としている。

【０００８】本願の請求項３に記載の発明は、上記請求
項１に記載の半導体発光素子を製造するための方法であ
って、発光層を挟むｎ型半導体層およびｐ型半導体層の
各表面に、開口部を備えたマスク層を形成した後に、こ
のマスク層の表面側へ上記ｎ型半導体層およびｐ型半導
体層の電気抵抗値を低下させるために、上記マスク層の
開口部に面する各半導体層の表面部にイオン注入を行
い、その後上記マスク層の開口部が形成されていた位置
に導電性膜を形成することにより、上記イオン注入がな
された各半導体層の表面部上に電極を設けることを特徴
としている。

【０００９】

【発明の作用および効果】上記請求項１に記載した発明
においては、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層のうち電
極と接触する表面部にはイオン注入がなされ、優れたオ
ーミック接触が得られるようになるので、この表面部の
電気抵抗値が低くなって、電極形成位置のコンタクト抵
抗が小さくなる。したがって、供給電力量に見合った高
いキャリア濃度を得ることができる。その結果、発光層
における発光強度を強めて発光輝度を高めることがで
き、しかもその発光輝度を安定させることができるとい
う格別な効果が得られる。このような効果は、従来にお
いて高い発光輝度を得ることが困難とされていた青色発
光ＬＥＤについては、とくに有効である。

【００１０】また、上記イオン注入がなされる領域は、
電極と接触する各半導体層の表面部に限られているため
に、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の各層の本来の機
能または特性がイオン注入によって大きく損なわれると
いったことも適切に解消できるという効果も得られる。
さらに、イオン注入の手法では、イオンの注入領域を特
定の領域に限定することが容易に行えるために、電極と
接触する各半導体層の表面部にイオン注入領域を限定す
る作業または制御を容易に行うことができるという利点
も得られる。

【００１１】請求項２に記載した発明においては、ｎ型
半導体層およびｐ型半導体層の各表面部にイオン注入さ
れるイオンは、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の各半
導体層にドープされているｎ型不純物およびｐ型不純物
の各イオンであるために、これら各イオンが注入された
領域についてもｎ型半導体層またはｐ型半導体層として
の特性をそのまま保有させ得ることとなる。すなわち、
イオン注入がなされた領域がもはやｎ型半導体層やｐ型
半導体層としての機能を果たさなくなるといった不具合
が生じることを適切に回避することができる。したがっ
て、イオン注入領域の存在によって半導体層のキャリア
濃度が低下するといったことを防止することができ、一
層高い発光輝度を確保できるという利点が得られる。

【００１２】請求項３に記載した発明においては、まず
ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の各表面に開口部を備
えたマスク層を形成した後に、その表面へ所定のイオン
注入を行うので、上記マスク層の開口部に面したｎ型半
導体層およびｐ型半導体層の各表面部のみに所定のイオ
ン注入を行うことができる。また、このイオン注入が終
了した後には、上記マスク層の開口部が形成されていた
位置に導電性膜を形成することにより、上記イオン注入
がなされたｎ型半導体層およびｐ型半導体層の各表面部
に電極を設けるために、結局、この電極と接触する各半
導体層の表面部のみに所定のイオン注入がなされた半導
体発光素子が得られることとなる。したがって、請求項
１に記載の半導体発光素子を適切に製造することができ
る。

【００１３】また、電極の形成箇所とイオン注入がなさ
れる箇所とは同一箇所でよいから、これら電極の形成や
イオン注入を行う場合には、たとえば電極形成用のマス
ク層とイオン注入用のマスク層との各々を形成するため
の露光用マスクとしては、共通のマスクを用いることが
できるといった利点も得られる。

【００１４】

【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。

【００１５】図１は、本願発明に係る半導体発光素子の
一例を示す断面図である。

【００１６】図１に示す半導体発光素子１は、青色発光
ＬＥＤとして構成されたものであり、絶縁基板である透
光性を有するサファイア基板２の表面に、ｎ型半導体層
３、発光層４、およびｐ型半導体層５を順次形成したも
のである。また、これらｎ型半導体層３およびｐ型半導
体層５の各表面部には一対の電極６ａ，６ｂが形成され
ており、これら各電極６ａ，６ｂの下方にイオン注入領
域７ａ，７ｂが設けられている。

【００１７】上記ｎ型半導体層３は、サファイア基板２
の表面上に成長させた窒化ガリウムなどのバッファ層８
上に形成されており、ｎ型ＧａＮ層３１、およびｎ型Ａ
ｌＧａＮ層３２（Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ）によって形成さ
れている。このｎ型半導体層３には、たとえばＳｉがｎ
型不純物（ドナー）としてドープされている。発光層４
は、ＩｎＧａＮ層（Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ）によって形成
されており、たとえばＺｎがドープされている。また、
ｐ型半導体層５は、ｐ型ＡｌＧａＮ層５１（Ａｌ_0.2 Ｇ
ａ_0.8 Ｎ）、およびｐ型ＧａＮ層５２によって形成され
ている。このｐ型半導体層５には、たとえばＭｇがｐ型
不純物（アクセプタ）としてドープされている。

【００１８】なお、これら各半導体層のうち、最下層の
ｎ型ＧａＮ層３１を除く各半導体層の一部の領域Ｂはエ
ッチング処理によって除去処理されており、これにより
ｎ型ＧａＮ層３１の上面に電極６ａを設けるためのスペ
ースが確保されている。

【００１９】上記ｎ型ＧａＮ層３１に設けられた一方の
電極６ａの具体例としては、ＡｌまたはＡｌ合金製の導
電性膜が適用される。また、他方の電極６ｂは、最表層
のｐ型ＧａＮ層５２の表面部に設けられており、その具
体的な材質としては、たとえばＴｉ，Ａｕ，Ｎｉなどが
適用される。

【００２０】上記イオン注入領域７ａ，７ｂは、上記一
対の電極６ａ，６ｂの各々の直下の位置、すなわち、電
極６ａと接触するｎ型ＧａＮ層３１の表面部と、ｐ型Ｇ
ａＮ層５２の表面部に各々適当な深さＨ，Ｈ１で設けら
れている。一方のイオン注入領域７ａに注入されるイオ
ンとしては、このイオン注入領域７ａが形成されるｎ型
ＧａＮ層３１にドープされているｎ型不純物としてのＳ
ｉのイオンが用いられている。このイオン注入領域７ａ
の深さＨは、ｎ型ＧａＮ層３１の厚み（たとえば３μ
ｍ）よりも小寸法である。

【００２１】これに対し、他方のイオン注入領域７ｂに
ついては、そのイオンとしては、ｐ型ＧａＮ層５２にド
ープされているｐ型不純物としてのＭｇのイオンが適用
されている。そのイオン注入深さＨ１は、ｐ型ＧａＮ層
５２の厚み（たとえば１５０ｎｍ）よりも小寸法であ
る。

【００２２】なお、ｎ型不純物としては、Ｓｉ以外とし
て、ＳｎやＧｅを用いることができる。またｐ型不純物
としてはＭｇ以外として、Ｚｎ，Ｃｄ，Ｂｅ，Ｃａなど
を用いることができる。したがって、上記イオン注入領
域７ａ，７ｂを形成するためのイオンとしては、上記Ｓ
ｉやＭｇに限定されず、上記したｎ型またはｐ型の各不
純物の種類に対応させて任意に変更可能である。

【００２３】次に、上記構成の半導体発光素子１の製造
方法の一例について説明する。

【００２４】まず、図２（ａ）に示すように、サファイ
ア基板２の表面上に、所定のｎ型半導体層３、発光層
４、およびｐ型半導体層５を形成するが、これは従来既
知の有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によっ
て、上述した各成分の単結晶を順次成長させることによ
り行うことができる。また、このように各半導体層を形
成した後には、一定領域Ｂのエッチング処理を行い、電
極６ａを形成するための領域を確保する。

【００２５】次いで、上記作業工程が終了した後には、
図２（ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＮ層３１およびｐ型
ＧａＮ層５２の各表面に、開口部１０ａ，１０ｂを有す
るマスク層１１ａ，１１ｂを形成し、その後イオン注入
処理を行う。一方の開口部１０ａ側には、Ｓｉのイオン
をイオン注入装置により加速して打ち込み、他方の開口
部１０ｂ側には、Ｍｇのイオンを打ち込む。これによ
り、開口部１０ａ，１０ｂの各々に面するｎ型ＧａＮ層
３１およびｐ型ＧａＮ層５２の各表面部のみに、イオン
注入領域７ａ，７ｂを限定的に形成することができる。
なお、上記マスク層１１ａ，１１ｂは、フォトレジスト
によって形成することができ、その開口部１０ａ，１０
ｂはフォトエッチングにより形成すればよい。また、こ
のフォトレジストによって形成されたマスク層１１ａ，
１１ｂは、イオン注入後に除去する。

【００２６】上記のようにしてイオン注入処理が終了し
た後は、図２（ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＮ層３１お
よびｐ型ＧａＮ層５２の各表面に、電極となる導電性膜
６Ａ，６Ｂを形成する。次いで、図２（ｄ）に示すよう
に、上記導電性膜６Ａ，６Ｂの表面にフォトレジストに
よってマスク層１２ａ，１２ｂを設ける。このマスク層
１２ａ，１２ｂは、導電性膜６Ａ，６Ｂの各表面の全域
にフォトレジストを塗布した後に、上記マスク層１２
ａ、１２ｂ以外の箇所をフォトエッチングによって除去
することにより形成すればよい。ただし、これらマスク
層１２ａ，１２ｂの形成に際しては、図２（ｂ）で示し
たマスク層１１ａ，１１ｂの開口部１０ａ，１０ｂの形
成位置と同一位置とする。したがって、これらマスク層
１２ａ，１２ｂを形成するための露光用マスクと、上記
マスク層１１ａ，１１ｂを形成するための露光用マスク
とは同一でよく、製造作業に便宜が図れる。

【００２７】さらに、上記マスク層１２ａ，１２ｂを形
成した後には、これら以外の非マスク部分の導電性膜６
Ａ，６Ｂの部位Ａ１，Ａ２をエッチングにより除去す
る。また、その後は上記マスク層１２ａ，１２ｂも除去
する。これにより、図１で示したように、上記導電性膜
６Ａ，６Ｂの各一部を一対の電極６ａ，６ｂとして形成
することができる。しかも、これらの電極６ａ，６ｂ
は、イオン注入領域７ａ，７ｂの直上に各々位置するこ
ととなる。

【００２８】なお、上記一連の製造作業は、ウエハに対
して行われ、上記のようにして半導体発光素子１を形成
した後には、ダイシングにより、たとえば平面矢視にお
いて一辺が０．５ｍｍ程度の正方形状のチップに分割さ
れる。

【００２９】以上のようにして製造された半導体発光素
子１は、その電極６ａ，６ｂにワイヤボンディングを施
すなどして使用されるが、電極６ａ，６ｂと接触するｎ
型ＧａＮ層３１の表面部およびｐ型ＧａＮ層５２の各表
面部にはイオン注入領域７ａ，７ｂが各々設けられてい
ることにより、電極６ａ，６ｂの接続箇所においてオー
ミック接触が得られ、コンタクト抵抗の値をかなり小さ
くすることができる。これにより、充分なキャリア濃度
を確保することができる。

【００３０】また、上記イオン注入領域７ａ，７ｂは、
電極６ａ，６ｂと接触する部分にのみ限定して設けられ
ているから、これによってｎ型ＧａＮ層３１およびｐ型
ＧａＮ層５２の実質的なボリュームが大きく減少するこ
とはない。しかも、イオン注入されたイオンとしては、
ｎ型ＧａＮ層３１についてはドナーとしてのＳｉのイオ
ンであり、ｐ型ＧａＮ層５２についてはアクセプタとし
てのＭｇのイオンであるから、これらのイオン注入領域
７ａ，７ｂの存在がｎ型ＧａＮ層３１やｐ型ＧａＮ層５
２の本来のクラッド層としての機能を大きく損なうとい
ったこともない。したがって、イオン注入領域７ａ，７
ｂを設けたことに原因して各半導体層３，５のキャリア
濃度が大きく低下するといった不具合はなく、結局、発
光層４において高い発光輝度を安定して得られることと
なる。

【００３１】なお、上記実施例では、ｎ型およびｐ型の
各半導体層にイオン注入されるイオンとして、各半導体
層にドープされているｎ型不純物とｐ型不純物の各イオ
ンを用いたが（請求項２に対応）、請求項１に記載の本
願発明は必ずしもこれに限定されない。たとえばｎ型ま
たはｐ型の各半導体層にドープされている不純物とは異
なる材料のイオンを注入してもよい。このような構成で
あっても、コンタクト抵抗を低下させ得る限りにおいて
は、本願発明の目的が達成可能である。また、この場合
には、イオン注入領域がｎ型またはｐ型の各半導体層と
して機能しない虞れもあるが、このイオン注入領域は電
極と接触する表面部に限定して設けられているために、
ｎ型半導体層およびｐ型半導体層全体の本来の機能が大
きく損なわれるといった不具合はない。

【００３２】さらに、上記実施例では、青色発光ＬＥＤ
を一例として説明したが、本願発明はこれに限定され
ず、これ以外の赤色や緑色などの発光ＬＥＤなどにも適
用できることは勿論である。したがって、ｎ型半導体
層、発光層、およびｐ型半導体層などの具体的な材質な
どが限定されない他、電極の具体的な材質なども限定さ
れない。本願発明に係る半導体発光素子の各部の具体的
な構成は種々に設計変更自在であり、またその具体的な
製造方法も種々に変更自在である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る半導体発光素子の一例を示す断
面図。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は図１に示す半導体発光素子の
製造方法の一例を示す断面図。

【符号の説明】

１ 半導体発光素子 ２ 基板（サファイア基板） ３ ｎ型半導体層 ４ 発光層 ５ ｐ型半導体層 ６ａ，６ｂ 電極 ７ａ，７ｂ イオン注入領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光層を挟むｎ型半導体層およびｐ型半
   導体層の各表面に、電極が設けられている半導体発光素
   子において、 上記ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の上記電極と接触
   する表面部の少なくとも一部には、この表面部の電気抵
   抗値を低下させるためのイオン注入がなされていること
   を特徴とする、半導体発光素子。
2. 【請求項２】 上記ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の
   各表面部にイオン注入されるイオンは、ｎ型半導体層お
   よびｐ型半導体層の各半導体層にドープされているｎ型
   不純物およびｐ型不純物の各イオンであることを特徴と
   する、請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 【請求項３】 発光層を挟むｎ型半導体層およびｐ型半
   導体層の各表面に、開口部を備えたマスク層を形成した
   後に、 このマスク層の表面側へ上記ｎ型半導体層およびｐ型半
   導体層の電気抵抗値を低下させるために、上記マスク層
   の開口部に面する各半導体層の表面部にイオン注入を行
   い、 その後上記マスク層の開口部が形成されていた位置に導
   電性膜を形成することにより、上記イオン注入がなされ
   た各半導体層の表面部上に電極を設けることを特徴とす
   る、半導体発光素子の製造方法。