JPH08306643A - ３−５族化合物半導体用電極および発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】３−５族化合物半導体を用いて、発光面から均
一な発光を得ることができる発光素子および該３−５族
化合物半導体に用いる電極を提供することにある。 【構成】〔１〕サファイア上に形成されたｎ型またはｐ
型の一般式Ｉｎ_x Ｇａ_yＡｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表され
る３−５族化合物半導体に用いる電極において、ｎ電極
７は３−５族化合物半導体の面の実質的に中央部に形成
されてなり、ｐ電極６は同一面上に該ｎ電極を囲む形状
に形成されてなることを特徴とする３−５族化合物半導
体用電極。 〔２〕サファイア上に形成されたｎ型またはｐ型の一般
式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５
族化合物半導体と、〔１〕記載の３−５族化合物半導体
用電極を用いたことを特徴とする発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は３−５族化合物半導体用
電極およびそれを用いた発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外もしくは青色の発光ダイオード（以
下、「ＬＥＤ」と記すことがある。）又は紫外もしくは
青色のレーザーダイオード等の発光デバイスの材料とし
て、一般式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表され
る３−５族化合物半導体が知られている。該３−５族化
合物半導体は、３族元素の組成によって制御できるバン
ドギャップを有しているので、可視光領域から紫外線領
域の発光を生じる発光素子に用いることができる。さら
に該３−５族化合物半導体は直接遷移型のバンド構造を
有するので、これを用いて発光効率の高い発光素子が得
られる。とくに、Ｉｎの濃度が１０％以上のものは、発
光波長が紫色およびそれより長波長の可視領域にするこ
とができるため、表示用途への応用上とくに重要であ
る。

【０００３】該３−５族化合物半導体は基板として充分
な厚さの単結晶の作製が困難であるため、サファイア、
Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＳｉＣ等の基板に成膜され
る。これらの基板のなかでは、サファイアは可視部で透
明であり大面積かつ高品質の基板が得られるという特徴
があり、またＡｌＮやＧａＮ等のバッファ層を用いる２
段階成長で高品質の膜が成長できることが知られてお
り、該３−５族化合物半導体用基板としてよく用いられ
ている。しかし、サファイアは絶縁体であるため、この
上に成長した発光素子への正負の電極は、いずれも基板
とは反対側に作製しなければならない。

【０００４】上記の状況をさらに詳しく説明する。即
ち、図１にサファイア上に作製した該３−５族化合物半
導体による発光素子の構造の概略を示す。該３−５族化
合物半導体は、ｐ型不純物をドープしても低抵抗のｐ型
とはなりにくく、低抵抗化のためには成長後に熱アニー
ル処理、電子線照射処理等の後処理が必要と提案されて
いる。このような後処理を有効なものとするため、一般
にｐ層は最表面に形成される。ｎ電極は、ｐ層および活
性層をエッチングしてｎ層を表面に露出させ、このｎ層
の上に形成される。該３−５族化合物半導体をサファイ
アの上に成膜した場合、結晶性は膜厚に依存し、膜厚が
おおよそ３〜６μｍ程度で最もよくなる。このため、ｎ
層はおおよそ４μｍ程度に成膜される。

【０００５】図１に示す構造の発光素子の場合、ｐ層へ
の電極は発光層直上のｐ層に形成することができるもの
の、ｎ電極は発光層から離れた部分に形成される。とこ
ろで、発光ダイオードの基板面方向の大きさは通常３０
０μｍ又はそれ以上であり、上述の該３−５族化合物半
導体を用いた発光素子の場合、ｎ電極より供給される電
流は、４μｍ程度の厚さのｎ層を通して発光層へ運ばれ
る。発光素子の大きさに対してｎ層の厚みは１００分の
１程度に薄いため、素子全面にわたって均一に電流を供
給すること、つまり、発光面から均一な発光を得ること
が難しい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、３−
５族化合物半導体を用いて、発光面から均一な発光を得
ることができる発光素子および該３−５族化合物半導体
に用いる電極を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な事情をみて鋭意検討した結果、ｎ電極とｐ電極の配置
を従来のものとは異なる特定の配置とすることで、上記
のような問題を解決できることを見いだし、本発明を完
成するに至った。即ち、本発明は、次に記す発明であ
る。 〔１〕サファイア上に形成されたｎ型またはｐ型の一般
式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５
族化合物半導体に用いる電極において、ｎ電極は３−５
族化合物半導体の面の実質的に中央部に形成されてな
り、ｐ電極は同一面上に該ｎ電極を囲む形状に形成され
てなることを特徴とする３−５族化合物半導体用電極。 〔２〕前記〔１〕に記載のｐ電極の表面と、これと接す
る３−５族化合物半導体のｐ層の表面とに、第２のｐ電
極が接することを特徴とする３−５族化合物半導体用電
極。 〔３〕前記〔１〕または〔２〕記載のｐ電極が、Ｍｇ、
ＺｎおよびＮｉからなる群から選ばれた少なくとも１つ
の金属と、Ａｕとの合金であることを特徴とする〔１〕
または〔２〕記載の３−５族化合物半導体用電極。 〔４〕前記〔２〕記載の第２のｐ電極が、Ａｌ、Ｔｉも
しくはＣｒまたはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒからなる群から選ば
れた少なくとも２種の金属の合金であることを特徴とす
る〔１〕、〔２〕または〔３〕記載の３−５族化合物半
導体用電極。 〔５〕前記〔１〕記載のｎ電極がＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉもし
くはＩｎまたはＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉｎからなる群から
選ばれた少なくとも２種の金属の合金であることを特徴
とする〔１〕、〔２〕、〔３〕または〔４〕記載の３−
５族化合物半導体用電極。 〔６〕サファイア上に形成されたｎ型またはｐ型の一般
式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５
族化合物半導体と、〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕ま
たは〔５〕記載の３−５族化合物半導体用電極を用いた
ことを特徴とする発光素子。

【０００８】次に本発明を詳細に説明する。一般に、Ｌ
ＥＤとして用いられる半導体の形状は、ほぼ正方形であ
る。これは、正方形が、基板の切断が容易であり、基板
の無駄も少なく、さらにワイヤボンディング等のプロセ
スが行ないやすいからである。現在までに、正方形に切
断された半導体の隅にｎ電極を設ける方法が提案されて
いる（特開平６−３３８６３２号公報）。この場合のｐ
およびｎ電極の配置の概略を図２に示す。図２の波線で
の断面が図１に対応する。本発明の３−５族化合物半導
体用電極においては、ｎ電極は発光部との距離がなるべ
く小さくなるように、発光面のほぼ中央に形成される。
本発明でのｐ電極とｎ電極の配置の概略を図３に示す。
また、図３の波線での断面を図４に示す。図２の場合、
ｎ電極から最も遠い発光部位は、おおよそ発光素子の対
角線の長さだけ離れている。本発明の電極においては、
図３から明らかなように、ｎ電極から最も離れている発
光部位は図２の場合に比べてほぼ半分だけ離れており、
図２の場合に比べて発光面の全体にわたり、より均一に
電流を供給できる。本発明において、上記の趣旨から、
本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて発光面
の中央からずらせてもよい。具体的には、ｐ電極の幾何
学的重心とｐ電極の周との中点の軌跡で囲まれる範囲内
にｎ電極を形成することが挙げられる。

【０００９】ｐ電極用材料としては、ｐ層と接触抵抗の
低い材料を用いることが好ましい。具体的にはＭｇ、Ｚ
ｎおよびＮｉからなる群から選ばれた少なくとも１つの
金属と、Ａｕとの合金が挙げられる。具体的には、Ａｕ
−Ｍｇ、Ａｕ−Ｚｎ、Ａｕ−Ｚｎ−Ｍｇ、Ａｕ−Ｎｉな
どが挙げられる。これらの合金は、熱処理を施すことで
電気的接触を増すことができる場合があり、成膜後に熱
処理を行なうのが好ましい。ｎ電極用材料としては、ｎ
層と接触抵抗の低い材料を用いることが好ましい。具体
的にはＡｌ、Ｃｒ、ＴｉもしくはＩｎまたはＡｌ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも２つ
の金属の合金が挙げられる。Ａｌはｎ型の該３−５族化
合物半導体と低い接触抵抗を有し、また該３−５族化合
物半導体との密着性も優れており、特に好ましい。これ
らの電極材料は、通常の真空蒸着法により、該３−５族
化合物半導体上に成膜することで電極とすることができ
る。電極として合金を用いる場合には、合金を直接蒸着
することができる。また、合金の構成金属を別々の蒸着
源から同時に蒸着し、合金とすることもできる。さら
に、合金の構成金属を該３−５族化合物半導体上に積層
した後、熱を加えて合金化することもできる。

【００１０】該３−５族化合物半導体を用いた発光素子
において、基板側から光を取り出す場合と電極側から取
り出す場合とがある。基板側へ光を取り出す場合におい
ては、電極を形成した発光素子のチップは、リードフレ
ームに直接導電性接着剤で取付けられる。この場合、ｎ
電極およびｐ電極の膜厚は充分な導電性が得られる程度
であればよい。光を電極側から取り出す場合において
は、ｐ型電極は発光の取り出し効率を下げないよう充分
透光性であることが好ましい。そのためには、ｐ型電極
の膜厚は１５００Å以下が好ましく、さらに好ましくは
１０００Å以下である。

【００１１】ところで、本発明の発光素子において、電
極を通して光を取り出す場合、リードフレームはサファ
イア基板と接触し、電極とは直接には電気的接触をとる
ことができないため、リードフレームと電極は通常ワイ
ヤボンディングにより電気的接触をとることが好まし
い。上記ｐ電極については該３−５族化合物半導体との
密着性が十分でなく、ワイヤボンディングすると容易に
剥離してしまう場合がある。このような場合には、該３
−５族化合物半導体と密着性のよい材料よりなる第２の
ｐ電極を上記のｐ電極に積層して、密着性を改善でき
る。すなわち、第２のｐ電極を、上記ｐ電極と、ｐ型の
該３−５族化合物半導体層との両方の表面に連続して形
成することで、電気的特性を損なうことなく密着性のす
ぐれた電極とすることができる。この電極の積層構造の
例を図５に示す。また、この場合の電極の配置を図６に
示す。図６の波線での断面が図５である。ワイヤボンデ
ィングは図５、図６のａ部、つまり第２のｐ電極とｐ型
層との接着面に行なう。このような目的に使用できる第
２のｐ電極用材料としては、Ａｌ、ＴｉもしくはＣｒま
たはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒからなる群から選ばれた少なくと
も２種の金属の合金が挙げられる。Ａｌは該３−５族化
合物半導体との密着性が優れており、特に好ましい。

【００１２】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれらの限定されるものではない。サファ
イア基板の上に、バッファ層、Ｓｉをドープしたｎ型Ｇ
ａＮ層、Ｉｎ_{0. 25}Ｇａ_0.85Ｎ発光層、Ｍｇをドープした
ｐ型ＧａＮ層を順に積層した該３−５族化合物半導体の
試料を用意する。ｐ層は予め熱処理により低抵抗化して
おく。図７にその断面図を示す。最表面のｐ層の上にマ
スクを形成し、マスクに覆われた部分以外のｐ層と活性
層をエッチングにより取り除き、ｎ層を露出させ、図８
に示す構造とする。

【００１３】次にこの試料の上にｐ電極に対応するマス
クを形成し、ＭｇとＡｕをこの順にそれぞれ１００Å、
９００Å蒸着する。さらに、窒素中、８００℃で９０秒
間アニールし、ＭｇとＡｕとを合金化し、図９の構造と
する。次にこの上にｐ層上の第２のｐ電極とｎ電極に対
応したマスクを形成し、Ａｌを蒸着し、図６の構造とす
る。このときｎ層が露出した部分に蒸着されたＡｌはｎ
電極として作用する。また、ｐ層に蒸着されたＡｌは、
本発明における第２のｐ電極である。ｐ電極であるＡｕ
−Ｍｇ合金に接するように蒸着されたＡｌは、ｐ層と直
接接している部分では、Ａｌは該３−５族化合物半導体
と密着性がよいため良好なワイヤボンディングができ
る。また、すでに形成されているｐ電極と接しているた
め、ｐ電極はＡｌを通して外部電極と良好な電気的接触
を持つ。こうして得られたＬＥＤは図２に示すパターン
のものより均一な発光が得られる。

【００１４】

【発明の効果】本発明の３−５族化合物半導体用電極を
用いた発光素子は、発光面から均一な発光を得ることが
できるので工業的価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の発光素子の構造を示す断面図。

【図２】従来の発光素子の電極の配置を示す平面図。

【図３】本発明の発光素子の電極の配置を示す平面図。

【図４】本発明の発光素子の構造を示す断面図。

【図５】本発明の実施例における発光素子の構造を示す
断面図。

【図６】本発明の実施例における発光素子の電極の配置
を示す平面図。

【図７】本発明の実施例における３−５族化合物半導体
の構造を示す断面図。

【図８】３−５族化合物半導体のエッチング後の構造を
示す断面図。

【図９】３−５族化合物半導体にｐ電極を形成した後の
構造を示す断面図。

【符号の説明】

１．．．サファイア基板 ２．．．バッファ層 ３．．．ｎ型ＧａＮ層 ４．．．ＩｎＧａＮからなる発光層 ５．．．ｐ型ＧａＮ層 ６．．．ｐ電極 ７．．．ｎ電極 ８．．．第２のｐ電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サファイア上に形成されたｎ型またはｐ型
   の一般式Ｉｎ_x Ｇａ _y Ａｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
   １、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される
   ３−５族化合物半導体に用いる電極において、ｎ電極は
   ３−５族化合物半導体の面の実質的に中央部に形成され
   てなり、ｐ電極は同一面上に該ｎ電極を囲む形状に形成
   されてなることを特徴とする３−５族化合物半導体用電
   極。
2. 【請求項２】請求項１に記載のｐ電極の表面と、これと
   接する３−５族化合物半導体のｐ層の表面とに、第２の
   ｐ電極が接することを特徴とする３−５族化合物半導体
   用電極。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のｐ電極が、Ｍｇ、
   ＺｎおよびＮｉからなる群から選ばれた少なくとも１つ
   の金属と、Ａｕとの合金であることを特徴とする請求項
   １または２記載の３−５族化合物半導体用電極。
4. 【請求項４】請求項２記載の第２のｐ電極が、Ａｌ、Ｔ
   ｉもしくはＣｒまたはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒからなる群から
   選ばれた少なくとも２種の金属の合金であることを特徴
   とする請求項１、２または３記載の３−５族化合物半導
   体用電極。
5. 【請求項５】請求項１記載のｎ電極がＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ
   もしくはＩｎまたはＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉｎからなる群
   から選ばれた少なくとも２種の金属の合金であることを
   特徴とする請求項１、２、３または４記載の３−５族化
   合物半導体用電極。
6. 【請求項６】サファイア上に形成されたｎ型またはｐ型
   の一般式Ｉｎ_x Ｇａ _y Ａｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
   １、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される
   ３−５族化合物半導体と、請求項１、２、３、４または
   ５記載の３−５族化合物半導体用電極を用いたことを特
   徴とする発光素子。