JPH09129933A - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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JPH09129933A
JPH09129933A JP28407495A JP28407495A JPH09129933A JP H09129933 A JPH09129933 A JP H09129933A JP 28407495 A JP28407495 A JP 28407495A JP 28407495 A JP28407495 A JP 28407495A JP H09129933 A JPH09129933 A JP H09129933A
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JP
Japan
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electrode
light emitting
translucent
type
conductive film
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Application number
JP28407495A
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English (en)
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Yasuhiro Ueda
康博 上田
Katsumi Yagi
克己 八木
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45Ohmic electrodes
    • H01L29/452Ohmic electrodes on AIII-BV compounds

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透光性オーミック電極を備えたシート抵抗が
小さい発光素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 導電性半導体層3上に形成された透光性
オーミック電極4と、透光性オーミック電極4上に形成
されたこの電極材料よりバンドギャップが広い透光性導
電膜5と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード等
の発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、GaN、GaAlN、InGa
N、InAlGaN等の窒化ガリウム系半導体からなる
発光素子が、強度の強い青色等の短波長発光が可能であ
ることから、活発に研究開発されている。
【0003】一般に斯る窒化ガリウム系半導体からなる
発光素子では、サファイア等の絶縁性基板が使用されて
いる。
【0004】この絶縁性基板を用いた発光素子では、こ
の基板の裏面に一方の電極を設けた構造にすることが困
難であり、半導体層側(同一面側)にp型側、n型側電
極とも備えた構造が採用される。
【0005】斯る半導体層側に両電極を備える発光素子
としては、例えば特開平6−338632号(H01L
33/00)公報に記載されている。
【0006】図5(a)は従来の発光ダイオードの概略
模式上面図(半導体層側)、図5(b)は図5(a)中
一点鎖線A−Aに沿った概略模式断面図である。
【0007】図5中、101はサファイア基板、102
はn型GaN層、103はp型GaN層、104はn型
GaN層102が露出するように形成された凹部、10
5はn型GaN層102上に形成されたn型側電極、1
06はp型GaN層103上に形成された透光性のp型
側電極、107はp型側電極106の隅部に形成された
ボンディング用電極パットである。
【0008】この発光ダイオードではp型側電極106
側から光取り出しが行われる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記発
光ダイオードは、p型側電極106を透光性とするため
に厚みを薄くする必要があり、例えば300Å程度であ
るが、更に透光性を得るためには、p型側電極106の
厚みを薄くする必要があるので、シート抵抗が高くな
り、駆動電圧を低減することが困難であった。
【0010】本発明は上述の問題点を鑑み成されたもの
であり、透光性オーミック電極を備えたシート抵抗が小
さい発光素子を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の発光素子は、透
光性オーミック電極を備えた発光素子において、導電性
半導体層又は導電性基板上に形成された透光性オーミッ
ク電極と、該透光性オーミック電極上に形成されたこの
電極材料より光吸収係数が小さい透光性導電膜と、を有
することを特徴とする。
【0012】特に、前記透光性オーミック電極は金属か
らなることを特徴とする。
【0013】更に、前記透光性オーミック電極は10Å
〜100Å厚であることを特徴とする。
【0014】特に、前記透光性導電膜はITO膜、Sn
2膜、又はCdTO膜であることを特徴とする。
【0015】更に、前記透光性導電膜は前記透光性オー
ミック電極より厚みが大きいことを特徴とする。
【0016】特に、前記透光性導電膜は100Å〜50
0Åであることを特徴とする。
【0017】加えて、前記透光性導電膜は発光波長ピー
クのエネルギー(hν)より広いバンドギャップを有す
ることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明に係る第1の実施形態に係
るGaN系青色発光ダイオードを図面を用いて説明す
る。なお、図1(a)、図1(b)はそれぞれこの発光
ダイオードの概略模式上面図、図1(a)中の点線A−
Aに沿った概略模式断面図である。
【0019】図1中、1はn型SiC半導体基板であ
る。この基板1上には層厚1〜4μmのn型GaN層
(Siドープ)2及び層厚0.5〜1μmのp型GaN
層(Mgドープ)3がこの順序に形成されており、これ
ら層2、3は例えばMOCVD法(有機金属気相成長
法)によりエピタキシャル成長される。
【0020】4はp型GaN層3上に蒸着法等により形
成されたNi薄膜からなる透光性オーミック電極であ
る。このp型側透光性オーミック電極4は、透光性をな
すようにNi薄膜の膜厚が選択されており、例えば10
Å〜100Å厚、ここでは30Å〜70Å厚である。
【0021】5は、透光性オーミック電極4上に形成さ
れた膜厚10Å〜1000Å、好ましくは100Å〜5
00ÅのITO(酸化インジウム錫)からなり、透光性
オーミック電極4より発光波長領域における光吸収係数
が小さい透光性導電膜である。
【0022】6は透光性導電膜5上の中央の一部に形成
された膜厚0.5〜1μmのAuからなるワイヤーボン
デイング用電極パッドである。
【0023】7はn型SiC半導体基板1の下面に形成
された5000Å厚程度のNiからなるn型側オーミッ
ク電極であり、この電極はNi膜を蒸着法等により形成
した後、Ar等の不活性ガス雰囲気中で900〜100
0℃の熱処理をしてオーミック特性を得ている。
【0024】この発光ダイオードは、透光性オーミック
電極4及び透光性導電膜5側が光取り出し側となる。そ
して、この発光ダイオードは、透光性オーミック電極4
はその厚みを小さくして電極4の良透光性を確保しつつ
オーミック特性を得ると共に、透光性オーミック電極4
に加えてこの電極4より光吸収係数の小さい透光性導電
膜5にも電流が流れるので、この結果シート抵抗が小さ
くなり、発光ダイオードの駆動電圧を小さくできる。
【0025】しかも、透光性導電膜5は透光性オーミッ
ク電極4よりも光吸収係数の小さいので、透光性導電膜
5の膜厚を大きく設定が可能である。よって、シート抵
抗を格段に小さくできる。特に、透光性導電膜5の厚み
を透光性オーミック電極4の厚みより大きくした場合、
シート抵抗を顕著に小さくできるのでよく、特に透光性
導電膜5を100Å〜500Å厚とした場合、十分な透
光性を確保しつつシート抵抗を顕著に小さくできて好ま
しい。
【0026】次に、本発明に係る第2の実施形態に係る
AlGaAs系赤色発光ダイオードについて説明する。
なお、図2(a)、図2(b)はそれぞれこの発光ダイ
オードの概略模式上面図、図2(a)中の点線A−Aに
沿った概略模式断面図である。
【0027】図2中、11はp型GaAs半導体基板で
ある。この基板11上には層厚1〜2μmのp型Ga
1-xAlxAs(x=0.65)発光層12及び層厚3〜
5μmのn型Ga1-yAlyAs(y=0.35)クラッ
ド層13がこの順序に形成されており、これら層12、
13は例えばLPE法(液相エピタキシャル成長法)、
MOCVD法(有機金属気相成長法)等によりエピタキ
シャル成長される。
【0028】14はn型クラッド層13上に蒸着法等に
より形成されたAu−Sn薄膜からなる透光性オーミッ
ク電極である。このn型側透光性オーミック電極14
は、透光性をなすようにAu−Sn薄膜の膜厚が選択さ
れており、例えば10Å〜100Å厚、ここでは30Å
〜70Å厚である。
【0029】15は、透光性オーミック電極14上に形
成された膜厚10Å〜1000Å、好ましくは100Å
〜500ÅのITO(酸化インジウム錫)からなり、透
光性オーミック電極4より光吸収係数が小さく、しかも
発光波長のピークよりバンドギャップが広い透光性導電
膜である。
【0030】16は透光性導電膜15上の中央の1部に
形成された膜厚0.5〜1μmのAuからなるワイヤー
ボンデイング用電極パッドである。
【0031】17はp型半導体基板11の下面に形成さ
れた1μm厚程度のAu−Crからなるp型側オーミッ
ク電極であり、この電極はAu−Cr膜を蒸着法等によ
り形成した後、Ar等の不活性ガス雰囲気中で400〜
500℃の熱処理をしてオーミック特性を得ている。
【0032】この発光ダイオードも、透光性オーミック
電極14及び透光性導電膜15側が光取り出し側とな
る。本実施形態では、透光性導電膜15は発光波長のピ
ークよりもバンドギャップが広いので、第1の実施形態
以上に十分な透光性を確保しつつシート抵抗を顕著に小
さくできる。
【0033】本発明に係る第3の実施形態に係るGaN
系青色発光ダイオードを図面を用いて説明する。なお、
図3はこの発光ダイオードの概略模式断面図である。
【0034】図3中、21はサファイア等の絶縁性基板
である。この基板21上には、層厚4μmのn型GaN
層(Siドープ)22、層厚100nmのn型Al0.1
Ga0 .9Nクラッド層(Siドープ)23、層厚2nm
のアンドープのIn0.43Ga0. 57N活性層24、層厚1
00nmのp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層(Mgドー
プ)25、層厚500nmのp型GaNコンタクト層
(Mgドープ)26がこの順序で形成されている。
【0035】27は基板21の隅部上のp型コンタクト
層26、p型クラッド層25、活性層24、n型クラッ
ド層23を少なくともエッチング除去し、n型GaN層
22が露出するように形成された凹部である。
【0036】28は前記隅部に対向する隅部(窓部)の
p型コンタクト層26が露出するようにp型コンタクト
層26上に形成された膜厚30〜70ÅのNi膜からな
るp型側透光性オーミック電極である。
【0037】29は透光性オーミック電極28上に形成
された膜厚10Å〜1000Å、好ましくは、100Å
〜500ÅのITO(酸化インジウム錫)からなる透光
性導電膜である。
【0038】30は透光性オーミック電極28及び透光
性導電膜29から露出したp型コンタクト層26上に形
成されてなるSiO2、Si34等からなる膜厚500
nmの絶縁膜である。
【0039】31は露出したn型GaN層22上に形成
される500nmのTiからなるn型側オーミック電極
である。
【0040】32は透光性導電膜29と電気的に接続す
るように絶縁膜30上にn型側オーミック電極31と同
時に成膜されるボンディング用電極パットとしてのTi
膜(導体)である。このように電極パット32とn型側
オーミック電極31は互いに対向する端部に位置するよ
うに配置することにより、電流が均一に流れるので好ま
しい。
【0041】この発光ダイオードも、透光性オーミック
電極28及び透光性導電膜29側が光取り出し側とな
る。そして、この発光ダイオードも上記第1の実施形態
と同じく発光ダイオードの駆動電圧を小さくできる。
【0042】また、パット電極32の直下には絶縁膜3
0が介在する構成であるので、光遮蔽材となるパット電
極32の中央直下には電流が略流れず、透光性電極28
のうちの光放出を行う部分下に電流が流れる。この結
果、透光性電極28のうちの光放出を行う部分下での電
流密度が大きくなり、発光が大きくなる。
【0043】上述では、パット電極32の下に絶縁膜3
0を介在させたが、絶縁膜30がないような構成でも勿
論可能である。
【0044】上述では、透光性導電膜としてITO膜を
用いたが、SnO2、CdTO(酸化カドミウム錫)等
の膜も使用できる。
【0045】更に、上記第1、第2の実施形態では、透
光性導電膜上にのみ電極パットを設けたが、図4に示す
ように透光性オーミック電極4にも接触するように透光
性導電膜5にスルホール8を設けて、電極パット6が透
光性導電膜5と透光性オーミック電極4の両方に接触す
るようにしてもよい。この場合、電極パットにボンディ
ングする際の透光性導電膜へのダメージを軽減できる。
【0046】また、上記各実施形態のように、基板上に
n型層、p型層の順序での構成や基板上にp型層、n型
層の順序の構成を適宜選択できるが、GaN系において
は絶縁基板を使用する構成では、p型層の方が抵抗が高
いので、基板上にn型層、p型層の順序の構成の方がよ
い。
【0047】なお、上記各実施形態では、エピタキシャ
ル層側を光取り出し側としたが、透光性導電性半導体基
板を用い、この基板側を光取り出し側とする場合、この
基板上に透光性オーミック電極及び透光性導電膜をこの
順に構成すればよい。
【0048】勿論、上述ではダブルヘテロ構造、単一の
pn接合のものの発光ダイオードについて述べたが、シ
ングルヘテロ構造、量子井戸構造の活性層のものでもよ
い。
【0049】また、本発明は発光ダイオードに限らず、
面発光型レーザ等にも適宜適用できる。
【0050】更には、上述では、GaN系、AlGaA
s系発光素子に付いて述べたが、AlGaInP系等の
他の材料系発光素子にも利用できる。
【0051】
【発明の効果】本発明の発光素子は、透光性オーミック
電極はその厚みを小さくして透光性を確保しつつオーミ
ック特性を得ると共に、透光性オーミック電極に加えて
透光性オーミック電極より光吸収係数が小さい透光性導
電膜にも電流が流れるので、透光性を確保しつつシート
抵抗が小さくでき、発光強度を低減するのを抑制して発
光ダイオードの駆動電圧を小さくできる。
【0052】特に、透光性オーミック電極が10Å〜1
00Å厚である場合、オーミック特性を確保しつつ十分
な透光性が得られる。
【0053】また、透光性導電膜が透光性オーミック電
極より厚みが大きい場合には、十分にシート抵抗を小さ
くできる。特に、透光性導電膜が100Å〜500Åで
ある場合には、十分な透光性が得られる。
【0054】更に、透光性導電膜が発光波長ピークのエ
ネルギーより広いバンドギャップを有する場合、透光性
が顕著に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード
の概略模式図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード
の概略模式図である。
【図3】本発明の第3の実施形態に係る発光ダイオード
の概略模式断面図である。
【図4】本発明の第4の実施形態に係る発光ダイオード
の概略模式断面図である。
【図5】従来の発光ダイオードの概略模式図である。
【符号の説明】
1 n型半導体基板 2 n型半導体層 3 p型半導体層 4 透光性オーミック電極 5 透光性導電膜 11 p型半導体基板 12 p型発光層(p型半導体層) 13 n型クラッド層(n型半導体層) 14 透光性オーミック電極 15 透光性導電膜 21 絶縁性基板 22 n型GaN層(n型半導体層) 23 n型クラッド層(n型半導体層) 24 活性層 25 p型クラッド層(p型半導体層) 26 p型コンタクト層(p型半導体層) 28 透光性オーミック電極 29 透光性導電膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透光性オーミック電極を備えた発光素子
    において、導電性半導体層又は導電性基板上に形成され
    た透光性オーミック電極と、該透光性オーミック電極上
    に形成されたこの電極材料より光吸収係数が小さい透光
    性導電膜と、を有することを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項2】 前記透光性オーミック電極は金属からな
    ることを特徴とする請求項1記載の発光素子。
  3. 【請求項3】 前記透光性オーミック電極は10Å〜1
    00Å厚であることを特徴とする請求項1、又は2記載
    の発光素子。
  4. 【請求項4】 前記透光性導電膜はITO膜、SnO2
    膜、又はCdTO膜であることを特徴とする請求項1、
    2、又は3記載の発光素子。
  5. 【請求項5】 前記透光性導電膜は前記透光性オーミッ
    ク電極より厚みが大きいことを特徴とする請求項1、
    2、3、又は4記載の発光素子。
  6. 【請求項6】 前記透光性導電膜は100Å〜500Å
    であることを特徴とする請求項1、2、3、4、又は5
    記載の発光素子。
  7. 【請求項7】 前記透光性導電膜は発光波長ピークのエ
    ネルギーより広いバンドギャップを有することを特徴と
    する請求項1、2、3、4、5、又は6記載の発光素
    子。
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