JPH1131842A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH1131842A JPH1131842A JP18485197A JP18485197A JPH1131842A JP H1131842 A JPH1131842 A JP H1131842A JP 18485197 A JP18485197 A JP 18485197A JP 18485197 A JP18485197 A JP 18485197A JP H1131842 A JPH1131842 A JP H1131842A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
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- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶縁基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体
が積層される半導体発光素子においても、ｎ形層３とｎ
側電極９とのオーミックコンタクト特性を向上させて順
方向電圧を低下させ、発光効率が高い半導体発光素子を
提供する。 【解決手段】 基板１と、該基板上に発光層を形成すべ
くｎ形層３およびｐ形層５を含むチッ化ガリウム系化合
物半導体層が積層される半導体積層部１０と、該半導体
積層部のｎ形層およびｐ形層にそれぞれ電気的に接続し
て設けられるｎ側電極９およびｐ側電極８とを有し、前
記ｎ形層３は、前記ｎ側電極が設けられる部分のキャリ
ア濃度が前記発光層に接する部分のキャリア濃度より大
きくなるように、少なくともｎ形第１層３ａとｎ+ 形第
２層３ｂとを有している。
が積層される半導体発光素子においても、ｎ形層３とｎ
側電極９とのオーミックコンタクト特性を向上させて順
方向電圧を低下させ、発光効率が高い半導体発光素子を
提供する。 【解決手段】 基板１と、該基板上に発光層を形成すべ
くｎ形層３およびｐ形層５を含むチッ化ガリウム系化合
物半導体層が積層される半導体積層部１０と、該半導体
積層部のｎ形層およびｐ形層にそれぞれ電気的に接続し
て設けられるｎ側電極９およびｐ側電極８とを有し、前
記ｎ形層３は、前記ｎ側電極が設けられる部分のキャリ
ア濃度が前記発光層に接する部分のキャリア濃度より大
きくなるように、少なくともｎ形第１層３ａとｎ+ 形第
２層３ｂとを有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板上にチッ化ガリ
ウム系化合物半導体層が積層される半導体発光素子に関
する。さらに詳しくは、ｎ側電極とｎ形層とのオーミッ
クコンタクトを良好にして順方向電圧を下げ得る半導体
発光素子に関する。
ウム系化合物半導体層が積層される半導体発光素子に関
する。さらに詳しくは、ｎ側電極とｎ形層とのオーミッ
クコンタクトを良好にして順方向電圧を下げ得る半導体
発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば青色系の半導体発光素子は、図
４にその発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップという）
の一例の概略図が示されるように、サファイアからなる
絶縁性の基板２１上に、たとえばｎ形のＧａＮがエピタ
キシャル成長されたｎ形層（クラッド層）２３と、バン
ドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さく
なる材料、たとえばＩｎＧａＮ系（ＩｎとＧａの比率が
種々変わり得ることを意味する、以下同じ）化合物半導
体からなる活性層２４と、ｐ形のＧａＮからなるｐ形層
（クラッド層）２５とが積層されている。そして、その
表面に図示しない拡散メタル層などを介してｐ形層２５
に電気的に接続するようにｐ側電極２８が設けられてい
る。そして、積層された半導体層の一部がエッチングさ
れて露出するｎ形層２３と電気的に接続するようにｎ側
電極２９が設けられることにより、ＬＥＤチップが形成
されている。
４にその発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップという）
の一例の概略図が示されるように、サファイアからなる
絶縁性の基板２１上に、たとえばｎ形のＧａＮがエピタ
キシャル成長されたｎ形層（クラッド層）２３と、バン
ドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さく
なる材料、たとえばＩｎＧａＮ系（ＩｎとＧａの比率が
種々変わり得ることを意味する、以下同じ）化合物半導
体からなる活性層２４と、ｐ形のＧａＮからなるｐ形層
（クラッド層）２５とが積層されている。そして、その
表面に図示しない拡散メタル層などを介してｐ形層２５
に電気的に接続するようにｐ側電極２８が設けられてい
る。そして、積層された半導体層の一部がエッチングさ
れて露出するｎ形層２３と電気的に接続するようにｎ側
電極２９が設けられることにより、ＬＥＤチップが形成
されている。
【０００３】この種の半導体発光素子は、活性層２４を
挟持するｎ形層２３およびｐ形層２５は、活性層２４へ
のキャリアの閉込め効果などの点から、そのキャリア濃
度が最適になるように設定されており、たとえばｎ形層
２３のキャリア濃度は１０18ｃｍ-3オーダの一定のキャ
リア濃度でｎ形層２３が形成されている。
挟持するｎ形層２３およびｐ形層２５は、活性層２４へ
のキャリアの閉込め効果などの点から、そのキャリア濃
度が最適になるように設定されており、たとえばｎ形層
２３のキャリア濃度は１０18ｃｍ-3オーダの一定のキャ
リア濃度でｎ形層２３が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
チッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子
では、そのｎ形層のキャリア濃度は発光特性に最適なキ
ャリア濃度に設定されて、ｎ形層の下から上まで一様な
キャリア濃度に形成されている。そしてエッチングによ
り露出するｎ形層の一部に接続するようにｎ側電極が設
けられている。しかし、ｎ側電極が設けられるｎ形層の
キャリア濃度は、電極とのオーミックコンタクトを得る
ためには大きいほど好ましく、１×１０19ｃｍ-3程度以
上が好ましい。そのため、前述のように発光特性から制
限されたキャリア濃度の半導体層に電極を形成すると、
充分なオーミックコンタクトを得ることができず、順方
向電圧の上昇の一因になっている。
チッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子
では、そのｎ形層のキャリア濃度は発光特性に最適なキ
ャリア濃度に設定されて、ｎ形層の下から上まで一様な
キャリア濃度に形成されている。そしてエッチングによ
り露出するｎ形層の一部に接続するようにｎ側電極が設
けられている。しかし、ｎ側電極が設けられるｎ形層の
キャリア濃度は、電極とのオーミックコンタクトを得る
ためには大きいほど好ましく、１×１０19ｃｍ-3程度以
上が好ましい。そのため、前述のように発光特性から制
限されたキャリア濃度の半導体層に電極を形成すると、
充分なオーミックコンタクトを得ることができず、順方
向電圧の上昇の一因になっている。
【０００５】従来のたとえばＡｌＧａＩｎＰ系化合物半
導体などからなる半導体発光素子においては、半導体基
板上に発光層を形成すべく半導体積層部が設けられるた
め、ｎ形層がキャリア濃度の大きい半導体基板と接続さ
れて半導体基板に電極が設けられるため、発光特性に最
適なキャリア濃度に合わせてｎ形層が形成されても何等
の問題がないが、チッ化ガリウム系化合物半導体はサフ
ァイア基板上に積層されるため、そのｎ形層に直接電極
が設けられ、前述のようにオーミック接触が充分に得ら
れないという問題がある。しかも、良好なオーミックコ
ンタクトを得にくい中で少しでもオーミックコンタクト
を良好にするため、電極材料も限定されて、その選択余
地が少ないという問題もある。
導体などからなる半導体発光素子においては、半導体基
板上に発光層を形成すべく半導体積層部が設けられるた
め、ｎ形層がキャリア濃度の大きい半導体基板と接続さ
れて半導体基板に電極が設けられるため、発光特性に最
適なキャリア濃度に合わせてｎ形層が形成されても何等
の問題がないが、チッ化ガリウム系化合物半導体はサフ
ァイア基板上に積層されるため、そのｎ形層に直接電極
が設けられ、前述のようにオーミック接触が充分に得ら
れないという問題がある。しかも、良好なオーミックコ
ンタクトを得にくい中で少しでもオーミックコンタクト
を良好にするため、電極材料も限定されて、その選択余
地が少ないという問題もある。
【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、絶縁基板上にチッ化ガリウム系化合
物半導体が積層される半導体発光素子においても、発光
層に接する部分では発光特性に最適なキャリア濃度を維
持しながら、ｎ形層とｎ側電極とのオーミックコンタク
ト特性を向上させて順方向電圧を低下させ、発光効率を
向上させると共に、電極材料の選択余地を拡大すること
ができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
になされたもので、絶縁基板上にチッ化ガリウム系化合
物半導体が積層される半導体発光素子においても、発光
層に接する部分では発光特性に最適なキャリア濃度を維
持しながら、ｎ形層とｎ側電極とのオーミックコンタク
ト特性を向上させて順方向電圧を低下させ、発光効率を
向上させると共に、電極材料の選択余地を拡大すること
ができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、基板と、該基板上に発光層を形成すべくｎ形層
およびｐ形層を含むチッ化ガリウム系化合物半導体層が
積層される半導体積層部と、該半導体積層部のｎ形層お
よびｐ形層にそれぞれ電気的に接続して設けられるｎ側
電極およびｐ側電極とを有し、前記ｎ形層は、前記ｎ側
電極が設けられる部分のキャリア濃度が前記発光層に接
する部分のキャリア濃度より大きくなるように形成され
ている。この構造にすることにより、発光特性に影響を
及ぼすことなくｎ形層とｎ側電極とのオーミックコンタ
クトを良好にとることができ、順方向電圧を下げること
ができる。
素子は、基板と、該基板上に発光層を形成すべくｎ形層
およびｐ形層を含むチッ化ガリウム系化合物半導体層が
積層される半導体積層部と、該半導体積層部のｎ形層お
よびｐ形層にそれぞれ電気的に接続して設けられるｎ側
電極およびｐ側電極とを有し、前記ｎ形層は、前記ｎ側
電極が設けられる部分のキャリア濃度が前記発光層に接
する部分のキャリア濃度より大きくなるように形成され
ている。この構造にすることにより、発光特性に影響を
及ぼすことなくｎ形層とｎ側電極とのオーミックコンタ
クトを良好にとることができ、順方向電圧を下げること
ができる。
【０００８】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部
がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。また、発光層とは活性層をｎ形層とｐ
形層とで挟持するダブルへテロ接合構造にあっては活性
層を、ｐｎ接合構造ではｐｎ接合近傍の発光部を意味す
る。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部
がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。また、発光層とは活性層をｎ形層とｐ
形層とで挟持するダブルへテロ接合構造にあっては活性
層を、ｐｎ接合構造ではｐｎ接合近傍の発光部を意味す
る。
【０００９】前記ｎ側電極は、前記積層された半導体層
の一部が前記発光層を越えてエッチングされることによ
り露出する前記キャリア濃度の大きい領域のｎ形層に設
けられてたり、前記半導体積層部が形成される前記基板
の少なくとも一部が除去されることにより露出する前記
キャリア濃度の大きい領域のｎ形層に設けられる。この
基板が除去される場合、基板上にキャリア濃度が小さい
バッファ層が存在する場合はそのバッファ層もエッチン
グにより除去される。
の一部が前記発光層を越えてエッチングされることによ
り露出する前記キャリア濃度の大きい領域のｎ形層に設
けられてたり、前記半導体積層部が形成される前記基板
の少なくとも一部が除去されることにより露出する前記
キャリア濃度の大きい領域のｎ形層に設けられる。この
基板が除去される場合、基板上にキャリア濃度が小さい
バッファ層が存在する場合はそのバッファ層もエッチン
グにより除去される。
【００１０】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子について説明をする。
明の半導体発光素子について説明をする。
【００１１】本発明の半導体発光素子は、たとえば図１
に示されるように、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）な
どからなる絶縁性の基板１の表面に発光層を形成する半
導体積層部１０が形成されて、その表面側のｐ形層５
に、図示しない拡散メタル層を介してｐ側電極８が電気
的に接続されている。また、半導体積層部１０の一部が
除去されて露出するｎ形層３に電気的に接続されるよう
にｎ側電極９が形成されている。本発明では、たとえば
図１に示されるように、ｎ形層３が、発光特性に適した
キャリア濃度で活性層４に接するｎ形第１層３ａと、オ
ーミックコンタクトに適するキャリア濃度の大きいｎ+
形第２層３ｂと、キャリア濃度が任意のｎ形第３層３ｃ
とからなっており、活性層４（発光層）に接するｎ形第
１層３ａのキャリア濃度よりキャリア濃度が大きいｎ+
形第２層３ｂにｎ側電極９が設けられていることに特徴
がある。
に示されるように、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）な
どからなる絶縁性の基板１の表面に発光層を形成する半
導体積層部１０が形成されて、その表面側のｐ形層５
に、図示しない拡散メタル層を介してｐ側電極８が電気
的に接続されている。また、半導体積層部１０の一部が
除去されて露出するｎ形層３に電気的に接続されるよう
にｎ側電極９が形成されている。本発明では、たとえば
図１に示されるように、ｎ形層３が、発光特性に適した
キャリア濃度で活性層４に接するｎ形第１層３ａと、オ
ーミックコンタクトに適するキャリア濃度の大きいｎ+
形第２層３ｂと、キャリア濃度が任意のｎ形第３層３ｃ
とからなっており、活性層４（発光層）に接するｎ形第
１層３ａのキャリア濃度よりキャリア濃度が大きいｎ+
形第２層３ｂにｎ側電極９が設けられていることに特徴
がある。
【００１２】このようなｎ形層３を形成するには、ｎ形
層３をエピタキシャル成長する際に、導入するドーパン
トの量を調整することにより得られる。すなわち、たと
えばＭＯＣＶＤ法により半導体層を積層する場合、所望
の半導体層にするための反応ガスと共に導入するドーパ
ントガスのたとえばＳｉＨ4 の流量を多くすればキャリ
ア濃度を大きくすることができ、ＳｉＨ4 の流量を少な
くすることによりキャリア濃度を小さくすることができ
る。そのため、バッファ層２上にたとえばキャリア濃度
が１×１０17ｃｍ-3程度になるようにｎ形第３層３ｃを
１〜２μｍ程度エピタキシャル成長した後に、ドーパン
トガスＳｉＨ4 の流量を多くしてさらに成長を続け、キ
ャリア濃度が１×１０19〜５×１０19ｃｍ-3程度のｎ+
形第２層３ｂを２〜３μｍ程度成長し、さらにドーパン
トガスＳｉＨ4 の流量を減らして成長を続け、キャリア
濃度が１×１０18〜３×１０18ｃｍ-3程度のｎ形第１層
３ａを１〜２μｍ程度成長することにより得られる。
層３をエピタキシャル成長する際に、導入するドーパン
トの量を調整することにより得られる。すなわち、たと
えばＭＯＣＶＤ法により半導体層を積層する場合、所望
の半導体層にするための反応ガスと共に導入するドーパ
ントガスのたとえばＳｉＨ4 の流量を多くすればキャリ
ア濃度を大きくすることができ、ＳｉＨ4 の流量を少な
くすることによりキャリア濃度を小さくすることができ
る。そのため、バッファ層２上にたとえばキャリア濃度
が１×１０17ｃｍ-3程度になるようにｎ形第３層３ｃを
１〜２μｍ程度エピタキシャル成長した後に、ドーパン
トガスＳｉＨ4 の流量を多くしてさらに成長を続け、キ
ャリア濃度が１×１０19〜５×１０19ｃｍ-3程度のｎ+
形第２層３ｂを２〜３μｍ程度成長し、さらにドーパン
トガスＳｉＨ4 の流量を減らして成長を続け、キャリア
濃度が１×１０18〜３×１０18ｃｍ-3程度のｎ形第１層
３ａを１〜２μｍ程度成長することにより得られる。
【００１３】なお、ｎ形第１層３ａの厚さは、キャリア
の閉込め作用をする程度に設けられればよく、少なくと
も０.５μｍ程度あればよい。また、ｎ+ 形第２層３ｂ
は、エッチングにより露出させた表面にオーミックコン
タクトが得られるように電極を設ける必要があるため、
２μｍ程度以上設けられることが好ましい。ｎ形第３層
３ｃのキャリア濃度は大きくても小さくてもよく、ドー
パントがドープされていなくてもよい。したがって、こ
のｎ形第３層はなくてｎ形第１層３ａと、ｎ+形第２層
３ｂとからのみなっていても、ｎ形第１層３ａが活性層
４に接しており、ｎ+ 形第２層３ｂにｎ側電極９が設け
られる構造になっておればよい。
の閉込め作用をする程度に設けられればよく、少なくと
も０.５μｍ程度あればよい。また、ｎ+ 形第２層３ｂ
は、エッチングにより露出させた表面にオーミックコン
タクトが得られるように電極を設ける必要があるため、
２μｍ程度以上設けられることが好ましい。ｎ形第３層
３ｃのキャリア濃度は大きくても小さくてもよく、ドー
パントがドープされていなくてもよい。したがって、こ
のｎ形第３層はなくてｎ形第１層３ａと、ｎ+形第２層
３ｂとからのみなっていても、ｎ形第１層３ａが活性層
４に接しており、ｎ+ 形第２層３ｂにｎ側電極９が設け
られる構造になっておればよい。
【００１４】半導体積層部１０は、たとえばＧａＮから
なる低温バッファ層２が０.０１〜０.２μｍ程度、クラ
ッド層となるｎ形のＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮ系
（ＡｌとＧａの比率が種々変わり得ることを意味する、
以下同じ）化合物半導体からなり、少なくともｎ形第１
層３ａおよびｎ+ 形第２層３ｂを有する前述の構造のｎ
形層３、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれ
よりも小さくなる材料、たとえばＩｎＧａＮ系化合物半
導体からなる活性層４が０.０５〜０.３μｍ程度、およ
びｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層および／またはＧ
ａＮ層からなるｐ形層（クラッド層）５が０.２〜１μ
ｍ程度、基板１上にそれぞれ順次積層されることにより
構成されている。なお、ＡｌＧａＮ系化合物半導体は、
キャリアの閉込め効果を向上させるため、ｎ形およびｐ
形のクラッド層の活性層４側に設けられる場合がある。
したがって、ｎ形第１層３ａをＡｌＧａＮ系化合物半導
体層で、ｎ+ 形第２層をＧａＮ層で形成することもでき
る。
なる低温バッファ層２が０.０１〜０.２μｍ程度、クラ
ッド層となるｎ形のＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮ系
（ＡｌとＧａの比率が種々変わり得ることを意味する、
以下同じ）化合物半導体からなり、少なくともｎ形第１
層３ａおよびｎ+ 形第２層３ｂを有する前述の構造のｎ
形層３、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれ
よりも小さくなる材料、たとえばＩｎＧａＮ系化合物半
導体からなる活性層４が０.０５〜０.３μｍ程度、およ
びｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層および／またはＧ
ａＮ層からなるｐ形層（クラッド層）５が０.２〜１μ
ｍ程度、基板１上にそれぞれ順次積層されることにより
構成されている。なお、ＡｌＧａＮ系化合物半導体は、
キャリアの閉込め効果を向上させるため、ｎ形およびｐ
形のクラッド層の活性層４側に設けられる場合がある。
したがって、ｎ形第１層３ａをＡｌＧａＮ系化合物半導
体層で、ｎ+ 形第２層をＧａＮ層で形成することもでき
る。
【００１５】半導体積層部１０のｐ形層５に図示しない
拡散メタル層を介して電気的に接続されるように、たと
えばＴｉとＡｕの積層構造からなるｐ側電極８が設けら
れ、半導体積層部１０の一部がエッチングにより除去さ
れて露出するｎ+ 形第２層３ｂに、たとえばＴｉとＡｌ
の合金層からなるｎ側電極９が設けられ、ウェハからチ
ップ化されて本発明のＬＥＤチップが形成されている。
拡散メタル層を介して電気的に接続されるように、たと
えばＴｉとＡｕの積層構造からなるｐ側電極８が設けら
れ、半導体積層部１０の一部がエッチングにより除去さ
れて露出するｎ+ 形第２層３ｂに、たとえばＴｉとＡｌ
の合金層からなるｎ側電極９が設けられ、ウェハからチ
ップ化されて本発明のＬＥＤチップが形成されている。
【００１６】この半導体発光素子を製造するには、たと
えば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、
キャリアガスのＨ2 と共にトリメチリガリウム（ＴＭ
Ｇ）、アンモニア（以下、ＮＨ3 という）などの反応ガ
スおよびｎ形のドーパントガスとしてのＳｉＨ4 などを
供給して、まず、たとえばサファイアからなる絶縁基板
１上に、たとえば４００〜６００℃程度の低温で、Ｇａ
Ｎ層からなる低温バッファ層２を０.０１〜０.２μｍ程
度、ドーパントガスＳｉＨ4 の流量を全体のガス量に対
して０〜１×１０-4ｖｏｌ％程度にして同じ組成でキャ
リア濃度が１×１０17ｃｍ-3程度のｎ形第３層３ｃを２
μｍ程度成長し、ついでＳｉＨ4 の流量を１×１０-2ｖ
ｏｌ％程度にしてキャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3程度
のｎ+ 形第２層３ｂを３μｍ程度、さらにＳｉＨ4 の流
量を１×１０-3ｖｏｌ％程度にしてキャリア濃度が１×
１０18ｃｍ-3程度のｎ形第１層３ａを２μｍ程度それぞ
れ成長する。さらに反応ガスとしてトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩｎ）を追加し、ＩｎＧａＮ系化合物半導体か
らなる活性層４を０.０５〜０.３μｍ程度成膜する。
えば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、
キャリアガスのＨ2 と共にトリメチリガリウム（ＴＭ
Ｇ）、アンモニア（以下、ＮＨ3 という）などの反応ガ
スおよびｎ形のドーパントガスとしてのＳｉＨ4 などを
供給して、まず、たとえばサファイアからなる絶縁基板
１上に、たとえば４００〜６００℃程度の低温で、Ｇａ
Ｎ層からなる低温バッファ層２を０.０１〜０.２μｍ程
度、ドーパントガスＳｉＨ4 の流量を全体のガス量に対
して０〜１×１０-4ｖｏｌ％程度にして同じ組成でキャ
リア濃度が１×１０17ｃｍ-3程度のｎ形第３層３ｃを２
μｍ程度成長し、ついでＳｉＨ4 の流量を１×１０-2ｖ
ｏｌ％程度にしてキャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3程度
のｎ+ 形第２層３ｂを３μｍ程度、さらにＳｉＨ4 の流
量を１×１０-3ｖｏｌ％程度にしてキャリア濃度が１×
１０18ｃｍ-3程度のｎ形第１層３ａを２μｍ程度それぞ
れ成長する。さらに反応ガスとしてトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩｎ）を追加し、ＩｎＧａＮ系化合物半導体か
らなる活性層４を０.０５〜０.３μｍ程度成膜する。
【００１７】ついで、反応ガスのＴＭＩｎをトリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）に変更し、ドーパントガスとし
てたとえばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎを導入して、キャリ
ア濃度が１×１０17〜１×１０18ｃｍ-3程度のｐ形のＡ
ｌＧａＮ系化合物半導体層およびＴＭＡを止めてｐ形の
ＧａＮ層をそれぞれ０.１〜０.５μｍ程度づつ積層し、
ｐ形層５を形成する。
アルミニウム（ＴＭＡ）に変更し、ドーパントガスとし
てたとえばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎを導入して、キャリ
ア濃度が１×１０17〜１×１０18ｃｍ-3程度のｐ形のＡ
ｌＧａＮ系化合物半導体層およびＴＭＡを止めてｐ形の
ＧａＮ層をそれぞれ０.１〜０.５μｍ程度づつ積層し、
ｐ形層５を形成する。
【００１８】その後、たとえばＮｉおよびＡｕを蒸着し
てシンターすることにより拡散メタル層を２〜１００ｎ
ｍ程度形成する。ついで、ｎ側電極９を形成するためｎ
+ 形第２層３ｂが露出するように、積層された半導体積
層部１０の一部を塩素ガスなどによる反応性イオンエッ
チングによりエッチングをする。そして、真空蒸着など
により金属膜を設け、シンターすることによりｐ側電極
８およびｎ側電極９を形成し、チップ化する。その結
果、図１に示される半導体発光素子が得られる。
てシンターすることにより拡散メタル層を２〜１００ｎ
ｍ程度形成する。ついで、ｎ側電極９を形成するためｎ
+ 形第２層３ｂが露出するように、積層された半導体積
層部１０の一部を塩素ガスなどによる反応性イオンエッ
チングによりエッチングをする。そして、真空蒸着など
により金属膜を設け、シンターすることによりｐ側電極
８およびｎ側電極９を形成し、チップ化する。その結
果、図１に示される半導体発光素子が得られる。
【００１９】本発明の半導体発光素子によれば、発光層
（図１の例では活性層４）側のｎ形層はそのキャリア閉
込めに最適なキャリア濃度のｎ形第１層で形成されなが
ら、ｎ側電極が設けられる部分はキャリア濃度が大きい
ｎ+ 形第２層により形成されているため、優れた発光特
性を有しながら良好なオーミックコンタクトで電極を設
けることができる。なお、ｐ側電極は拡散メタル層を介
して設けられるため、オーミックコンタクトのためのｐ
形層のキャリア濃度は余り問題にならない。その結果、
接触抵抗が下がり、順方向電圧Ｖf の低い半導体発光素
子が得られ、発光効率が向上すると共に、電源電圧を低
くすることができる。
（図１の例では活性層４）側のｎ形層はそのキャリア閉
込めに最適なキャリア濃度のｎ形第１層で形成されなが
ら、ｎ側電極が設けられる部分はキャリア濃度が大きい
ｎ+ 形第２層により形成されているため、優れた発光特
性を有しながら良好なオーミックコンタクトで電極を設
けることができる。なお、ｐ側電極は拡散メタル層を介
して設けられるため、オーミックコンタクトのためのｐ
形層のキャリア濃度は余り問題にならない。その結果、
接触抵抗が下がり、順方向電圧Ｖf の低い半導体発光素
子が得られ、発光効率が向上すると共に、電源電圧を低
くすることができる。
【００２０】前述の例では、ｎ側電極９としてＴｉとＡ
ｌとの合金層を用いたが、ｎ側電極９が設けられるｎ形
層３の部分のキャリア濃度が大きく、オーミックコンタ
クト特性が向上するため、他のＴｉ-Ａｕ、Ｎｉ-Ａｕ、
Ｔｉ-Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔなどを用いることもできる。
ｌとの合金層を用いたが、ｎ側電極９が設けられるｎ形
層３の部分のキャリア濃度が大きく、オーミックコンタ
クト特性が向上するため、他のＴｉ-Ａｕ、Ｎｉ-Ａｕ、
Ｔｉ-Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔなどを用いることもできる。
【００２１】図２は図１の変形例を示す半導体発光素子
のチップの断面形状を示す図である。すなわち、この例
はｎ側電極９を半導体積層部１０の一部をエッチング除
去してｎ形層３を露出させるのではなく、基板１の一部
をエッチングにより除去してｎ+ 形第２層３ｂを露出さ
せ、基板１側にｎ側電極９が設けられている。この場
合、ｎ形第３層はない方が好ましいが、キャリア濃度が
小さいｎ形第３層が設けられている場合は、基板１のエ
ッチングの際にｎ形第３層までエッチングをしてｎ+ 形
第２層３ｂが露出するようにコンタクト孔１ａを設けれ
ばよい。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付してそ
の説明を省略する。
のチップの断面形状を示す図である。すなわち、この例
はｎ側電極９を半導体積層部１０の一部をエッチング除
去してｎ形層３を露出させるのではなく、基板１の一部
をエッチングにより除去してｎ+ 形第２層３ｂを露出さ
せ、基板１側にｎ側電極９が設けられている。この場
合、ｎ形第３層はない方が好ましいが、キャリア濃度が
小さいｎ形第３層が設けられている場合は、基板１のエ
ッチングの際にｎ形第３層までエッチングをしてｎ+ 形
第２層３ｂが露出するようにコンタクト孔１ａを設けれ
ばよい。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付してそ
の説明を省略する。
【００２２】図３はさらに他の変形例を示す図で、この
例はｐ側電極８側にＡｌなどからなる金属板１１が設け
られて新たな基板とされると共に、半導体層を積層する
際のサファイア基板は研磨などにより除去され、その除
去により露出したｎ+ 形第２層３ｂにｎ側電極９が設け
られているものである。このような構造の半導体発光素
子においても、ｎ形層３が活性層４側にキャリア濃度が
発光特性に合わせて形成されたｎ形第１層３ａと、ｎ側
電極９が設けられる側にキャリア濃度が大きいｎ+ 形第
２層３ｂが設けられることにより、前述と同様の効果が
得られる。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付して
その説明を省略する。
例はｐ側電極８側にＡｌなどからなる金属板１１が設け
られて新たな基板とされると共に、半導体層を積層する
際のサファイア基板は研磨などにより除去され、その除
去により露出したｎ+ 形第２層３ｂにｎ側電極９が設け
られているものである。このような構造の半導体発光素
子においても、ｎ形層３が活性層４側にキャリア濃度が
発光特性に合わせて形成されたｎ形第１層３ａと、ｎ側
電極９が設けられる側にキャリア濃度が大きいｎ+ 形第
２層３ｂが設けられることにより、前述と同様の効果が
得られる。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付して
その説明を省略する。
【００２３】以上の各例では、ｎ形層３とｐ形層５とで
活性層４が挟持され、活性層４を発光層としたダブルヘ
テロ接合構造であるが、ｎ形層とｐ形層とが直接接合す
るｐｎ接合構造の半導体発光素子でも同様である。この
場合、ｐｎ接合部に発光層が形成され、ｐｎ接合部分側
に発光特性に合わせたキャリア濃度のｎ形第１層で形成
され、電極が形成される部分がｎ+ 形第２層になるよう
にｎ形層が形成される。また、前述の各例において積層
される半導体層の材料も一例であって、その材料には限
定されない。
活性層４が挟持され、活性層４を発光層としたダブルヘ
テロ接合構造であるが、ｎ形層とｐ形層とが直接接合す
るｐｎ接合構造の半導体発光素子でも同様である。この
場合、ｐｎ接合部に発光層が形成され、ｐｎ接合部分側
に発光特性に合わせたキャリア濃度のｎ形第１層で形成
され、電極が形成される部分がｎ+ 形第２層になるよう
にｎ形層が形成される。また、前述の各例において積層
される半導体層の材料も一例であって、その材料には限
定されない。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、発光特性を維持しなが
ら電極と半導体層とのオーミックコンタクト特性が向上
し、動作電圧が低く発光効率の優れた半導体発光素子が
得られる。さらに、良好なオーミックコンタクトが得ら
れやすいため、ｎ側の電極金属材料の制限が緩和され、
電極金属の選択範囲が広がるという効果がある。
ら電極と半導体層とのオーミックコンタクト特性が向上
し、動作電圧が低く発光効率の優れた半導体発光素子が
得られる。さらに、良好なオーミックコンタクトが得ら
れやすいため、ｎ側の電極金属材料の制限が緩和され、
電極金属の選択範囲が広がるという効果がある。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態のＬＥＤ
チップの断面説明図である。
チップの断面説明図である。
【図２】図１の半導体発光素子の変形例を示すＬＥＤチ
ップの断面説明図である。
ップの断面説明図である。
【図３】図１の半導体発光素子の他の変形例を示すＬＥ
Ｄチップの断面説明図である。
Ｄチップの断面説明図である。
【図４】従来の半導体発光素子のＬＥＤチップの一例の
斜視説明図である。
斜視説明図である。
１ 基板 ３ ｎ形層 ３ａ ｎ形第１層 ３ｂ ｎ+ 形第２層 ４ 活性層 ５ ｐ形層 ８ ｐ側電極 ９ ｎ側電極 １０ 半導体積層部
Claims (3)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に発光層を形成すべく
ｎ形層およびｐ形層を含むチッ化ガリウム系化合物半導
体層が積層される半導体積層部と、該半導体積層部のｎ
形層およびｐ形層にそれぞれ電気的に接続して設けられ
るｎ側電極およびｐ側電極とを有し、前記ｎ形層は、前
記ｎ側電極が設けられる部分のキャリア濃度が前記発光
層に接する部分のキャリア濃度より大きくなるように形
成されてなる半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記ｎ側電極が、前記積層された半導体
層の一部が前記発光層を越えてエッチングされることに
より露出する前記キャリア濃度の大きい領域のｎ形層に
設けられてなる請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記ｎ側電極が、前記半導体積層部が形
成される前記基板の少なくとも一部が除去されることに
より露出する前記キャリア濃度の大きい領域のｎ形層に
接続するように設けられてなる請求項１記載の半導体発
光素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18485197A JP4119501B2 (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 半導体発光素子 |
| KR1019980026376A KR100615122B1 (ko) | 1997-07-10 | 1998-07-01 | 반도체 발광소자 |
| US09/110,940 US6060730A (en) | 1997-07-10 | 1998-07-07 | Semiconductor light emitting device |
| TW087111037A TW437110B (en) | 1997-07-10 | 1998-07-08 | Semiconductor light emitting device |
| DE19830838A DE19830838B4 (de) | 1997-07-10 | 1998-07-09 | Halbleiterlichtemissionseinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18485197A JP4119501B2 (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1131842A true JPH1131842A (ja) | 1999-02-02 |
| JP4119501B2 JP4119501B2 (ja) | 2008-07-16 |
Family
ID=16160424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18485197A Expired - Lifetime JP4119501B2 (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 半導体発光素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6060730A (ja) |
| JP (1) | JP4119501B2 (ja) |
| KR (1) | KR100615122B1 (ja) |
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| TW (1) | TW437110B (ja) |
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| JP2003532298A (ja) * | 2000-04-26 | 2003-10-28 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 発光半導体素子 |
| JP2003534668A (ja) * | 2000-05-26 | 2003-11-18 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 放射線を放出するＧａＮを基礎とするエピタキシー連続層を有するルミネセンスダイオードチップおよびその製造方法 |
| JP2007073986A (ja) * | 2000-10-17 | 2007-03-22 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | ＧａＮベースの半導体デバイスを製造する方法 |
| JP2009105123A (ja) * | 2007-10-22 | 2009-05-14 | Showa Denko Kk | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
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| WO2014045882A1 (ja) * | 2012-09-18 | 2014-03-27 | ウシオ電機株式会社 | Ｌｅｄ素子及びその製造方法 |
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| WO1999005728A1 (en) * | 1997-07-25 | 1999-02-04 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| US6841800B2 (en) | 1997-12-26 | 2005-01-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| JP3589000B2 (ja) * | 1997-12-26 | 2004-11-17 | 松下電器産業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| EP1277241B1 (de) * | 2000-04-26 | 2017-12-13 | OSRAM Opto Semiconductors GmbH | Lumineszenzdiodenchip auf der basis von gan |
| DE10020464A1 (de) * | 2000-04-26 | 2001-11-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement auf GaN-Basis |
| DE10040448A1 (de) * | 2000-08-18 | 2002-03-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung |
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| US9960127B2 (en) | 2016-05-18 | 2018-05-01 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | High-power amplifier package |
| US10134658B2 (en) | 2016-08-10 | 2018-11-20 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | High power transistors |
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| JP3753747B2 (ja) * | 1993-12-27 | 2006-03-08 | 豊田合成株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード |
| US5909040A (en) * | 1994-03-09 | 1999-06-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device including quaternary buffer layer with pinholes |
| US5838029A (en) * | 1994-08-22 | 1998-11-17 | Rohm Co., Ltd. | GaN-type light emitting device formed on a silicon substrate |
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-
1997
- 1997-07-10 JP JP18485197A patent/JP4119501B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-07-01 KR KR1019980026376A patent/KR100615122B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1998-07-07 US US09/110,940 patent/US6060730A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-08 TW TW087111037A patent/TW437110B/zh not_active IP Right Cessation
- 1998-07-09 DE DE19830838A patent/DE19830838B4/de not_active Expired - Fee Related
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