JP2013140948A - Semiconductor light-emitting element, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.
LED(Light Emitting Diode)などの半導体発光素子において、光取り出し効率を高めるために、高反射率の銀(Ag)を電極として用いる構成がある。Ag電極を半導体層とオーミックコンタクトさせるために熱処理すると、反射率が低下することがあり、低コンタクト抵抗と高反射率とを同時に得ることは困難である。 In a semiconductor light emitting device such as an LED (Light Emitting Diode), there is a configuration in which silver (Ag) with high reflectivity is used as an electrode in order to increase light extraction efficiency. When heat treatment is performed to bring the Ag electrode into ohmic contact with the semiconductor layer, the reflectance may decrease, and it is difficult to obtain a low contact resistance and a high reflectance at the same time.
本発明の実施形態は、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子及びその製造方法を提供する。 Embodiments of the present invention provide a semiconductor light emitting device having a low contact resistance and a high reflectivity electrode and a method of manufacturing the same.
本発明の実施形態によれば、半導体積層部と、銀層と、を含む半導体発光素子が提供される。前記半導体積層部は、窒化物半導体を含む発光層と、前記発光層と積層された、ガリウムを含む半導体層と、を含む。前記銀層は、前記半導体層と接する。前記銀層においては、X線回折解析において銀の(100)面に帰属するピークの高さが、銀の(111)面に帰属するピークの高さの3%以下である。二次イオン質量分析において、前記半導体層と前記銀層とを含む領域内の前記半導体層から前記銀層に向かう積層方向の第1位置における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度は、前記半導体層中における前記複合体の検出強度の最大値の1/100である。前記二次イオン質量分析において、前記銀層のうちの前記第1位置からの距離が40ナノメートルの位置におけるガリウム原子の検出強度は、前記半導体層中におけるガリウム原子の検出強度の最大値の0.4%よりも高く3.8%よりも低い。 According to the embodiment of the present invention, a semiconductor light emitting device including a semiconductor stacked portion and a silver layer is provided. The semiconductor stacked portion includes a light emitting layer including a nitride semiconductor and a semiconductor layer including gallium stacked with the light emitting layer. The silver layer is in contact with the semiconductor layer. In the silver layer, the height of the peak attributed to the (100) plane of silver in the X-ray diffraction analysis is 3% or less of the height of the peak attributed to the (111) plane of silver. In secondary ion mass spectrometry, the detection intensity of the complex of gallium atoms and nitrogen atoms at the first position in the stacking direction from the semiconductor layer to the silver layer in the region including the semiconductor layer and the silver layer is , 1/100 of the maximum value of the detected intensity of the complex in the semiconductor layer. In the secondary ion mass spectrometry, the detected intensity of gallium atoms at a position where the distance from the first position in the silver layer is 40 nanometers is 0 of the maximum value of the detected intensity of gallium atoms in the semiconductor layer. It is higher than 4% and lower than 3.8%.
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Each embodiment will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
(実施の形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 図1に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子110は、半導体積層部10sと、金属層80と、を備える。半導体積層部10sは、窒化物半導体を含む発光層30を含む。半導体積層部10sは、窒化物半導体を含む。金属層80は、半導体積層部10sと接し、Agを含む。金属層80は、銀層(Ag層)である。金属層80は、例えば、銀電極である。金属層80は、Agのみを含む層でも良い。金属層80は、Agを主体とし、例えばIn、Cu、Alなど他の元素を含む層でも良い。Ag以外の元素の含有量は、望ましくは、0at.%(アトミックパーセント)以上10at.%以下、さらに望ましくは、0at.%以上1at.%以下、更に望ましくは0at.%以上0.5at.%以下である。金属層80のうちで半導体積層部10sと接する部分(半導体積層部10sと金属層80との界面80aを含む部分)は、Ag膜である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device 110 according to this embodiment includes a semiconductor stacked unit 10 s and a metal layer 80. The semiconductor stacked unit 10s includes a light emitting layer 30 including a nitride semiconductor. The semiconductor stacked unit 10s includes a nitride semiconductor. The metal layer 80 is in contact with the semiconductor stacked portion 10s and contains Ag. The metal layer 80 is a silver layer (Ag layer). The metal layer 80 is, for example, a silver electrode. The metal layer 80 may be a layer containing only Ag. The metal layer 80 may be a layer mainly composed of Ag and containing other elements such as In, Cu, and Al. The content of elements other than Ag is preferably 0 at. % (Atomic percent) or more 10 at. % Or less, and more preferably 0 at. % Or more and 1 at. % Or less, more desirably 0 at. % Or more and 0.5 at. % Or less. The portion of the metal layer 80 that is in contact with the semiconductor stacked portion 10s (the portion including the interface 80a between the semiconductor stacked portion 10s and the metal layer 80) is an Ag film.
半導体積層部10sは、例えば、第1導電形の第1半導体層10と、第2導電形の第2半導体層20と、発光層30と、を含む。発光層30は、第1半導体層10と第2半導体層20との間に設けられる。 The semiconductor stacked unit 10s includes, for example, a first semiconductor layer 10 of a first conductivity type, a second semiconductor layer 20 of a second conductivity type, and a light emitting layer 30. The light emitting layer 30 is provided between the first semiconductor layer 10 and the second semiconductor layer 20.
例えば、第1導電形はn形であり、第2導電形はp形である。ただし、実施形態はこれに限らず、第1導電形がp形であり、第2導電形がn形でも良い。以下では、第1導電形がn形であり、第2導電形がp形である場合として説明する。 For example, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the embodiment is not limited to this, and the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. In the following description, it is assumed that the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
ここで、第1半導体層10から第2半導体層20に向かう方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。
金属層80は、半導体層と接する。この例では、金属層80は、第2半導体層20と接する。半導体積層部10sは、窒化物半導体を含む発光層30と、発光層30と積層されたGaを含む半導体層(第2半導体層20)と、を含む。Z軸方向は、積層方向に対応する。Z軸方向は、発光層30から第2半導体層20に向かう方向である。Z軸方向(積層方向)は、第2半導体層20から金属層80に向かう方向である。
Here, a direction from the first semiconductor layer 10 toward the second semiconductor layer 20 is a Z-axis direction. One direction perpendicular to the Z-axis direction is taken as an X-axis direction. A direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction is taken as a Y-axis direction.
The metal layer 80 is in contact with the semiconductor layer. In this example, the metal layer 80 is in contact with the second semiconductor layer 20. The semiconductor stacked unit 10 s includes a light emitting layer 30 including a nitride semiconductor and a semiconductor layer (second semiconductor layer 20) including Ga stacked with the light emitting layer 30. The Z-axis direction corresponds to the stacking direction. The Z-axis direction is a direction from the light emitting layer 30 toward the second semiconductor layer 20. The Z-axis direction (stacking direction) is a direction from the second semiconductor layer 20 toward the metal layer 80.
第1半導体層10、第2半導体層20、及び、発光層30は、窒化物半導体を含む。 The first semiconductor layer 10, the second semiconductor layer 20, and the light emitting layer 30 include a nitride semiconductor.
図1に表したように、半導体発光素子110は、基板5と、バッファ層6と、をさらに備えることができる。基板5は、主面5a(第1面)を有する。基板5の主面5aと発光層30との間に第1半導体層10が配置される。基板5の主面5aと第1半導体層10との間にバッファ層6が配置される。 As shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device 110 may further include a substrate 5 and a buffer layer 6. The substrate 5 has a main surface 5a (first surface). The first semiconductor layer 10 is disposed between the main surface 5 a of the substrate 5 and the light emitting layer 30. The buffer layer 6 is disposed between the main surface 5 a of the substrate 5 and the first semiconductor layer 10.
基板5には、例えばサファイアからなる基板が用いられる。基板5の主面5aは、(0001)面、すなわち、c面とされる。基板5の主面5aは、(0001)面に対して例えば5度以下の角度で傾斜していても良い。バッファ層6には、例えばAlx0Ga1−x0N(0≦x0≦1)層が用いられる。 As the substrate 5, for example, a substrate made of sapphire is used. The main surface 5a of the substrate 5 is a (0001) plane, that is, a c-plane. The main surface 5a of the substrate 5 may be inclined at an angle of, for example, 5 degrees or less with respect to the (0001) plane. For the buffer layer 6, for example, an Al x0 Ga 1-x0 N (0 ≦ x0 ≦ 1) layer is used.
第1半導体層10は、例えば、第1n側層11と、第2n側層12と、を含む。第2n側層12は、第1n側層11と発光層30との間に設けられる。第1n側層11は、n形コンタクト層として機能する。第2n側層12は、n形ガイド層として機能する。第1n側層11には、例えば高濃度でn形の不純物(例えばシリコンなど)が添加されたGaN層などが用いられる。第2n側層12には、例えば第1n側層11よりも低濃度でn形の不純物が添加されたGaN層などが用いられる。 The first semiconductor layer 10 includes, for example, a first n-side layer 11 and a second n-side layer 12. The second n-side layer 12 is provided between the first n-side layer 11 and the light emitting layer 30. The first n-side layer 11 functions as an n-type contact layer. The second n-side layer 12 functions as an n-type guide layer. For the first n-side layer 11, for example, a GaN layer to which an n-type impurity (for example, silicon) is added at a high concentration is used. For the second n-side layer 12, for example, a GaN layer to which an n-type impurity is added at a lower concentration than the first n-side layer 11 is used.
第2半導体層20は、第1p側層21と、第2p側層22と、を含む。第1p側層21は、第2p側層22と発光層30との間に設けられる。第1p側層21は、例えば電子オーバーフロー防止層(抑制層)として機能する。第2p側層22は、p形コンタクト層として機能する。第1p側層21には、例えば、p形の不純物(例えばマグネシウム)が添加されたAlGaN層などが用いられる。第2p側層22には、p形不純物が高濃度で添加されたGaN層などが用いられる。すなわち、第2p側層22の不純物の濃度は、第1p側層21の不純物の濃度よりも高い。 The second semiconductor layer 20 includes a first p-side layer 21 and a second p-side layer 22. The first p-side layer 21 is provided between the second p-side layer 22 and the light emitting layer 30. The first p-side layer 21 functions as, for example, an electron overflow prevention layer (suppression layer). The second p-side layer 22 functions as a p-type contact layer. For the first p-side layer 21, for example, an AlGaN layer to which a p-type impurity (for example, magnesium) is added is used. For the second p-side layer 22, a GaN layer or the like to which a p-type impurity is added at a high concentration is used. That is, the concentration of impurities in the second p-side layer 22 is higher than the concentration of impurities in the first p-side layer 21.
半導体発光素子110は、対向側電極70をさらに備える。対向側電極70は、第1半導体層10(具体的には、n形コンタクト層である第1n側層11)に電気的に接続される。対向側電極70には、例えば、Ti膜、Pt膜及びAu膜の積層膜が用いられる。 The semiconductor light emitting device 110 further includes a counter electrode 70. The counter-side electrode 70 is electrically connected to the first semiconductor layer 10 (specifically, the first n-side layer 11 that is an n-type contact layer). For the counter electrode 70, for example, a laminated film of a Ti film, a Pt film, and an Au film is used.
金属層80は、第2半導体層20(具体的には、p形コンタクト層である第2p側層22)に電気的に接続される。 The metal layer 80 is electrically connected to the second semiconductor layer 20 (specifically, the second p-side layer 22 that is a p-type contact layer).
対向側電極70と金属層80との間に印加される電圧により、第1半導体層10及び第2半導体層20を介して発光層30に電流が供給され、発光層30から光(発光光)が放出される。 Current is supplied to the light emitting layer 30 through the first semiconductor layer 10 and the second semiconductor layer 20 by the voltage applied between the counter electrode 70 and the metal layer 80, and light (light emission light) is emitted from the light emitting layer 30. Is released.
発光層30は、例えば、紫外、紫、青及び緑の少なくともいずれかの光を放出する。すなわち、発光層30から放出される発光光の波長(主波長)は、360ナノメートル(nm)以上580nm以下である。 The light emitting layer 30 emits at least one of ultraviolet, purple, blue and green light, for example. That is, the wavelength (main wavelength) of the emitted light emitted from the light emitting layer 30 is 360 nanometers (nm) or more and 580 nm or less.
本具体例では、半導体積層部10sの第2半導体層20の側の第1主面10aにおいて、第1半導体層10の一部、発光層30の一部、第2半導体層20の一部と、が除去されている。 In this specific example, a part of the first semiconductor layer 10, a part of the light emitting layer 30, a part of the second semiconductor layer 20 and the first main surface 10 a on the second semiconductor layer 20 side of the semiconductor stacked unit 10 s , Has been removed.
半導体積層部10sは、第2半導体層20の側の第1主面10aと、第1半導体層10の側の第2主面10bと、を有する。第2主面10bは、半導体積層部10sにおいて、第1主面10aとは反対側の面である。半導体積層部10sの第1主面10aにおいて、第1半導体層10が露出している。半導体積層部10sと金属層80との界面80aは、第1主面10aに相当する。 The semiconductor stacked unit 10 s includes a first main surface 10 a on the second semiconductor layer 20 side and a second main surface 10 b on the first semiconductor layer 10 side. The second main surface 10b is a surface on the opposite side to the first main surface 10a in the semiconductor stacked portion 10s. The first semiconductor layer 10 is exposed on the first major surface 10a of the semiconductor stacked portion 10s. An interface 80a between the semiconductor stacked portion 10s and the metal layer 80 corresponds to the first major surface 10a.
すなわち、第1半導体層10の一部と、第2半導体層20と、の間に発光層30が設けられる。第1主面10aの側において、第1半導体層10に接して対向側電極70が設けられている。第1主面10aの側において、第2半導体層20に接して金属層80が設けられている。半導体積層部10sの第2主面10bに、基板5及びバッファ層6が設けられている。 That is, the light emitting layer 30 is provided between a part of the first semiconductor layer 10 and the second semiconductor layer 20. On the first main surface 10 a side, the opposing electrode 70 is provided in contact with the first semiconductor layer 10. A metal layer 80 is provided in contact with the second semiconductor layer 20 on the first major surface 10a side. The substrate 5 and the buffer layer 6 are provided on the second main surface 10b of the semiconductor stacked unit 10s.
発光層30は、単一量子井戸(SQW:Single Quantum Well)構造または多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)構造を有する。 The light emitting layer 30 has a single quantum well (SQW) structure or a multiple quantum well (MQW) structure.
図2(a)〜図2(c)は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。
これらの図は、発光層30の構成の例を示す模式図である。
FIG. 2A to FIG. 2C are schematic cross-sectional views illustrating the configuration of part of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment.
These drawings are schematic views showing examples of the configuration of the light emitting layer 30. FIG.
図2(a)に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子110aにおいては、発光層30は、SQW構造を有している。すなわち、発光層30は、障壁層BL(第1障壁層BL1)と、p側障壁層BLpと、第1障壁層BL1とp側障壁層BLpとの間に設けられた井戸層WL(第1井戸層WL1)と、を含む。 As shown in FIG. 2A, in the semiconductor light emitting device 110a according to this embodiment, the light emitting layer 30 has an SQW structure. That is, the light emitting layer 30 includes the barrier layer BL (first barrier layer BL1), the p-side barrier layer BLp, and the well layer WL (first layer) provided between the first barrier layer BL1 and the p-side barrier layer BLp. Well layer WL1).
なお、本願明細書において、「積層」とは、直接重ねられる場合の他、他の層が挿入されて重ねられる場合も含む。例えば、後述するように、第1障壁層BL1と第1井戸層WL1との間、及び、第1井戸層WL1とp側障壁層BLpとの間に別の層が設けられても良い。 In the specification of the present application, “lamination” includes not only the case of direct stacking but also the case of stacking by inserting other layers. For example, as described later, another layer may be provided between the first barrier layer BL1 and the first well layer WL1 and between the first well layer WL1 and the p-side barrier layer BLp.
図2(b)に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子110bにおいては、発光層30は、MQW構造を有している。すなわち、発光層30は、Z軸方向に沿って積層された複数の障壁層(この例では、第1〜第4障壁層BL1〜BL4、及び、p側障壁層BLp)と、複数の障壁層どうしのそれぞれの間に設けられた井戸層(第1〜第4井戸層WL1〜WL4)と、を含む。本具体例では、井戸層が4層設けられているが、井戸層の数は任意である。 As shown in FIG. 2B, in the semiconductor light emitting device 110b according to this embodiment, the light emitting layer 30 has an MQW structure. That is, the light emitting layer 30 includes a plurality of barrier layers stacked in the Z-axis direction (in this example, the first to fourth barrier layers BL1 to BL4 and the p-side barrier layer BLp), and a plurality of barrier layers. Well layers (first to fourth well layers WL1 to WL4) provided between the two. In this specific example, four well layers are provided, but the number of well layers is arbitrary.
このように、発光層30は、2以上の整数Nにおいて、第(N−1)井戸層WLの第(N−1)障壁層とは反対の側に設けられた第N障壁層と、第N障壁層の第(N−1)井戸層とは反対の側に設けられた第N井戸層と、をさらに含む。 As described above, the light emitting layer 30 includes an Nth barrier layer provided on the opposite side of the (N-1) th well layer WL from the (N-1) th barrier layer in an integer N of 2 or more, And an Nth well layer provided on the opposite side of the N barrier layer from the (N-1) th well layer.
図2(c)に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子110cにおいては、発光層30は、障壁層と井戸層との間のそれぞれに設けられた中間層をさらに含む。すなわち、発光層30は、第(N−1)障壁層と第(N−1)井戸層との間に設けられた第1中間層IL1と、第(N−1)井戸層と第N障壁層との間に設けられた第2中間層IL2と、をさらに含む。さらに、第2中間層IL2は、第N井戸層とp側障壁層BLpとの間に設けられる。なお、第1中間層IL1と第2中間層IL2は、必要に応じて設けられ、省略可能である。また、第1中間層IL1を設け、第2中間層IL2を省略しても良い。また、第2中間層IL2を設け、第1中間層IL1を省略しても良い。 As shown in FIG. 2C, in the semiconductor light emitting device 110c according to the present embodiment, the light emitting layer 30 further includes an intermediate layer provided between the barrier layer and the well layer. That is, the light emitting layer 30 includes the first intermediate layer IL1 provided between the (N-1) th barrier layer and the (N-1) th well layer, the (N-1) th well layer, and the Nth barrier. And a second intermediate layer IL2 provided between the layers. Further, the second intermediate layer IL2 is provided between the Nth well layer and the p-side barrier layer BLp. The first intermediate layer IL1 and the second intermediate layer IL2 are provided as necessary and can be omitted. Further, the first intermediate layer IL1 may be provided and the second intermediate layer IL2 may be omitted. Further, the second intermediate layer IL2 may be provided and the first intermediate layer IL1 may be omitted.
障壁層(例えば第1〜第4障壁層BL1〜BL4、第N障壁層)には、例えば、Inx1Aly1Ga1−x1−y1N(0≦x1<1、0≦y1<1、x1+y1≦1)を用いることができる。障壁層には、例えばIn0.02Al0.33Ga0.65Nを用いることができる。障壁層の厚さは、例えば12.5nmとすることができる。 For the barrier layers (for example, the first to fourth barrier layers BL1 to BL4, the Nth barrier layer), for example, In x1 Al y1 Ga 1-x1-y1 N (0 ≦ x1 <1, 0 ≦ y1 <1, x1 + y1) <1) can be used. For example, In 0.02 Al 0.33 Ga 0.65 N can be used for the barrier layer. The thickness of the barrier layer can be set to 12.5 nm, for example.
p側障壁層BLpには、例えば、Inx2Aly2Ga1−x2−y2N(0≦x2<1、0≦y2<1、x2+y2≦1)を用いることができる。p側障壁層BLpには、例えばIn0.02Al0.33Ga0.65Nを用いることができる。障壁層の厚さは、例えば12.5nmとすることができる。 For example, In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ≦ x2 <1, 0 ≦ y2 <1, x2 + y2 ≦ 1) can be used for the p-side barrier layer BLp. For example, In 0.02 Al 0.33 Ga 0.65 N can be used for the p-side barrier layer BLp. The thickness of the barrier layer can be set to 12.5 nm, for example.
井戸層(例えば、第1井戸層WL1〜WL4、第N井戸層)には、例えば、Inx3Aly3Ga1−x3−y3N(0<x3≦1、0≦y3<1、x3+y3≦1)を用いることができる。井戸層には、例えばIn0.15Ga0.85Nを用いることができる。井戸層の厚さは、例えば2.5nmとすることができる。 For example, In x3 Al y3 Ga 1-x3-y3 N (0 <x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 <1, x3 + y3 ≦ 1) ) Can be used. For example, In 0.15 Ga 0.85 N can be used for the well layer. The thickness of the well layer can be set to 2.5 nm, for example.
井戸層に含まれるInの組成比(III族元素中におけるInの原子数の割合)は、障壁層(第1〜第4障壁層BL1〜BL4、第N障壁層、及び、p側障壁層BLp)に含まれるInの組成比(III族元素中におけるInの原子数の割合)よりも高い。これにより、障壁層におけるバンドギャップエネルギーが井戸層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きくできる。 The composition ratio of In contained in the well layer (ratio of the number of In atoms in the group III element) is determined by the barrier layers (first to fourth barrier layers BL1 to BL4, Nth barrier layer, and p-side barrier layer BLp). ) In the composition ratio of In (the ratio of the number of In atoms in the group III element). Thereby, the band gap energy in the barrier layer can be made larger than the band gap energy in the well layer.
第1中間層IL1には、例えば、Inx4Ga1−x4N(0≦x4<1)を用いることができる。第1中間層IL1には、例えばIn0.02Ga0.98Nを用いることができる。第1中間層IL1の厚さは、例えば0.5nmとすることができる。 For example, In x4 Ga 1-x4 N (0 ≦ x4 <1) can be used for the first intermediate layer IL1. For example, In 0.02 Ga 0.98 N can be used for the first intermediate layer IL1. The thickness of the first intermediate layer IL1 can be set to 0.5 nm, for example.
第2中間層IL2には、例えば、Inx5Ga1−x5N(0≦x5<1)を用いることができる。第2中間層IL2には、例えばIn0.02Ga0.98Nを用いることができる。第2中間層IL2の厚さは、例えば0.5nmとすることができる。 For example, In x5 Ga 1-x5 N (0 ≦ x5 <1) can be used for the second intermediate layer IL2. For example, In 0.02 Ga 0.98 N can be used for the second intermediate layer IL2. The thickness of the second intermediate layer IL2 can be set to 0.5 nm, for example.
なお、井戸層に含まれるInの組成比(III族元素中におけるInの原子数の割合)は、第1中間層IL1及び第2中間層IL2に含まれるInの組成比(III族元素中におけるInの原子数の割合)よりも高い。これにより、第1中間層IL1及び第2中間層IL2におけるバンドギャップエネルギーが井戸層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きくできる。 The composition ratio of In contained in the well layer (ratio of the number of In atoms in the group III element) is the composition ratio of In contained in the first intermediate layer IL1 and the second intermediate layer IL2 (in the group III element). Higher than the ratio of the number of In atoms). Thereby, the band gap energy in the first intermediate layer IL1 and the second intermediate layer IL2 can be made larger than the band gap energy in the well layer.
なお、第1中間層IL1は、障壁層の一部と見なすこともできる。また、第2中間層IL2は、障壁層の一部とみなすこともできる。すなわち、井戸層と積層される障壁層は、組成の異なる複数の層を含んでも良い。 The first intermediate layer IL1 can also be regarded as a part of the barrier layer. The second intermediate layer IL2 can also be regarded as a part of the barrier layer. That is, the barrier layer stacked with the well layer may include a plurality of layers having different compositions.
なお、図2(a)に例示したSQW構造において、第1中間層IL1と第2中間層IL2とを設けても良い。この場合には、第1中間層IL1は、第1障壁層BL1と第1井戸層WL1との間に設けられ、第2中間層IL2は、第1井戸層WL1とp側障壁層BLpとの間に設けられる。 In the SQW structure illustrated in FIG. 2A, the first intermediate layer IL1 and the second intermediate layer IL2 may be provided. In this case, the first intermediate layer IL1 is provided between the first barrier layer BL1 and the first well layer WL1, and the second intermediate layer IL2 is formed between the first well layer WL1 and the p-side barrier layer BLp. Between.
上記は、発光層30の構成の例であり、実施形態はこれに限らず、障壁層、p側障壁層BLp、井戸層、第1中間層IL1及び第2中間層IL2に用いられる材料及び厚さは種々の変形が可能である。なお、上記のように、障壁層、p側障壁層BLp、井戸層、第1中間層IL1及び第2中間層IL2は、窒化物半導体を含む。 The above is an example of the configuration of the light emitting layer 30, and the embodiment is not limited thereto, and the materials and thicknesses used for the barrier layer, the p-side barrier layer BLp, the well layer, the first intermediate layer IL1, and the second intermediate layer IL2. Various modifications are possible. As described above, the barrier layer, the p-side barrier layer BLp, the well layer, the first intermediate layer IL1, and the second intermediate layer IL2 include a nitride semiconductor.
以下では、本実施形態に関し、半導体発光素子110a〜110cを含む半導体発光素子110について説明する。半導体発光素子110は、例えば以下のような方法で製造できる。 Hereinafter, the semiconductor light emitting device 110 including the semiconductor light emitting devices 110a to 110c will be described with respect to the present embodiment. The semiconductor light emitting device 110 can be manufactured by the following method, for example.
例えば、サファイアの結晶成長用の基板5の上に、例えば有機金属気層成長(MOCVD)法を用いて、半導体積層部10sとなる窒化物半導体層を順次成長させる。その後、例えば、半導体積層部10sを加工し、第1半導体層10の一部を露出させ、第1半導体層10の上に、対向側電極70を形成する。 For example, on the substrate 5 for crystal growth of sapphire, a nitride semiconductor layer to be the semiconductor stacked portion 10s is sequentially grown using, for example, a metal organic vapor deposition (MOCVD) method. Thereafter, for example, the semiconductor stacked portion 10 s is processed, a part of the first semiconductor layer 10 is exposed, and the counter-side electrode 70 is formed on the first semiconductor layer 10.
一方、半導体積層部10sの第2p側層22(p形コンタクト層)の上に、金属層80となるAg膜を形成する。次に、窒素雰囲気中で例えば800℃のアニール(熱処理)を施した後、酸素雰囲気中で例えば300℃のアニールを施す。これにより、金属層80が形成される。なお、金属層80の形成と、対向側電極70の形成と、の順序は入れ替えても良い。 On the other hand, an Ag film to be the metal layer 80 is formed on the second p-side layer 22 (p-type contact layer) of the semiconductor stacked unit 10s. Next, after annealing (heat treatment) at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, for example, annealing at 300 ° C. is performed in an oxygen atmosphere. Thereby, the metal layer 80 is formed. Note that the order of the formation of the metal layer 80 and the formation of the counter electrode 70 may be interchanged.
このように、Ag膜を窒素雰囲気中での高温アニールの後に、酸素雰囲気中での低温アニールを施すことで、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子が得られる。 Thus, by subjecting the Ag film to high-temperature annealing in a nitrogen atmosphere and then low-temperature annealing in an oxygen atmosphere, a semiconductor light emitting device having a low contact resistance and a high reflectivity electrode can be obtained.
図3は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図3は、第2半導体層20の上に形成されたAg膜に各種の条件のアニールを施した試料の、Ag膜と第2半導体層20とのコンタクト抵抗Rc(比接触抵抗率)を示している。この例では、アニール時間は、1min(分)である。横軸は、アニールの温度Ta(℃)であり、縦軸は、コンタクト抵抗Rc(Ωcm2)である。図3には、Ag膜に酸素雰囲気中でのアニールを施した酸素アニール試料群SPOと、Ag膜に窒素雰囲気中でのアニールを施した窒素アニール試料群SPNと、が示されている。
FIG. 3 is a graph illustrating characteristics of the semiconductor light emitting device.
FIG. 3 shows the contact resistance Rc (specific contact resistivity) between the Ag film and the second semiconductor layer 20 of a sample obtained by annealing the Ag film formed on the second semiconductor layer 20 under various conditions. ing. In this example, the annealing time is 1 min (minute). The horizontal axis represents the annealing temperature Ta (° C.), and the vertical axis represents the contact resistance Rc (Ωcm 2 ). FIG. 3 shows an oxygen annealed sample group SPO in which the Ag film is annealed in an oxygen atmosphere, and a nitrogen annealed sample group SPN in which the Ag film is annealed in a nitrogen atmosphere.
図3に表したように、Ag膜を酸素雰囲気中でアニールした酸素アニール試料群SPOのコンタクト抵抗Rcは、アニール温度Taが200℃〜400℃のときに、1.5×10−4Ωcm2以上6×10−4Ωcm2以下である。一方、Ag膜を窒素雰囲気中でアニールした窒素アニール試料群SPNのコンタクト抵抗Rcは、5×10−3Ωcm2以上4×10−2Ωcm2以下である。すなわち、酸素雰囲気中アニールにおけるコンタクト抵抗Rcは、窒素雰囲気中アニールにおけるコンタクト抵抗よりも低い。 As shown in FIG. 3, the contact resistance Rc of the oxygen annealed sample group SPO obtained by annealing the Ag film in an oxygen atmosphere is 1.5 × 10 −4 Ωcm 2 when the annealing temperature Ta is 200 ° C. to 400 ° C. The above is 6 × 10 −4 Ωcm 2 or less. On the other hand, the contact resistance Rc of the nitrogen annealed sample group SPN obtained by annealing the Ag film in a nitrogen atmosphere is 5 × 10 −3 Ωcm 2 or more and 4 × 10 −2 Ωcm 2 or less. That is, the contact resistance Rc in the annealing in the oxygen atmosphere is lower than the contact resistance in the annealing in the nitrogen atmosphere.
これらの試料の反射率は以下の通りである。各種の条件でアニールを施した試料の450nmの光に対する反射率を測定し、その反射率R1と、アニールしていないAg膜の反射率R0との差(R0−R1)を反射率低下値ΔRfとする。酸素雰囲気中300℃アニールの試料SPO300では、反射率低下値ΔRfは約6%である。一方、窒素雰囲気中300℃のアニールの試料SPN300では反射率低下値ΔRfは実質的に0であり、変化が観察されない。 The reflectance of these samples is as follows. The reflectance of 450 nm light of the sample annealed under various conditions was measured, and the difference (R0−R1) between the reflectance R1 and the reflectance R0 of the unannealed Ag film was the reflectance reduction value ΔRf. And In the sample SPO300 annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere, the reflectance drop value ΔRf is about 6%. On the other hand, in the sample SPN300 annealed at 300 ° C. in a nitrogen atmosphere, the reflectance drop value ΔRf is substantially 0, and no change is observed.
図4(a)〜図4(d)は、半導体発光素子の特性を例示する電子顕微鏡写真図である。
これらの図は、酸素雰囲気中300℃アニールの試料SPO300、酸素雰囲気中500℃アニールの試料SPO500、窒素雰囲気中300℃アニールの試料SPN300、及び、窒素雰囲気中500℃アニールの試料SPN500のSEM写真像をそれぞれ示す。SEM写真像は、Z軸方向に沿って撮像した像であり、X−Y平面を観察していることに相当する。
4A to 4D are electron micrographs illustrating the characteristics of the semiconductor light emitting device.
These figures are SEM photographic images of a sample SPO300 annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere, a sample SPO500 annealed at 500 ° C. in an oxygen atmosphere, a sample SPN300 annealed at 300 ° C. in a nitrogen atmosphere, and a sample SPN500 annealed at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere. Respectively. The SEM photographic image is an image taken along the Z-axis direction and corresponds to observing the XY plane.
図4(a)及び図4(b)に表したように、酸素雰囲気中アニールにおいては、グレイン301が3次元的に成長している。さらに、500℃では、孔が生じている。酸素雰囲気アニールにおいては、Agのマイグレーションが生じていると考えられる。 As shown in FIGS. 4A and 4B, in the annealing in an oxygen atmosphere, the grains 301 are three-dimensionally grown. Furthermore, at 500 ° C., holes are formed. In oxygen atmosphere annealing, it is considered that Ag migration occurs.
一方、図4(c)及び図4(d)に表したように、窒素雰囲気中アニールにおいては、グレイン301は平坦な表面を保ちつつ2次元的に成長している。このアニール条件においては、マイグレーションが抑制されていると考えられる。 On the other hand, as shown in FIGS. 4C and 4D, in the annealing in the nitrogen atmosphere, the grains 301 are two-dimensionally grown while maintaining a flat surface. It is considered that migration is suppressed under this annealing condition.
酸素雰囲気中と窒素雰囲気中とにおける上記の反射率の変化の違いは、このようなAg膜のモフォロジ、すなわち、マイグレーションの程度に関係していると考えられる。 It is considered that the difference in the reflectance change between the oxygen atmosphere and the nitrogen atmosphere is related to the morphology of the Ag film, that is, the degree of migration.
このように、酸素雰囲気中アニールにおいては、低いコンタクト抵抗Rcが得られるが、反射率が低い。一方、窒素雰囲気中アニールにおいては、コンタクト抵抗Rcが高いが、高い反射率が維持できる。 As described above, in the annealing in an oxygen atmosphere, a low contact resistance Rc is obtained, but the reflectance is low. On the other hand, in the annealing in a nitrogen atmosphere, the contact resistance Rc is high, but a high reflectance can be maintained.
本願発明者は、Ag膜に、窒素雰囲気中でのアニールを施した後、さらに酸素雰囲気中でアニールを施した各種の試料を作製した。その結果、特定の条件のときに、低いコンタクト抵抗Rcと、高い反射率(小さい反射率低下値ΔRf)と、が得られることを見だした。 The inventor of the present application prepared various samples after annealing the Ag film in a nitrogen atmosphere and further annealing in an oxygen atmosphere. As a result, it was found that a low contact resistance Rc and a high reflectance (small reflectance reduction value ΔRf) can be obtained under specific conditions.
図5は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図5は、Ag膜に、窒素雰囲気中アニールを施した後に、さらに酸素雰囲気中300℃アニールを施した試料のコンタクト抵抗Rcを示している。横軸は、窒素雰囲気中でのアニールの温度Tn(℃)であり、縦軸は、コンタクト抵抗Rc(Ωcm2)である。
FIG. 5 is a graph illustrating characteristics of the semiconductor light emitting device.
FIG. 5 shows the contact resistance Rc of a sample in which the Ag film is annealed in a nitrogen atmosphere and then annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere. The horizontal axis represents the annealing temperature Tn (° C.) in a nitrogen atmosphere, and the vertical axis represents the contact resistance Rc (Ωcm 2 ).
図5に表したように、窒素雰囲気中でのアニールの温度Tnが700℃以上800℃以下のとき、または、300℃以上400℃以下のときに、コンタクト抵抗Rcは1.5×10−4Ωcm2以上1.5×10−3Ωcm2以下となる。窒素雰囲気中でのアニールの温度Tnが500℃以上600℃以下のときは、コンタクト抵抗Rcは約2.0×10−2Ωcm2以上と著しく高い。窒素雰囲気中でのアニールの温度Tnが600℃のときは、コンタクト抵抗Rcは、高すぎて測定できない。 As shown in FIG. 5, when the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere is 700 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, or 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, the contact resistance Rc is 1.5 × 10 −4. It becomes Ωcm 2 or more and 1.5 × 10 −3 Ωcm 2 or less. When the temperature Tn of annealing in the nitrogen atmosphere is 500 ° C. or more and 600 ° C. or less, the contact resistance Rc is remarkably high at about 2.0 × 10 −2 Ωcm 2 or more. When the annealing temperature Tn in a nitrogen atmosphere is 600 ° C., the contact resistance Rc is too high to be measured.
図6は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図6は、Ag膜に、窒素雰囲気中でのアニールを施した後に、さらに酸素雰囲気中において300℃でアニールした試料の反射率の変化を示している。横軸は、窒素雰囲気中でのアニールの温度Tn(℃)であり、縦軸は、反射率低下値ΔRf(%)である。
FIG. 6 is a graph illustrating characteristics of the semiconductor light emitting device.
FIG. 6 shows the change in reflectance of a sample that was annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere after the Ag film was annealed in a nitrogen atmosphere. The horizontal axis represents the annealing temperature Tn (° C.) in a nitrogen atmosphere, and the vertical axis represents the reflectance reduction value ΔRf (%).
図6に表したように、窒素雰囲気中でのアニールの温度Tnが300℃のときは、反射率低下値ΔRfは、約6%と大きい。これに対して、窒素雰囲気中でのアニールの温度Tnが800℃のときは、反射率低下値ΔRfは、約3%と小さい。 As shown in FIG. 6, when the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere is 300 ° C., the reflectivity reduction value ΔRf is as large as about 6%. On the other hand, when the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere is 800 ° C., the reflectivity reduction value ΔRf is as small as about 3%.
このように、Ag膜に、窒素雰囲気中で高温(例えば700℃以上、例えば800℃以下)でアニールを施した後に、さらに酸素雰囲気中で低温(例えば約300℃)でアニールすることで、低いコンタクト抵抗Rcと、高い反射率(小さい反射率低下値ΔRf)が得られる。 As described above, the Ag film is annealed at a high temperature (eg, 700 ° C. or more, eg, 800 ° C. or less) in a nitrogen atmosphere, and then annealed at a low temperature (eg, about 300 ° C.) in an oxygen atmosphere. Contact resistance Rc and high reflectivity (small reflectivity drop value ΔRf) are obtained.
図7(a)及び図7(b)は、半導体発光素子の特性を例示する電子顕微鏡写真図である。
図7(a)は、窒素雰囲気中800℃でのアニールの後に酸素雰囲気中300℃でのアニールを施した試料SPNO1のSEM写真像である。図7(b)は、窒素雰囲気中300℃でのアニールの後に酸素雰囲気中300℃でのアニールを施した試料SPNO2のSEM写真像である。SEM写真像は、Z軸方向に沿って撮像した像であり、X−Y平面を観察していることに相当する。
FIG. 7A and FIG. 7B are electron micrographs illustrating the characteristics of the semiconductor light emitting device.
FIG. 7A is a SEM photographic image of the sample SPNO1, which was annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere after annealing at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere. FIG. 7B is a SEM photographic image of the sample SPNO2 that was annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere after annealing at 300 ° C. in a nitrogen atmosphere. The SEM photographic image is an image taken along the Z-axis direction and corresponds to observing the XY plane.
図7(a)に表したように、試料SPNO1においては、グレイン301は2次元的に大きく成長している。試料SPNO1の状態は、窒素雰囲気中アニールの試料SPN300及びSPN500(図4(c)及び図4(d)参照)の状態とほぼ同様である。試料SPNO1において反射率低下値ΔRfが約3%と小さいことは、SEMで観察されるグレイン301が大きく、表面が平坦であることに関係していると考えられる。 As shown in FIG. 7A, in the sample SPNO1, the grains 301 are greatly grown two-dimensionally. The state of the sample SPNO1 is substantially the same as the state of the samples SPN300 and SPN500 (see FIGS. 4C and 4D) annealed in a nitrogen atmosphere. The small reflectance drop value ΔRf of about 3% in the sample SPNO1 is considered to be related to the large grain 301 observed by the SEM and the flat surface.
一方、図7(b)に表したように、試料SPNO2においては、グレイン301の径は小さい。試料SPNO2において反射率低下値ΔRfが大きいことは、グレイン301が小さいことに関係していると考えられる。 On the other hand, as shown in FIG. 7B, the diameter of the grain 301 is small in the sample SPNO2. It can be considered that the large reflectance decrease value ΔRf in the sample SPNO2 is related to the small grain 301.
試料SPNO1の試料においては、SEMで観察される複数のグレイン301の平均の面積は、5μm2以上100μm2以下である。複数のグレイン301の平均の面積は、第2半導体層20から金属層80に向かう積層方向に対して垂直な平面内(例えば、界面80aに平行な面内内であり、すなわち、X−Y平面内)におけるグレイン301の面積である。比較的大きなグレイン301が存在するときに高い反射率が得られる。 In the sample SPNO1, the average area of the plurality of grains 301 observed by the SEM is 5 μm 2 or more and 100 μm 2 or less. The average area of the plurality of grains 301 is in a plane perpendicular to the stacking direction from the second semiconductor layer 20 toward the metal layer 80 (for example, in a plane parallel to the interface 80a, that is, an XY plane). (Inner) of the grain 301. High reflectivity is obtained when a relatively large grain 301 is present.
試料SPNO1の試料において、比較的大きなグレイン301が存在し、高い反射率が得られるのは、窒素雰囲気中で高温でアニールすることで、Ag膜が強固になり、その後の酸素雰囲気中でのマイグレーションが抑制されるからだと考えられる。これに対して、試料SPNO2の試料において、グレイン301が小さくなり、反射率が低くなるのは、窒素雰囲気中でのアニールが低温であるため、その後の酸素雰囲気中でマイグレーションが生じやすいためであると考えられる。 In the sample SPNO1, the comparatively large grain 301 exists and a high reflectance can be obtained because the Ag film becomes stronger by annealing at a high temperature in a nitrogen atmosphere, and the subsequent migration in an oxygen atmosphere. This is thought to be due to the suppression. On the other hand, in the sample SPNO2, the grain 301 is small and the reflectance is low because annealing in a nitrogen atmosphere is low temperature and migration is likely to occur in a subsequent oxygen atmosphere. it is conceivable that.
このように、本実施形態に係る半導体発光素子110においては、Ag膜である金属層80は、複数のグレイン301を有することができる。そして、複数のグレイン301の平均の面積は、5μm2以上100μm2以下である。これにより、高い反射率が得られる。 Thus, in the semiconductor light emitting device 110 according to the present embodiment, the metal layer 80 that is an Ag film can have a plurality of grains 301. The average area of the plurality of grains 301 is 5 μm 2 or more and 100 μm 2 or less. Thereby, a high reflectance is obtained.
また、半導体発光素子110においては、金属層80と半導体積層部10s(具体的には、第2半導体層20)との間の比接触抵抗率(コンタクト抵抗Rc)は、1.5×10−4Ωcm2以上1.5×10−3Ωcm2以下である。これにより、半導体発光素子110においては、低コンタクト抵抗で高反射率の電極(金属層80)が得られる。 In the semiconductor light emitting device 110, the specific contact resistivity (contact resistance Rc) between the metal layer 80 and the semiconductor stacked portion 10s (specifically, the second semiconductor layer 20) is 1.5 × 10 −. It is 4 Ωcm 2 or more and 1.5 × 10 −3 Ωcm 2 or less. Thereby, in the semiconductor light emitting device 110, an electrode (metal layer 80) having a low contact resistance and a high reflectance can be obtained.
図8(a)〜図8(c)、及び、図9(a)〜図9(c)は、半導体発光素子の特性を例示するX線回折プロファイル図である。
図8(a)は、Ag膜を成膜しアニールを施さない試料SPAのX線回折(XRD:X‐ray diffraction)プロファイルを示している。図8(b)、図8(c)、図9(a)、図9(b)及び図9(c)は、それぞれ、試料SPO300(酸素雰囲気中300℃アニール)、試料SPO400(酸素雰囲気中400℃アニール)、試料SPN300(窒素雰囲気中300℃アニール)、試料SPNO2(窒素雰囲気中300℃アニール+酸素雰囲気中300℃アニール)、及び、試料SPNO1(窒素雰囲気中800℃アニール+酸素雰囲気中300℃アニール)のXRDプロファイルを示している。これらの横軸は、測定の際の傾斜角θの2倍(2θ(度))であり、縦軸は強度INTの対数(相対値)である。
FIG. 8A to FIG. 8C and FIG. 9A to FIG. 9C are X-ray diffraction profile diagrams illustrating characteristics of the semiconductor light emitting device.
FIG. 8A shows an X-ray diffraction (XRD) profile of a sample SPA in which an Ag film is formed and not annealed. FIGS. 8B, 8C, 9A, 9B, and 9C show a sample SPO300 (annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere) and a sample SPO400 (in an oxygen atmosphere), respectively. 400 ° C. annealing), sample SPN300 (300 ° C. annealing in nitrogen atmosphere), sample SPNO2 (300 ° C. annealing in nitrogen atmosphere + 300 ° C. annealing in oxygen atmosphere), and sample SPNO1 (800 ° C. annealing in nitrogen atmosphere + 300 in oxygen atmosphere) The XRD profile of (annealing at 0 ° C.) is shown. These horizontal axes are twice the inclination angle θ in measurement (2θ (degrees)), and the vertical axis is the logarithm (relative value) of the intensity INT.
図9(a)に表したように、アニールを施さない試料SPAにおいて、2θが約38度付近においてAgの(111)面に帰属するピークが得られ、2θが約44度付近においてAgの(100)面に帰属するピークが得られている。なお、これらの試料においては、2θが約42度において、基板であるAl2O3の(0006)面に帰属するピークも得られている。以下では、Agの(111)面に帰属するピーク(2θが約38度)と、Agの(100)面に帰属するピーク(2θが約44度)と、に着目する。 As shown in FIG. 9A, in the sample SPA that is not annealed, a peak attributed to the (111) plane of Ag is obtained when 2θ is about 38 degrees, and Ag ( A peak attributed to the (100) plane is obtained. In these samples, when 2θ is about 42 degrees, a peak attributed to the (0006) plane of Al 2 O 3 as a substrate is also obtained. In the following, attention is focused on the peak attributed to the (111) plane of Ag (2θ is about 38 degrees) and the peak attributed to the (100) plane of Ag (2θ is about 44 degrees).
図8(b)、図8(c)、図9(a)及び図9(b)に表したように、試料SPO300、試料SPO400、試料SPN300及び試料SPNO2においては、Agの(100)面に帰属するピークは比較的高い。Agの(100)面に帰属するピークの高さは、Agの(111)面に帰属するピークの高さの3%よりも大きい。ここで、例えば、2θが46度以上48度以下の範囲における強度INTの平均値を、基準値(バックグランド値)として用いる。すなわち、Agの(100)面に帰属するピークの高さは、2θが44度のときの強度INTの、基準値(2θが46度以上48度以下の強度INTの平均値)に対する比とする。そして、Agの(100)面に帰属するピークの高さは、2θが38度のときの強度INTの、基準値に対する比とする。 As shown in FIG. 8B, FIG. 8C, FIG. 9A, and FIG. 9B, in the sample SPO300, the sample SPO400, the sample SPN300, and the sample SPNO2, the (100) plane of Ag is used. The attributed peak is relatively high. The height of the peak attributed to the (100) plane of Ag is greater than 3% of the height of the peak attributed to the (111) plane of Ag. Here, for example, an average value of the intensity INT in a range where 2θ is 46 degrees or more and 48 degrees or less is used as a reference value (background value). That is, the height of the peak attributed to the (100) plane of Ag is the ratio of the intensity INT when 2θ is 44 degrees to the reference value (average value of the intensity INT when 2θ is 46 degrees or more and 48 degrees or less). . The height of the peak belonging to the (100) plane of Ag is the ratio of the intensity INT when 2θ is 38 degrees to the reference value.
一方、図9(c)に表したように、試料SPNO1においては、Agの(100)面に帰属するピークが非常に低い。すなわち、Agの(100)面に帰属するピークの高さは、Agの(111)面に帰属するピークの高さの3%以下である。このことは、試料SPNO1においては、金属層80は、<111>に優先配向していることに対応する。<111>に優先配向しているときは、<111>方向以外の方向に配向している部分よりも<111>方向に配向して部分の方が多いことを意味する。<111>に優先配向しているときは、X線回折解析において、(111)面以外の面(具体的には(100)面)に帰属するピークが、(111)面に帰属するピークの高さの3%以下である。金属層80において<111>に優先配向している状態は、例えば、電子線による解析よっても評価可能である。 On the other hand, as shown in FIG. 9C, in the sample SPNO1, the peak attributed to the (100) plane of Ag is very low. That is, the height of the peak attributed to the (100) plane of Ag is 3% or less of the height of the peak attributed to the (111) plane of Ag. This corresponds to the fact that the metal layer 80 is preferentially oriented to <111> in the sample SPNO1. When preferentially oriented to <111>, it means that there are more parts oriented in the <111> direction than parts oriented in directions other than the <111> direction. When preferentially oriented to <111>, in X-ray diffraction analysis, a peak attributed to a plane other than the (111) plane (specifically, the (100) plane) is a peak attributed to the (111) plane. It is 3% or less of the height. The state in which the metal layer 80 is preferentially oriented to <111> can be evaluated, for example, by analysis using an electron beam.
このように、低コンタクト抵抗で高反射率の金属層80(Ag膜)においては、結晶の構造が特異的であることが分かった。すなわち、Ag膜の(100)面に帰属するピークの高さは、Agの(111)面に帰属するピークの高さの3%以下の時に、低いコンタクト抵抗Rcと、高い反射率(小さい反射率低下値ΔRf)が得られる。 Thus, it was found that the crystal structure is unique in the metal layer 80 (Ag film) having low contact resistance and high reflectance. That is, when the height of the peak attributed to the (100) plane of the Ag film is 3% or less of the height of the peak attributed to the (111) plane of Ag, the low contact resistance Rc and the high reflectance (small reflection). The rate reduction value ΔRf) is obtained.
図10は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図10は、窒素雰囲気でのアニールの温度Tnを500℃〜800℃で変えた試料におけるSIMS(二次イオン質量分析)のプロファイルを示している。図10は、第2半導体層20と、金属層80(Ag層)と、におけるGa原子の強度分布を示している。図10の横軸は、深さZd(Z軸方向に沿う位置)である。縦軸は、Ga原子の検出強度Int(Ga)(相対値)であり、対数で表示されている。
FIG. 10 is a graph illustrating characteristics of the semiconductor light emitting device.
FIG. 10 shows a SIMS (secondary ion mass spectrometry) profile of a sample in which the annealing temperature Tn in a nitrogen atmosphere is changed between 500 ° C. and 800 ° C. FIG. 10 shows the intensity distribution of Ga atoms in the second semiconductor layer 20 and the metal layer 80 (Ag layer). The horizontal axis in FIG. 10 is the depth Zd (position along the Z-axis direction). The vertical axis represents the detected intensity Int (Ga) (relative value) of Ga atoms and is expressed in logarithm.
試料N5O3では、窒素雰囲気中で500℃のアニール後に、酸素雰囲気中で300℃のアニールが行われる。
試料N6O3では、窒素雰囲気中で600℃のアニール後に、酸素雰囲気中で300℃のアニールが行われる。
試料N7O3では、窒素雰囲気中で700℃のアニール後に、酸素雰囲気中で300℃のアニールが行われる。
試料N8O3では、窒素雰囲気中で800℃でアニール後に、酸素雰囲気中で300℃のアニールが行われる。試料N8O3は、上記の試料SPNO1に対応する。
Sample N5O3 is annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere after annealing at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere.
In the sample N6O3, after annealing at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere, annealing at 300 ° C. is performed in an oxygen atmosphere.
Sample N7O3 is annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere after annealing at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere.
Sample N8O3 is annealed at 300 ° C. in an oxygen atmosphere after annealing at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere. Sample N8O3 corresponds to sample SPNO1 described above.
図10には、Ag膜を成膜しアニールを施さない試料SPAの特性も例示されている。 図10には、試料N8OXの特性も例示されている。試料N8OXでは、窒素雰囲気中で800℃でアニールが行われ、酸素雰囲気中でのアニールは行われない。 FIG. 10 also illustrates the characteristics of the sample SPA in which an Ag film is formed and annealing is not performed. FIG. 10 also illustrates the characteristics of the sample N8OX. In the sample N8OX, annealing is performed at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, and annealing is not performed in an oxygen atmosphere.
図10に示したように、アニールを施さない試料SPAにおいては、金属層80(Ag層)におけるGa原子の検出強度Int(Ga)は約1×101未満である。第2半導体層20中におけるGa原子の検出強度は約1×106である。アニールを施さない試料SPAにおいては、Ga濃度は、第2半導体層20中におけるGa濃度の1×10−5倍よりも低い。試料SPAにおいては、金属層80からは、Gaは実質的に検出されない。 As shown in FIG. 10, in the sample SPA that is not annealed, the detected intensity Int (Ga) of Ga atoms in the metal layer 80 (Ag layer) is less than about 1 × 10 1 . The detected intensity of Ga atoms in the second semiconductor layer 20 is about 1 × 10 6 . In the sample SPA that is not annealed, the Ga concentration is lower than 1 × 10 −5 times the Ga concentration in the second semiconductor layer 20. In the sample SPA, Ga is not substantially detected from the metal layer 80.
そして、アニールを施すことで、金属層80から、Gaが検出されるようになる。
試料N8OX(窒素雰囲気800℃アニールで酸素雰囲気アニールを行わない)においては、金属層80中のGa原子の検出強度Int(Ga)は、例えば、3×102〜3×103程度である。
Then, Ga is detected from the metal layer 80 by annealing.
In the sample N8OX (oxygen atmosphere annealing is not performed with nitrogen atmosphere 800 ° C. annealing), the detected intensity Int (Ga) of Ga atoms in the metal layer 80 is, for example, about 3 × 10 2 to 3 × 10 3 .
試料N5O3(窒素雰囲気中500℃アニール後+酸素雰囲気中300℃アニール)においては、金属層80中のGa原子の検出強度Int(Ga)は、例えば、約7×101〜2×103程度である。 In the sample N5O3 (after annealing at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere + 300 ° C. annealing in an oxygen atmosphere), the detected intensity Int (Ga) of Ga atoms in the metal layer 80 is, for example, about 7 × 10 1 to 2 × 10 3. It is.
試料N6O3(窒素雰囲気中600℃アニール後+酸素雰囲気中300℃アニール)においては、金属層80中のGa原子の検出強度Int(Ga)は、例えば、1×104〜5×104程度ある。 In the sample N6O3 (after annealing at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere + 300 ° C. annealing in an oxygen atmosphere), the detection intensity Int (Ga) of Ga atoms in the metal layer 80 is, for example, about 1 × 10 4 to 5 × 10 4 . .
試料N7O3(窒素雰囲気中700℃アニール後+酸素雰囲気中300℃アニール)においては、金属層80中のGa原子の検出強度Int(Ga)は、例えば、5×103〜3×104程度である。 In the sample N7O3 (after annealing at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere + 300 ° C. annealing in an oxygen atmosphere), the detection intensity Int (Ga) of Ga atoms in the metal layer 80 is, for example, about 5 × 10 3 to 3 × 10 4 . is there.
試料N8O3(窒素雰囲気中800℃アニール後+酸素雰囲気中300℃アニール)においては、金属層80中のGa原子の検出強度Int(Ga)は、例えば、3×103〜2×104程度である。 In the sample N8O3 (after annealing at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere + 300 ° C. annealing in an oxygen atmosphere), the detection intensity Int (Ga) of the Ga atom in the metal layer 80 is, for example, about 3 × 10 3 to 2 × 10 4 . is there.
このように、窒素雰囲気でのアニールの温度Tnが500℃と低い試料N5O3では、金属層80中のGa濃度は低い。そして、窒素雰囲気中のアニール温度Tnを500℃から600℃に上昇させると、金属層80中のGa濃度が急激に高くなる。そして、窒素雰囲気中のアニール温度Tnが700℃〜800℃においては、金属層80中のGa濃度は、600℃の値に比べて低くなる。 Thus, in the sample N5O3 where the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere is as low as 500 ° C., the Ga concentration in the metal layer 80 is low. When the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere is increased from 500 ° C. to 600 ° C., the Ga concentration in the metal layer 80 increases rapidly. When the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere is 700 ° C. to 800 ° C., the Ga concentration in the metal layer 80 is lower than the value of 600 ° C.
窒素雰囲気中でのアニール温度Tnが500℃のように低いときに、金属層80中のGa濃度が低いことは自然である。一方、窒素雰囲気中でのアニール温度Tnが600℃のときに、金属層80中のGa濃度が非常に高く、窒素雰囲気中でのアニール温度Tnが700℃以上になると、金属層80中のGa濃度が低くなることは、この実験で初めて観測された現象である。 When the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere is as low as 500 ° C., it is natural that the Ga concentration in the metal layer 80 is low. On the other hand, when the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere is 600 ° C., the Ga concentration in the metal layer 80 is very high, and when the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere becomes 700 ° C. or more, the Ga in the metal layer 80 is increased. The low concentration is a phenomenon observed for the first time in this experiment.
図5に関して説明したように、窒素雰囲気中でのアニールの温度Tnが700℃以上800℃以下のときに、低いコンタクト抵抗Rcが得られる。そして、アニールの温度Tnが500℃以上600℃以下のときは、コンタクト抵抗Rcが高い。時に、アニールの温度Tnが600℃のときは、コンタクト抵抗が測定できないほど高い。図3に関して説明したように、酸素雰囲気中でのアニールを行わない試料N8OXでは、コンタクト抵抗Rcは、約6×10−3(Ωcm2)であり、高い。 As described with reference to FIG. 5, when the annealing temperature Tn in the nitrogen atmosphere is 700 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, a low contact resistance Rc is obtained. When the annealing temperature Tn is 500 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, the contact resistance Rc is high. Sometimes, when the annealing temperature Tn is 600 ° C., the contact resistance is so high that it cannot be measured. As described with reference to FIG. 3, in the sample N8OX that is not annealed in an oxygen atmosphere, the contact resistance Rc is about 6 × 10 −3 (Ωcm 2 ), which is high.
図5に示した、コンタクト抵抗Rcとアニールの温度Tnとの関係と、図10に示した、金属層80中のGa濃度とアニール温度Tnとの関係と、には相関がある。 There is a correlation between the relationship between the contact resistance Rc and the annealing temperature Tn shown in FIG. 5 and the relationship between the Ga concentration in the metal layer 80 and the annealing temperature Tn shown in FIG.
すなわち、アニールの温度Tnが500℃程度と、過度に低いと、金属層80中のGa濃度は低く、コンタクト抵抗Rcも高い。そして、アニールの温度Tnが600℃程度においては、金属層80中のGa濃度は著しく高く、コンタクト抵抗Rcも著しく高い。アニールの温度Tnが600℃を超え、700℃以上800℃以下と高温になると、金属層80中のGa濃度は中程度であり、コンタクト抵抗Rcは低くなる。 That is, if the annealing temperature Tn is too low, such as about 500 ° C., the Ga concentration in the metal layer 80 is low and the contact resistance Rc is also high. When the annealing temperature Tn is about 600 ° C., the Ga concentration in the metal layer 80 is remarkably high, and the contact resistance Rc is remarkably high. When the annealing temperature Tn exceeds 600 ° C. and becomes as high as 700 ° C. or more and 800 ° C. or less, the Ga concentration in the metal layer 80 is medium and the contact resistance Rc is lowered.
金属層80中のGa濃度が低すぎても、高すぎても、コンタクト抵抗Rcは高くなる。金属層80中のGa濃度が程度な範囲のときに、低いコンタクト抵抗Rcが得られる。金属層80中のGa濃度において、低いコンタクト抵抗Rcを得るための適切な範囲があることは、今まで知られていない。 If the Ga concentration in the metal layer 80 is too low or too high, the contact resistance Rc increases. A low contact resistance Rc is obtained when the Ga concentration in the metal layer 80 is in the range of a certain level. Until now, it has not been known that there is an appropriate range for obtaining a low contact resistance Rc in the Ga concentration in the metal layer 80.
SIMS分析において、Gaの濃度は相対値として検出される。そして、図10に例示したように、金属層80と第2半導体層20との界面を含む領域において、Gaの濃度は変化している。金属層80中におけるGaの濃度を定量的に示す指標の例を導入する。 In the SIMS analysis, the Ga concentration is detected as a relative value. As illustrated in FIG. 10, the Ga concentration changes in the region including the interface between the metal layer 80 and the second semiconductor layer 20. An example of an index that quantitatively indicates the Ga concentration in the metal layer 80 is introduced.
この指標では、第2半導体層20と金属層80(Ag層)とを含む領域におけるSIMS分析において、Ga原子の強度に加えて、「Ga+N」の強度が測定される。「Ga+N」の強度は、例えば、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度である。「Ga+N」(複合体)の検出強度の特性を基に、金属層80と第2半導体層20とを含む領域内における基準の位置が定義される。その基準の位置に基づいて、金属層80におけるGaの濃度が定義される。 In this index, in the SIMS analysis in the region including the second semiconductor layer 20 and the metal layer 80 (Ag layer), the intensity of “Ga + N” is measured in addition to the intensity of Ga atoms. The intensity of “Ga + N” is, for example, the detected intensity of a complex of gallium atoms and nitrogen atoms. Based on the detection intensity characteristic of “Ga + N” (composite), a reference position in the region including the metal layer 80 and the second semiconductor layer 20 is defined. Based on the reference position, the Ga concentration in the metal layer 80 is defined.
図11(a)〜図11(f)は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図11(a)〜図11(f)は、試料N5O3、試料N6O3、試料N7O3、試料N8O3、試料SPA及び試料N8OXに、それぞれ対応する。これらの図は、SIMS分析結果の例である。横軸は、深さZdである。縦軸は、Ga原子の検出強度、または、「Ga+N」(複合体)の検出強度である。縦軸は、相対値であり、対数で表示されている。
FIG. 11A to FIG. 11F are graphs illustrating characteristics of the semiconductor light emitting element.
11A to 11F correspond to the sample N5O3, the sample N6O3, the sample N7O3, the sample N8O3, the sample SPA, and the sample N8OX, respectively. These figures are examples of SIMS analysis results. The horizontal axis is the depth Zd. The vertical axis represents the detection intensity of Ga atoms or the detection intensity of “Ga + N” (complex). The vertical axis is a relative value and is expressed in logarithm.
例えば、図11(a)に表したように、第2半導体層20中における「Ga+N」(複合体)の検出強度の最大値V1は、約1.4×103である。「Ga+N」(複合体)の検出強度が、最大値V1の1/100になる深さZd方向の位置を、第1位置IFとする。第1位置IFは、金属層80と第2半導体層20との間の界面と見なしても良い。第1位置IFは、第2半導体層20と金属層80(Ag層)とを含む領域内の、第2半導体層20から金属層80に向かう積層方向における位置である。第1位置IFにおける「Ga+N」(複合体)の検出強度V2は、最大値V1の1/100である。 For example, as illustrated in FIG. 11A, the maximum value V1 of the detected intensity of “Ga + N” (complex) in the second semiconductor layer 20 is about 1.4 × 10 3 . A position in the depth Zd direction where the detection intensity of “Ga + N” (complex) becomes 1/100 of the maximum value V1 is defined as a first position IF. The first position IF may be regarded as an interface between the metal layer 80 and the second semiconductor layer 20. The first position IF is a position in the stacking direction from the second semiconductor layer 20 toward the metal layer 80 in a region including the second semiconductor layer 20 and the metal layer 80 (Ag layer). The detection intensity V2 of “Ga + N” (complex) at the first position IF is 1/100 of the maximum value V1.
金属層80中において、第1位置IFからZ軸方向(積層方向)に沿って40nm離れた位置(第2位置)を濃度定義位置P0とする。実施形態において、金属層80(Ag層)の厚さは、実用的には、例えば、40nm以上1000nm以下である。このため、第1位置IFからZ軸方向(積層方向)に沿って40nm離れた第2位置(濃度定義位置P0)は、金属層80中に含まれる。 In the metal layer 80, a position (second position) 40 nm away from the first position IF along the Z-axis direction (stacking direction) is defined as a concentration defining position P0. In the embodiment, the thickness of the metal layer 80 (Ag layer) is practically, for example, not less than 40 nm and not more than 1000 nm. For this reason, the second position (concentration definition position P0) 40 nm away from the first position IF along the Z-axis direction (stacking direction) is included in the metal layer 80.
一方、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度は、第1位置IFから十分に離れた位置のGa原子の検出強度である。例えば、図11(a)〜図11(f)の例では、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度は、第1位置IFからの距離が100nm以上において、ほぼ一定となる。第1位置IFから十分に離れた位置のGa原子の検出強度は、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度の最大値V1である。例えば、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度の最大値V1は、第1位置IFからの距離が100nmの位置のGa原子の検出強度とする。いずれの試料においても、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度の最大値V3は、約1×106である。 On the other hand, the detected intensity of Ga atoms in the second semiconductor layer 20 is the detected intensity of Ga atoms at a position sufficiently away from the first position IF. For example, in the examples of FIGS. 11A to 11F, the detected intensity of Ga atoms in the second semiconductor layer 20 is substantially constant when the distance from the first position IF is 100 nm or more. The detection intensity of Ga atoms at a position sufficiently away from the first position IF is the maximum value V1 of the detection intensity of Ga atoms in the second semiconductor layer 20. For example, the maximum value V1 of the detected intensity of Ga atoms in the second semiconductor layer 20 is the detected intensity of Ga atoms at a position where the distance from the first position IF is 100 nm. In any sample, the maximum value V3 of the detected intensity of Ga atoms in the second semiconductor layer 20 is about 1 × 10 6 .
そして、それぞれの試料において、金属層80中の濃度定義位置P0におけるGa原子の検出強度V4が、互いに異なる。 In each sample, the detected intensity V4 of Ga atoms at the concentration defining position P0 in the metal layer 80 is different from each other.
試料N5O3においては、濃度定義位置P0におけるGa原子の検出強度V4は、約1.5×103である。試料N5O3においては、検出強度V4は、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度の最大値V3の約0.1%である。
試料N6O3においては、濃度定義位置P0におけるGa原子の検出強度V4は、約4.5×104である。試料N6O3においては、検出強度V4は、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度の最大値V3の約3.8%である。
試料N7O3においては、濃度定義位置P0におけるGa原子の検出強度V4は、約2.0×104である。試料N7O3においては、検出強度V4は、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度の最大値V3の約1.7%である。
試料N8O3においては、濃度定義位置P0におけるGa原子の検出強度V4は、約1.4×104である。試料N8O3においては、検出強度V4は、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度の最大値V3の約1.4%である。
試料SPAにおいては、濃度定義位置P0におけるGa原子の検出強度V4は、約2×100である。
試料N8OXにおいては、濃度定義位置P0におけるGa原子の検出強度V4は、約4.2×103である。試料N8OXにおいては、検出強度V4は、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度の最大値V3の約0.4%である。
In the sample N5O3, the detected intensity V4 of Ga atoms at the concentration defining position P0 is about 1.5 × 10 3 . In the sample N5O3, the detection intensity V4 is about 0.1% of the maximum value V3 of the Ga atom detection intensity in the second semiconductor layer 20.
In the sample N6O3, the detected intensity V4 of Ga atoms at the concentration defining position P0 is about 4.5 × 10 4 . In the sample N6O3, the detection intensity V4 is about 3.8% of the maximum detection intensity V3 of Ga atoms in the second semiconductor layer 20.
In the sample N7O3, the detected intensity V4 of Ga atoms at the concentration defining position P0 is about 2.0 × 10 4 . In the sample N7O3, the detection intensity V4 is about 1.7% of the maximum detection intensity V3 of Ga atoms in the second semiconductor layer 20.
In the sample N8O3, the detected intensity V4 of Ga atoms at the concentration defining position P0 is about 1.4 × 10 4 . In the sample N8O3, the detection intensity V4 is about 1.4% of the maximum value V3 of the Ga atom detection intensity in the second semiconductor layer 20.
In sample SPA, detected intensity V4 of Ga atoms at a concentration defined position P0 is about 2 × 10 0.
In the sample N8OX, the detected intensity V4 of Ga atoms at the concentration defining position P0 is about 4.2 × 10 3 . In the sample N8OX, the detection intensity V4 is about 0.4% of the maximum value V3 of the Ga atom detection intensity in the second semiconductor layer 20.
従って、このような定義を用いると、検出強度V4が、第2半導体層20におけるGa原子の検出強度の最大値V3の0.4%よりも高く3.8%よりも低いときに、低いコンタクト抵抗Rcが得られることが分かる。 Therefore, using such a definition, when the detection intensity V4 is higher than 0.4% of the maximum value V3 of detection intensity of Ga atoms in the second semiconductor layer 20 and lower than 3.8%, a low contact is obtained. It can be seen that the resistance Rc is obtained.
すなわち、実施形態においては、SIMS分析(二次イオン質量分析)において、第2半導体層20と金属層80(銀層)とを含む領域内の第2半導体層20から金属層80に向かう積層方向における第1位置における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度V2は、第2半導体層20中におけるその複合体の検出強度の最大値V1の1/100である。 That is, in the embodiment, in SIMS analysis (secondary ion mass spectrometry), the stacking direction from the second semiconductor layer 20 to the metal layer 80 in the region including the second semiconductor layer 20 and the metal layer 80 (silver layer). The detection intensity V2 of the complex of gallium atoms and nitrogen atoms at the first position in FIG. 1 is 1/100 of the maximum value V1 of the detection intensity of the complex in the second semiconductor layer 20.
その二次イオン質量分析において、金属層50のうちの第1位置IFからの距離が40ナノメートルの第2位置(濃度定義位置P0)における、ガリウム原子の検出強度V4は、第2半導体層20中におけるガリウム原子の検出強度の最大値V3の0.4%よりも高く3.8%よりも低い。 In the secondary ion mass spectrometry, the detection intensity V4 of the gallium atom at the second position (concentration definition position P0) of the metal layer 50 with the distance from the first position IF of 40 nanometers is the second semiconductor layer 20. It is higher than 0.4% of the maximum value V3 of the detected intensity of gallium atoms in the inside and lower than 3.8%.
これにより、低コンタクト抵抗を得ることができる。検出強度V4が、第2半導体層20中におけるガリウム原子の検出強度の最大値V3の1.4%以上であることが望ましい。検出強度V4が、第2半導体層20中におけるガリウム原子の検出強度の最大値V3の1.7%以下であることが望ましい。 Thereby, a low contact resistance can be obtained. The detection intensity V4 is desirably 1.4% or more of the maximum value V3 of the detection intensity of gallium atoms in the second semiconductor layer 20. The detection intensity V4 is desirably 1.7% or less of the maximum value V3 of the detection intensity of gallium atoms in the second semiconductor layer 20.
第2位置(濃度定義位置P0)と、第1位置IFと、の、Z軸方向(第2半導体層20から金属層80に向かう積層方向)に沿う距離は、例えば、40nmである。 The distance along the Z-axis direction (stacking direction from the second semiconductor layer 20 toward the metal layer 80) between the second position (concentration definition position P0) and the first position IF is, for example, 40 nm.
第1位置IFにおいては、SIMS分析(二次イオン質量分析)で検出される、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度が、第2半導体層20中における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度の最大値の1/100である。 At the first position IF, the detection intensity of the complex of gallium atoms and nitrogen atoms detected by SIMS analysis (secondary ion mass spectrometry) is the difference between the gallium atoms and nitrogen atoms in the second semiconductor layer 20. It is 1/100 of the maximum value of the detection intensity of the complex.
第2半導体層20中におけるGaの濃度の最大値V3は、例えば、第2半導体層20中において、金属層80と第2半導体層20との第1位置IFとのZ軸方向方向に沿う距離が100nmの位置におけるGa原子の検出強度である。 The maximum value V3 of the Ga concentration in the second semiconductor layer 20 is, for example, a distance along the Z-axis direction between the metal layer 80 and the first position IF of the second semiconductor layer 20 in the second semiconductor layer 20. Is the detected intensity of Ga atoms at a position of 100 nm.
もし、金属層80と第2半導体層20とを含む領域に関するSIMS分析において、アニールを行わない試料(例えば試料SPA)についての分析が可能な場合は、以下のような定義も用いることができる。 If the SIMS analysis regarding the region including the metal layer 80 and the second semiconductor layer 20 can analyze a sample that is not annealed (for example, the sample SPA), the following definitions can also be used.
第1の定義は、以下である。
図10に例示した試料SPAにおいて、第2半導体層20においてGa原子の検出強度が一定である位置を基準位置psとする。この例では、基準位置psにおけるGa原子の検出強度Int(Ga)は、約1×106である。
金属層80と第2半導体層20とを含む領域において、第1界面位置p01が設定される。第1界面位置p01は、深さZd方向の位置である。第1界面位置p01においては、Ga原子の検出強度Int(Ga)は、基準位置psにおけるGa原子の検出強度Int(Ga)の1/eである。「e」は、自然対数の底である。
The first definition is as follows.
In the sample SPA illustrated in FIG. 10, a position where the detected intensity of Ga atoms is constant in the second semiconductor layer 20 is defined as a reference position ps. In this example, the detected intensity Int (Ga) of Ga atoms at the reference position ps is about 1 × 10 6 .
In the region including the metal layer 80 and the second semiconductor layer 20, the first interface position p01 is set. The first interface position p01 is a position in the depth Zd direction. At the first interface position p01, the Ga atom detection intensity Int (Ga) is 1 / e of the Ga atom detection intensity Int (Ga) at the reference position ps. “E” is the base of the natural logarithm.
このように、試料SPAにより、SIMS分析における厚さZd方向の基準位置として、第1界面位置p01が定められる。この例では、深さZdが約170nmの位置が、第1界面位置p01となる。 As described above, the first interface position p01 is determined by the sample SPA as the reference position in the thickness Zd direction in the SIMS analysis. In this example, the position where the depth Zd is about 170 nm is the first interface position p01.
各試料において、第2半導体層20から金属層80に向かうZ軸方向に沿って、金属層80中におけるGaの濃度が減少している領域と、上昇する領域と、が観測される。SIMS分析において、一般に、表面に近い領域(深さZdが10nm以下の領域)においては、検出値は必ずしも正しくない。この領域の値を除外するために、便宜的に、第2半導体層20中において、第2半導体層20から金属層80に向かうZ軸方向に沿って、金属層80中におけるGaの濃度が減少している領域を、Ga濃度を定義するための領域として用いる。 In each sample, a region in which the Ga concentration in the metal layer 80 decreases and a region in which the Ga concentration increases in the Z-axis direction from the second semiconductor layer 20 toward the metal layer 80 are observed. In SIMS analysis, in general, the detection value is not necessarily correct in a region close to the surface (a region where the depth Zd is 10 nm or less). In order to exclude the value of this region, for convenience, the Ga concentration in the metal layer 80 decreases in the second semiconductor layer 20 along the Z-axis direction from the second semiconductor layer 20 to the metal layer 80. This region is used as a region for defining the Ga concentration.
各試料において、金属層80中におけるGa原子の検出強度が最小になる位置を最小位置とする。そして、第1界面位置p01において、金属層80中におけるGa原子の検出強度は最大になる。深さZd方向において、上記の最小位置と、第1界面位置p01と、の中間の位置を中間位置とする。この中間位置におけるGa原子の検出強度(第1検出強度)を各試料における、金属層80中のGa原子の検出強度として用いることができる。そして、この中間位置におけるGa原子の検出強度の、基準位置psにおけるGa原子の検出強度Int(Ga)(約1×106)に対する比を、第1比R1とする。 In each sample, the position where the detected intensity of Ga atoms in the metal layer 80 is minimized is defined as the minimum position. Then, the detected intensity of Ga atoms in the metal layer 80 is maximized at the first interface position p01. In the depth Zd direction, an intermediate position between the minimum position and the first interface position p01 is set as an intermediate position. The detected intensity (first detected intensity) of Ga atoms at the intermediate position can be used as the detected intensity of Ga atoms in the metal layer 80 in each sample. The ratio of the Ga atom detection intensity at the intermediate position to the Ga atom detection intensity Int (Ga) (about 1 × 10 6 ) at the reference position ps is defined as a first ratio R1.
例えば、試料N5O3では、第1検出強度は約2×102であり、第1比R1は約0.01%である。
例えば、試料N6O3では、第1検出強度は約3×104であり、第1比R1は約3%である。
例えば、試料N7O3では、第1検出強度は約1.4×104であり、第1比R1は約1.2%である。
例えば、試料N8O3では、第1検出強度は約7×103であり、第1比R1は約0.7%である。
例えば、試料N8OXでは、第1検出強度は約1×103であり、第1比R1は約0.1%である。
For example, in the sample N5O3, the first detection intensity is about 2 × 10 2 and the first ratio R1 is about 0.01%.
For example, in the sample N6O3, the first detection intensity is about 3 × 10 4 and the first ratio R1 is about 3%.
For example, in the sample N7O3, the first detection intensity is about 1.4 × 10 4 and the first ratio R1 is about 1.2%.
For example, in the sample N8O3, the first detection intensity is about 7 × 10 3 and the first ratio R1 is about 0.7%.
For example, in the sample N8OX, the first detection intensity is about 1 × 10 3 and the first ratio R1 is about 0.1%.
この定義を用いた場合は、第1比R1は、0.1%よりも大きく3%よりも小さいことが好ましい。第1比R1は、0.7%以上であることが好ましい。第1比R1は、1.2%以下であることが好ましい。 When this definition is used, the first ratio R1 is preferably larger than 0.1% and smaller than 3%. The first ratio R1 is preferably 0.7% or more. The first ratio R1 is preferably 1.2% or less.
第2の定義は以下である。
図10に例示した試料SPAにおいて、金属層80と第2半導体層20とを含む領域において、第2界面位置p02が設定される。第2界面位置p02は、深さZd方向の位置である。第2界面位置p02においては、Ga原子の検出強度Int(Ga)は、基準位置psにおけるGa原子の検出強度Int(Ga)の1/100,000である。
The second definition is as follows.
In the sample SPA illustrated in FIG. 10, the second interface position p02 is set in a region including the metal layer 80 and the second semiconductor layer 20. The second interface position p02 is a position in the depth Zd direction. At the second interface position p02, the detected intensity Int (Ga) of Ga atoms is 1 / 100,000 of the detected intensity Int (Ga) of Ga atoms at the reference position ps.
この場合も、基準位置psは、第2半導体層20においてGa原子の検出強度が一定である位置であり、基準位置psにおけるGa原子の検出強度Int(Ga)は、約1×106である。そして、第1の定義と同様にして、金属層80におけるGaの濃度が定義される。 Also in this case, the reference position ps is a position where the detection intensity of Ga atoms is constant in the second semiconductor layer 20, and the detection intensity Int (Ga) of Ga atoms at the reference position ps is about 1 × 10 6 . . In the same manner as the first definition, the Ga concentration in the metal layer 80 is defined.
すなわち、金属層80中におけるGa原子の検出強度が最小になる位置を最小位置とする。第2界面位置p02において、金属層80中におけるGa原子の検出強度は最大になる。深さZd方向において、上記の最小位置と、第2界面位置p02と、の間のGa原子の検出強度の平均値(第2検出強度)を各試料における、金属層80中のGa原子の検出強度として用いる。そして、このGa原子の検出強度の平均値の、基準位置psにおけるGa原子の検出強度Int(Ga)(約1×106)に対する比を、第2比R2とする。 That is, the position where the detected intensity of Ga atoms in the metal layer 80 is minimized is defined as the minimum position. At the second interface position p02, the detected intensity of Ga atoms in the metal layer 80 is maximized. In the depth Zd direction, the average value (second detection intensity) of Ga atom detection intensity between the minimum position and the second interface position p02 is detected in each sample. Used as strength. The ratio of the average value of the Ga atom detection intensity to the Ga atom detection intensity Int (Ga) (about 1 × 10 6 ) at the reference position ps is defined as a second ratio R2.
各試料において、第2検出強度は、第1検出強度とほぼ同じ値となる。第2の定義を用いた場合において、第2比R2は、0.1%よりも大きく3%よりも小さいことが好ましい。第2比R2は、0.7%以上であることが好ましい。第2比R2は、1.2%以下であることが好ましい。 In each sample, the second detection intensity is substantially the same value as the first detection intensity. In the case where the second definition is used, the second ratio R2 is preferably larger than 0.1% and smaller than 3%. The second ratio R2 is preferably 0.7% or more. The second ratio R2 is preferably 1.2% or less.
図12は、第1の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図12に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子120は、半導体積層部10s及び金属層80に加え、対向側電極70と、支持基板部90と、接着メタル層82と、をさらに備える。半導体発光素子120においては、金属層80は、第2半導体層20と電気的に接続され、対向側電極70は、第1半導体層10と電気的に接続される。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor light emitting element according to the first embodiment.
As shown in FIG. 12, another semiconductor light emitting device 120 according to the present embodiment includes a counter electrode 70, a support substrate portion 90, an adhesive metal layer 82, in addition to the semiconductor stacked portion 10 s and the metal layer 80. Is further provided. In the semiconductor light emitting device 120, the metal layer 80 is electrically connected to the second semiconductor layer 20, and the counter electrode 70 is electrically connected to the first semiconductor layer 10.
支持基板部90は、導電性基板93と、導電性基板93の上に設けられた導電層92と、を有する。導電性基板93には、例えばシリコン基板が用いられる。接着メタル層82は、導電層92と対向側電極70との間に設けられ、導電層92と対向側電極70とを電気的に接続する。接着メタル層82と導電層92が互いに接合している。導電性基板93と対向側電極70との間に電圧を印加することで、発光層30に電流が流れ、光が放出される。 The support substrate unit 90 includes a conductive substrate 93 and a conductive layer 92 provided on the conductive substrate 93. For example, a silicon substrate is used as the conductive substrate 93. The adhesive metal layer 82 is provided between the conductive layer 92 and the counter electrode 70, and electrically connects the conductive layer 92 and the counter electrode 70. The adhesive metal layer 82 and the conductive layer 92 are joined to each other. By applying a voltage between the conductive substrate 93 and the counter electrode 70, a current flows through the light emitting layer 30 and light is emitted.
この例では、第1半導体層10の発光層30とは反対側の表面10u(第2主面10b)に凹凸10pが形成されている。凹凸10pの高さは、例えば、発光層30から放出される光の主波長よりも大きい。 In this example, the unevenness 10p is formed on the surface 10u (second main surface 10b) of the first semiconductor layer 10 opposite to the light emitting layer 30. The height of the unevenness 10p is, for example, larger than the dominant wavelength of the light emitted from the light emitting layer 30.
この場合も、金属層80は、<111>配向している。例えば、(100)面に帰属するピークの高さは、Agの(111)面に帰属するピークの高さの3%以下である。 Also in this case, the metal layer 80 is <111> oriented. For example, the height of the peak attributed to the (100) plane is 3% or less of the height of the peak attributed to the (111) plane of Ag.
また、金属層80の複数のグレイン301の平均の面積は、5μm2以上100μm2以下である。そして、金属層80と半導体積層部10sとの間のコンタクト抵抗Rcは、1.50×10−4Ωcm2以上1.5×10−3Ωcm2以下である。 Further, the average area of the plurality of grains 301 of the metal layer 80 is 5 μm 2 or more and 100 μm 2 or less. The contact resistance Rc between the metal layer 80 and the semiconductor stacked portion 10 s is 1.50 × 10 −4 Ωcm 2 or more and 1.5 × 10 −3 Ωcm 2 or less.
このように、半導体発光素子120においても、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子が提供できる。 As described above, the semiconductor light emitting device 120 can also provide a semiconductor light emitting device having a low contact resistance and a high reflectivity electrode.
以下、半導体発光素子120の製造方法の例について説明する。
図13(a)〜図13(c)及び、図14(a)及び図14(b)は、第1の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
以下の製造方法において、半導体層の結晶成長には、例えば有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)が用いられる。この他、分子線エピタキシー法(MBE:Molecular Beam Epitaxy)により結晶成長を行っても良い。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the semiconductor light emitting device 120 will be described.
FIGS. 13A to 13C and FIGS. 14A and 14B are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating another method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the first embodiment. It is.
In the following manufacturing method, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) is used for crystal growth of a semiconductor layer. In addition, crystal growth may be performed by molecular beam epitaxy (MBE).
図13(a)に表したように、c面サファイアなどの基板5の主面上に、バッファ層6を形成する。基板5には、サファイア以外に、GaN、SiC、Si及びGaAsなどの各種の材料を用いることができる。バッファ層6には、例えばAlx0Ga1−x0N(0≦x0≦1)層が用いられる。バッファ層6の上に、第1半導体層10の結晶を成長させる。第1半導体層10には、例えばn形GaN層などが用いられる。第1半導体層10の上に発光層30の結晶を成長させる。発光層30には、図2(a)〜図2(c)に関して説明した種々の構成が適用される。発光層30の上に第2半導体層20の結晶を成長させる。第2半導体層20には、例えばp形GaN層などが用いられる。 As shown in FIG. 13A, the buffer layer 6 is formed on the main surface of the substrate 5 such as c-plane sapphire. Various materials such as GaN, SiC, Si, and GaAs can be used for the substrate 5 in addition to sapphire. For the buffer layer 6, for example, an Al x0 Ga 1-x0 N (0 ≦ x0 ≦ 1) layer is used. A crystal of the first semiconductor layer 10 is grown on the buffer layer 6. For example, an n-type GaN layer is used for the first semiconductor layer 10. A crystal of the light emitting layer 30 is grown on the first semiconductor layer 10. Various configurations described with reference to FIGS. 2A to 2C are applied to the light emitting layer 30. A crystal of the second semiconductor layer 20 is grown on the light emitting layer 30. For example, a p-type GaN layer is used for the second semiconductor layer 20.
第2半導体層20の上に、金属層80となるAg膜を形成する。この後、窒素雰囲気中800℃で1min間アニールし、その後、酸素雰囲気中300℃で1min間アニールする。これにより、金属層80が得られる。金属層80を覆うように、Ti膜、Pt膜およびAu膜をこの順序で積層し、接着メタル層82を形成する。 An Ag film to be the metal layer 80 is formed on the second semiconductor layer 20. Thereafter, annealing is performed at 800 ° C. for 1 min in a nitrogen atmosphere, and then annealing is performed at 300 ° C. for 1 min in an oxygen atmosphere. Thereby, the metal layer 80 is obtained. A Ti film, a Pt film, and an Au film are laminated in this order so as to cover the metal layer 80, thereby forming an adhesive metal layer 82.
図13(b)に表したように、導電性基板93(例えばシリコン基板)と、導電性基板93の主面に設けられた導電層92と、を有する支持基板部90を用意する。導電層92と、接着メタル層82と、を互いに対向させる。導電層92には、Au及びSnを含む層が用いられる。導電層92と接着メタル層82とを接触させた状態で、例えば、250℃以上の高温下において、一定時間圧力が印加される。 As shown in FIG. 13B, a support substrate portion 90 having a conductive substrate 93 (for example, a silicon substrate) and a conductive layer 92 provided on the main surface of the conductive substrate 93 is prepared. The conductive layer 92 and the adhesive metal layer 82 are opposed to each other. As the conductive layer 92, a layer containing Au and Sn is used. In a state where the conductive layer 92 and the adhesive metal layer 82 are in contact with each other, a pressure is applied for a certain time at a high temperature of, for example, 250 ° C. or higher.
これにより、図13(c)に表したように、接着メタル層82と導電層92とが互いに接着される。 Thereby, as shown in FIG. 13C, the adhesive metal layer 82 and the conductive layer 92 are bonded to each other.
そして、基板5の第1半導体層10とは反対の側から紫外光レーザ(例えば、KrFの波長が248nmのレーザ)をパルス照射する。
これにより、図14(a)に表したように、半導体積層部10sが基板5から剥離される。このように、半導体積層部10sを形成する際に用いられた基板5が除去されることにより、半導体発光素子120においては、放熱性を向上でき、高い発光効率が得られる。
Then, an ultraviolet laser (for example, a laser having a KrF wavelength of 248 nm) is pulsed from the side of the substrate 5 opposite to the first semiconductor layer 10.
Thereby, as illustrated in FIG. 14A, the semiconductor stacked unit 10 s is peeled from the substrate 5. Thus, by removing the substrate 5 used when forming the semiconductor stacked portion 10 s, the semiconductor light emitting device 120 can improve heat dissipation and obtain high light emission efficiency.
その後、半導体積層部10sを所定の形状に加工にする。すなわち、基板5の上に複数の半導体積層部10sが形成され、複数の半導体積層部10sごとに分離される。なお、このとき、分離された複数の半導体積層部10sどうしの間において、接着メタル層82はパターニングされず、半導体積層部10s毎に分離された半導体結晶膜間には、接着メタル層82が露出した状態となる。また、パターニングされた半導体結晶膜は、例えばテーパ状のメサ形状となる。 Thereafter, the semiconductor stacked portion 10s is processed into a predetermined shape. That is, a plurality of semiconductor stacked portions 10 s are formed on the substrate 5 and are separated for each of the plurality of semiconductor stacked portions 10 s. At this time, the adhesive metal layer 82 is not patterned between the plurality of separated semiconductor stacked portions 10s, and the adhesive metal layer 82 is exposed between the semiconductor crystal films separated for each of the semiconductor stacked portions 10s. It will be in the state. Further, the patterned semiconductor crystal film has a tapered mesa shape, for example.
次に、保護層として、例えばSiO2膜を形成する。なお、メサ形状にすることで、保護層の被覆性が向上する。保護層の一部を除去して、第1半導体層10の表面を露出させる。 Next, as a protective layer, for example, a SiO 2 film is formed. Note that the mesa shape improves the coverage of the protective layer. A part of the protective layer is removed to expose the surface of the first semiconductor layer 10.
図14(b)に表したように、第1半導体層10の表面に対向側電極70を形成する。この後、第1半導体層10をウエットエッチングする。このエッチングにおいては、例えば、濃度が1mol/lで、温度が70℃の水酸化カリウムを用い、15分間のエッチングを行う。これにより、第1半導体層10の表面が粗面化される。すなわち、第1半導体層10の表面に凹凸10pが形成される。 As shown in FIG. 14B, the counter electrode 70 is formed on the surface of the first semiconductor layer 10. Thereafter, the first semiconductor layer 10 is wet etched. In this etching, for example, the etching is performed for 15 minutes using potassium hydroxide having a concentration of 1 mol / l and a temperature of 70 ° C. Thereby, the surface of the first semiconductor layer 10 is roughened. That is, the unevenness 10 p is formed on the surface of the first semiconductor layer 10.
なお、対向側電極70には、例えば、アルカリ耐性の材料を用いる。対向側電極70には、例えば、Pt、Au、Ni及びTiのうちの少なくともいずれか材料を用いる。この材料を用いることにより、アルカリエッチングにより形成される凹凸10pのサイズ(高低差)を大きくできる。
以上のような工程により、図12に例示した半導体発光素子120が製造できる。
For the counter electrode 70, for example, an alkali-resistant material is used. For the counter electrode 70, for example, at least one of Pt, Au, Ni, and Ti is used. By using this material, the size (height difference) of the unevenness 10p formed by alkali etching can be increased.
The semiconductor light emitting device 120 illustrated in FIG. 12 can be manufactured through the steps as described above.
(第2の実施形態)
本実施形態は、半導体発光素子の製造方法に係る。
図15は、第2の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図15に表したように、発光層30を含み窒化物半導体を含む半導体積層部10sの上に、Agを含む金属膜(銀膜)を形成する(ステップS110)。この金属膜を窒素含む雰囲気中で熱処理を施す第1熱処理工程を行う(ステップS120)。さらに、第1熱処理工程の後に金属膜を、酸素を含む雰囲気中で熱処理を施す第2処理工程を行う(ステップS130)。第1熱処理工程における熱処理の温度は、第2熱処理工程における熱処理の温度よりも高い。これにより、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子が製造できる。
(Second Embodiment)
The present embodiment relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device.
FIG. 15 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the semiconductor light emitting element according to the second embodiment.
As illustrated in FIG. 15, a metal film (silver film) containing Ag is formed on the semiconductor stacked portion 10 s including the light emitting layer 30 and including the nitride semiconductor (Step S <b> 110). A first heat treatment step is performed in which the metal film is heat-treated in an atmosphere containing nitrogen (step S120). Further, after the first heat treatment step, a second treatment step is performed in which the metal film is heat treated in an atmosphere containing oxygen (step S130). The temperature of the heat treatment in the first heat treatment step is higher than the temperature of the heat treatment in the second heat treatment step. Thereby, a semiconductor light emitting device having an electrode having a low contact resistance and a high reflectance can be manufactured.
第1熱処理工程における熱処理の温度は、700℃以上800℃以下である。第2熱処理工程における熱処理の温度は、200℃以上400℃以下である。これにより、図5、図6に関して説明したように、低コンタクト抵抗で高反射率の電極(金属層80)が得られる。第1熱処理工程における熱処理の時間は、例えば、1min以上10min以下である。1min未満だと結晶の成長が不十分であり、第2熱処理工程におけるマイグレーションの抑制が不十分になる。10minを超えると半導体積層部へのダメージが発生する場合がある。第2熱処理工程における熱処理の時間は、例えば、30sec(秒)以上1min以下である。30sec未満だと、コンタクト抵抗の低下が不十分である。1minを超えるとマイグレーションが促進し、反射率が低下する。 The temperature of the heat treatment in the first heat treatment step is 700 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. The temperature of the heat treatment in the second heat treatment step is 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. As a result, as described with reference to FIGS. 5 and 6, an electrode (metal layer 80) having a low contact resistance and a high reflectance can be obtained. The heat treatment time in the first heat treatment step is, for example, 1 min or more and 10 min or less. If it is less than 1 min, crystal growth is insufficient, and migration suppression in the second heat treatment step becomes insufficient. If it exceeds 10 min, damage to the semiconductor laminate may occur. The heat treatment time in the second heat treatment step is, for example, 30 seconds (seconds) or more and 1 minute or less. If it is less than 30 sec, the contact resistance is not sufficiently lowered. If it exceeds 1 min, migration is promoted and the reflectance is lowered.
本実施形態に係る製造方法においては、上記の第2熱処理工程後において、銀膜(金属層80)においては、X線回折解析においてAgの(100)面に帰属するピークの高さが、Agの(111)面に帰属するピークの高さの例えば、3%以下である。 In the manufacturing method according to this embodiment, after the second heat treatment step, in the silver film (metal layer 80), the peak height attributed to the (100) plane of Ag in the X-ray diffraction analysis is Ag. For example, it is 3% or less of the height of the peak attributed to the (111) plane.
第2熱処理工程後において、SIMS分析において、半導体層(この例では第2半導体層20)と銀膜とを含む領域内の、半導体層から銀膜に向かう積層方向における第1位置IFにおける、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度V2は、半導体層中におけるガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度の最大値V1の1/100である。 After the second heat treatment step, in SIMS analysis, gallium in the first position IF in the stacking direction from the semiconductor layer to the silver film in the region including the semiconductor layer (second semiconductor layer 20 in this example) and the silver film. The detected intensity V2 of the complex of atoms and nitrogen atoms is 1/100 of the maximum value V1 of the detected intensity of the complex of gallium atoms and nitrogen atoms in the semiconductor layer.
第2熱処理工程後において、そのSIMS分析において、銀膜のうちの第1位置IFからの距離が40nmの第2位置(濃度定義位置P0)におけるガリウム原子の検出強度V4は、半導体層中におけるガリウム原子の検出強度の最大値V3の0.4%よりも高く3.8%よりも低い。これにより、低コンタクト抵抗を得ることができる。検出強度V4が、最大値V3の1.4%以上であることが望ましい。検出強度V4が、最大値V3の1.7%以下であることが望ましい。 After the second heat treatment step, in the SIMS analysis, the detected intensity V4 of gallium atoms at the second position (concentration definition position P0) at a distance of 40 nm from the first position IF in the silver film is the gallium in the semiconductor layer. It is higher than 0.4% of the maximum value V3 of atomic detection intensity and lower than 3.8%. Thereby, a low contact resistance can be obtained. The detection intensity V4 is desirably 1.4% or more of the maximum value V3. It is desirable that the detection intensity V4 is 1.7% or less of the maximum value V3.
実施形態によれば、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子が提供される。 According to the embodiment, a semiconductor light emitting device having an electrode with low contact resistance and high reflectivity is provided.
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、BxInyAlzGa1−x−y−zN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1,x+y+z≦1)なる化学式において組成比x、y及びzをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、N(窒素)以外のV族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。 In this specification, “nitride semiconductor” means B x In y Al z Ga 1-xyz N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z ≦ 1) Semiconductors having all compositions in which the composition ratios x, y, and z are changed within the respective ranges are included. Furthermore, in the above chemical formula, those further containing a group V element other than N (nitrogen), those further containing various elements added for controlling various physical properties such as conductivity type, and unintentionally Those further including various elements included are also included in the “nitride semiconductor”.
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。 In the present specification, “vertical” and “parallel” include not only strictly vertical and strictly parallel, but also include, for example, variations in the manufacturing process, and may be substantially vertical and substantially parallel. It ’s fine.
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれ半導体層、n形半導体層、p形半導体層、発光層、透明電極層、及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, embodiments of the present invention are not limited to these specific examples. For example, the specific configuration of each element included in the semiconductor light-emitting element, such as a semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, a light-emitting layer, a transparent electrode layer, and an electrode, is appropriately determined by those skilled in the art from a well-known range. The present invention is included in the scope of the present invention as long as the present invention can be carried out in the same manner and the same effects can be obtained.
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, all semiconductor light-emitting devices and methods for manufacturing the same that can be implemented by those skilled in the art based on the semiconductor light-emitting devices and methods for manufacturing the same described above as embodiments of the present invention are also included in the gist of the present invention. As long as it is included, it belongs to the scope of the present invention.
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
5…基板、 6…バッファ層、 10…第1半導体層、 10a…第1主面、 10b…第2主面、 10p…凹凸、 10s…半導体積層部、 11…第1n側層、 12…第2n側層、 20…第2半導体層(半導体層)、 21…第1p側層、 22…第2p側層、 30…発光層、 70…対向側電極、 80…金属層(Ag層)、 80a…界面、 82…接着メタル層、 90…支持基板部、 92…導電層、 93…導電性基板、 ΔRf…反射率低下値、 θ…角度、 110、110a〜110c、120…半導体発光素子、 301…グレイン、 BL…障壁層、 BL1〜BLn…第1〜第n障壁層、 BLp…p側障壁層、 IF…第1位置、 IL1、IL2…第1、第2中間層、 INT…強度、 Int…検出強度、 P0…濃度定義位置(第2位置)、 Rc…コンタクト抵抗、V1、V3…最大値、 V2、V4…検出強度 WL…井戸層、 WL1〜WLn…第1〜第n井戸層、 Zd…深さ、 p01…第1界面位置、 p02…第2界面位置、 ps…基準位置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Board | substrate, 6 ... Buffer layer, 10 ... 1st semiconductor layer, 10a ... 1st main surface, 10b ... 2nd main surface, 10p ... Unevenness, 10s ... Semiconductor laminated part, 11 ... 1n side layer, 12 ... 1st 2n side layer, 20 ... second semiconductor layer (semiconductor layer), 21 ... first p side layer, 22 ... second p side layer, 30 ... light emitting layer, 70 ... counter electrode, 80 ... metal layer (Ag layer), 80a DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Interface, 82 ... Adhesive metal layer, 90 ... Support substrate part, 92 ... Conductive layer, 93 ... Conductive substrate, [Delta] Rf ... Reflectance reduction value, [theta] ... Angle, 110, 110a to 110c, 120 ... Semiconductor light emitting device, 301 ... Grain, BL ... Barrier layer, BL1 to BLn ... First to nth barrier layers, BLp ... P-side barrier layer, IF ... First position, IL1, IL2 ... First and second intermediate layers, INT ... Strength, Int ... Detection intensity, P0 ... Concentration constant Position (second position), Rc ... Contact resistance, V1, V3 ... Maximum value, V2, V4 ... Detection intensity WL ... Well layer, WL1-WLn ... First to nth well layer, Zd ... Depth, p01 ... 1 interface position, p02 ... second interface position, ps ... reference position
Claims (5)
前記半導体層と接する銀層と、
を備え、
前記銀層においては、X線回折解析において銀の(100)面に帰属するピークの高さが、銀の(111)面に帰属するピークの高さの3%以下であり、
二次イオン質量分析において、前記半導体層と前記銀層とを含む領域内の前記半導体層から前記銀層に向かう積層方向における第1位置における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度は、前記半導体層中における前記複合体の検出強度の最大値の1/100であり、
前記二次イオン質量分析において、前記銀層のうちの前記第1位置からの距離が40ナノメートルの第2位置におけるガリウム原子の検出強度は、前記半導体層中におけるガリウム原子の検出強度の最大値の0.4%よりも高く3.8%よりも低い半導体発光素子。 A semiconductor stack including a light-emitting layer including a nitride semiconductor, and a semiconductor layer including gallium stacked on the light-emitting layer;
A silver layer in contact with the semiconductor layer;
With
In the silver layer, the peak height attributed to the (100) plane of silver in the X-ray diffraction analysis is 3% or less of the peak height attributed to the (111) plane of silver,
In the secondary ion mass spectrometry, the detection intensity of the complex of gallium atoms and nitrogen atoms at the first position in the stacking direction from the semiconductor layer to the silver layer in the region including the semiconductor layer and the silver layer is , 1/100 of the maximum value of the detected intensity of the complex in the semiconductor layer,
In the secondary ion mass spectrometry, the detected intensity of gallium atoms at the second position of the silver layer at a distance of 40 nanometers from the first position is the maximum value of the detected intensity of gallium atoms in the semiconductor layer. A semiconductor light emitting device having a value higher than 0.4% and lower than 3.8%.
前記銀膜を窒素含む雰囲気中で熱処理を施す第1熱処理工程と、
前記第1熱処理工程の後に前記銀膜を酸素を含む雰囲気中で熱処理を施する第2熱処理工程と、
を備え、
前記第1熱処理工程における前記熱処理の温度は、前記第2熱処理工程における前記熱処理の温度よりも高く、
前記第2熱処理工程後において、前記銀膜においては、X線回折解析において銀の(100)面に帰属するピークの高さが、銀の(111)面に帰属するピークの高さの3%以下であり、
前記第2熱処理工程後において、二次イオン質量分析において、前記半導体層と前記銀膜とを含む領域内の前記半導体層から前記銀膜に向かう積層方向における第1位置における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度は、前記半導体層中における前記複合体の検出強度の最大値の1/100であり、
前記第2熱処理工程後において、前記二次イオン質量分析において、前記銀膜のうちの前記第1位置からの距離が40ナノメートルの第2位置におけるガリウム原子の検出強度は、前記半導体層中におけるガリウム原子の検出強度の最大値の0.4%よりも高く3.8%よりも低い半導体発光素子の製造方法。 Forming a silver film on a semiconductor layer containing gallium provided on a light emitting layer of a nitride semiconductor;
A first heat treatment step in which the silver film is heat-treated in an atmosphere containing nitrogen;
A second heat treatment step of performing heat treatment on the silver film in an atmosphere containing oxygen after the first heat treatment step;
With
The temperature of the heat treatment in the first heat treatment step is higher than the temperature of the heat treatment in the second heat treatment step,
After the second heat treatment step, in the silver film, in the X-ray diffraction analysis, the peak height attributed to the silver (100) plane is 3% of the peak height attributed to the silver (111) plane. And
After the second heat treatment step, in secondary ion mass spectrometry, gallium atoms and nitrogen atoms at a first position in the stacking direction from the semiconductor layer to the silver film in a region including the semiconductor layer and the silver film And the detected intensity of the complex is 1/100 of the maximum detected intensity of the complex in the semiconductor layer,
After the second heat treatment step, in the secondary ion mass spectrometry, the detected intensity of gallium atoms in the second position of the silver film at a distance of 40 nanometers from the first position is in the semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, which is higher than 0.4% of the maximum value of the detected intensity of gallium atoms and lower than 3.8%.
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