JP3009095B2 - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物半導体発光素子Info
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- H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
- H10D64/62—Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
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- H10W72/547—
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）が積層され
てなるＬＥＤ等の発光素子に係り、特に最表面にｐ型窒
化物半導体層が形成された発光素子の電極に関する。
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）が積層され
てなるＬＥＤ等の発光素子に係り、特に最表面にｐ型窒
化物半導体層が形成された発光素子の電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）を用いた青色ＬＥ
Ｄ、緑色ＬＥＤが実用化されている。これらのＬＥＤの
基本的な構造は、透明な絶縁性基板の上に例えばｎ型Ａ
ｌYＧａ1-YＮ（０≦Y≦１）よりなるｎ型窒化物半導体
層（以下、ｎ層という。）と、ＩｎXＧａ1-XＮ（０＜X
≦１）よりなる活性層と、ｐ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Z
≦１）よりなるｐ型窒化物半導体層（以下、ｐ層とい
う。）とが順に積層されたダブルへテロ構造を有してい
る。このＬＥＤは基板側からｎ電極を取り出すことがで
きないので、同一面側からｎ電極と、ｐ電極とを取り出
す、いわゆるフリップチップ形式とされている。発光観
測面側は基板が透明であるので、基板側、電極側いずれ
側にもなるが、電極側、つまりｐ型窒化物半導体層側が
発光観測面とされているものが多い。
1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）を用いた青色ＬＥ
Ｄ、緑色ＬＥＤが実用化されている。これらのＬＥＤの
基本的な構造は、透明な絶縁性基板の上に例えばｎ型Ａ
ｌYＧａ1-YＮ（０≦Y≦１）よりなるｎ型窒化物半導体
層（以下、ｎ層という。）と、ＩｎXＧａ1-XＮ（０＜X
≦１）よりなる活性層と、ｐ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Z
≦１）よりなるｐ型窒化物半導体層（以下、ｐ層とい
う。）とが順に積層されたダブルへテロ構造を有してい
る。このＬＥＤは基板側からｎ電極を取り出すことがで
きないので、同一面側からｎ電極と、ｐ電極とを取り出
す、いわゆるフリップチップ形式とされている。発光観
測面側は基板が透明であるので、基板側、電極側いずれ
側にもなるが、電極側、つまりｐ型窒化物半導体層側が
発光観測面とされているものが多い。
【０００３】発光観測面側となるｐ層には、活性層の発
光を外部に取り出すために透光性の金属よりなる電極が
設けられている。また我々は特開平６−３１４８２２号
公報において、ｐ層の表面に透光性の金属電極が設けら
れた発光素子を示した。しかしながら、従来の透光性の
金属電極では、青色、緑色光に対する電極の透過率が悪
く、外部量子効率では未だ十分満足できるものではなか
った。
光を外部に取り出すために透光性の金属よりなる電極が
設けられている。また我々は特開平６−３１４８２２号
公報において、ｐ層の表面に透光性の金属電極が設けら
れた発光素子を示した。しかしながら、従来の透光性の
金属電極では、青色、緑色光に対する電極の透過率が悪
く、外部量子効率では未だ十分満足できるものではなか
った。
【０００４】ところで、ＬＥＤ等の半導体材料よりなる
発光素子に使用される電極は、順方向電圧を低下させる
ためにも、その半導体材料と好ましいオーミック接触を
得ている必要がある。前記ＬＥＤにおいても、ｎ層には
ＴｉとＡｌを含む電極、ｐ層にはＮｉとＡｕを含む電極
で好ましいオーミック接触を得ている。
発光素子に使用される電極は、順方向電圧を低下させる
ためにも、その半導体材料と好ましいオーミック接触を
得ている必要がある。前記ＬＥＤにおいても、ｎ層には
ＴｉとＡｌを含む電極、ｐ層にはＮｉとＡｕを含む電極
で好ましいオーミック接触を得ている。
【０００５】その他、窒化物半導体に形成する電極材料
として、例えば特開平５−５５６３１号には酸化スズ、
酸化インジウム、酸化亜鉛が示されている。しかしこの
公報に示される材料はアクセプター不純物をドープした
ｉ(insulater)型の窒化物半導体に形成する電極であっ
て、好ましいオーミックは得られておらず、ｐ層に形成
する電極ではない。また特開平５−３１５６４７号公報
にはｐ層に形成する好ましい電極としてＡｇ、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ等が述べられているが、実際には
ｐ型ではなくＭＩＳ構造の発光素子のｉ層にＡｕ電極し
か設けられていない。
として、例えば特開平５−５５６３１号には酸化スズ、
酸化インジウム、酸化亜鉛が示されている。しかしこの
公報に示される材料はアクセプター不純物をドープした
ｉ(insulater)型の窒化物半導体に形成する電極であっ
て、好ましいオーミックは得られておらず、ｐ層に形成
する電極ではない。また特開平５−３１５６４７号公報
にはｐ層に形成する好ましい電極としてＡｇ、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ等が述べられているが、実際には
ｐ型ではなくＭＩＳ構造の発光素子のｉ層にＡｕ電極し
か設けられていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ｐ層は従来より結晶成
長が非常に難しい材料であり、その物性も未だ良く解明
されていないのが現実である。ｐ−ｎ接合を有するＬＥ
Ｄが実現されてもｐ層に形成する電極には未だ改良すべ
き点も多く、さらにｐ層となじみが良く、数々の特性に
優れた電極材料が求められている。またＬＥＤでは外部
量子効率の向上が望まれている。従って本発明の目的と
するところは、発光素子として有用なｐ層の新規な電極
を提供することにより、外部量子効率に優れた発光素子
を実現することにある。
長が非常に難しい材料であり、その物性も未だ良く解明
されていないのが現実である。ｐ−ｎ接合を有するＬＥ
Ｄが実現されてもｐ層に形成する電極には未だ改良すべ
き点も多く、さらにｐ層となじみが良く、数々の特性に
優れた電極材料が求められている。またＬＥＤでは外部
量子効率の向上が望まれている。従って本発明の目的と
するところは、発光素子として有用なｐ層の新規な電極
を提供することにより、外部量子効率に優れた発光素子
を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の発光素子は、ｐ
型窒化物半導体層が最表面に積層されてなる窒化物半導
体発光素子において、前記ｐ型窒化物半導体層の表面
に、透光性の金属薄膜よりなる第一の層と、酸化物を含
む透明導電膜よりなる第二の層とからなる電極が形成さ
れていることを特徴とする。
型窒化物半導体層が最表面に積層されてなる窒化物半導
体発光素子において、前記ｐ型窒化物半導体層の表面
に、透光性の金属薄膜よりなる第一の層と、酸化物を含
む透明導電膜よりなる第二の層とからなる電極が形成さ
れていることを特徴とする。
【０００８】さらに本発明の態様では、第一の層の膜厚
が５００オングストローム以下であることを特徴とす
る。５００オングストローム以下の膜厚にすれば、第一
の層の透光性が非常に良くなる。
が５００オングストローム以下であることを特徴とす
る。５００オングストローム以下の膜厚にすれば、第一
の層の透光性が非常に良くなる。
【０００９】また、第一の層がニッケル（Ｎｉ）、白金
（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテ
ニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）よりなる群から選択された少なくとも一種を含む金
属または合金よりなることを特徴とする。これらの金属
または合金はｐ型層と好ましいオーミック接触が得ら
れ、その中でも特に第一の層において、Ｎｉおよび／ま
たはＰｄをｐ層と接する側にすると、さらに好ましいオ
ーミック接触を得ることができる。
（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテ
ニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）よりなる群から選択された少なくとも一種を含む金
属または合金よりなることを特徴とする。これらの金属
または合金はｐ型層と好ましいオーミック接触が得ら
れ、その中でも特に第一の層において、Ｎｉおよび／ま
たはＰｄをｐ層と接する側にすると、さらに好ましいオ
ーミック接触を得ることができる。
【００１０】また、本発明では、第二の層が亜鉛（Ｚ
ｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウ
ム（Ｍｇ）よりなる群から選択された少なくとも一種を
含む酸化物よりなることを特徴とする。具体的にはＺｎ
Ｏ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの酸化
物）、ＭｇＯ等を挙げることができる。
ｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウ
ム（Ｍｇ）よりなる群から選択された少なくとも一種を
含む酸化物よりなることを特徴とする。具体的にはＺｎ
Ｏ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの酸化
物）、ＭｇＯ等を挙げることができる。
【００１１】本発明の発光素子において、第一の層、お
よび第二の層を形成するには蒸着、スパッタ等、通常の
気相製膜装置を用いることができる。第一の層は透光性
の金属薄膜である。金属薄膜を透光性にするには例えば
金属薄膜の膜厚の制御により可能である。透光性になる
膜厚は金属の種類によっても異なるが、通常０．１μｍ
以下の膜厚にすることにより透光性とすることができ
る。好ましくは５００オングストローム（０．０５μ
ｍ）以下、さらに好ましくは２００オングストローム以
下の膜厚にすることにより、第一の層が発光の吸収が少
ない優れた透光性を有する。なお透光性とは発光素子の
発光波長を電極が透過するという意味であって、必ずし
も無色透明を意味するものではない。
よび第二の層を形成するには蒸着、スパッタ等、通常の
気相製膜装置を用いることができる。第一の層は透光性
の金属薄膜である。金属薄膜を透光性にするには例えば
金属薄膜の膜厚の制御により可能である。透光性になる
膜厚は金属の種類によっても異なるが、通常０．１μｍ
以下の膜厚にすることにより透光性とすることができ
る。好ましくは５００オングストローム（０．０５μ
ｍ）以下、さらに好ましくは２００オングストローム以
下の膜厚にすることにより、第一の層が発光の吸収が少
ない優れた透光性を有する。なお透光性とは発光素子の
発光波長を電極が透過するという意味であって、必ずし
も無色透明を意味するものではない。
【００１２】第一の層はｐ層の電極となる金属で透光性
の薄膜を形成できる材料であればどのような材料でも良
いが、特にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ
よりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属ま
たは合金はｐ層と好ましいオーミック接触が得られ、発
光素子の順方向電圧を下げる上で有用である。、その中
でも特に、Ｎｉおよび／またはＰｄをｐ層と接する側に
すると、窒化物半導体よりなる発光素子の３６０ｎｍ〜
６５０ｎｍ付近、望ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの
波長の吸収が少なく、かつオーミック性にも優れている
ので、最も好ましい。またこの第一層を前記金属の積層
構造としてもよい。積層構造の場合、後に電極を熱的ア
ニールで処理すると、電極材料が第一層の中で渾然一体
となって合金化した状態となる。
の薄膜を形成できる材料であればどのような材料でも良
いが、特にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ
よりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属ま
たは合金はｐ層と好ましいオーミック接触が得られ、発
光素子の順方向電圧を下げる上で有用である。、その中
でも特に、Ｎｉおよび／またはＰｄをｐ層と接する側に
すると、窒化物半導体よりなる発光素子の３６０ｎｍ〜
６５０ｎｍ付近、望ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの
波長の吸収が少なく、かつオーミック性にも優れている
ので、最も好ましい。またこの第一層を前記金属の積層
構造としてもよい。積層構造の場合、後に電極を熱的ア
ニールで処理すると、電極材料が第一層の中で渾然一体
となって合金化した状態となる。
【００１３】第二の層は第一の層の上に形成して、電極
全体の抵抗を低くする。そのために第二の層を酸化物を
含む透明導電膜とする。酸化物を含む透明導電膜には数
々の種類があるが、特に好ましくはＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、
ＳｎＯ2、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎの酸化物）、ＭｇＯ等で
示されるＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ等の酸化物を含む抵抗
の低い透明導電膜を形成することが望ましい。この透明
導電膜よりなる第二の層の厚さは特に限定するものでは
なく、数オングストローム〜数μｍの厚さで形成可能で
ある。
全体の抵抗を低くする。そのために第二の層を酸化物を
含む透明導電膜とする。酸化物を含む透明導電膜には数
々の種類があるが、特に好ましくはＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、
ＳｎＯ2、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎの酸化物）、ＭｇＯ等で
示されるＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ等の酸化物を含む抵抗
の低い透明導電膜を形成することが望ましい。この透明
導電膜よりなる第二の層の厚さは特に限定するものでは
なく、数オングストローム〜数μｍの厚さで形成可能で
ある。
【００１４】本発明の発光素子はＭＯＶＰＥ（有機金属
気相成長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）、Ｍ
ＢＥ（分子線気相成長法）、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子
線気相成長法）等の気相成長装置を用いて、基板上に窒
化物半導体の結晶を成長、積層することで作成可能であ
る。基板にはサファイア（Ａｌ2Ｏ3）、ＺｎＯ、スピネ
ル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ等が用いら
れるが、一般的にはサファイア、ＳｉＣが用いられるこ
とが多い。積層構造としては、基本的にｎ層の上にｐ層
を積層してｐ層が最表面となるように積層して、この最
表面のｐ層に電極を形成できる構造とする。具体的には
ｐ−ｎ接合を有するへテロ構造、ｐ−ｉ−ｎ接合を有す
るヘテロ接合の発光素子等が挙げられる。ｎ型の窒化物
半導体は、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ等のドナー不純物を
ドープすれば成長可能である。一方、ｐ型の窒化物半導
体は、Ｍｇ、Ｚｎ等のII族元素、Ｃ等のアクセプター不
純物を窒化物半導体中にドープすることにより成長可能
である。例えば、ＭＯＶＰＥ法を用いてアクセプター不
純物をドープした窒化物半導体を成長させると、成長
後、何の処理をしなくともｐ型特性を示すものもある
が、好ましくは、４００℃以上でアニーリング処理を施
すことにより、さらに好ましいｐ型特性を示すようにな
る。なおｐ型とは、例えばアクセプター不純物をドープ
した窒化物半導体で、抵抗率が１０3Ω・cm以下を示す
半導体をいう。
気相成長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）、Ｍ
ＢＥ（分子線気相成長法）、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子
線気相成長法）等の気相成長装置を用いて、基板上に窒
化物半導体の結晶を成長、積層することで作成可能であ
る。基板にはサファイア（Ａｌ2Ｏ3）、ＺｎＯ、スピネ
ル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ等が用いら
れるが、一般的にはサファイア、ＳｉＣが用いられるこ
とが多い。積層構造としては、基本的にｎ層の上にｐ層
を積層してｐ層が最表面となるように積層して、この最
表面のｐ層に電極を形成できる構造とする。具体的には
ｐ−ｎ接合を有するへテロ構造、ｐ−ｉ−ｎ接合を有す
るヘテロ接合の発光素子等が挙げられる。ｎ型の窒化物
半導体は、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ等のドナー不純物を
ドープすれば成長可能である。一方、ｐ型の窒化物半導
体は、Ｍｇ、Ｚｎ等のII族元素、Ｃ等のアクセプター不
純物を窒化物半導体中にドープすることにより成長可能
である。例えば、ＭＯＶＰＥ法を用いてアクセプター不
純物をドープした窒化物半導体を成長させると、成長
後、何の処理をしなくともｐ型特性を示すものもある
が、好ましくは、４００℃以上でアニーリング処理を施
すことにより、さらに好ましいｐ型特性を示すようにな
る。なおｐ型とは、例えばアクセプター不純物をドープ
した窒化物半導体で、抵抗率が１０3Ω・cm以下を示す
半導体をいう。
【００１５】
【作用】図１はｐ層に形成した各種電極の電流電圧特性
を示すグラフである。具体的に、ｐ層の上に次に述べる
第一の層のみを形成した後、あるいは第一の層と第二の
層とを形成した後、４００℃以上でアニールして電極を
形成し、同一種類の電極同士の電流電圧特性を測定する
ことにより、その電極のｐ層に対するオーミック性を調
べたものである。また、図２は図１に示す透光性電極の
透過率を示すグラフである。電極は次の通りである。
を示すグラフである。具体的に、ｐ層の上に次に述べる
第一の層のみを形成した後、あるいは第一の層と第二の
層とを形成した後、４００℃以上でアニールして電極を
形成し、同一種類の電極同士の電流電圧特性を測定する
ことにより、その電極のｐ層に対するオーミック性を調
べたものである。また、図２は図１に示す透光性電極の
透過率を示すグラフである。電極は次の通りである。
【００１６】 Ａ：第一の層にＰｄを４０オングストロームの膜厚で形
成した透光性電極。 Ｂ：第一の層にＲｈを４０オングストロームの膜厚で形
成した透光性電極 Ｃ：第一の層にＰｄを１０オングストローム、第二の層
にＺｎＯを５００オングストロームの膜厚で形成した透
光性電極。 Ｄ：第一の層にＰｄを１０オングストローム、第二の層
にＩｎ2Ｏ3を５００オングストロームの膜厚で形成した
透光性電極。 Ｅ：第一の層にＮｉを６０オングストローム、第二の層
にＡｕを２００オングストロームの膜厚で形成した透光
性電極。
成した透光性電極。 Ｂ：第一の層にＲｈを４０オングストロームの膜厚で形
成した透光性電極 Ｃ：第一の層にＰｄを１０オングストローム、第二の層
にＺｎＯを５００オングストロームの膜厚で形成した透
光性電極。 Ｄ：第一の層にＰｄを１０オングストローム、第二の層
にＩｎ2Ｏ3を５００オングストロームの膜厚で形成した
透光性電極。 Ｅ：第一の層にＮｉを６０オングストローム、第二の層
にＡｕを２００オングストロームの膜厚で形成した透光
性電極。
【００１７】図１に示すように、Ｐｄ（Ａ）はｐ層と接
する側にすると非常に良好なオーミック性を示す。なお
Ａ線の傾きはＰｄの膜厚が薄くなればなるほど、小さく
なる傾向にある。一方、Ｒｈ（Ｂ）は一応オーミック性
は示すものの、他のＡ、ＣＤ、Ｅに比べて接触抵抗が大
きい。なお他のＲｕ、Ｏｓ、Ｉｒ等の白金族の元素はＢ
線と同様の傾向を示したので省略する。次に一層目にＰ
ｄ、二層目にＺｎＯを形成した電極（Ｃ）、及び一層目
にＰｄ、二層目にＩｎ2Ｏ3を形成した電極（Ｄ）も良好
なオーミック接触を示している。この傾向は第二層目を
ＩＴＯ、ＳｎＯ 2またはＭｇＯとしても同様であったの
で省略する。また一層目にＮｉ、二層目にＡｕを形成し
た電極（Ｅ）は良好なオーミック接触を示しているが透
過率が悪い。これは後に述べる。なおオーミック性に関
しては第一層目にＮｉ、Ｐｔを形成した電極もＥ線と同
様の傾向を示したので省略する。
する側にすると非常に良好なオーミック性を示す。なお
Ａ線の傾きはＰｄの膜厚が薄くなればなるほど、小さく
なる傾向にある。一方、Ｒｈ（Ｂ）は一応オーミック性
は示すものの、他のＡ、ＣＤ、Ｅに比べて接触抵抗が大
きい。なお他のＲｕ、Ｏｓ、Ｉｒ等の白金族の元素はＢ
線と同様の傾向を示したので省略する。次に一層目にＰ
ｄ、二層目にＺｎＯを形成した電極（Ｃ）、及び一層目
にＰｄ、二層目にＩｎ2Ｏ3を形成した電極（Ｄ）も良好
なオーミック接触を示している。この傾向は第二層目を
ＩＴＯ、ＳｎＯ 2またはＭｇＯとしても同様であったの
で省略する。また一層目にＮｉ、二層目にＡｕを形成し
た電極（Ｅ）は良好なオーミック接触を示しているが透
過率が悪い。これは後に述べる。なおオーミック性に関
しては第一層目にＮｉ、Ｐｔを形成した電極もＥ線と同
様の傾向を示したので省略する。
【００１８】また図２は各電極の透過率を示すものであ
るが、従来のＮｉ−Ａｕを含む電極（Ｅ）は窒化物半導
体発光素子の発光の特徴である紫色〜緑色領域にかけて
の透過率が悪い。これに対し、本発明の発光素子に係る
電極Ｃ、Ｄの透過率はＥに比べて非常に優れているの
で、発光素子の外部量子効率を向上させることができ
る。また、第一層目にのみ他の白金族の元素Ｐｔ、Ｒ
ｕ、Ｏｓ、Ｉｒ等の元素よりなる透光性電極はＡ，Ｂ線
と類似した透過率を示すので省略する。
るが、従来のＮｉ−Ａｕを含む電極（Ｅ）は窒化物半導
体発光素子の発光の特徴である紫色〜緑色領域にかけて
の透過率が悪い。これに対し、本発明の発光素子に係る
電極Ｃ、Ｄの透過率はＥに比べて非常に優れているの
で、発光素子の外部量子効率を向上させることができ
る。また、第一層目にのみ他の白金族の元素Ｐｔ、Ｒ
ｕ、Ｏｓ、Ｉｒ等の元素よりなる透光性電極はＡ，Ｂ線
と類似した透過率を示すので省略する。
【００１９】ｐ層を最表面とする発光素子では、ｐ層に
形成した電極が発光をさえぎらなければ、発光素子の外
部量子効率が向上する。そこで、ｐ層の表面に、透過率
のよい透光性の金属薄膜よりなる第一の層と、透過率の
良い酸化物を含む透明導電膜よりなる第二の層とからな
る電極を形成することにより、発光素子の外部量子効率
は向上する。
形成した電極が発光をさえぎらなければ、発光素子の外
部量子効率が向上する。そこで、ｐ層の表面に、透過率
のよい透光性の金属薄膜よりなる第一の層と、透過率の
良い酸化物を含む透明導電膜よりなる第二の層とからな
る電極を形成することにより、発光素子の外部量子効率
は向上する。
【００２０】さらに、第一の層の膜厚が５００オングス
トローム以下であると、透光性の良い電極としての第一
の層を形成することができるが、第一の層の膜厚を次第
に薄くすることにより、電極のｐ層に対するシーズ抵抗
が大きくなる傾向にある。本発明では透明な導電膜であ
る第二の層を、第一の層の上に形成していることによ
り、全体としての電極の厚さが厚くなって、抵抗が大き
くなるのを防止できる。しかも、電極全体としては透光
性を保ったままであるので、発光は効率よく外部へ取り
出される。
トローム以下であると、透光性の良い電極としての第一
の層を形成することができるが、第一の層の膜厚を次第
に薄くすることにより、電極のｐ層に対するシーズ抵抗
が大きくなる傾向にある。本発明では透明な導電膜であ
る第二の層を、第一の層の上に形成していることによ
り、全体としての電極の厚さが厚くなって、抵抗が大き
くなるのを防止できる。しかも、電極全体としては透光
性を保ったままであるので、発光は効率よく外部へ取り
出される。
【００２１】さらに、第一の層にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒよりなる群から選択された少なく
とも一種を含む金属または合金とすることにより、膜厚
を薄くした状態においてもｐ層と好ましいオーミックが
得られるために、発光素子のＶｆが下がり、発光効率に
優れた素子を実現できる。また窒化物半導体発光素子が
特徴とする紫〜緑色波長域での透過率がよい。
ｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒよりなる群から選択された少なく
とも一種を含む金属または合金とすることにより、膜厚
を薄くした状態においてもｐ層と好ましいオーミックが
得られるために、発光素子のＶｆが下がり、発光効率に
優れた素子を実現できる。また窒化物半導体発光素子が
特徴とする紫〜緑色波長域での透過率がよい。
【００２２】また、第二の層にＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ
よりなる群から選択された少なくとも一種を含む導電性
の酸化物薄膜は前記のように紫〜緑色波長域での透過率
が良く、さらに、第一の層の膜厚を薄くしても、この第
二の層があるために電極の抵抗が上がらないという利点
を有する。
よりなる群から選択された少なくとも一種を含む導電性
の酸化物薄膜は前記のように紫〜緑色波長域での透過率
が良く、さらに、第一の層の膜厚を薄くしても、この第
二の層があるために電極の抵抗が上がらないという利点
を有する。
【００２３】
【実施例】以下、図面を基に本発明の発光素子の一実施
例について説明する。図３は本発明の発光素子をｐ層の
電極側から見た平面図であり、図４は図３の発光素子を
図に示す一点鎖線で切断した際の構造を示す模式的な断
面図である。
例について説明する。図３は本発明の発光素子をｐ層の
電極側から見た平面図であり、図４は図３の発光素子を
図に示す一点鎖線で切断した際の構造を示す模式的な断
面図である。
【００２４】［実施例１］ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、
２インチφのサファイア基板１の上にＧａＮよりなるバ
ッファ層２を２００オングストローム、Ｓｉドープｎ型
ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層３を４μｍ、ノンドー
プＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の活性層
４を３０オングストローム、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層５を０．２μｍ、Ｍｇ
ドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層６を０．５
μｍの膜厚で順に成長させる。
２インチφのサファイア基板１の上にＧａＮよりなるバ
ッファ層２を２００オングストローム、Ｓｉドープｎ型
ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層３を４μｍ、ノンドー
プＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の活性層
４を３０オングストローム、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層５を０．２μｍ、Ｍｇ
ドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層６を０．５
μｍの膜厚で順に成長させる。
【００２５】さらにウェーハーを反応容器内において、
窒素雰囲気中で６００℃でアニーリングして、ｐ層５、
６をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを
反応容器から取り出し、最上層のｐ型ＧａＮの表面に所
定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの
上からエッチングを行い、図２に示すようにｎ型コンタ
クト層３の一部を露出させる。
窒素雰囲気中で６００℃でアニーリングして、ｐ層５、
６をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを
反応容器から取り出し、最上層のｐ型ＧａＮの表面に所
定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの
上からエッチングを行い、図２に示すようにｎ型コンタ
クト層３の一部を露出させる。
【００２６】次に、ｐ層の上のマスクを除去し、最上層
のｐ型ＧａＮ層のほぼ全面に第一の層１０として、Ｐｄ
を２０オングストロームの膜厚で蒸着する。蒸着後の第
一の層は明らかに透光性となっており、サファイア基板
１まで透けて観測できた。このように第一の層を、露出
したｐ層のほぼ全面に形成することにより、電流をｐ層
全体に均一に広げることができ、しかも透光性であるの
で、電極側を発光観測面とできる。
のｐ型ＧａＮ層のほぼ全面に第一の層１０として、Ｐｄ
を２０オングストロームの膜厚で蒸着する。蒸着後の第
一の層は明らかに透光性となっており、サファイア基板
１まで透けて観測できた。このように第一の層を、露出
したｐ層のほぼ全面に形成することにより、電流をｐ層
全体に均一に広げることができ、しかも透光性であるの
で、電極側を発光観測面とできる。
【００２７】第一の層１０形成後、第一の層の隅部にＡ
ｕとＮｉを含むボンディング用のパッド電極１３を２μ
ｍの膜厚で形成する。なおこのパッド電極１３は透光性
ではない。
ｕとＮｉを含むボンディング用のパッド電極１３を２μ
ｍの膜厚で形成する。なおこのパッド電極１３は透光性
ではない。
【００２８】パッド電極１３形成後、第一の層１０の上
にＩＴＯよりなる第二の層１１を５００オングストロー
ムの膜厚で蒸着する。
にＩＴＯよりなる第二の層１１を５００オングストロー
ムの膜厚で蒸着する。
【００２９】パッド電極１３を形成した後、露出したｎ
層にＴｉとＡｌとを含むｎ電極１４を２μｍの膜厚で形
成し、最後にアニール装置で４００℃以上で熱処理を施
し、電極を合金化させる。なおアニールによりｐ層の第
一の層１０と第二の層１１とからなる透光性の電極は合
金化して渾然一体となった状態となっているので、図１
では、あえて最表面の電極を第二の層１１と示さず、第
一の層＋第二の層という意味で１０＋１１という符号で
示している。
層にＴｉとＡｌとを含むｎ電極１４を２μｍの膜厚で形
成し、最後にアニール装置で４００℃以上で熱処理を施
し、電極を合金化させる。なおアニールによりｐ層の第
一の層１０と第二の層１１とからなる透光性の電極は合
金化して渾然一体となった状態となっているので、図１
では、あえて最表面の電極を第二の層１１と示さず、第
一の層＋第二の層という意味で１０＋１１という符号で
示している。
【００３０】以上のようにして、ｎ型コンタクト層３と
ｐ層コンタクト層６とに電極を形成したウェーハを、３
５０μｍ角のチップ状に切断し、その発光チップのサフ
ァイア基板側１をリードフレームと接着し、ワイヤーボ
ンドし、エポキシ樹脂でモールドしてＬＥＤ素子とした
ところ、Ｉｆ（順方向電流）２０ｍＡにおいて、Ｖｆ
（順方向電圧）３．４Ｖ、発光波長４６０ｎｍであり、
発光出力は、従来のＮｉとＡｕを含む透光性のｐ電極を
有する同構造のＬＥＤよりも、約３０％高かった。
ｐ層コンタクト層６とに電極を形成したウェーハを、３
５０μｍ角のチップ状に切断し、その発光チップのサフ
ァイア基板側１をリードフレームと接着し、ワイヤーボ
ンドし、エポキシ樹脂でモールドしてＬＥＤ素子とした
ところ、Ｉｆ（順方向電流）２０ｍＡにおいて、Ｖｆ
（順方向電圧）３．４Ｖ、発光波長４６０ｎｍであり、
発光出力は、従来のＮｉとＡｕを含む透光性のｐ電極を
有する同構造のＬＥＤよりも、約３０％高かった。
【００３１】［実施例２］実施例１において、第一の層
１０にＮｉを２０オングストローム、第二の層１１にＩ
ｎ2Ｏ3を５００オングストロームの膜厚で形成する他
は、実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉ
ｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖで発光出力は実施例
１のものとほぼ同等であった。
１０にＮｉを２０オングストローム、第二の層１１にＩ
ｎ2Ｏ3を５００オングストロームの膜厚で形成する他
は、実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉ
ｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖで発光出力は実施例
１のものとほぼ同等であった。
【００３２】［実施例３］実施例１において、第一の層
１０にＰｄを１０オングストローム、Ｎｉを１０オング
ストローム積層し、第二の層１１にＳｎＯ2を用いる他
は実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ
２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．４Ｖ、発光出力も実施例１
のものとほぼ同等であった。
１０にＰｄを１０オングストローム、Ｎｉを１０オング
ストローム積層し、第二の層１１にＳｎＯ2を用いる他
は実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ
２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．４Ｖ、発光出力も実施例１
のものとほぼ同等であった。
【００３３】［実施例４］実施例１において、第一の層
１０にＰｄを１０オングストローム、Ｐｔを１０オング
ストローム積層し、第二の層１１にＺｎＯを用いる他は
実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ２
０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光出力も実施例１の
ものとほぼ同等であった。
１０にＰｄを１０オングストローム、Ｐｔを１０オング
ストローム積層し、第二の層１１にＺｎＯを用いる他は
実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ２
０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光出力も実施例１の
ものとほぼ同等であった。
【００３４】［実施例５］実施例１において、第一の層
１０にＰｄを１０オングストローム、Ｒｈを１０オング
ストローム積層し、第二の層１１にＭｇＯを用いる他は
実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ２
０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光出力も実施例１の
ものとほぼ同等であった。
１０にＰｄを１０オングストローム、Ｒｈを１０オング
ストローム積層し、第二の層１１にＭｇＯを用いる他は
実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ２
０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光出力も実施例１の
ものとほぼ同等であった。
【００３５】［実施例６］実施例１において、第一の層
１０にＰｄを１０オングストローム、Ｒｕを１０オング
ストローム積層し、第二の層１１にＩｎ2Ｏ3を用いる他
は実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ
２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光出力も実施例１
のものとほぼ同等であった。
１０にＰｄを１０オングストローム、Ｒｕを１０オング
ストローム積層し、第二の層１１にＩｎ2Ｏ3を用いる他
は実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ
２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光出力も実施例１
のものとほぼ同等であった。
【００３６】［実施例７］実施例１において、第一の層
１０の膜厚を２００オングストロームとする他は実施例
１と同様にして、ＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍ
Ａにおいて、Ｖｆ３．４Ｖであったが、第一の層の透光
性がやや失われたため、発光出力は実施例１のものに比
べて２０％程低下した。
１０の膜厚を２００オングストロームとする他は実施例
１と同様にして、ＬＥＤ素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍ
Ａにおいて、Ｖｆ３．４Ｖであったが、第一の層の透光
性がやや失われたため、発光出力は実施例１のものに比
べて２０％程低下した。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の発光素子
は、ｐ層の表面に形成して、活性層の発光を有効に外部
に取り出すことができる。しかも電極がｐ層とのオーミ
ック性にも優れているため、Ｖｆが低い実用的な発光素
子を実現できる。本発明の発光素子を例えばフルカラー
ＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤ信号機、道路情報表示板等
のＬＥＤデバイスに使用すると、低消費電力で明るいデ
バイスが実現でき、その産業上の利用価値は大である。
は、ｐ層の表面に形成して、活性層の発光を有効に外部
に取り出すことができる。しかも電極がｐ層とのオーミ
ック性にも優れているため、Ｖｆが低い実用的な発光素
子を実現できる。本発明の発光素子を例えばフルカラー
ＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤ信号機、道路情報表示板等
のＬＥＤデバイスに使用すると、低消費電力で明るいデ
バイスが実現でき、その産業上の利用価値は大である。
【図１】 ｐ層に形成した各種電極の電流電圧特性を示
す図。
す図。
【図２】 ｐ層に形成する各種電極の各波長に対する透
過率を示す図。
過率を示す図。
【図３】 本発明の一実施例に係る発光素子の電極形状
を示す平面図。
を示す平面図。
【図４】 図１の発光素子の構造を示す模式断面図
１・・・・サファイア基板 ２・・・・バッファ層 ３・・・・ｎ型コンタクト層 ４・・・・活性層 ５・・・・ｐ型クラッド層 ６・・・・ｐ型コンタクト層 １０・・・・第一の層 １１・・・・第二の層 １３・・・・パッド電極 １４・・・・ｎ電極
Claims (4)
- 【請求項１】 ｐ型窒化物半導体層が最表面に形成され
てなる窒化物半導体発光素子において、前記ｐ型窒化物
半導体層の表面に、透光性の金属薄膜よりなる第一の層
と、酸化物を含む透明導電膜よりなる第二の層とからな
る電極が形成されていることを特徴とする窒化物半導体
発光素子。 - 【請求項２】 前記第一の層の膜厚が５００オングスト
ローム以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒
化物半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第一の層がニッケル（Ｎｉ）、白金
（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテ
ニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）よりなる群から選択された少なくとも一種を含む金
属または合金よりなることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第二の層が亜鉛（Ｚｎ）、インジウ
ム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）より
なる群から選択された少なくとも一種を含む酸化物より
なることを特徴とする請求項１乃至請求項３の内のいず
れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27996795A JP3009095B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27996795A JP3009095B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09129919A JPH09129919A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3009095B2 true JP3009095B2 (ja) | 2000-02-14 |
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ID=17618436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27996795A Expired - Fee Related JP3009095B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 窒化物半導体発光素子 |
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| US6281524B1 (en) | 1997-02-21 | 2001-08-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device |
| JPH10341039A (ja) * | 1997-04-10 | 1998-12-22 | Toshiba Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US6268618B1 (en) | 1997-05-08 | 2001-07-31 | Showa Denko K.K. | Electrode for light-emitting semiconductor devices and method of producing the electrode |
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| JP4026294B2 (ja) | 2000-03-07 | 2007-12-26 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法 |
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| KR100344103B1 (ko) | 2000-09-04 | 2002-07-24 | 에피밸리 주식회사 | 질화갈륨계 결정 보호막을 형성한 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| DE10112542B9 (de) | 2001-03-15 | 2013-01-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierendes optisches Bauelement |
| DE10203809B4 (de) * | 2002-01-31 | 2010-05-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement |
| KR100612832B1 (ko) * | 2003-05-07 | 2006-08-18 | 삼성전자주식회사 | 고성능의 질화갈륨계 광소자 구현을 위한 니켈계 고용체를 이용한 오믹 접촉 형성을 위한 금속박막 및 그 제조방법 |
| KR20050032159A (ko) | 2003-10-01 | 2005-04-07 | 삼성전기주식회사 | 질화갈륨계 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 |
| KR100571818B1 (ko) * | 2003-10-08 | 2006-04-17 | 삼성전자주식회사 | 질화물계 발광소자 및 그 제조방법 |
| KR100571819B1 (ko) * | 2003-10-16 | 2006-04-17 | 삼성전자주식회사 | 질화물계 발광소자 및 그 제조방법 |
| JP4259268B2 (ja) * | 2003-10-20 | 2009-04-30 | 豊田合成株式会社 | 半導体発光素子 |
| EP1548852B1 (en) * | 2003-12-22 | 2013-07-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Top-emitting nitride-based light emitting device and method of manufacturing the same |
| KR100590532B1 (ko) * | 2003-12-22 | 2006-06-15 | 삼성전자주식회사 | 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법 |
| KR100585919B1 (ko) * | 2004-01-15 | 2006-06-01 | 학교법인 포항공과대학교 | 질화갈륨계 ⅲⅴ족 화합물 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| JP2006229219A (ja) * | 2004-05-12 | 2006-08-31 | Showa Denko Kk | ＩＩＩ族窒化物ｐ型半導体およびその製造方法 |
| WO2006006822A1 (en) | 2004-07-12 | 2006-01-19 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Flip-chip light emitting diodes and method of manufacturing thereof |
| WO2006009413A1 (en) * | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Top-emitting light emitting diodes and method of manufacturing thereof |
| JP2006066892A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-03-09 | Fujikura Ltd | 発光素子およびその製造方法 |
| JP2006245555A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-09-14 | Showa Denko Kk | 透光性電極 |
| US7893449B2 (en) | 2005-12-14 | 2011-02-22 | Showa Denko K.K. | Gallium nitride based compound semiconductor light-emitting device having high emission efficiency and method of manufacturing the same |
| JP5068475B2 (ja) | 2006-04-24 | 2012-11-07 | 昭和電工株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプ |
| KR101280501B1 (ko) * | 2011-07-15 | 2013-07-01 | 포항공과대학교 산학협력단 | 투명 전극을 이용한 발광다이오드 |
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- 1995-10-27 JP JP27996795A patent/JP3009095B2/ja not_active Expired - Fee Related
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