JP2000174338A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
- Publication number
- JP2000174338A JP2000174338A JP34286498A JP34286498A JP2000174338A JP 2000174338 A JP2000174338 A JP 2000174338A JP 34286498 A JP34286498 A JP 34286498A JP 34286498 A JP34286498 A JP 34286498A JP 2000174338 A JP2000174338 A JP 2000174338A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- gallium nitride
- compound semiconductor
- based compound
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
用い、この基板の側を主発光面側とする発光素子におい
て、発光素子直上での配光特性を改善するとともに、発
光強度を高く保持することができる新規な構造を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 n型の窒化ガリウム系化合物半導体から
なる基板1の上に、窒化ガリウム系化合物半導体からな
るn型クラッド層2と活性層3とp型クラッド層との積
層構造が設けられ、前記基板1に接続される電極を有す
る半導体発光素子において、前記電極を、前記積層構造
の表面側からその一部を除去させて露出された前記基板
1の表面に直接接して設けることによって、主発光面側
に配置される電極を不要とし発光素子直上の配光分布を
均一なものとすることができる。
Description
用される半導体発光素子に係り、特に窒化ガリウム系化
合物半導体からなる基板を用いた窒化ガリウム系化合物
発光素子に関する。
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して多用されるようになっており、青色や緑色の発光ダ
イオードの分野での展開が進んでいる。
半導体発光素子は、基本的には、サファイアやSiC等
からなる基板の上にバッファ層を介して、n型クラッド
層と、発光層となるInGaNからなる活性層と、p型
クラッド層とを積層させたものが主流である。特に、近
来では、基板にサファイアを用い、有機金属気相成長法
により、GaNやAlN等からなる低温成長バッファ層
を介してダブルへテロ構造を成長させたものは、高輝度
で信頼性が高く、屋外用のパネルディスプレイ用発光ダ
イオード等に広く用いられるようになってきている。
が作製されるようになり、これを用いた窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子がいくつか提案されるようになっ
てきている。例えば、特開平7−94784号公報に
は、GaNを基板とし基板の上にp−n接合を含む積層
体を形成させた青色発光素子が開示されている。この公
報によれば、GaNを基板として用い他の赤色発光ダイ
オード等と同様に対向する電極の間に基板が存在する構
造が可能となり、電極位置に対する制約をなくすること
ができるとされている。
おいては、n型GaNからなる基板を用い、基板の側を
主発光面側とすることができる発光素子が開示されてい
る。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面
図である。n型のGaNからなる基板11の上には、n
型クラッド12層と、活性層13と、p型クラッド層1
4とが順次積層されており、基板11の積層面側でない
一面の上の一部にn側電極15が設けられ、p型クラッ
ド層14の上の全面にわたってp側電極16が設けられ
ている。p側電極16を下向きに実装することにより、
n側電極15を設けた面の側を主発光面側とし、面発光
を得ることができる。このような構成によれば、電流−
光出力特性が改善された安価な発光素子を提供すること
ができるとされている。
素子においては、GaNからなる基板11が活性層13
からの発光に対し透明であるので、基板11に設けたn
側電極15の側を主発光面とすることができる。このn
側電極15は、通常、ワイヤボンディング用のパッドと
して用いられるため、発光に対し透過性を有しない程度
の厚膜で形成される。
発せられ基板11の主発光面の側へ向かう光は、厚膜の
n側電極15で遮られてしまうこととなる。このため、
発光素子の上方のおける配光特性は、n側電極15を形
成した領域の上部で落ち込む凹状の分布となる。このよ
うな分布の配光特性は、発光素子直上で均一な配光特性
と高い発光強度を必要とする用途においては望ましくな
いという問題がある。
主発光面となる基板11の面積を大きくするためにn側
電極15のサイズを小さくすると、ワイヤボンディング
の作業が困難となるので、n側電極15のサイズを小さ
くすることは好ましくない。したがって、ボンディング
等の電気的接続の作業性を確保してもなお発光特性を改
善することができる発光素子が望まれている。
リウム系化合物半導体からなる基板を用い、この基板の
側を主発光面側とする発光素子において、発光素子直上
での配光特性を改善するとともに、発光強度を高く保持
することができる新規な構造を提供することである。
リウム系化合物半導体からなる基板の上に、窒化ガリウ
ム系化合物半導体からなるn型クラッド層と活性層とp
型クラッド層との積層構造が設けられ、前記基板に接続
される電極を有する半導体発光素子であって、前記電極
は、前記積層構造の表面側からその一部を除去させて露
出された前記基板の表面に直接接して設けられているこ
とを特徴とする。
ド層は、その電子濃度が1×1016cm-3以上で1×1
017cm-3未満であることを特徴とする。
光面側とする発光素子において、発光素子直上での配光
特性を改善することができるとともに、発光強度を高く
保持することが可能となる。
窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板の上に、窒化
ガリウム系化合物半導体からなるn型クラッド層と活性
層とp型クラッド層との積層構造が設けられ、前記基板
に接続される電極を有する半導体発光素子であって、前
記電極は、前記積層構造の表面側からその一部を除去さ
せて露出された前記基板の表面に直接接して設けられて
いることを特徴とするものであり、基板側を主発光面側
とする場合に発光素子直上での配光特性をほぼ均一なも
のとすることができるという作用を有する。
の発明において、前記n型クラッド層は、その電子濃度
が1×1016cm-3以上で1×1017cm-3未満である
ことを特徴とすることを特徴とするものであり、n側電
極から基板へ注入された電子が基板とn型クラッド層と
の界面で広がりやすくなるという作用を有する。
の発明において、前記n型クラッド層は、GaNからな
ることを特徴とするものであり、n型クラッド層の結晶
性を良好なものとすることができるとともに、電子濃度
を上記範囲に制御しやすいという作用を有する。
図1を参照しながら説明する。 (実施の形態)図1に、本発明の一実施の形態に係る窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図
を示す。
1の上に、GaNからなるn型クラッド層2と、InG
aNからなる活性層3と、GaNからなる第一p型クラ
ッド層4と、AlGaNからなる第二p型クラッド層5
と、InGaNからなるp型コンタクト層6とが、が順
次積層されている。p型コンタクト層6の表面上にはp
側電極7が形成されており、p型コンタクト層6の表面
側から、p型コンタクト層6と第二p型クラッド層5と
第一p型クラッド層4と活性層3とn型クラッド層2と
基板1の一部をエッチングにより除去して露出された基
板1の表面上に、n側電極8が形成されている。
導体を使用することができる。中でも、製造が比較的容
易で、かつ比較的結晶性の良好なものが得られるGaN
からなるものを使用することが好ましい。基板1にはS
iやGe等のn型不純物がドープされて、その電子濃度
を1×1017cm-3から1×1019cm-3の範囲に制御
されたものを用いる。電子濃度が1×1017cm-3より
も低くなると、抵抗率が高くなり基板1に注入された電
子が基板1で広がりにくくなる傾向にあるからであり、
1×1019cm-3よりも高くなると、n型不純物を高濃
度にドープしたことに起因して基板1の結晶性が悪くな
る傾向にあるからである。
ンドギャップの大きいn型の窒化ガリウム系化合物半導
体を用いることができ、その電子濃度を1×1016cm
-3以上で1×1017cm-3未満とすることが望ましい。
電子濃度をこの範囲に特定することで、基板1との電子
濃度の差、すなわち抵抗率の差を大きくとることがで
き、基板1とn型クラッド層2との界面において、基板
1の電子が面内で十分に広がり、これにより活性層3へ
の均一な電子の注入が実現できるため、活性層3におけ
る発光分布が均一となり、その結果、基板1の側の主発
光面で均一な面発光が得られるからである。
N、InGaN等を用いることができるが、基板1にG
aNを用いる場合には、n型不純物をドープした、また
はアンドープのGaNを用いることが望ましい。窒化ガ
リウム系化合物半導体は、アンドープの状態でもn型の
導電型を示すからであり、中でもGaNはn型不純物を
ドープすることにより電子濃度を制御することが容易だ
からである。しかも、上記の電子濃度の範囲であれば、
n型不純物をドープすることによるn型クラッド層2の
結晶性の低下を防ぐことができるので、その上に成長さ
せる活性層3の結晶性を低下させることがなく、発光効
率を高く保持できる点においても好ましい。
以上で0.5μm以下の範囲とすることが望ましい。
0.05μmよりも薄いと電流広がりの効果が小さくな
る傾向にあり、0.5μmよりも厚くなると発光素子の
シリーズ抵抗が高くなって動作電圧が高くなるからであ
る。そして、n型クラッド層2の層厚に応じて電子濃度
を調整することで、電流広がりの効果を奏しながらシリ
ーズ抵抗の低減を図ることができる。本発明者らの知見
によれば、n型クラッド層2の層厚を厚くするとともに
電子濃度を上記範囲内で高くすると良い。
層2並びに第一及び第二p型クラッド層4、5のバンド
ギャップよりも小さいバンドギャップを有する窒化ガリ
ウム系化合物半導体を用いることができる。特に、Al
を含まないInGaNを用いると、青色から緑色の波長
域での発光強度を高くすることができる。さらに、膜厚
を100nmよりも薄くして単一量子井戸構造とする
と、活性層3の結晶性を高めることができ、発光効率を
より一層高めることができる。
も薄いInGaNからなる量子井戸層と、この量子井戸
層よりもバンドギャップの大きいInGaN、GaN等
からなる障壁層とを交互に積層させた多重量子井戸構造
とすることもできる。
もバンドギャップの大きい窒化ガリウム系化合物半導体
を用いることができる。特に、GaNを用いると、活性
層3との界面の結晶性を良好に保つことができるので、
好ましい。
ープされて、導電型をp型とされる。このp型不純物を
ドープするのに結晶成長時にp型不純物の原料ガスを流
すことで実現することもできるが、第一p型クラッド層
4の上に成長させる第二p型クラッド層5にドープさせ
たp型不純物を拡散させてドープすると、発光効率を高
めることができる。
以上60nm以下の範囲とすることが好ましい。
もバンドギャップの大きい窒化ガリウム系化合物半導体
を用いることができる。特に、第一p型クラッド層4よ
りもバンドギャップの大きいAlGaNを用いると、活
性層3への電子の閉じ込めを効率的に行うことができ、
発光効率を高くすることができるので好ましい。さら
に、第一p型クラッド層4と接する側からp型コンタク
ト層6と接する側にかけて、Al組成が収斂するように
組成を傾斜させて変化させた構造とすると、発光効率を
高くすることができるとともに、動作電圧を低減するこ
とができるので好ましい。
μm以上で0.3μm以下の範囲とすることが好まし
い。
aN、AlGaNを用いることができるが、p側電極7
との接触抵抗を小さくできるGaNやInGaNを用い
ることが好ましい。特に、組成傾斜させたAlGaNか
らなる第二p型クラッド層5とInGaNからなるp型
コンタクト層6とを組み合わせて用いると、発光効率の
向上と動作電圧の低減を同時に効果的に行うことができ
る。
m以上0.2μm以下の範囲とすることが好ましい。
層5、およびp型コンタクト層6にドープされるp型不
純物には、Mg、Zn、Cd,C等を用いることができ
るが、比較的容易にp型とすることができるMgを用い
ることが好ましい。
d、Mg等の単体金属、あるいはそれらの合金や積層構
造を用いることができる。特に、発光波長に対する反射
率が高いPt,Mg等の金属を用いると、活性層3から
p側電極7の側へ向かう光を反射させて、基板1の側か
ら取り出すことができるので、発光強度向上の面で好ま
しい。
型クラッド層2、活性層3、第一p型クラッド層4、第
二p型クラッド層5およびp型コンタクト層6からなる
積層構造の表面側からこれらの一部を除去させて露出さ
せた基板1の表面に直接接して形成される。n側電極8
をこのように配置する構成とすることにより、基板1の
前記積層構造を形成していない面側を主発光面とするこ
とができ、上記したn型クラッド層2と基板1との界面
における電流広がり効果により、この主発光面において
均一な面発光が得られる。
属、またはAlやTi、Au、Ni、V、Cr等を含む
合金、若しくはそれらの積層構造を用いることができ
る。
発光素子の製造方法の具体例について図面を参照しなが
ら説明する。以下の実施例は、主として有機金属気相成
長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を
示すものであるが、成長方法はこれに限定されるもので
はなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタ
キシー法等を用いることも可能である。
す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
らなる基板1を反応管内の基板ホルダーに載置した後、
基板1の表面温度を1100℃に10分間保ち、水素ガ
スを流しながら基板1を加熱することにより、基板1の
表面に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くた
めのクリーニングを行った。
5分間保ち、水素ガスと窒素ガスとアンモニアとを流し
ながら、基板1の表面の結晶性を向上させる。
で降下させた後、主キャリアガスとして窒素ガスと水素
ガスを流しながら、トリメチルガリウム(TMG)を含
むTMG用のキャリアガスと、Si源であるSiH
4(モノシラン)ガスと、を流しながら成長させて、S
iをドープしたGaNからなるn型クラッド層2を0.
2μmの厚さで成長させた。このn型クラッド層2の電
子濃度は3×1016cm-3であった。
ャリアガスとSiH4ガスとを止め、基板温度を750
℃にまで降下させ、750℃において、主キャリアガス
として窒素ガスを流し、新たにTMG用のキャリアガス
と、TMI用のキャリアガスと、を流しながらアンドー
プのIn0.2Ga0.8Nからなる単一量子井戸構造の活性
層3を3nmの厚さで成長させた。
スを止め、TMG用のキャリアガスを流しながら基板温
度を1050℃に向けて昇温させながら、引き続きアン
ドープのGaNを4nmの厚さで成長させ、基板温度が
1050℃に達したら、新たに主キャリアガスとしての
窒素ガスと水素ガスと、TMA用のキャリアガスと、M
g源であるCp2Mg用のキャリアガスと、を流しなが
ら成長させて、MgをドープさせたAlGaNからなる
第二p型クラッド層5を0.1μmの厚さで成長させ
る。このAlGaNの成長時には、TMA用のキャリア
ガスを時間とともにリニアに減少させつつ、TMG用の
キャリアガスを時間とともにリニアに増加させて、組成
がAl0.15Ga0.85NからAl0.01Ga0.99Nまで変化
した傾斜組成AlGaNとして第二p型クラッド層5を
成長させた。
用のキャリアガスとを止め、基板温度を1050℃に保
持し、MgをドープさせたAlGaNからアンドープで
形成したGaNにMgを拡散させ、第一p型クラッド層
4を形成させた。
ッド層5を形成後、基板温度を800℃にまで降下さ
せ、800℃において、新たにTMG用のキャリアガス
と、TMI用のキャリアガスと、Cp2Mg用のキャリ
アガスと、を流しながら成長させて、Mgをドープさせ
たIn0.05Ga0.95Nからなるp型コンタクト層6を
0.1μmの厚さで成長させた。
キャリアガスとTMI用のキャリアガスとCp2Mg用
のキャリアガスとを止め、主キャリアガスとアンモニア
をそのまま流しながら室温程度にまで冷却させて、ウェ
ハーを反応管から取り出した。
D法によりSiO2膜を堆積させた後、フォトリソグラ
フィにより所定の形状にパターンニングしてエッチング
用のマスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチ
ング法により、p型コンタクト層6と第二p型クラッド
層5と第一p型クラッド層4と活性層3とn型クラッド
層2と基板1の一部を約0.5μmの深さで積層方向と
逆の方向に向かって除去させて、基板1の表面を露出さ
せた。そして、フォトリソグラフィーと蒸着法により露
出させた基板1の表面上にAlからなるn側電極8を蒸
着形成させた。さらに、同様にしてp型コンタクト層6
の表面上にPtとAuとからなるp側電極7を蒸着形成
させた。
m程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に分
離した。このようにして、図1に示す窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子が得られた。
して、正負一対の電極を有するSiダイオードの上にA
uバンプにより接着させた。このとき、発光素子のp側
電極7およびn側電極8が、それぞれSiダイオードの
負電極および正電極と接続されるようして発光素子を搭
載する。この後、発光素子を搭載させたSiダイオード
を、Agペーストによりステム上に載置し、Siダイオ
ードの正電極をステム上の電極にワイヤで結線し、その
後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この発
光ダイオードを20mAの順方向電流で駆動したとこ
ろ、ピーク発光波長470nmの青色で発光し、基板1
の側から均一な面発光が得られた。このときの発光出力
は1.1mWであり、順方向動作電圧は3.4Vであっ
た。
ウム系化合物半導体からなる基板を用い、この基板の側
を主発光面側とする発光素子において、発光素子直上で
の配光特性を改善するとともに、発光強度を高く保持す
ることができるので、発光素子直上で均一な配光分布が
望まれる表面実装型発光ダイオードや発光素子を基板上
に複数配列させたライン状光源などの用途に好適に用い
ることができる。
持することができるので、従来の砲弾形状の樹脂レンズ
付き発光ダイオードにも用いることができる。
の電子濃度の条件を特定することにより、n型の基板と
n型クラッド層における電流広がりが確保されるので、
n側電極のサイズを小さくすることが可能となる。この
ため、Auバンプ等による電気的接続を用いることがで
きるので、電極サイズによるワイヤボンディング等の作
業性の制約が解消され、電気的接続の作業性が確保され
る。
合物半導体発光素子の構造を示す断面図
構造を示す断面図
Claims (3)
- 【請求項1】n型の窒化ガリウム系化合物半導体からな
る基板の上に、窒化ガリウム系化合物半導体からなるn
型クラッド層と活性層とp型クラッド層との積層構造が
設けられ、前記基板に接続される電極を有する半導体発
光素子であって、前記電極は、前記積層構造の表面側か
らその一部を除去させて露出された前記基板の表面に直
接接して設けられていることを特徴とする窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子。 - 【請求項2】前記n型クラッド層は、その電子濃度が1
×1016cm−3以上で1×1017cm−3未満で
あることを特徴とする請求項1記載の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項3】前記n型クラッド層は、GaNからなるこ
とを特徴とする請求項2記載の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34286498A JP2000174338A (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34286498A JP2000174338A (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Related Child Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004367183A Division JP2005094043A (ja) | 2004-12-20 | 2004-12-20 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
JP2005198333A Division JP2005294876A (ja) | 2005-07-07 | 2005-07-07 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000174338A true JP2000174338A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=18357095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34286498A Pending JP2000174338A (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000174338A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007311619A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体発光ダイオード |
JP2015005745A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-01-08 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 発光素子及び照明システム |
-
1998
- 1998-12-02 JP JP34286498A patent/JP2000174338A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007311619A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体発光ダイオード |
JP2015005745A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-01-08 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 発光素子及び照明システム |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4091261B2 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
US8513694B2 (en) | Nitride semiconductor device and manufacturing method of the device | |
JP7432024B2 (ja) | 赤外線発光ダイオード | |
KR100615122B1 (ko) | 반도체 발광소자 | |
JPH05251739A (ja) | 半導体発光デバイス | |
WO2004109782A1 (ja) | 窒化物系半導体素子及びその製造方法 | |
US7528417B2 (en) | Light-emitting diode device and production method thereof | |
JP2005244207A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
JPH11340505A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
JP3102647B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
KR100700529B1 (ko) | 전류 확산층을 구비한 발광 다이오드 및 그 제조 방법 | |
JP2004063732A (ja) | 発光素子 | |
JP3518289B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
JP3776538B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製法 | |
JP3724213B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
JP2000174341A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
JP3763701B2 (ja) | 窒化ガリウム系半導体発光素子 | |
JP2003008058A (ja) | AlGaInPエピタキシャルウエーハ及びそれを製造する方法並びにそれを用いた半導体発光素子 | |
JP3659059B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
JP3777869B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
JP2000174338A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
JP2950316B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 | |
WO2004070851A1 (en) | Light-emitting diode device and production method thereof | |
JP2004356601A (ja) | 発光ダイオード | |
JP3684841B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041013 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041019 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041220 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20041220 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050510 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20050629 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050927 |