JP2004235505A - Ohmic electrode structure for light emitting element and semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子及び半導体素子用オーミック電極構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平7−66455号公報
【特許文献2】
特開平11−191641号公報
【0003】
発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子に使用される材料及び素子構造は、長年にわたる進歩の結果、素子内部における光電変換効率が理論上の限界に次第に近づきつつある。従って、一層高輝度の素子を得ようとした場合、素子からの光取出し効率が極めて重要となる。例えば、AlGaInP混晶により発光層部が形成された発光素子は、薄いAlGaInP(あるいはGaInP)活性層を、それよりもバンドギャップの大きいn型AlGaInPクラッド層とp型AlGaInPクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、発光波長が緑色から赤色領域で、かつ高輝度の素子を実現できる。このようなAlGaInPダブルへテロ構造は、AlGaInP混晶がGaAsと格子整合することを利用して、GaAs単結晶基板上にAlGaInP混晶からなる各層をエピタキシャル成長させることにより形成できる。そして、これを発光素子として利用する際には、通常、GaAs単結晶基板をそのまま素子基板として利用することも多い。しかしながら、発光層部を構成するAlGaInP混晶はGaAsよりもバンドギャップが大きいため、発光した光がGaAs基板に吸収されて十分な光取出し効率が得られにくい難点がある。この問題を解決するために、半導体多層膜からなる反射層を基板と発光素子との間に挿入する方法(例えば特許文献1)が提案されているが、積層された半導体層の屈折率の違いを利用するため、限られた角度で入射した光しか反射されず、光取出し効率の大幅な向上は原理的に期待できない。
【0004】
そこで、成長用のGaAs基板を剥離する一方、補強用の導電性基板を、反射層を兼ねたAu層を介して剥離面に貼り合わせる技術が知られている。このAu層は反射率が高く、また、反射率の入射角依存性が小さい利点がある。しかしながら、反射層としてAu層を用いると、発光層部の波長によっては十分な反射効果が得られず、光取出し効率が思ったほど顕著には向上しない。その理由は、Auは波長670nm以下の可視光域に強い吸収があり、発光層部のピーク発光波長が670nm以下に存在する場合に反射率低下が著しくなるからである。その結果、総発光強度が低下しやすくなるほか、取り出される光のスペクトルが、吸収により本来の発光スペクトルとは異なるものとなり、発光色調の変化も招きやすくなる問題も生ずる。反射金属層としてAgを使用する提案は、特許文献2に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献2に記載された発光素子において、Ag系反射金属層が形成される化合物半導体層は、発光層部を含めて窒化物系のIII−V族化合物半導体が使用され、Ag系反射金属層とのオーミック接触をとるために、化合物半導体上にNi、Co、Mg及びSbのいずれかよりなるオーミック接触形成用の単体金属層を形成し、その上をAg系反射金属層により被覆している。しかし、Ni、Co、Mg、Sbのいずれの単体金属も、青色から緑色の光に対する反射率が必ずしも良好なものではないという問題がある。
【0006】
本発明の課題は、AlGaInP又はInGaAlNとAg系反射金属層との間に良好なオーミック接触を形成でき、かつ、青色から緑色の光に対する光取出効率を一層高めることができる発光素子と、Ag系金属よりなる電極層を含み、発光素子を初めとする半導体デバイスにおいて良好なオーミック接触を安価に形成できる半導体素子用オーミック電極構造とを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、第一の化合物半導体よりなるピーク波長が450nm以上580nm以下の発光層部の主表面側に光取出面が形成される一方、発光層部の主裏面、又は該発光層部の主裏面に電気的に結合された発光光束に対して透明な第二の化合物半導体よりなる補助化合物半導体層の主裏面に、Agを主成分とするAg系コンタクト金属と主裏面をなす化合物半導体との合金化層よりなるAg系コンタクト層が形成され、さらに、そのAg系コンタクト層を覆うとともに、発光層部からの光を光取出面側に反射させる、Agを主成分とする金属よりなるAg系反射金属層が形成されたことを特徴とする。なお、本明細書において「主成分」とは、最も質量含有率の高い成分のことをいう。
【0008】
上記本発明の発光素子の構造によると、Ag系反射金属層を配置するべき化合物半導体層の主裏面に、Ag系コンタクト金属が、当該化合物半導体層とAg系コンタクト金属とが合金化されたAg系コンタクト層の形で形成され、Ag系反射金属層がこれを覆うように形成される。オーミック接触形成用のドーパント元素がAgとともに化合物半導体層と合金化されると、Ag系反射金属層とのオーミック接触性が飛躍的に高められる。また、コンタクト層がAg含有率の高い合金層として形成されるので、ピーク波長が450nm以上580nm以下、すなわち青色から緑色の光に対する光取出効率を、Ni、Co、Mg、Sb等の単体金属をコンタクト層とする場合に比べて、一層高めることができる。
【0009】
Ag系反射金属層は、Au系金属よりなる反射金属層と比べて圧倒的に安価であり、しかも可視光の略全波長域(350nm以上700nm)に渡ってAu系金属よりも良好な反射率を示し反射率の波長依存性が小さい。その結果、素子の発光波長によらず高い光取出効率を実現できる。またAlのような金属と比較すれば青色から緑色の発光に対しても、酸化皮膜等の形成による反射率低下も生じにくい。図3は、鏡面研磨した種々の金属表面における反射率を示すものであり、プロット点「■」はAgの反射率を、プロット点「△」はAuの反射率を、プロット点「◆」はAlの反射率(比較例)である。また、プロット点「×」はAgPdCu合金である。Agの反射率は、350nm以上700nm以下(また、それより長波長側の赤外域)、特に、380nm以上700nm以下にて、可視光の反射率が特に良好である。当然、本発明のように、ピーク波長が450nm以上580nm以下の青色から緑色の発光波長域においても良好な反射率が得られる。
【0010】
他方、Auは有色金属であり、図3に示す反射率からも明らかなように、波長670nm以下の可視光域に強い吸収があり(特に650nm以下:600nm以下ではさらに吸収が大きい)、発光層部のピーク発光波長が670nm以下に存在する場合に反射率低下が著しくなる。その結果、青色や緑色のように、ピーク波長が450nm以上580nm以下の発光に対しては、当然、発光強度が低下しやすいほか、取り出される光のスペクトルが、吸収により本来の発光スペクトルとは異なるものとなり、発光色調の変化も招きやすくなる。しかしながら、本発明にて採用するAgは、波長670nm以下の可視光域においても反射率は極めて良好である。すなわち、Ag系反射金属層の採用により、青色や緑色の発光に対してAuよりもはるかに高い光取出し効率を実現できる。
【0011】
他方、図3に示すように、Alの反射率においても吸収ピークは生じないが、酸化皮膜形成による反射率低下があるため、可視光域での反射率は多少低い値(例えば85〜92%)に留まっている。しかし、本発明にて採用するAgは酸化皮膜が形成されにくいため、Alよりも高い反射率を可視光域に確保できる。具体的には、波長400nm以上、特に450nm以上580nm以下の青色から緑色にかけての発光波長域に対しては、Alよりも良好な反射率を示していることがわかる。上記のようなピーク発光波長を有する発光層部は、例えば(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1)又はInxGayAl1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1)により、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有するものとして構成することができる。
【0012】
Ag系コンタクト層及びAg系反射金属層は、発光層部の主裏面に直接形成してもよいし、該主裏面に電気的に結合された第二の化合物半導体よりなる補助化合物半導体層の主裏面に形成してもよい。この場合、該補助化合物半導体層は、発光層部からの光をAg系反射金属層に導くことができるよう、発光層部からの光に対して透明なものでなければならない。この場合、補助化合物半導体層を構成する第二の化合物半導体は、発光層部を構成する第一の化合物半導体よりもバンドギャップの広いもの、あるいは間接遷移型の化合物半導体よりなるものを採用することが望ましい。
【0013】
補助化合物半導体層はエピタキシャル成長層として構成してもよいが、発光層部の補強層として機能させるためには、相当の膜厚に成長させるのに長時間を要する問題がある。そこで、補助化合物半導体層は、発光用化合物半導体層に貼り合わされた透明導電性基板とすることにより、工程の能率化及び簡略化を図ることができる。この場合、Ag系反射金属層は、発光層部からの光を該透明導電性基板を経て光取出面側に反射させるものとなる。
【0014】
Ag系コンタクト層の形成に用いるAg系コンタクト金属は、Agを主成分としてGeとNiとを含有したAgGeNiコンタクト金属とすることができる。
【0015】
また、本発明の半導体素子用オーミック電極構造は、III−V族化合物半導体よりなる素子本体の表面に、Agを主成分としてGeとNiとを含有したAgGeNiコンタクト金属と、III−V族化合物半導体との合金化層よりなるAg系コンタクト層(以下、AgGeNiコンタクト層ともいう)が形成され、さらにそのAg系コンタクト層を覆うように、Agを主成分とするAg系金属よりなる電極層が形成されてなることを特徴とする。
【0016】
化合物半導体層がIII−V族化合物半導体(前述の(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1)やInxGayAl1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1))にて構成されるとき、AgGeNiコンタクト金属は、特許文献2に開示されたNi、Co、Mg及びSbの単体よりなるオーミック接触形成用金属と比較して、はるかに良好なオーミック接触が得られ、かつ、Ag系反射金属層との密着性も高い。AgGeNiコンタクト金属の具体的な組成は、例えばGe:0.1質量%以上25質量%以下、Ni:0.1質量%以上20質量%以下、残部Agであり、この範囲外の組成では接触抵抗低減効果が十分に得られない場合がある。
【0017】
なお、本発明の半導体素子用オーミック電極構造は、発光素子の反射金属層に限らず、例えばMESFET、HEMTあるいはHBTなどの他の半導体デバイスの電極に適用することも可能である。通常使用するAu系の電極と比較して安価なAgを使用するため経済的であり、しかもAu系の電極と比較しても遜色ないオーミック接触性を得ることができる。
【0018】
本発明の発光素子は、Ag系反射金属層と透明導電性基板との間にAg系コンタクト層を、Ag系反射金属層の主表面上に分散する形で配置することが好ましい。Ag反射金属層は、発光層部への通電経路の一部をなす。しかし、Ag系反射金属層を化合物半導体よりなる発光層部に直接接合すると、接触抵抗が高くなり、直列抵抗が増加して発光効率が低下する場合がある。Ag系反射金属層の場合、発光層部側のコンタクト層は、従来のようなAu系のものではなくAg系のものが使用可能であり、Ag系反射金属層を、Ag系コンタクト層を介して発光層部に接合することにより接触抵抗の低減を図ることができ、しかもAu系コンタクト層を用いる場合と比較してコンタクト層形成のコストも安価である。ただし、Ag系コンタクト層は接合力確保のために必要な合金成分を比較的多量に配合する必要があり、反射率が若干劣る。そこで、Ag系コンタクト層をAg系反射金属層の主表面上に分散形成しておけば、Ag系コンタクト層の非形成領域ではAg系反射金属層による高い反射率を確保できる。
【0019】
なお、光取出効果を十分に高めるために、Ag系反射金属層に対するAg系コンタクト層の形成面積率(Ag系反射金属層の全面積にてAg系コンタクト層の形成面積を除した値である)は1%以上25%以下とすることが望ましい。Ag系コンタクト層の形成面積率が1%未満では接触抵抗の低減効果が十分でなくなり、25%を超えると反射強度が低下することにつながる。
【0020】
Ag系反射金属層は、Ag系コンタクト層よりもAg含有率を高く設定しておくことで、Ag系コンタクト層の非形成領域において、Ag系反射金属層の反射率を一層高めることができる。Ag系反射金属層(ひいては、第一Ag系金属層と第二Ag系金属層)の材質として、Ag含有率が95質量%以上の金属、より具体的には純Ag(ただし、1質量%以内であれば不可避不純物を含有してもよい)を採用することにより、上記の効果は一層高められる。一方、Ag系反射金属層は、Pdを含有したAg合金により構成することもできる。Pdを含有したAg合金は、耐硫化性及び耐酸化性が良好であり、硫化ないし酸化に由来した劣化(反射層として用いる場合には反射率の劣化、電極として他の電気端子と接続する際には接触抵抗の増加)の防止に効果がある。
【0021】
なお、本発明において金属層の具体的な形成方法としては、真空蒸着やスパッタリングなどの気相成膜法のほか、無電解メッキあるいは電解メッキなどの電気化学的な成膜法を採用することもできる。
【0022】
化合物半導体層を(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1)にて形成する場合、該化合物半導体層の貼り合わせ側主表面にAgGeNiコンタクト層を形成し、該AgGeNiコンタクト層を覆うように第一Ag系金属層を形成することが好ましい。この場合、AgGeNiコンタクト金属と化合物半導体層との合金化熱処理を例えば、350℃以上660℃以下にて行なうことにより、接触抵抗の低減効果が高められる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態である発光素子100を示す概念図である。発光素子100は、透明導電性基板であるn型GaP単結晶よりなるGaP基板7の主表面上に、発光層部24が透明導電層(例えばITO(Indium−Tin Oxide)層)30を介して貼り合わされた構造を有してなる。
【0024】
GaP基板7は、GaP単結晶インゴットをスライス・研磨して製造されたものであり、その厚みは例えば100μm以上500μm以下である。該GaP基板7の主裏面は、例えばAg層よりなるAg系反射金属層15にて覆われている。また、GaP基板7とAg系反射金属層15との間には、AgGeNiコンタクト金属(例えばGe:15質量%、Ni:10質量%、残部Ag)とGaP基板7の表面部とが合金化した、Ag系コンタクト層32が配置されており、素子の直列抵抗低減に貢献している。Ag系コンタクト層32は、電極層をなすAg系反射金属層15と素子本体をなすGaP基板7とともに、本発明の半導体素子用オーミック電極構造を構成している。なお、AgGeNiコンタクト層32は、Ag系反射金属層15の主表面上に分散形成され、その形成面積率は1%以上25%以下である。
【0025】
発光層部24は、ノンドープ(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦0.55,0.45≦y≦0.55)混晶からなる活性層5を、第一導電型クラッド層、本実施形態ではp型(AlzGa1−z)yIn1−yP(ただしx<z≦1)からなるp型クラッド層6と、前記第一導電型クラッド層とは異なる第二導電型クラッド層、本実施形態ではn型(AlzGa1−z)yIn1−yP(ただしx<z≦1)からなるn型クラッド層4とにより挟んだ構造を有し、活性層5の組成に応じて、発光波長を、緑色から赤色領域(発光波長(ピーク波長)が550nm以上670nm以下)にて調整できるが、緑ないし黄緑系の発光を得るには、ピーク波長を550nm以上580nm以下の範囲で設定する。図1の発光素子100では、金属電極9側にp型AlGaInPクラッド層6が配置されており、Ag系反射金属層15側にn型AlGaInPクラッド層4が配置されている。従って、通電極性は金属電極9側が正である。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有(例えば1013〜1016/cm3程度を上限とする)をも排除するものではない。
【0026】
また、発光層部24の主表面上には、AlGaAsよりなる電流拡散層20が形成され、その主表面の略中央に、発光層部24に発光駆動電圧を印加するための金属電極(例えばAu電極)9が、該主表面の一部を覆うように形成されている。電流拡散層20の主表面における、金属電極9の周囲の領域は、発光層部24からの光取出領域をなす。発光層部24からの光は、光取出面側に直接放射される光に、Ag系反射金属層15による反射光が重畳される形で取り出される。
【0027】
なお、Ag系反射金属層15の厚さは、反射効果を十分に確保するため、80nm以上とすることが望ましい。また、厚さの上限には制限は特にないが、反射効果が飽和するため、コストとの兼ね合いにより適当に定める(例えば1μm程度)。
【0028】
以下、図1の発光素子100の製造方法について説明する。
まず、図2の工程1に示すように、発光層成長用基板をなす半導体単結晶基板であるGaAs単結晶基板1の主表面に、p型GaAsバッファ層2を例えば0.5μm、AlAsからなる剥離層3を例えば0.5μm、さらにp型AlGaAsよりなる電流拡散層20を例えば5μm、この順序にてエピタキシャル成長させる。また、その後、発光層部24として、1μmのp型AlGaInPクラッド層6、0.6μmのAlGaInP活性層(ノンドープ)5、及び1μmのn型AlGaInPクラッド層4を、この順序にエピタキシャル成長させる。そして、工程2に示すように、発光層部24形成後に主裏面となる側に透明導電層30を形成する。
【0029】
そして、工程3に示すように、別途用意したGaP基板7の主表面を、発光層部24上に形成された透明導電層30に重ね合わせて圧迫し、適当な温度で熱処理することにより貼り合わせて、基板貼り合わせ体50を作る。次に、工程4に進み、上記基板貼り合わせ体50を、例えば10%フッ酸水溶液からなるエッチング液に浸漬し、バッファ層2と発光層部24との間に形成したAlAs剥離層3を選択エッチングすることにより、GaAs単結晶基板1(発光層部24からの光に対して不透明である)を、発光層部24とこれに接合されたGaP単結晶基板7との積層体50aから剥離する。なお、AlAs剥離層3に代えてAlInPよりなるエッチストップ層を形成しておき、GaAsに対して選択エッチング性を有する第一エッチング液(例えばアンモニア/過酸化水素混合液)を用いてGaAs単結晶基板1をGaAsバッファ層2とともにエッチング除去し、次いでAlInPに対して選択エッチング性を有する第二エッチング液(例えば塩酸:Al酸化層除去用にフッ酸を添加してもよい)を用いてエッチストップ層をエッチング除去する工程を採用することもできる。このように、発光層成長用基板を全てエッチングにより除去することも、「剥離」の概念に属するものとする。
【0030】
次に、工程5に示すように、GaP基板7の主裏面にAgGeNiコンタクト金属の蒸着層を分散形成し、さらに、350℃以上660℃以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、AgGeNiコンタクト層32を形成する。その後、AgGeNiコンタクト層32を覆うようにAg系反射金属層15を形成する。AgGeNiコンタクト層32はGaP基板7との間に良好なオーミック接触を形成し、しかもAg系反射金属層15との密着性も高い。以上の工程で各金属層は、スパッタリングあるいは真空蒸着等を用いて行なうことができる。なお、合金化熱処理は、Ag系反射金属層15の形成後に行ってもよい。
【0031】
そして、工程6に示すように、GaAs単結晶基板1の剥離により露出した電流拡散層20の主表面の一部を覆うように、ワイヤボンディング用の電極9(ボンディングパッド:図1)を形成する。以下、通常の方法によりダイシングして半導体チップとし、これを支持体に固着してリード線のワイヤボンディング等を行なった後、樹脂封止をすることにより最終的な発光素子が得られる。
【0032】
なお、以上の実施形態では、発光層部24の各層をAlGaInP混晶にて形成していたが、該各層(p型クラッド層6、活性層5及びn型クラッド層4)をAlGaInN混晶により形成することもできる。発光層部24を成長させるための発光層成長用基板は、GaAs単結晶基板に代えて、例えばサファイア基板(絶縁体)やSiC単結晶基板が使用される。サファイア基板上にGaNバッファ層を介してAlGaInN混晶よりなる発光層部が形成されている場合、サファイア基板の裏面側からエキシマレーザーを照射することによりGaNバッファ層が溶解し、サファイア基板を剥離除去することができる。発光層部24の発光波長が450nm以上580nm以下のとき、Ag系金属層15を採用することによる、青色ないし緑色系の光の反射率向上効果が大きい。
【0033】
また、発光層部24の各層は、上記実施形態では、基板側からn型クラッド層4、活性層5及びp型クラッド層6の順になっていたが、これを反転させ、基板側からp型クラッド、活性層及びn型クラッド層の順に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光素子の一実施形態を積層構造にて示す模式図。
【図2】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す説明図。
【図3】種々の金属の反射スペクトルを示す図。
【符号の説明】
1 GaAs単結晶基板(発光層成長用基板)
4 n型クラッド層(第二導電型クラッド層)
5 活性層
6 p型クラッド層(第一導電型クラッド層)
7 GaP基板(透明導電性基板)
9 金属電極
15 Ag系反射金属層
24 発光層部
32 AgGeNiコンタクト層
100 発光素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting device and an ohmic electrode structure for a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-66455 [Patent Document 2]
JP-A-11-191641
Materials and device structures used for light-emitting devices such as light-emitting diodes and semiconductor lasers have been developed over many years, and the photoelectric conversion efficiency inside the devices is gradually approaching the theoretical limit. Therefore, when an element with higher luminance is to be obtained, the light extraction efficiency from the element is extremely important. For example, in a light emitting device having a light emitting layer portion formed of AlGaInP mixed crystal, a thin AlGaInP (or GaInP) active layer is sandwiched between an n-type AlGaInP cladding layer and a p-type AlGaInP cladding layer having a larger band gap. By adopting the double hetero structure sandwiched therebetween, an element having an emission wavelength in a green to red region and high luminance can be realized. Such an AlGaInP double hetero structure can be formed by epitaxially growing each layer made of an AlGaInP mixed crystal on a GaAs single crystal substrate, utilizing the fact that the AlGaInP mixed crystal lattice-matches with GaAs. When this is used as a light emitting element, a GaAs single crystal substrate is often used as it is as an element substrate. However, the AlGaInP mixed crystal constituting the light emitting layer has a band gap larger than that of GaAs, so that the emitted light is absorbed by the GaAs substrate and it is difficult to obtain sufficient light extraction efficiency. In order to solve this problem, a method has been proposed in which a reflective layer made of a semiconductor multilayer film is inserted between a substrate and a light emitting element (for example, Patent Document 1). Is used, only light incident at a limited angle is reflected, and a significant improvement in light extraction efficiency cannot be expected in principle.
[0004]
Therefore, a technique is known in which a GaAs substrate for growth is peeled off, and a conductive substrate for reinforcement is bonded to a peeled surface via an Au layer also serving as a reflective layer. This Au layer has the advantage that the reflectance is high and the dependency of the reflectance on the incident angle is small. However, when an Au layer is used as the reflective layer, a sufficient reflection effect cannot be obtained depending on the wavelength of the light emitting layer portion, and the light extraction efficiency does not improve remarkably as expected. The reason for this is that Au has strong absorption in the visible light region having a wavelength of 670 nm or less, and when the peak emission wavelength of the light emitting layer portion is at 670 nm or less, the reflectance is significantly reduced. As a result, the total light emission intensity is easily reduced, and the spectrum of the extracted light is different from the original light emission spectrum due to absorption. A proposal to use Ag as the reflective metal layer is disclosed in
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the light-emitting device described in
[0006]
An object of the present invention is to provide a light-emitting element capable of forming a good ohmic contact between AlGaInP or InGaAlN and an Ag-based reflective metal layer and further improving the light extraction efficiency for blue to green light, and an Ag-based light-emitting element. An object of the present invention is to provide an ohmic electrode structure for a semiconductor element including an electrode layer made of a metal and capable of forming good ohmic contact at low cost in a semiconductor device such as a light emitting element.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
In order to solve the above problems, the light emitting element of the present invention has a light extraction surface formed on the main surface side of a light emitting layer portion having a peak wavelength of 450 nm or more and 580 nm or less made of a first compound semiconductor, Ag containing Ag as a main component, on the main back surface of the portion or on the main back surface of the auxiliary compound semiconductor layer made of the second compound semiconductor transparent to the luminous flux electrically coupled to the main back surface of the light emitting layer portion. An Ag-based contact layer composed of an alloyed layer of a system-based contact metal and a compound semiconductor that forms the main back surface is formed, and further covers the Ag-based contact layer and reflects light from the light emitting layer to the light extraction surface side. And an Ag-based reflective metal layer made of a metal containing Ag as a main component. In this specification, the “main component” refers to a component having the highest mass content.
[0008]
According to the structure of the light emitting device of the present invention, the Ag-based contact metal is formed on the main back surface of the compound semiconductor layer on which the Ag-based reflective metal layer is to be disposed, and the Ag-based compound semiconductor layer and the Ag-based contact metal are alloyed. An Ag-based reflective metal layer is formed so as to cover the contact layer. When the dopant element for forming the ohmic contact is alloyed with the compound semiconductor layer together with Ag, the ohmic contact with the Ag-based reflective metal layer is dramatically improved. In addition, since the contact layer is formed as an alloy layer having a high Ag content, the peak wavelength is 450 nm or more and 580 nm or less, that is, light extraction efficiency for blue to green light is reduced by using a single metal such as Ni, Co, Mg, and Sb. This can be further increased as compared with the case where the contact layer is used.
[0009]
The Ag-based reflective metal layer is overwhelmingly cheaper than the reflective metal layer made of Au-based metal, and has a better reflectivity than Au-based metal over almost the entire visible light wavelength range (350 nm to 700 nm). And the wavelength dependence of the reflectance is small. As a result, high light extraction efficiency can be realized regardless of the emission wavelength of the element. Also, compared to a metal such as Al, a decrease in reflectance due to the formation of an oxide film and the like is less likely to occur even for blue to green light emission. FIG. 3 shows the reflectivity of various mirror-polished metal surfaces. The plot point “■” indicates the reflectivity of Ag, the plot point “△” indicates the reflectivity of Au, and the plot point “◆” indicates the reflectivity. It is a reflectance (comparative example) of Al. The plot point “x” is an AgPdCu alloy. The reflectance of Ag is particularly good when the reflectance of Ag is 350 nm or more and 700 nm or less (and in the infrared region on the longer wavelength side), particularly, 380 nm or more and 700 nm or less. Naturally, as in the present invention, good reflectance can be obtained even in a blue to green emission wavelength region having a peak wavelength of 450 nm or more and 580 nm or less.
[0010]
On the other hand, Au is a colored metal, and as is clear from the reflectance shown in FIG. 3, it has strong absorption in the visible light region having a wavelength of 670 nm or less (especially 650 nm or less: absorption is even greater at 600 nm or less), and the light-emitting layer When the peak emission wavelength of the portion exists at 670 nm or less, the reflectance is significantly reduced. As a result, for light emission having a peak wavelength of 450 nm or more and 580 nm or less, such as blue or green, the emission intensity naturally tends to decrease, and the spectrum of the extracted light differs from the original emission spectrum due to absorption. And a change in emission color tone is likely to occur. However, Ag employed in the present invention has a very good reflectance even in the visible light region having a wavelength of 670 nm or less. That is, by employing the Ag-based reflective metal layer, it is possible to realize a much higher light extraction efficiency for blue and green light emission than Au.
[0011]
On the other hand, as shown in FIG. 3, the absorption peak does not occur even in the reflectance of Al, but the reflectance in the visible light region has a slightly lower value (for example, 85 to 92%) because the reflectance is reduced due to the formation of the oxide film. ). However, Ag employed in the present invention does not easily form an oxide film, so that a higher reflectance than Al can be secured in the visible light region. Specifically, it can be seen that in the emission wavelength range from blue to green having a wavelength of 400 nm or more, particularly 450 nm or more and 580 nm or less, the reflectance is better than that of Al. Emitting layer portion having a peak emission wavelength as described above, for example, (Al x Ga 1-x) y In 1-y P ( However, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) or In x Ga y Al According to 1- xyN (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1), a double where a first conductivity type clad layer, an active layer and a second conductivity type clad layer are laminated in this order. It can be configured as having a heterostructure.
[0012]
The Ag-based contact layer and the Ag-based reflective metal layer may be formed directly on the main back surface of the light emitting layer portion, or may be formed on the auxiliary compound semiconductor layer made of the second compound semiconductor electrically coupled to the main back surface. It may be formed on the back surface. In this case, the auxiliary compound semiconductor layer must be transparent to the light from the light emitting layer so that the light from the light emitting layer can be guided to the Ag-based reflective metal layer. In this case, as the second compound semiconductor constituting the auxiliary compound semiconductor layer, one having a wider band gap than that of the first compound semiconductor constituting the light emitting layer portion, or one composed of an indirect transition type compound semiconductor is used. Is desirable.
[0013]
Although the auxiliary compound semiconductor layer may be formed as an epitaxial growth layer, there is a problem that it takes a long time to grow the auxiliary compound semiconductor layer to a considerable thickness in order to function as a reinforcing layer of the light emitting layer portion. Therefore, by forming the auxiliary compound semiconductor layer as a transparent conductive substrate bonded to the compound semiconductor layer for light emission, efficiency and simplification of the process can be achieved. In this case, the Ag-based reflective metal layer reflects the light from the light emitting layer toward the light extraction surface through the transparent conductive substrate.
[0014]
The Ag-based contact metal used for forming the Ag-based contact layer can be an AgGeNi contact metal containing Ag and Ge and Ni as main components.
[0015]
In addition, the ohmic electrode structure for a semiconductor device of the present invention may include an AgGeNi contact metal containing Ag and Ge as main components and a III-V compound semiconductor on a surface of an element body made of a III-V compound semiconductor. An Ag-based contact layer (hereinafter, also referred to as an AgGeNi contact layer) formed of an alloyed layer with the above is formed, and an electrode layer made of an Ag-based metal containing Ag as a main component is formed so as to cover the Ag-based contact layer. It is characterized by being done.
[0016]
Compound semiconductor layer is a group III-V compound semiconductor (the aforementioned (Al x Ga 1-x) y In 1-y P ( However, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) or In x Ga y Al 1- When composed of xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1), the AgGeNi contact metal is a simple substance of Ni, Co, Mg and Sb disclosed in
[0017]
Note that the ohmic electrode structure for a semiconductor element of the present invention is not limited to the reflective metal layer of a light emitting element, but can be applied to an electrode of another semiconductor device such as a MESFET, HEMT, or HBT. It is economical to use inexpensive Ag as compared with Au-based electrodes that are usually used, and it is possible to obtain ohmic contact properties comparable to those of Au-based electrodes.
[0018]
In the light-emitting device of the present invention, it is preferable that an Ag-based contact layer is disposed between the Ag-based reflective metal layer and the transparent conductive substrate so as to be dispersed on the main surface of the Ag-based reflective metal layer. The Ag reflective metal layer forms a part of a current supply path to the light emitting layer. However, when the Ag-based reflective metal layer is directly joined to the light emitting layer portion made of a compound semiconductor, the contact resistance increases, the series resistance increases, and the luminous efficiency may decrease. In the case of the Ag-based reflective metal layer, the contact layer on the light-emitting layer portion side may be an Ag-based one instead of the Au-based one as in the related art, and the Ag-based reflective metal layer may be connected via the Ag-based contact layer. Thus, the contact resistance can be reduced by bonding to the light emitting layer portion, and the cost of forming the contact layer is lower than in the case where an Au-based contact layer is used. However, the Ag-based contact layer requires a relatively large amount of alloy components necessary for securing the bonding strength, and the reflectivity is slightly inferior. Therefore, if the Ag-based contact layer is dispersedly formed on the main surface of the Ag-based reflective metal layer, a high reflectance by the Ag-based reflective metal layer can be secured in a region where the Ag-based contact layer is not formed.
[0019]
In order to sufficiently enhance the light extraction effect, the formation area ratio of the Ag-based contact layer to the Ag-based reflection metal layer (the value obtained by dividing the formation area of the Ag-based contact layer by the total area of the Ag-based reflection metal layer). ) Is desirably 1% or more and 25% or less. If the area ratio of the Ag-based contact layer is less than 1%, the effect of reducing the contact resistance is not sufficient, and if it exceeds 25%, the reflection intensity is reduced.
[0020]
By setting the Ag-based reflective metal layer to have a higher Ag content than the Ag-based contact layer, the reflectivity of the Ag-based reflective metal layer can be further increased in a region where the Ag-based contact layer is not formed. As the material of the Ag-based reflective metal layer (and thus the first Ag-based metal layer and the second Ag-based metal layer), a metal having an Ag content of 95% by mass or more, more specifically, pure Ag (but 1% by mass) The above-mentioned effect can be further enhanced by adopting an unavoidable impurity as long as it is within the range. On the other hand, the Ag-based reflective metal layer can be made of an Ag alloy containing Pd. Ag alloys containing Pd have good sulfuration resistance and oxidation resistance, and can be deteriorated due to sulfurization or oxidation (degradation of reflectance when used as a reflective layer, when connecting to other electrical terminals as electrodes). Is effective in preventing an increase in contact resistance.
[0021]
In the present invention, as a specific method for forming the metal layer, in addition to a vapor phase film forming method such as vacuum evaporation or sputtering, it is also possible to employ an electrochemical film forming method such as electroless plating or electrolytic plating. it can.
[0022]
When the compound semiconductor layer is formed of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), the compound semiconductor layer is formed on the main surface on the bonding side. Preferably, an AgGeNi contact layer is formed, and a first Ag-based metal layer is formed so as to cover the AgGeNi contact layer. In this case, by performing the alloying heat treatment of the AgGeNi contact metal and the compound semiconductor layer at, for example, 350 ° C. or more and 660 ° C. or less, the effect of reducing the contact resistance is enhanced.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a
[0024]
The
[0025]
Emitting
[0026]
A
[0027]
The thickness of the Ag-based
[0028]
Hereinafter, a method for manufacturing the
First, as shown in
[0029]
Then, as shown in
[0030]
Next, as shown in
[0031]
Then, as shown in
[0032]
In the above embodiment, each layer of the light emitting
[0033]
Further, in the above embodiment, the layers of the light emitting
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a light-emitting element of the present invention in a laminated structure.
FIG. 2 is an explanatory view illustrating an example of a manufacturing process of the light emitting element of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing reflection spectra of various metals.
[Explanation of symbols]
1 GaAs single crystal substrate (substrate for light emitting layer growth)
4 n-type cladding layer (second conductivity type cladding layer)
5 Active layer 6 p-type cladding layer (first conductivity type cladding layer)
7 GaP substrate (transparent conductive substrate)
9
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