JP2000196152A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
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Abstract
光の取り出し効率を劇的に改善することができる半導体
発光素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 光の取り出し面を凹凸状に加工すること
により、活性層から放出された光の取り出し効率すなわ
ち、外部量子効率を大幅に改善することができる。ま
た、p型GaN層の表面付近にマグネシウム(Mg)な
どのp型ドーパントを含んだ層を堆積して拡散させ、そ
の層を除去した後にp側電極を形成することにより、p
側電極とのオーミック接触を確保し、電極の剥離も防
ぎ、信頼性も改善することができる。
Description
びその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、G
aN、InGaN、GaAlNなどの窒化物系半導体層
が積層された発光素子であって、素子の動作電圧低減、
高輝度化、信頼性の向上などが著しい半導体発光素子及
びその製造方法に関する。
体を用いることにより、紫外光から青色、緑色の波長帯
の発光素子が実用化されつつある。
とは、BxInyAlzGa(1-x-y-z)N(0≦x≦1、0
≦y≦1、0≦z≦1)なる組成式で表されるIII−V
族化合物半導体を含み、さらに、V族元素としては、N
に加えてリン(P)や砒素(As)などを含有する混晶
も含むものとする。
(LED)や半導体レーザなどの発光素子を形成するこ
とにより、これまで困難であった発光強度の高い紫外
光、青色光、緑色光等の発光が可能となりつつある。ま
た、窒化物系半導体は、結晶成長温度が高く、高温度下
でも安定した材料であるので電子デバイスヘの応用も期
待されている。
素子の一例としてLEDを例に挙げて説明する。図10
は、従来の窒化物系半導体LEDの断面構造を表す概念
図である。すなわち、従来のLEDは、サファイア基板
101の上にGaNバッファ層(図示せず)、、n型G
aN層102、InGaN発光層103、p型GaN層
104が順次エピタキシャル成長された構成を有する。
また、InGaN発光層103およびp型GaN層10
4の一部がエッチング除去されて、n型GaN層102
が露出されている。p型GaN層103上にはp側透明
電極113が形成され、その一部に電流阻止用の絶縁膜
107とp側ボンディング電極106が積層されてい
る。また、n型GaN層102の上にはn側電極105
が形成されている。
6を介して注入された電流は、導電性の良い透明電極1
13で広げられ、p型GaN層103からn型GaN層
102に電流が注入されて発光し、その光は透明電極1
13を透過してチップ外に取り出される。
示したような従来の窒化物系半導体発光素子は、電極部
の接触抵抗が高く、また、光の取り出し効率も悪いとい
う問題を有していた。
4eVと広いために、電極とオーミック接触をさせるこ
とが難しい。その結果として、電極部の接触抵抗が高く
なり、素子の動作電圧が高くなるとともに、発熱も大き
いという問題が生ずる。
ために、臨界屈折角が21.9度と極めて小さい。つま
り、光出射面の法線からみて、この臨界屈折角よりも大
きい角度で入射した光は、LEDチップの外に取り出せ
ない。チップの表面にAR(anti-reflection:反射防
止)膜を形成しても、この臨界角は変わらない。このた
めに、外部量子効率を改善してより大きな発光パワーを
得ることが困難であった。
の表面を凹凸形状に加工すれば、この問題を改善するこ
とができる。しかし、凹凸形状を形成するためにはp型
GaN層はある程度の厚さが必要となる。そして、電極
との接触抵抗を少しでも低減するために高濃度の不純物
をドーピングしつつ、厚いp型GaN層を形成しようと
すると、結晶表面の面荒れが発生するという新たな問題
が生じていた。
いてなされたものである。すなわち、その目的は、電極
とのオーミック接触を確保すると共に、光の取り出し効
率を劇的に改善することができる半導体発光素子及びそ
の製造方法を提供することにある。
め、本発明の半導体発光素子は、窒化物系半導体からな
る発光部を備えた半導体発光素子であって、前記発光部
から放出される光の外部への取り出し効率が改善される
ように光取り出し面に凹凸が設けられていることを特徴
とし、外部量子効率を大幅に改善することができる。
て、前記凹凸は、窒化物系半導体の表面に設けられ、前
記凹凸が設けられた前記窒化物系半導体の表面にはさら
に透光性電極が設けられていることを特徴とする。
面を有する窒化物系半導体の上に設けられた透光性電極
を備え、前記凹凸は、前記透光性電極の表面に設けられ
ていることを特徴とする。
面を有する窒化物系半導体の上に設けられた透光性電極
と、前記透光性電極の上に設けられ透光性を有する光取
り出し層と、を備え、前記凹凸は、前記光取り出し層の
表面に設けられていることを特徴とする。
半導体は、前記透光性電極層との接触面の付近におい
て、ドーパントが高い濃度で導入され、接触抵抗を大幅
に低下させることができる。
導体と接触して設けられた100nm以下の層厚の金属
からなる層を有し、その上に堆積するITOの付着強度
を改善し接触抵抗を下げることができる。この金属層と
しては、NiまたはPtを用いることが望ましい。
は、発光部を有する窒化物系半導体を形成する工程と、
前記窒化物系半導体の表面に導電性を高めるドーパント
を含有した金属層を堆積する工程と、前記ドーパントを
前記窒化物系半導体に拡散させる工程と、前記ドーパン
トを含有した金属層を除去する工程と、前記窒化物系半
導体の表面に電極を形成する工程と、を備えたことを特
徴とし、電極の接触抵抗を大幅に低下させることができ
る。
前に、前記窒化物系半導体の表面に凹凸を形成する工程
をさらに備え、前記電極は、前記発光部から放出される
光に対して透光性を有することを特徴とし、光の取り出
し効率を大幅に改善することができる。
導体の表面に堆積されマグネシウム(Mg)を含有した
第1の層と、前記第1の層の上に堆積された金(Au)
からなる第2の層を含むものとすると、接触抵抗を効果
的に低下させることができる。
の実施の形態について説明する。図1は、本発明の半導
体発光素子を表す斜視概念図である。すなわち、同図の
半導体発光素子は、サファイア基板1の上にGaNバッ
ファ層(図示せず)、n型GaN層2、InGaN発光
層3、p型GaN層4が順次積層された構造を有する。
また、InGaN発光層3およびp型GaN層4は選択
的にエッチング除去されて、n型GaN層2が露出され
ている。p型GaN層4の上には、一部に電流阻止用の
絶縁膜7が形成されている。そして、p型GaN層4と
絶縁膜7の上には、p側透明電極13が形成され、その
上にp側のボンディング・パッド6が選択的に積層され
ている。また、n型GaN層2の上にはn側電極5が形
成されている。
N層4の表面に凹凸状の加工が施されている点にある。
すなわち、図示した例においては、p型GaN層4の表
面にシリンドリカル・レンズ状の複数の凸部9が形成さ
れている。p型GaN層4の表面をこのように加工する
ことにより、活性層3から放出された光の取り出し効率
を改善することができる。
光の取り出し面が平面であると、活性層3から放出され
た光のうちで、取り出し面に対して臨界角よりも大きい
法線角度で斜めに入射した光は、全反射される。これに
対して、本発明の発光素子においては、光取り出し面に
対して斜めに入射した光も、入射した凹凸面との角度に
応じて外部に通り抜けることができるようになる。ま
た、全反射された光も、凹凸面において反射を繰り返
し、その過程において、臨界角よりも小さい法線角度で
凹凸部の表面に入射した時に、外部に通り抜けることが
できるようになる。
合と比べて、凹凸面の場合には、臨界角である21.9
°よりも小さい法線角で入射する確率が激増する。その
結果として、活性層3から放出された光を外部に取り出
すことのできる効率、すなわち外部量子効率を大幅に改
善することができる。
層4の表面の凸状部は複数のシリンドリカル・レンズあ
るいはロッドレンズとしても作用する。従って、これら
の凸状部の下方の活性層の線状部分から放出された光
は、それぞれのシリンドリカル・レンズによって集光さ
れ、複数の線状のビームとして放出される。
ひとつの特徴点は、p型GaN層4の表面付近にマグネ
シウム(Mg)が高い濃度で含有されていることであ
る。すなわち、後に詳述するように、本発明において
は、素子の製造工程において、p型GaN層4の表面に
マグネシウムを含む金属層を一旦堆積し、熱処理を施し
てマグネシウムをGaN層4の表面層に拡散させた後
に、その金属層を除去して、p側透明電極13を形成す
る。このような独特のプロセスによって、p型GaN層
4の表面付近のキャリア濃度を上昇させ、透明電極13
とのオーミック接触を確保することができる。その結果
として、素子の動作電圧を低減させ、諸特性を改善する
ことができる。
aN層4の表面層に高濃度にドーピングすることによっ
て、p型GaN層4の「面荒れ」を回避することもでき
る。すなわち、本発明においては、p型GaN層4の表
面に凹凸を設けるために、GaN層4をある程度厚く形
成する必要がある。しかし、p側電極とのオーミック接
触を確保するためにp型ドーパントを高い濃度でドーピ
ングしつつ、GaN層4を厚く成長すると「面荒れ」が
発生するという問題があった。このような「面荒れ」が
発生すると、本発明のような凹凸の加工を施した後も、
その表面の結晶の品質は良好でなく、諸特性が低下す
る。
マグネシウムを導入するので、p型GaN層4の成長に
際しては、ドーピング濃度をさほど高くする必要がな
い。従って、「面荒れ」を招くことなく、GaN層4を
厚く成長することが可能となる。
例について説明する。
製造方法を表す概略工程断面図である。すなわち、これ
らの図は、図1に示したA−A線で切断した断面の一部
を表す概略断面図である。
イア基板1の上に、図示しないGaNバッファ層、n型
GaN層2、InGaN発光層3、p型GaN層4を順
次結晶成長する。結晶成長法としては、例えば、MOC
VD(metal-organic chemical vapor deposition)
法、ハイドライドCVD法、あるいはMBE(molecula
rbeam epitaxy)などの方法を挙げることができる。
トパターンを形成する。具体的には、p型GaN層4の
表面にレジストを塗布し、PEP(photo-engraving pr
ocess)法によりパターニングして、複数の平行なスト
ライプ状のレジストパターン30を形成する。レジスト
パターンの具体的な寸法は、活性層3から光取り出し面
までの距離や、発光素子が使用される光学系において要
求される光強度分布などに応じて適宜決定することが望
ましい。具体的には、例えば、レジストパターンのスト
ライプの幅及び間隔をそれぞれ数ミクロン程度とするこ
とができる。
トパターン30の形状を加工する。具体的には、熱処理
を施すことにより、ストライプ状のレジストを軟化させ
て横断面が半円状の「かまぼこ形状」に変形させる。
トパターン30の形状をp型GaN層4に転写する。具
体的には、レジストパターン30の上からRlE(reac
tiveion etching)やイオンミリング(ion milling)等
の方法によりエッチングする。すると、レジストパター
ン30が順次エッチングされ、さらに、その下のp型G
aN層4も順次エッチングされる。このようにして、p
型GaN層4の表面にレジストパターン30の断面形状
に似た凹凸を形成することができる。
と、加工後のp型GaN層4の表面凹凸の断面形状との
関係は、エッチング速度の比率によって決定される。す
なわち、レジストパターン30のエッチング速度に対し
て、p型GaN層4のエッチング速度の方が速い場合に
は、p型GaN層4の凹凸は、レジストパターンよりも
強調される。一方、レジストパターン30のエッチング
速度に対して、p型GaN層4のエッチング速度の方が
遅い場合には、p型GaN層4の凹凸は、レジストパタ
ーンよりも緩和される。従って、p型GaN層4の凹凸
は、レジストパターン30の断面形状とエッチング選択
比とを適宜調節することにより制御することができる。
凹凸形状を加工したp型GaN層4の表面全体にMg
(マグネシウム)層40とAu(金)層42を順次蒸着
し、熱処理を施す。ここで、Mg層40の層厚は例えば
10nm、Au層42の層厚は例えば100nmとする
ことができる。また、熱処理の温度を、300℃以上と
することにより良好な結果が得られる。例えば、750
℃で20秒間程度のフラッシュアニールを施すことが効
果的である。この工程により、MgがGaN層4の表面
層に拡散して、表面のキャリア濃度を十分に高くするこ
とができる。ここで、Au(金)層42は、いわゆる
「キャップ層」として作用する。すなわち、Mg層40
の上にAu層42を設けることより、Mg層40を保護
し、熱処理の際にMgが蒸発することを防止して、Ga
N層4へのMgの拡散を促進することができる。また、
ここで行う熱処理は、RIEやイオン・ミリングなどの
ドライプロセスにより半導体層に与えられたダメージを
軽減して結晶性を回復させることにも作用する。
する代わりに、Mg層とIn(インジウム)層を積層し
ても良い。または、Mg層とIn層とAu層を積層して
も良い。さらに、AuまたはInの少なくともいずれか
にMgを含有させた合金層を堆積しても良い。Inを用
いると、GaN層4の表面付近に、MgとともにInも
拡散し、局所的にInGaNの薄層が形成される。In
GaNは、GaNと比較してバンドギャップが小さいた
め、p側電極とのオーミック接触をさらに良好すること
ができる。
他にも、各種のII族元素を用いることができると考えら
れる。例えば、Be(ベリリウム)、Hg(水銀)、Z
n(亜鉛)、Cd(カドミウム)などを用いても良好な
結果が得られる可能性がある。さらに、p型ドーパント
としては、C(炭素)などの各種の材料を用いることが
できる。
たMg層40とAu層42をエッチングにより除去す
る。この状態で、p型GaN層4の表面は、Mgが高い
濃度でドーピングされている。このようにMg層40と
Au層42を除去することにより、この後に形成する電
極の「はがれ」を解消することができる。すなわち、本
発明者の実験検討によれば、p型GaN層4とp側電極
との間にMg層が介在すると、p側電極が剥離しやすく
なるという傾向が認められた。これに対して、本発明に
よれば、Mg層40を除去することにより、p側電極の
剥離を解消することができる。同時に、これらの金属層
を除去することによって、光取り出し面の透明性を確保
し、発光強度を改善することもできる。
極5を形成する。具体的には、まず、p型GaN層4と
活性層3を部分的にエッチングして、n型GaN層2を
露出させる。そして、熱CVD法によりSiO2膜7を
堆積し、PEP法を用いてパターニングする。さらに、
エッチングにより露出させたn型GaN層2の上にTi
層5aとAu層5bを蒸着し、リフトオフによりパター
ニングして、800℃で20秒間程度のフラッシュアニ
ールを施すことにより、n型電極5を形成する。
極13を形成する。具体的には、p型GaN層4の表面
のSiO2膜7をPEP法によりパターニングして部分
的に除去する。そして、凹凸加工されたp型GaN層4
の上に、透明金属電極として真空蒸着法により厚さ5n
mのNi(ニッケル)層13aを堆積し、さらに、スパ
ッタ法によりlTO(indium tin oxide)透明電極13
bを形成する。なお、Ni(ニッケル)層13aの代わ
りに、Pt(白金)層を用いても良い。このように、I
TO層13bの下にNiやPtなどの金属層13aを設
けるとITO層の付着強度を改善し、さらに接触抵抗も
低下させることができる。
によってパターニングすることによって、lTO透明電
極13と接続されたボンディング・パッド6を形成す
る。
SiO2膜7は、ボンディング・パッド6の下部での発
光を防いで、発光効率を改善する役割を有する。なお、
n型GaN層2を部分的に露出させた後に形成したSi
O2膜7は、図3(c)及び(d)に表したように、発
光層3の側面が露出しているメサ側面にも形成されてお
り、また、n側電極部分と透明電極とp側電極の重なり
部分を除くp側電極の周囲にも形成されている。
光素子の特性を表すグラフ図である。すなわち、同図
(a)は電流−電圧特性、同図(b)は電流−光パワー
特性をそれぞれ表す。また、これらの特性図において
は、図10に表した従来の半導体発光素子の特性も併せ
て示した。
来の素子の場合には、3ボルトにおいて動作電流は約1
ミリアンペアであり、電圧を増加に伴う電流の立ち上が
りは緩慢である。これに対して、本発明の素子の場合
は、3ボルトにおいて5ミリアンペアが得られ、電圧の
増加に伴って電流は急激に立ち上がっている。本発明の
素子は、電流値が3.2ミリアンペアの時の電圧が約
3.2ボルトと低く、従来の素子と比較して動作電圧を
10%以上低下することができた。
発明の素子は、従来と比べて光出力が倍増していること
が分かる。例えば、動作電流20ミリアンペアにおける
光出力をみると、従来の素子では0.45ミリワットで
あるのに対して、本発明の素子では0.95ミリワット
が得られている。このように、本発明によれば、光取り
出し面に凹凸を設けることによって光の取り出し効率が
向上し、従来の2倍以上の光出力が得られた。
450ナノメータであった。さらに、本発明の素子にお
いては、p型GaN層4の表面のモフォロジは良好であ
り、比較的厚く成長したにもかかわらず、「面荒れ」が
生ずることもなかった。さらに、p型GaN層4の表面
に形成した透光性電極層13の付着強度も良好であり、
剥離が生ずることもなかった。
側のオーミック接触が良好で、光の取り出し効率も高
く、信頼性も良好な半導体発光素子を提供することがで
きることが分かった。
斜視図である。同図においては、図1乃至図3に関して
前述した部分と同一の部分には、同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本変形例においては、p型GaN
層4の表面に、半円柱形状でなく、半球状の凸状部10
が形成されている。このようにしても、光の取り出し効
率すなわち、外部量子効率を改善することができる。
て前述したプロセスと概略同様にして形成することがで
きる。すなわち、p型GaN層4の上にレジストを円形
のパターンに形成し、加熱軟化させてレンズ形状とした
後にエッチングすることにより図5に表したような半球
状の凸状部10を形成することができる。
たものと同様に、活性層3から放出された光を外部に取
り出すことのできる確率、すなわち外部量子効率を大幅
に改善することができる。
球状レンズの凸部の下から放出される光をそれぞれの半
球状レンズにより集光して外部に放出することができ
る。
する。
斜視図である。同図においても、図1乃至図3に関して
前述した部分と同一の部分には、同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本変形例においては、p型GaN
層4の表面に、球状でなく、複数のメサストライプ状の
凸状部11が形成されている。このようにしても、光の
取り出し効率すなわち、外部量子効率を改善することが
できる。
て前述したプロセスと概略同様にして形成することがで
きる。すなわち、図2(b)に表したように、p型Ga
N層4の上にレジストをストライプ状に形成し、加熱軟
化させずにエッチングすることにより図6に表したよう
な形状の凹凸を形成することができる。
たものと同様に、活性層3から放出された光を外部に取
り出すことのできる確率、すなわち外部量子効率を大幅
に改善することができる。
関して前述したようなレジストパターンの軟化工程が不
要であり、製造が容易であるという利点も有する。
する。
斜視図である。同図においても、図1乃至図3に関して
前述した部分と同一の部分には、同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本変形例においては、p型GaN
層4の表面に、単一の半球レンズ状の凸状部12が形成
されている。このようにしても、光の取り出し効率すな
わち、外部量子効率を改善することができる。
したプロセスと概略同様にして形成することができる。
すなわち、p型GaN層4の上にレジストを円形のパタ
ーンで厚く形成し、加熱軟化させることによって単一の
半球状の形状に成形し、エッチングすることにより図7
に表したようなレンズ形状を形成することができる。
たものと同様に、活性層3から放出された光を外部に取
り出すことのできる確率、すなわち外部量子効率を大幅
に改善することができる。
4の表面の凸部を単一のレンズ状としたことにより、高
い集光効果が得られ、ファイバなどへの結合効率を改善
することができる。
する。
斜視図である。同図においても、図1乃至図3に関して
前述した部分と同一の部分には、同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本変形例においては、p型GaN
層4の表面は平面であり、その上に堆積されたp側透明
電極13の表面が凹凸状に加工されている。このように
しても、光の取り出し効率を改善することができる。
ITOの屈折率は、約2.0であり、p型GaN層4の
屈折率2.67に対して近い。従って、p型GaN層4
と透明電極13との間では、全反射は殆ど生ずることが
なく、光は通り抜けることができる。そして、透明電極
13に入射した光は、図1に関して前述した場合と同様
にその凹凸面において臨界角よりも小さい法線角度で入
射する確率が高くなり、その結果として、光の取り出し
効率を改善することができる。
層4の表面を加工する必要がないため、加工に伴って生
じうる損傷を解消することができる。例えば、p型Ga
N層4の表面を凹凸状に加工するために過度のプラズマ
や荷電粒子に曝すと、p型GaN層4の表面が変質し、
p側電極とのオーミック接触が劣化するなどの問題が生
ずることもある。これに対して、本実施形態によれば、
p型GaN層4の表面を加工する必要がないので、オー
ミック接触を維持することが容易となる。
4の表面に凹凸を形成する必要がないので、p型GaN
層4をそれ程厚く成長する必要がない。
ンは、図示したものには限定されず、図1〜図3に例示
したようなパターンも同様に用いることができる。ま
た、そのパターン寸法は、活性層3から放出される光の
波長よりも大きくすることが望ましい。すなわち、図示
した例においては、凹凸のストライプの幅や高さを50
0ナノメータ程度よりも大きくすることが望ましい。
ロン程度まで厚く堆積することが困難であるので、凹凸
のストライプの幅や高さを1ミクロン以下に形成する必
要が生ずる場合もある。このような微細なパターンを形
成する方法としては、例えば、「干渉露光法」がある。
これは、光半導体素子の回折格子(グレーティング)を
形成する際に用いられる方法であり、波長が異なる2つ
のレーザ光を合波し、ハーフミラーを介して2光束に分
割し、それぞれの光束を対称に位置にある全反射ミラー
でそれぞれ反射させて対象物に入射させることによって
「干渉縞」を生じさせる方法である。このようにして得
られた干渉縞により、レジストを露光することにより、
微細なストライプ状パターンを形成することができる。
ーザ(波長:325ナノメータ)とArレーザ(波長:
351ナノメータ)を用いることができる。
方法として、「電子ビーム露光法」も挙げることができ
る。これは、電子線に対して感光性を有する材料をマス
クとして用い、電子ビームを走査することにより、所定
のパターンを形成する方法である。
する。
斜視図である。同図においても、図1乃至図3に関して
前述した部分と同一の部分には、同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本変形例においても、p型GaN
層4の表面は平面であり、その上には、p側透明電極1
3が堆積され、さらにその上に透光性を有する光取り出
し層20が設けられている。そして、光取り出し層20
の表面が凹凸状に加工されている。このようにしても、
光の取り出し効率を改善することができる。また、本変
形例においても、p型GaN層4の表面に凹凸を形成す
る必要がないので、加工に伴う損傷を防ぎ、p型GaN
層4をそれ程厚く成長する必要もない。なお、本変形例
の場合には、透光性電極層13とボンディング電極6と
を接続させて導通を確保する。
料としては、活性層3から放出される光に対して透光性
を有し、且つp型GaN層4と近い屈折率を有すること
が望ましい。つまり、これらの層の屈折率がp型GaN
層4と近ければ、層間での光の全反射を低減し、光の取
り出し効率を高くすることができる。また、光取り出し
層20の材料として、導電性を有するものを用いれば、
電流を拡げることができる点でさらに良い。
ば、ITOを挙げることができる。また、光取り出し層
20の材料としては、例えば、GaNと屈折率が近い樹
脂などの有機材料や、無機材料を用いることができる。
樹脂材料を用いる場合には、厚く形成することができる
ので、大きな凹凸も容易に形成することができ、凹凸の
形状や大きさを任意に選択することが可能となる。樹脂
材料としては、具体的には例えば、ポリカーボネイトを
挙げることができる。すなわち、ポリカーボネイトの屈
折率は約1.6程度で、GaNと比較的近い屈折率を有
する。
窒化シリコン(SiNx)を挙げることができる。すな
わち、窒化シリコンの屈折率は、約2.0であり、Ga
Nの屈折率と近いために、活性層3から放出された光が
層間において全反射されることを防止することができ
る。また、その他にも、例えば、In2O3(屈折率は約
2.0)、Nd2O2(屈折率は約2.0)、Sb2O
3(屈折率は約2.04)、ZrO2(屈折率は約2.
1)、CeO2(屈折率は約2.2)、TiO2(屈折率
は約2.2〜2.7)、ZnS(屈折率は約2.3
5)、Bi2O3(屈折率は約2.45)などを用いても
同様に良好な結果を得ることができる。さらに、光取り
出し層20の材料としては、導電性を有する金属酸化物
を用いても良い。
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。例えば、GaN層の表
面に設ける凹凸形状は、種々の形状が考えられ、規則的
あるいは不規則的な凹凸形状であっても同様の作用効果
を得ることができる。
更して同様に実施することができる。すなわち、必要に
応じて、素子の積層構造や材料の組成を最適化すること
ができ、例えば、活性層を多重量子井戸型の構造とした
り、活性層の上下にクラッド層を設けたりしても良い。
に限定されず、その他にも、例えば、スピネル、Mg
O、ScAlMgO4、LaSrGaO4、(LaSr)
(AlTa)O3などの絶縁性基板や、SiC、Si、
GaAs、GaNなどの導電性基板も同様に用いてそれ
ぞれの効果を得ることができる。ここで、ScAlMg
O4基板の場合には、(0001)面、(LaSr)
(AlTa)O3基板の場合には(111)面を用いる
ことが望ましい。特に、GaNについては、例えば、サ
ファイア基板の上にハイドライド気相成長法などにより
厚く成長したGaN層をサファイア基板から剥離してG
aN基板として用いることができる。
た場合には、発光素子のn側電極を基板の裏面側に設け
ることもできる。
施され、以下に説明する効果を奏する。
おいて、光の取り出し面を凹凸状に加工することによ
り、活性層から放出された光の取り出し効率すなわち、
外部量子効率を大幅に改善することができる。
面付近にマグネシウム(Mg)などのp型ドーパントを
高い濃度で含有させることにより、p側電極とのオーミ
ック接触を確保し、素子の動作電圧を低減させて、発熱
を抑制し、信頼性も改善することができる。
どのp型ドーパントを導入した後にその金属層をp型G
aN層の表面から除去することによって、p側電極の剥
離を解消することができる。つまり、電極の剥離に伴う
特性の劣化を解消し、発光素子の信頼性を向上させるこ
とができる。同時に、これらの金属層を除去することに
よって、光取り出し面の透明性を確保し、発光強度を改
善することもできる。
の金属層を設けてp型ドーパントを拡散により高濃度に
ドーピングすることによって、p型GaN層4の「面荒
れ」を回避することもできる。すなわち、p型GaN層
の表面に凹凸を設けるためには、GaN層をある程度厚
く形成する必要があり、p型ドーパントを高い濃度でド
ーピングしてGaN層を厚く成長すると「面荒れ」が発
生するという問題がある。これに対して、本発明によれ
ば、成長後にマグネシウムを導入するので、p型GaN
層の成長に際しては、ドーピング濃度をさほど高くする
必要がない。従って、「面荒れ」を招くことなく、Ga
N層4を厚く成長することが可能となる。
部量子効率が高く、動作電圧が低く、且つ信頼性も改善
された半導体発光素子を提供することが可能となり産業
上のメリットは多大である。
る。
程断面図である。
程断面図である。
である。すなわち、同図(a)は電流−電圧特性、同図
(b)は電流−光パワー特性をそれぞれ表す。
る。
る。
る。
る。
る。
す概念図である。
Claims (9)
- 【請求項1】窒化物系半導体からなる発光部を備えた半
導体発光素子であって、 前記発光部から放出される光の外部への取り出し効率が
改善されるように光取り出し面に凹凸が設けられている
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項2】前記凹凸は、窒化物系半導体の表面に設け
られ、前記凹凸が設けられた前記窒化物系半導体の表面
にはさらに透光性電極が設けられていることを特徴とす
る請求項1記載の半導体発光素子。 - 【請求項3】前記半導体発光素子は、平坦な表面を有す
る窒化物系半導体の上に設けられた透光性電極を備え、 前記凹凸は、前記透光性電極の表面に設けられているこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。 - 【請求項4】前記半導体発光素子は、平坦な表面を有す
る窒化物系半導体の上に設けられた透光性電極と、前記
透光性電極の上に設けられ透光性を有する光取り出し層
と、を備え、 前記凹凸は、前記光取り出し層の表面に設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。 - 【請求項5】前記透光性電極の下の前記窒化物系半導体
は、前記透光性電極層との接触面の付近において、ドー
パントが高い濃度で導入されていることを特徴とする請
求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 【請求項6】前記透光性電極は、前記窒化物系半導体と
接触して設けられた100nm以下の層厚の金属からな
る層を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか
1つに記載の半導体発光素子。 - 【請求項7】発光部を有する窒化物系半導体を形成する
工程と、 前記窒化物系半導体の表面に導電性を高めるドーパント
を含有した金属層を堆積する工程と、 前記ドーパントを前記窒化物系半導体に拡散させる工程
と、 前記ドーパントを含有した金属層を除去する工程と、 前記窒化物系半導体の表面に電極を形成する工程と、 を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項8】前記金属層を堆積する前記工程の前に、前
記窒化物系半導体の表面に凹凸を形成する工程をさらに
備え、 前記電極は、前記発光部から放出される光に対して透光
性を有することを特徴とする請求項7記載の半導体発光
素子の製造方法。 - 【請求項9】前記金属層は、前記窒化物系半導体の表面
に堆積されマグネシウム(Mg)を含有した第1の層
と、前記第1の層の上に堆積された金(Au)からなる
第2の層を含むことを特徴とする請求項7または8に記
載の半導体発光素子の製造方法。
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