JP2003243705A - Light emitting semiconductor method and device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、発光半導体の構造
及び製造方法に関し、より詳細には、III−Ｖ族窒化物
半導体を用いるデバイス及び方法、並びにこれの動作の
改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to structures and methods of manufacturing light emitting semiconductors, and more particularly to devices and methods using III-V nitride semiconductors and improved operation thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】種々の可視スペクトル領域で発光する発
光半導体、例えば、砒化アルミニウムガリウム及びリン
化ガリウムなどのようなIII−Ｖ族半導体は、様々な応
用に関して商業的に受け入れられている。しかしなが
ら、例えば、交通信号灯に用いられる緑色や、白色照明
に用いられる赤‐緑‐青の原色の組み合わせにおける一
成分である青色のような青色又は緑色光を必要とする用
途において、短い可視波長での効果的な半導体発光体が
求められてきた。このような固体発光源が手頃な費用で
入手できる場合には、半導体動作を特徴付ける信頼性及
び低いエネルギー消費量という利益を、多くの照明用途
において受けることができる。短波長デバイスはまた、
記憶媒体における書き込み及び読み出しのための小さい
スポットサイズが得られることから、記憶媒体の記憶容
量を増加させることが期待できる。Light emitting semiconductors that emit in the various visible spectral regions, for example III-V semiconductors such as aluminum gallium arsenide and gallium phosphide, are commercially accepted for a variety of applications. However, in applications that require blue or green light, such as green, which is used in traffic lights, and blue, which is a component in the red-green-blue primary color combination used in white lighting, at short visible wavelengths. There has been a need for effective semiconductor light emitters. If such a solid state light source is available at a reasonable cost, the benefits of reliability and low energy consumption that characterize semiconductor operation can be gained in many lighting applications. Short wavelength devices also
Since a small spot size for writing and reading in the storage medium can be obtained, it can be expected to increase the storage capacity of the storage medium.
【０００３】炭化ケイ素を用いる青色発光ダイオード
は、１９９０年代前半に開発されたが、間接バンドギャ
ップ輝度を呈し、デバイスの実用性が制限されていた。
II−VI族材料であるセレン化亜鉛もまた、青色発光を呈
する。また、炭化ケイ素デバイスだけでなく、セレン化
亜鉛青色発光ダイオードも、耐用年数が比較的短く、有
用性が制限されることが見出されている。Blue light emitting diodes using silicon carbide were developed in the early 1990s, but exhibited indirect bandgap brightness, limiting the practicality of the device.
Zinc selenide, a II-VI material, also exhibits blue emission. It has also been found that not only silicon carbide devices, but also zinc selenide blue light emitting diodes have a relatively short service life and limited usefulness.
【０００４】直接エネルギーバンドギャップを有し、優
れて有望であることが示された短波長発光型デバイス
は、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、Ｇａ
ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＢＡｌＮ、ＢＩ
ｎＮ、ＢＧａＮ、及びＢＡｌＧａＩｎＮ等のような物質
を含むIII−Ｖ族窒化物半導体に基づくものである。こ
の種の発光デバイスの一例が、ヨーロッパ特許出願ＥＰ
０９２６７４４に記載されており、この特許出願では、
III−Ｖ族窒化物半導体のｎ型層とIII−Ｖ族窒化物半導
体のｐ型層との間に活性領域を有する発光デバイスが開
示される。ダイオード構造のｎ層及びｐ層に電位を印加
すると、正孔と電子との再結合により活性領域にフォト
ンが発生することになる。発光ダイオード（ＬＥＤ）構
造におけるウオールプラグ効率は、単位電力当たり、デ
バイスから射出された光強度として定義される。効率を
最大にするために、駆動電力のワット当たりに発生した
光と、ＬＥＤからの有効方向への発光量との両方が考慮
される。Short-wavelength light emitting devices having a direct energy bandgap and shown to be excellently promising are, for example, GaN, AlN, InN, AlInN, Ga.
InN, AlGaN, AlInGaN, BAlN, BI
It is based on III-V group nitride semiconductors containing materials such as nN, BGaN, and BAlGaInN. An example of this type of light emitting device is the European patent application EP
0926744, and in this patent application,
A light emitting device having an active region between an n-type layer of a III-V nitride semiconductor and a p-type layer of a III-V nitride semiconductor is disclosed. When a potential is applied to the n layer and the p layer of the diode structure, photons are generated in the active region due to recombination of holes and electrons. Wall plug efficiency in a light emitting diode (LED) structure is defined as the light intensity emitted from the device per unit power. To maximize efficiency, both the light generated per watt of drive power and the amount of light emitted from the LED in the effective direction are considered.
【０００５】上記のＥＰ特許出願に記載されたように、
従来技術による手法では、活性領域から発生した光を最
大限にするために多くの努力が費やされてきた。ｐ型の
III−Ｖ族窒化物半導体層の抵抗は、ｎ型のIII−Ｖ族窒
化物半導体層の抵抗よりも遥かに大きい。ｐ型層とｐ電
極との接合部は、ｎ型層とｎ電極との接合部よりも本質
的に抵抗が大きい。ｐ型層とｐ電極との接合部における
電圧降下を低減させるために、ｐ電極は一般にｎ電極よ
りも大きく作られる。しかしながら、ｐ電極の寸法を大
きくすると、活性領域から得られる光の量を増加させる
ことができるが、この多くの光はｐ電極を通り抜ける必
要があるので、デバイスから放出される光の割合が減少
することになる。したがって、ｐ電極の透過率を最大に
するための試みがなされてきた。As described in the above EP patent application,
Much effort has been expended in prior art approaches to maximize the light emitted from the active region. p-type
The resistance of the III-V group nitride semiconductor layer is much higher than the resistance of the n-type III-V group nitride semiconductor layer. The junction between the p-type layer and the p-electrode has essentially higher resistance than the junction between the n-type layer and the n-electrode. The p-electrode is generally made larger than the n-electrode in order to reduce the voltage drop at the junction of the p-type layer and the p-electrode. However, increasing the size of the p-electrode can increase the amount of light that can be obtained from the active region, but this much light needs to pass through the p-electrode, thus reducing the percentage of light emitted from the device. Will be done. Therefore, attempts have been made to maximize the transmission of the p-electrode.
【０００６】引用したＥＰ出願に開示される実施形態に
おいて、ｐ型層は、透明なほど充分に薄い銀層とするこ
とができる。銀は、ｐ型のIII−Ｖ族窒化物半導体層に
おいて有利にオーミックコンタクトを形成する、という
ことが注目されている。銀電極上に金属ボンディングパ
ッドが付着される。引用したＥＰ特許出願の別の実施形
態において、銀層は、入射光の大部分を反射するのに充
分な厚さを有し、光は基板を経由して抜け出る。ニッケ
ルとすることもできる別の金属層などのような固定層
を、銀層を覆うように塗布しても良いし、銀層の側面に
塗布しても良く、コンタクトボンディングパッドの金属
（例えば金）が銀層の中へ拡散するのを防ぐことができ
る。拡散障壁層はまた、下にある銀層の安定性を向上さ
せ、銀層の機械的及び電気的特性を向上させると述べら
れている。これにより、銀層が形成される蒸着工程にお
いて基板温度を低くすることができ、蒸着速度を増すこ
とができる。In the embodiments disclosed in the cited EP application, the p-type layer can be a silver layer that is thin enough to be transparent. It has been noted that silver advantageously forms ohmic contacts in p-type III-V nitride semiconductor layers. A metal bonding pad is deposited on the silver electrode. In another embodiment of the cited EP patent application, the silver layer has a thickness sufficient to reflect most of the incident light and the light exits through the substrate. A fixed layer, such as another metal layer, which can also be nickel, may be applied to cover the silver layer, applied to the sides of the silver layer, or the metal of the contact bonding pad (eg gold). ) Can be prevented from diffusing into the silver layer. The diffusion barrier layer is also stated to improve the stability of the underlying silver layer and improve the mechanical and electrical properties of the silver layer. Thereby, the substrate temperature can be lowered in the vapor deposition process in which the silver layer is formed, and the vapor deposition rate can be increased.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】III−Ｖ族窒化物ＬＥ
Ｄにおける少なくともｐ電極についての銀の使用にはい
くつかの利点があるが、いくつかの欠点と制限に悩まさ
れる。例えば、このようなデバイスにおいて深刻な性能
の劣化が起こるまでの作動寿命は、許容できないほど短
いことが分かっている。本発明の目的の１つは、III−
Ｖ族窒化物ＬＥＤにおけるこれら欠点及び制限を対象と
するものである。III-V group nitride LE
Although the use of silver for at least the p-electrode in D has some advantages, it suffers from some drawbacks and limitations. For example, the operating life before severe performance degradation in such devices has been found to be unacceptably short. One of the objects of the present invention is III-
It addresses these deficiencies and limitations in Group V nitride LEDs.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】１９９８年９月１１日に
出願された、出願係属中の米国特許出願第０９／１５
１，５５４号、発明の名称「微細パターンの反射性コン
タクトを有する発光デバイス」では、ＡｌＩｎＧａＮ‐
ＬＥＤの内部反射光は、特にｐ−層コンタクトにより吸
収されやすいということに注目している。電流は、半導
体層中で横方向に広がることができないので、このコン
タクトは、ｐ−ｎ接合の発光領域全体を本質的に覆う必
要がある。ｐ型エピタキシャル層の導電率が極めて低い
ことから、電流は、コンタクト金属の下に、又は約１μ
ｍ以内のコンタクトの縁に直接閉じ込められる。このパ
ラグラフで引用した出願係属中の米国特許出願により開
示されたデバイスでは、ｐ−コンタクト（すなわち、II
I−Ｖ 族窒化物半導体のｐ型層に結合された電極）は、
小さい開口のパターンを有する１つ又は多重の金属層を
備える。使用される１つ又はそれ以上の金属は、銀、ア
ルミニウム、ロジウム、及びこれらの合金からなる群か
ら選択されることが好ましい。図示した電極すなわちコ
ンタクトは、銀層の正孔のパターンをエッチングするこ
とで得られる多孔性の銀メッシュである。二酸化ケイ
素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウ
ム、酸化ハフニウム、又は酸化チタンなどのような、好
ましくは屈折率が１．５よりも大きい任意の誘電性包囲
体を、ｐ−コンタクトを覆うように付着させても良い。
包囲体は、光を銀鏡の下ではなく上に内部反射させ、減
衰することなく抜け出る機会を増やす。さらに、包囲体
は、表面のオープンスペースに金属を接合させること
で、銀フィルムとＬＥＤ表面との密着性を向上させる。
誘電体はまた、製造中に生じることがある擦り傷から金
属層を保護し、酸化又は曇りなどのような環境劣化から
も保護する。従来技術では、不透明なコンタクト（すな
わちコンタクトパッド）を用いるときには、ＬＥＤは典
型的に、ＬＥＤ表面の不透明さを最小限にするために、
コンタクトができる限り小さくなるように設計されてい
た。このパラグラフで引用した出願係属中の米国特許出
願の発明では、微細なパターンが形成された電極で表面
を全体的に又は望ましい分だけ被覆することができ、ま
た、該電極を必要な分だけ厚く作ることができ、これら
特性は共に、接触抵抗を最小にするように働く。また、
このパラグラフで引用した出願係属中の米国特許出願に
記載されるように、光は、直接或いは１つ又はそれ以上
の反射の後に、銀電極の小さい開口から抜け出ることが
できる。小さい開口の使用は、現在では、必ずしも好ま
しいことではない。SUMMARY OF THE INVENTION Pending US patent application Ser. No. 09/15, filed Sep. 11, 1998.
No. 1,554, entitled "Light Emitting Device with Fine Patterned Reflective Contact", AlInGaN-
It is noted that the internally reflected light of the LED is particularly likely to be absorbed by the p-layer contact. This contact must cover essentially the entire light-emitting region of the pn junction, since the current cannot spread laterally in the semiconductor layer. Due to the extremely low conductivity of the p-type epitaxial layer, the current will flow below the contact metal or around 1 μm.
It is directly confined to the edge of the contact within m. In the device disclosed by the pending US patent application cited in this paragraph, the p-contact (ie, II
The electrode bonded to the p-type layer of the IV group nitride semiconductor is
It comprises one or more metal layers with a pattern of small openings. The one or more metals used are preferably selected from the group consisting of silver, aluminum, rhodium, and alloys thereof. The illustrated electrode or contact is a porous silver mesh obtained by etching the hole pattern in the silver layer. Any dielectric enclosure, preferably having a refractive index greater than 1.5, such as silicon dioxide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, or titanium oxide is deposited over the p-contact. You may let me.
The enclosure internally reflects the light upwards rather than under the silver mirror, increasing its chance of exiting without attenuation. Furthermore, the enclosure improves adhesion between the silver film and the LED surface by bonding a metal to the open space on the surface.
The dielectric also protects the metal layer from scratches that may occur during manufacturing and also protects against environmental degradation such as oxidation or clouding. In the prior art, when using opaque contacts (i.e. contact pads), LEDs are typically designed to minimize the opacity of the LED surface.
The contacts were designed to be as small as possible. In the pending US patent application cited in this paragraph, the surface can be coated with a finely patterned electrode, either entirely or as desired, and the electrode can be thickened as needed. Can be made, and these properties together act to minimize contact resistance. Also,
Light can exit through a small aperture in the silver electrode, either directly or after one or more reflections, as described in the pending US patent application cited in this paragraph. The use of small apertures is currently not always preferred.
【０００９】本発明者らは、銀電極メタライゼーション
が、湿気と、電場、例えばデバイスのコンタクトで作動
電圧を印加した結果として生じる電場とが存在する状態
において、電気化学的マイグレーションを起こしすいこ
とを認識した。銀メタライゼーションがデバイスのｐｎ
接合に電気化学的マイグレーションすることによって、
接合を横切る別の分路が生じ、デバイスの効率が低下す
る。We have found that silver electrode metallizations are susceptible to electrochemical migration in the presence of moisture and an electric field, such as that which results from the application of an operating voltage at the contact of the device. I recognized. Silver metallization is the device pn
By electrochemical migration to the junction,
Another shunt is created across the junction, reducing the efficiency of the device.
【００１０】本発明の形態によると、複数の半導体層を
有し層内に活性領域を含む半導体構造を備える発光デバ
イスが形成される。第１及び第２の導電性の金属電極
は、構造体における異なる半導体層とそれぞれ接触す
る。前記少なくとも１つの電極から、前記少なくとも１
つの電極が接触している半導体層への金属のマイグレー
ションを防ぐために、マイグレーション障壁が設けられ
る。According to an aspect of the present invention, a light emitting device is formed that comprises a semiconductor structure having a plurality of semiconductor layers and including active regions within the layers. The first and second conductive metal electrodes respectively contact different semiconductor layers in the structure. From the at least one electrode, the at least one
A migration barrier is provided to prevent migration of metal to the semiconductor layer with which the two electrodes are in contact.
【００１１】本発明の１つの好ましい実施形態におい
て、III−Ｖ族窒化物半導体のｎ型層とIII−Ｖ族窒化物
半導体のｐ型層との間に発光活性領域を含む、半導体構
造からなる発光デバイスが形成される。銀金属からなる
ｐ電極がｐ型層上に付着され、ｎ電極はｎ型層に結合さ
れる。前記電極に電気信号を印加して活性領域から発光
させる手段が設けられ、ｐ電極から活性領域への銀金属
の電気化学的マイグレーションを防ぐために、マイグレ
ーション障壁が設けられる。In one preferred embodiment of the present invention, the semiconductor structure comprises a light emitting active region between an n-type layer of III-V nitride semiconductor and a p-type layer of III-V nitride semiconductor. A light emitting device is formed. A p-electrode made of silver metal is deposited on the p-type layer and the n-electrode is bonded to the n-type layer. Means are provided for applying an electrical signal to the electrode to cause it to emit light from the active region, and a migration barrier is provided to prevent electrochemical migration of silver metal from the p-electrode to the active region.
【００１２】開示の実施形態において、マイグレーショ
ン障壁は、ｐ電極の周縁を取り囲む保護リング、又はｐ
電極を覆う保護シートを含む。保護リング又は保護シー
トは、導電性の金属或いは半導体のような、適切な条件
下で電気化学的マイグレーションを起こさない導電性材
料を含むことが好ましい。In the disclosed embodiment, the migration barrier is a guard ring that surrounds the periphery of the p-electrode, or p.
A protective sheet covering the electrodes is included. The protective ring or protective sheet preferably contains a conductive material that does not undergo electrochemical migration under suitable conditions, such as a conductive metal or semiconductor.
【００１３】本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図
面に関連した以下の詳細な説明からさらに容易に明らか
となるであろう。Further features and advantages of the invention will be more readily apparent from the following detailed description in connection with the accompanying drawings.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】図１は、底部反射層１１２と、例
えばサファイア、ＳｉＣ、又はＧａＮ基板とすることが
できる基板１１５と、例えばｎ型ＧａＮのようなIII−
Ｖ族窒化物半導体のｎ型層１２０と、例えばｐ型ＧａＮ
のようなIII−Ｖ族窒化物半導体のｐ型層１４０とを含
むIII−Ｖ族窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）１１０を
表す。活性領域１３０は、それ自体をｐｎ接合とするこ
ともできるし、より典型的には、例えばＩｎＧａＮとＡ
ｌＧａＮとを用いる別のIII−Ｖ族窒化物の障壁層間に
おけるIII−Ｖ族窒化物の単一量子井戸又は多重量子井
戸とすることもできる。（あらゆる適当なIII−Ｖ族窒
化物半導体を、デバイスの半導体層のいずれにも使用す
ることができ、しかも、デバイスに適当な付加的な半導
体層を使用してもよい。）導電性の金属電極１５０（ｎ
電極）をｎ型層１２０上に付着させ、導電性の金属電極
１６０（ｐ電極）をｐ型層１４０上に付着させる。最初
に述べたように、ｐ電極は通常、ｎ電極よりも面積が広
い。上で引用した出願係属中の米国特許出願第０９／１
５１，５５４号に記載されるように、ｐ電極１６０と反
射体１１２は、有利な導電性及び光反射特性を有する銀
金属から構成することができ、ｐ型層１４０とオーミッ
クコンタクトを形成することができる。銀電極１６０
は、上で引用した出願係属中の出願に記載されるよう
に、開口のパターンを有する銀メッシュから構成するこ
とができる。微細にパターン形成された電極で、ｐ層の
表面全体又は望ましい分だけを覆うことができるし、必
要とされる厚さにすることができ（これらの特性の両方
は、コンタクトの抵抗を最小にするように機能する）、
光は、ｐ電極の開口を通って、直接或いは１回又はそれ
以上の反射を経て抜け出ることができる。ｐ電極１６０
上にコンタクトパッド１６１が付着される。電極（すな
わちコンタクト）１５０とコンタクトパッド１１６に、
リード１１６及び１１７をそれぞれ取り付け、該リード
に適当な電位を印加することができる。1 shows a bottom reflective layer 112, a substrate 115, which may be, for example, a sapphire, SiC, or GaN substrate, and a III-type, such as n-type GaN.
Group V nitride semiconductor n-type layer 120 and, for example, p-type GaN
III-V nitride light emitting diode (LED) 110 including a p-type layer 140 of III-V nitride semiconductor as described above. The active region 130 can itself be a pn junction, or more typically, for example InGaN and A
It may be a single quantum well or multiple quantum wells of III-V nitride between barrier layers of another III-V nitride with lGaN. (Any suitable III-V nitride semiconductor can be used in any of the semiconductor layers of the device, and additional semiconductor layers suitable for the device may be used.) Conductive metal Electrode 150 (n
An electrode) is deposited on the n-type layer 120, and a conductive metal electrode 160 (p electrode) is deposited on the p-type layer 140. As mentioned at the beginning, the p-electrode is usually larger in area than the n-electrode. Filing pending US patent application Ser. No. 09/1 cited above
No. 51,554, p-electrode 160 and reflector 112 may be composed of silver metal having advantageous conductivity and light-reflecting properties to form ohmic contact with p-type layer 140. You can Silver electrode 160
Can consist of a silver mesh with a pattern of apertures, as described in the above-referenced pending application. A finely patterned electrode can cover the entire surface of the p-layer, or only as much as desired, and can be as thick as required (both of these properties are to minimize contact resistance). Function like),
Light can exit through the opening in the p-electrode, either directly or via one or more reflections. p electrode 160
A contact pad 161 is attached on top. The electrode (or contact) 150 and the contact pad 116,
Leads 116 and 117 can be attached respectively and an appropriate electric potential can be applied to the leads.
【００１５】図２は、図１に示す一般的な型式のデバイ
スの平面図を示し、図３は、図２のデバイスの一部の簡
略化した断面図である。図２及び図３において、上述の
ように、銀のメッシュ状のｐ電極は１６０で、ｐコンタ
クトパッドは１６１（図２）で、ｎ電極は１５０で示さ
れる。図３では、ｐ型層は１４０で、ｎ型層は１２０
で、ｐｎ接合（この簡略化した図には示されない活性領
域を位置させることができる）は１３０Ａで表される。FIG. 2 shows a plan view of the general type of device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a simplified cross-sectional view of a portion of the device of FIG. In FIGS. 2 and 3, as described above, the silver mesh p-electrode is shown as 160, the p-contact pad is shown as 161 (FIG. 2), and the n-electrode is shown as 150. In FIG. 3, the p-type layer is 140 and the n-type layer is 120.
At, the pn junction (where the active region, not shown in this simplified view, can be located) is represented by 130A.
【００１６】出願人らは、湿気と、デバイスのコンタク
トに作動電圧を印加した結果として生じた場などのよう
な電場の存在下において、銀電極のメタライゼーション
が電気化学的マイグレーションを起こすことを認識し
た。デバイスのｐｎ接合への銀メタライゼーションの電
気化学的マイグレーションが起こると、接合部と交差す
る別の分路が生じ、デバイスの効率が低下する。Applicants have recognized that the metallization of silver electrodes causes electrochemical migration in the presence of moisture and an electric field, such as the field resulting from the application of an actuation voltage to the contacts of the device. did. Electrochemical migration of silver metallization to the pn junction of the device results in another shunt that intersects the junction, reducing device efficiency.
【００１７】図４は、例示的な銀電極の近傍に生じ、ｐ
ｎ接合への銀のマイグレーションを引き起こす電位の傾
きの種類を示す。例えば、例示的なｎ型層１２０（この
例ではｎ型ＧａＮ）に対してｎコンタクト１５０が接地
電位であり、例示的なｐ電極層１６０（この場合は銀）
が電位＋Ｖであると仮定する。例示的なｐ型層１４０
（この例では、一般にｎ型ＧａＮよりもかなり高い抵抗
率を有するｐ型ＧａＮ）の等電位面（図４の断面図中の
線で示される）は、電位Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、.....として図
に示されており、ここで、Ｖ＞Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3....であ
る。従って、この電位の傾きの影響下において、溶解し
た銀の陽イオンが、層１４０の表面に沿ってｐｎ接合
（この例では、例示的な活性領域１３０が位置する）に
移動して、デバイス動作を低下させる分路を生じること
がある。FIG. 4 shows that p, which occurs near an exemplary silver electrode,
The type of potential gradient that causes the migration of silver to the n-junction is shown. For example, for the exemplary n-type layer 120 (n-type GaN in this example), the n-contact 150 is at ground potential and the exemplary p-electrode layer 160 (in this case, silver).
Is at the potential + V. Exemplary p-type layer 140
The equipotential surface (indicated by the lines in the cross-section of FIG. 4) of (in this example, p-type GaN, which generally has a much higher resistivity than n-type GaN) has potentials V 1 , V 2 , V 3 , ..... are shown in the figure as where a V> V 1> V 2> V 3 ..... Thus, under the influence of this potential slope, the dissolved silver cations migrate along the surface of layer 140 to the pn junction (in this example, where the exemplary active region 130 is located), causing device operation. May result in a shunt that reduces.
【００１８】金属マイグレーションによって引き起こさ
れる効率性の低下は、図５から図１０に明らかに示され
る。図５及び図６は、加速信頼性試験を行う前の、図２
に概略的に示す型式のデバイスのＳＥＭ写真である。図
５は、上端部から底部までの、銀のメッシュ状の電極
と、ｐ型層と、ｐｎ接合（湾曲した太い白線）と、ｎ型
層とを、倍率５００倍で示す。図６は、より高倍率（２
０００倍）での同様のＳＥＭ写真である。これらの写真
において、ｐｎ接合への銀のマイグレーションは認めら
れない。図７及び図８は、直流２０ｍＡにおいて摂氏８
５度、相対湿度８５％の条件下で加速信頼性試験を行っ
た後の、同様の発光ダイオードデバイスのＳＥＭ写真
（それぞれ倍率２５００倍及び１６０００倍）である。
銀のマイグレーションは、ＥＤＸによって確認され、ｐ
ｎ接合での銀の溶滴（輝点）の生成が見受けられた。図
９は、図５、図６（加速信頼性試験の実施前。図９のグ
ラフにおける方形の点）、及び図７、図８（加速信頼性
試験の実施後。図９のグラフにおける丸型の点）のデバ
イスに関する、順電流（Ｉ）の関数としての出力光
（Ｌ）のグラフである。電気化学的マイグレーション
（表示のストレス試験後の）を示すデバイスにおける測
定可能な出力光の著しい低下は、ｐｎ接合で分流してい
ることを表す。図１０は、順方向バイアスＩ−Ｖ曲線を
示し（それぞれのデバイスの状態について同じグラフ点
記号、すなわち、信頼性試験のストレスを加える前につ
いては正方形の点、試験のストレスを加えた後について
は円形の点を用いる）、ストレスを加えたデバイスに関
するＩ−Ｖ曲線の崩れが明らかであり、ｐｎ接合を短絡
する別の伝導経路の存在が示される。The reduced efficiency caused by metal migration is clearly shown in FIGS. 5 and 6 are the same as FIG. 2 before the accelerated reliability test.
3 is a SEM photograph of a device of the type schematically shown in FIG. FIG. 5 shows a silver mesh electrode, a p-type layer, a pn junction (a thick curved white line), and an n-type layer from the top to the bottom at a magnification of 500 times. FIG. 6 shows a higher magnification (2
It is the same SEM photograph in (000 times). No migration of silver to the pn junction is observed in these photographs. 7 and 8 show 8 degrees Celsius at 20 mA DC.
3 is SEM photographs (magnification: 2500 times and 16000 times, respectively) of the same light emitting diode device after an accelerated reliability test was performed under the conditions of 5 degrees and a relative humidity of 85%.
Silver migration was confirmed by EDX, p
The formation of silver droplets (bright spots) at the n-junction was found. 9 is a graph of FIG. 5 and FIG. 6 (before execution of the accelerated reliability test. Square points in the graph of FIG. 9), and FIG. 7 and FIG. 8 (after execution of the accelerated reliability test. Is a graph of output light (L) as a function of forward current (I) for the device of FIG. A significant reduction in the measurable output light in the device showing electrochemical migration (after stress testing of the display) indicates shunting at the pn junction. FIG. 10 shows the forward bias IV curves (same graph point symbols for each device state, ie square points before reliability test stress, and after test stress). (Using circular points), the collapse of the IV curve for the stressed device is evident, indicating the presence of another conduction path shorting the pn junction.
【００１９】図１１及び図１２は、ｐｎ接合への電極金
属（この実施形態では銀）のマイグレーションを防ぐた
めにマイグレーション障壁を使用する、本発明の実施形
態を示す。図２及び図３における要素と対応する要素を
それぞれ同じ参照番号で表す図１１及び図１２の実施形
態において、マイグレーション障壁はｐ電極１６０の周
囲を取り囲むように形成される保護リング１７０であ
る。保護リングは、導電性の金属などのような高い電気
伝導率の材料であることが好ましい。図１１及び図１２
に見出されるように、保護リング１７０は電極の周囲全
体を取り囲むことが好ましい。11 and 12 show an embodiment of the invention in which a migration barrier is used to prevent migration of the electrode metal (in this embodiment silver) to the pn junction. In the embodiment of FIGS. 11 and 12, where elements corresponding to those in FIGS. 2 and 3 are designated by the same reference numerals, respectively, the migration barrier is a guard ring 170 formed around the p-electrode 160. The guard ring is preferably a material of high electrical conductivity, such as a conductive metal. 11 and 12
The protective ring 170 preferably surrounds the entire circumference of the electrode, as found in.
【００２０】図１３は、導電性の保護リング及び／又は
保護シートの形態の、ここでの実施形態のマイグレーシ
ョン障壁保護のように作用して、ｐ型層１４０の表面に
沿ってｐｎ接合における活性領域に向かう金属の有害な
マイグレーションを防ぐかを示す。図１３に示すよう
に、周縁がｐ型層１４０と接触する線に沿う少なくとも
銀ｐ電極１６０の縁は、保護リング１７０によって取り
囲まれる。図から見出されるように、この例において
（図４の例と同様に）、ｐ電極は電位＋Ｖであり、従っ
て導電性の金属保護リングも電位＋Ｖとなる。また、等
電位面（断面図中の線）は、電位Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、.....
として示されており、ここで、Ｖ＞Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3....
である。この場合、銀電極１６０の周縁を取り囲む（及
び、保護リング１７０の下の）ｐ型層１６０の表面は、
ほぼ電位＋Ｖとなり、銀電極１６０の縁における、たと
えあるとしてもごくわずかな電位の傾きにより、ｐ型層
の表面に沿ってデバイスのｐｎ接合に向かう銀の移動が
起こることがある。FIG. 13 shows the activity at the pn junction along the surface of the p-type layer 140, acting as a migration barrier protection in the present embodiment in the form of a conductive guard ring and / or a protective sheet. Indicates whether to prevent harmful migration of metal towards the area. As shown in FIG. 13, at least the edge of the silver p-electrode 160 along the line of which the peripheral edge contacts the p-type layer 140 is surrounded by the protective ring 170. As can be seen from the figure, in this example (as in the example of FIG. 4) the p-electrode is at potential + V and therefore the conductive metal guard ring is also at potential + V. Further, the equipotential surface (line in the sectional view) has potentials V 1 , V 2 , V 3 , ....
, Where V> V 1 > V 2 > V 3 ...
Is. In this case, the surface of the p-type layer 160 surrounding the periphery of the silver electrode 160 (and below the protective ring 170) is
At approximately the potential + V, a slight, if any, potential gradient at the edge of the silver electrode 160 can cause migration of silver along the surface of the p-type layer towards the pn junction of the device.
【００２１】一般に、高い導電性の材料であればどのよ
うな材料も、保護リング又は保護シートとして用いるこ
とができる（以下に説明する）。例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、
Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕ、
又はこれらの組み合わせ又は合金を用いることができ
る。さらに、ある種の安定な導電性の化合物又は半導体
化合物、例えば、金属ケイ化物、金属窒化物、又は高濃
度にドープされた半導体を使用することができる。一般
に、必要とされる特性は、（１）銀及びｐ型III−Ｖ窒
化物半導体への密着性、（２）銀の境界における電場を
無効にするのに充分な導電性、（３）付着法の適合性、
（４）材料パターン加工法の適合性、（５）湿気のある
環境において、電場の存在下での選択された金属につい
ての電気化学的マイグレーションがないこと、（６）銀
に関する相互溶解性及び反応性が制御されていること、
である。列挙した材料は、例示的なものであり、他の適
当な材料を使用することもできることが理解されるであ
ろう。In general, any highly conductive material can be used as the protective ring or sheet (discussed below). For example, Ni, Ti,
W, Al, Cr, Cu, Au, S, Rh, Re, Ru,
Alternatively, combinations or alloys thereof can be used. In addition, certain stable conductive or semiconductor compounds can be used, such as metal suicides, metal nitrides, or heavily doped semiconductors. Generally, the required properties are (1) adhesion to silver and p-type III-V nitride semiconductors, (2) conductivity sufficient to nullify the electric field at the silver boundary, (3) adhesion. Legal compliance,
(4) compatibility of material patterning methods, (5) no electrochemical migration of selected metals in the presence of an electric field in a humid environment, (6) mutual solubility and reaction with silver. Sex is controlled,
Is. It will be appreciated that the materials listed are exemplary and other suitable materials may be used.
【００２２】図１４は、図１１の矢印１４−１４によっ
て定められる断面を通じて見た、簡略化された断面図を
示し、上に参照した係属中の米国特許出願第０９／１５
１，５５４号に記載されるようなｐ電極パターンの開口
１６７を図示する。金属の保護リング１７０は、電極の
開口による透過率が影響を受けないように形成されるこ
とが分かる。FIG. 14 shows a simplified cross-sectional view through the cross-section defined by arrows 14-14 in FIG. 11 and is referenced above in pending US patent application Ser. No. 09/15.
1 illustrates an opening 167 of a p-electrode pattern as described in No. 1,554. It can be seen that the metal protection ring 170 is formed so that the transmittance due to the opening of the electrode is not affected.
【００２３】図１５は、マイグレーション障壁が導電性
の保護シート１７５である更なる実施形態を示す。この
タイプの形状は、ｐ電極が不透明であり、ｐｎ接合で発
生した光が、フリップチップと呼ばれる垂直ＬＥＤ構造
型などのようなデバイスから、他の方法で取り出される
用途で有利に用いることができる。保護シートはまた、
例えば酸化スズインジウムを用いる光学的に透過性のあ
る導電性保護シートを設けることで、透明な、又は部分
的に透過性のあるｐ電極と組み合わせて使用することが
できる。FIG. 15 shows a further embodiment in which the migration barrier is a conductive protective sheet 175. This type of geometry can be advantageously used in applications where the p-electrode is opaque and the light generated at the pn junction is otherwise extracted from a device such as a vertical LED structure type called flip-chip. . The protective sheet also
For example, by providing an optically transparent conductive protective sheet using indium tin oxide, it can be used in combination with a transparent or partially transparent p-electrode.
【００２４】他のデバイス構造にも本発明の原理を使用
することができる。保護リング又は保護シート導体は、
保護導体により遮断されていないｐｎ接合から銀への表
面電気通路が無いように、銀を全面的に取り囲むことが
好ましい。換言すれば、銀の全周縁が保護導体によって
覆われることが好ましい。保護シートは、構造体の動作
寿命の間に、エッチング液及び他の物質が浸透して前記
銀層と反応するのを防ぐ物理的障壁を与えるように、下
にある銀全体を覆うことが好ましい。ｐ金属が不透明と
なるように意図される場合には、保護リング構造も充分
に役割を果たすものではあるが、保護導体により銀を完
全に取り囲むことが、最も簡単かつ効果的である（例え
ば図１５又は図１６）。ｐ金属が、ある程度まで光学的
に透過性であるように作られている場合には、関係する
波長において保護導体が光学的に透明でないのであれ
ば、保護リングが好ましい。上記のように、透明な保護
シート（例えば酸化スズインジウム）を使用することが
できる。Other device structures can also use the principles of the present invention. The protective ring or protective sheet conductor is
It is preferred to completely surround the silver so that there is no surface electrical path from the pn junction to the silver that is not blocked by the protective conductor. In other words, it is preferred that the entire periphery of silver be covered by the protective conductor. The protective sheet preferably covers the entire underlying silver so as to provide a physical barrier that prevents etchants and other materials from penetrating and reacting with the silver layer during the operational life of the structure. . If the p-metal is intended to be opaque, it is easiest and most effective to completely surround the silver with a protective conductor, although the protective ring structure also plays a sufficient role. 15 or FIG. 16). If the p-metal is made to be optically transparent to some extent, a guard ring is preferred if the guard conductor is not optically transparent at the wavelengths of interest. As mentioned above, a transparent protective sheet (eg indium tin oxide) can be used.
【００２５】保護シートは、他の方法により電気接続又
はデバイス製作を向上させる付加的な層又は材料を含む
ことができる。例えば、銀イオン種と化学反応する材料
の層を含むことができる。この反応は、イオン種から不
溶性で不動の銀種を生成する。付加的な層を含むことに
ついての他の理由は、他の基板又はチップ搭載構造には
んだ付けして導体との接続、又は隣接するデバイスの相
互接続を向上させるためである。The protective sheet may include additional layers or materials that otherwise improve electrical connection or device fabrication. For example, it can include a layer of material that chemically reacts with silver ion species. This reaction produces insoluble, immobile silver species from ionic species. Another reason for including additional layers is for soldering to other substrates or chip mounting structures to improve connection with conductors or interconnection of adjacent devices.
【００２６】図１６は、そうしないと移動する傾向があ
るイオンをｐ電極に追い返すことができる電位にマイグ
レーション障壁が保持されている、本発明の更なる実施
形態を示す。図示された実施形態は、ｎ型層１２０（例
えばｎ型ＧａＮ）と、ｐ型層１４０（例えばｐ型Ｇａ
Ｎ）と、これらの間の活性領域１３０を示す。銀ｐ電極
は１６０で表され、ｎ電極は１５５で表される。この実
施形態におけるマイグレーション障壁は、ｐ電極から間
隔をおいてｐ型層１４０上に配置される保護リング１９
０である。この例において、ｐ電極は電圧Ｖ3、ｎ電極
は電圧Ｖ1、保護リングは電圧Ｖ2であり、ここで、Ｖ2
＞Ｖ3＞Ｖ1である。電圧Ｖ2を電圧Ｖ3よりもわずかに高
く保つことで、銀イオンを運ぶ傾向がある電場が生じ、
そうしないと電気化学的マイグレーションによってｐｎ
接合へ移動する傾向がある銀イオンをｐ電極に追い返す
ことができる。FIG. 16 illustrates a further embodiment of the present invention in which the migration barrier is held at a potential that can repel ions that would otherwise migrate to the p-electrode. The illustrated embodiment includes an n-type layer 120 (eg, n-type GaN) and a p-type layer 140 (eg, p-type Ga).
N) and the active region 130 between them. The silver p-electrode is represented by 160 and the n-electrode is represented by 155. The migration barrier in this embodiment is a guard ring 19 located on the p-type layer 140 spaced from the p-electrode.
It is 0. In this example, the p electrode is at voltage V 3 , the n electrode is at voltage V 1 , and the guard ring is at voltage V 2 , where V 2
> V 3 > V 1 . Keeping the voltage V 2 slightly higher than the voltage V 3 creates an electric field that tends to carry silver ions,
Otherwise, it will be pn by electrochemical migration.
Silver ions, which tend to migrate to the junction, can be driven back to the p-electrode.
【００２７】保護リング又は保護シートはまた、導電性
の金属と半導体を相互に組み合わせた多重層構造とする
か、場合によっては、これに、導電層間の電気接続の達
成が可能な通路を組み入れた誘電性介在層を組み合わた
ものとすることができる。The protective ring or protective sheet may also be a multilayer structure in which conductive metals and semiconductors are combined with one another or, optionally, incorporating passageways through which an electrical connection between the conductive layers can be achieved. It may be a combination of dielectric intervening layers.
【００２８】この保護シートはまた、銀を取り囲み保護
する目的に役立つ。上記の金属に加えて、次の更なる金
属が注目される。窒化チタン、窒化タングステン、窒化
チタン‐タングステン合金。これらの又は他の適当な材
料を、スパッタリング、蒸着、又は化学蒸着等のような
技術により付着させることができる。出願人らは、特に
銀電極上端の縁に隣接した銀電極の「段差」の被覆が、
亀裂の生長、粒界の顕現、或いは他の材料欠陥によって
損なわれる可能性があることに着目した。亀裂或いは他
の欠陥は、汚染物質が通る通路をもたらすことがあり、
水分が浸透して銀層と反応を起こすことがある。図１７
の実施形態は、この問題に対処しこれを解決するもので
ある。この図は、上に銀ｐ電極１６０を有するｐ型層１
４０（例えばｐ型ＧａＮ）を示す。エッジプロテクタ１
７９１は、電極の縁を覆うように付着され、保護シート
（又はリング）１７９２は、エッジプロテクタと、電極
の少なくとも一部を覆う。従って、外側保護シートの段
差に亀裂が生長したとしても、エッジプロテクタまで貫
入することはない。エッジプロテクタは、最後に付着さ
れる導電性の保護シートまでの電気接続が達成できる限
り、導電性である必要はない。亀裂を生じることなく銀
の縁を覆うように定められた銀の上に付着できる材料
が、優先的に選ばれる。このエッジプロテクタはまた、
該エッジプロテクタの縁を覆う保護シートの良好な段差
被覆性が達成されるように、その上に最後の保護シート
を付着させることができる材料であることが好ましい。
エッジプロテクタのために、Ａｌ2Ｏ3などのような適当
な誘電体を用いることができる。This protective sheet also serves the purpose of surrounding and protecting the silver. In addition to the metals listed above, the following additional metals are of interest. Titanium nitride, tungsten nitride, titanium nitride-tungsten alloy. These or other suitable materials can be deposited by techniques such as sputtering, vapor deposition, or chemical vapor deposition. Applicants have found that the "step" coating of the silver electrode, especially adjacent to the top edge of the silver electrode,
We paid attention to the possibility of damage due to crack growth, grain boundary manifestation, or other material defects. Cracks or other defects can provide a path for contaminants to pass,
Moisture may penetrate and react with the silver layer. FIG. 17
Embodiments address and solve this problem. This figure shows a p-type layer 1 with a silver p-electrode 160 on top.
40 (for example, p-type GaN) is shown. Edge protector 1
791 is attached so as to cover the edge of the electrode, and the protective sheet (or ring) 1792 covers the edge protector and at least a part of the electrode. Therefore, even if a crack grows on the step of the outer protective sheet, the edge protector does not penetrate. The edge protector does not have to be electrically conductive, as long as an electrical connection to the last deposited electrically conductive protective sheet can be achieved. A material is preferentially chosen that can be deposited on the defined silver to cover the silver edge without cracking. This edge protector also
It is preferably a material on which the last protective sheet can be adhered, so that a good step coverage of the protective sheet covering the edges of the edge protector is achieved.
For the edge protector, any suitable dielectric such as Al 2 O 3 can be used.
【００２９】特定の好ましい実施形態に関連して本発明
を説明してきたが、本発明の精神及び範囲において、当
業者は変更を行うことができるであろう。例えば、例示
の実施形態はｐ電極における作用の観点から取り上げた
ものであるが、本発明のマイグレーション障壁を、陰イ
オン種の電気化学的マイグレーションを含む作用に対し
してのｎ電極の保護のために利用することもできること
が理解されるであろう。Although the present invention has been described in relation to particular preferred embodiments, those skilled in the art will be able to make modifications within the spirit and scope of the invention. For example, although the exemplary embodiment is taken from the perspective of action at the p-electrode, the migration barrier of the present invention is for protection of the n-electrode against actions involving electrochemical migration of anionic species. It will be appreciated that it can also be used for.
【図１】本発明の実施形態に係る改良を実行することの
できる、同時係属中の米国特許出願第０９／１５１，５
５４号に記載された型式のデバイスの断面図である。FIG. 1 is co-pending US patent application Ser. No. 09 / 151,5 capable of carrying out improvements in accordance with embodiments of the present invention.
Figure 54 is a cross sectional view of a device of the type described in No. 54.
【図２】図１のデバイスの、部分的に平面形態の平面図
である。2 is a plan view of the device of FIG. 1 in partially planar form. FIG.
【図３】図１及び図２のデバイスの簡略化した断面図で
ある。FIG. 3 is a simplified cross-sectional view of the device of FIGS. 1 and 2.
【図４】本発明によって減少するか又は排除される電気
化学的マイグレーションの問題を理解するのに有用な別
の簡略化した断面図である。FIG. 4 is another simplified cross-sectional view useful in understanding the problem of electrochemical migration that is reduced or eliminated by the present invention.
【図５】メッシュ状メタライゼーション及び接合を示
す、ストレス試験前の図１及び図２のデバイスの縁部の
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、ここでは、銀
金属がｐｎ接合へ移動していないことを認めることがで
きる。FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the edge of the device of FIGS. 1 and 2 before stress testing showing mesh metallization and bonding, where silver metal migrates to the pn junction. You can admit that not.
【図６】メッシュ状メタライゼーション及び接合を示
す、ストレス試験前の図１及び図２のデバイスの縁部の
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、ここでは、銀
金属がｐｎ接合へ移動していないことを認めることがで
きる。FIG. 6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the edge of the device of FIGS. 1 and 2 before stress testing showing mesh metallization and bonding, where silver metal migrates to the pn junction. You can admit that not.
【図７】ｐｎ接合への銀のマイグレーションを示す、加
速信頼性試験のストレスを加えた後の図１及び図２のデ
バイスの角の部分のＳＥＭ写真である。FIG. 7 is a SEM picture of a corner portion of the device of FIGS. 1 and 2 after accelerated reliability testing stress showing silver migration to the pn junction.
【図８】ｐｎ接合への銀のマイグレーションを示す、加
速信頼性試験のストレスを加えた後の図１及び図２のデ
バイスの角の部分のＳＥＭ写真である。FIG. 8 is a SEM picture of a corner portion of the device of FIGS. 1 and 2 after accelerated reliability test stress showing silver migration to the pn junction.
【図９】加速信頼性試験のストレスに起因する、ｐｎ接
合への銀の電気化学的マイグレーションを生じるデバイ
スに関する出力光の低下を示す、ストレスを加える前及
び後のデバイスに関する出力光対順電流のグラフであ
る。FIG. 9 shows the output light vs. forward current for the device before and after stress, showing the decrease in output light for the device resulting in electrochemical migration of silver to the pn junction due to accelerated reliability test stress. It is a graph.
【図１０】試験のストレスを加えた後のデバイスに関す
るＩ−Ｖ曲線の崩れを示す、ストレスを加える前及び後
のデバイスに関する電流対電圧のグラフである。FIG. 10 is a graph of current versus voltage for the device before and after stressing, showing the collapse of the IV curve for the device after stressing the test.
【図１１】本発明の実施形態の改良を含むデバイスの、
部分的に平面形態の平面図である。FIG. 11 of a device including an improvement of an embodiment of the present invention,
It is a top view of a partially planar form.
【図１２】図１１のデバイスの簡略化した断面図であ
る。12 is a simplified cross-sectional view of the device of FIG.
【図１３】本発明の改良保護のように銀金属の電気化学
的マイグレーションを減少させるか又は排除するのかを
理解するのに有用な、図１１又は図１２のデバイスの簡
略化した断面図である。FIG. 13 is a simplified cross-sectional view of the device of FIG. 11 or 12 useful in understanding whether to reduce or eliminate electrochemical migration of silver metal as with the improved protection of the present invention. .
【図１４】本発明の実施形態に係る保護リング保護のよ
うに使用されるのかを示す、メッシュ状電極を有するデ
バイスの簡略化した別の断面図である。FIG. 14 is another simplified cross-sectional view of a device with meshed electrodes showing how it may be used as a guard ring protection according to embodiments of the invention.
【図１５】保護シートを使用する本発明の別の実施形態
を示す。FIG. 15 shows another embodiment of the invention using a protective sheet.
【図１６】本発明の更なる実施形態に係るデバイスの簡
略化した断面図を示す。FIG. 16 shows a simplified cross-sectional view of a device according to a further embodiment of the invention.
【図１７】本発明の更なる実施形態に係るデバイスの一
部の簡略化した断面図を示す。FIG. 17 shows a simplified cross-sectional view of a portion of a device according to a further embodiment of the invention.
１２０ ｎ型層 １３０ 活性領域 １４０ ｐ型層 １５０ ｎ電極 １６０ ｐ電極 120 n-type layer 130 active area 140 p-type layer 150 n electrode 160 p electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル ジェイ ルドワイス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95129 サン ホセ スリダ ドライヴ 6555 (72)発明者 スティーヴン エイ マラノフスキー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95124 サン ホセ ウィロウ クリーク ドライヴ 1737 (72)発明者 サージ エル ルーダズ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェイル サンセット ア ヴェニュー 382 (72)発明者 ジェローム シー バート アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95112 サン ホセ ノース シクスス ストリート 560 ＃205 Ｆターム(参考） 5F041 AA44 CA04 CA05 CA40 CA86 CA88 CA93 CB15 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Michael Jay Ludoweiss United States California 95129 San Jose Srida Drive 6555 (72) Inventor Stephen A. Maranovsky United States California 95124 San Jose Willow Creek Drive 1737 (72) Inventor Serge El Rudas United States California 94086 Sunnyvale Sunset A Venue 382 (72) Inventor Jerome Seebert United States California 95112 San Jose North Six Street 560 # 205 F-term (reference) 5F041 AA44 CA04 CA05 CA40 CA86 CA88 CA93 CB15
Claims (50)
領域を含む半導体構造と、 前記構造における異なる半導体層のそれぞれに接する第
１及び第２の導電性の金属電極と、 少なくとも１つの前記電極から、前記少なくとも１つの
電極が接触している半導体層の表面へ金属がマイグレー
ションすることを防ぐためのマイグレーション障壁と、
を含むことを特徴とする発光デバイス。1. A semiconductor structure having a plurality of semiconductor layers, the semiconductor structure including an active region in the layer, first and second conductive metal electrodes in contact with different semiconductor layers in the structure, and at least 1. A migration barrier to prevent metal migration from one said electrode to the surface of the semiconductor layer in contact with said at least one electrode,
A light emitting device comprising:
する電極からなることを特徴とする請求項１に記載のデ
バイス。2. The device of claim 1, wherein the at least one electrode comprises an electrode containing silver.
２の電極に電気信号を印加するための方法を含み、前記
マイグレーション障壁が、前記少なくとも１つの電極か
ら前記電極が接触している前記半導体層の表面上への金
属の電気化学的マイグレーションを防ぐように作動する
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。3. The semiconductor device further comprising a method for applying an electrical signal to the first and second electrodes, wherein the migration barrier is in contact with the semiconductor from the at least one electrode. The device of claim 1, wherein the device is operative to prevent electrochemical migration of the metal onto the surface of the layer.
２の電極に電気信号を印加するための手段を含み、前記
マイグレーション障壁が、前記少なくとも１つの電極か
ら前記電極が接触している前記半導体層の表面上への金
属の電気化学的マイグレーションを防ぐように作動する
ことを特徴とする請求項２に記載のデバイス。4. The semiconductor device wherein the device further comprises means for applying an electrical signal to the first and second electrodes, the migration barrier being in contact with the electrodes from the at least one electrode. Device according to claim 2, characterized in that it operates to prevent the electrochemical migration of the metal onto the surface of the layer.
物半導体のｎ型層と、III−Ｖ族窒化物半導体のｐ型層
とを含み、前記少なくとも１つの電極が前記ｐ型層上に
付着されることを特徴とする請求項１に記載のデバイ
ス。5. The plurality of semiconductor layers include an n-type layer of a III-V group nitride semiconductor and a p-type layer of a III-V group nitride semiconductor, and the at least one electrode is the p-type layer. The device of claim 1 deposited on.
物半導体のｎ型層、及びIII−Ｖ族窒化物半導体のｐ型
層を含み、前記少なくとも１つの電極が前記ｐ型層上に
付着されることを特徴とする請求項４に記載のデバイ
ス。6. The plurality of semiconductor layers include an n-type layer of a III-V group nitride semiconductor and a p-type layer of a III-V group nitride semiconductor, and the at least one electrode is on the p-type layer. The device of claim 4, wherein the device is attached to the device.
層との間のｐｎ接合に発光活性領域を含むことを特徴と
する請求項５に記載のデバイス。7. The device of claim 5, wherein the device includes a light emitting active region at a pn junction between the p-type layer and the n-type layer.
層との間のｐｎ接合に活性発光領域を含むことを特徴と
する請求項６に記載のデバイス。8. The device of claim 6, wherein the device includes an active light emitting region at a pn junction between the p-type layer and the n-type layer.
くとも１つの電極の周縁を取り囲む保護リングを含むこ
とを特徴とする請求項１に記載のデバイス。9. The device of claim 1, wherein the migration barrier comprises a guard ring that surrounds the perimeter of the at least one electrode.
なくとも１つの電極の周縁を取り囲む保護リングを含む
ことを特徴とする請求項４に記載のデバイス。10. The device of claim 4, wherein the migration barrier comprises a guard ring that surrounds the perimeter of the at least one electrode.
の電極と接することを特徴とする請求項１に記載のデバ
イス。11. The device of claim 1, wherein the guard ring contacts the at least one electrode.
の電極と接することを特徴とする請求項４に記載のデバ
イス。12. The device of claim 4, wherein the guard ring contacts the at least one electrode.
の電極から間隔をおいて配置されることを特徴とする請
求項１に記載のデバイス。13. The device of claim 1, wherein the guard ring is spaced from the at least one electrode.
の電極から間隔をおいて配置されることを特徴とする請
求項４に記載のデバイス。14. The device of claim 4, wherein the guard ring is spaced from the at least one electrode.
の電極の電位に対して正の電位に保たれることを特徴と
する請求項１３に記載のデバイス。15. The device of claim 13, wherein the guard ring is held at a positive potential with respect to the potential of the at least one electrode.
の電極の電位に対して正の電位に保たれることを特徴と
する請求項１４に記載のデバイス。16. The device of claim 14, wherein the guard ring is held at a positive potential with respect to the potential of the at least one electrode.
つの電極が接触している前記半導体層の表面の一部を覆
うことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。17. The guard ring comprises the at least one
The device of claim 11, wherein two electrodes cover a portion of the surface of the semiconductor layer that is in contact.
つの電極が接触している前記半導体層の表面の一部を覆
うことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。18. The guard ring comprises the at least one
14. The device of claim 13, wherein two electrodes cover a portion of the surface of the semiconductor layer that is in contact.
有し、前記少なくとも１つの電極の縁を覆うことを特徴
とする請求項１１に記載のデバイス。19. The device of claim 11, wherein the guard ring has a generally stepped cross section and covers an edge of the at least one electrode.
有し、前記少なくとも１つの電極の縁を覆うことを特徴
とする請求項１２に記載のデバイス。20. The device of claim 12, wherein the guard ring has a generally stepped cross section and covers the edge of the at least one electrode.
なくとも１つの電極の表面を覆う保護シートからなるこ
とを特徴とする請求項１に記載のデバイス。21. The device of claim 1, wherein the migration barrier comprises a protective sheet covering the surface of the at least one electrode.
なくとも１つの電極の表面を覆う保護シートからなるこ
とを特徴とする請求項４に記載のデバイス。22. The device of claim 4, wherein the migration barrier comprises a protective sheet covering the surface of the at least one electrode.
ることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。23. The device of claim 10, wherein the guard ring is made of a conductive material.
ることを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。24. The device of claim 22, wherein the guard ring is made of a conductive material.
ることを特徴とする請求項２３に記載のデバイス。25. The device of claim 23, wherein the conductive material is a conductive metal.
ることを特徴とする請求項２４に記載のデバイス。26. The device of claim 24, wherein the conductive material is a conductive metal.
Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕ
の少なくとも１つを含有する金属を含むことを特徴とす
る請求項２５に記載のデバイス。27. The conductive metal is Ni, Ti,
W, Al, Cr, Cu, Au, Sn, Rh, Re, Ru
26. The device of claim 25, comprising a metal containing at least one of:
Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕ
の少なくとも１つを含有する金属を含むことを特徴とす
る請求項２６に記載のデバイス。28. The conductive metal is Ni, Ti,
W, Al, Cr, Cu, Au, Sn, Rh, Re, Ru
27. The device of claim 26, comprising a metal containing at least one of:
なくとも１つの電極の縁を覆うエッジプロテクタ部分
と、前記エッジプロテクタ部分と前記少なくとも１つの
電極の少なくとも一部とを覆う保護シートを含むことを
特徴とする請求項１に記載のデバイス。29. The migration barrier includes an edge protector portion covering an edge of the at least one electrode, and a protective sheet covering the edge protector portion and at least a part of the at least one electrode. The device of claim 1.
なくとも１つの電極の縁を覆うエッジプロテクタ部分
と、前記エッジプロテクタ部分と前記少なくとも１つの
電極の少なくとも一部とを覆う保護シートを含むことを
特徴とする請求項２に記載のデバイス。30. The migration barrier includes an edge protector portion that covers an edge of the at least one electrode, and a protective sheet that covers at least a portion of the edge protector portion and the at least one electrode. The device of claim 2.
料からなることを特徴とする請求項３０に記載のデバイ
ス。31. The device of claim 30, wherein the edge protector portion comprises a dielectric material.
−Ｖ族窒化物半導体のｐ型層との間の発光活性領域を含
む半導体構造と、 前記ｐ型層上に付着された、銀を含有する金属を含むｐ
電極と、 前記ｎ型層と接合したｎ電極と、 前記電極に電気信号を印加して活性領域から発光させる
方法と、 前記ｐ電極から活性領域への銀イオンの電気化学的マイ
グレーションを防ぐためのマイグレーション障壁と、を
含むことを特徴とする発光デバイス。32. III-V nitride semiconductor n-type layer and III
A semiconductor structure including a light emitting active region between a p-type layer of a Group-V nitride semiconductor, and a p-containing metal containing silver deposited on the p-type layer.
An electrode, an n-electrode joined to the n-type layer, a method of applying an electric signal to the electrode to cause light emission from the active region, and a method for preventing electrochemical migration of silver ions from the p-electrode to the active region A light-emitting device comprising: a migration barrier.
電極の周縁を取り囲む保護リングを含むことを特徴とす
る請求項３２に記載のデバイス。33. The migration barrier is the p
33. The device of claim 32, including a guard ring surrounding the perimeter of the electrode.
ことを特徴とする請求項３３に記載のデバイス。34. The device of claim 33, wherein the guard ring covers a portion of the p-type layer.
ることを特徴とする請求項３３に記載のデバイス。35. The device of claim 33, wherein the guard ring contacts the p-electrode.
をおいて配置されることを特徴とする請求項３３に記載
のデバイス。36. The device of claim 33, wherein the guard ring is spaced from the p-electrode.
対して正の電位に保たれることを特徴とする請求項３６
に記載のデバイス。37. The protection ring is maintained at a positive potential with respect to the potential of the p-electrode.
The device described in.
有し、前記電極の縁を覆うことを特徴とする請求項３５
に記載のデバイス。38. The protection ring has a substantially stepped cross section and covers the edge of the electrode.
The device described in.
極の表面を覆う保護シートを含むことを特徴とする請求
項３２に記載のデバイス。39. The device of claim 32, wherein the migration barrier comprises a protective sheet covering the surface of the electrode.
ことを特徴とする請求項３３に記載のデバイス。40. The device of claim 33, wherein the guard ring comprises a conductive material.
ことを特徴とする請求項３９に記載のデバイス。41. The device of claim 39, wherein the protective sheet comprises a conductive material.
ることを特徴とする請求項４０に記載のデバイス。42. The device of claim 40, wherein the conductive material is a conductive metal.
ることを特徴とする請求項４１に記載のデバイス。43. The device of claim 41, wherein the conductive material is a conductive metal.
Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕ
の少なくとも１つを含有する金属を含むことを特徴とす
る請求項４２に記載のデバイス。44. The conductive metal is Ni, Ti,
W, Al, Cr, Cu, Au, Sn, Rh, Re, Ru
43. The device of claim 42, comprising a metal containing at least one of:
Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕ
の少なくとも１つを含有する金属を含むことを特徴とす
る請求項４３に記載のデバイス。45. The conductive metal is Ni, Ti,
W, Al, Cr, Cu, Au, Sn, Rh, Re, Ru
44. The device of claim 43, comprising a metal containing at least one of:
−Ｖ族窒化物半導体のｐ型層との間に発光活性領域を含
む半導体構造を形成し、 前記ｐ型層上に銀を含有する金属を含むｐ電極を、前記
ｎ型層上にｎ電極を付着させ、 前記ｐ電極から活性領域への銀イオンの移動を防ぐため
に、前記ｐ電極の周りに導電性のマイグレーション障壁
を設ける、ステップを含むことを特徴とする発光デバイ
スを製造するための方法。46. An n-type layer of III-V nitride semiconductor and III.
A semiconductor structure including a light emitting active region is formed between the p-type layer of the group-V nitride semiconductor, a p-electrode including a metal containing silver on the p-type layer, and an n-electrode on the n-type layer. And providing a conductive migration barrier around the p-electrode to prevent migration of silver ions from the p-electrode to the active region. .
設けるステップが、前記ｐ電極の周縁を取り囲む保護リ
ングを設けることを含むことを特徴とする請求項４６に
記載の方法。47. The method of claim 46, wherein the step of providing the electrically conductive migration barrier comprises providing a guard ring surrounding a periphery of the p-electrode.
設けるステップが、前記ｐ電極の周縁を取り囲む保護シ
ートを設けることを含むことを特徴とする請求項４６に
記載の方法。48. The method of claim 46, wherein the step of providing the electrically conductive migration barrier comprises providing a protective sheet surrounding the perimeter of the p-electrode.
前記ｐ電極に接触する保護リングを設けることを含むこ
と特徴とする請求項４７に記載の方法。49. The step of providing the guard ring comprises:
48. The method of claim 47, comprising providing a guard ring that contacts the p-electrode.
前記ｐ電極から間隔をおいて配置される保護リングを設
けることを含むことを特徴とする請求項４７に記載の方
法。50. The step of providing the guard ring comprises:
48. The method of claim 47, comprising providing a guard ring spaced from the p-electrode.
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