JP2004319912A

JP2004319912A - Semiconductor light emitting device

Info

Publication number: JP2004319912A
Application number: JP2003114774A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Morishima; 嘉克森島; Tsuneaki Fujikura; 序章藤倉
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP4135550B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting device which can exhibit an excellent luminous efficiency by providing a tunnel junction between an n type contact layer of a high carrier concentration and a p type contact layer and by promoting current diffusion into the high-carrier n type layer. <P>SOLUTION: In the semiconductor light emitting device, an active layer, a p type clad layer, a p type contact layer, and an n type contact layer are sequentially formed on an n type clad layer. A recess is formed to be extended from the n type contact layer to the n type clad layer, and an electrode is formed to be contacted with both of the n type contact layer and the p type clad layer in the recess. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外、青色レーザダイオード、紫外、青色発光ダイオード等の窒化化合物半導体発光デバイスに関し、特に、発光効率を高めた窒化化合物半導体発光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム等の窒化化合物半導体は、紫外、青色レーザダイオードや発光ダイオード等の光素子用材料として脚光を浴びている。従来、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウムおよびそれらの混晶である化合物半導体層をｐ型にする場合、ドーパントとして炭素、マグネシウムまたは亜鉛等を単独にドープすることによりｐ型化を行っている。ＧａＮ系材料のアクセプタ準位を形成するマグネシウム、亜鉛または炭素等のドーパントでは、アクセプタの活性化エネルギーが高いために５×１０^１８ｃｍ^−３以上の高キャリア濃度にすることは困難である。このため、ｐ型ＧａＮ層と電極金属とのコンタクト抵抗は非常に高くなり、光デバイスなどの駆動電圧の上昇や抵抗熱による熱損傷などを引き起こしている。
【０００３】
この高いコンタクト抵抗を低減させる技術として、ｐ型コンタクト層の上に高キャリア濃度のｎ型ＧａＮ系コンタクト層を成長させ、ｐ型コンタクト層とｎ型コンタクト層との間でトンネル接合をさせる技術が開発され、これにより電極からｐ型コンタクト層へ電流が流れるときの電圧降下は抑制され、また、電極とｐ型半導体間で生じる抵抗熱もかなり低いものとなってきている（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
【非特許文献１】
ＡＰＰＬＩＥＤＰＨＹＳＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳＶＯＬＵＭＥ７８，ＮＵＭＢＥＲ２１（２１ＭＡＹ２００１），ｐａｇｅ３２６５−３２６７
【０００５】
図５は、従来提案されている発光ダイオードの構造を示すものであり、ｎ型伝導を有するｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層５１と、このｎ型クラッド層５１の上に形成されたＡｌＧａＮ活性層５２と、この活性層５２の上に形成されたｐ型伝導を有するｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層５３と、このｐ型クラッド層５３の上に形成されてオーム性接触を提供するのに用いられるｐ型伝導を有するｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層５４と、このｐ型コンタクト層５４の上に形成され、ｎ型伝導を有するｎ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層５５と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層５１の上に形成された電極５６と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層５５の上に形成された電極５７とからなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ただ単純に高キャリア濃度ｎ型コンタクト層（ｎ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層５５）をｐ型コンタクト層（ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層５４）の上に位置させた構造では、電流密度が電極５７の真下に集中し、発光効率を高めることができず、発光強度も１ｍＷ程度止まりである。
【０００７】
そこで、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層の電流を拡散しやすくさせるため電流ブロッキング層を電極の下に位置させる構造とするために、ｐ型コンタクト層を電極の下に突出させた形状となるよう、ｐ型コンタクト層を気相エッチングなどで形成し、その後に高キャリア濃度ｎ型コンタクト層を再成長させるような構造が提案された。図６は、この構造を示すものであり、６１はｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、６２はＡｌＧａＮ活性層、６３はｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、６４はｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層、６５はｎ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層、６６、６７は電極である。
【０００８】
しかし、この構造では、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層（ｎ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層６５）と接触するｐ型コンタクト層（ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層６４）の表面がエッチングダメージを受け、窒素抜けを誘発して低キャリア濃度化を招き、それらの間でトンネル接合をさせることができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記した問題を解決し、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層とｐ型コンタクト層との間でのトンネル接合を可能とし、しかも高キャリアｎ型層内への電流拡散を促進させることにより、優れた発光効率を発揮する半導体発光デバイスを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ｎ型クラッド層の上に順次、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層およびｎ型コンタクト層が形成されてなり、前記ｎ型コンタクト層から前記ｐ型クラッド層にかけて凹部が形成され、該凹部内に前記ｎ型コンタクト層と前記ｐ型クラッド層の双方に接触する電極が形成されている半導体発光デバイスを提供する。この場合、前記凹部は、前記ｎ型コンタクト層を貫通し、前記ｐ型コンタクト層の表面を底部とするように形成されていても良く、また、前記ｎ型コンタクト層を貫通し、前記ｐ型コンタクト層の表面よりも食い込んだ面を底部とするように形成されていても良い。
【００１１】
本発明においては、凹部の形成に際して、電極直下の領域にあるｎ型コンタクト層を気相エッチングまたは液相エッチングで除去し、ｐ型コンタクト層表面が露出するまでエッチングを行うので、ｐ型コンタクト層がエッチングダメージを受けて窒素抜けを誘発し、窒素空孔はドナーとして寄与するのでキャリア濃度を低下させ、高抵抗化する。本発明では、この高抵抗化部分を電極直下に形成して電流ブロック層として利用することにより、高キャリアｎ型層（ｎ型コンタクト層）内への電流拡散が促進され、発光効率を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の発光デバイスの一実施の形態を示すもので、発光ダイオードへの適用例である。ｎ型伝導を有するｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）クラッド層１の上に、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）活性層２、ｐ型伝導を有するｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）クラッド層３、オーム性接触を提供するｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）コンタクト層４およびｎ型伝導を有するｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）コンタクト層５が形成されている。なお、活性層２としては、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）であっても良い。ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮコンタクト層５からｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮコンタクト層４の表面にかけて凹部８が形成され、この凹部８内に電極７が形成されている。凹部８は、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮコンタクト層５を気相エッチングまたは液相エッチングでｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮコンタクト層４の表面が露出するまで除去することにより形成される。したがって、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮコンタクト層４の表面が凹部８の底面となる。なお、６は、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮクラッド層１に形成された電極である。
【００１３】
図２は、本発明の発光デバイスの他の実施の形態を示すもので、発光ダイオードへの適用例である。図１に示した実施の形態と異なる点は、凹部２８が、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮコンタクト層５を貫通し、かつｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮコンタクト層４の表面よりも食い込んだ面を底部とするように形成され、この凹部２８内に電極２７が形成されている点である。
【００１４】
図３は、本発明の発光デバイスの更に他の実施の形態を示すもので、発光ダイオードへの適用例である。この実施の形態は、ＳｉＣ基板９の上にｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮクラッド層１を形成したもので、ＳｉＣ基板９の下に電極３６が形成されている。
【００１５】
（従来例１）
ＭＯＶＰＥ装置にてサファイヤ基板上（Ｃ面）にエピタキシャル成長でＬＥＤ構造を作製した。各原料は、Ｇａ原料としてＴＭＣ（トリメチルガリウム）、Ｎ原料としてＮＨ_３（アンモニア）、Ｉｎ原料としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ｐ型ドーパント原料としてＣｐ_２Ｍｇ（ビシクロペンタジエニルマグネシウム）、ｎ型ドーパントとしてＳｉＨ_４（モノシラン）、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層用のｎ型ドーパントとしてＴＥＳｉ（テトラエチルシラン）を使用した。
【００１６】
サファイヤ基板を有機洗浄したのち、成長圧力１３５Ｔｏｒｒでバッファ層を成長させ、その上に１０８０℃でｎ型ＧａＮクラッド層を成長させた。膜厚は、１μｍ、Ｓｉ濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３である。その後、成長温度を７６０℃まで落とし、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸活性層を形成した。このときの膜厚はＩｎＧａＮ／ＧａＮで２．２ｎｍ／８ｎｍ、ペア数は４ペアである。その後、１１２０℃まで成長温度を上昇させｐ型クラッド層を成長させた。このときの膜厚は０．５μｍでＭｇ濃度は２×１０^１９ｃｍ^−３である。その上にｐ型コンタクト層を成長させた。膜厚は０．２μｍでＭｇ濃度は３．５×１０^１９ｃｍ^−３である。そして成長温度を１１００℃に低下させ、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層を成長させた。膜厚は０．５μｍでＳｉ濃度は３×１０^１９ｃｍ^−３である。なお、各層におけるドーパント濃度は２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で測定した。
【００１７】
このようにして作製したエピウェハの表面にフォトリソグラフィーでレジストをパターニングし、ＲＩＥでエッチング（ＢＣｌ_３ガス使用）することによりｎ型ＧａＮクラッド層を露出させた。ｎ型ＧａＮクラッド層、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層にそれぞれ対応するように電極を蒸着により形成した。そのときの電極材料は、Ｔｉ／Ａｌで膜厚は３００Å／１５００Åで電極の形状は１００μｍ×１００μｍの正方形である。その後に、電極をＮ_２雰囲気下で３９０℃で合金化させた。ダイサーでフルカットし、ダイボンディング、ワイヤーボンディングを施してＬＥＤを作製した。この構造の発光ダイオードの光出力を積分球で測定したところ、２０ｍＡ通電時で１ｍＷという値であった。
【００１８】
（実施例１）
従来例１と同様の構造をした発光ダイオードエピタキシャルウェハーを作製し、ＲＩＥでｎ型ＧａＮクラッド層を露出させた後、再度フォトレジストを行い、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層上の電極直下の部分をエッチング除去した。エッチングした形状は、９０μｍ×９０μｍの正方形状で、ｐ型層も０．０５μｍだけエッチングした。その後、ｎ型ＧａＮクラッド層と、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層上のエッチングした部分に対応した電極を蒸着した。この大きさの電極を蒸着することにより、電極は、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層とｐ型コンタクト層の両方に接触できる。
【００１９】
このようにして作製したＬＥＤの光出力を積分球を用いて測定すると、２０ｍＡ通電時で２ｍＷと従来例の２倍の値であった。このときの発光特性を図４に示す。電流分散が良好に起きていて、電極の下には殆ど電流が流れていないことが分かる。このように光出力が２倍になる成因としては、次の２つが考えられる。一つは、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層をエッチングする際にｐ型コンタクト層の表面までエッチングしたことにより、ｐ型層の表面はエッチングダメージを受け、窒素空孔が生じて正孔が補償され、その結果高抵抗化することが挙げられる。また、Ｔｉ／Ａｌは、代表的なｎ型ＧａＮへの電極であり、ｐ型ＧａＮへはショットキー性接合する。それらが相俟って良好な電流ブロック層となったものと推察される。
【００２０】
（従来例２）
ＭＯＶＰＥ装置にてＳｉＣ基板（０００１面）にエピタキシャル成長でＬＥＤ構造を作製した。各原料は、Ｇａ原料としてＴＭＣ（トリメチルガリウム）、Ｎ原料としてＮＨ_３（アンモニア）、ｐ型ドーパント原料としてＣｐ_２Ｍｇ（ビシクロペンタジエニルマグネシウム）、ｎ型ドーパントとしてＳｉＨ_４（モノシラン）、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層用のｎ型ドーパントとしてＴＥＳｉ（テトラエチルシラン）を使用した。
【００２１】
まず、ＳｉＣ基板をＨＣｌと過酸化水素でバブリングして、ＨＦ水溶液で処理した。その後、成長圧力１３５Ｔｏｒｒ、温度１１４０℃でｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層を成長させた。膜厚は、０．４μｍ、Ｓｉ濃度は５×１０^１８ｃｍ^−３である。その後、成長温度を１１２０℃にして、ＧａＮ／Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎの多重量子井戸活性層を形成した。このときの膜厚はＧａＮ／Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎで２．３ｎｍ／８ｎｍ、ペア数は４ペアである。その後、１１６０℃まで成長温度を上昇させｐ型Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層を成長させた。このときの膜厚は０．１μｍでＭｇ濃度は４×１０^１９ｃｍ^−３である。その上にｐ型Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎコンタクト層を成長させた。膜厚は０．１μｍでＭｇ濃度は８×１０^１９ｃｍ^−３である。そして成長温度を１１４０℃に低下させ、高キャリア濃度ｎ型Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎコンタクト層を成長させた。膜厚は０．５μｍでＳｉ濃度は３×１０^１９ｃｍ^−３である。なお、各層におけるドーパント濃度は２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で測定した。
【００２２】
このようにして作製したエピウェハを以下のようにしてデバイス化した。まず裏面のＳｉＣ基板にＮｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）電極を蒸着により形成した。次に表面にフォトリソグラフィーで電極パターンを作製し、Ｎｉ（３０ｎｍ）／Ａｕ（１５０ｎｍ）電極を蒸着により形成した。そのときの電極の形状は、直径１００μｍの円形である。その後に、電極をＮ_２雰囲気下で３９０℃で合金化させた。ダイサーでフルカットし、ダイボンディング、ワイヤーボンディングを施してＬＥＤを作製した。この構造の発光ダイオードの光出力を積分球で測定したところ、２０ｍＡ通電時で０．３ｍＷという値であった。
【００２３】
（実施例２）
従来例２と同様の構造をした発光ダイオードエピタキシャルウェハーを作製し、ＲＩＥで高キャリア濃度ｎ型コンタクト層上の電極直下の部分をエッチング除去した。エッチングした形状は、直径９０μｍの円形で、ｐ型層も０．０５μｍだけエッチングした。その後、ｎ型ＧａＮクラッド層と、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層上のエッチングした部分に対応した電極を蒸着した。このときの材料は、Ｔｉ／Ａｌ（３００Å／１５００Å）であり、形状は直系１２０μｍの円形である。この大きさの電極を蒸着することにより、電極は、高キャリア濃度ｎ型コンタクト層とｐ型コンタクト層の両方に接触できる。このようにして作製したＬＥＤの光出力を積分球を用いて測定すると、２０ｍＡ通電時で０．６ｍＷと従来例の２倍の値であった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明の半導体発光デバイスによれば、電流分散が促進され、発光効率が向上して輝度を上昇させることができる。また、接触抵抗による発熱も少なくなるので、デバイスの劣化を防ぐことができ、発光ダイオードよりも大電流を必要とする高輝度ＬＥＤなどの寿命を飛躍的に伸ばすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光デバイスの一実施の形態を示すもので、発光ダイオードへの適用例の説明図。
【図２】本発明の発光デバイスの他の実施の形態を示すもので、発光ダイオードへの適用例の説明図。
【図３】本発明の発光デバイスの他の実施の形態を示すもので、発光ダイオードへの適用例の説明図。
【図４】発光特性の説明図。
【図５】従来例の説明図。
【図６】従来例の説明図。
【符号の説明】
１：ｎ型クラッド層
２：活性層
３：ｐ型クラッド層
４：ｐ型コンタクト層
５：ｎ型コンタクト層
６、７：電極
８：凹部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitride compound semiconductor light emitting device such as an ultraviolet, blue laser diode, an ultraviolet light, and a blue light emitting diode, and more particularly to a nitride compound semiconductor light emitting device with improved luminous efficiency.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Nitride compound semiconductors such as aluminum nitride, gallium nitride, and indium nitride have been spotlighted as materials for optical devices such as ultraviolet and blue laser diodes and light emitting diodes. Conventionally, when a compound semiconductor layer which is aluminum nitride, gallium nitride, indium nitride, or a mixed crystal thereof is made p-type, p-type is formed by doping carbon, magnesium, zinc, or the like solely as a dopant. With a dopant such as magnesium, zinc, or carbon that forms an acceptor level of a GaN-based material, it is difficult to achieve a high carrier concentration of 5 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ or more because the activation energy of the acceptor is high. For this reason, the contact resistance between the p-type GaN layer and the electrode metal becomes extremely high, causing an increase in the drive voltage of an optical device or the like, thermal damage due to resistive heat, and the like.
[0003]
As a technique for reducing the high contact resistance, there is a technique of growing an n-type GaN-based contact layer having a high carrier concentration on a p-type contact layer and forming a tunnel junction between the p-type contact layer and the n-type contact layer. It has been developed, whereby the voltage drop when a current flows from the electrode to the p-type contact layer is suppressed, and the resistance heat generated between the electrode and the p-type semiconductor has been considerably reduced (for example, see Non-Patent Documents). 1).
[0004]
[Non-patent document 1]
APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 78, NUMBER 21 (21 MAY 2001), page 3265-3267
[0005]
FIG. 5 shows the structure of a conventionally proposed light-emitting diode, in which an n-type AlGaInN cladding layer 51 having n-type conduction, an AlGaN active layer 52 formed on the n-type cladding layer 51, A p-type AlGaInN cladding layer 53 having p-type conduction formed on the active layer 52 and having p-type conduction formed on the p-type cladding layer 53 and used to provide ohmic contact. a p-type AlGaInN contact layer 54; an n-type AlGaInN contact layer 55 formed on the p-type contact layer 54 and having n-type conduction; an electrode 56 formed on the n-type AlGaInN cladding layer 51; And an electrode 57 formed on the type AlGaInN contact layer 55.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a structure where the high carrier concentration n-type contact layer (n-type AlGaInN contact layer 55) is simply positioned on the p-type contact layer (p-type AlGaInN contact layer 54), the current density is just below the electrode 57. Therefore, the luminous efficiency cannot be increased, and the luminous intensity stops at about 1 mW.
[0007]
Therefore, in order to have a structure in which the current blocking layer is located below the electrode in order to easily diffuse the current of the high carrier concentration n-type contact layer, the p-type contact layer has a shape protruding below the electrode, A structure has been proposed in which a p-type contact layer is formed by vapor phase etching or the like, and then a high carrier concentration n-type contact layer is regrown. FIG. 6 shows this structure, in which 61 is an n-type AlGaInN cladding layer, 62 is an AlGaN active layer, 63 is a p-type AlGaInN cladding layer, 64 is a p-type AlGaInN contact layer, 65 is an n-type AlGaInN contact layer, 66 and 67 are electrodes.
[0008]
However, in this structure, the surface of the p-type contact layer (p-type AlGaInN contact layer 64) in contact with the high-carrier-concentration n-type contact layer (n-type AlGaInN contact layer 65) suffers etching damage and induces nitrogen escape. There is a problem that a low carrier concentration is caused and a tunnel junction cannot be formed between them.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, enable a tunnel junction between a high carrier concentration n-type contact layer and a p-type contact layer, and promote current diffusion into a high carrier n-type layer. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device exhibiting excellent luminous efficiency.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an active layer, a p-type clad layer, a p-type contact layer and an n-type contact layer which are sequentially formed on an n-type clad layer. Provided is a semiconductor light emitting device in which a concave portion is formed over a p-type cladding layer, and an electrode that contacts both the n-type contact layer and the p-type cladding layer is formed in the concave portion. In this case, the concave portion may be formed so as to penetrate the n-type contact layer and make the surface of the p-type contact layer a bottom portion. The contact layer may be formed so that the surface that is more incised than the surface is the bottom.
[0011]
In the present invention, when forming the concave portion, the n-type contact layer in the region immediately below the electrode is removed by vapor phase etching or liquid phase etching, and etching is performed until the surface of the p-type contact layer is exposed. Suffers etching damage and induces nitrogen elimination, and nitrogen vacancies contribute as donors, thereby lowering the carrier concentration and increasing the resistance. In the present invention, by forming the high resistance portion directly below the electrode and using it as a current blocking layer, current diffusion into the high carrier n-type layer (n-type contact layer) is promoted, and the luminous efficiency can be improved. .
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the light emitting device of the present invention, and is an example of application to a light emitting diode. on the n-type _{_{_{Al x Ga y In z N (}}} 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) cladding layer 1 having an n-type _{conductivity,} Al x _Ga y N ( 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y = 1) Active layer 2, p-type Al _x Ga _y In _z N having p-type conduction (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z) ≦ 1, x + y + z = 1) cladding layer 3, p-type _{_{_{Al x Ga y In z N (}}} 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1 for providing ohmic contact) Contacts n-type _{_{_{Al x Ga y in z n (}}} 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) contact layer 5 having a layer 4 and n-type conductivity are formed. As the active layer _{_{_{2, Al x Ga y In z}}} N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) may be. n-type _Al x _Ga y In _z N contact layer p-type from 5 _Al x _Ga y In _z N recess 8 over the surface of the contact layer 4 is formed, the electrode 7 is formed in the recess 8. Recess 8 is formed by removing the n-type _Al x _Ga y In _z N p-type contact layer 5 by vapor-phase etching or liquid phase etching _Al x _Ga y In _z N surface of the contact layer 4 is exposed . Thus, the surface of the p-type _Al x _Ga y In _z N contact layer 4 is a bottom surface of the recess 8. Incidentally, 6 is an electrode formed on the n-type _Al x _Ga y In _z N cladding layer 1.
[0013]
FIG. 2 shows another embodiment of the light emitting device of the present invention, which is an example of application to a light emitting diode. The embodiment differs from that shown FIG. 1, the recess 28 extends through the n-type _Al x _Ga y In _z N contact layer 5, and from the surface of the p-type _Al x _Ga y In _z N contact layer 4 The point is that the cut-out surface is formed as the bottom portion, and the electrode 27 is formed in the concave portion 28.
[0014]
FIG. 3 shows still another embodiment of the light emitting device of the present invention, which is an application example to a light emitting diode. This embodiment is obtained by forming the n-type _Al x _Ga y In _z N cladding layer 1 on the SiC substrate 9, the electrode 36 underneath the SiC substrate 9 is formed.
[0015]
(Conventional example 1)
An LED structure was produced on a sapphire substrate (C plane) by epitaxial growth using a MOVPE apparatus. Each raw material is TMC (trimethyl gallium) as a Ga raw material, NH ₃ (ammonia) as an N raw material, TMI (trimethyl indium) as an In raw material, Cp ₂ Mg (bicyclopentadienyl magnesium) as a p-type dopant raw material, and an n-type dopant. SiH ₄ (monosilane), and TESi (tetraethylsilane) as an n-type dopant for a high carrier concentration n-type contact layer.
[0016]
After organic cleaning of the sapphire substrate, a buffer layer was grown at a growth pressure of 135 Torr, and an n-type GaN clad layer was grown thereon at 1080 ° C. The film thickness is 1 μm, and the Si concentration is 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ . Thereafter, the growth temperature was lowered to 760 ° C. to form an InGaN / GaN multiple quantum well active layer. At this time, the film thickness of InGaN / GaN is 2.2 nm / 8 nm, and the number of pairs is four. Thereafter, the growth temperature was increased to 1120 ° C. to grow the p-type cladding layer. At this time, the film thickness is 0.5 μm, and the Mg concentration is 2 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . A p-type contact layer was grown thereon. The film thickness is 0.2 μm and the Mg concentration is 3.5 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . Then, the growth temperature was lowered to 1100 ° C., and a high carrier concentration n-type contact layer was grown. The film thickness is 0.5 μm and the Si concentration is 3 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . The dopant concentration in each layer was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
[0017]
A resist was patterned by photolithography on the surface of the thus-prepared epiwafer, and was etched by RIE (using BCl ₃ gas) to expose the n-type GaN cladding layer. Electrodes were formed by vapor deposition so as to correspond to the n-type GaN cladding layer and the high carrier concentration n-type contact layer, respectively. The electrode material at that time is Ti / Al, the film thickness is 300 ° / 1500 °, and the shape of the electrode is a square of 100 μm × 100 μm. Thereafter, the electrodes were alloyed at 390 ° C. under N ₂ atmosphere. An LED was manufactured by performing full cutting with a dicer and performing die bonding and wire bonding. When the light output of the light emitting diode having this structure was measured by an integrating sphere, the value was 1 mW when a current of 20 mA was supplied.
[0018]
(Example 1)
A light emitting diode epitaxial wafer having the same structure as that of the conventional example 1 was manufactured, and after exposing the n-type GaN cladding layer by RIE, the photoresist was again applied, and the portion immediately below the electrode on the high carrier concentration n-type contact layer was removed. It was removed by etching. The etched shape was a square of 90 μm × 90 μm, and the p-type layer was also etched by 0.05 μm. Thereafter, an electrode corresponding to the etched portion on the n-type GaN clad layer and the high carrier concentration n-type contact layer was deposited. By depositing an electrode of this size, the electrode can contact both the high carrier concentration n-type contact layer and the p-type contact layer.
[0019]
When the light output of the LED fabricated in this manner was measured using an integrating sphere, the value was 2 mW at a current of 20 mA, which was twice the value of the conventional example. FIG. 4 shows the emission characteristics at this time. It can be seen that the current distribution is good and almost no current flows under the electrode. As described above, the following two factors can be considered as factors that cause the light output to double. One is that when etching the n-type contact layer with a high carrier concentration, the surface of the p-type contact layer is etched, so that the surface of the p-type layer is damaged by etching, and nitrogen vacancies are generated and holes are compensated. As a result, the resistance is increased. Ti / Al is a typical electrode for n-type GaN, and has a Schottky junction with p-type GaN. It is presumed that they together formed a good current blocking layer.
[0020]
(Conventional example 2)
An LED structure was produced by epitaxial growth on a SiC substrate (0001 plane) using a MOVPE apparatus. Each raw material is TMC (trimethylgallium) as a Ga raw material, NH ₃ (ammonia) as an N raw material, Cp ₂ Mg (bicyclopentadienyl magnesium) as a p-type dopant raw material, SiH ₄ (monosilane) as an n-type dopant, and a high carrier. TESi (tetraethylsilane) was used as an n-type dopant for the concentration n-type contact layer.
[0021]
First, a SiC substrate was bubbled with HCl and hydrogen peroxide and treated with an aqueous HF solution. Thereafter, an n-type Al _0.1 Ga _0.9 N clad layer was grown at a growth pressure of 135 Torr and a temperature of 1140 ° C. The film thickness is 0.4 μm, and the Si concentration is 5 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ . Thereafter, the growth temperature was set to 1120 ° C. to form a GaN / Al _0.12 Ga _0.88 N multiple quantum well active layer. At this time, the film thickness of GaN / Al _0.12 Ga _0.88 N is 2.3 nm / 8 nm, and the number of pairs is four. Thereafter, the growth temperature was increased to 1160 ° C., and a p-type Al _0.14 Ga _0.86 N clad layer was grown. At this time, the film thickness is 0.1 μm, and the Mg concentration is 4 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . A p-type Al _0.14 Ga _0.86 N contact layer was grown thereon. The film thickness is 0.1 μm and the Mg concentration is 8 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . Then, the growth temperature was lowered to 1140 ° C., and a high carrier concentration n-type Al _0.14 Ga _0.86 N contact layer was grown. The film thickness is 0.5 μm and the Si concentration is 3 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . The dopant concentration in each layer was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
[0022]
The epiwafer produced in this manner was made into a device as follows. First, a Ni (20 nm) / Au (300 nm) electrode was formed on the backside SiC substrate by vapor deposition. Next, an electrode pattern was formed on the surface by photolithography, and a Ni (30 nm) / Au (150 nm) electrode was formed by vapor deposition. At this time, the shape of the electrode is a circle having a diameter of 100 μm. Thereafter, the electrodes were alloyed at 390 ° C. under N ₂ atmosphere. An LED was manufactured by performing full cutting with a dicer and performing die bonding and wire bonding. When the light output of the light emitting diode having this structure was measured by an integrating sphere, the value was 0.3 mW when a current of 20 mA was supplied.
[0023]
(Example 2)
A light-emitting diode epitaxial wafer having a structure similar to that of the conventional example 2 was manufactured, and a portion immediately below the electrode on the high carrier concentration n-type contact layer was removed by RIE. The etched shape was a circle having a diameter of 90 μm, and the p-type layer was also etched by 0.05 μm. Thereafter, an electrode corresponding to the etched portion on the n-type GaN clad layer and the high carrier concentration n-type contact layer was deposited. At this time, the material is Ti / Al (300 ° / 1500 °), and the shape is a direct 120 μm circular shape. By depositing an electrode of this size, the electrode can contact both the high carrier concentration n-type contact layer and the p-type contact layer. When the light output of the LED fabricated in this manner was measured using an integrating sphere, the value was 0.6 mW at a current of 20 mA, twice the value of the conventional example.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor light emitting device of the present invention, current dispersion is promoted, luminous efficiency is improved, and luminance can be increased. In addition, since heat generation due to contact resistance is reduced, deterioration of the device can be prevented, and the life of a high-brightness LED or the like requiring a larger current than a light-emitting diode can be drastically extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates one embodiment of a light emitting device of the present invention, and is an explanatory view of an example of application to a light emitting diode.
FIG. 2 shows another embodiment of the light emitting device of the present invention, and is an explanatory diagram of an example of application to a light emitting diode.
FIG. 3 is a view showing another embodiment of the light emitting device of the present invention, and is an explanatory view of an application example to a light emitting diode.
FIG. 4 is an explanatory diagram of light emission characteristics.
FIG. 5 is an explanatory view of a conventional example.
FIG. 6 is an explanatory view of a conventional example.
[Explanation of symbols]
1: n-type cladding layer 2: active layer 3: p-type cladding layer 4: p-type contact layer 5: n-type contact layers 6, 7: electrode 8: concave portion

Claims

ｎ型クラッド層の上に順次、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層およびｎ型コンタクト層が形成されてなり、前記ｎ型コンタクト層から前記ｐ型クラッド層にかけて凹部が形成され、該凹部内に前記ｎ型コンタクト層と前記ｐ型クラッド層の双方に接触する電極が形成されていることを特徴とする半導体発光デバイス。An active layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer and an n-type contact layer are sequentially formed on the n-type cladding layer, and a recess is formed from the n-type contact layer to the p-type cladding layer. A semiconductor light emitting device, wherein an electrode that contacts both the n-type contact layer and the p-type cladding layer is formed in the recess.

前記凹部は、前記ｎ型コンタクト層を貫通し、前記ｐ型コンタクト層の表面を底部とするように形成されている請求項１記載の半導体発光デバイス。2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the recess penetrates the n-type contact layer and is formed so that a surface of the p-type contact layer is a bottom.

前記凹部は、前記ｎ型コンタクト層を貫通し、前記ｐ型コンタクト層の表面よりも食い込んだ面を底部とするように形成されている請求項１記載の半導体発光デバイス。2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the concave portion is formed so as to penetrate the n-type contact layer and have a bottom portion that penetrates a surface of the p-type contact layer.

前記ｎ型コンタクト層と前記電極とはオーム性接触が形成され、前記ｐ型コンタクト層と前記電極とはショットキー性接触が形成されている請求項１記載の半導体発光デバイス。The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an ohmic contact is formed between the n-type contact layer and the electrode, and a Schottky contact is formed between the p-type contact layer and the electrode.

ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）クラッド層の上に順次、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）活性層、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）クラッド層、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）コンタクト層およびｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）コンタクト層が形成されている請求項１記載の半導体発光デバイス。n-type _{_{_{Al x Ga y In z N (}}} 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) in sequence on the cladding _{_{layer, Al x Ga y N (0}} ≦ x ≦ 1 , 0 ≦ y ≦ 1, x + y = 1) active layer, p-type _{_{_{Al x Ga y In z N (}}} 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) cladding layer, p type _{_{_{Al x Ga y In z n (}}} 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) contact layer and n-type _{_{_{Al x Ga y In z n (}}} 0 ≦ x ≦ 1, 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) a contact layer is formed.

ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）クラッド層の上に順次、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）活性層、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）クラッド層、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）コンタクト層およびｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）コンタクト層が形成されている請求項１記載の半導体発光デバイス。n-type _{_{_{Al x Ga y In z N (}}} 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) in sequence on the cladding _{_{_{layer, Al x Ga y In z N}}} (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) active layer, p-type _{_{_{Al x Ga y In z N (}}} 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) cladding layer, p-type _{_{_{Al x Ga y In z n (}}} 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) contact layer and n-type _Al x _Ga y In _z 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x + y + z = 1) contact layer is formed.

前記凹部はエッチング加工により形成されたものである請求項１記載の半導体発光デバイス。2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the recess is formed by etching.

前記エッチング加工は、気相エッチング加工である請求項７記載の半導体発光デバイス。8. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the etching is a gas phase etching.

前記エッチング加工は、液相エッチング加工である請求項７記載の半導体発光デバイス。8. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the etching process is a liquid phase etching process.