JP2004349301A

JP2004349301A - Light emitting diode element electrode and light emitting diode element

Info

Publication number: JP2004349301A
Application number: JP2003141772A
Authority: JP
Inventors: Hajime Saito; 肇齊藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for light emitting diode element that can improve the light emitting efficiency of a light emitting diode element without impairing the simplicity and adhesive characteristic of bonding, and to provide a light emitting diode element. <P>SOLUTION: The p-type electrode 6 possessed by an InGaN light emitting diode element 10 has an Ag intermediate layer 6b which reflects incident light between an Ni light-transmissive ohmic electrode layer 6a and an Au-pad electrode layer 6c. Since the InGaN light emitting diode element 10 provided with the p-type electrode 6 can emit the incident light to the outside without absorbing the light, the light emitting efficiency of the element 10 can be improved by leaps and bounds without impairing the ohmic characteristics or reliability of the p-type electrode 6. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発光特性を向上できる発光ダイオード素子の電極及び発光ダイオード素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フルカラーディスプレイ等の表示素子や種々の光源として広範囲に利用される高輝度な発光ダイオード素子は、その産業利用の用途や範囲が年々拡大している。中でも、青色〜紫外域のみならず、赤色を含めた可視光全域をカバーできる発光材料として、ワイドギャップ半導体であるＩＩＩ族窒化物および酸化亜鉛系半導体の結晶成長およびデバイス技術が急速に発展している。
【０００３】
特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、約３．４ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型半導体で、励起子結合エネルギーが６０ｍｅＶと極めて高く、また原材料が安価、環境や人体に無害で成膜手法が簡便であるなどの特徴を有し、高効率・低消費電力で環境性に優れた発光デバイスを実現できる可能性がある。
【０００４】
なお、以下において、ＩＩＩ族窒化物半導体とは、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶を含めるものとし、酸化亜鉛系半導体とは、ＺｎＯおよびこれを母体としたＭｇＺｎＯあるいはＣｄＺｎＯなどで表される混晶を含めるものとする。
【０００５】
発光ダイオード素子は、通常、ダイオードチップをリードフレームなどに取り付け、ワイヤボンディングなどによって電極とリードフレーム間に配線を施して利用される。このとき、オーミック電極上にパッド電極（あるいは台座電極とも称される）を形成することが一般的に行われている。
【０００６】
例えば、特許第３０６０９３１号公報には、窒化物半導体素子におけるボンデイング用の台座電極として、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ等を使用した例が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０６０９３１号公報
【特許文献２】
特許第２９５８２０９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発光ダイオード素子の電極において、パッド電極の形成は、ワイヤボンディングの簡便性および密着性を向上させることを目的としており、発光に対する透過性や反射性については考慮されていない。
【０００９】
すなわち、パッド電極直下に入射した発光が、上記パッド電極で吸収されると、外部量子効率は大きく低下する。パッド電極直下はキャリア注入効率が最も高く、強く発光している領域である。また、ボンディングの簡便性を考慮すると、パッド電極の大きさは１００μｍ径程度となり、発光ダイオードチップの寸法（２００μｍ〜３００μｍ角）に比べて大きな面積を占める。したがって、このパッド電極に起因する外部量子効率の低下は比較的大きいものとなる。
【００１０】
そこで、本発明は、以上の課題に鑑みてなされたもので、ボンディングの簡便性および密着性を損うことなく、光取り出し効率に優れた発光ダイオード素子の電極および発光ダイオード素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ボンディングの簡便性および密着性を損うこと無く、外部量子効率を向上させることのできる電極構造について鋭意検討した結果、電極構造を、オーミック電極層とパッド電極層およびこれらに挾持された中間層の多層構造とすることにより、目的が達せられることを見い出し、本発明に至った。
【００１２】
すなわち、この発明の発光ダイオード素子の電極は、透光性オーミック電極層と、パッド電極層とを少なくとも備え、
上記透光性オーミック電極層と上記パッド電極層の間に、入射光を反射する中間層を有することを特徴としている。
【００１３】
この発明の発光ダイオード素子の電極によれば、上記透光性オーミック電極層と上記パッド電極層の間に、入射光を反射する中間層を有する積層構造とすることにより、この発明の電極に入射した光を、中間層でもって吸収することなく反射させて、発光ダイオード素子の外へ取り出すことができる。このことにより、光取り出し効率が向上する。
【００１４】
なお、上記パッド電極層はボンディングがなされるものであり、ここで、「ボンディング」とは、前述した「ワイヤボンディング」の他に、導電剤を用いてダイオードチップをリードフレームに固定する「ダイボンディング」を含む。また、上記透光性オーミック電極層は、発光ダイオード素子の発光波長の光に対して透光性を有するものである。したがって、発光ダイオード素子の発光は上記透光性オーミック電極層を透過して上記中間層で反射されることになる。
【００１５】
また、一実施形態の発光ダイオード素子の電極は、上記入射光を反射する中間層が、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌのうちから選択された少なくとも１つを含む。
【００１６】
この実施形態によれば、上記中間層がＰｔ、Ａｇ、Ａｌのうちから選択された少なくとも１つを含み、このＰｔ、Ａｇ、Ａｌは可視光に対する光反射率が高く、特に青色〜紫外域の発光波長に達して高い光反射率を有する。よって、これらＰｔ、Ａｇ、Ａｌのうちの少なくとも１つを含む膜を中間層として用いることにより、光取り出し効率が向上する。
【００１７】
また、一実施形態の発光ダイオード素子の電極は、上記中間層が、２層以上から成る積層構造である。
【００１８】
この実施形態では、上記中間層を積層構造とすることによって、上記中間層に光反射以外の機能を付加することができる。例えば、上記中間層を、光反射率が高くて上記透光性オーミック電極側に配置される下層と、上記パッド電極側に配置されて密着性を向上させる上層から構成すれば、光取り出し効率とボンディングの信頼性とを同時に向上させることができる。このような機能は、オーミック電極層やパッド電極層だけでは十分に得られにくいが、上記中間層を備えたことによって、上記機能を電極に付与することが可能となり、省電力性と信頼性を向上できる。
【００１９】
また、一実施形態の発光ダイオード素子の電極は、上記積層構造を成す層のうちの少なくとも１層が、Ｐｔを含む層より成る。
【００２０】
この実施形態によれば、上記積層構造を成す層のうちの少なくとも１層が、Ｐｔを含む層より成るから、青色〜紫外域の発光に対する反射率が特に高く、かつ密着性および耐環境性に優れる電極となる。
【００２１】
また、Ｐｔは、低融点の電極材料が半導体中へ異常拡散するのを防ぐバリアメタルとして機能するので、発光特性と信頼性が飛躍的に向上する。
【００２２】
また、一実施形態の発光ダイオード素子の電極は、上記パッド電極層がＡｕまたはＡｌのいずれか一方を含む。
【００２３】
この実施形態では、上記パッド電極層がＡｕまたはＡｌのいずれか一方を含むことによって、ボンディング時に剥がれを生じにくく、十分な密着性が得られる。
【００２４】
また、一実施形態の発光ダイオード素子の電極は、上記透光性オーミック電極層の厚さが、５ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲にある。
【００２５】
この実施形態では、上記透光性オーミック電極層の厚さが、５ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲にあることによって、透光性に優れると共に、十分に低抵抗なオーミック接触が得られる。すなわち、上記透光性オーミック電極層の厚さが、５ｎｍを下回ると、十分に低抵抗なオーミック接触が得られなくなり、上記厚さが、１００ｎｍを上回ると、透光性に優れるという特性が損なわれる。
【００２６】
また、一実施形態の発光ダイオード素子の電極は、上記パッド電極層の厚さが、５０ｎｍ乃至１μｍの範囲にある。
【００２７】
この実施形態では、上記パッド電極層の層厚が５０ｎｍ乃至１μｍの範囲にあるから、ボンディング時の耐久性に優れると共に、コストと歩留まりを向上できる。すなわち、上記パッド電極層の層厚が５０ｎｍを下回ると、ボンディング時の耐久性が十分でなくなり、上記層厚が１μｍを上回ると、高コストとなる上にパターン加工などを行う際の歩留まりが低下する。
【００２８】
また、一実施形態の発光ダイオード素子の電極は、上記中間層の厚さが、３０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲にある。
【００２９】
この実施形態では、上記中間層の厚さが、３０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲にあるから、十分な光反射率が得られると共に上記パッド電極層に対する密着性を損わない。すなわち、上記中間層の厚さが３０ｎｍを下回ると、発光を反射するのに十分な厚さでなくなり、上記厚さが１００ｎｍを越えるとパッド電極層に対する密着性が乏しくなってボンディング歩留まりが低下する。
【００３０】
また、一実施形態の発光ダイオード素子は、上記発光ダイオード素子の電極と、ＩＩＩ族窒化物半導体あるいは酸化亜鉛系半導体で構成されたｐ型層とを備え、上記電極の上記透光性オーミック電極層はＮｉを含み、上記電極の上記パッド電極層はＡｕを含み、上記ｐ型層上に、少なくとも、上記透光性オーミック電極層、上記中間層、上記パッド電極層が順に形成されている。
【００３１】
この実施形態の発光ダイオード素子では、ＩＩＩ族窒化物半導体あるいは酸化亜鉛系半導体で構成されたｐ型層を備えたことで、青色〜紫外発光素子としてだけでなく、青色〜紫外光よりも更に長波長な発光も補うことができる。したがって、産業利用上極めて利用価値が高く、その特性と信頼性には十分優れていることが求められる。この実施形態の発光ダイオード素子では、上記透光性オーミック電極層がＮｉを含み、かつ上記パッド電極層がＡｕを含んでいるから、光取り出し効率、密着性、省電力性に特に優れる電極を備えた産業上の利用価値が極めて高い発光ダイオード素子を実現できる。
【００３２】
また、一実施形態の発光ダイオード素子は、ＩＩＩ族窒化物半導体あるいは酸化亜鉛系半導体で構成されたｎ型層を備え、上記電極の上記透光性オーミック電極層はＡｌまたはＴｉを含み、上記電極の上記パッド電極層はＡｕまたはＡｌを含み、上記ｎ型層上に、少なくとも、上記透光性オーミック電極層、上記中間層、上記パッド電極層が順に形成されている。
【００３３】
この実施形態の発光ダイオード素子では、ＩＩＩ族窒化物半導体あるいは酸化亜鉛系半導体で構成されたｎ型層を備えたことで、青色〜紫外発光素子としてだけでなく、青色〜紫外光よりも更に長波長な発光も補うことができる。したがって、産業利用上極めて利用価値が高く、その特性と信頼性には十分優れていることが求められる。この実施形態の発光ダイオード素子では、上記透光性オーミック電極層がＡｌまたはＴｉを含み、かつ上記パッド電極層がＡｕまたはＡｌを含んでいるから、光取り出し効率、密着性、省電力性に特に優れる電極を備えた産業上の利用価値が極めて高い発光ダイオード素子を実現できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１に、この発明の発光ダイオード素子の第１実施形態を示す。この第１実施形態は、ＩＩＩ族窒化物系半導体を備えたＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０であり、このＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０が有するｐ型電極６が、本発明の電極の実施形態をなす。図１は、この第１実施形態のＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０の構造断面図である。
【００３６】
この第１実施形態のＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０は、Ｇａ面（０００１）を主面とするｎ型ＧａＮ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２、ノンドープＩｎＧａＮ量子井戸発光層３、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ｐ型ＧａＮコンタクト層５およびｐ型電極６が順に積層されている。
【００３７】
上記ｐ型電極６は、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の主表面全面に形成された厚さ１５ｎｍのＮｉ透光性オーミック電極層６ａと、このＮｉ透光性オーミック電極層６ａの中央部上に形成された厚さ５０ｎｍのＡｇ中間層６ｂ、およびＡｇ中間層６ｂ上に形成された厚さ５００ｎｍのＡｕパッド電極層６ｃを備えている。なお、上記Ｎｉ透光性オーミック電極層６ａはＮｉで作製され、Ａｇ中間層６ｂはＡｇで作製され、Ａｕパッド電極層６ｃはＡｕで作製されている。
【００３８】
また、上記ｎ型ＧａＮ基板１の裏面には、ｎ型オーミック電極７として厚さ１００ｎｍのＡｌが積層されている。
【００３９】
上述の如く、この第１実施形態では、Ｎｉ透光性オーミック電極層６ａとＡｕパッド電極層６ｃの間に、入射光を反射するＡｇ中間層６ｂが形成されている。
【００４０】
また、この第１実施形態のＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０では、結晶成長を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法で行い、ｐ型電極６およびｎ型オーミック電極７を電子ビーム蒸着によって形成した。
【００４１】
こうして形成した積層体をチップ状に分離して、この第１実施形態のＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０とした。そして、このＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０のｎ型オーミック電極７を、Ａｇペーストでリードフレーム（図示せず）の一方の部分に取り付け、Ａｕパッド電極層６ｃを５０μｍ径のＡｕ線で上記リードフレームの他方の部分にボンディングした後、樹脂でモールドした。
【００４２】
このＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０に電流を流したところ、３．１Ｖの駆動電圧で２０ｍＡの電流が流れ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。
【００４３】
一方、この第１実施形態に対する比較例としての発光ダイオード素子を、Ａｇ中間層６ｂを形成しない他はこの第１実施形態の作製と同様にして作製した。この比較例をリードフレームに実装して発光させたところ、２０ｍＡの動作電流における発光強度は、この第１実施形態よりも４０％だけ低かった。
【００４４】
Ａｇ中間層６ｂを備えた第１の実施形態の発光ダイオード素子１０が、上記比較例の発光ダイオード素子に比べて発光強度が高い理由を以下に考察する。
【００４５】
図２は、電極に用いられる種々の金属（Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ）について、波長４４０〜６００ｎｍの可視光における光反射率を示したものである。図２により、この第１実施形態の発光ダイオード素子１０の発光波長である４１０ｎｍにおいては、Ａｇが最も反射率が高いことが分かる。これに対し、パッド電極層６ｃを構成するＡｕは、６００ｎｍ以下の短波長領域で反射率が低くなり、波長４１０ｎｍではＡｇに比べ半分以下の反射率しかないことがわかる。
【００４６】
すなわち、この第１実施形態において、Ｎｉ透光性オーミック電極層６ａを透過してパッド電極層６ｃ直下に入射した発光は、Ａｇ中間層６ｂによって大部分が反射され、発光ダイオード素子１０のチップ側面などから外部へ取り出された。これに対して、上記比較例においては、Ａｕパッド電極層６ｃが発光を吸収してしまい、外部量子効率が大きく低下したものと考えられる。
【００４７】
以上において示したように、この第１実施形態では、Ｎｉ透光性オーミック電極層６ａとＡｕパッド電極層６ｃの間に、入射光を反射するＡｇ中間層６ｂを形成することによって、ＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０の外部量子効率が飛躍的に向上した。
【００４８】
また、特に、この第１実施形態のように、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成された青色〜紫外域の発光ダイオード素子１０に対しては、Ａｇを含むＡｇ中間層６ｂとすることが好ましいが、Ｐｔを含むＰｔ中間層６ｂとしてもよく、Ａｌを含むＡｌ中間層６ｂとしてもよい。
【００４９】
Ｐｔは、青色〜紫外域の発光に対する反射率が特に高く、かつ半導体層との密着性および酸化還元雰囲気に対する耐性に優れる。また、Ｐｔは、低融点の電極材料が半導体中へ異常拡散するのを防ぐバリアメタルとして機能する。したがって、Ｐｔを含むＰｔ中間層６ｂとした場合には、熱処理などを行ってもオーミック抵抗の増大などが起らず、発光特性と信頼性が飛躍的に向上するので特に好ましい。
【００５０】
次に、図３に、上記第１実施形態において、Ａｇ中間層６ｂの厚さを変えてＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０を作製し、発光強度とボンディング歩留まりの関係を調べた結果を示す。図３において、実線で描いた曲線Ａが発光強度を示し、破線で描いた曲線Ｂがボンディング歩留まりを示す。
【００５１】
ここで、ボンディング歩留りとは、１００個の発光ダイオード素子についてＡｕパッド電極層６ｃをリードフレームにワイヤボンディングし、電極剥れが起らなかったチップ数で定義する。
【００５２】
図３を参照すれば、Ａｇ中間層６ｂにおいて、発光を反射するのに十分な厚さは３０ｎｍ以上である一方、Ａｇ中間層６ｂの厚さが１００ｎｍを越えると密着性が乏しくなってボンディング歩留まりが低下することがわかる。この結果より、Ａｇ中間層６ｂの厚さは、３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００５３】
また、この第１実施形態では、Ｎｉ透光性オーミック電極層６ａの厚さを１５ｎｍとしたが、Ｎｉ透光性オーミック電極層６ａについては、５ｎｍ以上の厚さを有すれば十分低抵抗なオーミック接触が得られる。この第１実施形態において示したように、ｐ型層（ｐ型ＧａＮコンタクト層５）の低抵抗化が困難で十分な電流広がりが得られない場合には、Ｎｉ透光性オーミック電極層６ａが透光性を有するように、Ｎｉ透光性オーミック電極層６ａを１００ｎｍ以下の厚さに形成することが好ましい。
【００５４】
また、この第１実施形態では、パッド電極層をＡｕパッド電極層６ｃとしたが、パッド電極層については、ワイヤボンディングの密着性が高いＡｕあるいはＡｌで作製すれば、ボンディング時に、剥がれを生じにくくなる。特に、パッド電極層をワイヤボンディングの線材と同じ材料で構成すれば線材との親和性が高くなり好ましい。
【００５５】
なお、この第１実施形態の如く、ｐ型電極６のパッド電極層を、仕事関数の大きいＡｕで作製してＡｕパッド電極層６ｃとした場合には、図４に示す変形例の構造としてもよい。
【００５６】
すなわち、図４の変形例では、図１のＡｕパッド電極層６ｃに替えて、Ａｕパッド電極層１６ｃを備え、図１のＮｉ透光性電極層６ａに替えて、Ｎｉ透光性電極層１６ａを備えた。このＮｉ透光性電極層１６ａは、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の中央の領域上に形成されており、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の上面の全面に広がっていない。そして、上記Ａｕパッド電極層１６ｃは、Ａｇ中間層６ｂ上に形成された部分１６ｃ−１と、Ａｇ中間層６ｂとＮｉ透光性電極層１６ａの側面を覆うと共にｐ型ＧａＮコンタクト層５の上面に接する部分１６ｃ−２を有する。このＡｕパッド電極層１６ｃによれば、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の上面に接する部分１６ｃ−２によって、オーミック接触が得られ易いので好ましい。また、この第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面に形成されたｎ型オーミック電極７をＡｌで作製したので、パッド電極層となるオーミック電極として好ましい。
【００５７】
これに対し、ｐ型電極６，１６が有するパッド電極層をＡｌパッド電極層とした場合や、ｎ型電極を、ｎ型Ａｌ電極７に替えて、Ａｕパッド電極層とした場合は、光取り出し効率を向上させるという本発明の効果を得ることは可能なものの、電極の接触抵抗が若干増大する。
【００５８】
また、ｐ型電極６，１６が有するＡｕパッド電極層６ｃ，１６ｃおよびｎ型Ａｌ電極７に替えて、ＡｕおよびＡｌを積層あるいは合金化して作製したパッド電極を採用した場合には、接触抵抗の増大に加えて電極の機械強度が著しく低下するので好ましくない。
【００５９】
また、上記Ａｕパッド電極層６ｃの厚さは、５０ｎｍ以上であれば十分な密着性を有し、ワイヤボンディングによって剥れを生じることはない。しかし、Ａｕパッド電極層６ｃが厚すぎると高コストになるばかりでなく、パターン加工などを行う際の歩留りが低下するので、Ａｕパッド電極層６ｃの厚さは１μｍ以下であることが好ましい。
【００６０】
なお、この第１実施形態のＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０では、ＭＢＥ法によって結晶成長を行ったが、固体あるいは気体原料を用いた分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、レーザ分子線エピタキシー（レーザＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などの結晶成長手法によっても作製することができる。
【００６１】
また、この第１実施形態の電極形成は電子ビーム蒸着法によって行ったが、スパッタリング法やレーザアブーション法およびこれらの薄膜形成法を混合して用いてもよい。
【００６２】
また、この第１実施形態のＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１０では、基板としてｎ型ＧａＮ基板１を用いたが、サファイア基板や、ＺｎＯ、スピネル（尖晶石（ｓｐｉｎｅｌ））、Ｓｉなどを用いても、本発明の電極としての上記ｐ型電極６，１６は、光取り出し効率を向上できるという効果を奏する。また、研磨やエッチングなどの公知の手法でもって、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面に凹凸を形成した場合には、ｐ型電極６，１６が備える中間層６ｂで反射されて、ｎ型ＧａＮ基板１に入射した発光を乱反射させて、さらに光取り出し効率が向上するので好ましい。
【００６３】
（第２の実施形態）
次に、図５に、この発明の発光ダイオード素子の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、酸化亜鉛系半導体を備えたＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子３０であり、このＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子３０が有するｐ型電極２６が、本発明の電極の実施形態をなす。図５は、この第２実施形態のＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子３０の構造断面図である。
【００６４】
この第２実施形態のＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子３０は、Ｚｎ面（０００１）を主面とするｎ型ＺｎＯ基板２１上に、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層２２、ノンドープＣｄＺｎＯ量子井戸発光層２３、ｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層２４、ｐ型ＺｎＯコンタクト層２５およびｐ型電極２６が順に積層されている。
【００６５】
また、上記ｐ型電極２６は、ｐ型ＺｎＯコンタクト層２５上の主表面全面に形成された厚さ１５ｎｍのＮｉ透光性オーミック電極層２６ａと、このＮｉ透光性オーミック電極層２６ａ上の中央部に形成された厚さ５０ｎｍのＡｇ下中間層２６ｂ、厚さ３０ｎｍのＰｔ上中間層２６ｃおよび厚さ５００ｎｍのＡｕパッド電極層２６ｄを有している。
【００６６】
上記Ａｇ下中間層２６ｂとＰｔ上中間層２６ｃとが、中間層２６ｃｂをなす。また、上記Ａｇ下中間層２６ｂの裏面は、ｐ型ＺｎＯコンタクト層２５に密着しており、Ｐｔ上中間層２６ｃの上面は、Ａｕパッド電極層２６ｄの裏面に密着している。また、Ｎｉ透光性オーミック電極層２６ａはＮｉで作製され、Ａｇ下中間層２６ｂはＡｇで作製され、Ｐｔ上中間層２６ｃはＰｔで作製されている。また、Ａｕパッド電極層２６ｄはＡｕで作製されている。
【００６７】
また、ｎ型ＺｎＯ基板２１の裏面には、ｎ型オーミック電極２７として厚さ１００ｎｍのＴｉが積層されている。
【００６８】
この第２実施形態のＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子３０では、結晶成長をレーザＭＢＥ法で行い、ｐ型電極２６およびｎ型オーミック電極２７をスパッタリングによって形成した。
【００６９】
こうして形成した積層体をチップ状に分離して、この第２実施形態のＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子３０とした。そして、このＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子３０のｎ型オーミック電極２７をＡｇペーストでリードフレーム（図示せず）の一方の部分に取り付け、Ａｕパッド電極層２６ｄを５０μｍ径のＡｕ線で上記リードフレームの他方の部分にボンディングした後、樹脂でモールドした。
【００７０】
このＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子３０に電流を流したところ、３．１Ｖの駆動電圧で２０ｍＡの電流が流れ、発光ピーク波長４２０ｎｍの青色発光が得られた。
【００７１】
一方、この第２実施形態に対する比較例１としての発光ダイオード素子を、Ａｇ下中間層２６ｂおよびＰｔ上中間層２６ｃを形成しない他は、この第２実施形態の作製と同様にして作製した。この比較例１をリードフレームに実装して発光させたところ、２０ｍＡの動作電流における発光強度は、上記第２実施形態よりも４０％低く、ボンディング歩留まりは２０％低下した。
【００７２】
また、上記第２実施形態に対する比較例２としての発光ダイオード素子を、Ａｇ下中間層２６ｂを形成しない他は、上記第２実施形態の作製と同様にして作製した。この比較例２をリードフレームに実装して発光させたところ、２０ｍＡの動作電流における発光強度は、上記第２実施形態よりも１０％だけ低かったが、上記比較例１よりも高かった。また、この比較例２のボンディング歩留まりは、上記第２実施形態と同じであった。
【００７３】
さらに、第２実施形態に対する比較例３としての発光ダイオード素子を、Ｐｔ上中間層２６ｃを形成しない他は上記第２実施形態と同様にして作製した。この比較例３を、リードフレームに実装して発光させたところ、２０ｍＡの動作電流における発光強度は第２実施形態とほぼ同じであった。しかし、この比較例３は、第２実施形態に比べて、ボンディング歩留まりが１０％だけ低下した。
【００７４】
また、上記第２実施形態、比較例１、比較例２および比較例３の発光ダイオード素子に対して、それぞれ、５００℃で３分間のアニール処理を行ったところ、第２実施形態および比較例２の発光ダイオード素子は、２０ｍＡの動作電流における駆動電圧が０．１Ｖ低減したが、比較例１および３の発光ダイオード素子では、Ａｕパッド電極層２６ｄからＡｕがｐ型ＺｎＯコンタクト層２５内に異常拡散し、駆動電圧が０．３Ｖ上昇した。
【００７５】
以上に示したように、本発明の発光ダイオード素子の電極は、この第２実施形態のような酸化亜鉛系半導体を用いた発光ダイオード素子３０に適用しても効果を奏する。また、この第２実施形態によれば、中間層２６ｃｂをＰｔ上中間層２６ｃとＡｇ下中間層２６ｂの積層構造としたので、Ｐｔ上中間層２６ｃによって、Ａｕパッド電極層２６ｄの密着性が向上する。しかも、Ｐｔ上中間層２６ｃがＡｕの異常拡散を抑止するバリアメタルとして働いたため、高温のアニール処理を行っても電極劣化を生じなかった。
【００７６】
（第３の実施の形態）
次に、図６に、この発明の発光ダイオード素子の第３実施形態であるＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子４０を示す。図６は、このＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子４０の構造断面図である。
【００７７】
この第３実施形態は、前述の第２実施形態のｎ型オーミック電極２７に替えてｎ型電極３７を備えた点だけが前述の第２実施形態と異なる。このｎ型電極３７は、厚さ３０ｎｍのＴｉ透光性オーミック電極層３７ａと、厚さ５０ｎｍのＡｇ中間層３７ｂおよび厚さ１μｍのＡｌパッド電極層３７ｃで構成された積層構造である。この第３実施形態のＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子４０は、上記ｎ型電極３７の他は、第２実施形態の作製と同様にして作製した。なお、このＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子４０が有するｐ型電極２６，ｎ型電極３７が、それぞれ、本発明の電極の実施形態をなす。
【００７８】
上記ｎ型電極３７において、Ｔｉ透光性オーミック電極層３７ａはｎ型ＺｎＯ基板２１の裏面に密着されており、Ａｇ中間層３７ｂは、Ｔｉ透光性オーミック電極層３７ａとＡｌパッド電極層３７ｃとで挟まれている。また、Ｔｉ透光性オーミック電極層３７ａはＴｉで作製され、Ａｇ中間層３７ｂはＡｇで作製され、Ａｌパッド電極層３７ｃはＡｌで作製されている。
【００７９】
この第３実施形態の発光ダイオード素子４０はチップ状に分離され、ｎ型電極３７のＡｌパッド電極層３７ｃを、Ａｇペーストでリードフレーム（図示せず）の一方の部分に取り付け、ｐ型電極２６のＡｕパッド電極層２６ｄを５０μｍ径のＡｕ線で上記リードフレームの他方の部分にボンディングした後、樹脂でモールドした。
【００８０】
この発光ダイオード素子４０に電流を流したところ、２０ｍＡの動作電流における駆動電圧が、前述の第２実施形態に比べて、０．１Ｖ低くなり、発光強度は前述の第２実施形態に比べて、２５％高かった。
【００８１】
この第３実施形態の発光ダイオード素子４０は、ｎ型電極３７が、Ｔｉ透光性オーミック電極層３７ａおよび光反射率の高いＡｇ中間層３７ｂを備えたから、ｎ型ＺｎＯ基板２１の裏面での光吸収が低減して発光強度が増大すると共に、Ａｌパッド電極層３７ｃによって接触抵抗が低減したものと考えられる。
【００８２】
なお、この第３実施形態では、基板として、導電性のｎ型ＺｎＯ基板２１を用いたが、サファイアやＬｉＧａＯ_２などの絶縁性基板を用いた場合には、基板とｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層２２との間にｎ型コンタクト層を形成し、エピタキシャル層の一部をエッチング除去して、上記ｎ型コンタクト層を露出させ、この露出した上記ｎ型コンタクト層の部分上に、Ｔｉ透光性オーミック電極層３７ａ、Ａｇ中間層３７ｂ、Ａｌパッド電極層３７ｃを順に形成して、本発明の電極の実施形態としてのｎ型電極３７とすればよい。
【００８３】
なお、上記第３実施形態では、ｎ型電極３７をｎ型ＺｎＯ基板２１の裏面の全面に形成したが、ｎ型電極３７は、ｎ型ＺｎＯ基板２１の裏面において、任意の形状にパターニングされていてもよい。このパターニングされたｎ型電極３７でも、Ａｇペーストを用いてリードフレームにダイボンディングすれば高い光反射率を得ることができるが、電極パターニング工程の付与によってコストが増大する。また、パターニングされたｎ型電極３７では、電極面積が小さくなるので、動作電圧が増大する。これに対し、上記第３実施形態の発光ダイオード素子４０によれば、パターニングを行なわなくとも高い光反射率が得られ、また素子抵抗の上昇が生じない。
【００８４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の発光ダイオード素子の電極によれば、透光性オーミック電極層とパッド電極層の間に、入射光を反射する中間層を形成したので、この電極に入射した光を吸収することなく、発光ダイオード素子の外へ取り出すことができ、電極のオーミック特性や信頼性を損うこと無く、発光効率を飛躍的に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態のＩｎＧａＮ発光ダイオード素子の構造断面図である。
【図２】電極金属の可視光における光反射率を示した図である。
【図３】第１実施形態のＩｎＧａＮ発光ダイオード素子において、中間層の厚さと発光強度およびボンディング歩留まりの関係を示した図である。
【図４】第１実施形態のＩｎＧａＮ発光ダイオード素子について、他の電極構造を有する変形例を示す構造断面図である。
【図５】この発明の第２実施形態のＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子の構造断面図である。
【図６】この発明の第３実施形態のＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子の構造断面図である。
【符号の説明】
１ｎ型ＧａＮ基板
２ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
３ノンドープＩｎＧａＮ量子井戸発光層
４ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
５ｐ型ＧａＮコンタクト層
６，１６ｐ型電極
６ａ，１６ａＮｉ透光性オーミック電極層
６ｂＡｇ中間層
６ｃ，１６ｃＡｕパッド電極層
７ｎ型オーミック電極
１０，１１ＩｎＧａＮ発光ダイオード素子
２１ｎ型ＺｎＯ基板
２２ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層
２３ノンドープＣｄＺｎＯ量子井戸発光層
２４ｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層
２５ｐ型ＺｎＯコンタクト層
２６ｐ型電極
２６ａＮｉ透光性オーミック電極層
２６ｂＡｇ下中間層
２６ｃＰｔ上中間層
２６ｄＡｕパッド電極層
２６ｃｂ中間層
２７ｎ型オーミック電極
３７ｎ型電極
３７ａＴｉ透光性オーミック電極層
３７ｂＡｇ中間層
３７ｃＡｌパッド電極層
３０，４０ＣｄＺｎＯ発光ダイオード素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting diode element electrode and a light emitting diode element that can improve light emitting characteristics.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art High-brightness light-emitting diode elements widely used as display elements such as full-color displays and various light sources have been increasingly used in industrial applications every year. Among them, as a luminescent material that can cover not only the blue to ultraviolet region but also the entire visible light region including red, crystal growth and device technology of group III nitrides and zinc oxide based semiconductors as wide gap semiconductors have been rapidly developed. I have.
[0003]
In particular, zinc oxide (ZnO) is a direct transition semiconductor having a band gap energy of about 3.4 eV, has an extremely high exciton binding energy of 60 meV, is inexpensive in raw materials, harmless to the environment and the human body, and has a film forming method. There is a possibility that a light-emitting device having features such as simplicity, high efficiency, low power consumption, and excellent environmental performance can be realized.
[0004]
In the following, a group III nitride semiconductor includes GaN, AlN, InN and a mixed crystal thereof, and a zinc oxide-based semiconductor is represented by ZnO and MgZnO or CdZnO using the same as a host. Mixed crystals shall be included.
[0005]
The light-emitting diode element is usually used by attaching a diode chip to a lead frame or the like and providing wiring between the electrode and the lead frame by wire bonding or the like. At this time, a pad electrode (also referred to as a pedestal electrode) is generally formed on the ohmic electrode.
[0006]
For example, Japanese Patent No. 3060931 discloses an example in which Au, Pt, Al, or the like is used as a pedestal electrode for bonding in a nitride semiconductor device.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3060931
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2958209
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the electrode of the light emitting diode element, the formation of the pad electrode is intended to improve the simplicity and the adhesion of the wire bonding, and does not consider the transmittance and the reflectivity with respect to the light emission.
[0009]
That is, when light emitted immediately below the pad electrode is absorbed by the pad electrode, the external quantum efficiency is greatly reduced. Immediately below the pad electrode is a region where the carrier injection efficiency is highest and light is emitted intensely. Considering the simplicity of bonding, the size of the pad electrode is about 100 μm in diameter, which occupies a larger area than the size of the light emitting diode chip (200 μm to 300 μm square). Therefore, the decrease in the external quantum efficiency due to the pad electrode is relatively large.
[0010]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a light emitting diode element electrode and a light emitting diode element having excellent light extraction efficiency without impairing the simplicity and adhesion of bonding. Aim.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies on an electrode structure capable of improving external quantum efficiency without impairing the simplicity and adhesion of bonding, and as a result, the electrode structure was sandwiched between an ohmic electrode layer and a pad electrode layer and between them. It has been found that the object can be achieved by adopting the multi-layered structure of the intermediate layer described above, and the present invention has been achieved.
[0012]
That is, the electrode of the light-emitting diode element of the present invention includes at least a light-transmitting ohmic electrode layer and a pad electrode layer,
An intermediate layer that reflects incident light is provided between the translucent ohmic electrode layer and the pad electrode layer.
[0013]
According to the electrode of the light-emitting diode element of the present invention, the light-emitting diode element has a laminated structure having an intermediate layer that reflects incident light between the light-transmitting ohmic electrode layer and the pad electrode layer, so that the light is incident on the electrode of this invention. The reflected light can be reflected by the intermediate layer without being absorbed, and can be extracted out of the light emitting diode element. This improves light extraction efficiency.
[0014]
The pad electrode layer is bonded. Here, "bonding" means "die bonding" in which a diode chip is fixed to a lead frame using a conductive agent in addition to "wire bonding" described above. "including. The light-transmitting ohmic electrode layer has a light-transmitting property with respect to light having a light emission wavelength of the light-emitting diode element. Therefore, the light emitted from the light emitting diode element passes through the light-transmitting ohmic electrode layer and is reflected by the intermediate layer.
[0015]
In one embodiment, in the electrode of the light emitting diode element, the intermediate layer that reflects the incident light includes at least one selected from Pt, Ag, and Al.
[0016]
According to this embodiment, the intermediate layer includes at least one selected from Pt, Ag, and Al, and the Pt, Ag, and Al have high light reflectance for visible light, and particularly have a high reflectance in the blue to ultraviolet region. It has high light reflectivity up to the emission wavelength. Therefore, by using a film containing at least one of Pt, Ag, and Al as the intermediate layer, light extraction efficiency is improved.
[0017]
In one embodiment, the electrode of the light-emitting diode element has a laminated structure in which the intermediate layer includes two or more layers.
[0018]
In this embodiment, a function other than light reflection can be added to the intermediate layer by forming the intermediate layer into a laminated structure. For example, if the intermediate layer is composed of a lower layer having a high light reflectance and disposed on the light-transmitting ohmic electrode side and an upper layer disposed on the pad electrode side and improving adhesion, light extraction efficiency and The reliability of bonding can be improved at the same time. Such a function cannot be sufficiently obtained only by the ohmic electrode layer or the pad electrode layer. However, the provision of the intermediate layer makes it possible to provide the electrode with the above function, thereby reducing power consumption and reliability. Can be improved.
[0019]
Further, in the electrode of the light emitting diode element according to one embodiment, at least one of the layers having the above-mentioned laminated structure is formed of a layer containing Pt.
[0020]
According to this embodiment, since at least one of the layers constituting the laminated structure is made of a layer containing Pt, the reflectance for light emission in the blue to ultraviolet region is particularly high, and the adhesion and environmental resistance are improved. It becomes an excellent electrode.
[0021]
Further, Pt functions as a barrier metal for preventing the low-melting electrode material from abnormally diffusing into the semiconductor, so that the light emission characteristics and reliability are dramatically improved.
[0022]
In one embodiment, in the electrode of the light emitting diode element, the pad electrode layer contains either Au or Al.
[0023]
In this embodiment, since the pad electrode layer contains either Au or Al, peeling does not easily occur during bonding, and sufficient adhesion can be obtained.
[0024]
In one embodiment, the electrode of the light emitting diode element has a thickness of the light-transmitting ohmic electrode layer in a range of 5 nm to 100 nm.
[0025]
In this embodiment, when the thickness of the light-transmitting ohmic electrode layer is in the range of 5 nm to 100 nm, ohmic contact with excellent light-transmitting properties and sufficiently low resistance can be obtained. That is, if the thickness of the light-transmitting ohmic electrode layer is less than 5 nm, a sufficiently low ohmic contact cannot be obtained, and if the thickness is more than 100 nm, the characteristic of excellent light-transmitting properties is impaired. It is.
[0026]
In one embodiment, the electrode of the light emitting diode element has a thickness of the pad electrode layer in a range of 50 nm to 1 μm.
[0027]
In this embodiment, since the thickness of the pad electrode layer is in the range of 50 nm to 1 μm, the durability at the time of bonding is excellent, and the cost and yield can be improved. That is, if the thickness of the pad electrode layer is less than 50 nm, the durability at the time of bonding becomes insufficient, and if the layer thickness exceeds 1 μm, the cost becomes high and the yield in performing pattern processing or the like decreases. I do.
[0028]
In one embodiment, in the electrode of the light emitting diode element, the thickness of the intermediate layer is in a range of 30 nm to 100 nm.
[0029]
In this embodiment, since the thickness of the intermediate layer is in the range of 30 nm to 100 nm, sufficient light reflectance is obtained and the adhesion to the pad electrode layer is not impaired. That is, if the thickness of the intermediate layer is less than 30 nm, the thickness is not sufficient to reflect light emission. If the thickness exceeds 100 nm, adhesion to the pad electrode layer is poor, and the bonding yield is reduced. .
[0030]
In one embodiment, the light-emitting diode element includes an electrode of the light-emitting diode element and a p-type layer made of a group III nitride semiconductor or a zinc oxide-based semiconductor, and the light-transmitting ohmic electrode layer of the electrode. Contains Ni, the pad electrode layer of the electrode contains Au, and at least the translucent ohmic electrode layer, the intermediate layer, and the pad electrode layer are sequentially formed on the p-type layer.
[0031]
The light-emitting diode device of this embodiment includes a p-type layer made of a group III nitride semiconductor or a zinc oxide-based semiconductor, so that it is not only a blue-ultraviolet light-emitting device but also longer than blue-ultraviolet light. Wavelength light emission can be compensated. Therefore, it is required to have extremely high utility value in industrial use and to have sufficiently excellent characteristics and reliability. In the light-emitting diode element of this embodiment, since the light-transmitting ohmic electrode layer contains Ni and the pad electrode layer contains Au, the light-emitting diode element has electrodes that are particularly excellent in light extraction efficiency, adhesion, and power saving. Further, a light emitting diode element having extremely high industrial utility value can be realized.
[0032]
In one embodiment, the light-emitting diode element includes an n-type layer formed of a group III nitride semiconductor or a zinc oxide-based semiconductor, wherein the light-transmitting ohmic electrode layer of the electrode includes Al or Ti; The pad electrode layer contains Au or Al, and at least the light-transmitting ohmic electrode layer, the intermediate layer, and the pad electrode layer are sequentially formed on the n-type layer.
[0033]
The light-emitting diode device of this embodiment includes an n-type layer made of a group III nitride semiconductor or a zinc oxide-based semiconductor, so that it is not only a blue-ultraviolet light-emitting device but also longer than blue-ultraviolet light. Wavelength light emission can be compensated. Therefore, it is required to have extremely high utility value in industrial use and to have sufficiently excellent characteristics and reliability. In the light-emitting diode element of this embodiment, the light-transmitting ohmic electrode layer contains Al or Ti, and the pad electrode layer contains Au or Al, so that light extraction efficiency, adhesion, and power saving are particularly high. It is possible to realize a light-emitting diode element having excellent electrodes and having extremely high industrial utility value.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0035]
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of a light-emitting diode device according to the present invention. The first embodiment is an InGaN light emitting diode element 10 including a group III nitride semiconductor. The p-type electrode 6 of the InGaN light emitting diode element 10 forms an embodiment of the electrode of the present invention. FIG. 1 is a structural sectional view of the InGaN light emitting diode element 10 of the first embodiment.
[0036]
The InGaN light-emitting diode element 10 of the first embodiment has an n-type AlGaN cladding layer 2, a non-doped InGaN quantum well light-emitting layer 3, and a p-type AlGaN cladding layer on an n-type GaN substrate 1 having a Ga surface (0001) as a main surface. The layer 4, the p-type GaN contact layer 5, and the p-type electrode 6 are sequentially stacked.
[0037]
The p-type electrode 6 is formed on a 15 nm-thick Ni transmissive ohmic electrode layer 6 a formed on the entire main surface of the p-type GaN contact layer 5, and formed on a central portion of the Ni transmissive ohmic electrode layer 6 a. A 50 nm thick Ag intermediate layer 6b and a 500 nm thick Au pad electrode layer 6c formed on the Ag intermediate layer 6b are provided. The Ni translucent ohmic electrode layer 6a is made of Ni, the Ag intermediate layer 6b is made of Ag, and the Au pad electrode layer 6c is made of Au.
[0038]
On the back surface of the n-type GaN substrate 1, Al having a thickness of 100 nm is laminated as an n-type ohmic electrode 7.
[0039]
As described above, in the first embodiment, the Ag intermediate layer 6b that reflects incident light is formed between the Ni transmissive ohmic electrode layer 6a and the Au pad electrode layer 6c.
[0040]
In the InGaN light-emitting diode element 10 of the first embodiment, the crystal was grown by molecular beam epitaxy (MBE), and the p-type electrode 6 and the n-type ohmic electrode 7 were formed by electron beam evaporation.
[0041]
The laminate thus formed was separated into chips to obtain an InGaN light-emitting diode device 10 according to the first embodiment. Then, the n-type ohmic electrode 7 of the InGaN light-emitting diode element 10 is attached to one part of a lead frame (not shown) with an Ag paste, and the Au pad electrode layer 6c is connected to the other side of the lead frame with a 50 μm diameter Au wire. And then molded with resin.
[0042]
When a current was passed through the InGaN light-emitting diode element 10, a current of 20 mA flowed at a drive voltage of 3.1 V, and blue light emission having a light emission peak wavelength of 410 nm was obtained.
[0043]
On the other hand, a light-emitting diode element as a comparative example to the first embodiment was manufactured in the same manner as the first embodiment except that the Ag intermediate layer 6b was not formed. When this comparative example was mounted on a lead frame and emitted light, the emission intensity at an operating current of 20 mA was 40% lower than that of the first embodiment.
[0044]
The reason why the light emitting diode element 10 of the first embodiment including the Ag intermediate layer 6b has higher light emission intensity than the light emitting diode element of the comparative example will be considered below.
[0045]
FIG. 2 shows the light reflectance of various metals (Ag, Al, Au, Pt, Ni, Ti, Cu) used for the electrodes in visible light having a wavelength of 440 to 600 nm. FIG. 2 shows that Ag has the highest reflectance at 410 nm, which is the emission wavelength of the light-emitting diode element 10 of the first embodiment. On the other hand, it can be seen that Au constituting the pad electrode layer 6c has a low reflectance in a short wavelength region of 600 nm or less, and has a reflectance of less than half of that of Ag at a wavelength of 410 nm.
[0046]
That is, in the first embodiment, most of the light emitted through the Ni translucent ohmic electrode layer 6a and incident directly below the pad electrode layer 6c is reflected by the Ag intermediate layer 6b. It was taken out from outside. On the other hand, in the comparative example, it is considered that the Au pad electrode layer 6c absorbed the light emission, and the external quantum efficiency was greatly reduced.
[0047]
As described above, in the first embodiment, the InGaN light emitting diode is formed by forming the Ag intermediate layer 6b that reflects incident light between the Ni translucent ohmic electrode layer 6a and the Au pad electrode layer 6c. The external quantum efficiency of the device 10 has been dramatically improved.
[0048]
In particular, as in the first embodiment, it is preferable that the Ag intermediate layer 6b containing Ag is used for the blue to ultraviolet light emitting diode element 10 made of a group III nitride semiconductor. It may be a Pt intermediate layer 6b containing Pt or an Al intermediate layer 6b containing Al.
[0049]
Pt has a particularly high reflectance for light emission in the blue to ultraviolet range, and is excellent in adhesion to the semiconductor layer and resistance to an oxidation-reduction atmosphere. Pt also functions as a barrier metal for preventing the low melting point electrode material from abnormally diffusing into the semiconductor. Therefore, the use of the Pt intermediate layer 6b containing Pt is particularly preferable because the ohmic resistance does not increase even if heat treatment is performed, and the light emission characteristics and reliability are remarkably improved.
[0050]
Next, FIG. 3 shows a result of examining the relationship between the light emission intensity and the bonding yield by manufacturing the InGaN light emitting diode element 10 in the first embodiment while changing the thickness of the Ag intermediate layer 6b. In FIG. 3, a curve A drawn by a solid line indicates light emission intensity, and a curve B drawn by a broken line indicates bonding yield.
[0051]
Here, the bonding yield is defined by the number of chips in which the Au pad electrode layer 6c is wire-bonded to the lead frame for 100 light emitting diode elements and the electrode has not peeled off.
[0052]
Referring to FIG. 3, while the thickness of the Ag intermediate layer 6b sufficient to reflect light emission is 30 nm or more, if the thickness of the Ag intermediate layer 6b exceeds 100 nm, the adhesion is poor and the bonding yield is low. It can be seen that is decreased. From this result, the thickness of the Ag intermediate layer 6b is preferably in the range of 30 nm to 100 nm.
[0053]
Further, in the first embodiment, the thickness of the Ni transmissive ohmic electrode layer 6a is set to 15 nm. Ohmic contact is obtained. As shown in the first embodiment, when it is difficult to reduce the resistance of the p-type layer (p-type GaN contact layer 5) and a sufficient current spread cannot be obtained, the Ni transmissive ohmic electrode layer 6a is used. It is preferable to form the Ni transmissive ohmic electrode layer 6a to a thickness of 100 nm or less so as to have translucency.
[0054]
In the first embodiment, the pad electrode layer is made of the Au pad electrode layer 6c. However, if the pad electrode layer is made of Au or Al which has high adhesiveness for wire bonding, peeling is less likely to occur during bonding. Become. In particular, it is preferable that the pad electrode layer be made of the same material as the wire for wire bonding because the affinity for the wire is increased.
[0055]
When the pad electrode layer of the p-type electrode 6 is made of Au having a large work function to form the Au pad electrode layer 6c as in the first embodiment, the structure of the modification shown in FIG. Good.
[0056]
That is, in the modification of FIG. 4, an Au pad electrode layer 16c is provided in place of the Au pad electrode layer 6c of FIG. 1, and the Ni translucent electrode layer 16a is replaced with the Ni translucent electrode layer 6a of FIG. With. The Ni translucent electrode layer 16a is formed on the central region of the p-type GaN contact layer 5, and does not spread over the entire upper surface of the p-type GaN contact layer 5. The Au pad electrode layer 16c covers the portion 16c-1 formed on the Ag intermediate layer 6b, the side surfaces of the Ag intermediate layer 6b and the Ni translucent electrode layer 16a, and the upper surface of the p-type GaN contact layer 5. Has a portion 16c-2 in contact with. According to the Au pad electrode layer 16c, an ohmic contact is easily obtained by the portion 16c-2 in contact with the upper surface of the p-type GaN contact layer 5, which is preferable. In the first embodiment, since the n-type ohmic electrode 7 formed on the back surface of the n-type GaN substrate 1 is made of Al, it is preferable as an ohmic electrode serving as a pad electrode layer.
[0057]
On the other hand, when the pad electrode layer of the p-type electrodes 6 and 16 is an Al pad electrode layer, or when the n-type electrode is an Au pad electrode layer instead of the n-type Al electrode 7, light extraction Although the effect of the present invention of improving the efficiency can be obtained, the contact resistance of the electrode slightly increases.
[0058]
When a pad electrode formed by laminating or alloying Au and Al is used instead of the Au pad electrode layers 6c and 16c and the n-type Al electrode 7 included in the p-type electrodes 6 and 16, the contact resistance is reduced. In addition to the increase, the mechanical strength of the electrode is significantly reduced, which is not preferable.
[0059]
Further, if the thickness of the Au pad electrode layer 6c is 50 nm or more, the Au pad electrode layer 6c has sufficient adhesion and does not peel off by wire bonding. However, if the thickness of the Au pad electrode layer 6c is too large, not only the cost becomes high, but also the yield in performing pattern processing or the like decreases, so the thickness of the Au pad electrode layer 6c is preferably 1 μm or less.
[0060]
In the InGaN light-emitting diode element 10 of the first embodiment, crystal growth was performed by the MBE method. However, a molecular beam epitaxy (MBE) method using a solid or gaseous raw material, a laser molecular beam epitaxy (laser MBE) method, It can also be manufactured by a crystal growth technique such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
[0061]
Although the electrodes are formed by the electron beam evaporation method in the first embodiment, a sputtering method, a laser ablation method, and a combination of these thin film forming methods may be used.
[0062]
In the InGaN light-emitting diode element 10 of the first embodiment, the n-type GaN substrate 1 is used as a substrate. However, a sapphire substrate, ZnO, spinel (spinel), Si, or the like may be used. The p-type electrodes 6 and 16 as the electrodes of the present invention have an effect that the light extraction efficiency can be improved. When irregularities are formed on the back surface of the n-type GaN substrate 1 by a known method such as polishing or etching, the light is reflected by the intermediate layer 6b provided on the p-type electrodes 6 and 16, and the n-type GaN substrate 1 This is preferable because the light emitted incident on the surface is irregularly reflected, and the light extraction efficiency is further improved.
[0063]
(Second embodiment)
Next, FIG. 5 shows a second embodiment of the light emitting diode device of the present invention. The second embodiment is a CdZnO light emitting diode element 30 including a zinc oxide based semiconductor, and the p-type electrode 26 of the CdZnO light emitting diode element 30 forms an embodiment of the electrode of the present invention. FIG. 5 is a structural sectional view of the CdZnO light emitting diode element 30 according to the second embodiment.
[0064]
The CdZnO light emitting diode element 30 according to the second embodiment includes an n-type MgZnO cladding layer 22, a non-doped CdZnO quantum well light-emitting layer 23, and a p-type MgZnO cladding on an n-type ZnO substrate 21 having a Zn plane (0001) as a main surface. The layer 24, the p-type ZnO contact layer 25, and the p-type electrode 26 are sequentially stacked.
[0065]
The p-type electrode 26 has a 15 nm-thick Ni transmissive ohmic electrode layer 26 a formed on the entire main surface on the p-type ZnO contact layer 25, and a center on the Ni transmissive ohmic electrode layer 26 a. It has an Ag lower intermediate layer 26b with a thickness of 50 nm, a Pt upper intermediate layer 26c with a thickness of 30 nm, and an Au pad electrode layer 26d with a thickness of 500 nm.
[0066]
The Ag lower intermediate layer 26b and the Pt upper intermediate layer 26c form an intermediate layer 26cb. The rear surface of the Ag lower intermediate layer 26b is in close contact with the p-type ZnO contact layer 25, and the upper surface of the Pt upper intermediate layer 26c is in close contact with the rear surface of the Au pad electrode layer 26d. The Ni translucent ohmic electrode layer 26a is made of Ni, the Ag lower intermediate layer 26b is made of Ag, and the Pt upper intermediate layer 26c is made of Pt. The Au pad electrode layer 26d is made of Au.
[0067]
On the back surface of the n-type ZnO substrate 21, a 100-nm-thick Ti is laminated as an n-type ohmic electrode 27.
[0068]
In the CdZnO light emitting diode element 30 of the second embodiment, the crystal was grown by the laser MBE method, and the p-type electrode 26 and the n-type ohmic electrode 27 were formed by sputtering.
[0069]
The laminate thus formed was separated into chips to obtain a CdZnO light emitting diode element 30 according to the second embodiment. Then, the n-type ohmic electrode 27 of the CdZnO light emitting diode element 30 is attached to one part of a lead frame (not shown) with an Ag paste, and the Au pad electrode layer 26d is connected to the other side of the lead frame with a 50 μm diameter Au wire. After bonding to the portion, it was molded with resin.
[0070]
When a current was passed through the CdZnO light emitting diode element 30, a current of 20 mA flowed at a driving voltage of 3.1 V, and blue light emission with a light emission peak wavelength of 420 nm was obtained.
[0071]
On the other hand, a light emitting diode element as Comparative Example 1 with respect to the second embodiment was manufactured in the same manner as the second embodiment except that the Ag lower intermediate layer 26b and the Pt upper intermediate layer 26c were not formed. When this comparative example 1 was mounted on a lead frame and emitted light, the emission intensity at an operating current of 20 mA was 40% lower than that of the second embodiment, and the bonding yield was reduced by 20%.
[0072]
Further, a light-emitting diode element as Comparative Example 2 with respect to the second embodiment was manufactured in the same manner as the second embodiment except that the Ag lower intermediate layer 26b was not formed. When the comparative example 2 was mounted on a lead frame and emitted light, the emission intensity at an operating current of 20 mA was lower by 10% than that of the second embodiment, but higher than that of the comparative example 1. The bonding yield of Comparative Example 2 was the same as that of the second embodiment.
[0073]
Further, a light-emitting diode element as Comparative Example 3 with respect to the second embodiment was manufactured in the same manner as the above-described second embodiment except that the Pt upper intermediate layer 26c was not formed. When this comparative example 3 was mounted on a lead frame and emitted light, the emission intensity at an operating current of 20 mA was almost the same as that of the second embodiment. However, in Comparative Example 3, the bonding yield was reduced by 10% compared to the second embodiment.
[0074]
When the light-emitting diode elements of the second embodiment, comparative example 1, comparative example 2 and comparative example 3 were subjected to annealing at 500 ° C. for 3 minutes, respectively, the second embodiment and comparative example 2 In the light emitting diode element of No. 1, the driving voltage at an operating current of 20 mA was reduced by 0.1 V. In the light emitting diode elements of Comparative Examples 1 and 3, Au diffused abnormally from the Au pad electrode layer 26d into the p-type ZnO contact layer 25. As a result, the driving voltage increased by 0.3 V.
[0075]
As described above, the effect of the electrode of the light emitting diode element of the present invention is also obtained when applied to the light emitting diode element 30 using the zinc oxide based semiconductor as in the second embodiment. Further, according to the second embodiment, the intermediate layer 26cb has a laminated structure of the Pt upper intermediate layer 26c and the Ag lower intermediate layer 26b, so that the adhesion of the Au pad electrode layer 26d is improved by the Pt upper intermediate layer 26c. I do. In addition, since the Pt upper intermediate layer 26c worked as a barrier metal for suppressing the abnormal diffusion of Au, the electrode did not deteriorate even when the high-temperature annealing was performed.
[0076]
(Third embodiment)
Next, FIG. 6 shows a CdZnO light emitting diode element 40 which is a third embodiment of the light emitting diode element of the present invention. FIG. 6 is a structural sectional view of the CdZnO light emitting diode element 40.
[0077]
The third embodiment differs from the above-described second embodiment only in that an n-type electrode 37 is provided instead of the n-type ohmic electrode 27 of the above-described second embodiment. The n-type electrode 37 has a laminated structure including a 30-nm-thick Ti transmissive ohmic electrode layer 37a, a 50-nm-thick Ag intermediate layer 37b, and a 1-μm-thick Al pad electrode layer 37c. The CdZnO light emitting diode element 40 of the third embodiment was manufactured in the same manner as that of the second embodiment except for the n-type electrode 37. The p-type electrode 26 and the n-type electrode 37 of the CdZnO light-emitting diode element 40 each constitute an embodiment of the electrode of the present invention.
[0078]
In the n-type electrode 37, the Ti translucent ohmic electrode layer 37a is in close contact with the back surface of the n-type ZnO substrate 21, and the Ag intermediate layer 37b is formed of a Ti translucent ohmic electrode layer 37a and an Al pad electrode layer 37c. It is sandwiched between. The Ti translucent ohmic electrode layer 37a is made of Ti, the Ag intermediate layer 37b is made of Ag, and the Al pad electrode layer 37c is made of Al.
[0079]
The light emitting diode element 40 according to the third embodiment is separated into chips, and the Al pad electrode layer 37c of the n-type electrode 37 is attached to one part of a lead frame (not shown) with an Ag paste, and the p-type electrode 26 is formed. The Au pad electrode layer 26d was bonded to the other part of the lead frame with an Au wire having a diameter of 50 μm, and then molded with resin.
[0080]
When a current is applied to the light emitting diode element 40, the driving voltage at an operating current of 20 mA becomes lower than that of the second embodiment by 0.1 V, and the light emission intensity is lower than that of the second embodiment. It was 25% higher.
[0081]
In the light emitting diode element 40 according to the third embodiment, since the n-type electrode 37 includes the Ti translucent ohmic electrode layer 37a and the Ag intermediate layer 37b having a high light reflectance, the light on the back surface of the n-type ZnO substrate 21 is reduced. It is considered that the absorption decreased and the emission intensity increased, and the contact resistance was reduced by the Al pad electrode layer 37c.
[0082]
In the third embodiment, the conductive n-type ZnO substrate 21 is used as the substrate, but sapphire or LiGaO ₂ When an insulating substrate such as the above is used, an n-type contact layer is formed between the substrate and the n-type MgZnO cladding layer 22, a part of the epitaxial layer is removed by etching, and the n-type contact layer is exposed. Then, on the exposed portion of the n-type contact layer, a Ti transmissive ohmic electrode layer 37a, an Ag intermediate layer 37b, and an Al pad electrode layer 37c are formed in this order, and n as an embodiment of the electrode of the present invention. The shape electrode 37 may be used.
[0083]
In the third embodiment, the n-type electrode 37 is formed on the entire back surface of the n-type ZnO substrate 21. However, the n-type electrode 37 is patterned into an arbitrary shape on the back surface of the n-type ZnO substrate 21. You may. Even if the patterned n-type electrode 37 is die-bonded to a lead frame using an Ag paste, a high light reflectance can be obtained, but the cost increases due to the provision of the electrode patterning step. In the patterned n-type electrode 37, since the electrode area is reduced, the operating voltage is increased. On the other hand, according to the light emitting diode element 40 of the third embodiment, a high light reflectance can be obtained without performing patterning, and an increase in element resistance does not occur.
[0084]
【The invention's effect】
As is clear from the above, according to the electrode of the light emitting diode element of the present invention, since the intermediate layer that reflects the incident light was formed between the translucent ohmic electrode layer and the pad electrode layer, the light was incident on this electrode. Light can be extracted out of the light emitting diode element without absorbing light, and the luminous efficiency can be dramatically improved without impairing the ohmic characteristics and reliability of the electrode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural sectional view of an InGaN light emitting diode device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a light reflectance of an electrode metal in visible light.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a thickness of an intermediate layer, a light emission intensity, and a bonding yield in the InGaN light emitting diode device of the first embodiment.
FIG. 4 is a structural cross-sectional view showing a modification of the InGaN light-emitting diode device of the first embodiment having another electrode structure.
FIG. 5 is a structural sectional view of a CdZnO light emitting diode device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a structural sectional view of a CdZnO light emitting diode device according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 n-type GaN substrate
2 n-type AlGaN cladding layer
3 Non-doped InGaN quantum well light emitting layer
4 p-type AlGaN cladding layer
5 p-type GaN contact layer
6,16 p-type electrode
6a, 16a Ni translucent ohmic electrode layer
6b Ag intermediate layer
6c, 16c Au pad electrode layer
7 n-type ohmic electrode
10,11 InGaN light emitting diode device
21 n-type ZnO substrate
22 n-type MgZnO cladding layer
23 Non-doped CdZnO quantum well light emitting layer
24 p-type MgZnO cladding layer
25 p-type ZnO contact layer
26 p-type electrode
26a Ni translucent ohmic electrode layer
26b Ag lower middle layer
26c Pt upper middle layer
26d Au pad electrode layer
26cb middle layer
27 n-type ohmic electrode
37 n-type electrode
37a Ti translucent ohmic electrode layer
37b Ag middle layer
37c Al pad electrode layer
30,40 CdZnO light emitting diode device

Claims

透光性オーミック電極層と、パッド電極層とを少なくとも備え、
上記透光性オーミック電極層と上記パッド電極層の間に、入射光を反射する中間層を有することを特徴とする発光ダイオード素子の電極。At least a translucent ohmic electrode layer and a pad electrode layer,
An electrode for a light-emitting diode element, comprising an intermediate layer for reflecting incident light between the translucent ohmic electrode layer and the pad electrode layer.

請求項１に記載の発光ダイオード素子の電極において、
上記入射光を反射する中間層が、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌのうちから選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする発光ダイオード素子の電極。The electrode of the light emitting diode element according to claim 1,
The electrode of the light emitting diode element, wherein the intermediate layer that reflects the incident light includes at least one selected from Pt, Ag, and Al.

請求項１に記載の発光ダイオード素子の電極において、
上記中間層が、２層以上から成る積層構造であることを特徴とする発光ダイオード素子の電極。The electrode of the light emitting diode element according to claim 1,
The electrode of a light-emitting diode element, wherein the intermediate layer has a laminated structure including two or more layers.

請求項３に記載の発光ダイオード素子の電極において、
上記積層構造を成す層のうちの少なくとも１層が、Ｐｔを含む層より成ることを特徴とする発光ダイオード素子の電極。The electrode of the light emitting diode element according to claim 3,
An electrode of a light-emitting diode element, wherein at least one of the layers constituting the laminated structure comprises a layer containing Pt.

請求項１に記載の発光ダイオード素子の電極において、
上記パッド電極層がＡｕまたはＡｌのいずれか一方を含むことを特徴とする発光ダイオード素子の電極。The electrode of the light emitting diode element according to claim 1,
The electrode of the light emitting diode element, wherein the pad electrode layer contains one of Au and Al.

請求項１に記載の発光ダイオード素子の電極において、
上記透光性オーミック電極層の厚さが、５ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲にあることを特徴とする発光ダイオード素子の電極。The electrode of the light emitting diode element according to claim 1,
An electrode of a light-emitting diode element, wherein the thickness of the light-transmitting ohmic electrode layer is in the range of 5 nm to 100 nm.

請求項１に記載の発光ダイオード素子の電極において、
上記パッド電極層の厚さが、５０ｎｍ乃至１μｍの範囲にあることを特徴とする発光ダイオード素子の電極。The electrode of the light emitting diode element according to claim 1,
The electrode of the light emitting diode element, wherein the thickness of the pad electrode layer is in the range of 50 nm to 1 μm.

請求項１に記載の発光ダイオード素子の電極において、
上記中間層の厚さが、３０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲にあることを特徴とする発光ダイオード素子の電極。The electrode of the light emitting diode element according to claim 1,
The electrode of the light emitting diode element, wherein the thickness of the intermediate layer is in the range of 30 nm to 100 nm.

請求項１に記載の発光ダイオード素子の電極と、
ＩＩＩ族窒化物半導体あるいは酸化亜鉛系半導体で構成されたｐ型層とを備え、
上記電極の上記透光性オーミック電極層はＮｉを含み、上記電極の上記パッド電極層はＡｕを含み、
上記ｐ型層上に、少なくとも、上記透光性オーミック電極層、上記中間層、上記パッド電極層が順に形成されたことを特徴とする発光ダイオード素子。An electrode of the light-emitting diode element according to claim 1,
A p-type layer composed of a group III nitride semiconductor or a zinc oxide-based semiconductor,
The light-transmitting ohmic electrode layer of the electrode includes Ni, the pad electrode layer of the electrode includes Au,
A light-emitting diode element comprising at least the translucent ohmic electrode layer, the intermediate layer, and the pad electrode layer formed in this order on the p-type layer.

請求項１に記載の発光ダイオード素子の電極と、
ＩＩＩ族窒化物半導体あるいは酸化亜鉛系半導体で構成されたｎ型層を備え、
上記電極の上記透光性オーミック電極層はＡｌまたはＴｉを含み、上記電極の上記パッド電極層はＡｕまたはＡｌを含み、
上記ｎ型層上に、少なくとも、上記透光性オーミック電極層、上記中間層、上記パッド電極層が順に形成されたことを特徴とする発光ダイオード素子。An electrode of the light-emitting diode element according to claim 1,
An n-type layer composed of a group III nitride semiconductor or a zinc oxide semiconductor;
The translucent ohmic electrode layer of the electrode includes Al or Ti, the pad electrode layer of the electrode includes Au or Al,
A light-emitting diode element comprising at least the translucent ohmic electrode layer, the intermediate layer, and the pad electrode layer formed in this order on the n-type layer.