JP2009534830A - オーミック電極の形成方法及び半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
前記接合層は、Ni、Pt、Pd、Ir、Ru、Mo、Rh、Os、Re、W、Ta、Tl、Hf、Cr、Co、Nb、Pb及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることが好ましい。あるいは、前記接合層は、Cu、In、Mg、Zn、Sb、Sn、Li、Be、B、Al、Ca、Sr、Ba及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることが好ましい。
前記保護層は、Mg、またはMgとAl、Ag、Zr、Zn、Y、U、Tl、Ti、Sn、Si、Sc、Sb、Pu、Pb、Pr、Ni、Na、Mnのうち少なくとも1種以上の物質から形成された合金を用いることが好ましい。
前記熱処理工程は、酸素を含む雰囲気下で行うことが好ましい。
前記酸素を含む雰囲気は、酸素雰囲気、酸素と窒素との混合雰囲気及び酸素とアルゴンとの混合雰囲気のうち一つの雰囲気であることが好ましい。
上記の目的を達成するために、本発明による半導体発光素子は、発光構造を有する半導体層と、前記半導体層の上に順次に積層された接合層、反射層及び保護層を含むオーミック電極と、を含み、前記接合層と前記半導体層との間にオーミック接合が形成され、前記保護層は少なくとも一部に形成された酸化膜を含む。
前記接合層は、Ni、Pt、Pd、Ir、Ru、Mo、Rh、Os、Re、W、Ta、Tl、Hf、Cr、Co、Nb、Pb及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることが好ましい。あるいは、前記接合層は、Cu、In、Mg、Zn、Sb、Sn、Li、Be、B、Al、Ca、Sr、Ba及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることが好ましい。
前記保護層は、Mg、またはMgとAl、Ag、Zr、Zn、Y、U、Tl、Ti、Sn、Si、Sc、Sb、Pu、Pb、Pr、Ni、Na、Mnのうち少なくとも1種以上の物質から形成された合金を用いることが好ましい。
図1を参照すると、基板10が用意されると、その上に所定の半導体層100を形成する。
前記接合層140は、Ni、Pt、Pd、Ir、Ru、Mo、Rh、Os、Re、W、Ta、Tl、Hf、Cr、Co、Nb、Pb及びこれらの合金のうちから選ばれる少なくともいずれか1種を用いるか、あるいは、Cu、In、Mg、Zn、Sb、Sn、Li、Be、B、Al、Ca、Sr、Ba及びこれらの合金のうちから選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。また、前記反射層150は、Ag、Al及びこれらの合金を用いることが好ましい。このとき、Al合金はAg、Zn、Si、Mgを含んでいてもよく、Ag合金はAl、Zn、Si、Mgを含んでいてもよい。そして、前記保護層160は、MgまたはMgとAl、Ag、Zr、Zn、Y、U、Tl、Ti、Sn、Si、Sc、Sb、Pu、Pb、Pr、Ni、Na、Mnのうちから選ばれるいずれか1種の物質から形成された合金を用いることが好ましい。
前記熱処理工程は酸素雰囲気、酸素と窒素との混合雰囲気及びアルゴンと酸素との混合雰囲気のうちいずれかの雰囲気下で行うことができる。特に、200〜500℃の酸素雰囲気下で約30分間以内で熱処理することが好ましい。このような熱処理中には酸素が供給されるため、Ni接合層170とMg保護層190は酸化され、これにより、Ag反射層180を挟んで上下に酸化膜が配設されている構造、すなわち、NiOx/Ag/MgOx構造を有するオーミック電極200が形成される。
図8は、本発明の第2の実施形態によるフリップチップ構造の半導体発光素子を示す断面図である。
この実施形態においては、GaN薄膜を成長させてn型ドーパントを注入してn型層110を形成し、その上にバリア層としてのGaN薄膜と井戸層としてのInGaN薄膜を交互に成長させて多重井戸構造の活性層120を形成し、その上にさらにGaN薄膜を成長させてp型ドーパントを注入してp型層130を形成することが好ましい。
母体基板(図示せず)の上にn型層110、活性層120及びp型層130を順次に積層した後、所定のマスクを用いたパターニング工程を行い個々のセルに分離する。次いで、前記p型層130の上に接合層110、反射層120及び保護層130をさらに積層した後、酸素雰囲気下で熱処理すると、上下に形成された酸化膜により前記反射層180の外部拡散が抑えられ、その結果、低い接触抵抗及び高い光反射度を有するp型電極230が形成される。この後、エキシマレーザを用いたリフトオフ工程を行うことにより母体基板を除去し、母体基板の下部に電流拡散層250を形成する。このとき、電流拡散層250は印加電流をn型層110に拡散させ、生成された光が外部に出力される出射面の一部となるため、導電性及び透光性に優れた物質から形成することが好ましい。この後、バンプ241、242を用いて両電極220、230とサブマウント基板240を接続すると、上述した構造の半導体発光素子を製作することができる。
両電極220、230に電源が印加されると、活性層120にはp型層130から正孔が注入され、n型層110から電子が注入される。活性層120に注入された正孔と電子は結合または再結合しながら励起エネルギーを光として放射し、出射面である電流拡散層250を介して外部に放出される。このとき、活性層120の上部、すなわち、p型層130に発せられた光は反射層180を有するp型電極230により反射されて出射面250を介して外部に放出されるので、光の利用率が高くなる。
図9を参照すると、前記半導体発光素子は、n型層110、活性層120、p型層130からなる多層構造の半導体層310を含み、前記n型層110の上部に形成されているn型電極320と、前記p型層130の下部に形成されているp型電極330と、を含む。ここで、前記p型電極330は、接合層170、反射層180、保護層190を含む。すなわち、上述した実施形態において説明したオーミック電極を用いることが好ましい。
母体基板(図示せず)の上にn型層110、活性層120及びp型層130を順次に積層して多層構造の半導体層310を形成し、所定のマスクを用いたパターニング工程を行い個々のセルに分離する。次いで、前記p型層130の上に接合層170、反射層180、保護層190をさらに積層した後、酸素雰囲気下で熱処理すると、上下に形成された酸化膜により前記反射層180の外部拡散が抑えられ、その結果、低い接触抵抗及び高い光反射度を有するp型電極330が形成される。次いで、母体基板の下部にエキシマレーザーを照射してn型層110に取り付けられている基板を取り外すリフトオフ工程を行い、基板の外されたn型層110の上にn型電極320を形成すると、上述した構造の半導体発光素子が製作される。
Claims (16)
- 半導体発光素子のオーミック電極の形成方法において
基板の上に発光構造を有する半導体層を形成するステップと、
前記半導体層の上に接合層、反射層及び保護層を順次に積層するステップと、
熱処理工程を行うことにより前記接合層と反射層との間にオーミック接合を形成し、前記保護層の少なくとも一部に酸化膜を形成してオーミック電極を形成するステップと、を含むことを特徴とするオーミック電極の形成方法。 - 前記オーミック電極を形成するステップにおいて、
前記熱処理工程時に接合層の少なくとも一部に酸化膜が形成されることを特徴とする請求項1に記載のオーミック電極の形成方法。 - 前記接合層は、Ni、Pt、Pd、Ir、Ru、Mo、Rh、Os、Re、W、Ta、Tl、Hf、Cr、Co、Nb、Pb及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項1記載のオーミック電極の形成方法。
- 前記接合層は、Cu、In、Mg、Zn、Sb、Sn、Li、Be、B、Al、Ca、Sr、Ba及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項1記載のオーミック電極の形成方法。
- 前記反射層は、Ag、Al及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項1記載のオーミック電極の形成方法。
- 前記保護層は、Mg、またはMgとAl、Ag、Zr、Zn、Y、U、Tl、Ti、Sn、Si、Sc、Sb、Pu、Pb、Pr、Ni、Na、Mnのうち少なくとも1種以上の物質から形成された合金を用いることを特徴とする請求項1記載のオーミック電極の形成方法。
- 前記熱処理工程は、200〜500℃の温度下で30分以内で行うことを特徴とする請求項1記載のオーミック電極の形成方法。
- 前記熱処理工程は、酸素を含む雰囲気下で行うことを特徴とする請求項7に記載のオーミック電極の形成方法。
- 前記酸素を含む雰囲気は、酸素雰囲気、酸素と窒素との混合雰囲気及び酸素とアルゴンとの混合雰囲気のうち一つの雰囲気であることを特徴とする請求項8に記載のオーミック電極の形成方法。
- 前記酸素を含む雰囲気の圧力は、大気圧以下であることを特徴とする請求項8に記載のオーミック電極の形成方法。
- 発光構造を有する半導体層と、
前記半導体層の上に順次に積層された接合層、反射層及び保護層を含むオーミック電極と、を含み、
前記接合層と前記半導体層との間にオーミック接合が形成され、前記保護層は少なくとも一部に形成された酸化膜を含むことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記接合層は、少なくとも一部に形成された酸化膜を含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子。
- 前記接合層は、Ni、Pt、Pd、Ir、Ru、Mo、Rh、Os、Re、W、Ta、Tl、Hf、Cr、Co、Nb、Pb及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子。
- 前記接合層は、Cu、In、Mg、Zn、Sb、Sn、Li、Be、B、Al、Ca、Sr、Ba及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子。
- 前記反射層は、Ag、Al及びこれらの合金のうち少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子。
- 前記保護層は、Mg、またはMgとAl、Ag、Zr、Zn、Y、U、Tl、Ti、Sn、Si、Sc、Sb、Pu、Pb、Pr、Ni、Na、Mnのうち少なくとも1種以上の物質から形成された合金を用いることを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子。
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