JP2012084779A - Semiconductor light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、活性層を有する半導体積層体と支持基板との間に導電反射層を有する基板張替型構造を有する発光素子に好適に利用できる半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light-emitting device, and more particularly to a semiconductor light-emitting device that can be suitably used for a light-emitting device having a substrate-switching structure having a conductive reflective layer between a semiconductor laminate having an active layer and a support substrate.
従来の半導体発光素子は、光の取出効率を向上させるため、少なくとも、半導体積層体、透明電極及び表面電極を備えていた。透明電極は、半導体積層体の一方の表面において、ITOなどの透明導電材料を用いて、例えば枝状やドット状など表面分散形状に形成されていた。表面電極は、透明電極の表面中央において柱状に形成されていた。 A conventional semiconductor light emitting device includes at least a semiconductor laminate, a transparent electrode, and a surface electrode in order to improve light extraction efficiency. The transparent electrode was formed in a surface dispersion shape such as a branch shape or a dot shape using a transparent conductive material such as ITO on one surface of the semiconductor laminate. The surface electrode was formed in a columnar shape at the center of the surface of the transparent electrode.
また、従来の半導体発光素子においては、光の取出効率を向上させるため、半導体積層体の他方の表面側において、高反射率を有する金属などを用いて形成された導電性反射層が積層されていた。 Further, in the conventional semiconductor light emitting device, in order to improve the light extraction efficiency, a conductive reflective layer formed using a metal having a high reflectance is laminated on the other surface side of the semiconductor laminated body. It was.
しかしながら、従来の半導体発光素子においては、光の高出力化及び取出効率並びに低動作電圧化がまだ不十分であるという問題があった。 However, the conventional semiconductor light emitting device has a problem that the light output and extraction efficiency and the operation voltage are still insufficient.
したがって、本発明の目的は、光の高出力化及び取出効率並びに低動作電圧化を向上させることができる半導体発光素子を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of improving the high output and extraction efficiency of light and the low operating voltage.
本発明の半導体発光素子は、上記課題を解決することを目的として、一方の表面及び他方の表面から光を照射する半導体積層体と、前記半導体積層体の前記他方の表面側に積層されている金属反射層と、前記半導体積層体の前記一方の表面に形成されている透明導電膜と、前記透明導電膜の表面に形成される反射用電極層及び外部配線に接続される接続用電極層を積層した積層電極構造に形成されている表面電極と、前記半導体積層体の一方の表面に分布する複数の分配電極と、前記導電反射層と前記半導体積層体との間に設けられた誘電体層の内部において前記導電反射層と前記半導体積層体とを電気的に接続し、かつ、前記積層方向において前記複数の分配電極と重ならないように形成されている界面電極と、を備える。 In order to solve the above problems, a semiconductor light emitting device of the present invention is laminated on a semiconductor laminate that irradiates light from one surface and the other surface, and on the other surface side of the semiconductor laminate. A metal reflective layer; a transparent conductive film formed on the one surface of the semiconductor laminate; a reflective electrode layer formed on the surface of the transparent conductive film; and a connection electrode layer connected to external wiring. A surface electrode formed in a laminated electrode structure, a plurality of distribution electrodes distributed on one surface of the semiconductor laminate, and a dielectric layer provided between the conductive reflective layer and the semiconductor laminate An electrically conductive reflective layer and the semiconductor stacked body, and an interface electrode formed so as not to overlap the plurality of distribution electrodes in the stacking direction.
また、上記半導体発光素子において、前記表面電極は、前記透明導電膜を介して前記複数の分配電極のすべてに電気的に接続し、かつ、前記積層方向において前記分配電極及び前記界面電極に互いに重ならないように形成されていてもよい。 In the semiconductor light emitting device, the surface electrode is electrically connected to all of the plurality of distribution electrodes through the transparent conductive film, and overlaps the distribution electrode and the interface electrode in the stacking direction. You may form so that it may not become.
また、上記半導体発光素子において、前記透明導電膜は、金属酸化物からなり、前記分配電極に対してオーミック接触し、かつ、前記半導体積層体の前記一方の表面に対してショットキー接触するように形成されていてもよい。 In the semiconductor light emitting device, the transparent conductive film is made of a metal oxide, is in ohmic contact with the distribution electrode, and is in Schottky contact with the one surface of the semiconductor stacked body. It may be formed.
また、上記半導体発光素子において、前記半導体積層体において前記一方の表面を形成する一方の表面層はn型半導体層であり、前記他方の表面を形成する他方の表面層はp型半導体層でもよい。 In the semiconductor light emitting device, the one surface layer forming the one surface in the semiconductor stacked body may be an n-type semiconductor layer, and the other surface layer forming the other surface may be a p-type semiconductor layer. .
また、上記半導体発光素子において、前記反射用電極層は、Al、Cu、Ag、Auのいずれか1種の単層構造又はそれら2種以上を積層させた積層構造を有し、前記接続用電極層は、Al若しくはAuのどちらか1種の単層構造又はそれら2種を積層させた積層構造を有していてもよい。 In the semiconductor light emitting device, the reflective electrode layer has a single layer structure of any one of Al, Cu, Ag, and Au, or a stacked structure in which two or more of them are stacked, and the connection electrode The layer may have a single layer structure of any one of Al and Au, or a stacked structure in which these two layers are stacked.
また、上記半導体発光素子において、前記表面電極は、前記反射用電極層と前記接続用電極層との間に合金化バリア用電極層を有し、前記合金化バリア用電極層は、Ti、Pt、Niのいずれか1種の単層構造又はそれら2種以上を積層させた積層構造を有していてもよい。 In the semiconductor light emitting device, the surface electrode has an alloying barrier electrode layer between the reflective electrode layer and the connection electrode layer, and the alloying barrier electrode layer includes Ti, Pt Ni may have a single layer structure of Ni or a stacked structure in which two or more of them are stacked.
また、上記半導体発光素子において、前記表面電極は、前記反射用電極層と前記透明導電膜との間に密着用電極層を有し、前記透明導電膜は、金属酸化物からなるものでもよい。 In the semiconductor light emitting device, the surface electrode may have an adhesion electrode layer between the reflective electrode layer and the transparent conductive film, and the transparent conductive film may be made of a metal oxide.
また、上記半導体発光素子において、前記分配電極は、金属製から形成されたものでもよい。 In the semiconductor light emitting device, the distribution electrode may be made of metal.
また、上記半導体発光素子において、前記分配電極は、Au、Ni、Ge、Si、Pdの中から任意に選択された金属若しくはそれらのいずれかを主成分とする合金を1又は2種以上用いて形成されていてもよい。 In the semiconductor light emitting device, the distribution electrode is made of one or more metals selected from Au, Ni, Ge, Si, and Pd, or an alloy containing one of them as a main component. It may be formed.
また、上記半導体発光素子において、前記界面電極は、複数形成されているとともに、前記積層方向から見た平面視において前記分配電極から一定間隔を有して配置されており、前記分配電極及び前記界面電極は、前記半導体積層体の一方の表面又は他方の表面において、均一に分布しているものでもよい。 In the semiconductor light emitting device, the interface electrode is formed in a plurality, and is arranged at a constant interval from the distribution electrode in a plan view as viewed from the stacking direction. The electrode may be uniformly distributed on one surface or the other surface of the semiconductor laminate.
また、上記半導体発光素子において、前記半導体積層体は、前記一方の表面において凹状若しくは凸状に形成された粗面加工部を有し、前記粗面加工部は、前記一方の表面における一部の領域であって前記積層方向において前記分配電極及び前記表面電極の両電極のいずれにも重ならない領域に形成されているものでもよい。 Further, in the semiconductor light emitting device, the semiconductor stacked body has a rough surface processed portion formed concavely or convexly on the one surface, and the rough surface processed portion is a part of the one surface. The region may be formed in a region that does not overlap with both the distribution electrode and the surface electrode in the stacking direction.
また、上記半導体発光素子において、前記半導体積層体において前記一方の表面を有する一方の表面層は、前記活性層よりもバンドギャップエネルギの大きな材料を用いて形成されているものでもよい。 In the semiconductor light emitting device, the one surface layer having the one surface in the semiconductor stacked body may be formed using a material having a larger band gap energy than the active layer.
また、上記半導体発光素子において、前記一方の表面層と前記分配電極との間に介在する層は、AlXGa1−XAs(0≦X≦0.3)を用いて形成されているものでもよい。 In the semiconductor light emitting device, the layer interposed between the one surface layer and the distribution electrode is formed using Al X Ga 1-X As (0 ≦ X ≦ 0.3). But you can.
また、上記半導体発光素子において、前記透明導電膜の抵抗率は、1×10−3Ω・cm以下に設定されており、前記透明導電膜の膜厚は、50nm以上に設定されているものでもよい。 In the semiconductor light emitting device, the resistivity of the transparent conductive film is set to 1 × 10 −3 Ω · cm or less, and the film thickness of the transparent conductive film is set to 50 nm or more. Good.
本発明の半導体発光素子によれば、光の高出力化及び取出効率並びに低動作電圧化を向上させることができるという効果を奏する。 According to the semiconductor light emitting device of the present invention, it is possible to improve the light output, extraction efficiency, and operation voltage.
[本実施例の要約]
本実施例においては、一方の表面及び他方の表面から光を照射する半導体積層体と、前記半導体積層体の他方の表面側に積層されている導電反射層と、前記半導体積層体の一方の表面に形成されている透明導電膜と、前記透明導電膜の表面に形成される表面電極とを備える半導体発光素子において、表面電極は、前記透明導電膜の表面に形成される反射用電極層及び外部配線に接続される接続用電極層を積層した積層電極構造に形成されている半導体発光素子が提供される。以下、本発明の半導体発光素子の一実施例である実施例1から実施例8を説明する。
[Summary of this example]
In this embodiment, a semiconductor laminate that emits light from one surface and the other surface, a conductive reflective layer that is laminated on the other surface side of the semiconductor laminate, and one surface of the semiconductor laminate In the semiconductor light emitting device comprising the transparent conductive film formed on the surface and the surface electrode formed on the surface of the transparent conductive film, the surface electrode includes the reflective electrode layer formed on the surface of the transparent conductive film and the outside. Provided is a semiconductor light emitting device formed in a laminated electrode structure in which connection electrode layers connected to wirings are laminated. Examples 1 to 8 as examples of the semiconductor light emitting device of the present invention will be described below.
実施例1の半導体発光素子1を説明する。
The semiconductor
実施例1の半導体発光素子1は、図1及び図2に示すように、図1の下方から順に、裏面電極13、支持基板10、第1の合金化バリア層18、第1の金属接合層11b、第2の金属接合層11a、第2の合金化バリア層16、導電反射層(金属反射層)9、誘電体層15、界面電極8、半導体積層体14、分配電極12、透明導電膜21及び表面電極17を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor
裏面電極13としては、図1の下方から順に、例えば、厚み300nmのAu(金)層(図示せず)及び厚み10nmのTi(チタン)層(図示せず)からなる積層電極が用いられていることが好ましい。もちろん、この実施条件は一例であって、例えば、裏面電極13の形状を四角形状、菱形形状又は多角形状にするなど、適宜、裏面電極13の形状や厚みを変更してもよい。
As the
支持基板10としては、例えば、Si(シリコン)基板、Ge(ゲルマニウム)基板、GaP(ガリウム・リン)基板などの従来から用いられた半導体基板材料を用いて作成された基板が用いられていることが好ましい。本実施例においては、支持基板10としてSi基板を用いることがより好ましい。
As the
ここで、上下電極型のLEDにおいて、支持基板10に低抵抗型Si基板を採用する場合、その支持基板10の抵抗率は、0.010Ω・cm以下の抵抗率を有していることが好ましく、0.0050Ω・cm以下であることがより好ましい。一方、上下2電極型のLEDにおいて、支持基板10に高抵抗型Si基板を採用する場合、その支持基板10の抵抗率は、1×105Ω・cm以上の抵抗率を有していることが好ましく、2.5Ω・cm以上であることが好ましい。
Here, in the case of adopting a low resistance Si substrate as the
第1の合金化バリア層18としては、例えば、厚さ300nm程度のTi層が用いられることが好ましい。この第1の合金化バリア層18は、オーミック電極としても用いられる。
For example, a Ti layer having a thickness of about 300 nm is preferably used as the first
第1の金属接合層11bとしては、例えば、厚さ500nm程度のAu層が用いられることが好ましい。
For example, an Au layer having a thickness of about 500 nm is preferably used as the first
第2の金属接合層11aとしては、例えば、厚さ500nm程度のAu層など、第1の金属接合層11bと同様に形成された金属層が用いられることが好ましい。
As the second
第2の合金化バリア層16としては、例えば、厚さ100nm程度のTi(チタン)層が用いられることが好ましい。
For example, a Ti (titanium) layer having a thickness of about 100 nm is preferably used as the second
導電反射層9としては、Au若しくはAuを主成分とする合金を用いて形成された金属層であることが好ましい。この場合、導電反射層9の厚さは400nm程度に設定されていることが好ましい。
The conductive
誘電体層15は、図1に示すように、半導体積層体14の他方の表面(本実施例においては導電反射層9側の表面)側に積層された導電反射層9と半導体積層体14との間に設けられている。誘電体層15としては、例えば、厚さ340nmのシリコン酸化膜(SiO2)を用いて形成されていることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
もちろん、屈折率1.45のSi02だけでなく、屈折率が2.2前後のSiNなどを用いることも可能である。ただし、図3及び図4に示す通り、誘電体層15の屈折率が高くなると導電反射層9の平均反射率は屈折率1.45の場合に比べて低くなる。この反射率は半導体発光素子1の発光出力と密接な関係にあるので、誘電体層15材料の屈折率はできるだけ低いことが好ましい。
Of course, not only the Si0 2 having a refractive index of 1.45, a refractive index of 2.2 is also possible to use such as SiN around. However, as shown in FIGS. 3 and 4, when the refractive index of the
界面電極8は、図1に示すように、誘電体層15の内部において導電反射層9と半導体積層体14とを電気的に接続する電極である。この界面電極8としては、例えば、誘電体層15と同様の厚さのAuBe合金(金・ベリリウム合金、Au:99wt%/Be:1wt%)を用いて形成されていることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
また、界面電極8は、図1に示すように、積層方向(図1においては上下方向)において複数の分配電極12と重ならないように形成されている。ここで、界面電極8は、半導体積層体14の他方の表面において、均一に分布していることが好ましい。また、界面電極8は、複数形成されているとともに、積層方向から見て分配電極12から一定間隔をもって配置されていることが好ましい。本実施例においては、上記条件を満たす一例として、界面電極8は分配電極12を中心軸とする円環形状に形成されている。
As shown in FIG. 1, the
もちろん、上記の実施条件は一例であって、界面電極8の形状を矩形環状にするなど、適宜、界面電極8の形状や厚みを変更してもよい。
Of course, the above implementation conditions are only examples, and the shape and thickness of the
半導体積層体14は、図1に示すように、発光層としての活性層5を有している。ここで、この半導体積層体14において一方の表面(本実施例においては透明導電膜21側の表面)を形成する一方の表面層は、n型半導体層であることが好ましい。また、半導体積層体14において他方の表面を形成する他方の表面層は、p型半導体層であることが好ましい。また、一方の表面層は、活性層5よりもバンドギャップエネルギの大きな材料を用いて形成されていることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the semiconductor stacked
上記を満たすため、半導体積層体14は、図1に示すように、図1の下方から順に、p型コンタクト層7、p型クラッド層6、活性層5、n型クラッド層4、n型コンタクト層3を有している。この場合、n型クラッド層4が本発明の「一方の表面層」になり、p型コンタクト層7が本発明の「他方の表面層」になる。また、本発明の「一方の表面層と分配電極12との間に介在する層」は本実施例においてn型コンタクト層3であり、AlXGa1−XAs(0≦X≦0.3)を用いて形成されていることが好ましい。
In order to satisfy the above, as shown in FIG. 1, the semiconductor stacked
また、半導体積層体14は、一方の表面において凹状若しくは凸状に形成された粗面加工部22を有することが好ましい。この半導体積層体14の粗面加工部22は、一方の表面における一部の領域であって積層方向において分配電極12及び表面電極17の両電極のいずれにも重ならない領域に形成されていることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the semiconductor laminated
複数の分配電極12は、例えば平面視ドットの円柱状に形成されており、半導体積層体14の一方の表面に分布するように形成されている。ここで、これら複数の分配電極12の分布は均一であることが好ましい。
The plurality of
また、分配電極12は、透明導電材料よりも金属材料であることが好ましい。この場合、分配電極12は、Au、Ni(ニッケル)、Ge、Si、Pd(パラジウム)のなかから任意に選択された金属若しくはそれらのいずれかを主成分とする合金を1又は2種以上用いて形成されていることが好ましい。本実施例において、分配電極12は、図1の下方から順に、厚さ50nmのAuGe(金・ゲルマニウム合金)、厚さ10nmのNi、厚さ50nmのAuの順に積層した他層構造になっている。
The
もちろん、上記の実施条件は一例であって、適宜、分配電極12の厚みや形状を変更してもよい。
Of course, the above-described implementation conditions are examples, and the thickness and shape of the
透明導電膜21としては、ITO(錫ドープ酸化インジウム)薄膜、In2O3(酸化インジウム)薄膜、ZnO(酸化亜鉛)薄膜、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)薄膜、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)薄膜のうちのいずれかを用いて形成された単層構造又はそれらのうちの2以上を積層した積層構造であることが好ましい。また、透明導電膜21の抵抗率は、1×10−3Ω・cm以下に設定されていることが好ましく、その膜厚は、50nm以上に設定されていることが好ましい。本実施例において、透明導電膜21としては、例えば厚さ80nmのITO膜が選択されており、その抵抗率は4.5×10−4Ω・cmである。
As the transparent
また、透明導電膜21は、分配電極12に対してオーミック接触するように形成されていることが好ましい。その一方、この透明導電膜21は、半導体積層体14の一方の表面に対してショットキー接触するように形成されていることが好ましい。
The transparent
表面電極17は、透明導電膜21を介して複数の分配電極12のすべてに電気的に接続するように形成されている。表面電極17としては、例えば、直径100μmの円形パッド形状に形成されていることが好ましい。
The
ここで、この表面電極17は、積層方向において界面電極8と重ならないように形成されていることが好ましい。つまり、本実施例において、分配電極12、界面電極8及び表面電極17は、積層方向において互いに重ならないように配設されていることが好ましい。
Here, the
また、表面電極17は、図1に示すように、反射用電極層17a、接続用電極層17b、合金化バリア用電極層17c及び密着用電極層17dを有する積層電極構造を採用している。
Further, as shown in FIG. 1, the
反射用電極層17aは、前記透明導電膜21の表面に直接的または間接的に形成された層であり、半導体積層体14の一方の表面から出射した光を反射する層である。この反射用電極層17aは、Al、Cu、Ag、Auのいずれか1種の単層構造又はそれら2種以上を積層させた積層構造であることが好ましい。
The
接続用電極層17bは、表面電極17の最上層に積層された層であり、ワイヤ等の外部配線に接続される層である。この接続用電極層17bは、Al若しくはAuのどちらか1種の単層構造又はそれら2種を積層させた積層構造であることが好ましい。
The connection electrode layer 17b is a layer laminated on the uppermost layer of the
合金化バリア用電極層17cは、反射用電極層17aと接続用電極層17bとの間に積層された層であり、反射用電極層17aの材料と接続用電極層17bの材料とが合金化することを防止する層である。この合金化バリア用電極層17cは、は、Ti、Pt、Niのいずれか1種の単層構造又はそれら2種以上を積層させた積層構造であることが好ましい。
The alloying
密着用電極層17dは、反射用電極層17aと透明導電膜21との間に積層された層であり、反射用電極層17aと透明導電膜21と密着を補助する層である。
この密着用電極層17dは、Al、Cr、Ni、Tiのいずれか1種の単層構造又はそれら2種以上を積層させた積層構造であることが好ましい。また、密着用電極層の膜厚は、20nm以下に設定されていることが好ましい。
The adhesion electrode layer 17d is a layer laminated between the
The contact electrode layer 17d preferably has a single-layer structure of any one of Al, Cr, Ni, and Ti or a stacked structure in which two or more of them are stacked. The film thickness of the close-contact electrode layer is preferably set to 20 nm or less.
もちろん、上記の実施条件は一例であって、適宜、表面電極17の厚みや形状を変更してもよい。
Of course, the above implementation conditions are only examples, and the thickness and shape of the
また、半導体発光素子1が1mm角を越える大型素子の場合、半導体発光素子1は、上記の他に、図5に示すような補助電極を備えることが好ましい。この補助電極は、表面電極17に電気的に接続しており、かつ、透明導電膜21の表面に線状に張り巡らせて形成されている。これは、ITOなどの透明導電膜21は金属に比べて抵抗が高いためである。大型素子の場合、ITOだけでは電流分散が十分ではないので、パッド電極に細線電極を接続することが好ましい。
In addition, when the semiconductor
次に、本実施例の半導体発光素子1の製造方法を説明する。本製造方法は、基板貼替型半導体発光素子1の製造プロセスを示している。また、本実施例の製造方法によって製造される半導体素子は赤色発光素子である。
Next, a method for manufacturing the semiconductor
図6に示すように、n型GaAsの製造用基板100上に、MOVPE法で、5×1017/cm3のキャリア濃度を有するn型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pエッチングストップ層2を100nm、8×1017/cm3のキャリア濃度を有するn型コンタクト層3としてのn型GaAsコンタクト層を100nm、5×1017/cm3のキャリア濃度を有するn型クラッド層4としてのn型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層を1000nm、アンドープGa0.5In0.5P層とアンドープ(Al0.6Ga0.9)0.5In0.5P層とのペアによる多重量子井戸構造の活性層5をそれぞれ4nmと8nmの厚さで30ペア繰り返し、合計厚さ360nm、8×1017/cm3のキャリア濃度を有するp型クラッド層6としてのp型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層を1000nm、5×1018/cm3のキャリア濃度を有するp型コンタクト層7としてのp型GaP層を100nm、記述の通りに順次積層成長させ、半導体積層体14を得た。
As shown in FIG. 6, n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In having a carrier concentration of 5 × 10 17 / cm 3 on an n-type
MOVPE成長での成長温度は、n型エッチングストップ層2からp型コンタクト層7までを650℃とした。その他の成長条件は、成長圧力50Torr(1Torr=133.322Pa)、各層の成長速度はおよそ0.3から1.1nm/sec、V/III比は約150で行った。なお、V/III比とは、分母をTMgaやTMAlなどのIII族原料のモル数とし、分子をAsH3、PH3などのV族原料のモル数とした場合の比率(商)を指す。
The growth temperature in the MOVPE growth was 650 ° C. from the n-type
MOVPE成長において用いる原料としては、例えばGaの場合、トリメチルガリウム(TMga)、又はトリエチルガリワム(TEGa)、Alの場合、トリメチルアルミニウム(TMAl)、Inの場合はトリメチルインジウム(TMln)等の有機金属を用いた。また、As源としてはアルシン(AsH3)、P源としてはホスフィン(PH3)等の水素化物ガスを用いた。 Examples of raw materials used in MOVPE growth include organic metals such as trimethylgallium (TMga) in the case of Ga, triethylgallium (TEGa), trimethylaluminum (TMAl) in the case of Al, and trimethylindium (TMln) in the case of In. Was used. Further, arsenic (AsH3) was used as the As source, and hydride gas such as phosphine (PH3) was used as the P source.
また、例えばエッチングストップ層2がn型(Al0.7A0.3)0.5In0.5Pなどのn型半導体層の場合、その添加物原料としてセレン化水素(H2Se)を用いた。
For example, when the
また、p型クラッド層6、p型コンタクト層7のようなp型半導体層の添加物原料としては、ビスシクロベンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。
Further, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) was used as an additive material for p-type semiconductor layers such as the p-
その他に、n型半導体層の添加物原料として、ジシラン(Si2H6)、モノシラン(SiH4)、ジエチルテルル(DETe)、ジメチルテルル(DMTe)を用いることもできる。 In addition, disilane (Si 2 H 6 ), monosilane (SiH 4 ), diethyl tellurium (DETe), and dimethyl tellurium (DMTe) can also be used as an additive material for the n-type semiconductor layer.
また、p型半導体層の添加物原料としては、ビスシクロベンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)、ジメチルジンク(DMZn)やジエチルジンク(DEZn)を用いることができる。本実施例においては、ドーパント拡散の起こりにくいMg(マグネシウム)をp型ドーパントとして用いた。 Further, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg), dimethyl zinc (DMZn), or diethyl zinc (DEZn) can be used as an additive material for the p-type semiconductor layer. In this example, Mg (magnesium), which hardly causes dopant diffusion, was used as a p-type dopant.
なお、前述の通り、製造される半導体素子の発光色は赤色なので、本実施例の半導体積層体14の活性層5から生ずる光の波長が発光ピーク波長においておよそ630nmの赤色となるように半導体積層体14を設計している。
Note that, as described above, since the emission color of the manufactured semiconductor element is red, the wavelength of light generated from the
なお、橙色の発光波長は610nm、黄色の発光波長は595nmである。本実施形態においては、赤色の発光波長よりも短波長であってもよい。 The orange emission wavelength is 610 nm, and the yellow emission wavelength is 595 nm. In the present embodiment, the wavelength may be shorter than the red emission wavelength.
次に、図7に示すように、この半導体発光素子1に用いられるエピタキシャルウェハをMOCVD装置から搬出した後、p型コンタクト層7の表面に誘電体層15としてSi02膜をプラズマCVD装置により約340nmほど成膜した。なお、Si02の代わりにSiNなどを用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 7, approximately by this after the epitaxial wafer used for semiconductor light-emitting
誘電体層15の成膜後、図8に示すように、誘電体層15に貫通孔を形成し、その貫通孔の内部に界面電極8を形成した。誘電体層15の貫通孔は、レジスト塗布装置やマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィに関する装置や技術を駆使するとともに、純水で希釈したフッ酸エッチング液を用いることにより、形成された。また、界面電極8については真空蒸着法により複数個形成した。
After the formation of the
複数個の界面電極8については、AuBe合金(金・ベリリウム合金、Au:99wt%/Be:1wt%)を用いて、半導体積層体14の一方の表面側(GaPコンタクト層と接する側)に円環状に形成した。また、界面電極8の厚さは340nmに設定した。これら円環状の界面電極8は、積層方向から見た平面視において、平面視ドット状に形成された複数の分配電極12の周囲を囲むように位置し、円環状の界面電極8と平面視ドット状の分配電極12との距離は、概ね一定の距離間隔に保たれている。この場合の界面電極8の線幅は2μmに設計されている。
For the plurality of
なお、この界面電極8は、前述したとおり、この後に形成される分配電極12及び表面電極17と積層方向において重ならない位置、すなわち、図1において分配電極12及び表面電極17の直下以外の領域に配置されるように設計されている。
As described above, the
次に、図9に示すように、誘電体層15および界面電極8が形成されたエピタキシャルウェハの表面に厚さ400nmのAu(金)層をスパッタ法により形成することにより、導電反射層9を得た。Auは、半導体積層体14の活性層5から放射される赤色や赤外光に対して、優れた反射率を有することから、反射層の材料として好ましい。もちろん、Au以外の金属や合金を選択することも可能である。
Next, as shown in FIG. 9, by forming a 400 nm thick Au (gold) layer on the surface of the epitaxial wafer on which the
同様に、図9に示すように、導電反射層9の表面に厚さ100nmのTi(チタン)層を第2の合金化バリア層16として形成し、さらにその厚さ500nmのAu層を第2の金属接合層11aとして形成した。
Similarly, as shown in FIG. 9, a Ti (titanium) layer having a thickness of 100 nm is formed as a second
一方、図10に示すように、支持基板10として用意した導電性p型Si基板の表面に第1の合金化防止バリア層として厚さ300nmのTi層を形成し、さらにその第1の合金化防止バリア層の表面に第1の金属接合層11bとして厚さ500nmのAu層を形成した。なお、第1の合金化防止バリア層はオーミックコンタクト金属を兼ねている。また、このときのSi支持基板10の面方位に関しては特に不問であり、後に完成する半導体発光素子1の特性を左右するものではない。
On the other hand, as shown in FIG. 10, a Ti layer having a thickness of 300 nm is formed as the first alloying prevention barrier layer on the surface of the conductive p-type Si substrate prepared as the
ここで、Si支持基板10は、以下に示す2つの理由により、抵抗率は0.010Ω・cm以下のものを使用するのが好ましく、さらに好ましくは基板の抵抗率0.0050Ω・cm以下であることが好ましい。
Here, it is preferable to use a
支持基板10に低抵抗のSiを用いる第1の理由は、Si支持基板10に対する電極の良好なオーミック接触を得るためである。例えば0.020Ω・cm以上の比較的高い抵抗率を有するSi支持基板10に対してオーミック接触を得るには裏面電極13などにAl(アルミニウム)などを形成し、400℃以上の温度で熱処理することが必要である。しかし、400℃以上の高温に加熱しつつ、半導体発光素子1の特性に影響を与えないようにするのは、高効率、高信頼性な半導体発光素子1を作製する上で技術的に難しい。また、Alは難削材であるため、半導体発光素子1のウェハの裏面電極13に純Alなどを形成した場合には素子化するダイシング工程において、裏面チッピングなどの欠けを抑制することが技術的に難しい。
The first reason for using low-resistance Si for the
支持基板10に低抵抗のSiを用いる第2の理由は、半導体発光素子1に大きな電流を流して使用する際の動作電圧の低減のためである。基板張替え型の半導体発光素子1においては、支持基板10の熱伝導率を元の出発基板よりも高いものを選択し、大電流駆動を可能とする目的がある。そのため、半導体発光素子1の定格電流は、約300μm角のもので70mA、約800μm角のもので350mA、約1000μm角のもので700mAなどと、従来のGaAsを基板とした半導体発光素子1に比べ、圧倒的に大きな電流を流す用途が多くある。そのため、基板の持つ直列抵抗によって発生する電圧も要因的に大きなものとなり、抵抗率の差が数百mVの差を分けることになる。
The second reason for using low-resistance Si for the
したがって、本実施例のように表面電極17及び裏面電極13から構成される上下電極構造を採用する場合、支持基板10の抵抗率は極力低い方が好ましい。上面二電極構造を採用する場合には、支持基板10に電流が流れることはない。この場合、支持基板10の抵抗は高くてもよい。また、半導体発光素子1の実装にもよっては、支持基板10の抵抗は高い方が好ましい。
Therefore, when the upper and lower electrode structure composed of the
もちろん、支持基板10の材料として、GeやGaPを選択することもできる。Siを選択した理由は、上記の他、廉価で熱伝導性に優れているからである。
Of course, Ge or GaP can be selected as the material of the
次に、図11に示すように、図9に示したエピタキシャルウェハの第2の金属接合層11aと図10に示した支持基板10側の積層体の第1の金属接合層11bをそれぞれAu層面が接合するように重ね合わせ、熱圧着法によって貼合せた。
Next, as shown in FIG. 11, the second
貼合せ条件は、圧力0.01Torr(1Torr=133.322Pa)雰囲気においてウェハに圧力を15kgf/cm2負荷した状態で、温度350℃に加熱し、更にその状態で30分間加熱保持することによって貼合せたウェハを得た。 The bonding conditions were as follows: in a pressure 0.01 Torr (1 Torr = 133.322 Pa) atmosphere, the wafer was heated to 350 ° C. under a pressure of 15 kgf / cm 2 and further heated and held in that state for 30 minutes. A combined wafer was obtained.
次に、図13に示すように、Si支持基板10に貼合せたエピタキシャルウェハの基板材であるGaAsを、アンモニア水と過酸化水素水との混合エッチャントを用いてウェットエッチングにより除去し、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pエッチングストップ層2を露出させた。そして、この露出したエッチングストップ層2を塩酸のウェットエッチングにて除去し、n型コンタクト層3を露出させた。
Next, as shown in FIG. 13, GaAs which is the substrate material of the epitaxial wafer bonded to the
次に、図14に示すように、露出したn型コンタクト層3の表面にレジスト塗布装置やマスクアライナ、現像装置などを用いてパターニングを行った後、真空蒸着装置により電極構造を蒸着することにより、分配電極12を形成した。分配電極12の構造は、AuGe(金・ゲルマニウム合金)、Ni(ニッケル)、Au(金)を、それぞれ50nm、10nm、50nmの膜厚で順次形成した。なお、分配電極12の形状は前述のとおりである。
Next, as shown in FIG. 14, after patterning the exposed surface of the n-
分配電極12の形成後、図14に示すように、分配電極12をマスク材として分配電極12の下方以外に位置するn型コンタクト層3を硫酸、過酸化水素水及び水の混合エッチャントを用いてウェットエッチングにて除去する。この選択性エッチングによって、n型クラッド層4を露出させた。
After the formation of the
n型クラッド層4を露出させた後、図14に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、n型クラッド層4の表面に粗面加工部22のパターニングを行うためのマスクを形成した。粗面加工部22の形状は正方格子状に周期的に配列された直径1μm程度の複数の丸穴からなり、それらのピッチを2μmに設定した。ただし、n型クラッド層4の領域であって積層方向において表面電極17と重なる領域にはこの粗面加工部22を形成しない。
After the n-
上記のマスク形成後、図14に示すように、半導体発光素子1のウェハを純水で希釈した塩酸に浸し、半導体積層体14の最上層であるn型クラッド層4の粗面化エッチングをおこなった。このときのエッチング時間はおよそ30秒程度であり、エッチング深さは最も深い所で約1μmとなっている。この粗面化エッチングにより、半導体積層体14の一方の表面において乱反射を起こす粗面加工部22が形成される。上記エッチング後、マスクとして用いたフォトレジスト膜を有機洗浄にて除去した。
After the above mask formation, as shown in FIG. 14, the wafer of the semiconductor
次に、図15に示すように、n型クラッド層4を露出させたウェハの表面にスパッタ装置を用いてITO膜の透明導電膜21を形成した。ITOのスパッタリングターゲットについては、Sn濃度が5wt%のものを使用した。
Next, as shown in FIG. 15, a transparent
上記スパッタ装置としてはRFマグネトロンスパッタ装置が好ましい。このときのスパッタ条件は、投入電力50W、酸素ガス導入なし、チャンパー圧力0.5Pa、成膜時間30分である。 As the sputtering apparatus, an RF magnetron sputtering apparatus is preferable. The sputtering conditions at this time are an input power of 50 W, no introduction of oxygen gas, a champ pressure of 0.5 Pa, and a film formation time of 30 minutes.
なお、透明導電膜21となるITO膜の厚さについて、分光エリプソメトリを用いてITO膜と同じバッチに同時投入したSiダミー基板サンプルを評価した結果、ITO膜の膜厚は80nm、屈折率1.98であった。また、ITO膜の抵抗率をパウ法にて評価した結果、その抵抗率は4.5×10−4Ω・cmであった。さらに、反射率測定装置を用いてITO膜単体の透過率を評価したところ、図18に示すように、可視光630nmの波長において、97.3%の良好な透過率を有することが確認できた。
In addition, about the thickness of the ITO film | membrane used as the transparent
次に、図16に示すように、半導体発光素子1のエピダキシ層の部分だけをウェハ状態で意図的に素子分離するため、レジストマスク20をフォトリソグラフィにより形成した。レジストマスク20は、設計上の素子の中心位置と、280μm角形状のレジストマスク20の中心位置が一致するように形成されている。
Next, as shown in FIG. 16, a resist
まず、透明導電膜21をエッチングするため、図17に示すように、レジストマスク20形成後、市販のITOエッチング液(関東化学株式会社製ITO−07N)に浸し、n型クラッド層4が露出するまで透明導電膜21をエッチングした。
First, in order to etch the transparent
次に、図17に示すように、半導体エピタキシ層であるn型クラッド層4、活性層5、p型クラッド層6をエッチングするため、レジストマスク20を保持したまま、純水で希釈した塩酸に浸し、AlGalnP系半導体で形成されている上記の3層を除去した。このとき、p型コンタクト層7は塩酸などの比較的容易に入手し得る酸または混酸でエッチングすることが容易では無いため、GaP層はエッチングせずにレジストマスク20をアッシングによって除去した。
Next, as shown in FIG. 17, in order to etch the n-
次に、図17に示すように、支持基板10の他方の表面の全面に裏面電極13を同じく真空蒸着法によって形成した。裏面電極13は、Ti及びAuをそれぞれ10nm及び300nmの膜厚で順次形成し、その後、電極の合金化処理であるアロイ工程を、上下独立ヒータを備えたアロイ装置でおこなった。アロイ条件については、窒素ガス雰囲気中において、加熱温度は400℃まで加熱、熱処理時間は5分間である。
Next, as shown in FIG. 17, a
その後、図1に示すように、フォトリソグラフィ技術及び真空蒸着技術を用いてパターニングを行うことにより、直径100μmの円形状の表面電極17を形成した。表面電極17の構造は、透明導電膜21の表面側から順に、反射用電極層17aとしてのAl(アルミニウム)層、合金化バリア金属17cとしてのTi(チタン)層、接続用電極層17bとしてのAu(金)層となっている。また、反射用電極層17a、合金化バリア金属17c及び接続用電極層17bの膜厚は、それぞれ、500nm、400nm、1000nmとなっている。
Then, as shown in FIG. 1, the
なお、前述した通り、図2に示すように、円形状の表面電極17、円環状の界面電極8及び平面視ドット状の分配電極12は、半導体発光素子1の光取出面である一方の表面から積層方向において互いに重ならないように配置されている。
As described above, as shown in FIG. 2, the
また、この後にワイヤボンディング工程を行うため、表面電極17の形成後にアロイ処理を行わず、半導体発光素子1ができあがるまでノンアロイ状態としておく。
Further, since a wire bonding process is performed thereafter, the alloy process is not performed after the
上記工程を経て半導体発光素子1のウェハの形成が終了後、表面電極17が各々の半導体発光素子1の略中央に配置されるようにダイシング装置を用いてチップ化をおこなう。半導体発光素子1のチップサイズは、表面電極17などを形成する際に使用するフォトリソグラフィ用のフォトマスクにおけるマスクピッチに依存しており、本実施例で作製した半導体発光素子1のチップピッチは330μmとなっている。
After the formation of the wafer of the semiconductor
最後に、ダイシング工程によって加工された半導体発光素子1のチップをTO−18ステムと呼ばれるリードフレームにAgエポキシ樹脂を用いて実装し、さらに形成した表面電極17とステムのリードにワイヤボンディングをおこない、半導体発光素子1が発光可能な状態とした。
Finally, the chip of the semiconductor
次に、本実施例の半導体発光素子1の製造方法により製造された半導体発光素子1の評価を行う。
Next, the semiconductor
上記製造方法により得た本実施例の半導体発光素子1について、20mA駆動時の半導体発光素子1の特性を評価したところ、発光出力が11.1mW、動作電圧は1.95Vであり、得られた光出力/投入電力で規定した発光効率は28.5%であった。以下の比較例においても述べるが、本実施例1の半導体発光素子1の発光効率は高いことが明らかとなった。
When the characteristics of the semiconductor
(比較例1)
次に、図19及び図20を用いて、比較例1を説明する。
(Comparative Example 1)
Next, Comparative Example 1 will be described with reference to FIGS. 19 and 20.
比較例1と実施例1との相違点は、比較例1の半導体発光素子1に分配電極12および透明導電膜21がなく、電極パターンが異なる点にある。
The difference between the comparative example 1 and the example 1 is that the semiconductor
比較例1の半導体発光素子1においては、界面電極8は櫛形状に形成されている。この櫛形状の界面電極8とオーミック表面電極23との距離は、概ね一定の距離間隔に保たれている。このときの櫛形状の界面電極8の線幅は、実施例1の界面電極8の線幅と同様、2μmに設計した。
In the semiconductor
また、表オーミック表面電極23の形状は、櫛形状の界面電極8と相対する形状となっている。具体的には、中央に直径100μmの円を形成し、その円から細線が四方に伸び、さらにその細線から枝分かれして細線が伸びることにより、半導体発光素子1の平面内に電流が均一に注入されるような形状になっている。オーミック表面電極23において、中央の円から横方向に延伸した細線の太さは15μm、素子の縦方向に延伸している4本の細線の太さがそれぞれ10μmとなっている。
Further, the shape of the front
また、比較例1のオーミック表面電極23は、実施例1の分配電極12と同じように、半導体積層体14とオーミック接触させている。このため、比較例1のオーミック表面電極23の電極構造については、半導体積層体14の表面側からAuGe、Ni、Auを、それぞれ50nm、10nm、500nmの膜厚で順次形成した。
Further, the
さらに、このオーミック表面電極23及び界面電極8は、積層方向においてで互いに重ならないように配置されている。
Further, the
そして、ワイヤボンディング用電極は、オーミック表面電極23の円部に重なるように配置されている。
The wire bonding electrode is arranged so as to overlap the circular portion of the
なお、実施例1及び比較例1の製造方法については、上述したように、電極パターン以外はほぼ同じである。 In addition, about the manufacturing method of Example 1 and Comparative Example 1, as mentioned above, except an electrode pattern, it is substantially the same.
このような構成で作製された比較例1の半導体発光素子1の素子特性については、発光出力が7.9mW、動作電圧が1.96Vであり、実施例1の半導体発光素子1と比較して、特に発光出力が約2mWも低い結果となった。また、得られた光出力/投入電力で規定した発光効率は20.2%と、実施例1の半導体発光素子1に比べて発光効率が6%も低下している。これは、半導体発光素子1の発光面積に対し、光を透過できない表面電極17の面積が多くなったことによって、活性層5から出射した光が表面電極17に吸収されてしまうというロスが増えたことが原因であると考えられる。
Regarding the device characteristics of the semiconductor
(比較例2)
次に、図21及び図22を用いて、比較例2を説明する。
(Comparative Example 2)
Next, Comparative Example 2 will be described with reference to FIGS. 21 and 22.
比較例2の半導体発光素子1は、比較例1の形態の半導体発光素子1に対して、実施例1のように面積が小さい表面電極17を付加したものである。
The semiconductor
比較例2の界面電極8は、単一の円環状形状に形成されている。この円環状の界面電極8と表面電極17との距離は概ね一定の距離間隔に保たれている。このときの界面電極8の線幅は2μmに設定されている。
The
比較例2の表面電極17は、直径100μmの円形状に形成されている。比較例2の表面電極17の形状は、実施例1の表面電極17の形状と同じである。なお、比較例1と同様、比較例2の表面電極17及び界面電極8は、積層方向において互いに重ならないように配置されている。
The
比較例2の表面電極17と半導体積層体14のn型コンタクト層3との間には、実施例1に用いた分配電極12ではなく、表面電極17と同形状のオーミック表面電極23が用いられている。また、ワイヤボンディング用電極は、前述の表面電極17と重なるように配置されている。
Between the
なお、比較例2の表面電極17は、比較例1と同様、半導体積層体14とオーミック接触するようになっている。
In addition, the
上述以外の構成及び製造方法については、比較例1と同様である。 The configuration and manufacturing method other than those described above are the same as those in Comparative Example 1.
このような構成で作製された比較例2の半導体発光素子1の特性については、発光出力が8.3mW、動作電圧が2.65Vであった。これは、実施例1の半導体発光素子1と比較して、発光出力が約2mWほど低く、動作電圧が600mV以上も高い結果となった。また、これについては、比較例1の半導体発光素子1と比較して、発光出力が約0.4mWほど高く、動作電圧が約600mVほど高い結果となった。
Regarding the characteristics of the semiconductor
また、得られた光出力/投入電力で規定した比較例2の発光効率は15.5%であり、実施例1に比べて約10%も低下し、比較例1と比べても4.7%も低下している。 Further, the luminous efficiency of Comparative Example 2 defined by the obtained light output / input power is 15.5%, which is about 10% lower than that of Example 1, and 4.7% compared with Comparative Example 1. % Has also declined.
上記結果の原因は次のように推測する。比較例1に対して比較例2の光出力が高くなった原因は、表面電極17による光を遮蔽する効果がやや低くなったことと考えられるが、それほど高くはなっていない。
The cause of the above result is presumed as follows. The reason why the light output of Comparative Example 2 is higher than that of Comparative Example 1 is considered to be that the effect of shielding light by the
また、動作電圧が高くなった原因は、実施例1や比較例1と比較し、素子の発光面の一部にしか電流が注入されないため、発光面積あたりの電流密度が増大し、電流印加による抵抗成分が高くなった結果、このような動作電圧の上昇になったと考えられる。 Also, the reason why the operating voltage is increased is that current is injected only to a part of the light emitting surface of the element as compared with Example 1 and Comparative Example 1, so that the current density per light emitting area increases and the current is applied. It is considered that the operating voltage has increased as a result of the increase in the resistance component.
さらに、上記の動作電圧の上昇によって比較例2の半導体発光素子1の温度が高くなり、その発光出力があまり高くならないという結果になったと考えられる。
Furthermore, it is considered that the increase in the operating voltage raised the temperature of the semiconductor
つまり、比較例2の結果から、半導体発光素子1の発光効率(投入電力に対する発光量)を高めるためには、半導体発光素子1の表面に均一に電流注入を行い、半導体発光素子1の動作電圧を低減させることが好ましい。
That is, from the result of Comparative Example 2, in order to increase the light emission efficiency of the semiconductor light emitting device 1 (the amount of light emitted with respect to the input power), current is uniformly injected into the surface of the semiconductor
(比較例3)
次に、比較例3を説明する。
(Comparative Example 3)
Next, Comparative Example 3 will be described.
実施例1と比較例3との相違点は、表面電極17の積層構造及び使用材料である。比較例3の表面電極17の構造は、従来の表面電極の構造と同様になっている。つまり、比較例3の表面電極17の構造は、透明導電膜21の表面側からTi層及びAu層の積層順となっており、それぞれの膜厚は30nm及び1000nmとなっている。
The difference between Example 1 and Comparative Example 3 is the laminated structure of the
比較例3の半導体発光素子1について、20mA駆動時の半導体発光素子1の特性を評価したところ、発光出力が10.2mW、動作電圧は1.95Vであり、得られた光出力/投入電力で規定した発光効率は26.2%であった。これより、実施例1の表面電極1を採用することにより、実施例1の半導体発光素子1の特性(発光出力:11.1mW、動作電圧:1.95V、発光効率:28.5%)が向上したことが明らかとなった。
Regarding the semiconductor
(本実施例の作用、効果)
次に、本実施例の半導体発光素子1の作用を説明する。
(Operation and effect of this embodiment)
Next, the operation of the semiconductor
本実施例の半導体発光素子1においては、表面電極17が、透明導電膜21の表面から順に積層された反射用電極層14a及び接続用電極層14bを少なくとも有している。そのため、半導体積層体14から照射された光に対して高い反射性を示すとともに、表面電極17に接続される外部配線に対して容易かつ確実に電気的接続を行うことができる。
In the semiconductor
また、本実施例の半導体発光素子1においては、表面電極17、複数の界面電極8及び複数の分配電極12が積層方向において互いに重ならないように配置されていることが好ましい。これにより、半導体発光素子1の一方の表面及び他方の表面に電流が均一に注入されるので、半導体発光素子1の動作電圧が低減し、半導体発光素子1の温度上昇を抑制することができる。その結果、半導体発光素子1の発光出力を高めることができる。
Further, in the semiconductor
また、本実施例の半導体発光素子1においては、透明導電膜21が分配電極12に対してオーミック接触するように形成されていることが好ましい。また、その透明導電膜21は、半導体積層体14の一方の表面に対してショットキー接触するように形成されていることが好ましい。これにより、当面導電膜から流入する電流が、複数の分配電極12から流入しやすく、また、半導体積層体14の一方の表面に流入しにくい状態になるため、半導体発光素子1の表面に均一に電流を注入することができる。
Further, in the semiconductor
また、本実施例の半導体発光素子1において、分配電極12が金属製、特に、Au、Ni、Ge、Si、Pdのなかから任意に選択された金属若しくはそれらのいずれかを主成分とする合金を1又は2種以上用いて形成されていることが好ましい。これにより、分配電極12と透明導電膜21と間及び分配電極12と半導体積層体14のn型コンタクト層3との間のオーミック接触を容易にする。
Further, in the semiconductor
また、本実施例の半導体発光素子1において、界面電極8は、複数形成されているとともに、積層方向から見た平面視において分配電極12から一定間隔をもって配置されていることが好ましい。また、分配電極12及び界面電極8は、半導体積層体14の一方の表面又は他方の表面において、均一に分布していることが好ましい。これにより、半導体発光素子1の表面に均一に電流を注入することが容易となり、半導体発光素子1の発光出力や発光効率を向上させることができる。
Further, in the semiconductor
また、本実施例の半導体発光素子1において、半導体積層体14の一方の表面層はn型半導体層であり、その他方の表面層はp型半導体層であることが好ましい。n型半導体層は、一般的にドーピング濃度に限界があり、透明導電膜21と電気的にオーミック接触又はトンネル接合させることが困難である。つまり、本実施例においては、半導体積層体14と透明導電膜21とのオーミック接触を困難にし、ショットキー接触効果を得ることが容易になる。
In the semiconductor
また、本実施例の半導体発光素子1において、半導体積層体14の一方の表面にはおいて凹状若しくは凸状に形成された粗面加工部22が形成されていることが好ましい。図3及び図4に示すように、半導体発光素子1の光取出面が粗面化されている場合(各図の「乱反射あり」)と、そうでない場合(各図の「平滑面」)とを比較すると明らかなように、粗面加工部22が形成されていると反射率が向上し、半導体発光素子1の発光出力や発光効率を向上させることができる。
Further, in the semiconductor
また、本実施例の半導体発光素子1において、半導体積層体14の粗面加工部22は、積層方向において分配電極12及び表面電極17の両電極のいずれにも重ならない領域に形成されていることが好ましい。
また、本実施例の半導体発光素子1において、支持基板10は、Siを用いて形成されていることが好ましい。これにより、裏面電極13との良好なオーミック接触性、良好な切削性及び熱伝導性に優れた支持基板10を廉価で作成することができる。
Further, in the semiconductor
Further, in the semiconductor
また、本実施例の半導体発光素子1において、誘電体層15はSiO2を用いて形成されていることが好ましい。これにより、誘電体層15の屈折率を低く設定することができる。また、製造面においてもSiNなどの材料に比較し、成膜容易性及び成膜速度並びにエッチング容易性及びパターニング精度を向上させることができるし、吸収損失も極めて低く設定することができる。その結果、高出力の半導体発光素子1を容易に得ることができる。
Further, in the semiconductor
また、本実施例の半導体発光素子1において、導電反射層9は、Au若しくはAuを主成分とする合金であることが好ましい。これにより、半導体積層体14の活性層5から放射される赤色や赤外光に対して優れた反射率を有する導電反射層9を得ることができるので、半導体発光素子1を高出力化することができる。
In the semiconductor
そして、本実施例の半導体発光素子1において、表面電極17に電気的に接続しており、かつ、透明導電膜21の表面に張り巡らせた補助電極が備わることが好ましい。これにより、半導体発光素子1の大型化に伴い、表面電極17だけでは分配電極12に電流を均一に供給できなくなる可能性が生じる場合であっても、補助電極を利用して分配電極12に電流を均一に供給することができる。その結果、半導体発光素子1が大型化しても、表面電極17を小型化することができるので、半導体発光素子1を高出力化することができる。
In the semiconductor
次に、実施例2を説明する。本実施例2においては、実施例1から表面電極14の材料、構造及び膜厚のみを変更した場合について示す。
Next, Example 2 will be described. In the present Example 2, it shows about the case where only the material, structure, and film thickness of the
まず、実施例2において、20mA駆動時における半導体発光素子1の特性を表1に示す。
表1に示す結果から、いずれの構造においても高効率の半導体発光素子1を得られた。
From the results shown in Table 1, a highly efficient semiconductor
本実施例の半導体発光素子1のチップはいずれも630nm帯域の赤色を照射する。この波長帯域においては、表2及び図23に示すように、Al、Cu、Ag、Auのいずれも高い反射率を発揮する。これに対し、Ti、Pt、Crなどの金属材料の反射率は低く、反射用電極層17aとして好適でない。
All the chips of the semiconductor
また、Cu、Ag、Auなどの反射用電極層17aの使用材料は、透明導電膜21に用いられるITOとの密着性が乏しいことから、図1及び表1に示すように、それらの間に密着用電極層17dを介在させることが好ましい。
In addition, since the material used for the
ただし、密着用電極層17dの膜厚が厚くなると、密着用電極層17dによる反射が支配的となることから、発光出力の向上が望めなくなってしまう。このことから、密着用電極層17dの膜厚は約20nm以下であることが好ましい。その一方、密着用電極層17dの膜厚をあまりにも薄く形成すると、密着層としての機能が果たせないことから、密着用電極層17dの膜厚は、約1nm〜20nmであることが好ましく、2nm〜10nmであることがより好ましい。 However, when the film thickness of the contact electrode layer 17d is increased, the reflection by the contact electrode layer 17d becomes dominant, so that it is impossible to improve the light emission output. Therefore, the film thickness of the adhesion electrode layer 17d is preferably about 20 nm or less. On the other hand, if the adhesion electrode layer 17d is formed too thin, it cannot function as an adhesion layer. Therefore, the adhesion electrode layer 17d preferably has a thickness of about 1 nm to 20 nm. More preferably, it is 10 nm.
また、Al及びAuといった材料は、いずれも高反射率を有する材料であり、かつ、ワイヤボンディング用金属としても優れている。このため、Al層及びAu層は、表1からも明らかな通り、反射用電極層17a及び接続用電極層17bとしての機能を発揮することができる。
Further, materials such as Al and Au are both materials having high reflectivity, and are excellent as metal for wire bonding. For this reason, as is clear from Table 1, the Al layer and the Au layer can exhibit the functions as the
また、Cu、Ag及びAlはAuなどの金属と合金化するおそれがある。そのため、Cu層、Ag層又はAl層を反射用電極層17a又は接続用電極層17bとして用いる場合、図1に示すように、反射用電極層17aと接続用電極層17bとの間に合金化バリア用電極層17cを介在させることが好ましい。合金化バリア用電極層17cとしては、真空蒸着法などによる形成容易性及び高いバリア効果の観点から、Ti層やPt層が好ましい。表1の通り、Ti層やPt層を用いた合金化バリア用電極層17cは、いずれにおいても、高い発光効率を得ることができることが確認された。また、Pt及びTiの積層体を合金化バリア用電極層17cとして使用することも可能である。
Further, Cu, Ag, and Al may be alloyed with a metal such as Au. Therefore, when a Cu layer, an Ag layer, or an Al layer is used as the reflecting
表1及び上記より、密着用電極層17d、反射用電極層17a、合金化バリア用電極層17c及び接続用電極層17bとしてAl層、Ti層、Pt層及びAu層と順次積層させた4層構造の表面電極17を用いた半導体発光素子1は、優れた特性を有することが確認できた。
From Table 1 and the above, the adhesion electrode layer 17d, the
次に、実施例3を説明する。実施例3においては、発光波長が850nmの赤外半導体発光素子1を作製した例について示す。
Next, Example 3 will be described. In Example 3, an example in which an infrared semiconductor
実施例1との相違点は、半導体積層体14の構成材料が異なる点にある。また、共通点は、表面電極17、分配電極12及び界面電極8の電極パターンの他、半導体積層体14の構成材料以外の事項である。以下にその相違点の詳細について示す。
The difference from Example 1 is that the constituent material of the
実施例1においては、図6に示すように、製造用基板100上に、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pエッチングストップ層2、n型GaAsコンタクト層3、n型クラッド層4、アンドープ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pとアンドープ(Al0.6Ga0.9)0.5In0.5Pとのペアによる多重量子井戸構造の活性層5、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層6、p型GaPコンタクト層7を順次成長させた半導体発光素子1構造とした。
In Example 1, as shown in FIG. 6, an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
本実施例3においては、製造用基板100上に、n型Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層2、n型コンタクト層3、n型Al0.4Ga0.6Asクラッド層、アンドープAl0.2Ga0.8AsとアンドープGaAsとのペアによる多重量子井戸構造活性層5、p型Al0.4Ga0.6Asクラッド層、p型Al0.15Ga0.85Asコンタクト層を順次成長させた半導体発光素子1構造とした。
In Example 3, an n-type Ga 0.5 In 0.5 P
なお、各n型半導体層、p型半導体層のドーパントは上記実施例1と同じである。 In addition, the dopant of each n-type semiconductor layer and p-type semiconductor layer is the same as in the first embodiment.
このような半導体積層体14を用いた半導体発光素子1においては、実施例1と比べ半導体材料がV族にP(リン)を用いたものから、V族にAs(ヒ素)を用いたものに変わっている。このことから、本実施例3においては、上記実施例1に記載した粗面化エッチングの溶液としては、過酸化水素水と臭素と純水の混酸を用いている。また、素子分離のエッチング液としては、300℃前後に冷却した硫酸と過酸化水素水と純水の混酸を用いた。
In the semiconductor
上述した事柄以外の部分は実施例1と同じ構造で半導体発光素子1を作製し、半導体発光素子1の20mA駆動時の半導体発光素子1特性を評価したところ、本実施例3の半導体発光素子1は、発光出力10.8mW、動作電圧1.45Vであり、得られた光出力/投入電力で規定した発光効率は37.2%であった。これは、上記の比較例1及び2と比較して、高発光効率の赤外半導体発光素子1を得ることができたといえる。
The semiconductor
上記結果より、実施例1と同様の表面電極17、分配電極12及び界面電極8の電極パターンが満たされていれば、赤色などの可視光または赤外光などを発光する半導体発光素子1において、発光波長に依存することなく、高効率の半導体発光素子1が得られることがわかる。
From the above results, in the semiconductor
次に、実施例4を説明する。本実施例4においては、図24及び図25に示すように、半導体発光素子1に通電するためのワイヤボンディング用電極を半導体積層体14側に2つ備えた、いわゆる上面2電極型の半導体発光素子1について作製した例について示す。
Next, Example 4 will be described. In the fourth embodiment, as shown in FIGS. 24 and 25, a so-called top-surface two-electrode type semiconductor light emitting device provided with two wire bonding electrodes on the
本実施例と実施例1との相違点は、本実施例に裏面電極13がなく、その代わりに、導電反射膜の一部に第2の表面電極24を1個追加した点にある。第2の表面電極24は、素子分離のアイソレーションエッチングと同様の方法により半導体積層体14(例えばその隅部)を導電反射層9まで積層方向にエッチングして得た電極形成面に形成されている。
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the
次に、本実施例4に示す半導体発光素子1の電極パターンを図25に示す。以下にその製造方法について、実施例1との相違点を抜粋して説明する。
Next, the electrode pattern of the semiconductor
本実施例4においては、透明導電膜21形成後の素子分離工程において、形成するレジストマスク20のパターンを第2の表面電極24を形成する領域の部分もエッチングされるように設計されている。
In the fourth embodiment, in the element isolation step after the transparent
このようなレジストマスク20を用いて実施例1と同様にITO膜のエッチングおよび半導体積層体14のエッチングをおこない、さらに、残余したGaP層を臭素と過酸化水素水と純水との混酸を用いて除去した。
Etching of the ITO film and etching of the semiconductor laminated
さらに、このままでは第2の表面電極24を形成する領域に誘電体層15が残余するため、純水で希釈したフッ酸に浸して当該領域の誘電体層15を除去し、導電反射層9を露出させた。
Further, since the
その後、裏面電極13の形成はおこなわず、表面電極17を形成する際のレジストマスク20を、実施例1の表面電極17である第1の表面電極17とその対角に位置する第2の表面電極24が形成されるようにパターニングし、第1の表面電極17及び第2の表面電極24を同時に形成した。したがって、第1の表面電極17及び第2の表面電極24は同じ電極構造を有している。第2の表面電極24において、反射用電極層は、例えばAu−Cuの場合、合金化や拡散による反射率の低下が問題になるため、導電反射層9と同じ材料を用いるのが好ましい。
Thereafter, the
また、本実施例4においては、支持基板10として高抵抗の半絶縁性Si基板を使用した。より高抵抗が得られるという理由から、実施例1の低抵抗支持基板10のCZ(Czochralski)法で作製したSiと異なり、FZ(Floating Zone)法で作製した高抵抗のSiを用いている。このときのSi基板の抵抗率は2.5×105Ω・cmのSi基板を用いた。
In Example 4, a high resistance semi-insulating Si substrate was used as the
以上のような構成で作製した半導体発光素子1に電圧を印加すると、電流は正極である第2の表面電極24から導電反射層9を通じて界面電極8から半導体積層体14へと流入し、分配電極12と透明導電膜21を介して、第1の表面電極17へと流れる。
When a voltage is applied to the semiconductor
本実施例4に示した半導体発光素子1を、実施例1と同様に、半導体発光素子1の20mA駆動時の特性を評価したところ、発光出力10.7mW、動作電圧2.03Vであり、得られた光出力/投入電力で規定した発光効率は26.4%と、高発光効率の赤外半導体発光素子1を得ることができた。
When the characteristics of the semiconductor
上記結果より、実施例1と同様の表面電極17、分配電極12及び界面電極8の電極パターンが満たされていれば、半導体発光素子1の正極及び負極との関係について表面電極17と裏面電極13との関係や第1の表面電極17及び第2の表面電極24の関係といった違いがあっても、高効率の半導体発光素子1が得られることがわかる。
From the above results, if the same electrode patterns of the
なお、高抵抗の支持基板10を用いた場合であっても実施例1と同様の結果を得ることができることは明白であり、また、本実施例4よりも低抵抗のSi支持基板10を用いたとしても、実施例1と同様の結果を得ることができることも明白である。
It is obvious that the same result as in Example 1 can be obtained even when the high-
ただし、支持基板10の抵抗が低くなるにしたがい、電流経路的にSi支持基板10に流れる電流成分が増加し、例えば半導体発光素子1の定格電圧以下の低い電圧を印加した場合などにおいて、μAオーダの微小電流がリーク電流として流れてしまうということがある。半導体発光素子1を扱うユニットメーカーなどにおいてはこのような漏れ電流が不都合な場合があるので、上面2電極型半導体発光素子1の場合、Si支持基板10の抵抗率は、少なくとも1×105Ω・cm以上の抵抗率を有していることが好ましい。
However, as the resistance of the
次に、実施例5を説明する。本実施例5においては、n型コンタクト層3の材料を変えた場合の半導体発光素子1について示す。
Next, Example 5 will be described. In Example 5, the semiconductor
実施例1との相違点は、n型コンタクト層3の材料をAlGaAsとした点にある。また、本実施例においては、AlGaAsのAl組成を0.1、0.2、0.3、0.4と変えて作製した。このとき、それぞれのAlGaAsコンタクト層のキャリア濃度は実施例1に記載のn型コンタクト層3と同様に8×1017/cm3のキャリア濃度となるよう、適宜H2Seの流量設定を変えて作製した。
The difference from Example 1 is that the material of the n-
その他の製造方法や構造は上記実施例1と同じである。作製した半導体発光素子1の20mA駆動時の半導体発光素子1特性を表2および図26に示す。
ここで、表2に示す通り、Al組成0.4のn型AlGaAsコンタクト層を用いた場合の半導体発光素子1の動作電圧は2.28Vとなっている。また、このときの発光効率は23.7%と、n型コンタクト層3を用いた実施例1の場合に比べて約5%低い値となっており、Al組成の増大によって半導体発光素子1の効率低下になることは明白である。
Here, as shown in Table 2, the operating voltage of the semiconductor
また、それ以上に半導体発光素子1の動作電圧が定格電流20mAにおいて2.28Vと、本実施例で作製した素子サイズの一般的な半導体発光素子1の電圧仕様範囲である2.2V前後に対して高い値となっている。
Further, the operating voltage of the semiconductor
電圧は素子の電極構成などによって変化するものであるが、Al組成の増大にしたがって電圧が増加すること、及び、その増加と共に次第に上昇する電圧の値が大きくなっていることから顧みて、Al組成の増大によりオーミック接触が得にくくなっているという傾向が見て取れる。 Although the voltage varies depending on the electrode configuration of the element, etc., in view of the fact that the voltage increases as the Al composition increases, and the value of the voltage that gradually increases with the increase, increases the Al composition. It can be seen that it is difficult to obtain ohmic contact due to the increase in the thickness.
上記結果より、実施例1と同様の表面電極17、分配電極12及び界面電極8の電極パターンが満たされていれば、例えば半導体コンタクト層の材料が異なったとしても同様の効果が得られることが明らかである。そして、表2より、高出力、低動作電圧という高い発光効率を得るためには、好適にはコンタクト層の材料としてAlXGa1−XAs(ただし、0≦X≦0.3)の範囲で選択される材料が好まし。さらに、AlGaAsのコンタクト層を採用する場合、そのAl組成は0.2程度に抑えることが好ましい。
From the above results, if the same electrode patterns of the
次に、実施例6を説明する。本実施例6においては、実施例1と異なり、半導体積層体14の光取出面側(一方の表面)を粗面化しない構造とした例を示す。
Next, Example 6 will be described. In Example 6, unlike Example 1, an example in which the light extraction surface side (one surface) of the semiconductor stacked
実施例1との相違点は、n型クラッド層4を露出させた後の粗面化エッチング工程を一切おこなっていない点のみであり、それ以外の点においては実施例1と同じ製造方法で半導体発光素子1を作製した。
The difference from Example 1 is only that the roughening etching process after exposing the n-
実施例6の半導体発光素子1を実施例1と同様に半導体発光素子1の20mA駆動時の半導体発光素子1特性を評価したところ、発光出力5.6mW、動作電圧1.94Vであり、得られた光出力/投入電力で規定した発光効率は14.4%であった。
The semiconductor
このように、半導体積層体14の粗面加工部22による粗面化は、半導体発光素子1の発光出力を著しく向上させる効果があり、この加工の有無によって半導体発光素子1の特性は大幅に変化する。もちろん、粗面加工の加工方法によってはその出力向上率は様々であるが、無加工状態の平面状の光取出面の半導体発光素子1と比較すれば、粗面加工の重要性は明白であると考えられる。
As described above, the roughening by the roughened
つまり、半導体発光素子1の光取出面側(一方の表面)における半導体積層体14の粗面加工が成されていることが好ましい。
That is, it is preferable that the roughened surface of the semiconductor stacked
次に、実施例7を示す。本実施例7においては、透明導電膜21の材料を変えた場合について示す。上記実施例1においては、透明導電膜21にITOを用いた例を示した。本実施例7においては、透明導電膜21の材料に、In203(酸化インジウム)、ZnO(酸化亜鉛)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)又はGZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)を用いた。上記の透明導電膜21の製造方法は、いずれもRFマグネトロンスパッタを用いて成膜したものである。透明導電膜21の膜厚はおよそ80nmを狙って成膜した。
Next, Example 7 is shown. In Example 7, a case where the material of the transparent
なお、透明導電膜21の材料を変えたこと及びZnO系材料の素子分離工程時のエッチング液にリン酸、塩酸の混酸を用いたこと以外については、実施例1と同様である。
In addition, it is the same as that of Example 1 except having changed the material of the transparent
実施例7の半導体発光素子1の20mA通電時の特性評価並びに透明導電膜21における抵抗率及び透過率を表3に示す。
上記結果より、実施例1と同様の表面電極17、分配電極12及び界面電極8の電極パターンが満たされていれば、透明導電膜21の材料の違いによる影響はほとんどないといえる。例えば、透明導電膜21として、SnO2、IZOを用いてもよい。
From the above results, it can be said that there is almost no influence due to the material difference of the transparent
次に、実施例8を説明する。本実施例8においては、実施例1の透明導電膜21の厚みと抵抗率を変えた場合の半導体発光素子1について示す。
Next, Example 8 will be described. In the present Example 8, it shows about the semiconductor light-emitting
本実施例8においては、透明導電膜21の抵抗率をおよそ8×10−4Ω・cm、1×10−3Ω・cm、5×10−3Ω・cmとし、さらに、ぞれぞれの抵抗率ついて透明導電膜21の膜厚を30nm、50nm、150nmとした。
In Example 8, the resistivity of the transparent
透明導電膜21の抵抗率は、スパッタによる成膜時にチャンパー内に酸素ガスを添加及び調整を行うことにより変更された。具体的には、およそ5sccm(sccm:standard cc/min。1atm及び0℃若しくは25℃のいずれか一定温度で規格化された気体の体積)の酸素ガス添加によって8×10−4/cm3を狙い、およそ10sccmの酸素ガス添加によって1×10−3/cm3を狙い、およそ40sccmの酸素ガス添加によって5×10−3/cm3を狙うことにより成膜条件を設定した。
The resistivity of the transparent
また、透明導電膜21の膜厚は、成膜時間を調整することによって変更された。具体的には、成膜時間を11分にすることで膜厚30nmを狙い、また、成膜時間を19分にすることで膜厚50nmを狙い、また、成膜時間を56分にすることで膜厚150nmを狙うことにより成膜条件を設定した。
Moreover, the film thickness of the transparent
なお、実施例1の透明導電膜21の抵抗率4.5×10−4Ω・cm、その膜厚80nmの条件についても、マトリクスのパラメータに加え、複数の半導体発光素子1を作製している。狙った抵抗率及び膜厚に対して多少の誤差は出ているが、およそ設計通りの値が得られた。
In addition to the matrix parameters, a plurality of semiconductor light-emitting
なお、これら以外の成膜条件は上記実施例1に記載の条件と同じである。 The film forming conditions other than these are the same as those described in Example 1 above.
実施例1と同様の定格電流20mAにおける半導体発光素子1の特性評価を行った結果を表4に示す。
また、透明導電膜21の透過率は、半導体発光素子1の発光出力を左右する要因の一つとして重要である。半導体発光素子1の活性層5から光取出面側(一方の表面)に光が射出される際、光のほとんどは半導体積層体14の一方の表面(光取出面)の全面に形成されている透明導電膜21を通過して射出される。したがって、この透明導電膜21の透過率が低ければ、半導体発光素子1の発光出力が低下することは明白である。
Further, the transmittance of the transparent
この影響は、透明導電膜21の膜厚を150nmにした場合の傾向に表れている。例えば、表4に示すように、透明導電膜21の抵抗率を実施例1と同じ程度の4.3×10−4Ω・cmとし、その膜厚を150nmとした半導体発光素子1は、実施例1(透明導電膜21の抵抗率:4.5×10−4Ω・cm、その膜厚:80nm、発光出力:11.1mW、動作電圧:1.95V、発光効率:28.5%)と比較して発光出力がわずかに低下していることがわかる。
This influence appears in the tendency when the film thickness of the transparent
なお、透明導電膜21の厚みは常に80nm前後が好ましいわけではなく、半導体発光素子1のサイズや定格電流に応じてその好適な値が変化する。例えば、半導体発光素子1のサイズが500μm角、800μm角、1000μm角と大きくなった場合、さらにその定格電流が200mA、350mA、700mAなど、通常の半導体発光素子1に印加する大きさの電流よりも大きな電流を流す場合、透明導電膜21の膜厚を80nmに設定した半導体発光素子1の光取出面(一方の表面)側から均一な発光分布を得ることは困難である。そのような場合においては、透明導電膜21の膜厚を適宜厚く設計し、製作することが好ましい。
Note that the thickness of the transparent
したがって、半導体発光素子1に設ける透明導電膜21の抵抗率は、1×10−3Ω・cm以下であることが好ましく、8×10−4Ω・cm以下の抵抗率を有していることがより好ましい。現時点の技術力において1×10−4Ω・cm、厚さ30〜150nmの透明導電膜21を、透過率を95%以上に高く維持したまま形成することは、技術的に困難である。
Therefore, the resistivity of the transparent
以上の結果から、透明導電膜21の抵抗率が現時点で一般的に得られる最小抵抗率1×10−4Ω・cm以上の場合、その膜厚は50nm以上有することが十分な電流分散効果を得る上で好ましい。透明導電膜21の素子サイズの大型化や、定格電流の大電流化が求められる半導体発光素子1においては100nm以上の膜厚を有することがさらに好ましい。
From the above results, when the resistivity of the transparent
なお、仮に、抵抗率が1×10−4Ω・cm以下の透明導電膜21を形成した場合、半導体の抵抗率が小さいほどキャリア濃度は大きくなることから、その透明導電膜21のキャリア濃度は1×1021/cm3以上有すると考えられる。その結果、透明導電膜21と半導体積層体14の一方の表面層とがオーミック接触又はトンネル接合するおそれがある。この場合、透明導電膜21から半導体積層体14に電流が直接注入されてしまうことから、半導体積層体14の一方の表面において表面電極17に近い領域に電流が流入してしまうので、その領域から集中的に発光されてしまい、高い発光出力を得ることができなくなってしまう。
If the transparent
したがって、本発明における半導体発光素子1の場合、透明導電膜21と半導体積層体14の光取出面側(一方の表面)は、直接電流が注入されないように、ショットキー接触等によりその間の接触抵抗を極力高くしておくことが好ましい。
Therefore, in the case of the semiconductor
また、透明導電膜21と半導体積層体14との間にオーミック接触又はトンネル接合を発生させ難くする手段として、半導体積層体14の一方の表面層にバンドギャップエネルギが大きい材料を用いることが好ましい。それに対し、例えば、GaAsやInGaAsなどのナローバンドギャップ材料は半導体積層体14の一方の表面層の材料としては好適ではない。
In addition, as a means for making it difficult to generate an ohmic contact or a tunnel junction between the transparent
仮に、発光波長が赤外域のナローバンドギャップ系の半導体発光素子1の場合、透明導電膜21と半導体積層体14との間に薄く低キャリア濃度の半導体層を一層追加するなど、透明導電膜21から半導体積層体14に電流が注入されることを極力抑制することが好ましい。
For example, in the case of the narrow band gap semiconductor
すなわち、本実施例によって、上記の種々の作用を生じるため、光の高出力化及び取出効率並びに低動作電圧化を向上させることができるという効果を奏する。 That is, according to the present embodiment, the above-described various effects are produced, so that it is possible to improve the light output, extraction efficiency, and operation voltage.
なお、本発明は、前述した実施例などに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。 In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above etc., A various change is possible as needed.
1…半導体発光素子、2…エッチングストップ層、3…n型コンタクト層、4…n型クラッド層、5…活性層、6…p型クラッド層、7…p型コンタクト層、8…界面電極、9…導電反射層、10…支持基板、11a…第2の金属接合層、11b…第1の金属接合層、12…分配電極、13…裏面電極、14…半導体積層体、15…誘電体層、16…第2の合金化バリア層、17…表面電極、17a…反射用電極層、17b…接続用電極層、17c…合金化バリア用電極層、17d…密着用電極層、18…第1の合金化バリア層、20…レジストマスク、21…透明導電膜、22…粗面加工部、23…オーミック表面電極、24…第2の表面電極、100…製造用基板
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記半導体積層体の前記他方の表面側に積層されている金属反射層と、
前記半導体積層体の前記一方の表面に形成されている透明導電膜と、
前記透明導電膜の表面に形成される反射用電極層及び外部配線に接続される接続用電極層を積層した積層電極構造に形成されている表面電極と、
前記半導体積層体の一方の表面に分布する複数の分配電極と、
前記導電反射層と前記半導体積層体との間に設けられた誘電体層の内部において前記導電反射層と前記半導体積層体とを電気的に接続し、かつ、前記積層方向において前記複数の分配電極と重ならないように形成されている界面電極と、
を備える半導体発光素子。 A semiconductor laminate that emits light from one surface and the other surface;
A metal reflective layer laminated on the other surface side of the semiconductor laminate;
A transparent conductive film formed on the one surface of the semiconductor laminate;
A surface electrode formed in a laminated electrode structure in which a reflective electrode layer formed on the surface of the transparent conductive film and a connection electrode layer connected to external wiring are laminated;
A plurality of distribution electrodes distributed on one surface of the semiconductor laminate;
The conductive reflective layer and the semiconductor stacked body are electrically connected within a dielectric layer provided between the conductive reflective layer and the semiconductor stacked body, and the plurality of distribution electrodes in the stacking direction An interface electrode formed so as not to overlap with
A semiconductor light emitting device comprising:
前記接続用電極層は、Al若しくはAuのどちらか1種の単層構造又はそれら2種を積層させた積層構造を有している請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 The reflective electrode layer has a single layer structure of any one of Al, Cu, Ag, Au, or a laminated structure in which two or more of them are laminated,
4. The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the connection electrode layer has a single-layer structure of either one of Al and Au or a stacked structure in which two of them are stacked. 5. .
前記合金化バリア用電極層は、Ti、Pt、Niのいずれか1種の単層構造又はそれら2種以上を積層させた積層構造を有している請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 The surface electrode has an electrode layer for alloying barrier between the electrode layer for reflection and the electrode layer for connection,
5. The alloying barrier electrode layer according to claim 1, wherein the alloying barrier electrode layer has a single-layer structure of any one of Ti, Pt, and Ni or a stacked structure in which two or more of them are stacked. The semiconductor light emitting element as described.
前記透明導電膜は、金属酸化物からなる請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 The surface electrode has an adhesion electrode layer between the reflective electrode layer and the transparent conductive film,
The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the transparent conductive film is made of a metal oxide.
前記分配電極及び前記界面電極は、前記半導体積層体の一方の表面又は他方の表面において、均一に分布している請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 A plurality of the interface electrodes are formed and arranged at a constant interval from the distribution electrodes in a plan view as viewed from the stacking direction,
9. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the distribution electrode and the interface electrode are uniformly distributed on one surface or the other surface of the semiconductor laminate.
前記透明導電膜の膜厚は、50nm以上に設定されている請求項1から12のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 The resistivity of the transparent conductive film is set to 1 × 10 −3 Ω · cm or less,
The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein a film thickness of the transparent conductive film is set to 50 nm or more.
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