JP2016195176A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】光取り出し効率の低下を抑制しながらも、低い動作電圧で発光することのできる窒化物半導体発光素子を実現する。【解決手段】 半導体発光素子は、支持基板と、半導体層と、半導体層の面のうち支持基板に近い側の面上に形成された第一電極と、半導体層の面のうち第一電極が形成されている側とは反対側の面上に形成された第二電極と、第一電極の面のうち半導体層が形成されている側とは反対側の面上に形成された導電性の保護層とを有する。半導体層は、窒化物半導体で構成され、保護層は融点がAgより高い金属材料を含んで構成され、第一電極は、Ge及びCuを含むAg合金で構成される。【選択図】 図1
Description
本発明は、窒化物半導体発光素子に関する。
近年、窒化物半導体を用いた発光素子の開発が進められている。この発光素子は、n型半導体層と、p型半導体層と、これらn型半導体層及びp型半導体層に挟まれるように形成された活性層とを含んで構成される。n型半導体層とp型半導体層の間に電位差が設けられることで両者間に電流が流れ、活性層内で電子と正孔が再結合して発光する。活性層内で生成されたこの光を有効に利用すべく、種々の研究開発が進められている。
例えば、下記特許文献1には、いわゆる「縦型構造」を有する発光素子が開示されている。縦型構造の素子とは、活性層に対して基板に直交する方向に電圧が印加されることで、活性層が発光する素子を指す。
特に縦型構造の素子においては、光の取り出し効率を高めるために、反射材料が設けられることが多い。特許文献1においても、電極に反射性の高い材料を設けることが記載されており、特にAgが好ましい旨の記述がある。
図12は、特許文献1に開示された発光素子の断面図を模式的に示したものである。従来の発光素子90は、支持基板91上に導電層92、反射膜93、絶縁層94、反射電極95、半導体層99、及びn側電極100を備えて構成される。半導体層99は、p型半導体層96、活性層97、及びn型半導体層98が支持基板91側から順に積層されて構成される。
絶縁層94の下層には金属材料からなる反射膜93が形成されているが、この反射膜93はオーミック性を有さず電極としての機能を奏さない。一方、反射電極95は金属材料からなり、p型半導体層96の間でオーミック接触が実現されることで電極(p側電極)として機能している。
反射電極95は、活性層97で生成された光のうち、支持基板91に向かう方向(図面下向き)に放射された光を反射させてn型半導体層98側(図面上向き)に取り出すことで、光の取り出し効率を高める目的を兼ねている。特許文献1では、この反射電極95として、上述したようにAgが好ましいとされている。
近年、更に低い動作電圧で高い輝度を実現する発光素子が求められている。本発明者の鋭意研究により、図12において反射電極95をAgで構成した場合には、低い動作電圧で発光させることが難しいことを見出した。
本発明は、上記の課題に鑑み、光取り出し効率の低下を抑制しながらも、低い動作電圧で発光することのできる窒化物半導体発光素子を実現することを目的とする。
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、
支持基板と、
前記支持基板の上層に形成され、n型半導体層、p型半導体層、及び、前記支持基板の面に直交する方向に前記n型半導体層と前記p型半導体層とで挟まれた活性層を含む半導体層と、
前記半導体層の面のうち、前記支持基板に近い側の面上に形成された第一電極と、
前記半導体層の面のうち、前記第一電極が形成されている側とは反対側の面上に形成された第二電極と、
前記第一電極の面のうち、前記半導体層が形成されている側とは反対側の面上に形成された導電性の保護層とを有し、
前記半導体層は、窒化物半導体で構成され、
前記保護層は、融点がAgより高い金属材料を含んで構成され、
前記第一電極は、Ge及びCuを含むAg合金で構成される。
支持基板と、
前記支持基板の上層に形成され、n型半導体層、p型半導体層、及び、前記支持基板の面に直交する方向に前記n型半導体層と前記p型半導体層とで挟まれた活性層を含む半導体層と、
前記半導体層の面のうち、前記支持基板に近い側の面上に形成された第一電極と、
前記半導体層の面のうち、前記第一電極が形成されている側とは反対側の面上に形成された第二電極と、
前記第一電極の面のうち、前記半導体層が形成されている側とは反対側の面上に形成された導電性の保護層とを有し、
前記半導体層は、窒化物半導体で構成され、
前記保護層は、融点がAgより高い金属材料を含んで構成され、
前記第一電極は、Ge及びCuを含むAg合金で構成される。
Agの仕事関数は4.3eVであり、Geの仕事関数は5.1eVであり、Cuの仕事関数は4.6eVである。上記の構成によれば、第一電極の構成材料として、Agに加えて、仕事関数の大きい材料であるGe及びCuが含まれることで、半導体層との間でのオーミックコンタクトが容易に形成できる。また、第一電極の構成材料にCuが含まれることで、耐熱性が向上する。この結果、Agのボールアップが抑制されるため、半導体層と第一電極との密着性が向上する。これらにより、半導体層と第一電極との接触抵抗が低下するため、従来よりも動作電圧の低減を図ることができる。「Agのボールアップ」とは、Agのマイグレーションによって部分的に凝縮する現象を指す。
更に、第一電極にCuが含まれることで、純粋なAgよりも耐酸化性が向上する。また、第一電極にGeが含まれることで、純粋なAgよりも耐硫化性が向上する。この結果、第一電極に含まれるAgが酸化又は硫化することによって反射率が低下することが抑制される。
つまり、上記の第一電極によれば、反射率の低下を抑制しながらも、半導体層との間の接触抵抗を低くすることができる。よって、このような第一電極を備えた窒化物半導体発光素子によれば、高い光取り出し効率と低い動作電圧を両立することができる。
前記窒化物半導体発光素子は、前記保護層の面のうち、前記第一電極が形成されている側とは反対側の面上に形成された接合層を有するものとしても構わない。このとき、前記保護層は、Pt、Tiの少なくとも一方を含んで構成されるものとしても構わない。
この接合層は、窒化物半導体発光素子を製造するに際し、前記支持基板とは別の基板(成長基板)上に半導体層を成長させた後、この成長基板と支持基板を貼り合わせるために設けられる。接合層を構成する材料(例えばAu−Snなど)は、Agに比べて反射率が大幅に低い。このため、仮に接合層を構成する材料が第一電極側に拡散してしまうと、第一電極における光の反射率が低下して、光取り出し効率の低下を招く。上記のように、接合層と第一電極の間に、Pt又はTiの少なくとも一方を含んで構成される保護層を備えることで、接合層を構成する材料が第一電極側に拡散することが抑制されるため、反射率が低下することが抑制される。
前記p型半導体層が前記第一電極に接触する構成とすることができる。
このとき、前記n型半導体層、及び前記p型半導体層は、いずれもAl及びGaを含む窒化物半導体で構成されるものとしても構わない。また、前記活性層は、波長365nm以上405nm以下の光を生成可能な窒化物半導体で構成されるものとしても構わない。
波長が365nm以上405nm以下の近紫外領域の光については、GaNによって5%以上90%以下程度吸収されてしまう。従って、近紫外領域の光を射出する窒化物発光素子としては、光取り出し効率を高める観点から、GaNよりもバンドギャップエネルギーの高いAlNをGaNに含めた窒化物半導体(例えばAlGaNやAlInGaN)で構成するのが好ましい。
しかしながら、AlNとGaNの混晶材料(ここではAlGaNと記載する)はバンドギャップエネルギーがGaNより高いため、p型化した場合のアクセプタ準位が深くなってしまう。すなわち、GaNとAlGaNに対して同一の不純物濃度でp型ドーパントを導入したとしても、例えばAl組成20%程度でAlGaNを構成した場合、正孔濃度はAlGaNの方がGaNよりも1桁程度低下してしまう。このため、p型半導体層をAlGaNで構成した場合、GaNで構成した場合よりも動作電圧が上昇する傾向にある。
しかし、上記の構成によれば、p型半導体層に接触して形成されている第一電極が、Ge及びCuを含むAg合金で構成されているため、p型半導体層との密着性が高い。よって、p型半導体層がAl及びGaを含む窒化物半導体で構成される場合であっても、第一電極とp型半導体層の間での低い接触抵抗が実現できる。この結果、動作電圧の低い近紫外領域の半導体発光素子が実現できる。また、第一電極と接触する領域に形成されるp型半導体層、すなわちp型コンタクト層についても、GaNよりも低い吸収率を示す、Al及びGaを含む窒化物半導体で構成できるため、高い光取り出し効率が実現される。
前記第一電極を構成するAg合金がAlを含むものとしても構わない。
第一電極にAlが含まれることで、Agのマイグレーションが抑制され、Agの凝集が抑えられる。この結果、Agのボールアップが抑制されるため、半導体層と第一電極との密着性が更に向上し、動作電圧を低下することができる。
また、活性層で生成される光が近紫外領域の波長帯である場合、第一電極にAlが含まれることで、反射率を向上させることができる。
前記第一電極を構成するAg合金がPdを含むものとしても構わない。
Pdの仕事関数は5.1eVである。上記の構成によれば、第一電極に仕事関数の大きい材料であるPdが含まれることで、半導体層との間でのオーミックコンタクトが容易に形成できる。
前記第一電極を構成するAg合金は、Geの質量%濃度が0.1wt%以下であり、Cuの質量%濃度が0.5wt%以下であるものとしても構わない。
上記構成によれば、反射率の低下を最大限抑制しながらも、動作電圧の低い窒化物半導体発光素子が実現できる。
本発明の窒化物半導体発光素子によれば、光取り出し効率が低下するのを抑制しながらも、動作電圧を低下させることができる。
本発明の窒化物半導体発光素子につき、図面を参照して説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。また、以下において、「AlGaN」という記述は、AlmGa1−mN(0<m<1)という記述と同義であり、AlとGaの組成比の記述を単に省略して記載したものであって、AlとGaの組成比が1:1である場合に限定する趣旨ではない。「InGaN」という記述についても同様である。
[構成]
図1は、本発明の窒化物半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図1に示す窒化物半導体発光素子1は、支持基板3、半導体層5、第一電極13、第二電極15、及び保護層17を含んで構成される。以下では、窒化物半導体発光素子1を単に「発光素子1」と適宜略記する。
図1は、本発明の窒化物半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図1に示す窒化物半導体発光素子1は、支持基板3、半導体層5、第一電極13、第二電極15、及び保護層17を含んで構成される。以下では、窒化物半導体発光素子1を単に「発光素子1」と適宜略記する。
(支持基板3)
支持基板3は、例えばCuW、W、Moなどの導電性基板、又はSiなどの半導体基板で構成される。
支持基板3は、例えばCuW、W、Moなどの導電性基板、又はSiなどの半導体基板で構成される。
(半導体層5)
本実施形態では、半導体層5は、支持基板3に近い側からp型半導体層11、活性層9及びn型半導体層7が順に積層されて形成されている。
本実施形態では、半導体層5は、支持基板3に近い側からp型半導体層11、活性層9及びn型半導体層7が順に積層されて形成されている。
本実施形態では、p型半導体層11は、例えばMg、Be、Zn、又はCなどのp型不純物がドープされたAlGaNで構成される。
活性層9は、例えばInGaNで構成される発光層及びn型AlGaNで構成される障壁層が周期的に繰り返されてなる半導体層で形成される。これらの層はアンドープでもp型又はn型にドープされていても構わない。活性層9は、少なくともエネルギーバンドギャップの異なる2種類の材料からなる層が積層されて構成されていればよい。活性層9の構成材料は、生成したい光の波長に応じて適宜選択される。本実施形態では、活性層9は、波長365nm以上405nm以下の光を生成可能な窒化物半導体で構成されているものとする。
本実施形態では、n型半導体層7は、例えばSi、Ge、S、Se、Sn、又はTeなどのn型不純物がドープされたAlGaNで構成される。n型半導体層7は、p型半導体層11と異なる組成の材料で構成されているものとしても構わない。
(第一電極13、第二電極15)
第一電極13は、活性層9から射出される光に対して高い反射率(例えば75%以上であり、より好ましくは90%以上)を示す導電性の材料で構成される。より具体的には、Ge及びCuを含むAg合金で構成されている。本実施形態では、第一電極13がp側電極を構成する。
第一電極13は、活性層9から射出される光に対して高い反射率(例えば75%以上であり、より好ましくは90%以上)を示す導電性の材料で構成される。より具体的には、Ge及びCuを含むAg合金で構成されている。本実施形態では、第一電極13がp側電極を構成する。
第二電極15は、n型半導体層7の上面に形成されており、例えばCr−Auで構成される。第二電極15には、例えばAu、Cuなどで構成されるワイヤ(不図示)が連絡されているものとしても構わない。このとき、ワイヤの他端がパッケージ基板の給電パターンなどに接続されることで、第二電極15は発光素子1の給電端子として機能する。本実施形態では、第二電極15がn側電極を構成する。
第一電極13と第二電極15の間に電圧を印加することで、活性層9内を電流が流れ、活性層9が発光する。
第一電極13は、上述したように、活性層9で生成される光に対して高い反射率を示す材料で構成される。発光素子1は、活性層9から射出された光を図1の上方向(n型半導体層7側)に取り出すことが想定されている。第一電極13は、活性層9から支持基板3側に向けて射出された光をn型半導体層7側に向けて反射させることで、光取り出し効率を高める機能を果たしている。
(導電層20)
導電層20は、支持基板3の上層に形成されている。本実施形態では、導電層20は、保護層23、接合層21、接合層19及び保護層17の多層構造で構成されている。
導電層20は、支持基板3の上層に形成されている。本実施形態では、導電層20は、保護層23、接合層21、接合層19及び保護層17の多層構造で構成されている。
接合層19及び接合層21は、例えばAu−Sn、Au−In、Au−Cu−Sn、Cu−Sn、Pd−Sn、Snなどで構成される。後述するように、これらの接合層19と接合層21は、支持基板3上に形成された接合層21と、別の基板(後述する成長基板25)上に形成された接合層19を対向させた後に、両者を貼り合わせることで形成されたものである。これらの接合層19及び接合層21は、単一の層として一体化されているものとしても構わない。
保護層17は、本実施形態では、Ni/Ti/Ptの多層構造で構成される。このうち、Ti/Pt層は、接合層(19,21)を構成する材料が第一電極13側に拡散して、第一電極13の反射率が低下することを抑制する目的で設けられている。また、Ni層は、Ti/Pt層に含まれる材料、特にTiが第一電極13側に拡散し、第一電極13の反射率が低下することを抑制する目的で設けられている。ただし、保護層17は、少なくとも接合層(19,21)を構成する材料が拡散するのを抑制する機能を有する材料で構成されていればよく、Pt、Tiの少なくとも一方を含んでいればよい。
保護層23は、例えば保護層17と同一の材料で構成され、接合層(19,21)を構成する材料が支持基板3側に拡散するのを抑制する目的で設けられている。ただし、保護層23は必ずしも備えられていなくても構わない。
(電流遮断層14)
発光素子1は、導電層20の一部上面に電流遮断層14を備えている。本実施形態では、電流遮断層14は、第一電極13と同一の材料、すなわちAg合金で構成されている。
発光素子1は、導電層20の一部上面に電流遮断層14を備えている。本実施形態では、電流遮断層14は、第一電極13と同一の材料、すなわちAg合金で構成されている。
図1に示すように、第一電極13及び電流遮断層14は、いずれもp型半導体層11と接触して形成されている。第一電極13は、p型半導体層11との間でオーミック接触が形成されている。一方、電流遮断層14は、p型半導体層11との間でショットキー接触が形成されており、p型半導体層11との接触抵抗が、第一電極13よりも高い。
電流遮断層14は、支持基板3の面に直交する方向(以下、一例として「鉛直方向」と記載する。)に関して、第二電極15に対向する位置に形成されている。仮に、鉛直方向に第二電極15と対向する位置において、p型半導体層11との接触抵抗が低い層が形成されている場合、発光素子1に対して電圧を印加すると、鉛直方向に第二電極15と対向する領域内に大部分の電流が流れてしまう。この結果、活性層9の特定の領域のみが発光してしまい、発光効率が低下する。電流遮断層14は、活性層9を流れる電流を支持基板3の面に平行な方向(以下、一例として「水平方向」と記載する。)に拡げることで、活性層9の発光効率を高める機能を有している。
また、本実施形態のように、電流遮断層14が、活性層9で生成された光に対して高い反射率を示す材料で形成されることで、第一電極13と同様の理由により、光取り出し効率を向上させることができる。
(絶縁層24)
本実施形態において、発光素子1は、電流遮断層14の一部上面に形成された絶縁層24を備えている。絶縁層24は、例えばSiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3などで構成される。この絶縁層24は、製造方法の項で後述するように、素子分離時におけるエッチングストッパとして機能させる目的で設けられている。
本実施形態において、発光素子1は、電流遮断層14の一部上面に形成された絶縁層24を備えている。絶縁層24は、例えばSiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3などで構成される。この絶縁層24は、製造方法の項で後述するように、素子分離時におけるエッチングストッパとして機能させる目的で設けられている。
なお、図1では図示していないが、半導体層5の側面に保護膜としての絶縁層を形成しても構わない。なお、この保護膜としての絶縁層は、透光性を有する材料(例えばSiO2など)で構成するのが好ましい。また、光取り出し効率を更に高める目的で、n型半導体層7の上面に微小の凹凸(メサ構造)を形成しても構わない。
図1に示す発光素子1によれば、光取り出し効率が低下することを抑制しながらも、従来の素子よりも低い動作電圧で発光させることができる点については、製造方法の説明をした後に実施例を参照して後述される。
[製造方法]
次に、発光素子1の製造方法の一例につき、図2A〜図2Jに模式的に示す工程断面図を参照して説明する。なお、以下で説明する製造条件や膜厚等の寸法はあくまで一例である。
次に、発光素子1の製造方法の一例につき、図2A〜図2Jに模式的に示す工程断面図を参照して説明する。なお、以下で説明する製造条件や膜厚等の寸法はあくまで一例である。
(ステップS1)
図2Aに示すように、成長基板25を準備する。成長基板25としては、一例としてC面を有するサファイア基板を用いることができる。
図2Aに示すように、成長基板25を準備する。成長基板25としては、一例としてC面を有するサファイア基板を用いることができる。
準備工程として、成長基板25のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的な一例としては、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着)装置の処理炉内に成長基板25を配置し、処理炉内に流量が例えば10slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば1150℃に昇温することにより行われる。
(ステップS2)
図2Bに示すように、成長基板25の上層に、アンドープ層27、n型半導体層7、活性層9、及びp型半導体層11を順に形成する。このステップS2は、例えば以下の手順で行われる。
図2Bに示すように、成長基板25の上層に、アンドープ層27、n型半導体層7、活性層9、及びp型半導体層11を順に形成する。このステップS2は、例えば以下の手順で行われる。
まず、成長基板25の上面に、GaNよりなる低温バッファ層を形成し、その上層にGaNよりなる下地層を形成する。これらの低温バッファ層及び下地層がアンドープ層27に対応する。具体的なアンドープ層27の形成方法は、例えば以下の通りである
まず、МОCVD装置の炉内圧力を100kPa、炉内温度を480℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ5slmの窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が50μmol/minのトリメチルガリウム(TMG)及び流量が250000μmol/minのアンモニアを処理炉内に68秒間供給する。これにより、成長基板25の表面に、厚みが20nmのGaNよりなる低温バッファ層を形成する。
次に、MOCVD装置の炉内温度を1150℃に昇温する。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が20slmの窒素ガス及び流量が15slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が100μmol/minのTMG及び流量が250000μmol/minのアンモニアを処理炉内に30分間供給する。これにより、低温バッファ層の表面に、厚みが1.7μmのGaNよりなる下地層を形成する。
次に、アンドープ層27の上層にn型半導体層7を形成する。n型半導体層7の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
まず、引き続き炉内温度を1150℃とした状態で、MOCVD装置の炉内圧力を30kPaとする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が20slmの窒素ガス及び流量が15slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が94μmol/minのTMG、流量が6μmol/minのトリメチルアルミニウム(TMA)、流量が250000μmol/minのアンモニア及び流量が0.013μmol/minのテトラエチルシランを処理炉内に60分間供給する。これにより、例えばAl0.06Ga0.94Nの組成を有し、厚みが2μmのn型半導体層7がアンドープ層27の上層に形成される。
なお、この後、TMAの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを6秒間供給することにより、n型AlGaN層の上層に、厚みが5nm程度のn型GaNよりなる保護層を有してなるn型半導体層7を実現してもよい。
上記の説明では、n型半導体層7に含まれるn型不純物をSiとする場合について説明したが、n型不純物としては、Si以外にGe、S、Se、Sn又はTe等を用いることができる。
次に、n型半導体層7の上層に活性層9を形成する。活性層9の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
まずMOCVD装置の炉内圧力を100kPa、炉内温度を830℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が15slmの窒素ガス及び流量が1slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が10μmol/minのTMG、流量が12μmol/minのトリメチルインジウム(TMI)及び流量が300000μmol/minのアンモニアを処理炉内に48秒間供給するステップを行う。その後、流量が10μmol/minのTMG、流量が1.6μmol/minのTMA、0.002μmol/minのテトラエチルシラン及び流量が300000μmol/minのアンモニアを処理炉内に120秒間供給するステップを行う。以下、これらの2つのステップを繰り返すことにより、厚みが2nmのInGaNよりなる発光層、及び厚みが7nmのn型AlGaNよりなる障壁層が15周期積層されてなる活性層9が、n型半導体層7の上層に形成される。
次に、活性層9の上層にp型半導体層11を形成する。p型半導体層11の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
具体的には、MOCVD装置の炉内圧力を100kPaに維持し、処理炉内にキャリアガスとして流量が15slmの窒素ガス及び流量が25slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を1025℃に昇温する。その後、原料ガスとして、流量が35μmol/minのTMG、流量が20μmol/minのTMA、流量が250000μmol/minのアンモニア及びp型不純物をドープするための流量が0.1μmol/minのビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を処理炉内に60秒間供給する。これにより、活性層9の表面に、厚みが20nmのAl0.3Ga0.7Nの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、TMAの流量を4μmol/minに変更して原料ガスを360秒間供給することにより、厚みが120nmのAl0.13Ga0.87Nの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりp型半導体層11が形成される。
なお、上述した正孔供給層の上層に、p型不純物濃度が高濃度のコンタクト層を形成するものとしても構わない。この場合、具体的には、原料ガスとして、流量が17μmol/minのTMG、流量が2μmol/minのTMA、流量が250000μmol/minのアンモニア及びp型不純物をドープするための流量が0.2μmol/minのビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を処理炉内に180秒間供給する。これにより、活性層9の表面に、厚みが20nmのAl0.1Ga0.9Nの組成を有するp-AlGaNコンタクト層を形成する。
(ステップS3)
ステップS2で得られたウェハに対して活性化処理を行う。具体的な一例としては、RTA(Rapid Thermal Anneal:急速加熱)装置を用いて、窒素雰囲気下中650℃で15分間の活性化処理を行う。
ステップS2で得られたウェハに対して活性化処理を行う。具体的な一例としては、RTA(Rapid Thermal Anneal:急速加熱)装置を用いて、窒素雰囲気下中650℃で15分間の活性化処理を行う。
(ステップS4)
p型半導体層11の上面の所定箇所に絶縁層24を形成する(図2C参照)。
p型半導体層11の上面の所定箇所に絶縁層24を形成する(図2C参照)。
より具体的には、隣接する素子との境界となる領域内におけるp型半導体層11の上面に、例えばAl2O3をスパッタリング法によって膜厚100nm程度成膜することで絶縁層24を形成する。なお、成膜する材料は絶縁性材料であればよく、Al2O3の他、SiNやSiO2でも構わない。なお、絶縁層24の膜厚は適宜設定されるものとしてよい。
(ステップS5)
p型半導体層11の上面の所定領域に第一電極13を形成する(図2C参照)。第一電極13の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
p型半導体層11の上面の所定領域に第一電極13を形成する(図2C参照)。第一電極13の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
p型半導体層11の上面の所定領域に、Ge及びCuを含むAg合金で構成された材料膜を成膜する。一例としては、スパッタ装置にて、p型半導体層11の上面の所定領域に、膜厚200nm程度のAg合金を成膜する。本実施形態では、一例として、質量%が0.05%wtのGe、0.3%wtのCuを含むAg合金を成膜する。
その後、RTA装置等を用いてドライエア又は不活性ガス雰囲気中で所定の温度条件下でコンタクトアニール処理を行い、Ag合金とp型半導体層11とのオーミック接触を形成させる。これにより、Ag合金で構成された第一電極13が形成される。
なお、本ステップS5を、ステップS4の前に行っても構わない。
(ステップS6)
p型半導体層11が露出している領域、及び絶縁層24の上面に電流遮断層14を形成する(図2D参照)。
p型半導体層11が露出している領域、及び絶縁層24の上面に電流遮断層14を形成する(図2D参照)。
より具体的な一例としては、ステップS5と同様に、スパッタ装置にて膜厚200nmのAg合金を成膜する。本実施形態では、ステップS5と同じ材料膜を成膜する場合について説明するが、成膜材料を異ならせても構わない。
そして、ステップS5よりも低温でアニール処理をするか、又はアニール処理を行わない。これにより、本ステップで成膜されたAg合金、p型半導体層11との間でショットキー接触が形成される。これにより電流遮断層14が形成される。
(ステップS7)
第一電極13及び電流遮断層14の上面を覆うように、全面に保護層17を形成する。その後、保護層17の上面に接合層19を形成する(図2E参照)。具体的な方法の一例は以下のとおりである。
第一電極13及び電流遮断層14の上面を覆うように、全面に保護層17を形成する。その後、保護層17の上面に接合層19を形成する(図2E参照)。具体的な方法の一例は以下のとおりである。
まず、電子線蒸着装置(EB装置)を用いて、膜厚100nmのTiと膜厚200nmのPtを3周期成膜することで保護層17を形成する。更にその後、保護層17の上面(Pt表面)に、膜厚10nmのTiを蒸着させた後、Au80%Sn20%で構成されるAu−Snハンダを膜厚3μm蒸着させることで接合層19を形成する。
(ステップS8)
成長基板25とは別に準備された支持基板3の上面に、ステップS7と同様の方法で、保護層23及び接合層21を形成する(図2F参照)。支持基板3としては、上述したようにCuW、W、Mo等の導電性基板、又はSi等の半導体基板を利用することができる。なお、保護層23については形成しないものとしても構わない。
成長基板25とは別に準備された支持基板3の上面に、ステップS7と同様の方法で、保護層23及び接合層21を形成する(図2F参照)。支持基板3としては、上述したようにCuW、W、Mo等の導電性基板、又はSi等の半導体基板を利用することができる。なお、保護層23については形成しないものとしても構わない。
(ステップS9)
図2Gに示すように、成長基板25の上層に形成された接合層19と、支持基板3の上層に形成された接合層21を貼り合わせることで、成長基板25と支持基板3の貼り合わせを行う。具体的な一例としては、280℃の温度、0.2MPaの圧力下で、貼り合わせ処理が行われる。
図2Gに示すように、成長基板25の上層に形成された接合層19と、支持基板3の上層に形成された接合層21を貼り合わせることで、成長基板25と支持基板3の貼り合わせを行う。具体的な一例としては、280℃の温度、0.2MPaの圧力下で、貼り合わせ処理が行われる。
この工程により、接合層19及び接合層21が溶融して接合されることで、支持基板3と成長基板25が表裏面に貼り合わされた構造が形成される。つまり、接合層19と接合層21は、本ステップ以後においては一体化されているものとして構わない。そして、本ステップS9の実行前の段階で保護層23及び保護層17が形成されていることで、接合層(19,21)の構成材料の拡散が抑制されている。
(ステップS10)
次に、成長基板25を剥離する(図2H参照)。より具体的には、成長基板25を上に向け、支持基板3を下に向けた状態で、成長基板25側からレーザを照射する。ここで、照射するレーザを、成長基板25の構成材料(本実施形態ではサファイア)を透過し、アンドープ層27の構成材料(本実施形態ではGaN)によって吸収されるような波長の光とする。これにより、アンドープ層27でレーザ光が吸収されるため、成長基板25とアンドープ層27の界面が高温化してGaNが分解され、成長基板25が剥離される。
次に、成長基板25を剥離する(図2H参照)。より具体的には、成長基板25を上に向け、支持基板3を下に向けた状態で、成長基板25側からレーザを照射する。ここで、照射するレーザを、成長基板25の構成材料(本実施形態ではサファイア)を透過し、アンドープ層27の構成材料(本実施形態ではGaN)によって吸収されるような波長の光とする。これにより、アンドープ層27でレーザ光が吸収されるため、成長基板25とアンドープ層27の界面が高温化してGaNが分解され、成長基板25が剥離される。
その後、ウェハ上に残存しているGaN(アンドープ層27)を、塩酸等を用いたウェットエッチング、又はICP装置を用いたドライエッチングによって除去し、n型半導体層7を露出させる。なお、本ステップS10においてアンドープ層27が除去されて、p型半導体層11、活性層9、及びn型半導体層7が、支持基板3側からこの順に積層されてなる半導体層5が残存する(図2I参照)。
(ステップS11)
次に、図2Jに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ICP装置を用いて絶縁層24の上面が露出するまで半導体層5をエッチングする。このとき、上述したように絶縁層24はエッチングストッパーとして機能する。
次に、図2Jに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ICP装置を用いて絶縁層24の上面が露出するまで半導体層5をエッチングする。このとき、上述したように絶縁層24はエッチングストッパーとして機能する。
なお、図2Jでは、半導体層5の側面が鉛直方向に対して傾斜を有するように図示しているが、これは一例であって、このような形状に限定する趣旨ではない。
(ステップS12)
次に、n型半導体層7の上面の所定の領域、より詳細には、n型半導体層7の上面のうち、第一電極13に対して鉛直方向に対向しない領域の一部、すなわち電流遮断層14に対して鉛直方向に対向する領域の一部に、第二電極15を形成する。第二電極15を形成する具体的な方法の一例としては、膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuを蒸着した後、窒素雰囲気中で250℃、1分間程度のアニール処理を行う。
次に、n型半導体層7の上面の所定の領域、より詳細には、n型半導体層7の上面のうち、第一電極13に対して鉛直方向に対向しない領域の一部、すなわち電流遮断層14に対して鉛直方向に対向する領域の一部に、第二電極15を形成する。第二電極15を形成する具体的な方法の一例としては、膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuを蒸着した後、窒素雰囲気中で250℃、1分間程度のアニール処理を行う。
(ステップS13)
次に、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、支持基板3の裏面を例えばAgペーストにてパッケージと接合する。その後は、第二電極15の一部領域に対してワイヤボンディングを行う。以上の工程を経て、図1に示す発光素子1が製造される。
次に、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、支持基板3の裏面を例えばAgペーストにてパッケージと接合する。その後は、第二電極15の一部領域に対してワイヤボンディングを行う。以上の工程を経て、図1に示す発光素子1が製造される。
[検証]
以下において、本実施形態の発光素子1によれば、従来の素子よりも動作電圧を低下できる点につき説明する。
以下において、本実施形態の発光素子1によれば、従来の素子よりも動作電圧を低下できる点につき説明する。
図3A及び図3Bは、検証用に作成された発光素子の構成を模式的に示す断面図であり、いずれの素子も、いわゆるフリップチップ型の構造を有している。なお、図3A及び図3Bにおいて、図1に示す発光素子1と同一の材料で構成されているものについては同一の符号を付している。
図3Aに示す検証用の発光素子40aは、以下の手順で作製された素子である。
まず、上述したステップS1〜S3と同様の工程を行う。その後、一部領域内のp型半導体層11及び活性層9をエッチングして、n型半導体層7を露出させる。その後、ステップS5と同様に、p型半導体層11の上面にGe及びCuを含むAg合金からなる第一電極13を形成し、ステップS12と同様に、n型半導体層7の上面に第二電極15を形成する。そして、第一電極13及び第二電極15のそれぞれに対して、電流供給部となるパッド電極43を形成した後、配線パターンが形成された素子基板41とパッド電極43とをボンディング電極45によって連結する。これにより、図3Aに示す発光素子40aが形成される。
なお、図3Bに示す検証用の発光素子40bは、Ag合金からなる第一電極13に代えて、純粋なAgからなる第一電極50を形成した点以外は、発光素子40aと同一の構成である。
図4Aは、図3Aに示した発光素子40aの電流電圧特性を示すグラフである。また、図4Bは、図3Bに示した発光素子40bの電流電圧特性を示すグラフである。図4A及び図4Bによれば、フリップチップ型の発光素子では、Ge及びCuを含むAg合金からなる第一電極13を備える場合と、純粋なAgからなる第一電極50を備える場合とで、動作電圧にほとんど差が生じないことが確認される。
図5は、検証用に作製された発光素子の構成を模式的に示す断面図である。図5に示す発光素子40cは、第一電極50及び電流遮断層51をいずれも純粋なAgで構成した点が図1の発光素子1と異なっている。
図6は、図5の発光素子40cと図1の発光素子1の電流電圧特性を対比したグラフである。図4A及び図4Bに示した結果とは異なり、図6によれば、第一電極13をAg合金で形成した発光素子1の方が、第一電極50を純粋なAgで形成した発光素子40cと比較して動作電圧が低減されていることが分かる。
以上の結果から、p型半導体層11に対して電流を供給するための電極をAg合金で形成する場合と純粋なAgで形成する場合を比べると、フリップチップ型の素子では動作電圧に差は生じない一方で、縦型の素子ではAg合金で形成することで動作電圧を低下させる効果が得られることが分かる。この理由について、現時点では定かではないが、本発明者は以下のように推察している。
発光素子40cの第一電極50を構成するAgは、加熱により凝集しやすいという性質を有している。よって、p型半導体層11との間でのオーミックコンタクトを確保するためのアニール工程(ステップS5)によって、第一電極50が加熱されることで、第一電極50を構成するAgが凝集し、一部の領域においてボールアップ現象が生じる。これに対し、発光素子1のように、第一電極13をAg合金で構成した場合には、かかるボールアップ現象の発現が抑制される。
図7A及び図7Bは、第一電極(13,50)を形成した状態で加熱した後の表面状態を示す写真である。図7Aが発光素子40cの写真に対応し、図7Bが発光素子1の写真に対応する。図7Aの写真には、表面に多くの黒い斑点60が現れており、これはAgのボールアップ現象が生じていることを示唆している。一方、図7Bの写真には図7Aのような斑点がほとんど現れていない。
ところで、成長基板25として用いられるサファイアと、各半導体層(27,7,9,11)とでは、格子定数が異なっている。このため、各半導体層のエピタキシャル成長工程が完了した時点(図2B参照)では、実際には、各半導体層(27,7,9,11)は成長基板25に対して歪みを有した状態で成長している。つまり、この時点で再上層に位置するp型半導体層11は、実際には上面が湾曲した状態で形成される。
発光素子1及び発光素子40cを形成する場合、このように湾曲した上面を有するp型半導体層11の上面に、第一電極(13,50)及び保護層17を形成した後、貼り合わせ工程(ステップS9)が行われる。このため、当該貼り合わせ工程に際しては、接合層(19,21)が溶融可能な温度条件下で、且つ、所定の圧力をかける必要がある。特に、第一電極(13,50)は、高融点金属で構成された保護層17とp型半導体層11で挟まれた状態で加熱・加圧環境下に置かれることとなる。
このような環境下に置かれたことで、発光素子40cでは、一部の箇所でボールアップ現象が生じていた第一電極50とp型半導体層11との密着性が低下し、コンタクト抵抗が低下したものと考えられる。これに対し、発光素子1の場合には、第一電極13をAg合金で構成しており、ボールアップ現象の発現が抑制されているため、上記の環境下に置かれても依然として発光素子40cに比べてp型半導体層11との密着性が高く、低いコンタクト抵抗が実現できたものと考えられる。この考察は、貼り合わせ工程を必要としないフリップチップ型の構造においては動作電圧に差が現れない一方(図4A及び図4B)、、縦型構造においてはAg合金からなる第一電極13を備えた発光素子1において、Agからなる第一電極50を備えた発光素子40cよりも動作電圧が低下した結果(図6)に沿う。
発光素子1のように、Ag合金からなる第一電極13を備えることで、p型半導体層11との密着性が高まった理由の一つとして、本発明者は、第一電極13にCuを混在させたことにあると推察している。AgにCuを含ませることで耐熱性が向上した結果、加熱時にAgが凝集する現象が発生するのが抑制されたものと考えられる。
ところで、CuはAgに比べると、活性層9から射出された光に対する反射率が低い。このため、Cuを過剰に混在させた場合には、光取り出し効率を低下させる可能性がある。図8は、第一電極13に混在させるCuの濃度D1と、第一電極13の反射特性、及びアニール後の第一電極13の表面状態の関係を示す表である。
具体的には、反射特性は、AgとCuの合金に対して、波長365nmの光を照射し、反射光として受光した光の光量が、入射光に対して80%以上であるものを「A」評価とし、80%を下回るものを「B」評価とした。また、表面状態については、アニール後のAg−Cu合金を写真で撮影し、発現しているボールアップの割合が高いものを「B」評価とし、ボールアップがほとんど確認されないか、確認されてもその割合が低いものを「A」評価とした。ここで、撮影されたAg−Cu合金の面積に対して、ボールアップ状態の領域が専有している面積の割合が10%以上であるものをもって、発現しているボールアップの割合が高いと判断した。
AgにCuを全く混在させない場合と比べると、Cuを微量でも混在させた方が耐熱性が上がり、ボールアップ現象の発現が抑制されるため、コンタクト抵抗の低下に寄与するものと考えられる。ただし、Ag合金に含まれるCuの比率を、重量%で0.1wt%未満とした場合には、ボールアップ現象の発現を大きく抑制できるとまではいえず、発光素子の動作電圧を低下させる効果はあまり大きくはないと考えられる。よって、発光素子の動作電圧を大幅に低下させるためには、第一電極13を構成するAg合金に含まれるCuの比率を、重量%で0.1wt%以上とするのが好ましい。
他方、Ag合金に含まれるCuの比率を、重量%で0.5wt%より多く混在させてしまうと、活性層9で生成される光に対する反射率が低下してしまうため、光取り出し効率を低下させてしまう。よって、光取り出し効率の低下を抑制する観点からは、第一電極13を構成するAg合金に含まれるCuの比率を、重量%で0.5wt%以下とするのが好ましい。
CuはAgに比べると仕事関数の大きい材料である。このため、AgにCuを混在させることで、p型半導体層11との間で良好なコンタクトを確保しやすくなると考えられる。つまり、AgにCuを混在させることで、Agの耐熱性を向上させるのみならず、第一電極13自体の仕事関数を大きくする結果、p型半導体層11との接触抵抗の低下に寄与しているものと考えられる。更に、AgにCuを混在させることで、耐酸化性が高められ、Agが酸化することが抑制されるため、反射率の低下を抑制する作用もあると考えられる。
ところで、Agは酸化のみならず、硫化しやすい性質を有することが知られている。そして、Agは、酸化や硫化が生じると、別の物質に変化し反射率が低下してしまう。そこで、発光素子1が備える第一電極13は、耐硫化性を高める目的で、AgにGeを混在させている。このGeは、Cuと同様に、Agよりも仕事関数の大きな物質であるため、Geを混在させることで、反射率の低下を抑制しながら、p型半導体層11との接触抵抗を低下させることができるものと推察される。
図9は、第一電極13に混在させるGeの濃度D2と、発光素子1の動作電圧及び光出力の関係を示す表である。図9における「電圧」とは、発光素子1に対して1Aの電流を流すために必要な動作電圧を表したものである。また、図9における「出力」とは、発光素子1に対して1Aを供給したときに取り出される光出力を、純粋Agからなる第一電極50を備える発光素子40cに1Aを供給したときに取り出される光出力を1としたときの相対値で表したものである。
図9によれば、重量%濃度でGeが0.1%wt以下の範囲内においては、第一電極13に混在させるGeの濃度を高めるほど、動作電圧を低減できていることが分かる。このことは、Geが仕事関数の大きな材料であるため、Geを混在させることで、第一電極13がp型半導体層11との間で良好なコンタクトを確保しやすくなることを示唆するものである。すなわち、コンタクト性を向上させる観点からは、微量でも第一電極13にGeを混在させるのが好ましいといえる。
一方で、図9によれば、重量%濃度でGeが0.1%wt以下を超えると、0.01%wt以上0.1%wt以下の場合よりも、発光素子1の動作電圧が上昇している。これは、Geが比抵抗の大きい材料であるため、第一電極13そのものの比抵抗が上昇してしまったことに起因するものと推察される。
また、重量%濃度でGeが0.1%wt以下を超えると、光出力も低下している。これは、Geが第一電極13に多く含まれたことで、反射率が低下したことに起因するものと考えられる。
以上を踏まえると、発光素子1の光取り出し効率の低下を抑制しながら、動作電圧を低下させる観点からは、第一電極13に混在させるGeの濃度を、重量%で0.1wt%以下とするのが好ましいといえる。
なお、第一電極13に混在させるGeの濃度を重量%で0.1wt%以下とした場合において、第一電極13に混在させるCuの濃度を変化させた場合には、図8と同様の結果が確認された。また、第一電極13に混在させるCuの濃度を重量%で0.5wt%以下とした場合において、第一電極13に混在させるGeの濃度を変化させた場合には、図9と同様の結果が確認された。このことから、発光素子1を、Cu及びGeを含むAg合金からなる第一電極13を備える構成とし、このAg合金に含まれるCu濃度を重量%で0.5wt%以下とし、Ge濃度を重量%で0.1wt%以下とすることで、高い光取り出し効率を維持したまま、動作電圧を低下させることができる。更に、Ag合金に含まれるCu濃度を重量%で0.1wt%以上0.5wt%以下とし、Ge濃度を重量%で0.01wt%以上0.1wt%以下とすることで、光取り出し効率を向上させる効果と、動作電圧を低下させる効果を高めることができる。
図10は、発光素子1と発光素子40cの双方において、p型半導体層11として、第一電極(13,50)と接触している領域、すなわちp型コンタクト層をGaNで形成した場合と、AlGaN(ここではAl0.1Ga0.9N)で形成した場合とで、動作電圧を比較した表である。図10には、発光素子(1,40c)に対して1Aの電流を供給するために必要な動作電圧が記載されている。
なお、この検証に用いられた発光素子1は、上述したステップS1〜S13を経て製造された素子が採用された。また、発光素子40cについても、ステップS5及びS6において、Ag合金に代えて純粋なAgを成膜した点を除いては、発光素子1と同様の手順により作成された素子が採用された。
AlGaNはGaNに比べてバンドギャップエネルギーが高いため、正孔濃度が低くなり、動作電圧が高くなることが予想される。このため、365nm以上405nm以下の波長帯の光(例えば近紫外光)の発光素子を製造する場合においても、p型コンタクト層としてはGaNが用いられることが従来行われている。
しかし、図10によれば、Ag合金からなる第一電極13を備えた発光素子1によれば、p型コンタクト層をAlGaNで構成しても、GaNで構成した場合とほぼ同程度の動作電圧が実現できていることが確認される。これに対し、純粋なAgからなる第一電極50を備えた発光素子40cの場合、p型コンタクト層をAlGaNで構成した場合には、GaNで構成した場合と比べて動作電圧が高くなっている。これは、前述したように、AlGaNでは高い正孔濃度を実現することが難しいため、コンタクト抵抗がGaNの場合よりも高くなっていることが原因であると考えられる。
以上の検証の結果から、第一電極13をCu及びGeを含むAg合金で構成した発光素子1によれば、第一電極50を純粋なAgで構成した発光素子40cに比べて、p型半導体層11との間のコンタクト抵抗の低減を図ることができ、低い動作電圧が実現できていることが分かる。また、混在させるCu及びGeを所定の範囲内の濃度にすることで、Ag合金で構成される第一電極13についてもAg電極と同程度又はそれ以上の反射率を実現できる。
なお、Geは耐硫化性を有する性質がある。このため、第一電極13にGeを混在させることで、使用と共にAgが硫化することで反射率が低下するのを抑制する効果も得られる。図9によれば、Ge濃度を0.1wt%以下とした第一電極13を備える発光素子1が、純粋Agからなる第一電極50を備える発光素子40cと同程度の光出力である旨が示されているが、これは短い時間で1Aを供給したことによるものである。つまり、連続的に発光させた場合には、時間経過と共にAgが硫化することで発光素子40cにおいては第一電極50の反射率が低下する一方、発光素子1が備える第一電極13は、耐硫化性が高められているため、発光素子40cよりも反射率の低下の速度が遅い。この結果、時間の経過と共に、発光素子40cの光出力が、発光素子1の光出力よりも低下することが想定される。
[別実施形態]
以下、別実施形態につき説明する。
以下、別実施形態につき説明する。
〈1〉図11に示す発光素子1aのように、電流遮断層14を備えずに当該箇所に絶縁層24を備える構成を採用しても構わない。ただし、反射率の高い材料からなる電流遮断層14を備える発光素子1の方が、発光素子1aよりも更に光取り出し効率を高めることができる。
なお、図1に示す発光素子1において、電流遮断層14については、純粋なAgで構成しても構わない。この領域は、p型半導体層11とのコンタクト性の問題は生じないため、純粋なAgで構成しても、発光素子1と同様に動作電圧を低下させることができる。ただし、純粋なAgの場合、酸化又は硫化が生じやすく、これによって反射率が低下する可能性があるため、電流遮断層14についてもAg合金で構成した方が、更に高い光取り出し効率が実現される。
〈2〉図10で参照したように、p型コンタクト層をGaNで構成した場合においても、発光素子1は、発光素子40cよりも低い動作電圧が実現できている。このため、p型半導体層11のうち、p型コンタクト層についてはGaNで構成した発光素子1においても、従来よりも低い動作電圧を実現することができる。
〈3〉上述した実施形態では、第一電極13として、AgにGe及びCuを混在させた合金からなるものとした。これに加えて、更に動作電圧を低下させるべく、第一電極13の構成材料として、仕事関数の大きい材料であるPdを微量に混在させるものとしても構わない。また、第一電極13の構成材料として、反射率を向上させるべく、近紫外領域の光に対して高い反射率を示す材料であるAlを微量に混在させるものとしても構わない。なお、第一電極13にAlを混在させることで、Agのボールアップを抑制する効果も発現するため、動作電圧を更に低下させる効果が得られる。
また、第一電極13を形成する工程(ステップS5)において、Ag合金の上面に膜厚が数nm程度のNi薄膜を形成しても構わない。このような構成とすることで、Agのボールアップを抑制する効果を更に高めることができる。
〈4〉上述した実施形態では、n型半導体層7がAlGaNで構成されているものとして説明したが、AlGaNに限らず、例えばAlInGaNなど、Al及びGaを含む窒化物半導体で構成されているものとしても構わない。p型半導体層11においても同様である。
なお、本発明は、活性層9から射出される光の波長が365nm以上405nm以下である場合において、n型半導体層7又はp型半導体層11の一部に薄膜のGaN層が含まれる構成を権利範囲から排除する趣旨ではない。
〈5〉上述した実施形態では、活性層9が波長365nm以上405nm以下の光を生成可能な窒化物半導体で構成されている場合について説明したが、他の波長の光を生成可能な材料で構成されているものとしても構わない。
1,1a : 窒化物半導体発光素子
3 : 支持基板
5 : 半導体層
7 : n型半導体層
9 : 活性層
11 : p型半導体層
13 : 第一電極
14 : 電流遮断層
15 : 第二電極
17 : 保護層
19 : 接合層
21 : 接合層
23 : 保護層
24 : 絶縁層
25 : 成長基板
27 : アンドープ層
40a,40b,40c : 検証用の半導体発光素子
41 : 素子基板
43 : パッド電極
45 : ボンディング電極
50 : Agからなる第一電極
60 : 斑点(ボールアップ)
90 : 従来の発光素子
91 : 支持基板
92 : 導電層
93 : 反射膜
94 : 絶縁層
95 : 反射電極
96 : p型半導体層
97 : 活性層
98 : n型半導体層
99 : 半導体層
100 : n側電極
3 : 支持基板
5 : 半導体層
7 : n型半導体層
9 : 活性層
11 : p型半導体層
13 : 第一電極
14 : 電流遮断層
15 : 第二電極
17 : 保護層
19 : 接合層
21 : 接合層
23 : 保護層
24 : 絶縁層
25 : 成長基板
27 : アンドープ層
40a,40b,40c : 検証用の半導体発光素子
41 : 素子基板
43 : パッド電極
45 : ボンディング電極
50 : Agからなる第一電極
60 : 斑点(ボールアップ)
90 : 従来の発光素子
91 : 支持基板
92 : 導電層
93 : 反射膜
94 : 絶縁層
95 : 反射電極
96 : p型半導体層
97 : 活性層
98 : n型半導体層
99 : 半導体層
100 : n側電極
Claims (7)
- 支持基板と、
前記支持基板の上層に形成され、n型半導体層、p型半導体層、及び、前記支持基板の面に直交する方向に前記n型半導体層と前記p型半導体層とで挟まれた活性層を含む半導体層と、
前記半導体層の面のうち、前記支持基板に近い側の面上に形成された第一電極と、
前記半導体層の面のうち、前記第一電極が形成されている側とは反対側の面上に形成された第二電極と、
前記第一電極の面のうち、前記半導体層が形成されている側とは反対側の面上に形成された導電性の保護層とを有し、
前記半導体層は、窒化物半導体で構成され、
前記保護層は、融点がAgより高い金属材料を含んで構成され、
前記第一電極は、Ge及びCuを含むAg合金で構成されることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 前記保護層の面のうち、前記第一電極が形成されている側とは反対側の面上に形成された接合層を有し、
前記保護層は、Pt、Tiの少なくとも一方を含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記p型半導体層が前記第一電極に接触する構成であることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記n型半導体層、及び前記p型半導体層は、いずれもAl及びGaを含む窒化物半導体で構成され、
前記活性層は、波長365nm以上405nm以下の光を生成可能な窒化物半導体で構成されることを特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記第一電極を構成するAg合金がAlを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記第一電極を構成するAg合金がPdを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記第一電極を構成するAg合金は、Geの質量%濃度が0.1wt%以下であり、Cuの質量%濃度が0.5wt%以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
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