JP4285214B2 - 発光ダイオード素子 - Google Patents
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Description
本発明は、上記課題に鑑みて成されたもので、従来よりも高温条件での使用に耐えることができ、従来に比べて寿命の低下が生じない発光ダイオード素子を提供することを目的とする。
図1に、実施形態1に係る発光ダイオード素子(以下、LED素子という)の概略断面を示す。LED素子は、基板結晶1(サファイアなど)と、基板結晶1上に形成した第1導電型半導体結晶層2(SiをドープしたN型GaNなど)と、第1導電型半導体結晶層2上に形成した活性層3と、この活性層3の上に形成された第2導電型半導体結晶層4(MgをドープしたP型GaNなど)と、導電層6(本実施例ではTi)と、この導電層6上に構成された1層または複数層の金属層からなる第1電極部7(本実施例ではAu層のみ)と、第2導電型半導体結晶層4に対して非オーミックコンタクト性材料の被覆部13(ここでは、Al)と、導電層5(本実施例ではNi)と、この導電層5上に構成された1層または複数の金属層からなる第2電極部8(本実施例ではAu層のみ)とから成る。
以上からなるLED素子
(1)GaN系化合物半導体層構造は公知の手段(例えば赤碕勇編著「III族窒化物半導体」(培風館)参照)により、MOVPE法を用いて作製可能である。基板結晶1上にGaN又はAlNを低温で形成させてバッファー層となし、その上にN型GaN層、活性層、P型GaN層の順に積層する。
(2)RIE法により、第2導電型半導体結晶層4、及びその下地の活性層3の一部を除去して、第1導電型半導体結晶層2の表面を露出させる。
(3)露出した第1導電型半導体結晶層2の表面に、第1導電型半導体結晶層2に対してオーミックコンタクト性がある材料(本実施例ではTi)の導電層6を形成する。
(4)導電層6上に第1電極部7を構成するAu層を、EB蒸着法にて形成する。
(5)P型GaN層の表面に電子線(EB)蒸着法により、Al層を形成させる。
(6)RIE法により、斜め方向からAl層の表面をエッチバックする。貫通転位欠陥11の内表面及びその周囲には、RIEのイオンが到達し難いので、それ以外の部位のAl層がすべて除去されても、貫通転位欠陥11の内表面12及びその周囲のAl層は残る。
(7)Alが除去されて露出した第2導電型半導体結晶層4の表面に、新たに、P型GaN層とオーミックコンタクトする金属材料のNiを、EB蒸着法にて層形成させる。
(8)Ni層上に、第2電極部8を構成するAu層を、EB蒸着法にて形成する。
以上の工法により実施形態1の構造が作製可能である。
この実施形態2は、図1の実施形態1と概略同様の構造であり、実施形態1と相違する点は、本実施形態では、図1の貫通転位欠陥11の内表面12及びその周囲が、第2導電型半導体結晶層4に対する非オーミックコンタクト性材料として、絶縁性材料のAlに代えて、SiO2で被覆したことである。
(1)GaN系化合物半導体層構造は、MOVPE法を用いて作製する。基板結晶上にGaNまたはAlNを低温で形成させてバッファー層となし、その上にN型GaN層、活性層、P型GaN層の順に積層する。
(2)P型GaN層の表面にCVD法により、SiO2層を形成させる。
(3)RIE法により、斜め方向からSiO2層の表面をエッチバックする。貫通転位欠陥の内表面及びその周囲には、RIEのイオンが到達し難いので、それ以外の部位のSiO2層がすべて除去されても、貫通転位欠陥の内表面及びその周囲のSiO2層は残る。
(4)SiO2層が除去されて露出した第2導電型半導体層の表面に、新たに、P型GaN層とオーミックコンタクトする金属材料のNiを、EB蒸着法にて層形成させる。
(5)Ni層上に、第2電極部を構成するAu層を、EB蒸着法にて形成する。
以上の工法により実施形態2の構造が作製可能である。
本実施形態では、絶縁性材料としてSiO2を用いたが、特にこれに限定するものではなく、絶縁性材料としては他に例えばSi3N4などであっても同様の効果が得られる。
図2に、実施形態3に係るLED素子の一部拡大断面を示す。実施形態3では、図1の実施形態1における貫通転位欠陥11の内表面及び周囲の構造が相違する。実施形態3では、貫通転位欠陥11の内表面は、第1導電型半導体結晶層2(N型GaN層)に到達する大きさを有するエッチピット14であり、このエッチピット14の表面上に光透過性を有する絶縁性材料のSiO2層15が形成され、このSiO2層15の上に光反射性に優れた金属層16(本実施例ではAl)を形成し、SiO2層15で被覆されていない第2導電型半導体結晶層4上の一部に、第2導電型半導体層にオーミックコンタクトし得る材料(本実施例ではNi)で成る導電層5を形成し、この導電層5の上に第2電極部8を構成している。その他の構成は、実施形態1と同等である。
(1)サファイア上に、P型GaNを形成させ、第1電極部を形成させるまでは、実施形態1、2と同様。
(2)P型GaNの表面を、RIE法を用いてエッチング処理することによって、P型GaN層の表面の貫通転位欠陥を拡大させ、N型GaN層に達するまでの深さを有するエッチピット14を形成させる。
(3)P型GaN層の表面にSiO2層15を形成させる。
(4)SiO2層15上に、光反射性に優れる金属材料であるAl層16をEB蒸着法により蒸着する。
(5)RIE法により、斜め方向からAl層/SiO2層の表面をエッチバックする。貫通転位欠陥の内表面及びその周囲には、RIEのイオンが到達し難いので、それ以外の部位のAl層/SiO2層がすべて除去されても、貫通転位欠陥の内表面及びその周囲のAl層/SiO2層は残る。
(6)露出した第2導電型半導体結晶層4の表面に、新たに、P型GaN層とオーミックコンタクトする金属材料のNi(導電層5)を、EB蒸着法にて層形成させる。
(7)Ni層上に、第2電極部8を構成するAu層を、EB蒸着法にて形成する。
図3に、実施形態4に係るLED素子の部分拡大断面を示す。このLED素子は、基板結晶(サファイア)1上にマスク層(本実施例ではSiO2層)をストライプ状に形成し、基板結晶1上及びマスク層上に第1導電型半導体結晶層2(SiをドープしたN型GaN)を形成し、第1導電型半導体結晶層2上に活性層3(GaN/InGaNを8層積み重ねた多量子井戸構造)を形成し、この活性層3の上に形成された第2導電型半導体結晶層4(MgをドープしたP型GaN)を形成し、この第2導電型半導体結晶層4、及びその下地の活性層3の一部が除去されて露出した第1導電型半導体結晶層2の表面に、第1導電型半導体結晶層2に対してオーミックコンタクト性がある材料(本実施例ではTi)で形成された導電層5を形成し、この導電層5上に第1電極部8を成す一層又は複数層の金属層(本実施例ではAu層のみ)を形成したものである。
(1)基板結晶上にMOVPE法にて、SiO2マスク層を形成後、実施形態1等に記載の方法にて、P型GaNを形成させ、さらに第1電極部を形成させる。
(2)基板結晶上に形成されたSiO2マスクに対する反転マスクパターンにより、前記SiO2マスク上方のP型GaN層の表面を覆う。
(3)実施形態3と同様に、マスクによって覆われていないP型GaN層の表面を、RIE法を用いてエッチング処理することによって、P型GaN層の表面の貫通転位欠陥を拡大させ、N型GaN層に達するまでの深さを有するエッチピットを形成させる。
(4)P型GaN層の表面にSiO2膜を形成させる。
(5)SiO2層上に、光反射性に優れる金属材料であるAlをEB蒸着法により蒸着する。
(6)RIE法により、斜め方向からAl層/SiO2層の表面をエッチバックする。貫通転位欠陥の内表面及びその周囲には、RIEのイオンが到達し難いので、それ以外の部位のAl層/SiO2層がすべて除去されても、貫通転位欠陥の内表面及びその周囲のAl層/SiO2層は残る。
(7)露出した第2導電型半導体層の表面に、新たに、P型GaN層とオーミックコンタクトする金属材料のNiを、EB蒸着法にて層形成させる。
(8)Ni層上に、第2電極部を構成するAu層を、EB蒸着法にて形成する。
2 第1導電型半導体結晶層
3 活性層
4 第2導電型半導体結晶層
5 導電層
6 導電層
7 第1電極部
8 第2電極部
13 非オーミックコンタクト性材料の被覆部
14 エッチピット
15 SiO2層
Claims (2)
- 基板結晶と、この基板結晶上に形成された第1導電型の半導体結晶層と、この第1導電型の半導体結晶層上に形成された活性層と、この活性層の上に形成された第2導電型の半導体結晶層と、を有する発光ダイオード素子において、
前記第2導電型結晶層の活性層とは反対側の表面に貫通転位欠陥が露出し、
前記貫通転位欠陥の内表面は、第1導電型半導体層に到達する大きさを有するエッチピットであり、
前記エッチピットの表面上に光透過性を有する絶縁性材料の層が形成され、さらに、前記絶縁性材料の上に金属層が形成されることにより、光反射構造が形成されていることを特徴とする発光ダイオード素子。 - 前記貫通転位欠陥の密度が高い領域と低い領域が選択的に形成され、前記密度の高い領域に前記光反射構造が形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード素子。
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