JP4449405B2 - Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体素子に係わり、特に透光性に優れ、且つ窒化物半導体層と良好なオーミック接触を得ることができる電極およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor device, and particularly to an electrode that is excellent in translucency and that can obtain good ohmic contact with a nitride semiconductor layer and a method for manufacturing the same.
半導体発光素子は、基板にｐ型半導体層およびｎ型半導体が積層されてなり、ｐ型およびｎ型の窒化物半導体のうち少なくとも一方と電気的に接続する透光性電極と、該透光性電極あるいはｐ型およびｎ型の窒化物半導体と電気的に接続する第一電極および第二電極とを有する。例えば、特許文献１（特開２００１−１９６６３３号公報）に開示される半導体発光素子は、基板の一方の主面に対してｎ型半導体とｐ型半導体が積層されており、該ｎ型半導体およびｐ型半導体に電気的に接続したｎ側パッド電極とｐ側電極とを有する。ここで、ｐ側電極は、ｐ型半導体とオーミック接続した半導体酸化物層および該半導体酸化物層上に形成された透明導電膜よりなる。また、透明導電膜は、透光性を確保するため例えばＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２O３、およびＳｎＯ２からなる群より選択される導電酸化物とされる。さらに、透明導電膜には外部の導電性ワイヤと接続するためのｐ側パッド電極が形成されている。 A semiconductor light-emitting device includes a light-transmitting electrode in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor are stacked on a substrate and electrically connected to at least one of a p-type and an n-type nitride semiconductor, and the light-transmitting property A first electrode and a second electrode electrically connected to the electrode or the p-type and n-type nitride semiconductor; For example, in a semiconductor light emitting device disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-196633), an n-type semiconductor and a p-type semiconductor are stacked on one main surface of a substrate. An n-side pad electrode and a p-side electrode electrically connected to the p-type semiconductor are included. Here, the p-side electrode includes a semiconductor oxide layer that is in ohmic contact with the p-type semiconductor and a transparent conductive film formed on the semiconductor oxide layer. The transparent conductive film is a conductive oxide selected from the group consisting of, for example, ITO, ZnO, In 2 O 3 , and SnO 2 in order to ensure translucency. Furthermore, a p-side pad electrode for connecting to an external conductive wire is formed on the transparent conductive film.
なお、本明細書中において電極の構成を表す方法として、記号「／」を用いることとする。例えば、構成Ａおよび構成Ｂを含む電極「Ａ／Ｂ」とは、構成Ａおよび構成Ｂが発光素子の側から構成Ａ、構成Ｂの順に積層されて形成されることを示す。また、本明細書中におけるシート抵抗とは、正方形薄膜の一辺から対辺までの電気抵抗をいい、単位として「Ω／□」を使用する。 In this specification, the symbol “/” is used as a method for representing the configuration of the electrode. For example, the electrode “A / B” including the configuration A and the configuration B indicates that the configuration A and the configuration B are stacked in the order of the configuration A and the configuration B from the light emitting element side. In addition, the sheet resistance in this specification refers to an electrical resistance from one side of the square thin film to the opposite side, and uses “Ω / □” as a unit.
しかしながら、酸素を含有する上述の導電酸化物は、透明導電膜に形成されるｐ側パッド電極を構成する金属材料との密着性が悪く、ｐパッド電極が半導体発光素子から剥離することがある。このような剥離は、半導体発光素子の信頼性を低下させる。 However, the above-described conductive oxide containing oxygen has poor adhesion to the metal material constituting the p-side pad electrode formed in the transparent conductive film, and the p-pad electrode may be peeled off from the semiconductor light emitting device. Such peeling reduces the reliability of the semiconductor light emitting device.
そこで、本発明は、透光性に優れた電極を有し信頼性の高い半導体発光素子とすることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor light-emitting element having an electrode having excellent light-transmitting properties.
以上の目的を達成するために本発明に係る発光素子は、第一、第二導電型の窒化物半導体と、該第一、第二導電型の窒化物半導体のうち少なくとも一方と電気的に接続する透光性電極と、該透光性電極に形成されるパッド電極とを有する窒化半導体発光素子において、前記透光性電極は、前記パッド電極と接続され、かつ含有酸素濃度が膜厚方向に変化している透明導電膜を含み、該透明導電膜は前記パッド電極側の含有酸素濃度が小さいことを特徴とする。また、上記透光性電極は、上記窒化物半導体側の含有酸素濃度が大きいことが好ましい。また、上記透光性電極は、上記窒化物半導体の方から順に透明導電膜よりなる第一の層と、該第一の層より含有酸素濃度が小さい透明導電膜よりなる第二の層とからなることが好ましい。また、透明導電膜は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）あるいはスズ（Ｓｎ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物よりなることが好ましい。このように構成することにより、透光率が高い電極を有し信頼性の高い発光素子を実現することができる。
In order to achieve the above object, a light emitting device according to the present invention is electrically connected to at least one of first and second conductivity type nitride semiconductors and the first and second conductivity type nitride semiconductors. In the nitride semiconductor light emitting device having a translucent electrode and a pad electrode formed on the translucent electrode, the translucent electrode is connected to the pad electrode, and the oxygen concentration is in the film thickness direction. look including a transparent conductive film is changed, the transparent Akirashirube film is characterized by containing an oxygen concentration of the pad electrode-side is small. The translucent electrode preferably has a high oxygen concentration on the nitride semiconductor side. The translucent electrode includes a first layer made of a transparent conductive film in order from the nitride semiconductor, and a second layer made of a transparent conductive film having a lower oxygen concentration than the first layer. It is preferable to become. The transparent conductive film is preferably made of an oxide containing at least one element selected from the group consisting of zinc (Zn), indium (In), and tin (Sn). With such a structure, a highly reliable light-emitting element having an electrode with high transmittance can be realized.
また、透光性電極は、さらに金属膜を前記窒化物半導体の側に有する。このように構成することにより、透明導電膜を窒化物半導体に直接設ける構成と比較して、透光性電極は、窒化物半導体層と良好なオーミック接続を行うことが容易にできる。
また、上記パッド電極の一部が上記窒化物半導体に直接設けられていることが好ましい。
The translucent electrode further has a metal film on the nitride semiconductor side. By comprising in this way, the translucent electrode can perform a favorable ohmic connection with a nitride semiconductor layer easily compared with the structure which provides a transparent conductive film in a nitride semiconductor directly.
Further, it is preferable that a part of the pad electrode is provided directly on the nitride semiconductor.
また、上記目的を達成するために本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、含有酸素濃度が膜厚方向に変化するように透明導電膜を成膜することを特徴とする。透明導電膜は、雰囲気中の酸素分圧がそれぞれ異なる複数の工程により成膜される。また、上記窒化物半導体に透光性の金属膜と透明導電膜とを順に成膜し熱処理する第一の工程と、さらに透明導電膜を成膜し、上記第一の工程よりも低い温度で熱処理する第二の工程とを含む。このように構成することにより、透光率が高い電極を有し信頼性の高い半導体発光素子を得ることができる。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized in that a transparent conductive film is formed so that the concentration of contained oxygen changes in the film thickness direction. The transparent conductive film is formed by a plurality of processes having different oxygen partial pressures in the atmosphere. In addition, a transparent metal film and a transparent conductive film are sequentially formed on the nitride semiconductor and heat-treated, and further a transparent conductive film is formed at a temperature lower than that of the first process. And a second step of heat treatment. With this configuration, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor light emitting element having an electrode with high translucency.
本発明は、透光率が高い導電酸化物からなる電極を有し、信頼性の高い半導体発光素子を実現することができる。さらに、本発明にかかる透光性電極は、窒化物半導体層とのオーミック接続にも優れているため、順方向電圧Ｖｆが低い実用的な発光素子を実現できる。 The present invention can realize a highly reliable semiconductor light-emitting element having an electrode made of a conductive oxide with high translucency. Furthermore, since the translucent electrode according to the present invention is excellent in ohmic connection with the nitride semiconductor layer, a practical light-emitting element having a low forward voltage Vf can be realized.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体発光素子を例示するものであって、本発明は半導体発光素子を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the form shown below exemplifies a semiconductor light emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not limit the semiconductor light emitting device to the following. Further, the size and positional relationship of the members shown in each drawing are exaggerated for clarity of explanation.
第一および第二導電型の窒化物半導体と、該第一および第二導電型の窒化物半導体のうち少なくとも一方と電気的に接続する透光性電極、第一電極および第二電極とを有する窒化半導体発光素子において、本発明者らは、種々の実験の結果、透光性電極は、含有酸素濃度が膜厚方向に変化している透明導電膜を含むことを特徴とすることにより上述したような問題を解決するに至った。 A first and second conductivity type nitride semiconductor; and a translucent electrode, a first electrode, and a second electrode electrically connected to at least one of the first and second conductivity type nitride semiconductors. In the nitride semiconductor light emitting device, the present inventors have described the above as a result of various experiments, in which the translucent electrode includes a transparent conductive film in which the oxygen concentration is changed in the film thickness direction. It came to solve such a problem.
即ち、本形態にかかる窒化物半導体発光素子は、基板上に形成されたｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体から成るｎ型層と、ｐ型の不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体から成るｐ型層を順に積層してなる窒化物半導体発光素子である。特に、本形態にかかる窒化物半導体発光素子は、透明導電膜よりなる第一の層および第二の層とがｐ型層の側から順に積層された透光性電極を有する。このように、金属膜を介することなくｐ型層に対して透明導電膜を直接設けることにより、透光性電極の光透過性を高めることができる。さらに、ｎ型層および透光性電極には、ｎ側パッド電極およびｐ側パッド電極がそれぞれ形成されている。なお、本形態における半導体発光素子は、ｐ型層に対して透光性電極を設けるが、他の形態においてｎ型層の側から主に光を取り出す構成とするときはｎ型層に対して透光性電極を設けてよいことはいうまでもない。 That is, the nitride semiconductor light emitting device according to this embodiment includes an n-type layer made of an n-type gallium nitride compound semiconductor formed on a substrate and a p-type made of a gallium nitride compound semiconductor to which a p-type impurity is added. This is a nitride semiconductor light emitting device in which layers are sequentially stacked. In particular, the nitride semiconductor light emitting device according to this embodiment includes a translucent electrode in which a first layer and a second layer made of a transparent conductive film are sequentially stacked from the p-type layer side. Thus, by providing a transparent conductive film directly on the p-type layer without using a metal film, the light transmittance of the translucent electrode can be improved. Further, an n-side pad electrode and a p-side pad electrode are formed on the n-type layer and the translucent electrode, respectively. Note that the semiconductor light-emitting element in this embodiment is provided with a light-transmitting electrode for the p-type layer, but in other embodiments, when light is mainly extracted from the n-type layer side, Needless to say, a translucent electrode may be provided.
また、本形態にかかる別の窒化物半導体発光素子は、半導体層の表面に、透光性の金属膜と、透明導電膜よりなる第一の層、第二の層とが半導体層の側から順に積層された透光性電極を有する。ここで、透光性の金属膜は、酸素を含有する透明導電膜との接続を良好に行うため、一部が酸化されていることが好ましい。このように透光性の金属膜を介して窒化物半導体層と接続することにより、透光性電極は、半導体層と良好なオーミック接続を行うことができる。 In another nitride semiconductor light emitting device according to this embodiment, a light-transmitting metal film, a first layer made of a transparent conductive film, and a second layer are formed on the surface of the semiconductor layer from the semiconductor layer side. It has a translucent electrode laminated in order. Here, the light-transmitting metal film is preferably partially oxidized in order to satisfactorily connect to the transparent conductive film containing oxygen. Thus, by connecting with a nitride semiconductor layer through a translucent metal film, the translucent electrode can perform favorable ohmic connection with the semiconductor layer.
ここで、本発明にかかる透光性電極中の含有酸素濃度は、膜厚方向に変化し第一の層より第二の層の方で低いことが特徴である。即ち、本形態における窒化物半導体発光素子の透光性電極は、含有酸素濃度が膜厚方向に変化しており、好ましくはｐ型層の側から徐々に含有酸素濃度が低くなるようにされている。酸素を含有する透光性電極とｐ側パッド電極を構成する金属材料との接続は、透光性電極のうち含有酸素量が比較的少ない側にて行われる。透光性電極のうち含有酸素量が比較的少ない側は、含有酸素量が多い方と比較すると、より金属的な性質を有するため、透光性電極と金属材料により構成されるｐ側パッド電極間の密着性が向上され、ｐ側パッド電極が半導体発光素子から剥離することがなくなる。また、透光性電極は、例えば酸化珪素のような酸素を含有する保護膜により被覆されることがある。このとき、従来のＮｉ／Ａｕような金属膜の透光性電極を保護膜にて被覆したときと比較して、本形態の酸素を含有する透光性電極は、該透光性電極を被覆する保護膜との密着性をも向上させることができる。したがって、本発明は、半導体発光素子の信頼性を向上させ、半導体膜の保護機能も向上させることができる。また、半導体層の側で含有酸素濃度の大きい透光性電極は、半導体発光素子に投入された電流を半導体層全体に拡散させ、透光性電極全体の抵抗を低くすることもできる。 Here, the oxygen concentration in the translucent electrode according to the present invention is characterized in that it changes in the film thickness direction and is lower in the second layer than in the first layer. That is, the light-transmitting electrode of the nitride semiconductor light emitting device in this embodiment has the oxygen concentration changed in the film thickness direction, and preferably the oxygen concentration gradually decreases from the p-type layer side. Yes. The connection between the translucent electrode containing oxygen and the metal material constituting the p-side pad electrode is performed on the side of the translucent electrode that contains a relatively small amount of oxygen. The side having a relatively small amount of oxygen contained in the translucent electrode has a more metallic property compared to the side having a large amount of oxygen, so that the p-side pad electrode composed of the translucent electrode and the metal material Thus, the p-side pad electrode does not peel from the semiconductor light emitting device. The translucent electrode may be covered with a protective film containing oxygen such as silicon oxide. At this time, the translucent electrode containing oxygen of the present embodiment covers the translucent electrode as compared with the case where the translucent electrode of the metal film such as conventional Ni / Au is coated with the protective film. Adhesiveness with the protective film can also be improved. Therefore, the present invention can improve the reliability of the semiconductor light emitting device and improve the protective function of the semiconductor film. In addition, a translucent electrode having a high oxygen concentration on the side of the semiconductor layer can diffuse the current input to the semiconductor light emitting element throughout the semiconductor layer, thereby reducing the resistance of the entire translucent electrode.
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、窒化物半導体を有する窒化物半導体発光素子の製造方法において、含有酸素濃度が膜厚方向に変化するように透明導電膜を成膜することを特徴とする。例えば、透明導電膜は、雰囲気中の酸素分圧がそれぞれ異なる複数の工程により成膜される。また、上記窒化物半導体に透光性の金属膜と透明導電膜とを成膜し熱処理する第一の工程と、該第一の工程で成膜された金属膜と透明導電膜に対しさらに透明導電膜を成膜して、上記第一の工程よりも低い温度で熱処理する第二の工程とを少なくとも含むことを特徴とする。また、上記第一の工程において、上記金属膜と透明導電膜は、４５０℃以上６００℃以下の温度で熱処理されることが好ましい。これは、熱処理の温度が４５０℃より低ければ、窒化物半導体と良好なオーミック接触が得られず、６００℃より高いと抵抗が高くなりすぎ素子特性に悪影響を及ぼすからである。また、上記第二の工程における熱処理は、４５０℃以下の温度でなされることが好ましい。これは、第二の工程では、窒化物半導体とのオーミック接触を考慮する必要がなく、比抵抗の低い透明導電膜を得るためである。このように構成することにより、透光率が高く、シート抵抗の低い電極を有する発光素子を得ることができる。以下、本形態の各構成について詳述する。 Furthermore, the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device having a nitride semiconductor, wherein the transparent conductive film is formed so that the oxygen concentration changes in the film thickness direction. It is characterized by that. For example, the transparent conductive film is formed by a plurality of processes having different oxygen partial pressures in the atmosphere. Further, a first step of forming a light-transmitting metal film and a transparent conductive film on the nitride semiconductor and performing a heat treatment, and further transparent to the metal film and the transparent conductive film formed in the first step It includes at least a second step of forming a conductive film and performing a heat treatment at a temperature lower than that of the first step. In the first step, the metal film and the transparent conductive film are preferably heat-treated at a temperature of 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. This is because if the temperature of the heat treatment is lower than 450 ° C., good ohmic contact with the nitride semiconductor cannot be obtained, and if it is higher than 600 ° C., the resistance becomes too high and the device characteristics are adversely affected. The heat treatment in the second step is preferably performed at a temperature of 450 ° C. or lower. This is because in the second step, it is not necessary to consider ohmic contact with the nitride semiconductor, and a transparent conductive film having a low specific resistance is obtained. With this configuration, a light-emitting element having an electrode with high translucency and low sheet resistance can be obtained. Hereinafter, each structure of this form is explained in full detail.
［半導体発光素子］
本形態に係る半導体発光素子を構成する第一および第二導電型の半導体層としては、種々の窒化物半導体を用いることができる。具体的には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより基板上にＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の半導体を複数形成させたものが好適に用いられる。また、半導体層の積層構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
[Semiconductor light emitting device]
Various nitride semiconductors can be used as the first and second conductivity type semiconductor layers constituting the semiconductor light emitting device according to this embodiment. Specifically, In X Al Y Ga 1- XYN (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦) is formed on the substrate by metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD), hydride vapor phase epitaxy (HVPE), or the like. A semiconductor in which a plurality of semiconductors such as 1) are formed is preferably used. Further, examples of the laminated structure of the semiconductor layers include a homo structure having a MIS junction, a PIN junction, and a PN junction, a hetero structure, and a double hetero structure. Each layer may have a superlattice structure, or may have a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which an active layer is formed in a thin film in which a quantum effect is generated.
発光素子（以下、「ＬＥＤ」と呼ぶことがある。）は、一般的には、特定の基板上に各半導体層を成長させて形成されるが、その際、基板としてサファイア等の絶縁性基板を用いその絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになる。この場合、フェイスアップ実装すなわち半導体層側を視認側に配置し発光された光を半導体層側から取り出すことも可能であるし、フリップチップ実装すなわち絶縁性基板側を視認側に配置し発光された光を基板側から取り出すことも可能である。もちろん、最終的に基板を除去した上で、フェイスアップ実装或いはフリップチップ実装することもできる。なお、基板にはサファイアに限定されず、例えば、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の部材を用いることができる。また、基板としてＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の導電性基板を用いることによりｐ電極及びｎ電極を対向して配置させることもできる。 A light-emitting element (hereinafter sometimes referred to as “LED”) is generally formed by growing each semiconductor layer on a specific substrate. At that time, an insulating substrate such as sapphire is used as the substrate. In the case where the insulating substrate is not finally removed, both the p electrode and the n electrode are usually formed on the same surface side on the semiconductor layer. In this case, it is possible to take out the emitted light from the semiconductor layer side with the face-up mounting, that is, the semiconductor layer side disposed on the viewing side, and the flip chip mounting, that is, the insulating substrate side disposed on the viewing side to emit light. It is also possible to extract light from the substrate side. Of course, it is also possible to perform face-up mounting or flip chip mounting after finally removing the substrate. The substrate is not limited to sapphire, and known members such as spinel, SiC, GaN, and GaAs can be used. Further, by using a conductive substrate such as SiC, GaN, or GaAs as the substrate, the p electrode and the n electrode can be arranged to face each other.
［透光性電極］
本形態における発光素子は、透光性電極を有する。本形態における透光性電極は、窒化物半導体層の側から酸化物を含む透明導電膜よりなる第一の層と、該第一の層より含有酸素濃度あるいは比抵抗が小さい、酸化物を含む透明導電膜よりなる第二の層とからなる透光性電極として形成されている。また、本形態における発光素子は、窒化物半導体の表面に透光性の金属膜を形成し、酸化物を含む透明導電膜よりなる第一の層と、該第一の層より含有酸素濃度あるいは比抵抗が小さい酸化物を含む透明導電膜よりなる第二の層とからなる透光性電極を有することとしてもよい。
[Translucent electrode]
The light-emitting element in this embodiment includes a light-transmitting electrode. The translucent electrode in this embodiment includes a first layer made of a transparent conductive film containing an oxide from the side of the nitride semiconductor layer, and an oxide having a lower oxygen concentration or specific resistance than the first layer. It is formed as a translucent electrode composed of a second layer made of a transparent conductive film. In the light-emitting element in this embodiment, a light-transmitting metal film is formed on the surface of a nitride semiconductor, and a first layer formed of a transparent conductive film containing an oxide and a concentration of oxygen contained in the first layer or It is good also as having a translucent electrode which consists of a 2nd layer which consists of a transparent conductive film containing an oxide with small specific resistance.
本形態の発光素子における電極の形成工程において、酸化物を含む透明導電膜よりなる第一の層に対し、該第一の層より含有酸素濃度が小さい酸化物を含む透明導電膜よりなる第二の層を形成する。これは、透光性電極の含有酸素濃度を膜厚方向に徐々に小さくなるようにするためである。また、窒化物半導体と良好なオーミック接続を行うための熱処理温度が高温のため高抵抗となった第一の層に、さらに第二の層を設け、透明導電膜全体の抵抗を下げるためでもある。以下、透光性電極に含まれる各構成について詳述する。 In the step of forming the electrode in the light emitting element of this embodiment, the second layer made of the transparent conductive film containing the oxide having a lower oxygen concentration than the first layer is formed with respect to the first layer made of the transparent conductive film containing the oxide. Forming a layer. This is because the oxygen concentration of the translucent electrode is gradually reduced in the film thickness direction. Another reason is to further provide a second layer on the first layer that has become high resistance due to the high heat treatment temperature for making a good ohmic connection with the nitride semiconductor, thereby reducing the resistance of the entire transparent conductive film. . Hereinafter, each component included in the translucent electrode will be described in detail.
（金属膜）
本形態における透光性の金属膜は、窒化物半導体の表面と酸化物を含む透明導電膜よりなる第一の層との間に設けられ、窒化物半導体と良好なオーミック接触を行うためのものである。金属膜を透光性にするには、例えば金属膜の膜厚の制御により可能である。透光性になる膜厚は金属の種類によっても異なるが、通常０．１μｍ以下の膜厚にすることにより透光性とすることができる。好ましくは５００オングストローム（０．０５μｍ）以下、さらに好ましくは２００オングストローム以下の膜厚にすることにより、金属膜が発光の吸収が少ない優れた透光性を有する。なお透光性とは発光素子の発光波長を電極が透過するという意味であって、必ずしも無色透明を意味するものではない。
(Metal film)
In this embodiment, the translucent metal film is provided between the surface of the nitride semiconductor and the first layer made of the transparent conductive film containing the oxide, and makes good ohmic contact with the nitride semiconductor. It is. In order to make the metal film translucent, for example, the thickness of the metal film can be controlled. Although the film thickness which becomes translucent changes with kinds of metal, it can be made translucent normally by setting it as a film thickness of 0.1 micrometer or less. When the film thickness is preferably 500 angstroms (0.05 μm) or less, more preferably 200 angstroms or less, the metal film has excellent translucency with little absorption of light emission. Note that translucency means that the electrode transmits the light emission wavelength of the light emitting element, and does not necessarily mean colorless and transparent.
また、金属膜は、ｐ型窒化物半導体の電極となり、かつ透光性の薄膜を形成できる材料であればどのような材料でも良いが、特に亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む金属または合金またはそれらの酸化物が好ましい。これらの金属または合金または酸化物は、窒化物半導体と好ましいオーミック接続が得られ、さらに発光素子の順方向電圧を低下させる上で有用である。その中でも特に、Ｎｉ（ＮｉＯ）および／またはＰｄを窒化物半導体と接する側にすると、窒化物半導体よりなる発光素子の３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、望ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長の吸収が少なく、さらに好ましいオーミック接触を得ることができる。また、金属膜の層を上記金属の積層構造としてもよい。積層構造の場合、後に電極を熱的アニールで処理すると、電極材料が金属膜の中で渾然一体となって合金化した状態となる。 The metal film may be any material as long as it is an electrode of a p-type nitride semiconductor and can form a light-transmitting thin film. In particular, zinc (Zn), nickel (Ni), platinum (Pt ) Palladium (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), osmium (Os), iridium (Ir) titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), Tantalum (Ta), cobalt (Co), iron (Fe), manganese (Mn), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten (W), lanthanum (La), copper (Cu), silver (Ag), A metal or alloy containing at least one element selected from the group consisting of yttrium (Y) or an oxide thereof is preferable. These metals, alloys, or oxides provide a preferable ohmic connection with the nitride semiconductor, and are useful for lowering the forward voltage of the light emitting element. Among these, in particular, when Ni (NiO) and / or Pd is in contact with the nitride semiconductor, the light emitting element made of the nitride semiconductor has less absorption at a wavelength of about 360 nm to 650 nm, desirably 380 nm to 560 nm, and more preferable ohmic Contact can be obtained. Further, the metal film layer may have a laminated structure of the above metals. In the case of a laminated structure, when the electrode is later processed by thermal annealing, the electrode material is in a state of being integrated into an alloy in the metal film.
本形態における金属膜の膜厚は、１０Å以上１００Å以下であることが好ましい。膜厚が薄いほど透過率がよいからである。また、金属膜および第一の層が、４５０℃以上の温度で熱処理されていることが好ましい。なぜなら、金属膜及び第一の層がｐ型窒化物半導体層と好ましいオーミック接続が得られるからである。ここで、膜厚がＮｉ（３０Å）／ＩＴＯ（１０００Å）の場合は、５００℃がよいが、Ｎｉ（１００Å）／ＩＴＯ（２５００Å）の場合は、５２５から５５０℃、大気中の場合は、６００℃位がよい。温度が低すぎると、Ｎｉが酸化されないため、透過率の低下や、オーミック特性の悪化等が見受けられるからである。 The thickness of the metal film in this embodiment is preferably 10 to 100 mm. This is because the thinner the film thickness, the better the transmittance. The metal film and the first layer are preferably heat-treated at a temperature of 450 ° C. or higher. This is because the metal film and the first layer can obtain a preferable ohmic connection with the p-type nitride semiconductor layer. Here, when the film thickness is Ni (30 mm) / ITO (1000 mm), 500 ° C. is preferable, but when Ni (100 mm) / ITO (2500 mm), 525 to 550 ° C., and 600 in the atmosphere. Good degree C. This is because if the temperature is too low, Ni is not oxidized, so that a decrease in transmittance, a deterioration in ohmic characteristics, and the like are observed.
（第一の層）
本形態における第一の層は、透光性電極の窒化物半導体層側に設けられ、第一の層単独で、あるいは金属膜とともに窒化物半導体層と好ましいオーミック接続をし、透光性電極に投入された電流を半導体層側に拡散させる。また、第一の層は、半導体発光素子からの光を効率よく取り出せるように高い透光性を有する。そのため第一の層は、酸素を含む透明導電膜とする。酸素を含む透明導電膜には数々の種類があるが、特に好ましくは亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物よりなることを特徴とする。具体的には、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎの複合酸化物）等で示されるＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ等の酸化物を含む透明導電膜を形成することが望ましい。この透明導電膜よりなる第一の層の厚さは特に限定するものではなく、数オングストローム〜数μｍの厚さで形成可能である。特に、金属膜にとともに設けられる第一の層の膜厚は、１００Åから５０００Åとすることが好ましい。なぜなら、１０００Åでオーミック性が確認され、厚くするとアニール温度が上昇する傾向にあるからである。
(First layer)
The first layer in this embodiment is provided on the nitride semiconductor layer side of the translucent electrode, and has a preferable ohmic connection with the nitride semiconductor layer alone or together with the metal film to form the translucent electrode. The input current is diffused to the semiconductor layer side. Further, the first layer has high translucency so that light from the semiconductor light emitting element can be extracted efficiently. Therefore, the first layer is a transparent conductive film containing oxygen. There are many types of transparent conductive films containing oxygen, but particularly preferably, the transparent conductive film comprises an oxide containing at least one element selected from the group consisting of zinc (Zn), indium (In), and tin (Sn). It is characterized by. Specifically, it is desirable to form a transparent conductive film containing an oxide such as Zn, In, or Sn represented by ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO (a composite oxide of In and Sn), or the like. The thickness of the first layer made of the transparent conductive film is not particularly limited, and can be formed with a thickness of several angstroms to several micrometers. In particular, the thickness of the first layer provided together with the metal film is preferably 100 to 5000 mm. This is because the ohmic property is confirmed at 1000%, and the annealing temperature tends to increase as the thickness increases.
（第二の層）
本形態における第二の層は、上述の第一の層に形成され、投入された電流を電極全体に拡散させ、電極全体の抵抗をさらに低くする。さらに、第二の層に対して設けられ、金属材料により構成されるパッド電極との接続を良好にする。そのため第二の層は、酸素を含む透明導電膜とし、熱処理温度や雰囲気中の酸素分圧が第一の層と異なるように適宜調節して成膜することにより、酸素含有量が第一の層より低く、さらに比抵抗も小さくなるようにしてある。例えば、第一の層および第二の層を成膜するための材料をＩＴＯとした透光性電極は、熱処理後の第二の層における含有酸素濃度が第一の層における含有酸素濃度より低い。ここで、透明導電膜の酸素含有濃度が膜厚方向に変化していることは、例えばＳＩＭＳによる分析により明らかとなる。ＳＩＭＳとは、Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer(あるいはSpectrometry)の略語（二次イオン質量分析計(あるいは分析法)）である。ＳＩＭＳでは試料に一次イオンビームを照射して、質量分離された二次イオンの数を数えることによって、試料の化学組成や同位体組成、特に深さ方向の組成変化を知ることができる。また、比抵抗の測定は、四端子法や四探針法により行うことができる。
(Second layer)
The second layer in this embodiment is formed in the first layer described above, and diffuses the input current over the entire electrode, further reducing the resistance of the entire electrode. Furthermore, it is provided with respect to the second layer and makes a good connection with a pad electrode made of a metal material. Therefore, the second layer is a transparent conductive film containing oxygen, and is formed by adjusting the heat treatment temperature and the oxygen partial pressure in the atmosphere so as to be different from those of the first layer. The specific resistance is also lower than that of the layer. For example, in the translucent electrode in which the material for forming the first layer and the second layer is ITO, the oxygen concentration in the second layer after the heat treatment is lower than the oxygen concentration in the first layer . Here, the fact that the oxygen-containing concentration of the transparent conductive film changes in the film thickness direction becomes clear by, for example, analysis by SIMS. SIMS is an abbreviation (secondary ion mass spectrometer (or analysis method)) for Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer (or Spectrometry). In SIMS, by irradiating a sample with a primary ion beam and counting the number of secondary ions separated by mass, it is possible to know the chemical composition and isotope composition of the sample, particularly the composition change in the depth direction. The specific resistance can be measured by a four probe method or a four probe method.
透光性電極を構成する層の中に酸素原子を含ませるには、酸素原子を含有させる層を形成した後、酸素を含む雰囲気にて熱処理すればよい。あるいは、反応性スパッタリング、イオンビームアシスト蒸着等により、それぞれの層に酸素原子を含有させることができるが、工程の容易さ等から熱処理が最も優れている。 In order to include oxygen atoms in the layer constituting the light-transmitting electrode, after forming a layer containing oxygen atoms, heat treatment may be performed in an atmosphere containing oxygen. Alternatively, oxygen atoms can be contained in each layer by reactive sputtering, ion beam assisted vapor deposition, or the like, but heat treatment is most excellent from the standpoint of process ease.
第二の層に含まれる酸化物には数々の種類があるが、特に好ましくは亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物よりなることを特徴とする。具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの複合酸化物）を挙げることができる。ここで、第二の層の材料は、第一の層と同じ材料に限定されないことは言うまでもない。例えば、第二の層の屈折率を第一の層の屈折率より段階的に小さくすることにより、発光素子からの光の取り出しを向上させることができる。 There are various types of oxides contained in the second layer, and particularly preferably an oxide containing at least one element selected from the group consisting of zinc (Zn), indium (In), and tin (Sn). It is characterized by comprising. Specific examples include ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , and ITO (a composite oxide of In and Sn). Here, it goes without saying that the material of the second layer is not limited to the same material as that of the first layer. For example, by making the refractive index of the second layer smaller than the refractive index of the first layer, extraction of light from the light emitting element can be improved.
透明導電膜を構成する第二の層の厚さは特に限定するものではなく、数オングストローム〜数μｍの厚さで形成可能である。特に、本形態における第二の層の膜厚は、１０００Åから１００００Åとすることが好ましい。このように第一の層より厚膜に形成することにより、シート抵抗がｎ型半導体層側の抵抗に近づき、発光素子全体の発光分布が良好となる。さらに、第二の層の膜は、金属膜と第一の層の熱処理後成膜され、４５０℃以下の温度で熱処理されていることが好ましい。透光性電極のシート抵抗が低くなり、透過率もよくなるからである。 The thickness of the second layer constituting the transparent conductive film is not particularly limited, and can be formed with a thickness of several angstroms to several micrometers. In particular, the film thickness of the second layer in this embodiment is preferably 1000 to 10,000 mm. By forming the film thicker than the first layer in this way, the sheet resistance approaches the resistance on the n-type semiconductor layer side, and the light emission distribution of the entire light emitting element is improved. Further, the second layer film is preferably formed after heat treatment of the metal film and the first layer, and is heat-treated at a temperature of 450 ° C. or lower. This is because the sheet resistance of the translucent electrode is lowered and the transmittance is improved.
本発明の透光性電極において、金属膜、第一の層および第二の層を形成するには蒸着、スパッタ等、通常の気相成膜装置を用いることができる。また、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、蒸着法、スパッタリング法等、それぞれ異なる成膜方法を使い分け、第一の層、第二の層および金属膜を形成することができる。例えば第一の層は蒸着法によって成膜を行い、第二の層は、スパッタリング法によて成膜を行うことができる。特に、金属膜を介することなく窒化物半導体層に直接第一の層を成膜するときには、蒸着法によることが好ましい。このように、成膜方法を使い分けることにより、膜質が向上し透光性電極と窒化物半導体とのオーミック接続が良好となり、更にコンタクト抵抗を下げることができる。また、金属膜、第一の層および第二の層をパターニングするには、ウェットエッチング、ドライエッチングまたはリフトオフ等のパターニング方法を使い分けることにより行うことができる。 In the translucent electrode of the present invention, an ordinary vapor deposition apparatus such as vapor deposition or sputtering can be used to form the metal film, the first layer, and the second layer. In addition, the first layer, the second layer, and the metal film can be formed by using different film formation methods such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), vapor deposition, and sputtering. For example, the first layer can be formed by vapor deposition, and the second layer can be formed by sputtering. In particular, when the first layer is formed directly on the nitride semiconductor layer without using a metal film, it is preferable to use a vapor deposition method. Thus, by properly using the film forming method, the film quality is improved, the ohmic connection between the translucent electrode and the nitride semiconductor is improved, and the contact resistance can be further lowered. The metal film, the first layer, and the second layer can be patterned by properly using a patterning method such as wet etching, dry etching, or lift-off.
［パッド電極１３、１４］
本形態において、パッド電極は、ｐ型窒化物半導体層側およびｎ型窒化物半導体層側のうち、一方の窒化物半導体層側に設けられた透光性電極（特に、透光性電極のうち含有酸素濃度が比較的低い側）および他方の窒化物半導体層に対して形成される。また本発明にかかる別の実施の形態におけるパッド電極の一部は、透光性電極に設けた貫通孔内に延在させて窒化物半導体層に直接設けたり、あるいは透光性電極の外縁にて窒化物半導体層に直接設けてもよい。このように、パッド電極の一部が窒化物半導体層に直接設けられることによってパッド電極の剥離を防止することができる。
[
In this embodiment, the pad electrode is a translucent electrode (particularly, of the translucent electrode) provided on one of the p-type nitride semiconductor layer side and the n-type nitride semiconductor layer side. And the other nitride semiconductor layer). In addition, a part of the pad electrode according to another embodiment of the present invention extends directly into the through-hole provided in the translucent electrode and is provided directly on the nitride semiconductor layer, or on the outer edge of the translucent electrode. It may be provided directly on the nitride semiconductor layer. In this manner, part of the pad electrode is directly provided on the nitride semiconductor layer, whereby peeling of the pad electrode can be prevented.
パッド電極表面に導電性ワイヤがワイヤーボンディングされ、発光素子と外部電極との電気的接続を図ることができる。あるいは、パッド電極表面にＡｕバンプのような導電部材を配置し、導電部材を介して対向された発光素子の電極と外部電極との電気的接続を図ることができる。 A conductive wire is wire bonded to the pad electrode surface, and electrical connection between the light emitting element and the external electrode can be achieved. Alternatively, a conductive member such as an Au bump can be disposed on the surface of the pad electrode, and an electrical connection between the electrode of the light emitting element and the external electrode opposed via the conductive member can be achieved.
また、ｐ型窒化物半導体層側およびｎ型窒化物半導体層側に形成されるパッド電極は、用いる金属の種類や膜厚が同じ構成とすることが好ましい。このように同じ構成とすることによって、ｐ型窒化物半導体層側およびｎ型窒化物半導体層側同時にパッド電極を形成することができるため、ｐ型窒化物半導体層側およびｎ型窒化物半導体層側別々に形成する場合と比較して、パッド電極の形成の工程を簡略化することができる。本形態におけるパッド電極として、例えば、ｐ型半導体層あるいはｎ型半導体層側からＴｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＴｉ／Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極やＷ、Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＷ／Ｐｔ／Ａｕ電極（その膜厚として、例えばそれぞれ２０ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ）が挙げられる。パッド電極の最上層をＡｕとすることによって、パッド電極は、Ａｕを主成分とする導電性ワイヤと良好な接続ができる。また、ＲｈとＡｕの間にＰｔを積層させることによって、ＡｕあるいはＲｈの拡散を防止することができる。また、Ｒｈは、光反射性およびバリア性に優れ、光取り出し効率が向上するため好適に用いることができる。 The pad electrodes formed on the p-type nitride semiconductor layer side and the n-type nitride semiconductor layer side preferably have the same metal type and film thickness. Since the pad electrode can be formed at the same time on the p-type nitride semiconductor layer side and the n-type nitride semiconductor layer side by using the same configuration in this way, the p-type nitride semiconductor layer side and the n-type nitride semiconductor layer are formed. Compared with the case where the side electrodes are separately formed, the pad electrode forming step can be simplified. As a pad electrode in this embodiment, for example, a Ti / Rh / Pt / Au electrode in which Ti, Rh, Pt, and Au are sequentially stacked from the p-type semiconductor layer or the n-type semiconductor layer side by sputtering or W, Pt, Au A W / Pt / Au electrode (each having a film thickness of, for example, 20 nm / 200 nm / 500 nm), which is formed by sequentially laminating each of the above. By making the uppermost layer of the pad electrode Au, the pad electrode can be satisfactorily connected to a conductive wire mainly composed of Au. Also, by stacking Pt between Rh and Au, diffusion of Au or Rh can be prevented. Rh is excellent in light reflectivity and barrier properties, and can be suitably used because light extraction efficiency is improved.
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。図１は、本発明にかかる半導体発光素子の模式的な上面図を示し、図２は、図１における対角線ＸＸ方向の模式的な断面図を示す。以下、図面を参照しながら本実施例にかかる半導体発光素子およびその製造方法について詳述する。 Examples according to the present invention will be described in detail below. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples. FIG. 1 is a schematic top view of a semiconductor light emitting device according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the diagonal line XX direction in FIG. Hereinafter, a semiconductor light emitting device according to this example and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings.
まず、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、２インチφのサファイア基板１の上にＧａＮよりなるバッファ層２を２００オングストローム、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層３を４μｍ、ノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の活性層４を３０オングストローム、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層５を０．２μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層６を０．５μｍの膜厚で順に成長させる。
First, using a MOVPE reactor, a
さらにウエハーを反応容器内において、窒素雰囲気とし温度６００℃でアニーリングして、ｐ型半導体層５、６をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウエハーを反応容器から取り出し、最上層のｐ型ＧａＮの表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングを行い、図２に示すようにｎ型コンタクト層３の一部を露出させる。
Further, the wafer is annealed in a reaction vessel in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 ° C. to further reduce the resistance of the p-
次に、ｐ型半導体層の上のマスクを除去し、最上層のｐ型ＧａＮのほぼ全面に金属膜１０としてＮｉを３０Åの膜厚でスパッタする。スパッタ後の金属膜１０は明らかに透明性となっており、サファイア基板１まで透けて観察できた。このように、露出したｐ型半導体層のほぼ全面に金属膜が形成されることにより、電流をｐ型半導体層全体に均一に広げることができる。しかも金属膜は透光性であるので、電極側を発光観測面とすることもできる。Ｎｉからなる金属膜１０を形成後、スパッタにより第一の層１１としてＩＴＯを１０００Åの膜厚で成膜する。ここで、金属膜１０（Ｎｉ）、第一の層１１（ＩＴＯ）共に１００Ｗの低出力で、Ａｒ雰囲気中で成膜を行う。第一の層１１を形成した時点では、金属膜１０（Ｎｉ）、第一の層１１（ＩＴＯ）とも酸素が十分でないため、透過率は低い。また、金属膜１０（Ｎｉ）と第一の層１１（ＩＴＯ）のパターニングは、ウェットエッチングで行う。このようにウェットエッチングで行うことにより、コンタクト抵抗の低い透光性電極とすることができる。
Next, the mask on the p-type semiconductor layer is removed, and Ni is sputtered to a thickness of 30 mm as a
次に、Ｏ２雰囲気中で５００℃にて３０分間熱処理を行う。熱処理後のコンタクト特性は良好なオーミック特性を示す。透過率は９０％程度である。シート抵抗は、２００Ω／□である。熱処理温度が高いためＩＴＯが高抵抗となると思われる。 Next, heat treatment is performed at 500 ° C. for 30 minutes in an O 2 atmosphere. The contact characteristics after heat treatment show good ohmic characteristics. The transmittance is about 90%. The sheet resistance is 200Ω / □. It seems that ITO has a high resistance due to the high heat treatment temperature.
最後に、ウェットエッチング又はリフトオフによりパターニングを行い、スパッタにより第二の層としてＩＴＯを３０００Åの膜厚で成膜する。さらに、上記Ｏ２雰囲気より酸素分圧が低いＮ２とＯ２の混合雰囲気中において、３００℃にて所定時間熱処理を行うことにより、従来技術と比較してシート抵抗の低いＩＴＯ膜を含む透光性電極が得られる。またここで、熱処理後の第二の層における含有酸素濃度は、熱処理後の第一の層における含有酸素濃度以下となる。 Finally, patterning is performed by wet etching or lift-off, and ITO is formed to a thickness of 3000 mm as the second layer by sputtering. Further, by performing a heat treatment at 300 ° C. for a predetermined time in a mixed atmosphere of N 2 and O 2 having a lower oxygen partial pressure than the O 2 atmosphere, a transparent film including an ITO film having a lower sheet resistance than that of the conventional technique is obtained. A photoelectrode is obtained. Here, the oxygen concentration in the second layer after the heat treatment is equal to or lower than the oxygen concentration in the first layer after the heat treatment.
以上の工程により、シート抵抗が６．５Ω／□、透過率８０％程度の高透過率、低抵抗の透光性電極を得ることができる。 Through the above steps, a translucent electrode having a sheet resistance of 6.5Ω / □ and a high transmittance of about 80% and a low resistance can be obtained.
第二の層の形成後、第二の層の隅部にＴｉ／Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕを含むパッド電極１３を７０００Åの膜厚で形成する。なお、このパッド電極１３は透光性ではない。また、パッド電極１３は、導電性ワイヤやバンプを配置する位置からＬＥＤチップの隣接した外縁へ向かって円弧状に延伸する補助電極を有する。このような補助電極は、半導体発光素子に投入された電流を透光性電極全体に拡散させる。
After the formation of the second layer, a
パッド電極１３を形成した後、露出したｎ型半導体層にＴｉ／Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕを含むｎ電極１４を７０００Åの膜厚で形成し、最後にアニール装置にて４００℃以上で熱処理を施し、電極を合金化させる。なお、アニールにより金属膜１０と第一の層１１と第二の層１２とからなる透光性電極は合金化して渾然一体となった状態となっている。従って、図１では、あえて最表面の電極を第二の層１２と示さず、金属膜、第一の層および第二の層が順不同で含まれるという意味で、透光性電極を１０＋１１＋１２という符号で示している。
After the
以上のようにして、ｎ型コンタクト層３とｐ型半導体層コンタクト層６とに電極を形成したウエハーを、３５０μｍ角のチップ状に切断し、その発光チップのサファイア基板側１をパッケージのような支持体やリード電極と接着し、ワイヤーボンドし、エポキシ樹脂でモールドしてＬＥＤ素子とする。
As described above, the wafer in which the electrodes are formed on the n-
本実施例は、金属膜、第一の層および第二の層、それぞれの膜厚を変更する他は、上記実施例１と同様にして窒化物半導体発光素子を形成する。また、金属膜、第一の層および第二の層は、上記実施例１と同様にそれぞれＮｉ、ＩＴＯおよびＩＴＯとする。 In this example, a nitride semiconductor light emitting element is formed in the same manner as in Example 1 except that the film thicknesses of the metal film, the first layer, and the second layer are changed. The metal film, the first layer, and the second layer are Ni, ITO, and ITO, respectively, as in the first embodiment.
膜厚がＮｉ（３０Å）／ＩＴＯ（１０００Å）／ＩＴＯ（３０００Å）である三層構造とした場合のシート抵抗は６．５Ω／□である。 The sheet resistance when the film thickness is a three-layer structure of Ni (30 Å) / ITO (1000 Å) / ITO (3000 Å) is 6.5 Ω / □.
また、膜厚がＮｉ（３０Å）／ＩＴＯ（１０００Å）／ＩＴＯ（５０００Å）である三層構造とした場合のシート抵抗は４．５Ω／□である。 The sheet resistance when the film thickness is a three-layer structure of Ni (30 mm) / ITO (1000 mm) / ITO (5000 mm) is 4.5Ω / □.
このように、本実施例に係る窒化物半導体発光素子は、第一の層、第二の層および金属膜を合わせた電極全体のシート抵抗を１〜１００Ω／□とすることができる。 Thus, in the nitride semiconductor light emitting device according to this example, the sheet resistance of the entire electrode including the first layer, the second layer, and the metal film can be set to 1 to 100Ω / □.
ところで、比較例として形成した膜厚がＮｉ（６０Å）／Ａｕ（７０Å）の電極の場合は、およそ１０Ω／□であり、膜厚がＮｉ（６０Å）／Ａｕ（２００Å）の電極の場合は、３Ω／□である。また、膜厚がＮｉ（１００Å）／ＩＴＯ（２５００Å）となるようにＮｉ／ＩＴＯの二層構造とした場合のシート抵抗は１から１００Ω／□である。 By the way, in the case of an electrode having a film thickness of Ni (60 mm) / Au (70 mm) formed as a comparative example, it is about 10Ω / □, and in the case of an electrode having a film thickness of Ni (60 mm) / Au (200 mm), 3Ω / □. The sheet resistance is 1 to 100Ω / □ when the Ni / ITO double-layer structure is used so that the film thickness is Ni (100 Å) / ITO (2500 Å).
図５（ａ）に示されるように、本実施例における半導体素子は、発光素子１００がサブマウントに対してフリップチップ実装された複合素子１０３である。発光素子は、透光性基板の主面を発光観測面側に向け、発光素子の同一面側に設けられた正負一対のパッド電極がサブマウントに設けた正負一対の両電極１１２ａ、１１２ｂと対向されバンプ１１４ｂにて接合されている。
As shown in FIG. 5A, the semiconductor element in this embodiment is a
サブマウントの一方の主面において、導電性部材により正電極１１２ａと負電極１１２ｂとが絶縁膜１１１により互いに絶縁されている。導電性部材は、銀白色の金属、特に反射率の高いアルミニウム、銀や金あるいはそれらの合金を使用することが好ましい。サブマウント自体の材料は、発光素子を過電圧による破壊から防止する保護素子を構成することができるシリコンが好ましい。あるいは、サブマウントの材料は、窒化物半導体発光素子と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば窒化アルミニウムが好ましい。このような材料を使用することにより、サブマウントと発光素子との間に発生する熱応力が緩和され、サブマウントと発光素子との間のバンプを介した電気的接続が維持されるため、発光装置の信頼性を向上させることができる。
On one main surface of the submount, the
保護素子には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード(zener diode)、パルス性の電圧を吸収するコンデンサ等を用いることができる。図５（ｂ）は、保護素子をツェナーダイオードとしたときの回路図を示す。ツェナーダイオードとして機能するサブマウントは、正電極を有するｐ型半導体領域と、負電極を有するｎ型半導体領域とを有し、発光素子のｐ側電極とｎ側電極に対して逆並列となるように接続される。即ち、発光素子１００のｎ側パッド電極およびｐ側電極が、サブマウントのｐ型半導体領域１１５ａおよびｎ型半導体領域１１５ｂに設けられた正電極１１２ａおよび負電極１１２ｂとそれぞれバンプ１１４ｂにより電気的および機械的に接続される。さらに、サブマウントに設けられた正負両電極１１２ａ、１１２ｂは、導電性ワイヤ２５０によってリード電極のような外部電極と接続されている。なお、発光素子が搭載されているサブマウントの主面に対向する面に、ｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域のうち何れか一方、例えばｐ型半導体領域１１５ａと極性を同じくする裏面電極１１４ａを設け、導電性ワイヤ２５０を介することなく、リード電極と直接導通をとることもできる。
As the protective element, a zener diode that becomes energized when a voltage higher than a specified voltage is applied, a capacitor that absorbs a pulsed voltage, or the like can be used. FIG. 5B shows a circuit diagram when the protective element is a Zener diode. The submount that functions as a Zener diode has a p-type semiconductor region having a positive electrode and an n-type semiconductor region having a negative electrode, and is in antiparallel with the p-side electrode and the n-side electrode of the light emitting element. Connected to. That is, the n-side pad electrode and the p-side electrode of the
このように、サブマウントにツェナーダイオードの機能を持たせることにより、電極間に過大な電圧が印加された場合、その電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えると、発光素子の正負両電極間はツェナー電圧に保持され、このツェナー電圧以上になることはない。従って、発光素子間に過大な電圧が印加されるのを防止でき、過大な電圧から発光素子を保護し、素子破壊や性能劣化の発生を防止することができる。ここで仮に、発光素子と保護素子のそれぞれをパッケージ等にダイボンドした後、導電性ワイヤにて外部電極と接続する構成とすると、導電性ワイヤのボンディング数が増えるために生産性が低下する。また、導電性ワイヤ同士の接触、断線等の発生する危険性が増えるため、発光装置の信頼性の低下を招く恐れがある。一方、本実施例における発光装置においては、導電性ワイヤをサブマウントに設けた正負両電極に接続するだけでよく、発光素子に導電性ワイヤをボンディングする必要がないため、上述したような問題が生じず信頼性の高い発光装置とすることができる。 In this way, by providing the submount with the function of a Zener diode, when an excessive voltage is applied between the electrodes, if the voltage exceeds the Zener voltage of the Zener diode, the Zener diode is connected between the positive and negative electrodes. The voltage is held and never exceeds the zener voltage. Therefore, it is possible to prevent an excessive voltage from being applied between the light emitting elements, protect the light emitting elements from the excessive voltage, and prevent the occurrence of element destruction and performance deterioration. Here, if each of the light emitting element and the protective element is die-bonded to a package or the like and then connected to the external electrode with a conductive wire, the productivity decreases because the number of bonding of the conductive wire increases. In addition, since there is an increased risk of contact between the conductive wires, disconnection, and the like, the reliability of the light emitting device may be reduced. On the other hand, in the light emitting device in this embodiment, it is only necessary to connect the conductive wire to both the positive and negative electrodes provided on the submount, and it is not necessary to bond the conductive wire to the light emitting element. It does not occur and a highly reliable light emitting device can be obtained.
発光素子のｐ側電極およびｎ側電極は、サブマウントの同一面側に形成された正負両電極にそれぞれ対向させて機械的に固定される。まず、サブマウントの正負両電極１１２ａ、１１２ｂに対し、Ａｕからなるバンプ１１４ｂを形成する。次に、発光素子１００のパッド電極とサブマウントの電極とをバンプ１１４ｂを介して対向させ、荷重、熱および超音波をかけることによりバンプ１１４ｂを溶着し、発光素子１００の電極とサブマウントとの電極とを接合する。なお、バンプの材料として、Ａｕの他、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等を用いることもできる。また、発光素子のパッド電極の形状や大きさは、設置するバンプの大きさや数により適宜選択される。したがって、実施例１のような補助電極を有する形状に限定されることはない。
The p-side electrode and the n-side electrode of the light emitting element are mechanically fixed so as to face both the positive and negative electrodes formed on the same surface side of the submount. First, bumps 114b made of Au are formed on both the positive and
さらに、サブマウントをパッケージのような支持体やリード電極上にＡｇペーストを接着剤として固定し、導電性ワイヤにてリード電極とサブマウントの電極とを接続して発光装置とする。 Further, the submount is fixed to a support such as a package or a lead electrode with Ag paste as an adhesive, and the lead electrode and the submount electrode are connected by a conductive wire to obtain a light emitting device.
図３は、本発明にかかる半導体発光素子を用いた発光装置の模式的な上面図を示し、図４は、図３における対角線方向の模式的な断面図を示す。以下、図面を参照しながら本実施例にかかる半導体発光素子および発光装置について詳述する。 FIG. 3 is a schematic top view of a light-emitting device using the semiconductor light-emitting element according to the present invention, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in the diagonal direction in FIG. Hereinafter, a semiconductor light emitting element and a light emitting device according to this example will be described in detail with reference to the drawings.
放熱性のよいマウント基板５００上に、絶縁性の材料５０１として例えばＳｉＯ２を形成し、その上に例えばＡｌやＡｌを含む合金等の第１の金属膜５０２と第２の金属膜５０３を、第１の金属膜を第２の金属膜が囲むように形成する。同一面側にｎ電極６０２およびｐ電極６０３が形成された２以上の窒化物半導体発光素子６０１をｎ電極６０２が第１の金属膜５０２と接するように、ｐ電極６０３が第２の金属膜と接続するように形成する。ここで、第１の金属膜５０２に接続する電極はｐ電極６０３で、第２の金属膜５０３に接続する電極はｎ電極６０２であってもよい。すなわち、複数の窒化物半導体発光素子が一つの金属膜に同じ導電型で接していればよい。また第１の金属膜５０２と第２の金属膜５０３は、お互いが接していなければよく、図３に示されるように、第１の金属膜５０２が正方形であり、第２の金属膜５０３が正方形の第１の金属膜と等間隔で離間した形状の場合や、第１の金属膜が円形であり、第２の金属膜が円形の第１の金属膜と等間隔で離間したような形状の場合でもよい。
For example, SiO 2 is formed as an insulating
また第１の金属膜５０２とｎ電極６０２、および第２の金属膜５０３とｐ電極６０３は、３５０℃で形成された少なくともＡｕとＳｎを含んでなる共晶合金５０５によって接合されている。共晶合金は窒化物半導体素子側面に回り込まない程度として５μｍ以下となるように形成する。
Further, the
複数の窒化物半導体発光素子が第１の金属膜と第２の金属膜に接続された状態で、さらに樹脂５０４を注入することで保護し、窒化物半導体発光装置を得る。
In a state where the plurality of nitride semiconductor light emitting elements are connected to the first metal film and the second metal film, further protection is performed by injecting
以上のように、複数の窒化物半導体発光素子をフリップチップでマウント基板上に形成することによって、複数の窒化物半導体発光素子が等電位で実装でき、フェイスアップで実装するよりも、窒化物半導体発光装置の小型化が図れる。また接合に共晶合金を用いることで、小型化にしても比較的発光面積を大きく取ることができる。また、第１の金属膜と第２の金属膜の膜厚を調節することで、素子の発光面を水平としたり、水平から傾斜して設けたりすることが容易にできる。 As described above, by forming a plurality of nitride semiconductor light-emitting elements on a mounting substrate by flip chip, a plurality of nitride semiconductor light-emitting elements can be mounted at an equipotential, and nitride semiconductors can be mounted rather than being mounted face-up. The light emitting device can be reduced in size. Further, by using a eutectic alloy for bonding, a relatively large light emitting area can be obtained even if the size is reduced. Further, by adjusting the film thicknesses of the first metal film and the second metal film, the light emitting surface of the element can be easily made horizontal or inclined from the horizontal.
本発明の発光素子を例えばフルカラーＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤ信号機、道路情報表示板等のＬＥＤデバイスに使用すると、低消費電力で明るいデバイスが実現でき、その産業上の利用価値は大である。 When the light emitting device of the present invention is used for LED devices such as a full color LED display, LED traffic light, road information display board, etc., a bright device with low power consumption can be realized, and its industrial utility value is great.
１・・・サファイア基板
２・・・バッファ層
３・・・ｎ型コンタクト層
４・・・活性層
５・・・ｐ型クラッド層
６・・・ｐ型コンタクト層
１０・・・金属膜
１１・・・第一の層
１２・・・第二の層
１３、１４・・・パッド電極
６０２・・・ｎ電極
１００・・・発光素子
１０３・・・複合素子
１１１・・・絶縁膜
１１２ａ・・・正電極
１１２ｂ・・・負電極
１１３ａ、１１３ｂ・・・ボンディング領域
１１４ａ・・・裏面電極
１１４ｂ・・・バンプ
１１５ａ・・・ｐ型半導体領域
１１５ｂ・・・ｎ型半導体領域
２５０・・・導電性ワイヤ
５００・・・マウント基板
５０１・・・絶縁性の材料
５０２・・・第一の金属膜
５０３・・・第二の金属膜
５０４・・・樹脂
５０５・・・共晶合金
６０１・・・窒化物半導体発光素子
６０３・・・ｐ電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記透光性電極は、前記パッド電極と接続され、かつ含有酸素濃度が膜厚方向に変化している透明導電膜を含み、該透明導電膜は前記パッド電極側の含有酸素濃度が小さいことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 A first and second conductivity type nitride semiconductor; a translucent electrode electrically connected to at least one of the first and second conductivity type nitride semiconductors; and the translucent electrode. In a nitride semiconductor light emitting device having a pad electrode,
The translucent electrode is connected to the pad electrode, and saw including a transparent conductive film containing an oxygen concentration is changed in the film thickness direction, that the transparent Akirashirube film is smaller concentration in oxygen content of the pad electrode-side A nitride semiconductor light emitting device characterized by the above.
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