JP6302303B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子において、効率の向上が求められている。
本発明の実施形態は、高効率の半導体発光素子を提供する。
本発明の実施形態によれば、第１電極と、第１半導体層と、発光層と、第２半導体層と、第２電極と、第１絶縁部と、第１導電層と、を含む半導体発光素子が提供される。前記第１電極は、第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、を含む。前記第１半導体層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１領域と離間する。前記第１半導体層は、第１部分と、前記第２方向と交差する方向において前記第１部分と並ぶ第２部分と、を含む。前記第１半導体層は、第１導電形である。前記発光層は、前記第２部分と前記第１領域との間に設けられる。前記第２半導体層は、前記発光層と前記第１領域との間に設けられる。前記第２半導体層は、第２導電形である。前記第２電極は、前記第１領域と前記第２半導体層との間に設けられ、前記第２半導体層と接する。前記第１絶縁部は、前記第１領域と前記第２電極との間に設けられる。前記第１導電層は、前記第１部分と前記第１領域との間に設けられる。前記第１導電層は、前記第１部分と接する接触部分を有する。前記第１導電層は、前記第１領域と電気的に接続される。前記第１部分と前記接触部分との間の第１界面は、前記第２半導体層と前記第２電極との間の第２界面に対して傾斜している。前記第１半導体層は、窒化物半導体を含む。前記第２半導体層は、窒化物半導体を含む。前記第２界面と、前記第１半導体層のｃ面と、の間の角度の絶対値は、５度以下である。前記第１界面と、前記第１半導体層のｃ面と、の間の角度の絶対値は、５０度以上７０度以下である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
図２は、実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的平面図である。
図１は、図２のＡ１−Ａ２線断面を例示している。
図１及び図２に表したように、実施形態に係る半導体発光素子１１０は、第１電極５１と、第１半導体層１０と、発光層３０と、第２半導体層２０と、第２電極６２と、第１絶縁部４１と、第１導電層５５と、を含む。
図２は、実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的平面図である。
図１は、図２のＡ１−Ａ２線断面を例示している。
図１及び図２に表したように、実施形態に係る半導体発光素子１１０は、第１電極５１と、第１半導体層１０と、発光層３０と、第２半導体層２０と、第２電極６２と、第１絶縁部４１と、第１導電層５５と、を含む。
第１半導体層１０は、Ｚ軸方向において、第１電極５１と離間する。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに垂直な方向をＹ軸方向とする。
第１電極５１は、Ｘ−Ｙ平面に延在する。第１電極５１は、第１領域Ｒ１と、第２領域Ｒ２と、を含む。第２領域Ｒ２は、Ｘ−Ｙ平面内において、第１領域Ｒ１と並ぶ。例えば、第２領域Ｒ２は、第１方向において、第１領域Ｒ１と並ぶ。第１方向は、Ｘ−Ｙ平面内の１つの方向である。
第１半導体層１０は、第２方向において、第１領域Ｒ１と離間する。第２方向は、第１方向と交差する。第２方向は、例えば、Ｚ軸方向である。
第１半導体層１０は、第１部分１１と、第２部分１２と、を含む。第２部分１２は、第２方向（Ｚ軸方向）と交差する方向において、第１部分１１と並ぶ。第１半導体層１０は、第１導電形である。
発光層３０は、第２部分１２と第１領域Ｒ１との間に設けられる。
第２半導体層２０は、発光層３０と第１領域Ｒ１との間に設けられる。第２半導体層２０は、第２導電形である。
例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。実施形態において、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。以下では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形とする。
第２電極６２は、第１領域Ｒ１と第２半導体層２０との間に設けられる。第２電極６２は、第２半導体層２０と接する。
第１絶縁部４１は、第１領域Ｒ１と第２電極６２との間に設けられる。
第１導電層５５は、第１部分１１と第１領域Ｒ１との間に設けられる。第１導電層５５は、接触部分５５ｃを有する。接触部分５５ｃは、第１部分１１と接する。第１導電層５５は、第１領域Ｒ１と電気的に接続される。
この例では、第３電極６３と、第２導電層６４と、第２絶縁部４２と、がさらに設けられている。第３電極６３は、Ｘ−Ｙ平面（第２方向と交差する平面）に投影したときに、第２領域Ｒ２と重なる。
第２導電層６４は、第２電極６２と第３電極６３とを電気的に接続する。第２絶縁部４２は、第３電極６３と第２領域Ｒ２との間に設けられる。第２絶縁部４２は、第２導電層６４と第２領域Ｒ２との間に設けられる。
この例では、基部７０がさらに設けられている。基部７０と第１絶縁部４１との間に、第１電極５１が配置される。基部７０には、金属または半導体が用いられる。
第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０には、例えば、窒化物半導体が用いられる。
接触部分５５ｃは、光反射性である。例えば、接触部分５５ｃには、アルミニウムが用いられる。
第２電極６２は、光反射性である。第２電極６２には、銀または、銀合金が用いられる。
第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０は、積層部１５に含まれる。積層部１５は、第１面１５ａと、第２面１５ｂと、を有する。第２面１５ｂは、第１電極５１の側の面である。第１面１５ａは、第２面１５ｂとは反対側の面である。
この例では、第１面１５ａに凹凸１５ｐが設けられている。
例えば、第１電極５１（基部７０）と、第３電極６３と、の間に電圧が印加される。第１半導体層１０及び第２半導体層２０を介して、発光層３０に電流が流れる。発光層３０から光が放出される。光は、第１面１５ａから外部に出射する。凹凸１５ｐを設けることで、光の取り出し効率が向上する。
発光層３０で放出された光の一部は、第２電極６２で反射して、第１面１５ａに向かい、第１面１５ａから出射する。発光層３０で放出された光の別の一部は、接触部分５５ｃで反射して、第１面１５ａに向かい、第１面１５ａから出射する。
第１部分１１と接触部分５５ｃとの間の第１界面ＩＦ１は、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して傾斜している。一方、第２半導体層２０と第２電極６２との間の第２界面ＩＦ２は、Ｘ−Ｙ平面に対して実質的に平行である。
すなわち、本実施形態においては、第１界面ＩＦ１は、第２界面ＩＦ２に対して傾斜している。第２界面ＩＦ２は、第１界面ＩＦ１に対して傾斜している。
第１界面ＩＦ１を含む面と、第２界面ＩＦ２を含む面と、の間の角度は、１度以上７５度以下である。これにより、第１半導体層１０の実用的な厚さと、電極の実用的な面積と、が確保できる。第１界面ＩＦ１を含む面と、第２界面ＩＦ２を含む面と、の間の角度は、２５度以上７５度以下であることが、より好ましい。これにより、より低いコンタクト抵抗が得られる。この角度とコンタクト抵抗との関係の例については、後述する。
実施形態においては、第１界面ＩＦ１がＸ−Ｙ平面に対して傾斜することで、第１部分１１と接触部分５５ｃとの接触面積が大きくできる。第１部分１１と接触部分５５ｃとの間の熱抵抗が低下する。高い熱伝導性が得られる。
半導体発光素子１１０において、積層部１５で発生した熱は、第１部分１１、接触部分５５ｃ及び第１電極５１を介して、基部７０に伝わる。第１部分１１と接触部分５５ｃとの間の熱伝導性が向上することで、発生した熱が効率的に放熱される。これにより、積層部１５の温度上昇が抑制できる。これにより、高い発光効率が得られる。実施形態によれば、高効率の半導体発光素子が提供できる。
第１界面ＩＦ１がＸ−Ｙ平面に対して傾斜することで、第１部分１１と接触部分５５ｃとの密着性が高まる。信頼性が向上する。
図３は、実施形態に係る半導体発光素子の一部を例示する模式的断面図である。
図３に表したように、半導体発光素子１１０において、第１導電層５５は、接触部分５５ｃに加えて導電膜５５ｆをさらに含む。導電膜５５ｆは、接触部分５５ｃと第１領域Ｒ１との間に設けられる。
図３に表したように、半導体発光素子１１０において、第１導電層５５は、接触部分５５ｃに加えて導電膜５５ｆをさらに含む。導電膜５５ｆは、接触部分５５ｃと第１領域Ｒ１との間に設けられる。
接触部分５５ｃとして、アルミニウムが用いられる。導電膜５５ｆとして、例えば、ニッケル及び金を含む積層構造が用いられる。接触部分５５ｃとしてアルミニウムを用いることで、低いコンタクト抵抗と、高い反射率が得られる。
実施形態において、第１界面ＩＦ１の面積は、広いことが好ましい。第１界面ＩＦ１の第２方向（Ｚ軸方向）に沿った長さは、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
第１絶縁部４１は、第２電極６２の側面を覆う。第１絶縁部４１は、第２半導体層２０の側面２０ｓと第１電極５１との間、及び、発光層３０と第１電極５１との間に延在する。第１絶縁部４１は、第１部分１１の一部と、第１領域Ｒ１との間に延在する。第１電極５１と、第２半導体層２０と、が電気的に分断される。第１電極５１と、発光層３０と、が、電気的に分断される。
積層部１５の側面１５ｔは、例えば第２界面ＩＦ２に対して傾斜している。これにより、第１絶縁部４１の被覆性が向上する。絶縁性が向上する。信頼性が向上できる。
第１電極５１には、基部７０と良好な接続を得ることができる材料が用いられる。第１電極５１として、例えば、Ｔｉ／Ａｕの積層膜が用いられる。積層膜の厚さは、例えば５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。
半導体発光素子１１０の製造方法の例を説明する。
図４（ａ）〜図４（ｃ）、及び、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図４（ａ）〜図４（ｃ）、及び、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図４（ａ）に表したように、成長用基板８０の上に、第１半導体層１０となる第１半導体膜１０ｆ、発光層３０となる発光膜３０ｆ、及び、第２半導体層２０となる第２半導体膜２０ｆを、順に結晶成長させる。これにより、成長用基板８０の上に、積層部１５が形成される。成長用基板８０には、例えば、シリコン、サファイア、ＧａＮ及びＳｉＣのいずれかが用いられる。積層部１５は、例えば有機金属気相成長法を用いて形成される。
例えば、表面がサファイアｃ面の成長用基板８０の上に、バッファ層として、高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層（例えば、炭素濃度が３×１０１８ｃｍ−３以上、５×１０２０ｃｍ−３以下で、例えば、厚さが３ｎｍ以上、２０ｎｍ以下）、高純度の第２ＡｌＮバッファ層（例えば、炭素濃度が１×１０１６ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下で、厚さが２μｍ）、及びノンドープＧａＮバッファ層（例えば、厚さが２μｍ）が、この順に形成される。上記の第１ＡｌＮバッファ層、及び、第２ＡｌＮバッファ層は、単結晶の窒化アルミニウム層である。
バッファ層の上に、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｓｉ濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下で、厚さが６μｍ）、及び、Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層（例えば、Ｓｉ濃度が１×１０１８ｃｍ−３で、厚さが０．０２μｍ）が、この順番で形成される。Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層、及びＳｉドープｎ形Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層は、第１半導体膜１０ｆである。
第１半導体膜１０ｆの上に、発光膜３０ｆとして、Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層と、ＧａＩｎＮ井戸層と、が交互に３周期積層される。さらに、多重量子井戸の最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層がさらに積層される。Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層においては、例えばＳｉ濃度が１．１×１０１９ｃｍ−３以上１．５×１０１９ｃｍ−３以下とされる。最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層においては、例えばＳｉ濃度が１．１×１０１９ｃｍ−３以上１．５×１０１９ｃｍ−３以下で、例えば厚さが０．０１μｍとされる。このような多重量子井戸構造の厚さは、例えば０．０７５μｍとされる。この後、Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎ層（例えば、Ｓｉ濃度が０．８×１０１９ｃｍ−３以上１．０×１０１９ｃｍ−３以下で、例えば、厚さがを０．０１μｍ）を形成する。なお、発光膜３０ｆにおける発光光の波長は、例えば３７０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下、または３７０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。
発光膜３０ｆの上に、第２半導体膜２０ｆとして、ノンドープＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎスペーサ層（例えば厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープｐ形Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ｎクラッド層（例えば、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３で、例えば、厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３で、厚さが０．４μｍ）、及び、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｍｇ濃度が５×１０１９ｃｍ−３で、例えば、厚さが０．０２μｍ）が、この順で順次形成される。
図４（ｂ）に表したように、積層部１５の一部を除去する。これにより、第２半導体膜２０ｆから、第２半導体層２０が形成され、発光膜３０ｆから発光層３０が形成され、第１半導体膜１０ｆから第１半導体層１０が形成される。このとき、積層部１５の側面１５ｔが形成される。
第１半導体膜１０ｆに設けられる凹部１０ｄの側面は、傾斜している。例えば、第１半導体層１０に、例えば、Ｃｌ２含有雰囲気でのＲＩＥ処理が行われる。これにより、凹部１０ｄの側面に傾斜が付与される。
第２半導体層２０の上に、第２電極６２を形成する。例えば、第２半導体層２０の表面に、オーミック電極となるＡｇ／Ｐｔの積層膜が、例えば２００ｎｍの厚さで形成される。この後、酸素雰囲気中で約４００℃、１分間のシンター処理を行う。このオーミック電極の上に、例えば、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの積層膜が、例えば４００ｎｍの厚さで形成される。これらの膜を加工して第２電極６２が形成される。
図４（ｃ）に表したように、第１絶縁部４１を形成する。第１絶縁部４１は、第２電極６２、及び、側面１５ｔを覆う。第１絶縁部４１として、例えば、厚さが６００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下のＳｉＯ２膜が形成される。ＳｉＯ２膜の一部を除去して、第１半導体層１０の凹部１０ｄを露出させる。
凹部１０ｄの上に、接触部分５５ｃが形成される。例えば、接触部分５５ｃとして、例えば、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜が形成される。この積層膜の厚さは、例えば２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。これにより、接触部分５５ｃが形成される。Ａｌ膜の形成においては、例えばリフトオフ法などが用いられる。Ａｌ膜を、４００℃以下の温度で、窒素雰囲気において、約１分（例えば３０秒以上５分以下）の熱処理（シンター処理）を行う。
図５（ａ）に表したように、第１電極５１を形成する。例えば、Ｔｉ／Ａｕの積層膜が形成される。この積層膜の厚さは、例えば、６００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。
例えば、基部７０を第１電極５１と接合する。例えば、基部７０は、Ｇｅ基板と、その上に設けられたＡｕＳｎの接合膜と、含む。この接合膜が、第１電極５１と接合される。
図５（ｂ）に表したように、成長用基板８０を介して、積層部１５に対してレーザ光７８を照射する。レーザ光７８は、例えば、ＹＶＯ４の固体レーザの三倍高調波（３５５ｎｍ）または四倍高調波（２６６ｎｍ）である。レーザ光７８は、ＧａＮバッファ層（例えば、上記のノンドープＧａＮバッファ層）のＧａＮの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有する。すなわち、レーザ光７８は、ＧａＮの禁制帯幅よりも高いエネルギーを有する。成長用基板８０が積層部１５から分離される。積層部１５の第１面１５ａに凹凸１５ｐを形成する。
これにより、半導体発光素子１１０が形成される。
これにより、半導体発光素子１１０が形成される。
図６は、実施形態に係る別の半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
図６に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１１においては、第１半導体層１０において、凹凸１５ｐが設けられた部分と、凹凸１５ｐが設けられていない部分と、が設けられている。
図６に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１１においては、第１半導体層１０において、凹凸１５ｐが設けられた部分と、凹凸１５ｐが設けられていない部分と、が設けられている。
凹凸１５ｐが設けられていない部分は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、接触部分５５ｃと重なる。このように、凹凸１５ｐは、第１面１５ａの一部に設けられても良い。
実施形態において、第１半導体層１０及び第２半導体層２０として、窒化物半導体を用いる場合、第１界面ＩＦ１が所定の結晶面である場合に、コンタクト抵抗を低くすることができる。
図７は、実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図７は、第１界面ＩＦ１が（０００１）面である場合と、（０００−１）面である場合と、（１１−２２）面である場合と、におけるコンタクト抵抗Ｒｃ１の実験結果を例示している。横軸は、熱処理の温度Ｔｎ（℃）である。縦軸は、コンタクト抵抗Ｒｃ１（Ω・ｃｍ２）である。
図７は、第１界面ＩＦ１が（０００１）面である場合と、（０００−１）面である場合と、（１１−２２）面である場合と、におけるコンタクト抵抗Ｒｃ１の実験結果を例示している。横軸は、熱処理の温度Ｔｎ（℃）である。縦軸は、コンタクト抵抗Ｒｃ１（Ω・ｃｍ２）である。
実験においては、第１半導体層１０（ＧａＮ）の表面が、上記の面となるように加工される。この後、ＲＩＥ処理が行われる。この後、第１半導体層１０の表面に、Ａｌ膜が形成される。Ａｌ膜の形成の後に、窒素雰囲気中で１ｍｉｎ（分）の熱処理が行われる。この熱処理の温度は、３００℃〜６００℃の範囲で変更される。
図７において、熱処理の温度Ｔｎが２５℃の場合は、熱処理が実施されていない場合に対応する。（０００−１）面の場合に、熱処理の温度Ｔｎが２５℃及び４５０℃以外の場合には、オーミック接触が得られず、コンタクト抵抗Ｒｃ１が算出されていない。
図７から分かるように、（１１−２２）面の場合のコンタクト抵抗Ｒｃ１は、（０００１）面の場合、及び、（０００−１）面の場合よりも、３００℃〜６００℃の範囲において、安定して低い。このように、（１１−２２）面の場合は、熱安定性が高い。
例えば、（０００１）面または（０００−１）面においては、窒素空孔が熱によって消失し易い。このために、コンタクト抵抗Ｒｃ１が高くなると考えられる。例えば、ＲＩＥ処理において、窒素空孔が形成される。窒素空孔が形成された場合に、窒素空孔の熱安定性が低いと、コンタクト抵抗Ｒｃ１が上昇する原因となる。
（１１−２２）面においては、窒素空孔が形成され難いと考えられる。これにより、コンタクト抵抗Ｒｃ１の熱安定性が向上すると考えられる。または、窒素空孔が形成され、その結果、コンタクト抵抗Ｒｃ１の熱安定性が向上すると考えられる。
例えば、ＧａとＮとが表面に露出する半極性面においては、窒素空孔が安定して存在していると考えられる。これにより、（１１−２２）面において、低いコンタクト抵抗が広い熱処理条件において得られると、考えられる。半極性面として、例えば、（１１−２２）面または（１−１０１）面などを用いることができる。
例えば、第１界面ＩＦ１を、実質的に（１１−２２）面とする。これにより、低いコンタクト抵抗Ｒｃ１が得られる。
一方、第２界面ＩＦ２として、ｃ面を用いることで、高い結晶性を得易い。例えば、第２界面ＩＦ２と、第１半導体層１０のｃ面（第２半導体層２０のｃ面でも良い）と、は、実質的に平行である。例えば、第２界面ＩＦ２と、第１半導体層１０のｃ面と、の間の角度の絶対値は、５度以下である。
一方、第１界面ＩＦ１は、（１１−２２）面と実質的に平行に設定される。例えば、第１界面ＩＦ１と、第１半導体層１０のｃ面と、の間の角度の絶対値は、５２．５度以上５６．５度以下である。これにより、低いコンタクト抵抗Ｒｃ１が得られる。
実施形態において、第１界面ＩＦ１は、（１−１０１）面に実質的に平行でも良い。例えば、第１界面ＩＦ１と、第１半導体層１０のｃ面と、の間の角度の絶対値は、６０度以上６４度以下である。低いコンタクト抵抗Ｒｃ１が得られる。
実施形態において、半導体層に窒化物半導体が用いられる場合は、第１界面ＩＦ１は、半極性面であることが好ましい。例えば、第１界面ＩＦ１と、第１半導体層１０のｃ面と、の間の角度の絶対値は、５０度以上７０度以下である。このとき、例えば、第１界面ＩＦ１を含む面と、第２界面ＩＦ２を含む面と、の間の角度は、５０度以上７０度以下である。
図８は、実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図８は、ｐ側の電極（第２電極６２）におけるコンタクト抵抗Ｒｃ２と、熱処理の温度と、の関係を示す。横軸は、熱処理の温度Ｔｎである。縦軸は、コンタクト抵抗Ｒｃ２である。
図８は、ｐ側の電極（第２電極６２）におけるコンタクト抵抗Ｒｃ２と、熱処理の温度と、の関係を示す。横軸は、熱処理の温度Ｔｎである。縦軸は、コンタクト抵抗Ｒｃ２である。
この例では、第２電極６２として、２００ｎｍの厚さの銀膜が用いられる。第２半導体層２０の上に、銀膜を形成する。その後、窒素雰囲気中での第１の熱処理を行う。さらに、酸素雰囲気中で第２の熱処理を行う。第１の熱処理は、例えば、接触部分５５ｃの熱処理に対応する。この例では、第１の熱処理は、窒素雰囲気中で、時間は１分である。第２の熱処理においては、酸素が２０％以上の雰囲気で、３００℃で１分の熱処理が行われる。
図８から、第１の熱処理の温度が５００℃以上６００℃以下の範囲で、コンタクト抵抗Ｒｃ２が非常に高い。第１の熱処理の温度は、５００℃未満であることが好ましい。６００℃よりも高いことが好ましい。
実用的には、第１の熱処理の温度は、４００℃以下であることが好ましい。例えば、ｐ側電極（第２電極６２）となる膜を形成し、その膜を熱処理（シンター処理）する。その後、ｎ側電極（第１導電層５５）となる膜を形成し、その膜を熱処理（シンター処理）する。ｎ側電極となる膜の熱処理の温度が４００℃よりも高いと、ｐ側電極のコンタクト抵抗が上昇してしまう。このため、第１の熱処理の温度を４００℃以下とすることで、ｐ側電極において、低いコンタクト抵抗が得られる。
図９は、実施形態に係る半導体装置の一部を例示する模式的断面図である。
図９に表したように、発光層３０は、複数の障壁層３１と、複数の障壁層３１どうしの間に設けられた井戸層３２と、を含む。例えば、複数の障壁層３１と、複数の井戸層３２と、がＺ軸に沿って交互に積層される。
図９に表したように、発光層３０は、複数の障壁層３１と、複数の障壁層３１どうしの間に設けられた井戸層３２と、を含む。例えば、複数の障壁層３１と、複数の井戸層３２と、がＺ軸に沿って交互に積層される。
井戸層３２は、Ｉｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０＜ｘ１＜１）を含む。障壁層３１は、ＧａＮを含む。すなわち、井戸層３２はＩｎを含み、障壁層３１はＩｎを実質的に含まない。障壁層３１におけるバンドギャップエネルギーは、井戸層３２におけるバンドギャップエネルギーよりも大きい。
発光層３０は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Single Quantum Well）構成を有することができる。このとき、発光層３０は、２つの障壁層３１と、その障壁層３１の間に設けられた井戸層３２と、を含む。または、発光層３０は、多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi Quantum Well）構成を有することができる。このとき、発光層３０は、３つ以上の障壁層３１と、障壁層３１どうしのそれぞれの間に設けられた井戸層３２と、を含む。
すなわち、発光層３０は、（ｎ＋１）個の障壁層３１と、ｎ個の井戸層３２と、を含む（ｎは、８以上の整数）。第（ｉ＋１）障壁層ＢＬ（ｉ＋１）は、第ｉ障壁層ＢＬｉと第２半導体層２０との間に配置される（ｉは、１以上（ｎ−１）以下の整数）。第（ｉ＋１）井戸層ＷＬ（ｉ＋１）は、第ｉ井戸層ＷＬｉと第２半導体層２０との間に配置される。第１障壁層ＢＬ１は、第１半導体層１０と第１井戸層ＷＬ１との間に設けられる。第ｎ井戸層ＷＬｎは、第ｎ障壁層ＢＬｎと第（ｎ＋１）障壁層ＢＬ（ｎ＋１）との間に設けられる。第（ｎ＋１）障壁層ＢＬ（ｎ＋１）は、第ｎ井戸層ＷＬｎと第２半導体層２０との間に設けられる。
発光層３０から放出される光（発光光）のピーク波長は、例えば３６０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。ただし、実施形態において、ピーク波長は任意である。
図１０は、実施形態に係る半導体発光素子を用いた発光装置を例示する模式的断面図である。
この例では、半導体発光素子１１０が用いられているが、半導体発光素子１１１または、それらの変形を用いても良い。
この例では、半導体発光素子１１０が用いられているが、半導体発光素子１１１または、それらの変形を用いても良い。
発光装置５００は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、を含む。
例えば、セラミック等の容器７２の内面に、反射膜７３が設けられる。反射膜７３は、容器７２の内側面と底面に分離して設けられる。反射膜７３として、例えばアルミニウムが用いられる。容器７２の底部に設けられた反射膜７３の上に、半導体発光素子１１０がサブマウント７４を介して設置されている。
例えば、低温はんだを用いて、サブマウント７４に基部７０が固定される。固定には、接着剤を用いても良い。
サブマウント７４の半導体発光素子１１０側の表面には電極７５が設けられている。半導体発光素子１１０の基部７０は、電極７５の上にマウントされる。第３電極６３にボンディングワイヤ７６が接続される。
半導体発光素子１１０及びボンディングワイヤ７６を覆うように、例えば、赤色蛍光体を含む第１蛍光体層８１が設けられる。第１蛍光体層８１の上に、青色、緑色または黄色の蛍光体を含む第２蛍光体層８２が設けられる。この蛍光体層の上には、例えば、シリコーン樹脂等のカバー部７７が設けられている。
第１蛍光体層８１は、樹脂及びこの樹脂中に分散された赤色蛍光体を含む。第２蛍光体層８２は、樹脂、並びに、この樹脂中に分散された青色、緑色及び黄色の少なくともいずれかの蛍光体を含む。例えば、青色蛍光体と緑色蛍光体を組み合わせた蛍光体を用いても良い。青色蛍光体と黄色蛍光体とを組み合わせた蛍光体を用いても良い。青色蛍光体、緑色蛍光体及び黄色蛍光体を組み合わせた蛍光体を用いても良い。
発光装置５００において、半導体発光素子１１０から出射した、例えば波長３８０ｎｍの紫外光は、半導体発光素子１１０の上方に放出される。波長変換層により波長が変換され、例えば、白色の光が得られる。
積層部１５の形成には、有機金属気相成長法のほか、分子線エピタキシャル成長法等を用いることができる。
基部７０には、ＧｅまたはＳｉなどの半導体基板が用いられる。基部７０には、ＣｕまたはＣｕＷなどの金属板が用いられる。
実施形態によれば、高効率の半導体発光素子を提供する。
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれる半導体層、電極、導電層、絶縁部及び基部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０…第１半導体層、 １０ｄ…凹部、 １０ｆ…第１半導体膜、 １１…第１部分、 １２…第２部分、 １５…積層部、 １５ａ…第１面、 １５ｂ…第２面、 １５ｐ…凹凸、 １５ｔ…側面、 ２０…第２半導体層、 ２０ｆ…第２半導体膜、 ２０ｓ…側面、 ３０…発光層、 ３０ｆ…発光膜、 ３１…障壁層、 ３２…井戸層、 ４１…第１絶縁部、 ４２…第２絶縁部、 ５１…第１電極、 ５５…第１導電層、 ５５ｃ…接触部分、 ５５ｆ…導電膜、 ６２…第２電極、 ６３…第３電極、 ６４…第２導電層、 ７０…基部、 ７２…容器、 ７３…反射膜、 ７４…サブマウント、 ７５…電極、 ７６…ボンディングワイヤ、 ７７…カバー部、 ７８…レーザ光、 ８０…成長用基板、 ８１…第１蛍光体層、 ８２…第２蛍光体層、 １１０、１１１…半導体発光素子、 ５００…発光装置、 ＩＦ１、ＩＦ２…第１、第２界面、 Ｒ１、Ｒ２…第１、第２領域、 Ｒｃ１、Ｒｃ２…コンタクト抵抗、 Ｔｎ…温度、 ＢＬ…障壁層、 ＷＬ…井戸層
Claims (14)
- 第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、を含む第１電極と、
前記第１方向と交差する第２方向において前記第１領域と離間する第１半導体層であって、第１部分と、前記第２方向と交差する方向において前記第１部分と並ぶ第２部分と、を含む第１導電形の第１半導体層と、
前記第２部分と前記第１領域との間に設けられた発光層と、
前記発光層と前記第１領域との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、
前記第１領域と前記第２半導体層との間に設けられ前記第２半導体層と接する第２電極と、
前記第１領域と前記第２電極との間に設けられた第１絶縁部と、
前記第１部分と前記第１領域との間に設けられ、前記第１部分と接する接触部分を有し前記第１領域と電気的に接続された第１導電層と、
を備え、
前記第１部分と前記接触部分との間の第１界面は、前記第２半導体層と前記第２電極との間の第２界面に対して傾斜しており、
前記第１半導体層は、窒化物半導体を含み、
前記第２半導体層は、窒化物半導体を含み、
前記第２界面と、前記第１半導体層のｃ面と、の間の角度の絶対値は、５度以下であり、
前記第１界面と、前記第１半導体層のｃ面と、の間の角度の絶対値は、５０度以上７０度以下である、半導体発光素子。 - 前記第１界面と、前記第１半導体層のｃ面と、の間の角度の絶対値は、５２．５度以上５６．５度以下である請求項１記載の半導体発光素子。
- 前記第１界面と、前記第１半導体層のｃ面と、の間の角度の絶対値は、６０度以上６４度以下である請求項１記載の半導体発光素子。
- 前記接触部分は、アルミニウムを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記第１導電層は、前記接触部分と前記第１領域との間に設けられた導電膜をさらに含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記第２電極は、銀を含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記第２方向と交差する平面に投影したときに前記第２領域と重なる第３電極と、
前記第２電極と前記第３電極とを電気的に接続する第２導電層と、
前記第２導電層と前記第２領域との間に設けられた第２絶縁部と、
をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。 - 前記第１絶縁部は、前記第２電極の側面を覆う請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記第１絶縁部は、前記第２半導体層の側面と前記第１電極との間、及び、前記発光層の側面と前記第１電極との間に延在する請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記第１絶縁部は、前記第１部分の一部と前記第１領域との間に延在する請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記第１半導体層と前記第２半導体層と前記発光層とを含む積層部の側面は、前記第２界面に対して傾斜している請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 基部をさらに備え、
前記基部と前記第１絶縁部との間に前記第１電極が配置される請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子。 - 前記基部は、金属または半導体である請求項１２記載の半導体発光素子。
- 前記第１界面の前記第２方向に沿った長さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
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