JPH0559861U - 窒化ガリウム系化合物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サファイアを基板とする窒化ガリウム系化合
物半導体素子において、電界の集中が起こらず安定して
光を取り出すことができ、ｐ型層とｎ型層が接する部分
全面から発光を取り出すことができ、しかも生産技術に
も優れた素子の構造を提供する。 【構成】 ｐ型層あるいはｉ型層の窒化ガリウム系化合
物半導体層の一部がエッチングされてｎ型層を露出して
おり、ｐ型層あるいはｉ型層表面に、その層と電気的に
接続された線状の電極が設けられている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は青色発光ダイオード、青色レーザーダイオード等の青色発光デバイス に使用される窒化ガリウム系化合物半導体素子に係り、特に、発光輝度、及び信 頼性に優れた半導体素子の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

青色発光デバイスの材料として、色々な化合物半導体素子が提唱されているが 、最近、その中でも窒化ガリウム系化合物半導体素子を有する青色発光ダイオー ドが発表され、注目されている。

【０００３】 窒化ガリウム系化合物半導体素子は、一般に厚さ数百μmのサファイア基板上 にＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等を用いて、Ｇａ_XＡｌ_1-XＮ（０≦X≦１）の結晶を ｎ型及びｐ型、あるいはｎ型及びｉ型に積層させた後、それぞれの層にＡｌ、Ａ ｕ等の電極材料を蒸着して電極を取り出すことによって得られる。

【０００４】 一方、赤色発光デバイス、緑色発光デバイス等においてはＧａＡｓ、ＧａＡｌ Ａｓ、ＧａＰ等の化合物半導体素子を有することは知られている。これらＧａＡ ｓ、ＧａＡｌＡｓ等が積層された化合物半導体素子より、ｐ型およびｎ型の電極 を取り出し発光デバイスとする場合、基板が導電性を有するため、電極は上下か ら取り出されるのが通常である。つまり、裏側基板とその上に積層された半導体 結晶層の最上層とから電極が設けられている。

【０００５】 しかしながら、上記のように窒化ガリウム系化合物半導体素子においては、基 板にサファイアという絶縁性の材料を使用しているため、上下から電極を取り出 すことは不可能である。このため図３に示すような構造として電極が取り出すこ とが提案されている。

【０００６】 図３は窒化ガリウム系化合物半導体素子の構造を示す断面図であり、１はサフ ァイア基板、２はｎ型Ｇａ_XＡｌ_1-XＮ（０≦X≦１）層（以下単にｎ型層という 。）、３はｉ型またはｐ型Ｇａ_XＡｌ_1-XＮ（０≦X≦１）層（以下単にｐ型層と いう。）、４はｎ型電極、５はｐ型電極である。この図に示すようにｎ型電極４ はｎ型層２の側面に設けられ、ｐ型電極５はｐ型層３の最上層に設けられており 、これらの電極にワイヤーボンドして通電することにより、素子より発する光を 取り出す構造としている。

【０００７】 このような構造の半導体素子においては次のような問題点がある。 ｎ型層２の側面に電極を形成することは、非常に細かい作業を必要とするた め、生産技術上非常に困難であり、歩留が悪い。 ｐ型層３が高抵抗であるため、ｐ型電極５の電流がｐ型層３全面に拡散せず 、電界の集中が起こり、発光する部分がｐ型電極５の下付近に限られてしまう。 同じく電界の集中のため、比較的小さい印加電圧で素子の破壊が発生する。 電界の集中のため、局部的な結晶の劣化が起こり寿命が短い。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

本考案はこのような事情を鑑み成されたものであり、その目的とするところは サファイアを基板とする窒化ガリウム系化合物半導体素子において、電界の集中 が起こらず安定して光を取り出すことができ、さらにｐ型層とｎ型層が接する部 分全面から発光を取り出すことができる窒化ガリウム系化合物半導体素子の新規 な構造を提供するものであり、また他の目的として生産技術にも優れた素子の構 造を提供するものでもある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案はサファイア基板の上に一般式Ｇａ_XＡｌ_1-XＮ（０≦X≦１）で表され る窒化ガリウム系化合物半導体がｎ型およびｐ型、あるいはｎ型およびｉ型に積 層され、ｎ型層およびｐ型層、あるいはｎ型層およびｉ型層に電極が設けられた 構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体素子において、前記ｐ型層あるいはｉ 型層の窒化ガリウム系化合物半導体層の一部がエッチングされてｎ型層を露出し ており、さらにｐ型層あるいはｉ型層表面に、その層と電気的に接続された線状 の電極が設けられていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子であ る。

【００１０】 本考案の一実施例を示す窒化ガリウム系化合物半導体素子の平面図を図１に表 す。この窒化ガリウム系化合物半導体素子はサファイア基板１上にｎ型層２、お よびｐ型層４を順に積層した後、エッチングによりｐ型層３の一部を取り除き、 ｎ型層２を露出させ、ｎ型層２の上部とｐ型層３の上部とに電極を蒸着により設 けたものである。しかもｐ型層３を円弧状にエッチングすることにより、ｐ型層 の面積を無駄なく確保しており、さらにｐ型層３の表面にｐ型層３と電気的に接 触した線状電極６を設けることにより、電流がｐ型層に均一に広がる様になって いる。

【００１１】 ｐ型電極４の中心と、ｎ型電極３の形状は、通常円で形成される。なぜなら、 電極に金線をワイヤーボンドする際、その金線の先端が熱により球状にカットさ れるため、電極を不必要な形に形成すると、その部分の発光が遮断されてしまう からである。そのため電極の大きさも、金線の太さとほぼ同一か、またはそれよ りやや大きい程度の大きさで形成される。

【００１２】 線状電極６はｐ型電極５と同一の材料で形成することができ、例えばＡｕ、Ｐ ｔ、Ａｌ又はそれらの合金を使用することができる。

【００１３】 ｐ型層３は、その下にあるｎ型層の面積の多くとも１／４以下、最も好ましく はｎ型電極３と接触しない範囲でエッチングすることが好ましい。図１に示すよ うに円弧状にエッチングすることにより、ｎ型電極との距離を最小限にすること ができ、ｐ型層３を最大限確保することができる。

【００１４】

【作用】 ｎ型層２は低抵抗な層であるため、この層を流れる電流は均一に広がることが できる。しかし前記したようにｐ型層３は高抵抗な層であるため、従来のような 電極とすると電流を均一に広げることが困難である。そのため発光部分がｐ型電 極５の下付近にのみ限られてしまい、ｐ型層３を有効に利用することができない 。 本考案はｐ型層３の上にそのｐ型層３と電気的に接触した線状の電極を設け ることにより電流を均一に広げることができる。図１では線状電極６がｐ型電極 ６の中心より複数で放射する形状で形成したが、特に複数でなくとも一本の線状 電極で渦巻状に形成しても同様の効果が得られる。

【００１５】

【実施例】

以下、一実施例に基づき、図面を参照しながら本考案を詳説する。 サファイア基板１上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）−アンモニアを用いＭＯ ＣＶＤ法により、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮ層２、および厚さ０．５μｍのｐ型Ｇ ａＮ層３を順に積層した。その断面図を図４に示す。

【００１６】 次にｐ型層３の上にプラズマＣＶＤ法を用い、保護膜としてＳｉＯ₂膜を厚さ １μｍで形成した。その断面図を図５に示す。

【００１７】 ＳｉＯ₂層を形成した後、さらに フォトリソグラフィーによりポジ型フォトレ ジストを形成し、露光してパターニングを施した。その断面図を図６に示す。

【００１８】 次に、フォトレジストのパターニングが終了したウエハーをフッ酸に浸漬し、 ＳｉＯ₂層をフォトレジストと同様のパターンにエッチングした。ウエハーを水 洗した後、アセトンで洗浄することによりフォトレジストを剥離した。その断面 図を図７に示す。

【００１９】 パターニングの施されたＳｉＯ₂層が現れたウエハーのｐ型層３をドライエッ チングした。その断面図を図８に示す。

【００２０】 残留するＳｉＯ₂層を、前述のフッ酸溶液に浸漬することによって除去した後 、蒸着およびリフトオフ法により、図９に示すように、ｐ型電極５（線状電極６ ）とｎ型電極４を付け、ペレットチェックをウエハー状態で行った後、ダイシン グソーでカットして本考案の青色発光素子を得た。なお、ｐ型電極５および線状 電極６はフォトレジストをｐ型層上に形成した後、蒸着によって同時に形成した 。

【００２１】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案の窒化ガリウム系化合物半導体素子はｐ型層上にｐ 型層と電気的に接触した線状の電極を有することにより、ｐ型層に流れる電流を 均一に広げることができるため、電界の集中を起こらなくすることができる。さ らに、ｎ型層とｐ型層の電気的接触面積を広くすることができ、輝度が向上する 。 また、エッチングによって上部から電極を取り出しているため、ペレットチェ ックもウエハー状態で行うことができるため、素子の信頼性、歩留は格段に向上 する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例の窒化ガリウム系化合物半
導体素子の構造を示す平面図。

【図２】 本考案の一実施例の窒化ガリウム系化合物半
導体素子の構造を示す概略断面図。

【図３】 従来の窒化ガリウム系化合物半導体素子の構
造を示す概略断面図。

【図４】 実施例の各工程で得られる窒化ガリウム系化
合物半導体素子の構造を示す概略断面図。

【図５】 実施例の各工程で得られる窒化ガリウム系化
合物半導体素子の構造を示す概略断面図。

【図６】 実施例の各工程で得られる窒化ガリウム系化
合物半導体素子の構造を示す概略断面図。

【図７】 実施例の各工程で得られる窒化ガリウム系化
合物半導体素子の構造を示す概略断面図。

【図８】 実施例の各工程で得られる窒化ガリウム系化
合物半導体素子の構造を示す概略断面図。

【図９】 実施例の各工程で得られる窒化ガリウム系化
合物半導体素子の構造を示す概略断面図。

【符号の説明】

１・・・サファイア基板、 ２・・・ｎ型層、３・・
・ｐ型層、 ４・・・ｎ型電極、５・・・ｐ
型電極、 ６・・・線状電極

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板の上に一般式Ｇａ_XＡｌ_1-XＮ
   （０≦X≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体
   がｎ型およびｐ型、あるいはｎ型およびｉ型に積層さ
   れ、ｎ型層およびｐ型層、あるいはｎ型層およびｉ型層
   にそれぞれ電極が設けられた構造を有する窒化ガリウム
   系化合物半導体素子において、 前記ｐ型層あるいはｉ型層の窒化ガリウム系化合物半導
   体層の一部がエッチングされてｎ型層を露出しており、
   さらにｐ型層あるいはｉ型層表面に、その層と電気的に
   接続された線状の電極が設けられていることを特徴とす
   る窒化ガリウム系化合物半導体素子。
2. 【請求項２】前記ｐ型層は円弧状にエッチングされてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化
   合物半導体素子。