JPH0638265U - 窒化ガリウム系発光素子の電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産性に優れ、かつ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、窒化ガリウム
系化合物半導体の一部ではなく、全面を発光させること
のできる新規な窒化ガリウム系発光素子の電極を提供す
る。 【構成】 ｐ型不純物がドープされた窒化ガリウム系化
合物半導体層の電極形成面のほぼ全面に形成された透明
導電膜を介して、電極が形成されている。

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発光素子の細部の構造に係り、特に、窒化ガリウム 系発光素子の電極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が提唱されているが、最 近、その中でもＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導 体を有する青色発光デバイスが注目されている。

【０００３】 一般に、窒化ガリウム系発光素子はＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等の気相成長法を 用いて形成され、例えばＧａＮよりなるホモ接合の発光ダイオード（ＬＥＤ）素 子は、厚さ数百μmのサファイア基板上に、ＧａＮを数百オングストローム〜数 十μｍの厚さで、ｎ型及びｐ型、あるいはｎ型及びｉ型に順に積層した後、それ ぞれの層にＩｎ、Ａｌ、Ａｕ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。図２はこのＬＥＤ素子の一構造を示す断面図であり、１はサファイ ア基板、２はｎ型ＧａＮ層、３は非常に高抵抗なｐ型ＧａＮ（ｉ型ＧａＮ）層、 ４はｐ型電極、５はｎ型電極である。この図に示すようにｎ型電極５はｎ型層２ の側面に設けられ、ｐ型電極４はｐ型層３の最上層に設けられており、これらの 電極に金線を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。

【０００４】 このような構造のＬＥＤ素子は以下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４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４の下付近に限られてしまう。 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。

【０００５】 の問題に関しては、例えば特開昭６１−１８１８４号公報に開示されるよう にｐ型ＧａＮ層３の一部をエッチングにより除去してｎ型層を露出させることに より解決できる。このＬＥＤ素子の一構造を示す断面図を図３に示す。

【０００６】 一方、〜の問題については、図４に示すようにサファイア基板１側を上面 （発光観測面）にして、発光をサファイア基板１側から取り出し、ｐ型電極４を ｐ型層３のほぼ全面に形成することにより、電界を均一に拡散させて集中が起こ らないようにすることにより解決できる。このような構造のＬＥＤ素子は、例え ば特開昭５５ー９４４２号公報に開示されている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、図３の構造では電界の集中は避けられず、また図４のようにサ ファイア基板を上面（発光観測面）にしてひっくり返すことは、素子作成後のＬ ＥＤを製造する工程において、ワイヤーボンディング、フレーム設置等で数々の 問題が生じ、生産技術上好ましくない。

【０００８】 このように窒化ガリウム系発光素子に形成する電極により、素子の寿命、発光 特性、生産性等が大きく左右される。従って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、生産性に優れ、かつ電界の集中が起 こらず安定して光を取り出すことができ、さらに、窒化ガリウム系化合物半導体 の一部ではなく、全面を発光させることのできる新規な窒化ガリウム系化合物発 光素子の電極を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案の窒化ガリウム系発光素子の電極は、ｐ型不純物がドープされた窒化ガ リウム系化合物半導体の電極形成面のほぼ全面に形成された透明導電膜を介して 、電極が形成されていることを特徴とする。

【００１０】 図１に本考案の一実施例に係る電極を有する一窒化ガリウム系発光素子の構造 を示す。この図に示すように、本考案の電極はｐ型不純物がドープされた窒化ガ リウム系化合物半導体層（この図の場合はｐ型ＧａＮ層３）の電極形成面の上に 形成された透明導電膜１０を介してｐ型電極４が形成されている。

【００１１】 透明導電膜１０の材料としては、透明な薄膜で導電性を有するものであればど のようなものでもよく、例えばＩＴＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ等の材料を 好ましく用いることができる。形成方法は蒸着、スパッタリング等の方法を用い ることができ、ｐ型不純物がドープされた窒化ガリウム系化合物半導体層のほぼ 全面、例えば８０％以上の面積に形成する。また、透明導電膜の厚さは特に規定 するものではなく、通常、数十オングストローム〜数μｍの厚さで形成する。

【００１２】 窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型にし得る不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎがよ く知られており、これらの不純物は窒化ガリウム系化合物半導体成長中にドープ される。従来ではｐ型不純物をドープしても高抵抗なｉ型となるため、最近では 特開平２ー２５７６９号公報に記載されるように、電子線照射により低抵抗化す る技術が記載されているが、本考案において形成する透明導電膜は高抵抗なｉ型 、または低抵抗化されたｐ型いずれでもよい。

【００１３】 透明導電膜１０の上に形成する電極は特に変わるものではなく、従来使用され ている材料、例えば金、Ａｌ、Ｉｎ等を用い、蒸着によって形成することができ る。

【００１４】

【作用】

図１に示すように、最上層であるｐ型ＧａＮ層３のほぼ全面に透明導電膜１０ を形成することにより、電界がｐ型層３全面に、かつ均一に拡散し、電極の下部 に集中することがない。また窒化ガリウム系発光素子の発光を、ｐ型電極４で遮 られることが少なく、ｐ型ＧａＮ層３側から観測することができる。

【００１５】

【実施例】

ＭＯＣＶＤ法を用い、サファイア基板上にＧａＮバッファ層をおよそ２００オ ングストロームの膜厚で形成し、その上にｎ型不純物としてＳｉをドープしたｎ 型ＧａＮ層を４μｍ成長させ、ｎ型ＧａＮ層の上にＳｉをドープしたＩｎ0.14Ｇ ａ0.86Ｎ層をおよそ２００オングストローム成長させた。

【００１６】 さらにＩｎＧａＮ層の上にｐ型不純物としてＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ層を およそ０．５μｍ成長させた後、例えば、特開平２ー２５７６９号公報に記載さ れるような電子線照射を行い、ｐ型ＧａＮ層を低抵抗化した。

【００１７】 ｐ型ＧａＮ層を低抵抗化した後、ｐ型ＧａＮ層、およびｎ型ＩｎＧａＮ層をパ ターンエッチングして、図１に示すように、電極を形成するｎ型ＧａＮ層を露出 させた。

【００１８】 次に、スパッタリングにより、露出したｎ型ＧａＮ層、およびｐ型ＧａＮ層の 全面に、透明導電膜としてＩＴＯ（スズ含有率６％）を０．１μｍの膜厚で形成 した。

【００１９】 次に、ｐ型ＧａＮ層の上にマスクを形成し、ｎ型ＧａＮ層のＩＴＯ除去した後 、ｎ型ＧａＮ層にはＡｌより成る電極を、ｐ型ＧａＮ層のＩＴＯ上にはＡｕより 成る電極を蒸着によって形成した。

【００２０】 以上のようにして製作した窒化ガリウム系化合物半導体素子をチップ状に分離 し、サファイア基板側を下にしてフレームに取り付け、常法に従ってそれぞれの 電極を取り出し、モールドした後、ＬＥＤとして発光させたところ、２０ｍＡに おいて、順方向電圧５Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力２００μＷであり、実 施例と同一材料で形成した図３に示す従来の構造のＬＥＤよりも、順方向電圧は １／４に下がり、発光出力はおよそ２倍近くにまで改善できた。

【００２１】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によると、最上層にあるｐ型不純物がドープされた 窒化ガリウム系化合物半導体層のほぼ全面を覆う透明導電膜を介して、電極が形 成されているため、電界は透明導電膜全体に均一にかかる。従って、透明導電膜 とｐ型層との界面の接触抵抗を下げることができ、ＬＥＤの駆動電圧も下げるこ とができる。

【００２２】 さらに、サファイア基板側を発光観測面とする必要がなく、窒化ガリウム系化 合物半導体層側からワイヤーボンディング等のＬＥＤ作成工程を行うことができ 、生産性も格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例による電極が形成されたＬ
ＥＤ素子の構造を示す断面図。

【図２】 従来の一ＬＥＤ素子の構造を示す断面図。

【図３】 従来の一ＬＥＤ素子の構造を示す断面図。

【図４】 従来の一ＬＥＤ素子の構造を示す断面図。

【符号の説明】

１・・・サファイア基板、 ２・・・ｎ型ＧａＮ層、
３・・・ｐ型ＧａＮ層、 ４・・・ｐ型電極、５・
・・ｎ型電極、 １０・・・透明導電膜。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｐ型不純物がドープされた窒化ガリウム
   系化合物半導体層の電極形成面のほぼ全面に形成された
   透明導電膜を介して、電極が形成されていることを特徴
   とする窒化ガリウム系発光素子の電極。