JPH09129923A - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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JPH09129923A
JPH09129923A JP28510995A JP28510995A JPH09129923A JP H09129923 A JPH09129923 A JP H09129923A JP 28510995 A JP28510995 A JP 28510995A JP 28510995 A JP28510995 A JP 28510995A JP H09129923 A JPH09129923 A JP H09129923A
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JP
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substrate
electrode
light emitting
layer
type
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Application number
JP28510995A
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English (en)
Inventor
Yasushi Iechika
泰 家近
Yoshinobu Ono
善伸 小野
Tomoyuki Takada
朋幸 高田
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発光素子組立工程を簡素化し、コストダウンを
図ることができる構造を有する発光素子を提供する。 【解決手段】導電性Si基板上に形成した、一般式In
x Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦
1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合
物半導体を用いた発光素子において、該発光素子が、n
型の導電性を有する3−5族化合物半導体上に形成され
てなる電極と、導電性Si基板上に形成されてなる電極
とを有し、かつ該二つの電極が電気的に連結してなるこ
とを特徴とする発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は3−5族化合物半導
体を用いた発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】紫外もしくは青色の発光ダイオード又は
紫外もしくは青色のレーザダイオード等の発光素子の材
料として一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y
+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表
される3−5族化合物半導体が知られている。該化合物
半導体は、直接遷移型であることから発光効率が高いこ
と、In濃度により赤色から黄、緑、青、紫、紫外線領
域までの発光波長で発光可能であることから、特に発光
素子用材料として有用である。
【0003】該化合物半導体の大型の単結晶の作製は非
常に困難であり、エピタキシャル成長用基板として利用
することができるような結晶性の優れた大面積の結晶は
得られていない。このため異なる材料の基板の上に成長
させる、いわゆるヘテロエピタキシャル成長が行なわれ
ている。これまで該化合物半導体では、サファイア基
板、SiC基板、Si基板及びZnO基板上で優れた結
晶性のものが得られている。特にサファイア基板は大面
積で高品質結晶が得られ、しかも透明基板であることか
ら上記材料の中ではよく用いられている。
【0004】ところがサファイア基板は絶縁性であるた
め、化合物半導体結晶側に2つの電極を取り付けなけれ
ばならないので、LEDや半導体レーザーの組立工程が
複雑化し、しかも絶縁性基板特有の絶縁破壊の問題を生
じるため、歩留まりを高くすることができなかった。ま
た、サファイア基板は劈開性がないため、平行な端面を
形成することが難しく、半導体レーザーの作製が非常に
困難であった。一方、Si基板は導電性を持たせること
ができるが、該化合物半導体の高品質結晶作製に必須な
バッファー層が高抵抗であるために、従来法のように基
板側をボンディングして一方の電極とすると駆動電圧が
高くなる問題が生じ、やはり化合物半導体結晶側に2つ
の電極を取り付けることが必要となり、LEDや半導体
レーザーの組立工程が複雑化するという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発光
素子組立工程を簡素化し、コストダウンを図ることがで
きる構造を有する発光素子を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な事情をみて鋭意検討した結果、導電性のSi基板の上
に作製した3−5族化合物半導体の積層構造に、n型半
導体の露出部と、導電性Si基板の露出部を作製し、こ
れら2つの露出部それぞれにオーミック接触となる電極
1及び電極2を形成し、該電極1と該電極と2が電気的
に連結した構造となるようにすることにより、半導体表
面から基板裏面までの電流経路が形成され、半導体側か
ら1つの電極、基板側からもう1つの電極を取り出すこ
とが可能となり、この構造のLEDが効率よく発光する
ことを見出し本発明に至った。
【0007】即ち、本発明は、導電性Si基板上に形成
した、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+
z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表さ
れる3−5族化合物半導体を用いた発光素子において、
該発光素子が、n型の導電性を有する3−5族化合物半
導体上に形成されてなる電極と、導電性Si基板上に形
成されてなる電極とを有し、かつ該二つの電極が電気的
に連結してなることを特徴とする発光素子に係るもので
ある。次に、本発明を詳細に説明する。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明における3−5族化合物半
導体とは、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+
y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で
表される3−5族化合物半導体(積層構造を含む。)か
らなるものである。特に、p型及びn型の該化合物半導
体の間に、発光層があり、この発光層がその両側で発光
層よりもバンドギャップの大きい化合物半導体で鋏まれ
た構造のものは、いわゆるダブルヘテロ接合構造と呼ば
れ、高い発光効率で発光できるため好ましい。
【0009】本発明の3−5族化合物半導体は、導電性
Si基板の上に成長させて得られる。該導電性Si基板
上にはAlN等の薄膜をバッファ層とすることで結晶性
の高い3−5族化合物半導体層を成長させることができ
る。導電性Si基板の好ましい結晶方位は(111)面
である。これ以外の方位の場合、結晶性の良好な該3−
5族化合物半導体が成長できないので好ましくない。
(111)面からのズレ、いわゆるオフ角は5゜以下が
好ましい。5゜よりも大きなオフ角の場合には、基板上
に成長する3−5族化合物半導体の結晶品質が低下する
ので好ましくない。
【0010】本発明におけるSi基板の伝導型はn型で
もp型でもどちらでも好適に利用できる。n型のSi基
板は、不純物としてN又はPをドープしたものを好適に
用いることができる。n型キャリア濃度は、1×1018
cm-3以上が好ましく、さらに好ましくは5×1018
-3以上である。1×1018cm-3よりも小さい場合に
は、電極の接触抵抗が大きくなり、電流が流れにくくな
る場合があるのであまり好ましくない。p型のSi基板
は、不純物としてAl又はBをドープしたものを好適に
用いることができる。p型キャリア濃度は、1×1018
cm-3以上が好ましく、さらに好ましくは5×1018
-3以上である。1×1018cm-3よりも小さい場合に
は、電極の接触抵抗が大きくなり、電流が流れにくくな
る場合があるのであまり好ましくない。
【0011】本発明における3−5族化合物半導体の製
造方法としては、有機金属気相成長(以下、MOVPE
と記すことがある。)法、分子線エピタキシー(以下、
MBEと記すことがある。)法、ハイドライド気相成長
(以下、HVPEと記すことがある。)法などが用いら
れる。このうちMOVPE法とは、常圧又は減圧中に置
かれた基板を加熱して、3族元素を含む有機金属化合物
と5族元素を含む原料を気相状態で供給して、基板上で
熱分解反応をさせ、半導体膜を成長させる方法である MBE法とは、高真空中で3族元素単体又は3族元素を
含む有機金属化合物と5族元素を含む原料を気相状態で
供給して、基板上に成長させる方法である。VPE法と
は、常圧又は減圧中に置かれた基板を加熱して、3族元
素単体とハロゲン元素を含む気体を反応させて3族ハロ
ゲン化物の気体を得て、これと5族元素を含む原料を気
相状態で供給して、基板上で熱分解反応をさせ、半導体
膜を成長させる方法である 以上の方法の中でも、複雑な層構成の化合物半導体を組
成、膜厚ともに精度よく作製できる方法として、MOV
PE法、MBE法が好ましく、大面積にわたって均一な
膜を作製できるMOVPE法がさらに好ましい。
【0012】MOVPE法の場合、以下のような原料を
用いることができる。即ち、3族原料としては、トリメ
チルガリウム[(CH3 3 Ga、以下「TMG」と記
すことがある。]、トリエチルガリウム[(C2 5
3 Ga、以下「TEG」と記すことがある。]等の一般
式R1 2 3 Ga(ここでR1 、R 2 、R3 、は低級
アルキル基を示す。)で表されるトリアルキルガリウ
ム;トリメチルアルミニウム[(CH3 3 Al]、ト
リエチルアルミニウム[(C2 5 3 Al、以下「T
EA」と記すことがある。]、トリイソブチルアルミニ
ウム[(i−C4 9 3 Al]等の一般式R1 2
3 Al(ここでR1 、R2、R3 、は低級アルキル基を
示す。)で表されるトリアルキルアルミニウム;トリメ
チルアミンアラン[(CH3 3 N:AlH3 ];トリ
メチルインジウム[(CH3 3 In、 以下「TM
I」と記すことがある。]、トリエチルインジウム
[(C2 5 3 In]等の一般式R1 2 3 In
(ここでR1 、R2 、R3 、は低級アルキル基を示
す。)で表されるトリアルキルインジウム等が挙げられ
る。これらは単独又は混合して用いられる。次に5族原
料としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジ
ン、1,1−ジメチルヒドラジン、1,2−ジメチルヒ
ドラジン、t−ブチルアミン、エチレンジアミンなどが
挙げられる。これらは単独又は混合して用いられる。こ
れらの原料のうち、アンモニアとヒドラジンは分子中に
炭素原子を含まないため、半導体中への炭素の汚染が少
なく好適である。該3−5族化合物半導体のn型ドーパ
ントとしては、4族元素と6族元素が好ましい。具体的
にはSi、Ge、O、S、Seが挙げられるが、この中
では低抵抗のn型がつくりやすく、原料純度の高いもの
が得られるSiが好ましい。Siドーパントの原料とし
ては、シラン(SiH4 )、ジシラン(Si2 6 )な
どが好適である。 該3−5族化合物半導体のp型ドー
パントとしては、2族元素が好ましい。具体的にはM
g、Zn、Cd、Hg、Beが挙げられるが、このなか
では低抵抗のp型がつくりやすいMgが好ましい。Mg
ドーパントの原料としては、ビスシクロペンタジエニル
マグネシウム、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネ
シウム、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウ
ム、ビス−n−プロピルシクロペンタジエニルマグネシ
ウム、ビス−i−プロピルシクロペンタジエニルマグネ
シウム等の一般式(RC5 4 2 Mg(ただし、Rは
水素原子又は炭素原子数1以上4以下の低級アルキル基
を示す。)で表される有機金属化合物が適当な蒸気圧を
有するために好適である。
【0013】次に、本発明の発光素子における電極の作
製方法について説明する。まず、導電性Si基板上に3
−5族化合物半導体の積層構造を形成し、次にn型層の
露出部と導電性Si基板の露出部を形成し、該露出部上
に電極を形成する。該化合物半導体のn型層の露出部及
びSi基板の露出部を形成させる方法としては、2回の
エッチングを行なう方法、選択成長と1回のエッチング
を行なう方法、2回の選択成長を行う方法がある。図1
に2回のエッチングを行ないLEDを作製する方法を、
図2に選択成長と1回のエッチングを行ないLEDを作
製する方法を示す。
【0014】まず、図1に基づいて、2回のエッチング
を行ないLEDを作製する方法を説明する。該化合物半
導体の成長においては、成長の容易さから通常n型層を
まず成長し、その上に発光素子の積層構造を成長するこ
とが行われる。導電性Si基板5の上に、バッファー層
4を介して、n型層3、発光層2、p型層1からなる化
合物半導体を作製する(A)。次に、p型層1の上に、
通常のフォトリソグラフィーの方法で、マスクパターン
6を形成し(B)、このマスクを用いて化合物半導体の
積層構造をエッチングし、n型層の露出部7を形成する
(C)。該化合物半導体のエッチング方法としては、ド
ライエッチングとウエットエッチングがある。ドライエ
ッチングは大きなエッチングレートが得られることか
ら、プロセス時間を短くすることが可能であるため有用
である。しかし、ドライエッチングではエッチング後の
表面がダメージを受けて、導電性が劣化している場合が
ある。このような場合にはウェットエッチング又はアニ
ール処理等によりダメージを取り除くことが必要であ
る。
【0015】ウエットエッチングでは、エッチングダメ
ージが発生しないので、ダメージ処理工程が不要になる
メリットがあるが、一般に該化合物半導体は化学的に極
めて安定なため、強い酸又はアルカリが必要で、フォト
レジストをマスクとして使用できないため、マスクとし
てはSiO2 、Si3 4 等を利用する。このためマス
ク作製の工程がドライエッチングの場合に比べて増え
る。また、ウエットエッチングのエッチングレートは大
きくできないためプロセス時間が長くなる。したがって
ドライエッチングの方が工程短縮の意味からは好まし
い。次に、同様の方法で2回目のエッチングを行ない
((D)及び(E))、導電性Si基板の露出部9を形
成する(E)。
【0016】次に、n型半導体の露出部7の上に、通常
のフォトリソグラフィーの方法を用いて、フォトレジス
トによるマスクパターンを作製し、これを用いて電極1
0−1を形成する(F)。n型の該化合物半導体に対し
て電流注入特性がよく、いわゆるオーミック電極として
利用できるものとして、Al、In、Ti−Al合金が
挙げられる。これらのなかでも、特別な熱処理を行なわ
なくてもオーミック接触が得られ、耐熱性が高いAlが
好ましい。電極の形成方法としては、真空蒸着法、スパ
ッタリング法などがあるが、半導体表面のダメージがな
く、膜厚制御性のよい、真空蒸着法が好ましい。
【0017】同様の方法で、導電性Si基板の露出部9
の上に、導電性Si基板に対して電流注入特性のよい電
極材料を用いて、電極10−2を形成する(F)。n型
の導電性を示すSi基板に対するオーミック電極材料と
してはAl、Pt、Cr、Mo、TiN等を好適に用い
ることができる。p型の導電性を示すSi基板に対する
オーミック電極材料としてはAl、Cr、Mo等を好適
に用いることができる。導電性Si基板の露出部に形成
する電極10−2と、n型半導体露出部に形成する電極
10−1は、電気的に連結していることが必要である。
連結していないと、電流経路が形成されず、本発明の効
果が得られないので好ましくない。なお導電性Si基板
露出部に形成する電極10−2と、n型半導体露出部に
形成する電極10−1の作製順序は、上記説明と逆であ
ってもかまわない。また、n型半導体露出部に形成する
電極10−1の材料と導電性Si基板の露出部に形成す
る電極10−2の材料とが同一のものを利用できる場合
には、両電極を同時に形成できる。
【0018】次に、p型半導体表面に、電極11を形成
する(G)。p型の該化合物半導体に対して電流注入特
性のよい、いわゆるオーミック電極とし利用できるもの
として、Mg−Au合金、Mg−Au−Zn合金、Zn
−Au合金、Ni−Au合金等が挙げられる。形成した
電極は、熱処理を行なうことによってさらに電流注入特
性を向上できる場合がある。Ni−Au合金の場合、熱
処理温度は200℃以上600℃以下である。Mg−A
u合金の場合、熱処理温度は600℃以上900℃以下
である。熱処理温度が上記範囲を外れると、電流注入特
性が向上しないので好ましくない。
【0019】上記p電極11用の材料は、p型層との密
着性が充分でなくワイヤーボンディング工程で剥がれる
場合がある。この場合には、p型層と密着性の良い材料
でボンディング用パッド部11’を形成すればよい
(G)。p型層と密着性の良い材料としてAlが好適に
利用できる。なお、p型半導体上に形成する電極11の
熱処理温度によっては、n型半導体露出部上に形成した
電極10−1、又は導電性Si基板露出部に形成した電
極10−2がボールアップを起こして島状化し、電極と
して利用できなくなる場合がある。この場合には、p型
半導体上の電極11をまず形成し、熱処理を行なったあ
とで、他の電極を形成すればよい。次に、導電性Si基
板の裏面全面に、電極12を形成する(G)。電極材料
は、前述の導電性Si基板露出部に作製した電極と同じ
ものが利用できる。
【0020】p電極11、n電極12、及びn型半導体
露出部上に形成した電極10−1とこれに連結した導電
性Si基板露出部上に形成した電極10−2が形成され
た基板は、次にLEDのチップに分割される。分割は、
導電性Si基板の結晶方位(111)の劈開性を利用し
て、公知の方法により、具体的にはダイシングもしくは
スクライビング又は両者の組み合わせによって行なう。
ダイシングとはダイシングソーを用いて基板に切れ込み
を入れ、この切れ込みを利用して割る方法である。ダイ
シングは基板の劈開方向以外の任意の方向に分割できる
が、ダイシングソーの幅分の切りしろが必要なため1枚
の基板から取り出せるチップの数がスクライビングより
も少なくなる。また、ダイシングダメージも発生するの
でダメージ除去工程が必要な場合がある。スクライビン
グとは基板の劈開性を利用して、ダイヤモンド等で劈開
方向に傷を入れ、この傷を起点にして基板を劈開する方
法である。基板を劈開性のある方向の分割しかできない
が、ダイシングに比べて切りしろ幅が小さくできるので
1枚の基板から取り出せるチップの数を多くでき、ダメ
ージが入りにくく、平滑な端面が得られる等の特徴があ
る。
【0021】次に、LEDのチップを、通常用いられる
反射カップ付きLED用リードフレームに基板が下にな
るように固定する(G)。固定は、Agペーストを用い
たダイボンディングにより行なう。次に、ボンディング
用パッド11’ともう一方のリードフレームとをワイヤ
ーボンディングによりリード線で接続する(G)。これ
により片方のリードフレームから、LEDチップを通し
て、もう一方のリードフレームへと電流経路が形成され
る。半導体側からの1個のワイヤーボンディングと、基
板裏面のダイボンディングによりチップとリードフレー
ムが固定されているので、従来のLED組立プロセスを
変更することなくLEDが作製できる。LEDチップが
固定されたリードフレームに樹脂モールドを行い、LE
Dランプが作製される。
【0022】次に、選択成長と1回のエッチングを行な
いLEDを作製する方法を図2を用いて説明する。ま
ず、導電性Si基板5に、マスク15を形成する
(A)。マスク材料は、該化合物半導体の成長プロセス
に耐える熱的、化学的に安定なものであり、なおかつフ
ォトリソグラフィーの方法で微細なマスクパターンが容
易に形成できるものが必要である。このような材料とし
てSiO2 が好適に利用できる。
【0023】次に、例えばSiO2 マスクの形成された
基板上に、化合物半導体の積層構造を成長させる
(B)。このとき、SiO2 マスクの上には化合物半導
体は成長せず、SiO2 マスクのない部分のみに化合物
半導体は成長する。成長後、フッ酸等を用いてSiO2
マスクを取り除くことにより、導電性Si基板の露出部
9が形成される(C)。
【0024】次に、化合物半導体の積層構造の上に、通
常のフォトリソグラフィーの方法により、フォトレジス
トパターンを形成し、これをマスクにして、エッチング
を行ない、n型半導体の露出部7を形成する(D)。以
下は先に述べた方法によりLEDを作製する。すなわ
ち、上記2つの露出部に電極10−1と10−2を、互
いに電気的に連結するように形成し(E)、つづいてp
電極11、p電極パッド部11’、基板裏面にn電極1
2を形成したのち、通常のLED組立方法に従い、基板
を分割し、チップをLED用ステムに基板裏面のダイボ
ンディングと1個のワイヤーボンディングにより固定
し、LEDを作製する(F)。
【0025】本発明におけるn型化合物半導体の露出部
と導電性Si基板の露出部を連結する電極10(n型半
導体上の電極10−1と導電性Si基板上の電極10−
2が連結してなる電極)及びp電極11のパターンに関
しては、図3の(A)と(B)に例示する構造(平面
図)のものを用いることができる。図1、2に示した構
造の発光素子では、発光は主にp電極11を通して取り
出すため、p電極11の膜厚を薄くすることが好まし
い。この場合、発光部はp電極部11とほぼ一致する。
従って、輝度を大きくするためには、p電極部面積を大
きくすることが望ましい。図4に示す従来の電極パター
ンでは、半導体側から2つの電極を取り出すために、発
光部分の面積を大きくすることが困難であったが、本発
明の発光素子を用いると、半導体側から1個の電極を取
り出すだけなので、p電極面積を大きくすることがで
き、輝度を向上させることができる。本発明におけるn
型化合物半導体の露出部とn型のSi基板の露出部を連
結する電極10はp電極部での発光を均一にするため
に、p電極の周囲にあることが望ましいが、周囲の一部
のみにあってもよい。
【0026】本発明における導電性Si基板を使用する
場合、発光層2から出る光のうち、基板側に出る光は基
板で吸収されて、有効に外部に取り出せない場合があ
る。このような場合には発光層2と基板5の間に、いわ
ゆるブラッグ反射層を設けることにより、基板側に出る
光を有効に反射させ外部に取り出す効率を高めることが
可能である。ブラッグ反射層とは、屈折率の異なる2種
類の材料を繰り返し積層した構造であって、各層の厚み
がλ/4n1 、λ/4n2 (ただしλは発光波長、
1 、n2 は各層の屈折率)になるように調整されたも
のである。このような反射層を構成する材料として、A
lN、GaN、Gay Al1-y N(ただし、0<y<
1)を利用することができる。
【0027】本発明の発光素子における3−5族化合物
半導体の積層構造としては、n型の層3及びp型の層1
を有し、発光層2が両層の間にあり、発光層の両側が発
光層よりも大きなバンドギャップの2つの層で接してい
るいわゆるダブルヘテロ構造となっているものが挙げら
れる。該ダブルヘテロ構造は注入電荷を発光層に閉じ込
める効果があるため、発光効率を高くできるので有用で
ある。該3−5族化合物半導体を用いて作製した発光素
子においては、基板5との格子不整合を緩和させるため
に、バッファー層4をまず成長し、次に成長の容易さか
ら通常n型の層3を成長し、その上方に発光層2、さら
に発光層の上方にp型層1を成長する。LED等の発光
素子の基本的構造としては、n型層3、発光層2及びp
型層の1で充分であるが、発光層とn型層及び/又はp
型層の間にノンドープ層又は低濃度ドープ層をおくこと
により発光効率を向上できる場合がある。
【0028】本発明のダブルヘテロ構造の発光素子にお
いて、効率良く発光層に電荷を閉じ込めるためには、発
光層に接する2つの層のバンドギャップは発光層のバン
ドギャップより0.1eV以上大きいことが好ましい。
さらに好ましくは0.3eV以上である。
【0029】本発明における3−5族化合物半導体の格
子定数は、組成により大きく変化する。とくにInNの
格子定数はGaN又はAlNに対して約12%又はそれ
以上大きい。このため、該化合物半導体の各層の組成に
よっては、層と層との間の格子定数に大きな差が生じる
ことがある。大きな格子不整合がある場合、結晶に欠陥
が生じる場合があり、結晶品質を低下させる原因とな
る。格子不整合による欠陥の発生を抑えるためには、格
子不整合による歪みの大きさに応じて層の厚さを小さく
しなければならない。好ましい厚さの範囲は歪みの大き
さに依存する。本発明における発光層の好ましい厚さは
5Å以上500Å以下であり、さらに好ましい厚さの範
囲は5Å以上90Å以下である。Inを含む層の厚さが
5Åより小さい場合、発光効率があまり充分でなく、5
00Åより大きい場合、欠陥が発生しやはり発光効率が
あまり充分でないので好ましくない。
【0030】また、発光層の厚みを小さくすることで、
電荷を高密度に発光層に閉じ込めることができるため、
発光効率を向上させることができる。このため、格子定
数の差が上記の例よりも小さい場合でも、発光層の厚さ
は上記の例と同様にすることが好ましい。発光層は、発
光層として機能する複数の層からなる層であってもよ
い。具体的に、複数の層からなる層が発光層として機能
する例としては、2つ以上の発光層がこれよりバンドギ
ャップの大きい層と積層されている構造が挙げられる。
【0031】本発明の発光素子に用いられる発光層とし
ては、Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=
1、0.10≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表
される3−5族化合物半導体がバンドギャップを可視部
にできるため表示用途に特に有用である。ここで、前記
の一般式の化合物半導体を、以下InN混晶比が10%
以上の化合物半導体と呼ぶ場合がある。これに準じて、
GaN混晶比、AlN混晶比という表記を行なう場合が
ある。発光層に用いる化合物半導体として、Alを含む
ものはO等の不純物を取り込みやすく、発光素子の発光
効率が下がる場合がある。このような場合には、発光層
としては、Alを含まない一般式Inx Ga1-x N(た
だし、0<x≦1)で表されるものを利用することがで
きる。
【0032】発光層に不純物をドープすることで、発光
層のバンドギャップとは異なる波長で発光させることが
できる。これは不純物からの発光であるため、不純物発
光と呼ばれる。不純物発光の場合、発光波長は発光層の
3族元素の組成と不純物元素により決まる。この場合、
発光層のInN混晶比は5%以上が好ましい。InN混
晶比が5%より小さい場合、発光する光はほとんど紫外
線であり、充分な明るさを感じることができない。In
N混晶比を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波
長を紫から青、緑へと調整できる。不純物発光に適した
不純物としては、2族元素が好ましい。2族元素のなか
では、Mg、Zn、Cdをドープした場合、発光効率が
高いので好適である。とくにZnが好ましい。これらの
元素の濃度は、1018〜1022cm-3が好ましい。発光
層はこれらの2族元素とともにSi又はGeを同時にド
ープしてもよい。Si、Geの好ましい濃度範囲は10
18〜1022cm-3である。
【0033】不純物発光の場合、一般に発光スペクトル
がブロードになり、注入電荷量が増すにつれて発光スペ
クトルがシフトしたり、バンド端発光のピークが現われ
てくるなど好ましくない発光特性を有しており、また発
光効率を高くすることが難しい。このため、高い色純度
が要求される場合や狭い波長範囲に発光パワーを集中さ
せることが必要な場合、又は高い発光効率の素子が必要
な場合にはバンド端発光を利用する方が有利である。バ
ンド端発光による発光素子を実現するためには、発光層
に含まれる不純物の量を低く抑えなければならない。具
体的には、Si、Ge、Mg、Cd及びZnの各元素に
ついて、いずれもその濃度が1019cm -3以下が好まし
い。さらに好ましくは1018cm-3以下である。バンド
端発光の場合、発光色は発光層の3族元素の組成で決ま
る。可視部で発光させる場合、InN混晶比は10%以
上が好ましい。InN混晶比が10%より小さい場合、
発光する光はほとんど紫外線であり、充分な明るさを感
じることができない。InN混晶比が増えるにつれて発
光波長が長くなり、発光波長を紫から青、緑へと調整で
きる。
【0034】
【実施例】以下実施例により本発明を詳しく説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例1 MOVPE法による気相成長により図5に示す3−5族
化合物半導体を作製する。n型の導電性を有する導電性
Si基板5(ただし、結晶方位は(111))を鏡面研
磨したものを基板として用いる。成長は低温成長バッフ
ァ層を用いる2段階成長法による。バッファ層4として
600℃でTMAとアンモニアによりAlNを500Å
成膜した後、TMG、アンモニア及びドーパントとして
シラン(SiH4 )を用いて1100℃でSiをドープ
したGaNを3μmの厚み(n型層3)で、ノンドープ
のGaNを1500Åの厚み(ノンドープ層3’)で、
この順に成膜する。
【0035】次に785℃まで降温した後、キャリアガ
スを水素から窒素に変え、TEG、TMI、アンモニア
をそれぞれ0.04sccm、0.08sccm、4s
lm供給して発光層2であるIn0.3 Ga0.7 Nを90
秒成長し、さらにTEG、TEA及びアンモニアをそれ
ぞれ0.032sccm、0.008sccm、4sl
m供給して保護層1’であるGa0.8 Al0.2 Nを10
分成長する。ただし、sccm及びslmは気体の流量
の単位で、1sccmは1分当たり標準状態で1ccの
体積を占める重量の気体が流れていることを示し、1s
lmは1000sccmである。これらの層を本実施例
と同一条件で長時間成長した膜から求められる成長速度
は各々、33Å/分、25Å/分であり、この成長速度
から求められる各層の膜厚は、各々In0.3 Ga0.7
層は50Å、Ga0.8 Al0.2 N層は250Åである。
【0036】次に、温度を1100℃に昇温し、アンモ
ニア、p型ドーパント原料のビスシクロペンタジエニル
マグネシウム((C5 5 2 Mg、以下、Cp2 Mg
と記すことがある。)を40秒間供給してMgの空流し
工程を行った後、TMG、アンモニア及びCp2 Mgを
用いて、MgをドープしたGaNを5000Å成長する
(p型層1)。成長終了後、基板を取り出し、窒素中8
00℃で熱処理を行ない、MgをドープしたGaNを低
抵抗のp型とする(p型層1)。
【0037】このようにして得られた試料にフォトリソ
グラフィの手法により、フォトレジストパターンを形成
し、1回目のドライエッチングを行い、7000Åエッ
チングして、n型半導体の露出部分7を形成する。ドラ
イエッチングはCl2 ガスを用い、ECRプラズマドラ
イエッチングにより行う。エッチング条件は、Cl2
ス流量30sccm、エッチング圧力1mTorr、R
Fパワー90W、マイクロ波パワー400W、試料温度
20℃である。1回目のドライエッチング終了後、残留
フォトレジストマスクを有機溶剤で除去したのち、再度
フォトリソグラフィの手法により、フォトレジストパタ
ーンを形成し、2回目のドライエッチングを行い、約3
μmエッチングして、n型基板の露出部9を形成する。
ドライエッチング条件は1回目と同じである。
【0038】2回のドライエッチングを行い、n型半導
体の露出部7と、n型基板の露出部9を形成した試料に
対して、次に真空蒸着法により電極を形成する。まずフ
ォトリソグラフィの手法によりフォトレジストパターン
を形成し、p電極であるMg−Auを蒸着した後、リフ
トオフによって余分な蒸着部をフォトレジストとともに
除去することによって、p型半導体層上に、p電極11
を形成する。なお、蒸着は抵抗加熱蒸着法により、Mg
を50Å堆積した後、Auを450Å堆積して行う。試
料を真空チャンバーから取り出し、N2 中で800℃9
0秒間の熱処理を行い、Mg−Auを合金化させ、電流
注入特性を向上させる。つぎに、同様の方法でn型半導
体の露出部7上と、n型基板の露出部9上のAl電極1
0と、ワイヤーボンディング用パッド11’のAlパタ
ーンを形成する。なお、蒸着は電子ビーム蒸着法により
行う。つぎに、同様の方法で、n型半導体露出部上のA
l電極パターン(p電極11)と、p電極取り出しパッ
ド用のAl電極パターン(ワイヤーボンディング用パッ
ド11’)をp電極11と連結させて形成する。最後
に、n型導電性Si基板の裏面全体に、Alの電極12
を抵抗加熱蒸着法により堆積させて形成する。
【0039】以上のようにして、電極を形成したエピウ
エーハーを、ダイシング装置を用いて切れ込みを入れ、
この切れ込みを利用して短冊状に分割した後、スクライ
バーで劈開方向に傷を入れた後、劈開してLEDチップ
に分割する。次に、ダイボンダーを用いて、チップ裏面
を反射カップ付きLED用リードフレームのLED固定
部にAgペーストで固定し、150℃2時間の乾燥を行
い、Agペーストを固化した後、ワイヤーボンダーを用
いてp電極取り出し用のワイヤーボンディング用パッド
11’にAuワイヤーでボンディングしAuワイヤーの
もう一方の端をリードフレームに固定する。次に、LE
Dチップが固定されたリードフレームに樹脂モールドを
行い、LEDランプを作製する。こうして半導体側から
一方の電極を取り出し、基板側からもう一方の電極を取
り出した構造のLEDランプが得られる。
【0040】
【発明の効果】本発明の発光素子構造を用いることによ
り、半導体側から1つの電極を取り出し、基板側からも
う1方の電極を取り出せるので、即ち、例えば半導体側
からの1個のボールボンディングと基板裏面側からのダ
イボンディングにより電極を取り出せるので、発光素子
組立工程を簡素化し、コストダウンを図ることができ
る。また、導電性のSi基板を用いているので、素子の
絶縁破壊を防止できる。このため該化合物半導体を用い
たLEDの製造のコストを飛躍的に低くすることが可能
であり、工業的価値がきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光素子の作製工程の1例を示す断面
【図2】本発明の発光素子の作製工程の1例を示す断面
【図3】本発明の発光素子における電極パターンの1例
を示す平面図
【図4】従来の発光素子における電極パターンを示す平
面図
【図5】実施例1の発光素子の断面構造を示す図
【符号の説明】
1…p型層 1’…保護層 2…発光層 3…n型層 3’…ノンドープ層 4…バッファー層 5…導電性Si基板 6、8…エッチング用マスク 7…n型半導体露出部 9…導電性Si基板露出部 10−1…n型半導体上の電極 10−2…導電性Si基板上の電極 10…n型半導体上の電極10−1と導電性Si基板上
の電極10−2が連結してなる電極 11…p電極 11’…ワイヤーボンディング用パッド 12…電極 13…ワイヤーボンディングにより形成されたAuワイ
ヤー 14…LED用リードフレーム 15…マスク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性Si基板上に形成した、一般式In
    x Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦
    1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合
    物半導体を用いた発光素子において、該発光素子が、n
    型の導電性を有する3−5族化合物半導体上に形成され
    てなる電極と、導電性Si基板上に形成されてなる電極
    とを有し、かつ該二つの電極が電気的に連結してなるこ
    とを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項2】発光層の厚みが5Å以上500Å以下であ
    ることを特徴とする請求項1記載の発光素子。
  3. 【請求項3】発光層に含まれるSi、Ge、Mg、Zn
    及びCdの各元素の濃度がいずれも1×1019cm-3
    下であることを特徴とする請求項1又は2記載の発光素
    子。
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