JP4178410B2

JP4178410B2 - Semiconductor light emitting device

Info

Publication number: JP4178410B2
Application number: JP2004280004A
Authority: JP
Inventors: 秀和青柳; 康二大塚; 雅裕佐藤
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP2005183930A

Description

本発明は、３−５族化合物半導体を使用した半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device using a Group 3-5 compound semiconductor.

化合物半導体を使用した従来の代表的な半導体発光素子は、サファイア又はシリコンカーバイト又はシリコン等の基板とバッファ層とｎ型半導体層と活性層とｐ型半導体層とコンタクト層とを有する。別な従来の代表的な半導体発光素子は、例えば米国特許第５００８７１８号（以下、特許文献１と言う。）に示されているように基板とｎ型半導体層と活性層とｐ型半導体層と窓（window）と呼ばれている電流分散（spread）層とを有する。
活性層で発生した光は、コンタクト層又は電流分散層の表面から取り出される。このため、光非透過性のパッド電極又はアノード電極はコンタクト層又は電流分散層の表面の一部のみに設けられる。従って、活性層で発生した光は、コンタクト層又は電流分散層におけるパッド電極又はアノード電極が設けられていない部分から取り出される。なお、コンタクト層又は電流分散層の表面に光透過性電極が配置され、この光透過性電極の上にパッド電極が配置されることがある。 A conventional typical semiconductor light emitting device using a compound semiconductor has a substrate such as sapphire, silicon carbide or silicon, a buffer layer, an n-type semiconductor layer, an active layer, a p-type semiconductor layer, and a contact layer. Another conventional typical semiconductor light-emitting device includes, for example, a substrate, an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer as shown in US Pat. No. 5,0087,818 (hereinafter referred to as Patent Document 1). And a current spreading layer called a window.
Light generated in the active layer is extracted from the surface of the contact layer or the current spreading layer. For this reason, the light-impermeable pad electrode or anode electrode is provided only on a part of the surface of the contact layer or the current spreading layer. Therefore, the light generated in the active layer is extracted from the portion of the contact layer or current spreading layer where the pad electrode or anode electrode is not provided. In some cases, a light transmissive electrode is disposed on the surface of the contact layer or the current spreading layer, and a pad electrode is disposed on the light transmissive electrode.

ところで、パッド電極又はアノード電極は光非透過性であるので、活性層におけるパッド電極又はアノード電極に対向している部分から放射された光は、外部に取り出されない。従って、活性層におけるパッド電極又はアノード電極に対向している部分に流れる電流は発光効率に寄与しない無効電流である。このため、活性層におけるパッド電極又はアノード電極に対向している部分に流れる電流を低減させ、活性層におけるパッド電極又はアノード電極に対向していない部分に流れる電流を増大させ且つこの電流分布の均一性を良くすることが要求されている。この要求に答えるために、前記特許文献２ではコンタクト層の表面の外周側に細条電極が配置され且つ活性層とコンタクト層との間に電流分散層が配置されている。しかし、前記特許文献２の細条電極は光透過性を有さないので、これによって光取り出し面積が３０〜４０％減少し、光の取り出し効率の低下を招いた。また従来の電流拡散層は大きな光透過率を有していないので、この電流拡散層で光吸収が生じ、光の取り出し効率の低下を招いた。
また、光透透過性電極を設けると、電流分布の均一性は改善されるが、光透透過性電極の光透過率は７０〜９０％程度であるので、光透透過性電極において光の取り出し効率が１０〜３０％低下した。
また、前記特許文献１に従って、比較的厚い電流分散層を設けると、電流分散層における光吸収によって光の取り出し効率の低下を招く。
米国特許第５００８７１８号特開２００３−１９７９６５号公報 By the way, since the pad electrode or the anode electrode is light non-transmissive, the light emitted from the portion of the active layer facing the pad electrode or the anode electrode is not extracted outside. Therefore, the current flowing through the portion of the active layer facing the pad electrode or anode electrode is a reactive current that does not contribute to the light emission efficiency. For this reason, the current flowing through the portion of the active layer facing the pad electrode or the anode electrode is reduced, the current flowing through the portion of the active layer not facing the pad electrode or the anode electrode is increased, and the current distribution is made uniform. It is required to improve the sex. In order to meet this requirement, in Patent Document 2, a strip electrode is disposed on the outer peripheral side of the surface of the contact layer, and a current spreading layer is disposed between the active layer and the contact layer. However, since the strip electrode of Patent Document 2 does not have optical transparency, the light extraction area is reduced by 30 to 40%, which causes a decrease in light extraction efficiency. Further, since the conventional current diffusion layer does not have a large light transmittance, light absorption occurs in the current diffusion layer, resulting in a decrease in light extraction efficiency.
In addition, when the light transmissive electrode is provided, the uniformity of the current distribution is improved. However, since the light transmittance of the light transmissive electrode is about 70 to 90%, light extraction is performed in the light transmissive electrode. Efficiency decreased by 10-30%.
If a relatively thick current distribution layer is provided according to Patent Document 1, light extraction efficiency is reduced due to light absorption in the current distribution layer.
U.S. Pat. No. 5,0087,818 JP 2003-197965 A

従って、本発明によって解決しようとする課題は、半導体発光素子の発光効率が悪いことである。
本発明の目的は発光効率の良い半導体発光素子を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the light emitting efficiency of the semiconductor light emitting device is poor.
An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having good luminous efficiency.

上記課題を解決するための本発明は、
第１導電型を有する第１導電型化合物半導体層と、
前記第１導電型化合物半導体層の上に配置された化合物半導体から成る活性層と、
前記活性層の上に配置され且つ光透過性を有し且つ前記第１導電型と反対の第２導電型を有している第２導電型化合物半導体層と、
前記第２導電型化合物半導体層上に配置され且つ光透過性を有しており、且つ化合物半導体から成る第１の層と前記第１の層と異なる化合物半導体から成る第２の層とが交互に複数回繰り返して配置された積層体から成る電流分散層と、
前記活性層から放射された光を前記電流分散層の表面側から取り出すことを許すように前記電流分散層の露出表面の一部のみに電気的に接続され且つ外部接続部材を接続するためのパッド電極機能を有している第１の電極と、
前記第１導電型化合物半導体層に対して電気的に接続された第２の電極とを備えており、
前記第１の層は前記活性層よりも大きいバンドギャップを有し且つＡｌを含まない又は第１の割合で含む第２導電型の窒化物半導体から成り、
前記第２の層は、前記第１の層に２次元キャリアガス層を生じさせることができる材料であって、前記活性層よりも大きいバンドギャップを有し且つＡｌを前記第１の割合よりも大きい第２の割合で含んでいる第２導電型の窒化物半導体から成り、
前記第１の層は第２導電型決定用不純物を含んでおり且つ１５ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを有しており、
前記第２の層は量子力学的トンネル効果を得ることができる０．５ｎｍ〜５ｎｍの厚みを有していることを特徴とする半導体発光素子に係わるものである。
The present invention for solving the above problems is as follows.
A first conductivity type compound semiconductor layer having a first conductivity type;
An active layer made of a compound semiconductor disposed on the first conductive compound semiconductor layer;
A second conductivity type compound semiconductor layer disposed on the active layer and having light transmission and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
A first layer made of a compound semiconductor and a second layer made of a compound semiconductor different from the first layer are alternately arranged on the second conductivity type compound semiconductor layer and having light transmittance. A current spreading layer composed of a laminate that is arranged repeatedly a plurality of times,
A pad that is electrically connected to only a part of the exposed surface of the current distribution layer and connects an external connection member so as to allow light emitted from the active layer to be extracted from the surface side of the current distribution layer A first electrode having an electrode function;
A second electrode electrically connected to the first conductivity type compound semiconductor layer,
The first layer is made of a second conductivity type nitride semiconductor having a larger band gap than the active layer and not containing Al or containing a first ratio .
The second layer is a material capable of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first layer, has a larger band gap than the active layer, and contains Al in a proportion higher than the first ratio. A second conductive type nitride semiconductor comprising a large second proportion ,
The first layer includes a second conductivity type determining impurity and has a thickness of 15 nm to 500 nm;
The second layer relates to a semiconductor light emitting device characterized by having a thickness of 0.5 nm to 5 nm capable of obtaining a quantum mechanical tunnel effect.

前記第１導電型はｐ型であり、前記第２導電型はｎ型であることが望ましい。前記電流分散層がｎ型の場合には、前記電流分散層に含まれているヘテロ接合に基づいて２次元電子ガスが生じる。電子は正孔よりも高い移動度（mobility）を有するので、半導体発光素子の応答特性を向上させることができる。
半導体発光素子は、更に、前記第１の化合物半導体層を支持するための導電性支持基板を備えていることが望ましい。これにより、半導体発光素子の機械的強度が向上する。また、前記第２の電極を前記導電性支持基板に接続することが可能になる。
Preferably, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. When the current spreading layer is n-type, a two-dimensional electron gas is generated based on the heterojunction included in the current spreading layer. Since electrons have a higher mobility than holes, the response characteristics of the semiconductor light emitting device can be improved.
The semiconductor light emitting element preferably further includes a conductive support substrate for supporting the first compound semiconductor layer. Thereby, the mechanical strength of the semiconductor light emitting device is improved. Further, it is possible to ing connecting the second electrode to the conductive support substrate.

本発明によれば次の効果を得ることができる。
（イ）電流分散層が第１及び第２の層の交互積層体から成り、多重ヘテロ接合構造を有する。ヘテロ接合の近傍に２次元キャリアガス層、即ち２次元電子ガス又は２次元ホールガスを生じる。このため、電流分散層の第１の層の横方向の抵抗、即ち電流分散層の一方の主面に対して平行な方向の抵抗が小さくなり、電流分散層において電流の横方向分散効果が生じる。従って、パッド電極機能を有している第１の電極が、電流分散層の露出表面の一部のみに電気的に接続されているのみであるのにも拘らず、活性層における電流分布の均一性が向上し、発光効率を高めることができる。
（ロ）多重ヘテロ接合構造を有する電流分散層において従来と同一の電流分散機能を得る場合には、電流分散層の厚みを従来の電流分散層の厚みよりも薄くすることができる。電流分散層を薄くすれば、ここでの光吸収が小さくなり、光取り出し効率が向上し、且つここでの電力損失が低減する。
（ハ）１５ｎｍ〜５００ｎｍの第１の層と０．５ｎｍ〜５ｎｍの第２の層との組合せで電流分散層を構成すると、２次元キャリアガス層を良好に形成することができる。
（ニ）第２の層１０の厚みが量子力学的トンネル効果を得ることができるが０．５ｎｍ〜５ｎｍであるので、第２の層１の厚み方向の抵抗が小さくなる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
(A) The current spreading layer is composed of an alternating laminate of first and second layers and has a multiple heterojunction structure. A two-dimensional carrier gas layer, that is, a two-dimensional electron gas or a two-dimensional hole gas is generated in the vicinity of the heterojunction. For this reason, the lateral resistance of the first layer of the current spreading layer, that is, the resistance in the direction parallel to one main surface of the current spreading layer is reduced, and the current spreading effect is produced in the current spreading layer. The Therefore, even though the first electrode having the pad electrode function is only electrically connected to only a part of the exposed surface of the current dispersion layer, the current distribution in the active layer is uniform. The light emitting efficiency can be improved.
(B) In the case of obtaining the same current spreading function as the conventional one in the current spreading layer having a multiple heterojunction structure, the thickness of the current spreading layer can be made thinner than the thickness of the conventional current spreading layer. If the current spreading layer is made thinner, the light absorption here is reduced, the light extraction efficiency is improved, and the power loss here is reduced.
(C) A two-dimensional carrier gas layer can be satisfactorily formed by forming a current dispersion layer with a combination of a first layer of 15 nm to 500 nm and a second layer of 0.5 nm to 5 nm .
(D) Although the thickness of the second layer 10 can obtain a quantum mechanical tunnel effect, the resistance in the thickness direction of the second layer 1 is small because it is 0.5 nm to 5 nm .

次に、本発明の実施形態を図１〜図８参照して説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１に示す本発明の実施例１に従う半導体発光素子としてのダブルへテロ接合構造の発光ダイオードは、導電性を有するｐ型シリコンから成る支持基板１と、ｐ型（第１導電型）を有する窒化物半導体から成るバッファ層２と、第１の化合物半導体層としてのｐ型窒化物半導体層３と、窒化物半導体から成る活性層４と、第２の化合物半導体層としてのｎ型窒化物半導体層５と、本発明に係わる多重ヘテロ接合構造のｎ型電流分散層６と、カソード電極として機能する第１の電極７と、アノード電極として機能する第２の電極８とから成る。上記ｐ型窒化物半導体層３はｐ型クラッド層と呼ばれ、上記ｎ型窒化物半導体層５はｎ型クラッド層と呼ばれることもある。 A light emitting diode having a double heterojunction structure as a semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 has a support substrate 1 made of p-type silicon having conductivity and a p-type (first conductivity type). A buffer layer 2 made of a nitride semiconductor, a p-type nitride semiconductor layer 3 as a first compound semiconductor layer, an active layer 4 made of a nitride semiconductor, and an n-type nitride semiconductor as a second compound semiconductor layer The layer 5 includes an n-type current distribution layer 6 having a multiple heterojunction structure according to the present invention, a first electrode 7 functioning as a cathode electrode, and a second electrode 8 functioning as an anode electrode. The p-type nitride semiconductor layer 3 is sometimes called a p-type cladding layer, and the n-type nitride semiconductor layer 5 is sometimes called an n-type cladding layer.

ｐ型シリコン支持基板１には、ｐ型不純物即ちアクセプタ不純物として機能する例えばＢ（ボロン）等の３族の元素が例えば５×１０¹⁸ｃｍ^-3〜５×０¹⁹ｃｍ^-3程度の濃度でドーピングされている。従って、シリコン支持基板１は０．０００１Ω・ｃｍ〜０．０１Ω・ｃｍ程度の低い抵抗率を有している導電性支持基板であって、第１及び第２の電極７、８間の電流通路として機能する。また、このシリコン支持基板１は、この上の各層２〜６を機械的に支持することができる厚み、例えば３５０〜５００μｍを有する。 In the p-type silicon support substrate 1, a group 3 element such as B (boron) that functions as a p-type impurity, ie, an acceptor impurity, has a concentration of about 5 × 10 ¹⁸ cm ^{−3 to} 5 × 0 ¹⁹ cm ^−3. Doped. Accordingly, the silicon support substrate 1 is a conductive support substrate having a low resistivity of about 0.0001 Ω · cm to 0.01 Ω · cm, and a current path between the first and second electrodes 7 and 8. Function as. Moreover, this silicon | silicone support substrate 1 has the thickness which can support each layer 2-6 on this on mechanically, for example, 350-500 micrometers.

ｐ型シリコン支持基板１の上に配置されたバッファ層２は、ｐ型不純物（アクセプタ不純物）を含む３−５族化合物半導体からなり、好ましくは、化学式Ａｌ_aＩｎ_bＧａ_1-a-bＮ、ここでａ及びｂは０≦ａ＜１、０≦ｂ＜１、を満足する数値、で示される窒化物半導体から成る。即ち、バッファ層２は、好ましくは、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウムアルミニウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウムアルミニウム）、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウム）から選択された材料から成る。この実施例１のバッファ層２は厚さ３０ｎｍのｐ型窒化ガリウムインジウムアルミニウム（ＡｌＩｎＧａＮ）から成る。
バッファ層２は、主としてシリコン支持基板１の結晶の面方位をこの上に形成する窒化物半導体から成る各層３〜６に良好に受け継がせるためのバッファ機能を有する。このバッファ機能を良好に発揮するために、バッファ層２は１０ｎｍ以上の厚さを有していることが望ましい。但し、バッファ層２のクラックを防止するために、バッファ層２の厚みを５００ｎｍ以下にするのが望ましい。
図１の単層構成のバッファ層の代りに、第１の層と第２の層とを複数回繰返してエピタキシャル成長させた多層構造バッファ領域とすることができる。この多層構造バッファ領域の第１の層は
化学式Ａｌ_xＭ_yＧａ_1-x-yＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）
とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ｘ及びｙは、０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１
を満足する数値、
で示される材料から成ることが望ましい。即ち、上記化学式に従う多層構造バッファ領域の第１の層の好ましい材料は、例えばＡｌＮ(窒化アルミニウム)、又はＡｌＧａＮ（窒化ガリウムアルミニウム）、又はＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウムアルミニウム）、又はＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウムボロンアルミニウム）、又はＡｌＩｎＢＧａＮ（窒化ガリウムボロンインジウムアルミニウム）、又はＡｌＩｎＮ（窒化インジウムアルミニウム）、又はＡｌＢＮ（窒化ボロンアルミニウム）、又はＡｌＩｎＢＮ（窒化ボロンインジウムアルミニウム）である。
また、多層構造バッファ領域の第２の層は、
化学式Ａｌ_aＭ_bＧａ_1-a-bＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）
とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、０≦ａ≦１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１、
ａ＜ｘ
を満足する数値、
で示される材料から成ることが望ましい。
また、バッファ層２の上のｐ型窒化物半導体層３が比較的厚い場合にはバッファ層２を省くこともできる。 The buffer layer 2 disposed on the p-type silicon support substrate 1 is made of a Group 3-5 compound semiconductor containing a p-type impurity (acceptor impurity), and preferably has a chemical formula Al _a In _b Ga _1-ab N, And a and b are made of a nitride semiconductor represented by numerical values satisfying 0 ≦ a <1 and 0 ≦ b <1. That is, the buffer layer 2 is preferably made of a material selected from AlInGaN (gallium indium aluminum nitride), GaN (gallium nitride), AlGaN (gallium nitride aluminum), and InGaN (gallium indium nitride). The buffer layer 2 of Example 1 is made of p-type gallium indium aluminum (AlInGaN) having a thickness of 30 nm.
The buffer layer 2 has a buffer function for satisfactorily inheriting the crystal plane orientation of the silicon support substrate 1 mainly to the layers 3 to 6 made of nitride semiconductor formed thereon. In order to exhibit this buffer function well, it is desirable that the buffer layer 2 has a thickness of 10 nm or more. However, in order to prevent the buffer layer 2 from cracking, the thickness of the buffer layer 2 is preferably 500 nm or less.
Instead of the buffer layer having the single-layer structure shown in FIG. 1, a multilayer structure buffer region in which the first layer and the second layer are epitaxially grown a plurality of times can be formed. The first layer of the multilayer structure buffer region has the formula _{_{_{Al x M y Ga 1-xy}}} N
Here, the M is In (indium) and B (boron).
At least one element selected from
X and y are 0 <x ≦ 1,
0 ≦ y <1,
x + y ≦ 1
Satisfying the numerical value,
It is desirable to consist of the material shown by these. That is, a preferable material of the first layer of the multilayer buffer region according to the above chemical formula is, for example, AlN (aluminum nitride), AlGaN (gallium nitride aluminum), AlInGaN (gallium indium aluminum nitride), or AlBGaN (gallium nitride boron aluminum). Or AlInBGaN (gallium nitride boron indium aluminum), AlInN (indium aluminum nitride), AlBN (boron aluminum nitride), or AlInBN (boron indium aluminum nitride).
The second layer of the multilayer buffer region is
Chemical formula Al _a M _b Ga _1-ab N
Here, the M is In (indium) and B (boron).
At least one element selected from
A and b are defined as 0 ≦ a ≦ 1,
0 ≦ b <1,
a + b ≦ 1,
a <x
Satisfying the numerical value,
It is desirable to consist of the material shown by these.
Further, when the p-type nitride semiconductor layer 3 on the buffer layer 2 is relatively thick, the buffer layer 2 can be omitted.

ｐ型窒化物半導体層３は３−５族化合物半導体であって、好ましくは、化学式Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ、ここでｘ及びｙは０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１を満足する数値、で示される材料にｐ型不純物をドーピングしたもので形成される。即ち、ｐ型窒化物半導体層３は、好ましくは、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウムアルミニウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウムアルミニウム）から選択された材料にｐ型不純物をドーピングしたもので形成される。この実施例のｐ型窒化物半導体層３は上記化学式におけるｘ＝０、ｙ＝０に相当するｐ型ＧａＮから成る。このｐ型窒化物半導体層３は活性層４よりも大きなバンドギャップを有し、且つ約２００ｎｍの厚さを有する。 The p-type nitride semiconductor layer 3 is a group 3-5 compound semiconductor, and preferably has the chemical formula Al _x In _y Ga _1-xy N, where x and y satisfy 0 ≦ x <1 and 0 ≦ y <1. It is formed by doping a material indicated by a satisfactory numerical value with a p-type impurity. That is, the p-type nitride semiconductor layer 3 is preferably formed by doping a material selected from AlInGaN (gallium indium aluminum nitride), GaN (gallium nitride), and AlGaN (gallium aluminum nitride) with p-type impurities. The The p-type nitride semiconductor layer 3 of this embodiment is made of p-type GaN corresponding to x = 0 and y = 0 in the above chemical formula. The p-type nitride semiconductor layer 3 has a larger band gap than the active layer 4 and a thickness of about 200 nm.

活性層４は３−５族化合物半導体から成り、好ましくは、化学式Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ、ここでｘ及びｙは０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１を満足する数値、で示される窒化物半導体で形成される。この実施例では活性層４が窒化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＮ）で形成されている。なお、図１では活性層４が１つの層で概略的に示されているが、実際には周知の多重量子井戸構造（multiple quantum well structure）を有している。勿論、活性層４を１つの層で構成することもできる。また、この実施例では活性層４に導電型決定不純物がドーピングされていないが、ｐ型又はｎ型不純物をドーピングすることができる。活性層４はｐ型窒化物半導体層３及びｎ型窒化物半導体層５よりも薄く形成されている。 The active layer 4 is made of a Group 3-5 compound semiconductor, and preferably has the chemical formula Al _x In _y Ga _1-xy N, where x and y are numerical values satisfying 0 ≦ x <1 and 0 ≦ y <1. The nitride semiconductor shown is formed. In this embodiment, the active layer 4 is formed of gallium indium nitride (InGaN). In FIG. 1, the active layer 4 is schematically shown as one layer, but actually has a well-known multiple quantum well structure. Of course, the active layer 4 can also be composed of one layer. In this embodiment, the active layer 4 is not doped with a conductivity determining impurity, but can be doped with a p-type or n-type impurity. The active layer 4 is formed thinner than the p-type nitride semiconductor layer 3 and the n-type nitride semiconductor layer 5.

活性層４の上に配置された第２の化合物半導体層としてのｎ型窒化物半導体層５は３−５族化合物半導体であって、好ましくは、化学式Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ、ここでｘ及びｙは０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１を満足する数値、で示される材料にｎ型不純物をドーピングしたもので形成される。この実施例では、ｎ型窒化物半導体層５がｎ型ＧａＮで形成されている。このｎ型窒化物半導体層５は活性層４よりも大きいバンドギャップを有し、且つ５００ｎｍの厚みを有する。ｎ型窒化物半導体層５の好ましい厚みは２００〜１００００ｎｍであり、且つ後述する電流分散層６の第１及び第２の層９、１０よりも厚いことが望ましい。ｎ型窒化物半導体層５が大きい厚みを有していると、ｎ型窒化物半導体層がクラッド層として良好に機能し、キャリアのオーバーフローを良好に抑制することができる。これにより、活性層４に対するキャリアの閉じ込め効率が向上し、発光効率が向上する。
発光ダイオードの主半導体領域としての機能を有するｐ型窒化物半導体層３、活性層４及びｎ型窒化物半導体層５は、バッファ層２を介してシリコン基板１の上にエピタキシャル成長されているので、その結晶性は比較的良好である。 The n-type nitride semiconductor layer 5 as the second compound semiconductor layer disposed on the active layer 4 is a group 3-5 compound semiconductor, and preferably has the chemical formula Al _x In _y Ga _1-xy N, where Where x and y are numerical values satisfying 0 ≦ x <1 and 0 ≦ y <1, doped with an n-type impurity. In this embodiment, the n-type nitride semiconductor layer 5 is formed of n-type GaN. The n-type nitride semiconductor layer 5 has a larger band gap than the active layer 4 and a thickness of 500 nm. The preferred thickness of the n-type nitride semiconductor layer 5 is 200 to 10,000 nm, and is desirably thicker than the first and second layers 9 and 10 of the current spreading layer 6 described later. When the n-type nitride semiconductor layer 5 has a large thickness, the n-type nitride semiconductor layer functions well as a cladding layer, and carrier overflow can be suppressed well. Thereby, the confinement efficiency of carriers with respect to the active layer 4 is improved, and the light emission efficiency is improved.
Since the p-type nitride semiconductor layer 3, the active layer 4, and the n-type nitride semiconductor layer 5 that function as the main semiconductor region of the light emitting diode are epitaxially grown on the silicon substrate 1 via the buffer layer 2, Its crystallinity is relatively good.

ｎ型窒化物半導体層５の上に配置された本発明に従うｎ型電流分散層６は、電流分散兼コンタクト層、又はコンタクト層、又は窓層と呼ぶこともできるものであり、第１及び第２の層９、１０が複数回繰り返して配置された交互積層体から成る。従って、電流分散層６は多重ヘテロ接合層構造を有し、複数のヘテロ接合を含む。図１では図示を簡略化するために第１及び第２の層９、１０の対が４回繰り返して配置されているのみであるが、実際には４０回繰り返して配置されている。第１及び第２の層９、１０の対の数は好ましくは２０〜６０から選択される。 The n-type current distribution layer 6 according to the present invention disposed on the n-type nitride semiconductor layer 5 can also be called a current distribution / contact layer, or a contact layer, or a window layer. The two layers 9 and 10 are composed of an alternating laminate in which the layers are repeatedly arranged a plurality of times. Therefore, the current spreading layer 6 has a multiple heterojunction layer structure and includes a plurality of heterojunctions. In FIG. 1, in order to simplify the illustration, the pair of the first and second layers 9 and 10 is only repeatedly arranged four times, but is actually arranged 40 times repeatedly. The number of pairs of first and second layers 9, 10 is preferably selected from 20-60.

電流分散層６の第１の層９は３−５族化合物半導体から成り、好ましくはＡｌを含まない又はＡｌを第１の割合で含むｎ型（第２の導電型）の第１の窒化物半導体から成る。第２の層１０は第１の層９と異なる組成を有する３−５族化合物半導体から成り、好ましくはＡｌを前記第１の割合よりも大きい第２の割合で含んでいるｎ型の第２の窒化物半導体から成る。
電流分散層６の第１の層９の好ましい材料は不純物を無視して次の化学式で示される。
Ａｌ_aＭ_bＧａ_1-a-bＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）
とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１、
を満足する数値である。
換言すれば、電流分散層６の第１の層９の好ましい材料は、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウム）、ＢＮ（窒化ボロン）、ＢＧａＮ（窒化ガリウムボロン）、ＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウムボロン）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウムアルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウムアルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロンアルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウムボロンアルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウムボロンアルミニウム）等から選択される。
この実施例の第１の層９は上記化学式のａ及びｂが零のｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム）から成り、エネルギーバンド図において活性層４よりも大きいバンドギャップを有し且つ２５ｎｍの厚さを有する。第１の層９の厚さは好ましくは１５〜５００ｎｍから選択される。第１の層９の厚みが１５ｎｍよりも小さくなると、第１の層９に２次元電子ガスを生じさせる効果を十分に得ることができなくなる。また、第１の層９が５００ｎｍよりも厚くなると、ここでの光吸収が大きくなり、光取り出し効率が低下する。
The first layer 9 of the current spreading layer 6 is made of a Group 3-5 compound semiconductor, and preferably includes an n-type (second conductivity type) first nitride that does not contain Al or contains Al in a first ratio. Made of semiconductor. The second layer 10 is made of a Group 3-5 compound semiconductor having a composition different from that of the first layer 9, and preferably includes an n-type second layer containing Al at a second ratio larger than the first ratio. Made of nitride semiconductor.
A preferable material of the first layer 9 of the current spreading layer 6 is expressed by the following chemical formula while ignoring impurities.
Al _a M _b Ga _1-ab N
Here, the M is In (indium) and B (boron).
At least one element selected from
A and b are defined as 0 ≦ a <1,
0 ≦ b <1,
a + b ≦ 1,
It is a numerical value that satisfies
In other words, preferred materials for the first layer 9 of the current spreading layer 6 are GaN (gallium nitride), InN (indium nitride), InGaN (gallium indium nitride), BN (boron nitride), BGaN (gallium nitride boron). , BInGaN (gallium nitride indium boron), AlInN (indium nitride, aluminum), AlGaN (gallium nitride aluminum), AlInGaN (gallium indium aluminum nitride), AlBN (boron aluminum nitride), AlBGaN (gallium nitride boron aluminum) and AlBInGaN (nitride) Gallium, indium, boron, and the like.
The first layer 9 of this embodiment is made of n-type GaN (gallium nitride) in which a and b in the above chemical formula are zero, has a band gap larger than that of the active layer 4 in the energy band diagram, and has a thickness of 25 nm. Have. The thickness of the first layer 9 is preferably selected from 15 to 500 nm. When the thickness of the first layer 9 is smaller than 15 nm, it is not possible to sufficiently obtain the effect of generating the two-dimensional electron gas in the first layer 9. In addition, when the first layer 9 is thicker than 500 nm, the light absorption here increases and the light extraction efficiency decreases.

電流分散層６の第１の層９の上に配置された第２の層１０の好ましい材料は不純物を無視して次の化学式で示される。
化学式Ａｌ_xＭ_yＧａ_1-x-yＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）
とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ｘ及びｙは、０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１
ａ＜ｘ
を満足する数値である。
換言すれば、電流分散層６の第２の層１０の好ましい材料は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウムアルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウムアルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロンアルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウムボロンアルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウムボロンアルミニウム）等から選択される。但し、この第２の層１０は第１の層９に対してヘテロ接合を形成するために第１の層９と異なる材料で形成される。また、第２の層１０は第１の層９に２次元キャリア層としての２次元電子ガス層を形成できる材料から成る。この実施例の第２の層１０は上記化学式のｘ＝１、ｙ＝０に相当するＡｌＮ（窒化アルミニウム）から成り、活性層４よりも大きいバンドギャップを有し且つ第１の層９よりも薄いと共に量子力学的トンネル効果を得ることができる５ｎｍの厚さを有する。第２の層１０の厚みは、好ましくは０．５〜５ｎｍの値から選択される。第２の層１０の厚みが０．５ｎｍよりも小さくなると、２次元電子ガス層を良好に形成できなくなる。また、第２の層１０の厚みが５ｎｍよりも大きくなると、トンネル効果を得ることができなくなり、第２の層１０の厚み方向の抵抗が大きくなる。
この実施例では、第１及び第２の層９、１０にｎ型不純物が添加されている。しかし、第１及び第２の層９、１０のいずれか一方のみにｎ型不純物を添加すること、又は第１及び第２の層９、１０のいずれにもｎ型不純物を添加しないことができる。 A preferable material of the second layer 10 disposed on the first layer 9 of the current spreading layer 6 is expressed by the following chemical formula while ignoring impurities.
Formula _{_{_{Al x M y Ga 1-xy}}} N
Here, the M is In (indium) and B (boron).
At least one element selected from
X and y are 0 <x ≦ 1,
0 ≦ y <1,
x + y ≦ 1
a <x
It is a numerical value that satisfies
In other words, preferred materials for the second layer 10 of the current spreading layer 6 are AlN (aluminum nitride), AlInN (indium nitride, aluminum), AlGaN (gallium aluminum nitride), AlInGaN (gallium indium aluminum nitride), AlBN ( It is selected from AlBGaN (gallium nitride boron aluminum) and AlBInGaN (gallium indium boron aluminum). However, the second layer 10 is formed of a material different from that of the first layer 9 in order to form a heterojunction with the first layer 9. The second layer 10 is made of a material capable of forming a two-dimensional electron gas layer as a two-dimensional carrier layer on the first layer 9. The second layer 10 of this embodiment is made of AlN (aluminum nitride) corresponding to x = 1 and y = 0 in the above chemical formula, has a band gap larger than that of the active layer 4, and is larger than that of the first layer 9. It is thin and has a thickness of 5 nm capable of obtaining a quantum mechanical tunnel effect. The thickness of the second layer 10 is preferably selected from a value of 0.5 to 5 nm. If the thickness of the second layer 10 is smaller than 0.5 nm, the two-dimensional electron gas layer cannot be formed satisfactorily. If the thickness of the second layer 10 is greater than 5 nm, the tunnel effect cannot be obtained, and the resistance in the thickness direction of the second layer 10 increases.
In this embodiment, n-type impurities are added to the first and second layers 9 and 10. However, an n-type impurity can be added to only one of the first and second layers 9 and 10, or no n-type impurity can be added to any of the first and second layers 9 and 10. .

２次元電子ガスを発生することができる第１及び第２の層９、１０の複数の交互積層体から成る電流分散層６は、活性層４で発生した光の透過性に優れた特性を有する。また、電流分散層６の厚み方向の抵抗及び電流分散層６の上面に平行な方向即ち横方向の抵抗が極めて小さい。電流分散層６の横方向の抵抗の低減効果は、第１及び第２の層９、１０のヘテロ接合界面に隣接している第１層９の一方の主面近傍に生じる２次元電子ガス層（図示せず）によって得られる。 The current distribution layer 6 composed of a plurality of alternating layers of the first and second layers 9 and 10 capable of generating a two-dimensional electron gas has excellent characteristics in transmitting light generated in the active layer 4. . Further, the resistance in the thickness direction of the current spreading layer 6 and the resistance in the direction parallel to the upper surface of the current spreading layer 6, that is, the lateral direction are extremely small. The effect of reducing the lateral resistance of the current spreading layer 6 is that a two-dimensional electron gas layer generated near one main surface of the first layer 9 adjacent to the heterojunction interface between the first and second layers 9 and 10. (Not shown).

カソード電極として機能する第１の電極７は、ｎクラッド層としてのｎ型窒化物半導体層５よりもｎ型不純物濃度が高い電流分散層６の第２の層１０の表面のほぼ中央の一部分のみに配置され、電流分散層６に直接にオーミック接触している。この第１の電極７は、図示されていないワイヤ等の外部接続部材を接続するためのパッド電極としての機能を有する。第１の電極７は電流分散層６の表面の中央一部のみに接続されているが、電流分散層６の電流分散作用によって活性層４の外周側部分にも電流を流すことができる。即ち、活性層４における第１の電極７に対向してない領域にも電流を流すことができる。
前記特許文献２に示されているアノード電極と同様に電流分散層６の表面の外周側部分に付加的に細条電極を配置し、これを第１の電極７に電気的に接続することも可能である。この場合、電流分散層６の表面の面積に対する細条電極の表面の割合を前記特許文献２よりも小さくすることができる。また、第１の電極７に付加的に光透過性電極を電流分散層６の表面に設けることもできる。また、第１の電極７と電流分散層６との間にオーミック性を更に向上させるためのｎ型窒化物半導体から成るコンタクト層を設けることができる。 The first electrode 7 functioning as a cathode electrode has only a part at the center of the surface of the second layer 10 of the current spreading layer 6 having an n-type impurity concentration higher than that of the n-type nitride semiconductor layer 5 as the n-clad layer. And is in ohmic contact with the current spreading layer 6 directly. The first electrode 7 has a function as a pad electrode for connecting an external connection member such as a wire (not shown). Although the first electrode 7 is connected to only a part of the center of the surface of the current spreading layer 6, a current can also flow through the outer peripheral portion of the active layer 4 by the current spreading action of the current spreading layer 6. That is, a current can be passed through a region of the active layer 4 that is not opposed to the first electrode 7.
Similarly to the anode electrode disclosed in Patent Document 2, a strip electrode may be additionally disposed on the outer peripheral portion of the surface of the current spreading layer 6, and this may be electrically connected to the first electrode 7. Is possible. In this case, the ratio of the surface of the strip electrode to the area of the surface of the current spreading layer 6 can be made smaller than that in Patent Document 2. In addition, a light transmissive electrode can be additionally provided on the surface of the current dispersion layer 6 in addition to the first electrode 7. In addition, a contact layer made of an n-type nitride semiconductor for further improving ohmic properties can be provided between the first electrode 7 and the current spreading layer 6.

アノード電極として機能する第２の電極８は、ｐ型シリコン支持基板１の下面にオーミック接触している。なお、第２の電極８をｐ型窒化物半導体層３又はｐ型バッファ層２に直接に接続することもできる。 The second electrode 8 functioning as an anode electrode is in ohmic contact with the lower surface of the p-type silicon support substrate 1. Note that the second electrode 8 may be directly connected to the p-type nitride semiconductor layer 3 or the p-type buffer layer 2.

この実施例１の発光ダイオードを第１の方法に従って製造する時には、シリコン支持基板１を用意し、このシリコン支持基板１の上にｐ型バッファ層２、ｐ型窒化物半導体層３、活性層４、及びｎ型窒化物半導体層５を周知のＯＭＶＰＥ（Organometallic Vapor Phase Epitaxy）即ち有機金属気相成長法によって順次に形成する。続いて、ＯＭＶＰＥ反応室に所定の割合でトリメチルガリウムガス（以下、ＴＭＧと言う。）とアンモニアガスとシランガス（ＳｉＨ₄）とを導入することによってＧａＮから成る第１の層９を形成する。第１の層９の形成に引き続いてＯＭＶＰＥ反応室にトリメチルアルミニウムガス（以下、ＴＭＡと言う。）とアンモニアガスとシランガスとを導入することによってＡｌＮから成る第２の層１０を形成する。ＯＭＶＰＥ反応室に供給するガスの種類を切り換えることによって第１及び第２の層９、１０を複数回繰り返して所望の電流分散層６を得る。 When manufacturing the light-emitting diode of Example 1 according to the first method, a silicon support substrate 1 is prepared, and a p-type buffer layer 2, a p-type nitride semiconductor layer 3, and an active layer 4 are formed on the silicon support substrate 1. The n-type nitride semiconductor layer 5 is sequentially formed by a well-known OMVPE (Organometallic Vapor Phase Epitaxy), that is, metal organic vapor phase epitaxy. Subsequently, a first layer 9 made of GaN is formed by introducing trimethylgallium gas (hereinafter referred to as TMG), ammonia gas, and silane gas (SiH ₄ ) into the OMVPE reaction chamber at a predetermined ratio. Subsequent to the formation of the first layer 9, a second layer 10 made of AlN is formed by introducing trimethylaluminum gas (hereinafter referred to as TMA), ammonia gas, and silane gas into the OMVPE reaction chamber. By switching the type of gas supplied to the OMVPE reaction chamber, the first and second layers 9 and 10 are repeated a plurality of times to obtain the desired current distribution layer 6.

最後に、第１の電極７及び第２の電極８を形成して発光ダイオードを完成させる。 Finally, the first electrode 7 and the second electrode 8 are formed to complete the light emitting diode.

本実施例は次の効果を有する。
（１）ｎ型の電流分散層６が第１及び第２の層９、１０の複数の交互積層体であり、複数のヘテロ接合を含む。複数のヘテロ接合のそれぞれに界面に隣接して２次元キャリア層として２次元電子ガス層が生じる。このため、電流分散層６の横方向の抵抗が小さくなり、活性層４の第１の電極７に対向していない外周側領域に流れる電流が増大する。この結果、図３に示すように第１の電極７の外側の第１及び第２の位置Ｐ₁、Ｐ₂間と第３及び第４の位置Ｐ₃、Ｐ₄間とにおいてほぼ均一な光出力を得ることができる。これにより、前記特許文献２に記載されている細条電極を省くこと、又は細条電極の表面積を低減することができ、細条電極による光取り出しの妨害を無くすこと、又は低減することができ、光取り出し効率が向上する。また、従来の光透過性電極を有する発光ダイオードに比較して、本実施例の発光ダイオードは従来の光透過性電極における光吸収分だけ光取り出し効率を高くすることができる。
（２）２次元電子ガス効果を有する電流分散層６を、従来の単一層の構造の電流分散層よりも薄くしても、従来の単一層構造の電流分散層と同等の電流分散効果即ち電流を横方向に広げる効果を得ることができる。従って、電流分散層６における光吸収及び電圧降下を従来の電流分散層よりも小さくすることができる。
（３）電流分散層６はｎ型窒化物半導体層５よりも不純物濃度が大きいので、コンタクト層としての機能も有し、ここに第１の電極７を直接にオーミック接触させることができる。この電流分散層６はキャリアを多く含むので、第１の電極７の電流分散層６に対する接触抵抗を低減させることができる。
（４）電流分散層６は、ｐ型バッファ層２、ｐ型窒化物半導体層３、活性層４、及びｎ型窒化半導体層５の形成に引き続いて気相成長で形成されるので、製造工程がさほど複雑にならず、発光ダイオードの製造コストの上昇を抑えることができる。 This embodiment has the following effects.
(1) The n-type current spreading layer 6 is a plurality of alternately stacked bodies of the first and second layers 9 and 10 and includes a plurality of heterojunctions. A two-dimensional electron gas layer is formed as a two-dimensional carrier layer adjacent to the interface in each of the plurality of heterojunctions. For this reason, the resistance in the lateral direction of the current dispersion layer 6 is reduced, and the current flowing in the outer peripheral region of the active layer 4 not facing the first electrode 7 is increased. As a result, as shown in FIG. 3, substantially uniform light is emitted between the first and second positions P ₁ and P ₂ outside the first electrode 7 and between the third and fourth positions P ₃ and P _4. Output can be obtained. Thereby, the strip electrode described in Patent Document 2 can be omitted, or the surface area of the strip electrode can be reduced, and the obstruction of light extraction by the strip electrode can be eliminated or reduced. The light extraction efficiency is improved. Further, as compared with the light emitting diode having the conventional light transmissive electrode, the light emitting diode of this embodiment can increase the light extraction efficiency by the amount of light absorption in the conventional light transmissive electrode.
(2) Even if the current distribution layer 6 having the two-dimensional electron gas effect is made thinner than the current distribution layer having the conventional single layer structure, the current distribution effect, that is, the current equivalent to the current distribution layer having the conventional single layer structure is obtained. The effect of spreading the horizontal direction can be obtained. Accordingly, light absorption and voltage drop in the current spreading layer 6 can be made smaller than those of the conventional current spreading layer.
(3) Since the current distribution layer 6 has a higher impurity concentration than the n-type nitride semiconductor layer 5, it also has a function as a contact layer, and the first electrode 7 can be directly brought into ohmic contact therewith. Since the current spreading layer 6 contains a lot of carriers, the contact resistance of the first electrode 7 with respect to the current spreading layer 6 can be reduced.
(4) Since the current spreading layer 6 is formed by vapor phase epitaxy subsequent to the formation of the p-type buffer layer 2, the p-type nitride semiconductor layer 3, the active layer 4, and the n-type nitride semiconductor layer 5, the manufacturing process However, the manufacturing cost of the light emitting diode can be suppressed.

次に、図４に示す実施例２を説明する。但し、図４及び後述する図５〜図８において図１及び図２と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。 Next, Example 2 shown in FIG. 4 will be described. However, in FIG. 4 and FIGS. 5 to 8 described later, substantially the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図４の発光ダイオードは、図１のｎ型窒化物半導体層５を省き、この他は図１と同一に構成したものに相当する。即ち、この図４では電流分散層６′の第１の層９と同一構成を有するｎ型窒化物半導体層９′が設けられている。このｎ型窒化物半導体層９′は第２の層１０に接しているので２次元電子ガス効果を得るための層としての機能を有すると共に、活性層４にも接しているので、図１のｎ型窒化物半導体層５と同様にｎクラッド層としての機能も有する。図４の電流分散層６′は図１の電流分散層６の最も下の第１の層９を省き、この他は図１と同一に構成したものである。従って、図４の電流分散層６′の最下層は第２の層１０である。
図４の実施例２の発光ダイオードも２次元電子ガス効果を有する電流分散層６′を有するので、実施例１と同一の効果を有する。 The light emitting diode of FIG. 4 corresponds to the same configuration as that of FIG. 1 except that the n-type nitride semiconductor layer 5 of FIG. 1 is omitted. That is, in FIG. 4, an n-type nitride semiconductor layer 9 ′ having the same configuration as that of the first layer 9 of the current spreading layer 6 ′ is provided. Since this n-type nitride semiconductor layer 9 'is in contact with the second layer 10, it has a function as a layer for obtaining the two-dimensional electron gas effect, and is also in contact with the active layer 4. Similar to the n-type nitride semiconductor layer 5, it also functions as an n-clad layer. The current spreading layer 6 'shown in FIG. 4 has the same configuration as that shown in FIG. 1, except that the lowermost first layer 9 of the current spreading layer 6 shown in FIG. Therefore, the lowest layer of the current spreading layer 6 ′ in FIG. 4 is the second layer 10.
The light-emitting diode of Example 2 in FIG. 4 also has the same effect as Example 1 because it has the current distribution layer 6 ′ having the two-dimensional electron gas effect.

図５に示す実施例３の発光ダイオードは、図１の実施例１の発光ダイオードに電流ブロック層１１を追加し、更に変形された第１の電極７′を設け、この他は図１と同一に構成したものである。 The light emitting diode of Example 3 shown in FIG. 5 is the same as FIG. 1 except that a current blocking layer 11 is added to the light emitting diode of Example 1 of FIG. 1 and a modified first electrode 7 'is provided. It is configured.

電流ブロック層１１は絶縁体又は電流分散層６と逆の導電型半導体から成り、図１の第１の電極７に相当する位置に配置されている。図５の第１の電極７′は、電流ブロック層１１の上に配置された電極パッド部分７ａとここに電気的に接続された細条部分７ｂとから成る。細条部分７ｂは電流拡散層６の表面上に環状又は格子状に配置され、電流拡散層６にオーミック接触している。 The current blocking layer 11 is made of a conductive semiconductor opposite to the insulator or the current spreading layer 6 and is disposed at a position corresponding to the first electrode 7 in FIG. The first electrode 7 'shown in FIG. 5 includes an electrode pad portion 7a disposed on the current blocking layer 11 and a strip portion 7b electrically connected thereto. The strip portions 7 b are arranged in a ring shape or a lattice shape on the surface of the current spreading layer 6, and are in ohmic contact with the current spreading layer 6.

本実施例の発光ダイオードは電流分散層６を有するので、活性層４の外周側領域にも良好に電流が流れるが、細条部分７ｂを電流ブロック層１１の外側に配置すると、活性層４の外周側領域に更に電流が流れ易くなる。本実施例では細条部分７ｂのみによって電流を外周側部分に流すことが不要であるので、細条部分７ｂの電流分散層６の表面積に対する割合を小さくしても、外周側領域に所望の電流を流すことができる。従って、前記特許文献１の構造に比べて光取り出し効率が高くなる。なお、図５の細条部分７ｂと電流分散層６との間にオーミック性を改善するためのｎ型窒化物半導体から成るコンタクト層を配置することができる。なお、電流ブロック層１１に相当するものをｐ型半導体領域２、３側に形成しても良い。この場合、電極７の直下に電流ブロック層１１を形成する場合よりも、電流分散層６での電流分散の影響を受けにくく、ブロック効果が強く発揮できることが期待される。また、電流ブロック層１１は隣接する半導体層と反対導電型の半導体層で形成することもできる。 Since the light emitting diode of the present embodiment has the current distribution layer 6, the current flows well in the outer peripheral side region of the active layer 4. However, when the strip portion 7 b is disposed outside the current blocking layer 11, It becomes easier for the current to flow in the outer peripheral region. In the present embodiment, since it is not necessary to pass a current to the outer peripheral portion only by the strip portion 7b, a desired current is applied to the outer peripheral region even if the ratio of the strip portion 7b to the surface area of the current spreading layer 6 is reduced. Can flow. Therefore, the light extraction efficiency is higher than that of the structure of Patent Document 1. A contact layer made of an n-type nitride semiconductor for improving the ohmic property can be disposed between the strip portion 7b and the current spreading layer 6 in FIG. Note that a layer corresponding to the current blocking layer 11 may be formed on the p-type semiconductor regions 2 and 3 side. In this case, compared with the case where the current blocking layer 11 is formed immediately below the electrode 7, it is expected that the blocking effect can be exerted strongly because it is less affected by the current spreading in the current spreading layer 6. The current blocking layer 11 can also be formed of a semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the adjacent semiconductor layer.

本発明に従う発光ダイオードを第２の方法で製造するときには、図６及び図７に示す実施例４に従う工程によって製造する。
まず、図６に示す例えばシリコンから成る成長用基板２０を用意する。次に、この成長用基板２０の上に電流分散層６、第１導電型の第１の化合物半導体層としてのｎ型窒化物半導体層５、活性層４、第２導電型の化合物半導体層としてのｐ型窒化物半導体層３及びバッファ層２を順次に周知のＯＭＶＰＥ法で形成する。図６の電流分散層６は第１及び第２の層１０，９の複数の交互積層体からなる。
図６の各層の配列順は図１の各層の配列順と反対である。従って、図６の第１の化合物半導体層としてのｎ型窒化物半導体層５は図１の第２の化合物半導体層としてのｎ型窒化物半導体層５と同一の機能を有し、図６の第２の化合物半導体層としてのｐ型窒化物半導体層３は図１の第１の化合物半導体層としてのｐ型窒化物半導体層３と同一の機能を有し、図６の電流分散層６の第１の層１０は図１の電流分散層６の第２の層１０と同一の機能を有し、図６の電流分散層６の第２の層９は図１の電流分散層６の第１の層９と同一の機能を有する。
図６の第１及び第２の層１０、９から成る多層構造の電流分散層６はこの上の層５、４、３、２のエピタキシャル成長のためのバッファ領域として機能し、上の層５、４、３、２の結晶性及び平坦性を向上させることができる。 When the light-emitting diode according to the present invention is manufactured by the second method, it is manufactured by the process according to Example 4 shown in FIGS.
First, a growth substrate 20 made of, for example, silicon shown in FIG. 6 is prepared. Next, on the growth substrate 20, the current spreading layer 6, the n-type nitride semiconductor layer 5 as the first conductive type first compound semiconductor layer, the active layer 4, and the second conductive type compound semiconductor layer The p-type nitride semiconductor layer 3 and the buffer layer 2 are sequentially formed by a known OMVPE method. The current spreading layer 6 in FIG. 6 is composed of a plurality of alternately laminated bodies of the first and second layers 10 and 9.
The arrangement order of the layers in FIG. 6 is opposite to the arrangement order of the layers in FIG. Therefore, the n-type nitride semiconductor layer 5 as the first compound semiconductor layer in FIG. 6 has the same function as the n-type nitride semiconductor layer 5 as the second compound semiconductor layer in FIG. The p-type nitride semiconductor layer 3 as the second compound semiconductor layer has the same function as the p-type nitride semiconductor layer 3 as the first compound semiconductor layer in FIG. The first layer 10 has the same function as the second layer 10 of the current spreading layer 6 of FIG. 1, and the second layer 9 of the current spreading layer 6 of FIG. 6 is the second layer 9 of the current spreading layer 6 of FIG. 1 layer 9 has the same function.
The multilayer current spreading layer 6 consisting of the first and second layers 10, 9 of FIG. 6 functions as a buffer region for epitaxial growth of the upper layers 5, 4, 3, 2. The crystallinity and flatness of 4, 3, and 2 can be improved.

次に、ｐ型バッファ層２の一方の主面にＡｕ等の金属層をスパッタリング等で形成する。このｐ型バッファ層２の一方の主面の金属層は後述の貼り合せ工程において必要になる貼り合せ可能な導電体層である。
次に、図７に示すｐ型シリコン支持基板１を用意し、このシリコン支持基板１の一方の主面にＡｕ等の金属層を形成する。このシリコン支持基板１の一方の主面の金属層は後述の貼り合せ工程において必要になる貼り合せ可能な導電体層である。
次に、ｐ型バッファ層２の金属層とシリコン支持基板１の金属層とを熱圧着等で貼り合せる。これにより、図７に示すようにｐ型バッファ層２とｐ型シリコン基板１とが金属層２１を介して貼り合せたものが得られる。
この実施例４では、ｐ型バッファ層２とｐ型シリコン支持基板１と両方に金属層を設けたが、この代わりにｐ型バッファ層２とｐ型シリコン支持基板１とのいずれか一方のみに金属層を設け、この金属層を介してｐ型バッファ層２とｐ型シリコン支持基板１とを貼り合せることもできる。また、ｐ型バッファ層２の金属層とシリコン支持基板１の金属層とを合金層等の別の導電体層とすることもできる。
次に、図７のＢ−Ｂ線の上の成長用基板２０を除去する。この実施例４では、ｐ型バッファ層２とｐ型シリコン支持基板１と貼り合せた後に成長用基板２０を除去しているが、この代わりにｐ型バッファ層２とｐ型シリコン支持基板１との貼り合せ前に成長用基板２０を除去することもできる。
しかる後、図１の第１の電極７に相当するものを電流分散層６の表面上に形成し、シリコン支持基板１に第２の電極８に相当するものを接続して図１と実質的に同一の発光ダイオードを得る。 Next, a metal layer such as Au is formed on one main surface of the p-type buffer layer 2 by sputtering or the like. The metal layer on one main surface of the p-type buffer layer 2 is a conductor layer that can be bonded, which is required in a bonding process described later.
Next, a p-type silicon support substrate 1 shown in FIG. 7 is prepared, and a metal layer such as Au is formed on one main surface of the silicon support substrate 1. The metal layer on one main surface of the silicon support substrate 1 is a conductor layer that can be bonded, which is required in a bonding process described later.
Next, the metal layer of the p-type buffer layer 2 and the metal layer of the silicon support substrate 1 are bonded together by thermocompression bonding or the like. As a result, the p-type buffer layer 2 and the p-type silicon substrate 1 bonded together via the metal layer 21 as shown in FIG.
In the fourth embodiment, the metal layer is provided on both the p-type buffer layer 2 and the p-type silicon support substrate 1. Instead, only one of the p-type buffer layer 2 and the p-type silicon support substrate 1 is provided. A metal layer may be provided, and the p-type buffer layer 2 and the p-type silicon support substrate 1 may be bonded via the metal layer. Further, the metal layer of the p-type buffer layer 2 and the metal layer of the silicon support substrate 1 can be replaced with another conductor layer such as an alloy layer.
Next, the growth substrate 20 on the BB line in FIG. 7 is removed. In Example 4, the growth substrate 20 is removed after the p-type buffer layer 2 and the p-type silicon support substrate 1 are bonded together. Instead, the p-type buffer layer 2 and the p-type silicon support substrate 1 It is also possible to remove the growth substrate 20 before bonding.
Thereafter, a portion corresponding to the first electrode 7 in FIG. 1 is formed on the surface of the current spreading layer 6, and a portion corresponding to the second electrode 8 is connected to the silicon support substrate 1, which is substantially the same as FIG. The same light emitting diode is obtained.

この実施例４の方法で形成された発光ダイオードは図１の実施例１と同一の効果を有する。また、この実施例４によれば多層構造の電流分散層６がエピタキシャル成長のバッファとして機能しているので、ｐ型及びｎ型窒化物半導体層３、５及び活性層４の結晶性及び平坦性を改善できる。
なお、図７のｐ型シリコン支持基板１の代わりにｎ型シリコン支持基板や金属板を使用することも勿論可能である。 The light emitting diode formed by the method of Example 4 has the same effect as Example 1 of FIG. Further, according to the fourth embodiment, since the current spreading layer 6 having a multilayer structure functions as a buffer for epitaxial growth, the crystallinity and flatness of the p-type and n-type nitride semiconductor layers 3 and 5 and the active layer 4 are improved. Can improve.
Of course, it is possible to use an n-type silicon support substrate or a metal plate instead of the p-type silicon support substrate 1 of FIG.

図８に示す実施例５の発光ダイオードは、第２の電極８の接続位置をｐ型バッファ層２に変え、この他は図１と同一に形成したものである。図８では支持基板１及びｐ型バッファ層２が、これ等の上の層３〜６よりも外周側に突出し、第２の電極８がｐ型バッファ層２の上に形成されている。 The light emitting diode of Example 5 shown in FIG. 8 is the same as that of FIG. 1 except that the connection position of the second electrode 8 is changed to the p-type buffer layer 2. In FIG. 8, the support substrate 1 and the p-type buffer layer 2 protrude outward from the upper layers 3 to 6, and the second electrode 8 is formed on the p-type buffer layer 2.

図８の実施例５の発光ダイオードも多層構造の電流分散層６を有しているので、図１の実施例１と同一の効果を有する。また、第２の電極８がバッファ層２の外周側に環状に配置されているので、活性層４の外周側領域の電流を増やし、発光効率を高めることができる。なお、図８の実施例５では、支持基板１に電流を流さなくて良いため、支持基板１をサファイャ等の絶縁性基板に置き換えることができる。 The light emitting diode of Example 5 in FIG. 8 also has the same effect as that of Example 1 in FIG. Further, since the second electrode 8 is annularly arranged on the outer peripheral side of the buffer layer 2, the current in the outer peripheral side region of the active layer 4 can be increased and the light emission efficiency can be increased. In Example 5 of FIG. 8, since it is not necessary to pass a current through the support substrate 1, the support substrate 1 can be replaced with an insulating substrate such as sapphire.

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）ｐ型窒化物半導体層３とｎ型窒化物半導体層５とのいずれか一方又は両方を互いに材料の異なる窒化物半導体層の多層構造にすることができる。
（２）ｐ型バッファ層２を互いに材料の異なる窒化物半導体層の多層構造にすることができる。
（３）電流分散層６に２次元電子ガスの効果を高めるための第３の層を付加することができる。
（４）ｐ型バッファ層２、ｐ型窒化物半導体層３、活性層４、及びｎ型窒化半導体層５、及び電流分散層６を、窒素以外の５族の元素例えばP（リン）と３族の元素との化合物半導体で形成することができる。
（５）実施例１〜５において、各層の導電型を反対の導電型にすることができる。電流分散層６がｐ型の場合は、ヘテロ接合に基づいて２次元ホールガスが生じる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
(1) Either or both of the p-type nitride semiconductor layer 3 and the n-type nitride semiconductor layer 5 can have a multilayer structure of nitride semiconductor layers made of different materials.
(2) The p-type buffer layer 2 can have a multilayer structure of nitride semiconductor layers made of different materials.
(3) A third layer for enhancing the effect of the two-dimensional electron gas can be added to the current spreading layer 6.
(4) The p-type buffer layer 2, the p-type nitride semiconductor layer 3, the active layer 4, the n-type nitride semiconductor layer 5, and the current spreading layer 6 are divided into Group 5 elements other than nitrogen, such as P (phosphorus) and 3 It can be formed of a compound semiconductor with a group element.
(5) In Examples 1 to 5, the conductivity type of each layer can be changed to the opposite conductivity type. When the current spreading layer 6 is p-type, two-dimensional hole gas is generated based on the heterojunction.

本発明は、光出力の大きい発光ダイオード等の半導体発光素子に利用可能である。 The present invention is applicable to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode having a large light output.

本発明の実施例１に従う発光ダイオードを示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows the light emitting diode according to Example 1 of this invention. 図１の発光ダイオードの平面図である。It is a top view of the light emitting diode of FIG. 図２の発光ダイオードのＡ−Ａ線における光出力を相対的に示す図である。It is a figure which shows relatively the light output in the AA of the light emitting diode of FIG. 本発明の実施例２に従う発光ダイオードの断面図である。It is sectional drawing of the light emitting diode according to Example 2 of this invention. 本発明の実施例３に従う発光ダイオードの断面図である。It is sectional drawing of the light emitting diode according to Example 3 of this invention. 本発明の実施例４の発光ダイオードの第１の製造工程の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the 1st manufacturing process of the light emitting diode of Example 4 of this invention. 実施例４の発光ダイオードの第２の製造工程の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the 2nd manufacturing process of the light emitting diode of Example 4. FIG. 本発明の第５の実施例に従う発光ダイオードを示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a light emitting diode according to a fifth embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

１シリコン基板
２ｐ型バッファ層
３ｐ型窒化物半導体層
４活性層
５ｎ型窒化物半導体層
６ｎ型電流分散層
７第１の電極
８第２の電極
９第１の層
１０第２の層 1 silicon substrate 2 p-type buffer layer 3 p-type nitride semiconductor layer 4 active layer 5 n-type nitride semiconductor layer 6 n-type current spreading layer 7 first electrode 8 second electrode 9 first layer 10 second layer

Claims

A first conductivity type compound semiconductor layer having a first conductivity type;
An active layer made of a compound semiconductor disposed on the first conductive compound semiconductor layer;
A second conductivity type compound semiconductor layer disposed on the active layer and having light transmission and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
A first layer made of a compound semiconductor and a second layer made of a compound semiconductor different from the first layer are alternately arranged on the second conductivity type compound semiconductor layer and having light transmittance. A current spreading layer composed of a laminate that is arranged repeatedly a plurality of times,
A pad that is electrically connected to only a part of the exposed surface of the current distribution layer and connects an external connection member so as to allow light emitted from the active layer to be extracted from the surface side of the current distribution layer A first electrode having an electrode function;
A second electrode electrically connected to the first conductivity type compound semiconductor layer,
The first layer is made of a second conductivity type nitride semiconductor having a larger band gap than the active layer and not containing Al or containing a first ratio .
The second layer is a material capable of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first layer, has a larger band gap than the active layer, and contains Al in a proportion higher than the first ratio. A second conductive type nitride semiconductor comprising a large second proportion ,
The first layer includes a second conductivity type determining impurity and has a thickness of 15 nm to 500 nm;
The second layer has a thickness of 0.5 nm to 5 nm so that a quantum mechanical tunnel effect can be obtained.

2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first conductivity type is p-type, and the second conductivity type is n-type.

2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a conductive support substrate for supporting the first conductive type compound semiconductor layer, wherein the second electrode is connected to the conductive support substrate. element.