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JPH0832112A - ３族窒化物半導体発光素子 - Google Patents

３族窒化物半導体発光素子

Info

Publication number
JPH0832112A
JPH0832112A JP19105894A JP19105894A JPH0832112A JP H0832112 A JPH0832112 A JP H0832112A JP 19105894 A JP19105894 A JP 19105894A JP 19105894 A JP19105894 A JP 19105894A JP H0832112 A JPH0832112 A JP H0832112A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light emitting
electrode
concentration
doped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP19105894A
Other languages
English (en)
Inventor
Michinari Sasa
道成 佐々
Masayoshi Koike
正好 小池
Naoki Shibata
直樹 柴田
Masami Yamada
正巳 山田
Masato Tamaki
真人 田牧
Takahide Koshio
高英 小塩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Gosei Co Ltd filed Critical Toyoda Gosei Co Ltd
Priority to JP19105894A priority Critical patent/JPH0832112A/ja
Priority to US08/504,340 priority patent/US5652438A/en
Publication of JPH0832112A publication Critical patent/JPH0832112A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】発光強度の向上 【構成】サファイア基板１上に500 ÅのAlN のバッファ
層２が形成され、その上に順に、膜厚約2.0 μｍ、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN の高キャリア濃
度ｎ+ 層３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N の高キャリア
濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛及びシリコンドー
プの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N のｎ層（発光層）５、膜厚
約1.0μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムド
ープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N のｐ層６が形成。ｐ層６
の面上隅には短冊形状の微小面積で、ｐ層６と高キャリ
ア濃度ｎ+ 層４とに、それぞれ、接続するニッケルで形
成された第１電極７と第２電極８とが形成され、それら
は、溝９により電気的に絶縁分離されている。それらの
電極にはリード線がウエッジボンディングで接合。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は３族窒化物半導体を用い
た発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてAlGaIn
N 系の化合物半導体を用いたものが知られている。その
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、光の３原色の１つである青色を発光色とするこ
と等から注目されている。
【０００３】最近、AlGaInN 系半導体においても、Mgを
ドープして電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化で
きることが明らかになった。この結果、従来のｎ層と半
絶縁層（ｉ層）とを接合させたMIS 型に換えて、AlGaN
のｐ層と、ZnドープのInGaNの発光層と、AlGaN のｎ層
とを用いたダブルヘテロｐｎ接合を有する発光ダイオー
ドが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の発光ダイオード
の一例として、サファイア基板上に、AlN バッファ層、
Siドープ層、Si,Zn ドープ層、Mgドープ層を順次形成し
たものがある。そして、ｐ層を形成する場合には最上層
の側から電子線を照射したり、窒素ガス雰囲気中で熱処
理することで、Mgドープ層をｐ型化している。
【０００５】その構造の発光ダイオードにおいて、図９
に平面図を示すように、最上層のｐ層３６にｐ層３６に
対する電極３７と、ｐ層３６、発光層に穴を形成して、
ｎ層に対する電極３８をｐ層３６の面に形成している。
そして、それらの電極３７，３８に対してボールボンデ
ィングによるワイヤボンディングによりAu線３１，３２
をリードピンに接続している。
【０００６】しかし、ボールボンディングでは電極の面
積を大きくする必要があり、このため、光取り出しにお
いて、これらの電極が影となり、発光輝度が大きくとれ
ないという問題がある。よって、本発明は、発光ダイオ
ードの発光効率を向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=
0,Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層
と、ｐ伝導型を示すｐ層と、その間に介在する発光層が
ホモ接合、シングルヘテロ接合、又は、ダブルヘテロ接
合で形成された３層構造を有する発光素子において、ｐ
層に対する第１電極と、ｎ層に対する第２電極を、ｐ層
の面上の隅に微小面積で形成し、その第１電極と第２電
極に対してウエッジボンディングによりリード線を接続
したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用及び効果】上記のように、ｐ層に対する第
１電極、ｎ層に対する第２電極とをｐ層の面上の隅に微
小面積で形成し、その第１電極と第２電極に対してウエ
ッジボンディングでリード線を形成した。この結果、取
り出された光の影となる第１電極と第２電極との面積を
極力狭くすることが可能となるため、発光素子の発光強
度を向上させることができる。
【０００９】
【実施例】図１において、発光ダイオード１０は、サフ
ァイア基板１を有しており、そのサファイア基板１上に
500 ÅのAlN のバッファ層２が形成されている。そのバ
ッファ層２の上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度
2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャリア
濃度ｎ+ 層３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3
のシリコンドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高
キャリア濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、カドミウム(C
d)及びシリコンドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成
るｉ層（発光層）５、膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度2 ×
1017/cm3のマグネシウムドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2
N から成るｐ層６が形成されている。そして、ｐ層６に
接続するニッケルで形成された第１電極７と高キャリア
濃度ｎ+ 層４に接続するニッケルで形成された第２電極
８が形成されている。第１電極７と第２電極８とは、溝
９により電気的に絶縁分離されている。
【００１０】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。上記発光ダイオード１０は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2又はＮ2 とトリメチルガリウム(Ga
(CH3)3)（以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す) とトリメチルイ
ンジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す) と、ダイメ
チルカドミニウム(Cd(CH3)2)（以下「DMCd」と記す) と
シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg
(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す）である。
【００１１】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とする単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００１２】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、膜厚約2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３
を形成した。
【００１３】以下、カドミウム(Cd)とシリコン(Si)を発
光中心として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の
発光層５（アクティブ層）及びクラッド層４、６の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層３を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を
0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及
び、シランを導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度1 ×1018/c
m3のシリコンドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成
る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
【００１４】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×
10-4モル／分、及び、DMCdを2 ×10-7モル／分とシラン
を10×10-9モル／分導入し、膜厚約0.5 μｍのカドミウ
ム(Cd)とシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06
N から成る発光層５を形成した。発光層５は高抵抗層で
ある。この発光層５におけるカドミウム(Cd)の濃度は、
5 ×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は、1 ×1018
/cm3である。
【００１５】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×
10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入
し、膜厚約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al
0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るｐ層６を形成した。ｐ
層６のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この
状態では、ｐ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁
体である。
【００１６】次に、反射電子線回折装置を用いて、ｐ層
６に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加
速電圧10KV、資料電流1 μＡ、ビームの移動速度0.2mm/
sec、ビーム径60μｍφ、真空度5.0 ×10-5Torrであ
る。この電子線の照射により、ｐ層６は、ホール濃度 2
×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
このようにして、図２に示すような多層構造のウエハが
得られた。
【００１７】以下に述べられる図３から図７は、ウエハ
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
【００１８】図３に示すように、ｐ層６の上に、スパッ
タリングによりSiO2層１１を2000Åの厚さに形成した。
次に、そのSiO2層１１上にフォトレジスト１２を塗布し
た。そして、フォトリソグラフにより、ｐ層６上におい
て、高キャリア濃度ｎ+ 層４に至るように形成される孔
１５に対応する電極形成部位Ａとその電極形成部をｐ層
６の電極と絶縁分離する溝９を形成する部位Ｂのフォト
レジストを除去した。
【００１９】次に、図４に示すように、フォトレジスト
１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。次に、図５に示すように、
フォトレジスト１２及びSiO2層１１によって覆われてい
ない部位のｐ層６とその下の発光層５、高キャリア濃度
ｎ+ 層４の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.
44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドライエ
ッチングした後、Arでドライエッチングした。この工程
で、高キャリア濃度ｎ+ 層４に対する電極取出しのため
の孔１５と絶縁分離のための溝９が形成された。
【００２０】次に、図６に示すように、ｐ層６上に残っ
ているSiO2層１１をフッ化水素酸で除去した。次に、図
７に示すように、試料の上全面に、Ni層１３を蒸着によ
り形成した。これにより、孔１５には、高キャリア濃度
ｎ+ 層４に電気的に接続されたNi層１３が形成される。
そして、図７に示すように、そのNi層１３の上にフォト
レジスト１４を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト１４が高キャリア濃度ｎ+ 層４及びｐ
層６に対する電極部が残るように、所定形状にパターン
形成した。
【００２１】次に、図７に示すようにそのフォトレジス
ト１４をマスクとして下層のNi層１３の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のた
めの溝９に蒸着されたNi層１３は、完全に除去される。
次に、フォトレジスト１４をアセトンで除去し、高キャ
リア濃度ｎ+ 層４の第２電極８、ｐ層６の第１電極７が
残された。その後、上記の如く処理されたウエハは、各
素子毎に切断され、図１に示すｐｎ構造の窒化ガリウム
系発光素子を得た。
【００２２】この第１電極７と第２電極８は、図８に示
すように、ｐ層６の面上の隅に短冊状に形成されてい
る。このチップが図示しないリードフレーム上に配設さ
れ、第１電極７と第２電極８とリードピンのランドとが
リード線のAl線２１，２２を用いてウエッジボンディン
グにより接続されている。
【００２３】このように、第１電極７と第２電極８に対
するリード線の接続をウエッジボンディングとしたの
で、第１電極７と第２電極８をｐ層６の面上の隅に微小
面積で形成できる。よって、第１電極７と第２電極８は
発光ダイオードの発光する光に対する影を微小とするこ
とで、発光強度を向上させることができる。又、上記実
施例ではリード線にAl線を用いたが、Au線、Ag線、Cu
線、もしくは、その合金線を用いても良い。
【００２４】又、上記のカドミウム(Cd)とシリコン(Si)
の濃度は、それぞれ、１×１０17〜１×１０20の範囲が
発光強度を向上させる点で望ましい。又、シリコン(Si)
の濃度は、カドミウム(Cd)に比べて、1/2 〜1/10の程度
少ない方がより望ましい。
【００２５】上記の実施例では、発光層５のバンドギャ
ップが両側に存在するｐ層６と高キャリア濃度ｎ+ 層４
のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ
接合に形成されている。又、これらの３つの層のAl、G
a、Inの成分比は、GaN の高キャリア濃度ｎ+ 層の格子
定数に一致するように選択されている。又、上記実施例
ではダブルヘテロ接合構造を用いたが、シングルヘテロ
接合構造であっても良い。
【００２６】上記の実施例において、発光層５は、カド
ミウム(Cd)とシリコン(Si)とが添加されている。しか
し、この発光層５は、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とを添加
したものでも良い。又、発光層５と高キャリア濃度ｎ+
層４をGaN とし、ｐ層６と発光層５とをヘテロ接合、発
光層５と高キャリア濃度ｎ+ 層４とをホモ接合としても
良い。
【００２７】又、発光層５には亜鉛(Zn)とシリコン(Si)
が同時にドープされたGayIn1-yN 、ｐ層６はマグネシウ
ム(Mg)のドープされたAlx1Ga1-x1N とマグネシウム(Mg)
のドープされた層の複層で構成して良い。この場合には
この複層のｐ層にのみ電子線が照射される。
【００２８】又、上記の亜鉛(Zn)とシリコン(Si)の濃度
は、それぞれ、１×１０17〜１×１０20の範囲が発光強
度を向上させる点で望ましいことが分かった。さらに好
ましくは1 ×1018〜1 ×1019の範囲が良い。1 ×1018よ
り少ないと効果が少なく、1×1019より多いと結晶性が
悪くなる。又、シリコン(Si)の濃度は、亜鉛(Zn)に比べ
て、10倍〜1/10が好ましく、さらに好ましくは 1 〜1/
10の間程度か、少ないほうがより望ましい。
【００２９】又、発光層５は、カドミウム(Cd)濃度より
もシリコン(Si)濃度が高ければ、i型( 半絶縁性) 、カ
ドミウム(Cd)濃度よりもシリコン(Si)濃度が低ければｎ
伝導型となる。
【００３０】又、上記実施例では、アクセプタ不純物に
カドミウム(Cd)、ドナー不純物にシリコン(Si)を用いた
例を示したが、アクセプタ不純物は、ベリリウム(Be)、
マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(H
g)を用いても良い。さらに、ドナー不純物には、炭素
(C) 、シリコン(Si)、ゲルマニウユ(Ge)、錫(Sn)、鉛(P
b)を用いることができる。又、ドナー不純物として、イ
オウ(S) 、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることもでき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。
【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図６】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図７】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図８】同実施例の発光ダイオードの平面図。
【図９】従来の発光ダイオードの平面図。
【符号の説明】
１０…発光ダイオード １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…高キャリア濃度ｎ+ 層 ４…高キャリア濃度ｎ+ 層 ５…発光層 ６…ｐ層 ７…第１電極 ８…第２電極 ９…溝 ２１，２２…Al線( リード線)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 直樹 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 山田 正巳 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 田牧 真人 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小塩 高英 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
    Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、
    ｐ伝導型を示すｐ層と、その間に介在する発光層がホモ
    接合、シングルヘテロ接合、又は、ダブルヘテロ接合で
    形成された３層構造を有する発光素子において、 前記ｐ層に対する第１電極と、前記ｎ層に対する第２電
    極を、前記ｐ層の面上に形成し、その第１電極と第２電
    極に対してウエッジボンディングによりリード線を接続
    したことを特徴とする３族窒化物半導体発光素子。
JP19105894A 1994-07-20 1994-07-20 ３族窒化物半導体発光素子 Withdrawn JPH0832112A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19105894A JPH0832112A (ja) 1994-07-20 1994-07-20 ３族窒化物半導体発光素子
US08/504,340 US5652438A (en) 1994-07-20 1995-07-19 Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19105894A JPH0832112A (ja) 1994-07-20 1994-07-20 ３族窒化物半導体発光素子

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