JPH1065215A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子Info
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- JPH1065215A JPH1065215A JP24138396A JP24138396A JPH1065215A JP H1065215 A JPH1065215 A JP H1065215A JP 24138396 A JP24138396 A JP 24138396A JP 24138396 A JP24138396 A JP 24138396A JP H1065215 A JPH1065215 A JP H1065215A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 静電気耐性が強く、取り扱いが容易なIII族
窒化物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 ｎ伝導型の第１の半導体層３、発光層４
及びｐ伝導型の第２の半導体層５を順に積層してなる発
光素子において、第１の半導体層３に接続された第１の
電極７が第２の半導体層５に接触する。これにより、発
光素子に逆方向の高い電圧が印加された場合、電流は第
１の電極７から第２の半導体層５へ優先的に流れ、発光
素子の内部にはほとんど流れない。従って、逆方向の静
電圧が印加されても本発明の発光素子はダメージを受け
なくなる。よって、本発明の発光素子は取り扱いが容易
なものとなる。また、第１の電極と第２の半導体層の間
に抵抗が設けられる。第１の電極と第２の電極の間に発
光素子と逆方向のダイオードが当該発光素子と並列に設
けられる。
窒化物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 ｎ伝導型の第１の半導体層３、発光層４
及びｐ伝導型の第２の半導体層５を順に積層してなる発
光素子において、第１の半導体層３に接続された第１の
電極７が第２の半導体層５に接触する。これにより、発
光素子に逆方向の高い電圧が印加された場合、電流は第
１の電極７から第２の半導体層５へ優先的に流れ、発光
素子の内部にはほとんど流れない。従って、逆方向の静
電圧が印加されても本発明の発光素子はダメージを受け
なくなる。よって、本発明の発光素子は取り扱いが容易
なものとなる。また、第１の電極と第２の半導体層の間
に抵抗が設けられる。第１の電極と第２の電極の間に発
光素子と逆方向のダイオードが当該発光素子と並列に設
けられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はIII族窒化物半導
体（ＡｌXＩｎYＧａ1ーXーYＮ；Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ
＝０を含む）からなる発光素子の改良に関する。この半
導体発光素子は例えば発光ダイオードやレーザダイオー
ドとして利用できる。
体（ＡｌXＩｎYＧａ1ーXーYＮ；Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ
＝０を含む）からなる発光素子の改良に関する。この半
導体発光素子は例えば発光ダイオードやレーザダイオー
ドとして利用できる。
【０００２】
【従来の技術】可視光短波長領域の発光素子として化合
物半導体を用いたものが知られている。中でもIII族窒
化物半導体は直接遷移型であることから発光効率が高く
かつ光の３原色の１つである青色を発光することから、
昨今特に注目を集めている。このような発光素子とし
て、サファイア基板の上へ順にｎ伝導型の半導体からな
る第１の半導体層、発光層、ｐ伝導型の半導体からなる
第２の半導体層を積層してなるダブルへテロ型の青色発
光ダイオードが知られている。この発光ダイオードで
は、ｐ伝導型の第２の半導体層の表面のほぼ全域に金製
の透明電極が蒸着され、その上に同じく金製第２の電極
パッドが取り付けられる。また、ｎ伝導型の第１の半導
体層にはアルミニウム製の第１の電極パッドが直接取り
付けられる。
物半導体を用いたものが知られている。中でもIII族窒
化物半導体は直接遷移型であることから発光効率が高く
かつ光の３原色の１つである青色を発光することから、
昨今特に注目を集めている。このような発光素子とし
て、サファイア基板の上へ順にｎ伝導型の半導体からな
る第１の半導体層、発光層、ｐ伝導型の半導体からなる
第２の半導体層を積層してなるダブルへテロ型の青色発
光ダイオードが知られている。この発光ダイオードで
は、ｐ伝導型の第２の半導体層の表面のほぼ全域に金製
の透明電極が蒸着され、その上に同じく金製第２の電極
パッドが取り付けられる。また、ｎ伝導型の第１の半導
体層にはアルミニウム製の第１の電極パッドが直接取り
付けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】III族窒化物半導体か
らなる青色発光ダイオードは静電気に弱い。即ち、この
青色発光ダイオードは、順方向には、数１００Ｖ（４０
０〜５００Ｖ）の静電気耐圧を持つものの、逆方向には
数１０Ｖ（３０〜５０Ｖ）の静電気耐圧しか持たない。
例えば、人体には上記逆方向の静電気耐圧を超える電圧
の静電気が帯電しており、この静電気が青色発光ダイオ
ードに対し逆方向に印加されると、これにダメージが生
じるおそれがある。即ち、青色発光ダイオードはその取
り扱いが極めて困難であった。
らなる青色発光ダイオードは静電気に弱い。即ち、この
青色発光ダイオードは、順方向には、数１００Ｖ（４０
０〜５００Ｖ）の静電気耐圧を持つものの、逆方向には
数１０Ｖ（３０〜５０Ｖ）の静電気耐圧しか持たない。
例えば、人体には上記逆方向の静電気耐圧を超える電圧
の静電気が帯電しており、この静電気が青色発光ダイオ
ードに対し逆方向に印加されると、これにダメージが生
じるおそれがある。即ち、青色発光ダイオードはその取
り扱いが極めて困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決すべくなされたものである。即ち、III族窒化物半導
体（ＡｌXＩｎYＧａ1ーXーYＮ；Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ
＝０を含む）で形成される発光素子であって、第１の伝
導型の第１の半導体層と、第２の伝導型の第２の半導体
層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に形成さ
れる発光層と、第１の半導体層へ接続される第１の電極
と、第２の半導体層へ接続される第２の電極と、を備え
てなり、第１の電極が第２の半導体層に接触しているこ
とを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子である。
決すべくなされたものである。即ち、III族窒化物半導
体（ＡｌXＩｎYＧａ1ーXーYＮ；Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ
＝０を含む）で形成される発光素子であって、第１の伝
導型の第１の半導体層と、第２の伝導型の第２の半導体
層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に形成さ
れる発光層と、第１の半導体層へ接続される第１の電極
と、第２の半導体層へ接続される第２の電極と、を備え
てなり、第１の電極が第２の半導体層に接触しているこ
とを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子である。
【０００５】この発明の発光素子では第１の電極が第２
の半導体層に接触しているので、発光素子に逆方向の高
い電圧が印加された場合、電流を第１の電極から第２の
半導体層へ優先的に流し、発光素子の内部にはほとんど
流さないようにすることができる。従って、発光素子は
ダメージを受けなくなる。よって、本発明の発光素子は
取り扱いが容易なものとなる。
の半導体層に接触しているので、発光素子に逆方向の高
い電圧が印加された場合、電流を第１の電極から第２の
半導体層へ優先的に流し、発光素子の内部にはほとんど
流さないようにすることができる。従って、発光素子は
ダメージを受けなくなる。よって、本発明の発光素子は
取り扱いが容易なものとなる。
【０００６】また、この発明の他の局面によれば、第１
の電極と第２の半導体層の間に抵抗が設けられる。この
抵抗は、発光素子自体の順方向の抵抗より大きく、かつ
その逆方向の抵抗より小さい。したがって、発光素子へ
順方向の電圧が印加された場合には電流は発光素子自体
を優先的に流れ、発光素子へ逆方向の電圧が印加された
場合には電流は第１の電極−第２の半導体層間を優先的
に流れる。従って、逆方向の静電圧が印加されても本発
明の発光素子はダメージを受けなくなる。よって、本発
明の発光素子は取り扱いが容易なものとなる。
の電極と第２の半導体層の間に抵抗が設けられる。この
抵抗は、発光素子自体の順方向の抵抗より大きく、かつ
その逆方向の抵抗より小さい。したがって、発光素子へ
順方向の電圧が印加された場合には電流は発光素子自体
を優先的に流れ、発光素子へ逆方向の電圧が印加された
場合には電流は第１の電極−第２の半導体層間を優先的
に流れる。従って、逆方向の静電圧が印加されても本発
明の発光素子はダメージを受けなくなる。よって、本発
明の発光素子は取り扱いが容易なものとなる。
【０００７】この発明の更に他の局面によれば、第１の
電極と第２の電極の間に発光素子と逆方向のダイオード
が当該発光素子と並列に設けられる。発光素子へ順方向
の電圧が印加された場合には電流が発光素子自体を優先
的に流れ、発光素子へ逆方向の電圧が印加された場合に
は、当該ダイオードを介して、電流が第１の電極−第２
の電極間を優先的に流れる。従って、逆方向の静電圧が
印加されても本発明の発光素子はダメージを受けなくな
る。よって、本発明の発光素子は取り扱いが容易なもの
となる。
電極と第２の電極の間に発光素子と逆方向のダイオード
が当該発光素子と並列に設けられる。発光素子へ順方向
の電圧が印加された場合には電流が発光素子自体を優先
的に流れ、発光素子へ逆方向の電圧が印加された場合に
は、当該ダイオードを介して、電流が第１の電極−第２
の電極間を優先的に流れる。従って、逆方向の静電圧が
印加されても本発明の発光素子はダメージを受けなくな
る。よって、本発明の発光素子は取り扱いが容易なもの
となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図面に基づきな
がら更に詳しく説明する。図１はこの発明の一の実施の
形態の発光ダイオード１０を示す断面図である。この発
光ダイオード１０はサファイア基板１の上へ順に、Ａｌ
Ｎからなるバッファ層２、ｎ−ＧａＮからなる第１の半
導体層（第１のクラッド層）３、ＩｎＧａＮからなる発
光層４及びマグネシウムがドープされたｐ−ＧａＮから
なる第２の半導体層（第２のクラッド層）５を成長させ
た構成である。第２の半導体層５の上面には金製の透明
電極６が蒸着され、さらに透明電極６の上に電極８が蒸
着により設けられている。第２の半導体層には、図２に
示すように、透明電極６で覆われていない露出部分１１
がある。第１の半導体層３の電極７は上方へ膨出し当該
露出部分１１へ接触している。
がら更に詳しく説明する。図１はこの発明の一の実施の
形態の発光ダイオード１０を示す断面図である。この発
光ダイオード１０はサファイア基板１の上へ順に、Ａｌ
Ｎからなるバッファ層２、ｎ−ＧａＮからなる第１の半
導体層（第１のクラッド層）３、ＩｎＧａＮからなる発
光層４及びマグネシウムがドープされたｐ−ＧａＮから
なる第２の半導体層（第２のクラッド層）５を成長させ
た構成である。第２の半導体層５の上面には金製の透明
電極６が蒸着され、さらに透明電極６の上に電極８が蒸
着により設けられている。第２の半導体層には、図２に
示すように、透明電極６で覆われていない露出部分１１
がある。第１の半導体層３の電極７は上方へ膨出し当該
露出部分１１へ接触している。
【０００９】ｎ伝導型の第１の半導体層３はＡｌＮのバ
ッファ層２を介してサファイア基板１の上に形成され
る。この第１の半導体層を発光層側の低電子濃度ｎ層と
バッファ層側の高電子濃度ｎ+層とからなる２層構造と
することができる。発光層４は図１に示したダブルへテ
ロ型のものに限定されず、シングルへテロ型、超格子構
造型のものなどを用いることができる。発光層４とｐ伝
導型の第２の半導体層５との間にマグネシウム等のアク
セプタをドープしたバンドギャップの広いＡｌXＩｎYＧ
ａ1-X-YＮ（X=0,Y=0,X=Y=0を含む）層を介在させること
ができる。これは発光層４中に注入された電子が第２の
半導体層５に拡散するのを防止するためである。第２の
半導体層５を発光層側の低ホール濃度ｐ層と電極側のの
高ホール濃度ｐ+層とからなる２層構造とすることがで
きる。
ッファ層２を介してサファイア基板１の上に形成され
る。この第１の半導体層を発光層側の低電子濃度ｎ層と
バッファ層側の高電子濃度ｎ+層とからなる２層構造と
することができる。発光層４は図１に示したダブルへテ
ロ型のものに限定されず、シングルへテロ型、超格子構
造型のものなどを用いることができる。発光層４とｐ伝
導型の第２の半導体層５との間にマグネシウム等のアク
セプタをドープしたバンドギャップの広いＡｌXＩｎYＧ
ａ1-X-YＮ（X=0,Y=0,X=Y=0を含む）層を介在させること
ができる。これは発光層４中に注入された電子が第２の
半導体層５に拡散するのを防止するためである。第２の
半導体層５を発光層側の低ホール濃度ｐ層と電極側のの
高ホール濃度ｐ+層とからなる２層構造とすることがで
きる。
【００１０】マグネシウムがドープされたｐ伝導型の第
２の半導体層５は抵抗が大きい。従って、第２の半導体
層５の一端へ電極８のみから電流、即ち正孔を注入して
も、電流密度が活性層４の全域において均一とならない
おそれがある。そこで、電極８と第２の半導体層５との
間に、第２の半導体層５のほぼ全面にわたる薄膜の透明
電極６が設けられる。電極８及び透明電極６の形成材料
として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ又はこれらを含む合金
が挙げられる。これらの金属又は合金は蒸着により第２
の半導体層５の上へ形成される。
２の半導体層５は抵抗が大きい。従って、第２の半導体
層５の一端へ電極８のみから電流、即ち正孔を注入して
も、電流密度が活性層４の全域において均一とならない
おそれがある。そこで、電極８と第２の半導体層５との
間に、第２の半導体層５のほぼ全面にわたる薄膜の透明
電極６が設けられる。電極８及び透明電極６の形成材料
として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ又はこれらを含む合金
が挙げられる。これらの金属又は合金は蒸着により第２
の半導体層５の上へ形成される。
【００１１】ｎ伝導型の第１の半導体層３へ接続される
電極７はＡｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍ
ｏ又はこれらを含む合金からなる。電極７は接続部１２
を有する。接続部１２は電極７から上方へ膨出し、第２
の半導体層５の露出した部分１１へ接続される。この接
続部１２と透明電極６との間には５〜１００μm以上の
間隔をあけることが好ましい。両者の間隔が５μmより
狭くなると、素子１０に順方向のバイアスが印加された
とき、第２の半導体層５を介して透明電極６から接続部
１２、即ち第１の電極７へ電流が流れるおそれがある。
一方、両者の間隔が１００μmより広くなると、素子１
０に逆方向の電圧が印加されたとき、素子自体の抵抗よ
り、接続部１２−透明電極６間の抵抗の方が大きくなっ
てしまう。これでは電流が素子１０を優先的に流れてし
まい、素子１０の破壊を免れない。接続部１２は第２の
半導体層５と第１の電極７とを電気的に接続するもので
あり、これを第１の電極７と別体（例えば、ワイヤ）と
することができる。接続部１２は第２の半導体層５の上
面にまで回り込む必要はなく、その側面に接続していて
もよい。
電極７はＡｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍ
ｏ又はこれらを含む合金からなる。電極７は接続部１２
を有する。接続部１２は電極７から上方へ膨出し、第２
の半導体層５の露出した部分１１へ接続される。この接
続部１２と透明電極６との間には５〜１００μm以上の
間隔をあけることが好ましい。両者の間隔が５μmより
狭くなると、素子１０に順方向のバイアスが印加された
とき、第２の半導体層５を介して透明電極６から接続部
１２、即ち第１の電極７へ電流が流れるおそれがある。
一方、両者の間隔が１００μmより広くなると、素子１
０に逆方向の電圧が印加されたとき、素子自体の抵抗よ
り、接続部１２−透明電極６間の抵抗の方が大きくなっ
てしまう。これでは電流が素子１０を優先的に流れてし
まい、素子１０の破壊を免れない。接続部１２は第２の
半導体層５と第１の電極７とを電気的に接続するもので
あり、これを第１の電極７と別体（例えば、ワイヤ）と
することができる。接続部１２は第２の半導体層５の上
面にまで回り込む必要はなく、その側面に接続していて
もよい。
【００１２】この接続部を備えた電極７はマスクを用い
て蒸着により第１及び第２の半導体層３、５の上に形成
される。
て蒸着により第１及び第２の半導体層３、５の上に形成
される。
【００１３】ここに、例えばＡｌ製の接続部１２をｐ伝
導型の第２の半導体層５へ接続すると、両者の接続が理
想的に行われているとき、両者はショットキー接続とな
る。そして、第２の半導体層５から接続部１２へ順方向
となり、接続部１２から第２の半導体層５には電流が流
れなくなる。しかし、本発明者の検討によれば、接続部
１２を含む第１の電極７を４００〜７００℃、処理時間
３０秒〜３０分の条件で熱処理すると、０．１〜３．５
Ｖの電圧で電極７から第２の半導体層５を介して電極８
へ１０μA 以上の電流が流れ始めた。これは、接続部１
２の金属と第２の半導体層５との間の接合が理想通りと
ならず、よって不完全なショットキー接続が形成された
ためと考えられる。第１の電極７から第２の電極８へ電
流が流れ始める電圧は発光素子１０の逆方向の静電気耐
圧より充分に小さい。
導型の第２の半導体層５へ接続すると、両者の接続が理
想的に行われているとき、両者はショットキー接続とな
る。そして、第２の半導体層５から接続部１２へ順方向
となり、接続部１２から第２の半導体層５には電流が流
れなくなる。しかし、本発明者の検討によれば、接続部
１２を含む第１の電極７を４００〜７００℃、処理時間
３０秒〜３０分の条件で熱処理すると、０．１〜３．５
Ｖの電圧で電極７から第２の半導体層５を介して電極８
へ１０μA 以上の電流が流れ始めた。これは、接続部１
２の金属と第２の半導体層５との間の接合が理想通りと
ならず、よって不完全なショットキー接続が形成された
ためと考えられる。第１の電極７から第２の電極８へ電
流が流れ始める電圧は発光素子１０の逆方向の静電気耐
圧より充分に小さい。
【００１４】このような不完全なショットキー接続は、
一面では、接続部１２と第２の半導体層５との間に抵抗
が設けられたことと同様な作用を奏する。
一面では、接続部１２と第２の半導体層５との間に抵抗
が設けられたことと同様な作用を奏する。
【００１５】発光素子１０に順方向の電圧が印加される
と、図１の一点鎖線Ａで示す方向に電流が流れ、発光層
４において青色発光する。このとき、透明電極６から接
続部１２へは、第２の半導体層５の抵抗により、ほとん
ど電流は流れない。このように、高抵抗の第２の半導体
層５は素子１０の耐静電気性能を向上させ役目もしてい
る。一方、発光素子１０に逆方向の電圧が印加される
と、図１の一点鎖線Ｂで示すように、接続部１２−第２
の半導体層５−第２の電極８と電流が流れる。素子１０
内を流れる電流はわずかである。
と、図１の一点鎖線Ａで示す方向に電流が流れ、発光層
４において青色発光する。このとき、透明電極６から接
続部１２へは、第２の半導体層５の抵抗により、ほとん
ど電流は流れない。このように、高抵抗の第２の半導体
層５は素子１０の耐静電気性能を向上させ役目もしてい
る。一方、発光素子１０に逆方向の電圧が印加される
と、図１の一点鎖線Ｂで示すように、接続部１２−第２
の半導体層５−第２の電極８と電流が流れる。素子１０
内を流れる電流はわずかである。
【００１６】図３はこの発明の他の実施の形態の発光素
子２０を示す平面図である。図２と同一の部材には同一
の図符号を付してその説明を省略する。この発光素子２
０はｐ伝導型の第２の半導体層５が接続部１３を持つ。
接続部１３は第２の半導体層５からｎ伝導型の第１の半
導体層３おいて第１の電極７が形成される部位にまで延
びている。
子２０を示す平面図である。図２と同一の部材には同一
の図符号を付してその説明を省略する。この発光素子２
０はｐ伝導型の第２の半導体層５が接続部１３を持つ。
接続部１３は第２の半導体層５からｎ伝導型の第１の半
導体層３おいて第１の電極７が形成される部位にまで延
びている。
【００１７】この接続部１３は周知の方法で発光層４及
び第１の半導体層３をエッチングした後、第２の半導体
層５と同時に形成される。接続部１３の熱処理条件は既
述の発光素子１０の場合と同様である。この発光素子２
０の動作は図２に示した発光素子１０と同じである。
び第１の半導体層３をエッチングした後、第２の半導体
層５と同時に形成される。接続部１３の熱処理条件は既
述の発光素子１０の場合と同様である。この発光素子２
０の動作は図２に示した発光素子１０と同じである。
【００１８】図４はこの発明のの他の実施の形態の発光
素子２５を示す断面図であり、図５は同平面図である。
図１及び２と同一の部材には同一の図符号を付してその
説明を省略する。この発光素子２５では、ｐ伝導型の第
２の半導体層５、発光層４及びｎ伝導型の第１の半導体
層３へ孔２６が穿設され、その壁面に密接して有底筒状
の電極２７が形成されてる。電極２７はその上端にフラ
ンジ２８を持ち、フランジ２８の周縁と透明電極６との
間隔は、図１及び２に示した発光素子１０と同様に、５
〜１００μmである。
素子２５を示す断面図であり、図５は同平面図である。
図１及び２と同一の部材には同一の図符号を付してその
説明を省略する。この発光素子２５では、ｐ伝導型の第
２の半導体層５、発光層４及びｎ伝導型の第１の半導体
層３へ孔２６が穿設され、その壁面に密接して有底筒状
の電極２７が形成されてる。電極２７はその上端にフラ
ンジ２８を持ち、フランジ２８の周縁と透明電極６との
間隔は、図１及び２に示した発光素子１０と同様に、５
〜１００μmである。
【００１９】この電極の２７の形成材料も既述の電極７
と同様である。第２の半導体層５、発光層４及び第１の
半導体層３へ周知の方法によりエッチングして孔２６を
穿設した後、蒸着により電極２７は形成される。その後
の熱処理条件は既述の発光素子１０の場合と同様であ
る。この発光素子２５の動作は発光素子１０の場合と同
じである。
と同様である。第２の半導体層５、発光層４及び第１の
半導体層３へ周知の方法によりエッチングして孔２６を
穿設した後、蒸着により電極２７は形成される。その後
の熱処理条件は既述の発光素子１０の場合と同様であ
る。この発光素子２５の動作は発光素子１０の場合と同
じである。
【００２０】図６はこの発明の他の実施の形態の発光素
子３０を示す平面図である。図２と同一の部材には同一
の図符号を付してその説明を省略する。この発光素子３
０では、第２の電極８が接続部１５を持ち、この接続部
１５が第１の半導体層３に接続されている。
子３０を示す平面図である。図２と同一の部材には同一
の図符号を付してその説明を省略する。この発光素子３
０では、第２の電極８が接続部１５を持ち、この接続部
１５が第１の半導体層３に接続されている。
【００２１】ここに、例えばＡｕ製の電極８の接続部１
５をｎ伝導型の第１の半導体層３へ接続すると、両者の
接続が理想的に行われているとき、両者はショットキー
接続となる。そして、接続部１５から第１の半導体層３
へ順方向となり、第１の半導体層３から接続部１５には
電流が流れなくなる。しかし、本発明者の検討によれ
ば、接続部１５を含む第２の電極８を４００〜７００
℃、３０秒ないし３０分の条件で熱処理すると、接続部
１５から第１の半導体層３へのパスに抵抗が生じ、かつ
０．１〜３．５Ｖで第１の半導体層３から接続部１５へ
１０μA の電流が流れ始めた。これは、接続部１５の金
属と第１の半導体層３との間の接合が理想通りとなら
ず、よって不完全なショットキー接続が形成されたため
と考えられる。
５をｎ伝導型の第１の半導体層３へ接続すると、両者の
接続が理想的に行われているとき、両者はショットキー
接続となる。そして、接続部１５から第１の半導体層３
へ順方向となり、第１の半導体層３から接続部１５には
電流が流れなくなる。しかし、本発明者の検討によれ
ば、接続部１５を含む第２の電極８を４００〜７００
℃、３０秒ないし３０分の条件で熱処理すると、接続部
１５から第１の半導体層３へのパスに抵抗が生じ、かつ
０．１〜３．５Ｖで第１の半導体層３から接続部１５へ
１０μA の電流が流れ始めた。これは、接続部１５の金
属と第１の半導体層３との間の接合が理想通りとなら
ず、よって不完全なショットキー接続が形成されたため
と考えられる。
【００２２】このような不完全なショットキー接続は、
一面では、接続部１５と第１の半導体層３との間に抵抗
を設けたことと同様な作用を奏する。この抵抗は発光素
子自体の順方向の電気抵抗より大きく、かつその逆方向
の抵抗より小さい。本発明者の検討によれば、半導体素
子の順方向の抵抗に対し、接続部１５−第１の半導体層
３間の抵抗を１０〜１０００倍とすることが好ましい。
更に好ましくは、ほぼ１００倍とする。このとき、発光
素子３０が順方向にバイアスされたとき、印加された電
流の１／１００の成分が電極８−第１の半導体層３間に
流れることとなる。
一面では、接続部１５と第１の半導体層３との間に抵抗
を設けたことと同様な作用を奏する。この抵抗は発光素
子自体の順方向の電気抵抗より大きく、かつその逆方向
の抵抗より小さい。本発明者の検討によれば、半導体素
子の順方向の抵抗に対し、接続部１５−第１の半導体層
３間の抵抗を１０〜１０００倍とすることが好ましい。
更に好ましくは、ほぼ１００倍とする。このとき、発光
素子３０が順方向にバイアスされたとき、印加された電
流の１／１００の成分が電極８−第１の半導体層３間に
流れることとなる。
【００２３】発光素子３０に順方向の電圧が印加される
と素子３０中に電流が流れ、発光層において青色発光す
る。このとき、第２の電極８、即ち接続部１５から第１
の半導体層３へ流れる電流は、上記不完全なショットキ
ー接続による抵抗により、発光素子自体へ流れる電流に
比べて極めて小さい。従って、素子の発光効率に影響が
でることはない。
と素子３０中に電流が流れ、発光層において青色発光す
る。このとき、第２の電極８、即ち接続部１５から第１
の半導体層３へ流れる電流は、上記不完全なショットキ
ー接続による抵抗により、発光素子自体へ流れる電流に
比べて極めて小さい。従って、素子の発光効率に影響が
でることはない。
【００２４】一方、発光素子３０に逆方向の電圧が印加
されると、素子３０の逆方向よりも電気抵抗において小
さい第１の半導体層３−接続部１５へ電流が優先的に流
れる。よって、素子３０内を流れる電流はわずかとな
り、素子３０が破壊されることはなくなる。
されると、素子３０の逆方向よりも電気抵抗において小
さい第１の半導体層３−接続部１５へ電流が優先的に流
れる。よって、素子３０内を流れる電流はわずかとな
り、素子３０が破壊されることはなくなる。
【００２５】図７はこの発明の他の実施の形態の発光素
子４０を示す平面図である。図６と同一の部材には同一
の図符号を付してその説明を省略する。この発光素子４
０はｎ伝導型の第１の半導体層３が接続部１７を持つ。
接続部１７は第１の半導体層３から上方に延びて、ｐ伝
導型の第２の半導体層５の表面おいて第１の電極８が形
成される部位にまで延びている。
子４０を示す平面図である。図６と同一の部材には同一
の図符号を付してその説明を省略する。この発光素子４
０はｎ伝導型の第１の半導体層３が接続部１７を持つ。
接続部１７は第１の半導体層３から上方に延びて、ｐ伝
導型の第２の半導体層５の表面おいて第１の電極８が形
成される部位にまで延びている。
【００２６】この接続部１７は周知の方法で発光層４及
び第２の半導体層５をパターニングしたマスクを用いて
エッチングして形成される。接続部に対する熱処理の条
件は既述の発光素子３０と同様である。この発光素子４
０の動作も既述の発光素子３０と同じである。
び第２の半導体層５をパターニングしたマスクを用いて
エッチングして形成される。接続部に対する熱処理の条
件は既述の発光素子３０と同様である。この発光素子４
０の動作も既述の発光素子３０と同じである。
【００２７】図８はこの発明の他の実施の形態の発光素
子５０を示す断面図である。図１と同一の部材には同一
の符号を付してその説明を省略する。半導体発光素子５
０は、従来より知られている構造の素子本体部５１にア
イソレーションの為の溝５３を介してダイオード部５５
を並列結合したものである。
子５０を示す断面図である。図１と同一の部材には同一
の符号を付してその説明を省略する。半導体発光素子５
０は、従来より知られている構造の素子本体部５１にア
イソレーションの為の溝５３を介してダイオード部５５
を並列結合したものである。
【００２８】このダイオード部５５はｎ伝導型の第１の
半導体層３−発光層４−ｐ伝導型第２の半導体層５から
なる。第１の半導体層３及び第２の半導体層５にはそれ
ぞれ電極７ｄ及び８ｄが、第１及び第２の電極７及び８
と同様にして接続されている。素子本体部５１の第１の
電極７とダイオード部５５の上側電極８ｄ、素子本体部
５１の第２の電極８とダイオード部５５の下側電極７ｄ
がそれぞれ接続される。これにより、ダイオード部５５
は素子本体部５１に対して方向を逆にして並列結合され
たこととなる。
半導体層３−発光層４−ｐ伝導型第２の半導体層５から
なる。第１の半導体層３及び第２の半導体層５にはそれ
ぞれ電極７ｄ及び８ｄが、第１及び第２の電極７及び８
と同様にして接続されている。素子本体部５１の第１の
電極７とダイオード部５５の上側電極８ｄ、素子本体部
５１の第２の電極８とダイオード部５５の下側電極７ｄ
がそれぞれ接続される。これにより、ダイオード部５５
は素子本体部５１に対して方向を逆にして並列結合され
たこととなる。
【００２９】ダイオード部５５より発光層４を省略する
ことは勿論できるが、ダイオード部５５と素子本体部５
１とを同時に形成する観点から、当該発光層４はこれを
ダイオード部５５に残すことが好ましい。
ことは勿論できるが、ダイオード部５５と素子本体部５
１とを同時に形成する観点から、当該発光層４はこれを
ダイオード部５５に残すことが好ましい。
【００３０】溝５３は素子本体部５１とダイオード部５
５とを電子的に分離する。この溝５３は周知のドライエ
ッチングにより形成される。例えば、特開平８ー４６２
４０号公報を参照されたい。
５とを電子的に分離する。この溝５３は周知のドライエ
ッチングにより形成される。例えば、特開平８ー４６２
４０号公報を参照されたい。
【００３１】発光素子５０の素子本体部５１に順方向の
電圧が印加されると素子本体部５１中へ優先的に電流が
流れ、発光層４において青色発光する。このとき、ダイ
オード部５５に対しては電圧の印加が逆方向になるの
で、このダイオード部５５には電流は流れない。
電圧が印加されると素子本体部５１中へ優先的に電流が
流れ、発光層４において青色発光する。このとき、ダイ
オード部５５に対しては電圧の印加が逆方向になるの
で、このダイオード部５５には電流は流れない。
【００３２】一方、素子本体部５１に逆方向の電圧が印
加されると、ダイオード部５５は順方向バイアスの状態
となる。従って、電流はダイオード部５５へ優先的に流
れる。よって、素子本体部５１内を流れる電流はわずか
となり、発光素子５０が破壊されることはなくなる。
加されると、ダイオード部５５は順方向バイアスの状態
となる。従って、電流はダイオード部５５へ優先的に流
れる。よって、素子本体部５１内を流れる電流はわずか
となり、発光素子５０が破壊されることはなくなる。
【００３３】以下、この発明の実施例を図１を参照しな
がら説明する。実施例の発光ダイオードの構成は図１に
示したとおりであるので、ここではその具体的な製造方
法と、各層のスペックを説明する。なお、III族窒化物
半導体層は有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により形
成される。この成長法においては、アンモニアガスと３
族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やト
リメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱さ
れた基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の結
晶を基板の上に成長させる。
がら説明する。実施例の発光ダイオードの構成は図１に
示したとおりであるので、ここではその具体的な製造方
法と、各層のスペックを説明する。なお、III族窒化物
半導体層は有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により形
成される。この成長法においては、アンモニアガスと３
族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やト
リメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱さ
れた基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の結
晶を基板の上に成長させる。
【００３４】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サファイア基板１を図示しない
気相反応装置内のサセプタに装着した。次に、常圧でＮ
2を流速２ liter/min で反応装置に流しながら温度１１
００℃でサファイア基板を気相エッチングした。
a面を主面とする単結晶サファイア基板１を図示しない
気相反応装置内のサセプタに装着した。次に、常圧でＮ
2を流速２ liter/min で反応装置に流しながら温度１１
００℃でサファイア基板を気相エッチングした。
【００３５】次に、温度を４００℃まで低下させて、Ｎ
2を２０ liter/min、ＮＨ3を１０ liter/min、ＴＭＡを
１．８ X １０ー5 mol/min で供給して基板上にＡｌＮの
バッファ層２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次にサフ
ァイア基板の温度を１１５０℃に保持し、ＴＭＧを１．
１２ X １０ー4 mol/min、ＮＨ3を１０ liter/min導入
し、膜厚約２２００ｎｍ、電子濃度２ X １０18／ｃｍ3
のシリコンドープトＧａＮからなる第１の半導体層３を
形成した。
2を２０ liter/min、ＮＨ3を１０ liter/min、ＴＭＡを
１．８ X １０ー5 mol/min で供給して基板上にＡｌＮの
バッファ層２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次にサフ
ァイア基板の温度を１１５０℃に保持し、ＴＭＧを１．
１２ X １０ー4 mol/min、ＮＨ3を１０ liter/min導入
し、膜厚約２２００ｎｍ、電子濃度２ X １０18／ｃｍ3
のシリコンドープトＧａＮからなる第１の半導体層３を
形成した。
【００３６】続いて、温度を８５０℃に保持し、Ｎ2を
２０ liter/min、ＮＨ3を１０ liter/min、ＴＭＧを
１．５３ X １０ー4 mol/min、ＴＭＩを０．０２ X １０
ー4 mol/min 導入し、膜厚約５００ｎｍのIn0.05Ga0.95N
からなる発光層４を形成した。
２０ liter/min、ＮＨ3を１０ liter/min、ＴＭＧを
１．５３ X １０ー4 mol/min、ＴＭＩを０．０２ X １０
ー4 mol/min 導入し、膜厚約５００ｎｍのIn0.05Ga0.95N
からなる発光層４を形成した。
【００３７】次に、温度を８５０℃に保持し、Ｎ2を２
０ liter/min、ＮＨ3を１０ liter/min、ＴＭＧを１．
１２ X １０ー4 mol/min、ＣＰ2Ｍｇを２ X １０ー4 mol/
min導入し、膜厚約１０００ｎｍのマグネシウムドープ
トGaNからなる第２の半導体層５を形成した。この第２
の半導体層５におけるマグネシウムの濃度は１ X １０
20／ｃｍ3である。この状態で第２の半導体層５は高抵
抗の半絶縁体である。
０ liter/min、ＮＨ3を１０ liter/min、ＴＭＧを１．
１２ X １０ー4 mol/min、ＣＰ2Ｍｇを２ X １０ー4 mol/
min導入し、膜厚約１０００ｎｍのマグネシウムドープ
トGaNからなる第２の半導体層５を形成した。この第２
の半導体層５におけるマグネシウムの濃度は１ X １０
20／ｃｍ3である。この状態で第２の半導体層５は高抵
抗の半絶縁体である。
【００３８】その後、電子線照射装置を用いて、第２の
半導体層５へ一様に電子線を照射した。電子線の照射条
件は、加速電圧約１０ｋＶ、試料電流１μＡ、ビーム移
動速度０．２mm/sec、ビーム径６０μmΦ、真空度５．
０ X １０ー5Torrである。このような電子線照射によっ
て第２の半導体層５は所望のｐ伝導型となる。なお、第
２の半導体層の抵抗値は３０〜７０Ωｃｍである。
半導体層５へ一様に電子線を照射した。電子線の照射条
件は、加速電圧約１０ｋＶ、試料電流１μＡ、ビーム移
動速度０．２mm/sec、ビーム径６０μmΦ、真空度５．
０ X １０ー5Torrである。このような電子線照射によっ
て第２の半導体層５は所望のｐ伝導型となる。なお、第
２の半導体層の抵抗値は３０〜７０Ωｃｍである。
【００３９】このようにして形成された半導体ウエハを
周知の方法でエッチングして、図１に示した半導体層構
成とした。そして、第１の電極パッドを蒸着により形成
し、続いて金製の透明電極６を第２の半導体層５の上に
蒸着し、更に金製の第１の電極バッド８を蒸着した。
周知の方法でエッチングして、図１に示した半導体層構
成とした。そして、第１の電極パッドを蒸着により形成
し、続いて金製の透明電極６を第２の半導体層５の上に
蒸着し、更に金製の第１の電極バッド８を蒸着した。
【００４０】このようにして形成された半導体ウエハを
素子毎に切り分けて、所望の青色発光ダイオードとす
る。
素子毎に切り分けて、所望の青色発光ダイオードとす
る。
【００４１】上記実施例の青色発光ダイオードは、逆方
向に５００Ｖの電圧を印加しても何らダメージを受ける
ことがなかった。順方向に３．５Ｖ、２０ｍＡの電流を
流したとき、青色の発光を示した。
向に５００Ｖの電圧を印加しても何らダメージを受ける
ことがなかった。順方向に３．５Ｖ、２０ｍＡの電流を
流したとき、青色の発光を示した。
【００４２】この発明は上記発明の実施の形態及び実施
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で、当業者が想到し得る種々の変形
態様を包含する。
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で、当業者が想到し得る種々の変形
態様を包含する。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の一局面
による発光素子では第１の電極が第２の半導体層に接触
しているので、発光素子に逆方向の高い電圧が印加され
た場合、電流を第１の電極から第２の半導体層へ優先的
に流し、発光素子の内部にはほとんど流さないようにす
ることができる。従って、発光素子はダメージを受けな
くなる。よって、本発明の発光素子は取り扱いが容易な
ものとなる。また、この発明の他の局面によれば、第１
の電極と第２の半導体層の間に抵抗が設けられる。この
抵抗は、発光素子自体の順方向の抵抗より大きく、かつ
その逆方向の抵抗より小さい。したがって、発光素子へ
順方向の電圧が印加された場合には電流が発光素子自体
を優先的に流れ、発光素子へ逆方向の電圧が印加された
場合には電流が第１の電極−第２の半導体層間を優先的
に流れる。従って、逆方向の静電圧が印加されても本発
明の発光素子はダメージを受けなくなる。よって、本発
明の発光素子は取り扱いが容易なものとなる。この発明
の更に他の局面によれば、第１の電極と第２の電極の間
に発光素子と逆方向のダイオードが当該発光素子と並列
に設けられる。発光素子へ順方向の電圧が印加された場
合には電流が発光素子自体を優先的に流れ、発光素子へ
逆方向の電圧が印加された場合には、当該ダイオードを
介して、電流が第１の電極−第２の電極間を優先的に流
れる。従って、逆方向の静電圧が印加されても本発明の
発光素子はダメージを受けなくなる。よって、本発明の
発光素子は取り扱いが容易なものとなる。
による発光素子では第１の電極が第２の半導体層に接触
しているので、発光素子に逆方向の高い電圧が印加され
た場合、電流を第１の電極から第２の半導体層へ優先的
に流し、発光素子の内部にはほとんど流さないようにす
ることができる。従って、発光素子はダメージを受けな
くなる。よって、本発明の発光素子は取り扱いが容易な
ものとなる。また、この発明の他の局面によれば、第１
の電極と第２の半導体層の間に抵抗が設けられる。この
抵抗は、発光素子自体の順方向の抵抗より大きく、かつ
その逆方向の抵抗より小さい。したがって、発光素子へ
順方向の電圧が印加された場合には電流が発光素子自体
を優先的に流れ、発光素子へ逆方向の電圧が印加された
場合には電流が第１の電極−第２の半導体層間を優先的
に流れる。従って、逆方向の静電圧が印加されても本発
明の発光素子はダメージを受けなくなる。よって、本発
明の発光素子は取り扱いが容易なものとなる。この発明
の更に他の局面によれば、第１の電極と第２の電極の間
に発光素子と逆方向のダイオードが当該発光素子と並列
に設けられる。発光素子へ順方向の電圧が印加された場
合には電流が発光素子自体を優先的に流れ、発光素子へ
逆方向の電圧が印加された場合には、当該ダイオードを
介して、電流が第１の電極−第２の電極間を優先的に流
れる。従って、逆方向の静電圧が印加されても本発明の
発光素子はダメージを受けなくなる。よって、本発明の
発光素子は取り扱いが容易なものとなる。
【図１】図１はこの発明の一の実施の形態の発光ダイオ
ードを示し、図２のＩ−Ｉ線で示される断面図である。
ードを示し、図２のＩ−Ｉ線で示される断面図である。
【図２】図２は同発光ダイオードの平面図である。
【図３】図３はこの発明の他の実施の形態の発光ダイオ
ードの平面図である。
ードの平面図である。
【図４】図４はこの発明の他の実施の形態の発光ダイオ
ードを示し、図５のＩＶ−ＩＶ線で示される断面図であ
る。
ードを示し、図５のＩＶ−ＩＶ線で示される断面図であ
る。
【図５】図５は同発光ダイオードの平面図である。
【図６】図６はこの発明の他の実施の形態の発光ダイオ
ードの平面図である。
ードの平面図である。
【図７】図７はこの発明の他の実施の形態の発光ダイオ
ードの平面図である。
ードの平面図である。
【図８】図８はこの発明の他の実施の形態の発光ダイオ
ードの断面図である。
ードの断面図である。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ 第１の半導体層 ４ 発光層 ５ 第２の半導体層 ７ 第１の電極 ８ 第２の電極 １０、２０、２５、３０、４０、５０ 半導体発光素子
Claims (4)
- 【請求項１】 ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌXＩｎYＧａ
1ーXーYＮ；Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）で形成
される発光素子であって、 第１の伝導型の第１の半導体層と、 第２の伝導型の第２の半導体層と、 前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に形成
される発光層と、 前記第１の半導体層へ接続される第１の電極と、 前記第２の半導体層へ接続される第２の電極と、を備え
てなり、 前記第１の電極が前記第２の半導体層に接触しているこ
とを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第１の半導体層はｎ伝導型の半導体
からなり、前記第２の半導体層はｐ伝導型の半導体から
なることを特徴とする請求項１に記載したＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子。 - 【請求項３】 ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌXＩｎYＧａ
1ーXーYＮ；Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）で形成
される発光素子であって、 第１の伝導型の第１の半導体層と、 第２の伝導型の第２の半導体層と、 前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に形成
される発光層と、 前記第１の半導体層へ接続される第１の電極と、 前記第２の半導体層へ接続される第２の電極と、を備え
てなり、 前記第１の電極と前記第２の半導体層に電気的なパスが
形成され、該パスは抵抗を有することを特徴とするＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】 ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌXＧａYＩｎ
1ーXーYＮ；Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）で形成
される発光素子であって、 第１の伝導型の第１の半導体層と、 第２の伝導型の第２の半導体層と、 前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に形成
される発光層と、 前記第１の半導体層へ電気的に接続される第１の電極
と、 前記第２の半導体層へ電気的に接続される第２の電極
と、を備えてなり、 前記第１の電極と前記第２の電極と間に前記発光素子と
逆方向のダイオードが前記発光素子と並列に設けられて
いることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24138396A JPH1065215A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| US08/915,574 US6023076A (en) | 1996-08-22 | 1997-08-21 | Group III nitride compound semiconductor light emitting device having a current path between electrodes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24138396A JPH1065215A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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