JP4439645B2

JP4439645B2 - AlGaInP light emitting diode

Info

Publication number: JP4439645B2
Application number: JP34764699A
Authority: JP
Inventors: 良一竹内; 亙鍋倉; 圭一松沢; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP2001168381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光部の広い範囲に駆動電流を広げるために改良された電極構造を具備する高輝度のリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ：０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ＜１）にあって、特にインジウム組成比（＝１−Ｙ）を０．５とする（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と良好な格子整合性を果たせる利点がある。このため、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、例えば赤橙色の光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザーダイオード（ＬＤ）の発光部等を構成するのに利用されている。
このＬＥＤないしＬＤの発光部は、キャリアの「閉じ込め」効果を利用して高輝度の発光を獲得するために、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）からなる発光層と、該発光層より禁止帯幅（バンドギャップエネルギー）が大きく該発光層を挟持するそれぞれｐ形とｎ形の上下クラッド層とから構成されるｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）構造からなるのが通例である。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰからなるＤＨ構造の発光部を有するＬＥＤでは、発光を外部へ取り出す主な方向にあたるＤＨ構造発光部の上方に、導電透光酸化層（透明導電膜）を形成する技術が知られている。導電透光酸化層は、発光層からの発光を充分に透過できる必要があり、またＬＥＤの駆動電流を発光部へ広く拡散させる電流拡散の役目を担うため、禁止帯幅が大きく透明で且つ低抵抗の導電性を有する金属酸化物等の材料から構成する必要がある。
例えば、特開平１１−１７２２０には、ＤＨ構造の発光部を含む半導体層の上に砒化ガリウム（ＧａＡｓ）からなるコンタクト層を設け、該コンタクト層上に酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）からなる導電透光酸化層を設けたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤが記載されている。このＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、ＧａＡｓからなるコンタクト層は、ＬＥＤの半導体層の表面の台座電極の射影領域（すなわち半導体層の表面の平面的に見て台座電極と重なる領域）以外の領域、つまり半導体層の表面の発光を外部へ取出せる領域（開放発光領域）に一様に万遍なく敷設される構成となっている。さらに、このＬＥＤでは、コンタクト層上に重ねて導電透光酸化層が形成されている。
そしてこのＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、ＬＥＤの駆動電流は台座電極から導電透光酸化層を通ってコンタクト層さらに半導体層に流れ、ＬＥＤの発光部を発光させるようになっており、発光部の発光は、コンタクト層と導電透光酸化層を介してＬＥＤの外部に取り出されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術に開示されるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、コンタクト層をなすＧａＡｓの禁止帯幅がＡｌＧａＩｎＰからなる発光層から放射される発光のエネルギーより小さく、またＧａＡｓからなるコンタクト層が開放発光領域の全域に敷設されているために、発光のかなりの部分がコンタクト層に吸収されてしまい、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの高輝度化を果たせないという問題があった。
【０００５】
また、導電透光酸化層（透明導電膜）を形成しないでコンタクト層上に直接オーミック接触を得られる金属電極を形成したときのＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ：但し順方向電流が２０ｍＡのときの値）は、一般に約２Ｖ程度である。しかし、ＧａＡｓからなるコンタクト層上にＩＴＯからなる透明導電膜を直接形成した上記のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤのＶｆ（順方向電圧＝２０ｍＡ）は、５Ｖを越える場合もある。
すなわち、透明導電膜をコンタクト層の表面に直接接合させる従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、Ｖｆが低いＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを作製することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの問題点を解決し、高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを提供することを目的とする。すなわち本発明は、（イ）順方向電圧（Ｖｆ）を高くすることなく、ＬＥＤの駆動電流を発光部へ広く拡散させる透明導電膜をＬＥＤの半導体層上に形成することができ、かつ（ロ）ＬＥＤの発光部からの発光を外部へ効率よく取り出すことができるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの電極の構造を明らかにし、もって高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、裏面に第１の電極が形成された第１導電型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶からなる基板と、該基板上に積層されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる発光部を含む半導体層と、該半導体層の表面の一部に設けられた第２導電型のコンタクト層と、該コンタクト層上に形成された金属被膜からなるオーミック電極と、前記半導体層、コンタクト層およびオーミック電極を覆って形成された透明導電膜と、該透明導電膜の表面の一部に形成された台座電極とを少なくとも具備するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードである。
【０００８】
特に本発明は、前記コンタクト層の平面形状と、前記オーミック電極の平面形状とが実質的に同一であることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、前記コンタクト層は、砒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_ZＧａ_1-ZＡｓ：０≦Ｚ≦１）とすることができる。
また本発明では、前記コンタクト層は、ＡｌＧａＩｎＰとすることができる。
【００１０】
特に本発明では、前記コンタクト層およびオーミック電極が、前記半導体層の表面の前記台座電極の射影領域には設けられていないことが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面構造を示す模式図である。また図２は、図１に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの破線Ｘ−Ｙに沿った断面構造を示す模式図である。図１、２を用いて本発明を説明する。
【００１２】
図１、２に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０は、裏面に第１の電極１１２が形成された第１導電型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶からなる基板１０１と、該基板１０１上に積層されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる発光部１０Ｂを含む半導体層１０Ａと、該半導体層１０Ａの表面の一部に設けられた第２導電型のコンタクト層１０７と、該コンタクト層１０７上に形成された金属被膜からなるオーミック電極１０８と、前記半導体層１０Ａ、コンタクト層１０７およびオーミック電極１０８を覆って形成された透明導電膜１１０と、該透明導電膜の表面の一部に形成された台座電極１１１とを具備するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードである。
すなわち、図１、２に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０は、請求項１に記載の構成を有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードである。
【００１３】
上記のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０は、以下の手順により作製することができる。
（１）第１導電型（ｎ形或いはｐ形）のＧａＡｓ単結晶基板１０１上に、ＧａＡｓからなる緩衝層１０２、ＧａＡｌＡｓからなるブラッグ反射層（ＤＢＲ層）１０３およびそれぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層１０４、発光層１０５、上部クラッド層１０６を積層する。さらに上部クラッド層１０６の上には第２導電型（ｐ形或いはｎ形）のＧａＡｓからコンタクト層１０７を形成する。これらの層１０２〜１０７は、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により積層する。
なお、上記のＬＥＤ１０の発光部１０Ｂは、それぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層１０４、発光層１０５および上部クラッド層１０６からなる。また本明細書では、上記の基板１０１上に積層された層のうち、コンタクト層１０７を除いた層、すなわち層１０２〜１０６をあわせて半導体層１０Ａと呼ぶ。また、上記の上部クラッド層１０６は、ＬＥＤの駆動電流を横方向に拡散させて広げる効果を有する。
（２）次に、第２導電型のコンタクト層１０７の表面上に、ＧａＡｓとオーミック接触を形成する金属からなる金属被膜を真空蒸着法等により被着させる。
（３）次に、周知のフォトリソグラフィー（写真食刻）技術およびエッチング技術を施して、コンタクト層１０７の表面の一部の所望の位置に金属被膜を残存させる。
この金属被膜が合金化のための熱処理によりオーミック電極１０８となる。
（４）続けて、上記金属被膜を残存させた位置のコンタクト層１０７を除く、それ以外の部分のコンタクト層１０７をエッチングで除去する。これにより、半導体層１０Ａの表面の一部の所望の位置に、金属被膜が表面に載ったコンタクト層１０７が形成される。
（５）次に、導電性の金属酸化物からなる透明導電膜１１０を、前記半導体層１０Ａの表面およびコンタクト層１０７、金属被膜（すなわちオーミック電極１０８）を覆って形成する。
（６）次に、透明導電膜１１０の表面の一部の所望の位置に台座電極１１１を形成する。
（７）また、ＧａＡｓ単結晶基板１０１の裏面には、第１の電極１１２を形成する。ここで、第１の電極１１２およびオーミック電極１０８は、合金化のための熱処理によりそれぞれオーミック接触を形成する。
以上のようにして、本発明のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０を作製できる。
【００１４】
本発明のオーミック電極１０８は、半導体層１０Ａの表面上の所定の位置に残置させたコンタクト層１０７の表面に、コンタクト層１０７とオーミック接触を形成する金属被膜を堆積させて作製する。
オーミック電極１０８を構成するのに都合の良い金属には、コンタクト層がｎ形のＡｌ_ZＧａ_1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）或いはｎ形の（Ａｌ_XＧａ_1-X）_CＩｎ_1-CＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｃ≦１）の場合、金（Ａｕ）や金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｚｎ）、金・錫（Ａｕ・Ｓｎ）、金・インジウム（Ａｕ・Ｉｎ）合金が挙げられる。また、コンタクト層がｐ形のＡｌ_ZＧａ_1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）やＧａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐまたは（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの場合、金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）や金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金などがオーミック電極１０８の金属材料として利用できる。
また、オーミック電極１０８をなす金属被膜は、一般的な真空蒸着法、高周波スパッタリング法、化学的気相堆積（ＣＶＤ）法等の手段により形成できる。
【００１５】
オーミック電極１０８を構成する金属被膜の膜厚は、概ね１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とするのが好都合である。金属被膜が極端に薄膜であると、金属被膜が充分な連続膜とはならず、良好なオーミック接触の特性を発揮するオーミック電極１０８が形成出来なくなる。また、金属被膜の膜厚を極端に大とすると、オーミック電極１０８とコンタクト層１０７とを覆って形成される透明導電膜１１０と半導体層１０Ａとの密着性が、金属被膜の端部で悪くなる。従って、金属被膜すなわちオーミック電極１０８の最適な層厚は、およそ１０〜５００ｎｍである。
【００１６】
また本発明では、半導体層１０Ａの表面上に形成するコンタクト層１０７の平面形状と、該コンタクト層１０７上に形成するオーミック電極１０８の平面形状とを、実質的に同一とするのが好ましい。例えば、半導体層１０Ａの表面上に残置させるコンタクト層１０７の平面形状が正方形であれば、その上に設置するオーミック電極１０８も正方形とする。円形のコンタクト層１０７上には、実質的に同一の円形のオーミック電極１０８を冠する。
すなわち本発明では、オーミック電極１０８は、半導体層１０Ａの表面上の一部に残置されたコンタクト層１０７の表面の全面に敷設するようにするのが好ましい。このようにすると、半導体層１０Ａの表面上にコンタクト層およびオーミック電極をエッチングにより残置させて形成する際、同一のマスキング材を使うことができるため、ＬＥＤの作製が容易となる利点がある。
【００１７】
本発明では、コンタクト層１０７を砒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_ZＧａ_1-ZＡｓ：０≦Ｚ≦１）から構成することができる。Ａｌ_ZＧａ_1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）は、ＬＥＤの発光部をなす（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐと良好な格子整合の関係にあるため、格子不整合性に起因する結晶欠陥等の少ない結晶性に優れるコンタクト層１０７が構成できる。ここでコンタクト層１０７を構成するＡｌ_ZＧａ_1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）層の伝導形は、コンタクト層１０７の直下の例えば上部クラッド層等の伝導形に一致させれば良い。例えば、ｎ形の上部クラッド層の上にはｎ形のＡｌ_ZＧａ_1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）からなるコンタクト層を堆積する。
また、本発明においては、半導体層１０Ａの表面のコンタクト層１０７が残置されている部分は、ＬＥＤの発光部１０Ｂからの発光が金属被膜からなるオーミック電極１０８によって遮蔽され、発光が外部に取り出せない領域である。従って、発光層１０５からの発光を透過する高い禁止帯幅を有する高いアルミニウム組成比（＝Ｚ）のＡｌ_ZＧａ_1-ZＡｓからコンタクト層１０７を構成する必要はない。むしろ、接触抵抗が低くなるアルミニウム組成比（＝Ｚ）が比較的小さいＡｌ_ZＧａ_1-ZＡｓから、コンタクト層１０７を構成するのが望ましい。コンタクト層１０７を構成するＡｌ_ZＧａ_1-ZＡｓは、バンド構造が間接遷移型とならないよう、少なくともアルミニウム組成比（＝Ｚ）が０．４２よりも小とするのが適当である。特にＺを０とした、即ちＧａＡｓ（禁止帯幅＝１．４３ｅＶ）からコンタクト層を構成するのが好適である。
【００１８】
また本発明では、コンタクト層１０７をｎ形或いはｐ形のＡｌＧａＩｎＰ（（Ａｌ_XＧａ_1-X）_CＩｎ_1-CＰ：０≦Ｘ≦１、０≦Ｃ≦１）から構成することができる。（Ａｌ_XＧａ_1-X）_CＩｎ_1-CＰは、インジウム組成比（＝１−Ｃ）を制御することにより発光部を構成する（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐと良好な格子整合が得られるため、結晶性に優れるコンタクト層１０７を構成できる。コンタクト層１０７の（Ａｌ_XＧａ_1-X）_CＩｎ_1-CＰの伝導形は、コンタクト層１０７の直下の例えば上部クラッド層等の伝導形と一致させればよい。
コンタクト層１０７は、発光層１０５からの発光に対して透明である必要が無いため、コンタクト層１０７の禁止帯幅は発光層１０５の禁止帯幅よりも小さくてもよく、従ってコンタクト層１０７をなす（Ａｌ_XＧａ_1-X）_CＩｎ_1-CＰのアルミニウム組成比（＝Ｘ）は、例えばＸ＝０も許容される。
上記のようにコンタクト層１０７をＡｌ_ZＧａ_1-ZＡｓ或いは（Ａｌ_XＧａ_1-X）_CＩｎ_1-CＰのいずれで構成する場合でも、コンタクト層１０７のキャリア濃度としては１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下程度とするのが好ましい。また、導電型の制御のためにコンタクト層に添加する不純物としては、ｐ型不純物としてはＺｎやＭｇを、またｎ型不純物としてはＳｉやＳｅを用いるのが好ましい。さらにコンタクト層の層厚は、５０〜５００ｎｍとするのが望ましい。
【００１９】
本発明ではＬＥＤの駆動電流が発光部の全域に広がるように、コンタクト層１０７およびその上に形成したオーミック電極１０８を、例えば半導体層１０Ａの表面の開放発光領域に分配させて配置する。開放発光領域とは、半導体層１０Ａの表面の平面的に見て台座電極１１１と重ならない領域、つまり半導体層の表面の台座電極１１１に遮蔽されずに発光を外部に取り出すことが可能である領域を云う。
コンタクト層１０７およびその上に形成したオーミック電極１０８を開放発光領域の所望の領域に設けるには、例えば開放発光領域の所望の領域にのみ金属被膜を冠するコンタクト層１０７を残置させるようにフォトリソグラフィー技術によりパターニングを施し、湿式エッチング或いはプラズマ（ｐｌａｓｍａ）エッチングにより加工を施せばよい。コンタクト層１０７およびオーミック電極１０８を開放発光領域に分配して配置することにより、ＬＥＤの駆動電流がオーミック電極１０８を通して開放発光領域の下の発光部に広げられるため、外部への発光の取り出し効率を向上させ、高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを得るに効果がある。
【００２０】
さらに本発明では、コンタクト層１０７およびオーミック電極１０８が、半導体層１０Ａの表面の台座電極１１１の射影領域には設けられていないことが望ましい。ここで半導体層１０Ａの表面の台座電極１１１の射影領域とは、半導体層の表面の平面的に見て台座電極と重なる領域をいう。
本発明のＬＥＤ１０では、ＬＥＤの駆動電流が台座電極１１１の直下にある発光部に流れてそこで発光が起こっても、その発光は台座電極１１１に遮蔽されて外部に取り出せない。従って、ＬＥＤの駆動電流をＬＥＤの外部に取り出せる発光に効率良く変換するには、ＬＥＤの駆動電流は台座電極１１１の射影領域以外の領域（すなわち開放発光領域）でのみ発光部に流通するようにするのが望ましい。
本発明では、コンタクト層１０７が残置された領域を除く半導体層１０Ａの表面においては、透明導電膜１１０と半導体層１０Ａとが直接接触させる構造とする。この透明導電膜１１０と半導体層１０Ａとの接触は、オーミック接触を形成せず接触抵抗が高いため、透明導電膜１１０と半導体層１０Ａとが直接接触する部分では、ＬＥＤの駆動電流の流通が阻害される。
従って、コンタクト層１０７およびオーミック電極１０８が、すべて半導体層１０Ａ表面の台座電極１１１の射影領域以外の領域に設けられていて、台座電極１１１の射影領域には設けられていなければ、ＬＥＤの駆動電流が台座電極１１１の直下にある発光部に流れることを阻止でき、駆動電流を台座電極１１１の射影領域以外の領域のみで発光部に流通するようにできる。その結果、外部へ発光を効率よく取り出すことができるＬＥＤを作製することができる。
【００２１】
本発明では、透明導電膜１１０は発光に対して透明である必要があるため、透明導電膜１１０は、発光波長に対応するエネルギーより大きい禁止帯幅を有する金属酸化物材料から構成するのが好ましい。特に本発明のＬＥＤではＡｌＧａＩｎＰを発光部とするため、透明導電膜１１０は禁止帯幅を３ｅＶ以上とする金属酸化物材料から構成するのが望ましい。
また、本発明の透明導電膜１１０は発光を外部に透過すると共に、透明導電膜１１０の表面に設ける台座電極１１１から供給されるＬＥＤ駆動電流をオーミック電極１０８に都合良く導通させる作用を担うものである。従って、透明導電膜１１０は抵抗率の低い導電性の金属酸化物層から構成する必要がある。本発明では、透明導電膜は、抵抗率を１×１０^-3Ω・ｃｍ以下とする低抵抗率の導電性の金属酸化物層から構成するのが好ましい。
【００２２】
発光に対して透明であり、かつＬＥＤの駆動電流を台座電極からオーミック電極まで導通する透明導電膜１１０は、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、または酸化錫（ＳｎＯ₂）などから構成できる。例えば、抵抗率を５×１０^-4Ωｃｍ以下とする多結晶のＩＴＯからは、好適な透明導電膜１１０が形成できる。また、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）等のＩＩＩ族元素を添加して抵抗率を２〜３×１０^-4Ωｃｍ以下に低減した酸化亜鉛（ＺｎＯ）から透明導電膜１１０を構成することもできる。
ＩＴＯからなる透明導電膜１１０は、通常の高周波スパッタ法、真空蒸着法等の物理的堆積法や化学的堆積（ＣＶＤ）法などにより作製できる。また、ターゲット材料の表面にレーザ光を照射するレーザアブレーション法でも形成できる。また、ＩＴＯの成分を含む懸濁液を塗布する手段によっても形成できる。
また透明導電膜１１０の抵抗率は、一般的なホール（Ｈａｌｌ）効果測定法により計測できる。また、Ｈａｌｌ効果測定法に依れば、透明導電膜のキャリア濃度や移動度も知ることができる。
透明導電膜１１０を構成する金属酸化物層の膜厚は、発光波長に対し最大の透過率を与える層厚に設定するのが好ましい。例えば、ＩＴＯから透明導電膜１１０を構成した場合、発光波長を約６２０ｎｍとする発光を透過するのに好都合な膜厚は、ＩＴＯの組成に依る屈折率の変動を考慮すると６００ｎｍ程度である。
【００２３】
【作用】
本発明のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードでは、ＬＥＤの駆動電流は、台座電極から透明導電膜を通ってオーミック電極へ流れ、さらにコンタクト層を通って半導体層の中の発光部に流れる。ここで、半導体層に流入したＬＥＤの駆動電流は、電流を拡散する効果を有する層、例えば上部クラッド層やその他電流を拡散する目的で特に設けられる層により、オーミック電極およびコンタクト層の周辺で広がって発光層に流れる。すなわちＬＥＤの駆動電流は、オーミック電極およびコンタクト層を中心にその周辺で半導体層の発光部に広がって、ＬＥＤを発光させる。一方、本発明のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードでは、透明導電膜と半導体層とが直接接合する部分では、ＬＥＤの駆動電流の流通が阻害される。
従って本発明のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードでは、ＬＥＤの駆動電流が開放発光領域の下の発光部の全域に広がるように、コンタクト層およびその上に形成したオーミック電極を半導体層の表面に分配させて配置することにより、ＬＥＤの駆動電流を開放発光領域の下の発光部の全域に広げ、ＬＥＤの開放発光領域の全面を発光させることができる。
【００２４】
また、本発明のコンタクト層およびオーミック電極は、発光部の発光に対して透明ではないが、コンタクト層およびオーミック電極を残置する部分を半導体層の表面の一部分とすることにより、半導体層表面のコンタクト層およびオーミック電極のない領域から、透明導電膜を介して発光部の発光をＬＥＤの外部に取り出すことができる。
本発明では、上部クラッド層にＬＥＤの駆動電流の電流拡散の作用を持たせても良い。また上部クラッド層とコンタクト層の間に、ＬＥＤの駆動電流の電流拡散の作用を有する電流拡散層を設けてもよい。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明を実施例を基に詳細に説明する。図３は本実施例１に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０の平面構造を示す模式図である。また図４は、図３に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０の破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造を示す模式図である。
【００２６】
ＬＥＤ３０を作製する際は、まず亜鉛（Ｚｎ）ドープでｐ形の（００１）面を有するＧａＡｓ単結晶基板３０１上に、順次Ｚｎドープのｐ形ＧａＡｓからなる緩衝層３０２、Ｚｎドープのｐ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる下部クラッド層３０３、アンドープのｎ形（Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる発光層３０４、Ｓｉドープのｎ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる上部クラッド層３０５及びＳｉドープのｎ形ＧａＡｓからなるコンタクト層３０６を積層し、エピタキシャルウェハを形成した。このＬＥＤ３０の発光部は、それぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層３０３、発光層３０４および上部クラッド層３０５からなる。また上記の基板３０１上に積層された層のうち、コンタクト層３０６を除いた層、すなわち層３０２〜３０５をあわせて半導体層と呼ぶ。上記の各層３０２〜３０６は、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）およびトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料とし、アルシン（ＡｓＨ₃）およびホスフィン（ＰＨ₃）をＶ族構成元素の原料として、減圧ＭＯＣＶＤ法により７３０℃で成長した。亜鉛（Ｚｎ）のドーピング原料には、ジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）を利用した。又、珪素（Ｓｉ）のドーピング原料には、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を利用した。
【００２７】
上記の緩衝層３０２のキャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は約０．５μｍとした。下部クラッド層３０３のキャリア濃度は約３×１０¹⁷ｃｍ^-3とし、層厚は約１μｍとした。引き続き７３０℃で成膜した発光層の３０４のキャリア濃度は約５×１０¹⁶ｃｍ^-3とし、層厚は約０．３μｍとした。また、ｎ形上部クラッド層３０５のキャリア濃度は約１×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は約３μｍとした。ｎ形コンタクト層３０６の層厚は約１００ｎｍとし、キャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。
【００２８】
その後、上記の各層３０２〜３０６を積層したエピタキシャルウェハの両面に電極を形成した。
すなわち、まず上記のエピタキシャルウェハのｎ形コンタクト層３０６の全面に一旦、一般的な真空蒸着法により金（Ａｕ）・ゲルマニウム（Ｇｅ）合金（Ａｕ９３重量％・Ｇｅ７重量％）からなる金属被膜を被着した。この金属被膜の厚さは約１００ｎｍとした。次に、有機フォトレジスト材をマスキング材として用いる一般的なフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、コンタクト層３０６の表面の所望の位置に限り金属被膜を残置させ、それ以外の金属被膜をエッチングで除去した。この金属被膜が合金化のための熱処理によりオーミック電極３０７となる。
本実施例１では、コンタクト層上の金属被膜（すなわちオーミック電極３０７）を残置させた位置は、図３に示すように、台座電極３１０の周囲にＬＥＤ３０の４辺それぞれに沿って、互いに間隔Ｌを５０μｍとし等間隔に離して、計１２箇所とした。また残置させた金属被膜の形状は、一辺を２０μｍとする正方形とした。
【００２９】
続けて、上記と同一のマスキング材を用いて、フッ酸（ＨＦ）／過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）／純水（Ｈ₂０）混合エッチング溶液により、金属被膜を残置させた領域以外にあるＧａＡｓコンタクト層をエッチングで除去した。そして金属被膜を残置させてある位置に限りコンタクト層３０６を残置させた。この結果、金属被膜及びコンタクト層３０６の平面形状は実質的に同一の正方形となった。
【００３０】
その後、金属被膜、金属被膜を冠したコンタクト層３０６及びコンタクト層３０６が残置する以外の領域に於いて露出している上部クラッド層３０５の表面を覆って、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）からなる透明導電膜３０８を形成した。ＩＴＯからなる透明導電膜３０８は、室温での比抵抗を約３×１０^-4Ω・ｃｍとするｎ形の層であり、その層厚は約６００ｎｍとした。マグネトロンスパッタリング法により成膜したＩＴＯは、一般的なＸ線回折分析法に依れば、＜０００１＞方向（Ｃ軸）方向に優先的に配向した多結晶層であった。
【００３１】
次に、透明導電膜３０８上の全面に一般的なフォトレジスト材料を塗布した後、台座電極３１０を設けるべき領域を公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングした。然る後、パターニングを施したレジスト材料を残置させたままで、レジスト材料の表面の全面にチタン（Ｔｉ）を、続けて金（Ａｕ）を真空蒸着した。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、台座電極３１０の形成予定領域外に在るＴｉ・Ａｕ被膜を周知のリフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）手段を利用して除去した。これより、直径を約１１０μｍとする円形の台座電極３１０を透明導電膜３０８上に形成した。その後、コンタクト層３０６上に残置した金属被膜を熱処理によりオーミック電極３０７とした。
【００３２】
一方、ｐ形ＧａＡｓ基板３０１の裏面の全面には、金・亜鉛（Ａｕ９７重量％・Ｚｎ３重量％）合金からなる被膜を被着させ、ｐ形の第１の電極３１１を形成した。このＡｕ・Ｚｎ合金被膜は一般的な真空蒸着法により形成し、その層厚は約１．５μｍとした。
上記のようにしてエピタキシャルウェハの両面に電極を形成した後、一般的なダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）手段及びスクライブ手段を併用して、エピタキシャルウェハを一辺を約２５０μｍとする個別素子（チップ）に分割して、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０を作製した。
【００３３】
上記のようにして作製したＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０の台座電極３１０及びｐ形電極３１１間に、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流したところ、赤橙色の発光が得られた。このＬＥＤのチップ状態での発光強度は、約３２ミリカンデラ（ｍｃｄ）であり、分光器により測定された発光の中心波長は約６２０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。また、順方向電流を２０ｍＡ流すときの順方向電圧は約２．２ボルト（Ｖ）であった。このＬＥＤからの発光は、上部クラッド層３０５の表面の開放発光領域の全面から透明導電膜３０８を介してほぼ均一に観察された。
【００３４】
（実施例２）
本実施例２に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ４０の平面模式図を図５に示す。また、図５に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ４０の破線Ｂ−Ｂ’に沿った断面模式図を図６に示す。
【００３５】
ＬＥＤ４０を作製する際は、まず珪素（Ｓｉ）ドープでｎ形の（００１）面を有するＧａＡｓ単結晶基板４０１上に、順次Ｓｉドープでｎ形のＧａＡｓからなる緩衝層４０２、何れもＳｉをドーピングしたｎ形のＡｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ層及びＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層を交互に１２周期積層させてなるブラッグ反射層４０３、Ｓｉドープでｎ形の（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる下部クラッド層４０４、アンドープのｎ形の（Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ混晶からなる発光層４０５、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ形の（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる上部クラッド層４０６及び亜鉛（Ｚｎ）ドープのｐ形Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなるコンタクト層４０７を積層し、エピタキシャルウェハを作製した。このＬＥＤ４０の発光部は、それぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層４０４、発光層４０５および上部クラッド層４０６からなる。また上記の基板４０１上に積層された層のうち、コンタクト層４０７を除いた層、すなわち層４０２〜４０６をあわせて半導体層と呼ぶ。
該エピタキシャルウェハの各層４０２〜４０７は、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）またはトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料とし、アルシン（ＡｓＨ₃）またはホスフィン（ＰＨ₃）をＶ族構成元素の原料として、減圧ＭＯＣＶＤ法により７３０℃で成膜した。また、珪素（Ｓｉ）のドーピング原料には、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を利用した。マグネシウム（Ｍｇ）のドーピング原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｍｇ）を利用した。亜鉛（Ｚｎ）のドーピング原料には、ジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）を利用した。
【００３６】
上記の緩衝層４０２のキャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は約１μｍとした。ブラッグ反射層４０３を構成するＡｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ層及びＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層の層厚は双方共に約４０ｎｍとし、キャリア濃度は約１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。下部クラッド層４０４のキャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は約３μｍとした。引き続き７３０℃で成膜した発光層の４０５のキャリア濃度は約８×１０¹⁶ｃｍ^-3とし、層厚は約１５ｎｍとした。また、Ｍｇドープｐ形上部クラッド層４０６のキャリア濃度は約１×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は約３μｍとした。Ｚｎドープｐ形コンタクト層４０７の層厚は約１００ｎｍとし、キャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。
【００３７】
その後、上記の各層４０２〜４０７を積層したエピタキシャルウェハの両面に電極を形成した。
すなわち、まず上記のエピタキシャルウェハのｐ形コンタクト層４０７の全面に一旦、一般的な真空蒸着法により金（Ａｕ）・亜鉛（Ｚｎ）合金（Ａｕ９７重量％・Ｚｎ３重量％）からなる金属被膜を被着した。金属被膜の厚さは約１００ｎｍとした。次に、有機フォトレジスト材をマスキング材として用いる一般的なフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、コンタクト層４０７の表面の所望の位置に限り金属被膜を残置させ、それ以外の金属被膜をエッチングで除去した。この金属被膜が合金化のための熱処理によりオーミック電極４０８となる。
本実施例２では、コンタクト層上の金属被膜（すなわちオーミック電極４０８）を残置させた位置は、図５に示すように、台座電極４１０の周囲に同心円状に等間隔に離して計８箇所とした。また残置させた金属被膜の形状は、直径を２０μｍとする円形とした。
【００３８】
続けて、上記と同一のマスキング材を用いて、塩酸（ＨＣｌ）エッチング液により、金属被膜を残置させた領域以外にあるＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐコンタクト層をエッチングして除去した。そして金属被膜を残置させてある位置に限りコンタクト層４０７を残置させた。この結果、金属被膜及びコンタクト層４０７の平面形状は実質的に同一の円形となった。
【００３９】
その後、金属被膜、金属被膜を冠したコンタクト層４０７及びコンタクト層４０７が残置する以外の領域に於いて露出している上部クラッド層４０６の表面を覆って、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）からなる透明導電膜４０９を形成した。ＩＴＯからなる透明導電膜４０９は、室温での比抵抗を約４×１０^-4Ω・ｃｍとするｎ形の層であり、その層厚は約６００ｎｍとした。マグネトロンスパッタリング法により成膜したＩＴＯは、一般的なＸ線回折分析法に依れば、＜０００１＞方向（Ｃ軸）方向に優先的に配向した多結晶層であった。
【００４０】
次に、透明導電膜４０９上の全面に一般的なフォトレジスト材料を塗布した後、台座電極４１０を設けるべき領域を公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングした。然る後、パターニングを施したレジスト材料を残置させたままで、レジスト材料の表面の全面にチタン（Ｔｉ）を、続けて金（Ａｕ）を真空蒸着した。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、台座電極４１０の形成予定領域外に在るＴｉ・Ａｕ被膜を周知のリフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）手段を利用して除去した。これより、直径を約１１０μｍとする円形の台座電極４１０を透明導電膜４０９上に形成した。その後、コンタクト層４０７上に残置した金属被膜を熱処理によりオーミック電極４０８とした。
【００４１】
一方、ｎ形ＧａＡｓ基板４０１の裏面の全面には、金・ゲルマニウム（Ａｕ９５重量％・Ｇｅ５重量％）合金からなる被膜を被着させ、ｎ形の第１の電極４１１となした。このＡｕ・Ｇｅ合金被膜は一般的な真空蒸着法により形成し、その層厚は約１．２μｍとした。
上記のようにしてエピタキシャルウェハの両面に電極を形成した後、一般的なダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）手段及びスクライブ手段を併用して、エピタキシャルウェハを一辺を約２５０μｍとする個別素子（チップ）に分割して、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ４０を作製した。
【００４２】
上記のようにして作製したＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ４０の台座電極４１０及びｎ形電極４１１間に、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流したところ、赤橙色の発光が得られた。このＬＥＤのチップ状態での発光強度は、約７６ミリカンデラ（ｍｃｄ）であり、分光器により測定された発光の中心波長は約６２０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。また、順方向電流を２０ｍＡ流すときの順方向電圧は約２．１ボルト（Ｖ）であった。このＬＥＤからの発光は、上部クラッド層４０６の表面の開放発光領域の全面から透明導電膜４０９を介してほぼ均一に観察された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、順方向電圧が低く且つ高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤが提供できる。
特にコンタクト層およびオーミック電極を、半導体層表面の台座電極の射影領域以外の開放発光領域に散在させて設けると、発光を外部に取り出すことが可能な開放発光領域の下の発光部に優先的にＬＥＤの駆動電流を流通できるため、高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオ−ドが得られる。
【００４４】
またコンタクト層およびオーミック電極を、台座電極の周囲にＬＥＤの４辺それぞれに沿って等間隔に配置したり、台座電極の周囲に同心円状に等間隔に配置したりして、開放発光領域に互いに等間隔に分配して配置すると、開放発光領域に均等にＬＥＤの動作電流を分配でき、ＬＥＤ表面の発光強度分布の均一な高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオ−ドが得られる。
【００４５】
また本発明によれば、コンタクト層とオーミック電極の平面形状を実質的に同一としたので、半導体層の表面上にコンタクト層およびオーミック電極をエッチングにより形成する際、同一のマスキング材を使うことができるため、ＬＥＤの作製が容易となる利点がある。
また本発明において、オーミック電極を設けるために開放発光領域に分配して配置するコンタクト層をｎ形或いはｐ形のＡｌ_ZＧａ_1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）から構成すれば、接触抵抗の低いオーミック電極が形成でき、従って、順方向電圧が低く安定したＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。また本発明において、オーミック電極を設けるためのコンタクト層をｎ形或いはｐ形の（Ａｌ_XＧａ_1-X）_CＩｎ_1-CＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｃ≦１）から構成すれば、接触抵抗の低いオーミック電極が形成でき、従って、順方向電圧が低く安定したＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面構造を示す模式図である。
【図２】図１に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの破線Ｘ−Ｙに沿った断面構造を示す模式図である。
【図３】本発明の本実施例１に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面構造を示す模式図である。
【図４】図３に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造を示す模式図である。
【図５】本発明の本実施例２に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面構造を示す模式図である。
【図６】図５に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの破線Ｂ−Ｂ’に沿った断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
１０Ａ半導体層
１０Ｂ発光部
１０１ＧａＡｓ単結晶基板
１０２緩衝層
１０３ブラッグ反射層（ＤＢＲ層）
１０４下部クラッド層
１０５発光層
１０６上部クラッド層
１０７コンタクト層
１０８オーミック電極
１１０透明導電膜
１１１台座電極
１１２第１の電極
３０ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
３０１ＧａＡｓ単結晶基板
３０２緩衝層
３０３下部クラッド層
３０４発光層
３０５上部クラッド層
３０６コンタクト層
３０７オーミック電極
３０８透明導電膜
３１０台座電極
３１１第１の電極
４０ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
４０１ＧａＡｓ単結晶基板
４０２緩衝層
４０３ブラッグ反射層
４０４下部クラッド層
４０５発光層
４０６上部クラッド層
４０７コンタクト層
４０８オーミック電極
４０９透明導電膜
４１０台座電極
４１１第１の電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-brightness aluminum gallium phosphide (AlGaInP) light emitting diode having an improved electrode structure for spreading drive current over a wide range of light emitting portions.
[0002]
[Prior art]
Aluminum phosphide / gallium / indium mixed crystal ((Al _X Ga _1-X ) _Y In _1-Y P: 0 ≦ X ≦ 1, 0 <Y <1, and in particular, the indium composition ratio (= 1−Y) is set to 0.5 (Al _X Ga _1-X ) _0.5 In _0.5 P (0.ltoreq.X.ltoreq.1) has an advantage that good lattice matching with a gallium arsenide (GaAs) single crystal can be achieved. For this reason, (Al _X Ga _1-X ) _0.5 In _0.5 P (0.ltoreq.X.ltoreq.1) is used, for example, to configure a light emitting diode (LED) that emits reddish orange light or a light emitting part of a laser diode (LD).
The light emitting part of this LED or LD uses (Al) to capture light with high brightness by utilizing the “confinement” effect of carriers. _X Ga _1-X ) _0.5 In _0.5 A pn composed of a light-emitting layer made of P (0 ≦ X ≦ 1) and p-type and n-type upper and lower cladding layers each having a larger forbidden band width (bandgap energy) than the light-emitting layer and sandwiching the light-emitting layer It is usual to consist of a junction type double hetero (DH) structure.
[0003]
In an LED having a DH structure light emitting portion made of AlGaInP, a technique is known in which a conductive translucent oxide layer (transparent conductive film) is formed above the DH structure light emitting portion, which is the main direction in which emitted light is extracted to the outside. The conductive translucent oxide layer needs to be able to sufficiently transmit the light emitted from the light emitting layer, and plays a role of current diffusion for widely diffusing the driving current of the LED to the light emitting portion. It is necessary to form a material such as a metal oxide having conductive resistance.
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-17220, a contact layer made of gallium arsenide (GaAs) is provided on a semiconductor layer including a light-emitting portion having a DH structure, and a conductive transparent material made of indium oxide / tin (ITO) is formed on the contact layer. An AlGaInPLED provided with a photo-oxidation layer is described. In this AlGaInPLED, the contact layer made of GaAs is a region other than the projection region of the pedestal electrode on the surface of the semiconductor layer of the LED (that is, the region overlapping the pedestal electrode when viewed in plan on the surface of the semiconductor layer), that is, the surface of the semiconductor layer It is configured to be uniformly and uniformly laid in an area where the emitted light can be extracted to the outside (open light emitting area). Further, in this LED, a conductive and translucent oxide layer is formed on the contact layer.
In this AlGaInPLED, the driving current of the LED flows from the pedestal electrode through the conductive translucent oxide layer to the contact layer and further to the semiconductor layer, so that the light emitting part of the LED emits light. The LED is taken out of the LED through a conductive translucent oxide layer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the AlGaInPLED disclosed in the above prior art, the band gap of GaAs forming the contact layer is smaller than the energy of light emitted from the light emitting layer made of AlGaInP, and the contact layer made of GaAs has the entire open light emitting region. Therefore, a considerable part of light emission is absorbed by the contact layer, and there is a problem that the AlGaInPLED cannot achieve high brightness.
[0005]
Further, when a metal electrode capable of obtaining ohmic contact directly on the contact layer without forming a conductive translucent oxide layer (transparent conductive film), the forward voltage of the AlGaInPLED (Vf: where the forward current is 20 mA) The value) is generally about 2V. However, Vf (forward voltage = 20 mA) of the AlGaInPLED in which the transparent conductive film made of ITO is directly formed on the contact layer made of GaAs may exceed 5V.
That is, the conventional AlGaInPLED in which the transparent conductive film is directly bonded to the surface of the contact layer has a problem that an AlGaInPLED having a low Vf cannot be produced.
[0006]
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the conventional AlGaInPLED and to provide a high-luminance AlGaInPLED. That is, according to the present invention, (a) a transparent conductive film for widely diffusing the LED drive current to the light emitting part can be formed on the semiconductor layer of the LED without increasing the forward voltage (Vf), and (b) ) The structure of the electrode of AlGaInPLED that can efficiently extract the light emitted from the light emitting portion of the LED to the outside is clarified, thereby providing a high-luminance AlGaInPLED.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention comprises a substrate made of a first conductivity type gallium arsenide (GaAs) single crystal having a first electrode formed on the back surface, and aluminum gallium phosphide gallium indium (AlGaInP) stacked on the substrate. A semiconductor layer including a light-emitting portion; a second conductivity type contact layer provided on a part of the surface of the semiconductor layer; an ohmic electrode formed of a metal film formed on the contact layer; An AlGaInP light emitting diode comprising at least a transparent conductive film formed so as to cover a layer and an ohmic electrode, and a pedestal electrode formed on a part of the surface of the transparent conductive film.
[0008]
In particular, the present invention is characterized in that the planar shape of the contact layer and the planar shape of the ohmic electrode are substantially the same.
[0009]
In the present invention, the contact layer is made of aluminum gallium arsenide (Al _Z Ga _1-Z As: 0 ≦ Z ≦ 1).
In the present invention, the contact layer may be AlGaInP.
[0010]
In particular, in the present invention, it is desirable that the contact layer and the ohmic electrode are not provided in the projection region of the pedestal electrode on the surface of the semiconductor layer.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram showing a planar structure of an AlGaInPLED according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure along the broken line XY of the AlGaInPLED shown in FIG. The present invention will be described with reference to FIGS.
[0012]
An AlGaInPLED 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a substrate 101 made of a first conductivity type gallium arsenide (GaAs) single crystal having a first electrode 112 formed on the back surface, and an aluminum phosphide-layer laminated on the substrate 101. A semiconductor layer 10A including a light emitting portion 10B made of gallium indium (AlGaInP), a second conductivity type contact layer 107 provided on a part of the surface of the semiconductor layer 10A, and a contact layer 107 formed on the contact layer 107 An ohmic electrode 108 made of a metal film, a transparent conductive film 110 formed so as to cover the semiconductor layer 10A, the contact layer 107, and the ohmic electrode 108; a pedestal electrode 111 formed on a part of the surface of the transparent conductive film; An AlGaInP light emitting diode comprising:
That is, the AlGaInPLED 10 shown in FIGS. 1 and 2 is an AlGaInP light emitting diode having the configuration according to claim 1.
[0013]
Said AlGaInPLED10 is producible with the following procedures.
(1) On a first conductivity type (n-type or p-type) GaAs single crystal substrate 101, a buffer layer 102 made of GaAs, a Bragg reflection layer (DBR layer) 103 made of GaAlAs, and a lower cladding layer 104 made of AlGaInP, respectively. The light emitting layer 105 and the upper cladding layer 106 are laminated. Further, a contact layer 107 is formed on the upper cladding layer 106 from GaAs of the second conductivity type (p-type or n-type). These layers 102 to 107 are stacked by a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method).
The light emitting portion 10B of the LED 10 includes a lower clad layer 104, a light emitting layer 105, and an upper clad layer 106 each made of AlGaInP. In this specification, of the layers stacked on the substrate 101, the layers excluding the contact layer 107, that is, the layers 102 to 106 are collectively referred to as a semiconductor layer 10A. The upper clad layer 106 has the effect of spreading the LED driving current in the lateral direction and spreading it.
(2) Next, a metal film made of a metal that forms ohmic contact with GaAs is deposited on the surface of the second conductivity type contact layer 107 by a vacuum deposition method or the like.
(3) Next, a well-known photolithography (etching) technique and etching technique are applied to leave a metal film at a desired position on a part of the surface of the contact layer 107.
This metal film becomes the ohmic electrode 108 by heat treatment for alloying.
(4) Subsequently, the contact layer 107 other than the contact layer 107 at the position where the metal film is left is removed by etching. As a result, the contact layer 107 having the metal film on the surface is formed at a desired position on a part of the surface of the semiconductor layer 10A.
(5) Next, a transparent conductive film 110 made of a conductive metal oxide is formed so as to cover the surface of the semiconductor layer 10A, the contact layer 107, and the metal film (that is, the ohmic electrode 108).
(6) Next, the base electrode 111 is formed at a desired position on a part of the surface of the transparent conductive film 110.
(7) A first electrode 112 is formed on the back surface of the GaAs single crystal substrate 101. Here, the first electrode 112 and the ohmic electrode 108 form ohmic contact by heat treatment for alloying, respectively.
As described above, the AlGaInPLED 10 of the present invention can be manufactured.
[0014]
The ohmic electrode 108 of the present invention is produced by depositing a metal film that forms ohmic contact with the contact layer 107 on the surface of the contact layer 107 left at a predetermined position on the surface of the semiconductor layer 10A.
The metal that is convenient for forming the ohmic electrode 108 includes an n-type Al contact layer. _Z Ga _1-Z As (0 ≦ Z ≦ 1) or n-type (Al _X Ga _1-X ) _C In _1-C In the case of P (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ C ≦ 1), gold (Au), gold / germanium (Au / Zn), gold / tin (Au / Sn), gold / indium (Au / In) alloy is used. Can be mentioned. The contact layer is p-type Al. _Z Ga _1-Z As (0 ≦ Z ≦ 1) or Ga _0.51 In _0.49 P or (Al _X Ga _1-X ) _0.5 In _0.5 In the case of P, gold / zinc (Au / Zn), gold / beryllium (Au / Be) alloy, or the like can be used as the metal material of the ohmic electrode 108.
The metal film forming the ohmic electrode 108 can be formed by means such as a general vacuum deposition method, a high frequency sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, or the like.
[0015]
The film thickness of the metal coating that constitutes the ohmic electrode 108 is conveniently about 10 nm to 500 nm. If the metal coating is extremely thin, the metal coating does not become a sufficient continuous film, and the ohmic electrode 108 exhibiting good ohmic contact characteristics cannot be formed. Further, when the thickness of the metal film is extremely large, the adhesion between the transparent conductive film 110 formed to cover the ohmic electrode 108 and the contact layer 107 and the semiconductor layer 10A deteriorates at the end of the metal film. . Therefore, the optimum layer thickness of the metal coating, that is, the ohmic electrode 108 is about 10 to 500 nm.
[0016]
In the present invention, it is preferable that the planar shape of the contact layer 107 formed on the surface of the semiconductor layer 10A and the planar shape of the ohmic electrode 108 formed on the contact layer 107 are substantially the same. For example, if the planar shape of the contact layer 107 left on the surface of the semiconductor layer 10A is square, the ohmic electrode 108 placed thereon is also square. On the circular contact layer 107, a substantially identical ohmic electrode 108 is crowned.
In other words, in the present invention, the ohmic electrode 108 is preferably laid on the entire surface of the contact layer 107 left on a part of the surface of the semiconductor layer 10A. In this way, when the contact layer and the ohmic electrode are left on the surface of the semiconductor layer 10A by etching, the same masking material can be used, so that there is an advantage that the LED can be easily manufactured.
[0017]
In the present invention, the contact layer 107 is formed of aluminum gallium arsenide (Al _Z Ga _1-Z As: 0 ≦ Z ≦ 1). Al _Z Ga _1-Z As (0 ≦ Z ≦ 1) is the light emitting part of the LED (Al _X Ga _1-X ) _0.5 In _0.5 Since P is in a favorable lattice matching relationship, the contact layer 107 having excellent crystallinity with few crystal defects due to lattice mismatching can be formed. Here, Al constituting the contact layer 107 _Z Ga _1-Z The conductivity type of the As (0 ≦ Z ≦ 1) layer may be matched with the conductivity type of, for example, the upper cladding layer immediately below the contact layer 107. For example, an n-type Al cladding is formed on an n-type upper cladding layer. _Z Ga _1-Z A contact layer made of As (0 ≦ Z ≦ 1) is deposited.
In the present invention, the portion of the surface of the semiconductor layer 10A where the contact layer 107 is left is shielded by the ohmic electrode 108 made of a metal film from the light emitting portion 10B of the LED, and the emitted light cannot be extracted outside. It is an area. Therefore, Al having a high aluminum composition ratio (= Z) having a high forbidden band width that transmits light emitted from the light emitting layer 105. _Z Ga _1-Z It is not necessary to form the contact layer 107 from As. Rather, Al with a relatively small aluminum composition ratio (= Z) that lowers the contact resistance. _Z Ga _1-Z It is desirable to form the contact layer 107 from As. Al constituting the contact layer 107 _Z Ga _1-Z It is appropriate that As be at least the aluminum composition ratio (= Z) is smaller than 0.42 so that the band structure does not become an indirect transition type. In particular, it is preferable to configure the contact layer from Z (zero), that is, from GaAs (forbidden band width = 1.43 eV).
[0018]
In the present invention, the contact layer 107 is made of n-type or p-type AlGaInP ((Al _X Ga _1-X ) _C In _1-C P: 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ C ≦ 1). (Al _X Ga _1-X ) _C In _1-C P constitutes a light emitting part by controlling the indium composition ratio (= 1-C) (Al _X Ga _1-X ) _0.5 In _0.5 Since good lattice matching with P can be obtained, the contact layer 107 having excellent crystallinity can be formed. (Al of contact layer 107 _X Ga _1-X ) _C In _1-C The conductivity type of P may be matched with the conductivity type of, for example, the upper clad layer immediately below the contact layer 107.
Since the contact layer 107 does not need to be transparent to light emission from the light emitting layer 105, the forbidden band width of the contact layer 107 may be smaller than the forbidden band width of the light emitting layer 105. (Al _X Ga _1-X ) _C In _1-C As for the aluminum composition ratio (= X) of P, for example, X = 0 is allowed.
As described above, the contact layer 107 is made of Al. _Z Ga _1-Z As or (Al _X Ga _1-X ) _C In _1-C In any case of P, the carrier concentration of the contact layer 107 is 1 × 10 ¹⁷ cm ^-3 1 × 10 or more ¹⁹ cm ^-3 The following is preferable. Further, as the impurity added to the contact layer for controlling the conductivity type, it is preferable to use Zn or Mg as the p-type impurity and Si or Se as the n-type impurity. Furthermore, the thickness of the contact layer is preferably 50 to 500 nm.
[0019]
In the present invention, the contact layer 107 and the ohmic electrode 108 formed thereon are distributed and arranged in, for example, an open light emitting region on the surface of the semiconductor layer 10A so that the LED driving current spreads over the entire light emitting portion. The open light emitting region is a region where the surface of the semiconductor layer 10A does not overlap with the pedestal electrode 111 in a plan view, that is, a region where light emission can be extracted outside without being shielded by the pedestal electrode 111 on the surface of the semiconductor layer. Say.
In order to provide the contact layer 107 and the ohmic electrode 108 formed thereon in a desired region of the open light emitting region, for example, photolithography is performed so that the contact layer 107 crowned with a metal film is left only in the desired region of the open light emitting region. Patterning may be performed by a technique, and processing may be performed by wet etching or plasma etching. By disposing and arranging the contact layer 107 and the ohmic electrode 108 in the open light emitting region, the driving current of the LED is spread to the light emitting portion below the open light emitting region through the ohmic electrode 108. It is effective to improve and obtain a high brightness AlGaInPLED.
[0020]
Furthermore, in the present invention, it is desirable that the contact layer 107 and the ohmic electrode 108 are not provided in the projection region of the base electrode 111 on the surface of the semiconductor layer 10A. Here, the projected region of the pedestal electrode 111 on the surface of the semiconductor layer 10A refers to a region overlapping with the pedestal electrode when viewed in plan on the surface of the semiconductor layer.
In the LED 10 of the present invention, even if the LED drive current flows to the light emitting part immediately below the pedestal electrode 111 and light emission occurs there, the light emission is shielded by the pedestal electrode 111 and cannot be extracted outside. Therefore, in order to efficiently convert the LED drive current into light emission that can be extracted to the outside of the LED, the LED drive current circulates in the light emitting section only in the region other than the projection region of the pedestal electrode 111 (that is, the open light emission region). It is desirable to do.
In the present invention, the transparent conductive film 110 and the semiconductor layer 10A are in direct contact with each other on the surface of the semiconductor layer 10A excluding the region where the contact layer 107 is left. The contact between the transparent conductive film 110 and the semiconductor layer 10A does not form an ohmic contact and has a high contact resistance. Therefore, in the portion where the transparent conductive film 110 and the semiconductor layer 10A are in direct contact, the flow of LED driving current is hindered. Is done.
Therefore, if the contact layer 107 and the ohmic electrode 108 are all provided in a region other than the projected region of the pedestal electrode 111 on the surface of the semiconductor layer 10A, and not provided in the projected region of the pedestal electrode 111, the LED drive current Can be prevented from flowing to the light emitting part immediately below the pedestal electrode 111, and the drive current can be distributed to the light emitting part only in a region other than the projection region of the pedestal electrode 111. As a result, an LED that can efficiently extract emitted light to the outside can be manufactured.
[0021]
In the present invention, since the transparent conductive film 110 needs to be transparent to light emission, the transparent conductive film 110 is preferably made of a metal oxide material having a forbidden bandwidth larger than the energy corresponding to the emission wavelength. . In particular, in the LED of the present invention, since AlGaInP is used as the light emitting portion, it is desirable that the transparent conductive film 110 is made of a metal oxide material having a forbidden band width of 3 eV or more.
In addition, the transparent conductive film 110 of the present invention transmits light to the outside, and has the function of conveniently conducting the LED drive current supplied from the base electrode 111 provided on the surface of the transparent conductive film 110 to the ohmic electrode 108. is there. Therefore, the transparent conductive film 110 needs to be composed of a conductive metal oxide layer having a low resistivity. In the present invention, the transparent conductive film has a resistivity of 1 × 10. ^-3 It is preferably composed of a conductive metal oxide layer having a low resistivity of Ω · cm or less.
[0022]
The transparent conductive film 110 that is transparent to light emission and conducts the LED drive current from the base electrode to the ohmic electrode is composed of indium oxide / tin (ITO), indium oxide (In ₂ O _Three ) Or tin oxide (SnO) ₂ ) Etc. For example, the resistivity is 5 × 10 ^-Four A suitable transparent conductive film 110 can be formed from polycrystalline ITO of Ωcm or less. In addition, the resistivity is increased to 2 × 3 × 10 by adding a group III element such as gallium (Ga) or indium (In). ^-Four The transparent conductive film 110 can also be composed of zinc oxide (ZnO) reduced to Ωcm or less.
The transparent conductive film 110 made of ITO can be manufactured by a physical deposition method such as a normal high-frequency sputtering method or a vacuum deposition method, a chemical deposition (CVD) method, or the like. It can also be formed by a laser ablation method in which the surface of the target material is irradiated with laser light. It can also be formed by means for applying a suspension containing an ITO component.
The resistivity of the transparent conductive film 110 can be measured by a general Hall effect measurement method. Further, according to the Hall effect measurement method, the carrier concentration and mobility of the transparent conductive film can also be known.
The thickness of the metal oxide layer constituting the transparent conductive film 110 is preferably set to a layer thickness that gives the maximum transmittance with respect to the emission wavelength. For example, when the transparent conductive film 110 is made of ITO, a film thickness convenient for transmitting light with an emission wavelength of about 620 nm is about 600 nm in consideration of a change in refractive index depending on the composition of ITO.
[0023]
[Action]
In the AlGaInP light emitting diode of the present invention, the LED drive current flows from the pedestal electrode through the transparent conductive film to the ohmic electrode, and further through the contact layer to the light emitting portion in the semiconductor layer. Here, the driving current of the LED flowing into the semiconductor layer spreads around the ohmic electrode and the contact layer by a layer having an effect of diffusing the current, for example, an upper clad layer or a layer specifically provided for the purpose of diffusing the current. Flow into the light emitting layer. That is, the drive current of the LED spreads around the ohmic electrode and the contact layer to the light emitting portion of the semiconductor layer in the periphery, and causes the LED to emit light. On the other hand, in the AlGaInP light emitting diode of the present invention, the flow of the LED driving current is hindered at the portion where the transparent conductive film and the semiconductor layer are directly joined.
Therefore, in the AlGaInP light emitting diode of the present invention, the contact layer and the ohmic electrode formed thereon are distributed and arranged on the surface of the semiconductor layer so that the LED driving current spreads over the entire light emitting portion under the open light emitting region. As a result, the driving current of the LED can be spread over the entire light emitting portion under the open light emitting region, and the entire surface of the open light emitting region of the LED can emit light.
[0024]
In addition, the contact layer and ohmic electrode of the present invention are not transparent to the light emission of the light emitting part, but the contact layer and the ohmic electrode are made part of the surface of the semiconductor layer by leaving the part where the contact layer and the ohmic electrode are left as a contact. The light emitted from the light emitting portion can be extracted outside the LED through the transparent conductive film from the region without the layer and the ohmic electrode.
In the present invention, the upper cladding layer may have an action of current diffusion of the LED drive current. Further, a current diffusion layer having an action of current diffusion of LED driving current may be provided between the upper clad layer and the contact layer.
[0025]
【Example】
Example 1
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. FIG. 3 is a schematic diagram showing a planar structure of the AlGaInPLED 30 according to the first embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure along the broken line AA ′ of the AlGaInPLED 30 shown in FIG.
[0026]
When manufacturing the LED 30, first, a buffer layer 302 made of Zn-doped p-type GaAs, a Zn-doped p-type (on a GaAs single crystal substrate 301 having a p-type (001) surface doped with zinc (Zn). Al _0.7 Ga _0.3 ) _0.5 In _0.5 Lower cladding layer 303 made of P, undoped n-type (Al _0.2 Ga _0.8 ) _0.5 In _0.5 P-emitting layer 304, Si-doped n-type (Al _0.7 Ga _0.3 ) _0.5 In _0.5 An upper clad layer 305 made of P and a contact layer 306 made of Si-doped n-type GaAs were laminated to form an epitaxial wafer. The light emitting portion of the LED 30 includes a lower cladding layer 303, a light emitting layer 304, and an upper cladding layer 305 made of AlGaInP. Of the layers stacked on the substrate 301, the layers excluding the contact layer 306, that is, the layers 302 to 305 are collectively referred to as a semiconductor layer. Each of the above layers 302 to 306 is formed of trimethylaluminum ((CH _Three ) _Three Al), trimethylgallium ((CH _Three ) _Three Ga) and trimethylindium ((CH _Three ) _Three In) is used as a raw material for group III constituent elements, and arsine (AsH) _Three ) And phosphine (PH _Three ) Was grown at 730 ° C. by a low pressure MOCVD method as a group V constituent material. The zinc (Zn) doping material includes diethyl zinc ((C ₂ H _Five ) ₂ Zn) was used. In addition, silicon (Si) doping material includes disilane (Si ₂ H ₆ ) Was used.
[0027]
The carrier concentration of the buffer layer 302 is about 2 × 10. ¹⁸ cm ^-3 The layer thickness was about 0.5 μm. The carrier concentration of the lower cladding layer 303 is about 3 × 10 ¹⁷ cm ^-3 The layer thickness was about 1 μm. Subsequently, the carrier concentration of the light emitting layer 304 formed at 730 ° C. is about 5 × 10 5. ¹⁶ cm ^-3 The layer thickness was about 0.3 μm. The carrier concentration of the n-type upper cladding layer 305 is about 1 × 10. ¹⁸ cm ^-3 The layer thickness was about 3 μm. The thickness of the n-type contact layer 306 is about 100 nm, and the carrier concentration is about 2 × 10. ¹⁸ cm ^-3 It was.
[0028]
Thereafter, electrodes were formed on both surfaces of the epitaxial wafer on which the above layers 302 to 306 were laminated.
That is, first, a metal film made of a gold (Au) / germanium (Ge) alloy (Au 93 wt% / Ge 7 wt%) is temporarily coated on the entire surface of the n-type contact layer 306 of the epitaxial wafer by a general vacuum deposition method. I wore it. The thickness of this metal coating was about 100 nm. Next, by a general photolithography technique and an etching technique using an organic photoresist material as a masking material, the metal film is left only at a desired position on the surface of the contact layer 306, and the other metal film is removed by etching. . This metal film becomes an ohmic electrode 307 by heat treatment for alloying.
In the first embodiment, the positions where the metal film (that is, the ohmic electrode 307) on the contact layer is left are spaced apart from each other along the four sides of the LED 30 around the base electrode 310 as shown in FIG. Was set to 50 μm and spaced apart at equal intervals to obtain a total of 12 locations. The shape of the remaining metal coating was a square with one side of 20 μm.
[0029]
Subsequently, using the same masking material as described above, hydrofluoric acid (HF) / hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ) / Pure water (H ₂ 0) The GaAs contact layer other than the region where the metal film was left was removed by etching with a mixed etching solution. The contact layer 306 was left only in the position where the metal film was left. As a result, the planar shape of the metal coating and the contact layer 306 was substantially the same square.
[0030]
Thereafter, the metal layer, the contact layer 306 crowned with the metal layer, and the surface of the upper clad layer 305 exposed in a region other than the region where the contact layer 306 is left are covered, and transparent made of indium oxide / tin (ITO). A conductive film 308 was formed. The transparent conductive film 308 made of ITO has a specific resistance of about 3 × 10 at room temperature. ^-Four The layer is an n-type layer having an Ω · cm thickness of about 600 nm. The ITO formed by magnetron sputtering was a polycrystalline layer preferentially oriented in the <0001> direction (C axis) direction according to a general X-ray diffraction analysis method.
[0031]
Next, after applying a general photoresist material on the entire surface of the transparent conductive film 308, a region where the pedestal electrode 310 is to be provided was patterned using a known photolithography technique. Thereafter, while leaving the patterned resist material left, titanium (Ti) and then gold (Au) were vacuum-deposited on the entire surface of the resist material. Thereafter, the Ti / Au coating outside the region where the base electrode 310 is to be formed was removed using a known lift-off means in conjunction with the peeling of the resist material. Thus, a circular pedestal electrode 310 having a diameter of about 110 μm was formed on the transparent conductive film 308. Thereafter, the metal film left on the contact layer 306 was used as an ohmic electrode 307 by heat treatment.
[0032]
On the other hand, a p-type first electrode 311 was formed on the entire back surface of the p-type GaAs substrate 301 by depositing a coating made of a gold / zinc (Au 97 wt% / Zn 3 wt%) alloy. The Au / Zn alloy film was formed by a general vacuum deposition method, and the layer thickness was about 1.5 μm.
After the electrodes are formed on both sides of the epitaxial wafer as described above, a general dicing means and a scribe means are used together to divide the epitaxial wafer into individual elements (chips) each having a side of about 250 μm. AlGaInPLED30 was produced.
[0033]
When a current of 20 milliamperes (mA) was passed in the forward direction between the base electrode 310 and the p-type electrode 311 of the AlGaInPLED 30 produced as described above, red-orange light emission was obtained. The light emission intensity in the chip state of this LED was about 32 millicandelas (mcd), and the central wavelength of light emission measured by the spectroscope was about 620 nm. Further, the half width (FWHM) of the emission spectrum was about 20 nm, and light emission excellent in monochromaticity was obtained. The forward voltage when a forward current of 20 mA was applied was about 2.2 volts (V). The light emission from this LED was observed almost uniformly through the transparent conductive film 308 from the entire surface of the open light emitting region on the surface of the upper cladding layer 305.
[0034]
(Example 2)
A schematic plan view of the AlGaInPLED 40 according to the second embodiment is shown in FIG. Moreover, the cross-sectional schematic diagram along broken line BB 'of AlGaInPLED40 shown in FIG. 5 is shown in FIG.
[0035]
When manufacturing the LED 40, first, a buffer layer 402 made of n-type GaAs is sequentially doped with Si on a GaAs single crystal substrate 401 doped with silicon (Si) and having an n-type (001) surface. N-type Al _0.40 Ga _0.60 As layer and Al _0.95 Ga _0.05 Bragg reflection layer 403 formed by alternately laminating As layers for 12 periods, Si-doped n-type (Al _0.7 Ga _0.3 ) _0.5 In _0.5 Lower clad layer 404 made of P, undoped n-type (Al _0.2 Ga _0.8 ) _0.5 In _0.5 Light-emitting layer 405 made of P mixed crystal, p-type (Al _0.7 Ga _0.3 ) _0.5 In _0.5 An upper cladding layer 406 made of P and zinc (Zn) -doped p-type Ga _0.5 In _0.5 A contact layer 407 made of P was laminated to produce an epitaxial wafer. The light emitting portion of the LED 40 includes a lower cladding layer 404, a light emitting layer 405, and an upper cladding layer 406 made of AlGaInP. Of the layers stacked on the substrate 401, the layers excluding the contact layer 407, that is, the layers 402 to 406 are collectively referred to as a semiconductor layer.
Each layer 402-407 of the epitaxial wafer is formed of trimethylaluminum ((CH _Three ) _Three Al), trimethylgallium ((CH _Three ) _Three Ga) or trimethylindium ((CH _Three ) _Three In) is used as a raw material for group III constituent elements, and arsine (AsH) _Three ) Or phosphine (PH _Three ) Was formed at 730 ° C. by a low pressure MOCVD method as a group V constituent element material. In addition, silicon (Si) doping material includes disilane (Si ₂ H ₆ ) Was used. Magnesium (Mg) doping raw material is biscyclopentadienyl magnesium (bis- (C _Five H _Five ) ₂ Mg) was used. The zinc (Zn) doping material includes diethyl zinc ((C ₂ H _Five ) ₂ Zn) was used.
[0036]
The buffer layer 402 has a carrier concentration of about 2 × 10. ¹⁸ cm ^-3 The layer thickness was about 1 μm. Al constituting the Bragg reflection layer 403 _0.40 Ga _0.60 As layer and Al _0.95 Ga _0.05 Both As layers are about 40 nm thick, and the carrier concentration is about 1 × 10 5. ¹⁸ cm ^-3 It was. The carrier concentration of the lower cladding layer 404 is about 2 × 10 ¹⁸ cm ^-3 The layer thickness was about 3 μm. Subsequently, the carrier concentration of the light emitting layer 405 formed at 730 ° C. is about 8 × 10 6. ¹⁶ cm ^-3 And the layer thickness was about 15 nm. The carrier concentration of the Mg-doped p-type upper cladding layer 406 is about 1 × 10. ¹⁸ cm ^-3 The layer thickness was about 3 μm. The thickness of the Zn-doped p-type contact layer 407 is about 100 nm, and the carrier concentration is about 2 × 10. ¹⁸ cm ^-3 It was.
[0037]
Thereafter, electrodes were formed on both surfaces of the epitaxial wafer on which the above layers 402 to 407 were laminated.
That is, first, a metal film composed of a gold (Au) / zinc (Zn) alloy (Au 97 wt% / Zn 3 wt%) is once coated on the entire surface of the p-type contact layer 407 of the epitaxial wafer by a general vacuum deposition method. I wore it. The thickness of the metal coating was about 100 nm. Next, by a general photolithography technique and an etching technique using an organic photoresist material as a masking material, the metal film is left only at a desired position on the surface of the contact layer 407, and the other metal film is removed by etching. . This metal film becomes an ohmic electrode 408 by heat treatment for alloying.
In Example 2, the positions where the metal film (that is, the ohmic electrode 408) on the contact layer is left as shown in FIG. did. The shape of the remaining metal film was a circle having a diameter of 20 μm.
[0038]
Subsequently, using the same masking material as described above, a Ga (HCl) etching solution other than the region where the metal film is left is left. _0.5 In _0.5 The P contact layer was removed by etching. Then, the contact layer 407 was left only in the position where the metal film was left. As a result, the planar shapes of the metal coating and the contact layer 407 were substantially the same circle.
[0039]
Thereafter, the metal layer, the contact layer 407 crowned with the metal layer, and the surface of the upper clad layer 406 exposed in the region other than the region where the contact layer 407 is left are covered, and transparent made of indium oxide / tin (ITO). A conductive film 409 was formed. The transparent conductive film 409 made of ITO has a resistivity of about 4 × 10 at room temperature. ^-Four The layer is an n-type layer having an Ω · cm thickness of about 600 nm. The ITO formed by magnetron sputtering was a polycrystalline layer preferentially oriented in the <0001> direction (C axis) direction according to a general X-ray diffraction analysis method.
[0040]
Next, after applying a general photoresist material on the entire surface of the transparent conductive film 409, a region where the pedestal electrode 410 was to be provided was patterned using a known photolithography technique. Thereafter, while leaving the patterned resist material left, titanium (Ti) and then gold (Au) were vacuum-deposited on the entire surface of the resist material. Thereafter, in conjunction with peeling of the resist material, the Ti / Au coating outside the region where the base electrode 410 is to be formed was removed using a known lift-off means. Thus, a circular pedestal electrode 410 having a diameter of about 110 μm was formed on the transparent conductive film 409. Thereafter, the metal film left on the contact layer 407 was used as an ohmic electrode 408 by heat treatment.
[0041]
On the other hand, a film made of a gold / germanium (Au 95 wt% / Ge 5 wt%) alloy was deposited on the entire back surface of the n-type GaAs substrate 401 to form an n-type first electrode 411. The Au / Ge alloy film was formed by a general vacuum deposition method, and the layer thickness was about 1.2 μm.
After the electrodes are formed on both sides of the epitaxial wafer as described above, a general dicing means and a scribe means are used together to divide the epitaxial wafer into individual elements (chips) each having a side of about 250 μm. AlGaInPLED40 was produced.
[0042]
When a current of 20 milliamperes (mA) was passed in the forward direction between the base electrode 410 and the n-type electrode 411 of the AlGaInPLED 40 manufactured as described above, red-orange light emission was obtained. The light emission intensity in the chip state of this LED was about 76 millicandelas (mcd), and the central wavelength of light emission measured by the spectroscope was about 620 nm. Further, the half width (FWHM) of the emission spectrum was about 20 nm, and light emission excellent in monochromaticity was obtained. Further, the forward voltage when a forward current of 20 mA was applied was about 2.1 volts (V). The light emitted from the LED was observed almost uniformly from the entire surface of the open light emitting region on the surface of the upper cladding layer 406 through the transparent conductive film 409.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, an AlGaInPLED having a low forward voltage and high brightness can be provided.
In particular, when the contact layer and the ohmic electrode are provided scattered in an open light emitting region other than the projection region of the base electrode on the surface of the semiconductor layer, the light emitting part under the open light emitting region from which light emission can be extracted to the outside is given priority. Since the LED drive current can be passed, a high-luminance AlGaInP light-emitting diode can be obtained.
[0044]
Further, the contact layer and the ohmic electrode are arranged around the pedestal electrode at equal intervals along each of the four sides of the LED, or are arranged at equal intervals around the pedestal electrode in a concentric manner, so that the open light emitting region When the LEDs are distributed at equal intervals, the LED operating current can be evenly distributed to the open light emitting region, and a high-brightness AlGaInP light emitting diode having a uniform light emission intensity distribution on the LED surface can be obtained.
[0045]
Further, according to the present invention, since the planar shape of the contact layer and the ohmic electrode is substantially the same, the same masking material can be used when the contact layer and the ohmic electrode are formed on the surface of the semiconductor layer by etching. Therefore, there is an advantage that the LED can be easily manufactured.
In the present invention, an n-type or p-type Al layer is used to distribute and arrange the open light emitting region in order to provide an ohmic electrode. _Z Ga _1-Z When composed of As (0 ≦ Z ≦ 1), an ohmic electrode having a low contact resistance can be formed, and thus a stable AlGaInP light emitting diode having a low forward voltage can be provided. In the present invention, an n-type or p-type (Al _X Ga _1-X ) _C In _1-C If comprised from P (0 <= X <= 1, 0 <= C <= 1), an ohmic electrode with low contact resistance can be formed, and therefore, a stable AlGaInP light emitting diode with low forward voltage can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a planar structure of an AlGaInPLED according to the present invention.
2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure along the broken line XY of the AlGaInPLED shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a planar structure of an AlGaInPLED according to Example 1 of the present invention.
4 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure along the broken line AA ′ of the AlGaInPLED shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic view showing a planar structure of an AlGaInPLED according to Example 2 of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure along the broken line BB ′ of the AlGaInPLED shown in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
10 AlGaInPLED
10A Semiconductor layer
10B Light emitting part
101 GaAs single crystal substrate
102 Buffer layer
103 Bragg reflection layer (DBR layer)
104 Lower cladding layer
105 Light emitting layer
106 Upper cladding layer
107 Contact layer
108 Ohmic electrode
110 Transparent conductive film
111 Base electrode
112 first electrode
30 AlGaInPLED
301 GaAs single crystal substrate
302 Buffer layer
303 Lower cladding layer
304 Light emitting layer
305 Upper cladding layer
306 Contact layer
307 Ohmic electrode
308 Transparent conductive film
310 Base electrode
311 first electrode
40 AlGaInPLED
401 GaAs single crystal substrate
402 Buffer layer
403 Bragg reflective layer
404 Lower cladding layer
405 Light emitting layer
406 Upper cladding layer
407 Contact layer
408 Ohmic electrode
409 Transparent conductive film
410 Base electrode
411 first electrode

Claims

A substrate made of a first conductivity type gallium arsenide (GaAs) single crystal having a first electrode formed on the back surface, and a light emitting portion made of aluminum gallium phosphide, indium gallium indium (AlGaInP) stacked on the substrate. A semiconductor layer; a contact layer of a second conductivity type provided on a part of the surface of the semiconductor layer; an ohmic electrode formed of a metal film formed on the contact layer; and the semiconductor layer, the contact layer, and the ohmic electrode At least a pedestal electrode formed on a part of the surface of the transparent conductive film, and the contact layer is distributed and provided in an open light emitting region on the surface of the semiconductor layer. The AlGaInP light emitting diode in which the contact layer and the ohmic electrode have substantially the same planar shape .

The contact layer is aluminum gallium arsenide _{_{(Al Z Ga 1-Z As}} : 0 ≦ Z ≦ 1) AlGaInP light emitting diode according to claim 1, that consists characterized.

The AlGaInP light emitting diode according to claim 1, wherein the contact layer is made of AlGaInP.

A substrate made of a gallium arsenide (GaAs) single crystal of a first conductivity type having a first electrode formed on the back surface, and a light emitting portion made of aluminum gallium phosphide, indium gallium indium (AlGaInP) stacked on the substrate. A semiconductor layer; a second conductivity type contact layer provided on a part of the surface of the semiconductor layer; an ohmic electrode comprising a metal film formed on the contact layer; and the semiconductor layer, the contact layer, and the ohmic electrode In a method of manufacturing an AlGaInP light emitting diode comprising at least a transparent conductive film formed so as to cover and a pedestal electrode formed on a part of the surface of the transparent conductive film, the contact layer is an open light emitting region on the surface of the semiconductor layer. The planar shape of the ohmic electrode consisting of the contact layer and the metal coating is formed substantially the same using the same mask. Manufacturing method of AlGaInP light emitting diode, characterized in that.