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公開番号2024136698
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023047893
出願日2023-03-24
発明の名称発光素子およびその製造方法
出願人豊田合成株式会社
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類H01L 33/40 20100101AFI20240927BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電力効率の高いUVCの発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】発光波長が200～280nmのAlを含むIII族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、p層14上に、p層14に接するRu層を有するp電極15を形成するp電極形成工程と、孔23の底面に露出するn層11上に、n層11に接し厚さ5nm以上15nm以下のVであるV層と、V層上に接するAlであるAl層と、を有したn電極16を形成するn電極形成工程と、温度500～650℃、1～10分間の熱処理を行い、p電極15およびn電極16のコンタクト抵抗を低減するとともに、p層14のp型不純物の活性化を行う熱処理工程と、を有し、孔23とp層14の面積の合計に対するp電極15の面積の割合が70%以上となるように、孔23およびp電極15のパターンを設定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
基板上にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層する半導体層形成工程と、
前記ｐ層表面の所定の領域に、前記ｎ層に達する深さの孔を形成する孔形成工程と、
前記ｐ層上に、前記ｐ層に接するＲｕ層を有するｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に、前記ｎ層に接し厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
温度５００～６５０℃、１～１０分間の熱処理を行い、前記ｐ電極および前記ｎ電極のコンタクト抵抗を低減するとともに、前記ｐ層のｐ型不純物の活性化を行う熱処理工程と、を有し、
前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンを設定する、発光素子の製造方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記孔は、複数形成し、前記孔の配列パターンは正方格子状、正三角格子状、またはハニカム状とし、前記ｎ電極は、各前記孔の底面に形成する、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理工程後、前記ｐ電極および前記ｎ電極上にそれぞれ第１ｐｎ電極および第２ｐｎ電極を形成するｐｎ電極形成工程と、
絶縁体である保護膜を、素子上面全体を覆うように形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜の所定位置に孔を設け、前記保護膜上に孔を介して前記第１ｐｎ電極と接続するｐパッド電極と、孔を介して前記第２ｐｎ電極と接続し、前記ｐパッド電極から離間するｎパッド電極と、を形成するパッド電極形成工程と、
をさらに有する請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
基板と、
基板上にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、
前記ｐ層表面の所定の領域に設けられ、前記ｎ層に達する深さの孔と、
前記ｐ層上に接して設けられたＲｕ層を有するｐ電極と、
前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に設けられ、前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮ
ｘ
または前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ｎ
ｘ
からなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、前記第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、を有し、
前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンが設定されている、発光素子。
【請求項５】
前記孔は、複数形成され、前記孔の配列パターンは格子状であり、前記ｎ電極は、各前記孔の底面に形成されている、請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記ｐ電極および前記ｎ電極上にそれぞれ設けられた第１ｐｎ電極および第２ｐｎ電極と、
素子上面全体を覆う絶縁体である保護膜と、
前記保護膜上に設けられ、前記保護膜に設けられた孔を介して前記第１ｐｎ電極と接続されたｐパッド電極と、
前記保護膜上に設けられ、前記保護膜に設けられた孔を介して前記第２ｐｎ電極と接続され、前記ｐパッド電極から離間して設けられたｎパッド電極と、
をさらに有する請求項４または請求項５に記載の発光素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、紫外線ＬＥＤを水や空気などの殺菌、消毒に使用することが注目されており、紫外線ＬＥＤの高効率化に向けた研究、開発が盛んに行われている。
【０００３】
従来のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子では、ｐ層と接触するｐ電極としてＩＴＯやＮｉ／Ａｕが広く用いられている。それらの材料はＵＶＣ（２００～２８０ｎｍ）では反射率が低い。そこでＵＶＣの発光素子では反射率が高いＲｈやＲｕをｐ電極として用いることが検討されている（特許文献１）。また、ｎ層と接触するｎ電極としてはＴｉ／Ａｌが広く用いられており、特許文献２のようにＶを用いることも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－６４９５５号公報
特開２００３－７７８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＵＶＣの発光素子は電力効率が低く、向上が求められていた。電力効率を高くするためには、光取り出し効率の向上と順方向電圧Ｖｆの低減を両立する必要があり、実現は困難であった。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、電力効率の高いＵＶＣの発光素子およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
基板上にｎ層、発光層、ｐ層を順に積層する半導体層形成工程と、
前記ｐ層表面の所定の領域に、前記ｎ層に達する深さの孔を形成する孔形成工程と、
前記ｐ層上に、前記ｐ層に接するＲｕ層を有するｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に、前記ｎ層に接し厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
温度５００～６５０℃、１～１０分間の熱処理を行い、前記ｐ電極および前記ｎ電極のコンタクト抵抗を低減するとともに、前記ｐ層のｐ型不純物の活性化を行う熱処理工程と、を有し、
前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンを設定する、発光素子の製造方法にある。
【０００８】
本発明の他の一態様は、
発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
基板と、
基板上にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、
前記ｐ層表面の所定の領域に設けられ、前記ｎ層に達する深さの孔と、
前記ｐ層上に接して設けられたＲｕ層を有するｐ電極と、
前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に設けられ、前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮ
ｘ
または前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ｎ
ｘ
からなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、前記第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、を有し、
前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンが設定されている、発光素子にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記態様によれば、Ｒｕからなるｐ電極の面積を広く取ることにより、ｐ電極による紫外線の反射を増やし、光取り出し効率を向上させることができる。また、ｐ電極、ｎ電極のいずれもコンタクト抵抗が低く、順方向電圧を低減することができる。そのため、ＵＶＣの発光素子の電力効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態における発光素子の構成を示した図であって、基板に垂直な断面図。
電極の平面パターンを示した図。
実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
発光素子のＩ－Ｖ特性を示したグラフ。
発光素子の発光波長と電力効率を示したグラフ（散布図）。
変形例１の電極パターンを示した図。
実施形態における発光素子の変形例２の構成を示した図であって、基板に垂直な断面図。
変形例２の電極パターンを示した図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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