JPWO2017038448A1 - Nitride semiconductor device - Google Patents
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Abstract
本技術の一実施形態の窒化物半導体素子は、第1半導体層と、第1半導体層の上に設けられた活性層と、活性層の上に設けられ、活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第2半導体層とを備え、第1半導体層または第2半導体層の側面には凹みまたは第1誘電体多層膜が少なくとも1つ形成されている。 The nitride semiconductor device according to an embodiment of the present technology includes a first semiconductor layer, an active layer provided on the first semiconductor layer, and light emitted from the active layer provided on the active layer. And a second semiconductor layer having an emission window. At least one recess or first dielectric multilayer film is formed on a side surface of the first semiconductor layer or the second semiconductor layer.
Description
本技術は、例えば、積層方向に光を射出する窒化物半導体素子に関する。 The present technology relates to, for example, a nitride semiconductor device that emits light in the stacking direction.
面発光レーザ等を構成する半導体素子は、自素子から発せられる熱を排出するためにサブマウント等に実装されている。実装の際には、一般に半田が用いられるが、半田は素子の濡れ性によってせり上がることが知られている。このせり上がりが大きい場合、所望の領域以外に半田が接し、電流リークを発生させてしまうという問題があった。 A semiconductor element constituting a surface emitting laser or the like is mounted on a submount or the like in order to discharge heat generated from the element. In mounting, solder is generally used, but it is known that the solder rises due to the wettability of the element. When this rise is large, there is a problem that the solder contacts other than the desired region and current leakage occurs.
一方、例えば、半導体材料として窒化物半導体が用いられた面発光レーザ等の発光素子は、一般に、基板上に、下部DBR層(第2反射層)、下部スペーサ層(第2化合物半導体層)、活性層、上部スペーサ層(第1化合物半導体層)、上部DBR層(第1反射層)およびコンタクト層(第1電極)がこの順に積層された構造を有する(例えば、特許文献1,2参照)。このような発光素子では、その諸特性が熱に強く影響を受けることから、発光素子の大部分を熱伝導率の高い半田で被覆することによって排熱性を向上させる試みがなされている。このため、上記素子の濡れ性による半田のせり上がりと併せて、リーク不良が起こりやすいという問題があった。
On the other hand, for example, a light emitting device such as a surface emitting laser using a nitride semiconductor as a semiconductor material generally has a lower DBR layer (second reflective layer), a lower spacer layer (second compound semiconductor layer), The active layer, the upper spacer layer (first compound semiconductor layer), the upper DBR layer (first reflective layer), and the contact layer (first electrode) are stacked in this order (for example, see
これに対して、例えば、サブマウント等の窒化物半導体素子と接する部材(被実装部材)に掘り込み等を設けることで、半田のせり上がりを抑制する方法が考えられている。このように、被実装部材を加工した場合には、半田のせり上がりの抑制に対して一定の効果は得られるものの、素子表面の半田の被覆領域を制御することは難しい。そのため、この方法では、上記排熱効率を向上させることについては十分な効果が得られなくなるという問題があった。 On the other hand, for example, a method of suppressing solder rise by providing a digging or the like in a member (mounted member) in contact with a nitride semiconductor element such as a submount is considered. As described above, when the mounted member is processed, it is difficult to control the solder coating region on the surface of the element, although a certain effect can be obtained with respect to the suppression of the solder rise. Therefore, this method has a problem that a sufficient effect cannot be obtained for improving the exhaust heat efficiency.
従って、排熱効率を高めつつ、リーク不良の発生を低減することが可能な窒化物半導体素子を提供することが望ましい。 Therefore, it is desirable to provide a nitride semiconductor device that can reduce the occurrence of leakage defects while improving exhaust heat efficiency.
本技術の一実施形態の窒化物半導体素子は、第1半導体層と、第1半導体層上に設けられた活性層と、活性層上に設けられた第2半導体層とを備えている。第1半導体層および第2半導体層のうち、いずれか一方の側面には、凹みまたは誘電体多層膜が少なくとも1つ形成されている。 A nitride semiconductor device according to an embodiment of the present technology includes a first semiconductor layer, an active layer provided on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer provided on the active layer. At least one indentation or dielectric multilayer film is formed on one side surface of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
本技術の一実施形態の窒化物半導体素子では、活性層を間に積層された第1半導体層および第2半導体層のうち、いずれか一方の側面には、凹みまたは誘電体多層膜が少なくとも1つ形成されている。誘電体多層膜による多数の界面や、凹みが素子の側面に形成されることにより、実装時に用いられる半田の被覆領域を制御することが可能となる。 In the nitride semiconductor device according to the embodiment of the present technology, at least one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer having the active layer interposed therebetween has at least one recess or dielectric multilayer film on the side surface. One is formed. By forming a large number of interfaces and dents on the side surface of the element by the dielectric multilayer film, it is possible to control the solder coating region used during mounting.
本技術の一実施形態の窒化物半導体素子によれば、活性層を間に積層された第1半導体層および第2半導体層のうち、いずれか一方の側面には、凹みまたは誘電体多層膜を少なくとも1つ形成するようにしたので、実装時に用いられる半田の被覆領域を制御することが可能となる。よって、半田の被覆による排熱効率を高めつつ、半田のせり上がりが抑制され、リーク不良の発生を低減することが可能となる。なお、本技術の効果は、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。 According to the nitride semiconductor device of one embodiment of the present technology, a recess or a dielectric multilayer film is formed on one side surface of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer with the active layer interposed therebetween. Since at least one of them is formed, it is possible to control the solder covering region used during mounting. Therefore, it is possible to suppress the rise of the solder while increasing the heat exhaust efficiency by the coating of the solder, and to reduce the occurrence of leakage failure. Note that the effect of the present technology is not necessarily limited to the effect described herein, and may be any effect described in the present disclosure.
以下、本技術における一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(基板側の半導体層の側面に誘電体多層膜および凹みを有する半導体レーザ)
1−1.全体構成
1−2.製造方法
1−3.作用・効果
2.第2の実施の形態(基板側の半導体層の側面に誘電体多層膜および凹みを有するLED)
3.適用例Hereinafter, an embodiment of the present technology will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (semiconductor laser having a dielectric multilayer film and a recess on a side surface of a semiconductor layer on a substrate side)
1-1. Overall configuration 1-2. Manufacturing method 1-3. Action / Effect Second Embodiment (LED having a dielectric multilayer film and a depression on the side surface of the semiconductor layer on the substrate side)
3. Application examples
<1.第1の実施の形態>
図1は、本技術の第1の実施の形態に係る面発光型の半導体素子(半導体レーザ1)の断面構成の一例を表したものである。半導体レーザ1は、基板11と、基板11の面S1に接する複数の誘電体多層膜41とを有する。複数の誘電体多層膜41は間隔をあけて基板11上に設けられている。半導体レーザ1は、さらに、半導体層20、絶縁膜24、透明電極32および第2反射層42がこの順に積層された構成を有する。複数の誘電体多層膜41のうち、第2反射層42と対向する誘電体多層膜41を第1反射層41Aとすると、一組の第1反射層41Aおよび第2反射層42が、共振器として機能する。半導体層20は、第1半導体層21、活性層22、第2半導体層23が基板11側からこの順に積層された構成を有する。各誘電体多層膜41は、第1半導体層21によって埋め込まれており、第1半導体層21の側面には、1または複数の誘電体多層膜41の側面が露出している。つまり、第1半導体層21の側面には、誘電体多層膜41が少なくとも1つ形成されている。さらに、第1半導体層21の側面には、凹み21Aが少なくとも1つ形成されている。半導体レーザ1は、基板11の面S2(面S1と対向する面)に接する第1電極31を有する。なお、図1の半導体レーザ1は模式的に表したものであり、実際の寸法とは異なっている。<1. First Embodiment>
FIG. 1 illustrates an example of a cross-sectional configuration of a surface-emitting type semiconductor element (semiconductor laser 1) according to the first embodiment of the present technology. The
(1−1.全体構成)
基板11は、半導体層20の製造に用いられた素子形成基板である。基板11は、半導体層20(第1半導体層21)に接して設けられている。基板11は、例えば、GaN基板、サファイア基板、GaAs基板、SiC基板、アルミナ基板、ZnS基板、ZnO基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、InP基板といった各種の基板を用いることができる。この他、AlN等からなる絶縁性基板、Si、SiC、Ge等からなる半導体基板、金属製基板や合金製基板を用いてもよい。基板11の積層方向の厚み(以下、単に厚みという)、例えば、0.05mm〜0.5mmであることが好ましい。(1-1. Overall configuration)
The
半導体層20は、第1半導体層21、活性層22および第2半導体層23が基板11側から順に積層された構成を有する。第1半導体層21および第2半導体層23は、互いに異なる導電型を有し、例えば、第1半導体層21はn型の化合物半導体から形成され、第2半導体層23はp型の化合物半導体から形成されている。第1半導体層21、活性層22および第2半導体層23は、それぞれ、窒化物系化合物半導体によって構成されている。具体的な窒化物系化合物半導体としては、GaN系化合物半導体、例えばGaN、AlGaN、InGaN、AlInGaNが挙げられる。この他、AlN、AlInNおよびInNが挙げられる。更に、これらの化合物半導体には、所望に応じて、ホウ素(B)原子やタリウム(Tl)原子、ヒ素(As)原子、リン(P)原子、アンチモン(Sb)原子が含まれていてもよい。活性層22は、量子井戸構造を有することが望ましい。具体的には、単一量子井戸構造(QW構造)を有していてもよいし、多重量子井戸構造(MQW構造)を有していてもよい。量子井戸構造を有する活性層22は、井戸層及び障壁層が、少なくとも1層、積層された構造を有するが、(井戸層を構成する化合物半導体,障壁層を構成する化合物半導体)の組合せとして、(InyGa(1-y)N,GaN)、(InyGa(1-y)N,InzGa(1-z)N)[但し、y>z]、(InyGa(1-y)N,AlGaN)、(AlGaN/GaN)、(AlzGa1-zN/AlyGa1-yN)[但し、y>z]が挙げられる。The
なお、第1半導体層21および第2半導体層23は、それぞれ単一構造の層であってもよいし、多層構造の層であってもよい。また、超格子構造の層であってもよい。更に、組成傾斜層、濃度傾斜層を備えた層とすることもできる。
The
第1電極31は、半導体層20が形成された基板11の一面とは反対側の面に設けられている。第1電極31は、例えば、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、Ti(チタン)、バナジウム(V)、タングステン(W)、クロム(Cr)、Al(アルミニウム)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、錫(Sn)およびインジウム(In)のうちの少なくとも1種類の金属(合金を含む)を含む単層膜または積層膜であることが好ましい。具体的には、例えば、Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt、Ag/Pd等の積層膜が挙げられる。なお、多層膜構造における「/」の前の層ほど、より活性層22側に位置する。
The
透明電極32は、半導体層20上に設けられている。透明電極32は、第2半導体層23のうち、活性層22から発せられた光を射出する射出窓24Wに接して設けられている。透明電極32は、光透過性を有するいわゆる透明導電性材料によって形成されている。具体的な透明導電性材料としては、例えば、インジウム−錫酸化物(ITO,Indium TinOxide,SnドープのIn2O3、結晶性ITOおよびアモルファスITOを含む)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO,Indium Zinc Oxide)、IFO(FドープのIn2O3)、酸化錫(SnO2)、ATO(SbドープのSnO2)、FTO(FドープのSnO2)、酸化亜鉛(ZnO、AlドープのZnOやBドープのZnOを含む)が挙げられる。この他、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明導電膜を用いてもよい。但し、透明電極32を構成する材料は、後述する第2反射層42と透明電極32との配置状態に依存するが、透明導電性材料に限定するものではなく、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、金(Au)、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)等の金属を用いることもできる。透明電極32は、これらの材料の少なくとも1種類から構成すればよい。The
透明電極32上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するための第2電極33が設けられている。第2電極33は、例えば、Ti(チタン)、アルミニウム(Al)、Pt(白金)、Au(金)、Ni(ニッケル)、Pd(パラジウム)のうちの少なくとも1種類の金属を含む単層膜または積層膜であることが好ましい。具体的には、例えば、Ti/Pt/Au、Ti/Au、Ti/Pd/Au、Ti/Pd/Au、Ti/Ni/Au、Ti/Ni/Au/Cr/Au等の積層膜が挙げられる。なお、ここでは設けていないが、第1電極31上にもパッド電極を適宜設けてもよい。第1電極31をAg層あるいはAg/Pd層から構成する場合には、第1電極31の表面に、例えば、Ni/TiW/Pd/TiW/Niから成るカバーメタル層(図示せず)を形成し、カバーメタル層の上に、例えば、Ti/Ni/Au、Ti/Ni/Au/Cr/Au等の多層膜からなるパッド電極を形成することが好ましい。
On the
半導体層20(具体的には、第2半導体層23)と透明電極32との間には、電流狭窄構造が形成されていることが好ましい。電流狭窄構造は、例えば、第2半導体層23上に設けられた絶縁膜24によって構成される。絶縁膜24は開口24Aを有し、この開口が半導体層20(第2半導体層23)における電流注入領域となる。このとき、半導体層20(第2半導体層23)における電流注入領域が、上記射出窓24Hと対応している。絶縁膜24は、例えば、SiOX,SiNXあるいはAlOXによって形成されている。A current confinement structure is preferably formed between the semiconductor layer 20 (specifically, the second semiconductor layer 23) and the
なお、電流狭窄構造は、必ずしも絶縁膜24によって形成する必要はない。例えば、第2半導体層23を反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)法等によりエッチングしてメサ構造を形成してもよいし、あるいは、積層された第2半導体層23の一部の層を横方向から部分的に酸化して電流狭窄領域を形成してもよい。更に、第2半導体層23に不純物をイオン注入して導電性が低下した領域を形成してもよいし、更にまた、これらを、適宜、組み合わせてもよい。但し、透明電極32は、電流狭窄により電流が流れる第2半導体層23の一部と電気的に接続されている必要がある。
Note that the current confinement structure is not necessarily formed by the insulating
誘電体多層膜41は、例えば、基板11の面内に複数設けられており、第1半導体層21によって埋め込まれている。基板11上に設けられた複数の誘電体多層膜41の一部は、半導体層20の端面と同一の面内に端面を有し、半導体レーザ1の側面に露出している。誘電体多層膜41は、例えば、Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti等の酸化物、窒化物(例えば、SiNx、AlNx、AlGaN、GaNx、BNx等)あるいはフッ化物等によって形成されている。具体的には、SiOx、TiOx、NbOx、ZrOx、TaOx、ZnOx、AlOx、HfOx、SiNx、AlNx等が挙げられる。For example, a plurality of
第1反射層41Aは、DBR(Distributed Bragg Reflector)層として機能する。第1反射層41Aは、上記誘電体材料のうち、屈折率が異なる誘電体材料から成る2種類以上の誘電体膜が交互に積層された構成となっていることが好ましい。これにより、光反射効果が得られる。2種類の誘電体膜の組み合わせとしては、例えば、SiOx/SiNx、SiOx/NbOx、SiOx/ZrOx、SiOx/AlNx等が挙げられる。所望の光反射率を得るために、各誘電体膜を構成する材料、膜厚および積層数等を、適宜選択すればよい。各誘電体膜の厚みは、用いる材料等により適宜調整することができ、発光波長λ0、用いる材料の発光波長λ0での屈折率nによって決定される。具体的には、λ0/(4n)の奇数倍とすることが好ましい。例えば、発光波長λ0が410nmの発光素子において、誘電体多層膜41をSiOX/NbOyから構成する場合には、各誘電体膜の厚みは40nm〜70nm程度であることが好ましい。積層数は、5以上であることが好ましく、より好ましくは、15以上である。誘電体多層膜41全体の厚みは、例えば、0.6μm〜3.0μmであることが好ましい。誘電体多層膜41は、例えば、[1120]方向に横方向成長するように配置または配列させることが好ましい。The first
誘電体多層膜41の平面形状は、図2に示したように、例えば格子(矩形)状(A)、正六角形を含む多角形状(B)、楕円を含む円形状(C)、ストライプ状(D)あるいは島状形状に形成されている。誘電体多層膜41の断面形状は、図1に示したように矩形状でもよいし、あるいは台形状に形成してもよい。また、図3に示したように、一部の誘電体多層膜41が基板11から欠落していてもよい。この誘電体多層膜41の欠落は、劈開による切り出し時における誘電体多層膜41の割れや欠けによって生じる。また、例えば基板11の線熱膨張係数と誘電体多層膜41の線熱膨張係数の差によって生じる。この誘電体多層膜41の欠落が基板11の端面で起こることにより、半導体層20の側面に凹み21Aが形成される。なお、誘電体多層膜41の欠落は、意図的に形成するようにしてもよい。
As shown in FIG. 2, the planar shape of the
第2反射層42は、半導体層20を間にして第1反射層41Aと対向する位置に設けられており、具体的には、透明電極32上に設けられている。第2反射層42は、誘電体多層膜41と同様に、Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti等の酸化物、窒化物(例えば、SiNX、AlNX、AlGaN、GaNX、BNX等)あるいはフッ化物等によって形成されている。第2反射層42は、上記誘電体材料のうち、SiNxやTaOx等の高屈折率材料と、SiOx等の低屈折率材料とを交互に積層することで高い光反射率を得ることができる。所望の光反射率を得るためには、各誘電体膜を構成する材料のほか、膜厚および積層数等を適宜選択すればよい。各誘電体膜の厚みは、用いる材料等により適宜調整することができ、発光波長λ0、用いる材料の発光波長λ0での屈折率nによって決定される。具体的には、λ0/(4n)の奇数倍とすることが好ましい。例えば、発光波長λ0が410nmの発光素子において、誘電体多層膜41をSiOX/NbOyから構成する場合には、各誘電体膜の厚みは40nm〜70nm程度であることが好ましい。積層数は2以上、好ましくは、2〜15である。誘電体多層膜41全体の厚みは、例えば、0.6μm〜3.0μmであることが好ましい。The second
(1−2.製造方法)
本実施の形態の半導体レーザ1は、例えば、次のようにして製造することができる。(1-2. Manufacturing method)
The
図4A〜図5Bは、半導体レーザ1の製造方法を工程順に表わしたものである。まず、図4Aに示したように、誘電体多層膜41Xを形成する。具体的には、基板11上に、例えば、スパッタ、CVDおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いてSiOx膜およびSiNx膜を交互に、例えば5層積層することで形成される。続いて、図4Bに示したように、誘電体多層膜41Xを選択的にエッチングすることにより、側面が溝41Hに囲まれた複数の誘電体多層膜41を形成する。エッチング工程にはフッ化水素酸等によるウェットエッチング、RIE装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。4A to 5B show a method of manufacturing the
次に、図5Aに示したように、基板11および誘電体多層膜41上に半導体層20および絶縁膜24を形成する。具体的には、誘電体多層膜41を選択成長用マスクとして用い、基板11をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;有機金属化学気相成長)装置に設置し、所望の温度に加熱した状態で、例えば、n型GaNからなる第1半導体層21、活性層(発光層)22、例えば、p型GaNからなる第2半導体層23等を含む半導体層20を成長させる。成長には、Ga原料としてトリメチルガリウム(TMGa)、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMAl)、In原料としてトリメチルインジウム(TMIn)、n型不純物のSiの原料としてシラン(SiH4)、p型不純物のMgの原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)、N原料としてアンモニアガス(NH3)等を用いる。ここでは、例えば、第1半導体層21を5μm、活性層22を80nm、第2半導体層23を100nm成長させる。続いて、例えばSiO2膜を、例えばスパッタ、CVDおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いて、例えば200nmの厚みで成膜したのち、選択的にエッチングすることにより、電流注入領域となる第2半導体層23が露出した開口24Aを有する絶縁膜24を形成する。エッチング工程にはフッ化水素酸等によるウェットエッチング、RIE装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。ここで、電流注入領域の面積は、対向する誘電体多層膜41(第1反射層41A)の面積の半分以下であり、例えば、25πm2程度である。Next, as shown in FIG. 5A, the
続いて、図5Bに示したように、透明電極32、第2電極33および第2反射層42を形成する。具体的には、例えばITO膜を、例えば、スパッタ、CVDおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いて成膜したのち、選択的にエッチングすることにより、所望の形状を有する透明電極32を形成する。エッチング工程には塩酸等によるウェットエッチング、リアクティブイオンエッチング装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。次に、例えばAu、PtおよびTiを、例えば、スパッタ、CVDおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いてこの順に成膜したのち、選択的にエッチングすることにより、所望の部分にのみTi/Pt/Au膜を残して第2電極33を形成する。エッチング工程には酸等によるウェットエッチング、リアクティブイオンエッチング装置等を用いたドライエッチング、PR法によるリフトオフ等を用いることができる。続いて、例えば、スパッタ、CVDおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いてSiOx膜およびSiNx膜を交互に、例えば5層積層された誘電体多層膜を形成してのち、例えば、選択的にエッチングすることにより所望の形状を有する第2反射層42を形成する。エッチング工程にはフッ化水素酸等によるウェットエッチング、RIE装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。Subsequently, as shown in FIG. 5B, the
次に、基板11を裏面側から研削および研磨を行ったのち、第1電極31を成膜する。最後に、基板11から素子を劈開等によって切り出す。このとき、誘電体多層膜41を横切るように切り出す。これにより、図1に示した半導体レーザ1が完成する。
Next, after the
半導体レーザ1は、上記のように、基板11の一面に、複数の誘電体多層膜41、第1半導体層21、活性層22、第2半導体層23、透明電極32および第2反射層42がこの順に積層され、基板11の一面に対向する他の面には第1電極31が形成された構成を有する。第1反射層41Aおよび第2反射層42のいずれか一方(ここでは、第2反射層42側)には、活性層22への電流注入効率を高め、閾地電流を下げるために電流注入領域を狭める電流狭窄構造(絶縁膜24の開口24A)が設けられている。半導体レーザ1では、第1電極31および透明電極32から注入された電流が電流狭窄構造により狭窄されたのち、活性層22に注入される。これにより、電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、第1反射層41Aおよび第2反射層42によって反射され、所定の波長でレーザ発振が生じ、第1反射層41Aまたは第2反射層42を介して外部にレーザ光として射出される。
As described above, the
(1−3.作用・効果)
前述したように、窒化物半導体を用いた半導体レーザは、その諸特性が熱に強く影響を受けるため、半導体レーザは、熱を排出させるためにサブマウント等に、一般に半田を用いて実装される。また、半田は熱伝導率が高いため、半導体レーザの表面をできるだけ半田で覆うことによって排熱効率の向上が図られる傾向にある。しかしながら、一般的な半導体レーザでは、側面の濡れ性によって半田のせり上がりが起こり、この半田のせり上がりがリーク不良の原因となっていた。(1-3. Action and effect)
As described above, since semiconductor lasers using nitride semiconductors are strongly affected by heat, the semiconductor lasers are generally mounted on a submount or the like using solder to discharge heat. . In addition, since solder has a high thermal conductivity, the heat exhaust efficiency tends to be improved by covering the surface of the semiconductor laser with solder as much as possible. However, in a general semiconductor laser, solder rises due to the wettability of the side surfaces, and this solder rise causes a leak failure.
この問題を解決する方法として、半導体レーザを実装するサブマウント等に掘り込み等を設けて半田のせり上がりを抑制する方法が考えられている。しかしながら、この方法では、半田のせり上がりを低減することはできるものの、半導体レーザ表面の半田の被覆領域を制御することは難しく、半田のせり上がりの抑制と、高い排熱効率とを両立させることは困難であった。 As a method for solving this problem, there has been considered a method of providing a digging or the like in a submount or the like for mounting a semiconductor laser to suppress the rise of solder. However, although this method can reduce the solder rise, it is difficult to control the solder coating area on the surface of the semiconductor laser, and it is possible to achieve both suppression of solder rise and high heat exhaust efficiency. It was difficult.
これに対して、本実施の形態の半導体レーザ1では、基板11上の第1半導体層21の側面に、誘電体多層膜41の露出面または凹み21Aを設けるようにした。第1半導体層21の側面に設けられる誘電体多層膜41の露出面は、第1半導体層21と比較してダングリングボンドの密度が小さく、これらが多層積層されることで半導体レーザ1の側面に複数の界面が形成される。これにより、実装時に用いられる半田による半導体レーザ1の側面の被覆領域を制御することが可能となる。また、凹み21Aは、劈開による切り出しの際の割れや欠け、あるいは、基板11と誘電体多層膜41との線膨張係数の差によって誘電体多層膜41が欠落することによって形成される。この凹み21Aによっても実装時に用いられる半田による半導体レーザ1の側面の被覆領域を制御、具体的には、半田のせり上がりが低減される。
On the other hand, in the
よって、本実施の形態の半導体レーザ1では、半田の被覆による排熱効率高めつつ、半田のせり上がりが抑制され、リーク不良の発生を低減することが可能となる。
Therefore, in the
以下に、他の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。 Other embodiments will be described below. In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
<2.第2の実施の形態>
図6は、本開示の第2の実施の形態に係る面発光型の半導体素子(LED2)の断面構成の一例を表したものである。LED2は、基板11と、基板11の面S1に接する複数の誘電体多層膜61とを有する。複数の誘電体多層膜61は間隔をあけて基板11上に設けられている。LED2は、さらに、半導体層20、透明電極52およびn型電極53がこの順に積層された構成を有する。各誘電体多層膜61は、半導体層20の第1半導体層21によって埋め込まれており、第1半導体層21の側面には、1または複数の誘電体多層膜61の側面が露出している。つまり、第1半導体層21の側面には、誘電体多層膜61が少なくとも1つ形成されている。さらに、第1半導体層21の側面には、凹み21Aが少なくとも1つ形成されている。LED2は、基板11の面S2(面S1と対向する面)に接するp型電極51を有する。なお、図6の半導体レーザ1は模式的に表したものであり、実際の寸法とは異なっている。<2. Second Embodiment>
FIG. 6 illustrates an example of a cross-sectional configuration of a surface-emitting type semiconductor element (LED2) according to the second embodiment of the present disclosure. The
p型電極51は、半導体層20が形成された基板11の一面とは反対側の面に設けられている。p型電極51は、例えば、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、Ti(チタン)、バナジウム(V)、タングステン(W)、クロム(Cr)、Al(アルミニウム)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、錫(Sn)およびインジウム(In)のうちの少なくとも1種類の金属(合金を含む)を含む単層膜または積層膜であることが好ましい。積層膜としては、例えば、Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt、Ag/Pd等が挙げられる。
The p-
透明電極52は、例えば、半導体層20の上面(第2半導体層23の表面)に設けられており、光透過性を有するいわゆる透明導電性材料によって形成されている。具体的な透明導電性材料としては、例えば、インジウム−錫酸化物(ITO,Indium Tin Oxide,SnドープのIn2O3、結晶性ITOおよびアモルファスITOを含む)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO,Indium Zinc Oxide)、IFO(FドープのIn2O3)、酸化錫(SnO2)、ATO(SbドープのSnO2)、FTO(FドープのSnO2)、酸化亜鉛(ZnO、AlドープのZnOやBドープのZnOを含む)が挙げられる。この他、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明導電膜を用いてもよい。The
n型電極53は、透明電極52上の一部に設けられている。n型電極53は、例えば、Ti(チタン)、アルミニウム(Al)、Pt(白金)、Au(金)、Ni(ニッケル)、Pd(パラジウム)のうちの少なくとも1種類の金属を含む単層膜または積層膜であることが好ましい。積層膜としては、例えば、Ti/Pt/Au、Ti/Au、Ti/Pd/Au、Ti/Pd/Au、Ti/Ni/Au、Ti/Ni/Au/Cr/Au等が挙げられる。
The n-
誘電体多層膜61は、上記実施の形態における誘電体多層膜41と同様に、例えば、基板11の面内に複数設けられており、第1半導体層21によって埋め込まれている。誘電体多層膜61は、活性層22で発せられた光を透明電極52側に反射する機能を有する。基板11上に設けられた複数の誘電体多層膜61の一部は、半導体層20と同一の端面を有し、LED2の側面に露出している。誘電体多層膜61は、例えば、Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti等の酸化物、窒化物(例えば、SiNx、AlNx、AlGaN、GaNx、BNx等)あるいはフッ化物等によって形成されている。具体的には、SiOx、TiOx、NbOx、ZrOx、TaOx、ZnOx、AlOx、HfOx、SiNx、AlNx等が挙げられる。Similar to the
誘電体多層膜61は、上記誘電体材料のうち、必ずしも屈折率が異なる誘電体材料から成る2種類以上の誘電体膜を交互に積層する必要はないが、例えば、SiNxやTaOx等の高屈折率材料と、SiOx等の低屈折率材料とを交互に積層することで光の取り出し効率が向上する。具体的な誘電体材料の組み合わせとしては、SiOx/SiNxのほか、例えば、SiOx/NbOx、SiOx/ZrOx、SiOx/AlNx等が挙げられる。各誘電体膜の厚みは40nm〜70nm程度であることが好ましい。積層数は、5以上であることが好ましく、より好ましくは、15以上である。誘電体多層膜61全体の厚みは、例えば、0.6μm〜3.0μmであることが好ましい。誘電体多層膜61は、例えば、[1120]方向に横方向成長するように配置または配列させることが好ましい。The
誘電体多層膜61の平面形状は、上記実施の形態と同様に、例えば格子(矩形)状、正六角形を含む多角形状、楕円を含む円形状、ストライプ状あるいは島状形状に形成されている。誘電体多層膜61の断面形状は、図6に示したように矩形状でもよいし、あるいは台形状に形成してもよい。
The planar shape of the
LED2は、上記実施の形態と同様の方法を用いて、例えば次のようにして製造することができる。まず、上記実施の形態と同様に、基板11上に、誘電体多層膜61および半導体層20を形成したのち、透明電極52およびn型電極53を形成する。具体的には、例えばITOを、例えば、スパッタ、CVDおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いて成膜したのち、選択的にエッチングすることにより、所望の形状を有する透明電極52を形成する。エッチング工程には塩酸等によるウェットエッチング、リアクティブイオンエッチング装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。次に、例えばAu、PtおよびTiを、例えば、スパッタ、CVDおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いてこの順に成膜したのち、PR工程およびエッチング工程により、所望の部分にのみTi/Pt/Au膜を残してn型電極53を形成する。エッチング工程には酸等によるウェットエッチング、リアクティブイオンエッチング装置等を用いたドライエッチング、PR法によるリフトオフ等を用いることができる。
The
続いて、基板11を裏面側から研削および研磨を行ったのち、p型電極51を成膜する。最後に、基板11から素子を劈開等によって切り出す。このとき、誘電体多層膜61を横切るように切り出すことによってことによって図6に示したLED2が完成する。
Subsequently, the
<3.適用例>
(適用例1)
図7Aおよび図7Bは、上記第1の実施の形態における半導体レーザ1をヒートシンク上に実装したものである。なお、ここでは半導体レーザ1の構造を簡略化して示している。図7Aに示した半導体レーザ1は、ヒートシンク101に半田102を介してジャンクションアップ実装されたものであり、第2電極33には半田103を介してボンディングワイヤ104が接続されている。図7Bに示した半導体レーザ1は、ヒートシンク101に半田102を介してジャンクションダウン実装されたものであり、第1電極31には半田103を介してボンディングワイヤ104が接続されている。また、ジャンクションダウン実装する場合には、レーザ光は基板11側から射出されるため、第1電極31には開口31Aが設けられ、この開口31Aが射出窓となっている。このように、第1の実施の形態の半導体レーザ1では、ジャンクションアップ実装された際の半田102のせり上がりを、ジャンクションダウン実装された際の半田103のせり下がりを、半導体層20の各側面に露出した1以上の誘電体多層膜41および1以上の凹み21Aによって防ぐことが可能となる。<3. Application example>
(Application example 1)
7A and 7B show the
(適用例2)
図8Aおよび図8Bは、上記第2の実施の形態におけるLED2をヒートシンク上に実装したものである。なお、ここではLED2の構造を簡略化して示している。図8Aに示したLED2は、ヒートシンク101に半田102を介してジャンクションアップ実装されたものであり、第2電極33には半田103を介してボンディングワイヤ104が接続されている。図8Bに示したLED2は、ヒートシンク101に半田102を介してジャンクションダウン実装されたものであり、p型電極51には半田103を介してボンディングワイヤ104が接続されている。また、ジャンクションダウン実装する場合には、レーザ光は基板11側から射出されるため、p型電極51には開口51Aが設けられ、この開口31Aが射出窓となっている。このように、第2の実施の形態のLED2では、このように、第1の実施の形態の半導体レーザ1では、ジャンクションアップ実装された際の半田102のせり上がりを、ジャンクションダウン実装された際の半田103のせり下がりを、半導体層20の各側面に露出した1以上の誘電体多層膜61および1以上の凹み21Aによって防ぐことが可能となる。(Application example 2)
8A and 8B show the
以上、第1および第2の実施の形態および適用例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第1および第2の実施の形態では、半導体レーザ1(あるいは、LED2)では、それぞれ半導体層20の側面に、誘電体多層膜41(あるいは誘電体多層膜61)および凹み21Aの両方を有する例を示したが、例えば、凹み21Aのみ、あるいは誘電体多層膜41(あるいは誘電体多層膜61)のみが設けられていてもよい。
Although the present technology has been described with the first and second embodiments and application examples, the present technology is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made. For example, in the first and second embodiments, in the semiconductor laser 1 (or LED 2), both the dielectric multilayer film 41 (or the dielectric multilayer film 61) and the
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であってこれに限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。 In addition, the effect described in this specification is an illustration to the last, and is not limited to this, There may exist another effect.
なお、本技術は以下の様な構成をとることも可能である。
(1)
第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第2半導体層とを備え、
前記第1半導体層または前記第2半導体層の側面には凹みまたは第1誘電体多層膜が少なくとも1つ形成されている
窒化物半導体素子。
(2)
前記第1半導体層に接して設けられた、前記第1半導体層の素子形成基板をさらに備え、
前記第1半導体層の側面に、前記凹みまたは前記第1誘電体多層膜が少なくとも1つ形成されている、前記(1)に記載の窒化物半導体素子。
(3)
前記第1半導体層には、1または複数の前記第1誘電体多層膜が埋め込まれている、前記(2)に記載の窒化物半導体素子。
(4)
前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層を間にして、前記第1半導体層に埋め込まれている1つの前記第1誘電体多層膜と対向する位置に設けられた第2誘電体多層膜をさらに備えた、前記(3)に記載の窒化物半導体素子。
(5)
前記第1半導体層の各側面には、複数の前記第1誘電体多層膜が露出している、前記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の窒化物半導体素子。
(6)
前記第1半導体層の各側面には、複数の前記凹みが形成されている、前記(1)乃至(5)のうちのいずれかに記載の窒化物半導体素子。
(7)
前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層は、GaN系化合物半導体によって構成されている、前記(1)乃至(6)のうちのいずれかに記載の窒化物半導体素子。
(8)
前記素子形成基板は、窒化ガリウム(GaN)基板,窒化インジウムガリウム(InGaN)基板,サファイア基板およびシリコン(Si)基板のいずれかである、前記(2)乃至(7)のうちのいずれかに記載の窒化物半導体素子。In addition, this technique can also take the following structures.
(1)
A first semiconductor layer;
An active layer provided on the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer provided on the active layer and having an emission window for emitting light emitted from the active layer;
A nitride semiconductor device, wherein at least one recess or a first dielectric multilayer film is formed on a side surface of the first semiconductor layer or the second semiconductor layer.
(2)
An element formation substrate of the first semiconductor layer provided in contact with the first semiconductor layer;
The nitride semiconductor device according to (1), wherein at least one of the recess or the first dielectric multilayer film is formed on a side surface of the first semiconductor layer.
(3)
The nitride semiconductor device according to (2), wherein one or a plurality of the first dielectric multilayer films are embedded in the first semiconductor layer.
(4)
A second dielectric provided at a position facing one of the first dielectric multilayer films embedded in the first semiconductor layer with the first semiconductor layer, the active layer, and the second semiconductor layer in between. The nitride semiconductor device according to (3), further comprising a body multilayer film.
(5)
The nitride semiconductor device according to any one of (1) to (4), wherein a plurality of the first dielectric multilayer films are exposed on each side surface of the first semiconductor layer.
(6)
The nitride semiconductor device according to any one of (1) to (5), wherein a plurality of the recesses are formed on each side surface of the first semiconductor layer.
(7)
The nitride semiconductor device according to any one of (1) to (6), wherein the first semiconductor layer, the active layer, and the second semiconductor layer are formed of a GaN-based compound semiconductor.
(8)
The element formation substrate is any one of (2) to (7), which is any one of a gallium nitride (GaN) substrate, an indium gallium nitride (InGaN) substrate, a sapphire substrate, and a silicon (Si) substrate. Nitride semiconductor device.
本出願は、日本国特許庁において2015年9月2日に出願された日本特許出願番号2015−172749号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。 This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2015-172749 filed on September 2, 2015 at the Japan Patent Office. The entire contents of this application are hereby incorporated by reference. Incorporated into.
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。 Those skilled in the art will envision various modifications, combinations, subcombinations, and changes, depending on design requirements and other factors, which are within the scope of the appended claims and their equivalents. It is understood that
Claims (8)
前記第1半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第2半導体層とを備え、
前記第1半導体層または前記第2半導体層の側面には凹みまたは第1誘電体多層膜が少なくとも1つ形成されている
窒化物半導体素子。A first semiconductor layer;
An active layer provided on the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer provided on the active layer and having an emission window for emitting light emitted from the active layer;
A nitride semiconductor device, wherein at least one recess or a first dielectric multilayer film is formed on a side surface of the first semiconductor layer or the second semiconductor layer.
前記第1半導体層の側面に、前記凹みまたは前記第1誘電体多層膜が少なくとも1つ形成されている、請求項1に記載の窒化物半導体素子。An element formation substrate of the first semiconductor layer provided in contact with the first semiconductor layer;
The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the recess or the first dielectric multilayer film is formed on a side surface of the first semiconductor layer.
請求項2に記載の窒化物半導体素子。The nitride semiconductor device according to claim 2, wherein one or a plurality of the first dielectric multilayer films are embedded in the first semiconductor layer.
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C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
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