DE112007000602T5

DE112007000602T5 - Ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE112007000602T5
Application number: DE112007000602T
Authority: DE
Inventors: Ken Nakahara
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2009-01-15
Also published as: TW200805708A; US20090097521A1; KR20080112264A; JP2007250788A; CN101401223A; JP4362125B2; WO2007105791A1

Abstract

An einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement, mit:
einer AlGaN-Schicht, die mit Mg mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist;
einem Kamm mit einer Streifenform, der auf einem oberen Abschnitt einer geschichteten Struktur gebildet ist, die die AlGaN-Schicht und eine aktive Schicht enthält; und
einer Schottky-Barriere, die auf einer oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich gebildet ist, in dem der Kamm nicht gebildet ist und die AlGaN-Schicht außen liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Stand der Technik
Bisher wurde ein Licht emittierendes Halbleiterelement für ein Darstellungsgerät zum Darstellen von Bildern verwendet. Typische Beispiele von solchen Licht emittierenden Halbleiterelementen beinhalten ein Licht emittierendes Halbleiterelement, das in einem Punktmatrixdarstellungsgerät verwendet wird, ein Licht emittierendes Halbleiterelement, das in einem Hintergrundlicht eines Flüssigkristalldarstellungsgerätes für ein Mobiltelefon verwendet wird, und ein Licht emittierendes Halbleiterelement, das in einem Hintergrundlicht eines Flüssigkristalldarstellungsgerätes für einen Fernseher verwendet wird, und ähnliches.
Zum Beispiel sind in dem Punktmatrixdarstellungsgerät Licht emittierende Halbleiterelemente aus roten LEDs (Licht emittierende Dioden), grünen LEDs und blauen LEDs Seite an Seite angebracht.
In den Flüssigkristalldarstellungsgeräten für das Mobiltelefon sind Licht emittierende Elemente aus blauen LEDs und gelben LEDs als ein Hintergrundlicht angebracht. Das Flüssigkristalldarstellungsgerät für das Mobiltelefon erzeugt ein weißes Licht durch Verwenden dieser Licht emittierenden Halbleiterelemente von blauen und gelben LEDs.
In dem Flüssigkristalldarstellungsgerät für den Fernseher sind Licht emittierende Halbleiterelemente aus roten LEDs, grünen LEDs und blauen LEDs Seite an Seite als ein Hintergrundlicht angebracht. In dem Flüssigkristalldarstellungsgerät für den Fernseher wird eine größere Anzahl von grünen LEDs als roten und blauen LEDs verwendet.
Um eine Energieeffizienz in solchen Darstellungsgeräten und ähnlichen zu erhöhen, wurde ein Licht emittierendes Halbleiterelement gefordert, das Licht aus einer lokalen Fläche darin emittiert.
Als solche Licht emittierende Halbleiterelemente ist allgemein ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement bekannt, das mit einem Kamm versehen ist, der eine Streifenform hat und in dem oberen Abschnitt einer geschichteten Struktur gebildet ist, die eine aktive Schicht enthält.
Insbesondere wird, wie in 8 gezeigt, ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement mit einer n-leitenden Nitridhalbleiterschicht bereitgestellt (Schichten von einer n-leitenden Kontaktschicht 502 bis zu einer Lichtleiterschicht 504), einer MQW aktiven Schicht 506 und einer p-leitenden Nitridhalbleiterschicht (Schichten von einer ersten p-leitenden Lichtleiterschicht 507 bis zu einer p-leitenden Kontaktschicht 510). Ein Kamm mit einer Streifenform wird in der p-leitenden Nitridhalbleiterschicht gebildet.
Das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement hat eine Struktur, in der alle außen liegenden Oberflächen des Kamms mit einer Isolationsschicht 515 bedeckt sind, außer der oberen Fläche der p-leitenden Kontaktschicht 510, die elektrisch mit einer p-Elektrode 513 verbunden ist (siehe japanische patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2001-15851 zum Beispiel).
Um solch ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement herzustellen, wird zuerst ein Kamm mit einer Streifenform in der p-leitenden Nitridhalbleiterschicht gebildet, und eine Isolationsschicht wird anschließend auf dem Kamm gebildet. Als zweites wird die über der p-leitenden Kontaktschicht 510 gebildete Isolationsschicht 515, die ein oberer Abschnitt des Kamms ist, entfernt und die p-Elektrode 513 wird zumindest auf der außen liegenden Fläche der p-leitenden Kontaktschicht 510 gebildet. Dadurch kann ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement hergestellt werden.
Gemäß dieses an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements fließen Löcher von der p-Elektrode 513 konzentriert durch den Kamm und einen Bereich der MQW aktiven Schicht 506, die unter dem Kamm liegt, wenn ein Strom zwischen der p-Elektrode 513 und einer n-Elektrode 514 fließt. Als ein Ergebnis können Löcher und Elektronen in dem Bereich der MQW aktiven Schicht 506 rekombiniert werden, die unter dem Kamm liegt, wodurch Licht emittiert wird. Dadurch kann das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement Licht aus einem lokalen Bereich emittieren.
Solch ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement kann einen großen Stromeinschnürungseffekt, einen großen Stromeinschlusseffekt und einen großen Lichteinschlusseffekt erzielen und wird daher im Allgemeinen als eine Struktur mit einer hohen Energieeffizienz geschätzt.
Jedoch ist es in dem Verfahren des Herstellens eines herkömmlichen an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements wie oben beschrieben schwierig, nur die Isolationsschicht 515, der über der p-leitenden Kontaktschicht 510 gebildet ist, zu entfernen, der ein oberer Abschnitt des Kamms ist. Dadurch hat das herkömmliche Verfahren ein Problem, dass die Produktionsausbeute nicht verbessert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Ein erster Aspekt eines an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß der vorliegenden Erfindung wird zusammengefasst, dass es enthält: eine AlGaN-Schicht, die mit Mg mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist; einen Kamm mit einer Streifenform, der in einem oberen Abschnitt einer geschichteten Struktur gebildet ist, die die AlGaN-Schicht und eine aktive Schicht enthält; und eine Schottky-Barriere, die auf einer oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich gebildet ist, in dem der Kamm nicht gebildet ist und die AlGaN-Schicht außen liegt.
Gemäß dieses Aspekts wird ein Kamm mit einer Streifenform bereitgestellt und in einem oberen Abschnitt der geschichteten Struktur gebildet, die die p-leitende Mantelschicht und die MQW aktive Schicht enthält, und eine Schottky-Barriere wird auf einer oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich gebildet, in dem der Kamm nicht gebildet ist und die Mantelschicht außen liegt. Gemäß dieser Struktur ist es nicht nötig, in der Kammstruktur nur einen Teil einer Isolationsschicht zu entfernen, um in Ohm'schen Kontakt mit der p-Elektrode 113 zu sein. Dadurch kann eine Produktionsausbeute verbessert werden.
Ferner ist das AlGaN mit einer großen Bandlückenenergie mit Mg mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert. Dies reduziert die Konzentration der Löcher und macht es schwierig für die Löcher, von der Schottky-Barriere zu der AlGaN-Schicht zu fließen, was in einem erhöhten Widerstand zwischen der Schottky-Barriere und der AlGaN-Schicht resultiert. Entsprechend neigen die Löcher dazu, nur durch den Kamm in dem an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelement zu fließen. Dadurch werden ein Stromeinschnüreffekt, ein Stromeinschlusseffekt und ein Lichteinschlusseffekt in dem Kamm erreicht, und Lichtemission von der aktiven Schicht mit einem schmalen Bereich kann realisiert werden.
Dadurch kann das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement, das Licht von einem lokalen Bereich emittiert und eine einfache Struktur hat, und eine hohe Produktionsausbeute erreicht werden.
Nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein oberer Abschnitt des Kamms eine GaN-Schicht sein, die mit Mg mit einer Konzentration größer oder gleich 1 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist.
Gemäß dieses Aspekts kann die Konzentration von Elektronen in dem oberen Abschnitt des Kamms erhöht werden, um weiter den Stromeinschnüreffekt des Kamms zu verbessern, weil der obere Abschnitt des Kamms die GaN-Schicht ist, die mit Mg mit einer Konzentration größer oder gleich 1 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist.
Nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement ferner eine Palladium oder Nickel enthaltende metallische Schicht enthalten, die auf dem Kamm und zumindest einem Teil der Schottky-Barriere gebildet ist.
Gemäß diesem Aspekt wird die Palladium oder Nickel enthaltende metallische Schicht, die auf dem Kamm und zumindest einem Teil der Schottky-Barriere gebildet ist, bereitgestellt. Das ermöglicht es, eine Elektrode zu erhalten, die einfach eine Ohm'sche Charakteristik zu der AlGaN-Schicht und die GaN-Schicht hat. Dadurch können die Löcher einfach durch den oberen Abschnitt des Kamms fließen, und der Stromeinschnüreffekt des Kamms kann weiter verbessert werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zusammengefasst als ein Verfahren zum Herstellen eines an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements mit: Bilden eines Kamms mit einer Streifenform auf einem oberen Abschnitt einer geschichteten Struktur, die eine aktive Schicht und eine AlGaN-Schicht enthält, die mit Mg mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist; durch Durchführen eines Trockenätzens unter Verwendung eines Ionenbeschusses und Bilden einer Schottky-Barriere auf einer oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich, in dem der Kamm nicht gebildet ist und die AlGaN-Schicht außen liegt, durch Durchführen des Trockenätzens unter Verwendung des Ionenbeschusses.
Gemäß diesem Aspekt wird der Kamm in dem oberen Abschnitt der geschichteten Struktur gebildet, die die aktive Schicht und die AlGaN-Schicht enthält, die aus AlGaN besteht, das mit Mg mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist. Ferner wird ein angemessener Defekt durch Durchführen des Trockenätzens unter Verwendung des Ionenbeschusses auf der oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich erzeugt, in dem der Kamm nicht geformt und die AlGaN-Mantelschicht außen liegt. Dadurch wird eine n-leitende Inversionsschicht (d. h. die Schottky-Barriere) gebildet, in der die Löcher Schwierigkeiten haben zu fließen. Dadurch wird der Widerstand zwischen der Schottky-Barriere und der AlGaN-Schicht erhöht, wodurch die Löcher einfach nur durch den Kamm fließen. Dadurch kann ein Stromeinschnüreffekt, ein Stromeinschlusseffekt und ein Lichteinschlusseffekt in dem Kamm erreicht werden, und ein Emittieren von Licht aus einem kleinen Bereich der aktiven Schicht kann realisiert werden.
Dadurch kann das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement, das eine hohe Produktionsausbeute hat und Licht aus einem lokalen Bereich emittiert, hergestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Querschnittsstruktur eines an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements nach Durchführen eines Schichtungsprozesses in dem Verfahren des Herstellens des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittsansicht des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements in einem Streifenmusterbildungsprozess nach dem Verfahren zum Herstellen des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Querschnittsansicht des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements in einem Kammbildungsprozess in dem Verfahren zum Herstellen des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt die Querschnittsstruktur eines ICP-Ätzers, der in dem Kammbildungsprozess und den Schottky-Barriere-Bildungsprozessen in dem Verfahren zum Herstellen des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
7 ist eine Querschnittsansicht des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements nach einem Durchführen eines Elektrodenbildungsprozesses in dem Verfahren zum Herstellen des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt die Querschnittsstruktur des Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Stand der Technik.
Beste Ausführungsart der Erfindung
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der folgenden Zeichnungen werden die gleichen oder ähnlichen Teile mit den gleichen oder ähnlichen Symbolen bezeichnet. Es soll jedoch bemerkt werden, dass die Zeichnungen diagrammartig sind und jede Größenbeziehung verschieden von der wirklichen ist.
Deswegen soll die folgende Beschreibung berücksichtigt werden, um spezifische Größen und ähnliches zu beurteilen. Es ist natürlich auch ein Teil enthalten, in dem eine Größenbeziehung und ein Verhältnis verschieden zwischen Zeichnungen sind.
(Konfiguration des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung)
Mit Bezug auf 1 wird die Konfiguration des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine Querschnittskonfiguration des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements der vorliegenden Erfindung. Als ein Beispiel des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements der vorliegenden Erfindung wird eine Beschreibung eines an einer Seitenfläche Licht emittierenden LED (Licht emittierende Diode) Typs gegeben, der blaues Licht emittiert.
Wie in 1 gezeigt, hat das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement der vorliegenden Erfindung eine geschichtete Struktur, die eine n-leitende Kontaktschicht 102, eine n-leitende Mantelschicht 103, eine n-leitende Lichtleiterschicht 104, eine n-leitende Supergitterschicht 105, eine aktive MQW-Schicht 106, eine erste p-leitende Lichtleiterschicht 107, eine zweite p-leitende Lichtleiterschicht 108, eine p-leitende Mantelschicht 109 und eine p-leitende Kontaktschicht 110 beinhaltet. Ein Kamm mit einer Streifenform ist in dem oberen Abschnitt der oben erwähnten geschichteten Struktur gebildet (d. h. auf einem Teil der p-leitenden Mantelschicht 109 und der p-leitenden Kontaktschicht 110).
Eine n-Elektrode 114 ist auf der Hauptfläche der n-leitende Kontaktschicht 102 durch eine metallische Vielschicht aus Al/Ti/Au gebildet. Die n-Elektrode 114 kann auch aus einer metallischen Vielschicht aus Al/Ni/Au oder Al/Pd/Au gebildet werden.
Eine p-leitende Elektrode 113 wird aus einer Pd-Schicht und einer Au-Schicht gebildet, die nacheinander auf zumindest einem Teil einer Schottky-Barriere 1091 und auf dem Kamm gebildet werden, und ist in Ohm'schen Kontakt mit der p-leitenden Kontaktschicht 110. Die p-leitende Elektrode 113 kann aus Ni- und Au-Schichten durch Schichten der Ni-Schicht anstelle einer Pd-Schicht gebildet werden.
Die n-leitende Kontaktschicht 102 wird gebildet aus mit Si dotiertem GaN.
Die n-leitende Mantelschicht 103 wird gebildet aus mit Si dotiertem Al_0,05GaN. Die n-leitende Lichtleiterschicht 104 ist gebildet aus undotiertem GaN. Die n-leitende Supergitterschicht 105 hat eine Supergitterstruktur, die aus alternierenden Schichten von InGaN-Schichten und GaN-Schichten gebildet wird. Die InGaN-Schichten und GaN-Schichten haben jede eine Dicke von gleich oder weniger als 30 nm.
Die aktive MQW-Schicht 106 hat eine Vielfachquantentopfstruktur, die gebildet ist aus einem Nitridhalbleiter, der In enthält.
Genauer hat die aktive MQW-Schicht 106 eine MQW-Struktur, in der eine Schicht aus In_0,17GaN mit einer Dicke von 3 nm und einer Barrierenschicht aus undotiertem GaN mit einer Dicke von 10 nm gebildet ist, die achtmal jeweils alternierend geschichtet sind.
Die erste p-leitende Lichtleiterschicht 107 ist gebildet aus undotiertem GaN oder In_0,01GaN, das ungefähr 1% In enthält.
Die zweite p-leitende Lichtleiterschicht 108 ist gebildet aus undotiertem GaN.
Die p-leitende Mantelschicht 109 ist gebildet aus Al_XGa_1-XN (0 ≤ X < 0,5), das mit Mg mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist. Man bemerke, dass die Konzentration von Magnesium in der p-leitenden Mantelschicht 109 bevorzugt größer oder gleich 1 × 10¹⁸ cm^–3 ist. Durch Verwenden der p-leitenden Mantelschicht mit der Mg Konzentration größer oder gleich 1 × 10¹⁸ cm^–3 können durch die p-leitende Mantelschicht 109 höhere Mengen von Löchern von der p-leitenden Kontaktschicht 110 fließen.
Die p-leitende Kontaktschicht 110 ist gebildet aus GaN, das mit Mg mit einer Konzentration größer oder gleich 1 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist. Die Konzentration von Mg in der p-leitenden Kontaktschicht 110 ist bevorzugt nicht kleiner als 5 × 10¹⁹ cm^–3 und nicht größer als 5 × 10²⁰ cm^–3. Wenn die Konzentration von Mg größer als 5 × 10²⁰ cm^–3 in der p-leitenden Kontaktschicht 110 ist, kann das darin dotierte Magnesium einen GaN-Kristall brechen.
Die Schottky-Barriere 1091 ist auf der oberen Fläche der p-leitenden Mantelschicht 109 in einem Bereich gebildet, in dem die p-leitende Kontaktschicht 110 nicht gebildet ist. Dadurch ist ein Teil der oberen Fläche der p-leitenden Mantelschicht 109, auf der die p-leitende Kontaktschicht 110 nicht gebildet ist, in Schottky-Kontakt mit der p-Elektrode 113.
Die p-leitende Kontaktschicht 110 bildet den Kamm mit einer Streifenform zusammen mit einem Teil der p-leitenden Mantelschicht 109. Die obere Fläche der p-leitenden Kontaktschicht 110 ist in Ohm'schen Kontakt mit der p-Elektrode 113.
(Verfahren zum Herstellen des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung)
Mit Bezug auf 2 bis 7 werden die Prozesse, die in dem Verfahren zum Herstellen des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements der vorliegenden Erfindung im Weiteren beschrieben.
Wie in 2 und 3 gezeigt, wird in Schritt S101 ein Beschichtungsprozess durchgeführt, in dem die Kristalle der n-leitende Pufferschicht 101, der n-leitenden Kontaktschicht 102, der n-leitenden Mantelschicht 103, der n-leitenden Lichtleiterschicht 104, der n-leitenden Supergitterschicht 105, der aktiven MQW-Schicht 106, der ersten p-leitenden Lichtleiterschicht 107, der zweiten p-leitenden Lichtleiterschicht 108, der p-leitenden Mantelschicht 109 und der p-leitenden Kontaktschicht 110 nacheinander durch ein Kristallwachstum (epitaktisches Wachstum) auf einem aus Saphir gebildeten Substrat (im Weiteren als Substrat 100 bezeichnet) gebildet werden.
Genauer wird das Substrat 100 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zunächst in ein MOCVD (metallorganische chemische Dampfablagerung) System gegeben und ein thermisches Reinigen erfolgt auf dem Substrat durch Erhöhen der Temperatur bis ungefähr 1050°C, während Wasserstoffgas hindurchfließen gelassen wird.
Als zweites wird die Temperatur in dem MOCVD System auf ungefähr 600°C reduziert und bildet durch ein epitaktisches Wachstum (im Weiteren einfach als Kristallwachstum bezeichnet) auf dem Substrat 100 eine aus GaN bestehende n-leitende Pufferschicht 101.
Als drittes wird die Temperatur in dem MOCVD System wieder auf ungefähr 1000°C erhöht und nacheinander bilden sich die n-leitende Kontaktschicht 102, die n-leitende Mantelschicht 103, die n-leitende Lichtleiterschicht 104, die n-leitende Supergitterschicht 105, die aktive MQW-Schicht 106, die erste p-leitende Lichtleiterschicht 107, die zweite p-leitende Lichtleiterschicht 108, die p-leitende Mantelschicht 109 und die p-leitende Kontaktschicht 110 auf der n-leitenden Pufferschicht 101 durch ein Kristallwachstum.
3 zeigt eine Querschnittsansicht des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements, das nach einem Durchführen des Beschichtungsprozesses erhalten wird.
In Schritt S102 wird ein Prozess des Bildens eines Streifenmusters durchgeführt, in dem ein Streifenmuster durch SOG (sein an glass) gebildet wird.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements in dem Prozess des Bildens des Streifenmusters. Mit Bezug auf 4 wird der Prozess des Bildens des Streifenmusters genauer unten beschrieben.
Genauer wird in dem Prozess des Bildens des Streifenmusters ein SOG-Material zunächst auf die p-leitende Kontaktschicht 110 angebracht. Das SOG-Material ist eine Lösung, die durch Lösen einer Silikatverbindung in einem organischen Lösungsmittel zubereitet wird.
Als zweites wird das angebrachte SOG-Material bei einer Temperatur von ungefähr 450°C gebacken und eine SOG-Schicht 111, die Silikatglas (SiO₂) als eine Hauptkomponente enthält, wird gebildet.
Als drittes wird ein Resistfilm auf die SOG-Schicht 111 angebracht und ein Resistmuster 112 wird durch Photolithographie gebildet.
Als viertes wird ein Ätzen auf der SOG-Schicht 111 mit dem Resistmuster 112 als ein Maskenmuster durchgeführt. Das Ätzen kann ein Nassätzen unter Verwendung einer gepufferten Hydrofluorsäure oder ein Trockenätzen unter Verwendung einer fluorinbasierten Gases (CF₄, SF₆ oder ähnliches) sein. Hier wird bevorzugt ein Trockenätzen durchgeführt, das es ermöglicht, das Resistmuster 112 fein zu schneiden.
Als fünftes wird das Resistmuster 112 unter Verwendung einer O₂ Veraschung ("asher"; O Plasma), einer alkalischen Lösung oder ähnlichem entfernt, um ein Streifenmuster zu bilden, das aus der verbleibenden SOG-Schicht 111 besteht.
In Schritt S103 wird ein Prozess des Bildens einer Kammstruktur durchgeführt. In diesem Prozess wird ein aus der p-leitenden Kontaktschicht 110 bestehender Kamm unter Verwendung eines induzierten gekoppelten Plasma (ICP) Ätzers gebildet.
5 zeigt eine Querschnittsansicht des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements in dem Prozess des Bildens der Kammstruktur. Der Prozess des Bildens der Kammstruktur wird genauer unten mit Bezug auf 5 beschrieben.
Genauer wird ein Ätzen zunächst durch Maskieren eines aus der SOG-Schicht bestehenden Streifenmusters auf der p-leitenden Kontaktschicht 110, einem Teil der p-leitenden Mantelschicht 109 und einem Teil der Schichten von der p-leitenden Kontaktschicht 110 bis zur n-leitenden Kontaktschicht 102 durch einen ICP-Ätzer durchgeführt.
6 zeigt ein spezielles Beispiel des in solch einem Ätzen verwendeten ICP-Ätzers. Wie in 6 gezeigt, enthält der ICP-Ätzer eine Kammer 201, eine untere Elektrode 202, einen Auslassanschluss 203, eine Quarzplatte 204, eine Hochfrequenzenergiequelle 205, eine ICP-Spule 206, eine ICP-Hochfrequenzenergiequelle 207 und einen Gaseinlassanschluss 208.
Der ICP-Ätzer führt das Ätzen unter Verwendung von aktiven Spezien (Radikale, Ionen oder ähnlichem) durch, die von einer Hochfrequenzstromquelle (P_ICP) und einer Hochfrequenzstromquelle (P_BIAS) erzeugt werden. Die Hochfrequenzstromquelle (P_ICP) wird an die ICP-Spule 206 durch eine ICP-Hochfrequenzstromquelle 207 angeschlossen, um ein reaktives Gas in Plasma zu verwandeln. Die Hochfrequenzstromquelle (P_BIAS) wird an eine Hochfrequenzenergiequelle 205 angeschlossen, um plasmatisierte reaktive Spezien in das Ätzzielmaterial 209 einzuführen. Dadurch wird das Ätzen durch ein Defekt Erzeugen des Ätzzielmaterials 209 durchgeführt.
Genauer wird in dem Prozess des Bildens der Kammstruktur das Ätzzielmaterial 209 (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das an einer Seite Licht emittierende Halbleiterelement (mit einer geschichteten Struktur), das nach Durchführen von Schritt 102 erhalten wird) an dem ICP-Ätzer platziert, und eine erste elektrische Hochfrequenzleistung (P_ICP und P_BIAS) wird angewendet.
Hier wird durch hauptsächliches Anlegen der elektrischen Hochfrequenzleistung an die Hochfrequenzleistungsquelle 205 eine Gleichstromgegenspannung (V_DC) auf dem Ätzzielmaterial 209 (mit eine geschichteten Struktur) erzeugt, das auf der unteren Elektrode 202 in der Kammer 201 des ICP-Ätzers platziert ist. Der Defektgrad, der in den Schichten von der p-leitenden Kontaktschicht 110 bis zur n-leitenden Kontaktschicht 102 verursacht wird, kann durch die V_DC definiert werden. Zum Beispiel kann V_DC ≥ 20 V, bevorzugt V_DC ≥ 40 V einen Defekt in der p-leitenden Kontaktschicht 110 oder in der p-leitenden Mantelschicht 109 erzeugen, um den gewünschten Effekt zu erhalten.
In dem Prozess des Bildens der Kammstruktur des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird das Ätzen auf der aus GaN bestehenden p-leitenden Kontaktschicht 110 durch Anwenden der ersten elektrischen Hochfrequenzleistung von P_ICP = 300 W und P_BIAS = 25 W erzeugt. Zu dieser Zeit ist die auf dem Ätzzielmaterial 209 erzeugte V_DC sehr klein, zum Beispiel ungefähr 10 V.
In dem Prozess des Bildens der Kammstruktur des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird das Ätzen auf den Schichten von der p-leitenden Kontaktschicht 110 bis zur n-leitenden Kontaktschicht 102 durch Anwenden der ersten elektrischen Hochfrequenzleistung von P_ICP = 300 W und P_BIAS = 25 W durchgeführt.
In Schritt S104 wird ein Prozess des Bildens einer Schottky-Barriere durchgeführt. In dem Prozess des Bildens der Schottky-Barriere wird die Schottky-Barriere 1091 auf der oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich durch den ICP-Ätzer unter Verwendung eines Ionenbeschusses gebildet, in dem die Kammstruktur nicht gebildet ist (d. h. auf der oberen Fläche der p-leitenden Mantelfläche 109 und dort, wo die p-leitende Kontaktschicht 110 geätzt wird).
Genauer wird in dem Prozess des Bildens der Schottky-Barriere das Ätzzielmaterial 209 (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement (mit einer geschichteten Struktur), das nach Durchführen des Schritts 103 erhalten wird) an dem ICP-Ätzer platziert, und die erste elektrische Hochfrequenzleistung (P_ICP und P_BIAS), die größer als die erste elektrische Wechselleistung ist (P_ICP und P_BIAS), wird angewendet.
In dem Prozess des Bildens der Schottky-Barriere des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird das Ätzen auf der p-leitenden Mantelschicht 109 durch Anwenden einer zweiten elektrischen Hochfrequenzleistung P_ICP = 300 W und P_BIAS = 120 W durchgeführt. Zu dieser Zeit wird eine V_DC von ungefähr 50 V auf dem Ätzzielmaterial 209 erzeugt. Dadurch werden von der elektrischen Leistung der ICP-Hochfrequenzleistungsquelle 27 erzeugte Ionen durch die V_DC beschleunigt und können auf dem Ätzzielmaterial 209 kollidieren, um einen Defekt zu verursachen.
In Schritten S104 und S105 kann eine verbleibende Dicke nach dem Ätzen durch ein Interferometer unter Verwendung eines Lasers gemessen werden. Das Interferometer kann die Ätztiefe von den Abständen zwischen Interferenzstreifen, die durch die Interferenz zwischen einer reflektierten Welle von dem Oberen der Schnittstelle und einer reflektierten Welle des Unteren der Schnittstelle bestimmen. Wenn die Wellenlänge des zu verwendenden Lasers λ ist, zeigt λ/n (n = Brechungsindex des Ätzzielmaterials) einen Zyklus der Interferenz an.
In Schritt S105 wird ein Prozess des Bildens einer Elektrode ausgeführt, in der eine n-Elektrode 114 und eine p-Elektrode 113 gebildet werden.
Genauer wird eine außen liegende Fläche der n-leitenden Kontaktschicht 102, die in Schritt S103 gebildet wurde, zunächst mit Salzsäure gereinigt. Dann werden nacheinander eine Al-Schicht, eine Ti-Schicht und eine Au-Schicht auf der außen liegenden Oberfläche geschichtet, um die n-Elektrode 114 zu bilden. Die n-Elektrode 114 kann aus einer Vielschicht aus Al/Ni/Au oder Al/Pd/Au unter Verwendung einer Ni- oder Pd-Schicht anstelle einer Ti-Schicht gebildet werden.
Ferner werden zumindest ein Teil des Bereichs der Schottky-Barriere 1091 und der oberen Fläche des Kamms mit Salzsäure gereinigt. Dann werden nacheinander eine Pd-Schicht und eine Au-Schicht geschichtet, um die p-Elektrode 113 zu bilden. Die p-Elektrode 113 kann aus einer Ni-Schicht und einer Au-Schicht durch Schichten einer Ni-Schicht anstelle einer Pd-Schicht gebildet werden.
7 zeigt eine Querschnittsansicht des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements, das nach Bilden der n-Elektrode 114 und der p-Elektrode 113 erhalten wird.
Als zweites werden das Substrat 100 und die n-Pufferschicht 101 geschliffen und die hintere Fläche der n-leitenden Kontaktschicht 102 wird poliert.
Als drittes wird das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement einer Spaltung in seiner Breitenrichtung unterzogen, und das in 1 gezeigte an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement kann erhalten werden. Die Spaltung wird durchgeführt, um keine Spiegelfläche zu bilden, um ein Halbleiterlaserelement zu erhalten, sondern um einen an einer Seitenfläche Licht emittierenden LED Typ zu bilden. Deswegen ist eine hohe Genauigkeit nicht gefordert und ein kleiner Fehler ist akzeptabel.
(Betrieb und Effekt des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung)
Das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird bereitgestellt mit einem Kamm mit einer Streifenform, und gebildet in einem oberen Abschnitt der geschichteten Struktur, die die p-leitende Mantelschicht 109 und die aktive MQW-Schicht 106 enthält, und eine Schottky-Barriere 1091, die auf einer oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich gebildet ist, in dem der Kamm nicht gebildet ist und die p-leitende Mantelschicht 109 außen liegt. Gemäß dieser Struktur ist es nicht erforderlich, in der Kammstruktur nur einen Teil einer Isolationsschicht zu entfernen, um in Ohm'schen Kontakt mit der p-Elektrode 113 zu sein. Dadurch kann eine Produktionsausbeute verbessert werden.
Die p-leitende Mantelschicht 109, die aus Al_XGa_1-XN (0 ≤ X < 0,5) mit einer großen Bandenergielücke gebildet ist, ist mit Magnesium mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert. Das reduziert die Konzentration der Löcher in der p-leitenden Mantelschicht 109. Mit anderen Worten wird es schwieriger für die Löcher, von der Schottky-Barriere 1091 zu der p-leitenden Mantelschicht 109 zu fließen, was in einem erhöhten Widerstand zwischen der Schottky-Barriere 1091 und der p-leitenden Mantelschicht 109 resultiert.
Entsprechend neigen die Löcher dazu, nur durch den Kamm in dem an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelement zu fließen. Dadurch können ein Stromeinschnüreffekt, ein Stromeinschlusseffekt und ein Lichteinschlusseffekt in dem Kamm erzielt werden und ein Licht Emittieren aus einer aktiven Schicht mit einer kleinen Schwäche kann realisiert werden.
Dadurch kann ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement, das Licht aus einem lokalen Bereich emittiert und eine einfache Struktur hat, und eine hohe Produktionsausbeute erhalten werden.
Ferner ist der obere Abschnitt des Kamms, die p-leitende Kontaktschicht 110, die aus GaN besteht, das mit Mg mit einer Konzentration größer oder gleich 1 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist. Entsprechend kann die Konzentration von Elektronen in dem oberen Abschnitt des Kamms erhöht werden, um weiter den Stromeinschnüreffekt des Kamms zu verbessern.
Zusätzlich wird die aus Pd oder Ni bestehende p-Elektrode 113 auf zumindest einem Teil der Schottky-Barriere 1091 und dem Kamm bereitgestellt. Das ermöglicht es, eine Elektrode zu erhalten, die einfach eine Ohm'sche Charakteristik zu der p-leitenden Mantelschicht 109 und der p-leitenden Kontaktschicht 110 hat. Dadurch können die Löcher einfach durch den oberen Abschnitt des Kamms fließen und der Stromeinschnüreffekt des Kamms kann weiter verbessert werden.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements der vorliegenden Erfindung wird der Kamm in dem oberen Abschnitt der geschichteten Struktur gebildet, der die aktive MQW-Schicht 106 und die p-leitende Mantelschicht 109 enthält, die aus AlGaN dotiert mit Magnesium mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 enthält. Ferner wird ein angemessener Defekt durch Durchführen des Trockenätzens unter Verwendung des Ionenbeschusses auf der oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich erzeugt, in dem der Kamm nicht gebildet ist und die p-leitende Mantelschicht 109 außen liegt. Dadurch wird eine n-leitende Inversionsschicht (d. h. die Schottky-Barriere 1091) gebildet, in der die Löcher Schwierigkeiten zu fließen haben.
Dadurch ist der Widerstand zwischen der Schottky-Barriere 1091 und der p-leitenden Mantelschicht 109 erhöht, wodurch die Löcher einfach nur durch den Kamm fließen. Entsprechend kann der Stromeinschnüreffekt in dem Kamm erzielt werden.
Dadurch kann das an einer Seitenfläche Licht emittierende Halbleiterelement hergestellt werden, das eine hohe Produktionsausbeute hat und Licht aus einem lokalen Bereich emittiert.
Die an einer Seitenfläche Licht emittierende LED des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann zum Beispiel verwendet werden mit einem am Kopf montierten Typ eines Darstellungsgeräts. Der an einem Kopf montierte Darstellungsgerättyp hat eine Form einer Schutzbrille oder eines Helms. Der am Kopf montierte Darstellungsgerättyp platziert Anzeigen vor jedem der Augen, wenn er am Kopf montiert ist.
In solch einem am Kopf montierten Darstellungsgerätsgerättyp sind Licht emittierende Halbleiterelemente, die jeweils rotes, grünes und blaues Licht emittieren, als eine Lichtquelle mit einem engen Spektrum angeordnet. Der an einem Kopf montierte Darstellungsgerättyp überträgt das von einem Licht emittierenden Halbleiterelement emittierte Licht über eine optische Faser auf eine menschliche Netzhaut, und bildet ein Bild auf der Netzhaut.
In solch einem an einem Kopf montierten Darstellungsgerättyp muss eine Kopplungseffizienz zwischen einer optischen Faser und einem Licht emittierenden Halbleiterelement erhöht werden. Der an einer Seitenfläche Licht emittierende LED Typ der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, dass Licht von einem lokalen Bereich emittiert wird, was in der erhöhten Kopplungseffizienz mit einer optischen Faser resultiert.
Auch hat ein solcher an einer Seitenfläche Licht emittierender LED Typ keine komplizierte Struktur und hat eine hohe Produktionsausbeute und ist deswegen als ein preiswertes Licht emittierendes Halbleiterlement bereitgestellt.
Das von solch einem an einer Seitenfläche Licht emittierenden LED Typ bereitgestellte Licht ist ein spontanes Emissionslicht und kann dadurch eine Belastung auf der Netzhaut, verglichen mit dem durch ein Halbleiterlaserelement wiederholt verstärktem zu emittierenden Licht reduzieren. Deswegen ist solch ein an einer Seitenfläche Licht emittierender LED Typ geeignet als ein Licht emittierendes Halbleiterelement, das in einem am Kopf montierten Darstellungsgerät verwendet wird.
(Anderes Ausführungsbeispiel)
Auch wenn die vorliegende Erfindung unter Verwendung der oben erwähnten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, soll es nicht so verstanden werden, dass die Beschreibungen und Zeichnungen, die ein Teil der Offenbarung sind, die vorliegende Erfindung beschränken. Diese Offenbarung wird verschiedene alternative Ausführungsbeispiele, Beispiele und Betriebstechnologien den Fachleuten offenbaren.
Obwohl zum Beispiel der an einer Seitenfläche Licht emittierende LED Typ in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und kann auch für einen an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterlaserelementtyp verwendet werden.
Wie oben beschrieben, ist es offenbar, dass die vorliegende Erfindung verschiedene Ausführungsbeispiele und ähnliches enthält, die hierin nicht beschrieben sind. Deswegen ist der technische Bereich der vorliegenden Erfindung nur durch konstituierende Merkmale der Erfindung gemäß den Ansprüchen spezifiziert, die als angemessen gemäß der vorstehenden Beschreibung betrachtet werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement und ein Verfahren zum Herstellen des an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements bereitstellen, das Licht aus einem lokalen Bereich emittiert und eine hohe Produktionsausbeute hat.
Zusammenfassung
Ein an einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement enthält: eine AlGaN-Schicht, die mit Mg mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist; einen Kamm mit einer Streifenstruktur, der auf einem oberen Anteil einer geschichteten Struktur gebildet ist, die die AlGaN-Schicht und eine aktive Schicht enthält; und eine Schottky-Barriere, die auf einer oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich gebildet ist, wo der Kamm nicht gebildet ist und die AlGaN-Schicht außen liegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2001-15851 [0009]

Claims

An einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement, mit: einer AlGaN-Schicht, die mit Mg mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist; einem Kamm mit einer Streifenform, der auf einem oberen Abschnitt einer geschichteten Struktur gebildet ist, die die AlGaN-Schicht und eine aktive Schicht enthält; und einer Schottky-Barriere, die auf einer oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich gebildet ist, in dem der Kamm nicht gebildet ist und die AlGaN-Schicht außen liegt.
An einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement nach Anspruch 1, wobei ein oberer Abschnitt des Kamms eine GaN-Schicht ist, die mit Mg mit einer Konzentration größer oder gleich 1 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist.
An einer Seitenfläche Licht emittierendes Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 und 2, ferner mit: einer aus dem Palladium oder Nickel bestehenden metallischen Schicht, die auf dem Kamm und zumindest einem Teil der Schottky-Barriere gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines an einer Seitenfläche Licht emittierenden Halbleiterelements, mit: Bilden eines Kamms mit einer Streifenstruktur auf einem oberen Abschnitt einer geschichteten Struktur, die eine aktive Schicht und eine AlGaN-Schicht enthält, die mit Mg mit einer Konzentration kleiner oder gleich 5 × 10¹⁹ cm^–3 dotiert ist, durch Durchführen eines Trockenätzens unter Verwenden eines Ionenbeschusses, und Bilden einer Schottky-Barriere auf einer oberen Fläche der geschichteten Struktur in einem Bereich, in dem der Kamm nicht gebildet ist und die AlGaN-Schicht außen liegt, durch Durchführen des Trockenätzens unter Verwendung des Ionenbeschusses.