DE112019002037B4 - Lichtemittierende Halbleiterelemente und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Lichtemittierendes Halbleiterelement (1, 100, 100'), umfassend in dieser Reihenfolge:
ein Substrat (8, 80);
eine Reflexionsschicht (6, 60);
eine erste Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3a, 37) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält;
eine lichtemittierende Halbleiterschicht (3c, 35) mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm; und
eine zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, wobei die zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31) so konfiguriert ist, dass sie sich auf einer Lichtauskopplungsseite befindet,
wobei eine Oberfläche (31C) einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31) eine aufgeraute Oberfläche (31C) ist, die eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft lichtemittierende Halbleiterelemente und Verfahren zu deren Herstellung insbesondere lichtemittierende Halbleiterelemente mit Infrarot-Emissionen.
  • HINTERGRUND
  • Lichtemittierende Halbleiterelemente, die Licht mit einer Wellenlänge von 750 nm oder mehr im Infrarotbereich emittieren, sind an sich bekannt. Zum Beispiel werden Infrarot emittierende lichtemittierende Halbleiterelemente in Anwendungen wie Sensoren, Gasanalyse und Überwachungskameras eingesetzt.
  • Wenn die Emissionswellenlängen eines solchen lichtemittierenden Halbleiterelements 1000 nm bis 2200 nm im nahen Infrarotbereich betragen, wird für eine lichtemittierende Schicht üblicherweise ein III-V-Halbleiter auf InGaAsP-Basis verwendet, der In und P enthält. Für das epitaktische Aufwachsen einer III-V-Halbleiterschicht auf InGaAsP-Basis, wie einer InP-Schicht, wird üblicherweise ein InP-Substrat als Wachstumssubstrat verwendet, so dass die In und P enthaltende III-V-Halbleiterschicht auf InGaAsP-Basis an das Wachstumssubstrat gitterangepasst ist.
  • Zum Beispiel offenbart JP H07 - 147 454 A (PTL 1) einen Halbleiterlaser, der bei Wellenlängen im Bereich von 1,3 µm emittiert. Dieser Halbleiterlaser weist eine gespannte aktive Mehrfach-Quantentopf-Schicht auf, die auf einem n-InP-Substrat gebildet ist, und die gespannte aktive Mehrfach-Quantentopf-Schicht weist eine Struktur auf, in der gespannte InGaAsP-Quantentöpfe und InGaAsP-Barriereschichten abwechselnd gestapelt sind.
  • Weiterhin beschreibt JP H06 - 237 042 A (PTL 2), dass InGaAsP-Barriereschichten mit derselben Gitterkonstante wie ein InP-Substrat und Quantentopf-Schichten einschließlich gespannter Quantentopf-Schichten, die jeweils aus einer In0,3Ga0,7As-Schicht mit einer kleineren Gitterkonstante als das InP-Substrat gebildet sind, und Gitterverformungskompensationsschichten, die jeweils aus InAs mit einer größeren Gitterkonstante als das InP-Substrat gebildet sind, auf dem InP-Substrat bereitgestellt werden.
  • Bei den in PTL 1 und PTL 2 beschriebenen Techniken wird ein InP-Substrat, das als Wachstumssubstrat dient, als Trägersubstrat für ein lichtemittierendes Halbleiterelement verwendet. Der Grund dafür ist, dass InP-Substrate im nahen Infrarotbereich lichtdurchlässig sind und somit Lichtauskopplungen nicht behindern.
  • Bei einem lichtemittierenden Element auf der Basis eines III-V-Verbindungshalbleiters, der In und P enthält, der auf einem InP-Substrat bereitgestellt wird, ist die Erhöhung der Lichtemissions-Ausgangsleistung jedoch aufgrund der Konzentration der Strompfade direkt unter der Elektrode begrenzt.
  • Jüngste diversifizierte Anwendungen von LEDs haben auch eine starke Nachfrage nach höheren Ausgangsleistungen von lichtemittierenden Halbleiterelementen geschaffen, die Licht mit längerer Wellenlänge, wie Infrarotlicht, aussenden. Im Lichte solcher Hintergründe haben wir in JP 2018 - 6 495 A (PLT 3) ein lichtemittierendes Halbleiterelement vom Bonding-Typ vorgeschlagen, das hergestellt wird, indem ein Halbleiterstapel mit einer auf InP basierenden Mantelschicht auf einem Wachstumssubstrat gebildet wird, dann ein Trägersubstrat und das Wachstumssubstrat miteinander gebondet werden und das Wachstumssubstrat entfernt wird. JP- JP 2009 - 32 866 A (PLT 4) bezieht sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung. JP 2011 - 216 882 A (PLT 5) definiert eine hocheffiziente lichtemittierende Diode und ein Verfahren zu deren Herstellung. JP 2014 - 120 695 A (PLT 6) beschreibt ein lichtemittierendes Halbleiterelement.
  • ZITATENLISTE
  • Patentliteratur
    • PLT 1: JP H07 - 147 454 A
    • PLT 2: JP H06 - 237 042 A
    • PLT 3: JP 2018 - 6 495 A
    • PLT 4: JP 2009 - 32 866 A
    • PLT 5: JP 2011 - 216 882 A
    • PLT 6: JP 2014 - 120 695 A
  • KURZDARSTELLUNG
  • (Technisches Problem)
  • Wir haben bestätigt, dass die in PTL 3 offenbarten lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen vom Bonding-Typ die externe Extraktionseffizienz signifikant verbessert haben. Diese lichtemittierenden Halbleiterelemente vom Bonding-Typ haben jedoch viele andere Lichtemissionspeaks, die von dem Lichtemissionspeak bei der zentralen Emissionswellenlänge verschieden sind, der die maximale Emissionsintensität in einem Emissionsspektrum aufweist (im Folgenden werden solche Peaks als „Multipeaks“ bezeichnet). Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Emissionspeak“ (im Folgenden einfach „Peak“ genannt) auf einen Punkt mit einem lokalen Maximalwert in einem Emissionsspektrum, an dem der Gradient Null wird, wobei der Gradient als das Verhältnis der Änderung der Werte der vertikalen Achse (Emissionsintensitäten) zu der Änderung der Werte der horizontalen Achse (Wellenlängen) definiert ist. Peaks mit relativen Intensitäten von weniger als 0,1 werden von Multipeaks ausgeschlossen. Hierbei ist der Begriff „relative Intensität“ eines Peaks eine Emissionsintensität dieses Peaks in Bezug zur Emissionsintensität des Emissionspeaks bei der zentralen Emissionswellenlänge.
  • Es ist zu beachten, dass ein typisches lichtemittierendes Halbleiterelement vom nicht-bondenden Typ gemäß dem Stand der Technik in einem Emissionsspektrum keinen anderen Peak als den Emissionspeak bei der zentralen Emissionswellenlänge aufweist (ein solches lichtemittierendes Halbleiterelement weist nur den Emissionspeak bei der zentralen Emissionswellenlänge auf und ein solcher Peak wird in dieser Beschreibung im Folgenden als „einziger Peak“ bezeichnet). Lichtemittierende Halbleiterelemente, die, wie vorstehend beschrieben, Strahlungslicht mit mehreren Peaks aussenden, weisen Emissionspeaks bei verschiedenen Wellenlängen mit Lichtemissionsintensitäten im Sinne von relativen Intensitäten von 0,1 oder mehr in Bezug zur Emissionsintensität des Emissionspeaks bei der zentralen Emissionswellenlänge auf. Somit können Anwendungen solcher lichtemittierender Halbleiterelemente für Sensoren und andere Vorrichtungen Probleme verursachen.
  • Daher ist die vorliegende Offenbarung darauf gerichtet, ein lichtemittierendes Halbleiterelement vom Bonding-Typ bereitzustellen, das eine aus InGaAsP gebildete Mantelschicht beinhaltet, die mindestens In und P enthält, und in der Lage ist, Multipeaks zu vermindern, um dadurch einen einzigen Peak in einem Emissionsspektrum zu erreichen, sowie ein Herstellungsverfahren für ein solches lichtemittierendes Halbleiterelement.
  • (Lösung des Problems)
  • Wir haben uns nach Kräften bemüht, die vorstehend genannten Probleme zu lösen. Der Brechungsindex von InP gegenüber Infrarotlicht beträgt etwa 3,2, wenn Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm, das von einer lichtemittierenden Schicht emittiert wird, auf eine Mantelschicht auf der Lichtauskopplungsseite aus InP auftrifft. Wenn also versucht wird, Licht aus der Mantelschicht direkt in Richtung Luft (die einen Brechungsindex von 1 aufweist) auszukoppeln, wird der größte Teil des schräg auf die Grenzfläche einfallenden Lichts als zurückreflektiert betrachtet und tritt in die Halbleiterschicht ein. Im Gegensatz dazu wird bei einem lichtemittierenden Halbleiterelement, das eine Reflexionsschicht zwischen einer lichtemittierenden Schicht und einem Substrat aufweist, Infrarotlicht, das von der lichtemittierenden Schicht in Richtung eines Substrats emittiert wird, von der Reflexionsschicht reflektiert, und das reflektierte Licht wird durch die lichtemittierende Schicht hindurchgehen und auf die Mantelschicht auf der Lichtauskopplungsseite auftreffen. Hier beträgt die Gesamtdicke der Halbleiterschichten im lichtemittierenden Halbleiterelement etwa einige Mikrometer bis 15 µm, was im Bereich der kohärenten Länge des Infrarotlichts liegt und damit störanfällig ist. Es ist zu beachten, dass die Kohärenzlänge von Licht mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1300 nm und einer halben Bandbreite von 100 nm 16,9 µm und die Kohärenzlänge von Licht mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1460 nm und einer halben Bandbreite von 100 nm 21,3 µm beträgt. Wir gingen davon aus, dass beobachtete Multipeaks in einem Emissionsspektrum durch Interferenz zwischen reflektiertem Licht an der Grenzfläche einer InP-Mantelschicht auf der Lichtauskopplungsseite, wie vorstehend beschrieben, und Licht, das von einer Reflexionsschicht reflektiert wird, induziert wurden. Dieses Phänomen tritt auch auf, wenn Licht von einer Mantelschicht in Richtung Luft durch eine Schutzschicht aus einem Dielektrikum mit einem kleineren Brechungsindex als dem von InP ausgekoppelt wird. Aus diesen Erkenntnissen haben wir eine Aufrauung der Oberfläche einer Lichtauskopplungsfläche einer Mantelschicht konzipiert und festgestellt, dass durch die Oberflächenaufrauung Multipeaks eliminiert werden könnten, wodurch die vorliegende Offenbarung vervollständigt wird.
  • Konkret betrifft die vorliegende Erfindung Folgendes:
    1. (1) Ein lichtemittierendes Halbleiterelement, umfassend in dieser Reihenfolge:
      • ein Substrat;
      • eine Reflexionsschicht;
      • eine erste Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält;
      • eine lichtemittierende Halbleiterschicht mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm; und
      • eine zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, wobei die zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp so konfiguriert ist, dass sie sich auf einer Lichtauskopplungsseite befindet,
      • wobei eine Oberfläche einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp eine aufgeraute Oberfläche ist, die eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.
    2. (2) Ein lichtemittierendes Halbleiterelement, umfassend in dieser Reihenfolge:
      • ein Trägersubstrat;
      • eine Metallbondingschicht
      • eine Reflexionsschicht;
      • eine erste Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält;
      • eine lichtemittierende Halbleiterschicht mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm; und
      • eine zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, wobei die zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp so konfiguriert ist, dass sie sich auf einer Lichtauskopplungsseite befindet,
      • wobei eine Oberfläche einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp eine aufgeraute Oberfläche ist, die eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.
    3. (3) Das lichtemittierende Halbleiterelement nach (1) oder (2), wobei ein Emissionsspektrum des lichtemittierenden Halbleiterelements einen einzigen Peak aufweist.
    4. (4) Das lichtemittierende Halbleiterelement nach einem von (1) bis (3), weiterhin umfassend einem Schutzfilm, der auf der Lichtauskopplungsfläche vorgesehen ist.
    5. (5) Das lichtemittierende Halbleiterelement nach (4), wobei der Schutzfilm eine Dicke von 100 nm oder mehr und 700 nm oder weniger aufweist und eine Oberfläche des Schutzfilms eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,02 µm oder mehr aufweist und eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist.
    6. (6) Das lichtemittierende Halbleiterelement von (4) oder (5), wobei der Schutzfilm mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, ITO und AIN, enthält.
    7. (7) Ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements, umfassend:
      • Ausbilden, auf einem Substrat in dieser Reihenfolge, einer Reflexionsschicht, einer ersten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, einer lichtemittierenden Halbleiterschicht mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm und einer zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, wobei die zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp so konfiguriert ist, dass sie sich auf einer Lichtauskopplungsseite befindet; und
      • einen Oberflächenaufrauungsschritt des Aufrauens einer Oberfläche einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp nach dem Ausbilden der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp, so dass sie eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.
    8. (8) Ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements, umfassend:
      • einen Halbleiterschichtbildungsschritt zum Ausbilden, auf einem Wachstumssubstrat in dieser Reihenfolge, einer Ätzstoppschicht aus einem Halbleiter einer Verbindung der Gruppe III-V, die In, Ga und As enthält, einer zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, einer lichtemittierenden Halbleiterschicht mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm und einer ersten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält;
      • einen Reflexionsschichtbildungsschritt zum Ausbilden einer Reflexionsschicht zum Reflektieren von Licht, das von der lichtemittierenden Halbleiterschicht emittiert wird, auf der ersten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp;
      • einen Bondingschritt zum Bonden eines Trägersubstrats mit der Reflexionsschicht, wobei eine Metallbondingschicht dazwischen angeordnet ist;
      • einen Substratentfernungsschritt zum Entfernen des Wachstumssubstrats; und
      • einen Oberflächenaufrauungsschritt des Aufrauens einer Oberfläche einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp nach dem Substratentfernungsschritt, so dass sie eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.
    9. (9) Das Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements nach (8), weiterhin umfassend einen Ausbildungsschritt einer oberen Elektrode des Ausbildens einer Elektrode eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp in einer oberen Elektrodenbildungsregion der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp, wobei die Ätzstoppschicht dazwischen angeordnet ist.
  • (Vorteilhafte Wirkung)
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden ein lichtemittierendes Halbleiterelement vom Bonding-Typ mit einer mindestens In und P enthaltenden Mantelschicht aus InGaAsP, die in der Lage ist, Multipeaks zu vermindern, um dadurch einen einzigen Peak in einem Emissionsspektrum zu erreichen, und ein Herstellungsverfahren für ein solches lichtemittierendes Halbleiterelement bereitgestellt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den beigefügten Zeichnungen:
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 3A bis 3C sind schematische Querschnittsansichten in Herstellungsschritten eines lichtemittierenden Halbleiterelements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 4A bis 4C sind schematische Querschnittsansichten in den Herstellungsschritten im Anschluss an 3A bis 3C des lichtemittierenden Halbleiterelements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 5A und 5B sind schematische Querschnittsansichten in den Herstellungsschritten im Anschluss an 4A bis 4C des lichtemittierenden Halbleiterelements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 6A und 6B sind schematische Querschnittsansichten in den Herstellungsschritten im Anschluss an 5A und 5B des lichtemittierenden Halbleiterelements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines lichtemittierenden Halbleiterelements, das nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
    • 8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen bevorzugten Modus der Nähe einer dielektrischen Schicht und eines Kontaktabschnitts in einem lichtemittierenden Halbleiterelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 9A bis 9D sind schematische Querschnittsansichten, die einen bevorzugten Modus eines Oberflächenaufrauungsschrittes in den Herstellungsschritten eines lichtemittierenden Halbleiterelementes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
    • 10A ist eine schematische Draufsicht, die das Muster eines ohmschen Elektrodenabschnitts aus Versuchsbeispiel 1 erläutert, und 10B ist eine schematische Draufsicht, die das Muster einer oberen Elektrode aus Versuchsbeispiel 1 erläutert;
    • 11 ist eine schematische Aufsicht eines Maskenmusters, das im Vergleichsbeispiel 3 verwendet wird;
    • 12A bis 12D sind schematische Querschnittsansichten, die die Herstellungsschritte der Oberflächenaufrauung im Vergleichsbeispiel 3 veranschaulichen;
    • 13A bis 13C sind schematische Querschnittsansichten, die die Herstellungsschritte im Anschluss an 12A bis 12D der Oberflächenaufrauung im Vergleichsbeispiel 3 veranschaulichen;
    • 14A ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht in Beispiel 1 zeigt;
    • 14B ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht in Beispiel 2 zeigt;
    • 14C ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht in Beispiel 3 zeigt;
    • 14D ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht in Beispiel 4 zeigt;
    • 14E ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht in Beispiel 5 zeigt;
    • 14F ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht in Beispiel 6 zeigt;
    • 14G ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ Mantelschicht in Beispiel 7 zeigt;
    • 15A ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht im Vergleichsbeispiel 2 anzeigt;
    • 15B ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht im Vergleichsbeispiel 3 anzeigt;
    • 15C ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht im Vergleichsbeispiel 4 anzeigt;
    • 15D ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht im Vergleichsbeispiel 5 anzeigt;
    • 15E ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht im Vergleichsbeispiel 6 anzeigt;
    • 15F ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Oberflächenprofilanalyse einer n-Typ-Mantelschicht im Vergleichsbeispiel 7 anzeigt;
    • 16 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Oberflächenrauigkeit Ra und der Schiefe Rsk im Versuchseispiel 1 anzeigt;
    • 17A ist eine Grafik, die ein Emissionsspektrum von Beispiel 1 anzeigt;
    • 17B ist eine Grafik, die ein Emissionsspektrum von Beispiel 7 anzeigt;
    • 18A ist eine Grafik, die ein Emissionsspektrum von Vergleichsbeispiel 1 anzeigt;
    • 18B ist eine Grafik, die ein Emissionsspektrum von Vergleichsbeispiel 2 anzeigt;
    • 18C ist eine Grafik, die ein Emissionsspektrum von Vergleichsbeispiel 3 anzeigt;
    • 19A ist ein lasermikroskopisches Bild, das ein dreidimensionales Oberflächenprofil der n-Typ-Mantelschicht in Beispiel 1 anzeigt;
    • 19B ist ein lasermikroskopisches Bild, das ein dreidimensionales Oberflächenprofil der n-Typ-Mantelschicht im Vergleichsbeispiel 2 anzeigt; und
    • 20 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen der Schiefe Rsk und der Schiefe Ssk im Versuchsbeispiel 2 anzeigt.
  • BESCHREIBUNG IM EINZELN
  • Bevor Ausführungsformen dieser Offenbarung beschrieben werden, wird zunächst Folgendes beschrieben. Erstens bedeutet in dieser Beschreibung allein der Ausdruck „InGaAsP“, für den das Zusammensetzungsverhältnis nicht ausgewiesen ist, eine bestimmte Verbindung mit einem chemischen Zusammensetzungsverhältnis der Elemente der Gruppe III (In und Ga insgesamt) in Bezug auf die Elemente der Gruppe V (As und P) von 1:1, in der das Verhältnis zwischen In und Ga, die Elemente der Gruppe III sind, und das Verhältnis zwischen As und P, die Elemente der Gruppe V sind, sind nicht definiert. In diesem Fall kann es eine Möglichkeit sein, dass eines von In und Ga nicht als Elemente der Gruppe III enthalten ist; oder es besteht die Möglichkeit, dass eines von As und P nicht als Elemente der Gruppe V enthalten ist. InGaAsP, das als „mindestens In und P enthaltend“ angegeben ist, bedeutet jedoch, dass mehr als 0% und 100% oder weniger In in den Elementen der Gruppe III und mehr als 0% und 100% oder weniger P in den Elementen der Gruppe V enthalten sind. Weiterhin bedeutet der Ausdruck „InGaP“, dass As nicht in dem vorstehend erwähnten „InGaAsP“ enthalten ist, mit Ausnahme einer unvermeidlichen Verunreinigung bei der Produktion, und der Ausdruck „InGaAs“ bedeutet, dass P nicht in dem vorstehend erwähnten „InGaAsP“ enthalten ist, mit Ausnahme einer unvermeidlichen Verunreinigung bei der Produktion. In ähnlicher Weise bedeutet der Ausdruck „InAsP“, dass Ga nicht im vorstehend erwähnten „InGaAsP“ enthalten ist, mit Ausnahme einer unvermeidbaren Verunreinigung bei der Produktion und der Ausdruck „GaAsP“ bedeutet, dass In nicht in dem vorstehend erwähnten „InGaAsP“ enthalten ist, mit Ausnahme einer unvermeidbaren Verunreinigung bei der Produktion. Darüber hinaus bedeutet der Ausdruck „InP“, dass Ga und As im vorstehend erwähnten „InGaAsP“ nicht enthalten sind, mit Ausnahme der unvermeidbaren Verunreinigung bei der Produktion. Es ist zu beachten, dass die Werte der Zusammensetzungsverhältnisse von InGaAsP, InGaAs und dergleichen zum Beispiel durch eine Photolumineszenzmessung oder eine Röntgenbeugungsmessung gemessen werden können. Weiterhin bezieht sich der hier verwendete Begriff „unvermeidliche Verunreinigung in der Produktion“ auf unvermeidliche Verunreinigung, die von einer Herstellungseinrichtung stammen, in der Quellgase verwendet werden, sowie auf Diffusionen von Atomen an Grenzflächen zwischen Schichten beim Kristallwachstum oder einer nachfolgenden Wärmebehandlung und dergleichen.
  • In dieser Beschreibung wird eine Schicht, die als elektrische p-Typ-Schicht dient, als p-Typ-Schicht bezeichnet und eine Schicht, die als elektrische n-Typ-Schicht dient, wird als n-Typ-Schicht bezeichnet. Indes wird eine Schicht, die nicht absichtlich mit bestimmten Verunreinigungen wie Zn, S, Sn, C, P, Ga, As, Si und AI dotiert ist und nicht als elektrische Schicht vom p-Typ oder n-Typ dient, als „Schicht vom i-Typ“ oder „undotierte“ Schicht bezeichnet. Eine undotierte InGaAsP-Schicht kann Verunreinigungen enthalten, die beim Herstellungsverfahren unweigerlich vermischt werden. Insbesondere wenn die Trägerdichte niedrig ist (zum Beispiel weniger als 4 × 1016/cm3), wird die Schicht in dieser Beschreibung als „undotiert“ bezeichnet. Außerdem werden die Werte der Verunreinigungskonzentrationen von Zn, Sn usw. durch SIMS-Analyse bestimmt.
  • Die Gesamtdicke der ausgebildeten Schichten kann unter Verwendung eines Dickenmesssystems unter Verwendung optischer Interferometrie gemessen werden. Darüber hinaus kann die Dicke jeder Schicht berechnet werden, indem ein Querschnitt der Wachstumsschicht mit einem Dickenmesssystem unter Verwendung optischer Interferometrie und einem Transmissionselektronenmikroskop beobachtet wird. Wenn die Dicke jeder Schicht klein ist, wie bei einer Übergitterstruktur, kann die Dicke unter Verwendung von TEM-EDS gemessen werden. Es ist zu beachten, dass, wenn eine bestimmte Schicht in einer Querschnittsansicht eine geneigte Oberfläche aufweist, die Dicke der Schicht durch die maximale Höhe der Schicht von einer ebenen Oberfläche der darunter liegenden Schicht definiert ist.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Oberflächenrauigkeit Ra“ einer Oberfläche auf den arithmetischen Mittelwert der Rauigkeit (µm) dieser Oberfläche in einem Messabstand. Weiterhin ist der Begriff „Schiefe Rsk“ ein Wert, der die Symmetrie zwischen Peaks und Tälern relativ zur Mittellinie angibt. Eine Oberfläche mit einem Rsk-Wert von Null ist vertikal symmetrisch zur Mittellinie (weist eine Normalverteilung auf). Eine Oberfläche mit einem positiven Wert von Rsk weicht (zur Talseite hin) relativ zur Durchschnittslinie nach unten ab. Eine Oberfläche mit einem negativen Wert von Rsk weicht nach oben (zur Bergseite) relativ zur Mittellinie ab. Die Definitionen einer Oberflächenrauigkeit Ra und einer Schiefe Rsk sind in ISO 4287-1997 festgelegt. Weiterhin ist der Begriff „Oberflächenrauigkeit Sa“ einer Oberfläche, wie er hier verwendet wird, ähnlich wie die Oberflächenrauigkeit Ra ein Wert, der die arithmetische Mittelrauigkeit (µm) angibt und in ISO 25178 festgelegt ist. Darüber hinaus ist der Begriff „Schiefe Ssk“, ähnlich wie die Schiefe Rsk, ein Wert, der die Symmetrie zwischen Peaks und Tälern relativ zur Mittellinie angibt und in ISO 25178 definiert ist. Eine Oberflächenrauigkeit Ra und eine Schiefe Rsk sind Werte, die durch die zweidimensionale Konturabbildungstechnik gemäß ISO 4287-1997 bestimmt werden, während eine Oberflächenrauigkeit Sa und eine Schiefe Ssk Werte sind, die aus dreidimensionalen Oberflächenmerkmalen gemäß ISO 25178 bestimmt werden.
  • Eine Oberflächenrauigkeit Ra und eine Schiefe Rsk können unter Verwendung eines Taststift-Oberflächenprofilanalysators gemessen werden (z.B. Kontakt-Oberflächenprofilanalysator P-6 von KLA Tencor Corp.) Ein verwendeter Tastereinsatz bzw. Stylus kann einen Tastereinsatzspitzenradius von 2 µm aufweisen, und die Messbedingungen können wie folgt sein: ein Tastereinsatz-Anpressdruck von 2 mg, eine Abtastgeschwindigkeit von 2 µm/s und eine Abtastfrequenz von 50 Hz. Der Messabstand (Referenzlänge) kann auf 200 µm eingestellt werden. Die Oberflächenrauigkeit Sa und die Schiefe Ssk können mit einem berührungslosen Laser-Scanning-Mikroskop (VK-X1000/1100, hergestellt von KEYENCE Corporation) gemessen werden. Die Messbedingungen in einem Beispiel (Versuchsbeispiel 2) in dieser Beschreibung waren wie folgt: die Linsenvergrößerung wurde auf das 150-fache und die Pixelzahl auf 2048 × 1536 eingestellt.
  • Weiterhin bezieht sich der Begriff „zufällig aufgeraute Oberfläche“, wie er hier verwendet wird, auf eine Oberfläche auf der Lichtauskopplungsseite, mit Ausnahme von solchen, bei denen ein Profil mit periodischen Rillen beobachtet werden kann und die Oberflächenrauigkeit Ra einer Region ohne Rillen 0,010 µm oder weniger beträgt, in einem Ergebnis, das mit einem Oberflächenprofilanalysator vom Kontakttyp wie vorstehend beschrieben analysiert wird. Ein Beispiel für ein Oberflächenprofil mit einer Oberflächenrauigkeit Ra einer Region ohne Rillen von 0,010 µm oder weniger ist ein Oberflächenprofil einer Oberfläche, das durch Ausbilden einer Maske mit periodischen Öffnungen auf der Oberfläche auf der Lichtauskopplungsseite und anschließendes Ätzen der Oberfläche zur Ausbildung von Rillen hergestellt wurde. Wenn ein lichtemittierendes Element eine solche Oberfläche auf der Lichtauskopplungsseite aufweist, können die Reflexionswinkel des von dieser Oberfläche reflektierten Lichts ausreichend gestreut sein, was den Effekt der vorliegenden Offenbarung, einen einzigen Peak zu liefern, ausreichend machen kann.
  • (Lichtemittierendes Halbleiterelement 1)
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein lichtemittierendes Halbleiterelement 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit einer ersten Mantelschicht 3a vom Leitfähigkeitstyp, einer lichtemittierenden Halbleiterschicht 3c und einer zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp, die nacheinander auf einem Substrat 8 vorgesehen sind, wobei die zweite Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp so konfiguriert ist, dass sie sich auf der Lichtauskopplungsseite befindet. Das lichtemittierende Halbleiterelement 1 enthält weiterhin eine Reflexionsschicht 6 zwischen dem Trägersubstrat 8 und der ersten Mantelschicht 3a vom Leitfähigkeitstyp, um von der lichtemittierenden Halbleiterschicht 3c emittiertes Licht zu reflektieren.
  • Die erste Mantelschicht 3a vom Leitfähigkeitstyp und die zweite Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp bestehen aus InGaAsP, das mindestens In und P enthält, und werden besonders bevorzugt aus InP gebildet. Weiterhin ist die lichtemittierende Halbleiterschicht 3c eine lichtemittierende Schicht, die Licht mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm ausstrahlt und vorzugsweise aus InGaAsP besteht, das mindestens In und P enthält. Weiterhin ist die Oberfläche der Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp eine aufgeraute Oberfläche, die eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist. Es ist zu beachten, dass bei dem lichtemittierenden Halbleiterelement 1 eine obere Elektrode mit einem Pad-Abschnitt 9a und einem Verdrahtungsabschnitt 9b auf der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp gebildet werden kann und eine Rückelektrode auf der Rückseite des leitfähigen Trägersubstrats gebildet werden kann (es ist keine Rückelektrode veranschaulicht).
  • Im lichtemittierenden Halbleiterelement 1 wird das von der lichtemittierenden Halbleiterschicht 3c emittierte Licht grob unterteilt in Licht L1, das in Richtung der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp wandert, und Licht L2, das in Richtung der ersten Mantelschicht 3a vom Leitfähigkeitstyp wandert. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Region auf der Oberfläche der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp mit Ausnahme der oberen Elektroden 9a und 9b, von denen das Licht L1 und L2 nach außen (hauptsächlich in die Luft) emittiert wird, als „Lichtauskopplungsfläche“ bezeichnet. Mit anderen Worten, wie in 1 dargestellt, bezieht sich die „Lichtauskopplungsfläche“ in der vorliegenden Ausführungsform auf die Oberfläche, von der das Licht nach außen abgestrahlt wird, die die gleiche Oberfläche (Oberseite) wie die Oberfläche ist, auf der die oberen Elektroden gebildet werden. Es ist zu beachten, dass das Licht auch von den Seitenflächen des lichtemittierenden Halbleiterelements 1 ausgekoppelt wird. Die Lichtauskopplung von den Seitenflächen hat jedoch im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Erzeugung von Multipeaks, so dass die Seitenflächen aufgeraut sein können oder nicht. Zur Verbesserung der Emissionsleistung werden die Seitenflächen ebenfalls vorzugsweise aufgeraut.
  • Beim lichtemittierenden Halbleiterelement 1 ist die „Lichtauskopplungsfläche“ der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp eine aufgeraute Oberfläche. Die Oberfläche der Lichtauskopplungsfläche weist eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger auf. Die Oberfläche der Lichtauskopplungsfläche weist eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr auf. Bevorzugter sind die folgenden Punkte erfüllt: Ra ≥ 0,04 µm und Rsk ≥ -0,5. Die oberen Elektroden 9a und 9b sind auf dem ebenen Abschnitt der Oberfläche der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp vorgesehen.
  • In unseren Versuchen haben wir festgestellt, dass eine Oberfläche einer Lichtauskopplungsfläche mit einer aufgerauten Oberfläche mit einem Unregelmäßigkeitsmuster versehen war, das nicht zufällig, sondern periodisch, die Multipeaks nicht so vermindern konnte, dass ein einziger Peak entstand. Genauer gesagt wurde festgestellt, dass selbst eine Oberfläche mit einer Schiefe Rsk von einem positiven Wert keinen einzigen Peak erzielen konnte, wenn die Unregelmäßigkeiten flach waren mit einer Oberflächenrauigkeit Ra von weniger als 0,03 µm. Daher beträgt die Oberflächenrauigkeit Ra 0,03 µm oder mehr und bevorzugter 0,04 µm oder mehr, um einen einzigen Peak zu erreichen. Es wurde auch festgestellt, dass eine Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr Multipeaks nicht vermindern konnte, um dadurch einen einzigen Peak zu erzielen, wenn der Wert der Schiefe Rsk negativ kleiner als -1 (d.h. Rsk < -1) ist und eine große Anzahl ebener Oberflächen oder nahezu ebener Abschnitte an Apizes auf der Lichtauskopplungsseite gebildet wurden. Folglich ist die Schiefe Rsk -1 oder mehr, vorzugsweise -1 bis 0 oder ein positiver Wert. Die Schiefe Rsk ist bevorzugter -0,5 bis 0,5 (d.h. -0,5 ≤ Rsk ≤ 0,5).
  • Darüber hinaus haben unsere Versuche auch gezeigt, dass das Profil einer aufgerauten Oberfläche, die geeignet ist, die Ausgangsleistung eines lichtemittierenden Elements zu verbessern, nicht notwendigerweise mit dem Profil einer aufgerauten Oberfläche übereinstimmt, die geeignet ist, Multipeaks zu vermindern. Das Profil einer aufgerauten Oberfläche, die geeignet ist, Multipeaks zu vermindern, weist eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und eine Schiefe Rsk von -1,0 oder mehr auf. Das Profil einer aufgerauten Oberfläche, das geeignet ist, Multipeaks zu vermindern und das am effektivsten zur Verbesserung der Lichtemissionsleistung ist, weist eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,04 µm oder mehr und eine Schiefe Rsk von -0,5 oder mehr und 0,5 oder weniger auf. Die Obergrenze der Oberflächenrauigkeit Ra ist mindestens kleiner als die Dicke der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp, die einer Aufrauung unterzogen wird, und beträgt 0,142 µm oder weniger. Die Obergrenze der Schiefe Rsk einer Oberfläche, die geeignet ist, Multipeaks zu vermindern, ist nicht besonders begrenzt und beträgt zum Beispiel 2. Aus dem gleichen Grund wie vorstehend beschrieben, beträgt die Oberflächenrauigkeit Sa der Oberfläche der Lichtauskopplungsfläche vorzugsweise 0,05 µm oder mehr. Weiterhin beträgt die Schiefe Ssk der Oberfläche der Lichtauskopplungsfläche vorzugsweise -0,5 oder mehr.
  • In dem Fall, dass der Leitfähigkeitstyp der ersten Mantelschicht 3a vom Leitfähigkeitstyp n-Typ ist, ist die zweite Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp p-Typ. Im Gegensatz dazu ist in dem Fall, in dem der Leitfähigkeitstyp der ersten Mantelschicht 3a vom Leitfähigkeitstyp p-Typ ist, die zweite Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp n-Typ.
  • Obwohl nicht erläutert, ist es auch bevorzugt, eine Ätzstoppschicht zwischen der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp und der oberen Elektrode einschließlich des Pad-Abschnitts 9a und des Verdrahtungsabschnitts 9b zu belassen.
  • Weiterhin ist es, wie in 2 erläutert, bevorzugt, dass das lichtemittierende Halbleiterelement 1 weiterhin einen Schutzfilm PF1 auf der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp enthält, mit Ausnahme der Regionen über den oberen Elektroden (dem Pad-Abschnitt 9a und dem Verdrahtungsabschnitt 9b). Der Schutzfilm PF1 kann aus SiO2, SiN, ITO, AIN usw. bestehen und der Schutzfilm PF1 wird vorzugsweise insbesondere aus SiO2 gebildet. Der Schutzfilm PF1 ist zur Verbesserung der Lichtauskopplung wirksam, indem er den Brechungsindexunterschied zwischen der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp und der Luft mildert.
  • Weiterhin wurde, obwohl der Grund dafür unbekannt ist, festgestellt, dass die Bereitstellung eines Schutzfilms auf einer „zufällig aufgerauten Oberfläche“ gemäß der vorliegenden Offenbarung sehr wirksam war, um eine durch einen kontinuierlichen Betrieb verursachte Verringerung der Ausgangsleistung zu vermindern. So betrug zum Beispiel die anfängliche Lichtemissions-Ausgangsleistung relativ zur Lichtemissions-Ausgangsleistung nach einem 1000-stündigen Betrieb von 100 mA (im Folgenden wird dieses Verhältnis als „Rückhalteverhältnis der Lichtemissions-Ausgangsleistung“ bezeichnet) für ein lichtemittierendes Halbleiterelement, das mit einer „zufällig aufgerauten Oberfläche“ versehen war, 94%. Im Gegensatz dazu hatte die Bereitstellung eines Schutzfilms für das lichtemittierende Halbleiterelement das Rückhalteverhältnis der Lichtemissions-Ausgangsleistung auf 99 bis 100% verbessert (siehe das später beschriebene Versuchsbeispiel 3). Bei lichtemittierenden Halbleiterelementen, die keine aufgeraute Oberfläche oder eine aufgeraute Oberfläche hatten, welche die Bedingungen der vorliegenden Offenbarung nicht erfüllte, blieb das Rückhalteverhältnis der Lichtemissions-Ausgangsleistung 94%. Als ein Schutzfilm auf diesen lichtemittierenden Halbleiterelementen gebildet wurde, hatte sich das Rückhalteverhältnis der Lichtemissions-Ausgangsleistung verbessert, blieb aber bei etwa 97%.
  • Die Dicke des Schutzfilms PF1 beträgt vorzugsweise 100 nm oder mehr, bevorzugter 215 nm oder mehr. Weiterhin beträgt die Dicke des Schutzfilms PF1 vorzugsweise 700 nm oder weniger, bevorzugter 650 nm oder weniger. Wenn die Dicke von PF1 innerhalb eines dieser Bereiche liegt, wird die Auskopplung von Licht in einem Wellenlängenbereich von 1000 nm bis 2200 nm verbessert.
  • Der Schutzfilm PF1 ist so geformt, dass sich der Schutzfilm PF1 im Wesentlichen an Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der darunter liegenden Schicht anpasst, d.h., die zweite Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp. Wenn ein Schutzfilm PF1 zum Beispiel unter Verwendung einer Dünnfilm-Abscheidungsvorrichtung durch Plasma-CVD auf einer Oberfläche abgeschieden wird, glättet die Beschichtung mit dem Schutzfilm PF1 die Unregelmäßigkeiten auf der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp im Vergleich zur zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp ohne die Beschichtung leicht. Als Ergebnis wird die Oberflächenrauigkeit Ra in einer Oberflächenprofilanalyse der Oberfläche einschließlich des Schutzfilms PF1 vermindert. Folglich ist es bevorzugt, dass die Oberfläche einschließlich des Schutzfilms eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,02 µm oder mehr (d.h. Ra ≥ 0,02 µm) und eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr (d.h. Rsk ≥ -1) aufweist.
  • Wie in 2 erläutert, kann ein Schutzfilm PF2 auch zum Schutz der Seitenflächen der ersten Mantelschicht 3a vom Leitfähigkeitstyp, der lichtemittierenden Halbleiterschicht 3c und der zweiten Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp vorgesehen sein. Das Material des Schutzfilms PF2 kann das gleiche wie das Material des Schutzfilms PF1 sein oder sich von diesem unterscheiden.
  • Weiterhin kann anstelle des Substrats 1 des in 1 und 2 dargestellten lichtemittierenden Halbleiterelements 1 ein lichtemittierendes Halbleiterelement vom Bonding-Typ verwendet werden, bei dem eine Metallbondschicht auf einer Oberfläche eines Trägersubstrats vorgesehen sein kann, so dass die Metallbondingschicht mit einer Reflexionsschicht gebondet ist.
  • Nachfolgend werden die Elemente in dem lichtemittierenden Halbleiterelement 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben, indem jeder Schritt der Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements 100 vom Bonding-Typ gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird. Es ist zu beachten, dass Elemente in dem lichtemittierenden Halbleiterelement 1 und Elemente in dem lichtemittierenden Halbleiterelement 100 einander wie folgt entsprechen. Insbesondere entspricht die erste Mantelschicht 3a vom Leitfähigkeitstyp einer Mantelschicht 37 vom p-Typ, die lichtemittierende Halbleiterschicht 3c einer lichtemittierenden Halbleiterschicht 35, die zweite Mantelschicht 3b vom Leitfähigkeitstyp einer Mantelschicht 31 vom n-Typ, die Reflexionsschicht 6 einer Reflexionsschicht 60 und das Trägersubstrat 8 dem Trägersubstrat 80.
  • (Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements)
  • Ein Verfahren zur Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterelements 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet vorzugsweise einen Halbleiterschichtbildungsschritt, einen Kontaktschichtschritt, einen Dielektrikumschichtbildungsschritt, einen Reflexionsschichtbildungsschritt, einen Bondingschritt, einen Substratentfernungsschritt und einen Oberflächenaufrauungsschritt, die im Folgenden im Einzelnen beschrieben werden.
  • Zunächst wird im Halbleiterschichtbildungsschritt auf einem Wachstumssubstrat 10 eine Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung gebildet, und anschließend werden nacheinander eine n-Typ-Mantelschicht 31, eine lichtemittierende Halbleiterschicht 35 und eine p-Typ-Mantelschicht 37 gebildet, um einen Halbleiterstapel 30 zu bilden (3A und 3B).
  • Im Kontaktabschnittbildungsschritt wird zunächst eine Kontaktschicht 41 aus einem III-V-Verbindungshalbleiter auf dem Halbleiterstapel 30 gebildet (3C). Anschließend werden auf Teilen der Kontaktschicht 41 ohmsche Metallabschnitte 43 gebildet, wobei die freiliegende Fläche E1 auf einer Oberfläche der Kontaktschicht 41 verbleibt (4A). Anschließend wird die Kontaktschicht 41 der freiliegenden Fläche E1 entfernt, so dass eine Oberfläche des Halbleiterstapels 30 freigelegt wird, wodurch ein Kontaktabschnitt 40 gebildet wird, der aus dem ohmschen Metallabschnitt 43 und der Kontaktschicht 41a besteht und eine freiliegende Oberfläche E2 des Halbleiterstapels 30 bildet (4B).
  • Im Schritt der Bildung der dielektrischen Schicht wird auf mindestens einem Teil der freiliegenden Oberfläche E2 des Halbleiterstapels 30 eine dielektrische Schicht 50 gebildet (4C). Im Schritt des Reflexionsschichtbildungsschritts wird auf der dielektrischen Schicht 50 und dem Kontaktabschnitt 40 eine Reflexionsschicht 60 zur Reflexion des von der lichtemittierenden Halbleiterschicht 35 emittierten Lichts gebildet (5A). Im Bondingschritt wird ein Trägersubstrat 80 mit einer Oberfläche, die mit einer Metallbondingschicht 70 versehen ist, an die Reflexionsschicht 60 mit der dazwischen angeordneten Metallbondingschicht 70 gebondet (5B). Dann wird in dem Substratentfernungsschritt das Wachstumssubstrat 10 entfernt (6A).
  • Nachdem die Region zur Bildung einer oberen Elektrode maskiert ist, wird der Oberflächenaufrauungsschritt zur Bildung einer Vielzahl von Unregelmäßigkeiten 31C auf der Oberfläche der p-Typ-Mantelschicht 31 durchgeführt (6B). Danach erfolgt der Schritt zur Bildung einer oberen Elektrode auf der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp. Auf diese Weise kann das lichtemittierende Halbleiterelement 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden. Es ist zu beachten, dass die obere Elektrode vor dem Oberflächenaufrauungsschritt gebildet werden kann. Auf diese Weise kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden (7). Diese Schritte werden im Folgenden im Einzelnen der Reihe nach beschrieben.
  • < Halbleiterschichtbildungsschritt >
  • Im Halbleiterschichtbildungsschritt wird die Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung auf dem Wachstumssubstrat 10 gebildet und die n-Typ-Mantelschicht 31, die lichtemittierende Halbleiterschicht 35 und die p-Typ-Mantelschicht 37 werden dann nacheinander gebildet, um den Halbleiterstapel 30 zu bilden (3A und 3B).
  • Im Halbleiterschichtbildungsschritt, wie in 3A dargestellt, wird zunächst das Wachstumssubstrat 10 bereitgestellt. Da in dieser Ausführungsform die p-Typ-Mantelschicht 37 und die n-Typ-Mantelschicht 31 gebildet werden sollen, wird als Wachstumssubstrat 10 vorzugsweise ein InP-Substrat verwendet. Es ist zu beachten, dass für das InP-Wachstumssubstrat jedes beliebige n-Typ-InP-Substrat, hochohmige (auch als halbisolierende bezeichnet) InP-Substrate (zum Beispiel Fedotierte InP-Substrate mit einem spezifischen Widerstand von 1 × 106 Q · cm oder mehr) und p-Typ-InP-Substrate, die im Handel erhältlich sind, verwendet werden können. Der Einfachheit halber wird eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, bei der ein n-Typ-InP-Substrat als Wachstumssubstrat 10 verwendet wird.
  • Als nächstes wird auf dem Wachstumssubstrat 10 die Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung gebildet. Wie vorstehend beschrieben, können für die Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung alle Materialien verwendet werden, die eine Ätzselektivität zum Wachstumssubstrat 10 aufweisen, und für ein InP-Substrat kann zum Beispiel InGaAs für die Ätzstoppschicht verwendet werden, oder es kann auch InGaAsP für die Ätzstoppschicht verwendet werden. Die Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung kann verwendet werden, wenn das Wachstumssubstrat 10 durch Ätzen im Substratentfernungsschritt entfernt wird. Wenn ein n-Typ-InP-Substrat als Wachstumssubstrat 10 verwendet wird, ist der Leitfähigkeitstyp der Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung vorzugsweise vom n-Typ, so dass der Leitfähigkeitstyp der Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung dem Leitfähigkeitstyp des Wachstumssubstrats entspricht. In dem Fall, dass InGaAs für die Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung verwendet wird, beträgt der Gehalt an In als Element der Gruppe III in InGaAs vorzugsweise 0,3 bis 0,7, bevorzugter 0,5 bis 0,6, so dass InGaAs gitterangepasst an das n-Typ-InP-Substrat angepasst werden kann.
  • Anschließend werden die n-Typ-Mantelschicht 31, die lichtemittierende Halbleiterschicht 35 und die p-Typ-Mantelschicht 37 nacheinander auf der Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung gebildet, um den Halbleiterstapel 30 zu bilden. Da die lichtemittierende Halbleiterschicht 35 sandwichartig zwischen der p-Typ-Mantelschicht 37 und der n-Typ-Mantelschicht 31 angeordnet ist, ist die lichtemittierende Halbleiterschicht 35 vorzugsweise eine Schicht aus einem III-V-Verbindungshalbleiter auf InGaAsP-Basis, der mindestens In und P enthält. Das Halbleiterlaminat 30 kann eine doppelte Hetero (DH)-Struktur aufweisen, bei der die lichtemittierende Halbleiterschicht 35 sandwichartig zwischen der p-Typ-Mantelschicht 37 und der n-Typ-Mantelschicht 31 angeordnet ist, oder eine Mehrfach-Quantentopf (MQW)-Struktur aufweisen. Im Hinblick auf die Verbesserung der Lichtausgangsleistung durch Verringerung von Kristalldefekten weist die lichtemittierende Halbleiterschicht 35 bevorzugter eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur auf. Eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur kann durch abwechselndes wiederholtes Bereitstellen von Topfschichten 35W und Barriereschichten 35B gebildet werden. Die Topfschichten 35W können aus InGaAsP bestehen und die Barriereschichten 35B sind vorzugsweise aus InGaAsP oder InP mit einer größeren Bandlücke als die Topfschichten 35W. Eine Bereitstellung eines solchen Halbleiterstapels 30 wie vorstehend beschrieben ermöglicht es dem lichtemittierenden Halbleiterelement 100, Licht mit einer Wellenlänge in einem gewünschten Nah-Infrarot-Bereich zu emittieren. Zum Beispiel kann eine Wellenlänge des Emissionspeaks von 1000 nm bis 1650 nm durch Variation der Zusammensetzung der InGaAsP-basierten III-V-Verbindung erreicht werden. Im Falle einer MQW-Struktur kann eine Wellenlänge des Emissionspeaks von 1000 nm bis 1900 nm erreicht werden, indem zusätzlich zur Variation der Zusammensetzung der InGaAsP-basierten III-V-Verbindung die Topfschichten durch Steuerung des Zusammensetzungsunterschieds zwischen den Topfschichten und den Barriereschichten verformt werden. Oder es kann eine Wellenlänge des Emissionspeaks von 1000 nm bis 2200 nm durch Aufbringen einer weiteren Verformung erreicht werden. Wenn die chemische Zusammensetzung der Topfschichten 35 W als InxwGa1-xwAsywP1-yw ausgedrückt wird, können 0,5 ≤ xw ≤ 1 und 0,5 ≤ yw ≤ 1 erfüllt werden, und 0,6 ≤ xw ≤ 0,8 und 0,3 ≤ yw ≤ 1 werden vorzugsweise erfüllt.
  • Die Gesamtdicke des Halbleiterlaminats 30 kann zum Beispiel 2 µm bis 15 µm betragen, ist aber nicht darauf beschränkt. In ähnlicher Weise kann die Dicke der p-Typ-Mantelschicht 31 zum Beispiel 1 µm bis 5 µm betragen, ist aber nicht darauf beschränkt. Des Weiteren kann die Dicke der lichtemittierenden Halbleiterschicht 35 zum Beispiel 100 nm bis 1000 nm betragen, ist aber nicht darauf beschränkt. In ähnlicher Weise kann die Dicke der n-Typ-Mantelschicht 31 zum Beispiel 0,8 µm bis 10 µm betragen, ist aber nicht darauf beschränkt. Wenn die lichtemittierende Halbleiterschicht 35 eine Quantentopf-Struktur aufweist, kann die Dicke der Topfschichten 35W 3 nm bis 15 nm betragen, und die Dicke der Barriereschichten 35B kann 5 nm bis 15 nm betragen. Die Anzahl der Paare beider Schichten kann 3 bis 50 betragen.
  • Weiterhin weist das Halbleiterlaminat 30 vorzugsweise eine p-Typ-Deckschicht 39 aus InGaAsP auf, die mindestens In und P enthält, auf der p-Typ-Mantelschicht 37. Die Gitterfehlanpassung kann durch Bereitstellung der p-Typ-Deckschicht 39 vermindert werden. Die Dicke der Deckschicht 39 kann zum Beispiel 50 nm bis 200 nm betragen, ist aber nicht darauf beschränkt. In der folgenden Ausführungsform wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass die äußerste Oberflächenschicht des Halbleiterlaminats 30 die p-Typ-Deckschicht 39 ist; da die p-Typ-Deckschicht 39 jedoch eine wahlweise Komponente ist, kann die äußerste Oberflächenschicht des Halbleiterlaminats 30 zum Beispiel die p-Typ-Mantelschicht 37 sein.
  • Obwohl nicht erläutert, weist der Halbleiterstapel 30 vorzugsweise jeweils eine i-Typ-InP-Distanzschicht zwischen der n-Typ-Mantelschicht 31 und den lichtemittierenden Halbleiterschichten 35 und zwischen den lichtemittierenden Halbleiterschichten 35 und der p-Typ-Mantelschicht 37 auf. Die Bereitstellung der i-Typ-InP-Distanzschichten kann die Dotierstoffdiffusion behindern. Die Dicke der i-Typ-InP-Distanzschichten kann zum Beispiel 50 nm bis 400 nm betragen, ist aber nicht auf diese beschränkt. Der Halbleiterstapel 30 kann weiterhin eine n-Typ-lnGaAsP-Schicht mit einem anderen Zusammensetzungsverhältnis als die Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung zwischen der n-Typ-Mantelschicht 31 und der Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung aufweisen.
  • Hier können die Schichten im Halbleiterlaminat 30 durch epitaktisches Wachstum gebildet werden, zum Beispiel durch eine bekannte Dünnfilm-Abscheidungstechnik wie metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder Sputtern. Zum Beispiel kann Trimethylindium (TMIn) als In-Quelle, Trimethylgallium (TMGa) als Ga-Quelle, Arsin (AsH3) als As-Quelle und Phosphin (PH3) als P-Quelle in einem vorbestimmten Mischungsverhältnis verwendet werden, und diese Quellgase können der Dampfphasenepitaxie unter Verwendung eines Trägergases unterworfen werden, um durch Steuerung der Wachstumszeit eine InGaAsP-Schicht mit einer gewünschten Dicke zu bilden. Es ist zu beachten, dass andere InGaAsP-Schichten, wie zum Beispiel die Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung, die epitaktisch aufgewachsen werden sollen, auf ähnliche Weise gebildet werden können. Wenn die Schichten p-Typ- oder n-Typ-dotiert sind, kann je nach Wunsch zusätzlich ein Dotierstoff-Quellgas verwendet werden.
  • < Kontaktabschnittbildungsschritt >
  • Im Kontaktabschnittbildungsschritt wird zunächst die Kontaktschicht 41 aus einem III-V-Verbindungshalbleiter auf dem Halbleiterstapel 30 gebildet (3C). Zum Beispiel kann, wie in 3C erläutert, die p-Typ-Kontaktschicht 41 auf der p-Typ-Deckschicht 39 gebildet werden. Die p-Typ-Kontaktschicht 41 kann eine Schicht sein, die in Kontakt mit dem ohmschen Metallabschnitt 43 steht, ist zwischen dem ohmschen Metallabschnitt 43 und dem Halbleiterlaminat 30 angeordnet und weist eine Zusammensetzung auf, die einen geringeren Kontaktwiderstand mit dem ohmschen Metallabschnitt 43 als mit dem Halbleiterlaminat 30 ermöglicht. Zum Beispiel kann die p-Typ-Kontaktschicht 41 eine p-Typ-InGaAs-Schicht sein. Die Dicke der Kontaktschicht 41 kann zum Beispiel 50 nm bis 200 nm betragen, ist aber nicht auf diese beschränkt.
  • Anschließend wird der ohmsche Metallabschnitt 43 auf einem Teil der Kontaktschicht 41 gebildet, wobei die freiliegende Fläche E1 auf einer Oberfläche der Kontaktschicht 41 verbleibt (4A). Der ohmsche Metallabschnitt 43 kann zu Inseln geformt werden, die in einem vorbestimmten Muster verteilt sind. Wenn eine p-Typ-InGaAs-Schicht als p-Typ-Kontaktschicht 41 verwendet wird, können zum Beispiel Au, AuZn, AuBe, AuTi usw. als ohmscher Metallabschnitt 43 verwendet werden, und eine Struktur, in der diese Materialien gestapelt sind, kann vorzugsweise als ohmscher Metallabschnitt 43 verwendet werden. Zum Beispiel kann Au/AuZn/Au als ohmscher Metallabschnitt 43 verwendet werden. Die Dicke (oder die Gesamtdicke) des ohmschen Metallabschnitts 43 kann zum Beispiel 300 nm bis 1300 nm, vorzugsweise 350 nm bis 800 nm, betragen, ist aber nicht auf diese beschränkt.
  • Hierin kann zum Beispiel die freiliegende Fläche E1 auf der Oberfläche der Kontaktschicht 41 belassen werden, indem ein Resistmuster auf einer Oberfläche der Kontaktschicht 41 gebildet, der ohmsche Metallabschnitt 43 aufgedampft und das Resistmuster durch Lift-off entfernt wird. Alternativ kann der ohmsche Metallabschnitt 43 gebildet werden, indem man eine vorbestimmte Metallschicht auf der gesamten Oberfläche der Kontaktschicht 41 ausbildet, eine Maske auf der Metallschicht bildet und zum Beispiel Ätzen durchführt. In beiden Fällen kann, wie in 4A dargestellt, der ohmsche Metallabschnitt 43 auf einem Teil der Kontaktschicht 41 gebildet werden, wobei die Oberfläche der Kontaktschicht 41, die nicht in Kontakt mit dem ohmschen Metallabschnitt 43 steht, d.h. der freiliegende Bereich E1, gebildet wird.
  • Die Form des ohmschen Metallabschnitts 43 kann in einigen Fällen in einer Querschnittsansicht trapezförmig sein, wie in 4A nur schematisch dargestellt. Die Form des ohmschen Metallabschnitts 43 kann im Querschnitt rechteckig sein oder abgerundete Ecken aufweisen, wie in 4A nur schematisch dargestellt.
  • Weiterhin wird in dem Kontaktabschnittbildungschritt die Kontaktschicht 41 der freiliegenden Fläche E1 entfernt, so dass eine Oberfläche des Halbleiterstapels 30 freigelegt wird, wodurch der Kontaktabschnitt 40 gebildet wird, der aus dem ohmschen Metallabschnitt 43 und der Kontaktschicht 41a besteht und die freiliegende Oberfläche E2 des Halbleiterstapels 30 bildet (4B). Insbesondere wird die Kontaktschicht 41 einer anderen Fläche als die Flächen des ohmschen Metallabschnitts 43, der zuvor gebildet wurde, geätzt, um eine Oberfläche der p-Typ-Deckschicht 39 freizulegen, die die äußerste Oberflächenschicht des Halbleiterstapels 30 ist, wodurch die Kontaktschicht 41a erhalten wird. Zum Beispiel kann eine Resistmaske auf und um (etwa 2 µm bis 5 µm) den ohmschen Metallabschnitt 43 herum gebildet werden, und die freiliegende Fläche E1 der Kontaktschicht 41 kann mit einem Weinsäure-Wasserstoffperoxid-Gemisch nassgeätzt werden. Alternativ kann das Nassätzen unter Verwendung von Ätzlösungen, wie anorganisches Säure-Wasserstoffperoxid-Gemisch, organisches Säure-Wasserstoffperoxid-Gemisch und dergleichen durchgeführt werden. Außerdem kann kontinuierlich geätzt werden, wenn eine Maske auf der vorstehend beschriebenen vorbestimmten Metallschicht gebildet und geätzt wird, um den ohmschen Metallabschnitt 43 zur Bereitstellung der freiliegenden Fläche E1 zu bilden.
  • Es ist zu beachten, dass die Dicke des Kontaktabschnitts 40 der Gesamtdicke der Kontaktschicht 41 (41a) und des ohmschen Metallabschnitts 43 entspricht und 350 nm bis 1500 nm, bevorzugter 400 nm bis 1000 nm betragen kann.
  • < Dielektrischer Schichtbildungsschritt >
  • Im dielektrischen Schichtbildungsschritt wird die dielektrische Schicht 50 auf mindestens einem Teil der freiliegenden Oberfläche E2 des Halbleiterstapels 30 gebildet (4C). Eine solche dielektrische Schicht 50 kann zum Beispiel wie folgt gebildet werden.
  • Zuerst wird eine dielektrische Schicht auf die gesamte Oberfläche des Halbleiterlaminats 30 aufgebracht, um das Halbleiterlaminat 30 und den Kontaktabschnitt 40 zu bedecken. Für die Filmabscheidung kann eine bekannte Technik wie Plasma-CVD oder Sputtern verwendet werden. Wenn ein Dielektrikum auf einem Kontaktabschnitt in der dielektrischen Schicht 50 über dem Kontaktabschnitt 40 in der Oberfläche der abgeschiedenen dielektrischen Schicht gebildet wird, kann nach Wunsch eine Maske gebildet und das Dielektrikum auf dem Kontaktabschnitt durch Ätzen oder dergleichen entfernt werden. Zum Beispiel kann das Dielektrikum auf dem Kontaktabschnitt mit gepufferter Flusssäure (BHF) oder dergleichen nassgeätzt werden.
  • Es ist zu beachten, dass es, wie in 8 dargestellt, auch bevorzugt ist, dass die dielektrische Schicht 50 auf einem Teil der freiliegenden Oberfläche E2 des Halbleiterstapels 30 gebildet wird, wobei ein freiliegender Abschnitt E3 um den Kontaktabschnitt 40 herum verbleibt. Die dielektrische Schicht 50 und der vorstehend beschriebene freiliegende Abschnitt E3 können zum Beispiel wie folgt gebildet werden. Zuerst wird eine dielektrische Schicht auf der gesamten Oberfläche des Halbleiterlaminats 30 abgeschieden und ein Fenstermuster, das den Kontaktabschnitt vollständig umgibt, wird unter Verwendung eines Resists oberhalb des Kontaktabschnitts 40 der Oberfläche der abgeschiedenen dielektrischen Schicht gebildet. In diesem Fall ist das Fenstermuster sowohl in der Breiten- als auch in der Längenrichtung vorzugsweise 1 µm bis 5 µm größer als der Kontaktabschnitt. Unter Verwendung des so gebildeten Resistmusters zur Entfernung des Dielektrikums um den Kontaktabschnitt durch Ätzen kann die dielektrische Schicht 50 gebildet werden, und der freiliegende Abschnitt E3 wird um den Kontaktabschnitt 40 herum gebildet.
  • Um diese Struktur zu gewährleisten, beträgt die Breite W des freiliegenden Abschnitts E3 vorzugsweise 0,5 µm oder mehr und 5 µm oder weniger, bevorzugter 1 µm oder mehr und 3,5 µm oder weniger (siehe 8).
  • Hier beträgt das Verhältnis der Fläche der dielektrischen Schicht 50 in Kontakt mit dem Halbleiterstapel 30 (Kontaktflächenverhältnis) vorzugsweise 80% oder mehr und 95% oder weniger. Wenn die Fläche des Kontaktabschnitts 40 verringert und die Fläche der dielektrischen Schicht 50 vergrößert wird, kann die Absorption von Licht durch den Kontaktabschnitt verringert werden. Es ist zu beachten, dass das Kontaktflächenverhältnis auf einem Wafer gemessen werden kann, und wenn das Kontaktflächenverhältnis vom Zustand der singulierten lichtemittierenden Halbleiterelemente rückwärts berechnet wird, kann die Berechnung unter der Annahme durchgeführt werden, dass die Breite der Halbleiterschicht an jedem Ende (eine Region, in der die elektrische Schicht vorhanden war), die durch Singulation entfernt wurde, 20 µm bis 30 µm (40 µm bis 60 µm für beide Enden insgesamt) beträgt.
  • Es ist zu beachten, dass im dielektrischen Schichtbildungsschritt die Beziehung zwischen der Dicke H1 der dielektrischen Schicht 50 und der Dicke H2 des Kontaktabschnitts 40 nicht besonders begrenzt ist; wie in 8 dargestellt, kann jedoch, wenn die Dicke der dielektrischen Schicht 50 als H1 und die Dicke des Kontaktabschnitts als H2 ausgedrückt wird, H1 ≥ H2 erfüllt werden, und H1 > H2 wird vorzugsweise erfüllt. Unter diesen Bedingungen kann die Dicke der dielektrischen Schicht 50 zum Beispiel 360 nm bis 1600 nm, bevorzugter 410 nm bis 1100 nm, betragen, ist aber nicht auf diese beschränkt . Weiterhin beträgt der Unterschied zwischen der Dicke H1 der dielektrischen Schicht und der Dicke H2 des Kontaktabschnitts 40: H1 - H2 vorzugsweise 10 nm oder mehr und 100 nm oder weniger.
  • Darüber hinaus kann die dielektrische Schicht 50 SiO2, SiN, ITO, AIN und dergleichen verwenden, und die dielektrische Schicht 50 besteht vorzugsweise insbesondere aus SiO2. SiO2 kann leicht durch Ätzen mit BHF usw. behandelt werden.
  • < Reflexionsschichtbildungsschritt >
  • Im Reflexionsschichtbildungsschritt wird die Reflexionsschicht 60 zur Reflexion des von der lichtemittierenden Halbleiterschicht 35 emittierten Lichts auf der dielektrischen Schicht 50 und dem Kontaktabschnitt 40 gebildet (5A). Es ist zu beachten, dass, wenn der exponierte Abschnitt E3 im Bildungsschritt der dielektrischen Schicht gebildet wurde, die Reflexionsschicht 60 auch auf dem exponierten Abschnitt E3 gebildet wird. Die Reflexionsschicht 60 kann einen DBR, eine reflektierende Metallschicht, einen photonischen Kristall, Brechungsindexunterschiede, die durch die Bildung eines partiellen Hohlraums induziert werden, oder dergleichen enthalten. Zur Erzielung der Herstellungsbereitschaft und eines ausreichenden Reflexionsvermögens für emittiertes Licht wird die Reflexionsschicht 60 jedoch vorzugsweise als reflektierende Metallschicht ausgebildet. Die reflektierende Metallschicht kann aus Au, Al, Pt, Ti, Ag oder dergleichen bestehen, wobei eine reflektierende Metallschicht, die hauptsächlich aus Au besteht, besonders bevorzugt ist. In diesem Fall besteht Au vorzugsweise zu mehr als 50 Masse-% aus Au in der Zusammensetzung der reflektierenden Metallschicht, und bevorzugter besteht Au zu 80 Masse-% oder mehr daraus. Die reflektierende Metallschicht kann eine Vielzahl Metallschichten enthalten; wenn sie jedoch eine aus Au gebildete Metallschicht (im Folgenden „Au-Metallschicht“) enthält, beträgt die Dicke der Au-Metallschicht vorzugsweise mehr als 50% der Gesamtdicke der reflektierenden Metallschicht. Zum Beispiel kann die reflektierende Metallschicht aus einer einzigen Schicht bestehen nur aus Au gebildet; alternativ kann die reflektierende Metallschicht zwei oder mehr Au-Metallschichten beinhalten. Um das Bonden im nachfolgenden Bondingschritt zu gewährleisten, ist die äußerste Oberflächenschicht der reflektierenden Metallschicht (die dem Halbleiterstapel 30 gegenüberliegende Oberfläche) vorzugsweise eine Au-Metallschicht. Beispielsweise können Metallschichten aus Al, Au, Pt und Au in dieser Reihenfolge auf der dielektrischen Schicht 50, dem freiliegenden Abschnitt E3 und dem Kontaktabschnitt 40 gebildet werden, um die reflektierende Metallschicht zu erhalten. Die Dicke einer Au-Metallschicht in der reflektierenden Metallschicht kann zum Beispiel 400 nm bis 2000 nm betragen und die Dicke jeder Metallschicht, die aus einem anderen Metall als Au gebildet wird, kann zum Beispiel 5 nm bis 200 nm betragen. Die reflektierende Metallschicht 60 kann auf der dielektrischen Schicht 50, dem freiliegenden Abschnitt E3 und dem Kontaktabschnitt 40 durch eine typische Technik wie zum Beispiel ein Aufdampfverfahren gebildet werden.
  • < Bondingschritt >
  • Beim Bonden wird das Trägersubstrat 80, dessen Oberfläche mit der Metallbondingschicht 70 versehen ist, mit der Reflexionsschicht 60 gebondet, wobei die Metallbondingschicht 70 dazwischen liegt (5B). Auf einer Oberfläche des Trägersubstrats 80 kann die Metallbondingschicht 70 vorher durch Sputtern, Aufdampfen usw. gebildet werden. Die Metallbondingschicht 70 und die Reflexionsschicht 60 werden einander gegenüberliegend angeordnet und zusammengefügt, gefolgt vom Bonden der Schichten durch Thermokompressionsbonding bei einer Temperatur von ca. 250°C bis 500°C.
  • Die mit der Reflexionsschicht 60 gebondete Metallbondingschicht 70 kann aus Metallen wie Ti, Pt und Au oder aus Metallen bestehen, die mit Gold eine eutektische Legierung bilden (zum Beispiel Sn), und wird vorzugsweise aus einem Laminat dieser Materialien gebildet. Zum Beispiel kann ein Laminat, das durch Stapeln von Ti mit einer Dicke von 400 nm bis 800 nm, Pt mit einer Dicke von 5 nm bis 20 nm und Au mit einer Dicke von 700 nm bis 1200 nm in dieser Reihenfolge auf der Oberfläche des Trägersubstrats 80 erhalten wird, als metallische Bongingschicht 70 verwendet werden. Es ist zu beachten, dass zur Erleichterung des Bondens zwischen der Reflexionsschicht 60 und der Metallbondingschicht 70 eine Au-Metallschicht als äußerste Oberflächenschicht der Metallbondingschicht 70 vorgesehen ist, und dass Au auch als Metallschicht der Reflexionsschicht 60 auf der Seite der Metallbondingschicht 70 vorgesehen ist, um das Bonden zwischen Au und Au durch Au-Au-Diffusionsbonden durchzuführen.
  • Es ist zu beachten, dass ein leitfähiges Si-Substrat zum Beispiel als Trägersubstrat 80 verwendet werden kann, oder ein leitfähiges GaAs- oder Ge-Substrat auch verwendet werden kann. Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Halbleitersubstrat kann auch ein Metallsubstrat verwendet werden. Oder es kann auch ein Submount-Substrat verwendet werden, das ein wärmeableitendes isolierendes Substrat aus gesintertem AIN oder dergleichen verwendet. Die Dicke des Trägersubstrats 80 kann 100 µm oder mehr und 500 µm oder weniger betragen, obwohl sie je nach verwendetem Material variiert, und wenn ein Si-Substrat oder ein GaAs-Substrat verwendet wird, kann ein Substrat mit einer Dicke von weniger als 180 µm gehandhabt werden. Ein Si-Substrat ist besonders im Hinblick auf Wärmeableitung, Sprödigkeit und Kosten bevorzugt.
  • < Substratentfernungsschritt >
  • Im Substratentfernungsschritt wird das Wachstumssubstrat 10 entfernt (6A). Das Wachstumssubstrat 10 kann durch Nassätzen zum Beispiel unter Verwendung eines Salzsäureverdünners entfernt werden, und das Nassätzen kann an der Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung gestoppt werden. Die Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung kann durch Nassätzen entfernt werden, zum Beispiel mit einer Ätzlösung aus einem Schwefelsäure-Wasserstoffperoxid-Gemisch.
  • < Oberflächenaufrauungsschritt >
  • Beim Oberflächenaufrauungsschritt wird die Oberfläche der Lichtauskopplungsfläche (die andere Oberfläche als die ebene Oberfläche 31F) der n-Typ-Mantelschicht 31 so aufgeraut, dass sie eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist, um zufällige Vertiefungen 31C zu bilden (6B). Die Oberfläche der Lichtauskopplungsfläche wird dabeiso aufgeraut, dass sie eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist. Der Oberflächenaufrauungsschritt kann durch Maskieren der oberen Elektrodenregion und anschließendes Aufrauen der Oberfläche durchgeführt werden. Unter Bezugnahme auf 9A bis 9D wird eine Beschreibung des Oberflächenaufrauungsschrittes und eines Schutzfilmbildungsschrittes vorgenommen, der vorzugsweise anschließend durchgeführt wird.
  • << Maskierung der oberen Elektrodenregion >>
  • Zuerst wird eine obere Elektrodenbildungsregion 31F der Ätzstoppschicht 20, die in dem Substratentfernungsschritt freigelegt wurde, oder eine Region über der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (n-Typ-Mantelschicht 31) mit einem Photoresist PR1 oder dergleichen maskiert (9A). Wie später beschrieben wird, kann dieser Schritt gleichzeitig mit einem ersten Schritt zum Schutz der Elektrodenregion beim Ätzen der Ätzstoppschicht 20 aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung zur Bildung eines Musters im Oberflächenaufrauungsschritt durchgeführt werden. Im Fall, in dem vor dem Oberflächenaufrauungsschritt eine obere Elektrode gebildet wurde, kann die obere Elektrode nach der Bildung der oberen Elektrode mit einem Photoresist maskiert werden. Obwohl die obere Elektrode auf der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (n-Typ-Mantelschicht 31) gebildet werden kann, kann die auf der Ätzstoppschicht 20 gebildete obere Elektrode die Zuverlässigkeit der Elektrode erhöhen. 9A bis 9D sind schematische Diagramme eines Modus, bei dem eine obere Elektrode auf der Ätzstoppschicht 20 gebildet wird.
  • Die Oberflächenaufrauungsverarbeitung kann durch mechanisches Oberflächenaufrauen, Nassätzen, Trockenätzen oder eine Kombination davon erfolgen. Oberflächenaufrauungstechniken können in beliebigen Kombinationen kombiniert werden, solange die Oberfläche so aufgeraut wird, dass sie eine Oberflächenrauigkeit Ra des Unregelmäßigkeitsmusters der n-Typ-Mantelschicht 31 von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine zufällig aufgeraute Oberfläche aufweist und eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist.
  • Nachfolgend wird ein Beispiel für erste bis dritte Schritte beschrieben, die in einer bevorzugten Ausführungsform des Oberflächenaufrauungsbearbeitungsschritts enthalten sind, sowie ein Schutzfilmbildungsschritt, der vorzugsweise anschließend durchgeführt wird. Die Oberflächenaufrauungsbearbeitung kann auch unter Verwendung anderer Verfahren als das folgende Beispiel erreicht werden.
  • << Erster Schritt (Schutz der Elektrodenregion) >>
  • Die vorstehend erwähnte 6A entspricht dem Element, nachdem das Wachstumssubstrat 10 entfernt wurde. Nachdem das Wachstumssubstrat 10 entfernt wurde, wird im ersten Schritt die Region der ebenen Region 31F der n-Typ-Mantelschicht 31, in der eine obere Elektrode gebildet werden soll oder eine obere Elektrode gebildet worden ist, mit einem Material geschützt, das einer später durchzuführenden mechanischen Oberflächenaufrauung widerstehen kann. Das Material kann eine Härte aufweisen, die gleich oder höher als die Härte von Schleifkörnern ist, die bei der mechanischen Bearbeitung (d.h. beim Schleifen) verwendet werden, und kann leicht gebildet und strukturiert werden und kann zum Beispiel aus SiO2, SiN, TiN und dergleichen ausgewählt werden.
  • Die Schutzschicht kann durch Ätzen oder Abheben unter Verwendung einer Photolithografie strukturiert werden.
  • « Zweiter Schritt (Mechanisches Oberflächenaufrauen) »
  • Im Anschluss an den ersten Schritt wird im zweiten Schritt die Oberfläche (Lichtauskopplungsfläche) als die Region, in der eine obere Elektrode gebildet werden soll, geschliffen (9B). Das Schleifen kann durchgeführt werden, indem die Rückseite des Wafers mit Wachs oder dergleichen auf eine Trägerplatte gebondet wird und die Oberfläche unter Verwendung eines Polierblatts oder einer Überlappungsplatte bei einer bestimmten Drehzahl grob geschliffen wird, während eine Aufschlämmung, die Schleifkörner enthält, fließen kann, um dadurch zufällige Unregelmäßigkeiten zu bilden.
  • In diesem Schritt kann die Ätzstoppschicht 20 zu Beginn des Schleifens vorhanden sein oder kann durch vorheriges Ätzen entfernt worden sein. Wenn die Ätzstoppschicht 20 nicht entfernt worden ist, kann die Rundenzeit so eingestellt werden, dass die Ätzstoppschicht 20 während des Schleifens vollständig abgeschliffen wird.
  • << Dritter Schritt (Ätzschritt) >>
  • Die im zweiten Schritt mit den Unregelmäßigkeiten versehene Oberfläche wird geätzt, um jede Verformung der Oberfläche zu beseitigen und die Oberfläche zu reinigen und die Unregelmäßigkeiten steiler zu machen.
  • Zum Ätzen kann zum Beispiel eine handelsübliche Ätzlösung, wie eine Ätzlösung aus Salzsäure-Essigsäure-Gemisch (Salzsäure:Essigsäure=1:2) oder Pure Etch F106, hergestellt von Hayashi Pure Chemical Ind., Ltd., verwendet werden.
  • Die Größe der im zweiten Schritt erzeugten Unregelmäßigkeiten und der im dritten Schritt verwendeten Ätzlösung und Ätzbedingungen (Temperatur, Zeit, Vorhandensein oder Fehlen von Rühren usw.) können beliebig kombiniert werden. InP ist ein im Vergleich zu anderen Verbindungshalbleitermaterialien relativ ätzbeständiges Material und es reicht aus, Unregelmäßigkeiten zu bilden, so dass die Oberflächenrauigkeit Ra der n-Typ-Mantelschicht 31 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger beträgt und Rsk ≥ -1 erfüllt ist.
  • < Schutzfilmbildungsschritt >
  • Nachdem der mittlere Abschnitt der oberen Elektrode mit dem Resist maskiert wurde, wird ein Schutzfilm PF1 auf der gesamten Oberfläche einschließlich der unregelmäßigen Oberfläche der n-Typ-Mantelschicht 31 gebildet (9C). Der Resist wird dann abgehoben, um dadurch die obere Elektrode freizulegen (9D).
  • Für die Filmabscheidung kann eine bekannte Technik wie Plasma-CVD oder Sputtern verwendet werden. Wenn auf der oberen Elektrode kein Resist aufgetragen wurde, kann nach der Bildung eines Schutzfilms eine Maske gebildet und der Schutzfilm auf der oberen Elektrode in gepufferter Flusssäure (BHF) oder dergleichen entfernt werden.
  • Es ist zu beachten, dass, obwohl nicht erläutert, das Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise weiterhin einen Schleifschritt des Schleifens des Trägersubstrats 80 auf eine Dicke in einem Bereich von 80 µm oder mehr und weniger als 200 µm enthält. In dieser Ausführungsform kann ein Si-Substrat als Trägersubstrat 80 verwendet werden, und das Trägersubstrat 80 würde auch dann nicht gebrochen, wenn es in diesem Fall auf eine Dicke von weniger als 200 µm geschliffen wird. Weiterhin kann das Trägersubstrat 80 auf eine Dicke von 150 µm oder weniger geschliffen werden, oder es kann auf eine Dicke von 100 µm oder weniger geschliffen werden. Wenn das Trägersubstrat 80 jedoch auf eine Dicke von weniger als 80 µm geschliffen wird, würde sogar ein Si-Substrat beschädigt werden. Daher wird die Untergrenze der Dicke vorzugsweise auf 80 µm festgelegt. Wenn die Dicke des Trägersubstrats 80 80 µm oder mehr beträgt, ist das lichtemittierende Halbleiterelement 100 ausreichend handhabbar.
  • Das Herstellungsverfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann weiterhin einen Schritt zur Bildung einer oberen Elektrode 93 auf der Oberfläche des Halbleiterlaminats 30 beinhalten, wie in 7 erläutert, nachdem das lichtemittierende Halbleiterelement 100 hergestellt wurde. Wenn das Trägersubstrat 80 leitfähig ist, kann das Verfahren weiterhin einen Schritt der Bildung einer Rückelektrode 91 auf der Rückseite des Trägersubstrats 80 beinhalten. Die obere Elektrode 93 kann einen Verdrahtungsabschnitt 93 und einen Pad-Abschnitt 93 enthalten. Durch solche Schritte kann ein lichtemittierendes Halbleiterelement 100' hergestellt werden. Die Rückelektrode 91 und die obere Elektrode 93 können durch eine bekannte Technik gebildet werden; zum Beispiel können Sputtern, physikalische Elektronenstrahl-Aufdampfung, Widerstandsheizung usw. verwendet werden.
  • Da in dieser Ausführungsform aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung ein n-Typ-InP-Substrat als Wachstumssubstrat 10 verwendet wird, weisen die auf dem Wachstumssubstrat 10 gebildeten Schichten, wie vorstehend beschrieben, n-Typ- und p-Typ-Leitfähigkeitstypen auf. Es kann jedoch natürlich verstanden werden, dass diese Schichten n-Typ- und p-Typ-Leitfähigkeitstypen in umgekehrter Reihenfolge aufweisen.
  • Darüber hinaus, können, wie im lichtemittierenden Halbleiterelement in 1 und 2 dargestellt, vor dem Dicing epitaktisch gebildete Halbleiterschichten 3a, 3b und 3c Mesa-geätzt werden.
  • Obwohl die vorstehend erwähnte Ausführungsform des Herstellungsverfahrens unter der Annahme der Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterelements 100 vom Bonding-Typ beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf ein lichtemittierendes Halbleiterelement vom Bonding-Typ beschränkt. Das Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: Ausbilden auf einem Substrat in dieser Reihenfolge einer Reflexionsschicht, einer ersten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, einer lichtemittierenden Halbleiterschicht mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm und einer zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, wobei die zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp so konfiguriert ist, dass sie sich auf einer Lichtauskopplungsseite befindet; und einen Oberflächenaufrauungsschritt des Aufrauens einer Oberfläche einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp nach dem Ausbilden der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp, so dass sie eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.
  • BEISPIELE
  • (Versuchsbeispiel 1)
  • (Beispiel 1)
  • Die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden unter Verwendung von Beispielen ausführlicher beschrieben. Diese Offenbarung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt. Ein lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Beispiel 1 wurde gemäß den in 3A bis 6B und 9 dargestellten Verfahrensschritten hergestellt. Im Einzelnen wurde das lichtemittierende Halbleiterelement wie folgt hergestellt.
  • Zunächst werden auf der (100)-Ebene eines n-Typ-InP-Substrats eine n-Typ-In0,57Ga0,43As-Ätzstoppschicht (20 nm), eine n-Typ-InP-Mantelschicht (Dicke: 3,5 µm), eine i-Typ-InP-Distanzschicht (Dicke: 300 nm), eine lichtemittierende Halbleiterschicht mit einer Quantentopf-Struktur mit einer Emissionswellenlänge von 1300 nm (insgesamt 130 nm), eine i-Typ-InP-Distanzschicht (Dicke: 300 nm), eine p-Typ-InP-Mantelschicht (Dicke: 4,8 µm), eine p-Typ-ln0,8Ga0,20As0,5P0,5-Deckschicht (Dicke: 50 nm) und eine p-Typ-In0,57Ga0,43As-Kontaktschicht (Dicke: 100 nm) nacheinander durch MOCVD gebildet. Es ist zu beachten, dass bei der Bildung der lichtemittierenden Halbleiterschicht mit einer Quantentopf-Struktur zehn ln0,73Ga0,27As0,5P0,5-Topfschichten (Dicke: 5 nm) und zehn InP-Barriereschichten (Dicke: 8 nm) abwechselnd gestapelt wurden.
  • Auf der p-Typ-In0,57Ga0,43A-Kontaktschicht wurde ein ohmscher p-Typ-Elektrodenabschnitt (Au/AuZn/Au, Gesamtdicke: 530 nm) zu Inseln geformt, die wie in 10A dargestellt verteilt sind. Bei der Bildung dieses Musters wurde ein Resistmuster gebildet und anschließend eine ohmsche Elektrode aufgedampft, gefolgt von einem Lift-off des Resistmusters. Als die Halbleiterschicht des Wafers in diesem Zustand in einer Draufsicht unter Verwendung eines Lichtmikroskops betrachtet wurde, betrug das Kontaktflächenverhältnis des ohmschen p-Typ-Elektrodenabschnitts in Bezug auf die Halbleiterschicht 4,5%. Es ist zu beachten, dass die äußere Größe des in 10A dargestellten Gegenstands 380 µm Quadrat beträgt.
  • Anschließend wurde unter Verwendung des ohmschen Elektrodenabschnitts als Maske die p-Typ-In0,57Ga0,43As-Kontaktschicht, mit Ausnahme der Fläche, in der der ohmsche Elektrodenabschnitt gebildet wurde, durch Nassätzen unter Verwendung eines Weinsäure-Wasserstoffperoxid-Gemischs entfernt. Danach wurde auf der gesamten Oberfläche der p-Typ-In0,80Ga0,20As0,50P0,50-Deckschicht durch Plasma-CVD eine dielektrische Schicht (Dicke: 700 nm) aus SiO2 gebildet. Ein Fenstermuster mit einer Form, die sich jeweils über 3 µm in der Breitenrichtung und der Längsrichtung in einer Fläche oberhalb des ohmschen p-Typ-Elektrodenabschnitts erstreckt, wurde unter Verwendung eines Resists gebildet, und die dielektrische Schicht auf und um den ohmschen Elektrodenabschnitt vom p-Typ wurde durch Nassätzen unter Verwendung von BHF entfernt, um die p-Typ-In0,80Ga0,20As0,50P0,50-Deckschicht freizulegen. Zu diesem Zeitpunkt war die Höhe H1 (700 nm) der dielektrischen Schicht auf der p-Typ-In0,80Ga0,20As0,50P0,50-Deckschicht um 70 nm größer als die Höhe H2 (630 nm) des Kontaktabschnitts, der aus der p-Typ-Kontaktschicht (Dicke: 130 nm) und dem ohmschen p-Typ-Elektrodenabschnitt (Dicke: 530 nm) besteht. Als die Halbleiterschicht des Wafers in diesem Zustand in einer Draufsicht unter Verwendung eines Lichtmikroskops beobachtet wurde, betrug das Kontaktflächenverhältnis der dielektrischen Schicht (SiO2) 90%.
  • Als nächstes wurde eine reflektierende Metallschicht (Al/Au/Pt/Au) auf der gesamten Oberfläche der p-Typ-In0,80Ga0,20As0,50P0,50-Deckschicht durch Aufdampfen gebildet. Die Dicke der Metallschichten in der reflektierenden Metallschicht betrug 10 nm, 650 nm, 100 nm und 900 nm in dieser Reihenfolge.
  • Andererseits wurde eine Metallbondingschicht (Ti/Pt/Au) auf einem als Trägersubstrat dienenden leitenden Si-Substrat (Dicke: 300 µm) gebildet.
  • Die Dicke der Metallschichten in der Metallbondingschicht betrug 650 nm, 10 nm und 900 nm in dieser Reihenfolge.
  • Die reflektierende Metallschicht und die Metallbondingschicht wurden einander zugewandt und einem Thermokompressionsbonden bei 300°C unterzogen. Weiterhin wurde das InP-Substrat durch Nassätzen mit einem Salzsäureverdünner entfernt.
  • Als nächstes wurde die Oberfläche der Lichtauskopplungsfläche der n-Typ-InP-Mantelschicht einer Oberflächenaufrauung unterzogen. Zuerst wurde die Ätzstoppschicht mit Ausnahme der oberen Elektrodenbildungsregion mit einem positiven Photoresist maskiert. Dann wurde durch Plasma-CVD ein SiO2-Film mit einer Dicke von 50 nm gebildet, und auf dem SiO2-Film wurde ein TiN-Film mit einer Dicke von 100 nm gebildet, um dadurch die obere Elektrodenbildungsregion mit dem SiO2-Film und dem TiN-Film zu schützen. Der Photoresist wurde aufgelöst, um den SiO2-Film und den TiN-Film mit Ausnahme der obersten Elektrodenbildungsregion durch Lift-off zu entfernen. Die Ätzstoppschicht und die n-Typ-lnP-Mantelschicht im ungeschützten Abschnitt wurden dann auf einer Läppplatte geläppt, während man eine Aufschlämmung von Aluminiumoxid-Schleifkörnern (#4000 mit einer durchschnittlichen Korngröße von 3 µm), die mit einem Schmiermittel vermischt war, strömen ließ. In diesem Schritt wurde die Ätzstoppschicht mit einer Dicke von 20 nm vollständig entfernt, indem die Rundenzeit so eingestellt wurde, dass die Ätzstoppschicht geschliffen wurde, um dadurch durch maschinelle Bearbeitung Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der n-Typ-InP-Mantelschicht zu bilden. Danach wurden die Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der n-Typ-InP-Mantelschicht mit einer Ätzlösung unter Verwendung eines Salzsäure-Essigsäure-Gemischs (Salzsäure:Essigsäure=1:2) weiter geätzt.
  • Als nächstes wurde der TiN-Film, der für den Schutz bei der Oberflächenaufrauung verwendet wurde, mit einem Gemisch aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid entfernt, und der SiO2-Film wurde unter Verwendung von BHF entfernt. Dann wurde auf der freiliegenden Ätzstoppschicht in der oberen Elektrodenbildungsregion eine n-Typ-Elektrode (Au (Dicke: 10 nm)/Ge (Dicke: 33 nm)/Au (Dicke: 57 nm)/Ni (Dicke: 34 nm)/Au (Dicke: 800 nm)/Ti (Dicke: 100 nm)/Au (Dicke: 1000 nm)) als Verdrahtungsabschnitt einer oberen Elektrode durch Resistmusterung, Aufdampfen der n-Typ-Elektrode und Lift-off des Resistmusters wie in 10B dargestellt gebildet. Außerdem wurde ein Pad-Abschnitt (Ti (Dicke: 150 nm)/Pt (Dicke: 100 nm)/Au (Dicke: 2500 nm)) auf der n-Typ-Elektrode gebildet, um die obere Elektrode mit einem Muster zu erhalten, wie in 10B dargestellt. Es ist zu beachten, dass die äußere Größe des in 10B dargestellten Gegenstands wie bei 10A 380 µm2 beträgt.
  • Schließlich wurden die Halbleiterschichten zwischen den Vorrichtungen (Breite: 60 µm) durch Mesa-Ätzen entfernt, um Trennlinien zu bilden. Eine Rückelektrode (Ti (Dicke: 10 nm)/Pt (Dicke: 50 nm)/Au (Dicke: 200 nm)) wurde auf der Rückseite des Si-Substrats gebildet und die Chip-Singulation wurde durch Dicing durchgeführt, um ein lichtemittierendes Halbleiterelement von Beispiel 1 zu erhalten. Die Chip-Größe betrug 350 µm × 350 µm.
  • (Beispiele 2 und 3)
  • Lichtemittierende Halbleiterelemente gemäß Beispielen 2 und 3 wurden wie folgt hergestellt. Ähnlich wie in Beispiel 1 wurden die Halbleiterschichten zwischen den Vorrichtungen (Breite: 60 µm) durch Mesa-Ätzen entfernt, um Trennlinien zu bilden. Ein SiO2-Schutzfilm wurde durch Plasma-CVD gebildet, um die n-Typ-lnP-Mantelschicht, die einer Oberflächenaufrauung unterzogen worden war, und die Seitenflächen des Elements mit Ausnahme einer Bondingregion (kreisförmiger Abschnitt in der Mitte) der oberen Elektrode zu bedecken. Die gleichen Bedingungen wurden sowohl in Beispiel 2 als auch in Beispiel 3 verwendet, außer dass die Zeit zur Bildung des SiO2-Schutzfilms so eingestellt wurde, dass dadurch SiO2-Schutzfilme von 215 nm und 645 nm in Beispiel 2 bzw. 3 erhalten wurden.
  • (Beispiele 4 bis 7)
  • Lichtemittierende Halbleiterelemente gemäß Beispielen 4 bis 7 wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Ätzzeit in der Salzsäure-Essigsäure-Lösung bei der Oberflächenaufrauung in Beispiel 1 gesteuert wurde, um die Oberflächenrauigkeit zu modifizieren.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Ein lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Oberfläche einer n-Typ-InP-Mantelschicht keiner Oberflächenaufrauung unterzogen wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Ein lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Vergleichsbeispiel 2 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Oberflächenaufrauung wie folgt durchgeführt wurde. Zunächst wurde bei der Oberflächenaufrauung der n-Typ-InP-Mantelschicht ein Muster unter Verwendung eines Positiv-Fotoresists PR2 gebildet. Wie in 11 dargestellt, war das Muster des Photoresists PR2 so beschaffen, dass die Mitten der Vertiefungen zweidimensional in einer gleichschenkligen Dreiecksgitteranordnung angeordnet waren und der Abstand zwischen der <011 >-Orientierung und den Mitten in der Richtung orthogonal zur <011>-Orientierung 6 µm betrug. Weiterhin wurde jede Aussparung zu einem regelmäßigen Sechseck geformt (Länge jeder Seite: 2 µm). Anschließend wurde das Muster in einer Ätzlösung aus einem Weinsäure-Wasserstoffperoxid-Gemisch auf die n-Typ-In0,57Ga0,43As-Ätzstoppschicht übertragen (12A bis 12C). Danach wurde der Photoresist PR2 gespült und entfernt (12D) und ein weiterer Photoresist PR3 wurde auf der Oberseite der Elektrodenbildungsregion in der n-Typ-InP-Mantelschicht aufgebracht (13A). Danach wurde die n-Typ-InP-Mantelschicht in einer Ätzlösung aus einem Salzsäure-Essigsäure-Gemisch (Salzsäure:Essigsäure=1:2) geätzt (13B) und die n-Typ-In0,57Ga0,43As-Ätzstoppschicht wurde durch Nassätzen in einer Ätzlösung aus einem Schwefelsäure-Wasserstoffperoxid-Gemisch (Schwefelsäure : Wasserstoffperoxid : Wasser=3:1:1) entfernt (13B). Dies ergab ein unregelmäßiges Muster, das eine Abhängigkeit von der Kristallorientierung zeigte.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • Ein lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Vergleichsbeispiel 3 wurde hergestellt, indem ein lichtemittierendes Halbleiterelement auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 2 hergestellt wurde und ein SiO2-Schutzfilm (Dicke: 500 nm) gebildet wurde, um die n-Typ-lnP-Mantelschicht, die einer Oberflächenaufrauung unterzogen wurde, und die Seitenflächen des Elements auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 zu bedecken.
  • (Vergleichsbeispiele 4 bis 7)
  • Die lichtemittierenden Halbleiterelemente gemäß den Vergleichsbeispielen 4 bis 7 wurden auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Durchmesser und der Pitch bzw. Höhe des Musters für die Oberflächenaufrauung im Vergleichsbeispiel 2 geändert wurden, um die Profile der aufgerauten Oberflächen zu modifizieren.
  • < Messung der Rauigkeit einer aufgerauten Oberfläche >
  • Das Oberflächenprofil einer aufgerauten Oberfläche einer n-Typ-Mantelschicht auf einem Wafer nach der Oberflächenaufrauung (vor dem Dicing) wurde mit einem Kontakt-Typ-Oberflächenprofilanalysator P-6, hergestellt von KLA Tencor Corp., analysiert.
  • Ein verwendeter Tastereinsatz bzw. Stylus hatte einen Tastereinsatzspitzenradius von 2 µm und die Messbedingungen waren wie folgt: ein Tastereinsatz-Anpressdruck von 2 mg, eine Abtastgeschwindigkeit von 2 µm/s und eine Abtastfrequenz von 50 Hz. Der Messabstand (Referenzlänge) wurde auf 200 µm eingestellt. Die Werte der Oberflächenrauigkeit Ra und der Schiefe Rsk wurden vom Oberflächenprofilanalysator automatisch berechnet.
  • Die Oberflächenprofildaten der Beispiele 1 bis 7 sind in 14A bis 14G dargestellt. Was die Vergleichsbeispiele anbelangt, so sind die Oberflächenprofildaten der Vergleichsbeispiele 2 bis 7, bei denen die Oberflächen unter Verwendung einer Maske aufgeraut wurden, jeweils in 15A bis 15F dargestellt. In den Beispielen 2 und 3 und im Vergleichsbeispiel 3, in denen ein SiO2-Schutzfilm gebildet wurde, wurde die Oberfläche einer n-Typ-InP-Mantelschicht vor der Bildung des Schutzfilms sowie die Oberfläche des Schutzfilms nach der Bildung des Schutzfilms analysiert. Die Ergebnisse der Analysen der Oberflächen der jeweiligen n-Typ-InP-Mantelschichten sind in den Zeichnungen angegeben.
  • In allen Beispielen 1 bis 7 wurden zufällige Unregelmäßigkeiten gebildet und die Peaks und Täler waren steil. Während in den Vergleichsbeispielen 2 bis 7 aufgrund der Musterbildung die Peaks und Täler regelmäßig gebildet wurden, so dass die Peaks der Unregelmäßigkeiten regelmäßig und die Täler der Vertiefungen tief waren. Es ist zu beachten, dass die Oberfläche in Vergleichsbeispiel 1, die keiner Oberflächenaufrauung unterzogen wurde, eben war. Es ist zu beachten, dass die in ISO 4287-1997 festgelegten Amplitudenparameter (Rp, Rv, Rz, Rc, Rt, Ra, Rq, Rsk und Rku) während der Datenanalysen durch den Oberflächenprofilanalysator automatisch berechnet wurden. Von diesen Parametern sind Ra und Rsk in Tabelle 1 nachstehend aufgeführt. 16 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Oberflächenrauigkeit Ra und der Schiefe Rsk in den Beispielen 1 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 zeigt. Wenn man sich weiterhin auf die Oberflächenprofildaten in den Vergleichsbeispielen 4, 5 und 7 (15C, D und F) bezieht, so betrug beispielsweise die Oberflächenrauigkeit Ra der Regionen ohne Rillen (ebene Musterregionen) jeweils 0,004 µm, obwohl in den Regionen sehr kleine, durch die Maske verursachte Peaks beobachtet wurden. Ra der Regionen ohne Rillen betrug 0,010 µm oder weniger, was darauf hinweist, dass die Oberfläche auf der Lichtauskopplungsseite jedes der Vergleichsbeispiele keine „zufällig aufgeraute Oberfläche“ war. Die Abstände zwischen den ebenen Oberflächen in den Vergleichsbeispielen 2, 3, 4, 5, 6 und 7 betrugen jeweils 6,6 µm, 6,6 µm, 4,0 µm, 4,0 µm, 8,0 µm und 8,0 µm. Im Gegensatz dazu wurden Regionen ohne Rille wie jene die in Vergleichsbeispielen beobachtet wurden, in den Beispielen 1 bis 7 nicht beobachtet, was darauf hinweist, dass „zufällig aufgeraute Oberflächen“ gebildet wurden. Tabelle 1
    Rauigkeit (n-Typ-InP-Mantelschicht) Rauigkeit (Oberfläche des Schutzfilms) Po (mW) λp (nm) Vf (V) Bewertung
    Ra (µm) Rsk Ra (µm) Rsk
    Beispiel 1 0,062 0,235 - - 2,60 1296,4 0,936 A
    Beispiel 2 0,062 0,235 0,041 -0,455 2,76 1295,3 0,934 A
    Beispiel 3 0,062 0,235 0,045 -0,259 2,69 1294,5 0,933 A
    Beispiel 4 0,085 -0,176 - - 2,43 1315,0 0,956 A
    Beispiel 5 0,142 -0,734 - - 1,75 1309,2 0,962 B
    Beispiel 6 0,077 -0,422 - - 2,63 1293,8 0,939 A
    Beispiel 7 0,038 0,623 - - 1,96 1300,7 0,943 B
    Vergleichsbeispiel 1 0,003 0,970 - - 1,39 1294,3 0,929 C
    Vergleichsbeispiel 2 0,145 -1,350 - - 2,26 1306,0 0,936 C
    Vergleichsbeispiel 3 0,145 -1,350 0,120 -1,600 2,83 1280,9 0,999 C
    Vergleichsbeispiel 4 0,028 -1,630 - - 2,41 1275,0 0,996 C
    Vergleichsbeispiel 5 0,024 -1,770 - - 2,71 1274,5 0,998 C
    Vergleichsbeispiel 6 0,126 -1,590 - - 2,28 1274,2 0,999 C
    Vergleichsbeispiel 7 0,143 -1,680 - - 2,28 1275,2 1,001 C
  • < Auswertung von Ausgangsleistung und Vf >
  • Jedes der lichtemittierenden Halbleiterelemente der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 wurde mit einer Silberpaste auf einen Transistor-Konturkopf (TO-18) montiert, und die oberen Elektroden wurden durch Golddrähte gebondet. Ein Strom von 20 mA wurde in jedes der lichtemittierenden Halbleiterelemente der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 eingespeist, um die Emissionsausgangsleistung (Po) und die Vorwärtsspannung (Vf) zu messen. Bei den Messungen einer Emissionsausgangsleistung (Po) wurde eine Ulbrichtkugel verwendet. Die Vorwärtsspannung (Vf) wurde als Spannung erhalten, die mit einem Konstantstrom-Spannungsmesser (Modell 6243, hergestellt von ADC Corporation) gemessen wurde, während der 20-mA-Strom eingespeist wurde. Die Messungen wurden an 10 Proben durchgeführt, deren Mittelwerte in Tabelle 1 aufgeführt sind.
  • < Auswertung des Emissionsspektrums >
  • Ein Strom von 20 mA wurde in jedes der lichtemittierenden Elemente der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 eingespeist, um mit einem Spektrometer, hergestellt von Otsuka Electronics Co., Ltd., ein Emissionsspektrum von 1000 nm bis 1600 nm zu erhalten. (Modellnummer: MCPD-9800, lichtempfangendes Element: InGaAs, Wellenlängenbreite pro Kanal: 5,5 nm, Spaltbreite: 50 µm und Wellenlängengenauigkeit: ±2 nm) unter den Messbedingungen einer Belichtungszeit von 1 ms und der 60-fachen Integrationszahl. Die Messergebnisse wurden nicht geglättet.
  • Die erhaltenen Emissionsspektren wurden anhand der folgenden Kriterien bewertet. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Schulter“ auf einen Teil einer Kurve, in dem eine deutliche Abnahme oder Zunahme des Gradienten der Tangente an die Kurve zu beobachten ist, obwohl das Vorzeichen (plus oder minus) des Anstiegs der Tangente beibehalten wird.
  • Die Emissionsspektren wurden aufgetragen, wobei die vertikale lineare Achse die Emissionsintensitäten als relative Intensitäten darstellte, wobei die maximale Emissionsintensität als 1 angenommen wurde. Die Emissionsspektren wurden nach folgenden Kriterien in einem Wellenlängenbereich mit einer relativen Intensität von 0,1 oder mehr bewertet. Ein Emissionsspektrum wurde als C (schlecht) bewertet, wenn Multipeaks beobachtet wurden, d.h. wenn ein oder mehrere Emissionspeaks (mit einem lokalen Maximalwert mit einem Gradienten von Null) in dem Emissionsspektrum beobachtet wurden, mit Ausnahme des Emissionspeaks bei der zentralen Emissionswellenlänge mit der maximalen Emissionsintensität.
  • Ein Emissionsspektrum wurde als B (gut) bewertet, wenn ein einziger Peak ohne andere Peaks als den Emissionspeak bei der zentralen Wellenlänge erhalten wurde, aber eine Region(en), „Schulter(n)“ genannt, beobachtet wurde(n).
  • Ein Emissionsspektrum wurde mit A (ausgezeichnet) bewertet, wenn ein einziger Peak ohne „Schultern“ genannte Regionen erzielt wurde.
  • Die Emissionsspektren der Beispiele 1 und 7 sind in 17A bzw. 17B als typische Beispiele dargestellt, und die Emissionsspektren der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 sind in 18A bis 18C dargestellt. Die zentralen Emissionswellenlängen (λp) wurden ebenfalls bestimmt. Die zentralen Emissionswellenlängen (λp) sind in Tabelle 1 aufgeführt.
  • Aus den Ergebnissen von Tabelle 1 und 14A bis 14G und 15A bis 15F ging hervor, dass die Emissionsspektren jeweils einen einzelnen Peak aufwiesen, wenn ein Unregelmäßigkeitsprofil wie in den Beispielen 1 bis 7 auf einer Lichtauskopplungsfläche in einem lichtemittierenden Element bereitgestellt wurde. Es wurde auch bestätigt, dass eine Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit Ra eines Unregelmässigkeitsprofils, das 0,142 µm ≥ Ra ≥ 0,03 µm genügte, und einer Schiefe Rsk, die Rsk ≥ -1 genügte, für einen einzigen Peak sorgte. Es wurde weiter bestätigt, dass eine Schiefe Rsk, die -0,5 ≤ Rsk ≤ 0,5 erfüllt, einen einzelnen Peak sowie eine hohe Emissionsausgangsleistung gewährleistet.
  • (Versuchsbeispiel 2)
  • Die dreidimensionale Information über die Rauigkeit jeder der aufgerauten Oberflächen der Beispiele 1, 2, 3, 5 und 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 6, die im vorstehenden Versuchsbeispiel 1 hergestellt wurden, wurde wie folgt erhalten.
  • < Dreidimensionale Rauigkeitsanalyse von aufgerauter Oberfläche >
  • Das Oberflächenprofil einer aufgerauten Oberfläche einer n-Typ-Mantelschicht auf einem Wafer nach dem Aufrauen der Oberfläche (vor dem Dicing) wurde mit einem Profilanalyse-Lasermikroskop (VK-X1000/1100, hergestellt von KEYENCE Corporation) analysiert. In den Beispielen 2 und 3 und im Vergleichsbeispiel 3, in denen ein SiO2-Schutzfilm gebildet wurde, wurde die Oberfläche des Schutzfilms nach der Bildung des Schutzfilms analysiert. Die Linsenvergrößerung wurde auf das 150-fache und die Pixelzahl auf 2048 x 1536 eingestellt.
  • Die Oberflächenrauigkeitsparameter (Sa, Sz, Str, Spc, Sdr, Ssk usw.), die in ISO 25178 festgelegt sind, wurden während einer Datenanalyse automatisch berechnet. Diese Werte sind in Tabelle 2 aufgeführt. Als repräsentative Beispiele sind in 19A bzw. 19B dreidimensionale Bilder der Oberflächen der n-Typ-Mantelschichten in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 dargestellt. Wie in 19A zu sehen ist, wurde die Bildung einer zufällig aufgerauten Oberfläche auf der Oberfläche der n-Typ-Mantelschicht in Beispiel 1 beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde auf der Oberfläche der n-Typ-Mantelschicht des Vergleichsbeispiels 2 eine Anordnung von ebenen Musterregionen (mit Ra von 0,010 µm oder weniger) und Rillenregionen in einem bestimmten Muster beobachtet, was darauf hinweist, dass es sich nicht um eine zufällig aufgeraute Oberfläche handelt. Tabelle 2
    Rauigkeit (Oberfläche der n-Tγp-InP-Mantelschicht)
    Sa (µm) Ssk Sz (µm) Str Spc (1/mm) Sdr
    Beispiel 1 0,100 -0,164 1,142 0,777 33709 0,589
    Beispiel 5 0,231 -0,283 1,750 0,718 45606 0,942
    Beispiel 7 0,056 -0,176 0,799 0,729 10667 0,041
    Vergleichsbeispiel 1 0,007 0,429 0,087 0,606 600 0,000
    Vergleichsbeispiel 2 0,385 -0,630 1,876 0,752 17675 0,365
    Vergleichsbeispiel 4 0,095 -2,270 1,140 0,751 5630 0,149
    Vergleichsbeispiel 5 0,330 -1,292 1,835 0,734 12537 0,260
    Vergleichsbeispiel 6 0,207 -2,443 1,775 0,729 6327 0,127
    Rauigkeit (Oberfläche des Schutzfilms)
    Sa (µm) Ssk Sz (µm) Str Spc (1/mm) Sdr
    Beispiel 2 0,099 -0,110 1,487 0,857 37463 0,848
    Beispiel 3 0,173 0,252 1,594 0,666 25561 0,535
    Vergleichsbeispiel 3 0,151 -1,197 1,161 0,765 22565 0,385
  • Aus den Analyseergebnissen der zweidimensionalen Auswertungen, die in Tabelle 1 zusammengefasst sind, und den Analyseergebnissen der dreidimensionalen Auswertungen, die in Tabelle 2 zusammengefasst sind, wurde die Korrelation zwischen der Schiefe Rsk und der Schiefe Ssk untersucht, deren Ergebnisse in 20 angegeben sind. Aus der Grafik in 20 geht hervor, dass die Oberflächenrauigkeit Sa vorzugsweise 0,05 µm oder mehr und die Schiefe Ssk der Oberfläche einer Lichtauskopplungsfläche vorzugsweise -0,5 oder mehr in einer dreidimensionalen Analyse zur Eliminierung von Multipeaks beträgt. Was die Werte von Sdr, die die Größen der entwickelten Flächen (Oberflächen) und Po angeben, betrifft, so neigte der Wert von Po dazu, mit zunehmendem Wert von Sdr zu steigen.
  • (Versuchsbeispiel 3)
  • Die anfänglichen Emissionsausgangsleistungen der lichtemittierenden Halbleiterelemente gemäß den Beispielen 1 und 3 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3, die im Versuchsbeispiel 1 unmittelbar nach ihrer Herstellung erstellt wurden, wurden mit einer Ulbrichtkugel untersucht. Dann wurden die Emissionsausgangsleistungen dieser lichtemittierenden Halbleiterelemente unter Verwendung der Ulbrichtkugel gemessen, nachdem ein Strom von 100 mA über 1000 Stunden bei Raumtemperatur kontinuierlich eingespeist worden war, um so die Aufrechterhaltungsverhältnisse der Emissionsausgangsleistung zu bestimmen. Die Ergebnisse wurden in Tabelle 3 nachstehend aufgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Bereitstellung eines Schutzfilms auf einer zufällig aufgerauten Oberfläche, der die Bedingungen der vorliegenden Offenbarung erfüllt, sehr wirksam war, um eine durch den kontinuierlichen Betrieb verursachte Verringerung der Ausgangsleistung zu unterdrücken. Tabelle 3
    Schutzfilm Erhaltungsgrad der Emissionsausgabe Anmerkungen
    Beispiel 1 abwesend 94% Zufällig aufgeraute Oberfläche
    Beispiel 3 vorhanden 99-100% Schutzfilm wurde auf zufällig aufgerauter Oberfläche gebildet
    Vergleichsbeispiel 1 abwesend 94% ebene Oberfläche
    Vergleichsbeispiel 2 abwesend 94% Regelmäßig aufgeraute Oberfläche
    Vergleichsbeispiel 3 vorhanden 97% Schutzfilm wurde auf regelmäßig aufgerauter Oberfläche gebildet
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein lichtemittierendes Halbleiterelement vom Bonding-Typ mit einer Mantelschicht aus InGaAsP, das mindestens In und P enthält, in der Lage ist, Multipeaks zu vermindern, um dadurch einen einzigen Peak in einem Emissionsspektrum zu erreichen, und ein Herstellungsverfahren für ein solches lichtemittierendes Halbleiterelement bereitgestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    lichtemittierendes Halbleiterelement
    10
    Wachstumssubstrat
    20
    Ätzstoppschicht aus einem Halbleiter einer III-V-Verbindung
    30
    Halbleiterlaminat
    31
    erste InP-Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp
    35
    lichtemittierende Halbleiterschicht
    35W
    Topfschicht
    35B
    Barriereschicht
    37
    zweite InP-Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp
    39
    Deckschicht
    40
    Kontaktabschnitt
    41 (41a)
    Kontaktschicht
    43
    ohmscher Metallabschnitt
    50
    dielektrische Schicht
    60
    reflektierende Metallschicht
    70
    Metallbondingschicht
    80
    leitfähiges Trägersubstrat
    100, 100'
    lichtemittierendes Halbleiterelement
    91
    Rückelektrode
    93
    obere Elektrode
    E1
    freiliegende Fläche
    E2
    freiliegende Oberfläche
    E3
    freiliegender Abschnitt

Claims (9)

  1. Lichtemittierendes Halbleiterelement (1, 100, 100'), umfassend in dieser Reihenfolge: ein Substrat (8, 80); eine Reflexionsschicht (6, 60); eine erste Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3a, 37) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält; eine lichtemittierende Halbleiterschicht (3c, 35) mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm; und eine zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, wobei die zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31) so konfiguriert ist, dass sie sich auf einer Lichtauskopplungsseite befindet, wobei eine Oberfläche (31C) einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31) eine aufgeraute Oberfläche (31C) ist, die eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.
  2. Lichtemittierendes Halbleiterelement (100, 100'), umfassend in dieser Reihenfolge: ein Trägersubstrat (80); eine Metallbondingschicht (70); eine Reflexionsschicht (60); eine erste Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (37) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält; eine lichtemittierende Halbleiterschicht (35) mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm; und eine zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (31) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, wobei die zweite Mantelschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp (31) so konfiguriert ist, dass sie sich auf einer Lichtauskopplungsseite befindet, wobei eine Oberfläche (31C) einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (31) eine aufgeraute Oberfläche (31C) ist, die eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.
  3. Lichtemittierendes Halbleiterelement (1, 100, 100') nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Emissionsspektrum des lichtemittierenden Halbleiterelements (3c, 35) einen einzigen Peak aufweist.
  4. Lichtemittierendes Halbleiterelement (1, 100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend einen auf der Lichtauskopplungsfläche vorgesehenen Schutzfilm (PF1).
  5. Lichtemittierendes Halbleiterelement (1, 100, 100') nach Anspruch 4, wobei der Schutzfilm (PF1) eine Dicke von 100 nm oder mehr und 700 nm oder weniger aufweist, und eine Oberfläche des Schutzfilms (PF1) eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,02 µm oder mehr aufweist und eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist.
  6. Lichtemittierendes Halbleiterelement (1, 100, 100') nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Schutzfilm (PF1) mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, ITO und AIN, enthält.
  7. Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements (1, 100, 100'), umfassend: Ausbilden, auf einem Substrat (8, 80) in dieser Reihenfolge, einer Reflexionsschicht (6, 60), einer ersten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3a, 37) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, einer lichtemittierenden Halbleiterschicht (3c, 35) mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm und einer zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, wobei die zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31) so konfiguriert ist, dass sie sich auf einer Lichtauskopplungsseite befindet; und einen Oberflächenaufrauungsschritt des Aufrauens einer Oberfläche (31C) einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31) nach dem Ausbilden der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (3b, 31), so dass sie eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements (100, 100'), umfassend: einen Halbleiterschichtbildungsschritt zum Ausbilden, auf einem Wachstumssubstrat (10) in dieser Reihenfolge, einer Ätzstoppschicht (20) aus Halbleiter einer Verbindung der Gruppe III-V, die In, Ga und As enthält, einer zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (31) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält, einer lichtemittierenden Halbleiterschicht (35) mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 1000 nm bis 2200 nm und einer ersten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (37) aus InGaAsP, die mindestens In und P enthält; einen Reflexionsschichtbildungsschritt zum Ausbilden einer Reflexionsschicht (60) zum Reflektieren von Licht, das von der lichtemittierenden Halbleiterschicht (35) emittiert wird, auf der ersten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (37); einen Bondingschritt zum Bonden eines Trägersubstrats (80) mit der Reflexionsschicht (60), wobei eine Metallbondingschicht (70) dazwischen angeordnet ist; einen Substratentfernungsschritt zum Entfernen des Wachstumssubstrats (10); und einen Oberflächenaufrauungsschritt des Aufrauens einer Oberfläche (31C) einer Lichtauskopplungsfläche der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (31) nach dem Substratentfernungsschritt, so dass sie eine Oberflächenrauigkeit Ra von 0,03 µm oder mehr und 0,142 µm oder weniger aufweist, eine Schiefe Rsk von -1 oder mehr aufweist und ein zufälliges Unregelmäßigkeitsmuster aufweist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements (100') nach Anspruch 8, weiterhin umfassend einen Bildungsschritt einer oberen Elektrode (93) des Bildens einer Elektrode (93) eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (31) in einer oberen Elektrodenbildungsregion (31F) der zweiten Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp (31), wobei die Ätzstoppschicht (20) dazwischen angeordnet ist.
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