JP2002185041A - 半導体素子 - Google Patents

半導体素子

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JP2002185041A
JP2002185041A JP2000382164A JP2000382164A JP2002185041A JP 2002185041 A JP2002185041 A JP 2002185041A JP 2000382164 A JP2000382164 A JP 2000382164A JP 2000382164 A JP2000382164 A JP 2000382164A JP 2002185041 A JP2002185041 A JP 2002185041A
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silicon
silicon substrate
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Nobuhiko Sawaki
宣彦 澤木
Yoshio Honda
善央 本田
Norikatsu Koide
典克 小出
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化物系半導体層の積層構造を有する半導体
素子をチップ状にカッティングし易くすることにより端
面におけるチッピングの発生を抑制する。 【解決手段】 本発明に係る半導体素子は、シリコン基
板1上にAlxGayIn zN(ただし、x+y+z=
1,0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1)で表される
化合物半導体層2〜5を有し、シリコン基板1は(11
2)面から任意の方向に±5度の範囲にある面で構成さ
れる主面を有し、この主面上に上記化合物半導体層2〜
5を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子に関
し、特に、(112)面から任意の方向に±5度の範囲
内にある面で構成される主面を有するシリコン基板上に
窒化物系半導体層を積層した窒化物系半導体素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】GaN,InN,AlNおよびそれらの
混晶半導体からなる窒化物半導体材料を用いて、これま
でサファイア基板、GaN基板、SiC基板もしくはシ
リコン(111)基板上にInxGa1-xN結晶を発光層
として用いた発光素子が作製されている。
【0003】たとえば、特開平5−343741号公報
には、シリコン(111)基板上に形成した窒化ガリウ
ム系半導体素子が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】シリコン基板は、安
価、高品質でしかも大面積の基板が得られるため、この
シリコン基板を窒化物系半導体素子に用いることによ
り、従来の基板を用いた場合と比べ、より安価な半導体
素子を作製することが可能となる。
【0005】しかしながら、従来シリコン基板上に窒化
物系半導体層をエピタキシャル成長させる場合、主に
(111)面を主面とするシリコン基板を用いていたた
め、この基板を正方形のチップにカッティングする際に
結晶学的にカットし難く、カッティング後に端面にチッ
ピングが生じ易くなるという問題があった。
【0006】本発明は、上記の課題を解決するものであ
る。本発明は、窒化物系半導体層の積層構造を有する半
導体素子をチップ状にカッティングし易くすることによ
り端面におけるチッピングの発生を抑制することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体素子
は、1つの曲面では、シリコン基板上にInxGayAl
zN(ただし、x+y+z=1,0≦x≦1,0≦y≦
1,0≦z≦1)で表される化合物半導体層を有し、上
記シリコン基板は(112)面から任意の方向に±5度
の範囲にある面で構成される主面を有し、この主面上に
化合物半導体層を有することを特徴とする。上記化合物
半導体層は、好ましくは中間層を介して前記主面上に形
成される。
【0008】本発明に係る半導体素子は、他の曲面で
は、(112)面から任意の方向に±5度の範囲にある
主面を有するシリコン基板と、この主面上に積層された
InxGayAlzN(ただし、x+y+z=1,0≦x
≦1,0≦y≦1,0≦z≦1)で表される化合物半導
体層と、化合物半導体層上に形成された第1電極と、シ
リコン基板の裏面に形成された第2電極とを備える。
【0009】本願発明者は、ウェハの分割時に正方形の
チップにおける2方向の側面が、シリコン面の原子配列
において、それぞれの面のシリコンボンド数ができるだ
け少なく、その面に他のシリコン原子が配列することな
く一様に配列する関係を有する面を用いるとチップに分
割し易くなり、かつその面を用いて平坦なエピタキシャ
ル面が得られる必要があることを考慮して実験を行なっ
た結果、(112)面を主面として有するシリコン(1
12)面基板を用いることを想到した。
【0010】このシリコン基板を用いた場合、<11−
2>,<1−10>の2軸方向にシリコン基板を割り易
くなり、さらに中間層(バッファ層)を用いることで主
面上に平坦な窒化物系半導体層を形成することができ
た。
【0011】そこで、この窒化物系半導体層上にAlG
aInN系窒化物半導体層を積層して半導体素子を作製
したところ、従来に比べ発光強度の高い半導体素子が得
られるとともに、チップ分割においても、スクライビン
グを行なうことでチッピングのない正方形の半導体素子
チップを得ることができた。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1を用いて説明する。図1は、本発明の1つの実
施の形態における窒化物半導体発光素子の断面図であ
る。
【0013】本実施の形態の窒化物半導体発光素子は、
シリコン(112)面基板1上に、順次積層されたn−
AlGaInN層10、n−GaInNからなる第1ク
ラッド層2、GaxIn1-xNからなる発光層3、p−A
lGaInNからなるキャリアブロック層4、p−Ga
InNからなる第2クラッド層5が順に積層された構造
を有する。
【0014】シリコン(112)面基板1の下面(裏
面)には電極15が設けられ、第2クラッド層5の上面
には透明電極16が設けられ、透明電極16の上面の一
部にはボンディング電極17が設けられる。
【0015】発光層3は、GaxIn1-xNの組成xを変
えることにより、バンド間発光の波長を紫外から赤色ま
で変化させることができるが、本実施の形態では、青色
で発光するものとした。なお、xの値は0.82であ
る。
【0016】マグネシウムがドープされp型の第2クラ
ッド層5の抵抗は大きい。したがって、第2クラッド層
5の一端へボンディング電極17のみから電流、すなわ
ち正孔を注入しても電流密度が発光層3の全域において
均一とならないおそれがある。
【0017】そこで、ボンディング電極17と第2クラ
ッド層5の間に、第2クラッド層5のほぼ全面にわたる
薄膜の透明電極16を設けている。この部分より、多く
の光を取出すことができる。
【0018】n型のシリコン(112)面基板1の上に
形成される電極15には金属を用いればよく、Al,T
i,Zr,Hf,V,Nbのいずれかを含むことが、接
触抵抗および駆動電圧を下げることが可能となる点で望
ましい。
【0019】また、p型のGaN第2クラッド層5に接
続される透明電極16には、20nm以下の膜厚の金
属、たとえばTa,Co,Rh,Ni,Pd,Pt,C
u,Ag,Auのいずれか、もしくはITO等を用いる
ことが好ましい。それにより、密着性を向上し、接触抵
抗および駆動電圧を下げることが可能となる。
【0020】次に、本実施の形態の窒化物半導体発光素
子の製造方法について説明する。洗浄したシリコン(1
12)面基板1をMOCVD(Metal Organic ChemicalV
apor Deposition)装置内に導入し、水素(H2)雰囲気
の中で、約1100℃の高温でクリーニングを行なう。
【0021】ここで、シリコン基板1の主面には(11
2)ジャスト面を用いたが、本発明者の実験において
は、すべての方向におよそ±5度の範囲内で傾いた面に
対して後述する平坦な窒化物半導体層が得られた。
【0022】その後、キャリアガスとしてN2を10l
/min.流しながら、800℃でNH3とトリメチル
アルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TM
I)、SiH4ガスをそれぞれ5l/min.、10μm
ol/min.、17μmol/min.、0.1μm
ol/min.導入して、約10nmの厚みのAl0. 85
In0.15N層10を成長する。
【0023】本例では、中間層にAlInN層を用いた
が、AlN層もしくはAlGaN層、さらにはAlGa
lnN層を中間層として用いても、同様の結果が得られ
た。
【0024】続いて同じ温度で、TMAの供給を停止
し、トリメチルガリウム(TMG)、TMI、SiH4
ガスを約20μmol/min.、100μmol/m
in.、0.05μmol/min.それぞれ導入し、
約300nmの厚さのシリコンドープGa0.92In0.08
N層である第1クラッド層2を成長する。
【0025】この第1クラッド層2は、中間層であるA
lInN層10を堆積後、成長温度を高温に上げてGa
Nの層としてもよかったが、Inを含みAlを含まない
GaInNクラッド層を用いることで、低温成長が可能
となり、クラックの発生を抑制することができた。
【0026】その後、TMA,TMI,TMGの供給を
停止して、基板温度を760℃まで降温し、インジウム
原料であるTMIを6.5μmol/min.、TMG
を2.8μmol/min.導入し、Ga0.82In0.18
N層よりなる3nmの厚みの井戸層を成長する。
【0027】その後再び、850℃まで昇温し、TMG
を14μmol/min.導入し、GaNよりなる障壁
層を成長する。同様に井戸層、障壁層の成長を繰り返
し、4ペアーからなる多重量子井戸層(MQW)からな
る発光層3を成長する。
【0028】上記発光層3の成長が終了した後、最後の
障壁層と同じ温度で、TMGを11μmol/mi
n.、TMAを1.1μmol/min.、TMIを4
0μmol/min.、p型ドーピング原料ガスである
ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)
を10nmol/min.流し、50nmの厚みのp型
Al0.20Ga0.75In0.05Nキャリアブロック層4を成
長する。
【0029】キャリアブロック層4の成長が終了する
と、同じ成長温度においてTMAの供給を停止し、80
nmの厚みのp型Ga0.9In0.1Nからなる第2クラッ
ド層5の成長を行ない、発光素子構造の成長を終了す
る。成長が終了すると、TMG、TMIおよびCp2
gの供給を停止した後、室温まで冷却し、MOCVD装
置より取出す。
【0030】その後、第2クラッド層5の上面に透明電
極16を、さらにその上の一部にボンディング電極17
を、シリコン(112)面基板1下面に電極15を形成
し、本実施の形態の発光素子が完成する。
【0031】このようにして作製した半導体素子の特性
を測定したところ、シリコン(112)面基板1用いた
ことにより、シリコン表面でのマクロステップが多く存
在するため二次元成長によって平坦な層が形成され、そ
れに伴い素子構造内の界面の急峻性が向上することで発
光に寄与しない漏れ電流が減少し、順方向電流20mA
において3.0mWと従来の半導体素子よりも発光強度
が高く、かつシリコン(112)面基板1を<11−2
>,<1−10>の2軸方向に容易に割ることができる
ので、チップ分離で形成されるシリコン端面にチッピン
グの少ない正方形のLEDチップを作製することが可能
となった。
【0032】以上のように本発明の実施の形態について
説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示さ
れ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更が含まれる。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、(112)面から任意
の方向に±5度の範囲にある面で構成される主面を有す
るシリコン基板を用いているので、<11−2>,<1
−10>の2軸方向にシリコン基板を割り易くなり、チ
ップ状に分割した後の半導体素子の端面におけるチッピ
ングの発生を効果的に抑制することができる。
【0034】また、シリコン基板の主面上に平坦な窒化
物系半導体層を形成することができるので、従来に比べ
発光強度の高い半導体素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1つの実施の形態の発光素子を示す
断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン(112)面基板、2 第1クラッド層、
3 発光層、4 キャリアブロック層、5 第2クラッ
ド層、10 AlInN層、15 電極、16透明電
極、17 ボンディング電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 善央 三重県津市大門15−10 (72)発明者 小出 典克 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA06 AA11 AA13 AA18 BA02 BA08 BA11 BA38 BB12 CA04 DA03 FA10 JA04 JA06 LA18 5F041 AA41 CA23 CA33 CA40 CA65 CA76

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上にAlxGayInz
    (ただし、x+y+z=1,0≦x≦1,0≦y≦1,
    0≦z≦1)で表される化合物半導体層を有する半導体
    素子において、 前記シリコン基板は(112)面から任意の方向に±5
    度の範囲にある面で構成される主面を有し、前記主面上
    に前記化合物半導体層を有することを特徴とする、半導
    体素子。
  2. 【請求項2】 前記化合物半導体層は、中間層を介して
    前記主面上に形成される、請求項1に記載の半導体素
    子。
  3. 【請求項3】 (112)面から任意の方向に±5度の
    範囲にある主面を有するシリコン基板と、 前記主面上に積層されたAlxGayInzN(ただし、
    x+y+z=1,0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦
    1)で表される化合物半導体層と、 前記化合物半導体層上に形成された第1電極と、 前記シリコン基板の裏面に形成された第2電極とを備え
    た、半導体素子。
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