JP2005303080A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体発光素子LE1は、層構造体LSと、出射光に対して光学的に透明なガラス基板1とを備える。層構造体LSは、積層された、p型のコンタクト層3、p型の第1DBR層4、p型の第1クラッド層5、活性層6、n型の第2クラッド層7及びn型の第2DBR層8を含む。層構造体LSの一方面側には、第1電極部21が配置されている。層構造体LSの他方面側には、第2電極部31が配置されている。層構造体LSの一方面側には、第1電極部21を覆うように膜10が形成されている。膜10は、酸化シリコンからなり、層構造体LSとは反対側の面10aが平坦化されている。ガラス基板1は、膜10の面10aに接触して貼り合わされている。
【選択図】 図2
Description
図1は、第1実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図2は、図1におけるII−II線に沿った断面構成を説明するための模式図である。
まず、半導体基板51を用意する。半導体基板51は、例えば、その厚みが300〜500μmであり、キャリア濃度が1×1018/cm3程度のn型GaAsからなる。半導体基板51の上に、有機金属化学気相蒸着法(MOCVD法)又は分子線成長法(MBE法)等により、エッチング停止層53、n型の第2DBR層8、n型の第2クラッド層7、活性層6、p型の第1クラッド層5、p型の第1DBR層4、及びp型のコンタクト層3を順次成長させて、積層する(図3参照)。
次に、コンタクト層3(層構造体LS)上に、電流狭窄領域11aに対応する位置に開口を有するレジスト膜55を形成する。レジスト膜55の形成は、フォトリソグラフィ法を用いることができる。その後、コンタクト層3上にパターン化されたレジスト膜55をマスクとして、プロトン(H+)をイオン注入装置により第2クラッド層7と第2DBR層8との境界付近まで打ち込み、半絶縁化する。これにより、電流狭窄領域11aが形成されることとなる(図4参照)。なお、プロトンの代わりに、酸素イオン(O2−)や鉄イオン(Fe3+)を用いてもよい。続いて、レジスト膜55を除去(リムーブ)する。
次に、プラズマ化学気相蒸着(Plasma Chemical Vapor Deposition:PCVD)法により、コンタクト層3(層構造体LS)の表面にSiNXからなる絶縁膜19を形成する。そして、p側電極23に対応する位置に開口を有するレジスト膜(図示せず)を形成し、当該レジスト膜をマスクとして絶縁膜19をバッファドフッ酸(BHF)により除去し、絶縁膜19にコンタクトホール19aを形成する(図5参照)。続いて、上記レジスト膜を除去する。
次に、配線電極25に対応する位置に開口を有するレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、リフトオフ法により、Ti/Pt/Auからなる配線電極25を形成する(図6参照)。続いて、上記レジスト膜を除去する。その後、H2雰囲気にてシンターする。
次に、第1電極部21(p側電極23及び配線電極25)を覆うように層構造体LSの一方面側に膜10を形成して平坦化する(図7参照)。ここでは、膜10における層構造体LSとは反対側の面10aは、層構造体LS及び半導体基板51を含む構造体における層構造体LS側の最表面として、平坦化されることとなる。膜10の形成には、PCVD法又は塗布法等を用いることができる。なお、ここで言う「平坦」とは、必ずしも凹凸が全く存在しないことを表すものではない。後述する工程(6)において膜10を介してガラス基板1と半導体基板51とを重ね合わせて加圧及び加熱した際に、ガラス基板1の表面と膜10の面10aとが互いに接触した状態でガラス基板1と膜10とが融着するのであれば、僅かな凹凸が存在していてもよい。
次に、層構造体LS、エッチング停止層53及び膜10が形成された半導体基板51とガラス基板1とを接着する(図8参照)。まず、ガラス基板1を用意し、当該ガラス基板1の一方面(表面)を清浄化する。次に、ガラス基板1の清浄化された表面と膜10における層構造体LSとは反対側の面10aとが互いに接触するように、ガラス基板1と半導体基板51とを重ね合わせる。このように重ね合わせた状態で加圧及び加熱を行い、ガラス基板1と膜10とを融着により貼り合わせる。
次に、半導体基板51を除去する。ガラス基板1と半導体基板51とが接着された後には、ガラス基板1の反対側において、半導体基板51の他方面(裏面)が露出されている。この工程では、半導体基板51の裏面側から、半導体基板51及びエッチング停止層53をエッチングにより除去する(図9参照)。
次に、第2DBR層8(層構造体LS)上に、貫通孔THを形成する予定位置に開口を有するレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、配線電極25が露出するまで、層構造体LS及び絶縁膜19をエッチング(ウエットエッチング)する。これにより、貫通孔THが形成される(図10参照)。使用するエッチング液としては、過酸化水素水及び塩酸(HCl)が好ましい。続いて、レジスト膜を除去する。
次に、絶縁膜20の上に、貫通配線27及びn側パッド電極33に対応する位置にそれぞれ開口を有するレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして絶縁膜20をBHFにより除去し、絶縁膜20にコンタクトホール20a,20bを形成する(図11参照)。続いて、上記レジスト膜を除去する。
図12は、第2実施形態に係る半導体発光素子の断面構成を説明するための模式図である。第2実施形態に係る半導体発光素子LE2は、ガラス基板1にレンズ部1aが形成されている点で第1実施形態に係る半導体発光素子LE1と相違する。
次に、層構造体LS、エッチング停止層53及び膜10が形成された半導体基板51とガラス基板1とを接着する(図13参照)。まず、レンズ部1aが形成されたガラス基板1を用意し、当該ガラス基板1の一方面(表面)を清浄化する。次に、ガラス基板1の清浄化された表面と膜10における層構造体LSとは反対側の面10aとが互いに接触するように、ガラス基板1と半導体基板51とを重ね合わせる。このように重ね合わせた状態で加圧及び加熱を行い、ガラス基板1と膜10とを融着により貼り合わせる。半導体基板51とガラス基板1との接着方法は、第1実施形態における工程(6)における接着方法と同じである。
Claims (17)
- 複数の化合物半導体層を積層して形成される半導体発光素子であって、
前記複数の化合物半導体層を含む層構造体と、
前記層構造体の一方面側に配置された第1電極部と、
前記層構造体の他方面側に配置された第2電極部と、
前記第1電極部を覆うように前記層構造体の前記一方面側に形成され、前記層構造体とは反対側の面が平坦化された酸化シリコンからなる膜と、
出射光に対して光学的に透明であり、前記酸化シリコンからなる膜における前記層構造体とは反対側の前記面に接触して貼り合わされたガラス基板と、を備えることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記複数の化合物半導体層として、積層された第2導電型のコンタクト層、第2導電型の第1DBR層、第2導電型の第1クラッド層、活性層、第1導電型の第2クラッド層、及び第1導電型の第2DBR層を含み、
前記層構造体には、前記コンタクト層、前記第1DBR層、前記第1クラッド層、前記活性層、及び前記第2クラッド層を含む所定領域を囲むように絶縁化あるいは半絶縁化された電流狭窄領域が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。 - 前記第1電極部は、前記所定領域に含まれるコンタクト層部分に電気的に接続された配線電極を含み、
前記第2電極部は、前記第2DBR層に電気的に接続された第2パッド電極を含んでおり、
前記配線電極は、前記層構造体を貫通する貫通配線を通して前記層構造体の前記他方面側に配置された第1パッド電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。 - 前記第1パッド電極及び前記第2パッド電極に、バンプ電極が配置されることを特徴とする請求項3に記載の半導体発光素子。
- 前記所定領域がアレイ状に複数並設されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。
- 前記層構造体における前記第2DBR層側には、前記所定領域に対応して光反射膜が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。
- 前記ガラス基板には、前記層構造体から出射した光が透過するレンズ部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記レンズ部は、前記ガラス基板の最表面より窪んで形成されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体発光素子。
- 複数の化合物半導体層を積層して形成する半導体発光素子の製造方法であって、
半導体基板と、出射光に対して光学的に透明なガラス基板と、を準備し、
前記半導体基板の一方面側に、積層された前記複数の化合物半導体層を含む層構造体を形成する工程と、
前記層構造体の一方面側に第1電極部を形成する工程と、
前記層構造体の他方面側に第2電極部を形成する工程と、
前記層構造体の前記一方面側に前記第1電極部を覆うように酸化シリコンからなる膜を形成して平坦化する工程と、
前記酸化シリコンからなる膜における前記層構造体とは反対側の面と前記ガラス基板の一方面とが接触するように、前記酸化シリコンからなる膜と前記ガラス基板とを貼り合わせる工程と、
前記酸化シリコンからなる膜と前記ガラス基板とを貼り合わせる前記工程の後に、前記半導体基板を除去する工程と、を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記半導体基板を除去する前記工程では、前記半導体基板をウエットエッチングにより除去することを特徴とする請求項9に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記層構造体を形成する前記工程の前に実施され、上記ウエットエッチングを停止させるエッチング停止層を前記半導体基板と前記層構造体との間に位置させるように形成する工程と、
前記半導体基板を除去する前記工程の後に実施され、前記エッチング停止層をウエットエッチングにより除去する工程と、を更に備えることを特徴とする請求項10に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記複数の化合物半導体層として、第2導電型のコンタクト層、第2導電型の第1DBR層、第2導電型の第1クラッド層、活性層、第1導電型の第2クラッド層、及び第1導電型の第2DBR層を含み、
前記層構造体を形成する前記工程では、前記半導体基板側から前記第2DBR層、前記第2クラッド層、前記活性層、前記第1クラッド層、前記第1DBR層、及び前記コンタクト層を順次積層しており、
前記層構造体を形成する前記工程の後に実施され、前記層構造体に、前記コンタクト層、前記第1DBR層、前記第1クラッド層、前記活性層、及び前記第2クラッド層を含む所定領域を囲むように絶縁化あるいは半絶縁化された電流狭窄領域を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第1電極部を形成する工程は、前記電流狭窄領域を形成する前記工程の後に実施され、前記所定領域に含まれるコンタクト層部分に電気的に接続される配線電極を形成する工程を有し、
前記第2電極部を形成する工程は、前記半導体基板を除去する前記工程の後に実施され、前記第2DBR層に電気的に接続される第2パッド電極を形成する工程を有しており、
前記半導体基板を除去する前記工程の後に実施され、前記層構造体の他方面側に第1パッド電極を形成し、当該第1パッド電極と前記配線電極とを電気的に接続する工程を更に備えることを特徴とする請求項12に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第1パッド電極と前記配線電極とを電気的に接続する前記工程では、前記層構造体を貫通する貫通配線を形成し、当該貫通配線を通して前記第1パッド電極と前記配線電極とを電気的に接続することを特徴とする請求項13に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記層構造体における前記第2DBR層側に、前記所定領域に対応して光反射膜を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項12に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記ガラス基板には、前記層構造体から出射した光が透過するレンズ部が形成されていることを特徴とする請求項9に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記レンズ部は、前記ガラス基板の最表面より窪んで形成されていることを特徴とする請求項16に記載の半導体発光素子の製造方法。
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