JP2008270616A - 半導体発光装置の製造方法および半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体発光素子間の素子間配線を良好に形成することができる、半導体発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】サファイア基板2上のバッファ基層に溝11が形成され、この溝11によって、バッファ基層21が複数のバッファ層5に分離される。そして、溝11に、絶縁体12が埋設される。その後、MOCVD法により、バッファ層5上に、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8がこの順に形成される。このとき、バッファ層5を分離する溝11に絶縁体12が埋設されているので、溝11上には、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8が成長しない。その結果、各バッファ層5上のみに、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8を成長させることができ、各半導体発光素子3間に、それらを分離するための素子分離溝4が必然的に形成される。
【選択図】図1
【解決手段】サファイア基板2上のバッファ基層に溝11が形成され、この溝11によって、バッファ基層21が複数のバッファ層5に分離される。そして、溝11に、絶縁体12が埋設される。その後、MOCVD法により、バッファ層5上に、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8がこの順に形成される。このとき、バッファ層5を分離する溝11に絶縁体12が埋設されているので、溝11上には、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8が成長しない。その結果、各バッファ層5上のみに、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8を成長させることができ、各半導体発光素子3間に、それらを分離するための素子分離溝4が必然的に形成される。
【選択図】図1
Description
本発明は、III族窒化物半導体からなる半導体積層構造を備えた半導体発光装置およびその製造方法に関する。
最近、照明灯やディスプレイのバックライトなどに、GaN(窒化ガリウム)系半導体発光装置が用いられてきている。
図7A〜図7Cは、従来のGaN系半導体発光装置の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
GaN系半導体発光装置の製造工程では、図7Aに示すように、サファイア基板101上に、バッファ層102、n型不純物がドープされたGaNからなるN−GaN層103、MQW(Multiple Quantum Well:多重量子井戸)活性層104、およびp型不純物がドープされたGaNからなるP−GaN層105が、この順に積み重ねて形成される。
図7A〜図7Cは、従来のGaN系半導体発光装置の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
GaN系半導体発光装置の製造工程では、図7Aに示すように、サファイア基板101上に、バッファ層102、n型不純物がドープされたGaNからなるN−GaN層103、MQW(Multiple Quantum Well:多重量子井戸)活性層104、およびp型不純物がドープされたGaNからなるP−GaN層105が、この順に積み重ねて形成される。
この後、図7Bに示すように、エッチングにより、P−GaN層105の表面からサファイア基板101の表面まで掘り下がった素子分離溝106が形成される。すなわち、P−GaN層105上に、レジストのパターンが形成される。そして、そのレジストをマスクとして、バッファ層102、N−GaN層103、MQW活性層104およびP−GaN層105からなる半導体積層部がエッチングされることにより、素子分離溝106が形成される。この素子分離溝106によって、半導体積層部は、複数の半導体発光素子に分離される。
次に、各半導体発光素子において、エッチングにより、N−GaN層103、MQW活性層104およびP−GaN層105の一部が除去される。つづいて、図7Cに示すように、N−GaN層103およびP−GaN105上に、それぞれN側電極107およびP側電極108が形成される。その後、サファイア基板101上の全域を覆うように、絶縁膜が形成され、この絶縁膜に、N側電極107およびP側電極108をそれぞれ露出させる開口が形成される。そして、互いに隣り合う半導体発光素子間において、一方の半導体発光素子のN側電極107と他方の半導体発光素子のP側電極108とを接続する素子間配線が形成され、複数の半導体発光素子を直列接続した構成のGaN系半導体発光装置が得られる。
特開2006−80442号公報
ところが、半導体積層部の厚さ(P−GaN層105の表面からサファイア基板101の表面までの厚さ)が4〜6μmと比較的大きいため、エッチングにより素子分離溝106を形成する際に、サファイア基板101上にバッファ層102の一部が除去されずに残るおそれがある。素子分離溝106内にバッファ層102が残っていると、その素子分離溝106を挟んで隣り合う半導体発光素子間において、そのバッファ層102を介して電流がリークしてしまう。
また、素子分離溝106内において、各半導体発光素子の側面およびサファイア基板101の表面は絶縁膜で覆われ、この絶縁膜上に素子間配線が形成されるが、半導体発光素子の側面の形状によっては、その側面上で素子間配線が断線する(素子間配線が部分的に形成されない)場合がある。
そこで、本発明の目的は、素子分離溝を挟んで隣り合う半導体発光素子間に電流のリークパスが形成されず、各半導体発光素子を良好に絶縁することができる、半導体発光装置の製造方法を提供することである。
そこで、本発明の目的は、素子分離溝を挟んで隣り合う半導体発光素子間に電流のリークパスが形成されず、各半導体発光素子を良好に絶縁することができる、半導体発光装置の製造方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、半導体発光素子間の素子間配線を良好に形成することができる、半導体発光装置およびその製造方法を提供することである。
前記の目的を達成するための請求項1に記載の発明は、基板上に、III族窒化物からなる半導体層を含むバッファ基層を形成する工程と、前記バッファ基層を部分的に除去することにより溝を形成し、この溝により前記バッファ基層を複数のバッファ層に分離する工程と、前記溝に、絶縁体を埋設する工程と、前記絶縁体の埋設後、前記バッファ層上に、第1導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第1導電型クラッド層を形成する工程と、前記第1導電型クラッド層上に、活性層を形成する工程と、前記活性層上に、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第2導電型クラッド層を形成する工程と含む、半導体発光装置の製造方法である。
この方法では、まず、基板上に、バッファ基層が形成される。次に、そのバッファ基層に溝が形成され、この溝によって、バッファ基層が複数のバッファ層に分離される。そして、溝に、絶縁体が埋設される。その後、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相成長)法などの結晶成長法により、バッファ層上に、第1導電型クラッド層、活性層および第2導電型クラッド層がこの順に形成される。このとき、バッファ層を分離する溝に絶縁体が埋設されているので、その溝上(絶縁体上)には、第1導電型クラッド層、活性層および第2導電型クラッド層が成長しない。その結果、各バッファ層上のみに、第1導電型クラッド層、活性層および第2導電型クラッド層を選択的に成長させることができ、各半導体発光素子(バッファ層、第1導電型クラッド層、活性層および第2導電型クラッド層)間に、それらを分離するための素子分離溝が必然的に形成される。そのため、第2導電型クラッド層の形成後に、エッチングにより素子分離溝を形成する必要はない。
たとえば、バッファ層、第1導電型クラッド層、活性層および第2導電型クラッド層からなる半導体積層部の層厚が4〜6μmである場合、バッファ層(バッファ基層)の層厚は0.2〜2μmである。したがって、バッファ層を分離するための溝を形成すべき部分において、ドライエッチングなどのエッチングにより、容易かつ確実に、バッファ基層を残すことなく除去することができる。そのため、素子分離溝を挟んで隣り合う半導体発光素子間に電流のリークパスが形成されず、各半導体発光素子を良好に絶縁することができる。その結果、各半導体発光素子の発光特性を揃えることができる。また、半導体発光素子からのリーク電流が局所的に集中して流れることによる劣化を防止することができ、半導体発光装置の寿命を延ばすことができる。
請求項2に記載のように、前記溝は、正六角形の各辺に沿って延びるように形成されることが好ましい。すなわち、前記バッファ層は、平面視正六角形状に形成されることが好ましい。この場合、バッファ層上に成長する第1導電型クラッド層の各側面をいずれも結晶M面にすることができる。これにより、各側面間で、結晶の縦方向(積層方向)の成長速度と横方向(積層方向と直交する方向)の成長速度との比(縦横成長比)を一致させることができる。その結果、第1導電型クラッド層の各側面の形状を一致させることができる。
たとえば、請求項3に記載のように、有機金属化学気相成長法により、前記第1導電型クラッド層を気圧150〜500Torr、温度950〜1060℃の雰囲気環境下で成長させれば、前記第1導電型クラッド層の各側面を、前記バッファ層の表面に対して75°以下の傾斜角で内側に傾斜する側面にすることができる。すなわち、請求項5に記載の半導体発光装置を得ることができる。
請求項5に記載の半導体発光装置は、素子分離溝により分離される複数の半導体発光素子を基板上に備える半導体発光装置であって、前記半導体発光素子は、基板上に形成され、III族窒化物からなる半導体層を含むバッファ層と、前記バッファ層上に形成され、前記バッファ層の表面に対して75°以下の傾斜角で内側に傾斜する側面を有し、第1導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第1導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第2導電型クラッド層とを含む。
この構成によれば、第1導電型クラッド層の各側面は、バッファ層の表面に対して75°以下の傾斜角で内側に傾斜している。そのため、半導体発光素子(第1導電型クラッド層)の側面上で、半導体発光素子上に形成される絶縁膜の形状を、その半導体発光素子の側面に沿って傾斜した形状とすることができる。これにより、半導体発光素子間を電気的に接続する素子間配線を、半導体発光素子の側面上(素子分離溝内)で断線を生じることなく形成することができる。
たとえば、素子間配線を絶縁膜の平坦面上での厚さが約1μmとなるように形成する場合、第1導電型クラッド層の側面の傾斜角が約75°であれば、絶縁膜の傾斜面上(半導体発光素子の側面上)における素子間配線の厚さを約2000〜2500Åに形成することができる。また、素子間配線を絶縁膜の平坦面上での厚さが約1μmとなるように形成する場合、第1導電型クラッド層の側面の傾斜角が約60°であれば、絶縁膜の傾斜面上における素子間配線の厚さを約5000Åに形成することができる。
また、請求項4に記載のように、有機金属化学気相成長法により、前記第1導電型クラッド層を気圧30〜100Torr、温度980〜1100℃の雰囲気環境下で成長させれば、平面視で前記バッファ層よりも大きい第1導電型クラッド層を形成することができる。すなわち、請求項6に記載の半導体発光装置を得ることができる。
請求項6に記載の半導体発光装置は、素子分離溝により分離される複数の半導体発光素子を基板上に備える半導体発光装置であって、前記半導体発光素子は、基板上に形成され、III族窒化物からなる半導体層を含むバッファ層と、前記バッファ層上に形成され、平面視で前記バッファ層よりも大きく、第1導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第1導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第2導電型クラッド層とを含む。
請求項6に記載の半導体発光装置は、素子分離溝により分離される複数の半導体発光素子を基板上に備える半導体発光装置であって、前記半導体発光素子は、基板上に形成され、III族窒化物からなる半導体層を含むバッファ層と、前記バッファ層上に形成され、平面視で前記バッファ層よりも大きく、第1導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第1導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第2導電型クラッド層とを含む。
この構成では、第1導電型クラッド層が平面視でバッファ層よりも大きく形成される。これにより、互いに隣り合う第1導電型クラッド層の頂部間の間隔を、それらの下層のバッファ層間の間隔よりも小さくすることができる。たとえば、互いに隣り合うバッファ層間の間隔が5μm以下であれば、請求項4に記載されている条件下で第1導電型クラッド層を成長させることにより、それらのバッファ層上の第1導電型クラッド層の頂部間の間隔を2μm以下に形成することができる。これにより、半導体発光素子上に形成される絶縁膜により第1導電型クラッド層の頂部間を埋めることができ、絶縁膜の形状を素子分離溝上で緩やかに変化する形状とすることができる。これにより、半導体発光素子間を電気的に接続する素子間配線を、素子分離溝上で断線を生じることなく形成することができる。
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の模式的な断面図である。
半導体発光装置1は、たとえば、照明灯やディスプレイのバックライトなどに好適に用いることができるものである。この半導体発光装置1は、サファイア(Al2O3単結晶)基板2上に、複数の半導体発光素子3を備えている。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の模式的な断面図である。
半導体発光装置1は、たとえば、照明灯やディスプレイのバックライトなどに好適に用いることができるものである。この半導体発光装置1は、サファイア(Al2O3単結晶)基板2上に、複数の半導体発光素子3を備えている。
複数の半導体発光素子3は、素子分離溝4により分離されている。各半導体発光素子3は、バッファ層5と、バッファ層5上に積層されたN型クラッド層6と、N型クラッド層6上に積層されたMQW活性層7と、MQW活性層7上に積層されたP型クラッド層8とを備えている。
バッファ層5は、AlN(窒化アルミニウム)からなるAlNバッファ層と、アンドープ(不純物がドープされていない)GaNからなる低温GaNバッファ層と、この低温GaNバッファ層よりも高温下で成長されるアンドープGaNからなる高温GaNバッファ層とを、サファイア基板2上にこの順に積層することにより形成されている。このバッファ層5は、たとえば、0.2〜2μmの厚さを有している。
バッファ層5は、AlN(窒化アルミニウム)からなるAlNバッファ層と、アンドープ(不純物がドープされていない)GaNからなる低温GaNバッファ層と、この低温GaNバッファ層よりも高温下で成長されるアンドープGaNからなる高温GaNバッファ層とを、サファイア基板2上にこの順に積層することにより形成されている。このバッファ層5は、たとえば、0.2〜2μmの厚さを有している。
N型クラッド層6は、N型不純物(たとえば、Si(シリコン))がドープされたGaNからなる。このN型クラッド層6は、1.5〜2μmの厚さを有している。N型クラッド層6の各側面は、バッファ層5の表面に対して75°以下の傾斜角、好ましくは約60°の傾斜角で内側に傾斜している。
MQW活性層7は、InGaN(インジウムガリウムナイトライド)からなる層上に、GaNからなる層を積層することにより形成されている。このMQW活性層7は、たとえば、0.1μmの厚さを有している。
MQW活性層7は、InGaN(インジウムガリウムナイトライド)からなる層上に、GaNからなる層を積層することにより形成されている。このMQW活性層7は、たとえば、0.1μmの厚さを有している。
P型クラッド層8は、P型不純物(たとえば、Mg(マグネシウム))がドープされたGaNからなる。このP型クラッド層8は、たとえば、0.2μmの厚さを有している。
N型クラッド層6の上層部、MQW活性層7およびP型クラッド層8は、それらの一部が積層方向に連続して除去されている。これにより、半導体発光素子3は、P型クラッド層8の表面と、この表面から一段下がったN型クラッド層6の表面とにより、その頂面が形成されている。
N型クラッド層6の上層部、MQW活性層7およびP型クラッド層8は、それらの一部が積層方向に連続して除去されている。これにより、半導体発光素子3は、P型クラッド層8の表面と、この表面から一段下がったN型クラッド層6の表面とにより、その頂面が形成されている。
そして、N型クラッド層6の表面には、N−コンタクト9が形成されている。一方、P型クラッド層8の表面には、透明電極(図示せず)が形成され、この透明電極上に、P−コンタクト10が形成されている。N−コンタクト9およびP−コンタクト10はどちらも、たとえば、厚さ3000ÅのAl層と厚さ500ÅのNi(ニッケル)層との積層構造を有している。また、透明電極は、たとえば、厚さ30ÅのNi層、厚さ40ÅのAu(金)層、厚さ10ÅのTi(チタン)層、厚さ160ÅのAl層および厚さ30ÅのNi層の積層構造を有している。
互いに隣り合うバッファ層5の間には、素子分離溝4の底部をなす溝11が形成されている。この溝11は、平面視で正六角形の各辺に沿って延びている。これにより、バッファ層5は、平面視正六角形状に形成され、各半導体発光素子3は、平面視で正六角形の外形を有している。溝11には、絶縁体12が埋設されている。この絶縁体12は、素子分離溝4内のサファイア基板2の表面およびバッファ層5の側面を被覆し、その縁部がバッファ層5上に乗り上げた状態に形成されている。絶縁体12の材料としては、SiO2(酸化シリコン)を例示することができる。
そして、この半導体発光装置1の表面は、絶縁膜13により覆われている。この絶縁膜13には、N−コンタクト9を露出させるための開口14と、P−コンタクト10を露出させるための開口15とが形成されている。絶縁膜13の材料としては、SiO2やSiN(窒化シリコン)を例示することができる。
絶縁膜13上には、互いに隣り合う半導体発光素子3間において、一方の半導体発光素子3のN−コンタクト9と他方の半導体発光素子3のP−コンタクト10とを接続する素子間配線16が形成されている。これにより、複数の半導体発光素子3は、互いに直列に接続されている。素子間配線16は、たとえば、Ti層/Au層の積層構造を有し、絶縁膜13のN型クラッド層6の表面を覆う部分上において、Ti層の厚さが500Åに形成され、Au層の厚さが8000Åに形成されている。
絶縁膜13上には、互いに隣り合う半導体発光素子3間において、一方の半導体発光素子3のN−コンタクト9と他方の半導体発光素子3のP−コンタクト10とを接続する素子間配線16が形成されている。これにより、複数の半導体発光素子3は、互いに直列に接続されている。素子間配線16は、たとえば、Ti層/Au層の積層構造を有し、絶縁膜13のN型クラッド層6の表面を覆う部分上において、Ti層の厚さが500Åに形成され、Au層の厚さが8000Åに形成されている。
なお、サファイア基板2上のすべての半導体発光素子3が直列接続される必要はなく、一部またはすべての半導体発光素子3間において、一方の半導体発光素子3のN−コンタクト9と他方の半導体発光素子3のN−コンタクト9とが配線により接続され、一方の半導体発光素子3のP−コンタクト10と他方の半導体発光素子3のP−コンタクト10とが配線により接続されることにより、それらの半導体発光素子3が互いに並列に接続されていてもよい。
図2A〜2Hは、半導体発光装置1の製造方法を工程順に示す断面図である。
半導体発光装置1の製造工程では、まず、図2Aに示すように、MOCVD法により、サファイア基板2上に、AlNバッファ層、低温GaNバッファ層および高温GaNバッファ層の積層構造を有するバッファ基層21が形成される。
次に、図2Bに示すように、フォトリソグラフィ工程により、バッファ基層21上に、レジスト膜22が形成される。このレジスト膜22は、図3に示すように、平面視で正六角形の各辺に沿って延びる開口23を有している。
半導体発光装置1の製造工程では、まず、図2Aに示すように、MOCVD法により、サファイア基板2上に、AlNバッファ層、低温GaNバッファ層および高温GaNバッファ層の積層構造を有するバッファ基層21が形成される。
次に、図2Bに示すように、フォトリソグラフィ工程により、バッファ基層21上に、レジスト膜22が形成される。このレジスト膜22は、図3に示すように、平面視で正六角形の各辺に沿って延びる開口23を有している。
つづいて、レジスト膜22をマスクとして、バッファ基層21のエッチングが行われる。ドライエッチングの場合、たとえば、プラズマ電力:150W(ワット)、バイアス電力:50W、Cl2(塩素)ガス供給流量:50cc/min、SiCl4(四塩化シリコン)ガス供給流量:5cc/min、気圧:0.6Pa(≒0.0045Torr)のエッチング条件下で、13分間にわたってエッチングが続けられる。これにより、図2Cに示すように、バッファ基層21のレジスト膜22(開口23)から露出する部分がサファイア基板2の表面まで掘り下げて除去される。その結果、サファイア基板2上に、平面視で正六角形の各辺に沿って延びる溝11が形成され、この溝11により、バッファ基層21が複数の平面視正六角形状のバッファ層5に分離される。
その後、図2Dに示すように、P−CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition:プラズマ化学気相成長)法により、サファイア基板2上の全面に、絶縁体12の材料(たとえば、SiO2)からなる絶縁体材料層24が形成される。この絶縁体材料層24は、たとえば、500〜5000Åの厚さを有する。
そして、エッチング(CF4(四フッ化炭素)系ドライエッチングまたはHF系ウエットエッチング)により、各バッファ層5上の絶縁体材料層24が除去される。これにより、図2Eに示すように、溝11上に絶縁体材料層24が残され、その残された絶縁体材料層24が絶縁体12となる。
そして、エッチング(CF4(四フッ化炭素)系ドライエッチングまたはHF系ウエットエッチング)により、各バッファ層5上の絶縁体材料層24が除去される。これにより、図2Eに示すように、溝11上に絶縁体材料層24が残され、その残された絶縁体材料層24が絶縁体12となる。
次いで、図2Fに示すように、MOCVD法により、各バッファ層5上に、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8がこの順に形成される。具体的には、まず、気圧300Torr、温度980℃の雰囲気環境下で、バッファ層5上にN型クラッド層6が形成される。バッファ層5が平面視正六角形状に形成されているので、N型クラッド層6は、各側面がいずれも結晶M面となる平面視正六角形状をなして成長し、その各側面間で結晶の縦方向(積層方向)の成長速度と横方向(積層方向と直交する方向)の成長速度との比(縦横成長比)が同じになる。その結果、N型クラッド層6の各側面はいずれも、バッファ層5の表面に対して約60°の傾斜角で内側に傾斜する傾斜面となる。N型クラッド層6の形成後は、気圧500Torr、温度760℃の雰囲気環境下にされて、MQW活性層7が形成される。この後、気圧200Torr、温度1020℃の雰囲気環境下にされて、P型クラッド層8が形成される。
その後、たとえば、RIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)により、N型クラッド層6の上層部、MQW活性層7およびP型クラッド層8の一部が積層方向に連続して除去される。つづいて、図2Gに示すように、N型クラッド層6の表面に、N−コンタクト9が形成される。また、P型クラッド層8の表面に、透明電極(図示せず)およびP−コンタクト10が形成される。N−コンタクト9、P−コンタクト10および透明電極は、たとえば、スパッタリング法または真空蒸着法により形成することができる。
次に、図2Hに示すように、サファイア基板2上の全面に、絶縁膜13が形成される。そして、エッチングにより、絶縁膜13に開口14,15が形成された後、リフトオフ法により、絶縁膜13上に素子間配線16が形成される。これにより、図1に示す構造の半導体発光装置1が得られる。
以上のように、まず、サファイア基板2上に、バッファ基層21が形成される。次に、そのバッファ基層21に溝11が形成され、この溝11によって、バッファ基層21が複数のバッファ層5に分離される。そして、溝11に、絶縁体12が埋設される。その後、MOCVD法により、バッファ層5上に、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8がこの順に形成される。このとき、バッファ層5を分離する溝11に絶縁体12が埋設されているので、その溝11上(絶縁体12上)には、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8が成長しない。その結果、各バッファ層5上のみに、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8を選択的に成長させることができ、各半導体発光素子3間に、それらを分離するための素子分離溝4が必然的に形成される。そのため、P型クラッド層8の形成後に、エッチングにより素子分離溝4を形成する必要はない。
以上のように、まず、サファイア基板2上に、バッファ基層21が形成される。次に、そのバッファ基層21に溝11が形成され、この溝11によって、バッファ基層21が複数のバッファ層5に分離される。そして、溝11に、絶縁体12が埋設される。その後、MOCVD法により、バッファ層5上に、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8がこの順に形成される。このとき、バッファ層5を分離する溝11に絶縁体12が埋設されているので、その溝11上(絶縁体12上)には、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8が成長しない。その結果、各バッファ層5上のみに、N型クラッド層6、MQW活性層7およびP型クラッド層8を選択的に成長させることができ、各半導体発光素子3間に、それらを分離するための素子分離溝4が必然的に形成される。そのため、P型クラッド層8の形成後に、エッチングにより素子分離溝4を形成する必要はない。
バッファ層5(バッファ基層21)の層厚は、たとえば、0.2〜2μmである。したがって、バッファ基層21を分離するための溝11を形成すべき部分において、エッチングにより、容易かつ確実に、バッファ基層21を残すことなく除去することができる。そのため、素子分離溝4を挟んで隣り合う半導体発光素子3間に電流のリークパスが形成されず、各半導体発光素子3を良好に絶縁することができる。その結果、各半導体発光素子3の発光特性を揃えることができる。また、半導体発光素子3からのリーク電流が局所的に集中して流れることによる劣化を防止することができ、半導体発光装置1の寿命を延ばすことができる。
また、N型クラッド層6の各側面は、バッファ層5の表面に対して75°以下の傾斜角で内側に傾斜している。そのため、半導体発光素子3(N型クラッド層6)の側面上で、絶縁膜13の形状を、その半導体発光素子3の側面に沿って傾斜した形状とすることができる。これにより、素子間配線16を、半導体発光素子3の側面上(素子分離溝4内)で断線を生じることなく形成することができる。
この実施形態では、絶縁膜13のN型クラッド層6の表面を覆う部分上において、Ti層の厚さが500Åに形成され、Au層の厚さが8000Åに形成されることにより、素子間配線16は、8500Åの厚さを有している。そして、N型クラッド層6の側面の傾斜角が約60°であるので、半導体発光素子3の側面上における素子間配線16の厚さを約5000Åに形成することができる。また、N型クラッド層6の側面の傾斜角が約75°であれば、半導体発光素子3の側面上における素子間配線16の厚さを約2000〜2500Åに形成することができる。
図4は、本発明の他の実施形態に係る半導体発光装置の模式的な断面図である。この図4において、図1に示す各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付して示している。また、以下では、図1に示す構造との相違点のみを取り上げて説明する。
この図4に示す半導体発光装置41では、バッファ層5上に形成されるN型クラッド層42の各側面の形状が、図1に示す構造におけるN型クラッド層6の各側面の形状と異なる。すなわち、N型クラッド層42は、平面視でバッファ層5よりも大きく、その各側面は、サファイア基板2が水平に配置される状態で、バッファ層5上から外側斜め上方に向けて延び、さらに鉛直上方に延びている。これにより、互いに隣り合うN型クラッド層42の頂部間の間隔W1は、それらの下層のバッファ層5間の間隔(溝11の幅)W2よりも小さくなっている。たとえば、互いに隣り合うバッファ層5間の間隔W2が5μm以下であり、N型クラッド層42の頂部間の間隔W1が2μm以下に形成されている。
この図4に示す半導体発光装置41では、バッファ層5上に形成されるN型クラッド層42の各側面の形状が、図1に示す構造におけるN型クラッド層6の各側面の形状と異なる。すなわち、N型クラッド層42は、平面視でバッファ層5よりも大きく、その各側面は、サファイア基板2が水平に配置される状態で、バッファ層5上から外側斜め上方に向けて延び、さらに鉛直上方に延びている。これにより、互いに隣り合うN型クラッド層42の頂部間の間隔W1は、それらの下層のバッファ層5間の間隔(溝11の幅)W2よりも小さくなっている。たとえば、互いに隣り合うバッファ層5間の間隔W2が5μm以下であり、N型クラッド層42の頂部間の間隔W1が2μm以下に形成されている。
これにより、N型クラッド層42の頂部間を絶縁膜13によって埋めることができ、絶縁膜13の形状を素子分離溝4上で緩やかに変化する形状とすることができる。これにより、半導体発光素子3間を電気的に接続する素子間配線16を、素子分離溝4上で断線を生じることなく形成することができる。
図5A〜5Hは、半導体発光装置41の製造方法を工程順に示す断面図である。図5A〜5Hにおいて、図2A〜2Hに示す各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付して示している。また、以下では、同一の参照符号を付した部分についての詳細な説明を省略する。
図5A〜5Hは、半導体発光装置41の製造方法を工程順に示す断面図である。図5A〜5Hにおいて、図2A〜2Hに示す各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付して示している。また、以下では、同一の参照符号を付した部分についての詳細な説明を省略する。
半導体発光装置41の製造工程では、まず、図5Aに示すように、サファイア基板2上に、バッファ基層21が形成される。
次に、図5Bに示すように、バッファ基層21上に、レジスト膜22が形成される。
つづいて、レジスト膜22をマスクとして、バッファ基層21がエッチングされることにより、図5Cに示すように、溝11が形成され、この溝11により、バッファ基層21が複数の平面視正六角形状のバッファ層5に分離される。
次に、図5Bに示すように、バッファ基層21上に、レジスト膜22が形成される。
つづいて、レジスト膜22をマスクとして、バッファ基層21がエッチングされることにより、図5Cに示すように、溝11が形成され、この溝11により、バッファ基層21が複数の平面視正六角形状のバッファ層5に分離される。
その後、図5Dに示すように、サファイア基板2およびバッファ層5上の全面に、絶縁体材料層24が形成される。
そして、図5Eに示すように、絶縁体材料層24が溝11上に残るようにエッチングされることにより、溝11上に絶縁体12が形成される。
次いで、図5Fに示すように、MOCVD法により、各バッファ層5上に、N型クラッド層42、MQW活性層7およびP型クラッド層8がこの順に形成される。具体的には、まず、気圧50Torr、温度1000℃の雰囲気環境下で、バッファ層5上にN型クラッド層42が形成される。N型クラッド層42は、厚さが3μm以上に形成される。バッファ層5が平面視正六角形状に形成されているので、N型クラッド層42は、各側面がいずれも結晶M面となる平面視正六角形状をなして成長し、その各側面間で結晶の縦横成長比が同じになる。その結果、N型クラッド層42の各側面はいずれも、サファイア基板2が水平に配置される状態で、バッファ層5上から外側斜め上方に向けて延び、さらに鉛直上方に延びるような形状に形成される。このとき、互いに隣り合うバッファ層5間の間隔W2(図4参照)が5μm以下であれば、N型クラッド層42の頂部間の間隔W1(図4参照)を2μm以下に形成することができる。N型クラッド層42の形成後は、気圧500Torr、温度760℃の雰囲気環境下にされて、MQW活性層7が形成される。この後、気圧200Torr、温度1020℃の雰囲気環境下にされて、P型クラッド層8が形成される。
そして、図5Eに示すように、絶縁体材料層24が溝11上に残るようにエッチングされることにより、溝11上に絶縁体12が形成される。
次いで、図5Fに示すように、MOCVD法により、各バッファ層5上に、N型クラッド層42、MQW活性層7およびP型クラッド層8がこの順に形成される。具体的には、まず、気圧50Torr、温度1000℃の雰囲気環境下で、バッファ層5上にN型クラッド層42が形成される。N型クラッド層42は、厚さが3μm以上に形成される。バッファ層5が平面視正六角形状に形成されているので、N型クラッド層42は、各側面がいずれも結晶M面となる平面視正六角形状をなして成長し、その各側面間で結晶の縦横成長比が同じになる。その結果、N型クラッド層42の各側面はいずれも、サファイア基板2が水平に配置される状態で、バッファ層5上から外側斜め上方に向けて延び、さらに鉛直上方に延びるような形状に形成される。このとき、互いに隣り合うバッファ層5間の間隔W2(図4参照)が5μm以下であれば、N型クラッド層42の頂部間の間隔W1(図4参照)を2μm以下に形成することができる。N型クラッド層42の形成後は、気圧500Torr、温度760℃の雰囲気環境下にされて、MQW活性層7が形成される。この後、気圧200Torr、温度1020℃の雰囲気環境下にされて、P型クラッド層8が形成される。
その後、N型クラッド層6の上層部、MQW活性層7およびP型クラッド層8の一部が積層方向に連続して除去される。つづいて、図5Gに示すように、N型クラッド層6の表面に、N−コンタクト9が形成される。また、P型クラッド層8の表面に、透明電極(図示せず)およびP−コンタクト10が形成される。
次に、図5Hに示すように、サファイア基板2上の全面に、絶縁膜13が形成される。そして、絶縁膜13に開口14,15が形成された後、絶縁膜13上に素子間配線16が形成される。これにより、図4に示す構造の半導体発光装置41が得られる。
次に、図5Hに示すように、サファイア基板2上の全面に、絶縁膜13が形成される。そして、絶縁膜13に開口14,15が形成された後、絶縁膜13上に素子間配線16が形成される。これにより、図4に示す構造の半導体発光装置41が得られる。
こうして得られる半導体発光装置41においても、図1に示す半導体発光装置1と同様な効果を達成することができる。
図6は、本発明のさらに他の実施形態に係る半導体発光装置の図解的な断面図である。この図6において、図1に示す各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付して示している。また、以下では、図1に示す構造との相違点のみを取り上げて説明する。
図6は、本発明のさらに他の実施形態に係る半導体発光装置の図解的な断面図である。この図6において、図1に示す各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付して示している。また、以下では、図1に示す構造との相違点のみを取り上げて説明する。
この図6に示す半導体発光装置61において、溝11に埋設される絶縁体62は、素子分離溝4内のサファイア基板2の表面およびバッファ層5の側面を被覆し、溝11の外にはみ出ていない。
絶縁体62は、たとえば、以下のようにして作成される。まず、溝11の形成後、バッファ層5上にレジスト膜が形成される。次に、サファイア基板2上の全面に、SOG(Spin coating On Glass)膜を形成する。そして、サファイア基板2上に、硫酸および/または硫酸と過酸化水素水との混合液を供給し、レジスト膜とともにレジスト膜上のSOG膜を除去した後、これらの構造体を400℃の温度環境下で30分加熱して、溝11内に残ったSOG膜を硬化させることにより、絶縁体62を得ることができる。
絶縁体62は、たとえば、以下のようにして作成される。まず、溝11の形成後、バッファ層5上にレジスト膜が形成される。次に、サファイア基板2上の全面に、SOG(Spin coating On Glass)膜を形成する。そして、サファイア基板2上に、硫酸および/または硫酸と過酸化水素水との混合液を供給し、レジスト膜とともにレジスト膜上のSOG膜を除去した後、これらの構造体を400℃の温度環境下で30分加熱して、溝11内に残ったSOG膜を硬化させることにより、絶縁体62を得ることができる。
以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、半導体発光素子3は、LED構造を有しているが、これに代えてレーザ構造を有していてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
1 半導体発光装置
2 サファイア基板(基板)
3 半導体発光素子
4 素子分離溝
5 バッファ層
6 N型クラッド層(第1導電型クラッド層)
7 MQW活性層(活性層)
8 P型クラッド層(第2導電型クラッド層)
11 溝
12 絶縁体
21 バッファ基層
41 半導体発光装置
42 N型クラッド層
61 半導体発光装置
62 絶縁体
2 サファイア基板(基板)
3 半導体発光素子
4 素子分離溝
5 バッファ層
6 N型クラッド層(第1導電型クラッド層)
7 MQW活性層(活性層)
8 P型クラッド層(第2導電型クラッド層)
11 溝
12 絶縁体
21 バッファ基層
41 半導体発光装置
42 N型クラッド層
61 半導体発光装置
62 絶縁体
Claims (6)
- 基板上に、III族窒化物からなる半導体層を含むバッファ基層を形成する工程と、
前記バッファ基層を部分的に除去することにより溝を形成し、この溝により前記バッファ基層を複数のバッファ層に分離する工程と、
前記溝に、絶縁体を埋設する工程と、
前記絶縁体の埋設後、前記バッファ層上に、第1導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第1導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第1導電型クラッド層上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第2導電型クラッド層を形成する工程と含む、半導体発光装置の製造方法。 - 前記溝は、正六角形の各辺に沿って延びるように形成される、請求項1に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記第1導電型クラッド層は、有機金属化学気相成長法により、気圧150〜500Torr、温度950〜1060℃の雰囲気環境下で形成される、請求項2に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記第1導電型クラッド層は、有機金属化学気相成長法により、気圧30〜100Torr、温度980〜1100℃の雰囲気環境下で形成される、請求項2に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 素子分離溝により分離される複数の半導体発光素子を基板上に備える半導体発光装置であって、
前記半導体発光素子は、
基板上に形成され、III族窒化物からなる半導体層を含むバッファ層と、
前記バッファ層上に形成され、前記バッファ層の表面に対して75°以下の傾斜角で内側に傾斜する側面を有し、第1導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第1導電型クラッド層と、
前記第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第2導電型クラッド層とを含む、半導体発光装置。 - 素子分離溝により分離される複数の半導体発光素子を基板上に備える半導体発光装置であって、
前記半導体発光素子は、
基板上に形成され、III族窒化物からなる半導体層を含むバッファ層と、
前記バッファ層上に形成され、平面視で前記バッファ層よりも大きく、第1導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第1導電型クラッド層と、
前記第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物がドープされたIII族窒化物からなる第2導電型クラッド層とを含む、半導体発光装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2007
- 2007-04-23 JP JP2007113426A patent/JP2008270616A/ja active Pending
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