JP2008294482A - 窒化物半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 異種基板上に窒化物半導体層を成長させる工程と、その後、窒化物半導体層に支持基板を貼り合わせる工程と、その後、異種基板を除去する工程とを備える。前記貼り合わせ工程は合金共晶によって導電層を形成する。前記異種基板の除去工程はレーザー照射、研磨、ケミカルポリッシュによって行われる。前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体層の露出表面をエッチングによりチップ状に窒化物半導体層を分離する工程を備える。前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体層の露出表面に凹凸形成する工程を備える。
【選択図】 図3A
Description
また、サファイア等の絶縁体基板を用いた窒化物半導体素子はフェイスアップ型やフェイスダウン型があるが、これらは同一面に両電極を有するため、電流密度が局部的に高くなり素子(チップ)に発熱が生じ素子劣化が加速される。また、電極に対するワイヤーボンディング工程においてpn両電極にそれぞれワイヤーが必要なためチップサイズが大きくなりチップの収率が落ちる。更にサファイアは硬度が高く、六方晶の結晶構造である。そのため、サファイアを成長基板として使う場合はサファイア基板をスクライブによりチップ分離する必要があり、他の基板に比べて製造工程を増加しなければならない。
上記第1の保護膜4における突出領域の上面は、エッチング等で粗面を形成すれば、該面からの光り取り出しを向上することができる。その他の構成として、前記突出領域の上面に屈折率n 3 である保護膜40を有する構成がある。該保護膜40と第1の保護膜4の屈折率n 2 との屈折率差が、半導体2の屈折率n 1 と第1の保護膜4の屈折率n 2 との屈折率差より小さい構成とする保護膜4bを形成すれば、屈折率差が小さい側に多く光が取り出されるため、外界に露出面を有する第1の保護膜4に多くの光が入射することで光り取り出し効率は高くなる。
本発明で用いられる前記蛍光物質の詳細を以下に示す。粒径は、中心粒径が6μm〜50μmの範囲が好ましく、より好ましくは15μm〜30μmであり、このような粒径を有する蛍光物質は光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。6μmより小さく蛍光物質は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降されるため、光の透過効率を減少させてしまう他、光の吸収率及び変換効率が悪く励起波長の幅も狭い。
本実施の形態で用いられる蛍光物質は、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発光された光により励起されて発光し、セリウム(Ce)あるいはプラセオジウム(Pr)で付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質をベースとした蛍光体(YAG系蛍光体)とすることができる。具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、YAlO 3 :Ce、Y 3 Al 5 O 12 :Ce(YAG:Ce)やY 4 Al 2 O 9 :Ce、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質にBa、Sr、Mg、Ca、Znの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Siを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることができる。
本発明で使用する蛍光物質は、Nを含み、かつBe、Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnから選択された少なくとも一種の元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含有させることができる。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、発光素子から出光した可視光、紫外線、あるいはYAG系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。特に本発明に係る蛍光体は、Mnが添加されたSr−Ca−Si−N:Eu、Ca−Si−N:Eu、Sr−Si−N:Eu、Sr−Ca−Si−O−N:Eu、Ca−Si−O−N:Eu、Sr−Si−O−N:Eu系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式L X Si Y N (2/3X+4/3Y) :Eu若しくはL X Si Y O Z N (2/3X+4/3Y−2/3Z) :Eu(Lは、Sr、Ca、SrとCaのいずれか。)で表される。一般式中、X及びYは、X=2、Y=5又は、X=1、Y=7であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Mnが添加された(Sr X Ca 1−X ) 2 Si 5 N 8 :Eu、Sr 2 Si 5 N 8 :Eu、Ca 2 Si 5 N 8 :Eu、Sr X Ca 1−X Si 7 N 10 :Eu、SrSi 7 N 10 :Eu、CaSi 7 N 10 :Euで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
3Sr + N 2 → Sr 3 N 2 ・・・(式1)
3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 ・・・(式2)
Sr、Caを、窒素雰囲気中、600〜900℃、約5時間、窒化する。Sr、Caは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Sr、Caの窒化物を得ることができる。Sr、Caの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
3Si + 2N 2 → Si 3 N 4 ・・・(式3)
ケイ素Siも、窒素雰囲気中、800〜1200℃、約5時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
以下に本実施形態に係る窒化物半導体素子の製造工程を図面を用い示す。
異種基板1上に、窒化物半導体を第2導電型の窒化物半導体層、発光層、第1導電型の窒化物半導体層の順に形成する。まずRIEなどにより部分的に表面をエッチングする。その後、酸素を含む雰囲気中で熱処理をする。エッチングされていない面の一部に第1導電型の窒化物半導体層表面とオーミック接触が得られ、反射率の高い第1の電極をパターン形成する。そして、第1の電極の形成されていない部分に第1絶縁性の保護膜を形成する。該保護膜の材料はSiO2などを用いることができ、またそれらの多層構造でも良い。さらにその上に、Alなどの高反射率の金属膜を形成しても良い。その後、ウエハ全面又はエッチングされていない部分に密着層、バリア層、共晶層から成る導電層を成膜する。導電層は貼り合わせ時に共晶させるものである。例えば、Ni−Pt−Au−Sn−Au、RhO−Pt−Au、RhO−Pt−Au−Sn−Au、Ti−Pt−Au−Sn−Au、Ti−Pt−Snを成膜する。
本実施形態における窒化物半導体素子は張り合わせ工程を2度行うものである(図13)。支持基板上に少なくとも第1の電極、発光層を有する窒化物半導体、第2の電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、第1の基板上に前記発光層を有する窒化物半導体を成長させ、該窒化物半導体の成長面に第2の基板を貼り合わせる第1の工程と、その後、前記第1の基板を除去させ、窒化物半導体層の露出面を形成する第2の工程と、その後、前記窒化物半導体の露出面に段差を形成する第3の工程と、その後、前記窒化物半導体層の露出面に第1の電極を介して支持基板を貼り合わせる第4の工程と、その後、前記第2の基板を除去させる第5の工程とを備えている。
まず、第1の基板101上に窒化物半導体102を成長させる(図13A)。その後、窒化物半導体層をエッチングする(図13B)。このエッチングは窒化物半導体層の割れ防止及びチップ分離を容易にするためであって、n型窒化物半導体を露出させる。また、エッチング後の窒化物半導体は膜厚1μm以上残すことで、第1の基板除去時に割れが発生を抑制することができる。次に、前記窒化物半導体102のエッチングされていない領域に第2の電極(p側電極)103を形成する(図13C)。その後、該窒化物半導体102上に第2の基板105を貼り合わせる(図13D)。第2の基板105を貼り合わせる接着層104にはエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂等の高分子材料やレジストを用いて、熱プレスによって貼り合わせる。熱プレスは100℃〜200℃で行う。
次に、第1の基板を除去させ、窒化物半導体102の露出面を形成する(図13E)。第1の基板101は研磨やエキシマレーザ照射によって除去される。第1の基板を除去した前記窒化物半導体102の露出面はさらにケミカルポリッシュにより平坦面を形成させる。
次に、前記窒化物半導体層の露出面に段差を形成する(図13F)。ここで、段差とは界面段差が0.1μm以上であって、段差形状はテーパー形状や逆テーパー形状である。また、前記段差形状の平面形状のパターンはストライプ状、格子状、島状、円状の凸部及び/又は凹部を有することで、矩形状、くし形状、メッシュ形状から選ぶことができる。例えば、円状の凸部を形成すれば、該円状凸部の直径幅は5μm以上、凹部溝の間隔は3μm以上とする。LED光の取り出し効率を向上させるには上記段差を有するのが効果的であって、さらに光反射率の高いアルミニウムを後工程で界面に介することで段差を有さない窒化物半導体発光素子に比べて光取り出し効率が1.5倍以上を実現できる。
次に、前記段差形成面に第1の電極106を形成し(図14A)、次に支持基板111を貼り合わせる(図14B)。貼り合わせ方法としては、AuSn系、PdSn系、InPd系等のメタライズ材料を表面に形成した支持基板111と、表面に第1の電極106を形成した窒化物半導体102とを向かい合わせて、プレスをしながら熱を加える。張り合わせ面には導電層113が形成される。この時の貼り合わせ温度は120℃以上、好ましくは150℃以上、300℃以下である。前記第1の電極は、前記窒化物半導体層との界面にアルミニウムを有する。また、支持基板8は、第1の電極と合金共晶によって接合されるため第1の電極106の表面にはSn,Inなどの共晶させるための金属を形成する。また、アルミニウムと共晶させるための金属との合金化を防止するために、Pt,W,Ni,Tiなどの高融点金属よりなるバリア層を形成しても良い。
その後、第5の工程で、第2の基板105を除去する(図14C)。これは貼り合わせ時よりも高い温度に加熱する。200℃以上に加熱すれば接合(接着)力が低下するため、第2の基板105は接着層104と共に除去される。この方法はエポキシ系樹脂を用いた接着を除去するのに有効である。また、アセトンやN−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤で接着層を溶解することも出来る。AuSn等を用いて共晶させている場合には、酸に浸漬して接合部を溶解させて分離させる。これらの方法は研磨との組み合わせでも用いることができる。
以下、実施例1のLED素子の製造方法について説明する。まず、サファイア(C面)よりなる異種基板1をMOVPEの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を1050℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
続いて、温度を510℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)とを用い、基板1上にAl0.25Ga0.75Nよりなるバッファ層を約100オングストロームの膜厚で成長させる。
バッファ層成長後、第1導電型の窒化物半導体層を以下の順に成長させる。まず、TMGのみを止めて、温度を1050℃まで上昇させる。1050℃になったら、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガスを用い、アンドープGaN層103を1.5μmの膜厚で成長させる。続いて1050℃で、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Siを4.5×1018/cm3ドープしたGaNよりなるn型コンタクト層を2.25μmの膜厚で成長させる。このn型コンタクト層の膜厚は2〜30μmであればよい。
次に、温度1050℃でTMG、TMA、アンモニア、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型Al0.2Ga0.8N層を40オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を800℃にして、TMG、TMI、アンモニア、Cp2Mgを用いMgを1×1020/cm3ドープしたIn0.03Ga0.97N層を25オングストロームの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し、交互に5層ずつ積層し、最後に前記p型Al0.2Ga0.8N層を40オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜を365オングストロームの膜厚で成長させる。
実施例1において、第1の電極であるp型電極をAgで形成する。前記p型電極の膜厚は2000Åであって、他の条件は実施例1と同様とする。以上によって得られるLED素子は出力6mW、Vfは3.3Vである。
実施例1において、膜厚が200μmであってCu50%、Mo50%から成る支持基板を用いる。その他の条件は実施例1と同様とする。以上によって得られるLED素子は出力4mW、Vfは2.9Vである。
前記実施例1において、n型電極を形成後、露出しているn型コンタクト層の表面にストライプ形状で凹凸形成を行う。凹部の深さは1.5μmとし、凹部幅を3μm、凸部幅を3μmとする。その他の条件は同様とする。このディンプル加工により、順方向電流20mAにおいて出力5.4mW、Vfは3.18Vである。順方向電流100mAにおいて出力21.3mW、Vfが3.44であった。
前記実施例1において、n型電極を形成後、露出しているn型コンタクト層の表面に凹凸形成を行う。凸部の平面形状を六角形とする。凸部幅は8μm、凹部幅は2μm、凹部の深さが1.5μmで形成をする。その他の条件は同様とする。このディンプル加工により、順方向電流20mAにおいて出力6mW、Vfは3.29Vである。また順方向電流20mAにおいて出力23.4mW、Vfが3.52であった。
前記実施例1において、n型電極を形成後、露出しているn型コンタクト層の表面に凹凸形成を行う。凹部を抜き取り、該凹部の平面形状を六角形とする。凸部幅は2μm、凹部幅は8μm、凹部の深さが1.5μmで形成をする。その他の条件は同様とする。このディンプル加工により、順方向電流20mAにおいて出力6.1mW、Vfは3.1Vである。また順方向電流20mAにおいて出力24.7mW、Vfが3.41であった。
実施例1において、p型電極の開口部であって窒化物半導体の露出面に第1絶縁性の保護膜SiO2を膜厚0.3μmで形成する。さらに、該絶縁膜上には反射膜であるAlを500Åで形成する。
実施例7において、保護膜ZrO2の凸部をテーパー角60°形状とする。その他の条件は同様とする。出力、Vfともに同等の特性が得られる。また、本実施例のLED素子は光取り出し効率は保護膜に凹凸がないものと比べて1.5倍となる。
実施例7において、第2絶縁性の保護膜をNb2O5(屈折率2.4)で膜厚1.5μmで成膜する。さらに該保護膜を3μm間隔で凹凸形成する。凸部の平面形状は円形であって、凹部の深さは1.0μmとする。他の条件は実施例1と同様とする。以上によって得られるLED素子は出力、Vfともに同等の特性が得られる。また、本実施例のLED素子は光取り出し効率は保護膜Nb2O5に凹凸がないものと比べて1.5倍以上となる。
実施例7において、第2絶縁性の保護膜をTiO2(屈折率2.7)で膜厚1.5μmで成膜する。さらに該保護膜を3μm間隔で凹凸形成する。凸部の平面形状は円形であって、凹部の深さは1.0μmとする。他の条件は実施例1と同様とする。以上によって得られるLED素子は出力、Vfともに同等の特性が得られる。また、本実施例のLED素子は光取り出し効率は保護膜TiO2に凹凸がないものと比べて1.5倍以上となる。
異種基板として、サファイヤ(C面)よりなる基板を用い、MOCVD反応容器内において水素雰囲気中、1050℃で表面のクリーニングを行った。バッファ層:続いて、水素雰囲気中、510℃でアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)を用い、基板上にGaNよりなるバッファ層2を約200Åの膜厚で成長させた。高温成長層:バッファ層成長後、TMGのみを止めて、温度を1050℃まで上昇させ、1050℃になったら、原料ガスにTMG、アンモニアを用い、アンドープGaNよりなる高温成長の窒化物半導体を5μmの膜厚で成長させた。次に、1050℃でTMG、TMA、アンモニア、シランを用い、Siを5×1017/cm3ドープしたn型Al0.07Ga0.93Nよりなるn型クラッド層5を3μmの膜厚で形成した。
異種基板の除去に際し、研磨法に代えてレーザ照射法を用いた以外は、実施例11と同様の条件により行った。
実施例11と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光物質としてYAGを含有したSiO2をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。
実施例13と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光物質としてYAGを含有したSiO2をコーティング層として形成した。
異種基板として、サファイヤ(C面)よりなる基板を用い、MOCVD反応容器内において水素雰囲気中、1050℃で表面のクリーニングを行った。
本実施例は、青色LED素子に関するものである。
実施例16と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光物質としてYAGを含有したSiO2をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。これにより、白色を呈する窒化物半導体発光素子が得られた。
実施例17と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光物質としてYAGを含有したSiO2をコーティング層として形成した。
異種基板として、サファイヤ(C面)よりなる基板を用い、MOCVD反応容器内において水素雰囲気中、1050℃で表面のクリーニングを行った。
サファイア基板上に窒化物半導体を成長させ、700℃でアニーリングをする。その後、窒化物半導体の表面をRIEにより4.5μmの深さでエッチングする。その後、第1の電極(p側電極)を材料Ni−Auで膜厚80Å−100Åで形成する。その後、酸素を含む雰囲気中で600℃で熱処理する。
前記実施例20において、窒化物半導体2に紫外発光LED素子を形成する。その他の条件は実施例20と同様にする。以下に窒化物半導体2の条件を示す。
前記実施例20において、第2の電極にRhを用いる。該第2の電極は6角形の網目状であって、網目状の間隔は5μmとし、また膜厚を2000Åとする。その他の条件は実施例20と同様にする。以上より得られるLED素子は実施例1と同程度の特性を示す。
前記支持基板を絶縁性のAlN基板とし、同一面に両電極を形成する(図17)。その他の条件は実施例23と同様にする。以上より得られるLED素子は順方向電流20mAにおいて、460nmの青色発光を示し、出力5mW以上、Vfは3.0Vである。
前記実施例1において、LED素子を導電性ワイヤーにて外部電極とLED素子との電気的導通を図った後、以下の方法によりLED素子の上に蛍光物質を含有したコーティング層を形成する。
実施例24と同様に調製した塗布液、あるいはセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体をシリコーン樹脂に含有させた材料を用いたスクリーン印刷によりコーティング層を形成させた。ここで、蛍光体をシリコーン樹脂に含有させた材料を使用する場合は、温度150℃1時間の条件のもとで硬化を行った。こうして出来上がった半導体ウエハーを、スクライブラインを引いた後、ダイシングにより分割させ発光素子としてLEDチップを形成させた。
実施例24において、窒化物半導体素子の露出表面に、メサ型あるいは逆メサ型、そして、平面形状は島状、格子状、矩形状、円状あるいは多角形状とすることができる。このようなディンプル加工を行った露出面および半導体層の側面に対して、実施例25と同様にコーティング層を形成する。前記コーティング層の厚みは、前記発光素子の上面、側面および角の上においてほぼ等しいことが好ましい。
実施例19において、p電極以外の露出面に絶縁性の保護膜SiO2を形成した後、p電極の上に、Rh−Ir−Ptから成る共晶形成層を形成する。その他の条件は実施例20と同様にする。以上により得られるLED素子は実施例1と同程度の特性を示す。
実施例19において、n型クラッド層を次のようにする他は同様にしてLEDを作成する。
サファイア基板上にGaNよりなるバッファ層2を510℃で約200Åの膜厚で成長させた。次に温度を1050℃まで上昇させ、1050℃になったら、原料ガスにTMG、アンモニアを用い、アンドープGaNよりなる高温成長の窒化物半導体を5μmの膜厚で成長させた。
次に、1050℃でTMG、TMA、アンモニア、シランを用い、Siを5×1017/cm3ドープしたn型Al0.18Ga0.82Nよりなるn型クラッド層を400Åの膜厚で形成した。
次に、温度を800℃にして、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、TMG、TMAを用い、SiドープのAl0.1Ga0.9Nよりなる障壁層、その上にアンドープのIn0.03Al0.02Ga0.95Nよりなる井戸層を、障壁層▲1▼/井戸層▲1▼/障壁層▲2▼/井戸層▲2▼/障壁層▲3▼の順に積層した。この時、障壁層▲1▼を200Å、障壁層▲2▼と▲3▼を40Å、井戸層▲1▼と▲2▼を70Åの膜厚で形成した。活性層は、総膜厚約420Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
次に、水素雰囲気中、1050℃でTMG、TMA、アンモニア、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1020/cm3ドープしたAl0.2Ga0.8Nよりなるp型クラッド層7を600Åの膜厚で成長させた。続いて、p型クラッド層上に、TMG、TMA、アンモニア、Cp2Mgを用いて、Mgを1×1019/cm3ドープしたAl0.04Ga0.96Nよりなる第2のp型コンタクト層を0.1μmの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してMgを2×1021/cm3ドープしたAl0.01Ga0.99Nよりなる第2のp型コンタクト層を0.02μmの膜厚で成長させた。
次に、研削によってサファイア基板を除去した後、露出したバッファ層または高温成長層を研磨して、さらにn型クラッド層のAlGaN層が露出するまで研磨して、面荒れを無くした。
実施例29と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光物質としてYAGを含有したSiO2をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。
実施例29と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光物質としてYAGを含有したSiO2をコーティング層として形成した。
サファイヤ(C面)よりなる異種基板を用い、MOCVD反応容器内において水素雰囲気中、1050℃で表面のクリーニングを行った。
続いて、水素雰囲気中、510℃でアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)を用い、基板上にGaNよりなるバッファ層2を約200Åの膜厚で成長させた。バッファ層成長後、TMGのみを止めて、温度を1050℃まで上昇させ、1050℃になったら、原料ガスにTMG、アンモニアを用い、アンドープGaNよりなる高温成長の窒化物半導体を5μmの膜厚で成長させた。
次に、1050℃でTMG、TMA、アンモニア、シランを用い、Siを1×1019/cm3ドープしたn型Al0.3Ga0.7Nよりなるn型クラッド層5を2.5μmの膜厚で形成した。
次に、温度を900℃にして、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、TMG、TMAを用い、Siを1×1019/cm3ドープしたAl0.08Ga0.92Nよりなる障壁層、その上にアンドープのIn0.1Ga0.9Nよりなる井戸層を、障壁層▲1▼/井戸層▲1▼/障壁層▲2▼/井戸層▲2▼/障壁層▲3▼/井戸層▲3▼/障壁層▲4▼の順に積層した。この時、障壁層▲1▼と▲2▼と▲3▼と▲4▼をそれぞれ370Å、井戸層▲1▼と▲2▼と▲3▼をそれぞれ80Åの膜厚で形成した。障壁層▲4▼のみアンドープとした。活性層は、総膜厚約1700Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
次に、水素雰囲気中、1050℃でTMG、TMA、アンモニア、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1020/cm3ドープしたAl0.2Ga0.8Nよりなるp型クラッド層7を370Åの膜厚で成長させた。
実施例1において得られた半導体発光装置を用いて、ヒートシンク(パッケージ)の開口部底面に前記半導体発光装置をエポキシ樹脂にてダイボンドする。ここでダイボンドに用いられる接合部材は特に限定されず、Au−Sn合金や導電性材料が含有された樹脂やガラス等を用いることができる。含有される導電性材料はAgが好ましく、含有量が80%〜90%であるAgペーストを用いると放熱性に優れて且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。次に、ダイボンドされた半導体発光装置の各電極と、パッケージ開口部底面から露出された各リード電極とをそれぞれAuワイヤにて電気的導通を取る(図20)。
実施例33において、封止部材中に蛍光物質を含有させる以外は、同様にして発光でデバイスを形成する。
実施例19で得られた半導体発光装置を前記実施例33と同様の条件で発光デバイスを形成する。本実施例にかかる発光デバイスは、発光素子からの出光を無駄なく主面側から出光させることができ、従来と比較して薄型化しつつ導光板の光入射面に対して広範囲に光を入射させることができる。
2…バッファ層
2…半導体
2a…第1導電型の半導体層(p型窒化物半導体)
2b…発光層
2c…第2導電型の半導体層(n型窒化物半導体)
3…第1の電極
4…第1の保護膜(第1絶縁性の保護膜)
4a…下層
4b…保護膜(窒化物半導体との界面側)
5…導電層(n型クラッド層)
6…第2の電極
7…第2絶縁性の保護膜(p型クラッド層)
9…保護膜
10…パット電極
8、11、111…支持基板
12、13…導電層
14…コーティング層
40…保護膜
101…第1の基板
102…窒化物半導体
103…アンドープGaN層
104…接着層
105…第2の基板
106…第1の電極
107…保護膜
113…導電層
Claims (29)
- 支持基板上に少なくとも導電層、第1の電極、発光層を有する窒化物半導体、第2の電極とを順に備えた窒化物半導体素子であって、
前記導電層上には第1の電極、及び第1絶縁性の保護膜を介して第1導電型の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。 - 前記第1の電極、及び第1絶縁性の保護膜が、第1導電型の窒化物半導体層と接していることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記第1の電極と第2の電極とは対向電極構造であって、第1の電極の上方には第2の電極が存在しないことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記窒化物半導体は第1導電型の窒化物半導体層、発光層、第2導電型の窒化物半導体層を備えており、最上層が第2導電型の窒化物半導体層であって、該第2導電型の窒化物半導体層は凹凸部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記窒化物半導体において、発光層以外の窒化物半導体層は、発光バンドギャップより大きいバンドギャップを持つことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記支持基板の線熱膨張係数は4〜10(×10−6/K)であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記支持基板はCu、Mo、Wから成る群から選ばれる少なくとも1つを含有していることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記支持基板におけるCuの含有量は50%以下であることを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体素子。
- 前記支持基板におけるMoの含有量は50%以上であることを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体素子。
- 前記支持基板におけるWの含有量は70%以上であることを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体素子。
- 前記第1絶縁性の保護膜は窒化物半導体と接しない側にAl、Ag、Rhから成る群から選ばれる少なくとも1つの金属層を形成していることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記金属層は導電層と接していることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体素子。
- 前記発光層が、AlaInbGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、a+b≦1)から成る井戸層と、AlcIndGa1−c−dN(0≦c≦1、0≦d≦1、c+d≦1)から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記発光層が、AlaInbGa1−a−bN(0<a≦1、0<b≦1、a+b<1)から成る井戸層と、AlcIndGa1−c−dN(0<c≦1、0<d≦1、c+d<1)から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であり、発光層の主面の一方に第1の導電型の半導体層とし、反対側の主面に第2の導電型の半導体層を有し、第2導電型の窒化物半導体層がAlを含有した窒化物半導体であることを特徴とする請求項13に記載の窒化物半導体素子。
- 前記第2導電型の窒化物半導体層が少なくとも2層からなり、該2層は、第2の電極側をAleGa1−eN(0<e<0.05)、発光層側をAlfGa1−fN(0<f<0.1)として、AleGa1−eN層はAlfGa1−fN層より高い不純物濃度を有することを特徴とする請求項14に記載の窒化物半導体素子。
- 前記第2導電型の窒化物半導体層が少なくとも2層からなり、該2層は、第2の電極側をAleGa1−eN、発光層側をAlfGa1−fN(f>e)として、AleGa1−eN層はAlfGa1−fN層より高い不純物濃度を有することを特徴とする請求項14に記載の窒化物半導体素子。
- 支持基板上に少なくとも導電層、第1の電極、発光層を有する窒化物半導体、第2の電極とを順に備えた窒化物半導体素子の製造方法であって、異種基板上に少なくとも第2導電型の窒化物半導体層、発光層、第1導電型の窒化物半導体層を有する窒化物半導体を成長させる工程と、その後、前記窒化物半導体の第1導電型の窒化物半導体層側に第1の電極を介して支持基板を貼り合わせる工程と、その後、前記異種基板を除去することで第2導電型の窒化物半導体層を露出させる工程とを備えた窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記貼り合わせ工程は共晶接合によって導電層を形成することを特徴とする請求項17に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記貼り合わせ工程は加熱圧着によって行われることを特徴とする請求項17に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記異種基板の除去工程はレーザー照射、研磨、によって行われることを特徴とする請求項17に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記発光層が、AlaInbGa1−a−bN(0<a≦1、0<b≦1、a+b<1)から成る井戸層と、AlcIndGa1−c−dN(0<c≦1、0<d≦1、c+d<1)から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であることを特徴とする請求項17に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記発光層が、AlaInbGa1−a−bN(0<a≦1、0<b≦1、a+b<1)から成る井戸層と、AlcIndGa1−c−dN(0<c≦1、0<d≦1、c+d<1)から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であり、第2導電型の窒化物半導体層がAlを含有した窒化物半導体であることを特徴とする請求項21に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体の露出表面となる第2導電型の窒化物半導体層に凹凸部を設ける工程を備えたことを特徴とする請求項17に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体の露出表面となる第2導電型の窒化物半導体層上に第2絶縁性の保護膜を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項17乃至23に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記第2絶縁性の保護膜に凹凸部を設ける工程を備えたことを特徴とする請求項24に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記第2絶縁性の保護膜の屈折率が1以上2.5以下であることを特徴とする請求項24に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体の露出表面をエッチングによりチップ状に窒化物半導体を分離する工程を備えたことを特徴とする請求項17に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 支持基板上に少なくとも導電層、第1の電極、発光層を有する窒化物半導体、第2の電極とを順に備えた窒化物半導体素子の製造方法であって、異種基板上に少なくともアンドープGaN層、第2導電型の窒化物半導体層、発光層、第1導電型の窒化物半導体層を有する窒化物半導体を成長させる工程と、その後、前記窒化物半導体の第1導電型の窒化物半導体層側に第1の電極を介して支持基板を貼り合わせる工程と、その後、前記異種基板及びアンドープGaNを除去することで第2導電型の窒化物半導体層を露出させる工程とを備えた窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記窒化物半導体において、発光層以外の窒化物半導体層は、発光バンドギャップより大きいバンドギャップを持つことを特徴とする請求項28に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
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