JP2009238834A - Support substrate having nitride-based semiconductor layer, and method of forming same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物系半導体層を有する支持基板およびその形成方法に関する。 The present invention relates to a support substrate having a nitride-based semiconductor layer and a method for forming the same.
従来、窒化ガリウム(GaN)などの窒化物系材料からなる発光素子は、DVDシステムなどに用いられる記録/再生用の光源として405nm青紫色半導体レーザ(LD)として実用化が進んでいる。また、窒化物系材料を用いた青色や緑色で発振する半導体レーザ素子の開発が行われている。そして、近年、GaN基板の極性面((0001)面)上に形成した発光素子では、大きなピエゾ電界の影響により発光効率が低下することを考慮して、GaN基板の非極性面(m面(1−100)面やa面(11−20)面など)上に結晶成長により発光素子層を形成した半導体レーザ素子が提案されている(たとえば、特許文献1および非特許文献2参照)。
Conventionally, a light emitting element made of a nitride material such as gallium nitride (GaN) has been put into practical use as a 405 nm blue-violet semiconductor laser (LD) as a recording / reproducing light source used in a DVD system or the like. In addition, semiconductor laser elements that oscillate in blue or green using nitride-based materials have been developed. In recent years, a light-emitting element formed on a polar surface ((0001) surface) of a GaN substrate takes into account that the light emission efficiency is lowered due to the influence of a large piezoelectric field, so that the non-polar surface (m-plane ( A semiconductor laser device has been proposed in which a light emitting device layer is formed by crystal growth on a 1-100) plane or an a-plane (11-20) plane (see, for example,
上記特許文献1および非特許文献2に開示された半導体レーザ装置では、製造プロセス上、発光素子層(半導体層)をGaN基板の平坦な主表面上に結晶成長させて形成するために、結晶成長の過程において、発光素子層の上面(主表面)は一定の平坦性が確保される。しかしながら、発光素子層の平坦性をより確実に形成するという点を考慮した場合、上記特許文献1および非特許文献2に開示された半導体レーザ装置の製造プロセスでは、発光素子層の平坦性を確実に得るのが不十分であると考えられる。このため、上記特許文献1および非特許文献2に開示された半導体レーザ装置の製造プロセスでは、半導体層の表面の平坦性をより向上させるのが困難であるという問題点がある。
In the semiconductor laser devices disclosed in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、半導体層の表面の平坦性をより向上させることが可能な窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to have a nitride-based semiconductor layer capable of further improving the flatness of the surface of the semiconductor layer. It is to provide a method for forming a support substrate.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法は、成長用基板の主表面に凹部を形成する工程と、成長用基板の主表面に、{A+B、A、−2A−B、L}面(AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる主表面と、凹部の一方の内側面を起点とした(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面(ここでA≧0およびB≧0であり、かつ、AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる側面とを含む窒化物系半導体層を形成する工程と、窒化物系半導体層に支持基板を接合する工程とを備え、凹部が、成長用基板の主表面と窒化物系半導体層の(0001)面とに実質的に平行な方向に延びる。 In order to achieve the above object, a method for forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the first aspect of the present invention includes a step of forming a recess in a main surface of a growth substrate, and a main surface of the growth substrate. In addition, a main surface consisting of {A + B, A, -2A-B, L} plane (an integer in which at least one of A and B is not 0) and one inner side surface of the recess are used as starting points (000-1 ) Plane or a side plane consisting of {A + B, A, −2A−B, 2A + B} plane (where A ≧ 0 and B ≧ 0, and at least one of A and B is not 0). And a step of bonding a support substrate to the nitride-based semiconductor layer, wherein the recess has a main surface of the growth substrate and a (0001) plane of the nitride-based semiconductor layer. Extending in a direction substantially parallel to the.
この発明の第1の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法では、上記のように、成長用基板の主表面に凹部を形成する工程と、成長用基板の主表面に、{A+B、A、−2A−B、L}面からなる主表面と、凹部の一方の内側面を起点とした(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面とを含む窒化物系半導体層を形成する工程とを備えることによって、窒化物系半導体層が基板上に結晶成長する際に、成長層の上面(主表面)(窒化物系半導体層の{A+B、A、−2A−B、L}面)が成長する成長速度よりも、凹部の一方の内側面を起点とした(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面が形成される成長速度が遅いので、成長層の上面(主表面)が平坦性を保ちながら成長する。これにより、(000−1)面や{A+B、A、−2A−B、2A+B}面を形成しない場合の窒化物系半導体層の成長層表面と比較して、半導体層の表面の平坦性をより向上させることができる。なお、この理由は、以下の通りと考えられる。 In the method for forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the first aspect of the present invention, as described above, the step of forming a recess in the main surface of the growth substrate, and the main surface of the growth substrate include { (000-1) plane starting from the main surface consisting of A + B, A, -2A-B, L} plane and one inner side surface of the recess, or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane And forming a nitride-based semiconductor layer including a side surface comprising the upper surface (main surface) of the growth layer (the nitride-based semiconductor layer) when the nitride-based semiconductor layer is crystal-grown on the substrate. (A + B, A, −2A−B, L} plane) grows faster than the (000-1) plane starting from one inner surface of the recess, or {A + B, A, −2A−B, Since the growth rate at which the side surface of 2A + B} surface is formed is slow, the upper surface (main surface) of the growth layer is flat. To grow while maintaining the gender. Thereby, the flatness of the surface of the semiconductor layer is compared with the growth layer surface of the nitride-based semiconductor layer when the (000-1) plane or the {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane is not formed. It can be improved further. The reason for this is considered as follows.
(000−1)面や{A+B、A、−2A−B、2A+B}面のような成長速度の遅い面は表面エネルギーが小さい一方、成長速度の速い面の一例として、たとえば(1−100)面などは表面エネルギーが大きいと考えられる。結晶成長中の表面は、表面エネルギーが小さい方がより安定であるため、上記(1−100)面のみを成長面とした結晶成長を行う場合、(1−100)面よりも表面エネルギーが小さい(1−100)面以外の面が現れやすくなる。この結果、成長面(主表面)の平坦性が損なわれやすい。一方、本発明では、たとえば主表面として成長させる(1−100)面などよりも表面エネルギーの小さい(000−1)面や{A+B、A、−2A−B、2A+B}面を形成しながら成長面((1−100)面)を成長させるので、上記(1−100)面のみを成長面とした結晶成長を行う場合に比べて、成長面(主表面)の表面エネルギーを小さくすることができる。これにより、成長面の平坦性が改善されると考えられる。 Surfaces with a slow growth rate such as the (000-1) plane and the {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane have a small surface energy, while examples of a surface with a high growth rate include (1-100) Surfaces are considered to have a large surface energy. Since the surface during crystal growth is more stable when the surface energy is small, the surface energy is smaller than that of the (1-100) plane when performing crystal growth with only the (1-100) plane as the growth plane. Surfaces other than the (1-100) surface are likely to appear. As a result, the flatness of the growth surface (main surface) tends to be impaired. On the other hand, in the present invention, for example, the (000-1) plane or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane having a smaller surface energy than the (1-100) plane grown as the main surface is formed. Since the plane ((1-100) plane) is grown, the surface energy of the growth plane (main surface) can be reduced compared to the case where crystal growth is performed using only the (1-100) plane as the growth plane. it can. This is thought to improve the flatness of the growth surface.
また、凹部の一方の内側面を起点として(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面を含む窒化物系半導体層を形成する工程を備えることによって、成長層の上面のみならず側面部についても(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる平坦な側面として形成することができる。したがって、この発明の窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法を半導体レーザ素子の形成方法に適用すれば、劈開工程を用いることなく、(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる共振器端面を有する窒化物系半導体層(発光層)を容易に形成することができる。 Moreover, by providing a step of forming a nitride-based semiconductor layer including a side surface composed of a (000-1) plane or a {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane starting from one inner side surface of the recess, Not only the upper surface of the growth layer but also the side surface portion can be formed as a flat side surface composed of (000-1) plane or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane. Therefore, if the method for forming a support substrate having a nitride semiconductor layer according to the present invention is applied to a method for forming a semiconductor laser device, the (000-1) plane or {A + B, A, -2A is used without using a cleavage step. A nitride-based semiconductor layer (light emitting layer) having a resonator end face made of a -B, 2A + B} plane can be easily formed.
上記第1の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層に支持基板を接合する工程の後に、成長用基板を除去する工程をさらに備える。このように構成すれば、除去後の成長用基板に表面処理などを行うことによって、この成長用基板を窒化物系半導体層の形成時の成長用基板として再度利用することができる。 The method for forming a support substrate having a nitride semiconductor layer according to the first aspect preferably further includes a step of removing the growth substrate after the step of bonding the support substrate to the nitride semiconductor layer. If comprised in this way, by performing surface treatment etc. to the growth substrate after a removal, this growth substrate can be utilized again as a growth substrate at the time of formation of a nitride type semiconductor layer.
上記第1の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法において、好ましくは、成長用基板は、窒化物系半導体からなる。このように構成すれば、窒化物系半導体からなる成長用基板上に窒化物系半導体層の結晶成長を利用して、(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面を有する窒化物系半導体層を容易に形成することができる。 In the method for forming a support substrate having a nitride semiconductor layer according to the first aspect, the growth substrate is preferably made of a nitride semiconductor. If comprised in this way, the (000-1) plane or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} will be utilized using the crystal growth of a nitride-type semiconductor layer on the growth substrate which consists of a nitride-type semiconductor. It is possible to easily form a nitride-based semiconductor layer having side surfaces.
上記第1の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法において、好ましくは、成長用基板の主表面は、(1−100)面または(11−20)面のいずれかである。この場合に、本発明を、主表面がm面((1−100)面)やa面((11−20)面)の成長用基板上に窒化物系半導体層からなるレーザ素子層(発光層)を形成する場合に適用すれば、発光層に発生するピエゾ電場の影響が抑制されることによって、発光効率を向上させることができる。また、窒化物系半導体層の[0001]方向に沿って導波路を形成することにより半導体レーザの利得を向上させる場合に、[0001]方向と垂直な方向に延びる一対の共振器端面((0001)面および(000−1)面の組み合わせ)のうちの(000−1)端面を、窒化物系半導体層の結晶成長を利用して容易に形成することできる。 In the method for forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the first aspect, preferably, the main surface of the growth substrate is either the (1-100) plane or the (11-20) plane. In this case, the present invention is directed to a laser element layer (light emission) comprising a nitride-based semiconductor layer on a growth substrate whose main surface is an m-plane ((1-100) plane) or a-plane ((11-20) plane). If it is applied in the case of forming a layer), the light emission efficiency can be improved by suppressing the influence of the piezoelectric field generated in the light emitting layer. Further, when the gain of the semiconductor laser is improved by forming a waveguide along the [0001] direction of the nitride-based semiconductor layer, a pair of resonator end faces ((0001) extending in a direction perpendicular to the [0001] direction. ) Plane and (000-1) plane combination) can be easily formed by utilizing the crystal growth of the nitride-based semiconductor layer.
上記第1の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法において、好ましくは、内側面は(000−1)面を含み、窒化物系半導体層を形成する工程は、(000−1)面からなる内側面に対応する領域に、(000−1)面からなる側面を有する窒化物系半導体層を形成する工程を含む。このように構成すれば、成長用基板の主表面上に(000−1)面からなる側面を有する窒化物系半導体層を形成する際に、(000−1)面からなる凹部の内側面を引き継ぐようにして半導体層の(000−1)端面が形成されるので、(000−1)面からなる側面を成長用基板上に容易に形成することができる。 In the method for forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the first aspect, the inner surface preferably includes a (000-1) plane, and the step of forming the nitride-based semiconductor layer includes (000-1) ) Including a step of forming a nitride-based semiconductor layer having a side surface made of the (000-1) surface in a region corresponding to the inner side surface made of the surface. If comprised in this way, when forming the nitride-type semiconductor layer which has a side surface which consists of a (000-1) plane on the main surface of a growth substrate, the inner side surface of the recessed part which consists of a (000-1) plane Since the (000-1) end face of the semiconductor layer is formed so as to succeed, the side face made of the (000-1) face can be easily formed on the growth substrate.
上記第1の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法において、好ましくは、成長用基板は、下地基板と、下地基板上に形成された下地層とを含む。このように構成すれば、下地層に形成された凹部の内側面を利用して、(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面を有する窒化物系半導体層を容易に形成することができる。 In the method for forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the first aspect, the growth substrate preferably includes a base substrate and a base layer formed on the base substrate. If comprised in this way, the nitride type | system | group which has the side surface which consists of a (000-1) surface or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} surface using the inner surface of the recessed part formed in the base layer. A semiconductor layer can be formed easily.
上記第1の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法において、好ましくは、下地層はAlGaNを含み、下地基板および下地層の格子定数を、それぞれ、c1およびc2とした場合、c1>c2の関係を有する。このように構成すれば、下地基板上にAlGaNからなる下地層を形成する際に、下地層の格子定数c2が下地基板の格子定数c1よりも小さい(c1>c2)ので、下地基板側の格子定数c1に合わせようとして下地層の内部に引張応力が生じる。この結果、下地層の厚みが所定の厚み以上の場合にはこの引張応力に耐え切れずに下地層には(000−1)面に沿ってクラックが形成される。これにより、下地層上に窒化物系半導体層の(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面を形成するための基準となる側面(凹部の内側面)を、容易に下地層に形成することができる。 In the method for forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the first aspect, preferably, the underlayer includes AlGaN, and the lattice constants of the undersubstrate and the underlayer are c 1 and c 2 , respectively. , C 1 > c 2 . With this configuration, when forming the base layer made of AlGaN on the base substrate, the lattice constant c 2 of the base layer is smaller than the lattice constant c 1 of the base substrate (c 1 > c 2 ). tensile stress is caused inside the underlayer in response to the lattice constant c 1 on the substrate side. As a result, when the thickness of the underlayer is equal to or greater than the predetermined thickness, cracks are formed along the (000-1) plane in the underlayer without enduring this tensile stress. Thereby, the side surface (inner side surface of the recess) serving as a reference for forming the (000-1) plane or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane of the nitride-based semiconductor layer on the base layer, It can be easily formed on the base layer.
上記第1の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法において、好ましくは、成長用基板の主表面に凹部を形成する工程は、下地層に、成長用基板の主表面と下地層の(0001)面とに実質的に平行な方向に延びるクラックを形成する工程をさらに含む。このように構成すれば、下地層に形成されたクラックの片面(クラックの一方の内側面)を基準として、(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面を有する窒化物系半導体層を容易に形成することができる。 In the method of forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the first aspect, preferably, the step of forming a recess in the main surface of the growth substrate includes the main surface of the growth substrate and the base layer in the base layer. Forming a crack extending in a direction substantially parallel to the (0001) plane. If comprised in this way, it will consist of (000-1) surface or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} surface on the basis of the single side | surface (one inner side surface of a crack) of the crack formed in the base layer. A nitride-based semiconductor layer having side surfaces can be easily formed.
この発明の第2の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板は、{A+B、A、−2A−B、L}面(AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる主表面と、成長用基板に形成された凹部の一方の内側面を起点とした(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面(ここでA≧0およびB≧0であり、かつ、AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる側面とを含む窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層に接合される支持基板とを備える。 A support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the second aspect of the present invention is mainly composed of {A + B, A, −2A−B, L} planes (an integer in which at least one of A and B is not 0). (000-1) plane starting from the surface and one inner side surface of the recess formed in the growth substrate, or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane (where A ≧ 0 and B And a nitride-based semiconductor layer including a side surface formed of a side surface formed of at least one of A and B that is not an integer of 0 and a support substrate bonded to the nitride-based semiconductor layer.
この発明の第2の局面による窒化物系半導体層を有する支持基板では、上記のように、{A+B、A、−2A−B、L}面からなる主表面と、成長用基板に形成された凹部の一方の内側面を起点とした(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面とを含む窒化物系半導体層を備えることによって、窒化物系半導体層が基板上に結晶成長する際に、成長層の上面(主表面)(窒化物系半導体層の{A+B、A、−2A−B、L}面)が成長する成長速度よりも、凹部の一方の内側面を起点とした(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面が形成される成長速度が遅いので、成長層の上面(主表面)が平坦性を保ちながら成長する。したがって、この発明の窒化物系半導体層を有する支持基板を半導体レーザ素子に適用すれば、(000−1)面や{A+B、A、−2A−B、2A+B}面を形成しない場合の窒化物系半導体層の成長層表面と比較して、半導体層の表面の平坦性をより向上させた半導体レーザ素子を形成することができる。また、窒化物系半導体層が、成長用基板に形成された凹部の一方の内側面を起点とした(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面を含むことによって、成長層の上面のみならず側面部についても(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる平坦な側面として形成することができる。 In the support substrate having the nitride-based semiconductor layer according to the second aspect of the present invention, as described above, the support substrate was formed on the main surface composed of the {A + B, A, -2A-B, L} plane and the growth substrate. By providing a nitride-based semiconductor layer including a (000-1) plane starting from one inner side surface of the recess, or a side surface comprising a {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane, a nitride More than the growth rate at which the upper surface (main surface) of the growth layer (the {A + B, A, -2A-B, L} plane of the nitride-based semiconductor layer) grows when the semiconductor layer grows on the substrate. Since the growth rate at which the (000-1) plane starting from one inner side surface of the recess or the side surface comprising the {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane is formed is low, the upper surface (main surface of the growth layer) ) Grows while maintaining flatness. Therefore, if the support substrate having the nitride-based semiconductor layer of the present invention is applied to a semiconductor laser device, the nitride in the case where the (000-1) plane or the {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane is not formed. A semiconductor laser device can be formed in which the flatness of the surface of the semiconductor layer is further improved as compared with the surface of the growth layer of the system semiconductor layer. The nitride-based semiconductor layer has a (000-1) plane starting from one inner side surface of the recess formed in the growth substrate or a side surface composed of a {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane. By including, not only the upper surface of the growth layer but also the side surface portion can be formed as a flat side surface composed of the (000-1) plane or the {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法を用いて形成した半導体素子の概略的な構成を説明するための断面図である。図1を参照して、本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本発明による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法を用いて形成した半導体素子の概略的な構成について、LEDチップ10を例として説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a schematic configuration of a semiconductor element formed by using the method for forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the present invention. Before describing a specific embodiment of the present invention with reference to FIG. 1, a schematic configuration of a semiconductor element formed by using a method for forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the present invention will be described. The
図1に示すように、窒化物系半導体層9aは、支持基板6と接合されている。窒化物系半導体層9aには、側面10aと窒化物系半導体層9aの主表面に対して傾斜した側面10bとが形成されている。ここで、側面10aまたは側面10bの一方は(000−1)面からなる。さらに、側面10aまたは側面10bの他方は、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面(ここでA≧0およびB≧0であり、かつ、AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the nitride-based
また、支持基板6としては、導電性を有する基板を用いてもよいし、絶縁性を有する基板を用いてもよい。導電性を有する基板としては、たとえば、Cu−W系、AlおよびFe−Ni系などの金属板や、単結晶のSi、SiC、GaAsおよびZnOなどの半導体基板や、多結晶のAlN基板を用いてもよい。また、金属などの導電性の微粒子を分散させた導電性樹脂フィルムや、金属および金属酸化物の複合材料などを用いてもよいし、金属を含侵した黒鉛粒子焼結体で構成される炭素および金属の複合材料を用いてもよい。また、導電性を有する基板を用いる場合、半導体層を接合する側と反対側の表面(上面)に電極を形成してもよい。また、支持基板6として半導体基板を用いてもよい。 Further, as the support substrate 6, a conductive substrate may be used, or an insulating substrate may be used. As the substrate having conductivity, for example, a metal plate such as Cu-W, Al and Fe-Ni, a semiconductor substrate such as single crystal Si, SiC, GaAs and ZnO, or a polycrystalline AlN substrate is used. May be. Further, a conductive resin film in which conductive fine particles such as metal are dispersed, a composite material of a metal and a metal oxide, or the like, or carbon composed of a graphite particle sintered body impregnated with a metal may be used. Alternatively, a metal composite material may be used. When a conductive substrate is used, an electrode may be formed on the surface (upper surface) opposite to the side where the semiconductor layer is bonded. Further, a semiconductor substrate may be used as the support substrate 6.
また、窒化物系半導体層9aの支持基板6側には、第2電極5が形成されていてもよい。また、支持基板6と窒化物系半導体層9aとの間に接合層があることが好ましい。接合層は、半田や導電性ペーストなどの材料からなる層を用いることができる。半田としては、AuSn、InSn、SnAgCu、SnAgBi、SnAgCuBi、SnAgBiIn、SnZn、SnCu、SnBiおよびSnZnBiなどからなる半田を用いることができる。
The
ここで、半導体素子が発光素子の場合、一般的に、窒化物系半導体層9aは、第1半導体層1上に、発光層2が形成されている。発光層2上には、第2半導体層3が形成されている。発光層2のバンドギャップを、第1半導体層1および第2半導体層3のバンドギャップよりも小さくして二重ヘテロ構造を形成することによって、発光層2にキャリアを閉じ込めやすくすることができるとともに、LEDチップ10の発光効率を向上させることが可能である。また、発光層2を単一量子井戸(SQW)や多重量子井戸(MQW)構造とすることにより、さらに発光効率を向上させることが可能である。この量子井戸構造の場合、井戸層の厚みが小さいので、井戸層が歪みを有する場合においても、井戸層の結晶性が悪化するのを抑制することができる。なお、井戸層は、発光層2の主表面2aの面内方向に圧縮歪みを有する場合であっても、面内方向に引っ張り歪みを有する場合であっても、結晶性が悪化するのが抑制される。また、発光層2は、アンドープでもよく、ドーピングされていてもよい。なお、第1半導体層1は、本発明の「成長用基板」および「窒化物系半導体層」の一例であり、発光層2および第2半導体層3は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
Here, when the semiconductor element is a light emitting element, generally, in the nitride-based
また、pn接合型のLEDチップ10では、第1半導体層1と第2半導体層3とは互いに異なる導電性を有する。第1半導体層1がp型であり第2半導体層3がn型であってもよいし、第1半導体層1がn型であり第2半導体層3がp型であってもよい。
In the pn junction
また、第1半導体層1および第2半導体層3は、発光層2よりもバンドギャップの大きいクラッド層(図示せず)などを含んでいてもよい。また、第1半導体層1および第2半導体層3は、それぞれ、発光層2側から近い順に、クラッド層とコンタクト層(図示せず)とを含んでいてもよい。この場合、コンタクト層は、クラッド層よりもバンドギャップが小さいことが好ましい。
The
また、第1半導体層1、発光層2および第2半導体層3は、AlN、InN、BN、TlNおよびこれらの混晶からなるウルツ構造の窒化物系半導体層により形成される。たとえば、量子井戸の発光層2としては、井戸層としてGaInN、障壁層として井戸層よりもバンドギャップの大きいAlGaN、GaNおよびGaInNを用いることができる。また、クラッド層およびコンタクト層としては、GaNおよびAlGaNを用いることができる。
The
また、第1電極4は、第1半導体層1上の一部の領域に形成してもよい。また、第1電極4は、透光性を有するのが好ましい。
Further, the first electrode 4 may be formed in a partial region on the
図2は、窒化物系半導体の結晶方位と、本発明における窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法を用いて半導体素子を形成する場合の成長用基板の主表面の法線方向の範囲を示した図である。次に、図2を参照して、半導体層の面方位と、成長用基板としてウルツ構造の窒化物系半導体または2H−SiCを成長用基板として用いるときの成長用基板の面方位とについて説明する。 FIG. 2 shows the range of the normal direction of the main surface of the growth substrate when the semiconductor element is formed using the crystal orientation of the nitride-based semiconductor and the method of forming the support substrate having the nitride-based semiconductor layer in the present invention. FIG. Next, with reference to FIG. 2, the plane orientation of the semiconductor layer and the plane orientation of the growth substrate when a nitride-based semiconductor having a wurtz structure or 2H—SiC is used as the growth substrate will be described. .
図2に示すように、符号7aで示される半導体層の主表面または成長用基板7の表面の法線方向は、それぞれ、[11−20]方向と略[10−10]方向とを結ぶ線300([C+D、C、−2C−D、0]方向(C≧0およびD≧0であり、かつ、CおよびDの少なくともいずれか一方が0ではない整数))、および、[11−20]方向と略[11−2−5]方向とを結ぶ線400([1、1、−2、−E]方向(0≦E≦5))、および、[10−10]方向と略[10−1−4]方向とを結ぶ線500([1、−1、0、−F]方向(0≦F≦4))、および、略[11−2−5]方向と略[10−1−4]方向とを結ぶ線600([G+H、G、−2G−H、−5G−4H]方向(G≧0およびH≧0であり、かつ、GおよびHの少なくともいずれか一方が0ではない整数))によって囲まれる範囲(斜線でハッチングされた領域)にある。
As shown in FIG. 2, the normal direction of the main surface of the semiconductor layer indicated by
また、m面((1−100)面)やa面((11−20)面)からなる半導体層上や成長用基板7上に窒化物系半導体層からなる発光素子を形成する場合、発光層(活性層)に発生するピエゾ電場の影響が抑制されることによって、発光効率を向上させることができる。また、窒化物系半導体層の[0001]方向に沿って導波路を形成することにより半導体レーザの利得を向上させる場合、[0001]方向と垂直な方向に延びる一対の共振器端面((0001)面および(000−1)面)のうちの(000−1)端面側を、窒化物系半導体層の結晶成長を利用して容易に形成することできる。
Further, when a light-emitting element made of a nitride-based semiconductor layer is formed on a semiconductor layer made of m-plane ((1-100) plane) or a-plane ((11-20) plane) or on the
図3〜図5は、本発明による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法の概略を説明するための断面図である。次に、図1および図3〜図5を参照して、LEDチップ10の製造方法を例示しながら、本発明による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法の概略的な製造プロセスについて説明する。
3-5 is sectional drawing for demonstrating the outline of the formation method of the support substrate which has the nitride type semiconductor layer by this invention. Next, with reference to FIG. 1 and FIGS. 3 to 5, a schematic manufacturing process of the method for forming the support substrate having the nitride-based semiconductor layer according to the present invention will be described while illustrating the manufacturing method of the
まず、図3に示すように、所定の方向に延びる複数の凹部7aが形成された成長用基板7の上面上に、剥離層8を形成した後、側面10aと側面10bとを有するように、窒化物系半導体層9aを形成する。この際、成長用基板7と第1半導体層1との間にバッファ層を形成してもよい。
First, as shown in FIG. 3, after the
ここで、より具体的には、半導体層の主表面または成長用基板7の表面をa面((11−20)面)とすることにより、(000−1)面からなる側面10aと(11−22)面からなる側面10bとを形成することができる。また、半導体層の主表面または成長用基板7の表面をm面((1−100)面)とすることにより、(000−1)面からなる側面10aと(1−101)面からなる側面10bとを形成することができる。また、半導体層の主表面または成長用基板7の表面を(1−10−4)面とすることにより、(1−101)面からなる側面10aと(000−1)面からなる側面10bとを形成することができる。また、半導体層の主表面または成長用基板7の表面を(11−2−5)面とすることにより、(11−22)面からなる側面10aと(000−1)面からなる側面10bとを形成することができる。また、半導体層の主表面または成長用基板7の表面を(1−10−2)面とすることにより、(000−1)面からなる側面と(1−101)面からなる側面とを形成することができる。また、半導体層の主表面または成長用基板7の表面を(11−2−2)面とすることにより、(000−1)面からなる側面と(11−22)面からなる側面とを形成することができる。
More specifically, by setting the main surface of the semiconductor layer or the surface of the
剥離層8は、半導体層(第1半導体層1、発光層2および第2半導体層3)と比較して除去されやすい層や、機械的に分離されやすい層からなる。除去されやすい層としては、たとえば、半導体層と比較して融点や沸点が低い材料、半導体層と比較して分解しやすい材料、半導体層と比較して溶解しやすい材料、および、半導体層と比較して反応しやすい材料などからなる層がある。
The
また、半導体層をウルツ構造の窒化物系半導体により構成する場合、成長用基板7は、窒化物系半導体基板または異種基板を用いることが可能である。窒化物系半導体ではない異種基板としては、たとえば、六方晶構造および菱面体構造のα−SiC基板、GaAs基板、GaP基板、InP基板、Si基板、サファイア基板、スピネル基板およびLiAlO2基板などを用いることが可能である。また、a面((11−20)面)を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたr面((1−102)面)サファイア基板や、a面またはm面((1−100)面)を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたa面SiC基板またはm面SiC基板などを使用することも可能である。また、m面を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたLiAlO2やLiGaO2基板などの(100)面基板を使用することも可能である。なお、窒化物系半導体基板を用いることにより、最も結晶性のよい窒化物系半導体層を得ることができる。
Further, when the semiconductor layer is made of a nitride semiconductor having a wurtzite structure, the
その後、図4に示すように、窒化物系半導体層9aを支持基板6に接合する。そして、図5に示すように、窒化物系半導体層9aを成長用基板7から剥離する。この際、図5では、成長用基板7の下面側から剥離層8(破線で示す)に向かってレーザ照射を行い、剥離層8を蒸発させることによって窒化物系半導体層9aを成長用基板7から剥離する例を示している。最後に、図1に示すように、第1半導体層1の下面上に第1電極4を形成する。このようにして、本発明による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法を用いた半導体素子が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 4, the nitride-based
また、半導体素子が発光素子の場合、窒化物系半導体層9aとして、第1半導体層1、発光層2および第2半導体層3を順次形成する。その後、窒化物系半導体層9a上に、第2電極5を形成する。
When the semiconductor element is a light emitting element, the
本発明による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法では、上記のように、成長用基板7の主表面に複数の凹部7aを形成する工程と、成長用基板7の主表面上に、凹部7aの一方の内側面を起点とした(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面10aまたは側面10bを含む窒化物系半導体層9aを形成する工程とを備えることによって、窒化物系半導体層9aが基板上に結晶成長する際に、窒化物系半導体層9aの上面(主表面)が成長する成長速度よりも、凹部7aの一方の内側面を起点とした(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面10aまたは側面10bが形成される成長速度が遅いので、窒化物系半導体層9aの上面(主表面)が平坦性を保ちながら成長する。これにより、(000−1)面や{A+B、A、−2A−B、2A+B}面を形成しない場合の窒化物系半導体層の成長層表面と比較して、窒化物系半導体層9aの表面の平坦性をより向上させることができる。
In the method for forming a support substrate having a nitride-based semiconductor layer according to the present invention, as described above, the step of forming a plurality of
また、凹部7aの一方の内側面を起点として(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面10aまたは側面10bを含む窒化物系半導体層9aを形成する工程を備えることによって、窒化物系半導体層9aの上面のみならず側面部についても(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる平坦な側面として形成することができる。したがって、本発明を半導体レーザ素子の形成方法に適用すれば、劈開工程を用いることなく、(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる共振器端面を有する窒化物系半導体層(発光層)を容易に形成することができる。
Further, the nitride-based
また、窒化物系半導体層9aに支持基板6を接合する工程の後に、成長用基板7を除去する工程を備えることによって、除去後の成長用基板7に表面処理などを行うことにより、成長用基板7を窒化物系半導体層の形成時の成長用基板として再度利用することができる。
Further, by providing a step of removing the
また、窒化物系半導体からなる成長用基板7を用いることによって、窒化物系半導体からなる成長用基板7上に窒化物系半導体層9aの結晶成長を利用して、(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる側面10aまたは側面10bを有する窒化物系半導体層を容易に形成することができる。
Further, by using the
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図6は、本発明の第1実施形態による形成方法を用いて形成したLEDチップの構造を示した断面図である。図7〜図9は、それぞれ、図6に示した第1実施形態によるLEDチップの製造プロセスを説明するための平面図および断面図である。まず、図6および図9を参照して、第1実施形態による形成方法を用いて形成したLEDチップ30の構造について説明する。
(First embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of an LED chip formed using the forming method according to the first embodiment of the present invention. 7 to 9 are a plan view and a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the LED chip according to the first embodiment shown in FIG. First, the structure of the
この第1実施形態による形成方法を用いて形成したLEDチップ30は、a面((11−20)面)を主表面とするウルツ鉱構造の窒化物半導体からなる。また、LEDチップ30の形状は、平面的に見て(LEDチップ30の上面側から見て)、正方形状、長方形状、菱形または平行四辺形などの形状を有する。
The
また、LEDチップ30は、図6に示すように、発光素子層12が形成されている。また、発光素子層12には、約3μmの厚みを有するn型Al0.03Ga0.97Nからなるn型コンタクト層を兼ねるn型クラッド層13と、約2nmの厚みを有するGa0.7In0.3Nからなる井戸層(図示せず)と、Ga0.9In0.1Nからなる障壁層(図示せず)とを積層したMQW構造からなる発光層14とが形成されている。また、発光層14上には、約0.2μmの厚みを有するp型GaNからなるp型コンタクト層を兼ねるp型クラッド層15が形成されている。なお、発光素子層12、n型クラッド層13、発光層14およびp型クラッド層15は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
Further, the
ここで、第1実施形態では、n型クラッド層13からp型クラッド層15にかけて、発光素子層12の(000−1)面からなる結晶成長面12aと、(11−22)面からなる結晶成長面12bとによって複数の凹部20(図9参照)が形成されている。なお、結晶成長面12aは、本発明の「側面」の一例である。また、結晶成長面12aは、図9に示すように、後述する製造プロセス時にn型GaN基板11の主表面に予め形成された溝部21の(000−1)面からなる内側面21aを引き継ぐように、n型GaN基板11の主表面に対して略垂直な方向([11−20]方向)に延びるように形成されている。なお、n型GaN基板11は、本発明の「成長用基板」の一例である。また、図9に示すように、結晶成長面12bは、溝部21の(0001)面からなる内側面21bを起点とした傾斜面からなり、発光素子層12の上面(主表面)に対して鈍角をなすように形成されている。なお、溝部21および内側面21aは、それぞれ、本発明の「凹部」および「凹部の一方の内側面」の一例である。
Here, in the first embodiment, from the n-
また、図6に示すように、n型クラッド層13の下面上には、ITOからなるn側透光性電極16が形成されている。また、n側透光性電極16上の一部の領域には、Auからなるパッド電極17が形成されている。また、凹部20(図9参照)には、発光波長に対して透明なSiO2などの絶縁膜22が所定の厚みを有するように形成されている。そして、略V字形状の絶縁膜22の上面とp型クラッド層15の上面とを覆うように、p型クラッド層15から近い順に約5nmの厚みを有するPt層と約200nmの厚みを有するAg層と約100nmの厚みを有するW(タングステン)層とからなるp側電極18が形成されている。このp側電極18は、Ag層を含むことにより発光層14が発する光をn側透光性電極16側に反射させる機能を有する。また、p側電極18には、AuSnからなる接合層33を介して、約100μmの厚みを有するCuWからなる支持基板32が接合されている。
Further, as shown in FIG. 6, an n-side
次に、図5〜図9を参照して、第1実施形態によるLEDチップ30の製造プロセスについて説明する。
Next, a manufacturing process of the
まず、図7に示すように、エッチング技術を用いて、n型GaN基板11のa面((11−20)面)からなる主表面に、[0001]方向(A方向)に約5μmの幅W1を有するとともに、約2μmの深さを有し、[1−100]方向(B方向)に延びる複数の溝部21を形成する。なお、図7では、太い斜線部分が溝部21としてエッチングされた領域である。また、溝部21は、A方向に、約50μm(=W1+L1(L1=約45μm))周期でストライプ状に形成される。
First, as shown in FIG. 7, a width of about 5 μm in the [0001] direction (A direction) is formed on the main surface composed of the a-plane ((11-20) plane) of the n-
ここで、第1実施形態の製造プロセスでは、図8に示すように、溝部21には、n型GaN基板11の(11−20)面に対して略垂直な(000−1)面からなる内側面21aと、n型GaN基板11の(11−20)面に対して略垂直な(0001)面からなる内側面21bとが形成される。
Here, in the manufacturing process of the first embodiment, as shown in FIG. 8, the
次に、有機金属気相成長(MOCVD)法を用いて、溝部21を有するn型GaN基板11上に、約20nmの厚みを有するIn0.35Ga0.65Nからなる剥離層31、n型クラッド層13、発光層14およびp型クラッド層15などを順次積層することにより、発光素子層12を形成する。ここで、剥離層31は、発光層14のMQW活性層よりもバンドギャップが小さい材料からなる。具体的には、第1実施形態においては、剥離層31は、発光層14のMQW活性層のInGaNよりもIn組成の高いInGaNが用いられる。
Next, a
この際、第1実施形態では、図9に示すように、n型GaN基板11上に発光素子層12を成長させた場合、[1−100]方向に延びる溝部21の(000−1)面からなる内側面21aにおいて、発光素子層12は、溝部21の(000−1)面を引き継ぐように[11−20]方向(C2方向)に延びる(000−1)面からなる結晶成長面12aを形成しながら結晶成長する。
At this time, in the first embodiment, as shown in FIG. 9, when the light emitting
また、溝部21の(000−1)面に対向する(0001)面(内側面21b)側では、発光素子層12は、[11−20]方向(C2方向)に対して所定の角度(=約58°)傾斜した方向に延びる(11−22)面からなる結晶成長面(ファセット)12bを形成しながら結晶成長する。すなわち、結晶成長面12bは発光素子層12の上面(主表面)に対して鈍角をなすように形成される。これにより、発光素子層12の結晶成長面12aと結晶成長面12bとが対向する領域(凹部20)が、発光素子層12から支持基板32(図6参照)に向かって広がるように形成されるので、発光層14からのLED光を発光素子層12の下面側(n型クラッド層13側)からC1方向(図6参照)に直接的に取り出すことに加えて、発光素子層12の主表面に対して傾斜した結晶成長面12bで反射させて発光素子層12の下面側からC1方向に取り出すことができる。これにより、LEDチップ30の発光効率をより向上させることが可能である。
Further, on the (0001) plane (
なお、発光素子層12を上述の方法により形成することによって、溝部21などが無い平坦な基板上に積層された発光素子層12に対してエッチング加工により結晶成長面12aまたは結晶成長面12bに相当する側面を形成する場合と異なり、結晶成長面12aおよび12bの形成にエッチング加工を必要としないので、LEDチップ30の製造プロセスが簡素化される。また、結晶成長面12aおよび12bは、ドライエッチングなどにより形成されないので、製造プロセス上、発光層14などに損傷が生じにくい。これにより、発光層14からの光の取り出し効率を向上させることが可能である。
In addition, by forming the light emitting
また、発光素子層12に、結晶成長面12aと結晶成長面12bとからなる複数の凹部20が形成されるので、発光素子層12は凹部20によって横方向(図9のA方向)に分離される。これにより、後述する製造プロセスにおいて、発光素子層12に支持基板32を接合する際、および、発光素子層12からn型GaN基板11を剥離する際の応力に起因して、発光素子層12にクラックが生じるのを抑制することが可能である。
Further, since the light emitting
その後、図6に示すように、発光素子層12の結晶成長面12a((000−1)面)および結晶成長面12b((11−22)面)に挟まれた凹部20(溝部21を含む溝部21の上部の領域)の上面に所定の厚みを有するように絶縁膜22を形成する。そして、絶縁膜22および発光素子層12の上面を覆うようにp側電極18を形成した後に、p側電極18側と支持基板32とをAuSnからなる接合層33を介して接合する。
Thereafter, as shown in FIG. 6, the
そして、図5に示した製造プロセスと同様に、n型GaN基板11の下面側から剥離層31に向かってレーザ照射を行う。その際、Nd:YAGレーザ光の第2高調波(波長:約532nm)を、約500mJ/cm2〜約2000mJ/cm2のエネルギ密度に調整した上で、n型GaN基板11の下面側からn型GaN基板11に向けて断続的(パルス状)に照射する。これにより、剥離層31の結晶結合が分解されて蒸発するとともに、発光素子層12側がn型GaN基板11から剥離される。なお、約532nmの波長を有するレーザ光は、剥離層31において吸収される一方、基板(n型GaN基板11および支持基板32)および発光素子層12では吸収されない。
Then, similarly to the manufacturing process shown in FIG. 5, laser irradiation is performed from the lower surface side of the n-
最後に、図6に示すように、n型クラッド層13の下面上にITOのn側透光性電極16を形成するとともに、n側透光性電極16の下面上の所定の領域にパッド電極17を形成する。このようにして、第1実施形態によるLEDチップ30が形成される。
Finally, as shown in FIG. 6, an ITO n-side
第1実施形態によるLEDチップ30の製造プロセスでは、上記のように、n型GaN基板11の主表面に溝部21を形成する工程と、n型GaN基板11の主表面に、(11−20)面からなる主表面と、溝部21の内側面21aを起点とした(000−1)面からなる結晶成長面12a、および、溝部21の内側面21bを起点とした(11−22)面からなる結晶成長面12bとを含む発光素子層12を形成する工程とを備えることによって、発光素子層12がn型GaN基板11上に結晶成長する際に、成長層の上面(発光素子層12の(11−20)面)が成長する成長速度よりも、溝部21の内側面21aを起点とした(000−1)面からなる結晶成長面12a、および、溝部21の内側面21bを起点とした(11−22)面からなる結晶成長面12bが形成される成長速度が遅いので、成長層の上面(発光素子層12の(11−20)面)が平坦性を保ちながら成長する。これにより、(000−1)面や(11−22)面を形成しない場合の発光素子層12の成長層表面と比較して、発光素子層12の表面の平坦性をより向上させることができる。
In the manufacturing process of the
また、第1実施形態によるLEDチップ30の製造プロセスでは、溝部21の内側面21aを起点として(000−1)面からなる結晶成長面12a、および、溝部21の内側面21bを起点として(11−22)面からなる結晶成長面12bを含む発光素子層12を形成する工程を備えることによって、成長層の上面(主表面)のみならず側面部についても(000−1)面および(11−22)面からなる平坦性を有する側面として形成することができる。これにより、発光素子層12内部における発光層14の発するLED光は、エッチングなどより微細な凹凸形状が形成された側面を透過する場合と異なり、結晶成長面12a((000−1)面)および結晶成長面12b((11−22)面)で散乱するのが抑制される。すなわち、発光層14の発する光は、散乱などに伴う光量の減少が抑制された状態でLEDチップ30の外部に向けて出射される。この結果、LEDチップ30の発光効率が低下するのを抑制することができる。
In the manufacturing process of the
また、第1実施形態によるLEDチップ30の製造プロセスでは、発光素子層12に支持基板32を接合する工程の後に、n型GaN基板11を除去する工程をさらに備えることによって、除去後のn型GaN基板11に表面処理などを行うことによって、このn型GaN基板11を発光素子層12の形成時のn型GaN基板11として再度利用することができる。
In addition, in the manufacturing process of the
また、第1実施形態によるLEDチップ30の製造プロセスでは、成長用基板にGaNなどの窒化物系半導体からなるn型GaN基板11を用いることによって、窒化物系半導体からなるn型GaN基板11上に発光素子層12の結晶成長を利用して、(000−1)面からなる結晶成長面12aおよび(11−22)面からなる結晶成長面12bを有する発光素子層12を、容易に形成することができる。
In the manufacturing process of the
また、第1実施形態によるLEDチップ30の製造プロセスでは、発光素子層12を形成する工程が、n型GaN基板11に形成された溝部21の(000−1)面からなる内側面21aと対応する領域に、(000−1)面からなる結晶成長面12aを有する発光素子層12を形成する工程を含むことによって、n型GaN基板11の主表面上に(000−1)面からなる側面(結晶成長面12a)を有する発光素子層12を形成する際に、(000−1)面からなる溝部21の内側面21aを引き継ぐようにして半導体層の(000−1)端面が形成されるので、(000−1)面からなる結晶成長面12aをn型GaN基板11上に容易に形成することができる。
Moreover, in the manufacturing process of the
また、第1実施形態によるLEDチップ30の製造プロセスでは、発光素子層12を形成する工程が、n型GaN基板11に形成された溝部21の(0001)面からなる内側面21bと対応する領域に、(11−22)面からなる結晶成長面12bを有する発光素子層12を形成する工程を含むことによって、n型GaN基板11の主表面上に(11−22)面からなる側面(結晶成長面12b)を有する発光素子層12を形成する際に、(0001)面からなる溝部21の内側面21bの上端部を起点として半導体層の(11−22)端面が形成されるので、(11−22)面からなる結晶成長面12bをn型GaN基板11上に容易に形成することができる。
In the manufacturing process of the
(第2実施形態)
図10は、本発明の第2実施形態による形成方法を用いて形成したLEDチップの構造を示した断面図である。図11〜図14は、それぞれ、図10に示した第2実施形態によるLEDチップの製造プロセスを説明するための断面図および平面図である。図10〜図14を参照して、この第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、上記第1実施形態と異なり、n型GaN基板41上にn型AlGaNからなる下地層50を形成した後、発光素子層42を形成する場合について説明する。なお、n型GaN基板41は、本発明の「成長用基板」および「下地基板」の一例である。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of an LED chip formed using the forming method according to the second embodiment of the present invention. 11 to 14 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, for explaining a manufacturing process of the LED chip according to the second embodiment shown in FIG. With reference to FIGS. 10 to 14, in the manufacturing process of the
この第2実施形態による形成方法を用いて形成したLEDチップ40は、(1−10−2)面を主表面とするウルツ鉱構造の窒化物半導体からなる。また、LEDチップ40の形状は、平面的に見て(LEDチップ40の上面側から見て)、正方形状、長方形状、菱形または平行四辺形などの形状を有する。
The
ここで、第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、図11に示すように、約400μmの厚みを有するn型GaN基板41上に、約20nmの厚みを有するIn0.35Ga0.65Nからなる剥離層31、約3μmの厚みを有するとともにGeドープのn型GaNからなるn型コンタクト層60、および臨界膜厚(約3μm〜約4μmよりも薄い)程度の厚みを有するn型AlGaNからなる下地層50をこの順に成長させる。ここで、臨界膜厚とは、互いに異なる格子定数を有する半導体層を積層した際に、格子定数差に起因したクラックが半導体層に発生しない場合の半導体層の最小の厚みを意味する。また、下地層50が結晶成長する際、n型GaN基板41の格子定数c1よりも下地層50の格子定数c2が小さい(c1>c2)ので、所定の厚みに達した下地層50は、n型GaN基板41の格子定数c1に合わせようとして下地層50の内部に引張応力R(図11参照)が発生する。
Here, in the manufacturing process of the
この後、図12に示すように、レーザ光またはダイヤモンドポイントなどにより、下地層50にA方向と略直交する[11−20]方向(B方向)に、約50μmの間隔で破線状のスクライブ傷70を形成する。また、スクライブ傷70は、A方向に、間隔L2(L2=約100μm)のピッチで複数形成される。これにより、図13に示すように、下地層50には、破線状のスクライブ傷70を起点として、スクライブ傷70が形成されていない下地層50の領域にクラックが進行する。この結果、下地層50を[11−20]方向(B方向)に分断する略直線状(ストライプ状)のクラック51(図13参照)が形成される。なお、クラック51は、本発明の「凹部」の一例である。
Thereafter, as shown in FIG. 12, scribe scratches in the form of broken lines at intervals of about 50 μm in the [11-20] direction (B direction) substantially perpendicular to the A direction on the
ここで、GaNとAlGaNとのc軸の格子定数の差の方が、GaNとAlGaNとのa軸の格子定数の差よりも大きいので、クラック51は、下地層50の(0001)面とn型GaN基板41の主表面の(1−10−2)面とに平行な[11−20]方向(B方向)に形成されやすい。これにより、クラック51には、下地層50とn型コンタクト層60との界面近傍まで達する内側面51a(破線で示す)が形成される。なお、内側面51aは、本発明の「凹部の一方の内側面」の一例である。
Here, the difference in the c-axis lattice constant between GaN and AlGaN is larger than the difference in the a-axis lattice constant between GaN and AlGaN, so that the
その後、図14に示すように、上記第1実施形態と同様の製造プロセスにより、下地層50上に、約0.5μmの厚みを有するn型GaNからなるn型クラッド層43と、約2nmの厚みを有するGa0.7In0.3Nからなる井戸層(図示せず)と、Ga0.9In0.1Nからなる障壁層(図示せず)とを積層したMQWからなる発光層44と、約0.2μmの厚みを有するp型GaNからなるp型コンタクト層を兼ねるp型クラッド層45とを順次積層することにより、発光素子層42を形成する。なお、発光素子層42、n型クラッド層43、発光層44およびp型クラッド層45は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
Thereafter, as shown in FIG. 14, an n-
この際、第2実施形態では、n型GaN基板41上に発光素子層42を成長させた場合、[11−20]方向にストライプ状に延びるクラック51の内側面51aにおいて、発光素子層42は、n型GaN基板41の[1−10−2]方向(C2方向)に対して所定の角度(=約47°)傾斜した方向に延びる(000−1)面からなる結晶成長面(ファセット)42aを形成しながら結晶成長する。また、クラック51の内側面51aに対向する内側面51b側では、発光素子層42は、n型GaN基板41の[1−10−2]方向(C2方向)に対して所定の角度(=約15°)傾斜した方向に延びる(1−101)面からなる結晶成長面(ファセット)42bを形成しながら結晶成長する。なお、結晶成長面42aは、本発明の「側面」の一例である。また、結晶成長面42aおよび42bは、発光素子層42の上面(主表面)に対してそれぞれ鈍角をなすように形成される。
At this time, in the second embodiment, when the light emitting
なお、発光素子層42を上述の方法により形成することによって、クラック51などが無い平坦な基板上に積層された発光素子層42に対してエッチング加工により結晶成長面42aまたは結晶成長面42bに相当する側面を形成する場合と異なり、結晶成長面42aおよび42bの形成にエッチング加工を必要としないので、LEDチップ40の製造プロセスが簡素化される。また、結晶成長面42aおよび42bは、ドライエッチングなどにより形成されないので、製造プロセス上、発光層44などに損傷が生じにくい。これにより、発光層14からの光の取り出し効率を向上させることが可能である。
Note that by forming the light emitting
その後、第1実施形態と同様の製造プロセスにより、図10に示した第2実施形態によるLEDチップ40が形成される。
Thereafter, the
第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、上記のように、n型GaN基板41上の下地層50にクラック51を形成する工程と、下地層50上に、(1−10−2)面からなる主表面と、クラック51の内側面51aを起点とした(000−1)面からなる結晶成長面42a、および、クラック51の内側面51bを起点とした(1−101)面からなる結晶成長面42bとを含む発光素子層12を形成する工程とを備えることによって、発光素子層42が下地層50上に結晶成長する際に、成長層の上面(発光素子層42の(1−10−2)面)が成長する成長速度よりも、クラック51の内側面51aを起点とした(000−1)面からなる結晶成長面42a、および、クラック51の内側面51bを起点とした(1−101)面からなる結晶成長面42bが形成される成長速度が遅いので、成長層の上面(発光素子層42の(1−10−2)面)が平坦性を保ちながら成長する。これにより、(000−1)面や(1−101)面を形成しない場合の発光素子層42の成長層表面と比較して、発光素子層42の表面の平坦性をより向上させることができる。
In the manufacturing process of the
また、第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、クラック51の内側面51aを起点として(000−1)面からなる結晶成長面42a、および、クラック51の内側面51bを起点として(1−101)面からなる結晶成長面42bを含む発光素子層42を形成する工程を備えることによって、成長層の上面のみならず側面部についても(000−1)面および(1−101)面からなる平坦性を有する側面として形成することができる。これにより、発光素子層42内部における発光層14の発するLED光は、エッチングなどより微細な凹凸形状が形成された側面を透過する場合と異なり、結晶成長面42a((000−1)面)および結晶成長面42b((1−101)面)で散乱するのが抑制されるので、LEDチップ40の発光効率が低下するのを抑制することができる。
Further, in the manufacturing process of the
また、第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、n型GaN基板41上に下地層50を形成する工程を備えることによって、下地層50に形成されたクラック51の内側面51aおよび51bを利用して、(000−1)面からなる結晶成長面42aおよび(1−101)面からなる結晶成長面42bを有する発光素子層42を容易に形成することができる。
Further, in the manufacturing process of the
また、第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、下地層50はAlGaNを含み、n型GaN基板41および下地層50の格子定数を、それぞれ、c1およびc2とした場合、c1>c2の関係を有するように構成することによって、n型GaN基板41上にAlGaNからなる下地層50を形成する際に、下地層50の格子定数c2がn型GaN基板41の格子定数c1よりも小さい(c1>c2)ので、n型GaN基板41側の格子定数c1に合わせようとして下地層50の内部に引張応力Rが生じる。この結果、下地層50の厚みが所定の厚み以上の場合にはこの引張応力Rに耐え切れずに下地層50には(000−1)面に沿ってクラック51が形成される。これにより、下地層50上に発光素子層42の(000−1)面および(1−101)面を形成するための基準となる内側面51aおよび51bを、容易に下地層50に形成することができる。
Further, in the manufacturing process of the
また、第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、クラック51の形成の際に、n型GaN基板41上に下地層50を臨界膜厚程度の厚みに形成した後、下地層50に対して、[11−20]方向(B方向)に延びる複数の破線状(約50μm間隔)のスクライブ傷70をA方向に間隔L2(=約100μm)のピッチで形成することによって、下地層50には、破線状のスクライブ傷70を起点としてB方向に平行に、かつ、A方向に沿って等間隔のクラック71が形成される。すなわち、格子定数差により自発的に形成されたクラックを利用して半導体層を積層させる場合と比較して、より容易に、発光面積が揃ったLEDチップ40(図10参照)を形成することができる。
In addition, in the manufacturing process of the
また、第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、発光素子層42の結晶成長面42aおよび42bを、それぞれ、発光素子層42の主表面((1−10−2)面))に対して傾斜して鈍角をなすように形成することによって、発光素子層42の結晶成長面42aと42bとが対向する領域(凹部20)が、発光素子層42から支持基板32に向かって広がるように形成されるので、発光層44からのLED光を発光素子層42の下面側(n型クラッド層43側)からC1方向(図10参照)直接的に取り出すことに加えて、発光素子層42の主表面に対して傾斜した結晶成長面42aおよび42bでそれぞれ反射させて発光素子層42の下面側からC1方向に取り出すことができる。これにより、LEDチップ40の発光効率をより向上させることができる。なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
Further, in the manufacturing process of the
(第3実施形態)
図15は、本発明の第3実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための、窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図16および図17は、図15に示した第3実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。まず、図15〜図17を参照して、第3実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子80の構造について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a cross-sectional view of a nitride-based semiconductor laser device in a plane along the cavity direction for explaining the structure of the nitride-based semiconductor laser device formed by using the forming method according to the third embodiment of the present invention. It is. 16 and 17 are cross-sectional views showing the structure of a nitride-based semiconductor laser device formed by using the formation method according to the third embodiment shown in FIG. First, with reference to FIGS. 15 to 17, the structure of the nitride-based
本発明の第3実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子80では、図15に示すように、約100μmの厚みを有する支持基板81に、約7μmの厚みを有する半導体レーザ素子部90と反射部91とが、接合層82を介して接合された構造を有している。また、半導体レーザ素子部90は、発振波長が約400nm帯のGaN系半導体層により構成されている。
In the nitride-based
また、半導体レーザ素子部90は、図15および図16に示すように、約3μm〜約4μmの厚みを有するGeドープAlGaNからなる下地層50上に、約3.5μmの厚みを有する半導体レーザ素子層93が形成されている。ここで、下地層50は、n型コンタクト層として機能する。また、半導体レーザ素子部90は、図15に示すように、約1560μmの共振器長(A方向の長さ)L1を有するとともに、[0001]方向(A方向)に、半導体レーザ素子層93の主表面に対して略垂直な光出射面90aおよび光反射面90bがそれぞれ形成されている。なお、半導体レーザ素子層93は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例であり、光反射面90bは、本発明の「側面」の一例である。また、本発明において、光出射面90aおよび光反射面90bは、光出射側および光反射側のそれぞれの共振器面から出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。すなわち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射面90aであり、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射面90bである。
Further, as shown in FIGS. 15 and 16, the semiconductor
また、半導体レーザ素子部90の光出射面90aおよび光反射面90bには、製造プロセスにおける端面コート処理により、AlN膜やAl2O3膜などからなる誘電体多層膜が、それぞれ形成されていてもよい。
In addition, dielectric multilayer films made of an AlN film, an Al 2 O 3 film, or the like are formed on the
ここで、第3実施形態では、半導体レーザ素子層93は、後述する製造プロセス時に成長用基板として用いるn型GaN基板41の非極性面であるm面((1−100)面)からなる主表面上に、下地層50を介して形成されている。また、図15に示すように、下地層50には、下地層50の結晶成長時に形成される(000−1)面からなる内側面51aを有するクラック51が形成されている。そして、半導体レーザ素子層93の光反射面90bは、下地層50のクラック51の内側面51aを引き継ぐように結晶成長した(000−1)面からなる端面により構成されている。また、半導体レーザ素子層93の光出射面90aは、[0001]方向(図15のA1方向)に垂直な端面であるc面((0001)面)からなる端面により構成されている。
Here, in the third embodiment, the semiconductor
また、第3実施形態では、図15に示すように、窒化物系半導体レーザ素子80には、半導体レーザ素子部90の光出射面90aと対向するA1方向の領域に、溝部83を隔てて反射部91が形成されている。また、反射部91には、半導体レーザ素子層93(発光層96)の光出射面90aに対して所定の角度(=約62°)傾斜した方向に延びる反射面91aが形成されている。また、反射面91aは、半導体レーザ素子層93の形成時の結晶成長に伴う(1−101)面からなるファセット(成長面)により形成されている。そして、反射面91a上には、約200nmの厚みを有するAg層からなる反射膜84が形成されている。これにより、窒化物系半導体レーザ素子80では、後述する発光層96の光出射面90aからA1方向に出射されたレーザ光が、光出射面90aと対向する端面91bから入射して反射部91内部をA1方向に透過するとともに反射面91aによって出射方向を略C1方向(光出射面90aに対して所定の角度(=約34°)傾斜した方向)に変化させて外部に出射させることが可能に構成されている。なお、反射膜84としては、Alなどを用いてもよい。また、Al2O3膜やSiO2膜などからなる誘電体多層膜により反射膜84を構成してもよい。
In the third embodiment, as shown in FIG. 15, the nitride-based
また、半導体レーザ素子層93は、n型バッファ層94と、n型クラッド層95と、発光層96と、p型クラッド層97およびp型コンタクト層98とを含んでいる。具体的には、図15および図16に示すように、下地層50の上面上に、約1.0μmの厚みを有するGeドープAl0.01Ga0.99Nからなるn型バッファ層94と、約1.9μmの厚みを有するGeドープのAl0.07Ga0.93Nからなるn型クラッド層95とが形成されている。
The semiconductor
また、n型クラッド層95上には、発光層96が形成されている。この発光層96は、図17に示すように、n型クラッド層95(図16参照)に近い側から順に、約20nmの厚みを有するAl0.2Ga0.8Nからなるn側キャリアブロック層96aと、約20nmの厚みを有するアンドープIn0.02Ga0.98Nからなるn側光ガイド層96bと、MQW活性層96eと、約0.08μmの厚みを有するアンドープIn0.01Ga0.99Nからなるp側光ガイド層96fと、約20nmの厚みを有するAl0.25Ga0.75Nからなるキャリアブロック層96gとから構成されている。また、MQW活性層96eは、約2.5nmの厚みを有するアンドープIn0.15Ga0.85Nからなる3層の量子井戸層96cと約20nmの厚みを有するアンドープIn0.02Ga0.98Nからなる3層の量子障壁層96dとが交互に積層されている。また、n型クラッド層95は、MQW活性層96eよりもバンドギャップが大きい。また、n側キャリアブロック層96aとMQW活性層96eとの間に、n側キャリアブロック層96aとMQW活性層96eとの中間のバンドギャップを有する光ガイド層などを形成してもよい。また、MQW活性層96eは、単層またはSQW構造で形成してもよい。
A
また、図15および図16に示すように、発光層96上には、約0.5μmの厚みを有するMgドープのAl0.07Ga0.93Nからなるからなるp型クラッド層97が形成されている。また、p型クラッド層97は、MQW活性層96eよりもバンドギャップが大きい。また、p型クラッド層97上には、約3nmの厚みを有するアンドープIn0.07Ga0.93Nからなるp型コンタクト層98が形成されている。なお、n型バッファ層94、n型クラッド層95、発光層96、p型クラッド層97およびp型コンタクト層98は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
Further, as shown in FIGS. 15 and 16, a p-
また、図16に示すように、p型コンタクト層98の上面上の所定の領域には、約200nmの厚みを有するSiO2からなる電流ブロック層99が形成されている。
Further, as shown in FIG. 16, a
また、p型コンタクト層98の上面上の電流ブロック層99が形成されていない領域(図16のB方向の中央部近傍)には、p型コンタクト層98の上面に近い方から順に、約5nmの厚みを有するPt層と、約100nmの厚みを有するPd層と、約150nmの厚みを有するAu層とからなるp側電極100が形成されている。また、p側電極100は、電流ブロック層99の上面上を覆うように形成されている。
Further, in a region where the
また、図15および図16に示すように、下地層50の下面上には、下地層50から近い順に、約10nmの厚みを有するAl層と、約20nmの厚みを有するPt層と、約300nmの厚みを有するAu層とからなるn側電極101が形成されている。このn側電極101は、図15に示すように、半導体レーザ素子部90のA方向の両側部まで延びるように下地層50の下面上の全面に形成されている。
Further, as shown in FIGS. 15 and 16, on the lower surface of the
図18〜図22は、図15に示した第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図5および図15〜図22を参照して、第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80の製造プロセスについて説明する。
18 to 22 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the nitride-based semiconductor laser device according to the third embodiment shown in FIG. A manufacturing process for the nitride-based
まず、図18に示すように、MOCVD法を用いて、n型GaN基板41上に、約20nmの厚みを有するIn0.35Ga0.65Nからなる剥離層31および約3μm〜約4μmの厚みを有するAlGaNからなる下地層50を成長させる。なお、下地層50が結晶成長する際、n型GaN基板41の[0001]方向の格子定数c1よりもAlGaNからなる下地層50の[0001]方向の格子定数c2が小さい(c1>c2)ので、所定の厚みに達した下地層50は、n型GaN基板41の格子定数c1に合わせようとして下地層50の内部に引張応力Rが発生する。この結果、下地層50が局所的にA方向に縮むのに伴って、下地層50には、図18に示すようなクラック51が形成される。ここで、GaNとAlGaNとのc軸の格子定数の差の方が、GaNとAlGaNとのa軸の格子定数の差よりも大きいので、クラック51は、下地層50の(0001)面とn型GaN基板41の主表面の(1−100)面とに平行な[11−20]方向(B方向)に沿ってストライプ状に延びるように形成されやすい。なお、図18に示すように、第3実施形態では、下地層50に自発的にクラック51が形成される様子を模式的に示している。
First, as shown in FIG. 18, a
なお、第3実施形態では、下地層50を結晶成長させる際に、n型GaN基板41と下地層50との格子定数差を利用することにより凹部としてのクラック51を下地層50に形成しているが、上記第2実施形態における製造プロセスと同様に、下地層50を臨界膜厚程度に結晶成長させた後に、下地層50の表面側から機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなどにより、(000−1)面を含む内側面(凹部の内側面)を形成してもよい。また、上記手法を用いて凹部を形成する場合には、下地層50をn型GaN基板41と同様の格子定数を有するGaNとしてもよい。
In the third embodiment, when the
また、第3実施形態では、図18に示すように、下地層50にクラック51が形成される際に、クラック51には、下地層50の(000−1)面からなり、下地層50と剥離層31との界面近傍まで達する内側面51aが形成される。また、内側面51aに対してクラック51の反対側に内側面51bが形成される。
In the third embodiment, as shown in FIG. 18, when the
また、クラック51は、下地層50の内部に発生する引張応力Rを利用して形成されるので、外部的な加工技術(たとえば、機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなど)により凹部(溝形状の窪み)を形成する場合と異なり、内側面51aを結晶学的面指数(000−1)面に容易に一致させることが可能である。この結果、内側面51aを極めて平坦な(000−1)面として形成することができるので、平坦な内側面51a上に後述する発光素子層42を結晶成長させる際、内側面51aの(000−1)面を引き継ぐような平坦な側面((000−1)面)を有する発光素子層42を容易に成長させることができる。
Further, since the
また、第3実施形態では、下地層50の内部に剥離層31の上面近傍まで達するクラック51が形成されるので、n型GaN基板41と格子定数が異なる下地層50の格子歪を開放することができる。したがって、下地層50の結晶品質が良好になり、下地層50上に形成される半導体レーザ素子層93を高品質な結晶状態とすることができる。この結果、後述する工程で形成されるn型クラッド層95、n側キャリアブロック層96a、キャリアブロック層96f、p型クラッド層97およびp型コンタクト層98などの電気特性が向上されるとともに、これらの層内での光吸収を抑制することが可能となる。さらに、発光層96(n側キャリアブロック層96a、n側光ガイド層96b、MQW活性層96e、p側光ガイド層96fおよびキャリアブロック層96g)の内部損失を低減するとともに、発光層96の発光効率を向上させることが可能である。なお、第3実施形態では、下地層50の内部に剥離層31の上面近傍まで達するクラック51を形成したが、下地層50の厚み方向(図18の矢印C1方向)に、下地層50の厚みに相当する深さの溝部(凹部)を形成するようにしてもよい。このように構成しても、下地層50の厚みに相当する深さの溝部によって下地層50の内部歪を開放することができるので、クラック51を形成する場合と同様の効果を得ることができる。
In the third embodiment, since the
次に、図19に示すように、MOCVD法を用いて、クラック51が形成された下地層50上に、n型バッファ層94、n型クラッド層95、発光層96(詳細は図17参照)、p型クラッド層97およびp型コンタクト層98を順次成長させて半導体レーザ素子層93を形成する。
Next, as shown in FIG. 19, an n-
上記半導体レーザ素子層93の形成において、具体的には、まず、基板温度を約1000℃の成長温度に保持した状態で、Ga原料であるTMGa(トリメチルガリウム)およびAl原料であるTMAl(トリメチルアルミニウム)を含んだH2からなるキャリアガスを反応炉内に供給して、下地層50上にn型バッファ層94を成長させる。次に、TMGaおよびTMAlと、n型導電性を得るためのGe不純物の原料であるGeH4(モノゲルマン)とを含んだH2からなるキャリアガスを反応炉内に供給して、n型バッファ層94上にn型クラッド層95を成長させる。その後、TMGaおよびTMAlを含んだH2ガスを反応炉内に供給して、n型クラッド層95上にn側キャリアブロック層96aを成長させる。
In the formation of the semiconductor
次に、基板温度を約850℃の成長温度に下げて保持した状態で、反応炉内にNH3ガスを供給した窒素ガス雰囲気中にて、Ga原料であるTEGa(トリエチルガリウム)およびIn原料であるTMIn(トリメチルインジウム)を供給して、n側光ガイド層96b、MQW活性層96eおよびp側光ガイド層96fを成長させる。そして、TMGaおよびTMAlを反応炉内に供給して、キャリアブロック層96gを成長させる。これにより、発光層96(図17参照)が形成される。
Next, with the substrate temperature lowered to a growth temperature of about 850 ° C. and maintained in a nitrogen gas atmosphere in which NH 3 gas is supplied into the reaction furnace, the Ga source TEGa (triethylgallium) and In source A certain TMIn (trimethylindium) is supplied to grow the n-side
次に、基板温度を約1000℃の成長温度に上昇させて保持した状態で、反応炉内にNH3ガスを供給した水素ガスおよび窒素ガス雰囲気中にて、p型不純物であるMgの原料であるMg(C5H5)2(シクロペンタンジエニルマグネシウム)、Ga原料であるTMGaおよびAl原料であるTMAlを供給して、発光層96上にp型クラッド層97を成長させる。その後、再び基板温度を約850℃の成長温度に下げて保持した状態で、反応炉内にNH3ガスを供給した窒素ガス雰囲気中にて、Ga原料であるTEGaおよびIn原料であるTMInを供給して、p型コンタクト層98を成長させる。このようにして、下地層50上に半導体レーザ素子層93が形成される。
Next, with the substrate temperature raised to a growth temperature of about 1000 ° C. and maintained in a hydrogen gas and nitrogen gas atmosphere in which NH 3 gas is supplied into the reaction furnace, the source material of Mg, which is a p-type impurity, is used. A certain Mg (C 5 H 5 ) 2 (cyclopentanedienylmagnesium), TMGa as a Ga raw material, and TMAl as an Al raw material are supplied to grow a p-
ここで、第3実施形態による製造プロセスでは、図19に示すように、下地層50上に半導体レーザ素子層93を成長させた場合、[11−20]方向(B方向)にストライプ状に延びるクラック51の(000−1)面からなる内側面51aにおいて、半導体レーザ素子層93は、クラック51の(000−1)面を引き継ぐように[1−100]方向(C2方向)に延びる(000−1)面からなる光反射面90bを形成しながら結晶成長する。
Here, in the manufacturing process according to the third embodiment, as shown in FIG. 19, when the semiconductor
また、第3実施形態による製造プロセスでは、図19に示すように、クラック51の内側面51aに対向する内側面51b側では、半導体レーザ素子層93には、内側面51bを起点として光反射面90bに対して所定の角度(=約62°)傾斜した方向に延びる反射面91aが形成される。また、反射面91aは、半導体レーザ素子層93の結晶成長に伴う(1−101)面からなるファセット(成長面)である。
In the manufacturing process according to the third embodiment, as shown in FIG. 19, on the
なお、半導体レーザ素子層93を上述の方法により形成することによって、半導体レーザ素子層93の結晶成長時に、n型GaN基板41の主表面に対して略垂直な光反射面90bと反射面91aとを同時に形成することが可能となる。したがって、クラック51などが無い平坦な基板上に積層された半導体レーザ素子層93に対してエッチング加工により光反射面90bまたは反射面91aに相当する端面を形成する場合と異なり、光反射面90bおよび反射面91aの形成にイオンビームエッチングなどのエッチング加工を必要としないので、窒化物系半導体レーザ素子80の製造プロセスを簡素化させることが可能である。
By forming the semiconductor
そして、窒素ガス雰囲気中で、約800℃の温度条件下でp型化アニール処理を行う。また、図16に示すように、p型コンタクト層98の上面上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、そのレジストパターンをマスクとしてドライエッチングなどを行うことにより、SiO2からなる電流ブロック層99を形成する。また、図16および図20に示すように、真空蒸着法を用いて、電流ブロック層99上および電流ブロック層99が形成されていないp型コンタクト層98上に、p側電極100を形成する。また、図20に示すように、真空蒸着法を用いて、反射面91a上にAg層からなる反射膜84を形成する。そして、p側電極100側と支持基板81とをAuSnからなる接合層82を介して接合する。
Then, p-type annealing is performed in a nitrogen gas atmosphere under a temperature condition of about 800 ° C. Further, as shown in FIG. 16, after a resist pattern is formed on the upper surface of the p-
そして、図5に示した製造プロセスと同様に、n型GaN基板41の下面側から剥離層31に向かってC2方向にレーザ照射を行うことにより、半導体レーザ素子層93側がn型GaN基板41から剥離される。
Similarly to the manufacturing process shown in FIG. 5, laser irradiation is performed in the C2 direction from the lower surface side of the n-
その後、図21に示すように、所定の共振器面を形成したい位置を、半導体レーザ素子層93の裏面側(下面側)からp側電極100まで達する方向(矢印C2方向)にドライエッチングを行うことにより、半導体レーザ素子層93の一方の側面が平坦な略(0001)面を有する溝部83を形成する。これにより、溝部83の一方の側面である略(0001)面が、半導体レーザ素子部90における一対の共振器面のうちの光出射面90aとして容易に形成される。また、溝部83の他方の側面である略(000−1)面が、反射部91の端面91bとして形成される。なお、溝部83は、平面的に見て、クラック51の延びる方向と略平行な[11−20]方向(B方向)に延びるように形成される。
After that, as shown in FIG. 21, dry etching is performed in a direction (arrow C2 direction) where a position where a predetermined resonator surface is to be formed reaches from the back surface side (lower surface side) of the semiconductor
その後、図21に示すように、半導体レーザ素子部90(図15参照)となる領域の下地層50の下面上に、真空蒸着法を用いてn側電極101を形成する。そして、図22に示すように、下地層50の裏面側の所定の位置にレーザスクライブまたは機械式スクライブにより、半導体レーザ素子層93の[0001]方向(図15のA1方向)と直交する[11−20]方向(図15のB方向)に延びるように直線状のスクライブ溝102を形成する。この状態で、図22に示すように、支持基板81の下面側(下側)が開くように支持基板81の上面側(上側)を支点として荷重を印加することにより、ウェハをスクライブ溝102の位置(劈開線900)で劈開する。
Thereafter, as shown in FIG. 21, the n-
最後に、共振器方向(A方向)に沿って素子を分割してチップ化することによって、図15に示した第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80が形成される。
Finally, the nitride
第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80の製造プロセスでは、上記のように、n型GaN基板41上の下地層50にクラック51を形成する工程と、下地層50上に、m面((1−100)面)からなる主表面と、クラック51の内側面51aを起点とした(000−1)面からなる光反射面90b、および、クラック51の内側面51bを起点とした(1−101)面からなる反射面91aとを含む半導体レーザ素子層93を形成する工程とを備えることによって、半導体レーザ素子層93が下地層50上に結晶成長する際に、成長層の上面(半導体レーザ素子層93の(1−100)面)が成長する成長速度よりも、クラック51の内側面51aを起点とした(000−1)面からなる光反射面90b、および、クラック51の内側面51bを起点とした(1−101)面からなる反射面91aが形成される成長速度が遅いので、成長層の上面(半導体レーザ素子層93の(1−100)面)が平坦性を保ちながら成長する。これにより、(000−1)面や(1−101)面を形成しない場合の半導体レーザ素子層93の成長層表面と比較して、半導体レーザ素子層93の表面の平坦性をより向上させることができる。
In the manufacturing process of the nitride-based
また、共振器面(半導体レーザ素子部90の光出射面90a)に対して所定の角度(=約62°)傾斜して延びるとともに発光層96の主表面((1−100)面)と交差する(1−101)面からなる反射面91aを含む半導体レーザ素子層93(反射部91)を形成することによって、上記の面方位を有する反射面91a(ファセット)は平坦性を有するので、光出射面90aから出射されたレーザ光は、エッチングなどより微細な凹凸形状を有する側面で散乱を起こしながら反射される場合と異なり、上記の面方位を有する反射面91aで散乱を起こすことなく出射方向を変化させて外部に出射される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子80の発光効率が低下するのを抑制することができる。
Further, it extends at a predetermined angle (= about 62 °) with respect to the resonator surface (the
また、第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80の製造プロセスでは、成長用基板として用いるn型GaN基板41上に、主表面がm面((1−100)面)からなる半導体レーザ素子層93(発光層96)を形成することによって、半導体レーザ素子層93(発光層96)に発生するピエゾ電場を低減することができる。これにより、レーザ光の発光効率を向上させることができる。
In the manufacturing process of the nitride-based
また、第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80の製造プロセスでは、m面((1−100)面)からなる主表面を有するn型GaN基板41を成長用基板として用いることによって、特に、無極性面からなる主表面を有するn型GaN基板41上に半導体レーザ素子層93(発光層96)が形成されるので、半導体レーザ素子層93に発生するピエゾ電場をより一層低減させることができる。これにより、レーザ光の発光効率をより一層向上させることができる。
Further, in the manufacturing process of the nitride-based
また、第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80の製造プロセスでは、結晶成長によって(000−1)面からなる平坦な光反射面90bを形成することによって、劈開工程を用いることなく、共振器端面(光反射面90b)を有する半導体レーザ素子部90を容易に形成することができる。これにより製造プロセスを簡素化させることができる。
Further, in the manufacturing process of the nitride-based
(第4実施形態)
図23は、本発明の第4実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための、窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。まず、図23を参照して、第4実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子120の構造について説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 23 is a cross-sectional view of a nitride-based semiconductor laser device in a plane along the cavity direction for explaining the structure of the nitride-based semiconductor laser device formed by using the formation method according to the fourth embodiment of the present invention. It is. First, with reference to FIG. 23, the structure of the nitride-based
本発明の第4実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子120では、図23に示すように、約100μmの厚みを有する支持基板81に、約7μmの厚みを有する半導体レーザ素子部130が、接合層82を介して接合された構造を有している。また、半導体レーザ素子部130は、発振波長が約400nm帯のGaN系半導体層により構成されている。また、半導体レーザ素子部130は、約1560μmの共振器長(A方向の長さ)L1を有するとともに、[0001]方向(A方向)に、半導体レーザ素子層93の主表面に対して略垂直な光出射面120aおよび光反射面120bがそれぞれ形成されている。なお、光出射面120aは、本発明の「側面」の一例である。
In the nitride-based
ここで、第4実施形態では、半導体レーザ素子層93は、後述する製造プロセス時に成長用基板として用いるn型GaN基板41の(11−2−5)面からなる主表面上に、下地層50を介して形成されている。そして、半導体レーザ素子層93の光出射面120aは、下地層50のクラック51の内側面51aを引き継ぐように結晶成長した(11−22)面からなる側面により構成されている。また、半導体レーザ素子層93の光反射面120bは、[−1−12−2]方向(図23のA1方向)に垂直な側面である(−1−12−2)端面により構成されている。
Here, in the fourth embodiment, the semiconductor
なお、第4実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子120のその他の素子構造は、上記第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80の半導体レーザ素子部90と同様である。
The other element structures of the nitride
図24〜図26は、図23に示した第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図5、図16および図23〜図26を参照して、第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子120の製造プロセスについて説明する。
24 to 26 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the nitride-based semiconductor laser device according to the fourth embodiment shown in FIG. A manufacturing process for the nitride-based
まず、図24に示すように、MOCVD法を用いて、n型GaN基板41上に、約3μm〜約4μmの厚みを有するAlGaNからなる下地層50および約20nmの厚みを有するIn0.35Ga0.65Nからなる剥離層31をこの順に形成する。この場合も、上記第3実施形態の製造プロセスと同様に、下地層50の内部にn型GaN基板41の上面近傍まで達するクラック51が形成される。その後、剥離層31上に、半導体レーザ素子層93を結晶成長させる。
First, as shown in FIG. 24, using an MOCVD method, an
ここで、第4実施形態による製造プロセスでは、図24に示すように、下地層50上に半導体レーザ素子層93を成長させた場合、[1−100]方向(B方向)にストライプ状に延びるクラック51の内側面51aにおいて、半導体レーザ素子層93は、内側面51aを引き継ぐように[11−2−5]方向(C2方向)に延びる(11−22)面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体レーザ素子層93の(11−22)面が、窒化物系半導体レーザ素子120の光出射面120aとして形成される。
Here, in the manufacturing process according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 24, when the semiconductor
また、第4実施形態による製造プロセスでは、クラック51の内側面51b側において、半導体レーザ素子層93は、[11−2−5]方向(C2方向)に対して所定の角度(=約57°)傾斜した方向に延びる(000−1)面からなる結晶成長面120cを形成しながら結晶成長する。
In the manufacturing process according to the fourth embodiment, on the
そして、半導体レーザ素子層93上に、SiO2からなる電流ブロック層99(図16参照)とp側電極100(図24参照)とを形成する。その後、図25に示すように、p側電極100側と支持基板81とをAuSnからなる接合層82を介して接合する。そして、図5に示した製造プロセスと同様に、n型GaN基板41の下面側からレーザ照射を行うことにより、半導体レーザ素子層93側がn型GaN基板41側から剥離される。なお、図25では、剥離されるn型GaN基板41や下地層50などを破線で示している。
Then, a current blocking layer 99 (see FIG. 16) made of SiO 2 and a p-side electrode 100 (see FIG. 24) are formed on the semiconductor
その後、図26に示すように、所定の共振器面を形成したい位置(図25に示す結晶成長面120cの近傍)を、半導体レーザ素子層93の裏面側(下面側)からp側電極100まで達する方向(矢印C2方向)にドライエッチングを行うことにより、半導体レーザ素子層93の一方の側面が平坦な略(−1−12−2)面を有する溝部83を形成する。これにより、溝部83の一方の側面である略(−1−12−2)面が、半導体レーザ素子部130(図23参照)における一対の共振器面のうちの光反射面120bとして容易に形成される。なお、溝部83は、平面的に見て、クラック51の延びる方向と略平行な[1−100]方向(B方向)に延びるように形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 26, a position where a predetermined resonator surface is desired to be formed (near the
その後、図26に示すように、半導体レーザ素子部130となる領域のn型バッファ層94の下面上に、真空蒸着法を用いてn側電極101を形成する。そして、接合層82の裏面側の所定の位置にレーザスクライブまたは機械式スクライブにより、[1−100]方向(B方向)に延びるように直線状のスクライブ溝102を形成する。この状態で、図26に示すように、支持基板81の下面側(下側)が開くように支持基板81の上面側(上側)を支点として荷重を印加することにより、ウェハをスクライブ溝102の位置(劈開線900)で劈開する。
Thereafter, as shown in FIG. 26, the n-
最後に、共振器方向(図26のA方向)に沿って素子を分割してチップ化することによって、図23に示した第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子120が形成される。
Finally, the nitride
第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子120の製造プロセスでは、上記のように、n型GaN基板41の主表面に対して略垂直な略(11−22)面からなる光出射面120aを形成することによって、製造プロセス上、半導体レーザ素子層93の結晶成長時に同時にn型GaN基板41に形成されたクラック51の内側面51aを引き継ぐように、(11−22)面からなる光出射面120aを形成することができる。これにより、劈開性の無い(11−22)面を共振器面とする場合でも、エッチング工程を用いることなく光出射面120aを形成することができる。また、結晶成長により(11−22)面からなる光出射面120aのみならず(000−1)面からなる結晶成長面120cを一時的に形成することによって、半導体レーザ素子層93の表面(主表面)の平坦性を向上させることができる。
In the manufacturing process of the nitride-based
また、第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子120の製造プロセスでは、結晶成長を利用して(000−1)面からなる平坦な光出射面120aを形成することによって、劈開工程を用いることなく、共振器端面(光出射面120a)を有する半導体レーザ素子部130を容易に形成することができるので、製造プロセスを簡素化させることができる。なお、第4実施形態のその他の効果は、上記第3実施形態と同様である。
Further, in the manufacturing process of the nitride-based
(第5実施形態)
図27は、本発明の第5実施形態による形成方法を用いて形成した電界効果トランジスタ(FET)の構造を示した斜視図である。まず、図27を参照して、第5実施形態による形成方法を用いて形成したFET200の構造について説明する。
(Fifth embodiment)
FIG. 27 is a perspective view showing the structure of a field effect transistor (FET) formed by using the forming method according to the fifth embodiment of the present invention. First, with reference to FIG. 27, the structure of the
本発明の第5実施形態による形成方法を用いて形成したFET200は、いわゆるリセス構造を有するHEMT(High Electron Mobility Transistor)である。このFET200では、図27に示すように、支持基板201上に接合層202を介して形成されている。また、FET200は、絶縁膜203と、半導体層204と、半導体層204の主表面上に形成されたソース電極205、ドレイン電極206およびゲート電極207とから構成されている。ここで、支持基板201は、CuWからなり、絶縁膜203は、約200nmの厚みを有するSiO2からなる。
The
また、半導体層204には、約3μmの厚みを有するアンドープGaNからなる第1窒化物半導体層208と、約25nmの厚みを有するAlGaNからなる第2窒化物半導体層209と、約25nmの厚みを有するSiドープのn型GaNからなるキャップ層210とが形成されている。また、キャップ層210は、第2窒化物半導体層209のゲート電極207近傍を除く領域上に形成され、第2窒化物半導体層209のゲート電極207が形成される領域が表面に露出している。なお、半導体層204、第1窒化物半導体層208、第2窒化物半導体層209およびキャップ層210は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
The
ここで、第1窒化物半導体層208の一部の第2窒化物半導体層209との界面側には、Siなどのn型不純物がドーピングされている。これにより、ドレイン電流を増加させることが可能であり、FET200の性能をより一層改善することが可能である。
Here, a part of the first
また、ゲート電極207は、ソース電極205およびドレイン電極206の配置方向と直交する長手方向が、半導体層204の[11−20]方向(図27のB方向)と平行に形成されている。
In addition, the
また、第2窒化物半導体層209は、第1窒化物半導体層208のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、第2窒化物半導体層209および第1窒化物半導体層208の間には、ヘテロ接合が形成される。このとき、第2窒化物半導体層209の一部には、Siなどのn型不純物がドーピングされており、n型不純物の濃度とドーピング層の厚みとの積が、1×1013cm−2以上となるように、1×1013cm−2以上のドーズ量で不純物がドーピングされている。
The second
また、ゲート電極207は、たとえばPd層とAu層とからなり、第2窒化物半導体層209上に形成される。また、ソース電極205およびドレイン電極206は、たとえば、Ti層とAl層とからなり、キャップ層210上に形成される。
The
さらに、半導体層204には、(1−100)面のヘテロ接合が形成されることによってヘテロ接合において分極により発生するキャリアが少なくなるので、ヘテロ接合のシートキャリア濃度を低くすることが可能である。すなわち、元来、窒化物系材料は、[0001]方向に大きな自発分極を有しており、また、[0001]方向の歪がある場合、ピエゾ効果による大きな分極が発生するために、c面((0001)面)のヘテロ接合には、多くのキャリアが蓄積される。第5実施形態では、半導体層204の(1−100)面のヘテロ接合を形成することによって、上記現象が発生するのが回避される。
In addition, since the (1-100) plane heterojunction is formed in the
図28〜図33は、図27に示した第5実施形態によるFETの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図27〜図33を参照して、第5実施形態によるFET200の製造プロセスについて説明する。
28 to 33 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the FET according to the fifth embodiment shown in FIG. A manufacturing process for the
まず、図28に示すように、エッチング技術を用いて、n型4H−SiC基板221のm面((1−100)面)からなる主表面に、第1実施形態の製造プロセスと同様の形状を有する溝部21を形成する。なお、n型4H−SiC基板221は、本発明の「成長用基板」の一例である。
First, as shown in FIG. 28, the same shape as the manufacturing process of the first embodiment is formed on the main surface composed of the m-plane ((1-100) plane) of the n-
次に、MOCVD法を用いて、溝部21を有するn型4H−SiC基板221上に、約20nmの厚みを有するIn0.35Ga0.65Nからなる剥離層31、第1窒化物半導体層208、第2窒化物半導体層209およびキャップ層210を順次積層することにより、半導体層204を形成する。
Next, the
この際、第5実施形態では、図28に示すように、溝部21の(000−1)面からなる内側面21aにおいて、半導体層204は、溝部21の(000−1)面を引き継ぐように[1−100]方向(C2方向)に延びる(000−1)面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体層204の(000−1)面が、側面204aとして形成される。また、溝部21の(000−1)面に対向する(0001)面(内側面21b)側では、半導体層204は、内側面21bを起点として側面204aに対して所定の角度(=約62°)傾斜した方向に延びる(1−101)面からなる傾斜面204b(ファセット)を形成しながら結晶成長する。
At this time, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 28, the
その後、図29に示すように、半導体層204のキャップ層210側に一時的な支持基板222を接合する。一時的な支持基板222として、たとえば、ポリエステルなどのフィルムの片面に熱剥離粘着材が形成された熱剥離シートを用い、フィルムの熱剥離粘着材が形成されている側を半導体層204に接着する。その後、上記第1実施形態と同様の製造プロセスにより、半導体層204からn型4H−SiC基板221を剥がす。その後、図30に示すように、露出された第1窒化物半導体層208の下面上に、SiO2からなる絶縁膜203を形成する。さらに、AuSnの接合層202を介して、CuWからなる支持基板201を接合する。その後、図31に示すように、半導体層204から一時的な支持基板222(図30参照)を剥がす。
Thereafter, as shown in FIG. 29, a
その後、図32に示すように、半導体層204のキャップ層210に、エッチング技術を用いて[11−20]方向(B方向)に延びる溝部223を形成する。そして、図33に示すように、キャップ層210上に、キャップ層210側から近い順にTi層およびAl層を蒸着するとともにリフトオフ法を用いて、ソース電極205およびドレイン電極206をそれぞれ形成する。さらに、キャップ層210に挟まれた溝部223の所定の位置に、キャップ層210側から近い順にPd層およびAu層を蒸着するとともにリフトオフ法を用いて、ゲート電極207を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 32, a
最後に、素子を分割してチップ化することによって、図27に示した第5実施形態によるFET200が形成される。
Finally, by dividing the device into chips, the
第5実施形態によるFET200の製造プロセスでは、上記のように、n型4H−SiC基板221の主表面に溝部21を形成する工程と、n型4H−SiC基板221の主表面に、(1−100)面からなる主表面と、溝部21の内側面21aを起点とした(000−1)面からなる側面204a、および、溝部21の内側面21bを起点とした(1−101)面からなる傾斜面204bとを含む半導体層204を形成する工程とを備えることによって、半導体層204がn型4H−SiC基板221上に結晶成長する際に、成長層の上面(半導体層204の(1−100)面)が成長する成長速度よりも、溝部21の内側面21aを起点とした(000−1)面からなる側面204a、および、溝部21の内側面21bを起点とした(1−101)面からなる傾斜面204bが形成される成長速度が遅いので、成長層の上面(半導体層204の(1−100)面)が平坦性を保ちながら成長する。これにより、半導体層204の表面の平坦性をより向上させることができる。
In the manufacturing process of the
また、第5実施形態によりFET200を形成することによって、従来の(0001)面のヘテロ接合を用いたFETのように高濃度のシートキャリアがヘテロ界面に蓄積されないので、ヘテロ界面の二次元電子ガス濃度を低減させることができる。すなわち、ピンチオフ電圧の精密な制御が可能となり、従来の(0001)面のヘテロ接合を用いたFETとは異なる、ノーマリオフ型のFETを形成することができる。なお、第5実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
Further, by forming the
(第6実施形態)
図34は、本発明の第6実施形態による形成方法を用いて形成した太陽電池の構造を示した断面図である。図35〜図37は、図34に示した第6実施形態による太陽電池の製造プロセスを説明するための断面図である。まず、図34および図36を参照して、第6実施形態による形成方法を用いて形成した太陽電池300の構造について説明する。
(Sixth embodiment)
FIG. 34 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell formed using the forming method according to the sixth embodiment of the present invention. 35 to 37 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the solar cell according to the sixth embodiment shown in FIG. First, with reference to FIG. 34 and FIG. 36, the structure of the
本発明の第6実施形態による形成方法を用いて形成した太陽電池300は、m面((1−100)面)を主表面とするウルツ鉱構造の窒化物半導体からなる。また、太陽電池300の形状は、平面的に見て(太陽電池300の上面側から見て)、正方形状、長方形状、菱形または平行四辺形などの形状を有する。
A
また、太陽電池300には、図34に示すように、半導体層310が形成されている。また、半導体層310には、約0.05μm〜約0.2μmの厚みを有する約1×1018cm−3〜約1×1019cm−3のSiドープのIn0.5Ga0.5Nからなるn型層311と、約0.5μm〜約3μmの厚みを有する約1×1016cm−3〜約1×1017cm−3のMgドープのIn0.5Ga0.5Nからなるp型層312とが形成されている。なお、半導体層310、n型層311およびp型層312は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
Moreover, as shown in FIG. 34, the
ここで、第6実施形態では、n型層311からp型層312にかけて、半導体層310の(000−1)面からなる結晶成長面310aと、(1−101)面からなる結晶成長面310bとによって複数の凹部320が形成されている。なお、結晶成長面310aは、本発明の「側面」の一例である。また、結晶成長面310aは、図36に示すように、後述する製造プロセス時にサファイア基板301上のGaN層303の主表面に予め形成された溝部21の(000−1)面からなる内側面21aを引き継ぐように、GaN層303の主表面に対して略垂直な[1−100]方向に延びるように形成されている。なお、サファイア基板301は、本発明の「成長用基板」の一例である。また、図34に示すように、結晶成長面310bは、溝部21の内側面21bを起点とした傾斜面からなり、半導体層310の上面(主表面)に対して鈍角をなすように形成されている。
Here, in the sixth embodiment, from the n-
また、図34に示すように、n型層311の下面上には、ITOからなるn側透光性電極313が形成されている。また、n側透光性電極313の下面上の一部の領域には、Auからなるn側パッド電極314が形成されている。また、凹部320には、透明なSiO2からなる絶縁膜321が所定の厚みを有するように形成されている。そして、略V字形状の絶縁膜321の上面とp型層312の上面とを覆うように、p型層312から近い順にAg層とPt層とからなるp側電極315が形成されている。また、p側電極315には、AuSnからなる接合層33を介して、下面上に導電膜331が形成され約100μmの厚みを有するCuWからなる支持基板330が接合されている。また、導電膜331の下面上の所定の領域には、p側パッド電極316が形成されている。
As shown in FIG. 34, an n-side
ここで、支持基板330としては、たとえば、ガラスや金属板やポリイミド樹脂などを用いることができる。金属板としては、ステンレス、TiおよびCrなどを用いることができる。また、ステンレスやTiなどからなる金属板の上に、ガラスなどの絶縁体を被覆した基板を用いることもできる。
Here, as the
また、裏面電極の役割を有する導電膜331としては、たとえば、Mo、Ta、Cr、Ni、Tiまたはこれらの合金からなる金属膜などを用いることができる。所定の抵抗値を有する金属膜を裏面電極に用いることにより、薄膜型太陽電池のシリーズ抵抗を低減することができるので、太陽電池の変換効率を向上させることが可能である。
Further, as the
また、太陽光を透過し、励起されたキャリアを収集するn側透光性電極313としては、近紫外域〜近赤外域で透光性を有し、かつ、導電性を有する材料からなる薄膜を用いることができる。具体的には、たとえば、透光性IXO(X添加In2O3、Xとして、Sn、Mn、Mo、TiおよびZnなど)、F添加SnO2、Al添加ZnOおよびGa添加ZnOなどを用いることができる。
Further, as the n-side
また、n側パッド電極314およびp側パッド電極316としては、たとえば、Al、MgおよびAuなどを用いることができる。また、n側パッド電極314およびp側パッド電極316が、それぞれ、n側透光性電極313や導電膜331との密着性を向上させるために、AlとCrや、AlとNiや、AlとNiCrなどかならなる複層の金属膜を用いてもよい。
In addition, as the n-
次に、図5および図34〜図37を参照して、第6実施形態による太陽電池300の製造プロセスについて説明する。
Next, with reference to FIG. 5 and FIGS. 34 to 37, a manufacturing process for the
まず、図35に示すように、MOCVD法を用いて、サファイア基板301のr面((1−102)面)からなる主表面上に、GaNからなる低温バッファ層302とGaN層303とをこの順に形成する。その後、エッチング技術を用いて、GaN層303に、[0001]方向(A方向)に約1μmの幅を有するとともに、C1方向に約5μmの深さを有し、[11−20]方向(B方向)に延びる複数の溝部21を形成する。この際、溝部21には、GaN層303の(1−100)面に対して略垂直な(000−1)面からなる内側面21aと、(0001)面からなる内側面21bとが形成される。
First, as shown in FIG. 35, the low
次に、図36に示すように、MOCVD法を用いて、溝部21を有するGaN層303上に、In0.9Ga0.1Nからなる剥離層31と、約0.05μm〜約0.2μmの厚みを有する約1×1018cm−3〜約1×1019cm−3のSiドープのIn0.5Ga0.5Nからなるn型層311と、約0.5μm〜約3μmの厚みを有する約1×1016cm−3〜約1×1017cm−3のMgドープのIn0.5Ga0.5Nからなるp型層312とを順次積層することにより、半導体層310を形成する。
Next, as shown in FIG. 36, a
この際、第6実施形態では、図36に示すように、溝部21の(000−1)面からなる内側面21aにおいて、半導体層310は、溝部21の(000−1)面を引き継ぐように[1−100]方向(C2方向)に延びる(000−1)面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体層310の(000−1)面が結晶成長面310aとして形成される。また、溝部21の(000−1)面に対向する(0001)面(内側面21b)側では、半導体層310は、内側面21bを起点として結晶成長面310aに対して所定の角度(=約62°)傾斜した方向に延びる(1−101)面からなる結晶成長面310b(ファセット)を形成しながら結晶成長する。
At this time, in the sixth embodiment, as shown in FIG. 36, the
その後、図37に示すように、溝部21と、結晶成長面310aおよび結晶成長面310bに挟まれた凹部320(図35に示す溝部21を含む溝部21の上部の領域)の上面に所定の厚みを有するようにSiO2からなる絶縁膜321を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 37, a predetermined thickness is formed on the upper surface of the
その後、図37に示すように、絶縁膜321およびp型層312の上面の所定領域を覆うようにp側電極315を形成する。そして、p側電極315側と支持基板330の下面上に形成された導電膜331とを、AuSnからなる接合層33を介して接合する。
Thereafter, as shown in FIG. 37, a p-
その後、図5に示した製造プロセスと同様に、サファイア基板301の下面側から剥離層31(図37参照)に向かってC2方向に約1065nmの波長を有するYAGレーザを照射することにより、半導体層310側がサファイア基板301側から剥離される。これにより、図37に示した絶縁膜321aおよび絶縁膜321aのA2方向側の半導体層310も、サファイア基板301とともに除去される。
Thereafter, as in the manufacturing process shown in FIG. 5, the semiconductor layer is irradiated by irradiating a YAG laser having a wavelength of about 1065 nm in the C2 direction from the lower surface side of the
その後、図34に示すように、n型層311の下面を表面洗浄した後に、n型層311の下面上にITOからなるn側透光性電極313を形成するとともに、n側透光性電極313の下面上の所定の領域に、n側パッド電極314を形成する。また、導電膜331の下面上の所定の領域に、p側パッド電極316を形成する。このようにして、図34に示した第6実施形態による窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法を用いて形成した太陽電池300が形成される。
Then, as shown in FIG. 34, after the surface of the n-
第6実施形態による太陽電池300の製造プロセスでは、上記のように、サファイア基板301上のGaN層303の主表面に溝部21を形成する工程と、GaN層303の主表面に、(1−100)面からなる主表面と、溝部21の内側面21aを起点とした(000−1)面からなる結晶成長面310a、および、溝部21の内側面21bを起点とした(1−101)面からなる結晶成長面310bとを含む半導体層310を形成する工程とを備えることによって、半導体層310がGaN層303上に結晶成長する際に、成長層の上面(半導体層310の(1−100)面)が成長する成長速度よりも、溝部21の内側面21aを起点とした(000−1)面からなる結晶成長面310a、および、溝部21の内側面21bを起点とした(1−101)面からなる結晶成長面310bが形成される成長速度が遅いので、成長層の上面(半導体層310の(1−100)面)が平坦性を保ちながら成長する。これにより、半導体層310の表面の平坦性をより向上させることができる。なお、第6実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
In the manufacturing process of the
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第1実施形態によるLEDチップ30の製造プロセスでは、溝部21が形成された成長用基板(n型GaN基板11)のa面((11−20)面)からなる主表面上に窒化物系半導体層(発光素子層12)を成長させて、(000−1)面および(11−22)面からなる側面(結晶成長面12aおよび結晶成長面12b)をそれぞれ形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、m面((1−100)面)を主表面とする成長用基板上に窒化物系半導体層を成長させてLEDチップを形成してもよい。この場合、発光素子層12には、成長用基板のm面に対して略垂直に延びる(000−1)端面と、成長用基板のm面((1−100)面)に対して所定の角度(=約62°)を有しながら傾斜した方向に延びる(1−101)端面とが形成される。この変形例のように構成しても、上記第1実施形態による形成方法を用いて形成したLEDチップ30と同様に、発光素子層12のm面が成長する成長速度よりも、(000−1)端面および(1−101)端面が成長する成長速度が遅いので、成長層の上面(発光素子層12のm面)が平坦性を保ちながら成長する。この結果、発光素子層12の表面の平坦性をより向上させることができる。
For example, in the manufacturing process of the
また、上記第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、クラック51が形成された成長用基板(n型GaN基板41)の(1−10−2)面からなる主表面上に窒化物系半導体層(発光素子層42)を成長させて、(000−1)面および(1−101)面からなる側面(結晶成長面42aおよび結晶成長面42b)をそれぞれ形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、(11−2−2)面を主表面とする成長用基板上に窒化物系半導体層を成長させてLEDチップを形成してもよい。この場合、発光素子層42には、成長用基板の(11−2−2)面に対してそれぞれ所定の角度だけ傾斜して延びる(000−1)端面と(11−22)端面とが形成される。この変形例のように構成しても、上記第2実施形態による形成方法を用いて形成したLEDチップ40と同様に、発光素子層42の(11−2−2)面が成長する成長速度よりも、(000−1)端面および(11−22)端面が成長する成長速度が遅いので、成長層の上面(発光素子層42のm面)が平坦性を保ちながら成長する。この結果、発光素子層42の表面の平坦性をより向上させることができる。
In the manufacturing process of the
また、上記第3実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子80では、成長用基板のm面((1−100)面)からなる主表面上に窒化物系半導体層を成長させて、一方の共振器面(光出射面)と、レーザ光を外部に反射させる反射面とを形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下記に例示する面方位からなる主表面を有する成長用基板を用いて窒化物系半導体層を成長させてもよい。
In the nitride-based
たとえば、a面((11−20)面)からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、窒化物系半導体層の光出射側の共振器面(光出射面)およびレーザ光を外部に反射させる反射面は、それぞれ、(000−1)面および(11−22)面からなるように構成される。また、反射面((11−22)面)は、光出射面((000−1)面)に対して約58°傾斜した方向に延びるように形成される。なお、光反射側の共振器面(光反射面)については、上記第1実施形態の製造プロセスと同様に、エッチングにより(0001)面からなる光反射面が形成される。 For example, a growth substrate having a main surface composed of a-plane ((11-20) plane) may be used. In this case, the light emitting side resonator surface (light emitting surface) of the nitride-based semiconductor layer and the reflecting surface for reflecting the laser light to the outside are the (000-1) surface and the (11-22) surface, respectively. Configured as follows. Further, the reflecting surface ((11-22) surface) is formed to extend in a direction inclined by about 58 ° with respect to the light emitting surface ((000-1) surface). For the resonator surface (light reflecting surface) on the light reflecting side, a light reflecting surface composed of a (0001) surface is formed by etching, as in the manufacturing process of the first embodiment.
また、(1−10−4)面からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、窒化物系半導体層の光出射側の共振器面(光出射面)およびレーザ光を外部に反射させる反射面は、それぞれ、(1−101)面および(000−1)面からなるように構成される。また、反射面((000−1)面)は、光出射面((1−101)面)に対して約65°傾斜した方向に延びるように形成される。なお、光反射面については、上記第1実施形態の製造プロセスと同様に、エッチングにより(−110−1)面からなる光反射面が形成される。 Further, a growth substrate having a main surface made of a (1-10-4) plane may be used. In this case, the resonator surface (light emitting surface) on the light emitting side of the nitride-based semiconductor layer and the reflecting surface that reflects the laser light to the outside are the (1-101) plane and the (000-1) plane, respectively. Configured as follows. The reflection surface ((000-1) surface) is formed to extend in a direction inclined by about 65 ° with respect to the light emission surface ((1-101) surface). In addition, about the light reflection surface, the light reflection surface which consists of (-110-1) surface is formed by an etching similarly to the manufacturing process of the said 1st Embodiment.
また、(11−2−5)面からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、窒化物系半導体層の光出射側の共振器面およびレーザ光を外部に反射させる反射面は、それぞれ、(11−22)面および(000−1)面からなるように構成される。また、反射面((000−1)面)は、光出射面((11−22)面)に対して約57°傾斜した方向に延びるように形成される。なお、光反射面については、エッチングにより(−1−12−2)面からなる光反射面が形成される。 Further, a growth substrate having a main surface composed of (11-2-5) plane may be used. In this case, the resonator surface on the light emitting side of the nitride-based semiconductor layer and the reflecting surface that reflects the laser light to the outside are configured to include (11-22) plane and (000-1) plane, respectively. . Further, the reflecting surface ((000-1) surface) is formed to extend in a direction inclined by about 57 ° with respect to the light emitting surface ((11-22) surface). In addition, about the light reflection surface, the light reflection surface which consists of a (-1-12-2) surface is formed by an etching.
また、(1−10−2)面からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、レーザ光を外部に反射させる反射面は(000−1)面からなるように構成される。また、反射面((000−1)面)は、成長用基板の主表面と垂直な方向([1−10−2]方向)に対して約47°傾斜した方向に延びるように形成される。したがって、レーザ光を半導体層の主表面と略垂直な方向([1−10−2]方向)に出射させることができる。なお、共振器面(光出射面および光反射面)については、半導体層のエッチングにより[1−10−2]方向に延びる側面として形成される。 Further, a growth substrate having a main surface composed of a (1-10-2) plane may be used. In this case, the reflection surface for reflecting the laser beam to the outside is configured to be a (000-1) plane. Further, the reflection surface ((000-1) surface) is formed to extend in a direction inclined by about 47 ° with respect to a direction ([1-10-2] direction) perpendicular to the main surface of the growth substrate. . Therefore, laser light can be emitted in a direction ([1-10-2] direction) substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor layer. The resonator surface (light emitting surface and light reflecting surface) is formed as a side surface extending in the [1-10-2] direction by etching the semiconductor layer.
また、(11−2−3)面からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合も、レーザ光を外部に反射させる反射面は(000−1)面からなるように構成される。また、反射面((000−1)面)は、成長用基板の主表面と垂直な方向([11−2−3]方向)に対して約43°傾斜した方向に延びるように形成される。したがって、レーザ光を半導体層の主表面と略垂直な方向([11−2−3]方向)に出射させることができる。なお、共振器面(光出射面および光反射面)については、半導体層のエッチングにより[11−2−3]方向に延びる側面として形成される。 Further, a growth substrate having a main surface composed of (11-2-3) plane may be used. Also in this case, the reflection surface for reflecting the laser beam to the outside is configured to be a (000-1) plane. The reflection surface ((000-1) surface) is formed to extend in a direction inclined by about 43 ° with respect to a direction ([11-2-3] direction) perpendicular to the main surface of the growth substrate. . Therefore, laser light can be emitted in a direction ([11-2-3] direction) substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor layer. The resonator surface (light emitting surface and light reflecting surface) is formed as a side surface extending in the [11-2-3] direction by etching the semiconductor layer.
また、上記第4実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子120では、成長用基板の(11−2−5)面からなる主表面上に窒化物系半導体層を成長させて、一方の共振器面(光出射面)を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下記に例示する面方位からなる主表面を有する成長用基板を用いて窒化物系半導体層を成長させてもよい。
In the nitride-based
たとえば、m面((1−100)面)からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、窒化物系半導体層の光出射面は、(000−1)面からなるように構成される。なお、光反射側の共振器面(光反射面)については、上記第4実施形態の製造プロセスと同様に、エッチングにより(0001)面からなる光反射面が形成される。 For example, a growth substrate having a main surface composed of an m-plane ((1-100) plane) may be used. In this case, the light emitting surface of the nitride-based semiconductor layer is configured to be a (000-1) plane. As for the resonator surface (light reflection surface) on the light reflection side, a light reflection surface composed of a (0001) surface is formed by etching, as in the manufacturing process of the fourth embodiment.
また、a面((11−20)面)からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、窒化物系半導体層の光出射面は、(000−1)面からなるように構成される。なお、光反射側の共振器面(光反射面)については、上記第4実施形態の製造プロセスと同様に、エッチングにより(0001)面からなる光反射面が形成される。 Further, a growth substrate having a main surface composed of a-plane ((11-20) plane) may be used. In this case, the light emitting surface of the nitride-based semiconductor layer is configured to be a (000-1) plane. As for the resonator surface (light reflection surface) on the light reflection side, a light reflection surface composed of a (0001) surface is formed by etching, as in the manufacturing process of the fourth embodiment.
また、(1−10−4)面からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、窒化物系半導体層の光出射面は、(1−101)面からなるように構成される。なお、光反射面については、上記第4実施形態の製造プロセスと同様に、エッチングにより(−110−1)面からなる光反射面が形成される。 Further, a growth substrate having a main surface made of a (1-10-4) plane may be used. In this case, the light emitting surface of the nitride-based semiconductor layer is configured to be a (1-101) plane. In addition, about the light reflection surface, the light reflection surface which consists of (-110-1) surface is formed by an etching similarly to the manufacturing process of the said 4th Embodiment.
また、上記第4実施形態による形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子120では、半導体レーザ素子層93の結晶成長による(11−22)面を光出射面120aとするとともに、エッチングにより略(−1−12−2)面からなる光反射面120bを形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、(11−22)面が光反射面であるとともに、略(−1−12−2)面を光出射面であるように構成してもよい。
In the nitride-based
また、上記第2実施形態によるLEDチップ40の製造プロセスでは、下地層50にクラック導入用のスクライブ傷70を破線状(約50μm間隔)に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地層50のB方向(図12参照)の両端部(n型GaN基板41の端部に対応する領域)にスクライブ傷を形成してもよい。このように構成しても、両端部のスクライブ傷を起点としてB方向に延びるクラック51を容易に導入することができる。
Further, in the manufacturing process of the
また、上記第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80の製造プロセスでは、n型GaN基板41と下地層50との格子定数差を利用して下地層50に自発的にクラック51が形成されるのを利用した例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第2実施形態の製造プロセスと同様に、n型GaN基板上の下地層に破線状のスクライブ傷を形成することによってクラックの発生位置が制御されたクラックを形成するようにしてもよい。
In the manufacturing process of the nitride-based
また、上記第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80の製造プロセスでは、n型GaN基板41と下地層50との格子定数差によって下地層50に自発的にクラック51が形成されるのを利用した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地層50の両端部(n型GaN基板41のB方向の端部に対応する領域)にのみスクライブ傷を形成してもよい。このように構成しても、両端部のスクライブ傷を起点としてB方向に延びるクラック51を容易に導入することができる。
In the manufacturing process of the nitride-based
また、上記第2〜第4実施形態の製造プロセスでは、下地基板としてn型GaN基板を用いるとともに、n型GaN基板上にAlGaNからなる下地層を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地基板としてInGaN基板を用いるとともに、InGaN基板上にGaNまたはAlGaNからなる下地層を形成してもよい。 Further, in the manufacturing processes of the second to fourth embodiments, an example in which an n-type GaN substrate is used as a base substrate and a base layer made of AlGaN is formed on the n-type GaN substrate has been described. In addition to using an InGaN substrate as a base substrate, a base layer made of GaN or AlGaN may be formed on the InGaN substrate.
また、上記第3および第4実施形態の製造プロセスでは、利得導波型のオキサイドストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成する例について示したが、本発明はこれに限らず、リッジ部をSiO2またはAlGaNなどからなる電流ブロック層で埋め込んだ屈折率導波型のリッジ導波構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成する場合にも、本発明を適用してもよい。 In the manufacturing processes of the third and fourth embodiments, an example of forming a nitride-based semiconductor laser element having a gain-guided oxide stripe structure has been described. However, the present invention is not limited to this, and the ridge portion The present invention may also be applied to the case where a nitride-based semiconductor laser device having a refractive index guided ridge waveguide structure embedded with a current blocking layer made of SiO 2 or AlGaN is used.
また、上記第6実施形態では太陽電池300を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、本発明の窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法を用いて、たとえば、光電変換膜や、光電変換素子や、撮像素子などを形成してもよい。
Moreover, although the example in which the
1 第1半導体層(成長用基板、窒化物系半導体層)
2 発光層(窒化物系半導体層)
3 第2半導体層(窒化物系半導体層)
7 成長用基板
9a 窒化物系半導体層
10a、10b 側面
11 n型GaN基板(成長用基板)
12、42 発光素子層(窒化物系半導体層)
12a、42a、310a 結晶成長面(側面)
13、43 n型クラッド層(窒化物系半導体層)
14、44 発光層(窒化物系半導体層)
15、45 p型クラッド層(窒化物系半導体層)
21 溝部(凹部)
21a、51a 内側面(凹部の一方の内側面)
41 n型GaN基板(成長用基板、下地基板)
32、81、201、330 支持基板
50 下地層
51 クラック(凹部)
90b 光反射面(側面)
93 半導体レーザ素子層(窒化物系半導体層)
94 n型バッファ層(窒化物系半導体層)
95 n型クラッド層(窒化物系半導体層)
96 発光層(窒化物系半導体層)
97 p型クラッド層(窒化物系半導体層)
98 p型コンタクト層(窒化物系半導体層)
120a 光出射面(側面)
204、310 半導体層(窒化物系半導体層)
204a 側面
208 第1窒化物半導体層(窒化物系半導体層)
209 第2窒化物半導体層(窒化物系半導体層)
210 キャップ層(窒化物系半導体層)
221 n型4H−SiC基板(成長用基板)
301 サファイア基板(成長用基板)
311 n型層(窒化物系半導体層)
312 p型層(窒化物系半導体層)
1 First semiconductor layer (growth substrate, nitride semiconductor layer)
2 Light emitting layer (nitride semiconductor layer)
3 Second semiconductor layer (nitride-based semiconductor layer)
7
12, 42 Light emitting element layer (nitride semiconductor layer)
12a, 42a, 310a Crystal growth surface (side surface)
13, 43 n-type cladding layer (nitride semiconductor layer)
14, 44 Light emitting layer (nitride semiconductor layer)
15, 45 p-type cladding layer (nitride semiconductor layer)
21 Groove (recess)
21a, 51a Inner surface (one inner surface of the recess)
41 n-type GaN substrate (growth substrate, base substrate)
32, 81, 201, 330
90b Light reflecting surface (side)
93 Semiconductor laser element layer (nitride-based semiconductor layer)
94 n-type buffer layer (nitride semiconductor layer)
95 n-type cladding layer (nitride semiconductor layer)
96 Light emitting layer (nitride semiconductor layer)
97 p-type cladding layer (nitride-based semiconductor layer)
98 p-type contact layer (nitride semiconductor layer)
120a Light exit surface (side surface)
204, 310 Semiconductor layer (nitride semiconductor layer)
209 Second nitride semiconductor layer (nitride semiconductor layer)
210 Cap layer (nitride semiconductor layer)
221 n-
301 Sapphire substrate (growth substrate)
311 n-type layer (nitride semiconductor layer)
312 p-type layer (nitride semiconductor layer)
Claims (9)
前記成長用基板の主表面に、{A+B、A、−2A−B、L}面(AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる主表面と、前記凹部の一方の内側面を起点とした(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面(ここでA≧0およびB≧0であり、かつ、AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる側面とを含む窒化物系半導体層を形成する工程と、
前記窒化物系半導体層に支持基板を接合する工程とを備え、
前記凹部が、前記成長用基板の主表面と前記窒化物系半導体層の(0001)面とに実質的に平行な方向に延びる、窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法。 Forming a recess in the main surface of the growth substrate;
A main surface comprising {A + B, A, -2A-B, L} planes (an integer in which at least one of A and B is not 0) and one inner surface of the recess; (000-1) plane starting from the above, or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane (where A ≧ 0 and B ≧ 0, and at least one of A and B is Forming a nitride-based semiconductor layer including a side surface made of an integer other than 0),
Bonding a support substrate to the nitride-based semiconductor layer,
A method for forming a support substrate having a nitride semiconductor layer, wherein the recess extends in a direction substantially parallel to a main surface of the growth substrate and a (0001) plane of the nitride semiconductor layer.
前記窒化物系半導体層を形成する工程は、(000−1)面からなる前記内側面に対応する領域に、(000−1)面からなる前記側面を有する前記窒化物系半導体層を形成する工程を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法。 The inner surface includes a (000-1) surface,
The step of forming the nitride-based semiconductor layer forms the nitride-based semiconductor layer having the side surface made of the (000-1) plane in a region corresponding to the inner side surface made of the (000-1) plane. The formation method of the support substrate which has a nitride type semiconductor layer of any one of Claims 1-4 including a process.
前記下地基板および前記下地層の格子定数を、それぞれ、c1およびc2とした場合、c1>c2の関係を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法。 The underlayer includes AlGaN;
The lattice constant of the underlying substrate and the undercoat layer, respectively, when the c 1 and c 2, c 1> c having two relationships, nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 6 A method for forming a support substrate having a layer.
前記下地層に、前記成長用基板の主表面と前記下地層の(0001)面とに実質的に平行な方向に延びるクラックを形成する工程をさらに含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の窒化物系半導体層を有する支持基板の形成方法。 The step of forming a recess in the main surface of the growth substrate includes:
8. The method according to claim 1, further comprising forming a crack extending in a direction substantially parallel to a main surface of the growth substrate and a (0001) plane of the base layer in the base layer. A method for forming a support substrate having the nitride-based semiconductor layer described in 1.
前記窒化物系半導体層に接合される支持基板とを備える、窒化物系半導体層を有する支持基板。 Starting from a main surface consisting of {A + B, A, -2A-B, L} plane (an integer in which at least one of A and B is not 0) and one inner surface of a recess formed in the growth substrate (000-1) plane or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane (where A ≧ 0 and B ≧ 0, and at least one of A and B is not 0) A nitride-based semiconductor layer including a side surface made of an integer),
A support substrate having a nitride-based semiconductor layer, comprising a support substrate bonded to the nitride-based semiconductor layer.
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