JP2009246237A - 電流狭窄型発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 支持基板2の上面側に、金属積層体3を有し、金属積層体3は、第1導電型半導体層4に接触する凸部10aをもつ第1導電層10と、第1導電層10の、凸部10a以外の第1表面10bの部分上に位置し、第1導電型半導体層4に接触する第2表面11bをもつ第2導電層11とで構成され、第1導電層10は、第1導電型半導体層4に対するコンタクト抵抗が、第2導電層11に比べて低く、かつ凸部10aが、第1電極層7の配設位置の鉛直下部からずらした位置に配設してなることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
(1)支持基板の上面側に、異種導電材料からなる2つの導電層からなる金属積層体、第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層および第1電極層を有し、前記支持基板の下面側に第2電極層を有する電流狭窄型発光素子において、前記金属積層体は、前記第1導電型半導体層に接触する凸部をもつ第1導電層と、該第1導電層の、凸部以外の第1表面の部分上に位置し、前記第1導電型半導体層に接触する第2表面をもつ第2導電層とで構成され、前記第1導電層は、前記第1導電型半導体層に対するコンタクト抵抗が、前記第2導電層に比べて低く、かつ前記凸部が、前記第1電極層の配設位置の鉛直下部からずらした位置に配設してなることを特徴とする電流狭窄型発光素子。
(2)前記第1導電層は、AuもしくはAgからなる金属層、または、AuもしくはAgを含む合金層である(1)記載の電流狭窄型発光素子。
(3)前記第2導電層は、AlもしくはAgからなる金属層、または、Alおよび/もしくはAgを含む合金層である(1)記載の電流狭窄型発光素子。
(4)第2導電型成長基板の上方に、第2導電型半導体層、活性層および第1導電型半導体層を順次形成する工程と、前記第1導電型半導体層の上方に、第2導電層を形成する工程と、該第2導電層に、凹部を形成する工程と、該凹部から露出した前記第1導電型半導体層の表面部分および前記第2導電層の上方に、第1導電層を形成する工程と、該第1導電層の上方に、支持基板を接合する工程と、前記第2導電型成長基板を除去する工程と
を具えることを特徴とする電流狭窄型発光素子の製造方法。
(5)前記支持基板接合工程は、金属接合層を介して前記支持基板を接合することを含む(4)記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
図1は、本発明に係る電流狭窄型発光素子の実施形態を、半導体発光素子の一部の断面構造について模式的に示したものである。
また、第1導電型半導体層4を、(AlfGa(1−f))0.5In0.5P層(0≦f≦1)、活性層5を、IngGa(1−g)P層(0<g≦1)とAlhGaiIn(1−h−i)P層(0≦h≦1、0≦i≦1、かつ0≦h+i≦1)からなる多重量子井戸層、第2導電型半導体層6を、(AljGa(1−j))0.5In0.5P層(0≦j≦1)とする場合も挙げられる。
第1電極層7は、第2導電型半導体層6上の一部で接合し、その界面で低コンタクト抵抗のオーミック接合をとる必要がある。第1導電型半導体層4がAlGaAsまたはAlGaInPの場合には、Au、Agのほか、Au−Zn、Au−Sbなどの合金が好ましい。
第2電極層8は、絶縁では無いが第1電極層7と比較して半導体層とのコンタクト抵抗が高い必要があり、また、半導体層と第1金属層7との密着性が良好であることが要件である。発光層からの光を反射する金属であることが発光効率向上の点でも好ましい。第1電極層と比較して半導体層とのコンタクト抵抗が高い金属として、半導体層とショットキー接続をとる金属が好適である。これらを総合的に考慮すると、Al、Agもしくはそれらの成分を含む合金が挙げられるが、Alが最も好ましい。
金属接合層9を構成する好適な材料としては、例えばAu、Cu等が挙げられ、好適には1〜2μmの厚さを有する。
第1導電型半導体層4はCドープp型のAl0.3Ga0.7Asとし、厚さは5μm、キャリア濃度は1×1018(cm−3)とした。このp型AlGaAs上にAuまたはAlを蒸着し、直径110μm、厚さ100nmのドットを中心間距離275μmとなるように配置し、380℃で熱処理をした後に、隣り合う2つのドット間のI−V測定を行った。
図2のようなI−V測定でショットキー、オーミックの判別を行うことができ、また定性的にそのコンタクト抵抗の大小を比較することが可能である。
このような電流狭窄型発光素子おいて好ましくは、第1電極層7を、第2導電型半導体層6の上面外周部にリング状に設け、第1導電層10の凸部10aは、第1電極層7で包囲された発光領域Sの中心位置Cに対応して設ける。このように、第1電極層7配設位置から離れた位置に第1導電層10の凸部10aを形成することで、高い内部量子効率と光取り出し効率を得ることができる。また、第1電極層7の位置と第1導電層10の凸部10aの位置との距離がチップ内で均一になるように配置することで、チップ内に15箇所ある発光領域Sをすべて均等な強度で、個々の発光領域を偏りなく中心対称で発光させることができる。図3では凸部10aの形状は円形としたが方形でもよく、さらに第1電極層7の形状に応じて変更することができる。
また、第1導電層10の凸部頂面10a1に関しては、アスペクト比などの観点から、その最小サイズが制限される。第2導電層11の厚みにもよるが、凸部頂面10a1は、円形であれば直径10μm以上であることが好ましい。
図4(a)〜(f)は、本発明に従う半導体発光素子の製造方法における主な工程をそれぞれ示したものである。
その後、図4(d)に示すように、凹部11aから露出した第1導電型半導体層4の表面部分および第2導電層11の上方に、第1導電層10を形成し、第2導電層11と第1導電型半導体層4のコンタクト抵抗を下げるための熱処理を施す。
次に、第2導電型成長基板12(GaAs、厚さ:350μm)の上面側に、第2導電型半導体層6(Al0.4Ga0.6As層、厚さ:5μm)、活性層5(InGaAs/AlGaAsの多重量子井戸構造、厚さ:50nm)、第1導電型半導体層4(Al0.4Ga0.6As層、厚さ:2μm)をMOCVD法により順次形成した。
その後、オーミックコンタクトをとるための熱処理を施し、その上に、電子ビーム蒸着法によりAu接合層9a(厚さ:0.5〜1μm)を形成した。
そして、抵抗加熱により、第1電極層7の上方Ti/Au層で上面パッドを形成し、フォトリソグラフィ工程後、燐酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして、メサ形成後、ダイサーを用いてダイシングすることにより540μm角の、図3に示すような構造の正方形チップを製造した。
比較例は、実施例とほぼ同様の構造であるが、図5に示すように、SiNからなる絶縁層32(厚さ200nm)を、第2導電層31と第1導電型半導体層24の間に追加している。絶縁層32を、第2導電層と同位置に同形状で配設したこと以外は実施例と同様な方法で半導体発光素子21を得た。なお、第2導電層31は、活性層25からの光を反射させる効果を実施例と同等とために、配置した。
なお、小電流領域を1〜20mA、中電流領域を40〜60mA、大電流領域を80〜120mAとした。
2,22 支持基板
3 金属積層体
4,24 第1導電型半導体層
5,25 活性層
6,26 第2導電型半導体層
7,27 第1電極層
8,28 第2電極層
9,29 金属接合層
9a,9b 接合層
10,30 第1導電層
10a 凸部
10b 第1表面
11,31 第2導電層
11a 凹部
11b 第2表面
12 第2導電型成長基板
32 絶縁層
Claims (5)
- 支持基板の上面側に、異種導電材料からなる2つの導電層からなる金属積層体、第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層および第1電極層を有し、前記支持基板の下面側に第2電極層を有する電流狭窄型発光素子において、
前記金属積層体は、
前記第1導電型半導体層に接触する凸部をもつ第1導電層と、
該第1導電層の、凸部以外の第1表面の部分上に位置し、前記第1導電型半導体層に接触する第2表面をもつ第2導電層とで構成され、
前記第1導電層は、
前記第1導電型半導体層に対するコンタクト抵抗が、前記第2導電層に比べて低く、かつ前記凸部が、前記第1電極層の配設位置の鉛直下部からずらした位置に配設してなることを特徴とする電流狭窄型発光素子。 - 前記第1導電層は、AuもしくはAgからなる金属層、または、AuもしくはAgを含む合金層である請求項1記載の電流狭窄型発光素子。
- 前記第2導電層は、AlもしくはAgからなる金属層、または、Alおよび/もしくはAgを含む合金層である請求項1記載の電流狭窄型発光素子。
- 第2導電型成長基板の上方に、第2導電型半導体層、活性層および第1導電型半導体層を順次形成する工程と、
前記第1導電型半導体層の上方に、第2導電層を形成する工程と、
該第2導電層に、凹部を形成する工程と、
該凹部から露出した前記第1導電型半導体層の表面部分および前記第2導電層の上方に、第1導電層を形成する工程と、
該第1導電層の上方に、支持基板を接合する工程と、
前記第2導電型成長基板を除去する工程と
を具えることを特徴とする電流狭窄型発光素子の製造方法。 - 前記支持基板接合工程は、金属接合層を介して前記支持基板を接合することを含む請求項4記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
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