JP2010028057A - Nitride semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.
従来から、窒化ガリウム系の窒化物半導体を利用した発光ダイオードやレーザダイオードなどの窒化物半導体発光素子が各所で研究開発され(例えば、特許文献1)、青色の波長域の光を発光する青色発光ダイオードに限らず、500〜560nm程度の緑色の波長域の光を発光する緑色発光ダイオードや、380nm以下の紫外線の波長域の光を発光する紫外発光ダイオードなどが実用化され、680nm以上の赤外線の波長域の光を発光する赤外発光ダイオードについても研究開発が活発に行われている。 Conventionally, nitride semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes and laser diodes using gallium nitride-based nitride semiconductors have been researched and developed in various places (for example, Patent Document 1), and blue light emission that emits light in a blue wavelength region. Not only diodes but also green light-emitting diodes that emit light in the green wavelength range of about 500 to 560 nm and ultraviolet light-emitting diodes that emit light in the ultraviolet wavelength range of 380 nm or less have been put into practical use. Research and development is also actively conducted on infrared light emitting diodes that emit light in the wavelength range.
ところで、窒化物半導体発光素子としては、エピタキシャル成長用の単結晶基板として絶縁性基板であるサファイア基板を用いたものが一般的であり、上記特許文献1には、図3に示すように、サファイア基板からなる単結晶基板1の主表面側にバッファ層2を介して形成されたn形窒化物半導体層3と、n形窒化物半導体層3の表面側に形成された発光層4と、発光層4の表面側に形成されたp形窒化物半導体層5と、p形窒化物半導体層5の表面側に形成されたアノード電極(p電極)10と、n形窒化物半導体層3における単結晶基板1側とは反対の表面側に形成されたカソード電極(n電極)11とを備えた窒化物半導体発光素子(発光ダイオード)が記載されている。なお、上記特許文献1には、上述の窒化物半導体発光素子の実施例として、バッファ層2が、AlN層により構成され、n形窒化物半導体層3が、Siのドーピング濃度を7×1018cm−3としたn形GaN層からなるコンタクト層とSiのドーピング濃度を5×1018cm−3としたn形GaN層からなる下部クラッド層とで構成され、発光層4が、In0.95Ga0.05N層からなる井戸層を有する単一量子井戸構造により構成され、p形窒化物半導体層5が、Mgのドーピング濃度を1×1018cm−3としたp形Al0.25Ga0.75N層からなる上部クラッド層とMgのドーピング濃度を5×1019cm−3としたp形GaN層からなるコンタクト層とで構成されたものが例示されている。
By the way, as a nitride semiconductor light emitting device, one using a sapphire substrate which is an insulating substrate as a single crystal substrate for epitaxial growth is generally used. As shown in FIG. An n-type
ここにおいて、アノード電極10は、p形窒化物半導体層5上に形成されたITOなどの導電性酸化物からなる透光性電極9上に形成され、カソード電極11は、n形窒化物半導体層3における発光層4側の露出した表面上に形成されている。さらに説明すれば、上述の窒化物半導体発光素子は、単結晶基板1の上記一表面側へn形窒化物半導体層3、発光層4、p形窒化物半導体層5をMOCVD法などにより順次成長させた後で、フォトリソグラフィ技術を利用してn形窒化物半導体層3と発光層4とp形窒化物半導体層5との積層構造部における所望の発光領域上にレジスト層(以下、第1のレジスト層と称する)を形成し、当該第1のレジスト層をマスクとして反応性イオンエッチングによりp形窒化物半導体層5の表面側からn形窒化物半導体層3の途中までエッチングすることによりn形窒化物半導体層3の表面を露出させ、第1のレジスト層を除去してから、p形窒化物半導体層5上に透光性電極9の基礎となるITO膜をスパッタ法などにより形成してから、当該ITO膜をパターニングすることにより透光性電極9を形成し、その後、単結晶基板1の主表面側におけるアノード電極10およびカソード電極11の形成予定領域のみが露出するようにパターニングされた第2のレジスト層を形成してから、アノード電極10およびカソード電極11をスパッタ法などにより同時に形成し、リフトオフを行うことにより第2のレジスト層および当該第2のレジスト層上の不要膜を除去している。
しかしながら、図3に示した構成の窒化物半導体発光素子では、製造時に、上述のようにサファイア基板からなる単結晶基板1の主表面側にn形窒化物半導体層3と発光層4とp形窒化物半導体層5との積層構造部をMOCVD法などにより形成した後で、フォトリソグラフィ技術を利用して上記積層構造部における発光領域上に第1のレジスト層を形成し、第1のレジスト層をマスクとして上記積層構造部における発光領域以外の領域をn形窒化物半導体層3が露出するまでエッチングし、第1のレジスト層を除去する必要があるので、製造工程が複雑になり、生産性が低下してコストが高くなるという問題があった。なお、窒化物半導体発光素子の製造にあたっては、窒化物半導体発光素子を1枚のウェハに複数形成してから、ダイサと呼ばれる切削装置を用いて個々の窒化物半導体発光素子に分離するようにしているのが一般的である。
However, in the nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 3, the n-type
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、製造工程の簡略化を図れ生産性の向上が可能な窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device capable of simplifying the manufacturing process and improving productivity, and a method for manufacturing the same.
請求項1の発明は、単結晶基板と、当該単結晶基板の一表面側に形成されたn形窒化物半導体層と、n形窒化物半導体層の表面側に形成され発光層とp形窒化物半導体層との積層構造を有する発光領域と、n形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域の側方に発光領域から離間して形成されたn形コンタクト領域と、n形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域とn形コンタクト領域との間に形成された分離溝部と、発光領域のp形窒化物半導体層における発光層側とは反対側に形成されたアノード電極と、n形コンタクト領域におけるn形窒化物半導体層側とは反対側に形成されたカソード電極とを備え、n形コンタクト領域は、n形窒化物半導体層の前記表面側の全体に形成した発光層とp形窒化物半導体層との積層構造部における当該n形コンタクト領域の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域の導電形をn形へ変えることにより形成され、分離溝部は、前記積層構造部における当該分離溝部の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより形成され、発光領域は、前記積層構造部のうちn形コンタクト領域および分離溝部が形成された領域の残りの部分により構成されてなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、n形窒化物半導体層の表面側に形成され発光層とp形窒化物半導体層との積層構造を有する発光領域と、n形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域の側方に発光領域から離間して形成されたn形コンタクト領域と、n形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域とn形コンタクト領域との間に形成された分離溝部と、発光領域のp形窒化物半導体層における発光層側とは反対側に形成されたアノード電極と、n形コンタクト領域におけるn形窒化物半導体層側とは反対側に形成されたカソード電極とを備え、n形コンタクト領域は、n形窒化物半導体層の前記表面側の全体に形成した発光層とp形窒化物半導体層との積層構造部における当該n形コンタクト領域の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域の導電形をn形へ変えることにより形成され、分離溝部は、前記積層構造部における当該分離溝部の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより形成され、発光領域は、前記積層構造部のうちn形コンタクト領域および分離溝部が形成された領域の残りの部分により構成されているので、従来のようなフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してn形窒化物半導体層の表面を露出させる工程が不要であり、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コスト化が可能となる。 According to the present invention, the light emitting region formed on the surface side of the n-type nitride semiconductor layer and having a laminated structure of the light emitting layer and the p-type nitride semiconductor layer, and the light emitting region on the surface side of the n-type nitride semiconductor layer An n-type contact region formed laterally away from the light-emitting region, a separation groove formed between the light-emitting region and the n-type contact region on the surface side of the n-type nitride semiconductor layer, and a light-emitting region An anode electrode formed on the side opposite to the light emitting layer side of the p-type nitride semiconductor layer, and a cathode electrode formed on the side opposite to the n-type nitride semiconductor layer side in the n-type contact region, n The n-type contact region is irradiated with pulsed laser light on the region where the n-type contact region is to be formed in the laminated structure of the light emitting layer and the p-type nitride semiconductor layer formed on the entire surface side of the n-type nitride semiconductor layer. Then The separation groove portion is formed by changing the conductivity type of the region to be formed to n-type, and the separation groove portion is formed by irradiating the region to be formed of the separation groove portion in the stacked structure portion with etching with pulsed laser light, and the light emitting region is The n-type nitride semiconductor layer is formed by using the conventional photolithography technique and etching technique because it is constituted by the remaining part of the region where the n-type contact region and the isolation groove portion are formed in the stacked structure portion. The process of exposing the surface of the film is unnecessary, the manufacturing process can be simplified, the productivity can be improved, and the cost can be reduced.
請求項2の発明は、請求項1記載の窒化物半導体発光素子の製造方法であって、n形コンタクト領域および分離溝部の形成にあたって、n形窒化物半導体層の表面側の全体に形成した発光層とp形窒化物半導体層との積層構造部におけるn形コンタクト領域および分離溝部それぞれの形成予定領域にパルスレーザ光としてそれぞれパルス幅が10ps未満および1ps未満のパルスレーザ光を照射してn形コンタクト領域および分離溝部を形成することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect, wherein the light emission formed on the entire surface side of the n type nitride semiconductor layer when forming the n type contact region and the isolation groove. The n-type contact region and the isolation trench portion in the stacked structure portion of the layer and the p-type nitride semiconductor layer are irradiated with pulse laser light having a pulse width of less than 10 ps and less than 1 ps as pulse laser light, respectively. A contact region and a separation groove are formed.
この発明によれば、n形窒化物半導体層の表面側の全体に形成した発光層とp形窒化物半導体層との積層構造部におけるn形コンタクト領域および分離溝部それぞれの形成予定領域にパルスレーザ光としてそれぞれパルス幅が10ps未満および1ps未満のパルスレーザ光を照射してn形コンタクト領域および分離溝部を形成するので、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コストの窒化物半導体発光素子を提供することができ、しかも、パルスレーザ光の照射部分周辺に熱損傷が生じるのを抑制することができるから、n形コンタクト領域および分離溝部を精度良く形成することができる。 According to the present invention, the pulse laser is applied to each of the n-type contact region and the separation groove portion in the laminated structure portion of the light emitting layer formed on the entire surface side of the n-type nitride semiconductor layer and the p-type nitride semiconductor layer. Light is irradiated with pulsed laser light having a pulse width of less than 10 ps and less than 1 ps, respectively, to form an n-type contact region and a separation groove, thereby simplifying the manufacturing process and improving productivity and reducing the cost of nitriding A physical semiconductor light emitting device can be provided, and furthermore, thermal damage can be suppressed around the irradiated portion of the pulse laser beam, so that the n-type contact region and the separation groove can be formed with high accuracy.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、窒化物半導体発光素子を1枚のウェハに複数形成してから、個々の窒化物半導体発光素子に分離するようにし、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたっては、パルス幅が1ps未満のパルスレーザ光を照射して個々の窒化物半導体発光素子に分離することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, a plurality of nitride semiconductor light emitting devices are formed on a single wafer and then separated into individual nitride semiconductor light emitting devices. The separation into the semiconductor light emitting elements is characterized in that each nitride semiconductor light emitting element is separated by irradiating a pulse laser beam having a pulse width of less than 1 ps.
この発明によれば、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたって、前記n形コンタクト領域および前記分離溝部を形成する際に用いるパルスレーザを流用することができるので、ダイサが不要であり、低コスト化が可能となるとともに、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離する際に損傷が発生するのを防止することが可能となる。 According to the present invention, the dicer is not required because the pulse laser used for forming the n-type contact region and the separation groove can be used for separating the individual nitride semiconductor light emitting devices from the wafer. Thus, the cost can be reduced, and damage can be prevented from occurring when the nitride semiconductor light emitting device is separated from the wafer.
請求項1の発明では、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れるという効果がある。
In the invention of
請求項2の発明では、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コストの窒化物半導体発光素子を提供することができるという効果がある。 According to the second aspect of the present invention, the manufacturing process can be simplified, the productivity can be improved, and a low-cost nitride semiconductor light emitting device can be provided.
本実施形態の窒化物半導体発光素子は、可視光発光ダイオードであって、図1に示すように、矩形状(例えば、正方形状)に形成されたエピタキシャル成長用の単結晶基板1と、単結晶基板1の一表面側にバッファ層2を介して形成されたn形窒化物半導体層3と、n形窒化物半導体層3の表面側に形成され発光層4とp形窒化物半導体層5との積層構造を有する発光領域6と、n形窒化物半導体層3の上記表面側において発光領域6の側方に発光領域6から離間して形成されたn形コンタクト領域7と、n形窒化物半導体層3の上記表面側において発光領域6とn形コンタクト領域7との間に形成されたpn分離用の分離溝部8と、発光領域6のp形窒化物半導体層5における発光層4側とは反対側に形成された矩形状(ここでは、正方形状)のパッドであるアノード電極(p電極)10と、n形コンタクト領域7におけるn形窒化物半導体層3側とは反対側に形成された矩形状(ここでは、正方形状)のパッドであるカソード電極(n電極)11とを備えている。
The nitride semiconductor light emitting device of this embodiment is a visible light emitting diode, and as shown in FIG. 1, a
上述のn形コンタクト領域7は、後述のようにn形窒化物半導体層3の上記表面側の全体に形成した発光層4とp形窒化物半導体層5との積層構造部(図2(a)参照)における当該n形コンタクト領域7の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域の導電形をn形へ変えることにより形成され(ここでは、当該n形コンタクト領域7の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域を非晶質化することで導電形をn形へ変えている)、分離溝部8は、上記積層構造部における当該分離溝部8の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより形成され、発光領域6は、上記積層構造部のうちn形コンタクト領域7および分離溝部8が形成された領域の残りの部分により構成されている。
The n-
ここにおいて、分離溝部8は平面視L字状に形成されており、平面視において分離溝部8により区画された矩形状の区画にn形コンタクト領域7が形成され、L字状の区画に発光領域6が形成されている。ここで、本実施形態の窒化物半導体発光素子では、平面視において発光領域6の面積がn形コンタクト領域7の面積の略3倍になるように分離溝部8の形成位置を設定してある。また、アノード電極10は、発光領域6のp形窒化物半導体層5上でp形窒化物半導体層5の平面視形状と相似形状であってp形窒化物半導体層5よりも小さなサイズに形成された透光性電極9上に形成されている。また、カソード電極11は、n形コンタクト領域7の上でn形コンタクト領域7の平面視形状と相似形状であってn形コンタクト領域7よりも小さな平面サイズに形成されている。
Here, the
以下、上述の窒化物半導体発光素子について更に詳細に説明する。 Hereinafter, the above-described nitride semiconductor light emitting device will be described in more detail.
上述の単結晶基板1としては、上記一表面が(0001)面、つまり、c面のサファイア基板を用いている。
As the
バッファ層2は、n形窒化物半導体層3の貫通転位を低減するとともにn形窒化物半導体層3の残留歪みを低減するために設けたものであり、膜厚が25nmのAlN層により構成してある。なお、バッファ層2の膜厚は25nmに限定するものではない。また、バッファ層2の材料はAlNに限らず、例えば、GaNやAlGaNでもよい。
The
バッファ層2の形成にあたっては、サファイア基板からなる単結晶基板1をMOCVD装置(有機金属気相成長装置)の反応炉内に導入した後、反応炉内の圧力を所定の成長圧力(例えば、10kPa≒76Torr)に保ちながら基板温度を所定温度(例えば、1250℃)まで上昇させてから所定時間(例えば、10分間)の加熱を行うことにより単結晶基板1の上記一表面を清浄化し、その後、基板温度を所定の成長温度(例えば、500℃)に保持した状態で、アルミニウムの原料であるトリメチルアルミニウム(TMAl)の流量を標準状態で0.02L/min(20SCCM)に設定し、且つ、窒素の原料であるアンモニア(NH3)の流量を標準状態で2L/min(2SLM)に設定してから、TMAlとNH3とを同時に反応炉内へ供給開始してアモルファスのAlN層を堆積させ、その後、基板温度を所定のアニール温度(例えば、1100℃)まで上昇させて基板温度基板温度を上記アニール温度に所定のアニール時間(例えば、5分間)保持するアニールを行うことにより、多結晶化されたAlN層からなるバッファ層2を得る。なお、バッファ層2としては、AlN層に限らず、GaN層やAlGaN層を採用してもよい。
In forming the
n形窒化物半導体層3は、バッファ層2上に形成されたn形GaN層で構成してある。ここで、n形窒化物半導体層3の膜厚は4μmに設定してあるが、特に限定するものではない。また、n形窒化物半導体層3は、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、バッファ層2上のn形Al0.2Ga0.8N層と、当該n形Al0.2Ga0.8N層上のn形GaN層とで構成してもよい。
The n-type
n形窒化物半導体層3の成長条件としては、成長温度を1100℃、成長圧力を上記所定の成長圧力(ここでは、10kPa)とし、ガリウムの原料としてトリメチルガリウム(TMGa)、窒素の原料としてNH3、n形導電性を付与する不純物であるシリコン(Si)の原料としてテトラエチルシラン(TESi)を用い、各原料を輸送するためのキャリアガスとしてはH2ガスとN2ガスとを用いている。ここで、TESiの流量は標準状態で0.0009L/min(0.9SCCM)としている。なお、各原料は特に限定するものではなく、例えば、ガリウムの原料としてトリエチルガリウム(TEGa)、窒素の原料としてヒドラジン誘導体、シリコンの原料としてモノシラン(SiH4)を用いてもよい。
The growth conditions of the n-type
発光層4は、障壁層を膜厚が10nmのIn0.02Ga0.98N層により構成し、井戸層を膜厚が2nmのIn0.20Ga0.80N層により構成してある。ここで、発光層4は、上記井戸層の数が3つとなるように上記障壁層と上記井戸層とを交互に積層した多重量子井戸構造となっている。なお、上記井戸層および上記障壁層の各組成は限定するものではなく、所望の発光波長に応じて適宜設定すればよい。また、上記井戸層の数は特に限定するものではなく、例えば上記井戸層を1つとした単一量子井戸構造を採用してもよい。また、上記障壁層および上記井戸層の各膜厚も特に限定するものではない。
In the
ここにおいて、発光層4の成長条件としては、成長温度を750℃、成長圧力を上記所定の成長圧力(ここでは、10kPa)とし、インジウムの原料としてTMIn、ガリウムの原料としてTMGa、窒素の原料としてNH3を用い、各原料を輸送するためのキャリアガスとしてはN2ガスを用いている。なお、発光層4は、上記障壁層の成長時と上記井戸層の成長時とでIII族原料のモル比(流量比)を適宜変化させる。
Here, as the growth conditions of the
p形窒化物半導体層5は、発光層4上に形成されたp形Al0.10Ga0.90N層からなる第1のp形半導体層と、第1のp形半導体層上に形成されたp形GaN層からなる第2のp形半導体層とで構成してある。ここで、第1のp形半導体層および第2のp形半導体層の各組成は、第1のp形半導体層のバンドギャップエネルギが第2のp形半導体層のバンドギャップエネルギよりも大きくなるように設定してある。また、p形窒化物半導体層5は、第1のp形半導体層の膜厚を20nm、第2のp形半導体層の膜厚を50nmに設定してあるが、これらの膜厚は特に限定するものではない。
The p-type
ここにおいて、p形窒化物半導体層5の第1のp形半導体層の成長条件としては、成長温度を1100℃、成長圧力を上記所定の成長圧力(ここでは、10kPa)とし、アルミニウムの原料としてTMAl、ガリウムの原料としてTMGa、窒素の原料としてNH3、p形導電性を付与する不純物であるマグネシウムの原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用い、各原料を輸送するためのキャリアガスとしてはH2ガスを用いている。また、第2のp形半導体層の成長条件は、基本的に第1のp形半導体層の成長条件と同じであり、TMAlの供給を停止している点が相違する。なお、各p形半導体層いずれの成長時もCp2Mgの流量は標準状態で0.02L/min(20SCCM)としている。
Here, as growth conditions for the first p-type semiconductor layer of the p-type
ところで、本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造にあたっては、単結晶基板1の上記一表面側の全面にバッファ層2、n形窒化物半導体層3、発光層4、p形窒化物半導体層5をMOCVD装置により順次成長させる結晶成長をウェハのレベルで行うことにより、図2(a)に示す構造を得る(ただし、図2(a)はチップのレベルで図示してある)。
By the way, in the manufacture of the nitride semiconductor light emitting device of this embodiment, the
MOCVD装置による結晶成長が終了した後、ウェハをMOCVD装置から取り出し、p形窒化物半導体層5を活性化するためのアニール(以下、活性化アニールと称する)を行う。ここにおいて、活性化アニールはランプアニール装置を用いて行う。具体的には、上述のウェハをランプアニール装置の試料台に設置した後、アニール室内の雰囲気をN2ガスにより置換し、その後、N2ガスの流量を標準状態で5L/min(5SLM)とし、試料台を750℃に加熱し、所定時間(例えば、5分間)の活性化アニールを行う。 After the crystal growth by the MOCVD apparatus is completed, the wafer is taken out of the MOCVD apparatus, and annealing for activating the p-type nitride semiconductor layer 5 (hereinafter referred to as activation annealing) is performed. Here, the activation annealing is performed using a lamp annealing apparatus. Specifically, the wafer described above after placing the sample table lamp annealing apparatus, the atmosphere in the annealing chamber was replaced by N 2 gas, then the flow rate of N 2 gas was 5L / min (5SLM) under standard conditions The sample stage is heated to 750 ° C., and activation annealing is performed for a predetermined time (for example, 5 minutes).
上述のようにp形窒化物半導体層5に対して活性化アニールを行った後、n形窒化物半導体層3の上記表面側の全体に形成してある発光層4とp形窒化物半導体層5との積層構造部におけるn形コンタクト領域7および分離溝部8それぞれの形成予定領域にパルスレーザ光を照射してn形コンタクト領域7および分離溝部8を形成するレーザ加工をウェハレベルで行うことにより、図2(b)に示す構造を得る(ただし、図2(b)はチップのレベルで図示してある)。ここにおいて、上記積層構造部のうちn形コンタクト領域7および分離溝部8が形成された領域の残りの部分により発光領域6が構成される。
After performing activation annealing on the p-type
上述のレーザ加工では、パルスレーザを備えたレーザ照射装置を用いるが、n形コンタクト領域7を形成する際のパルスレーザとしては、パルスレーザ光が10ps未満のパルスレーザが適しており、分離溝部8を形成する際のパルスレーザとしては、パルスレーザ光のパルス幅が1ps未満の超高強度パルスレーザ(所謂フェムト秒レーザ)が適しており、超高強度パルスレーザとして、レーザ光の波長が800nmのモードロックTi:サファイアレーザを用いている。
In the laser processing described above, a laser irradiation apparatus equipped with a pulse laser is used. As the pulse laser for forming the n-
ここで、上述のn形コンタクト領域7の形成にあたっては、上記レーザ照射装置の試料台に上述のウェハを設置した後、真空チャックによりウェハを試料台に固定し、上記積層構造部における当該n形コンタクト領域7の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して非晶質化することによりn形コンタクト領域7を形成している。ここで、n形コンタクト領域7の形成においては、モードロックTi:サファイアレーザのエネルギ密度を180mJ/cm2、パルス幅を100fs、繰り返し周波数を1kHzとして、可動ミラーを用いて上記積層構造部におけるn形コンタクト領域7の形成予定領域にパルスレーザ光を走査させる。当該走査により、上記積層構造部のp形窒化物半導体層5および発光層4のうちn形コンタクト領域7の形成予定領域が非晶質化して多数の欠陥が形成され、n形伝導性を有するようになる(すなわち、導電形がn形へ変わる)。なお、本実施形態では、n形窒化物半導体層3の一部も非晶質化しているが、少なくともp形窒化物半導体層5と発光層4のうちn形コンタクト領域7の形成予定領域がn形窒化物半導体層3に達する深さまで非晶質化すればよい。また、第1の所定深さ(p形窒化物半導体層5の表面からn形窒化物半導体層3の表面に達する深さ以上)まで非晶質化するために、同じ箇所にパルスレーザ光を数回照射してもよい。
Here, in the formation of the n-
また、上述の分離溝部8の形成にあたっては、上記積層構造部における当該分離溝部8の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより分離溝部8を形成している。ここで、分離溝部8の形成においては、モードロックTi:サファイアレーザのエネルギ密度を500mJ/cm2、パルス幅を100fs、繰り返し周波数を1kHzとして、可動ミラーを用いて上記積層構造部における分離溝部8の形成予定領域にパルスレーザ光を走査させる。この時、分離溝部8がn形窒化物半導体層3の途中まで到達する第2の所定深さ(>第1の所定深さ)になるまでパルスレーザ光を照射する。なお、第2の所定深さまで分離溝部8を形成するために、同じ箇所にパルスレーザ光を数回照射してもよい。
In forming the
本実施形態では、n形コンタクト領域7を形成した後に、分離溝部8を形成しているが、
n形コンタクト領域7と分離溝部8との形成順序は特に限定するものではなく、例えば、パルスレーザ光の走査中にパルスレーザ光の照射条件を変化させることで、n形コンタクト領域7と分離溝部8とを連続的に形成することも可能である。また、n形コンタクト領域7および分離溝部8それぞれを形成する時のパルスレーザ光のエネルギ密度は、レーザ光の波長、p形窒化物半導体5および発光層4の各材料などの種々の条件により適宜設定すればよく、パルスレーザ光のエネルギ密度および波長は特に限定するものではない。
In this embodiment, the
The order in which the n-
上述のn形コンタクト領域7および分離溝部8を形成した後、透光性電極9、アノード電極10、カソード電極11を順次形成することにより、図2(c)に示す構造の窒化物半導体発光素子が多数形成されたウェハを得る(ただし、図2(c)はチップのレベルで図示してある)。
After forming the n-
ここにおいて、透光性電極9は、膜厚が2nmのNi膜と膜厚が3nmのAu膜との積層膜により構成され、アノード電極10は、膜厚が150nmのAu膜により構成され、カソード電極11は、膜厚が20nmのTi膜と膜厚が150nmのAu膜との積層膜により構成されているが、これらの膜厚は特に限定するものではない。
Here, the
上述の透光性電極9の形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術を利用して単結晶基板1の上記一表面側に透光性電極9の形成予定領域が開口されたレジスト層(以下、第1のレジスト層と称する)を形成してから、ウェハを蒸着装置のチャンバ内に導入し、当該チャンバ内が所定圧力(例えば、266×10−6Pa)になってから、Ni膜を2Å/sの成膜速度で形成し、続いてAu膜を5Å/sの成膜速度で形成し、その後、ウェハを蒸着装置のチャンバから取り出し、第1のレジスト層および当該第1のレジスト層上のNi膜とAu膜との積層膜からなる不要膜を除去するリフトオフを行う。なお、Ni膜およびAu膜それぞれの成膜速度は一例であって特に限定するものではない。
In the formation of the
次に、アノード電極10の形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術を利用して単結晶基板1の上記一表面側にアノード電極10の形成予定領域が開口されたレジスト層(以下、第2のレジスト層と称する)を形成してから、ウェハを蒸着装置のチャンバ内に導入し、当該チャンバ内が所定圧力(例えば、266×10−6Pa)になってから、Au膜を5Å/sの成膜速度で形成し、その後、ウェハを蒸着装置のチャンバから取り出し、第2のレジスト層および当該第2のレジスト層上のAu膜からなる不要膜を除去するリフトオフを行う。なお、Au膜の成膜速度は一例であって特に限定するものではない。
Next, in forming the
その後、アノード電極10をランプアニール装置によりアニールする。具体的には、上述のウェハをランプアニール装置の試料台に設置した後、アニール室内の雰囲気をN2ガスにより置換し、その後、N2ガスの流量を標準状態で5L/min(5SLM)とし、試料台を500℃に加熱し、所定時間(例えば、10分間)のアニールを行う。なお、アノード電極10のアニールに用いるアニール装置はランプアニール装置に限定するものではなく、他の周知のアニール装置を用いてもよい。また、アニールの条件も特に限定するものではない。
Thereafter, the
次に、カソード電極11の形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術を利用して単結晶基板1の上記一表面側にカソード電極11の形成予定領域が開口されたレジスト層(以下、第3のレジスト層と称する)を形成してから、ウェハを蒸着装置のチャンバ内に導入し、当該チャンバ内が所定圧力(例えば、266×10−6Pa)になってから、Ti膜を2Å/sの成膜速度で形成し、続いてAu膜を5Å/sの成膜速度で形成し、その後、ウェハを蒸着装置のチャンバから取り出し、第3のレジスト層および当該第3のレジスト層上のTi膜とAu膜との積層膜からなる不要膜を除去するリフトオフを行う。なお、Ti膜およびAu膜それぞれの成膜速度は一例であって特に限定するものではない。
Next, in forming the
その後、カソード電極11をランプアニール装置によりアニールする。具体的には、上述のウェハをランプアニール装置の試料台に設置した後、アニール室内の雰囲気をN2ガスにより置換し、その後、N2ガスの流量を標準状態で5L/min(5SLM)とし、試料台を350℃に加熱し、所定時間(例えば、5分間)のアニールを行う。なお、アノード電極10のアニールに用いるアニール装置はランプアニール装置に限定するものではなく、他の周知のアニール装置を用いてもよい。また、アニールの条件も特に限定するものではない。
Thereafter, the
本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造にあたっては、上述のカソード電極11のアニールが終了するまでの全工程をウェハのレベルで行うことで窒化物半導体発光素子を1枚のウェハに複数形成してから、個々の窒化物半導体発光素子に分離するようにしている。ここで、本実施形態では、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたって、パルス幅が1ps未満のパルスレーザ光を照射して個々の窒化物半導体発光素子に分離するようにしている。
In the manufacture of the nitride semiconductor light emitting device of this embodiment, a plurality of nitride semiconductor light emitting devices are formed on one wafer by performing all steps until the above-described annealing of the
更に説明すれば、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたっては、上述のレーザ照射装置の試料台にウェハを設置した後、真空チャックによりウェハを試料台に固定し、ウェハのストリートに沿ってパルスレーザ光を照射して個々の窒化物半導体発光素子に分離する。ここで、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離する際には、モードロックTi:サファイアレーザのエネルギ密度を500mJ/cm2、パルス幅を100fs、繰り返し周波数を1kHzとして、可動ミラーを用いてストリートに沿ってパルスレーザ光を走査させる。 More specifically, when separating the individual nitride semiconductor light emitting devices from the wafer, the wafer is placed on the sample stage of the laser irradiation apparatus described above, and then the wafer is fixed to the sample stage by a vacuum chuck, and the wafer is placed on the street of the wafer. Along with this, laser light is irradiated to separate the individual nitride semiconductor light emitting devices. Here, when the nitride semiconductor light emitting device is separated from the wafer, the energy density of the mode-locked Ti: sapphire laser is set to 500 mJ / cm 2 , the pulse width is set to 100 fs, the repetition frequency is set to 1 kHz, and a movable mirror is used. A pulsed laser beam is scanned along the street.
しかして、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたって、n形コンタクト領域7および分離溝部8を形成する際に用いるパルスレーザを流用することができるので、ダイサが不要であり、低コスト化が可能となるとともに、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離する際に損傷が発生するのを防止することが可能となる。
Therefore, when separating the individual nitride semiconductor light emitting elements from the wafer, the pulse laser used for forming the n-
以上説明した本実施形態の窒化物半導体発光素子によれば、n形窒化物半導体層3の表面側に形成され発光層4とp形窒化物半導体層5との積層構造を有する発光領域6と、n形窒化物半導体層3の上記表面側において発光領域6の側方に発光領域6から離間して形成されたn形コンタクト領域7と、n形窒化物半導体層3の上記表面側において発光領域6とn形コンタクト領域7との間に形成された分離溝部8と、発光領域6のp形窒化物半導体層5における発光層4側とは反対側に形成されたアノード電極10と、n形コンタクト領域7におけるn形窒化物半導体層3側とは反対側に形成されたカソード電極11とを備え、n形コンタクト領域7は、n形窒化物半導体層3の上記表面側の全体に形成した発光層4とp形窒化物半導体層5との積層構造部における当該n形コンタクト領域7の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域の導電形をn形へ変えることにより形成され、分離溝部8は、上記積層構造部における当該分離溝部8の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより形成され、発光領域6は、上記積層構造部のうちn形コンタクト領域7および分離溝部8が形成された領域の残りの部分により構成されているので、従来のようなフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してn形窒化物半導体層3の表面を露出させる工程が不要であり、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コスト化が可能となる。
According to the nitride semiconductor light emitting device of the present embodiment described above, the
また、本実施形態の窒化物半導体発光素子では、発光領域6とn形コンタクト領域7とがpn分離用の分離溝部8により空間的に分離されているので、発光層4にキャリアを効率良く注入することが可能となる。
Further, in the nitride semiconductor light emitting device of this embodiment, since the
また、本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、n形コンタクト領域7および分離溝部8の形成にあたって、n形窒化物半導体層3の上記表面側の全体に形成した発光層4とp形窒化物半導体層5との積層構造部におけるn形コンタクト領域7および分離溝部8それぞれの形成予定領域にパルスレーザ光としてそれぞれパルス幅が10ps未満および1ps未満のパルスレーザ光を照射してn形コンタクト領域7および分離溝部8を形成するので、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コストの窒化物半導体発光素子を提供することができ、しかも、パルスレーザ光の照射部分周辺に熱損傷が生じるのを抑制することができるから、n形コンタクト領域7および分離溝部8を精度良く且つ再現性良く形成することができる。
Further, according to the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device of the present embodiment, the
ところで、上記実施形態では、窒化物半導体発光素子をMOCVD法を利用して製造する方法について例示したが、結晶成長方法は、MOCVD法に限定するものではなく、例えば、ハライド気相成長法(HVPE法)や、分子線エピタキシー法(MBE法)などを採用してもよい。 By the way, in the said embodiment, although illustrated about the method of manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device using MOCVD method, the crystal growth method is not limited to MOCVD method, For example, halide vapor phase epitaxy (HVPE) Method), molecular beam epitaxy (MBE), or the like.
また、上記実施形態では、窒化物半導体発光素子における単結晶基板1としてサファイア基板を用いているが、単結晶基板1はサファイア基板に限定するものではなく、例えば、スピネル基板、シリコン基板、炭化シリコン基板、酸化亜鉛基板、リン化ガリウム基板、砒化ガリウム基板、酸化マグネシウム基板、硼化ジルコニウム基板、III族窒化物系半導体結晶基板などを用いてもよい。
In the above embodiment, the sapphire substrate is used as the
また、上記実施形態では、窒化物半導体発光素子として、可視光発光ダイオードを例示したが、可視光発光ダイオードに限らず、紫外発光ダイオードや赤外発光ダイオードでもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the visible light light emitting diode was illustrated as a nitride semiconductor light emitting element, not only a visible light light emitting diode but an ultraviolet light emitting diode and an infrared light emitting diode may be sufficient.
また、上記実施形態では、パルス幅が1ps未満のレーザとして、モードロックTi:サファイアレーザを用いているが、モードロックTi:サファイアレーザに限らず、例えば、YAGレーザ、あるいは、これらのレーザ光を波長変換したレーザ(SHG−Ti:サファイアレーザ、THG−Ti:サファイアレーザ、FHG−Ti:サファイアレーザ、SHG−YAGレーザ、THG−YAGレーザ、FHG−YAGレーザなど)、エキシマレーザなどを用いてもよい。 In the above embodiment, a mode-locked Ti: sapphire laser is used as a laser having a pulse width of less than 1 ps. However, the laser is not limited to a mode-locked Ti: sapphire laser, for example, a YAG laser or these laser beams. Wavelength converted lasers (SHG-Ti: sapphire laser, THG-Ti: sapphire laser, FHG-Ti: sapphire laser, SHG-YAG laser, THG-YAG laser, FHG-YAG laser, etc.), excimer laser, etc. Good.
1 単結晶基板
3 n形窒化物半導体層
4 発光層
5 p形窒化物半導体層
6 発光領域
7 n形コンタクト領域
8 分離溝部
10 アノード電極
11 カソード電極
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