JP2010186798A - 半導体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、中間電極部3aを含む中間層3、第2導電型半導体層4、活性層5、第1導電型半導体層6および上側電極部7を順次具え、支持基板の下面側に下側電極層8を具える半導体発光素子であって、中間層は、線状または島状に延在する少なくとも1つの中間電極部3aを有し、上側電極部と中間電極部とを支持基板の上面と平行な仮想面上に投影したとき、上側電極部と中間電極部とは、相互にずれた位置関係にあり、かつ上側電極部および中間電極部の少なくとも一方の輪郭線を、所定の振れ幅で延在させて、上側電極部と上側電極部に対向する中間電極部との間の輪郭線間距離dを部分的に短くする。
【選択図】図1
Description
(1)支持基板の上面側に、中間電極部を含む中間層、第2導電型半導体層、活性層、第1導電型半導体層および上側電極部を順次具え、前記支持基板の下面側に下側電極層を具える半導体発光素子であって、前記中間層は、線状または島状に延在する少なくとも1つの中間電極部を有し、前記上側電極部と前記中間電極部とを前記支持基板の上面と平行な仮想面上に投影したとき、前記上側電極部と前記中間電極部とは、相互にずれた位置関係にあり、かつ前記上側電極部および前記中間電極部の少なくとも一方の輪郭線を、所定の振れ幅で延在させて、前記上側電極部と該上側電極部に対向する前記中間電極部との間の輪郭線間距離を部分的に短くすることを特徴とする半導体発光素子。
図1(a)および図1(b)は、本発明に従う半導体発光素子のダイシング前の断面構造およびダイシング後の所定のチップの平面図をそれぞれ模式的に示したものである。
図3(a)〜図3(h)は、本発明に従う半導体発光素子の製造工程を模式的に示したものである。
実施例は、図1(a)に示す断面構造を有し、GaAs材料からなる成長基板(厚さ:280μm)上に、MOCVD法を用いてAl0.4Ga0.6As材料からなるn型半導体層(厚さ:5μm,ドーパント:Te,濃度:5×1017/cm3)、InGaAs/AlGaAs多重量子井戸構造の活性層(厚さ:8/5nm,3組,総厚:約50nm)およびAlGaAs材料からなるp型半導体層(厚さ:2μm,ドーパント:C,濃度:1×1018/cm3)を1回のエピタキシャル成長で順次形成し、抵抗加熱蒸着法によりAuZn合金(Zn含有率:5質量%)からなる中間電極部材料を蒸着して、所定のフォトリソグラフィ後のエッチングにより中間電極部(厚さ:100nm)を形成した後、オーミックコンタクトをとるために、400℃の熱処理を施した。
次に、プラズマCVD法により、中間電極部およびp型半導体層上にSi3N4材料を成膜し、BHFエッチング液を用いたウェットエッチングにより、中間電極部よりも上方のSi3N4材料を除去して中間層を形成した。
中間層上には、反射層として、電子ビーム蒸着法により、Au材料からなる金属層(厚さ:500nm)を形成し、この金属層上に、Pt材料からなる拡散防止層(厚さ:100nm)およびAu材料からなる接合層(厚さ:1μm)を形成した。また、接合用にGaAs材料からなる支持基板(厚さ:280μm,ドーパント:Si,濃度:2×1018/cm3)を用意し、この上には、予めAuGe系合金(Ge含有率:12質量%)材料からなるオーミックコンタクト層(厚さ:200nm)、Ti材料からなる密着層(厚さ:100nm)およびAu材料からなる接合層(厚さ1μm)を形成しておいた。これら中間層の接合層と支持基板の接合層とを、350℃で30分間加熱圧着し、支持基板の接合を行った。このようにして得られた構造物に対し、室温のアンモニア水:過酸化水素水:水=1:12:18(体積比)の液中において2時間揺動させることによりウェットエッチングを行い、成長基板の除去を行った。
次に、露出したn型半導体層上に、低温加熱蒸着法により、AuGe系合金(Ge含有率:12質量%)材料からなるオーミックコンタクト層(厚さ:200nm)およびTi材料上にAu材料を積層してパッド層(Ti厚さ:100nm,Au厚さ:2μm)を蒸着し、フォトリソグラフィ後にウェットエッチングを施すことにより、上側電極部の上方側から支持基板の上面に透影して見たとき、上側電極部と中間電極部とが、図1(b),図4または図2(c)に示す位置関係(表1において、これらは上側波線、下側波線または上下直線と呼ぶ。)となるよう形成した後、380℃の熱処理を施した。なお、図1(b),図4または図2(c)において、チップの隅に形成された部分はワイヤボンディング用のパッド部(100μm角)であり、この部分から幅20μmの上側電極が延びた構造となっている。
最後に、リン酸および過酸化水素水の混合液を用いてエッチングによりメサを形成し、ダイサーを用いてダイシングすることにより、500μm角の正方形チップを作製した。
特に、順方向電圧に関しては、輪郭線間距離の最小値d1との明確な相関が見られたが、逆にd1が同じであれば、電極形状による差異はほとんど見られなかった。
また、発光出力に関しては、順方向電圧を低く維持するために輪郭線間距離の最小値d1を上記実施例および比較例のように30〜50μmとした場合、輪郭線間距離の最大値−最小値(d2-d1)の値が15μmのときに最大の出力が得られ、逆にそれ以上延在の振れ幅を広げていった際には出力が低下する傾向が見られた。これに関しては以下の理由が考えられる。
延在の振れ幅を広げた場合、輪郭線間距離の最大値d2が増加する。電極間距離が大きくなるにつれ、電流密度が減少すると考えられるため、ほとんど電流が流れない領域ができることになる。発光領域内において電流密度の低い領域(発光出力がかなり低い領域)が増加したことが出力低下の要因と考えられる。輪郭線間距離の最大値−最小値(d2-d1)の値が大きすぎる場合には、輪郭線間距離dが短い部分でキャリアが集中し、再結合確率向上による出力が向上する効果もあるものの、前記の出力低下効果も大きくなり、結果として、輪郭線間距離の最大値−最小値(d2-d1)の値が適切な場合と比較して、発光素子の光出力が小さくなる場合がある。
さらに上側を波線にしたものと下側を波線にしたものを比較すると、同一の延在振れ幅のものでは上側波線のほうが、出力が高くなる結果となった。電極間距離が離れるほど電流密度が低くなるとすると、延在電極の振れ幅方向の中央(dが最大となる箇所)に最も電流密度の低い領域ができることになる。上側波線のほうでは、上記低電流密度領域が、光の取り出しに不利な上面電極下にくるため、下側波線のものと比較して出力が高くなったと考えられる。
2 支持基板
3 中間層
3a 中間電極部
4 第2導電型半導体
5 活性層
6 第1導電型半導体
7 上側電極部
8 下側電極層
9 金属層
10 成長基板
Claims (6)
- 支持基板の上面側に、中間電極部を含む中間層、第2導電型半導体層、活性層、第1導電型半導体層および上側電極部を順次具え、前記支持基板の下面側に下側電極層を具える半導体発光素子であって、
前記中間層は、線状または島状に延在する少なくとも1つの中間電極部を有し、
前記上側電極部と前記中間電極部とを前記支持基板の上面と平行な仮想面上に投影したとき、
前記上側電極部と前記中間電極部とは、相互にずれた位置関係にあり、かつ
前記上側電極部および前記中間電極部の少なくとも一方の輪郭線を、所定の振れ幅で延在させて、前記上側電極部と該上側電極部に対向する前記中間電極部との間の輪郭線間距離を部分的に短くすることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記輪郭線間距離の最大値と最小値との差は、5〜50μmの範囲である請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記支持基板と前記中間層との間に、反射層としての金属層をさらに設ける請求項1または2に記載の半導体発光素子。
- 成長基板の上方に、第1導電型半導体層、活性層および第2導電型半導体層を順次形成する工程と、
該第2導電型半導体層上に中間電極部を含む中間層を形成する工程と、
該中間層の上方に、支持基板を接合する工程と、
前記成長基板を除去して前記第1導電型半導体層を露出する工程と、
該露出した第1導電型半導体層上に、上側電極部を形成する工程と
を具え、
前記上側電極部と前記中間電極部とを前記支持基板の上面と平行な仮想面上に投影したとき、
前記上側電極部と前記中間電極部とは、相互にずれた位置関係にあり、かつ
前記上側電極部および前記中間電極部の少なくとも一方の輪郭線を、所定の振れ幅で延在させて、前記上側電極部と該上側電極部に対向する前記中間電極部との間の輪郭線間距離を部分的に短くすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記輪郭線間距離の最大値と最小値との差は、5〜50μmの範囲である請求項4に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記中間層上に、反射層としての金属層を形成する工程をさらに具える請求項4または5に記載の半導体発光素子の製造方法。
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