JP2011165869A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】Pd電極の剥がれを防ぎつつ、密着層の応力を低減できる半導体発光素子および半導体発光素子を精度よく製造できる製造方法を提供する。
【解決手段】n型GaN基板10上に半導体積層構造12が形成されている。半導体積層構造12の上部にリッジ部26が形成されている。チャネル部28はリッジ部26に隣接している。チャネル部28のリッジ部26とは反対側にテラス部30が隣接している。第1の絶縁膜32がチャネル部28を覆っている。第1の絶縁膜32はリッジ部26及びテラス部30上に開口を有する。第1の絶縁膜32上に単層密着層34が形成されている。Pd電極36がリッジ部26及び単層密着層34の一部を覆い、リッジ部26のp型GaNコンタクト層24に接続されている。第2の絶縁膜38が単層密着層34のPd電極36で覆われていない部分及びテラス部30を覆っている。
【選択図】図1
【解決手段】n型GaN基板10上に半導体積層構造12が形成されている。半導体積層構造12の上部にリッジ部26が形成されている。チャネル部28はリッジ部26に隣接している。チャネル部28のリッジ部26とは反対側にテラス部30が隣接している。第1の絶縁膜32がチャネル部28を覆っている。第1の絶縁膜32はリッジ部26及びテラス部30上に開口を有する。第1の絶縁膜32上に単層密着層34が形成されている。Pd電極36がリッジ部26及び単層密着層34の一部を覆い、リッジ部26のp型GaNコンタクト層24に接続されている。第2の絶縁膜38が単層密着層34のPd電極36で覆われていない部分及びテラス部30を覆っている。
【選択図】図1
Description
本発明は、Pd電極の剥がれを防ぎつつ、密着層の応力を低減できる半導体発光素子及びこのような半導体発光素子を精度良く製造できる製造方法に関する。
リッジ部を有する半導体発光素子では、リッジ部のトップのコンタクト層に電圧が印加されることで活性層への給電が行われる。この給電を行うためにコンタクト層上にp型電極が形成される。高出力化、低消費電流化等の要請からコンタクト層と接するp型電極として低抵抗オーミック電極が用いられる。また、半導体発光素子の歩留まり及び信頼性の観点から、電極材料には下地と強固に密着して工程途中で剥がれないことも求められる。
GaNなどの窒化物半導体を用いて青紫色レーザを製造する場合は、p型電極の材料としてNiを用いるとオーミック特性などの電気的特性を向上できない。そこで、p型電極としてPd(又はPd系材料)からなるPd電極を用いることが多い。Pd電極は、GaNなどの窒化物半導体に対して低抵抗オーミック電極となる(例えば、特許文献1参照)。
Pd電極をリッジ部のコンタクト層のみと接するように形成することはプロセス能力などの理由から困難であるため、Pd電極は絶縁膜にも接触する。しかし、Pd電極と絶縁膜とは密着性が低いため、Pd電極剥がれが発生する。Pd電極剥がれは、Pd電極形成後はいつでも起こり得るが、特にシンター熱処理後に起こりやすい。
Pd電極剥がれを防ぐためにPd電極と絶縁膜と間に密着層が形成される。密着層としてITO(Indium-Tin-Oxides)などの縮退半導体、白金系金属及び/又はその酸化物などを用いる技術が提案されている(例えば、特許文献2,3参照)。
しかし、従来の密着層では依然としてPd電極と絶縁膜とを密着させる力が弱くPd電極が部分的に剥がれる問題があった。そこで、発明者らは、複数の金属層を積層した多層密着層を用いた半導体発光素子を提案した(例えば、特許文献4参照)。
複数の金属層を積層した多層密着層には応力が発生する。また、リッジ型の半導体発光素子では、リッジ部を両側から挟むチャネル部と、チャネル部の各々の外側に位置するテラス部とを有するダブルチャネル構造が採られることがある。特許文献4の多層密着層は、チャネル部だけでなくテラス部も覆っており、面積が大きかった。従って、多層密着層の応力が大きいという問題が有った。
また、特許文献4の半導体発光素子を製造するためにはリッジ部のトップだけにレジストを形成する必要があった。しかし、リッジ部のトップだけに製品間ばらつきなくレジストを形成することは製造装置の能力上困難であった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はPd電極の剥がれを防ぎつつ、密着層の応力を低減できる半導体発光素子及びこのような半導体発光素子を精度良く製造できる製造方法を得るものである。
本発明に係る半導体発光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に順次積層された第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層及びコンタクト層を有する半導体積層構造と、前記半導体積層構造の上部に形成されたリッジ部と、前記リッジ部に隣接したチャネル部と、前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接したテラス部と、前記チャネル部を覆い、前記リッジ部及び前記テラス部上に開口を有する第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された単層密着層と、前記リッジ部及び前記単層密着層の一部を覆い、前記リッジ部の前記コンタクト層に接続されたPd電極と、前記単層密着層の前記Pd電極で覆われていない部分及び前記テラス部を覆う第2の絶縁膜とを備える。
本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、半導体基板上に、第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層及びコンタクト層を順次積層して半導体積層構造を形成する工程と、前記半導体積層構造上にレジストを形成する工程と、前記レジストをマスクとして前記半導体積層構造をエッチングして前記半導体積層構造の上部にリッジ部を形成する工程と、前記レジスト及び前記半導体積層構造上に第1の絶縁膜及び単層密着層を順次形成する工程と、前記レジスト上の前記第1の絶縁膜及び前記単層密着層を前記レジストと共に除去するリフトオフ工程と、前記リフトオフ工程後に、前記リッジ部及び前記単層密着層の一部を覆い、前記リッジ部の前記コンタクト層に接続されたPd電極を形成する工程とを備える。
本発明により、Pd電極の剥がれを防ぎつつ、密着層の応力を低減できる半導体発光素子及びこのような半導体発光素子を精度良く製造できる製造方法を得ることができる。
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。この半導体発光素子は、ダブルチャネル構造を有する窒化物半導体レーザである。
n型GaN基板10(半導体基板)上に、共振器構造を構成する半導体積層構造12が形成されている。半導体積層構造12は、n型GaN基板10上に順次積層されたn型AlGaNクラッド14(第1導電型半導体層)、n型GaNガイド層16(第1導電型半導体層)、MQW−InGaN活性層18(活性層)、p型GaNガイド層20(第2導電型半導体層)、p型AlGaNクラッド層22(第2導電型半導体層)、及びp型GaNコンタクト層24(コンタクト層)を有する。
半導体積層構造12の上部に、電流狭窄構造としてリッジ部26が形成されている。リッジ部26はストライプ状の隆起部である。チャネル部28はリッジ部26に隣接し、リッジ部26を両側から挟んでいる。チャネル部28はリッジ部26より低く形成されている。チャネル部28の幅は10μm程度である。チャネル部28のリッジ部26とは反対側にテラス部30が隣接している。テラス部30はチャネル部28より高く形成された隆起部である。チャネル部28はテラス部30とリッジ部26の間に溝部を形成する。このような構造はダブルチャネル構造と呼ばれ、ウエハプロセス時の均一性や組立時のワイヤボンド性、ダイボンド性に優れている。
SiO2からなる第1の絶縁膜32がチャネル部28を覆っている。第1の絶縁膜32はリッジ部26及びテラス部30上に開口を有する。第1の絶縁膜32上に膜厚が30nmの単層密着層34が形成されている。単層密着層34はTi層又はCr層である。単層密着層34は、チャネル部28の第1の絶縁膜32上だけでなく、リッジ部26やテラス部30の端部にかかる第1の絶縁膜32上にも形成されている。
Pd電極36がリッジ部26及び単層密着層34の一部を覆っている。Pd電極36は、リッジ部26においてp型GaNコンタクト層24に接し、チャネル部28において単層密着層34と接するように一体的に形成される。Pd電極36は、MQW−InGaN活性層18に給電を行うために、リッジ部26のp型GaNコンタクト層24に電気的に接続されている。なお、Pd電極36はチャネル部28の全体には形成されず、リッジ部26からリッジ部26とテラス部30との中間地点程度まで形成され、チャネル部28の単層密着層34上に形成された第2の絶縁膜38とは重ならない。
SiO2からなる第2の絶縁膜38が、チャネル部28内における単層密着層34のPd電極36で覆われていない部分、及びテラス部30の半導体積層構造12を覆っている。n型GaN基板10の裏面にn電極40が形成されている。n電極40は、n型GaN基板10と接するTi膜とその上に積層されたAu膜とを有する。
続いて本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。図2−11は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。図3−11において半導体積層構造12の下方部分は省略する。
まず、図2に示すように、n型GaN基板10上に半導体積層構造12を形成する。次に、リッジ部26を形成する領域上に位置する第1のレジスト42と、第1のレジストの外側に位置する第2のレジスト44とを半導体積層構造12上にフォトリソグラフィー法により形成する。第1及び第2のレジスト42,44をマスクとして半導体積層構造12をエッチングして半導体積層構造12の上部にそれぞれリッジ部26及びテラス部30を形成する。リッジ部26上に第1のレジスト42が配置され、テラス部30上に第2のレジスト44が配置されている。
次に、図3に示すように、第1及び第2のレジスト42,44及び半導体積層構造12上に第1の絶縁膜32を形成する。そして、図4に示すように、第1の絶縁膜32上に単層密着層34を蒸着又はスパッタリングにより形成する。第1の絶縁膜32及び単層密着層34はチャネル部28を覆うように形成される。また、新たにフォトリソグラフィー法などを用いることなく、第1の絶縁膜32上に単層密着層34を精度良く配置できる。
次に、図5に示すように、第1及び第2のレジスト42,44上の第1の絶縁膜32及び単層密着層34を第1及び第2のレジスト42,44と共に除去するリフトオフを行う。リフトオフを行うと、リッジ部26及びテラス部30においてp型GaNコンタクト層24が露出する。
次に、図6に示すように、テラス部30とチャネル部28のテラス部30側の側壁を覆うようにレジスト46をフォトリソグラフィー法により形成する。そして、図7に示すように、ウェハ全面にPd層48を蒸着により形成する。ここで、Pd層48は、リッジ部26においてp型GaNコンタクト層24と接し、チャネル部28においてリッジ部26側で単層密着層34と接しテラス部30側でレジスト46と接し、テラス部30においてレジスト46と接する。
次に、図8に示すように、レジスト46上のPd層48をレジスト46と共に除去するリフトオフを行う。これにより、リッジ部26及び単層密着層34の一部を覆うPd電極36を形成する。Pd電極36は、リッジ部26のp型GaNコンタクト層24に電気的に接続され、チャネル部28においてリッジ部26側の側壁及び溝底部の単層密着層34と接する。
次に、図9に示すように、リッジ部26及びチャネル部28においてPd電極36を覆うレジスト50をフォトリソグラフィー法により形成する。そして、図10に示すように、ウェハ全面に第2の絶縁膜38を形成する。第2の絶縁膜38は、リッジ部26においてレジスト50上に、チャネル部28においてレジスト50上と単層密着層34上に、テラス部30において半導体積層構造12上に存在する。
次に、図11に示すように、レジスト50上の第2の絶縁膜38をレジスト50と共に除去するリフトオフを行う。残された第2の絶縁膜38は、単層密着層34のPd電極36で覆われていない部分及びテラス部30を覆い、Pd電極36とは接触しない。
また、Pd電極36を形成した後に、400℃〜550℃程度の温度でシンター熱処理を行う。シンター熱処理により、リッジ部26においてPd電極36とp型GaNコンタクト層24とのオーミック性コンタクトが得られ、さらに密着性が上がる。また、n型GaN基板10の裏面にn電極40を形成する。以上の工程により本実施の形態に係る半導体発光素子が製造される。
本実施の形態に係る半導体発光素子では、Pd電極36と第1の絶縁膜32の間に単層密着層34が存在する。単層密着層34とPd電極36の界面において合金が形成され、Pd電極36と第1の絶縁膜32の密着性が向上する。よって、Pd電極36の剥がれを防ぐことができる。なお、単層密着層34と第2の絶縁膜38が接するが、両者の密着性も良好である。
また、密着層として単層密着層34を用いることで、多層密着層に比べて密着層の応力を低減できる。さらに、単層密着層34がテラス部30を覆わないことで密着層の面積が減るため、更に密着層の応力を低減できる。
また、密着層として単層密着層34を用いることで、リフトオフにおいて密着層の形状異常等が発生しないため、密着層及びPd電極の形状の精度が良い。特にダブルチャネル構造の場合、狭い溝領域に複数の層を形成する必要があるため効果が大きい。
また、半導体発光素子では端面以外の場所も動作中に高温となる場合がある。素子が一定温度以上にまで高温化すると特性の劣化や信頼性の劣化が起こることも考えられる。しかし、単層密着層が金属で形成されており放熱性が良好であるため、このような劣化等の問題を抑制できる。
また、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法では、リッジ部26及びテラス部30を形成する際に用いた第1及び第2のレジスト42,44を第1の絶縁膜32及び単層密着層34のパターニングに転用する。これにより、従来のようにリッジ部のトップだけにレジストを形成する必要がなく、半導体発光素子を精度良く製造できる。
なお、本実施の形態に係る半導体発光素子はダブルチャネル構造を有するが、これに限らずテラス部30が無くてもよい。図12は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の変形例を示す断面図である。テラス部30が存在せず、半導体積層構造12の上部にリッジ部26と非リッジ部52が形成されている。Pd電極36と第1の絶縁膜32の間に単層密着層34が存在するため、Pd電極の剥がれを防ぐことができる。また、単層密着層34を用いることで、多層密着層に比べて密着層の応力を低減できる。
また、本実施の形態ではPd電極36はPd単層であるが、これに限らずp型GaNコンタクト層24に接するPd層の上に他の材料を積層した構造でもよい。例えばPd層上にTa層を積層した2層構造や、Pd層とTa層とPd層を順次積層した3層構造にしてもよいし、更にその上に他の材料を積層してもよい。Pd/Taの2層構造にした場合、Pd単層よりコンタクト抵抗を下げることができることが実験結果から確認されている。具体的には図1に示した構造においてPd電極36をPd単層からPd/Taの2層構造にした場合には、コンタクト抵抗率が1桁から2桁下がった。また、Pd/Ta/Pdの3層構造にした場合には、Ta表面の酸化を防止することができる。
また、本実施の形態では第1及び第2の絶縁膜32,38はSiO2からなるが、これに限らずSiN、SiON、TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)、ZrO2、TiO2、Ta2O5、Al2O3、Nb2O5、Hf2O5、AlNなどでも良い。本実施の形態では単層密着層34の膜厚は30nmであるが、これに限らず必要とする密着性などを考慮し適宜定めれば良い。
また、本実施の形態では窒化物半導体レーザに本発明を適用した場合について説明したが、Pd電極を用いる半導体発光素子であれば、GaAsなど他の材料を用いた半導体レーザや、LEDなどにも本発明を適用できる。
10 n型GaN基板(半導体基板)
12 半導体積層構造
14 n型AlGaNクラッド(第1導電型半導体層)
16 n型GaNガイド層(第1導電型半導体層)
18 MQW−InGaN活性層(活性層)
20 p型GaNガイド層(第2導電型半導体層)
22 p型AlGaNクラッド層(第2導電型半導体層)
24 p型GaNコンタクト層(コンタクト層)
26 リッジ部
28 チャネル部
30 テラス部
32 第1の絶縁膜
34 単層密着層
36 Pd電極
38 第2の絶縁膜
42 第1のレジスト
44 第2のレジスト
12 半導体積層構造
14 n型AlGaNクラッド(第1導電型半導体層)
16 n型GaNガイド層(第1導電型半導体層)
18 MQW−InGaN活性層(活性層)
20 p型GaNガイド層(第2導電型半導体層)
22 p型AlGaNクラッド層(第2導電型半導体層)
24 p型GaNコンタクト層(コンタクト層)
26 リッジ部
28 チャネル部
30 テラス部
32 第1の絶縁膜
34 単層密着層
36 Pd電極
38 第2の絶縁膜
42 第1のレジスト
44 第2のレジスト
Claims (8)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に順次積層された第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層及びコンタクト層を有する半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の上部に形成されたリッジ部と、
前記リッジ部に隣接したチャネル部と、
前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接したテラス部と、
前記チャネル部を覆い、前記リッジ部及び前記テラス部上に開口を有する第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に形成された単層密着層と、
前記リッジ部及び前記単層密着層の一部を覆い、前記リッジ部の前記コンタクト層に接続されたPd電極と、
前記単層密着層の前記Pd電極で覆われていない部分及び前記テラス部を覆う第2の絶縁膜とを備えることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記単層密着層はTi又はCrであることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記Pd電極は、Pd層上にTa層を積層した2層構造、又は、Pd層とTa層とPd層を順次積層した3層構造を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
- 半導体基板上に、第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層及びコンタクト層を順次積層して半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造上にレジストを形成する工程と、
前記レジストをマスクとして前記半導体積層構造をエッチングして前記半導体積層構造の上部にリッジ部を形成する工程と、
前記レジスト及び前記半導体積層構造上に第1の絶縁膜及び単層密着層を順次形成する工程と、
前記レジスト上の前記第1の絶縁膜及び前記単層密着層を前記レジストと共に除去するリフトオフ工程と、
前記リフトオフ工程後に、前記リッジ部及び前記単層密着層の一部を覆い、前記リッジ部の前記コンタクト層に接続されたPd電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記レジストは、前記リッジ部を形成する領域上に位置する第1のレジストと、前記第1のレジストの外側に位置する第2のレジストとを有し、
前記第1及び第2のレジストをマスクとして前記半導体積層構造をエッチングして前記半導体積層構造の上部にそれぞれ前記リッジ部及びテラス部を形成し、
前記単層密着層の前記Pd電極で覆われていない部分及び前記テラス部を覆う第2の絶縁膜を形成することを特徴とする請求項4に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記単層密着層はTi又はCrであることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記Pd電極は、Pd層上にTa層を積層した2層構造、又は、Pd層とTa層とPd層を順次積層した3層構造を有することを特徴とする請求項4−6の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記Pd電極を形成した後にシンター熱処理を行う工程を更に備えることを特徴とする請求項4−7の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
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- 2011-02-01 CN CN2011100342382A patent/CN102148477A/zh active Pending
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