JP2013012680A - 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】III族窒化物半導体からなる半導体素子10は、以下の構成を備えている。基板100上には、n型の第1半導体層200、活性層300、p型の第2半導体層400が順に設けられている。また、2つの第1端面840は、平面視で対向するように劈開により形成されている。また、2つの溝部820は、平面視で第1端面840と直交する方向に、2つの第1端面840まで延在している。さらに、溝部820は、底部が少なくとも活性層300の下面よりも下まで位置している。また、第2端面860は、第1端面840と直交する方向で、かつ、溝部820よりも外側に形成され、レーザによるスクライブによって形成されている。
【選択図】図1
Description
基板と、
前記基板上に設けられた第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
平面視で対向するように劈開により形成された2つの第1端面と、
平面視で前記第1端面と直交する方向に2つの前記第1端面まで延在するとともに、底部が少なくとも前記活性層の下面よりも下まで位置する、2つの溝部と、
前記第1端面と直交する方向で、かつ、前記溝部よりも外側に形成され、レーザによるスクライブによって形成された第2端面と、
を備えるIII族窒化物半導体からなる半導体発光素子が提供される。
基板上に第1導電型の第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、
前記第1半導体層上に活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層上に第2導電型の第2半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、
平面視で劈開面と直交する方向に延在するとともに、底部が少なくとも前記活性層の下面よりも下まで位置する、2つの溝部を形成する工程と、
平面視で対向するように、2つの前記劈開面を劈開することにより第1端面を形成する第1端面形成工程と、
前記第1端面と直交する方向で、かつ、2つの前記溝部で挟まれた領域内に、レーザによるスクライブによって、第2端面を形成する第2端面形成工程と、
を備えるIII族窒化物半導体からなる半導体発光素子の製造方法が提供される。
図1および図2を用い、第1の実施形態に係る半導体素子10について説明する。図1は、第1の実施形態に係る半導体発光素子10の構成を示す断面図である。また、図2は、第1の実施形態に係る半導体発光素子10の構成を示す平面図である。III族窒化物半導体からなる半導体素子10は、以下の構成を備えている。基板100上には、n型の第1半導体層200、活性層300、p型の第2半導体層400が順に設けられている。また、2つの第1端面840は、平面視で対向するように劈開により形成されている。また、2つの溝部820は、平面視で第1端面840と直交する方向に、2つの第1端面840まで延在している。さらに、溝部820は、底部が少なくとも活性層300の下面よりも下まで位置している。また、第2端面860は、第1端面840と直交する方向で、かつ、溝部820よりも外側に形成され、レーザによるスクライブによって形成されている。以下、詳細を説明する。
次に、図3〜15を用い、第1の実施形態に係る半導体発光素子10の製造方法について説明する。図3〜12および図15は、第1の実施形態に係る半導体発光素子10の製造方法を説明するための断面図である。また、図13および図14は、第1の実施形態に係る半導体発光素子10の製造方法を説明するための平面図である。
図16は、第2の実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。第2の実施形態は、以下の点を除いて、第1の実施形態と同様である。溝部820は、平面視で中央から第1端面840の方向に延在する第1側面822と、第1端面840と接する発光抑止部880と、を備えている。また、発光抑止部880は、第1端面840と接し、第1側面822よりも第2クラッド層460のリッジ20側に位置する第2側面824と、第1側面822および第2側面824と接する第3側面826と、を備えている。以下、詳細を説明する。
図20および図21は、第3の実施形態に係る半導体発光素子10の構成を示す平面図である。第3の実施形態は、以下の点を除いて、第1の実施形態と同様である。第2半導体層400の上、および溝部820の内側に接するように、保護層700が設けられている。この保護層700は、平面視で2つの溝部820で挟まれた領域に、第2半導体層400の一部を露出する開口部(符号不図示)を有している。また、電極(第2電極640およびカバー電極660)は、上記した開口部に露出した第2半導体層400の一部と接するとともに、保護層700上に設けられている。また、電極(カバー電極660)は、溝部820の内部まで形成されている。以下、詳細を説明する。
図22は、第4の実施形態に係る半導体発光素子10の構成を示す平面図である。第4の実施形態は、インナーストライプ型である点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
図23は、第5の実施形態に係る半導体発光素子10の構成を示す平面図である。第5の実施形態は、利得導波型である点を除いて、第1の実施形態または第4の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。
第1の実施形態と同様にして、以下のようにして実施例1に係る半導体発光素子10を作製した。基板100として、n型GaN(0001)基板を用いた。各半導体層の形成工程には、300hPaの減圧MOVPE装置を用いた。各原料についは、上述のものと同様の原料を用いた。
共振器長L=800μm、
素子幅Wp=200μm、
リッジ20の幅Ws=1.3μm、
溝部820の幅Wg=54μm、
溝部820からリッジ20までの距離W1=15.35μm、
溝部820から第2端面860までの距離W2=30μm。
実施例2は、第2の実施形態と同様の形態である。また、溝部820に発光抑止部880が設けられている点を除いて、各半導体層の構成については実施例1と同様に作製した。以下のように、半導体発光素子10の形状を形成した。なお、共振器長L、素子幅Wpおよびリッジ20の幅Wsについては、実施例1と同様である。
溝部820の中央部の幅Wg=54μm、
第1側面822からリッジ20までの距離W1=15.35μm、
第2側面824からリッジ20までの距離W1e=3.35μm、
第1側面822から第2端面860までの距離W2=30μm、
第1端面840と接する側面から第2端面860までの距離W2e=80μm。
比較例1は、第1の実施形態で説明した比較例1と同様に、溝部820が形成されていない。その他の形状は、実施例1と同様である。
比較例2は、第1の実施形態で説明した比較例2と同様に、溝部820にブレイクライン940を形成した。比較例2の溝部820の形状は、以下のように形成した。
共振器長L=800μm、
素子幅Wp=200μm、
リッジ20の幅Ws=1.3μm、
溝部820からリッジ20までの距離W1=45.35μm。
まず、走査型電子顕微鏡(Scaning Electron Microscopy、SEM)により、半導体発光素子10の形状を観察した。
20 リッジ
100 基板
120 n型GaN層
200 第1半導体層
220 第1クラッド層
240 第1光閉じ込め層
300 活性層
400 第2半導体層
420 キャップ層
440 第2光閉じ込め層
460 第2クラッド層
480 コンタクト層
500 電流狭窄層
620 第1電極
640 第2電極
660 カバー電極
680 ボンディングワイヤ
700 保護層
720 第1マスク層
740 第2マスク層
820 溝部
822 第1側面
824 第2側面
826 第3側面
840 第1端面
860 第2端面
880 発光抑止部
920 劈開導入ライン
940 ブレイクライン
Claims (25)
- 基板と、
前記基板上に設けられた第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
平面視で対向するように劈開により形成された2つの第1端面と、
平面視で前記第1端面と直交する方向に2つの前記第1端面まで延在するとともに、底部が少なくとも前記活性層の下面よりも下まで位置する、2つの溝部と、
前記第1端面と直交する方向で、かつ、前記溝部よりも外側に形成され、レーザによるスクライブによって形成された第2端面と、
を備えるIII族窒化物半導体からなる半導体発光素子。 - 請求項1に記載の半導体発光素子において、
前記基板は、第1導電型のGaN基板である半導体発光素子。 - 請求項1または2に記載の半導体発光素子において、
前記第1半導体層は、
前記基板上に設けられた第1導電型の第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に設けられた第1導電型の第1光閉じ込め層と、
を備え、
前記活性層は、多重量子井戸構造を有し、
前記第2半導体層は、
前記活性層上に設けられた第2導電型の第2光閉じ込め層と、
前記第2光閉じ込め層上に設けられた第2導電型の第2クラッド層と、
を備える半導体発光素子。 - 請求項3に記載の半導体発光素子において、
前記溝部の底部は、前記第1クラッド層内に設けられた半導体発光素子。 - 請求項3または4に記載の半導体発光素子において、
前記第2クラッド層は、平面視で2つの前記溝部で挟まれた領域内に形成され、前記第1端面まで延在するように、ストライプ状のリッジの形状に形成された半導体発光素子。 - 請求項5に記載の半導体発光素子において、
平面視で前記溝部から前記第2クラッド層の前記リッジまでの距離は、前記第2クラッド層の前記リッジの幅以上である半導体発光素子。 - 請求項5〜7のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、
前記溝部は、
平面視で中央から前記第1端面の方向に延在する第1側面と、
前記第1端面と接する発光抑止部と、
を備え、
前記発光抑止部は、
前記第1端面と接し、前記第1側面よりも前記第2クラッド層の前記リッジ側に位置する第2側面と、
前記第1側面および前記第2側面と接する第3側面と、
を備える半導体発光素子。 - 請求項8に記載の半導体発光素子において、
前記第3側面は、前記第1端面と平行である半導体発光素子。 - 請求項8または9に記載の半導体発光素子において、
前記第2側面は、前記第1端面から5μm以上10μm以下の位置まで形成された半導体発光素子。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、
前記第2半導体層の上、および前記溝部の内側に接するように設けられ、平面視で二つの前記溝部で挟まれた領域に前記第2半導体層の一部を露出する開口部を有する保護層と、
前記開口部に露出した前記第2半導体層の一部と接するとともに、前記保護層上に設けられた電極と、
をさらに備え、
前記電極は、前記溝部の内部まで形成されている半導体発光素子。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、
前記溝部の開口部から前記底部までの深さは、総厚の10%以下である半導体発光素子。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、
総厚は、平面視での2つの前記第1端面の間の距離の80%以下である半導体発光素子。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、
総厚は、平面視での2つの前記第2端面の間の距離の80%以下である半導体発光素子。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体素子において、
前記溝部の幅は、1μm以上である半導体発光素子。 - 請求項1〜15のいずれか一項に記載の半導体素子において、
2つの前記第2端面の間の距離をWp、前記第2端面から前記溝部までの距離をW2としたとき、
W2≧0.2Wpである半導体発光素子。 - 基板上に第1導電型の第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、
前記第1半導体層上に活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層上に第2導電型の第2半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、
平面視で劈開面と直交する方向に延在するとともに、底部が少なくとも前記活性層の下面よりも下まで位置する、2つの溝部を形成する工程と、
平面視で対向するように、2つの前記劈開面を劈開することにより第1端面を形成する第1端面形成工程と、
前記第1端面と直交する方向で、かつ、2つの前記溝部で挟まれた領域内に、レーザによるスクライブによって、第2端面を形成する第2端面形成工程と、
を備えるIII族窒化物半導体からなる半導体発光素子の製造方法。 - 請求項17に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記溝部形成工程の後で、かつ前記第1端面形成工程の後に、前記第2端面形成工程を行う半導体発光素子の製造方法。 - 請求項18に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記第2端面形成工程において、
前記レーザによって、前記第1端面よりも内側にブレイクラインを形成する半導体発光素子の製造方法。 - 請求項17〜19に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記第1端面形成工程において、
前記レーザによって、平面視で前記劈開面の方向と平行の方向に、かつ2つの前記溝部で挟まれた領域内に、劈開導入ラインを形成する半導体発光素子の製造方法。 - 請求項17〜20のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記第1半導体層形成工程は、
前記基板上に第1導電型の第1クラッド層を形成する工程と、
前記第1クラッド層上に第1導電型の第1光閉じ込め層を形成する工程と、
を備え、
前記活性層形成工程において、多重量子井戸構造を有する前記活性層を形成し、
前記第2半導体層形成工程は、
前記活性層上に第2導電型の第2光閉じ込め層を形成する工程と、
前記第2光閉じ込め層上に第2クラッド層を形成する工程と、
を備える半導体発光素子の製造方法。 - 請求項21に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記溝部形成工程において、
前記溝部の底部が前記第1クラッド層内に位置するように、前記溝部を形成する半導体発光素子の製造方法。 - 請求項21または22に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記第2半導体層形成工程において、
平面視で2つの前記溝部で挟まれた領域内に、前記第2クラッド層を前記劈開面の方向に延在するストライプ状のリッジに形成する半導体発光素子の製造方法。 - 請求項23に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記溝部形成工程において、
前記溝部のうち、平面視で中央から前記劈開面の方向に延在する第1側面と、
平面視で前記劈開面と重なる発光抑止部と、
を形成し、
前記発光抑止部は、
平面視で前記劈開面と重なるように、前記第1側面よりも前記第2クラッド層の前記リッジ側に位置する第2側面と、
前記第1側面および前記第2側面と接する第3側面と、
を備える半導体発光素子の製造方法。 - 請求項24に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記第3側面を、前記第1端面と平行になるように形成する半導体発光素子の製造方法。
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