JP2017088419A - 積層体 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光特性に優れた発光素子の製造に使用可能な積層体を提供する。
【解決手段】積層体１は、支持主面１０Ａを有する板状の支持体１０と、支持主面１０Ａ上に配置され、ＩＩＩ族窒化物からなり、転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下である複数の突出部２０と、を備える。突出部２０は、多角形状の平面形状を有することが好ましい。突出部２０は、板状の形状を有することが好ましい。複数の突出部２０の支持体１０とは反対側の主面２２は、突出部２０を構成するＩＩＩ族窒化物の｛０００１｝面に対応し、隣り合う複数の突出部２０において互いに対向する面である端面２３は、突出部２０を構成するＩＩＩ族窒化物の｛１１−２０｝面に対応することが好ましい。
【選択図】図１
【解決手段】積層体１は、支持主面１０Ａを有する板状の支持体１０と、支持主面１０Ａ上に配置され、ＩＩＩ族窒化物からなり、転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下である複数の突出部２０と、を備える。突出部２０は、多角形状の平面形状を有することが好ましい。突出部２０は、板状の形状を有することが好ましい。複数の突出部２０の支持体１０とは反対側の主面２２は、突出部２０を構成するＩＩＩ族窒化物の｛０００１｝面に対応し、隣り合う複数の突出部２０において互いに対向する面である端面２３は、突出部２０を構成するＩＩＩ族窒化物の｛１１−２０｝面に対応することが好ましい。
【選択図】図１
Description
本発明は積層体に関し、より特定的には半導体発光素子の製造に使用可能な積層体に関するものである。
ＩＩＩ族窒化物からなる半導体層が積層された半導体積層体は、発光素子の製造に用いることができる。具体的には、たとえばサファイア基板上に、ＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＧａＮ層、量子井戸構造、およびｐ型ＡｌＧａＮ層を順次積層し、さらに適切な電極を形成することにより、紫外光を発光する発光素子を得ることができる（たとえば、非特許文献１参照）。
Ｍ．Ｋｎｅｉｓｓｌ，ｅｔ ａｌ．、"Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ−ｎｉｔｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ ｄｅｅｐ ＵＶ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ"、Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２６（２０１１）０１４０３６
しかし、上記非特許文献１に開示された構造では、サファイア基板上に形成されるＡｌＮ層の転位密度を十分に低減することは難しい。そのため、ＡｌＮ層上に形成される量子井戸構造を含む半導体層の結晶性が低くなる。その結果、発光素子に十分な発光特性を付与することが難しいという問題がある。そこで、発光特性に優れた発光素子の製造に使用可能な積層体を提供することを目的の１つとする。
本発明に従った積層体は、支持主面を有する板状の支持体と、支持主面上に配置され、ＩＩＩ族窒化物からなり、転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下である複数の突出部と、を備える。
上記積層体によれば、発光特性に優れた発光素子の製造に使用可能な積層体を提供することができる。
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の積層体は、支持主面を有する板状の支持体と、支持主面上に配置され、ＩＩＩ族窒化物からなり、転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下である複数の突出部と、を備える。
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の積層体は、支持主面を有する板状の支持体と、支持主面上に配置され、ＩＩＩ族窒化物からなり、転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下である複数の突出部と、を備える。
本願の積層体においては、支持体の支持主面上に複数の突出部が配置される。そのため、上記複数の突出部上に、複数の突出部を接続するように半導体層をエピタキシャル成長により形成することができる。このようにすることにより、平面的に見て隣接する突出部間（隣接する突出部に挟まれる溝）に対応する半導体層の突出部側の主面には、突出部に接触しない領域が形成される。これにより、突出部と半導体層との間の格子定数の差に起因する応力が当該領域において解放される。そのため、突出部と半導体層との間の格子定数の差に起因する半導体層の結晶性の悪化が抑制される。そして、突出部の転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下にまで低減されることにより、転位密度が低減された半導体層が得られる。その結果、半導体層上に量子井戸構造を含む他の半導体層を形成することで、結晶性に優れた量子井戸構造が得られる。結晶性に優れた量子井戸構造は、発光特性の向上に寄与する。このように、本願の積層体によれば、発光特性に優れた発光素子の製造に使用可能な積層体を提供することができる。
上記積層体において、突出部は、多角形状の平面形状を有していてもよい。このようにすることにより、横方向（突出部の主面に沿った方向）において連続的な半導体層を突出部上に形成することが容易となる。
上記積層体において、平面的に見て、隣り合う突出部において互いに対向する辺の長さは、隣り合う突出部間の距離の２√３倍以上であってもよい。このようにすることにより、横方向（突出部の主面に沿った方向）において連続的な半導体層を突出部上に形成することが容易となる。
上記積層体において、平面的に見て、互いに対向する突出部の角部は２以下であってもよい。このようにすることにより、横方向（突出部の主面に沿った方向）において連続的な半導体層を突出部上に形成することが容易となる。
上記積層体において、突出部は、板状の形状を有していてもよい。このようにすることにより、横方向（突出部の主面に沿った方向）において連続的な半導体層を突出部上に形成することが容易となる。
上記積層体において、複数の突出部の支持体とは反対側の主面は、突出部を構成するＩＩＩ族窒化物の｛０００１｝面に対応していてもよい。隣り合う複数の突出部において互いに対向する面である端面は、突出部を構成するＩＩＩ族窒化物の｛１１−２０｝面に対応していてもよい。このようにすることにより、横方向（突出部の主面に沿った方向）において連続的な半導体層を突出部上に形成することが容易となる。
上記積層体では、平面的に見て、支持体において、突出部に重なる領域の面積率は３０％以上９０％以下であってもよい。突出部に重なる領域の面積率が３０％未満では、複数の突出部を接続するように半導体層を形成することが難しくなる。一方、突出部に重なる領域の面積率が９０％を超えると、突出部と半導体層との間の格子定数の差に起因する応力が、十分に解放されない。突出部に重なる領域の面積率を３０％以上９０％以下とすることにより、突出部と半導体層との間の格子定数の差に起因する応力を十分に開放しつつ、複数の突出部を接続するように半導体層を形成することが容易となる。
上記積層体において、支持体は、板状のベース体と、ベース体の一方の主面上に配置された誘電体膜と、を含んでいてもよい。誘電体膜のベース体とは反対側の主面が、支持主面であってもよい。このような構造を採用することにより、積層体の作製が容易となる。
上記積層体において、誘電体膜は、ＳｉＯ２（二酸化珪素）、ＳｉＯＮ（酸窒化珪素）、ＳｉＮ（窒化珪素）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＨｆＯ（酸化ハフニウム）、ＴｉＯ２（二酸化チタン）、ＺｒＯ２（二酸化ジルコニウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、またはＧａ２Ｏ３（酸化ガリウム）からなる群から選択される１以上の化合物から構成されていてもよい。これらの材料は、誘電体膜を構成する材料として好適である。
上記積層体において、ベース体は、ムライト、アノーサイト、モリブデン、珪素、窒化アルミニウムまたは炭化珪素からなっていてもよい。これらの材料は、ベース体を構成する材料として好適である。
上記積層体において、平面的に見て、突出部は１０μｍ以下の周期で配置されてもよい。このようにすることにより、突出部上に形成される半導体層の結晶性を一層向上させることができる。
上記積層体において、突出部の厚みは、１０μｍ以下であってもよい。１０μｍを超える厚みを確保しなくとも、突出部と半導体層との間の格子定数の差に起因する応力を十分に開放することができる。また、突出部の厚みは、１０ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、上記応力をより確実に開放することができる。さらに、突出部の厚みは、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。これにより、上記応力を一層確実に開放することができる。
［本願発明の実施形態の詳細］
（実施の形態１）
次に、本発明にかかる積層体の一実施の形態である実施の形態１を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
（実施の形態１）
次に、本発明にかかる積層体の一実施の形態である実施の形態１を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
図１を参照して、本実施の形態における積層体であるベース積層体１は、支持体１０と、複数の突出部２０とを備える。
支持体１０は、ベース体１１と、誘電体膜１２とを含む。支持体１０は、支持主面１０Ａを有する。ベース体１１は、板状の形状を有する。ベース体１１は、たとえば円盤状の形状を有する。ベース体１１の直径は、たとえば５０ｍｍ以上である。ベース体１１の直径は、１００ｍｍ以上であってもよく、１５０ｍｍ以上であってもよい。ベース体１１は、たとえばムライト、アノーサイト、モリブデン、珪素、窒化アルミニウムまたは炭化珪素からなるものとすることができる。
誘電体膜１２は、ベース体１１の一方の主面上に接触して配置される。誘電体膜１２は、たとえばＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＨｆＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはＧａ２Ｏ３からなる群から選択される１以上の化合物から構成される誘電体からなっていてもよい。誘電体膜１２のベース体１１とは反対側の主面が、支持体１０の支持主面１０Ａである。
突出部２０は、基準平面９９から突出する。支持体１０の支持主面１０Ａは、基準平面９９に重なる。すなわち、支持主面１０Ａを含む平面は、基準平面９９に一致する。突出部２０は、第１主面２１と、第２主面２２と、端面２３とを有する。第１主面２１および第２主面２２は、たとえば突出部２０を構成する結晶の｛０００１｝面に対応する。端面２３は、たとえば突出部２０を構成する結晶の｛１１−２０｝面に対応する。全ての端面２３が、突出部２０を構成する結晶の｛１１−２０｝面に対応していてもよい。第１主面２１は基準平面９９に沿う。第１主面２１において、突出部２０は支持体１０の支持主面１０Ａに接触する。隣り合う突出部２０において互いに対向する端面２３は、溝部２９を規定する。すなわち、溝部２９は、隣り合う突出部２０の端面２３に挟まれた領域（空間）である。突出部２０の厚みは、たとえば１０μｍ以下である。
突出部２０は、転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下であり、アルミニウム（Ａｌ）、またはアルミニウムおよびガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とからなる単結晶から構成される。すなわち、突出部２０は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮの組成式で表され、０≦ｘ＜１を満たすＩＩＩ族窒化物の単結晶からなる。複数の突出部２０は、等間隔に配置される。各突出部２０は、同一形状を有する。突出部２０は、板状の形状を有する。突出部２０は、平面的に見て多角形形状を有している。すなわち、突出部２０は、多角柱形状を有している。転位密度は、エッチピット法により測定することができる。
図２を参照して、本実施の形態において、突出部２０の平面形状は、同一の四角形形状である。四角形の各辺の長さは等しい。すなわち、突出部２０の平面形状は菱形である。菱形を構成する鋭角は６０°、鈍角は１２０°とすることができる。突出部２０は、支持体１０の支持主面１０Ａの全域にわたって一定の間隔をおいて敷き詰められるように配置される。平面的に見て、突出部２０は１０μｍ以下の周期で配置される。互いに対向する突出部２０の角部２５の数が２となるように、突出部２０は配置される。すなわち、直線状の溝部２９が交差する領域には、２つの角部２５が位置する。
本実施の形態における突出部２０の平面形状として、他の形状を採用することも可能である。図３〜図５を参照して、突出部２０の平面形状の変形例について説明する。なお、図２〜図５は、支持主面１０Ａを上方から見た平面図である。図３を参照して、第１の変形例において、突出部２０の平面形状は六角形である。六角形を構成する各辺の長さは等しい。突出部２０の平面形状は正六角形とすることができる。互いに対向する突出部２０の角部２５の数が３となるように、突出部２０は配置される。すなわち、直線状の溝部２９が交差する領域には、３つの角部２５が位置する。
図４を参照して、第２の変形例において、突出部２０の平面形状は三角形である。三角形を構成する各辺の長さは等しい。突出部２０の平面形状は正三角形とすることができる。互いに対向する突出部２０の角部２５の数が６となるように、突出部２０は配置される。すなわち、直線状の溝部２９が交差する領域には、６つの角部２５が位置する。
図５を参照して、第３の変形例において、突出部２０の平面形状は三角形である。三角形を構成する各辺の長さは等しい。突出部２０の平面形状は正三角形とすることができる。互いに対向する突出部２０の角部２５の数が３となるように、突出部２０は配置される。すなわち、直線状の溝部２９が交差する領域には、３つの角部２５が位置する。
ベース積層体１においては、支持体１０の支持主面１０Ａ上に複数の突出部２０が配置される。そのため、上記複数の突出部２０上に、複数の突出部２０を接続するように半導体層をエピタキシャル成長により形成することができる。このようにすることにより、平面的に見て隣接する突出部２０間（隣接する突出部２０に挟まれる溝２９）に対応する半導体層の突出部２０側の主面には、突出部２０に接触しない領域が形成される。これにより、突出部２０と半導体層との間の格子定数の差に起因する応力が当該領域において解放される。そのため、突出部２０と半導体層との間の格子定数の差に起因する半導体層の結晶性の悪化が抑制される。そして、突出部２０の転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下にまで低減されることにより、転位密度が低減された半導体層が得られる。その結果、半導体層上に量子井戸構造を含む他の半導体層を形成することで、結晶性に優れた量子井戸構造が得られる。
図２〜図５を参照して、隣り合う突出部２０において互いに対向する辺の長さＬは、隣り合う突出部２０間の距離Ｄの２√３倍以上であることが好ましい。これにより、突出部２０上に半導体層を形成するに際して、横方向（突出部２０の第２主面２２に沿った方向）において連続的な第１半導体層３０を形成することが容易となる。
ベース積層体１において、平面的に見て、互いに対向する突出部の角部２５は、図２に示すように２以下であることが好ましい。このようにすることにより、横方向（突出部２０の第２主面２２に沿った方向）において連続的な半導体層を突出部２０上に形成することが容易となる。
また、平面的に見て、支持体１０において、突出部２０に重なる領域の面積率は、３０％以上９０％以下であることが好ましい。これにより、突出部２０と半導体層との間の格子定数の差に起因する応力を十分に開放しつつ、複数の突出部２０を接続するように半導体層を突出部上に形成することが容易となる。
次に、図６〜図１３を参照して、実施の形態１におけるベース積層体の製造方法およびベース積層体を用いた発光素子の製造方法について説明する。
図６を参照して、本実施の形態におけるベース積層体１、およびこれを用いた発光素子の製造方法では、まず工程（Ｓ１１）として貼り合わせ基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１１）では、図７に示すように、たとえば直径２インチ（５０．８ｍｍ）の貼り合わせ基板が準備される。より具体的には、支持体１０に対してＩＩＩ族窒化物層２８が貼り合わされた構造を有する貼り合わせ基板が準備される。ＩＩＩ族窒化物層２８は、転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下であり、ＡｌｘＧａ１−ｘＮの組成式で表され、０≦ｘ＜１を満たすＩＩＩ族窒化物からなる。支持体１０は、ベース体１１と誘電体膜１２とを含む。誘電体膜１２は、ＩＩＩ族窒化物層２８をベース体１１に対して接合する接合層である。貼り合わせ基板は、円盤状の支持体１０と、支持体１０の支持主面１０Ａ上に配置されるＩＩＩ族窒化物層２８とを含む。
次に、工程（Ｓ１２）としてマスク層形成工程が実施される。この工程（Ｓ１２）では、図７および図８を参照して、所望の突出部２０となるべきＩＩＩ族窒化物層２８の領域を覆うようにレジストからなるマスク層９１が形成される。溝部２９となるべき領域に開口部９２が位置するように、マスク層９１が形成される。具体的には、たとえばＩＩＩ族窒化物層２８上にレジスト層が形成され、フォトリソグラフィープロセスにより、所望の領域に開口部９２を有するマスク層９１が形成される。
次に、工程（Ｓ１３）としてドライエッチング工程が実施される。この工程（Ｓ１３）では、図８を参照して、工程（Ｓ１２）において形成されたマスク層９１をマスクとしてドライエッチングが実施される。これにより、開口部９２に対応する領域のＩＩＩ族窒化物層２８が除去される。その後、マスク層９１が除去されることにより、図１に示すように、支持体１０の支持主面１０Ａ（基準平面）から突出する突出部２０を有する本実施の形態のベース積層体１が得られる。引き続き、このベース積層体１を用いた発光素子の製造方法を説明する。
工程（Ｓ２１）として第１半導体層形成工程が実施される。この工程（Ｓ２１）では、図１および図９を参照して、工程（Ｓ１３）において得られたベース積層体１の突出部２０上に、第１半導体層３０が形成される。第１半導体層３０は、たとえば気相エピタキシャル成長により形成することができる。ここで、工程（Ｓ１２）〜（Ｓ１３）において、端面２３が突出部２０を構成する結晶の｛１１−２０｝面に対応するように形成される。そのため、工程（Ｓ２１）において横方向（突出部２０の第２主面２２に沿った方向）への結晶の成長が容易となる。その結果、横方向（突出部２０の第２主面２２に沿った方向）において連続的な第１半導体層３０が容易に形成される。以上の手順により、図９に示す半導体積層体２が得られる。
図９を参照して、第１半導体層３０は、複数の突出部２０の、第１主面２１とは反対側の主面である第２主面２２上に、複数の突出部２０を接続するように配置される。第１半導体層３０は、転位密度が１×１０９ｃｍ−３以下である単結晶からなる。第１半導体層３０は、ＡｌｙＧａ１−ｙＮの組成式で表され、０＜ｙ≦１およびｘ＜ｙを満たすＩＩＩ族窒化物からなる。
第１半導体層３０は、第１主面３１と、第１主面３１とは反対側の主面である第２主面３２とを有する。第１主面３１において、第１半導体層３０は、突出部２０の第２主面２２に接触する。第１半導体層３０の第１主面３１は、突出部２０に接触する領域である接触領域３１Ａと、突出部２０に接触しない領域である非接触領域３１Ｂとを含む。接触領域３１Ａは、平面的に見て、第１半導体層３０において突出部２０に重なる領域に対応する。非接触領域３１Ｂは、空間である溝部２９を挟んで支持体１０の支持主面１０Ａに対向する。
次に、工程（Ｓ３１）〜（Ｓ３３）として、ｎ型半導体層形成工程、量子井戸構造形成工程およびｐ型半導体層形成工程が順次実施される。工程（Ｓ３１）では、図９および図１０を参照して、工程（Ｓ２１）において形成された第１半導体層３０上に、ｎ型半導体層４０が形成される。ｎ型半導体層４０は、たとえば気相エピタキシャル成長により形成することができる。
工程（Ｓ３２）では、工程（Ｓ３１）において形成されたｎ型半導体層４０上に、量子井戸構造５０が形成される。量子井戸構造５０は、たとえば気相エピタキシャル成長により形成することができる。量子井戸構造５０の形成は、量子井戸層５１の形成とバリア層５２の形成とを交互に繰り返すことにより実施することができる。
工程（Ｓ３３）では、工程（Ｓ３２）において形成された量子井戸構造５０上に、ｐ型半導体層６０が形成される。ｐ型半導体層６０は、たとえば気相エピタキシャル成長により形成することができる。工程（Ｓ２１）、（Ｓ３１）、（Ｓ３２）および（Ｓ３３）は、原料ガスを変更しつつ連続的に気相エピタキシャル成長により形成することができる。以上の手順により、図１０に示す量子井戸構造付き半導体積層体３が得られる。
図１０を参照して、本実施の形態における半導体積層体である量子井戸構造付き半導体積層体３は、半導体積層体２において、第１半導体層３０の、突出部２０とは反対側の主面である第２主面３２上に配置され、量子井戸構造５０を含む第２半導体層をさらに備える。第２半導体層は、ｎ型半導体層４０と、量子井戸構造５０と、ｐ型半導体層６０と、を含む。
ｎ型半導体層４０は、第１半導体層３０の第２主面３２上に接触するように配置された半導体層である。ｎ型半導体層４０は、ＩＩＩ族窒化物の単結晶からなっている。具体的には、たとえば導電型がｎ型であるＡｌＧａＮが、ｎ型半導体層４０を構成する材料として採用される。ｎ型半導体層４０に含まれるｎ型不純物としては、たとえばＳｉ（珪素）を採用することができる。
量子井戸構造５０は、ｎ型半導体層４０の、第１半導体層３０に面する側とは反対側の第１主面４０Ａ上に接触するように配置されている。量子井戸構造５０は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる量子井戸層５１とバリア層５２とが交互に積層された構造を有している。量子井戸構造５０は、紫外光を発光する発光層である。
ｐ型半導体層６０は、量子井戸構造５０のｎ型半導体層４０に面する側とは反対側の主面５０Ａ上に接触するように配置された半導体層である。ｐ型半導体層６０は、ＩＩＩ族窒化物の単結晶からなっている。具体的には、たとえば導電型がｐ型であるＡｌＧａＮが、ｐ型半導体層６０を構成する材料として採用される。ｐ型半導体層６０に含まれるｐ型不純物としては、たとえばＭｇ（マグネシウム）を採用することができる。
なお、本実施の形態においては、量子井戸構造５０は多重量子井戸構造であるが、これに代えて単一量子井戸構造を採用することもできる。
半導体積層体２および量子井戸構造付き半導体積層体３においては、基準平面９９から突出する複数の突出部２０上に、複数の突出部２０を接続するように第１半導体層３０が配置されている。このような構造が採用されることにより、平面的に見て隣接する突出部２０に挟まれる溝２９に対応する第１半導体層３０の第１主面３１には、突出部２０に接触しない領域である非接触領域３１Ｂが形成される。これにより、突出部２０と第１半導体層３０との間の格子定数の差に起因する応力が非接触領域３１Ｂにおいて解放される。そのため、突出部２０と第１半導体層３０との間の格子定数の差に起因する第１半導体層３０の結晶性の悪化が抑制される。そして、突出部２０の転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下にまで低減されることにより、転位密度が１×１０９ｃｍ−３以下である第１半導体層３０が得られる。その結果、第１半導体層３０上に量子井戸構造５０を含む第２半導体層を形成することで、結晶性に優れた量子井戸構造５０が得られる。
次に、工程（Ｓ４１）としてｐ側電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ４１）では、図１０および図１１を参照して、工程（Ｓ３３）において形成されたｐ型半導体層６０上に、ｐ側電極７０が形成される。具体的には、ｐ型半導体層６０の、量子井戸構造５０とは反対側の主面６１上に接触するように、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極７０が形成される。ｐ側電極７０は、たとえば蒸着法により形成することができる。
次に、工程（Ｓ４２）として、第２支持体貼り合わせ工程が実施される。この工程（Ｓ４２）では、図１１および図１２を参照して、工程（Ｓ４１）において形成されたｐ側電極７０のｐ型半導体層６０とは反対側の主面７１上に、はんだ層８１を介して第２支持体８２が接合される。具体的には、ｐ側電極７０と第２支持体８２との間に溶融状態のＡｕＳｎはんだが供給され、その後冷却される。これにより、ｐ側電極７０と第２支持体８２とが貼り合わされる。
次に、工程（Ｓ３４）として、支持体除去工程が実施される。この工程（Ｓ３４）では、図１２および図１３を参照して、図１２に示す構造体から支持体１０が除去される。具体的には、たとえば二酸化珪素からなる誘電体膜１２がフッ酸により除去されることにより、支持体１０が剥離される。
次に、工程（Ｓ４３）としてｎ側電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ４３）では、工程（Ｓ３４）において支持体１０が除去されて露出した第１半導体層３０の第１主面３１の非接触領域３１Ｂに接触するように、ｎ側電極９０が形成される。ｎ側電極９０は、たとえば蒸着法により形成することができる。以上の手順により、本実施の形態の発光素子１００を製造することができる。その後、たとえばダイシングにより各素子に分離される。
図１３を参照して、実施の形態１における発光素子１００は、支持体１０が除去された量子井戸構造付き半導体積層体３と、量子井戸構造付き半導体積層体３上に形成された電極とを備える。より具体的には、発光素子１００は、支持体１０が除去された量子井戸構造付き半導体積層体３と、ｎ側電極９０と、ｐ側電極７０と、第２支持体８２と、を備えている。
ｎ側電極９０は、量子井戸構造付き半導体積層体３を構成する第１半導体層３０の非接触領域３１Ｂ上に接触して配置される。ｎ側電極９０は、第１半導体層３０にオーミック接触可能な金属などの導電体からなっている。ｎ側電極９０を構成する導電体としては、たとえばＴｉ（チタン）／Ａｌ（アルミニウム）を採用することができる。
ｐ側電極７０は、量子井戸構造付き半導体積層体３を構成するｐ型半導体層６０の量子井戸構造５０とは反対側の主面６１上に接触して配置される。ｐ側電極７０は、ｐ型半導体層６０にオーミック接触可能な金属などの導電体からなっている。ｐ側電極７０を構成する導電体としては、たとえばＮｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）を採用することができる。
第２支持体８２は、ｐ側電極７０上にはんだ層８１を介して接合される。はんだ層８１は、たとえば金（Ａｕ）とスズ（Ｓｎ）の合金であるＡｕＳｎからなるものとすることができる。第２支持体８２は、板状の形状を有している。第２支持体８２は、たとえばＣｕＷ（銅タングステン合金）、Ｃｕ（銅）などからなるものとすることができる。
この発光素子１００に対して順方向に電圧が印加されると、ｐ型半導体層６０から正孔が、ｎ型半導体層４０から電子が、量子井戸構造５０へと注入される。そして、量子井戸構造５０内において再結合し、発光する。本実施の形態では、上記構造の量子井戸構造５０が採用されることにより、紫外光が放出される。
ここで、本実施の形態の発光素子１００は、上述のように結晶性に優れた発光層としての量子井戸構造５０を含む。そのため、発光素子１００は、優れた発光特性（発光効率）を有し、紫外線を発光する発光素子となっている。
上記第１半導体層３０の転位密度は１×１０８ｃｍ−３以下であることが好ましい。これにより、一層結晶性に優れた量子井戸構造５０を得ることが可能となる。
さらに、上記第１半導体層３０において、対称面である（０００２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が８００ａｒｃｓｅｃ以下であり、非対称面である（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が１５００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。これにより、一層結晶性に優れた量子井戸構造５０を得ることが可能となる。
（実施の形態２）
次に、ベース積層体１を用いた他の発光素子の製造方法について説明する。実施の形態２における発光素子１５０は、実施の形態１の発光素子１００の製造方法において、突出部２０および第１半導体層３０を除去した後、ｎ側電極を形成することにより製造することができる。図１４は、実施の形態２における発光素子の製造方法の概略を示すフローチャートである。図１４を参照して、まず工程（Ｓ１１）〜（Ｓ１３）までが実施され、実施の形態１の場合と同様にベース積層体１が作製される。次に、工程（Ｓ２１）〜（Ｓ４２）が実施の形態１の場合と同様に実施される。これにより、図１２に示す構造体が得られる。
次に、ベース積層体１を用いた他の発光素子の製造方法について説明する。実施の形態２における発光素子１５０は、実施の形態１の発光素子１００の製造方法において、突出部２０および第１半導体層３０を除去した後、ｎ側電極を形成することにより製造することができる。図１４は、実施の形態２における発光素子の製造方法の概略を示すフローチャートである。図１４を参照して、まず工程（Ｓ１１）〜（Ｓ１３）までが実施され、実施の形態１の場合と同様にベース積層体１が作製される。次に、工程（Ｓ２１）〜（Ｓ４２）が実施の形態１の場合と同様に実施される。これにより、図１２に示す構造体が得られる。
次に、図１２および図１５を参照して、実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ３４）が実施され、支持体１０が除去される。さらに、工程（Ｓ３５）としての突出部除去工程および工程（Ｓ３６）としての第１半導体層除去工程が順次実施される。工程（Ｓ３５）では、突出部２０が除去される。工程（Ｓ３６）では第１半導体層３０が除去される、工程（Ｓ３５）および（Ｓ３６）における突出部２０および第１半導体層３０の除去は、たとえばドライエッチングにより実施することができる。これにより、ｎ型半導体層４０の量子井戸構造５０とは反対側の主面が露出する。
次に、工程（Ｓ４３）としてｎ側電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ４３）では、工程（Ｓ３６）において第１半導体層３０が除去されて露出したｎ型半導体層４０の量子井戸構造５０とは反対側の主面に接触するように、ｎ側電極９０が形成される。ｎ側電極９０は、たとえば蒸着法により形成することができる。以上の手順により、図１５に示す発光素子１５０を製造することができる。その後、たとえばダイシングにより各素子に分離される。
図１５および図１３を参照して、本実施の形態の製造方法により製造可能な発光素子１５０は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態の製造方法により製造可能な発光素子１５０は、ｎ側電極の形成位置において、実施の形態１の場合とは異なっている。
図１５および図１３を参照して、図１５に示す発光素子１５０は、図１３に示す実施の形態１の発光素子１００から突出部２０および第１半導体層３０が除去されるとともに、ｎ型半導体層４０に接触するようにｎ側電極９０が形成されている。ｎ側電極９０は、ｎ型半導体層４０の、量子井戸構造５０とは反対側の主面上に配置される。
発光素子１５０は、突出部２０および第１半導体層３０による光（紫外光）の吸収が回避される点において、実施の形態１の構造に対して利点を有している。
上記実施の形態１の場合と同様の手順で工程（Ｓ１１）〜（Ｓ２１）を実施して（図６参照）、図９に示す半導体積層体２を作製した（実施例Ａ）。そして、第１半導体層３０の表面（支持体１０とは反対側の主面）のモフォロジーを調査するとともに、第１半導体層３０の（０００２）面および（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を確認する実験を行った。比較のため、図６の製造方法において工程（Ｓ１２）および（Ｓ１３）を省略し、図１６に示す半導体積層体２００を作製した（比較例Ａ）。半導体積層体２００は、実施の形態１の支持体１０と同様の支持体１１０と、支持体１１０上に配置され、実施の形態１の突出部２０と同様の材料からなるＩＩＩ族窒化物層１２０と、ＩＩＩ族窒化物層１２０上に形成され、実施の形態１の第１半導体層３０と同様の材料からなる第１半導体層１３０とを備える。すなわち、半導体積層体２００は、実施の形態１の半導体積層体２と同様の構造において、周期的な突出部２０に代えて連続的な層であるＩＩＩ族窒化物層１２０が採用された構造を有している。この半導体積層体２００についても、実施例Ａと同様にモフォロジーの確認および半値幅の測定を実施した。表面のモフォロジーは、微分干渉顕微鏡およびＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察により確認した。（０００２）面および（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅は、Ｘ線回折装置を用いて測定した。当該半値幅が小さいことは、結晶性に優れていることを意味する。実験の結果を表１に示す。
上記実施の形態２の場合と同様の手順で図１５に示す発光素子１５０を作製した（実施例Ｂ）。チップの平面形状は一辺１ｍｍの正方形形状とした。周波数１ｋＨｚ、デューティー比５％のパルス電流を電流値１００ｍＡの条件で発光素子１５０に流した場合の光出力（ピーク）を測定した。比較のため、図１７に示す従来の発光素子３００を作製した（比較例Ｂ）。そして、実施例Ｂと同様に光出力を測定した。
図１７を参照して、発光素子３００は、サファイア基板２１０と、サファイア基板２１０上に形成されたバッファ層２２０と、バッファ層２２０上に形成されたｎ型半導体層２３０と、ｎ型半導体層２３０上に形成された量子井戸構造２４０と、量子井戸構造２４０上に形成されたｐ型半導体層２５０とを備える。ｐ型半導体層２５０上には、ｐ側電極２７１が形成されている。また、ｐ型半導体層２５０および量子井戸構造２４０を貫通し、ｎ型半導体層２３０内に底部を有するトレンチが形成されている。そして、当該トレンチの底において露出するｎ型半導体層２３０に接触するようにｎ側電極２８０が形成されている。バッファ層２２０は、ＡｌＮからなる。ｎ型半導体層２３０およびｐ型半導体層２５０は、それぞれ実施例Ｂのｎ型半導体層４０およびｐ型半導体層６０と同様の材料からなっている。また、量子井戸構造２４０は、実施例Ｂの量子井戸構造５０と同様の材料および構造からなる。ｐ側電極２７１およびｎ側電極２８０は、実施例Ｂのｐ側電極７０およびｎ側電極９０と同様の材料からなっている。実験の結果を表２に示す。
なお、本願において、突出部が等間隔に配置される状態、および同一の形状を有している状態とは、幾何学的に完全な等間隔および同一形状を意味するものではなく、製造上不可避な誤差を含むものである。すなわち、等間隔、同一形状を意図して製造した結果、不可避的に生じる誤差を含むものについても、突出部が等間隔に配置される状態、同一の形状を有している状態に含まれる。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本願の積層体は、発光効率の向上が求められる発光素子の製造に、特に有利に適用され得る。
１ ベース積層体
２ 半導体積層体
３ 量子井戸構造付き半導体積層体
１０ 支持体
１０Ａ 支持主面
１１ ベース体
１２ 誘電体膜
２０ 突出部
２１ 第１主面
２２ 第２主面
２３ 端面
２５ 角部
２８ ＩＩＩ族窒化物層
２９ 溝部
３０ 第１半導体層
３１ 第１主面
３１Ａ 接触領域
３１Ｂ 非接触領域
３２ 第２主面
４０ ｎ型半導体層
４０Ａ 第１主面
５０ 量子井戸構造
５０Ａ 主面
５１ 量子井戸層
５２ バリア層
６０ ｐ型半導体層
６１ 主面
７０ ｐ側電極
７１ 主面
８１ はんだ層
８２ 第２支持体
９０ ｎ側電極
９１ マスク層
９２ 開口部
９９ 基準平面
１００ 発光素子
１５０ 発光素子
２ 半導体積層体
３ 量子井戸構造付き半導体積層体
１０ 支持体
１０Ａ 支持主面
１１ ベース体
１２ 誘電体膜
２０ 突出部
２１ 第１主面
２２ 第２主面
２３ 端面
２５ 角部
２８ ＩＩＩ族窒化物層
２９ 溝部
３０ 第１半導体層
３１ 第１主面
３１Ａ 接触領域
３１Ｂ 非接触領域
３２ 第２主面
４０ ｎ型半導体層
４０Ａ 第１主面
５０ 量子井戸構造
５０Ａ 主面
５１ 量子井戸層
５２ バリア層
６０ ｐ型半導体層
６１ 主面
７０ ｐ側電極
７１ 主面
８１ はんだ層
８２ 第２支持体
９０ ｎ側電極
９１ マスク層
９２ 開口部
９９ 基準平面
１００ 発光素子
１５０ 発光素子
Claims (11)
- 支持主面を有する板状の支持体と、
前記支持主面上に配置され、ＩＩＩ族窒化物からなり、転位密度が１×１０８ｃｍ−３以下である複数の突出部と、を備える、積層体。 - 前記突出部は、多角形状の平面形状を有する、請求項１に記載の積層体。
- 平面的に見て、隣り合う前記突出部において互いに対向する辺の長さは、前記隣り合う突出部間の距離の２√３倍以上である、請求項２に記載の積層体。
- 平面的に見て、互いに対向する突出部の角部は２以下である、請求項２または３に記載の積層体
- 前記突出部は、板状の形状を有する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の積層体。
- 前記複数の突出部の前記支持体とは反対側の主面は、前記突出部を構成するＩＩＩ族窒化物の｛０００１｝面に対応し、
隣り合う前記複数の突出部において互いに対向する面である端面は、前記突出部を構成するＩＩＩ族窒化物の｛１１−２０｝面に対応する、請求項５に記載の積層体。 - 平面的に見て、前記支持体において、前記突出部に重なる領域の面積率は３０％以上９０％以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層体。
- 前記支持体は、
板状のベース体と、
前記ベース体の一方の主面上に配置された誘電体膜と、を含み、
前記誘電体膜の前記ベース体とは反対側の主面が、前記支持主面である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層体。 - 前記誘電体膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＨｆＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはＧａ２Ｏ３からなる群から選択される１以上の化合物から構成される、請求項８に記載の積層体。
- 前記ベース体は、ムライト、アノーサイト、モリブデン、珪素、窒化アルミニウムまたは炭化珪素からなる、請求項８または９に記載の積層体。
- 平面的に見て、前記突出部は１０μｍ以下の周期で配置される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の積層体。
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2015
- 2015-11-02 JP JP2015216008A patent/JP2017088419A/ja active Pending
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2016
- 2016-10-28 US US15/535,173 patent/US20170338376A1/en not_active Abandoned
- 2016-10-28 WO PCT/JP2016/082116 patent/WO2017077962A1/ja active Application Filing
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