JP2017216280A - Iii 族窒化物半導体発光素子とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 透明電極とp電極との間で好適な接触領域を設けたIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法を提供することである。【解決手段】 コンタクトホール形成工程では、n型半導体層120の一部を露出箇所として露出させるとともに、透明電極TE1における第1の領域R1を露出させる。表面除去工程では、n型半導体層120の露出箇所の表面を除去するとともに、透明電極TE1における第1の領域R1の表面を除去する。露出領域拡大工程では、絶縁膜I1をサイドエッチングすることにより第1の領域R1の外側に位置する第2の領域R2を露出させる。p電極形成工程では、透明電極TE1の第1の領域R1および第2の領域R2の上にp電極P1を形成する。【選択図】図2
Description
本明細書の技術分野は、III 族窒化物半導体発光素子とその製造方法に関する。
III 族窒化物半導体発光素子は、一般に、基板と、n型半導体層と、発光層と、p型半導体層と、n電極と、p電極と、を有する。半導体層に電極を形成するために、半導体層にコンタクトホールを形成する場合がある。そのために、ドライエッチングが用いられることがある。
特許文献1には、エッチングガスとしてSiCl4 とArとの混合ガスを用いる場合に、GaNとSiとが反応して表面変性層20が形成される旨が記載されている。また、プラズマ処理の後に薄い高抵抗膜が堆積される旨が記載されている。そして、その薄い高抵抗膜を除去するために酸処理によるエッチングが行われる旨が記載されている(特許文献1の段落[0022]−[0026])。
ところで、III 族窒化物半導体は、p型半導体層の上に透明電極を有することがある。そして、製造工程の工程数を削減するために、n電極用のコンタクトホールとp電極用のコンタクトホールとを同時に形成する場合がある。そのような場合に、塩素系ガス等でプラズマエッチングを行うと、n型半導体層の表面に電気抵抗率の高い表面変性層が発生する。そのため、この表面変性層を除去すればよい。
エッチング等により表面変性層を除去すると、n型半導体層のみならず透明電極の膜厚もわずかに薄くなる。n型半導体層は十分に厚いため、問題はそれほど生じない。一方、透明電極での光の吸収を抑制するため、透明電極は当初から薄く成膜されることがある。その場合には、表面変性層を除去した箇所の膜厚が薄く、その箇所の電気抵抗率が高くなってしまうことがある。この場合には、電流が発光面内に十分に拡散しない。これでは十分な明るさの発光素子が得られない。
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題は、透明電極とp電極との間で好適な接触領域を設けたIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法を提供することである。
第1の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、基板の上にn型半導体層を形成するn型半導体層形成工程と、n型半導体層の上に発光層を形成する発光層形成工程と、発光層の上にp型半導体層を形成するp型半導体層形成工程と、p型半導体層の上に透明電極を形成する透明電極形成工程と、p型半導体層側にn型半導体層を露出させるn型半導体層露出工程と、透明電極および露出させたn型半導体層の上に第1の絶縁膜を形成する第1の絶縁膜形成工程と、第1の絶縁膜の一部を開口して透明電極およびn型半導体層を露出させることによりコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、n型半導体層および透明電極の表面の一部を除去する表面除去工程と、透明電極の露出領域を広げる露出領域拡大工程と、n型半導体層と接触するn電極を形成するn電極形成工程と、透明電極と接触するp電極を形成するp電極形成工程と、を有する。コンタクトホール形成工程では、n型半導体層の一部を露出箇所として露出させるとともに、透明電極における第1の領域を露出させる。表面除去工程では、n型半導体層の露出箇所の表面を除去するとともに、透明電極における第1の領域の表面を除去する。露出領域拡大工程では、第1の絶縁膜をサイドエッチングすることにより第1の領域の外側に位置する第2の領域を露出させる。p電極形成工程では、透明電極の第1の領域および第2の領域の上にp電極を形成する。
このIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、コンタクトホール形成工程でn電極用のコンタクトホールとp電極用のコンタクトホールとを同時に形成する。その後、n電極用のコンタクトホールで露出しているn型半導体層の表面の高抵抗層を除去すると、p電極用のコンタクトホールで露出している透明電極の表面も除去される。そのため、露出領域拡大工程を実施することにより、透明電極の第2の領域とp電極とを好適に接触させることができる。このように製造された発光素子においては、電流が十分な膜厚の透明電極の第2の領域を介して拡散する。そのため、この発光素子では、電流が十分に拡散するとともに、薄い膜厚の透明電極を形成することができる。
第2の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法においては、表面除去工程では、塩素系ガスを用いてドライエッチングを実施する。露出領域拡大工程では、フッ素系薬液を用いてウェットエッチングを実施する。
第3の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法においては、コンタクトホール形成工程では、第1の絶縁膜の残部の上に第1のレジストを配置してエッチングを実施する。表面除去工程では、第1のレジストを配置したままエッチングを実施する。露出領域拡大工程では、第1のレジストを配置したままエッチングを実施する。
第4の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、n電極およびp電極の一部の上に第2の絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程を有する。
第5の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子は、基板と、基板の上のn型半導体層と、n型半導体層の上の発光層と、発光層の上のp型半導体層と、p型半導体層の上の透明電極と、n型半導体層の上のn電極と、透明電極の上のp電極と、を有する。透明電極は、p電極と接触する第1の領域と、第1の領域の外側でp電極と接触する第2の領域と、を有する。第2の領域における透明電極の膜厚は、第1の領域における透明電極の膜厚よりも厚い。
第6の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第2の領域における透明電極の膜厚は、第2の領域の外側の領域における透明電極の膜厚の0.95以上1.05以下である。
本明細書では、透明電極とp電極との間で好適な接触領域を設けたIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法が提供されている。
以下、具体的な実施形態について、III 族窒化物半導体発光素子とその製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本明細書の技術は、下記の実施形態に限定されるものではない。また、後述する発光素子の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。
(第1の実施形態)
1.半導体発光素子
図1は、本実施形態の発光素子100の概略構成を示す図である。発光素子100は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。発光素子100は、III 族窒化物半導体から成る複数の半導体層を有する。
1.半導体発光素子
図1は、本実施形態の発光素子100の概略構成を示す図である。発光素子100は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。発光素子100は、III 族窒化物半導体から成る複数の半導体層を有する。
図1に示すように、発光素子100は、基板110と、n型半導体層120と、発光層130と、p型半導体層140と、電流阻止層CB1と、透明電極TE1と、絶縁膜I1と、反射膜Rf1と、n電極N1と、p電極P1と、絶縁膜I2と、を有している。また、基板110とn型半導体層120との間には低温バッファ層が形成されている。
基板110は、MOCVD法により、主面上にIII 族窒化物半導体層を形成するための成長基板である。そして、その表面に凹凸加工がされていてもよい。基板110の材質は、サファイアである。また、サファイア以外にも、SiC、ZnO、Si、GaNなどの材質を用いてもよい。
n型半導体層120は、n型コンタクト層と、n側静電耐圧層と、n側超格子層と、を有する。n型コンタクト層は、n電極N1と接触している層である。n型コンタクト層は、基板110または低温バッファ層の上に形成されている。n側静電耐圧層は、各半導体層の静電破壊を防止するための静電耐圧層である。n側静電耐圧層は、n型コンタクト層の上に形成されている。n側超格子層は、発光層130に加わる応力を緩和するための歪緩和層である。n側超格子層は、n側静電耐圧層の上に形成されている。n側超格子層は、超格子構造を有する。n型半導体層120は、ドナーをドープしていないud−GaN層等を有していてもよい。
発光層130は、電子と正孔とが再結合することにより発光する層である。発光層130は、n型半導体層120のn側超格子層の上に形成されている。発光層130は、少なくとも井戸層と障壁層とを有する。また、発光層130は、井戸層の上にキャップ層を有するとよい。また、発光層130は、多重量子井戸構造または単一量子井戸構造を有する。
p型半導体層140は、p型クラッド層と、p型コンタクト層と、を有する。p型クラッド層は、電子を発光層130に閉じ込めるための層である。p型クラッド層は、発光層130の上に形成されている。p型コンタクト層は、p電極P1と導通する半導体層である。実際には、p型コンタクト層は、透明電極TE1と接触している。また、p型コンタクト層は、p型クラッド層の上に形成されている。p型半導体層140は、アクセプターをドープしていないud−GaN層等を有していてもよい。
電流阻止層CB1は、p電極P1の直下の半導体層に電流が流れることを抑制し、発光面内に電流を拡散させるための絶縁層である。電流阻止層CB1は、p型半導体層140のp型コンタクト層の一部の上に形成されている。また、電流阻止層CB1は、p電極P1と透明電極TE1とが接触する接触領域の直下に形成されている。
透明電極TE1は、導電性の透明膜である。透明電極TE1は、電流阻止層CB1およびp型半導体層140のp型コンタクト層の上に形成されている。また、透明電極TE1は、p電極P1と接触している。透明電極TE1の材質は、ITO、IZO、ICO、ZnO、TiO2 、NbTiO2 、TaTiO2 、SnO2 のいずれかであるとよい。
絶縁膜I1は、半導体層を保護するとともに、p電極P1と透明電極TE1との接触領域およびn電極N1とn型半導体層120との接触箇所を限定するための第1の絶縁膜である。絶縁膜I1の材質は、例えばSiO2 である。絶縁膜I1の材質は、もちろん、その他の絶縁体であってもよい。
反射膜Rf1は、発光層130から電極に向かう光を反射するためのものである。電極は、光の一部を吸収する。そのため、反射膜Rf1により、電極に向かう光を反射する。反射膜Rf1は、主に電極の下部に配置されている。そのため、電極が配線電極を有する場合には、反射膜Rf1は、その配線電極に沿って配置されている場合がある。反射膜Rf1は、絶縁膜I1に覆われている。
n電極N1は、n型半導体層120のn型コンタクト層の上に形成されている。n電極N1の材質は、金属である。n電極N1は、例えば、n型コンタクト層の側からTi、Rh、Auを順に形成したものである。または、V、Alを順に形成したものであってもよい。または、n電極N1は、上記以外の電極構造を有していてもよい。
p電極P1は、透明電極TE1の上に形成されている。p電極P1は、透明電極TE1に接触している。p電極P1の材質は、金属である。p電極P1は、例えば、透明電極TE1の側からTi、Rh、Auを順に形成したものである。または、p電極P1は、上記以外の電極構造を有していてもよい。また、p電極P1は、n電極N1と同じ積層構造を有していてもよい。
絶縁膜I2は、半導体層および電極を保護するための第2の絶縁膜である。絶縁膜I2の材質は、例えばSiO2 である。絶縁膜I2の材質は、もちろん、その他の絶縁体であってもよい。絶縁膜I2は、開口部I2a、I2bを有している。開口部I2aでは、n電極N1が露出している。開口部I2bでは、p電極P1が露出している。つまり、n電極N1はnパッド電極N2を有している。p電極P1はpパッド電極P2を有している。
2.透明電極とp電極との接触領域
図2は、透明電極TE1とp電極P1との接触領域を示す図である。図2に示すように、透明電極TE1とp電極P1とは、接触領域Rで接触している。接触領域Rは、第1の領域R1と、第2の領域R2と、を有する。第2の領域R2は、第1の領域R1の外側に位置している。つまり、透明電極TE1は、p電極P1と接触する第1の領域R1と、第1の領域R1の外側でp電極P1と接触する第2の領域R2と、を有する。例えば、接触領域Rは、円形である。第1の領域R1は、円形である。第2の領域R2は、リング形状である。もちろん、第1の領域R1では、透明電極TE1は、p電極P1と接触している。第2の領域R2では、透明電極TE1は、p電極P1と接触している。
図2は、透明電極TE1とp電極P1との接触領域を示す図である。図2に示すように、透明電極TE1とp電極P1とは、接触領域Rで接触している。接触領域Rは、第1の領域R1と、第2の領域R2と、を有する。第2の領域R2は、第1の領域R1の外側に位置している。つまり、透明電極TE1は、p電極P1と接触する第1の領域R1と、第1の領域R1の外側でp電極P1と接触する第2の領域R2と、を有する。例えば、接触領域Rは、円形である。第1の領域R1は、円形である。第2の領域R2は、リング形状である。もちろん、第1の領域R1では、透明電極TE1は、p電極P1と接触している。第2の領域R2では、透明電極TE1は、p電極P1と接触している。
透明電極TE1は、第1の領域R1に凹部W1を有している。凹部W1は、第1の領域R1にわたって形成されている。透明電極TE1は、凹部W1の箇所のみ膜厚が薄い。第2の領域R2における透明電極TE1の膜厚hは、第1の領域R1における透明電極TE1の膜厚h1よりも厚い。そして、第1の領域R1における透明電極TE1の膜厚h1は、第2の領域R2における透明電極TE1の膜厚hより厚みh2の分だけ薄い。膜厚hに対する膜厚h1の比は、0.3以上0.8以下の範囲内である。
第1の領域R1の凹部W1は、後述するドライエッチングにより形成された非貫通孔である。第1の領域R1における透明電極TE1の膜厚h1が薄いため、第1の領域R1における透明電極TE1の電気抵抗率は、第1の領域R1以外の領域における透明電極TE1の電気抵抗率よりも高い。したがって、第1の領域R1における透明電極TE1では、電流は拡散しにくい。また、第1の領域R1における透明電極TE1は、エッチングによるダメージを受けている。そのため、第1の領域R1では、透明電極TE1とp電極P1との間の接触状態は良好でないおそれがある。
第2の領域R2は、後述するウェットエッチングにより露出された箇所である。第2の領域R2における透明電極TE1の膜厚hは、接触領域R以外の箇所における透明電極TE1の膜厚と同程度である。第2の領域R2における透明電極TE1の膜厚hは、第2の領域R2の外側の領域における透明電極TE1の膜厚の0.95以上1.05以下である。このように第2の領域R2における透明電極TE1は十分に厚いため、第2の領域R2における透明電極TE1では、電流は拡散しやすい。また、第2の領域R2の幅は十分な幅である。第2の領域R2の幅は、例えば、0.1μm以上3μm以下である。そのため、電流は主に第2の領域R2の透明電極TE1を介して半導体層に流れる。
3.第2の領域の効果
本実施形態の発光素子100では、電流が第2の領域R2を介して透明電極TE1に拡散する。そのため、電流は発光面内に十分に拡散する。これにより、明るく発光する半導体発光素子が実現されている。また、後述するように、この発光素子は、全放射束、駆動電圧、静電耐圧性において優れている。
本実施形態の発光素子100では、電流が第2の領域R2を介して透明電極TE1に拡散する。そのため、電流は発光面内に十分に拡散する。これにより、明るく発光する半導体発光素子が実現されている。また、後述するように、この発光素子は、全放射束、駆動電圧、静電耐圧性において優れている。
4.半導体発光素子の製造方法
ここで、本実施形態に係る発光素子100の製造方法について説明する。有機金属化学気相成長法(MOCVD法)により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。ここで用いるキャリアガスは、水素(H2 )もしくは窒素(N2 )もしくは水素と窒素との混合気体(H2 +N2 )である。窒素源として、アンモニアガス(NH3 )を用いる。Ga源として、トリメチルガリウム(Ga(CH3 )3 )を用いる。In源として、トリメチルインジウム(In(CH3 )3 )を用いる。Al源として、トリメチルアルミニウム(Al(CH3 )3 )を用いる。n型ドーパントガスとして、シラン(SiH4 )を用いる。p型ドーパントガスとして、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム(Mg(C5 H5 )2 )を用いる。また、これら以外のガスを用いてもよい。
ここで、本実施形態に係る発光素子100の製造方法について説明する。有機金属化学気相成長法(MOCVD法)により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。ここで用いるキャリアガスは、水素(H2 )もしくは窒素(N2 )もしくは水素と窒素との混合気体(H2 +N2 )である。窒素源として、アンモニアガス(NH3 )を用いる。Ga源として、トリメチルガリウム(Ga(CH3 )3 )を用いる。In源として、トリメチルインジウム(In(CH3 )3 )を用いる。Al源として、トリメチルアルミニウム(Al(CH3 )3 )を用いる。n型ドーパントガスとして、シラン(SiH4 )を用いる。p型ドーパントガスとして、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム(Mg(C5 H5 )2 )を用いる。また、これら以外のガスを用いてもよい。
4−1.n型半導体層形成工程
まず、基板110の主面上に低温バッファ層を形成する。そして、低温バッファ層を形成した基板110の上にn型半導体層120を形成する。n型半導体層120として、n型コンタクト層、n側静電耐圧層、n側超格子層をこの順序で形成する。n型コンタクト層を形成する際の基板温度は1080℃以上1140℃以下である。n側静電耐圧層を形成する際の基板温度は750℃以上950℃以下である。
まず、基板110の主面上に低温バッファ層を形成する。そして、低温バッファ層を形成した基板110の上にn型半導体層120を形成する。n型半導体層120として、n型コンタクト層、n側静電耐圧層、n側超格子層をこの順序で形成する。n型コンタクト層を形成する際の基板温度は1080℃以上1140℃以下である。n側静電耐圧層を形成する際の基板温度は750℃以上950℃以下である。
4−2.発光層形成工程
次に、n型半導体層120のn側超格子層の上に発光層130を形成する。そのために、1以上の井戸層および障壁層を形成する。井戸層の上にキャップ層を形成してもよい。
次に、n型半導体層120のn側超格子層の上に発光層130を形成する。そのために、1以上の井戸層および障壁層を形成する。井戸層の上にキャップ層を形成してもよい。
4−3.p型半導体層形成工程
次に、発光層130の上にp型半導体層140を形成する。p型半導体層140として、p型クラッド層、p型コンタクト層をこの順序で形成する。
次に、発光層130の上にp型半導体層140を形成する。p型半導体層140として、p型クラッド層、p型コンタクト層をこの順序で形成する。
4−4.電流阻止層形成工程
図3に示すように、p型半導体層140のp型コンタクト層の一部の上に電流阻止層CB1を形成する。電流阻止層CB1として、例えば、SiO2 を成膜する。
図3に示すように、p型半導体層140のp型コンタクト層の一部の上に電流阻止層CB1を形成する。電流阻止層CB1として、例えば、SiO2 を成膜する。
4−5.透明電極形成工程
次に、p型半導体層140のp型コンタクト層および電流阻止層CB1の上に透明電極TE1を形成する。そのために、スパッタリングや蒸着を用いればよい。
次に、p型半導体層140のp型コンタクト層および電流阻止層CB1の上に透明電極TE1を形成する。そのために、スパッタリングや蒸着を用いればよい。
4−6.n型半導体層露出工程
図4に示すように、ICPエッチングにより、p型半導体層140からn型半導体層120まで達する溝を形成する。これにより、n型半導体層120のn型コンタクト層がp型半導体層140の側に露出する。また、この後に、透明電極TE1に熱処理を施してもよい。
図4に示すように、ICPエッチングにより、p型半導体層140からn型半導体層120まで達する溝を形成する。これにより、n型半導体層120のn型コンタクト層がp型半導体層140の側に露出する。また、この後に、透明電極TE1に熱処理を施してもよい。
4−7.第1の絶縁膜形成工程
図5に示すように、透明電極TE1および露出させたn型半導体層120の上に絶縁膜I1を形成する。これにより、透明電極TE1およびn型半導体層120は露出していない。また、絶縁膜I1を形成する際に、反射膜Rf1を成膜する。そして、反射膜Rf1が絶縁膜I1で覆われるようにする。
図5に示すように、透明電極TE1および露出させたn型半導体層120の上に絶縁膜I1を形成する。これにより、透明電極TE1およびn型半導体層120は露出していない。また、絶縁膜I1を形成する際に、反射膜Rf1を成膜する。そして、反射膜Rf1が絶縁膜I1で覆われるようにする。
4−8.コンタクトホール形成工程
図6に示すように、絶縁膜I1の一部を開口して透明電極TE1の一部およびn型半導体層120のn型コンタクト層の一部を露出させる。これらの開口部は、n電極N1およびp電極P1を形成するためのコンタクトホールである。その際に、例えば、反応性イオンエッチングを用いる。エッチングガスは、例えば、CF4 +O2 、CHF3 等のフッ素系ガスであるとよい。そのために、図6に示すように、絶縁膜I1の残部の上にレジストRs1を配置する。レジストRs1は、第1のレジストである。そして、レジストRs1を配置したままエッチングを実施する。これにより、透明電極TE1の第1の領域R1が露出する。この際に、n型半導体層120のn型コンタクト層の露出状態の表面に表面変性層が発生する。表面変性層は、n型半導体層120とエッチングガスとが反応して生成された層である。
図6に示すように、絶縁膜I1の一部を開口して透明電極TE1の一部およびn型半導体層120のn型コンタクト層の一部を露出させる。これらの開口部は、n電極N1およびp電極P1を形成するためのコンタクトホールである。その際に、例えば、反応性イオンエッチングを用いる。エッチングガスは、例えば、CF4 +O2 、CHF3 等のフッ素系ガスであるとよい。そのために、図6に示すように、絶縁膜I1の残部の上にレジストRs1を配置する。レジストRs1は、第1のレジストである。そして、レジストRs1を配置したままエッチングを実施する。これにより、透明電極TE1の第1の領域R1が露出する。この際に、n型半導体層120のn型コンタクト層の露出状態の表面に表面変性層が発生する。表面変性層は、n型半導体層120とエッチングガスとが反応して生成された層である。
4−9.表面除去工程
図7に示すように、露出状態にある透明電極TE1およびn型コンタクト層の表面を除去する。その際に、コンタクトホール形成工程で用いたレジストRs1を配置したまま塩素系ガスを用いてドライエッチングを実施する。塩素系ガスとして、例えば、SiCl4 、Cl2 、CCl4 が挙げられる。例えば、基板温度は30℃以上150℃以下である。例えば、エッチング時間は、20秒以上3分以下である。この工程により、n型半導体層120のn型コンタクト層の露出箇所の表面が除去される。また、透明電極TE1における第1の領域R1の表面が除去される。これにより、透明電極TE1には凹部W1が形成されてしまう。このため、除去された表面変性層の分だけ透明電極TE1の膜厚は薄くなってしまう。なお、この工程によりn型半導体層120の膜厚も薄くなる。しかし、n型コンタクト層は十分に厚いため、表面変性層を除去したとしても、n型半導体層120のn型コンタクト層にはほとんど影響がない。
図7に示すように、露出状態にある透明電極TE1およびn型コンタクト層の表面を除去する。その際に、コンタクトホール形成工程で用いたレジストRs1を配置したまま塩素系ガスを用いてドライエッチングを実施する。塩素系ガスとして、例えば、SiCl4 、Cl2 、CCl4 が挙げられる。例えば、基板温度は30℃以上150℃以下である。例えば、エッチング時間は、20秒以上3分以下である。この工程により、n型半導体層120のn型コンタクト層の露出箇所の表面が除去される。また、透明電極TE1における第1の領域R1の表面が除去される。これにより、透明電極TE1には凹部W1が形成されてしまう。このため、除去された表面変性層の分だけ透明電極TE1の膜厚は薄くなってしまう。なお、この工程によりn型半導体層120の膜厚も薄くなる。しかし、n型コンタクト層は十分に厚いため、表面変性層を除去したとしても、n型半導体層120のn型コンタクト層にはほとんど影響がない。
4−10.露出領域拡大工程
図8に示すように、透明電極TE1の露出領域を拡大する。そのために、コンタクトホール形成工程および表面除去工程で用いたレジストRs1を配置したままHFを用いてウェットエッチングを実施する。例えば、HFの温度は常温である。例えば、HFの濃度は0.1%以上2%以下である。例えば、エッチング時間は5秒以上3分以下である。このウェットエッチングより絶縁層I1をサイドエッチングする。これにより、第1の領域R1の外側の露出領域TE1aが露出する。つまり、この工程により透明電極TE1の露出領域が拡大する。露出領域TE1aは、コンタクトホールを形成する際にダメージを受けていない。露出領域TE1aは、第2の領域R2となる箇所である。なお、HFに限らずフッ素系薬液を用いるとよい。フッ素系薬液とは、フッ素(F)を主たるエッチャントとする薬液である。フッ素系薬液として、例えばBHFが挙げられる。
図8に示すように、透明電極TE1の露出領域を拡大する。そのために、コンタクトホール形成工程および表面除去工程で用いたレジストRs1を配置したままHFを用いてウェットエッチングを実施する。例えば、HFの温度は常温である。例えば、HFの濃度は0.1%以上2%以下である。例えば、エッチング時間は5秒以上3分以下である。このウェットエッチングより絶縁層I1をサイドエッチングする。これにより、第1の領域R1の外側の露出領域TE1aが露出する。つまり、この工程により透明電極TE1の露出領域が拡大する。露出領域TE1aは、コンタクトホールを形成する際にダメージを受けていない。露出領域TE1aは、第2の領域R2となる箇所である。なお、HFに限らずフッ素系薬液を用いるとよい。フッ素系薬液とは、フッ素(F)を主たるエッチャントとする薬液である。フッ素系薬液として、例えばBHFが挙げられる。
4−11.電極形成工程(n電極形成工程およびp電極形成工程)
図9に示すように、電極を形成する。露出させたn型半導体層120のn型コンタクト層の上にn電極N1を形成する。これにより、n電極N1は、n型半導体層120のn型コンタクト層と接触する。また、透明電極TE1の上の拡大させた露出領域の上にp電極P1を形成する。これにより、p電極P1は、透明電極TE1と接触領域Rで接触する。つまり、p電極P1は、透明電極TE1の第1の領域R1および第2の領域R2で接触する。n電極N1の形成とp電極P1の形成とは別工程であってもよいし、同一工程であってもよい。同一工程で行った場合には、n電極N1およびp電極P1の積層構造は同じになる。
図9に示すように、電極を形成する。露出させたn型半導体層120のn型コンタクト層の上にn電極N1を形成する。これにより、n電極N1は、n型半導体層120のn型コンタクト層と接触する。また、透明電極TE1の上の拡大させた露出領域の上にp電極P1を形成する。これにより、p電極P1は、透明電極TE1と接触領域Rで接触する。つまり、p電極P1は、透明電極TE1の第1の領域R1および第2の領域R2で接触する。n電極N1の形成とp電極P1の形成とは別工程であってもよいし、同一工程であってもよい。同一工程で行った場合には、n電極N1およびp電極P1の積層構造は同じになる。
4−12.第2の絶縁膜形成工程
次に、n電極N1およびp電極P1の一部の上に絶縁膜I2を形成する。この際に、n電極N1およびp電極P1が完全に覆われないようにする。n電極N1およびp電極P1と外部電極との間で導通するためである。または、一旦、n電極N1およびp電極P1の上に一様な絶縁膜を成膜した後に、一部を開口してもよい。
次に、n電極N1およびp電極P1の一部の上に絶縁膜I2を形成する。この際に、n電極N1およびp電極P1が完全に覆われないようにする。n電極N1およびp電極P1と外部電極との間で導通するためである。または、一旦、n電極N1およびp電極P1の上に一様な絶縁膜を成膜した後に、一部を開口してもよい。
4−13.その他の工程
また、上記の工程の他に、熱処理工程、その他の工程を適宜実施してもよい。以上により、図1に示す発光素子100が製造される。
また、上記の工程の他に、熱処理工程、その他の工程を適宜実施してもよい。以上により、図1に示す発光素子100が製造される。
5.実験
5−1.サンプルの製作
実施例に該当する発光素子として、露出領域拡大工程を実施した発光素子を製造した。比較例に該当する発光素子として、露出領域拡大工程を実施しなかった発光素子を製造した。つまり、実施例の発光素子では、透明電極TE1の第2の領域R2で透明電極TE1とp電極P1とが好適に接触している。比較例の発光素子では、透明電極TE1の第2の領域R2が存在しない。上記以外の工程については、実施例の発光素子と比較例の発光素子とで同じである。
5−1.サンプルの製作
実施例に該当する発光素子として、露出領域拡大工程を実施した発光素子を製造した。比較例に該当する発光素子として、露出領域拡大工程を実施しなかった発光素子を製造した。つまり、実施例の発光素子では、透明電極TE1の第2の領域R2で透明電極TE1とp電極P1とが好適に接触している。比較例の発光素子では、透明電極TE1の第2の領域R2が存在しない。上記以外の工程については、実施例の発光素子と比較例の発光素子とで同じである。
5−2.順方向電圧
図10は、発光素子の順方向電圧を示すグラフである。図10の横軸は実施例および比較例の別である。図10の縦軸は順方向電圧である。ここで、実施例の順方向電圧を1に規格化した。図10に示すように、実施例の順方向電圧は1である。比較例の順方向電圧は1.078である。そのため、本実施形態の発光素子は、順方向電圧を7.8%ほど改善した。
図10は、発光素子の順方向電圧を示すグラフである。図10の横軸は実施例および比較例の別である。図10の縦軸は順方向電圧である。ここで、実施例の順方向電圧を1に規格化した。図10に示すように、実施例の順方向電圧は1である。比較例の順方向電圧は1.078である。そのため、本実施形態の発光素子は、順方向電圧を7.8%ほど改善した。
5−3.全放射束
図11は、発光素子の全放射束Poを示すグラフである。図11の横軸は実施例および比較例の別である。図11の縦軸は全放射束Poである。ここで、実施例の全放射束Poを1に規格化した。図11に示すように、実施例の全放射束Poは1である。比較例の全放射束Poは0.981である。そのため、本実施形態の発光素子は、全放射束Poを2%ほど改善した。
図11は、発光素子の全放射束Poを示すグラフである。図11の横軸は実施例および比較例の別である。図11の縦軸は全放射束Poである。ここで、実施例の全放射束Poを1に規格化した。図11に示すように、実施例の全放射束Poは1である。比較例の全放射束Poは0.981である。そのため、本実施形態の発光素子は、全放射束Poを2%ほど改善した。
5−4.静電耐圧性
図12は、発光素子の静電耐圧性を示すグラフである。図12の横軸は発光素子に印加する静電気電圧である。図12の縦軸は生存率である。図12に示すように、実施例において歩留りが100%を維持する静電気電圧は、7500Vである。比較例において歩留りが100%を維持する静電気電圧は、2500Vである。
図12は、発光素子の静電耐圧性を示すグラフである。図12の横軸は発光素子に印加する静電気電圧である。図12の縦軸は生存率である。図12に示すように、実施例において歩留りが100%を維持する静電気電圧は、7500Vである。比較例において歩留りが100%を維持する静電気電圧は、2500Vである。
5−5.顕微鏡写真
図13は、実施例の発光素子における透明電極とp電極との接触領域周辺を示すSEM画像である。図14は、比較例の発光素子における透明電極とp電極との接触領域周辺を示すSEM画像である。実施例の発光素子では、第2の領域R2に該当する箇所において透明電極とp電極とが好適に接触している。
図13は、実施例の発光素子における透明電極とp電極との接触領域周辺を示すSEM画像である。図14は、比較例の発光素子における透明電極とp電極との接触領域周辺を示すSEM画像である。実施例の発光素子では、第2の領域R2に該当する箇所において透明電極とp電極とが好適に接触している。
5−6.実験のまとめ
以上説明したように、本実施形態の発光素子は、順方向電圧、全放射束、静電耐圧性のいずれにおいても露出領域拡大工程を実施しなかった発光素子より優れている。
以上説明したように、本実施形態の発光素子は、順方向電圧、全放射束、静電耐圧性のいずれにおいても露出領域拡大工程を実施しなかった発光素子より優れている。
6.本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子100は、透明電極TE1とp電極P1とが接触する接触領域Rを有する。接触領域Rは、第1の領域R1と、その外側に位置する第2の領域R2と、を有する。第1の領域R1における透明電極TE1の膜厚はやや薄いが、第2の領域R2における透明電極TE1の膜厚は十分である。そのため、電流が発光面内に十分に拡散する発光素子100が実現されている。
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子100は、透明電極TE1とp電極P1とが接触する接触領域Rを有する。接触領域Rは、第1の領域R1と、その外側に位置する第2の領域R2と、を有する。第1の領域R1における透明電極TE1の膜厚はやや薄いが、第2の領域R2における透明電極TE1の膜厚は十分である。そのため、電流が発光面内に十分に拡散する発光素子100が実現されている。
100…発光素子
110…基板
120…n型半導体層
130…発光層
140…p型半導体層
CB1…電流阻止層
TE1…透明電極
Rf1…反射膜
I1、I2…絶縁膜
N1…n電極
P1…p電極
R…接触領域
R1…第1の領域
R2…第2の領域
110…基板
120…n型半導体層
130…発光層
140…p型半導体層
CB1…電流阻止層
TE1…透明電極
Rf1…反射膜
I1、I2…絶縁膜
N1…n電極
P1…p電極
R…接触領域
R1…第1の領域
R2…第2の領域
Claims (6)
- 基板の上にn型半導体層を形成するn型半導体層形成工程と、
前記n型半導体層の上に発光層を形成する発光層形成工程と、
前記発光層の上にp型半導体層を形成するp型半導体層形成工程と、
前記p型半導体層の上に透明電極を形成する透明電極形成工程と、
前記p型半導体層側に前記n型半導体層を露出させるn型半導体層露出工程と、
前記透明電極および露出させた前記n型半導体層の上に第1の絶縁膜を形成する第1の絶縁膜形成工程と、
前記第1の絶縁膜の一部を開口して前記透明電極および前記n型半導体層を露出させることによりコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
前記n型半導体層および前記透明電極の表面の一部を除去する表面除去工程と、
前記透明電極の露出領域を広げる露出領域拡大工程と、
前記n型半導体層と接触するn電極を形成するn電極形成工程と、
前記透明電極と接触するp電極を形成するp電極形成工程と、
を有し、
前記コンタクトホール形成工程では、
前記n型半導体層の一部を露出箇所として露出させるとともに、
前記透明電極における第1の領域を露出させ、
前記表面除去工程では、
前記n型半導体層の前記露出箇所の表面を除去するとともに、
前記透明電極における前記第1の領域の表面を除去し、
前記露出領域拡大工程では、
前記第1の絶縁膜をサイドエッチングすることにより前記第1の領域の外側に位置する第2の領域を露出させ、
前記p電極形成工程では、
前記透明電極の前記第1の領域および前記第2の領域の上に前記p電極を形成すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 請求項1に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記表面除去工程では、
塩素系ガスを用いてドライエッチングを実施し、
前記露出領域拡大工程では、
フッ素系薬液を用いてウェットエッチングを実施すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記コンタクトホール形成工程では、
前記第1の絶縁膜の残部の上に第1のレジストを配置してエッチングを実施し、
前記表面除去工程では、
前記第1のレジストを配置したままエッチングを実施し、
前記露出領域拡大工程では、
前記第1のレジストを配置したままエッチングを実施すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記n電極および前記p電極の一部の上に第2の絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 基板と、
前記基板の上のn型半導体層と、
前記n型半導体層の上の発光層と、
前記発光層の上のp型半導体層と、
前記p型半導体層の上の透明電極と、
前記n型半導体層の上のn電極と、
前記透明電極の上のp電極と、
を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記透明電極は、
前記p電極と接触する第1の領域と、前記第1の領域の外側で前記p電極と接触する第2の領域と、
を有し、
前記第2の領域における前記透明電極の膜厚は、
前記第1の領域における前記透明電極の膜厚よりも厚いこと
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 請求項5に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第2の領域における前記透明電極の膜厚は、
前記第2の領域の外側の領域における前記透明電極の膜厚の0.95以上1.05以下であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
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JP2016107308A JP2017216280A (ja) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Iii 族窒化物半導体発光素子とその製造方法 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019093497A1 (ja) | 2017-11-09 | 2019-05-16 | 株式会社リボミック | Adamts5に対するアプタマー及びその使用 |
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-
2016
- 2016-05-30 JP JP2016107308A patent/JP2017216280A/ja not_active Withdrawn
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