JP4599442B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
図2は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図1に表したように、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法によって製造される半導体発光素子10は、n型半導体層130と、p型半導体層150と、前記n型半導体層130と前記p型半導体層150との間に設けられた発光部140と、を有する半導体発光素子である。
また、前記p型半導体層150の前記発光部140とは反対の側に、すなわち、例えば、p側電極160の上に、第2基板180を接合することができる。
さらに、加工変性部が薄い領域に局在しないように、GaN層123の吸収率が比較的低い350nmよりも長波長のレーザが使用できるので、加工歪が緩和され、ひび割れなどの不良が減少し、歩留まりが向上する。
このように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法によれば、サファイア基板剥離時の結晶損傷を抑制し、生産性の高い、高効率短波長の半導体発光素子の製造方法を提供する。
本願明細書において、「結晶性」とは、非結晶ではなく、多結晶でもない状態を言う。
以下、本実施形態に係る第1の実施例について説明する。
図3は、本発明の第1の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図4は、図3に続く工程順模式的断面図である。
図5は、図4に続く工程順模式的断面図である。
バリア層141には、例えば、Siドープn型Al0.065Ga0.93In0.005Nを用いることができ、Si濃度は1.1〜3.0×1019cm−3で、層厚は13.5nmとすることができる。
また、井戸層142には、例えばGaInNを用いることができ、発光波長は375〜385nmで、層厚は4.5nmとすることができる。
最終バリア層141aには、例えば、Siドープn型Al0.065Ga0.93In0.005Nを用いることができ、Si濃度は1.1〜3.0×1019cm−3で、層厚は4.5nmとすることができる。
また、図1に例示したn型半導体層130は、n型コンタクト層131及びn型クラッド層132、を含む。
また、図1に例示したp型半導体層150は、p型クラッド層151及びp型コンタクト層152を含む。
第2バッファ層122は、表面が原子レベルで平坦化する。このため、この上に成長するGaN層(格子緩和層)123の欠陥が低減されるが、そのためには第2バッファ層122の膜厚は、0.8μmよりも厚くすることが好ましい。また、歪みによる反り防止のためには、第2バッファ層122の膜厚は、4μm以下が望ましい。再現性と生産性の観点からは、第2バッファ層122の膜厚は、1.5〜3μmが、より望ましい。
まず、1050℃以上1200℃以下の基板温度において、V族原料であるNH3ガスと、III族原料であるAl(CH3)3やAl(C2H5)3等の有機金属Al化合物と、を反応室内に導入して、結晶方位のそろったAlNからなる第1バッファ層121を、第1基板110の上に成長させる。
なお、第2バッファ層122としてAlGaNを用いる場合は、III族原料としてGa(CH3)3或いはGa(C2H5)3等の有機金属Ga化合物を追加導入することもできる。
この時、III族原料としては、前述した有機金属Al化合物の他に、Ga(CH3)3やGa(C2H5)3等の有機金属Ga化合物、及び、In(CH3)3やIn(C2H5)3等の有機金属In化合物を用いることができる。
この時、ドーピング用原料としては、n型用としてSiH4等のSi水素化物やSi(CH3)4等の有機金属Si化合物を用いることができる。p型用としてはCp2Mg或いはm−Cp2Mg等の有機金属Mg化合物を用いることができる。
図6は、本発明の第2の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図6に表したように、本発明の第2の実施例の半導体発光素子の製造方法においては、第1基板110を剥離した後に、n型半導体層130の表面にn側電極170が設けられる。
そして、n側電極170を形成するために、p側電極160が形成されていない部分に対向するn型コンタクト層131に、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを形成し、露出したn型コンタクト層131の上のSiO2膜をフッ化アンモン処理で取り除く。SiO2膜が取り除かれた領域に、n側電極170となる、例えば、Ti/Pt/Auからなる積層膜を500nmの膜厚で形成する。
このようにして、図6に例示した半導体発光素子20が作製できる。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
110 第1基板
120 バッファ層
121 第1バッファ層(高炭素濃度部)
122 第2バッファ層
123 GaN層(格子緩和層)
130 n型半導体層
131 n型コンタクト層
132 n型クラッド層
135 凹凸
140 発光部
141 バリア層
141a 最終バリア層
142 井戸層
143 スペーサ層
150 p型半導体層
151 p型クラッド層
152 p型コンタクト層
153 溝
155 絶縁層
160 p側電極
161 パッド層
170 n側電極
180 第2基板
181 導電層
190 レーザ
195 熱
Claims (9)
- n型半導体層と、p型半導体層と、前記n型半導体層とp型半導体層との間に設けられ発光のピーク波長が370〜400nmである発光部と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、
c面サファイアからなる第1基板の上に、結晶性のAlNからなる第1バッファ層と、前記第1バッファ層の上に結晶性のAl x Ga 1−x N(0.8≦x<1)からなる第2バッファ層と、前記第2バッファ層の上にGaN層と、を積層し、
前記GaN層の上に、前記n型半導体層と、III族元素中におけるIn組成比が0.3%以上2%以下のAlGaInN四元混晶からなるバリア層を含む前記発光部と、前記p型半導体層と、を積層し、
前記第1基板の側から、前記第1基板と前記第1バッファ層と前記第2バッファ層とを介して、前記GaN層に、GaNの禁制帯幅波長よりも波長が短いレーザを照射することにより、前記第1基板を剥離することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記第1バッファ層は、炭素を含有し、前記第2バッファ層の炭素濃度は、前記第1バッファ層よりも低いことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1バッファ層は、炭素の濃度が3×1018cm−3以上、5×1020cm−3以下であり、厚さが3nm以上、20nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1バッファ層を、V族原料/III族原料比が0.7から50にて、減圧有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させ、
前記第2バッファ層を、前記第1バッファ層よりも高い温度と高いV族原料/III族原料比とにおいて、有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第1バッファ層及び前記第2バッファ層の合計の膜厚は、1μmから4μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記レーザの照射よりも前に、前記p型半導体層の前記発光部とは反対の側に、第2基板を接合することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第2基板の接合の前に、前記p型半導体層の前記発光部とは反対の側に、電極を形成することを特徴とする請求項6記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記n型半導体層と、前記発光部と、前記p型半導体層と、を積層する前記工程は、前記p型半導体層に含まれるp型クラッド層となり、前記発光部の側の部分のMg濃度が前記発光部とは反対の側の部分のMg濃度よりも高いAlGaN結晶を成長させる工程を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記n型半導体層と、前記発光部と、前記p型半導体層と、を積層する前記工程は、Si濃度が1.1×10 19 cm −3 以上3.0×10 19 cm −3 以下の前記AlGaInN四元混晶を成長させる工程を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
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