JP4802314B2 - 窒化物半導体発光素子とその製造方法 - Google Patents
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Description
ラル成長部には高密度の貫通転位が存在するからであると考えられる。
図2は、本発明の実施例1による発光ダイオードを示す模式的断面図である。この発光ダイオードは、n型GaNクラッド層7、半導体積層構造の結晶成長表面に垂直なInGaN量子井戸活性層8、半導体積層構造の表面に平行な量子井戸活性層8a、p型AlGaN電子障壁層9、p型GaNクラッド層10、p型GaNコンタクト層11、金属光反射層12、各発光セグメント間の隙間13、発光セグメント14、接着材料(Au−Snなど)15、両面がメタライズされた放熱性支持基板(AlN)16、n型用電極(Ti/Al/Au)17、p型用電極(Ni/Au)18、および光透過膜(反射防止膜)19を含んでいる。なお、図2中の矢印20はp型用電極18からn型用電極17へ流れる電流を表し、矢印21は半導体積層構造の結晶成長表面に垂直な量子井戸活性層8から出射される光を表している。矢印20で示されているように、電流は半導体積層構造の結晶成長表面近傍を横方向に流れ、その表面に平行な量子井戸活性層8a内へはほとんど電流が流れない。
膜上にレジストを塗布して、フォトリソグラフィによって周期的ストライプ状にエッチングして窓部3を形成する。そのストライプ方向は、サファイア基板のa軸の[11−20]方向に平行である。たとえば、SiO2ストライプ2の幅は10μmで、窓部3の幅は5μmとし得る。その場合、ストライプの1周期は15μmである。
図5は、本発明の実施例2による発光ダイオードを示す模式的断面図である。この発光ダイオードは、n型GaNクラッド層47、半導体積層構造の表面に垂直なInGaN量子井戸活性層48、p型AlGaN電子障壁層49、p型GaNクラッド層50、p+型GaNコンタクト層51、ラテラル成長部52、各発光セグメント間の隙間53、発光セグメント54、接着材料(Au−Snなど)55、両面がメタライズされた放熱性導電支持基板(Si)56、n型用電極(Ti/Al/Au)57、p型用電極(Ni/Au)58、および光透過膜59を含んでいる。また、図5においては、電流をブロックするためのSiO2膜60が設けられており、矢印61はp型用電極58からn型用電極57へ流れる電流を表し、矢印62は半導体積層構造の結晶成長表面に垂直な量子井戸活性層48から出射される光を表している。なお、半導体積層構造の結晶成長表面に平行な量子井戸活性層はエッチング除去されている。
実施例1および実施例2では、各発光セグメントが細長いストライプ構造として形成されているので、各発光セグメントはその作製過程においてサファイア基板から受ける圧縮歪がストライプ方向に加わる。係る観点から、本発明による実施例3は、上述の実施例2の一部変更に相当している。すなわち、本実施例3では、半導体積層構造ストライプ中に周期的な分断部を設けることによって、発光ダイオードの製造過程におけるストライプ方向の圧縮歪をも開放する。したがって、本実施例3による発光ダイオードはストライプ方向に直交する断面において実施例2の場合と同様の構造を有しており、その断面構造として図5と図6を参照することができる。これらの図をも考慮しつつ、本実施例3による製造プロセスが、図8の平面図をも参照して、以下において説明される。
比べて大幅な出力向上を実現し得る。
p型用電極からn型用電極へ流れる電流、62 成長表面に直角な量子井戸活性層から
出射される光、64 凹部、65 両面がメタライズされた導電性Si支持基板、67 エキシマレーザ光、70 端面発光ストライプ、80 成長防止膜としてのSiO2膜、81 凸部、82 長方形発光セグメント、83 半導体積層構造間の隙間、84 半導体積層構造の下面、85 フォトレジスト、86 n型用電極ストライプ、100 サファイア基板、101 周期溝、102 GaNバッファ層、103 n型GaNコンタクト層、104 n型GaNクラッド層、105 InGaN量子井戸層、106 p型AlGaN電子障壁層、107 p型GaNクラッド層、108 p+型GaNコンタクト層、109 p型用電極、110 n型用電極。
Claims (17)
- 結晶成長基板上にラテラル結晶成長させた窒化物半導体積層構造の結晶成長表面に支持基板を接合した後に前記結晶成長基板を除去することによって前記半導体積層構造が前記支持基板の一主面上に設けられており、
前記半導体積層構造は六方晶の結晶構造を有していて活性層を含む複数の窒化物半導体層からなり、
前記活性層は、前記支持基板の前記一主面に垂直でかつ前記六方晶のA面に平行な領域を発光部として含み、
前記支持基板の前記一主面に平行な前記半導体積層構造の表面に対して前記活性層の前記A面に平行な領域の端面が露出しており、
前記活性層の前記発光部に電流を注入するための電極が前記半導体積層構造の側面に形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 前記活性層は紫外から赤色の波長帯域内の光を発することが可能な量子井戸層を含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子
- 前記活性層端部が露出した前記半導体積層構造の表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の窒化物半導体発光素子。
- 請求項1から3のいずれかの窒化物半導体発光素子を製造するための方法であって、前記複数の窒化物半導体層を結晶成長させる際に結晶成長用基板が用いられ、この基板は前記窒化物半導体積層構造と異なる格子定数を有するサファイア、スピネル、または炭化ケイ素からなることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 請求項1から3のいずれかの窒化物半導体発光素子を製造するための方法であって、前記複数の窒化物半導体層を結晶成長させる際に結晶成長用基板が用いられ、この基板は窒化物半導体からなることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記結晶成長用基板の一主面上には前記窒化物半導体層の結晶成長を防止するために周期的な結晶成長防止膜が形成されていることを特徴とする請求項4または5に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記結晶成長用基板の一主面上には周期的に配置された複数の凹部が形成されており、前記窒化物半導体層の結晶成長を防止するために前記凹部の底面と側面に結晶成長防止膜が形成されていることを特徴とする請求項4または5に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記結晶成長用基板の前記一主面上の前記結晶成長防止膜間の周期的窓部から横方向へ前記窒化物半導体積層構造が結晶成長し、前記窒化物半導体積層構造内で転位密度が低減化された領域内の前記活性層の領域が発光領域として利用されることを特徴とする請求項6または7に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記結晶成長用基板の前記一主面上に形成された窒化物半導体積層構造に含まれる前記活性層のうちで前記一主面に平行な領域を除去し、前記一主面に垂直な領域のみを発光部として利用することを特徴とする請求項8に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記周期的窓部から横方向へ成長する前記窒化物半導体積層構造が隣の前記窒化物半導体積層構造と合体する前に結晶成長を停止させ、互いに隣接する前記窒化物半導体積層構造が互いに独立していることを特徴とする請求項8または9に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記互いに独立している前記窒化物半導体積層構造の側面に電流注入用の電極が形成されることを特徴とする請求項10に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記結晶成長用基板の前記一主面上に形成された前記窒化物半導体積層構造の表面上に放熱性の前記支持基板を接着した後に、前記結晶成長用基板が除去されることを特徴とする請求項4から11のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記支持基板は窒化物からなることを特徴とする請求項12に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 請求項1から3のいずれかの窒化物半導体発光素子の複数個がアレイ状に配列されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子アレイチップ。
- ストライプ状の窒化物半導体発光素子が互いに平行に配列されていることを特徴とする請求項14に記載の窒化物半導体発光素子アレイチップ。
- 長方形の窒化物半導体発光素子が互いに平行に2次元的に配列されていることを特徴とする請求項14に記載の窒化物半導体発光素子アレイチップ。
- 請求項1から3のいずれかの窒化物半導体発光素子とその発光素子から発する紫外から青色までの波長範囲内の光を波長変換する蛍光体とを含み、全体として白色光を放射し得ることを特徴とする白色発光装置。
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