JP4967580B2 - Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、発光機能を有する発光機能層が形成された半導体発光素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device having a light emitting functional layer having a light emitting function and a method for manufacturing the same.
シリコン系基板(シリコン(Si)基板やシリコンカーバイド基板(SiC)基板等)は安価で放熱性が良い。そこで、発光機能層を有する半導体発光素子を形成する場合には、シリコン系基板の上面に発光機能層をエピタキシャル成長させることが望ましい。このとき、発光機能層を構成する化合物半導体とシリコン系基板との間の格子定数差を解消して、発光機能層を良好に結晶成長させるため、発光機能層とシリコン系基板との間にバッファ層を設ける必要がある。例えば、シリコン系基板とGaN(窒化ガリウム)層との間に、AlN(窒化アルミニウム)若しくはAlGaN/AlN層を750℃程度で成長させることにより形成したバッファ層を挟む構造が知られている。 Silicon-based substrates (such as silicon (Si) substrates and silicon carbide substrates (SiC) substrates) are inexpensive and have good heat dissipation. Therefore, when forming a semiconductor light emitting element having a light emitting functional layer, it is desirable to epitaxially grow the light emitting functional layer on the upper surface of the silicon-based substrate. At this time, in order to eliminate the lattice constant difference between the compound semiconductor constituting the light emitting functional layer and the silicon-based substrate and to grow the light emitting functional layer satisfactorily, a buffer is provided between the light emitting functional layer and the silicon-based substrate. It is necessary to provide a layer. For example, a structure in which a buffer layer formed by growing an AlN (aluminum nitride) or AlGaN / AlN layer at about 750 ° C. between a silicon substrate and a GaN (gallium nitride) layer is known.
しかし、シリコン系基板の上にAlN層を形成すると、AlN層が、シリコン系基板と、発光機能を有する化合物半導体層との電位障壁となり、半導体発光素子の駆動電圧(順方向電圧)が高くなるという問題がある。そこで、特許文献1のように、シリコン系基板とAlN層との間に金属化合物領域を形成することによって、シリコン系基板とAlN層との電位障壁を容易に乗り越えることを可能とすると共に、シリコン系基板とAlN層との電気的接続を良好にすることを可能とし、半導体発光素子の駆動電圧を下げる構造が開示されている。
特許文献1に記載された技術によれば、金属化合物領域を厚く形成するほど、半導体発光素子の駆動電圧をより低減することができる。しかし、金属化合物領域を厚く形成しようとすると、その構成材料の供給源である反応源供給層を厚くする必要があり、反応源供給層を厚く形成すると、反応源供給層と、その下に存在するシリコン系基板との線膨張係数差に起因する応力によって、反応源供給層にクラックが発生するという問題があった。
According to the technique described in
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、反応源供給層にクラックが発生することを抑制しつつ、低い駆動電圧を有する半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a semiconductor light-emitting element having a low driving voltage and a method for manufacturing the same while suppressing the generation of cracks in the reaction source supply layer. Objective.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、第1の領域と第2の領域とを有する半導体発光素子であって、シリコンを構成元素に含むシリコン系基板と、前記シリコン系基板上に形成され、ガリウムとインジウムとシリコンとを構成元素に含む金属化合物からなる金属化合物領域と、前記金属化合物領域上に形成され、窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム層と、前記窒化アルミニウム層上に形成され、ガリウムとインジウムとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層と、前記反応源供給層上に形成され、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層と、を有し、前記第2の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成された主面には、凹凸が形成され、前記第2の領域における前記金属化合物領域が、前記第1の領域における前記金属化合物領域よりも厚く形成され、前記第2の領域における前記窒化アルミニウム層が、前記第1の領域における前記窒化アルミニウム層よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a semiconductor light emitting device having a first region and a second region, a silicon-based substrate containing silicon as a constituent element, and the silicon-based substrate. A metal compound region formed of a metal compound including gallium, indium, and silicon as constituent elements formed on the substrate, an aluminum nitride layer formed of aluminum nitride formed on the metal compound region, and the aluminum nitride layer A reaction source supply layer formed of a nitride compound semiconductor including gallium and indium as constituent elements, and a light emitting functional layer formed on the reaction source supply layer, including the nitride compound semiconductor, and having a light emission function If has, above the silicon substrate in the second region, the main surface of the metal compound region is formed, irregularities are formed, the second The metal compound region in the region is formed thicker than the metal compound region in the first region, and the aluminum nitride layer in the second region is formed thinner than the aluminum nitride layer in the first region. It is a semiconductor light emitting element characterized by being manufactured.
また、本発明の半導体発光素子において、前記第2の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成された主面には、前記主面の前記第2の領域上に金属膜を形成して前記金属と前記シリコン系基板中のシリコンを合金化させたシリサイドが形成されていることを特徴とする。 In the semiconductor light emitting device of the present invention , a metal film is formed on the second region of the main surface on the main surface of the silicon-based substrate in the second region where the metal compound region is formed. Thus, silicide is formed by alloying the metal and silicon in the silicon-based substrate .
また、本発明の半導体発光素子は、前記第1の領域における前記発光機能層上に形成された第1の電極と、前記第2の領域における前記発光機能層上に絶縁膜を介して形成され、前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極とをさらに有することを特徴とする。 The semiconductor light emitting device of the present invention is formed on the first light emitting functional layer in the first region and on the light emitting functional layer in the second region via an insulating film. And a second electrode electrically connected to the first electrode.
また、本発明の半導体発光素子において、前記発光機能層は活性層を含んでおり、前記第2の領域における前記発光機能層には、前記発光機能層の表面から前記活性層の底面よりも深く掘り下げられた溝が形成されていることを特徴とする。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the light emitting functional layer includes an active layer, and the light emitting functional layer in the second region is deeper than a surface of the light emitting functional layer than a bottom surface of the active layer. A groove that is dug down is formed.
また、本発明の半導体発光素子は、前記第1の領域における前記発光機能層上に形成された第1の電極と、前記第2の領域における前記発光機能層に形成された前記溝の側面及び底面に絶縁膜を介して形成され、前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極とをさらに有することを特徴とする。 Further, the semiconductor light emitting device of the present invention includes a first electrode formed on the light emitting functional layer in the first region, a side surface of the groove formed in the light emitting functional layer in the second region, and It further has a second electrode formed on the bottom surface through an insulating film and electrically connected to the first electrode.
また、本発明の半導体発光素子は、前記絶縁膜を貫通する孔によって露出した前記発光機能層の部分とショットキー接触し、前記第2の電極と電気的に接続されたショットキー金属層をさらに有することを特徴とする。 The semiconductor light emitting device of the present invention further includes a Schottky metal layer in Schottky contact with the portion of the light emitting functional layer exposed by the hole penetrating the insulating film and electrically connected to the second electrode. It is characterized by having.
また、本発明は、第1の領域と第2の領域とを有する半導体発光素子の製造方法であって、シリコンを構成元素に含むシリコン系基板上に、窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム層を形成する工程と、前記窒化アルミニウム層上に、ガリウムとインジウムとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層を形成し、前記シリコン系基板と前記窒化アルミニウム層との間に、ガリウムとインジウムとシリコンとを構成元素に含む金属化合物からなる金属化合物領域を形成する工程と、前記第2の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成される主面に凹凸を形成する工程と、前記反応源供給層上に、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層を形成する工程と、を有し、前記第2の領域における前記金属化合物領域が、前記第1の領域における前記金属化合物領域よりも厚く形成され、前記第2の領域における前記窒化アルミニウム層が、前記第1の領域における前記窒化アルミニウム層よりも薄く形成されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。 The present invention is also a method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a first region and a second region, wherein an aluminum nitride layer made of aluminum nitride is formed on a silicon-based substrate containing silicon as a constituent element. Forming a reaction source supply layer made of a nitride compound semiconductor containing gallium and indium as constituent elements on the aluminum nitride layer, and forming gallium and silicon between the silicon substrate and the aluminum nitride layer. A step of forming a metal compound region made of a metal compound containing indium and silicon as constituent elements, and a step of forming irregularities on a main surface of the silicon-based substrate in the second region where the metal compound region is formed. When, in the reaction source supplying layer comprises a nitride compound semiconductor, comprising the steps of forming a light-emitting function layer having a light emitting function, wherein the second The metal compound region in the region is formed thicker than the metal compound region in the first region, and the aluminum nitride layer in the second region is formed thinner than the aluminum nitride layer in the first region. A method for manufacturing a semiconductor light-emitting device.
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記第2の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成される主面に、前記主面の前記第2の領域上に金属膜を形成する工程と、形成した前記金属と前記シリコン系基板中のシリコンを合金化させたシリサイドを形成する工程をさらに有することを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention , a metal film is formed on the main surface of the silicon-based substrate in the second region where the metal compound region is formed, and on the second region of the main surface. And a step of forming a silicide obtained by alloying the formed metal and silicon in the silicon-based substrate .
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記第2の領域における前記発光機能層上に絶縁膜を形成する工程と、前記第1の領域における前記発光機能層上に第1の電極を形成し、前記第2の領域における前記絶縁膜上に、前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極を形成する工程とをさらに有することを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, an insulating film is formed on the light emitting functional layer in the second region, and a first electrode is formed on the light emitting functional layer in the first region. And forming a second electrode electrically connected to the first electrode over the insulating film in the second region.
また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記発光機能層は活性層を含んでおり、前記第2の領域における前記発光機能層を表面から掘り下げ、前記活性層の底面よりも深い溝を形成する工程をさらに有することを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the light emitting functional layer includes an active layer, and the light emitting functional layer in the second region is dug from the surface to form a groove deeper than the bottom surface of the active layer. The method further includes the step of forming.
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記第2の領域における前記発光機能層に形成された前記溝の側面及び底面に絶縁膜を形成する工程と、前記第1の領域における前記発光機能層上に第1の電極を形成し、前記第2の領域における前記絶縁膜上に、前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極を形成する工程とをさらに有することを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a step of forming an insulating film on a side surface and a bottom surface of the groove formed in the light emitting functional layer in the second region, and the light emission in the first region. Forming a first electrode on the functional layer, and forming a second electrode electrically connected to the first electrode on the insulating film in the second region. Features.
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記絶縁膜を貫通する孔を形成する工程と、前記孔によって露出した発光機能層の部分とショットキー接触し、前記第2の電極と電気的に接続されたショットキー金属層を、前記孔によって露出した前記発光機能層の部分に形成する工程とをさらに有することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a step of forming a hole penetrating the insulating film, a Schottky contact with a portion of the light emitting functional layer exposed by the hole, and an electrical connection with the second electrode. And a step of forming a Schottky metal layer connected to the portion of the light emitting functional layer exposed by the hole.
本発明によれば、半導体発光素子は第1の領域と第2の領域とを有し、第1の領域は、第2の領域よりもAlN層が厚く、第2の領域よりも反応源供給層が薄くなるように形成されているので、反応源供給層にクラックが発生することを抑制し、反応源供給層上に形成される発光機能層の結晶性が劣化することを抑制することができる。また、第2の領域は、絶縁性を有するAlN層が第1の領域よりも薄く、シリコン系基板と反応源供給層との間の低抵抗化に寄与する金属化合物領域が第1の領域よりも厚くなるように形成されているので、半導体発光素子は低い駆動電圧を実現することができる。 According to the present invention, the semiconductor light emitting device has a first region and a second region, and the first region has a thicker AlN layer than the second region, and supplies a reaction source more than the second region. Since the layer is formed to be thin, it is possible to suppress the generation of cracks in the reaction source supply layer and to suppress the deterioration of the crystallinity of the light emitting functional layer formed on the reaction source supply layer. it can. In the second region, the insulating AlN layer is thinner than the first region, and the metal compound region contributing to lower resistance between the silicon-based substrate and the reaction source supply layer is smaller than the first region. Therefore, the semiconductor light emitting device can realize a low driving voltage.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態を説明する。図1は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。対向する主面1aおよび1bを有するシリコン系基板1は、シリコンを構成元素に含む基板であり、シリコン(Si)基板、シリコンガリウム(SiGa)基板、若しくはシリコンカーバイド(SiC)基板等で構成され、導電性を有する。このシリコン系基板1は、発光機能層5をシリコン系基板1の上にエピタキシャル成長させるための土台としての機能と、半導体発光素子の電流通路としての機能と、発光機能層5を保持する機能とを有する。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. The silicon-based
安価で且つシリコン系基板1の抵抗率を下げるため、例えばボロン(B)等の3族元素を含み、P型不純物濃度が5×1018〜5×1019cm−3程度あり、抵抗率が0.0001〜0.01[Ω・cm]である基板をシリコン系基板1として用いることができる。勿論、導電型決定不純物として、ボロン(B)等の3族元素ではなく、リン(P)等の5族元素を含むN型のシリコン基板やP型若しくはN型のシリコンカーバイド基板やシリコンガリウム基板を使用してもよい。シリコン系基板1の厚さは、例えば200〜500μmである。
In order to reduce the resistivity of the silicon-based
シリコン系基板1の主面1aの構造は、本発明の第1の領域に対応した領域Aと、本発明の第2の領域に対応した領域Bとで異なっている。領域Aにおける主面1aが平坦化されている一方、領域Bにおける主面1aは粗面化されており、凹凸10が形成されている。シリコンの格子定数は5オングストローム程度なので、領域Aにおける主面1aの凹凸の高さの差は10オングストローム(2原子)以下であることが望ましい。また、領域Bにおいて、凹凸10を構成する凹部10aと凸部10bの頂点同士の横方向の幅は例えば10nm〜100μmであり、凹部10aと凸部10bの頂点同士の高さの差は例えば10nm〜10μmである。
The structure of the
金属化合物領域2は、シリコン系基板1の主面1aを含む領域に形成されている。金属化合物領域2は、後述する反応源供給層4から拡散されたガリウム(Ga)及びインジウム(In)と、後述するAlN層3(窒化アルミニウム層)を構成するアルミニウム(Al)及び窒素(N)と、シリコン系基板1を構成するシリコン(Si)とが反応して形成されたものであり、Ga、In、Siを少なくとも構成元素に含んでいる。また、シリコン系基板1の主面1aに形成された凹部10a、凸部10bに対応する金属化合物領域2の部分はシリコン系基板1の主面1aを引き継ぎ、金属化合物領域2の上面及び下面は領域Bにおいて凹凸を有している。さらに、後述する製造方法によって形成された金属化合物領域2は、領域Bでは領域Aよりも厚く(言い換えると、領域Aでは領域Bよりも薄く)形成されている(図2においてd1>d2)。なお、領域Bにおける金属化合物領域2及びAlN層3の厚さとは、図2に示すように凹部における厚さ(d1〜d4)をいう。
The
金属化合物領域2上には、窒化アルミニウム(AlN)からなるAlN層3が形成されている。このAlN層3は、シリコン系基板1と異なる結晶格子を有する反応源供給層4と発光機能層5をシリコン系基板1の上に形成するためのバッファ層(緩衝層)として機能する。ただし、領域Bにおいては、後述するようにAlN層3の結晶性が劣化しているため、領域Aよりもこの機能が悪化している。シリコン系基板1の上に、シリコン系基板1とは面方位の異なる窒化物系化合物半導体層を直接形成することは困難であるが、格子定数がシリコン系基板1の格子定数に近いAlN層3を設けることによって、AlN層3がシリコン系基板1の面方位を引き継ぐので、結晶性の比較的良好な窒化物系化合物半導体層をシリコン系基板1の上に形成することができる。ただし、領域Bにおいては、シリコン系基板1の主面1aに形成された凹部10a、凸部10bをAlN層3が引き継ぎ、それに対応するAlN層3の上面には凹部と凸部が形成され、領域Aよりも窒化物系化合物半導体層の結晶性が劣化している。
An
後述する製造方法により形成されたAlN層3は、領域Bでは領域Aよりも薄く(言い換えると、領域Aでは領域Bよりも厚く)なっている(図2においてd3<d4)。なお、領域Bにおいて、AlN層3は凸部に比べて凹部で薄くなっているが、領域BにおけるAlN層3の厚さとは、凹部の厚さをいうものとする。これにより、領域Aにおいて、AlN層3は、反応源供給層4からシリコン系基板1に拡散されるGa及びInの拡散開始時期を領域Bに比べて遅延させる機能を有している。拡散開始時期を遅延させるとは、反応源供給層4を形成する初期段階において、反応源供給層4から供給されるGa及びInがシリコン系基板1に拡散してAlN層3とシリコン系基板1との間に金属化合物領域3が形成されることを抑制することをいう。
An
AlN層3上には、GaとInとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層4が形成されている。より詳細には、反応源供給層4はInXAl1−X−YGaYN(0<X≦1、0<Y≦1、0<X+Y≦1)から構成されており、本実施形態では、反応源供給層4はN型のIn0.5Ga0.5Nから構成されている。反応源供給層4の厚さは、領域Aで例えば30nmである。反応源供給層4は、領域Aでは結晶性の比較的良好な半導体層となっているが、領域Bでは領域Aよりも結晶性の劣化した半導体層となっている。なお、領域Bにおいて、反応源供給層4の上面には凹凸が形成されているが、その凹部と凸部の差が、対応するAlN層3の凹部と凸部の差よりも小さくなるように反応源供給層4が形成されていてもよい。
A reaction
反応源供給層4上には、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層5が形成されている。発光機能層5は、N型GaNからなる第1クラッド層6と、P型InGaNからなる活性層7と、P型GaNからなる第2クラッド層8とが順次積層された構造を有している。第1クラッド層6の厚さは、領域Aで例えば2μmであり、不純物濃度は例えば3×1018cm−3であり、シリコン系基板1の不純物濃度よりも十分に低い。活性層7の厚さは、領域Aで例えば30nmであり、不純物濃度は例えば3×1017cm−3である。第2クラッド層8の厚さは例えば500nmであり、不純物濃度は例えば3×1018cm−3である。なお、活性層7はN型InGaNとしてもよい。また、図1の領域Bにおいて、第1クラッド層6の上面は、シリコン系基板1の主面1aに形成された凹部10a、凸部10bを引き継ぎ、それに対応するように第1クラッド層6の上面に凹凸が形成されているが、第1クラッド層6の領域Bにおける上面はほぼ平坦化されていてもよい。
On the reaction
発光機能層5上には、発光機能層5と電気的に接続された表面電極9が形成されている。発光機能層5から発せられる光の取り出しを可能とするため、表面電極9は、光透過性を有する材料で形成されている。また、発光機能層5と表面電極9の界面では低抵抗接触(オーミック接触)が得られている。表面電極9は、ITO(Indium Tin Oxide)、即ち酸化インジウム(In2O3)に少量(数%程度)の酸化スズ(SnO2)を混合したものからなり、その厚みは、例えば100nmである。
A
第2クラッド層8がP型半導体の場合、ニッケル(Ni),白金(Pt),パラジウム(Pd),ロジウム(Rh),金(Au)から選択された1種類の金属、若しくはこれらのうちいずれか1つを含む合金で表面電極9を構成してもよい。また、第2クラッド層8がN型半導体の場合、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、チタン(Ti)等から選択された1種類の金属、若しくはこれらのうちいずれか1つを含む合金で表面電極9を構成してもよい。
When the
表面電極9の上面のほぼ中央(領域A)には、半導体発光素子の外部接続用のパッド電極11が形成されている。パッド電極11はAu若しくはAlからなる。パッド電極11は、外部接続ワイヤを接続するボンディング工程に耐えることができる厚みを有している必要があり、例えば100nm〜100μmの厚みを有する。
A
シリコン系基板1の主面1b上には、裏面電極12が形成されている。シリコン系基板1と低抵抗接触が可能なAu、又はAuとGe、又はAuとGeとNi、又はTiとTiN(窒化チタン)、又はTiとAl等の金属を真空蒸着することによって裏面電極12が形成される。裏面電極12はシリコン系基板1と電気的にも機械的にも接続されている。
A
次に、図3及び図4を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。シリコン系基板1の主面1a’に対して、HF(フッ酸)とHNO3(硝酸)とH2O(水)を用いたエッチングによる粗面化処理を施し、半導体発光素子の中心部から見て側方の領域Bに凹凸10を形成する。又は、フォトリソグラフィーによって、マイクロメートルオーダ間隔の開口窓を有するエッチングマスクを主面1a’上に形成し、エッチングによって主面1a’を粗面化してもよい。例えば、主面1a’が鏡面加工されたシリコン系基板1を用い、領域Aに対応した主面1a’の領域を保護した上で上記の処理を行うことによって、領域Aが平坦化され、領域Bが粗面化されたシリコン系基板1が形成される(図3(a))。
Next, the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. A
続いて、周知のOMVPE(Organometallic Vapor Phase Epitaxy)即ち有機金属気相成長を行う装置の反応室にシリコン系基板1を投入し、1150℃まで昇温する。1150℃で10分間のサーマルクリーニングを行って、シリコン系基板1の表面の酸化膜を取り除いた後、1100℃まで温度を下げて安定させる。その後、TMA(トリメチルアルミニウム)を所定量、例えば63μmol(20cc)/min、シラン(SiH4)を所定量、例えば20nmol(200cc)/min、アンモニアを所定量、例えば0.14mol(3リットル)/min流してシリコン系基板1の主面1a’上にAlN層3をエピタキシャル成長させる(図3(b)。
Subsequently, the silicon-based
このとき、領域AにおけるAlN層3の厚さが、反応源供給層4から拡散されるGa及びInの拡散開始時期を遅らせる厚さ、即ち2〜60nmとなるようにAlN層3を形成することが望ましい。領域Bにおいては、シリコン系基板1の主面1a’に凹凸10が形成されているため、領域Aに比べてAlN層3の結晶性が悪くなり、AlN層3は薄く形成される。より詳細には、領域Bにおいて、シリコン系基板1の主面1aに形成された凹部10aを引き継いで形成される部分は薄く、凸部10bを引き継いで形成される部分は比較的厚く形成される。また、AlNの横方向成長を抑制した場合には、凸部10bの頂点(角)の近傍のみにAlN層3が形成されることもある。
At this time, the
続いて、TMAガスの供給を停止し、シリコン系基板1の温度を700℃まで下げる。シリコン系基板1の温度が700℃まで下がったら、反応室内にトリメチルインジウムガス(TMIガス)を所定量、例えば59μmol/min、トリメチルガリウムガス(TMGガス)を所定量、例えば6.2μmol/min、アンモニアガスを所定量、例えば0.23mol/min、シランガスを所定量、例えば20nmol/min供給し、AlN層3の上面に、領域Aの厚さが約30nmのN型In0.5Ga0.5Nからなる反応源供給層4を形成する。なお、シランガスを供給するのは、N型不純物としてのシリコンを反応源供給層4中に導入するためである。
Subsequently, the supply of TMA gas is stopped, and the temperature of the silicon-based
領域Aにおいて、AlN層3が、反応源供給層4から供給されるGa及びInの拡散開始時期を遅延可能な厚さに形成されているので、反応源供給層4を形成する初期段階では、反応源供給層4から供給されるGa及びInがシリコン系基板1に拡散しなくなる。従って、領域Aでは、形成される反応源供給層4の結晶性が劣化しにくい。また、反応源供給層4を形成する初期段階以降では、既に形成された反応源供給層4からシリコン系基板1にGa及びInが拡散される。そして、シリコン系基板1とAlN層3との界面(シリコン系基板1の表面を含む領域)に、反応源供給層4から拡散したGa、Inと、AlN層3を構成する元素であるAl、Nと、シリコン系基板1を構成する元素の1つであるSiとが反応した金属化合物領域2が形成され、シリコン系基板1の上面が主面1aとなる。このように、反応源供給層4が形成されると共に、金属化合物領域2が形成される(図3(c))。
In the region A, the
シリコン系基板1とAlN層3との間に形成された金属化合物領域2の存在により、シリコン系基板1とAlN層3との間の電位障壁を乗り越えやすくすることができるため、シリコン系基板1とAlN層3との間の電気的接続が良好になる。さらに、シリコン系基板1と反応源供給層4との間に、バッファ層として機能するAlN層3が形成されているので、シリコン系基板1上に、結晶性の良好な反応源供給層4及び発光機能層5を形成することができる。
The presence of the
一方、領域BのAlN層3が領域AのAlN層3よりも薄いため、反応源供給層4から供給されるGa及びInの拡散開始時期は、領域Bの方が領域Aに比べて早く、反応源供給層4を形成する初期段階では、反応源供給層4から供給されるGa及びInがシリコン系基板1に領域Aでは拡散していないが、領域Bでは拡散している状態となる。さらに、領域Bでは、AlN層3が領域Aよりも薄い。
On the other hand, since the
これらのことから、領域Bにおいて、反応源供給層4から供給されるGa及びInが領域Aに比べてシリコン系基板1に容易に拡散し、さらに長時間反応する。従って、領域Bの金属化合物領域2は領域Aの金属化合物領域2よりも厚く形成される。また、領域Bの金属化合物領域2より少し遅れて、領域Aにも金属化合物領域2が形成される。これによって、領域Aにおける反応源供給層4の結晶性を比較的良好とすることができる。
For these reasons, in the region B, Ga and In supplied from the reaction
反応源供給層4及び金属化合物領域2の形成に続いて、反応源供給層4上に発光機能層5を形成する。まず、シリコン系基板1の温度を1040℃まで上げる。シリコン系基板1の温度が1040℃まで上がったら、反応室内にトリメチルガリウムガス(TMGガス)を所定量、例えば4.3μmol/min、アンモニアガスを所定量、例えば53.6mmol/min、シランガスを所定量、例えば1.5nmol/min供給し、領域A及び領域Bの双方の反応源供給層4上に、N型GaNからなる厚さ約2μmの第1クラッド層6を形成する。
Following the formation of the reaction
上述したように、領域Aの反応源供給層4の結晶性が良好であり、領域Bの反応源供給層4の結晶性が劣化しているため、領域Aの第1クラッド層6の結晶性は良好であるが、領域Bの第1クラッド層6の結晶性は劣化している。領域Bの第1クラッド層6の結晶性が劣化していると、領域Aの第1クラッド層6にもその劣化が伝播し、影響を与える可能性がある。そこで、反応源供給層4と第1クラッド層6との間に、周知の低温バッファ層としてGaN層を挟むことによって、第1クラッド層6全体の結晶性の劣化を抑制してもよい。
As described above, since the crystallinity of the reaction
続いて、シリコン系基板1の温度を800℃まで下げる。シリコン系基板1の温度が800℃まで下がったら、反応室内にトリメチルガリウムガス(TMGガス)を所定量、例えば1.1μmol/min、アンモニアガスを所定量、例えば67mmol/min、トリメチルインジウムガス(TMIガス)を所定量、例えば4.5μmol/min、ビスシクロペンタジェニルマグネシウムガス(Cp2Mgガス)を所定量、例えば12nmol/min供給し、第1クラッド層6上に、領域Aでの厚さが約30nmとなるP型InGaNからなる活性層7を形成する。ビスシクロペンタジェニルマグネシウムガスを供給するのは、P型不純物としてのMgを活性層7中に導入するためである。
Subsequently, the temperature of the
続いて、シリコン系基板1の温度を1040℃まで上げる。シリコン系基板1の温度が1040℃まで上がったら、反応室内にトリメチルガリウムガス(TMGガス)を所定量、例えば4.3μmol/min、アンモニアガスを所定量、例えば53.6μmol/min、ビスシクロペンタジェニルマグネシウムガス(Cp2Mgガス)を所定量、例えば0.12μmol/min供給し、活性層7上に、厚さが約500nmとなるP型GaNからなる第2クラッド層8を形成する(図4(a))。
Subsequently, the temperature of the silicon-based
続いて、第2クラッド層8のほぼ全面上に、第2クラッド層8と低抵抗接触するITOを、真空蒸着法、スパッタリング法、又はCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により堆積して表面電極9を形成する。また、表面電極9上にAuを堆積し、パッド電極11を形成する。さらに、真空蒸着法等により、シリコン系基板1の主面1b上にAuを堆積し、裏面電極12を形成する。続いて、アニール処理を行い、各電極と、それに接触している半導体との密着性を向上させると共に、表面電極9の透明性を向上させる(図4(b))。以上の工程により、図1に示す構造が完成する。
Subsequently, ITO that is in low resistance contact with the
以上のようにして形成された発光機能層5は、領域Aにおいては、結晶性の良好な反応源供給層4上に形成(反応源供給層4を核として成長)されている。このため、結晶性の良好で、発光輝度の高い発光機能層5を形成することができる。一方、領域Bにおいては、発光機能層5は、結晶性の劣化した反応源供給層4上に形成されているため、結晶性が劣化し、良好に光を発することができない。従って、より高い光取り出し効率を実現するためには、領域Aにおいて、領域Bからできるだけ離れた場所にパッド電極11が形成されていることが望ましい。
In the region A, the light emitting
上述した製造方法において、AlN層3や反応源供給層4を形成する際に、シリコン系基板1に対して縦方向(厚み方向)だけでなく横方向(幅方向)にも結晶が成長する。本実施形態では、領域BのAlN層3を、領域Aに比べて結晶性が悪く、厚さが不均一で凹部10aで薄くなるように形成したいのだが、AlN層3の横方向の成長が増加すると、領域BのAlN層3は比較的良好な結晶性を有する厚い膜になってしまい、本発明の効果が得られなくなってしまう。そこで、AlN層3を形成する際に、製造条件を調整し横方向成長を抑制することによって、領域BのAlN層3を、領域Aに比べて結晶性が悪く、厚さが薄くなるように形成することができる。
In the manufacturing method described above, when the
特に、凹凸10の凹部10aでは、反応ガスが凹部の中まで入りにくいので、結晶が成長しにくく、AlN層3が薄くなる。逆に、凸部10b付近では反応ガスが凸部10bに当たって、結晶性の劣化した(異常成長した)AlN層3が成長しやすい。従って、領域Bでは、反応源供給層4からシリコン系基板1にGa及びInが拡散しやすくなり、金属化合物領域2は凸部10bでは凹部10aに比べて厚く形成される。
In particular, in the
本実施形態では、シリコン系基板1の主面1aの領域Bに凹凸10を形成しているが、これに代えて、シリコン系基板1の主面1aの領域Bにアモルファスシリコンやポリシリコン等の多結晶膜を、スパッタ法若しくはCVD法により1nm〜1μm程度の厚さに形成してもよい。あるいは、シリコン系基板1の主面1aの領域B上に金属膜を形成し、金属とシリコンを合金化させることによりシリサイド層をシリコン系基板1の主面1aの領域Bに形成してもよいし、シリコン系基板1の主面1aの領域Bにシリサイドを直接付着させることによってシリサイド層をシリコン系基板1の主面1aの領域Bに形成してもよい。
In this embodiment, the
図5は、凹凸に代えてシリサイド層をシリコン系基板1の主面1aの領域Bに形成した半導体発光素子(本実施形態の変形例)の断面構造を示している。図5に示す構造は以下のようにして形成される。シリコン系基板1の主面1aにシリサイド層21を形成した後、主面1a’上のほぼ全面にAlN層3を形成する。領域Bに設けられたシリサイド層21上には、結晶性の劣化したAlNが多結晶化してまばらに成膜されている。従って、領域BのAlN層3では部分的に(まばらに)薄い所と、それに比べて厚い所とができる(図6(a))。ちなみに、領域Aにおいて、AlN層3の上面は領域Bに比べて平坦化しており、領域AにおけるAlN層3は領域Bに比べて結晶性が良好である。
FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a semiconductor light emitting device (modified example of this embodiment) in which a silicide layer is formed in the region B of the
続いて、AlN層3上に反応源供給層4を形成すると、前述したように反応源供給層4からシリコン系基板1にGa及びInが拡散され、シリコン系基板1とAlN層3との界面に金属化合物領域2が形成される。なお、領域Bでは、シリコン系基板1の上面にシリサイド層21が形成されているため、金属化合物領域2はシリサイド層21とAlN層3との界面に形成される。このとき、領域BのAlN層3が薄い部分では、金属化合物領域2が領域Aの金属化合物領域2に比べて厚く形成され、金属化合物領域2の下面は凹凸を有している(図6(b))。これ以降、図4(b)を参照して説明した工程と同様の工程を経て、発光機能層5、表面電極9、及び裏面電極12を形成する。
Subsequently, when the reaction
上述したように、本発明の第1の実施形態によれば、半導体発光素子は領域A(第1の領域)と領域B(第2の領域)とを有し、領域Aは、領域BよりもAlN層3が厚く、領域Bよりも反応源供給層4が薄くなるように形成されているので、領域Aの反応源供給層4にクラックが発生することを抑制し、反応源供給層4上に形成される発光機能層5の結晶性が劣化することを抑制することができる。言い換えると、領域Aにおいて比較的良好な発光を得ることができる。また、領域Bは、絶縁性を有するAlN層3が領域Aよりも薄く、シリコン系基板1と反応源供給層4との間の低抵抗化に寄与する金属化合物領域2が領域Aよりも厚くなるように形成されているので、半導体発光素子は低い駆動電圧を実現することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the semiconductor light emitting device has the region A (first region) and the region B (second region). Since the
図7は、本実施形態による半導体発光素子を流れる電流の経路を模式的に示している。表面電極9から流れる電流は、主に領域A及び領域Bの第2クラッド層8、活性層7、第1クラッド層6を経由する。領域Aよりも領域Bの方が、シリコン系基板1と反応源供給層4との間の抵抗値が低いので、領域Aの第1クラッド層6に到達した電流の大半は領域Bの第1クラッド層6、反応源供給層4、AlN層3、金属化合物領域2のいずれかで領域Bに集まり、領域Bのシリコン系基板1を経由し、裏面電極12に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
FIG. 7 schematically shows a path of current flowing through the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. The current flowing from the
また、領域Bにおけるシリコン系基板1の主面1aに凹凸10又はシリサイド層21等を形成することによって、AlN層3を薄く形成し、且つ金属化合物領域2を厚く形成することが可能となり、上述した本実施形態の効果を得ることができる。さらに、凹凸10を形成することによって、シリコン系基板1と金属化合物領域2の接触面積を大きくすることができ、半導体発光素子の駆動電圧をより低減することができる。また、前述した第1の実施形態の変形例に示したようにシリコン系基板1と金属化合物領域2の両方に対する密着性が良好なシリサイド層21を形成することによって、シリコン系基板1と金属化合物領域2との間の抵抗値をより低減することができる。
Further, by forming the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。図8は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。本実施形態では、領域Bの第2クラッド層8上に絶縁膜13が形成されている。表面電極9は、領域Aの第2クラッド層8上に形成された第1の電極14と、絶縁膜13上に形成され、第1の電極14と電気的に接続された第2の電極15とから構成されている。第2の電極15上にはパッド電極11が形成されている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows a cross-sectional structure of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. In the present embodiment, the insulating
以下、図9を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。第2クラッド層8を形成するまでの工程は、領域Aと領域Bの位置が異なる点を除いて第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。第2クラッド層8を形成した後、領域Bの第2クラッド層8上に絶縁膜13を形成する(図9(a))。続いて、露出した第2クラッド層8及び絶縁膜13上に表面電極9、表面電極9上にパッド電極11、シリコン系基板1の主面1b上に裏面電極12を順番に形成した後、アニール処理を行う(図9(b))。以上の工程により、図8に示す構造が完成する。
Hereinafter, the method for fabricating the semiconductor light emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Since the steps until the
図10は、本実施形態による半導体発光素子を流れる電流の経路を模式的に示している。パッド電極11から第2の電極15に流れた電流は、パッド電極11直下(領域B)の発光機能層5へと流れようとする。しかし、表面電極9と第2クラッド層8との間に絶縁膜13が設けられているので、電流は第1の電極14に向かって、すなわち半導体発光素子の側方へ向かって流れる。そして、電流は、主に領域Aの第2クラッド層8、活性層7、第1クラッド層6を経由する。領域Aよりも領域Bの方が、シリコン系基板1と反応源供給層4との間の抵抗値が低いので、領域Aの第1クラッド層6に到達した電流の大半は第1クラッド層6、反応源供給層4、AlN層3、金属化合物領域2のいずれかで領域Bに集まり、領域Bのシリコン系基板1を経由し、裏面電極12に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
FIG. 10 schematically shows a path of current flowing through the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. The current that flows from the
また、表面電極9を上記のような構造とすることによって、領域Aの第2クラッド層8の表面から電流を流入させ、領域Bの活性層7よりも領域Aの活性層7により多くの電流を流すことができる。従って、結晶性の劣化している領域Bの活性層7に電流が流れることを抑制し、良好な発光を得ることができる。さらに、良好な発光を得にくい領域Bの上方にパッド電極11を設けることによって、領域Aの活性層7から発せられた光がパッド電極11によって遮られることを抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。なお、図8において、絶縁膜13は領域Bに形成されているが、パッド電極11が設けられた領域B直下のみに絶縁膜13が形成されていてもよいし、絶縁膜13の一部が領域Bから領域Aにはみ出していてもよい。また、絶縁膜13は第2クラッド層8上に形成されていなくてもよく、活性層7と表面電極9の間に形成されていればよい。
In addition, since the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。図11は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。本実施形態では、領域Bにおける発光機能層5に、発光機能層5の表面(上面)から掘り下げられた溝16が形成されている。溝16の底面16aは第1クラッド層6まで到達しており、領域Bの活性層7の少なくとも一部(図11では領域Bの活性層7の全部)が除去されている。また、領域Aの第2クラッド層8上に表面電極9及びパッド電極11が形成されている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 shows a cross-sectional structure of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. In the present embodiment, a
以下、図12を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。第2クラッド層8を形成するまでの工程は、領域Aと領域Bが形成される位置を除いて第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。第2クラッド層8を形成した後、領域Bにおいて、第2クラッド層8の上面からエッチングを行い、活性層7の底面よりも深く、第1クラッド層6の底面よりも浅い溝16を形成する(図12(a))。続いて、領域Aの第2クラッド層8上に表面電極9、パッド電極11、シリコン系基板1の主面1b上に裏面電極12を順番に形成した後、アニール処理を行う(図12(b))。以上の工程により、図11に示す構造が完成する。なお、上記とは工程の順番を逆にして、第2クラッド層8を形成した後、第2クラッド層8の上面のほぼ全体に表面電極9、表面電極9上にパッド電極11、シリコン系基板1bの主面1b上に裏面電極12を形成し、続いて溝16を形成してもよい。
Hereinafter, the method for fabricating the semiconductor light emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The steps until the
図13の電流経路I5が示すように、表面電極9から領域Aの第2クラッド層8に流入した電流は、領域Aの第2クラッド層8、活性層7、第1クラッド層6を経由する。領域Aよりも領域Bの方が、シリコン系基板1と反応源供給層4との間の抵抗値が低いので、領域Aの第1クラッド層6に到達した電流の大半は第1クラッド層6、反応源供給層4、AlN層3、金属化合物領域2のいずれかで領域Bに集まり、領域Bのシリコン系基板1を経由し、裏面電極12に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
As shown by the current path I5 in FIG. 13, the current flowing from the
シリコン系基板1の主面1aの領域Bに凹凸等を設けた場合、横方向成長を生じさせて、前述した低温バッファ層を形成したり、第1クラッド層6を厚く形成したりしたとしても、領域Bの活性層7には少なからず結晶欠陥が生じる。そこで、溝16を形成し、結晶性の劣化した領域Bの活性層7を除去することによって、結晶性の良好な活性層7のみに電流を流し、良好な発光を得ることができるようになる。
Even when unevenness or the like is provided in the region B of the
なお、溝16の底面16aの位置は第1クラッド層6の底面の位置よりも浅くなくてもよい。AlN層3よりも上方の層でも領域Aと領域Bが電気的に接続されてさえいれば、溝16の底面16aの位置は反応源供給層4の底面よりも浅い位置となっていればよい。また、より高い光取り出し効率を実現するためには、領域Aにおいて、領域Bからできるだけ離れた場所にパッド電極11が形成されていることが望ましい。
The position of the
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態を説明する。図14は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。本実施形態でも第3の実施形態と同様に、領域Bにおける発光機能層5に、発光機能層5の表面から掘り下げられた溝16が形成されている。領域Bの活性層7の結晶性が比較的劣化しているので、溝16の底面16aが第1クラッド層6まで到達しており、領域Bの活性層7の少なくとも一部が除去されている。溝16の底面16a及び側面16bには絶縁膜17が形成されている。表面電極9は、領域Aの第2クラッド層8上に形成された第1の電極18と、絶縁膜17上に形成され、第1の電極18と電気的に接続された第2の電極19とから構成されている。第2の電極19上にはパッド電極11が形成されている。なお、パッド電極11は、溝16を埋めるように形成されていることが望ましい。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 shows a cross-sectional structure of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. Also in this embodiment, as in the third embodiment, a
以下、図15を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。第2クラッド層8を形成するまでの工程は、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。第2クラッド層8を形成した後、領域Bにおいて、第2クラッド層8の上面からエッチングを行い、活性層7の底面よりも深く、第1クラッド層6の底面よりも浅い溝16を形成する。続いて、溝の底面16a及び側面16bに絶縁膜17を形成する(図15(a))。続いて、第2クラッド層8の上面の露出部及び絶縁膜17上に表面電極9、表面電極9上にパッド電極11、シリコン系基板1の主面1b上に裏面電極12を順番に形成した後、アニール処理を行う(図15(b))。以上の工程により、図14に示す構造が完成する。
Hereinafter, the method for fabricating the semiconductor light emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Since the steps until the
パッド電極11から第2の電極19に流れた電流は、第1の電極18に向かって、すなわち半導体発光素子の側方へ向かって流れる。そして、図16の電流経路I6及びI7が示すように、電流は、主に領域Aの第2クラッド層8、活性層7、第1クラッド層6を経由する。領域Aよりも領域Bの方が、シリコン系基板1と反応源供給層4との間の抵抗値が低いので、領域Aの第1クラッド層6に到達した電流の大半は第1クラッド層6、反応源供給層4、AlN層3、金属化合物領域2のいずれかで領域Bに集まり、領域Bのシリコン系基板1を経由し、裏面電極12に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
The current that flows from the
また、溝16を形成したことによって、結晶性の劣化した領域Bの活性層7が除去されているので、結晶性の良好な活性層7に主な電流を流し、良好な発光を得ることができる。さらに、良好な発光を得にくい領域Bにパッド電極11を設けることによって、領域Aの活性層7から発せられた光がパッド電極11によって遮られることを抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
Further, since the
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態を説明する。図17は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。本実施形態でも第4の実施形態と同様に、領域Bにおける発光機能層5に溝16が形成されており、溝16の底面16a及び側面16bには絶縁膜17が形成されている。表面電極9は第1の電極18と第2の電極19とから構成されており、第2の電極19上にはパッド電極11が形成されている。ここで、パッド電極11は、溝16を形成されていることが望ましい。また、領域Bにおいて、絶縁膜17を貫通する孔(後述する図19の孔17a)が形成されている。その孔によって露出した発光機能層5とショットキー接触し(発光機能層5とショットキー接合を形成し)、第2の電極19と電気的に接続されたショットキー金属膜20が形成されている。このショットキー金属膜20は例えば、第2クラッド層8がN型半導体の場合、ニッケル(Ni),白金(Pt),パラジウム(Pd),ロジウム(Rh),金(Au)から選択された1種類の金属、若しくはこれらのうちいずれか1つを含む合金で形成される。また、第2クラッド層8がP型半導体の場合、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、チタン(Ti)等から選択された1種類の金属、若しくはこれらのうちいずれか1つを含む合金で形成される。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 17 shows a cross-sectional structure of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. Also in the present embodiment, as in the fourth embodiment, the
化合物系半導体を発光層に使用した発光素子は、静電破壊耐量が比較的小さいため、例えば100Vよりも高いサージ電圧が印加されると、破壊に至ることがある。そこで、半導体発光素子の静電保護のため、発光素子と共にダイオードやコンデンサ等の保護素子を同一パッケージ内に搭載することが考えられる。従って、本実施形態による半導体発光素子は、図18に示す発光素子としての発光ダイオード61と、保護素子としてのショットキーバリアダイオード62との逆並列接続回路として機能するように形成されている。
A light-emitting element using a compound-based semiconductor for a light-emitting layer has a relatively small resistance to electrostatic breakdown. Therefore, when a surge voltage higher than 100 V, for example, is applied, breakdown may occur. Therefore, for electrostatic protection of the semiconductor light emitting element, it is conceivable to mount a protective element such as a diode or a capacitor together with the light emitting element in the same package. Accordingly, the semiconductor light emitting device according to the present embodiment is formed so as to function as an antiparallel connection circuit of the light emitting diode 61 as the light emitting device shown in FIG. 18 and the
ショットキーバリアダイオード62は、発光ダイオード61に所定値以上の逆方向の過電圧(例えばサージ電圧)が印加されたときに導通する。これにより、発光ダイオード61の電圧はショットキーバリアダイオード62の順方向電圧に制限され、発光ダイオード61が、静電気等に基づく逆方向の過電圧から保護される。
The
ショットキーバリアダイオード62の順方向の導通開始電圧は発光ダイオード61の許容最大逆方向電圧以下に設定される。即ち、ショットキーバリアダイオード62の順方向の導通開始電圧は、発光ダイオード61が破壊される恐れのある電圧よりも低い値に設定される。なお、ショットキーバリアダイオード62の順方向の導通開始電圧は、正常時に発光ダイオード61に印加される逆方向の電圧(発光ダイオード61がオンする電圧)よりも高く、且つ発光ダイオード61が破壊される恐れのある逆方向の電圧よりも低いことが望ましい。
The forward conduction start voltage of the
次に、図19及び図20を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。第2クラッド層8を形成するまでの工程は、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。第2クラッド層8を形成した後、領域Bにおいて、第2クラッド層8の上面からエッチングを行い、活性層7の底面よりも深く、第1クラッド層6の底面よりも浅い溝16を形成する。続いて、溝の底面16a及び側面16bに絶縁膜17を形成する(図19(a))。
Next, with reference to FIGS. 19 and 20, the method for fabricating the semiconductor light emitting device according to the present embodiment will be explained. Since the steps until the
続いて、溝16の底面16a上の絶縁膜17の一部を除去することによって孔17aを形成し、底面16aを露出させる(図19(b))。この孔17aの形成によって露出した底面16aに、第2クラッド層8とショットキー接触する金属を付着させ、ショットキー金属膜20を形成する(図20(a))。さらに、表面電極9、パッド電極11、裏面電極12を形成した後、アニール処理を行う(図20(b))。以上の工程により、図17に示す構造が完成する。
Subsequently, a
パッド電極11から第2の電極19に流れた電流は、第1の電極18に向かって、すなわち半導体発光素子の側方へ向かって流れる。そして、図21の電流経路I8及びI9が示すように、電流は、主に領域Aの第2クラッド層8、活性層7、第1クラッド層6を経由する。領域Aよりも領域Bの方が、シリコン系基板1と反応源供給層4との間の抵抗値が低いので、領域Aの第1クラッド層6に到達した電流の大半は第1クラッド層6、反応源供給層4、AlN層3、金属化合物領域2のいずれかで領域Bに集まり、領域Bのシリコン系基板1を経由し、裏面電極12に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
The current that flows from the
また、溝16を形成したことによって、結晶性の劣化した領域Bの活性層7が除去されているので、結晶性の良好な活性層7のみに電流を流し、良好な発光を得ることができる。さらに、良好な発光を得にくい領域Bにパッド電極11を設けることによって、領域Aの活性層7から発せられた光がパッド電極11によって遮られることを抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
Further, since the
また、領域Bに形成された保護素子が、平面的に見てパッド電極11の下に配置されているので、半導体発光素子の光取り出し面積の低減を抑制して保護素子を形成することができ、保護素子内蔵の半導体発光素子の小型化を図ることができる。さらに、パッド電極11及び第2の電極19は、発光ダイオード61とショットキーバリアダイオード62との相互接続部分として機能していると共に、外部接続導体として機能しているので、半導体発光素子の構成が単純化され、小型化及び低コスト化を達成できる。
In addition, since the protective element formed in the region B is disposed below the
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、第2〜第5の実施形態では、シリコン系基板1の主面1aに凹凸を設けた半導体発光素子を説明したが、第1の実施形態の変形例として説明したように、アモルファスシリコンやポリシリコン等の多結晶膜若しくはシリサイド膜を凹凸の代わりに形成してもよい。また、貼り合せ金属を用いた半導体発光素子に本発明を適用してもよい。また、第5の実施形態では、ショットキー金属膜20の代わりに、孔17aによって露出した第1の半導体層と導電型の異なる第2の半導体層を第1の半導体層の表面に形成し、第1の半導体層と第2の半導体層との界面がPN接合となるようにしてもよい。
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. . For example, in the second to fifth embodiments, the semiconductor light emitting device in which the
1・・・シリコン系基板、2・・・金属化合物領域、3・・・AlN層、4・・・反応源供給層、5・・・発光機能層、6・・・第1クラッド層、7・・・活性層、8・・・第2クラッド層、9・・・表面電極、10・・・凹凸、11・・・パッド電極、12・・・裏面電極、13,17・・・絶縁膜、14,18・・・第1の電極、15,19・・・第2の電極、20・・・ショットキー金属膜、21・・・シリサイド層
DESCRIPTION OF
Claims (12)
シリコンを構成元素に含むシリコン系基板と、
前記シリコン系基板上に形成され、ガリウムとインジウムとシリコンとを構成元素に含む金属化合物からなる金属化合物領域と、
前記金属化合物領域上に形成され、窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム層と、
前記窒化アルミニウム層上に形成され、ガリウムとインジウムとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層と、
前記反応源供給層上に形成され、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層と、
を有し、
前記第2の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成された主面には、凹凸が形成され、
前記第2の領域における前記金属化合物領域が、前記第1の領域における前記金属化合物領域よりも厚く形成され、前記第2の領域における前記窒化アルミニウム層が、前記第1の領域における前記窒化アルミニウム層よりも薄く形成されている
ことを特徴とする半導体発光素子。 A semiconductor light emitting device having a first region and a second region,
A silicon-based substrate containing silicon as a constituent element;
A metal compound region formed on the silicon-based substrate and made of a metal compound containing gallium, indium, and silicon as constituent elements;
An aluminum nitride layer made of aluminum nitride and formed on the metal compound region;
A reaction source supply layer formed on the aluminum nitride layer and made of a nitride compound semiconductor containing gallium and indium as constituent elements;
A light emitting functional layer formed on the reaction source supply layer, including a nitride compound semiconductor, and having a light emitting function;
Have,
Concavities and convexities are formed on the main surface of the silicon-based substrate in the second region where the metal compound region is formed,
The metal compound region in the second region is formed thicker than the metal compound region in the first region, and the aluminum nitride layer in the second region is the aluminum nitride layer in the first region. A semiconductor light-emitting element, characterized in that the semiconductor light-emitting element is formed thinner.
前記第2の領域における前記発光機能層上に絶縁膜を介して形成され、前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極と、
をさらに有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体発光素子。 A first electrode formed on the light emitting functional layer in the first region;
A second electrode formed on the light emitting functional layer in the second region via an insulating film and electrically connected to the first electrode;
The device according to claim 1 or claim 2, characterized in that it further comprises a.
前記第2の領域における前記発光機能層に形成された前記溝の側面及び底面に絶縁膜を介して形成され、前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極と、
をさらに有することを特徴とする請求項4に記載の半導体発光素子。 A first electrode formed on the light emitting functional layer in the first region;
A second electrode formed on the side and bottom surfaces of the groove formed in the light emitting functional layer in the second region via an insulating film and electrically connected to the first electrode;
The semiconductor light emitting device according to claim 4 , further comprising:
シリコンを構成元素に含むシリコン系基板上に、窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム層を形成する工程と、
前記窒化アルミニウム層上に、ガリウムとインジウムとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層を形成し、前記シリコン系基板と前記窒化アルミニウム層との間に、ガリウムとインジウムとシリコンとを構成元素に含む金属化合物からなる金属化合物領域を形成する工程と、
前記第2の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成される主面に凹凸を形成する工程と、
前記反応源供給層上に、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層を形成する工程と、
を有し、前記第2の領域における前記金属化合物領域が、前記第1の領域における前記金属化合物領域よりも厚く形成され、前記第2の領域における前記窒化アルミニウム層が、前記第1の領域における前記窒化アルミニウム層よりも薄く形成されている
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor light emitting device having a first region and a second region,
Forming an aluminum nitride layer made of aluminum nitride on a silicon-based substrate containing silicon as a constituent element;
A reaction source supply layer made of a nitride compound semiconductor containing gallium and indium as constituent elements is formed on the aluminum nitride layer, and gallium, indium and silicon are interposed between the silicon substrate and the aluminum nitride layer. Forming a metal compound region composed of a metal compound containing a constituent element as
Forming irregularities on the main surface of the silicon-based substrate in the second region where the metal compound region is formed;
Forming a light emitting functional layer including a nitride compound semiconductor and having a light emitting function on the reaction source supply layer;
The metal compound region in the second region is formed thicker than the metal compound region in the first region, and the aluminum nitride layer in the second region is formed in the first region. The method for manufacturing a semiconductor light emitting element, wherein the semiconductor light emitting element is formed thinner than the aluminum nitride layer.
形成した前記金属と前記シリコン系基板中のシリコンを合金化させたシリサイドを形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項7に記載の半導体発光素子の製造方法。 Forming a metal film on the second region of the main surface on the main surface of the silicon-based substrate in the second region where the metal compound region is formed ;
8. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 7 , further comprising a step of forming a silicide obtained by alloying the formed metal and silicon in the silicon-based substrate .
前記第1の領域における前記発光機能層上に第1の電極を形成し、前記第2の領域における前記絶縁膜上に、前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極を形成する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の半導体発光素子の製造方法。 Forming an insulating film on the light emitting functional layer in the second region;
A first electrode is formed on the light emitting functional layer in the first region, and a second electrode electrically connected to the first electrode is formed on the insulating film in the second region. And a process of
The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 7 or claim 8, characterized in that it further comprises a.
前記第1の領域における前記発光機能層上に第1の電極を形成し、前記第2の領域における前記絶縁膜上に、前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極を形成する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項10に記載の半導体発光素子の製造方法。 Forming an insulating film on a side surface and a bottom surface of the groove formed in the light emitting functional layer in the second region;
A first electrode is formed on the light emitting functional layer in the first region, and a second electrode electrically connected to the first electrode is formed on the insulating film in the second region. And a process of
The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 10, further comprising:
前記孔によって露出した発光機能層の部分とショットキー接触し、前記第2の電極と電気的に接続されたショットキー金属層を、前記孔によって露出した前記発光機能層の部分に形成する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子の製造方法。 Forming a hole penetrating the insulating film;
Forming a Schottky metal layer in Schottky contact with a portion of the light emitting functional layer exposed by the hole and electrically connected to the second electrode on the portion of the light emitting functional layer exposed by the hole; ,
The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 11 , further comprising:
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