JP5232972B2 - 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
外部量子効率は、内部量子効率と光取り出し効率を掛け合わせたものとして表される。内部量子効率とは、素子に注入した電流のエネルギーのうち、光に変換される割合である。一方、光取り出し効率とは、半導体結晶内部で発生した光のうち、外部に取り出すことができる割合である。
しかしながら、GaN系化合物半導体のみならず、発光ダイオード(LED)においては、一般的に注入電流に対する光取り出し効率が押しなべて低く、注入電流に対しての内部発光を十分に外部に取り出しているとは言い難い。
また、特許文献2には、ITOの表面に凹凸が形成された窒化物半導体発光素子が開示されている。
特許文献3では、例えば、公知のフォトリソグラフィー法等を用いてストライプ状などにパターン加工したレジスト層をマスクとして、前記p型GaN層をエッチングすることにより、その表面を凹凸面からなる粗面とした後、その凹凸面にMg層を積層し、更にMg層をアニールしてMgを拡散させて、前記p型GaN層の表面側にMgを添加している。
(2) 前記高濃度p型半導体層の厚みが50nm以下であることを特徴とする(1)に記載の半導体発光素子。
(3) 前記積層半導体層の前記凹凸部を成す凹部が、前記p型半導体層の途中まで達しており、前記凹部に露出した前記p型半導体層の側壁面及び底面の近傍領域に、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が低い低濃度p型半導体領域が形成されていることを特徴とする(1)または(2)に記載の半導体発光素子。
(4) 前記透光性電流拡散層が、前記凹凸部の全面に積層されていることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の半導体発光素子。
(6) 前記p型半導体層、前記高濃度p型半導体層及び前記低濃度p型半導体領域が窒化ガリウム系半導体から構成されるとともに、これらに含まれるドーパントがMgであり、前記p型半導体層のドーパント濃度が1×1019/cm3以上1×1020/cm3未満の範囲であり、前記高濃度p型半導体層のドーパント濃度が1×1020/cm3以上であり、前記低濃度p型半導体領域のドーパント濃度が1×1019/cm3未満であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の半導体発光素子。
(8) 前記光取り出し部形成工程が、前記高濃度p型半導体層上に前記透光性電流拡散層を形成する工程と、前記透光性電流拡散層を貫通して前記積層体に達する凹部をエッチングで形成する工程とからなることを特徴とする(7)に記載の半導体発光素子の製造方法。
(9) 前記光取り出し部形成工程が、前記積層体上に凹部をエッチングで形成する工程と、前記積層体の上面に前記透光性電流拡散層を形成する工程とからなることを特徴とする(7)に記載の半導体発光素子の製造方法。
(11) 前記透光性電流拡散層を、前記積層体の上面全面に積層することを特徴とする(10)に記載の半導体発光素子の製造方法。
(12) 前記p型半導体層、前記発光層を貫通して前記n型半導体層の途中まで達するように前記凹部を形成すると同時に、前記凹部に露出した前記p型半導体層の側壁面の近傍領域に、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が低い低濃度p型半導体領域を形成することを特徴とする(8)または(9)に記載の半導体発光素子の製造方法。
(13) 前記凹部を、ドライエッチング法で形成することを特徴とする(8)〜(12)のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
(14) 前記ドライエッチング法で用いるエッチング用マスクを、ナノインプリント法、EB露光法またはレーザー露光法のいずれかの方法で形成することを特徴とする(13)に記載の半導体発光素子の製造方法。
<半導体発光素子>
図1は、本発明の第1の実施形態である半導体発光素子の一例を示す模式図であって、図1(a)は平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A’線における断面図である。また、図2はバッファ層2から積層半導体層15までの拡大断面図である。
図1(b)に示すように、本発明の実施形態である半導体発光素子11は、基板1と、基板上に積層されたバッファ層2と、バッファ層2上に積層されたn型半導体層3と、n型半導体層3上に積層された発光層4と、発光層4上に積層されたp型半導体層5と、p型半導体層5上に積層された高濃度p型半導体層8と、高濃度p型半導体層8上に積層された透光性電流拡散層20と、正極のボンディングパッド7と、負極のボンディングパッド6とから概略構成されている。
n型半導体層3と、発光層4と、p型半導体層5とが順次積層されて積層半導体層15が形成されている。積層半導体層15の上面15aには、凹凸部33が形成されており、この凹凸部33を成す凸部33a上に高濃度p型半導体層8及び透光性電流拡散層20がこの順序で積層されている。また、積層半導体層15上に高濃度p型半導体層8が形成されて積層体16とされている。
以下、本発明の実施形態である半導体発光素子11について、構成要素ごとに順次説明する。
基板1の材料としては、サファイア単結晶(Al2O3;A面、C面、M面、R面)、スピネル単結晶(MgAl2O4)、ZnO単結晶、LiAlO2単結晶、LiGaO2単結晶、MgO単結晶等の酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶、GaAs単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶及びZrB2等のホウ化物単結晶、等の周知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。これらの中でも、サファイア単結晶及びSiC単結晶が特に好ましい。なお、基板1の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。
バッファ層2は、基板1とn型半導体層3との格子定数の違いを緩和して、結晶性の高いn型半導体層3を形成するための層である。使用する基板やエピタキシャル層の成長条件によっては、バッファ層2が不要である場合がある。
バッファ層2の厚みは、例えば、0.01〜0.5μmとする。これにより、上記格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られるとともに、生産性を向上させることができる。
基板1上には、バッファ層2を介して、窒化ガリウム系化合物半導体からなる下地層9並びにn型半導体層3、発光層4およびp型半導体層5が積層されてなる積層半導体層15が形成されている。
下地層9はバッファ層2上に積層されており、AlXGa1―XN層(0≦x≦1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。下地層9の膜厚は0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.5μm以上であり、1μm以上が最も好ましい。膜厚を1μm以上とすることにより、結晶性の良好なAlXGa1―XN層が得られやすくなる。
図2に示すように、n型半導体層3は、下地層9上に、nコンタクト層3aおよびnクラッド層3bが順次積層されて構成される。nコンタクト層3aは下地層および/またはnクラッド層3bを兼ねることができる。
nコンタクト層3aは、下地層9と同様にAlXGa1―XN層(0≦x≦1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)で構成されることが好ましい。また、n型不純物がドープされていることが好ましく、n型不純物を1×1017〜1×1019/cm3、好ましくは1×1018〜1×1019/cm3の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。n型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、Ge及びSn等が挙げられ、好ましくはSiおよびGeである。成長温度は下地層と同様である。
また、nクラッド層3bのn型ドープ濃度は、1×1017〜1×1020/cm3の範囲が好ましく、より好ましくは1×1018〜1×1019/cm3の範囲である。ドープ濃度が前記範囲にある場合には、良好な結晶性を維持することができるとともに、半導体発光素子の動作電圧を低減することができる。
発光層4は、窒化ガリウム系化合物半導体で形成することができ、好ましくはGa1−sInsN(0<s<0.4)の窒化ガリウム系化合物半導体で形成できる。
図2に示すように、発光層4は、上記Ga1−sInsNを井戸層4bとして、この井戸層4bよりバンドギャップエネルギーが大きいAlcGa1−cN(0≦c<0.3かつb>c)障壁層4aとからなる多重量子井戸(MQW)構造とすることが好ましい。
井戸層4bの膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち、臨界膜厚が好ましく、例えば1〜10nmの範囲であり、より好ましくは2〜6nmの範囲である。膜厚が上記範囲であると、発光出力を向上させることができる。井戸層4bおよび障壁層4aには、不純物をドープしてもよい。
なお、発光層4の構造は前記MQW構造に限られるものではなく、単一量子井戸(SQW)構造としてもよい。
図2に示すように、p型半導体層5は、発光層4上に、pクラッド層5aおよびpコンタクト層5bが順次積層されて構成される。pコンタクト層5bはpクラッド層5aを兼ねることができる。
p型半導体層5の材料としては、発光層4のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成の材料であって、発光層4へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されない。たとえば、AldGa1−dN(0<d≦0.4、好ましくは0.1≦d≦0.3)が好ましい。p型半導体層5の材料としてAldGa1−dN(0<d≦0.4、好ましくは0.1≦d≦0.3)を用いた場合、発光層4へキャリアを効率的に閉じ込めることができる。
p型半導体層5のp型ドーパント(p型不純物)としては、例えば、Mgを用いることができる。p型半導体層5のドーパント濃度は、1×1019/cm3以上1×1020/cm3未満とすることが好ましい。ドーパント濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なp型結晶を得ることができる。
図1(b)に示すように、積層半導体層15の上面15aには、光取り出し効率向上のための凹凸部33が形成されている。凹凸部33を成す凹部33bの深さは、p型半導体層5の途中まで達する深さとされている。
なお、凹部33bの深さは、少なくともp型半導体層5の一部まで達する深さであればよい。
凹部33bの開口は、円形状の穴に限られるものではなく、たとえば、四角形状または多角形状の穴であってもよい。凸部33aの上面は、平坦面であることが好ましい。
図1(b)に示すように、積層半導体層15の上面15a上には、p型半導体層5よりもドーパント濃度が高い高濃度p型半導体層8が積層されている。これにより、積層半導体層15と高濃度p型半導体層8とからなる積層体16が形成されている。
高濃度p型半導体層8はエッチングのダメージを受けやすく、後述する製造工程において光取り出し効率向上のための凹凸加工を施すと、前記ダメージを受けて素子駆動電流を増大させる。たとえば、高濃度p型半導体層8の膜厚が50nmを超えると、後述する製造工程において、高濃度p型半導体層8のダメージを受ける領域が大きくなり、高抵抗化するので好ましくない。しかし、高濃度p型半導体層8の膜厚を50nm以下に薄くすることで、前記ダメージを減少させて、前記素子駆動電流の増大を抑制することができる。
また、後述する電流拡散層が高濃度p型半導体層8の内部に数nm拡散するので、高濃度p型半導体層8の厚さは、5nm以上とすることが好ましい。
図3は、図1(b)のB部の拡大断面図である。図3に示すように、エッチングにより形成された凹部33b内で、p型半導体層5の側壁面33c及び底面33dが露出されている。そして、p型半導体層5の側壁面33c及び底面33dの近傍領域には、p型半導体層5よりもドーパント濃度が低い低濃度p型半導体領域40が形成されている。
なお、低濃度p型半導体領域40のドーパント濃度は、エッチング条件などにより制御することができる。
図1(b)に示すように、高濃度p型半導体層8上には、透光性電流拡散層20が積層されている。
透光性電流拡散層20の材料としては、例えば、ITO(In2O3−SnO2)、AZO(ZnO−Al2O3)、IZO(In2O3−ZnO)、GZO(ZnO−GeO2)、ICO(In2O3−CeO2)等の透明酸化物を用いることができる。また、例えば、Au、Ni、Co、Cu、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Ru等の金属を用いることもできる。さらにまた、前記金属と透明酸化物を組み合わせて用いても構わない。例えば、透明酸化物を塊として前記金属からなる膜の中に含んでもよいし、透明酸化物を層状にして前記金属からなる膜と重ねて形成しても良い。これら周知の材料を何ら制限無く用いることができ、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限無く用いることができる。
透光性電流拡散層20の形成方法としては、この技術分野でよく知られた慣用の手段を用いることができる。また、透光性電流拡散層20を形成した後に、合金化や透明化を目的とした熱アニールを施してもよい。
本発明の実施形態である半導体発光素子11は、図1(b)に示すように、光取り出し部35から正面方向fに発光を取り出すフェイスアップ(FU)型とされている。
図3に示すように、光取り出し部35は、凹凸部33と、透光性電流拡散層20とから構成されている。発光層4からの発光の一部は、光取り出し部35の凹凸部33を通って正面方向fに取り出される。凹凸部33は、積層半導体層15内で光の内部反射を抑制して、正面方向fへの光取り出し効率を向上させて、この半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。
正極のボンディングパッド7は、図1(b)に示す例のように、透光性電流拡散層20上に設けられる。
正極のボンディングパッド7としては、例えば、Au、Al、NiおよびCu等の材料を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
負極のボンディングパッド6は、図1(b)に示すように、n型半導体層3に接するように形成される。
このため、負極のボンディングパッド6を形成する際は、発光層4およびp型半導体層5の一部を除去してn型半導体層3のnコンタクト層を露出させ、この上に負極のボンディングパッド6を形成する。
負極のボンディングパッド6としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
図1(b)に示すように、負極のボンディングパッド6の直下のn型半導体層3の上面にも別の凹凸部が形成されている。そのため、ボンディングパッド6も、同様に、接着性高く、n型半導体層3に固着される。
次に、本発明の実施形態である半導体発光素子の製造方法の一例について図4及び図5を用いて説明する。
<第1工程>
第1工程は、基板1上にn型半導体層3、発光層4、p型半導体層5からなる積層半導体層15と、高濃度p型半導体層8をこの順序で積層する工程である。
まず、スパッタ法などの所定の成膜方法を用いて、基板1上にバッファ層2及び下地層9を形成する。次に、たとえば、MOCVD法などの所定の成膜方法を用いて、下地層9上に、n型半導体層3、発光層4及びp型半導体層5をこの順序で結晶成長して、積層半導体層15を形成する。次に、図4(a)に示すように、積層半導体層15上に高濃度p型半導体層8を成膜して、積層体16を形成する。
なお、n型半導体層3、発光層4、p型半導体層5及び高濃度p型半導体層8の材料としては、窒化ガリウム系化合物を用いる。また、p型半導体層5及び高濃度p型半導体層8のp型ドーパント(p型不純物)としては、たとえば、Mgなどを用いる。
光取り出し部形成工程は、積層半導体層15の上面15aの全部または一部に凹凸部33を形成するとともに、少なくとも凹凸部33をなす凸部33a上に透光性電流拡散層20を形成する工程である。
本実施形態では、透光性電流拡散層20を形成した後、少なくともp型半導体層5の一部をエッチングにより除去して凹部33bを形成して、積層半導体層15の上面15aの全部を凹凸部33とする。
次に、図4(c)に示すように、透光性電流拡散層20、高濃度p型半導体層8、p型半導体層5及び発光層4を貫通して、n型半導体層3を露出させる切り欠き部31をエッチングにより形成する。
なお、このとき、エッチングしない部分(凸部33aの上面部分)を保護するエッチング用マスクを形成した後、ドライエッチングすることにより、凹部33bを形成する。
ナノインプリント法では、凹凸パターン(エッチングパターン)を刻み込んだ金型をレジスト材料を塗布したウエハーに押し付けて転写して、エッチング用マスクを形成する。前記エッチングパターンがナノオーダーで形成される構成であるので、高精細なエッチングパターンのエッチング用マスクを形成することができる。この転写の工程は短時間で行うことができるので、生産性を向上させることができる。また、リソグラフィとエッチングを使う従来のパターン形成技術に比べて低コストで作ることができる。
EB(電子線)露光法及びレーザー露光法は、レジスト(感光性樹脂)にパターン転写を行う露光法の一つであって、解像性能が特に高い方法である。そのため、高精細なエッチングパターンのエッチング用マスクを形成することができる。これにより、形成する凹凸部33の光取り出し性能を向上させることができる。
なお、図5(a)に示すように、凹部33bの深さは、少なくともp型半導体層5の一部をエッチングにより除去する深さであって、p型半導体層5の途中まで達する深さとする。
次に、図5(b)に示すように、透光性電流拡散層20上及び切り欠き部31内のn型半導体層3の上面にそれぞれボンディングパッド7、6を形成する。
最後に、図5(c)に示すように、素子分離ライン50に沿って素子ごとに分離して、半導体発光素子11を作製する。
<半導体発光素子>
図6は、本発明の第2の実施形態である半導体発光素子の一例を示す断面図である。
図6に示すように、本発明の実施形態である半導体発光素子12は、n型半導体層3、発光層4、p型半導体層5からなる積層半導体層15の上面15aの一部に、凹凸部33が形成されており、凹凸部33を成す凸部33a上に形成された高濃度p型半導体層8と積層半導体層15の上面15aの全面を覆うように透光性電流拡散層20が積層されている他は、実施形態1に示した半導体発光素子10と同様の構成とされている。なお、実施形態1で示した部材と同じ部材については同じ符号を付して示している。
凹部33b内には、p型半導体層5の側壁面33c及び底面33dが露出されている。p型半導体層5の側壁面33c及び底面33dの近傍領域には、p型半導体層5よりもドーパント濃度が低い低濃度p型半導体領域40が形成されている。
凹部33bの開口は、円形状の穴に限られるものではなく、たとえば、四角形状または多角形状の穴であってもよい。凸部33aの上面は、平坦面であることが好ましい。
なお、本実施形態において、凹凸部33は、平面視したときに積層半導体層15の上面15aの一部(中心部分)にのみ形成されているが、第1の実施形態と同様に、凹凸部33を積層半導体層15の上面15aの全面に形成してもよい。
透光性電流拡散層20は凹凸部33の全面を覆うように形成されているが、凹部33bの側壁面33c及び底面33dの近傍領域には、それぞれ高抵抗化された低濃度p型半導体領域40が形成されているので、低濃度p型半導体領域40を挟む透光性電流拡散層20からp型半導体層5へはほとんど電流が注入されない。そのため、透光性電流拡散層20全面に電流を拡散させることができる。
次に、本発明の実施形態である半導体発光素子の製造方法の別の一例について図8を用いて説明する。
まず、実施形態1と同様の第1工程を行って、基板1上に、バッファ層2を形成した後、n型半導体層3、発光層4及びp型半導体層5をこの順序で結晶成長して、積層半導体層15を形成した後、積層半導体層15上に高濃度p型半導体層8を形成する。
光取り出し部形成工程は、積層半導体層15の上面15aの全部または一部に凹凸部33を形成するとともに、少なくとも凹凸部33をなす凸部33a上に透光性電流拡散層20を形成する工程である。
本実施形態では、少なくともp型半導体層5の一部をエッチングにより除去して凹部33bを形成して、積層半導体層15の上面15aの一部を凹凸部33とした後、透光性電流拡散層20を形成する。
なお、このとき、実施形態1と同様に、エッチングしない部分(凸部33aの上面)を保護するエッチング用マスクを形成した後、前記エッチング用マスクを用いてドライエッチングして凹部33bを形成する。また、このとき、正極のボンディングパッド7を形成する部分は平坦面となるようにエッチングする。
次に、図8(c)に示すように、透光性電流拡散層20、高濃度p型半導体層8、p型半導体層5及び発光層4を貫通して、n型半導体層3を露出させる切り欠き部31をエッチングにより形成する。
最後に、図8(d)に示すように、素子分離ライン50に沿って素子ごとに分離して、半導体発光素子12を作製する。
本発明の実施形態である半導体発光素子12は、透光性電流拡散層20が、凹凸部33の全面に積層されている構成なので、透光性電流拡散層20全面に電流を拡散させることができる。これにより、光取り出し部35全面から光を取り出すことができる。
<半導体発光素子>
図9は、本発明の第3の実施形態である半導体発光素子の一例を示す断面図である。
図9に示すように、本発明の実施形態である半導体発光素子13は、積層半導体層15の上面15aの一部に凹凸部33が形成されるとともに、凹部33bが、透光性電流拡散層20、高濃度p型半導体層8、p型半導体層5及び発光層4を貫通して、n型半導体層3を露出させる深さで形成されている他は、実施形態1に示した半導体発光素子10と同様の構成とされている。なお、実施形態1で示した部材と同じ部材については同じ符号を付して示している。
このような凹凸部33を形成した場合には、発光層4の側面から取り出した光を正面方向fへ取り出して、正面方向fへの光取り出し効率を向上させることができる。
そのため、透光性電流拡散層20から発光層4へ流れる電流は、図10に示す矢印42のように局所的に集中して流れる。これにより、透光性電流拡散層20から発光層4へ効率的に、無駄なく電流を流すことができ、この半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。これにより、この半導体発光素子の駆動電圧を下げることができる。
凹部33bの開口は、円形状の穴に限られるものではなく、たとえば、四角形状または多角形状の穴であってもよい。凸部33aの上面は、平坦面であることが好ましい。
次に、本発明の実施形態である半導体発光素子の製造方法の一例について図11を用いて説明する。
まず、実施形態1と同様の第1工程を行って、基板1上に、バッファ層2を形成した後、n型半導体層3、発光層4及びp型半導体層5をこの順序で結晶成長して、積層半導体層15を形成した後、積層半導体層15上に高濃度p型半導体層8を形成する。
光取り出し部形成工程は、積層半導体層15の上面15aの全部または一部に凹凸部33を形成するとともに、少なくとも凹凸部33をなす凸部33a上に透光性電流拡散層20を形成する工程である。
本実施形態では、透光性電流拡散層20を形成した後、少なくともp型半導体層5の一部をエッチングにより除去して凹部33bを形成して、積層半導体層15の上面15aの一部を凹凸部33とする。
次に、図11(a)に示すように、積層半導体層15の上面15aに、透光性電流拡散層20、高濃度p型半導体層8、p型半導体層5及び発光層4を貫通して、n型半導体層3を露出させる凹部33bをエッチングにより形成して、凹凸部33を形成する。なお、このとき、ボンディングパッド7を形成する領域には、凹凸部33は形成しない。
なお、このとき、実施形態1と同様に、エッチングしない部分(凸部33aの上面)を保護するエッチング用マスクを形成した後、前記エッチング用マスクを用いてドライエッチングして凹部33bを形成する。
最後に、図11(c)に示すように、素子分離ライン50に沿って素子ごとに分離して、半導体発光素子13を作製する。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
図1に示した半導体発光素子を次のようにして作製した。
まず、MOCVD装置を用いて、基板上に窒化ガリウム系化合物からなるn型半導体層、発光層及びp型半導体層をこの順序で結晶成長して、積層半導体層を形成した後、前記積層半導体層上に、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が高い高濃度p型半導体層を形成して、半導体層を形成した素子基板を形成した。
なお、前記p型半導体層及び前記高濃度p型半導体層のp型ドーパントとしてはMgを用い、そのドーパント濃度はそれぞれ、5×1019/cm3、1×1020/cm3とした。
次に、ドライエッチング装置に前記透光性電流拡散層を形成した素子基板を入れて、前記積層半導体層の上面の一部をn型半導体層が露出するまでエッチングして切り欠き部を形成した。
次に、前記ドライエッチング装置から取り出した前記素子基板の前記積層半導体層の上面に、ナノインプリント法を用いてエッチング用マスクを形成した後、再び、ドライエッチング装置にこの素子基板を入れて、前記積層半導体層の上面をエッチングして凹部を形成して、光取り出し性向上のための凹凸部を形成した。このとき、前記積層半導体層の前記凹凸部を成す凹部内の前記p型半導体層に、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が低い低濃度p型半導体領域が形成された。低濃度p型半導体領域のドーパント濃度は、1×1019/cm3未満であった。
高濃度p型半導体層のドーパント濃度を5×1019/cm3とした他は実施例1と同様にして比較例1の半導体発光素子を作製した。その後、この半導体発光素子の電流−電圧−輝度特性を測定した。
p型半導体層のドーパント濃度を1×1020/cm3とした他は実施例1と同様にして比較例2の半導体発光素子を作製した。その後、この半導体発光素子の電流−電圧−輝度特性を測定した。
前記凹凸部を形成せず、p型半導体層のドーパント濃度を1×1020/cm3とした他は実施例1と同様にして比較例3の半導体発光素子を作製した。その後、この半導体発光素子の電流−電圧−輝度特性を測定した。
実施例1、比較例1〜3の作製条件及び測定結果を、表1にまとめた。
2…バッファ層。
3…n型半導体層。
4…発光層。
5…p型半導体層。
6…ボンディングパッド(負極)。
7…ボンディングパッド(正極)。
8…高濃度p型半導体層。
9…下地層。
11、12、13…半導体発光素子。
15…積層半導体層。
15a…上面。
16…積層体。
20…透光性電流拡散層。
31…切り欠き部。
33…凹凸部。
33a…凸部。
33b…凹部。
33c…側壁面。
33d…底面。
35…光取り出し部。
40…低濃度p型半導体領域。
50…素子分離ライン。
Claims (14)
- 基板と、前記基板上に形成されたn型半導体層、前記n型半導体層に積層された発光層及び前記発光層に積層されたp型半導体層とからなる積層半導体層と、前記積層半導体層の上面の全部または一部に形成された光取り出し性向上のための凹凸部と、前記積層半導体層の前記凹凸部を成す凸部上に積層された、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が高い高濃度p型半導体層と、少なくとも前記高濃度p型半導体層上に積層された透光性電流拡散層と、を具備してなることを特徴とする半導体発光素子。
- 前記高濃度p型半導体層の厚みが50nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記積層半導体層の前記凹凸部を成す凹部が、前記p型半導体層の途中まで達しており、前記凹部に露出した前記p型半導体層の側壁面及び底面の近傍領域に、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が低い低濃度p型半導体領域が形成されてい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。
- 前記透光性電流拡散層が、前記凹凸部の全面に積層されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記積層半導体層の前記凹凸部をなす凹部が、前記p型半導体層、前記発光層を貫通して前記n型半導体層の途中まで達しており、前記凹部に露出した前記p型半導体層の側壁面の近傍領域に、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が低い低濃度p型半導体領域が形成されてい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。
- 前記p型半導体層、前記高濃度p型半導体層及び前記低濃度p型半導体領域が窒化ガリウム系半導体から構成されるとともに、これらに含まれるドーパントがMgであり、前記p型半導体層のドーパント濃度が1×1019/cm3以上1×1020/cm3未満の範囲であり、前記高濃度p型半導体層のドーパント濃度が1×1020/cm3以上であり、前記低濃度p型半導体領域のドーパント濃度が1×1019/cm3未満であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 基板上にn型半導体層、発光層、p型半導体層からなる積層半導体層を形成するとともに、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が高い高濃度p型半導体層を前記p型半導体層上に積層することにより、積層体を形成する工程と、
前記積層体の上面の全部または一部に凹凸部を形成するとともに、少なくとも前記凹凸部をなす凸部上に透光性電流拡散層を形成する光取り出し部形成工程と、を具備することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記光取り出し部形成工程が、前記高濃度p型半導体層上に前記透光性電流拡散層を形成する工程と、前記透光性電流拡散層を貫通して前記積層体に達する凹部をエッチングで形成する工程とからな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。
- 前記光取り出し部形成工程が、前記積層体上に凹部をエッチングで形成する工程と、前記積層体の上面に前記透光性電流拡散層を形成する工程とからな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。
- 前記p型半導体層の途中まで達するように前記凹部を形成すると同時に、前記凹部に露出した前記p型半導体層の側壁面及び底面の近傍領域に、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が低い低濃度p型半導体領域を形成することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記透光性電流拡散層を、前記積層体の上面全面に積層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。
- 前記p型半導体層、前記発光層を貫通して前記n型半導体層の途中まで達するように前記凹部を形成すると同時に、前記凹部に露出した前記p型半導体層の側壁面の近傍領域に、前記p型半導体層よりもドーパント濃度が低い低濃度p型半導体領域を形成することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記凹部を、ドライエッチング法で形成することを特徴とする請求項8〜12のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記ドライエッチング法で用いるエッチング用マスクを、ナノインプリント法、EB露光法またはレーザー露光法のいずれかの方法で形成することを特徴とする請求項13に記載の半導体発光素子の製造方法。
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