JP5346443B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(素子構造)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるGaAs基板の導電型としては、p型、n型のいずれにおいても適用可能である。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるp型GaAs基板の模式的断面構造を示し、図2は、n型GaAs基板の模式的断面構造を示す。また、図3は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。
(素子構造)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。また、図6は、本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。
本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDは、図6に示すように、金属層12と、金属層12上に配置される金属バッファ層18と、金属バッファ層18上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17と、パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17上に配置されるp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されるMQW層9と、MQW層9上に配置されるn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されるウィンドウ層7を備える。
(素子構造)
図8は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるGaAs基板の模式的断面構造を示す。また、図9は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。
(素子構造)
図11は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるシリコン基板の模式的断面構造を示す。また、図12は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。図13は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的平面パターン構造を示し、図14は、別の模式的平面パターン構造を示す。
金属コンタクト層11のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、金属コンタクト層11のパターン幅が狭い場合には、金属コンタクト層11の面積抵抗が増大し、LEDの順方向電圧Vfが上昇する。このため、最適なパターン幅WおよびパターンピッチD1が存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形ドット形状を基本構造とする円形ドットパターン構造が存在する。
本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
図21は、本発明の第4の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。また、図22は、本発明の第4の実施の形態の別の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。
上記のように、本発明は第1乃至第4の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
2、4、18…金属バッファ層
3…p型GaAs層
6…n型GaAs層
7…ウィンドウ層
8…n型クラッド層
9…多重量子井戸(MQW)層
10…p型クラッド層
11…金属コンタクト層(AuBe−Ni合金)
15、23…GaAs基板
17…絶縁層
21…シリコン(Si)基板
22、27…チタン(Ti)層
24…AlInGaP層
25…n型GaAs層
26…エピタキシャル成長層
29…表面電極層
30…フロスト処理領域
31…阻止層
32、34…金属バッファ層(AuGe−Ni合金)
28、35…裏面電極層
Claims (40)
- GaAs層と、前記GaAs層の表面に配置された第1金属バッファ層と、前記第1金属バッファ層上に配置された第1金属層と、前記GaAs層の裏面に配置された第2金属バッファ層と、前記第2金属バッファ層の前記GaAs層と反対側の表面に配置された第2金属層とを備えるGaAs基板構造と、
前記GaAs基板構造上に配置され、前記第3金属層上に配置される金属コンタクト層と、前記金属コンタクト層上に配置されるp型クラッド層と、前記p型クラッド層に配置される多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層上に配置されるn型クラッド層と、前記n型クラッド層上に配置されるウィンドウ層を備える発光ダイオード構造とから構成され、
前記第1金属層および前記第3金属層は、いずれもAu層で形成され、前記第1金属層および前記第3金属層を用いて、前記GaAs基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、
前記発光ダイオード構造は、前記第3金属層と前記p型クラッド層との間に、前記金属コンタクト層と略同じ厚みであって、パターニングされた開口部を有する絶縁層を含み、前記絶縁層の前記開口部に前記金属コンタクト層が形成されており、前記金属コンタクト層は、Auを含む金属からなり、
前記多重量子井戸層は、GaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを積層した多重量子井戸構造からなり、前記絶縁層は、前記多重量子井戸層からの発光波長に対して透明であることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記GaAs層の導電型はp型であることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記GaAs層の導電型はn型であることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記発光ダイオード構造側に予め配置された前記第3金属層によって、金属反射層が形成され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。
- 前記発光ダイオード構造からの放射光は、前記p型クラッド層と、前記第3金属層との界面に形成されたミラー面において反射されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記第3金属層と前記p型クラッド層との界面に介在される前記金属コンタクト層は前記ミラー面の一部を形成してい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。
- 前記第1金属層および前記第3金属層を熱圧着によって貼り付けることによって、前記GaAs基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付けることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体発光素子。
- GaAs基板と、
前記GaAs基板上に配置される金属層と、
前記金属層上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層および絶縁層と、
パターニングされた前記金属コンタクト層および前記絶縁層上に配置されるp型クラッド層10と、
前記p型クラッド層上に配置される多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層上に配置されるn型クラッド層と、
前記n型クラッド層上に配置されるウィンドウ層を備える発光ダイオード構造とから構成され、
前記金属層を用いて、前記GaAs基板と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、
前記金属コンタクト層は、所定のパターン構造が所定の間隔で配置されており、前記金属コンタクト層のパターン幅は5μm〜11μmであり、
前記絶縁層は、前記金属コンタクト層と略同じ厚みであって、パターニングされた開口部を有し、前記絶縁層の前記開口部に前記金属コンタクト層が形成されており、前記金属コンタクト層は、Auを含む金属からなり、
前記多重量子井戸層は、GaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを積層した多重量子井戸構造からなり、前記絶縁層は、前記多重量子井戸層からの発光波長に対して透明であることを特徴とする半導
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記金属層上に配置され,前記金属層と、パターニングされた前記金属コンタクト層および前記絶縁層との間に金属バッファ層をさらに備えることを特徴とする請求項8に記載の半導体発光素子。
- 前記金属バッファ層は、Ag、Al、Ni、Cr若しくはWのいずれかにより形成されることを特徴とする請求項9記載の半導体発光素子。
- 前記金属コンタクト層は、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形を基本とするドットパターン構造を有することを特徴とする請求項9〜10のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記金属層を前記GaAs基板と熱圧着によって貼り付けることによって、前記GaAs基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付けることを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記金属層は、Au層で形成され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。
- 前記発光ダイオード構造側に予め配置された前記金属層によって、金属反射層が形成されることを特徴とする請求項8〜13のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記発光ダイオード構造からの放射光は、前記絶縁層と、前記金属層との界面に形成されたミラー面において反射されることを特徴とする請求項8〜14のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記金属層と前記絶縁層との界面に介在される前記金属バッファ層は前記ミラー面の一部を形成していることを特徴とする請求項15に記載の半導体発光素子。
- 前記金属コンタクト層は、AuBe層あるいはAuBeとNiとの合金層、若しくはAu層/AuBe−Ni合金層/Au層の積層構造により形成されることを特徴とする請求項8〜16のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記絶縁層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、SiON膜、SiOxNy膜、或いはこれらの多層膜のいずれかにより形成されることを特徴とする請求項8〜17のいずれかに記載の半導体発光素子。
- GaAs基板と、前記GaAs基板の表面に配置された第1金属層とを備えるGaAs基板構造と、
当該GaAs基板構造上に配置され、第2金属層と、前記第2金属層上に配置されるp型クラッド層と、前記p型クラッド層上に配置される多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層上に配置されるn型クラッド層と、前記n型クラッド層上に配置されるウィンドウ層を備える発光ダイオード構造とから構成され、
前記第1金属層および前記第2金属層は、いずれもAu層で形成され、前記第1金属層および前記第2金属層を用いて、前記GaAs基板と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、
前記発光ダイオード構造は、前記第2金属層と前記p型クラッド層との間に、前記金属コンタクト層と略同じ厚みであって、パターニングされた開口部を有する絶縁層を含み、前記絶縁層の前記開口部に前記金属コンタクト層が形成されており、前記金属コンタクト層は、Auを含む金属からなり、
前記多重量子井戸層は、GaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを積層した多重量子井戸構造からなり、前記絶縁層は、前記多重量子井戸層からの発光波長に対して透明であることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記発光ダイオード構造側に予め配置された前記第2金属層によって、金属反射層が形成され、前記発光ダイオード構造からの放射光は、前記p型クラッド層と、前記第2金属層との界面に形成されるミラー面において反射されることを特徴とする請求項19記載の半導体発光素子。
- 前記第1金属層および前記第2金属層を熱圧着によって貼り付けることによって、前記GaAs基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付けることを特徴とする請求項19〜20のいずれかに記載の半導体発光素子。
- シリコン基板と、前記シリコン基板上に配置される第1のチタン層と、前記第1のチタン層上に配置される第1金属層とから構成されるシリコン基板構造と、
前記第1金属層上に配置される第2金属層と、前記第2金属層上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層および絶縁層と、パターニングされた前記金属コンタクト層および前記絶縁層上に配置され,露出された表面にフロスト処理領域を有するエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置され,パターニングされたn型GaAs層と、前記n型GaAs層上に配置され,パターニングされた表面電極層とから構成されるLED構造とを備え、
前記第1金属層および前記第2金属層を用いて、前記シリコン基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、
前記金属コンタクト層は、所定のパターン構造が所定の間隔で配置されており、前記金属コンタクト層のパターン幅は5μm〜11μmであり、
前記絶縁層は、前記金属コンタクト層と略同じ厚みであって、パターニングされた開口部を有し、前記絶縁層の前記開口部に前記金属コンタクト層が形成されており、前記金属コンタクト層は、Auを含む金属からなり、
前記エピタキシャル成長層は、GaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを積層した多重量子井戸構造からなる多重量子井戸層を含み、前記絶縁層は、前記多重量子井戸層からの発光波長に対して透明であることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記シリコン基板構造において、前記シリコン基板の裏面には、裏面電極層が配置され、前記エピタキシャル成長層と前記n型GaAs層の間には、電流集中を防止するための阻止層を配置することを特徴とする請求項22に記載の半導体発光素子。
- 前記阻止層は、GaAsにより形成されることを特徴とする請求項23に記載の半導体発光素子。
- 前記発光ダイオード構造側に予め配置された前記第2金属層によって、金属反射層が形成され、前記発光ダイオード構造からの放射光は、前記絶縁層と、前記第2金属層との界面に形成されるミラー面において反射されることを特徴とする請求項22〜24のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記第1金属層および前記第2金属層を熱圧着によって貼り付けることによって、前記シリコン基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付けることを特徴とする請求項22〜25のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記第1金属層および前記第2金属層は、いずれもAu層で形成されることを特徴とする請求項22〜26のいずれかに記載の半導体発光素子。
- GaAs基板と、前記GaAs基板上に配置される金属バッファ層と、前記金属バッファ層上に配置される第1金属層とから構成されるGaAs基板構造と、
前記第1金属層上に配置される第2金属層と、前記第2金属層上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層および絶縁層と、パターニングされた前記金属コンタクト層および前記絶縁層上に配置され,露出された表面にフロスト処理領域を有するエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置され,パターニングされたn型GaAs層と、前記n型GaAs層上に配置され,パターニングされた表面電極層とから構成されるLED構造を備え、
前記第1金属層および前記第2金属層を用いて、前記GaAs基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、
前記金属コンタクト層は、所定のパターン構造が所定の間隔で配置されており、前記金属コンタクト層のパターン幅は5μm〜11μmであり、
前記絶縁層は、前記金属コンタクト層と略同じ厚みであって、パターニングされた開口部を有し、前記絶縁層の前記開口部に前記金属コンタクト層が形成されており、前記金属コンタクト層は、Auを含む金属からなり、
前記エピタキシャル成長層は、GaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを積層した多重量子井戸構造からなる多重量子井戸層を含み、前記絶縁層は、前記多重量子井戸層からの発光波長に対して透明であることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記GaAs基板構造において、前記GaAs基板の裏面には、裏面電極層が配置され、前記エピタキシャル成長層と前記n型GaAs層の間には、電流集中を防止するための阻止層を配置することを特徴とする請求項28に記載の半導体発光素子。
- 前記阻止層は、GaAsにより形成されることを特徴とする請求項29に記載の半導体発光素子。
- 前記発光ダイオード構造側に予め配置された前記第2金属層によって、金属反射層が形成され、前記発光ダイオード構造からの放射光は、前記絶縁層と、前記第2金属層との界面に形成されるミラー面において反射されることを特徴とする請求項28〜30のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記第1金属層および前記第2金属層を熱圧着によって貼り付けることによって、前記GaAs基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付けることを特徴とする請求項28〜31のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記第1金属層および前記第2金属層は、いずれもAu層で形成されることを特徴とする請求項28〜32のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記金属層上に配置され,前記金属層と、パターニングされた前記金属コンタクト層および前記絶縁層との間に金属バッファ層をさらに備えることを特徴とする請求項28〜33のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記金属バッファ層は、Ag、Al、Ni、Cr若しくはWのいずれかにより形成されることを特徴とする請求項34に記載の半導体発光素子。
- 貼付け用の半導体基板構造、および貼付け用の発光ダイオード構造を準備する工程と、
半導体基板構造においては、半導体基板上に第1金属層を形成する工程と、
発光ダイオード構造においては、GaAs基板上のAlInGaP層、n型GaAs層、エピタキシャル成長層を順次形成する工程と、
前記エピタキシャル成長層上に、パターニングされた絶縁層に対して、金属コンタクト層および第2金属層を形成する工程と、
前記貼付け用の半導体基板構造、および前記貼付け用のLED構造を熱圧着により貼り付ける工程と、
前記GaAs基板をエッチングにより除去する工程と、
前記AlInGaP層を除去する工程と、
表面電極層をパターン形成する工程と、
フロスト処理を実施して、表面電極層の直下のn型GaAs層以外のn型GaAs層の除去を行う工程と
を有し、
前記金属コンタクト層は、所定のパターン構造が所定の間隔で配置されており、前記金属コンタクト層のパターン幅は5μm〜11μmであり、
前記絶縁層は、前記金属コンタクト層と略同じ厚みであって、パターニングされた開口部を有し、前記絶縁層の前記開口部に前記金属コンタクト層が形成されており、前記金属コンタクト層は、Auを含む金属からなり、
前記エピタキシャル成長層は、GaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを積層した多重量子井戸構造からなる多重量子井戸層を含み、前記絶縁層は、前記多重量子井戸層からの発光波長に対して透明であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記AlInGaP層を除去する工程後、前記表面電極層をパターン形成する工程前に電流集中を阻止するための阻止層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36記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記阻止層はGaAsにより形成されることを特徴とする請求項37記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記シリコン基板構造において、前記裏面電極層と前記シリコン基板との間には、第2のチタン層が配置されることを特徴とする請求項23に記載の半導体発光素子。
- 前記シリコン基板構造において、前記裏面電極層と前記第2のチタン層との間には、タングステンのバリアメタル層が配置されることを特徴とする請求項39に記載の半導体発光素子。
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