JP5376462B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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上記基板の表面における多数の微細凹凸の一部分の凹部を埋めると共にその部分を覆うように設けられたマスク層と、
上記基板の表面における多数の微細凹凸の上記マスク層で覆われていない部分を起点として結晶成長することにより該基板上に形成された半導体層と、
を備えた半導体発光素子であって、
上記マスク層は、上記基板との屈折率差よりも上記半導体層との屈折率差の方が小さい。
上記基板の表面における多数の微細凹凸の一部分の凹部を埋めると共にその部分を覆うように設けられたマスク層と、
上記基板の表面における多数の微細凹凸の上記マスク層で覆われていない部分を起点として結晶成長することにより該基板上に形成された半導体層と、
を備えた半導体発光素子の製造方法であって、
マスク層を、基板との屈折率差よりも半導体層との屈折率差の方が小さい材料で形成するものである。
図1は本実施形態に係る半導体発光素子10を示す。
次に、本実施形態に係る半導体発光素子10の製造方法について図2(a)〜(f)に基づいて説明する。
サファイアウエハを準備する。サファイアウエハは、その直径によっても変わるが厚さが0.3〜3.0mm、及び直径が50〜300mmである。なお、直径50mmのサファイアウエハの場合では、1枚のサファイアウエハ上に5000〜12000個の半導体発光素子10を作り込むことができる。
ZrO2マスク層12は、洗浄したサファイアウエハ加工基板11’に対して、例えば、プラズマCVD、常圧CVD、真空蒸着、スパッタリング等の方法により形成することができる。以下では、プラズマCVD法を利用したZrO2マスク層12の形成方法について説明する。
以下の各半導体層の形成方法としては、有機金属気相成長法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy:MOVPE)、分子線エピタキシ法(Molecular Beam Epitaxy:MBE)、ハイドライド気相成長法(Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE)等が挙げられ、これらのうち有機金属気相成長法が最も一般的である。以下では、有機金属気相成長法を利用した各半導体層の形成方法について説明する。
上記MOVPE装置を用いて、ZrO2マスク層12を設けたサファイアウエハ加工基板11’をZrO2マスク層12の表面が上向きになるように石英トレイ上にセットした後、サファイアウエハ加工基板11’を1050〜1150℃に加熱すると共に反応容器内の圧力を10k〜100kPaとし、また、反応容器内に設置したフローチャネル内にキャリアガスとしてH2を流通させ、その状態を数分間保持することによりサファイアウエハ加工基板11’をサーマルクリーニングする。
反応容器内の圧力を10k〜100kPaとし、また、反応容器内にキャリアガスH2を5〜15L/min(以下、ガス流量は基準状態(0℃、1気圧)での値とする)の流量で流通させながら、そこに反応ガスとして、V族元素供給源(NH3)、III族元素供給源1(TMG)、及びn型ドーピング元素供給源(SiH4)を、それぞれの供給流量が0.1〜5L/min、50〜150μmol/min、及び1〜5×10−3μmol/minとなるように流す。
サファイアウエハ加工基板11’の温度を800℃程度とすると共に反応容器内の圧力を10k〜100kPaとし、また、反応容器内にキャリアガスN2を5〜15L/minの流量で流通させながら、そこに反応ガスとして、V族元素供給源(NH3)、III族元素供給源1(TMG)、及びIII族元素供給源2(TMI)を、それぞれの供給流量が0.1〜5L/min、5〜15μmol/min、及び2〜30μmol/min流す。このとき、n型GaN層14に連続してInGaNが結晶成長して井戸層15aが形成される。
サファイアウエハ加工基板11’の温度を1000〜1100℃とすると共に反応容器内の圧力を10k〜100kPaとし、また、反応容器内にキャリアガスのH2を5〜15L/minの流量で流通させながら、そこに反応ガスとして、V族元素供給源(NH3)、III族元素供給源1(TMG)、III族元素供給源3(TMA)、及びp型ドーピング元素供給源(Cp2Mg)を、それぞれの供給流量0.1〜5L/min、50〜150μmol/min、2〜80μmol/min、及び0.03〜30μmol/min流す。
半導体層を積層形成したサファイアウエハ加工基板11’を部分的に反応性イオンエッチングすることによりn型GaN層14を露出させた後、真空蒸着、スパッタリング、CVD(Chemical Vapor Deposition)等の方法によりn型GaN層14上にn型電極18及びp型GaN層17上にp型電極19をそれぞれ形成する。
上記実施形態では、基板11がサファイア基板11、マスク層12がZrO2マスク層12、及び半導体層13がu-GaN層13の組合せの構成を例としたが、特にこれに限定されるものではなく、マスク層12が基板11との屈折率差よりも半導体層13との屈折率差の方が小さいものであればその他の組合せの構成であってもよい。
11 (サファイア)基板
11’ サファイアウエハ加工基板
11a 微細凹凸
12 (ZrO2)マスク層
13 半導体層,u-GaN層
14 n型GaN層
15 多重量子井戸層
15a 井戸層
15b 障壁層
16 p型AlGaN層
17 p型GaN層
18 n型電極
19 p型電極
Claims (5)
- 表面にサブミクロンオーダーの多数の微細凹凸を有する基板と、
上記基板の表面における多数の微細凹凸の一部分の凹部を埋めると共にその部分を覆うように設けられたマスク層と、
上記基板の表面における多数の微細凹凸の上記マスク層で覆われていない部分を起点として結晶成長することにより該基板上に形成された半導体層と、
を備えた半導体発光素子であって、
上記マスク層は、上記基板との屈折率差よりも上記半導体層との屈折率差の方が小さい半導体発光素子。 - 請求項1に記載された半導体発光素子において、
上記基板がサファイア基板である半導体発光素子。 - 請求項1又は2に記載された半導体発光素子において、
上記半導体層がGaNである半導体発光素子。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載された半導体発光素子において、
上記マスク層が酸化ジルコニウムである半導体発光素子。 - 表面にサブミクロンオーダーの多数の微細凹凸を有する基板と、
上記基板の表面における多数の微細凹凸の一部分の凹部を埋めると共にその部分を覆うように設けられたマスク層と、
上記基板の表面における多数の微細凹凸の上記マスク層で覆われていない部分を起点として結晶成長することにより該基板上に形成された半導体層と、
を備えた半導体発光素子の製造方法であって、
マスク層を、基板との屈折率差よりも半導体層との屈折率差の方が小さい材料で形成する半導体発光素子の製造方法。
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