JP5620846B2 - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
はじめに、成長用基板50を用意する。本実施例では、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によりGaN系窒化物半導体膜を形成することができるC面サファイア基板を成長用基板50として用いた。
ウエハをMOCVD装置から取り出してp型半導体層26の活性化を行った。成長過程において、p型半導体層26の内部にはキャリアガスの原料である水素が混入しており、Mg−H結合が形成されている。このような状態では、ドープされたMgはドーパントとしての機能を果たすことができず、p型半導体層26は高抵抗化している。この為、p型半導体層26内に混入している水素を脱離させる活性化工程が必要となる。具体的には、400℃以上の不活性ガス雰囲気中でウエハの熱処理を行ってp型半導体層26の活性化処理を行った。
活性化されたp型半導体層26の表面にオーミック電極として機能する第1の透明電極42を形成した。基板温度を約200℃とし、RFスパッタ法によりp型半導体層26の表面に厚さ約20nmのITO膜を形成した。次に、ITO膜上に所定の開口パターンを有するレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介してITO膜をウェットエッチングした。これにより、nパッド電極の直下にあたるp型半導体層の表面中央部のITO膜を除去し、ITO膜を除去した部分においてp型半導体膜26を露出させた。尚、ITO膜の成膜時の基板温度は150℃以上300℃以下の範囲に設定することができる。ITOは基板温度150℃以上で結晶化が促進される。基板温度が低く結晶化が促進されない場合、ITOの光透過率は著しく低下するため好ましくない。一方、基板温度が300℃以上となると、結晶化が促進されITO膜をパターニングするためのエッチング処理が困難となる。また、この場合、ITO膜中の酸素量が増加して酸素欠損が減少することによりキャリア濃度が減少し、シート抵抗が増加するため好ましくない。
第1の透明電極42を部分的に除去することにより露出したp型半導体層26の露出面に電流制御層として機能する第2の透明電極44を形成した。すなわち、第2の透明電極44は、nパッド電極の直下にあたるp型半導体層26の表面中央に配置される。また、第2の透明電極44は、第1の透明電極42に電気的に接続されるように形成される。具体的には、基板温度を約200℃とし、RFスパッタ法によりp型半導体層26の露出面に厚さ約20nmのITO膜を形成した。ITO膜は、先の工程において形成された第1の透明電極42の表面をも覆うように形成される。尚、ITO膜の成膜時の基板温度は150℃以上300℃以下の範囲に設定することができる。次に、ITO膜上に所定の開口パターンを有するレジストマスクを形成し、レジストマスクを介してITO膜をウェットエッチングして第2の透明電極44にパターニングを施した。第1の透明電極42は、先の酸素雰囲気中での熱処理により結晶化が促進され、エッチング速度が著しく遅い為、このエッチング工程において第1の透明電極42が除去されることはない。第2の透明電極44を構成するITO膜に対しては、成膜後の熱処理は行わない。すなわち、第2の透明電極44についてはシンタリング処理は実施されず、ITO膜の成膜直後の界面状態が維持される。従って、第2の透明電極44とp型半導体層26との接触は非オーミック性接触となり、p型半導体層26に対する接触抵抗は、第1の透明電極42よりも高くなる。以上の工程を経て第1および第2の透明電極からなるp電極40が形成される(図2(c))。
スパッタ法によりp電極40の表面に厚さ200nm程度のAgを堆積させて光反射層14を形成した。尚、光反射層14は、発光波長に対して高い光反射性を有する他の材料、例えばAl、Rh、Pd等からなる単層膜により構成されていてもよいし、これらのうちのいくつかを積層した積層膜により構成されていてもよい。また、第1の透明電極42や第2の透明電極44との密着性を高めるためにTi又はNiを介して上記光反射性を有する金属膜を形成することとしてもよい。また、接合層12との密着性を高めるために光反射層14の最表面をAu層としてもよい。さらに、光反射層14へ接合層12の材料の拡散を抑制するためバリア層等、適宜な層を光反射層14上に形成することができる。
半導体膜20を支持可能な機械的強度を有する導電性の支持基板10を用意する。ドーパント注入により導電性が付与されたSi基板を支持基板10として使用した。次に、スパッタ法により支持基板10の表面に厚さ約1μmのAuSnからなる接合層12を形成した。AuとSnの配合比率は、Snを20重量パーセント(wt%)とした。尚、接合層12は、熱圧着法等により支持基板10と半導体膜20とを接合できる他の材料により構成されていてもよい。
レーザリフトオフ(LLO)法を用いて成長用基板50を半導体膜20から剥離した。レーザ光源としてエキシマレーザを使用した。成長用基板50の裏面側から照射されたレーザは、半導体膜20に達し、成長用基板10との界面近傍におけるGaNを金属GaとN2ガスに分解する。これにより、成長用基板10と半導体膜20との間に空隙が形成され、成長用基板10が半導体膜20から剥離する。成長用基板10を剥離することによりn型半導体層22が露出する。続いて、露出したn型半導体層22表面に付着しているGaを塩酸処理によって除去した。この後、ArイオンやClイオンを用いた反応性イオンエッチング(RIE:reactive ion etching)や化学機械研磨(CMP: chemical mechanical planarization)などにより、n型半導体層22の表面を平坦化してもよい。また、n型半導体層22の表面に光取り出し効率向上のための凹凸を形成してもよい(図3(b))。
成長用基板50を剥離することにより露出したn型半導体層22の表面にnパッド電極30を形成した。nパッド電極30の形成領域に開口部を有するレジストマスクをn型半導体層22上に形成し、続いてEB蒸着法によりウエハ上に厚さ約1nmのTiおよび厚さ約1μmのAlを順次堆積させた。その後、不要部分の上記電極材料をレジストマスクとともに除去することによりnパッド電極30のパターニングを行った。これにより、n型半導体層22の表面中央にnパッド電極30が形成される。nパッド電極30は、電流制御層として機能する第2の透明電極44と対向する(重なる)位置に設けられる(図3(c))
以上の各工程を経ることにより、半導体発光装置1が完成する。上記した製造方法で作製された半導体発光装置の第1の透明電極42および第2の透明電極44の各種特性について評価した結果を以下に示す。
20 半導体膜
22 n型半導体層
24 活性層
26 p型半導体層
30 n電極
40 p電極
42 第1の透明電極
44 第2の透明電極
50 成長用基板
Claims (9)
- 支持体に接合された半導体膜と、
前記半導体膜の前記支持体との接合面とは反対側の面を部分的に覆う第一電極と、
前記半導体膜の前記支持体との接合面側に設けられた第二電極と、を含み、
前記第二電極は、互いに同一の金属酸化物透明導電体からなり且つ互いに電気的に接続された第一の透明電極および第二の透明電極を含み、
前記第二の透明電極は、前記半導体膜を挟んで前記第一電極と対向する位置に設けられ且つ前記半導体膜に対する接触抵抗が前記第一の透明電極よりも高く、
前記第一の透明電極は、前記半導体膜とシンタリングされた界面を形成し、
前記第二の透明電極は、前記半導体膜とシンタリングされていない界面を形成し、
前記第一の透明電極は前記第二の透明電極よりも酸素欠損部位が少なく結晶化が促進されていることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記第二の透明電極のシート抵抗は、前記第一の透明電極のシート抵抗よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
- 前記第二の透明電極のバンドギャップは、前記第一の透明電極のバンドギャップよりも大であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光装置。
- 前記第二の透明電極の前記半導体膜に対する接触抵抗は、前記第一の透明電極の前記半導体膜に対する接触抵抗の1000倍以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
- 前記第一および第二の透明電極は、スズドープ酸化インジウムからなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
- 前記支持体と前記半導体膜との間に設けられた光反射層を更に有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
- 成長用基板上に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜上に透明電極層を形成する工程と、
前記透明電極層上に支持体を形成する工程と、
前記成長用基板を除去する工程と、
前記成長用基板を除去することにより露出した前記半導体膜の露出面上の一部を覆うパッド電極を形成する工程と、を含み、
前記透明電極層を形成する工程は、
前記半導体膜上に第一の金属酸化物透明導電膜を成膜する工程と、
前記第一の金属酸化物透明導電膜の前記パッド電極と対向する部分を除去する工程と、
熱処理により前記第一の金属酸化物透明導電膜をシンタリングする工程と、
前記シンタリングする工程の後に前記第一の金属酸化物透明導電膜を部分的に除去することにより露出した前記半導体膜の表面に第二の金属酸化物透明導電膜を成膜する工程と、を有し、
前記第二の金属酸化物透明導電膜はシンタリングされないことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記熱処理は、前記金属酸化物透明導電膜の結晶化が促進される温度であって酸素を含む雰囲気中で行われることを特徴とする請求項7に記載の製造方法。
- 前記透明電極層を構成する金属酸化物透明導電膜は、スズドープ酸化インジウムからなること特徴とする請求項7又は8に記載の製造方法。
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