JP5776535B2 - Iii族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Description
図7は、変形例1のIII 族窒化物半導体発光素子のn電極150のパターンを示した平面図である。図7のように、変形例1のIII 族窒化物半導体発光素子は、平面視で正方形である。n電極150は、1つのパッド部151と、外周線状部152aと、3つのコンタクト部153を有している。
図8は、変形例2のIII 族窒化物半導体発光素子のn電極250のパターンを示した平面図である。変形例2のIII 族窒化物半導体発光素子は、図8のように平面視で長方形である。n電極250は、1つのパッド部251と、1つのコンタクト部253と、外周線状部252aとを有している。パッド部251は長方形の角部に配置され、コンタクト部253はその対角の角部に配置されている。外周線状部252aは、素子の外周部に沿って1周する枠状に形成されていて、パッド部251とコンタクト部253とを接続している。パッド部251、コンタクト部253の平面視における形状は変形例1と同様である。また、パッド部251、コンタクト部253は、一部はn型層43上に位置し、他の部は絶縁膜80上に位置している。また、外周線状部252aは、全部が絶縁膜80上に位置している。このように外周線状部252aを素子分離溝70に形成された絶縁膜80上に配置しているため、外周線状部252aによる光の反射・吸収が低減され、光取り出し効率が向上されている。
図9は、変形例3のIII 族窒化物半導体発光素子のn電極350のパターンを示した平面図である。変形例3のIII 族窒化物半導体発光素子は、図9のように、平面視で長方形である。n電極350は、1つのパッド部351と、1つのコンタクト部353と、外周線状部352aを有している。パッド部351は、平面視で長方形である素子の一方の短辺近傍に位置している。コンタクト部353は、パッド部351側とは対向する側の短辺近傍に位置している。外周線状部352aは、素子の外周部に沿って一周する枠状に形成されていて、パッド部351とコンタクト部353とを接続している。パッド部351の平面視における形状は変形例1と同様である。コンタクト部353の平面視における形状は矩形である。また、パッド部351、コンタクト部353は、一部はn型層43上に位置し、他の部は絶縁膜80上に位置している。また、外周線状部352aは、全部が絶縁膜80上に位置している。このように外周線状部352aを素子分離溝70に形成された絶縁膜80上に配置しているため、外周線状部352aによる光の反射・吸収が低減され、光取り出し効率が向上されている。
図10は、変形例4のIII 族窒化物半導体発光素子のn電極450のパターンを示した平面図である。変形例4のIII 族窒化物半導体発光素子は、図10のように、平面視で長方形である。n電極450は、1つのパッド部451と、2つのコンタクト部453と、線状部452とを有している。線状部452は、外周線状部452aと分断部452bを有している。パッド部451は、平面視で長方形である素子の中央部に配置されている。コンタクト部453は、素子の2つの短辺近傍にそれぞれ位置している。外周線状部452aは、素子の外周部に沿って一周する枠状に形成されていて、コンタクト部453間を接続している。分断部は、素子中央部を通る短辺に平行な直線状に形成されており、その中央部でパッド部451に接続し、両端で外周線状部452aに接続している。パッド部451、コンタクト部453の平面視における形状は変形例3と同様である。また、パッド部451、コンタクト部453は、一部はn型層43上に位置し、他の部は絶縁膜80上に位置している。また、外周線状部452aは、全部が絶縁膜80上に位置している。このように外周線状部452aを素子分離溝70に形成された絶縁膜80上に配置しているため、外周線状部452aによる光の反射・吸収が低減され、光取り出し効率が向上されている。
図11は、変形例5のIII 族窒化物半導体発光素子のn電極550のパターンを示した平面図である。変形例5のIII 族窒化物半導体発光素子は、図11のように、平面視で長方形である。n電極550は、1つのパッド部551と、1つのコンタクト部553と、外周線状部552aとを有している。平面視で長方形である素子のある長辺側の2つの角部のうち、一方の角部にパッド部551が配置され、他方の角部にコンタクト部553が配置されている。外周線状部552aは、その長辺に沿った一本の直線状に形成されており、パッド部551とコンタクト部553とを接続している。パッド部551、コンタクト部553の平面視における形状は変形例3と同様である。また、パッド部551、コンタクト部553は、一部はn型層43上に位置し、他の部は絶縁膜80上に位置している。また、外周線状部552aは、全部が絶縁膜80上に位置している。このように外周線状部552aを素子分離溝70に形成された絶縁膜80上に配置しているため、外周線状部552aによる光の反射・吸収が低減され、光取り出し効率が向上されている。
まず、サファイア基板90を用意し、サーマルクリーニングを行ってサファイア基板90表面の不純物を除去する。そして、サファイア基板90上に、AlNからなるバッファ層(図示しない)を介してMOCVD法によってIII 族窒化物半導体からなるn型層43、活性層42、p型層41を順に積層させ、半導体層40を形成する(図12.A)。MOCVD法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア(NH3 )、Ga源として、トリメチルガリウム(Ga(CH3 )3 )、In源として、トリメチルインジウム(In(CH3 )3 )、Al源として、トリメチルアルミニウム(Al(CH3 )3 )、n型ドーピングガスとして、シラン(SiH4 )、p型ドーピングガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5 H5 )2 )、キャリアガスとしてH2 またはN2 である。サファイア基板90以外にも、SiC、ZnO、スピネル、などの基板を用いることができる。
次に、p型層41上であって、平面視において後に形成するn電極50のパターンと一致する領域、および端部に、CVD法やスパッタによって電流注入防止層60を形成する(図12.B)。
次に、p型層41上、および、電流注入防止層60上の端部を除いた領域に、スパッタ法によってp電極30を形成する。他に蒸着法を用いてもよい。さらにp電極30上に接合層20を形成する(図12.C)。なお、p電極30と接合層20との間に、接合層20を構成する金属元素がp電極30やp型層41に拡散するのを防止するために、拡散防止層を形成しておくことが望ましい。拡散防止層には、Ti/Ni/Au(記号「/」は積層であることを意味し、A/BはAを成膜したのちBを成膜する意味する。以下において同じ。ここではp電極30側から接合層に向かってこの順に積層した構造である)などのTi/Niを含む多層膜や、W/Pt/AuなどのW/Ptを含む多層膜を用いることができる。
次に、支持体10を用意し、接合層20を介して、支持体10とp電極30を接合する(図12.D)。この際、支持体10の一方の表面にも接合層20を形成し、支持体10の接合層20とp電極30上の接合層20とを合わせて加熱プレスすることで接合している。
そして、レーザーリフトオフにより、サファイア基板90を分離除去する(図12.E)。すなわち、サファイア基板90側からサファイアは透過しIII 族窒化物半導体では吸収される波長のレーザー光(たとえばKrFなどのエキシマレーザ)を照射し、サファイア基板90と半導体層40との界面近傍の半導体層40を分解することで、半導体層40からサファイア基板90を剥離して除去する。
次に、n型層43表面側(発光層42側とは反対側の面)から、そのn型層43表面の素子分離する領域をRIE(反応性イオンエッチング)などのドライエッチングによってエッチングし、半導体層40を貫通して電流注入防止層60に達する深さの素子分離溝70を形成する(図12.F)。素子分離溝70は、ドライエッチングの他、KOHなどによるウェットエッチングやレーザー光照射によって形成してもよい。
次に、CVD法やスパッタを用いて、素子分離溝70底面、側面、およびn型層43表面の端部に連続する膜状の絶縁膜80を形成する(図12.G)。
次に、n型層43表面をTMAH水溶液によってウェットエッチングし、n型層43表面に凹凸形状44を形成する(図12.H)。このウェットエッチングにはTMAH以外にもKOHやNaOH、リン酸などを用いることもできる。
次に、n型層43上の所定の領域に、スパッタまたは蒸着とリフトオフ法を用いて、2つのパッド部51と線状部52とを有した図1に示すパターンのn電極50を形成する(図12.I)。
20:接合層
30:p電極
40:半導体層
41:p型層
42:発光層
43:n型層
50:n電極
51:パッド部
52a:外周線状部
52b:分断部
60:電流注入防止層
70:素子分離溝
80:絶縁膜
80a:第1領域
80b:第2領域
80c:第3領域
Claims (4)
- 導電性の支持体と、前記支持体上に位置するp電極と、前記p電極上に順に位置するIII 族窒化物半導体からなるp型層、発光層、n型層である半導体層と、前記n型層に給電するためのn電極と、を有し、前記n型層の長方形の表面から光を出力するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記半導体層の外周を貫通し、前記半導体層をメサ状とする素子分離溝と、
絶縁膜であって、前記n型層の前記表面上の外周領域に形成された第1領域、前記素子分離溝の側面に形成された第2領域、および、前記素子分離溝の底面に形成された第3領域を有して連続して設けられ、前記素子分離溝の前記側面に前記p型層、前記発光層、前記n型層が露出することによる電流のリーク又はショートを防止するための絶縁膜と、
を有し、
前記n電極は、
ボンディングワイヤと接続され、前記n型層の前記表面上の外周領域であって前記長方形の短辺又は角部に位置し、その一部が前記絶縁膜上に位置し、残部が前記n型層の前記表面に接触するパッド部と、
前記パッド部から離間して、前記n型層の前記表面上の外周領域であって前記パッド部が配設された前記短辺又は前記角部と対向する短辺又は対角位置にある角部に位置し、その一部が前記絶縁膜上に位置し、残部が前記n型層の前記表面に接触するコンタクト部と、
前記半導体層の前記外周に沿って線状に延伸して前記パッド部と前記コンタクト部とを接続し、前記外周を一周する閉じた枠状に形成された外周線状部であって、その外周線状部の全幅が全長に渡り前記絶縁膜上にのみ位置する外周線状部と、
を有し、
前記n電極には、前記コンタクト部及び前記パッド部の他には、前記n型層の前記表面と接触する部分が存在しない
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 前記外周線状部は、前記絶縁膜の前記第3領域上にのみ位置する、ことを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- 前記n電極のうち、前記パッド部および前記コンタクト部は、前記n型層に対してオーミック接触する材料からなり、前記外周線状部は、前記パッド部よりも前記絶縁膜に対する密着性の高い材料からなる、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- 前記パッド部および前記コンタクト部は、Ti、W、Al、Cr、またはそれらを含む合金からなり、前記外周線状部は、前記パッド部とは異なる材料であって、Ni、Ti、Cu、Al、またはこれらを含む合金からなる、ことを特徴とする請求項3に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
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