JP5951732B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。 Embodiments of the present invention relates to a semiconductor light-emitting element.
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)、及び、レーザダイオード(LD:Laser Diode)などの半導体発光素子が開発されている。半導体発光素子においては、例えば窒化ガリウムなどの窒化物半導体層を成長用基板の上に結晶成長する。この際、成長用基板と半導体層との間の熱膨張係数の差が大きいと、結晶成長の後、室温に戻したときに結晶性の劣化またはクラックが生じ、品質が低下することがある。 Semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) have been developed. In a semiconductor light emitting device, a nitride semiconductor layer such as gallium nitride is crystal-grown on a growth substrate. At this time, if the difference in thermal expansion coefficient between the growth substrate and the semiconductor layer is large, the crystal quality may be deteriorated or cracked when the temperature is returned to room temperature after crystal growth, and the quality may be lowered.
本発明の実施形態は、高品質の半導体発光素子を提供する。 Embodiments of the present invention provides a high-quality semiconductor light emitting element of.
本発明の実施形態によれば、基板と、第1電極と、第1半導体層と、発光層と、第2半導体層と、絶縁層と、第2電極と、を含む半導体発光素子が提供される。前記基板は、第1の領域と、第2の領域と、前記第1の領域と前記第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含む。前記第1半導体層は、前記第1の領域の上に設けられた第1部分と、前記第2の領域の上に設けられた第2部分と、を含み、第1導電形である。前記発光層は、前記第1部分の上に設けられた第3部分と、前記第2部分の上に設けられた第4部分と、を含む。前記第2半導体層は、前記第3部分の上に設けられた第5部分と、前記第4部分の上に設けられた第6部分と、を含み、第2導電形である。前記絶縁層は、前記第3の領域の上において、前記第1部分と前記第2部分との間、及び、前記第3部分と前記第4部分との間に設けられる。前記第2電極は、前記第5部分と前記第6部分との間に設けられ前記第5部分と前記第6部分との間において前記絶縁層と接する。前記第1電極は、前記第1部分と前記第1の領域との間及び前記第2部分と前記第2の領域との間に設けられ、前記第1部分及び第2部分に接する。前記絶縁層の上面の、前記第1の領域から前記第2の領域に向かう第1方向の幅は、前記第2電極の下面の前記第1方向の幅よりも広い。
本発明の実施形態によれば、基板と、第1電極と、第1半導体層と、発光層と、第2半導体層と、絶縁層と、第2電極と、を含む半導体発光装置が提供される。前記基板、第1の領域と、第2の領域と、前記第1の領域と前記第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含む。前記第1半導体層は、前記第1の領域の上に設けられた第1部分と、前記第2の領域の上に設けられた第2部分と、を含み、第1導電形である。前記発光層は、前記第1部分の上に設けられた第3部分と、前記第2部分の上に設けられた第4部分と、を含む。前記第2半導体層は、前記第3部分の上に設けられた第5部分と、前記第4部分の上に設けられた第6部分と、を含み、第2導電形である。前記絶縁層は、前記第3の領域の上において、前記第1部分と前記第2部分との間、及び、前記第3部分と前記第4部分との間に設けられる。前記第2電極は、前記第5部分と前記第6部分との間に設けられ前記第5部分と前記第6部分との間において前記絶縁層と接する。前記第1電極は前記第1部分と前記第1の領域との間及び前記第2部分と前記第2の領域との間に設けられ、前記第1部分及び前記第2部分に接する。前記絶縁層は、前記絶縁層の下面に設けられた凹部を有する。前記第1電極の少なくとも一部は、前記凹部の内面に沿う。
According to an embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device including a substrate, a first electrode, a first semiconductor layer, a light emitting layer, a second semiconductor layer, an insulating layer, and a second electrode. The The substrate includes a first region, a second region, and a third region provided between the first region and the second region. The first semiconductor layer includes a first portion provided on the first region and a second portion provided on the second region, and has the first conductivity type. The light emitting layer includes a third portion provided on the first portion and a fourth portion provided on the second portion. The second semiconductor layer includes a fifth portion provided on the third portion and a sixth portion provided on the fourth portion, and has the second conductivity type. The insulating layer is provided on the third region, between the first portion and the second portion, and between the third portion and the fourth portion. Said second electrode is in contact with pre-Symbol said insulating layer between said fifth portion and the sixth portion disposed between the fifth portion and the sixth portion. The first electrode is provided between the first portion and the first region, and between the second portion and the second region, and is in contact with the first portion and the second portion . Wherein the upper surface of the insulating layer, the first of the first width from a region toward the second region is wider than the lower surface of the first width of the second electrode.
According to an embodiment of the present invention, a semiconductor light emitting device is provided that includes a substrate, a first electrode, a first semiconductor layer, a light emitting layer, a second semiconductor layer, an insulating layer, and a second electrode. The The substrate includes a first region, a second region, and a third region provided between the first region and the second region. The first semiconductor layer includes a first portion provided on the first region and a second portion provided on the second region, and has the first conductivity type. The light emitting layer includes a third portion provided on the first portion and a fourth portion provided on the second portion. The second semiconductor layer includes a fifth portion provided on the third portion and a sixth portion provided on the fourth portion, and has the second conductivity type. The insulating layer is provided on the third region, between the first portion and the second portion, and between the third portion and the fourth portion. The second electrode is provided between the fifth portion and the sixth portion, and is in contact with the insulating layer between the fifth portion and the sixth portion. The first electrode is provided between the first portion and the first region, and between the second portion and the second region, and is in contact with the first portion and the second portion. The insulating layer has a recess provided on the lower surface of the insulating layer. At least a portion of the first electrode is along the inner surface of the recess.
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 図2は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。 図1は、図2のA1−A2線断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic plan view illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment. 1 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG.
図1及び図2に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子110は、第1電極40と、第1半導体層10と、発光層30と、第2半導体層20と、絶縁層60と、第2電極50と、を含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor
第1電極40は、第1領域41と、第2領域42と、第3領域43と、を含む。第3領域43は、第1領域41と第2領域42との間に設けられる。
The
第1電極40の主面に対して垂直な方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。
A direction perpendicular to the main surface of the
例えば、半導体発光素子110をZ軸方向に沿ってみたときの形状(平面形状)は、矩形(例えば長方形)である。半導体発光素子110の平面形状の1つの辺は、例えばX軸方向に沿う。半導体発光素子110の平面形状の別の辺は、例えばY軸方向に沿う。
For example, the shape (planar shape) when the semiconductor
図2に例示したように、この例では、第3領域43は、X−Y平面内で格子状に設けられる。第3領域43は、第1領域41と第2領域42とを分断する領域である。
As illustrated in FIG. 2, in this example, the
例えば、第1領域41から第2領域42に向かう第1方向は、X軸方向に対して平行である。但し、実施形態はこれに限らず、第1方向は、X−Y平面に対して平行な任意の方向とすることができる。すなわち、第1領域41から第2領域42に向かう第1方向と、半導体発光素子110の辺の方向と、の関係は任意である。以下では、第1方向が、X軸方向に対して平行である場合として説明する。
For example, the first direction from the
この例では、第1領域41及び第2領域42は、それぞれ複数設けられている。複数の第1領域41は、第1領域41から第2領域42に向かう第1方向に対して非平行な第2方向に並ぶ。複数の第2領域42は、第2方向に沿って並ぶ。この例では、第2方向は、Y軸方向である。
In this example, a plurality of
このように、複数の第1領域41及び複数の第2領域42が格子状に配置されている。実施形態において、複数の第1領域41の数及び複数の第2領域42の数は任意である。
As described above, the plurality of
図2に例示したように、半導体発光素子110は、パッド部55をさらに含むことができる。パッド部55は、第2電極50と電気的に接続されている。第2電極50は、例えば、細線電極となる。
As illustrated in FIG. 2, the semiconductor
図1に例示したように、第1半導体層10は、第1導電形である。第1半導体層10は、第1部分p1と第2部分p2とを含む。第1部分p1は、第1領域41の上に設けられる。第2部分p2は、第2領域42の上に設けられる。
As illustrated in FIG. 1, the
発光層30は、第3部分p3と第4部分p4とを含む。第3部分p3は、第1部分p1の上に設けられる。第4部分p4は、第2部分p2の上に設けられる。
The
第2半導体層20は、第2導電形である。第2半導体層20は、第5部分p5と第6部分p6とを含む。第5部分p5は、第3部分p3の上に設けられる。第6部分p6は、第4部分p4の上に設けられる。第2半導体層20は、第5部分p5の第6部分p6に対向する第1側面s1と、第6部分p6の第5部分p5に対向する第2側面s2と、を有している。第1側面s1は、第2側面s2と第1方向に沿って対向する。第2側面s2は、第1側面s1と第1方向に沿って対向する。
The
第1導電形は、例えばp形であり、第2導電形は、例えばn形である。ただし、実施形態はこれに限らず、第1導電形がn形であり第2導電形がp形でも良い。以下では、第1導電形がp形であり、第2導電形がn形である場合として説明する。 The first conductivity type is, for example, p-type, and the second conductivity type is, for example, n-type. However, the embodiment is not limited to this, and the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type. In the following description, it is assumed that the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.
第1半導体層10、第2半導体層20及び発光層30は、窒化物半導体を含む。例えば、第1半導体層10は、p形のGaNを含む。第2半導体層20は、n形のGaNを含む。第1半導体層10、第2半導体層20及び発光層30の例については後述する。
The
絶縁層60は、第3領域43の上において、第1部分p1と第2部分p2との間、及び、第3部分p3と第4部分p4との間に設けられる。絶縁層60は、第1半導体層10の第1部分p1と第2部分p2とを分断する。絶縁層60は、発光層30の第3部分p3と第4部分p4とを分断する。この例では、絶縁層60は、第3領域43に沿って格子状に設けられる。これにより、第1半導体層10は格子状に分断され、発光層30も格子状に分断される。
The insulating
絶縁層60には、例えば、金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物などの絶縁材料が用いられる。絶縁層60には、例えば、酸化シリコン(例えばSiO2)、窒化シリコン(SiN)、または、酸窒化シリコン(SiON)などが用いられる。
For the insulating
第2電極50は、第7部分p7と第8部分p8と第9部分p9とを含む。第7部分p7は、絶縁層60の上に設けられる。第8部分p8は、第2半導体層20の第1側面s1(第5部分p5の第6部分p6に対向する側面)に接する。第9部分p9は、第2半導体層20の第2側面s2(第6部分p6の第5部分p5に対向する側面)に接する。
The
例えば、第8部分p8は、第1側面s1とオーミック接触しており、第9部分p9は、第2側面s2とオーミック接触している。このように、第2電極50は、第2半導体層20と、第2半導体層20の側面でオーミック接触している。
For example, the eighth portion p8 is in ohmic contact with the first side surface s1, and the ninth portion p9 is in ohmic contact with the second side surface s2. Thus, the
この例では、半導体発光素子110は、第3半導体層23をさらに含む。第3半導体層23は、第5部分p5の上に設けられた第10部分p10、及び、第6部分p6の上に設けられた第11部分p11と、を含む。第3半導体層23の不純物濃度は、第2半導体層20(第5部分p5及び第6部分p6)の不純物濃度よりも低い。第3半導体層23は、例えば、不純物を添加しないGaN層(i−GaN層)などを含む。この例では、第3半導体層23は、第3半導体層23の上面に設けられた凹凸23pを有する。この凹凸23pの凹凸の深さは、発光層30から放出される光(発光光)のピーク波長の0.8倍以上5倍以下であることが望ましい。凹凸23pにより、発光層30から放出される光を素子の外に効率良く取り出すことができる。
In this example, the semiconductor
第3半導体層23は必要に応じて設けられ、省略しても良い。第3半導体層23の例については、後述する。
The
第2電極50の第8部分p8は、第3半導体層23の第10部分p10の第11部分p11に対向する側面にさらに接する。第2電極50の第9部分p9は、第3半導体層23の第11部分p11の第10部分p10に対向する側面にさらに接する。
The eighth portion p8 of the
すなわち、第2半導体層20(及び第3半導体層23)に、格子状の第3領域43に沿って、格子状の溝(第2溝20t)が設けられる。第2溝20tは、第2半導体層20(及び第3半導体層23)を格子状に分断する。第2溝20t内に導電層が設けられ、第2電極50が形成される。第2電極50は、第2溝20tの内壁に露出する第2半導体層20の側面(第1側面s1及び第2側面s2)と電気的に接続される。
That is, a lattice-shaped groove (
一方、絶縁層60は、第1半導体層10と第2電極50とを電気的に絶縁し、発光層30と第2電極50とを電気的に絶縁する。
On the other hand, the insulating
半導体発光素子110においては、第1電極40と第2電極50との間に電圧が印加され、第1半導体層10と第2半導体層20とを介して発光層30に電流が供給され、発光層30から光が放出される。発光光のピークの波長は、例えば、370ナノメートル(nm)以上700nm以下である。
In the semiconductor
半導体発光素子110においては、第1半導体層10、発光層30及び第2半導体層20を含む積層半導体層15が設けられる。なお、第3半導体層23が設けられる場合は、積層半導体層15は、第3半導体層23も含む。半導体発光素子110においては、積層半導体層15が、X−Y平面内で複数の領域に分断される。具体的には、発光層30及び第1半導体層10は、絶縁層60により分断され、第2半導体層20は、第2電極50(すなわち、第2溝20t)により分断される。このため、積層半導体層15の複数の領域のそれぞれの面積は、分断されない場合に比べて小さくなる。
In the semiconductor
例えば、積層半導体層15の結晶層を成長用基板上に成長したときに、結晶層と成長用基板との間の熱膨張係数が大きいことに起因して、結晶に過度な応力が印加され、結晶性の劣化やクラックが生じる。
For example, when the crystal layer of the stacked
しかし、本実施形態においては、積層半導体層15が分断されて半導体層のサイズが小さくされているため、半導体層に応力が印加された場合においても、結晶性の劣化やクラックが抑制できる。実施形態によれば、高品質の半導体発光素子が提供できる。このように、実施形態においては、積層半導体層15に蓄積される残留応力を緩和する構成が導入されている。これにより、クラックの発生が抑制できる。
However, in this embodiment, since the
特に、窒化物半導体(例えばGaN)とシリコンとにおける熱膨張係数の差は、比較的大きい。このため、シリコンの成長用基板の上に、窒化物半導体の積層半導体層15を成長させる場合には、特に大きな応力が発生する。このため、シリコン基板の上に窒化物半導体層を形成する場合に、実施形態の構成を提供することで、結晶性の劣化やクラックがより効果的に抑制される。
In particular, the difference in thermal expansion coefficient between a nitride semiconductor (for example, GaN) and silicon is relatively large. For this reason, when the nitride semiconductor laminated
この例では、半導体発光素子110は、支持基板70と、第1中間導電層71と、第2中間導電層72と、をさらに含む。支持基板70は、導電性である。支持基板70には、例えば、導電性のシリコン基板などが用いられる。支持基板70の上に、第1電極40が設けられる。すなわち、支持基板70と第1半導体層10との間に第1電極40が配置される。第1中間導電層71は、支持基板70と第1電極40との間に設けられる。第2中間導電層72は、支持基板70と第1中間導電層71との間に設けられる。例えば、第1中間導電層71は、第1電極40の表面(下面)上に形成される。第2中間導電層72は、支持基板70の表面に形成される。第1中間導電層71と第2中間導電層72とを互いに対向させて、第1中間導電層71と第2中間導電層72とを接合することで、支持基板70は第1電極40と接合される。
In this example, the semiconductor
第1中間導電層71は、例えば接着金属層である。第1中間導電層71には、例えばTiまたはTi合金が用いられる。第2中間導電層72は、接合用金属層である。第2中間導電層72には、例えば、AnSn合金などが用いられる。
The first intermediate
半導体発光素子110は、例えば、Thin Film形の半導体発光素子である。後述するように、半導体発光素子110においては、成長用基板の上に半導体層が結晶成長された後に、半導体層に支持基板が接合され、その後、成長用基板が除去される。このような加工を行い、薄い半導体層が成長用基板から剥離される構成において、結晶の品質は、より劣化し易い。例えば、特にシリコンの成長用基板の上に半導体層を結晶成長させ、さらに、成長用基板を剥離する構成である。このような構成に、本実施形態を適用することで、結晶性の劣化やクラックが効果的に抑制される。
The semiconductor
なお、本明細書において、「接合」は、直接的に固定される状態の他に、間に別の要素を挿入した状態で固定される状態も含む。また、「上に設けられる」は、直接的に接して配置される場合の他に、間に別の要素が挿入されて配置される場合も含む。また、「対向」は、直接的に面する状態の他に、間に別の要素が挿入されて間接的に面する状態も含む。また、「積層」とは、互いに接して重ねられる状態の他に、間に他の層が挿入されて重ねられる状態も含む。 In this specification, “joining” includes not only the state of being directly fixed, but also the state of being fixed with another element inserted therebetween. Further, “provided on” includes not only the case of being disposed in direct contact but also the case of being disposed with another element interposed therebetween. Further, “opposite” includes not only a state of facing directly but also a state of facing indirectly by inserting another element therebetween. The term “laminated” includes not only the state of being stacked in contact with each other but also the state of being stacked with another layer interposed therebetween.
なお、複数の半導体発光素子チップを基体の上に配置し、それらの電極を互いに接続して発光装置を形成する構成がある。この構成は、製造が煩雑である。この場合には、個別の半導体発光素子チップがそれぞれ基体上に配置されるため、基体と半導体層との距離は、半導体発光素子チップにより異なる。また、半導体層の結晶方位は、半導体発光素子チップにより異なる。 There is a configuration in which a plurality of semiconductor light emitting element chips are arranged on a base and their electrodes are connected to each other to form a light emitting device. This configuration is complicated to manufacture. In this case, since the individual semiconductor light emitting element chips are respectively arranged on the base, the distance between the base and the semiconductor layer differs depending on the semiconductor light emitting element chip. The crystal orientation of the semiconductor layer varies depending on the semiconductor light emitting element chip.
これに対して、実施形態に係る半導体発光素子110は、後述するように、1つの成長用基板の上に形成された積層半導体層15が分断される。このため、成長用基板と半導体層との距離は、複数の領域で一定である。また、半導体層の結晶方位は、複数の領域で一定である。このため、例えば、第1半導体層10と発光層30との間の界面と、第1電極40との間の距離は一定である。
In contrast, in the semiconductor
例えば、図1に例示したように、第1部分p1と第3部分p3との間の界面IF1と第1電極40との距離は、第2部分p2と第4部分p4との間の界面IF2と第1電極40との距離と、同じである。例えば、第1部分p1の結晶方位は、第2部分p2の結晶方位と、同じである。例えば、第3部分p3の結晶方位は、第4部分p4の結晶方位と同じである。例えば、第5部分p5の結晶方位は、第6部分p6の結晶方位と同じである。これによって個片化された各領域間の距離は、絶縁物層の幅よりも狭くなる。この構成によれば、例えば、複数の半導体発光素子チップを基体の上に配置し、それらの電極を互いに接続して発光装置を形成する構成に比べて、チップの実装密度が高くなる。さらに、コスト削減に有利である。
For example, as illustrated in FIG. 1, the distance between the interface IF1 between the first part p1 and the third part p3 and the
また、積層半導体層15(第1半導体層10、発光層30及び第2半導体層20)を分断せず、例えば、第1半導体層10及び発光層30が分断され、第2半導体層20が分断されない構成も考えられる。また、例えば、第1半導体層10が分断され、発光層30及び第2半導体層20が分断されない構成も考えられる。しかしながら、積層半導体層15に含まれる層のいずれかが分断されない構成においては、分断されないその層において応力が緩和されず、クラックの発生の抑制が困難である。
Further, the stacked semiconductor layer 15 (the
実施形態においては、積層半導体層15(第1半導体層10、発光層30及び第2半導体層20)を分断することで、印加される応力を効果的に分散する。これにより、高品質の半導体発光素子が提供できる。
In the embodiment, by dividing the stacked semiconductor layer 15 (the
図1に例示したように、絶縁層60の上面60uの第1方向(例えばX軸方向)の幅は、第2電極50の下面50lの第1方向の幅よりも広い。これにより、絶縁層60による、第1半導体層10と第2電極50との絶縁、及び、発光層30と第2電極50との絶縁が、より確実に行われる。
As illustrated in FIG. 1, the width of the
半導体発光素子110において、第2電極50は、発光層30から放出される光に対して反射性とすることができる。また、第1電極40は、発光層30から放出される光に対して反射性とすることができる。これにより、発光層30から放出された光を、効果的に素子の外部に取り出すことができる。
In the semiconductor
第1電極40には、例えば、Ag、Al及びPdの少なくともいずれかの単層膜、または、それらの2つ以上の膜の積層膜を用いることができる。第1電極40には、例えばAgまたはAg合金が用いられる。第2電極50には、例えば、Ag、Al及びPdの少なくともいずれかの単層膜、または、それらの2つ以上の膜の積層膜を用いることができる。第2電極50には、例えばAgまたはAg合金が用いられる。
For the
図3は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 図3は、積層半導体層15が結晶成長されるときの状態を例示している。すなわち、図3は、半導体発光素子110の製造工程の1つの段階の状態を例示している。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment. FIG. 3 illustrates the state when the
図3に表したように、成長用基板5の上に、積層半導体層15がエピタキシャル成長される。積層半導体層15の成長方法には、例えば、有機金属気相堆積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法、または、有機金属気相成長(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)法などを用いることができる。成長用基板5と積層半導体層15が、積層体16に含まれる。
As shown in FIG. 3, the
成長用基板5には、例えばシリコン(Si)が用いられる。実施形態はこれに限らず、例えば、成長用基板5には、Si、SiO2、石英、サファイア、GaN、SiC及びGaAsのいずれかが用いられる。このとき、成長用基板5の面方位は任意である。以下では、成長用基板5としてSi基板を用いる例について説明する。
For example, silicon (Si) is used for the
成長用基板5の上に第3半導体層23が形成される。第3半導体層23は、例えば、AlN層25と、AlGaN層24と、積層中間層22sと、下地層20iと、を含む。AlN層25は、成長用基板5の上に形成される。
A
AlN層25は、低温成長または高温成長により形成される。低温成長の場合は、AlN層25の形成温度は、例えば、400℃以上500℃以下である。低温成長の場合におけるAlN層25の厚さは、例えば、30nm以上100nm以下である。高温成長の場合は、AlN層25の形成温度は、例えば、700℃以上1200℃以下である。高温成長の場合におけるAlN層25の厚さは、例えば、100nm以上300nm以下である。AlN層25は、積層された、低温成長の層と、高温成長の層と、を含んでも良い。AlN層25の形成温度が低いときには、形成温度が高いときよりも、AlN層25の厚さを薄くする。これにより、結晶品質が維持し易くなる。
The
AlGaN層24は、AlN層25の上に形成される。AlGaN層24の形成温度は、例えば、800℃以上1200℃以下である。AlGaN層24の厚さは、例えば、300nm以上2000nm以下である。AlGaN層24におけるAl組成比は、例えば、0.15以上1未満である。AlGaN層24は、互いに組成の異なる複数の層を含んでも良い。AlGaN層24は、連続的に変化する組成を有しても良い。
The
積層中間層22sは、AlGaN層24の上に形成される。積層中間層22sは、複数の第1層21と、複数の第2層22と、を含む。複数の第1層21と、複数の第2層22と、は、交互に積層される。第1層21には、例えばGaNが用いられる。第2層22は、例えばAlxGa1−xN(0<x≦1)が用いられる。第1層21の厚さは、例えば150nm以上1000nm以下であり、第2層22の厚さは、10nm以上500nm以下である。このとき、積層数(第1層21の数、または、第2層22の数)は、2以上5以下である。また、第1層21の厚さは、例えば300nm以上2000nm以下であり、第2層22の厚さは、10nm以上500nm以下である。このとき、積層数は、1以上3以下である。積層中間層22sの全体の厚さは、例えば、320nm以上7500nm以下である。第1層21の形成温度は、例えば、800℃以上1200℃以下であり、第2層22の形成温度は、500℃以上1200℃以下である。積層数に対する各層の厚さの関係は、成膜の短時間化やクラックの抑制によるスループットの向上や歩留まりの向上の点で、積層数が多いときには各層の厚さを薄くすることが望ましい。すなわち、積層中間層22sの全体の厚さを抑えることが望ましい。
The stacked
下地層20iは、積層中間層22sの上に形成される。下地層20iには、例えば、不純物が添加されないGaN(i−GaN)が用いられる。下地層20iの形成温度は、例えば、800℃以上1200℃以下である。下地層20iの厚さは、例えば、300nm以上1500nm以下である。
The
下地層20iの上に、第2半導体層20が形成され、第2半導体層20の上に発光層30が形成され、発光層30の上に第1半導体層10が形成される。
The
下地層20iは、例えば、第2半導体層20に接する。ただし、実施形態において、下地層20iと第2半導体層20との間に、別の層が設けられても良い。例えば、半導体発光素子110は、下地層20iと第2半導体層20との間に設けられた積層膜をさらに含んでも良い。この積層膜は、例えば、交互に積層された、複数の高バンドギャップエネルギー層と、複数の低バンドギャップエネルギー層と、を含む。高バンドギャップエネルギー層は、例えばGaN層である。低バンドギャップエネルギー層は、例えばInGaN層である。この積層膜により、例えば良好な結晶性が得られる。
For example, the
第2半導体層20には、n形不純物を含む例えばGaN層を含む。n形不純物として、例えば、Si、Ge、Te及びSnの少なくともいずれかを用いることができる。第2半導体層20は、例えば、n側コンタクト層を含む。
The
第1半導体層10には、p形不純物を含む例えばGaN層を含む。p形不純物として、Mg、Zn及びCの少なくともいずれかを用いることができる。第1半導体層10は、例えば、p側コンタクト層を含む。
The
半導体発光素子110において、第3半導体層23は、例えば、下地層20iを含む。第3半導体層23は、例えば、積層中間層22sの少なくとも一部をさらに含んでも良い。また、第3半導体層23は、AlGaN層24及びAlN層25をさらに含んでも良い。
In the semiconductor
図4は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 図4は、発光層30の構成の1つの例を示している。
図4に表したように、発光層30は、複数の障壁層31と、複数の障壁層31どうしの間に設けられた井戸層32と、を含む。例えば、複数の障壁層31と、複数の井戸層32と、がZ軸方向に沿って交互に積層される。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment. FIG. 4 shows one example of the configuration of the
As shown in FIG. 4, the
井戸層32は、Inx1Ga1−x1N(0<x1<1)を含む。障壁層31は、GaNを含む。すなわち、井戸層32はInを含み、障壁層31はInを実質的に含まない。障壁層31におけるバンドギャップエネルギーは、井戸層32におけるバンドギャップエネルギーよりも大きい。
The
発光層30は、単一量子井戸(SQW:Single Quantum Well)構成を有することができる。このとき、発光層30は、2つの障壁層31と、その障壁層31の間に設けられた井戸層32と、を含む。または、発光層30は、多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)構成を有することができる。このとき、発光層30は、3つ以上の障壁層31と、障壁層31どうしのそれぞれの間に設けられた井戸層32と、を含む。
The
すなわち、発光層30は、例えば、(n+1)個の障壁層31と、n個の井戸層32と、を含む(nは、2以上の整数)。第(i+1)障壁層BL(i+1)は、第i障壁層BLiと第1半導体層10との間に配置される(iは、1以上(n−1)以下の整数)。第(i+1)井戸層WL(i+1)は、第i井戸層WLiと第1半導体層10との間に配置される。第1障壁層BL1は、第2半導体層20と第1井戸層WL1との間に設けられる。第n井戸層WLnは、第n障壁層BLnと第(n+1)障壁層BL(n+1)との間に設けられる。第(n+1)障壁層BL(n+1)は、第n井戸層WLnと第1半導体層10との間に設けられる。
That is, the
図5は、第1の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図5は、図2のA1−A2線断面に相当する断面図である。
図5に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子111においては、絶縁層60は、絶縁層60の下面60lに設けられた凹部60dを有している。第1電極40の第3領域43の少なくとも一部は、その凹部60dの内面に沿っている。換言すれば、第1電極40の第3領域43には、凸部が設けられており、その凸部に沿うように、絶縁層60が設けられている。これ以外は、半導体発光素子110と同様とすることができるので説明を省略する。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor light emitting element according to the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to the cross section along line A1-A2 of FIG.
As shown in FIG. 5, in the semiconductor
この例では、第1電極40の第3領域43の一部は、その凹部60dの内面に沿う凹状部分を有している。この例では、第1電極40の第3領域43の凹状部分に、第1中間導電層71の一部が埋め込まれている。さらに、第2中間導電層72は、残余の空間に埋め込まれている。
In this example, a part of the
この場合も、第1半導体層10及び発光層30は、絶縁層60により分断されている。また、第2半導体層20は、第2電極50(第2溝20t)により分断されている。これにより、積層半導体層15(この例では、第3半導体層23を含む)は、複数の領域に分断される。これにより、結晶性の劣化やクラックが抑制でき、高品質の半導体発光素子が提供できる。
Also in this case, the
半導体発光素子111においても、絶縁層60の上面60uの第1方向(例えばX軸方向)の幅は、第2電極50の下面50lの第1方向の幅よりも広い。これにより、絶縁層60による、第1半導体層10と第2電極50との絶縁、及び、発光層30と第2電極50との絶縁が、より確実に行われる。
Also in the semiconductor
絶縁層60の第1方向(第1領域41から第2領域42に向かう方向)の幅は、例えば、5マイクロメートル(μm)以上30μm以下である。絶縁層60の第1方向の幅が5μm以上であると、パターニングが容易となり、望ましい。絶縁層60の第1方向の幅が30μm以下であると、エピタキシャルウェーハの面積利用効率が上がり、望ましい。絶縁層60の第1方向の幅は、絶縁層60の線幅に相当する。絶縁層60が、テーパ状の斜面(側面)を有する場合は、絶縁層60の第1方向の幅は、絶縁層60の厚さ方向(Z軸方向)の中心における絶縁層60の第1方向の幅とする。
The width of the insulating
第2電極50の第1方向の幅は、例えば、3μm以上20μm以下である。第2電極50の第1方向の幅が3μm以上であると、パターニングが容易となり、望ましい。第2電極50の第1方向の幅が20μm以下であると、エピタキシャルウェーハの面積利用効率が高くなり、望ましい。第2電極50の第1方向の幅は、第2電極50の線幅に相当する。第2電極50が、テーパ状の斜面(側面)を有する場合は、第2電極50の第1方向の幅は、第2電極50のZ軸方向の中心における第2電極50の第1方向の幅とする。
The width of the
第1領域41の第1方向に沿う幅、及び、第2領域42の第2方向に沿う幅は、例えば、50μm以上500μm以下である。積層方向(Z軸方向)に対して垂直で、第1領域41から第2領域42に向かう第1方向に対して垂直な方向を第2方向とする。このとき、第1領域41の第1方向に沿う幅は、第1領域41の第2方向に沿う幅と同じであることが好ましい。同様に、第2領域42の第1方向に沿う幅は、第2領域42の第2方向に沿う幅と同じであることが好ましい。ただし、第1領域41の第1方向に沿う幅を、第1領域41の第2方向に沿う幅と変えても良い。これにより、例えば、応力が面内で均質でない場合においても、クラックの発生などをより効果的に抑制できる。
The width along the first direction of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、半導体発光素子の製造方法に係る。
以下では、半導体発光素子111の製造方法の1つの例について説明する。
(Second Embodiment)
The second embodiment relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device.
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the semiconductor
図6は、第2の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図7(a)〜図7(h)は、第2の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図7(a)〜図7(h)は、図2のA3−A4断面を、一部を省略して例示している。
FIG. 6 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the semiconductor light emitting element according to the second embodiment.
FIG. 7A to FIG. 7H are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating the method for manufacturing the semiconductor light emitting element according to the second embodiment.
FIG. 7A to FIG. 7H illustrate the A3-A4 cross section of FIG. 2 with a part thereof omitted.
図6及び図7(a)に表したように、積層体16を準備する(ステップS110)。積層体16は、成長用基板5と、第1導電形の第1半導体膜10fと、成長用基板5と第1半導体膜10fとの間に設けられた第2導電形の第2半導体膜20fと、第1半導体膜10fと第2半導体膜20fとの間に設けられた発光膜30fと、を含む。この例では、積層体16は、第3半導体膜23fをさらに含んでいる。第3半導体膜23fは、成長用基板5と第2半導体膜20fとの間に設けられる。
As shown in FIGS. 6 and 7A, the laminate 16 is prepared (step S110). The
第1半導体膜10fは、第1半導体層10となる。第2半導体膜20fは、第2半導体層20となる。発光膜30fは、発光層30となる。第3半導体膜23fは、第3半導体層23となる。
The
本製造方法は、積層体16を形成する工程(すなわち、成長用基板5の上に積層半導体層15を成長させる工程)をさらに含んでも良い。
The manufacturing method may further include a step of forming the stacked body 16 (that is, a step of growing the
図6及び図7(b)に表したように、第1半導体膜10f及び発光膜30fを分断する第1溝15tを形成する(ステップS120)。これにより、第1半導体層10及び発光層30が形成される。第1溝15tは、第1電極40の第3領域43となる領域に沿って設けられる。第1溝15tは、複数の素子どうしを互いに分断する箇所に、さらに設けても良い。この例では、第1溝15tは、第2半導体膜20fに到達している。ただし、第1溝15tは、第2半導体膜20fを分断していない。
As shown in FIGS. 6 and 7B, a
図6及び図7(b)に表したように、第1溝15t内において露出する、第1半導体膜10fの側面の上及び発光膜30fの側面の上に絶縁層60を形成する(ステップS130)。絶縁層60として、例えば、厚さが50nm以上600nm以下のSiO2膜を形成し、所定の形状に加工する。絶縁層60の形成には、例えば、気相成長やスパッタなどが用いられる。
As shown in FIGS. 6 and 7B, the insulating
例えば、加工体の全面へのSiO2膜を形成した後に、所定のパターン形状を有するマスクを用いたエッチングを行う。すなわち、第1半導体膜10fと発光膜30fとが除去された領域(第1溝15t)において、SiO2膜を残し、その領域を除く領域においてSiO2膜が除去される。そして、第1半導体膜10f(第1半導体層10)の上面が露出する。
For example, after forming a SiO 2 film on the entire surface of the workpiece, etching is performed using a mask having a predetermined pattern shape. That is, the SiO 2 film is left in the region where the
図6に表したように、第1半導体膜10f(第1半導体層10)の上面の上、及びに、絶縁層60の上に、第1電極40を形成する(ステップS140)。
As shown in FIG. 6, the
例えば、図7(c)に表したように、加工体の上面の全体に、第1電極40となるAg膜を形成する。Ag膜の厚さは、例えば、100nm以上400nm以下である。さらに、Ag膜の上に、第1中間導電層71となる金属膜を形成する。この金属膜には、例えばTiまたはTi合金が用いられる。この金属膜の厚さは、例えば10nm以上200nm以下である。第1中間導電層71は、バリアメタルとして機能する。
For example, as shown in FIG. 7C, an Ag film to be the
図6に表したように、第1電極40に導電性の支持基板70を接合する(ステップS150)。
As shown in FIG. 6, the
例えば、支持基板70として、主面に第2中間導電層72(例えばAuSn層)が設けられたシリコン基板を準備する。
For example, a silicon substrate provided with a second intermediate conductive layer 72 (for example, AuSn layer) on the main surface is prepared as the
図7(d)に表したように、第1中間導電層71と第2中間導電層72とを互いに対向させて、第1電極40と支持基板70とを配置する。そして、第1中間導電層71と第2中間導電層72とを接触させて加熱し、第1電極40と支持基板70とを接合する。
As shown in FIG. 7D, the
図6及び図7(e)に表したように、成長用基板5を除去する(ステップS160)。この除去は、例えば、研削及びエッチングの少なくともいずれかの処理により行われる。
As shown in FIGS. 6 and 7E, the
図6及び図7(f)に表したように、第2半導体膜20fを分断し絶縁層60に到達する第2溝20tを形成する(ステップS170)。第2溝20tは、順テーパ状に形成することが好ましい。
As shown in FIGS. 6 and 7F, the
図7(g)に表したように、この例では、第3半導体膜23fの表面に、凹凸23pを形成する。この凹凸23pの形成は、例えば、KOHなどを用いたウエット処理、または、任意のドライエッチング処理などを用いることができる。
As shown in FIG. 7G, in this example, the
図6及び図7(h)に表したように、第2溝20t内において露出する第2半導体膜20fの側面(第1側面s1及び第2側面s2)上に、第2電極50を形成する(ステップS180)。この例では、第2電極50は、第3半導体層23の側面の上にもさらに設けられる。
これにより、半導体発光素子111が得られる。
As shown in FIGS. 6 and 7H, the
Thereby, the semiconductor
なお、上記のステップS110〜S180の順番は、技術的に可能な範囲で入れ替えることができる。ステップS110〜S180の少なくとも2つは、技術的に可能な範囲で同時に実施しても良い。 In addition, the order of said step S110-S180 can be replaced in the technically possible range. At least two of steps S110 to S180 may be performed simultaneously as far as technically possible.
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法によれば、結晶性の劣化やクラックが抑制でき、高品質の半導体発光素子の製造方法が提供できる。 According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to this embodiment, it is possible to suppress the deterioration of crystallinity and cracks, and to provide a method for manufacturing a high quality semiconductor light emitting element.
本製造方法において、第2電極50の形成(ステップS180)は、第2電極50の一部が絶縁層60に接するように第2電極50を形成することを含む。
In the manufacturing method, the formation of the second electrode 50 (step S180) includes forming the
また、本製造方法においては、成長用基板5にはシリコン基板を用いることができ、このとき、第1半導体膜10f、第2半導体膜20f及び発光膜30fは、窒化物半導体を含む。このように、熱膨張係数の差異が大きい材料を用いる際に、本実施形態を適用することで、結晶性の劣化やクラックがより効果的に抑制できる。
In the present manufacturing method, a silicon substrate can be used as the
上記のように、本製造方法は、成長用基板5を除去した後に第3半導体膜23fの表面に凹凸23pを形成することをさらに実施することを含む。この第3半導体膜23fは、積層体16に含まれる。第3半導体膜23fは、成長用基板5と第2半導体膜20fとの間に設けられる。第3半導体膜23fの不純物濃度は、第2半導体膜20fの不純物濃度よりも低い。
As described above, this manufacturing method further includes forming the
上記の第1溝15tは、第1半導体膜10f及び発光膜30fを格子状に分断する。例えば、図2に例示した第3領域43の格子状の形状に沿って、第1溝15tを形成する。これにより、積層半導体層15は、複数の領域に格子状に分断され、積層半導体層15の1つの領域のサイズは小さくできる。
The
第1半導体膜10fの主面に対して平行な平面(X−Y平面)に投影したときに、第2溝20tは、第1溝15tに沿う。これにより、第1半導体膜10f及び発光膜30fが分断される場所に対応して、第2半導体膜20fが分断される。
The
(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 図8は、図2のA1−A2線断面に相当する断面図である。
図8に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子112においては、第3半導体層23が設けられていない。そして、第2半導体層20は、第2半導体層20の上面20uに設けられた凹凸20pを有する。これ以外は、半導体発光素子110と同様とすることができるので説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the third embodiment. 8 is a cross-sectional view corresponding to the cross section along line A1-A2 of FIG.
As shown in FIG. 8, in the semiconductor
第2半導体層20に設けられる凹凸20pの深さは、発光層30から放出される光のピーク波長の0.8倍以上5倍以下である。凹凸20pにより、高い光取り出し効率が得られる。
The depth of the
なお、図3に関して説明した下地層20iが、第2導電形(例えばn形)の不純物を含む場合は、下地層20iの少なくとも一部は、第2半導体層20に含まれると見なしても良い。また、積層中間層22sが、第2導電形の不純物を含む場合は、積層中間層22sの少なくとも一部は、第2半導体層20に含まれると見なしても良い。
Note that when the
半導体発光素子112によっても、結晶性の劣化やクラックが抑制でき、高品質の半導体発光素子を提供できる。
The semiconductor
上記の半導体発光素子110〜112においては、図2に例示したように、積層半導体層15は、4×4の16個の領域に分断されている。しかしながら、実施形態において、積層半導体層15の分断の数は、任意である。
In the semiconductor
図9(a)〜図9(e)は、実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。
これらの図は、積層半導体層15の分断状態の例(すなわち、第1領域41、第2領域42及び第3領域43のパターンの例)を示している。
FIG. 9A to FIG. 9E are schematic plan views illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the embodiment.
These drawings show examples of the divided state of the stacked semiconductor layer 15 (that is, examples of patterns of the
図9(a)に表したように、実施形態に係る半導体発光素子110aにおいては、第3領域43は、矩形の輪郭の形状を有している。素子の平面形状の中央部に第1領域41が設けられ、素子の周辺部分に第2領域42が設けられ、その間に第3領域43が配置される。この例では、積層半導体層15は、2つの領域に分断されている。
As shown in FIG. 9A, in the semiconductor
図9(b)に表したように、実施形態に係る半導体発光素子110bにおいては、第3領域43は、矩形の輪郭と、矩形の2つの対向する辺を結ぶ線分と、を有する。この例では、積層半導体層15は、3つの領域に分断されている。
As shown in FIG. 9B, in the semiconductor
図9(c)に表したように、実施形態に係る半導体発光素子110cにおいては、積層半導体層15は、4つの領域に分断されている。半導体発光素子110b及び110cにおいては、第3領域43は、1つの方向(例えばY軸方向など)に沿った線分の領域を有している。
As shown in FIG. 9C, in the semiconductor
図9(d)に表したように、実施形態に係る半導体発光素子110dにおいては、積層半導体層15は、20個の領域に分断されている。この例では、第3領域43は、2つの直交する方向(例えばX軸方向及びY軸方向)の格子状の形状を有している。また、この例のように、第3領域43のY軸方向に延在する線分のX軸方向に沿うピッチは、第3領域43のX軸方向に延在する線分のY軸方向に沿うピッチとは異なっても良い。
図9(e)に表したように、実施形態に係る半導体発光素子110eにおいては、第3領域43は、六角形の輪郭の一部の形状を有している。第3領域43の形状は、例えば、半導体層の結晶方位に応じた形状を有していても良い。これにより、より安定した特性が得られる。
As shown in FIG. 9D, in the semiconductor
As shown in FIG. 9E, in the semiconductor
半導体発光素子110a〜110cにおいては、第3領域43は、素子の端面に到達していない。半導体発光素子110d及び110eにおいては、第3領域43は、素子の端面に到達している。
In the semiconductor
このように、実施形態において、第1領域41、第2領域42及び第3領域43のパターンは任意である。すなわち、積層半導体層15の分断状態は任意である。絶縁層60は、第3領域43に沿って設けられており、絶縁層60のパターンも任意である。そして、第2電極50も第3領域43に沿って設けられており、第2電極50のパターンも任意である。
Thus, in the embodiment, the patterns of the
実施形態において、分断する線の形状、方向及び数によって、第2電極50は任意の構成及び配置を有することができる。第2電極50は、半導体発光素子の端面に達することが望ましい。ただし、第2電極50は、半導体発光素子の平面形状の内部において閉じている線や矩形、その他任意の形状を有することができる。
In the embodiment, the
図10は、実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図10は、図2のA1−A2線断面に相当する断面図である。
図10に表したように、実施形態に係る半導体発光素子113においては、第2電極50は、絶縁層60の上に設けられた第7部分p7と、第5部分p5の第6部分p6に対向する第1側面s1に接する第8部分p8と、第6部分p6の第5部分p5に対向する第2側面s2に接する第9部分p9と、の他に、第2半導体層20の一部の上を覆う部分q1及び部分q2をさらに有する。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to the cross section along line A1-A2 of FIG.
As shown in FIG. 10, in the semiconductor
この例では、部分q1は、第2半導体層20の第5部分p5の一部を覆う。部分q2は、第2半導体層20の第6部分p6の一部を覆う。具体的には、部分q1は、第5部分p5の上に設けられた第3半導体層23の第10部分p10の一部を覆う。部分q2は、第6部分p6の上に設けられた第3半導体層23の第11部分p11の一部を覆う。これ以外は、半導体発光素子110と同様とすることができるので説明を省略する。
In this example, the portion q1 covers a part of the fifth portion p5 of the
このように、第2電極50は、第2半導体層20の側面に加えて、第2半導体層20の上面の一部の上にさらに設けられても良い。
半導体発光素子113においても、結晶性の劣化やクラックが抑制でき、高品質の半導体発光素子を提供できる。
As described above, the
Also in the semiconductor
半導体発光素子において、積層半導体層は異種基板上にヘテロエピタキシャル成長によって形成される。積層半導体層は単結晶性である。このため、積層半導体層において、応力が蓄積されクラックが発生し易い。積層半導体層にクラックが発生すると、pn接合を介さない電流経路が生じるため、効率が低下し、素子寿命が短くなる。さらに、積層半導体層を部分的に除去したり、表面に凹凸加工したりすると、残留応力を持った積層半導体層中の応力状態や応力耐性が不均一となる。このため、このような加工を行うと、クラックがさらに発生し易くなる。 In a semiconductor light emitting device, a laminated semiconductor layer is formed on a heterogeneous substrate by heteroepitaxial growth. The laminated semiconductor layer is single crystalline. For this reason, in the laminated semiconductor layer, stress is accumulated and cracks are likely to occur. When a crack occurs in the laminated semiconductor layer, a current path that does not pass through the pn junction is generated, so that the efficiency is lowered and the element life is shortened. Furthermore, if the laminated semiconductor layer is partially removed or the surface is processed to have irregularities, the stress state and stress resistance in the laminated semiconductor layer having residual stress become non-uniform. For this reason, when such processing is performed, cracks are more likely to occur.
実施形態においては、素子内部において積層半導体層を分断する溝を形成する。これにより、残留応力を緩和し、クラックの発生を抑制できる。形成した溝の壁面に、導電層を形成することで第2電極50を形成する。溝の側面で、第2電極50と第2半導体層20とのオーミック接触を形成する。これにより、発光素子面内の電流拡散を促進する。
In the embodiment, a groove for dividing the stacked semiconductor layer is formed inside the element. Thereby, a residual stress can be relieve | moderated and generation | occurrence | production of a crack can be suppressed. The
さらに、第2電極50には、反射率の高いAlを用いることで発光層30からの光を反射し、凹凸加工を施した光取り出し面へ光を効率的に導くこともできる。実施形態によれば、応力緩和構造を含む高効率な半導体発光素子が提供できる。
Furthermore, the
実施形態によれば、高品質の半導体発光素子及びその製造方法が提供できる。 According to the embodiment, a high-quality semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same can be provided.
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、BxInyAlzGa1−x−y−zN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1,x+y+z≦1)なる化学式において組成比x、y及びzをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、N(窒素)以外のV族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。 In this specification, “nitride semiconductor” means B x In y Al z Ga 1-xyz N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z ≦ 1) Semiconductors having all compositions in which the composition ratios x, y, and z are changed within the respective ranges are included. Furthermore, in the above chemical formula, those further containing a group V element other than N (nitrogen), those further containing various elements added for controlling various physical properties such as conductivity type, and unintentionally Those further including various elements included are also included in the “nitride semiconductor”.
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。 In the present specification, “vertical” and “parallel” include not only strictly vertical and strictly parallel, but also include, for example, variations in the manufacturing process, and may be substantially vertical and substantially parallel. is good.
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれる第1半導体層、第2半導体層、第3半導体層、発光層、第1電極、第2電極、支持基板、第1中間導電層、第2中間導電層及び成長用基板などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, a third semiconductor layer, a light emitting layer, a first electrode, a second electrode, a supporting substrate, a first intermediate conductive layer, a second intermediate conductive layer, and a growth included in the semiconductor light emitting device With regard to the specific configuration of each element such as a substrate for use, the present invention is similarly implemented by appropriately selecting from a known range and those skilled in the art can similarly obtain the same effect, and are included in the scope of the present invention. Is done.
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。 Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法の製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, on the basis of the semiconductor light-emitting element and its manufacturing method described above as embodiments of the present invention, all semiconductor light-emitting elements that can be implemented by a person skilled in the art with appropriate design changes and manufacturing methods thereof are also included in the present invention. As long as the gist of the present invention is included, it belongs to the scope of the present invention.
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
5…成長用基板、 10…第1半導体層、 10f…第1半導体膜、 15…積層半導体層、 15t…第1溝、 16…積層体、 20…第2半導体層、 20f…第2半導体膜、 20i…下地層、 20p…凹凸、 20t…第2溝、 20u…上面、 21…第1層、 22…第2層、 22s…積層中間層、 23…第3半導体層、 23f…第3半導体膜、 23p…凹凸、 24…AlGaN層、 25…AlN層、 30…発光層、 30f…発光膜、 31…障壁層、 32…井戸層、 40…第1電極、 41…第1領域、 42…第2領域、 43…第3領域、 50…第2電極、 50l…下面、 55…パッド部、 60…絶縁層、 60d…凹部、 60l…下面、 60u…上面、 70…支持基板、 71…第1中間導電層、 72…第2中間導電層、 110、110a〜110d、111〜113…半導体発光素子、 130、140…窒化物半導体ウェーハ、 BL…障壁層、 IF1、IF2…界面、 WL…井戸層、 p1〜p11…第1〜第11部分、 q1、q2…部分、 s1…第1側面、 s2…第2側面
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記第1の領域の上に設けられた第1部分と、前記第2の領域の上に設けられた第2部分と、を含む第1導電形の第1半導体層と、
前記第1部分の上に設けられた第3部分と、前記第2部分の上に設けられた第4部分と、を含む発光層と、
前記第3部分の上に設けられた第5部分と、前記第4部分の上に設けられた第6部分と、を含む第2導電形の第2半導体層と、
前記第3の領域の上において、前記第1部分と前記第2部分との間、及び、前記第3部分と前記第4部分との間に設けられた絶縁層と、
前記第5部分と前記第6部分との間に設けられ前記第5部分と前記第6部分との間において前記絶縁層と接する第2電極と、
前記第1部分と前記第1の領域との間及び前記第2部分と前記第2の領域との間に設けられ、前記第1部分及び前記第2部分に接する第1電極と、
を備え、
前記絶縁層の上面の、前記第1の領域から前記第2の領域に向かう第1方向の幅は、前記第2電極の下面の前記第1方向の幅よりも広い半導体発光素子。 A substrate including a first region, a second region, and a third region provided between the first region and the second region;
A first conductivity type first semiconductor layer including: a first portion provided on the first region; and a second portion provided on the second region;
A light emitting layer including a third portion provided on the first portion and a fourth portion provided on the second portion;
A second semiconductor layer of a second conductivity type including a fifth portion provided on the third portion and a sixth portion provided on the fourth portion;
An insulating layer provided between the first portion and the second portion and between the third portion and the fourth portion on the third region;
A second electrode in contact with the insulating layer between said fifth portion and the sixth portion disposed between the front Symbol fifth portion and the sixth portion,
A first electrode provided between the first portion and the first region and between the second portion and the second region, and in contact with the first portion and the second portion ;
With
Wherein the upper surface of the insulating layer, the first width extending from the first region to the second region, the lower surface of the first direction wider semiconductor light-emitting element than the width of the second electrode.
前記第1の領域の上に設けられた第1部分と、前記第2の領域の上に設けられた第2部分と、を含む第1導電形の第1半導体層と、
前記第1部分の上に設けられた第3部分と、前記第2部分の上に設けられた第4部分と、を含む発光層と、
前記第3部分の上に設けられた第5部分と、前記第4部分の上に設けられた第6部分と、を含む第2導電形の第2半導体層と、
前記第3の領域の上において、前記第1部分と前記第2部分との間、及び、前記第3部分と前記第4部分との間に設けられた絶縁層と、
前記第5部分と前記第6部分との間に設けられ前記第5部分と前記第6部分との間において前記絶縁層と接する第2電極と、
前記第1部分と前記第1の領域との間及び前記第2部分と前記第2の領域との間に設けられ、前記第1部分及び前記第2部分に接する第1電極と、
を備え、
前記絶縁層は、前記絶縁層の下面に設けられた凹部を有し、
前記第1電極の少なくとも一部は、前記凹部の内面に沿う半導体発光素子。 A substrate including a first region, a second region, and a third region provided between the first region and the second region;
A first conductivity type first semiconductor layer including: a first portion provided on the first region; and a second portion provided on the second region;
A light emitting layer including a third portion provided on the first portion and a fourth portion provided on the second portion;
A second semiconductor layer of a second conductivity type including a fifth portion provided on the third portion and a sixth portion provided on the fourth portion;
An insulating layer provided between the first portion and the second portion and between the third portion and the fourth portion on the third region;
A second electrode in contact with the insulating layer between said fifth portion and the sixth portion disposed between the front Symbol fifth portion and the sixth portion,
A first electrode provided between the first portion and the first region and between the second portion and the second region, and in contact with the first portion and the second portion ;
With
The insulating layer has a recess provided on the lower surface of the insulating layer;
The even without least the first electrodes in part, a semiconductor light-emitting element along the inner surface of the recess.
前記凹凸の深さは、前記発光層から放出される光のピーク波長の0.8倍以上5倍以下である請求項4記載の半導体発光素子。 The third semiconductor layer has irregularities provided on the upper surface of the third semiconductor layer,
5. The semiconductor light emitting element according to claim 4, wherein a depth of the unevenness is 0.8 to 5 times a peak wavelength of light emitted from the light emitting layer.
前記第2電極の一部は、前記第6部分の前記第5部分に対向する第2側面とオーミック接触している請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 A portion of the second electrode is in ohmic contact with a first side surface of the fifth portion facing the sixth portion ;
6. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a part of the second electrode is in ohmic contact with a second side surface of the sixth portion facing the fifth portion .
前記凹凸の深さは、前記発光層から放出される光のピーク波長の0.8倍以上5倍以下である請求項1または2に記載の半導体発光素子。 The second semiconductor layer has irregularities provided on the upper surface of the second semiconductor layer,
3. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a depth of the unevenness is 0.8 to 5 times a peak wavelength of light emitted from the light emitting layer.
前記基板と前記第1中間導電層との間に設けられた第2中間導電層と、
をさらに備えた請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 A first intermediate conductive layer provided between the first electrode and the board,
A second intermediate conductive layer provided between the front Kimoto plate and the first intermediate conductive layer,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising:
前記複数の第1の領域は、前記第1の領域から前記第2の領域に向かう方向に対して非平行な第2方向に並び、
前記複数の第2の領域は、前記第2方向に沿って並ぶ請求項1〜11のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 It said first region and said second region is provided in plurality,
Said plurality of first regions, arranged in non-parallel second direction with respect to a direction from said first region to said second region,
It said plurality of second regions, the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 11 arranged along the second direction.
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