JP6004203B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
基板を準備する工程(a)、
前記基板上に、n−Alx1Gay1In1−x1−y1N(0≦x1≦1,0≦y1≦1)よりなるn型の第一半導体層を形成する工程(b)、
前記第一半導体層の上層に活性層を形成する工程(c)、
前記活性層の上層に、炉内の温度を800℃以上としてp−Alx2Gay2In1−x2−y2N(0<x2≦1,0≦y2<1)よりなるp型の第二半導体層を形成する工程(d)、
前記第二半導体層の上層に、前記炉内の温度を800℃以上としてp−GaNよりなるp型の第三半導体層を形成する工程(e)、
及び、前記工程(e)の後に炉内温度を低下させる工程(f)を有することを特徴とする。
前記工程(d)は、前記工程(h)の後に実行され、前記第四半導体層よりもp型不純物濃度が高濃度である前記第二半導体層を形成する工程であるものとしても構わない。
前記p型半導体層は、p−Alx2Gay2In1−x2−y2N(0<x2≦1,0≦y2<1)よりなるp型の第二半導体層と、膜厚5nm以下のp−GaNよりなるp型の第三半導体層とを含み、
前記第三半導体層は、前記p型半導体層の面のうち、前記活性層とは反対側の面の最上層であることを特徴とする。
図1は、本発明の半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。半導体発光素子1は、成長基板11上に、n型半導体層13と、p型半導体層20と、n型半導体層13及びp型半導体層20の間に挟持された活性層15とを有する。より詳細な半導体発光素子1の構成について、以下説明する。
成長基板11は一例としてサファイア基板で構成される。なお、成長基板11は、サファイアの他、Si、SiC、AlN、AlGaN、GaN、YAGなどで構成しても構わない。
アンドープ層12は、GaNにて形成される。より具体的には、GaNよりなる低温バッファ層と、その上層にGaNよりなる下地層によって形成される。このアンドープ層12は、例えばサファイアで構成される成長基板11の上層に、第一半導体層13等を良好な状態でエピタキシャル成長させるために設けられているものである。
第一半導体層13はn−Alx1Gay1In1−x1−y1N(0≦x1≦1,0≦y1≦1)によって構成される。第一半導体層13は、Si,Ge,S,Se,Sn,Teなどのn型不純物がドープされており、特にSiがドープされているのが好ましい。本実施形態では、一例として第一半導体層13をn−Al0.06Ga0.94Nで形成している。
活性層15は、例えばInGaNからなる発光層とAlGaNからなる障壁層が周期的に繰り返されて構成される。これらの層はアンドープでもp型又はn型にドープされていても構わない。
第四半導体層21はp−Alx3Gay3In1−x3−y3N(0<x3≦1,0≦y3<1)によって構成される。第四半導体層21は、Mg、Be、Zn、又はCなどのp型不純物がドープされており、特にMgがドープされているのが好ましい。本実施形態では、一例として第四半導体層21をp−Al0.3Ga0.7Nとp−Al0.13Ga0.87Nの積層構造で形成している。
第二半導体層22はp−Alx2Gay2In1−x2−y2N(0<x2≦1,0≦y2<1)によって構成される。第二半導体層22は、Mg、Be、Zn、又はCなどのp型不純物がドープされており、特にMgがドープされているのが好ましい。本実施形態では、一例として第二半導体層22をp−Al0.13Ga0.87Nで形成している。また、本実施形態では、第二半導体層22のp型不純物濃度は、第四半導体層21のp型不純物濃度よりも高濃度である。
第三半導体層23は膜厚が5nm以下のp−GaNによって構成される。第三半導体層23は、Mg、Be、Zn、又はCなどのp型不純物がドープされており、特にMgがドープされているのが好ましい。
次に、半導体発光素子1の製造方法について説明する。なお、以下で説明する製造条件や膜厚等の寸法はあくまで一例であって、これらの数値に限定されるものではない。
成長基板11を準備する。より具体的には、成長基板11としてc面サファイア基板を準備して、これに対してクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着)装置の処理炉内に成長基板11(c面サファイア基板)を配置し、処理炉内に流量が10slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば1150℃に昇温することにより行われる。
成長基板11の表面に、GaNよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にGaNよりなる下地層を形成する。これらの低温バッファ層及び下地層がアンドープ層12に対応する。
次に、図2Bに示すように、アンドープ層12の上層にn型の第一半導体層13を形成する。第一半導体層13の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
次に、図2Cに示すように、n型の第一半導体層13の上層に、例えばInGaNで構成される発光層及びn−AlGaNで構成される障壁層が周期的に繰り返されてなる活性層15を形成する。
次に、図2Dに示すように、活性層15の上層にp型の第四半導体層21を形成する。第四半導体層21の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
次に、図2Eに示すように、p型の第四半導体層21の上層にp型の第二半導体層22を形成する。第二半導体層22の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
次に、図2Fに示すように、p型の第二半導体層22の上層にp型の第三半導体層23を形成する。第三半導体層23の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
次に、所定の原料ガスの供給を停止して炉内の温度を低下させる。本ステップS8が工程(f)に対応する。
ステップS8の後、処理炉からウェハを取り出し、通電のための電極を形成する工程(工程(g)に対応する。)を行う。具体的には以下の方法で行われる。
図2Gに示すように、第一半導体層13の一部上面が露出するまで、一部領域のp型半導体層20(第三半導体層23、第二半導体層22、及び第四半導体層21)及び活性層15を、ICP装置を用いたドライエッチングによって除去する。なお、本ステップS9において、第一半導体層13についても一部エッチング除去しても構わない。
図2Hに示すように、第一半導体層13の上面にn側電極31を形成し、p型半導体層20の上面、より詳細には第三半導体層23の上面にp側電極32を形成する。具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
以下、実施例及び比較例を用いて検証を行う。
以下、別実施形態について説明する。
図5Aに示すように、第三半導体層23の上面の所定箇所に反射電極49を形成する。ここでは、第三半導体層23の形成領域よりも内側において、第三半導体層23のほぼ全域に反射電極49を形成する場合を示している。
次に、図5Bに示すように、反射電極49の上層の所定箇所に絶縁層51を形成する。このとき、図5Bに示すように、絶縁層51の一部が反射電極49の側面を覆うように形成することができる。
図5Cに示すように、反射電極49及び絶縁層51の上面を覆うようにハンダ拡散防止層47及びハンダ層45を形成する。
次に、図5Eに示すように、成長基板11と支持基板9とを貼り合わせる。より具体的には、280℃の温度、0.2MPaの圧力下で、成長基板11の上層に形成されたハンダ層47と、支持基板9の上層に形成されたハンダ層43とを貼り合わせる。
次に、図5Fに示すように、成長基板11を剥離する。より具体的には、成長基板11を上に、支持基板9を下に向けた状態で、成長基板11側からKrFエキシマレーザを照射して、成長基板11と半導体層(アンドープ層12)の界面を分解させることで成長基板11の剥離を行う。成長基板11はレーザが通過する一方、その下層のGaN(アンドープ層12)はレーザを吸収するため、この界面が高温化してGaNが分解される。これによって成長基板11が剥離される。
次に、図5Hに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ICP装置を用いて絶縁層51の上面が露出するまで半導体層(第一半導体層13,活性層15,第四半導体層21,第二半導体層22,第三半導体層23)をエッチングする。このとき、絶縁層51はエッチング時のストッパーとしても機能する。
次に、図5Iに示すように、第一半導体層13の上面のうち、支持基板9の面に直交する方向に対して絶縁層51と対向する位置にn側電極(72,73)を形成する。具体的には、膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuからなる電極を形成した後、窒素雰囲気中で250℃、1分間のシンタリングを行う。
9 : 支持基板
11 : 成長基板
12 : アンドープ層
13 : 第一半導体層(n型半導体層)
15 : 活性層
20 : p型半導体層
21 : 第四半導体層(p型半導体層)
22 : 第二半導体層(p型半導体層)
23 : 第三半導体層(p型半導体層)
31 : n側電極
32 : p側電極
35 : Alリッチな層
43,45 : ハンダ層
47 : ハンダ拡散防止層
49 : 反射電極
51 : 絶縁層
72,73 : n側電極
100 : 従来の半導体発光素子
101 : 基板
102 : バッファ層
103 : n型コンタクト層
104 : n型クラッド層
105 : 活性層
106 : p型クラッド層
107 : 第一のp型コンタクト層
108 : 第二のp型コンタクト層
109 : n側電極
110 : p側電極
Claims (7)
- 基板を準備する工程(a)、
前記基板上に、n−Alx1Gay1In1−x1−y1N(0≦x1≦1,0≦y1≦1)よりなるn型の第一半導体層を形成する工程(b)、
前記第一半導体層の上層に活性層を形成する工程(c)、
前記活性層の上層に、炉内の温度を800℃以上としてp−Alx2Gay2In1−x2−y2N(0<x2≦1,0≦y2<1)よりなるp型の第二半導体層を形成する工程(d)、
前記第二半導体層の上層に、前記炉内の温度を800℃以上としてp−GaNよりなるp型の第三半導体層を形成する工程(e)、
及び、前記工程(e)の後に炉内温度を低下させる工程(f)を有し、
前記工程(c)の後、前記活性層の上層に、炉内の温度を800℃以上としてp−Alx3Gay3In1−x3−y3N(0<x3≦1,0≦y3<1)よりなるp型の第四半導体層を形成する工程(h)を有し、
前記工程(d)は、前記工程(h)の後に実行され、前記第四半導体層よりもp型不純物濃度が高濃度である前記第二半導体層を形成する工程であり、
前記工程(e)は、前記第四半導体層よりもp型不純物濃度が高濃度である前記第三半導体層を形成する工程であり、
前記工程(f)の実行後、前記第三半導体層の膜厚が5nm以下であり、
前記活性層から放射される光がピーク波長400nm以下の紫外光であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記工程(f)の後に、前記第三半導体層の上層に電極を形成する工程(g)を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記工程(e)は、前記工程(d)と比べて、前記炉内に供給される原料ガスの流量のみが変更されて実行される工程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素子の製造方法。
- 基板上に、n型半導体層と、p型半導体層と、前記n型半導体層及び前記p型半導体層の間に挟持された活性層とを有し、ピーク波長が400nm以下の紫外光を放射する半導体発光素子であって、
前記p型半導体層は、p−Alx2Gay2In1−x2−y2N(0<x2≦1,0≦y2<1)よりなるp型の第二半導体層と、膜厚5nm以下のp−GaNよりなるp型の第三半導体層とを含み、
前記第三半導体層は、前記p型半導体層の面のうち、前記活性層とは反対側の面の最上層であり、
前記p型半導体層は、p−Alx3Gay3In1−x3−y3N(0<x3≦1,0≦y3<1)よりなるp型の第四半導体層と、前記第四半導体層の上層に形成された前記第二半導体層と、前記第二半導体層の上層に形成された前記第三半導体層とを有し、
前記第二半導体層及び前記第三半導体層は、前記第四半導体層よりもp型不純物濃度が高濃度であることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第三半導体層の上層に電極を有していることを特徴とする請求項4に記載の半導体発光素子。
- 前記第三半導体層は、前記第二半導体層の上面全面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体発光素子。
- 前記n型半導体層は、n−Alx1Gay1In1−x1−y1N(0≦x1≦1,0≦y1≦1)よりなるn型の第一半導体層で構成されていることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
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