JP6197799B2 - 発光素子及び発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
前記第一半導体層上に第一オーミック電極が設けられ、前記第一半導体層の表面及び前記発光部の側面の少なくとも一部は絶縁保護膜で被覆され、前記第一半導体層の表面及び前記窓層兼支持基板の表面が粗面化され、
前記第一半導体層は、少なくとも二層以上の構造からなり、粗面化処理が施された側の層が、活性層側の層に比べ、Al組成が少ない材料からなるものであることを特徴とする発光素子を提供する。
前記除去部の前記窓層兼支持基板上または前記第二半導体層上に設けられた第二オーミック電極とを有するものであることが好ましい。
このようなものであれば、本発明が特に有効に作用する。
(AlxGa1−x)yIn1−yP(0≦x<0.6、0.4≦y≦0.6)あるいはAlzGa1−zAs(0≦z≦0.3)からなり、
前記第一半導体層の活性層側の層は、
(AlxGa1−x)yIn1−yP(0.6≦x≦1、0.4≦y≦0.6)あるいはAlzGa1−zAs(0.3<z≦1)からなるものであることが好ましい。
このようなものであれば、クラッド層のキャリア閉じ込め効果を維持しつつ、所望の粗面形状を得るために必要なエッチング深さを抑制し、ワイヤーボンディング時にチップ割れが生じることを抑制した発光素子とすることが確実にできる。
前記発光部を形成する工程において、
前記第一半導体層を、少なくとも二層以上の構造からなり、粗面化処理が施される側の層が、活性層側の層に比べ、Al組成が少ない材料からなるもので形成することを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。
(AlxGa1−x)yIn1−yP(0≦x<0.6、0.4≦y≦0.6)あるいはAlzGa1−zAs(0≦z≦0.3)とし、
前記第一半導体層の活性層側の層を、
(AlxGa1−x)yIn1−yP(0.6≦x≦1、0.4≦y≦0.6)あるいはAlzGa1−zAs(0.3<z≦1)とすることが好ましい。
このようなものであれば、クラッド層のキャリア閉じ込め効果を維持しつつ、所望の粗面形状を得るために必要なエッチング深さを抑制し、ワイヤーボンディング時にチップ割れが生じることを抑制した発光素子を確実に製造することができる。
有機酸と無機酸の混合液が用いられ、前記有機酸は、クエン酸・マロン酸・蟻酸・酢酸・酒石酸のいずれか一種類以上含有し、前記無機酸は塩酸・硫酸・硝酸・弗酸のいずれか一種類以上を含有する溶液を用いて行い、
前記第二粗面化処理工程は、
有機酸と無機酸を含む混合液が用いられ、前記有機酸は、クエン酸・マロン酸・蟻酸・酢酸・酒石酸のいずれか1種類以上を含み、かつ、前記無機酸は塩酸、硫酸、硝酸、弗酸のいずれか1種類以上を含み、かつ、沃素を含む溶液を用いて行うことが好ましい。
また、本発明の発光素子の製造方法では、クラッド層のキャリア閉じ込め効果を維持しつつ、所望の粗面形状を得るために必要なエッチング深さを抑制し、ワイヤーボンディング時にチップ割れが生じることを抑制した発光素子を製造することができる。
図1に示すように、本発明の発光素子1は、窓層兼支持基板107と、窓層兼支持基板107上に設けられ、第二導電型の第二半導体層105と、活性層104と、第一導電型の第一半導体層103とをこの順に含む発光部108とを有している。
第一オーミック電極121は、図1に示すように、第一半導体層103上に、第一選択エッチング層102Bを介して設けたものであっても良い。
そして、非除去部180の第一半導体層103上に設けられた第一オーミック電極121と、除去部170の窓層兼支持基板107上または第二半導体層105上に設けられた第二オーミック電極122とを有するものであることが好ましい。
このようなものであれば、本発明が特に有効に作用する。
まず、図3に示すように出発基板として、基板101を用意する(図2のSP1)。
このようにすれば、後述する活性層104の材料を格子整合系でエピタキシャル成長を行うことができるため、活性層104の品質を向上させやすく、輝度上昇や寿命特性の向上が得られる。
選択エッチング層102は、基板101の上に、例えばMOVPE法(有機金属気相成長法)やMBE(分子線エピタキシー法)、CBE(化学線エピタキシー法)により形成することができる。
選択エッチング層102は、二層以上の層構造から成り、基板101に接する第二選択エッチング層102Aと、後述する第一半導体層103に接する第一選択エッチング層102Bを少なくとも有することが好ましい。第二選択エッチング層102Aと第一選択エッチング層102Bは異なる材料あるいは組成から構成しても良い。
なお、窓層兼支持基板107は、HVPE法(ハイドライド気相成長法)により形成してもよい。
ここで、高Al組成層103Bはクラッド層の機能を有する機能層であり、単一組成あるいは単一条件層に限定されない。
また、窓層兼支持基板107は格子整合系の材料であるAlGaAsで形成することも可能である。また、窓層兼支持基板107として、GaAsPを選択すると、耐候性が良好である。
しかし、GaAsPと、AlGaInP系材料またはAlGaAs系材料との間には大きな格子不整が存在するため、GaAsPには高密度のひずみや貫通転位が入る。その結果、エピタキシャル基板109は大きな反りを有する。
具体的には、エピタキシャル基板109から第二選択エッチング層102Aを用いてウェットエッチング法により基板101を除去することで、第一半導体層103の表面に第一選択エッチング層102Bのみを残留させることができる。
具体的には、第一オーミック電極121をエッチングマスクとし、第一オーミック電極121の下部以外の領域の第一選択エッチング層102Bを、エッチングにより除去することができる。
このようにすれば、確実に表面を粗面化することができる。
一方、低Al組成層103Aで生じた凹凸をエッチング用パターンとして高Al組成層103Bの一部をエッチングし、凹凸を大きくしたい場合は、エッチング予定幅より薄く低Al組成層103Aを形成することが好ましい。
一方、エッチング深さを0.3〜0.6μmの幅より小さくすればRaを小さくすることができる。また、エッチング深さを0.3〜0.6μmの幅より大きくすれば、粗面が平坦化するため、Raを小さくすることができる。
Raを大きくする場合、低Al組成層103Aをエッチング予定幅よりわずかに薄く形成する。低Al組成層のエッチング速度は遅く、高Al組成層のエッチング速度は速いため、低Al組成層がエッチングにより失われた部分からエッチング速度が速くなり、前記部分が深くエッチングされるため、Raを大きくすることができる。
上記エッチングは、塩酸を含有するウェットエッチング液によるウェットエッチング法により、第二半導体層105、緩衝層106もしくは窓層兼支持基板107を露出させた除去部170と、除去部170以外の非除去部180を形成することができる。
絶縁保護膜150は透明で絶縁性を有する材料であれば、どのような材料でも可能である。絶縁保護膜150としては、例えばSiO2もしくはSiNxを用いることが好適である。このようなものであれば、フォトリソグラフィー法と弗酸を含有したエッチング液によって、第一オーミック電極121及び第二オーミック電極122の上部を開口する加工を容易に行うことができる。
このようにすれば、確実に表面を粗面化することができる。
結晶軸が[001]方向より[110]方向に15°傾斜した厚さ280μmのn型GaAsからなる基板101上にn型GaAsバッファ層(不図示)を0.5μm、n型AlInP層からなる第二選択エッチング層102Aを1μm、n型GaAs層から成る第一選択エッチング層102Bを1μm成長させた後、MOVPE法でAlGaInPから成るn型クラッド層(第一半導体層103)、活性層104、p型クラッド層(第二半導体層105)で構成される発光部108を5.5μm形成し、更にp型GaInPからなる緩衝層106を0.3μm形成し、GaP窓層兼支持基板107の一部としてp型GaPからなる層を1μm形成した。次に、HVPE炉に移してp型GaPからなる窓層兼支持基板107を120μm成長させ、エピタキシャル基板109を得た(図3参照)。
高Al組成層103Bは厚さ2.0μmの(AlxGa1−x)0.5In0.5P(0.70≦x≦1)から成る多層構造とし、低Al組成層103Aは厚さ0.6μmの(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5Pとした。
また、このときのエッチング深さの最大値、最小値及び、平均値についても測定した。なお、第一粗面化処理により形成された凹凸の最浅点をエッチング深さの最小値、最深点を最大値とし、最浅点と最深点の中間点付近をエッチング深さの平均値と定義した。
上記のようにして測定した結果を表1に示した。なお、表1には、後述する比較例の結果も併せて記した。
このように、後述する比較例に比べて、実施例では、所望の粗面形状を得るために必要なエッチング深さを抑制することができた。
このように、クラッド層のキャリア閉じ込め効果を維持しつつ、所望の粗面形状を得るために必要なエッチング深さが抑制された発光素子を製造することができた。
その結果、ワイヤーボンディング時にチップ割れを起こさずに、LEDチップを製造することができた。
第一粗面化処理層に低Al組成層を形成せずに実施例と同じ厚さのn型クラッド層を形成したことを除き実施例と同様の工程で発光素子を製造した。
その後、実施例と同様にして、ワイヤーボンディングを行い、LEDチップを作製した。
表1に示したように、第一粗面化処理後の粗さRa=0.33であった。この粗さを実現するため第一粗面化処理のエッチング深さの最大値は、1.17μm、最小値は、0.71μm、平均値は0.92μmであった。
また、比較例では、ワイヤーボンディング時の衝撃吸収力が低下し、チップ割れを起こした。
102A…第二選択エッチング層、 102B…第一選択エッチング層、
103…第一半導体層、 103A…低Al組成層、 103B…高Al組成層、
104…活性層、 105…第二半導体層、 106…緩衝層、
107…窓層兼支持基板、 108…発光部、 109…エピタキシャル基板、
110…発光素子基板、 121…第一オーミック電極、
122…第二オーミック電極、 140…第二オーミック電極形成領域、
141…スクライブ領域、 150…絶縁保護膜、 170…除去部、
180…非除去部。
Claims (6)
- 窓層兼支持基板と、該窓層兼支持基板上に設けられ、第二導電型の第二半導体層と、活性層と、第一導電型の第一半導体層とをこの順に含む発光部とを有する発光素子において、
前記第一半導体層上に第一オーミック電極が設けられ、前記第一半導体層の表面及び前記発光部の側面の少なくとも一部は絶縁保護膜で被覆され、前記第一半導体層の表面及び前記窓層兼支持基板の表面が粗面化され、
前記第一半導体層は、少なくとも二層以上の構造からなり、粗面化処理が施された側の層が、活性層側の層に比べ、Al組成が少ない材料からなるものであることを特徴とする発光素子。 - 前記発光部の一部が除去された除去部と、該除去部以外の非除去部と、該非除去部の前記第一半導体層上に設けられた前記第一オーミック電極と、
前記除去部の前記窓層兼支持基板上または前記第二半導体層上に設けられた第二オーミック電極とを有するものであることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。 - 前記第一半導体層の粗面化処理が施される側の層は、
(AlxGa1−x)yIn1−yP(0≦x<0.6、0.4≦y≦0.6)あるいはAlzGa1−zAs(0≦z≦0.3)からなり、
前記第一半導体層の活性層側の層は、
(AlxGa1−x)yIn1−yP(0.6≦x≦1、0.4≦y≦0.6)あるいはAlzGa1−zAs(0.3<z≦1)からなるものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光素子。 - 基板上に、該基板と格子整合系の材料で第一半導体層、活性層、第二半導体層を順次エピタキシャル成長により成長させて発光部を形成する工程と、該発光部の上に前記基板に対して非格子整合系の材料で窓層兼支持基板をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記基板を除去する工程と、前記第一半導体層上に第一オーミック電極を形成する工程と、前記第一半導体層の表面に粗面化処理を行う第一粗面化処理工程と、前記発光部の一部を除去して除去部と、それ以外の非除去部を形成する素子分離工程と、前記発光部が除去された窓層兼支持基板上に第二オーミック電極を形成する工程と、前記第一半導体層表面及び前記発光部の側面の少なくとも一部を絶縁保護膜で被覆する工程と、前記窓層兼支持基板の表面及び側面を粗面化する第二粗面化処理工程からなり、
前記発光部を形成する工程において、
前記第一半導体層を、少なくとも二層以上の構造からなり、粗面化処理が施される側の層が、活性層側の層に比べ、Al組成が少ない材料からなるもので形成することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記第一半導体層の粗面化処理が施される側の層を、
(AlxGa1−x)yIn1−yP(0≦x<0.6、0.4≦y≦0.6)あるいはAlzGa1−zAs(0≦z≦0.3)とし、
前記第一半導体層の活性層側の層を、
(AlxGa1−x)yIn1−yP(0.6≦x≦1、0.4≦y≦0.6)あるいはAlzGa1−zAs(0.3<z≦1)とすることを特徴とする請求項4に記載の発光素子の製造方法。 - 前記第一粗面化処理工程は、
有機酸と無機酸の混合液が用いられ、前記有機酸は、クエン酸・マロン酸・蟻酸・酢酸・酒石酸のいずれか一種類以上含有し、前記無機酸は塩酸・硫酸・硝酸・弗酸のいずれか一種類以上を含有する溶液を用いて行い、
前記第二粗面化処理工程は、
有機酸と無機酸を含む混合液が用いられ、前記有機酸は、クエン酸・マロン酸・蟻酸・酢酸・酒石酸のいずれか1種類以上を含み、かつ、前記無機酸は塩酸、硫酸、硝酸、弗酸のいずれか1種類以上を含み、かつ、沃素を含む溶液を用いて行うことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の発光素子の製造方法。
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