JP6507947B2 - 発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
前記発光素子は、前記発光部が除去された除去部と、前記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の表面上に設けられた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の表面上に設けられた第二オーミック電極とを有し、
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上の前記第一オーミック電極の形成部以外と、前記窓層兼支持基板の表面上の前記除去部における前記第二オーミック電極の形成部以外と、前記窓層兼支持基板の側面及び裏面とが粗面化されたものであることを特徴とする発光素子を提供する。
(AlxGa1−x)yIn1−yP(0≦x<0.6、0.4≦y≦0.6)あるいはAlzGa1−zAs(0≦z≦0.3)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。
前記窓層兼支持基板の表面上の前記除去部における前記第二オーミック電極の形成部以外の粗面化は、前記第二オーミック電極を形成する工程の前に行うことができる。
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が好ましい。
(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で行い、
前記第二粗面化処理工程において、前記窓層兼支持基板の表面上の前記除去部における前記第二オーミック電極の形成部以外と、前記窓層兼支持基板の側面及び裏面の粗面化は、
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・酒石酸の有機酸からいずれか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、沃素を含む溶液で行うことが好ましい。
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で行い、
前記第二粗面化処理工程において、
前記窓層兼支持基板の表面上の前記除去部における前記第二オーミック電極の形成部以外の粗面化は、塩酸ガス含有のICPプラズマエッチングによるドライエッチングで行い、
前記窓層兼支持基板の側面及び裏面の粗面化は、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・酒石酸の有機酸からいずれか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、沃素を含む溶液で行うことが好ましい。
上述したように、発光部と窓層兼支持基板を有する発光素子において、発光部と窓層兼支持基板の表面のより多くの領域を粗面化することで外部量子効率を高めた発光素子が望まれていた。そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、第一半導体層の表面上の第一オーミック電極の形成部以外と、窓層兼支持基板の表面上の除去部における第二オーミック電極の形成部以外と、窓層兼支持基板の側面及び裏面とが粗面化された発光素子であれば、外部量子効率を高めた発光素子とすることができることに想到した。そして、これらを実施するための最良の形態について精査し、本発明を完成させた。
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の表面上に設けられ、少なくともAlを含む第二導電型の第二半導体層105、活性層104、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。
次に、本発明の発光素子の製造方法の第一の実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。
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。
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。
第二オーミック電極122は、図7に示した、粗面が形成されていない平坦な面の第二オーミック電極の形成部141に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。
次に本発明の発光素子の製造方法の第二の実施形態について図9〜図13を参照して説明する。
このとき、第一粗面液は主として、低Al組成層103Aに対して第一粗面化処理を施すことが好ましい。低Al組成層103Aと高Al組成層103Bが同系統の材料、例えば、両者共にAlGaInP系の材料で形成した場合、高Al組成層103Bの方が低Al組成層103Aよりエッチングが速くなるため、高Al組成層103Bへのエッチングが好ましくない場合は低Al組成層103Aの厚さを、エッチング予定幅より厚く形成することが好ましい。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。
第一半導体層103〜緩衝層106の厚さは当該エッチング工程の深さに合わせて厚さ設計をされる。
絶縁保護膜250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250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222の上部を開口する加工を容易に行うことができる。
第一の実施形態の方法で、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)。
第二の実施形態の方法で図10に示すようにフォトリソグラフィー法により、素子分離予定領域240にレジストマスク(不図示)を設け、酢酸と塩酸の混合液からなる第一粗面液にて、第一粗面化処理を行い、図11に示すように、フォトリソグラフィー法により第一半導体層103上の所定の素子分離予定領域240を開口させたパターンを形成し、塩酸ガス含有のICPプラズマエッチング法にて素子分離予定領域240の発光部108をエッチングし、図11に示すように、窓層兼支持基板107を露出させた部分(除去部270)を形成した。除去部270を作成するエッチングの際、除去部270の窓層兼支持基板107を、深さは3μmの段差を設けるようにエッチングし、最後に酢酸と弗酸、沃素の混合液で窓層兼支持基板107の表面上の除去部270における第二オーミック電極222の形成部以外と、窓層兼支持基板107の側面及び裏面を第二粗面化処理して、発光素子11(図13参照)を製造した。
実施例1の図3〜図5までの形成方法は同様だが、図6において第二オーミック電極形成予定領域122aを設けず、かつ、図7の除去部170を設ける工程にてICPプラズマエッチング法を用いず、ウェットエッチングにより選択性により除去部170の窓層兼支持基板107表面を露出させ、第二オーミック電極122を形成した。つまり、比較例における除去部170は第一粗面化処理工程で形成した粗面パターンを踏襲せず、平坦な面が形成されたものである。以後は実施例1と同様の工程を施した発光素子を作製した。即ち、比較例において作製した発光素子は、実施例1で作製した図1の発光素子1の、窓層兼支持基板107の表面上の除去部170における第二オーミック電極122の形成部以外の部分の粗面化がされていないものである。
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、222…第二オーミック電極、
122a…第二オーミック電極形成予定領域、 123…レジストマスク、
140…領域、 141…第二オーミック電極の形成部、
142、242…スクライブ領域、 150、250…絶縁保護膜、
170、270…除去部、
180、280…非除去部、 240…素子分離予定領域。
Claims (6)
- 基板上に、該基板と格子整合系の材料で少なくともAlを含む第一半導体層、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、前記第一半導体層の表面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上の前記第一オーミック電極の形成部以外の少なくとも一部を粗面化する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、前記除去部の前記窓層兼支持基板の表面上に第二オーミック電極を形成する工程と、前記第一半導体層の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上の前記除去部における前記第二オーミック電極の形成部以外と、前記窓層兼支持基板の側面及び裏面とを別々に又は同時に粗面化する第二粗面化処理工程とを有する発光素子の製造方法であって、
前記発光部をAlGaInP系のものとし、前記窓層兼支持基板をGaAsP系のものとすることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記第二粗面化処理工程において、前記窓層兼支持基板の表面上の前記除去部における前記第二オーミック電極の形成部以外と、前記窓層兼支持基板の側面及び裏面とを別々に粗面化する場合に、
前記窓層兼支持基板の表面上の前記除去部における前記第二オーミック電極の形成部以外の粗面化は、前記第二オーミック電極を形成する工程の前に行うことを特徴とする請求項1に記載の発光素子の製造方法。 - 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請求項1又は請求項2に記載の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)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)とすることを特徴とする請求項3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で行い、
前記第二粗面化処理工程において、前記窓層兼支持基板の表面上の前記除去部における前記第二オーミック電極の形成部以外と、前記窓層兼支持基板の側面及び裏面の粗面化は、
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・酒石酸の有機酸からいずれか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、沃素を含む溶液で行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項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で行い、
前記第二粗面化処理工程において、
前記窓層兼支持基板の表面上の前記除去部における前記第二オーミック電極の形成部以外の粗面化は、塩酸ガス含有のICPプラズマエッチングによるドライエッチングで行い、
前記窓層兼支持基板の側面及び裏面の粗面化は、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・酒石酸の有機酸からいずれか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、沃素を含む溶液で行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法。
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