JP7360822B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態(以下、単に「この形態(this embodiment)」という。)に係る半導体発光装置1を示す平面図である。図2は、図1に示すII-II線に沿う断面図である。
図1および図2を参照して、半導体発光装置1は、直方体形状に形成された導電基板2を含む。導電基板2は、金属基板または半導体基板からなっていてもよい。導電基板2は、不純物によって導電性が付与された半導体基板からなることが好ましい。半導体基板は、Si基板、SiC基板、Ge基板、化合物半導体基板または窒化物半導体基板であってもよい。導電基板2は、この形態では、不純物によって導電性が付与されたSi基板からなる。
半導体発光装置1は、第1主面3の上に形成されたAu系金属層7を含む。Au系金属層7は、第1主面3の全域を被覆している。Au系金属層7の周縁は、導電基板2の側面5側から露出している。Au系金属層7の周縁は、導電基板2の側面5に連なるように形成されている。Au系金属層7の周縁は、より具体的には、導電基板2の側面5に対して面一に形成されている。Au系金属層7の周縁は、さらに具体的には、導電基板2の側面5との間で1つの研削面を形成している。
第1Au層15は、純Au層またはAu合金層からなっていてもよい。純Au層は、非合金のAuを含む層である。純Au層は、純度が99%以上のAuを含む層であってもよい。Au合金層は、他の材料と合金化したAuを含む層である。Auと合金化した金属は、Ge,Ni、Be、Si等であってもよい。第1Au層15は、この形態では、純Au層からなる。
光透過電極層11Aの厚さは、500Å以上4000Å以下であってもよい。光透過電極層11Aの厚さは、500Å以上1000Å以下、1000Å以上1500Å以下、1500Å以上2000Å以下、2000Å以上2500Å以下、2500Å以上3000Å以下、3000Å以上3500Å以下、または、3500Å以上4000Å以下であってもよい。光透過電極層11Aの厚さは、1500Å以上3000Å以下であることが好ましい。
下地バリア電極層6の周縁は、導電基板2の側面5側から露出している。下地バリア電極層6の周縁は、導電基板2の側面5に連なるように形成されている。下地バリア電極層6の周縁は、より具体的には、導電基板2の側面5に対して面一に形成されている。下地バリア電極層6の周縁は、さらに具体的には、導電基板2の側面5との間で1つの研削面を形成している。
下地バリア電極層6は、Ti層またはTiN層からなる単層構造を有していてもよい。下地バリア電極層6は、Ti層およびTiN層を含む積層構造を有していてもよい。下地バリア電極層6は、この形態では、Ti層からなる単層構造を有している。
第1バリア電極層8の周縁は、導電基板2の側面5側から露出している。第1バリア電極層8の周縁は、導電基板2の側面5に連なるように形成されている。第1バリア電極層8の周縁は、より具体的には、導電基板2の側面5に対して面一に形成されている。第1バリア電極層8の周縁は、さらに具体的には、導電基板2の側面5との間で1つの研削面を形成している。
第1バリア電極層8は、Ti層またはTiN層からなる単層構造を有していてもよい。第1バリア電極層8は、Ti層およびTiN層を含む積層構造を有していてもよい。第1バリア電極層8は、この形態では、Ti層からなる単層構造を有している。
第2バリア電極層10の周縁は、導電基板2の側面5側から露出している。第2バリア電極層10の周縁は、導電基板2の側面5に連なるように形成されている。第2バリア電極層10の周縁は、より具体的には、導電基板2の側面5に対して面一に形成されている。第2バリア電極層10の周縁は、さらに具体的には、導電基板2の側面5との間で1つの研削面を形成している。
第2バリア電極層10の厚さは、1Å以上100Å以下であってもよい。第2バリア電極層10の厚さは、1Å以上10Å以下、10Å以上20Å以下、20Å以上40Å以下、40Å以上60Å以下、60Å以上80Å以下、または、80Å以上100Å以下であってもよい。第2バリア電極層10の厚さは、10Å以上50Å以下であることが好ましい。
半導体発光層12は、この形態では、短波長領域の光を生成する。半導体発光層12は、500nm以上700nm以下の範囲に発光波長を有する光(赤色光)を生成することが好ましい。半導体発光層12は、560nm以上700nm以下の範囲に発光波長を有する光(赤色光)を生成することが特に好ましい。
露出部23は、光透過層11の深さ方向途中部に区画されていることが好ましい。つまり、光透過層11の主面において露出部23を形成する部分は、光透過層11の主面において半導体発光層12によって被覆された部分よりも導電基板2側に位置していることが好ましい。
半導体発光層12は、錘台形状(この形態では四角錐台形状)に形成されている。半導体発光層12の形状は、四角錐台形状に限定されない。半導体発光層12は、三角錘台や六角錘台等の多角錘台形状や円錐台形状に形成されていてもよい。
p型半導体層17は、この形態では、光透過層11側からこの順に積層されたp型コンタクト層24、p型ウィンドウ層25およびp型クラッド層26を含む積層構造を有している。
第1ガイド層28は、比較的大きいAl組成比を有するInGaAlP層を含む。第1ガイド層28のAl組成比は、0.5以上1未満であることが好ましい。
第2ガイド層29の厚さは、100Å以上5000Å以下であってもよい。第2ガイド層29の厚さは、100Å以上1000Å以下、1000Å以上2000Å以下、2000Å以上3000Å以下、3000Å以上4000Å以下、または、4000Å以上5000Å以下であってもよい。第2ガイド層29の厚さは、500Å以上1500Å以下であることが好ましい。
MQW構造27の最下層は、バリア層31またはウェル層30によって形成されていてもよい。MQW構造27の最下層は、第1ガイド層28の材料に応じて調整され、この形態では、ウェル層30によって形成されている。MQW構造27の最上層は、バリア層31またはウェル層30によって形成されていてもよい。MQW構造27の最上層は、第2ガイド層29の材料に応じて調整され、この形態では、ウェル層30によって形成されている。
各ウェル層30の厚さは、10Å以上100Å以下であってもよい。各ウェル層30の厚さは、10Å以上20Å以下、20Å以上40Å以下、40Å以上60Å以下、60Å以上80Å以下、または、80Å以上100Å以下であってもよい。各ウェル層30の厚さは、10Å以上50Å以下であることが好ましい。各ウェル層30の厚さは、各バリア層31の厚さ未満であることが好ましい。
n型半導体層19は、この形態では、発光層18側からこの順に積層されたn型クラッド層32、n型ウィンドウ層33およびn型コンタクト層34を含む積層構造を有している。
n型コンタクト層34は、n型ウィンドウ層33に接している。n型コンタクト層34は、この形態では、平面視においてn型ウィンドウ層33の周縁から内方に間隔を空けて形成されている。これにより、n型コンタクト層34は、n型ウィンドウ層33の周縁との間で、n型ウィンドウ層33が露出した露出部を区画している。
Ti層40は、第2主面4に対するオーミック電極として形成されている。また、Ti層40は、導電基板2の材料(この形態ではSi)がAu層41へ拡散することを抑制するバリア電極として形成されている。
電極本体部37は、この形態では、平面視において円形状に形成されている。電極本体部37の平面形状は、本体部34Aの平面形状に応じて調整される。電極本体部37は、本体部34Aの平面形状に応じて、平面視において三角形状、四角形状、六角形状等の多角形状、または、楕円形状に形成されていてもよい。
第1Au電極層35は、n型コンタクト層34に接している。第1Au電極層35は、純Au層またはAu合金層からなっていてもよい。純Au層は、非合金のAuを含む層である。純Au層は、純度が99%以上のAuを含む層であってもよい。Au合金層は、他の材料と合金化したAuを含む層である。Auと合金化した金属は、Ge,Ni、Be、Si等であってもよい。第1Au電極層35は、この形態では、Au合金層の一例としてのAuGeNi層からなる。
第2Au電極層36は、第1Au電極層35に接している。第2Au電極層36は、純Au層またはAu合金層からなっていてもよい。純Au層は、非合金のAuを含む層である。純Au層は、純度が99%以上のAuを含む層であってもよい。Au合金層は、他の材料と合金化したAuを含む層である。Auと合金化した金属は、Ge,Ni、Be、Si等であってもよい。第2Au電極層36は、この形態では、純Au層からなる。
絶縁層39は、光透過層11および半導体発光層12を被覆している。絶縁層39は、光透過層11および半導体発光層12を保護すると同時に、光透過層11および半導体発光層12の間の不所望な短絡を抑制する。絶縁層39は、より具体的には、第1被覆部39A、第2被覆部39Bおよび第3被覆部39Cを含む。
第2被覆部39Bは、第1被覆部39Aと一体をなし、半導体発光層12の半導体側面21を被覆している。第2被覆部39Bは、半導体側面21の全域を被覆していることが好ましい。第2被覆部39Bは、p型半導体層17、発光層18およびn型半導体層19の間における不所望な短絡を抑制する。これにより、発光層18において適切に光を生成させることができる。
第3被覆部39Cは、n型ウィンドウ層33の露出部に形成された凹凸(unevenness)を埋めてn型ウィンドウ層33を被覆している。第3被覆部39Cは、さらに、第2端子電極14の主面を露出させるように第2端子電極14を部分的に被覆している。第3被覆部39Cは、より具体的には、第2端子電極14の主面を露出させるように第2端子電極14の電極本体部37および電極枝部38を被覆している。つまり、第3被覆部39Cは、n型コンタクト層34の本体部34Aおよび枝部34Bも被覆している。
第1端子電極13および第2端子電極14の間に所定の閾値電圧以上の順方向電圧が印加されると、半導体発光層12(発光層18)において光が生成される。半導体発光層12において生成された光は、導電基板2および半導体主面22に向けて照射される。
図3は、光反射率および光波長の関係をシミュレーションによって調べた結果を示すグラフである。図3において縦軸は、光反射率[%]を示し、横軸は光波長[nm]を示している。図3には、第1曲線L1(破線参照)および第2曲線L2(実線参照)が示されている。第1曲線L1は、Au(ここでは純Au)の光反射特性を示している。第2曲線L2は、Al(ここでは純Al)の光反射特性を示している。
このように、Alは、Auの光反射特性とは異なる光反射特性を有している。Alは、より具体的には、短波長領域(610nm以下の波長領域)の光反射率が、Auの光反射率よりも高い光反射特性を有している。また、Alは、長波長領域(610nmを超える波長領域)の光反射率が、Auの光反射率よりも低い光反射特性を有している。
そこで、半導体発光装置1では、Au系金属層7が形成された構造において、Alを含む光反射層9を、Au系金属層7と半導体発光層12の間にさらに介在させている。これにより、超短波長領域における光を適切に反射させることができるから、半導体発光層12で生成された光を適切に反射させることができる。よって、輝度を向上できる。
図4A~図4Oは、図1に示す半導体発光装置1の製造方法の一例を説明するための断面図である。半導体発光装置1の製造方法では、複数の半導体発光装置1が同時に製造されるが、図4A~図4Oでは、1つの半導体発光装置1が形成される領域およびその周辺の領域を示している。
第2ベース基板47は、化合物半導体基板からなることが好ましい。化合物半導体基板によれば、ベース主面48の上に半導体発光層12を適切に形成できる。第2ベース基板47は、この形態では、GaAs基板からなる。第2ベース基板47は、エピタキシャル成長法によって半導体発光層12を形成できる限り任意であり、特定の材質に限定されない。
次に、光透過層11が、半導体発光層12(p型コンタクト層24)の上に形成される。光透過層11は、この形態では、ITO層を含む。光透過層11は、蒸着法またはスパッタ法によって形成されてもよい。
次に、図4Fを参照して、第1Au層15および第2Au層16が、圧着(より具体的には熱圧着)される。これにより、第1Au層15および第2Au層16が接合されて、Au系金属層7が形成される。
次に、第2端子電極14が、半導体発光層12の主面に形成される。第2端子電極14は、この形態では、第1Au電極層35および第2Au電極層36を含む積層構造を有している。第1Au電極層35および第2Au電極層36は、この工程では、リフトオフ法によって形成される。
次に、図4Iを参照して、第1Au電極層35および第2Au電極層36においてマスク51を被覆する部分が、マスク51と同時に除去される。これにより、半導体発光層12の主面に第2端子電極14が形成される。
次に、図4Kを参照して、所定パターンを有するマスク49が、半導体発光層12の主面(n型コンタクト層34の主面)に形成される。マスク49は、複数のメサ構造20を形成すべき領域を被覆し、それら以外の領域を露出させる複数の開口50を有している。
エッチング法は、ウエットエッチング法および/またはドライエッチング法であってもよい。エッチング法は、異方性のドライエッチング法(たとえばRIE(Reactive Ion Etching)法)であることが好ましい。
次に、絶縁層39の不要な部分が、マスク53を介するエッチング法によって除去される。エッチング法は、ウエットエッチング法および/またはドライエッチング法であってもよい。これにより、第2端子電極14を露出させる絶縁層39が形成される。その後、マスク53は除去される。
第1端子電極13の形成工程に先立って、任意のタイミングで、第1ベース基板42が薄化されてもよい。第1ベース基板42の薄化工程は、第2主面44を研削する工程を含んでいてもよい。第2主面44は、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって研削されてもよい。
また、切断工程において、切断予定溝46の全域は、絶縁層39によって被覆されている。絶縁層39は、切断工程において、第1ベース基板42、下地バリア電極層6、Au系金属層7、第1バリア電極層8、光反射層9および第2バリア電極層10に対する保護層となる。れにより、切断工程に起因して生じるパーティクルが、光透過層11や半導体発光層12に付着することを絶縁層39によって抑制できる。
図6を参照して、半導体発光装置61に係る光透過層11は、光透過電極層11Aに代えて、光反射層9の側からこの順に積層された光透過電極層63および光透過絶縁層64を含む積層構造を有している。
光透過電極層63の厚さは、500Å以上5000Å以下であってもよい。光透過電極層63の厚さは、500Å以上1000Å以下、1000Å以上2000Å以下、2000Å以上3000Å以下、3000Å以上4000Å以下、または、4000Å以上5000Å以下であってもよい。光透過電極層63の厚さは、2000Å以上3000Å以下であることが好ましい。
第2バリア電極層10は、この形態では、光反射層9および光透過電極層63に接している。第2バリア電極層10は、光反射層9および光透過電極層63の全域に接していることが好ましい。
各コンタクト電極66は、光透過層11を貫通し、光反射層9および半導体発光層12を電気的に接続させている。各コンタクト電極66は、より具体的には、光透過層11に形成されたコンタクト孔67に埋め込まれている。
第1Au層68および第2Au層69は、純Au層およびAu合金層のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。純Au層は、非合金のAuを含む層である。純Au層は、純度が99%以上のAuを含む層であってもよい。Au合金層は、他の材料と合金化したAuを含む層である。Auと合金化した金属は、Ge,Ni、Be、Si等であってもよい。第1Au層68は、この形態では、純Au層からなる。第2Au層69は、この形態では、Au合金層の一例としてのAuBeNi層からなる。
第2Au層69の厚さは、500Å以上4000Å以下であってもよい。第2Au層69の厚さは、500Å以上1000Å以下、1000Å以上2000Å以下、2000Å以上3000Å以下、または、3000Å以上4000Å以下であってもよい。第2Au層69の厚さは、第1Au層68の厚さを超えていることが好ましい。第2Au層69の厚さは、1000Å以上3000Å以下であることが好ましい。
第2端子電極14の電極本体部37は、n型コンタクト層34の本体部34Aの上に形成されている。電極本体部37は、この形態では、平面視において円形状に形成されている。電極本体部37の平面形状は、本体部34Aの平面形状に応じて調整される。電極本体部37は、本体部34Aの平面形状に応じて、平面視において三角形状、四角形状、六角形状等の多角形状、または、楕円形状に形成されていてもよい。
図7A~図7Qは、図5に示す半導体発光装置61の製造方法の一例を説明するための断面図である。半導体発光装置61の製造方法では、複数の半導体発光装置61が同時に製造されるが、図7A~図7Qでは、1つの半導体発光装置61が形成される領域およびその周辺の領域を示している。
図7Aを参照して、第1ベース基板42が用意される。
次に、図7Bを参照して、下地バリア電極層6および第1Au層15が、第1ベース基板42の第1主面43の上に形成される。
次に、光透過層11が、半導体発光層12の上に形成される。光透過層11は、この形態では、p型コンタクト層24側からこの順に積層された光透過絶縁層64および光透過電極層63を含む。光透過絶縁層64は、この形態では、SiO2層からなる。光透過電極層63は、この形態では、ITO層からなる。光透過絶縁層64は、CVD法によって形成されてもよい。光透過電極層63は、蒸着法および/またはスパッタ法によって形成されてもよい。
次に、光透過層11の不要な部分が除去される。光透過層11の不要な部分は、マスク72を介するエッチング法によって除去されてもよい。エッチング法は、ウエットエッチング法および/またはドライエッチング法であってもよい。エッチング法は、異方性のドライエッチング法(たとえばRIE法)であることが好ましい。これにより、光透過層11に複数のコンタクト孔67が形成される。
次に、図7Fを参照して、第2バリア電極層10、光反射層9、第1バリア電極層8および第2Au層16が、光透過電極層63の上にこの順に形成される。
次に、図7Hを参照して、第1Au層15および第2Au層16が圧着(より具体的には熱圧着)される。
次に、図7Iを参照して、第2ベース基板47が除去される。
次に、図7Kを参照して、n型コンタクト層34の不要な部分が、第2端子電極14をマスクとするエッチング法によって除去される。これにより、n型コンタクト層34が、第2端子電極14の平面形状に対応した平面形状に形成される。
次に、図7Mを参照して、半導体発光装置61にそれぞれ対応した複数のデバイス領域45(メサ構造20)、および、複数のデバイス領域45を区画する切断予定溝46が、マスク49を介するエッチング法によって形成される。
次に、図7Oを参照して、絶縁層39の不要な部分が、マスク53を介するエッチング法によって除去される。
次に、図7Pを参照して、第1端子電極13が、第1ベース基板42の第2主面44に形成される。第1端子電極13の形成工程に先立って、任意のタイミングで、第1ベース基板42が薄化されてもよい。
図8は、本発明の第3実施形態(以下、単に「この形態(this embodiment)」という。)に係る半導体発光装置81を示す断面図である。以下では、半導体発光装置61について述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
以上、半導体発光装置81によっても、半導体発光装置1に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。半導体発光装置81は、図7Cの工程から光透過電極層63の形成工程を省くことによって製造される。
たとえば、前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構造が採用されてもよい。つまりp型の部分がn型とされ、n型の部分がp型とされてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で、種々の設計変更を施すことが可能である。
2 導電基板
3 第1主面(主面)
7 貼り合わせ層
8 第1バリア電極層
9 光反射層
10 第2バリア電極層
11 光透過層
11A 光透過電極層
12 半導体発光層
13 第1端子電極
14 第2端子電極
17 第1半導体層
18 発光層
19 第2半導体層
61 半導体発光装置
63 光透過電極層
64 光透過絶縁層
66 コンタクト電極
68 Au層
81 半導体発光装置
Claims (19)
- 主面を有する導電基板と、
前記主面の上に形成されたAu系金属層と、
610nm以下の波長領域である短波長領域の光反射率が前記Au系金属層の光反射率よりも高い光反射特性を有し、前記Au系金属層の上に形成されたAlを含む光反射層と、
前記光反射層の上に形成された光透過層と、
前記光透過層の上に形成された半導体発光層と、
前記Au系金属層および前記光反射層の間に介在する第1バリア電極層と、
前記光透過層および前記光反射層の間に介在する第2バリア電極層とを含み、
前記半導体発光層は、前記光透過層の上に積層された第1導電型の第1半導体層、前記第1半導体層の上に積層された発光層、および、前記発光層の上に積層された第2導電型の第2半導体層を含み、
前記第2半導体層は、前記発光層の側から順に積層された第2導電型のウィンドウ層および第2導電型のコンタクト層を含み、
前記コンタクト層は、前記ウィンドウ層の周縁から内方に間隔を空けて形成され、前記ウィンドウ層の周縁との間で、粗面化により凹凸が形成された前記ウィンドウ層が露出した露出部を区画しており、
前記第2半導体層の半導体主面は、前記ウィンドウ層の前記露出部および前記コンタクト層により形成されており、
前記半導体発光層は、平面視において前記導電基板の側面から内方に間隔を空けて形成され、平面視において前記導電基板の前記側面との間で前記光透過層が露出した露出部を区画し、半導体主面および前記半導体主面の周縁から前記光透過層の前記露出部へ連なる半導体側面を有しており、
前記導電基板の前記主面および前記Au系金属層の間に介在する下地バリア電極層と、
前記光透過層の前記露出部を被覆し、前記導電基板、前記下地バリア電極層、前記Au系金属層、前記第1バリア電極層、前記光反射層および前記第2バリア電極層の保護層として形成された絶縁性の第1被覆部と、
前記第1被覆部と一体をなし、前記半導体発光層の前記半導体側面を被覆する絶縁性の第2被覆部と、
前記第2被覆部と一体をなし、前記半導体発光層の前記半導体主面を被覆する絶縁性の第3被覆部であって、前記半導体側面から前記コンタクト層に向けて延び、前記ウィンドウ層の前記露出部の凹凸を埋めて、前記ウィンドウ層を被覆している前記第3被覆部とを含み、
前記コンタクト層は、その周縁部が選択的に粗面化され、前記コンタクト層の前記周縁部よりも内側の中心部が粗面化されていない、半導体発光装置。 - 前記半導体発光層は、少なくとも前記短波長領域の光を生成する、請求項1に記載の半導体発光装置。
- 前記光反射層は、610nmを超える波長領域である長波長領域の光反射率が、前記Au系金属層の光反射率よりも低い光反射特性を有している、請求項1または2に記載の半導体発光装置。
- 前記半導体発光層は、化合物半導体層を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記半導体発光層は、500nm以上700nm以下の範囲に発光波長を有する赤色光を生成する、請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記第2バリア電極層は、前記第1バリア電極層とは異なる導電材料を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記第1バリア電極層は、Ti層を含み、
前記第2バリア電極層は、TiN層を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 - 前記光透過層は、光透過電極層からなる単層構造を有している、請求項1~7のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記光透過電極層は、ITO層を含む、請求項8に記載の半導体発光装置。
- 前記光透過層は、前記光反射層側からこの順に積層された光透過電極層および光透過絶縁層を含む積層構造を有している、請求項1~7のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記光透過電極層は、ITO層を含み、
前記光透過絶縁層は、SiO2層およびSiN層のいずれか一方または双方を含む、請求項10に記載の半導体発光装置。 - 前記光透過層は、光透過絶縁層からなる単層構造を有している、請求項1~7のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記光透過絶縁層は、SiO2層およびSiN層のいずれか一方または双方を含む、請求項12に記載の半導体発光装置。
- 前記光透過層に埋設され、前記半導体発光層および前記光反射層に電気的に接続されたコンタクト電極をさらに含む、請求項10~13のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記コンタクト電極は、Au層を含む、請求項14に記載の半導体発光装置。
- 前記導電基板は、不純物によって導電性が付与されたSi基板からなる、請求項1~15のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記導電基板の前記主面の反対側の第2主面に接続された第1端子電極と、
前記コンタクト層に接続された第2端子電極と、をさらに含み、
前記第3被覆部は、さらに、前記第2端子電極の主面を露出させるように前記第2端子電極を部分的に被覆している、請求項1~16のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 - 前記光反射層は、純Al層である、請求項1~17のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記コンタクト層は、本体部と、平面視において前記本体部から前記ウィンドウ層の周縁に向けて枝状に引き出された枝部とを含む、請求項1~18のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
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