JPWO2016079929A1 - 発光素子及び発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記第一半導体層上に、第一選択エッチング層を介して設けられた第一オーミック電極を有し、
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及び前記窓層兼支持基板の表面が粗面化されてい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、光取り出し量が更に増加した発光素子となるとともに、本発明が特に有効に作用する。
このように、窓層兼支持基板、第一半導体層、活性層、第二半導体層として、上記のような材料を好適に用いることができる。
このように、基板、窓層兼支持基板、第一半導体層、活性層、第二半導体層として、上記のような材料を好適に用いることができる。
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、比較的簡単に、低コストで、発光部表面の電極の剥離を抑制しつつ、第一半導体層の表面及び窓層兼支持基板表面の粗面化により発光効率を向上させ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。
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。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されることが好ましい。
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。
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。
第一選択エッチング層102Bを第一粗面液に対して選択エッチング性がある材料で構成することで、第一粗面液は第一オーミック電極の形状に沿ってファセット面を形成する。このようにして、第一選択エッチング層102Bを第一オーミック電極121の下部に設けることにより第一オーミック電極121の下部へのオーバーエッチングの発生を防止することができるので、発光部表面の電極の剥離を抑制することができる。
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。
上述した第一粗面処理工程で用いた第一半導体層103に施す第一粗面液と、第二粗面処理工程で窓層兼支持基板107に施す第二粗面液とは液組成が異なる。そのため、エッチング特性が異なるため、必然的に第一半導体層103と窓層兼支持基板107が有する粗面の形状及びRaは異なったものとなる。
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6.5μm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(図3参照)。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。
まず、実施例1と同様にして、第一粗面処理工程まで行った。このときの第一半導体層表面の粗面の粗さを測定したところ、実施例1と同様のRa=0.6μmであった。
第一粗面処理及び第二粗面処理を行わず、また、第一オーミック電極の下部に第一選択エッチング層を設けなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で発光素子を製造した。
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、第一選択エッチング層を介して設けられた第一オーミック電極を有し、
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及び前記窓層兼支持基板の表面が粗面化されているものであることを特徴とする発光素子。 - 前記発光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、前記第一選択エッチング層を介して設けられた前記第一オーミック電極を有し、
前記除去部の前記窓層兼支持基板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。 - 前記窓層兼支持基板はGaP、GaAsP、AlGaAs、サファイア(Al2O3)、石英(SiO2)、SiCのいずれかからなり、前記第一半導体層、前記活性層、前記第二半導体層がAlGaInPまたはAlGaAs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、第二選択エッチング層と第一選択エッチング層を少なくとも有する選択エッチング層を形成する工程と、該選択エッチング層の上に前記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、前記基板及び前記第二選択エッチング層を除去して、前記第一半導体層の表面に前記第一選択エッチング層のみを残留させる工程と、前記第一選択エッチング層の表面に第一オーミック電極を形成する工程と、前記第一オーミック電極の下部以外の領域の前記第一選択エッチング層を除去する工程と、前記第一半導体層の表面に粗面処理を行う第一粗面処理工程と、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処理工程を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
- 前記基板をGaAsまたはGeとし、前記窓層兼支持基板をGaP、GaAsP、AlGaAs、サファイア(Al2O3)、石英(SiO2)、SiCのいずれかとし、前記第一半導体層、前記活性層、前記第二半導体層をAlGaInPまたはAlGaAs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5に記載の発光素子の製造方法。
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