JP2004119964A - 半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、集積型半導体発光装置の製造方法、集積型半導体発光装置、画像表示装置の製造方法、画像表示装置、照明装置の製造方法および照明装置 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、集積型半導体発光装置の製造方法、集積型半導体発光装置、画像表示装置の製造方法、画像表示装置、照明装置の製造方法および照明装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 サファイア基板11上にn型GaN層12を成長させ、その上にSiO2 膜などにより成長マスクを形成する。成長マスクの開口部におけるn型GaN層12上に六角錐形状のn型GaN層15を選択成長させる。成長マスクをエッチング除去した後、n型GaN層15を覆うように基板全面に活性層16およびp型GaN層17を順次成長させ、発光素子構造を形成する。この後、n側電極19およびp側電極20を形成する。
【選択図】 図7
Description
この発明が解決しようとする他の課題は、発光効率が大幅に向上した半導体発光素子を提供することにある。
この発明が解決しようとする他の課題は、発光効率が大幅に向上した画像表示装置を容易に製造することができる画像表示装置の製造方法および発光効率が大幅に向上した画像表示装置を提供することにある。
この発明が解決しようとする更に他の課題は、発光効率が大幅に向上した照明装置を容易に製造することができる照明装置の製造方法および発光効率が大幅に向上した照明装置を提供することにある。
基板上に第1導電型の第1の半導体層を成長させる工程と、
第1の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
成長マスクの開口部における第1の半導体層上に第1導電型の第2の半導体層を選択成長させる工程と、
成長マスクを除去する工程と、
第2の半導体層上に、少なくとも活性層および第2導電型の第3の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
第2の半導体層である結晶層は、例えば、一方向に延在するストライプ形状であってもよい。
一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第1導電型の半導体層と、
少なくとも結晶部の傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第2導電型の半導体層と、
第1導電型の半導体層と電気的に接続された第1の電極と、
結晶部上の第2導電型の半導体層上に設けられ、第2導電型の半導体層と電気的に接続された第2の電極とを有する半導体発光素子であって、
第2の電極の大きさが、活性層および第2導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの50%以下である
ことを特徴とするものである。
ここで、第2の電極の大きさは、好適には、活性層および第2導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの約33%以下に選ばれる。
基板上に第1導電型の第1の半導体層を成長させる工程と、
第1の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
成長マスクの開口部における第1の半導体層上に第1導電型の第2の半導体層を選択成長させる工程と、
成長マスクを除去する工程と、
第2の半導体層上に、少なくとも活性層および第2導電型の第3の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする集積型半導体発光装置の製造方法である。
ここで、集積型半導体発光装置はその用途を問わないが、典型的な用途を挙げると、画像表示装置や照明装置などである。
一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第1導電型の半導体層と、
少なくとも結晶部の傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第2導電型の半導体層と、
第1導電型の半導体層と電気的に接続された第1の電極と、
結晶部上の第2導電型の半導体層上に設けられ、第2導電型の半導体層と電気的に接続された第2の電極とを有する複数の半導体発光素子が集積された集積型半導体発光装置であって、
第2の電極の大きさが、活性層および第2導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの50%以下である
ことを特徴とするものである。
ここで、第2の電極の大きさは、好適には、活性層および第2導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの約33%以下に選ばれる。
基板上に第1導電型の第1の半導体層を成長させる工程と、
第1の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
成長マスクの開口部における第1の半導体層上に第1導電型の第2の半導体層を選択成長させる工程と、
成長マスクを除去する工程と、
第2の半導体層上に、少なくとも活性層および第2導電型の第3の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする画像表示装置の製造方法である。
一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第1導電型の半導体層と、
少なくとも結晶部の傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第2導電型の半導体層と、
第1導電型の半導体層と電気的に接続された第1の電極と、
結晶部上の第2導電型の半導体層上に設けられ、第2導電型の半導体層と電気的に接続された第2の電極とを有する画像表示装置であって、
第2の電極の大きさが、活性層および第2導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの50%以下である
ことを特徴とするものである。
ここで、第2の電極の大きさは、好適には、活性層および第2導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの約33%以下に選ばれる。
基板上に第1導電型の第1の半導体層を成長させる工程と、
第1の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
成長マスクの開口部における第1の半導体層上に第1導電型の第2の半導体層を選択成長させる工程と、
成長マスクを除去する工程と、
第2の半導体層上に、少なくとも活性層および第2導電型の第3の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする照明装置の製造方法である。
一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第1導電型の半導体層と、
少なくとも結晶部の傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第2導電型の半導体層と、
第1導電型の半導体層と電気的に接続された第1の電極と、
結晶部上の第2導電型の半導体層上に設けられ、第2導電型の半導体層と電気的に接続された第2の電極とを有する照明装置であって、
第2の電極の大きさが、活性層および第2導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの50%以下である
ことを特徴とするものである。
この発明の第2〜第8の発明においては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
図1〜図6はこの発明の第1の実施形態によるGaN系発光ダイオードの製造方法を工程順に示し、各図のAは斜視図、Bは断面図である。また、図7はこのGaN系発光ダイオードの完成状態を示す断面図である。
なお、上記のGaN系半導体層の成長を1000℃程度の成長温度で行うときは、一般に、Gaの原料の供給量を大幅に増やす(例えば、100μmol/min以上)必要がある。
次に、リソグラフィーにより、六角錐形状のn型GaN層15と別の部位のn側電極形成領域を除いた領域のp型GaN層17の表面を覆うレジストパターン(図示せず)を形成する。
次に、このレジストパターンをマスクとして例えばRIE法によりp型GaN層17および活性層16をエッチングして開口部18を形成し、この開口部18にn型GaN層12を露出させる。この後、レジストパターンを除去する。
この第2の実施形態においては、図13に示すように、p側電極20を、六角錐形状のp型GaN層17の頂点の近傍には形成せず、その中腹部にのみ形成する。より具体的には、p側電極20のサイズを六角錐形状のp型GaN層17のサイズの50%以下にし、かつ頂点近傍にはp側電極20が形成されないようにする。これは、原子間力顕微鏡(AFM)による観測結果によれば、六角錐形状のp型GaN層17の頂点の近傍の部分の結晶性は他の部分に比べて悪いことから、この結晶性の悪い頂点の近傍を避けてp側電極20を形成するとともに、第1の実施形態で述べたようにp側電極20のサイズを六角錐形状のp型GaN層17のサイズの50%以下にすることにより、異常成長部22にp側電極20がかからないようにすることができるからである。
この第3の実施形態においては、第1の実施形態と同様に工程を進めてp型GaN層17まで成長させた後、p型GaN層17上にp側電極20を形成する。次に、サファイア基板11の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射することにより、サファイア基板11から、n型GaN層12から上の部分を剥離する。次に、このようにして剥離されたn型GaN層12の裏面をエッチングなどにより平坦化した後、図14に示すように、n型GaN層12の裏面にn側電極19を形成する。このn側電極19は例えばITOなどからなる透明電極としてもよく、この場合は六角錐形状の部分に対応する部分を含むn型GaN層12の裏面の広い面積にわたってn側電極19を形成することができる。また、このn側電極19をTi/Pt/Au構造の金属積層膜により形成する場合には、n型GaN層12を通して外部に光が放射されるようにするため、図15に示すように、六角錐形状の部分に対応する部分におけるn側電極19に開口部19aを設ける。
この第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
図16に示すように、この画像表示装置においては、サファイア基板11の面内の互いに直交するx方向およびy方向にGaN系発光ダイオードが規則的に配列され、GaN系発光ダイオードの二次元アレイが形成されている。各GaN系発光ダイオードの構造は、例えば第1の実施形態と同様である。
この照明装置においては、照明光の色に応じて配線23〜25とn側電極19とを選択し、選択された画素の選択されたGaN系発光ダイオードに電流を流して駆動し、発光を起こさせることにより、照明光を発生させることができる。
次に、図18に示すように、第1の実施形態と同様に、開口部13におけるn型GaN層12上にn型GaN層15を六角錐形状に成長させるが、この場合、この六角錐が閉じる前にn型GaN層15の成長を止め、六角錐台形状とする。この六角錐台形状のn型GaN層15においては、その6つの側面はS面からなり、上面はC面からなる。この六角錐台形状のn型GaN層15の大きさは、必要に応じて決められるが、例えば10μm程度であり、その高さは例えば5〜10μm程度である。
次に、図21に示すように、第1の実施形態と同様にして、p型GaN層17および活性層16に開口部18を形成し、この開口部18にn型GaN層12を露出させ、この開口18を通じてn型GaN層12にコンタクトしたn側電極19を形成する。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
この第7の実施形態においては、第6の実施形態と同様に工程を進めてp型GaN層17まで成長させた後、p型GaN層17の上面にp側電極20を形成する。次に、サファイア基板11の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射することにより、サファイア基板11から、n型GaN層12から上の部分を剥離して分離する。次に、このようにして剥離されたn型GaN層12の裏面をエッチングなどにより平坦化した後、図26に示すように、n型GaN層12の裏面にn側電極19を形成する。このn側電極19は例えばITOなどからなる透明電極としてもよく、この場合は六角錐形状の部分に対応する部分を含むn型GaN層12の裏面の広い面積にわたってn側電極19を形成することができる。また、このn側電極19をTi/Pt/Au構造の金属積層膜により形成する場合には、n型GaN層12を通して外部に光が放射されるようにするため、図15に示すように、六角錐形状の部分に対応する部分におけるn側電極19に開口部19aを設ける。
この第7の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
この画像表示装置においては、第4の実施形態による画像表示装置におけるGaN系発光ダイオードの代わりに、第6の実施形態によるGaN系発光ダイオードを用いる。その他のことは第4の実施形態と同様である。
この第8の実施形態によれば、第4の実施形態および第6の実施形態と同様な利点を得ることができる。
この照明装置においては、第5の実施形態による照明装置におけるGaN系発光ダイオードの代わりに、第6の実施形態によるGaN系発光ダイオードを用いる。その他のことは第5の実施形態と同様である。
この第9の実施形態によれば、第5の実施形態および第6の実施形態と同様な利点を得ることができる。
例えば、上述の第1〜第9の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
Claims (28)
- 基板上に第1導電型の第1の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
上記成長マスクの上記開口部における上記第1の半導体層上に第1導電型の第2の半導体層を選択成長させる工程と、
上記成長マスクを除去する工程と、
上記第2の半導体層上に、少なくとも活性層および第2導電型の第3の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 上記成長マスクは酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜またはそれらの積層膜からなる
ことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記第2の半導体層は上記基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記結晶層はウルツ鉱型の結晶構造を有する
ことを特徴とする請求項3記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記結晶層は窒化物系III−V族化合物半導体からなる
ことを特徴とする請求項3記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記第1の半導体層、上記第2の半導体層、上記活性層および上記第3の半導体層は窒化物系III−V族化合物半導体からなる
ことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記傾斜結晶面はS面である
ことを特徴とする請求項4記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記活性層および上記第3の半導体層を含む成長層の厚さの少なくとも90%以上を10μm/h以上の成長速度で成長させる
ことを特徴とする請求項7記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記結晶層はS面を上記傾斜結晶面とする六角錐状の形状を有する
ことを特徴とする請求項4記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記第2の半導体層上の上記第3の半導体層の主としてS面上に第2導電型側の電極を形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項9記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記結晶層はS面を上記傾斜結晶面とし、上面をC面とする六角錐台状の形状を有する
ことを特徴とする請求項4記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記第2の半導体層上の上記第3の半導体層のC面上に第2導電型側の電極を形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項11記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記基板の主面はC面である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記第2の半導体層を上記成長マスクの上記開口部よりも横方向に広がるように選択成長させる
ことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。 - 上記成長マスクを除去した後、上記活性層を成長させる前に、上記第2の半導体層上に、第1導電型の第4の半導体層を成長させる
ことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。 - 一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第1導電型の半導体層と、
少なくとも上記結晶部の上記傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第2導電型の半導体層と、
上記第1導電型の半導体層と電気的に接続された第1の電極と、
上記結晶部上の上記第2導電型の半導体層上に設けられ、上記第2導電型の半導体層と電気的に接続された第2の電極とを有する半導体発光素子であって、
上記第2の電極の大きさが、上記活性層および上記第2導電型の半導体層が積層された上記結晶部の大きさの50%以下である
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 上記結晶部はウルツ鉱型の結晶構造を有する
ことを特徴とする請求項16記載の半導体発光素子。 - 上記結晶部は窒化物系III−V族化合物半導体からなる
ことを特徴とする請求項16記載の半導体発光素子。 - 上記第1導電型の半導体層、上記活性層および上記第2導電型の半導体層は窒化物系III−V族化合物半導体からなる
ことを特徴とする請求項16記載の半導体発光素子。 - 上記傾斜結晶面はS面である
ことを特徴とする請求項16記載の半導体発光素子。 - 上記結晶部はS面を上記傾斜結晶面とする六角錐状の形状を有する
ことを特徴とする請求項16記載の半導体発光素子。 - 上記結晶部はS面を上記傾斜結晶面とし、上面をC面とする六角錐台状の形状を有する
ことを特徴とする請求項16記載の半導体発光素子。 - 基板上に第1導電型の第1の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
上記成長マスクの上記開口部における上記第1の半導体層上に第1導電型の第2の半導体層を選択成長させる工程と、
上記成長マスクを除去する工程と、
上記第2の半導体層上に、少なくとも活性層および第2導電型の第3の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする集積型半導体発光装置の製造方法。 - 一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第1導電型の半導体層と、
少なくとも上記結晶部の上記傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第2導電型の半導体層と、
上記第1導電型の半導体層と電気的に接続された第1の電極と、
上記結晶部上の上記第2導電型の半導体層上に設けられ、上記第2導電型の半導体層と電気的に接続された第2の電極とを有する複数の半導体発光素子が集積された集積型半導体発光装置であって、
上記第2の電極の大きさが、上記活性層および上記第2導電型の半導体層が積層された上記結晶部の大きさの50%以下である
ことを特徴とする集積型半導体発光装置。 - 基板上に第1導電型の第1の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
上記成長マスクの上記開口部における上記第1の半導体層上に第1導電型の第2の半導体層を選択成長させる工程と、
上記成長マスクを除去する工程と、
上記第2の半導体層上に、少なくとも活性層および第2導電型の第3の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする画像表示装置の製造方法。 - 一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第1導電型の半導体層と、
少なくとも上記結晶部の上記傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第2導電型の半導体層と、
上記第1導電型の半導体層と電気的に接続された第1の電極と、
上記結晶部上の上記第2導電型の半導体層上に設けられ、上記第2導電型の半導体層と電気的に接続された第2の電極とを有する画像表示装置であって、
上記第2の電極の大きさが、上記活性層および上記第2導電型の半導体層が積層された上記結晶部の大きさの50%以下である
ことを特徴とする画像表示装置。 - 基板上に第1導電型の第1の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
上記成長マスクの上記開口部における上記第1の半導体層上に第1導電型の第2の半導体層を選択成長させる工程と、
上記成長マスクを除去する工程と、
上記第2の半導体層上に、少なくとも活性層および第2導電型の第3の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする照明装置の製造方法。 - 一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第1導電型の半導体層と、
少なくとも上記結晶部の上記傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第2導電型の半導体層と、
上記第1導電型の半導体層と電気的に接続された第1の電極と、
上記結晶部上の上記第2導電型の半導体層上に設けられ、上記第2導電型の半導体層と電気的に接続された第2の電極とを有する照明装置であって、
上記第2の電極の大きさが、上記活性層および上記第2導電型の半導体層が積層された上記結晶部の大きさの50%以下である
ことを特徴とする照明装置。
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