JP2006339550A - 半導体素子及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 サファイア基板1の(0001)面の上に、窒化ガリウムバッファ層2、ケイ素をドープしたn型窒化ガリウム層3、窒化インジウム・ガリウム系活性層4、およびマグネシウムをドープしたp型窒化ガリウム層5をエピタキシャル成長法によって積層する。CVD法などによって、p型窒化ガリウム層5の上に酸化シリコンなどからなる絶縁体材料層14を形成し、不要部分をエッチングにより除去し、ピット12内の絶縁体層13のみを残し、p型窒化ガリウム層5の表面を平坦化する。この平坦化されたp型窒化ガリウム層5の上にp電極8を形成する。
【選択図】 図1
Description
実施の形態1では、請求項1および5に記載した半導体素子と、請求項11に記載した半導体素子の製造方法とに関わる例として、半導体発光素子として構成された前記第1の半導体素子である窒化ガリウム(GaN)系発光ダイオード(以下、発光ダイオードをLEDと略記する。)およびその製造方法について説明する。
サファイア基板1:430μm/窒化ガリウムバッファ層2:3nm/ケイ素ド−プ したn型窒化ガリウム(GaN:Si)層3:7μm/ケイ素ドープした窒化インジウム ・ガリウム(In0.03Ga0.97N:Si)下地層16:100nm/窒化ガリウム(GaN )層17:5nm/窒化インジウム・ガリウム系活性層4((InGaN:2.5nm/ GaN:15nm)×9層))/マグネシウムドープしたp型窒化アルミニウム・ガリ ウム(Al0.1Ga0.9N:Mg)層18:15nm/マグネシウムドープしたp型窒化ガ リウム(GaN:Mg)層5:200nm/マグネシウムドープしたp型窒化インジウム ・ガリウム(In0.15Ga0.85N:Mg)層19:5nm
実施の形態2では、請求項1、2および5に記載した半導体素子と、請求項11に記載した半導体素子の製造方法とに関わる例として、半導体発光素子として構成された前記第1の半導体素子である窒化ガリウム系発光ダイオードおよびその製造方法について説明する。
実施の形態3では、請求項3〜5に記載した半導体素子と、請求項12および13に記載した半導体素子の製造方法とに関わる例として、半導体発光素子として構成された前記第2の半導体素子である窒化ガリウム系発光ダイオードおよびその製造方法について説明する。
実施の形態4では、請求項7〜9に記載した半導体装置に関わる例として、複数の窒化ガリウム系LEDを用い、パッシブマトリクス駆動されるディスプレイとして構成された半導体発光装置について説明する。既述したLED10、20または30は、逆方向リーク電流が防止されているので、パッシブマトリクス駆動されるディスプレイに特に好適に適用され、信頼性が高く、寿命の長いディスプレイを形成することができる。
3…ケイ素をドープしたn型窒化ガリウム(GaN:Si)層、
4…窒化インジウム・ガリウム(InGaN)系MQW活性層、
4a…窒化インジウム・ガリウムウエル層、4b…窒化ガリウムバリア層、
5…マグネシウムをドープしたp型窒化ガリウム(GaN:Mg)層、
6…p島、7…n電極(Ti/Au)、8…p電極(Ag/Au)、8a…銀層、
8b…金層、9…p電極(Ag/Cu)、9a…銀層、9b…銅層、10…LED、
11…転位、12、12a〜12d…ピット、13…絶縁体層(酸化シリコン層など)、
14…絶縁体材料層、15…半導体層(窒化ガリウム層など)、
16…ケイ素をドープした窒化インジウム・ガリウム(In0.03Ga0.97N:Si)下地層、
17…窒化ガリウム(GaN)層、
18…マグネシウムドープp型窒化アルミニウム・ガリウム(Al0.1Ga0.9N:Mg)層、
19…マグネシウムドープp型窒化インジウム・ガリウム(In0.15Ga0.85N:Mg)層、
20…LED、21…活性層よりサファイア基板側に設けられた層に発生した転位、
22…インバージョンドメイン(結晶方位が周囲と異なる部分領域)、30…LED、
31…ガラスプレート、40…LED、40R…赤色LED、40G…緑色LED、
40B…青色LED、41…n電極、42…p電極(反射メタル層)、
43…透明電極(ITOなど)、44…n側配線、45…n側配線、
46…高分子樹脂層、47…光透過性基板(石英など)、50…LEDディスプレイ、
51…選択されたLED、52…正常電流、53、55…不良LED、
54、56…異常電流、100…窒化ガリウム系LED、
104…高不純物濃度GaN層、105…低不純物濃度GaN層、
108…p電極(Al)、112…ピット、113…陽極酸化膜である絶縁膜、
114…凹部
Claims (18)
- 基体上に、ヘテロ接合を介して少なくとも第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層がエピタキシャル成長によって積層され、前記エピタキシャル成長に際し発生したピットを有する前記第2導電型半導体層の表面に接して電極が設けられている半導体素子であって、前記ピットが絶縁材料又は半導体材料によって埋め込まれ、かつ、前記第2導電型半導体層の前記表面が平坦化されている、半導体素子。
- 前記第1導電型半導体層及び/又は前記第2導電型半導体層を構成する半導体材料が、ドーパントを含まない状態で前記半導体材料として埋め込まれている、請求項1に記載した半導体素子。
- 基体上に、ヘテロ接合を介して少なくとも第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層がエピタキシャル成長によって積層され、前記エピタキシャル成長に際し発生したピットを有する前記第2導電型半導体層の表面に接して電極が設けられている半導体素子であって、前記電極が形状保持性の高い材料層を有している、半導体素子。
- 前記電極が、エレクトロマイグレーション耐性の高い第1導電材料層と、エレクトロマイグレーション耐性の低い第2導電材料層との積層構造からなる、請求項3に記載した半導体素子。
- 前記基体上に、少なくとも、前記第1導電型半導体層、活性層、および前記第2導電型半導体層が前記エピタキシャル成長によって積層され、半導体発光素子として構成されている、請求項1又は3に記載した半導体素子。
- 前記ピットが、800〜900℃の成長温度の下で形成された前記第2導電型半導体層中に生じたピットである、請求項5に記載した半導体素子。
- 前記ピットが、前記活性層に発生したインバージョンドメイン(結晶方位が周囲と異なる部分領域)に起因するピットである、請求項5に記載した半導体素子。
- 前記ピットが、前記活性層より前記基体側に設けられた層に生じた転位に起因するピットである、請求項5に記載した半導体素子。
- 前記ピットが、前記活性層に接して前記第1導電型半導体層側に設けられた下地層に起点を有するピットである、請求項5に記載した半導体素子。
- 前記基体としてのサファイア基板上に形成された窒化ガリウム(GaN)系半導体層からなる、請求項5に記載した半導体素子。
- 請求項9に記載した下地層として窒化インジウム・ガリウム(InGaN)層が設けられている、請求項10に記載した半導体素子。
- 請求項5〜11のいずれか1項に記載した半導体素子が複数個、同一基体上に配置され、半導体発光装置として構成されている、半導体装置。
- ディスプレイとして構成された、請求項12に記載した半導体装置。
- 前記ディスプレイがパッシブマトリクス駆動される、請求項13に記載した半導体装置。
- バックライト用光源として構成された、請求項12に記載した半導体装置。
- 請求項1、請求項2、請求項5〜11及び請求項12〜15のいずれか1項に記載した半導体素子又は装置の製造方法であって、前記基体上に少なくとも前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層をエピタキシャル成長によって積層する工程と、前記エピタキシャル成長に際し発生したピットを含む表面上に絶縁材料又は半導体材料を堆積させる工程と、前記ピットに埋め込まれた以外の前記絶縁材料又は前記半導体材料を除去して平坦化する工程と、平坦化した前記第2導電型半導体層の表面に前記電極を形成する工程とを有する、半導体素子又は装置の製造方法。
- 請求項3〜11及び請求項12〜15のいずれか1項に記載した半導体素子又は装置の製造方法であって、前記基体上に少なくとも前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層をエピタキシャル成長によって積層する工程と、形状保持性の高い材料からなる電極材料を、前記第2導電型半導体層の表面に転写する工程とを有する、半導体素子又は装置の製造方法。
- 前記電極材料として、エレクトロマイグレーション耐性の高い第1導電材料層と、エレクトロマイグレーション耐性の低い第2導電材料層との積層体を使用し、前記第2導電材料層の側を前記第2導電型半導体層の表面に転写する、請求項17に記載した半導体素子又は装置の製造方法。
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