JP2007200929A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007200929A JP2007200929A JP2006014144A JP2006014144A JP2007200929A JP 2007200929 A JP2007200929 A JP 2007200929A JP 2006014144 A JP2006014144 A JP 2006014144A JP 2006014144 A JP2006014144 A JP 2006014144A JP 2007200929 A JP2007200929 A JP 2007200929A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- nitride semiconductor
- semiconductor layer
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
【課題】デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることのできる半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザの製造方法は、基板1の主面1a上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、基板11の主面11a上にリフトオフ層13を形成する工程と、リフトオフ層13上に発光層17を含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、基板1の主面1aと基板11の主面11aとが互いに対向した状態で第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼り合わせる貼合わせ工程と、リフトオフ層13をウエットエッチングすることにより、基板11と第2窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。
【選択図】図8
【解決手段】半導体レーザの製造方法は、基板1の主面1a上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、基板11の主面11a上にリフトオフ層13を形成する工程と、リフトオフ層13上に発光層17を含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、基板1の主面1aと基板11の主面11aとが互いに対向した状態で第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼り合わせる貼合わせ工程と、リフトオフ層13をウエットエッチングすることにより、基板11と第2窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。
【選択図】図8
Description
本発明は、半導体発光素子の製造方法に関し、より特定的には、GaN(窒化ガリウム)を含む窒化物半導体層を備えた半導体発光素子の製造方法に関する。
近年、青紫レーザが次世代高密度記録光ディスク用光源として注目されており、その製品化の要望が高まっている。青紫レーザに関して、GaN系半導体は、バンドギャップが1.9eV〜6.2eVであるので、理論上青紫光のレーザ発振が可能であり、その開発が盛んに行われている。GaN系半導体発光素子は、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)を用いてGaN系半導体の積層構造をサファイア基板上に形成することにより製造される。
しかし、GaN半導体層とサファイア基板とは、その格子定数が一般的に10%程度異なっており、また熱膨張係数が大きく異なっている。このため、サファイア基板上に成長させたGaN系半導体には、格子不整合および熱膨張係数の違いによって転位および熱歪みが生じやすい。また、サファイア基板の熱伝導率は17W/mK程度と小さいので、熱によって半導体発光素子の発光出力が飽和するという問題があった。
そこで、従来においては、GaN系半導体の積層構造をサファイア基板上に形成した後で、たとえば銅タングステンのような、熱膨張係数がGaN系半導体に近くかつ熱伝導率が高い材料よりなる基板にGaN系半導体を貼り付け、その後サファイア基板を除去する製造方法が採用されていた。
サファイア基板をGaN系半導体から除去する方法として、サファイア基板を研磨により除去する方法が考えられる。
また、たとえば特開2004−112000号公報(特許文献1)および特開2004−87775号公報(特許文献2)には、レーザ光を照射することによりGaN系半導体からサファイア基板を除去する方法(レーザリフトオフ法)が開示されている。特許文献1では、リフトオフ層としてのAlGaN層と、GaN層とをサファイア基板上に積層して形成した後で、AlGaN層にレーザ光を照射することによりサファイア基板をGaN系半導体層から分離している。また、特許文献2では、サファイアよりなる基板上にGaNよりなる半導体層を形成し、半導体層にレーザ光を照射することにより、基板を半導体層から分離している。レーザリフトオフ法では、レーザ光の光エネルギが熱エネルギに変換されてレーザ光の吸収層に吸収され、吸収層が発熱し、その熱によってリフトオフ層またはGaN層が溶融される。
特開2004−112000号公報
特開2004−87775号公報
しかし、サファイアは非常に硬質な材料であるため、サファイア基板を研磨で除去するためには長時間を要するという問題がある。また、レーザリフトオフ法では、熱によりデバイス特性を悪化させるという問題がある。特に、溶融した部分には凹凸が生じるので、GaN層上に電極などを形成する場合には、表面を均すことが必要になる。これらの問題はGaN層を形成する場合に限らず、発光層を含む窒化物半導体層を形成する場合に共通する問題である。
したがって、本発明の目的は、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることのできる半導体発光素子の製造方法を提供することである。
本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法は、基板上にリフトオフ層を形成する工程と、リフトオフ層上に発光層を含む窒化物半導体層を形成する工程と、リフトオフ層をウエットエッチングすることにより、基板と窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。
本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法によれば、窒化物半導体層に熱によるダメージを与えることなく基板と窒化物半導体層とを分離することができる。これにより、デバイス特性の悪化を防ぐことができる。また、溶融させずに基板と窒化物半導体層とを分離することができるので、分離後の窒化物半導体層の表面に凹凸を生じさせない。さらに、基板を研磨する必要がないので短時間で窒化物半導体層を得ることができる。したがって、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることができる。
本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、分離工程の前に、ウエットエッチングに用いられるエッチング液をリフトオフ層に到達させるための導入部を形成する導入部工程がさらに備えられている。
リフトオフ層は基板と窒化物半導体層とに挟まれているので、導入部がない場合にはリフトオフ層の主表面に直接エッチング液を導入することはできず、エッチング液はリフトオフ層の端面のみから導入される。リフトオフ層の厚みは通常数μm以下であるので、エッチング液はリフトオフ層の端面からは導入されにくい。これに対して、導入部を形成することによってリフトオフ層の主表面に直接エッチング液を導入するができ、リフトオフ層のエッチングに要する時間を短縮することができる。
なお、導入部は、少なくとも外部からリフトオフ層へエッチング液を導入可能にするための部分であればよい。
本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、導入部は窒化物半導体層の端面に達するように形成された溝である。これにより、窒化物半導体層の端面からエッチング液を導入することが可能である。
本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、導入部は窒化物半導体層および基板を貫通するよう形成された孔である。これにより、基板の表面からエッチング液を導入することが可能である。また、孔径に応じてエッチング液の流量を制御することができる。
本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、上記導入部工程において、ダイシング、ドライエッチング、またはレーザ照射のいずれかの方法を用いて窒化物半導体層に導入部を形成する。これにより、短時間で容易に導入部を形成することができる。
本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、上記分離工程において、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、重クロム酸、水酸化カリウム、および水酸化ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むエッチング液に電界を印加しながらリフトオフ層をエッチングする。これらの物質を含むエッチング液は、リフトオフ層をエッチングするのに適している。
本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、リフトオフ層はGaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニウム)、InN(窒化インジウム)、およびGaMnN(窒化マンガンガリウム)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む結晶または結晶を含む混晶よりなっている。
これらの物質は、窒化物半導体層との格子定数が近いため、窒化物半導体層に欠陥が生じたり、窒化物半導体層に内部応力が生じたりすることを抑止することができる。
本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法は、第1基板の主面上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、第2基板の主面上にリフトオフ層を形成する工程と、リフトオフ層上に発光層を含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、第1基板の主面と第2基板の主面とが互いに対向した状態で第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼り合わせる貼合わせ工程と、リフトオフ層をウエットエッチングすることにより、第2基板と第2窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。
本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法によれば、第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼合わせることによって、一の窒化物半導体層を得ることができる。また、窒化物半導体層に熱によるダメージを与えることなく第2基板と第2窒化物半導体層とを分離することができる。これにより、デバイス特性の悪化を防ぐことができる。また、溶融させずに第2基板と第2窒化物半導体層とを分離することができるので、分離後の第2窒化物半導体層の表面に凹凸を生じさせない。さらに、第2基板を研磨する必要がないので短時間で窒化物半導体層を得ることができる。したがって、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることができる。
本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、第1窒化物半導体層を形成する工程において第1窒化物半導体層の表面に凸部が形成される。凸部に対応する第2窒化物半導体層の表面に、凸部を収納できる大きさの凹部を形成する工程がさらに備えられている。
これにより、窒化物半導体層を形成する際には表面に凸部が形成されることがある。第1窒化物半導体層の表面に凸部が形成されると、貼合わせ工程において第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層との間に隙間ができ、うまく張り合わないことがある。この凸部を選択的に研磨して窒化物半導体層の表面を平坦化することは非常に困難である。そこで、第2窒化物半導体層の表面に凹部を形成することによって、第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを隙間なく貼り合わせることができる。
なお、凸部に対応する第2窒化物半導体層の表面とは、第1基板の主面と第2基板の主面とを対向させた場合に、凸部と対向する位置にある第2窒化物半導体層の表面を意味している。
本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、分離工程において、ウエットエッチングに用いられるエッチング液を凹部を介してリフトオフ層に到達させる。
これにより、凹部を介してリフトオフ層の主表面に直接エッチング液を導入するができ、リフトオフ層のエッチングに要する時間を短縮することができる。
本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、上記貼合わせ工程は、減圧状態の窒素プラズマ雰囲気に第1基板および第2基板を曝した状態で、圧力を加えながら第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼り合わせる工程を含んでいる。
これにより、窒素プラズマによって第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層が活性化し、圧力を加えるだけで第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを接合することができる。
本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、上記貼合わせ工程は、80℃以上第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層が溶融する温度未満の温度に第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層を加熱した状態で行なわれる。80℃以上に加熱することにより第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層の拡散が促進されるので、第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを接合し易くなる。
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体発光素子の構造を示す断面図である。図2は、図1の平面図である。図1および図2を参照して、本実施の形態の半導体発光素子としての面発光半導体レーザは、基板1と、バッファ層2と、n型クラッド層3と、n型GaN層4および18と、発光層17と、キャップ層16と、p型クラッド層15と、p型コンタクト層14と、p型電極31と、n型電極32とを備えている。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体発光素子の構造を示す断面図である。図2は、図1の平面図である。図1および図2を参照して、本実施の形態の半導体発光素子としての面発光半導体レーザは、基板1と、バッファ層2と、n型クラッド層3と、n型GaN層4および18と、発光層17と、キャップ層16と、p型クラッド層15と、p型コンタクト層14と、p型電極31と、n型電極32とを備えている。
基板1の主面1a上にバッファ層2、n型クラッド層3、n型GaN層4、n型GaN層18、発光層17、キャップ層16、p型クラッド層15、およびp型コンタクト層14がこの順序で積層して形成されている。p型コンタクト層14、p型クラッド層15、キャップ層16、発光層17、およびn型GaN層18の各々には、n型GaN層4に達する溝20(凹部)が形成されている。溝20は、特に図2に示すように、平面的に見てマトリクス状に形成されている。つまり、p型コンタクト層14、p型クラッド層15、キャップ層16、発光層17、およびn型GaN層18の各々は、溝20によって島状に分離されている。また、溝20によって露出されたn型GaN層4の表面には、ピット5(凸部)が形成されている。ピット5は、溝20の各格子点に相当する位置に形成されており、溝20に収納されている。ピット5はたとえば六角錐の形状を有している。
また、n型GaN層4の表面には、図示しない複数の孔が正方格子を形成するように設けられており、複数の孔の各々によって回折格子点が構成されている。各孔は円柱もしくは多角柱形状の空間部として設けられている。これによりn型GaN層4は、n型ガイド層として機能するのに加えてフォトニック結晶層としても機能する。
溝20によって分離された島状のp型コンタクト層14の各々に接触するように、p型電極31の各々が形成されている。p型電極31はたとえば矩形の平面形状で形成されている。また、主面1aとは反対側の基板1の主面1bに接触するようにn型電極32が形成されている。n型電極32はたとえば主面1bの全面を覆うように形成されている。
基板1はたとえばGaNよりなっており、バッファ層2はたとえばLT(Low Temperature)−GaNよりなっており、n型クラッド層3はたとえばn型AlGaNよりなっている。また、発光層17はたとえばInGaN/GaNの多重量子井戸よりなっており、キャップ層16はたとえばアンドープGaNよりなっている。さらに、p型クラッド層15はたとえばp型AlGaNよりなっており、p型コンタクト層14はたとえばp型GaNよりなっている。
なお、本実施の形態の面発光半導体レーザは、上記以外の層をさらに備えていてもよい。たとえばバッファ層2とn型クラッド層3との間にn型GaN層や、歪み抑制層としてのInGaN層などが形成されていてもよい。また、キャップ層16とp型クラッド層15との間にブロック層としてのp型AlGaN層や、p型ガイド層としてのp型GaN層などが形成されていてもよい。
次に、本実施の形態における面発光半導体レーザの発光方法について説明する。p型電極31に正電圧を印加すると、p型クラッド層15から発光層17へ正孔が注入され、n型クラッド層3から発光層17へ電子が注入される。発光層17へ正孔および電子(キャリア)が注入されると、キャリアの再結合が起こり、光が発生される。発生される光の波長は、発光層17が備える半導体層のバンドギャップによって規定される。
発光層17において発生された光は、n型クラッド層3およびp型クラッド層15によって発光層17内に閉じ込められるが、一部の光はエバネッセント光としてフォトニック結晶層であるn型GaN層4に到達する。n型GaN層4に到達したエバネッセント光の波長と、n型GaN層4が有する所定の周期構造とが一致する場合には、その周期に対応する波長において光は回折を繰り返し、定在波が発生し、位相条件が規定される。n型GaN層4によって位相が規定された光は、発光層17内の光にフィードバックされ、やはり定在波を発生させる。この定在波は、n型GaN層4において規定される光の波長および位相条件を満足している。
このような現象は、発光層17およびn型GaN層4が2次元的に広がりをもって形成されているので、p型電極31を中心にした領域およびその付近において生じうる。十分な量の光がこの状態に蓄積された場合、波長および位相条件の揃った光が、基板1の主面1aに垂直な方向(図1中上方向)から誘導放出される。
次に、本実施の形態における面発光半導体レーザの製造方法について、図3〜図9を用いて説明する。なお、図4は図3の平面図であり、図7は図6の平面図である。
図3および図4を参照して、始めに、たとえばGaNなどよりなる基板1(第1基板)を準備する。GaNよりなる基板1は、たとえばGaAs基板上にMOVPE法によりGaN層を形成し、その後GaAs基板からGaN層を切り出すことにより得られる。
続いて、たとえばMOCVD(Metal-organic chemical vapor deposition)法を用いて、バッファ層2、n型クラッド層3、およびn型GaN層4の各々により構成される窒化物半導体層(第1窒化物半導体層)をこの順序で基板1の主面1a上にエピタキシャル成長させる。その後、n型GaN層4の表面に複数の孔6(図4)の各々を開口する。複数の孔6の各々はたとえば正方格子を構成するように形成される。
ここで、特にGaNよりなる基板1の中には、エピタキシャル横成長法(Epitaxial lateral over Growth)で作製されたものがある。このような基板1は、GaNとは別の材質よりなる下地基板の上に所定形状のマスク(たとえばSiOxよりなるマスク)を配置し、マスクの形成されていない下地基板上にGaN層を気相成長法により形成し、GaN層を薄板状にスライスして研磨することによって作製される。基板1の作製時には、マスクを配置する位置によって基板1の任意の位置に転位を集中させることができる。基板1の作製後、基板1の上に層を形成すると、その層には、基板1の転位集中領域の真上にある部分に窪みが生じ、その周辺にピットが生成する。つまり、下地基板上に形成するマスクを配置する位置によってピットの生成位置を制御することができる。図3においてはn型GaN層4の表面にピット5が生じている。特に図4に示すように、ピット5はたとえば格子点に相当する位置に等間隔で生成し、その高さはたとえば数10nmである。
図5を参照して、次に、基板1とは別に、たとえばサファイアよりなる基板11(第2基板、基板)を準備する。そして、たとえばMBE(Molecular Beam Epitaxy)法を用いて、バッファ層12、リフトオフ層13をこの順序で基板11の主面11a上にエピタキシャル成長させる。続いてp型コンタクト層14、p型クラッド層15、キャップ層16、発光層17、およびn型GaN層18の各々により構成される窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)をリフトオフ層13上にこの順序でエピタキシャル成長させる。バッファ層12は、基板11と上層に形成される層との格子定数の差を緩和するために形成される。また、リフトオフ層13は、たとえばGaN、AlN、InN、またはGaMnNなどの物質の結晶または結晶を含む混晶よりなっている。これらの物質は、窒化物半導体層との格子定数が近いため、窒化物半導体層に欠陥が生じたり、窒化物半導体層の内部応力が生じたりすることを抑止することができる。
図6および図7を参照して、次に、n型GaN層18、発光層17、キャップ層16、p型クラッド層15、およびp型コンタクト層14の各々にリフトオフ層13に達する溝20(導入部、凹部)を形成する。溝20は、特に図7に示すように、たとえば平面的に見てマトリクス状に形成され、n型GaN層18などの端面Sに達するように形成される。なお、溝20は、後述するようように、ピット5を収納できるようにその位置が規定されている。溝20はたとえば100μm程度の幅を有している。溝20は、たとえばダイシング、ドライエッチング、またはレーザ照射などの方法を用いて形成されることが好ましい。これにより、短時間で容易に導入部を形成することができる。
図8を参照して、次に、基板1の主面1aと基板11の主面11aとが互いに対向した状態でn型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせる。n型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせる際には、減圧状態の窒素プラズマ雰囲気に基板1および基板11を曝した状態で、圧力を加えながらn型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせることが好ましい。これにより、窒素プラズマによってn型GaN層4およびn型GaN層18が活性化する。また、n型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせる際には、80℃以上n型GaN層が溶融する温度未満の温度にn型GaN層4およびn型GaN層18を加熱した状態で貼り合わせてもよい。これにより、n型GaN層4およびn型GaN層の拡散が促進されるので、n型GaN層4とn型GaN層18とを接合し易くなる。さらに、これら2つの貼り合わせ方法を組合わせてもよい。
ここで、基板1の主面1aと基板11の主面11aとを対向させた場合にピット5と対向する位置に溝20のマトリクス形状の格子点が来るように(図2参照)、溝20は形成されている。これにより、n型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせた状態で、ピット5が溝20に収納されるようになり、n型GaN層4とn型GaN層18とを隙間なく貼り合わせることができる。
図9を参照して、次に、リフトオフ層13をウエットエッチングする。これにより、基板11およびバッファ層12と、p型コンタクト層14とが分離される。リフトオフ層13のウエットエッチングは、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、重クロム酸、水酸化カリウム、または水酸化ナトリウムなどのエッチング液を用いて、エッチング液に電界を印加しながら行なわれる。
ここで、ウエットエッチングに用いられるエッチング液は、図中矢印で示すように、窒化物半導体層の端面Sから溝20を介してリフトオフ層13に到達し、リフトオフ層13をエッチングする。溝20を形成することによってリフトオフ層13の主表面に直接エッチング液を導入するができ、リフトオフ層のエッチングに要する時間を短縮することができる。
図1および図2を参照して、その後、島状のp型コンタクト層14の各々にp型電極31を形成し、基板1の主面1bにn型電極32を形成する。以上の工程により、本実施の形態の面発光半導体レーザが完成する。
本実施の形態の面発光半導体レーザの製造方法は、基板11上にリフトオフ層13を形成する工程と、リフトオフ層13上に発光層17を含む窒化物半導体層を形成する工程と、リフトオフ層13をウエットエッチングすることにより、基板11と窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。
また、本実施の形態の半導体レーザの製造方法は、基板1の主面1a上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、基板11の主面11a上にリフトオフ層13を形成する工程と、リフトオフ層13上に発光層17を含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、基板1の主面1aと基板11の主面11aとが互いに対向した状態で第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼り合わせる貼合わせ工程と、リフトオフ層13をウエットエッチングすることにより、基板11と第2窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。
本実施の形態の半導体レーザの製造方法によれば、窒化物半導体層に熱によるダメージを与えることなく基板11と窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)とを分離することができる。これにより、デバイス特性の悪化を防ぐことができる。また、溶融させずに基板11と窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)とを分離することができるので、分離後の窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)の表面に凹凸を生じさせない。さらに、基板11を研磨する必要がないので短時間で窒化物半導体層を得ることができる。したがって、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることができる。
(実施の形態2)
実施の形態1においては、本発明の半導体発光素子が面発光半導体レーザである場合について示した。しかし、本発明の半導体発光素子は面発光半導体レーザである場合の他、LED(Light Emitting Diode)であってもよい。本実施の形態では、本発明の半導体発光素子がLEDである場合について説明する。
実施の形態1においては、本発明の半導体発光素子が面発光半導体レーザである場合について示した。しかし、本発明の半導体発光素子は面発光半導体レーザである場合の他、LED(Light Emitting Diode)であってもよい。本実施の形態では、本発明の半導体発光素子がLEDである場合について説明する。
図10は、本発明の実施の形態2における半導体発光素子の構造を示す断面図である。図11は、図10の平面図である。図10および図11を参照して、本実施の形態の半導体発光素子としてのLEDは、基板101と、バッファ層102と、n型GaN層103および116と、発光層115と、p型コンタクト層114と、p型電極131と、n型電極132とを備えている。
基板1の主面101a上にバッファ層102、n型GaN層103、n型GaN層116、発光層115、およびp型コンタクト層114がこの順序で積層して形成されている。p型コンタクト層114、発光層115、およびn型GaN層116の各々には、n型GaN層103に達する溝120(凹部)が形成されている。溝120は、特に図11に示すように、平面的に見てマトリクス状に形成されている。つまり、p型コンタクト層114、発光層115、およびn型GaN層116の各々は、溝120によって島状に分離されている。また、溝120によって露出されたn型GaN層103の表面には、ピット105(凸部)が形成されている。ピット105は、溝120の各格子点に相当する位置に形成されており、溝120に収納されている。ピット105はたとえば六角錐の形状を有している。
溝120によって分離された島状のp型コンタクト層114の各々に接触するように、p型電極131の各々が形成されている。p型電極131はたとえば矩形の平面形状で形成されている。また、主面101aとは反対側の基板101の主面101bに接触するようにn型電極132が形成されている。n型電極132はたとえば主面101bの全面を覆うように形成されている。
基板101はたとえばGaNよりなっており、バッファ層102はたとえばLT−GaNよりなっており、発光層115はたとえばInGaN/GaNの多重量子井戸よりなっており、p型コンタクト層114はたとえばp型GaNよりなっている。
なお、本実施の形態のLEDは、上記以外の層をさらに備えていてもよい。たとえば発光層115とp型コンタクト層114との間にキャップ層としてのアンドープGaN層や、ブロック層としてのp型AlGaN層などが形成されていてもよい。
次に、本実施の形態におけるLEDの発光方法について説明する。p型電極31に正電圧を印加すると、発光層115へ正孔および電子(キャリア)が注入され、キャリアの再結合が起こり、光が発生される。発生される光の波長は、発光層115が備える半導体層のバンドギャップによって規定される。
次に、本実施の形態におけるLEDの製造方法について、図12〜図15を用いて説明する。
図12を参照して、始めに、たとえばGaNなどよりなる基板101(第1基板)を準備する。そして、たとえばMOCVD法を用いて、バッファ層102およびn型GaN層103の各々により構成される窒化物半導体層(第1窒化物半導体層)をこの順序で基板101の主面101a上にエピタキシャル成長させる。その結果、n型GaN層103の表面にピット105が生じる。ピット105は、たとえば格子点に相当する位置に等間隔で生成する。
図13を参照して、次に、基板101とは別に、たとえばサファイアよりなる基板111(第2基板、基板)を準備する。そして、たとえばMBE法を用いて、バッファ層112、リフトオフ層113をこの順序で基板111の主面111a上にエピタキシャル成長させる。続いてp型コンタクト層114、発光層115、およびn型GaN層116の各々により構成される窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)をリフトオフ層113上にこの順序でエピタキシャル成長させる。
図14を参照して、次に、n型GaN層116、発光層115、およびp型コンタクト層114の各々にリフトオフ層113に達する溝120(導入部、凹部)を形成する。溝120は、たとえば平面的に見てマトリクス状に形成され、n型GaN層116などの端面に達するように形成される。溝120は、ピット5を収納できるようにその位置が規定されている。
図15を参照して、次に、基板101の主面101aと基板111の主面111aとが互いに対向した状態でn型GaN層103とn型GaN層116とを貼り合わせる。n型GaN層103とn型GaN層116とを貼り合わせた状態で、ピット105が溝120に収納される。続いて、リフトオフ層113をウエットエッチングし、基板111およびバッファ層112と、p型コンタクト層114とが分離される。
図10および図11を参照して、その後、島状のp型コンタクト層114の各々にp型電極131を形成し、基板101の主面101bにn型電極132を形成する。以上の工程により、本実施の形態のLEDが完成する。
本実施の形態におけるLEDの製造方法によれば、実施の形態1の面発光半導体レーザの製造方法と同様の効果を得ることができる。
(実施の形態3)
実施の形態1および2では、窒化物半導体層にストライプ状の溝20を形成する場合について示した。しかし、本発明はこのような形状の溝20を形成する場合に限られるものではなく、少なくとも外部からリフトオフ層へエッチング液を導入可能にするための部分であるか、または凸部を収納できる大きさの凹部が形成されればよい。
実施の形態1および2では、窒化物半導体層にストライプ状の溝20を形成する場合について示した。しかし、本発明はこのような形状の溝20を形成する場合に限られるものではなく、少なくとも外部からリフトオフ層へエッチング液を導入可能にするための部分であるか、または凸部を収納できる大きさの凹部が形成されればよい。
図16は、本発明の実施の形態3における半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。図17は、図16の平面図である。図16および図17を参照して、本実施の形態におけるLEDの製造方法では、図12および図13に示される実施の形態2の製造工程と同様の製造工程を経た後で、n型GaN層116、発光層115、p型コンタクト層114、リフトオフ層113、バッファ層112、および基板111を貫通するように複数の孔121を形成する。複数の孔121の各々は、平面的に見てピット5に対応する位置に形成される。その後、図15に示される実施の形態2の製造工程と同様の製造工程を経て、本実施の形態のLEDが完成する。
本実施の形態におけるLEDの製造方法によれば、実施の形態1の面発光半導体レーザの製造方法と同様の効果を得ることができる。加えて、リフトオフ層113をエッチングする際に、基板111の主面111bから孔121を介してリフトオフ層113へエッチング液を導入することが可能である。また、孔121の孔径に応じてエッチング液の流量を制御することができる。
なお、本実施の形態の製造方法をたとえば実施の形態1の製造方法に適宜組み合わせることも可能である。また、導入部を形成する方法としては、窒化物半導体層に溝や孔を形成する場合の他、第2基板上における導入部となる位置にたとえばSiO2やSiNxなどよりなるマスク層を形成し、第2基板上におけるマスク層のない部分にのみ窒化物半導体層を選択成長させる方法も挙げられる。
本実施例では、実施の形態1と同様の製造方法を用いて半導体レーザを製造した。具体的には以下の方法により半導体レーザを製造した。
直径2インチのGaAs(111)基板を準備した。このGaAs基板上にSiO2膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によりSiO2膜に250μmピッチで開口径10μmの開口部を形成した。これにより、SiO2よりなるマスク層を形成した。次に、MOVPE法を用いてGaAs基板上にGaN層を3mmの厚さで形成し、その後スライサーを用いてGaN層を500μmの厚さで切り出し、GaN層の表面を研磨して鏡面とした。このようにしてGaN(0001)基板を準備した。次に、MOVPE法を用いて、LT−GaN層、n型GaN層、n型InGaN層、n型AlGaN層、およびn型GaN層の各々をこの順序でGaN基板上に形成した。その結果、n型GaN層の表面には、250μmピッチで深さ200nmの窪みと、その周囲に高さ50nmのピットとが形成されていた。次に、160nmピッチで開口径90nmのレジストを用いて、n型GaN層の表面に120nmの深さを有する複数の孔を形成した。
一方、GaN基板とは別に直径2インチのサファイア基板を準備した。次に、MBE法を用いて、LT−GaN層、GaMnN層、p型GaN層、p型AlGaN層、p型GaN層、p型AlGaN層、アンドープGaN層、InGaN/GaN多重量子井戸層、およびn型GaN層の各々をこの順序でサファイア基板上に形成した。そして、250μmピッチで幅30μmのストライプ状の開口部を有するレジストマスクを形成してドライエッチングすることにより、n型GaN層表面からGaMnN層にまで達する深さの溝を形成した。
次に、GaN基板上におけるピットと、サファイア基板上におけるストライプ状の溝の格子点とが対向するように、GaN基板上のn型GaN層とサファイア基板上のn型GaN層とを重ね合わせた状態で、GaN基板およびサファイア基板を真空炉へ導入した。そして、真空炉中を窒素雰囲気にし、プラズマを発生させながら600℃の温度に加熱し、1kgf/cm2(9.8×104Pa)の圧力を加えて30分保持した。これにより、n型GaN層同士を貼り合わせた。貼り合わされているのを確認した後、電界を印加しながら硫酸溶液にGaN基板およびサファイア基板を浸漬した。その結果、GaMnN層が溶解し、サファイア基板が剥離した。その後、GaN基板およびp型GaN層にそれぞれ電極を形成し、面発光半導体レーザを得た。
こうして得られた面発光半導体レーザに通電したところ、面発光が確認された。
本実施例では、実施の形態2と同様の製造方法を用いてLEDを製造した。具体的には以下の方法によりLEDを製造した。
直径2インチのGaAs(111)基板を準備した。このGaAs基板上にSiNx膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によりSiNx膜に400μmピッチで開口径60μmの開口部を形成した。これにより、SiNxよりなるマスク層を形成した。次に、MOVPE法を用いてGaAs基板上にGaN層を3mmの厚さで形成し、その後スライサーを用いてGaN層を300μmの厚さで切り出し、GaN層の表面を研磨して鏡面とした。このようにしてGaN(0001)基板を準備した。次に、MOVPE法を用いて、LT−GaN層およびn型GaN層の各々をこの順序でGaN基板上に形成した。その結果、n型GaN層の表面には、400μmピッチで深さ300nmの窪みと、その周囲に高さ50nmのピットとが形成されていた。
一方、GaN基板とは別に直径2インチのサファイア基板を準備した。次に、MBE法を用いて、LT−GaN層、GaMnN層を形成した。さらに、MOVPE法を用いて、p型GaN層、p型AlGaN層、アンドープGaN層、InGaN/GaN多重量子井戸層、およびn型GaN層の各々をこの順序でGaMnN層上に形成した。そして、ダイヤモンドブレードを用いて、400μmピッチで幅50μmのストライプ状の溝をGaMnN層にまで達する深さで形成した。
次に、GaN基板上におけるピットと、サファイア基板上におけるストライプ状の溝の格子点とが対向するように、GaN基板上のn型GaN層とサファイア基板上のn型GaN層とを重ね合わせた状態で、GaN基板およびサファイア基板を真空炉へ導入した。そして、真空炉中を窒素雰囲気にし、プラズマを発生させながら400℃の温度に加熱し、1kgf/cm2(9.8×104Pa)の圧力を加えて30分保持した。これにより、n型GaN層同士を貼り合わせた。貼り合わされているのを確認した後、電界を印加しながら硫酸溶液にGaN基板およびサファイア基板を浸漬した。その結果、GaMnN層が溶解し、サファイア基板が剥離した。その後、GaN基板およびp型GaN層にそれぞれ電極を形成し、LEDを得た。
こうして得られたLEDを、ダイヤモンドブレードを用いて溝で分割してチップ形状にし、通電したところ、発光が確認された。
本実施例では、実施の形態3と同様の製造方法を用いてLEDを製造した。具体的には以下の方法によりLEDを製造した。
直径2インチのGaAs(111)基板を準備した。このGaAs基板上にSiOx膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によりSiOx膜に400μmピッチで開口径60μmの開口部を形成した。これにより、SiOxよりなるマスク層を形成した。次に、MOVPE法を用いてGaAs基板上にGaN層を3mmの厚さで形成し、その後スライサーを用いてGaN層を400μmの厚さで切り出し、GaN層の表面を研磨して鏡面とした。このようにしてGaN(0001)基板を準備した。次に、MOVPE法を用いて、LT−GaN層およびn型GaN層の各々をこの順序でGaN基板上に形成した。その結果、n型GaN層の表面には、400μmピッチで深さ300nmの窪みと、その周囲に高さ50nmのピットとが形成されていた。
一方、GaN基板とは別に直径2インチのサファイア基板を準備した。次に、MBE法を用いて、LT−GaN層、GaMnN層を形成した。さらに、MOVPE法を用いて、p型GaN層、p型AlGaN層、アンドープGaN層、InGaN/GaN多重量子井戸層、およびn型GaN層の各々をこの順序でGaMnN層上に形成した。そして、エキシマレーザを用いて、n型GaN層からサファイア基板まで貫通する複数の孔を400μmピッチで形成した。
次に、GaN基板上におけるピットと、サファイア基板における孔とが対向するように、GaN基板上のn型GaN層とサファイア基板上のn型GaN層とを重ね合わせた状態で、GaN基板およびサファイア基板を真空炉へ導入した。そして、真空炉中を窒素雰囲気にし、プラズマを発生させながら700℃の温度に加熱し、3kgf/cm2(29.4×104Pa)の圧力を加えて60分保持した。これにより、n型GaN層同士を貼り合わせた。貼り合わされているのを確認した後、電界を印加しながら硫酸溶液にGaN基板およびサファイア基板を浸漬した。その結果、GaMnN層が溶解し、サファイア基板が剥離した。その後、GaN基板およびp型GaN層にそれぞれ電極を形成し、LEDを得た。
こうして得られたLEDを、スクライブ装置とブレーカ装置とを用いてチップ形状に分割し、通電したところ、発光が確認された。
以上に開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
本発明は、GaNを含む窒化物半導体層を備えた半導体発光素子の製造方法に適している。
1,11,101,111 基板、1a,1b,11a,101a,101b,111a,111b 基板の主面、2,12,102,112 バッファ層、3 n型クラッド層、4,18,103,116 n型GaN層、5,105 ピット、6,121 孔、13,113 リフトオフ層、14,114 p型コンタクト層、15 p型クラッド層、16 キャップ層、17,115 発光層、20,120 溝、31,131 p型電極、32,132 n型電極。
Claims (12)
- 基板上にリフトオフ層を形成する工程と、
前記リフトオフ層上に発光層を含む窒化物半導体層を形成する工程と、
前記リフトオフ層をウエットエッチングすることにより、前記基板と前記窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備える、半導体発光素子の製造方法。 - 前記分離工程の前に、前記ウエットエッチングに用いられるエッチング液を前記リフトオフ層に到達させるための導入部を形成する導入部工程をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記導入部は前記窒化物半導体層の端面に達するように形成された溝であることを特徴とする、請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記導入部は前記窒化物半導体層および前記基板を貫通するよう形成された孔であることを特徴とする、請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記導入部工程において、ダイシング、ドライエッチング、またはレーザ照射のいずれかの方法を用いて前記窒化物半導体層に前記導入部を形成することを特徴とする、請求項2〜4のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記分離工程において、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、重クロム酸、水酸化カリウム、および水酸化ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むエッチング液に電界を印加しながら前記リフトオフ層をエッチングすることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記リフトオフ層はGaN、AlN、InN、およびGaMnNからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む結晶または結晶を含む混晶よりなることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 第1基板の主面上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、
第2基板の主面上にリフトオフ層を形成する工程と、
前記リフトオフ層上に発光層を含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第1基板の前記主面と前記第2基板の前記主面とが互いに対向した状態で前記第1窒化物半導体層と前記第2窒化物半導体層とを貼り合わせる貼合わせ工程と、
前記リフトオフ層をウエットエッチングすることにより、前記第2基板と前記第2窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備える、半導体発光素子の製造方法。 - 前記第1窒化物半導体層を形成する工程において前記第1窒化物半導体層の表面に凸部が形成され、
前記凸部に対応する第2窒化物半導体層の表面に、前記凸部を収納できる大きさの凹部を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項8に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記分離工程において、前記ウエットエッチングに用いられるエッチング液を前記凹部を介してリフトオフ層に到達させることを特徴とする、請求項9に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記貼合わせ工程は、減圧状態の窒素プラズマ雰囲気に前記第1基板および前記第2基板を曝した状態で、圧力を加えながら前記第1窒化物半導体層と前記第2窒化物半導体層とを貼り合わせる工程を含むことを特徴とする、請求項8〜10のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記貼合わせ工程は、80℃以上前記第1窒化物半導体層および前記第2窒化物半導体層が溶融する温度未満の温度に前記第1窒化物半導体層および前記第2窒化物半導体層を加熱した状態で行なわれることを特徴とする、請求項8〜11のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006014144A JP2007200929A (ja) | 2006-01-23 | 2006-01-23 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006014144A JP2007200929A (ja) | 2006-01-23 | 2006-01-23 | 半導体発光素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007200929A true JP2007200929A (ja) | 2007-08-09 |
Family
ID=38455257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006014144A Withdrawn JP2007200929A (ja) | 2006-01-23 | 2006-01-23 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007200929A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009267412A (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Advanced Optoelectronic Technology Inc | Iii族窒素化合物半導体発光素子の製造方法およびその構造 |
KR100993077B1 (ko) | 2010-02-17 | 2010-11-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법, 발광소자 패키지 |
US20120190148A1 (en) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Method for lift-off of light-emitting diode substrate |
WO2012098964A1 (ja) * | 2011-01-17 | 2012-07-26 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | 発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法 |
US8581283B2 (en) | 2008-04-28 | 2013-11-12 | Advanced Optoelectronic Technology, Inc. | Photoelectric device having group III nitride semiconductor |
JPWO2013046267A1 (ja) * | 2011-09-28 | 2015-03-26 | ビービーエスエイ リミテッドBBSA Limited | 半導体素子およびその製造方法 |
CN105047769A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-11-11 | 安徽三安光电有限公司 | 一种利用湿法蚀刻进行衬底剥离的发光二极管制备方法 |
-
2006
- 2006-01-23 JP JP2006014144A patent/JP2007200929A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009267412A (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Advanced Optoelectronic Technology Inc | Iii族窒素化合物半導体発光素子の製造方法およびその構造 |
US8581283B2 (en) | 2008-04-28 | 2013-11-12 | Advanced Optoelectronic Technology, Inc. | Photoelectric device having group III nitride semiconductor |
KR100993077B1 (ko) | 2010-02-17 | 2010-11-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법, 발광소자 패키지 |
US8436383B2 (en) | 2010-02-17 | 2013-05-07 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device, light emitting device package, and lighting system |
WO2012098964A1 (ja) * | 2011-01-17 | 2012-07-26 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | 発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法 |
JP2012151178A (ja) * | 2011-01-17 | 2012-08-09 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法 |
US9082893B2 (en) | 2011-01-17 | 2015-07-14 | Dow A Electronics Materials Co., Ltd. | Luminescent device and manufacturing method for luminescent device and semiconductor device |
US9318653B2 (en) | 2011-01-17 | 2016-04-19 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Luminescent device and manufacturing method for luminescent device and semiconductor device |
US20120190148A1 (en) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Method for lift-off of light-emitting diode substrate |
US8507357B2 (en) * | 2011-01-21 | 2013-08-13 | Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Method for lift-off of light-emitting diode substrate |
JPWO2013046267A1 (ja) * | 2011-09-28 | 2015-03-26 | ビービーエスエイ リミテッドBBSA Limited | 半導体素子およびその製造方法 |
CN105047769A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-11-11 | 安徽三安光电有限公司 | 一种利用湿法蚀刻进行衬底剥离的发光二极管制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3525061B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
US6887770B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
JP4295669B2 (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
KR100541110B1 (ko) | 다파장 반도체 레이저 제조방법 | |
JP5074396B2 (ja) | 半導体ウエハの横方向分断のための方法及びオプトエレクトロニクス構成素子 | |
US8050304B2 (en) | Group-III nitride based laser diode and method for fabricating same | |
JP4909533B2 (ja) | 半導体レーザ素子及びその製造方法 | |
JP2008252069A (ja) | 半導体レーザ素子の製造方法および半導体レーザ素子 | |
JP2003234542A (ja) | 窒化物系共振器半導体構造の製造方法 | |
US20080267238A1 (en) | Semiconductor laser diode element and method of manufacturing the same | |
JP3998639B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
JPH11233893A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
JP2007200929A (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
JP2009164233A (ja) | 窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
JP2007103460A (ja) | 半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
KR100541111B1 (ko) | 다파장 반도체 레이저 제조방법 | |
JP5758481B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP4163240B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法および半導体発光装置の製造方法 | |
JP2007042944A (ja) | 窒化物半導体素子の製法 | |
JP2007184644A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2007013191A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2009238834A (ja) | 窒化物系半導体層を有する支持基板およびその形成方法 | |
JP2008294379A (ja) | 窒化物系半導体素子の製造方法 | |
JP4810808B2 (ja) | 半導体レーザ発光装置の製造方法 | |
JP2010003918A (ja) | 面発光レーザおよびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20090407 |