JP2014212343A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014212343A JP2014212343A JP2014145623A JP2014145623A JP2014212343A JP 2014212343 A JP2014212343 A JP 2014212343A JP 2014145623 A JP2014145623 A JP 2014145623A JP 2014145623 A JP2014145623 A JP 2014145623A JP 2014212343 A JP2014212343 A JP 2014212343A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- metal
- semiconductor light
- light emitting
- substrate
- 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.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 159
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 264
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 264
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 138
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 120
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 64
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 18
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020286 SiOxNy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 description 42
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 30
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 27
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 19
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 16
- 229910015363 Au—Sn Inorganic materials 0.000 description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 9
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- ZODDGFAZWTZOSI-UHFFFAOYSA-N nitric acid;sulfuric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O.OS(O)(=O)=O ZODDGFAZWTZOSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
Abstract
Description
(素子構造)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるGaAs基板の導電型としては、p型、n型のいずれにおいても適用可能である。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるp型GaAs基板の模式的断面構造を示し、図2は、n型GaAs基板の模式的断面構造を示す。また、図3は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。
(素子構造)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。また、図6は、本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。
本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDは、図6に示すように、金属層12と、金属層12上に配置される金属バッファ層18と、金属バッファ層18上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17と、パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17上に配置されるp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されるMQW層9と、MQW層9上に配置されるn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されるウィンドウ層7を備える。
(素子構造)
図8は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるGaAs基板の模式的断面構造を示す。また、図9は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。
(素子構造)
図11は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるシリコン基板の模式的断面構造を示す。また、図12は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。図13は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的平面パターン構造を示し、図14は、別の模式的平面パターン構造を示す。
金属コンタクト層11は、例えばAu/AuBe−Ni合金/Auなどの積層構造として形成してもよい。絶縁層17は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、SiON膜、SiOxNy膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。
金属コンタクト層11のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、金属コンタクト層11のパターン幅が狭い場合には、金属コンタクト層11の面積抵抗が増大し、LEDの順方向電圧Vfが上昇する。このため、最適なパターン幅WおよびパターンピッチD1が存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形ドット形状を基本構造とする円形ドットパターン構造が存在する。
本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
(a)まず、図11に示すように、貼付け用のシリコン基板構造、および図12に示すように、貼付け用のLED構造を準備する。
(b)次に、図15に示すように、図11に示す貼付け用のシリコン基板構造、および図12に示す貼付け用のLED構造を貼り付ける。貼り付け工程においては、例えばプレス機を用いて、熱圧着温度として約340℃程度、熱圧着の圧力として約18MPa程度、熱圧着の時間として約10分程度の条件で実施する。
(c)次に、図16に示すように、シリコン基板21の裏面に対して、チタン層27およびAuなどからなる裏面電極層28をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。チタン層27をAu層とシリコン基板21との間に介在させない場合、オーミックコンタクトをとるためにシンタリングを実施するとシリコン基板21とAu層との接合部のAuがAuSiシリサイドとなり反射率が低下する。したがって、チタン層27は、シリコン基板21とAu層との接着用の金属である。AuSiシリサイド化を防ぐためには、バリアメタルとしてタングステン(W)が必要であり、そのときの構造として、基板側から、シリコン基板/Ti/W/Auで金属層を形成する必要がある。
(d)次に、図17に示すように、裏面電極層28をレジストなどで保護した後、GaAs基板23をエッチングにより除去する。例えばアンモニア/過酸化水素水からなるエッチング液を用い、エッチング時間は、約65〜85分程度である。ここで、AlInGaP層24がエッチングストッパとして重要な働きをする。
(e)次に、図18に示すように、塩酸系のエッチング液を用いて、AlInGaP層24を除去する。エッチング時間は、例えば約1分半程度である。
(f)次に、図19に示すように、表面電極層29をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成後、パターニングする。表面電極層29のパターンは金属コンタクト層11のパターンに略一致させている。表面電極層29の材料としては、例えばAu/AuGe−Ni合金/Auからなる積層構造を用いることができる。ここで、n型GaAs層25は表面電極層29の剥がれ防止機能を有する。
(g)次に、図20に示すように、フロスト処理を実施して、表面電極層29の直下のn型GaAs層25以外のn型GaAs層25の除去を行う。フロスト処理の条件としては、例えば硝酸―硫酸系のエッチング液を約30℃〜50℃,時間約5sec〜15sec程度で行なうことができる。尚、フロスト処理の前処理としては、フッ酸の薄い液を用いてn型GaAs層25をエッチングして、表面に形成されたGaO2膜を除去することができる。エッチング時間としては、例えば約3分程度である。
図21は、本発明の第4の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。また、図22は、本発明の第4の実施の形態の別の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。
上記のように、本発明は第1乃至第4の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
2、4、18…金属バッファ層
3…p型GaAs層
6…n型GaAs層
7…ウィンドウ層
8…n型クラッド層
9…多重量子井戸(MQW)層
10…p型クラッド層
11…金属コンタクト層(AuBe−Ni合金)
15、23…GaAs基板
17…絶縁層
21…シリコン(Si)基板
22、27…チタン(Ti)層
24…AlInGaP層
25…n型GaAs層
26…エピタキシャル成長層
29…表面電極層
30…フロスト処理領域
31…阻止層
32、34…金属バッファ層(AuGe−Ni合金)
28、35…裏面電極層
Claims (19)
- 導電性の基板と、
前記基板上に配置されるとともに、上記基板と電気的に導通するように形成されたAu系の材料を含む第1金属層と、
前記第1金属層上に形成されたAuからなる接合層と、
前記接合層上に形成された、金属コンタクト層および絶縁層と、
前記金属コンタクト層および前記絶縁層上に形成され、赤色系の光を発光する層を含む半導体層と、
前記半導体層上に形成された金属からなる電極と
を備え、
前記金属コンタクト層は、Au系の材料からなり、
前記絶縁層は、パターニングされた開口部を有し、
前記金属コンタクト層の少なくとも一部は、前記開口部内に形成されていることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記赤色系の光を発光する層は、GaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを積層した多重量子井戸構造からなる多重量子井戸層であることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記絶縁層は、前記金属コンタクト層と略同じ厚みであることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子。
- 前記絶縁層は、前記赤色系の光を発光する層からの発光波長に対して透明であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記金属コンタクト層および前記絶縁層側に予め配置された前記接合層によって、金属反射層が形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記赤色系の光を発光する層からの放射光は、前記絶縁層と前記接合層との界面に形成されたミラー面において反射されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記接合層と前記半導体層との界面に介在される前記金属コンタクト層は、前記ミラー面の一部を形成していることを特徴とする請求項6に記載の半導体発光素子。
- 前記接合層を熱圧着によって貼り付けることによって、前記基板と前記半導体層とを貼り付けることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記基板は、GaAs基板、Si基板、サファイア基板、Ge基板、SiGe基板、SiC基板、GaN基板、またはSiC上のGaNエピタキシャル基板のいずれかで形成されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体層は、
前記金属コンタクト層および前記絶縁層上であって、前記金属コンタクト層および前記絶縁層と前記赤色系の光を発光する層との間に配置されるp型クラッド層と、
前記赤色系の光を発光する層上に配置されるn型クラッド層と、
前記n型クラッド層上に配置されるウィンドウ層と
を備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 - 前記接合層上に配置され,前記接合層と、前記金属コンタクト層および前記絶縁層との間に第2金属層をさらに備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第2金属層は、Ag、Al、Ni、Cr若しくはWのいずれかにより形成されることを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子。
- 前記接合層と前記絶縁層との界面に介在される前記第2金属層は、前記絶縁層と前記接合層との界面に形成されたミラー面の一部を形成していることを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子。
- 前記金属コンタクト層は、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形を基本とするドットパターン構造を有することを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記金属コンタクト層は、所定のパターン構造が所定の間隔で配置されており、前記金属コンタクト層のパターン幅は5μm〜11μmであることを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記金属コンタクト層は、AuBe層あるいはAuBeとNiとの合金層、若しくはAu層/AuBe−Ni合金層/Au層の積層構造により形成されることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記絶縁層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、SiON膜、SiOxNy膜、或いはこれらの多層膜のいずれかにより形成されることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体層と前記電極との間には、電流集中を防止するための阻止層を配置することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記阻止層は、GaAsにより形成されることを特徴とする請求項18に記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014145623A JP5981493B2 (ja) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014145623A JP5981493B2 (ja) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | 半導体発光素子 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013121691A Division JP5584331B2 (ja) | 2013-06-10 | 2013-06-10 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014212343A true JP2014212343A (ja) | 2014-11-13 |
JP5981493B2 JP5981493B2 (ja) | 2016-08-31 |
Family
ID=51931824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014145623A Active JP5981493B2 (ja) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5981493B2 (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003068715A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体デバイスの製造方法 |
WO2004082033A1 (ja) * | 2003-03-10 | 2004-09-23 | Sanken Electric Co., Ltd. | 半導体発光素子及びその製造方法 |
JP2005513787A (ja) * | 2001-12-13 | 2005-05-12 | レンゼラー ポリテクニック インスティテュート | 平面全方位リフレクタを有する発光ダイオード |
JP2006013381A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子 |
WO2007015330A1 (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-08 | Stanley Electric Co., Ltd. | 半導体発光素子及びその製造方法 |
-
2014
- 2014-07-16 JP JP2014145623A patent/JP5981493B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003068715A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体デバイスの製造方法 |
JP2005513787A (ja) * | 2001-12-13 | 2005-05-12 | レンゼラー ポリテクニック インスティテュート | 平面全方位リフレクタを有する発光ダイオード |
WO2004082033A1 (ja) * | 2003-03-10 | 2004-09-23 | Sanken Electric Co., Ltd. | 半導体発光素子及びその製造方法 |
JP2006013381A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子 |
WO2007015330A1 (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-08 | Stanley Electric Co., Ltd. | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5981493B2 (ja) | 2016-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5346443B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP5123573B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
US7659553B2 (en) | Light-emitting semiconductor device protected against reflector metal migration | |
JP2002217450A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
JP5584331B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
KR20080076344A (ko) | 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법 | |
JP5981493B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JP5396526B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
KR100564303B1 (ko) | AlGaInP계 발광 다이오드 및 그 제조방법 | |
US20230047372A1 (en) | Semiconductor light emitting device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150612 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150714 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150911 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160223 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160422 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160705 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160728 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5981493 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |