JP2017005156A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体発光素子は、第一半導体層と、活性層と、第二半導体層と、第一半導体層の面のうちの基板に近い側の面に接触して形成された電流遮断層と、第一半導体層の面のうちの前記基板に近い側の面であって、電流遮断層が形成されていない領域内の面に接触して形成された第一電極と、第二半導体層に接触し、基板の面に直交する方向に関して電流遮断層と対向する位置に形成された第二電極とを備える。電流遮断層は、Pd又はCuの少なくとも一方を含むAg合金で構成される。電流遮断層と第一半導体層との間の接触抵抗が、第一電極と第一半導体層との間の接触抵抗よりも高い。
【選択図】 図1A
Description
前記第一半導体層の面のうちの前記基板に近い側の面に、接触して形成された電流遮断層と、
前記第一半導体層の面のうちの前記基板に近い側の面であって、前記電流遮断層が形成されていない領域内の面に接触して形成された第一電極と、
前記第二半導体層に接触し、前記基板の面に直交する方向に関して前記電流遮断層と対向する位置に形成された第二電極とを備え、
前記電流遮断層は、Pd又はCuの少なくとも一方を含むAg合金で構成されており、
前記電流遮断層と前記第一半導体層との間の接触抵抗が、前記第一電極と前記第一半導体層との間の接触抵抗よりも高いことを特徴とする。
前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層の順に前記半導体層を形成する
工程(a)と、
前記第一半導体層の上面の第一領域に、第一電極を形成する工程(b)と、
前記第一半導体層の上面であって、前記第一領域とは異なる第二領域に、Pd又はCuの少なくとも一方を含むAg合金で構成された電流遮断層を形成する工程(c)と、
前記第一電極及び前記電流遮断層の上層に前記基板を貼り合わせると共に、前記第二半導体層を露出する工程(d)と、
露出された前記第二半導体層の上面のうち、前記基板の面に直交する方向に関して前記電流遮断層と対向する位置に第二電極を形成する工程(e)とを有し、
前記工程(c)は、前記工程(b)で形成された前記第一電極と比較して、前記第一半導体層との接触抵抗が高くなるように前記電流遮断層を形成する工程であることを特徴とする。
前記工程(d)よりも後に、前記絶縁層が露出するまで前記半導体層をエッチングする工程(g)とを有するものとしても構わない。
図1A及び図1Bは、本発明の半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。図1Bは光取り出し方向から見たときの平面図に対応し、図1Aは図1B内におけるX−X線で切断したときの断面図に対応する。半導体発光素子1は、基板3、半導体層5、第一電極13、電流遮断層14、及び第二電極15を含んで構成される。以下では、半導体発光素子1を単に「発光素子1」と適宜略記する。
基板3は、例えばCuW、W、Moなどの導電性基板、又はSiなどの半導体基板で構成される。
本実施形態では、半導体層5は、基板3に近い側からp型半導体層11、活性層9及びn型半導体層7が順に積層されて形成されている。本実施形態では、p型半導体層11が「第一半導体層」に対応し、n型半導体層7が「第二半導体層」に対応する。
第一電極13は、p型半導体層11に接触して形成されており、p型半導体層11との間でオーミック接触が形成されている。本実施形態では、第一電極13はp側電極を構成する。
第二電極15は、n型半導体層7の上面に形成されており、例えばCr−Auで構成される。本実施形態では、第二電極15はn側電極を構成する。
導電層20は、基板3の上層に形成されている。本実施形態では、導電層20は、保護層23、接合層21、接合層19及び保護層17の多層構造で構成されている。
発光素子1は、電流遮断層14を備える。この電流遮断層14は、p型半導体層11と接触する箇所であって、第一電極13が形成されていない領域の少なくとも一部に形成されている。本実施形態では、電流遮断層14は、Pd及びCuを含むAg合金で構成されており、第一電極13と同様に、活性層9から射出される光に対して高い反射率を示す材料で構成されている。
本実施形態において、発光素子1は、半導体層5の端部領域において、p型半導体層11の一部と接触して形成された絶縁層24を備えている。絶縁層24は、例えばSiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3などで構成される。この絶縁層24は、製造方法の項で後述するように、素子分離時におけるエッチングストッパとして機能させる目的で設けられている。
次に、発光素子1の製造方法の一例につき、図2A〜図2Jに模式的に示す工程断面図を参照して説明する。なお、以下で説明する製造条件や膜厚等の寸法はあくまで一例である。
図2Aに示すように、成長基板25を準備する。成長基板25としては、一例としてC面を有するサファイア基板を用いることができる。
図2Bに示すように、成長基板25の上層に、アンドープ層27、n型半導体層7、活性層9、及びp型半導体層11を順に形成する。このステップS2は、例えば以下の手順で行われる。
ステップS2で得られたウェハに対して活性化処理を行う。具体的な一例としては、RTA(Rapid Thermal Anneal:急速加熱)装置を用いて、窒素雰囲気下中650℃で15分間の活性化処理を行う。
p型半導体層11の上面の所定箇所に絶縁層24を形成する(図2C参照)。
p型半導体層11の上面の所定領域に第一電極13を形成する(図2C参照)。第一電極13の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
次に、p型半導体層11が露出している領域に電流遮断層14を形成する(図2D参照)。
第一電極13及び電流遮断層14の上面を覆うように、全面に保護層17を形成する。その後、保護層17の上面に接合層19を形成する(図2E参照)。具体的な方法の一例は以下のとおりである。
成長基板25とは別に準備された基板3の上面に、ステップS7と同様の方法で、保護層23及び接合層21を形成する(図2F参照)。基板3としては、上述したようにCuW、W、Mo等の導電性基板、又はSi等の半導体基板を利用することができる。なお、保護層23については形成しないものとしても構わない。
図2Gに示すように、成長基板25の上層に形成された接合層19と、基板3の上層に形成された接合層21を貼り合わせることで、成長基板25と基板3の貼り合わせを行う。具体的な一例としては、280℃の温度、0.2MPaの圧力下で、貼り合わせ処理が行われる。
次に、成長基板25を剥離する(図2H参照)。より具体的には、成長基板25を上に向け、基板3を下に向けた状態で、成長基板25側からレーザ光を照射する。ここで、照射するレーザ光を、成長基板25の構成材料(本実施形態ではサファイア)を透過し、アンドープ層27の構成材料(本実施形態ではGaN)によって吸収されるような波長の光とする。これにより、アンドープ層27でレーザ光が吸収されるため、成長基板25とアンドープ層27の界面が高温化してGaNが分解され、成長基板25が剥離される。
次に、図2Jに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ICP装置を用いて絶縁層24の上面が露出するまで半導体層5をエッチングする。このとき、上述したように絶縁層24はエッチングストッパーとして機能する。
次に、n型半導体層7の上面の所定の領域、より詳細には、n型半導体層7の上面のうち、第一電極13に対して鉛直方向に対向しない領域の一部、すなわち電流遮断層14に対して鉛直方向に対向する領域の一部に、第二電極15を形成する。具体的な方法の一例としては、n型半導体層7の上面のうち、第二電極15を形成する予定の領域以外をレジスト等でマスクした状態で、n型半導体層7の上面に膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuを蒸着する。その後、マスクを剥離して、窒素雰囲気中で250℃、1分間程度のアニール処理を行う。
次に、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、基板3の裏面を例えばAgペーストにてパッケージと接合する。その後は、第二電極15の一部領域に対してワイヤボンディングを行う。以上の工程を経て、図1Aに示す発光素子1が製造される。
図1Aに示す発光素子1によれば、前述したように、電流遮断層14が設けられることで、活性層9内の広い範囲に電流を流すことができ、発光効率が高められる。そして、この電流遮断層14によって電流を拡げる効果が実現できるため、図7に示す発光素子90のように、電流を拡げる目的で絶縁層94を設ける必要がない。
以下、別実施形態につき説明する。
3 : 基板
7 : n型半導体層
9 : 活性層
11 : p型半導体層
13 : 第一電極
14 : 電流遮断層
15 : 第二電極
15a : パッド電極
17 : 保護層
19 : 接合層
20 : 導電層
21 : 接合層
23 : 保護層
25 : 成長基板
27 : アンドープ層
90 : 従来の発光素子
91 : 基板
92 : 導電層
93 : 反射膜
94 : 絶縁層
95 : 反射電極
96 : p型半導体層
97 : 活性層
98 : n型半導体層
99 : 半導体層
100 : n側電極
Claims (7)
- n型又はp型の第一半導体層、前記第一半導体層の上層に形成された活性層、及び前記活性層の上層に形成され前記第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層が、基板上に形成されてなる半導体発光素子であって、
前記第一半導体層の面のうちの前記基板に近い側の面に、接触して形成された電流遮断層と、
前記第一半導体層の面のうちの前記基板に近い側の面であって、前記電流遮断層が形成されていない領域内の面に接触して形成された第一電極と、
前記第二半導体層に接触し、前記基板の面に直交する方向に関して前記電流遮断層と対向する位置に形成された第二電極とを備え、
前記電流遮断層は、Pd又はCuの少なくとも一方を含むAg合金で構成されており、
前記電流遮断層と前記第一半導体層との間の接触抵抗が、前記第一電極と前記第一半導体層との間の接触抵抗よりも高いことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第一電極は、Agを含む材料で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記第一半導体層の端部の領域において、前記第一半導体層の面のうちの前記基板に近い側の面に接触して形成された絶縁層を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
- n型又はp型の第一半導体層、前記第一半導体層の上層に形成された活性層、及び前記活性層の上層に形成され前記第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層が、基板上に形成されてなる半導体発光素子の製造方法であって、
前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層の順に前記半導体層を形成する
工程(a)と、
前記第一半導体層の上面の第一領域に、第一電極を形成する工程(b)と、
前記第一半導体層の上面であって、前記第一領域とは異なる第二領域に、Pd又はCuの少なくとも一方を含むAg合金で構成された電流遮断層を形成する工程(c)と、
前記第一電極及び前記電流遮断層の上層に前記基板を貼り合わせると共に、前記第二半導体層を露出する工程(d)と、
露出された前記第二半導体層の上面のうち、前記基板の面に直交する方向に関して前記電流遮断層と対向する位置に第二電極を形成する工程(e)とを有し、
前記工程(c)は、前記工程(b)で形成された前記第一電極と比較して、前記第一半導体層との接触抵抗が高くなるように前記電流遮断層を形成する工程であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記工程(b)は、金属材料を成膜した後にアニール処理を行う工程を含み、
前記工程(c)は、前記Ag合金を成膜した後に、前記工程(b)よりも低温でアニール処理を行う工程を含むか、又はアニール処理を行わないことを特徴とする請求項4に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記工程(b)において成膜される前記金属材料が、Agを含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記工程(d)よりも前に、前記第一半導体層の上面の端部の領域に絶縁層を形成する工程(f)と、
前記工程(d)よりも後に、前記絶縁層が露出するまで前記半導体層をエッチングする工程(g)とを有することを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
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