JP3940729B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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日本応用物理学会誌30L1620(1991)
図5〜図8は、第1の実施の形態に係る発光素子の製造方法を工程順に説明するための各半導体構造を示す図である。図5において、(a)は、素子上面図であり、(b)は、(a)の線BBに沿った断面図である。図6は、同様の素子断面図である。図7において、(a)は、素子上面図であり、(b)は、(a)の線BBに沿った断面図である。図8は、同一基板上に同時に形成された複数の素子の上面図である。
図9では、発光ダイオード18は反射板19上に設置されている。発光ダイオード18の電極16、17はそれぞれ各リード線22を介して外部電極20、21に接続されている。反射板19上の発光素子18は外部電極20、21と絶縁された状態で外部電極20、21によって支持されている。
また、図10では、電極16、17はそれぞれ外部電極20、21と直接接続されており、発光ダイオード18は外部電極20、21によって直接支持されている。
これらにより、第1の実施の形態に係る発光ダイオードは、従来のサファイア基板を用いた発光ダイオードと比較して、輝度が30%以上向上し、寿命は50%以上長くなる。また、従来の発光ダイオードでは歩留りが70%であったのが、90%以上に向上する。
図11に、第2の実施の形態に係る発光ダイオードの断面図を示す。この断面は第1の実施の形態における断面と同方向断面である。この発光ダイオードは、基板11上にp型GaN層14が形成され、その上にn型GaN層13が形成されている点を除いて、第1の実施の形態の発光ダイオード同じ構造を有する。従って、同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図11に示す第2の実施の形態の発光ダイオードでも第1の実施の形態の発光ダイオードと同様な効果が得られた。
図12に第3の実施の態様に係る発光ダイオードの概略上面図を示す。
この発光ダイオードが第1の実施の形態の発光ダイオードと異なる点は、基板11の平行四辺形の辺に対して、化合物半導体層12の平行四辺形の辺が30°ずれている点である。このような構造は、化合物半導体層12上にフォトレジストを堆積させる際に、基板11の<11−20>方向と30°ずれた方向に平行四辺形のパターンを形成することによって得られる。
本第3の実施の形態の発光ダイオードでも第1の実施の形態の発光ダイオードと同様な効果が得られた。
図13に本実施例に係る発光素子の上面図及び断面図を示す。図13(a)は、上面図、図13(b)は、(a)の線BBに沿う断面図である。この発光素子はレーザダイオードである。
図13に示すように、厚さ100μmのサファイア基板31上に厚さ20nmのInGaNバッファ層32、厚さ3μmのn型AlGaN層33、厚さ100nmのGaN活性層34、厚さ500nmのp型AlGaN層35が順に積層され、n型AlGaN層33の上面が60゜の角を含む片側の半分程度露出されている。p型AlGaN層35上には、Au/Niストライプ状電極36が形成され、n型AlGaN層33上にはAl/Ti電極37が形成されている。
図14に第5の実施の形態に係るレーザダイオードの上面図及び断面図を示す。図14(a)は上面図、図14(b)は、(a)の線BBに沿った断面図である。
図14に示すように、厚さ100μmのサファイア基板41上に厚さ20μmのInGaNバッファ層42、厚さ3μmのn型AlGaN層43、厚さ100nmのGaN活性層44、厚さ500nmのp型AlGaN層45が順に積層され、n型AlGaN層43の上面が60゜の角を含む両側から、p型AlGaN層45の上面が多少線状に残るように露出されている。p型AlGaN層45上には、ほぼ全面にAu/Ni線状電極46が形成され、n型AlGaN層43上面の2つの領域にはそれぞれAl/Ti電極47が形成されている。
図15に第6の実施の形態に係る発光ダイオードの上面図及び断面図を示す。図15(a)は上面図、図15(b)は、(a)の線BBに沿った断面図である。
図16に本実施例に係る発光ダイオードの断面図及び上面図を示す。図16(a)は上面図、図16(b)は、(a)の線BBに沿った断面図である。
図17に第8の実施の形態に係るレーザダイオードの上面図及び断面図を示す。図17(a)は上面図、図17(b)は(a)の線BBに沿った断面図である。
図18に第9の実施の形態に係るレーザダイオードの断面を示す。図18に示すように、サファイア基板81上に、n型GaN層82、n型AlGaN層83、InGaN層84、p型AlGaN層85及びp型GaN層86をこの順に成長させる。このウエーハ上に二酸化ケイ素膜をCVD法、プラズマCVD法、スパッタ法等により形成する。この二酸化ケイ素膜を半導体構造の中央部に位置するストライプ状にパターニングし、これをマスクとしてn型GaN層82が露出するまで各半導体層をアルカリによるウエットエッチング、RIE(反応性イオンエッチング)、RIBE(反応性イオンビームエッチング)等によりエッチング除去する。しかる後、二酸化ケイ素マスクを除去し、露出したn型GaN層82の表面、エッチングした各半導体層側面及びp型GaN層86の表面に渡って二酸化ケイ素膜を形成し、この二酸化ケイ素膜に、n型GaN層82及びp型GaN層86の各電極形成部を露出するようにストライプ状開口部を形成する。ついで、露出したp型GaN層86に接してAu/Ni電極88を形成し、露出したn型GaN層82にAu/Pt/Ti電極89を形成する。
図19に第10の実施の形態に係るレーザダイオードを示す。図19(a)は上面図、図19(b)は、(a)の線BBに沿った断面図である。
図19に示すように、SiC基板91上に、n型GaN層92、n型AlGaN層93、InGaN層94、p型AlGaN層95及びp型GaN層96をこの順に成長させる。このウエーハ上に二酸化ケイ素膜97をCVD法、プラズマCVD法、スパッタ法等により形成する。この二酸化ケイ素膜97にパターニングを行い、p型GaN層96をストライプ状に露出させる開口部97aを形成する。
図20に第11の実施の形態に係るレーザダイオードの断面を示す。図20(a)は、その上面図、図20(b)は、電極を除いた状態での図20(a)の線BBに沿った断面図である。
図20に示すように、サファイア基板101上に、n型GaN層102、n型AlGaN層103、GaN層/InGaN層/GaN層積層構造104、p型AlGaN層105及びp型GaN層106をこの順に成長させる。このウエーハ上に二酸化ケイ素膜107をCVD法、プラズマCVD法、スパッタ法等により形成する。この二酸化ケイ素膜107をパターニングし、これをマスクとしてn型GaN層102が一部露出するように各半導体層をアルカリによるウエットエッチング、又はRIE(反応性イオンエッチング)、RIBE(反応性イオンビームエッチング)等のドライエッチングによりエッチング除去する。しかる後、再び二酸化ケイ素マスク107をパターニングしてp型GaN層106をストライプ状に露出させる。ついで、露出したp型GaN層106に接してAu/Ni電極108を形成し、露出したn型GaN層102にAu/Pt/Ti電極109を形成する。
図21に第12の実施の形態に係るレーザダイオードを示す。図21(a)は、電極を除いた状態のその底面図、図21(b)は、(a)の線BBに沿った断面図である。
図21に示すように、サファイア基板201上に、n型GaN層202、n型AlGaN層203、GaN層204、p型AlGaN層205及びp型GaN層206をこの順に成長させる。このウエーハ上に二酸化ケイ素膜207をCVD法、プラズマCVD法、スパッタ法等により形成する。この二酸化ケイ素膜207をパターニングし、p型GaN層206をストライプ状に露出させる。
図22に、第13の実施の形態に係る半導体素子(半導体レーザ)を示す。図22(a)は、その断面図、図22(b)は、電極を除いた状態でその底面から見た斜視図である。
図23に第14の実施の形態に係る半導体素子(半導体レーザ)の断面図を示す。
図23に示すように、p型GaAs基板401上に、絶縁性ZnSeバッファ層402(厚さ0.2μm、ドーピングキャリア濃度1E16cm-3以下)を介して、n型ZnSSe下部クラッド層403(厚さ2μm、ドーピングキャリア濃度1E18cm-3)、CdZnSe/ZnSe量子井戸活性層404、p型上部クラッド層405(厚さ0.5μm、ドーピングキャリア濃度1E18cm-3)からなる多重ヘテロ構造部が形成されている。このヘテロ構造部は、発光領域となる。上部クラッド層405上には、上部クラッド層405を一部露出する開口部406aを有するn型ZnSSe電流阻止層406(厚さ1μm、ドーピングキャリア濃度1E18cm-3)が形成されている。電流阻止層406上には、その開口部406aを通して上部クラッド層405にも達するように、p型ZnSSe埋め込み層407(厚さ3μm、ドーピングキャリア濃度1E18cm-3)が形成され、その上には、p型ZnSSeキャップ層408(厚さ500nm、ドーピングキャリア濃度1E19cm-3)が形成されている。このキャップ層408の上には、その全面に渡って、Pd(50nm)及びAu(300nm)の順に積層されたp電極409が形成されている。
Claims (4)
- 多角形の平面形状を有する六方晶系の単結晶基板と、この単結晶基板上に積層された化合物半導体層と、この化合物半導体層に接続された電極とを備え、前記単結晶基板の一辺が<11−20>方向に平行であり、他の一辺が<1−100>方向に平行であり、かつ前記多角形が長方形であって、前記単結晶基板の厚さをT、前記単結晶基板の最も長い一辺の長さをLとしたとき、T/L<2を満足し、かつ前記単結晶基板の裏面の凹凸が前記単結晶基板の厚さTの3%以内にあることを特徴とする半導体発光素子。
- 多角形の平面形状を有する六方晶系の単結晶基板と、この単結晶基板上に積層された化合物半導体層と、この化合物半導体層に接続された電極とを備え、前記単結晶基板の一辺が<11−20>方向に平行であり、他の一辺が<1−100>方向に平行であり、かつ前記多角形が長方形であって、前記単結晶基板の厚さをT、前記単結晶基板の最も長い一辺の長さをLとしたとき、T/L<2を満足し、かつ前記単結晶基板の裏面の凹凸が前記単結晶基板の厚さTの3%以内にあることを特徴とする半導体レーザダイオード。
- 六方晶系の単結晶基板の表面上に化合物半導体層を積層する工程、前記化合物半導体層に接して電極を形成する工程、前記単結晶基板の裏面を凹凸が前記単結晶基板の厚さの3%以内となるように加工する工程、前記裏面を加工した単結晶基板を切断して平面多角形状にする工程を包含し、該切断工程において、単結晶基板を前記多角形の一辺が<11−20>方向に平行に、および他の一辺が<1−100>方向に平行になり、前記多角形が長方形となるように、かつ前記単結晶基板の厚さをT、前記単結晶基板の最も長い一辺の長さをLとしたとき、T/L<2を満足するように切断することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 六方晶系の単結晶基板の表面上に化合物半導体層を積層する工程、前記化合物半導体層に接して電極を形成する工程、前記単結晶基板の裏面を凹凸が前記単結晶基板の厚さの3%以内となるように加工する工程、前記裏面を加工した単結晶基板を切断して平面多角形状にする工程を包含し、該切断工程において、単結晶基板を前記多角形の一辺が<11−20>方向に平行に、および他の一辺が<1−100>方向に平行になり、前記多角形が長方形となるように、かつ前記単結晶基板の厚さをT、前記単結晶基板の最も長い一辺の長さをLとしたとき、T/L<2を満足するように切断することを特徴とする半導体レーザダイオードの製造方法。
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