JP4509973B2 - 窒化物系化合物層の製造方法、窒化物系化合物基板の製造方法、並びに垂直構造窒化物系半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
一方、格子常数が一致するGaNのような窒化物系化合物からなる基板が製作されてはいるが、非常に高価で発光素子の製造工程においてラッピング及びポリシング工程により研削、研磨されるべきであるため高価の基板を再活用することが不可能である。
図1を参照すると、先ず図1(a)のように、GaN基板21を備え、上記GaN基板21の上面に所定パターンのマスク層22を形成する。上記マスク層22は以後の湿式蝕刻工程で除去されることが可能な物質からなる。上記マスク層22を構成する材料には、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜のような誘電体物質が採用されることが可能で、シリコン酸化膜を利用することが最も好ましい。
上記マスク層22は上記誘電体物質をプラズマ化学気相蒸着(Plasma Chemical Vapor Deposition)法を利用して蒸着させ形成されることが可能である。上記マスク層22は一定な間隔で平行に配置された複数のストライプ形状で形成されることが好ましく、その間に上記GaN基板21の上面を露出させる。
次いで、図1(b)のように、露出されたGaN基板21の上面にGaN物質と格子常数の差が10%以下の物質からなるバッファ層23を形成する。参考として、GaNとの格子常数の差は下記数1を通じて計算されることが可能である。
上記バッファ層23を構成する物質はGaNとの格子常数の差が10%以下の物質からなることが好ましく、GaNとの格子常数の差が5%以下の物質からなることが最も好ましい。以後の工程で上記バッファ層23の上面に窒化物系化合物層が形成される場合下部のGaN基板21の結晶学的な情報が上記バッファ層23を通じて伝達されるため、上記バッファ層23とGaNとの格子常数の差が小さいほど高品位の窒化物系化合物層を成長させることが可能である。
前記の側面成長法は高品位の窒化物系半導体層を形成するに適している。図2は側面成長法により形成された窒化物系半導体層の欠陥状態を図示した模式図である。シード(seed)用として使用されるGaN基板は大体小さい欠陥(電位(dislocation))密度を有するが、その上部にエピタキシャル成長される窒化物系化合物層に上記欠陥が伝達されるため一般的な成長法によると新たに生成された窒化物系半導体層はシード用GaN基板より高品位に製作することが難しい。
本発明は前記の窒化物系化合物層を形成する方法を応用した垂直構造窒化物系半導体発光素子の製造方法も提供する。図3は本発明による垂直構造窒化物系半導体発光素子の製造方法を図示した工程断面図である。
次いで、図3(c)に図示された通り、上記導電性キャリア基板32を形成した後湿式蝕刻工程を利用して上記マスク層22とバッファ層23を除去することにより発光構造物31とGaN基板21を分離する。前記の通り、本発明によると、湿式蝕刻工程を利用してGaN基板21を損傷なく分離することにより、高価のGaN基板を再度使用することが可能である。
次に、図3(d)のように、上記GaN基板が分離された第1導電型窒化物系化合物半導体層31aの下面と、上記導電性キャリア基板32の上面にそれぞれ電極33、34を形成した後、図3(e)のように各々の個別素子に分離して垂直構造窒化物系半導体発光素子を完成する。このような垂直構造窒化物系半導体発光素子はGaN基板が分離された第1導電型窒化物系化合物半導体層31aの下面が主発光面として使用されることが可能である。上記第1導電型窒化物系化合物半導体層31aの下面に形成された電極33と第1導電型窒化物系化合物半導体層31aの間には電流拡散を改善するためITO等からなる透明電極層が形成されることが可能である。また、上記導電性キャリア基板32が優秀な電気伝導性を有する金属物質からなる場合キャリア基板32自体を電極に活用することが可能なため、別途の電極34を形成する工程を省略することも可能である。
このように本発明による垂直構造窒化物系半導体発光素子の製造方法は、窒化物系化合物半導体を成長させるためのGaN基板をラッピングやポリシング工程を通じ研削、研磨する工程が使用されず、湿式蝕刻工程で損傷なく分離することが可能なため、高価のGaN基板を再使用することが可能となり製造費用を低減することが可能である。さらに、側面成長方式を採用して高品位のGaN基板上に窒化物系化合物半導体を成長させるため、GaN基板より高品位の窒化物系化合物半導体層を形成させることが可能なため、発光素子の輝度を改善することが可能である。
22 マスク層
23 バッファ層
24 窒化物系化合物層
31 発光構造物
32 導電性キャリア基板
33、34 電極
Claims (15)
- GaN基板を備える工程と、
上記GaN基板上に上記GaN基板上面の一部を露出させるマスク層を形成する工程と、
上記露出されたGaN基板上面にGaNと格子常数の差が10%以下のGa 2 O 3 またはZrB 2 からなるバッファ層を形成する工程と、
上記バッファ層上面から上記マスク層の上面に窒化物系化合物を側面成長させた後垂直方向に所定厚さの窒化物系化合物層を成長させる工程と、
上記マスク層とバッファ層を湿式蝕刻方式で除去し上記GaN基板と上記窒化物系化合物層を分離する工程と、
を含むことを特徴とする窒化物系化合物層の製造方法。 - 上記バッファ層はGaNと格子常数のが5%以下であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物系化合物層の製造方法。
- 上記マスク層はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物系化合物層の製造方法。
- 上記湿式蝕刻に使用される蝕刻溶液はHClまたはHFであることを特徴とする請求項1に記載の窒化物系化合物層の製造方法。
- シード用GaN基板を備える工程と、
上記シード用GaN基板上面にシード用GaN基板上面一部を露出させる所定パターンのマスク層を形成する工程と、
上記露出されたシード用GaN基板上面にGaNと格子常数の差が10%以下のGa 2 O 3 またはZrB 2 からなるバッファ層を形成する工程と、
上記バッファ層上面から上記マスク層の上面にGaNを側面成長させた後GaNを垂直方向に成長させ所定厚さのGaN基板を形成する工程と、
上記マスク層とバッファ層を湿式蝕刻方式で除去し上記シード用GaN基板と形成されたGaN基板を分離する工程と、
を含むことを特徴とする窒化物系化合物基板の製造方法。 - 上記バッファ層はGaNと格子常数の差が5%以下であることを特徴とする請求項5に記載の窒化物系化合物基板の製造方法。
- 上記マスク層はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項5に記載の窒化物系化合物基板の製造方法。
- 上記湿式蝕刻に使用される蝕刻溶液は塩酸(HCl)水溶液またはフッ酸(HF)水溶液であることを特徴とする請求項5に記載の窒化物系化合物基板の製造方法。
- 上記GaN基板を形成する工程は、ハイドライド気相蒸着法(HVPE)法を利用してGaNを成長させる工程であることを特徴とする請求項5に記載の窒化物系化合物基板の製造方法。
- GaN基板を備える工程と、
上記GaN基板上に上記GaN基板上面の一部を露出させるマスク層を形成する工程と、
上記露出されたGaN基板上面にGaNと格子常数の差が10%以下のGa 2 O 3 またはZrB 2 からなるバッファ層を形成する工程と、
上記バッファ層上面から上記マスク層上面に第1導電性不純物がドープされた第1導電型窒化物系化合物半導体を側面成長させた後、垂直方向に上記第1導電型窒化物系化合物半導体を成長させ第1導電型窒化物系化合物半導体層を形成し、上記第1導電型窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物からなる活性層及び第2導電型不純物がドープされた第2導電型窒化物系化合物半導体層を順次に成長させ発光構造物を形成する工程と、
上記発光構造物上に導電性キャリア基板を形成する工程と、
上記マスク層とバッファ層を湿式蝕刻方式で除去し上記GaN基板と上記発光構造物を分離する工程と、
を含むことを特徴とする垂直構造窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 上記バッファ層はGaNと格子常数差が5%以下であることを特徴とする請求項10に記載の垂直構造窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 上記マスク層はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項10に記載の垂直構造窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 上記湿式蝕刻に使用される蝕刻溶液はHClまたはHFであることを特徴とする請求項10に記載の垂直構造窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 上記発光構造物を形成する工程は、MOCVD法を利用して窒化物系半導体化合物を成長させる工程であることを特徴とする請求項10に記載の垂直構造窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 上記GaN基板が分離された第1導電型窒化物系化合物半導体層の下面及び上記導電性キャリア基板の上面にそれぞれ電極を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の垂直構造窒化物半導体発光素子の製造方法。
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