JP5235866B2 - 金属電極の形成方法、半導体発光素子の製造方法及び窒化物系化合物半導体発光素子 - Google Patents
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Description
前記熱処理工程は、酸素雰囲気、大気雰囲気、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、酸素と窒素との混合雰囲気及びアルゴンと酸素との混合雰囲気のうちいずれかの雰囲気下で行われることが好ましい。そして、前記熱処理工程は、350〜600℃の温度下で10〜1000秒間行うことが好ましい。
図1を参照すると、所定の半導体層100の形成された下部構造物10を準備した後、表面処理を施す。
接合金属層110として、Cu及びInのうち少なくとも1種を用いて形成することが好ましい。反射金属層120として、Agを用いることが好ましい。この実施形態において、反射金属層120としてAgを用いる。このとき、接合金属層110は(1〜500nm)10〜5000Åの厚さに形成し、反射金属層120は(10〜5000nm)100〜50000Åの厚さに形成することが好ましい。この実施形態において、接合金属層110を(5〜100nm)50〜1000Åの厚さに形成し、反射金属層120を(50〜500nm)500〜5000Åの厚さに形成する。
以下の実験例において、半導体層、すなわち、GaN層上にCu層またはIn層を形成した後、Ag層を形成し、次いで、酸素雰囲気と450℃の温度下において約2分間熱処理して反射金属層Agと反転金属層CuまたはIn+Oを有する金属電極を形成した。そして、実験例の比較のための比較例として、GaN層上に、Ni層とAu層とが積層された金属電極を形成した。このように本発明による実験例と比較例の実験結果を説明すると、下記の通りである。
図5のグラフ中、A及びB線は本発明の実験例による金属電極の電圧電流特性線であり、A線は層反転されたCu/Ag構造の金属電極であり、B線は層反転されたIn/Ag構造の金属電極の電圧電流特性線である。C線は比較例によるNi/Au構造の金属電極の電流−電圧特性を示す線である。グラフのA及びB線とC線を比較してみると、実験例、すなわち、層反転を通じて設けられた金属電極の電流−電圧特性の方がさらに優れていることが分かる。そして、接触抵抗を計算した結果、2×10−5Ωcm2ときわめて低い値となる。
図6のA線は、この実験例による層反転されたCu/Ag構造の金属電極の反射率を示す線であり、B線は、この実験例による層反転されたIn/Ag構造の金属電極の反射率を示す線であり、そしてC線は、比較例によるNi/Au構造の金属電極の反射率を示す線である。
図7Aは、Ag電極の表面形状を示す走査顕微鏡写真であり、集塊により極めて荒い表面形状を示している。これに対し、図7Bは、この実験例による層反転されたCu/Ag構造の金属電極の表面形状を示す走査顕微鏡写真であり、極めて滑らかな表面形状を示している。これは、層反転されたCu/Ag構造の金属電極の場合、表面に形成されたCuOxは、熱処理時にAg層に酸素があまりにも大量に流れ込むことを防いで、Agの集塊を抑えていることが分かる。
半導体発光素子の場合、金属電極の形成位置に応じて、水平構造の半導体発光素子と、垂直構造の半導体発光素子とに大別される。ここで、水平構造の半導体発光素子は光が出射する面の方に第1型金属電極と第2型金属電極の両方が設けられている。これに対し、垂直構造の半導体発光素子では、光が出射する面上に第1型金属電極が設けられ、その反対面に第2型金属電極が設けられる。
図8は、本発明の第2の実施形態による垂直構造の半導体発光素子の断面図である。
母体基板(図示せず)上に、第1型半導体層210、活性層220及び第2型半導体層230を順次に形成する。このとき、母体基板と第1型半導体層210との間にバッファ層(図示せず)を形成してもよい。母体基板として、Al2O3、SiC、ZnO、Si、GaAs、GaP、LiAl2O3、BN、AlN及びGaNのうち少なくとも1種の基板を用いることができる。所定のマスクを用いたパターニング工程により、第2型半導体層230、活性層220及び第1型半導体層210をパターニングして、各セル毎にこれを分離する。
また、本発明は上述した構造に限定されるものではなく、垂直構造の半導体発光素子の側面を保護するための保護膜と反射防止膜をさらに含んでいてもよい。以下、この種の本発明の第3の実施形態による垂直構造の半導体発光素子について説明する。後述する説明のうち上述した実施形態と重複する説明は省略する。
母体基板(図示せず)上に第1型半導体層210、活性層220及び第2型半導体層230を順次に形成した後、マスクを用いたパターニング工程を行う。すなわち、第2型半導体層230、活性層220及び第1型半導体層210をエッチングして、各セル毎に分離する。全体の構造上にその段差に沿って保護膜270を形成した後、第2型半導体層上230の保護膜270を除去する。これにより、セルそれぞれの第1型半導体層210、活性層220及び第2型半導体層230の側面に保護膜270が形成される。次いで、第2型半導体層230の上部の全面に、接合金属層110と反射金属層120を形成する。この後、構造物を酸素雰囲気下で熱処理して、反射金属層120と反転金属層130とが順次に形成された第2型電極240を形成する。次いで、第2型電極240上に導電性支持層260を付着する。次いで、レーザーリフト工程により第1型半導体層210の下側の母体基板を除去する。そして、全体の構造上にその段差に沿って反射防止膜280を形成した後、反射防止膜280の一部をエッチングして第1型半導体層210の一部を露出する。次いで、露出された第1型半導体層210上に第1型電極250を形成する。次いで、導電性支持層260を各セル毎に分離して、単一の半導体発光素子を作製する。
母体基板(図示せず)上に第1型半導体層310、活性層320及び第2型半導体層330を順次に形成した後、マスクを用いたパターニング工程を行う。すなわち、第2型半導体層330、活性層320及び第1型半導体層310をエッチングして、各セル毎に分離する。全体の構造上に保護膜360を形成した後、第2型半導体層330上の保護膜360を除去する。第2型半導体層330の全面に反射金属層120と反転金属層130を含む第2型電極340を形成する。この後、全体の構造上に金属保護膜370を形成した後、母体基板を除去する。第1型半導体層310上に第1型電極350を形成し、金属保護膜370を各セル毎に分離して単一の半導体発光素子を作製する。
図15のAは、第3の実施形態による第2型電極230として層反転されたCu/Agを用いた青色半導体発光素子の相対的な光の強度を示すグラフであり、Bは、第3の実施形態による第2型電極230として層反転されたIn/Agを用いた青色半導体発光素子の相対的な光の強度を示すグラフであり、Cは、本発明の比較例による第2型電極としてNi/Auを用いた青色半導体発光素子の相対的な光の強度を示すグラフである。
また、層反転を通じて反射金属層が半導体層上に均一に分布して高い反射度が得られる。
さらにまた、酸素雰囲気における熱処理を通じてホールを生成するアクセプターを増大させて接触抵抗を下げることができる。
Claims (15)
- 基板上に第1型半導体層、活性層及び第2型半導体層を形成するステップと、
前記第2型半導体層上に、接合金属層を形成し、前記接合金属層上に反射金属層を形成するステップと、
熱処理工程を行うことにより、前記接合金属層と前記反射金属層とを層反転させて、第2型電極を形成するステップと、
前記基板を除去するステップと、
前記第1型半導体層上に第1型電極を形成するステップと
を含む半導体発光素子の製造方法であって、
前記接合金属層として、前記反射金属層よりも低密度のCu及びInのうち少なくとも1種を用い、
前記反射金属層としてAgを用い、
前記第1型半導体層側を光の出射面とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記熱処理工程は、酸素雰囲気、大気雰囲気、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、酸素と窒素との混合雰囲気及びアルゴンと酸素との混合雰囲気のうち一つの雰囲気下で行われる請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記熱処理工程は、350〜600℃の温度下において10〜1000秒間行われる請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記基板上に前記第1型半導体層、前記活性層及び前記第2型半導体層を形成するステップを実施後、
前記第2型半導体層、前記活性層及び前記第1型半導体層の一部を除去して各セル毎に分離するステップをさらに含む請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記基板上に前記第1型半導体層、前記活性層及び前記第2型半導体層を形成するステップを実施後、
少なくとも前記活性層及び前記第1型半導体層の側面を保護する保護膜を形成するステップをさらに含む請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記保護膜上に反射防止膜を形成するステップをさらに含む半導体発光素子の請求項5に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第2型電極を形成するステップを実施後、
前記保護膜と前記第2型電極とを取り囲む金属保護膜を形成するステップをさらに含む請求項5に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記保護膜は、前記第2型半導体層、前記活性層及び前記第1型半導体層の側面に設けられている請求項5に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 窒化物系化合物半導体発光素子において、
第2型窒化物系化合物半導体層と、
前記第2型半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に設けられた第1型半導体層と、
前記第1型半導体層上に形成される第1型電極と、
光反射特性及びオーミック特性を有し、前記第2型窒化物系化合物半導体層の下面に形成される第2型電極とを備え、
前記第2型電極は、反射金属層と接合金属層とを、前記接合金属層上に反射金属層が形成されるように積層し、前記反射金属層及び前記接合金属層を熱処理を通じて層反転することにより、前記第2型窒化物系化合物半導体層と接触する反射金属層を備え、
前記接合金属層として、Cu及びInのうち少なくとも1種を用い、
前記反射金属層としてAgを用い、
前記第1型半導体層側を光の出射面とすることを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。 - 前記反射金属層の頂部には、少なくとも一部に酸素を含有している反転金属層が設けられている請求項9に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記活性層及び前記第1型窒化物系化合物半導体層の少なくとも側面に設けられている保護膜をさらに備える請求項9に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記保護膜上に設けられる反射防止膜をさらに備える請求項11に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記保護膜と前記電極とを取り囲む金属保護膜をさらに備える請求項11に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記保護膜は、前記第2型窒化物系化合物半導体層、前記活性層及び前記第1型窒化物系化合物半導体層の側面に設けられる請求項11に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記電極上に設けられる金属支持層をさらに備える請求項9に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
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