JP6007897B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
前記第2導電型半導体層の上面に接触する銀含有層を含む電極を形成し、
前記第2導電型半導体層の上面から少なくとも銀含有層の側面にわたって被覆する絶縁膜を、原子層堆積法により形成することを含む半導体発光素子の製造方法。
前記第2導電型半導体層の上面に接触する銀含有層を含む電極と、
前記第2導電型半導体層の上面から少なくとも銀含有層の側面にわたって被覆する絶縁膜とを備え、
該絶縁膜は、前記第2導電型半導体層の上面から銀含有層の側面にわたって、略均一の厚みを有することを特徴とする半導体発光素子。
半導体発光素子10の第2導電型半導体層14の上面には、銀含有層を含む電極20が形成されている。この電極20は、第2導電型半導体層14上に直接接触しており、オーミック接続されていることが好ましい。ここでオーミック接続とは、当該分野で通常用いられている意味であり、例えば、その電流−電圧特性が直線又は略直線となる接続を指す。また、デバイス動作時の接合部での電圧降下及び電力損失が無視できるほど小さいことを意味する。
電極20の上面には、通常、電極20と電気的に接続され、パッド電極として機能し得る第2電極21が形成されている。
半導体層15、特に、第2導電型半導体層14の上面から少なくとも銀含有層の側面にわたって絶縁膜22が被覆されている。
基板11としては、例えば、サファイア、スピネル、SiC、窒化物半導体(例えば、GaN等)、GaAs等の公知の絶縁性基板又は導電性基板を用いることができる。絶縁性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。
半導体層15を構成する第1導電型半導体層12、発光層13及び第2導電型半導体層14としては、特に限定されるものではないが、例えば、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。これらの窒化物半導体層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に、発光層は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。
第1導電型半導体側の電極(以下、n側電極と記載することがある)30は、第2導電型半導体層14表面から半導体層を除去して露出させた第1導電型半導体層12の表面に、第1導電型半導体層12とオーミック接触が可能な材料によって形成することができる。例えば、Al、Rh、W、Mo、Ti、V等の金属材料、ZnO、In2O3、SnO2、ITO等の導電性酸化物等が挙げられる。n側電極は、単層構造でもよいし、積層構造でもよい。また、上述した第2電極と同じ積層構造を有していてもよい。この積層構造を選択することにより、第2電極のための積層構造の形成時に、同時に積層し、同時にパターニングすることにより、製造工程の簡略化を図ることができる。
上述した半導体層15の側面、絶縁膜22の表面、第2電極21の一部、第1導電型半導体層12の露出部16、n側電極30の一部の表面には、通常、保護膜32が形成されている。
本発明の半導体発光素子の製造方法では、まず、図4Aに示したように、サファイアからなる基板11上に半導体層15を形成する。半導体層15は、当該分野で通常利用されている方法により、上述した半導体層の積層構造を得るために、条件等を適宜調整して形成することができる。
この実施の形態の半導体発光素子10は、図1A及び1Bに示すように、サファイアからなる基板11上に、バッファ層等の複数層(図示せず)を介して、第1導電型(例えば、n型)半導体層12、発光層13及び第2導電型(例えば、p型)半導体層14をこの順に積層した半導体層15が形成されている。半導体層15は、部分的に除去されて、そこからn型半導体層12が露出する露出部16が形成されている。
図4Aに示したように、サファイアからなる基板11の上に、MOVPE反応装置を用い、Al0.1Ga0.9Nよりなるバッファ層を10nm、ノンドープGaN層を1.5μm、第1導電型半導体層14として、SiドープGaNよりなるn型コンタクト層を2.165μm、GaN層(4nm)とInGaN層(2nm)とを交互に10回積層させた超格子のn型クラッド層(64nm)を形成する。その上に、最初に膜厚が3nmのIn0.3Ga0.7Nからなる井戸層と膜厚が15nmのアンドープGaNからなる障壁層が、障壁層から繰り返し交互に6層ずつ積層され、最後に障壁層が積層されて形成された多重量子井戸構造の発光層13(総膜厚123nm)を形成する。その上に、第2導電型半導体層18として、MgドープAl0.1Ga0.9N層(4nm)とMgドープInGaN層(2nm)とを交互に10回積層させた超格子のp型クラッド層を0.2μm、MgドープGaNよりなるp型コンタクト層を0.5μmの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを得る。
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、図4Bに示したように、所定形状のパターンを有するレジストパターン50を使用して、図4Cに示したように、スパッタリング装置にウェハを設置し、銀膜、Ni膜、Ti膜及びPt膜を含む電極を構成する電極膜20dを成膜する。その後、図4Dに示したように、リフトオフ法を利用して、電極膜20dを所望形状の電極20にパターニングする。
得られたウェハを、ALD装置に導入し、図4Eに示したように、半導体層15及び電極20を被覆する絶縁膜22として、厚み30nmのAl2O3膜を形成する。成膜条件は、以下の通りである。
原料ガス:TMA、酸化ガス:水蒸気、パージガス:Arガス。
上記で得られた半導体発光素子(n=5pcs)において、350mAの電流を通電して発光させ、その光出力を測定した。
銀のマイグレーション防止評価の実験例として、上記と同様の方法にて、半導体層上に電極を形成し、その表面にALD法によって、厚み30nmのAl2O3膜及びスパッタ法によって膜厚30nmのSiO2膜を被覆する電極構造Aを形成した。
11 基板
12 第1導電型半導体層
13 発光層
14 第2導電型半導体層
15 半導体層
16 露出部
20 電極
20a 銀含有電極
20d 電極膜
21 第2電極
22 絶縁膜
30 n側電極
32 保護膜
40 保護金属層
50、53 レジストパターン
51 マスクパターン
52 保護膜
54 電極の材料膜
Claims (4)
- 第1導電型半導体層と、発光層と、第2導電型半導体層とがこの順に積層された半導体層を形成し、
前記第2導電型半導体層の上面に接触する銀含有層を含む電極を形成し、
前記第2導電型半導体層の上面から少なくとも前記銀含有層の側面にわたって被覆する絶縁膜を、厚み変化が±20%以内の略均一の厚みで、原子層堆積法により形成し、
前記絶縁膜の上面に、前記銀含有層よりも幅広いマスクを前記電極の全面を覆うように形成し、
前記マスクを用いて、該マスクから露出した前記絶縁膜を除去するとともに、前記第2導電型半導体層及び前記発光層を、前記第1導電型半導体層が露出するまで除去することを含む半導体発光素子の製造方法。 - 前記絶縁膜を、酸化アルミニウム又は二酸化珪素とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 第1導電型半導体層と、発光層と、第2導電型半導体層とがこの順に積層され、部分的に前記第2導電型半導体層側で露出する前記第1導電型半導体層を備えた半導体層と、
前記第2導電型半導体層の上面に接触する銀含有層を含む電極と、
前記第2導電型半導体層の上面から前記銀含有層の全側面及び前記電極の上面を被覆する絶縁膜とを備え、
該絶縁膜は、前記第2導電型半導体層の上面から前記銀含有層の全側面及び前記電極の上面にわたって、厚み変化が±20%以内の均一の厚みを有し、前記第2導電型半導体層の前記電極が配置されていない全上面に配置され、かつ前記第1導電型半導体層側の前記第2半導体層側の縁部と一致する縁部を有することを特徴とする半導体発光素子。 - 前記絶縁膜は、酸化アルミニウム又は二酸化珪素である請求項3に記載の半導体発光素子。
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