JPH0864913A - Semiconductor light emitting element and its manufacture - Google Patents

Semiconductor light emitting element and its manufacture

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JPH0864913A
JPH0864913A JP20248094A JP20248094A JPH0864913A JP H0864913 A JPH0864913 A JP H0864913A JP 20248094 A JP20248094 A JP 20248094A JP 20248094 A JP20248094 A JP 20248094A JP H0864913 A JPH0864913 A JP H0864913A
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JP
Japan
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layer
light emitting
semiconductor light
insulating film
emitting device
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JP20248094A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukio Shakuda
幸男 尺田
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide a semiconductor light emitting element which extremely restrains generation of crystal defect and dislocation which are caused by unconformity of lattice constants or difference of coefficients of heat expansion and is capable of cleavage, and a manufacturing method of the element. CONSTITUTION: This semiconductor light emitting element consists of the following an insulating film 2 formed on a single crystal silicon substrate 1, gallium nitride based compound semiconductor layers 3, 4 formed on the insulating film 2; and gallium nitride based compound semiconductor single crystal layers 5, 6, 7 which are continuously grown on the gallium nitride based compound semiconductor layer 4 and contain at least an N-type layer and a P-type layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子およびそ
の製法に関する。さらに詳しくは、青色発光に好適なチ
ッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子お
よびその製法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device and its manufacturing method. More specifically, it relates to a semiconductor light emitting device using a gallium nitride based compound semiconductor suitable for blue light emission and a method for manufacturing the same.

【0002】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のGaとV族元素のNとの化合物または
III 族元素のGaの一部がAl、Inなど他のIII 族元
素と置換したものおよび/またはV族元素のNの一部が
P、Asなど他のV族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
Here, a gallium nitride compound semiconductor is a compound of a group III element Ga and a group V element N or
A semiconductor made of a compound in which a part of Ga of the group III element is replaced with another group III element such as Al and In and / or a part of N of the group V element is replaced with another group V element such as P and As. Say.

【0003】また、半導体発光素子とは、pn接合また
はpinなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
(以下、LEDという)、スーパルミネッセントダイオ
ード(SLD)または半導体レーザダイオード(LD)
などの光を発生する半導体素子をいう。
A semiconductor light emitting device is a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) having a double heterojunction such as a pn junction or a pin, a super luminescent diode (SLD) or a semiconductor laser diode (LD).
A semiconductor element that emits light.

【0004】[0004]

【従来の技術】従来青色のLEDは赤色や緑色に比べて
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Mgをドーパントした低抵
抗のp型半導体層がえられたことにより、輝度が向上し
脚光をあびている。
2. Description of the Related Art Conventionally, blue LEDs have a lower brightness than red and green and are difficult to put into practical use. In recent years, however, gallium nitride compound semiconductors have been used, and a low resistance p-type semiconductor layer doped with Mg has been formed. As a result, the brightness is improved and it is in the limelight.

【0005】従来のチッ化ガリウム系のLEDは、たと
えば図4に示されるような構造になっている。このLE
Dを製造するには、まずサファイア(Al2 3 単結
晶)基板21に400〜700℃の低温で有機金属化合
物気相成長法(以下、MOCVD法という)によりキャ
リアガスH2 とともに有機金属化合物ガスであるトリメ
チルガリウム(以下、TMGという)およびアンモニア
(NH3 )を供給し、GaNからなる低温バッファ層2
2を0.01〜0.2μm程度形成し、ついで700〜
1200℃の高温で同じガスを供給し同じ組成のn型の
GaNからなる高温バッファ層23を2〜5μm程度形
成する。
A conventional gallium nitride based LED has a structure as shown in FIG. 4, for example. This LE
In order to manufacture D, first, a sapphire (Al 2 O 3 single crystal) substrate 21 is formed at a low temperature of 400 to 700 ° C. by a metal organic compound vapor phase growth method (hereinafter referred to as MOCVD method) together with a carrier gas H 2 and an organic metal compound. A low temperature buffer layer 2 made of GaN by supplying trimethylgallium (hereinafter referred to as TMG) and ammonia (NH 3 ) which are gases
2 is formed in the range of 0.01 to 0.2 μm, and then 700 to
The same gas is supplied at a high temperature of 1200 ° C. to form the high temperature buffer layer 23 made of n-type GaN having the same composition in a thickness of about 2 to 5 μm.

【0006】ついで前述のガスにさらにトリメチルアル
ミニウム(以下、TMAという)のガスを供給してn型
のAlx Ga1-x N(0<x<1)からなるn型クラッ
ド層24を0.1〜0.3μm程度形成し、ダブルヘテ
ロ接合形成のためのn型クラッド層を形成する。これら
のn型層を形成するには、チッ化ガリウム系化合物半導
体のばあい、n型不純物をドープしなくてもn型になる
という性質を利用することもできるし、SiH4 などの
原料ガスを同時に導入することもできる。
Then, a gas of trimethylaluminum (hereinafter referred to as TMA) is further supplied to the above-mentioned gas to form an n-type clad layer 24 of n-type Al x Ga 1 -x N (0 <x <1). The thickness is about 1 to 0.3 μm, and an n-type clad layer for forming a double heterojunction is formed. To form these n-type layers, in the case of gallium nitride-based compound semiconductors, the property of becoming n-type without doping with n-type impurities can be used, or a source gas such as SiH 4 can be used. Can be introduced at the same time.

【0007】つぎに、クラッド層の組成よりAlの量を
減らしInの量を多くしてバンドギャップエネルギーが
クラッド層のそれより小さくなる材料、たとえばGay
In1-y N(0<y≦1)からなる活性層25を形成す
る。
Next, a material having a bandgap energy smaller than that of the cladding layer, for example, Ga y , is produced by reducing the Al content and increasing the In content relative to the composition of the cladding layer.
An active layer 25 made of In 1-y N (0 <y ≦ 1) is formed.

【0008】ついで、n型クラッド層の形成と同じ原料
ガスにさらにp型不純物としてのMgまたはZnのため
のビスシクロペンタジエニルマグネシウム(以下、Cp
2 Mgという)またはジメチル亜鉛(以下、DMZnと
いう)の有機金属化合物ガスを加えて反応管に導入し、
p型Alx Ga1-x Nからなるp型クラッド層26を形
成する。
Then, biscyclopentadienyl magnesium (hereinafter, Cp) for Mg or Zn as a p-type impurity is added to the same source gas as that for forming the n-type clad layer.
2 Mg) or dimethylzinc (hereinafter referred to as DMZn) organometallic compound gas is added and introduced into the reaction tube,
A p - type clad layer 26 made of p - type Al x Ga 1-x N is formed.

【0009】さらにキャップ層27とするため、前述と
同様のガスを供給してp型のGaN層を気相成長させ
る。
Further, in order to form the cap layer 27, the same gas as described above is supplied to vapor-deposit the p-type GaN layer.

【0010】そののち、SiO2 などの保護膜を半導体
の成長層表面全面に設け、400〜800℃、20〜6
0分間程度のアニールを行い、p型層であるキャップ層
27およびp型クラッド層26の活性化を図る。ついで
保護膜を除去したのちn型の電極を形成するため、レジ
ストを塗布しパターニングして、図4に示されるよう
に、成長した各半導体層の一部を塩素ガス雰囲気でのド
ライエッチングを行ってn型GaNからなる高温バッフ
ァ層23を露出させる。ついでAu、Alなどの金属膜
をスパッタリングなどにより形成して両電極28、29
を形成し、ダイシングすることによりLEDチップを形
成している。
After that, a protective film such as SiO 2 is provided on the entire surface of the semiconductor growth layer, and the temperature is 400 to 800 ° C. and 20 to 6 ° C.
Annealing is performed for about 0 minutes to activate the p-type cap layer 27 and the p-type cladding layer 26. Then, after removing the protective film, in order to form an n-type electrode, a resist is applied and patterned, and as shown in FIG. 4, a part of each grown semiconductor layer is dry-etched in a chlorine gas atmosphere. To expose the high temperature buffer layer 23 made of n-type GaN. Then, a metal film of Au, Al or the like is formed by sputtering or the like to form both electrodes 28, 29.
Then, the LED chip is formed by dicing.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来のチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子はサファイア基
板を用いるものである。サファイア基板は高温に耐える
ことができ、比較的種々の結晶面に合わせることができ
るため有利に用いられているが、サファイア基板とチッ
化ガリウム系化合物半導体結晶との格子定数はそれぞれ
4.758Åと3.189Åで相当異なり、さらに熱膨
脹係数も異なるため、図5のAに示されるように、サフ
ァイア基板と接するバッファ層に転位や結晶欠陥が発生
し、その結晶欠陥が動作層であるチッ化ガリウム系化合
物半導体単結晶層にも進展し動作領域が狭くなるととも
に、半導体層の光学的品質も低下するという問題があ
る。
A conventional semiconductor light emitting device using a gallium nitride based compound semiconductor uses a sapphire substrate. The sapphire substrate can withstand high temperatures and can be adjusted to relatively various crystal planes, so it is advantageously used. However, the lattice constants of the sapphire substrate and the gallium nitride-based compound semiconductor crystal are 4.758Å, respectively. 3.189Å, and the coefficient of thermal expansion is also different. Therefore, as shown in A of FIG. 5, dislocations and crystal defects occur in the buffer layer in contact with the sapphire substrate, and the crystal defects are gallium nitride nitride which is the operation layer. There is a problem in that the compound compound semiconductor single crystal layer also develops and the operating region becomes narrow, and the optical quality of the semiconductor layer also deteriorates.

【0012】さらに、サファイア基板を劈開することは
できず、前述の構造では劈開により半導体発光素子チッ
プを製造することができないため、半導体レーザのよう
に端面が精度のよい平行な2つの鏡面を必要とするデバ
イスには不向きであるという問題がある。また、サファ
イア基板の加工性にも問題があり、デバイス作製上の基
板の取扱いが困難である。
Further, since the sapphire substrate cannot be cleaved, and the semiconductor light emitting device chip cannot be manufactured by the cleaving in the above-described structure, it is necessary to have two mirror surfaces whose end faces are highly accurate and parallel to each other like a semiconductor laser. There is a problem that the device is not suitable for. Further, there is a problem in the workability of the sapphire substrate, and it is difficult to handle the substrate when manufacturing a device.

【0013】本発明はこのような問題を解決し、格子定
数の不整合や熱膨張係数の相違に基づく結晶欠陥や転位
の発生が極力抑えられた半導体発光素子およびその製法
を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to solve such problems and to provide a semiconductor light emitting device in which the occurrence of crystal defects and dislocations due to the mismatch of lattice constants and the difference in thermal expansion coefficient is suppressed as much as possible, and a manufacturing method thereof. And

【0014】本発明のさらに他の目的は半導体発光素子
ごとに、劈開によって容易にチップを分離できるなど加
工が容易に行える層構造を有する半導体発光素子および
その製法を提供することを目的とする。
Yet another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having a layer structure for each semiconductor light emitting device, which can be easily processed by cleaving chips, and a method for manufacturing the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、単結晶シリコン基板、該単結晶シリコン基板上に形
成された絶縁膜および該絶縁膜上に積層されたチッ化ガ
リウム系化合物半導体層を構成要素とする。
A semiconductor light emitting device of the present invention comprises a single crystal silicon substrate, an insulating film formed on the single crystal silicon substrate, and a gallium nitride-based compound semiconductor layer laminated on the insulating film. Is a component.

【0016】前記単結晶シリコン基板が(111)面を
主面とした基板であることにより、チッ化ガリウム系化
合物半導体層と界面での格子整合性がよい絶縁膜がえら
れるため好ましい。
It is preferable that the single crystal silicon substrate is a substrate having a (111) plane as a main surface because an insulating film having a good lattice matching at the interface with the gallium nitride based compound semiconductor layer can be obtained.

【0017】前記絶縁膜がチッ化シリコンであるか酸化
アルミニウムであることが半導体発光素子が、膜質のよ
いチッ化ガリウム系化合物半導体層から構成されるもの
となるために好ましい。
It is preferable that the insulating film is made of silicon nitride or aluminum oxide because the semiconductor light emitting device is composed of a gallium nitride compound semiconductor layer having good film quality.

【0018】前記チッ化ガリウム系化合物半導体層が、
p型層およびn型層を含む複数の層であり、かつ、発光
のための活性層を有することにより、発光素子を実現す
るための構造として好ましい。
The gallium nitride based compound semiconductor layer is
Having a plurality of layers including a p-type layer and an n-type layer and having an active layer for light emission is preferable as a structure for realizing a light emitting element.

【0019】前記チッ化ガリウム系化合物半導体層が、
バッファ層、下部クラッド層、活性層、上部クラッド
層、キャップ層からなることが、発光素子を実現するた
めの構造として好ましい。
The gallium nitride based compound semiconductor layer is
It is preferable that the structure includes a buffer layer, a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer, and a cap layer for realizing a light emitting device.

【0020】前記バッファ層がn型GaN、前記下部ク
ラッド層がn型Alx Ga1-x N(0<x<1)、前記
活性層がGay In1-y N(0<y≦1)、前記上部ク
ラッド層がp型Alx Ga1-x N(0<x<1)、前記
キャップ層がp型GaNであると、ダブルヘテロ構造を
有する発光素子を実現するために好ましい。
The buffer layer is n-type GaN, the lower cladding layer is n-type Al x Ga 1-x N (0 <x <1), and the active layer is Ga y In 1-y N (0 <y ≦ 1). ), The upper clad layer is p-type Al x Ga 1-x N (0 <x <1), and the cap layer is p-type GaN, which is preferable for realizing a light emitting device having a double hetero structure.

【0021】本発明の半導体発光素子の製法は、単結晶
シリコン基板上に絶縁膜を形成する工程、前記絶縁膜上
にチッ化ガリウム系化合物半導体層を成膜してバッファ
層とする工程、前記バッファ層上にチッ化ガリウム系化
合物半導体からなる下部クラッド層、活性層、上部クラ
ッド層およびキャップ層を順次積層する工程、前記単結
晶シリコン基板に垂直にエッチングして、前記バッファ
層を露出させる工程、前記キャップ層および前記エッチ
ングにより露出したバッファ層上に電極を形成する工
程、およびダイシングまたは劈開によって素子ごとのチ
ップを分離する工程、を有する。
The method of manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention comprises the steps of forming an insulating film on a single crystal silicon substrate, forming a gallium nitride based compound semiconductor layer on the insulating film to form a buffer layer, A step of sequentially stacking a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer and a cap layer made of a gallium nitride based compound semiconductor on the buffer layer, and a step of vertically etching the single crystal silicon substrate to expose the buffer layer A step of forming an electrode on the buffer layer exposed by the cap layer and the etching, and a step of separating a chip for each element by dicing or cleavage.

【0022】前記単結晶シリコン基板が(111)面を
主面とする基板であることが、チッ化ガリウム系化合物
半導体とより近い格子定数を有する絶縁膜を形成する上
で好ましい。
It is preferable that the single crystal silicon substrate is a substrate having a (111) plane as a main surface in order to form an insulating film having a lattice constant closer to that of a gallium nitride based compound semiconductor.

【0023】前記絶縁膜を形成する工程が、前記単結晶
シリコン基板の表面酸化膜を除去したのち、チッ素雰囲
気中で熱処理する工程であると、形成されるチッ化シリ
コン膜が、チッ化ガリウム系化合物半導体と共通の原子
を有して整合が行われやすくなるため好ましい。
If the step of forming the insulating film is a step of removing the surface oxide film of the single crystal silicon substrate and then performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere, the formed silicon nitride film is gallium nitride nitride. It is preferable that the atoms have a common atom with the system compound semiconductor, which facilitates matching.

【0024】前記絶縁膜を形成する工程が、酸化アルミ
ニウムを成膜する工程であると、それに続いてチッ化ガ
ウリム系半導体層を成膜するときの膜質の特性に変化を
つけ易くなり、半導体発光素子の設計が容易になるため
好ましい。
If the step of forming the insulating film is the step of forming aluminum oxide, it becomes easy to change the characteristics of the film quality when the gauride nitride semiconductor layer is subsequently formed, and semiconductor light emission is achieved. It is preferable because the device can be easily designed.

【0025】[0025]

【作用】本発明によれば、単結晶シリコン基板上にチッ
化シリコンや酸化アルミニウムなどの絶縁膜を堆積させ
たのち、チッ化ガリウム系化合物半導体層からなるバッ
ファ層を介してその上に動作層のチッ化ガリウム系化合
物半導体単結晶層を成長しているため、格子定数や熱膨
張係数は非常に近くなり、格子欠陥や転位は発生しにく
い。
According to the present invention, after an insulating film such as silicon nitride or aluminum oxide is deposited on a single crystal silicon substrate, an operating layer is formed on the insulating film via a buffer layer made of a gallium nitride based compound semiconductor layer. Since the gallium nitride-based compound semiconductor single crystal layer is grown, the lattice constant and the thermal expansion coefficient are very close to each other, and lattice defects and dislocations are less likely to occur.

【0026】ここで、半導体単結晶基板上に堆積させた
絶縁膜とチッ化ガリウム系化合物半導体層とのあいだの
格子不整合に基因して発生した結晶欠陥が、動作層とす
るチッ化ガリウム系化合物半導体単結晶層へ広がって転
位や欠陥とならないように、バッファ層が設けられてい
るが、このバッファ層は、低温バッファ層および高温バ
ッファ層の二重構造となっていてより効率よく格子の不
整合を吸収するものとされてもよい。
Here, a crystal defect generated due to a lattice mismatch between the insulating film deposited on the semiconductor single crystal substrate and the gallium nitride based compound semiconductor layer is a gallium nitride based compound serving as an operating layer. A buffer layer is provided so that it does not spread to the compound semiconductor single crystal layer to form dislocations or defects. This buffer layer has a double structure of a low temperature buffer layer and a high temperature buffer layer, so that the lattice can be efficiently formed. The mismatch may be absorbed.

【0027】さらに、バッファ層とクラッド層の1μm
以上に厚く形成される層の半導体単結晶層の組成を同じ
にすることにより、きれいな劈開面がえられ、鏡面もえ
られるものとなる。
Further, the buffer layer and the clad layer have a thickness of 1 μm.
By making the composition of the semiconductor single crystal layer of the layer formed thicker as above, a clean cleavage surface and a mirror surface can be obtained.

【0028】[0028]

【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明の半導体発
光素子を製法に従って説明する。図1〜2は本発明の製
法の一実施例により製造された半導体レーザチップの工
程断面説明図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a semiconductor light emitting device of the present invention will be described according to a manufacturing method with reference to the drawings. 1 to 2 are process cross-sectional explanatory views of a semiconductor laser chip manufactured by an embodiment of the manufacturing method of the present invention.

【0029】図1〜2を参照しながら本発明の製法の一
実施例である半導体レーザを製法に従って説明する。
A semiconductor laser which is an embodiment of the manufacturing method of the present invention will be described according to the manufacturing method with reference to FIGS.

【0030】まず主面が(111)面である単結晶シリ
コン基板1を用意して表面酸化膜を除去し、図1(a)
に示されるように、チッ素雰囲気中で500〜900℃
で熱処理を行って表面シリコンをチッ化し1〜5nm程
度の、たとえばSi3 4 からなる絶縁膜2を形成す
る。これに続いて図1(b)のように従来技術で説明し
たのと同様に、有機金属ガスおよび不純物ガスを導入し
てMOCVD法による成膜を行う。絶縁膜2上にn型G
aNからなる低温バッファ層3を0.01〜0.2μm
程度、700〜1200℃でn型GaNからなる高温バ
ッファ層4を2〜5μm程度、n型Alx Ga1-x
(0<x<1)からなる下部クラッド層5を0.1〜
0.3μm程度、クラッド層よりもバンドギャップエネ
ルギーが小さくなる材料、たとえばノンドープのGay
In1-y N(0<y≦1)からなる活性層6を0.05
〜0.1μm程度、p型Alx Ga1-x Nからなる上部
クラッド層7を0.1〜0.3μm程度、p型GaNか
らなるキャップ層8を0.3〜2μm程度それぞれ連続
して成長させる。
First, a single crystal silicon substrate 1 whose main surface is a (111) plane is prepared and the surface oxide film is removed.
As shown in, 500 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere
Is heat-treated to nitride the surface silicon to form an insulating film 2 of about 1 to 5 nm made of, for example, Si 3 N 4 . Subsequently, as shown in FIG. 1B, as described in the conventional technique, an organic metal gas and an impurity gas are introduced to form a film by the MOCVD method. N-type G on the insulating film 2
The low temperature buffer layer 3 made of aN has a thickness of 0.01 to 0.2 μm.
The high temperature buffer layer 4 made of n-type GaN at 700 to 1200 ° C. for about 2 to 5 μm and n type Al x Ga 1-x N
The lower cladding layer 5 composed of (0 <x <1) is
A material whose bandgap energy is smaller than that of the cladding layer by about 0.3 μm, for example, non-doped Ga y
The active layer 6 made of In 1-y N (0 <y ≦ 1) is 0.05
About ~0.1μm, 0.1~0.3μm about the upper cladding layer 7 made of p-type Al x Ga 1-x N, and the cap layer 8 made of p-type GaN continuously respectively about 0.3~2μm Grow.

【0031】つぎに図1(c)に示されるように、積層
された半導体層の表面に、たとえばレジスト膜11を
0.3〜3μmの厚さに塗布形成し、半導体層のエッチ
ングされる部分が開口するようにパターニングする。こ
のパターニングは、開口部12の側壁が基板1の表面、
すなわち積層された半導体層の表面に対して実質的に垂
直となるように行われる。
Next, as shown in FIG. 1C, for example, a resist film 11 having a thickness of 0.3 to 3 μm is formed by coating on the surface of the laminated semiconductor layers, and the portion of the semiconductor layer to be etched is etched. Is patterned so as to open. In this patterning, the side wall of the opening 12 is the surface of the substrate 1,
That is, it is performed so as to be substantially perpendicular to the surface of the stacked semiconductor layers.

【0032】そののち、たとえばCl2 ガス雰囲気の下
で反応性イオンエッチングを行い、図2(d)に示され
るるように、活性層6を貫通してn型のクラッド層5ま
たは高温バッファ層4が露出するまでエッチングする。
このエッチングにより半導体発光素子の側面が形成され
るが、このとき、活性層を露呈する発光面および光導波
路を介してそれに向き合う端面がGay In1-y N膜の
(0001)面であるようにあらかじめ設計されてい
る。したがって、これらの端面は、滑らかで質の高い鏡
面となる。続いて、表面にAu、Alなどからなる金属
膜を成膜してパターニングすることにより、p側電極9
およびn側電極10をそれぞれキャップ層8およびエッ
チングにより露出した高温バッファ層4上に形成する
(図2(e)参照)。このままこれに続いてダイシング
を行って図3に示されるのと同様のLEDチップを形成
してもよいが、p側電極9をマスクとしてキャップ層8
および上部クラッド層7の一部をCl2 ガス雰囲気の下
での反応性イオンエッチングによりエッチングしてメサ
形状としてから、基板1をシリコン基板とその上のエピ
膜とで滑らかな結晶面が出る方向に劈開すると、発光面
が滑らかで質の高い鏡面のp側電極9の4〜10μmの
帯状の形状にストライプが形成された半導体レーザのチ
ップがえられる(図2(f)参照)。
After that, reactive ion etching is performed in, for example, a Cl 2 gas atmosphere, and as shown in FIG. 2D, the n-type cladding layer 5 or the high temperature buffer layer is penetrated through the active layer 6. Etch until 4 is exposed.
The side surface of the semiconductor light emitting device is formed by this etching. At this time, the end surface facing the light emitting surface exposing the active layer and the optical waveguide is the (0001) surface of the Ga y In 1 -y N film. Pre-designed. Therefore, these end surfaces are smooth and high quality mirror surfaces. Subsequently, a metal film made of Au, Al, or the like is formed on the surface and patterned to form the p-side electrode 9
And the n-side electrode 10 are formed on the cap layer 8 and the high temperature buffer layer 4 exposed by etching, respectively (see FIG. 2E). Although this may be followed by dicing to form an LED chip similar to that shown in FIG. 3, the p-side electrode 9 is used as a mask to form the cap layer 8.
And a part of the upper clad layer 7 is etched by reactive ion etching in a Cl 2 gas atmosphere to form a mesa shape, and then the substrate 1 has a direction in which a smooth crystal plane appears between the silicon substrate and the epi film thereon. When cleaved, a semiconductor laser chip is obtained in which stripes are formed in a strip shape of 4 to 10 μm of the p-side electrode 9 having a smooth and light-emitting surface with high quality (see FIG. 2F).

【0033】この実施例では、チッ化ガリウム系化合物
半導体層を成膜するための絶縁膜がチッ化シリコン(た
とえばSi3 4 )であり、シリコン基板表面をチッ素
雰囲気中で熱処理するだけの簡単な工程で形成され、ま
た、チッ化ガリウム系化合物半導体層とチッ素原子を共
通して有するため、これらの界面で整合を取りやすく、
歪みを小さく押さえることができる。
In this embodiment, the insulating film for forming the gallium nitride based compound semiconductor layer is silicon nitride (for example, Si 3 N 4 ), and the surface of the silicon substrate is simply heat-treated in a nitrogen atmosphere. It is formed by a simple process, and since it has a nitrogen atom in common with the gallium nitride-based compound semiconductor layer, it is easy to match at these interfaces,
Distortion can be kept small.

【0034】一方、本発明の製法の他の実施例では、前
述の実施例と同様に、まず、主面が(111)面である
単結晶シリコン基板を用意して、スパッタ法、蒸着法な
どによって0.01〜0.1μm程度の酸化アルミニウ
ムAl2 3 などの絶縁膜2を形成する。以下前述の実
施例と同様にして、バッファ層、クラッド層、活性層と
なるチッ化ガリウム系化合物半導体層をMOCVD法に
よってそれぞれ積層し、図2(f)もしくは図3に示さ
れるような半導体発光素子をうる。
On the other hand, in another embodiment of the manufacturing method of the present invention, as in the above-mentioned embodiments, first, a single crystal silicon substrate having a (111) main surface is prepared, and the sputtering method, vapor deposition method, etc. are prepared. Then, the insulating film 2 of aluminum oxide Al 2 O 3 or the like having a thickness of about 0.01 to 0.1 μm is formed. Thereafter, in the same manner as in the above-mentioned embodiment, the buffer layer, the cladding layer, and the gallium nitride-based compound semiconductor layer serving as the active layer are laminated by the MOCVD method, and the semiconductor light emission as shown in FIG. Get the element.

【0035】この実施例のように、単結晶シリコン基板
上に、酸化アルミニウムを介在させて成膜されたチッ化
ガリウム系化合物半導体層は、その膜質が安定するの
で、それぞれの層の特性に幅をもたせることができ、発
光素子の設計が容易になる。
The gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on a single crystal silicon substrate with aluminum oxide interposed therebetween as in this example has stable film quality, and thus the characteristics of each layer are wide. Can be provided, which facilitates the design of the light emitting element.

【0036】いずれの実施例においても、本発明によれ
ば、活性層6の両側発光端面は共に基板1の表面に対し
て実質的に垂直になっており、活性層6の上下はバンド
ギャップエネルギーが大きいクラッド層で挟まれ、両端
面が鏡面で囲まれた共振器となり、発振効率のすぐれた
半導体レーザがえられるとともに、活性層6から出射さ
れるレーザビームは基板表面と平行に進み、レーザビー
ムと集光レンズとの光軸合わせも容易にすることができ
る。
In each of the embodiments, according to the present invention, both light emitting end faces of the active layer 6 are substantially perpendicular to the surface of the substrate 1, and the upper and lower sides of the active layer 6 have band gap energy. Are sandwiched between large clad layers, and both end faces are surrounded by mirror surfaces to form a resonator, which makes it possible to obtain a semiconductor laser with excellent oscillation efficiency, and the laser beam emitted from the active layer 6 advances in parallel with the substrate surface. It is also possible to easily align the optical axes of the beam and the condenser lens.

【0037】前記各実施例ではメサエッチングすること
により電流の注入領域をストライプ形状にする半導体レ
ーザの例で説明したが、たとえばクラッド層内にストラ
イプ溝の形成された反対導電型の電流ブロッキング層を
設ける構造や埋込み構造の半導体レーザでも本発明によ
り基板表面に垂直な端面を形成でき、チッ化ガリウム系
化合物半導体層を用いた青色の半導体レーザをうること
ができる。また、チッ化ガリウム系の半導体材料も前述
の組成に限定されず、一般にAlp Gaq In1-p-q
(0≦p<1、0<q≦1、0<p+q≦1)からなり
活性層のバンドギャップエネルギーがクラッド層のバン
ドギャップエネルギーより小さくなるようにp、qを選
定すればよい。また前記Alp Gaq In1-p-q NのN
の一部または全部をAsおよび/またはPなどで置換し
た材料でも同様に本発明を適用できる。さらにレーザダ
イオードに限らず、LEDでも上部から発光させない
で、側面から発光するLEDにおいては、本発明により
垂直な端面から発光させることができ、発光方向を一定
方向に揃えることができ、ダブルヘテロ接合に限らず、
pn接合でも同様に本発明を適用できる。
In each of the above-described embodiments, description has been made on the example of the semiconductor laser in which the current injection region is formed into a stripe shape by mesa etching. However, for example, a current blocking layer of the opposite conductivity type in which a stripe groove is formed in the cladding layer is used. According to the present invention, an end face perpendicular to the substrate surface can be formed even with a semiconductor laser having a structure to be provided or a buried structure, and a blue semiconductor laser using a gallium nitride based compound semiconductor layer can be obtained. Further, the gallium nitride based semiconductor material is not limited to the above-mentioned composition, and is generally Al p Ga q In 1 -pq N 2.
(0 ≦ p <1, 0 <q ≦ 1, 0 <p + q ≦ 1) and p and q may be selected so that the bandgap energy of the active layer is smaller than the bandgap energy of the cladding layer. In addition, the N of Al p Ga q In 1-pq N is
The present invention can be similarly applied to a material in which a part or all of is replaced with As and / or P or the like. Further, not only the laser diode, but also the LED, which does not emit light from the upper side but emits light from the side surface, can emit light from a vertical end face according to the present invention, and the light emitting direction can be aligned in a certain direction. Not only
The present invention can be similarly applied to a pn junction.

【0038】さらに端面をエッチングによって形成する
ことにかえて、劈開によって行ってもよい。このばあい
は、n側電極10を形成するためにエッチングを行った
のと直交する方向に劈開し、その端面が発光面を含むよ
うにしておくと品質の高い鏡面に挟まれた光共振器の作
製が可能となる。
Further, instead of forming the end face by etching, cleavage may be performed. In this case, it is possible to manufacture an optical resonator sandwiched between high-quality mirror surfaces by cleaving in a direction orthogonal to the etching performed to form the n-side electrode 10 so that its end surface includes the light emitting surface. Is possible.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、基板として単結晶基板
を用い、薄い絶縁膜を介してチッ化ガリウム系化合物半
導体層を成膜するので、従来のように、サファイア基板
に直接チッ化ガリウム系化合物半導体層を成膜するばあ
いに比べて界面での歪みが小さくなる。また、基板その
ものが安価に手に入り、加工性に優れているので、デバ
イス化が容易である。
According to the present invention, a single crystal substrate is used as a substrate and a gallium nitride compound semiconductor layer is formed through a thin insulating film. Therefore, as in the conventional case, the gallium nitride compound semiconductor layer is directly formed on the sapphire substrate. The strain at the interface becomes smaller than when the system compound semiconductor layer is formed. In addition, the substrate itself can be obtained at low cost and has excellent workability, so that it can be easily made into a device.

【0040】さらにクラッド層などの厚いチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層と単結晶シリコン基板が構成の大半
を占めるので、チップを分離するに際して劈開すること
もでき、発光端面を鏡面とすることもできる。その結
果、青色の半導体レーザも容易にうることができる。
Further, since a thick gallium nitride compound semiconductor layer such as a clad layer and the single crystal silicon substrate occupy most of the constitution, it can be cleaved when the chips are separated, and the light emitting end surface can be made a mirror surface. As a result, a blue semiconductor laser can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体発光素子の一実施例を製造工程
(前半)に従って示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention according to a manufacturing process (first half).

【図2】本発明の半導体発光素子の一実施例を製造工程
(後半)に従って示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention according to a manufacturing process (second half).

【図3】本発明の他の実施例であるLEDの断面説明図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of an LED which is another embodiment of the present invention.

【図4】従来のGaN系LEDの断面説明図である。FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of a conventional GaN-based LED.

【図5】従来のサファイヤ基板上に形成されたバッファ
層に発生する転位の状況を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a situation of dislocations generated in a buffer layer formed on a conventional sapphire substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単結晶シリコン基板 2 絶縁膜 3 低温バッファ層 4 高温バッファ層 5 n型クラッド層 6 活性層 7 p型クラッド層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal silicon substrate 2 Insulating film 3 Low temperature buffer layer 4 High temperature buffer layer 5 n-type clad layer 6 Active layer 7 p-type clad layer

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶シリコン基板、該単結晶シリコン
基板上に形成された絶縁膜および該絶縁膜上に積層され
たチッ化ガリウム系化合物半導体層を構成要素とする半
導体発光素子。
1. A semiconductor light emitting device comprising a single crystal silicon substrate, an insulating film formed on the single crystal silicon substrate, and a gallium nitride-based compound semiconductor layer laminated on the insulating film.
【請求項2】 前記単結晶シリコン基板が(111)面
を主面とした基板である請求項1記載の半導体発光素
子。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the single crystal silicon substrate is a substrate having a (111) plane as a main surface.
【請求項3】 前記絶縁膜がチッ化シリコンである請求
項1または2記載の半導体発光素子。
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the insulating film is silicon nitride.
【請求項4】 前記絶縁膜が酸化アルミニウムである請
求項1または2記載の半導体発光素子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the insulating film is aluminum oxide.
【請求項5】 前記チッ化ガリウム系化合物半導体層
が、p型層およびn型層を含む複数の層であり、かつ、
発光のための活性層を有する請求項1、2、3または4
記載の半導体発光素子。
5. The gallium nitride-based compound semiconductor layer is a plurality of layers including a p-type layer and an n-type layer, and
5. An active layer for light emission, claim 1, 2, 3 or 4.
The semiconductor light-emitting device as described above.
【請求項6】 前記チッ化ガリウム系化合物半導体層
が、バッファ層、下部クラッド層、活性層、上部クラッ
ド層、キャップ層からなる請求項1、2、3、4または
5記載の半導体発光素子。
6. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the gallium nitride compound semiconductor layer comprises a buffer layer, a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer, and a cap layer.
【請求項7】 前記バッファ層がn型GaN、前記下部
クラッド層がn型Alx Ga1-x N(0<x<1)、前
記活性層がGay In1-y N(0<y≦1)、前記上部
クラッド層がp型Alx Ga1-x N(0<x<1)、前
記キャップ層がp型GaNである請求項6記載の半導体
発光素子。
7. The buffer layer is n-type GaN, the lower cladding layer is n-type Al x Ga 1-x N (0 <x <1), and the active layer is Ga y In 1-y N (0 <y. ≦ 1), the upper cladding layer is p-type Al x Ga 1 -x N (0 <x <1), and the cap layer is p-type GaN.
【請求項8】 単結晶シリコン基板上に絶縁膜を形成す
る工程、前記絶縁膜上にチッ化ガリウム系化合物半導体
層を成膜してバッファ層とする工程、前記バッファ層上
にチッ化ガリウム系化合物半導体からなる下部クラッド
層、活性層、上部クラッド層およびキャップ層を順次積
層する工程、前記単結晶シリコン基板に垂直にエッチン
グして、前記バッファ層を露出させる工程、前記キャッ
プ層および前記エッチングにより露出したバッファ層上
に電極を形成する工程、およびダイシングまたは劈開に
よってチップに分離する工程、からなる半導体発光素子
の製法。
8. A step of forming an insulating film on a single crystal silicon substrate, a step of forming a gallium nitride based compound semiconductor layer on the insulating film to form a buffer layer, and a gallium nitride based on the buffer layer. A step of sequentially laminating a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer and a cap layer made of a compound semiconductor; a step of vertically etching the single crystal silicon substrate to expose the buffer layer; A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, which comprises a step of forming an electrode on an exposed buffer layer, and a step of separating into chips by dicing or cleavage.
【請求項9】 前記単結晶シリコン基板が(111)面
を主面とする基板である請求項8記載の半導体発光素子
の製法。
9. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the single crystal silicon substrate is a substrate whose main surface is a (111) plane.
【請求項10】 前記絶縁膜を形成する工程が、前記単
結晶シリコン基板の表面酸化膜を除去したのち、チッ素
雰囲気中で熱処理してチッ化シリコン膜を形成する工程
である請求項8または9記載の半導体発光素子の製法。
10. The step of forming the insulating film is a step of removing a surface oxide film of the single crystal silicon substrate and then performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere to form a silicon nitride film. 9. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device described in 9.
【請求項11】 前記絶縁膜を形成する工程が、酸化ア
ルミニウムを成膜する工程である請求項8または9記載
の半導体発光素子の製法。
11. The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 8, wherein the step of forming the insulating film is a step of forming aluminum oxide.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000016378A2 (en) * 1998-09-15 2000-03-23 National University Of Singapore Method of fabricating group-iii nitride-based semiconductor device
JP2008034834A (en) * 2006-07-25 2008-02-14 Samsung Electro Mech Co Ltd Growing method of nitride single crystal on silicon substrate, nitride-semiconductor light-emitting element using the same and manufacturing method of the same
JP2008504715A (en) 2004-06-28 2008-02-14 ニトロネックス コーポレイション Gallium nitride materials and methods
JP2009152627A (en) * 1998-01-16 2009-07-09 Mitsubishi Materials Corp Method of manufacturing substrate with nitride semiconductor layer
JP2013033887A (en) * 2011-08-03 2013-02-14 Covalent Materials Corp Nitride semiconductor substrate manufacturing method
WO2013145404A1 (en) * 2012-03-28 2013-10-03 株式会社豊田中央研究所 Laminated substate of silicon single crystal and group iii nitride single crystal with off angle
JP2014522126A (en) * 2011-08-08 2014-08-28 イルジン エルイーディー カンパニー リミテッド Nitride semiconductor light emitting device having excellent leakage current blocking effect and method for manufacturing the same
WO2023037838A1 (en) * 2021-09-09 2023-03-16 信越半導体株式会社 Method for manufacturing nitride semiconductor substrate

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009152627A (en) * 1998-01-16 2009-07-09 Mitsubishi Materials Corp Method of manufacturing substrate with nitride semiconductor layer
SG94712A1 (en) * 1998-09-15 2003-03-18 Univ Singapore Method of fabricating group-iii nitride-based semiconductor device
US6524932B1 (en) 1998-09-15 2003-02-25 National University Of Singapore Method of fabricating group-III nitride-based semiconductor device
WO2000016378A2 (en) * 1998-09-15 2000-03-23 National University Of Singapore Method of fabricating group-iii nitride-based semiconductor device
WO2000016378A3 (en) * 1998-09-15 2000-07-06 Univ Singapore Method of fabricating group-iii nitride-based semiconductor device
JP2008504715A (en) 2004-06-28 2008-02-14 ニトロネックス コーポレイション Gallium nitride materials and methods
US8748298B2 (en) 2004-06-28 2014-06-10 International Rectifier Corporation Gallium nitride materials and methods associated with the same
US10096701B2 (en) 2004-06-28 2018-10-09 Infineon Technologies Americas Corp. Gallium nitride materials and methods associated with the same
JP2008034834A (en) * 2006-07-25 2008-02-14 Samsung Electro Mech Co Ltd Growing method of nitride single crystal on silicon substrate, nitride-semiconductor light-emitting element using the same and manufacturing method of the same
JP2013033887A (en) * 2011-08-03 2013-02-14 Covalent Materials Corp Nitride semiconductor substrate manufacturing method
JP2014522126A (en) * 2011-08-08 2014-08-28 イルジン エルイーディー カンパニー リミテッド Nitride semiconductor light emitting device having excellent leakage current blocking effect and method for manufacturing the same
WO2013145404A1 (en) * 2012-03-28 2013-10-03 株式会社豊田中央研究所 Laminated substate of silicon single crystal and group iii nitride single crystal with off angle
US9728609B2 (en) 2012-03-28 2017-08-08 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Layered substrate with a miscut angle comprising a silicon single crystal substrate and a group-III nitride single crystal layer
WO2023037838A1 (en) * 2021-09-09 2023-03-16 信越半導体株式会社 Method for manufacturing nitride semiconductor substrate

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