JPH08255926A - 半導体発光素子およびその製法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製法Info
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- JPH08255926A JPH08255926A JP5768795A JP5768795A JPH08255926A JP H08255926 A JPH08255926 A JP H08255926A JP 5768795 A JP5768795 A JP 5768795A JP 5768795 A JP5768795 A JP 5768795A JP H08255926 A JPH08255926 A JP H08255926A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 チッ化ガリウム系半導体層のエッチングに基
づくコンタミネーションが付着しない高特性の半導体発
光素子およびその製法を提供する。 【構成】 サファイア基板１１上に少なくともｎ型層１
３およびｐ型層１４を含み発光層を有するチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層が積層され、前記ｎ型層およびｐ型
層にそれぞれ接続される電極が設けられてなる半導体発
光素子であって、前記積層された半導体層の表層に接続
してｐ側またはｎ側の一方の電極１５が設けられ、前記
サファイア基板に設けられた貫通孔１７を介して露出し
た半導体層に接続して該サファイア基板の裏面にｎ側ま
たはｐ側の他方の電極１６が設けられている。
づくコンタミネーションが付着しない高特性の半導体発
光素子およびその製法を提供する。 【構成】 サファイア基板１１上に少なくともｎ型層１
３およびｐ型層１４を含み発光層を有するチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層が積層され、前記ｎ型層およびｐ型
層にそれぞれ接続される電極が設けられてなる半導体発
光素子であって、前記積層された半導体層の表層に接続
してｐ側またはｎ側の一方の電極１５が設けられ、前記
サファイア基板に設けられた貫通孔１７を介して露出し
た半導体層に接続して該サファイア基板の裏面にｎ側ま
たはｐ側の他方の電極１６が設けられている。
Description
【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からなる半導体発光素子お
よびその製法に関する。
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からなる半導体発光素子お
よびその製法に関する。
【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。
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。
【０００３】また、半導体発光素子とは、ｐｎ接合また
はダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード（以下、Ｌ
ＥＤという）、スーパルミネッセントダイオード（以
下、ＳＬＤという）または半導体レーザダイオード（以
下、ＬＤという）などの光を発生する半導体素子をい
う。
はダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード（以下、Ｌ
ＥＤという）、スーパルミネッセントダイオード（以
下、ＳＬＤという）または半導体レーザダイオード（以
下、ＬＤという）などの光を発生する半導体素子をい
う。
【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型半導体層がアニール処理または電子線照射処理
によりえられたことにより、輝度が向上し脚光をあびて
いる。
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型半導体層がアニール処理または電子線照射処理
によりえられたことにより、輝度が向上し脚光をあびて
いる。
【０００５】ところで、チッ化ガリウム系のＬＥＤは、
たとえば図５に示されるような構造になっている。この
ＬＥＤを製造するには、まずサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 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）またはトリエチ
ルガリウム（ＴＥＧ）およびアンモニア（ＮＨ3 ）を供
給し、ｎ型のＧａＮからなる低温バッファ層２２を形成
し、ついで９００〜１２００℃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
を形成する。
たとえば図５に示されるような構造になっている。この
ＬＥＤを製造するには、まずサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 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）またはトリエチ
ルガリウム（ＴＥＧ）およびアンモニア（ＮＨ3 ）を供
給し、ｎ型のＧａＮからなる低温バッファ層２２を形成
し、ついで９００〜１２００℃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
を形成する。
【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）を導入して、ｎ型の
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）層を成膜し、タブルヘ
テロ接合形成のためのｎ型クラッド層２４を形成する。
これらのｎ型層を形成するには、前述の各成分ガスにＳ
ｉをＳｉＨ4 ガスとして導入することにより形成され
る。
ルミニウム（以下、ＴＭＡという）を導入して、ｎ型の
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）層を成膜し、タブルヘ
テロ接合形成のためのｎ型クラッド層２４を形成する。
これらのｎ型層を形成するには、前述の各成分ガスにＳ
ｉをＳｉＨ4 ガスとして導入することにより形成され
る。
【０００７】つぎに、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、たとえば前述の原料
ガスのＴＭＡに代えてトリメチルインジウム（以下、Ｔ
ＭＩという）を導入し、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦
１）からなる活性層２５を形成する。
ッド層のそれより小さくなる材料、たとえば前述の原料
ガスのＴＭＡに代えてトリメチルインジウム（以下、Ｔ
ＭＩという）を導入し、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦
１）からなる活性層２５を形成する。
【０００８】ついで、ｎ型クラッド層２４の形成と同じ
原料ガスで、不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代えて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（Ｍｇ（Ｃ5Ｈ5）2）（以下、Ｃ
ｐ2 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。これによりｎ型クラッド層２４と活性層２
５とｐ型のクラッド層２６とによりダブルヘテロ接合が
形成される。
原料ガスで、不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代えて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（Ｍｇ（Ｃ5Ｈ5）2）（以下、Ｃ
ｐ2 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。これによりｎ型クラッド層２４と活性層２
５とｐ型のクラッド層２６とによりダブルヘテロ接合が
形成される。
【０００９】さらにキャップ層２７とするため、前述の
バッファ層２３と同様のガスで、不純物原料ガスとして
Ｃｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を
気相成長させる。
バッファ層２３と同様のガスで、不純物原料ガスとして
Ｃｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を
気相成長させる。
【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℃、１５〜６
０分間程度のアニールを行い、ｐ型クラッド層２６およ
びキャップ層２７の活性化を図る。ついで保護膜を除去
したのちｎ側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５に示されるように、成長した各
半導体層の一部を塩素系プラズマによる反応性イオンエ
ッチングであるドライエッチングを行ってｎ型ＧａＮ層
であるバッファ層２３を露出させる。ついでＡｌ、Ａｕ
などの金属膜をスパッタリングなどにより形成してｐ側
およびｎ側の両電極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。
の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、１５〜６
０分間程度のアニールを行い、ｐ型クラッド層２６およ
びキャップ層２７の活性化を図る。ついで保護膜を除去
したのちｎ側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５に示されるように、成長した各
半導体層の一部を塩素系プラズマによる反応性イオンエ
ッチングであるドライエッチングを行ってｎ型ＧａＮ層
であるバッファ層２３を露出させる。ついでＡｌ、Ａｕ
などの金属膜をスパッタリングなどにより形成してｐ側
およびｎ側の両電極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。
【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、前述のよう
に、基板としてサファイア基板を用いているため、裏面
側からｎ側電極をとることができず、積層された半導体
層の一部をエッチングしてｎ型半導体層であるバッファ
層２３を露出させ、その露出面にｎ側電極２９を設けて
いる。このエッチングを行うのに、チッ化ガリウム系半
導体層をウェットエッチングにより行うには２５０℃以
上で行わなければならず、作業が大変である。またドラ
イエッチングで行うと、半導体層の表面がダメージを受
け、表面があれるとともに抵抗が増大する。とくにドラ
イエッチングはマスクとしてのＳｉＯ2 などとの選択比
がよいという理由からＣｌ2 とＢＣｌ3 の混合ガスなど
の塩素系プラズマで行われているが、Ｃｌ2 は半導体層
の組成にＡｌがあると、ＡｌとＣｌとが化合して塩化ア
ルミニウムが生成され、エッチングにより露出した面に
付着する。このＡｌとＣｌとの化合物がエッチングによ
り露出した側壁に付着すると、発生する光の出力を低下
させたり、散乱させたりするという問題がある。さらに
電極形成時に接触抵抗を増大させたり、ｐ層とｎ層間の
リークの原因となり、印加電力をロスするという問題が
ある。
系化合物半導体を用いた半導体発光素子は、前述のよう
に、基板としてサファイア基板を用いているため、裏面
側からｎ側電極をとることができず、積層された半導体
層の一部をエッチングしてｎ型半導体層であるバッファ
層２３を露出させ、その露出面にｎ側電極２９を設けて
いる。このエッチングを行うのに、チッ化ガリウム系半
導体層をウェットエッチングにより行うには２５０℃以
上で行わなければならず、作業が大変である。またドラ
イエッチングで行うと、半導体層の表面がダメージを受
け、表面があれるとともに抵抗が増大する。とくにドラ
イエッチングはマスクとしてのＳｉＯ2 などとの選択比
がよいという理由からＣｌ2 とＢＣｌ3 の混合ガスなど
の塩素系プラズマで行われているが、Ｃｌ2 は半導体層
の組成にＡｌがあると、ＡｌとＣｌとが化合して塩化ア
ルミニウムが生成され、エッチングにより露出した面に
付着する。このＡｌとＣｌとの化合物がエッチングによ
り露出した側壁に付着すると、発生する光の出力を低下
させたり、散乱させたりするという問題がある。さらに
電極形成時に接触抵抗を増大させたり、ｐ層とｎ層間の
リークの原因となり、印加電力をロスするという問題が
ある。
【００１２】さらにＣｌ2 ガスは一般に有毒で、取扱い
が難しいという問題がある。
が難しいという問題がある。
【００１３】本発明はこのような問題を解決し、サファ
イア基板の裏面側から他方の電極を取り出しチッ化ガリ
ウム系半導体層のエッチングをしなくてもよい半導体発
光素子を提供することを目的とする。
イア基板の裏面側から他方の電極を取り出しチッ化ガリ
ウム系半導体層のエッチングをしなくてもよい半導体発
光素子を提供することを目的とする。
【００１４】本発明のさらに他の目的は、チッ化ガリウ
ム系半導体層のエッチングをしても、半導体層にダメー
ジを与えることなく、しかもエッチング面などにコンタ
ミネーションが付着しないようにして高特性の半導体発
光素子がえられる製法を提供することを目的とする。
ム系半導体層のエッチングをしても、半導体層にダメー
ジを与えることなく、しかもエッチング面などにコンタ
ミネーションが付着しないようにして高特性の半導体発
光素子がえられる製法を提供することを目的とする。
【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、サファイア基板上に少なくともｎ型層およびｐ型層
を含み発光層を有するチッ化ガリウム系化合物半導体層
が積層され、前記ｎ型層およびｐ型層にそれぞれ接続さ
れる電極が設けられてなる半導体発光素子であって、前
記積層された半導体層の表層に接続してｐ側またはｎ側
の一方の電極が設けられ、前記サファイア基板に設けら
れた貫通孔を介して露出した半導体層に接続して該サフ
ァイア基板の裏面にｎ側またはｐ側の他方の電極が設け
られている。
は、サファイア基板上に少なくともｎ型層およびｐ型層
を含み発光層を有するチッ化ガリウム系化合物半導体層
が積層され、前記ｎ型層およびｐ型層にそれぞれ接続さ
れる電極が設けられてなる半導体発光素子であって、前
記積層された半導体層の表層に接続してｐ側またはｎ側
の一方の電極が設けられ、前記サファイア基板に設けら
れた貫通孔を介して露出した半導体層に接続して該サフ
ァイア基板の裏面にｎ側またはｐ側の他方の電極が設け
られている。
【００１６】ここに発光層とは、クラッド層に挟まれた
活性層に限らず、ｐｎ接合のＬＥＤなどでは、電子と正
孔の結合により光を発生するｐｎ接合近傍をも含む意味
である。
活性層に限らず、ｐｎ接合のＬＥＤなどでは、電子と正
孔の結合により光を発生するｐｎ接合近傍をも含む意味
である。
【００１７】本発明の半導体発光素子の製法は、サファ
イア基板上に少なくともｎ型層およびｐ型層を含み発光
層を有するチッ化ガリウム系化合物半導体を積層し、前
記ｎ型層およびｐ型層にそれぞれ接続される電極を設け
る半導体発光素子の製法であって、前記電極の一方を前
記積層された半導体層の表面に設け、前記電極の他方を
前記サファイア基板に集束イオンビームにより設けた貫
通孔を介して露出した半導体層に接触するように前記サ
ファイア基板の裏面に電極材料を付着することにより設
けることを特徴とする。
イア基板上に少なくともｎ型層およびｐ型層を含み発光
層を有するチッ化ガリウム系化合物半導体を積層し、前
記ｎ型層およびｐ型層にそれぞれ接続される電極を設け
る半導体発光素子の製法であって、前記電極の一方を前
記積層された半導体層の表面に設け、前記電極の他方を
前記サファイア基板に集束イオンビームにより設けた貫
通孔を介して露出した半導体層に接触するように前記サ
ファイア基板の裏面に電極材料を付着することにより設
けることを特徴とする。
【００１８】
【作用】本発明の半導体発光素子によれば、サファイア
基板の裏面側からサファイア基板に貫通孔を設けて下層
の半導体層の一部を裏面側に露出させることにより、一
方の電極は積層された半導体層の表層（たとえばｐ型）
に設けられ、他方の電極はサファイア基板の裏面に設け
られることにより貫通孔を介して半導体層の下層（たと
えばｎ型）に接続される。そのため半導体層をエッチン
グしないで両電極が設けられ、同じチップ面積に対する
発光面積を大きく、かつ、チップのボンディングが容易
な半導体発光素子がえられる。
基板の裏面側からサファイア基板に貫通孔を設けて下層
の半導体層の一部を裏面側に露出させることにより、一
方の電極は積層された半導体層の表層（たとえばｐ型）
に設けられ、他方の電極はサファイア基板の裏面に設け
られることにより貫通孔を介して半導体層の下層（たと
えばｎ型）に接続される。そのため半導体層をエッチン
グしないで両電極が設けられ、同じチップ面積に対する
発光面積を大きく、かつ、チップのボンディングが容易
な半導体発光素子がえられる。
【００１９】前記サファイア基板に貫通孔を設けるには
集束イオンビーム(focused ion beam 、以下、ＦＩＢと
いう）装置などのイオンビームを用いることによりサフ
ァイア基板でも加工して貫通孔を設けることができる。
集束イオンビーム(focused ion beam 、以下、ＦＩＢと
いう）装置などのイオンビームを用いることによりサフ
ァイア基板でも加工して貫通孔を設けることができる。
【００２０】また、本発明の半導体発光素子の製法によ
れば、チッ化ガリウム系化合物半導体層のエッチングを
するのにＦＩＢなどのイオンビームを用いているため、
半導体層に照射される粒子はイオンビームによりはるか
に小さく、かつ、エネルギーは大きい。その結果、コン
タミネーションの付着もなく清浄なエッチング面がえら
れる。そのため、側面から発光するＬＥＤや半導体レー
ザの発光特性を向上させることができる。
れば、チッ化ガリウム系化合物半導体層のエッチングを
するのにＦＩＢなどのイオンビームを用いているため、
半導体層に照射される粒子はイオンビームによりはるか
に小さく、かつ、エネルギーは大きい。その結果、コン
タミネーションの付着もなく清浄なエッチング面がえら
れる。そのため、側面から発光するＬＥＤや半導体レー
ザの発光特性を向上させることができる。
【００２１】
【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明の半導体発
光素子の製法を説明する。図１は本発明の半導体発光素
子の一実施例であるＬＥＤの断面説明図、図２はその製
造工程を示す工程断面説明図、図３〜４は本発明の半導
体発光素子の製法の他の実施例の半導体レーザチップの
工程断面説明図である。
光素子の製法を説明する。図１は本発明の半導体発光素
子の一実施例であるＬＥＤの断面説明図、図２はその製
造工程を示す工程断面説明図、図３〜４は本発明の半導
体発光素子の製法の他の実施例の半導体レーザチップの
工程断面説明図である。
【００２２】図１において、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単
結晶）基板１１上に、たとえばｎ型のＧａＮなどからな
る低温バッファ層１２が４００〜７００℃の低温で０．
０１〜０．２μｍ程度に形成され、その上に９００〜１
２００℃の高温でＳｉなどをドーパントしたｎ型のＧａ
Ｎなどからなるｎ型層１３が形成され、さらにその上に
Ｍｇなどをドーパントとしたｐ型のＧａＮなどからなる
ｐ型層１４が形成されてＧａＮ層からなるホモｐｎ接合
が形成されている。ｐ型層１４上には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｍｇなどからなるｐ側電極１５が設け
られ、サファイア基板１１の裏面にはサファイア基板１
１に設けられた貫通孔１７を介してｎ型の低温バッファ
層１２に接続されたｎ側電極１６が設けられてｐｎ接合
のＬＥＤが形成されている。
結晶）基板１１上に、たとえばｎ型のＧａＮなどからな
る低温バッファ層１２が４００〜７００℃の低温で０．
０１〜０．２μｍ程度に形成され、その上に９００〜１
２００℃の高温でＳｉなどをドーパントしたｎ型のＧａ
Ｎなどからなるｎ型層１３が形成され、さらにその上に
Ｍｇなどをドーパントとしたｐ型のＧａＮなどからなる
ｐ型層１４が形成されてＧａＮ層からなるホモｐｎ接合
が形成されている。ｐ型層１４上には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｍｇなどからなるｐ側電極１５が設け
られ、サファイア基板１１の裏面にはサファイア基板１
１に設けられた貫通孔１７を介してｎ型の低温バッファ
層１２に接続されたｎ側電極１６が設けられてｐｎ接合
のＬＥＤが形成されている。
【００２３】本発明では、サファイア基板１１に貫通孔
１７が設けられ、その裏面にｎ側電極１６が設けられて
いることに特徴がある。すなわち、従来サファイア基板
１１があるため、ｎ側電極はｐ型層１４の一部をエッチ
ングしてｎ型層１３を露出させ、ｎ型層１３の露出面に
ｎ側電極が設けられていたが、本発明ではＦＩＢによれ
ば、サファイア基板１１でも加工することができること
を見出し、サファイア基板１１の裏面から貫通孔１７を
形成し、ｎ型の低温バッファ層１２またはｎ型層１３に
電気的に接続されるｎ側電極をサファイア基板１１の裏
面側に設けられたものである。
１７が設けられ、その裏面にｎ側電極１６が設けられて
いることに特徴がある。すなわち、従来サファイア基板
１１があるため、ｎ側電極はｐ型層１４の一部をエッチ
ングしてｎ型層１３を露出させ、ｎ型層１３の露出面に
ｎ側電極が設けられていたが、本発明ではＦＩＢによれ
ば、サファイア基板１１でも加工することができること
を見出し、サファイア基板１１の裏面から貫通孔１７を
形成し、ｎ型の低温バッファ層１２またはｎ型層１３に
電気的に接続されるｎ側電極をサファイア基板１１の裏
面側に設けられたものである。
【００２４】本発明によれば、サファイア基板１１の裏
面側にｎ側電極１６が設けられているため、ｐ型層１４
のＧａＮなどからなるチッ化ガリウム系化合物半導体層
をエッチングする必要がない。そのため、Ｃｌ2やＣｌ2
とＢＣｌ3の混合ガスなどの塩素系プラズマなどのドラ
イエッチングにより発生するＡｌとＣｌの化合物からな
るコンタミネーションなどの付着がなく発光効率がよく
なるとともに、チップ面積全体のｐｎ接合を利用するこ
とができ、同じチップ面積に対し多くの発光量がえらえ
る。しかも裏面に電極が出ているため、リードフレーム
などにボンディングするだけで一方の電極の接続をする
ことができ、ワイヤボンディングの工数を減らすことも
できる。
面側にｎ側電極１６が設けられているため、ｐ型層１４
のＧａＮなどからなるチッ化ガリウム系化合物半導体層
をエッチングする必要がない。そのため、Ｃｌ2やＣｌ2
とＢＣｌ3の混合ガスなどの塩素系プラズマなどのドラ
イエッチングにより発生するＡｌとＣｌの化合物からな
るコンタミネーションなどの付着がなく発光効率がよく
なるとともに、チップ面積全体のｐｎ接合を利用するこ
とができ、同じチップ面積に対し多くの発光量がえらえ
る。しかも裏面に電極が出ているため、リードフレーム
などにボンディングするだけで一方の電極の接続をする
ことができ、ワイヤボンディングの工数を減らすことも
できる。
【００２５】つぎにこのＬＥＤの製法の一実施例を図２
を参照しながら説明する。まず図２（ａ）に示されるよ
うに、３００〜５００μｍ程度の厚さのサファイア基板
１１を反応管内に設置し、４００〜７００℃にてキャリ
アガスのＨ2 とともにＴＭＧを５０ｓｃｃｍ、ＮＨ3 を
１５ｓｃｃｍ、ドーパントのＳｉとするためのＳｉＨ4
を１０ｓｃｃｍ導入し、５〜１０分間反応させて０．０
１〜０．２μｍ程度の厚さの低温バッファ層１２を形成
する。この低温バッファ層１２はサファイア基板１１と
ＧａＮ単結晶層との格子整合をとるもので、前述の低温
で多結晶として成長するが、つぎのＧａＮ単結晶の成長
層の際の高温で単結晶化される。
を参照しながら説明する。まず図２（ａ）に示されるよ
うに、３００〜５００μｍ程度の厚さのサファイア基板
１１を反応管内に設置し、４００〜７００℃にてキャリ
アガスのＨ2 とともにＴＭＧを５０ｓｃｃｍ、ＮＨ3 を
１５ｓｃｃｍ、ドーパントのＳｉとするためのＳｉＨ4
を１０ｓｃｃｍ導入し、５〜１０分間反応させて０．０
１〜０．２μｍ程度の厚さの低温バッファ層１２を形成
する。この低温バッファ層１２はサファイア基板１１と
ＧａＮ単結晶層との格子整合をとるもので、前述の低温
で多結晶として成長するが、つぎのＧａＮ単結晶の成長
層の際の高温で単結晶化される。
【００２６】つぎに図２（ｂ）に示されるように、反応
管内の温度を９００〜１２００℃の高温にして、前述と
同じガスを反応管内に導入し、ｎ型ＧａＮ単結晶層から
なるｎ型層１３を積層する。
管内の温度を９００〜１２００℃の高温にして、前述と
同じガスを反応管内に導入し、ｎ型ＧａＮ単結晶層から
なるｎ型層１３を積層する。
【００２７】さらに図２（ｃ）に示されるように、同じ
温度でドーパントとしてのＳｉＨ４ガスに代えてＭｇま
たはＺｎをＣｐ２ ＭｇまたはＤＭＺｎとして５０ｓｃ
ｃｍ導入してｐ型ＧａＮからなるｐ型層１４を１〜２μ
ｍ程度の厚さに成長する。
温度でドーパントとしてのＳｉＨ４ガスに代えてＭｇま
たはＺｎをＣｐ２ ＭｇまたはＤＭＺｎとして５０ｓｃ
ｃｍ導入してｐ型ＧａＮからなるｐ型層１４を１〜２μ
ｍ程度の厚さに成長する。
【００２８】そののち反応管を室温に下げ、基板ごと反
応管から取り出し蒸着装置でＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ａｕ、Ｍｇなどの金属をｐ型層１４上に成膜し、パター
ニングしてｐ側電極１５を形成する。そののちサファイ
ア基板１１の裏面側にホトレジスト膜１８を１．５〜２
μｍ程度設け、貫通孔１７を設ける場所をパターニング
して開口を設け、たとえば集束イオンビームの照射を行
うことにより、サファイア基板１１を加工して貫通孔１
７を設ける（図２（ｄ）参照）。
応管から取り出し蒸着装置でＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ａｕ、Ｍｇなどの金属をｐ型層１４上に成膜し、パター
ニングしてｐ側電極１５を形成する。そののちサファイ
ア基板１１の裏面側にホトレジスト膜１８を１．５〜２
μｍ程度設け、貫通孔１７を設ける場所をパターニング
して開口を設け、たとえば集束イオンビームの照射を行
うことにより、サファイア基板１１を加工して貫通孔１
７を設ける（図２（ｄ）参照）。
【００２９】ついで、ｐ側電極１５と同様にＴｉ、Ａｌ
などの金属膜を蒸着などにより設けることにより、図１
に示されるように、サファイア基板の裏面にｎ側電極１
６が設けられたＬＥＤチップがえられる。このＬＥＤチ
ップをリードフレームなどにダイボンディングすること
によりｎ側電極１６は接続され、ｐ側電極１５のみをワ
イヤボンディングすることにより組み立てられ、透明樹
脂で覆うことによりＬＥＤがえられる。
などの金属膜を蒸着などにより設けることにより、図１
に示されるように、サファイア基板の裏面にｎ側電極１
６が設けられたＬＥＤチップがえられる。このＬＥＤチ
ップをリードフレームなどにダイボンディングすること
によりｎ側電極１６は接続され、ｐ側電極１５のみをワ
イヤボンディングすることにより組み立てられ、透明樹
脂で覆うことによりＬＥＤがえられる。
【００３０】前述の例ではチッ化ガリウム系化合物半導
体層としてＧａＮを用い、ホモｐｎ接合の例であった
が、ヘテロｐｎ接合、ダブルヘテロ接合などのＬＥＤ、
ＳＬＤ、ＬＤについても同様に行える。またチッ化ガリ
ウム系化合物半導体としてはＧａＮ以外に、一般にＡｌ
p Ｇａq Ｉｎl-p-q Ｎ（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜
ｐ＋ｑ≦１）のｐ、ｑを適当に選択した材料でもよく、
さらに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。つぎ
に、図３〜４を参照しながら本発明の製法の他の実施例
である半導体レーザの製法について説明する。
体層としてＧａＮを用い、ホモｐｎ接合の例であった
が、ヘテロｐｎ接合、ダブルヘテロ接合などのＬＥＤ、
ＳＬＤ、ＬＤについても同様に行える。またチッ化ガリ
ウム系化合物半導体としてはＧａＮ以外に、一般にＡｌ
p Ｇａq Ｉｎl-p-q Ｎ（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜
ｐ＋ｑ≦１）のｐ、ｑを適当に選択した材料でもよく、
さらに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。つぎ
に、図３〜４を参照しながら本発明の製法の他の実施例
である半導体レーザの製法について説明する。
【００３１】まず図３（ａ）に示されるように、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法により、サファイア基板１上
にｎ型ＧａＮからなる低温バッファ層２を０．０１〜
０．２μｍ程度、９００〜１２００℃でｎ型ＧａＮから
なる高温バッファ層３を２〜４μｍ程度、ｎ型Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなる下部クラッド層４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５を
０．０２〜０．１μｍ程度、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎから
なる上部クラッド層６を０．１〜０．３μｍ程度、ｐ型
ＧａＮからなるキャップ層７を０．３〜１μｍそれぞれ
連続的に成膜する。
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法により、サファイア基板１上
にｎ型ＧａＮからなる低温バッファ層２を０．０１〜
０．２μｍ程度、９００〜１２００℃でｎ型ＧａＮから
なる高温バッファ層３を２〜４μｍ程度、ｎ型Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなる下部クラッド層４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５を
０．０２〜０．１μｍ程度、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎから
なる上部クラッド層６を０．１〜０．３μｍ程度、ｐ型
ＧａＮからなるキャップ層７を０．３〜１μｍそれぞれ
連続的に成膜する。
【００３２】つぎに図３（ｂ）に示されるように、積層
された半導体層の表面にレジスト膜１０を塗布し、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。
された半導体層の表面にレジスト膜１０を塗布し、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。
【００３３】つぎに、開口部１１により露出している半
導体層を、たとえばＦＩＢによりエッチング加工を行
い、図３（ｃ）に示されるように、活性層５を貫通して
ｎ型の高温バッファ層３が露出するまでエッチングす
る。本実施例の製法では、このチッ化ガリウム系化合物
半導体層の積層体のエッチングをＦＩＢを用いて行うこ
とに特徴がある。
導体層を、たとえばＦＩＢによりエッチング加工を行
い、図３（ｃ）に示されるように、活性層５を貫通して
ｎ型の高温バッファ層３が露出するまでエッチングす
る。本実施例の製法では、このチッ化ガリウム系化合物
半導体層の積層体のエッチングをＦＩＢを用いて行うこ
とに特徴がある。
【００３４】この半導体層の積層表面およびエッチング
により露出した半導体層の表面にＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ａｕ、Ｍｇ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８およびｎ側電極９をそ
れぞれキャップ層７およびエッチングにより露出した高
温バッファ層３上に形成する（図４（ｄ）参照）。
により露出した半導体層の表面にＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ａｕ、Ｍｇ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８およびｎ側電極９をそ
れぞれキャップ層７およびエッチングにより露出した高
温バッファ層３上に形成する（図４（ｄ）参照）。
【００３５】そののちｐ側電極８をマスクとしてキャッ
プ層７および上部クラッド層６の一部をドライエッチン
グによりエッチングしてメサ形状とし、基板１をダイシ
ングすることにより、ｐ側電極８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４（ｅ）参照）。このメサ状エッチング
も同様にＦＩＢを用いたドライエッチングで行うことが
望ましい。またＬＥＤのばあいは、このメサ形状エッチ
ングを行わないで、図４（ｄ）の状態でダイシングして
チップ化することよりダブルヘテロ接合のＬＥＤがえら
れる。
プ層７および上部クラッド層６の一部をドライエッチン
グによりエッチングしてメサ形状とし、基板１をダイシ
ングすることにより、ｐ側電極８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４（ｅ）参照）。このメサ状エッチング
も同様にＦＩＢを用いたドライエッチングで行うことが
望ましい。またＬＥＤのばあいは、このメサ形状エッチ
ングを行わないで、図４（ｄ）の状態でダイシングして
チップ化することよりダブルヘテロ接合のＬＥＤがえら
れる。
【００３６】前記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
ける構造やプレーナストライプ型構造の半導体レーザで
も本発明により清浄なエッチング面をうることができ、
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、レーザダイオードに
限らずＬＥＤでも同様で、さらに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 Ｇａ
q Ｉｎ1-p-q Ｎ（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜ｐ＋ｑ
≦１）からなるダブルヘテロ接合やｐｎ接合の半導体発
光素子に適用できる。さらに前記Ａｌp Ｇａq Ｉｎ
1-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。
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
ける構造やプレーナストライプ型構造の半導体レーザで
も本発明により清浄なエッチング面をうることができ、
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、レーザダイオードに
限らずＬＥＤでも同様で、さらに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 Ｇａ
q Ｉｎ1-p-q Ｎ（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜ｐ＋ｑ
≦１）からなるダブルヘテロ接合やｐｎ接合の半導体発
光素子に適用できる。さらに前記Ａｌp Ｇａq Ｉｎ
1-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。
【００３７】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、チッ
プ面積の全体にわたって発光領域を形成できるため、輝
度の大きな発光素子がえられるとともにコンタミネーシ
ョンの付着などがないため、発光効率が向上する。
プ面積の全体にわたって発光領域を形成できるため、輝
度の大きな発光素子がえられるとともにコンタミネーシ
ョンの付着などがないため、発光効率が向上する。
【００３８】また、本発明の製法によれば、ＦＩＢを用
いてエッチングしているため、サファイア基板に貫通孔
をあけることができ、絶縁性のサファイア基板上に形成
された半導体発光素子の裏面側から電極を取り出すこと
ができ組立が容易になる。
いてエッチングしているため、サファイア基板に貫通孔
をあけることができ、絶縁性のサファイア基板上に形成
された半導体発光素子の裏面側から電極を取り出すこと
ができ組立が容易になる。
【００３９】さらにチッ化ガリウム系化合物半導体層を
エッチングするばあいにもコンタミネーションが付着せ
ず、清浄なエッチング面がえられ、発光効率の高い半導
体発光素子がえられる。
エッチングするばあいにもコンタミネーションが付着せ
ず、清浄なエッチング面がえられ、発光効率の高い半導
体発光素子がえられる。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施例であるＬＥ
Ｄの断面説明図である。
Ｄの断面説明図である。
【図２】図１の製造工程を示す断面説明図である。
【図３】本発明の半導体発光素子の他の製法の一実施例
の製造工程を示す図である。
の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の半導体発光素子の他の製法の一実施例
の製造工程を示す図である。
の製造工程を示す図である。
【図５】従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用いた
ＬＥＤの断面説明図である。
ＬＥＤの断面説明図である。
１ 基板 ４ ｎ型クラッド層 ５ 活性層 ６ ｐ型クラッド層 １１ サファイア基板 １３ ｎ型層 １４ ｐ型層 １５ ｐ側電極 １６ ｎ側電極
Claims (2)
- 【請求項１】 サファイア基板上に少なくともｎ型層お
よびｐ型層を含み発光層を有するチッ化ガリウム系化合
物半導体層が積層され、前記ｎ型層およびｐ型層にそれ
ぞれ接続される電極が設けられてなる半導体発光素子で
あって、前記積層された半導体層の表層に接続してｐ側
またはｎ側の一方の電極が設けられ、前記サファイア基
板に設けられた貫通孔を介して露出した半導体層に接続
して該サファイア基板の裏面にｎ側またはｐ側の他方の
電極が設けられてなる半導体発光素子。 - 【請求項２】 サファイア基板上に少なくともｎ型層お
よびｐ型層を含み発光層を有するチッ化ガリウム系化合
物半導体を積層し、前記ｎ型層およびｐ型層にそれぞれ
接続される電極を設ける半導体発光素子の製法であっ
て、前記電極の一方を前記積層された半導体層の表面に
設け、前記電極の他方を前記サファイア基板に集束イオ
ンビームにより設けた貫通孔を介して露出した半導体層
に接触するように前記サファイア基板の裏面に電極材料
を付着することにより設けることを特徴とする半導体発
光素子の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5768795A JPH08255926A (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 半導体発光素子およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5768795A JPH08255926A (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 半導体発光素子およびその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08255926A true JPH08255926A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=13062862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5768795A Pending JPH08255926A (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 半導体発光素子およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08255926A (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2004343139A (ja) * | 2001-11-19 | 2004-12-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 化合物半導体発光素子 |
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