(57)【要約】  半導体発光素子は、他の領域よりも結晶欠陥密度が高い欠陥集中領域１１ａを有する基板１１を備えている。基板１１の上には、半導体層１２が形成されている。欠陥集中領域１１ａの上には、第１の電極１３が形成されている。半導体層１２の上には、第２の電極１４が形成されている。
2008004437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の領域よりも結晶欠陥密度が高い欠陥集中領域を有する基板と、
前記基板の上に形成された半導体層と、
前記欠陥集中領域の上に形成された第１の電極と、
前記半導体層の上に形成された第２の電極とを備えていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体層は、前記基板側から順次形成されたｎ型層、発光層及びｐ型層を含み、
前記第１の電極は前記ｎ型層の上に形成され、
前記第２の電極は、前記ｐ型層の上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記欠陥集中領域は、前記基板の周縁部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板の周縁部は、前記基板の角部であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記欠陥集中領域は、前記基板の中央部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記基板は、前記欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハから切り出されたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
複数の欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハを準備する工程と、
前記ウェハの上に半導体層を形成する工程と、
前記欠陥集中領域の上に第１の電極を形成する工程と、
前記半導体層の上に第２の電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に結晶欠陥密度が高い欠陥集中領域を有する基板に形成された半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、ウェハの上に形成された少なくともｎ型層、発光層及びｐ型層を有する半導体層を備えている。半導体層を形成するウエハは結晶欠陥がなく、良好な結晶性を有していることが好ましい。ウェハの結晶欠陥を低減する方法として、ウェハに結晶欠陥領域（コア）と呼ばれる領域を形成する方法が知られている。コアは、ウェハを貫通するように形成された、他の領域よりも結晶欠陥の密度が高い領域である。ウェハにコアを形成することにより、コアに結晶欠陥を集中させることができる。コアに結晶欠陥が集中することにより、コアの周辺には結晶欠陥がなく、結晶性が良好な領域が形成される。ウェハのコアを除く、結晶性が良好な領域の上に半導体発光素子の半導体層を形成すれば、特性が優れた発光素子を実現できる。【０００３】
例えば、複数のコアが周期的に形成された窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるウェハを用いて形成した窒化物化合物半導体発光素子が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された窒化物化合物発光素子は、複数のコアが周期的に配列され、コアの間に良好な結晶性を有する領域が形成されたウェハを用いている。ウェハの結晶性が良好な領域にリッジストライプを形成することにより、結晶性が良好な半導体層を利用した半導体発光素子を実現している。また、コアを避けて電極を形成することにより、コアに電流が流れることを防止している。これにより、コアによって生じるリーク電流の増大を防止している。
【特許文献１】特開２００３−２２９６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、コアを避けて電極を形成した場合には、コアの部分が全く無駄になり一枚のウェハから得られる半導体発光素子の数が低下し、生産効率が低下するという問題が生じる。【０００５】
本発明は、前記従来の問題を解決し、生産効率を低下させることなく、欠陥集中領域による半導体発光素子の電気的特性の悪化を抑えた半導体発光素子を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明は半導体発光素子を、一方の電極が半導体層の上における結晶欠陥領域（コア）の上側の領域に形成されている構成とする。【０００７】
具体的に、本発明に係る半導体発光素子は、他の領域よりも結晶欠陥密度が高い欠陥集中領域を有する基板と、基板の上に形成された半導体層と、欠陥集中領域の上に形成された第１の電極と、半導体層の上に形成された第２の電極とを備えていることを特徴とする。【０００８】
本発明の半導体発光素子によれば、第１の電極が欠陥集中領域の上に形成されているため、第２の電極から第１の電極へ流れる電流は、第２の電極全体から半導体層を通過して第１の電極へ流れる。従って、基板内の欠陥集中領域を電流が流れないので、欠陥集中領域におけるリーク電流の発生が防止される。その結果、基板が欠陥集中領域を含んでいても、半導体発光素子の電気的特性はほとんど悪影響を受けることがない。また、欠陥集中領域が無駄になることがない。【０００９】
本発明の半導体発光素子において、半導体層は、基板側から順次形成されたｎ型層、発光層及びｐ型層を含み、第１の電極はｎ型層の上に形成され、第２の電極は、ｐ型層の上に形成されていてもよい。【００１０】
本発明の半導体発光素子において、欠陥集中領域は、基板の周縁部に形成されていても、基板の中央部に形成されていてもよい。この場合に、基板の周縁部は、基板の角部であることが好ましい。【００１１】
本発明の半導体発光装置において、基板は、欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハから切り出されたものであることが好ましい。【００１２】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、複数の欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハを準備する工程と、ウェハの上に半導体層を形成する工程と、欠陥集中領域の上に第１の電極を形成する工程と、半導体層の上に第２の電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする。【００１３】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、複数の欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハを用いるため、第１の電極の位置合わせが容易である。従って、生産効率が向上する。また、一枚のウェハから得られる半導体発光素子の数を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体発光素子は、生産効率を低下させることなく、欠陥集中領域による半導体発光素子の電気的特性の悪化を抑えた半導体発光素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】図５は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０      半導体発光素子
１１      基板
１１      半導体基板
１１ａ    コア
１２      半導体層
１２ａ    欠陥集中部
１３      ｎ側電極
１４      ｐ側電極
１５      ウェハ
１５      ウエハ
１６      エピタキシャル層
１９      粘着シート
２３      ｎ側電極
１２１    ｎ型層
１２２    発光層
１２３    ｐ型層
１４１    ｐ側電極材料
１７１    マスクパターン
１７２    レジストパターン
１８１    ワックス
１８２    セラミック円盤
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る半導体発光素子であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。【００１８】
図１に示すように第１の実施形態の半導体発光素子は、他の領域と比べて結晶欠陥が集中した欠陥集中領域（コア）１１ａを有する基板１１の上に形成されている。本実施形態において、基板１１は窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物系半導体からなる単結晶基板であり、１辺の長さが１０００μｍで、厚さが３００μｍの直方体状である。コア１１ａは基板１１を厚さ方向に貫通しており、本実施形態においては基板の角部に形成されている。【００１９】
基板１１の上には、半導体層１２が形成されている。半導体層１２は、基板１１側から順次積層されたｎ型層１２１、発光層１２２及びｐ型層１２３を有している。【００２０】
ｎ型層１２１は、厚さが０．５μｍ〜１０μｍのＧａＮ又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等からなり、ｎ型の導電性を有している。なお、ｎ型層１２１と基板１１との間にＧａＮ又は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）等からなるバッファ層を設けてもよい。【００２１】
発光層１２２は、厚さが０．００１μｍ〜０．００５μｍのＩｎＧａＮ等からなる井戸層と、厚さが０．００５μｍ〜０．０２μｍのＧａＮ等からなる障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有している。なお、発光層１２２とｎ型層１２１の間又はｎ型層１２１の層内にインジウム（Ｉｎ）を含むｎ型半導体層を挿入してもよい。【００２２】
ｐ型層１２３は、厚さが０．０５μｍ〜１μｍのＡｌＧａＮ又はＧａＮ等からなり、ｐ型の導電性を有している。【００２３】
半導体層１２のコア１１ａの上に形成された部分は、他の部分よりも結晶欠陥が集中した欠陥集中部１２ａとなっている。本実施形態の半導体発光素子は、欠陥集中部１２ａを含む領域において、ｐ型層１２３、発光層１２２及びｎ型層１２１の一部が除去され、ｎ型層１２１を露出するリセス部が形成されている。【００２４】
ｎ型層１２１における露出部分の上にはｎ側電極（第１の電極）１３が形成され、メサ部であるｐ型層１２３の上にはｐ側電極（第２の電極）１４が形成されている。従って、ｎ側電極１３は、半導体層１２における半導体基板１１のコア１１ａの上側の領域に形成されている。一方、ｐ側電極１４は、半導体層１２におけるコア１１ａの上側以外の領域に形成されている。【００２５】
本実施形態のｎ側電極１３は、ｎ型層１２１側から順次形成された、ｎコンタクト電極とｎボンディング電極とを有している。ｎコンタクト電極は、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）若しくはチタン（Ｔｉ）等の単層膜又はこれらからなる多層膜を用いればよい。ｎボンディング電極は、金（Ａｕ）又はＡｌ等を用いればよい。特にボンディング性の観点から最外層をＡｕとすることが好ましい。本実施形態においてはｎコンタクト電極にＴｉ、ｎボンディング電極にＡｕを用いた。なお、ｎコンタクト電極とｎボンディング電極の間に白金（Ｐｔ）等のバリア層を挿入してもよい。【００２６】
本実施形態のｐ側電極１４は、ｐ型層１２３側から順次形成された、ｐコンタクト電極と、反射電極と、ｐボンディング電極とを有している。ｐコンタクト電極は、膜厚０．００１μｍ程度のＰｔとすることにより、コンタクト抵抗を抑えつつ、高透過率を維持することが可能となる。反射電極は、発光層１２２からの光を基板１１側へ反射するために高反射率のロジウム（Ｒｈ）若しくは銀（Ａｇ）又はＡｇ合金等により形成することが好ましい。また、反射電極の膜厚は光を反射させるために、０．０１μｍ〜０．５μｍとすることが好ましい。ｐボンディング電極は、Ａｕ又はＡｌ等を用いればよい。ｐコンタクト電極及び反射電極との密着性の点から、Ａｕ又はＡｌ等とＴｉ、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）若しくはタングステン（Ｗ）等の単層膜又はこれらからなる多層膜とを積層してもよい。なお、最外層はボンディング性の観点からＡｕとすることが好ましい。本実施形態においては、ｐボンディング電極はＴｉとＡｕとの積層構造とした。以上のような構成とすることにより、発光層において発生した光をｐ側電極により反射して、基板１１側から取り出すことができる。【００２７】
ｐ側電極１４は、透明電極構造としてもよい。この場合には、発光層において発生した光をｐ側電極１４側から取り出すことができる。この場合、ｐ型層１２３のほぼ全面にｐコンタクト電極となるインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明膜を形成し、この上に部分的にｐボンディング電極（パッド電極）を形成する。ｐボンディング電極は１層目にＴｉ又はＲｈを用い、２層目にＡｕを用いればよい。【００２８】
本実施形態に係る半導体発光素子は、ｐ側電極１４からｎ側電極１３へ流れる電流が、基板１１内のコア１１ａを流れることなくｐ側電極１４全体からｐ型層１２３、発光層１２２及びｎ型層１２１を通過してｎ側電極１３へ流れる。従って、コア１１ａにおけるリーク電流の発生を防止することができるので、基板１１がコア１１ａを含んでいても、電気的特性に悪影響を与えることなく機能する。【００２９】
また、本実施形態に係る半導体発光素子は、基板１１の周縁部にコア１１ａが位置するように形成している。このため、ｎ側電極１３が半導体層１２の周縁部に配置される。従って、ｎ側電極１３を形成する領域を形成するために除去しなければならない発光層１２２の面積は僅かである。その結果、発光面積を広く確保することが可能となり、高輝度化を図ることができる。特に本実施形態の半導体発光素子はｎ側電極１３が半導体層１２の角部に形成されているため、基板１１の平面形状を方形状にすれば、広い発光面積を確保し、高輝度化を図ることができる。【００３０】
以下に、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について図面を参照して説明する。図２〜５は本実施形態の半導体発光素子の製造方法を工程順に示している。【００３１】
まず、図２（ａ）に示すように、ＧａＮからなるウエハ１５を準備する。ウエハ１５は、周期的に形成された複数のコア１１ａを有している。続いて、ウェハ１５の上にｎ型層１２１、発光層１２２及びｐ型層１２３を順次エピタキシャル成長し、半導体層１２となるエピタキシャル層１６を形成する。エピタキシャル層１６におけるコア１１ａの上に形成された部分は、他の部分と比べて結晶欠陥が集中した欠陥集中部１２ａとなる。さらに、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、スパッタ法又は真空蒸着法等を用いて、厚さが０．５μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜をエピタキシャル層１６の上に形成した後、フォトリソグラフィを用いてＳｉＯ2膜をパターニングし、ＳｉＯ2マスクパターン１７１を形成する。この際に、欠陥集中部１２ａが露出するようにＳｉＯ2マスクパターン１７１を形成する。【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、エピタキシャル層１６の結晶成長面からｐ型層１２３、発光層１２２及びｎ型層１２１の一部を除去することにより欠陥集中部を含む領域に凹部を形成する。凹部を形成した後、ＳｉＯ2マスクパターン１７１をエッチングにより除去する。【００３３】
次に、図２（ｃ）に示すように、少なくとも凹部及びその周囲を覆うレジストパターン１７２を形成する。【００３４】
次に、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン１７２をマスクとしてｐ側電極材料１４１をウェハ上のほぼ全面に蒸着する。【００３５】
次に、図３（ａ）に示すように、レジストパターンをリフトオフすることにより、ｐ側電極１４を形成する。【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、凹部を露出するレジストパターンを形成した後、ｎ型電極材料をウェハ上のほぼ全面に蒸着した後、レジストパターンをリフトオフすることによりｎ側電極１３を形成する。なお、ｐ側電極１４とｎ側電極１３とを形成する順序は逆にしてもよい。【００３７】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すようにして、ウエハ１５の裏側面の研削及び研磨を行う。この研削及び研磨は、ワックス１８１が塗布されたセラミック円盤１８２に結晶成長面側を下に配置することで、ウエハ１５の裏側面を上にする。そしてウエハ１５の裏面側を研磨装置で、所定の厚み及び表面粗さの面に研磨する。これにより、ウェハ１５のダイシングを安定して行うことが可能なる。【００３８】
次に、図５（ａ）に示すように、研磨が終了したウエハ１５を粘着シート１９に貼り付けレーザスクライブによりスクライビングを行う。そして図５（ｂ）に示すようにブレイキングにより所定のチップ形状に分離する。チップのサイズによっては研削及び研磨を省略することも可能である。チップ分離の際に発生した付着物を除去するために必要に応じて酸洗浄及び純水洗浄を行う。これにより、コア１１ａの上側にｎ側電極１３が形成された半導体発光素子が実現できる。【００３９】
このように、半導体層１２となるエピタキシャル層１６を形成するウエハ１５として、コア１１ａが周期的に形成されているものを用いることにより、コア１１ａの位置に合わせて容易にｎ側電極１３を形成する位置を決定することができる。従って、限られたウエハ１５のサイズの中で、できるだけ多くの半導体発光素子１０を製造することができる。【００４０】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係る半導体発光素子であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面構成を示している。図６において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。【００４１】
図６に示すように、本実施形態の半導体発光素子は、コア１１ａが基板１１のほぼ中央に形成されている。これにより、ｎ側電極１３が半導体層１２の中央部に配置されることになる。これにより、ｐ側電極１４からの電流は、ｐ側電極１４全体からｐ型層１２３、発光層１２２及びｎ型層１２１を通過して半導体層１２の中央部にあるｎ側電極１３へと流れる。従って、本実施形態の発光素子は電流の広がりが良好となり、駆動電圧が低減する。なお、コア１１ａは基板の完全に中央に位置している必要はない。【００４２】
本実施形態に係る半導体発光素子は、コア１１ａが円柱状に形成されているため、ｎ側電極１３の形状をコア１１ａよりも一回り大きい円形状としている。ｎ側電極１３をコア１１ａと同じ大きさの円形状とした場合には、ｎ側電極１３に流れる全ての電流がコア１１ａを通過するため、駆動電圧が上昇してしまう。本実施形態の半導体発光素子はｎ側電極１３の形状をコア１１ａよりも大きな円形状としているため、ｐ型層１２３からの電流がコア１１ａを通過することなくｎ側電極２３に流れる。これにより、高い電流拡散性を確保できる。しかし、ｎ側電極１３を大きくし過ぎると、発光領域が減少するため、ｎ側電極１３の大きさはコア１１ａに対して適宜決定することが好ましい。これにより、ｐ側電極１４の面積を広げ、発光領域となる面積をより大きく確保することが可能となる。なお、ｎ側電極１３を円形状としたが、方形状又は六角形状をはじめとする多角形状等としてもよい。また、コア１１ａの形状も円柱状に限らない。【００４３】
第１の実施形態及び第２の実施形態において、ｎ側電極１３はｎ型層１２１の上に形成されているが、リセス部において基板１１を露出させ、基板１１の上に直接形成してもよい。また、ｎ側電極１３とコア１１ａとが完全に重なるように形成した例を示したが、ｎ側電極１３とコア１１ａとがずれており、コア１１ａの一部がｎ側電極１３に覆われていなくても問題ない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の半導体発光素子は、生産効率を低下させることなく、欠陥集中領域による半導体発光素子の電気的特性の悪化を抑えた半導体発光素子を実現でき、特に結晶欠陥密度が高い欠陥集中領域を有する基板に形成された半導体発光素子及びその製造方法等として有用である。
【図１】
2008004437.tif 000003
【図２】
2008004437.tif 000004
【図３】
2008004437.tif 000005
【図４】
2008004437.tif 000006
【図５】
2008004437.tif 000007
【図６】
2008004437.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月16日(2008.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の領域よりも結晶欠陥密度が高い欠陥集中領域を有する基板と、
前記基板の上に形成された半導体層と、
前記欠陥集中領域の上に形成された第１の電極と、
前記半導体層の上に形成された第２の電極とを備えていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体層は、前記基板側から順次形成されたｎ型層、発光層及びｐ型層を含み、
前記第１の電極は前記ｎ型層の上に形成され、
前記第２の電極は、前記ｐ型層の上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記欠陥集中領域は、前記基板の周縁部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板の周縁部は、前記基板の角部であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記欠陥集中領域は、前記基板の中央部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記基板は、前記欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハから切り出されたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
複数の欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハを準備する工程と、
前記ウェハの上に半導体層を形成する工程と、
前記欠陥集中領域の上に第１の電極を形成する工程と、
前記半導体層の上に第２の電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に結晶欠陥密度が高い欠陥集中領域を有する基板に形成された半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、ウェハの上に形成された少なくともｎ型層、発光層及びｐ型層を有する半導体層を備えている。半導体層を形成するウェハは結晶欠陥がなく、良好な結晶性を有していることが好ましい。ウェハの結晶欠陥を低減する方法として、ウェハに結晶欠陥領域（コア）と呼ばれる領域を形成する方法が知られている。コアは、ウェハを貫通するように形成された、他の領域よりも結晶欠陥の密度が高い領域である。ウェハにコアを形成することにより、コアに結晶欠陥を集中させることができる。コアに結晶欠陥が集中することにより、コアの周辺には結晶欠陥がなく、結晶性が良好な領域が形成される。ウェハのコアを除く、結晶性が良好な領域の上に半導体発光素子の半導体層を形成すれば、特性が優れた発光素子を実現できる。
【０００３】
例えば、複数のコアが周期的に形成された窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるウェハを用いて形成した窒化物化合物半導体発光素子が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された窒化物化合物発光素子は、複数のコアが周期的に配列され、コアの間に良好な結晶性を有する領域が形成されたウェハを用いている。ウェハの結晶性が良好な領域にリッジストライプを形成することにより、結晶性が良好な半導体層を利用した半導体発光素子を実現している。また、コアを避けて電極を形成することにより、コアに電流が流れることを防止している。これにより、コアによって生じるリーク電流の増大を防止している。
【特許文献１】特開２００３−２２９６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、コアを避けて電極を形成した場合には、コアの部分が全く無駄になり一枚のウェハから得られる半導体発光素子の数が低下し、生産効率が低下するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題を解決し、生産効率を低下させることなく、欠陥集中領域による半導体発光素子の電気的特性の悪化を抑えた半導体発光素子を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明は半導体発光素子を、一方の電極が半導体層の上における結晶欠陥領域（コア）の上側の領域に形成されている構成とする。
【０００７】
具体的に、本発明に係る半導体発光素子は、他の領域よりも結晶欠陥密度が高い欠陥集中領域を有する基板と、基板の上に形成された半導体層と、欠陥集中領域の上に形成された第１の電極と、半導体層の上に形成された第２の電極とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体発光素子によれば、第１の電極が欠陥集中領域の上に形成されているため、第２の電極から第１の電極へ流れる電流は、第２の電極全体から半導体層を通過して第１の電極へ流れる。従って、基板内の欠陥集中領域を電流が流れないので、欠陥集中領域におけるリーク電流の発生が防止される。その結果、基板が欠陥集中領域を含んでいても、半導体発光素子の電気的特性はほとんど悪影響を受けることがない。また、欠陥集中領域が無駄になることがない。
【０００９】
本発明の半導体発光素子において、半導体層は、基板側から順次形成されたｎ型層、発光層及びｐ型層を含み、第１の電極はｎ型層の上に形成され、第２の電極は、ｐ型層の上に形成されていてもよい。
【００１０】
本発明の半導体発光素子において、欠陥集中領域は、基板の周縁部に形成されていても、基板の中央部に形成されていてもよい。この場合に、基板の周縁部は、基板の角部であることが好ましい。
【００１１】
本発明の半導体発光装置において、基板は、欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハから切り出されたものであることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、複数の欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハを準備する工程と、ウェハの上に半導体層を形成する工程と、欠陥集中領域の上に第１の電極を形成する工程と、半導体層の上に第２の電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、複数の欠陥集中領域が周期的に配列されたウェハを用いるため、第１の電極の位置合わせが容易である。従って、生産効率が向上する。また、一枚のウェハから得られる半導体発光素子の数を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体発光素子は、生産効率を低下させることなく、欠陥集中領域による半導体発光素子の電気的特性の悪化を抑えた半導体発光素子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る半導体発光素子であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。
【００１６】
図１に示すように第１の実施形態の半導体発光素子は、他の領域と比べて結晶欠陥が集中した欠陥集中領域（コア）１１ａを有する基板１１の上に形成されている。本実施形態において、基板１１は窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物系半導体からなる単結晶基板であり、１辺の長さが１０００μｍで、厚さが３００μｍの直方体状である。コア１１ａは基板１１を厚さ方向に貫通しており、本実施形態においては基板の角部に形成されている。
【００１７】
基板１１の上には、半導体層１２が形成されている。半導体層１２は、基板１１側から順次積層されたｎ型層１２１、発光層１２２及びｐ型層１２３を有している。
【００１８】
ｎ型層１２１は、厚さが０．５μｍ〜１０μｍのＧａＮ又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等からなり、ｎ型の導電性を有している。なお、ｎ型層１２１と基板１１との間にＧａＮ又は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）等からなるバッファ層を設けてもよい。
【００１９】
発光層１２２は、厚さが０．００１μｍ〜０．００５μｍのＩｎＧａＮ等からなる井戸層と、厚さが０．００５μｍ〜０．０２μｍのＧａＮ等からなる障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有している。なお、発光層１２２とｎ型層１２１の間又はｎ型層１２１の層内にインジウム（Ｉｎ）を含むｎ型半導体層を挿入してもよい。
【００２０】
ｐ型層１２３は、厚さが０．０５μｍ〜１μｍのＡｌＧａＮ又はＧａＮ等からなり、ｐ型の導電性を有している。
【００２１】
半導体層１２のコア１１ａの上に形成された部分は、他の部分よりも結晶欠陥が集中した欠陥集中部１２ａとなっている。本実施形態の半導体発光素子は、欠陥集中部１２ａを含む領域において、ｐ型層１２３、発光層１２２及びｎ型層１２１の一部が除去され、ｎ型層１２１を露出するリセス部が形成されている。
【００２２】
ｎ型層１２１における露出部分の上にはｎ側電極（第１の電極）１３が形成され、メサ部であるｐ型層１２３の上にはｐ側電極（第２の電極）１４が形成されている。従って、ｎ側電極１３は、半導体層１２における半導体基板１１のコア１１ａの上側の領域に形成されている。一方、ｐ側電極１４は、半導体層１２におけるコア１１ａの上側以外の領域に形成されている。
【００２３】
本実施形態のｎ側電極１３は、ｎ型層１２１側から順次形成された、ｎコンタクト電極とｎボンディング電極とを有している。ｎコンタクト電極は、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）若しくはチタン（Ｔｉ）等の単層膜又はこれらからなる多層膜を用いればよい。ｎボンディング電極は、金（Ａｕ）又はＡｌ等を用いればよい。特にボンディング性の観点から最外層をＡｕとすることが好ましい。本実施形態においてはｎコンタクト電極にＴｉ、ｎボンディング電極にＡｕを用いた。なお、ｎコンタクト電極とｎボンディング電極の間に白金（Ｐｔ）等のバリア層を挿入してもよい。
【００２４】
本実施形態のｐ側電極１４は、ｐ型層１２３側から順次形成された、ｐコンタクト電極と、反射電極と、ｐボンディング電極とを有している。ｐコンタクト電極は、膜厚０．００１μｍ程度のＰｔとすることにより、コンタクト抵抗を抑えつつ、高透過率を維持することが可能となる。反射電極は、発光層１２２からの光を基板１１側へ反射するために高反射率のロジウム（Ｒｈ）若しくは銀（Ａｇ）又はＡｇ合金等により形成することが好ましい。また、反射電極の膜厚は光を反射させるために、０．０１μｍ〜０．５μｍとすることが好ましい。ｐボンディング電極は、Ａｕ又はＡｌ等を用いればよい。ｐコンタクト電極及び反射電極との密着性の点から、Ａｕ又はＡｌ等とＴｉ、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）若しくはタングステン（Ｗ）等の単層膜又はこれらからなる多層膜とを積層してもよい。なお、最外層はボンディング性の観点からＡｕとすることが好ましい。本実施形態においては、ｐボンディング電極はＴｉとＡｕとの積層構造とした。以上のような構成とすることにより、発光層において発生した光をｐ側電極により反射して、基板１１側から取り出すことができる。
【００２５】
ｐ側電極１４は、透明電極構造としてもよい。この場合には、発光層において発生した光をｐ側電極１４側から取り出すことができる。この場合、ｐ型層１２３のほぼ全面にｐコンタクト電極となるインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明膜を形成し、この上に部分的にｐボンディング電極（パッド電極）を形成する。ｐボンディング電極は１層目にＴｉ又はＲｈを用い、２層目にＡｕを用いればよい。
【００２６】
本実施形態に係る半導体発光素子は、ｐ側電極１４からｎ側電極１３へ流れる電流が、基板１１内のコア１１ａを流れることなくｐ側電極１４全体からｐ型層１２３、発光層１２２及びｎ型層１２１を通過してｎ側電極１３へ流れる。従って、コア１１ａにおけるリーク電流の発生を防止することができるので、基板１１がコア１１ａを含んでいても、電気的特性に悪影響を与えることなく機能する。
【００２７】
また、本実施形態に係る半導体発光素子は、基板１１の周縁部にコア１１ａが位置するように形成している。このため、ｎ側電極１３が半導体層１２の周縁部に配置される。従って、ｎ側電極１３を形成する領域を形成するために除去しなければならない発光層１２２の面積は僅かである。その結果、発光面積を広く確保することが可能となり、高輝度化を図ることができる。特に本実施形態の半導体発光素子はｎ側電極１３が半導体層１２の角部に形成されているため、基板１１の平面形状を方形状にすれば、広い発光面積を確保し、高輝度化を図ることができる。
【００２８】
以下に、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について図面を参照して説明する。図２〜５は本実施形態の半導体発光素子の製造方法を工程順に示している。
【００２９】
まず、図２（ａ）に示すように、ＧａＮからなるウェハ１５を準備する。ウェハ１５は、周期的に形成された複数のコア１１ａを有している。続いて、ウェハ１５の上にｎ型層１２１、発光層１２２及びｐ型層１２３を順次エピタキシャル成長し、半導体層１２となるエピタキシャル層１６を形成する。エピタキシャル層１６におけるコア１１ａの上に形成された部分は、他の部分と比べて結晶欠陥が集中した欠陥集中部１２ａとなる。さらに、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、スパッタ法又は真空蒸着法等を用いて、厚さが０．５μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜をエピタキシャル層１６の上に形成した後、フォトリソグラフィを用いてＳｉＯ2膜をパターニングし、ＳｉＯ2マスクパターン１７１を形成する。この際に、欠陥集中部１２ａが露出するようにＳｉＯ2マスクパターン１７１を形成する。
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、エピタキシャル層１６の結晶成長面からｐ型層１２３、発光層１２２及びｎ型層１２１の一部を除去することにより欠陥集中部を含む領域に凹部を形成する。凹部を形成した後、ＳｉＯ2マスクパターン１７１をエッチングにより除去する。
【００３１】
次に、図２（ｃ）に示すように、少なくとも凹部及びその周囲を覆うレジストパターン１７２を形成する。
【００３２】
次に、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン１７２をマスクとしてｐ側電極材料１４１をウェハ上のほぼ全面に蒸着する。
【００３３】
次に、図３（ａ）に示すように、レジストパターンをリフトオフすることにより、ｐ側電極１４を形成する。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示すように、凹部を露出するレジストパターンを形成した後、ｎ型電極材料をウェハ上のほぼ全面に蒸着した後、レジストパターンをリフトオフすることによりｎ側電極１３を形成する。なお、ｐ側電極１４とｎ側電極１３とを形成する順序は逆にしてもよい。
【００３５】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すようにして、ウェハ１５の裏側面の研削及び研磨を行う。この研削及び研磨は、ワックス１８１が塗布されたセラミック円盤１８２に結晶成長面側を下に配置することで、ウェハ１５の裏側面を上にする。そしてウェハ１５の裏面側を研磨装置で、所定の厚み及び表面粗さの面に研磨する。これにより、ウェハ１５のダイシングを安定して行うことが可能なる。
【００３６】
次に、図５（ａ）に示すように、研磨が終了したウェハ１５を粘着シート１９に貼り付けレーザスクライブによりスクライビングを行う。そして図５（ｂ）に示すようにブレイキングにより所定のチップ形状に分離する。チップのサイズによっては研削及び研磨を省略することも可能である。チップ分離の際に発生した付着物を除去するために必要に応じて酸洗浄及び純水洗浄を行う。これにより、コア１１ａの上側にｎ側電極１３が形成された半導体発光素子が実現できる。
【００３７】
このように、半導体層１２となるエピタキシャル層１６を形成するウェハ１５として、コア１１ａが周期的に形成されているものを用いることにより、コア１１ａの位置に合わせて容易にｎ側電極１３を形成する位置を決定することができる。従って、限られたウェハ１５のサイズの中で、できるだけ多くの半導体発光素子１０を製造することができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係る半導体発光素子であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面構成を示している。図６において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００３９】
図６に示すように、本実施形態の半導体発光素子は、コア１１ａが基板１１のほぼ中央に形成されている。これにより、ｎ側電極１３が半導体層１２の中央部に配置されることになる。これにより、ｐ側電極１４からの電流は、ｐ側電極１４全体からｐ型層１２３、発光層１２２及びｎ型層１２１を通過して半導体層１２の中央部にあるｎ側電極１３へと流れる。従って、本実施形態の発光素子は電流の広がりが良好となり、駆動電圧が低減する。なお、コア１１ａは基板の完全に中央に位置している必要はない。
【００４０】
本実施形態に係る半導体発光素子は、コア１１ａが円柱状に形成されているため、ｎ側電極１３の形状をコア１１ａよりも一回り大きい円形状としている。ｎ側電極１３をコア１１ａと同じ大きさの円形状とした場合には、ｎ側電極１３に流れる全ての電流がコア１１ａを通過するため、駆動電圧が上昇してしまう。本実施形態の半導体発光素子はｎ側電極１３の形状をコア１１ａよりも大きな円形状としているため、ｐ型層１２３からの電流がコア１１ａを通過することなくｎ側電極２３に流れる。これにより、高い電流拡散性を確保できる。しかし、ｎ側電極１３を大きくし過ぎると、発光領域が減少するため、ｎ側電極１３の大きさはコア１１ａに対して適宜決定することが好ましい。これにより、ｐ側電極１４の面積を広げ、発光領域となる面積をより大きく確保することが可能となる。なお、ｎ側電極１３を円形状としたが、方形状又は六角形状をはじめとする多角形状等としてもよい。また、コア１１ａの形状も円柱状に限らない。
【００４１】
第１の実施形態及び第２の実施形態において、ｎ側電極１３はｎ型層１２１の上に形成されているが、リセス部において基板１１を露出させ、基板１１の上に直接形成してもよい。また、ｎ側電極１３とコア１１ａとが完全に重なるように形成した例を示したが、ｎ側電極１３とコア１１ａとがずれており、コア１１ａの一部がｎ側電極１３に覆われていなくても問題ない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の半導体発光素子は、生産効率を低下させることなく、欠陥集中領域による半導体発光素子の電気的特性の悪化を抑えた半導体発光素子を実現でき、特に結晶欠陥密度が高い欠陥集中領域を有する基板に形成された半導体発光素子及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】図５は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０      半導体発光素子
１１      基板
１１ａ    コア
１２      半導体層
１２ａ    欠陥集中部
１３      ｎ側電極
１４      ｐ側電極
１５      ウェハ
１６      エピタキシャル層
１９      粘着シート
２３      ｎ側電極
１２１    ｎ型層
１２２    発光層
１２３    ｐ型層
１４１    ｐ側電極材料
１７１    マスクパターン
１７２    レジストパターン
１８１    ワックス
１８２    セラミック円盤
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008004437.tif 000009
【図２】
2008004437.tif 000010
【図３】
2008004437.tif 000011
【図４】
2008004437.tif 000012
【図５】
2008004437.tif 000013
【図６】
2008004437.tif 000014
【国際調査報告】
2008004437.tif 000015
2008004437.tif 000016
2008004437.tif 000017
2008004437.tif 000018