特開 2019-175887 発光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-175887(P2019-175887A)

(43)【公開日】2019年10月10日

(54)【発明の名称】発光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/14 20100101AFI20190913BHJP

   H01L 33/44 20100101ALI20190913BHJP

   C30B 31/00 20060101ALI20190913BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/14

   H01L33/44

   C30B31/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-59003(P2018-59003)

(22)【出願日】2018年3月26日

(71)【出願人】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100157901

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 達哲

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】福井 義典

(72)【発明者】

【氏名】松下 良樹

(72)【発明者】

【氏名】岸 明徳

(72)【発明者】

【氏名】大栗 高章

【テーマコード（参考）】

4G077

5F241

【Ｆターム（参考）】

4G077FH09

5F241AA03

5F241AA21

5F241CA04

5F241CA40

5F241CA74

5F241CA77

5F241CA92

5F241CB04

5F241CB36

(57)【要約】

【課題】特性を安定化できる発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、発光素子の製造方法は、第１導電形の半導体を含む第１半導体層と、第２導電形の半導体を含む第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を含む半導体積層体を準備する準備工程を含む。製造方法は、第１半導体層に、絶縁材料からなる第１層を形成する第１層形成工程を含む。製造方法は、第１半導体層の一部及び第１層の一部を除去する除去工程を含む。製造方法は、除去工程の後に、半導体積層体を、酸素を含む雰囲気で処理することにより、除去工程で形成された第１半導体層の第１面を含む部分に酸素を導入する処理工程を含む。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電形の半導体を含む第１半導体層と、第２導電形の半導体を含む第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を含む半導体積層体を準備する準備工程と、
前記第１半導体層に、絶縁材料からなる第１層を形成する第１層形成工程と、
前記第１半導体層の一部及び第１層の一部を除去する除去工程と、
前記除去工程の後に、前記半導体積層体を、酸素を含む雰囲気で処理することにより、前記除去工程で形成された前記第１半導体層の第１面を含む部分に酸素を導入する処理工程と、
を備えた、発光素子の製造方法。

【請求項2】

前記除去工程は、前記発光層の一部と、前記第２半導体層の一部とを、さらに除去することを含み、
前記処理工程は、前記除去工程で形成された前記第２半導体層の第２面を含む部分、及び、前記除去工程で形成された前記発光層の第３面を含む部分にさらに酸素を導入することを含む、請求項１記載の発光素子の製造方法。

【請求項3】

前記処理工程の後に、絶縁材料からなる第２層を形成する第２層形成工程をさらに備え、
前記第２層は、前記第１層と、前記第１面を含む前記部分と、前記第２面を含む前記部分と、前記第３面を含む前記部分と、を覆う、請求項２記載の発光素子の製造方法。

【請求項4】

前記第２層は、シリコン及び酸素を含む、請求項３記載の発光素子の製造方法。

【請求項5】

前記第２層形成工程の後に、前記第２層の一部を除去して前記第２半導体層の一部を前記第２層から露出させ、前記第２半導体層の前記一部に第２電極を形成する第２電極形成工程をさらに備える、請求項３または４に記載の発光素子の製造方法。

【請求項6】

前記第１層は、シリコン及び酸素を含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。

【請求項7】

前記準備工程と前記第１層形成工程との間において、第１電極を形成する第１電極形成工程をさらに備え、
前記第１電極は、前記第１半導体層の一部に設けられ、
前記第１層は、前記第１電極と、前記第１半導体層のうちの前記第１電極に覆われていない領域と、を覆う、請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。

【請求項8】

前記処理工程は、酸素プラズマを用いた処理を含む、請求項１〜７のいずれか１つに記載の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、発光素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発光素子において、安定した特性が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−２０８０１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、特性を安定化できる発光素子の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、発光素子の製造方法は、第１導電形の半導体を含む第１半導体層と、第２導電形の半導体を含む第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を含む半導体積層体を準備する準備工程を含む。前記製造方法は、前記第１半導体層に、絶縁材料からなる第１層を形成する第１層形成工程を含む。前記製造方法は、前記第１半導体層の一部及び第１層の一部を除去する除去工程を含む。前記製造方法は、前記除去工程の後に、前記半導体積層体を、酸素を含む雰囲気で処理することにより、前記除去工程で形成された前記第１半導体層の第１面を含む部分に酸素を導入する処理工程を含む。

【発明の効果】

【0006】

本発明の一態様によれば、特性を安定化できる発光素子の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図1B】実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図1C】実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図1D】実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図2A】実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図2B】実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図2C】実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図2D】実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図3】実施形態に係る発光素子を例示する模式的平面図である。

【図4】実施形態に係る発光素子を例示する模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0009】

（第１実施形態）
図１Ａ〜図１Ｄ、及び、図２Ａ〜図２Ｄは、実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
図１Ａに示すように、半導体積層体１５を準備する（準備工程）。半導体積層体１５は、第１半導体層１１、発光層１３及び第２半導体層１２を含む。第１半導体層１１は、第１導電形である。第２半導体層１２は、第２導電形である。第１導電形は、ｐ形及びｎ形の一方である。第２導電形は、ｐ形及びｎ形の他方である。以下では、第１導電形をｐ形とし、第２導電形をｎ形とする。第２半導体層１２から第１半導体層１１への方向をＺ軸方向とする。

【0010】

発光層１３は、第１半導体層１１と第２半導体層１２との間に設けられる。この例では、基体１０ｓが設けられている。基体１０ｓは、例えば基板である。１つの例において、基板は、サファイア基板である。基体１０ｓと第１半導体層１１との間に第２半導体層１２が設けられる。

【0011】

この例では、第１電極２１が設けられている。Ｚ軸方向において、第１電極２１と第２半導体層１２の間に第１半導体層１１が設けられる。例えば、第１半導体層１１の一部は、第１電極２１と重ならない。

【0012】

図１Ｂに示すように、第１半導体層１１に、第１層３１を形成する（第１層形成工程）。第１層３１は、例えば、絶縁材料からなる。この例では、第１層３１は、第１電極２１、及び、第１半導体層１１の一部（第１電極２１と重ならない部分）に形成される。

【0013】

図１Ｃに示すように、第１層３１の一部を除去する。例えば、マスクを用いたエッチングにより、第１層３１の一部が除去される。第１層３１に第１開口部３１ｏが形成される。第１開口部３１ｏにおいて、第１半導体層１１の一部が露出する。

【0014】

さらに、図１Ｄに示すように、半導体積層体１５の一部を除去する。第１層３１の一部の除去、及び、半導体積層体１５の一部の除去は、一括して実施されても良い。

【0015】

半導体積層体１５の一部の除去は、少なくとも、第１半導体層１１の一部の除去を含む。このように、図１Ｃ及び図１Ｄに示す工程では、第１半導体層１１の一部及び第１層３１の一部が除去される（除去工程）。

【0016】

この例では、除去工程において、発光層１３の一部と、第２半導体層１２の一部と、がさらに除去される。このように、実施形態において、この除去工程は、第１半導体層１１の一部の除去に加えて、発光層１３の一部と、第２半導体層１２の一部と、をさらに除去することを含んでも良い。

【0017】

図１Ｄに示すように、除去工程により、第１半導体層の第１面１１ｆが新たに形成される。除去工程において、第２半導体層１２の一部が除去される場合には、除去工程により、第２半導体層１２の第２面１２ｆが新たに形成される。除去工程において、発光層１３の一部が除去される場合には、除去工程により、発光層１３の第３面１３ｆが新たに形成される。

【0018】

図２Ａに示すように、除去工程の後に、半導体積層体１５を、酸素を含む雰囲気８１で処理する（処理工程）。酸素を含む雰囲気８１は、例えば、酸素プラズマを含む。これにより、第１半導体層１１の第１面１１ｆを含む第１部分ｐ１に酸素が導入される。この例では、処理工程において、第２面１２ｆ及び第３面１３ｆも酸素を含む雰囲気８１で処理され、これらの面を含む部分に酸素が導入される。このように、処理工程は、第２半導体層１２の第２面１２ｆを含む部分、及び、発光層１３の第３面１３ｆを含む部分に、さらに酸素を導入することを含んでも良い。

【0019】

このように、実施形態においては、第１〜第３部分ｐ１〜ｐ３に酸素が導入される。これにより、例えば、第１部分ｐ１の抵抗は、第１半導体層１１のうちの第１部分ｐ１を除く部分の抵抗よりも高くなる。例えば、第２部分ｐ２の抵抗は、第２半導体層１２のうちの第２部分ｐ２を除く部分の抵抗よりも高くなる。例えば、第３部分ｐ３の抵抗は、発光層１３のうちの第３部分ｐ３を除く部分の抵抗よりも高くなる。

【0020】

これらの第１〜第３部分ｐ１〜ｐ３は、半導体積層体１５の側面を含む部分に対応する。これらの第１〜第３部分ｐ１〜ｐ３において高い抵抗が得られることで、例えば、半導体積層体１５の側面を介したリークが抑制できる。例えば、リークに起因した動作の不安定性が抑制できる。例えば、特性を安定化した発光素子の製造方法が提供できる。

【0021】

図２Ｂに示すように、上記の処理工程の後に、絶縁材料からなる第２層３２を形成しても良い（第２層形成工程）。

【0022】

第２層３２は、第１層３１と、第１面１１ｆを含む上記の第１部分ｐ１と、第２面１２ｆを含む上記の第２部分ｐ２と、第３面１３ｆを含む上記の第２部分ｐ２と、を覆う。第２層３２を設けることで、より高い保護性能が得られる。

【0023】

さらに、以下の方法により、第２電極を形成しても良い。
図２Ｃに示すように、第２層形成工程の後に、第２層３２の一部を除去する。第２層３２に第２開口部３２ｏが形成される。第２開口部３２ｏにおいて、第２半導体層１２の一部が露出する。

【0024】

図２Ｄに示すように、第２半導体層１２の露出したこの一部に、第２電極２２を形成する（第２電極形成工程）。このように、実施形態に係る製造方法は、第２層３２の一部が除去されて露出した、第２半導体層１２の一部に第２電極２２を形成する第２電極形成工程をさらに含んでも良い。

【0025】

上記の方法により、発光素子が得られる。この発光素子によれば、上記の第１〜第３部分ｐ１〜ｐ３（半導体積層体１５の側面）において高い抵抗が得られる。半導体積層体１５の側面を介したリークが抑制できる。例えば、特性を安定化した発光素子が提供できる。

【0026】

発光素子において、駆動電圧にばらつきが生じる場合がある。半導体積層体１５の側面でリーク電流が生じ、このリーク電流により駆動電圧が変動する場合があると考えられる。

【0027】

例えば、図１Ｂに例示した工程において、第１層３１を形成すると、第１半導体層１１と第１層３１との間の界面部分１１ａの抵抗が低くなる場合がある。界面部分１１ａの抵抗は、他の部分の抵抗よりも低い。この後、図１Ｄに例示した工程において、半導体積層体１５の一部を除去して、第１〜第３面１１ｆ〜１３ｆを形成する。このとき、低抵抗の界面部分１１ａは、残っている。この後、図２Ａに例示した処理を行わないで、図２Ｂ及び図２Ｃの工程を行うと、半導体積層体１５の側面には、低抵抗の界面部分１１ａが存在する。このため、低抵抗の界面部分１１ａを介したリーク電流が生じ易い。これにより、駆動電圧のばらつきが生じると、考えられる。

【0028】

これに対して、実施形態においては、図２Ａに例示した、酸素を含む雰囲気８１での処理を行う。これにより、第１面１１ｆを含む第１部分ｐ１の抵抗が高くなる。これにより、リーク電流が抑制される。さらに、酸素を含む雰囲気８１での処理により、第２面１２ｆを含む第２部分ｐ２、及び、第３面１３ｆを含む第３部分ｐ３の抵抗も高くなる。これにより、さらにリーク電流が抑制できる。その結果、駆動電圧のばらつきを抑制できる。実施形態によれば、特性を安定化できる発光素子の製造方法が提供できる。

【0029】

酸素を含む雰囲気８１の処理は、半導体積層体１５の一部を除去した部分（図１Ｄに例示した、第１開口部３１ｏにおいて露出する部分）の他に、半導体積層体１５の外周部分にも行われても良い。これにより、外周部分におけるリーク電流も低減できる。

【0030】

第１層３１としてＳｉＮが用いられる場合、第１半導体層１１の、第１層３１の側の界面部分１１ａ（図１Ｄ参照）において、抵抗は低くなり難く、リーク電流は比較的小さい。しかしながら、ＳｉＮにおいては、光吸収が大きいため、光取り出し効率が低下し易い。

【0031】

一方、第１層３１として、光吸収が小さいＳｉＯ_２を用いることが考えられる。しかしながら、この場合には、界面部分１１ａ（図１Ｂ参照）において、抵抗は低くなり易いことが分かった。ＳｉＯ_２層をＣＶＤなどにより形成する際に、第１半導体層１１とＳｉＯ_２層との間の界面に不完全な酸化層が形成され、この不完全な酸化層におけるダングリングボンドにより、抵抗が低くなると、考えられる。

【0032】

このとき、実施形態においては、酸素を含む雰囲気８１での処理を行うことで、低抵抗の界面部分１１ａが形成された場合においても、表面の抵抗を高くでき、リーク電流を低減できる。これにより、光吸収の小さいＳｉＯ_２を第１層３１に用いた場合にも、リーク電流を低減し、安定した特性を得ることができる。そして、高い光取り出し効率が得られる。

【0033】

図２Ａに例示した、酸素を含む雰囲気８１での処理は、例えば、電極（第１電極２１など）が第１層３１で覆われている状態で行われることが好ましい。酸素を含む雰囲気８１での処理が電極にも行われると、電極が酸化される。例えば、電極が銀を含む場合、酸化銀が形成される。このため、所望の導電状態が得難くなる。電極（第１電極２１など）が第１層３１で覆われている状態で酸素を含む雰囲気８１での処理を行うことで、所望の導電特性が維持できる。

【0034】

実施形態の１つの例において、第１層３１は、シリコン及び酸素を含む。１つの例において、第１層３１は、例えば、ＳｉＯ_２を含む。これにより、光吸収が抑制でき、高い光取り出し効率が得られる。実施形態の１つの例において、第２層３２は、例えば、シリコン及び酸素を含む。第２層３２は、例えば、ＳｉＯ_２を含む。これにより、光吸収が抑制でき、高い光取り出し効率が得られる。高い絶縁性が得られ、高い信頼性が得られる。１つの例において、第１層３１は、例えば、ＳｉＯＮを含む。これにより、光吸収が抑制でき、高い光取り出し効率が得られる。また優れた防湿性を有し、高い信頼性が得られる。第２層３２は、例えば、ＳｉＯＮを含む。これにより、光吸収が抑制でき、高い光取り出し効率が得られる。また優れた防湿性を有し、高い信頼性が得られる。

【0035】

実施形態において、酸素を含む雰囲気８１での処理により、半導体積層体１５の一部（第１〜第３部分ｐ１〜ｐ３）に酸素が入る。例えば、第１部分ｐ１における酸素の濃度は、第１半導体層１１の、第１部分ｐ１以外の部分における酸素の濃度よりも高い。例えば、第２部分ｐ２における酸素の濃度は、第２半導体層１２の、第２部分ｐ２以外の部分における酸素の濃度よりも高い。例えば、第３部分ｐ３における酸素の濃度は、発光層１３の、第３部分ｐ３以外の部分における酸素の濃度よりも高い。

【0036】

図１Ｄに例示した、半導体積層体１５の一部の除去では、例えば、塩素系のガスを用いたドライエッチング（ＲＩＥ等）が行われる。

【0037】

実施形態に係る製造方法は、第１電極２１の形成（第１電極形成工程）を含んでも良い。第１電極形成工程では、準備工程と第１層形成工程との間において、第１電極２１が形成される。第１電極２１は、第１半導体層１１の一部に設けられる。第１層３１は、第１電極２１と、第１半導体層１１のうちの第１電極２１に覆われていない領域と、を覆う。

【0038】

第１電極２１となる膜は、例えば、スパッタなどの方法により形成できる。マスクを用いた成膜を行っても良い。第１電極２１となる膜を形成した後に、その膜の一部を除去しても良い。

【0039】

実施形態において、第１電極２１は、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２電極２２は、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

【0040】

半導体積層体１５は、例えば、窒化物半導体を含む。窒化物半導体は、例えば、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）を含む。第１半導体層１１は、例えば、不純物としてＭｇを含む。第２半導体層１２は、例えば、不純物としてＳｉを含む。

【0041】

以下、本実施形態に係る発光素子の例について説明する。
図３は、実施形態に係る発光素子を例示する模式的平面図である。
図４は、実施形態に係る発光素子を例示する模式的断面図である。
図３は、図４の矢印ＡＲからみた平面図である。図４は、図３のIV-IV線断面図である。図３及び図４に示すように、発光素子１１０は、半導体積層体１５（第１半導体層１１、第２半導体層１２及び発光層１３）、第１電極２１、第２電極２２、第１層３１及び第２層３２を含む。第１電極２１は、第１半導体層１１と電気的に接続される。第２電極２２は、第２半導体層１２と電気的に接続される。

【0042】

Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。発光素子１１０の厚さ（例えばＺ軸方向に沿う長さ）は、例えば、５０μｍ以上５０００μｍ以下である。発光素子１１０の厚さは、例えば、１５０μｍである。発光素子１１０の１つの辺の長さ（例えばＸ軸方向またはＹ軸方向に沿う長さ）は、例えば、５００μｍ以上２０００μｍ以下である。

【0043】

この例では、第１パッド層２１Ｐが設けられる。Ｚ軸方向において、第１パッド層２１Ｐと第１半導体層１１との間に、第１電極２１が設けられる。第１パッド層２１Ｐは、第１電極２１と電気的に接続される。Ｚ軸方向において、第１パッド層２１Ｐの一部と、第１電極２１の一部と、の間に、第１層３１の一部が設けられる。

【0044】

この例では、Ｚ軸方向において、第２電極２２の一部と、第２半導体層１２と、の間に、第２層３２の一部が設けられる。Ｚ軸方向において、第２電極２２の別の一部と、第１半導体層１１と、の間に、第１層３１の一部、及び、第２層３２の一部が設けられる。

【0045】

第１電極２１は、例えば、Ａｇ膜を含む。第１パッド層２１Ｐは、例えば、Ａｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔの積層膜を含む。第２電極２２は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜を含む。

【0046】

実施形態によれば、特性を安定化できる発光素子の製造方法を提供できる。

【0047】

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

【0048】

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発光素子の製造方法で用いられる基板、半導体積層体、電極及び層などのそれぞれの具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

【0049】

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

【0050】

その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置の製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置の製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0051】

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと解される。

【符号の説明】

【0052】

１０ｓ…基体、 １１…第１半導体層、 １１ａ…界面部分、 １１ｆ…第１面、 １２…第２半導体層、 １２ｆ…第２面、 １３…発光層、 １３ｆ…第３面、 １５…半導体積層体、 ２１…第１電極、 ２１Ｐ…第１パッド層、 ２２…第２電極、 ３１…第１層、 ３１ｏ…第１開口部、 ３２…第２層、 ３２ｏ…第２開口部、 ８１…雰囲気、 ＡＲ…矢印、 ｐ１〜ｐ３…第１〜第３部分

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】