專利名稱：半導體發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波導脊型(waveguide ridge type)半導體發(fā)光元件及其制造方法，特 別涉及能夠降低工作電壓并防止電極剝落的半導體發(fā)光元件、以及能夠容易地制造這種半 導體發(fā)光元件的方法。
背景技術(shù)：
波導脊型半導體發(fā)光元件具備絕緣膜，覆蓋波導脊的側(cè)面；以及P側(cè)電極，接觸 于波導脊的頂部(例如，參考專利文獻1)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻1 日本專利申請?zhí)亻_2008-251683號公報發(fā)明要解決的技術(shù)問題由于ρ側(cè)電極為了降低與半導體層的接觸電阻而含有Pd，所以與作為絕緣膜而使 用的SiO2膜的密接性差?？墒?，以往由于在形成了覆蓋波導脊側(cè)面的絕緣膜之后形成ρ側(cè) 電極，所以P側(cè)電極在密接性差的SiO2膜上形成。因此，存在P側(cè)電極容易剝落的問題。此 夕卜，當通過剝離(lift-off)在波導脊的頂部對絕緣膜進行開口時，絕緣膜在波導脊的頂部 的兩端部分殘留。因此，P側(cè)電極僅與波導脊的頂部的中央部分接觸，兩者的接觸面積較小。 由此，存在工作電壓高的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述問題而完成的，其第一目的在于獲得一種能降低工作電 壓、并防止電極剝落的半導體發(fā)光元件。第二目的在于獲得一種能容易地制造這種半導體 發(fā)光元件的方法。解決問題的手段第一發(fā)明是一種半導體發(fā)光元件，其特征在于具備半導體襯底；半導體層，設(shè)置 在上述半導體襯底上，具有活性層，并且形成有波導脊；電極，接觸于上述波導脊的頂部的 整個面；以及絕緣膜，覆蓋上述波導脊的側(cè)面、上述電極的側(cè)面、以及上述電極的上表面的 兩端部分，并且不覆蓋上述電極的上表面的中央部分。第二發(fā)明是一種半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于具備在半導體襯底上形成具有活性層的半導體層的工序；在上述半導體層上的整個面形成電極的工序；在上述電極上形成懸突形狀的圖像反轉(zhuǎn)光刻膠的工序；通過將上述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠作為掩模的蝕刻對上述電極進行構(gòu)圖，以上述圖像反 轉(zhuǎn)光刻膠覆蓋構(gòu)圖后的上述電極的上表面的中央部分，形成使構(gòu)圖后的上述電極的上表面 的兩端部分和上述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠的懸突部分之間具有間隙的狀態(tài)的工序；通過將上述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠和構(gòu)圖后的上述電極作為掩模的蝕刻，在上述半導體 層形成波導脊的工序；
以覆蓋上述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠上、上述波導脊的側(cè)面、和上述電極的側(cè)面的方式形成絕緣膜的工序；以及通過剝離而除去在上述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠上形成的上述絕緣膜的工序。發(fā)明效果第一發(fā)明的半導體發(fā)光元件，能夠降低工作電壓，防止電極的剝落。根據(jù)第二發(fā)明 的方法，能夠容易地制造這種半導體發(fā)光元件。
圖1是表示本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的剖面圖。圖2是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖3是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖4是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖5是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖6是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖7是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖8是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖9是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖10是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖11是用于說明本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖12是用于說明參考例涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖13是用于說明參考例涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖14是用于說明參考例涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖15是用于說明參考例涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。圖16是用于說明參考例涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法的剖面圖。附圖標記說明10 η型GaN襯底(半導體襯底)12 半導體層26 活性層40 波導脊44 P側(cè)電極(電極)46 SiO2 膜(絕緣膜)54 圖像反轉(zhuǎn)光刻膠
具體實施例方式圖1是表示本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的剖面圖。該半導體發(fā)光元件 是波導脊型的藍紫色激光二極管。在η型GaN襯底10上，作為半導體層12，依次層疊有層厚為1 μ m的η型GaN緩沖 層14、層厚為400nm的η型Alatl7Gaa93N包覆層16、層厚為IOOOnm的η型Alatl4SGaa 955N包覆 層18、層厚為300nm的η型Ala015Gaa 985N包覆層20、層厚為80nm的η型GaN光導層22、由層厚為 30nm 的 Intl02Ga0.98N 構(gòu)成的 η 側(cè) SCH(Separate Confinement Heterostructure,分 離局限式異質(zhì)結(jié)構(gòu))層24、活性層26、由層厚為30nm的Inatl2Gaa98N構(gòu)成的ρ側(cè)SCH層28、 層厚為20nm的ρ型Ala2Gaa8N電子阻擋層30、層厚為IOOnm的ρ型GaN光導層32、層厚為 500nm的ρ型Alatl7Gaa93N包覆層34、以及層厚為20nm的ρ型GaN接觸層36。將Si作為η 型雜質(zhì)、將Mg作為ρ型雜質(zhì)，進行摻雜?；钚詫?6是依次層疊了層厚為5nm的Ina 12Ga0.88N阱層、層厚為8nm的Inatl2Gaa98N 阻擋層、以及層厚為5nm的Inai2Gaa88N阱層形成的雙量子阱結(jié)構(gòu)。通過在ρ型GaN接觸層36和ρ型Alatl7Gaa93N包覆層34形成作為凹部的溝道38， 從而通過P型GaN接觸層36和P型Alatl7Gaa93N包覆層34的一部分形成有波導脊40。溝 道38的寬度為10 μ m。經(jīng)由溝道38在波導脊40的兩外側(cè)形成的臺狀部是電極焊盤基臺 42。波導脊40配設(shè)在成為激光二極管的諧振器端面的劈開端面的寬度方向的中央部 分，并在成為諧振器端面的兩劈開端面之間延伸。波導脊40的長尺寸方向的尺寸，即諧振 器長度為ΙΟΟΟμπι。與波導脊40的長尺寸方向正交的方向的脊寬為1 μ m 數(shù)十μπι，例如 為1. 5 μ m。從溝道38的底面起的波導脊40的高度為0. 5 μ m。接觸于波導脊40的頂部(ρ型GaN接觸層36的上表面)的整個面，形成有與ρ型 GaN接觸層36歐姆接觸的ρ側(cè)電極44。ρ側(cè)電極44為了降低與ρ型GaN接觸層36的接觸 電阻而含有Pd，例如由Pd單層、Pd/Ta疊層結(jié)構(gòu)、或者Pd/Ta/Pd疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。包含波導脊40的側(cè)面和電極焊盤基臺42的側(cè)面的溝道38的兩側(cè)面、溝道38的 底面、P側(cè)電極44的側(cè)面、以及P側(cè)電極44的上表面的兩端部分被層厚為200nm的SiO2膜 46覆蓋。ρ側(cè)電極44的上表面的中央部分不被SiO2膜46覆蓋。再有，代替SiO2膜46，也 可以使用由 SiOx (0 < χ < 2)、SiN、Si0N、Ti02、Ta205、Al203、AlN、&02、Nb205、Mg0、SiC 等構(gòu) 成的膜。此外，在電極焊盤基臺42的上表面上、以及溝道38內(nèi)的電極焊盤基臺42的側(cè)面 上的SiO2膜46和溝道38底部的SiO2膜46的一部分的表面上，設(shè)置有SiO2膜48。再有， 代替 SiO2 膜 48，也可以使用由 SiOx (0 < χ < 2)、SiN、SiON、TiO2, Ta205、A1203、A1N、ZrO2, Nb2O5、等構(gòu)成的膜。以與ρ側(cè)電極44的上表面的中央部分接觸的方式設(shè)置有焊盤電極50。該焊盤電 極50配設(shè)在波導脊40的兩側(cè)的溝道38內(nèi)部的SiO2膜46和SiO2膜48上，進而延伸到配 設(shè)于電極焊盤基臺42的上表面的SiO2膜48上。在η型GaN襯底10的背面設(shè)置有通過真空蒸鍍法依次層疊了 Ti、Pt和Au膜的η 側(cè)電極52。一邊參照附圖一邊針對本發(fā)明實施方式涉及的半導體發(fā)光元件的制造方法進行 說明。首先，如圖2所示，在預先利用熱清洗等洗凈了表面的η型GaN襯底10上，作為 半導體層12，利用MOCVD法，使下述各層外延生長m型GaN緩沖層14、η型Alatl7Gaa93N包 覆層 16、η 型 Al0.045Ga0.955N 包覆層 18、η 型 Ala015Gaa 985N 包覆層 20、η 型 GaN 光導層 22、 以Inatl2Gaa98N形成的η側(cè)SCH層24、活性層26、以Inatl2Gaa98N形成的ρ側(cè)SCH層28、ρ型 Ala2Gaa8N電子阻擋層30、ρ型GaN光導層32、ρ型Alatl7Gaa93N包覆層34、以及ρ型GaN接觸層36。生長溫度例如為1000°C。然后，如圖3所示，在ρ型GaN接觸層36的整個面上形成ρ側(cè)電極44。接著，在ρ側(cè)電極44的整個面上利用旋鍍法涂覆圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54。然后，如圖4所示，利用照像制 版工序，在與波導脊40的形狀對應的部分上殘留圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54，除去對應于溝道38的 形狀的部分的圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54。由此，在ρ側(cè)電極44上形成懸突形狀(下表面的兩端部 分是反錐狀)的圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54。作為圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54，例如使用AZ電子材料公司 (AZ ElectronicMaterials)的產(chǎn)品。這種光刻膠是正性光刻膠，耐熱溫度為150°C。接下來，如圖5所示，通過將圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54作為掩模的各向異性蝕刻對ρ側(cè) 電極44進行構(gòu)圖。由此構(gòu)圖后的ρ側(cè)電極44的上表面的中央部分被圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54 覆蓋，成為構(gòu)圖后的P側(cè)電極44的上表面的兩端部分和圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54的懸突部分之 間具有間隙的狀態(tài)。接著，如圖6所示，通過將圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54和構(gòu)圖后的ρ側(cè)電極44作為掩模的 RIE (Reactive Ion Etching,反應性離子蝕刻)，對 ρ 型 GaN 接觸層 36 和 ρ 型 Al0.07Ga0.93N 包覆層34的一部分從ρ型GaN接觸層36的表面起均勻地進行蝕刻，形成溝道38。蝕刻深 度為500nm。通過形成溝道38，也形成了波導脊40和電極焊盤基臺42。再有，形成該溝道 38的蝕刻與ρ側(cè)電極44的蝕刻也可以同時進行。接著，如圖7所示，在整個面通過蒸鍍、等離子體CVD法、濺射法等形成層厚為 200nm的3102膜46。特別優(yōu)選對圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54損傷較少的蒸鍍。不管利用任何一種 成膜方法，成膜溫度必須要低于圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54的耐熱溫度。SiO2膜46覆蓋圖像反轉(zhuǎn) 光刻膠54上、溝道38的底面和側(cè)面(電極焊盤基臺42的側(cè)面、波導脊40的側(cè)面、ρ側(cè)電 極44的側(cè)面)、以及ρ側(cè)電極44的上表面的兩端部分。此外，在SiO2膜46中，在圖像反轉(zhuǎn) 光刻膠54的懸突部分生成階梯切口。接著，如圖8所示，通過使用了有機溶劑的濕法蝕刻、使用了 O2的灰化、或者使用 了硫酸和過氧化氫水的混合液的濕法蝕刻，除去圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54。此時，圖像反轉(zhuǎn)光刻膠 54上形成的SiO2膜46也通過剝離被除去。由此，露出ρ側(cè)電極44的上表面的中央部分。接著，通過以光刻膠(未圖示)覆蓋電極焊盤基臺42以外的部分進行蝕刻，從而 如圖9所示，除去電極焊盤基臺42上的SiO2膜46和ρ側(cè)電極44。接著，在晶片整個面涂覆光刻膠，通過照像制版工序，形成光刻膠(未圖示)，該光 刻膠在電極焊盤基臺42的上表面上、以及在溝道38內(nèi)的電極焊盤基臺42的側(cè)面上的SiO2 膜46和溝道38底部的SiO2膜46的一部分表面上具有開口。通過蒸鍍在晶片整個表面形 成IOOnm的SiO2膜。利用剝離法除去光刻膠和形成在該光刻膠上的SiO2膜。由此，如圖10 所示，形成SiO2膜48。接著，如圖11所示，在ρ側(cè)電極44、Si02膜46和SiO2膜48上，利用真空蒸鍍法形 成Ti/Ta/Ti/Au疊層結(jié)構(gòu)或者Ti/Mo/Ti/Au疊層結(jié)構(gòu)，由此形成焊盤電極50。接著，在進行了 η型GaN襯底10的背面研磨之后，在η型GaN襯底10的背面形成 η側(cè)電極52。之后，將η型GaN襯底10劈開而呈芯片狀。通過以上工序制造實施方式涉及 的半導體發(fā)光元件。針對本實施方式的效果與參考例一邊進行比較一邊進行說明。在參考例中，在形 成半導體層12之后，如圖12所示，在ρ型GaN接觸層36上形成懸突形狀的圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54。接著，如圖13所示，通過將圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54作為掩模的蝕刻，形成波導脊40。接著，如圖14所示，在整個面形成SiO2膜46。然后，如圖15所示，利用剝離法除去在圖像反 轉(zhuǎn)光刻膠54上形成的SiO2膜46。接著，如圖16所示，形成ρ側(cè)電極44和SiO2膜48。在參考例涉及的半導體發(fā)光元件中，由于SiO2膜46覆蓋了波導脊40的頂部的兩 端部分，因此P側(cè)電極44僅與波導脊40的頂部的中央部分接觸，兩者的接觸面積小。因此， 存在工作電壓高的問題。此外，P側(cè)電極44形成在密接性差的SiO2膜46上。因此，存在ρ 側(cè)電極44容易剝落的問題。與此相對，在本實施方式中，ρ側(cè)電極44接觸于波導脊40的頂部的整個表面，ρ側(cè) 電極44和半導體層12的接觸面增大。由此，能夠降低工作電壓。此外，ρ側(cè)電極44沒有形 成在SiO2膜46上，而是與半導體層12直接接觸。進而，SiO2膜46覆蓋了 ρ側(cè)電極44的 上表面的兩端部分。由此，能夠防止P側(cè)電極44剝落。此外，在本實施方式中，能夠容易地制造上述那樣的能降低工作電壓、防止電極剝 落的發(fā)光元件。即，在形成波導脊40之前，通過在半導體層12上的整個面形成ρ側(cè)電極 44，從而能夠容易地制造ρ側(cè)電極44不形成在SiO2膜46上、并且與波導脊40的頂部的整 個面接觸的結(jié)構(gòu)。而且，通過利用懸突形狀的圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54，能夠容易地制造覆蓋ρ側(cè) 電極44的上表面的兩端部分的SiO2膜46。此外，由于在制造工序的初期形成ρ側(cè)電極44， 因此具有異物等不容易進入P側(cè)電極44和半導體層12的界面的優(yōu)點。在上述實施方式中，雖然沒有進行用于獲得ρ側(cè)電極44和半導體層12的歐姆接 觸的燒結(jié)處理，但是也可以根據(jù)需要進行燒結(jié)處理。作為燒結(jié)處理，例如在380°C進行2分 鐘的熱處理。這里，如果在形成圖像反轉(zhuǎn)光刻膠54之前進行燒結(jié)處理的話，能夠防止光刻 膠(有機物)等異物付著。此外，如果在進行剝離之后進行燒結(jié)處理的話，由于干法蝕刻時 P側(cè)電極44沒有被燒結(jié)，因此蝕刻率穩(wěn)定。由此，能夠正確地控制與激光器性能相關(guān)的波導 脊40的高度。此外，當ρ側(cè)電極44比30nm薄時，存在電阻升高，難以形成為膜狀的情況。另一 方面，當P側(cè)電極44比170nm厚時，難以進行蝕刻。因此，優(yōu)選ρ側(cè)電極44的厚度是30 170nmo 再有，在本實施方式中，針對具有電極焊盤基臺42 (平臺)的情況進行了說明，但 是也可以沒有電極焊盤基臺42。這種情況下，就不需要除去電極焊盤基臺42上的SiO2膜 46和ρ側(cè)電極44的工序。 此外，在本實施方式中，盡管波導脊40上的SiO2膜46形成為覆蓋ρ側(cè)電極44的 上表面的兩端部分的形狀，但根據(jù)制造中的各種條件，SiO2膜46可以形成為不覆蓋ρ側(cè)電 極44的上表面的兩端部分的形狀。即使在這種情況下，也可以制造確保了 ρ側(cè)電極44和 波導脊40的上表面的接觸面積的半導體發(fā)光元件。
權(quán)利要求
一種半導體發(fā)光元件，其特征在于，具備半導體襯底；半導體層，設(shè)置在所述半導體襯底上，具有活性層，并且形成有波導脊；電極，接觸于所述波導脊的頂部的整個面；以及絕緣膜，覆蓋所述波導脊的側(cè)面、所述電極的側(cè)面、以及所述電極的上表面的兩端部分，并且不覆蓋所述電極的上表面的中央部分。
2.一種半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，具備在半導體襯底上形成具有活性層的半導體層的工序；在所述半導體層上的整個面形成電極的工序；在所述電極上形成懸突形狀的圖像反轉(zhuǎn)光刻膠的工序；通過將所述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠作為掩模的蝕刻對所述電極進行構(gòu)圖，以所述圖像反轉(zhuǎn)光 刻膠覆蓋構(gòu)圖后的所述電極的上表面的中央部分，形成使構(gòu)圖后的所述電極的上表面的兩 端部分和所述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠的懸突部分之間具有間隙的狀態(tài)的工序；通過將所述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠和構(gòu)圖后的所述電極作為掩模的蝕刻，在所述半導體層形 成波導脊的工序；以覆蓋所述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠上、所述波導脊的側(cè)面、和所述電極的側(cè)面的方式形成絕 緣膜的工序；以及通過剝離而除去在所述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠上形成的所述絕緣膜的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，在形成所述絕緣 膜的工序中，以覆蓋所述電極的上表面的兩端部分的方式形成所述絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，還具備在形 成所述圖像反轉(zhuǎn)光刻膠之前，進行用于獲得所述電極和所述半導體層的歐姆接觸的燒結(jié)處 理的工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，還具備在進 行所述剝離之后，進行用于獲得所述電極和所述半導體層的歐姆接觸的燒結(jié)處理的工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述電極的厚 度是30 170nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體發(fā)光元件及其制造方法。在n型GaN襯底(10)(半導體襯底)上設(shè)置有半導體層(12)。半導體層(12)具有活性層(26)，并形成有波導脊(40)。p側(cè)電極(44)(電極)接觸于波導脊(40)的頂部的整個面。SiO2膜(46)(絕緣膜)覆蓋波導脊(40)的側(cè)面、p側(cè)電極(44)的側(cè)面、以及p側(cè)電極(44)的上表面的兩端部分，不覆蓋p側(cè)電極(44)的上表面的中央部分。由此，能夠降低工作電壓，并防止電極剝落。
文檔編號H01L33/36GK101826585SQ20101014215
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者岡貴郁, 楠政諭, 阿部真司 申請人:三菱電機株式會社