专利名称：半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及波导脊型(waveguide ridge type)半导体发光元件及其制造方法，特 别涉及能够降低工作电压并防止电极剥落的半导体发光元件、以及能够容易地制造这种半 导体发光元件的方法。
背景技术：
波导脊型半导体发光元件具备绝缘膜，覆盖波导脊的侧面；以及P侧电极，接触 于波导脊的顶部(例如，参考专利文献1)。现有技术文献专利文献1 日本专利申请特开2008-251683号公报发明要解决的技术问题由于ρ侧电极为了降低与半导体层的接触电阻而含有Pd，所以与作为绝缘膜而使 用的SiO2膜的密接性差。可是，以往由于在形成了覆盖波导脊侧面的绝缘膜之后形成ρ侧 电极，所以P侧电极在密接性差的SiO2膜上形成。因此，存在P侧电极容易剥落的问题。此 夕卜，当通过剥离(lift-off)在波导脊的顶部对绝缘膜进行开口时，绝缘膜在波导脊的顶部 的两端部分残留。因此，P侧电极仅与波导脊的顶部的中央部分接触，两者的接触面积较小。 由此，存在工作电压高的问题。
发明内容
本发明正是为了解决上述问题而完成的，其第一目的在于获得一种能降低工作电 压、并防止电极剥落的半导体发光元件。第二目的在于获得一种能容易地制造这种半导体 发光元件的方法。解决问题的手段第一发明是一种半导体发光元件，其特征在于具备半导体衬底；半导体层，设置 在上述半导体衬底上，具有活性层，并且形成有波导脊；电极，接触于上述波导脊的顶部的 整个面；以及绝缘膜，覆盖上述波导脊的侧面、上述电极的侧面、以及上述电极的上表面的 两端部分，并且不覆盖上述电极的上表面的中央部分。第二发明是一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于具备在半导体衬底上形成具有活性层的半导体层的工序；在上述半导体层上的整个面形成电极的工序；在上述电极上形成悬突形状的图像反转光刻胶的工序；通过将上述图像反转光刻胶作为掩模的蚀刻对上述电极进行构图，以上述图像反 转光刻胶覆盖构图后的上述电极的上表面的中央部分，形成使构图后的上述电极的上表面 的两端部分和上述图像反转光刻胶的悬突部分之间具有间隙的状态的工序；通过将上述图像反转光刻胶和构图后的上述电极作为掩模的蚀刻，在上述半导体 层形成波导脊的工序；
以覆盖上述图像反转光刻胶上、上述波导脊的侧面、和上述电极的侧面的方式形成绝缘膜的工序；以及通过剥离而除去在上述图像反转光刻胶上形成的上述绝缘膜的工序。发明效果第一发明的半导体发光元件，能够降低工作电压，防止电极的剥落。根据第二发明 的方法，能够容易地制造这种半导体发光元件。
图1是表示本发明实施方式涉及的半导体发光元件的剖面图。图2是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图3是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图4是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图5是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图6是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图7是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图8是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图9是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图10是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图11是用于说明本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图12是用于说明参考例涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图13是用于说明参考例涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图14是用于说明参考例涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图15是用于说明参考例涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图16是用于说明参考例涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。附图标记说明10 η型GaN衬底(半导体衬底)12 半导体层26 活性层40 波导脊44 P侧电极(电极)46 SiO2 膜(绝缘膜)54 图像反转光刻胶
具体实施例方式图1是表示本发明实施方式涉及的半导体发光元件的剖面图。该半导体发光元件 是波导脊型的蓝紫色激光二极管。在η型GaN衬底10上，作为半导体层12，依次层叠有层厚为1 μ m的η型GaN缓冲 层14、层厚为400nm的η型Alatl7Gaa93N包覆层16、层厚为IOOOnm的η型Alatl4SGaa 955N包覆 层18、层厚为300nm的η型Ala015Gaa 985N包覆层20、层厚为80nm的η型GaN光导层22、由层厚为 30nm 的 Intl02Ga0.98N 构成的 η 侧 SCH(Separate Confinement Heterostructure,分 离局限式异质结构)层24、活性层26、由层厚为30nm的Inatl2Gaa98N构成的ρ侧SCH层28、 层厚为20nm的ρ型Ala2Gaa8N电子阻挡层30、层厚为IOOnm的ρ型GaN光导层32、层厚为 500nm的ρ型Alatl7Gaa93N包覆层34、以及层厚为20nm的ρ型GaN接触层36。将Si作为η 型杂质、将Mg作为ρ型杂质，进行掺杂。活性层26是依次层叠了层厚为5nm的Ina 12Ga0.88N阱层、层厚为8nm的Inatl2Gaa98N 阻挡层、以及层厚为5nm的Inai2Gaa88N阱层形成的双量子阱结构。通过在ρ型GaN接触层36和ρ型Alatl7Gaa93N包覆层34形成作为凹部的沟道38， 从而通过P型GaN接触层36和P型Alatl7Gaa93N包覆层34的一部分形成有波导脊40。沟 道38的宽度为10 μ m。经由沟道38在波导脊40的两外侧形成的台状部是电极焊盘基台 42。波导脊40配设在成为激光二极管的谐振器端面的劈开端面的宽度方向的中央部 分，并在成为谐振器端面的两劈开端面之间延伸。波导脊40的长尺寸方向的尺寸，即谐振 器长度为ΙΟΟΟμπι。与波导脊40的长尺寸方向正交的方向的脊宽为1 μ m 数十μπι，例如 为1. 5 μ m。从沟道38的底面起的波导脊40的高度为0. 5 μ m。接触于波导脊40的顶部(ρ型GaN接触层36的上表面)的整个面，形成有与ρ型 GaN接触层36欧姆接触的ρ侧电极44。ρ侧电极44为了降低与ρ型GaN接触层36的接触 电阻而含有Pd，例如由Pd单层、Pd/Ta叠层结构、或者Pd/Ta/Pd叠层结构构成。包含波导脊40的侧面和电极焊盘基台42的侧面的沟道38的两侧面、沟道38的 底面、P侧电极44的侧面、以及P侧电极44的上表面的两端部分被层厚为200nm的SiO2膜 46覆盖。ρ侧电极44的上表面的中央部分不被SiO2膜46覆盖。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 等构 成的膜。此外，在电极焊盘基台42的上表面上、以及沟道38内的电极焊盘基台42的侧面 上的SiO2膜46和沟道38底部的SiO2膜46的一部分的表面上，设置有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、等构成的膜。以与ρ侧电极44的上表面的中央部分接触的方式设置有焊盘电极50。该焊盘电 极50配设在波导脊40的两侧的沟道38内部的SiO2膜46和SiO2膜48上，进而延伸到配 设于电极焊盘基台42的上表面的SiO2膜48上。在η型GaN衬底10的背面设置有通过真空蒸镀法依次层叠了 Ti、Pt和Au膜的η 侧电极52。一边参照附图一边针对本发明实施方式涉及的半导体发光元件的制造方法进行 说明。首先，如图2所示，在预先利用热清洗等洗净了表面的η型GaN衬底10上，作为 半导体层12，利用MOCVD法，使下述各层外延生长m型GaN缓冲层14、η型Alatl7Gaa93N包 覆层 16、η 型 Al0.045Ga0.955N 包覆层 18、η 型 Ala015Gaa 985N 包覆层 20、η 型 GaN 光导层 22、 以Inatl2Gaa98N形成的η侧SCH层24、活性层26、以Inatl2Gaa98N形成的ρ侧SCH层28、ρ型 Ala2Gaa8N电子阻挡层30、ρ型GaN光导层32、ρ型Alatl7Gaa93N包覆层34、以及ρ型GaN接触层36。生长温度例如为1000°C。然后，如图3所示，在ρ型GaN接触层36的整个面上形成ρ侧电极44。接着，在ρ侧电极44的整个面上利用旋镀法涂覆图像反转光刻胶54。然后，如图4所示，利用照像制 版工序，在与波导脊40的形状对应的部分上残留图像反转光刻胶54，除去对应于沟道38的 形状的部分的图像反转光刻胶54。由此，在ρ侧电极44上形成悬突形状(下表面的两端部 分是反锥状)的图像反转光刻胶54。作为图像反转光刻胶54，例如使用AZ电子材料公司 (AZ ElectronicMaterials)的产品。这种光刻胶是正性光刻胶，耐热温度为150°C。接下来，如图5所示，通过将图像反转光刻胶54作为掩模的各向异性蚀刻对ρ侧 电极44进行构图。由此构图后的ρ侧电极44的上表面的中央部分被图像反转光刻胶54 覆盖，成为构图后的P侧电极44的上表面的两端部分和图像反转光刻胶54的悬突部分之 间具有间隙的状态。接着，如图6所示，通过将图像反转光刻胶54和构图后的ρ侧电极44作为掩模的 RIE (Reactive Ion Etching,反应性离子蚀刻)，对 ρ 型 GaN 接触层 36 和 ρ 型 Al0.07Ga0.93N 包覆层34的一部分从ρ型GaN接触层36的表面起均勻地进行蚀刻，形成沟道38。蚀刻深 度为500nm。通过形成沟道38，也形成了波导脊40和电极焊盘基台42。再有，形成该沟道 38的蚀刻与ρ侧电极44的蚀刻也可以同时进行。接着，如图7所示，在整个面通过蒸镀、等离子体CVD法、溅射法等形成层厚为 200nm的3102膜46。特别优选对图像反转光刻胶54损伤较少的蒸镀。不管利用任何一种 成膜方法，成膜温度必须要低于图像反转光刻胶54的耐热温度。SiO2膜46覆盖图像反转 光刻胶54上、沟道38的底面和侧面(电极焊盘基台42的侧面、波导脊40的侧面、ρ侧电 极44的侧面)、以及ρ侧电极44的上表面的两端部分。此外，在SiO2膜46中，在图像反转 光刻胶54的悬突部分生成阶梯切口。接着，如图8所示，通过使用了有机溶剂的湿法蚀刻、使用了 O2的灰化、或者使用 了硫酸和过氧化氢水的混合液的湿法蚀刻，除去图像反转光刻胶54。此时，图像反转光刻胶 54上形成的SiO2膜46也通过剥离被除去。由此，露出ρ侧电极44的上表面的中央部分。接着，通过以光刻胶(未图示)覆盖电极焊盘基台42以外的部分进行蚀刻，从而 如图9所示，除去电极焊盘基台42上的SiO2膜46和ρ侧电极44。接着，在晶片整个面涂覆光刻胶，通过照像制版工序，形成光刻胶(未图示)，该光 刻胶在电极焊盘基台42的上表面上、以及在沟道38内的电极焊盘基台42的侧面上的SiO2 膜46和沟道38底部的SiO2膜46的一部分表面上具有开口。通过蒸镀在晶片整个表面形 成IOOnm的SiO2膜。利用剥离法除去光刻胶和形成在该光刻胶上的SiO2膜。由此，如图10 所示，形成SiO2膜48。接着，如图11所示，在ρ侧电极44、Si02膜46和SiO2膜48上，利用真空蒸镀法形 成Ti/Ta/Ti/Au叠层结构或者Ti/Mo/Ti/Au叠层结构，由此形成焊盘电极50。接着，在进行了 η型GaN衬底10的背面研磨之后，在η型GaN衬底10的背面形成 η侧电极52。之后，将η型GaN衬底10劈开而呈芯片状。通过以上工序制造实施方式涉及 的半导体发光元件。针对本实施方式的效果与参考例一边进行比较一边进行说明。在参考例中，在形 成半导体层12之后，如图12所示，在ρ型GaN接触层36上形成悬突形状的图像反转光刻胶54。接着，如图13所示，通过将图像反转光刻胶54作为掩模的蚀刻，形成波导脊40。接着，如图14所示，在整个面形成SiO2膜46。然后，如图15所示，利用剥离法除去在图像反 转光刻胶54上形成的SiO2膜46。接着，如图16所示，形成ρ侧电极44和SiO2膜48。在参考例涉及的半导体发光元件中，由于SiO2膜46覆盖了波导脊40的顶部的两 端部分，因此P侧电极44仅与波导脊40的顶部的中央部分接触，两者的接触面积小。因此， 存在工作电压高的问题。此外，P侧电极44形成在密接性差的SiO2膜46上。因此，存在ρ 侧电极44容易剥落的问题。与此相对，在本实施方式中，ρ侧电极44接触于波导脊40的顶部的整个表面，ρ侧 电极44和半导体层12的接触面增大。由此，能够降低工作电压。此外，ρ侧电极44没有形 成在SiO2膜46上，而是与半导体层12直接接触。进而，SiO2膜46覆盖了 ρ侧电极44的 上表面的两端部分。由此，能够防止P侧电极44剥落。此外，在本实施方式中，能够容易地制造上述那样的能降低工作电压、防止电极剥 落的发光元件。即，在形成波导脊40之前，通过在半导体层12上的整个面形成ρ侧电极 44，从而能够容易地制造ρ侧电极44不形成在SiO2膜46上、并且与波导脊40的顶部的整 个面接触的结构。而且，通过利用悬突形状的图像反转光刻胶54，能够容易地制造覆盖ρ侧 电极44的上表面的两端部分的SiO2膜46。此外，由于在制造工序的初期形成ρ侧电极44， 因此具有异物等不容易进入P侧电极44和半导体层12的界面的优点。在上述实施方式中，虽然没有进行用于获得ρ侧电极44和半导体层12的欧姆接 触的烧结处理，但是也可以根据需要进行烧结处理。作为烧结处理，例如在380°C进行2分 钟的热处理。这里，如果在形成图像反转光刻胶54之前进行烧结处理的话，能够防止光刻 胶(有机物)等异物付着。此外，如果在进行剥离之后进行烧结处理的话，由于干法蚀刻时 P侧电极44没有被烧结，因此蚀刻率稳定。由此，能够正确地控制与激光器性能相关的波导 脊40的高度。此外，当ρ侧电极44比30nm薄时，存在电阻升高，难以形成为膜状的情况。另一 方面，当P侧电极44比170nm厚时，难以进行蚀刻。因此，优选ρ侧电极44的厚度是30 170nmo 再有，在本实施方式中，针对具有电极焊盘基台42 (平台)的情况进行了说明，但 是也可以没有电极焊盘基台42。这种情况下，就不需要除去电极焊盘基台42上的SiO2膜 46和ρ侧电极44的工序。 此外，在本实施方式中，尽管波导脊40上的SiO2膜46形成为覆盖ρ侧电极44的 上表面的两端部分的形状，但根据制造中的各种条件，SiO2膜46可以形成为不覆盖ρ侧电 极44的上表面的两端部分的形状。即使在这种情况下，也可以制造确保了 ρ侧电极44和 波导脊40的上表面的接触面积的半导体发光元件。
权利要求
一种半导体发光元件，其特征在于，具备半导体衬底；半导体层，设置在所述半导体衬底上，具有活性层，并且形成有波导脊；电极，接触于所述波导脊的顶部的整个面；以及绝缘膜，覆盖所述波导脊的侧面、所述电极的侧面、以及所述电极的上表面的两端部分，并且不覆盖所述电极的上表面的中央部分。
2.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具备在半导体衬底上形成具有活性层的半导体层的工序；在所述半导体层上的整个面形成电极的工序；在所述电极上形成悬突形状的图像反转光刻胶的工序；通过将所述图像反转光刻胶作为掩模的蚀刻对所述电极进行构图，以所述图像反转光 刻胶覆盖构图后的所述电极的上表面的中央部分，形成使构图后的所述电极的上表面的两 端部分和所述图像反转光刻胶的悬突部分之间具有间隙的状态的工序；通过将所述图像反转光刻胶和构图后的所述电极作为掩模的蚀刻，在所述半导体层形 成波导脊的工序；以覆盖所述图像反转光刻胶上、所述波导脊的侧面、和所述电极的侧面的方式形成绝 缘膜的工序；以及通过剥离而除去在所述图像反转光刻胶上形成的所述绝缘膜的工序。
3.根据权利要求2所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在形成所述绝缘 膜的工序中，以覆盖所述电极的上表面的两端部分的方式形成所述绝缘膜。
4.根据权利要求2或3所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，还具备在形 成所述图像反转光刻胶之前，进行用于获得所述电极和所述半导体层的欧姆接触的烧结处 理的工序。
5.根据权利要求2或3所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，还具备在进 行所述剥离之后，进行用于获得所述电极和所述半导体层的欧姆接触的烧结处理的工序。
6.根据权利要求2或3所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述电极的厚 度是30 170nm。
全文摘要
本发明涉及半导体发光元件及其制造方法。在n型GaN衬底(10)(半导体衬底)上设置有半导体层(12)。半导体层(12)具有活性层(26)，并形成有波导脊(40)。p侧电极(44)(电极)接触于波导脊(40)的顶部的整个面。SiO2膜(46)(绝缘膜)覆盖波导脊(40)的侧面、p侧电极(44)的侧面、以及p侧电极(44)的上表面的两端部分，不覆盖p侧电极(44)的上表面的中央部分。由此，能够降低工作电压，并防止电极剥落。
文档编号H01L33/36GK101826585SQ20101014215
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月2日
发明者冈贵郁, 楠政谕, 阿部真司 申请人:三菱电机株式会社