JP3896044B2

JP3896044B2 - Nitride-based semiconductor light-emitting device manufacturing method and product

Info

Publication number: JP3896044B2
Application number: JP2002202598A
Authority: JP
Inventors: 麻祐子筆田; 俊雄幡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2004047704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品に関し、特に電極として金属板を用いた窒化物系半導体発光素子において、早期の劣化を防止し、低駆動電圧で信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、基板にＳｉ（シリコン）基板を用いた種々の窒化物系半導体発光素子がされている。しかし、このＳｉ基板を用いた従来の窒化物系半導体発光素子には以下の問題点があった。すなわち、発光素子中の発光層から発生した光は、発光素子の上面、側面およびＳｉ基板側に放射され、Ｓｉ基板側に放射された光はＳｉ基板に入射する。しかし、Ｓｉ基板は発光層からの光を多く吸収するため、大きな光出力を期待することができなかった。そこで、光を反射し、かつ電極としても用いることができる金属板をＳｉ基板の代わりに用いるという方法が提案されている。
【０００３】
図１４に特開平１０−２７０７６１号公報に開示されている導電性接着剤を用いて金属板を直接半導体層上に貼りつけた従来の発光素子を示す。この従来の発光素子は以下のようにして作製される。まず、サファイア基板上にｎ型層１４、活性層１５およびｐ型層１６を順次積層する。その後、ｐ型層１６上にＮｉとＡｕの合金層を全面に設け、Ａｇペーストなどの導電性接着剤で合金層と金属基板１７とを貼りつける。
【０００４】
次に、サファイア基板を研磨して薄くする技術を利用して、サファイア基板を研磨して完全に除去し、サファイア基板の除去により露出したｎ型層１４の表面に、たとえばＴｉとＡｕの合金層を設けてパターニングしてｎ側電極１３を形成する。その後、各チップに切断分離する。このようにして得られた発光素子は、ｐ型層１６側に貼りつけされた金属基板１７をｐ側電極としている。
【０００５】
しかし、上記のように合金層と金属板との貼りつけにＡｇペースト等の導電性接着剤を用いた場合には、この導電性接着剤の熱伝導が悪いことから、発光素子の通電中における発熱を効率的に外部へ逃がすことができず、発光素子の温度が上昇するため発光素子が早く劣化してしまうという問題があった。また、このような発光素子に長時間電流を流し続けると、ｐ側電極である金属基板１７が剥がれてしまうという問題があった。さらに、上記導電性接着剤は金属に比べて電気抵抗が高く、発光素子の駆動電圧が高くなるという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑みて、本発明は、金属板を用いた窒化物系半導体発光素子において、早期の劣化を防止し、低駆動電圧で金属板の剥がれのない信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、基板上方にｎ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｐ型窒化物系半導体層をこの順に積層する工程と、ｐ型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成する工程と、金属膜上に金属板を電解メッキ法により形成する工程と、基板の少なくとも一部を除去してｎ型窒化物系半導体層表面を露出させる工程と、を含み、金属板は基板から引張応力を受けるようにまたは応力フリーとなるように形成され、ｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層またはｎ型窒化物系半導体層は、部分的に薄いかまたは無い部分がある窒化物系半導体発光素子の製造方法であることを特徴としている。
【０００８】
ここで、上記金属膜を形成する際または形成した後に、熱処理を行なうことが好ましく、上記金属膜の形成は、蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法、ＣＶＤ法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なわれることが好ましい。
【０００９】
また、上記金属板がＮｉまたはＣｕを主成分としていることが好ましく、金属板の厚さが１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
また、上記金属膜は、ｐ型窒化物系半導体層上に形成されたオーミック接触層を有することが好ましく、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、ＲｕまたはＯｓの群から選択される少なくとも一種を含むオーミック接触層を有することが好ましい。
【００１１】
また、上記金属膜は、上記金属板を電解メッキ法により形成するのに適した金属または合金からなるメッキ下地層を有することが好ましく、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＷまたはＴａの群から選択される少なくとも一種を含むメッキ下地層を有することが好ましい。
【００１２】
また、上記金属膜は上記オーミック接触層と上記メッキ下地層とを有し、さらに上記オーミック接触層と上記メッキ下地層との間に金属の拡散を防ぐための中間層を有していることが好ましく、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＰｔまたはＡｕよりなる群から選択される少なくとも一種を含む中間層を有していることが好ましい。
【００１３】
また、上記ｐ型窒化物系半導体層中の金属膜と接する層が単結晶の窒化物系半導体であることが好ましく、この層のドーパント濃度が１０¹⁶／ｃｍ³以上１０²²／ｃｍ³以下であることが好ましい。
【００１５】
また、上記基板はＳｉ基板であることが好ましく、上記基板の除去はフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いてエッチングすることにより行なわれることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、上記のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法により製造された窒化物系半導体発光素子であって、金属板上方に順次形成された金属膜、ｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｎ型窒化物系半導体層を含み、金属膜がＰｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｍｏ、ＷまたはＴｉの群から選択される少なくとも一種を含む金属層を有している窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明は、上記のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法により製造された窒化物系半導体発光素子であって、金属板上方に順次形成された金属膜、ｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｎ型窒化物系半導体層を含み、金属膜に接するｐ型窒化物系半導体層中に含まれるドーパント濃度が１０¹⁶／ｃｍ³以上１０²²／ｃｍ³以下である窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図２は、実施の形態１における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。図３は、実施の形態１における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【００２０】
以下、実施の形態１の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、Ｓｉからなる基板１上にｎ型ＩｎＡｌＮからなるバッファ層２、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物系半導体層３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層４をこの順番に順次積層形成する。
【００２１】
次に窒化物系半導体発光層４上にｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体クラッド層５およびｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体コンタクト層６を順次積層形成した後、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層６上にオーミック接触層７としてＰｄを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理をすることにより、オーミック接触層７とｐ型窒化物系半導体コンタクト層６との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層６とオーミック接触層７との密着力が増すこととなる。
【００２２】
次にオーミック接触層７上に金属板８としてＮｉを電解メッキ法により約１００μｍの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Ｎｉを含む電極を陽極とし、オーミック接触層７を陰極として、これらの電極をＮｉイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しオーミック接触層７上にＮｉをメッキすることにより行なった。図１はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板８は基板１から引張応力を受けている。
【００２３】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板１を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ化水素酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液を用いて基板１を除去し、バッファ層２の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板１を選択的にエッチングし得り、ｎ型窒化物系半導体層であるバッファ層２の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【００２４】
次に、図２に示すように、露出したバッファ層２上にＨｆを約５ｎｍ、Ａｌを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理を行なうことによりｎ型オーミック電極９を形成する。その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子をダイシングにより約３００μｍ角の四角形の大きさに分割する。図２はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【００２５】
図３は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子のｎ型オーミック電極９側から見た模式的な上面図である。このようにして得られた実施の形態１の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【００２６】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図５は、実施の形態２における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。図６は、実施の形態２における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【００２７】
以下、実施の形態２の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図４に示すように、Ｓｉからなる基板２１上にＡｌＮからなるバッファ層２２、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物系半導体層２３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層２４をこの順番に順次積層形成する。
【００２８】
次に窒化物系半導体発光層２４上にｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体クラッド層２５およびｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体コンタクト層２６を順次積層形成した後、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層２６上にオーミック接触層２７としてＰｄを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理をすることにより、オーミック接触層２７とｐ型窒化物系半導体コンタクト層２６との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層２６とオーミック接触層２７との密着力が増すこととなる。
【００２９】
次にオーミック接触層２７上にメッキ下地層１０としてＡｕを約３００ｎｍ蒸着し、このメッキ下地層１０上に金属板２８としてＮｉを電解メッキ法により約１００μｍの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Ｎｉを含む電極を陽極とし、メッキ下地層１０を陰極として、これらの電極をＮｉイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しメッキ下地層１０上にＮｉをメッキすることにより行なった。図４はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板２８は基板２１から引張応力を受けている。
【００３０】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板２１を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ化水素酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液を用いて基板２１を除去し、バッファ層２２の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板２１を選択的にエッチングすることができ、ｎ型窒化物系半導体層であるバッファ層２２の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【００３１】
次に、図５に示すように、露出したバッファ層２２上にＨｆを約５ｎｍ、Ａｌを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理を行なうことによりｎ型オーミック電極２９を形成する。その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子をダイシングにより約３００μｍ角の四角形の大きさに分割する。図５はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【００３２】
図６は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子のｎ型オーミック電極２９側から見た模式的な上面図である。このようにして得られた実施の形態２の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【００３３】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図８は、実施の形態３における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。図９は、実施の形態３における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【００３４】
以下、実施の形態３の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図７に示すように、Ｓｉからなる基板３１上にＡｌＮからなるバッファ層３２、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物系半導体層３３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層３４をこの順番に順次積層形成する。
【００３５】
次に窒化物系半導体発光層３４上にｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体クラッド層３５およびｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体コンタクト層３６を順次積層形成した後、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層３６上にオーミック接触層３７としてＰｄを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、オーミック接触層３７上に中間層１１としてＭｏを約３０ｎｍ蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理をすることにより、オーミック接触層３７とｐ型窒化物系半導体コンタクト層３６との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層３６とオーミック接触層３７との密着力が増すこととなる。
【００３６】
次に中間層１１上にメッキ下地層１１０としてＡｕＧｅを約３００ｎｍ蒸着し、このメッキ下地層１１０上に金属板３８としてＮｉを電解メッキ法により約１００μｍの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Ｎｉを含む電極を陽極とし、メッキ下地層１１０を陰極として、これらの電極をＮｉイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しメッキ下地層１１０上にＮｉをメッキすることにより行なった。図７はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板３８は基板３１から引張応力を受けている。
【００３７】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板３１を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ化水素酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液を用いて基板３１を除去し、バッファ層３２の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板３１を選択的にエッチングすることができ、ｎ型窒化物系半導体層であるバッファ層３２の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【００３８】
次にドライエッチング法を用いてバッファ層３２を除去し、ｎ型窒化物系半導体層３３の表面を露出させる。次にダイシングする部分のｎ型窒化物系半導体層３３をドライエッチング法により除去するために、ダイシングライン以外の部分をフォトレジストで覆う。ここでドライエッチング法としては、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）を用い、フォトレジストで覆われていない部分をオーミック接触層３７が露出するまで行なう。
【００３９】
次に、図８に示すように、ｎ型窒化物系半導体層３３上にＨｆを約５ｎｍ、Ａｌを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理を行なうことによりｎ型オーミック電極３９を形成する。その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子をダイシングにより約３００μｍ角の四角形の大きさに分割する。図８はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【００４０】
図９は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子のｎ型オーミック電極３９側から見た模式的な上面図である。このようにして得られた実施の形態３の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【００４１】
（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４において、基板上にマスクを形成した状態の模式的な上面図である。図１１は、実施の形態４における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図１２は、実施の形態４における窒化物系半導体発光素子の分割前の模式的な断面構造図である。図１３は、実施の形態４における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【００４２】
以下、実施の形態４の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。図１０に示すように、まずＳｉからなる基板４１上に窒化物系半導体層を選択的に積層させるためにマスク１２としてＳｉＯ₂を約３００ｎｍの厚さに形成する。このときマスクが形成されていない開口部の大きさは、約２００μｍ角の四角形で、その開口部は約３００μｍピッチの間隔で並んでいる。このようにマスク１２を形成した場合には、基板４１の開口部のみに窒化物系半導体層が選択的に積層されることとなる。
【００４３】
次に、マスク１２が形成された基板４１上にＡｌＮからなるバッファ層４２、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物系半導体層４３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層４４をこの順番に順次積層形成する。
【００４４】
次に窒化物系半導体発光層４４上にｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体クラッド層４５およびｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体コンタクト層４６を順次積層形成した後、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層４６上にオーミック接触層４７としてＰｄを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理をすることにより、オーミック接触層４７とｐ型窒化物系半導体コンタクト層４６との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層４６とオーミック接触層４７との密着力が増すこととなる。
【００４５】
次にオーミック接触層４７上にメッキ下地層２１０としてＡｕを約３００ｎｍ蒸着し、このメッキ下地層２１０上に金属板４８としてＮｉを電解メッキ法により約１００μｍの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Ｎｉを含む電極を陽極とし、メッキ下地層２１０を陰極として、これらの電極をＮｉイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しメッキ下地層２１０上にＮｉをメッキすることにより行なった。図１１はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板４８は基板４１から引張応力を受けている。
【００４６】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板４１を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ化水素酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液を用いて基板４１を除去し、バッファ層４２の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板４１を選択的にエッチングすることができ、ｎ型窒化物系半導体層であるバッファ層４２の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【００４７】
次にドライエッチング法を用いてバッファ層４２を除去し、ｎ型窒化物系半導体層４３の表面を露出させる。次にダイシングする部分のｎ型窒化物系半導体層４３をドライエッチング法により除去するために、ダイシングライン以外の部分をフォトレジストで覆う。ここでドライエッチング法としては、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）を用い、フォトレジストで覆われていない部分をオーミック接触層４７が露出するまで行なう。
【００４８】
次に、図１２に示すように、ｎ型窒化物系半導体層４３上にＨｆを約５ｎｍ、Ａｌを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理を行なうことによりｎ型オーミック電極４９を形成する。図１２はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【００４９】
その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子を図１２に示す点線に沿ってダイシングすることにより約３００μｍ角の四角形の大きさに分割する。
【００５０】
図１３は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。このようにして得られた実施の形態４の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【００５１】
上記実施の形態において、基板はＳｉからなる基板だけでなく、従来から公知のあらゆる基板を用いることができる。Ｓｉからなる基板を用いた場合にはエッチングによって容易に除去することができ、窒化物系半導体発光素子の製造コストを低減できる点で好ましい。この場合のエッチング液としてフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いた場合には、Ｓｉからなる基板を選択的にエッチングでき、窒化物系半導体層がエッチングストップ層となり、製造プロセスが容易となり製造コストを低減できる点で好ましい。
【００５２】
上記実施の形態において、バッファ層、ｎ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層、ｐ型窒化物系半導体クラッド層およびｐ型窒化物系半導体コンタクト層は上記材料だけでなく、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる窒化物系半導体材料が用いられ得る。ここで、これらの窒化物系半導体層は、部分的に薄いかまたは無い部分があってもよく、この場合にはチップ状に分割する際に、窒化物系半導体層の薄い部分または無い部分を切断することにより、発光領域の半導体層にダメージを与えることがないため信頼性の高い発光素子を作製することができ、また発光素子の製造歩留まりが向上する点で好ましい。
【００５３】
上記実施の形態において、これらの窒化物系半導体層を積層する方法は従来から公知の方法、たとえばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）等が用いられ得る。
【００５４】
また、上記実施の形態において、窒化物系半導体発光層としては多重量子井戸構造の発光層だけでなく、単一量子井戸構造の発光層も用いられ得る。
【００５５】
また、上記実施の形態において、上記ｐ型窒化物系半導体クラッド層およびｐ型窒化物系半導体コンタクト層等のｐ型窒化物系半導体層中のオーミック接触層、メッキ下地層および中間層等の金属膜と接する層が単結晶の窒化物系半導体であることが好ましい。この場合には、多結晶や非晶質のものと異なり、適当な濃度のドーパントを注入することにより発光素子の駆動電圧を低減することができる傾向にある。さらに、上記金属膜と接する層のドーパント濃度が１０¹⁶／ｃｍ³以上１０²²／ｃｍ³以下であることが、半導体層と金属膜との良好なオーミック接触を得られる点でさらに好ましい。
【００５６】
また、上記実施の形態において、オーミック接触層としてはＰｄだけでなく、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、ＲｕまたはＯｓの群から選択される少なくとも一種を含む金属も好適に用いられる。これらの金属は仕事関数が大きいため、ｐ型窒化物系半導体層と良好なオーミック接触を得ることができ、接触抵抗が小さくなり、発光素子の駆動電圧を低減することができる傾向にある。また、これらの金属を含むことにより金属板との密着強度が向上し、長時間電流を流しても金属板が剥がれることのない信頼性の高い発光素子を作製することができる傾向にある。
【００５７】
また、上記実施の形態において、メッキ下地層としてはＡｕ、ＡｕＧｅだけでなく、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＷまたはＴａの群から選択される少なくとも一種を含む金属も好適に用いられる。上記オーミック接触層に用いられる金属によってはメッキが困難な場合があり、またメッキが困難でない場合であってもこれらの金属を用いることによって均一な厚さの密着性が良好な金属板を形成することができる傾向にある。
【００５８】
また、上記実施の形態において、中間層はＭｏだけでなく、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＰｔまたはＡｕよりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属も好適に用いることができる。上記オーミック接触層、メッキ下地層または金属板に用いられる金属によっては、相互に拡散すると発光素子の信頼性を低下させる場合があり、これらの金属を中間層として用いることにより、オーミック接触層に含まれる金属が金属板に拡散したり、メッキ下地層や金属板に含まれる金属がオーミック接触層に拡散することを防ぐことができ、信頼性の高い発光素子を作製することができる傾向にある。
【００５９】
また、上記実施の形態において、オーミック接触層、メッキ下地層、中間層等の金属膜の形成は蒸着だけでなく、蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法、ＣＶＤ法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なうことができる。これらの方法を用いることにより金属の単層または多層からなる金属膜を容易に形成することができ、発光素子の製造コストを低減することができる傾向にある。また、上記金属膜を形成する際または形成した後に、熱処理を行なうこともできる。熱処理を行なうことにより良好なオーミック接触を得ることができるだけでなく、上記金属膜とｐ型窒化物系半導体層との密着性が良好となり、長時間電流を流しても金属板が剥がれることのない信頼性の高い発光素子を作製することができる傾向にある。
【００６０】
また、上記実施の形態においては、電解メッキ法を用いているが、メッキ法であれば無電解メッキを用いてもよい。これらメッキ法で形成した金属板は、半導体層との密着力が強く、かつ半導体層との均一な密着性を有するため、金属板の剥がれが生じないことから発光素子の製造歩留まりを向上させることができる傾向にある。特に電解メッキを用いた場合には、短時間で金属板を所定の厚さに形成することができることから、さらに発光素子の製造歩留まりを向上させることができる傾向が大きい。
【００６１】
また、上記実施の形態において、金属板はＮｉだけでなく、従来から公知の金属を用いることができるが、ＮｉまたはＣｕを主成分とする金属を用いることが好ましい。ＮｉまたはＣｕを主成分とすることにより、金属板の放熱性と導電性がともに良好となるため、発光素子の早期劣化を防止することのできる信頼性の高い発光素子を作製することができ、また、これらの金属を用いた場合にはメッキ法により容易に金属板を作製することができるため発光素子の製造コストを低下させることができる傾向にある。また、金属板の厚さは１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。金属板の厚さが１０μｍ以上とすることにより、基板を除去した場合でも発光素子の取り扱いが容易となり、２ｍｍより厚いと発光素子が大きくなりすぎる傾向にある。
【００６２】
また、本発明においては、上記メッキ法で形成された金属板は、Ｓｉ基板から引張応力を受けていることまたは応力フリーであることが好ましい。メッキ法、特に電解メッキ法では応力が重要で、金属板がＳｉ基板から圧縮応力を受けている場合には、Ｓｉ基板除去後に金属板は圧縮方向とは逆方向に伸びようとし、金属板が引張応力を受けている場合には、Ｓｉ基板除去後に金属板は収縮しようとする。したがって、ワット浴を用いてＳｉ基板から引張応力を受けている金属板を形成した場合には、Ｓｉ基板除去後に金属板上に形成された窒化物系半導体発光素子はクラックが生じなかったが、Ｓｉ基板から圧縮応力を受けている金属板を形成した場合には、Ｓｉ基板除去後に窒化物系半導体発光素子にクラックが生じることがあった。これは、Ｓｉ基板上に成長した窒化物系半導体発光素子はＳｉ基板から引張応力を受けて発光素子自身が収縮しようとしているが、Ｓｉ基板から圧縮応力を受ける金属板を形成すると、Ｓｉ基板除去後に収縮しようとしている窒化物系半導体発光素子がその収縮方向とは逆方向に伸びようとする金属板の力に負けて窒化物系半導体発光素子が裂けてしまうことによりクラックが生じてしまうためと考えられる。なお、Ｓｉ基板から引張応力および圧縮応力のいずれも受けない応力フリーの金属板を用いた場合にはクラックは生じない。
【００６３】
また、上記実施の形態においては、基板上にｎ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｐ型窒化物系半導体層をこの順に積層した後、ｐ型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成し、この金属膜上に金属板をメッキ法により形成したが、基板上にｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｎ型窒化物系半導体層をこの順に積層した後、ｎ型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成し、この金属膜上に金属板をメッキ法により形成してもよい。この場合にも上記と同様に早期の劣化を防止し、低駆動電圧で金属板の剥がれのない信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができ得る。
【００６４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６５】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、金属板の形成に熱伝導性および耐久性の悪い導電性接着剤ではなく、直接金属を半導体層上に形成するメッキ法を用いているので、従来よりも発光素子の通電中における発熱を効率的に外部へ逃がすことができることから発光素子の早期劣化を防止することができる。また導電性接着剤よりも電気抵抗が小さくなるため発光素子の駆動電圧を低減することができる。さらに、半導体層と金属板との密着性が良好であるので発光素子に長時間電流を流した場合でも金属板が剥がれることがなく、発光素子の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図２】実施の形態１における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図３】実施の形態１における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図４】実施の形態２における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図５】実施の形態２における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図６】実施の形態２における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図７】実施の形態３における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図８】実施の形態３における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図９】実施の形態３における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図１０】実施の形態４における基板上にマスクを形成した状態の模式的な上面図である。
【図１１】実施の形態４における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図１２】実施の形態４における窒化物系半導体発光素子の分割前の模式的な断面構造図である。
【図１３】実施の形態４における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図１４】従来の金属基板を用いた半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１基板、２，２２，３２，４２バッファ層、３，２３，３３，４３ｎ型窒化物系半導体層、４，２４，３４，４４窒化物系半導体発光層、５，２５，３５，４５ｐ型窒化物系半導体クラッド層、６，２６，３６，４６ｐ型窒化物系半導体コンタクト層、７，２７，３７，４７オーミック接触層、８，２８，３８，４８金属板、９，２９，３９，４９ｎ型オーミック電極、１０，１１０，２１０メッキ下地層、１１中間層、１２マスク、１３ｎ側電極、１４ｎ型層、１５活性層、１６ｐ型層、１７金属基板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device and a product thereof, and particularly to a nitride-based semiconductor light-emitting device using a metal plate as an electrode, preventing early deterioration, and having a low driving voltage and high reliability. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device and a product thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various nitride semiconductor light emitting devices using a Si (silicon) substrate as a substrate have been used. However, the conventional nitride semiconductor light emitting device using this Si substrate has the following problems. That is, light generated from the light emitting layer in the light emitting element is radiated to the upper surface, side surface, and Si substrate side of the light emitting element, and the light radiated to the Si substrate side is incident on the Si substrate. However, since the Si substrate absorbs a lot of light from the light emitting layer, a large light output could not be expected. Therefore, a method has been proposed in which a metal plate that reflects light and can also be used as an electrode is used instead of the Si substrate.
[0003]
FIG. 14 shows a conventional light emitting device in which a metal plate is directly bonded onto a semiconductor layer using a conductive adhesive disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-270761. This conventional light emitting device is manufactured as follows. First, an n-type layer 14, an active layer 15, and a p-type layer 16 are sequentially stacked on a sapphire substrate. Thereafter, an alloy layer of Ni and Au is provided on the entire surface of the p-type layer 16, and the alloy layer and the metal substrate 17 are bonded with a conductive adhesive such as an Ag paste.
[0004]
Next, using a technique for polishing and thinning the sapphire substrate, the sapphire substrate is completely removed by polishing. On the surface of the n-type layer 14 exposed by the removal of the sapphire substrate, for example, an alloy layer of Ti and Au And patterning to form the n-side electrode 13. Then, it cuts and separates into each chip. The light emitting device thus obtained uses the metal substrate 17 attached to the p-type layer 16 side as a p-side electrode.
[0005]
However, when a conductive adhesive such as an Ag paste is used for bonding the alloy layer and the metal plate as described above, the heat conduction of the conductive adhesive is poor, so that the light emitting element is energized. There is a problem in that heat generation cannot be efficiently released to the outside, and the temperature of the light emitting element rises, so that the light emitting element deteriorates quickly. In addition, when a current is continuously supplied to such a light emitting element for a long time, there is a problem that the metal substrate 17 which is a p-side electrode is peeled off. Further, the conductive adhesive has a problem that the electric resistance is higher than that of metal and the driving voltage of the light emitting element is increased.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, the present invention provides a nitride-based semiconductor light-emitting device using a metal plate, which prevents early deterioration and has a low driving voltage and does not peel off the metal plate, and has high reliability. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a product thereof.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a step of laminating an n-type nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer in this order above a substrate, and a p-type nitride semiconductor. Forming a single-layer or multilayer metal film on the layer, forming a metal plate on the metal film by electrolytic plating, Removing at least part of the substrate to expose the surface of the n-type nitride semiconductor layer; The metal plate is formed to receive tensile stress from the substrate or to be stress free The p-type nitride-based semiconductor layer, the nitride-based semiconductor light-emitting layer, or the n-type nitride-based semiconductor layer has a portion that is partially thin or absent. And a nitride semiconductor light emitting device manufacturing method.
[0008]
here ,Up Heat treatment is preferably performed during or after the formation of the metal film. The metal film is formed by using one or more of a vapor deposition method, an electrolytic plating method, an electroless plating method, a CVD method, and a sputtering method. It is preferable to be performed.
[0009]
Moreover, it is preferable that the said metal plate has Ni or Cu as a main component, and it is preferable that the thickness of a metal plate is 10 micrometers or more and 2 mm or less.
[0010]
The metal film preferably has an ohmic contact layer formed on the p-type nitride semiconductor layer, and includes at least one selected from the group consisting of Pd, Ni, Pt, Rh, Ru, and Os. It is preferable to have a contact layer.
[0011]
In addition, the metal film is formed of the metal plate. electrolytic It is preferable to have a plating base layer made of a metal or an alloy suitable for forming by a plating method, and selected from the group of Pd, Au, Ni, Fe, Cu, Zn, Al, Mg, Mo, Ti, W or Ta It is preferable to have a plating underlayer containing at least one of the above.
[0012]
The metal film has the ohmic contact layer and the plating base layer, and further has an intermediate layer for preventing metal diffusion between the ohmic contact layer and the plating base layer. Preferably, it has an intermediate layer containing at least one selected from the group consisting of Mo, W, Ti, Pt or Au.
[0013]
The layer in contact with the metal film in the p-type nitride semiconductor layer is preferably a single crystal nitride semiconductor, and the dopant concentration of this layer is 10 ¹⁶ / Cm ^Three 10 or more ^{twenty two} / Cm ^Three The following is preferable.
[0015]
The substrate is preferably a Si substrate, and the substrate is preferably removed by etching using a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid.
[0016]
The present invention also provides: A nitride-based semiconductor light-emitting device manufactured by the method for manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of the above, Includes a metal film, p-type nitride semiconductor layer, nitride semiconductor light emitting layer, and n-type nitride semiconductor layer sequentially formed above the metal plate Gold The metal film has a metal layer containing at least one selected from the group consisting of Pd, Ni, Pt, Rh, Ru, Os, Au, Fe, Cu, Zn, Al, Mg, Ta, Mo, W or Ti. A nitride-based semiconductor light-emitting device.
[0017]
Furthermore, the present invention provides A nitride-based semiconductor light-emitting device manufactured by the method for manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of the above, Includes a metal film, p-type nitride semiconductor layer, nitride semiconductor light emitting layer, and n-type nitride semiconductor layer sequentially formed above the metal plate Gold The dopant concentration contained in the p-type nitride semiconductor layer in contact with the metal film is 10 ¹⁶ / Cm ^Three 10 or more ^{twenty two} / Cm ^Three The nitride semiconductor light emitting device is the following.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
[0019]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional structure diagram of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to the first embodiment in the middle of manufacturing. FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram at the stage where the nitride-based semiconductor light-emitting device in the first embodiment is completed. FIG. 3 is a schematic top view of the nitride-based semiconductor light-emitting element after completion in the first embodiment.
[0020]
Hereinafter, a method for manufacturing the nitride-based semiconductor light-emitting device of the first embodiment will be described. First, a buffer layer 2 made of n-type InAlN, an n-type nitride semiconductor layer 3 made of Si-doped GaN, a barrier layer made of GaN and a well layer made of InGaN are formed on a substrate 1 made of Si. The multiple quantum well nitride-based semiconductor light-emitting layers 4 are sequentially stacked in this order.
[0021]
Next, a p-type nitride semiconductor clad layer 5 made of p-type AlGaN and a p-type nitride semiconductor contact layer 6 made of p-type GaN are sequentially stacked on the nitride-based semiconductor light emitting layer 4 and then p-type nitrided. Pd is vapor-deposited as an ohmic contact layer 7 on the physical semiconductor contact layer 6 to a thickness of about 200 nm, and heat-treated at about 500 ° C. for about 3 minutes in a vacuum, whereby the ohmic contact layer 7 and the p-type nitride type are deposited. Alloying treatment with the semiconductor contact layer 6 is performed. By performing this heat treatment, the adhesion between the p-type nitride semiconductor contact layer 6 and the ohmic contact layer 7 is increased.
[0022]
Next, Ni is formed as a metal plate 8 on the ohmic contact layer 7 to a thickness of about 100 μm by electrolytic plating. In this electrolytic plating method, an electrode containing Ni is used as an anode, an ohmic contact layer 7 is used as a cathode, these electrodes are immersed in an electrolytic bath containing an aqueous solution containing Ni ions, and an electric current is passed between these electrodes to form an ohmic contact. This was performed by plating Ni on the contact layer 7. FIG. 1 is a schematic cross-sectional structure diagram of a nitride-based semiconductor light-emitting device at this production stage. The plating solution used here is a Watt bath, and the formed metal plate 8 receives tensile stress from the substrate 1.
[0023]
Next, a portion of the nitride-based semiconductor light-emitting device other than the substrate 1 is covered with electron wax, and an etching solution in which 70% hydrofluoric acid, 60% nitric acid, and glacial acetic acid are mixed at a ratio of 5: 2: 2. Then, the substrate 1 is removed and the surface of the buffer layer 2 is exposed. By using such an etchant, the substrate 1 can be selectively etched, and the surface of the buffer layer 2 that is an n-type nitride semiconductor layer can be exposed flat. Thereafter, the electron wax is removed with an organic solvent such as acetone.
[0024]
Next, as shown in FIG. 2, n-type is formed by depositing Hf with a thickness of about 5 nm and Al with a thickness of about 200 nm on the exposed buffer layer 2 and performing a heat treatment at about 500 ° C. for about 3 minutes in a vacuum. An ohmic electrode 9 is formed. Thereafter, the nitride-based semiconductor light-emitting device thus obtained is divided into quadrangular sizes of about 300 μm square by dicing. FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram of the nitride-based semiconductor light-emitting element at this production stage.
[0025]
FIG. 3 is a schematic top view of the nitride-based semiconductor light-emitting device obtained as described above, as viewed from the n-type ohmic electrode 9 side. The nitride-based semiconductor light-emitting device of the first embodiment thus obtained was a low-reliability device that has a low driving voltage and does not peel off even in a long-term current test.
[0026]
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional structure diagram in the middle of the production of the nitride-based semiconductor light-emitting element in the second embodiment. FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure diagram at the stage where the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the second embodiment is completed. FIG. 6 is a schematic top view of the nitride-based semiconductor light-emitting element after completion in the second embodiment.
[0027]
Hereinafter, a method for manufacturing the nitride-based semiconductor light-emitting device of the second embodiment will be described. First, as shown in FIG. 4, a buffer layer 22 made of AlN on a substrate 21 made of Si, an n-type nitride semiconductor layer 23 made of GaN doped with Si, a barrier layer made of GaN, and a well made of InGaN. A multi-quantum well nitride-based semiconductor light emitting layer 24 composed of layers is sequentially stacked in this order.
[0028]
Next, a p-type nitride semiconductor cladding layer 25 made of p-type AlGaN and a p-type nitride semiconductor contact layer 26 made of p-type GaN are sequentially stacked on the nitride-based semiconductor light emitting layer 24, and then p-type nitrided. Pd is deposited as an ohmic contact layer 27 on the physical semiconductor contact layer 26 to a thickness of about 200 nm, and heat-treated at about 500 ° C. for about 3 minutes in a vacuum, whereby the ohmic contact layer 27 and the p-type nitride system are treated. Alloying treatment with the semiconductor contact layer 26 is performed. By performing this heat treatment, the adhesion between the p-type nitride semiconductor contact layer 26 and the ohmic contact layer 27 is increased.
[0029]
Next, about 300 nm of Au is deposited on the ohmic contact layer 27 as the plating base layer 10, and Ni is formed on the plating base layer 10 as a metal plate 28 to a thickness of about 100 μm by electrolytic plating. In this electrolytic plating method, an electrode containing Ni is used as an anode, a plating base layer 10 is used as a cathode, these electrodes are immersed in an electrolytic bath containing an aqueous solution containing Ni ions, and a current is passed between these electrodes to perform plating. This was performed by plating Ni on the underlayer 10. FIG. 4 shows a schematic cross-sectional structure diagram of the nitride-based semiconductor light-emitting device at this stage of production. The plating solution used here is a Watt bath, and the formed metal plate 28 receives tensile stress from the substrate 21.
[0030]
Next, a portion of the nitride semiconductor light emitting device except for the substrate 21 is covered with electron wax, and an etching solution in which 70% hydrofluoric acid, 60% nitric acid, and glacial acetic acid are mixed at a ratio of 5: 2: 2. Then, the substrate 21 is removed and the surface of the buffer layer 22 is exposed. By using such an etchant, the substrate 21 can be selectively etched, and the surface of the buffer layer 22 that is an n-type nitride semiconductor layer can be exposed flat. Thereafter, the electron wax is removed with an organic solvent such as acetone.
[0031]
Next, as shown in FIG. 5, n-type is formed by depositing Hf with a thickness of about 5 nm and Al with a thickness of about 200 nm on the exposed buffer layer 22 and performing a heat treatment at about 500 ° C. for about 3 minutes in a vacuum. An ohmic electrode 29 is formed. Thereafter, the nitride-based semiconductor light-emitting device thus obtained is divided into quadrangular sizes of about 300 μm square by dicing. FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure diagram of the nitride-based semiconductor light-emitting device at this production stage.
[0032]
FIG. 6 is a schematic top view of the nitride-based semiconductor light-emitting device obtained as described above, as viewed from the n-type ohmic electrode 29 side. The nitride-based semiconductor light-emitting device of the second embodiment thus obtained was a low-reliability device that had a low driving voltage and did not peel off even in a long-term current test.
[0033]
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional structure diagram in the middle of the production of the nitride-based semiconductor light-emitting element in the third embodiment. FIG. 8 is a schematic cross-sectional structure diagram at the stage where the nitride-based semiconductor light-emitting device in the third embodiment is completed. FIG. 9 is a schematic top view of the nitride-based semiconductor light-emitting element after completion in the third embodiment.
[0034]
Hereinafter, a method for manufacturing the nitride-based semiconductor light-emitting element of the third embodiment will be described. First, as shown in FIG. 7, a buffer layer 32 made of AlN on a substrate 31 made of Si, an n-type nitride-based semiconductor layer 33 made of GaN doped with Si, a barrier layer made of GaN, and a well made of InGaN A multi-quantum well nitride-based semiconductor light emitting layer 34 composed of layers is sequentially stacked in this order.
[0035]
Next, a p-type nitride semiconductor clad layer 35 made of p-type AlGaN and a p-type nitride semiconductor contact layer 36 made of p-type GaN are sequentially stacked on the nitride-based semiconductor light emitting layer 34, and then p-type nitrided. Pd is deposited as an ohmic contact layer 37 to a thickness of about 200 nm on the physical semiconductor contact layer 36, and Mo is deposited as an intermediate layer 11 on the ohmic contact layer 37 to a thickness of about 30 nm. The ohmic contact layer 37 and the p-type nitride semiconductor contact layer 36 are alloyed by performing a heat treatment for a minute. By performing this heat treatment, the adhesion between the p-type nitride semiconductor contact layer 36 and the ohmic contact layer 37 is increased.
[0036]
Next, about 300 nm of AuGe is deposited on the intermediate layer 11 as a plating base layer 110, and Ni is formed on the plating base layer 110 as a metal plate 38 to a thickness of about 100 μm by electrolytic plating. In this electrolytic plating method, an electrode containing Ni is used as an anode, a plating base layer 110 is used as a cathode, these electrodes are immersed in an electrolytic bath containing an aqueous solution containing Ni ions, and a current is passed between these electrodes to perform plating. This was performed by plating Ni on the underlayer 110. FIG. 7 shows a schematic cross-sectional structure diagram of the nitride-based semiconductor light-emitting device at this stage of production. The plating solution used here is a Watt bath, and the formed metal plate 38 is subjected to tensile stress from the substrate 31.
[0037]
Next, the portion of the nitride semiconductor light emitting device except for the substrate 31 is covered with electron wax, and an etching solution in which 70% hydrofluoric acid, 60% nitric acid and glacial acetic acid are mixed at a ratio of 5: 2: 2. Then, the substrate 31 is removed and the surface of the buffer layer 32 is exposed. By using such an etchant, the substrate 31 can be selectively etched, and the surface of the buffer layer 32 that is an n-type nitride-based semiconductor layer can be exposed flat. Thereafter, the electron wax is removed with an organic solvent such as acetone.
[0038]
Next, the buffer layer 32 is removed using a dry etching method, and the surface of the n-type nitride semiconductor layer 33 is exposed. Next, in order to remove the n-type nitride semiconductor layer 33 at the portion to be diced by dry etching, the portion other than the dicing line is covered with a photoresist. Here, as the dry etching method, an RIE method (reactive ion etching method) is used until the ohmic contact layer 37 is exposed at a portion not covered with the photoresist.
[0039]
Next, as shown in FIG. 8, Hf is deposited to a thickness of about 5 nm and Al to a thickness of about 200 nm on the n-type nitride semiconductor layer 33, and heat treatment is performed at about 500 ° C. for about 3 minutes in a vacuum. Thus, the n-type ohmic electrode 39 is formed. Thereafter, the nitride-based semiconductor light-emitting device thus obtained is divided into quadrangular sizes of about 300 μm square by dicing. FIG. 8 is a schematic cross-sectional structure diagram of the nitride-based semiconductor light-emitting device at this production stage.
[0040]
FIG. 9 is a schematic top view of the nitride-based semiconductor light-emitting device obtained as described above, as viewed from the n-type ohmic electrode 39 side. The nitride-based semiconductor light-emitting device of Embodiment 3 obtained in this way was a low-reliability device that had a low driving voltage and did not peel off even in a long-term current test.
[0041]
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a schematic top view showing a state in which a mask is formed on a substrate in the fourth embodiment. FIG. 11 is a schematic cross-sectional structure diagram in the middle of the production of the nitride-based semiconductor light-emitting element in the fourth embodiment. FIG. 12 is a schematic cross-sectional structure diagram before the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the fourth embodiment is divided. FIG. 13 is a schematic cross-sectional structure diagram at the stage where the nitride-based semiconductor light-emitting device in the fourth embodiment is completed.
[0042]
Hereinafter, a method for manufacturing the nitride-based semiconductor light-emitting device of the fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 10, first, as a mask 12 for selectively laminating a nitride-based semiconductor layer on a substrate 41 made of Si, SiO 2 is used. ₂ Is formed to a thickness of about 300 nm. At this time, the size of the openings where the mask is not formed is a square of about 200 μm square, and the openings are arranged at intervals of about 300 μm pitch. When the mask 12 is formed in this way, a nitride-based semiconductor layer is selectively stacked only on the opening of the substrate 41.
[0043]
Next, on the substrate 41 on which the mask 12 is formed, a buffer layer 42 made of AlN, an n-type nitride semiconductor layer 43 made of Si doped GaN, a barrier layer made of GaN, and a well layer made of InGaN The multi-quantum well nitride-based semiconductor light emitting layer 44 is sequentially stacked in this order.
[0044]
Next, a p-type nitride semiconductor clad layer 45 made of p-type AlGaN and a p-type nitride semiconductor contact layer 46 made of p-type GaN are sequentially stacked on the nitride-based semiconductor light emitting layer 44, and then p-type nitrided. By depositing Pd as an ohmic contact layer 47 on the physical semiconductor contact layer 46 to a thickness of about 200 nm and performing a heat treatment at about 500 ° C. for about 3 minutes in a vacuum, the ohmic contact layer 47 and the p-type nitride system are deposited. Alloying with the semiconductor contact layer 46 is performed. By performing this heat treatment, the adhesion between the p-type nitride semiconductor contact layer 46 and the ohmic contact layer 47 is increased.
[0045]
Next, about 300 nm of Au is deposited on the ohmic contact layer 47 as a plating base layer 210, and Ni is formed on the plating base layer 210 as a metal plate 48 to a thickness of about 100 μm by electrolytic plating. In this electrolytic plating method, an electrode containing Ni is used as an anode, a plating base layer 210 is used as a cathode, these electrodes are immersed in an electrolytic bath containing an aqueous solution containing Ni ions, and a current is passed between these electrodes to perform plating. This was performed by plating Ni on the underlayer 210. FIG. 11 is a schematic cross-sectional structure diagram of the nitride-based semiconductor light-emitting element at this stage of production. The plating solution used here is a Watt bath, and the formed metal plate 48 is subjected to tensile stress from the substrate 41.
[0046]
Next, the nitride semiconductor light emitting device except for the substrate 41 is covered with electron wax, and an etching solution in which 70% hydrofluoric acid, 60% nitric acid and glacial acetic acid are mixed at a ratio of 5: 2: 2. Then, the substrate 41 is removed, and the surface of the buffer layer 42 is exposed. By using such an etchant, the substrate 41 can be selectively etched, and the surface of the buffer layer 42, which is an n-type nitride semiconductor layer, can be exposed flat. Thereafter, the electron wax is removed with an organic solvent such as acetone.
[0047]
Next, the buffer layer 42 is removed using a dry etching method to expose the surface of the n-type nitride semiconductor layer 43. Next, in order to remove the n-type nitride semiconductor layer 43 at the portion to be diced by dry etching, the portion other than the dicing line is covered with a photoresist. Here, as the dry etching method, the RIE method (reactive ion etching method) is used until the ohmic contact layer 47 is exposed at a portion not covered with the photoresist.
[0048]
Next, as shown in FIG. 12, Hf is deposited to a thickness of about 5 nm and Al to a thickness of about 200 nm on the n-type nitride semiconductor layer 43, and heat treatment is performed at about 500 ° C. for about 3 minutes in a vacuum. Thus, the n-type ohmic electrode 49 is formed. FIG. 12 is a schematic cross-sectional structure diagram of the nitride-based semiconductor light-emitting device at this production stage.
[0049]
Thereafter, the nitride-based semiconductor light-emitting device obtained in this manner is diced along a dotted line shown in FIG.
[0050]
FIG. 13 is a schematic cross-sectional structure diagram of the nitride-based semiconductor light-emitting element obtained as described above. The nitride-based semiconductor light-emitting device of Embodiment 4 obtained in this manner was a low-driving voltage and a highly reliable device that did not peel off even in a long-term current test.
[0051]
In the above embodiment, not only a substrate made of Si but also any conventionally known substrate can be used. The use of a substrate made of Si is preferable in that it can be easily removed by etching and the manufacturing cost of the nitride-based semiconductor light-emitting element can be reduced. When a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid is used as an etching solution in this case, the substrate made of Si can be selectively etched, and the nitride-based semiconductor layer becomes an etching stop layer. This is preferable because it is easy and the manufacturing cost can be reduced.
[0052]
In the above embodiment, the buffer layer, the n-type nitride semiconductor layer, the nitride semiconductor light emitting layer, the p-type nitride semiconductor cladding layer, and the p-type nitride semiconductor contact layer are not only made of the above materials, but also In _x Al _y Ga _1-xy A nitride semiconductor material represented by N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) may be used. Here, these nitride-based semiconductor layers may have a portion that is partially thin or absent, and in this case, when the nitride-based semiconductor layer is divided into chips, By cutting, the semiconductor layer in the light-emitting region is not damaged, so that a highly reliable light-emitting element can be manufactured and the manufacturing yield of the light-emitting element is improved.
[0053]
In the above embodiment, a conventionally known method such as MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) can be used as a method of laminating these nitride semiconductor layers.
[0054]
In the above-described embodiment, not only a light emitting layer having a multiple quantum well structure but also a light emitting layer having a single quantum well structure can be used as the nitride semiconductor light emitting layer.
[0055]
In the above embodiment, the metal such as the ohmic contact layer, the plating underlayer and the intermediate layer in the p-type nitride semiconductor layer such as the p-type nitride semiconductor cladding layer and the p-type nitride semiconductor contact layer. The layer in contact with the film is preferably a single crystal nitride semiconductor. In this case, unlike a polycrystalline or amorphous material, the driving voltage of the light emitting element tends to be reduced by injecting an appropriate concentration of dopant. Furthermore, the dopant concentration of the layer in contact with the metal film is 10 ¹⁶ / Cm ^Three 10 or more ^{twenty two} / Cm ^Three The following is more preferable in that good ohmic contact between the semiconductor layer and the metal film can be obtained.
[0056]
In the above embodiment, not only Pd but also a metal including at least one selected from the group of Pd, Ni, Pt, Rh, Ru, or Os is suitably used as the ohmic contact layer. Since these metals have a large work function, good ohmic contact with the p-type nitride semiconductor layer can be obtained, the contact resistance is reduced, and the driving voltage of the light emitting element tends to be reduced. Further, by including these metals, the adhesion strength with the metal plate is improved, and there is a tendency that a highly reliable light-emitting element in which the metal plate does not peel even when a current is passed for a long time tends to be manufactured.
[0057]
In the above embodiment, the plating base layer is not only Au and AuGe, but at least selected from the group of Pd, Au, Ni, Fe, Cu, Zn, Al, Mg, Mo, Ti, W, or Ta. One kind of metal is also preferably used. Depending on the metal used for the ohmic contact layer, plating may be difficult, and even when plating is not difficult, a metal plate with uniform thickness and good adhesion is formed by using these metals. Tend to be able to.
[0058]
In the above embodiment, not only Mo but also a metal including at least one selected from the group consisting of Mo, W, Ti, Pt or Au can be suitably used for the intermediate layer. Depending on the metal used for the ohmic contact layer, the plating underlayer or the metal plate, the reliability of the light-emitting element may be lowered when diffused with each other. By using these metals as an intermediate layer, the ohmic contact layer includes The metal to be diffused into the metal plate or the metal contained in the plating underlayer or the metal plate can be prevented from diffusing into the ohmic contact layer, and there is a tendency that a highly reliable light emitting element can be manufactured.
[0059]
In the above embodiment, the formation of the metal film such as the ohmic contact layer, the plating underlayer, and the intermediate layer is not only vapor deposition, but also any one of vapor deposition, electrolytic plating, electroless plating, CVD, and sputtering. Alternatively, a plurality of methods can be used. By using these methods, a metal film composed of a single layer or multiple layers of metal can be easily formed, and the manufacturing cost of the light emitting element tends to be reduced. Further, heat treatment may be performed when or after the metal film is formed. By performing heat treatment, not only good ohmic contact can be obtained, but also the adhesion between the metal film and the p-type nitride semiconductor layer becomes good, and the metal plate does not peel off even when a current is applied for a long time. There is a tendency that a highly reliable light-emitting element can be manufactured.
[0060]
Moreover, in the said embodiment, although the electroplating method is used, as long as it is a plating method, you may use electroless plating. Since the metal plate formed by these plating methods has strong adhesion to the semiconductor layer and uniform adhesion to the semiconductor layer, the metal plate does not peel off, thereby improving the manufacturing yield of light-emitting elements. There is a tendency to be able to. In particular, when electrolytic plating is used, the metal plate can be formed in a predetermined thickness in a short time, and thus there is a tendency that the manufacturing yield of the light emitting elements can be further improved.
[0061]
In the above embodiment, not only Ni but also a conventionally known metal can be used for the metal plate, but it is preferable to use a metal mainly composed of Ni or Cu. By using Ni or Cu as the main component, both the heat dissipation and conductivity of the metal plate are improved, so that a highly reliable light-emitting element that can prevent early deterioration of the light-emitting element can be manufactured. Further, when these metals are used, a metal plate can be easily produced by a plating method, so that the manufacturing cost of the light emitting element tends to be reduced. Moreover, it is preferable that the thickness of a metal plate is 10 micrometers or more and 2 mm or less. When the thickness of the metal plate is 10 μm or more, the light emitting device can be easily handled even when the substrate is removed, and when the thickness is larger than 2 mm, the light emitting device tends to be too large.
[0062]
Moreover, in this invention, it is preferable that the metal plate formed by the said plating method receives the tensile stress from Si substrate, or is stress free. In plating methods, particularly electrolytic plating methods, stress is important. When the metal plate is subjected to compressive stress from the Si substrate, the metal plate tends to extend in the direction opposite to the compression direction after the Si substrate is removed. When subjected to tensile stress, the metal plate tends to shrink after removal of the Si substrate. Therefore, when forming a metal plate subjected to tensile stress from the Si substrate using a Watt bath, the nitride-based semiconductor light-emitting element formed on the metal plate after removal of the Si substrate did not crack, When a metal plate subjected to compressive stress from the Si substrate is formed, a crack may occur in the nitride-based semiconductor light-emitting element after the Si substrate is removed. This is because the nitride-based semiconductor light-emitting device grown on the Si substrate receives tensile stress from the Si substrate and the light-emitting device itself is about to shrink, but if a metal plate that receives compressive stress from the Si substrate is formed, the Si substrate is removed. Since the nitride semiconductor light emitting device which is going to shrink later is torn against the force of the metal plate trying to extend in the direction opposite to the shrinking direction, the nitride semiconductor light emitting device is torn and cracks are generated. Conceivable. Note that cracks do not occur when a stress-free metal plate that receives neither tensile stress nor compressive stress from the Si substrate is used.
[0063]
In the above embodiment, an n-type nitride-based semiconductor layer, a nitride-based semiconductor light emitting layer, and a p-type nitride-based semiconductor layer are stacked in this order on a substrate, and then the p-type nitride-based semiconductor layer is formed. A single-layer or multi-layer metal film is formed, and a metal plate is formed on the metal film by a plating method. A p-type nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor light emitting layer, and an n-type nitride semiconductor are formed on the substrate. After the layers are stacked in this order, a single-layer or multilayer metal film may be formed on the n-type nitride semiconductor layer, and a metal plate may be formed on the metal film by a plating method. Also in this case, as described above, it is possible to prevent a premature deterioration, and to obtain a highly reliable nitride-based semiconductor light-emitting element with a low driving voltage and no peeling of the metal plate.
[0064]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the metal plate is formed by using a plating method in which a metal is directly formed on a semiconductor layer, rather than a conductive adhesive having poor thermal conductivity and durability. Since heat generated during energization of the light emitting element can be efficiently released to the outside, early deterioration of the light emitting element can be prevented. In addition, since the electric resistance is smaller than that of the conductive adhesive, the driving voltage of the light emitting element can be reduced. Further, since the adhesion between the semiconductor layer and the metal plate is good, the metal plate is not peeled even when a current is passed through the light emitting element for a long time, and the reliability of the light emitting element can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional structure diagram in the middle of manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram at the stage where the nitride-based semiconductor light-emitting element in the first embodiment is completed.
3 is a schematic top view of the nitride-based semiconductor light-emitting element after completion in the first embodiment. FIG.
4 is a schematic cross-sectional structure diagram in the middle of manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting element in Embodiment 2. FIG.
5 is a schematic cross-sectional structure diagram at the stage where the nitride-based semiconductor light-emitting element in the second embodiment is completed. FIG.
6 is a schematic top view of a nitride-based semiconductor light-emitting element after completion in the second embodiment. FIG.
7 is a schematic cross-sectional structure diagram in the middle of manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting element in Embodiment 3. FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional structure diagram at the stage where the nitride-based semiconductor light-emitting element in the third embodiment is completed.
FIG. 9 is a schematic top view of a nitride-based semiconductor light-emitting device after completion in the third embodiment.
10 is a schematic top view of a state where a mask is formed on a substrate in Embodiment 4. FIG.
11 is a schematic cross-sectional structure diagram in the middle of the fabrication of the nitride-based semiconductor light-emitting element in the fourth embodiment. FIG.
12 is a schematic cross-sectional structure diagram of the nitride-based semiconductor light-emitting element in Embodiment 4 before division. FIG.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional structure diagram at the stage where the nitride-based semiconductor light-emitting element in the fourth embodiment is completed.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional structure diagram of a semiconductor light emitting device using a conventional metal substrate.
[Explanation of symbols]
1, 21, 31, 41 substrate, 2, 22, 32, 42 buffer layer, 3, 23, 33, 43 n-type nitride semiconductor layer, 4, 24, 34, 44 nitride semiconductor light emitting layer, 5, 25, 35, 45 p-type nitride semiconductor cladding layer, 6, 26, 36, 46 p-type nitride semiconductor contact layer, 7, 27, 37, 47 ohmic contact layer, 8, 28, 38, 48 Metal plate 9, 29, 39, 49 n-type ohmic electrode, 10, 110, 210 plating underlayer, 11 intermediate layer, 12 mask, 13 n-side electrode, 14 n-type layer, 15 active layer, 16 p-type layer, 17 metal substrate.

Claims

A step of laminating an n-type nitride-based semiconductor layer, a nitride-based semiconductor light-emitting layer, and a p-type nitride-based semiconductor layer in this order above the substrate; and a single-layer or multilayer metal film on the p-type nitride-based semiconductor layer A step of forming a metal plate on the metal film by electrolytic plating, and a step of removing at least a portion of the substrate to expose the surface of the n-type nitride-based semiconductor layer , The p-type nitride-based semiconductor layer, the nitride-based semiconductor light-emitting layer, or the n-type nitride-based semiconductor layer is partially thin or not formed so as to receive tensile stress from the substrate or to be free of stress. production method for a nitride semiconductor light emitting device characterized there Rukoto.

After or during forming a metal film production method for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, characterized by performing heat treatment.

The nitride-based semiconductor according to claim 1 or 2 , wherein the metal film is formed by using one or more of a vapor deposition method, an electrolytic plating method, an electroless plating method, a CVD method, and a sputtering method. Manufacturing method of light emitting element.

Production method for a nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 3, the metal plate is characterized in that it is mainly composed of Ni or Cu.

The method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting element according to any one of claims 1 to 4 , wherein the metal plate has a thickness of 10 µm to 2 mm.

Metal film production method for a nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 5, characterized in that it comprises an ohmic contact layer formed on the p-type nitride semiconductor layer.

Metal film, Pd, Ni, Pt, Rh , claim 1, characterized in that it comprises an ohmic contact layer containing at least one selected from the group of Ru or Os in p-type nitride semiconductor layer 5 The manufacturing method of the nitride type semiconductor light-emitting device in any one.

Metal film, the nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a plating underlayer made of suitable metal or alloy to form a metal plate by electrolytic plating Production method.

The metal film has a plating base layer containing at least one selected from the group consisting of Pd, Au, Ni, Fe, Cu, Zn, Al, Mg, Mo, Ti, W, or Ta. 8. A method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of items 1 to 7 .

The metal film includes the ohmic contact layer and the plating base layer, and further includes an intermediate layer for preventing metal diffusion between the ohmic contact layer and the plating base layer. A method for manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to claim 8 or 9 .

The metal film includes the ohmic contact layer and the plating base layer, and further includes at least one selected from the group of Mo, W, Ti, Pt, or Au between the ohmic contact layer and the plating base layer. The method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to claim 8 or 9 , further comprising an intermediate layer.

production method for a nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 11, wherein the layer in contact with the metal film of p-type nitride semiconductor layer is a nitride-based semiconductor single crystal.

nitride according to claim 1, the dopant concentration of the layer in contact with the metal film of p-type nitride semiconductor layer is characterized in that it is 10 ¹⁶ / cm ³ or more 10 ²² / cm ³ or less 12 For manufacturing a semiconductor light emitting device.

Production method for a nitride semiconductor light emitting device according to any one of the substrate from claim 1, characterized in that the Si substrate 13.

The method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting element according to claim 14 , wherein the removal of the Si substrate is performed by etching using a mixed liquid of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid.

A nitride-based semiconductor light-emitting device manufactured by the method for manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 15 , wherein a metal film sequentially formed above a metal plate, a p-type nitride-based device Including a semiconductor layer, a nitride-based semiconductor light-emitting layer, and an n-type nitride-based semiconductor layer, wherein the metal film is Pd, Ni, Pt, Rh, Ru, Os, Au, Fe, Cu, Zn, Al, Mg, Ta, A nitride-based semiconductor light-emitting device comprising a metal layer containing at least one selected from the group consisting of Mo, W, and Ti.

A nitride-based semiconductor light-emitting device manufactured by the method for manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 15 , wherein a metal film sequentially formed above a metal plate, a p-type nitride-based device Including a semiconductor layer, a nitride semiconductor light emitting layer, and an n-type nitride semiconductor layer, the dopant concentration contained in the p-type nitride semiconductor layer in contact with the metal film is 10 ¹⁶ / cm ³ or more and 10 ²² / cm ^3. A nitride-based semiconductor light-emitting device characterized by: