JP2000299494A - 半導体発光素子の製法 - Google Patents
半導体発光素子の製法Info
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Abstract
処理をしながら、良好なオーミックコンタクトで、か
つ、電極表面へのGaなどの拡散を防止してワイヤボン
ディング性を向上させ得る電極を有する半導体発光素子
の製法を提供する。 【解決手段】 GaP基板1に、GaPからなるn形層
2およびp形層3の発光層を形成する半導体積層部4を
順次エピタキシャル成長する。そして、その半導体積層
部4の表面にp側電極6を各チップの表面積の一部に設
けられるように部分的に形成し、半導体基板1の裏面に
n側電極7を形成する。さらに、ウェハをダイシングし
てチップ化し、各チップの半導体積層部4の露出面を塩
酸により粗面処理する。そして、このp側電極6をGa
P層3とオーミックコンタクトするコンタクトメタル層
6aとMo層6bとAu層6cとの3層構造により形成
し、前記粗面処理を塩酸により行うことを特徴とする。
Description
体を用いた緑色系の半導体発光素子の製法に関する。さ
らに詳しくは、半導体チップの周囲をウェットエッチン
グにより粗面処理をすることにより外部微分量子効率を
向上させながら、電極が処理液により侵されないで、か
つ、半導体層とのオーミックコンタクトとワイヤボンデ
ィング性を充分に保持した電極を有する半導体発光素子
の製法に関する。
体発光素子は、図2に示されるように、たとえばn形の
GaPからなる半導体基板21上に、たとえばGaPか
らなるn形層22およびGaPからなるp形層23がそ
れぞれエピタキシャル成長され、その間のpn接合によ
り発光層形成部24が形成されている。そして、その表
面側の一部にAu-Be合金層26aと、Ti層26b
と、Au層26cとからなるp側電極26、半導体基板
21の裏面側にAu-Be合金層によりn側電極27が
それぞれ設けられ、ウェハからチップ化されている。こ
の表面側のp側電極26が部分的に設けられる理由は、
電極部分は光を遮断するため、表面側に取り出す光をで
きるだけ多くするために、電流をチップ内の全面に広げ
られる範囲でできるだけ狭い面積にするためである。ま
た、3層構造で形成される理由は、第1層のAu-Be
合金層26aは、GaP層とのオーミック接触を良好に
するためのもので、真ん中のTi層26bは、第1層の
Au-Be層と合金化したGaP層のGaが拡散により
電極の表面に析出すると、ワイヤボンディングの接着力
が低下するため、その拡散を防止するためのバリア層と
するものである。また、表面の第3層のAu層26c
は、金線などのワイヤボンディングをする際のワイヤと
の密着生を向上させるために設けられている。
って、半導体層の露出面を凸凹の粗面にすることによ
り、外部へ光を取り出す効率である外部微分量子効率が
向上することが知られており、とくに外部微分量子効率
を向上させたい場合に塩酸などのウェットエッチングに
より粗面処理が行われることがある。
GaP層を成長し、チップ化後に半導体層の露出面を粗
面処理する半導体発光素子は、前述のように、半導体積
層部の表面および半導体基板の裏面に電極が形成された
後にウェットエッチングにより粗面処理がなされる。こ
れは、粗面化処理は各チップにダイシングをした後でな
ければ行うことができず、電極の形成はウェハの状態で
形成することが能率的であること、半導体ウェハの状態
で全面に粗面処理をしてから電極を形成すると、ワイヤ
ボンディング時に電極の認識がしにくくワイヤボンディ
ング特性を悪化させたり、接触面の抵抗が増大するこ
と、などのためである。しかし、電極の形成後にウェッ
トエッチングにより粗面処理を行うと、電極も処理液に
浸漬されることになる。たとえば粗面処理を塩酸により
行うと、前述の3層構造のp側電極26のうち真ん中の
Ti層26bが塩酸に侵されるという性質を有してい
る。そのため、p側電極26の側面に露出するTi層2
6bが塩酸によりエッチングされるため、エッチングさ
れないようにTi層26bを非常に薄くしなければなら
ない。その結果、バリア層としての機能を充分に発揮す
ることができず、ワイヤボンディング性が低下するとい
う問題がある。
は、発光層で発光した光が発光素子チップの内部で全反
射を繰り返して内部で吸収されるのを防止して、外部に
光を取り出しやすくするためであり、その凹凸の深さに
より反射率が変化し、外部微分量子効率が大幅に変化す
る。そのため、粗面処理をする処理液を電極材料がエッ
チングされないような材料や濃度に調合して粗面処理を
行うと、半導体層の露出する面の凹凸が最適な粗さにな
らず、充分に外部微分量子効率を向上させることができ
ないという問題がある。
たもので、発光素子チップの周囲に凸凹を形成する粗面
処理をしながら、良好なオーミックコンタクトで、か
つ、電極表面へのGaなどの拡散を防止してワイヤボン
ディング性を向上させることができる電極を有する半導
体発光素子の製法を提供することを目的とする。
素子の製法は、GaP基板からなるウェハの表面に、G
aPからなるn形層およびp形層を含み発光層を形成す
る半導体積層部をエピタキシャル成長し、前記半導体積
層部の表面に一方の電極を各チップの表面積の一部に設
けられるように部分的に形成し、前記半導体基板の裏面
に他方の電極を形成し、前記ウェハをダイシングしてチ
ップ化し、各チップの半導体の露出面を粗面処理する半
導体発光素子の製法であって、前記一方の電極をGaP
層とオーミックコンタクトするコンタクトメタル層とM
o層とAu層との3層構造により形成し、前記粗面処理
を塩酸により行うことを特徴とする。
高低差で、たとえば0.1〜3μm程度の凸凹を形成す
るような処理を意味する。また、コンタクトメタル層と
は、GaP層とオーミックコンタクトが得られるメタル
層を意味し、たとえばAuとBe、Zn、Niのうちの
少なくとも1種との合金を用いることができる。
をコンタクトメタル層とMo層と、Au層との3層構造
により形成しているため、半導体層の表面を粗面処理す
る塩酸に対して、電極のいずれの層もエッチングされな
い。そのため、Mo層をたとえば100〜3000Å程
度の厚さに形成することができ、バリア層としてGaの
拡散を完全に防止することができ、電極の表面を純粋な
Au層で維持することができる。そのため、金線などの
ワイヤボンディングの結果の接着力を充分に確保するこ
とができる。
は、図1にその一実施形態により製造した半導体発光素
子チップ(以下、LEDチップという)の断面説明図が
示されるように、GaP基板1に、GaPからなるn形
層2およびp形層3の発光層を形成する半導体積層部4
を順次エピタキシャル成長する。このエピタキシャル成
長は、それぞれの層をたとえば10〜100μm程度と
厚く成長することが光の取出し効率が向上するため、液
相エピタキシャル成長法により成長することが厚くて結
晶性のよいGaP層を成長しやすく好ましい。そして、
その半導体積層部4の表面に一方の電極(p側電極)6
を各チップの表面積の一部に設けられるように部分的に
形成し、半導体基板1の裏面に他方の電極(n側電極)
7を形成する。さらに、ウェハをダイシングしてチップ
化し、各チップの半導体積層部4の露出面を塩酸により
粗面処理する。本発明では、このp側電極6をGaP層
3とオーミックコンタクトするコンタクトメタル層6a
とMo層6bとAu層6cとの3層構造により形成し、
前記粗面処理を塩酸により行うことを特徴とする。
形成する半導体積層部4を液相成長するには、たとえば
n形ドーパントをドーピングしたGaPを溶融したn形
のGa融液のボートの温度をたとえば900〜1000
℃程度にして、GaP基板1の一面を接触させながらG
a融液の温度を徐々に下げることにより、GaP基板1
上にn形のGaP層2が温度の低下と共に、順次エピタ
キシャル成長する。たとえば60〜80μm程度の厚さ
成長したら(成長温度が700〜800℃程度になった
ら)、p形ドーパントであるZnを蒸発させてドーピン
グしながら成長を続け、同様にさらに温度を徐々に下げ
ながらp形GaP層3を20〜30μm程度成長する。
なお、このn形層2およびp形層3は、それぞれキャリ
ア濃度が5×1017〜5×1018cm-3程度になるよう
に形成することが、発光効率を高く維持する点から好ま
しい。
部4が、n形GaP層2とp形GaP層3との単純な接
合構造であったが、発光特性を向上させるため、n+ 形
層、n- 形層およびp形層の積層構造で構成したり、ヘ
テロ接合など他の構造にすることもできる。
(Chemical Mechanical Polish)法により研磨し、LE
Dチップ全体の厚さが所定の厚さ、たとえば200〜3
00μm程度になるように薄くする。この研削は、LE
Dチップの厚さに制限がなかったり、厚すぎない場合は
行わなくてもよいが、GaP基板1は、余り結晶性がよ
くなく、光が減衰するため、このGaP基板1が薄くな
ると、表面側に液相成長した半導体積層部4の厚さが相
対的に厚くなり、反射を繰り返してLEDチップの表面
側に効率的に光を取り出すことができるため好ましい。
を形成する。このp形側電極6は、前述のようにコンタ
クトメタル層6aと、Mo層6bと、Au層6cとの3
層構造により形成する。コンタクトメタル層6aは、G
aP層とのオーミックコンタクトが得られる材料、たと
えばAu-Be合金、Au-Be-Ni合金、Au-Zn合
金、Au-Ni合金など、AuとBe、Zn、およびN
iのいずれか少なくとも1種との合金により、500〜
3000Å程度の厚さに成膜される。Mo層6bは、G
aP層のGaが拡散して表面側に析出するのを防止する
ためのバリア層とするもので、本発明では、Gaの拡散
を防止すると共に、後述する塩酸による粗面処理により
侵されない材料として選定されており、100〜300
0Å程度の厚さに成膜されている。この程度の厚さ成膜
されることにより、Gaの拡散を阻止するバリア層とし
て充分に寄与する。Au層6cは、電極の表面に金線な
どがワイヤボンディングされる際に、充分に接着力が得
られるように、ワイヤとの馴染みのよい材料であると共
に、粗面処理の塩酸に対して強い材料という点から選定
され、2000〜12000Å程度の厚さに成膜されて
いる。
部4の表面側から発光した光が取り出されるため、その
光を遮断しないように、できるだけ小さく、しかしチッ
プ全体に電流を広げて効率よく発光させることができる
ように半導体積層部4の表面の一部に設けられる。この
部分的に設ける方法としては、電極を形成する部分以外
の表面にレジストマスクなどを設けてから真空蒸着など
を行うリフトオフ法、または電極を形成しない部分をガ
ラスマスクなどで覆って必要な場所のみに電極材料を被
着させることができるマスク蒸着法などを用いて行うの
が好ましい。成膜した後にパターニングするには、3種
類の金属をエッチングする必要があるため、エッチング
工程が複雑になるからである。
Ge合金からなる電極用金属を全面に設けてn側電極7
を形成し、ダイシングによりチップ化する。
が10〜35重量%のHCl溶液に0.5〜5分程度浸
漬し、チップの表面に図1に示されるような凸凹を形成
し、半導体層の露出面を粗面にする。この粗面の粗さ
は、凹凸の高低差で、0.1〜3μm程度、さらに好ま
しくは、1〜2μm程度になるような粗さに形成される
ことが、表面側(側面に出る光も表面側に反射させて利
用することができる)に光を取り出すのに都合がよい。
GaP層の露出面をこのような粗さにするには、前述の
濃度の塩酸溶液が最も相応しい。濃度が濃すぎたり、薄
すぎると表面粗さの制御が難しくなる。また、他のフッ
酸や硫酸で粗面処理を行っても、表面粗さが不十分とな
り好ましくない。この塩酸による粗面処理を行っても、
半導体層以外に露出する電極金属は、前述の構成になっ
ているため、どの電極材料も塩酸に侵されることはな
い。すなわち、チップ外周に露出するGaP半導体層の
表面を粗面にする条件と電極材料がエッチングされない
条件とが合致するように粗面を形成する処理液と、電極
材料とが選択されている。
Pが積層された半導体積層部の露出面に塩酸により粗面
処理が施されているため、電極表面には凹凸がなくワイ
ヤボンディング時の認識性が低下しないと共に、LED
チップの表面および側壁での全反射を抑制して、外部に
光が取り出される割合が大きくなる。その結果、外部微
分量子効率が大幅に向上し、輝度の大きい半導体発光素
子が得られる。しかも、電極材料のバリア層をMoによ
り構成すると共に、粗面処理を塩酸溶液により行ってい
るため、Moは塩酸に対して全然侵されず、電極の側面
に露出していてもエッチングされない。そのため、バリ
ア層として機能する100〜3000Åの十分な厚さに
形成することができ、Gaの拡散を完全に防止すること
ができ、ワイヤボンディング特性を非常に向上させるこ
とができる。また、コンタクトメタル層もAuを含む合
金であり、塩酸に対して全然侵されず、GaP層とのオ
ーミック特性も良好で低抵抗となり、動作電圧の低い半
導体発光素子が得られる。
よる粗面処理を行っても、電極材料が侵されることがな
いため、非常に信頼性の高い電極が得られると共に、ワ
イヤボンディング特性が向上する。しかも、塩酸処理後
に電極を形成しなくてもよいため、ウェハの状態で電極
を形成することができ、製造工程を従来通りの簡単な工
程で製造することができる。その結果、発光特性が優れ
て高特性で、かつ、信頼性の高い半導体発光素子を非常
に安価に得ることができる。
より得られるLEDチップの断面説明図である。
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 GaP基板からなるウェハの表面に、G
aPからなるn形層およびp形層を含み発光層を形成す
る半導体積層部をエピタキシャル成長し、前記半導体積
層部の表面に一方の電極を各チップの表面積の一部に設
けられるように部分的に形成し、前記半導体基板の裏面
に他方の電極を形成し、前記ウェハをダイシングしてチ
ップ化し、各チップの半導体の露出面を粗面処理する半
導体発光素子の製法であって、前記一方の電極をGaP
層とオーミックコンタクトするコンタクトメタル層とM
o層とAu層との3層構造により形成し、前記粗面処理
を塩酸により行うことを特徴とする半導体発光素子の製
法。
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