JP2001284642A - Iii族窒化物系化合物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
Iii族窒化物系化合物半導体発光素子及びその製造方法Info
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Abstract
で量産可能にする。 【解決手段】 発光素子単位の分離溝21を切削形成す
る分離溝形成工程と、半導体ウエハの基板11を研削又
は研磨する薄板化工程と、ウエハの基板側の面11bを
表にして粘着シート24に貼り付ける貼り付け工程と、
面11bに発光素子単位に分割線25を罫描くスクライ
ブ工程と、透光層101と反射層102と耐蝕層103
の3層より成る鏡部10の各層を順次スパッタリング又
は蒸着により成膜する鏡部成膜工程を順次実行する。こ
の透光層の材料はシート上にも成膜されるので、粘着材
から揮発し易いガスは封止され、反射層102の金属と
は化学結合しなくなる。よって、反射層の反射率は良好
に維持できる。反射層は多層構造でも良い。
Description
合物半導体発光素子とその製造方法に関し、特に、反射
効果等を鑑みて形成される基板裏面の鏡部の構造とその
形成方法に関する。
成された III族窒化物系化合物半導体発光素子、又はそ
の製造方法に関する従来技術としては、公開特許公報
「特開平11−126924:窒化ガリウム系化合物半
導体素子の製造方法」や「特開平11−12692
5」、「特開平5−129658」、「特開平11−2
61112」に記載されているもの等が一般に知られて
いる。
1−126924:窒化ガリウム系化合物半導体素子の
製造方法」で開示されている III族窒化物系化合物半導
体発光素子を例示する半導体発光素子900の模式的な
断面図である。薄板状の基板11は、略正方形に形成さ
れている。この基板11の上には、バッファ層12が設
けられ、その上にn型コンタクト層13(以下、「高キ
ャリア濃度n+ 層13」或いは、単に「n+ 層13」等
と言う場合がある。)が形成されている。この高キャリ
ア濃度n+ 層13の上にn型クラッド層14が形成され
ている。
層151と井戸層152とが交互に周期的に積層された
多重量子井戸(MQW)構造の発光層15が形成されて
いる。バリア層151は6層、井戸層152は5層であ
る。発光層15の上にはp型クラッド層16が形成され
ている。さらに、p型クラッド層16の上にはp型コン
タクト層17が形成されている。
極18Aは、コンタクト層17に接合する1層目の薄膜
金属層と、この薄膜金属層に接合する2層目の薄膜金属
層とで構成されている。n+ 層13上の負電極18B
は、多層構造の複数の金属層より構成されている。更
に、正電極18A上の一部領域には、金属製の電極パッ
ド20が形成されている。また、基板11(サファイア
基板11)の裏面には、膜厚約200nm のアルミニウム(A
l)から成る金属層90(鏡部90)が形成されている。
る基板は一般に固いので、半導体ウエハを正確に分離す
るために、半導体発光素子900の集合体である一連の
半導体ウエハ(図略)の基板の上下両面には、上記の各
電極形成後、分離溝や分割線(スクライブライン)が設
けられる。この分離溝を半導体ウエハの電極側の面(上
側)より形成する際には、基板にある程度の強度が要求
されるため、基板の厚さは約数百μm程度とされるが、
その後、歩留り良く半導体発光素子を分離するために、
基板は適当な厚さにまで研磨される。上記の分割線は、
この研磨済みの基板裏側の表面(ひょうめん)にスクラ
イブされるものである。
な従来技術においては製造工程上以下の問題があり、上
記の様な反射金属層を有する III族窒化物系化合物半導
体発光素子は、その量産や商用化が容易でなかった。
成する前に分割線(スクライブライン)を半導体ウエハ
の裏面(基板の裏側表面(ひょうめん))に入れる必要
が有る。 (理由a)スクライビングカッターは、ダイヤモンドの
粒(小片)を多数集めて構成されているが、このカッタ
ーの刃は、成膜された金属により目詰まりを起こすた
め、金属層形成後は分割線が形成できない。 (理由b)スクライビングカッターの位置合わせを正確
に行う際、被切削面上に成膜された金属層が障害とな
る。また、上記の公開特許公報に掲載されている様な、
位置合わせのために金属層を基板裏面の一部分領域には
形成しない方法も考えられるが、上記の従来技術におけ
るこの様な方法によれば、金属層(鏡部)が無く製品化
できない半導体発光素子が生じてしまい、歩留りが低下
する。
より、金属層90(鏡部90)を形成する前に分割線を
半導体ウエハの裏面(基板の裏側表面)に入れる(スク
ライブする)ことは容易でない。 (理由c)半導体ウエハは、通常粘着シートに密着・固
定された状態でスクライブされるが、その後、粘着シー
トが付着したままの状態で半導体ウエハの基板面に金属
層を成膜させると、成膜処理中に粘着シートの表面上の
粘着材から不要なガスが多量に揮発する。このガスは蒸
着又はスパッタされる金属と化学的に結合するため、成
膜される金属層の、反射率や基板との親和性(密着性)
が大きく低下する。
基材にボンディングするために用いる接着剤(例えば、
銀を含んだペースト材等)と上記の鏡部の金属層とが接
触し、金属層が合金化や酸化等により劣化して、鏡部の
反射率が低下することがある。また、ブレーク工程を含
めブレーク工程以降の発光素子の取り扱い時に、反射層
に傷が付くことがあり、損傷の度合いによっては、反射
光の光量が低下したり、或いは反射層が剥離したりする
恐れが生じる。
されたものであり、その目的は、高光度で長寿命の半導
体発光素子を低コストで量産するための、発光素子の構
造とその製造方法を提案することである。
めには、以下の手段が有効である。即ち、第1の手段
は、基板の上に III族窒化物系化合物半導体より成る複
数の半導体層が結晶成長により積層された半導体発光素
子において、基板の発光層が位置する側とは反対側の面
に、透光性の金属酸化物又は透光性のセラミックスより
成る透光層と、発光層から放出される光を基板側に反射
する金属製の反射層とを順次積層することにより、鏡部
を形成することである。
化物系化合物半導体より成る複数の半導体層が結晶成長
により積層された半導体発光素子において、基板の発光
層が位置する側とは反対側の面に、発光層から放出され
る光を基板側に反射する金属製の反射層と、金属酸化物
又はセラミックスより成る耐蝕層とを順次積層すること
により、鏡部を形成することである。
おいて、鏡部の最後に積層される層として、更に、金属
酸化物又はセラミックスより成る耐蝕層を積層すること
である。
の何れか1つの手段において、反射層をアルミニウム
(Al)、銀(Ag)、又はこれらの金属元素の内の少
なくとも1種類以上を含んだ合金より形成することであ
る。
の何れか1つの手段において、反射層の膜厚を5nm以
上、20μm以下にすることである。
第4、又は第5の何れか1つの手段において、透光層を
Al2 O3 、TiO2 、MgO、MgCO3 、Ta2 O
5 、ZnO、In2 O3 、SiO2 、SnO2 、ZrO
2 等の、透光性の酸化金属又は酸化物より形成すること
である。
又は、上記の第3乃至第6の何れか1つの手段におい
て、透光層の膜厚を5nm以上、10μm以下にするこ
とである。
の何れか1つの手段において、耐蝕層をAl2 O3 、T
iO2 、MgO、MgCO3 、Ta2 O5 、ZnO、I
n2O3 、SiO2 、SnO2 、ZrO2 等の、耐蝕性
の酸化金属又は酸化物、或いは、耐蝕性の金属炭化物、
金属窒化物又は金属ホウ化物より形成することである。
の何れか1つの手段において、耐蝕層の膜厚を5nm以
上、10μm以下にすることである。
9の何れか1つの手段において、基板を厚さが75μm
以上、150μm以下のサファイヤより構成することで
ある。
10の何れか1つの手段において、反射層をロジウム
(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、金(A
u)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、クロム(C
r)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、チタン
(Ti)、インジウム(In)、モリブデン(Mo)、
又はこれらの金属元素の内の少なくとも1種類以上を含
んだ合金より形成することである。
11の何れか1つの手段において、反射層を複数の金属
層より構成された多層構造にすることである。
して複数の半導体層より成る半導体ウエハの基板側の面
に、透光層、及び/又は、反射層、及び/又は、耐蝕層
より成る鏡部の各層を、順次、スパッタリング又は蒸着
により成膜する鏡部成膜工程を、上記の III族窒化物系
化合物半導体発光素子の製造工程に設けることである。
段において、半導体ウエハを半導体発光素子単位に分割
するブレーク工程を更に設けることである。
第14の手段において、上記の半導体ウエハを電極側か
ら所定の深さまで切削することにより半導体発光素子単
位の分離溝を形成する分離溝形成工程と、半導体ウエハ
の基板を所望の厚さにまで研削又は研磨する薄板化工程
と、半導体ウエハの基板側の面が表側に表れる様に、半
導体ウエハを粘着シートに貼り付ける貼り付け工程と、
半導体ウエハの基板側の面に半導体発光素子単位に分割
線を罫描くスクライブ工程と、上記の鏡部成膜工程とを
組み合わせて、これらの各工程を本請求項に記載の順序
で直列に実行することである。以上の手段により、前記
の課題を解決することができる。
の金属酸化物又は透光性のセラミックスより成る透光層
を設けることにより、粘着シートからのガスの揮発を抑
えることができるので、反射層の反射率の低下を防止す
ることが可能となる。
金属酸化物又はセラミックスより成る耐蝕層を積層する
ことにより、鏡部の耐蝕性の問題(前記の問題点2)を
解決することができる。これは、本耐蝕層により、反射
層が保護されるためである。この耐蝕層の材料として
は、反射層と合金化し難く、機械的強度が高く硬質な、
耐蝕性の有るものであれば良く、望ましくは、半田等に
よりリードフレーム、サブマウント、ステム等の基材に
確実にボンディングすることが容易なものが良い。この
様な条件を満たす材料としては、金属酸化物や、セラミ
ックス等が考えられる。
(Al)、銀(Ag)、又はこれらの金属元素の内の少
なくとも1種類以上を含んだ合金を選択することによ
り、極めて反射率の高い反射層を構成することが可能と
なる。この反射層の膜厚は、5nm以上、20μm以下
であれば良い。ただし、より望ましいこの膜厚の範囲
は、金属の種類にも若干は依存するものの、概ね30〜
1000nm程度であり、更により望ましくは50〜5
00nm程度が理想的である。この膜厚が薄過ぎると反
射率が低くなり、また、厚過ぎると成膜コスト(金属材
料、成膜時間等のコスト)が必要以上に高くなる。
しては、より具体的には、Al2 O 3 、TiO2 、Mg
O、MgCO3 、Ta2 O5 、ZnO、In2 O3 、S
iO 2 、SnO2 、ZrO2 等の、透光性の酸化金属又
は酸化物等が考えられる。この透光層の膜厚は、5nm
以上、10μm以下であれば良い。ただし、より望まし
いこの膜厚の範囲は、材料の種類にも依存するものの、
概ね10〜500nm程度であり、更により望ましくは
20〜300nm程度が理想的である。この膜厚が薄過
ぎると基板との密着性が弱くなり、また、厚過ぎるとそ
の厚さに応じて透光量が徐々に低下すると共に、成膜コ
スト(材料、成膜時間等のコスト)が必要以上に高くな
る。
しては、より具体的には、Al2 O 3 、TiO2 、Mg
O、MgCO3 、Ta2 O5 、ZnO、In2 O3 、S
iO 2 、SnO2 、ZrO2 等の、耐蝕性の酸化金属又
は酸化物、或いは、耐蝕性の金属炭化物、金属窒化物又
は金属ホウ化物等が考えられる。この耐蝕層の膜厚は、
5nm以上、10μm以下であれば良い。ただし、より
望ましいこの膜厚の範囲は、材料の種類にも依存するも
のの、概ね30〜500nm程度であり、更により望ま
しくは50〜300nm程度が理想的である。この膜厚
が薄過ぎると鏡部の耐蝕性の問題(前記の問題点2)が
表面化し、また、厚過ぎると成膜コスト(材料、成膜時
間等のコスト)が必要以上に高くなる。
μm以下のサファイヤより構成することにより、分割線
(スクライブライン)を罫描くスクライブ工程と、その
後のスクライブ工程において、歩留り良く半導体チップ
を分離することができる。ただし、この基板のより望ま
しい厚さは、80〜110μm程度であり、更により望
ましくは、約85〜100μm程度が理想的である。こ
の基板の厚さが厚過ぎると歩留りが低下し、また、この
基板の厚さが薄過ぎると、その後の洗浄工程やスクライ
ブ工程に十分に耐え得る基板の強度を得ることができな
くなる。
ウム(Ru)、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム
(Pd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、コバル
ト(Co)、チタン(Ti)、インジウム(In)、モ
リブデン(Mo)、又はこれらの金属元素の内の少なく
とも1種類以上を含んだ合金より形成することによって
も上記の作用効果をある程度まで有効に得ることができ
る。
g)やアルミニウム(Al)程ではないが、反射率が高
い金属であるため、反射層には有用な金属である。ま
た、ロジウム(Rh)は、銀(Ag)やアルミニウム
(Al)よりも固い金属であるため、スクライビングカ
ッターの目詰まりが生じ難い。このため、反射層をロジ
ウム(Rh)で構成することにより、前記の分割線の形
成手順の問題(前記の問題点1)の理由aを排除するこ
とが可能となる。
u)、白金(Pt)、金(Au)、ニッケル(Ni)、
コバルト(Co)、パラジウム(Pd)は、比較的耐蝕
性に優れた金属であるため、前記の耐蝕層を形成しない
場合に、特に有効である。
u)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)は、基板と
の親和性(密着性)に比較的優れた金属であるため、前
記の透光層を形成しない場合に、特に有効である。例え
ば、透光層の代わりに、或いは、反射層の一部として反
射層の内で最初に積層される層として、ロジウム(R
h)より成る膜厚約15Å程度の薄膜金属層を積層する
等の方法を採用しても良い。例えば、このような構成に
よれば、ロジウム(Rh)は反射率が比較的高い金属で
あるため、鏡部全体の反射率を落すことなく、鏡部の剥
離を防止する効果が得られる。
ルミニウム(Al)よりも高い反射率を示すため、比較
的長波長の光を発光する半導体発光素子の反射層を構成
する金属として特に有効である。
u)、白金(Pt)、金(Au)、又はこれらの金属元
素の内の少なくとも1種類以上を含んだ合金は、蒸着又
はスパッタリングによる成膜時に、雰囲気ガスと化学結
合し難いため、前記の透光層を成膜しなくとも反射率の
高い鏡部を構成し得る。
分割線形成後に、透光層、及び/又は、反射層、及び/
又は、耐蝕層より成る鏡部の各層を順次スパッタリング
又は蒸着により成膜することにより、前記の分割線の形
成手順の問題(前記の問題点1)が解決できる。
面上の粘着材から不要なガスが揮発することが無くな
る。これは、後から図6等を用いて詳述する様に、粘着
材が露出していた粘着シートの表面が透光層成膜時に、
蒸着、若しくは、スパッタリングにより透光層の形成材
料で全面的に覆われてしまうためである。このため、粘
着材のガスは揮発しなくなり、その後処理空間内に以前
より残留している粘着材の揮発ガスを排気してしまえ
ば、その後は粘着材のガスが蒸着又はスパッタされる金
属と化学的に結合することも無くなる。従って、透光層
の次に成膜される金属層(反射層)の、反射率は良好に
維持される。
する前に分割線(スクライブライン)を半導体ウエハの
裏面(基板の裏側表面(ひょうめん))に入れることが
容易となり、前記の分割線の形成手順の問題(前記の問
題点1)が解消される。
0μm以下であれば良い。ただし、より望ましいこの膜
厚の範囲は、材料の種類にも依存するものの、概ね15
〜150nm程度であり、更により望ましくは20〜3
00nm程度が理想的である。この膜厚が薄過ぎると、
粘着材が露出した粘着シートの表面が透光層成膜時に、
十分には覆われなくなり、ガスの揮発の抑止効果が不足
する。このため、反射層の金属が成膜過程でガスと化学
反応し、このため、反射率が劣化すると同時に基板と鏡
部との密着性も弱くなる。また、厚過ぎるとその厚さに
応じて透光量が徐々に低下すると共に、成膜コスト(材
料、成膜時間等のコスト)が必要以上に高くなる。
に分割するブレーク工程を更に設けることにより、発光
素子単位の製造・販売が可能となる。ただし、本工程
は、省略することも可能である。例えば、半導体ウエハ
の購買者が、上記の半導体発光素子単位の分割(上記の
ブレーク工程)を実施しても良い。
ア、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リ
ン化ガリウム、砒化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化
マンガン、酸化ガリウムチチウム(LiGaO2 )、硫
化モリブデン(MoS)等の材料を用いることができ
る。
さは、分離溝の幅や、基板の種類、薄板化工程後の厚さ
等にも依存するが、例えば、サファイアより発光素子の
基板を構成する場合等には、基板の厚みに対する分離溝
の深さは、概ね1/30〜1/2程度で良い。ただし、
より望ましくは、10%前後(5〜15%)が理想的で
ある。この分離溝が深過ぎると、これにより、分離溝形
成工程、薄板化工程、スクライブ工程等の途中の製造工
程において生じ得る半導体ウエハの部分的な亀裂等の破
損のために、発光素子を所望の形状に正確に分離できな
くなる恐れが生じる。また、この分離溝が浅過ぎると、
ブレーク工程において発光素子を分割することが困難と
なるか、又は、所望の形状に正確に分離できなくなる、
と言う恐れが生じる。
x Gay In1-x-y N(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦
x+y≦1)にて表される2元系、3元系、若しくは4
元系の半導体から成る半導体層が積層されたLED等の
III族窒化物系化合物半導体発光素子一般に対して得る
ことができる。また、更に、 III族元素の一部は、ボロ
ン(B)、タリウム(Tl)で置き換えても良く、また、
窒素(N)の一部、若しくは全部をリン(P)、砒素
(As)、アンチモン(Sb)、又はビスマス(Bi)で置き
換えても良い。
基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例
に限定されるものではない。 (第1実施例)図1は、本第1実施例に係わる III族窒
化物系化合物半導体発光素子100(以下、「半導体発
光素子100」或いは、単に「素子100」等と言う場
合がある。)の模式的な断面図である。本発光素子10
0は、図14に示した従来技術による半導体発光素子9
00と殆ど同じ構造をしているが、しかし、本発光素子
100は、サファイヤより成る基板11の裏面に形成さ
れた光反射用の鏡部10の構造に大きな特徴を有する。
より具体的には、本第1実施例の半導体発光素子100
の構造は、以下に示す通りである。
いる。この基板11の上には窒化アルミニウム(AlN) か
ら成る膜厚約25nmのバッファ層12が設けられ、その上
にシリコン(Si)ドープのGaN から成る膜厚約4.0 μmの
高キャリア濃度n+ 層13(n型コンタクト層13)が
形成されている。この高キャリア濃度n+ 層13(n型
コンタクト層13)の上にSiドープのn型GaN から成る
膜厚約0.5 μmのn型クラッド層14が形成されてい
る。そして、n型クラッド層14の上に膜厚約35ÅのGa
N から成るバリア層151と膜厚約35ÅのGa0.8In0.2N
から成る井戸層152とが交互に積層された多重量子井
戸(MQW)構造の発光層15が形成されている。バリ
ア層151は6層、井戸層152は5層である。発光層
15の上にはp型Al0.15Ga0.85N から成る膜厚約50nmの
p型クラッド層16が形成されている。さらに、p型ク
ラッド層16の上にはp型GaN から成る膜厚約100n
mのp型コンタクト層17が形成されている。
着による透光性の正電極18Aが、n+ 層13の上には
負電極18Bが形成されている。透光性の正電極18A
は、p型コンタクト層17に接合する膜厚約15Åのコバ
ルト(Co)と、Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)とで構成
されている。負電極18Bは膜厚約 200Åのバナジウム
(V) と、膜厚約1.8 μmのアルミニウム(Al)又はAl合金
で構成されている。正電極18A上の一部には、Coもし
くはNiとAu、Al、又は、それらの合金から成る膜厚約1.
5 μmの電極パッド20が形成されている。更に、基板
11の裏面11b(図3)には、後から図8(若しくは
図11)を用いて詳細にその積層構成・製法等が説明さ
れる様に、鏡部10が形成されている。
いて説明する。上記発光素子100は、有機金属気相成
長法(以下「MOVPE 」と略す)による気相成長により製
造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャ
リアガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以
下「TMG 」と記す)、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)
3)(以下「TMA 」と記す)、トリメチルインジウム(In
(CH3)3)(以下「TMI 」と記す)、シラン(SiH4)とシク
ロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) (以下「CP
2Mg 」と記す)である。まず、有機洗浄及び熱処理によ
り洗浄したa面を主面とした単結晶の基板11をMOVPE
装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、
常圧でH2を反応室に流しながら温度1100℃で基板11を
ベーキングした。次に、基板11の温度を400 ℃まで低
下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッファ
層12を約25nmの膜厚に形成した。
H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.0 μm、
電子濃度2 ×1018/cm3のGaN から成る高キャリア濃度n
+ 層13を形成した。次に、基板11の温度を1150℃に
保持し、N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びシランを供給
して、膜厚約0.5 μm、電子濃度1 ×1018/cm3のGaN か
ら成るクラッド層14を形成した。上記のクラッド層1
4を形成した後、続いて、N2又はH2、NH3 及びTMG を供
給して、膜厚約35ÅのGaN から成るバリア層151を形
成した。次に、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給し
て、膜厚約35ÅのGa0.8In0.2N から成る井戸層152を
形成した。さらに、バリア層151と井戸層152を同
一条件で4周期形成し、その上にGaN から成るバリア層
151を形成した。このようにして5周期のMQW 構造の
発光層15を形成した。
N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP 2Mg を供給して、膜
厚約50nm、マグネシウム(Mg)をドープしたp型Al0.15Ga
0.85N から成るクラッド層16を形成した。次に、基板
11の温度を1100℃に保持し、N2又はH2、NH3 、TMG 及
びCP2Mg を供給して、膜厚約100nm 、Mgをドープしたp
型GaN から成るコンタクト層17を形成した。次に、コ
ンタクト層17の上にエッチングマスクを形成し、所定
領域のマスクを除去して、マスクで覆われていない部分
のコンタクト層17、クラッド層16、発光層15、ク
ラッド層14、n+ 層13の一部を塩素を含むガスによ
る反応性イオンエッチングによりエッチングして、n+
層13の表面を露出させた。次に、以下の手順で、n+
層13に対する電極18Bと、コンタクト層17に対す
る透光性の電極18Aとを形成した。
グラフィによりn+ 層13の露出面上の所定領域に窓を
形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、
膜厚約 200Åのバナジウム(V) と膜厚約 1.8μmのAlを
蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これによ
りn+ 層13の露出面上に電極18Bが形成される。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、コンタクト層17の上の電
極形成部分のフォトレジストを除去して、窓部を形成す
る。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたコン
タクト層17上に、10 -6Torrオーダ以下の高真空に排気
した後、膜厚約15ÅのCoを成膜し、このCo上に膜厚約60
ÅのAuを成膜する。
リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Au
を除去し、コンタクト層17上に透光性の電極18Aを
形成する。 (5) 次に、透光性の電極18A上の一部にボンディング
用の電極パッド20を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド20の形成部分のフ
ォトレジストに窓を開ける。次に、CoもしくはNiとAu、
Al、又は、それらの合金を膜厚1.5 μm程度に、蒸着に
より成膜させ、(4) の工程と同様に、リフトオフ法によ
り、フォトレジスト上に堆積したCoもしくはNiとAu、A
l、又はそれらの合金から成る膜を除去して、電極パッ
ド20を形成する。 (6) その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガス
を供給して圧力 3Paとし、その状態で雰囲気温度を約 5
50℃にして、3 分程度、加熱し、コンタクト層17、ク
ラッド層16をp型低抵抗化すると共にコンタクト層1
7と電極18Aとの合金化処理、n+ 層13と電極18
Bとの合金化処理を行った。このようにして、鏡部10
のない半導体ウエハ200が形成される。
成方法と半導体発光素子100の分離方法について説明
する。図2は、本第1実施例の分離溝形成工程を説明す
る半導体ウエハ200の模式的な断面図である。まず、
本図2に示すように、ブレード40を用いて基板11に
達する程度の深さに半導体ウエハ200をダイシング
し、分離溝21を形成する(分離溝形成工程)。この分
離溝の基板に対する深さ(基板上面からの深さ)は、約
6μm〜15μm程度で良い。本実施例においては、約
10μm程度とした。
ハ200の基板11の下面11bを研磨し、基板11を
薄板化する(薄板化工程)。これにより、図3に示す断
面構成、及び図4に示す平面構成が得られる。即ち、こ
の状態を、基板11の下面11b側から見ると、図4に
示す様に、分離溝21の部分が最も薄肉であるので、分
離溝21を視覚的に認識することができる。ただし、図
3、図4は、それぞれ本実施例の半導体ウエハ200の
薄板化工程終了後の模式的な断面図、及び、基板側(下
面11b)から見た模式的な平面図である。
レス製の支持リング60にて支持されている粘着シート
24を貼着し、図5、及び図6(a)に示す構成を得る
(貼り付け工程)。ただし、図5は、本第1実施例の本
貼り付け工程後の粘着シート24を有する半導体ウエハ
200(以下、「半導体ウエハ201」と言う。)の模
式的な断面図であり、図6は、本貼り付け工程、及びそ
の後のスクライブ工程を説明する、基板側から見た半導
体ウエハ201の模式的な平面図である。
1に沿ってスクライバを用いてスクライビングし、分割
線(スクライブライン)25を形成する(スクライブ工
程:図6(b))。この分割線形成後の断面構成を示せ
ば、図7のようになる。即ち、図7は、本第1実施例の
半導体ウエハ201のスクライブ工程後の断面形状を示
す模式的な断面図である。
って、基板11の下面11b上に、透光層101、反射
層102、及び耐蝕層103をそれぞれ順次積層するこ
とにより鏡部10を形成する。 (スパッタリング実施条件) (1)透光層101(膜厚約30nmのAl2 O3 層) (a)スパッタリング方式:RFスパッタ(100W) (b)スパッタ装置の処理空間内の到達真空度:2×1
0-4Pa (c)加圧に使用する不活性ガスのガス圧:4×10-1
Pa(Arガス) (2)反射層102(膜厚約300nmのAl層) (a)スパッタリング方式:DCスパッタ(200m
A,380V) (b)スパッタ装置の処理空間内の到達真空度:2×1
0-4Pa (c)加圧に使用する不活性ガスのガス圧:4×10-1
Pa(Arガス) (3)耐蝕層103(膜厚約100nmのAl2 O
3 層) (a)スパッタリング方式:RFスパッタ(100W) (b)スパッタ装置の処理空間内の到達真空度:2×1
0-4Pa (c)加圧に使用する不活性ガスのガス圧:4×10-1
Pa(Arガス)
が形成される(鏡部成膜工程)。即ち、図8は、本第1
実施例の半導体ウエハ201の鏡部成膜工程後の断面形
状を示す模式的な断面図である。次に、ブレーキング装
置により分割線付近に荷重を作用させて、ウエハをチッ
プに分離し、図1の構成を得る(ブレーク工程)。
0を形成することにより、反射層102の反射率の劣化
が抑制できるため、発光層15より出力される光を効果
的に反射できる(高光度化)。例えば、上記の様に本発
明に基づいて製造された発光素子100は、基板の裏面
に鏡部を有しない従来の半導体発光素子と比べて、約1
30%の光度を示した。また、鏡部10は基板11の下
面11bから剥離する恐れがない(長寿命化)。
ハ201から、上記のブレーキングにより分離した III
族窒化物系化合物半導体発光素子100の長時間連続通
電テストにおけるテスト結果を示す表である。ただし、
光度維持率(%)とは、発光素子の初期の光度に対する
連続通電後の光度の比率(百分率)を示すものである。
この表に示されるように、長時間連続通電後も、本発明
に基づいて製造された発光素子100は、鏡部10によ
り、従来の構造の鏡部90を有する発光素子900より
も光を効果的に反射して、高い発光強度を示すことが判
る。
蝕層103の形成は、上記のブレーク工程後に実施して
も良い。
本第2実施例では、半導体ウエハ300(図4)より、
図1に示す構成(断面形状)を有する III族窒化物系化
合物半導体発光素子100を得るまでの各工程について
説明する。
(11b)から見た半導体ウエハ300の模式的な平面
図を図4に示す。この薄板化工程終了後の半導体ウエハ
300は、上記の第1実施例の薄板化工程終了後の半導
体ウエハ200(図4)と同じものである。
はIPA等により、有機洗浄し、基板の表面温度を約1
50℃にまで、昇温する。次に、図10に示す様に、マ
スク工程を実施する。図10は、本第2実施例のマスク
工程及び鏡部成膜工程を説明する半導体ウエハ300と
外付けマスク70の模式的な平面図(a),(b)及
び、模式的な断面図(c)である。本半導体ウエハ30
0から分離可能な III族窒化物系化合物半導体発光素子
100の平面図上の形状は、その一辺(L1)が約33
0μmの略正方形である(図10(a))。
り、図10(b)に示す様な格子型の網状に形成されて
おり、この外付けマスク70によりマスクされるストラ
イプ幅D2は、分離溝21のストライプ幅L2の約3倍
に設定されている。外付けマスク70は、図10(c)
に示す様に、基板11の底面11bに対して略平行に、
かつ、外付けマスク70のストライプ幅D2の中心線
が、分離溝21のストライプ幅L2の中心線と略一致す
る様に配置される(マスク工程)。
ク70との間隔は、その後順次積層される鏡部10の厚
さや、その材料等に応じて決定すれば良い。また、その
間隔は、約0μmとしても良い。また、上記の昇温は、
外付けマスク70に対する通電によって外付けマスク7
0を加熱することにより実施しても良い。また、上記の
昇温は、必ずしも実施しなくとも良い。
施した鏡部成膜工程後の半導体ウエハ300の模式的な
断面図を示す。多層構造の反射層1020は、膜厚約9
00ÅのAg層102aと、膜厚約300ÅのNi/M
o層102bと、膜厚約3000ÅのAu層102cと
から構成されている。これらの金属層の成膜は、エレク
トロンビーム蒸着により実施することができる。その
後、耐蝕層103を上記のマスキングに基づいて、第1
実施例と略同様の条件で形成した。ただし、本第2実施
例における耐蝕層103は、必ずしも形成しなくとも良
い。
反射率は膜厚が約800〜1000Å程度で飽和するた
め十分に高い反射率が得られ、尚且つ、高い耐蝕性をも
同時に確保することができる。即ち、例えば、この様に
鏡部10を構成することによっても、第1実施例の場合
と同等レベルの高い反射率と耐蝕性を得ることができ
る。
を実施することにより、図12に模式的に示す、粘着シ
ート24を有する半導体ウエハ301の断面構成を得
る。その後、第1実施例と同様のスクライブ工程を実施
することにより、図13に模式的に示す、分割線25を
有する半導体ウエハ301の断面構成を得る。
に荷重を作用させて、ウエハをチップに分離し、図1の
構成を得る(ブレーク工程)。
0を形成することにより、反射層1020(特に、光を
反射する主たる層102a)の反射率の劣化が抑制でき
るため、発光層15より出力される光を効果的に反射で
きる(高光度化)。
ン)の設定予定領域には積層(成膜)されないので、半
導体ウエハ301では、スクライブ工程において鏡部1
0側から分離溝21を視覚的に容易に認識できる。よっ
て、半導体ウエハ301では、基板11の下面に鏡部1
0を形成した後のスクライビングが容易となり、更に、
この分割線によりその後の素子100の分割が容易に行
える。
程においては、まだ粘着シートが使用されていないた
め、この段階で半導体ウエハ300を洗浄したり、加熱
したりすることが可能である。また、成膜時にも粘着シ
ートがないため不要なガスが揮発しないので、基板面に
透光層101を成膜しなくとも反射率や密着性の高い鏡
部を形成することができる。
に、例えば、膜厚1000Å程度のロジウム(Rh)よ
りなる金属層を形成しても良い。Rhは、基板との密着
性に優れており、また、耐蝕性や反射率も比較的高いた
め、この様な金属層によっても高い密着性と反射率を同
時に確保することができる。
上、500μm以下のステンレスより形成することによ
り、上記の外付けマスクを作成することができる。ただ
し、この厚さの範囲は、より望ましくは、約30〜30
0μm程度であり、更により望ましくは、50μm前後
(約30〜100μm程度)が理想的である。この厚さ
が薄過ぎるとこの外付けマスクの再利用が不能となった
り、破損し易くなったりして、望ましくない。また、こ
の厚さが厚過ぎるとマスクするべき領域の縁の境界線周
辺での鏡部の膜厚にバラツキが生じ易くなり、正確なマ
スクができなくなる。
プ幅は、分離溝の幅の概ね1倍以上、10倍以下程度が
良い。分離溝の幅に対するこのストライプ幅の比の範囲
は、分離溝の幅の絶対値にもよるが、望ましくは、およ
そ2倍から5倍程度であり、更により望ましくは、3倍
前後が理想的である。この幅が広過ぎると、鏡部の有効
面積が狭くなり、反射光の光量が低下する。また、この
幅が狭過ぎると、極めて高度なマスクの位置付け精度が
要求されると同時に、鏡部成膜後、スクライビングカッ
ターの位置合わせを行う際に分離溝を視覚的に認識する
ことが難しくなる。
100の発光層15はMQW構造としたが、SQWやGa
0.8In0.2N 等から成る単層、その他、任意の混晶比の4
元、3元系のAlGaInN としても良い。又、p型不純物と
してMgを用いたがベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の2族元
素を用いることができる。又、本発明はLEDやLDの
発光素子に利用可能であると共に受光素子にも利用する
ことができる。
物半導体発光素子100の模式的な断面図。
を説明する半導体ウエハ200の模式的な断面図。
明する半導体ウエハ200の模式的な断面図。
後の基板側(11b)から見た半導体ウエハ200又は
300の模式的な平面図。
半導体ウエハ201の模式的な断面図。
イブ工程を説明する、基板側から見た半導体ウエハ20
1の模式的な平面図。
る半導体ウエハ201の模式的な断面図。
半導体ウエハ201の模式的な断面図。
1から、ブレーキングにより分離した III族窒化物系化
合物半導体発光素子100のテスト結果を示す表。
膜工程を説明する半導体ウエハ300の模式的な平面図
(a),(b)及び、模式的な断面図(c)。
る半導体ウエハ300の模式的な断面図。
る半導体ウエハ301の模式的な断面図。
する半導体ウエハ301の模式的な断面図。
発光素子900の模式的な断面図。
光素子) 200,201,300,301 … 半導体ウエハ 11 … 基板 12 … バッファ層 13 … n型コンタクト層 14 … n型クラッド層 15 … 発光層(MQW発光層) 16 … p型クラッド層 17 … p型コンタクト層 18A … 正電極金属層 18B … 負電極金属層 10 … 鏡部 101 … 透光層 102 … 反射層 103 … 耐蝕層 21 … 分離溝 24 … 粘着シート 25 … 分割線(スクライブライン) 40 … ブレード(ダイシング・カッター) 70 … 外付けマスク
Claims (15)
- 【請求項1】 基板の上に III族窒化物系化合物半導体
より成る複数の半導体層が結晶成長により積層された半
導体発光素子において、前記基板の発光層が位置する側
とは反対側の面に、 透光性の金属酸化物又は透光性のセラミックスより成る
透光層と、 前記発光層から放出される光を前記基板側に反射する金
属製の反射層とを順次積層することにより、鏡部が形成
されていることを特徴とする III族窒化物系化合物半導
体発光素子。 - 【請求項2】 基板の上に III族窒化物系化合物半導体
より成る複数の半導体層が結晶成長により積層された半
導体発光素子において、前記基板の発光層が位置する側
とは反対側の面に、 前記発光層から放出される光を前記基板側に反射する金
属製の反射層と、 金属酸化物又はセラミックスより成る耐蝕層とを順次積
層することにより、鏡部が形成されていることを特徴と
する III族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項3】 前記鏡部の最後に積層される層として、 更に、金属酸化物又はセラミックスより成る耐蝕層が積
層されていることを特徴とする請求項1に記載の III族
窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項4】 前記反射層は、 アルミニウム(Al)、銀(Ag)、又はこれらの金属
元素の内の少なくとも1種類以上を含んだ合金より形成
されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のい
ずれか1項に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項5】 前記反射層の膜厚は、 5nm以上、20μm以下であることを特徴とする請求
項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の III族窒化物
系化合物半導体発光素子。 - 【請求項6】 前記透光層は、 Al2 O3 、TiO2 、MgO、MgCO3 、Ta2 O
5 、ZnO、In2 O 3 、SiO2 、SnO2 、ZrO
2 等の、透光性の酸化金属又は酸化物より形成されてい
ることを特徴とする請求項1、請求項3、請求項4、又
は請求項5に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項7】 前記透光層の膜厚は、 5nm以上、10μm以下であることを特徴とする請求
項1、又は、請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記
載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項8】 前記耐蝕層は、 Al2 O3 、TiO2 、MgO、MgCO3 、Ta2 O
5 、ZnO、In2 O 3 、SiO2 、SnO2 、ZrO
2 等の、耐蝕性の酸化金属又は酸化物、或いは、 耐蝕性の金属炭化物、金属窒化物又は金属ホウ化物より
形成されていることを特徴とする請求項2乃至請求項7
の何れか1項に記載の III族窒化物系化合物半導体発光
素子。 - 【請求項9】 前記耐蝕層の膜厚は、 5nm以上、10μm以下であることを特徴とする請求
項2乃至請求項8のいずれか1項に記載の III族窒化物
系化合物半導体発光素子。 - 【請求項10】 前記基板は、 厚さが75μm以上、150μm以下のサファイヤより
構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項9
のいずれか1項に記載の III族窒化物系化合物半導体発
光素子。 - 【請求項11】 前記反射層は、 ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(P
t)、金(Au)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、
クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、コバルト(C
o)、チタン(Ti)、インジウム(In)、モリブデ
ン(Mo)、又はこれらの金属元素の内の少なくとも1
種類以上を含んだ合金より形成されていることを特徴と
する請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の I
II族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項12】 前記反射層は、 複数の金属層より構成された多層構造を有することを特
徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載
の III族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項13】 請求項1乃至請求項12のいずれか1
項に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子の製造
方法であって、 前記基板と電極等を有して前記複数の半導体層より成る
半導体ウエハの前記基板側の面に、前記透光層、及び/
又は、前記反射層、及び/又は、前記耐蝕層より成る前
記鏡部の各層を、順次、スパッタリング又は蒸着により
成膜する鏡部成膜工程を有することを特徴とする III族
窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項14】 前記半導体ウエハを前記半導体発光素
子単位に分割するブレーク工程を更に有することを特徴
とする請求項13に記載の III族窒化物系化合物半導体
発光素子の製造方法。 - 【請求項15】 前記半導体ウエハを前記電極側から所
定の深さまで切削することにより、前記半導体発光素子
単位の分離溝を形成する分離溝形成工程と、 前記半導体ウエハの前記基板を所望の厚さにまで研削又
は研磨する薄板化工程と、 前記半導体ウエハの前記基板側の面が表側に表れる様
に、前記半導体ウエハを粘着シートに貼り付ける貼り付
け工程と、 前記半導体ウエハの前記基板側の面に前記半導体発光素
子単位に分割線を罫描くスクライブ工程と、 前記鏡部成膜工程とを有して、 これらの各工程を本請求項に記載の順序で直列に実行す
ることを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の
III族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
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