JP2003008062A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 発光面にメッシュ状の電極等の細い電極を有
する半導体発光素子の製造方法であって、半導体との間
の接触抵抗がより低い電極を備えた半導体発光素子の製
造方法を提供する。 【解決手段】 コンタクト層２４をエッチングにより選
択除去する際に、被覆膜形成工程においてコンタクト層
２４の表面上における上部電極２６の外側面を覆うよう
に、レジストによる被覆膜が形成されている為、コンタ
クト層除去工程においてコンタクト層２４が除去される
際、発光面３０にメッシュ状等の細い上部電極２６を有
する半導体発光素子１０であっても上部電極２６と接し
ていたコンタクト層２４を浸食することなく、コンタク
ト層２４であって上部電極２６との間にオーミック接触
をとる為に不必要な部分を除去することができ、半導体
との間の接触抵抗がより低い上部電極２６を備えた半導
体発光素子１０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板上に発光層を含む複数の半導体層を
結晶成長させ、その最表層にコンタクト層を積層形成
し、更にそのコンタクト層の上に局部的にオーミック電
極（半導体発光素子との間にオーミック接触をとる電
極）が取り付けられた半導体発光素子が、例えば面発光
型発光ダイオード等に広く用いられている。この半導体
発光素子は、例えば、ｎ−ＧａＡｓ半導体からなる基板
上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法等のエピ
タキシャル成長技術により、所定層数のｎ−Ａｌ_0.5Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体からなる多層膜反射層、ｎ−Ａ
ｌＩｎＰ半導体からなる第１クラッド層、所定層数のｕ
ｎ−ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ半導体からなる多重量
子井戸層、ｐ−ＡｌＩｎＰ半導体からなる第２クラッド
層、ｐ−Ａｌ_{0. 7}ＧａＡｓ半導体からなる電流拡散層、
ｐ−ＧａＡｓ半導体からなるコンタクト層を順次積層し
て、その上面に例えばＡｕＺｎ／Ａｕ共晶からなる上部
電極を、その下面に例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ共晶か
らなる下部電極を積層形成させたものであり、順方向電
流が流されることにより、前記多重量子井戸層内におい
て光が発生させられ、その光が上面の上部電極以外の部
分から外部に放出される。

【０００３】この半導体最上層に設けられたコンタクト
層例えばｐ−ＧａＡｓ半導体層は、その表面に積層形成
される電極例えばＡｕＺｎ／Ａｕ共晶電極との接触抵抗
を小さくして、電極との間にオーミック接触を得る為に
設けられる。しかし、このような化合物半導体は電極と
の間にオーミック接触を得る為の機能を持つと同時に、
発光層で発生させられた光を吸収する吸収層としてもは
たらく場合がある。例えばＧａＡｓ半導体は、ＡｌＩｎ
ＧａＰ系の半導体発光素子の発光波長例えば波長６５０
ｎｍの赤色光を吸収する。この為、発光面に電極を形成
させる半導体発光素子では、電極形成後にコンタクト層
であって前記電極にオーミック接触を与える為に不必要
な部分をエッチング技術を用いて除去することにより発
光出力を上昇させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
半導体発光素子であって、発光面上にメッシュ状等の細
い線状の電極を横断させることによって発光面に流れる
電流の密度を均一にし、光出力を高めた面発光素子が知
られている。しかし、そのような細い電極を形成させた
半導体発光素子において前記のようにコンタクト層を選
択除去しようとすると光出力は上昇するものの、同時に
必要とされる電圧も上昇してしまう場合があり問題とな
っていた。

【０００５】本発明者は、この問題の発生する原因は、
コンタクト層をエッチングする際に、エッチング液が電
極外側部から電極下に浸み込んで電極に接するコンタク
ト層までも若干浸食してしまうことにあるのではないか
と考えた。すなわちコンタクト層表面に積層形成される
電極のコンタクト層との接触面積が十分である場合には
このようなことは問題とはならないが、例えば幅３０μ
ｍ以下の線状電極が交差するメッシュ状の電極が形成さ
れる場合には、コンタクト層をエッチングする際に、エ
ッチング液によって電極に接するコンタクト層が浸食さ
れることにより電極の側部が浮いた状態となる為、電極
と半導体との接触抵抗が増大し、結果として光出力は上
昇するものの、同時に必要とされる電圧も上昇するのだ
と考えた。

【０００６】本発明はそのような背景から為されたもの
であり、その目的とするところは、発光面にメッシュ状
の電極等の細い電極を有する半導体発光素子の製造方法
であって、半導体との間の接触抵抗がより低い電極を備
えた半導体発光素子の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成する為
に、本発明の要旨とするところは、電極との間にオーミ
ック接触をとる為のコンタクト層が設けられた半導体発
光素子の製造方法であって、そのコンタクト層上に形成
された電極の外側面を覆うように、レジストによる被覆
膜を形成する被覆膜形成工程と、その被覆膜が形成され
た状態で前記コンタクト層にエッチングを施し、そのコ
ンタクト層を前記電極直下の部分を除いて除去するコン
タクト層除去工程とを、含むものである。

【０００８】

【発明の効果】この方法によれば、コンタクト層をエッ
チングにより選択除去する際に、被覆膜形成工程におい
てコンタクト層表面上におけるその電極の外側面を覆う
ように、レジストによる被覆膜が形成されている為、コ
ンタクト層除去工程においてコンタクト層が除去される
に際して、発光面にメッシュ状電極等の細い電極を有す
る半導体発光素子であってもその電極外側部から電極下
にエッチング液が浸み込んで電極と接していたコンタク
ト層を浸食することなく、前記コンタクト層であって前
記電極との間にオーミック接触をとる為に不必要な部分
だけを除去することができ、半導体との間の接触抵抗が
より低い電極を備えた半導体発光素子を提供することが
できる。

【０００９】

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記半導体発光
素子の製造方法は、更に、前記コンタクト層上に固着さ
れた電極材料層の表面に所望の電極形状を得る為のレジ
ストパターンを形成するパターニング工程と、そのパタ
ーニング工程により形成されたレジストパターンから露
出する部分をエッチングにより除去することより所望の
パターン形状の電極を形成する電極形成工程とを含み、
前記被覆膜形成工程は、その電極形成工程により形成さ
れた電極の外側面を覆うように、加熱により該電極上に
残されたレジストを流動させて該レジストによる被覆膜
を形成するものである。このようにすれば 所望形状の
電極を形成させる為に電極表面にパターン形成したレジ
ストを除去せずに、そのレジストを加熱により流動させ
て端面をダレさせることによってコンタクト層の表面上
における電極の外側面にレジスト被覆膜を形成させてい
る為、効率的且つ経済的に、半導体との間の接触抵抗が
より低い電極を備えた半導体発光素子を提供することが
できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。尚、以下の説明に用いる図において各部の寸法
比等は必ずしも正確に描かれていない。

【００１１】図１（ａ）は、本発明の一実施例である半
導体発光素子１０の構造を示す図である。かかる半導体
発光素子１０は、ｎ−ＧａＡｓ半導体である基板１２上
に、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法等を
用いて、例えば３０対のｎ−Ａｌ_0.5ＧａＡｓ／ＡｌＡ
ｓ半導体層が積層された多層膜反射層１４、ｎ−ＡｌＩ
ｎＰ半導体である第１クラッド層１６、例えば２０対の
ｕｎ−ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ半導体層が積層され
た多重量子井戸層１８、ｐ−ＡｌＩｎＰ半導体である第
２クラッド層２０、ｐ−Ａｌ_0.7ＧａＡｓ半導体である
電流拡散層２２、及びｐ−ＧａＡｓ半導体であるコンタ
クト層２４が順次積層形成され、そのコンタクト層２４
上にＡｕＺｎ／Ａｕ共晶からなる上部電極２６が、基板
１２の下面にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ共晶からなる下部電
極２８がそれぞれ蒸着或いはスパッタにより形成されて
いる。本実施例においては、上記多重量子井戸層１８が
発光層に相当する。また、図１において、第１クラッド
層１６、多重量子井戸層１８、第２クラッド層２０、及
び電流拡散層２２の点線で囲まれている部分は、Ｈ ⁺等
の不純物が例えばイオン注入装置を用いてドープされる
ことにより高抵抗の電流狭窄領域Ａとなっている。

【００１２】以上のように構成された半導体発光素子１
０では、上部電極２６と下部電極２８との間にｐｎ順方
向電流が流されると、発光層である多重量子井戸層１８
において電子と正孔の再結合が起こることによって、例
えば、波長６５０ｎｍの赤色光が発生させられ、半導体
発光素子１０の上部の発光面３０から放出される。ここ
で、図１（ｂ）は、半導体発光素子１０を発光面３０に
対して垂直上方向から見た図である。上部電極２６は、
発光面３０上では、例えば幅５μｍの線が交差するメッ
シュ状に、それ以外の領域では全面を覆うように形成さ
れている。この発光面３０以外の領域Ａは、コンタクト
層２４の上面から第１クラッド層１６の下面に達しない
深さにまでＨ⁺イオンが注入されることによって高抵抗
化され、発光部以外の場所には電流が流れにくくなって
いる為、光取り出し効率が向上され高い光出力が得られ
るようになっている。

【００１３】このような半導体発光素子１０は、例えば
以下に示すような工程で作製される。先ず、例えばＭＯ
ＣＶＤ法によって基板１２上に多層膜反射層１４からコ
ンタクト層２４までを順次結晶成長させてエピタキシャ
ルウェーハを作製する。次いで、コンタクト層２４の発
光部となる位置にイオン注入マスクを形成し、発光部以
外の部分にＨ⁺イオンを注入することによって電流狭窄
領域Ａを形成させる。このようにして作製された半導体
ウェーハのコンタクト層２４上に上部電極２６となる電
極材料を一面に蒸着或いはスパッタにより固着させる。
固着された電極材料層には続いて、表面に所望の電極形
状を得る為のレジストパターンを形成した後にエッチン
グを施し所望形状の上部電極２６を形成させる。

【００１４】ここで、半導体発光素子１０の最上層に設
けられたコンタクト層２４例えばｐ−ＧａＡｓ半導体層
は、その表面に形成される上部電極２６例えばＡｕＺｎ
／Ａｕ共晶電極との接触抵抗を小さくして、上部電極２
６との間にオーミック接触を得る為に設けられる。しか
し、ｐ−ＧａＡｓ半導体は、波長６５０ｎｍの赤色光に
対して吸収層として作用し、発光効率が制限される。こ
の為、本実施例のように発光面３０上に上部電極２６を
形成させる半導体発光素子１０では、上部電極２６を形
成させた後にコンタクト層２４であって上部電極２６と
の間にオーミック接触を得る為に不必要な部分を例えば
エッチング技術を用いて除去することにより発光出力を
上昇させる。

【００１５】図２は、コンタクト層２４を上部電極２６
直下の部分を除いて除去した半導体発光素子１０の上面
を表す図である。上部電極２６と半導体との間にオーミ
ック接触をとり、同時に発光面３０より放出される光の
損失を最小限に抑える為には、この図に示すようにコン
タクト層２４を上部電極２６直下の部分だけ残して他の
部分を、例えば、アンモニアと過酸化水素の混合溶液に
浸漬させてエッチングするといった方法により除去する
のが好ましい。アンモニアと過酸化水素の混合溶液はコ
ンタクト層に用いられるｐ−ＧａＡｓ半導体のみを選択
的に浸食することができる為、好適に用いられる。ま
た、更に好適にはアンモニアと過酸化水素の容積比が
１：２０となるようなエッチング液が用いられる。

【００１６】ここで従来の方法によれば、上部電極２６
を形成させ、所望形状の上部電極２６を形成させる為に
パターン形成されたレジストを除去した後に、コンタク
ト層２４のエッチングを行っていた。この場合、エッチ
ング液は上部電極２６と接しない部分のコンタクト層２
４を浸食するのみならず、上部電極２６の外側部から上
部電極２６の下に浸み込んで上部電極２６に接するコン
タクト層２４までも若干浸食する。ここで、コンタクト
層２４の表面に形成される上部電極２６のコンタクト層
との接触面積が十分である場合すなわち図３（ａ）に示
すように発光面３０の周囲に形成された上部電極２６を
考えるような場合にはこのようなことは問題とはならな
い。しかし、幅３０μｍ以下の線状電極例えば本実施例
のように幅５μｍの線状電極が交差するメッシュ状の上
部電極２６が形成される場合には、コンタクト層２４を
エッチングする際に、エッチング液によって上部電極２
６に接するコンタクト層２４が浸食されることにより図
３（ｂ）に示すように上部電極２６の側部が浮いた状態
となる為、上部電極２６と半導体との接触抵抗が増大
し、結果として光出力は上昇するものの、同時に必要と
される電圧も上昇する。

【００１７】本実施例ではこの問題を解決する為に、図
４に示す工程でコンタクト層２４をエッチング技術を用
いて部分的に除去した。先ず、コンタクト層２４上に固
着された電極材料層の表面に所望の電極形状を得る為の
レジスト３２のパターンを形成させる（パターニング工
程Ｐ１）。図５（ａ）はこの状態を示し、次いで、
（ｂ）に示すように電極材料層にエッチングを施し所望
のパターン形状の上部電極２６を形成させる（電極形成
工程Ｐ２）。続いて、半導体ウェーハを１５０〜２００
℃の温度範囲で１０分〜３時間、好適には３０分〜１時
間ベークすることによってレジスト３２を流動させ、端
面をダレさせることによって、（ｃ）に示すように、形
成された上部電極２６の外側面を覆うように、このレジ
スト３２による被覆膜を形成させる（被覆膜形成工程Ｐ
３）。その後、（ｄ）に示すように、そのレジスト３２
による被覆膜が形成された状態でコンタクト層２４にエ
ッチングを施し、そのコンタクト層２４を上部電極２６
直下の部分を除いて除去し（コンタクト層除去工程Ｐ
４）、（ｅ）に示すように、レジスト３２による被覆膜
を取り除く。

【００１８】このように本実施例では、コンタクト層２
４をエッチングにより選択除去する際に、被覆膜形成工
程Ｐ３においてコンタクト層２４の表面上における上部
電極２６の外側面を覆うように、レジスト３２による被
覆膜が形成されている為、コンタクト層除去工程Ｐ４に
おいてコンタクト層２４が除去されるに際して、発光面
３０にメッシュ状等の細い上部電極２６を有する半導体
発光素子１０であってもその上部電極２６の外側面から
上部電極２６下にエッチング液が浸み込んで上部電極２
６と接していたコンタクト層２４を浸食することなく、
前記コンタクト層２４であって上部電極２６との間にオ
ーミック接触をとる為に不必要な部分を除去することが
でき、半導体との間の接触抵抗がより低い上部電極２６
を備えた半導体発光素子１０を提供することができる。

【００１９】また、本実施例では、所望形状の上部電極
２６を形成させる為に電極表面にパターン形成したレジ
スト３２を除去せずに、そのレジスト３２を加熱により
軟化させて端面をダレさせることによってコンタクト層
２４の表面上における上部電極２６の外側面にレジスト
被覆膜を形成させている為、効率的且つ経済的に、半導
体との間の接触抵抗がより低い上部電極２６を備えた半
導体発光素子１０を提供することができる。

【００２０】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるも
のではなく、別の態様でも実施され得る。

【００２１】例えば、前述の実施例においては、ＧａＩ
ｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ半導体層が積層形成された多重量
子井戸層１８を発光層とする半導体発光素子１０につい
て説明したが、例えばＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、Ｉｎ
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等からなる発光層を持つ半導
体発光素子等についても本発明は同様に適用され得る。
また、基板１２には、例えばＩｎＰ、サファイア等の他
の材料が用いられても良い。

【００２２】また、前述の実施例においては、高い光出
力を得る為にＨ⁺イオンを注入することによって電流狭
窄構造が形成されていたが、これは必ずしも形成されな
くても良いし、ｐ−ｎ反転領域を設ける等の他の電流狭
窄構造が形成されていてもよい。

【００２３】また、前述の実施例においては、コンタク
ト層２４を選択除去する為のエッチング液としてアンモ
ニアと過酸化水素の混合溶液を用いていたが、これは、
コンタクト層２４を好適に選択除去し得るものであれば
アンモニアと過酸化水素の混合溶液でなくとも良く、ま
た、アンモニアと過酸化水素の容積比は１：２０でなく
とも良い。

【００２４】また、前述の実施例においては、図１
（ｂ）に示すように、発光面３０上に細いメッシュ状の
上部電極２６が形成された半導体発光素子１０について
説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば図６に
示すように、発光面３０上に細い円環状の上部電極２６
と直線状の上部電極２６とが組み合わされて形成された
半導体発光素子１０等の、発光面３０に部分的に細い線
状の上部電極２６を形成させた半導体発光素子１０に広
く用いられ得る。

【００２５】また、前述の実施例においては、発光面３
０上に幅５μｍの線が交差するメッシュ状の上部電極２
６が形成されたものであったが、本発明は、幅３０μｍ
以下の上部電極２６が形成された半導体発光素子１０に
ついて好適に用いられるものであり、幅５μｍ以下の上
部電極２６が形成された半導体発光素子１０にも用いら
れる。また、必要によれば幅３０μｍ以上の上部電極２
６が形成された半導体発光素子１０にも用いられ得る。

【００２６】また、前述の実施例においては、コンタク
ト層２４を選択除去する際に、所望形状の上部電極２６
を形成させる為に電極表面にパターン形成したレジスト
３２を除去せずに、そのレジスト３２を加熱により軟化
させて端面をダレさせることによってコンタクト層２４
の表面上における上部電極２６の外側面にレジスト被覆
膜を形成させるものであったが、所望形状の上部電極２
６を形成させる為に電極表面にパターン形成したレジス
ト３２を除去した後に、例えば、フォトリソグラフィ技
術を用いてコンタクト層２４の表面上における上部電極
２６の外側面にレジスト被覆膜を形成させるものであっ
ても良い。

【００２７】また、前述の実施例においては、上部電極
２６はコンタクト層２４上に蒸着或いはスパッタによっ
て積層形成された電極材料層にエッチングを施すことに
より形成されるものであったが、この上部電極２６は、
例えば、リフトオフ等のレジストから露出する部分をエ
ッチングする工程とは異なる他の工程によって形成され
るものであっても良い。

【００２８】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である半導体発光素子の構造
と、発光面に対して垂直上方向から見た様子を示す図で
ある

【図２】コンタクト層を上部電極直下の部分を除いて除
去した半導体発光素子の上面を表す図である。

【図３】従来の技術により、コンタクト層をエッチング
技術を用いて部分的に除去した半導体発光素子の上面を
表す図である。

【図４】本発明に従って、コンタクト層をエッチング技
術を用いて部分的に除去する工程を示す工程図である。

【図５】本発明に従って、コンタクト層をエッチング技
術を用いて部分的に除去する工程を説明する図である。

【図６】本発明の他の実施例である半導体発光素子を、
発光面に対して垂直上方向から見た様子を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０：半導体発光素子 ２４：コンタクト層 ２６：上部電極 ３２：レジスト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極との間にオーミック接触をとる為の
   コンタクト層が設けられた半導体発光素子の製造方法で
   あって、 該コンタクト層上に形成された電極の外側面を覆うよう
   に、レジストによる被覆膜を形成する被覆膜形成工程
   と、 該被覆膜が形成された状態で前記コンタクト層にエッチ
   ングを施し、該コンタクト層を前記電極直下の部分を除
   いて除去するコンタクト層除去工程とを、含むものであ
   ることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記半導体発光素子の製造方法は、 前記コンタクト層上に固着された電極材料層の表面に所
   望の電極形状を得る為のレジストパターンを形成するパ
   ターニング工程と、 該パターニング工程により形成されたレジストパターン
   から露出する部分をエッチングにより除去することより
   所望のパターン形状の電極を形成する電極形成工程とを
   含み、 前記被覆膜形成工程は、該電極形成工程により形成され
   た電極の外側面を覆うように、加熱により該電極上に残
   されたレジストを流動させて該レジストによる被覆膜を
   形成するものである請求項１の半導体発光素子の製造方
   法。