【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の同一面側に形成されたｐ型とｎ型半導体層と、そのｐ型とｎ型半導体層の上に同じ金属材料によりそれぞれ形成されたｐ電極とｎ電極からなる一対の接続電極を有し、電気を光に変換して放射する発光素子及び入射した光を受光して電気に変換する受光素子のそれぞれの機能を持つ光半導体素子の製造方法と光半導体素子およびその光半導体素子を実装した光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、絶縁性透明基板上に窒化ガリウム系化合物からなるｐ型及びｎ型の窒化物半導体層を形成し、同一平面上に正負一対の接続電極を設けた光半導体素子が注目されている。その従来の技術である光半導体素子の構成を図６に示す。
【０００３】
図６（ｄ）は、従来の技術により形成された光半導体素子の構成を示す構造断面図である。
この光半導体素子１１１は、サファイア等の材料からなる透明絶縁性基板１０１上に窒化ガリウム系化合物からなるｎ型窒化物半導体層１０２とｐ型窒化物半導体層１０３とを積層したたｐ−ｎ接合を有し、前記ｐ型窒化物半導体層１０３及び前記ｎ型窒化物半導体層１０２の表面上には、同一の金属材料からなるｐ電極１０４及びｎ電極１０５がそれぞれ形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
このｎ電極１０５は、前記ｐ−ｎ接合のｐ型窒化物半導体層１０３の一部より選択的にエッチングしてｎ型窒化物半導体層１０２を露出させたその表面上に形成されている。このように構成すると前述の各窒化物半導体層の同一平面上に正負一対のｐ電極およびｎ電極からなる接続電極を有する光半導体素子１１１が得られる。
【０００４】
上記構造の光半導体素子１１１では、ｐ電極１０４とｎ電極１０５間に所定の電圧を与えると、ｐ電極１０４側からの正孔とｎ電極１０５側からの電子が、ｎ型窒化物半導体層１０２とｐ型窒化物半導体層１０３との界面付近で再結合する結果、発光させることができる。
【０００５】
ここで、前記光半導体素子１１１の製造方法について図６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、絶縁性の透明絶縁性基板１０１の上に、ｎ−ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層１０２とｐ−ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層１０３とを積層したｐ−ｎ接合を有機金属気相成長法などの手段により形成する。
【０００６】
次に、図６（ｂ）に示すように、そのｐ−ｎ接合に対し、ｐ型窒化物半導体層１０３の一部より選択的にエッチングしてｎ型窒化物半導体層１０２を露出させる。
【０００７】
その後、図６（ｃ）に示すように、１回のリフトオフによって同時に一対の接続電極であるｐ電極１０４及びｎ電極１０５を形成すべく、前記窒化物半導体層１０２，１０３表面にレジストを塗布してマスクパターン１２１を形成し、さらにそのマスクパターン１２１の表面に、真空蒸着法によりＮｉとＴｉとＡｕを順次積層して金属層１２２を形成する。
【０００８】
そして、前記マスクパターン１２１を除去すれば、各窒化物半導体層１０２，１０３の表面に一対の接続電極（ｐ電極１０４及びｎ電極１０５）を有する図６（ｄ）に示す光半導体素子１１１が得られる。
【０００９】
ここで、前記ｐ電極および前記ｎ電極に用いる金属材料は、ｐ型窒化物半導体層１０３、ｎ型窒化物半導体層１０２ともに良好なオーミック接続が要求されるので、Ａｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｚｒ等の金属単体や、合金からなる積層膜を用いている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２３２６３２号公報（第３−４頁、第１図、第２図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、前述の従来技術の光半導体素子１１１の同一材質からなる前記ｎ電極１０５と前記ｐ電極１０４からなる接続電極を形成するために、その手段としてリフトオフ法を採用している。
【００１２】
このリフトオフ法は、前述の如くマスクパターン１２１により形成された開口部を含む前記レジスト表面全面に金属層１２２を成膜するためには、真空蒸着装置やスパッタリング装置等の大掛かりな成膜装置が必要である。
【００１３】
また、この方法によると、前記マスクパターン１２１に形成される開口部がレジスト表面積でわずかの部分であるため、この工程により殆どの金属層が除去されることとなる。よって、その分だけ金属層１２２の材料費が無駄となり製造コストが嵩む。
【００１４】
さらに、図６（ｃ）に示す開口部中の金属層１２３だけを残してレジストとともにその上層の金属層１２２を除去すると、前記開口部中の接続電極部分として残したい箇所も一緒に剥がしてしまい、一対の接続電極が形成されない箇所が発生することがある。
【００１５】
上記理由から、光半導体素子に適用する電極形成の技術としてリフトオフ法は、生産性が悪く光半導体素子の量産性を考慮すると好ましい製造方法とは云えない。
【００１６】
そこで本発明の目的は、上記の課題を解決して、製造工程が簡便で、良好な素子特性を有する光半導体素子の製造方法と光半導体素子およびその光半導体素子を実装した光半導体装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためのに以下の構成と製造方法を採用する。
本発明の請求項第１項に記載の光半導体素子の製造方法は、基板の同一面側に形成されたｐ型とｎ型半導体層と、そのｐ型とｎ型半導体層の上層に同一金属材料によりそれぞれ形成されたｐ電極とｎ電極からなる一対の接続電極を有する光半導体素子の製造方法において、前記ｐ型とｎ型半導体層を形成する工程と、前記各半導体層の表面の少なくとも一部に、無電解メッキ膜が析出可能な金属を主成分とするメッキ成長膜を設ける工程と、無電解メッキにより前記メッキ成長膜を被覆する一対の接続電極を同時に形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項第２項に記載の光半導体素子の製造方法は、基板の同一面側に形成されたｐ型とｎ型半導体層と、そのｐ型とｎ型半導体層の上層に同じ金属材料によりそれぞれ形成されたｐ電極とｎ電極からなる一対の接続電極を有する光半導体素子の製造方法において、前記ｐ型とｎ型半導体層を形成する工程と、前記半導体層の一方の表面の少なくとも一部に、無電解メッキ膜が析出可能な金属を主成分とするメッキ成長膜を設ける工程と、無電解メッキにより前記メッキ成長膜を被覆する一方の接続電極と、他方の半導体層の表面に他方の接続電極を同時に形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項第３項に記載の光半導体素子の製造方法は、前記一対の接続電極を同時に形成する工程の前に、それぞれの前記ｐ型とｎ型半導体層または前記メッキ成長膜の少なくとも一部を露出させる保護膜を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項第４項に記載の光半導体素子の製造方法は、前記接続電極の膜厚の制御を、前記保護膜の露出部分の開口径の大小により行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項第５項に記載の光半導体素子の製造方法は、前記一対の接続電極を同時に形成する工程の前に、前記一対の接続電極を分離するための分離隔壁を前記半導体層の表面に形成する工程を含むことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項第６項に記載の光半導体素子の製造方法は、前記接続電極は、前記メッキ成長膜を被服するとともに、表面に露出する前記半導体層の全面を覆って形成されてなることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項第７項に記載の光半導体素子の製造方法は、前記接続電極をバリアメタル層として機能する厚さに形成し、その上層にさらに突起電極を設けることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の請求項第８項に記載の光半導体素子の製造方法は、前記接続電極の膜厚の制御を、前記メッキ成長膜の膜厚により行うことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の請求項第９項に記載の光半導体素子は、前述の光半導体素子のいずれかの製造方法により形成されたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の請求項第１０項に記載の光半導体装置は、前述の光半導体素子が、フリップチップ実装されてなることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら具体的な本願発明の実施の形態について説明する。
以下に示す光半導体素子とは、発光あるいは受光機能を有する半導体素子をいい、具体的には発光ダイオード、半導体レーザー、フォトディテクタ、太陽電池等を指す。
また、本願発明の光半導体素子についての下記の実施の形態において、単個の構成および製造方法について説明するが、実際に生産する際には多数個の光半導体素子を一度に形成した後に、単個に切り出して得られるものであることを理解されたい。
【００２８】
（第１の実施の形態）
まず、本願発明により形成される光半導体素子の構成について説明する。図１（ｄ）は本発明の第１の実施の形態における光半導体素子を示す構造断面図である。
この光半導体素子１０は、従来の構成と同様に、透明絶縁性基板１上にｎ型窒化物半導体層２を有し、その上層に電気的に接合するｐ型窒化物半導体層３を設けている。また、ｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３の接合面の一部から下層のｎ型窒化物半導体層２を露出させて、同一平面上にｐ−ｎ接合を有する構成である。
【００２９】
また露出したｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３の上層にメッキ成長膜４ａ，５ａを設ける。このｐ型窒化物半導体層３の上層に設けるメッキ成長膜４ａはｐ電極４ｂを形成する箇所に、前記ｎ型窒化物半導体層２の上層に設けるメッキ成長膜５ａはｎ電極５ｂを形成する箇所にそれぞれ設けてある。
さらに、前記メッキ成長膜４ａ，５ａの一部を開口して保護膜２０を設け、当該保護膜２０開口部から露出するメッキ成長膜４ａ上にｐ電極４ｂを、メッキ成長膜５ａ上にｎ電極５ｂをそれぞれ設け、この両電極４ｂ，５ｂがそれぞれの窒化物半導体層３，２に接続されている。
【００３０】
この光半導体装置１０は従来の構成と同様に、前記ｐ電極４ｂと前記ｎ電極５ｂの間に所定の電圧を加えることで、ｐ電極４ｂからの正孔とｎ電極５ｂからの電子が、ｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３との接合界面付近で再結合して発光させることができる。
【００３１】
また、この光半導体素子１０に光の照射の程度を各電極間で発生する電位差により検出する受光素子として使用できることは云うまでもない。
【００３２】
ここで、図１（ａ）〜（ｄ）を用いて、本願発明の光半導体素子の製造方法を詳細に説明する。
まず初めに、図１（ａ）に示すように、洗浄されたサファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の材料からなる透明絶縁性基板１上の全面に、ｎ型窒化物半導体層２として窒化ガリウム系半導体層をＣＶＤ法等の手段で形成する。次に前記窒化ガリウム半導体層にＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のｐ型ドーパントをドープさせ、前記ｎ型窒化物半導体層２の上層部をｐ型窒化物半導体層３とする。
【００３３】
その後、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーおよびエッチング等の手段を組合わせて前記ｐ型窒化物半導体層３の一部を除去し、ｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３の接合面の一部から下層のｎ型窒化物半導体層２を露出させた形態とする。
【００３４】
さらに、図１（ｃ）に示すように、ｎ型窒化物半導体２の一部とｐ型窒化物半導体３の上層に無電解メッキの成長を可能とする金属を主成分とするメッキ成長膜４ａ，５ａを真空蒸着、スパッタリング、印刷等の膜付け手段によりそれぞれ設ける。ここで使用可能な金属は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ等の金属を用いることができる。この金属の代りに導電ペースト等の導電性樹脂を印刷法により形成しても構わない。また、ここで列記したいずれの金属材料を用いても、後段で説明するｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂを無電解メッキにより形成可能とするが、無電解メッキ浴中の金属により析出反応が起こる金属であれば他の金属でも構わない。この中で最も望ましい金属は、耐酸化性、電気的導通性に優れるＮｉ、Ｐｄ金属元素単体やこれらを主成分とする金属組成物である。
【００３５】
また、図には示さないが、各窒化物半導体層２，３の表面のできるだけ広い範囲を覆ってこのメッキ成長膜４ａ，５ａを形成しても構わない。この様な形態とすると、活性層である各窒化物半導体層２，３に効率良く電圧を印加することができ、より強い発光を得ることができる。特に、ｐ型窒化物半導体層３は、ｎ型に比べて比較的抵抗値が高く設定される傾向があるため、少なくともｐ型窒化物半導体層３の上層には薄膜のメッキ成長膜４ａを全面に配する構成が好ましい。しかしながら、透明絶縁性基板１を介して光半導体素子１０から発光する光を外部に取り出すために構成された光半導体装置（ＬＥＤ部品）の場合、このメッキ成長膜は透明性が保たれる程度に薄くして形成する必要がある。これは、このメッキ成長膜４ａ，５ａが光半導体素子１０の発光の妨げとなってしまうからである。
【００３６】
続けて、図１（ｄ）に示すように、前記メッキ成長膜４ａ，５ａ上の少なくとも一部を開口する保護膜２０を形成する。この保護膜２０の材料としては絶縁性の良好な酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）等を用い、真空蒸着、スパッタリング法等の成膜手段により形成する。続けて、フォトリソエッチング工程により前記開口部を形成する。
【００３７】
さらに続けて、前述の構造体を無電解メッキ液に浸漬して、前記メッキ成長膜４ａおよび５ａの保護膜２０からの露出部分にｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂをそれぞれ形成する。
この際、前記メッキ成長膜４ａ，５ａには、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ等材料からなる金属を主成分とした材料を用いるが、ｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂの形成には、このメッキ成長膜４ａ，５ａの元素と同一または卑なる金属元素を用いると無電解メッキにより目的の電極構造を形成することができる。ここで用いるｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂの材料として望ましいのは、導電性、耐腐性に優れるＮｉである。また、無電解Ｎｉメッキ液としては硫酸または塩化Ｎｉ塩によってＮｉイオンを供給し、ＮａＨ２ＰＯ２、ＫＨ２ＰＯ３、ＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、ヒドラジン、ホルマリン等を還元剤とするメッキ液を用いることができる。
以上の工程を経て本願発明の光半導体素子が完成する。
【００３８】
なお、前記メッキ成長膜４ａ，５ａの表面の露出面積、または前記メッキ成長膜４ａ，５ａの膜厚によって、無電解メッキの開始時期とメッキ金属の成長速度を制御できることも発明者は見出した。
すなわち、前記保護膜２０の開口径を大きく形成してメッキ成長膜４ａ，５ａの表面の露出面積を広くすれば、メッキ液に浸してからメッキ金属が付着し始める開始時期およびこのメッキの成長速度が早くなる。それとは対照に、保護膜２０の開口径を小さく形成してメッキ成長膜４ａの表面の露出面積を狭くすれば、メッキ液に浸してからメッキ金属が付着し始める開始時期およびこのメッキの成長速度が遅くなる。
また、メッキ成長膜４ａ，５ａの膜厚が厚いとメッキ液に浸してからメッキ金属が付着し始める開始時期とメッキ金属の成長速度が早くなる傾向がある。
上記現象を利用して、ｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂの膜厚を制御することが可能となり、所望の厚みのｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂを形成することができる。
【００３９】
上述の如く本願発明の光半導体素子１０の接合形態として、ｐ−ｎ接合について説明したが、本願発明の技術はＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合にも用いることができ、さらにシングルヘテロ、ダブルへテロ構造の光半導体素子についても適用することができる。
【００４０】
また、各窒化物半導体層２，３の上層にそれぞれメッキ成長膜４ａ，５ａを設け、そのメッキ成長膜の一部が露出するように保護膜２０を設ける例を示したが、図には示さないが、図１（ｃ）の構造体を形成した後に、各窒化物半導体層２，３の一部を露出させた保護膜２０を形成してから前記接続電極を形成する箇所にメッキ成長膜を形成し、無電解メッキによりそのメッキ成長膜を被覆する接続電極を析出させても構わない。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態を説明するための構造断面図である。
第２の実施の形態に示す光半導体素子は、透明絶縁性基板１上に形成されたｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３の上層のそれぞれに一対の接続電極を有する点は第１の実施の形態と同じであるが、その一方の接続電極がメッキ成長膜を介して一方の窒化物半導体層に接続されており、他方の接続電極が直接他方の窒化物半導体層に接続されている点が異なる。
ここに示す光半導体素子１１は、ｐ型窒化物半導体層３の表面のみにメッキ成長膜４ａを配設した構成を一例として示した。
【００４２】
本実施の形態によれば、例えばマスク蒸着や印刷等の手段により、図２（ｅ）に示すｐ型窒化物半導体層３の表面のみに前記メッキ成長膜４ａを形成することは、ｎ型窒化物半導体層２の露出部分（段差部下面）に形成するよりも容易に行えるという製造上の利点を有する。つまり、表面の少なくとも一部が露出したｎ型窒化物半導体層２には段差が形成されており、この段差があるために、上述したマスク蒸着や印刷等のマスクと段差底部に相当するｎ型窒化物半導体層２表面との間に隙間が生じてしまう。このままマスク蒸着や印刷を行うと、精度の良いメッキ成長膜５ａを形成することができないからである。これを回避するためには、フォトリソエッチング工程でメッキ成長膜５ａを形成しなくてはならない。この様に、生産性の向上を考慮する場合、ｐ型窒化物半導体層２表面のみにメッキ成長膜４ａを形成することが望ましい。
【００４３】
次に光半導体装置１１の製造方法について図１（ａ），（ｂ）および図２（ｃ）〜（ｅ）を用いて説明する。
まず、第１の実施の形態と同様に、図１（ａ）〜（ｂ）に示した工程により、透明絶縁性基板１上にｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３を積層し、さらに、前記ｎ型窒化物半導体層２の少なくとも一部を露出させた構造体を形成する。
【００４４】
さらに、図２（ｃ）に示すように、各窒化物半導体層２，３のいずれかの上面の少なくとも接続電極を形成する箇所に、メッキ成長膜４ａまたは５ａの一方を形成する。
【００４５】
続けて、図２（ｄ）に示すように、図２（ｃ）に示す構造体の両窒化物半導体層の少なくとも一部が露出するように保護膜２０を形成する。前記保護膜２０の材料は第１の実施の形態と同じものを用いる。
【００４６】
さらに続けて、図２（ｅ）に示すように、図２（ｄ）の構造体を第１の実施の形態で用いた無電解メッキ液に浸漬させる。すると、無電解メッキ膜がメッキ成長膜４ａの表面に析出してｐ電極４ｂを形成する。そのとき、メッキ成長膜４ａの下層にｐ型窒化物半導体層３が直接接続されており、さらにｐ型窒化物半導体層２にはｎ型窒化物半導体層２が接続されているので、両窒化物半導体層２，３の無電解メッキ浴に対する電位（無電解メッキ浴中の金属と電子の受渡しをするための状態）が変化して、無電解メッキ膜であるｐ電極４ｂとともに、一般的に無電解メッキ膜を直接形成することができないとされているｎ型窒化物半導体層２上にもｎ電極５ｂが析出可能となる。そのため、メッキ成長膜４ａから析出した無電解メッキ膜がｎ型窒化物半導体層が露出する前記保護膜２０の開口部にまで形成され、図２（ｅ）に示すように両窒化物半導体層２，３に接続するｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂを形成することができ、光半導体素子１１が完成する。
このメッキ成長膜４ａは、無電解メッキが行えない材料である両窒化物半導体層２，３の場合には、その上層に配する一対の接続電極の材料成分などが両窒化物半導体層に拡散することを防止する効果が高いＮｉで形成するのが望ましいが、特にＮｉに限定されるものではない。
【００４７】
なお本実施の形態においては、ｐ型窒化物半導体層３の上層にメッキ成長膜４ａのみを配してｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂを形成する例について説明したが、ｎ型窒化物半導体層２表面にメッキ成長膜５ａを配し、両電極を形成しても構わない。
【００４８】
また、図１における前述の光半導体素子１０の製造方法においては、ｎ型窒化物半導体層２の少なくとも一部を露出させてからメッキ成長膜４ａを形成したが、そのｎ型窒化物半導体層２を露出させる前にメッキ成長膜４ａを設けても構わない。
【００４９】
（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施の形態を説明するための構造断面図である。
この図３（ｅ）に示すように、第３の実施の形態の光半導体素子１２は、第１の実施の形態で示した前記保護膜２０の配置構造に代えてｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂとを電気的に分離するための分離隔壁２１を設け、ｐ電極４ｂは前記メッキ成長膜４ａ表面のみならず、表面に露出するｐ型窒化物半導体層３上にも形成されており、さらにｎ電極４ｃも同様に前記メッキ成長膜５ａ表面のみならず、表面に露出するｎ型窒化物半導体層２上にも形成されている点が第１の実施形態と異なる。
【００５０】
この様に、メッキ成長膜４ａ，５ａ部分を除く各窒化物半導体層２，３の表面露出部分に薄膜の金属膜を配することで、ｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂから加えた電圧を、活性層であるｐ型窒化物半導体層３およびｎ型窒化物半導体層２に効率良く伝えることができ、より強い発光を可能とする光半導体素子１２とすることができる。
【００５１】
ここで、本願発明の光半導体素子の製造方法を図１（ａ）〜（ｃ）、図３（ｄ）、（ｅ）を用いて説明する。
まず、第１の実施の形態と同様に、図１（ａ）〜（ｃ）に示した工程により、透明絶縁性基板１上にｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３を積層し、さらに、前記ｎ型窒化物半導体層２の少なくとも一部を露出させた構成とするとともに、各窒化物半導体層２，３の上面であり、ｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂを形成する箇所にメッキ成長膜４ａ，５ａを形成する。
【００５２】
次に、図３（ｄ）に示すように、図１（ｃ）に示す構造体の表面に露出するｐ型窒化物半導体層３とｎ型窒化物半導体層２との少なくとも境界部分を覆う分離隔壁２１を形成する。この分離隔壁２１は、例えばポリイミド等の絶縁性の樹脂をスクリーン印刷等の手段によりその境界面に塗布し、その樹脂を硬化させることで形成することができる。なお、この絶縁性の樹脂を、回転塗布法により表面全域に塗布した後に、必要な箇所を残すフォトリソエッチング工程により前記分離隔壁２１を形成しても構わない。
【００５３】
続けて、図３（ｅ）に示すように、図３（ｄ）の構造体を第１の実施の形態で用いた無電解メッキ液に浸漬させる。すると、無電解メッキ膜がメッキ成長膜４ａ，５ａの表面に析出する。そのとき、両窒化物半導体層２，３にはそのメッキ成長膜４ａ，５ａが接触しているので、窒化物半導体層２，３は、無電解メッキ浴に対する電位が変化して、無電解メッキ膜であるｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂを析出可能とするとともに、表面に露出する両窒化物半導体層２，３表面にこの無電解メッキ膜を形成することができる。
以上の工程を経て図３（ｅ）に示す分離隔壁２１の部分を除いて両窒化物半導体層２，３とメッキ成長膜４ｂ，５ｂの表面の全体にわたり均一な厚さを有するｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂを形成することができ、本発明の光半導体素子１２が完成する。
【００５４】
このメッキ成長膜４ａ．５ａは、接続電極の材料成分などが両窒化物半導体層２，３に拡散することを防止する効果が高いＮｉで形成するのが望ましいが、特にＮｉに限定されるものではない。
【００５５】
（第４の実施の形態）
図４は、第４の実施の形態の光半導体素子の構成を説明するための構造断面図である。
図４に示す光半導体装置１３は、前記ｐ電極４ｂとｎ電極５ｂの上段にハンダ等からなる突起電極６を設けた点のみが第１の実施の形態とは異なり、他の構成は同じである。
【００５６】
第４の実施の形態におけるｐ電極４ｂとｎ電極５ｂは、下層に位置するメッキ成長膜４ａ，５ａおよびこの上層に位置する突起電極６の材料の拡散を抑えるバリアメタル機能を発揮し、さらにその上下層に配する部材との密着性を保てればよいので、無電解メッキによって少なくとも数ミクロン程度の厚みで十分である。
【００５７】
この光半導体素子１３は、ｐ電極４ｂとｎ電極５ｂを設け、さらにその上層にハンダ等からなる突起電極６を設けたので、電極自体の高さを稼ぐことができ、その様な用途の場合には有効な構成である。
【００５８】
ここで、本願発明の光半導体素子１３の製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）、図４（ｄ）を用いて詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態と同様に図１（ａ）〜（ｃ）に示した工程により、透明絶縁性基板１上にｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３を積層し、さらに、前記ｎ型窒化物半導体層２の少なくとも一部を露出させた構成とするとともに、各窒化物半導体層２，３の上面であり、ｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂを形成する箇所にメッキ成長膜４ａ，５ａを形成する。
【００５９】
さらに、図４に示すように、前記メッキ成長膜４ａ，５ａのそれぞれの少なくとも一部を露出させた保護膜２０を形成した後、Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ等からなるｐ電極４ｂとｎ電極５ｂを無電解メッキにより同時に形成する。この形成方法およびメッキ液は第１の実施の形態と同じで行う。ここで用いるｐ電極４ｂとｎ電極５ｂの材料は、上記のＮｉ，Ｐｄ，Ｐｔに限定されるものではなく、下層に位置するメッキ成長膜４ａ，５ａおよびこの上段に形成する突起電極６の材料の拡散を抑えるバリアメタル機能を有し、両部材間で良好な接続が望める金属単層膜、複数材料を組合わせせた積層膜、または合金を使用することができる。
【００６０】
その後、このｐ電極４ｂ，ｎ電極５ｂ上にハンダ等のろう材から成る突起電極６を形成して本発明の光半導体素子１３が完成する。
なお、突起電極６の形成手段の一例としては、ろう材ペーストの印刷またはろう材ボール搭載等によってｐ電極４ｂ，ｎ電極５ｂ上にろう材を供給した後、ろう材を溶融して突起電極６を形成する手段が挙げられる。この際、ｐ電極４ｂ，ｎ電極５ｂ表面に金メッキを施し、さらにフラックスを併用するとで、突起電極６とｐ電極４ｂ，ｎ電極５ｂの良好な密着が得られる。
【００６１】
（第５の実施の形態）
第１から第４の実施の形態により形成された光半導体素子１０〜１３を実装した光半導体装置（ＬＥＤ部品）について下記に説明する。
まず、前述した第１〜第４の実施の形態で説明した一連の工程により、透明絶縁性基板１上に複数個の半導体素子を同時に形成する。そして、透明絶縁性基板１上に形成されたｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３に接続するｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂを一対として切断して、単個の光半導体素子１０〜１３を得る。
以下、光半導体素子１０を例にとってその素子を実装したＬＥＤ部品について説明する。
【００６２】
図５は、第１の実施形態の光半導体素子１０を用いて形成されたＬＥＤ部品の構造断面図である。
本構成は、透明絶縁性基板１から外部に光を取り出す構成を示している。つまり、本発明の光半導体素子１０の実装をフリップチップ方式で行い、すなわち、透明絶縁性基板１の裏面を上向きとしてフェースダウンで、光半導体素子１０のｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂをそれぞれハンダ（例えばＩｎ，ＰｂＳｎ）３１を用いてリードフレーム３２，３３に溶着して電気的に接続する。そして、光半導体素子１０の全体を覆ってレンズ形状の樹脂３４でモールドすれば、図５に示す構造体を得ることができる。
【００６３】
この構成とすることで、活性層からの発光をより有効に取り出すことができる。特に、ｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂに同じ材料からなる電極を用いているので、均質な反射特性が得られ、配光特性の優れたＬＥＤ部品とすることができる。
【００６４】
また、上述のＬＥＤ部品の構成によらず、図には示さないが、前記透明絶縁性基板１上に形成された窒化物半導体層２，３を上側にしてフェイスアップで光半導体素子１０を固定して、ｐ電極４ｂおよびｎ電極５ｂからワイヤーにて各リードフレーム３２，３３に電気的に接続する形態としてももちろん構わない。
【００６５】
さらに、上記構成のＬＥＤ部品に、他の実施の形態により形成された光半導体素子１１〜１３を適用できることは云うまでもない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本願発明によれば、一度の無電解メッキ液の浸漬によって、正負一対の接続電極を容易に形成することができる。よって、従来の技術による電極形成のための真空蒸着装置やスパッタリング装置等の大掛かりな成膜装置が不要である。
また、接続電極を形成する箇所のみに無電解メッキ浴中で金属を析出させるため、材料の無駄が極力少なくて済み、製造コストを最小限とすることができる。さらに、リフトオフ法特有の接続電極部分の剥がれによる電極不良等が発生することがなく、光半導体素子の生産性が向上する。
【００６７】
また、第２の実施の形態による光半導体素子は、一方の窒化物半導体層の表面にのみメッキ成長膜を形成し、一度の無電解メッキ工程で両方の窒化物半導体層の上層に同時に接続電極を形成できるので、第１の実施の形態の光半導体素子の効果に加え、さらに工程の簡素化ができるという本願発明の特有の効果を得ることができる。
【００６８】
さらに、第３の実施の形態による光半導体素子は、メッキ成長膜を形成した部分以外の窒化物半導体層の表面も接続電極で覆う形態としたので、活性層である窒化物半導体層に効率良く電圧を印加でき、他の実施形態に比べより強い発光が望める。
【００６９】
またさらに、第４の実施の形態による光半導体素子は、接続電極がバリアメタル機能を発揮するだけの膜厚で形成し、その上層にハンダ等からなる突起電極を設けたので、光半導体素子に形成される電極高さを稼ぐことができる。よって、本実施の形態においては、その様な用途が要求される場合には有効な構成となる。
【００７０】
本願発明の光半導体素子の接続電極は、無電解メッキにて形成してあるので、その電極材料組成が安定しており、この光半導体素子を実装した光半導体装置の信頼性が従来のものよりもはるかに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光半導体素子の構造および製造方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における光半導体素子の構造および製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態における光半導体素子の構造および製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態における光半導体素子の構造を説明するための断面図である。
【図５】本発明の光半導体素子をフリップチップ実装したＬＥＤ部品を説明するための構造断面図である。
【図６】従来技術における光半導体素子の構造および製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１，１０１ 透明絶縁性基板
２，１０２ ｎ型窒化物半導体層
３，１０３ ｐ型窒化物半導体層
４ａ，５ａ メッキ成長膜
４ｂ，１０４ ｐ電極
５ｂ，１０５ ｎ電極
６ 突起電極
１０〜１３，１１１ 光半導体素子
２０ 保護膜
２１ 分離隔壁
３１ ハンダ
３２，３３ リードフレーム
３４ 樹脂
１２１ マスクパターン
１２２，１２３ 金属膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a p-type and n-type semiconductor layer formed on the same surface side of a substrate, and a pair of a p-type electrode and an n-type electrode formed of the same metal material on the p-type and n-type semiconductor layers, respectively. A method of manufacturing an optical semiconductor device having a connection electrode, each function of a light emitting device that converts electricity into light and emits light, and a light receiving device that receives incident light and converts the light into electricity, an optical semiconductor device, and light from the same The present invention relates to an optical semiconductor device on which a semiconductor element is mounted.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an optical semiconductor device in which p-type and n-type nitride semiconductor layers made of a gallium nitride-based compound are formed on an insulating transparent substrate and a pair of positive and negative connection electrodes are provided on the same plane has been receiving attention. FIG. 6 shows a configuration of an optical semiconductor device which is the prior art.
[0003]
FIG. 6D is a structural sectional view showing a configuration of an optical semiconductor element formed by a conventional technique.
This optical semiconductor element 111 has a pn junction in which an n-type nitride semiconductor layer 102 and a p-type nitride semiconductor layer 103 made of a gallium nitride-based compound are laminated on a transparent insulating substrate 101 made of a material such as sapphire. And a p-electrode 104 and an n-electrode 105 made of the same metal material are formed on the surfaces of the p-type nitride semiconductor layer 103 and the n-type nitride semiconductor layer 102, respectively (for example, see Patent Reference 1).
The n-electrode 105 is formed on the surface exposing the n-type nitride semiconductor layer 102 by selectively etching a part of the p-type junction p-type nitride semiconductor layer 103. With this configuration, an optical semiconductor element 111 having a pair of positive and negative connection electrodes formed of a p-electrode and an n-electrode on the same plane of each nitride semiconductor layer can be obtained.
[0004]
In the optical semiconductor device 111 having the above structure, when a predetermined voltage is applied between the p-electrode 104 and the n-electrode 105, holes from the p-electrode 104 and electrons from the n-electrode 105 are converted into the n-type nitride semiconductor layer 102. As a result of recombination near the interface between the semiconductor layer and the p-type nitride semiconductor layer 103.
[0005]
Here, a method for manufacturing the optical semiconductor element 111 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 6A, an n-type nitride semiconductor layer 102 made of n-GaN and a p-type nitride semiconductor layer 103 made of p-GaN are formed on an insulating transparent insulating substrate 101. Are formed by means such as metal organic chemical vapor deposition.
[0006]
Next, as shown in FIG. 6B, the p-n junction is selectively etched from a part of the p-type nitride semiconductor layer 103 to expose the n-type nitride semiconductor layer 102.
[0007]
Thereafter, as shown in FIG. 6C, a resist is applied to the surfaces of the nitride semiconductor layers 102 and 103 so that a pair of connection electrodes, a p-electrode 104 and an n-electrode 105, are simultaneously formed by one lift-off. Then, a metal layer 122 is formed by sequentially stacking Ni, Ti, and Au on the surface of the mask pattern 121 by a vacuum evaporation method.
[0008]
Then, if the mask pattern 121 is removed, the optical semiconductor element 111 shown in FIG. 6D having a pair of connection electrodes (p electrode 104 and n electrode 105) on the surface of each of the nitride semiconductor layers 102 and 103 is obtained. Can be
[0009]
Here, the metal material used for the p-electrode and the n-electrode requires good ohmic connection for both the p-type nitride semiconductor layer 103 and the n-type nitride semiconductor layer 102, so that Au, Pd, Ti, Pt, A laminated film made of a single metal such as Mo, Cr, Al, Co, Rh, Ir, Mn, V, Sc, Mg, Zr, or an alloy is used.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-9-232632 (pages 3-4, FIG. 1, FIG. 2)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, a lift-off method is employed as a means for forming the connection electrode including the n-electrode 105 and the p-electrode 104 made of the same material of the above-described conventional optical semiconductor element 111.
[0012]
This lift-off method requires a large-scale film-forming apparatus such as a vacuum evaporation apparatus or a sputtering apparatus in order to form the metal layer 122 on the entire surface of the resist including the opening formed by the mask pattern 121 as described above. It is.
[0013]
Further, according to this method, since the opening formed in the mask pattern 121 is a small portion in the surface area of the resist, most of the metal layer is removed by this step. Therefore, the material cost of the metal layer 122 is wasted and the manufacturing cost increases accordingly.
[0014]
Further, if the upper metal layer 122 is removed together with the resist while leaving only the metal layer 123 in the opening shown in FIG. 6C, the portion of the opening that is to be left as a connection electrode portion is also peeled off. In some cases, a portion where a pair of connection electrodes is not formed may occur.
[0015]
For the above-described reasons, the lift-off method as a technique for forming an electrode applied to an optical semiconductor element has a low productivity and cannot be said to be a preferable manufacturing method in consideration of mass productivity of the optical semiconductor element.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide a method of manufacturing an optical semiconductor element having a simple manufacturing process and good element characteristics, an optical semiconductor element, and an optical semiconductor device mounted with the optical semiconductor element. It is to be.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the following configuration and manufacturing method are adopted.
The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type and n-type semiconductor layers formed on the same surface side of the substrate, and the same metal is formed on the p-type and n-type semiconductor layers. In a method for manufacturing an optical semiconductor device having a pair of connection electrodes each composed of a p-electrode and an n-electrode formed of a material, a step of forming the p-type and n-type semiconductor layers; Part, a step of providing a plating growth film containing a metal capable of depositing an electroless plating film as a main component, and a step of simultaneously forming a pair of connection electrodes covering the plating growth film by electroless plating. Features.
[0018]
Further, the method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 2 of the present invention is characterized in that the p-type and n-type semiconductor layers formed on the same surface side of the substrate and the p-type and n-type semiconductor layers In a method for manufacturing an optical semiconductor device having a pair of connection electrodes each composed of a p-electrode and an n-electrode formed of the same metal material, a step of forming the p-type and n-type semiconductor layers, and one surface of the semiconductor layer A step of providing a plating growth film mainly composed of a metal from which an electroless plating film can be deposited, and one connection electrode that covers the plating growth film by electroless plating; and Simultaneously forming the other connection electrode on the surface.
[0019]
The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 3, wherein the p-type and n-type semiconductor layers or the plating growth films are respectively formed before the step of simultaneously forming the pair of connection electrodes. Forming a protective film exposing at least a part of the protective film.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical semiconductor device, wherein the thickness of the connection electrode is controlled based on the size of the opening of the exposed portion of the protective film.
[0021]
Further, in the method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5 of the present invention, before the step of simultaneously forming the pair of connection electrodes, the separation partition for separating the pair of connection electrodes is formed on the semiconductor. Forming a layer on the surface of the layer.
[0022]
In the method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 6 of the present invention, the connection electrode is formed so as to cover the entire surface of the semiconductor layer exposed on the surface while covering the plating growth film. It is characterized by becoming.
[0023]
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing an optical semiconductor device, the connection electrode is formed to have a thickness functioning as a barrier metal layer, and a protruding electrode is further provided thereon. .
[0024]
Further, a method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 8 of the present invention is characterized in that the thickness of the connection electrode is controlled by the thickness of the plating growth film.
[0025]
An optical semiconductor device according to a ninth aspect of the present invention is formed by any one of the above-described methods for manufacturing an optical semiconductor device.
[0026]
An optical semiconductor device according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that the above-described optical semiconductor element is flip-chip mounted.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
An optical semiconductor element described below refers to a semiconductor element having a light-emitting or light-receiving function, and specifically includes a light-emitting diode, a semiconductor laser, a photodetector, a solar cell, and the like.
In the following embodiment of the optical semiconductor device of the present invention, a single configuration and a manufacturing method will be described. However, in actual production, after forming a large number of optical semiconductor devices at once, It should be understood that it is obtained by cutting into pieces.
[0028]
(First Embodiment)
First, the configuration of the optical semiconductor device formed according to the present invention will be described. FIG. 1D is a sectional view showing the structure of the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
This optical semiconductor device 10 has an n-type nitride semiconductor layer 2 on a transparent insulating substrate 1 and a p-type nitride semiconductor layer 3 electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer 3 as in the conventional configuration. I have. Further, the lower n-type nitride semiconductor layer 2 is exposed from a part of the junction surface between the n-type nitride semiconductor layer 2 and the p-type nitride semiconductor layer 3 so as to have a pn junction on the same plane. is there.
[0029]
Further, plating growth films 4a and 5a are provided on the exposed n-type nitride semiconductor layer 2 and p-type nitride semiconductor layer 3, respectively. A plating growth film 4a provided on the p-type nitride semiconductor layer 3 is provided at a position where the p-electrode 4b is formed, and a plating growth film 5a provided on the n-type nitride semiconductor layer 2 is provided at a position where the n-electrode 5b is formed. Respectively.
Further, a protective film 20 is provided by opening a part of the plating growth films 4a and 5a, a p-electrode 4b is formed on the plating growth film 4a exposed from the opening of the protection film 20, and an n-electrode is formed on the plating growth film 5a. The two electrodes 4b and 5b are connected to the respective nitride semiconductor layers 3 and 2.
[0030]
In this optical semiconductor device 10, as in the conventional configuration, by applying a predetermined voltage between the p-electrode 4b and the n-electrode 5b, holes from the p-electrode 4b and electrons from the n-electrode 5b become n Light can be emitted by recombination near the junction interface between the p-type nitride semiconductor layer 2 and the p-type nitride semiconductor layer 3.
[0031]
It goes without saying that the optical semiconductor element 10 can be used as a light receiving element for detecting the degree of light irradiation by the potential difference generated between the electrodes.
[0032]
Here, the method for manufacturing an optical semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 1A, washed sapphire (Al 2 O 3 ), Spinel (MgAl 2 O 4 ), Silicon carbide (SiC), silicon (Si), zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), and the like on the entire surface of a transparent insulating substrate 1, and gallium nitride as an n-type nitride semiconductor layer 2. A system semiconductor layer is formed by means such as a CVD method. Next, the gallium nitride semiconductor layer is doped with a p-type dopant such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, and Ba, and the upper layer of the n-type nitride semiconductor layer 2 is formed as a p-type nitride semiconductor layer 3.
[0033]
Thereafter, as shown in FIG. 1B, a part of the p-type nitride semiconductor layer 3 is removed by combining means such as photolithography and etching, and the n-type nitride semiconductor layer 2 and the p-type nitride The lower n-type nitride semiconductor layer 2 is exposed from a part of the bonding surface of the semiconductor layer 3.
[0034]
Further, as shown in FIG. 1C, a plating growth film 4a mainly composed of a metal capable of growing electroless plating on a part of the n-type nitride semiconductor 2 and the upper layer of the p-type nitride semiconductor 3 , 5a are provided by film deposition means such as vacuum deposition, sputtering, and printing. Metals such as Ni, Pd, and Au that can be used here can be used. A conductive resin such as a conductive paste may be formed by a printing method instead of the metal. Also, any of the metal materials listed here can be used to form the p-electrode 4b and the n-electrode 5b described later by electroless plating, but the metal in the electroless plating bath causes a deposition reaction. However, other metals may be used. Among them, the most desirable metals are Ni and Pd metal element simple substances having excellent oxidation resistance and electrical conductivity, and metal compositions containing these as main components.
[0035]
Although not shown in the figure, the plated growth films 4a and 5a may be formed so as to cover the widest possible area of the surface of each of the nitride semiconductor layers 2 and 3. With such an embodiment, a voltage can be efficiently applied to each of the nitride semiconductor layers 2 and 3, which are active layers, and stronger light emission can be obtained. In particular, since the p-type nitride semiconductor layer 3 tends to have a relatively high resistance value as compared with the n-type, a thin plating growth film 4 a is formed on at least the upper layer of the p-type nitride semiconductor layer 3. Is preferably arranged. However, in the case of an optical semiconductor device (LED component) configured to extract the light emitted from the optical semiconductor element 10 through the transparent insulating substrate 1 to the outside, the plated growth film has such an extent that the transparency is maintained. It is necessary to make it thin. This is because the plating growth films 4a and 5a hinder light emission of the optical semiconductor element 10.
[0036]
Subsequently, as shown in FIG. 1D, a protective film 20 that opens at least a part of the plating growth films 4a and 5a is formed. As a material of the protective film 20, silicon oxide (SiO 2 ) Or silicon nitride (Si 3 N 4 ) And the like, and is formed by a film forming means such as a vacuum evaporation method and a sputtering method. Subsequently, the opening is formed by a photolithographic etching process.
[0037]
Subsequently, the above-described structure is immersed in an electroless plating solution to form a p-electrode 4b and an n-electrode 5b on portions of the plating growth films 4a and 5a exposed from the protective film 20, respectively.
At this time, the plating growth films 4a and 5a are made of a material mainly composed of a metal such as Ni, Pd, Au or the like. , 5a, a target electrode structure can be formed by electroless plating. Desirable as the material of the p-electrode 4b and the n-electrode 5b used here is Ni, which has excellent conductivity and corrosion resistance. Also, as an electroless Ni plating solution, Ni ions are supplied by sulfuric acid or Ni chloride salt, and NaH 2 PO 2 , KH 2 PO 3 , NaBH 4 , KBH 4 A plating solution using hydrazine, formalin or the like as a reducing agent can be used.
Through the above steps, the optical semiconductor device of the present invention is completed.
[0038]
The inventor has also found that the start time of electroless plating and the growth rate of the plated metal can be controlled by the exposed areas of the surfaces of the plating growth films 4a and 5a or the film thickness of the plating growth films 4a and 5a.
In other words, if the opening diameter of the protective film 20 is increased to increase the exposed area of the surface of the plating growth films 4a and 5a, the start time of the plating metal starting to adhere after dipping in the plating solution and the growth rate of this plating Is faster. On the contrary, if the opening area of the protective film 20 is made small and the exposed area of the surface of the plating growth film 4a is made small, the starting time when the plating metal starts to adhere after immersion in the plating solution and the growth rate of this plating Slows down.
Also, when the thickness of the plating growth films 4a and 5a is large, there is a tendency that the plating metal starts to adhere after being immersed in the plating solution and the plating metal growth rate is increased.
By utilizing the above phenomenon, it is possible to control the film thickness of the p-electrode 4b and the n-electrode 5b, and it is possible to form the p-electrode 4b and the n-electrode 5b having desired thicknesses.
[0039]
As described above, the pn junction has been described as the bonding mode of the optical semiconductor device 10 of the present invention. However, the technology of the present invention can be used for a MIS junction and a PIN junction. The present invention can also be applied to an optical semiconductor element.
[0040]
Further, an example is shown in which plating growth films 4a and 5a are provided on the respective nitride semiconductor layers 2 and 3 and a protective film 20 is provided so that a part of the plating growth film is exposed. However, after forming the structure shown in FIG. 1C, a protective film 20 exposing a part of each of the nitride semiconductor layers 2 and 3 is formed, and then a plating growth film is formed at a position where the connection electrode is formed. May be formed, and a connection electrode covering the plated growth film may be deposited by electroless plating.
[0041]
(Second embodiment)
FIG. 2 is a structural cross-sectional view for explaining the second embodiment.
The optical semiconductor device according to the second embodiment has a pair of connection electrodes in each of an n-type nitride semiconductor layer 2 and a p-type nitride semiconductor layer 3 formed on a transparent insulating substrate 1. Is the same as that of the first embodiment, except that one connection electrode is connected to one nitride semiconductor layer via a plated growth film, and the other connection electrode is directly connected to the other nitride semiconductor layer. The difference is that they are connected.
The optical semiconductor element 11 shown here has, as an example, a configuration in which the plating growth film 4a is provided only on the surface of the p-type nitride semiconductor layer 3.
[0042]
According to the present embodiment, forming the plated growth film 4a only on the surface of the p-type nitride semiconductor layer 3 shown in FIG. This has an advantage in manufacturing that it can be performed more easily than forming it on the exposed portion (the lower surface of the step portion) of the semiconductor layer 2. That is, a step is formed in the n-type nitride semiconductor layer 2 in which at least a part of the surface is exposed, and the step is formed. A gap is generated between the surface of the nitride semiconductor layer 2 and the surface. This is because if mask evaporation or printing is performed as it is, an accurate plating growth film 5a cannot be formed. In order to avoid this, the plating growth film 5a must be formed in a photolithography etching step. As described above, when considering the improvement in productivity, it is desirable to form the plating growth film 4a only on the surface of the p-type nitride semiconductor layer 2.
[0043]
Next, a method for manufacturing the optical semiconductor device 11 will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b) and FIGS. 2 (c) to 2 (e).
First, similarly to the first embodiment, the n-type nitride semiconductor layer 2 and the p-type nitride semiconductor layer 3 are formed on the transparent insulating substrate 1 by the steps shown in FIGS. Then, a structure in which at least a part of the n-type nitride semiconductor layer 2 is exposed is formed.
[0044]
Further, as shown in FIG. 2 (c), one of the plated growth films 4a or 5a is formed on at least a portion of the upper surface of each of the nitride semiconductor layers 2 and 3 where a connection electrode is to be formed.
[0045]
Subsequently, as shown in FIG. 2D, a protective film 20 is formed so that at least a part of both nitride semiconductor layers of the structure shown in FIG. 2C is exposed. The material of the protective film 20 is the same as that of the first embodiment.
[0046]
Subsequently, as shown in FIG. 2E, the structure shown in FIG. 2D is immersed in the electroless plating solution used in the first embodiment. Then, the electroless plating film is deposited on the surface of the plating growth film 4a to form the p-electrode 4b. At this time, the p-type nitride semiconductor layer 3 is directly connected to the lower layer of the plated growth film 4a, and the n-type nitride semiconductor layer 2 is further connected to the p-type nitride semiconductor layer 2. The potential of the semiconductor layers 2 and 3 with respect to the electroless plating bath (the state for transferring electrons to and from the metal in the electroless plating bath) changes, and generally the p-electrode 4b, which is an electroless plating film, changes. The n-electrode 5b can also be deposited on the n-type nitride semiconductor layer 2, which is said to be unable to directly form an electroless plating film. Therefore, an electroless plating film deposited from the plating growth film 4a is formed up to the opening of the protective film 20 where the n-type nitride semiconductor layer is exposed, and as shown in FIG. , 3 can be formed to form p-electrode 4b and n-electrode 5b, and optical semiconductor element 11 is completed.
In the case of the two nitride semiconductor layers 2 and 3 which are materials that cannot be subjected to electroless plating, the plating growth film 4a is such that the material components of a pair of connection electrodes disposed thereover diffuse into the two nitride semiconductor layers. Although it is desirable to form the layer with Ni having a high effect of preventing the formation, the present invention is not particularly limited to Ni.
[0047]
In the present embodiment, an example has been described in which the p-type electrode 4b and the n-type electrode 5b are formed by disposing only the plating growth film 4a on the p-type nitride semiconductor layer 3, but the n-type nitride semiconductor layer 2 Both electrodes may be formed by disposing a plating growth film 5a on the surface.
[0048]
In the above-described method for manufacturing the optical semiconductor device 10 in FIG. 1, the plating growth film 4a is formed after at least a part of the n-type nitride semiconductor layer 2 is exposed. May be provided before exposing the substrate.
[0049]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a structural cross-sectional view for explaining the third embodiment.
As shown in FIG. 3E, the optical semiconductor device 12 according to the third embodiment has a p-electrode 4b and an n-electrode 5b instead of the arrangement structure of the protective film 20 shown in the first embodiment. And a p-electrode 4b is formed not only on the surface of the plating growth film 4a but also on the p-type nitride semiconductor layer 3 exposed on the surface. Similarly to the first embodiment, the electrode 4c is formed not only on the surface of the plating growth film 5a but also on the n-type nitride semiconductor layer 2 exposed on the surface.
[0050]
In this manner, by disposing a thin metal film on the exposed surface of each of the nitride semiconductor layers 2 and 3 except for the plated growth films 4a and 5a, the voltage applied from the p electrode 4b and the n electrode 5b is activated. The optical semiconductor element 12 can be efficiently transmitted to the p-type nitride semiconductor layer 3 and the n-type nitride semiconductor layer 2 which are layers, and can emit stronger light.
[0051]
Here, a method for manufacturing an optical semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c), 3 (d) and 3 (e).
First, similarly to the first embodiment, the n-type nitride semiconductor layer 2 and the p-type nitride semiconductor layer 3 are formed on the transparent insulating substrate 1 by the steps shown in FIGS. The n-type nitride semiconductor layer 2 is laminated, and at least a part of the n-type nitride semiconductor layer 2 is exposed. The upper surface of each of the nitride semiconductor layers 2 and 3 is where the p-electrode 4b and the n-electrode 5b are formed. Then, plating growth films 4a and 5a are formed.
[0052]
Next, as shown in FIG. 3D, a separation covering at least a boundary between the p-type nitride semiconductor layer 3 and the n-type nitride semiconductor layer 2 exposed on the surface of the structure shown in FIG. The partition 21 is formed. The separation partition 21 can be formed by applying an insulating resin such as polyimide to the boundary surface by means of screen printing or the like and curing the resin. After applying the insulating resin to the entire surface by the spin coating method, the separation partition walls 21 may be formed by a photolithographic etching step that leaves necessary portions.
[0053]
Subsequently, as shown in FIG. 3E, the structure shown in FIG. 3D is immersed in the electroless plating solution used in the first embodiment. Then, the electroless plating film is deposited on the surfaces of the plating growth films 4a and 5a. At this time, since the plated growth films 4a and 5a are in contact with the nitride semiconductor layers 2 and 3, the potentials of the nitride semiconductor layers 2 and 3 with respect to the electroless plating bath change, and the The p-electrode 4b and the n-electrode 5b, which are films, can be deposited, and this electroless plating film can be formed on the surfaces of the nitride semiconductor layers 2, 3 exposed on the surface.
Through the above steps, the p-electrode 4b having a uniform thickness over the entire surfaces of the nitride semiconductor layers 2, 3 and the plated growth films 4b, 5b except for the partition wall 21 shown in FIG. The n-electrode 5b can be formed, and the optical semiconductor device 12 of the present invention is completed.
[0054]
This plating growth film 4a. 5a is preferably formed of Ni, which has a high effect of preventing the material components of the connection electrode from diffusing into both nitride semiconductor layers 2 and 3, but is not particularly limited to Ni.
[0055]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a structural cross-sectional view for explaining the configuration of the optical semiconductor device of the fourth embodiment.
The optical semiconductor device 13 shown in FIG. 4 differs from the first embodiment only in that a protruding electrode 6 made of solder or the like is provided above the p-electrode 4b and the n-electrode 5b, and other configurations are the same. is there.
[0056]
The p-electrode 4b and the n-electrode 5b in the fourth embodiment exhibit a barrier metal function of suppressing the diffusion of the material of the plating growth films 4a, 5a located in the lower layer and the projection electrode 6 located in the upper layer, and furthermore, Since it is sufficient to maintain the adhesion to the members arranged in the upper and lower layers, a thickness of at least several microns is sufficient by electroless plating.
[0057]
Since the optical semiconductor element 13 is provided with the p-electrode 4b and the n-electrode 5b and further provided with the protruding electrode 6 made of solder or the like on the upper layer, the height of the electrode itself can be increased. Is an effective configuration.
[0058]
Here, a method for manufacturing the optical semiconductor element 13 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c) and 4 (d).
First, the n-type nitride semiconductor layer 2 and the p-type nitride semiconductor layer 3 are stacked on the transparent insulating substrate 1 by the steps shown in FIGS. 1A to 1C as in the first embodiment. Further, at least a part of the n-type nitride semiconductor layer 2 is exposed, and the upper surface of each of the nitride semiconductor layers 2 and 3 is formed at a position where the p-electrode 4b and the n-electrode 5b are formed. The plating growth films 4a and 5a are formed.
[0059]
Further, as shown in FIG. 4, after forming a protective film 20 exposing at least a part of each of the plating growth films 4a and 5a, a p-electrode 4b and an n-electrode 5b made of Ni, Pd, Pt or the like are formed. It is formed simultaneously by electroless plating. This forming method and the plating solution are performed in the same manner as in the first embodiment. The materials of the p-electrode 4b and the n-electrode 5b used here are not limited to the above-mentioned Ni, Pd, and Pt, but the plating growth films 4a and 5a located in the lower layer and the material of the protruding electrode 6 formed on the upper stage. It is possible to use a metal single-layer film having a barrier metal function of suppressing the diffusion of GaN and a good connection between both members, a laminated film in which a plurality of materials are combined, or an alloy.
[0060]
Thereafter, a protruding electrode 6 made of a brazing material such as solder is formed on the p-electrode 4b and the n-electrode 5b to complete the optical semiconductor element 13 of the present invention.
As an example of the means for forming the protruding electrode 6, the brazing material is supplied onto the p-electrode 4b and the n-electrode 5b by printing a brazing material paste or mounting a brazing material ball, and then melting the brazing material to form the protruding electrode 6. Is formed. At this time, the surfaces of the p-electrode 4b and the n-electrode 5b are plated with gold, and a flux is used in combination, whereby good adhesion between the protruding electrode 6 and the p-electrode 4b and the n-electrode 5b is obtained.
[0061]
(Fifth embodiment)
An optical semiconductor device (LED component) on which the optical semiconductor elements 10 to 13 formed according to the first to fourth embodiments are mounted will be described below.
First, a plurality of semiconductor elements are simultaneously formed on the transparent insulating substrate 1 by a series of steps described in the first to fourth embodiments. Then, the p-electrode 4b and the n-electrode 5b connected to the n-type nitride semiconductor layer 2 and the p-type nitride semiconductor layer 3 formed on the transparent insulating substrate 1 are cut as a pair to form a single optical semiconductor element. 10-13 are obtained.
Hereinafter, the optical semiconductor element 10 will be described as an example to describe an LED component on which the element is mounted.
[0062]
FIG. 5 is a structural cross-sectional view of an LED component formed using the optical semiconductor device 10 of the first embodiment.
This configuration shows a configuration in which light is extracted from the transparent insulating substrate 1 to the outside. That is, the optical semiconductor element 10 of the present invention is mounted in a flip-chip manner, that is, the p-electrode 4b and the n-electrode 5b of the optical semiconductor element 10 are soldered (face down) with the back surface of the transparent insulating substrate 1 facing upward. For example, In, PbSn) 31 is used to weld and electrically connect to the lead frames 32, 33. Then, if the entire optical semiconductor element 10 is covered and molded with a lens-shaped resin 34, the structure shown in FIG. 5 can be obtained.
[0063]
With this configuration, light emission from the active layer can be more effectively extracted. In particular, since electrodes made of the same material are used for the p-electrode 4b and the n-electrode 5b, uniform reflection characteristics can be obtained, and an LED component having excellent light distribution characteristics can be obtained.
[0064]
In addition, although not shown in the figure, regardless of the configuration of the above-mentioned LED component, the optical semiconductor element 10 is fixed face-up with the nitride semiconductor layers 2 and 3 formed on the transparent insulating substrate 1 facing upward. Then, of course, a form in which the p-electrode 4b and the n-electrode 5b are electrically connected to the lead frames 32 and 33 by wires may be used.
[0065]
Further, it goes without saying that the optical semiconductor elements 11 to 13 formed according to the other embodiments can be applied to the LED component having the above configuration.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a pair of positive and negative connection electrodes can be easily formed by immersing the electroless plating solution once. Therefore, there is no need for a large-scale film forming apparatus such as a vacuum evaporation apparatus or a sputtering apparatus for forming an electrode according to a conventional technique.
Further, since the metal is deposited in the electroless plating bath only at the portion where the connection electrode is to be formed, waste of the material can be minimized, and the manufacturing cost can be minimized. Further, there is no occurrence of electrode failure or the like due to peeling of the connection electrode portion peculiar to the lift-off method, and the productivity of the optical semiconductor element is improved.
[0067]
In the optical semiconductor device according to the second embodiment, a plating growth film is formed only on the surface of one nitride semiconductor layer, and a connection electrode is simultaneously formed on both nitride semiconductor layers in a single electroless plating step. Can be formed, so that in addition to the effects of the optical semiconductor device of the first embodiment, the unique effect of the present invention that the process can be further simplified can be obtained.
[0068]
Further, the optical semiconductor device according to the third embodiment is configured such that the surface of the nitride semiconductor layer other than the portion where the plated growth film is formed is covered with the connection electrode, so that the nitride semiconductor layer as the active layer can be efficiently provided. A voltage can be applied, and stronger light emission can be expected as compared with other embodiments.
[0069]
Furthermore, in the optical semiconductor device according to the fourth embodiment, the connection electrode is formed to have a thickness enough to exhibit the barrier metal function, and a protruding electrode made of solder or the like is provided on the connection electrode. The height of the formed electrode can be increased. Therefore, in this embodiment, when such a use is required, the configuration is effective.
[0070]
Since the connection electrodes of the optical semiconductor element of the present invention are formed by electroless plating, the electrode material composition is stable, and the reliability of the optical semiconductor device mounting the optical semiconductor element is higher than that of the conventional one. Also much better.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a structure and a manufacturing method of an optical semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a structure and a manufacturing method of an optical semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a structure and a manufacturing method of an optical semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of an optical semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a structural sectional view for explaining an LED component on which the optical semiconductor element of the present invention is flip-chip mounted.
FIG. 6 is a cross-sectional view for describing a structure and a manufacturing method of an optical semiconductor device according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1,101 transparent insulating substrate
2,102 n-type nitride semiconductor layer
3,103 p-type nitride semiconductor layer
4a, 5a Plating growth film
4b, 104 p electrode
5b, 105 n electrode
6 protruding electrodes
10-13,111 Optical semiconductor device
20 Protective film
21 Separation bulkhead
31 Solder
32,33 Lead frame
34 resin
121 mask pattern
122,123 metal film
