JP2005064475A - 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、ウエハ割れまたはクラックの発生がなく外部発光効率の大きい窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 発光層４を含む窒化物系化合物半導体層を有する積層半導体３６の一方の主面６０側の一部に保持電極７００が形成されていることを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。基板上の少なくとも一部に、発光層４を含む窒化物系化合物半導体層を積層して積層半導体３６を形成する工程と、積層半導体３６において上記基板と反対の位置にある主面６０側の一部に保持電極７００を形成する工程と、上記基板を除去する工程とを有する窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【選択図】 図１
【解決手段】 発光層４を含む窒化物系化合物半導体層を有する積層半導体３６の一方の主面６０側の一部に保持電極７００が形成されていることを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。基板上の少なくとも一部に、発光層４を含む窒化物系化合物半導体層を積層して積層半導体３６を形成する工程と、積層半導体３６において上記基板と反対の位置にある主面６０側の一部に保持電極７００を形成する工程と、上記基板を除去する工程とを有する窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【選択図】 図１
Description
本発明は、青色領域から紫外光領域で発光可能な窒化物系化合物半導体発光素子（たとえば、発光ダイオードなど）およびその製造方法に関する。特に、本発明は、基板を除去した窒化物系化合物半導体発光素子の電極構造およびその製造方法に関する。
従来から、上下より電極を取り出せる構造を有する窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。特許文献１に開示された窒化物系化合物半導体発光素子は、図２１に示すように、絶縁性基板の上にｎ型層２００、発光層２０１、ｐ型層２０２が順次成長された窒化物系化合物半導体層の積層半導体２１０のウエハに導電性基板２０５を接着した後、前記ウエハの絶縁性基板の一部、又は全部を除去して窒化物系化合物半導体層の積層半導体２１０を露出させることによって得られ、露出させた積層半導体２１０と導電性基板２０５とに、それぞれ対向する電極として負電極２０６と正電極２０７とが設けられている。
しかし、従来の上記窒化物系化合物半導体発光素子は、金属の保持基板が、ウエハ全面に形成されているため、積層半導体２１０に歪みがかかり、ウエハが割れたりまたはウエハにクラックが発生するなどの不具合が生じ、窒化物系化合物半導体発光素子の収率が低下したり、信頼性が低下した。
また、積層半導体２１０下部のｐ型層２０２の主面の面積とｐ側保持電極としての機能を有する導電性基板２０５および正電極２０７の主面の面積が同一に形成されているために、導電性基板２０５および／または正電極２０７により外部に放射される光が遮られることが生じ、外部発光効率が低下する。また、導電性基板２０５および／または正電極２０７が金属層から形成されているために外部に放射される光が低減され、外部発光効率が悪化した窒化物系化合物半導体発光素子しかできなかった。
さらに、ｎ型層２００上に負電極２０６を直接形成しているためにｎ型層２００にも歪みが発生し、ウエハが割れたり、ウエハにクラックが発生するなどの不具合を生じる場合もある。
特開２０００−２７７８０４号公報
上記問題点を解決するため、本発明は、ウエハ割れまたはクラックの発生がなく外部発光効率の大きい窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子は、発光層を含む窒化物系化合物半導体層を有する積層半導体の一方の主面側の一部に保持電極が形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法は、基板上の少なくとも一部に、発光層を含むように窒化物系化合物半導体層を積層して積層半導体を形成する工程と、積層半導体において基板と反対の位置にある主面側の一部に保持電極を形成する工程と、基板を除去する工程とを有する。
上記のように、本発明によれば、発光層を含む窒化物系化合物半導体層を有する積層半導体の一方の主面側の一部に保持電極を形成することにより、ウエハ割れまたはクラックの発生がなく外部発光効率の大きい窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子は、図１を参照して、発光層４を含む窒化物系化合物半導体層を有する積層半導体３６の一方の主面６０側の一部に保持電極７００が形成されている。かかる窒化物系化合物半導体発光素子は、積層半導体３６の一方の主面６０側の一部に保持電極７００を形成することにより、積層半導体３６に生ずる歪みが小さくなり、ウエハの割れまたはクラック発生を抑制できる。すなわち、積層半導体の機械的強度が向上し、上下電極の形成が容易となる。また前記保持電極は、積層半導体の発光層を覆うことがなく、外部発光効率の優れた窒化物系化合物半導体発光素子となる。
本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子において、積層半導体３６の発光層４が、保持電極７００の積層半導体３６側の主面７０１より積層半導体３６側に存在させることができる。保持電極によって発光層からの光が遮蔽されることがないため、外部発光効率が向上する。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子において、保持電極７００の主面７０１の面積を積層半導体３６の主面６０の面積より小さくできる。保持電極による発光層からの発光の遮蔽が小さくなり、外部発光効率が向上する。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子において、保持電極７００は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、ＰｄおよびＡｌからなる群から選ばれる１の金属、またはこれらの金属の積層体を含む電極とすることができる。積層半導体の窒化物系化合物半導体層に対するオーミック特性が向上する。また、積層半導体の発光層からの発光に対する反射率が向上する。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子において、保持電極７００を蒸着、めっき、または蒸着およびめっきにより形成できる。保持電極の形成方法として蒸着またはめっきを用いることにより、短時間で大量の保持電極を形成できる。ここで、めっき方法としては、特に制限はなく、電解めっき、無電解めっきなど種々のめっき方法が可能である。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子において、蒸着により形成される保持電極７００を透明導電体で形成される保持電極とすることができる。保持電極が透明導電体で形成されているため、発光層からの発光の吸収が低減し、両面電極とすることが可能となる。ここで、透明導電体は、Ｓｎを添加した酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、Ｓｂを添加した酸化スズ（ＳｎＯ2：Ｓｂ）、Ｆを添加した酸化スズ（ＳｎＯ2：Ｆ）、Ａｌを添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）およびＧａを添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）からなる群から選ばれる少なくとも１の金属酸化物を含むものとすることができる。各添加化合物における各添加元素の添加量は、５モル％〜１０モル％であることが好ましい。各元素の添加量が５モル％未満であると光吸収は小さいが導電率が低下し、１０モル％を超えると導電率は大きいが光吸収が大きくなる。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子において、蒸着、めっき、または蒸着およびめっきにより形成される保持電極７００を樹脂製フォトマスクを用いて形成することができる。保持電極の形成に際して、樹脂製フォトマスクを用いることによってフォトエッチング工程が可能となり、窒化物半導体層上の一部への保持電極の形成が容易となる。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子において、図９を参照して、発光層４を含む窒化物系化合物半導体層を有する積層半導体３６において、少なくとも発光層４を屈曲状に形成することができる。発光層が屈曲状に形成されているため、屈曲状の発光層を有する積層半導体の側面６１からの光が遮られることがなく、外部発光効率が向上する。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子において、積層半導体３６において屈曲状に形成されている発光層４を保持電極７００の積層半導体３６側の主面７０１より積層半導体３６側に存在させることができる。保持電極によって発光層からの光が遮蔽されることがないため、外部発光効率が向上する。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子において、保持電極７００の厚さを１０μｍ〜３００μｍとすることができる。保持電極の厚さが１０μｍ未満であるとめっき形成の高さを揃えることが困難となり、またチップのハンドリングが困難となる。保持電極の厚さが３００μｍを超えると前記樹脂製フォトマスクを３００μｍを超えて形成するのが困難であるため、めっき形成の高さを揃えることが困難となる、またチップ高さが高くなるとハンドリング中にチップを機械的に破壊してしまうことがある。かかる観点から、保持電極の厚さは７０μｍ〜１００μｍがより好ましい。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子は、図１８を参照して、２以上の積層半導体３６，３７を有し、そのおのおのが発光層を含む窒化物系化合物半導体層とその一方の主面側の一部に形成されている保持電極７００，７７０とを含み、積層半導体３６，３７間における発光層４，４１の発光面積が異なる。ここで、発光層の発光面積とは、発光層において発光する表面の面積をいい、平面状の発光層においては主面の面積に、屈曲状の発光層においては主面および屈曲によって生じた側面の面積に相当する。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子は、図１８を参照して、２以上の積層半導体３６，３７を有し、そのおのおのが発光層を含む窒化物系化合物半導体層とその一方の主面側の一部に形成されている保持電極７００，７７０とを含み、積層半導体３６，３７間における発光層４，４１の発光波長が異なる。
本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子は、図１９および図２０を参照して、発光層４を含む窒化物系化合物半導体層を有する積層半導体３６の側面６１の一部および前記積層半導体３６の一方の主面側６０に保持電極７００が形成されている。積層半導体および保持電極の機械的強度が向上する。一方、保持電極が積層半導体の側面の一部まで形成されるため、発光層からの発光が少し遮蔽されるが、保持電極として上記透明導電体を用いることにより、保持電極による発光層からの発光の遮蔽を低減することができる。
本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法は、図２〜図８を参照して、図２に示すように、基板１上の少なくとも一部に、発光層４を含むように窒化物系化合物半導体層を積層して積層半導体３６を形成する工程と、図３および図４に示すように、前記積層半導体３６において前記基板１と反対の位置にある主面６０側の一部に保持電極７００を形成する工程と、図４および図５に示すように、前記基板１を除去する工程とを有する。
本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において、積層半導体３６において除去される基板１と反対の位置にある主面６０側の一部に保持電極７００を形成する工程が、図４に示すように、前記主面６０側の一部に樹脂製フォトマスク１００を形成する工程と、前記樹脂製フォトマスク１００の開口部１０１に保持電極７００を形成する工程とを有することができる。保持電極の形成に際して、樹脂製フォトマスクを用いることによってフォトエッチング工程が可能となり、積層半導体の主面の一部への保持電極の形成が容易となる。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において、図２〜図８を参照して、基板１を絶縁性の透明基板とすることができる。基板１を透明基板とすることにより、基板除去の際に基板が一部残存していても発光層４からの発光を吸収することがない。透明基板としては、特に制限はなく、たとえばサファイア基板が好ましく用いられる。
また、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において、図２〜図８を参照して、基板１をＳｉ、またはＩＩＩ−Ｖ族化合物を含む基板とすることができる。湿式エッチングが可能な安価な基板を用いることにより、発光素子の作成が容易となり製造コストを下げることができる。ここで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物としては、特に制限はなく、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓＰなどが好ましく用いられる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を具体的に説明する。なお、本願明細書において、窒化物系化合物半導体とは、たとえば、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦1）などを含むものとする。
（実施形態１）
本発明の第１の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図１に示すように、保持電極７００としてｐ側選択めっき保持電極、およびｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、発光層としてＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６とＡｌＮバッファ層２が形成されており、前記ＡｌＮバッファ層２が除去された部分（ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１）にｎ型オーミック性電極８、前記ＡｌＮバッファ層２上にｎ型パッド電極９が、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０が形成されている。ここで、保持電極７００は、積層半導体の発光面に対向するように形成されている。
本発明の第１の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図１に示すように、保持電極７００としてｐ側選択めっき保持電極、およびｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、発光層としてＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６とＡｌＮバッファ層２が形成されており、前記ＡｌＮバッファ層２が除去された部分（ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１）にｎ型オーミック性電極８、前記ＡｌＮバッファ層２上にｎ型パッド電極９が、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０が形成されている。ここで、保持電極７００は、積層半導体の発光面に対向するように形成されている。
また、本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素子は、図２〜図８を参照して、以下のように製造される。まず、図２を参照して、通常のＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属気相成長）法を用いて、Ｓｉの基板１上に、厚さ２００ｎｍのＡｌＮバッファ層２、厚さ５００ｎｍのｎ型窒化物系化合物半導体層３、厚さ５０ｎｍのＭＱＷ発光層４、厚さ１５ｎｍのｐ型窒化物系化合物半導体層５、厚さ２５０ｎｍのｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６を順次積層したウエハを作成する。
次に、図３を参照して、ＭＯＣＶＤ装置から前記ウエハを取り出し、前記ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６の主面６０上に、ｐ型オーミック性電極７１として厚さ５０ｎｍのＰｄ層、厚さ１５０ｎｍのＡｇ層、厚さ５００ｎｍのＡｕ層を順次形成する。
次に、図４を参照して、前記ｐ型オーミック性電極７１上に厚さが１００μｍで、開口長が約２００μｍの開口部１０１を持つ樹脂成分を含むフォトマスク（樹脂製フォトマスク１００、以下同じ）を形成した後、電解めっき浴に２時間浸漬して、前記開口部１０１のみに保持電極７００として厚さ１００μｍのＮｉ層のｐ側選択めっき保持電極を形成した。
次に、図４および図５を参照して、保持電極７００と反対側に位置する前記基板１をフッ酸系エッチング液にて除去する。
次に、図６を参照して、ドライエッチング法の１つであるＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）法により、塩素系ガスを用いて前記ＡｌＮバッファ層２の一部をエッチングし、前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の一部を露出させる。本実施形態においては、前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１は上面から見ると正方形状に形成したが、円形状またはストライプ状に形成してもよい。
次に、図７を参照して、前記露出部分１１にｎ型オーミック性電極８として厚さ５ｎｍのＨｆ層、ＡｌＮバッファ層２上にｎ型パッド電極９として厚さ１０ｎｍのＰｄ層、厚さ０．５μｍのＡｕ層を順次形成する。ここで、ｎ型透明導電体を用いてｎ型オーミック性電極８を形成し、これに接してｎ型パッド電極９として厚さ１０ｎｍのＴｉ層、厚さ０．５μｍのＡｕ層を形成してもよい。
ここで、ｎ型オーミック性電極を形成するｎ型透明導電体としては、Ｓｎを添加した酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、Ｓｂを添加した酸化スズ（ＳｎＯ2：Ｓｂ）、Ｆを添加した酸化スズ（ＳｎＯ2：Ｆ）、Ａｌを添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）およびＧａを添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などが好ましく用いられ、中でも、Ｓｎを添加した酸化インジウムがより好ましく用いられる。また、各添加化合物における各添加元素の添加量は、５モル％〜１０モル％であることが好ましい。
次に、図７および図８を参照して、前記樹脂製フォトマスク１００を有機溶剤にて除去する。次いで、前記ウエハを３５０μｍ角に分割し、保持電極７００側をリードフレームのカップ底部にマウントする。その後、ｎ型パッド電極９にＡｕワイヤ１０をボンディングする。ここで、積層半導体３６において保持電極７００が形成される側の主面６０と反対側の主面に形成されたＡｌＮバッファ層２は、電流阻止層としての機能を有している。
従来の窒化物系化合物半導体発光素子の発光面上に形成されたパッド電極は発光層から外部に放射される光を遮蔽する。これに対して、本発明にかかる窒化物系化合物半導体発光素子においては、図８を参照して、ｎ型パッド電極９の真下側に電流阻止層として絶縁層であるＡｌＮバッファ層２を設けることにより、ｎ型パッド電極９の真下側に位置する発光層領域への電流の流入が阻止され、発光層４において無駄な発光が無くなる。すなわち、電流阻止層として上記ＡｌＮバッファ層２を設けることにより、ｎ型パッド電極９の真下側に位置する発光層領域以外の発光層領域に電流が流入し、ここで、発効した光が外部に取り出され、外部発光効率が向上する。さらに、ｎ型パッド電極９の真下側に設けられたＡｌＮバッファ層２は、発光層からの光に対して透明であるため、ｎ型パッド電極９の方向に出射された光は、ＡｌＮバッファ層２を通して外部に放射されるため、より外部発光効率が向上する。
本実施形態において、積層半導体３６の下方に形成された保持電極７００であるｐ側選択めっき保持電極の主面７０１の面積をｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６の主面６０の面積より小さく形成することにより、前記保持電極７００により外部に放射される光を遮ることがなくなり、外部発光効率の良好な窒化物系化合物半導体発光素子の作製が可能となる。また、部分的なめっきにより保持電極７００を形成しているために積層半導体３６にかかる歪みが低減され、ウエハ割れやクラックの発生がなくなり、信頼性の向上した窒化物系化合物半導体発光素子の作製が可能となる。さらに、ｎ型透明導電体の層を用い、その上にｎ型パッド電極を形成した場合は、Ａｕワイヤをボンディングする際の機械的ダメージが低減され、より信頼性の良好な窒化物系化合物半導体発光素子の作製が可能となる。
（実施形態２）
本発明の第２の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図９に示すように、保持電極７００としてｐ側選択めっき保持電極、およびｐ型オーミック性電極７１，７２上に、屈曲したｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、屈曲したｐ型窒化物系化合物半導体層５、屈曲したＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６が形成されており、ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１にｎ型オーミック性電極８、前記ｎ型オーミック性電極８上にｎ型パッド電極９が、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０が形成されている。
本発明の第２の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図９に示すように、保持電極７００としてｐ側選択めっき保持電極、およびｐ型オーミック性電極７１，７２上に、屈曲したｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、屈曲したｐ型窒化物系化合物半導体層５、屈曲したＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６が形成されており、ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１にｎ型オーミック性電極８、前記ｎ型オーミック性電極８上にｎ型パッド電極９が、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０が形成されている。
また、本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素子は、図１０〜図１６を参照して、以下のように製造される。まず、図１０を参照して、通常のＭＯＣＶＤ法を用いて、選択成長用シリコン酸化膜１０２（ＳｉＯ2膜）が部分的に形成された（開口部１０３は２００μｍ角）Ｓｉの基板１上に、厚さ２５０ｎｍのＡｌＮバッファ層２、厚さ５００ｎｍのｎ型窒化物系化合物半導体層３、厚さ５０ｎｍのＭＱＷ発光層４、厚さ２０ｎｍのｐ型窒化物系化合物半導体層５、厚さ２００ｎｍのｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６を順次積層したウエハを形成する。
次に、図１１を参照して、ＭＯＣＶＤ装置から前記ウエハを取り出し、前記ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６の主面６０および側面６１に、ｐ型オーミック性電極７２として透光性である厚さ４ｎｍのＰｄ層を蒸着にて形成する。次に、前記ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６の主面６０上にｐ型オーミック性電極７１として厚さ２０ｎｍのＰｄ層、厚さ１５０ｎｍのＡｇ層、厚さ４５０ｎｍのＡｕ層を順次形成する。
次に、図１２を参照して、前記ｐ型オーミック性電極７１，７２上に、ｐ型オーミック性電極７１上での厚さが１００μｍで開口長が２００μｍの開口部１０１有する樹脂製フォトマスク１００を形成した後、電解めっき浴に３時間浸漬して、前記開口部１０１のみに保持電極７００として厚さ８０μｍのＮｉ層のｐ側選択めっき保持電極を形成する。
ここで、樹脂製フォトマスクの厚さが１００μｍの場合、保持電極７００の厚さを樹脂製フォトマスクの厚さより小さくすることにより、樹脂製フォトマスクの開口部よりめっきがはみ出すのを防止できる。上記観点から、保持電極７００の厚さを樹脂製フォトマスクの厚さの８割程度にすることが好ましい。
次に、図１２および図１３を参照して、保持電極７００の反対側に位置する前記基板１をフッ酸系エッチング液にて除去する。
次に、図１３および図１４を参照して、ドライエッチング法の１つであるＲＩＥ法により、塩素系ガスを用いて前記ＡｌＮバッファ層２をエッチングし、前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３を露出させる。
次に、図１５を参照して、前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１にｎ型オーミック性電極８として厚さ４ｎｍのＨｆ層、その上にｎ型パッド電極９として厚さ５ｎｍのＨｆ層、厚さ０．５μｍのＡｌ層を順次形成する。
次に、図１５および図１６を参照して、前記樹脂製フォトマスク１００を除去する。前記ウエハを３５０μｍ角に分割し、保持電極７００側をリードフレームのカップ底部にマウントする。その後、ｎ型パッド電極９にＡｕワイヤ１０をボンディングする。
ここで、本実施形態においては、積層半導体３６下部の保持電極７００は前記ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６の側面６１ではなく主面６０のみに形成され、また、保持電極７００の主面７０１の面積が選択成長されたｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６の主面６０の面積より小さく形成されているため、前記保持電極７００により外部に放射される光が遮られることはなく、外部発光効率の良好な窒化物系化合物半導体発光素子の作製が可能となる。さらに、前記側面６１に透光性かつオーミック性である電極を形成することにより、前記ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６への電流注入が均一となる。
（実施形態３）
本発明の第３の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図１７に示すように、保持電極７００としてｐ側選択蒸着保持電極、およびｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、ＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６とＡｌＮバッファ層２が形成されており、前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１上にｎ型オーミック性電極８が、前記ＡｌＮバッファ層２上にｎ型パッド電極９が形成され、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０がボンディングされている。ここで、前記保持電極７００は透明導電体で形成され、前記ｐ型オーミック性電極７１は透光性であるＰｄ層のみで形成されている。
本発明の第３の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図１７に示すように、保持電極７００としてｐ側選択蒸着保持電極、およびｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、ＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６とＡｌＮバッファ層２が形成されており、前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１上にｎ型オーミック性電極８が、前記ＡｌＮバッファ層２上にｎ型パッド電極９が形成され、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０がボンディングされている。ここで、前記保持電極７００は透明導電体で形成され、前記ｐ型オーミック性電極７１は透光性であるＰｄ層のみで形成されている。
また、本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素子は、実施形態１の窒化物系半導体素子と類似の工程によって製造される。すなわち、図２〜図８を参照して、本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法を説明する。
まず、図２を参照して、通常のＭＯＣＶＤ法を用いて、Ｓｉの基板１上に、厚さ２００ｎｍのＡｌＮバッファ層２、厚さ６５０ｎｍのｎ型窒化物系化合物半導体層３、厚さ４５ｎｍのＭＱＷ発光層４、厚さ２５ｎｍのｐ型窒化物系化合物半導体層５、厚さ２５０ｎｍのｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６を順次積層したウエハを作成する。
次に、図３を参照して、ＭＯＣＶＤ装置から前記ウエハを取り出し、前記ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６の主面６０上に、ｐ型オーミック性電極７１として厚さ３ｎｍのＰｄ層を形成する。
次に、図４を参照して、前記ｐ型オーミック性電極７１上に、厚さが１００μｍで開口長が２００μｍの開口部１０１を持つ樹脂製フォトマスク１００を形成した後、前記開口部１０１内に保持電極７００として厚さ８０μｍのＩＴＯを蒸着により形成する。ここで、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）とは、Ｓｎを添加した酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）をいう。また、ＩＴＯの代わりに、たとえば、Ｓｂ（アンチモン）またはＦをＳｎＯ2に添加したドープしたＳｎＯ2：ＳｂまたはＳｎＯ2：Ｆ、ＡｌまたはＧａをＺｎＯに添加したＺｎＯ：ＡｌまたはＺｎＯ：Ｇａでもよい。
次に、図４および図５を参照して、前記基板１をフッ酸系エッチング液にて除去する。
次に、図６を参照して、ドライエッチング法の１つであるＲＩＥ法により、塩素系ガスを用いて前記ＡｌＮバッファ層２の一部を部分的にエッチングし、前記Ｎ型窒化物系化合物半導体層３を露出させる。このとき、前記ＡｌＮバッファ層２の部分的にエッチングされていない領域は一辺が９０μｍの正方形状とする。
次に、図７を参照して、前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１にｎ型オーミック性電極８とし厚さ５ｎｍのＨｆ層、ＡｌＮバッファ層２上にｎ型パッド電極９として厚さ１ｎｍのＡｕ層を形成する。
次に、図７および図８を参照して、前記樹脂製フォトマスク１００を有機溶剤にて除去する。次いで、前記ウエハを３５０μｍ角に分割し、保持電極７００側をリードフレームのカップ底部にマウントする。その後、ｎ型パッド電極９にＡｕワイヤ１０をボンディングする。
本実施形態においては、ｐ型オーミック電極７１は透光性であるＰｄ層のみで形成され、保持電極７００は透明導電体で形成されているために、発光層から保持電極側に照射された光は、前記透明導電体から外部に放射されることになり、外部発光効率が良好な窒化物系化合物半導体発光素子の作製が可能となる。
（実施形態４）
本発明の第４の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図１８に示すように、保持電極７００、およびｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、ＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６と、保持電極７７０としてｐ側選択保持電極、およびｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、ＭＱＷ発光層４１、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３７とを有する。前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１上にｎ型オーミック性電極８およびｎ型パッド電極９が形成され、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０がボンディングされている。本実施形態においては、積層半導体３６の発光層４と積層半導体３７の発光層４１との発光面積が異なるために、前記発光層４からの発光波長と発光層４１からの発光波長とが異なる窒化物系化合物半導体発光素子が作製できる。
本発明の第４の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図１８に示すように、保持電極７００、およびｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、ＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６と、保持電極７７０としてｐ側選択保持電極、およびｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、ＭＱＷ発光層４１、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３７とを有する。前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１上にｎ型オーミック性電極８およびｎ型パッド電極９が形成され、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０がボンディングされている。本実施形態においては、積層半導体３６の発光層４と積層半導体３７の発光層４１との発光面積が異なるために、前記発光層４からの発光波長と発光層４１からの発光波長とが異なる窒化物系化合物半導体発光素子が作製できる。
（実施形態５）
本発明の第５の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図１９に示すように、ｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、ＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６とＡｌＮバッファ層２が形成されており、前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１上にｎ型オーミック性電極８が、前記ＡｌＮバッファ層２上にｎ型パッド電極９が形成され、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０がボンディングされている。また、保持電極７００が、積層半導体３６の一方の主面６０上に形成されたｐ型オーミック性電極７１および積層半導体３６の側面６１の一部に形成されている。ここで、実施形態３と同様に、前記保持電極７００は透明導電体で形成され、前記ｐ型オーミック性電極７１は透光性であるＰｄ層のみで形成されている。このため、本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素子においては、保持電極による発光層からの発光の遮蔽を低減し、かつ、積層半導体および保持電極の機械的強度が向上することができる。
本発明の第５の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図１９に示すように、ｐ型オーミック性電極７１上に、ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、ＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６とＡｌＮバッファ層２が形成されており、前記ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１上にｎ型オーミック性電極８が、前記ＡｌＮバッファ層２上にｎ型パッド電極９が形成され、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０がボンディングされている。また、保持電極７００が、積層半導体３６の一方の主面６０上に形成されたｐ型オーミック性電極７１および積層半導体３６の側面６１の一部に形成されている。ここで、実施形態３と同様に、前記保持電極７００は透明導電体で形成され、前記ｐ型オーミック性電極７１は透光性であるＰｄ層のみで形成されている。このため、本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素子においては、保持電極による発光層からの発光の遮蔽を低減し、かつ、積層半導体および保持電極の機械的強度が向上することができる。
（実施形態６）
本発明の第６の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図２０に示すように、ｐ型オーミック性電極７１，７２上に、屈曲したｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、屈曲したｐ型窒化物系化合物半導体層５、屈曲したＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６が形成されており、ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１にｎ型オーミック性電極８、前記ｎ型オーミック性電極８上にｎ型パッド電極９が、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０が形成されている。また、保持電極７００が、積層半導体３６の一方の主面６０側に形成されたｐ型オーミック性電極７１、および積層半導体３６の側面６１上に形成されたｐ型オーミック性電極７２の一部に形成されている。ここで、発光層４が屈曲しているため積層半導体３６の側面６１からの発光量が大きい。このため、本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素子においては、保持電極による発光層からの発光の遮蔽が比較的少なく、かつ、積層半導体および保持電極の機械的強度が向上することができる。さらに、前記保持電極７００を透明導電体で形成し、前記ｐ型オーミック性電極７１を透光性であるＰｄ層のみで形成することにより、保持電極による発光層からの発光の遮蔽をさらに低減することができる。
本発明の第６の実施形態における窒化物系化合物半導体発光素子は、図２０に示すように、ｐ型オーミック性電極７１，７２上に、屈曲したｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層６、屈曲したｐ型窒化物系化合物半導体層５、屈曲したＭＱＷ発光層４、ｎ型窒化物系化合物半導体層３を含む積層半導体３６が形成されており、ｎ型窒化物系化合物半導体層３の露出部分１１にｎ型オーミック性電極８、前記ｎ型オーミック性電極８上にｎ型パッド電極９が、前記ｎ型パッド電極９上にＡｕワイヤ１０が形成されている。また、保持電極７００が、積層半導体３６の一方の主面６０側に形成されたｐ型オーミック性電極７１、および積層半導体３６の側面６１上に形成されたｐ型オーミック性電極７２の一部に形成されている。ここで、発光層４が屈曲しているため積層半導体３６の側面６１からの発光量が大きい。このため、本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素子においては、保持電極による発光層からの発光の遮蔽が比較的少なく、かつ、積層半導体および保持電極の機械的強度が向上することができる。さらに、前記保持電極７００を透明導電体で形成し、前記ｐ型オーミック性電極７１を透光性であるＰｄ層のみで形成することにより、保持電極による発光層からの発光の遮蔽をさらに低減することができる。
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のすべての変更が含まれることが意図される。
１ 基板、２ ＡｌＮバッファ層、３ ｎ型窒化物系化合物半導体層、４，２０１ 発光層、５ ｐ型窒化物系化合物半導体層、６ ｐ型窒化物系化合物半導体コンタクト層、８ ｎ型オーミック性電極、９ ｎ型パッド電極、１０ Ａｕワイヤ、１１ ｎ型窒化物系化合物半導体層の露出部分、３６，２１０ 積層半導体、６０ 主面、６１ 側面、７１，７２ ｐ型オーミック性電極、１００ 樹脂製フォトマスク、１０１，１０３ 開口部、１０２ 選択成長用シリコン酸化膜、２００ ｎ型層、２０２ ｐ型層、２０３ 第１のオーミック電極、２０４ 第２のオーミック電極、２０５ 導電性基板、２０６ 負電極、２０７ 正電極、７００，７７０ 保持電極、７０１，７７１ 保持電極の主面、１０００，２０００，３０００，４０００，５０００，６０００ 窒化物系化合物半導体発光素子。
Claims (22)
- 発光層を含む窒化物系化合物半導体層を有する積層半導体の一方の主面側の一部に保持電極が形成されていることを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記積層半導体の発光層が、前記保持電極の前記積層半導体側の主面より前記積層半導体側に存在している請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記保持電極の主面の面積が、前記積層半導体の主面の面積より小さい請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記保持電極の厚さが、１０μｍ〜３００μｍである請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記保持電極が、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、ＰｄおよびＡｌからなる群から選ばれる１の金属、またはこれらの金属の積層体を含む請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記積層半導体において前記保持電極が形成される側の主面と反対側の主面上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ型オーミック性電極およびｎ型パッド電極が順次形成されている請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記ＡｌＮバッファ層は、電流阻止層として機能することを特徴とする請求項６に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記積層半導体において前記保持電極が形成される側の主面と反対側の主面上に、ｎ型オーミック性電極が形成され、前記ｎ型オーミック性電極に接してｎ型パッド電極が形成されている請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記ｎ型オーミック性電極がｎ型透明導電体を含む請求項８に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記保持電極が、蒸着、めっき、または蒸着およびめっきにより形成されている請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 蒸着、めっき、または蒸着およびめっきにより形成される前記保持電極が、樹脂製フォトマスクを用いて形成されている請求項１０に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 蒸着により形成される前記保持電極が、透明導電体を含む請求項１０に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記透明導電体が、Ｓｎを添加した酸化インジウム、酸化スズ、Ｓｂを添加した酸化スズ、Ｆを添加した酸化スズ、Ａｌを添加した酸化亜鉛およびＧａを添加した酸化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも１の金属酸化物を含む請求項１２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記窒化物系化合物半導体層を含む前記積層半導体において、少なくとも発光層が屈曲状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記積層半導体において屈曲状に形成されている前記発光層が、前記保持電極の前記積層半導体側の主面より前記積層半導体側に存在している請求項１４に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- ２以上の積層半導体を有し、そのおのおのが、発光層を含む窒化物系化合物半導体層とその一方の主面側の一部に形成されている保持電極とを含み、前記積層半導体間における前記発光層の発光面積が異なる窒化物系化合物半導体発光素子。
- ２以上の積層半導体を有し、そのおのおのが、発光層を含む窒化物系化合物半導体層とその一方の主面側の一部に形成されている保持電極とを含み、前記積層半導体間における前記発光層の発光波長が異なる窒化物系化合物半導体発光素子。
- 発光層を含む窒化物系化合物半導体層を有する積層半導体の側面の一部および前記積層半導体の一方の主面側に保持電極が形成されていることを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。
- 基板上の少なくとも一部に、発光層を含むように窒化物系化合物半導体層を積層して積層半導体を形成する工程と、前記積層半導体において前記基板と反対の位置にある主面側の一部に保持電極を形成する工程と、前記基板を除去する工程とを有する窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記積層半導体において除去される前記基板と反対の位置にある主面側の一部に前記保持電極を形成する工程が、前記主面側の一部に樹脂製フォトマスクを形成する工程と、前記樹脂製フォトマスクの開口部に前記保持電極を形成する工程とを有する請求項１９に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記基板として、絶縁性の透明基板を用いる請求項１９に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記基板として、Ｓｉ、またはＩＩＩ−Ｖ族化合物を含む基板を用いる請求項１９に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
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