JP2008140841A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】反射電極としての機能を維持しつつ、製造歩留まりの低下を防止することが可能な発光素子を提供する。
【解決手段】基板１１と、基板１１に積層されたｎ層１２１、発光層１２２、およびｐ層１２３が順次積層された半導体層１２と、半導体層１２に積層され、発光層１２２からの光を基板１１方向へ反射する反射電極１３と、反射電極１３に積層されたｐ電極１５とを有する発光素子１０において、反射電極１３は、Ｐｔ層とした第１反射電極１３１と、Ａｇ層とした第２反射電極１３２と、Ｃｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層とした第３反射電極１３３とで形成されている。ｐ電極１５は、反射電極１３全体を覆うように形成することで、Ａｇ層とした第２反射電極１３２でのマイグレーションの成長による発光不良を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板と、基板に積層された発光層を含む半導体層と、半導体層に積層され、発光層からの光を反射するＡｇ層と、Ａｇ層上に積層された保護電極とを有する発光素子に関する。

発光素子には、発光層からの光を基板方向に反射するために、反射電極が設けられたものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、ｐ型半導体側のコンタクト層とコンタクト層に接続する光を反射する厚膜正電極との間の発光ムラの発生を抑止するために、薄膜金属層を設けたもので、薄膜金属層としてＣｏ層とＡｕ層とを積層し、厚膜正電極としてＮｉ層とＴｉ層とを順次積層したものである。この薄膜金属層および厚膜正電極としては、銀が使用できることが記載されている。

特許文献２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、ｐ型半導体側のコンタクト層に接続する第１の金属層と、この第１の金属層の少なくとも側面及びこの第１の金属層に覆われていないコンタクト層の表面を覆う第２の金属層とによりコンタクト層に接続する電極を有するもので、第１の金属層としてＡｇ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層とを順次積層し、第２の金属層としてＴｉ層、Ａｕ層とを積層したものである。

特許文献３に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子は、ｐ型半導体層に接続され、光を基板側へ反射する正電極の第１層としてＲｈ層またはＰｔ層を、第２層としてＡｕ層を、第３層としてＴｉ層を積層したものである。

発光素子は、発光層からの光を基板方向へ反射するためには、反射率の高い材質がよいので、Ａｇ層を反射電極として用いるのが好ましい。
特開平１１−２２０１６８号公報 特開平１１−２２０１７１号公報 特開２０００−３６６１９号公報

この反射電極を形成する場合には、基板に積層した半導体層上に反射電極を蒸着することで形成される。この蒸着には、まず、反射電極が形成される半導体層上の領域が露出するような開口を有するレジスト膜を形成する。そして、露出させた半導体層上に反射電極を形成して、レジスト膜を除去するリフトオフ工程を行う。リフトオフ工程では、有機溶剤による洗浄が行われるが、有機洗浄では除去しきれないレジスト膜片や電極片などが残ることがある。従って、接続電極を反射電極上に積層するためには、レジスト膜片や電極片などの残留物を除去する必要がある。そこで、粘着性を有する剥離シートによってこの残留物を除去する。剥離シートで残留物を除去するときには、反射電極を形成した半導体層上全体を覆うように剥離シートを貼着した後に引き剥がす。そうすることで、剥離シートに残留物を付着させた状態で取り除くことができる。

ところで、反射電極は、反射率の高いＡｇ層のみで形成するよりは、Ａｇ層の保護や、接続電極とのコンタクト性の向上を目的として、保護層をＡｇ層上に積層するのが望ましい。しかし、保護層として、例えばＰｔ層やＲｈ層をＡｇ層上に積層すると、剥離シートで残留物を除去する際に、剥離シートの引き剥がしによって、反射電極の縁部が剥離シートに付着した状態で剥離してしまうことがある。反射電極に剥離が発生すると、信頼性の低下、および特性不良などによりその発光素子は使用することができなくなるため、歩留まりが低下する。

そこで本発明は、反射電極としての機能を維持しつつ、製造歩留まりの低下を防止することが可能な発光素子を提供することを目的とする。

本発明の発光素子は、基板と、前記基板に積層された発光層を含む半導体層と、前記半導体層に積層され、発光層からの光を前記基板方向へ反射する第１電極と、前記第１電極に積層され、少なくともボンディング電極を含む第２電極とを有する発光素子において、前記第１電極は、Ａｇ層と、前記Ａｇ層上に積層された保護層とを少なくとも含み、前記保護層は、Ｃｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層で形成されていることを特徴とする。

本発明は、反射電極として機能する第１電極を、Ａｇ層と、このＡｇ層にＣｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層を積層したものとを含むように形成しているので、第１電極の縁部が剥離シートに付着した状態で剥離してしまうことを防止することができる。よって、反射電極としての機能を維持しつつ、製造歩留まりの低下を防止することが可能である。

本願の第１の発明は、基板と、基板に積層された発光層を含む半導体層と、半導体層に積層され、発光層からの光を基板方向へ反射する第１電極と、第１電極に積層され、少なくともボンディング電極を含む第２電極とを有する発光素子において、第１電極は、Ａｇ層と、Ａｇ層上に積層された保護層とを少なくとも含み、保護層は、Ｃｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層で形成されていることを特徴としたものである。このＡｇ層は、Ａｇ合金のように、Ａｇに他の材料が少量添加されたものでもかまわない。

本発明の発光素子は、反射電極として機能する第１電極を、Ａｇ層と、このＡｇ層にＣｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層を積層したものとを少なくとも含むように形成しているので、第１電極を形成した後、剥離シートで残留物を除去する際にも、剥離シートの引き剥がしによって、第１電極の縁部が剥離シートに付着した状態で剥離してしまうことを防止することができる。

本願の第２の発明は、第２電極は、第１電極全体を覆うように形成されていることを特徴としたものである。

本願の第２の発明においては、第２電極が、第１電極全体を覆うように形成されていることで、Ａｇ層でのマイグレーションの成長による発光不良を防止することができる。

本願の第３の発明は、第２電極のうち保護層と接する層は、保護層と同じ材質で形成されていることを特徴としたものである。

本願の第３の発明においては、第２電極のうち保護層と接する層が、保護層と同じ材質で形成されていることで、第１電極と第２電極との良好な密着性およびコンタクト性を確保することができる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る発光素子を、図面に基づいて説明する。まずは、本実施の形態に係る発光素子の構成について、図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発光素子を示す図である。

発光素子１０は、基板１１と、半導体層１２と、反射電極１３と、ｎ電極１４と、ｐ電極１５とを備えている。基板１１は、窒化ガリウム系半導体であるｎ型ＧａＮで形成され、一辺が８００μｍ、厚みが２００μｍの平面視してほぼ正方形状の直方体状に形成されている。

半導体層１２は、ｎ層１２１と、発光層１２２、ｐ層１２３とを備えている。ｎ層１２１は、基板１１にＧａＮやＡｌＧａＮ等を積層して形成され、層厚が０．５μｍ〜５μｍとしたｎ型半導体層である。ｎ層１２１と基板１１の間にＧａＮやＩｎＧａＮ等で形成したバッファ層を設けることも可能である。

発光層１２２は、ｎ層１２１に、井戸層となるＩｎＧａＮ等を０．００１μｍ〜０．００５μｍの層厚とし、障壁層となるＧａＮ等を０．００５μｍ〜０．０２μｍの層厚とし、これらを交互に積層した多重量子井戸構造で積層したものである。また、ｐ層１２３は、発光層１２２にＡｌＧａＮを積層して形成され、層厚が０．０５μｍ〜０．５μｍとしたｐ型半導体層である。

反射電極（第１電極）１３は、第１反射電極１３１と、第２反射電極１３２と、第３反射電極１３３とした多層膜構造に形成されている。第１反射電極１３１としてＰｔ層、第２反射電極１３２としてＡｇ層、第３反射電極１３３としてＣｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層とすることができる。

第２反射電極１３２として形成されたＡｇ層は、Ａｇ（銀）のみで形成すること以外に、Ａｇ合金とすることができる。特に、Ａｇ層をＢｉ、Ｎｄ、Ｃｕなどを含有した合金とするとマイグレーションを抑制することができる。また、前記した金属以外でも、Ａｇに、他の金属を含有して、Ａｇ層を合金とすることは可能であるが、反射率の低下という観点から、Ａｇのみとするのが望ましい。

第１反射電極１３１は、ｐ層１２３とのコンタクト性を向上させるために設けられており、発光層１２２から第２反射電極１３２へ光を良好に透過させるために、膜厚１ｎｍの薄膜に成膜されている。第２反射電極１３２は、発光層１２２からの光を基板１１方向へ効率よく反射するため高い反射率を有する銀（Ａｇ）を採用している。このＡｇ層（第２反射電極１３２）は、膜厚５０ｎｍに成膜されている。第３反射電極１３３は、膜厚３０ｎｍに成膜され、Ａｇ層とした第２反射電極１３２の保護を目的とした保護層であり、第２反射電極１３２とｐ電極１５とのコンタクト性を向上させる機能も有する。

ｎ電極１４は、外部と接続するための接続電極であり、ｎ層１２１に、発光層１２２とｐ層１２３とを積層した後に、ドライエッチングにより発光層１２２とｐ層１２３とｎ層１２１の一部とを除去して、ｎ電極１４を形成する領域を露出させたｎ層１２１上に形成されている。ｎ電極１４は、二層構造を有しており、ｎ層１２１と良好に接続するためのｎコンタクト電極１４１と、ボンディングのためにｎボンディング電極１４２とを備えている。ｎコンタクト電極１４１は、コンタクト電極材料としてＴｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｎ、Ｚｎのいずれか一つ、またはこれらの金属を１種類以上含む合金、導電性膜で形成することができる。また、ｎコンタクト電極１４１は、多層とすることができ、それぞれの層をＩｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒのいずれか１つ、またはこれらの金属を１種類以上含む合金、または導電性膜で形成することができる。ｎボンディング電極１４２は、ボンディングするのに好適なＡｕで形成されている。

ｐ電極１５（第２電極）は、外部と接続するための接続電極であり、二層構造を有し、ｐ層１２３側から、ｐコンタクト電極１５１とｐボンディング電極１５２とを備えている。ｐコンタクト電極１５１は、Ｔｉ層で反射電極１３全体を覆うように形成することで、Ａｇ層とした第２反射電極１３２のマイグレーション成長の抑止が可能である。ｐコンタクト電極１５１は、Ｔｉ層とする以外に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、またはこれらの中から少なくとも１種類を含む合金から形成することもできる。また、ｐコンタクト電極１５１は、多層とすることができ、それぞれの層をＴｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒのいずれか１つ、またはこれらの金属を１種類以上含む合金、または導電性膜で形成することができる。ｐボンディング電極１５２は、ボンディングするのに好適なＡｕで形成されている。

以上のように構成される本発明の実施の形態に係る発光素子１０の製造方法を、図２から図４に基づいて説明する。図２から図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示す発光素子１０の製造工程を示す図である。なお、図２から図４においては、半導体層を積層した基板はウェハ状態であるが、１個分のみを図示している。

まず、図２（Ａ）に示すように、基板１１に、ｎ層１２１と、発光層１２２と、ｐ層１２３とを積層して半導体層１２を形成する。図２（Ｂ）に示すように、ｐ層１２３と、発光層１２２と、ｎ層１２１の一部とを、ドライエッチングして、ｎ電極１４を形成する領域Ａを形成する。図２（Ｃ）に示すように、ｐ層１２３上面が露出するような開口が設けられたレジスト膜Ｒ１を形成する。そして、フッ化水素水溶液でｐ層１２３上を洗浄してカーボンなどの除去を行う。

図３（Ａ）に示すように、レジスト膜Ｒ１が形成されたｐ層１２３上に、反射電極１３を積層する。反射電極１３は、膜厚１ｎｍのＰｔ層を第１反射電極１３１としてｐ層１２３上に積層し、膜厚５０ｎｍのＡｇ層を第２反射電極１３２として第１反射電極１３１上に積層し、膜厚３０ｎｍのＣｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層を第３反射電極１３３として第２反射電極１３２上に積層することで形成することができる。

図３（Ｂ）に示すように、反射電極１３が形成されたことでレジスト膜Ｒ１を有機洗浄により除去する。図３（Ｃ）に示すように、有機洗浄しても除去しきれないレジスト膜片や、電極片などの残留物を、粘着性を有する剥離シートＳによって除去する。剥離シートＳで除去するときには、反射電極１３を形成した半導体層１２上全体を覆うように貼着した後に、剥離シートを引き剥がすことで、残留したレジスト膜片や電極片などの残留物を剥離シートＳに付着させた状態で取り除くことができる。このとき、第３反射電極１３３としてＣｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層としているので、例えば、第３反射電極１３３をＰｔ層やＲｈ層としたときのように剥離することはない。これは、Ａｇ層とした第２反射電極１３２と、Ｐｔ層やＲｈ層とした第３反射電極１３３とが温度ストレスにより剥離しやすい状態となるためか、Ｐｔ層やＲｈ層とＡｇ層との密着性が低いためによるものなどが原因と考えられる。しかし、第３反射電極１３３をＣｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層とすることで、耐熱ストレス性の向上もしくは密着性の向上が図れることで、剥離シートＳを剥がす際の剥離を防止できる。

剥離シートＳにより残留物を除去すると、図４（Ａ）に示すように、反射電極１３が露出するような開口が設けられたレジスト膜Ｒ２を、ｐ層１２３の周囲全体に形成する。このレジスト膜Ｒ２の開口は、レジスト膜Ｒ２の内側面と反射電極１３の周囲とを少し離間させた状態で形成されている。レジスト膜Ｒ２を形成すると、ｐ電極１５（図１参照）を形成するが、その前に、反射電極１３とｐ電極１５との密着性を向上させるために、Ｏ₂雰囲気中でプラズマ処理によるアッシングを行う。Ｏ₂雰囲気中でプラズマ処理しても、Ａｇ層で形成された第２反射電極１３２上に、Ｃｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層で形成した第３反射電極１３３が積層され、保護膜として機能するので、Ａｇ層が酸化してしまうことを防止することができる。

Ｏ₂雰囲気中でのプラズマ処理が終わると、図４（Ｂ）に示すように、ｐコンタクト電極１５１を形成する。レジスト膜Ｒ２の開口が、レジスト膜Ｒ２の内側面と反射電極１３の周囲とを少し離間させた状態で形成されているので、ｐコンタクト電極１５１は、反射電極１３全体を覆うように第３反射電極１３３に積層する。次にｐコンタクト電極１５１上にｐボンディング電極１５２を積層することで、ｐ電極１５を形成する。第３反射電極１３３がＴｉ層で形成されている場合には、ｐコンタクト電極１５１をＴｉ層とすると、同じ材質となるので、密着性やコンタクト性の点で好ましい。しかし、フッ酸による洗浄工程が必要となる場合には、Ｔｉ層は溶解してしまうため、第３反射電極１３３としてはＣｒ層またはＭｏ層とするのが好ましい。

ｐ電極１５が形成されると、図４（Ｃ）に示すように、ｎ電極１４を形成する。ｎ電極１４は、まず、ドライエッチングにより形成された領域Ａを露出する開口が設けられたレジスト膜（図示せず）を形成した後に、ｎコンタクト電極１４１をこの領域Ａに積層し、次にｎコンタクト電極１４１上にｎボンディング電極１４２を積層することで形成することができる。そして、ウェハ状態の基板１１をダイシングして個片とすることで、図１に示す発光素子１０を得ることができる。

このように、反射電極１３とｐ電極１５との密着性を向上させるために、Ｏ₂雰囲気中で行われるプラズマ処理から、第２反射電極１３２であるＡｇ層を保護する目的で第３反射電極１３３を設けても、第３反射電極１３３がＣｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層で形成されているので、剥離シートＳを引き剥がしたときに、第３反射電極１３３が剥離してしまうことを防止することができる。

なお、本実施の形態では、第１電極である反射電極１３を、第１反射電極１３１と、Ａｇ層とした第２反射電極１３２と、保護層として機能する第３反射電極１３３とを備えた三層膜構造としているが、第３反射電極１３３上に、更に一層以上の電極層を設けることも可能である。例えば、第３反射電極１３３をＣｒ層としたときにはＭｏ層またはＴｉ層を積層することができ、第３反射電極１３３をＭｏ層としたときにはＣｒ層またはＴｉ層とすることができる。また、他の材質のものでも第３反射電極１３３上に積層することが可能であるが、抵抗が増加したり、蒸着による積層の際の剥離が発生したりしない材質のものを選択して積層するのが望ましい。また、この電極層のうち第２電極であるｐ電極１５と接する電極層は、この電極層が接するｐ電極１５のｐコンタクト電極１５１と同じ材質のものとするのが、良好なコンタクト性が得られるので望ましい。

本発明は、反射電極としての機能を維持しつつ、製造歩留まりの低下を防止することが可能なので、基板と、基板に積層された発光層を含む半導体層と、半導体層に積層され、発光層からの光を反射するＡｇ層と、Ａｇ層に積層されたコンタクト電極とを有する発光素子に好適である。

本発明の実施の形態に係る発光素子を示す図 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示す発光素子の製造工程を示す図 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示す発光素子の製造工程を示す図 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示す発光素子の製造工程を示す図

符号の説明

１０ 発光素子
１１ 基板
１２ 半導体層
１２１ ｎ層
１２２ 発光層
１２３ ｐ層
１３ 反射電極
１３１ 第１反射電極
１３２ 第２反射電極
１３３ 第３反射電極
１４ ｎ電極
１４１ ｎコンタクト電極
１４２ ｎボンディング電極
１５ ｐ電極
１５１ ｐコンタクト電極
１５２ ｐボンディング電極
Ａ 領域
Ｒ１，Ｒ２ レジスト膜

Claims (3)

1. 基板と、前記基板に積層された発光層を含む半導体層と、前記半導体層に積層され、発光層からの光を前記基板方向へ反射する第１電極と、前記第１電極に積層され、少なくともボンディング電極を含む第２電極とを有する発光素子において、
   前記第１電極は、Ａｇ層と、前記Ａｇ層上に積層された保護層とを少なくとも含み、
   前記保護層は、Ｃｒ層、Ｍｏ層またはＴｉ層で形成されていることを特徴とする発光素子。
2. 前記第２電極は、前記第１電極全体を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
3. 前記第２電極のうち前記保護層と接する層は、前記保護層と同じ材質で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光素子。

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