JP2009094108A

JP2009094108A - MANUFACTURING METHOD OF GaN-BASED LED DEVICE

Info

Publication number: JP2009094108A
Application number: JP2007260319A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hiraoka; 晋平岡; Takahide Shiroichi; 隆秀城市; Toshihiko Shima; 敏彦嶋; Hiroaki Okagawa; 広明岡川
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2009-04-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a GaN-based LED device in which a GaN-based LED device having a transparent electrode formed of TCO on a p-type semiconductor layer and a bonding pad formed partially on the transparent electrode is reduced in loss due to light absorption of a metal film included in a (p) electrode and further the GaN-based LED device reduced in the loss can be efficiently be manufactured. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the GaN-based LED element includes the steps of forming a first TCO film on a surface of a p-type GaN-based semiconductor layer by a vapor deposition method; and forming a second TCO film continuously from on the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer to on a surface of the first TCO film by a sputtering method. While the second TCO film is formed, a third TCO film is formed on a surface of an n-type GaN-based semiconductor layer. In a region including an interface between the second TCO film and p-type GaN-based semiconductor layer, a metal film is formed which comes into contact with the second TCO film. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ＧａＮ系半導体を用いてｐｎ接合型の発光素子構造を形成してなるＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法に関し、特に、ｐ電極とｎ電極とを同一面側に有し、該ｐ電極が、ｐ型半導体層上に形成されたＴＣＯからなる透明電極と、該透明電極上の一部に形成されたボンディングパッドとを有し、該ｎ電極が、ｎ型半導体層上にＴＣＯ膜を介して形成されたボンディングパッドを有するＧａＮ系ＬＥＤ素子の、製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a GaN-based LED element in which a pn-junction light-emitting element structure is formed using a GaN-based semiconductor, and in particular, has a p-electrode and an n-electrode on the same surface side, and the p-electrode Has a transparent electrode made of TCO formed on the p-type semiconductor layer and a bonding pad formed on a part of the transparent electrode, and the n-electrode has a TCO film on the n-type semiconductor layer. The present invention relates to a method for manufacturing a GaN-based LED element having a bonding pad formed therethrough.

ＧａＮ系半導体は、化学式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、３族窒化物半導体、窒化物系半導体などとも呼ばれる。ｐｎ接合型の発光素子構造をＧａＮ系半導体で形成したＧａＮ系ＬＥＤ素子は、緑色〜近紫外の光を発生することが可能であり、これまで、信号機やディスプレイ装置等の用途で実用化されている。 A GaN-based semiconductor is a compound semiconductor represented by the chemical formula Al _a In _b Ga _1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), and is a group III nitride semiconductor. Also called a nitride-based semiconductor. A GaN-based LED element in which a pn-junction light-emitting element structure is formed of a GaN-based semiconductor can generate green to near-ultraviolet light, and has been put to practical use in applications such as traffic lights and display devices. Yes.

図８は、典型的なＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。このＧａＮ系ＬＥＤ素子は、サファイア等からなる基板１０１上に、ｎ型ＧａＮ系半導体層１０２を介して、ｐ型ＧａＮ系半導体層１０３を積層してなる積層体構造を備えており、ｐ型ＧａＮ系半導体層１０３上と、部分的に露出したｎ型ＧａＮ系半導体層１０２上とに、それぞれ、ｐ電極１０４とｎ電極１０５とが形成されている。ｐ電極１０４は、ｐ型ＧａＮ系半導体層１０３とオーミック接触するＴＣＯ膜１０４ａ（透明電極）と、その一部上にボンディングパッドとして形成されたメタル膜１０４ｂとから構成されている。ｎ電極１０５は、ｎ型ＧａＮ系半導体層１０２とオーミック接触するＴＣＯ膜１０５ａと、その上に積層されたメタル膜１０５ｂとから構成されている。メタル膜１０５ｂはボンディングパッドである。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a typical GaN-based LED element. This GaN-based LED element has a laminated structure in which a p-type GaN-based semiconductor layer 103 is stacked on an substrate 101 made of sapphire or the like via an n-type GaN-based semiconductor layer 102. A p-electrode 104 and an n-electrode 105 are formed on the system semiconductor layer 103 and the partially exposed n-type GaN-based semiconductor layer 102, respectively. The p-electrode 104 includes a TCO film 104a (transparent electrode) that is in ohmic contact with the p-type GaN-based semiconductor layer 103, and a metal film 104b formed as a bonding pad on a part of the TCO film 104a. The n electrode 105 includes a TCO film 105a that is in ohmic contact with the n-type GaN-based semiconductor layer 102, and a metal film 105b stacked thereon. The metal film 105b is a bonding pad.

ここで、ＴＣＯとは透明導電性酸化物（Transparent Conductive Oxide）のことであり、典型的には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、酸化インジウム、酸化錫、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、酸化亜鉛、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）が例示される。ＧａＮ系ＬＥＤ素子用の電極に汎用されているＴＣＯはＩＴＯである。 Here, TCO is a transparent conductive oxide, and typically, ITO (indium tin oxide), indium oxide, tin oxide, IZO (indium zinc oxide), AZO ( Aluminum zinc oxide), zinc oxide, and FTO (fluorine-doped tin oxide) are exemplified. ITO, which is widely used for electrodes for GaN-based LED elements, is ITO.

図８に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子は、電極に含まれるメタル膜１０４ｂ、１０５ｂが、ＧａＮ系半導体層の表面に直接形成されずに、ＴＣＯ膜を介して形成されていることから、これらのメタル膜による光吸収が抑制されており、そのために比較的高い発光出力を示す。なお、このような電極構造を有するＧａＮ系ＬＥＤ素子は、特許文献１などに開示されている。
特開２００５−３１７９３１号公報特開２００１−２１０８６７号公報特開２００２−２５３４９号公報ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス，第４４巻，第４Ｂ号，２００５年，第２５２５〜２５２７頁（ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．４Ｂ，２００５，ｐｐ．２５２５−２５２７） In the GaN-based LED element shown in FIG. 8, the metal films 104b and 105b included in the electrodes are not directly formed on the surface of the GaN-based semiconductor layer, but are formed through the TCO film. The light absorption due to is suppressed, and therefore a relatively high light emission output is exhibited. A GaN-based LED element having such an electrode structure is disclosed in Patent Document 1 and the like.
JP 2005-317931 A JP 2001-210867 A JP 2002-25349 A Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 4B, 2005, 2525-2527 (Japan Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 4B, 2005, pp. 2525-2527).

図８に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子においては、ｎ型ＧａＮ系半導体層１０２とｐ型ＧａＮ系半導体層１０３の接合界面付近に形成される発光部で発光が生じるが、この発光はｐ電極１０４に含まれるメタル膜１０４ｂの直下の領域でも起こる。しかしながら、ＴＣＯ膜１０４ａ上に形成されているとはいえ、このメタル膜１０４ｂは、その直下の領域で放出される光に対しては強い吸収を示すので、この光の発生に費やされたエネルギーの多くは損失となる。 In the GaN-based LED element shown in FIG. 8, light emission occurs in the light-emitting portion formed in the vicinity of the junction interface between the n-type GaN-based semiconductor layer 102 and the p-type GaN-based semiconductor layer 103. This light emission is included in the p-electrode 104. This also occurs in the region immediately below the metal film 104b. However, although the metal film 104b is formed on the TCO film 104a, the metal film 104b exhibits strong absorption with respect to light emitted in the region immediately below the metal film 104b, and thus energy consumed for generation of this light. Most of them are lost.

そこで、本発明は、ｐ電極とｎ電極とを同一面側に有し、該ｐ電極が、ｐ型半導体層上に形成されたＴＣＯからなる透明電極と、該透明電極上の一部に形成されたボンディングパッドとを有し、該ｎ電極が、ｎ型半導体層上にＴＣＯ膜を介して形成されたボンディングパッドを有するＧａＮ系ＬＥＤ素子における、ｐ電極に含まれるメタル膜の光吸収に起因する損失を低減し、更に、この損失の低減されたＧａＮ系ＬＥＤ素子を効率よく製造することのできる、ＬＥＤ素子の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has a p-electrode and an n-electrode on the same surface, and the p-electrode is formed on a part of the transparent electrode made of TCO formed on the p-type semiconductor layer and the transparent electrode. In a GaN-based LED element having a bonding pad formed on a n-type semiconductor layer through a TCO film, the n electrode is caused by light absorption of a metal film included in the p electrode. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an LED element, which can reduce a loss to be generated, and can efficiently manufacture a GaN-based LED element with a reduced loss.

上記目的を達成するために、本発明が提供するＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法は、次の各工程を有する。
（ａ）基板上にｎ型ＧａＮ系半導体層を介してｐ型ＧａＮ系半導体層を積層してなる積層体を準備する工程。
（ｂ）前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の表面に、蒸着法、レーザアブレーション法またはゾルゲル法を用いて、第１のＴＣＯ膜を形成する工程。
（ｃ）前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の表面の一部が露出するように、前記第１のＴＣＯ膜を所定の形状にパターニングする工程。
（ｄ）スパッタリング法を用いて、前記（ｃ）の工程で露出したｐ型ＧａＮ系半導体層の表面上から前記第１のＴＣＯ膜の表面上にかけて連続した、第２のＴＣＯ膜を形成する工程。
（ｅ）前記第２のＴＣＯ膜と前記ｐ型ＧａＮ系半導体層との界面上を含む領域に、該第２のＴＣＯ膜に接する第１のメタル膜を形成する工程。
（ｆ）エッチングにより前記ｎ型ＧａＮ系半導体層を一部露出させる工程。
（ｇ）前記（ｆ）工程で露出させたｎ型ＧａＮ系半導体層の表面に、スパッタリング法を用いて、第３のＴＣＯ膜を形成する工程。
（ｈ）前記第３のＴＣＯ膜上に第２のメタル膜を形成する工程。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a GaN-based LED element provided by the present invention includes the following steps.
(A) The process of preparing the laminated body formed by laminating | stacking a p-type GaN-type semiconductor layer through a n-type GaN-type semiconductor layer on a board | substrate.
(B) A step of forming a first TCO film on the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer by using a vapor deposition method, a laser ablation method, or a sol-gel method.
(C) A step of patterning the first TCO film into a predetermined shape so that a part of the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer is exposed.
(D) A step of forming a second TCO film that is continuous from the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer exposed in the step (c) to the surface of the first TCO film by using a sputtering method. .
(E) forming a first metal film in contact with the second TCO film in a region including on the interface between the second TCO film and the p-type GaN-based semiconductor layer;
(F) A step of partially exposing the n-type GaN-based semiconductor layer by etching.
(G) A step of forming a third TCO film on the surface of the n-type GaN-based semiconductor layer exposed in the step (f) using a sputtering method.
(H) A step of forming a second metal film on the third TCO film.

上記（ｄ）工程と（ｇ）工程とを同時に行うことにより、換言すれば、第２のＴＣＯ膜と第３のＴＣＯ膜とを同時に形成することにより、工程数が削減され、製造効率が高くなる。好ましくは、上記（ｅ）工程と（ｈ）工程も同時に行う、すなわち、第１のメタル膜と第２のメタル膜とを同時に形成することによって、工程数を更に削減することができる。なお、上記（ｄ）工程と（ｇ）工程とを同時に行うためには、（ｄ）工程の前に（ｆ）工程を完了させておかなくてはならないことは、いうまでもない。 By performing the above steps (d) and (g) at the same time, in other words, by simultaneously forming the second TCO film and the third TCO film, the number of processes is reduced and the manufacturing efficiency is increased. Become. Preferably, the steps (e) and (h) are also performed simultaneously, that is, the number of steps can be further reduced by forming the first metal film and the second metal film simultaneously. Needless to say, the step (f) must be completed before the step (d) in order to perform the step (d) and the step (g) at the same time.

図１は、本発明が提供するＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法により製造される、ＧａＮ系ＬＥＤ素子の一構造例を示す断面図である。このＧａＮ系ＬＥＤ素子は、基板１１上に、ｎ型ＧａＮ系半導体層１２を介して、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３を積層してなる積層体構造を備えており、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３上と、部分的に露出したｎ型ＧａＮ系半導体層１２上とに、それぞれ、ｐ電極１４とｎ電極１５とが形成されている。ｐ電極１４は、ＴＣＯからなる透明電極１４ａと、その一部上にボンディングパッドとして形成されたメタル膜１４ｂとから構成されている。透明電極１４ａは、更に、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３とオーミック接触する第１のＴＣＯ膜１４ａ−１と、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の表面上から第１のＴＣＯ膜１４ａ−１の表面上にかけて連続するように形成された第２のＴＣＯ膜１４ａ−２と、から構成されている。ｎ電極１５は、ｎ型ＧａＮ系半導体層１２とオーミック接触するＴＣＯ膜１５ａと、その上に積層されたメタル膜１５ｂとから構成されている。メタル膜１５ｂはボンディングパッドである。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structural example of a GaN-based LED element manufactured by the method for manufacturing a GaN-based LED element provided by the present invention. This GaN-based LED element has a laminated structure in which a p-type GaN-based semiconductor layer 13 is stacked on a substrate 11 via an n-type GaN-based semiconductor layer 12. A p-electrode 14 and an n-electrode 15 are formed on the top and the partially exposed n-type GaN-based semiconductor layer 12, respectively. The p-electrode 14 includes a transparent electrode 14a made of TCO and a metal film 14b formed as a bonding pad on a part of the transparent electrode 14a. The transparent electrode 14a further includes a first TCO film 14a-1 in ohmic contact with the p-type GaN-based semiconductor layer 13, and a surface of the first TCO film 14a-1 from the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer 13. And the second TCO film 14a-2 formed so as to be continuous. The n electrode 15 includes a TCO film 15a that is in ohmic contact with the n-type GaN-based semiconductor layer 12, and a metal film 15b stacked thereon. The metal film 15b is a bonding pad.

図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造工程を説明する。 A manufacturing process of the GaN-based LED element shown in FIG. 1 will be described.

（ａ）工程では、図２に断面図を示すような、基板上１１にｎ型ＧａＮ系半導体層１２を介してｐ型ＧａＮ系半導体層１３を積層してなる積層体を準備する。この積層体はエピウェハであってよいが、限定されるものではない。 In the step (a), as shown in a cross-sectional view in FIG. 2, a stacked body is prepared in which a p-type GaN-based semiconductor layer 13 is stacked on a substrate 11 via an n-type GaN-based semiconductor layer 12. The laminate may be an epi wafer, but is not limited.

（ｂ）工程では、図３に断面図を示すように、（ａ）工程で準備した積層体の、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３上に、第１のＴＣＯ膜１４ａ−１を形成する。この第１のＴＣＯ膜１４ａ−１膜は、蒸着法、レーザアブレーション法およびゾルゲル法から選ばれる方法を用いて形成することにより、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３との間の接触抵抗の低い、良好なオーミック電極となる（特許文献２）。 In the step (b), as shown in a cross-sectional view in FIG. 3, a first TCO film 14a-1 is formed on the p-type GaN-based semiconductor layer 13 of the laminate prepared in the step (a). The first TCO film 14a-1 is formed by using a method selected from a vapor deposition method, a laser ablation method, and a sol-gel method, so that the contact resistance with the p-type GaN-based semiconductor layer 13 is low and good. (Patent Document 2).

（ｃ）工程では、図４に断面図を示すように、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の表面の一部が露出するように、第１のＴＣＯ膜１４ａ−１を所定の形状にパターニングする。このパターニングは、周知のフォトリソグラフィおよびエッチング技法を用いて行うことができる。 In the step (c), as shown in a cross-sectional view in FIG. 4, the first TCO film 14a-1 is patterned into a predetermined shape so that a part of the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer 13 is exposed. This patterning can be performed using well-known photolithography and etching techniques.

（ｃ）工程の次に、（ｆ）工程として、図５に断面図を示すように、エッチングによりｎ型ＧａＮ系半導体層１２の一部を露出させる。 After the step (c), as a step (f), a part of the n-type GaN-based semiconductor layer 12 is exposed by etching, as shown in a sectional view in FIG.

次に、（ｄ）工程と（ｇ）工程を同時に行う。すなわち、図６に断面図を示すように、（ｃ）工程で露出させたｐ型ＧａＮ系半導体層１３の表面上から第１のＴＣＯ膜１４ａ−１の表面上にかけて連続する第２のＴＣＯ膜１４ａ−２の形成と、（ｆ）工程で露出させたｎ型ＧａＮ系半導体層１２の表面上への第３のＴＣＯ膜１５ａの形成とを、スパッタリング法を用いて同時に行う。ＴＣＯ膜を所定の部位のみに形成するには、リフトオフ法を用いればよい。スパッタリング法で成膜することにより、第２のＴＣＯ膜１４ａ−２とｐ型ＧａＮ系半導体層１３との間の接触抵抗は、第１のＴＣＯ膜１４ａ−１とｐ型ＧａＮ系半導体層１３との間の接触抵抗よりも高くなる。恐らくは、プラズマのエネルギーやスパッタ粒子の衝撃などの作用で、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の表面が損傷を受け、それによって生じる欠陥によりｐ型キャリアが不活性化されるために、第２のＴＣＯ膜１４ａ−２との接合部近傍において、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３中のｐ型キャリア密度が低下するためではないかと推測される。一方、ｎ型ＧａＮ系半導体の表面に設ける電極は、スパッタリング法を用いて形成することによって接触抵抗の高いものとなることはない。 Next, step (d) and step (g) are performed simultaneously. That is, as shown in a sectional view in FIG. 6, the second TCO film continuous from the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer 13 exposed in the step (c) to the surface of the first TCO film 14a-1. The formation of 14a-2 and the formation of the third TCO film 15a on the surface of the n-type GaN-based semiconductor layer 12 exposed in the step (f) are simultaneously performed using a sputtering method. In order to form the TCO film only at a predetermined portion, a lift-off method may be used. By forming the film by sputtering, the contact resistance between the second TCO film 14a-2 and the p-type GaN-based semiconductor layer 13 is such that the first TCO film 14a-1 and the p-type GaN-based semiconductor layer 13 Higher than the contact resistance between. The second TCO is probably because the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer 13 is damaged by the action of plasma energy or the impact of sputtered particles, and the p-type carriers are inactivated by defects caused thereby. It is presumed that the p-type carrier density in the p-type GaN-based semiconductor layer 13 decreases in the vicinity of the junction with the film 14a-2. On the other hand, an electrode provided on the surface of an n-type GaN-based semiconductor does not have a high contact resistance by being formed using a sputtering method.

次に、（ｅ）工程と（ｈ）工程を同時に行う。すなわち、図７に断面図を示すように、第２のＴＣＯ膜１４ａ−２とｐ型ＧａＮ系半導体層１３との界面（破線で囲んだ部分）上を含む領域に、第２のＴＣＯ膜１４ａ−２に接する第１のメタル膜１４ｂを形成すると同時に、第３のＴＣＯ膜１５ａ上に第２のメタル膜１５ｂを形成する。好ましくは、第２のＴＣＯ膜１４ａ−２と第３のＴＣＯ膜１５ａを同時形成する際に用いたリフトオフ用のマスクを除去することなく、第１のメタル膜１４ｂおよび第２のメタル膜１５ｂとするためのメタル膜の形成を行い、その後で、該マスクをリフトオフすることによって、ＴＣＯ膜とメタル膜のパターニングをいちどに行なう。 Next, the step (e) and the step (h) are performed simultaneously. That is, as shown in a cross-sectional view in FIG. 7, the second TCO film 14a is formed in a region including the interface between the second TCO film 14a-2 and the p-type GaN-based semiconductor layer 13 (portion surrounded by a broken line). The first metal film 14b in contact with -2 is formed, and at the same time, the second metal film 15b is formed on the third TCO film 15a. Preferably, the first metal film 14b and the second metal film 15b are formed without removing the lift-off mask used when the second TCO film 14a-2 and the third TCO film 15a are simultaneously formed. A metal film is formed for this purpose, and then the TCO film and the metal film are patterned at once by lifting off the mask.

ｐ電極１４とｎ電極１５の形成が完了したら、この分野で通常用いられている方法を用いて、ウェハ上に形成されたＧａＮ系ＬＥＤ素子を切り離し、チップ化する。なお、ウェハを切断する前に、ｎ型ＧａＮ系半導体層１２、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３、ＴＣＯ膜１４ａが露出した部分を、酸化ケイ素などの金属酸化物からなる透明な絶縁保護膜で被覆してもよい。 When the formation of the p-electrode 14 and the n-electrode 15 is completed, the GaN-based LED element formed on the wafer is separated into a chip using a method usually used in this field. Before the wafer is cut, the exposed portions of the n-type GaN-based semiconductor layer 12, the p-type GaN-based semiconductor layer 13, and the TCO film 14a are covered with a transparent insulating protective film made of a metal oxide such as silicon oxide. May be.

上記の製造方法を用いて製造されることにより、図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子は次のような好ましい特徴を備えたものとなる。
（イ）第１のメタル膜１４ｂの直下での発光が抑制されることにより、エネルギーの損失が軽減されるので、発光効率が高い。なぜなら、第１のメタル膜１４ｂは、第２のＴＣＯ膜１４ａ−２とｐ型ＧａＮ系半導体層１３との界面上を含む領域に形成されるが、この界面の下方では弱い発光しか起こらないからである。そうなる理由は、透明電極１４ａからｐ型ＧａＮ系半導体層１３に流れる電流が、主として、接触抵抗が相対的に低い、第１のＴＣＯ膜１４ａ−１とｐ型ＧａＮ系半導体層１３との界面を通して流れることによる。
（ロ）第１のメタル膜１４ｂおよび第２のメタル膜１５ｂの裏面の光反射性が良好であるために、発光効率が高い。これは、メタル膜の下地となる、第２のＴＣＯ膜１４ａ−２と第３のＴＣＯ膜１５ａが、スパッタリング法で形成することにより、表面平滑性の高いものとなるからである。ＩＴＯ膜において、電子ビーム蒸着法により成膜したものよりも、スパッタリング法により成膜したものの方が、表面が平滑となることはよく知られている（特許文献３）。第２のＴＣＯ膜１４ａ−２と第３のＴＣＯ膜１５ａの材料に、ＩＺＯのような非晶質膜（多結晶質膜よりも表面平坦性が良好となる）を形成するＴＣＯを用いた場合には、更に顕著な効果が得られる。 By being manufactured using the above manufacturing method, the GaN-based LED element shown in FIG. 1 has the following preferable characteristics.
(A) Since light loss is reduced by suppressing light emission directly under the first metal film 14b, light emission efficiency is high. This is because the first metal film 14b is formed in a region including the interface between the second TCO film 14a-2 and the p-type GaN-based semiconductor layer 13, but only weak light emission occurs below this interface. It is. The reason for this is that the current flowing from the transparent electrode 14a to the p-type GaN-based semiconductor layer 13 is mainly the interface between the first TCO film 14a-1 and the p-type GaN-based semiconductor layer 13 having a relatively low contact resistance. By flowing through.
(B) Since the light reflectivity of the back surfaces of the first metal film 14b and the second metal film 15b is good, the light emission efficiency is high. This is because the second TCO film 14a-2 and the third TCO film 15a, which are the bases of the metal film, are formed by sputtering, so that the surface smoothness becomes high. It is well known that the surface of an ITO film formed by sputtering is smoother than that formed by electron beam evaporation (Patent Document 3). When a TCO that forms an amorphous film such as IZO (surface flatness is better than a polycrystalline film) is used as the material of the second TCO film 14a-2 and the third TCO film 15a Has a more remarkable effect.

本発明の製造方法によれば、ｐ電極に含まれるメタル膜の光吸収に起因する損失の低減されたＧａＮ系ＬＥＤ素子を、効率よく製造することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, a GaN-based LED element with reduced loss due to light absorption of a metal film included in a p-electrode can be efficiently manufactured.

以下に、図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子の具体的な一製造例を説明する。 A specific example of manufacturing the GaN-based LED element shown in FIG. 1 will be described below.

直径２インチのＣ面サファイア基板１１を準備し、その上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ型ＧａＮ系半導体層１２とｐ型ＧａＮ系半導体層１３を順次形成して、エピウェハを得る。ｎ型ＧａＮ系半導体層１２を形成する前には、サファイア基板１１の表面にＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮからなるバッファ層を形成する。ｎ型ＧａＮ系半導体層１２中には、サファイア基板１１側から順に、膜厚４μｍのアンドープＧａＮ層、Ｓｉ濃度５×１０^１８ｃｍ^−３のＳｉ添加ＧａＮからなる膜厚５μｍのｎ型コンタクト層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ交互積層膜からなるＭＱＷ構造の活性層を設ける。ｐ型ＧａＮ系半導体層１３中には、前記活性層側から順に、Ｍｇ濃度約８×１０^１９ｃｍ^−３のＭｇ添加Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなるｐ型クラッド層、Ｍｇ濃度約８×１０^１９ｃｍ^−３のＭｇ添加Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層を設ける。必要に応じて、得られたエピウェハを不活性ガス雰囲気中でアニーリングして、ｐ型層に不純物として添加したＭｇの活性化を促進させる。 A C-plane sapphire substrate 11 having a diameter of 2 inches is prepared, and an n-type GaN-based semiconductor layer 12 and a p-type GaN-based semiconductor layer 13 are sequentially formed on the C-plane sapphire substrate 11 by using the MOVPE method to obtain an epi wafer. Before the n-type GaN-based semiconductor layer 12 is formed, a buffer layer made of GaN, AlGaN or AlN is formed on the surface of the sapphire substrate 11. In the n-type GaN-based semiconductor layer 12, in order from the sapphire substrate 11 side, an undoped GaN layer with a film thickness of 4 μm, an n-type contact layer with a film thickness of 5 μm made of Si-doped GaN with a Si concentration of 5 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ , An active layer having an MQW structure composed of InGaN / GaN alternating laminated films is provided. In the p-type GaN-based semiconductor layer 13, a p-type cladding layer made of Mg-added Al _0.1 Ga _0.9 N with an Mg concentration of about 8 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ , in order from the active layer side, an Mg concentration of about A p-type contact layer made of 8 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ Mg-added Al _0.02 Ga _0.98 N is provided. If necessary, the obtained epi-wafer is annealed in an inert gas atmosphere to promote the activation of Mg added as an impurity to the p-type layer.

次に、ｐ型コンタクト層の表面に、第１のＴＣＯ膜１４ａ−１として、膜厚０．２μｍ〜１μｍのＩＴＯ膜を電子ビーム蒸着法により形成する。形成後、フォトリソグラフィ技法を用いて、このＩＴＯ膜を所定形状にパターニングする。 Next, an ITO film having a thickness of 0.2 μm to 1 μm is formed as a first TCO film 14a-1 on the surface of the p-type contact layer by an electron beam evaporation method. After the formation, the ITO film is patterned into a predetermined shape using a photolithography technique.

ところで、通常の電子ビーム蒸着法で形成したＩＴＯ膜は、多結晶構造に由来する微細な凹凸を表面に有するものとなる。エピ面（ＧａＮ系半導体層が形成された側の面）が発光観測面となるようにＬＥＤ素子を実装する場合、このＩＴＯ膜の表面の凹凸は好ましく作用する。すなわち、ＬＥＤ素子の内部で発生する光を、発光観測面側に放射され易くする働きをする。その反対に、サファイア面が発光観測面となるようにＬＥＤ素子を実装（フリップチップ実装）する場合には、このＩＴＯ膜の表面の凹凸は好ましくない働きをする。そこで、サファイア面を発光観測面として用いるＧａＮ系ＬＥＤ素子の場合には、エピ面側から光が放射され難くするために、ＩＴＯ膜の表面をポリッシング（好ましくはＣＭＰ）により平滑化することが好ましい。その場合、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）などを用いて測定される、平滑化後のＩＴＯ膜表面の算術平均粗さＲａを５ｎｍ以下とすることが好ましく、１ｎｍ以下とすることがより好ましい。この平滑化処理は、ＩＴＯ膜をパターニングする前に行うことが望ましい。 By the way, the ITO film formed by the normal electron beam evaporation method has fine irregularities derived from the polycrystalline structure on the surface. When the LED element is mounted such that the epi surface (the surface on which the GaN-based semiconductor layer is formed) becomes the light emission observation surface, the unevenness on the surface of the ITO film preferably acts. That is, it works to facilitate the emission of light generated inside the LED element to the emission observation surface side. On the other hand, when the LED element is mounted (flip chip mounting) so that the sapphire surface becomes the light emission observation surface, the unevenness of the surface of the ITO film functions unfavorably. Therefore, in the case of a GaN-based LED element using a sapphire surface as an emission observation surface, it is preferable to smooth the surface of the ITO film by polishing (preferably CMP) in order to make it difficult for light to be emitted from the epi surface side. . In that case, the arithmetic average roughness Ra of the ITO film surface after smoothing, measured using an AFM (atomic force microscope) or the like, is preferably 5 nm or less, and more preferably 1 nm or less. This smoothing process is desirably performed before patterning the ITO film.

一方、エピ面を発光観測面として用いるＧａＮ系ＬＥＤ素子の場合には、ＩＴＯ膜の表面から放射される光の強度を高めるために、該表面をエッチングなどの方法で更に荒らしてもよい。ＩＴＯ膜は、塩酸を接触させると、結晶粒界が速くエッチングされるために、表面が荒れた状態となる。ＩＴＯ膜の表面を荒らす他の方法として、膜表面上に金属やポリマーの微粒子を付着させ、この微粒子をエッチングマスクに用いるドライエッチング処理を施す方法が挙げられる。この方法でＩＴＯ膜の表面を荒らす具体的な手順については、例えば、非特許文献１を参照することができる。なお、ＩＴＯ膜の表面を荒らすための処理は、ＩＴＯ膜をパターニングした後で行なうことが望ましい。 On the other hand, in the case of a GaN-based LED element using an epi plane as a light emission observation surface, the surface may be further roughened by a method such as etching in order to increase the intensity of light emitted from the surface of the ITO film. When the ITO film is brought into contact with hydrochloric acid, the crystal grain boundary is etched quickly, so that the surface becomes rough. As another method for roughening the surface of the ITO film, there is a method in which fine particles of metal or polymer are attached on the surface of the film, and a dry etching process using the fine particles as an etching mask is performed. For a specific procedure for roughening the surface of the ITO film by this method, for example, Non-Patent Document 1 can be referred to. The treatment for roughening the surface of the ITO film is desirably performed after patterning the ITO film.

第１のＴＣＯ膜１４ａ−１として形成したＩＴＯ膜のパターニング後、エピウェハの表面にリフトオフのためのマスクを形成する。このマスクには、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３上およびｎ型ＧａＮ系半導体層１２の露出面上の所定の位置に、所定形状の開口部を設ける。そのうえで、第２のＴＣＯ膜１４ａ−２および第３のＴＣＯ膜１５ａとするためのＩＴＯ膜を、スパッタリング法を用いて、０．１μｍ〜０．５μｍの膜厚に形成する。更に、続けて、このＩＴＯ膜上に、第１のメタル膜１４ｂおよび第２のメタル膜１５ｂとするためのメタル膜を形成する。このメタル膜の材料は特に限定されないが、好ましくは、少なくともＴＣＯ膜に接する部分を、白金族（Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）などを用いて形成する。メタル膜の裏面側には、光反射率の良好な金属であるＡｌ、Ａｇまたは白金族元素を主成分として構成した反射層を設けることが好ましい。かかる反射層を設ける場合、メタル膜とＴＣＯ膜との間の接着力が低下しないように、該反射層とＴＣＯ膜との間に、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔｉ−Ｗなどからなる透光性の薄膜を挟んでもよい。この薄膜は、膜厚が２０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは５ｎｍ以下となるように形成する。外部電極との接続が容易となるように、メタル膜の表層は、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）などで形成することが好ましい。メタル膜の膜厚は、例えば、０．２μｍ〜１０μｍとすることができるが、好ましくは、０．５μｍ〜２μｍである。メタル膜の形成には、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などを用いることができる。 After patterning the ITO film formed as the first TCO film 14a-1, a mask for lift-off is formed on the surface of the epi wafer. This mask is provided with an opening having a predetermined shape at a predetermined position on the p-type GaN-based semiconductor layer 13 and on the exposed surface of the n-type GaN-based semiconductor layer 12. After that, an ITO film for forming the second TCO film 14a-2 and the third TCO film 15a is formed to a thickness of 0.1 μm to 0.5 μm by sputtering. Further, subsequently, a metal film for forming the first metal film 14b and the second metal film 15b is formed on the ITO film. The material of the metal film is not particularly limited, but preferably, at least a portion in contact with the TCO film is made of platinum group (Rh, Pt, Pd, Ir, Ru, Os), Ni (nickel), Ti (titanium), W ( Tungsten), Ag (silver), Al (aluminum), or the like is used. On the back side of the metal film, it is preferable to provide a reflective layer composed mainly of Al, Ag, or a platinum group element, which is a metal having a good light reflectance. When such a reflective layer is provided, a light-transmitting property made of Ni, Ti, W, Ti—W, or the like is provided between the reflective layer and the TCO film so that the adhesive force between the metal film and the TCO film does not decrease. The thin film may be sandwiched. This thin film is formed so that the film thickness is 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, and still more preferably 5 nm or less. The surface layer of the metal film is made of Ag (silver), Au (gold), Sn (tin), In (indium), Bi (bismuth), Cu (copper), Zn (so that it can be easily connected to the external electrode. Zinc) or the like is preferable. The film thickness of the metal film can be, for example, 0.2 μm to 10 μm, and preferably 0.5 μm to 2 μm. For forming the metal film, a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or the like can be used.

メタル膜の形成後、マスクをリフトオフすることにより、第２のＴＣＯ膜１４ａ−２と第１のメタル膜１４ｂとからなる積層体、および、第３のＴＣＯ膜１５ａと第２のメタル膜１５ｂとからなる積層体が、所定の位置に、所定の形状に形成された構造が得られる。ＴＣＯ膜およびメタル膜には、必要に応じて熱処理を施してもよい。電極形成の完了後、第１のメタル膜１４ｂおよび第２のメタル膜１５ｂの表面を除くエピウェハの表面（エピ面）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて酸化ケイ素からなる絶縁保護膜を形成する。最後に、スクライバを用いてエピウェハを切断し、ＬＥＤ素子をチップ状に切り離す。 After the formation of the metal film, the mask is lifted off, so that the stacked body including the second TCO film 14a-2 and the first metal film 14b, and the third TCO film 15a and the second metal film 15b A structure is obtained in which a laminate made of is formed in a predetermined shape at a predetermined position. The TCO film and the metal film may be heat-treated as necessary. After the electrode formation is completed, an insulating protective film made of silicon oxide is formed on the surface (epi surface) of the epi wafer excluding the surfaces of the first metal film 14b and the second metal film 15b by using a plasma CVD method. Finally, the epiwafer is cut using a scriber, and the LED elements are cut into chips.

本発明は、本明細書に明示的に記載した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲内で、種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments explicitly described in the present specification, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

本発明の製造方法により製造されるＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the GaN-type LED element manufactured by the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法に含まれる工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process included in the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法に含まれる工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process included in the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法に含まれる工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process included in the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法に含まれる工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process included in the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法に含まれる工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process included in the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法に含まれる工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process included in the manufacturing method of this invention. 典型的なＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a typical GaN-type LED element.

Explanation of symbols

１１基板
１２ｎ型ＧａＮ系半導体層
１３ｐ型ＧａＮ系半導体層
１４ｐ電極
１４ａ透明電極
１４ａ−１第１のＴＣＯ膜
１４ａ−２第２のＴＣＯ膜
１４ｂ第１のメタル膜
１５ｎ電極
１５ａ第３のＴＣＯ膜
１５ｂ第２のメタル膜
11 Substrate 12 n-type GaN-based semiconductor layer 13 p-type GaN-based semiconductor layer 14 p-electrode 14a transparent electrode 14a-1 first TCO film 14a-2 second TCO film 14b first metal film 15 n-electrode 15a third TCO film 15b Second metal film

Claims

a p-electrode and an n-electrode on the same surface side, the p-electrode comprising a TCO transparent electrode formed on a p-type semiconductor layer, and a bonding pad formed on a part of the transparent electrode; A n-type semiconductor layer having a bonding pad formed on a n-type semiconductor layer via a TCO film,
(A) a step of preparing a stacked body in which a p-type GaN-based semiconductor layer is stacked on a substrate via an n-type GaN-based semiconductor layer;
(B) forming a first TCO film on the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer using a vapor deposition method, a laser ablation method, or a sol-gel method;
(C) patterning the first TCO film into a predetermined shape so that a part of the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer is exposed;
(D) forming a second TCO film that is continuous from the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer exposed in the step (c) to the surface of the first TCO film by using a sputtering method; ,
(E) forming a first metal film in contact with the second TCO film in a region including on the interface between the second TCO film and the p-type GaN-based semiconductor layer;
(F) a step of partially exposing the n-type GaN-based semiconductor layer by etching;
(G) forming a third TCO film on the surface of the n-type GaN-based semiconductor layer exposed in the step (f) using a sputtering method;
(H) forming a second metal film on the third TCO film;
Have
The manufacturing method of the GaN-type LED element which performs the said (d) process and the said (g) process simultaneously.

The manufacturing method of Claim 1 which performs the said (e) process and the said (h) process simultaneously.

The manufacturing method according to claim 1, further comprising a step of roughening a surface of the first TCO film between the step (b) and the step (d).

The manufacturing method according to claim 1, further comprising a step of smoothing a surface of the first TCO film between the step (b) and the step (d).