JP2011124296A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011124296A JP2011124296A JP2009279054A JP2009279054A JP2011124296A JP 2011124296 A JP2011124296 A JP 2011124296A JP 2009279054 A JP2009279054 A JP 2009279054A JP 2009279054 A JP2009279054 A JP 2009279054A JP 2011124296 A JP2011124296 A JP 2011124296A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- electrode
- bonding
- light emitting
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
【解決手段】基板上の積層半導体層に電極を形成する電極形成工程は、イメージリバースにより逆テーパ型マスクを形成する電極形成用マスク形成工程(S401)と、電極材料堆積工程(S402)と、電極形成用マスクリフトオフ工程(S403)と、アルカリ溶液によるアルカリ洗浄工程(S404)を有し、その後に積層半導体層を覆って保護層を形成する保護層形成工程(S500)が引き続く。
【選択図】図6
Description
このような半導体発光素子の製造方法は、積層半導体層上に、発光層が発光する波長に対して透光性の透明電極を形成する透明電極形成工程をさらに含むことを特徴とすることができる。
そして、アルカリ洗浄工程のアルカリ溶液は、有機アルカリを含むことを特徴とすることができる。
さらに、アルカリ洗浄工程の有機アルカリは、TMAH(テトラメチル アンモニウム ハイドロオキサイド)を含むことを特徴とすることができる。
さらにまた、ポジ型レジストは、ノボラック樹脂を含むことを特徴とすることができる。
図1は本実施の形態である半導体発光素子の製造方法が適用される半導体発光素子(発光ダイオード)1の断面模式図の一例であり、図2は図1に示す半導体発光素子1の平面模式図の一例であり、図3は半導体発光素子1を構成する積層半導体層100の断面模式図の一例である。
図1に示すように、半導体発光素子1は、基板110と、基板110上に積層される中間層120と、中間層120上に積層される下地層130とを備える。また、半導体発光素子1は、下地層130上に積層されるn型半導体層140と、n型半導体層140上に積層される発光層150と、発光層150上に積層されるp型半導体層160とをさらに備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これら中間層120、下地層130、n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160を、まとめて積層半導体層100と呼ぶ。
さらにまた、半導体発光素子1は、第1の電極210および第2の電極240のそれぞれの表面の一部を除いて、透明電極170の表面、積層半導体層100の表面および側面を覆う保護層180を備える。
<基板110>
基板110としては、III族窒化物半導体の結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。例えば、サファイア、SiC、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等からなる基板を用いることができる。
また、上記基板の中でも、特に、c面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。サファイア基板を用いる場合は、サファイアのc面上に中間層120(バッファ層)を形成するとよい。
また、中間層120をスパッタ法により形成した場合、基板110の温度を低く抑えることが可能なので、高温で分解してしまう性質を持つ材料から構成される基板110を用いた場合でも、基板110にダメージを与えることなく基板上への各層の成膜が可能である。
積層半導体層100は、例えば、III族窒化物半導体からなる層であって、図1に示すように、基板110上に、中間層120、下地層130、n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160の各層がこの順で積層されて構成されている。
また、図3に示すように、n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。ここで、n型半導体層140は、電子をキャリアとする第1の導電型にて電気伝導を行い、p型半導体層160は、正孔をキャリアとする第2の導電型にて電気伝導を行う。
なお、積層半導体層100は、MOCVD法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、MOCVD法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
中間層120は、多結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)からなるものが好ましく、単結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)のものがより好ましい。
中間層120は、上述のように、例えば、多結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)からなる厚さ0.01μm〜0.5μmのものとすることができる。中間層120の厚みが0.01μm未満であると、中間層120により基板110と下地層130との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層120の厚みが0.5μmを超えると、中間層120としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層120の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
下地層130としては、AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)を用いることができるが、AlxGa1−xN(0≦x<1)を用いると結晶性の良い下地層130を形成できるため好ましい。
下地層130の膜厚は0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.5μm以上であり、1μm以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が、結晶性の良好な下地層130が得られやすい。
下地層130の結晶性を良くするためには、下地層130は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、p型あるいはn型の導電性が必要な場合は、p型不純物(アクセプター)あるいはn型不純物(ドナー)を添加することができる。
図3に示すように、n型半導体層140は、nコンタクト層140aとnクラッド層140bとから構成されるのが好ましい。なお、nコンタクト層140aがnクラッド層140bを兼ねることも可能である。また、前述の下地層130をn型半導体層140に含めてもよい。
また、nクラッド層140bは、n側第1層とn側第2層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、GaInNとGaNとの交互構造又は組成の異なるGaInN同士の交互構造であることが好ましい。
n型半導体層140の上に積層される発光層150としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
図3では、発光層150を、障壁層150aと井戸層150bとが交互に積層されてなる多重量子井戸構造で示している。そして、発光層150のうち、nクラッド層140bと接する側およびpクラッド層160aと接する側は、それぞれ障壁層150aとなっている。多重量子井戸構造の井戸層150bとしては、Ga1−yInyN(0<y<0.4)からなるIII族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層150bの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば1nm〜10nmとすることができ、好ましくは2nm〜6nmとすると発光出力の点で好ましい。
また、多重量子井戸構造の発光層150の場合は、上記Ga1−yInyNを井戸層150bとし、井戸層150bよりバンドギャップエネルギーが大きいAlzGa1−zN(0≦z<0.3)を障壁層150aとする。井戸層150bおよび障壁層150aには、設計により不純物を添加してもしなくてもよい。
図3に示すように、p型半導体層160は、通常、pクラッド層160aおよびpコンタクト層160bから構成される。また、pコンタクト層160bがpクラッド層160aを兼ねることも可能である。
pクラッド層160aのp型不純物濃度は、1×1018/cm3〜1×1021/cm3が好ましく、より好ましくは1×1019/cm3〜1×1020/cm3である。p型不純物濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なpクラッド層160aが得られる。
また、pクラッド層160aは、複数回積層した超格子構造としてもよく、この場合には、組成比が異なるAlGaNと他のAlGaNとの交互構造または組成が異なるAlGaNとGaNとの交互構造であることが好ましい。
pコンタクト層160bでは、p型不純物を1×1018/cm3〜1×1021/cm3の濃度、好ましくは5×1019/cm3〜5×1020/cm3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。p型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはMgが挙げられる。
pコンタクト層160bの膜厚は、特に限定されないが、10nm〜500nmが好ましく、より好ましくは50nm〜200nmである。pコンタクト層160bの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
図1に示すように、p型半導体層160の上には透明電極170が積層されている。
図2に示すように平面視したときに、透明電極170(図1参照)は、第2の電極240を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたp型半導体層160の上面160cのほぼ全面を覆うように形成されているが、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。なお、透明電極170の構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
例えば、六方晶構造のIn2O3結晶を含むIZOを透明電極170として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのIZO膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのIZO膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。
例えば、IZO中のZnO濃度は1質量%〜20質量%であることが好ましく、5質量%〜15質量%の範囲であることがさらに好ましい。10質量%であると特に好ましい。また、IZO膜の膜厚は、低比抵抗、高光透過率を得ることができる35nm〜10000nm(10μm)の範囲であることが好ましい。さらに、生産コストの観点から、IZO膜の膜厚は1000nm(1μm)以下であることが好ましい。
IZO膜のパターニングは、後述の熱処理工程を行なう前に行なうことが望ましい。熱処理により、アモルファス状態のIZO膜は結晶化されたIZO膜となるため、アモルファス状態のIZO膜と比較してエッチングが難しくなる。これに対し、熱処理前のIZO膜は、アモルファス状態であるため、周知のエッチング液(ITO−07Nエッチング液(関東化学社製))を用いて容易に精度良くエッチングすることが可能である。
次に、第1の電極210の構成の一例について詳細に説明する。なお、本発明では、第1の電極である正電極は、公知な材料や構造、形状を採用することができるが、好ましくは後述の電極構成を採用することができる。
上述したように、第1の電極210は、透明電極170上に積層される第1の接合層190と、第1の接合層190上に積層される第1のボンディングパッド電極200とを有している。
図2に示すように、平面視したときに、第1の電極210は円形状とされているが、このような形状に限定されるわけでなく、多角形状など任意の形状とすることができる。また、第1の電極210はボンディングパットを兼ねており、ボンディングワイヤを接続することができる構成とされている。
第1の接合層190は、透明電極170に対する第1のボンディングパッド電極200の接合強度を高めるために、透明電極170と第1のボンディングパッド電極200との間に積層される。また、第1の接合層190は、透明電極170を透過して第1のボンディングパッド電極200に照射される発光層150からの光を低損失で透過させるために、透光性を有していることが好ましい。
特に、Ta、Nb、Ti等の金属およびこれらの金属の酸化物または窒化物を含めることによって、水(水分)の存在下における電気化学反応により接合金属元素がイオン化して溶出することを防ぐことができ、好ましい。これらは、弁作用金属の中でもイオン化しにくい性質を持つ。これにより、透光性電極170に対する第1のボンディングパッド電極200の接合強度を格段に高めることができる。
図1に示すように、接続電極の一例としての第1のボンディングパッド電極200は、透明電極170側から順に、第1のバリア層200aと第1のボンディング層200bとが積層された積層体からなる。第1のバリア層200aは、第1のボンディング層200bを形成する元素のマイグレーションをバリアする作用を有し、第1のボンディング層200bは、給電用の外部端子材料との密着性を高める作用がある。
なお、第1のボンディングパッド電極200は、第1のバリア層200aのみからなる単層構造であってもよく、第1のバリア層200aと第1のボンディング層200bと間に、第1のボンディングパッド電極200全体の強度を強化する別のバリア層をさらに挿入して、三層構造としてもよい。
図1に示す第1のバリア層200aは、第1のボンディングパッド電極200全体の強度を強化する役割を有している。このため、比較的強固な金属材料を使用することが好ましく、例えば、Ag、Al、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Ti、W、Mo、Ni、Co、Zr、Hf、Ta、Nbのうちの何れかまたはこれら金属の何れかを含む合金からなるものが選べる。また、第1のバリア層200aは、発光層150から出射された光を反射させるために、反射率の高い金属で構成することが好ましく、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt等の白金族金属、Al、Ag、Tiおよびこれらの金属の少なくも一種を含む合金で構成することがより好ましい。これにより、発光層150からの光を効果的に反射させることができる。
なかでも、Al、Ag、Ptおよびこれらの金属の少なくも一種を含む合金は、電極用の材料として一般的であり、入手のし易さ、取り扱いの容易さなどの点から優れている。
また、第1のバリア層200aは、高い反射率を有する金属で形成した場合、厚さが20nm〜300nmであることが望ましい。第1のバリア層200aが20nmよりも薄いと充分な反射の効果が得らない。一方、第1のバリア層200aを300nmより厚くしても特に利点は生じず、工程時間の長時間化と材料の無駄を生じるのみである。さらに望ましくは、50nm〜200nmである。
図1に示す第1のボンディング層200bは、Au、Alまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金からなることが好ましい。AuおよびAlはボンディングボールとして使用されることが多い金ボールとの密着性の良い金属なので、Au、Alまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金を用いることにより、ボンディングワイヤとの密着性に優れたものとすることができる。中でも、特に好ましいのはAuである。
また、第1のボンディング層200bの厚みは、50nm〜2000nmであることが好ましく、500nm〜1500nmであることがさらに好ましい。
第1のボンディング層200bが薄すぎると電極の強度が低下し、ボンディングボールとの密着性が悪くなり、厚すぎても特に利点は生ぜず、コスト増大を招くのみである。
また、第1のボンディングパッド電極200の電極面積としては、できるだけ大きいほうがボンディング作業はしやすいものの、大きすぎると発光の取り出しの妨げになる。例えば、チップ面の面積の半分を超えるような面積を覆っては、発光の取り出しの妨げとなり、出力が著しく低下する。逆に小さすぎるとボンディング作業がしにくくなり、製品の収率を低下させる。
具体的には、第1のボンディングパッド電極200の電極面積としては、ボンディングボールの直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径100μm程度の円形であることが一般的である。
また、前述したように、正電極である第1の電極210は、公知な材料や構造、形状を採用することができるが、第1のボンディングパッド電極200を積層した第1の接合層190は、透明電極170上以外にpコンタクト層160b(図3参照)上またはpコンタクト層160bの一部を切り欠いた部分上に形成してもよい。
続いて、第2の電極240の構成について詳細に説明する。
上述したように、第2の電極240は、第2の接合層220と、第2の接合層220上に積層される第2のボンディングパッド電極230とを有している。
図1に示すように、n型半導体層140の半導体層露出面140cに第2の電極240が形成されている。このように、第2の電極240を形成する際には、エッチング等の手段によってp型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140の一部を切り欠け除去してn型半導体層140のnコンタクト層140a(図3参照)を露出させ、得られた半導体層露出面140c上に第2の電極240を形成する。
図2に示すように、平面視したときに、第2の電極240は円形状とされているが、このような形状に限定されるわけでなく、多角形状など任意の形状とすることができる。また、第2の電極240はボンディングパットを兼ねており、ボンディングワイヤを接続することができる構成とされている。
第2の接合層220は、n型半導体層140のnコンタクト層140aに形成される半導体層露出面140cに対する第2のボンディングパッド電極230の接合強度を高めるために、nコンタクト層140aと第2のボンディングパッド電極230との間に積層される。
図1に示すように、第2のボンディングパッド電極230は、nコンタクト層140a側から順に、第2のバリア層230aと第2のボンディング層230bとが積層された積層体からなる。第2のバリア層230aは、第2のボンディング層230bを形成する元素のマイグレーションをバリアする作用を有し、第2のボンディング層230bは、給電用の外部端子材料との密着性を高める作用がある。
なお、第2のボンディングパッド電極230は、第2のバリア層230aのみからなる単層構造であってもよく、第2のバリア層230aと第2のボンディング層230bと間に、第2のボンディングパッド電極230全体の強度を強化する別のバリア層を挿入して、三層構造としてもよい。
図1に示す第2のバリア層230aは、第1のバリア層200aと同様に第2のボンディングパッド電極230全体の強度を強化する役割を有している。このため、比較的強固な金属材料を使用することが好ましく、例えば、Ag、Al、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Ti、W、Mo、Ni、Co、Zr、Hf、Ta、Nbのうちの何れかまたはこれら金属の何れかを含む合金からなるものが選べる。なお、第2のバリア層230aを、第1のバリア層200aと同様に、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt等の白金族金属、Al、Ag、Tiおよびこれらの金属の少なくも一種を含む合金で構成することがより好ましい。
そして、第2のバリア層230aは、第1のバリア層200aと同様に厚さが200nm〜300nmであることが望ましく、50nm〜200nmであることがさらに望ましい。
図1に示す第2のボンディング層230bは、第1のボンディング層200bと同様、Au、Alまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金からなることが好ましい。AuおよびAlはボンディングボールとして使用されることが多い金ボールとの密着性の良い金属なので、Au、Alまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金を用いることにより、ボンディングワイヤとの密着性に優れたものとすることができる。中でも、特に望ましいのはAuである。
また、第2のボンディング層230bの厚みは、50nm〜2000nmであることが好ましく、500nm〜1500nmであることがさらに望ましい。
第2のボンディング層230bが薄すぎると電極の強度が低下し、ボンディングボールとの密着性が悪くなり、厚すぎても特に利点は生ぜず、コスト増大を招くのみである。
保護層180は、半導体発光素子1の内部への水分等の進入を抑制するために、第1の電極210および第2の電極240のそれぞれの表面の一部を除いて、透明電極170の表面、積層半導体層100の表面および側面を覆うように設けられている。
また、本実施の形態では、発光層150からの光を、保護層180を介して取り出すことから、保護層180は発光層150からの光に対する透過性に優れたものであることが望ましい。そこで、保護層180をSiO2で構成している。ただし、保護層180を構成する材料についてはこれに限られるものではなく、SiO2に代えて、TiO2、Si3N4、SiO2−Al2O3、Al2O3、AlN等を用いることができる。
次に、本実施の形態である半導体発光素子の製造方法の一例について説明する。
図4は、本実施の形態が適用される半導体発光素子の製造方法のフローチャートである。図5は、半導体発光素子の製造方法の各工程における断面模式図の一例である。以下、図5を参照しつつ、図4によって、本実施の形態が適用される半導体発光素子1の製造方法を説明する。
<積層半導体層形成工程>
図5(a)に示す積層半導体層形成工程(ステップ100)は、基板110上に中間層120を形成する中間層形成工程と、中間層120上に下地層130を形成する下地層形成工程と、下地層130上にn型半導体層140を形成するn型半導体層形成工程と、n型半導体層140上に発光層150を形成する発光層形成工程と、発光層150上にp型半導体層160を形成するp型半導体層形成工程とからなる。
先ず、サファイア基板等の基板110を用意し、前処理を施す。前処理としては、例えば、スパッタ装置のチャンバ内に基板110を配置し、中間層120を形成する前にスパッタするなどの方法によって行うことができる。
スパッタ法によって、単結晶構造を有する中間層120を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が50%〜100%、望ましくは75%となるようにすることが望ましい。
なお、中間層120は、スパッタ法だけでなく、MOCVD法で形成することもできる。
次に、中間層120を形成した後、中間層120が形成された基板110の上面に、スパッタ法またはMOCVD法等で単結晶の下地層130を形成する。下地層130は、スパッタ法を用いて成膜することが望ましい。
下地層130の形成後、nコンタクト層140a及びnクラッド層140bを積層してn型半導体層140を形成する。nコンタクト層140a及びnクラッド層140bは、スパッタ法で形成してもよく、MOCVD法で形成してもよい。
発光層150の形成は、スパッタ法、MOCVD法のいずれの方法でもよいが、特にMOCVD法が好ましい。具体的には、障壁層150aと井戸層150bとを交互に繰り返して積層し、且つ、n型半導体層140側及びp型半導体層160側に障壁層150aが配される順で積層すればよい。
また、p型半導体層160の形成は、スパッタ法、MOCVD法のいずれの方法でもよい。具体的には、pクラッド層160aと、pコンタクト層160bとを順次積層すればよい。
図5(b)に示すように、p型半導体層160上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて、透明電極170を構成する材料を形成し、公知のフォトリソグラフィーの手法によってパターニングし、透明電極170を形成する(ステップ200)。
図5(c)に示すように、公知のフォトリソグラフィーの手法によってパターニングして、予め定められた領域の積層半導体層100の一部をエッチングしてnコンタクト層140aの一部を露出させ、半導体層露出面140cを形成する(ステップ300)。
なお、上述の透明電極形成工程と露出面形成工程との順序を入れ替えもかまわない。入れ替える場合には、積層半導体層100の一部をエッチングして、半導体層露出面140cを形成した後、フォトレジスト等のマスクで半導体層露出面140cをカバーして、p型半導体層160の上面160c上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて透明電極170を形成する。
電極形成工程は、接合層形成工程と、バリア層形成工程と、ボンディング層形成工程とからなる(ステップ400)。図5(d)に示すように、透明電極170上の一部に第1の電極210と、半導体層露出面140c上の一部に第2の電極240を積層させる。電極形成工程は後に詳述するが、イメージリバーサルにより形成された逆テーパ型マスク500(後述する図8参照)を用いたリフトオフにより形成される。
<保護層形成工程>
図5(e)に示すように、第1の電極210および第2の電極240のそれぞれの表面の一部(開口)を除いて、透明電極170の表面、積層半導体層100の表面および側面を覆うように、SiO2からなる保護層180を形成する(ステップ500)。
以上により、半導体発光素子1が得られる。
そして、このようにして得られた半導体発光素子1を、例えば窒素などの還元雰囲気下において、150℃以上600℃以下、より好ましくは200℃以上500℃以下でアニール処理する。このアニール工程は、第1の接合層190を介した透明電極170と第1のボンディングパッド電極200との密着性、および、第2の接合層220を介した半導体層露出面140cと第2のボンディングパッド電極230との密着性を高めるために行われる。
図6は、本実施の形態における半導体発光素子の製造方法における、電極形成工程(図4のステップ400)および保護層形成工程(図4および図6で同じステップ500)のフローチャートである。電極形成工程(図4のステップ400)は、電極形成用マスク形成工程(ステップ401)と、電極材料堆積工程(ステップ402)と、電極形成用マスクリフトオフ工程(ステップ403)と、アルカリ洗浄工程(ステップ404)とを有している。
このような逆テーパ型マスク500を形成する方法としては、ポジ型レジストを用いる方法あるいはネガ型レジストを用いる方法など公知の方法があるが、ここでは後述するイメージリバーサルに用いられるポジ型フォトレジストを用いて、イメージリバーサルによって形成する方法について説明する。なお、以下では、透明電極170上に電極形成のためのマスク形成について説明を行うが、各工程は、電極形成用マスク形成工程(ステップ401)において、同時に半導体層露出面140c側においても行われる。
<マスク形成工程>
マスク形成工程は、透明電極170にポジ型レジストを塗布して不溶性レジスト部510を形成するレジスト塗布工程と、不溶性レジスト部510の一部を遮光(マスク)して露光を行うことにより、露光された不溶性レジスト部510を可溶性レジスト部520にする一部露光工程と、加熱により可溶性レジスト部520を三次元的に架橋させて不溶な硬化レジスト部530とする架橋工程と、不溶性レジスト部510と硬化レジスト部530とを全面露光することにより不溶性レジスト部510を可溶性レジスト部520とする全面露光工程と、レジスト現像液に浸漬することにより可溶性レジスト部520を除去する現像工程とを有している。
まず、図7(a)に示すように、透明電極170の上にポジ型レジストを塗布し、不溶性レジスト部510を形成する。ポジ型フォトレジストとしては、例えば、ノボラック樹脂を含む、イメージリバーサルに用いられるレジストであるAZ5200NJ(製品名:AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)などを用いることができる。
次に、図7(b)に示すように、不溶性レジスト部510の前面に第1の電極210を形成する位置をカバーするようにフォトマスク(レチクル)の遮光部600を配置して、遮光部600側から透明電極170側へ矢印に示すように予め定められた強さおよび波長の光を照射することにより、光が照射された部分の不溶性レジスト部510を光反応させて、可溶性レジスト部520とする。なお、遮光部600は、この波長の光を透過しない材料で構成されている。
この光反応は光の強さに応じて進行するので、光照射面側では光反応の進行が早く、透明電極170側では光反応の進行が遅くなる。そのため、可溶性レジスト部520は、断面視したときに、図7(b)に示すように、遮光部600で覆われた部分から透明電極170に向けて、透明電極170に近づくほど横方向の間隔が狭まる逆テーパ形状となるように形成される。
なお、遮光部600下の光が照射されない部分は、そのまま不溶性レジスト部510として残される。
次に、例えば、ホットプレートまたはオーブンなどを用いて、この透明電極170上の不溶性レジスト部510および可溶性レジスト部520を加熱することにより、図7(c)に示すように、可溶性レジスト部520を熱反応により架橋させて硬化させ、架橋高分子からなる硬化レジスト部530とする。このとき、不溶性レジスト部510はそのままの状態を維持する。
続いて、図7(d)に示すように、マスクを用いず、不溶性レジスト部510および硬化レジスト部530の表面側から光を照射することにより、図7(b)において可溶性レジスト部520に変換されなかった不溶性レジスト部510を光反応させて、可溶性レジスト部520とする。
最後に、予め定められた現像液を用いて、可溶性レジスト部520を溶解させて除去することにより、図7(e)に示すように、透明電極170上に、逆テーパ形状の開口部501を有する硬化レジスト部530すなわち逆テーパ型マスク500(後述する図8(a)参照)を形成することができる。
現像液としては、例えば、水で希釈したTMAH(テトラメチル アンモニウム ハイドロオキサイド)が使用しうる。
以上説明したように、逆テーパ型マスク500は、一部露光工程において可溶性としたポジ型レジストの部分(可溶性レジスト部520)を、加熱することにより架橋させて硬化させて不溶性(硬化レジスト部530)にし、逆に一部露光工程で不溶のままに残されたポジ型レジストの部分(不溶性レジスト部510)を、全面露光工程により、可溶性にしている(可溶性レジスト部520)。すなわち、一部露光工程における可溶と不溶との関係を、逆転させている。このように、可溶と不溶との関係を逆転させることはイメージリバーサルと呼ばれる。そして、このような用途に使用されるレジストはイメージリバーサルレジストと呼ばれる。
なお、このようにイメージリバーサルによる逆テーパ型マスク500を用いると、逆テーパ型マスク500上に成膜された材料が、逆テーパ型マスク500の端部において、不連続となりやすいため、リフトオフ(剥離)によるパターンの形成に好ましい。
電極形成工程(ステップ400)は、電極形成用マスク形成工程(ステップ401)と、電極材料堆積工程(ステップ402)と、電極形成用マスクリフトオフ工程(ステップ403)と、アルカリ洗浄工程(ステップ404)とを有している。
図8は、図6に示した電極形成工程(ステップ400)の各工程における断面模式図の一例である。
以下、図8を参照しつつ、図6によって、本実施の形態が適用される電極形成工程を説明する。
ここでも、図7と同様に、透明電極170上の第1の電極210の形成について説明するが、同時に半導体層露出面140c上の第2の電極240の形成も行われる。
まず、図8(a)に示すように、前述した逆テーパ型マスク500の形成方法にしたがって、透明電極170の上に、透明電極170側に近づくほど横方向の径が拡がる開口部501を設けた逆テーパ型マスク(前述したように逆テーパ型マスクは硬化レジスト部530であるので、以下、硬化レジスト部と称することがある)500を形成する。この開口部501は、第1の電極210を形成する透明電極170の領域に対応する部位に形成される。このとき、図示しないが、半導体層露出面140cにおいて第2の電極240を形成するための部位にも、同様の開口部501を設けた逆テーパ型マスク500を形成する。
本実施の形態では、スパッタ法を用い、同一のバッチ処理において、第1の接合層190および第2の接合層220、第1のバリア層200aおよび第2のバリア層230a、第1のボンディング層200bおよび第2のボンディング層230bを、この順で連続的に形成する。すなわち、接続層形成工程、バリア層形成工程、およびボンディング層形成工程が一連で行われる。なお、以下では、透明電極170側における各層の形成について説明を行うが、各工程は、同時に半導体層露出面140c側に対しても行われる。
次に、図8(b)に示すように、例えば、スパッタ法により、透明電極170の露出面上に第1の接合層190を形成するとともに、半導体層露出面140cの露出面に第2の接合層220を形成する。
接合層形成工程では、上述したように、バルブメタルの酸化物または窒化物の層が透明電極170および半導体層露出面140cと接するように製膜を行う。ここで、スパッタ法を用い、バルブメタルの酸化膜または窒化物を形成する手法としては、例えばバルブメタルからなる金属ターゲットを用い、酸素または窒素を含む雰囲気下においてスパッタを行う方法が挙げられる。このとき、スパッタ条件を制御したスパッタ法を用いることにより、スパッタ材料によらず、カバレッジ性を高くして第1の接合層190および第2の接合層220を成膜することができる。なお、このとき、透明電極170上および半導体層露出面140c上に残存する硬化レジスト部にも第1の接合層190および第2の接合層220と同じ材料が積層される。
続いて、図8(c)に示すように、スパッタ法により、第1の接合層190上に第1のバリア層200aを形成するとともに、第2の接合層220上に第2のバリア層230aを形成する。このとき、透明電極170上および半導体層露出面140c上に残存する硬化レジスト部上にも第1のバリア層220aおよび第2のバリア層230aと同じ材料が積層される。
さらに、図8(d)に示すように、スパッタ法により、第1のバリア層200a上に第1のボンディング層200bを形成するとともに、第2のバリア層230a上に第2のボンディング層230bを形成する。このとき、透明電極170上および半導体層露出面140c上に残存する硬化レジスト部上にも第1のボンディング層200bおよび第2のボンディング層230bと同じ材料が積層される。
図8(e)に示すように、レジスト剥離液にボンディング層形成工程が終了した基板110を浸漬することにより、硬化レジスト部をリフトオフ(剥離)する。このとき、レジスト剥離液は、第1の接合層190、第1のバリア層200aおよび第1のボンディング層200bのそれぞれを構成する材料が付着していない逆テーパ型レジスト500の側壁部から浸透する。これにより、硬化レジスト部上に積層した、第1の接合層190および第2の接合層220を構成する材料、第1のバリア層200aおよび第2のバリア層230aを構成する材料、第1のボンディング層200bおよび第2のボンディング層230bを構成する材料が、硬化レジスト部と同時にリフトオフされる。
このように、透明電極170上に、第1の接合層190と第1のバリア層200aおよび第1のボンディング層200bを有する第1のボンディングパッド電極200とからなる第1の電極210が形成される。また、半導体層露出面140c上に、第2の接合層220と第2のバリア層230aおよび第2のボンディング層230bを有する第2のボンディングパッド電極230とからなる第2の電極240が形成される。
レジスト剥離液としては、例えば、硬化レジスト部を膨潤させて剥離できるNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を使用しうる。
次に、レジスト剥離液に浸漬しても、除去できなかった硬化レジスト部の一部であるレジスト残渣を除去するため、アルカリ溶液によるアルカリ洗浄を行う。
逆テーパ型マスク500は、一部露光工程において可溶性としたレジストの部分(可溶性レジスト部520)を、加熱することにより架橋させて硬化させ、不溶性(硬化レジスト部530)にしている。ノボラック樹脂を含むポジ型レジストを、加熱により架橋硬化させると、機械的強度、耐熱性、耐酸性に優れた三次元的な架橋構造になる。よって、この硬化レジスト部530は三次元的な架橋構造をなしているため、電極形成用マスクリフトオフ工程において除去されづらく、その一部がレジスト残渣となりやすい。
しかし、三次元的な架橋構造をなしたレジスト残渣は、アルカリに弱いことから、アルカリ溶液、特に強アルカリ溶液に浸漬することで除去できる。
<保護層形成工程>
保護層180は、前述したように第1の電極210および第2の電極240のそれぞれの表面の一部(開口)を除いて、透明電極170の表面、積層半導体層100の表面および側面を覆うようにスパッタ法により形成される。
本発明者は、本実施の形態が適用される半導体発光素子の製造方法におけるアルカリ洗浄工程(図6のステップ404)の洗浄時間とレジスト残渣の数との関係について、以下に説明する手法を用いて検討を行った。
図9は、比較例、実施例1〜5における、洗浄時間(秒)とレジスト残渣率(%)との関係を示す図である。
そして、レジスト残渣率(%)とは、アルカリ洗浄工程を行う前に顕微鏡下でカウントしたレジスト残渣の数(レジスト残渣数)に対する、アルカリ洗浄工程を行った後に顕微鏡下でカウントしたレジスト残渣の数(レジスト残渣数)の割合をいう。この割合が100%未満であれば、アルカリ洗浄工程によりレジスト残渣が減少していることを示している。
なお、比較例はアルカリ洗浄工程を用いていないものとした。この場合、レジスト残渣率は100%である。
すなわち、本実施の形態における半導体発光素子の製造方法では、ごく短時間のアルカリ洗浄工程を設ければ十分であって、製造に要するプロセス時間を増加させることがない。そして、このアルカリ洗浄工程により、レジスト残渣率を大幅に低減しうるので、半導体発光素子1の歩留まりおよび信頼性を向上させうる。
以上において、本実施の形態を適用した半導体発光素子の製造方法を、III族窒化物半導体を用いた半導体発光素子1について説明した。しかし、本実施の形態における半導体発光素子の製造方法は、GaAsなどを用いたIII−V族化合物半導体やII−VI族化合物半導体などを用いた半導体発光素子にも適用できることは明らかである。
Claims (5)
- 基板上に発光層を有する積層半導体層を形成する積層半導体層形成工程と、
ポジ型レジストのイメージリバーサルにより形成したマスクを用いて、前記積層半導体層上に前記発光層に電流を供給するための正極および負極をリフトオフにより形成する電極形成工程と、
前記正極および前記負極の形成後に、前記基板をアルカリ溶液で洗浄するアルカリ洗浄工程と、
前記正極および前記負極のそれぞれの表面の一部を除いて、前記積層半導体層を覆う保護層を形成する保護層形成工程と
を含む半導体発光素子の製造方法。 - 前記積層半導体層上に、前記発光層が発光する波長に対して透光性の透明電極を形成する透明電極形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記アルカリ洗浄工程のアルカリ溶液は、有機アルカリを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記アルカリ洗浄工程の有機アルカリは、TMAH(テトラメチル アンモニウム ハイドロオキサイド)を含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記ポジ型レジストは、ノボラック樹脂を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009279054A JP5573138B2 (ja) | 2009-12-09 | 2009-12-09 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009279054A JP5573138B2 (ja) | 2009-12-09 | 2009-12-09 | 半導体発光素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011124296A true JP2011124296A (ja) | 2011-06-23 |
JP5573138B2 JP5573138B2 (ja) | 2014-08-20 |
Family
ID=44287922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009279054A Active JP5573138B2 (ja) | 2009-12-09 | 2009-12-09 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5573138B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10026695B2 (en) | 2015-05-13 | 2018-07-17 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
WO2023093446A1 (zh) * | 2021-11-26 | 2023-06-01 | 泉州三安半导体科技有限公司 | 一种发光二极管芯片、发光装置 |
WO2024009956A1 (ja) * | 2022-07-06 | 2024-01-11 | 信越化学工業株式会社 | Led実装基板の製造方法、洗浄液及び洗浄方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0794523A (ja) * | 1990-02-09 | 1995-04-07 | Philips Electron Nv | 集積半導体装置の製造方法 |
JP2000162783A (ja) * | 1998-11-26 | 2000-06-16 | Murata Mfg Co Ltd | 逆テーパ形レジストパターンの形成方法 |
JP2002176041A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-06-21 | Kishimoto Sangyo Co Ltd | レジスト残渣除去剤 |
JP2005347587A (ja) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Sony Corp | ドライエッチング後の洗浄液組成物および半導体装置の製造方法 |
JP2008041866A (ja) * | 2006-08-04 | 2008-02-21 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
-
2009
- 2009-12-09 JP JP2009279054A patent/JP5573138B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0794523A (ja) * | 1990-02-09 | 1995-04-07 | Philips Electron Nv | 集積半導体装置の製造方法 |
JP2000162783A (ja) * | 1998-11-26 | 2000-06-16 | Murata Mfg Co Ltd | 逆テーパ形レジストパターンの形成方法 |
JP2002176041A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-06-21 | Kishimoto Sangyo Co Ltd | レジスト残渣除去剤 |
JP2005347587A (ja) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Sony Corp | ドライエッチング後の洗浄液組成物および半導体装置の製造方法 |
JP2008041866A (ja) * | 2006-08-04 | 2008-02-21 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10026695B2 (en) | 2015-05-13 | 2018-07-17 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
WO2023093446A1 (zh) * | 2021-11-26 | 2023-06-01 | 泉州三安半导体科技有限公司 | 一种发光二极管芯片、发光装置 |
WO2024009956A1 (ja) * | 2022-07-06 | 2024-01-11 | 信越化学工業株式会社 | Led実装基板の製造方法、洗浄液及び洗浄方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5573138B2 (ja) | 2014-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5526712B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
EP2280426B1 (en) | Light-emitting device | |
JP5332882B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JP6221926B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
KR100833313B1 (ko) | 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그의 제조방법 | |
KR100670928B1 (ko) | GaN계 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
WO2010073539A1 (ja) | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法、ランプ | |
EP2426743A2 (en) | GaN compound semiconductor light emitting element and method of manufacturing the same | |
US8829555B2 (en) | Semiconductor light emission element | |
JP5178383B2 (ja) | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法、ランプ | |
JP2010062425A (ja) | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法、ランプ | |
JP5323468B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法、電極構造の製造方法、半導体発光素子、電極構造 | |
CN101488539B (zh) | 发光元件 | |
JP5573138B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
JP5515431B2 (ja) | 半導体発光素子、その電極並びに製造方法及びランプ | |
JP2010238802A (ja) | 半導体発光素子、電極構造、半導体発光素子の製造方法、電極構造の製造方法 | |
JP5278960B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
JP2010147097A (ja) | 半導体素子および半導体素子の製造方法 | |
WO2009154191A1 (ja) | 半導体発光素子、その電極並びに製造方法及びランプ | |
JP2010141262A (ja) | 半導体発光素子、電極構造、半導体発光素子の製造方法、電極構造の製造方法 | |
JP6428890B2 (ja) | 半導体発光装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121016 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20121212 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130424 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130507 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130703 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140225 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140418 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140603 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140616 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5573138 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |