JP2013033893A - 光半導体素子および光半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光半導体素子10は、第1の導電型の半導体からなる第1の半導体層12と、第2の導電型の半導体からなり、第1の半導体層の上面の一部に形成された第2の半導体層13と、第1の半導体層12の上面における他の一部に形成された第1の電極14aと、第2の半導体層13の上面に形成され、第1の電極の上面よりも高い位置にある上面を有する第2の電極14bと、第1の電極の上面に形成された第1の接続電極52と、第2の電極の上面に形成された第2の接続電極51と、第1の半導体層12の表面と第2の半導体層13の表面とを覆う絶縁性の保護膜15であって、第1の半導体層12の表面の一部を露出させる開口部21を有する保護膜15とを備える。
【選択図】図1
Description
第1の導電型の半導体からなる第1の半導体層と、
第2の導電型の半導体からなり、上記第1の半導体層の上面の一部に形成された第2の半導体層と、
上記第1の半導体層の上面における他の一部に形成された第1の電極と、
上記第2の半導体層の上面に形成され、上記第1の電極の上面よりも高い位置にある上面を有する第2の電極と、
上記第1の電極の上面に形成された第1の接続電極と、
上記第2の電極の上面に形成された第2の接続電極と、
上記第1の半導体層の表面と上記第2の半導体層の表面とを覆う絶縁性の保護膜であって、上記第1の半導体層の表面の一部を露出させる開口部を有する保護膜とを備えていることを特徴としている。
基板と、当該基板の上面に形成された、第1の導電型の半導体からなる第1の半導体層と、第2の導電型の半導体からなり、上記第1の半導体層の上面の一部に形成された第2の半導体層と、上記第1の半導体層の上面における他の一部に形成された第1の電極と、上記第2の半導体層の上面に形成され、上記第1の電極の上面よりも高い位置にある上面を有する第2の電極と、上記第1の半導体層の表面と上記第2の半導体層の表面とを覆う絶縁性の保護膜であって、上記第1の半導体層の表面の一部を露出させる開口部を有する保護膜とを備えている光半導体基板の上面の全面に、導電性のカレントフィルムを形成する工程と、
上記カレントフィルムを形成した後、上記光半導体基板を電気メッキすることによって、上記第1の電極の上面に第1の接続電極を形成し、かつ、上記第2の電極の上面に第2の接続電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする光半導体素子の製造方法。
上記開口部の表面積は、電気メッキによって互いに段差の無い上記第1の接続電極および第2の接続電極を形成できる表面積であることが好ましい。
上記第1の半導体層における上記開口部に対応する位置には、溝が形成されていることが好ましい。
上記溝の表面積は、電気メッキによって互いに段差の無い上記第1の接続電極および第2の接続電極を形成できる表面積であることが好ましい。
パルス状のメッキ電流を流すことによって、光半導体素子を電気メッキすることが好ましい。
上記パルス波形の周期が0.1〜100秒の範囲内にあることが好ましい。
上記パルス波形のDUTY比が80%以上であることが好ましい。
上記パルス波形の一周期ごとの電流の停止時間が2秒以下であることが好ましい。
上記カレントフィルムのシート抵抗が、10〜1000mΩ/□の範囲内にあることが好ましい。
上記カレントフィルムを形成する工程において形成された上記カレントフィルムの膜厚に応じて、上記接続電極を形成する工程における上記第1の電極と上記第2の電極とのメッキレート比が決まることが好ましい。
上記パルス波形のメッキ電流によってメッキされる表面における当該メッキ電流の電流密度が、臨界電流密度の下限値から上限値の範囲を満たす範囲であることが好ましい。
上記光半導体素子を電気メッキする際に、金、銀、白金、銅、パラジウム、ニッケル、半田、およびこれらの合金から任意に選択される金属を用いることが好ましい。
(光半導体素子10の構成)
本発明の一実施形態に係る光半導体素子10について、図1を参照しながら説明する。
(1)カレントフィルムの形成
光半導体素子10の作製方法について、図2を参照しながら説明する。光半導体素子10の作製には、サファイア基板11上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるn型層およびp型層を形成した上記p−n接合ウェハを用いる。上記p−n接合ウェハのp型層13を選択的にエッチングし、n型層12を露出させる。この工程では、従来と同様の公知の技術を用いればよい。なお、上記p−n接合ウェハ上には複数の光半導体素子10を形成するが、図2においては、複数の光半導体素子10のうちの1つを図示している。
バンプ形成パターン42を形成した後に、電気メッキによりn極バンプ52およびp極バンプ51を形成する。光半導体素子10の作製において、p−n接合ウェハを用いている。上記p−n接合ウェハの上面に形成されるカレントフィルム33は、光半導体素子10が作製される領域のみではなく、上記p−n接合ウェハの外周部にまで形成される。外部電源の陰極30を上記p−n接合ウェハの外周部のカレントフィルム33に接続することにより、カレントフィルム33が電気メッキにおける一方の電極とする。
p極バンプ51およびn極バンプ52の厚みを制御する方法について、図1〜7を参照しながら説明する。
光半導体素子10の作製において、p−n接合ウェハを用いている。陰極30が接続された上記p−n接合ウェハおよび陽極80が接続された陽極板81をメッキ液に浸漬し、外部電源よりメッキ電流を流すことによって電気メッキする。この時の、メッキ電流回路の等価回路を図3に示す。
n極電極14aと開口部21との間の抵抗値と、p極電極14bと開口部21との間の抵抗値とに差を付けることによって、n極電極14aおよびp極電極14bに流れるメッキ電流に差を付ける。このように、n極電極14aと開口部21との間の抵抗値と、p極電極14bと開口部21との間の抵抗値とを制御することによって、n極電極14aおよびp極電極14bにおけるメッキレートを制御することができる。n極電極14aと開口部21との間の抵抗値およびp極電極14bと開口部21との間の抵抗値における抵抗値の差は、n極電極14aと開口部21との間の抵抗値の10%程度であることがより好ましい。その結果、n極電極14aにおけるメッキレートと、p極電極14bにおけるメッキレートとの比率を、効率よく制御することができる。
R=(H+D)/H
メッキレート比のパルス周期依存性は、例えば図4に示す図のようにあらかじめ測定しておけばよい。あらかじめ測定しておいたメッキレート比のパルス周期依存性を用いて、光半導体素子10のバンプ形成に際して求められるRに対応するメッキ電流のパルス周期を選定する。このように選定したパルス周期を用いてバンプ形成を行うことで、p極バンプ51およびn極バンプ52の上面が同一の高さに形成された光半導体素子10を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る光半導体素子の製造方法において、メッキ電流の駆動波形はパルス波形であり、パルス周期は0.1秒から100秒の範囲であることがより好ましい。図4に示すメッキレート比のパルス周期依存性から分かるように、パルス周期が0.1秒から100秒の範囲においてメッキレート比は、パルス周期に大きな依存性を示す。よって、メッキ電流のパルス周期を0.1秒〜100秒の範囲内に設定することによって、所望のメッキレート比を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る光半導体素子の製造方法において、パルス周期におけるDUTY比が80%以上、または、パルス周期におけるメッキ電流の停止時間が2秒以下であることがより好ましい。光半導体素子を製造するにあたって、スループットの観点より、電気メッキによるバンプ形成に要する時間(メッキ時間とする)は短い方が好ましい。メッキ時間を短縮するという観点では、直流波形を用いた電気メッキ(直流メッキとする)が好ましいが、メッキレート比を制御することができない。さらには、メッキ電流が定常的に流れることに起因して焼けメッキとなる可能性がある。電気メッキにパルス波形のメッキ電流を用いて、パルス波形におけるDUTY比を80%以上に設定することによって、メッキレート比の制御が可能なことに加えて、メッキ時間の増加を直流メッキの場合に対して20%以内に抑えることができる。スループットを高めるためには、DUTY比を高めることが望ましいが、100%に近い値に設定することによって焼けメッキが生じる可能性が高まる。DUTY比の上限値は100%より小さい値で、かつ、焼けメッキが生じる可能性を排除できる値である。
本発明の一実施形態に係る光半導体素子の製造方法において、パルス波形を有するメッキ電流の電流密度を可変することによって、メッキレート比が変化する。言い換えると、メッキレート比を制御するためのパラメータとして、メッキ電流の電流密度を用いることができる。
本発明の一実施形態に係る光半導体素子10の製造方法における、メッキレート比のパルス周期依存性の測定結果を図4に示す。光半導体素子10の作製方法は、図2に示した作製方法に準じている。図2(a)〜(d)までの工程を経たのち、電気メッキによるバンプ形成を行った(図2(e)参照)。そのバンプ形成の際に、パルス波形であるメッキ電流のパルス周波数を0.1秒から1000秒までの範囲で変化させ、n極バンプ52の厚みとp極バンプ51の厚みとの比をメッキレート比として図4に示した。
本発明の一実施形態に係る半導体素子10の製造方法において、開口部21の面積比率とメッキレート比との関係を測定した実験結果を、図6に示す。本実施例におけるメッキ条件は以下の通りである。
・メッキ液:EEJA製ノンシアンタイプ金メッキ液
・メッキ浴温度:52℃
・メッキ電流密度:直流6mA/cm2
・被メッキ物:光半導体素子作成用ウェハー(6インチ)
上記の条件下で、開口部21のないウエハ(開口比率0%)と開口部21を形成したウエハ(開口比率6%)とを用いて、電気メッキを行った。この結果、図6に示すように、開口部21の面積比率が0%(開口比率0%)の場合はメッキレート比が約1.00になり、開口部21の面積比率が6%(開口比率6%)の場合はメッキレート比が約1.30になる結果を得た。このように、開口部21の面積比率を変えることによって、メッキレート比を制御できることが明らかになった。
本発明の一実施形態に係る光半導体素子10の製造方法において、メッキレート比の電流密度依存性を測定した結果を図7に示す。本実施例におけるメッキ条件は、以下の通りである。
・メッキ液:EEJA製ノンシアンタイプ金メッキ液
・メッキ浴温度:52℃
・パルス周期:1秒
・DUTY比:80%
・被メッキ物:光半導体素子作成用ウェハー(6インチ)
・メッキ電流:3.5mA/cm2から11mA/cm2の範囲で可変
上記メッキ条件における臨界電流密度の範囲は、2mA/cm2から8mA/cm2である。メッキ電流の電流密度を、3.5mA/cm2から11mA/cm2の範囲で変化させ電気メッキを行った。臨界電流密度の範囲を超える条件でも電気メッキを行ったのは、形成されるバンプに対する電流密度の影響を確認するためである。実験の結果、得られたメッキレート比はおよそ1.45から1.10の範囲で変化し、メッキレート比と電流密度との間には明確な負の相関関係があった(図7)。また、臨界電流密度の範囲内において、メッキ電流の電流密度を変化させることによって、所望のメッキレート比を得ることができることが明らかになった。
本発明の一実施形態に係る半導体素子10の製造方法において、カレントフィルム33のシート抵抗とメッキレート比との関係を測定した実験結果を、図8に示す。本実施例におけるメッキ条件は以下の通りである。
・メッキ液:EEJA製ノンシアンタイプ金メッキ液
・メッキ浴温度:50℃
・メッキ電流密度:直流6mA/cm2
・被メッキ物:光半導体素子作成用ウェハー(6インチ)
上記の条件下で、カレントフィルム33のシート抵抗の値を様々に変えて、メッキレート比を測定した。シート抵抗の値を変える際には、カレントフィルム33の膜厚を変えた。実験の結果、シート抵抗が10mΩ/□以上の場合、シート抵抗が高ければ高いほどメッキレート比もより高くなる結果を得た。すなわち、シート抵抗とメッキレート比とには正の相関関係が見いだされた。このように、カレントフィルム33のシート抵抗を変えることによって、メッキレート比を制御できることが明らかになった。なお、シート抵抗が200mΩ/□以上の場合は、n極に焼けメッキが発生する結果となった。
本発明の一実施形態に係る光半導体素子60について図9および10を参照して説明する。なお、実施形態1と同様の部材については同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
光半導体素子60は実施形態1に係る光半導体素子10の変形例である。光半導体素子10と光半導体素子60を比較して異なる点は、光半導体素子60が備えるn型層62(第1導電型半導体層)および光半導体素子10が備えるn型層12の形状である(図9参照)。光半導体素子60が備えるn型層62は、保護膜15が備える開口部21に対応する領域において特別な構造をもたない。すなわち、開口部21に対応する領域において、n型層62の上面は平面である。
光半導体素子60の作製方法について、図10を参照しながら説明する。作製方法に関しても、光半導体素子60と光半導体素子10とは同様である。
11 サファイア基板(絶縁性透明基板)
12 n型層(第1導電型半導体層)
13 p型層(第2導電型半導体層)
14a n極電極(第1の電極)
14b p極電極(第2の電極)
15 保護膜
21 開口部
22 溝
30 陰極
31 下層カレントフィルム
32 上層カレントフィルム
33 カレントフィルム
41 フォトレジスト
42 バンプ形成パターン
51 p極バンプ(第2の接続電極)
52 n極バンプ(第1の接続電極)
60 光半導体素子
62 n型層(第1導電型半導体層)
80 陽極
81 陽極板
152 n極バンプ
Claims (13)
- 第1の導電型の半導体からなる第1の半導体層と、
第2の導電型の半導体からなり、上記第1の半導体層の上面の一部に形成された第2の半導体層と、
上記第1の半導体層の上面における他の一部に形成された第1の電極と、
上記第2の半導体層の上面に形成され、上記第1の電極の上面よりも高い位置にある上面を有する第2の電極と、
上記第1の電極の上面に形成された第1の接続電極と、
上記第2の電極の上面に形成された第2の接続電極と、
上記第1の半導体層の表面と上記第2の半導体層の表面とを覆う絶縁性の保護膜であって、上記第1の半導体層の表面の一部を露出させる開口部を有する保護膜とを備えていることを特徴とする光半導体素子。 - 上記開口部の表面積は、電気メッキによって互いに段差の無い上記第1の接続電極および第2の接続電極を形成できる表面積であることを特徴とする請求項1に記載の光半導体素子。
- 上記第1の半導体層における上記開口部に対応する位置には、溝が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光半導体素子。
- 上記溝の表面積は、電気メッキによって互いに段差の無い上記第1の接続電極および第2の接続電極を形成できる表面積であることを特徴とする請求項3に記載の光半導体素子。
- 基板と、当該基板の上面に形成された、第1の導電型の半導体からなる第1の半導体層と、第2の導電型の半導体からなり、上記第1の半導体層の上面の一部に形成された第2の半導体層と、上記第1の半導体層の上面における他の一部に形成された第1の電極と、上記第2の半導体層の上面に形成され、上記第1の電極の上面よりも高い位置にある上面を有する第2の電極と、上記第1の半導体層の表面と上記第2の半導体層の表面とを覆う絶縁性の保護膜であって、上記第1の半導体層の表面の一部を露出させる開口部を有する保護膜とを備えている光半導体基板の上面の全面に、導電性のカレントフィルムを形成する工程と、
上記カレントフィルムを形成した後、上記光半導体基板を電気メッキすることによって、上記第1の電極の上面に第1の接続電極を形成し、かつ、上記第2の電極の上面に第2の接続電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする光半導体素子の製造方法。 - パルス波形のメッキ電流を流すことによって、光半導体素子を電気メッキすることを特徴とする請求項5に記載の光半導体素子の製造方法。
- 上記パルス波形の周期が0.1〜100秒の範囲内にあることを特徴とする請求項6に記載の光半導体素子の製造方法。
- 上記パルス波形のDUTY比が80%以上であることを特徴とする請求項6に記載の光半導体素子の製造方法。
- 上記パルス波形の一周期ごとの電流の停止時間が2秒以下であることを特徴とする請求項6に記載の光半導体素子の製造方法。
- 上記カレントフィルムのシート抵抗が、10〜1000mΩ/□の範囲内にあることを特徴とする請求項6に記載の光半導体素子の製造方法。
- 上記パルス波形のメッキ電流によってメッキされる表面における当該メッキ電流の電流密度が、臨界電流密度の下限値から上限値の範囲を満たす範囲であることを特徴とする請求項6に記載の光半導体素子の製造方法。
- 上記カレントフィルムを形成する工程おいて形成された上記カレントフィルムの膜厚に応じて、上記接続電極を形成する工程おける上記第1の電極と上記第2の電極とのメッキレート比が決まることを特徴とする請求項5に記載の光半導体素子の製造方法
- 上記光半導体素子を電気メッキする際に、金、銀、白金、銅、パラジウム、ニッケル、半田、およびこれらの合金から任意に選択される金属を用いることを特徴とする請求項5に記載の光半導体素子の製造方法。
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