JP2014022380A - Semiconductor element and manufacturing method of the same - Google Patents

Semiconductor element and manufacturing method of the same Download PDF

Info

Publication number
JP2014022380A
JP2014022380A JP2012156202A JP2012156202A JP2014022380A JP 2014022380 A JP2014022380 A JP 2014022380A JP 2012156202 A JP2012156202 A JP 2012156202A JP 2012156202 A JP2012156202 A JP 2012156202A JP 2014022380 A JP2014022380 A JP 2014022380A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
conductivity type
type layer
layer
light emitting
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.)
Pending
Application number
JP2012156202A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Ota
豊 大田
Tatsunori Toyoda
達憲 豊田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dowa Electronics Materials Co Ltd
Original Assignee
Dowa Electronics Materials Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dowa Electronics Materials Co Ltd filed Critical Dowa Electronics Materials Co Ltd
Priority to JP2012156202A priority Critical patent/JP2014022380A/en
Publication of JP2014022380A publication Critical patent/JP2014022380A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to inhibit the occurrence of peeling at a junction part even when flip-chip mounting is performed.SOLUTION: A semiconductor element comprises: a semiconductor layer 20 having at least a first conductivity type layer 21 and a second conductivity type layer 23; a first electrode 50 formed to form ohmic junction with an exposed surface of the first conductivity type layer 21 of the semiconductor layer 20; and a first electrode pad 60 formed to have a terminal face 63 which is arranged on an upper side of an exposed surface of the second conductivity layer 23 of the semiconductor layer 20 and used for junction with the outside, a junction surface 61 which directly forms junction with the exposed surface of the second conductivity type layer 23 and a connection part 62 which is electrically connected with the first electrode 50.

Description

本発明は、半導体素子およびその製造方法に関し、特にフリップチップ実装されて用いられる半導体素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device used by being flip-chip mounted and a manufacturing method thereof.

近年、半導体素子の一種として、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子が広く普及している。そして、LED等の発光素子については、Ni層の表面をAu層で覆ったバンプを素子側に形成しておき、そのバンプを用いてプリント配線基板上にフリップチップ実装することが提案されている(例えば特許文献1参照)。   In recent years, light-emitting elements such as LEDs (Light Emitting Diodes) are widely used as a kind of semiconductor elements. For light-emitting elements such as LEDs, it has been proposed to form bumps with the surface of the Ni layer covered with an Au layer on the element side and flip-chip mounting on the printed wiring board using the bumps. (For example, refer to Patent Document 1).

フリップチップ実装に対応する発光素子としては、例えば図4に示すように構成されたものがある(例えば特許文献2参照)。図例の発光素子は、図示せぬサファイア基板上にn型の第1導電型層21と発光層22とp型の第2導電型層23とが順に積層されてなる半導体層20を備えている。この半導体層20には、第2導電型層23の側からのエッチングにより溝構造部24が形成されており、この溝構造部24によって第2導電型層23が複数領域に分断されるとともに、第1導電型層21が露出部分を有することになる。分断された一方の第2導電型層23上には第2電極30が成膜されており、さらに第2電極30上には第2電極パッド40が成膜されている。また、他方の第2導電型層23上には、第1電極110が、溝構造部24の底部における第1導電型層21の露出部分にまで延びるように成膜されており、さらに第1電極110上には第1電極パッド120が成膜されている。
このような構成の発光素子は、第1電極パッド120および第2電極パッド40の上面が外部との接合に用いられる端子面となり、その端子面上にバンプが形成されることになるが、第1電極パッド120および第2電極パッド40の上面の高さを容易に揃えることができるため、フリップチップ実装の際に素子が傾いてしまう等の不都合の発生を抑えることができる。
As a light emitting element corresponding to flip chip mounting, for example, there is an element configured as shown in FIG. 4 (see, for example, Patent Document 2). The light emitting device of the illustrated example includes a semiconductor layer 20 in which an n-type first conductive type layer 21, a light emitting layer 22, and a p-type second conductive type layer 23 are sequentially stacked on a sapphire substrate (not shown). Yes. The semiconductor layer 20 has a groove structure 24 formed by etching from the second conductivity type layer 23 side. The groove structure 24 divides the second conductivity type layer 23 into a plurality of regions, and The first conductivity type layer 21 has an exposed portion. A second electrode 30 is formed on one of the divided second conductivity type layers 23, and a second electrode pad 40 is formed on the second electrode 30. On the other second conductivity type layer 23, the first electrode 110 is formed so as to extend to the exposed portion of the first conductivity type layer 21 at the bottom of the groove structure 24. A first electrode pad 120 is formed on the electrode 110.
In the light emitting device having such a configuration, the upper surfaces of the first electrode pad 120 and the second electrode pad 40 become terminal surfaces used for bonding to the outside, and bumps are formed on the terminal surfaces. Since the heights of the upper surfaces of the first electrode pad 120 and the second electrode pad 40 can be easily aligned, it is possible to suppress the occurrence of inconvenience such as tilting of the element during flip chip mounting.

特開2006−128457号公報JP 2006-128457 A 特開2011−142308号公報JP 2011-142308 A

しかしながら、従来構成の発光素子では、予めバンプを素子側に形成しておき、そのバンプを用いてフリップチップ実装をした際に、バンプとその形成面との界面状態によっては、フリップチップ実装による基板上への素子のアセンブリ後に接合部分(特にメッキにより形成されたバンプとその形成面との接合部分)に剥離が生じるおそれがあることがわかった。   However, in a conventional light emitting device, when bumps are formed in advance on the device side and flip chip mounting is performed using the bumps, depending on the interface state between the bumps and the formation surface, a substrate by flip chip mounting is used. It has been found that there is a possibility that peeling occurs at the joint portion (particularly, the joint portion between the bump formed by plating and the formation surface) after the element is assembled upward.

本発明は、フリップチップ実装を行っても接合部分に剥離が生じるのを抑制することができる半導体素子およびその製造方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor element and a method for manufacturing the same that can prevent peeling at a joint portion even when flip chip mounting is performed.

上述した目的達成のために、本願発明者は、先ず、接合部分に剥離が生じてしまう要因について検討した。
具体的には、例えば、特許文献2で開示された構成の発光素子(図4参照)におけるバンプ形成予定面となる電極パッドの上面に、特許文献1で開示されたように予めバンプを形成しておく場合について検討した。この場合、特に第1電極パッド120上にメッキにより形成されたバンプについて、剥離してしまう不具合が生じ得ることがわかった。これは、バンプとその形成面である第1電極パッド120との界面状態(特に表面粗さの状態)による影響が大きいと推察される。さらに詳しくは、バンプと第1電極パッド120との接合部分の剥離は、これらの間の界面(特に第1電極パッド120の上面)が平坦ではなく、微細な凹凸ができる程度に表面が粗くなっていると、その凹凸の凹部に生じ得るボイド等が悪影響を及ぼすために生じると考えられる。そして、第1電極パッド120の表面粗さについては、その下方における第1電極パッド120と第1電極110との界面状態が大きな影響を及ぼしていると考えられる。すなわち、第1電極110の表面が粗くなっていると、その表面に積層される第1電極パッド120についても、第1電極110と同様に表面が粗くなってしまうのである。したがって、接合部分の剥離抑制のためには、第1電極110および第1電極パッド120のそれぞれの上面につき、表面粗さを所定値以下に抑えるような平坦化を行えばよいと考えられる。
ところが、第1電極110は、第1導電型層21に対して低抵抗なオーミック性を備える必要がある。オーミック性を備えるためには、例えば第1電極110の形成材料として特定種類の金属材料を用いつつ所定温度での熱処理を施すことが考えられるが、その場合には熱処理時の金属拡散等によって第1電極110の表面に微細な凹凸ができる程度に当該表面が粗くなってしまう。つまり、オーミック性を備えようとすると、第1電極110の表面が粗くならざるを得ない場合がある。
これらの点を踏まえた上で、本願発明者は、さらに鋭意検討を重ねた。つまり、発光素子における電極構造は、一般に金属薄膜を利用して構成されるため、膜の均一性や導電性等が重視され、その表面粗さに着目されることは稀と考えられるが、本願発明者は、敢えて表面粗さに着目して鋭意検討を重ねた。その結果、本願発明者は、第1電極パッド120について、第1電極110との電気的な接続を確保しつつも、当該第1電極110上に形成するのではなく、当該第1電極110の下に位置する第2導電型層23と直接接合させるように形成し、その接合面の上方にバンプなど外部接続用端子の形成予定面となる第1電極パッド上面の領域(以後、「端子面」とする。)を配するようにすれば、オーミック性を備えるために第1電極110の表面が粗くなっている場合であっても、その影響を受けることなく、第1電極パッド120における端子面を平坦化させ得るのではないかとの着想に至った。
本発明は、上述した本願発明者による新たな着想に基づいてなされたものである。
In order to achieve the above-described object, the inventor of the present application first examined factors that cause separation at the joint portion.
Specifically, for example, bumps are previously formed as disclosed in Patent Document 1 on the upper surface of an electrode pad that is a bump formation planned surface in a light emitting element having a configuration disclosed in Patent Document 2 (see FIG. 4). We examined the case to keep. In this case, it has been found that a problem that the bump formed by plating on the first electrode pad 120 may be peeled off may occur. This is presumed to be greatly affected by the interface state (particularly the surface roughness) between the bump and the first electrode pad 120 that is the formation surface thereof. More specifically, in the separation of the joint portion between the bump and the first electrode pad 120, the interface between them (particularly the upper surface of the first electrode pad 120) is not flat, and the surface becomes rough enough to produce fine irregularities. If this is the case, it is considered that voids or the like that may occur in the concave and convex portions have an adverse effect. Then, it is considered that the interface state between the first electrode pad 120 and the first electrode 110 below the surface roughness of the first electrode pad 120 has a great influence. That is, when the surface of the first electrode 110 is rough, the surface of the first electrode pad 120 laminated on the surface is also rough as in the case of the first electrode 110. Therefore, it is considered that in order to suppress separation of the joint portion, it is only necessary to flatten the upper surfaces of the first electrode 110 and the first electrode pad 120 so as to suppress the surface roughness to a predetermined value or less.
However, the first electrode 110 needs to have a low-resistance ohmic property with respect to the first conductivity type layer 21. In order to provide ohmic properties, for example, it may be possible to perform a heat treatment at a predetermined temperature while using a specific type of metal material as a material for forming the first electrode 110. The surface becomes rough to the extent that fine irregularities are formed on the surface of one electrode 110. That is, in order to provide ohmic properties, the surface of the first electrode 110 may have to be rough.
Based on these points, the inventor of the present application made further intensive studies. In other words, since the electrode structure in the light emitting element is generally configured using a metal thin film, it is considered rare that attention is paid to the surface roughness because the uniformity and conductivity of the film are emphasized. The inventor intensively studied paying attention to the surface roughness. As a result, the inventor of the present application does not form the first electrode pad 120 on the first electrode 110 while ensuring the electrical connection with the first electrode 110, and instead of forming the first electrode pad 120 on the first electrode 110. A region on the upper surface of the first electrode pad (hereinafter referred to as “terminal surface”) which is formed so as to be directly bonded to the second conductive type layer 23 located below, and is to be a surface on which an external connection terminal such as a bump is to be formed. If the surface of the first electrode 110 is rough in order to provide ohmic properties, the terminal of the first electrode pad 120 is not affected by this. It came to the idea that the surface could be flattened.
The present invention has been made based on the above-described new idea by the present inventors.

本発明の第1の態様は、
少なくとも第1導電型層および第2導電型層を有する半導体層と、
前記半導体層における前記第1導電型層の露出面とオーミック接合するように形成された第1電極と、
前記半導体層における前記第2導電型層の露出面の上方側に位置するように配されて外部との接合に用いられる端子面と、当該第2導電型層の露出面と直接接合する接合面と、前記第1電極と電気的に接続する接続箇所とを有して形成された第1電極パッドと、
を備えることを特徴とする半導体素子である。
本発明の第2の態様は、
少なくとも第1導電型層および第2導電型層を有する半導体層と、
前記半導体層における前記第1導電型層の露出面とオーミック接合するように形成された第1電極と、
前記半導体層における前記第2導電型層の露出面の上方側に位置するように配されて外部との接合に用いられる端子面と、当該第2導電型層の露出面と直接接合する接合面と、前記第1電極と電気的に接続する接続箇所とを有して形成された第1電極パッドと、
前記第1電極パッドの端子面上に形成された金属材料からなるバンプと、
を備えることを特徴とする半導体素子である。
本発明の第3の態様は、第1または第2の態様に記載の発明において、
前記半導体層は、III族窒化物半導体層であり、
前記第1電極は、アルミニウムを含む金属材料によって形成され、
前記第1電極パッドは、前記第1電極よりアルミニウム含有率が低い金属材料によって形成されていることを特徴とする。
本発明の第4の態様は、第1または第2の態様に記載の発明において、
前記半導体層は、発光層を挟んで前記第1導電型層と前記第2導電型層とが配された発光素子用のものであることを特徴とする。
本発明の第5の態様は、第4の態様に記載の発明において、
前記半導体層は、前記第1導電型層、前記発光層および前記第2導電型層の積層方向に掘られた溝構造部を有し、当該溝構造部によって発光領域と非発光領域とが分断されているとともに、当該溝構造部の底部に前記第1導電型層の露出面が形成されており、
前記第1電極パッドは、前記非発光領域における前記第2導電型層の露出面と直接接合するように形成されており、
前記発光領域における前記第2導電型層の露出面上には、当該露出面と直接接合するように形成された第2電極と、当該第2電極と電気的に接続するとともに外部との接合に用いられる端子面を有する第2電極パッドとが形成されていることを特徴とする。
本発明の第6の態様は、第5の態様に記載の発明において、
前記第2電極パッドの端子面上に金属材料からなるバンプが形成されていることを特徴とする。
本発明の第7の態様は、
基板上に、当該基板側から順に、第1導電型層、発光層および第2導電型層を有する積層構造の半導体層を形成する工程と、
前記第2導電型層の側からエッチングにより溝構造部を形成し、当該溝構造部によって前記半導体層を発光領域と非発光領域とに分断するとともに、当該溝構造部の底部に前記第1導電型層を露出させる工程と、
少なくとも前記溝構造部の底部における前記第1導電型層の露出面と接合する第1電極を、アルミニウムを含む金属材料によって形成する工程と、
前記第1電極に対する熱処理を行って当該第1電極を前記第1導電型層の露出面とオーミック接合させる工程と、
前記第1電極と電気的に接続する接続箇所を有するとともに、前記非発光領域における前記第2導電型層の露出面と直接接合する接合面を有し、外部との接合に用いられる端子面が当該接合面の上方側に位置するように構成された第1電極パッドを、前記第1電極よりアルミニウム含有率が低い金属材料によって形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法である。
本発明の第8の態様は、第7の態様に記載の発明において、
前記発光領域における前記第2導電型層の露出面上に第2電極を形成する工程と、
前記第2電極上に外部との接合に用いられる端子面を有する第2電極パッドを形成する工程と、
前記第1電極パッドの端子面上および前記第2電極パッドの端子面上のそれぞれに金属材料からなるバンプを形成する工程と
を備えることを特徴とする。
The first aspect of the present invention is:
A semiconductor layer having at least a first conductivity type layer and a second conductivity type layer;
A first electrode formed in ohmic contact with an exposed surface of the first conductivity type layer in the semiconductor layer;
A terminal surface that is arranged to be positioned above the exposed surface of the second conductivity type layer in the semiconductor layer and is used for bonding to the outside, and a bonding surface that is directly bonded to the exposed surface of the second conductivity type layer And a first electrode pad formed having a connection portion electrically connected to the first electrode,
A semiconductor device comprising:
The second aspect of the present invention is:
A semiconductor layer having at least a first conductivity type layer and a second conductivity type layer;
A first electrode formed in ohmic contact with an exposed surface of the first conductivity type layer in the semiconductor layer;
A terminal surface that is arranged to be positioned above the exposed surface of the second conductivity type layer in the semiconductor layer and is used for bonding to the outside, and a bonding surface that is directly bonded to the exposed surface of the second conductivity type layer And a first electrode pad formed having a connection portion electrically connected to the first electrode,
A bump made of a metal material formed on the terminal surface of the first electrode pad;
A semiconductor device comprising:
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the first or second aspect,
The semiconductor layer is a group III nitride semiconductor layer,
The first electrode is formed of a metal material containing aluminum,
The first electrode pad is formed of a metal material having a lower aluminum content than the first electrode.
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the first or second aspect,
The semiconductor layer is for a light emitting element in which the first conductive type layer and the second conductive type layer are arranged with a light emitting layer interposed therebetween.
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention described in the fourth aspect,
The semiconductor layer has a groove structure portion dug in the stacking direction of the first conductivity type layer, the light emitting layer, and the second conductivity type layer, and the light emitting region and the non-light emitting region are divided by the groove structure portion. And the exposed surface of the first conductivity type layer is formed at the bottom of the groove structure portion,
The first electrode pad is formed so as to be directly bonded to the exposed surface of the second conductivity type layer in the non-light emitting region,
On the exposed surface of the second conductivity type layer in the light emitting region, a second electrode formed so as to be directly bonded to the exposed surface, and electrically connected to the second electrode and bonded to the outside A second electrode pad having a terminal surface to be used is formed.
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect,
A bump made of a metal material is formed on the terminal surface of the second electrode pad.
The seventh aspect of the present invention is
Forming a semiconductor layer having a stacked structure including a first conductivity type layer, a light emitting layer, and a second conductivity type layer on the substrate in order from the substrate side;
A groove structure is formed by etching from the second conductivity type layer side, the semiconductor layer is divided into a light emitting region and a non-light emitting region by the groove structure, and the first conductive layer is formed at the bottom of the groove structure. Exposing the mold layer;
Forming a first electrode joined to an exposed surface of the first conductivity type layer at least at the bottom of the groove structure with a metal material containing aluminum;
Performing a heat treatment on the first electrode to bring the first electrode into ohmic contact with the exposed surface of the first conductivity type layer;
A terminal surface that has a connection portion that is electrically connected to the first electrode, has a bonding surface that directly bonds to the exposed surface of the second conductivity type layer in the non-light emitting region, and is used for bonding to the outside. Forming a first electrode pad configured to be positioned above the bonding surface with a metal material having an aluminum content lower than that of the first electrode. is there.
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to the seventh aspect,
Forming a second electrode on an exposed surface of the second conductivity type layer in the light emitting region;
Forming a second electrode pad having a terminal surface used for bonding to the outside on the second electrode;
Forming bumps made of a metal material on the terminal surface of the first electrode pad and on the terminal surface of the second electrode pad, respectively.

本発明によれば、フリップチップ実装を行っても接合部分に剥離が生じるのを抑制することができる。   According to the present invention, even when flip chip mounting is performed, it is possible to suppress the occurrence of peeling at the joint portion.

本発明が適用された発光素子の概略構成例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the example of schematic structure of the light emitting element to which this invention was applied. 本発明が適用された発光素子の製造方法の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of the manufacturing method of the light emitting element to which this invention was applied. 本発明が適用された発光素子の他の概略構成例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the other schematic structural example of the light emitting element to which this invention was applied. 従来における発光素子の概略構成例を示す側断面図(その1)である。It is a sectional side view (the 1) which shows the example of schematic structure of the conventional light emitting element. 従来における発光素子の概略構成例を示す側断面図(その2)である。It is a sectional side view (the 2) which shows the schematic structural example of the conventional light emitting element.

以下、図面に基づき、本発明に係る半導体素子およびその製造方法について説明する。
本実施形態では、半導体素子として発光素子を例に挙げ、以下の順序で項分けをして説明を行う。
1.発光素子の構成
2.発光素子の製造手順
3.本実施形態の効果
4.変形例等
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, a light-emitting element is taken as an example of a semiconductor element, and description will be made by dividing into items in the following order.
1. 1. Configuration of light emitting element 2. Manufacturing procedure of light emitting element Effects of the present embodiment 4. Modifications etc.

<1.発光素子の構成>
先ず、発光素子の構成について説明する。
図1は、本発明が適用された発光素子の概略構成例を示す側断面図である。なお、図中において、従来構成の発光素子(図4参照)と同一の構成要素には同一の符号を付している。
<1. Configuration of light emitting element>
First, the structure of the light emitting element will be described.
FIG. 1 is a side sectional view showing a schematic configuration example of a light emitting device to which the present invention is applied. In addition, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the light emitting element (refer FIG. 4) of a conventional structure.

図例の発光素子は、透光性を有するサファイア基板10上に、第1導電型層21と、発光層22と、第2導電型層23とが順に積層されてなる半導体層20を備えている。半導体層20は、例えば、第1導電型層21がn型のAlGaN、発光層22がAlInGaN、第2導電型層23がp型のAlGaNのIII族窒化物半導体層であるが、n型とp型は逆転していてもよく、また半導体材料としてAlGaN以外のGaNやInGaN等を用いてもよい。   The light emitting device of the illustrated example includes a semiconductor layer 20 in which a first conductive type layer 21, a light emitting layer 22, and a second conductive type layer 23 are sequentially stacked on a light-transmitting sapphire substrate 10. Yes. The semiconductor layer 20 is, for example, a group III nitride semiconductor layer in which the first conductivity type layer 21 is n-type AlGaN, the light emitting layer 22 is AlInGaN, and the second conductivity type layer 23 is p-type AlGaN. The p-type may be reversed, and GaN other than AlGaN, InGaN, or the like may be used as a semiconductor material.

また、半導体層20は、第1導電型層21、発光層22および第2導電型層23の積層方向に掘られた溝構造部24を有している。つまり、半導体層20には、第2導電型層23の側からのエッチングにより溝構造部24が形成されている。そして、溝構造部24によって、半導体層20は、第2導電型層23が発光領域25と非発光領域26との複数領域に分断されるとともに、当該溝構造部24の底部に第1導電型層21の露出面が形成されている。ここでいう「底部」は、溝構造部24の底面と当該底面近傍の側壁面との少なくとも一方であればよい。したがって、溝構造部24の形成深さは、第2導電型層23を分断する深さであれば、図例のように第1導電型層21の途中までエッチング除去されてなるものでも、第1導電型層21が露出した時点でエッチングを止めてなるものでも、或いは第1導電型層21を完全に除去してなるものでもよい。第1導電型層21を完全に除去した場合は、露出した第1導電型層21の側壁面等と後述する第1電極50とが電気的に接続することになる。そして、第1導電型層21については、発光領域25と非発光領域26の電気的な接続が、何らかの手段によって確保されるものとする。また、溝構造部24の形成幅は、第2導電型層23を分断するのに十分な幅であればよい。   Further, the semiconductor layer 20 has a groove structure portion 24 dug in the stacking direction of the first conductivity type layer 21, the light emitting layer 22, and the second conductivity type layer 23. That is, the groove structure 24 is formed in the semiconductor layer 20 by etching from the second conductivity type layer 23 side. Then, the second conductive type layer 23 is divided into a plurality of regions of the light emitting region 25 and the non-light emitting region 26 by the groove structure portion 24, and the first conductivity type is formed at the bottom of the groove structure portion 24. An exposed surface of the layer 21 is formed. The “bottom part” here may be at least one of the bottom surface of the groove structure 24 and the side wall surface in the vicinity of the bottom surface. Therefore, if the depth of formation of the groove structure portion 24 is a depth that divides the second conductivity type layer 23, even if it is etched away to the middle of the first conductivity type layer 21 as shown in the figure, The etching may be stopped when the first conductivity type layer 21 is exposed, or the first conductivity type layer 21 may be completely removed. When the first conductivity type layer 21 is completely removed, the exposed side wall surface of the first conductivity type layer 21 and the first electrode 50 described later are electrically connected. And about the 1st conductivity type layer 21, the electrical connection of the light emission area | region 25 and the non-light emission area | region 26 shall be ensured by a certain means. In addition, the formation width of the groove structure portion 24 may be a width sufficient to divide the second conductivity type layer 23.

このような溝構造部24が形成された半導体層20において、少なくとも第2導電型層23の表面(すなわち第2導電型層23の露出面)は、溝構造部24の底面および側壁面とは異なりエッチング加工された面ではなく、エピタキシャル成長面が維持された面となるので、エッチング面よりも平坦性を維持できる。したがって、第2導電型層23の表面は、発光領域25と非発光領域26とのいずれについても、平坦性に優れた面であると言える。   In the semiconductor layer 20 in which the groove structure portion 24 is formed, at least the surface of the second conductivity type layer 23 (that is, the exposed surface of the second conductivity type layer 23) is the bottom surface and the side wall surface of the groove structure portion 24. In contrast, since the epitaxial growth surface is maintained instead of the etched surface, flatness can be maintained as compared with the etched surface. Therefore, it can be said that the surface of the second conductivity type layer 23 is a surface excellent in flatness in both the light emitting region 25 and the non-light emitting region 26.

溝構造部24によって分断された複数領域のうち、発光領域25における第2導電型層23上には、第2電極30が成膜されている。第2電極30は、p型の第2導電型層23に対して低抵抗なオーミック性を確保し易いAu系の金属材料を用いて形成することが好ましく、具体的には例えばNi/Auを用いて形成することが考えられる。ただし、他の公知金属材料を用いて形成することも可能である。
また、第2電極30上には、第2電極パッド40が成膜されている。第2電極パッド40は、その上面が端子面41となるもので、例えばTi/Auを用いて形成することが考えられる。ただし、他の公知金属材料を用いて形成することも可能である。
Of the plurality of regions divided by the groove structure 24, the second electrode 30 is formed on the second conductivity type layer 23 in the light emitting region 25. The second electrode 30 is preferably formed by using an Au-based metal material that is easy to ensure a low-resistance ohmic property with respect to the p-type second conductivity type layer 23. Specifically, for example, Ni / Au is used. It is conceivable to form it by using. However, it can also be formed using other known metal materials.
A second electrode pad 40 is formed on the second electrode 30. The second electrode pad 40 has an upper surface serving as a terminal surface 41, and may be formed using, for example, Ti / Au. However, it can also be formed using other known metal materials.

一方、溝構造部24によって分断された複数領域のうち、非発光領域26における第2導電型層23上には、第1電極50が成膜されている。ただし、第1電極50は、第2導電型層23上の全面を覆うのではなく、部分的に第2導電型層23の露出面を残すような態様で成膜されている。さらに、第1電極50は、第2導電型層23上から溝構造部24の底部における第1導電型層21の露出部分にまで延びるように成膜されている。その結果として、第1電極50は、溝構造部24内における第1導電型層21の露出部分と接合する接合面51を有することになる。このような構成の第1電極50は、n型の第1導電型層21に対して低抵抗なオーミック性を確保し易いAl系の金属材料を用いて形成することが好ましく、具体的には例えばTi/Al/TiまたはTi/Alを用いて形成することが考えられる。ただし、他の公知金属材料を用いて形成することも可能である。   On the other hand, the first electrode 50 is formed on the second conductivity type layer 23 in the non-light emitting region 26 among the plurality of regions divided by the groove structure 24. However, the first electrode 50 is formed not to cover the entire surface of the second conductivity type layer 23 but to partially leave the exposed surface of the second conductivity type layer 23. Further, the first electrode 50 is formed so as to extend from the second conductivity type layer 23 to the exposed portion of the first conductivity type layer 21 at the bottom of the groove structure 24. As a result, the first electrode 50 has a joint surface 51 that joins the exposed portion of the first conductivity type layer 21 in the groove structure 24. The first electrode 50 having such a configuration is preferably formed using an Al-based metal material that can easily ensure low-resistance ohmic properties with respect to the n-type first conductivity type layer 21. Specifically, For example, it is conceivable to form using Ti / Al / Ti or Ti / Al. However, it can also be formed using other known metal materials.

また、非発光領域26における第2導電型層23上において、第1電極50に覆われていない当該第2導電型層23の露出面上には、第1電極パッド60が成膜されている。第2導電型層23の露出面上に形成されることから、第1電極パッド60は、当該第2導電型層23の露出面と直接接合する接合面61を有することになる。また、第1電極パッド60は、第1電極50と電気的に接続する接続箇所62を確保しつつ、その上面が端子面63となるもので、当該端子面63が第2電極パッド40の端子面41とほぼ同じ高さとなるように形成されている。その結果として、第1電極パッド60は、第2導電型層23の露出面の上方側に位置するように配されて外部との接合に用いられる端子面63と、第2導電型層23の露出面と直接接合する接合面61と、第1電極50と電気的に接続する接続箇所62とを有していることになる。ここで、「露出面の上方側に位置する」とは、第2導電型層23の露出面(すなわち第1電極パッド60の接合面61)と、第1電極パッド60の端子面63とが、平面的に重なり合う部分を有して配置されていることをいう。つまり、重なり合う部分を有していればよく、必ずしも接合面61と端子面63とが平面的に一致している必要はない。また、「露出面と直接接合する」とは、第2導電型層23の露出面と第1電極パッド60の接合面61との間に介在するものがなく接合している状態のことをいう。このような構成の第1電極パッド60は、例えばTi/AuのようにAlを全く含有しない金属材料を用いて形成することが考えられる。ただし、他の公知金属材料であっても、Alを全く含有しない金属材料、またはAlを含有していてもその含有率が第1電極50の形成材料に比べて低く僅かな含有量に過ぎない金属材料であれば、第1電極パッド60の形成材料として用いることも可能である。   A first electrode pad 60 is formed on the exposed surface of the second conductivity type layer 23 not covered with the first electrode 50 on the second conductivity type layer 23 in the non-light emitting region 26. . Since the first electrode pad 60 is formed on the exposed surface of the second conductivity type layer 23, the first electrode pad 60 has a bonding surface 61 that is directly bonded to the exposed surface of the second conductivity type layer 23. The first electrode pad 60 has a connection surface 62 that is electrically connected to the first electrode 50, and its upper surface serves as a terminal surface 63. The terminal surface 63 is a terminal of the second electrode pad 40. It is formed so as to be almost the same height as the surface 41. As a result, the first electrode pad 60 is disposed so as to be positioned above the exposed surface of the second conductivity type layer 23 and used for bonding to the outside. It has the joint surface 61 directly joined to the exposed surface, and the connection part 62 electrically connected to the first electrode 50. Here, “located above the exposed surface” means that the exposed surface of the second conductivity type layer 23 (that is, the bonding surface 61 of the first electrode pad 60) and the terminal surface 63 of the first electrode pad 60. In other words, it is arranged to have a planarly overlapping portion. That is, it is only necessary to have an overlapping portion, and the joining surface 61 and the terminal surface 63 do not necessarily coincide with each other in a planar manner. Further, “directly bonded to the exposed surface” means a state in which there is no intervening portion between the exposed surface of the second conductivity type layer 23 and the bonding surface 61 of the first electrode pad 60. . It is conceivable that the first electrode pad 60 having such a configuration is formed using a metal material that does not contain Al at all, such as Ti / Au. However, even if it is another known metal material, even if it contains a metal material that does not contain Al at all, or if it contains Al, its content is lower than that of the material for forming the first electrode 50 and is only a slight content. Any metal material can be used as a material for forming the first electrode pad 60.

第1電極パッド60の端子面63上および第2電極パッド40の端子面41上のそれぞれには、外部との接合に用いられるバンプ70が形成されている。バンプ70は、例えばPを添加したNiメッキ層の表面をAuメッキ層で覆って形成することが考えられる。ただし、他の公知金属材料を用いて形成することも可能である。   Bumps 70 used for bonding to the outside are formed on the terminal surface 63 of the first electrode pad 60 and the terminal surface 41 of the second electrode pad 40, respectively. For example, the bump 70 may be formed by covering the surface of a Ni plating layer to which P is added with an Au plating layer. However, it can also be formed using other known metal materials.

以上のような構成の発光素子は、図示せぬプリント配線基板上にフリップチップ実装されて用いられる。詳しくは、例えば図に示した状態の天地を逆転させた状態で、バンプ70がプリント配線基板上の電極部分に接触するように発光素子を当該プリント配線基板上に載置して、バンプ70と電極部分とを接合させる。このようにして、発光素子は、プリント配線基板上にフリップチップ実装される。このとき、発光素子における端子面41,63の高さが揃っており、かつ、それぞれにおけるバンプ70がほぼ同じ高さに形成されていれば、当該発光素子が傾いてしまう等の不都合の発生を抑えることができる。このことは、フリップチップ実装の際の接続不良等の発生を抑制するためには非常に有効であると言える。   The light emitting element having the above configuration is used by being flip-chip mounted on a printed wiring board (not shown). Specifically, for example, in a state where the top and bottom of the state shown in the figure are reversed, the light emitting element is placed on the printed wiring board so that the bump 70 contacts the electrode portion on the printed wiring board. The electrode part is joined. In this way, the light emitting element is flip-chip mounted on the printed wiring board. At this time, if the heights of the terminal surfaces 41 and 63 of the light emitting element are uniform and the bumps 70 are formed at substantially the same height, inconvenience such as tilting of the light emitting element occurs. Can be suppressed. This can be said to be very effective for suppressing the occurrence of poor connection during flip chip mounting.

フリップチップ実装された発光素子は、バンプ70を介して第1電極パッド60と第2電極パッド40との間に電圧を印加することで、外部へ向けて光を放出する。詳しくは、バンプ70を介して第1電極パッド60と第2電極パッド40との間に電圧を印加すると、第1電極パッド60から第1電極50を通じて第1導電型層21へ電子が流れ込むとともに、第2電極パッド40から第2電極30を通じて第2導電型層23へ正孔が流れ込む。そして、発光領域25の発光層22において、電子と正孔が再結合して光が発生する。この光が、発光層22から第1導電型層21および透光性のあるサファイア基板10を通じて外部へ向けて放出されるのである。   The flip-chip mounted light emitting element emits light toward the outside by applying a voltage between the first electrode pad 60 and the second electrode pad 40 via the bump 70. Specifically, when a voltage is applied between the first electrode pad 60 and the second electrode pad 40 via the bump 70, electrons flow from the first electrode pad 60 to the first conductivity type layer 21 through the first electrode 50. Then, holes flow from the second electrode pad 40 to the second conductivity type layer 23 through the second electrode 30. Then, in the light emitting layer 22 in the light emitting region 25, electrons and holes are recombined to generate light. This light is emitted from the light emitting layer 22 to the outside through the first conductive type layer 21 and the translucent sapphire substrate 10.

なお、ここで説明した発光素子の状態は、当該説明のために例示した一態様に過ぎず、図に示した状態またはその天地を逆転させた状態に限定されないことは勿論である。   Note that the state of the light-emitting element described here is merely one example illustrated for the description, and it is needless to say that the state is not limited to the state illustrated in the drawing or the state in which the top and bottom are reversed.

<2.発光素子の製造手順>
次に、上述した構成の発光素子の製造手順について説明する。
図2は、本発明が適用された発光素子の製造方法の手順を示す説明図である。
<2. Manufacturing procedure of light emitting element>
Next, a manufacturing procedure of the light emitting element having the above-described configuration will be described.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a procedure of a method for manufacturing a light emitting device to which the present invention is applied.

上述した構成の発光素子の製造は、以下に述べる手順で行われる。
先ず、所望厚さの板状に形成されたサファイア基板10を用意し、そのサファイア基板10上に、当該サファイア基板10側から順に、第1導電型層21、発光層22および第2導電型層23を有する積層構造の半導体層20を形成する工程を行う。第1導電型層21、発光層22および第2導電型層23の形成は、従来構成の発光素子(図4参照)と同様に、例えばIII族窒化物半導体材料により、公知の成膜手法を用いて行えばよい。このようにして形成された第2導電型層23の上面は、平坦性に優れた面である。
The light emitting device having the above-described configuration is manufactured according to the following procedure.
First, a sapphire substrate 10 formed in a plate shape having a desired thickness is prepared, and a first conductivity type layer 21, a light emitting layer 22, and a second conductivity type layer are sequentially formed on the sapphire substrate 10 from the sapphire substrate 10 side. A step of forming a semiconductor layer 20 having a laminated structure having 23 is performed. The first conductive type layer 21, the light emitting layer 22, and the second conductive type layer 23 are formed by a known film formation method using, for example, a group III nitride semiconductor material, similarly to the light emitting element having the conventional configuration (see FIG. 4). You can use it. The upper surface of the second conductivity type layer 23 formed in this way is a surface having excellent flatness.

そして、サファイア基板10上に半導体層20を形成したら、図2(a)に示すように、半導体層20に対して第2導電型層23の側からのエッチングにより溝構造部24を形成する工程を行う。エッチングは、半導体層20の形成材料を考慮しつつ公知の手法を用いて行えばよいが、一具体例としては反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)が挙げられる。また、エッチング深さは、既に説明したように、第2導電型層23を発光領域25と非発光領域26とに分断するとともに、溝構造部24の底部に第1導電型層21を露出させる深さであればよい。   When the semiconductor layer 20 is formed on the sapphire substrate 10, as shown in FIG. 2A, a step of forming the groove structure portion 24 by etching from the second conductivity type layer 23 side with respect to the semiconductor layer 20. I do. Etching may be performed by using a known method in consideration of the material for forming the semiconductor layer 20. One specific example is reactive ion etching (RIE). As described above, the etching depth divides the second conductivity type layer 23 into the light emitting region 25 and the non-light emitting region 26 and exposes the first conductivity type layer 21 at the bottom of the groove structure 24. Any depth is sufficient.

その後は、図2(b)に示すように、発光領域25における第2導電型層23の露出面上に第2電極30を形成する工程を行う。第2電極30は、第2導電型層23に対してオーミック性を確保し易いAu系の金属材料(例えばNi/Au)を用いて、スパッタリング等の公知の成膜手法により形成すればよい。このとき、第2導電型層23の上面が平坦性に優れた面であることから、その上に形成される第2電極30の上面も表面粗れ等が生じず平坦性に優れた面となる。   Thereafter, as shown in FIG. 2B, a step of forming the second electrode 30 on the exposed surface of the second conductivity type layer 23 in the light emitting region 25 is performed. The second electrode 30 may be formed by a known film deposition method such as sputtering using an Au-based metal material (for example, Ni / Au) that can easily ensure ohmic properties with respect to the second conductivity type layer 23. At this time, since the upper surface of the second conductivity type layer 23 is a surface having excellent flatness, the upper surface of the second electrode 30 formed thereon is also free from surface roughness and has excellent flatness. Become.

次いで、図2(c)に示すように、第1電極50を形成する工程を行う。この工程では、先ず、非発光領域26における第2導電型層23上にレジスト52を形成する。レジスト52は、第1電極50に覆われずに第2導電型層23の露出面となる箇所に対応するように、当該第2導電型層23上に部分的に形成する。レジスト52の形成材料および形成手法は、公知技術を利用すればよい。レジスト52の形成後は、続いて、第1電極50を成膜する。このとき、第1電極50は、非発光領域26における第2導電型層23上のみならず、当該第2導電型層23上から溝構造部24の底部における第1導電型層21の露出部分にまで延びるように成膜する。第1電極50の成膜は、Al系の金属材料(例えばTi/Al/TiまたはTi/Al)を用いて、スパッタリング等の公知の手法により行えばよい。そして、第1電極50の成膜後は、レジスト52の除去を行う。このようなリフトオフプロセスにより、溝構造部24内の第1導電型層21の露出部分まで延び、かつ、第2導電型層23上の全面を覆うのではなく部分的に当該第2導電型層23の露出面を残すような態様で、第1電極50が成膜されることになる。   Next, as shown in FIG. 2C, a step of forming the first electrode 50 is performed. In this step, first, a resist 52 is formed on the second conductivity type layer 23 in the non-light emitting region 26. The resist 52 is partially formed on the second conductivity type layer 23 so as to correspond to a portion that becomes an exposed surface of the second conductivity type layer 23 without being covered with the first electrode 50. As a forming material and a forming method of the resist 52, a known technique may be used. After the formation of the resist 52, the first electrode 50 is subsequently formed. At this time, the first electrode 50 is exposed not only on the second conductive type layer 23 in the non-light emitting region 26 but also on the exposed portion of the first conductive type layer 21 on the bottom of the groove structure 24 from the second conductive type layer 23. The film is formed so as to extend up to. The first electrode 50 may be formed by a known technique such as sputtering using an Al-based metal material (for example, Ti / Al / Ti or Ti / Al). Then, after the first electrode 50 is formed, the resist 52 is removed. Such a lift-off process extends to the exposed portion of the first conductivity type layer 21 in the groove structure 24 and partially covers the second conductivity type layer instead of covering the entire surface on the second conductivity type layer 23. Thus, the first electrode 50 is formed in such a manner as to leave the exposed surface of 23.

レジスト52の除去後は、続いて、第1電極50を第1導電型層21の露出面とオーミック接合させるべく、当該第1電極50に対する熱処理を施す工程を行う。具体的には、第1電極50に対して所定ガス雰囲気中で例えば400℃〜600℃の熱処理を施す。熱処理は、公知の手法によって行えばよい。この熱処理の後においては、第1電極50がAl系の金属材料により成膜されているため、Al拡散等によって凹凸ができる程度に当該第1電極50の表面が粗くなってしまう可能性がある。ただし、このような熱処理の影響は、第1電極50には及ぶが、Al拡散等が生じ得ない半導体層20には及ばない。したがって、レジスト52によって保護されていた第2導電型層23の露出面については、熱処理の後であっても、表面が粗くならずに平坦性に優れた面となる。   After the removal of the resist 52, subsequently, a process of performing a heat treatment on the first electrode 50 is performed so that the first electrode 50 is in ohmic contact with the exposed surface of the first conductivity type layer 21. Specifically, heat treatment is performed on the first electrode 50 in a predetermined gas atmosphere, for example, at 400 ° C. to 600 ° C. The heat treatment may be performed by a known method. After the heat treatment, since the first electrode 50 is formed of an Al-based metal material, the surface of the first electrode 50 may become rough enough to cause unevenness due to Al diffusion or the like. . However, the influence of such a heat treatment extends to the first electrode 50 but does not reach the semiconductor layer 20 where Al diffusion or the like cannot occur. Therefore, the exposed surface of the second conductivity type layer 23 protected by the resist 52 becomes a surface excellent in flatness without being roughened even after the heat treatment.

ここで、必要に応じて、第1電極50上に図示せぬ保護膜を形成する工程を行ってもよい。保護膜としては、例えばSiO膜を公知の成膜手法により形成することが考えられる。 Here, if necessary, a step of forming a protective film (not shown) on the first electrode 50 may be performed. As the protective film, for example, it is conceivable to form a SiO 2 film by a known film forming method.

その後は、図2(d)に示すように、第1電極パッド60および第2電極パッド40を形成する工程を行う。
第1電極パッド60は、第1電極50の成膜時にレジスト52で保護されていた部分、すなわち非発光領域26における第2導電型層23の露出面上に、当該第2導電型層23に対してオーミック性を確保し易いAu系の金属材料(例えばTi/Au/TiまたはTi/Au)を用いて、スパッタリング等の公知の成膜手法により形成すればよい。これにより、第2導電型層23の露出面上には、当該露出面と直接接合する接合面61を有するとともに、非発光領域26における第2導電型層23上に形成された第1電極50と電気的に接続する接続箇所62をも有し、さらに接合面61の上方側に端子面63を有してなる第1電極パッド60が形成されることになる。このとき、第2導電型層23の露出面が平坦性に優れた面であることから、その上に形成される第1電極パッド60の端子面63も表面が粗くならずに平坦性に優れた面となる。
また、第2電極パッド40は、第2電極30の上面に、当該第2電極30に対してオーミック性を確保し易いAu系の金属材料(例えばTi/Au)を用いて、スパッタリングや真空蒸着等の公知の成膜手法により形成すればよい。このとき、第2電極30の上面が平坦性に優れた面であることから、その上に形成される第2電極パッド40の端子面41も表面粗れ等が生じず平坦性に優れた面となる。
なお、第1電極パッド60と第2電極パッド40とは、一方を形成した後に他方を形成してもよいし、両方を同時に形成してもよい。いずれの場合であっても、端子面41,63の高さが揃うように、第1電極パッド60および第2電極パッド40が形成されるものとする。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, a step of forming the first electrode pad 60 and the second electrode pad 40 is performed.
The first electrode pad 60 is formed on the exposed portion of the second conductivity type layer 23 in the non-light emitting region 26 on the portion protected by the resist 52 when the first electrode 50 is formed. On the other hand, an Au-based metal material (for example, Ti / Au / Ti or Ti / Au) that can easily ensure ohmic properties may be used by a known film formation method such as sputtering. Thereby, on the exposed surface of the second conductivity type layer 23, the first electrode 50 formed on the second conductivity type layer 23 in the non-light emitting region 26 has the joint surface 61 that is directly joined to the exposed surface. The first electrode pad 60 is also formed. The first electrode pad 60 has a connection portion 62 that is electrically connected to the contact surface 61, and further has a terminal surface 63 above the bonding surface 61. At this time, since the exposed surface of the second conductivity type layer 23 is a surface having excellent flatness, the terminal surface 63 of the first electrode pad 60 formed thereon is also excellent in flatness without being roughened. It becomes the surface.
Further, the second electrode pad 40 is formed by sputtering or vacuum deposition on the upper surface of the second electrode 30 using an Au-based metal material (for example, Ti / Au) that can easily ensure ohmic properties with respect to the second electrode 30. What is necessary is just to form by well-known film-forming methods, such as. At this time, since the upper surface of the second electrode 30 is a surface having excellent flatness, the terminal surface 41 of the second electrode pad 40 formed thereon is also free from surface roughness and has excellent flatness. It becomes.
Note that the first electrode pad 60 and the second electrode pad 40 may be formed after one is formed, or the other may be formed simultaneously. In any case, the first electrode pad 60 and the second electrode pad 40 are formed so that the heights of the terminal surfaces 41 and 63 are aligned.

その後は、図2(e)に示すように、第1電極パッド60の端子面63上および第2電極パッド40の端子面41上のそれぞれにバンプ70を形成する工程を行う。バンプ70は、例えばPを添加したNi層の表面をAu層で覆うように、それぞれの金属材料を用いつつ無電解メッキや置換メッキ等の公知の成膜手法により形成すればよい。バンプ70の形成は、端子面41,63のそれぞれに対して、別個に行ってもよいが、同時に行ったほうが効率的で好ましい。   Thereafter, as shown in FIG. 2E, a step of forming bumps 70 on the terminal surface 63 of the first electrode pad 60 and the terminal surface 41 of the second electrode pad 40 is performed. The bump 70 may be formed by a known film forming method such as electroless plating or displacement plating while using each metal material so that the surface of the Ni layer to which P is added is covered with the Au layer, for example. The formation of the bump 70 may be performed separately for each of the terminal surfaces 41 and 63, but it is more efficient and preferable to perform the bump 70 at the same time.

バンプ70の形成後は、必要に応じて、サファイア基板10の研磨・研削や、スクライブによる小片化等を行う。
以上のような一連の手順を経ることで、図1を用いて説明した構成の発光素子が製造される。
After the formation of the bumps 70, the sapphire substrate 10 is polished and ground, or sized by scribing, as necessary.
Through the series of procedures as described above, the light emitting element having the configuration described with reference to FIG. 1 is manufactured.

<3.本実施形態の効果>
本実施形態で説明した発光素子およびその製造方法によれば、以下のような効果が得られる。
<3. Effects of this embodiment>
According to the light emitting device and the manufacturing method thereof described in the present embodiment, the following effects can be obtained.

本実施形態においては、第1電極パッド60の接合面61が、第1電極50の上面ではなく、第2導電型層23の露出面と直接接合している。この第2導電型層23の露出面は、平坦性に優れた面である。そのため、第1電極パッド60は、表面状態が粗くなっている面に接合される場合とは異なり、表面の粗さに起因して発生し得るボイド等の悪影響が及ぶことがなく、第2導電型層23の露出面との接合にあたって、当該第2導電型層23との間の機械的な接合強度を十分に確保することができる。さらには、第2導電型層23の露出面が平坦性に優れていることから、その上方側に位置することになる端子面63についても、第2導電型層23の露出面と同様に平坦性に優れたものとなり、その端子面63上にメッキによりバンプ70が形成される場合であっても、当該バンプ70との間の機械的な接合強度を十分に確保することができる。
したがって、第1電極パッド60と第2導電型層23との界面および第1電極パッド60とバンプ70との界面のそれぞれにおいて接合強度を十分に確保できるので、オーミック性を備えるために第1電極50の表面が粗くなっている場合であっても、その悪影響が接合状態に及ぶことなく、フリップチップ実装によるプリント配線基板上への発光素子のアセンブリ後に接合部分に剥離が生じてしまうのを抑制することができる。
しかも、その場合であっても、第1電極パッド60は第1電極50と電気的に接続しており、第1電極50は第1導電型層21の露出面とオーミック接合していることから、電圧印加時の導電特性が阻害されてしまうこともない。
つまり、本実施形態によれば、フリップチップ実装される発光素子の電極構造につき、剥離を抑制するための機械的な接合強度の確保と電圧印加時の良好な導電性の確保との両立を図ることができる。
In the present embodiment, the bonding surface 61 of the first electrode pad 60 is directly bonded to the exposed surface of the second conductivity type layer 23 instead of the upper surface of the first electrode 50. The exposed surface of the second conductivity type layer 23 is a surface excellent in flatness. Therefore, unlike the case where the first electrode pad 60 is bonded to the surface having a rough surface state, the first electrode pad 60 is not adversely affected by voids or the like that may be generated due to the roughness of the surface. In joining to the exposed surface of the mold layer 23, a sufficient mechanical joint strength with the second conductivity type layer 23 can be ensured. Furthermore, since the exposed surface of the second conductivity type layer 23 is excellent in flatness, the terminal surface 63 located on the upper side is flat as well as the exposed surface of the second conductivity type layer 23. Even when the bump 70 is formed on the terminal surface 63 by plating, the mechanical bonding strength with the bump 70 can be sufficiently ensured.
Therefore, since sufficient bonding strength can be secured at each of the interface between the first electrode pad 60 and the second conductivity type layer 23 and the interface between the first electrode pad 60 and the bump 70, the first electrode can be provided with ohmic characteristics. Even when the surface of 50 is rough, the adverse effect does not reach the bonded state, and it is possible to suppress the peeling at the bonded portion after the assembly of the light emitting element on the printed wiring board by flip chip mounting. can do.
Moreover, even in that case, the first electrode pad 60 is electrically connected to the first electrode 50, and the first electrode 50 is in ohmic contact with the exposed surface of the first conductivity type layer 21. In addition, the conductive characteristics at the time of voltage application are not disturbed.
That is, according to the present embodiment, for the electrode structure of the light emitting element to be mounted on the flip chip, both the ensuring of the mechanical joint strength for suppressing the peeling and the ensuring of the good conductivity when the voltage is applied are achieved. be able to.

本実施形態で説明したように、半導体層20がIII族窒化物半導体層である場合には、Alを含む金属材料によって第1電極50を形成することで電圧印加時の良好な導電性の確保しつつ、第1電極50よりAl含有率が低く、好ましくはAlを含有しない金属材料によって第1電極パッド60を形成することで、剥離を抑制するための機械的な接合強度を確保することができる。   As described in the present embodiment, when the semiconductor layer 20 is a group III nitride semiconductor layer, the first electrode 50 is formed of a metal material containing Al to ensure good conductivity during voltage application. However, by forming the first electrode pad 60 with a metal material having a lower Al content than that of the first electrode 50, and preferably with a metal material that does not contain Al, it is possible to ensure mechanical bonding strength for suppressing peeling. it can.

本実施形態で説明した構成および製造手順は、半導体素子の一例である発光素子、すなわち第1導電型層21、発光層22および第2導電型層23が順に積層された半導体層20を備えるものに適用した場合に非常に有効であると言える。なぜならば、このような発光素子は、バンプ70を介したフリップチップ実装をすると当該バンプ70を通じての放熱が行い易く、そのためにフリップチップ実装されて用いられることが多いので、上述したように機械的接合強度確保と電圧印加時の良好な導電性確保との両立を図ることが非常に重要となるからである。   The configuration and manufacturing procedure described in the present embodiment includes a light emitting element that is an example of a semiconductor element, that is, a semiconductor layer 20 in which a first conductive type layer 21, a light emitting layer 22, and a second conductive type layer 23 are sequentially stacked. It can be said that it is very effective when applied to. This is because such a light-emitting element is easy to dissipate heat through the bump 70 when flip-chip mounting is performed via the bump 70, and is therefore often used by being flip-chip mounted. This is because it is very important to ensure both the bonding strength and the good conductivity during voltage application.

本実施形態で説明したように、半導体層20が溝構造部24を有した構成であれば、端子面41,63の高さを揃えることが容易となるので、フリップチップ実装の際に発光素子が傾いてしまう等の不都合の発生を抑えることができる。つまり、上述したように機械的接合強度確保と電圧印加時の良好な導電性確保との両立を図りつつ、さらにフリップチップ実装の際の接続不良等の発生をも抑え得るようになるので、フリップチップ実装の信頼性を向上させることができる。   As described in the present embodiment, if the semiconductor layer 20 has the groove structure 24, it is easy to make the heights of the terminal surfaces 41 and 63 uniform. The occurrence of inconvenience such as tilting can be suppressed. In other words, as described above, while ensuring both the mechanical joint strength and the good electrical conductivity at the time of voltage application, it is also possible to suppress the occurrence of poor connection during flip chip mounting. The reliability of chip mounting can be improved.

本実施形態で説明したように、端子面41,63上のそれぞれに予めバンプ70を形成しておき、バンプ70が形成されている状態で発光素子製品としての工場出荷を行えば、当該バンプ70が形成されていない場合に比べて、製品出荷先で発光素子をフリップチップ実装する際の工数削減が図れる。したがって、発光素子製品の利用者にとっては、利便性に優れたものとなる。しかも、アセンブリ後における接合部分の剥離が抑制されるので、製品信頼性についても非常に優れたものとなる。   As described in this embodiment, if bumps 70 are formed in advance on the terminal surfaces 41 and 63 and the factory shipment as a light emitting element product is performed with the bumps 70 formed, the bumps 70 are concerned. Compared to the case where no is formed, it is possible to reduce the man-hour when flip chip mounting the light emitting element at the product shipping destination. Therefore, it is excellent in convenience for users of light emitting device products. In addition, since the peeling of the joint portion after assembly is suppressed, the product reliability is very excellent.

<4.変形例等>
以上に本発明の実施形態を説明したが、上述した開示内容は、本発明の例示的な実施形態を示すものである。すなわち、本発明の技術的範囲は、上述の例示的な実施形態に限定されるものではない。
以下に、上述した実施形態以外の変形例について説明する。
<4. Modified example>
While embodiments of the present invention have been described above, the above disclosure is intended to illustrate exemplary embodiments of the present invention. That is, the technical scope of the present invention is not limited to the exemplary embodiments described above.
Hereinafter, modifications other than the above-described embodiment will be described.

上述した実施形態では、第1電極50が非発光領域26における第2導電型層23上から溝構造部24の底部にまで延びるように成膜されている場合を例に挙げたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
図3は、本発明が適用された発光素子の他の概略構成例を示す側断面図である。
図例の発光素子では、溝構造部24の底部に第1電極50が成膜されている。そして、第2導電型層23上から溝構造部24の底部の第1電極50の上面にまで延びるように、第1電極パッド60が成膜されている。
このような構成の発光素子であっても、第1電極50は、第1導電型層21の露出面にオーミック接合される。また、第1電極パッド60は、第1電極50と電気的に接続するとともに、第2導電型層23の露出面と直接接合し、さらにその接合面の上方側に端子面63を有することになる。したがって、上述した実施形態の場合と同様に、フリップチップ実装される発光素子の電極構造につき、機械的接合強度確保と電圧印加時の良好な導電性確保との両立を図ることができる。
In the above-described embodiment, the case where the first electrode 50 is formed so as to extend from the second conductive type layer 23 to the bottom of the groove structure portion 24 in the non-light emitting region 26 is described as an example. Is not limited to such a configuration.
FIG. 3 is a side sectional view showing another schematic configuration example of the light emitting device to which the present invention is applied.
In the illustrated light emitting device, the first electrode 50 is formed on the bottom of the groove structure 24. Then, the first electrode pad 60 is formed so as to extend from above the second conductivity type layer 23 to the upper surface of the first electrode 50 at the bottom of the groove structure portion 24.
Even in the light emitting device having such a configuration, the first electrode 50 is in ohmic contact with the exposed surface of the first conductivity type layer 21. The first electrode pad 60 is electrically connected to the first electrode 50, directly joined to the exposed surface of the second conductivity type layer 23, and further has a terminal surface 63 on the upper side of the joined surface. Become. Therefore, as in the case of the above-described embodiment, the electrode structure of the light-emitting element that is flip-chip mounted can achieve both of ensuring the mechanical joint strength and ensuring good conductivity when a voltage is applied.

また、上述した実施形態では、半導体層20がIII族窒化物半導体層である場合に、第1電極50がAlを含む金属材料によって形成され、第1電極パッド60がAl含有率の低い金属材料によって形成されている場合を例に挙げたが、半導体材料と金属材料については、これらの間のオーミック性や接合性、耐熱性等を考慮しつつ、他種の材料を用いた構成とすることも考えられる。後述の実施例に挙げたように、Alを多く含む電極の場合は熱処理後の表面粗さが熱処理前の約30倍であり、Auを多く含む(Alを含まない)電極の場合は熱処理後の表面粗さが熱処理前の約5倍であり、Alを含まない方が良好な表面平坦性を得やすい。しかし、半導体層に対して良好なオーミック性を得るための金属材料の選択は限られており、半導体層20がIII族窒化物半導体層である場合は、n型層にAl以外の金属を用いる選択は一長一短があり、Alを選択せざるを得ない場合が多い。第1電極50にAl以外の金属を選択する場合であっても、熱処理後の表面粗さがRa=150Åを超えるような場合は、上述した実施形態を用いることが好ましい。   In the embodiment described above, when the semiconductor layer 20 is a group III nitride semiconductor layer, the first electrode 50 is formed of a metal material containing Al, and the first electrode pad 60 is a metal material having a low Al content. As an example, the semiconductor material and the metal material should be configured using other types of materials while taking into account the ohmic properties, bonding properties, heat resistance, etc. between them. Is also possible. As described in Examples below, in the case of an electrode containing a large amount of Al, the surface roughness after the heat treatment is about 30 times that before the heat treatment, and in the case of an electrode containing a large amount of Au (not containing Al), after the heat treatment. The surface roughness is about 5 times that before the heat treatment, and better surface flatness is easily obtained when Al is not included. However, the selection of a metal material for obtaining good ohmic properties with respect to the semiconductor layer is limited, and when the semiconductor layer 20 is a group III nitride semiconductor layer, a metal other than Al is used for the n-type layer. The selection has advantages and disadvantages, and in many cases, Al must be selected. Even when a metal other than Al is selected for the first electrode 50, when the surface roughness after the heat treatment exceeds Ra = 150%, it is preferable to use the above-described embodiment.

また、上述した実施形態では、半導体素子の製造にあたり、レジスト52を利用して第1電極50を成膜した後に、そのレジスト52の除去部分に第1電極パッド60を成膜することで、第1電極50に対して行う熱処理の影響が第1電極パッド60に及ばないようにした場合を例に挙げた。このように、第1電極50の熱処理後に第1電極パッド60を形成することで、第1電極パッド60に対する熱処理の影響は無く、第2導電型層23上の表面平坦性を端子面63にそのまま引き継ぐことができる。ただし、例えば第1電極パッド60について熱処理の影響に耐え得る材料選択等を行えば、先に第2導電型層23上の所望箇所に第1電極パッド60を成膜しておき、その後に第1電極50の成膜を行うようにすることも考えられる。その場合は、第1電極50とともに第1電極パッド60も熱処理を受けることとなる。   In the above-described embodiment, in manufacturing the semiconductor element, the first electrode 50 is formed using the resist 52, and then the first electrode pad 60 is formed on the removed portion of the resist 52. The case where the influence of the heat treatment performed on one electrode 50 does not reach the first electrode pad 60 is taken as an example. Thus, by forming the first electrode pad 60 after the heat treatment of the first electrode 50, there is no influence of the heat treatment on the first electrode pad 60, and the surface flatness on the second conductivity type layer 23 is imparted to the terminal surface 63. You can take over as it is. However, for example, if material selection that can withstand the influence of the heat treatment is performed on the first electrode pad 60, the first electrode pad 60 is first formed at a desired location on the second conductivity type layer 23, and then the first electrode pad 60 is formed. It is also conceivable to form one electrode 50. In that case, the first electrode pad 60 is also subjected to heat treatment together with the first electrode 50.

また、上述した実施形態では、バンプ70について、Pを添加したNi層の表面をAu層で覆うように、無電解メッキ等によって形成する場合を例に挙げたが、例えば金属材料によるメッキベタ膜によって形成しても構わない。
さらに、上述した実施形態では、端子面41,63上に予めバンプ70を形成しておく場合を例に挙げて説明したが、製品出荷時にはバンプ70を形成しておくことなく、製品出荷後からフリップチップ実装までのいずれかの時点でバンプ70を形成することも考えられる。すなわち、端子面41,63上には、必ずしもバンプ70が形成されていなくても構わない。また、バンプ以外の方法で実装する場合であっても、本端子面41,63は外部との接合に使用できる。
In the above-described embodiment, the bump 70 is formed by electroless plating or the like so that the surface of the Ni layer to which P is added is covered with the Au layer. It may be formed.
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the bumps 70 are formed in advance on the terminal surfaces 41 and 63 has been described as an example. However, the bumps 70 are not formed at the time of product shipment, and after the product shipment. It is also conceivable to form the bump 70 at any point up to the flip chip mounting. That is, the bumps 70 do not necessarily have to be formed on the terminal surfaces 41 and 63. Further, even when mounting by a method other than the bump, the terminal surfaces 41 and 63 can be used for bonding with the outside.

また、上述した実施形態では、本発明を発光素子に適用した場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、pn接合の半導体素子であれば発光素子以外にも適用することが考えられ、その場合にも電極構造につき機械的接合強度確保と電圧印加時の良好な導電性確保との両立を図ることができる。   In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a light-emitting element has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is not limited to a light-emitting element as long as it is a pn junction semiconductor element. In this case as well, it is possible to achieve both of ensuring the mechanical joint strength and ensuring good electrical conductivity during voltage application for the electrode structure.

次に、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明が、以下の実施例に限定されないことは勿論である。   Next, an Example is given and this invention is demonstrated concretely. However, it is needless to say that the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
実施例1では、図1に示した構成の発光素子を製造した。具体的には、サファイア基板10上に、n型のAlGaNからなる第1導電型層21、AlInGaNからなる発光層22、および、p型のAlGaNからなる第2導電型層23が順に積層されてなる半導体層20を形成するとともに、その半導体層20に溝構造部24をRIEによって形成し、半導体層20を発光領域25と非発光領域26とに分断した。なお、第2導電型層23の上面(露出面)は、触針式表面粗さ測定装置(ケーエルエーテンコール社製Alpha-Step IQ)による測定の結果、表面粗さRa=10Å程度の平坦性に優れた面となる。
Example 1
In Example 1, a light emitting device having the configuration shown in FIG. 1 was manufactured. Specifically, a first conductive type layer 21 made of n-type AlGaN, a light emitting layer 22 made of AlInGaN, and a second conductive type layer 23 made of p-type AlGaN are sequentially stacked on the sapphire substrate 10. A semiconductor layer 20 was formed, and a groove structure 24 was formed in the semiconductor layer 20 by RIE, and the semiconductor layer 20 was divided into a light emitting region 25 and a non-light emitting region 26. The upper surface (exposed surface) of the second conductivity type layer 23 is a flat surface having a surface roughness Ra of about 10 mm as a result of measurement by a stylus type surface roughness measuring device (Alpha-Step IQ manufactured by KLA Tencor). It becomes a surface with excellent properties.

そして、発光領域25における第2導電型層23の露出面上には、第2電極(すなわちp型電極)30として、Ni/Auの金属材料をそれぞれ100Å/200Åの膜厚で成膜した。   Then, on the exposed surface of the second conductivity type layer 23 in the light emitting region 25, a Ni / Au metal material was formed as a second electrode (that is, a p-type electrode) 30 to a thickness of 100/200 mm.

一方、非発光領域26における第2導電型層23の露出面上と、溝構造部24の底部における第1導電型層21の露出面上とには、第1電極(すなわちn型電極)50として、これらの間の繋ぐ連続膜となるように、Ti/Al/Tiの金属材料をそれぞれ300Å/6000Å/50Åの膜厚で成膜した。この第1電極50は、第2導電型層23上の全面を覆うのではなく、部分的に当該第2導電型層23の露出面を残すように成膜されている。そして、第1電極50に対しては、第1導電型層21とのオーミック性確保のために、N+Oガス雰囲気中で550℃の熱処理を施した。この熱処理により、第1電極50の表面には凹凸ができ、熱処理前に表面粗さRa=10Å程度であってものが、熱処理後に表面粗さRa=300Å程度となる。なお、Alを含まない第2電極30においては、熱処理後においても表面粗さが大幅に大きくなることはなく、熱処理後の表面粗さはRa=50Å程度であった。 On the other hand, on the exposed surface of the second conductivity type layer 23 in the non-light emitting region 26 and on the exposed surface of the first conductivity type layer 21 in the bottom of the groove structure 24, the first electrode (ie, n-type electrode) 50 is provided. Then, a Ti / Al / Ti metal material was formed to a thickness of 300/6000/50 mm so as to form a continuous film connecting them. The first electrode 50 is formed not to cover the entire surface of the second conductivity type layer 23 but to partially leave the exposed surface of the second conductivity type layer 23. Then, the first electrode 50 was subjected to a heat treatment at 550 ° C. in an N 2 + O 2 gas atmosphere in order to ensure ohmic properties with the first conductivity type layer 21. By this heat treatment, the surface of the first electrode 50 is uneven, and the surface roughness Ra = about 10 に before the heat treatment becomes about 300 後 に after the heat treatment. In the second electrode 30 containing no Al, the surface roughness did not increase significantly even after the heat treatment, and the surface roughness after the heat treatment was about Ra = 50 mm.

その後、第2電極30の上面には、第2電極パッド(すなわちp型電極パッド)40として、Ti/Au/Tiの金属材料をそれぞれ200Å/2000Å/100Åの膜厚で成膜した。同時に、第1電極50に覆われていない第2導電型層23の露出面上にも、第1電極パッド(すなわちn型電極パッド)60として、Ti/Au/Tiの金属材料をそれぞれ200Å/2000Å/100Åの膜厚で成膜した。この第1電極パッド60は、第2導電型層23の露出面が平坦性に優れ表面粗れ等が生じておらず、第1電極50の上面に形成される場合とは異なり当該第1電極50に対する熱処理(すなわち当該第1電極50の表面粗さ)の影響を受けないことから、端子面63が表面粗さRa=10Å程度の平坦性に優れた面となる。なお、第2電極パッド40の端子面41は、表面粗さRa=50Å程度の面となる。
なお、ここでは、第2電極パッド40と第1電極パッド60を同一工程で形成しており、各電極材の厚さの差分高さがn側とp側で異なることになるが、その差は最大で0.5μm程度なので、この値を鑑みれば大きな影響は出ないと考えられる。ただし、第1電極パッド60における端子面63の高さを第2電極パッド40における端子面41の高さに揃えるように、厚さを変えて別々に成膜しても良い。
Thereafter, a Ti / Au / Ti metal material was formed on the upper surface of the second electrode 30 as a second electrode pad (that is, a p-type electrode pad) 40 with a thickness of 200/2000/100 mm, respectively. At the same time, on the exposed surface of the second conductivity type layer 23 that is not covered with the first electrode 50, a Ti / Au / Ti metal material is used as the first electrode pad (ie, n-type electrode pad) 60, respectively, at a thickness of 200 / cm. The film was formed with a thickness of 2000 mm / 100 mm. Unlike the case where the first electrode pad 60 is formed on the upper surface of the first electrode 50, the exposed surface of the second conductivity type layer 23 is excellent in flatness and has no surface roughness. 50 is not affected by the heat treatment for 50 (that is, the surface roughness of the first electrode 50), the terminal surface 63 becomes a surface having excellent flatness with a surface roughness Ra of about 10 mm. The terminal surface 41 of the second electrode pad 40 is a surface having a surface roughness Ra = 50 mm.
Here, the second electrode pad 40 and the first electrode pad 60 are formed in the same process, and the difference height of the thickness of each electrode material is different between the n side and the p side. Is about 0.5 μm at the maximum, and it is considered that there is no significant influence in view of this value. However, the film may be formed separately at different thicknesses so that the height of the terminal surface 63 in the first electrode pad 60 is equal to the height of the terminal surface 41 in the second electrode pad 40.

そして、第1電極パッド60の端子面63上および第2電極パッド40の端子面41上には、無電解ニッケルメッキでPを添加したNi層を形成し、その表面を置換金メッキで被覆し、さらに置換金メッキ表面を無電解金メッキで覆うことで、バンプ70を6μmの厚さで形成した。   Then, on the terminal surface 63 of the first electrode pad 60 and the terminal surface 41 of the second electrode pad 40, an Ni layer to which P is added by electroless nickel plating is formed, and the surface thereof is covered with displacement gold plating, Further, the bump 70 was formed to a thickness of 6 μm by covering the surface of the displacement gold plating with electroless gold plating.

このような実施例1の発光素子において、第1電極パッド60の端子面63は、表面粗さRa=10Å程度の平坦性に優れた面となる。そのため、端子面63は、その上に形成されるバンプ70との接合強度を十分に確保することができ、バンプをSi基板にはんだ接合(Au/Sn半田を300℃加熱)した後、ダイシェア測定装置アークテック社製万能型ボンドテスター4000−PXY(条件:ボールシェアテスト)により発光素子に水平方向の応力を加えてシェア強度を測定した結果、接合の強さを表す指標となるシェア強度は240g程度であった。   In such a light emitting device of Example 1, the terminal surface 63 of the first electrode pad 60 is a surface having excellent flatness with a surface roughness Ra of about 10 mm. Therefore, the terminal surface 63 can sufficiently secure the bonding strength with the bump 70 formed thereon, and after the bump is soldered to the Si substrate (Au / Sn solder is heated at 300 ° C.), the die shear measurement is performed. As a result of measuring the shear strength by applying a horizontal stress to the light emitting element with a universal bond tester 4000-PXY (condition: ball shear test) manufactured by Arctech Co., Ltd., the shear strength serving as an index representing the strength of bonding is 240 g. It was about.

(比較例1)
次に、上述した実施例1に対する比較例1を説明する。比較例1では、図4に示す従来構成の発光素子を製造した。具体的には、非発光領域26における第2導電型層23の露出面上から、溝構造部24の底部における第1導電型層21の露出部分にまで延びるように、第1電極(すなわちn型電極)110として、Ti/Al/Tiの金属材料をそれぞれ300Å/6000Å/50Åの膜厚で成膜した。そして、第1電極110に対しては、第1導電型層21とのオーミック性確保のために、550℃の熱処理を施した。この熱処理の後、第1電極110上には、第1電極パッド(すなわちn型電極パッド)120として、Ti/Au/Tiの金属材料を、それぞれ200Å/2000Å/100Åの膜厚で成膜した。他は、実施例1の場合と全く同様である。
(Comparative Example 1)
Next, the comparative example 1 with respect to Example 1 mentioned above is demonstrated. In Comparative Example 1, a conventional light emitting device shown in FIG. 4 was manufactured. Specifically, the first electrode (that is, n) extends from the exposed surface of the second conductivity type layer 23 in the non-light emitting region 26 to the exposed portion of the first conductivity type layer 21 at the bottom of the groove structure portion 24. As the mold electrode 110, a Ti / Al / Ti metal material was formed to a thickness of 300/6000/50 mm, respectively. The first electrode 110 was subjected to a heat treatment at 550 ° C. in order to ensure ohmic properties with the first conductivity type layer 21. After this heat treatment, a Ti / Au / Ti metal material was formed on the first electrode 110 as a first electrode pad (that is, an n-type electrode pad) 120 to a thickness of 200 mm / 2000 mm / 100 mm, respectively. . Others are the same as those in the first embodiment.

このような比較例1の発光素子において、熱処理後における第1電極110は、表面粗さRa=300Å程度となる。そのため、その上に第1電極パッド120を形成しても、当該第1電極パッド120の表面は下地の表面粗さRaを引き継ぐことになるため、当該第1電極パッド120の端子面においても表面粗さRa=300Å程度となる。   In such a light emitting device of Comparative Example 1, the first electrode 110 after the heat treatment has a surface roughness Ra of about 300 mm. For this reason, even if the first electrode pad 120 is formed thereon, the surface of the first electrode pad 120 inherits the surface roughness Ra of the base, so that the surface of the terminal surface of the first electrode pad 120 is also a surface. The roughness Ra is about 300 mm.

したがって、比較例1の発光素子では、必ずしも第1電極パッド120の端子面上に形成されるバンプとの接合強度を十分に確保できるとは言えず、接合の強さを表す指標となるシェア強度が140g程度となる。   Therefore, in the light emitting element of Comparative Example 1, it cannot be said that the bonding strength with the bump formed on the terminal surface of the first electrode pad 120 can be sufficiently ensured, and the shear strength serving as an index representing the bonding strength. Becomes about 140 g.

(比較例2)
次に、上述した実施例1に対する比較例2を説明する。比較例2では、図5に示す従来構成の発光素子を製造した。具体的には、第1導電型層21、発光層22および第2導電型層23が順に積層されてなる半導体層20の一部を第2導電型層23の側からエッチング除去して、第1導電型層21の露出面を形成した。そして、その第1導電型層21の露出面上に、第1電極(すなわちn型電極)110として、Ti/Al/Tiの金属材料をそれぞれ300Å/6000Å/50Åの膜厚で成膜した後、その成膜した第1電極110に対して550℃の熱処理を施した。さらに、第1電極110上には、第1電極パッド(すなわちn型電極パッド)120として、Ti/Au/Tiの金属材料を、それぞれ200Å/2000Å/100Åの膜厚で成膜した。
(Comparative Example 2)
Next, the comparative example 2 with respect to Example 1 mentioned above is demonstrated. In Comparative Example 2, a light emitting device having a conventional configuration shown in FIG. 5 was manufactured. Specifically, a part of the semiconductor layer 20 in which the first conductive type layer 21, the light emitting layer 22, and the second conductive type layer 23 are sequentially stacked is removed by etching from the second conductive type layer 23 side. An exposed surface of the one conductivity type layer 21 was formed. Then, on the exposed surface of the first conductivity type layer 21, a Ti / Al / Ti metal material having a thickness of 300/6000/50 mm is formed as the first electrode (ie, n-type electrode) 110, respectively. Then, a heat treatment at 550 ° C. was performed on the formed first electrode 110. Further, a Ti / Au / Ti metal material was formed as a first electrode pad (namely, n-type electrode pad) 120 on the first electrode 110 with a thickness of 200/2000/100 mm, respectively.

このような比較例2の発光素子において、第1電極110の上面は、熱処理によって凹凸ができることに加えて、第1導電型層21の露出面を形成した際のエッチングによる表面荒れも加算されるため、表面粗さRa≧300Å程度となる。そのため、そのため、その上に第1電極パッド120を形成しても、当該第1電極パッド120の表面は下地の表面粗さRaを引き継ぐことになるため、当該第1電極パッド120の端子面においても表面粗さRa≧300Å程度となる。   In the light emitting device of Comparative Example 2, the upper surface of the first electrode 110 is not only uneven by heat treatment, but also the surface roughness due to etching when the exposed surface of the first conductivity type layer 21 is formed is added. Therefore, the surface roughness Ra ≧ 300 mm. Therefore, even if the first electrode pad 120 is formed on the surface, the surface of the first electrode pad 120 takes over the surface roughness Ra of the base. The surface roughness Ra ≧ 300 mm.

したがって、比較例2の発光素子では、必ずしも第1電極パッド120の端子面上に形成されるバンプとの接合強度を十分に確保できるとは言えず、接合の強さを表す指標となるシェア強度が120g程度となる。   Therefore, in the light emitting element of Comparative Example 2, it cannot be said that the bonding strength with the bump formed on the terminal surface of the first electrode pad 120 is necessarily sufficient, and the shear strength that serves as an index representing the bonding strength. Becomes about 120 g.

しかも、比較例2の発光素子では、フリップチップ実装のために、p側とn側とでバンプの厚さを変える必要が生じたり、あるいは第1電極パッド120と第2電極パッド40の厚さを変える必要が生じたりする。そのため、バンプ等の形成工程での工数増を招くおそれがある点でも好ましくない。   In addition, in the light emitting device of Comparative Example 2, it is necessary to change the thickness of the bump between the p side and the n side for flip chip mounting, or the thickness of the first electrode pad 120 and the second electrode pad 40. May need to be changed. Therefore, it is not preferable in that it may increase the number of man-hours in the bump formation process.

(まとめ)
以上に説明した実施例1と比較例1,2とを比べると、実施例1におけるシェア強度が240g程度であるのに対して、比較例1におけるシェア強度は140g程度、比較例2におけるシェア強度は120g程度であり、実施例1のシェア強度のほうが優れていることがわかる。また、シェア強度測定における破断箇所を観察すると、実施例1では主にSi基板上のAu/Snはんだ層とバンプとの間で起きているのに対し、比較例1,2のようにシェア強度が弱いものでは、バンプと電極パッドとの間(端子面)で起きていることが分かった。したがって、実施例1の発光素子であれば、比較例1,2の場合と比べて、フリップチップ実装を行った後に接合部分に剥離が生じてしまうのを抑制できる。
(Summary)
Comparing Example 1 described above with Comparative Examples 1 and 2, the shear strength in Example 1 is about 240 g, whereas the shear strength in Comparative Example 1 is about 140 g, and the shear strength in Comparative Example 2 Is about 120 g, and it can be seen that the shear strength of Example 1 is superior. Moreover, when the fracture | rupture location in a shear strength measurement is observed, in Example 1, it occurred mainly between the Au / Sn solder layer and bump on the Si substrate, whereas the shear strength as in Comparative Examples 1 and 2. It was found that in the case of weak, it occurred between the bump and the electrode pad (terminal surface). Therefore, if it is the light emitting element of Example 1, it can suppress that peeling will arise in a junction part after performing flip-chip mounting compared with the case of Comparative Examples 1 and 2.

10…サファイア基板、20…半導体層、21…第1導電型層、22…発光層、23…第2導電型層、24…溝構造部、25…発光領域、26…非発光領域、30…第2電極、40…第2電極パッド、41…端子面、50…第1電極、60…第1電極パッド、61…接合面、62…接続箇所、63…端子面、70…バンプ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sapphire substrate, 20 ... Semiconductor layer, 21 ... 1st conductivity type layer, 22 ... Light emission layer, 23 ... 2nd conductivity type layer, 24 ... Groove structure part, 25 ... Light emission area, 26 ... Non light emission area, 30 ... 2nd electrode, 40 ... 2nd electrode pad, 41 ... Terminal surface, 50 ... 1st electrode, 60 ... 1st electrode pad, 61 ... Bonding surface, 62 ... Connection location, 63 ... Terminal surface, 70 ... Bump

Claims (8)

少なくとも第1導電型層および第2導電型層を有する半導体層と、
前記半導体層における前記第1導電型層の露出面とオーミック接合するように形成された第1電極と、
前記半導体層における前記第2導電型層の露出面の上方側に位置するように配されて外部との接合に用いられる端子面と、当該第2導電型層の露出面と直接接合する接合面と、前記第1電極と電気的に接続する接続箇所とを有して形成された第1電極パッドと、
を備えることを特徴とする半導体素子。
A semiconductor layer having at least a first conductivity type layer and a second conductivity type layer;
A first electrode formed in ohmic contact with an exposed surface of the first conductivity type layer in the semiconductor layer;
A terminal surface that is arranged to be positioned above the exposed surface of the second conductivity type layer in the semiconductor layer and is used for bonding to the outside, and a bonding surface that is directly bonded to the exposed surface of the second conductivity type layer And a first electrode pad formed having a connection portion electrically connected to the first electrode,
A semiconductor device comprising:
少なくとも第1導電型層および第2導電型層を有する半導体層と、
前記半導体層における前記第1導電型層の露出面とオーミック接合するように形成された第1電極と、
前記半導体層における前記第2導電型層の露出面の上方側に位置するように配されて外部との接合に用いられる端子面と、当該第2導電型層の露出面と直接接合する接合面と、前記第1電極と電気的に接続する接続箇所とを有して形成された第1電極パッドと、
前記第1電極パッドの端子面上に形成された金属材料からなるバンプと、
を備えることを特徴とする半導体素子。
A semiconductor layer having at least a first conductivity type layer and a second conductivity type layer;
A first electrode formed in ohmic contact with an exposed surface of the first conductivity type layer in the semiconductor layer;
A terminal surface that is arranged to be positioned above the exposed surface of the second conductivity type layer in the semiconductor layer and is used for bonding to the outside, and a bonding surface that is directly bonded to the exposed surface of the second conductivity type layer And a first electrode pad formed having a connection portion electrically connected to the first electrode,
A bump made of a metal material formed on the terminal surface of the first electrode pad;
A semiconductor device comprising:
前記半導体層は、III族窒化物半導体層であり、
前記第1電極は、アルミニウムを含む金属材料によって形成され、
前記第1電極パッドは、前記第1電極よりアルミニウム含有率が低い金属材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体素子。
The semiconductor layer is a group III nitride semiconductor layer,
The first electrode is formed of a metal material containing aluminum,
The semiconductor element according to claim 1, wherein the first electrode pad is formed of a metal material having an aluminum content lower than that of the first electrode.
前記半導体層は、発光層を挟んで前記第1導電型層と前記第2導電型層とが配された発光素子用のものである
ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体素子。
The semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor layer is for a light emitting element in which the first conductive type layer and the second conductive type layer are arranged with a light emitting layer interposed therebetween.
前記半導体層は、前記第1導電型層、前記発光層および前記第2導電型層の積層方向に掘られた溝構造部を有し、当該溝構造部によって発光領域と非発光領域とが分断されているとともに、当該溝構造部の底部に前記第1導電型層の露出面が形成されており、
前記第1電極パッドは、前記非発光領域における前記第2導電型層の露出面と直接接合するように形成されており、
前記発光領域における前記第2導電型層の露出面上には、当該露出面と直接接合するように形成された第2電極と、当該第2電極と電気的に接続するとともに外部との接合に用いられる端子面を有する第2電極パッドとが形成されている
ことを特徴とする請求項4記載の半導体素子。
The semiconductor layer has a groove structure portion dug in the stacking direction of the first conductivity type layer, the light emitting layer, and the second conductivity type layer, and the light emitting region and the non-light emitting region are divided by the groove structure portion. And the exposed surface of the first conductivity type layer is formed at the bottom of the groove structure portion,
The first electrode pad is formed so as to be directly bonded to the exposed surface of the second conductivity type layer in the non-light emitting region,
On the exposed surface of the second conductivity type layer in the light emitting region, a second electrode formed so as to be directly bonded to the exposed surface, and electrically connected to the second electrode and bonded to the outside The semiconductor element according to claim 4, wherein a second electrode pad having a terminal surface to be used is formed.
前記第2電極パッドの端子面上に金属材料からなるバンプが形成されている
ことを特徴とする請求項5記載の半導体素子。
The semiconductor element according to claim 5, wherein a bump made of a metal material is formed on a terminal surface of the second electrode pad.
基板上に、当該基板側から順に、第1導電型層、発光層および第2導電型層を有する積層構造の半導体層を形成する工程と、
前記第2導電型層の側からエッチングにより溝構造部を形成し、当該溝構造部によって前記半導体層を発光領域と非発光領域とに分断するとともに、当該溝構造部の底部に前記第1導電型層を露出させる工程と、
少なくとも前記溝構造部の底部における前記第1導電型層の露出面と接合する第1電極を、アルミニウムを含む金属材料によって形成する工程と、
前記第1電極に対する熱処理を行って当該第1電極を前記第1導電型層の露出面とオーミック接合させる工程と、
前記第1電極と電気的に接続する接続箇所を有するとともに、前記非発光領域における前記第2導電型層の露出面と直接接合する接合面を有し、外部との接合に用いられる端子面が当該接合面の上方側に位置するように構成された第1電極パッドを、前記第1電極よりアルミニウム含有率が低い金属材料によって形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
Forming a semiconductor layer having a stacked structure including a first conductivity type layer, a light emitting layer, and a second conductivity type layer on the substrate in order from the substrate side;
A groove structure is formed by etching from the second conductivity type layer side, the semiconductor layer is divided into a light emitting region and a non-light emitting region by the groove structure, and the first conductive layer is formed at the bottom of the groove structure. Exposing the mold layer;
Forming a first electrode joined to an exposed surface of the first conductivity type layer at least at the bottom of the groove structure with a metal material containing aluminum;
Performing a heat treatment on the first electrode to bring the first electrode into ohmic contact with the exposed surface of the first conductivity type layer;
A terminal surface that has a connection portion that is electrically connected to the first electrode, has a bonding surface that directly bonds to the exposed surface of the second conductivity type layer in the non-light emitting region, and is used for bonding to the outside. Forming a first electrode pad configured to be located above the bonding surface with a metal material having an aluminum content lower than that of the first electrode.
前記発光領域における前記第2導電型層の露出面上に第2電極を形成する工程と、
前記第2電極上に外部との接合に用いられる端子面を有する第2電極パッドを形成する工程と、
前記第1電極パッドの端子面上および前記第2電極パッドの端子面上のそれぞれに金属材料からなるバンプを形成する工程と
を備えることを特徴とする請求項7記載の半導体素子の製造方法。
Forming a second electrode on an exposed surface of the second conductivity type layer in the light emitting region;
Forming a second electrode pad having a terminal surface used for bonding to the outside on the second electrode;
Forming a bump made of a metal material on each of the terminal surface of the first electrode pad and the terminal surface of the second electrode pad.
JP2012156202A 2012-07-12 2012-07-12 Semiconductor element and manufacturing method of the same Pending JP2014022380A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012156202A JP2014022380A (en) 2012-07-12 2012-07-12 Semiconductor element and manufacturing method of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012156202A JP2014022380A (en) 2012-07-12 2012-07-12 Semiconductor element and manufacturing method of the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014022380A true JP2014022380A (en) 2014-02-03

Family

ID=50196983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012156202A Pending JP2014022380A (en) 2012-07-12 2012-07-12 Semiconductor element and manufacturing method of the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014022380A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104064653A (en) * 2014-07-04 2014-09-24 映瑞光电科技(上海)有限公司 Light-emitting diode, package substrate structure and packaging method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10223930A (en) * 1997-02-04 1998-08-21 Rohm Co Ltd Semiconductor light emitting element
JP2001230448A (en) * 1997-01-31 2001-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light emitting element and light emitting device as well as their manufacturing method
JP2003110139A (en) * 2001-09-28 2003-04-11 Sanyo Electric Co Ltd Nitride semiconductor light emitting element
JP2011129764A (en) * 2009-12-18 2011-06-30 Showa Denko Kk Flip-chip light-emitting diode and method of manufacturing the same
JP2012080089A (en) * 2010-10-04 2012-04-19 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi Light-emitting element having plural contact parts

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001230448A (en) * 1997-01-31 2001-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light emitting element and light emitting device as well as their manufacturing method
JPH10223930A (en) * 1997-02-04 1998-08-21 Rohm Co Ltd Semiconductor light emitting element
JP2003110139A (en) * 2001-09-28 2003-04-11 Sanyo Electric Co Ltd Nitride semiconductor light emitting element
JP2011129764A (en) * 2009-12-18 2011-06-30 Showa Denko Kk Flip-chip light-emitting diode and method of manufacturing the same
JP2012080089A (en) * 2010-10-04 2012-04-19 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi Light-emitting element having plural contact parts

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104064653A (en) * 2014-07-04 2014-09-24 映瑞光电科技(上海)有限公司 Light-emitting diode, package substrate structure and packaging method
WO2016000584A1 (en) * 2014-07-04 2016-01-07 映瑞光电科技(上海)有限公司 Light-emitting diode, package substrate structure and packaging method
GB2542732A (en) * 2014-07-04 2017-03-29 Enraytek Optoelectronics Co Light-emitting diode, package substrate structure and packaging method
GB2542732B (en) * 2014-07-04 2018-04-04 Enraytek Optoelectronics Co Packaged light emitting diode substrate structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5782823B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
TWI422065B (en) Light emitting diode chip, package structure of the same, and fabricating method thereof
US9356213B2 (en) Manufacturing method of a light-emitting device having a patterned substrate
KR100941766B1 (en) Light Emitting Diodes with redistributed metal pad and its manufacture method
JP5032017B2 (en) Semiconductor light emitting device, method for manufacturing the same, and semiconductor light emitting device
US7829911B2 (en) Light emitting diode
JP6103601B2 (en) Light emitting diode
TWI300277B (en) Method for manufacturing gallium nitride light emitting diode devices
JP5983125B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP2012074665A (en) Light-emitting diode
JP2015012244A (en) Semiconductor light-emitting element
US11393967B2 (en) Eutectic electrode structure of flip-chip LED chip and flip-chip LED chip
JP5537625B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP2018037500A (en) Light emitting element manufacturing method
TW201041179A (en) Compliant bonding structures for semiconductor devices
JP2007049045A (en) Semiconductor light emitting device and semiconductor device using the same
KR101189081B1 (en) Wafer substrate bonding structure, light emitting diode comprising the same and manufacturing method thereof
TW201547053A (en) Method of forming a light-emitting device
JP5988489B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5167831B2 (en) Group III nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5806608B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2009176966A5 (en)
JP6136717B2 (en) LIGHT EMITTING ELEMENT, LIGHT EMITTING DEVICE, AND LIGHT EMITTING ELEMENT MANUFACTURING METHOD
JP2017054902A (en) Semiconductor light emitting device
JP2014022380A (en) Semiconductor element and manufacturing method of the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150511

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160225

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160412

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160831