JP2015177087A - 半導体発光装置とその製造方法 - Google Patents
半導体発光装置とその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015177087A JP2015177087A JP2014053133A JP2014053133A JP2015177087A JP 2015177087 A JP2015177087 A JP 2015177087A JP 2014053133 A JP2014053133 A JP 2014053133A JP 2014053133 A JP2014053133 A JP 2014053133A JP 2015177087 A JP2015177087 A JP 2015177087A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor layer
- semiconductor
- electrode
- insulating film
- 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
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims abstract description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 48
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 48
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 15
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 14
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 claims 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 207
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 3
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
- H01L33/382—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending partially in or entirely through the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/405—Reflective materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
【課題】
半導体積層にビア孔を形成し、ビア孔底面に形成するコンタクト電極の面積を制限する際に生じる問題を解決する。
【解決手段】
半導体発光装置は、第1導電型を有する第1半導体層、活性層、第2導電型を有する第2半導体層の積層を含む半導体積層と、第2半導体層上に形成された第2電極と、第2半導体層表面から、第2半導体層、活性層を貫通し、第1半導体層に入り、側面に半導体積層を露出し、底面に第1半導体層を露出する凹部と、凹部の底面に開口を有し、凹部側面を覆う絶縁膜と、開口に露出した前記第1半導体層を掘り下げて形成したコンタクト領域と、コンタクト領域の内面を覆い、コンタクト領域に近接する絶縁膜縁上に回り込む部分を有する、第1半導体層側コンタクト電極と、第1半導体層側コンタクト電極を覆い、絶縁膜上に延在する、第1半導体層側高反射率電極とを有する。
【選択図】 図3
半導体積層にビア孔を形成し、ビア孔底面に形成するコンタクト電極の面積を制限する際に生じる問題を解決する。
【解決手段】
半導体発光装置は、第1導電型を有する第1半導体層、活性層、第2導電型を有する第2半導体層の積層を含む半導体積層と、第2半導体層上に形成された第2電極と、第2半導体層表面から、第2半導体層、活性層を貫通し、第1半導体層に入り、側面に半導体積層を露出し、底面に第1半導体層を露出する凹部と、凹部の底面に開口を有し、凹部側面を覆う絶縁膜と、開口に露出した前記第1半導体層を掘り下げて形成したコンタクト領域と、コンタクト領域の内面を覆い、コンタクト領域に近接する絶縁膜縁上に回り込む部分を有する、第1半導体層側コンタクト電極と、第1半導体層側コンタクト電極を覆い、絶縁膜上に延在する、第1半導体層側高反射率電極とを有する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、半導体発光装置とその製造方法に関する。
白色光を発生できるAlGaInN(以下GaN系と呼ぶ)発光ダイオードが開発されている。例えば、サファイア基板上に、n型GaN系層、多重量子井戸GaN系活性層、p型GaN系層を有機金属気相成長(MOCVD)で成長し、GaN系半導体エピタキシャル積層を形成する。発光ダイオード(LED)として機能させるためには、p型GaN系層、n型GaN系層に電極を接続する必要がある。例えば、露出しているp型GaN系層上にp側電極を形成し、p型GaN系層、GaN系活性層をエッチングしてn型GaN層を露出するビア孔を形成し、ビア孔底面上にn側電極を形成することができる。同一面側にp側電極、n側電極を形成する場合、p側電極、n側電極と接続する接続配線層を備えた支持基板をエピタキシャル層上方に結合することができる。
サファイア基板は、放熱特性が優れているとは言えない。成長基板として機能したサファイア基板を除去して、n型GaN系層を露出する構成がある。p型GaN系層側に、p側電極、n側電極を形成した場合、露出したn型GaN系層全面を光出射面とすることができる。露出したn型層表面を粗面化すると、光取り出し効率を向上できる。
p側電極は、Agを主成分とする反射電極で構成して、p型層表面に広く分布形成することができる。反射率を高くすることにより、光取り出し効率を向上できる。n側電極を配置するビア孔は、活性層が除去されるので、発光機能は失われる。但し、n側電極の上(光出射面側)にn型GaN層が存在し、周囲の領域からの光が伝播できる。n側電極を反射電極として、なるべく多くの伝播光をn型層表面側に反射させ、輝度ムラを緩和することが考えられる。反射率を高くするため、n側電極もAgを主成分とする金属層で構成することが考えられる。
第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層を積層し、第2導電型半導体層上に開口を有する第2導電型側高反射率電極を形成し、開口内の第2導電型半導体層、活性層をエッチして第1導電型半導体層を露出し、第1導電型半導体層上にコンタクト性を確保するコンタクト電極を形成し、コンタクト電極上方に高反射率を確保する第1導電型側高反射率電極を形成することを検討した。
コンタクト電極の反射率は低くなるので、コンタクト面以外に延在するコンタクト電極面積はなるべく狭く制限し、光が直接高反射率の高反射率電極に入射するように試みた。すると、新たな現象が発生し、高い反射率を有し、信頼性の高い第1導電型層側電極は実現困難であった。
実施例によれば、
第1導電型を有する第1半導体層、活性層、第2導電型を有する第2半導体層の積層を含む半導体積層と、
前記第2半導体層上に形成された第2電極と、
前記第2半導体層表面から、前記第2半導体層、前記活性層を貫通し、前記第1半導体層に入り、側面に前記半導体積層を露出し、底面に前記第1半導体層を露出する凹部と、
前記凹部の底面に開口を有し、前記凹部側面を覆う絶縁膜と、
前記開口に露出した前記第1半導体層を掘り下げて形成したコンタクト領域と、
前記コンタクト領域の内面を覆い、前記コンタクト領域に近接する前記絶縁膜縁上に回り込む部分を有する、第1半導体層側コンタクト電極と、
前記第1半導体層側コンタクト電極を覆い、前記絶縁膜上に延在する、第1半導体層側高反射率電極と
を有する半導体発光装置
が提供される。
第1導電型を有する第1半導体層、活性層、第2導電型を有する第2半導体層の積層を含む半導体積層と、
前記第2半導体層上に形成された第2電極と、
前記第2半導体層表面から、前記第2半導体層、前記活性層を貫通し、前記第1半導体層に入り、側面に前記半導体積層を露出し、底面に前記第1半導体層を露出する凹部と、
前記凹部の底面に開口を有し、前記凹部側面を覆う絶縁膜と、
前記開口に露出した前記第1半導体層を掘り下げて形成したコンタクト領域と、
前記コンタクト領域の内面を覆い、前記コンタクト領域に近接する前記絶縁膜縁上に回り込む部分を有する、第1半導体層側コンタクト電極と、
前記第1半導体層側コンタクト電極を覆い、前記絶縁膜上に延在する、第1半導体層側高反射率電極と
を有する半導体発光装置
が提供される。
実施例によれば、
成長基板上に、第1導電型を有する第1半導体層、活性層、第2導電型を有する第2半導体層の積層を含む半導体積層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第2半導体層表面から、前記第2半導体層、前記活性層を貫通し、前記第1半導体層に入るエッチングを行い、側面に前記半導体積層を露出し、底面に前記第1半導体層を露出する凹部を形成する工程と、
前記凹部内面を覆い、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に犠牲レジスト下層とフォトレジスト上層との積層レジスト層を形成する工程と、
前記凹部底面に開口を有するパターンを前記積層レジスト層に露光する工程と、
前記積層レジスト層を現像し、前記犠牲レジスト層端部を前記フォトレジスト層端部より引き下げて、前記絶縁膜上方に引き込み空間を形成する工程と、
前記積層レジスト層をエッチングマスクとして前記絶縁膜、その下の前記第1半導体層を掘り下げてコンタクト領域を形成する工程と、
前記コンタクト領域の前記第1半導体層、前記絶縁膜、前記積層レジスト層上にコンタクトメタル層を堆積し、前記引き込み空間の底面肩部上に配置されたフック部を有するコンタクト電極を形成する工程と、
前記積層レジスト層を除去するとともにその上に堆積したコンタクトメタルをリフトオフする工程と、
前記コンタクト電極を覆い、周囲の前記絶縁膜上に延在する、高反射率電極を形成する工程と、
を有する半導体発光装置の製造方法
が提供される。
成長基板上に、第1導電型を有する第1半導体層、活性層、第2導電型を有する第2半導体層の積層を含む半導体積層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第2半導体層表面から、前記第2半導体層、前記活性層を貫通し、前記第1半導体層に入るエッチングを行い、側面に前記半導体積層を露出し、底面に前記第1半導体層を露出する凹部を形成する工程と、
前記凹部内面を覆い、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に犠牲レジスト下層とフォトレジスト上層との積層レジスト層を形成する工程と、
前記凹部底面に開口を有するパターンを前記積層レジスト層に露光する工程と、
前記積層レジスト層を現像し、前記犠牲レジスト層端部を前記フォトレジスト層端部より引き下げて、前記絶縁膜上方に引き込み空間を形成する工程と、
前記積層レジスト層をエッチングマスクとして前記絶縁膜、その下の前記第1半導体層を掘り下げてコンタクト領域を形成する工程と、
前記コンタクト領域の前記第1半導体層、前記絶縁膜、前記積層レジスト層上にコンタクトメタル層を堆積し、前記引き込み空間の底面肩部上に配置されたフック部を有するコンタクト電極を形成する工程と、
前記積層レジスト層を除去するとともにその上に堆積したコンタクトメタルをリフトオフする工程と、
前記コンタクト電極を覆い、周囲の前記絶縁膜上に延在する、高反射率電極を形成する工程と、
を有する半導体発光装置の製造方法
が提供される。
n型層上の、n側電極のコンタクト性(オーミック性、密着性)を良好にするには、n型層上に1nm以上の厚さのTi層をコンタクト層として形成することが望ましい。1nm以上のTi層を形成すると、n型層内からn側電極に向って進行し、n側電極で反射する光の反射率は低い。反射率を向上させるためにTi層の厚さを減少し、Ag、Al等の高反射率
金属層を積層すると、コンタクト性が悪くなる。反射率とコンタクト性がトレードオフの関係にあり、デバイス特性向上の障壁になる。なお、コンタクト電極はTi層に限らない。
金属層を積層すると、コンタクト性が悪くなる。反射率とコンタクト性がトレードオフの関係にあり、デバイス特性向上の障壁になる。なお、コンタクト電極はTi層に限らない。
ところで、n側電極のコンタクト領域はビア孔底面のn型層とn側電極との接触領域であるが、n型層表面の平面視におけるn側電極の占有領域はその周囲に及び、p型層表面のp側電極近傍に及ぶ。占有領域の半径がコンタクト領域の半径の2倍としても、面積は4倍となる。Ti層の面積をコンタクト領域を含む必要最小限に制限し、その周囲の面積には反射率の高い高反射率電極を配置すれば、全体としての反射率を向上できるであろう。
まず、予備実験について説明する。
図2Aに示すように、有機金属気相成長(MOCVD)により、サファイアの成長基板1上にn型GaN層2、活性層3、p型GaN層4を成長する。p型GaN層4上に、p側電極5を形成する。p側電極5を覆って、酸化シリコン等のキャップ層10を堆積する。キャップ層10上にフォトレジストパターンを形成し、半導体層内に凹部をエッチングするマスクを形成する。マスクの開口内のキャップ層10、p型GaN系半導体層4、活性GaN系半導体層3の全厚さをエッチングし、さらにn型GaN系半導体層2の一部厚さをエッチングしてn型GaN系半導体層2を露出する凹部15を形成する。その後、フォトレジストパターンを除去する。
凹部15の内表面を覆う酸化シリコン等のフロート絶縁膜12を堆積する。フロート絶縁膜12上に、凹部15底面(中央部)に開口を有する新たなフォトレジストパターンPR1を形成する。
凹部15の内表面を覆う酸化シリコン等のフロート絶縁膜12を堆積する。フロート絶縁膜12上に、凹部15底面(中央部)に開口を有する新たなフォトレジストパターンPR1を形成する。
図2Bに示すように、フォトレジストパターンPR1をエッチングマスクとして、絶縁膜12、n型GaN系半導体層2の一部厚さをエッチングして、コンタクト領域16を形成する。
図2Cに示すように、コンタクト領域16表面およびレジストパターンPR1表面に、Ti等のコンタクトメタル層CMを形成する。エッチングマスクとして用いたフォトレジストパターンPR1を、リフトオフ用のレジストパターンとしても用いる。
図2Dに示すように、フォトレジストパターンPR1を除去すると共に、その上のメタルもリフトオフで除去する。ここで、フォトレジストパターンPR1は、ドライエッチングに耐えるレジストパターンであり、下方から上方に向うにしたがってレジスト幅が狭くなる順テーパ形状のレジストパターンである。リフトオフを行うには、上側が下側より張り出した逆テーパ型形状のポジレジストパターンを用いるのが好ましい。この段階でフォトレジストパターンを一旦除去し、再度形成すると、ほぼ確実に位置ずれが生じてしまう。従って、同一フォトレジストパターンをエッチングマスク、及びリフトオフ用マスクとして用いざるを得ない。
図2Dに示すように、フォトレジストパターンPR1を除去すると共に、その上のメタルもリフトオフで除去する。ここで、フォトレジストパターンPR1は、ドライエッチングに耐えるレジストパターンであり、下方から上方に向うにしたがってレジスト幅が狭くなる順テーパ形状のレジストパターンである。リフトオフを行うには、上側が下側より張り出した逆テーパ型形状のポジレジストパターンを用いるのが好ましい。この段階でフォトレジストパターンを一旦除去し、再度形成すると、ほぼ確実に位置ずれが生じてしまう。従って、同一フォトレジストパターンをエッチングマスク、及びリフトオフ用マスクとして用いざるを得ない。
コンタクトメタル層CMをリフトオフによりパターニングした後、その上に高反射率電極RMを形成し、コンタクトメタル層CMとp側電極5との間の領域を覆う形状にパターニングする。
図2Eに示すように、高反射率電極RMをパターニングするためのリフトオフ用レジストパターンPR2を絶縁膜12上に形成する。Ag等の高反射率電極RMを、コンタクトメタル層CM、絶縁膜12上に、電子ビーム蒸着、スパッタリング等で形成する。
図2Fに示すように、フォトレジストパターンPR2上に堆積した高反射率メタルをフォトレジストパターンPR2と共にリフトオフで除去する。パターニングされた高反射率電極RMが、コンタクトメタル層CMとp側電極5との間の領域上方を覆う。
このようにして形成した、コンタクトメタル層CMと高反射率電極RMとの積層で形成したn側電極は、安定な特性を示さず、大電流を流すと破壊してしまうことが多かった。原因を究明すると、図2Dに示したリフトオフ後のコンタクトメタル層CMの端部に、むしれ、凹凸等の不規則形状が生じており、図2Eに示すように高反射率電極RMを形成しても、コンタクトメタル層CM上の高反射率電極RMと絶縁膜12上の高反射率電極RMとが電気的に連続しない可能性が高かった。
リフトオフ用のレジストパターンをエッチングマスク用のレジストパターンとは別に作成すれば、リフトオフ後のコンタクトメタル層の端部形状を好適に作成できるであろうが、マスクを作り直すと位置ずれが生じてしまい、好ましくない。別の方法で、n型層に接続されるコンタクトメタル層をレジストパターン上に堆積するメタルから完全に分離することを検討した。
そこで、レジストの現像液によりウェットエッチング可能な材料による犠牲層を形成することにした。材料として例えば日本化薬株式会社から入手可能なLORシリーズがある。犠牲層は、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)等の現像液に浸漬するだけで徐々に溶解する。フォトレジスト層を下層犠牲層と上層フォトレジスト層の積層構造とすることを考える。フォトレジスト層を露光し現像すると、フォトレジスト層は所望パターンとなる。フォトレジスト層の現像工程で、フォトレジスト層の除去により露出した犠牲層はエッチングされる。フォトレジスト層の端部より、犠牲層の端部が引き込んだ形状となる。
図3Aに示すように、図2Aに示す工程のフォトレジスト層PR1を、犠牲層SRとフォトレジスト層PRの2段レジストDLRに置き換える。犠牲層SRは例えば日本化薬株式会社から入手可能なLOR、ドライエッチングに耐えるフォトレジスト層PRは例えばAZ社製のAZ6130とする。犠牲層SRを例えば厚さ300nm〜500nm程度、フォトレジスト層PRを例えば厚さ数μm、スピン塗布する。例えば400mJの露光を行い、現像を50秒間行う。凹部底面のフォトレジスト層PRが通常通りパターニングされ、開口を形成する。レジストパターン下の犠牲層SRも現像液によってエッチングされ、レジストパターンよりも広い範囲で開口する。犠牲層SRがサイドエッチング(アンダーエッチング)された引き込み領域17が、例えば幅2.5μm程度、形成される。この2段レジストを用いて、通常通り、図2Bに示すGaN層2のエッチング工程を行うことができる。パターニングされた絶縁膜12の肩部14の上に、引き込み領域17が配置される。
図3Bに示すように、スパッタリングにより、コンタクトメタル層CMの堆積を行う。ここで、フォトレジスト層PRと絶縁膜12との間に、犠牲層SRのサイドエッチングにより生じた引き込み領域17が配置されている。スパッタリングされた高エネルギのメタル原料は、引き込み領域17にも入り込み、凹部側壁上に形成された主要部の先端に接続された、(引き込み領域17内に入り込む)フック状に折れた膜18を形成する。絶縁膜12の肩部を囲むように形成されたフック状先端を有するコンタクトメタル膜CM1はフォトレジストパターンPR上に堆積したコンタクトメタル膜CM2とは完全に分離され、応力による変形等は抑制される。その後、犠牲層SR,フォトレジストパターンPRを除去し、その上のコンタクトメタルをリフトオフする。
要点のみを説明したが、以下、実施例による半導体発光装置の製造方法の主要工程を説明する。
図1Aを参照する。成長基板1として例えばサファイア基板を準備する。成長基板1をMOCVD装置に投入し、サーマルクリーニングを行う。GaNバッファ層及びアンドープのGaN層を成長した後に、Si等をドープした膜厚5μm程度のn型GaN層2を成長する。なお、図1A等において、GaNバッファ層及びアンドープのGaN層をn型GaN層2とまとめて示す。
n型GaN層2上に、発光層(活性層)3を成長する。発光層3として、例えば、InGaN層を井戸層、GaN層を障壁層とした多重量子井戸構造を形成することができる。発光層3上に、Mg等をドープした膜厚0.5μm程度のp型GaN層4を成長する。
成長基板1は、GaNのエピタキシャル成長が可能な格子定数を有する単結晶基板であり、後工程においてレーザーリフトオフによる基板剥離を可能にするよう、GaNの吸収端波長である362nmの光に対して透明なものから選択される。サファイア以外に、スピネル、SiC、ZnO等を用いてもよい。
p型GaN層4上に、例えば、電子ビーム蒸着により膜厚200nmの、AgにNi、Pt、Ti、Pdのような添加物が添加された層を堆積し、リフトオフによりパターニングして、所定形状のp側電極5を形成する。p側電極5は、反射電極として機能させるために、Ag、Pt、Ni、Al、Pd及びこれらの合金を用いることが好ましい。
p側電極5は複数の開口を有し、開口内において半導体層をエッチした凹部を形成し、凹部内においてさらにコンタクト領域をエッチし、コンタクト領域にコンタクトメタル層を形成する。コンタクトメタル層上方に高反射率電極を形成し、コンタクトメタル層と高反射率電極を含むn側電極を構成する。
図4Aは、半導体発光素子におけるp側電極5とn側コンタクト電極CMの、半導体層との接触部分の概略平面構造の例を示す。p型半導体層の上面上に広がって、p側電極5が形成される。p側電極5内に例えば行列状に離散的に開口が形成され、開口内に凹部RCが配置される。各凹部RCの内部にn側コンタクト電極CMが形成される。なお、素子1個は、例えば、サイズ600μm×1300μm程度の矩形形状であり、1つの素子に配置されるコンタクト電極CMの個数は、例えば40個程度である。
図1A−1Hは、代表的に1つ分のn側コンタクト電極CMを示し、p側電極5に形成された1つ分の開口HLを示す。
p側電極5を覆って、例えば、スパッタリングにより膜厚300nmのSiO2を堆積し、リフトオフによりパターニングして、キャップ層10を形成する。なお、パターニング方法としてはリフトオフの他、例えば、SiO2を全面に成膜後、CF4系ガスを用いてのドライエッチングを用いてもよい。
キャップ層10は、p側電極5に用いた材料、特にAg系材料、の漏洩を防止する機能を有するもので、SiO2、SiN等の絶縁材料の他、TiW等の金属材料を用いることができる。
キャップ層10は、p側電極の開口HLの縁近傍にも形成され、開口HLを画定するp側電極5の側面上にも延在するように形成される。キャップ層10は開口HLに対応した開口を有し、開口の底にp型GaN層4を露出させる。
キャップ層10上に、p側電極5の開口内開口を有するホトレジストパターンを形成し、キャップ層10、p型GaN系層4、GaN系活性層3、をエッチし、さらにn型GaN系層2の一部厚さをエッチして凹部15を形成する。
凹部15の内表面を覆って、酸化シリコン等の絶縁フロート層12を形成し、絶縁フロート層12の上に2段レジストDLRを塗布する。2段レジストを露光、現像し、凹部15の底面に開口を形成する。図3Aを参照して説明した工程である。
2段レジストDLRを露光現像すると、犠牲層SRはフォトレジスト層PRより広い範囲で開口を形成する。例えば50秒の現像で幅2.5μm程度のアンダーカット領域を形成することができる。
図1Bに示すように、凹部15底面において、2段レジストDLRのフォトレジストPR、犠牲層SRに開口が形成され、さらに犠牲層SRの開口は広げられている。フォトレジストPRと絶縁フロート層12との間に引き込み領域17が形成される。図3Bを参照して説明した構成である。
図1Cに示すように、2段レジストDLRをエッチングマスクとして、絶縁フロート層12、n型GaN系層2の一部厚さを、塩素系ガスにより、エッチングし、コンタクト領域16を形成する。図2Bに対応する工程である。絶縁フロート層12の内側側面とフォトレジストPRの内側側面とが、引き込み領域17で分断されている。
図1Dに示すように、コンタクトメタル,例えばTi、をスパッタリングして、コンタクトメタル層CMを堆積する。n型GaN系層2、絶縁フロート層12上に堆積したコンタクトメタルがコンタクトメタル層CMを形成し、更にマイグレートしたコンタクトメタルが引き込み領域17の底面上に延在する。側面上から凹部の底面上に延在するコンタクトメタル層CMは、先端がフック状に折れ曲がったフック部を有し、密着性を向上させる。フォトレジストPR上に堆積したコンタクトメタルは、引き込み領域17で凹部底面、下方側面上のコンタクトメタル層から分離される。両コンタクトメタル層間は分離されるので応力を及ぼし合わない。
図1Eに示すように、2段レジストを除去し、フォトレジスト上のコンタクトメタルをリフトオフする。コンタクト領域16の底面、側面上に形成されたコンタクトメタル層CMは、さらに絶縁膜12の周縁部上面上に延在する。
図1Fに示すように、高反射率電極パターニング用のフォトレジストパターンPR2を形成する。図2Eに対応する工程である。
図1Gに示すように、n側コンタクトメタル電極CM、絶縁膜12上に、例えば、電子ビーム蒸着またはスパッタリングによりAg/Ti/Pt/Au層をそれぞれ膜厚200nm/100nm/200nm/200nm堆積し、リフトオフによりパターニングして、n側高反射率電極RMを形成する。n側高反射率電極RMは、平面視上、その縁部が、p側電極5の縁部と重なるように形成される。なお、密着性向上のためAg層の下地としてTi層を形成してもよい。ただし、反射率が減少してしまうため、このTi層の膜厚は5nm以下、例えば1nmとする。尚、コンタクト層CMとしては、Ti,Ni,Crのいずれかを含むことが、高反射率電極としてはAg,Al,Pt,Rh,もしくはこれらの合金のいずれかを含むことが好ましい。
図1Hに示すように、電子ビーム蒸着またはスパッタリングにより、Ti/Pt/Au層をそれぞれ膜厚50nm/100nm/400nm堆積し、リフトオフによりパターニングして、キャップ導電層NCを形成する。なお、キャップ導電層は必須の構成要件ではない。
このようにして、異なる形状を有するコンタクトメタル電極と高反射率電極とを含むn側電極を形成することができる。コンタクトメタル電極の面積は制限され、その周囲に広く高反射率電極が配置されるので、全体としての反射率が向上する。
なお、絶縁膜12に対する高反射率電極RMの密着性を向上させるため、例えば図1Eの状態において、Arガスの逆スパッタリングを行い、絶縁膜12の表面を荒らしてもよい。
p側電極として、単層のp側電極5を形成する場合を説明した。他の種々の構成のp側電極をもちいることもできる。図4Bはその1例を示す。図4Bにおいて、凹部RCの様子以外にp型GaN系層の底面上における電極端部の様子も図示した。p型GaN系層4の上に、コンタクト性向上の添加物を含むAg合金層6と絶縁フリンジ層13を形成し、Ag合金層6上面を含み絶縁フリンジ層13上面に及ぶ領域に添加物を含まない純銀層7、Ag拡散防止機能を有するTiW等の金属キャップ層8を積層して、p側電極5とし、さらにキャップ層10、さらに絶縁膜12で絶縁フリンジ層13ごと覆う。この場合ではキャップ層はSiO2やSiNの透光性の絶縁材料で形成されることが好ましい。
なお、GaN系エピタキシャル層上方に、p側電極、n側電極を形成する構成を説明した。引き続き、接続配線を有する支持基板を結合し、成長基板を剥離し、個々の発光装置に分割することができる。
図5は、このような半導体発光装置の1構成例を示す断面図である。支持基板21上に絶縁層22を介して、n側接続電極層及び素子p側接続電極層を含む配線層23を形成し、発光ダイオードのn側電極、p側電極と結合する。成長基板をレーザリフトオフ等で除去する。露出したn型GaN系層表面にアルカリ処理等によりマイクロコーンを形成する。ストリート分離、スクライビング等を行い、所望数の発光素子31A,31Bを接着層26を介して実装基板41,42に実装し、パッド44とワイヤボンディング43等を行う。蛍光体を含む封止樹脂45で発光ダイオード構造を封止する。
図4Aを参照して複数のn側コンタクト電極を分布形成する場合を説明した。図4Aにおいて凹部RCは面内に分散して存在するビア電極として形成している。それぞれの凹部RCの断面が図3Bのような様子を示す。n側コンタクト電極およびそれを収容する凹部RCの形状はこれに限らない。図4Cに示すように、チップ周辺部を凹部RCとして、n側電極を形成してもよい。図4Dに示すように凹部RCを連続する溝部としてもよい。図4Dにおいては溝部の伸びる方向に垂直な断面が図3Bのような様子を示す。図4Cにおいてはチップ周辺部の辺の伸びる方向に垂直な断面が図3Bのコンタクトメタル層CM1を中心から切断したような様子を示す。図4Eに示すように、凹部RCを孔状領域と溝状領域との組み合わせとしてもよい。
以上、実施例に沿って説明したが、これらは制限的な意味を持つものではない。例示した材料、数値は特に断らない限り制限的な意味を有さない。種々の追加、変更、改良、組み合わせ、等が可能である。
1 成長基板、
2 n型GaN系層、
3 多重量子井戸型GaN系活性層、
4 p型GaN系層、
5 p側電極、
15、RC 凹部、
CM n側コンタクトメタル層、
RM n側高反射率電極、
DLR 2段レジスト。
2 n型GaN系層、
3 多重量子井戸型GaN系活性層、
4 p型GaN系層、
5 p側電極、
15、RC 凹部、
CM n側コンタクトメタル層、
RM n側高反射率電極、
DLR 2段レジスト。
Claims (8)
- 第1導電型を有する第1半導体層、活性層、第2導電型を有する第2半導体層の積層を含む半導体積層と、
前記第2半導体層上に形成された第2電極と、
前記第2半導体層表面から、前記第2半導体層、前記活性層を貫通し、前記第1半導体層に入り、側面に前記半導体積層を露出し、底面に前記第1半導体層を露出する凹部と、
前記凹部の底面に開口を有し、前記凹部側面を覆う絶縁膜と、
前記開口に露出した前記第1半導体層を掘り下げて形成したコンタクト領域と、
前記コンタクト領域の内面を覆い、前記コンタクト領域に近接する前記絶縁膜縁上に回り込む部分を有する、第1半導体層側コンタクト電極と、
前記第1半導体層側コンタクト電極を覆い、前記絶縁膜上に延在する、第1半導体層側高反射率電極と
を有する半導体発光装置。 - 前記コンタクト電極は、Ti、Ni,Crのいずれかを含む請求項1に記載の半導体発光装置。
- 前記高反射率電極はAg,Al,Pt,Rh,これらの合金のいずれかを含む請求項1または2に記載の半導体発光装置。
- 成長基板上に、第1導電型を有する第1半導体層、活性層、第2導電型を有する第2半導体層の積層を含む半導体積層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第2半導体層表面から、前記第2半導体層、前記活性層を貫通し、前記第1半導体層に入るエッチングを行い、側面に前記半導体積層を露出し、底面に前記第1半導体層を露出する凹部を形成する工程と、
前記凹部内面を覆い、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に犠牲レジスト下層とフォトレジスト上層との積層レジスト層を形成する工程と、
前記凹部底面に開口を有するパターンを前記積層レジスト層に露光する工程と、
前記積層レジスト層を現像し、前記犠牲レジスト層端部を前記フォトレジスト層端部より引き下げて、前記絶縁膜上方に引き込み空間を形成する工程と、
前記積層レジスト層をエッチングマスクとして前記絶縁膜、その下の前記第1半導体層を掘り下げてコンタクト領域を形成する工程と、
前記コンタクト領域の前記第1半導体層、前記絶縁膜、前記積層レジスト層上にコンタクトメタル層を堆積し、前記引き込み空間の底面肩部上に配置されたフック部を有するコンタクト電極を形成する工程と、
前記積層レジスト層を除去するとともにその上に堆積したコンタクトメタルをリフトオフする工程と、
前記コンタクト電極を覆い、周囲の前記絶縁膜上に延在する、高反射率電極を形成する工程と、
を有する半導体発光装置の製造方法。 - 前記積層レジスト層の現像工程は、TMAHを含む現像液を用いる請求項4に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記コンタクト電極の形成工程は、Ti、Ni,Crのいずれかを含む原料をスパッタリングする請求項4または5に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記高反射率電極を形成する工程は、Ag,Al,Pt,Rh,これらの合金、のいずれかを含む原料を電子ビーム蒸着またはスパッタリングする、請求項4〜6のいずれか1項に記載の半導体発光装置の製造方法。
- さらに、前記高反射率電極形成工程の前に、前記第2絶縁膜表面をArガスで逆スパッタして荒らす工程を含む請求項4〜7のいずれか1項に記載の半導体発光装置の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014053133A JP2015177087A (ja) | 2014-03-17 | 2014-03-17 | 半導体発光装置とその製造方法 |
PCT/JP2015/001188 WO2015141166A1 (ja) | 2014-03-17 | 2015-03-05 | 半導体発光装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014053133A JP2015177087A (ja) | 2014-03-17 | 2014-03-17 | 半導体発光装置とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015177087A true JP2015177087A (ja) | 2015-10-05 |
Family
ID=54144154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014053133A Pending JP2015177087A (ja) | 2014-03-17 | 2014-03-17 | 半導体発光装置とその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015177087A (ja) |
WO (1) | WO2015141166A1 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016208012A (ja) * | 2015-04-27 | 2016-12-08 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
JP2016219787A (ja) * | 2015-05-22 | 2016-12-22 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子 |
WO2017090903A1 (ko) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | 주식회사 썬다이오드코리아 | 매립된 p형 컨택층을 포함하는 발광다이오드 |
WO2017131397A1 (ko) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 서울반도체주식회사 | 자외선 발광 소자 |
JP2018032798A (ja) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | 豊田合成株式会社 | 発光素子およびその製造方法 |
JP2018533220A (ja) * | 2015-11-10 | 2018-11-08 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH | オプトエレクトロニクス半導体部品およびオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55154737A (en) * | 1979-05-22 | 1980-12-02 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Method of forming pattern |
JPH0529139U (ja) * | 1991-09-27 | 1993-04-16 | 三菱電機株式会社 | リフトオフマスク |
JP3339331B2 (ja) * | 1996-09-27 | 2002-10-28 | 日立電線株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
JP2006351575A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子 |
DE102007022947B4 (de) * | 2007-04-26 | 2022-05-05 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines solchen |
JP2009238893A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Oki Data Corp | 半導体装置、光プリントヘッドおよび画像形成装置 |
-
2014
- 2014-03-17 JP JP2014053133A patent/JP2015177087A/ja active Pending
-
2015
- 2015-03-05 WO PCT/JP2015/001188 patent/WO2015141166A1/ja active Application Filing
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016208012A (ja) * | 2015-04-27 | 2016-12-08 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
JP2016219787A (ja) * | 2015-05-22 | 2016-12-22 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子 |
JP2018533220A (ja) * | 2015-11-10 | 2018-11-08 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH | オプトエレクトロニクス半導体部品およびオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法 |
US10374121B2 (en) | 2015-11-10 | 2019-08-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic semiconductor component and method for producing an optoelectronic semiconductor component |
WO2017090903A1 (ko) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | 주식회사 썬다이오드코리아 | 매립된 p형 컨택층을 포함하는 발광다이오드 |
WO2017131397A1 (ko) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 서울반도체주식회사 | 자외선 발광 소자 |
JP2018032798A (ja) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | 豊田合成株式会社 | 発光素子およびその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015141166A1 (ja) | 2015-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI835538B (zh) | 發光元件 | |
JP5057398B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP5421001B2 (ja) | 発光素子及びその製造方法 | |
JP5915504B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
TWI593145B (zh) | 發光二極體 | |
TWI569470B (zh) | 發光二極體及其製造方法 | |
TWI422077B (zh) | 發光二極體結構及其製作方法 | |
WO2015141166A1 (ja) | 半導体発光装置とその製造方法 | |
TW201818562A (zh) | 發光元件及其製造方法 | |
JP2013232478A (ja) | 半導体発光装置及びその製造方法 | |
TW202036939A (zh) | 發光二極體及其製造方法 | |
JP2015509663A (ja) | 高効率発光ダイオード、及びその製造方法 | |
KR20210135426A (ko) | 발광소자 | |
JP5806608B2 (ja) | 半導体発光装置 | |
CN112750931B (zh) | 微发光二极管、微发光二极管阵列基板及其制作方法 | |
KR20130098760A (ko) | 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 | |
JP2018085432A (ja) | 発光素子の製造方法 | |
JP6136737B2 (ja) | 発光素子 | |
CN114464710B (zh) | 一种led芯片及其制备方法 | |
KR101769072B1 (ko) | 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 | |
US8507938B2 (en) | Light-emitting diode structure and method for manufacturing the same | |
JP6423234B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
CN113594330A (zh) | 一种led及其制备方法 | |
JP5974808B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JP5512735B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |