JP2661420B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光の窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN
系の化合物半導体を用いたものが知られている。そのG
aN 系の化合物半導体は直接遷移であることから発光効
率が高いこと、光の3原色の1つである青色を発光色と
すること等から注目されている。このようなGaN 系の
化合物半導体を用いた発光ダイオードは、サファイヤ基
板上に直接又は窒化アルミニウムから成るバッファ層を
介在させて、n導電型のGaN 系の化合物半導体から成
るn層を成長させ、そのn層の上にp型不純物を添加し
てi型のGaN 系の化合物半導体から成るi層を成長さ
せた構造をとっている(特開昭62−119196号公
報、特開昭63−188977号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ここで、図8に示すよ
うに、発光ダイオード60のi層の電極67はi層上に
直接、又、n層の電極68はi層の一部に設けられた孔
内を利用してAl などの金属をそれぞれ蒸着して形成
、その後、i層からサファイア基板までの全厚さ分を
ダイシング等を行いファイア基板を切断して素子分離を
行うという複雑な工程を経ている。 又、上記n層の電極
68を形成するための孔は、i層上をSiO2などで覆
い、そのSiO2によって覆われていない部位のi層とそ
の下のn層の一部を、ドライエッチングした後、i層上
に残っているSiO2をフッ酸で除去して形成される。
上述したように、上記孔の形成手順としては、SiO2
どでマスキングし、RIE(Reactive Ion Etchin
g:反応性イオンエッチング)装置などを用いたドライ
エッチングなど複雑な工程を経て行われる。上記RIE
装置のエッチング速度は、エッチング条件、材料などに
より異なるが、通常1分間に数百Åから数千Å程度であ
り速いとされる。しかし、上記孔など途中の層部分まで
のエッチングではエッチング終点を時間管理するしかな
く、エッチングガスなどのエッチング条件が少し変化す
るとエッチング量が極端に変化してしまうという困難を
伴うものであった。又、実際のエッチングに要する時間
に段取り時間を加算した時間は相当なものとなってい
た。
【0004】又、発光ダイオード60の発光強度を向上
させるには、その発光領域がi層の電極67の上部及び
その近傍に位置していることから、i層の電極67の電
極面積をなるべく大きくすれば良いことが知られてい
る。ところで、上述の理由により発光ダイオード60の
i層の電極67の電極面積が大きく取られるため、i層
の電極67とn層の電極68との電極間距離が発光領域
の部位により大きく違ってしまうことになる。そして、
発光ダイオード60の電極67,68は、はんだバンプ
を介してリードフレーム70のリード部材71,72な
どにボンディングされ接合されている。すると、上記リ
ードフレーム70のリード部材71,72にて発光ダイ
オード60に供給される電流は、i層の電極67とn層
の電極68との電極間距離が近い抵抗の少ない部分をよ
り多く流れることになる。従って、発光ダイオード60
は発光領域において発光ムラが生じることになる。この
ような発光ダイオード60の発光状態においては、i層
の電極67の電極面積を大きく形成したにも拘わらず余
り発光強度が向上しないという問題があった。
【0005】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、GaN 系
の化合物半導体の発光ダイオードの製造方法において、
同一面側の正負一対の電極形成における工程の簡略化を
図ることである。又、同時に、GaN 系の化合物半導体
の発光ダイオードの青色の発光領域の部位における発光
ムラをなくし、その発光強度を向上させることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1の発明の構成は、サファイア基板上に形成さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体から成る第1層と、窒
化ガリウム系化合物半導体から成る第2層とを少なくと
も有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方
法であって、第1層と第2層との層構造を有するウェー
ハを形成し、該ウェーハに第2層側から第1層が露出す
るように格子状の凹部を形成した後、露出した第1層及
び第2層の表面に電極層を形成し、その後、凹部の部分
で分離して個片とすることを特徴とする。又、請求項2
の発明は、凹部は太い刃物を用いたダイシングによる切
り込みにより形成され、凹部の部分は太い刃物よりも細
い刃物で切断されることを特徴とする。さらに、請求項
3の発明は、第2層は絶縁性の窒化ガリウム系化合物半
導体から成り、第1層に対する電極を第1層の側壁周囲
に形成したことを特徴とする
【0007】
【作用及び効果】請求項1の発明では、第1層と第2層
との層構造を有するウェーハを形成し、該ウェーハに第
2層側から第1層が露出するように格子状の凹部を形成
した後、露出した第1層及び第2層の表面に電極層を形
成し、その後、凹部の部分で分離して個片としているの
で、電極形成と分離のための両凹部形成工程を同時にで
きる結果、製造工程が簡素化される。
【0008】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は本発明に係る発光ダイオード10を示
し、図1(a) は縦断面図、図1(b) は電極側から見た平
面図である。図1(a) において、発光ダイオード10
は、サファイヤ基板1を有しており、そのサファイヤ基
板1に 500ÅのAlN のバッファ層2が形成されてい
る。そのバッファ層2の下には、順に、膜厚 2.2μm の
GaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3と膜厚 1.5μm
のGaN から成る低キャリヤ濃度n層4が形成されてお
り、更に、低キャリヤ濃度n層4の下に膜厚 0.1μm の
GaN から成るi層5が形成されている。そして、i層
5の中央部に接続するアルミニウムから成る電極7が形
成されている。又、図1(b) に示すように、電極7の周
囲で電極間距離をほぼ等しくして高キャリヤ濃度n+
3に側面から接続するアルミニウムから成る電極8が形
成されている。
【0009】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造工程について、図2、図3及び図4を参照して説明す
る。上記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成
長法( 以下、MOVPEと記す)による気相成長により
製造された。用いられたガスは、NH3 とキャリヤガス
2 とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下、TM
Gと記す)とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
(以下、TMAと記す)とシラン(SiH4)とジエチル
亜鉛(以下、DEZと記す)である。先ず、有機洗浄及
び熱処理により洗浄したa面を主面とする単結晶のサフ
ァイヤ基板1をMOVPE装置の反応室に載置されたサ
セプタに装着する。次に、常圧でH2 を流速2 l/分で
反応室に流しながら温度1100℃でサファイヤ基板1を気
相エッチングした。次に、温度を 400℃まで低下させ
て、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TMAを 1.8
×10-5モル/分で供給して 500Åの厚さのAlN から成
るバッファ層2を形成した。次に、サファイヤ基板1の
温度を1150℃に保持し、H2 を20 l/分、NH3 を10 l
/分、TMGを 1.7×10-4モル/分、H2 で0.86ppm ま
で希釈したシラン(SiH4)を 200ml/分の割合で30分
間供給し、膜厚 2.2μm 、キャリヤ濃度 1.5×1018/cm
3 のGaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3を形成し
た。続いて、サファイヤ基板1の温度を1150℃に保持
し、H2 を20 l/分、NH3を10 l/分、TMGを1.7
×10-4モル/分の割合で20分間供給し、膜厚 1.5μm、
キャリヤ濃度 1×1015/cm3 のGaN から成る低キャリ
ヤ濃度n層4を形成した。次に、サファイヤ基板1を 9
00℃にして、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TM
Gを 1.7×10-4モル/分、DEZを 1.5×10-4モル/分
の割合で1分間供給して、膜厚 0.1μm のGaN から成
るi層5を形成した。このようにして、図2(a) に示す
ような多層構造が得られた。次に、図2(b) に示すよう
に、図2(a) の多層構造のウェーハに対して太い刃物
(例えば、 250μm 厚)を用いたダイシングによりi層
5から低キャリヤ濃度n層4、高キャリヤ濃度n+
3、バッファ層2、サファイヤ基板1の上面一部まで格
子状に所謂ハーフカットにて切り込みを入れる。次に、
図2(c) に示すように、試料の上全面及び側面(垂直
面)に、試料の回転を伴うアルミニウムの蒸着によりA
l 層11を 0.3μm の厚さに形成した。そして、そのA
l 層11の上にフォトレジスト12を塗布して、フォト
リソグラフィにより、そのフォトレジスト12が高キャ
リヤ濃度n+ 層3及びi層5に対する電極部が残るよう
に、所定形状にパターン形成した。
【0010】次に、図3(d) に示すように、フォトレジ
スト12をマスクとして下層のAl層11の露出部を硝
酸系エッチング液でエッチングし、フォトレジスト12
をアセトンで除去し、i層5の電極7を形成した。尚、
図4は、この工程完了状態におけるウェーハを上から見
た平面図を示す。次に、図3(e) に示すように、細い刃
物(例えば、 150μm 厚)を用いたダイシングによりA
l 層11が蒸着されたサファイヤ基板1を切り離して個
片とし、高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8を形成した。
このようにして、図1に示すMIS(Metal Insulat
or Semiconductor)構造の窒化ガリウム系発光素子を
製造することができる。上述したように、本発明に係る
発光ダイオードは、従来のn層の電極を形成するための
孔形成工程と素子分離のための凹部形成工程とを同時に
行うことができるために、製造工程が簡素化される。
【0011】そして、発光ダイオード10は電極7,8
に形成されたはんだバンプを介して、図5に示すよう
に、リードフレーム20のリード部材21,22に接合
される。この時、i層5の電極7はその周囲に形成され
た高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8との電極間距離がほ
ぼ等しいことになる。即ち、発光ダイオード10の電極
間を流れる電流を発光領域の部位に拘わらずほぼ同じと
することができる。従って、発光ダイオード10は青色
の発光領域における発光ムラをなくすことができると共
に発光強度を向上させることができた。又、本実施例の
発光ダイオード10においては、高キャリヤ濃度n+
3に接続するようにアルミニウムにて側面を覆って電極
8が形成されている。このため、i層の電極7の上部及
びその近傍に位置している発光領域から側面側に逃げよ
うとする光が上方に反射されることになり、更に、発光
ダイオード10の発光強度が向上される。
【0012】図6は、上述の実施例における図3(d) の
工程完了状態におけるウェーハを上から見た平面図であ
る図4に対応した他の実施例の平面図を示す。尚、同じ
構造から成る部分については上述の実施例と同じ符号を
付してその説明を省略する。上述の実施例では図2(b)
に示す工程で図2(a) の多層構造のウェーハに対して格
子状に切り込みが入れられているが、本実施例では、縦
方向のみに同様の切り込みが入れられている。そして、
i層5の電極7とn層の電極となるAl 層11とをウェ
ーハの周辺に示す縦のカッティングラインL1〜L5及び
横のカッティングラインW1〜W5より切り離して個片と
される。図7は、上述の実施例における図3(e) に対応
し、個片とされ高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8が形成
された状態を示す縦断面図である。このようにして、上
述の実施例と同様のMIS構造の窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子が製造される。本実施例における発光ダ
イオードにおいても、従来のn層の電極のための孔形成
工程と素子分離のための凹部形成工程とを同時に行うこ
とができるため、素子の製造が簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドを示した構成図である。
【図2】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した縦断面図である。
【図3】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した図2に続く縦断面図である。
【図4】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程の途
中におけるウェーハの状態を示した平面図である。
【図5】同実施例に係る発光ダイオードとリードフレー
ムとの接合状態を示した部分縦断面図である。
【図6】本発明に係る発光ダイオードの他の実施例にお
ける製造工程の途中におけるウェーハの状態を示した平
面図である。
【図7】本発明に係る発光ダイオードの他の実施例にお
ける製造工程の最終段階を示した縦断面図である。
【図8】従来の発光ダイオードとリードフレームとの接
合状態を示した部分縦断面図である。
【符号の説明】
1−サファイヤ基板 2−バッファ層 3−高キャ
リヤ濃度n+ 層 4−低キャリヤ濃度n層 5−i層 7,8−電極
10−発光ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−93544(JP,A) 特開 昭56−150880(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サファイア基板上に形成された 窒化ガリ
    ウム系化合物半導体から成る第1層と、窒化ガリウム系
    化合物半導体から成る第2層とを少なくとも有する窒化
    ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、 前記第1層と前記第2層との層構造を有するウェーハを
    形成し、該ウェーハに前記第2層側から前記第1層が露
    出するように格子状の凹部を形成した後、露出した前記
    第1層及び前記第2層の表面に電極層を形成し、その
    後、前記凹部の部分で分離して個片とすることを特徴と
    する半導体発光素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記凹部は太い刃物を用いたダイシング
    による切り込みにより形成され、前記凹部の部分は前記
    太い刃物よりも細い刃物で切断されることを特徴とする
    請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2層は絶縁性の窒化ガリウム系化
    合物半導体から成り、前記第1層に対する電極を前記第
    1層の側壁周囲に形成したことを特徴とする請求項1に
    記載の半導体発光素子の製造方法。
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