JP4371956B2 - 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、赤色領域から紫外域領域まで発光可能な窒化物系化合物半導体発光素子、その構造体およびその製造方法に関し、特に、導電性基板を貼り付けられ、凹溝部を有する窒化物系化合物半導体発光素子、その構造体およびその製造方法に関する。
窒化物系化合物半導体は、たとえばＩｎｘＧａｙＡｌｚＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１）で表わされ、大きなエネルギバンドギャップや高い熱的安定性を有し、またその組成を調節することによってバンドギャップ幅を制御することも可能である。したがって、窒化物系化合物半導体は、発光素子や高温デバイスをはじめとして、さまざまな半導体デバイスに応用可能な材料として期待されている。
なかでも、窒化物系化合物半導体を用いた発光ダイオードでは、青から緑の光波長域で数ｃｄ級の光度を有するデバイスが既に開発されて実用化されている。また、大容量光ディスクメディアに対するピックアップ用光源として、窒化物系化合物半導体を用いたレーザダイオードの実用化が研究開発の目標になりつつある。
下記特許文献１には、このようなレーザや発光ダイオードの素子構造が開示されている。具体的には、図７に示すように、正電極１０７が形成された導電性基板１００上に、第一のオーミック電極１０２と第二のオーミック電極１０１が形成され、その上に窒化ガリウム系半導体のＰ型層１０３、活性層１０４およびＮ型層１０５が順次積層され、この上に負電極１０６が形成された構造を有する。ここで、上記第一のオーミック電極１０２と第二のオーミック電極１０１とは、加熱圧着されている。
このように下記特許文献１に記載されるような従来の技術においては、導電性基板上にオーミック電極を形成し、加熱圧着接合等の手法を用いて窒化ガリウム系半導体層を接合している。
しかしながら、大面積の導電性基板全面を、オーミック電極と接着用金属層とを介して、窒化物系化合物半導体層全面に接合するに際し、均一に加熱および圧着することが困難であった。このために導電性基板と窒化物系化合物半導体層との密着性が弱く、これら両者の全面が剥がれてしまうという問題があった。
また、導電性基板とオーミック電極との密着性も弱いために、導電性基板がオーミック電極から剥がれてしまう問題があった。導電性基板とオーミック電極が全て剥がれた場合は、サファイア基板の除去ができず、このため発光素子を形成することができない。また、部分的に剥がれた場合は、電流が窒化ガリウム系半導体層から導電性基板にうまく流れず動作電圧が大きくなり、それによって発光素子の信頼性を悪化させるという問題があった。
さらに、部分的に剥がれた場合において、ウエハをチップ分割する際の切断分割において支持基板と窒化物系化合物半導体層との間で剥がれが生じるという問題があり、製造プロセスの不留まりを低下させる原因となっていた。
さらにまた、上記部分的に剥がれた場合は、プロセス中に溶剤、レジスト、エッチング液が染み込み、たとえばランプ発光素子にする場合には樹脂、水分等が剥がれた部分から入り込み剥がれを拡大し、またオーミック電極および接着用金属層を破壊することがあった。これにより、発光素子の信頼性を悪化させてしまっていた。
また、パッド電極にＡｕワイヤをボンディングした場合に、導電性基板とその上のオーミック電極の密着性が悪いと、導電性基板とオーミック電極間において剥がれが発生し、動作電圧が上昇するという問題があった。
特開平９−８４０３号公報
本発明は、上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、接着用金属層とオーミック電極との密着性、さらに導電性基板とオーミック電極との密着性を良好にして、信頼性の高く、歩留まりの良好な窒化物系化合物半導体発光素子、その構造体およびその製造方法を提供することである。
本発明の１つの局面によれば、第一の導電性基板と、該第一の導電性基板上に形成された第一のオーミック電極と該第一のオーミック電極上に形成された接着用金属層と該接着用金属層上に形成された第二のオーミック電極と該第二のオーミック電極上に形成された窒化物系化合物半導体層とを含み、該窒化物系化合物半導体層は、少なくともＰ型層、発光層およびＮ型層からなり、かつ凹溝部または凹形状部を有することを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子が提供される。
好ましくは、前記第一の導電性基板は、凹溝部を有する。
好ましくは、前記第一の導電性基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧｅおよびＩｎＰからなる群より選択される物質の少なくとも１種以上からなる半導体である。
好ましくは、前記窒化物系化合物半導体層は、第二の基板を用いて形成されていたものであり、該第二の基板は、サファイア、スピネルまたはニオブ酸リチウムのいずれかの絶縁性基板であるか、あるいは炭化ケイ素、シリコン、酸化亜鉛またはガリウム砒素のいずれかの導電性基板である。
好ましくは、前記接着用金属層は、第一の接着用金属層と第二の接着用金属層とからなる。
好ましくは、前記接着用金属層は２層以上であり、これら２層以上のそれぞれの層は互いに異なる材料または同一の材料で形成されている。
本発明の別の局面に従えば、第二の基板上に、バッファ層、Ｎ型層、発光層およびＰ型層が順次形成された窒化物系化合物半導体層が形成された窒化物系化合物半導体発光素子構造体であって、前記窒化物系化合物半導体層は凹溝部を有することを特徴とする、窒化物系化合物半導体発光素子構造体が提供される。
好ましくは、前記第二の基板は、サファイア、スピネルまたはニオブ酸リチウムのいずれかの絶縁性基板であるか、あるいは炭化ケイ素、シリコン、酸化亜鉛またはガリウム砒素のいずれかの導電性基板である。
好ましくは、前記窒化物系化合物半導体層上に第二のオーミック電極がさらに形成されている。
本発明のさらに別の局面によれば、第一の導電性基板と、上記のいずれかの窒化物系化合物半導体発光素子構造体とを、接着用金属層を介して、前記窒化物系化合物半導体層と前記第一の導電性基板とが隣接するように一体化されたことを特徴とする、窒化物系化合物半導体発光素子が提供される。
好ましくは、上記第一の導電性基板は、凹溝部を有する。
本発明のさらに別の局面によれば、第二の基板上に窒化物系化合物半導体層を積層形成する工程と、該窒化物系化合物半導体層に凹溝部を形成する工程と、該凹溝部を有する窒化物系化合物半導体層上に第二のオーミック電極を形成する工程と、該第二のオーミック電極の上に第二の接着用金属層を形成する工程と、第一の導電性基板上に第一のオーミック電極を形成する工程と、該第一のオーミック電極上に第一の接着用金属層を形成する工程と、前記第一の接着用金属層と前記第二の接着用金属層とを接合する工程と、前記第二の基板を除去して前記窒化物系化合物半導体層の表面を露出させる工程と、該露出した表面に透明電極を形成する工程とを包含する、窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法が提供される。
本発明のさらに別の局面によれば、第二の基板上に窒化物系化合物半導体層を積層形成する工程と、該窒化物系化合物半導体層に凹溝部を形成する工程と、該凹溝部を有する窒化物系化合物半導体層上に第二のオーミック電極を形成する工程と、該第二のオーミック電極の上に第二の接着用金属層を形成する工程と、第一の導電性基板に凹溝部を形成する工程と、該凹溝部が形成された第一の導電性基板上に第一のオーミック電極を形成する工程と、該第一のオーミック電極上に第一の接着用金属層を形成する工程と、前記第一の接着用金属層と前記第二の接着用金属層とを接合する工程と、前記第二の基板を除去して前記窒化物系化合物半導体層の表面を露出させる工程と、該露出した表面に透明電極を形成する工程とを包含する、窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法が提供される。
好ましくは、前記第二の基板上に窒化物系化合物半導体層を積層形成する工程は、該第二の基板側からＮ型層、発光層およびＰ型層をこの順番で少なくとも積層形成する工程を含む。
好ましくは、前記第二のオーミック電極を形成する工程と、前記第二の接着用金属層を形成する工程との間に、前記第二のオーミック電極上に反射層を形成する工程を含み、前記第二の接着用金属層を形成する工程は、該反射層上に該第二の接着用金属層を形成する工程である。
本発明によれば、第一の導電性基板および第二の基板上に凹溝部を形成し、接合する接着用金属の面積が小さくなるように接着用金属が形成されているため、第一の導電性基板および第二の基板の密着性が良好となる。密着性が向上することにより、発光素子の動作電圧を低減でき、信頼性の高く光出力の高い窒化物系化合物半導体発光素子を提供できる。また、発光素子の分割も容易となり、窒化物系化合物半導体発光素子のプロセス歩留まりも向上する。
本発明の窒化物系化合物半導体発光素子によれば、第一の導電性基板と、該第一の導電性基板上に形成された第一のオーミック電極と該第一のオーミック電極上に形成された接着用金属層と該接着用金属層上に形成された第二のオーミック電極と該第二のオーミック電極上に形成された窒化物系化合物半導体層とを含み、該窒化物系化合物半導体層は、少なくともＰ型層、発光層およびＮ型層からなり、かつ凹溝部または凹形状部を有することを特徴とする。
このように、窒化物系化合物半導体層に凹溝部を形成しているので、接着用金属層の面積を小さくすることができ、これにより接着用金属層間の密着性が強固になり、結果として、第一の導電性基板と窒化物系化合物半導体層との接着性が良好になる。ここで、凹溝部は、窪みを有する凹形状のことであり、溝に限定されるわけではない。
以下、本発明を、図を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の概略断面図である。本発明の窒化物系化合物半導体は、第一の導電性基板１１上に、第一のオーミック電極１２が形成され、当該第一のオーミック電極１２上に接着用金属層２０が形成され、当該接着用金属層２０の上に第二のオーミック電極１３が形成され、当該第二のオーミック電極１３上に窒化物系化合物半導体層３０が形成され、当該窒化物系化合物半導体層３０上に透明電極１７が形成され、当該透明電極１７上にパッド電極１８が形成されている。なお、窒化物系化合物半導体層３０には凹溝部５０が形成されている。これにより、当該窒化物系化合物半導体層３０に接する接着用金属層２０の面積が小さくなり、第一の導電性基板１１との接着性を良好にすることができる。
また、上記図１の窒化物系化合物半導体発光素子において、第一の導電性基板１１の裏面には、オーミック電極１４がさらに形成され、パッド電極１８上にはワイヤボンディング１０が形成されていることが好ましい。また、第二のオーミック電極１３と第二の接着用金属層２２との間には、反射層１９が形成されていることが好ましい。なお、図１において、凹溝部５０は、当該反射層１９および第二の接着用金属層２２まで形成されている。これは、当該発光素子の製造工程において、窒化物系化合物半導体層３０に凹溝部５０を作製した後、Ｐ型層３１上に反射層１９および第二の接着用金属層２２を形成するために、窒化物系化合物半導体層３０の凹溝部が反射層１９および第二の接着用金属層２２にまで引き継がれることになるからである。
さらに、図１において、窒化物系化合物半導体層３０は、第一の導電性基板１１側から順番に、Ｐ型層３１、発光層３２およびＮ型層３３よりなる。発光素子として機能させるためである。また、接着用金属層２０は、第一の接着用金属層２１と第二の接着用金属層２２とから構成されている。
本発明において第一の導電性基板１１には、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧｅおよびＩｎＰを用いることができる。この場合、該第一の導電性基板の抵抗率は１０−４Ωｃｍ以上１０Ωｃｍ以下の範囲内であることが好ましい。１０−４Ωｃｍ未満の基板を作製することは困難であり、また、１０Ωｃｍを超えると、オーミック電極とのオーミック性が悪化し、ここでの電圧上昇が生じて発光素子の駆動電圧が上昇するという問題が生じるおそれがあるためである。より好ましくは、１０−３Ωｃｍ以上１０−２Ωｍ以下の範囲内である。
また、第一の導電性基板１１の厚さは、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。５００μｍを超えると、チップ分割する際に困難を伴うおそれがあり、５０μｍ未満であると、チップのハンドリング等が困難である。
本発明において、第一のオーミック電極は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｔｉ−Ａｌを用いることができるが、これに限定されるわけではない。
本発明において、接着用金属層は、後述するように、第二のオーミック電極と第一のオーミック電極の接着性を良好にするために設けられる。このような接着用金属層としては、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−ＳｉまたはＡｕ−Ｇｅのいずれかを用いることができる。また、接着用金属層が２層以上ある場合には、それぞれの層は同一であっても異なってもよく、上記の材料のうち同一の材料または異なる材料を適宜組み合わせて用いることができる。
ここで、接着用金属層が２層以上ある場合とは、接着用金属層の形成過程において、第一のオーミック電極上に形成された第一の接着用金属層と、第二のオーミック電極上に形成された第二の接着用金属層とを予め形成しておき、これらの接着用金属層を接合させることにより２層となる場合や、接合前の第一および第二の接着用金属層のそれぞれにおいて、複数層とされている場合などが挙げられる。
本発明において、第二のオーミック電極は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕを用いることができるが、これに限定されるわけではない。また、第二のオーミック電極の厚さは、１ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲が好ましい。１５ｎｍを超えると、発光の透過が減少する問題が生じるおそれがあり、１ｎｍ未満であると、オーミック性接触が悪化するという問題が生じるおそれがあるためである。
本発明において、窒化物系化合物半導体は、赤色領域〜紫外領域の光を発することができる。このような窒化物系化合物半導体としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（Ｏ≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）が挙げられるが、これに限定されるわけではない。また、本発明における窒化物系化合物半導体層は、後述する第二の基板側からＮ型層、発光層およびＰ型層とする。Ｎ型層、発光層およびＰ型層の作製方法は当該分野で公知のものを用いることができ、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが挙げられる。
なお、本発明において、上記の窒化物系化合物半導体層を形成した後、凹溝部を形成する。凹溝部の形成手段としては、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いることができ、凹溝の幅は、１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内が好ましい。１００μｍを超えると、チップの取れ数が減少するという問題が生じるおそれがあり、１μｍ未満であると、チップを分割する際にうまく分割できないという問題が生じるおそれがあるためである。また、凹溝部の深さは、後述するように第二の基板に達するか、または、第二の基板の途中まで形成することが好ましい。
なお、本発明において、窒化物系化合物半導体層は、第一の接着用金属層と接合する前に、すなわち、第一の導電性基板と接着する前に、予めバッファ層、Ｎ型層、発光層およびＰ型層をこの順番で第二の基板上に積層形成して、窒化物系化合物半導体発光素子構造体とするものである。
すなわち、図２に示すように、第二の基板３５上に、バッファ層３６、Ｎ型層３３、発光層３２およびＰ型層３１をこの順番で積層成長し、窒化物系化合物半導体層を形成する。次いで、当該窒化物系化合物半導体層に、凹溝部５０をバッファ層３６に達する程度までまたは第二の基板の途中まで形成して窒化物系化合物半導体発光素子構造体とする。その後、凹溝部５０の形成されてない部分におけるＰ型層上に第二のオーミック電極１３、反射層１９、バリヤ層（図示せず）、第二の接着用金属層２２をこの順番で蒸着法などにより形成する。その後、当該構造体中の第二の接着用金属層２２を第一の接着用金属層２１に接合する。
このように、予め窒化物系化合物半導体発光素子構造体を形成しておくことにより、窒化物系化合物半導体層と第一の導電性基板との接着性を確実にすることができ、また、窒化物系化合物半導体層の凹溝部形成も容易に行うことができる。さらに、電極を半導体発光素子の上下に対向するように形成することができるものである。
上記第二の基板には、サファイア、スピネルまたはニオブ酸リチウムなどの絶縁性基板や、あるいは炭化ケイ素、シリコン、酸化亜鉛またはガリウム砒素などの導電性基板を用いることができる。また、このような基板は、研削かつ研磨またはレーザリフトオフ法により除去することができる。
上記反射層は、発光層からの光を上方に反射させるためのものである。当該反射層には、Ａｇ、Ａｌ、Ａｇに希土類（たとえばＮｄ等）を混入した材料を用いることができるが、これに限定されない。
上記バリヤ層は、接着用金属が反射層に進入することを防止するためのものである。当該バリヤ層には、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｉ−Ｔｉの材料を用いることができるが、これに限定されない。また、バリヤ層の厚さは、５ｎｍ以上とすることができる。５ｎｍ未満であると、バリヤ層の厚さの不均一が発生して層が形成されない領域が発生し接着用金属が反射層に進入するという問題が生じるおそれがあるためである。
本発明において、透明電極には、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ａｕを用いることができ、その厚さは、１ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすることができる。１５ｎｍを超えると、発光が上方に透過しないという問題があり、１ｎｍ未満であると、オーミック性接触の悪化という問題が生じるおそれがあるためである。
本発明において、上述した窒化物系化合物半導体発光素子構造体を、接着用金属層を介して、すなわち、第一の導電性基板上に形成された第一の接着用金属層に接合することにより、第一の導電性基板と窒化物系化合物半導体層とを一体化して、窒化物系化合物半導体発光素子とすることができる。上記接合には、共晶接合法を用いることができ、接合の際の条件は、温度を２５０℃〜３２０℃、圧力を２００Ｎ〜３０００Ｎの範囲の程度として行うことができる。
本発明において、第一の導電性基板にも、凹溝部を形成していてもよい。当該凹溝部はエッチングにより形成することができる。また、当該凹溝の幅は、２μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。１５０μｍを超えると、窒化物系化合物半導体発光素子構造体を保持できないという問題が生じるおそれがあり、２μｍ未満であると、窒化物系化合物半導体発光素子構造体に形成した凹溝部に対向して形成できないという問題が生じるおそれがあるためである。また、エッチング液としては、フッ酸系のエッチング液、ドライエッチング用のハロゲン系ガスを用いることができる。
本発明において、上述したように、第一の導電性基板と窒化物系化合物半導体層とを一体化するに際し、第一の導電性基板に予め凹溝部を形成しておき、その後窒化物系化合物半導体層と一体化してもよい。このように、第一の導電性基板および窒化物系化合物半導体層の両方に凹溝部を形成しておくことにより、接着の面積がさらに小さくなり、より確実な密着性を確保することができる。
次に、本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法について説明する。本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法によれば、第二の基板上に窒化物系化合物半導体層を積層形成する工程と、該窒化物系化合物半導体層に凹溝部を形成する工程と、該凹溝部を有する窒化物系化合物半導体層上に第二のオーミック電極を形成する工程と、該第二のオーミック電極の上に第二の接着用金属層を形成する工程と、第一の導電性基板上に第一のオーミック電極を形成する工程と、該第一のオーミック電極上に第一の接着用金属層を形成する工程と、前記第一の接着用金属層と前記第二の接着用金属層とを接合する工程と、前記第二の基板を除去して前記窒化物系化合物半導体層の表面を露出させる工程と、該露出した表面に透明電極を形成する工程とを包含する。
本発明の製造方法において、上述したように、第二の基板上に凹溝部を有する窒化物系化合物半導体層、第二のオーミック電極および第二の接着用金属層を予め形成しておき、これを第一の導電性基板側の構造、すなわち、第一の導電性基板、第一のオーミック電極および第一の接着用金属層を含む構造と合せることを特徴とする。図３に、第二の基板側の構造と、第一の導電性基板側の構造とを一体化して、第一の接着用金属層と第二の接着用金属層とが接合された状態を示す。
このように、窒化物系化合物半導体層において凹溝部を形成することにより接合の際の面積を低減できるので、窒化物系化合物半導体層と第一の導電性基板との接着性を良好にすることができる。また、電極を素子の上下に形成することができ、また、接着用金属層により両者が接合されているので、オーミック電極が剥がれたりせず接着性も良好となり、得られる発光素子の信頼性が高くなるものである。
また、本発明の製造方法において、図３に示すように第一の導電性基板側の構造と第二の基板側の構造を一体化したあと、第二の基板３５を除去する。第二の基板３５を除去すると、予め形成されていた凹溝部５０により素子構造が分割されるため、発光素子の分割プロセスが簡略化されることになる。その後、第一の導電性基板において、凹部溝５０に対応する部分に基板面に対して垂直な方向にスクライブラインを導入し、当該スクライブラインに沿って分割することにより、図１に示される本発明の発光素子が製造されることになる。
本発明の製造方法において、第二の接着用金属層と第一の接着用金属層とを接合する前に、第一の導電性基板に予め凹溝部を形成していることが好ましい。具体的には、図４に示すように、第一の導電性基板１１上に第一のオーミック電極１２および第一の接着用金属層２１を形成した後、エッチングにより凹溝部５１を形成するものである。その後、図５に示すように、上述の製造方法と同様に、第二の基板側の構造と第一の導電性基板側の構造とを一体化し、第二の基板を除去する。その後、第一の導電性基板において、凹溝部５１の底部Ｘから基板面に垂直な方向にスクライブラインを導入し、その後当該スクライブラインに沿って分割することにより、図６に示すような窒化物系化合物半導体発光素子を得ることができる。
このように、第一の導電性基板にも凹溝部を形成していることにより、第一の接着用金属層と第二の接着用金属層との接合の際の面積がさらに小さくなるので、接合の強度をさらに増大させることができる。
本発明の製造方法において、第一の導電性基板上に第一のオーミック電極、第一の接着用金属層を形成するには、電子ビーム蒸着法（ＥＢ法）、スパッタリング法、加熱蒸着法を用いることができる。また、窒化物系化合物半導体層上に第二のオーミック電極を形成する工程にも、上記ＥＢ法などを用いることができる。
また、本発明の製造方法において、第一の接着用金属層と第二の接着用金属層とを接合するには、共晶接合法を用いることができる。この場合の温度および圧力の条件は、上述したとおりであるが、用いる材料に応じて適宜設定することができる。
本発明の製造方法において、窒化物系化合物半導体の一部を除去して、第二のオーミック電極および第一の接着用金属層を露出させる工程は、上述したとおり、ＲＩＥを用いて行うことができる。また、該露出した金属表面にレーザを照射する工程は、レーザ波長３５５ｎｍ、１０６４ｎｍのレーザ光を照射する手法により行うことができる。
さらに、第一の導電性基板にスクライブラインを形成する工程は、凹溝部に対応して、第一の導電性基板の裏面側から、赤外線透過型スクライブ装置を用いて当該基板面に対して垂直な方向に形成することができる。また、スクライブラインに沿って分割する工程は、ブレーキングの手法により行うことができる。また、本発明において、チップを作製する場合、第一の導電性基板の裏面側からスクライブラインを入れてチップ状にすることができ、また、第一の導電性基板の形成された凹溝部に対向する裏面側からスクライブラインを入れてチップ状にすることもできる。
以下本発明を、実施例を挙げて詳細に説明するが、これに限定されることを意図しない。
（実施例１）
本実施例において、図１に示すような構造の窒化物系化合物半導体発光素子を製造した。具体的には、次のとおりである。
本実施例において、図１に示すような構造の窒化物系化合物半導体発光素子を製造した。具体的には、次のとおりである。
第二の基板３５としてのサファイア基板上に、ＧａＮ材料からなるバッファ層３６、Ｎ型窒化物系化合物半導体層３３、ＭＱＷ発光層３２、Ｐ型窒化物系化合物半導体層３１を順次成長した。これには、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた。また、ＧａＮバッファ層３６は厚さ２０ｎｍとし、Ｎ型窒化物系化合物半導体層３３は厚さ５μｍとし、ＭＱＷ発光層３２は厚さ５０ｎｍとし、Ｐ型窒化物系化合物半導体層３１は厚さ１５０ｎｍとした。
次に、サファイア基板上に作製した上記の窒化物系化合物半導体層に凹溝部５０を形成した。この際、ＲＩＥを用いて行い、凹溝部の幅を２０μｍとし、深さはサファイア基板に達する程度とした。
次いで、上記Ｐ型窒化物系化合物半導体層３１上に第二のオーミック電極１３、反射金属層１９および第二の接着用金属層２２をこの順に蒸着して形成した。第二のオーミック電極１３として、Ｐｄ（３ｎｍ）および反射金属層１９としてＡｇ（１５０ｎｍ）を形成し、バリア層としてＭｏ（５０ｎｍ）を形成し、第二の接着用金属層２２としてＡｕＳｎ（３μｍ）およびＡｕ（１００ｎｍ）を、ＥＢ法を用いてそれぞれ形成した。ここで、ＡｕＳｎのうちＳｎは２０質量％とした。また上記Ａｕ（１００ｎｍ）はＡｕＳｎ層の酸化防止膜として機能するものである。このようにして窒化物系化合物半導体発光素子構造体が形成された。
次に、第一の導電性基板１１に第一のオーミック電極１２および第一の接着用金属層２１を形成した。具体的には、Ｓｉ材料からなる第一の導電性基板１１上に、第一のオーミック電極１２としてＴｉ（１５ｎｍ）／Ａｌ（１５０ｎｍ）を形成し、さらに図示しないバリヤ層としてＭｏ（５０ｎｍ）を形成し、第一の接着用金属層２１としてＡｕ（３μｍ）を形成した。この形成には電子ビーム蒸着法（ＥＢ法）を用いた。
次いで、凹溝部５０を有する窒化物系化合物半導体層と第一の導電性基板とを接合した。すなわち、上記の窒化物系化合物半導体発光素子構造体を第一の導電性基板と一体化した。まず、Ａｕ材料からなる第一の接着用金属層２１と上記ＡｕＳｎ層上のＡｕ材料からなる第二の接着用金属層２２とを対向させ、共晶接合法を用いて温度２９０℃、圧力３００Ｎにて貼り付けた。
その後、第二の基板３５としてのサファイア基板を除去した。これは、ＹＡＧ−ＴＨＧレーザ（波長３５５ｎｍ）を鏡面研磨したサファイア基板裏面側から照射し、サファイア基板と界面のＧａＮ材料からなるバッファ層３６とＮ型層３３との一部を熱分解することによって行った。
さらに、上記サファイア基板が除去され露出されたＮ型層３３上にＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ２Ｏ３）から成る透明電極１７を凹溝部５０が形成されていない部分に形成し、当該透明電極１７の中心部にＮ型ボンディングパッド電極１８を形成した。このＮ型ボンディングパッド電極１８上にＡｕワイヤー１０をボールボンディングした。さらに、第一の導電性基板１１の裏面にオーミック電極１４をさらに形成した。これにより窒化物系化合物半導体発光素子を製造した。
ここで、窒化物系化合物半導体層に凹溝部を形成し、これと、凹溝部を有しない第一の導電性基板のウエハーとを貼り付けたが、第一の導電性基板側に凹溝部を形成して、当該基板と、凹溝部を有しない窒化物系化合物半導体層のウエハーとを接合させてもよい。
本実施例１によれば、サファイア基板上に積層された窒化物系化合物半導体層に凹溝部を形成しているため、第一の導電性基板側と第二の基板側のウエハー同士を貼り付ける際に接合面の面積が小さくなり、これら両者のそれぞれに形成された第一および第二の接着用金属層の密着性が良好になる。このために、接合強度が増加し密着性がさらに良くなるために、第一の導電性基板と窒化物系化合物半導体層の剥がれがなくなり、チップ化の際の分割においてウエハー剥がれが減少するため、したがってプロセス中の歩留まりが上がり、安価な窒化物系化合物半導体発光素子を提供となる。さらにまた、窒化物系化合物半導体層側に凹溝部を形成しているためにサファイア基板を除去したのみで、窒化物系化合物半導体層の分離が可能となりチップ化の際の分割がさらに容易となる。
（実施例２）
本実施例において、図６に示すような構造の窒化物系化合物半導体発光素子を製造した。具体的には、次のとおりである。
本実施例において、図６に示すような構造の窒化物系化合物半導体発光素子を製造した。具体的には、次のとおりである。
第二の基板３５としてのサファイア基板上に、ＧａＮ材料からなるバッファ層３６、Ｎ型窒化物系化合物半導体層３３、ＭＱＷ発光層３２、Ｐ型窒化物系化合物半導体層３１を順次成長させた。これには、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた。具体的には、サファイア基板上にＧａＮ材料からなるバッファ層３６を厚さ３０ｎｍで積層形成し、その上にＮ型窒化物系化合物半導体層３３を厚さ５μｍで積層形成し、その上にＭＱＷ発光層３２を厚さ５０ｎｍで積層形成し、その上にＰ型窒化物系化合物半導体層３１を厚さ２００ｎｍで積層形成した。
次に、サファイア基板上の窒化物系化合物半導体層に凹溝部５０を、ＲＩＥを用いて形成した。この際、凹溝部の幅を２０μｍとし、深さはサファイア基板に達する程度とした。
次いで、凹溝部５０以外の上記Ｐ型窒化物系化合物半導体層３１表面上に第二のオーミック電極１３、反射金属層１９および第二の接着用金属層２２を、ＥＢ法にて蒸着形成した。第二のオーミック電極１３にはＰｄを３ｎｍで形成し、反射金属層１９にはＡｇ−Ｎｄを１５０ｎｍ、バリア層としてＭｏを５０ｎｍで形成し、第二の接着用金属層２２にはＡｕＳｎを３μｍおよびＡｕを１００ｎｍで形成した。ここで、ＡｕＳｎのＳｎは２０質量％とした。また上記Ａｕは、ＡｕＳｎの酸化防止膜として機能するものである。このようにして、窒化物系化合物半導体発光素子構造体が形成された。
次いで、凹溝部５１を有するＳｉ材料からなる第一の導電性基板１１に、第一のオーミック電極１２および第一の接着用金属層２１を、ＥＢ法を用いて形成した。具体的には、第一の導電性基板１１に凹溝部５１を形成するに際し、凹溝部の幅を２０μｍとし、深さは第一の導電性基板１１に達する程度にフッ酸系エッチング液を用いて形成した。さらに、凹溝部５１以外のＳｉ基板表面に第一のオーミック電極１２としてＴｉ（１５ｎｍ）／Ａｌ（１５０ｎｍ）を形成し、図示しないバリヤ層としてＭｏを５０ｎｍの厚さで形成し、その上に第一の接着用金属層２１として、Ａｕを３μｍで形成した。
その後、凹溝部５０を有する窒化物系化合物半導体層側の構造と凹溝部５１を有する第一の導電性基板側の構造とを、第一の接着用金属層および第二の接着用金属層とを接合するようにして一体化した。すなわち、窒化物系化合物半導体発光素子構造体を、第一の導電性基板側の構造と一体化した。具体的には、上記Ａｕ層２１と上記ＡｕＳｎ層上のＡｕ層２２とを対向させ共晶接合法を用いて温度２９０℃、圧力２００Ｎにて貼り付けた。
次いで、サファイア基板を除去した。これには、ＹＡＧ−ＴＨＧレーザ（波長３５５ｎｍ）を鏡面研磨したサファイア基板裏面側から照射し、サファイア基板と界面のバッファ層とＮ型層の一部を熱分解することによりサファイア基板を除去した。
その後、上記サファイア基板が除去され露出されたＮ型層３３上にＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ２Ｏ３）から成る透明電極１７をほぼ全面に形成し、その中心部にＮ型ボンディングパッド電極１８を形成する。このＮ型ボンディングパッド電極１８上にＡｕワイヤー１０をボールボンディングした。これにより窒化物系化合物半導体発光素子を得ることができる。
ここで、Ｎ型層３３上に透明電極１７をほぼ全面に形成したが、枝状の電極形状でもよく、Ｎ型ボンディングパッド電極のみでもよい。
ここで、本実施例においては、Ｓｉ基板に凹溝部を形成し、さらに窒化物系化合物半導体層が積層されたサファイア基板上に凹溝を形成しているため、素子構造同士を貼り付ける際に接着用金属の接合面の面積が実施例１よりさらに小さくなり、Ｓｉ基板およびサファイア基板上に形成された接着用金属層の密着性がさらによくなる。このために、貼り付け強度が増加し密着性がさらに良くなるためにＳｉ基板と窒化物系化合物半導体層の剥がれがなくなり、チップ化の際の分割においてウエハー剥がれが減少するためプロセス中の歩留まりが上がり、安価な窒化物系化合物半導体発光素子が提供できる。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０ ワイヤボンディング、１１ 第一の導電性基板、１２ 第一のオーミック電極、１３ 第二のオーミック電極、１４ オーミック電極、１７ 透明電極、１８ パッド電極、１９ 反射層、２０ 接着用金属層、２１ 第一の接着用金属層、２２ 第二の接着用金属層、３０ 窒化物系化合物半導体層、３１ Ｐ型層、３２ 発光層、３３ Ｎ型層、３５ 第二の基板、３６ バッファ層、１００ 導電性基板、１０１ 第二のオーミック電極、１０２ 第一のオーミック電極、１０３ Ｐ型層、１０４ 活性層、１０５ Ｎ型層、１０６ 負電極、１０７ 正電極。
Claims (9)
- 第一の導電性基板と、
該第一の導電性基板上に形成された第一のオーミック電極と、
該第一のオーミック電極上に形成された第一の接着用金属層と、
該第一の接着用金属層に接合された第二の接着用金属層と、
該第二の接着用金属層上に形成された第二のオーミック電極と、
該第二のオーミック電極上に形成された窒化物系化合物半導体層とを含み、
該窒化物系化合物半導体層は、少なくともＰ型層、発光層およびＮ型層からなり、かつ、
該窒化物系化合物半導体層は、その両側面に、少なくとも該窒化物系化合物半導体層から該第二の接着用金属層にわたって、該第一の接着用金属層と該第二の接着用金属層との接合面積が、該窒化物系化合物半導体層における該第二の接着用金属層側とは反対側の表面の面積より小さくなるように形成された凹溝部または凹形状部を有することを特徴とする、窒化物系化合物半導体発光素子。 - 前記凹溝部または凹形状部は、該窒化物系化合物半導体層から該第一の導電性基板にわたって形成される請求項１の記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記第一の導電性基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧｅおよびＩｎＰからなる群より選択される物質の少なくとも１種以上からなる半導体であることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記窒化物系化合物半導体層は、第二の基板を用いて形成されていたものであり、該第二の基板は、サファイア、スピネルまたはニオブ酸リチウムのいずれかの絶縁性基板であるか、あるいは炭化ケイ素、シリコン、酸化亜鉛またはガリウム砒素のいずれかの導電性基板であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 前記第一の接着用金属層および第二の接着用金属層は、互いに異なる材料または同一の材料で形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子。
- 請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、
第二の基板上に窒化物系化合物半導体層を積層形成する工程と、該窒化物系化合物半導体層に凹溝部を形成する工程と、該凹溝部を有する窒化物系化合物半導体層上に第二のオーミック電極を形成する工程と、該第二のオーミック電極の上に第二の接着用金属層を形成する工程と、第一の導電性基板上に第一のオーミック電極を形成する工程と、該第一のオーミック電極上に第一の接着用金属層を形成する工程と、前記第一の接着用金属層と前記第二の接着用金属層とを接合する工程と、前記第二の基板を除去して前記窒化物系化合物半導体層の表面を露出させる工程と、該露出した表面に透明電極を形成する工程とを包含する、窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 請求項２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、
第二の基板上に窒化物系化合物半導体層を積層形成する工程と、該窒化物系化合物半導体層に凹溝部を形成する工程と、該凹溝部を有する窒化物系化合物半導体層上に第二のオーミック電極を形成する工程と、該第二のオーミック電極の上に第二の接着用金属層を形成する工程と、第一の導電性基板に凹溝部を形成する工程と、該凹溝部が形成された第一の導電性基板上に第一のオーミック電極を形成する工程と、該第一のオーミック電極上に第一の接着用金属層を形成する工程と、前記第一の接着用金属層と前記第二の接着用金属層とを接合する工程と、前記第二の基板を除去して前記窒化物系化合物半導体層の表面を露出させる工程と、該露出した表面に透明電極を形成する工程とを包含する、窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記第二の基板上に窒化物系化合物半導体層を積層形成する工程は、該第二の基板側からＮ型層、発光層およびＰ型層をこの順番で少なくとも積層形成する工程を含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第二のオーミック電極を形成する工程と、前記第二の接着用金属層を形成する工程との間に、前記第二のオーミック電極上に反射層を形成する工程を含み、前記第二の接着用金属層を形成する工程は、該反射層上に該第二の接着用金属層を形成する工程であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
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