JP5148647B2 - 半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施の形態に係る半導体発光素子の構造例を説明する模式的断面図である。
図1に表したように、第1の実施の形態に係る半導体発光素子110は、支持基板70と、支持基板70の上に設けられた接合部40と、接合部40の上に設けられた中間金属膜50と、中間金属膜50の上に設けられた第1電極30と、第1電極30の上に設けられた半導体積層体10と、半導体積層体10の上に設けられた第2電極20と、を備える。
このような中間金属膜50によって、半導体発光素子110では、第1電極30と、接合部40(第1接合層41)と、の密着性を高める。これにより、レーザリフトオフを行う際、第1電極30と接合部40との界面での剥離を抑制する。
図2に表したように、比較例に係る半導体発光素子190は、支持基板70と、支持基板70の上に設けられた接合部40と、接合部40の上に設けられた第1電極30と、第1電極30の上に設けられた半導体積層体10と、半導体積層体10の上に設けられた第2電極20と、を備える。
半導体発光素子190では、第1電極30の電極用金属膜320と、接合部40における第1接合層41の接合用金属膜411と、が直接接合されている点、中間金属膜50を介在させた半導体発光素子110と相違する。
図3では、半導体積層体10、第1電極30及び接合部40の構成例を中心に例示している。
第1電極30は、半導体積層体10の第2主面10bから、電極用金属膜310及び320の順に積層された多層金属膜になっている。
接合部40は、第1接合層41と第2接合層42とが接合された構造である。第1接合層41は、第1電極30側から、接合用金属膜411、412及び413の順に積層された多層金属膜になっている。
ここで、電極用金属膜320として用いられるAgの線膨張係数は、19.1×10−6/℃である。また、接合用金属膜411として用いられるTiの線膨張係数は、8.9×10−6/℃である。
ここで、Niの線膨張係数は、13.3×10−6/℃である。Ptの線膨張係数は、78.98×10−6/℃である。Rhの線膨張係数は、9.6×10−6/℃である。Pdの線膨張係数は、10.6×10−6/℃である。いずれも、線膨張係数は、電極用金属膜320の線膨張係数と、接合用金属膜411の線膨張係数と、の間である。これにより、第1電極30と第1接合層41との間の金属膜間での線膨張係数差を小さくし、密着力を高めている。
第2の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例について説明する。
図4〜図6は、半導体発光素子110の製造工程の一例を順に説明する模式的断面図である。
本実施の形態では、半導体積層体10を成長させる支持基板80として、サファイヤ等で構成される基板を用いる。
GaN→Ga+(1/2)N2↑
その結果、図5(b)に表したように、支持基板80が半導体積層体10から剥がれる。
図7では、比較例に係る半導体発光素子190の製造工程において、図5(b)と同じレーザリフトオフを行った状態の一例を示している。
比較例においては、第1電極30と第1接合層41とが直接接合されている。本実施の形態において適用される中間金属膜50が介在していないため、第1電極30と第1接合層41との間の密着力が不十分になっている可能性がある。例えば、第1電極30と第1接合層41との間には、接合時やレーザリフトオフの際の熱履歴によって応力が蓄積されている。この応力は、第1電極30と第1接合層41との間の密着力を低下させる原因になる。
図8は、第3の実施の形態に係る半導体発光素子の構造例を説明する模式的断面図である。
図8(a)は、半導体発光素子120の全体構造の例を示す模式的断面図である。
図8(b)は、図8(a)におけるA部を拡大した模式的断面図である。
図8(a)に表したように、第3の実施の形態に係る半導体発光素子120は、支持基板70と、支持基板70の上に設けられた接合部40と、接合部40の上に設けられた中間金属膜50と、中間金属膜50の上に設けられた第1電極30と、第1電極30の上に設けられた半導体積層体10と、半導体積層体10の上に設けられた第2電極20と、を備える。
第3の実施の形態に係る半導体発光素子120では、第1の実施の形態に係る半導体発光素子110に比べ、接合部40における第1接合層41が、少なくとも第1電極30の端面30bに接している点で相違する。
第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例について説明する。
図9〜図11は、半導体発光素子120の製造工程の一例を順に説明する模式的断面図である。
本実施の形態では、半導体積層体10を成長させる支持基板80として、サファイヤ等で構成される基板を用いる。
GaN→Ga+(1/2)N2↑
その結果、図10(b)に表したように、支持基板80が半導体積層体10から剥がれる。
半導体積層体10のエッチングは、第1主面10aから進行していく。そして、第1接合層41の接合用金属膜414まで到達すると、接合用金属膜414がエッチングのストッパ膜としての役目を果たす。接合用金属膜414は、半導体積層体10との間で十分なエッチング選択比を有している。これにより、半導体積層体10のエッチングは、接合用金属膜414の位置で止まることになる。
図12は、第5の実施の形態に係る半導体発光装置の構成例を説明する模式的断面図である。
半導体発光装置200は、半導体発光素子110(120)と、半導体発光素子110(120)を包囲する成型体210と、半導体発光素子110(120)と導通し、成型体210の外側に設けられた端子220と、を備えている。
半導体発光装置200は、SMD(Surface Mount Device)型である。
なお、半導体発光装置200は、SMD型以外であっても適用可能である。
例えば、半導体発光素子110(120)において、中間金属膜50は、第1電極30の最下層として設けられていてもよい。また、中間金属膜50は、接合部40の最上層として設けられていてもよい。
また、例えば、半導体発光素子110(120)から放出される光信号を処理できる電子回路を同じ支持基板70の上に集積された光電子集積回路(Opto Electronic Integrated Circuit)も本実施の形態に含まれる。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
Claims (4)
- 支持基板と、
前記支持基板の上に設けられ、第1金属膜及び第4金属膜を含む多層金属膜が積層された接合部と、
前記第4金属膜の上に接して設けられ、前記第1金属膜の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する中間金属膜と、
前記中間金属膜の上に接して設けられ前記中間金属膜の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する第2金属膜と、前記第2金属膜の上に設けられた第3金属膜と、を有する第1電極と、
前記第1電極の上に設けられ、発光部を含む半導体積層体と、
前記半導体積層体の上に設けられた第2電極と、
前記半導体積層体の側面を覆う保護膜と、
を備え、
前記中間金属膜は、Ni、Pt、Rh及びPdのうち選択された1つであり、前記第3金属膜の膜厚よりも厚い膜厚を有し、
前記第4金属膜は、前記中間金属膜の下面、前記中間金属膜の端面、前記第1電極の端面、前記端面から外側に延在する前記半導体積層体の下面及び前記保護膜の下面に接し前記半導体積層体のエッチングに対して耐性を有することを特徴とする半導体発光素子。 - 前記中間金属膜はNiを含み、
前記第2金属膜はAgを含み、
前記第3金属膜はNiを含み、
前記第4金属膜はNiを含み、
前記半導体積層体はGaNを含む請求項1記載の半導体発光装置。 - 請求項1または2に記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を包囲する成型体と、
前記半導体発光素子と導通し、前記成型体の外側に設けられた端子と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。 - 第1支持基板上に発光部を含む半導体積層体を形成する工程と、
前記半導体積層体の上に、第2金属膜を有する電極を形成する工程と、
前記電極の上に、前記第2金属膜よりも線膨張係数が小さい中間金属膜を、前記第2金属膜と接するように形成する工程と、
前記電極及び前記中間金属膜を選択的にエッチングして分割する工程と、
前記中間金属膜の上面、前記中間金属膜の端面、前記電極の端面及び前記端面から外側に延在する前記半導体積層体の上面のそれぞれを覆うように第4金属膜を形成し、前記第4金属膜の上に前記中間金属膜よりも線膨張係数が小さい第1金属膜を積層した第1接合層を形成する工程と、
第2支持基板上に接合用金属膜を有する第2接合層を形成する工程と、
前記第1接合層と前記第2接合層とを接合する工程と、
前記第1支持基板の前記半導体積層体とは反対側の面からレーザ光を照射し、前記第1支持基板を前記半導体積層体から剥離する工程と、
前記第1接合層の前記第4金属膜をストッパとして前記半導体積層体をエッチングする工程と、
前記半導体積層体の側面及び前記第4金属膜の上面を覆う保護膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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