JP5848600B2 - Nitride semiconductor light emitting device and method for manufacturing nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device.
従来、窒化物半導体は、バンド構造および化学的安定性から、発光素子およびパワーデバイス用の半導体材料として期待されており、その応用が試みられてきた。 Conventionally, nitride semiconductors are expected as semiconductor materials for light-emitting elements and power devices because of their band structure and chemical stability, and their application has been attempted.
特に近年では、照明装置およびディスプレイ装置などの光源として、紫外光から可視光までの光を発する窒化物半導体発光素子、とりわけ窒化物半導体を用いた窒化物LED(Light Emitting Diode)の開発が盛んになっている。 In particular, in recent years, nitride semiconductor light emitting elements that emit light from ultraviolet light to visible light, particularly nitride LEDs (light emitting diodes) using nitride semiconductors, have been actively developed as light sources for lighting devices and display devices. It has become.
窒化物LEDは、基板の上に、n型窒化物半導体層、窒化物半導体層からなる活性層、およびp型窒化物半導体層がこの順に積層され、n型窒化物半導体層上にn側電極が形成され、p型窒化物半導体層上にp側電極が形成された構造を有している。 In a nitride LED, an n-type nitride semiconductor layer, an active layer made of a nitride semiconductor layer, and a p-type nitride semiconductor layer are stacked in this order on a substrate, and an n-side electrode is formed on the n-type nitride semiconductor layer. And a p-side electrode is formed on the p-type nitride semiconductor layer.
そして、窒化物LEDにおいては、上記の電極から電流を注入することによって、活性層から光が発光する。活性層から発生した光は、主として上方、すなわち基板とは反対方向に、p型窒化物半導体層を通して、外部へ取り出される。 And in nitride LED, light is light-emitted from an active layer by injecting an electric current from said electrode. Light generated from the active layer is extracted to the outside mainly through the p-type nitride semiconductor layer upward, that is, in the direction opposite to the substrate.
このような窒化物LEDに要求される性能向上の一つとして、発光効率の向上が挙げられ、そのために様々なアプローチが行なわれてきている。 One of the performance improvements required for such a nitride LED is an improvement in luminous efficiency, and various approaches have been taken for that purpose.
たとえば特許文献1には、n型窒化物半導体層、活性層およびp型窒化物半導体層の順に積層した後に、その厚さ方向に、p型窒化物半導体層からn型窒化物半導体層の一部までをエッチングしてメサを形成し、n側電極をメサの周縁部のn型窒化物半導体層に接触させて形成された窒化物半導体発光素子が開示されている(たとえば特許文献1の図3、図4および図6等)。 For example, in Patent Document 1, an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are stacked in this order, and then the thickness of the p-type nitride semiconductor layer to the n-type nitride semiconductor layer is increased. A nitride semiconductor light emitting device formed by etching up to a portion to form a mesa and bringing an n-side electrode into contact with an n-type nitride semiconductor layer at the peripheral portion of the mesa is disclosed (for example, FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 6 etc.).
特許文献1に記載の窒化物半導体発光素子は、上記の構造を有していることにより、駆動電圧の上昇および発光ムラの発生を抑止して、発光効率を向上させている。 The nitride semiconductor light-emitting device described in Patent Document 1 has the above structure, thereby suppressing the increase in drive voltage and the occurrence of uneven light emission and improving the light emission efficiency.
しかしながら、特許文献1においては、窒化物半導体発光素子のメサの周縁部にn側電極が形成されているものの、n側電極とn型窒化物半導体層との接触面積を大きくして駆動電圧を低減させることは行なわれていない。 However, in Patent Document 1, although the n-side electrode is formed at the peripheral edge of the mesa of the nitride semiconductor light emitting device, the drive voltage is increased by increasing the contact area between the n-side electrode and the n-type nitride semiconductor layer. No reduction has been done.
窒化物半導体発光素子の発光面積を変えることなく、n側電極とn型窒化物半導体層との接触面積を大きくするためには、窒化物半導体発光素子自体の面積を大きくする方法がある。しかしながら、この方法においては、元となるウエハから取り出せる窒化物半導体発光素子の個数が減少してしまうため、窒化物半導体発光素子1個当たりの製造コストが上昇する。 In order to increase the contact area between the n-side electrode and the n-type nitride semiconductor layer without changing the light emitting area of the nitride semiconductor light emitting device, there is a method of increasing the area of the nitride semiconductor light emitting device itself. However, in this method, the number of nitride semiconductor light emitting elements that can be taken out from the original wafer is reduced, so that the manufacturing cost per nitride semiconductor light emitting element increases.
また、窒化物半導体発光素子自体の面積を変えることなく、n側電極とn型窒化物半導体層との接触面積を大きくする場合には、窒化物半導体発光素子の発光面積を小さくする方法しかないため、駆動電圧を低減できても、発光量が減ってしまうため、発光効率を向上させることはできない。 Further, in order to increase the contact area between the n-side electrode and the n-type nitride semiconductor layer without changing the area of the nitride semiconductor light emitting device itself, there is only a method for reducing the light emitting area of the nitride semiconductor light emitting device. Therefore, even if the drive voltage can be reduced, the light emission amount is reduced, and thus the light emission efficiency cannot be improved.
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑えて、駆動電圧が低く、発光効率が高い窒化物半導体発光素子を作製することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device and a nitride semiconductor capable of producing a nitride semiconductor light emitting device with low driving voltage and high light emission efficiency while suppressing an increase in manufacturing cost. It is providing the manufacturing method of a light emitting element.
本発明は、主面を有する基板と、基板の主面上に積層されたn型窒化物半導体層と、n型窒化物半導体層上に積層された窒化物半導体層からなる活性層と、活性層上に積層されたp型窒化物半導体層と、n型窒化物半導体層に接するn側電極と、を備え、p型窒化物半導体層と、活性層と、n型窒化物半導体層の一部とからなるメサを有し、n型窒化物半導体層の周縁部は、n型窒化物半導体層の主面および側面を含む階段状構造を有しており、階段状構造は、最下段の主面と、最下段の主面に連なる中段の側面と、中段の側面に連なる中段の主面とから構成されており、n型窒化物半導体層の最下段の主面、最下段の主面に連なる中段の側面、および中段の側面に連なる中段の主面を直接覆うようにn側電極が配置されている窒化物半導体発光素子である。 The present invention relates to a substrate having a main surface, an n-type nitride semiconductor layer stacked on the main surface of the substrate, an active layer comprising a nitride semiconductor layer stacked on the n-type nitride semiconductor layer, A p-type nitride semiconductor layer stacked on the layer; and an n-side electrode in contact with the n-type nitride semiconductor layer. The p-type nitride semiconductor layer, the active layer, and the n-type nitride semiconductor layer A peripheral portion of the n-type nitride semiconductor layer has a stepped structure including a main surface and side surfaces of the n-type nitride semiconductor layer, and the stepped structure is main surface, and a middle side surface continuous to the bottom major surface, which is composed of a middle of the main surface leading to the middle of the side surface, bottom major surface of the n-type nitride semiconductor layer, the bottom major surface middle side, and an n-side electrode so as to cover the middle of the main surface continuous to the side surface of the middle directly disposed Tei Ru nitride semiconductor continuing to It is a light emitting element.
ここで、本発明の窒化物半導体発光素子において、階段状構造およびn側電極がメサを取り囲むように配置されていることが好ましい。 Here, in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable that the stepped structure and the n-side electrode are arranged so as to surround the mesa.
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、n側電極が、窒化物半導体発光素子の中央部に向かって延伸していることが好ましい。 In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable that the n-side electrode extends toward the center of the nitride semiconductor light emitting device.
また、本発明の窒化物半導体発光素子は、n側電極の一部を覆うように配置されている絶縁膜をさらに備えていることが好ましい。 In addition, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention preferably further includes an insulating film disposed so as to cover a part of the n-side electrode.
さらに、本発明は、上記のいずれかの窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、基板の主面上にn型窒化物半導体層を積層する工程と、n型窒化物半導体層上に活性層を積層する工程と、活性層上にp型窒化物半導体層を積層する工程と、n型窒化物半導体層、活性層およびp型窒化物半導体層のそれぞれの一部をエッチングすることによってメサを形成する工程と、n型窒化物半導体層の周縁部となる箇所をエッチングすることによって周縁溝を形成する工程と、メサを形成する工程および周縁溝を形成する工程により露出したn型窒化物半導体層の表面に接するようにn側電極を形成する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法である。 Furthermore, the present invention provides a method for manufacturing any one of the nitride semiconductor light emitting devices described above, the step of laminating an n-type nitride semiconductor layer on a main surface of a substrate, A step of laminating an active layer, a step of laminating a p-type nitride semiconductor layer on the active layer, and etching a part of each of the n-type nitride semiconductor layer, the active layer, and the p-type nitride semiconductor layer N-type nitridation exposed by the step of forming a mesa, the step of forming a peripheral groove by etching a portion to be the peripheral portion of the n-type nitride semiconductor layer, the step of forming a mesa, and the step of forming a peripheral groove Forming an n-side electrode so as to be in contact with the surface of the nitride semiconductor layer.
ここで、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、n側電極を形成する工程において、n側電極をスパッタ法により形成することが好ましい。 Here, in the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable that the n-side electrode is formed by sputtering in the step of forming the n-side electrode.
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、n側電極を形成する工程の後に、n側電極を熱処理する工程をさらに含むことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting device of this invention further includes the process of heat-processing an n side electrode after the process of forming an n side electrode.
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、n側電極を形成する工程の後に、n側電極の一部を覆うように絶縁膜を形成する工程をさらに含むことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting device of the present invention further includes a step of forming an insulating film so as to cover a part of the n-side electrode after the step of forming the n-side electrode.
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法においては、絶縁膜を形成する工程において、絶縁膜をスパッタ法もしくはプラズマCVD法により形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable that the insulating film is formed by sputtering or plasma CVD in the step of forming the insulating film.
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、n側電極を形成する工程の後に、周縁溝の位置にて窒化物半導体発光素子に分割する工程をさらに含むことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the nitride semiconductor light emitting element of this invention further includes the process of dividing | segmenting into the nitride semiconductor light emitting element in the position of a peripheral groove after the process of forming an n side electrode.
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、分割する工程の前に、周縁溝の下方の基板の内部または裏面にスクライブラインを形成する工程をさらに含むことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting device of this invention further includes the process of forming a scribe line in the inside or back surface of the board | substrate under a peripheral groove | channel before the process of dividing | segmenting.
本発明によれば、製造コストの上昇を抑えて、駆動電圧が低く、発光効率が高い窒化物半導体発光素子を作製することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device capable of producing a nitride semiconductor light emitting device with low driving voltage and high light emission efficiency while suppressing an increase in manufacturing cost. can do.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。 Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
[実施の形態1]
<構造>
図1(a)に、本発明の窒化物半導体発光素子の一例である実施の形態1の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図を示し、図1(b)に、図1(a)に示す窒化物半導体発光ダイオード素子の上面の模式的な平面図を示す。なお、図1(a)は、図1(b)のX−Yに沿った断面を示している。
[Embodiment 1]
<Structure>
FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of the nitride semiconductor light-emitting diode element according to the first embodiment which is an example of the nitride semiconductor light-emitting element of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view of the upper surface of the nitride semiconductor light-emitting diode device shown in FIG. FIG. 1A shows a cross section taken along the line XY of FIG.
図1(a)および図1(b)に示すように、実施の形態1の窒化物半導体発光ダイオード素子100は、主面101aを有する基板101と、基板101の主面101a上に、バッファ層102、n型コンタクト層103、n型SLS層104、窒化物半導体層からなる活性層105、p型キャリアブロック層106およびp型コンタクト層107がこの順序で積層された構造を有している。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the nitride semiconductor light-
また、p型コンタクト層107と、p型キャリアブロック層106と、活性層105と、n型SLS層104と、n型コンタクト層103の一部とから、メサ110が構成されている。
The p-
n型コンタクト層103の周縁部は、n型コンタクト層103の主面103aおよび側面103bを含む階段状構造を有している。ここで、階段状構造は、n型コンタクト層103の最下段の主面103aと、最下段の主面103aに連なる中段の側面103bと、中段の側面103bに連なる中段の主面103cと、から構成されている。
The peripheral portion of the n-
メサ110の上部においては、p型コンタクト層107上にp側電極108が設けられており、p側電極108上にはp側パッド電極122が設けられている。また、メサ110の底部においては、n型コンタクト層103に接触するようにn側電極121が設けられている。
Above the
また、絶縁膜123が、n側電極121およびp側パッド電極122の一部を除き、窒化物半導体発光ダイオード素子100の上面の全体を覆っている。
The insulating
図1(a)および図1(b)に示すように、窒化物半導体発光ダイオード素子100の周縁には周縁溝120が形成されており、周縁溝120の箇所で分割して形成されている。すなわち、1つ1つの窒化物半導体発光ダイオード素子100は、周縁溝120およびスクライブライン124にて分割されて形成されている。基板101の側面には、窒化物半導体発光ダイオード素子100の分割に用いられたスクライブライン124の一部が形成されている。
As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, a
n側電極121は、メサ110の底部を構成するn型コンタクト層103の中段の主面103c(基板101の主面と同等の面)と、周縁溝120の側壁を構成するn型コンタクト層103の中段の側面103bと、周縁溝120の底面を構成するn型コンタクト層103の最下段の主面103aと、にそれぞれ接触するようにして設けられている。
The n-
なお、本明細書において、「メサ」とは、窒化物半導体層の積層構造の一部が除去されて形成された凸状構造を意味するものとする。また、本明細書において、「メサの上面」とは、凸状構造の凸状の突起部の上面を意味し、「メサの側面」とは、凸状構造の凸状の突起部の側面を意味し、「メサの底部」とは、メサの上部およびメサの側面を除く領域を意味するものとする。 In this specification, “mesa” means a convex structure formed by removing a part of the laminated structure of the nitride semiconductor layers. Further, in this specification, “the upper surface of the mesa” means the upper surface of the convex protrusion of the convex structure, and “the side surface of the mesa” means the side of the convex protrusion of the convex structure. As used herein, “the bottom of the mesa” means an area excluding the top of the mesa and the side surface of the mesa.
窒化物半導体発光ダイオード素子100において、n側電極121は、n型コンタクト層103の最下段の主面103a、中段の側面103bおよび中段の主面103cを直接覆うように設けられている。
In the nitride semiconductor light emitting
したがって、窒化物半導体発光ダイオード素子100においては、n側電極121は、メサ110の底部を構成するn型コンタクト層103の中段の主面103cと接触するだけでなく、n型コンタクト層103の最下段の主面103aおよび中段の側面103bにも接触することになるため、窒化物半導体発光ダイオード素子100の発光面積および窒化物半導体発光ダイオード素子100自体の面積を変えることなく、n側電極121とn型コンタクト層103との接触面積を増大させることができる。
Therefore, in the nitride semiconductor light emitting
これにより、窒化物半導体発光ダイオード素子100においては、発光面積および元となるウエハから取り出せる素子の個数の犠牲を抑えることができるため製造コストの上昇を抑えることができるだけでなく、駆動電圧が低く、発光効率が高い素子とすることができる。
Thereby, in the nitride semiconductor light emitting
また、n型コンタクト層103の階段状構造およびn側電極121は、それぞれ、メサ110を取り囲むように配置されていることが好ましい。この場合には、p側パッド電極122を通してメサ110の上面から注入された電流を、メサ100を取り囲むように配置されたn側電極121に向けて拡がるように流れるため、活性層105の面内により均一に注入することができる。これにより、発光ムラの少ない窒化物半導体発光ダイオード素子100を得ることができる。
In addition, the stepped structure of the n-
また、n側電極121は、窒化物半導体発光ダイオード素子100の中央部に向かって延伸していることが好ましい。この場合には、窒化物半導体発光ダイオード素子100の周縁部だけでなく中央部近辺にもn側電極121が存在することになるため、実質的な電流パス長を短くすることができるとともに、活性層105の面内により均一に電流を注入することができる。これにより、駆動電圧をより低減して、発光効率をより向上させることができるとともに、発光ムラの少ない窒化物半導体発光ダイオード素子100を得ることができる。
The n-
また、絶縁膜123は、n側電極121の一部を覆うように配置されていることが好ましい。メサ110の近傍に位置するn側電極121の形成面積が広くなるため、n側電極121形成後のプロセス等で、ほんの少しのn側電極121の変形や異物の存在により、メサ110の側面(特に、p型キャリアブロック層106、p型コンタクト層107およびp側電極108)とn側電極121との間に短絡が生じる可能性が高く、これによりリーク電流が生じる事態を回避する必要がある。そのため、絶縁膜123がn側電極121の一部を覆うように配置されることによって、上記の短絡の発生を抑制することができ、窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造歩留りが向上するため、窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造コストをより低減することができる。
The insulating
<製造方法>
以下、実施の形態1の窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造方法の一例について説明する。
<Manufacturing method>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the nitride semiconductor light-emitting
(窒化物半導体層の積層)
まず、図2の模式的断面図に示すように、基板101の主面101a上に、バッファ層102、n型コンタクト層103、n型SLS層104、窒化物半導体層からなる活性層105、p型キャリアブロック層106およびp型コンタクト層107をこの順序でたとえばMOCVD法などにより積層する。
(Lamination of nitride semiconductor layers)
First, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2, on the
基板101としては、たとえばサファイア基板などを用いることができ、バッファ層102としてはたとえばAlN層などを積層することができる。
As the
n型コンタクト層103としては、たとえばn型GaN層などを積層することができ、n型SLS層104としては、たとえばn型のInGaN/GaN超格子層などを積層することができる。
For example, an n-type GaN layer can be stacked as the n-
活性層105としては、たとえばInGaN量子井戸層とInGaN障壁層との交互積層体からなる多重量子井戸構造を有する活性層などを積層することができる。
As the
p型キャリアブロック層106としては、たとえばp型AlGaN層などを積層することができ、p型コンタクト層107としては、たとえばp型GaN層などを積層することができる。
As the p-type
ここで、n型窒化物半導体層を積層する際にはn型ドーパントとしてたとえばSiを、p型窒化物半導体層を積層する際にはp型ドーパントとしてたとえばMgを、それぞれ不純物として、窒化物半導体結晶中に取り込ませることができる。 Here, when stacking an n-type nitride semiconductor layer, for example, Si is used as an n-type dopant, and when stacking a p-type nitride semiconductor layer, for example, Mg is used as an impurity as a p-type dopant. It can be incorporated into the crystal.
次に、p型コンタクト層107の積層後のウエハを熱処理する。これにより、p型窒化物半導体層(p型キャリアブロック層106およびp型コンタクト層107)中のp型ドーパントを活性化させて、p型の半導体としての機能を発現させる。熱処理は、たとえば、窒素雰囲気で、800℃で10分間、p型コンタクト層107の積層後のウエハを加熱することにより行なうことができる。
Next, the wafer after the p-
(p側電極の形成)
次に、p型コンタクト層107の表面を酸処理した後に、p型コンタクト層107の表面にp側電極108を形成する。ここで、p側電極108としては、たとえば厚さ180nmのITO(Indium Tin Oxide)を形成することができるが、これに限定されるものではない。p側電極108としては、IZO、IGZO、AZOまたはZnOなどの透光性導電膜であればよく、これらの酸化膜に限定されず、金属膜であってもよい。また、酸処理は、たとえば、p型コンタクト層107の表面をフッ酸に3分間浸漬した後、水洗し、乾燥することにより行なうことができる。
(Formation of p-side electrode)
Next, after acid-treating the surface of the p-
次に、p側電極108を熱処理する。窒化物半導体発光ダイオード素子100は、活性層105から発した光を主にp側電極108側から取り出す構造となっている。p側電極108の熱処理を行なった場合には、p側電極108での発光波長域での光吸収を抑えることができる傾向にある。たとえば、活性層105から発光する光の波長の分布が、たとえば450nm程度が中心である場合には、p側電極108の熱処理により、450nm付近の波長の光の透過率を高くすることができる。また、p側電極108の熱処理は、p型コンタクト層107とp側電極108とのコンタクト抵抗を低減し、p側電極108自体のシート抵抗を低減するといった効果も有する。
Next, the p-
p側電極108の熱処理は、たとえば、窒素と酸素との混合雰囲気で、500℃で、10分間、p側電極108を加熱した後に、さらに窒素雰囲気で、800℃で10分間、加熱することにより行なうことができる。
The heat treatment of the p-
(メサの形成)
次に、図3(a)の模式的断面図および図3(b)の模式的平面図に示すように、p側電極108、p型コンタクト層107、p型キャリアブロック層106、活性層105、n型SLS層104およびn型コンタクト層103のそれぞれの一部をエッチングすることによってメサ110を形成する。なお、図3(a)は、図3(b)のX−Yに沿った断面を示している。
(Mesa formation)
Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 3A and the schematic plan view of FIG. 3B, the p-
ここで、メサ110の形成は、たとえば、以下のようにして行なうことができる。まず、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、p側電極108の一部を取り除いて、p側電極108をパターニングする。ここで、p側電極108のエッチングには、たとえば塩酸系水溶液を用いることができる。
Here, the formation of the
次に、再びフォトリソグラフィ技術を用いて、メサ110を形成するウエハの領域をフォトマスク(図示せず)にて覆う。そして、そのフォトマスクを用いて、公知のドライエッチング技術にて、p型コンタクト層107、p型キャリアブロック層106、活性層105、n型SLS層104およびn型コンタクト層103のそれぞれの一部をドライエッチングする。これにより、p型コンタクト層107と、p型キャリアブロック層106と、活性層105と、n型SLS層104と、n型コンタクト層103の一部とからなるメサ110が形成される。
Next, the area of the wafer on which the
ここで、ドライエッチングは、たとえば、ICPエッチング装置を用いて、塩素系ガス(塩素、四塩化塩素、またはその混合ガスなど)をプロセスガスとして行なうことができる。なお、エッチング深さは、たとえば0.5μm程度とすることができるが、特に限定されず、n型コンタクト層103に達する深さがあれば十分である。
Here, dry etching can be performed using, for example, a chlorine-based gas (chlorine, chlorine tetrachloride, or a mixed gas thereof) as a process gas using an ICP etching apparatus. The etching depth can be, for example, about 0.5 μm, but is not particularly limited. A depth reaching the n-
(周縁溝の形成)
次に、図4(a)の模式的断面図および図4(b)の模式的平面図に示すように、n型コンタクト層103の周縁部となる箇所をエッチングすることによって周縁溝120を形成する。なお、図4(a)は、図4(b)のX−Yに沿った断面を示している。
(Formation of peripheral groove)
Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 4A and the schematic plan view of FIG. 4B, the
ここで、周縁溝120の形成は、たとえば以下のようにして行なうことができる。まず、メサ110の形成後の素子間に相当する部分以外のウエハの領域が露出するように、フォトリソグラフィ技術を用いて、上記のフォトマスク(図示せず)をパターニングする。
Here, the formation of the
次に、公知のドライエッチング技術(たとえばICPエッチング装置)により、周縁溝120を形成する。ここで、周縁溝120の深さは、たとえば2μm程度とすることができる。
Next, the
(n側電極およびp側パッド電極の形成)
その後、図4(a)および図4(b)に示すように、メサ110の形成および周縁溝120の形成により露出したn型コンタクト層103の表面に接するようにn側電極121を形成する。また、p側パッド電極122をp側電極108上に形成する。n側電極121およびp側パッド電極122は、たとえば以下のようにして作製することができる。
(Formation of n-side electrode and p-side pad electrode)
Thereafter, as shown in FIGS. 4A and 4B, an n-
まず、p側電極108の表面の一部と、n型コンタクト層103の表面の一部とを覆うように、フォトマスク(図示せず)を、フォトリソグラフィ技術により作製する。次に、スパッタ法にて、n側電極121およびp側パッド電極122のそれぞれの電極材料からなる膜を製膜し、リフトオフを行なう。これにより、n側電極121およびp側パッド電極122を行なう。実施の形態1においては、n側電極121とp側パッド電極122とは、同一層構造にて同時に製膜されている。n側電極121とp側パッド電極122の構造は、たとえば、Ni層/Pt層/Au層の積層体とすることができる。
First, a photomask (not shown) is manufactured by a photolithography technique so as to cover part of the surface of the p-
ここで、n側電極121は、スパッタ法により形成されることが好ましい。n型コンタクト層103の階段状構造の側面、すなわち周縁溝120の側壁の内面部分は、n側電極121で覆われることによって、n側電極121との接触面積の増大に寄与している。したがって、周縁溝120の深さが深いほど、周縁溝120の側壁の内面部分とn側電極121との接触面積は増大することになる。n側電極121をスパッタ法により形成した場合には、周縁溝120の深さが深い場合でも、n側電極121の周縁溝120に対するステップカバレッジ(段差に対する被覆度合)を向上させることができ、n側電極121の段切れおよび薄膜化を抑制することができるため、n型コンタクト層103との接触面積を増大させ、接触抵抗を低減させたn側電極121を効率良く形成することができる。これにより、高い歩留まりで、駆動電圧が低減し、発光効率の高い窒化物半導体発光ダイオード素子100を作製することができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造コストの上昇を抑えることができる。
Here, the n-
n側電極121の形成に用いられるスパッタ法としては、たとえば、平行平板スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、またはECRスパッタ法などのいずれの方法を用いてもよく、製膜する電極材料によって適宜選択すればよい。
As a sputtering method used for forming the n-
その後、n側電極121およびp側パッド電極122の熱処理を行なう。ここで、n側電極121およびp側パッド電極122の熱処理は、たとえば、窒素雰囲気で、400℃で5分間、n側電極121およびp側パッド電極122を加熱することにより行なうことができる。
Thereafter, the n-
また、n側電極121の形成後には、n側電極121を熱処理することが好ましい。個々の窒化物半導体発光ダイオード素子100に分割する場合には、周縁溝120の位置でn側電極121も同時に分割されるため、n側電極121が剥がれることがある。しかしながら、n側電極121の形成後にn側電極121を熱処理した場合には、n型コンタクト層103とn側電極121との間の密着性が増すため、窒化物半導体発光ダイオード素子100の分割時に剥がれにくいn側電極121を形成することができる。これにより、窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造歩留まりが向上するため、窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造コストの上昇を抑えることができる。また、n側電極121の熱処理によって、n型コンタクト層103とn側電極121との間の接触抵抗も低減することができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子100の駆動電圧を低くすることができるとともに、発光効率も向上させることができる。
In addition, after the n-
n側電極121の熱処理の条件は上述のようにすることができるが、n型コンタクト層103とn側電極121との間の密着性の向上および接触抵抗の低減が実現できるような条件であればよく、n型コンタクト層103やn側電極121の各々の材料が異なる場合には、n型コンタクト層103とn側電極121との間の密着性の向上および接触抵抗の低減が可能な熱処理条件は変化するため、適宜変更は可能である。
The heat treatment conditions for the n-
(絶縁膜の形成)
次に、図5(a)の模式的断面図および図5(b)の模式的平面図に示すように、n側電極121の一部を覆うように絶縁膜123を形成する。ここで、絶縁膜123は、たとえば、ウエハの全面にプラズマCVD法により厚さ220nmのSiO2膜を製膜し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、n側電極121およびp側パッド電極122の一部の上方のSiO2膜のみを除去して開口させることにより形成することができる。なお、絶縁膜123の開口部分は、窒化物半導体発光ダイオード素子100の実装時に外部から電気を供給するために接続する金属ワイヤ等(図示せず)をボンディングする箇所となる。なお、図5(a)は、図5(b)のX−Yに沿った断面を示している。
(Formation of insulating film)
Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 5A and the schematic plan view of FIG. 5B, an insulating
ここで、絶縁膜123は、n側電極121を形成した後に、n側電極121の一部を覆うように形成することが好ましい。個々の窒化物半導体発光ダイオード素子100に分割する場合には、周縁溝120の位置でn側電極121も同時に分割されるため、n側電極121が剥がれることがある。しかしながら、n側電極121の形成後に、n側電極12121の一部を覆うように絶縁膜123を形成した場合には、絶縁膜123がn側電極121を上から覆っているため、窒化物半導体発光ダイオード素子100の分割時に、n側電極121を剥がれにくくすることができる。これにより、窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造歩留まりが向上するため、窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造コストの上昇を抑えることができる。
Here, the insulating
また、絶縁膜123を、スパッタ法もしくはプラズマCVD法により形成することが好ましい。絶縁膜123は、n側電極121と同様に、周縁溝120の側壁の内面部分にも形成されることになるが、絶縁膜123をスパッタ法もしくはプラズマCVD法により形成した場合には、周縁溝120の側壁の内面部分に対する絶縁膜123のステップカバレッジを増大させることができ、絶縁膜123の段切れおよび薄膜化を抑制することができるため、n側電極121を保護するように、絶縁膜123を効率良く形成することができる。窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造歩留まりが向上するため、窒化物半導体発光ダイオード素子100の製造コストの上昇を抑えることができる。
The insulating
絶縁膜123の形成に用いられるスパッタ法としては、たとえば、平行平板スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、またはECRスパッタ法などのいずれの方法を用いてもよく、製膜する電極材料によって適宜選択すればよい。
As a sputtering method used for forming the insulating
絶縁膜123は、上述のn型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との短絡を抑制できる材料であればよく、たとえば、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化チタン若しくは酸化タンタルなどの酸化膜、窒化シリコン、窒化チタン若しくは窒化タングステンなどの窒化膜、またはこれらの中から選ばれる複数膜の積層構造体とすることができる。
The insulating
実施の形態1においては、絶縁膜123としてSiO2膜を形成し、窒化物半導体発光ダイオード素子100の実装時に外部から電気を供給するために接続する金属ワイヤ等をボンディングする箇所を除いた素子の表面上を覆っている。この場合には、上記効果に加えて、活性層105から発生される光を外部に取り出す際に、窒化物半導体層と外部(空気)との間の、この光の波長における屈折率差を少なくすることができる。また、p側コンタクト電極108をITOで形成している場合には、このp側コンタクト電極108と外部(空気)との間の、この光の波長における屈折率差を少なくすることができる。よって、より効率的に活性層105から発生された光を取り出すことができることから、窒化物半導体発光ダイオード素子100の発光効率を向上させることができる。
In the first embodiment, an SiO 2 film is formed as the insulating
(基板の薄型化)
次に、図6(a)の模式的断面図および図6(b)の模式的平面図に示すように、基板101の裏面側、すなわち基板101の各窒化物半導体層が積層されている側の面とは反対側の面を研削して、基板101の厚さを薄くし、さらに研磨することによって、基板101の裏面を鏡面化する。ここで、基板101は、たとえば90μm程度の厚さにまで薄くされる。なお、図6(a)は、図6(b)のX−Yに沿った断面を示している。
(Thinning board)
Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 6A and the schematic plan view of FIG. 6B, the back surface side of the
(スクライブラインの形成)
次に、図6(a)および図6(b)に示すように、周縁溝120の下方の基板101の領域にスクライブライン124を形成する。スクライブライン124の形成は、たとえば、レーザスクライブ装置により、基板101の裏面側からレーザ光を照射することにより行なうことができる。ここで、レーザ光の焦点が基板101の内部になるように設定すると、図6(a)および図6(b)に示すように、周縁溝120の下方かつ基板101の内部の領域だけが溶融し、スクライブライン124を形成することができる。このように、レーザ光の照射により、スクライブライン124を形成した場合には、周縁溝120等の構造が破壊されにくくなる点で有用である。
(Formation of scribe line)
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, a
スクライブライン124は、たとえば、基板101の裏面側から20μm程度の深さの位置から基板101の表面側に向かって25μm程度の溶融部分からなるライン状に形成される。
The
後述する窒化物半導体発光ダイオード素子100の分割前に、周縁溝120の下方の基板101の領域にスクライブライン124を形成することが好ましい。通常、窒化物半導体発光ダイオード素子100に分割する前には、素子間にダイヤモンドスクライバーなどによるスクライブラインをケガキ入れて、そのスクライブラインに沿ってブレイク装置等を用いて素子の分割を行なっている。しかしながら、この構成によれば、基板101の表面に周縁溝120とともにn側電極121が形成されているため、スクライブライン124を基板101の表面以外の箇所、すなわち基板101の内部もしくは基板101の裏面にケガキ入れることにより、分割箇所以外のn側電極121の構造を破壊することなく、素子の分割を行なうことができる。したがって、高い歩留りで窒化物半導体発光ダイオード素子100を作製し、その製造コストを低減することができる。
It is preferable to form a
(ウエハの分割)
次に、図7(a)の模式的断面図および図7(b)の模式的平面図に示すように、スクライブライン124の形成後のウエハを分割して、個々の窒化物半導体発光ダイオード素子100を作製する。ここで、窒化物半導体発光ダイオード素子100の分割は、たとえば、ブレーク装置を用い、ブレーク刃をスクライブライン124に沿うように基板101の裏面側から当てて押し込むことにより行なうことができる。これにより、スクライブライン124および周縁溝120の箇所で基板101が割れて、窒化物半導体発光ダイオード素子100に分割される。なお、図7(a)は、図7(b)のX−Yに沿った断面を示している。
(Division of wafer)
Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 7A and the schematic plan view of FIG. 7B, the wafer after the
n側電極121を形成する工程の後に、周縁溝120の位置にて個々の窒化物半導体発光ダイオード素子100に分割することが好ましい。この場合には、窒化物半導体発光ダイオード素子100への分割時にn側電極121も分割されるため、窒化物半導体発光ダイオード素子100のn型コンタクト層103の端までn側電極121が接している構造を作製することができる。そのため、n型コンタクト層103の表面をできる限り有効活用してn側電極121との接触面積を大きくすることができる。これにより、n型コンタクト層103とn側電極121との接触面積を大きくすることができるため、駆動電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体発光ダイオード素子100を製造することができる。
After the step of forming the n-
(その他)
なお、実施の形態1においては、周縁溝120がメサ110の周縁部のすべてに形成されて、メサ110の周縁部をより有効に活用する場合について説明しているが、たとえばメサ110の周縁部の四辺のすべてに周縁溝120が形成される必要はなく、メサ110の周縁部の一辺のみ、二辺のみ、三辺のみといった四辺すべてに形成される以外の形態であってもよい。
(Other)
In the first embodiment, the case where the
また、実施の形態1においては、n側電極121とp側パッド電極122とを同時に同一の材料および同一の層構造で形成しているが、これに限定されない。すなわち、n側電極121とp側パッド電極122とを別の材料および/または別の層構造で形成してもよく、同一の材料および同一の層構造であっても、n側電極121とp側パッド電極122とを別々に形成してもよい。
In the first embodiment, the n-
また、実施の形態1においては、スクライブライン124の形状を直線状としているが、任意にその形状を変更することができる。たとえば図9(a)の模式的平面図に示すように、スクライブライン124の形状を破線状としてもよい。たとえば図9(b)の模式的平面図に示すように、スクライブライン124の形状をドットが直線状に並んだ点線状としてもよい。
In the first embodiment, the shape of the
また、実施の形態1においては、周縁溝120の形状を直線状としているが、任意にその形状を変更することができる。たとえば図9(c)の模式的平面図に示すように、周縁溝120の形状をジグザグ状としてもよい。周縁溝120の形状をジグザグ状とした場合には、周縁溝120の形状を直線状とした場合に比べ、窒化物半導体発光ダイオード素子100の駆動電圧を低減することができることがある。
Moreover, in Embodiment 1, although the shape of the peripheral groove |
また、実施の形態1においては、メサ110および周縁溝120は、たとえばICPエッチング装置を用いたドライエッチングにより形成する場合について説明したいるが、RIE装置を用いたドライエッチングにより形成してもよい。周縁溝120は、その深さ方向や幅方向をより微細に制御することができれば、レーザスクライブ装置を用いて形成することも可能である。レーザスクライブ装置を用いて周縁溝120を形成する場合には、レジスト膜等でウエハの表面全体を予め覆っておくことで、レーザスクライブ加工で発生する異物(デブリ)が付着するのを防ぐことができる。
In the first embodiment, the case where the
また、実施の形態1においては、メサ110を形成した後に周縁溝120を形成しているが、周縁溝120を形成した後にメサ110を形成してもよい。
In the first embodiment, the
また、実施の形態1においては、発光波長の分布の中心が450nm付近となるような活性層105を用いる場合を例示したが、発光波長が紫外領域〜可視領域の範囲内であれば、活性層105をはじめ各窒化物半導体層の組成、各電極材料および各製造工程を適宜調整し、所望の発光波長となる構造を有する窒化物半導体発光素子に変更することができる。たとえば、紫外領域の発光を得るためには、Al組成比の高い(たとえば60原子%程度の)AlGaN系からなる窒化物半導体層で構成される活性層105にすればよい。また、たとえば、緑色など可視光の中でも長い波長の領域の発光を得るためには、In組成比の高い(たとえば40原子%程度の)InGaN系からなる窒化物半導体層で構成される活性層105にすればよい。
In Embodiment 1, the case where the
また、実施の形態1においては、p型とn型との導電型を反転してもよい。
[実施の形態2]
図8に、本発明の窒化物半導体発光素子の他の一例である実施の形態2の窒化物半導体発光ダイオード素子200の上面の模式的な平面図を示す。
In the first embodiment, the conductivity types of p-type and n-type may be reversed.
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a schematic plan view of the upper surface of a nitride semiconductor light-emitting
実施の形態2の窒化物半導体発光ダイオード素子200においては、p側パッド電極122、メサ110、n側電極121のそれぞれの形状が異なっている点に特徴がある。すなわち実施の形態2においては、メサ110の側面のうち、n側電極121が内部に入り込んでいる側面から、さらにメサ110の内部に向けて、メサ110の底部が細く入り込んでいる形状となっている。また、その形状に沿うように、p側コンタクト電極108も同じように内側に入り込んでいる。
The nitride semiconductor light-emitting
さらに、n型コンタクト層103の主面上に接触形成されているn側電極121が、上記のメサ110の入り込んでいる溝型形状に沿って、窒化物半導体発光ダイオード素子200の中央部に向けて延伸している一本枝状構造を有している。その一方で、p側パッド電極122は、n側電極121の一本枝状構造を挟むような二本枝構造を有している。
Furthermore, the n-
窒化物半導体発光ダイオード素子200においては、n側電極121が、素子周縁部だけでなく中央部にもつながっていることから、窒化物半導体発光ダイオード素子200の発光ムラをより好適に抑えることができる。さらに、n型コンタクト層103との接触面積もより広がっていることから、窒化物半導体発光ダイオード素子200の駆動電圧をより好適に低減することが可能となる。
In the nitride semiconductor light-emitting
また、窒化物半導体発光ダイオード素子200においては、p側電極108に対して、二本枝状構造を有しているp側パッド電極122から動作電流が注入されることになる。p側コンタクト電極108がITOのような透光性導電膜からなる場合には、金属膜と比べると、水平方向への電流が拡散しにくいが、p側パッド電極122を実施の形態2のような枝状構造とすることによって、p側パッド電極122から注入される電流をp側電極108により均一に拡散することができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子200の発光ムラを抑えることができる。
In the nitride semiconductor light emitting
なお、実施の形態2における上記以外の説明は、実施の形態1と同様であるため、その説明については省略する。 Since the description other than the above in the second embodiment is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted.
今回開示された実施の形態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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の窒化物半導体発光素子は、一般照明装置や液晶ディスプレイのバックライト、プロジェクタ装置、ヘッドライト、スポットライトなどの様々な光源装置に使用される窒化物半導体発光素子に利用することができる。 The nitride semiconductor light emitting device of the present invention can be used for nitride semiconductor light emitting devices used in various light source devices such as general illumination devices, liquid crystal display backlights, projector devices, headlights, and spotlights.
100,200 窒化物半導体発光ダイオード素子、101 基板、101a 主面、102 バッファ層、103 n型コンタクト層、103a 最下段の主面、103b 中段の側面、103c 中段の主面、104 n型SLS層、105 活性層、106 p型キャリアブロック層、107 p型コンタクト層、108 p側電極、110 メサ、120 周縁溝、121 n側電極、122 p側パッド電極、123 絶縁膜、124 スクライブライン。 100,200 Nitride semiconductor light emitting diode device, 101 substrate, 101a main surface, 102 buffer layer, 103 n-type contact layer, 103a bottom main surface, 103b middle side surface, 103c middle main surface, 104 n-type SLS layer , 105 active layer, 106 p-type carrier block layer, 107 p-type contact layer, 108 p-side electrode, 110 mesa, 120 peripheral groove, 121 n-side electrode, 122 p-side pad electrode, 123 insulating film, 124 scribe line.
Claims (11)
前記基板の前記主面上に積層されたn型窒化物半導体層と、
前記n型窒化物半導体層上に積層された窒化物半導体層からなる活性層と、
前記活性層上に積層されたp型窒化物半導体層と、
前記n型窒化物半導体層に接するn側電極と、を備え、
前記p型窒化物半導体層と、前記活性層と、前記n型窒化物半導体層の一部とからなるメサを有し、
前記n型窒化物半導体層の周縁部は、前記n型窒化物半導体層の主面および側面を含む階段状構造を有しており、
前記階段状構造は、最下段の主面と、前記最下段の主面に連なる中段の側面と、前記中段の側面に連なる中段の主面とから構成されており、
前記n型窒化物半導体層の前記最下段の主面、前記最下段の主面に連なる中段の側面、および前記中段の側面に連なる中段の主面を直接覆うように前記n側電極が配置されている、窒化物半導体発光素子。 A substrate having a main surface;
An n-type nitride semiconductor layer stacked on the main surface of the substrate;
An active layer made of a nitride semiconductor layer stacked on the n-type nitride semiconductor layer;
A p-type nitride semiconductor layer stacked on the active layer;
An n-side electrode in contact with the n-type nitride semiconductor layer,
Having a mesa composed of the p-type nitride semiconductor layer, the active layer, and a part of the n-type nitride semiconductor layer;
The peripheral portion of the n-type nitride semiconductor layer has a stepped structure including the main surface and side surfaces of the n-type nitride semiconductor layer,
The step-like structure is composed of a lowermost main surface, a middle side surface continuous to the lowermost main surface, and a middle main surface continuous to the middle side surface,
The n-side electrode is arranged so as to directly cover the lowermost main surface of the n-type nitride semiconductor layer, the middle side surface continuous to the lowermost main surface, and the middle main surface continuous to the middle side surface. Tei Ru, nitride semiconductor light emitting device.
前記基板の前記主面上に前記n型窒化物半導体層を積層する工程と、
前記n型窒化物半導体層上に前記活性層を積層する工程と、
前記活性層上に前記p型窒化物半導体層を積層する工程と、
前記n型窒化物半導体層、前記活性層および前記p型窒化物半導体層のそれぞれの一部をエッチングすることによって前記メサを形成する工程と、
前記n型窒化物半導体層の前記周縁部となる箇所をエッチングすることによって周縁溝を形成する工程と、
前記メサを形成する工程および前記周縁溝を形成する工程により露出した前記n型窒化物半導体層の表面に接するようにn側電極を形成する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法。 A method for producing the nitride semiconductor light emitting device according to claim 1,
Laminating the n-type nitride semiconductor layer on the main surface of the substrate;
Laminating the active layer on the n-type nitride semiconductor layer;
Laminating the p-type nitride semiconductor layer on the active layer;
Forming the mesa by etching a part of each of the n-type nitride semiconductor layer, the active layer, and the p-type nitride semiconductor layer;
Forming a peripheral groove by etching a portion to be the peripheral portion of the n-type nitride semiconductor layer;
Forming an n-side electrode in contact with the surface of the n-type nitride semiconductor layer exposed by the step of forming the mesa and the step of forming the peripheral groove. .
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