JP6323782B2 - Semiconductor light emitting device and method for manufacturing semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device.
従来、発光素子としては、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子(以下、「半導体発光素子」という)が知られている(例えば、日本国特許番号3482955(以下、「文献1」という)。
Conventionally, a gallium nitride compound semiconductor light emitting device (hereinafter referred to as “semiconductor light emitting device”) is known as a light emitting device (for example, Japanese Patent No. 3482955 (hereinafter referred to as “
文献1に記載された半導体発光素子は、絶縁性基板上にn型窒化ガリウム系化合物半導体層と、活性層と、p型窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されている。また、この半導体発光素子は、p型窒化ガリウム系化合物半導体層及び活性層それぞれの一部がエッチングにより除去されている。これにより、半導体発光素子は、n型窒化ガリウム系化合物半導体層が露出されている。
In the semiconductor light emitting device described in
半導体発光素子は、露出されたn型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に、n型窒化ガリウム系化合物半導体層と接する負電極(n電極)が形成されている。 In the semiconductor light emitting device, a negative electrode (n electrode) in contact with the n-type gallium nitride compound semiconductor layer is formed on the surface of the exposed n-type gallium nitride compound semiconductor layer.
文献1には、負電極の形成にあたって、最下層のTi膜とAl膜と最上層のAu膜との積層膜からなる多層膜を形成してから、400℃以上1200℃以下でアニーリングを行うことが記載されている。文献1には、上述のアニーリングにより、負電極とn型窒化ガリウム系化合物半導体層との好ましいオーミック接触が得られることが記載されている。
In
また、文献1には、上述のアニーリングにおけるアニーリング温度について、400℃以上、更に好ましくは500℃以上、最も好ましくは600℃以上である旨が記載されている。
Further,
上述の半導体発光素子は、正電極(p電極)と負電極との間に正電極が負電極に対して高電位側となる順方向バイアス電圧を印加することにより、正電極から負電極に向かって電流が流れ、活性層にてホールと電子が結合し所定の波長の光を発光する。 The semiconductor light emitting device described above is directed from the positive electrode to the negative electrode by applying a forward bias voltage between the positive electrode (p electrode) and the negative electrode so that the positive electrode is at a higher potential side than the negative electrode. As a result, current flows and holes and electrons combine in the active layer to emit light of a predetermined wavelength.
WO2012/039442(以下、「文献2」という)には、n型AlxGa1-xN層上に形成したn電極(Ti/Al/Ti/Au)とn型AlxGa1-xN層との接触抵抗と熱処理温度の関係を、測定した結果が示されている。文献2には、この関係を、n型AlxGa1-xN層のAlNモル分率xが、0、0.25、0.4及び0.6の4通りについて測定した結果が示されている。In WO2012 / 039442 (hereinafter referred to as “
また、文献2には、発光波長が365nmよりも短波長の紫外線発光素子の場合、低い接触抵抗でn電極をn型AlxGa1-xN層上に形成するには、概ね600℃以上の熱処理が必要である旨が記載されている。また、文献2には、発光波長が短くなると、つまり、AlNモル分率xが大きくなると、更に高温での熱処理が必要となる旨が記載されている。Further, in
上述の半導体発光素子では、例えば、発光波長が300nm以下に設定されている場合、n型窒化ガリウム系化合物半導体層として、Alの組成比が0.6よりも高いn型窒化ガリウム系化合物半導体層が必要となる。 In the semiconductor light emitting device described above, for example, when the emission wavelength is set to 300 nm or less, the n-type gallium nitride compound semiconductor layer having an Al composition ratio higher than 0.6 is used as the n-type gallium nitride compound semiconductor layer. Is required.
本願発明者らは、例えば、n型Al0.7Ga0.3N層の露出させた表面上に、上述のTi膜とAl膜とAu膜との積層膜を形成してからオーミック接触を得ようとした場合、750℃以上のアニーリング温度でのアニーリングを行う必要であるという知見を得た。また、本願発明者らは、半導体発光素子の製造時に、負電極の形成にあたって、750℃以上のアニーリング温度でアニーリングを行った場合、負電極の表面あれ(表面の凹凸)が顕著になるという知見を得た。The inventors of the present application, for example, tried to obtain ohmic contact after forming a laminated film of the above-described Ti film, Al film, and Au film on the exposed surface of the n-type Al 0.7 Ga 0.3 N layer. In this case, it was found that it was necessary to perform annealing at an annealing temperature of 750 ° C. or higher. Further, the inventors of the present application have found that the surface roughness (surface irregularities) of the negative electrode becomes noticeable when annealing is performed at an annealing temperature of 750 ° C. or higher when forming the negative electrode during the manufacture of the semiconductor light emitting device. Got.
また、半導体発光素子と、半導体発光素子を収納したパッケージと、を備えた発光装置は、半導体発光素子の正電極、負電極と、パッケージの第1導体部、第2導体部と、をそれぞれ電気的に接続する必要がある。このため、発光装置では、製造時に、ワイヤボンディングやフリップチップボンディングを行う必要があり、半導体発光素子の正電極、負電極それぞれに、ワイヤやバンプを接合することになる。本願発明者らは、発光装置では、半導体発光素子の負電極の表面荒れが顕著な場合、負電極とワイヤやバンプとの接合強度が不十分となり、繰り返して与えられる温度ストレスや、半導体発光素子のオン、オフの繰り返し等により、ワイヤやバンプが負電極から剥れ、オープン不良に至ることがあるという知見を得た。 Further, a light emitting device including a semiconductor light emitting element and a package containing the semiconductor light emitting element electrically connects a positive electrode and a negative electrode of the semiconductor light emitting element, and a first conductor portion and a second conductor portion of the package, respectively. Need to be connected. For this reason, in the light emitting device, it is necessary to perform wire bonding or flip chip bonding at the time of manufacture, and wires and bumps are bonded to the positive electrode and the negative electrode of the semiconductor light emitting element, respectively. In the light emitting device, when the surface roughness of the negative electrode of the semiconductor light emitting element is remarkable, the bonding strength between the negative electrode and the wire or the bump becomes insufficient, the temperature stress applied repeatedly, or the semiconductor light emitting element It has been found that the wire and bump may be peeled off from the negative electrode due to repeated turning on and off, etc., leading to open defects.
また、文献2に記載された測定の結果では、AlNモル分率xが、0.6の場合、熱処理温度が950℃程度のときに接触抵抗が最低値となっている。この接触抵抗の最低値は、1×10-2Ω・cm2程度である。しかしながら、半導体発光素子では、接触抵抗のより小さなオーミック接触の実現が望まれている。Further, according to the measurement results described in
本発明の目的は、負電極の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、n型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor light-emitting device and a semiconductor capable of suppressing the surface roughness of the negative electrode and reducing the contact resistance between the n-type gallium nitride compound semiconductor layer and the negative electrode It is providing the manufacturing method of a light emitting element.
本発明の半導体発光素子は、基板と、前記基板の第1面側に形成され前記第1面側から順にn型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びp型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、前記p型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記n型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち露出した表面に形成された負電極と、を備え、前記負電極が、構成元素としてTiを含んでおらず、前記負電極は、厚み方向に重なる複数の電極層を備え、前記複数の電極層のうち最上層の電極層が、Au層により構成され、前記複数の電極層のうち最下層の電極層が、構成元素として、Alと、Nと、Nと化合物を形成することができる金属と、を含んでいることを特徴とする。 The semiconductor light emitting device of the present invention includes a substrate and an n-type gallium nitride compound semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type gallium nitride compound semiconductor layer formed on the first surface side of the substrate in order from the first surface side. A nitride semiconductor layer; a positive electrode formed on a surface side of the p-type gallium nitride compound semiconductor layer; and a negative electrode formed on an exposed surface of the n-type gallium nitride compound semiconductor layer. The negative electrode does not contain Ti as a constituent element, the negative electrode includes a plurality of electrode layers overlapping in the thickness direction, and the uppermost electrode layer of the plurality of electrode layers is configured by an Au layer. The lowermost electrode layer of the plurality of electrode layers includes Al, N, and a metal capable of forming a compound with N as constituent elements.
この半導体発光素子において、前記金属は、Ni、Cu、Fe、W、Taの群から選択されることが好ましい。 In this semiconductor light emitting device, the metal is preferably selected from the group of Ni, Cu, Fe, W, and Ta.
この半導体発光素子において、前記複数の電極層は、前記n形窒化ガリウム系化合物半導体層に近い側から順に、前記最下層の電極層からなる第1電極層、第2電極層、第3電極層、前記最上層の電極層からなる第4電極層を備え、前記第2電極層は、構成元素がAl及び前記金属であり、前記第3電極層は、構成元素がAl、Au及び前記金属であることが好ましい。 In the semiconductor light emitting device, the plurality of electrode layers are a first electrode layer, a second electrode layer, and a third electrode layer that are composed of the lowermost electrode layers in order from the side closer to the n-type gallium nitride compound semiconductor layer. A fourth electrode layer comprising the uppermost electrode layer, wherein the second electrode layer is composed of Al and the metal, and the third electrode layer is composed of Al, Au, and the metal. Preferably there is.
本発明の半導体発光素子の製造方法は、基板と、前記基板の第1面側に形成され前記第1面側から順にn型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びp型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、前記p型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記n型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち前記窒化物半導体層が深さ方向の途中まで除去されて露出した表面に形成された負電極と、を備え、前記負電極が、構成元素としてTiを含まない、半導体発光素子の製造方法であって、前記n型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面に前記負電極を形成するにあたっては、前記n型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面上に、Alよりなる第1金属層、Nと化合物を形成することができる第1の金属よりなる第2金属層、Alよりなる第3金属層、Nと化合物を形成することができる第2の金属よりなる第4金属層及びAuよりなる第5金属層を順次積層した後、アニール処理を行うことで前記負電極を形成することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a substrate, an n-type gallium nitride compound semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type gallium nitride compound semiconductor formed on the first surface side of the substrate in order from the first surface side. A nitride semiconductor layer having a layer; a positive electrode formed on a surface side of the p-type gallium nitride compound semiconductor layer; and the nitride semiconductor layer of the n-type gallium nitride compound semiconductor layer in a depth direction A negative electrode formed on an exposed surface that is removed halfway, wherein the negative electrode does not contain Ti as a constituent element, wherein the n-type gallium nitride-based compound semiconductor In forming the negative electrode on the surface of the layer, a first metal layer made of Al, N and a compound can be formed on the surface of the n-type gallium nitride compound semiconductor layer. A second metal layer made of a metal, a third metal layer made of Al, a fourth metal layer made of a second metal capable of forming a compound with N, and a fifth metal layer made of Au are sequentially laminated, and then annealed. The negative electrode is formed by performing a treatment.
この半導体発光素子の製造方法において、前記第1の金属及び前記第2の金属は、Ni、Cu、Fe、W、Taの群から選択されることが好ましい。 In this method for manufacturing a semiconductor light emitting device, the first metal and the second metal are preferably selected from the group of Ni, Cu, Fe, W, and Ta.
本発明の半導体発光素子においては、負電極の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、n型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能となるという効果がある。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, it is possible to suppress the surface roughness of the negative electrode and to reduce the contact resistance between the n-type gallium nitride compound semiconductor layer and the negative electrode. effective.
本発明の半導体発光素子の製造方法においては、負電極の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、n型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子を製造することが可能となる。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, it is possible to suppress the surface roughness of the negative electrode and to reduce the contact resistance between the n-type gallium nitride compound semiconductor layer and the negative electrode. It becomes possible to manufacture a simple semiconductor light emitting device.
以下では、本実施形態の半導体発光素子B1について図1、2A及び2Bに基づいて説明する。 Hereinafter, the semiconductor light emitting device B1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2A, and 2B.
半導体発光素子B1は、基板1と、基板1の第1面1a側に形成され第1面1a側から順にn型窒化ガリウム系化合物半導体層3、発光層4及びp型窒化ガリウム系化合物半導体層6を有する窒化物半導体層20と、を備える。また、半導体発光素子B1は、p型窒化ガリウム系化合物半導体層6の表面6a側に形成された正電極8と、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3のうち露出した表面3aに形成された負電極9と、を備える。また、半導体発光素子B1は、負電極9が、構成元素としてTiを含んでいない。負電極9は、図2Bに示すように、厚み方向に重なる複数の電極層9i(i=1〜n、図2Bの例では、n=4)を備えている。負電極9は、複数の電極層9iのうち最上層の電極層9nが、Au層により構成され、複数の電極層9iのうち最下層の電極層91が、構成元素として、Alと、Nと、Nと化合物を形成することができる金属と、を含んでいる。これにより、半導体発光素子B1は、負電極9の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触抵抗の低減を図ることが可能となる。なお、図2Bの例では、n=4としてあるが、n≧3であればよい。The semiconductor light emitting device B1 is formed on the
半導体発光素子B1の各構成要素については、以下に詳細に説明する。 Each component of the semiconductor light emitting device B1 will be described in detail below.
半導体発光素子B1は、例えば、210nm〜280nmの紫外波長域に発光波長(発光ピーク波長)を有する紫外線発光ダイオードとすることができる。これにより、半導体発光素子B1は、例えば、高効率白色照明、殺菌、医療、環境汚染物質を高速で処理する用途等の分野で、利用することができる。半導体発光素子B1は、紫外線発光ダイオードのような紫外線発光素子の場合、UV−Cの波長域に発光波長を有するのが好ましい。UV−Cの波長域は、例えば国際照明委員会(CIE)における紫外線の波長による分類によれば、100nm〜280nmである。 The semiconductor light emitting element B1 can be an ultraviolet light emitting diode having an emission wavelength (emission peak wavelength) in an ultraviolet wavelength region of 210 nm to 280 nm, for example. Thereby, the semiconductor light-emitting element B1 can be used in fields such as high-efficiency white illumination, sterilization, medical treatment, and uses for treating environmental pollutants at high speed. In the case of an ultraviolet light emitting element such as an ultraviolet light emitting diode, the semiconductor light emitting element B1 preferably has an emission wavelength in the UV-C wavelength region. The wavelength range of UV-C is, for example, 100 nm to 280 nm according to the classification by the wavelength of ultraviolet rays in the International Commission on Illumination (CIE).
基板1は、例えば、第1面1aが(0001)面のサファイア基板により構成することができる。つまり、基板1は、c面サファイア基板(α−Al2O3基板)により構成することができる。また、サファイア基板は、(0001)面からのオフ角が、0〜0.3°であるのが好ましい。The
半導体発光素子B1は、基板1とn型窒化ガリウム系化合物半導体層3(以下、「n型半導体層3」ともいう。)との間に、バッファ層2を備えているのが好ましい。要するに、半導体発光素子B1は、基板1の第1面1a上にバッファ層2が形成されており、n型半導体層3が、バッファ層2上に形成されているのが好ましい。バッファ層2は、AlyGa1-yN(0≦y≦1)層により構成されている。バッファ層2は、AlN層により構成されているのが好ましい。The semiconductor light emitting device B1 preferably includes a
バッファ層2は、貫通転位を減少させることを目的として設けた層である。バッファ層2は、厚さが薄すぎると貫通転位の減少が不十分となりやすく、厚さが厚すぎると格子不整合に起因したクラックが発生したり、複数個の半導体発光素子B1を形成するウェハの反りが大きくなり過ぎる懸念がある。このため、バッファ層2の厚さは、例えば、500nm〜10μm程度の範囲で設定するのが好ましく、1μm〜5μmの範囲で設定するのが、より好ましい。バッファ層2の厚さは、4μmに設定してあるが、一例であり、特に限定するものではない。
The
n型半導体層3は、発光層4へ電子を輸送するための層である。n型半導体層3は、例えば、n型AlzGa1-zN(0<z<1)層により構成することができる。n型窒化ガリウム系化合物半導体層3を構成するn型AlzGa1-zN(0<z<1)層の組成比は、発光層4で発光する紫外線を効率良く放出できるように設定するのが好ましい。例えば、発光層4が障壁層と井戸層とで構成される量子井戸構造を有し、井戸層のAlの組成比が0.5、障壁層のAlの組成比が0.7の場合、n型AlzGa1-zN(0<z<1)のAlの組成比zは、障壁層のAlの組成比と同じ0.7とすることができる。すなわち、発光層4の井戸層がAl0.5Ga0.5N層により構成され、障壁層がAl0.7Ga0.3N層により構成される場合、n型半導体層3は、例えば、n型Al0.7Ga0.3N層により構成することができる。n型半導体層3のAlの組成比は、障壁層のAlの組成比と同じである場合に限らず、異なっていてもよい。また、n型半導体層3は、単層膜に限らず、例えば、互いにAlの組成比の異なる複数のn型AlGaN層を積層した多層膜により構成してもよい。n型半導体層3の厚さは、一例として2μmに設定してあるが、特に限定するものではない。なお、n型半導体層3のドナー不純物としては、例えば、Siが好ましい。また、n型半導体層3の電子濃度は、例えば、1×1018〜1×1019cm-3程度の範囲で設定すればよい。The n-
発光層4は、注入されたキャリア(ここでは、電子と正孔)を光に変換する層である。言い換えれば、発光層4は、注入された2種類のキャリア(電子、正孔)の再結合により紫外線を放射する層である。発光層4は、量子井戸構造を有しているのが好ましい。発光層4は、量子井戸構造の井戸層が、AlaGa1-aN(0<a<1)層により構成され、量子井戸構造の障壁層が、AlbGa1-bN(0<b≦1、b>a)層により構成されているのが好ましい。AlaGa1-aN(0<a<1)層からなる井戸層を備えた発光層4は、井戸層のAlの組成比aを変化させることにより、発光波長を210nm〜360nmの範囲で任意の発光波長に設定することが可能である。例えば、所望の発光波長が265nm付近である場合には、Alの組成比aを0.50に設定すればよい。発光層4は、量子井戸構造の井戸層が、InAlGaN層により構成されていてもよい。The
量子井戸構造は、多重量子井戸構造でもよいし、単一量子井戸構造でもよい。また、井戸層及び障壁層の各厚さは、特に限定するものではない。ただし、発光層4は、井戸層の厚さが厚すぎると、井戸層に注入された電子及び正孔が、量子井戸構造における格子不整合に起因するピエゾ電界に起因して、空間的に分離してしまい、発光効率が低下してしまうと推考される。また、発光層4は、井戸層の厚さが薄すぎる場合、キャリアの閉じ込め効果が低下し、発光効率が低下してしまうと推考される。このため、井戸層の厚さは、例えば、1nm〜5nm程度が好ましく、1.3nm〜3nm程度が、より好ましい。また、障壁層の厚さは、例えば、5nm〜15nm程度の範囲で設定することが好ましい。半導体発光素子B1では、一例として、井戸層の厚さを2nmに設定し、障壁層の厚さを10nmに設定してあるが、これらの厚さに限定するものではない。半導体発光素子B1は、発光層4が量子井戸構造を有した構成に限らず、例えば、発光層4がn型半導体層3とp型窒化ガリウム系化合物半導体層6(以下、「p型半導体層」ともいう。)とで挟まれたダブルヘテロ構造でもよい。
The quantum well structure may be a multiple quantum well structure or a single quantum well structure. Moreover, each thickness of a well layer and a barrier layer is not specifically limited. However, if the thickness of the well layer is too large, the light-emitting
半導体発光素子B1は、発光層4とp型半導体層6との間に電子ブロック層5を備えているのが好ましい。
The semiconductor light emitting element B1 preferably includes an
電子ブロック層5は、発光層4へ注入された電子のうち、発光層4中で正孔と再結合されなかった電子が、p型半導体層6側へ漏れる(オーバーフローする)のを抑制するために、発光層4とp型半導体層6との間に好適に設けることができる。電子ブロック層5は、p型AlcGa1-cN(0<c<1)層により構成してある。p型AlcGa1-cN(0<c<1)層のAlの組成比cは、例えば、0.9とすることができる。p型AlcGa1-cN(0<c<1)層の組成比は、特に限定するものではないが、電子ブロック層5のバンドギャップエネルギが、p型半導体層6もしくは障壁層のバンドギャップエネルギよりも高くなるように設定することが好ましい。また、電子ブロック層5の正孔濃度は、特に限定するものではない。また、電子ブロック層5の厚さは、一例として30nmに設定してある。電子ブロック層5の厚さは、特に限定するものではないが、厚さが薄すぎるとオーバーフローを抑制する効果が減少し、厚さが厚すぎると半導体発光素子B1の抵抗が大きくなってしまう。電子ブロック層5の厚さについては、Alの組成比cや正孔濃度等の値によって適した厚さが変化するので、一概には言えないが、1nm〜50nmの範囲で設定することが好ましく、5nm〜25nmの範囲で設定することが、より好ましい。The
p型半導体層6は、発光層4へ正孔を輸送するための層である。p型半導体層6は、p型AldGa1-dN(0<d<1)層により構成してあるのが好ましい。p型AldGa1-dN(0<d<1)層の組成比は、発光層4で発光する紫外線の吸収を抑制できるように設定するのが好ましい。例えば、上述のように発光層4における井戸層のAlの組成比が0.5、障壁層のAlの組成比が0.7の場合、p型AldGa1-dN(0<d<1)層のAlの組成比dは、例えば、障壁層のAlの組成比aと同じ0.7とすることができる。すなわち、発光層4の井戸層がAl0.5Ga0.5N層からなる場合、p型半導体層6は、例えば、p型Al0.7Ga0.3N層により構成することができる。p型半導体層6のAlの組成比は、障壁層のAlの組成比と同じである場合に限らず、異なっていてもよい。p型半導体層6のアクセプタ不純物としては、例えば、Mgが好ましい。The p-type semiconductor layer 6 is a layer for transporting holes to the
p型半導体層6の正孔濃度は、特に限定するものではなく、p型半導体層6の膜質が劣化しない正孔濃度の範囲において、より高い濃度のほうが好ましい。しかしながら、半導体発光素子B1は、p型AldGa1-dN(0<d<1)層の正孔濃度がn型AlzGa1-zN(0<z≦1)層の電子濃度よりも低いので、p型半導体層6の厚さが、厚すぎると、半導体発光素子B1の抵抗が大きくなりすぎる。このため、p型半導体層6の厚さは、200nm以下が好ましく、100nm以下が、より好ましい。なお、半導体発光素子B1では、一例として、p型半導体層6の厚さを50nmに設定している。The hole concentration of the p-type semiconductor layer 6 is not particularly limited, and a higher concentration is preferable in the hole concentration range in which the film quality of the p-type semiconductor layer 6 does not deteriorate. However, in the semiconductor light emitting device B1, the hole concentration of the p-type Al d Ga 1-d N (0 <d <1) layer is the electron concentration of the n-type Al z Ga 1-z N (0 <z ≦ 1) layer. Therefore, if the thickness of the p-type semiconductor layer 6 is too thick, the resistance of the semiconductor light emitting element B1 becomes too large. For this reason, the thickness of the p-type semiconductor layer 6 is preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less. In the semiconductor light emitting device B1, as an example, the thickness of the p-type semiconductor layer 6 is set to 50 nm.
半導体発光素子B1は、p型半導体層6の表面6a上にp型コンタクト層7を好適に備えた構成とすることができる。 The semiconductor light emitting element B <b> 1 can be configured to suitably include the p-type contact layer 7 on the surface 6 a of the p-type semiconductor layer 6.
p型コンタクト層7は、正電極8との接触抵抗を下げ、正電極8との良好なオーミック接触を得るために設けてある。p型コンタクト層7は、p型GaN層により構成してあるのが好ましい。p型コンタクト層7を構成するp型GaN層の正孔濃度は、p型半導体層6よりも高濃度とすることが好ましく、例えば、7×1017cm-3程度とすることにより、正電極8との良好なオーミック接触を得ることが可能である。ただし、p型GaN層の正孔濃度は、特に限定するものではなく、正電極8との良好なオーミック接触が得られる正孔濃度の範囲で適宜変更してもよい。p型コンタクト層7の厚さは、200nmに設定してあるが、これに限らず、例えば、50nm〜300nmの範囲で設定すればよい。The p-type contact layer 7 is provided in order to reduce the contact resistance with the positive electrode 8 and obtain good ohmic contact with the positive electrode 8. The p-type contact layer 7 is preferably composed of a p-type GaN layer. The hole concentration of the p-type GaN layer constituting the p-type contact layer 7 is preferably higher than that of the p-type semiconductor layer 6. For example, by setting the hole concentration to about 7 × 10 17 cm −3 , the positive electrode Good ohmic contact with 8 can be obtained. However, the hole concentration of the p-type GaN layer is not particularly limited, and may be appropriately changed within the range of the hole concentration at which good ohmic contact with the positive electrode 8 is obtained. The thickness of the p-type contact layer 7 is set to 200 nm. However, the thickness is not limited to this, and may be set in the range of 50 nm to 300 nm, for example.
半導体発光素子B1は、上述のように、窒化物半導体層20が、バッファ層2、n型半導体層3、発光層4、電子ブロック層5、p型半導体層6及びp型コンタクト層7を備えた構成とすることができる。窒化物半導体層20は、n型半導体層3、発光層4及びp型半導体層6以外について適宜設ければよい。窒化物半導体層20は、エピタキシャル成長法により形成することができる。エピタキシャル成長法は、例えば、有機金属気相成長(metal organic vapor phase epitaxy:MOVPE)法、ハイドライド気相成長(hydride vapor phase epitaxy:HVPE)法、分子線エピタキシー(molecular beam epitaxy:MBE)法等を採用できる。なお、窒化物半導体層20は、この窒化物半導体層20を形成する際に不可避的に混入されるH、C、O、Si、Fe等の不純物が存在してもよい。
In the semiconductor light emitting element B1, as described above, the
半導体発光素子B1は、窒化物半導体層20の一部を、窒化物半導体層20の表面20a側からn型半導体層3の途中までエッチングすることで除去してある。これにより、半導体発光素子B1は、n型半導体層3の表面3aが露出している。要するに、半導体発光素子B1は、窒化物半導体層20の一部をエッチングすることで形成されたメサ構造22を有している。そして、半導体発光素子B1は、窒化物半導体層20の表面20a上に正電極(「p電極」とも呼ばれている。)8が形成され、n型半導体層3の表面3a上に負電極(「n電極」とも呼ばれている。)9が形成されている。半導体発光素子B1は、窒化物半導体層20がp型コンタクト層7を備えている場合、p型コンタクト層7の表面7aが、窒化物半導体層20の表面20aを構成する。
The semiconductor light emitting element B1 is removed by etching a part of the
半導体発光素子B1は、メサ構造22の上面22a(窒化物半導体層20の表面20a)の一部とメサ構造22の側面22cとn型半導体層3の表面3aの一部とに跨って絶縁膜(図示せず)が形成されているのが好ましい。絶縁膜の材料としては、例えば、SiO2等を採用することができる。The semiconductor light emitting device B1 includes an insulating film straddling a part of the
半導体発光素子B1は、上述のように、窒化物半導体層20が、基板1の第1面1a側に形成されている。半導体発光素子B1は、基板1の第1面1aとは反対側の第2面1bが光取り出し面を構成しているのが好ましい。
In the semiconductor light emitting device B1, the
正電極8は、p型コンタクト層7を介してp型半導体層6と電気的に接続されているのが好ましい。正電極8は、厚さが30nmのNi膜と、厚さが200nmのAu膜との積層膜(以下、「第1積層膜」という。)をp型コンタクト層7の表面7a上に形成してから、アニール処理を行うことにより形成されている。第1積層膜の構成や厚さ等は、特に限定するものではない。 The positive electrode 8 is preferably electrically connected to the p-type semiconductor layer 6 through the p-type contact layer 7. The positive electrode 8 is formed by forming a laminated film (hereinafter referred to as “first laminated film”) of a Ni film having a thickness of 30 nm and an Au film having a thickness of 200 nm on the surface 7 a of the p-type contact layer 7. Then, it is formed by performing an annealing process. The configuration, thickness, and the like of the first laminated film are not particularly limited.
半導体発光素子B1は、正電極8、負電極9上に、例えば、第1パッド電極(図示せず)、第2パッド電極(図示せず)を備えているのが好ましい。第1パッド電極及び第2パッド電極は、例えば、Ti膜とAu膜との積層膜により構成することができる。
The semiconductor light emitting element B1 preferably includes, for example, a first pad electrode (not shown) and a second pad electrode (not shown) on the positive electrode 8 and the
負電極9は、n型半導体層3と電気的に接続されている。負電極9は、n型半導体層3の表面3a上に形成されている。負電極9は、上述のように構成元素して、Tiを含んでいない。
The
負電極9は、複数の電極層9iのうち最上層の電極層9n(94)がAu層により構成され、複数の電極層9iのうち最下層の電極層91が、構成元素として、Alと、Nと、Nと化合物を形成することができる金属と、を含んでいる。最上層の電極層9nとは、複数の電極層9iのうち、n型半導体層3の表面3aから最も離れている電極層を意味する。最下層の電極層91とは、n型半導体層3の表面3aに最も近い電極層を意味する。つまり、最下層の電極層91は、n型半導体層3の表面3aに接している。最上層の電極層9nを構成するAu層は、前記金属が不純物として存在してもよい。不純物とは、最上層の電極層9nを構成する構成元素(Au)以外の元素を意味する。Nと化合物を形成することができるとは、窒化可能であることを意味する。
半導体発光素子B1は、上述のように、複数の電極層9iのうち最上層の電極層9nが、Au層により構成され、複数の電極層9iのうち最下層の電極層91が、構成元素として、Alと、Nと、Nと化合物を形成することができる金属と、を含んでいる。これにより、半導体発光素子B1は、負電極9の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触抵抗の低減を図ることが可能となる。負電極9の表面荒れを抑制することは、負電極9が、ワイヤやバンプ等の接合に適した表面の平坦性を有することを意味する。負電極9の表面荒れについては、例えば、微分干渉顕微鏡により、負電極9の表面モフォロジー(surface morphology)を観察することで評価することができる。負電極9の表面荒れについては、微分干渉顕微鏡に限らず、例えば、負電極9の表面形状を測定して算出した表面粗さにより評価してもよい。表面粗さとしては、例えば、JIS B 0601−2001(ISO 4287−1997)で規定されている算術平均粗さRaを採用することができる。表面形状の測定は、例えば、AFM(atomic force microscope)等の3次元形状測定装置により行うことができる。接触抵抗は、例えば、TLM(Transmission Line Model)法により測定した値である。The semiconductor light-emitting element B1, as described above, the
半導体発光素子B1は、負電極9の表面荒れを抑制することにより、負電極9にワイヤやバンプ等を接合した場合の接合強度の向上を図ることが可能となる。これにより、例えば、半導体発光素子B1と半導体発光素子B1を収納したパッケージとを備えた発光装置では、長期信頼性を向上させることが可能となる。また、半導体発光素子B1は、負電極9における最上層の電極層9nがAu層により構成されているので、最上層の電極層9nがAl層により構成されている比較例に比べて、負電極9の耐酸化性を向上させることができる。In the semiconductor light emitting element B1, by suppressing the surface roughness of the
また、半導体発光素子B1は、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触抵抗の低減を図ることにより、半導体発光素子B1の動作電圧を低減することが可能となり、また、発光輝度の向上を図ることが可能となる。
In addition, the semiconductor light emitting device B1 can reduce the operating voltage of the semiconductor light emitting device B1 by reducing the contact resistance between the n-type gallium nitride
半導体発光素子B1は、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触が、オーミック接触であるのが好ましい。オーミック接触とは、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触のなかで、印加電圧の方向により生じる電流の整流性のない接触を意味する。オーミック接触は、電流−電圧特性が略線形であるのが好ましく、線形であるのがより好ましい。また、オーミック接触は、接触抵抗がより小さいのが好ましい。n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触では、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との界面を通過する電流が、ショットキー障壁を乗り越える熱電子放出電流とショットキー障壁を透過するトンネル電流との和であると考えられる。このため、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触では、トンネル電流が支配的な場合、近似的にオーミック接触が実現していると考えられる。
In the semiconductor light emitting device B1, the contact between the n-type gallium nitride
前記金属としては、Niを採用しているが、これに限らない。前記金属は、Ni、Cu、Fe、W、Taの群から選択されることが好ましい。これにより、半導体発光素子B1は、負電極9とn型窒化ガリウム系化合物半導体層3との接触抵抗の低減を容易に実現することが可能となる。
Ni is adopted as the metal, but is not limited thereto. The metal is preferably selected from the group of Ni, Cu, Fe, W, Ta. Thereby, the semiconductor light emitting element B1 can easily realize a reduction in contact resistance between the
複数の電極層9iは、例えば、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3に近い側から順に、最下層の電極層91からなる第1電極層、第2電極層92、第3電極層93、最上層の電極層94からなる第4電極層を備えている構成とすることができる。第2電極層92は、構成元素がAl及び前記金属であり、第3電極層93は、構成元素がAl、Au及び前記金属であるのが好ましい。これにより、半導体発光素子B1は、最下層の電極層91によりn型窒化ガリウム系化合物半導体層3とのオーミック接触を得ることが可能となり、最上層の電極層94により、ワイヤやバンプ等との良好な接合性を確保することが可能となる。また、半導体発光素子B1は、図3に示すように、n型半導体層3の表面3a上にAlよりなる第1金属層9a、前記金属よりなる第2金属層9b、Alよりなる第3金属層9c、前記金属よりなる第4金属層9d及びAuよりなる第5金属層9eを順次積層した後、アニール処理を行うことで、負電極9を形成することが可能となる。負電極9の形成時のアニール処理におけるアニール温度は、一例として、700℃に設定してある。負電極9の形成時のアニール処理におけるアニール温度は、Alの拡散が起こりやすい温度が好ましく、具体的には、例えば、Alの融点(約660℃)よりもやや低い規定温度(例えば、650℃)以上の温度が好ましく、750℃未満の温度が好ましい。The plurality of
負電極9の形成にあたっては、第1金属層9a、第2金属層9b、第3金属層9c、第4金属層9d及び第5金属層9eの厚さを、それぞれ、50nm、20nm、100nm、20nm及び100nmに設定してあるが、これらの厚さに限定するものではない。なお、これらの厚さについては、後述の半導体発光素子B1の製造方法で説明する。
In forming the
図2Aは、半導体発光素子B1における負電極9の構成元素の深さ方向分布の模式的な説明図である。より詳細には、図2Aは、前記金属がNiである場合について、負電極9における構成元素Al、Ni、N及びAuのうちN以外の構成元素の深さ方向分布を模式的に示した図である。深さ方向分布とは、負電極9の表面を基準とした深さ方向の各位置における構成元素の含有量の分布である。図2Aは、図2Bにおける負電極9の表面から負電極9とn型半導体層3の界面付近までの深さ方向分布を示している。要するに、図2Aと図2Bとは、負電極9の表面の位置及び深さ方向の各位置を対応させてある。
FIG. 2A is a schematic explanatory diagram of the distribution in the depth direction of the constituent elements of the
ところで、文献2に記載された測定の結果では、AlNモル分率xが、0.6の場合、熱処理温度が950℃程度のときに接触抵抗が最低値となり、接触抵抗の最低値が、1×10-2Ω・cm2程度である。これに対し、半導体発光素子B1は、Alの組成比がより高いn型Al0.7Ga0.3N層により構成されたn型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触抵抗を、5×10-3Ωcm2程度とすることができる。半導体発光素子B1は、Alの組成比が高くなるにつれて接触抵抗が高くなる傾向にある。このため、負電極9は、Alの組成比がより高いn型AlGaN層に対してオーミック接触が得られれば、Alの組成比が低いn型AlGaN層に限らず、Alx1Gay1In1-x1-y1N(0≦x1、0≦y1、x1+y1≦1)の組成で表されるn型半導体層3に適用できる。By the way, in the measurement results described in
半導体発光素子B1のチップサイズは、400μm□(400μm×400μm)に設定してあるが、これに限らない。チップサイズは、例えば、200μm□(200μm×200μm)〜1mm□(1mm×1mm)程度の範囲で適宜設定することができる。また、半導体発光素子B1の平面形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。半導体発光素子B1の平面形状が、長方形状の場合、半導体発光素子B1のチップサイズは、例えば、500μm×240μmとすることができる。 The chip size of the semiconductor light emitting element B1 is set to 400 μm □ (400 μm × 400 μm), but is not limited thereto. The chip size can be appropriately set within a range of, for example, about 200 μm □ (200 μm × 200 μm) to 1 mm □ (1 mm × 1 mm). Further, the planar shape of the semiconductor light emitting element B1 is not limited to a square shape, and may be, for example, a rectangular shape. When the planar shape of the semiconductor light emitting element B1 is rectangular, the chip size of the semiconductor light emitting element B1 can be set to, for example, 500 μm × 240 μm.
半導体発光素子B1の製造方法については、図1、2A、2B及び3に基づいて説明する。 A method for manufacturing the semiconductor light emitting device B1 will be described with reference to FIGS.
半導体発光素子B1は、基板1と、基板1の第1面1a側に形成され第1面1a側から順にn型窒化ガリウム系化合物半導体層3、発光層4及びp型窒化ガリウム系化合物半導体層6を有する窒化物半導体層20と、を備える。また、半導体発光素子B1は、p型窒化ガリウム系化合物半導体層6の表面6a側に形成された正電極8と、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3の露出した表面3aに形成された負電極9と、を備える。また、半導体発光素子B1は、負電極9が、構成元素としてTiを含まない。
The semiconductor light emitting device B1 is formed on the
半導体発光素子B1の製造方法において、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3の表面3aに負電極9を形成するにあたっては、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3の表面3a上に、Alよりなる第1金属層9a、Nと化合物を形成することができる第1の金属よりなる第2金属層9b、Alよりなる第3金属層9c、Nと化合物を形成することができる第2の金属よりなる第4金属層9d及びAuよりなる第5金属層9eを順次積層した後、アニール処理を行うことで負電極9を形成する。これにより、半導体発光素子B1の製造方法では、負電極9の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子B1を製造することが可能となる。
In forming the
以下では、半導体発光素子B1の製造方法について詳述する。 Below, the manufacturing method of semiconductor light-emitting device B1 is explained in full detail.
(1)ウェハの準備
ウェハは、円板状の基板である。半導体発光素子B1における基板1がサファイア基板の場合、ウェハとしては、サファイアウェハを採用することができる。ウェハは、オリエンテーションフラット(OF)が形成されているのが好ましい。ウェハの厚みは、例えば、数100μm〜数mmであるのが好ましく、200μm〜1mmであるのがより好ましい。ウェハの直径は、例えば、50.8mm〜150mmであるのが好ましい。(1) Preparation of wafer The wafer is a disk-shaped substrate. When the
ウェハは、例えば、日本電子工業振興協会(JEIDA)や、SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)等の規格を満たすか準拠しているのが好ましい。サファイアウェハに関しては、例えば、SEMI M65−0306で規格化されている化合物半導体エピタキシャルウェハに使用するサファイア基板の仕様を満たすか準じているのが好ましい。また、サファイアウェハは、第1面が、基板1の第1面1aに対応する。サファイアウェハの第1面としては、例えば、c面、m面、a面、R面等を採用することができ、c面である(0001)面が好ましい。また、サファイアウェハの第1面は、(0001)面からのオフ角が、0〜0.3°であるのが好ましい。
The wafer preferably satisfies or conforms to standards such as Japan Electronics Industry Promotion Association (JEIDA) and SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International). As for the sapphire wafer, it is preferable that the specification of the sapphire substrate used for the compound semiconductor epitaxial wafer standardized by SEMI M65-0306 is satisfied. The first surface of the sapphire wafer corresponds to the
(2)ウェハの第1面上に窒化物半導体層を積層する工程
窒化物半導体層は、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3、発光層4及びp型窒化ガリウム系化合物半導体層6を有する積層膜である。窒化物半導体層は、多層構造のエピタキシャル層である。窒化物半導体層は、積層膜の積層構造を特に限定するものではない。窒化物半導体層は、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3、発光層4及びp型窒化ガリウム系化合物半導体層6に加えて、バッファ層2、電子ブロック層5及びp型コンタクト層7を備えているのが好ましい。バッファ層2、電子ブロック層5及びp型コンタクト層7については、適宜設ければよい。(2) Step of Laminating a Nitride Semiconductor Layer on the First Surface of the Wafer The nitride semiconductor layer includes a n-type gallium nitride
この工程では、窒化物半導体層のエピタキシャル成長法として、MOVPE法を採用している。この工程では、MOVPE法として、減圧MOVPE法を採用するのが好ましい。 In this step, the MOVPE method is adopted as an epitaxial growth method of the nitride semiconductor layer. In this step, it is preferable to employ the reduced pressure MOVPE method as the MOVPE method.
Alの原料ガスとしては、トリメチルアルミニウム(TMAl)を採用するのが好ましい。また、Gaの原料ガスとしては、トリメチルガリウム(TMGa)を採用するのが好ましい。Nの原料ガスとしては、NH3を採用するのが好ましい。n型導電性を付与する不純物であるSiの原料ガスとしては、テトラエチルシラン(TESi)を採用するのが好ましい。p型導電性に寄与する不純物であるMgの原料ガスとしては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を採用するのが好ましい。各原料ガスそれぞれのキャリアガスとしては、例えば、H2ガスを採用することが好ましい。Trimethylaluminum (TMAl) is preferably employed as the Al source gas. Further, it is preferable to employ trimethyl gallium (TMGa) as the Ga source gas. As the N source gas, NH 3 is preferably employed. It is preferable to employ tetraethylsilane (TESi) as a source gas of Si that is an impurity imparting n-type conductivity. It is preferable to employ biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) as a source gas for Mg, which is an impurity contributing to p-type conductivity. For example, H 2 gas is preferably used as the carrier gas of each source gas.
各原料ガスは、特に限定するものではなく、例えば、Gaの原料ガスとしてトリエチルガリウム(TEGa)、Nの原料ガスとしてヒドラジン誘導体、Siの原料ガスとしてモノシラン(SiH4)を用いてもよい。Each source gas is not particularly limited. For example, triethylgallium (TEGa) may be used as a Ga source gas, a hydrazine derivative may be used as a N source gas, and monosilane (SiH 4 ) may be used as a Si source gas.
窒化物半導体層の成長条件は、基板温度、V/III比、各原料ガスの供給量、成長圧力等を適宜設定すればよい。 The growth conditions for the nitride semiconductor layer may be appropriately set such as the substrate temperature, the V / III ratio, the supply amount of each source gas, the growth pressure, and the like.
窒化物半導体層のエピタキシャル成長法は、MOVPE法に限らず、例えば、MBE法、HVPE法等でもよい。 The epitaxial growth method of the nitride semiconductor layer is not limited to the MOVPE method, and for example, an MBE method, an HVPE method, or the like may be used.
(3)p型不純物を活性化するためのアニールを行う工程
この工程は、アニール装置のアニール炉内において所定のアニール温度で所定のアニール時間だけ保持することにより、電子ブロック層5、p型窒化ガリウム系化合物半導体層6及びp型コンタクト層7のp型不純物を活性化する工程である。アニール条件は、アニール温度を750℃、アニール時間を10分に設定してあるが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。アニール装置としては、例えば、ランプアニール装置、電気炉アニール装置等を採用することができる。(3) Step of performing annealing for activating the p-type impurity In this step, the
(4)メサ構造22を形成する工程
この工程では、窒化物半導体層において窒化物半導体層20のメサ構造22の上面22a(窒化物半導体層20の表面20a)に対応する領域上に、フォトリソグラフィ技術を利用して、第1のレジスト層を形成する。そして、この工程では、第1のレジスト層をマスクとして、窒化物半導体層20の一部を表面20a側からn型窒化ガリウム系化合物半導体層3の途中までエッチングすることによって、メサ構造22を形成する。更に、この工程では、第1のレジスト層を除去する。窒化物半導体層20のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングにより行うことができる。(4) Step of forming mesa structure 22 In this step, photolithography is performed on a region of the nitride semiconductor layer corresponding to the
(5)絶縁膜を形成する工程
この工程では、ウェハの第1面側の全面に絶縁膜の基礎となるSiO2膜を例えばPECVD(plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)法により形成する。そして、この工程では、ウェハの第1面側において、SiO2膜のうち窒化物半導体層20における正電極8及び負電極9それぞれの形成予定領域に重なっている部位が開口されるように、SiO2膜をパターニングすることで、パターニングされた絶縁膜を形成する。なお、SiO2膜の形成方法は、PECVD法に限らず、例えば、他のCVD法等でもよい。SiO2膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して行う。(5) Step of Forming Insulating Film In this step, a SiO 2 film serving as a base of the insulating film is formed on the entire first surface side of the wafer by, for example, PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition). In this step, on the first surface side of the wafer, the SiO 2 film is opened so that the portions of the
(6)負電極9を形成する工程
この工程では、まず、ウェハの第1面側に、負電極9の形成予定領域のみ(つまり、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3のうち厚みが薄くなった部位の表面3aの一部)が露出するようにパターニングされた第2のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば、Alよりなる第1金属層9a、Nと化合物を形成することができる第1の金属よりなる第2金属層9b、Alよりなる第3金属層9c、Nと化合物を形成することができる第2の金属よりなる第4金属層9d及びAuよりなる第5金属層9eの積層膜を蒸着法により成膜する。蒸着法は、電子ビーム蒸着法が好ましい。積層膜の成膜方法は、蒸着法に限らず、例えば、スパッタ法等でもよい。第1の金属及び第2の金属は、Ni、Cu、Fe、W、Taの群から選択されることが好ましい。例えば、この工程では、第1の金属及び第2の金属として、Niを採用しているが、Cuを採用してもよいし、第1の金属としてNiを採用し、第2の金属としてCuを採用してもよい。そして、この工程では、リフトオフを行うことにより、第2のレジスト層及び第2のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、アニール処理を行う。アニール処理は、負電極9とn型窒化ガリウム系化合物半導体層3との接触をオーミック接触とするための処理である。アニール処理は、N2ガス雰囲気中でのRTA(Rapid Thermal Annealing)が好ましい。積層膜の構造及び各厚さは、一例であり、特に限定するものではない。また、RTA処理の条件は、例えば、アニール温度を700℃、アニール時間を1分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。アニール温度は、Alの拡散が起こりやすい温度が好ましく、具体的には、例えば、Alの融点(約660℃)よりもやや低い規定温度(例えば、650℃)以上の温度が好ましく、750℃未満の温度が好ましい。アニール温度は、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3がn型Al0.7Ga0.3N層の場合には700℃程度が好ましい。アニール温度は、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3のAlの組成比に基づいて適宜変更してもよい。アニール時間は、例えば、30秒〜3分程度の範囲で設定すればよい。(6) Step of Forming
本願発明者らは、この工程でのアニール処理を行うことで、負電極9が形成される推定メカニズムについて次のように考えた。なお、半導体発光素子B1の製造方法は、仮に推定メカニズムが別であっても、本発明の範囲内である。
The inventors of the present application considered as follows an estimated mechanism for forming the
この工程では、アニール処理により、第2金属層9bの第1金属が第1金属層9aに拡散してAlと第1金属との合金が形成されるとともに第1金属層9aがn型窒化ガリウム系化合物半導体層3から一部の窒素を引き抜き抜くことで、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9とのオーミック接触を実現させることができるものと推考される。また、この工程では、第4金属層9dの第2金属が、第3金属層9cの構成元素であるAlと第5金属層の構成元素であるAuとが反応することを抑制し、第5金属層9eの最表面側にAu層からなる最上層の電極層94が残ることで、負電極9の表面の平坦性が、積層膜の表面の平坦性よりも低下するのを抑制することができるものと推考される。In this step, by annealing, the first metal of the
ただし,第1金属層9aの厚さについては、厚すぎると第2金属層9bの構成元素である第2金属の、第1金属層9aとn型窒化ガリウム系化合物半導体層3との界面への拡散を妨げてしまう懸念があるため、200nm以下に設定するのが望ましい。また、第2金属層9b及び第4金属層9dそれぞれの厚さについては、薄すぎると、それぞれ所望の効果が得られないため、5nm以上に設定するのが望ましい。
However, if the thickness of the
(7)正電極8を形成する工程
この工程では、ウェハの第1面側における正電極8の形成予定領域のみ(ここでは、p型コンタクト層7の表面7aの一部)が露出するようにパターニングされた第3のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば厚さが30nmのNi膜と厚さが200nmのAu膜との積層膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、リフトオフを行うことにより、第3のレジスト層及び第3のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、正電極8とp型コンタクト層7との接触がオーミック接触となるように、N2ガス雰囲気中でRTA処理を行う。積層膜の構造及び各厚さは、一例であり、特に限定するものではない。また、RTA処理の条件は、例えば、アニール温度を500℃、アニール時間を15分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。(7) Step of Forming Positive Electrode 8 In this step, only the region where positive electrode 8 is to be formed on the first surface side of the wafer (here, part of surface 7a of p-type contact layer 7) is exposed. A patterned third resist layer is formed. In this step, for example, a laminated film of a Ni film having a thickness of 30 nm and an Au film having a thickness of 200 nm is formed by electron beam evaporation, and lift-off is performed, whereby the third resist layer and the third film are formed. The unnecessary film on the resist layer is removed. Further, in this step, RTA treatment is performed in an N 2 gas atmosphere so that the contact between the positive electrode 8 and the p-type contact layer 7 is ohmic contact. The structure and thickness of the laminated film are examples and are not particularly limited. The RTA treatment conditions may be, for example, an annealing temperature of 500 ° C. and an annealing time of 15 minutes, but these values are merely examples and are not particularly limited.
(8)第1パッド電極及び第2パッド電極を形成する工程
この工程では、フォトリソグラフィ技術および薄膜形成技術を利用して正電極8、負電極9上に、それぞれ、第1パッド電極、第2パッド電極を形成する。薄膜形成技術としては、例えば、蒸着法などを採用することができる。蒸着法は、電子ビーム蒸着法が好ましい。第1パッド電極、第2パッド電極は、正電極8、負電極9にそれぞれ電気的に接続される。第1パッド電極は、正電極8を覆うように形成するのが好ましい。第2パッド電極は、負電極9を覆うように形成するのが好ましい。(8) Step of forming the first pad electrode and the second pad electrode In this step, the first pad electrode and the second pad electrode are respectively formed on the positive electrode 8 and the
半導体発光素子B1の製造方法では、この工程が終了することにより、半導体発光素子B1が複数形成されたウェハが完成する。要するに、半導体発光素子B1の製造方法では、上述の(1)〜(8)の工程を順次行うことにより、半導体発光素子B1が複数形成されたウェハが完成する。 In the method for manufacturing the semiconductor light emitting element B1, by completing this process, a wafer on which a plurality of semiconductor light emitting elements B1 are formed is completed. In short, in the method for manufacturing the semiconductor light emitting element B1, the above-described steps (1) to (8) are sequentially performed to complete a wafer on which a plurality of semiconductor light emitting elements B1 are formed.
(9)ウェハから個々の半導体発光素子B1に分割する工程
この工程は、ダイシング工程であり、ウェハをダイシングソーなどによって裁断することで、個々の半導体発光素子B1に分割する。これにより、1枚のウェハから複数個の半導体発光素子B1を得ることができる。(9) Process of Dividing from Wafer into Individual Semiconductor Light Emitting Elements B1 This process is a dicing process, and the wafer is cut into pieces by dividing the wafer with a dicing saw or the like. Thereby, a plurality of semiconductor light emitting elements B1 can be obtained from one wafer.
以上説明した本実施形態の半導体発光素子B1の製造方法では、負電極9の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と負電極9との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子B1を製造することが可能となる。半導体発光素子B1の製造方法では、第1の金属及び第2の金属が、Ni、Cu、Fe、W、Taの群から選択されるのが好ましい。これにより、半導体発光素子B1の製造方法では、負電極9とn型窒化ガリウム系化合物半導体層3との接触抵抗の低減を容易に実現することが可能となる。
In the manufacturing method of the semiconductor light emitting device B1 of the present embodiment described above, the surface roughness of the
半導体発光素子B1は、紫外線発光ダイオードに限らず、紫外線レーザダイオードでもよい。 The semiconductor light emitting element B1 is not limited to the ultraviolet light emitting diode but may be an ultraviolet laser diode.
上述の実施形態において説明した各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましい例を挙げているだけであり、それに限定するものではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。 Each figure explained in the above-mentioned embodiment is a typical figure, and the ratio of each size and thickness of each component does not necessarily reflect an actual dimensional ratio. In addition, the materials, numerical values, and the like described in the embodiments are merely preferred examples and are not limited thereto. Furthermore, the present invention can be appropriately modified in configuration without departing from the scope of its technical idea.
Claims (5)
前記負電極が、構成元素としてTiを含んでおらず、
前記負電極は、厚み方向に重なる複数の電極層を備え、前記複数の電極層のうち最上層の電極層が、Au層により構成され、前記複数の電極層のうち最下層の電極層が、構成元素として、Alと、Nと、Nと化合物を形成することができる金属と、を含んでいることを特徴とする半導体発光素子。A substrate, a nitride semiconductor layer formed on the first surface side of the substrate and having an n-type gallium nitride compound semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type gallium nitride compound semiconductor layer in that order from the first surface side; A positive electrode formed on the surface side of the n-type gallium nitride compound semiconductor layer, and a negative electrode formed on the exposed surface of the n-type gallium nitride compound semiconductor layer,
The negative electrode does not contain Ti as a constituent element,
The negative electrode includes a plurality of electrode layers overlapping in the thickness direction, the uppermost electrode layer of the plurality of electrode layers is composed of an Au layer, the lowermost electrode layer of the plurality of electrode layers, A semiconductor light emitting device comprising Al, N, and a metal capable of forming a compound with N as constituent elements.
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