JP6365263B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
≪半導体発光素子≫
はじめに、第1実施形態に係る半導体発光素子について説明する。
図1(a)、(b)に示すように、半導体発光素子100は、ここでは、基板1と、基板1上に設けられた半導体積層体2と、半導体積層体2上に設けられた導体層3と、導体層3上に設けられた誘電体多層膜4と、誘電体多層膜4上に設けられた第1電極(n側電極)5及び第2電極(p側電極)6と、n側電極5及びp側電極6を被覆する保護膜7と、保護膜7上に設けられた第1接合電極(n側接合電極)8及び第2接合電極(p側接合電極)9と、を主に備える。
基板1は、半導体積層体2をエピタキシャル成長させることができる基板材料で形成されればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。例えば、半導体積層体2をGaNなどの窒化物半導体を用いて形成する場合には、基板材料としては、C面、R面、A面の何れかを主面とするサファイアやスピネル(MgAl2O4)のような絶縁性基板、またSiC、ZnS、ZnO、Si、GaAs、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジム等の酸化物基板が挙げられる。
半導体積層体2は、導電型の異なる第1半導体層(n型半導体層)21と第2半導体層(p型半導体層)23とを基板1上に順次積層したものである。なお、ここでは、n型半導体層21とp型半導体層23との間に活性層22を備える。
本実施形態においては、半導体発光素子100は、平面視で矩形状であり、半導体発光素子100の外周端部において、半導体積層体2の上面から、p型半導体層23及び活性層22のすべてと、n型半導体層21の一部が除去されている。これにより、半導体積層体2には、n型半導体層21の上面及び側面と、活性層22の側面と、p型半導体層23の上面及び側面とで段差部50(図3参照)が形成されている。
なお、半導体発光素子100の外周端部とは、半導体発光素子100の最外周の位置から、半導体発光素子100の面内方向への所定位置までの領域である。
また、半導体積層体2は、半導体発光素子100の面内において、上面からp型半導体層23及び活性層22のすべてと、n型半導体層21の一部が除去されて、穴部11が形成されている。
導体層3は、上面の一部に設けられたn側電極5を介して供給される電流を、n型半導体層21の全面に均一に拡散するための層である。同様に、導体層3は、上面の一部に設けられたp側電極6を介して供給される電流を、p型半導体層23の全面に均一に拡散するための層である。
本実施形態においては、導体層3は、p型半導体層23の上面、及び、穴部11の底面に設けられている。導体層3を設ける部位は、半導体発光素子100の形態などに合わせて適宜調整すればよい。
導電性金属酸化物としては、Zn、In、Sn、Ga及びTiからなる群から選択された少なくとも1種の元素を含む酸化物が挙げられる。なかでも、ITO(インジウム・スズ酸化物)は、可視光(可視領域)において高い透光性を有し、導電率の高い材料であることから、導体層3の材料として好適である。
誘電体多層膜4は、低屈折率層と高屈折率層とからなる1組の誘電体を、複数組にわたって積層させた膜であり、所定の波長光を選択的に反射するものである。
誘電体多層膜4は、半導体積層体2の上面に設けられている。ここで、「半導体積層体2の上面に設けられている」とは、半導体積層体2の上面に直接設けられている場合の他、導体層3を介して半導体積層体2上に設けられている場合も含むものである。
本実施形態においては、誘電体多層膜4は、導体層3の上面と、穴部11の底面及び側面と、半導体発光素子100の外周端部の段差部50(図3参照)の底面及び側面と、に部分的に設けられている。そして、誘電体多層膜4は、導体層3の上面に部分的に設けられることで、孔12を形成している(図9参照)。
誘電体材料としては、Si、Ti、Zr、Nb、Ta、Alからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物又は窒化物を好適に用いることができる。
n側電極5及びp側電極6は、半導体発光素子100に外部から電流を供給するための電極である。n側電極5及びp側電極6は、半導体積層体2の上面に設けられている。ここで、「半導体積層体2の上面に設けられている」とは、半導体積層体2の上面に直接設けられている場合の他、導体層3や誘電体多層膜4等の他の層を介して半導体積層体2上に設けられている場合も含むものである。
本実施形態においては、n側電極5は、穴部11の底面及び側面に、導体層3や誘電体多層膜4を介して設けられている。また、n側電極5は、一部が導体層3に電気的に接続されて、n型半導体層21の上面に設けられている。p側電極6は、n側電極5と電気的に接続しないように、半導体積層体2の上面(p型半導体層23の上面)に、導体層3や誘電体多層膜4を介して設けられている。また、n側電極5は、一部が導体層3に電気的に接続されている。
本実施形態では、n側電極5及びp側電極6は、同一の材料で形成されている。
保護膜7は、n側電極5及びp側電極6の表面を被覆する絶縁性の膜であり、半導体発光素子100の保護膜として機能する。また、n側電極5及びp側電極6の表面を保護膜7で被覆することで、n側電極5及びp側電極6の材料のマイグレーションを防止することができる。
保護膜7は、n側電極5におけるn側接合電極8を接続する部位、及び、p側電極6におけるp側接合電極9を接続する部位を除き、n側電極5及びp側電極6の表面を被覆している。
保護膜7の材料としては、Si,Ti,Taからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物やSiNなどの絶縁材料を用いることができる。
n側接合電極8及びp側接合電極9は、半導体発光素子100に外部から電流を供給するための電極である。n側接合電極8は、n側電極5に接続されるとともに保護膜7上に延在するように設けられている。p側接合電極9は、p側電極6に接続されるとともに、n側接合電極8と電気的に接続しないように、保護膜7上に延在するように設けられている。なお、n側接合電極8及びp側接合電極9は、半導体発光素子100の外周端部や、n側接合電極8とp側接合電極9との離間した部位など一部の領域で保護膜7が露出するように設けられている。
n側接合電極8及びp側接合電極9を設けることで、実装基板にフリップチップ実装する際に、半導体発光素子100と実装基板との接触面積が増加し密着性がよくなるため、半導体発光素子100の実装性を向上させることができる。
半導体発光素子100は、後述する製造方法で製造される。したがって、図2(a)に示すように、半導体発光素子100の角部(すなわち半導体積層体2の角部)には、除去領域40(図5参照)を除去した後の延出部30が残存している。また、この延出部30の先端には、導体層3が残存している。さらには、半導体発光素子100の角部には、延出部30の上面を除去した後の除去部41を含む、保護膜7を形成しない領域(略矩形状の領域)が存在している。なお、図2(b)は、後述する延出部形成工程で形成された、除去領域40(図5参照)を除去する前の延出部30を示す斜視図である。
次に、図1に示した本発明の第1実施形態に係る半導体発光素子100の動作について説明する。なお、ここでは、半導体発光素子100は、フリップチップ実装型の発光ダイオードとする。
半導体発光素子100は、n側接合電極8及びn側電極5を介して半導体積層体2に電流が供給されるとともに、p側接合電極9及びp側電極6を介して半導体積層体2に電流が供給されると、活性層22が発光する。活性層22が発光した光は、半導体積層体2内を伝搬し、図において下方へ進む光は半導体発光素子100の基板1側から外部に取り出される。また、図において上方へ進む光は、誘電体多層膜4、n側電極5又はp側電極6により下方に反射され、半導体発光素子100の基板1側から外部に取り出される。
次に、本発明の第1実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について、図1〜9を参照しながら説明する。なお、図3〜9は、図1、2の領域Aにおける平面図と断面図との位置関係がわかるように模式的に図示したものである。
以下、各工程について説明する。なお、半導体発光素子100の各部材の詳細については、前記したとおりであるので、ここでは適宜説明を省略する。
半導体積層体形成工程は、基板1上に導電型の異なるn型半導体層21とp型半導体層23とを順次積層して半導体積層体2を形成する工程である。
半導体積層体形成工程では、まず、サファイア等からなる基板1上に、MOCVD法等により、窒化物半導体等を用いて、n型半導体層21、活性層22及びp型半導体層23を構成するそれぞれの半導体層を成長させる。この後、各半導体層を成長させた基板1(以下、分割前の状態の基板及び基板上の形成物を併せて適宜ウェハという)を窒素雰囲気で、600〜700℃程度のアニールを行って、p型半導体層23を低抵抗化することが好ましい。
延出部形成工程は、図3に示すように、半導体積層体2の一部を除去してn型半導体層21を露出させ、p型半導体層23が平面方向に延出した延出部30を形成する工程である。
導体層形成工程は、図4に示すように、延出部30において半導体積層体2の一部の上面が露出するように、n型半導体層21とp型半導体層23とを接続する導体層3を形成する工程である。
この領域の範囲は特に規定されるものではないが、除去工程でエッチングをしやすいように適宜調整すればよい。なお、この領域は、後工程で誘電体多層膜4や保護膜7を設けるため、誘電体多層膜4や保護膜7が付着する領域を考慮して定めることが好ましい。
段差部50における導体層3は、ここでは平面視で円形に形成されているが、n型半導体層21とp型半導体層23とを電気的に接続して短絡させることができれば、どのような形態であってもよい。また、その範囲は、除去工程で延出部30を除去する部位である除去領域40(図5参照)が確保できる範囲において、適宜調整すればよい。
延出部30の先端側とは、半導体発光素子100の外周方向を意味する。延出部30の先端側でn型半導体層21とp型半導体層23とを接続することで、除去領域40(図5参照)を確保しやすくなる。
その他、導体層3を設ける部位については、前記した半導体発光素子100で説明したとおりである。
誘電体多層膜形成工程は、図5に示すように、半導体積層体2の上面に誘電体多層膜4を形成する工程である。
誘電体多層膜4は、誘電体材料を、スパッタリング法や蒸着法などにより、半導体積層体2上や導体層3上に積層することで形成することができる。この際、屈折率が大きく異なる誘電体材料を組み合わせて(例えば、SiO2とZrO2との組み合わせ、SiO2とNb2O5との組み合わせなど)、交互に積層することで形成することができる。なお、誘電体多層膜4を設けない領域は、フォトレジストを用いてマスクし、リフトオフ法で形成すればよい。
その他の誘電体多層膜4を設ける部位については、前記した半導体発光素子100で説明したとおりである。
電極形成工程は、図6に示すように、n型半導体層21と電気的に接続するn側電極5と、p型半導体層23と電気的に接続するp側電極6とを形成する工程である。
n側電極5及びp側電極6は、同一の金属材料を用いて、次のようにして同時に形成される。まず、ウェハの表面全体にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により、電極の形成位置にあるフォトレジストを除去する。そして、ウェハの表面全体に金属膜を成膜し、その後にフォトレジスト上に形成された金属膜を、フォトレジストごとリフトオフする。これにより、電極形成位置にのみ金属膜が残り、n側電極5及びp側電極6が形成される。
その他のn側電極5及びp側電極6を設ける部位については、前記した半導体発光素子100で説明したとおりである。
保護膜形成工程は、図7に示すように、n側電極5及びp側電極6を被覆する保護膜7を形成する工程である。
保護膜7は、例えば、SiO2膜を蒸着法、スパッタリング法等の公知の方法によって形成することで設けることができる。なお、保護膜7を設けない領域は、フォトレジストを用いてマスクし、リフトオフ法で形成すればよい。
本実施形態では、保護膜7でn側電極5及びp側電極6を遮蔽しているため、除去領域40を除去した後の工程においても、金属材料のマイグレーションを防止することができる。
その他の保護膜7を設ける部位については、前記した半導体発光素子100で説明したとおりである。
除去工程は、図8に示すように、延出部30の導体層3から露出した半導体積層体2の一部をn型半導体層21が露出するように除去する工程である。
この工程では、延出部30の導体層3から露出した半導体積層体2の一部を除去して、延出部30のうち残存する領域(ここでは延出部30の先端側の領域)を除きn型半導体層21とp型半導体層23との短絡を解消させる。
なお、延出部30の除去領域40を除去した後、除去部41に保護膜7を埋設してもよい。
接合電極形成工程は、図9に示すように、保護膜7の上面に、n側電極5と電気的に接続するn側接合電極8と、p側電極6と電気的に接続するp側接合電極9(図1参照)とを形成する工程である。
その他、n側接合電極8及びp側接合電極9を設ける部位については、前記した半導体発光素子100で説明したとおりである。
具体的には、チップ分割工程において、基板1上にマトリクス状に配列して形成された複数の半導体発光素子100を、スクライブやダイシングなどによりチップに分割することにより、チップ単位の半導体発光素子100が完成する。また、チップに分割する前に、基板1の裏面から基板1を研削して所望の厚さとなるまで薄く加工してもよい。
本実施形態では、分割後の半導体発光素子100はp型半導体層23が半導体発光素子100の側面に露出した状態とならないため、半導体発光素子100の実装時に、n型半導体層21とp型半導体層23とが半田材料によりショートすることがない。このため、発光装置の製造の際に、簡便に実装することができる。
すなわち、前記に示す半導体発光素子の製造方法や半導体発光素子の形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体発光素子の製造方法や半導体発光素子を例示するものであって、本発明は、前記の製造方法や形態に限定するものではない。また、特許請求の範囲に示される部材等を、実施の形態の部材に特定するものではない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
以下、本発明の他の実施形態について説明する。
≪半導体発光素子≫
はじめに、第2実施形態に係る半導体発光素子について説明する。
図10(a)、(b)に示すように、半導体発光素子100Aは、ここでは、基板1と、基板1上に設けられた半導体積層体2と、半導体積層体2上に設けられた導体層3と、導体層3上に設けられた誘電体多層膜4と、誘電体多層膜4上に設けられた第1電極(n側電極)5a及び第2電極(p側電極)6と、n側電極5a及びp側電極6を被覆する保護膜7と、保護膜7上に設けられた第1接合電極(n側接合電極)8及び第2接合電極(p側接合電極)9と、を主に備える。
以下、第2実施形態に係る半導体発光素子100Aについて、主に第1実施形態に係る半導体発光素子100と異なる点について説明する。
例えば、半導体発光素子100Aでは、n側電極5aの材料に、Al−Si−Cu系のAl合金(以下、ASC層という)を用い、例えば、n側電極5aの材料を「Ti/ASC層/Ti/Pt」(この順に積層)とし、p側電極6の材料を「Ni/Ag/Ni/Ti/Pt」(この順に積層)とすることができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について、図11を参照しながら説明する。
以下、第2実施形態に係る半導体発光素子100Aの製造方法について、主に第1実施形態に係る半導体発光素子100の製造方法と異なる点について説明する。
なお、ここでは、n側電極5aを形成した後、p側電極6を形成する製造方法について説明したが、p側電極6を形成した後、n側電極5aを形成する製造方法としてもよい。
前記した半導体発光素子100,100Aの製造方法では、半導体発光素子100,100Aを平面視で矩形状とし、延出部30を半導体発光素子100,100Aの角部に形成するものとした。しかしながら、延出部30を設ける部位は特に規定されるものではなく、例えば、半導体発光素子100,100Aの角部以外の外周端部である辺部に設けてもよい。さらには、半導体発光素子100,100Aの面内側、例えば、穴部11を大きくすることで、穴部11の部位に設ける構成とすることもできる。
また、半導体発光素子100,100Aの平面視形状も特に規定されるものではなく、半導体発光素子100,100Aの形状によって、延出部30の位置も適宜調整すればよい。
また、半導体発光素子100,100Aはn側接合電極8及びp側接合電極9を備える構成としたが、n側接合電極8及びp側接合電極9を備えない構成としてもよく、接合電極形成工程を含まない製造方法としてもよい。さらには、n側接合電極8とp側接合電極9とは異なる材料を用いてもよく、また、接合電極形成工程を、n側接合電極形成工程と、p側接合電極形成工程との2つの工程に分け、n側接合電極8とp側接合電極9のいずれかを先に形成するようにしてもよい。
2 半導体積層体
21 n型半導体層(第1半導体層)
22 活性層
23 p型半導体層(第2半導体層)
3 導体層
4 誘電体多層膜
5、5a n側電極(第1電極)
6 p側電極(第2電極)
7 保護膜
8 n側接合電極(第1接合電極)
9 p側接合電極(第2接合電極)
11 穴部
12 孔
30 延出部
40 除去領域
41 除去部
50 段差部
100、100A 半導体発光素子
Claims (11)
- 基板上に導電型の異なる第1半導体層と第2半導体層とを順次積層した半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、
前記半導体積層体の一部を除去して前記第1半導体層を露出させ、前記第2半導体層が平面方向に延出した延出部を形成する延出部形成工程と、
前記延出部を除く前記第2半導体層の上面に設けられた第1導体層と、前記第1導体層と離間して設けられるとともに、前記延出部において前記半導体積層体の一部の上面が露出するように、前記第1半導体層と前記第2半導体層とを接続する第2導体層と、を形成する導体層形成工程と、
前記導体層形成工程の後、前記第1半導体層と電気的に接続する第1電極と、前記第2半導体層と電気的に接続する第2電極とを形成する電極形成工程と、
前記第1電極及び第2電極を被覆する保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜形成工程の後、前記延出部の前記第2導体層から露出した前記半導体積層体の一部を前記第1半導体層が露出するように除去し、前記延出部を除く前記半導体積層体における前記第1半導体層と前記第2半導体層との短絡を解消する除去工程と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記延出部は、前記半導体発光素子の外周端部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記半導体発光素子は平面視で矩形状であり、前記延出部が前記半導体発光素子の角部に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記導体層形成工程において、前記延出部の先端側の部位と前記露出した第1半導体層とを接続する前記第2導体層を形成することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記電極形成工程において、前記第1電極と前記第2電極とを同一の材料を用いて同時に形成することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1電極と前記第2電極とが異なる材料であり、前記電極形成工程において、前記第1電極を形成した後、前記第2電極を形成することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1電極と前記第2電極とが異なる材料であり、前記電極形成工程において、前記第2電極を形成した後、前記第1電極を形成することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記導体層形成工程の後、前記電極形成工程の前に、前記半導体積層体の上面に誘電体多層膜を形成する誘電体多層膜形成工程を行うことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記誘電体多層膜は、前記除去工程で前記延出部を除去する部位が露出するように設けられていることを特徴とする請求項8に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記保護膜は、前記除去工程で前記延出部を除去する部位が露出するように設けられていることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記除去工程の後、前記保護膜の上面に、前記第1電極と電気的に接続する第1接合電極と、前記第2電極と電気的に接続する第2接合電極とを形成する接合電極形成工程を行うことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
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