JP6844630B2 - 発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
実施形態に係る発光素子の製造方法は、発光層124を含む半導体層12が形成されたウエハ10を準備する工程と、断面視において、半導体層12上の第1領域Xに接する本体部142と、第1領域Xに隣接する半導体層12上の第2領域Yに接することなく本体部142から第2領域Y上に突き出る突出部144と、を有するレジスト膜14を形成する工程と、第2領域Yに隣接する半導体層12上の第3領域Zに第1金属膜162を形成する工程と、レジスト膜14上と第1金属膜162上とに第2金属膜164を形成する工程と、ウエハ10を昇温し、その後降温することにより、レジスト膜14の突出部144を上方に引き上げる工程と、第2金属膜164上に第3金属膜166を形成し、第1金属膜162の端部を第3金属膜166により被覆する工程と、レジスト膜14を除去する工程と、をこの順に有し、第1金属膜162を形成する工程において、第1金属膜162は、第3領域Zと第2領域Yの一部領域とに配置され、第2金属膜164を形成する工程において、第1金属膜162の端部は、第2金属膜164から露出する発光素子の製造方法である。以下、各工程を順に説明する。
まず、図1Aに示すように、発光層124を含む半導体層12が形成されたウエハ10を準備する。本工程によるウエハ10の準備は、成膜装置内にウエハ10を設置し、設置したウエハ10上に半導体層12を形成することにより行ってもよいし、あらかじめ半導体層12が形成されたウエハ10を成膜装置内に設置することにより行ってもよい。1枚のウエハには1つまたは複数の発光層を形成することが可能である。1つの半導体層が1つまたは複数の発光層を有していてもよい。複数の発光層が形成される場合は、1つまたは2つ以上の発光層が1つの発光素子に対応する。なお、1つの発光素子は、半導体層12に加えて、電極16(電極16は、後述の第1乃至第3の金属膜を有する。)を備えているものとする。
次に、図1Bに示すように、半導体層12上にレジスト膜14を形成する。レジスト膜14は、半導体層12上に、所定の形状で電極16(後述の第1乃至第3金属膜)を形成するための部材である。レジスト膜14は本体部142と突出部144とを有している。
次に、図1Cに示すように、半導体層12上の第3領域Zに第1金属膜162を形成する。第2領域Yには本体部142が形成されていないため、第1金属膜162を構成する金属材料の一部は突出部144下に入り込む。その結果、第1金属膜162は、第3領域Zだけではなく、第2領域Yの一部領域にも配置される。第1金属膜162は電極16の一部であり、第1金属膜162の下面が電極16の下面となる。第1金属膜162は半導体層12に対して電気的にオーミック接触することが好ましく、半導体層12(第3領域Zが半導体層12の上面の一部領域である場合には第3領域Z)に接していることが好ましい。
次に、図1Dに示すように、レジスト膜14上と第1金属膜162上とに第2金属膜164を形成する。ただし、第2金属膜164は、第1金属膜162を形成するときに用いたレジスト膜14をそのまま使用して形成する。しかるに、レジスト膜14は突出部144を有しており、第2金属膜164を構成する金属材料は、突出部144に遮られ、突出部144と半導体層12との間に形成される空間S内に十分に行き届かせることが難しい。そのため、このままでは、第1金属膜162の端部を第2金属膜164により覆うことが難しく、第1金属膜162の端部は第2金属膜164から露出する虞がある。そこで、本実施形態では、ウエハ10を昇温し、その後降温することによって、第2金属膜164の引っ張り応力を働かせ、突出部144を上方に引き上げる。
次に、ウエハ10を昇温し、その後降温する。これにより、図1Eに示すように突出部144を上方に引き上げる。突出部144が上方に引き上げられるとは、例えば、断面視において、突出部144が上方に向けて反り上がる、あるいは反り返ることにより、突出部144の下面と半導体層12の第2領域Yとの間に形成される空間Sが広がることをいう。第2金属膜164は、突出部144に対して、昇温・降温の前においては、引っ張り応力よりも圧縮応力を強く作用させている場合がある。ここで、引っ張り応力とは、第2金属膜164が突出部144を引っ張る応力であり、図1Eでは上方向に向かう力をいう。また、圧縮応力とは、第2金属膜164が突出部144を押さえつける応力であり、図1Eでは下方向に向かう力をいう。第2金属膜164は、昇温・降温によりその性質が変化し、引っ張り応力を圧縮応力よりも強く作用させるようになる。あるいは、第2金属膜164は、突出部144に対し、昇温・降温の前から引っ張り応力を圧縮応力よりも強く作用させている場合には、昇温・降温により引っ張り応力の方をより強く突出部144に作用させるようになる。本実施形態では、このような昇温・降温により第2金属膜164の引っ張り応力を働かせて、突出部144を上方に引き上げるものとしている。そしてこれにより、突出部144と半導体層12との間の空間Sを広げて、当該空間S内に第3金属膜166を十分に行き届かせ、第3金属膜166により第1金属膜162(第1金属膜162及び第2金属膜164)の端部を確実に覆うものとしている。断面視において、突出部144と半導体層12との間に形成される空間Sが広がることにより、例えば、第2領域Yから、突出部144の下面のうち第2領域Yから最も離れている部位までの距離が0.1μm以上延長されることが好ましく、0.5μm以上延長されることがより好ましい。あるいは、突出部144の下面のうち第2領域Yから最も離れている部位までの距離が、本体部142の厚みの3%以上延長されることが好ましく、10%以上延長されることがより好ましい。
次に、図1Fに示すように、第2金属膜164上に第3金属膜166を形成し、第1金属膜162および第2金属膜164の端部を第3金属膜166により被覆する。第3金属膜166は、第2金属膜164上だけでなくレジスト膜14上にも形成されてもよい。第3金属膜166は、第1金属膜162を形成するときに用いたレジスト膜14をそのまま使用して形成する。ただし、ウエハ10を昇温し、その後降温する工程により、レジスト膜14の突出部144は上方に引き上げられており、突出部144と半導体層12との間の空間Sを広げられている。したがって、本工程により、第3金属膜166を当該空間S内に十分に行き届くように形成することが可能であり、第3金属膜166により第1金属膜162の端部を確実に被覆することができる。第3金属膜166は、第2金属膜164との密着力を向上させるために、第2金属膜164の上面及び第1金属膜162の側面に接していることが好ましい。さらに、第3金属膜166は、第1金属膜162の上面の一部が第2金属膜164から露出している場合には、当該露出する第1金属膜162の上面に接していることが好ましい。これにより、より確実に第1金属膜162のマイグレーションを抑制することができる。
次に、図1Gに示すように、レジスト膜14を除去する。これにより、レジスト膜14とともに、レジスト膜14上に形成されている第1乃至第3金属膜も除去され、所定の形状を有する第1乃至第3金属膜が得られる。レジスト膜14は、例えば、リフトオフ法を用いて除去することができる。リフトオフ法に用いる溶剤には、例えば剥離液などを用いることができる。例えば、超音波洗浄を行うことによってレジスト層及びその上の第1乃至第3金属膜を共に除去する。本実施形態によれば、第3金属膜166により第1金属膜162の端部を確実に覆うことができるため、第1金属膜162の端部がリフトオフ法に用いる溶剤などにより溶けて消失してしまう抑制することができる。
図7は、比較例に係る発光素子の製造方法を説明する模式的断面図である。図7に示すように、比較例に係る発光素子の製造方法では、突出部が引き上げられていないため、第2金属膜264を構成する金属材料は、突出部244に遮られ、突出部244と半導体層22との間に形成される空間V内に十分に行き届かせることが難しい。そのため、第1金属膜262の端部を第2金属膜264により覆うことが難しく、第1金属膜262の端部は第2金属膜264から露出する。また、第2金属膜264上に第3金属膜266を形成したとしても、第2金属膜264と同様に第1金属膜262の端部を覆うことが難しい。
次に、図2A乃至2Cを参照しつつ、実施形態に係る発光素子について説明する。実施形態に係る発光素子1は、上記した実施形態に係る発光素子の製造方法により製造することができるが、他の方法により製造されてもよい。なお、図2A乃至2Cは、レジスト膜14の除去後、ウエハ10を個片化することにより得られる複数の発光素子のうちの1つを図示したものである。
図8は、比較例に係る発光素子を説明する模式的断面図である。図8に示すように、突出部244と半導体層22との間の空間Vが狭い状態で第3金属膜266を形成した場合、第1金属膜262の端部が第3金属膜266から露出してしまう。このため、比較例では、第1金属膜262が端部からマイグレーションして、第1金属膜262の一部が欠損(消失)し、空隙Gが形成されている。
[第2金属膜164の材料]
異なる金属材料を用いて第2金属膜164を形成し、各々の第2金属膜164における突出部144を上方に引き上げる性質(引っ張り応力の働きの程度)を検証する。いずれの場合においても、半導体層12と、半導体層12上のレジスト膜14と、レジスト膜14上の第2金属膜164と、を備えた試料を作製して検証する。ここで、本実施例において使用する各試料は、レジスト層14の本体部142の膜厚が約2.7μmであり、突出部144の長さが約3.5μmであり、突出部144の厚みが約2.0μmである。なお、断面SEM写真を用いた測長では角度補正を行い、断面SEM写真上で1μmである長さを1.27μmとして測長した。
図3Aは、ニッケル(Ni)を用いて第2金属膜164が形成された試料を示す断面SEM写真である。第2金属膜164の膜厚は約0.3μmである。図3Bは、図3Aに示す試料を、130℃で15分間加熱し、その後加熱を止めて常温になるまで放置した後に撮影した断面SEM写真である。図3Aによると、突出部144と半導体層12との間の距離は約2.9μmであり、図3Bによると、突出部144と半導体層12との間の距離は約3.2μmである。ニッケル(Ni)を用いて形成された第2金属膜164では、引っ張り応力が十分に働き、加熱及び降温により突出部144を上方に引き上げられる。
図4Aは、ロジウム(Rh)を用いて第2金属膜164が形成された試料を示す断面SEM写真である。第2金属膜164の膜厚は約0.2μmである。図4Bは、図4Aに示す試料を、130℃で15分間加熱し、その後加熱を止めて常温になるまで放置した後に撮影した断面SEM写真である。図4Aによると、突出部144と半導体層12との間の距離は約2.8μmであり、図4Bによると、突出部144と半導体層12との間の距離は約3.2μmである。ロジウム(Rh)を用いて形成された第2金属膜164では、引っ張り応力が十分に働き、加熱及び降温により突出部144を上方に引き上げられる。
図5Aは、タングステン(W)を用いて第2金属膜164が形成された試料を示す断面SEM写真である。第2金属膜164の膜厚は約0.2μmである。図5Bは、図5Aに示す試料を、130℃で15分間加熱し、その後加熱を止めて常温になるまで放置した後に撮影した断面SEM写真である。図5Aによると、突出部144と半導体層12との間の距離は約3.0μmであり、図5Bによると、突出部144と半導体層12との間の距離は約3.2μmである。タングステン(W)を用いて形成された第2金属膜164では、引っ張り応力が十分に働き、加熱及び降温により突出部144を上方に引き上げられる。
図6Aは、ルテニウム(Ru)を用いて第2金属膜164が形成された試料を示す断面SEM写真である。第2金属膜164の膜厚は約0.2μmである。図6Bは、図6Aに示す試料を、130℃で15分間加熱し、その後加熱を止めて常温になるまで放置した後に撮影した断面SEM写真である。図6Aによると、突出部144と半導体層12との間の距離は約3.0μmであり、図6Bによると、突出部144と半導体層12との間の距離は約3.2μmである。ルテニウム(Ru)を用いて形成された第2金属膜164では、引っ張り応力が十分に働き、加熱及び降温により突出部144を上方に引き上げられる。
10 ウエハ
12 半導体層
122 第1導電型半導体層
124 発光層
126 第2導電型半導体層
14 レジスト膜
142 本体部
144 突出部
16 電極
162 第1金属膜
164 第2金属膜
164a 第1層
164b 第2層
166 第3金属膜
30 保護膜
40 第1電極
50 電極
60 第2電極
S 空間
X 第1領域
Y 第2領域
Z 第3領域
22 比較例に係る半導体層
244 比較例に係る突出部
262 比較例に係る第1金属膜
266 比較例に係る第3金属膜
V 比較例に係る空間
G 空隙
Claims (10)
- 発光層を含む半導体層が形成されたウエハを準備する工程と、
断面視において、前記半導体層上の第1領域に接する本体部と、前記第1領域に隣接する前記半導体層上の第2領域に接することなく前記本体部から前記第2領域上に突き出る突出部と、を有するレジスト膜を形成する工程と、
前記第2領域に隣接する前記半導体層上の第3領域に第1金属膜を形成する工程と、
前記レジスト膜上と前記第1金属膜上とに第2金属膜を形成する工程と、
前記ウエハを昇温し、その後降温することにより、前記レジスト膜の突出部を上方に引き上げる工程と、
前記第2金属膜上に第3金属膜を形成し、前記第1金属膜の端部を前記第3金属膜により被覆する工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、をこの順に有し、
前記第1金属膜を形成する工程において、前記第1金属膜は、前記第3領域と前記第2領域の一部領域とに配置され、
前記第2金属膜を形成する工程において、前記第1金属膜の端部は、前記第2金属膜から露出する発光素子の製造方法。 - 前記第1金属膜は銀を有する請求項1に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2金属膜は、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、及びタングステンを1種以上有する請求項1または2に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2金属膜は、
ニッケル、ルテニウム、ロジウム、及びタングステンを1種以上有する第1層と、
前記第1層上に配置され、白金、金、またはこれらの合金を有する第2層と、
を有する請求項1または2に記載の発光素子の製造方法。 - 前記第3金属膜はチタン、白金、又はこれらの双方を有する請求項1から4のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2金属膜の膜厚は、第1金属膜の膜厚よりも厚い請求項1から5のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第3金属膜は、スパッタリング法により形成される請求項1から6のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
- 前記昇温は、前記ウエハを、130度以上150度以下の温度で、15分以上20分以下の間、加熱することにより行われる請求項1から7のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
- 断面視において、前記突出部の長さは、2μm以上5μm以下である請求項1から8のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
- 断面視において、前記突出部の厚みは、2μm以上4μm以下である請求項1から9のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
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