JPH0521845A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法

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JPH0521845A
JPH0521845A JP20130591A JP20130591A JPH0521845A JP H0521845 A JPH0521845 A JP H0521845A JP 20130591 A JP20130591 A JP 20130591A JP 20130591 A JP20130591 A JP 20130591A JP H0521845 A JPH0521845 A JP H0521845A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 GaN 系の化合物半導体の発光ダイオードの
製造方法における同一面側の正負一対の電極形成におけ
る工程の簡略化を図ると共に発光ダイオードの青色の発
光領域の部位における発光ムラをなくし、その発光強度
を向上すること。 【構成】 発光ダイオード10はi層5上の中央部にi
層5の電極7とその周囲にi層5上から高キャリヤ濃度
+ 層3の側面に接続するように高キャリヤ濃度n+
3の電極8が形成されている。これにより、発光ダイオ
ードは、従来の電極を形成するための孔が廃止でき、そ
の製造工程が簡素化される。又、発光ダイオード10の
電極7,8は電極間距離をほぼ等しくして電極間を流れ
る電流を発光領域の部位に拘わらずほぼ同じとすること
が可能である。すると、発光ダイオード10は青色の発
光領域における発光ムラがなくなり発光光度が向上され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光の窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN
系の化合物半導体を用いたものが知られている。そのG
aN 系の化合物半導体は直接遷移であることから発光効
率が高いこと、光の3原色の1つである青色を発光色と
すること等から注目されている。このようなGaN 系の
化合物半導体を用いた発光ダイオードは、サファイヤ基
板上に直接又は窒化アルミニウムから成るバッファ層を
介在させて、n導電型のGaN 系の化合物半導体から成
るn層を成長させ、そのn層の上にp型不純物を添加し
てi型のGaN 系の化合物半導体から成るi層を成長さ
せた構造をとっている(特開昭62−119196号公
報、特開昭63−188977号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ここで、図8に示すよ
うに、発光ダイオード60のi層の電極67はi層上に
直接、又、n層の電極68はi層の一部に設けられた孔
内を利用してAl などの金属をそれぞれ蒸着して形成さ
れている。上記n層の電極68を形成するための孔は、
i層上をSiO2などで覆い、そのSiO2によって覆われ
ていない部位のi層とその下のn層の一部を、ドライエ
ッチングした後、i層上に残っているSiO2をフッ酸で
除去して形成される。上述したように、上記孔の形成手
順としては、SiO2などでマスキングし、RIE(Rea
ctive Ion Etching:反応性イオンエッチング)装置
などを用いたドライエッチングなど複雑な工程を経て行
われる。上記RIE装置のエッチング速度は、エッチン
グ条件、材料などにより異なるが、通常1分間に数百Å
から数千Å程度であり速いとされる。しかし、上記孔な
ど途中の層部分までのエッチングではエッチング終点を
時間管理するしかなく、エッチングガスなどのエッチン
グ条件が少し変化するとエッチング量が極端に変化して
しまうという困難を伴うものであった。又、実際のエッ
チングに要する時間に段取り時間を加算した時間は相当
なものとなっていた。
【0004】又、発光ダイオード60の発光強度を向上
させるには、その発光領域がi層の電極67の上部及び
その近傍に位置していることから、i層の電極67の電
極面積をなるべく大きくすれば良いことが知られてい
る。ところで、上述の理由により発光ダイオード60の
i層の電極67の電極面積が大きく取られるため、i層
の電極67とn層の電極68との電極間距離が発光領域
の部位により大きく違ってしまうことになる。そして、
発光ダイオード60の電極67,68は、はんだバンプ
を介してリードフレーム70のリード部材71,72な
どにボンディングされ接合されている。すると、上記リ
ードフレーム70のリード部材71,72にて発光ダイ
オード60に供給される電流は、i層の電極67とn層
の電極68との電極間距離が近い抵抗の少ない部分をよ
り多く流れることになる。従って、発光ダイオード60
は発光領域において発光ムラが生じることになる。この
ような発光ダイオード60の発光状態においては、i層
の電極67の電極面積を大きく形成したにも拘わらず余
り発光強度が向上しないという問題があった。
【0005】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、GaN 系
の化合物半導体の発光ダイオードの製造方法において、
同一面側の正負一対の電極形成における工程の簡略化を
図ることである。又、同時に、GaN 系の化合物半導体
の発光ダイオードの青色の発光領域の部位における発光
ムラをなくし、その発光強度を向上させることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、n型の窒化ガリウム系化合物半導体
(AlXGa1-XN;X=0を含む)から成るn層と、p型
不純物を添加したi型の窒化ガリウム系化合物半導体
(AlXGa1-XN;X=0を含む)から成るi層とを有す
る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であ
って、前記n層と前記i層との層構造を有するウェーハ
を形成し、該ウェーハに前記i層側から前記n層が露出
するように切り込みを入れた後、前記i層及び切り込ま
れた側面に電極となる金属を蒸着して金属層を形成し、
該金属層をエッチングして前記i層上に前記i層及び前
記n層の電極を形成した後、前記i層及び前記n層の一
対の電極をそれぞれ有するように完全に切り離し個片と
することを特徴とする。
【0007】
【作用及び効果】i層上にi層の電極とその周囲に上記
i層上からn層の側面に接続するn層の電極との一対の
電極が形成される。これにより、発光ダイオードは同一
面側にi層の電極とn層の電極とを有する構造であって
も、n層の電極のための孔を不要とすることができた。
即ち、発光ダイオードは、孔を形成するためのエッチン
グが廃止でき、その製造工程が簡素化される。
【0008】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は本発明に係る発光ダイオード10を示
し、図1(a) は縦断面図、図1(b) は電極側から見た平
面図である。図1(a) において、発光ダイオード10
は、サファイヤ基板1を有しており、そのサファイヤ基
板1に 500ÅのAlN のバッファ層2が形成されてい
る。そのバッファ層2の下には、順に、膜厚 2.2μm の
GaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3と膜厚 1.5μm
のGaN から成る低キャリヤ濃度n層4が形成されてお
り、更に、低キャリヤ濃度n層4の下に膜厚 0.1μm の
GaN から成るi層5が形成されている。そして、i層
5の中央部に接続するアルミニウムから成る電極7が形
成されている。又、図1(b) に示すように、電極7の周
囲で電極間距離をほぼ等しくして高キャリヤ濃度n+
3に側面から接続するアルミニウムから成る電極8が形
成されている。
【0009】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造工程について、図2、図3及び図4を参照して説明す
る。上記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成
長法( 以下、MOVPEと記す)による気相成長により
製造された。用いられたガスは、NH3 とキャリヤガス
2 とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下、TM
Gと記す)とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
(以下、TMAと記す)とシラン(SiH4)とジエチル
亜鉛(以下、DEZと記す)である。先ず、有機洗浄及
び熱処理により洗浄したa面を主面とする単結晶のサフ
ァイヤ基板1をMOVPE装置の反応室に載置されたサ
セプタに装着する。次に、常圧でH2 を流速2 l/分で
反応室に流しながら温度1100℃でサファイヤ基板1を気
相エッチングした。次に、温度を 400℃まで低下させ
て、H2 を20 l/分、NH3を10 l/分、TMAを 1.8
×10-5モル/分で供給して 500Åの厚さのAlN から成
るバッファ層2を形成した。次に、サファイヤ基板1の
温度を1150℃に保持し、H2 を20 l/分、NH3 を10 l
/分、TMGを 1.7×10-4モル/分、H2 で0.86ppm ま
で希釈したシラン(SiH4)を 200ml/分の割合で30分
間供給し、膜厚 2.2μm 、キャリヤ濃度 1.5×1018/cm
3 のGaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3を形成し
た。続いて、サファイヤ基板1の温度を1150℃に保持
し、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TMGを1.7
×10-4モル/分の割合で20分間供給し、膜厚 1.5μm、
キャリヤ濃度 1×1015/cm3 のGaN から成る低キャリ
ヤ濃度n層4を形成した。次に、サファイヤ基板1を 9
00℃にして、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TM
Gを 1.7×10-4モル/分、DEZを 1.5×10-4モル/分
の割合で1分間供給して、膜厚 0.1μmのGaN から成
るi層5を形成した。このようにして、図2(a) に示す
ような多層構造が得られた。次に、図2(b) に示すよう
に、図2(a) の多層構造のウェーハに対して太い刃物
(例えば、 250μm 厚)を用いたダイシングによりi層
5から低キャリヤ濃度n層4、高キャリヤ濃度n+
3、バッファ層2、サファイヤ基板1の上面一部まで格
子状に所謂ハーフカットにて切り込みを入れる。次に、
図2(c) に示すように、試料の上全面及び側面(垂直
面)に、試料の回転を伴うアルミニウムの蒸着によりA
l 層11を 0.3μm の厚さに形成した。そして、そのA
l 層11の上にフォトレジスト12を塗布して、フォト
リソグラフィにより、そのフォトレジスト12が高キャ
リヤ濃度n+ 層3及びi層5に対する電極部が残るよう
に、所定形状にパターン形成した。
【0010】次に、図3(d) に示すように、フォトレジ
スト12をマスクとして下層のAl層11の露出部を硝
酸系エッチング液でエッチングし、フォトレジスト12
をアセトンで除去し、i層5の電極7を形成した。尚、
図4は、この工程完了状態におけるウェーハを上から見
た平面図を示す。次に、図3(e) に示すように、細い刃
物(例えば、 150μm 厚)を用いたダイシングによりA
l 層11が蒸着されたサファイヤ基板1を切り離して個
片とし、高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8を形成した。
このようにして、図1に示すMIS(Metal Insulat
or Semiconductor)構造の窒化ガリウム系発光素子を
製造することができる。上述したように、本発明に係る
発光ダイオードは、従来のn層の電極のための孔が不要
となり、孔を形成するためのエッチングが廃止できるこ
とにより、その製造工程が簡素化される。
【0011】そして、発光ダイオード10は電極7,8
に形成されたはんだバンプを介して、図5に示すよう
に、リードフレーム20のリード部材21,22に接合
される。この時、i層5の電極7はその周囲に形成され
た高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8との電極間距離がほ
ぼ等しいことになる。即ち、発光ダイオード10の電極
間を流れる電流を発光領域の部位に拘わらずほぼ同じと
することができる。従って、発光ダイオード10は青色
の発光領域における発光ムラをなくすことができると共
に発光強度を向上させることができた。又、本実施例の
発光ダイオード10においては、高キャリヤ濃度n+
3に接続するようにアルミニウムにて側面を覆って電極
8が形成されている。このため、i層の電極7の上部及
びその近傍に位置している発光領域から側面側に逃げよ
うとする光が上方に反射されることになり、更に、発光
ダイオード10の発光強度が向上される。
【0012】図6は、上述の実施例における図3(d) の
工程完了状態におけるウェーハを上から見た平面図であ
る図4に対応した他の実施例の平面図を示す。尚、同じ
構造から成る部分については上述の実施例と同じ符号を
付してその説明を省略する。上述の実施例では図2(b)
に示す工程で図2(a) の多層構造のウェーハに対して格
子状に切り込みが入れられているが、本実施例では、縦
方向のみに同様の切り込みが入れられている。そして、
i層5の電極7とn層の電極となるAl 層11とをウェ
ーハの周辺に示す縦のカッティングラインL1〜L5及び
横のカッティングラインW1〜W5より切り離して個片と
される。図7は、上述の実施例における図3(e) に対応
し、個片とされ高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8が形成
された状態を示す縦断面図である。このようにして、上
述の実施例と同様のMIS構造の窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子が製造される。本実施例における発光ダ
イオードにおいても、従来のn層の電極のための孔が不
要となり、孔を形成するためのエッチングが廃止できる
ことにより、その製造工程が簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドを示した構成図である。
【図2】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した縦断面図である。
【図3】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した図2に続く縦断面図である。
【図4】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程の途
中におけるウェーハの状態を示した平面図である。
【図5】同実施例に係る発光ダイオードとリードフレー
ムとの接合状態を示した部分縦断面図である。
【図6】本発明に係る発光ダイオードの他の実施例にお
ける製造工程の途中におけるウェーハの状態を示した平
面図である。
【図7】本発明に係る発光ダイオードの他の実施例にお
ける製造工程の最終段階を示した縦断面図である。
【図8】従来の発光ダイオードとリードフレームとの接
合状態を示した部分縦断面図である。
【符号の説明】
1−サファイヤ基板 2−バッファ層 3−高キャ
リヤ濃度n+ 層 4−低キャリヤ濃度n層 5−i層 7,8−電極
10−発光ダイオード

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 n型の窒化ガリウム系化合物半導体(A
    lXGa1-XN;X=0を含む)から成るn層と、p型不純
    物を添加したi型の窒化ガリウム系化合物半導体(AlX
    Ga1-XN;X=0を含む)から成るi層とを有する窒化
    ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、 前記n層と前記i層との層構造を有するウェーハを形成
    し、該ウェーハに前記i層側から前記n層が露出するよ
    うに切り込みを入れた後、前記i層及び切り込まれた側
    面に電極となる金属を蒸着して金属層を形成し、該金属
    層をエッチングして前記i層上に前記i層及び前記n層
    の電極を形成した後、前記i層及び前記n層の一対の電
    極をそれぞれ有するように完全に切り離し個片とするこ
    とを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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