JPWO2017022754A1 - 窒化物半導体ウェハ及びその製造方法、並びに、窒化物半導体紫外線発光素子及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記素子単位の夫々が、n型AlGaN系半導体層を含む第1半導体層と、AlGaN系半導体層を含む活性層と、p型AlGaN系半導体層を含む第2半導体層を積層してなる半導体積層部、1または複数の金属層からなるn電極、1または複数の金属層からなるp電極、絶縁保護膜、前記p電極の前記保護絶縁膜で被覆されていない露出面と接触する第1メッキ電極、前記n電極の前記保護絶縁膜で被覆されていない露出面と接触する第2メッキ電極、及び、フッ素樹脂膜を備えた窒化物半導体紫外線発光素子であり、
前記素子単位の夫々において、
前記半導体積層部が、前記半導体積層部の表面と平行な面内において1つの前記素子単位が占有する領域を素子領域とした場合、前記素子領域内の一部の第1領域において、前記第1半導体層上に前記活性層と前記第2半導体層が積層し、前記素子領域内の前記第1領域以外の第2領域において、前記第1半導体層が露出するように形成され、
前記n電極が、前記第2領域内の前記第1半導体層の露出面上に形成され、
前記p電極が、前記第2半導体層の最上面に形成され、
前記保護絶縁膜が、前記半導体積層部の前記第1領域の外周側面の全面、前記第1領域と前記n電極の間の前記第1半導体層の上面、及び、前記n電極の外周端縁部の内の少なくとも前記第1領域と対向する部分を含む上面と側面を、少なくとも被覆し、且つ、前記n電極の表面の少なくとも一部及び前記p電極の表面の少なくとも一部を被覆せず露出するように、形成され、
前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極が、夫々、銅または銅を主成分とする合金からなる本体電極と、前記本体電極の上面及び側壁面を被覆する最外層が金または白金族金属の1層または多層の表面金属膜で構成され、
前記第1メッキ電極が、更に、前記第2メッキ電極から離間して、前記p電極の露出面を含む前記第1領域の上面の全面、前記保護絶縁膜に被覆された前記第1領域の外周側面の全面、及び、前記第2領域の一部であって前記第1領域と接する境界領域を被覆するように形成されており、
前記フッ素樹脂膜が、少なくとも、前記第1メッキ電極の側壁面の上端部を除く部分、前記第2メッキ電極の側壁面の上端部を除く部分、及び、前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極間の間隙部に露出した前記保護絶縁膜の露出面の外周端を除く部分を、夫々連続して被覆していることを第1の特徴とする窒化物半導体ウェハを提供する。
前記基板上に、前記半導体積層部、前記n電極、前記p電極、前記絶縁保護膜、前記第1メッキ電極、及び、前記第2メッキ電極を形成した後、
前記複数の素子単位の隣接する前記素子領域間のチップ切断領域または前記チップ切断領域及びその側方領域に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第1マスク材料を形成し、
前記第1マスク材料の形成後に、前記第1マスク材料に囲まれた前記素子領域に、フッ素樹脂を注入して前記フッ素樹脂膜を形成し、
前記フッ素樹脂膜の形成後に、前記第1マスク材料を除去することを第1の特徴とする窒化物半導体ウェハの製造方法を提供する。
前記基板として紫外線を透過する基板を用い、
前記第1メッキ電極の外周の全てが前記保護絶縁膜を介して前記n電極上に位置するように、前記第1メッキ電極を形成し、
前記第1マスク材料として、ネガタイプのフォトレジスト材を使用し、
前記フォトレジスト材を、前記基板表面の全面に形成し、
引き続き、前記基板の裏面から紫外線を照射して、前記フォトレジスト材を露光し、
引き続き、前記第1メッキ電極と前記n電極によって前記紫外線の露光が阻止された前記フォトレジスト材の一部を現像処理により除去することが、好ましい。
前記基台が、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の表面に形成され、上面と側壁面が金または白金族金属で被覆され、且つ、互いに電気的に分離した2以上の金属膜と、を備えてなり、
前記2以上の金属膜が、少なくとも1つの前記窒化物半導体発光素子を搭載可能に、全体として、2以上の電極パッドを含む所定の平面視形状に形成され、
前記金属膜で被覆されていない前記絶縁性基材の露出面と前記金属膜の側壁面との境界線に沿って、少なくとも、前記境界線と連続する前記絶縁性基材の前記露出面の一部と、前記境界線と連続する前記金属膜の前記側壁面の一部が、フッ素樹脂で被覆され、
前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを構成する箇所が、前記フッ素樹脂で被覆されていないことを特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置を提供する。
図1に示すように、本ウェハ10は、基板12上に複数の同じ素子構造の本発光素子11がマトリクス状に配列して形成された窒化物半導体ウェハである。以下、便宜的に、基板12の表面と平行な面内において、素子単位である1つの本発光素子11が占有する領域を素子領域REと定義する。また、素子領域REは、後述するように、第1領域R1と第2領域R2で構成される。隣接する素子領域RE間には、本ウェハ10上の複数の本発光素子11を個々のチップに分割する際の切断代となるスクライブ領域SL(チップ切断領域に相当)が存在し、当該スクライブ領域SLは、ウェハ表面上を縦及び横方向に延伸し、格子状に存在する。従って、本ウェハ10の表面は、複数の素子領域REとスクライブ領域SLで構成される。
次に、上記第1実施形態の一変形例として、本ウェハ10及び本発光素子11の別実施形態について説明する。第2実施形態に係る本ウェハ10及び本発光素子11は、第1実施形態と同じ素子構造を有するが、本ウェハ10の製造方法の第3製造工程の細部において第1実施形態と相違する。以下、第3製造工程の相違する箇所について説明する。
次に、上記第1または第2実施形態の一変形例として、本ウェハ10及び本発光素子11の別実施形態について説明する。第3実施形態に係る本ウェハ10及び本発光素子11は、第1実施形態と同じ素子構造を有するが、本ウェハ10の製造方法の第3製造工程の細部において第1及び第2実施形態と相違する。以下、第3製造工程の相違する箇所について説明する。
次に、上記第1乃至第3実施形態の一変形例として、本ウェハ10及び本発光素子11の別実施形態について、図16を参照して説明する。図16は、本発光素子11のB−B’断面における素子構造の要部を模式的に示す要部断面図である。
次に、上記第1乃至第3実施形態の一変形例として、本ウェハ10及び本発光素子11の別実施形態について説明する。上記第1乃至第3実施形態の本ウェハ10及び本発光素子11では、保護絶縁膜24は、紫外線を透過するSiO2膜またはAl2O3膜等で形成されているため、本発光素子11の活性層17から出射した紫外線の一部は、基板12の裏面から外部に出射せずに半導体積層部21側に反射して、上記間隙部31の底面に露出している保護絶縁膜24を通過して、上記間隙部31に入射する可能性がある。上記第4実施形態では、不透明絶縁膜34を別途設けることで、当該紫外線の間隙部31への入射を阻止したが、第5実施形態では、保護絶縁膜24を、紫外線を透過する材料で形成せずに、第4実施形態で説明した不透明絶縁膜34と同様の紫外線を透過しない材料、即ち、GaP、GaN、GaAs、SiC、SiN等の無機材料膜を、CVD法やスパッタリング等の周知の成膜方法により形成する。この場合の保護絶縁膜24は、第1実施形態と同様に、100nm〜1μm程度、より好ましくは150nm〜350nm程度の膜厚に形成される。しかし、保護絶縁膜24に使用する材料によっては、例えば、SiN等は、膜厚が薄いと紫外線を透過する可能性があり、紫外線に対して半透明膜となり得るため、発光波長に応じて膜厚を調整するのが好ましい。
次に、上記第1乃至第5実施形態の一変形例として、本ウェハ10及び本発光素子11の別実施形態について、図17を参照して説明する。上記第1乃至第5実施形態の本ウェハ10及び本発光素子11では、第1マスク材料32を、スクライブ領域SLとその側方領域上、または、スクライブ領域SL上に形成して、フッ素樹脂膜27が、スクライブ領域SLとその側方領域上、または、スクライブ領域SL上に形成されないようにした。これにより、本ウェハ10をスクライブ領域SLに沿って切断或いは割断した際に、素子単位に分割された本発光素子11の外周端部において、フッ素樹脂膜27の外周端が損傷を受けて剥離するのが未然に防止できる。
次に、チップ状態の本発光素子11を、フリップチップ実装用の基台であるサブマウント40に、フリップチップ実装方法により載置してなる本発光装置50について、図18〜図20を参照して説明する。
次に、上記第7実施形態の一変形例として、本発光装置50の別実施形態について、図21を参照して、説明する。第8実施形態に係る本発光装置50は、本発光素子11に関しては、第7実施形態で使用した本発光素子11と同じである。第7実施形態の本発光装置50と相違する点は、サブマウント40である。図21は、第7実施形態の図20に対応する図で、本発光装置50の第1及び第2メッキ電極25,26と第1及び第2金属電極配線42,43間がはんだ49で接続されている箇所(図9の平面図のB−B’に沿ったXZ面に平行な断面の一部)を模式的に示す要部断面図である。
以下に、上記第1乃至第8実施形態の変形例につき説明する。
11: 窒化物半導体紫外線発光素子
12: サファイア基板
13: AlN層
14: AlGaN層
15: テンプレート
16: n型クラッド層(n型AlGaN)
17: 活性層
170: バリア層
171: 井戸層
18: 電子ブロック層(p型AlGaN)
19: p型クラッド層(p型AlGaN)
20: pコンタクト層(p型GaN)
21: 半導体積層部
22: p電極
23: n電極
24: 保護絶縁膜
25: 第1メッキ電極
250: 第1本体電極
251: 第1表面金属膜
26: 第2メッキ電極
260: 第2本体電極
261: 第2表面金属膜
27: フッ素樹脂膜
270: 塗工液
271: 原型樹脂膜
28: 第1開口部
29: 第2開口部
30: シード膜
31: 第1メッキ電極と第2メッキ電極の間隙部
32: 第1マスク材料(フォトレジスト層)
33: 第2マスク材料
34: 不透明絶縁膜
35: 第2のフッ素樹脂膜
40: サブマウント
41: 基材
42: 第1金属電極配線
420: 第1電極パッド
421: 第1配線部
43: 第2金属電極配線
430: 第2電極パッド
431: 第2配線部
44: 側壁部
45: 封止樹脂
46: レンズ
47,48:リード端子
49: はんだ
50: 窒化物半導体紫外線発光装置
51: フッ素樹脂膜
BL: 第1領域と第2領域の境界線
C: 凹部領域と周辺領域の境界
R1: 第1領域
R2: 第2領域
R3: 凹部領域
R4: 周辺領域
前記素子単位の夫々が、n型AlGaN系半導体層を含む第1半導体層と、AlGaN系半導体層を含む活性層と、p型AlGaN系半導体層を含む第2半導体層を積層してなる半導体積層部、1または複数の金属層からなるn電極、1または複数の金属層からなるp電極、保護絶縁膜、前記p電極の前記保護絶縁膜で被覆されていない露出面と接触する第1メッキ電極、前記n電極の前記保護絶縁膜で被覆されていない露出面と接触する第2メッキ電極、及び、フッ素樹脂膜を備えた窒化物半導体紫外線発光素子であり、
前記素子単位の夫々において、
前記半導体積層部が、前記半導体積層部の表面と平行な面内において1つの前記素子単位が占有する領域を素子領域とした場合、前記素子領域内の一部の第1領域において、前記第1半導体層上に前記活性層と前記第2半導体層が積層し、前記素子領域内の前記第1領域以外の第2領域において、前記第1半導体層が露出するように形成され、
前記n電極が、前記第2領域内の前記第1半導体層の露出面上に形成され、
前記p電極が、前記第2半導体層の最上面に形成され、
前記保護絶縁膜が、前記半導体積層部の前記第1領域の外周側面の全面、前記第1領域と前記n電極の間の前記第1半導体層の上面、及び、前記n電極の外周端縁部の内の少なくとも前記第1領域と対向する部分を含む上面と側面を、少なくとも被覆し、且つ、前記n電極の表面の少なくとも一部及び前記p電極の表面の少なくとも一部を被覆せず露出するように、形成され、
前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極が、夫々、銅または銅を主成分とする合金からなる本体電極と、前記本体電極の上面及び側壁面を被覆する最外層が金または白金族金属の1層または多層の表面金属膜で構成され、
前記第1メッキ電極が、更に、前記第2メッキ電極から離間して、前記p電極の露出面を含む前記第1領域の上面の全面、前記保護絶縁膜に被覆された前記第1領域の外周側面の全面、及び、前記第2領域の一部であって前記第1領域と接する境界領域を被覆するように形成されており、
前記フッ素樹脂膜が、少なくとも、前記第1メッキ電極の側壁面の上端部を除く部分、前記第2メッキ電極の側壁面の上端部を除く部分、及び、前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極間の間隙部に露出した前記保護絶縁膜の露出面の外周端を除く部分を、夫々連続して被覆していることを第1の特徴とする窒化物半導体ウェハを提供する。
前記基板上に、前記半導体積層部、前記n電極、前記p電極、前記保護絶縁膜、前記第1メッキ電極、及び、前記第2メッキ電極を形成した後、
前記複数の素子単位の隣接する前記素子領域間のチップ切断領域または前記チップ切断領域及びその側方領域に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第1マスク材料を形成し、
前記第1マスク材料の形成後に、前記第1マスク材料に囲まれた前記素子領域に、フッ素樹脂を注入して前記フッ素樹脂膜を形成し、
前記フッ素樹脂膜の形成後に、前記第1マスク材料を除去することを第1の特徴とする窒化物半導体ウェハの製造方法を提供する。
Claims (20)
- 基板上に複数の素子単位がマトリクス状に配列して形成された窒化物半導体ウェハであって、
前記素子単位の夫々が、
n型AlGaN系半導体層を含む第1半導体層と、AlGaN系半導体層を含む活性層と、p型AlGaN系半導体層を含む第2半導体層を積層してなる半導体積層部、1または複数の金属層からなるn電極、1または複数の金属層からなるp電極、絶縁保護膜、前記p電極の前記保護絶縁膜で被覆されていない露出面と接触する第1メッキ電極、前記n電極の前記保護絶縁膜で被覆されていない露出面と接触する第2メッキ電極、及び、フッ素樹脂膜を備えた窒化物半導体紫外線発光素子であり、
前記素子単位の夫々において、
前記半導体積層部は、前記半導体積層部の表面と平行な面内において1つの前記素子単位が占有する領域を素子領域とした場合、前記素子領域内の一部の第1領域において、前記第1半導体層上に前記活性層と前記第2半導体層が積層し、前記素子領域内の前記第1領域以外の第2領域において、前記第1半導体層が露出するように形成され、
前記n電極は、前記第2領域内の前記第1半導体層の露出面上に形成され、
前記p電極は、前記第2半導体層の最上面に形成され、
前記保護絶縁膜は、前記半導体積層部の前記第1領域の外周側面の全面、前記第1領域と前記n電極の間の前記第1半導体層の上面、及び、前記n電極の外周端縁部の内の少なくとも前記第1領域と対向する部分を含む上面と側面を、少なくとも被覆し、且つ、前記n電極の表面の少なくとも一部及び前記p電極の表面の少なくとも一部を被覆せず露出するように、形成され、
前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極は、夫々、銅または銅を主成分とする合金からなる本体電極と、前記本体電極の上面及び側壁面を被覆する最外層が金または白金族金属の1層または多層の表面金属膜で構成され、
前記第1メッキ電極は、更に、前記第2メッキ電極から離間して、前記p電極の露出面を含む前記第1領域の上面の全面、前記保護絶縁膜に被覆された前記第1領域の外周側面の全面、及び、前記第2領域の一部であって前記第1領域と接する境界領域を被覆するように形成されており、
前記フッ素樹脂膜は、少なくとも、前記第1メッキ電極の側壁面の上端部を除く部分、前記第2メッキ電極の側壁面の上端部を除く部分、及び、前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極間の間隙部に露出した前記保護絶縁膜の露出面の外周端を除く部分を、夫々連続して被覆していることを特徴とする窒化物半導体ウェハ。 - 前記フッ素樹脂膜は、前記複数の素子単位の隣接する前記素子領域間のチップ切断領域には形成されていないことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 前記フッ素樹脂膜は、前記第1メッキ電極の上面、及び、前記第2メッキ電極の上面には形成されていないことを特徴とする請求項1または2に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極の各表面が夫々平坦化されており、前記各表面の前記半導体積層部の表面に垂直な方向の高さ位置が揃っていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 前記第1メッキ電極の外周の全てが、前記保護絶縁膜を介して前記n電極上に位置していることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極間の離間距離が75μm以上であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 前記フッ素樹脂膜が、含フッ素脂肪族環構造を構造単位とする重合体または共重合体で構成される非晶質フッ素樹脂を有することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 前記フッ素樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基である第1タイプのフッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 前記フッ素樹脂膜が2層以上の積層膜で形成され、前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極と接触する前記積層膜の1層目の樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含み、前記積層膜の2層目以降の樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が、金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基である第1タイプのフッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 前記複数の素子単位の隣接する前記素子領域間のチップ切断領域とその側方領域、または、前記チップ切断領域の側方領域に、前記フッ素樹脂膜の下地膜として、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含む第2のフッ素樹脂膜が形成されていることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極間の前記間隙部の底面の前記保護絶縁膜と前記フッ素樹脂膜の間に、紫外線を透過しない無機材料膜を備えることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 請求項1〜11の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハの製造方法であって、
前記基板上に、前記半導体積層部、前記n電極、前記p電極、前記絶縁保護膜、前記第1メッキ電極、及び、前記第2メッキ電極を形成した後、
前記複数の素子単位の隣接する前記素子領域間のチップ切断領域または前記チップ切断領域及びその側方領域に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第1マスク材料を形成し、
前記第1マスク材料の形成後のウェハ表面に、前記フッ素樹脂膜を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布し、
前記塗工液を乾燥させて前記フッ素樹脂膜を形成した後に、前記第1マスク材料と前記第1マスク材料上に形成された前記フッ素樹脂膜を除去することを特徴とする窒化物半導体ウェハの製造方法。 - 前記第1マスク材料の形成後に、前記複数の素子単位の前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極の上面に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第2マスク材料を形成し、
前記第1及び第2マスク材料の形成後に、前記第1マスク材料に囲まれた前記素子領域に前記フッ素樹脂を注入し、
前記フッ素樹脂膜の形成後に、前記第1及び第2マスク材料を同時または個別に除去することを特徴とする請求項12に記載の窒化物半導体ウェハの製造方法。 - 前記第2マスク材料はフッ素樹脂を含まない樹脂組成物で構成され、
前記第2マスク材料を有機溶剤により溶解して除去する際に、前記フッ素樹脂膜が前記第2マスク材料の上に形成されている場合は、当該第2マスク材料上のフッ素樹脂膜を同時に除去することを特徴とする請求項13に記載の窒化物半導体ウェハの製造方法。 - 前記第1メッキ電極と前記第2メッキ電極の上面に形成された前記フッ素樹脂膜を研磨して除去することを特徴とする請求項12に記載の窒化物半導体ウェハの製造方法。
- 前記基板として紫外線を透過する基板を用い、
前記第1メッキ電極の外周の全てが前記保護絶縁膜を介して前記n電極上に位置するように、前記第1メッキ電極を形成し、
前記第1マスク材料として、ネガタイプのフォトレジスト材を使用し、
前記フォトレジスト材を、前記基板表面の全面に形成し、
引き続き、前記基板の裏面から紫外線を照射して、前記フォトレジスト材を露光し、
引き続き、前記第1メッキ電極と前記n電極によって前記紫外線の露光が阻止された前記フォトレジスト材の一部を現像処理により除去することを特徴とする請求項12〜15の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハの製造方法。 - インクジェット方式により前記第1マスク材料を前記チップ切断領域に塗布することを特徴とする請求項12〜15の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハの製造方法。
- 前記第1マスク材料の形成に代えて、または、追加して、
前記フッ素樹脂膜を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布する前に、
前記複数の素子単位の隣接する前記素子領域間のチップ切断領域とその側方領域、または、前記チップ切断領域の側方領域に、前記フッ素樹脂膜の下地膜として、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含む第2のフッ素樹脂膜を形成することを特徴とする請求項12〜17の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハの製造方法。 - 請求項1〜11の何れか1項に記載の窒化物半導体ウェハを、前記素子単位毎に分割して成ることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子。
- フリップチップ実装用の基台上に、少なくとも1つの請求項19に記載の窒化物半導体紫外線発光素子をフリップチップ実装してなる窒化物半導体紫外線発光装置であって、
前記基台が、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の表面に形成され、上面と側壁面が金または白金族金属で被覆され、且つ、互いに電気的に分離した2以上の金属膜と、を備えてなり、
前記2以上の金属膜が、少なくとも1つの前記窒化物半導体発光素子を搭載可能に、全体として、2以上の電極パッドを含む所定の平面視形状に形成され、
前記金属膜で被覆されていない前記絶縁性基材の露出面と前記金属膜の側壁面との境界線に沿って、少なくとも、前記境界線と連続する前記絶縁性基材の前記露出面の一部と、前記境界線と連続する前記金属膜の前記側壁面の一部が、フッ素樹脂で被覆され、
前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを構成する箇所が、前記フッ素樹脂で被覆されていないことを特徴とする窒化物半導体発光装置。
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