JP2000077717A - 半導体発光素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 素子特性の劣化が少なく、高い製造歩留まり
を維持できる半導体発光素子の提供。 【解決手段】 基板１の上に積層されたｎ型層３とｐ型
層５とを有し、ｐ型層５はｎ型層３の表面を露出させる
ために一部が除去されており、ｐ型層５の表面に電極６
が形成され、電極６の上に絶縁性膜９を備えた半導体発
光素子において、絶縁性膜９はｐ型層５の一部を除去す
る際に用いられ残存したエッチングマスクであることと
することによって、製造工程において電極６に傷がつく
のを防止できるとともに電極６用の保護膜の形成とエッ
チングマスク形成の工程を同一工程で行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオード、レ
ーザダイオード等の光デバイスに利用される半導体発光
素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、化合物半導体を用いた高輝度半導
体発光素子の開発が進んでいる。特に、窒化ガリウム系
化合物半導体は、可視光発光素子用の半導体材料として
最近多用されるようになり、青色や緑色の発光ダイオー
ドの分野や青紫色レーザダイオードの分野での展開が進
んでいる。この窒化ガリウム系化合物半導体の製造で
は、半導体膜を成長させるための基板として、一般に絶
縁性のサファイアが用いられている。このサファイアの
ような絶縁性の基板を用いる場合では、窒化ガリウム系
以外の例えばＧａＡｓやＧａＰ等の半導体の基板を利用
する発光素子とは異なって、基板側から電極を取り出す
ことができないため、半導体層に設けるｎ、ｐ側の電極
は基板の半導体膜を形成した一面側に形成されることに
なる。

【０００３】近来では、このようなサファイアを基板と
して窒化ガリウム系化合物半導体の薄膜を有機金属気相
成長法により積層して作製されたダブルヘテロ構造を含
む発光素子が主流であり、図３に示すような構造を有し
ている。

【０００４】図３において、サファイアからなる基板１
１の上に、バッファ層１２と、ｎ型層１３と、発光層１
４と、ｐ型層１５と、からなる積層構造が形成され、ｐ
型層１５の表面上には透光性を有する電極１６が形成さ
れており、さらに電極１６の上にはボンディングのため
のパッド電極１７が形成されている。ｎ型層１３の表面
上にはｎ側電極１８が形成されている。さらに、電極１
６の表面には絶縁性膜１９が形成されている。

【０００５】ここで、窒化ガリウム系化合物半導体から
なるｐ型層は他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ
型層と比較すると非常に高抵抗であるため、この層で電
流が広がりにくい。そのため、図に示すように、ｐ型層
１５の全面に電極１６を展開し、パッド電極１７から注
入された電流を電極１６で拡散させｐ型層１５に均一に
広がるようにして発光層１４から均一な発光が得られる
ようにするとともに発光層１４からの発光を遮ることな
く取り出せるように電極１６を透光性として、電極を形
成した面側を発光観測面側とする技術が一般的に用いら
れている。このような場合、電極１６は極薄の金属等を
用いて形成されているため、製造ラインの途中で傷がつ
きやすい傾向にあり、電極１６に傷がつくと電流が部分
的に流れ均一な発光が得られなかったり、発光強度が低
下するなどして、製造歩留まりが低下するという問題が
あった。そこで、電極１６の表面に透光性を有する絶縁
性膜１９を形成して、電極１６に傷がつくのを防ぐ技術
が提案されている（例えば特開平７−９４７８３号公
報）。

【０００６】このような構造の半導体発光素子は、次の
ような製造工程により作製される。まず、サファイアか
らなる基板１１上に有機金属気相成長法等により積層形
成されたバッファ層１２とｎ型層１３と発光層１４とｐ
型層１５とを備えたウェハーを準備し、ｐ型層１５及び
発光層１４の一部をドライエッチング等により所望の形
状に除去して露出させたｎ型層１３の表面に、フォトリ
ソグラフィーと蒸着法等を用いてｎ側電極１８を形成さ
せる。次に、ｐ型層１５の表面のほぼ全面に透光性の電
極１６と、透光性の電極１６の上の一部にボンディング
用のパッド電極１７とを、ともにフォトリソグラフィー
と蒸着法等を用いて形成させる。さらに、透光性の電極
１６の表面上にＳｉＯ₂やＳｉＮ等からなる透光性を有
する絶縁性膜１９をＣＶＤ法とフォトリソグラフィーに
より形成させる。そして、このようにして得られたウェ
ハーをスクライブやダイシング等によりチップ状に分離
して、図３に示すような半導体発光素子が得られる。

【０００７】ところで、サファイアのように透光性を有
する基板を用いる発光素子の場合、発光のための半導体
層を下向きにし基板側を光取り出し面側とする構造が提
案されている。このような構造においては、基板側から
光が取り出されるとともに、半導体層の表面上に形成さ
れた金属電極が発光部から発せられた光を反射させて基
板側へ取り出される構造とすることができるので、発光
効率の向上に有効である。

【０００８】このような構造の場合、基板の半導体層形
成面側、すなわち、電極形成面側が下向きとなるように
電気的接続のためのリードフレーム上あるいは台座等に
載置されるので、電極間での短絡が生じやすい。そこ
で、電極間の短絡を防止するために、電極表面の電気的
接続のための電極部以外の領域を絶縁性膜で覆う技術が
提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】透光性電極を用いる発
光素子においては、電極の上に保護膜を形成する技術に
より、製造ラインの途中で電極に傷がつくことによる製
造歩留まりの低下は改善されてきた。しかしながら、例
えば窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造におい
ては、上記したような素子構造を作製するために、エッ
チングや蒸着、フォトリソグラフィー等の多くの工程を
経る必要があり、各工程におけるウェハーの取り扱い時
に極薄の電極１６に傷がつき、結果として半導体発光素
子の製造歩留まりを低下させるという問題がある。

【００１０】一方、基板側を光取り出し側とする発光素
子においては、電極を反射層として用いるため、電極の
構造的な劣化は発光効率の低下に直接影響する。このた
め、透光性の電極を用いる発光素子の場合と同様に、電
極に傷がつくことは発光効率の低下、ひいては発光素子
の歩留まり低下の原因になるという問題がある。

【００１１】本発明において解決すべき課題は、第一に
半導体層の表面に形成する電極に傷がつかないように
し、第二に製造工程を簡素化して、製造歩留まりの高い
半導体発光素子及びその製造方法を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、半導体層
の表面に形成する電極に傷がつかないようにするととも
に製造工程の簡素化を図るために改善検討を重ねた。そ
の結果、半導体層の表面に電極を形成した後、直ちに絶
縁性膜を電極の表面に形成することで、製造工程におい
て電極に傷がつく問題が解消され、さらに、この絶縁性
膜をエッチングマスクとして用い、残存したエッチング
マスクを電極の保護膜として用いることにより、製造工
程が簡素化され、結果的に製造歩留まりが大幅に向上す
ることを見出した。

【００１３】すなわち、本発明は、基板の上に積層され
た第一導電型層と第二導電型層とを有し、前記第二導電
型層は前記第一導電型層の表面を露出させるために一部
が除去されており、前記第二導電型層の表面に電極が形
成され、前記電極の上に絶縁性膜を備えた半導体発光素
子において、前記絶縁性膜は前記第二導電型層の一部を
除去する際に用いられ残存したエッチングマスクである
ことを特徴とするものであり、エッチングマスクと電極
の表面を保護する保護膜とを兼用することにより、製造
工程の簡素化が可能となる。

【００１４】また、本発明は、基板の上に第一導電型層
と第二導電型層とを順に備えた積層構造の前記第二導電
型層の表面に電極を形成する第一の工程と、前記第一の
工程に連続して前記電極の上に絶縁性膜を形成させる第
二の工程と、前記絶縁性膜をマスクとして用いて第二導
電型層の一部をエッチングにより除去させて前記第一導
電型層の表面を露出させる第三の工程と、を少なくとも
この順に備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造
方法であり、このような製造方法によれば、製造工程に
おけるウェハーの取り扱い時に電極に傷がつかず、発光
強度の低下を防ぐことができ、さらに、エッチングマス
クとして用いる絶縁性膜と電極の保護膜として用いる絶
縁性膜を同一工程で形成するため、製造工程の簡素化が
可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、基板の上に積層された第一導電型層と第二導電型層
とを有し、前記第二導電型層は前記第一導電型層の表面
を露出させるために一部が除去されており、前記第二導
電型層の表面に電極が形成され、前記電極の上に絶縁性
膜を備えた半導体発光素子において、前記絶縁性膜は前
記第二導電型層の一部を除去する際に用いられ残存した
エッチングマスクであることを特徴とするものであり、
第一導電型層の表面を露出させるための第二導電型層の
一部の除去の際のエッチングマスクと、半導体層の表面
に形成される電極の保護膜として用いられる絶縁性膜と
を兼用することにより、製造工程において電極に傷がつ
くのを防止できるとともにエッチングマスク形成と電極
の保護膜の形成とを同一工程で行うことができるという
作用を有する。

【００１６】本発明の請求項２に記載の発明は、基板の
上に第一導電型層と第二導電型層とを順に備えた積層構
造の前記第二導電型層の表面に電極を形成する第一の工
程と、前記第一の工程に連続して前記電極の上に絶縁性
膜を形成させる第二の工程と、前記絶縁性膜をマスクと
して用いて第二導電型層の一部をエッチングにより除去
させて前記第一導電型層の表面を露出させる第三の工程
と、を少なくともこの順に備えたことを特徴とする半導
体発光素子の製造方法であり、電極を形成する工程の後
に連続して絶縁性膜を形成する工程を備えたことによ
り、絶縁性膜形成後の製造工程において電極に傷がつく
のを防ぐことができるとともに、電極の保護膜として用
いる絶縁性膜をエッチングマスクとして用いることがで
きるという作用を有する。以下に、本発明の実施の形態
の具体例を図面を参照しながら説明する。

【００１７】（実施の形態１）図１は本発明の一実施の
形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。
図１において、サファイアからなる基板１上に、順に窒
化ガリウム系化合物半導体からなるバッファ層２、ｎ型
層３、発光層４、ｐ型層５が順次積層されている。そし
て、ｐ型層５及び発光層４の一部が反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）法等のドライエッチングにより除去され
て、露出したｎ型層３の表面にｎ側電極８が形成されて
おり、ｐ型層５の上には透光性を有する電極６が形成さ
れている。ｎ側電極８には、アルミニウム（Ａｌ）やチ
タン（Ｔｉ）等の金属材料を用いることができる。電極
６にはＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔｉ等の金属材料やＩＴＯ等
の導電性材料を用いることができ、蒸着法やスパッタ法
等を用いて形成することができる。電極６の厚さは材料
によっても異なるが、例えば、ＡｕやＮｉを用いる場
合、０．００５μｍ〜０．０２μｍの範囲とすることが
好ましい。また、例えば、４００℃以上の温度で熱処理
を施すことにより透光性を向上させることもできる。

【００１８】電極６の上には絶縁性膜９が形成されてい
る。この絶縁性膜９は、ｐ型層５及び発光層４の一部を
ドライエッチングにより除去させる際に用いたエッチン
グマスクが残存したものである。このように、ドライエ
ッチングに用いるエッチングマスクと電極６の保護膜と
を兼用させて絶縁性膜９の形成を一つの工程で行うよう
にしたので、製造工程が簡素化され、さらにウェハーの
取り扱いの頻度が減少することになる。そのため、ウェ
ハー取り扱いによる歩留まりの低下を抑制することがで
き、全体として製造歩留まりを向上させることができ
る。また、この絶縁性膜の形成を、極薄の電極６を形成
した後連続して行うことにより、その後の工程におい
て、極薄の電極６は絶縁性膜９に覆われて露出すること
がないので、製造工程において電極６に傷がつくことが
なく、電極６の傷による発光特性の劣化等がなくなり、
発光素子の製造歩留まりが大幅に向上する。

【００１９】絶縁性膜９の材料は透光性と絶縁性を有
し、ドライエッチングにおいて窒化ガリウム系化合物半
導体とのエッチング選択比を大きく取れる材料であるこ
とが必要であるが、具体的には、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＳｉＮ等を好ましく使用することができる。さ
らに、絶縁性膜９の一部を開口させて露出させた電極６
の表面上にはパッド電極７が形成されている。パッド電
極７の材料には、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ等を用いるこ
とができる。

【００２０】図２はｐ型層５の表面上への電極６の形成
から絶縁性膜９の一部の開口までの工程を順に示す概略
図である。これらの図はウェハーにおける１素子のみに
関する概略図であり、実際には図に示す素子が二次元的
に繰り返し形成されたウェハーとして製造が行われる。

【００２１】サファイアからなる基板１の上にバッファ
層２、ｎ型層３、発光層４、ｐ型層５を順次積層させて
形成したウェハーを準備し、図２（ａ）に示すように、
蒸着法とフォトリソグラフィーを用いて極薄の透光性を
有する電極６をｐ型層５の表面上に所望の形状で形成す
る。

【００２２】次いで、電極６の上にＳｉＯ₂からなる絶
縁性膜９をＣＶＤ法により堆積させ、図２（ｂ）に示す
ようにフォトリソグラフィーにより所望の形状にパター
ンニングする。

【００２３】絶縁性膜９のパターンニングの後、ＲＩＥ
法により、絶縁性膜９をエッチングマスクとして用い
て、図２（ｃ）に示すように、ｐ型層５及び発光層４の
一部を除去してｎ型層３の表面を露出させるとともに、
絶縁性膜９の一部を残存させる。

【００２４】ｐ型層５のエッチングの後残存した絶縁性
膜９の一部をフォトリソグラフィーと希釈フッ酸溶液を
用いた湿式エッチングにより開口させて、図２（ｄ）に
示すように電極６の表面を露出させる。そして、露出さ
せた電極６と露出させたｎ型層３の表面上に、ともに蒸
着法とフォトリソグラフィーにより同一工程または別々
の工程で、パッド電極７とｎ側電極８をそれぞれ形成さ
せる。そして、スクライブやダイシング等により、図１
に示したような素子としてチップ状に分離される。

【００２５】上述したように、極薄の電極６を形成した
後電極６の上に連続して絶縁性膜９を形成するので、そ
の後の工程において電極６が露出することがなく、これ
により電極６に傷がつきにくくなるので、電極６の劣化
による製造歩留まりの低下を抑制することが可能とな
る。

【００２６】（実施の形態２）実施の形態１において
は、電極６として透光性を有する極薄の電極を用い、こ
の電極形成面側を発光観測面側とする半導体発光素子に
ついて示したが、本発明は前述したように、基板側を光
取り出し側とする発光素子においても同様の効果が得ら
れる。

【００２７】このような発光素子は、実施の形態１にお
いて、ｐ型層５の表面上に極薄の透光性を有する電極６
に代えて、ｎ型層３と発光層４との接合部から発せられ
た光を反射する反射性の電極６を形成する以外は、実施
の形態１と同様にして得られる。この発光素子は、基板
１の側を発光観測面側とし、ｐ型層５の上に形成された
電極６をｎ型層３と発光層４との接合部から発せられた
光を基板側へ反射させる反射性の電極とすることによ
り、発光素子の発光出力を向上させることができる。

【００２８】反射性の電極６には、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｇ、
Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｌ等の金属材料を用いることができる
が、反射率を高くすることができる銀白色系のＰｔ、Ａ
ｌ等の金属材料を用いることが好ましい。

【００２９】電極６は光を反射させる反射膜としてはた
らくので、電極６の構造的な劣化は素子特性に影響する
が、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、電極６
の形成後連続して電極６の上に絶縁性膜９が形成される
ので、この後の工程において電極６が露出することがな
く、電極６に傷がつきにくくなり、電極６の劣化による
製造歩留まりの低下を抑制することが可能となる。

【００３０】なお、上記の実施の形態においては、ｎ型
層と発光層とｐ型層とを順次積層したダブルヘテロ接合
構造の発光素子及びその製造方法について述べたが、ｎ
型層とｐ型層とを直接接合させたホモ接合構造やシング
ルヘテロ接合構造とした場合においても、あるいは積層
の順序を逆にした構造においても同様の効果が得られ
る。

【００３１】また、上記実施の形態においては、窒化ガ
リウム系化合物半導体を用いた発光素子について述べた
が、ＧａＡｌＡｓやＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ等の化合物半導体を用いた発光素子に対しても、本発
明の思想を逸脱しない範囲内で適用することが可能であ
る。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、半導体層の表
面に形成される電極の保護膜として用いられる絶縁性膜
と、半導体層のエッチングのマスクとを兼用することに
より、製造工程において電極に傷がつくのを防止できる
とともに電極の保護膜の形成とエッチングマスク形成の
工程を同一工程で行うことができるので、製造工程が簡
略化されるとともに製造歩留まりを向上させることがで
きる。

【００３３】請求項２の発明によれば、半導体層の表面
に電極を形成する工程の後に連続して絶縁性膜を形成す
る工程を備えたことにより、絶縁性膜形成後の製造工程
において電極に傷がつくのを防ぐことができるととも
に、透光性電極の保護膜として用いる絶縁性膜をエッチ
ングマスクとして用いることができるので、素子特性の
劣化がない半導体発光素子を製造歩留まり良くかつ低コ
スト化して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図

【図２】本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の
製造工程を示す概略図

【図３】従来の半導体発光素子の構造を示す断面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ バッファ層 ３ ｎ型層 ４ 発光層 ５ ｐ型層 ６ 電極 ７ パッド電極 ８ ｎ側電極 ９ 絶縁性膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の上に積層された第一導電型層と第
   二導電型層とを有し、前記第二導電型層は前記第一導電
   型層の表面を露出させるために一部が除去されており、
   前記第二導電型層の表面に電極が形成され、前記電極の
   上に絶縁性膜を備えた半導体発光素子において、前記絶
   縁性膜は前記第二導電型層の一部を除去する際に用いら
   れ残存したエッチングマスクであることを特徴とする半
   導体発光素子。
2. 【請求項２】 基板の上に第一導電型層と第二導電型層
   とを順に備えた積層構造の前記第二導電型層の表面に電
   極を形成する第一の工程と、前記第一の工程に連続して
   前記電極の上に絶縁性膜を形成させる第二の工程と、前
   記絶縁性膜をマスクとして用いて第二導電型層の一部を
   エッチングにより除去させて前記第一導電型層の表面を
   露出させる第三の工程と、を少なくともこの順に備えた
   ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。