JP2004047704A - 窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上方にn型窒化物系化合物半導体層、窒化物系化合物半導体発光層およびp型窒化物系化合物半導体層をこの順に積層する工程と、p型窒化物系化合物半導体層上に単層または多層の金属膜を形成する工程と、金属膜上に金属板をメッキ法により形成する工程とを含む窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法とその製品であることを特徴としている。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品に関し、特に電極として金属板を用いた窒化物系半導体発光素子において、早期の劣化を防止し、低駆動電圧で信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、基板にSi(シリコン)基板を用いた種々の窒化物系半導体発光素子がされている。しかし、このSi基板を用いた従来の窒化物系半導体発光素子には以下の問題点があった。すなわち、発光素子中の発光層から発生した光は、発光素子の上面、側面およびSi基板側に放射され、Si基板側に放射された光はSi基板に入射する。しかし、Si基板は発光層からの光を多く吸収するため、大きな光出力を期待することができなかった。そこで、光を反射し、かつ電極としても用いることができる金属板をSi基板の代わりに用いるという方法が提案されている。
【0003】
図14に特開平10−270761号公報に開示されている導電性接着剤を用いて金属板を直接半導体層上に貼りつけた従来の発光素子を示す。この従来の発光素子は以下のようにして作製される。まず、サファイア基板上にn型層14、活性層15およびp型層16を順次積層する。その後、p型層16上にNiとAuの合金層を全面に設け、Agペーストなどの導電性接着剤で合金層と金属基板17とを貼りつける。
【0004】
次に、サファイア基板を研磨して薄くする技術を利用して、サファイア基板を研磨して完全に除去し、サファイア基板の除去により露出したn型層14の表面に、たとえばTiとAuの合金層を設けてパターニングしてn側電極13を形成する。その後、各チップに切断分離する。このようにして得られた発光素子は、p型層16側に貼りつけされた金属基板17をp側電極としている。
【0005】
しかし、上記のように合金層と金属板との貼りつけにAgペースト等の導電性接着剤を用いた場合には、この導電性接着剤の熱伝導が悪いことから、発光素子の通電中における発熱を効率的に外部へ逃がすことができず、発光素子の温度が上昇するため発光素子が早く劣化してしまうという問題があった。また、このような発光素子に長時間電流を流し続けると、p側電極である金属基板17が剥がれてしまうという問題があった。さらに、上記導電性接着剤は金属に比べて電気抵抗が高く、発光素子の駆動電圧が高くなるという問題もあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑みて、本発明は、金属板を用いた窒化物系半導体発光素子において、早期の劣化を防止し、低駆動電圧で金属板の剥がれのない信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、基板上方にn型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびp型窒化物系半導体層をこの順に積層する工程と、p型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成する工程と、金属膜上に金属板をメッキ法により形成する工程とを含む窒化物系半導体発光素子の製造方法であることを特徴としている。
【0008】
ここで、上記メッキ法は電解メッキ法であることが好ましく、また、上記基板の少なくとも一部を除去してn型窒化物系半導体層表面を露出させる工程を含んでいることが好ましく、上記金属膜を形成する際または形成した後に、熱処理を行なうことが好ましく、上記金属膜の形成は、蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法、CVD法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なわれることが好ましい。
【0009】
また、上記金属板がNiまたはCuを主成分としていることが好ましく、金属板の厚さが10μm以上2mm以下であることが好ましい。
【0010】
また、上記金属膜は、p型窒化物系半導体層上に形成されたオーミック接触層を有することが好ましく、Pd、Ni、Pt、Rh、RuまたはOsの群から選択される少なくとも一種を含むオーミック接触層を有することが好ましい。
【0011】
また、上記金属膜は、上記金属板をメッキ法により形成するのに適した金属または合金からなるメッキ下地層を有することが好ましく、Pd、Au、Ni、Fe、Cu、Zn、Al、Mg、Mo、Ti、WまたはTaの群から選択される少なくとも一種を含むメッキ下地層を有することが好ましい。
【0012】
また、上記金属膜は上記オーミック接触層と上記メッキ下地層とを有し、さらに上記オーミック接触層と上記メッキ下地層との間に金属の拡散を防ぐための中間層を有していることが好ましく、Mo、W、Ti、PtまたはAuよりなる群から選択される少なくとも一種を含む中間層を有していることが好ましい。
【0013】
また、上記p型窒化物系半導体層中の金属膜と接する層が単結晶の窒化物系半導体であることが好ましく、この層のドーパント濃度が1016/cm3以上1022/cm3以下であることが好ましい。
【0014】
また、上記p型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層またはn型窒化物系半導体層は、部分的に薄いかまたは無い部分があることが好ましい。
【0015】
また、上記基板はSi基板であることが好ましく、上記基板の除去はフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いてエッチングすることにより行なわれることが好ましい。
【0016】
また、本発明は、金属板上方に順次形成された金属膜、p型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびn型窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体発光素子において、上記金属膜がPd、Ni、Pt、Rh、Ru、Os、Au、Fe、Cu、Zn、Al、Mg、Ta、Mo、WまたはTiの群から選択される少なくとも一種を含む金属層を有している窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。
【0017】
さらに、本発明は、金属板上方に順次形成された金属膜、p型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびn型窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体発光素子において、上記金属膜に接するp型窒化物系半導体層中に含まれるドーパント濃度が1016/cm3以上1022/cm3以下である窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【0019】
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図2は、実施の形態1における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。図3は、実施の形態1における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【0020】
以下、実施の形態1の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、Siからなる基板1上にn型InAlNからなるバッファ層2、SiがドープされたGaNからなるn型窒化物系半導体層3、GaNからなるバリア層とInGaNからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層4をこの順番に順次積層形成する。
【0021】
次に窒化物系半導体発光層4上にp型AlGaNからなるp型窒化物系半導体クラッド層5およびp型GaNからなるp型窒化物系半導体コンタクト層6を順次積層形成した後、p型窒化物系半導体コンタクト層6上にオーミック接触層7としてPdを約200nmの厚さで蒸着し、真空中で約500℃で約3分間熱処理をすることにより、オーミック接触層7とp型窒化物系半導体コンタクト層6との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、p型窒化物系半導体コンタクト層6とオーミック接触層7との密着力が増すこととなる。
【0022】
次にオーミック接触層7上に金属板8としてNiを電解メッキ法により約100μmの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Niを含む電極を陽極とし、オーミック接触層7を陰極として、これらの電極をNiイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しオーミック接触層7上にNiをメッキすることにより行なった。図1はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板8は基板1から引張応力を受けている。
【0023】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板1を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、70%のフッ化水素酸と60%の硝酸と氷酢酸を5:2:2の比で混合したエッチング液を用いて基板1を除去し、バッファ層2の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板1を選択的にエッチングし得り、n型窒化物系半導体層であるバッファ層2の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【0024】
次に、図2に示すように、露出したバッファ層2上にHfを約5nm、Alを約200nmの厚さで蒸着し、真空中で約500℃で約3分間熱処理を行なうことによりn型オーミック電極9を形成する。その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子をダイシングにより約300μm角の四角形の大きさに分割する。図2はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【0025】
図3は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子のn型オーミック電極9側から見た模式的な上面図である。このようにして得られた実施の形態1の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【0026】
(実施の形態2)
図4は、実施の形態2における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図5は、実施の形態2における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。図6は、実施の形態2における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【0027】
以下、実施の形態2の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図4に示すように、Siからなる基板21上にAlNからなるバッファ層22、SiがドープされたGaNからなるn型窒化物系半導体層23、GaNからなるバリア層とInGaNからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層24をこの順番に順次積層形成する。
【0028】
次に窒化物系半導体発光層24上にp型AlGaNからなるp型窒化物系半導体クラッド層25およびp型GaNからなるp型窒化物系半導体コンタクト層26を順次積層形成した後、p型窒化物系半導体コンタクト層26上にオーミック接触層27としてPdを約200nmの厚さで蒸着し、真空中で約500℃で約3分間熱処理をすることにより、オーミック接触層27とp型窒化物系半導体コンタクト層26との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、p型窒化物系半導体コンタクト層26とオーミック接触層27との密着力が増すこととなる。
【0029】
次にオーミック接触層27上にメッキ下地層10としてAuを約300nm蒸着し、このメッキ下地層10上に金属板28としてNiを電解メッキ法により約100μmの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Niを含む電極を陽極とし、メッキ下地層10を陰極として、これらの電極をNiイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しメッキ下地層10上にNiをメッキすることにより行なった。図4はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板28は基板21から引張応力を受けている。
【0030】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板21を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、70%のフッ化水素酸と60%の硝酸と氷酢酸を5:2:2の比で混合したエッチング液を用いて基板21を除去し、バッファ層22の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板21を選択的にエッチングすることができ、n型窒化物系半導体層であるバッファ層22の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【0031】
次に、図5に示すように、露出したバッファ層22上にHfを約5nm、Alを約200nmの厚さで蒸着し、真空中で約500℃で約3分間熱処理を行なうことによりn型オーミック電極29を形成する。その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子をダイシングにより約300μm角の四角形の大きさに分割する。図5はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【0032】
図6は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子のn型オーミック電極29側から見た模式的な上面図である。このようにして得られた実施の形態2の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【0033】
(実施の形態3)
図7は、実施の形態3における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図8は、実施の形態3における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。図9は、実施の形態3における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【0034】
以下、実施の形態3の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図7に示すように、Siからなる基板31上にAlNからなるバッファ層32、SiがドープされたGaNからなるn型窒化物系半導体層33、GaNからなるバリア層とInGaNからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層34をこの順番に順次積層形成する。
【0035】
次に窒化物系半導体発光層34上にp型AlGaNからなるp型窒化物系半導体クラッド層35およびp型GaNからなるp型窒化物系半導体コンタクト層36を順次積層形成した後、p型窒化物系半導体コンタクト層36上にオーミック接触層37としてPdを約200nmの厚さで蒸着し、オーミック接触層37上に中間層11としてMoを約30nm蒸着し、真空中で約500℃で約3分間熱処理をすることにより、オーミック接触層37とp型窒化物系半導体コンタクト層36との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、p型窒化物系半導体コンタクト層36とオーミック接触層37との密着力が増すこととなる。
【0036】
次に中間層11上にメッキ下地層110としてAuGeを約300nm蒸着し、このメッキ下地層110上に金属板38としてNiを電解メッキ法により約100μmの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Niを含む電極を陽極とし、メッキ下地層110を陰極として、これらの電極をNiイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しメッキ下地層110上にNiをメッキすることにより行なった。図7はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板38は基板31から引張応力を受けている。
【0037】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板31を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、70%のフッ化水素酸と60%の硝酸と氷酢酸を5:2:2の比で混合したエッチング液を用いて基板31を除去し、バッファ層32の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板31を選択的にエッチングすることができ、n型窒化物系半導体層であるバッファ層32の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【0038】
次にドライエッチング法を用いてバッファ層32を除去し、n型窒化物系半導体層33の表面を露出させる。次にダイシングする部分のn型窒化物系半導体層33をドライエッチング法により除去するために、ダイシングライン以外の部分をフォトレジストで覆う。ここでドライエッチング法としては、RIE法(反応性イオンエッチング法)を用い、フォトレジストで覆われていない部分をオーミック接触層37が露出するまで行なう。
【0039】
次に、図8に示すように、n型窒化物系半導体層33上にHfを約5nm、Alを約200nmの厚さで蒸着し、真空中で約500℃で約3分間熱処理を行なうことによりn型オーミック電極39を形成する。その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子をダイシングにより約300μm角の四角形の大きさに分割する。図8はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【0040】
図9は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子のn型オーミック電極39側から見た模式的な上面図である。このようにして得られた実施の形態3の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【0041】
(実施の形態4)
図10は、実施の形態4において、基板上にマスクを形成した状態の模式的な上面図である。図11は、実施の形態4における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図12は、実施の形態4における窒化物系半導体発光素子の分割前の模式的な断面構造図である。図13は、実施の形態4における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【0042】
以下、実施の形態4の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。図10に示すように、まずSiからなる基板41上に窒化物系半導体層を選択的に積層させるためにマスク12としてSiO2を約300nmの厚さに形成する。このときマスクが形成されていない開口部の大きさは、約200μm角の四角形で、その開口部は約300μmピッチの間隔で並んでいる。このようにマスク12を形成した場合には、基板41の開口部のみに窒化物系半導体層が選択的に積層されることとなる。
【0043】
次に、マスク12が形成された基板41上にAlNからなるバッファ層42、SiがドープされたGaNからなるn型窒化物系半導体層43、GaNからなるバリア層とInGaNからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層44をこの順番に順次積層形成する。
【0044】
次に窒化物系半導体発光層44上にp型AlGaNからなるp型窒化物系半導体クラッド層45およびp型GaNからなるp型窒化物系半導体コンタクト層46を順次積層形成した後、p型窒化物系半導体コンタクト層46上にオーミック接触層47としてPdを約200nmの厚さで蒸着し、真空中で約500℃で約3分間熱処理をすることにより、オーミック接触層47とp型窒化物系半導体コンタクト層46との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、p型窒化物系半導体コンタクト層46とオーミック接触層47との密着力が増すこととなる。
【0045】
次にオーミック接触層47上にメッキ下地層210としてAuを約300nm蒸着し、このメッキ下地層210上に金属板48としてNiを電解メッキ法により約100μmの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Niを含む電極を陽極とし、メッキ下地層210を陰極として、これらの電極をNiイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しメッキ下地層210上にNiをメッキすることにより行なった。図11はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板48は基板41から引張応力を受けている。
【0046】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板41を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、70%のフッ化水素酸と60%の硝酸と氷酢酸を5:2:2の比で混合したエッチング液を用いて基板41を除去し、バッファ層42の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板41を選択的にエッチングすることができ、n型窒化物系半導体層であるバッファ層42の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【0047】
次にドライエッチング法を用いてバッファ層42を除去し、n型窒化物系半導体層43の表面を露出させる。次にダイシングする部分のn型窒化物系半導体層43をドライエッチング法により除去するために、ダイシングライン以外の部分をフォトレジストで覆う。ここでドライエッチング法としては、RIE法(反応性イオンエッチング法)を用い、フォトレジストで覆われていない部分をオーミック接触層47が露出するまで行なう。
【0048】
次に、図12に示すように、n型窒化物系半導体層43上にHfを約5nm、Alを約200nmの厚さで蒸着し、真空中で約500℃で約3分間熱処理を行なうことによりn型オーミック電極49を形成する。図12はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【0049】
その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子を図12に示す点線に沿ってダイシングすることにより約300μm角の四角形の大きさに分割する。
【0050】
図13は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。このようにして得られた実施の形態4の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【0051】
上記実施の形態において、基板はSiからなる基板だけでなく、従来から公知のあらゆる基板を用いることができる。Siからなる基板を用いた場合にはエッチングによって容易に除去することができ、窒化物系半導体発光素子の製造コストを低減できる点で好ましい。この場合のエッチング液としてフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いた場合には、Siからなる基板を選択的にエッチングでき、窒化物系半導体層がエッチングストップ層となり、製造プロセスが容易となり製造コストを低減できる点で好ましい。
【0052】
上記実施の形態において、バッファ層、n型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層、p型窒化物系半導体クラッド層およびp型窒化物系半導体コンタクト層は上記材料だけでなく、InxAlyGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表わされる窒化物系半導体材料が用いられ得る。ここで、これらの窒化物系半導体層は、部分的に薄いかまたは無い部分があってもよく、この場合にはチップ状に分割する際に、窒化物系半導体層の薄い部分または無い部分を切断することにより、発光領域の半導体層にダメージを与えることがないため信頼性の高い発光素子を作製することができ、また発光素子の製造歩留まりが向上する点で好ましい。
【0053】
上記実施の形態において、これらの窒化物系半導体層を積層する方法は従来から公知の方法、たとえばMOCVD法(有機金属気相成長法)等が用いられ得る。
【0054】
また、上記実施の形態において、窒化物系半導体発光層としては多重量子井戸構造の発光層だけでなく、単一量子井戸構造の発光層も用いられ得る。
【0055】
また、上記実施の形態において、上記p型窒化物系半導体クラッド層およびp型窒化物系半導体コンタクト層等のp型窒化物系半導体層中のオーミック接触層、メッキ下地層および中間層等の金属膜と接する層が単結晶の窒化物系半導体であることが好ましい。この場合には、多結晶や非晶質のものと異なり、適当な濃度のドーパントを注入することにより発光素子の駆動電圧を低減することができる傾向にある。さらに、上記金属膜と接する層のドーパント濃度が1016/cm3以上1022/cm3以下であることが、半導体層と金属膜との良好なオーミック接触を得られる点でさらに好ましい。
【0056】
また、上記実施の形態において、オーミック接触層としてはPdだけでなく、Pd、Ni、Pt、Rh、RuまたはOsの群から選択される少なくとも一種を含む金属も好適に用いられる。これらの金属は仕事関数が大きいため、p型窒化物系半導体層と良好なオーミック接触を得ることができ、接触抵抗が小さくなり、発光素子の駆動電圧を低減することができる傾向にある。また、これらの金属を含むことにより金属板との密着強度が向上し、長時間電流を流しても金属板が剥がれることのない信頼性の高い発光素子を作製することができる傾向にある。
【0057】
また、上記実施の形態において、メッキ下地層としてはAu、AuGeだけでなく、Pd、Au、Ni、Fe、Cu、Zn、Al、Mg、Mo、Ti、WまたはTaの群から選択される少なくとも一種を含む金属も好適に用いられる。上記オーミック接触層に用いられる金属によってはメッキが困難な場合があり、またメッキが困難でない場合であってもこれらの金属を用いることによって均一な厚さの密着性が良好な金属板を形成することができる傾向にある。
【0058】
また、上記実施の形態において、中間層はMoだけでなく、Mo、W、Ti、PtまたはAuよりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属も好適に用いることができる。上記オーミック接触層、メッキ下地層または金属板に用いられる金属によっては、相互に拡散すると発光素子の信頼性を低下させる場合があり、これらの金属を中間層として用いることにより、オーミック接触層に含まれる金属が金属板に拡散したり、メッキ下地層や金属板に含まれる金属がオーミック接触層に拡散することを防ぐことができ、信頼性の高い発光素子を作製することができる傾向にある。
【0059】
また、上記実施の形態において、オーミック接触層、メッキ下地層、中間層等の金属膜の形成は蒸着だけでなく、蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法、CVD法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なうことができる。これらの方法を用いることにより金属の単層または多層からなる金属膜を容易に形成することができ、発光素子の製造コストを低減することができる傾向にある。また、上記金属膜を形成する際または形成した後に、熱処理を行なうこともできる。熱処理を行なうことにより良好なオーミック接触を得ることができるだけでなく、上記金属膜とp型窒化物系半導体層との密着性が良好となり、長時間電流を流しても金属板が剥がれることのない信頼性の高い発光素子を作製することができる傾向にある。
【0060】
また、上記実施の形態においては、電解メッキ法を用いているが、メッキ法であれば無電解メッキを用いてもよい。これらメッキ法で形成した金属板は、半導体層との密着力が強く、かつ半導体層との均一な密着性を有するため、金属板の剥がれが生じないことから発光素子の製造歩留まりを向上させることができる傾向にある。特に電解メッキを用いた場合には、短時間で金属板を所定の厚さに形成することができることから、さらに発光素子の製造歩留まりを向上させることができる傾向が大きい。
【0061】
また、上記実施の形態において、金属板はNiだけでなく、従来から公知の金属を用いることができるが、NiまたはCuを主成分とする金属を用いることが好ましい。NiまたはCuを主成分とすることにより、金属板の放熱性と導電性がともに良好となるため、発光素子の早期劣化を防止することのできる信頼性の高い発光素子を作製することができ、また、これらの金属を用いた場合にはメッキ法により容易に金属板を作製することができるため発光素子の製造コストを低下させることができる傾向にある。また、金属板の厚さは10μm以上2mm以下であることが好ましい。金属板の厚さが10μm以上とすることにより、基板を除去した場合でも発光素子の取り扱いが容易となり、2mmより厚いと発光素子が大きくなりすぎる傾向にある。
【0062】
また、本発明においては、上記メッキ法で形成された金属板は、Si基板から引張応力を受けていることまたは応力フリーであることが好ましい。メッキ法、特に電解メッキ法では応力が重要で、金属板がSi基板から圧縮応力を受けている場合には、Si基板除去後に金属板は圧縮方向とは逆方向に伸びようとし、金属板が引張応力を受けている場合には、Si基板除去後に金属板は収縮しようとする。したがって、ワット浴を用いてSi基板から引張応力を受けている金属板を形成した場合には、Si基板除去後に金属板上に形成された窒化物系半導体発光素子はクラックが生じなかったが、Si基板から圧縮応力を受けている金属板を形成した場合には、Si基板除去後に窒化物系半導体発光素子にクラックが生じることがあった。これは、Si基板上に成長した窒化物系半導体発光素子はSi基板から引張応力を受けて発光素子自身が収縮しようとしているが、Si基板から圧縮応力を受ける金属板を形成すると、Si基板除去後に収縮しようとしている窒化物系半導体発光素子がその収縮方向とは逆方向に伸びようとする金属板の力に負けて窒化物系半導体発光素子が裂けてしまうことによりクラックが生じてしまうためと考えられる。なお、Si基板から引張応力および圧縮応力のいずれも受けない応力フリーの金属板を用いた場合にはクラックは生じない。
【0063】
また、上記実施の形態においては、基板上にn型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびp型窒化物系半導体層をこの順に積層した後、p型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成し、この金属膜上に金属板をメッキ法により形成したが、基板上にp型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびn型窒化物系半導体層をこの順に積層した後、n型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成し、この金属膜上に金属板をメッキ法により形成してもよい。この場合にも上記と同様に早期の劣化を防止し、低駆動電圧で金属板の剥がれのない信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができ得る。
【0064】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0065】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、金属板の形成に熱伝導性および耐久性の悪い導電性接着剤ではなく、直接金属を半導体層上に形成するメッキ法を用いているので、従来よりも発光素子の通電中における発熱を効率的に外部へ逃がすことができることから発光素子の早期劣化を防止することができる。また導電性接着剤よりも電気抵抗が小さくなるため発光素子の駆動電圧を低減することができる。さらに、半導体層と金属板との密着性が良好であるので発光素子に長時間電流を流した場合でも金属板が剥がれることがなく、発光素子の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図2】実施の形態1における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図3】実施の形態1における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図4】実施の形態2における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図5】実施の形態2における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図6】実施の形態2における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図7】実施の形態3における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図8】実施の形態3における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図9】実施の形態3における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図10】実施の形態4における基板上にマスクを形成した状態の模式的な上面図である。
【図11】実施の形態4における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図12】実施の形態4における窒化物系半導体発光素子の分割前の模式的な断面構造図である。
【図13】実施の形態4における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図14】従来の金属基板を用いた半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【符号の説明】
1,21,31,41 基板、2,22,32,42 バッファ層、3,23,33,43 n型窒化物系半導体層、4,24,34,44 窒化物系半導体発光層、5,25,35,45 p型窒化物系半導体クラッド層、6,26,36,46 p型窒化物系半導体コンタクト層、7,27,37,47 オーミック接触層、8,28,38,48 金属板、9,29,39,49 n型オーミック電極、10,110,210 メッキ下地層、11 中間層、12 マスク、13 n側電極、14 n型層、15 活性層、16 p型層、17 金属基板。
Claims (20)
- 基板上方にn型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびp型窒化物系半導体層をこの順に積層する工程と、p型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成する工程と、金属膜上に電極として金属板をメッキ法により形成する工程とを含むことを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- メッキ法は電解メッキ法であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 基板の少なくとも一部を除去してn型窒化物系半導体層表面を露出させる工程を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属膜を形成する際または形成した後に、熱処理を行なうことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属膜の形成は、蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法、CVD法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なわれることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属板がNiまたはCuを主成分としていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属板の厚さが10μm以上2mm以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属膜は、p型窒化物系半導体層上に形成されたオーミック接触層を有することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属膜は、Pd、Ni、Pt、Rh、RuまたはOsの群から選択される少なくとも一種を含むオーミック接触層をp型窒化物系半導体層上に有することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属膜は、金属板をメッキ法により形成するのに適した金属または合金からなるメッキ下地層を有することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属膜は、Pd、Au、Ni、Fe、Cu、Zn、Al、Mg、Mo、Ti、WまたはTaの群から選択される少なくとも一種を含むメッキ下地層を有することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属膜は前記オーミック接触層と前記メッキ下地層とを有し、さらに前記オーミック接触層と前記メッキ下地層との間に金属の拡散を防ぐための中間層を有していることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属膜は前記オーミック接触層と前記メッキ下地層とを有し、さらに前記オーミック接触層と前記メッキ下地層との間にMo、W、Ti、PtまたはAuの群から選択される少なくとも一種を含む中間層を有していることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- p型窒化物系半導体層中の金属膜と接する層が単結晶の窒化物系半導体であることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- p型窒化物系半導体層中の金属膜と接する層のドーパント濃度が1016/cm3以上1022/cm3以下であることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- p型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層またはn型窒化物系半導体層は、部分的に薄いかまたは無い部分があることを特徴とする請求項1から15のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 基板はSi基板であることを特徴とする請求項1から16のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- Si基板の除去がフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いてエッチングすることにより行なわれることを特徴とする請求項1から17のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 金属板上方に順次形成された金属膜、p型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびn型窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体発光素子において、前記金属膜がPd、Ni、Pt、Rh、Ru、Os、Au、Fe、Cu、Zn、Al、Mg、Ta、Mo、WまたはTiの群から選択される少なくとも一種を含む金属層を有していることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
- 金属板上方に順次形成された金属膜、p型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびn型窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体発光素子において、前記金属膜に接するp型窒化物系半導体層中に含まれるドーパント濃度が1016/cm3以上1022/cm3以下であることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
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