JP2014165337A - 発光素子、発光素子パッケージおよび発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光素子1は、基板2と、基板2上に積層された第1導電型半導体層3と、第1導電型半導体層3上に積層された発光層4と、発光層4上に積層された第2導電型半導体層5と、第1ITO層6、第2ITO層7、第1メタル層8および第2メタル層9とを含む。第1ITO層6は、第1導電型半導体層3に対して基板2とは反対側に積層されている。第2ITO層7は、第2導電型半導体層5に対して基板2とは反対側に積層されている。第1メタル層8は、第1ITO層6上に積層されている。第2メタル層9は、第2ITO層7上に積層されている。
【選択図】図2
Description
また、本発明の別の目的は、製造工程に耐え得る発光素子、これを含む発光素子パッケージおよび発光素子の製造方法を提供する。
そのためには、請求項2記載の発明のように、前記第1ITO層と、前記第2ITO層とは、同じ厚さを有することが好ましく、請求項3記載の発明のように、前記第1メタル層と、前記第2メタル層とは、同一構造を有することが好ましい。
請求項4の構成によれば、第1導電型半導体層および第2導電型半導体層のそれぞれの電極部分において、ITO層とメタル層との間の密着性を向上させることができるので、メタル層に対してワイヤをボンディングする場合にITO層からメタル層が剥がれることを防止できる。よって、製造工程に耐え得る発光素子を提供することができる。
請求項6記載の発明のように、前記第1ITO層および第2ITO層は、Crを含んでいてもよい。
請求項8記載の発明のように、前記発光素子と、前記発光素子を覆うパッケージとを含む、発光素子パッケージを構成することができる。
請求項9記載の発明は、基板上に第1導電型半導体層を形成する工程と、前記第1導電型半導体層上に発光層を形成する工程と、前記発光層上に第2導電型半導体層を形成する工程と、前記発光層および第2導電型半導体層の一部を除去して、前記第1導電型半導体層を露出させる工程と、前記第1導電型半導体層および第2導電型半導体層に対して前記基板とは反対側にITO層を形成する工程と、前記ITO層を、前記第1導電型半導体層上の第1ITO層と、前記第2導電型半導体層上の第2ITO層とに分離する工程と、前記第1ITO層上および第2ITO層上のそれぞれにメタル層を形成する工程とを含む、発光素子の製造方法である。
請求項10記載の発明は、前記ITO層を形成した後に、前記ITO層に対して、第1加熱温度による第1加熱処理を施す工程と、前記メタル層を形成した後に、前記メタル層、前記第1ITO層および前記第2ITO層に対して、前記第1加熱温度よりも低い第2加熱温度による第2加熱処理を施す工程とを含む、請求項9に記載の発光素子の製造方法である。
図1は、本発明の一実施形態に係る発光素子の模式的な平面図である。図2は、図1の切断面線II−IIにおける断面図である。
図2を参照して、この発光素子1は、基板2と、第1導電型半導体層3と、発光層4と、第2導電型半導体層5と、第1ITO層6と、第2ITO層7と、第1メタル層8と、第2メタル層9とを含んでいる。
第2導電型半導体層5は、発光層4上に積層されている。これにより、発光層4は、第1導電型半導体層3と第2導電型半導体層5とによって厚さ方向から挟まれている。第2導電型半導体層5は、p型のGaN(p−GaN)からなり、発光層4の発光波長に対して透明である。第2導電型半導体層5は、発光層4における第1導電型半導体層3側とは反対側(図2における上側)の表面の全域を覆っており、平面視において、第2導電型半導体層5と発光層4とは一致している。第2導電型半導体層5において、発光層4側とは反対側(図2における上側)の側面を表面5Aということにする。
第1ITO層6は、ITO(酸化インジウム錫)からなり、発光層4の発光波長に対して透明である。第1ITO層6の厚さは、たとえば、1000Å〜2000Åである。第1ITO層6は、第1導電型半導体層3の表面3Bの第1領域3D(第1導電型半導体層3において発光層4が積層された第2領域3E以外の領域)に積層されている。第1導電型半導体層3が基板2上に積層されていることから、第1ITO層6は、第1導電型半導体層3に対して基板2とは反対側に積層されている。第1ITO層6は、第1領域3Dの一部の領域に形成されていることから、第1領域3Dの全域を覆っていない。詳しくは、第1ITO層6は、平面視において、第1領域3Dと相似する形状あり、第1領域3Dの輪郭の内側に位置している(図1も参照)。第1ITO層6において、第1導電型半導体層3側とは反対側(図2における上側)の側面を表面6Aということにする。
ここで、第1メタル層8および第2メタル層9のそれぞれのAu層11において、Cr層10側とは反対側(図2における上側)の側面を表面11Aということにする。また、Cr層10に接触している第1ITO層6および第2ITO層7は、Cr層10のCrを含んでいてもよい。
図3に示す発光素子パッケージ50は、前述した発光素子1と、支持基板51と、パッケージ52とを含んでいる。
支持基板51は、絶縁性材料で形成された絶縁基板53と、絶縁基板53の両端から露出するように設けられて、発光素子1と外部とを電気的に接続する金属製の一対のリード54とを有している。絶縁基板53は、たとえば平面視矩形に形成されており、その対向する一対の辺に沿って一対のリード54がそれぞれ帯状に形成されている。各リード54は、絶縁基板53の一対の端縁に沿っており、たとえば、上面から側面を渡って下面に至るように折り返され、横向きU字形断面を有するように形成されている。
図4は、発光素子の製造方法を示したフローチャートである。図5A〜図5Eは、図2に示す発光素子の製造方法を示す図解的な断面図である。
まず、図5Aに示すように、基板2(厳密には、基板2の元となるウエハ)を作製する。
次いで、基板2の表面2Aに、SiNからなる層(SiN層)を形成し、レジストパターン(図示せず)をマスクとするエッチングにより、このSiN層を、図5Bに示すように、複数の凸部17に分離する。
次いで、少なくとも第1ITO層6および第2ITO層7に対して、第1加熱温度(600℃から700℃であり、ここでは650℃)による第1加熱処理を施す(図4のステップS5)。なお、ステップS5は、ステップS4よりも先に行われてもよい。要は、ITO層を形成した後に、ITO層(分離後であれば第1ITO層6および第2ITO層7)に対して第1加熱処理を施せばよい。ここでの第1加熱処理によって、第1導電型半導体層3および第2導電型半導体層5の少なくとも一方(特に、p型の第2導電型半導体層5)とITO層(特に、第2ITO層7)との間におけるオーミック特性を向上することができる。ここでのオーミック特性の向上を確認するため、第1加熱温度を変更したウエハ(発光素子1が形成されたウエハであり、以下同じ)を複数準備した。そして、異なる第1加熱温度毎のウエハ面内において、周期的に並んでいる発光素子1のチップを等間隔で抜き取り、個々のチップに20mAを通電して、各チップにおける順方向電圧(VF)を測定した。各第1加熱温度における個々の発光素子1におけるVFの測定結果は、図6のグラフに示されている。このグラフでは、各第1加熱温度におけるVFの分布(範囲)が縦線で示されており、各第1加熱温度におけるVFの平均値が菱形のドットで示されている。VFが低いほど、オーミック特性が良好であることを示している。このグラフより、第1加熱温度が600℃から700℃の間(600℃以上700℃以下)であれば、600℃未満の場合に比べて、VFが低下し、オーミック特性が向上していることが分かる。
以上により、図2に示す構造が形成される。最後に、図2の構造が周期配列で形成されている基板2のウエハをダイシングまたはへき開することで、個々の発光素子1が形成される。
また、第1電極21および第2電極22のそれぞれにおいて、メタル層(第1メタル層8および第2メタル層9)は、ITO層側のCr層10と、Cr層10に積層されたAu層11とを有している。これにより、第1電極21および第2電極22のそれぞれにおいて、ITO層とメタル層との間の密着性を向上させることができるので、メタル層に対してワイヤ(前述したボンディングワイヤ61)をボンディングする場合にITO層からメタル層が剥がれることを防止できる。このことを実証するために、ボンディング後のボンディングワイヤ61を意図的に引っ張る試験を行った。ITO層とメタル層との間の密着性に問題がなければ、ITO層とメタル層とが剥がれることはなく、代わりに、最も強度が弱いボンディングワイヤ61が切れる結果となる。第2加熱温度を変更した発光素子パッケージ50(ボンディングワイヤ61をボンディングしただけの発光素子1でも構わない)を、第2加熱温度毎に複数(準備数と呼ぶこととし、たとえば100〜140個程度)準備し、各発光素子パッケージ50について試験した。そして、第2加熱温度毎において、準備数のうち、第1電極21および第2電極22の少なくともいずれかでITO層とメタル層とが剥がれた発光素子パッケージ50が占める割合(パッドメタル剥れ発生割合と呼ぶことにする)を調べたところ、図9に示す結果が得られた。図9より、第2加熱温度が300℃から500℃の間では、パッドメタル剥れ発生割合が1%未満と極めて低く、さらに、第2加熱温度が330℃から450℃の間では、パッドメタル剥れが全く発生しないことが分かる。前述したオーミック特性の向上と密着性の向上とを両立させる場合には、第2加熱温度が300℃から350℃(300℃以上350℃以下)にあることが望ましい。
よって、製造工程(具体的には、ワイヤボンディングの工程)に耐え得る発光素子1を提供することができる。
たとえば、SiO2等からなる透明な絶縁膜(パッシベーション)によって、第1導電型半導体層3の表面3B(露出されている部分)、第2導電型半導体層5の表面5A、第1ITO層6の表面6Aおよび第2ITO層7の表面7Aを保護のために被覆してもよい。ただし、当該絶縁膜は、第1メタル層8および第2メタル層9にかからない(載らない)ようにすることが好ましい。
たとえば、前述の実施形態では、第1導電型がn型で、第2導電型がp型の例について説明したが、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型として発光素子を構成してもよい。すなわち、前述の実施形態において、導電型をp型とn型とで反転した構造も、この発明の一つの実施形態である。また、前述の実施形態では、第1導電型半導体層3および第2導電型半導体層5を構成する窒化物半導体としてGaNを例示したが、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)などの他の窒化物半導体が用いられてもよい。窒化物半導体は、一般には、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)と表わすことができる。また、窒化物半導体に限らず、GaAs等の他の化合物半導体や、化合物半導体以外の半導体材料(たとえばダイヤモンド)を用いた発光素子にこの発明を適用してもよい。
2 基板
2D 第1領域
2E 第2領域
3 第1導電型半導体層
4 発光層
5 第2導電型半導体層
6 第1ITO層
7 第2ITO層
8 第1メタル層
9 第2メタル層
10 Cr層
11 Au層
50 発光素子パッケージ
52 パッケージ
Claims (12)
- 基板と、
前記基板上に積層された第1導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層上に積層された発光層と、
前記発光層上に積層された第2導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層に対して前記基板とは反対側に積層された第1ITO層と、
前記第2導電型半導体層に対して前記基板とは反対側に積層された第2ITO層と、
前記第1ITO層上に積層された第1メタル層と、
前記第2ITO層上に積層された第2メタル層とを含む、発光素子。 - 前記第1ITO層と、前記第2ITO層とは、同じ厚さを有する、請求項1に記載の発光素子。
- 前記第1メタル層と、前記第2メタル層とは、同一構造を有する、請求項2に記載の発光素子。
- 前記第1メタル層および第2メタル層のそれぞれは、前記第1ITO層および第2ITO層において対応するITO層上に積層されたCr層と、前記Cr層上に積層されたAu層とを含む、請求項3に記載の発光素子。
- 前記第1メタル層と前記第2メタル層とにおいて、前記Cr層同士は同じ厚さを有し、前記Au層同士は同じ厚さを有する、請求項4に記載の発光素子。
- 前記第1ITO層および第2ITO層は、Crを含む、請求項4または5に記載の発光素子。
- 前記第1ITO層は、前記第1導電型半導体層において前記発光層が積層された領域以外の領域に積層されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光素子。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の発光素子と、
前記発光素子を覆うパッケージとを含む、発光素子パッケージ。 - 基板上に第1導電型半導体層を形成する工程と、
前記第1導電型半導体層上に発光層を形成する工程と、
前記発光層上に第2導電型半導体層を形成する工程と、
前記発光層および第2導電型半導体層の一部を除去して、前記第1導電型半導体層を露出させる工程と、
前記第1導電型半導体層および第2導電型半導体層に対して前記基板とは反対側にITO層を形成する工程と、
前記ITO層を、前記第1導電型半導体層上の第1ITO層と、前記第2導電型半導体層上の第2ITO層とに分離する工程と、
前記第1ITO層上および第2ITO層上のそれぞれにメタル層を形成する工程とを含む、発光素子の製造方法。 - 前記ITO層を形成した後に、前記ITO層に対して、第1加熱温度による第1加熱処理を施す工程と、
前記メタル層を形成した後に、前記メタル層、前記第1ITO層および前記第2ITO層に対して、前記第1加熱温度よりも低い第2加熱温度による第2加熱処理を施す工程とを含む、請求項9に記載の発光素子の製造方法。 - 前記第1加熱温度は、600℃から700℃である、請求項10に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2加熱温度は、300℃から350℃である、請求項10または11に記載の発光素子の製造方法。
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