JP7445160B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る発光素子100の製造方法において、まず、図1A及び図1Bに示すように、基板11と、n型不純物を含むn側窒化物半導体層12nと、p型不純物を含むp側窒化物半導体層12pとを下方から上方に向かって順に有する半導体ウエハ1を準備する(以下、基板11上に設けられた「n側窒化物半導体層12n」と「p側窒化物半導体層12p」とを含む領域を「半導体部12」という。)。次に、図3A及び図3Bに示すように、p側窒化物半導体層12pの上面における複数の発光素子100となる領域の境界を含む領域に保護層14を形成する(以下、複数の発光素子100となる領域の境界を「分割予定線13」ともいう。)。なお、符号14として示すp側窒化物半導体層12pを高抵抗のまま維持するための保護層を「第1保護層14」といい、後述する符号18として示す発光素子100の上面を保護するための保護層を「第2保護層18」ということがある。また、図3Aでは、図面での説明を簡便にするために、半導体ウエハ1のうち、後に4つの発光素子100となる領域について説明している。この点については、図2A~図5A、図7Aにおける模式平面図でも同様である。次に、図4A及び図4Bに示すように、半導体ウエハ1をアニール(熱処理)することにより、第1保護層14が形成されていない領域においてp側窒化物半導体層12pを低抵抗化する。p側窒化物半導体層12pのうち第1保護層14が設けられていない領域ではアニールによりp型不純物を不活性化している水素がp型不純物から離脱するのに対して、p側窒化物半導体層12pのうち第1保護層14が設けられている領域ではp型不純物を不活性化している水素がp型不純物から離脱しにくいため、第1保護層14が形成されていない領域においてp側窒化物半導体層12pを低抵抗化することができる一方、第1保護層14が形成されている領域ではp側窒化物半導体層12pが高抵抗のまま保持されるものと推測される。その後、図5A及び図5Bに示すように、基板11にレーザ光Lを照射することにより、前記基板11に加工変質部を形成する。そして、基板11に加工変質部が形成された半導体ウエハ1を分割することにより、図6A及び図6Bに示すような発光素子100を複数得る。
まず、図1A及び図1Bに示すように、基板11と、n型不純物を含むn側窒化物半導体層12nと、p型不純物を含むp側窒化物半導体層12pとを、下方から上方に向かって順に有する半導体ウエハ1を準備する。ここでは、n側窒化物半導体層12nとp側窒化物半導体層12pとの間に、活性層12aを有する場合について説明する。以下、n側窒化物半導体層12n、活性層12a及びp側窒化物半導体層12pをまとめて、半導体部12ということがある。半導体部12を構成する各層には、例えば、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物半導体を用いることができる。
n型不純物としては、例えば、Siを用いることができ、p型不純物としては、例えば、Mgを用いることができる。基板11としては、サファイアなどの絶縁性基板や、GaN、SiC、ZnS、ZnO、GaAs、Siなどの導電性基板を用いることができる。基板11の上面には、低温成長バッファ層などが下地層として形成されていてもよい。
p側窒化物半導体層12pの側から半導体部12の一部をエッチングしてn側窒化物半導体層12nを露出させた場合、発光素子100の上面において電位差が発生する。このため、半導体部12をエッチングしてから、後述する電流拡散層15を形成した場合、電流拡散層15の材料(例えば、Ag等)によっては電位差によりマイグレーションを起こす可能性がある。したがって、このような材料を電流拡散層15として使う場合には、電流拡散層15を形成した後に、半導体部12をエッチングすることが好ましい。これにより、例えば電流拡散層15をカバー層で覆った後に半導体部12を除去できるので、電位差による電流拡散層15のマイグレーションの発生を抑制することができる。
次に、図3A及び図3Bに示すように、p側窒化物半導体層12pの上面であって、半導体ウエハ1の分割予定線13と重なる領域に、第1保護層14を形成する。半導体ウエハ1の分割予定線13は、後の工程において半導体ウエハ1を分割したときに、発光素子100が任意の形状となるように延伸させていればよく、典型的には、図3Aなどに示すように、上面視において格子状に設けることができる。半導体ウエハ1の分割予定線13を格子状とすることで、上面視形状が矩形の発光素子100を得ることができる。発光素子100の他の形状としては、上面視において六角形等とすることもできる。第1保護層14は、半導体ウエハ1の分割予定線13と重なる領域に形成されていればどのような形状でもよいが、半導体ウエハ1の分割予定線13が格子状である場合、第1保護層14も、これら格子状の分割予定線13と重なるように格子状に形成することができる。これにより、矩形の発光素子100の、すべての側面において、リーク電流が流れるのを抑制することができる。
次に、半導体ウエハ1をアニールすることで、第1保護層14が形成されていない領域において、p側窒化物半導体層12pを低抵抗化する。これにより、第1保護層14が形成されている領域におけるp側窒化物半導体層12pは高抵抗のまま維持され、高抵抗部12xを構成することとなる。このため、半導体ウエハ1を分割予定線13に沿って分割した際に、半導体ウエハ1の端面から飛散した屑が発光素子100の側面に付着したとしても、p側窒化物半導体層12pとn側窒化物半導体層12nとの間を屑を介して電流が流れることを抑制できる。図4A及び図4Bでは、理解を容易にするためにp側窒化物半導体層12pのうち、高抵抗のまま維持されている高抵抗部12xに対応する領域を斜線で示しており、図5A~図6Bでも同様である。
次に、図5A及び図5Bに示すように、基板11のうち分割予定線13に対応する領域に、レーザ光Lを照射する。このとき、基板11の内側に焦点が合うように、レーザ光Lを集光して照射する。これにより、半導体ウエハ1を分割する際の起点となる加工変質部を基板11内に生じさせることができるため、後の工程において、半導体ウエハ1を分割しやすくすることができる。半導体部12に生じるダメージを可能な限り少なくするために、半導体ウエハ1の基板11側、すなわち半導体ウエハ1の下面側からレーザ光Lを照射することが好ましい。
さらに、加工変質部を形成する領域を半導体部12に近づけることにより、発光素子100を発光させたときに、半導体部12から基板11側に向けて出射される光が加工変質部に比較的早く達するようにすることができる。これにより、より多くの光を、レーザ光Lにより表面が粗面となっている加工変質部で反射させることができるため、発光素子100の光取出し量を向上させることができる。
このとき、深さ方向において加工変質部を基板11の複数の位置に形成する場合は、第1加工変質部を形成するとともに、第1加工変質部よりも上方に、第2加工変質部を形成することができる。例えば、基板11に、第1パルスエネルギー且つ第1ピッチでレーザ光Lを照射することで第1加工変質部が形成され、基板11に、第1パルスエネルギーよりも小さい第2パルスエネルギー且つ第1ピッチよりも広い第2ピッチでレーザ光Lを照射することで第2加工変質部が形成される。これにより、加工変質部を半導体部12に近づけて形成することで光取出し量を向上しつつ、レーザ光Lによる半導体部12に対するダメージを抑制することができる。つまり、半導体ウエハ1を割断するために十分な大きさの加工変質部を形成するためには、比較的大きいパルスエネルギーと比較的小さいピッチでレーザ光Lを基板11に照射する必要があるが、半導体部12に比較的近い位置にこのような加工変質部を形成すると、半導体部12にダメージが生じてしまう虞がある。そこで、基板11に、第1パルスエネルギーよりも小さい第2パルスエネルギー且つ第1ピッチよりも広い第2ピッチでレーザ光Lを照射することで、第2加工変質部を、第1加工変質部を形成する際の第1パルスエネルギーと第1ピッチと同じパルスエネルギーとピッチで形成した場合と比較して、レーザ光Lによる半導体部12に対するダメージを抑制することができる。
第1加工変質部及び第2加工変質部を形成する場合、第1加工変質部を基板11の厚みの半分より下の領域に形成し、第2加工変質部を基板11の厚みの半分より上の領域に形成することができる。これにより、加工変質部を半導体部12に近づけて形成することで光取り出し量をさらに向上しつつ、レーザ光Lによる半導体部12に対するダメージをさらに抑制することができる。
その後、半導体ウエハ1を分割予定線13に沿って分割することにより、図6A及び図6Bに示すような発光素子100を複数得ることができる。半導体ウエハ1を分割する方法としては、例えば、基板11の下面にローラーやブレード等を押し当てて力を加えることで分割することができる。
本実施形態に係る発光素子100では、図6A及び図6Bに示すように、基板11と、n型不純物を含むn側窒化物半導体層12nと、p型不純物を含むp側窒化物半導体層12pとを下方から上方に向かって順に有する半導体構造を備える。半導体構造では、p側窒化物半導体層12p側が光取出し面側であり、n側窒化物半導体層12n側が実装面側である。換言すると、発光素子100は、フェイスアップ実装型の発光素子である。そして上面視において、p側窒化物半導体層12pの外周部が、p側窒化物半導体層12pの外周部の内側よりも高抵抗である。
これにより、発光素子100の側面部分には、p側窒化物半導体層12pの一部に相当する高抵抗部12xが配置されることになるので、仮に発光素子100の側面にリーク源となる屑等が付着していた場合でも、リーク電流が生じるのを抑制することができる。また、仮に高抵抗部12xにダメージが生じていた場合でも、そのダメージに起因してリーク電流が生じるのを抑制することができる。
発光素子100では、p側窒化物半導体層12pの上面のうち、外周部に対応する領域に、第1保護層14を形成することができる。半導体ウエハ1がアニールされる際、第1保護層14が形成されている領域におけるp側窒化物半導体層12pは高抵抗のまま維持されるので、第1保護層14の下方に高抵抗部12xを構成することができる。なお、第1保護層14は、半導体ウエハ1がアニールされた後に、除去されていてもよい。
半導体構造の上方であって、第1保護層14の上面を含む領域に、第2保護層18を形成することができる。これにより、発光素子100の上面を保護することができる。
p側窒化物半導体層12pの上面のうち外周部よりも内側の領域であって、外周部の近傍を含む領域には、電流拡散層15を形成することができる。ここでは、p側窒化物半導体層12pの上面であって、外周部よりも内側の領域の略全面に、電流拡散層15を形成している。ここで、p側窒化物半導体層12pの外周部の近傍とは、外周部から内側に向けて20μm以下の領域をいう。これにより、発光素子100の面内における電流密度分布をより均一にすることができるため、発光素子100の発光効率を向上させることができる。また、発光素子100の面内において電流が流れる面積を比較的大きくすることができるため、発光素子100からの光取出し量を向上させることができる。
基板11の側面には、加工変質部が形成されている。これにより、半導体ウエハ1を分割しやすくすることができるため、発光素子100を得やすくすることができる。加工変質部は、基板11の厚みの半分より上に形成することができる。これにより、半導体ウエハ1を分割して発光素子100を得るときの分割予定線13からのずれを小さくすることができる。さらに、加工変質部が形成される領域を半導体部12に近づけることにより、より多くの光を加工変質部で反射させることができるため、発光素子100からの光取出し量を向上させることができる。
深さ方向において加工変質部が基板11の複数の位置に形成されている場合は、加工変質部は、第1ピッチで形成されている第1加工変質部と、第1ピッチよりも広い第2ピッチで形成されている第2加工変質部とを有することができる。そして、第1加工変質部よりも上方に、第2加工変質部を形成することができる。これにより、加工変質部が半導体部12に近づけて形成されるため、発光素子100からの光取出し量を向上することができる。また、第1加工変質部のピッチよりも広いピッチで第2加工変質部が形成されるため、レーザ光Lによる半導体部12に対するダメージを抑制することができる。
第1加工変質部及び第2加工変質部が形成されている場合、第1加工変質部を基板11の厚みの半分より下の領域に形成し、第2加工変質部を基板11の厚みの半分より上の領域に形成することができる。これにより、加工変質部を半導体部12に近づけて形成することで光取り出し量をさらに向上しつつ、レーザ光Lによる半導体部12に対するダメージをさらに抑制することができる。
[実施例1]
図1A~図6Bに基づいて、本実施例について説明する。
図9に、第1保護層14の短手方向の幅を30μmに設定した以外、実施例1と同様に形成した5542個の実施例2に係る発光素子100の試験結果を示す。このように、実施例2では、発光素子100においてIrが0.01以上のものが42個(発生率0.8%)となり、リーク電流が十分に抑制できていることがわかった。
図10に、第1保護層14の短手方向の幅を40μmに設定した以外、実施例1と同様に形成した実施例3に係る発光素子100の試験結果を示す。このように、実施例3では、発光素子100においてIrが0.01以上のものが36個(発生率0.7%)となり、リーク電流が十分に抑制できていることがわかった。
比較例として、実施例1とは、p側窒化物半導体層12pのうち、半導体ウエハ2の分割予定線13と重なる領域をエッチングしている点が異なる発光素子200を準備した。
つまり、半導体ウエハ2ではエッチングにより半導体部12に凹部20が形成されているため、角部等21が存在する。それ以外については、実施例1と同様である。
100、200 発光素子
11 基板
12 半導体部
12n n側窒化物半導体層
12a 活性層
12p p側窒化物半導体層
12x 高抵抗部
13 分割予定線
14 第1保護層
15 電流拡散層
16 nパッド電極
17 pパッド電極
18 第2保護層
20 凹部
21 角部等
L レーザ光
Claims (9)
- 基板と、n型不純物を含むn側窒化物半導体層と、p型不純物を含むp側窒化物半導体層とを下方から上方に向かって順に有する半導体構造であって、前記n側窒化物半導体層は、前記p側窒化物半導体層から露出する領域を有する半導体構造体と、
前記p側窒化物半導体層の上面のうち、前記p側窒化物半導体層の外周部の上面のみに設けられた第1保護層と、
前記n側窒化物半導体層の前記p側窒化物半導体層から露出する領域に設けられたnパッド電極と、を備え、
上面視において、前記n側窒化物半導体層の前記p側窒化物半導体層から露出する領域は、前記p側窒化物半導体層の外周側面よりも内側に位置し、
前記半導体構造の前記p側窒化物半導体層側が光取出し面側であるとともに、前記半導体構造の前記n側窒化物半導体層側が実装面側であり、
上面視において、前記p側窒化物半導体層の前記外周部が、前記p側窒化物半導体層の前記外周部の内側よりも高抵抗であることを特徴とする発光素子。 - 前記n側窒化物半導体層の外周側面と、前記p側窒化物半導体層の外周側面は、同一平面上に位置する請求項1に記載の発光素子。
- 前記p側窒化物半導体層の上面のうち、前記外周部の上面より内側の領域に電流拡散層が設けられることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光素子。
- 前記半導体構造の上方であって、前記第1保護層の上面を含む領域に第2保護層が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の発光素子。
- 前記第2保護層は、前記第1保護層及び前記電流拡散層に接している請求項4に記載の発光素子。
- 前記基板の側面に加工変質部が形成されている請求項1から5のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記加工変質部は前記基板の厚みの半分により上に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の発光素子。
- 前記加工変質部は、第1ピッチで形成されている第1加工変質部と、前記第1ピッチよりも広い第2ピッチで形成されている第2加工変質部とを有し、前記第1加工変質部よりも上方に前記第2加工変質部が形成されていることを特徴とする請求項6に記載の発光素子。
- 前記第1加工変質部が前記基板の厚みの半分より下の領域に形成され、前記第2加工変質部が前記基板の厚みの半分より上の領域に形成されていることを特徴とする請求項8に記載の発光素子。
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