TW201320400A - 半導體元件 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題在於實現半導體層與透光性電極之高密接性、均勻之發光強度及低驅動電壓。本發明之半導體元件10係於透光性電極6上形成載置p側焊墊電極7p之凹部，且凹部底面之透光性電極6之厚度大於凹部以外之透光性電極6之厚度之0%且為70%以下。
Description
本申請發明係關於一種尤其用於最適於顯示器、照明、光通信或OA(Office Automation，辦公自動化)設備之光源之發光二極體等中的半導體元件，尤其係關於一種亮度、量產性優異之半導體元件。
如圖12所示，於先前之半導體元件(氮化物半導體元件100)之電極(p側電極)中，在P型氮化物半導體層40上設置有用以使電流均勻地擴散、使輸出提高之具有透光性之電極層(透光性電極60)。進而於透光性電極60上藉由濺鍍、蒸鍍、鍍敷等，形成包含金屬材料之用以打線接合之焊墊電極(p側焊墊電極70p)。又，亦揭示有使電極之構造變形之半導體元件(例如參照專利文獻1)。於此種電極中，嘗試開發抑制打線接合時之電極剝離之構造、及抑制半導體元件之動作中之電極剝離之構造(例如參照專利文獻2)。
[專利文獻1]日本專利特開2009-94108號公報
[專利文獻2]日本專利特開2010-40654號公報
然而，於先前之技術中，存在以下所述之問題。
如上所述，雖嘗試開發抑制打線接合時之電極剝離之構
造、及抑制半導體元件之動作中之電極剝離之構造，但要求進一步提高電極剝離之抑制效果。
此處，關於透光性電極之剝離而言，可知於半導體元件中，若透光性電極之膜厚變薄，則自半導體層與透光性電極之界面之透光性電極之剝離減少。然而，半導體元件單純地藉由使透光性電極變薄則透光性電極之薄片電阻變高，無法使電流均勻地擴散。即，電流之擴散不充分，因此存在來自半導體元件(發光元件)之光成為光斑而導致輸出降低之問題且驅動電壓升高之問題。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其課題在於提供一種可維持半導體層與透光性電極之高密接性，並且實現均勻之發光強度及低驅動電壓的半導體元件。
即，本發明之半導體元件之特徵在於：其至少包括半導體層、設置於上述半導體層上之透光性電極及設置於上述透光性電極上之焊墊電極，且上述透光性電極中形成載置有上述焊墊電極之凹部，上述凹部底面之透光性電極之厚度大於上述凹部以外之透光性電極之厚度之0%且為70%以下。
根據此種構成，藉由使凹部底面之透光性電極之厚度大於凹部以外之透光性電極之厚度之0%且為70%以下，凹部底面之透光性電極變薄，可抑制透光性電極之剝離。進而，凹部以外之透光性電極之厚度並未過度地變薄，因此可降低薄片電阻，可使電流均勻地擴散於半導體層中。
又，本發明之半導體元件較佳為於上述焊墊電極之側面與形成上述透光性電極之凹部之側面之間形成有間隙。
根據此種構成，可抑制焊墊電極之側面之光吸收。
進而，本發明之半導體元件較佳為於上述間隙設置折射率小於上述透光性電極之透光性膜。
根據此種構成，光容易向外部輸出，光輸出提高。
而且，本發明之半導體元件較佳為上述焊墊電極之側面自基端周緣向上方傾斜於內側。又，本發明之半導體元件中，形成上述凹部之側面之一部分亦可由上述焊墊電極覆蓋。
根據此種構成，藉由焊墊電極之側面傾斜，來自發光元件之光難以照射至焊墊電極，因此可進一步抑制光吸收。又，來自發光元件之光中，即便假使一部分光照射至焊墊電極之側面，光亦向上方向反射。因此，可有效地利用照射於焊墊電極之側面之光。進而，藉由焊墊電極之側面傾斜，透光性膜之被覆性提高，容易將保護層被覆於焊墊電極之側面，且容易使保護層進一步密接於焊墊電極之側面。
又，本發明之半導體元件較佳為上述凹部以外之透光性電極之厚度為80 nm以上且300 nm以下。進而，本發明之半導體元件較佳為上述透光性電極之薄片電阻為40 Ω/□以下。
再者，所謂薄片電阻，係表示具有同樣厚度之薄膜之電阻的方法之一。單位係使用相對於每單位面積(縱、橫為
相同之正方形)之面積電阻率Ω/□(ohm/square)。
根據此種構成，藉由將凹部以外之透光性電極之厚度設為80 nm以上，薄片電阻進一步降低。另一方面，藉由設為300 nm以下，凹部以外之透光性電極之厚度不會過厚，因此更不易產生透光性電極之剝離。又，藉由將薄片電阻設為40 Ω/□以下，薄片電阻不會升高，因此電流容易擴散於半導體層中。
而且，本發明之半導體元件較佳為上述凹部之底面面積為2700 μm2以上。
根據此種構成，容易載置焊墊電極。又，藉由為該面積以上之焊墊電極，可於打線接合時確保用以連接金屬線之焊墊電極之上表面區域。
本發明之半導體元件中之焊墊電極亦可為最下層具有包含Cr或Cr含有之合金之層的複數層。
根據此種構成，可抑制自透光性電極之半導體層之剝離，並且可使透光性電極與焊墊電極之密接性進一步牢固。
根據本發明之半導體元件，可抑制打線接合時之透光性電極之剝離、及半導體元件之動作中之透光性電極之剝離。進而，可使發光強度均勻，並且可使驅動電壓降低。藉此，可提供一種減少電極剝離之不良情況，且藉由均勻之發光分佈而使輸出提高、可靠性較高的發光元件。
以下，一面參照圖式一面對本發明之半導體元件之形態進行說明。再者，各圖式所示之構件之大小或位置關係等為使說明明確而有所誇張。進而於以下說明中，關於相同之名稱、符號，原則上表示相同或同質之構件，適當省略詳細之說明。
本發明之半導體元件至少包括半導體層、設置於該半導體層上之透光性電極及設置於該透光性電極上之焊墊電極。具體而言，例如可列舉包括n型氮化物半導體層、積層於該n型氮化物半導體層上之p型氮化物半導體層、形成於該p型氮化物半導體層上之透光性電極、形成於該透光性電極上之一部分區域之p側焊墊電極、及形成於上述n型氮化物半導體層上之n側焊墊電極的氮化物半導體元件。
而且，透光性電極中形成載置有焊墊電極之凹部，凹部底面之透光性電極之厚度大於凹部以外之透光性電極之厚度之0%且為70%以下。
作為本發明之半導體元件之構造之一例，可列舉圖1及圖2所示之氮化物半導體元件10。以下，將圖1及圖2所示之氮化物半導體元件10作為例子說明本發明之半導體元件之構造。
本發明之第一實施形態之氮化物半導體元件10為發光元件，如圖1(b)所示，於基板1上積層n型氮化物半導體層2、活化層3及p型氮化物半導體層4而設置。進而氮化物半導
體元件10於上表面側一併包含電性連接於n型氮化物半導體層2之n側電極(n側焊墊電極)7n、及電性連接於p型氮化物半導體層4之p側電極5，又，表面包含絕緣性之保護層(保護膜)9。n側電極7n為焊墊電極，直接形成於去除p型氮化物半導體層4及活化層3之一部分而露出之n型氮化物半導體層2之表面。另一方面，p側電極5包括：透光性電極6，其形成於p型氮化物半導體層4之表面上之大致整個面；及焊墊電極(p側焊墊電極)7p，其形成於透光性電極6上之一部分區域。保護層9被覆於n側電極7n及p側焊墊電極7p之上表面除外的氮化物半導體元件10之整個表面。再者，所謂本說明書中之「上」，係指相對於基板而包含有氮化物半導體層之側，為圖1(b)中之上方向。
基板1只要為可使氮化物半導體磊晶成長之基板材料即可，大小或厚度等並無特別限定。作為此種基板材料，可列舉如以C面、R面、A面之任一者作為主面之藍寶石或尖晶石(MgAl2O4)的絕緣性基板，或碳化矽(SiC)、ZnS、ZnO、Si、GaAs、金剛石、及與氮化物半導體進行晶格接合之鈮酸鋰、鎵酸釹等氧化物基板。
作為n型氮化物半導體層2、活化層3、及p型氮化物半導體層4(適當統稱為氮化物半導體層2、3、4)，並無特別限定，例如較佳地使用InXAlYGa1-X-YN(0≦X，0≦Y，X+Y<1)等氮化鎵系化合物半導體。
n側電極7n係電性連接於n型氮化物半導體層2，p側電極5係電性連接於p型氮化物半導體層4，分別自外部供給電流。
此處，於氮化物半導體中較佳之氮化鎵系化合物半導體不易成為p型，即p型氮化物半導體層4有電阻相對較高之傾向。因此，若將電極僅連接於p型氮化物半導體層4上之一部分區域，則向氮化物半導體元件10供給之電流不易於p型氮化物半導體層4中擴散，於面內發光變得不均勻。因此，為了使電流均勻地流動於p型氮化物半導體層4之面內整體，p側電極5必需以更廣之面積連接於p型氮化物半導體層4上而設置。其中，將上表面作為氮化物半導體元件10之出光面，因此為了於p側電極5不降低出光效率，p側電極5包含直接形成於p型氮化物半導體層4上之整個面或接近其之面積之區域(大致整個面)的透光性電極6。而且，p側電極5為了進而於透光性電極6上藉由打線接合等連接於外部電路，而包含表面具有接合性良好之Au的焊墊電極(p側焊墊電極)7p。p側焊墊電極7p以並未較多地遮蔽光之程度，形成為接合所必需之俯視形狀及面積，且以小於透光性電極6之俯視形狀而內包之方式，即形成於透光性電極6上之一部分區域。
另一方面，於低電阻之n型氮化物半導體層2上，n側電極7n之連接面積可較少，因此可僅由不使光透過之焊墊電極(n側焊墊電極)所構成，直接形成於n型氮化物半導體層2
上。又，本實施形態之氮化物半導體元件10於上表面側包含n側焊墊電極7n，因此去除n型氮化物半導體層2上之用以連接該n側焊墊電極7n的區域之活化層3及p型氮化物半導體層4(參照圖1(b))，即該去除之區域不發光。因此，該n側電極(n側焊墊電極)7n以不使發光量大幅地減少之程度，形成為與p側焊墊電極7p同樣地接合所必需且與n型氮化物半導體層2之電性連接所必需之俯視形狀及面積。n側焊墊電極7n及p側焊墊電極7p於氮化物半導體元件10之俯視下之各者之位置並無特別限定，只要可進一步抑制由焊墊電極7n、7p自身或自外部電路連接之金屬線所遮蔽之光量，基於接合之作業性等而設計即可。
p側電極5中之透光性電極6包含導電性氧化物。亦可使用金屬薄膜作為透光性電極，但導電性氧化物與金屬薄膜相比，透光性優異，因此可使氮化物半導體元件10成為發光效率較高之發光元件。作為導電性氧化物，可列舉含有選自由Zn、In、Sn、Mg所組成之群中之至少一種的氧化物，具體而言為ZnO、In2O3、SnO2、ITO。尤其，ITO(Indium Tin Oxides，氧化銦錫)為於可見光(可見區域)中具有較高之透光性，且導電率相對較高之材料，因此可較佳地使用。透光性電極6之形狀亦可為一體之矩形等與p型氮化物半導體層4之俯視形狀吻合之形狀，例如亦可圖案形成為格子狀、網格形狀、點狀、條紋形狀、網狀等。進而，透光性電極6亦可於設置p側焊墊電極7p之部分以外之
透光性電極6之表面設置凹凸。如此，藉由規定透光性電極6之形狀或表面狀態，可提高出光之效率。
此處，如圖2所示，透光性電極6形成為凹部C之底面A之透光性電極6之厚度T薄於凹部C以外之透光性電極6之厚度t。此處，所謂厚度t係指自透光性電極6之底面至與p側焊墊電極7p之側面接觸之最高位置為止的厚度。
如圖2所示，透光性電極6於設置p側焊墊電極7p之部位形成為凹狀。於形成於該凹狀之凹部C之底面(底邊)A載置p側焊墊電極7p。即，該凹部C之底面A成為接觸p側焊墊電極7p之最下部之底面的焊墊載置部。
又，所謂凹部C之底面A之透光性電極6之厚度T，係指凹部C之底面A之下部之透光性電極6之厚度，且為凹部C之底面A(焊墊載置部)之正下方之透光性電極6之厚度。於透光性電極6中，凹部C之底面A亦可具有粗糙面或凹凸，於此情形時，將凹部C之底面A厚度最厚處作為透光性電極6之厚度T。
再者，於圖2中，雖然p側焊墊電極7p之側面之下部埋沒於透光性電極6中而與透光性電極6密接，但亦可為較p側焊墊電極7p之直徑稍大之直徑的凹部C(參照圖3)。又，凹部C之底面A於p側焊墊電極7p在俯視下為圓形之情形時為圓形，於四邊形之情形時為四邊形。然而，如上所述，於為較p側焊墊電極7p之直徑稍大之直徑之凹部C的情形時，並非限定於此，只要可載置p側焊墊電極7p，則可為任意形狀。進而，p側焊墊電極7p與凹部C之大小之差、即俯視
下p側焊墊電極7p之端部與凹部C之端部之差約為1 μm，進而較佳為1 μm以下。其原因為，焊墊電極7p之端部與凹部C之端部之距離越近，電流擴散效應越大，順向電壓(Vf，forward voltage)越低。
又，凹部C之底面面積較佳為2700 μm2以上。通常，為了於焊墊電極上接合用以連接外部電源之金屬線，於焊墊電極上表面自保護層9露出之區域之直徑需為60 μm，較佳為70 μm。又，若直徑小於60 μm，則有難以藉由探針測定半導體元件之光學、電氣特性之虞。因此，就上述觀點而言，若凹部C之底面面積為2700 μm2以上，則容易載置p側焊墊電極7p。進而較佳為3675 μm2以上。又，就薄片電阻(電流擴散)之觀點而言，上限較佳為6075 μm2。其中，於焊墊電極設置輔助電極之情形並無此限定。進而，可延伸用以使電流自焊墊電極擴散之輔助電極，亦可於輔助電極載置面之下部設置凹部。於此情形時，輔助電極與透光性電極6之密接性亦提高，故而較佳。
而且，透光性電極6中，使凹部C之底面A之透光性電極6之厚度大於凹部C以外之透光性電極6之厚度之0%且為70%以下。若凹部C之底面A之透光性電極6之厚度大於70%，則於打線接合時或氮化物半導體元件10之動作中產生透光性電極6之剝離。因此，凹部C之底面A之透光性電極6之厚度設為70%以下。較佳為60%以下。再者，為了於p型氮化物半導體層4上設置透光性電極6，於p側焊墊電極7p之正下方，為發揮透光性電極6之電流擴散效應而必需
使厚度超出0 nm(即，凹部C之底面A之透光性電極6之厚度超出凹部C以外之透光性電極6之厚度之0%)。較佳為10 nm以上。因此，凹部C之底面A之透光性電極6之厚度設為大於凹部C以外之透光性電極6之厚度之0%且為凹部C以外之透光性電極6之厚度之70%以下。
所謂凹部C以外之透光性電極6，係指透光性電極6中未設置p側焊墊電極7p之部位，於該部位之層之表面形成保護層9。而且，藉由凹部C以外之透光性電極6之層，使電流均勻地擴散於p型氮化物半導體層4中，使輸出提高。
該凹部C以外之透光性電極6之厚度t較佳為80 nm以上且300 nm以下。若凹部C以外之透光性電極6之厚度t為80 nm以上，則可進一步降低薄片電阻，電流容易擴散於p型氮化物半導體層4中。進而較佳為100 nm以上。另一方面，藉由設為300 nm以下，焊墊電極7p之下部埋沒於透光性電極6中，並且厚度t不會過厚，因此更難以產生透光性電極6之剝離。進而較佳為200 nm以下。
又，透光性電極6之薄片電阻較佳為40 Ω/□以下。若薄片電阻為40 Ω/□以下，則電流容易擴散於p型氮化物半導體層4中。進而較佳為30 Ω/□以下。再者，薄片電阻越低越好，下限值並無特別規定。
藉由將凹部C以外之透光性電極6之厚度t設為特定以上，薄片電阻可控制為40 Ω/□以下。又，薄片電阻之測定例如可使用三菱化學製電阻率計MCP-T600，藉由四端子四探針法而進行。
於本實施形態之氮化物半導體元件10中，n側焊墊電極7n與p側焊墊電極7p為相同之積層構造，適當統稱為焊墊電極7。
作為焊墊電極7之構造，並無特別限定，只要為一般者即可。例如，可列舉於透光性電極6之上表面按Ti層、Rh層、W層、Au層之順序積層之構造(記載為「Ti/Rh/W/Au」，以下相同)、「Cr/Rh/W/Au」、「Rh/W/Au」、「Cr/Pt/Ru/Au」、「CrRh/Pt/Au」等。於本說明書中，CrRh係表示Cr與Rh之合金。
Ti層係使n側焊墊電極7n與n型氮化物半導體層2、及p側焊墊電極7p與透光性電極6之密接性提高的層。Rh層係藉由反射入射至焊墊電極7之光(尤其透過最下層之光)，而使自氮化物半導體元件10之出光效率提高的層。進而，Rh層係藉由退火而使Rh向最下層微量地擴散，可容易獲得焊墊電極7與透光性電極6之歐姆接觸。
W層係用以使焊墊電極7之剝離強度提高的層。W層之厚度較佳為較厚，但若過厚，則製造時間及製造成本增大。另一方面，若W層之厚度過薄，則W層藉由應力而彎曲。因此，W層之厚度較佳為30~100 nm，進而較佳為50 nm。
Au層(接合層)係為自外部連接金屬線或凸塊而設置，構成焊墊電極7之表面(最上表面)。Au層係應用與金屬線等的密接性即接合性優異、耐蝕性等亦優異之Au。又，為保持接合性，較佳為將Au層之厚度設為100 nm以上，更佳為
200 nm以上。進而，又，若Au層之厚度較厚則Vf降低，於生產性方面較佳為1500 nm以下，更佳為1000 nm以下。
Cr層係使n側焊墊電極7n與n型氮化物半導體層2、及p側焊墊電極7p與透光性電極6之密接性提高之層。Cr對n型氮化物半導體層2及導電性氧化物之透光性電極6各者之密接性較佳，又，於n型氮化物半導體層2上形成可進行歐姆接觸之膜。為保持對n型氮化物半導體層2之歐姆接觸性，較佳為將Cr層之厚度設為1 nm以上，更佳為1.5 nm以上。進而為了使Rh不會自Rh層向上層之Au層側大量地擴散，Cr層之厚度較佳為2 nm以上。另一方面，若Cr層變厚，則至與透光性電極6之接觸面為止難以受到來自Rh層之影響，對p型氮化物半導體層4之歐姆接觸性降低。因此，Cr層較佳為厚度未達9 nm，更佳為6 nm以下，進而較佳為4.5 nm以下。
此處，Cr層亦可為包含含有Cr之合金的層。藉由將Cr或含有Cr之合金用於焊墊電極之最下層，透光性電極6與焊墊電極之密接性進一步牢固。再者，焊墊電極之最下層亦可為包含Rh或含有Rh之合金的層。即便為包含Rh或含有Rh之合金的層，亦可獲得與Cr或含有Cr之合金同樣之效果。尤其，若為CrRh合金，則除Cr之密接性以外，亦可獲得Rh之高反射效率之效果，故而較佳。
Pt層係藉由Pt向Cr層擴散，而提高對透光性電極6之密接性的層。藉由Pt向Cr層擴散，於Cr層與Pt層之界面附近(Cr層-Pt層間)形成Cr-Pt合金層。藉由該Cr-Pt合金層，對
透光性電極6之密接性提高。進而，藉由Pt充分地擴散於Cr層中，亦提高對p型氮化物半導體層4之歐姆接觸性。Pt層之厚度較佳為Cr層之厚度之1倍以上，更佳為5倍以上，具體而言設為10 nm以上者於製造方面容易控制，故而較佳。另一方面，存在如下情況：即便超出100 nm而變厚，效果之進一步提高亦飽和，生產性降低，又，Pt亦向Au層側擴散而使接合性降低，因此較佳為將厚度設為100 nm以下，更佳為設為50 nm以下。
Ru層係積層於Pt層與Au層之間之層。若Au層直接積層於Pt層上，則Pt擴散而使Au之接合性降低。即，Ru層係為抑制Pt向Au層之擴散而設置，尤其，於用以使Pt自Pt層向Cr層擴散之熱處理中，抑制Pt擴散至Au層內，防止其接合性降低。Ru層取決於Pt層及Au層各者之厚度及熱處理條件，具體而言，較佳為將厚度設為50 nm以上。藉由設為此種厚度，為使Pt向Cr層側擴散而實施熱處理時，可抑制Pt亦向Ru層側擴散，進而到達至Au層而擴散。更佳之厚度為60 nm以上。另一方面，即便Ru層超出90 nm而變厚，效果之進一步提高亦飽和，生產性降低，因此較佳為將厚度設為90 nm以下。
該等各層可藉由蒸鍍法、濺鍍法等公知之方法而成膜，又，較佳為連續地形成而積層。又，焊墊電極7(7n、7p)之俯視形狀並無特別限定，可藉由使用剝離法、光微影之蝕刻等形成為所需之形狀(例如參照圖1(a))。再者，焊墊電極7之底面積越大，與透光性電極6接觸之面積越大，因此
密接性進一步提高。又，該等各層之厚度例如藉由濺鍍裝置之成膜條件進行調整即可。
保護層9係被覆於氮化物半導體元件10中之氮化物半導體層2、3、4露出之表面(上表面及側壁)及透光性電極6之表面等，而成為氮化物半導體元件10之保護膜及抗靜電膜。具體而言為用以接合焊墊電極7n、7p之上表面之周緣部除外之區域的區域(接合部)，於該接合部之區域除外之整個表面形成保護層9。保護層9包含透光性之絕緣膜即Si、Ti、Ta等的氧化物，可藉由蒸鍍法、濺鍍法等公知之方法而成膜，該膜厚並無特別限定，較佳為100~1000 nm。
此處，構成焊墊電極7n、7p之最上表面之Au與包含氧化物之保護層9之密接性較差，因此有保護層9自接合部之端部剝離之虞。為防止此情況，較佳為於Au層之上表面之周緣部(保護層9之正下方之區域)形成Ni等膜作為密接層。進而於以Ni形成密接層之情形時，若Ni自該密接層向Au層之Au擴散，則接合性降低，因此為防止此情況，較佳為於密接層下形成障壁層。障壁層可由W、Ru、Ir等形成，尤其較佳為與焊墊電極7之W層同樣地應用W。障壁層、密接層各者之厚度並無特別限定，為較佳地發揮作用，較佳為障壁層設為20~50 nm，密接層設為1~20 nm。再者，亦可將障壁層與密接層之兩層(例如W/Ni層)適當稱為底層。底層亦可藉由與構成焊墊電極7n、7p之金屬膜同樣地藉由蒸鍍
法、濺鍍法等公知之方法而成膜，自Au層連續地成膜，即例如較佳為自Ti層連續地成膜。
其次，將上述實施形態之氮化物半導體元件之製造方法作為例子，對本發明之半導體元件之製造方法之一例進行說明。
首先，將藍寶石基板作為基板1，使用MOVPE(metal organic vapour phase epitaxy，有機金屬氣相成長)反應裝置，於基板1上使構成n型氮化物半導體層2的第1緩衝層、第2緩衝層、n側接觸層、第3緩衝層及n側多層膜層成長，於該n側多層膜層上使活化層3成長後，進而使構成p型氮化物半導體層4的p側多層膜層、p側接觸層依序成長。繼而，於裝置之處理室內，於氮氣環境下對成長有氮化物半導體之各層之基板1(以下稱為晶圓)進行600~700℃左右之退火，使p型氮化物半導體層4低電阻化。
其次，作為用以連接n側電極(n側焊墊電極)7n之接觸區域，使n型氮化物半導體層2之一部分露出。藉由光阻劑於退火後之晶圓上形成特定形狀之遮罩，藉由反應性離子蝕刻(RIE，Reactive Ion Etching)，將p型氮化物半導體層4及活化層3、進而n型氮化物半導體層2之n側多層膜層、第3緩衝層去除，使n側接觸層露出於該表面。繼而，於蝕刻後去除光阻劑。再者，亦可與接觸區域同時對氮化物半導體元件10(晶片)之周緣部(刻劃區域)進行蝕刻。
其後，於晶圓之整個面，藉由濺鍍裝置使ITO膜成膜作
為透光性電極6。繼而，藉由光阻劑，於ITO膜上形成與其下之p型氮化物半導體層4之俯視形狀(圖1(a)參照)對應之形狀的遮罩並進行蝕刻，於p型氮化物半導體層4上形成透光性電極6。繼而進行蝕刻，此時，藉由蝕刻去除透光性電極6中設置有p側焊墊電極7p之部位而形成凹部C。藉此，使凹部C之底面A之透光性電極6為特定厚度。其後，去除光阻劑。其次，於氮氣環境下進行500℃左右之退火，使透光性電極6(ITO膜)與p型氮化物半導體層4之歐姆接觸性、及上述接觸區域露出之n型氮化物半導體層2與n側焊墊電極7n之歐姆接觸性分別提高。
其次，藉由光阻劑形成使露出之n型氮化物半導體層2上及透光性電極6各者之特定區域空出的遮罩。此時，以透光性電極6之凹部C之底面A露出之方式形成遮罩。藉由濺鍍裝置，自該遮罩上分別以特定之膜厚使構成焊墊電極7n、7p之Ti、Rh、W、Au、進而構成底層之W、Ni之合計6層的金屬膜連續地成膜。其後，若分別以其上之金屬膜去除光阻劑，則於上述之特定區域形成n側焊墊電極7n、p側焊墊電極7p(剝離法)，又，於其上成為以相同之俯視形狀積層有W、Ni之2層膜之狀態。
其次，為了使ITO膜之歐姆接觸性提高，於氮氣環境下對晶圓實施熱處理(退火)。熱處理之溫度較佳為280℃以上。另一方面，若溫度過高，則有氮化物半導體層2、3、4因熱而劣化，n型氮化物半導體層2及p型氮化物半導體層4之歐姆接觸性降低，進而氮化物半導體元件10之發光強
度降低等之虞，因此熱處理之溫度較佳為500℃以下。又，處理時間係根據溫度及Ti層等的厚度而設定，較佳為10~20分鐘左右。
其後，於晶圓之整個面，藉由濺鍍裝置使SiO2膜成膜作為保護層9。即，作為接合部，藉由光阻劑形成使焊墊電極7n、7p上之W、Ni之膜上之特定區域空出的遮罩，於對SiO2膜進行蝕刻後，去除光阻劑。將剩餘之SiO2膜(保護層9)作為遮罩，對Ni、W進行蝕刻，使Au層露出於接合部。
繼而，利用刻劃或切割等將晶圓分離，成為1個氮化物半導體元件10(晶片)。又，於分離成晶片之前，亦可自晶圓之背面研磨基板1(背面研磨)而進行薄加工直至成為所需之厚度為止。
藉由以上步驟而進行之本發明之半導體元件之焊墊電極的製造方法中，關於上述實施形態之氮化物半導體元件，可於p側、n側各者同時形成焊墊電極，因此生產性提高。
其次，對第二實施形態之發光元件進行說明。圖3~5係模式性地表示本發明之第二實施形態之氮化物半導體元件中的透光性電極之構造的放大剖面圖。第二實施形態之半導體元件中，於p側焊墊電極7p之側面(側邊)與形成透光性電極6之凹部C之側面(側邊)之間形成有間隙S，或p側焊墊電極7p之側面整體由保護層9覆蓋，除此以外實質上與第一實施形態同樣。再者，第二實施形態中之厚度t表示自透光性電極6之底面至凹部C側面之最高位置的厚度。
第二實施形態之發光元件包括：透光性電極6，其形成於p型氮化物半導體層4上；及p側焊墊電極7p，其形成於該透光性電極6上之一部分區域。
如圖3、4所示，透光性電極6之凹部C之底面A之面積大於焊墊電極7p之底面積。又，如圖3所示，p側焊墊電極7p之側面與形成透光性電極6之凹部C之側面並不接觸，於其等之間形成有間隙S。即，p側焊墊電極7p埋沒於透光性電極6中之位置之側面與對向於該側面之位置上之透光性電極6之側面之間分離。進而，如圖4所示，亦可於p側焊墊電極7p之側面與形成凹部C之側面之間具有保護層9。即，p側焊墊電極7p僅其底面與透光性電極6接觸。
藉由該等構成，p側焊墊電極7p與透光性電極6接觸之面積變小，因此透過透光性電極6之光照射至p側焊墊電極7p之面積(透光性電極6與p側焊墊電極7p之界面之面積)亦變小，可抑制由p側焊墊電極7p所致之光吸收。又，於透光性電極6之凹部C側面為大致垂直時，未照射至p側焊墊電極7p之側面而由透光性電極6之凹部C側面反射之光增多。
進而，於保護層9為折射率小於透光性電極6之透光性膜之情形時，例如保護層9由SiO2形成、透光性電極6由ITO形成時，光容易自透光性電極6向保護層9輸出，光輸出提高。
進而，如圖5所示，透光性電極6之凹部C側面亦可以凹部C底面為基準而具有錐形角α。即，凹部C側面形成為傾斜面，該傾斜面亦可自凹部C之底面A側向上方傾斜於外
側。再者，如圖5般凹部C側面為傾斜面之情形時，厚度t表示自透光性電極6之底面至凹部C之具有錐形角α之傾斜面之最高位置的厚度。於此情形時，錐形角α較理想為未達90°，較佳為45°以下。若錐形角α小於90°，則對於一面於透光性電極6內多重反射一面向橫方向傳輸的光，可由凹部C側面改變反射角而抑制多重反射。於凹部C側面具有錐形角α之情形時，由於以相對較小之入射角到達凹部C側面，因此以高透光率透過而取出至外部。又，可使自凹部C側面朝向上方向(發光觀測方向)之光線增加，可使該凹部C側面之發光強度提高。再者，錐形角α可設置為使凹部C之底面A之面積大於焊墊電極7p之底面積之狀態，亦可設置為使凹部C之底面A之面積不大於焊墊電極7p之底面積之狀態。
錐形角α之控制亦可藉由圖案蝕刻時遮罩之蝕刻條件(遮罩之剖面形狀、遮罩之材質、蝕刻氣體之選擇等)，於本實施形態中，藉由濕式蝕刻控制錐形角α。
此處，如圖3所示般於p側焊墊電極7p之側面與形成凹部C之側面之間未設置保護層9者與圖4、5之構造相比，全反射而取出之光進一步增加。若如圖3般使p側焊墊電極7p之側面與凹部C之側面的間隙為空氣或真空，則該等之折射率小於保護層9，因此若入射之光相對於與間隙S與凹部C之側面之界面的接線垂直的線為約大於28度之角度則進行全反射，不會照射至焊墊電極7p而被吸收。
即，
於ITO/保護層(SiO2)之情形時約44度，於ITO/空氣之情形時約28度，因此約28~44度之間之光的取出成為可能。
再者，所謂「44度」、「28度」，係由斯奈爾定律導出之臨界角。具體而言，係自ITO向SiO2(或空氣)之界面入射之光的角度。此時，各者之折射率係假定為「空氣=1」、「SiO2=1.45」、「ITO=2.1」而進行計算。
又，亦可為保護層9未覆蓋焊墊電極7p之上表面及側面，而僅被覆透光性電極6之上表面的構造。
其次，對第三實施形態之發光元件進行說明。圖6係模式性地表示本發明之第三實施形態之氮化物半導體元件中之透光性電極及焊墊電極之構造的放大剖面圖。第三實施形態之半導體元件中，p側焊墊電極7p之側面形成為傾斜面，該傾斜面自基端周緣向上方傾斜於內側，或形成凹部C之側面之一部分(被覆部B)由p側焊墊電極7p覆蓋，除此以外，實質上與第一實施形態及第二實施形態同樣。再者，第三實施形態中之厚度t係表示自透光性電極6之底面至凹部C側面之最高位置的厚度。具體而言，厚度t係表示自透光性電極6之底面至凹部C之具有錐形角α之傾斜面之最高位置的厚度。
第三實施形態之發光元件包括：透光性電極6，其形成於p型氮化物半導體層4上；及p側焊墊電極7p，其形成於該透光性電極6上之一部分區域。
如圖6所示，焊墊電極(p側焊墊電極7p)之側面亦可自基端周緣向上方傾斜於內側。所謂傾斜，包含焊墊電極之側面為平坦面或曲面之情形。
此處，所謂基端周緣，係指p側焊墊電極7p之底面之周緣，如下所述，係指於凹部C之側面之一部分由p側焊墊電極7p覆蓋之情形時，p側焊墊電極7p之側面與凹部C之側面接觸之部位。再者，於凹部C之側面之一部分未由p側焊墊電極7p覆蓋之情形時，為p側焊墊電極7p之側面與凹部C之底面A接觸之部位。即，所謂基端周緣，係指p側焊墊電極7p之底面之周緣與凹部C接觸之部位。又，所謂「自基端周緣向上方」，係指自p型氮化物半導體層4側(基板1側)朝向上方。
即，p側焊墊電極7p之側面係以該側面之基端與凹部C接觸之部位作為基準，以p側焊墊電極7p之剖面積(或俯視形狀之寬度)自p型氮化物半導體層4側向上方變得狹小之方式而傾斜。再者，於p側焊墊電極7p之俯視形狀為圓形之情形(參照圖1(a))時，形成為圓錐台或圓頂形狀。
藉由p側焊墊電極7p之側面傾斜，來自發光元件之光難以照射至p側焊墊電極7p，因此可進一步抑制光吸收。又，來自發光元件之光(箭頭E1、E2)中，即便假使一部分光照射於p側焊墊電極7p之側面，光亦向上方向反射(箭頭E2)。因此，可有效地利用照射於p側焊墊電極7p之側面的光。進而，藉由p側焊墊電極7p之側面傾斜，保護層9之被覆性提高。即，容易將保護層9被覆於p側焊墊電極7p之側
面，且容易使保護層9進一步密接於p側焊墊電極7p之側面。
繼而，如圖6所示，形成凹部C之側面之一部分由p側焊墊電極7p覆蓋，形成被覆部B。此處，透光性電極6之凹部C側面以凹部C底面為基準而具有錐形角α。即，凹部C側面形成為傾斜面，該傾斜面自凹部C之底面A側向上方傾斜於外側。而且，該凹部C傾斜之側面之一部分由p側焊墊電極7p被覆，形成被覆部B。即，被覆部B成為「形成凹部C之側面之一部分」。藉由此種構成，無需使p側焊墊電極7p之寬度與凹部C之底面A之寬度嚴格吻合，因此容易將p側焊墊電極7p設置於凹部C。再者，即便凹部C側面為未傾斜之形態(例如圖3、4之形態)，凹部C側面之一部分亦可由p側焊墊電極7p覆蓋。
其次，將確認本發明之效果之實施例與不滿足本發明之必要條件之比較例進行對比而具體說明。再者，本發明並不限定於該實施例。
藉由以下方法，製作圖1所示之構造之氮化物半導體元件。其中，不設置保護層。
藉由MOVPE反應裝置，於包含3英吋之藍寶石(C面)之基板上使構成緩衝層、n型氮化物半導體層、活化層、p型氮化物半導體層的各者之氮化物半導體依序成長。於MOVPE反應裝置之處理室中形成氮氣環境，對成長有氮
化物半導體之各層之基板(以下稱為晶圓)進行600℃之退火。
自處理室取出晶圓，於p型氮化物半導體層上形成特定形狀之光阻遮罩，藉由RIE(反應性離子蝕刻)裝置，如圖1(b)所示般，進行蝕刻直至p型氮化物半導體層及活化層、進而n型氮化物半導體層之n側接觸層露出為止，去除光阻劑。
於室溫下將晶圓浸漬於緩衝氫氟酸(BHF(buffer hydrofluoric)，氫氟酸/氟化銨水溶液)中後，藉由濺鍍裝置使ITO成膜。詳細而言，使用包含In2O3與SnO2之燒結體的氧化物靶材，於Ar環境下進行放電而於晶圓上形成ITO膜。繼而，以ITO膜殘留於p型氮化物半導體層上之大致整個面之方式形成光阻遮罩而進行蝕刻。此時，藉由蝕刻，去除透光性電極中設置有p側焊墊電極之部位而形成凹部，使凹部底面之ITO膜為特定厚度。其後，去除光阻劑。繼而，為提高ITO膜之歐姆接觸性，而於氮氣環境下進行500℃之退火，製成透光性電極。
其次，形成使n側電極用接觸區域之n型氮化物半導體層(n側接觸層)上、及透光性電極上之各者之特定區域空出的光阻遮罩。此時，以透光性電極之凹部底面露出之方式形成遮罩。繼而，藉由濺鍍裝置，使焊墊電極用之金屬膜(Ti、Rh、W、Au)連續地依序成膜於晶圓上。再者，關於焊墊電極，製作表1所示之構造者。繼而，去除光阻劑(剝離)，形成n側、p側之各焊墊電極之俯視形狀(參照圖1(a))
之多層膜。
再者，ITO膜作為下述之打線接合加速試驗中所使用者，製作使凹部以外之ITO之膜厚為170 nm，使凹部底面之ITO之膜厚為表1所示之厚度及比例者。又，作為下述之薄片電阻測定試驗中所使用者，製作使凹部底面之ITO之膜厚與凹部以外之ITO之膜厚相同，且變化為40 nm、80 nm、120 nm、170 nm者。進而，為調查發光強度之直方圖，製作使凹部底面之ITO之膜厚與凹部以外之ITO之膜厚相同，且變化為80 nm、170 nm者、及使凹部以外之ITO之膜厚為170 nm且凹部底面之ITO之膜厚為80 nm者。再者，於薄片電阻測定試驗中，使用焊墊構造為「Ti/Rh/W/Au」者。
其後，藉由退火爐於氮氣環境下以400℃、10分鐘對晶圓實施退火，製成試驗用之氮化物半導體元件。再者，底層及保護層並非直接關係到電極之剝離者，又，該等不會對試驗造成任何影響，因此於此處不設置該等。
關於以此方式製作之氮化物半導體元件，進行用以調查接合外部連接構件時之電極剝離的打線接合加速試驗、及用以調查ITO膜厚與薄片電阻之關係的薄片電阻測定試驗。再者，於打線接合加速試驗與薄片電阻測定試驗中，準備各者之試驗中所使用之樣品，分別進行試驗。
關於表1所示之樣品，藉由打線接合加速試驗，於此處確認ITO膜與p型氮化物半導體層之密接性。
試驗條件係使用打線接合裝置(KAIJO製造之FB-150DGII)，將30 μm之Au線接合於焊墊電極，調查此時ITO膜自p型氮化物半導體層剝離之樣品、及ITO膜即便未自p型氮化物半導體層剝離亦破損之樣品的個數，記作剝離數。
再者，樣品之元件之尺寸為420 μm×240 μm，p側焊墊電極之焊墊直徑為90 μm，且未設置保護層。又，於上述打線接合裝置中，為進行加速剝離試驗，將接合時之荷重設定為較通常更高之值之40 gf，進而，關於接合之位置，亦設定為較通常偏移之位置即如圖8所示般自焊墊直徑伸出之位置而進行試驗。又，樣品數(評估數)如表1所示。
將ITO膜厚與剝離率之關係示於表1。
如表1所示，可知，若ITO整個面之膜厚中凹部底面之ITO膜厚之比例為70%以下，則剝離率最大為0.9%，可抑制電極之剝離。
於凹部以外之ITO膜厚為40 nm、80 nm、120 nm、170 nm之4種樣品中，分別流過20 mA、70 mA、100 mA之電流。繼而，測定ITO膜之薄片電阻。又，調查發光強度分佈。進而，於使凹部底面之ITO之膜厚與凹部以外之ITO之膜厚相同且變化為80 nm、170 nm者、及使凹部以外之ITO之膜厚為170 nm且使凹部底面之ITO之膜厚為80 nm之3種樣品中，流過20 mA之電流。繼而，調查發光強度分佈與發光強度之直方圖。此處，薄片電阻係藉由四端子四探針法而測定(裝置名：三菱化學製電阻率計MCP-T600)。又，發光強度分佈係藉由CCD(charge coupled device，電荷耦合裝置)攝影機將實際上流過電流並發光之圖像變換為強度分佈而進行攝影(程式名：LEPAS11)。
將ITO膜厚與薄片電阻之關係示於圖9~11。圖9係表示流過20 mA之電流之情形之ITO膜厚與薄片電阻之關係的圖表，圖10係表示發光強度分佈之圖像，圖11係表示流過20 mA之電流之情形之發光強度分佈與發光強度之直方圖的圖像。再者，於圖10及圖11之發光強度分佈圖中，右側之縱軸之數值表示發光強度(%)，將最亮之發光處設為100%。左側之縱軸之數值表示y方向之座標，橫軸表示x方向之座標。又，於圖11之發光強度之直方圖中，縱軸之
數值表示檢測量(任意值)，橫軸之數值表示發光強度(%)。
如圖9所示可知，ITO膜厚越大，薄片電阻越小。尤其可知，藉由設為80 nm以上，可使薄片電阻為約40 Ω/□以下。又，如圖10所示，由發光強度分佈可以說，ITO膜厚越大，電流越容易擴散。可以說，尤其於20 mA時更明顯地出現。又，若ITO膜厚為40 nm，則焊墊近邊產生強發光，電流幾乎未擴散。另一方面可以說，若ITO膜厚為80 nm，則電流擴散，又，若為170 nm，則藉由電流進而擴散，發光分佈變佳。又，如圖11所示，成為本發明構造與ITO膜厚170 nm(通常條件)大致相同之直方圖，僅ITO膜厚為80 nm之條件下波峰之位置向較低值推移。由該情況亦可以說，與ITO膜厚為80 nm時相比，ITO膜厚為170 nm時，藉由電流進而擴散，發光分佈更佳。
由以上結果可知，於透光性電極中，使凹部底面之透光性電極之厚度與凹部以外之透光性電極之厚度不同，使凹部底面之透光性電極之厚度大於凹部以外之透光性電極之厚度之0%且為70%以下，藉此可抑制透光性電極之剝離。進而，藉由使凹部以外之透光性電極之厚度為特定，可降低薄片電阻，可促進電流擴散。
以上，例示實施形態及實施例而對本發明進行詳細之說明，但本發明之主旨並不限定於上述內容，其申請專利範圍必需基於申請專利範圍之記載而廣泛地闡釋。再者，本發明之內容當然可基於上述記載而進行廣泛地改變、變更等。
例如，作為其他形態，如圖7所示，透光性電極6亦可為如下者：藉由將凹部C之底面A之透光性電極層(透光性電極6a)以外之層設為兩層(透光性電極6a、6b)，而於透光性電極6形成凹部C，使凹部C之底面A之透光性電極6a之厚度T與凹部C以外之透光性電極6之厚度t不同。於此情形時，於半導體元件之製造方法中，首先，於p型氮化物半導體層4上形成一層透光性電極6a，其後，藉由於該透光性電極6a上之設置有p側焊墊電極7p之部位以外之部位形成透光性電極6b，而於透光性電極6形成凹部C即可。
進而，例如，於上述實施形態(參照圖1)之半導體元件中，透光性電極為設置於p型氮化物半導體層上之構成，亦可設置於n型氮化物半導體層上。於此情形時，於n側電極中，亦與p側電極同樣地，使凹部底面之透光性電極之厚度與凹部以外之透光性電極之厚度不同，使凹部底面之透光性電極之厚度大於凹部以外之透光性電極之厚度之0%且為70%以下即可。另外，半導體元件之構造亦可於不脫離本發明之主旨之範圍內，適當設為其他構造。
如上所述，根據本發明，可製成維持半導體層至焊墊電極之高密接性並實現均勻之發光強度，並且可以較低之驅動電壓而動作的半導體元件。
本發明之半導體元件可用於照明用光源、各種指示用光源、車載用光源、顯示器用光源、液晶之背光用光源、感測器用光源、信號機等各種發光裝置中。
1‧‧‧基板
2‧‧‧n型氮化物半導體層
3‧‧‧活化層
4‧‧‧p型氮化物半導體層
5‧‧‧p側電極
6‧‧‧透光性電極
6a‧‧‧透光性電極
6b‧‧‧透光性電極
7p‧‧‧p側焊墊電極
7n‧‧‧n側電極(n側焊墊電極)
7‧‧‧焊墊電極
9‧‧‧保護層
10‧‧‧氮化物半導體元件(半導體元件)
A‧‧‧凹部底面(焊墊載置部)
B‧‧‧凹部側面之被覆部
C‧‧‧凹部
E1‧‧‧表示光之方向之箭頭
E2‧‧‧表示光之方向之箭頭
S‧‧‧間隙
圖1係說明本發明之第一實施形態之半導體元件(氮化物半導體元件)之構造的模式圖，(a)為平面圖，(b)為剖面圖。
圖2係模式性地表示圖1所示之氮化物半導體元件中之透光性電極之構造的放大剖面圖。
圖3係模式性地表示本發明之第二實施形態之氮化物半導體元件中之透光性電極之構造的放大剖面圖。
圖4係模式性地表示本發明之第二實施形態之氮化物半導體元件中之透光性電極之構造的放大剖面圖。
圖5係模式性地表示本發明之第二實施形態之氮化物半導體元件中之透光性電極之構造的放大剖面圖。
圖6係模式性地表示本發明之第三實施形態之氮化物半導體元件中之透光性電極及焊墊電極之構造的放大剖面圖。
圖7係模式性地表示本發明之其他實施形態之氮化物半導體元件中之透光性電極之構造的放大剖面圖。
圖8係關於本發明之實施例中之打線接合加速試驗之加速條件的模式圖。
圖9係表示實施例中流過20 mA之電流之情形之ITO膜厚與薄片電阻之關係的圖表。
圖10係表示實施例中之發光強度分佈之圖像。
圖11係表示實施例中流過20 mA之電流之情形之發光強度分佈與發光強度之直方圖的圖像。
圖12係表示先前之半導體元件(氮化物半導體元件)之構造之模式圖。
1‧‧‧基板
2‧‧‧n型氮化物半導體層
3‧‧‧活化層
4‧‧‧p型氮化物半導體層
5‧‧‧p側電極
6‧‧‧透光性電極
7p‧‧‧p側焊墊電極
7n‧‧‧n側焊墊電極(n側電極)
7‧‧‧焊墊電極
9‧‧‧保護層
10‧‧‧氮化物半導體元件(半導體元件)
Claims (9)
- 一種半導體元件，其特徵在於：其至少包括半導體層、設置於上述半導體層上之透光性電極及設置於上述透光性電極上之焊墊電極，且上述透光性電極形成有載置上述焊墊電極之凹部，上述凹部底面之透光性電極之厚度大於上述凹部以外之透光性電極之厚度之0%且為70%以下。
- 如請求項1之半導體元件，其中於上述焊墊電極之側面與形成上述透光性電極之凹部之側面之間形成有間隙。
- 如請求項2之半導體元件，其中於上述間隙設有折射率小於上述透光性電極之透光性膜。
- 如請求項2或3之半導體元件，上述焊墊電極之側面自基端周緣向上方傾斜於內側。
- 如請求項4之半導體元件，其中形成上述凹部之側面之一部分由上述焊墊電極覆蓋。
- 如請求項1至5中任一項之半導體元件，其中上述凹部以外之透光性電極之厚度為80 nm以上且300 nm以下。
- 如請求項1至6中任一項之半導體元件，其中上述透光性電極之薄片電阻為40 Ω/□以下。
- 如請求項1至7中任一項之半導體元件，其中上述凹部之底面面積為2700 μm2以上。
- 如請求項1至8中任一項之半導體元件，其中上述焊墊電極為最下層具有包含Cr或含有Cr之合金之層的複數層。
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