JP2004297095A - 化合物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １回のワイヤボンディングで済み、位置合わせの容易な実装が可能で、工数の低減につながるチップを作製すること課題とする。
【解決手段】 基板11の一面上に活性層を形成すべく複数の半導体薄膜層からなる半導体層4を積層形成し、半導体層4の上面に一方の電極33を設ける化合物半導体発光素子の製造方法において、他方の電極33がコンタクトされる第1の半導体薄膜層13を露出するために第1の半導体薄膜層13上の半導体膜を除去して露出領域10を形成し、露出領域10に基板11及び第1の半導体薄膜層13を貫く貫通孔2をレーザ加工により設け、貫通孔2に導電性材料3を設け、導電性材料3と電気的に接続されると共に露出領域10に位置する第1の半導体薄膜層13とオーミックコンタクトするオーミック電極31を形成し、絶縁性基板11の他面に設けた電極33と第1の半導体薄膜層13を貫通孔2に設けた導電性材料3とオーミック電極31を介して電気的に接続する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、青色発光ダイオード、青色レーザダイオード等の化合物半導体発光素子とその製造方法に関わり、特にサファイア等の絶縁性基板上にエピタキシャル成長された窒化物系化合物半導体を備える発光素子の製造方法に関する。

青色発光ダイオード、青色レーザダイオード等に用いる窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長は、窒化物系化合物半導体と格子整合するサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板上に行われるのが一般的である。窒化物系化合物半導体を用いた青色系の半導体素子の基本構造は、例えば、第２３図に示されるような構造になっている。すなわち、サファイア基板２１０上に、例えば、Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦１）からなるバッファ層２２０が設けられ、このバッファ層２２０上に、例えば、シリコン（Ｓｉ）がドープされたｎ型のＧａＮからなるｎ型コンタクト層２３０が形成されている。そして、ｎ型コンタクト層２３０上に、例えば、シリコン（Ｓｉ）がドープされたｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦１）からなるｎ型クラッド層２４０が形成されている。このｎ型クラッド層２４０上に、例えば、Ａｌ_aＩｎ_bＧａ_1-a-bＮ（０≦ａ、０≦ｂ、ａ＋ｂ≦１）組成の多重量子井戸からなる活性層２５０が形成されている。この活性層２５０上に、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Ｙ≦１）からなるｐ型クラッド層２６０が形成され、このｐ型クラッド層２６０上に、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層２７０が形成されている。

そして、ｐ型コンタクト層２７０の表面にｐ型電極２８０が設けられ、積層された半導体層の一部がエッチングされて露出したｎ型コンタクト層２３０の表面にｎ型電極２９０が設けられている。

上記したサファイア基板は絶縁体であるため、導電性基板を備える通常の発光デバイスのように、基板裏面に電極を設け、半導体層表面に設けられたもうひとつの電極とで両極の電極を成し、通電することができない。

このため、上記したように、半導体層の表面から半導体層の一部を取り除き、一方の伝導型半導体層を露出させ、残った半導体層表面に他方の極の電極を形成することで、半導体層表面側に両方の電極を設け通電し、デバイスとして機能させていた。

この構造では両極電極が同一面側に存在するため、遮光される部分の面積が大きく、光取り出し効率が悪い。そして、両極電極が同一面側に存在する所為でどうしても２回のワイヤボンディングが必要であるという問題があった。更に、フェースダウン実装する場合、チップの両極電極が、それに対向する基台の電極の位置と正確に合致しなければならず、この位置合わせが非常に精密で難しいという問題があった。

ところで、サファイア基板側から半導体層とコンタクトを取るためにサファイア基板にコンタクト孔を形成した半導体発光素子が、特許文献１に示されている。この半導体発光素子は、サファイア基板の裏面側に段差が形成され、この段差により薄く形成された基板の肉薄部分に半導体層を露出させるコンタクト孔が反応性イオンエッチングにより設けられている。

確かに、上記明細書に示されている半導体発光素子においては、サファイア基板側から半導体層とのコンタクトを取ることができ、基板側と半導体層側とに電極を分けて配置させることができる。
特開平１０−１７３２３５号公報

しかし、この素子においては、反応性イオンエッチングでコンタクト孔を形成するために、予め基板に段差を形成する必要があり、工程が複雑になると共に、エッチング加工時に基板の割れが発生しやすいなどの問題があった。

そこで、本発明は、光取り出し効率の向上を図ることを課題の１つとする。そして、１回のワイヤボンディングで済み、位置合わせの容易な実装が可能で、工数の低減につながるチップの作製を課題の１つとする。更に、工程数を削減し、基板の割れなどの発生を削減し、歩留まりの良い素子を提供することを課題の１つとしている。

請求項１に記載の発明は、絶縁性基板の一面上に活性層を形成すべく複数の半導体薄膜層からなる半導体層を積層形成し、この半導体層の上面に一方の電極を設ける化合物半導体発光素子の製造方法において、他方の電極がコンタクトされる第1の半導体薄膜層を露出するために第1の半導体薄膜層上の半導体膜を除去して露出領域を形成し、この露出領域に前記絶縁性基板及び第1の半導体薄膜層を貫く貫通孔をレーザ加工により設け、前記貫通孔に電気的パスを形成し、前記電気的パスと電気的に接続されると共に前記露出領域に位置する前記第1の半導体薄膜層とオーミックコンタクトするオーミック電極を形成し、前記絶縁性基板の他面に設けた電極と前記第1の半導体薄膜層を前記貫通孔に形成した電気的パスと前記オーミック電極を介して電気的に接続することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１の構成に加え、前記露出領域に素子を貫く貫通孔をレーザ加工によって設ける際、加工を半導体層の積層側から行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１の構成に加え、前記貫通孔を開けた後、孔内をドライエッチングによって清浄することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１の構成に加え、前記貫通孔を開けた後、孔内を塩素系、フッ素系のガスを用いてドライエッチングによって清浄することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１の構成に加え、前記化合物半導体発光素子が複数形成されたウェハを個々の発光素子に分割する際に、レーザ加工によって溝を形成し、この溝に沿ってウェハを個々の発光素子に分割することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５の構成に加え、記溝加工の後、加工によってダメージを受けた半導体層を塩素系、フッ素系のガスを用いてドライエッチングによって除去することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項５の構成に加え、前記溝加工をレーザ加工によって行う際、加工を絶縁性基板側、または半導体層積層側、または絶縁性基板側、半導体層積層側の両方から行うことを特徴とする。

上記のように、本発明によれば高効率の光取り出しが可能となる。また、素子の静電耐圧向上を図ることができる。

そして第２伝導型半導体層のみで基台との位置合わせを行えばよく、容易で且つ正確な実装が可能とすることができる。

本発明を添付の図面に従ってより詳細に説明する。

まず、第１の実施形態について、第１図及び第２図を参照して説明する。第１図は、この発明の第１の実施形態にかかる化合物半導体発光素子１の裏面側から１個の素子を見た底面図、第２図は、第１図のII-IIに沿って断面した化合物半導体発光素子１の断面図である。

第２図に示すように、素子１は、その上下方向に貫通する孔２を備えていることを特徴としている。この貫通孔２は、レーザ光を照射するレーザ加工によって直径が３０μｍ〜１００μｍの円柱状、または円錐状に形成される。尚、貫通孔２は、表裏の開口部の直径が広く、中央部が窪んだ中すぼみ形状に形成しても良い。

この実施の形態では直径５０μｍの孔２をレーザ加工により形成した。レーザは、半導体層の積層側から照射するのが好ましい。この孔２は、素子の上下方向の電気的な通路（電気的パス）として利用される。電気的パスを形成するために、孔２には、その内部を充填するように、導電性材料３が設けられる。この導電性材料３としては、例えば、導電ペーストを圧入法により充填する。

また、導電性材料３は、メッキなどにより形成することもできる。メッキは、例えば、ニッケル（Ｎｉ）をシードとして孔２の表面に蒸着した後、銅（Ｃｕ）メッキし、孔２の内壁面に導電性材料３を形成すればよい。

更に、内部を充填する場合には、導電性ペースト以外に、溶融半田、あるいは金属のマイクロボールなどを用いることができる。

素子１は、基板１１上に２層以上の半導体薄膜が積層された半導体層４を備えて構成される。基板１１は、絶縁性基板によって構成される。基板１１は、例えばサファイア基板によって構成される。素子１は、基板１１にバッファ層１２を介して、第１の伝導型半導体層と第２の伝導型半導体層が積層された半導体層４が順次形成される。

バッファ層１２と半導体層４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により形成され、例えば、バッファ層１２としては、基板１１上に膜厚３００ｎｍ程度のＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦１）層が形成される。そして、このバッファ層１２上に、例えば、シリコン（Ｓｉ）がドープされた膜厚３μｍ程度のｎ型のＧａＮ層からなるｎ型コンタクト層１３が形成される。そして、ｎ型コンタクト層１３上に、例えば、シリコン（Ｓｉ）がドープされた膜厚３００ｎｍ程度のｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦１）からなるｎ型クラッド層１４が形成される。このｎ型クラッド層１４上に、例えば、Ａｌ_aＩｎ_bＧａ_1-a-bＮ（０≦ａ、０≦ｂ、ａ＋ｂ≦１）組成の多重量子井戸からなる活性層１５が形成されている。この活性層１５上に、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされた膜厚３００ｎｍ程度のｐ型のＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Ｙ≦１）からなるｐ型クラッド層１６が形成され、このｐ型クラッド層１６上に、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされた膜厚５００ｎｍ程度のｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７が形成される。

なお、バッファ層１２を介在させることなく直接半導体層４を基板１１上に形成することもできる。

ｎ型コンタクト層１３（第１の伝導型半導体層）の一部は、その上に積層された半導体層（第２の伝導型半導体層を含む）が除去され、その一部が露出した露出領域１０を有している。半導体層４の除去は、ドライエッチングを含む工程によって行われる。この露出領域１０に、前記貫通孔２を配置している。

半導体層４のダメージを抑えるために、基板１１の半導体層４が形成された面と同じ側からレーザ照射を行うことが望ましい。孔２の形状は上下の直径が同一の円柱状に設定されるが、若干のテーパーが形成される。また、半導体層４からレーザを照射した後、基板１１の側からレーザを照射して貫通孔２を形成することもできる。レーザは、基板１１において光吸収が生じる波長を有するものが選択される。

ここでは、基板１１にサファイア基板を用いるので、波長が５００ｎｍ以下の短波長レーザが用いられる。この実施形態では、固体レーザであるＹＡＧレーザの第３高調波を利用した波長が３５５ｎｍの紫外レーザを用いている。繰り返し周波数（ｆ）３ｋＨｚ、走査速度０．５ｍｍ／秒、デフォーカス（ＤＦ）−８０μｍ、パワー１．８５Ｗで、ｎ電極の中心位置を孔２の中心位置として半導体層４側から１秒程度レーザ照射し、５０μｍの穴を形成した。孔２の直径は、デフォーカス（ＤＦ）、照射時間を制御することで、３０μｍ〜１００μｍの間で形成することができる。

なお、レーザの種類は上記以外に、ＹＡＧレーザの基本波１０６０ｎｍや、第２高調波５３３ｎｍ、更に第４高調波２６６ｎｍを用いることもできる。

上記のように形成された孔２に導電性材料３が充填される。なお、孔２に導電性材料３を充填する前に、レーザ加工により半導体層４に与えたダメージ層をドライエッチングにより除去するとよい。この半導体層に与えたダメージをドライエッチングにより除去する際に用いるエッチングガスとしては、塩素系、フッ素系のガスを用いることができる。

導電性材料３の充填は、例えば、次のように行われる。まず、半導体層４側を下向きにし、基板１１側に導電性材料を充填した所望の大きさの領域をくり抜いた粘着シートのマスクを貼り付ける。マスクのくり抜き部を中心に導電ペーストなどの導電性材料を塗り込む。導電性材料をへらなどで押さえつけ、孔２内に圧入する。孔２内に導電性材料３が圧入され、孔２に導電性材料３を充填すると、マスクである粘着シートを剥がし、２００℃の温度にて、３０分間、硬化炉内で熱処理を施し、導電性材料３を硬化させる。その後、余分な導電性材料を剥離液により除去して、孔２内に導電性材料３の充填作業が終わる。

続いて、必要に応じて、基板１１の裏面をバックラップし、３５０μｍ〜４３０μｍ程度の基板１１の厚みを９５μｍ程度に薄くする。

そして、ｎ型コンタクト層１３には、前記露出領域１０においてオーミックコンタクトをとるための電極３１を形成している。露出領域１０のｎ型オーミック電極３１は、貫通孔２の上縁と接するように配置される。このｎ型コンタクト層１３上に形成されたｎ型オーミック電極３１と導電材料３とが電気的に接続される。貫通孔２に形成される導電材料３をｎ型コンタクト層１３とオーミックコンタクトが可能な材料を用いれば、この電極３１は、前記貫通孔２に配置した導電性材料３と兼ねることもできる。すなわち、貫通孔２に導電性材料３を形成することによって、その材料がｎ型コンタクト層１３とオーミックコンタクトが可能であれば、電極３１の形成は省略することができる。貫通孔２に形成した導電性材料３を電極３１と兼ねることもできる。また、電極３１の形成に用いる金属材料を貫通孔２の導電性材料３に兼用することもできる。

ｐ型コンタクト層１７には、これとオーミックコンタクトをとるための電極３２を形成している。この電極３２は、ｐ型コンタクト層１７の全面を覆うように形成している。この電極３２は、素子１の発する光を反射する反射性の電極としている。

更に、この電極３２をｐ型コンタクト層１７の一部のみを覆うように形成し、この部分で素子１の発する光を反射させ、この部分で反射しなかった光は、この電極３２に対しｐ型コンタクト層１７と反対側に形成されたこの素子１の発する光の波長を反射する部材によって反射させることもできる。電極３２側から光を取り出す場合などにおいては、この電極３２は、素子１の発する光を透過する光透過性の電極とすることもできる。

第１図及び第２図に示すように、基板１１の半導体層４が形成された面とは反対の面（裏面）には、電極３３が形成されている。この電極３３は、前記貫通孔２に配置した導電性材料３と電気的に接続される。この電極３３は、前記貫通孔２に配置した電極材料と兼ねることもできる。この電極３３は所定厚さのパッド電極３４を兼ねている。この実施形態では、第１図に示すように、前記貫通孔２を覆うように、パッド電極３４を配置しているが、貫通孔２と離れた位置にパッド電極３４を配置することもできる。パッド電極３４は、ワイヤボンド接続に利用される。パッド電極３４は、露出領域１０と平面的に重なる位置に配置しているが、例えば、後述する第１９図に示すものと同様に、露出領域１０と平面的に重なる位置を避けて配置することもできる。

このような素子１は、ウェハ（図示せず）として直径が２インチ程度の基板上に複数形成された後、そのウェハを基盤の目状に分離することにより、個々の素子とされる。ウェハを分割する際には、前記貫通孔２の形成に用いたレーザ光を利用して素子分離用の溝を形成することができる。分離用の溝は、基板１１の半導体層４が形成された側と反対側の面、或いは基板１１の半導体層４が形成された面、或いは基板１１の半導体層４が形成された側と反対側の面及び基板１１の半導体層４が形成された面の両方に形成することができる。

分離用溝の深さは、基板１１の半導体層４が形成された側と反対側の面に形成する場合は、基板１１の裏側から活性層１５の手前までの深さに設定される。この実施形態では、基板１１の一部が残るように、基板１１の厚さよりも若干短い長さに設定される。基板１１の半導体層４が形成された面に溝を形成する場合でも、分離用溝の深さは、基板１１の厚さの２０〜７０％に設定するのが好ましい。更に、レーザ加工で生じたダメージ層を、ドライエッチングによって取り除くことが望ましい。このドライエッチングに使用するエッチングガスとしては、塩素系、フッ素系ガスが適している。

第３図は、前記発光素子１を備える発光装置を示している。発光素子１は、基板１１が上に位置するように上下反転され、第１のリード電極１００上に配置される。素子１の電極３２が導電材料１０１によって第１のリード電極１００に電気的に接続される。導電材料１０１の真上に第１のリード電極１００が接着するよう注意を要するのみで、微細な位置合わせは不要である。導電材料１０１が電極３１やｎ型コンタクト層１３に接することを防止するために、これらの上を絶縁材料１０２によって被覆しておくことが望ましい。この被覆のための絶縁材料１０２は、前記露出領域１０を覆うように予め素子１に配置しておくのが望ましい。基板１１側のパッド電極３４と第２のリード電極１０３が金線１０４などのワイヤボンド線によって電気的に接続される。

第１、第２のリード電極１００、１０３間に所定の電圧または電流を供給すると、第１リード電極１００、導電材料１０１、電極３２、半導体層４、電極３１、導電性材料３、電極３３（３４）、ワイヤボンド線１０４、第２リード電極１０３の経路が形成され、活性層１５から光が取り出される。ここで、発光素子１をＬＥＤ表示器に利用する場合は、光り取り出し効率を高めるために、素子１や電極１００、１０３を樹脂によってモールドすることが望ましい。

両電極を基板の一方の側に配置する従来例に比べて、基板１１の一方と他方に電極をそれぞれ配置することができるので、電極による遮光を抑制して光り取り出し効率を高めることができる。また、ワイヤボンドも１個所で済み、組立作業性を高めることができる。そしてｐ型の電極３２のみで基台との位置合わせを行えばよく、容易で且つ正確な実装を可能とすることができる。

次に、第２の実施形態について、第４図及び第５図を参照して説明する。第４図は素子１の底面図で、第１図と対応する。第５図は、第４図のＶ−Ｖに沿った断面図で、第２図と対応する。第１図及び第２図に示す第１の実施形態と同一構成要素には、同一の符号を付し、説明の重複を避けるために、ここではその説明を省略し、相違点を中心に説明する。

素子１は、その上下方向に延びるｎ型コンタクト層１３に達し、ｎ型コンタクト層１３を貫通しない縦穴２０を備えていることを特徴としている。この縦穴２０は、レーザ光を照射するレーザ加工によって直径３０μｍ〜１００μｍの円柱状、または円錐状に形成される。尚、縦穴２０は、開口部並びに底部の直径が広く、中央部が窪んだ中すぼみ形状に形成しても良い。

この実施の形態では直径５０μｍの縦穴２０をレーザ加工により形成した。この縦穴２０は、素子の上下方向の電気的な通路（電気的パス）として利用される。電気的パスを形成するために、縦穴２０には、その内面を覆うように金属薄膜などの導電性材料３０が形成される。導電性材料３０は、細部に形成が容易なメッキよって形成するのが好ましいが、穴の外径が大きい場合やテーパー面が形成されている場合などには、金属の蒸着によって形成することもできる。縦穴２０は、その内部を金属材料などの導電性材料によって充填することもできる。

導電性材料３０をメッキで形成する場合には、例えば、縦穴２０の内壁に膜厚２０ｎｍ程度のチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等のｎ型コンタクト層１３とオーミックコンタクトがとれる積層膜を蒸着により形成し、その後、銅（Ｃｕ）をメッキして、縦穴２０の内壁面にメッキ層からなる導電性材料３０を形成する。尚、この導電性材料３０は、ｎ型コンタクト層１３とオーミックコンタクトが可能な材料だけで形成しても良く、また、オーミックコンタクトが可能な材料でｎ型コンタクト層１３と接触する膜を縦穴２０内に形成し、その上に、メッキ、導電性ペースト等を設けて導電性材料３０を形成しても良い。

また、金属を充填する場合は、導電性ペースト、溶蝕半田、あるいは金属のマイクロボールなどを用いることができる。

ｎ型コンタクト層１３は、第１の実施形態においては、その上に位置する半導体層４の一部が除去され、その一部が露出して露出領域が形成されていた。しかし、この実施形態では、ｎ型コンタクト層１３とコンタクトを取る領域において、ｎ型コンタクト層１３とその上に位置するｐ型コンタクト層１７を含む半導体層が同一平面形状に形成されているので、従来の露出領域が形成されていない。

縦穴２０は、レーザ照射して穴開け加工を施すことによって形成される。レーザ照射は、半導体層４へのダメージを抑えるために、基板１１の半導体層４が形成された面（表面）とは反対の面（裏面）側から行われる。縦穴２０の形状は上下の直径が同一の円柱状に設定されるが、若干のテーパーが形成される。この実施形態では、レーザ照射する前に、例えば、基板１１の裏面をバックラップし、３５０μｍ〜４３０μｍ程度の基板１１の厚みを４５μｍ程度に薄くする。そして、開口部の直径が５０μｍ、底部が４０μｍのすり鉢状の縦穴２０を形成した。

レーザは、第１の実施形態と同様に、基板１１において光吸収が生じる波長を有するものが選択される。ここでは、基板１１にサファイア基板を用いるので、波長が５００ｎｍ以下の短波長レーザが用いられる。この第２の実施形態も第１の実施形態と同様に、固体レーザであるＹＡＧレーザの第３高調波を利用した波長が３５５ｎｍの紫外レーザを用いている。また、ＹＡＧレーザの基本波、１０６０ｎｍや、第２高調波５３３ｎｍ、更に第４高調波２６６ｎｍを用いることもできる。

レーザ光は、その強度分布としてガウシアン分布のビームプロファイルを持つものが利用される。縦穴２０は、その先端がｎ型コンタクト層１３内に達する範囲で形成される。更に、縦穴２０は、その先端がクラッド層１４には達しない範囲で形成される。

ｎ型コンタクト層１３に接続された導電性材料３０は、上述したように、ｎ型コンタクト層１３とオーミックコンタクトをとるに適した金属薄膜が用いられる。ｐ型コンタクト層１７には、これとオーミックコンタクトをとるための電極３２を形成している。この電極３２は、ｐ型コンタクト層１７の全面を覆うように形成している。この電極３２は、ｐ型コンタクト層１７の一部のみを覆うように形成することもできる。この電極３２は、素子１の発する光を反射する反射性の電極としている。

電極３２側から光を取り出す場合などにおいては、この電極３２は、素子１の発する光を透過する光透過性の電極とすることもできる。この電極３２は、それ自体が透光性である以外に、遮光性の導電性材料を櫛歯状あるいはメッシュ状に形成することによって、光透過性構造を有する電極とすることもできる。この第２の実施形態においては、ｎ型電極上の半導体層４を除去していないので、電極１２側から光を取り出す場合には、光の出射面積を広くすることができる。

更に、この電極は、電極３２の側から光を取り出さない場合、この部分通過した光を、この電極３２に対しｐ型コンタクト層１７と反対側に形成されたこの素子の発する光の波長を反射する部材によって反射させることもできる。

第４図及び第５図に示すように、基板１１の半導体層４が形成された面とは反対の面には、電極３３ａが形成されている。この電極３３ａは、前記縦穴２０に配置した導電性材料３０ａと電気的に接続される。この電極３３ａは、前記縦穴２０に配置した導電性材料３０と兼ねることもできる。この電極３３ａは所定厚さのパッド電極３４ａを兼ねている。この第２の実施形態では、第４図に示すように、前記縦穴２０を塞ぐように、パッド電極３４ａを配置し、遮光領域の削減を図っているが、後述する第１９図に示すものと同様に、縦穴２０と離れた位置にパッド電極３４ａを配置することもできる。パッド電極３４ａの面積は、縦穴２０の入口の面積よりも大きく設定されている。パッド電極３４ａは、ワイヤボンド接続に利用される。

第４図に示すように、この第２の実施形態では、パッド電極３４ａ及び縦穴２０は、基板１１の１つの角に位置するようにして配置しているが、第６図、第７図に示すように、平面的に見て基板１１の１つの辺の中央近傍や基板の中心部に配置することもできる。縦穴２０は、基板１１の外側縁１１ａから一定の距離を保って外側縁１１ａよりも内側に配置している。

このような素子１は、上記したように、ウェハ（図示せず）として直径が２インチ程度の基板上に複数形成された後、そのウェハを基盤の目状に分離することにより、個々の素子とされる。ウェハを分割する際には、前記縦穴２０の形成に用いたレーザ光を利用して素子分離用の溝を形成することができる。分離用の溝は、基板１１の半導体層４が形成された側と反対側の面、或いは基板１１の半導体層４が形成された面、或いは基板１１の半導体層４が形成された側と反対側の面及び基板１１の半導体層４が形成された面の両方に形成することができる。分離用溝の深さは、基板１１の半導体層４が形成された側と反対側の面に形成する場合は、基板１１の裏側から活性層１５の手前までの深さに設定される。この実施形態では基板１１の一部が残るように、基板１１の厚さよりも若干短い長さに設定される。基板１１の半導体層４が形成された面に溝を形成する場合でも、分離用溝の深さは、基板１１の厚さの２０〜７０％に設定するのが好ましい。更に、レーザ加工で生じたダメージ層を、ドライエッチングによって取り除くことが望ましい。

基板１１の裏面に、分離用溝と同様にして、ウェハの縦と横方向に基盤の目状に長溝を形成し、この長溝を介して、ｎ型コンタクト層１３とのコンタクトをとる構造の場合は、ウェハの分割に際して、長溝から素子の分離が始まることによる素子の形状異常が発生する可能性が高い。

しかしながら、上記実施形態のように、素子分離用溝とは形態が相違する縦穴２０を形成したので、素子分離がこの縦穴２０から始まることに起因して発生する素子形状の異常を未然に防止することができる。

第８図は、前記発光素子１を備える発光装置を示している。発光素子１は、基板１１を光取出面とするために、基板１１が上に位置するように上下反転され、第１のリード電極１００上に配置される。素子１の電極３２は導電性材料１０１によって第１のリード電極１００に電気的に接続される。基板１１側のパッド電極３４ａと第２のリード電極１０３は金線１０４などのワイヤボンド線よって電気的に接続される。

第２のリード電極１００、１０３間に所定の電圧または電流を供給すると、第１リード電極１００、導電材料１０１、電極３２、半導体層４、導電性材料３０ａ、電極３３ａ（３４ａ）、ワイヤボンド線１０４、第２リード電極１０３の経路が形成され、活性層１５から光が取り出される。したがって、電流経路に電界が集中する個所が少ない構造となり、静電耐圧を高めることができる。

活性層１５から出力される光は、基板１１を透過して素子１の外に取り出される。ここで、発光素子１をＬＥＤ表示器に利用する場合は、光取り出し効率を高めるために、素子１や電極１００、１０３を樹脂によってモールドすることが望ましい。

両電極を基板の一方の側に配置する従来例に比べて、基板の一方と他方に電極をそれぞれ配置することができるので、電極による遮光を抑制して光取り出し効率を高めることができる。また、ワイヤボンドも１個所で済み、組立作業性を高めることができる。

次に、第３の実施形態について、第９図、第１０図を参照して説明する。第９図は、素子１の底面図で第４図と対応する。第１０図は、第９図のＸ−Ｘに沿った断面図で、第５図と対応する。上記した第１及び第２の実施形態と同一構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、相違点を中心に説明する。

この第３の実施形態は、第２の実施形態に溝３５とそこに配置した導電性材料３６を追加した点に特徴が有る。すなわち、基板１１の裏面に半導体素子１を貫通しない溝３５を追加した。この溝３５の先端は、ｎ型コンタクト層１３に接している。

溝３５は、前記縦穴２０と同様に、レーザ照射して形成される。溝３５は、縦穴２０と連絡され互いに繋がっている。溝３５は、基板１１の外側縁１１ａから露出しないように、基板１１の外側縁１１ａと一定の距離を保って外側縁１１ａの内側に形成している。溝３５は、基板１１の外側形状に沿うような平面ロ字型に形成している。溝３５が基板１１の外側縁と交差しない形状で、溝３５の外側に基板が額縁状に連続する形状であるので、溝３５が素子分離に与える悪影響を抑制することができる。

溝３５の内面には、導電性材料３６が形成されている。この導電性材料３６は、前記縦穴２０に形成した電気的パス形成用の導電性材料３０と同じ材料で同時に形成しているが、同種の材料で、個別に形成することもできる。この導電性材料３６は、ｎ型コンタクト層１３にオーミックコンタクトして電気的に接続している。したがって、第２の実施形態に比べて、ｎ型コンタクト層１３と電極３３ａとの電気的な接続面積を広く確保することができる。導電性材料３６は、ｎ型コンタクト層１３にオーミックコンタクトする金属を極薄く形成することにより、活性層１５の光を透過する透光性とすることもできる。導電性材料３０も、ｎ型コンタクト層１３にオーミックコンタクトする金属を極薄く形成することにより、活性層１５の光を透過する透光性とすることができる。導電性材料３６あるいは導電性材料３０の全部あるいは一部を透光性とすることにより、遮光性の場合に比べて光り取り出し効率を格段に高めることができる。この発光素子も、先の実施形態と同様に、第８図に示すような発光装置に組み込まれて利用される。

次に、第４の実施形態について、第１１図及び第１２図を参照して説明する。第１１図は素子１の底面図で、第１図と対応する。第１２図は、第１１図のＸ−Ｘに沿った断面図で、第２図と対応する。第１図、第２図に示す実施形態と同一構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、相違点を中心に説明する。

第１の実施形態に溝３５とそこに配置した電極材料３６を追加した点に特徴が有る。すなわち、基板１１の裏面に半導体素子１を貫通しない溝３５を追加した。この溝３５の先端は、ｎ型コンタクト層１３に接している。

溝３５は、前記貫通孔２と同様に、レーザ照射して形成される。溝３５は、貫通孔２と連絡され互いに繋がっている。溝３５は、基板１１の外側縁１１ａから露出しないように、基板１１の外側縁１１ａよりも内側に形成している。また、貫通孔２内には、内壁面に導電材料３ａが形成されている。

そして、第３の実施形態と同様に、溝３５は、基板１１の外側形状に沿うような平面ロ字型に形成している。溝３５の内面には、前記貫通孔２の内壁面に形成した電気的パス形成用の導電性材料３ａと同じもしくは同種の電極材料３６が形成されている。この電極材料３６は、ｎ型コンタクト層１３にオーミックコンタクトして電気的に接続している。したがって、第１の実施形態に比べて、ｎ型コンタクト層１３と電極３３との電気的な接続面積を広く確保することができる。

次に、第５の実施形態について、第１３図及び第１４図を参照して説明する。第１３図は素子１の底面図で、第１図と対応する。第１４図は、第１３図のＸ−Ｘに沿った断面図で、第２図と対応する。第１図、第２図に示す実施形態と同一構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、相違点を中心に説明する。

第１の実施形態に縦穴３７と、その中に配置した電極材料３８と、この電極材料３８を基板１１裏面で接続する電極３９を追加した点に特徴がある。すなわち、基板１１の裏面に半導体素子１を貫通しない縦穴３７を複数追加形成した。この縦穴３７の先端は、ｎ型コンタクト層１３に接している。縦穴３７は、前記貫通孔２と同様に、レーザ照射して形成される。縦穴３７は、貫通孔２と連絡されないで独立して形成される。縦穴３７は、基板１１の外側縁１１ａからはみ出さないように、基板１１の外側縁１１ａよりも内側に形成している。縦穴３７は、基板１１の角に対応して貫通孔２を除く３つの角に近接して形成している。前記貫通孔２の内壁には導電性材料３ｂが形成されている。そして、縦穴３７の内面には、前記貫通孔２に形成した導電性材料３ｂと同じもしくは同種の電極材料３８が形成されている。この電極材料３８は、ｎ型コンタクト層１３にオーミックコンタクトして電気的に接続している。

貫通孔２の導電性材料３ｂと縦穴３７の電極材料３８を接続する電極３９は、電極３３を形成する時に同時に形成される。電極３９によって、導電性材料３ｂと電極材料３８は基板１１の裏側にて相互に接続される。縦穴３７の電極材料３８は、パッド電極３４を形成する電極３３の材料によっても相互に接続している。したがって、第１の実施形態に比べて、ｎ型コンタクト層１３と電極３３の間の電気的な接続面積を広く確保することができる。また、第４の実施形態に比べて、縦穴３７内の電極によって遮光される面積を少なくすることができる。

上記各実施形態において、電極３２を光透過性の薄い電極とする場合、あるいはワイヤボンド用の電極が必要な場合などにおいては、図１４に示すように、電極３２上に、所定の厚さのパッド電極４０を別途形成しても良い。

また、第１５図、第１６図の第６の実施形態に示すように、ｐ型コンタクト層１７、ｐ型クラッド層１６、活性層１５、ｎ型クラッド層１４の周囲をｎ型コンタクト層１３が露出するまでエッチングしてメサを形成し、露出したｎ型コンタクト層部に電極を貫通孔２と電気接続するように作製することで、半導体内部での電流分布を広げ、ｐｎ接合面の一部に電流の集中が起こらなくなるため、その結果静電耐圧を向上させることができる。

次に、第７の実施形態について、第１７図及び第１８図を参照して説明する。第１７図は、素子１の底面図で第４図と対応する。第１８図は、第１７図のＸ−Ｘに沿った断面図で、第５図と対応する。上記各実施形態と同一構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、相違点を中心に説明する。

第２の実施形態に縦穴３７ａと、その中に配置した導電性材料３８ａと、この導電性材料３８ａを基板１１裏面で接続する電極３９ａを追加した点に特徴がある。すなわち、基板１１の裏面に半導体素子１を貫通しない縦穴３７ａを複数追加形成した。この縦穴３７ａの先端は、ｎ型コンタクト層１３に接している。縦穴３７ａは、前記縦穴２０と同様に、レーザ照射して形成される。縦穴３７ａは、縦穴２０と連絡されないで独立して形成される。縦穴３７ａは、基板１１の外側縁１１ａからはみ出さない様に、基板１１の外側縁１１ａよりも内側に形成している。縦穴３７ａは、基板１１の角に対応して縦穴２０の近傍を除く３つの角に近接して形成している。縦穴３７ａの内面には、前記縦穴２０に形成した導電性材料３１ａと同じ、もしくは同種の導電性材料３８ｂが形成されている。この導電性材料３８ｂは、ｎ型コンタクト層１３にオーミックコンタクトして電気的に接続している。

縦穴２０の導電性材料３１ａと縦穴３７ａの導電性材料３８ｂを接続する電極３３ａと電極３９ａは、両材料３３ａ、３９ａを同時に形成することによって形成される。電極３９ａによって、導電性材料３１ａと導電性材料３８ｂは基板１１の裏側にて相互に接続される。縦穴２０の導電性材料３１ａと縦穴３７ａの導電性材料３８ｂは、パッド電極３４を形成する電極３３ａの材料によっても相互に接続している。電極３９ａを透光性とする場合には、電極３３ａによる遮光を防ぐために、電極３９ａ上の電極３３ａはパッド電極３４を残して除去するのが好ましい。したがって、第２の実施形態に比べて、ｎ型コンタクト層１３と電極３３ａの間の電気的な接続面積を広く確保することができる。また、第３の実施形態に比べて、縦穴２０内の材料によって遮光される面積を少なくすることができる。この発光素子も、先の実施形態と同様に、第８図に示すように、基板１１が上側になるような配置によって発光装置に組み込まれて利用される。

上記各実施形態において、電極３２を光透過性の電極とする場合、あるいはワイヤボンド用の電極が必要な場合などにおいては、第１８図に示すように、電極３２上に、所定の厚さのパッド電極４０を別途形成しても良い。このようにすれば、第１８図に示す素子１をそのままの形態、すなわち基板１１の半導体層４が形成された面を光り取り出し面として、第８図に示す発光装置に組み込むことができる。そして、基板１１側の電極３３を第１のリード電極１００に接続し、反対側の電極４０を第２のリード電極１０３にワイヤボンド接続することができる。

次に、第８の実施形態について、第１９図、第２０図を参照して説明する。図１９は素子１の底面図で第４図と対応する。図２０は、図１９のＸ−Ｘに沿った断面図で、図１と対応する。上記各実施形態と同一構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、相違点を中心に説明する。

第２の実施形態の縦穴２０の断面形状を深さ方向に先細りの形状とした点と、導電性材料３１ａに接続したパッド電極３４ｂを縦穴２０ａと離して配置した点に特徴がある。すなわち、縦穴２０ａの形状を円筒状から円錐台形に変更した。このような縦穴２０ａは、例えば、レーザビーム加工する際の、レーザ光の強度分布をガウシアン分布のビームプロファイルからそのピーク部分をカットした形態をとる分布のもの（シェイプドビームのビームプロファイル）に変更することによって形成することができる。

縦穴２０ａが上記の形状であるので、基板１１の裏側から導電性材料３０ａを蒸着やスパッタ等によって形成するに際して、縦穴２０ａの内面に所定の厚さの導電性材料を形成するのが容易になる。また、縦穴２０ａの傾斜した面を光反射面として利用することができる。この発光素子も、先の実施形態と同様に、第２１図に示すように基板１１が上側になるような配置によって発光装置に組み込まれて利用される。

縦穴２０ａを基板の中央に配置し、パッド電極３４ｂをその横の辺の中央部に隣接して配置したが、第２２図に示すような配置に変更することもできる。同図（ａ）は、縦穴２０ａを基板の中央に配置し、パッド電極３４ａを基板１１の角に配置した例を示す。同図（ｂ）は、縦穴２０ａを基板１１の対角線方向の一方の角に配置し、パッド電極３４ｂを基板１１の対角線方向の他方の角に配置した例を示す。同図（ｃ）は、縦穴２０ａを基板１１の１つの辺の中央部に隣接して配置し、パッド電極３４ｂを基板１１の１つの角に配置した例を示す。同図（ｄ）は、縦穴２０ａを基板１１の対角線方向の両方の角に配置し、パッド電極３４ｂを基板３４ａの別の対角線方向の一方の角に配置した例を示す。

この発光素子も、先の実施形態と同様に、第２１図に示すように基板１１が上側になるような配置によって発光装置に組み込まれて利用される。

本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を外れない範囲で種々の変更を行うことができる。例えば、基板１１として絶縁基板以外に半導体基板を用いる場合にも適用することができる。

以上のように、本発明の化合物半導体発光素子は、青色発光ダイオード、青色レーザダイオードなどに適している。

この発明の第１の実施形態にかかる化合物半導体発光素子１の裏面側から１個の素子を見た底面図である。 第１図のII-IIに沿って断面した化合物半導体発光素子１の断面図である。 本発明の第１の実施形態にかかる化合物半導体発光素子を有する表示器の断面図である。 この発明の第２の実施形態にかかる化合物半導体発光素子１の裏面側から１個の素子を見た底面図である。 第４図のＶ-Ｖに沿って断面した化合物半導体発光素子１の断面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例を示す素子の底面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例を示す素子の底面図である。 本発明の第２の実施形態にかかる化合物半導体発光素子を有する表示器の断面図である。 この発明の第３の実施形態にかかる化合物半導体発光素子１の裏面側から１個の素子を見た底面図である。 第９図のＸ-Ｘに沿って断面した化合物半導体発光素子１の断面図である。 この発明の第４の実施形態にかかる化合物半導体発光素子１の裏面側から１個の素子を見た底面図である。 第１１図のＸ-Ｘに沿って断面した化合物半導体発光素子１の断面図である。 この発明の第５の実施形態にかかる化合物半導体発光素子１の裏面側から１個の素子を見た底面図である。 第１３図のＸ-Ｘに沿って断面した化合物半導体発光素子１の断面図である。 本発明の第６の実施形態の変形例を示す素子の平面図である。 本発明の第６実施形態の変形例を示す素子の平面図である。 この発明の第７の実施形態にかかる化合物半導体発光素子１の裏面側から１個の素子を見た底面図である。 第１７図のＸ-Ｘに沿って断面した化合物半導体発光素子１の断面図である。 この発明の第８の実施形態にかかる化合物半導体発光素子１の裏面側から１個の素子を見た底面図である。 第１９図のＸ-Ｘに沿って断面した化合物半導体発光素子１の断面図である。 本発明の第８の実施形態にかかる化合物半導体発光素子を有する表示器の断面図である。 本発明の第８の実施形態の変形例を示す素子の底面図である。 従来例の素子の斜視図である。

符号の説明

１ 化合物半導体素子
２ 貫通孔
３ 導電性材料
４ 半導体層
１１ 基板
１２ バッファ層
１３ ｎ型コンタクト層
１７ ｐ型コンタクト層
３１ ｎ型オーミック電極
３２ 電極

Claims (7)

1. 絶縁性基板の一面上に活性層を形成すべく複数の半導体薄膜層からなる半導体層を積層形成し、この半導体層の上面に一方の電極を設ける化合物半導体発光素子の製造方法において、他方の電極がコンタクトされる第1の半導体薄膜層を露出するために第1の半導体薄膜層上の半導体膜を除去して露出領域を形成し、この露出領域に前記絶縁性基板及び第1の半導体薄膜層を貫く貫通孔をレーザ加工により設け、前記貫通孔に電気的パスを形成し、前記電気的パスと電気的に接続されると共に前記露出領域に位置する前記第1の半導体薄膜層とオーミックコンタクトするオーミック電極を形成し、前記絶縁性基板の他面に設けた電極と前記第1の半導体薄膜層を前記貫通孔に形成した電気的パスと前記オーミック電極を介して電気的に接続することを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。
2. 前記露出領域に素子を貫く貫通孔をレーザ加工によって設ける際、加工を半導体層の積層側から行うことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
3. 前記貫通孔を開けた後、孔内をドライエッチングによって清浄することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
4. 前記貫通孔を開けた後、孔内を塩素系、フッ素系のガスを用いてドライエッチングによって清浄することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
5. 前記化合物半導体発光素子が複数形成されたウェハを個々の発光素子に分割する際に、レーザ加工によって溝を形成し、この溝に沿ってウェハを個々の発光素子に分割することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
6. 前記溝加工の後、加工によってダメージを受けた半導体層を塩素系、フッ素系のガスを用いてドライエッチングによって除去することを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
7. 前記溝加工をレーザ加工によって行う際、加工を絶縁性基板側、または半導体層積層側、または絶縁性基板側、半導体層積層側の両方から行うことを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
   

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