JP6428890B2 - Manufacturing method of semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、金属からなる全面電極を有する半導体発光素子の製造技術に関する。 The present invention relates to a technique for manufacturing a semiconductor light emitting device having a full-surface electrode made of metal.
半導体発光素子を実装基板に実装する方法の1つとして、フリップチップ型の実装方法がある。フリップチップ型実装に用いられる半導体発光素子は、サファイアなどの基板上に形成されたn型半導体層及びp型半導体層と、そのn型半導体層及びp型半導体層にそれぞれ接続され、基板上の同一平面側に形成されたp側電極及びn側電極と、を有している。そして、p型半導体層及びn型半導体層を下側にし、p側電極及びn側電極を実装基板上の配線用電極に対向させて実装する。
このとき、半導体発光素子からの光取り出し面は、半導体層が積層された面と反対側である基板側となる。このため、半導体層側には、基板側に光を反射するための反射部材を備えることとなる。
One method for mounting a semiconductor light emitting element on a mounting substrate is a flip chip mounting method. A semiconductor light emitting device used for flip chip mounting is connected to an n type semiconductor layer and a p type semiconductor layer formed on a substrate such as sapphire, and the n type semiconductor layer and the p type semiconductor layer, respectively. A p-side electrode and an n-side electrode formed on the same plane side. Then, the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are disposed on the lower side, and the p-side electrode and the n-side electrode are opposed to the wiring electrode on the mounting substrate.
At this time, the light extraction surface from the semiconductor light emitting element is the substrate side opposite to the surface on which the semiconductor layers are stacked. For this reason, the semiconductor layer side is provided with a reflecting member for reflecting light to the substrate side.
例えば、特許文献1乃至特許文献3には、サファイア基板上にn型半導体層及びp型半導体層をこの順で積層し、p型半導体層の上面の略全面にAg又はAgの合金からなり、特に可視光に対して良好な反射性を有する金属反射膜を形成したフリップチップ型実装をする半導体発光素子が記載されている。また、これらの特許文献に記載された半導体発光素子では、金属反射膜に含有するAgのマイグレーションを防止するために、金属反射膜を被覆する金属膜が設けられ、更に、この金属膜上にp側パッド電極が設けられている。
また、特許文献2及び特許文献3に記載の半導体発光素子は、パッド電極の外部との接続部を除き、前記金属膜を含めて酸化物や窒化物からなる絶縁膜で被覆されている。
For example, in
In addition, the semiconductor light emitting devices described in
酸化物などからなる絶縁膜と金属膜とは、必ずしも良好な密着性が得られるものではなく、絶縁膜が金属膜から剥離したり、接合部に隙間が生じたりする懸念がある。絶縁膜が金属膜から剥離したり隙間が生じたりすると、金属膜が大気中の水分や酸素などに晒されて劣化する。その結果、金属膜のAgのマイグレーション防止機能が低下すると、Agのマイグレーションが発生し、半導体発光素子としての機能が損なわれることとなる。 An insulating film made of an oxide or the like and a metal film do not necessarily provide good adhesion, and there is a concern that the insulating film may be peeled off from the metal film or a gap may be formed at the joint. When the insulating film is peeled off from the metal film or a gap is formed, the metal film is exposed to moisture or oxygen in the atmosphere and deteriorates. As a result, when the Ag migration preventing function of the metal film is lowered, Ag migration occurs, and the function as a semiconductor light emitting element is impaired.
また、前記したマイグレーションを防止するための金属膜は、Agに対するバリア性や反射膜との密着性を考慮して構成される。例えば、特許文献2及び特許文献3に記載の半導体発光素子では、反射膜と接するマイグレーション防止用の金属膜の最下層にNi,Pt,Tiを用いている。しかしながら、これらの金属は特に可視光に対する反射率が比較的低いため、反射膜の外縁で当該金属膜と半導体層とが接する面において光を十分に反射できず、光の取り出し効率に影響があった。
Further, the metal film for preventing the migration described above is configured in consideration of the barrier property against Ag and the adhesiveness with the reflective film. For example, in the semiconductor light emitting devices described in
本発明は、かかる問題に鑑みて創案されたものであり、Agを含有する反射膜と、当該反射膜に含有されるAgのマイグレーションを防止する金属膜とを備えた半導体発光素子において、マイグレーション防止効果を良好に維持するとともに、光の取り出し効率が向上する半導体発光素子の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention was devised in view of such problems, and in a semiconductor light-emitting device including a reflective film containing Ag and a metal film that prevents migration of Ag contained in the reflective film, the present invention prevents migration. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor light emitting device that maintains good effects and improves light extraction efficiency.
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、n型半導体層とp型半導体層とを積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、前記p型半導体層の上面に、Ag又はAgを主成分とする合金となるように第1金属膜を形成する第1金属膜形成工程と、Al又はAlを主成分とする合金を用いて、前記第1金属膜の表面を被覆するように第2金属膜を形成する第2金属膜形成工程と、前記第2金属膜の表面を被覆し、前記第2金属膜を構成する金属材料の酸化物を少なくとも含有する金属酸化膜を形成する金属酸化膜形成工程と、エッチングによって、前記第2金属膜の表面の一部を前記金属酸化膜から露出させるように前記第2金属膜に凹部を形成する第2金属膜露出工程と、前記第2金属膜の前記凹部上に、第3金属膜を形成する第3金属膜形成工程と、が順次に行われる手順とした。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a semiconductor stacked body forming step of forming a semiconductor stacked body by stacking an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, and an upper surface of the p-type semiconductor layer. A first metal film forming step of forming a first metal film so as to be Ag or an alloy containing Ag as a main component, and covering the surface of the first metal film using Al or an alloy containing Al as a main component A second metal film forming step of forming the second metal film, and a metal oxide film covering at least the surface of the second metal film and containing at least an oxide of a metal material constituting the second metal film A metal oxide film forming step to be formed; and a second metal film exposing step of forming a recess in the second metal film so that a part of the surface of the second metal film is exposed from the metal oxide film by etching; A third metal film is formed on the recess of the second metal film. A third metal film forming step of forming, but was the procedure performed sequentially.
なお、本発明に係る半導体発光装置の製造方法により製造された半導体発光装置では、反射膜である第1金属膜に含有されるAgのマイグレーションを防止する第2金属膜を、当該第2金属膜を構成する金属材料の酸化物を含有する金属酸化膜と酸化物からなる絶縁膜とで被覆することで第2金属膜の劣化を防止し、その結果として第2金属膜によるマイグレーション防止効果の低下を防止することができる。また、第2金属膜としてAl又はAlを主成分とする金属材料を用いることにより第2金属膜と半導体層とが接する面での反射率が向上するため、半導体発光素子の光取り出し効率が向上する。 In the semiconductor light emitting device manufactured by the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the second metal film that prevents migration of Ag contained in the first metal film that is the reflective film is used as the second metal film. The second metal film is prevented from being deteriorated by covering with a metal oxide film containing an oxide of a metal material constituting the metal and an insulating film made of oxide, and as a result, the migration preventing effect of the second metal film is reduced. Can be prevented. Moreover, since the reflectance at the surface where the second metal film and the semiconductor layer are in contact with each other is improved by using Al or a metal material containing Al as a main component as the second metal film, the light extraction efficiency of the semiconductor light emitting device is improved. To do.
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、前記した効果を有する半導体発光素子を製造することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, a semiconductor light emitting device having the above-described effects can be manufactured.
以下、本発明の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
Hereinafter, a semiconductor light emitting device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the drawings referred to in the following description schematically show the present invention, and therefore the scale, spacing, positional relationship, etc. of each member are exaggerated, or some of the members are not shown. There is a case. In addition, the scale and interval of each member may not match in the plan view and the cross-sectional view thereof. Moreover, in the following description, the same name and the code | symbol are showing the same or the same member in principle, and suppose that detailed description is abbreviate | omitted suitably.
<第1実施形態>
[半導体発光素子の構成]
本発明の第1実施形態に係る半導体発光素子の構成を、図1A乃至図1Fを参照して説明する。なお、図1Fは、図1Aの位置A1−A2−A3−A4を結ぶ線における断面図である。また、図1Fは、半導体発光素子の内部構造を分かり易くするために、各部材の幅や配置間隔を適宜に拡大又は縮小して示している。また、図1Fに示した位置A1〜位置A4は、それぞれ図1Aにおける位置A1〜位置A4に対応している。
第1実施形態に係る半導体発光素子1はフリップチップ型の実装をするLED(発光ダイオード)である。図1A乃至図1Fに示すように、第1実施形態に係る半導体発光素子1は、基板2と、基板2上に積層された半導体積層体3と、n側電極4nと、全面電極41、カバー電極42、金属酸化膜43及びp側電極4pと、絶縁膜6と、を備えている。フリップチップ型実装に適するように、本例では、n側電極4n及びp側電極4pは、何れも基板2の半導体積層体3が設けられた側の面に設けられている。
<First Embodiment>
[Configuration of Semiconductor Light Emitting Element]
The configuration of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1F. 1F is a cross-sectional view taken along a line connecting positions A1-A2-A3-A4 in FIG. 1A. In addition, FIG. 1F shows the width and arrangement interval of each member appropriately enlarged or reduced for easy understanding of the internal structure of the semiconductor light emitting element. Further, the positions A1 to A4 shown in FIG. 1F correspond to the positions A1 to A4 in FIG. 1A, respectively.
The semiconductor
なお、図1Aにおいて、絶縁膜6及び金属酸化膜43の図示は省略している。また、図1B乃至図1Fに示した断面図において、基板2及び半導体積層体3の各層については、ハッチングの記載を省略している。
また、本明細書において、「上」とは、基板2の半導体積層体3を積層した面に垂直方向であって、半導体積層体3を積層した方向をいうものとする。例えば、図1Bにおいては図の上方向を指す。
In FIG. 1A, illustration of the insulating
Further, in this specification, “upper” means a direction perpendicular to the surface of the
(基板)
基板2は、半導体積層体3をエピタキシャル成長させることができる基板材料であればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。半導体積層体3が窒化物半導体からなる場合は、基板材料としては、C面、R面、A面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル(MgA12O4)のような絶縁性基板、また炭化ケイ素(SiC)、シリコン、ZnS、ZnO、GaAs、ダイヤモンド、および窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。また、本実施形態における半導体発光素子1は、フリップチップ型実装をするため、基板2の裏面が光取り出し面となる。したがって、半導体発光素子1で発光した光が、基板2を透過して光取り出し面から出射するため、基板2は、少なくとも、この光の波長に対して透明であることが好ましい。
(substrate)
The board |
(半導体積層体)
半導体積層体3は、基板2側から順に、n型半導体層31と、活性層32と、p型半導体層33とが積層された積層構造を有するものである。また、本実施形態においては、半導体積層体3の表面の一部において、厚さ方向にp型半導体層33及び活性層32のすべて、及びn型半導体層31の一部が除去された段差部3a,3bが設けられている。
(Semiconductor laminate)
The semiconductor stacked
段差部3aは、n側電極4nを設けるための領域である。本実施形態では、図1Aに示すように、段差部3aは、平面視で略円形をしている。すなわち、段差部3aとして、円柱状の凹部が半導体積層体3の9箇所に設けられている。また、段差部3bは、半導体積層体3の外縁部に形成されており、製造工程においてウエハから半導体発光素子1をチップ化するための割断領域の残部である。
なお、段差部3aの個数、形状及び配置場所は、本例に限定されるものではなく、1箇所以上を、任意の形状で任意の領域に設けるようにすることができる。
The
Note that the number, shape, and location of the stepped
n型半導体層31、活性層32及びp型半導体層33としては、特に限定されるものではないが、窒化物半導体の場合は、例えばInXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)などの半導体材料が挙げられ、窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。n型半導体層31、活性層32及びp型半導体層33は、それぞれ単層構造でもよいが、組成および膜厚の異なる層の積層構造、超格子構造などであってもよい。特に発光層である活性層32は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸または多重量子井戸構造であることが好ましく、さらに井戸層がInを含む窒化物半導体であることが好ましい。なお、基板2上に、任意に基板2との格子定数の不整合を緩和させるためのバッファ層等の下地層(不図示)を介してn型半導体層31を形成してもよい。
The n-
本発明において、半導体層の形成方法としては、特に限定されないが、MOVPE(有機金属気相成長法)、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー法)等の窒化物半導体の成長方法として公知の方法を好適に用いることができる。特に、MOCVDは結晶性よく成長させることができるので好ましい。また、半導体積層体3は、各層の使用目的により、種々の成長方法から適宜選択して用いることが好ましい。
In the present invention, the method for forming the semiconductor layer is not particularly limited, but MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor deposition), MBE (molecule). As a method for growing a nitride semiconductor such as a line epitaxy method, a known method can be suitably used. In particular, MOCVD is preferable because it can be grown with good crystallinity. Moreover, it is preferable that the semiconductor stacked
(全面電極(第1金属膜))
全面電極41は、p型半導体層33上に、p型半導体層33の略全面を覆うように設けられ、p側電極4p及びカバー電極42を介して外部から供給される電流を、p型半導体層33の全面に均一に拡散するための電極である。また、フリップチップ型実装をする本実施形態に係る半導体発光素子1においては、活性層32で発光した光を、光取り出し面である基板2の裏面側に反射するための反射膜としての機能も有する。
(Full-surface electrode (first metal film))
The
全面電極41は、p型半導体層33と電気的に良好に接続できるオーミック電極であることが好ましく、また、少なくとも活性層32で発光する光の波長に対して、良好な反射率を有することが好ましい。このため、本実施形態における全面電極14は、光の反射率が高いAg又はAgを主成分とする合金の単層膜、Ag又はAgを主成分とする合金を最下層とするNi、Tiなどとの多層膜を好適に用いることができる。より好ましくは、Agを最下層(p型半導体層33側)とするAg/Ni/Ti/Ruの多層膜を用いることができる。全面電極41は、これらの材料を、例えば、スパッタリング法や蒸着法により、順次積層して形成することができる。
The full-
全面電極41の膜厚は特に限定されないが、例えば、Ag又はAgを主成分とする合金の単層膜で形成する場合は、活性層32からの光を有効に反射させることができる膜厚、具体的には、20〜1000nm程度、好ましくは50〜300nm程度、更に好ましくは100nm程度とすることができる。全面電極41を多層膜とする場合は、総膜厚が、50〜5000nm程度、好ましくは50〜1000nm程度とすることができ、この程度の範囲内で、この多層膜に含まれるAg又はAg合金膜の膜厚を適宜に調整することができる。また、全面電極41を多層膜とする場合は、Ag又はAg合金膜とその上に積層される膜とは、同一工程でパターニングすることによって同一の形状としてもよいが、最下層のAg又はAg合金膜をその上に積層される膜(好ましくは、Agと反応しないNiやTiなどからなる金属膜)で被覆することが好ましい。これにより、Agと反応しない金属膜の上に、全面電極41の一部としてどのような電極材料が形成されても、Ag又はAg合金膜とは直接接触しないために、Agとの反応を防止することができる。
The film thickness of the
(カバー電極(第2金属膜))
カバー電極42は、全面電極41の表面全体、すなわち上面及び側面の全体を被覆し、全面電極41の構成材料の、特にAgのマイグレーションを防止するためのバリア層として機能する金属膜である。
また、カバー電極42は、全面電極41の外縁部においてp型半導体層33の上面と接し、当該p型半導体層33との接触面においては、反射膜として機能する。
(Cover electrode (second metal film))
The
The
n側電極4nが設けられた近傍の半導体積層体3においては、電流密度が高くなる。このため、平面視でn側電極4nと対向する領域の活性層32では発光強度が高くなる。従って、この発光強度の高い領域において、活性層32上に積層されたp型半導体層33と接するカバー電極42の反射率を高くすることで、光取り出し効率を向上することができる。
In the semiconductor stacked
このため、カバー電極42としては、全面電極41のAgのマイグレーションを良好に防止するとともに、活性層32から発する光の波長に対して高い反射率を有する材料を用いることが好ましい。このような材料として、Al又はAlを主成分とする合金を用いることができる。Alを主成分とする合金としては、例えば、Al−Cu合金(例えば、Cu:2質量%、Al:残部)、Al−Cu−Si合金(例えば、Cu:2質量%、Si:1質量%、Al:残部)を用いることができる。Cu,Si等の添加物量は、適宜に調製可能であり、Cuは0.1〜10質量%、Siは0.1〜10質量%程度含有させることができる。また、カバー電極42の膜厚は、100〜5000nm程度とすることができる。
また、カバー電極42は、平面視で、全面電極41の端部から外側に2〜10μm程度離れた領域まで設けることが好ましい。これによって、全面電極41に含有されるAgのマイグレーションをより良好に防止することができる。
なお、カバー電極42は、例えば、スパッタリング法や蒸着法などにより形成することができる。
For this reason, as the
Further, the
The
(金属酸化膜)
金属酸化膜43は、カバー電極42の表面を被覆する絶縁性の膜であり、p側電極4pの側面と接するように設けられている。金属酸化膜43は、絶縁膜6とともに、カバー電極42の製造工程における損傷を防止する保護膜として機能する。また、金属酸化膜43は、p側電極4pと接するように設けられることにより、絶縁膜6とp側電極4pとの隙間から侵入する酸素や水分などが、カバー電極42と接触することを防止し、その結果として、絶縁膜6のカバー電極42からの剥離を効果的に防止する。
(Metal oxide film)
The
また、金属酸化膜43は、カバー電極42を構成する金属材料の酸化物を少なくとも含有する被膜である。金属酸化膜43は、カバー電極42の表面を酸化することによって形成される膜であり、主としてAlの酸化物によって構成されることが好ましい。これによって、カバー電極42と金属酸化膜43とを良好に密着させることができる。また、絶縁膜6として、SiO2やTiO2等の酸化物を用いる場合は、金属からなるカバー電極42との密着性は、必ずしも高くないが、本実施形態のように、カバー電極42を酸化して形成した金属酸化膜43を介して被覆することにより、絶縁膜6とカバー電極42との密着性が向上すると推測される。
この金属酸化膜43の膜厚は、例えば、50Å(5nm)程度とすることができる。
The
The thickness of the
(n側電極、p側電極)
n側電極4nはn型半導体層31と、p側電極4pはカバー電極42及び全面電極41を介してp型半導体層33と、それぞれ電気的に接続して、半導体発光素子1に外部から電流を供給するためのパッド電極である。
n側電極4nは、半導体積層体3の段差部3aの底面であるn型半導体層31上に設けられる。図1Aに示した例では、n側電極4nは、半導体積層体3の9箇所に設けられた段差部3aのそれぞれに設けられている。
また、p側電極4pは、カバー電極42の上面の一部に設けられている。図1Aに示した例では、平面視で横長の矩形形状のp側電極4pが、カバー電極42の上面の4箇所に設けられている。
(N-side electrode, p-side electrode)
The n-
The n-
The p-
n側電極4nは、n型半導体層31と密着性がよく、かつ良好なオーミック接続が可能で、電気抵抗が低い材料を用いることが好ましい。このような材料としては、Au、Cu、Ni、Al、Ptなどの金属やこれらの合金の単層、又は多層膜を用いることができる。更に、n側電極4nのn型半導体層31との接触面は、半導体積層体3内を伝播する光を反射する反射膜としても機能するために、活性層32が発する光の波長に対して高い反射率を有することが好ましい。このような材料としては、Al又はAlを主成分とする合金を用いることができ、例えば、Al−Cu−Si合金(例えば、Cu:2質量%、Si:1質量%、Al:残部)、Al−Cu合金(例えば、Cu:2質量%、Al:残部)を挙げることができる。なかでも、順方向電圧Vfが低減されるAl−Cu−Si合金を用いることが好ましい。Cu、Si等の添加物量は、適宜に調製可能であり、Cuは0.1〜10質量%、Siは0.1〜10質量%程度含有させることができる。
また、全体の電気抵抗や外部との接続性などを考慮して、例えば、下層側から順に、Al−Cu−Si合金/Ti/Pt/Au/Tiの多層膜とするようにしてもよい。
For the n-
In consideration of the overall electrical resistance, connectivity with the outside, and the like, for example, an Al—Cu—Si alloy / Ti / Pt / Au / Ti multilayer film may be sequentially formed from the lower layer side.
p側電極4pは、カバー電極42との密着性がよく、電気的抵抗が低い材料を用いることが好ましい。このような材料としては、前記したn側電極4nと同様の材料を用いることができる。特に、カバー電極42として、Al又はAlを主成分とする合金を用いる場合は、p側電極4pの少なくともカバー電極42と接する最下層は、Al又はAlを主成分とする合金を用いることが好ましい。これにより、カバー電極42との密着性を向上することができる。また、全体の電気抵抗や外部との接続性などを考慮して、例えば、下層側から順に、Al−Cu−Si合金/Ti/Pt/Au/Tiの多層膜とするようにしてもよい。
The p-
n側電極4n及びp側電極4pは、前記した金属材料を用いて、蒸着法やスパッタリング法によって形成することができる。
また、n側電極4n及びp側電極4p上に、AuやAu−Sn共晶などからなる金属バンプ(不図示)を設けるようにしてもよい。
The n-
Further, metal bumps (not shown) made of Au, Au—Sn eutectic, or the like may be provided on the n-
(絶縁膜)
絶縁膜6は、半導体積層体3の露出した表面(上面及び段差部3a,3bの側面)を被覆する絶縁性の被膜であり、半導体発光素子1の保護膜および帯電防止膜として機能する。絶縁膜6としては、Si,Ti,Ta,Nbなどの酸化物を用いることができ、蒸着法、スパッタリング法などの公知の方法によって形成することができる。絶縁膜6の膜厚は100nm以上とすることが好ましく、例えば、膜厚が350nm程度のSiO2とすることができる。
本実施形態では、絶縁膜6は、パッド電極であるn側電極4n及びp側電極4pの上部(上面及び側面の上層部)は被覆していない。また、本実施形態では、絶縁膜6は、カバー電極42を、金属酸化膜43を介して被覆しているため、カバー電極42と良好に密着している。
(Insulating film)
The insulating
In the present embodiment, the insulating
ここで、図2を参照(適宜図1A乃至図1F参照)して、カバー電極42とp側電極4pとの接続部について説明する。
図2に示すように、p側電極4pは、カバー電極42の上面の一部において形成された凹部42a上に設けられている。詳細は後記するが、凹部42aは、カバー電極42上に形成された金属酸化膜43及び絶縁膜6をエッチングにより除去した後、更なるエッチングにより形成される。また、p側電極4pとの接続面である凹部42aの底面は、粗面化されている。また、凹部42aの底面には、エッチングによって除去されなかった金属酸化膜43の残渣43aがあってもよい。すなわち、凹部42aの深さは、金属酸化膜43が略除去される程度又はそれ以上とすることができる。
また、粗面化された凹部42a上にp側電極4pを設けることにより、カバー電極42とp側電極4pとの密着性が向上する。
Here, with reference to FIG. 2 (refer to FIGS. 1A to 1F as appropriate), a connection portion between the
As shown in FIG. 2, the p-
Further, by providing the p-
また、前記したように、カバー電極42の表面は、金属酸化膜43によって被覆され、金属酸化膜43は、その端部がp側電極4pの側面と接するように設けられている。また、カバー電極42の表面は、金属酸化膜43を介して、絶縁膜6によって更に被覆されている。すなわち、カバー電極42の表面は、金属酸化膜43及び絶縁膜6によって2重に被覆されている。
これによって、カバー電極42は、大気中の酸素や水分から効果的に保護され、劣化が防止される。その結果、カバー電極42による全面電極41を構成するAgのマイグレーションの防止機能を長期にわたって維持することができ、半導体発光素子1の信頼性を向上することができる。
Further, as described above, the surface of the
As a result, the
[半導体発光素子の動作]
次に、図1A乃至図1Fを参照して、第1実施形態に係る半導体発光素子1の動作について説明する。
半導体発光素子1は、n側電極4n及びp側電極4pに、不図示の金属バンプやボンディングワイヤを介して外部から電流が供給されると、半導体積層体3の活性層32が発光する。活性層32が発光した光は、基板2の裏面側から取り出される。活性層32が発光した光の内、光取り出し面と反対方向に進行する光は、反射膜として機能する全面電極41、カバー電極42のp型半導体層33との接触面、及びn側電極4nのn型半導体層31との接触面などによって反射され、光取り出し面である基板2の裏面側から取り出される。
[Operation of semiconductor light emitting device]
Next, the operation of the semiconductor
In the semiconductor
[窒化物半導体発光素子の製造方法]
次に、本発明の第1実施形態に係る半導体発光素子1の製造方法について、図3A及び図3Bを参照して説明する。
[Nitride Semiconductor Light-Emitting Device Manufacturing Method]
Next, a method for manufacturing the semiconductor
図3Aに示すように、第1実施形態に係る半導体発光素子1の製造方法は、半導体積層体形成工程S11と、第1金属膜形成工程S12と、第2金属膜形成工程S13と、金属酸化膜形成工程S14と、絶縁膜形成工程S15と、第2金属膜露出工程S16と、第3金属膜形成工程S17と、を含んで構成される。
また、第2金属膜露出工程S16は、図3Bに示すように、レジストパターン形成工程S161と、絶縁膜エッチング工程S162と、を含んで構成される。
As shown in FIG. 3A, the method for manufacturing the semiconductor
Further, as shown in FIG. 3B, the second metal film exposing step S16 includes a resist pattern forming step S161 and an insulating film etching step S162.
以下、図4A乃至図7Bを参照(適宜図1A乃至図3B参照)して、各工程について詳細に説明する。なお、本例では、半導体材料として窒化物半導体を用いた場合を例として説明する。
また、図4A乃至図7Bにおいて、基板2及び半導体積層体3の各層のハッチングの記載は省略している。
Hereinafter, each step will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 7B (refer to FIGS. 1A to 3B as appropriate). In this example, a case where a nitride semiconductor is used as a semiconductor material will be described as an example.
4A to 7B, the description of hatching of each layer of the
(半導体積層体形成工程)
まず、半導体積層体形成工程S11において、図4Aに示すように、サファイアなどの透光性の基板2上に、公知の製造方法により、半導体積層体3を形成する。図4Aに示した例では、半導体積層体3は、n型半導体層31、活性層32及びp型半導体層33を順次に積層して形成されている。
(Semiconductor laminate formation process)
First, in semiconductor laminated body formation process S11, as shown to FIG. 4A, the semiconductor laminated
半導体積層体形成工程S11について簡単に説明する。まず、サファイアなどからなる基板2上に、MOVPE法を用いて、n型半導体層31、活性層32及びp型半導体層33を構成するそれぞれの窒化物半導体を成長させる。この後、半導体積層体3の各層を成長させた基板2(以下、適宜にウエハという)を窒素雰囲気で、600〜700℃程度のアニールを行って、p型半導体層33を低抵抗化することが好ましい。
The semiconductor stacked body forming step S11 will be briefly described. First, nitride semiconductors constituting the n-
(第1金属膜形成工程)
次に、第1金属膜形成工程S12において、全面電極(第1金属膜)41として、少なくとも最下層をAg又はAgを主成分とする合金とする金属膜をパターニングして形成する。このような金属膜としては、例えば、下層側から順にAg/Ni/Ti/Ruを積層してなる多層膜をスパッタリング法にて成膜することができる。そして、フォトリソグラフィ法により、図4Bに示すように、所定形状の全面電極41を形成する。
(First metal film forming step)
Next, in the first metal film formation step S12, as the full-surface electrode (first metal film) 41, a metal film having at least the lowest layer of Ag or an alloy containing Ag as a main component is patterned and formed. As such a metal film, for example, a multilayer film in which Ag / Ni / Ti / Ru is laminated in order from the lower layer side can be formed by a sputtering method. Then, an
(第2金属膜形成工程)
次に、第2金属膜形成工程S13において、カバー電極(第2金属膜)42を形成する。
この工程においては、まず、図4Cに示すように、ウエハ全体に、カバー電極42として、例えば、Al又はAlを主成分とする合金、例えば、Al−Cu合金からなる金属膜を、例えば、スパッタリング法にて成膜する。
続いて、図5Aに示すように、カバー電極42となる金属膜上に、フォトリソグラフィ法によりカバー電極42を所定の形状に整形するためのレジストパターン71を形成する。すなわち、レジストパターン71が設けられる領域は、平面視で所定の形状のカバー電極42が設けられる領域と一致する。
そして、図5Bに示すように、レジストパターン71をマスクとして、マスクされない領域の金属膜をエッチングにより除去することで、カバー電極42の外形形状を整形する。その後、レジストパターン71を除去する。
(Second metal film forming step)
Next, in the second metal film forming step S13, a cover electrode (second metal film) 42 is formed.
In this step, as shown in FIG. 4C, first, as a
Subsequently, as shown in FIG. 5A, a resist
Then, as shown in FIG. 5B, the outer shape of the
(金属酸化膜形成工程)
次に、金属酸化膜形成工程S14において、図5Cに示すように、カバー電極42の露出した表面を酸化処理することにより、Alの酸化物を主成分とする金属酸化膜43を形成する。カバー電極42の酸化処理は、例えば、(a)硝酸や硫酸などの酸化性溶液で処理する方法、(b)紫外光などを用いたアッシング、(c)オゾンなどを用いて洗浄する方法、(d)酸素雰囲気でアニールする方法、(e)熱水処理などによって行うことができる。
(Metal oxide film formation process)
Next, in the metal oxide film forming step S14, as shown in FIG. 5C, the exposed surface of the
また、前工程である第2金属膜形成工程S13において、カバー電極42を整形した後に、加熱処理を行ったり、レジストパターン71を除去する過程で酸化性溶液を用いたりすることで、当該金属酸化膜形成工程S14とすることもできる。
更にまた、大気中(すなわち、酸素の存在下)に放置することによっても、カバー電極42の主成分であるAlが酸化され、Alの酸化物を主成分とする金属酸化膜43を形成することができる。
Further, in the second metal film forming step S13, which is a previous step, after the
Furthermore, Al, which is the main component of the
次に、図5Dに示すように、n側電極4nを設けるための段差部3a及び半導体発光素子1の割断領域となる段差部3bを露出させる。アニール後のウエハ上にフォトレジストにて所定の形状のマスクを形成して、反応性イオンエッチング(RIE)にて、厚さ方向にp型半導体層33及び活性層32の全部を除去し、更にn型半導体層31の一部を除去して、n型半導体層31を露出させる。エッチングの後、レジストを除去する。
なお、全面電極41は、カバー電極42によって側面が被覆されるように、段差部3a,3bの端部から離間した位置までの領域に設けられている。
Next, as shown in FIG. 5D, the stepped
In addition, the
なお、図5Cに示した金属酸化膜形成工程と、図5Dに示した段差部3a,3bの形成工程とは、何れの工程を先に行うようにしてもよい。
Note that any of the metal oxide film forming step shown in FIG. 5C and the
(絶縁膜形成工程)
次に、絶縁膜形成工程S15において、図6Aに示すように、ウエハの表面全体に、例えば、スパッタリング法やCVD法などによりSiO2などの絶縁性の酸化物を積層して、絶縁膜6を形成する。
(Insulating film formation process)
Next, in an insulating film forming step S15, as shown in FIG. 6A, an insulating oxide such as SiO 2 is laminated on the entire surface of the wafer by, for example, sputtering or CVD, and the insulating
(第2金属膜露出工程)
次に、第2金属膜露出工程S16において、エッチング法により、p側電極4pを設ける領域のカバー電極(第2金属膜)42を露出させる。本実施形態では、この工程において、同時にn側電極4nを設ける領域のn型半導体層31も露出させる。
そのために、第2金属膜露出工程S16のサブ工程として、まず、レジストパターン形成工程S161において、図6Bに示すように、レジストパターン72を形成する。このレジストパターン72は、p側電極4pを設ける領域に開口部72pを有するとともに、n側電極4nを形成する領域に開口部72nを有する。
(Second metal film exposure step)
Next, in the second metal film exposing step S16, the cover electrode (second metal film) 42 in the region where the p-
Therefore, as a sub-step of the second metal film exposure step S16, first, in a resist pattern forming step S161, a resist
第2金属膜露出工程S16の次のサブ工程として、絶縁膜エッチング工程S162において、図6Cに示すように、レジストパターン72をマスクとして、開口部72p,72n内の絶縁膜6をエッチングにより除去することにより、絶縁膜6に開口部6p,6nを形成する。
これによって、p側電極4pを設ける領域のカバー電極(第2金属膜)42が露出するとともに、n側電極4nを設ける領域のn型半導体層31が露出する。
As the next sub-step of the second metal film exposing step S16, in the insulating film etching step S162, as shown in FIG. 6C, the insulating
As a result, the cover electrode (second metal film) 42 in the region in which the p-
また、開口部72p内においては、金属酸化膜43を除去するとともに、更にエッチングを進めてカバー電極42についても、厚さ方向に一部を除去して凹部42a(図2参照)を形成する。このとき、凹部42aの底面、すなわちカバー電極42の露出面は粗面化することが好ましい。
なお、金属酸化膜43は完全に除去せずに、残渣43a(図2参照)が残る程度であってもよい。
また、凹部42aは、カバー電極42の厚さにもよるが、全面電極41が露出しない程度、例えば、カバー電極42を厚さ方向に数nm〜2500nm程度除去することにより形成することができる。
In addition, in the
The
Further, although the
Al又はAlを主成分とする合金からなるカバー電極42をエッチングして粗面化するためのエッチング剤としては、例えば、フッ酸又はフッ酸を含有する混酸を用いることができる。また、適宜に、フッ化アンモニウムなどの緩衝剤を添加してもよい。また、粗面化の程度は、エッチング時の温度を調整することで制御することができる。
As an etchant for etching and roughening the
カバー電極42の露出部を粗面化することにより、次工程である第3金属膜形成工程S17において、p側電極4pの最下層がAl又はAlを主成分とする合金からなる金属材料であった場合、p側電極4pの最下層のAlを主成分とする金属材料が、Al又はAlを主成分とする合金からなるカバー電極42の露出面全体に付着しながら膜成長する。このため、カバー電極42とp側電極4pとの接触面積が増加し、密着性、すなわち接合強度をより向上することができる。また、粗面化による接触面積の増加に加えて、カバー電極42の金属材料及びp側電極4pの少なくとも最下層の金属材料が何れもAlを主成分とすることにより、接合強度をより向上することができる。
By roughening the exposed portion of the
(第3金属膜形成工程)
次に、第3金属膜形成工程S17において、図7Aに示すように、第2金属膜露出工程S16で形成したレジストパターン72を保持したまま、ウエハ全体にp側電極(第3金属膜)4p及びn側電極4nとなる金属膜40を成膜する。本実施形態では、少なくとも最下層をAl又はAlを主成分とする合金を用いて形成する。また、金属膜40は、Al又はAl合金の単層膜としてもよく、上層に異なる材料を積層した多層膜としてもよい。
なお、本実施形態では、n側電極4nは、p側電極4pと同じ材料を用いて形成するようにしたが、n側電極4nを形成する工程を分離して、異なる材料を用いて形成するようにしてもよい。
(Third metal film forming step)
Next, in the third metal film forming step S17, as shown in FIG. 7A, the p-side electrode (third metal film) 4p is formed on the entire wafer while holding the resist
In the present embodiment, the n-
次に、レジストパターン72を、その上面に積層された金属膜40とともに除去(リフトオフ)することにより、図7Bに示すように、p側電極4p及びn側電極4nが所定の形状に整形された半導体発光素子1が完成する。
なお、図示は省略するが、割断領域である段差部3bを、スクライブ法やダイシング法などを用いて割断することで、半導体発光素子1をチップ化することができる。
Next, the resist
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the semiconductor
<第2実施形態>
[半導体発光素子の構成]
次に、本発明の第2実施形態に係る半導体発光素子の構成を、図8A乃至図8Cを参照して説明する。第2実施形態に係る半導体発光素子1Aは、フリップチップ型実装をするLEDである。図8A乃至図8Cに示すように、半導体発光素子1Aは、基板2と、基板2上に積層された半導体積層体3と、n側電極4n及びn側共晶用パッド電極8nと、全面電極41、カバー電極42、金属酸化膜43、p側電極4p及びp側共晶用パッド電極8pと、絶縁膜6と、を備えている。フリップチップ型実装に適するように、本例では、n側電極4n及びp側電極4pは、何れも基板2の半導体積層体3が設けられた側の面に設けられている。
第2実施形態に係る半導体発光素子1Aは、図1A乃至図1Fに示した第1実施形態に係る半導体発光素子1に対して、更にp側共晶用パッド電極8pと、n側共晶用パッド電極8nとを有することが異なる。
なお、図8Aにおいて、絶縁膜6及び金属酸化膜43の図示は省略している。また、図8B及び図8Cに示した断面図において、基板2及び半導体積層体3の各層については、ハッチングの記載を省略している。また、図8Cは、図8AにおけるA−A線における断面図であり、半導体発光素子の内部構造を分かり易くするために、各部材の幅や配置間隔を適宜に拡大又は縮小して示している。また、図8Cにおける領域A1〜領域A3は、それぞれ図8Bにおける領域A1〜領域A3に対応している。すなわち、図8Cは図8Bに対して、水平方向について、領域A1及び領域A3が拡大して示されており、領域A2が縮小して示されている。
Second Embodiment
[Configuration of Semiconductor Light Emitting Element]
Next, the configuration of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8A to 8C. The semiconductor
The semiconductor
In FIG. 8A, the insulating
(p側共晶用パッド電極、n側共晶用パッド電極)
p側共晶用パッド電極(第5金属膜)8p及びn側共晶用パッド電極(第4金属膜)8nは、実装基板に実装する際に、Au−Sn共晶ハンダなど用いて接続されるパッド電極である。p側共晶用パッド電極8pは、絶縁膜6の開口部6p内のp側電極4pの上面と電気的に接続されており、更に、絶縁膜6上の、図8Aにおける左側領域の広範囲に延在するように設けられている。また、n側共晶用パッド電極8nは、絶縁膜6の開口部6n内のn側電極4nの上面と電気的に接続されており、更に、絶縁膜6上の、図8Aにおける右側領域の広範囲に延在するように設けられている。また、p側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nは、何れもp型半導体層33の上方に設けられた絶縁膜6上の、基板2の上面から見て略同じ高さまで延在している。従って、フリップチップ型実装をする際の接続部であるp側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nの上端の高さが揃っているため、p側電極接続面とn側電極接続面との間に段差が無く、実装の信頼性を高めることができる。
(P-side eutectic pad electrode, n-side eutectic pad electrode)
The p-side eutectic pad electrode (fifth metal film) 8p and the n-side eutectic pad electrode (fourth metal film) 8n are connected using Au—Sn eutectic solder or the like when mounted on the mounting substrate. Pad electrode. The p-side
このようなパッド電極の構造を、以降は適宜に立体配線構造と呼ぶこととする。なお、本実施形態では、半導体発光素子内の立体配線用の電極を、便宜的に共晶用パッド電極(p側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8n)と呼ぶが、実装時の接続は共晶ハンダを用いるものに限定されるものではなく、広く外部接続用のパッド電極として用いることができるのである。後記する立体配線構造を有する他の実施形態についても同様である。
Hereinafter, such a structure of the pad electrode will be appropriately referred to as a three-dimensional wiring structure. In the present embodiment, the electrodes for three-dimensional wiring in the semiconductor light emitting element are referred to as eutectic pad electrodes (p-side
p側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nは、これらが設けられるp側電極4p、n側電極4n及び絶縁膜6と密着性がよく、全体として電気抵抗が低い金属膜であることが好ましい。このような金属膜としては、例えば、下層側から順に、Ti/Ni/Auを積層した多層膜を用いることができる。
The p-side
また、図8Aに示した例では、平面視で横長の形状をした段差部3aが、2箇所に設けられている。それぞれの段差部3aの右端部には、平面視で円形に膨らんだ領域を有しており、当該円形領域内に、n側電極4nとn側共晶用パッド電極8nとを接続するための絶縁膜6の開口部6nが設けられている。また、n側共晶用パッド電極8nが延在するp型半導体層33(図8B及び図8Cにおいて右側)上に設けられたp側電極4pは、p側共晶用パッド電極8pと直接には接続されないため、省略することもできるが、n側共晶用パッド電極8nとp側共晶用パッド電極8pとの基板2の上面からの高さを揃えるために設けることが好ましい。
Further, in the example shown in FIG. 8A, stepped
また、本実施形態のように、p側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nを、広範囲に延在させることにより、半導体発光素子1Aの放熱性を向上することができる。p側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nを延在させる面積や場所は、実装性や放熱性を考慮して適宜に設計することができる。
図8A乃至図8Cに示した例では、p側共晶用パッド電極8pは、段差部3a内のn側電極4n上に設けられた絶縁膜6上にまで延在している。
Further, as in the present embodiment, the heat dissipation of the semiconductor
In the example shown in FIGS. 8A to 8C, the p-side
また、絶縁膜6は、第1実施形態における絶縁膜6と同様にして設けられた第1絶縁膜61と、p側電極4p及びn側電極4nの側面及び開口部6p、6nを除く上面まで被覆するように設けられた第2絶縁膜62との2層で構成されている。このため、絶縁膜6の厚さは、p側電極4p及びn側電極4nの上面においては、他の領域よりも薄く形成されている。なお、第1絶縁膜61及び第2絶縁膜62は、同じ材料によって形成されており、実質的に一体化した膜である。
In addition, the insulating
[半導体発光素子の動作]
第2実施形態に係る半導体発光素子1Aは、第1実施形態に係る半導体発光素子1に対して、n側電極4nの形状及び配置数が異なること、及びp側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nを介して外部から電流を供給されること以外は同様であるから、動作の説明は省略する。
[Operation of semiconductor light emitting device]
The semiconductor
[半導体発光素子の製造方法]
次に、第2実施形態に係る半導体発光素子1Aの製造方法について、図9を参照して説明する。
図9に示すように、第2実施形態に係る半導体発光素子1Aの製造方法は、半導体積層体形成工程S31と、第1金属膜形成工程S32と、第2金属膜形成工程S33と、金属酸化膜形成工程S34と、第1絶縁膜形成工程(絶縁膜形成工程)S35と、第2金属膜露出工程S36と、第3金属膜形成工程S37と、第2絶縁膜形成工程S38と、第4,第5金属膜形成工程S39と、を含んで構成される。
[Method for Manufacturing Semiconductor Light-Emitting Element]
Next, a method for manufacturing the semiconductor
As shown in FIG. 9, the method for manufacturing the semiconductor
なお、半導体積層体形成工程S31、第1金属膜形成工程S32、第2金属膜形成工程S33、及び金属酸化膜形成工程S34は、図3Aに示した第1実施形態における製造方法の半導体積層体形成工程S11、第1金属膜形成工程S12、第2金属膜形成工程S13、及び金属酸化膜形成工程S14と、それぞれ同様であるから説明は省略する。
また、第1絶縁膜形成工程S35及び第2金属膜露出工程S36は、第1実施形態における絶縁膜形成工程S15及び第2金属膜露出工程S16において、第1実施形態における絶縁膜6として第1絶縁膜61を形成し、エッチングするものであるから、詳細な説明は省略する。また、第3金属膜形成工程S37は、第1実施形態における第3金属膜形成工程S17と同様であるから、詳細な説明は省略する。
Note that the semiconductor laminate forming step S31, the first metal film forming step S32, the second metal film forming step S33, and the metal oxide film forming step S34 are the semiconductor laminate of the manufacturing method in the first embodiment shown in FIG. 3A. Since they are the same as the formation step S11, the first metal film formation step S12, the second metal film formation step S13, and the metal oxide film formation step S14, description thereof will be omitted.
The first insulating film forming step S35 and the second metal film exposing step S36 are the first insulating
以下、図10A乃至図10Cを参照(適宜図8A乃至図9参照)して、以降の工程について詳細に説明する。
なお、図10B及び図10Cにおいて、基板2及び半導体積層体3の各層のハッチングの記載は省略している。
Hereinafter, the subsequent steps will be described in detail with reference to FIGS. 10A to 10C (refer to FIGS. 8A to 9 as appropriate).
10B and 10C, the description of hatching of each layer of the
図10Aは、半導体積層体形成工程S31、第1金属膜形成工程S32、第2金属膜形成工程S33、金属酸化膜形成工程S34、第1絶縁膜形成工程S35、第2金属膜露出工程S36及び第3金属膜形成工程S37を順次に行った後の状態を示している。本実施形態では、後工程で形成されるp側共晶用パッド電極(第5金属膜)8pが接続される領域(図10Aにおいて左側のカバー電極42上)に加えて、n側共晶用パッド電極(第4金属膜)8nを延在させる領域(図10Aにおいて右側のカバー電極42上)にもp側電極(第3金属膜)4pが形成されている。また、p側電極4p及びn側電極4nの上面及び側面の上部以外は、第1絶縁膜61によって被覆されている。
10A shows a semiconductor stacked body forming step S31, a first metal film forming step S32, a second metal film forming step S33, a metal oxide film forming step S34, a first insulating film forming step S35, a second metal film exposing step S36, and The state after performing 3rd metal film formation process S37 sequentially is shown. In the present embodiment, in addition to the region (on the
なお、第3金属膜形成工程S37において、p側電極4pの最下層には、Al又はAlを主成分とする合金を用いるとともに、その上層には、Alを含有せず、酸化物などの不動態膜が形成されにくい材料を用いることが好ましい。これによって、後工程である第2絶縁膜形成工程S38及び第4,第5金属膜形成工程S39の初期において用いられる薬品類や高温環境によっても不動態膜が形成されず、p側電極4pとp側共晶用パッド電極8pとを電気的に良好に接続することができる。その結果、信頼性の高い半導体発光素子1Aを形成することができる。
In the third metal film forming step S37, Al or an alloy containing Al as a main component is used for the lowermost layer of the p-
また、本実施形態では、絶縁膜6上の広範囲に延在させるp側共晶用パッド電極8pと、Alを含有するために表面に不動態膜が形成されやすいカバー電極42とを直接に接合せず、前記した工程によりp側電極4p(第3金属膜)を介して接合する。これによって、カバー電極42からp側共晶用パッド電極8pまでの間に不動態膜が介在することなく、カバー電極42とp側共晶用パッド電極8pとの間を電気的に良好に接続することができる。
In the present embodiment, the p-side
(第2絶縁膜形成工程)
次に、第2絶縁膜形成工程S38において、図10Bに示すように、ウエハの表面に、第1絶縁膜61と同じ材料を用いて、開口部6p,6nを有する第2絶縁膜62を形成する。
この工程では、まず、第1絶縁膜61と同様の手法により、ウエハ全体に第2絶縁膜62を成膜する。その後、公知のフォトリソグラフィ法を用いて、第2絶縁膜62に、p側電極4pとp側共晶用パッド電極8pとを接続する領域に開口部6pを、n側電極4nとn側共晶用パッド電極8nとを接続する領域に開口部6nを、それぞれ形成し、p側電極4p及びn側電極4nの上面の一部を露出させる。
(Second insulating film forming step)
Next, in the second insulating film forming step S38, as shown in FIG. 10B, a second insulating
In this step, first, the second insulating
(第4,第5金属膜形成工程)
次に、第4,第5金属膜形成工程S39において、図10Cに示すように、p側共晶用パッド電極(第5金属膜)8p及びn側共晶用パッド電極(第4金属膜)8nを形成する。本実施形態では、p側共晶用パッド電極8pは、図10Cにおいて左側に記載されたp側電極4pと第2絶縁膜62の開口部6p内で電気的に接続するとともに、段差部3a内のn側電極4nの上面を被覆する第2絶縁膜62上まで延在するように設けられている。また、n側共晶用パッド電極8nは、段差部3a内のn側電極4nと第2絶縁膜62の開口部6n内で電気的に接続するとともに、図10Cにおいて右側に記載されたp側電極4pの上面を被覆する第2絶縁膜62上まで延在するように設けられている。
(Fourth and fifth metal film forming step)
Next, in the fourth and fifth metal film formation step S39, as shown in FIG. 10C, the p-side eutectic pad electrode (fifth metal film) 8p and the n-side eutectic pad electrode (fourth metal film). 8n is formed. In the present embodiment, the p-side
なお、p側共晶用パッド電極8pとn側共晶用パッド電極8nとは、互いに短絡しない程度に離間して設けられている。また、p側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nが延在する領域は、前記した開口部6p,6nを除き、第1絶縁膜61及び第2絶縁膜62からなる絶縁膜6によって半導体積層体3、p側電極4p及びn側電極4nと電気的に絶縁されている。
The p-side
なお、p側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nは、リフトオフ法やフォトリソグラフィ法により形成することができる。例えば、リフトオフ法について説明すると、まず、p側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nを配置する領域以外をマスクするレジストパターンを形成する。次に、p側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nを形成する金属材料を用いて金属膜を成膜する。その後、レジストパターンとともに、レジストパターン上に形成された金属膜を除去(リフトオフ)することにより、所定形状のp側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nに整形することができる。
以上説明した工程により、第2実施形態に係る半導体発光素子1Aを製造することができる。
The p-side
The semiconductor
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る半導体発光素子の構造を、図11A乃至図11Cを参照して説明する。第3実施形態に係る半導体発光素子1Bは、フリップチップ型実装をするLEDであり、図8A乃至図8Cに示した第2実施形態に係る半導体発光素子1Aと同様に、立体配線構造を有するものである。
<Third Embodiment>
Next, the structure of the semiconductor light-emitting device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11A to 11C. A semiconductor
図11A乃至図11Cに示すように、半導体発光素子1Bは、図8A乃至図8Cに示した第2実施形態に係る半導体発光素子1Aに対して、p側共晶用パッド電極8pの配置範囲がp型半導体層33上に限定され、段差部3a内まで延在していないことが異なる。また、n側共晶用パッド電極8nの平面視形状も異なっている。他の構成及び動作及については、第2実施形態に係る半導体発光素子1Aと同様であるから、説明は省略する。
なお、図11Aにおいて、絶縁膜6及び金属酸化膜43の図示は省略している。また、図11B及び図11Cに示した断面図において、基板2及び半導体積層体3の各層については、ハッチングの記載を省略している。また、図11Cは、図11AにおけるA−A線における断面図であり、半導体発光素子の内部構造を分かり易くするために、各部材の幅や配置間隔を適宜に拡大又は縮小して示している。また、図11Cにおける領域A1〜領域A3は、それぞれ図11Bにおける領域A1〜領域A3に対応している。すなわち、図11Cは図11Bに対して、水平方向について、領域A1及び領域A3が拡大して示されており、領域A2が縮小して示されている。
As shown in FIGS. 11A to 11C, the semiconductor
In FIG. 11A, the insulating
また、本実施形態に係る半導体発光素子1Bは、第2実施形態に係る半導体発光素子1Aと同様にして製造することができるため、詳細な説明は省略する。
なお、本実施形態におけるp側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nは、前記した第4,第5金属膜形成工程S39(図9参照)において、金属膜を整形するためのレジストパターンを、図11Aに示したp側共晶用パッド電極8p及びn側共晶用パッド電極8nの形状に応じて形成することにより形成することができる。
The semiconductor
In this embodiment, the p-side
<第4実施形態>
[半導体発光素子の構成]
次に、本発明の第4実施形態に係る半導体発光素子の構成を、図12A乃至図12Cを参照して説明する。第4実施形態に係る半導体発光素子1Cは、フリップチップ型実装をするLEDであり、図8A乃至図8Cに示した第2実施形態に係る半導体発光素子1Aと同様に、立体配線構造を有するものである。
なお、図12Aにおいて、絶縁膜6及び金属酸化膜43の図示は省略している。また、図12B及び図12Cに示した断面図において、基板2及び半導体積層体3の各層については、ハッチングの記載を省略している。また、図12Cは、図12AにおけるA−A線における断面図であり、半導体発光素子の内部構造を分かり易くするために、各部材の幅や配置間隔を適宜に拡大又は縮小して示している。また、図12Cにおける領域A1〜領域A3は、それぞれ図12Bにおける領域A1〜領域A3に対応している。すなわち、図12Cは図12Bに対して、水平方向について、領域A1及び領域A3が拡大して示されており、領域A2が縮小して示されている。
<Fourth embodiment>
[Configuration of Semiconductor Light Emitting Element]
Next, the configuration of the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12A to 12C. A semiconductor
In FIG. 12A, illustration of the insulating
図12A乃至図12Cに示すように、半導体発光素子1Cは、図8A乃至図8Cに示した第2実施形態に係る半導体発光素子1Aに対して、p側電極4pを設けずに、p側共晶用パッド電極(第3金属膜)8Apがカバー電極42と直接に接続されていることが異なる。また、平面視で横長の段差部3aが3箇所に設けられ、それぞれの段差部3aにn側電極4nが配置されていることと、p側共晶用パッド電極8Ap及びn側共晶用パッド電極8nの平面視の形状とが異なる。更にまた、絶縁膜6が単層で構成されていることが異なる。
なお、第4実施形態においては、p側共晶用パッド電極8Apは、第2実施形態におけるp側共晶用パッド電極8pと同様に、段差部3a内のn側電極4n上に設けられた絶縁膜6上にまで延在している。
As shown in FIGS. 12A to 12C, the semiconductor
In the fourth embodiment, the p-side eutectic pad electrode 8Ap is provided on the n-
p側共晶用パッド電極8Apとしては、第2実施形態におけるp側共晶用パッド電極8pと同様に、例えば、下層側から順に、Ti/Ni/Auを積層した多層膜を用いることができる。
また、前記したように本実施形態においては、p側共晶用パッド電極(第3金属膜)8Apが、カバー電極42と直接接続される。このため、Al又はAlを主成分とする合金からなるカバー電極42と接合されるp側共晶用パッド電極8Apの最下層は、Al又はAlを主成分とする合金を用いることが好ましい。このような金属膜としては、例えば、下層側から順に、Al−Cu−Si合金(例えば、Cu:2質量%、Si:1質量%、Al:残部)/Ti/Ni/Auを順に積層した多層膜を用いることができる。このように、Alを主成分とする金属材料を最下層とすることによって、カバー電極42とp側共晶用パッド電極8Apとの密着性を向上することができる。
半導体発光素子1Cの他の構成及び動作については、第2実施形態に係る半導体発光素子1Aと同様であるから、説明は省略する。
As the p-side eutectic pad electrode 8Ap, similarly to the p-side
Further, as described above, in this embodiment, the p-side eutectic pad electrode (third metal film) 8Ap is directly connected to the cover electrode. Therefore, the lowermost layer of the p-side eutectic pad electrode 8Ap joined to the
Other configurations and operations of the semiconductor
[半導体発光素子の製造方法]
次に、第4実施形態に係る半導体発光素子1Cの製造方法について、図13を参照して説明する。
図13に示すように、第4実施形態に係る半導体発光素子1Cの製造方法は、半導体積層体形成工程S51と、第1金属膜形成工程S52と、第2金属膜形成工程S53と、金属酸化膜形成工程S54と、n側電極形成工程S55と、絶縁膜形成工程S56と、第2金属膜露出工程S57と、第3,第4金属膜形成工程S58と、を含んで構成される。
[Method for Manufacturing Semiconductor Light-Emitting Element]
Next, a method for manufacturing the semiconductor
As shown in FIG. 13, the manufacturing method of the semiconductor
なお、半導体積層体形成工程S51、第1金属膜形成工程S52、第2金属膜形成工程S53、及び金属酸化膜形成工程S54は、図3Aに示した第1実施形態における製造方法の半導体積層体形成工程S11、第1金属膜形成工程S12、第2金属膜形成工程S13、及び金属酸化膜形成工程S14と、それぞれ同様であるから説明は省略する。 The semiconductor laminate forming step S51, the first metal film forming step S52, the second metal film forming step S53, and the metal oxide film forming step S54 are the semiconductor laminate of the manufacturing method in the first embodiment shown in FIG. 3A. Since they are the same as the formation step S11, the first metal film formation step S12, the second metal film formation step S13, and the metal oxide film formation step S14, description thereof will be omitted.
以下、図14A乃至図15Bを参照(適宜図12A乃至図13参照)して、以降の工程について詳細に説明する。
なお、図14A乃至図15Bにおいて、基板2及び半導体積層体3の各層のハッチングの記載は省略している。
Hereinafter, the subsequent steps will be described in detail with reference to FIGS. 14A to 15B (see FIGS. 12A to 13 as appropriate).
14A to 15B, the description of hatching of each layer of the
図14Aは、半導体積層体形成工程S51、第1金属膜形成工程S52、第2金属膜形成工程S53、及び金属酸化膜形成工程S54を順次に行った後の状態を示している。 FIG. 14A shows a state after the semiconductor stacked body forming step S51, the first metal film forming step S52, the second metal film forming step S53, and the metal oxide film forming step S54 are sequentially performed.
(n側電極形成工程)
次に、n側電極形成工程S55において、図14Bに示すように、段差部3a内に、n側電極4nを形成する。n側電極4nは、フォトリソグラフィ法やリフトオフ法によって形成することができる。なお、本実施形態におけるn側電極4nとなる金属膜は、前記した他の実施形態におけるn側電極4nと同様の材料を用い、スパッタリング法などによって成膜することができる。
(N-side electrode forming step)
Next, in the n-side electrode forming step S55, as shown in FIG. 14B, the n-
(絶縁膜形成工程)
次に、絶縁膜形成工程S56において、図14Cに示すように、ウエハ全体に絶縁膜6を形成する。絶縁膜6の形成は、SiO2などの酸化物からなる絶縁材料を用いて、第1実施形態における絶縁膜形成工程S15と同様にして行うことができる。
(Insulating film formation process)
Next, in an insulating film forming step S56, as shown in FIG. 14C, the insulating
(第2金属膜露出工程)
次に、第2金属膜露出工程S57において、図15Aに示すように、絶縁膜6に、エッチング法により、開口部6p,6nを形成する。すなわち、カバー電極(第2金属膜)42のp側共晶用パッド電極8Apを接続するための領域と、n側電極4nのn側共晶用パッド電極8nを接続するための領域とを露出させる。
(Second metal film exposure step)
Next, in the second metal film exposing step S57, as shown in FIG. 15A,
この工程は、第1実施形態における第2金属膜露出工程S16(図3A参照)と同様にして行うことができる。すなわち、カバー電極42の露出させたい領域と、n側電極4nの露出させたい領域とに開口部を有するレジストパターンを形成し、このレストパターンをマスクとするエッチングにより、開口部内の絶縁膜6に加えて、金属酸化膜43を除去する。更に、エッチングを進めることにより、厚さ方向にカバー電極42の一部を除去して凹部42a(図2参照)を形成する。この際に、凹部42a(図2参照)の底面が粗面化されるようにエッチングを行うことが好ましい。これによって、カバー電極42とp側共晶用パッド電極8Apとの密着性が向上する。
This step can be performed in the same manner as the second metal film exposure step S16 (see FIG. 3A) in the first embodiment. That is, a resist pattern having an opening is formed in a region to be exposed of the
(第3,第4金属膜形成工程)
次に、第3,第4金属膜形成工程S58において、図15Bに示すように、p側共晶用パッド電極(第3金属膜)8Ap及びn側共晶用パッド電極(第4金属膜)8nを形成する。本実施形態では、p側共晶用パッド電極8Apは、図15Bにおいて左側に記載されたカバー電極42と絶縁膜6の開口部6p内で電気的に接続するとともに、段差部3a内のn側電極4nの上面を被覆する絶縁膜6上まで延在するように設けられている。また、n側共晶用パッド電極8nは、段差部3a内のn側電極4nと絶縁膜6の開口部6n内で電気的に接続するとともに、図15Bにおいて右側に記載されたカバー電極42の上面を、金属酸化膜43を介して被覆する絶縁膜6上まで延在するように設けられている。
なお、第3,第4金属膜形成工程S58は、第2実施形態における第4,第5金属膜形成工程S39(図9参照)と同様にして行うことができるため、詳細な説明は省略する。
(Third and fourth metal film forming step)
Next, in the third and fourth metal film forming step S58, as shown in FIG. 15B, the p-side eutectic pad electrode (third metal film) 8Ap and the n-side eutectic pad electrode (fourth metal film). 8n is formed. In the present embodiment, the p-side eutectic pad electrode 8Ap is electrically connected within the
The third and fourth metal film forming step S58 can be performed in the same manner as the fourth and fifth metal film forming step S39 (see FIG. 9) in the second embodiment, and thus detailed description thereof is omitted. .
また、第4本実施形態に係る半導体発光素子1Cは、p側電極4p(図8B及び図8C参照)を設けず、絶縁膜6が単層構成であるため、第2実施形態に係る半導体発光素子1Aに比べて製造工程数を低減することができる。
In addition, the semiconductor
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係る半導体発光素子の構成を、図16A乃至図16Cを参照して説明する。第5実施形態に係る半導体発光素子1Dは、フリップチップ型実装をするLEDであり、図12A乃至図12Cに示した第4実施形態に係る半導体発光素子1Cと同様に、立体配線構造を有するものである。
<Fifth Embodiment>
Next, the configuration of the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16A to 16C. A semiconductor
図16A乃至図16Cに示すように、半導体発光素子1Dは、図12A乃至図12Cに示した第4実施形態に係る半導体発光素子1Cに対して、p側共晶用パッド電極8Apの配置範囲がp型半導体層33上に限定され、段差部3a内まで延在していないことが異なる。また、n側共晶用パッド電極8nの平面視形状も異なっている。他の構成及び動作及については、第4実施形態に係る半導体発光素子1Cと同様であるから、説明は省略する。
なお、図16Aにおいて、絶縁膜6及び金属酸化膜43の図示は省略している。また、図16B及び図16Cに示した断面図において、基板2及び半導体積層体3の各層については、ハッチングの記載を省略している。また、図16Cは、図16AにおけるA−A線における断面図であり、半導体発光素子の内部構造を分かり易くするために、各部材の幅や配置間隔を適宜に拡大又は縮小して示している。また、図16Cにおける領域A1〜領域A3は、それぞれ図16Bにおける領域A1〜領域A3に対応している。すなわち、図16Cは図16Bに対して、水平方向について、領域A1及び領域A3が拡大して示されており、領域A2が縮小して示されている。
As shown in FIGS. 16A to 16C, the semiconductor
In FIG. 16A, illustration of the insulating
また、本実施形態に係る半導体発光素子1Dは、第4実施形態に係る半導体発光素子1Cと同様にして製造することができるため、詳細な説明は省略する。
なお、本実施形態におけるp側共晶用パッド電極8Ap及びn側共晶用パッド電極8nは、前記した第3,第4金属膜形成工程S58(図13参照)において、金属膜を整形するためのレジストパターンを、図16Aに示したp側共晶用パッド電極8Ap及びn側共晶用パッド電極8nの形状に応じて形成することにより形成することができる。
Moreover, since the semiconductor
The p-side eutectic pad electrode 8Ap and the n-side
次に、カバー電極を、Al系合金を用いて形成した本発明の実施例と、Alよりも反射率の低い金属を用いて形成した比較例との半導体発光素子を作製し、これらのサンプルについて、半導体発光素子から外部への光取り出し効率を測定した結果について説明する。 Next, a semiconductor light emitting device was produced between the example of the present invention in which the cover electrode was formed using an Al-based alloy and the comparative example formed using a metal having a reflectance lower than that of Al. About these samples The result of measuring the light extraction efficiency from the semiconductor light emitting element to the outside will be described.
[作製条件]
各サンプルは、半導体発光素子は窒化ガリウム系の半導体材料を用いて形成し、発光波長は450nm(青色光)である。
また、各サンプルの形状は、図1Aに示した発光素子1において、段差部3a及びn側電極4nの配置数を、3×3=9個から、4×4=16個としたものである。
また、各サンプルにおいて、p型半導体層とAgからなる全面電極との接触面積を100%としたとき、p型半導体層とカバー電極との接触面積は、5.0%である。
また、各サンプルについて、カバー電極に用いた金属材料は次の通りである。
(実施例1)
Al−Cu合金(Cu:2質量%、Al:残部。膜厚2000nm)の単層膜
(実施例2)
下層側から順にAl−Cu合金(Cu:2質量%、Al:残部。膜厚2000nm)/Ru(膜厚100nm)/Ti(膜厚3nm)を積層した多層膜
(比較例)
下層側から順に、Ti(膜厚2nm)/Au(膜厚170nm)/W(膜厚120nm)/Ti(膜厚3nm)を積層した多層膜
[Production conditions]
In each sample, the semiconductor light-emitting element is formed using a gallium nitride-based semiconductor material, and the emission wavelength is 450 nm (blue light).
The shape of each sample is such that in the
In each sample, when the contact area between the p-type semiconductor layer and the entire surface electrode made of Ag is 100%, the contact area between the p-type semiconductor layer and the cover electrode is 5.0%.
For each sample, the metal material used for the cover electrode is as follows.
(Example 1)
Single-layer film of Al—Cu alloy (Cu: 2% by mass, Al: balance, film thickness 2000 nm) (Example 2)
Multilayer film in which Al—Cu alloy (Cu: 2% by mass, Al: balance, film thickness: 2000 nm) / Ru (film thickness: 100 nm) / Ti (film thickness: 3 nm) is laminated in order from the lower layer side (comparative example)
Multilayer film in which Ti (
[効率の測定結果]
(実施例1)154.5[lm/W]
(実施例2)155.5[lm/W]
(比較例) 148.5[lm/W]
カバー電極としてAl系合金を用いた実施例1及び実施例2は、比較例に対して、効率が4〜5%改善されることが確認できた。
[Measurement result of efficiency]
(Example 1) 154.5 [lm / W]
(Example 2) 155.5 [lm / W]
(Comparative example) 148.5 [lm / W]
In Example 1 and Example 2 using an Al-based alloy as the cover electrode, it was confirmed that the efficiency was improved by 4 to 5% with respect to the comparative example.
以上、本発明に係る半導体発光素子及びその製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。 Although the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the present invention have been specifically described above by the embodiments for carrying out the invention, the gist of the present invention is not limited to these descriptions, and the scope of the claims Should be interpreted broadly based on the description. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.
1、1A、1B、1C、1D 半導体発光素子
2 基板
3 半導体積層体
3a 段差部
3b 段差部
31 n型半導体層
32 活性層
33 p型半導体層
4n n側電極
4p p側電極(第3金属膜)
41 全面電極(第1金属膜)
42 カバー電極(第2金属膜)
42a 凹部
43 金属酸化膜
43a 残渣
6 絶縁膜
6n 開口部
6p 開口部
61 第1絶縁膜
62 第2絶縁膜
71 レジストパターン
72 レジストパターン
72n 開口部
72p 開口部(レジスト開口部)
8n n側共晶用パッド電極(第4金属膜)
8p p側共晶用パッド電極(第5金属膜)
8Ap p側共晶用パッド電極(第3金属膜)
1, 1A, 1B, 1C, 1D Semiconductor light emitting
41 Full-surface electrode (first metal film)
42 Cover electrode (second metal film)
8n n-side eutectic pad electrode (fourth metal film)
8p p-side eutectic pad electrode (fifth metal film)
8 Ap p-side eutectic pad electrode (third metal film)
Claims (6)
前記p型半導体層の上面に、前記p型半導体層と接する面がAg又はAgを主成分とする合金となるように第1金属膜を形成する第1金属膜形成工程と、
Al又はAlを主成分とする合金を用いて、前記第1金属膜の上面及び側面を被覆するように第2金属膜を形成する第2金属膜形成工程と、
前記第2金属膜の表面を被覆し、前記第2金属膜を構成する金属材料の酸化物を少なくとも含有する金属酸化膜を形成する金属酸化膜形成工程と、
エッチングによって、前記第2金属膜の表面の一部を前記金属酸化膜から露出させるように前記第2金属膜に凹部を形成する第2金属膜露出工程と、
前記第2金属膜の前記凹部上に、第3金属膜を形成する第3金属膜形成工程と、が順次に行われる半導体発光素子の製造方法。 a semiconductor stacked body forming step of forming a semiconductor stacked body by stacking an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer;
A first metal film forming step of forming a first metal film on an upper surface of the p-type semiconductor layer so that a surface in contact with the p-type semiconductor layer is Ag or an alloy containing Ag as a main component;
A second metal film forming step of forming a second metal film so as to cover an upper surface and a side surface of the first metal film using Al or an alloy containing Al as a main component;
A metal oxide film forming step of covering the surface of the second metal film and forming a metal oxide film containing at least an oxide of a metal material constituting the second metal film;
A second metal film exposing step of forming a recess in the second metal film so that a part of the surface of the second metal film is exposed from the metal oxide film by etching;
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein a third metal film forming step of forming a third metal film on the concave portion of the second metal film is sequentially performed.
前記第2金属膜露出工程において、前記第2金属膜の表面の一部を前記絶縁膜及び前記金属酸化膜から露出させるように前記第2金属膜に前記凹部を形成する請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。 After the metal oxide film forming step, an insulating film forming step of forming an insulating film covering the surface of the metal oxide film using an insulating material made of oxide is performed.
The said recessed part is formed in the said 2nd metal film so that a part of surface of the said 2nd metal film may be exposed from the said insulating film and the said metal oxide film in the said 2nd metal film exposure process. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device.
前記第2金属膜の上面に設けられた前記絶縁膜上の一部の領域において開口するレジスト開口部を有するレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記レジスト開口部内の前記絶縁膜及び前記金属酸化物をエッチングし、前記第2金属膜を前記絶縁膜及び前記金属酸化物から露出させるとともに、前記絶縁膜及び前記金属酸化膜から露出させた前記第2金属膜をエッチングして凹部を形成する絶縁膜エッチング工程と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。 The second metal film exposing step includes
A resist pattern forming step of forming a resist pattern having a resist opening opening in a partial region on the insulating film provided on the upper surface of the second metal film;
The insulating film and the metal oxide in the resist opening are etched using the resist pattern as a mask to expose the second metal film from the insulating film and the metal oxide, and the insulating film and the metal oxide film Etching the second metal film exposed from the insulating film to form a recess; and
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 2, comprising:
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