(57)【要約】【課題】  半田コートされた電極を有するフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子において、チップサイズの小型化を可能とする製造方法の提供。【解決手段】  基板上にｎ型半導体層およびｐ型半導体層を順次積層した窒化ガリウム系半導体発光素子のｐ型半導体層表面に金属からなる正電極を形成した後、該正電極の表面の所定の部分と粘着性付与化合物を含む組成物とを反応させることにより正電極の表面の所定の部分に粘着性を付与し、粘着性付与部分にのみ半田粉末を付着させた後、加熱して半田粉末を溶融させ、正電極の表面の所定の部分に半田層を形成することからなる製造方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にｎ型半導体層およびｐ型半導体層を順次積層した窒化ガリウム系半導体発光素子のｐ型半導体層表面に金属からなる正電極を形成した後、該正電極の表面の所定の部分と粘着性付与化合物を含む組成物とを反応させることにより正電極の表面の所定の部分に粘着性を付与し、粘着性付与部分にのみ半田粉末を付着させた後、加熱して半田粉末を溶融させ、正電極の表面の所定の部分に半田層を形成することを特徴とするフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
正電極が、窒化ガリウム系半導体発光素子のｐ型半導体層に電気的に接触しかつ発光層からの光を反射する第１電極層と、半田の拡散を防止するバリア層と、粘着性付与化合物と反応する金属からなる第２電極層とからなることを特徴とする請求項１記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
第１電極層が、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｌの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする請求項２記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
バリア層が、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする請求項２または３記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
第２電極層が、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｆｅの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
窒化ガリウム系半導体発光素子の正電極が形成された側の表面の一部にｎ型半導体層を露出させ、該ｎ型半導体層に金属からなる負電極を形成した後、該負電極の表面の所定の部分と粘着性付与化合物を含む組成物とを反応させることにより負電極の表面の所定の部分に粘着性を付与し、粘着性付与部分にのみ半田粉末を付着させた後、加熱して半田粉末を溶融させ、負電極の表面の所定の部分に半田層を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
正電極と負電極に同時に半田層を形成することを特徴とする請求項６記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
半田層の厚さが、５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
半田層の厚さが、５〜２５μｍであることを特徴とする請求項８記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
半導体発光素子の平面形状が、一辺２００〜２８０μの正方形であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
正電極および負電極の半田層の間隔が、３０μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたフリップチップ型窒化ガリウム半導体発光素子。
【請求項１３】
正電極および負電極の表面に半田層を有するフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子において、該半田層の厚さが５〜１００μｍであり、正電極および負電極の半田層の間隔が３０〜１５０μｍであり、素子の平面形状が一辺２００〜２８０μｍであることを特徴とするフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子。
【請求項１４】
正電極が、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｌの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなる第１電極層、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなるバリア層およびＣｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｆｅの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなる第２電極層からなることを特徴とする請求項１３記載のフリップチップ型窒化ガリウム半導体発光素子。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子を、回路基板の導電回路の電極と該発光素子の各半田層とが接触するようにダイボンドし、加熱して半田を溶融し、回路基板に接合することを特徴とするフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップ型の窒化ガリウム系半導体発光素子に係わり、特にチップサイズの小型化に対応可能な、半田コートされた電極を有するフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路基板の電極上に半導体発光素子の電極を直接銀ペーストや半田などにより導通固定させるフリップチップ型半導体発光素子が、導通を取るためにワイヤを用いる必要がなく、比較的簡単な工程で比較的小型な半導体発光素子を搭載できるので着目されている（例えば特許文献１および２）。また、このような小型の半導体発光素子に半田電極を形成する方法も提案されている（例えば特許文献３）。
【０００３】
しかし、最近、半導体発光素子の小型化に対する要求はさらに強まっており、正極・負極間隔も非常に小さくなってきている。電極間隔が小さくなると半田ブリッジによる短絡も当然発生しやすく、この短絡を安定して防ぐことができる小型のフリップチップ型半導体発光素子が求められている。特に、窒化ガリウム系半導体発光素子においてこの傾向が強い。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２０１６８号公報
【特許文献２】特開平２００２−１５１７３９号公報
【特許文献３】特開平９−２７４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、半田コートされた電極を有するフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子において、チップサイズの小型化を可能とする製造方法を提供することである。本発明の別の目的は、発光層からの光に対する反射特性に優れ、ｐ型窒化ガリウム系半導体層に対して良好なオーミック接触特性を有し、かつ表面の所定の部分に半田コートすることが可能な構造の正電極を有するフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子を提供することである。また、本発明の別の目的は、一辺が２８０μｍ以下という小型のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の発明を提供する。
（１）基板上にｎ型半導体層およびｐ型半導体層を順次積層した窒化ガリウム系半導体発光素子のｐ型半導体層表面に金属からなる正電極を形成した後、該正電極の表面の所定の部分と粘着性付与化合物を含む組成物とを反応させることにより正電極の表面の所定の部分に粘着性を付与し、粘着性付与部分にのみ半田粉末を付着させた後、加熱して半田粉末を溶融させ、正電極の表面の所定の部分に半田層を形成することを特徴とするフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【０００７】
（２）正電極が、窒化ガリウム系半導体発光素子のｐ型半導体層に電気的に接触しかつ発光層からの光を反射する第１電極層と、半田の拡散を防止するバリア層と、粘着性付与化合物と反応する金属からなる第２電極層とからなることを特徴とする上記（１）記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【０００８】
（３）第１電極層が、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｌの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする上記（２）記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【０００９】
（４）バリア層が、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする上記（２）または（３）記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【００１０】
（５）第２電極層が、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｆｅの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする上記（２）〜（４）のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【００１１】
（６）窒化ガリウム系半導体発光素子の正電極が形成された側の表面の一部にｎ型半導体層を露出させ、該ｎ型半導体層に金属からなる負電極を形成した後、該負電極の表面の所定の部分と粘着性付与化合物を含む組成物とを反応させることにより負電極の表面の所定の部分に粘着性を付与し、粘着性付与部分にのみ半田粉末を付着させた後、加熱して半田粉末を溶融させ、負電極の表面の所定の部分に半田層を形成することを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【００１２】
（７）正電極と負電極に同時に半田層を形成することを特徴とする上記（６）記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
（８）半田層の厚さが、５〜１００μｍであることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
【００１３】
（９）半田層の厚さが、５〜２５μｍであることを特徴とする上記（８）記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
（１０）半導体発光素子の平面形状が、一辺２００〜２８０μの正方形であることを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
（１１）正電極および負電極の半田層の間隔が、３０μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれか一項に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
（１２）上記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたフリップチップ型窒化ガリウム半導体発光素子。
【００１４】
（１３）正電極および負電極の表面に半田層を有するフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子において、該半田層の厚さが５〜１００μｍであり、正電極および負電極の半田層の間隔が３０〜１５０μｍであり、素子の平面形状が一辺２００〜２８０μｍであることを特徴とするフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子。
【００１５】
（１４）正電極が、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｌの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなる第１電極層、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなるバリア層およびＣｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｆｅの群から選ばれた金属またはこれらの少なくとも１種類を含む合金からなる第２電極層からなることを特徴とする上記（１３）記載のフリップチップ型窒化ガリウム半導体発光素子。
【００１６】
（１５）上記（１３）または（１４）に記載のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子を、回路基板の導電回路の電極と該発光素子の各半田層とが接触するようにダイボンドし、加熱して半田を溶融し、回路基板に接合することを特徴とするフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の実装方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、一辺の長さが２８０μｍ以下という小型のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子を短絡発生等の不良率が少なく安定して製造することができる。その結果、ウェハ１枚当たりから得られる発光素子チップの数が増加し、生産性が向上する。また、発光素子チップが小型化する結果、発光素子を組み込んだ電子機器の小型化が可能となる。
【００１８】
また、本発明の半導体発光素子は、正電極が発光層からの光に対する反射特性に優れ、ｐ型の窒化ガリウム系半導体層に対して良好なオーミック接触特性を有する結果、高輝度で順方向電圧の低いフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を用いながら本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの図面のみに限定されない。
本発明に用いる窒化ガリウム系半導体発光素子としては、通常の方法で製造された従来公知の構造のものを何ら制限なく用いることができる。図１を用いてその一例を説明する。１は基板であり、窒化ガリウム系半導体発光素子では通常サファイアである。その上に窒化アルミニウムからなるバッファ層２が設けられ、その上にｎ型のＧａＮ層３が形成されている。このｎ型のＧａＮ層３の上にｎ型ＧａＮからなる下部クラッド層４が形成されている。そして、下部クラッド層４の上に発光層として単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の井戸層となる活性層５が形成されている。活性層５の上にはｐ型のＡｌＧａＮから成る上部クラッド層６が形成されている。さらに、上部クラッド層６の上にはｐ型ＧａＮから成るコンタクト層７が形成されている。
【００２０】
正電極はコンタクト層７の上に形成する。正電極は蒸着法またはスパッタ法等従来公知の方法によって形成できる。好ましくは、半導体側に金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）またはそれらを含む合金からなる第１電極層を有し、その上にニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）またはそれらの合金からなる第２電極層を有する。第１電極層はｐ型半導体層と電気的に接触し、また発光素子の発光部からの光を効率良く反射する反射層として機能し、従って、サファイア基板側から効率よく光を取り出すことができる。第２電極層は半田との濡れ性が良好で半田食われの小さな材料であり、半田との結合を良好に保つ機能を有する。また第２電極層は粘着性付与化合物を含む組成物と反応することにより、その表面に粘着性が付与される。第１電極層の厚さは、５０〜１０００ｎｍが好ましい。第２電極層の厚さは、０．１〜２μｍが好ましく、０．５μｍ以上あることがさらに好ましい。
【００２１】
第１電極層と半導体層との間に、接触抵抗を下げるためのＡｕ−Ｎｉ酸化物またはＡｕ−Ｃｏ酸化物等からなる透光性の薄膜電極を挿入しても良い。この場合、第１電極層は薄膜電極を介してｐ型半導体層と電気的に接触する。
【００２２】
第１電極層と第２電極層との間に、半田の拡散を防止するための半田バリアメタルとしてチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）またはそれらの合金からなるバリア層を挿入することが好ましい。但し、上記第２電極層がＮｉである場合は、バリア層はＮｉ以外の金属とすることが望ましい。半田の拡散防止のためには、バリア層の厚さは１００〜１０００ｎｍ程度とするのが望ましい。
【００２３】
負電極は、窒化ガリウム系半導体発光素子の表面の所定の位置のコンタクト層７、上部クラッド層６、活性層５および下部クラッド層４を除去し、露出したｎ型のＧａＮ層３の上に従来公知の蒸着法またはスパッタ法等により形成する。負電極の材料としては、従来公知の如何なる材料も用いることができるが、半導体と接触良好な第１電極層をバナジウム（Ｖ）とアルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）とアルミニウム（Ａｌ）、またはチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）の合金ないし積層構造から作製し、その上に半田層を形成するための第２電極層として、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）またはそれらの合金からなる層を設けた構造が好ましい。第１電極層の厚さは５０〜１０００ｎｍが好ましい。第２電極層の厚さは一般に正電極と同様である。負電極の第１電極層と第２電極層との間にも、正電極の場合と同様に半田の拡散を防止するためのバリア層を挿入することが好ましい。
【００２４】
正電極および負電極の第２電極層は、それぞれ第１電極層またはバリア層上で任意の平面配置を取ることが出来る。例えば、正電極のバリア層の表面に複数個の第２電極層を離して設け、その上に半田層を形成することが可能である。発光素子が小型になればなるほど、正電極および負電極の各半田層の間隔は小さくなり、両電極間の短絡（半田ブリッジ）が発生し易くなる。従って、正負両半田層の間隔がなるべく大きくなり、かつ半導体層中での電流密度が均一となるように、小さな平面の中で正負の両半田層即ち第２電極層を配置することが重要である。
【００２５】
図２〜５は本発明の発光素子における電極の配置の一例である。正電極は、発光層からの光を効率よく基板側に反射するために、負電極を形成した部分を除いたコンタクト層表面のほぼ全面に形成する。負電極は、回路基板への実装を可能とするために、直径５０〜１５０μｍ程度の大きさで形成する。図２は正負の半田層を対角線状に配置した例であり、正電極の半田層は底辺および高さが５０〜１５０μｍの直角二等辺三角形である。図３は負電極とその半田層を上辺の中央部に、正電極の半田層を正電極の下辺全長に亙って２０〜１００μｍの高さで設けてある。図４および図５は複数の正電極の半田層を設けた例で、直径５０〜１００μｍの半田層が２つ図に示したような配置で設けてある。
【００２６】
正負の半田層をこのような配置にすることにより、発光素子を一辺が２００〜２８０μｍの正方形という大きさにしても、正負の半田層の間隔を１５０μｍ程度まで確保することが可能である。半田ブリッジの発生を防止するためには、正負の半田層の間隔は、少なくとも３０μｍ以上、望ましくは５０μｍ以上必要である。
【００２７】
半田層の厚さを薄くすることも半田ブリッジの発生防止には重要である。半田層の範囲を５〜１００μｍの範囲に、特に２５μｍ以下にすると、高精細な電極パターンに半田層を形成した場合も、正負の電極間の短絡（半田ブリッジ）の発生を防止できて好ましい。望ましくは２０μｍ以下である。その結果、正電極および負電極の半田層の間隔を１５０μｍ以下とすることができる。あまり薄すぎると装着する回路基板電極との接触不良が起きるので、少なくとも５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上必要である。
【００２８】
正電極および負電極の半田層の間隔を１５０μｍ以下とすることができる結果、一辺を２８０μｍ以下とする正方形の半導体発光素子を製造することが出来る。但し、半田ブリッジを避けるため、発光素子の一辺の長さは２００μｍ以上であるのが望ましい。
【００２９】
半導体素子の表面を保護する保護膜は有っても無くても良い。保護膜を設ける場合は半田層以外を全て覆ってもよいし、半導体のｐ−ｎ接合部のみ覆ってもよい。
【００３０】
半田層の形成方法には、メッキ法、蒸着法、ディップ法と各種あるが、本発明では、前記特許文献３に開示されている、電極の所定部分に粘着性を付与し、その部分のみに半田粉末を付着させ、加熱溶融する方法を用いる。
【００３１】
金属電極表面の特定部分に粘着性を付与するためには、表面の金属と作用して粘着性を発現する化合物で電極表面を処理する。その化合物としては、例えば、第２電極層を構成する金属であるＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｆｅと反応して粘着性を発現するベンゾトリアゾール系誘導体、ナフトトリアゾール系誘導体、イミダゾール系誘導体、ベンゾイミダゾール系誘導体、メルカプトベンゾチアゾール系誘導体、ベンゾチアゾールチオ脂肪酸系誘導体などを含む水溶液を用いる。前記水溶液は酸性、好ましくはｐＨ３〜５程度の微酸性に調整し、濃度は０．０５〜２０質量％が好ましい。さらに銅イオンを１００〜１０００ｐｐｍ程度共存させると、粘着性膜の生成速度、生成量などの生成効率が高まるので好ましい。
【００３２】
金属電極の処理方法は前記のように調整した水溶液を、浸漬法、塗布法、スプレー法などの手段を用いて金属露出部に接触させる。金属電極上でも半田の不要な部分はレジスト膜等で覆って、金属面に粘着性が付与されないようにしておくのが好ましい。処理温度は室温〜６０℃位の範囲が良い。接触時間は５秒〜５分間位の範囲で適宜選択する。次に適宜溶媒による洗浄、乾燥を経れば金属露出部にのみ粘着性が付与される。粘着性を付与された金属電極表面に半田粉末を振りかけ付着させ、余分な半田を圧力空気で吹き飛ばしたり湿式洗浄などにより取り除けば、金属電極表面の必要な部分だけに半田粉末が残る。
【００３３】
半田粉末は、一般的に使用されている共晶半田、銀入り半田、ビスマス入り半田等で構わない。例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｐｂ系およびＩｎ−Ｐｂ系等の半田を用いることができる。半田粉末の粒度は目標とする半田層厚に応じて５μｍ〜数十μｍの間で適宜選択すれば良い。
【００３４】
その後、半田を電極表面に加熱定着させて、微量な半田粉末を取り除き、市販のフラックスを塗布後加熱して半田を溶解させれば金属電極の所定の部分のみに半田層がある正電極および負電極が形成される。
【００３５】
次に、通常のダイシングソーやスクライブ法などによりウェーハを切断し個別の素子に分離する。半導体発光素子は分離後回路基板やリードフレームにダイボンドし、加熱して半田層を溶解し接合させて実装する。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の内容を実施例により具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるわけではない。
【００３７】
図１に示したフリップチップ型窒化ガリウム半導体発光素子を作成した。用いた窒化ガリウム半導体の構成を下記に示す。
【００３８】
基板１にはサファイアを用い、その上には窒化アルミニウムガリウム（ＧａＡｌＮ）から成る膜厚約２００Åのバッファ層２を設け、その上にｎ型のＧａＮ層としてシリコン（Ｓｉ）ドープのＧａＮから成る膜厚約４．０μｍの高キャリア濃度ｎ+層３を形成した。この高キャリア濃度ｎ+層３の上にＳｉドープのｎ型ＧａＮから成る膜厚約０．５μｍのｎ型のＧａＮ下部クラッド層４を形成した。そして、下部クラッド層４の上に単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の井戸層に相当する膜厚約５０ÅのＧａＩｎＮからなる活性層５を発光層として形成した。活性層５の上にはｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎから成る膜厚約６００Åのｐ型ＡｌＧａＮ上部クラッド層６を形成した。さらに、上部クラッド層６の上にはｐ型ＧａＮから成る膜厚約１５００Åのコンタクト層７を形成した。
【００３９】
この窒化ガリウム半導体の製造方法について説明する。上記窒化ガリウム半導体は、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）による気相成長により製造した。用いたガスは、アンモニア（ＮＨ3）、キャリアガス（Ｈ2，Ｎ2）、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）（以下「ＴＭＧ」と記す）、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）（以下「ＴＭＡ」と記す）、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3）3）（以下「ＴＭＩ」と記す）、シラン（ＳｉＨ4）とシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5Ｈ5）2）（以下「ＣＰ２Ｍｇ」と記す）である。まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面としたサファイア基板１をサセプタに装着し、ＭＯＣＶＤ装置の反応室に載置した。次に、常圧でＨ2を反応室に流しながら温度１１５０℃で基板１をベーキングした。次に、基板１の温度を４００℃まで低下させて、Ｈ2、ＮＨ3、ＴＭＧ及びＴＭＡを供給してＡｌＧａＮのバッファ層２を約２００Åの膜厚に形成した。
【００４０】
次に、基板１の温度を１１５０℃にまで上げ、Ｈ2、ＮＨ3、ＴＭＧ及びシランを供給し、膜厚約４．０μｍ、電子濃度２×１０18／ｃｍ3のシリコン（Ｓｉ）ドープのＧａＮから成る高キャリア濃度ｎ+層３を形成した。次に、基板１の温度を１１００℃に保持し、Ｈ2、ＮＨ3、ＴＭＧ及びシランを供給して、膜厚約０．５μｍ、電子濃度１×１０18／ｃｍ3のシリコン（Ｓｉ）ドープのＧａＮから成る下部クラッド層４を形成した。上記の下部クラッド層４を形成した後、結晶温度を８５０℃に降温し、Ｈ2、ＮＨ3、ＴＭＧ及びＴＭＩを供給して、膜厚約５０ÅのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎから成る活性層５を形成した。
【００４１】
次に、基板１の温度を１０００℃に昇温し、Ｈ2、ＮＨ3、ＴＭＧ、ＴＭＡ及びＣＰ２Ｍｇを供給して、膜厚約５０ｎｍ、マグネシウム（Ｍｇ）をドープしたｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎから成る上部クラッド層６を形成した。次に、基板１の温度を１０００℃に保持し、Ｈ2、ＮＨ3、ＴＭＧ及びＣＰ２Ｍｇを供給して、膜厚約１００ｎｍ、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮから成るコンタクト層７を形成した。
【００４２】
次に用いた電極の構成を示す。
コンタクト層７の上には白金（Ｐｔ）層からなる正電極の第１電極層１１を、またｎ+層３上には負電極の第１電極層２１を形成した。正電極の第１電極層は、コンタクト層７に接合する膜厚約１０００Åの白金層である。負電極の第１電極層２１は、膜厚約２００Åのチタン（Ｔｉ）層と膜厚約１０００Åの金（Ａｕ）層との二層構造で、高キャリア濃度ｎ+層３の一部露出された部分の上に順次積層している。
【００４３】
正電極および負電極の第１電極層表面全面には、半田の拡散を防止するための厚さ３００ｎｍのＣｒからなるバリア層がある。
【００４４】
さらに正電極および負電極のバリア層上の所定の位置には、半田を付着させるための銅（Ｃｕ）からなる第２電極層がある。図６は電極の配置を示した図である。発光素子の大きさは一辺が２８０μｍの正方形である。負電極の大きさは半径１００μｍの１／４円である。正電極の第２電極層および半田層は直径４０μｍの円形で４つあり、図に示した如くそれぞれ対角線上に等間隔で存在している。負電極の半田層と正電極の中央の半田層と間隔は８０μｍである。第２電極層の厚さは正電極および負電極共に０．６μｍである。
【００４５】
上記構成の電極は次のようにして形成した。
コンタクト層７の上にエッチングマスクを形成し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆われていない部分のコンタクト層７、上部クラッド層６、活性層５、下部クラッド層４、ｎ+層３の一部を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングによりエッチングして、ｎ+層３の表面を露出させた。
【００４６】
フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりｎ+層３の露出面上の所定領域に窓を形成して、蒸着装置を真空に排気した後、膜厚約２００Åのチタン（Ｔｉ）層と膜厚約１０００Åの金（Ａｕ）層を順次蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これによりｎ+層３の露出面上に負電極の第１電極層２１を形成した。
【００４７】
次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィにより、コンタクト層７上の正電極の第１電極層形成部分のフォトレジストを除去して、窓部を形成する。そして、スパッタリング装置にて、フォトレジスト及び露出させたコンタクト層７上に、膜厚約１０００Åの白金（Ｐｔ）層を成膜し、フォトレジストを除去する。これによりコンタクト層表面の正電極形成部に正電極の第１電極層が形成される。
【００４８】
次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィにより、正電極および負電極の第１電極層上のフォトレジストを除去して、窓部を形成する。そして蒸着により、膜厚約３００ｎｍのクロム層をフォトレジスト及び露出させた正電極および負電極の第１電極層上に成膜する。次にフォトレジストを除去する。これにより正電極および負電極の第１電極層露出面上に半田バリアとして機能するＣｒからなるバリア層が形成される。
【００４９】
さらに再度表面上にフォトレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィにより、正電極および負電極のバリア層上のフォトレジストを半田コートする部分の形状に除去して、窓部を形成する。そして膜厚約０．６μｍの銅（Ｃｕ）層を、フォトレジスト及び露出させたバリア層上に蒸着により成膜し、フォトレジストを除去する。これによりバリア層表面の半田コートする部分にＣｕからなる第２電極層が形成される。
【００５０】
その後、エレクトロンビーム蒸着により、最上層に一様にＳｉＯ2より成る保護膜３０を形成し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程を経てウエットエッチングにより、正負の第２電極層以外の露出部分に、ＳｉＯ2膜より成る保護膜３０を形成する。
【００５１】
次に、ウェーハを酢酸によりｐＨを約４に調整した２−ドデシルイミダゾ−ル（１ｗｔ％）水溶液に４５℃で５分間浸漬させ、その後、水洗、乾燥を行い、正負の第２電極層の表面に粘着性を付与した。平均粒径２０μｍの共晶半田粉末を振りかけ、余分な半田を圧力空気で吹き飛ばした。その後、１４０℃で２０分間半田を電極表面に加熱定着させた。微量な半田粉末をブラシで取り除き、市販の水溶性フラックスを塗布後、２３０℃で１分間リフロー炉に入れ半田粉末を溶融した。第２電極層の表面に厚さ約１５μｍの微細な半田層が形成された。
【００５２】
ウェーハを粘着シートに貼り付け、ダイシングソーにより２８０μｍピッチで切断しフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子とした。分離後、この発光素子を回路基板（プリント基板）の導電回路の電極と発光素子の各半田層とが接触するようにダイボンドし、リフロ−炉で２３０℃で１分間加熱し半田を溶融し回路基板に接合して実装した。
【００５３】
この試料２００個について通電試験を実施した。本方法で得られたフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子では短絡または断線の不良率は０％であった。
また、この発光素子の２０ｍＡ通電時の輝度は平均で５．２ｍＷ、順方向電圧は３．４Ｖであり、高輝度で順方向電圧の低い発光素子が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によって提供される小型のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子は、青色発光素子として各種インジケータ等の電子機器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の一例の断面図である。
【図２】本発明の発光素子における電極配置の一例を示す図である。
【図３】本発明の発光素子における電極配置の別の例を示す図である。
【図４】本発明の発光素子における電極配置の別の例を示す図である。
【図５】本発明の発光素子における電極配置の別の例を示す図である。
【図６】実施例で製造したフリップチップ型窒化ガリウム系半導体発光素子の電極配置を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    サファイア基板
２    ＡｌＮバッファ層
３    ｎ型のＧａＮ層
４    ｎ型のＧａＮ下部クラッド層
５    活性層
６    ｐ型のＡｌＧａＮ上部クラッド層
７    ｐ型のＧａＮコンタクト層
１０    正電極
１１    第１電極層
１２    バリア層
１３    第２電極層
１４    半田層
２０    負電極
２１    第１電極層
２２    バリア層
２３    第２電極層
２４    半田層
３０    保護膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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