(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＰ基板からなるウェハの表面に、ＧａＰからなるｎ形層およびｐ形層を含み発光層を形成する半導体積層部をエピタキシャル成長し、前記半導体積層部の表面に一方の電極を各チップの表面積の一部に設けられるように部分的に形成し、前記半導体基板の裏面に他方の電極を形成し、前記ウェハをダイシングしてチップ化し、各チップの半導体の露出面を粗面処理する半導体発光素子の製法であって、前記一方の電極をＧａＰ層とオーミックコンタクトするコンタクトメタル層とＭｏ層とＡｕ層との３層構造により形成し、前記粗面処理を濃度が１０〜３５重量％の塩酸溶液に０.５〜５分浸漬することにより凹凸の高低差が０.１〜３μｍになるように行うことを特徴とする半導体発光素子の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＰ化合物半導体を用いた緑色系の半導体発光素子の製法に関する。さらに詳しくは、半導体チップの周囲をウェットエッチングにより粗面処理をすることにより外部微分量子効率を向上させながら、電極が処理液により侵されないで、かつ、半導体層とのオーミックコンタクトとワイヤボンディング性を充分に保持した電極を有する半導体発光素子の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＧａＰ化合物半導体を用いた半導体発光素子は、図２に示されるように、たとえばｎ形のＧａＰからなる半導体基板２１上に、たとえばＧａＰからなるｎ形層２２およびＧａＰからなるｐ形層２３がそれぞれエピタキシャル成長され、その間のｐｎ接合により発光層形成部２４が形成されている。そして、その表面側の一部にＡｕ-Ｂｅ合金層２６ａと、Ｔｉ層２６ｂと、Ａｕ層２６ｃとからなるｐ側電極２６、半導体基板２１の裏面側にＡｕ-Ｂｅ合金層によりｎ側電極２７がそれぞれ設けられ、ウェハからチップ化されている。この表面側のｐ側電極２６が部分的に設けられる理由は、電極部分は光を遮断するため、表面側に取り出す光をできるだけ多くするために、電流をチップ内の全面に広げられる範囲でできるだけ狭い面積にするためである。また、３層構造で形成される理由は、第１層のＡｕ-Ｂｅ合金層２６ａは、ＧａＰ層とのオーミック接触を良好にするためのもので、真ん中のＴｉ層２６ｂは、第１層のＡｕ-Ｂｅ層と合金化したＧａＰ層のＧａが拡散により電極の表面に析出すると、ワイヤボンディングの接着力が低下するため、その拡散を防止するためのバリア層とするものである。また、表面の第３層のＡｕ層２６ｃは、金線などのワイヤボンディングをする際のワイヤとの密着生を向上させるために設けられている。
【０００３】
このチップ化後に、たとえば塩酸処理を行って、半導体層の露出面を凸凹の粗面にすることにより、外部へ光を取り出す効率である外部微分量子効率が向上することが知られており、とくに外部微分量子効率を向上させたい場合に塩酸などのウェットエッチングにより粗面処理が行われることがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＧａＰ基板上にＧａＰ層を成長し、チップ化後に半導体層の露出面を粗面処理する半導体発光素子は、前述のように、半導体積層部の表面および半導体基板の裏面に電極が形成された後にウェットエッチングにより粗面処理がなされる。これは、粗面化処理は各チップにダイシングをした後でなければ行うことができず、電極の形成はウェハの状態で形成することが能率的であること、半導体ウェハの状態で全面に粗面処理をしてから電極を形成すると、ワイヤボンディング時に電極の認識がしにくくワイヤボンディング特性を悪化させたり、接触面の抵抗が増大すること、などのためである。しかし、電極の形成後にウェットエッチングにより粗面処理を行うと、電極も処理液に浸漬されることになる。たとえば粗面処理を塩酸により行うと、前述の３層構造のｐ側電極２６のうち真ん中のＴｉ層２６ｂが塩酸に侵されるという性質を有している。そのため、ｐ側電極２６の側面に露出するＴｉ層２６ｂが塩酸によりエッチングされるため、エッチングされないようにＴｉ層２６ｂを非常に薄くしなければならない。その結果、バリア層としての機能を充分に発揮することができず、ワイヤボンディング性が低下するという問題がある。
【０００５】
一方、半導体層の露出面を粗面にするのは、発光層で発光した光が発光素子チップの内部で全反射を繰り返して内部で吸収されるのを防止して、外部に光を取り出しやすくするためであり、その凹凸の深さにより反射率が変化し、外部微分量子効率が大幅に変化する。そのため、粗面処理をする処理液を電極材料がエッチングされないような材料や濃度に調合して粗面処理を行うと、半導体層の露出する面の凹凸が最適な粗さにならず、充分に外部微分量子効率を向上させることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、発光素子チップの周囲に凸凹を形成する粗面処理をしながら、良好なオーミックコンタクトで、かつ、電極表面へのＧａなどの拡散を防止してワイヤボンディング性を向上させることができる電極を有する半導体発光素子の製法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体発光素子の製法は、ＧａＰ基板からなるウェハの表面に、ＧａＰからなるｎ形層およびｐ形層を含み発光層を形成する半導体積層部をエピタキシャル成長し、前記半導体積層部の表面に一方の電極を各チップの表面積の一部に設けられるように部分的に形成し、前記半導体基板の裏面に他方の電極を形成し、前記ウェハをダイシングしてチップ化し、各チップの半導体の露出面を粗面処理する半導体発光素子の製法であって、前記一方の電極をＧａＰ層とオーミックコンタクトするコンタクトメタル層とＭｏ層とＡｕ層との３層構造により形成し、前記粗面処理を濃度が１０〜３５重量％の塩酸溶液に０.５〜５分浸漬することにより凹凸の高低差が０.１〜３μｍになるように行うことを特徴とする。
【０００８】
ここに粗面処理とは、半導体層の露出面に高低差で、たとえば０.１〜３μｍ程度の凸凹を形成するような処理を意味する。また、コンタクトメタル層とは、ＧａＰ層とオーミックコンタクトが得られるメタル層を意味し、たとえばＡｕとＢｅ、Ｚｎ、Ｎｉのうちの少なくとも１種との合金を用いることができる。
【０００９】
この製法にすることにより、表面側の電極をコンタクトメタル層とＭｏ層と、Ａｕ層との３層構造により形成しているため、半導体層の表面を粗面処理する塩酸に対して、電極のいずれの層もエッチングされない。そのため、Ｍｏ層をたとえば１００〜３０００Å程度の厚さに形成することができ、バリア層としてＧａの拡散を完全に防止することができ、電極の表面を純粋なＡｕ層で維持することができる。そのため、金線などのワイヤボンディングの結果の接着力を充分に確保することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体発光素子の製法は、図１にその一実施形態により製造した半導体発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップという）の断面説明図が示されるように、ＧａＰ基板１に、ＧａＰからなるｎ形層２およびｐ形層３の発光層を形成する半導体積層部４を順次エピタキシャル成長する。このエピタキシャル成長は、それぞれの層をたとえば１０〜１００μｍ程度と厚く成長することが光の取出し効率が向上するため、液相エピタキシャル成長法により成長することが厚くて結晶性のよいＧａＰ層を成長しやすく好ましい。そして、その半導体積層部４の表面に一方の電極（ｐ側電極）６を各チップの表面積の一部に設けられるように部分的に形成し、半導体基板１の裏面に他方の電極（ｎ側電極）７を形成する。さらに、ウェハをダイシングしてチップ化し、各チップの半導体積層部４の露出面を塩酸により粗面処理する。本発明では、このｐ側電極６をＧａＰ層３とオーミックコンタクトするコンタクトメタル層６ａとＭｏ層６ｂとＡｕ層６ｃとの３層構造により形成し、前記粗面処理を塩酸により行うことを特徴とする。
【００１１】
ＧａＰ基板１にＧａＰ層からなる発光層を形成する半導体積層部４を液相成長するには、たとえばｎ形ドーパントをドーピングしたＧａＰを溶融したｎ形のＧａ融液のボートの温度をたとえば９００〜１０００℃程度にして、ＧａＰ基板１の一面を接触させながらＧａ融液の温度を徐々に下げることにより、ＧａＰ基板１上にｎ形のＧａＰ層２が温度の低下と共に、順次エピタキシャル成長する。たとえば６０〜８０μｍ程度の厚さ成長したら（成長温度が７００〜８００℃程度になったら）、ｐ形ドーパントであるＺｎを蒸発させてドーピングしながら成長を続け、同様にさらに温度を徐々に下げながらｐ形ＧａＰ層３を２０〜３０μｍ程度成長する。なお、このｎ形層２およびｐ形層３は、それぞれキャリア濃度が５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3程度になるように形成することが、発光効率を高く維持する点から好ましい。
【００１２】
この例では、発光層を形成する半導体積層部４が、ｎ形ＧａＰ層２とｐ形ＧａＰ層３との単純な接合構造であったが、発光特性を向上させるため、ｎ+ 形層、ｎ- 形層およびｐ形層の積層構造で構成したり、ヘテロ接合など他の構造にすることもできる。
【００１３】
その後、ＧａＰ基板１の裏面側を、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）法により研磨し、ＬＥＤチップ全体の厚さが所定の厚さ、たとえば２００〜３００μｍ程度になるように薄くする。この研削は、ＬＥＤチップの厚さに制限がなかったり、厚すぎない場合は行わなくてもよいが、ＧａＰ基板１は、余り結晶性がよくなく、光が減衰するため、このＧａＰ基板１が薄くなると、表面側に液相成長した半導体積層部４の厚さが相対的に厚くなり、反射を繰り返してＬＥＤチップの表面側に効率的に光を取り出すことができるため好ましい。
【００１４】
その後、真空蒸着などにより、ｐ側電極６を形成する。このｐ形側電極６は、前述のようにコンタクトメタル層６ａと、Ｍｏ層６ｂと、Ａｕ層６ｃとの３層構造により形成する。コンタクトメタル層６ａは、ＧａＰ層とのオーミックコンタクトが得られる材料、たとえばＡｕ-Ｂｅ合金、Ａｕ-Ｂｅ-Ｎｉ合金、Ａｕ-Ｚｎ合金、Ａｕ-Ｎｉ合金など、ＡｕとＢｅ、Ｚｎ、およびＮｉのいずれか少なくとも１種との合金により、５００〜３０００Å程度の厚さに成膜される。Ｍｏ層６ｂは、ＧａＰ層のＧａが拡散して表面側に析出するのを防止するためのバリア層とするもので、本発明では、Ｇａの拡散を防止すると共に、後述する塩酸による粗面処理により侵されない材料として選定されており、１００〜３０００Å程度の厚さに成膜されている。この程度の厚さ成膜されることにより、Ｇａの拡散を阻止するバリア層として充分に寄与する。Ａｕ層６ｃは、電極の表面に金線などがワイヤボンディングされる際に、充分に接着力が得られるように、ワイヤとの馴染みのよい材料であると共に、粗面処理の塩酸に対して強い材料という点から選定され、２０００〜１２０００Å程度の厚さに成膜されている。
【００１５】
これらの電極材料は、通常この半導体積層部４の表面側から発光した光が取り出されるため、その光を遮断しないように、できるだけ小さく、しかしチップ全体に電流を広げて効率よく発光させることができるように半導体積層部４の表面の一部に設けられる。この部分的に設ける方法としては、電極を形成する部分以外の表面にレジストマスクなどを設けてから真空蒸着などを行うリフトオフ法、または電極を形成しない部分をガラスマスクなどで覆って必要な場所のみに電極材料を被着させることができるマスク蒸着法などを用いて行うのが好ましい。成膜した後にパターニングするには、３種類の金属をエッチングする必要があるため、エッチング工程が複雑になるからである。
【００１６】
さらに、ＧａＰ基板１の裏面にも、Ａｕ-Ｇｅ合金からなる電極用金属を全面に設けてｎ側電極７を形成し、ダイシングによりチップ化する。
【００１７】
つぎに、ダイシングされたチップを、濃度が１０〜３５重量％のＨＣｌ溶液に０.５〜５分程度浸漬し、チップの表面に図１に示されるような凸凹を形成し、半導体層の露出面を粗面にする。この粗面の粗さは、凹凸の高低差で、０.１〜３μｍ程度、さらに好ましくは、１〜２μｍ程度になるような粗さに形成されることが、表面側（側面に出る光も表面側に反射させて利用することができる）に光を取り出すのに都合がよい。ＧａＰ層の露出面をこのような粗さにするには、前述の濃度の塩酸溶液が最も相応しい。濃度が濃すぎたり、薄すぎると表面粗さの制御が難しくなる。また、他のフッ酸や硫酸で粗面処理を行っても、表面粗さが不十分となり好ましくない。この塩酸による粗面処理を行っても、半導体層以外に露出する電極金属は、前述の構成になっているため、どの電極材料も塩酸に侵されることはない。すなわち、チップ外周に露出するＧａＰ半導体層の表面を粗面にする条件と電極材料がエッチングされない条件とが合致するように粗面を形成する処理液と、電極材料とが選択されている。
【００１８】
本発明によれば、電極を形成した後にＧａＰが積層された半導体積層部の露出面に塩酸により粗面処理が施されているため、電極表面には凹凸がなくワイヤボンディング時の認識性が低下しないと共に、ＬＥＤチップの表面および側壁での全反射を抑制して、外部に光が取り出される割合が大きくなる。その結果、外部微分量子効率が大幅に向上し、輝度の大きい半導体発光素子が得られる。しかも、電極材料のバリア層をＭｏにより構成すると共に、粗面処理を塩酸溶液により行っているため、Ｍｏは塩酸に対して全然侵されず、電極の側面に露出していてもエッチングされない。そのため、バリア層として機能する１００〜３０００Åの十分な厚さに形成することができ、Ｇａの拡散を完全に防止することができ、ワイヤボンディング特性を非常に向上させることができる。また、コンタクトメタル層もＡｕを含む合金であり、塩酸に対して全然侵されず、ＧａＰ層とのオーミック特性も良好で低抵抗となり、動作電圧の低い半導体発光素子が得られる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、電極の形成後に塩酸による粗面処理を行っても、電極材料が侵されることがないため、非常に信頼性の高い電極が得られると共に、ワイヤボンディング特性が向上する。しかも、塩酸処理後に電極を形成しなくてもよいため、ウェハの状態で電極を形成することができ、製造工程を従来通りの簡単な工程で製造することができる。その結果、発光特性が優れて高特性で、かつ、信頼性の高い半導体発光素子を非常に安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体発光素子の製法の一実施形態により得られるＬＥＤチップの断面説明図である。
【図２】従来のＬＥＤチップの断面構造を説明する図である。
【符号の説明】
１    ＧａＰ基板
２    ｎ形ＧａＰ層
３    ｐ形ＧａＰ層
４    半導体積層部
６    ｐ側電極
６ａ  コンタクトメタル層
６ｂ  Ｍｏ層
６ｃ  Ａｕ層
７    ｎ側電極
【図１】
0003881472.tif 000002
【図２】
0003881472.tif 000003