(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に積層された第一導電型層と第二導電型層とを有し、前記第二導電型層は前記第一導電型層の表面を露出させるために一部が除去されており、前記第二導電型層の表面に透光性電極が形成され、前記透光性電極の上部にパッド電極が形成され、前記パッド電極の下部に電流阻止用絶縁性膜が形成され、前記透光性電極の上に保護用絶縁性膜を備えた半導体発光素子の製造方法であって、基板の上に第一導電型層と第二導電型層とを順に備えた積層構造の前記第二導電型層の表面に透光性電極を形成する第一の工程と、前記第一の工程に連続して前記透光性電極の上に絶縁性膜を形成させ、保護用絶縁性膜とする第二の工程と、前記絶縁性膜をマスクとして用いて第二導電型層の一部をエッチングにより除去させて前記第一導電型層の表面を露出させる第三の工程と、前記マスクの一部を除去して前記透光性電極の表面の一部を露出させる第四の工程と、前記第四の工程で露出された透光性電極に接し、かつ前記マスクの一部を電流阻止用絶縁性膜として上部を覆うようにパッド電極を形成させる第五の工程を順に備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオード等の光デバイスに利用される半導体発光素子及びその製造方法に関し、特にワイヤボンディング用のパッド電極と透光性電極とを有する半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、３−５族化合物半導体を用いた高輝度半導体発光素子の開発が進んでいる。特に、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた可視光発光素子における進展はめざましく、青色や緑色の発光ダイオードの分野での展開が急速に進んでいる。
【０００３】
窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子においては、他の３−５族化合物半導体を用いたものと比較してｐ型層の抵抗率が高いことやサファイア等の絶縁性の基板を用いていること等の制約から、基板の一面側にｐ、ｎ側のワイヤボンディング用のパッド電極が形成され、さらに半導体層の表面のほぼ全面に透光性を有する極薄の電極を展開させるというのが一般的な構造であり、このような構造により発光素子の素子サイズの小型化と発光出力の改善が図られている。
【０００４】
上述の透光性電極を有する構造の発光素子においては、透光性電極の上に形成されたパッド電極下で発生した光のうち、パッド電極側へ向かう光はパッド電極で遮られて透光性電極を形成した面側から外部に取り出されないため、発光効率が低く抑えられているという問題があった。これを改善するために、パッド電極の下部に酸化シリコン等の絶縁性または高抵抗の電流阻止層を形成することによって、パッド電極直下に流れる電流成分を減らし、パッド電極によって遮られる発光を減らして発光効率を改善する構造が提案されている。このような構造の発光素子は、例えば、特開平８−２５０７６８号公報に開示されており、図３に示すような構造を有している。
【０００５】
図３において、サファイアからなる基板５１の上に、バッファ層５２と、ｎ型層５３と、発光層５４と、ｐ型層５５と、からなる積層構造が形成され、ｐ型層５５の表面上には透光性を有する電極５６が形成されており、さらに電極５６の上にはボンディングのためのパッド電極５７が形成されている。ｐ型層５５の一部であってパッド電極５７の直下の領域には酸化シリコンからなる絶縁性層６９が形成されている。
【０００６】
ところで、透光性電極５６は上述したように光を透過する程度に極薄で形成されるため、製造ラインの途中で傷がつきやすい。図３に示すような窒化ガリウム系化合物半導体発光素子においては、透光性電極５６を形成した領域がほぼ発光領域となるため、透光性電極５６に傷がつくと電流が部分的に流れることとなり、均一な発光が得られなかったり発光強度が低下するなどして、製造歩留まりが低下するという問題があった。そこで、透光性電極５６の表面に酸化シリコン等の透光性の膜を形成し、これを保護膜として、透光性電極に傷がつくのを防ぐ方法が提案されている。このような方法は、例えば、特開平７−９４７８３号公報に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように透光性電極を用いる発光素子においては、透光性電極の上に形成されるパッド電極直下に電流阻止層を形成する技術や透光性電極の上に保護膜を形成する技術等により、透光性電極を用いることによる発光効率の低下や製造歩留まりの低下が改善されてきた。しかしながら、このような技術を採用した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造においては、ｎ型層の表面を露出するためのエッチング工程やマスク形成工程等に加え、電流阻止層用の絶縁性膜の形成や保護膜の形成のためのＣＶＤ法等による成膜工程やパターンニングのためのフォトリソグラフィー工程等を数回経る必要があり、製造工程が非常に煩雑になるという問題があった。このような場合、各工程におけるウェハーの取り扱い時に極薄の電極５６に傷がつきやすく、結果として半導体発光素子の製造歩留まりを低下させてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明において解決すべき課題は、第一に半導体層の表面に形成する電極に傷がつかないようにし、第二に製造工程を簡素化して、製造歩留まりの高い半導体発光素子及びその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、半導体層の表面に形成する電極に傷がつかないようにするとともに製造工程の簡素化を図るために改善検討を重ねた。その結果、半導体層の表面に電極を形成した後、直ちに絶縁性膜を電極の表面に形成することで、製造工程において電極に傷がつく問題が解消され、さらに、この絶縁性膜をエッチングマスクとして用い、残存したエッチングマスクを透光性電極の保護膜及びパッド電極直下の電流阻止層として用いることにより、製造工程が簡素化され、結果的に製造歩留まりが大幅に向上することを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、基板の上に積層された第一導電型層と第二導電型層とを有し、前記第二導電型層は前記第一導電型層の表面を露出させるために一部が除去されており、前記第二導電型層の表面に透光性電極が形成され、前記透光性電極の上部にパッド電極が形成され、前記パッド電極の下部に電流阻止用絶縁性膜が形成され、透光性電極の上に保護用絶縁性膜を備えた半導体発光素子において、前記電流阻止用絶縁性膜と前記保護用絶縁性膜とが、前記第二導電型層の一部を除去する際に用いられ残存したエッチングマスクであることを特徴とするものであり、エッチングマスクと、透光性電極の表面を保護する保護膜及びパッド電極直下の電流阻止層と、を兼用することにより、製造工程の簡素化が可能となる。
【００１１】
また、本発明は、基板の上に第一導電型層と第二導電型層とを順に備えた積層構造の前記第二導電型層の表面に透光性電極を形成する第一の工程と、前記第一の工程に連続して前記電極の上に絶縁性膜を形成させる第二の工程と、前記絶縁性膜をマスクとして用いて第二導電型層の一部をエッチングにより除去させて前記第一導電型層の表面を露出させる第三の工程と、前記マスクの一部を除去して前記透光性電極の表面の一部を露出させる第四の工程と、第四の工程で露出された透光性電極に接し、かつ前記マスクの一部の上部を覆うようにパッド電極を形成させる第五の工程を順に備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法であり、このような製造方法によれば、製造工程におけるウェハーの取り扱い時に電極に傷がつかず、発光強度の低下を防ぐことができ、さらに、エッチングマスクとして用いる絶縁性膜と電極の保護膜及びパッド電極直下の電流阻止層として用いる絶縁性膜を同一工程で形成するため、製造工程の簡素化が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願第１の発明は、基板の上に積層された第一導電型層と第二導電型層とを有し、前記第二導電型層は前記第一導電型層の表面を露出させるために一部が除去されており、前記第二導電型層の表面に透光性電極が形成され、前記透光性電極の上部にパッド電極が形成され、前記パッド電極の下部に電流阻止用絶縁性膜が形成され、透光性電極の上に保護用絶縁性膜を備えた半導体発光素子において、前記電流阻止用絶縁性膜と前記保護用絶縁性膜とが、前記第二導電型層の一部を除去する際に用いられ残存したエッチングマスクであることを特徴とするものであり、第一導電型層の表面を露出させるための第二導電型層の一部の除去の際のエッチングマスクと、半導体層の表面に形成される透光性電極の保護膜として用いられる絶縁性膜と、を兼用することにより、エッチングマスク用の絶縁性膜の成膜と、透光性電極の保護膜及びパッド電極直下の電流阻止層用の絶縁性膜の成膜と、を同一工程で行うことができ、製造工程が簡素化されて、製造工程において透光性電極に傷がつくのを防止できるという作用を有する。
【００１３】
本願第２の発明は、基板の上に第一導電型層と第二導電型層とを順に備えた積層構造の前記第二導電型層の表面に透光性電極を形成する第一の工程と、前記第一の工程に連続して前記透光性電極の上に絶縁性膜を形成させる第二の工程と、前記絶縁性膜をマスクとして用いて第二導電型層の一部をエッチングにより除去させて前記第一導電型層の表面を露出させる第三の工程と、前記マスクの一部を除去して前記透光性電極の表面の一部を露出させる第四の工程と、前記第四の工程で露出された透光性電極に接し、かつ前記マスクの一部の上部を覆うようにパッド電極を形成させる第五の工程を順に備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法であり、電極を形成する工程の後に連続して絶縁性膜を形成する工程を備えたことにより、絶縁性膜形成後の製造工程において透光性電極に傷がつくのを防ぐことができるとともに、エッチングマスクとして用いる絶縁性膜と、電極の保護膜及びパッド電極直下の電流阻止層として用いる絶縁性膜と、を同一工程で形成することができるという作用を有する。
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。図１において、サファイアからなる基板１上に、順に窒化ガリウム系化合物半導体からなるバッファ層２、ｎ型層３、発光層４、ｐ型層５が順次積層されている。そして、ｐ型層５及び発光層４の一部が反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等のドライエッチングにより除去されて、露出したｎ型層３の表面にｎ側電極８が形成されており、ｐ型層５の上には透光性電極６が形成されている。そして、透光性電極６の上方には、透光性電極６と電気的に接続されたパッド電極７が形成されている。ｎ側電極８には、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の金属材料を用いることができる。透光性電極６にはＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔｉ等の金属材料やＩＴＯ等の導電性材料を用いることができ、蒸着法やスパッタ法等を用いて形成することができる。透光性電極６の厚さは材料によっても異なるが、例えば、ＡｕやＮｉを用いる場合、０．００５μｍ〜０．０２μｍの範囲とすることが好ましい。また、例えば、４００℃以上の温度で熱処理を施すことにより透光性を向上させることもできる。パッド電極７にはＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔｉ等の金属材料を用いることができる。
【００１５】
透光性電極６の上には絶縁性膜からなる保護膜１９が形成され、パッド電極７の直下のｐ型層５の一部の上には絶縁性膜からなる電流阻止層２９が形成されている。これらの絶縁性膜からなる保護膜１９及び電流阻止層２９は、ｐ型層５及び発光層４の一部をドライエッチングにより除去させる際に用いたエッチングマスクが残存したものであり、同一の工程で成膜されたものである。このように、ドライエッチングに用いるエッチングマスクと透光性電極６の保護膜及びパッド電極７直下の電流阻止層とを兼用させて保護膜１９及び電流阻止層２９に用いる絶縁性膜の形成を一つの工程で行うようにしたので、製造工程が簡素化され、さらにウェハーの取り扱いの頻度が減少することになる。そのため、ウェハー取り扱いによる歩留まりの低下を抑制することができ、全体として製造歩留まりを向上させることができる。
【００１６】
また、この絶縁性膜の形成を、透光性電極６を形成した後連続して行うことにより、その後の工程において、極薄の透光性電極６は保護膜１９に覆われて露出することがほとんどないので、製造工程において透光性電極６に傷がつくことが少なくなり、透光性電極６の傷による発光特性の劣化等が大幅に抑制され、発光素子の製造歩留まりが大幅に向上する。
【００１７】
保護膜１９と電流阻止層２９の材料は透光性と絶縁性を有し、ドライエッチングにおいて窒化ガリウム系化合物半導体とのエッチング選択比を大きく取れる材料であることが必要である。具体的には、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮ等を好ましく使用することができる。
【００１８】
図２はｐ型層５の表面上への透光性電極６の形成から保護膜１９の一部の開口までの工程を順に示す概略図である。これらの図はウェハーにおける１素子のみに関する概略図であり、実際には図に示す素子が二次元的に繰り返し形成されたウェハーとして製造が行われる。
【００１９】
まず、サファイアからなる基板１の上にバッファ層２、ｎ型層３、発光層４、ｐ型層５を順次積層させて形成したウェハーを準備し、図２（ａ）に示すように、蒸着法とフォトリソグラフィーを用いて極薄の透光性を有する電極６をｐ型層５の表面上に所望の形状で形成する。
【００２０】
次いで、透光性電極６の上に絶縁性を有するＳｉＯ2からなる保護膜９をＣＶＤ法により堆積させ、図２（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィーにより所望の形状にパターンニングする。
【００２１】
保護膜９のパターンニングの後、ＲＩＥ法により、保護膜９をエッチングマスクとして用いて、図２（ｃ）に示すように、ｐ型層５及び発光層４の一部を除去してｎ型層３の表面を露出させるとともに、エッチングマスクとして用いた保護膜９の一部を残存させる。
【００２２】
ｐ型層５のエッチングの後、残存した保護膜９の一部をフォトリソグラフィーと希釈フッ酸溶液を用いた湿式エッチングにより開口させて、図２（ｄ）に示すように透光性電極６の表面を露出させるとともに、保護膜９の一部を電流阻止層２９とし、同時に残りの保護膜９を透光性電極６の保護膜１９とする。このとき、電流阻止層２９及び保護膜１９の厚さを、いずれか一方にフォトリソグラフィーによりレジスト等のマスクを形成して別々に、あるいはマスクを形成しないで同時に、湿式エッチング等を用いて調整することもできる。なお、保護膜１９と電流阻止層２９とは完全に分離させる必要はなく、透光性電極６と電流阻止層２９の直上に形成されるパッド電極７とが電気的に接続されるように透光性電極６が露出されていればよい。
【００２３】
そしてこの後、電流阻止層２９と露出させたｎ型層３の表面上に、ともに蒸着法とフォトリソグラフィーにより同一の工程または別々の工程で、パッド電極７とｎ側電極８をそれぞれ形成させる。そして、スクライブやダイシング等により、図１に示したような素子としてチップ状に分離される。
【００２４】
上述したように、極薄の透光性電極６を形成した後、透光性電極６の上に連続して保護膜９を形成するので、その後の工程において透光性電極６が露出することがほとんどなく、これにより透光性電極６に傷がつきにくくなるので、透光性電極６の劣化による製造歩留まりの低下を抑制することが可能となる。
【００２５】
なお、上記の実施の形態においては、ｎ型層と発光層とｐ型層とを順次積層したダブルヘテロ接合構造の発光素子及びその製造方法について述べたが、ｎ型層とｐ型層とを直接接合させたホモ接合構造やシングルヘテロ接合構造とした場合においても、あるいはｎ型層とｐ型層の積層の順序を逆にした構造においても同様の効果が得られる。
【００２６】
また、上記実施の形態においては、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子について述べたが、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｌＰ等の化合物半導体を用いた発光素子に対しても、本発明の思想を逸脱しない範囲内で適用することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、半導体層の表面に形成される透光性電極の保護膜及びパッド電極直下に形成される電流阻止層として用いられる絶縁性膜と、半導体層のエッチングのマスクとを兼用することにより、エッチングマスク用の絶縁性膜の成膜と、透光性電極の保護膜及びパッド電極直下の電流阻止層用の絶縁性膜の成膜と、を同一工程で行うことができ、製造工程が簡素化されて、製造工程において透光性電極に傷がつくのを防止できる。この結果、信頼性が高く発光効率が改善された発光素子を製造歩留まり良く製造することが可能となる。
【００２８】
請求項２の発明によれば、半導体層の表面に電極を形成する工程の後に連続して保護膜を形成する工程を備えたことにより、保護膜形成後の製造工程において透光性電極に傷がつくのを防ぐことができるとともに、エッチングマスクとして用いる絶縁性膜と、電極の保護膜及びパッド電極直下の電流阻止層として用いる絶縁性膜と、を同一工程で形成することができるので、素子特性の劣化がなく発光効率が改善された半導体発光素子を製造歩留まり良く製造することが可能となる。また、製造工程が簡素化されるので、半導体発光素子を低コスト化して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図
【図２】本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す概略図
【図３】従来の半導体発光素子の構造を示す断面図
【符号の説明】
１  基板
２  バッファ層
３  ｎ型層
４  発光層
５  ｐ型層
６  電極
７  パッド電極
８  ｎ側電極
９、１９  保護膜
２９  電流阻止層
【図１】
0004284722.tif 000002
【図２】
0004284722.tif 000003
【図３】
0004284722.tif 000004