НИТРИДНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING ELEMENT AND METHOD OF MAKING SAME

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к нитридному полупроводниковому светоизлучающему элементу, установленному на установочной подложке через металлический столбиковый вывод, и к технологии изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента.
Уровень техники
Нитридные полупроводники обычно используют для светоизлучающих элементов, таких как светодиоды (LED) и лазерные диоды (LD), элементов приема света, таких как солнечные элементы и датчики света, и в электронных устройствах, таких как транзисторы и силовые устройства. В частности, светодиод, в котором используются нитридные полупроводники (нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент), получил широкое применение в различных источниках света для задней подсветки, освещения, транспортных сигналов, крупных дисплеев и т.п.
Примеры способа установки такого нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента на установочной подложке включают в себя способ монтажа с перевернутым кристаллом, при котором полупроводниковый слой светоизлучающего элемента ориентирован вниз, и электрод р-стороны и электрод n-стороны светоизлучающего элемента расположены друг напротив друга и соединены с электродами проводных соединений на установочной подложке.
Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент, используемый в способе монтажа с перевернутым кристаллом, включает в себя нитридный полупроводниковый слой n-типа и нитридный полупроводниковый слой р-типа, каждый из которых содержит активный слой, которые сформированы на сапфировой подложке или на чем-то подобном, и электрод n-стороны и электрод р-стороны, которые соединены нитридным полупроводниковым слоем n-типа и нитридным полупроводниковым слоем р-типа, соответственно, и сформированы на одной плоской стороне в качестве подложки. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент может быть установлен на установочной подложке путем ориентирования нитридного полупроводникового слоя р-типа и нитридного полупроводникового слоя n-типа вниз, для того, чтобы электрод р-стороны и электрод n-стороны располагались напротив электродов проводных соединений на установочной подложке, соединяя эти электроды с электродами проводных соединений через металлические столбиковые выводы с помощью нажимного контакта.
Способ, представленный в JP-A-2004-153110, раскрывает в качестве способа формирования металлических столбиковых выводов в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе способ, в котором сформирована структура резиста, которая маскирует плоские электрод р-стороны и электрод n-стороны, изготовленные из металлической пленки, за исключением верхних поверхностей обоих электродов, и слой металлического столбикового вывода наносят с использованием осаждения способом химического восстановления, и затем структуру резиста удаляют.
В соответствии с другим способом, раскрытым в JP-A-2005-79551, электрод р-стороны и электрод n-стороны каждый формируют из металлической пленки, металлический слой наносят на всю поверхность светоизлучающего элемента, и формируют структуры резиста, имеющие отверстия поверх обоих электродов. Используя упомянутый выше металлический слой в качестве затравочного электрода, методом электролитического осаждения формируют слой металлического столбикового вывода и затем убирают структуры резиста и удаляют металлический слой, за исключением поверхности электрода, на которую нанесен слой металлического столбикового вывода.
Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего металлические столбиковые выводы, в соответствии с предшествующим уровнем техники, (например, JP-A-2005-79551), будет описан со ссылкой на фиг.15. На фиг.15 схематично показаны виды в разрезе для описания процесса изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего металлические столбиковые выводы, в соответствии с предшествующим уровнем техники. Как показано на фиг.15, процесс включает в себя следующие этапы (а) формируют электроды на подложке светоизлучающего элемента на основе GaN, (b) формируют изолирующие пленки, (с) формируют металлический слой по всей поверхности, (d) наносят структуру резиста, (е) формируют столбиковые выводы способом электролитического осаждения, (f) удаляют резисты, (g) удаляют металлический слой, (h) связывают с подложкой на нижней стороне элемента монтажа и (i), разделяют на модули светоизлучающего элемента.
2
Вначале множество модулей 121 светоизлучающего элемента, каждый из которых включает в себя электрод 103 n-стороны и электрод 104 р-стороны, формируют на, по существу, всей поверхности подложки 120, сформированной путем выращивания сложного полупроводника на основе GaN на поверхности сапфировой подложки (не показана) в матрице (фиг.15А), и на тех участках, где не должно быть столбиковых выводов для электрода 103 n-стороны и электрода 104 р-стороны, формируют изолирующие пленки 122, сформированные из пленок SiO (фиг.15В).
Затем плоский металлический слой 105, который изготовлен из сплава Au/Ti, и электрически соединен с электродом 103 n-стороны и электродом 104 р-стороны, формируют на всей поверхности подложки 120 (фиг.15С). Металлический слой 105 формируют так, чтобы он имел толщину от 0,5 до 3 мкм, путем осаждения из паровой фазы, напыления и т.п.
В результате формирования резиста 123 на металлическом слое 105 (фиг.15D) и применения к нему электролитического осаждения, формируются столбиковые выводы 106,107 на металлическом слое 105 (фиг.15Е).
В результате удаления резиста 123 (фиг.15F) и последующего удаления незащищенных участков металлического слоя 105, получают пластину светоизлучающего элемента, в которой каждый из модулей 121 светоизлучающего элемента имеет столбиковый вывод 106, электрически соединенный с электродом 103 n-стороны, и столбиковый вывод 107, электрически соединенный с электродом 104 р-стороны, сформированные в виде матрицы (фиг.15 (g)).
Патентный документ 1: JP-A-2004-153110
Патентный документ 2: JP-A-2005-79551
Однако в соответствии со способом формирования металлических столбиковых выводов с использованием химического восстановления, как описано в Патентном документе 1 (JP-A-2004-153110), трудно формировать стабильно толстый металлический столбиковый вывод. В соответствии со способом формирования металлического слоя 105 путем осаждения из паровой фазы, напыления и т.п., как описано в Патентном документе 2 (JP-A-2005-79551), трудно сформировать плоский металлический слой 105. Кроме того, на этапе удаления незащищенных участков металлического слоя 105, возникает вероятность того, что металлический слой 105 невозможно удалить в достаточной степени, что приводит к утечке между электродами.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение было составлено с учетом этих проблем, и цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы получить надежный нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент, имеющий толстый металлический столбиковый вывод, и способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента с улучшенной производительностью.
Для достижения описанной выше цели используется способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в соответствии с настоящим изобретением, представляющий собой способ изготовления нитридного полупроводника светоизлучающего элемента с перевернутым кристаллом, включающего в себя: структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего слой нитридного полупроводника n-типа и слой нитридного полупроводника р-типа, нанесенные на подложку, и участок соединения электрода n-стороны с нитридным полупроводниковым слоем n-типа и участок соединения электрода р-стороны со слоем нитридного полупроводника р-типа на одной и той же плоской стороне подложки, причем электрод n-стороны соединен с участком соединения электрода n-стороны, и электрод р-стороны соединен с участком соединения электрода р-стороны; и металлические столбиковые выводы, сформированные на электроде n-стороны и электроде р-стороны, в котором последовательно выполняют этап формирования защитного слоя, этап формирования первой структуры резиста, этап вытравливания защитного слоя, этап формирования первого металлического слоя, этап формирования второй структуры резиста, этап формирования второго металлического слоя и этап удаления структуры резиста.
В соответствии с такой процедурой вначале, на этапе формирования защитного слоя, на структуре нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента формируют изолирующий защитный слой. Затем, на этапе формирования первой структуры резиста, формируют первую структуру резиста, имеющую отверстия на участке соединения электрода n-стороны и участке соединения электрода р-стороны. Затем, на этапе вытравливания защитного слоя, защитный слой вытравливают, используя структуру первого резиста в качестве маски, с тем, чтобы открыть участок соединения электрода n-стороны и участок соединения электрода р-стороны. Затем, на этапе формирования первого металлического слоя, первый металлический слой, который становится электродом n-стороны и электродом р-стороны, формируют на участке соединения электрода n-стороны, участке соединения электрода р-стороны и первой структуре резиста, без удаления первой структуры резиста. Таким образом, первый металлический слой не формируют непосредственно на защитном слое, за исключением тех областей, где сформирован электрод n-стороны и электрод р-стороны. Затем, на этапе формирования второй структуры резиста формируют вторую структуру резиста, имеющую отверстия над отверстиями первой структуры резиста. Таким образом, открытые поверхности, где второй металлический слой не сформирован, сформированы на внешних кромках верхних поверхностей электрода n-стороны и электрода р-стороны. Затем, на втором этапе формирования металлического слоя, используя первый металлический слой, в качестве электрода для электролитического осаждения, второй металлический слой, который становится металлическими столбиковыми выводами, формируют путем электролитического осаждения. Таким образом, электрод n-стороны и электрод р-стороны непосредственно соединяются со вторым металлическим слоем, который становится металлическими столбиковыми выводами, сформированными на электродах. Затем, на этапе удаления структуры резиста, первую структуру резиста и вторую структуру резиста удаляют. Таким образом, изготавливают нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент за малое количество этапов.
В соответствии со способом изготовления по настоящему изобретению количество этапов производства может быть уменьшено, первый металлический слой, который становится плоскими электродом n-стороны и электродом р-стороны, не формируют непосредственно на защитном слое, и металлические столбиковые выводы формируют, используя первый металлический слой в качестве электрода для электролитического осаждения. В результате, можно улучшить производительность нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, который имеет толстые металлические столбиковые выводы, вряд ли вызовет утечки и является высоконадежным.
Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента по настоящему изобретению представляет собой способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента с перевернутым кристаллом, включающего в себя: структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего слой нитридного полупроводника n-типа и слой нитридного полупроводника р-типа, нанесенные на подложку, и участок соединения электрода n-стороны с нитридным полупроводниковым слоем n-типа и участок соединения электрода р-стороны со слоем нитридного полупроводника р-типа на одной и той же плоской стороне подложки, при этом электрод n-стороны соединен с участком соединения электрода n-стороны, и электрод р-стороны соединен с участком соединения электрода р-стороны; и металлические столбиковые выводы, сформированные на электроде n-стороны и электроде р-стороны, в котором последовательно выполняют этап формирования защитного слоя, этап формирования структуры резиста, этап вытравливания защитного слоя, этап формирования первого металлического слоя, этап формирования второго металлического слоя и этап удаления структуры резиста.
В соответствии с такой процедурой вначале, на этапе формирования защитного слоя, на структуре нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента формируют изолирующий защитный слой. Затем, на этапе формирования структуры резиста, имеющую отверстия на участке соединения электрода n-стороны и на участке соединения электрода р-стороны формируют структуру резиста. Затем, на этапе вытравливания защитного слоя, используя структуру резиста в качестве маски, защитный слой вытравливают, открывая участок соединения электрода n-стороны и участок соединения электрода р-стороны. Затем, на этапе формирования первого металлического слоя, первый металлический слой, из которого получат электрод n-стороны и электрод р-стороны, формируют на участке соединения электрода n-стороны, участке соединения электрода р-стороны и структуре резиста, без удаления структуры резиста. Таким образом, первый металлический слой не формируют непосредственно на защитном слое, за исключением областей, где сформированы электрод n-стороны и электрод р-стороны. Затем, на этапе формирования второго металлического слоя, используя первый металлический слой в качестве электрода для электролитического осаждения, путем электролитического осаждения формируют второй металлический слой, который становится металлическими столбиковыми выводами. Таким образом, электрод n-стороны и электрод р-стороны непосредственно связываются со вторым металлическим слоем, который становится металлическими столбиковыми выводами, сформированными на соответствующих электродах, и боковая поверхность второго металлического слоя, покрыта первым металлическим слоем. Затем, на этапе удаления структуры резиста, структуру резиста удаляют. Таким образом, нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент изготавливают за малое количество этапов.
В соответствии со способом получения по настоящему изобретению количество этапов получения может быть уменьшено, первый металлический слой, который становится плоскими электродом n-стороны и электродом р-стороны, не формируют непосредственно на защитном слое, и металлические столбиковые выводы формируют, используя первый металлический слой в качестве электрода для электролитического осаждения. В результате может быть улучшена производительность нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, который имеет толстые металлические столбиковые выводы, в которых маловероятно возникновение утечек, и которые являются высоконадежными. Кроме того, поскольку часть или все боковые поверхности металлических столбиковых выводов покрыты первым металлическим слоем, когда в качестве первого металлического слоя используют металл, имеющий высокое удельное сопротивление, может быть изготовлен нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент, имеющий высокую эффективность излучения света.
Способ изготовления второго нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в соответствии с настоящим изобретением представляет собой способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента с перевернутым кристаллом, включающего в себя: структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего нитридный полупроводниковый слой n-типа и нитридный полупроводниковый слой р-типа, нанесенные на подложку, и участок соединения электрода n-стороны с нитридным полупроводниковым слоем n-типа и участок соединения электрода р-стороны с нитридным полупроводниковым слоем р-типа на одной и той же плоской стороне подложки, причем электрод n-стороны соединен с участком соединения электрода n-стороны, и электрод р-стороны соединен с участком соединения электрода р-стороны; и металлические столбиковые выводы, сформированные на электроде n-стороны и электроде р-стороны, в котором последовательно выполняют этап формирования защитного слоя, этап формирования первой структуры резиста, этап вытравливания защитного слоя, этап формирования первого металлического слоя, этап удаления первой структуры резиста, этап формирования третьего металлического слоя, этап формирования второй структуры резиста, этап формирования второго металлического слоя, этап удаления второй структуры резиста и этап удаления третьего металлического слоя.
В соответствии с такой процедурой вначале, на этапе формирования защитного слоя, на структуре нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента формируют изолирующий защитный слой. Затем, вначале, на этапе формирования структуры резиста, формируют первую структуру резиста, имеющую отверстия на участке соединения электрода n-стороны и на участке соединения электрода р-стороны. Затем, на этапе вытравливания защитного слоя, используя первую структуру резиста в качестве маски, вытравливают защитный слой, для того, чтобы открыть участок соединения электрода n-стороны и участок соединения электрода р-стороны. Затем, на этапе формирования первого металлического слоя, первый металлический слой, из которого формируются электрод n-стороны и электрод р-стороны, формируют на участке соединения электрода n-стороны, участке соединения электрода р-стороны и на первой структуре резиста, без удаления первой структуры резиста. Затем, на этапе удаления первой структуры резиста удаляют первую структуру резиста. Затем, на этапе формирования третьего металлического слоя, третий металлический слой формируют на первом металлическом слое и на защитном слое. Таким образом, второй металлический слой, из которого формируются металлические столбиковые выводы, может быть легко сформирован посредством электролитического осаждения. Затем, на втором этапе формирования структуры резиста, формируют вторую структуру резиста, имеющую отверстия на участке соединения электрода n-стороны и участке соединения электрода р-стороны, на которых сформирован третий металлический слой. Затем, на этапе формирования второго металлического слоя, используя третий металлический слой в качестве электрода для электролитического осаждения формируют второй металлический слой, который становится металлическими столбиковыми выводами. Таким образом, второй металлический слой может быть сформирован только на третьем металлическом слое. Затем, на этапе удаления второй структуры резиста, удаляют вторую структуру резиста. Поскольку второй металлический слой не сформирован на второй структуре резиста, этап удаления второй структуры резиста может быть выполнен легко. Затем, на этапе удаления третьего металлического слоя, удаляют третий металлический слой. Таким образом, нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент изготавливают за меньшее количество этапов. Кроме того, поскольку для электролитического осаждения используется третий металлический слой, могут быть сформированы металлические столбиковые выводы, имеющие высокую надежность. Кроме того, поскольку первый металлический слой формируют после удаления части защитного слоя, степень отслоения первого металлического слоя от защитного слоя может быть уменьшена.
В соответствии со способом изготовления по настоящему изобретению количество этапов производства может быть уменьшено. Кроме того, поскольку первый металлический слой сформирован после удаления части защитного слоя, может быть уменьшено отслоение первого металлического слоя от защитного слоя.
Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент по настоящему изобретению представляет собой нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент с перевернутым кристаллом, включающий в себя: структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего слой нитридного полупроводника n-типа и слой нитридного полупроводника р-типа, нанесенные на подложку, и участок соединения электрода n-стороны со слоем нитридного полупроводника n-типа и участок соединения электрода р-стороны со слоем нитридного полупроводника р-типа на одной и той же плоской стороне подложки, причем электрод n-стороны соединен с участком соединения электрода n-стороны, и электрод р-стороны соединен с участком соединения электрода р-стороны; и металлические столбиковые выводы, сформированные на электроде n-стороны и на электроде р-стороны, причем нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент дополнительно включает в себя изолирующий защитный слой, который покрывает поверхность нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, в котором металлический столбиковый вывод на электроде n-стороны и металлический столбиковый вывод на электроде р-стороны имеют одинаковую толщину, по меньшей мере один электрод из электрода n-стороны и электрода р-стороны больше, чем металлический столбиковый вывод на этом одном электроде при виде сверху, так что часть верхней поверхности упомянутого одного электрода оказывается незащищенной, и в котором защитный слой не покрывает незащищенные части верхних поверхностей электрода n-стороны и электрода р-стороны.
При такой конфигурации, когда нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент прижимают к электродам проводных соединений на установочной подложке через металлические столбиковые выводы нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента при соединении, металлические столбиковые выводы сплющиваются и растягиваются по горизонтали. В то же время, поскольку по меньшей мере один из электрода n-стороны и электрода р-стороны, на которых предусмотрен металлический столбиковый вывод, больше, чем металлический столбиковый вывод при виде сверху, то металлический столбиковый вывод вытягивается на электроде n-стороны или электроде р-стороны с большими размерами при виде сверху. Поскольку незащищенные части верхних поверхностей электрода n-стороны и электрода р-стороны, на которых не предусмотрены металлические столбиковые выводы, не покрыты защитным слоем, верхние поверхности электродов находятся в электрическом соединении с горизонтально растянутыми металлическими столбиковыми выводами, площадь соединения между электродом n-стороны/электродом р-стороны и металлическими столбиковыми выводами увеличивается, и сопротивление контактов между электродом n-стороны/электродом р-стороны и металлическими столбиковыми выводами уменьшается. Кроме того, поскольку более короткий металлический столбиковый вывод, расположенный на электроде n-стороны, и более длинный металлический столбиковый вывод, расположенный на электроде р-стороны, если рассматривать с поверхности подложки, имеют одинаковую толщину, верхняя поверхность металлического столбикового вывода на электроде n-стороны расположена ниже, чем верхняя поверхность металлического столбикового вывода на электроде р-стороны. Поэтому металлический столбиковый вывод на электроде n-стороны принимает меньшую силу давления во время прижатия к электроду проводного соединения на установочной подложке и в меньшей степени сплющивается и растягивается по горизонтали.
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе по настоящему изобретению при установке на установочной подложке с использованием металлических столбиковых выводов эти сплющенные и горизонтально растянутые металлические столбиковые выводы находятся в контакте с незащищенными верхними поверхностями плоских электрода n-стороны и электрода р-стороны, и поэтому может быть достигнута высокая надежность монтажа, при котором отслаивание маловероятно и который обеспечивает низкое сопротивление контакта. Кроме того, поскольку металлический столбиковый вывод на электроде n-стороны сплющивается в меньшей степени и в меньшей степени растягивается горизонтально, площадь электрода n-стороны в сечении может быть уменьшена. Поэтому полупроводниковый слой р-стороны может быть расширен, с увеличением, таким образом, количества света, излучаемого из нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента.
Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент по настоящему изобретению представляет собой нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент с перевернутым кристаллом, включающий в себя: нитридную полупроводниковую структуру светоизлучающего элемента, имеющую слой нитридного полупроводника n-типа и слой нитридного полупроводника р-типа, нанесенные на подложку, и участок соединения электрода n-стороны с нитридным полупроводниковым слоем n-типа, и участок соединения электрода р-стороны с нитридным полупроводниковым слоем р-типа на одной и той же плоской стороне подложки, первый металлический слой, который составляет электрод n-стороны, соединенный с участком соединения электрода n-стороны, и электрод р-стороны, соединенный с участком соединения электрода р-стороны, вторые металлические слои, расположенные на первом металлическом слое в контакте с первым металлическим слоем, и образующие металлические столбиковые выводы на электроде n-стороны и на электроде р-стороны, и изолирующий защитный слой, который покрывает верхнюю поверхность и боковую поверхность, за исключением области, где первый металлический слой структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, в котором по меньшей мере часть или вся боковая поверхность второго металлического слоя покрыты первым металлическим слоем.
При такой конфигурации в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе боковая поверхность первого металлического слоя, который покрывает часть или всю боковую поверхность второго металлического слоя, образующего металлические столбиковые выводы, отражает свет, исходящий из структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, и возвращает свет в структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента.
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе по настоящему изобретению, подобрав первый металлический слой можно получить нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент, имеющий высокую эффективность выделения света.
Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент по настоящему изобретению выполнен таким образом, что отражающая способность поверхности первого металлического слоя, закрывающего боковую поверхность второго металлического слоя в отношении света с длиной волны, излучаемой нитридным полупроводниковым светоизлучающим элементом, выше, чем у боковой поверхности второго металлического слоя.
При такой конфигурации в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе боковая поверхность первого металлического слоя, который покрывает часть или всю боковую поверхность второго металлического слоя, образующего металлические столбиковые выводы, эффективно отражает свет, исходящий из структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, и возвращает этот свет в структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента.
Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент по настоящему изобретению представляет собой нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент с перевернутым кристаллом, включающий в себя: структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего нитридный полупроводниковый слой n-типа и нитридный полупроводниковый слой р-типа, нанесенные на подложку, и участок соединения электрода n-стороны с нитридным полупроводниковым слоем n-типа и участок соединения электрод р-стороны с нитридным полупроводниковым слоем р-типа на той же плоской стороне подложки, первые металлические слои, которые образуют электрод n-стороны, соединенный с участком соединения электрода n-стороны, и электрод р-стороны, соединенный с участком соединения электрода n-стороны, третьи металлические слои, расположенные на первых металлических слоях в контакте с первыми металлическими слоями, и вторые металлические слои, образующие металлические столбиковые выводы, расположенные на третьих металлических слоях в контакте с третьими металлическими слоями.
В такой конфигурации в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе можно использовать различные металлы, вне зависимости от типа металлических столбиковых выводов. Кроме того, поскольку третий металлический слой функционирует как буферный слой для второго металлического слоя, который образует металлические столбиковые выводы, давление при установке нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента на установочную подложку, может быть уменьшено.
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе по настоящему изобретению, поскольку третьи металлические слои действуют как буферные слои для вторых металлических слоев, которые образуют металлические столбиковые выводы, давление при монтаже нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента на установочную подложку может быть уменьшено.
В соответствии со способом изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента по настоящему изобретению, после этапа формирования второго металлического слоя выполняют этап регулирования высоты второго металлического слоя.
В соответствии с такой процедурой на этапе формирования второго металлического слоя второй металлический слой, который образует металлические столбиковые выводы, формируют на электроде n-стороны и на электроде р-стороны с одинаковой толщиной. Поэтому второй металлический слой, сформированный на более высоком электроде р-стороны, расположен выше, чем второй металлический слой, сформированный на электроде n-стороны. Таким образом, на втором этапе регулирования высоты металлического слоя, расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности второго металлического слоя, образующего металлические столбиковые выводы на электроде n-стороны, регулируют так, чтобы оно было равно расстоянию от верхней поверхности подложки до верхней поверхности второго металлического слоя, образующего металлические столбиковые выводы на электроде р-стороны, например, путем полировки, среза и т.п. Таким образом можно изготовить нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент, в котором расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как и расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны.
В соответствии со способом получения по настоящему изобретению, поскольку расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны, при монтаже с перевернутым кристаллом к обоим электродам со стороны подложки прикладывают одинаковую силу прижима, и таким образом можно изготовить нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент, который обеспечивает превосходное соединение, без необходимости приложения излишней силы прижима.
В соответствии со способом изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента по настоящему изобретению этап регулирования высоты второго металлического слоя выполняют после этапа формирования второго металлического слоя.
В соответствии с такой процедурой на этапе формирования второго металлического слоя на электроде n-стороны и на электроде р-стороны формируют второй металлический слой одинаковой толщины, который образует металлические столбиковые выводы. Поэтому второй металлический слой, сформированный на высоком электроде р-стороны, расположен выше, чем второй металлический слой, сформированный на электроде n-стороны. Таким образом, на этапе регулирования высоты второго металлического слоя расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности второго металлического слоя, образующего металлический столбиковый вывод на электроде n-стороны, регулируют так, чтобы оно было таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности второго металлического слоя, образующего металлический столбиковый вывод на электроде р-стороны, например, путем полировки, среза и т.п.Таким образом можно изготовить нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент, в котором расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны. Кроме того, в случае, когда внешняя кромка верхней поверхности второго металлического слоя, сформированная на этапе формирования второго металлического слоя, будет закруглена, степень закругления внешней кромки верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны поддерживается постоянной.
В соответствии со способом получения по настоящему изобретению, поскольку расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны, при монтаже с перевернутым кристаллом одинаковая сила прижима прикладывается от подложки к обоим электродам, и поэтому становится возможным изготавливать нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент, который обеспечивает возможность превосходного соединения, без необходимости применения дополнительной силы прижима. Поскольку верхний участок второго металлического слоя, образующий металлический столбиковый вывод на электроде n-стороны, удален, может быть уменьшено количество расходуемого материала.
Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент по настоящему изобретению представляет собой нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент с перевернутым кристаллом, включающий в себя: структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего нитридный полупроводниковый слой n-типа и нитридный полупроводниковый слой р-типа, нанесенные на подложку, и участок соединения электрода n-стороны с нитридным полупроводниковым слоем n-типа и участок соединения электрода р-стороны с нитридным полупроводниковым слоем р-типа на одной и той же плоской стороне подложки, при этом электрод n-стороны соединен с участком соединения электрода n-стороны, а электрод р-стороны соединен с поверхностью соединения электрода р-стороны; и металлические столбиковые выводы, сформированные на электроде n-стороны и на электроде р-стороны, где нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент дополнительно включает в себя изолирующий защитный слой, который покрывает поверхность нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, в котором по меньшей мере один электрод из электрода n-стороны и электрода р-стороны шире, чем металлический столбиковый вывод на этом электроде, так что участок верхней поверхности упомянутого одного электрода остается открытым, при этом защитный слой не покрывает участок верхней поверхности упомянутого одного электрода и поверхность металлических столбиковых выводов, и расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны.
В такой конфигурации, когда нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент прижимают в контакте с электродами проводного соединения на установочной подложке через металлические столбиковые выводы нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, металлические столбиковые выводы расплющиваются и растягиваются горизонтально. В то же время, поскольку по меньшей мере один из электрода n-стороны и электрода р-стороны, на которых расположены металлические столбиковые выводы, больше в сечении, чем металлический столбиковый вывод, металлический столбиковый вывод растягивается в сечении на большем из электрода n-стороны или электрода р-стороны. Поскольку открытые верхние поверхности электрода n-стороны и электрода р-стороны, на которых не располагаются металлические столбиковые выводы, не покрыты защитным слоем, верхние поверхности электродов находятся в электрическом соединении с горизонтально растянутыми металлическими столбиковыми выводами, площадь контакта между электродом n-стороны и электродом р-стороны и металлическими столбиковыми выводами увеличивается, и сопротивление контакта между электродом n-стороны и электродом р-стороны и металлическими столбиковыми выводами уменьшается. Кроме того, поскольку расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны, при монтаже с перевернутым кристаллом к этим металлическим столбиковым выводам со стороны подложки прикладывается одинаковая сила прижима.
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе по настоящему изобретению, поскольку расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны, при монтаже с перевернутым кристаллом к обоим электродам от подложки прикладывается одинаковая сила прижима, и таким образом может быть достигнуто удовлетворительное соединение без избыточного применения силы прижима к нитридному полупроводниковому светоизлучающему элементу.
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе по настоящему изобретению в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны.
В такой конфигурации в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе, поскольку расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны, при монтаже с перевернутым кристаллом, к этим металлическим столбиковым выводам со стороны подложки прикладывают одинаковую силу прижима.
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе по настоящему изобретению, поскольку расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны является таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки до верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде р-стороны, при монтаже с перевернутым кристаллом к обоим электродам от подложки прикладывают одинаковую силу прижима, и поэтому удовлетворительное соединение может быть достигнуто без приложения к нитридному полупроводниковому светоизлучающему элементу избыточной силы прижима.
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе по настоящему изобретению в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны закруглена.
В такой конфигурации, поскольку внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе закруглена, площадь верхней поверхности является небольшой. Поэтому при монтаже с перевернутым кристаллом, небольшая верхняя поверхность металлического столбикового вывода на электроде n-стороны входит в контакт с электродом проводного соединения на установочной подложке и принимает силу прижима со стороны подложки.
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе по настоящему изобретению, поскольку внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода на электроде n-стороны закруглена, и площадь верхней поверхности мала, при монтаже с перевернутым кристаллом, когда металлические столбиковые выводы принимают силу прижима, и они сплющиваются, избыточное горизонтальное расширение верхних концов металлического столбикового вывода можно предотвратить.
Способ получения по настоящему изобретению может обеспечить способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента с улучшенной производительностью.
Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент по настоящему изобретению может обеспечить надежный нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан схематичный вид, представляющий структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.1А показан вид сверху, и на фиг.1 В показан вид в разрезе вдоль линии А-А на фиг.1 А.
На фиг.2 показана блок-схема последовательности операций, представляющая последовательность операций способа производства нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.3А показано состояние, в котором сформирована нитридная полупроводниковая структура светоизлучающего элемента, на фиг.3В показано состояние, в котором сформирован защитный слой, и на фиг.3С показано состояние, в котором сформирована первая структура резиста.
На фиг.4 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.4А показано состояние, в котором защитный слой части формирования электрода, удален, на фиг.4 В показан случай, где слой электрода сформирован, и на фиг.4С показано состояние, в котором сформирована вторая структура резиста для формирования металлического столбикового вывода.
На фиг.5 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.5А показано состояние, в котором сформирован слой металлического столбикового вывода, на фиг.5В показано состояние, в котором первая структура резиста удалена, и на фиг.5С показано состояние, в котором вторая структура резиста удалена.
На фиг.6 показан схематический вид в разрезе, представляющий структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента во втором варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.7 показана блок-схема последовательности операций, представляющая поток способа изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента во втором варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.8 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента во втором варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.8А представлена нитридная полупроводниковая структура светоизлучающего элемента, на фиг.8В показано состояние, в котором сформирован защитный слой, на фиг.8С показано состояние, в котором сформирована структура резиста для формирования электрода, и на фиг.8D показано состояние, в котором удален защитный слой части формирования электрода.
На фиг.9 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента во втором варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.9А показано состояние, в котором сформирован слой электрода, на фиг.9В показано состояние, в котором сформирован слой металлического столбикового вывода, и на фиг.9С показано состояние, в котором структура резиста удалена.
На фиг.10 показан схематический вид в разрезе, представляющий структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.11 показана блок-схема последовательности операций, представляющая последовательность операций способа производства нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.12 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.12А показана нитридная полупроводниковая структура светоизлучающего элемента, на фиг.12В показано состояние, в котором сформирован защитный слой, на фиг.12С показано состояние, в котором сформирована структура резиста для формирования электрода, и на фиг.12D показано состояние, в котором защитный слой части формирования электрода удален.
На фиг.13 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.13А показано состояние, в котором сформирован слой электрода, на фиг.13В показано состояние, в котором структура резиста и слой электрода на резисте удалены, на фиг.13С показано состояние, в котором сформирован затравочный слой электрода для электролитического осаждения, и на фиг.13D показано состояние, в котором сформирована структура резиста для формирования металлического столбикового вывода.
На фиг.14 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.14А показано состояние, в котором сформирован слой металлического столбикового вывода, на фиг.14В показано состояние, в котором структура резиста удалена, на фиг.14С показано состояние, в котором ненужный затравочный слой электрода удален.
На фиг.15 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего металлический столбиковый вывод в соответствии с известным уровнем техники.
На фиг.16 показан схематический вид, представляющий структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.16А показан вид сверху и на фиг.16В показан вид в разрезе вдоль линии А-А на фиг.16А.
На фиг.17 показана блок-схема последовательности операций, представляющая поток способа производства нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.18 показан схематический вид в разрезе для описания части производственного процесса нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.18А показано состояние, в котором выполнено регулирование высоты слоя металлического столбикового вывода, на фиг.18В показано состояние, в котором первая структура резиста удалена, и на фиг.18С показано состояние, в котором вторая структура резиста удалена.
На фиг.19 показан схематический вид в разрезе для описания состояния, в котором регулирование высоты слоя металлического столбикового вывода выполнено в процессе изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.20 показан схематический вид в разрезе описания другого состояния, в котором регулирование высоты слоя металлического столбикового вывода выполнено в процессе изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.21 показан схематический вид в плане, представляющий структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента при модификации четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг.22 показан схематический вид вдоль линии А-А на фиг.21, представляющий структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента при модификации четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг.23 показан схематический вид в разрезе, представляющий структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в пятом варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.24 показана блок-схема последовательности операций, представляющая поток способа изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в пятом варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.25 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в пятом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.25А показано состояние, в котором выполнено регулирование высоты слоя металлического столбикового вывода, и на фиг.25В показано состояние, в котором структура резиста удалена.
На фиг.26 показан схематический вид в разрезе, представляющий структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в шестом варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.27 показана блок-схема последовательности операций, представляющая поток способа производства нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в шестом варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.28 показан схематический вид в разрезе для описания процесса изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в шестом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором на фиг.28А показано состояние, в котором выполнено регулирование высоты слоя металлического столбикового вывода, на фиг.28В показано состояние, в котором структура резиста удалена, и на фиг.28С показано состояние, в котором ненужный затравочный слой электрода удален.
Подробное описание изобретения
Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент и способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента по настоящему изобретению будут описаны ниже.
Первый вариант осуществления
[Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент]
Структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на фиг.1. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1 в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения представляет собой светодиод, установленный на перевернутом кристалле. Как показано на фиг.1А и В, нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1 в первом варианте осуществления включает в себя подложку 2, структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, нанесенную на подложку 2, защитный слой 20, электрод 21 n-стороны, электрод 22 р-стороны, металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24.
В настоящем описании "структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента" означает слоистую структуру, в которой нанесены активный слой 12, нитридный полупроводниковый 11 слой n-типа и нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа, и структура также включает в себя электрод 14 полной поверхности, в качестве слоя диффузии тока или отражающего слоя, и электрод 15 покрытия для предотвращения миграции материала для электрода 14 полной поверхности, если он предусмотрен. Структура 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента включает в себя участок соединения 10а электрода 21 n-стороны с нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа и участок соединения 10b электрода 22 р-стороны с нитридным полупроводниковым слоем 13 р-типа на той же плоской стороне подложки 2, и имеет структуру, пригодную для изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 с перевернутым кристаллом. Кроме того, в настоящем описании, "верхняя сторона" относится к направлению, перпендикулярному плоскости структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, нанесенной на подложку 2, то есть, направление, в котором нанесена структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 10. Например, направление представляет собой направление вверх на фиг.1В.
(Подложка)
2
4
Подложка 2 может быть изготовлена из любого материала, который позволяет эпитаксиально выращивать нитридный полупроводник, и при этом отсутствуют какие-либо конкретные ограничения его размеров и толщины. Примеры такой подложки включают в себя изолирующие подложки из сапфира или шпинели (MgAlO), включающие в себя поверхность С, поверхность R или поверхность А, в качестве основной поверхности, и оксидные подложки, такие как ниобат лития и решетка неодима галлата, соединенная с карбидом кремния (SiC), кремнием, ZnS, ZnO, Si, GaAs, алмазным и нитридным полупроводником. Для установки в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1 с перевернутым кристаллом в соответствии с настоящим вариантом осуществления задняя поверхность подложки 2 используется как поверхность для выхода света. Соответственно, поскольку свет из нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 проходит через подложку 2 и излучается от поверхности для выхода света, предпочтительно, чтобы подложка 2 была прозрачной по меньшей мере для длины волны этого света.
(Структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента)
Структура 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента является слоистой структурой, в которой нанесены активный слой 12, слой 11 нитридного полупроводника n-типа и слой 13 нитридного полупроводника р-типа, как описано выше. В настоящем варианте осуществления в структуре 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента электрод 14 полной поверхности и электрод 15 покрытия нанесены на нитридный полупроводниковый слой 1 р-типа, и участок 10а соединения электрода n-стороны, в качестве верхней поверхности нитридного полупроводникового слоя 11 n-типа, для электрического соединения электрода 21 n-стороны с нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа и участок соединения 10b электрода р-стороны, в качестве верхней поверхности электрода покрытия 15, для электрического соединения электрода 22 р-стороны с нитридным полупроводниковым слоем 13 р-типа расположены на одной и той же плоской стороне подложки 2.
(Нитридный полупроводниковый слой n-типа, активный слой, и нитридный полупроводниковый слой р-типа)
X
Y
1-X-Y
Нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа, активный слой 12 и нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа не ограничиваются конкретным вариантом, но, например, предпочтительно используется сложный полупроводник на основе нитрида галлия, такой InAlGaN (0≤X, 0≤Y, X+Y<1). Нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа, активный слой 12 и нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа (совместно называемые нитридными полупроводниковыми слоями 11, 12 и 13, соответственно) могут каждый иметь монослойную структуру, или могут иметь ламинированную структуру, имеющую разные слои по составу и толщине, или структуру сверхрешетки. Предпочтительно, чтобы в особенности активный слой 12, как излучающий слой, имел структуру с одной квантовой ямой или множеством квантовых ям, в которых нанесены тонкие пленки, генерирующие квантовый эффект, и слой ямы представляет собой нитридный полупроводник, содержащий In. Нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа может быть сформирован поверх подложки 2 через основной слой (не показан), такой как буферный слой, для уменьшения несоответствия между нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа и подложкой 2 в константе решетки.
Каждый такой нитридный полупроводниковый слой может иметь гомоструктуру, гетероструктуру или двойную гетероструктуру с соединением MIS, соединением PIN или соединением PN. При этом отсутствует конкретное ограничение в отношении его толщины, и толщина может изменяться. Примеры ламинированной структуры нитридных полупроводниковых слоев включают в себя слой буфера, изготовленный из AlGaN, нелегированный слой GaN, контактный слой n-стороны, изготовленный из GaN n-типа, легированного Si, слой сверхрешетки, в которой слой GaN и слой InGaN ламинированы поочередно, активный слой, имеющий структуру с множеством квантовых ям, в которой слой GaN и слой InGaN ламинированы поочередно, слой сверхрешетки, в котором слой AlGaN, легированный магнием, и слой InGaN, легированный магнием, ламинированы поочередно, и контактный слой р-стороны, изготовленный из GaN, легированного магнием.
В соответствии с настоящим изобретением способ формирования нитридных полупроводниковых слоев ничем особенно не ограничен, и широко известные способы выращивания нитридного полупроводника, включая MOVPE (металлорганическая зпитаксия из паровой фазы), MOCVD (металлоорганическое осаждение химических паров), HVPE (гидридная эпитаксия из паровой фазы) и МВЕ (эпитаксия молекулярного луча) могут предпочтительно использоваться. В частности, метод MOCVD является предпочтительным, поскольку он позволяет выращивать полупроводник с хорошей кристалличностью. Кроме того, предпочтительно, чтобы способы выращивания нитридных полупроводников 11, 12 и 13 были индивидуально выбраны в соответствии с предполагаемым использованием полупроводников.
(Электрод полной поверхности и электрод покрытия)
Электрод 14 полной поверхности представляет собой электрод, который расположен на нитридном полупроводниковом слое 13 р-типа, так что он покрывает по существу всю поверхность нитридного полупроводникового слоя 13 р-типа и используется для однородной диффузии тока, подаваемого через электрод 22 р-стороны и электрод 15 покрытия, по всей поверхности нитридного полупроводникового слоя 13 р-типа. В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1, установленном на перевернутом кристалле, в настоящем варианте осуществления электрод 14 полной поверхности также выполняет функцию отражающего слоя, который отражает свет, излучаемый из активного слоя 12 в направлении задней поверхности подложки 2, выступающей как поверхность для выхода света.
Предпочтительно, электрод 14 полной поверхности представляет собой омический электрод, который может быть электрически соединен с ямой нитридного полупроводникового слоя 13 р-типа, и имеет хорошую отражающую способность в отношении по меньшей мере длины волны света, излучаемого из активного слоя 12. В соответствии с этим монослойная пленка Ag, имеющая высокую степень оптической отражающей способности или многослойная пленка Ag (самый нижний cnofi)/Ni/Ti, предпочтительно может использоваться в качестве электрода 14 полной поверхности. Более предпочтительно, многослойная пленка Ag/Ni/Ti/Pt, включающая в себя самый нижний слой Ag (сторона нитридного полупроводникового слоя 13 р-типа) может использоваться, и толщина каждого из слоев в такой многослойной пленки может быть установлена равной, например, приблизительно 1000 нм. Электрод 14 полной поверхности может быть сформирован путем последовательного нанесения слоев этих материалов, например, путем распыления или осаждения из паровой фазы.
Электрод 15 покрытия функционирует как барьерный слой, который покрывает верхнюю поверхность и боковую поверхность электрода 14 полной поверхности и экранирует электрод 22 р-стороны от электрода 14 полной поверхности для предотвращения миграции материалов в электрод 14 полной поверхности, в частности, Ag.
Однослойная пленка или многослойная пленка из таких металлов, как Ti, Au, W, может использоваться в качестве электрода 15 покрытия. Предпочтительно, может использоваться многослойная пленка из Ti (самый нижний слой)/Au/W/Ti, включающая в себя самый нижний слой из Ti (сторона электрода 14 полной поверхности), и толщина слоев в такой многослойной пленке составляет, например, 2 нм, 1700 нм, 120 нм и 3 нм, считая снизу.
Хотя электрод 14 полной поверхности и электрод 15 покрытия в настоящем варианте осуществления расположены только над нитридным полупроводниковым слоем 13 р-типа, электрод полной поверхности и электрод покрытия могут быть расположены и над нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа. В этом случае, участок соединения электрода 10а n-стороны не является верхней поверхностью нитридного полупроводникового слоя 11 n-типа, но верхней поверхностью электрода покрытия.
(Электрод n-стороны и электрод р-стороны)
Электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны представляют собой плоский электрод, электрически соединенный с нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа, и плоский электрод, электрически соединенный с нитридным полупроводниковым слоем 13 р-типа через электрод 15 покрытия и электрод 14 полной поверхности, соответственно, для подачи тока к нитридному полупроводниковому светоизлучающему элементу 1 снаружи. Электрод 21 n-стороны расположен на участке 10а соединения электрода n-стороны, как верхняя поверхность нитридного полупроводникового слоя 11 n-типа структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента. Электрод 22 р-стороны расположен на участке соединения 10b электрода р-стороны, в качестве верхней поверхности электрода 15 покрытия структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента.
Электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны предпочтительно изготовлены из материала, имеющего низкое электрическое сопротивление, и могут быть сформированы из монослойной или многослойной пленки металлов, таких как Au, Си, Ni, Al, Pt и сплавы этих металлов. Например, электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны каждый может быть сформирован как монослойная пленка из Cu, или многослойная пленка, включающая в себя ламинированную пленку Cu/Ni в качестве нижнего слоя, и Au или сплав AuSn в качестве верхнего слоя.
Для получения хорошего электрического контакта между электродом 21 n-стороны и нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа, предпочтительно, чтобы использовались Ti, Аl или сплав AlCuSi в качестве самого нижнего слоя электрода 21 n-стороны, и можно использовать многослойную пленку, такую как Ti/Au, Al/Ti/Au, Al/Ti/Pt/Au, Ti/Pt/Au, AlCuSi/Ti/Pt/Au, где левая часть означает самый нижний слой. В случае использования многослойной пленки AlCuSi/Ti/Pt/Au толщина слоев может быть установлена, например, 500 нм, 150 нм, 50 нм и 700 нм, соответственно.
(Металлический Столбиковый Вывод)
Металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24 расположены на верхних поверхностях электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны, соответственно, в контакте с соответствующими электродами, за исключением внешней кромки 21а и внешней кромки 22а электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны. Таким образом, как показано на фиг.1А, в сечении (вид сверху) электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны выполнены более широкими, чем, соответственно, металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24, расположенные на них. Металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24 представляют собой слои соединения для соединения электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 с соответствующими электродами проводного соединения (не показаны) на установочной подложке. Таким образом, при выполнении монтажа с перевернутым кристаллом нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 на установочной подложке (не показана) электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны помещаются напротив электродов проводного соединения (не показаны) на установочной подложке, и металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24 прижимаются в контакт с электродами проводного соединения для электрического соединения электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны с электродами проводного соединения (не показаны) на установочной подложке.
Как описано выше, плоские электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны выполнены более широкими в сечении, чем металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24, соответственно. Поэтому когда нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1 соединяют с электродами проводного соединения на установочной подложке путем прижима металлических столбиковых выводов 23 и 24 в контакт с электродами проводного соединения, может быть предотвращена ситуация, когда в результате сплющивания и горизонтального растягивания металлических столбиковых выводов 23 и 24 эти выводы выходят за пределы плоского электрода 21 n-стороны и плоского электрода 22 р-стороны. Таким образом, можно предотвратить ухудшение соединения из-за выпирания сплющенных металлических столбиковых выводов 23, 24 за пределы электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны.
Металлический столбиковый вывод 23 на электроде 21 n-стороны и металлический столбиковый вывод 24 на электроде 22 р-стороны имеют одинаковую толщину. Поскольку электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны также имеют одинаковую толщину, верхняя поверхность металлического столбикового вывода 23, расположенного на более низком (если смотреть с верхней поверхности подложки 2) электроде 21 n-стороны, расположена ниже, чем верхняя поверхность металлического столбикового вывода 24. В соответствии с этим, во время монтажа металлический столбиковый вывод 23 на электроде 21 n-стороны будет сдавлен в меньшей степени, чем металлический столбиковый вывод 24, и, таким образом, не будет столь сильно растянут в горизонтальном направлении. Поэтому, размер внешней кромки 21а, которая обрамляет электрод 21 n-стороны, необходимый для предотвращения ухудшения прочности соединения, может быть меньше, чем размер внешней кромки 22а электрода 22 р-стороны. Таким образом, площадь участка 10а соединения электрода n-стороны, на котором расположен электрод 21 n-стороны, может быть уменьшена. Таким образом, площадь активного слоя 12 и нитридного полупроводникового слоя р-типа 13, которая способствует излучению света, может быть увеличена. В результате, из нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 может быть выделено больше света.
Внешняя кромка 21а электрода 21 n-стороны и внешняя кромка 22а электрода 22 р-стороны не покрыты защитным слоем 20 и открыты. Таким образом, при соединении нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 с электродами проводного соединения на установочной подложке путем прижима металлических столбиковых выводов 23 и 24 в контакт с электродами проводного соединения, когда металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24 расплющиваются и растягиваются в горизонтальном направлении, растянутые горизонтально металлические столбиковые выводы 23 и 24 входят в электрический контакт с внешней кромкой 21а плоского электрода 21 n-стороны и внешней кромкой 22а плоского электрода 22 р-стороны, соответственно. Поэтому площади электрического контакта между электродом 21 n-стороны и металлическим столбиковым выводом 23, а также между электродом 22 р-стороны и металлическим столбиковым выводом 24 увеличиваются, обеспечивая возможность уменьшения сопротивления контакта между ними.
В примере, показанном на фиг.1, электрод 21 n-стороны, электрод 22 р-стороны, металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24 - все имеют форму прямоугольного столбика и выполнены прямоугольными в горизонтальном сечении. Однако они не ограничены только этой формой и могут иметь любую форму, такую как круг, эллипс и многоугольник. Хотя электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны выполнены более широкими в сечении, чем, соответственно, металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24, расположенные на них, также и только один из электрода 21 n-стороны или электрода 22 р-стороны может быть выполнен более широким, чем металлический столбиковый вывод 23 или 24, предусмотренный на нем.
Металлические столбиковые выводы 23 и 24 в настоящем варианте осуществления сформированы путем электролитического осаждения, с использованием электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны в качестве затравочных электродов. При этом в отношении металлических столбиковых выводов 23 и 24 нет каких-то особенных ограничений, если только они имеют низкое электрическое сопротивление, и могут быть сформированы способом электролитического осаждения, и в качестве металлических столбиковых выводов 23 и 24 можно использовать однослойные или многослойные пленки Au, Cu, Ni. Золото (Au), имеющее низкое электрическое сопротивление и низкое сопротивление контакта, является предпочтительным, однако также можно использовать и сплав AuSn, как сплав Au и недорогостоящего Sn. Состав сплава AuSn может представлять собой, например, 80% Au и 20% Sn.
Самые верхние слои металлических столбиковых выводов 23, 24 могут быть выбраны в соответствии со способностью соединяться с материалом электродов проводного соединения на установочной подложке. В то же время, в случае, когда и самые верхние слои металлических столбиковых выводов 23 и 24, и самые верхние слои электродов проводного соединения на установочной подложке изготовлены из Au, для получения хорошего соединения желательно эти слои отполировать, и верхние поверхности металлического столбикового вывода 23 и 24 сделать плоскими с помощью СМР (химико-механическая полировка) и т.п.для уменьшения зазоров между участками соединения металлических столбиковых выводов и электродов проводного соединения в максимально возможной степени. Когда самые верхние слои металлических столбиковых выводов 23 и 24 изготовлены из упомянутого выше сплава AuSn, жесткость условия об их плоскости снижается по сравнению со случаем, когда самые верхние слои изготовлены из Au.
При монтаже с перевернутым кристаллом для достижения высокой надежности монтажа с меньшим количеством неисправных соединений предпочтительно, чтобы каждый металлический столбиковый вывод 23 и 24 имел толщину 10 мкм или больше. (Защитный слой)
Защитный слой 20 представляет собой пленку изолирующего покрытия, которая покрывает открытые поверхности (верхнюю поверхность и боковые поверхности) структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, и играет роль защитной пленки и антистатической пленки в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1. Защитный слой 20 может быть изготовлен из изолирующего оксида Si, Ti, Та и т.п., и может быть сформирован общеизвестными способами, такими как осаждение из паровой фазы и напыление. Предпочтительно, чтобы защитный слой 20 имел толщину 100 нм или больше, и, например, мог быть изготовлен из SiCh, имеющего толщину приблизительно 350 нм. Следует отметить, что защитный слой 20 не покрывает внешнюю кромку 21а и внешнюю кромку 22а, а также открытые верхние поверхности электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны, и верхние поверхности и боковые поверхности металлического столбикового вывода 23 и металлического столбикового вывода 24.
[Работа нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1 в первом варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.1, когда ток подают к электроду 21 n-стороны и электроду 22 р-стороны через электроды проводного соединения (не показаны) на установочной подложке, соединенной с ними через металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24, соответственно, активный слой 12 структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента излучает свет. Свет, излучаемый из активного слоя 12, выходит со стороны задней поверхности подложки 2. Из среди света, излучаемого активным слоем 12, свет, направляемый к передней поверхности подложки 2, отражается электродом 14 полной поверхности, который действует как отражающий слой, и такой свет также выходит со стороны задней поверхности подложки 2, представляющей собой поверхность выхода света.
[Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на приложенные чертежи.
Как показано на фиг.2, способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления включает в себя этап (S10) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S11) формирования защитного слоя, этап (S12) формирования первой структуры резиста, этап (S13) вытравливания защитного слоя, этап (S14) формирования первого металлического слоя, этап (S15) формирования второй структуры резиста, этап (S16) формирования второго металлического слоя, этап (S17) удаления второй структуры резиста, этап (S18) удаления первой структуры резиста и этап (S19) разделения на кристаллы.
Каждый из этапов будет подробно описан со ссылкой на фиг.3 - фиг.5 (см. фиг.1 и фиг.2 в соответствующих случаях).
(Этап формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента: S10)
Вначале формируют структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, показанного на фиг.3А на прозрачной подложке 2, такой как сапфировая подложка, в соответствии с общеизвестным способом изготовления. На фиг.3-5 подложка 2 не показана.
Вкратце описывая этап формирования структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента (S10), вначале, нитридный полупроводник, образующий стой 11 нитридного полупроводника n-типа, активный слой 12 и слой нитридного полупроводника 13 р-типа выращивают на сапфировой подложке 2 в соответствии со способом MOVPE. После этого, предпочтительно, чтобы подложка 2 (ниже называется пластиной), на которой выращивают каждый нитридный полупроводниковый слой, была подвергнута отжигу при температуре 600-700°С в атмосфере азота, для того, чтобы сделать более низким сопротивление нитридного полупроводникового слоя 13 р-типа.
Затем часть нитридного полупроводникового слоя 11 n-типа открывают как участок 10а соединения с электродом 21 n-стороны. Маску заданной формы формируют на обожженной пластине, и нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа, активный слой 12 и часть нитридного полупроводникового слоя 11 n-типа удаляют посредством реактивного ионного травления (RIE), для того, чтобы открыть нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа. После вытравливания резист удаляют. В настоящем варианте осуществления открытая поверхность нитридного полупроводникового слоя 11 n-типа становится поверхностью 10а соединения электрода n-стороны.
Затем, например, многослойную пленку, сформированную путем последовательного ламинирования Ag/Ni/Ti/Pt, формируют на всей поверхности пластины путем напыления в качестве электрода 14 полной поверхности. Затем электрод 14 полной поверхности заданной формы формируют с помощью фотолитографии. После этого, например, многослойную пленку, формируемую путем последовательного ламинирования Ti/Au/W/T, в качестве электрода 15 покрытия формируют путем напыления. Затем электрод 15 покрытия заданной формы, которая экранирует электрод 14 полной поверхности, формируют с помощью фотолитографии. В настоящем варианте осуществления верхняя поверхность электрода 15 покрытия становится участком 10b соединения электрода р-стороны. Структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента формируют таким образом.
Множество структур 10 нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов размещают на подложке 2 в виде матрицы, и разделяют на кристаллы, после чего формирование нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов 1 на подложке 2 заканчивается. В примере, показанном на фиг.3А, показаны два участка 10а соединения электрода n-стороны. Один из них принадлежит расположенной рядом структуре 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента.
(Этап формирования защитного слоя: S11)
2
Далее, как показано на фиг.3В, слой изолирующего SiO наносят на всю поверхность структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, например, путем напыления, для формирования защитного слоя 20.
(Этап формирования первой структуры резиста: S12)
Далее, как показано на фиг.3С, следует сформировать первую структуру 30 резиста, имеющую отверстие 30а в области, где должен быть сформирован электрод 21 n-стороны, и отверстие 30b в области, где должен быть сформирован электрод р-стороны 22, с помощью фотолитографии.
(Этап травления защитного слоя: S13)
Затем, как показано на фиг.4А, используя первую структуру 30 резиста, в качестве маски, участки защитного слоя 20 на отверстии 30а и отверстии 30b удаляют путем травления, для того, чтобы открыть нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа и покрывающий электрод 15, соответственно.
(Этап формирования первого металлического слоя (слоя плоского электрода): S14) Далее, как показано на фиг.4 В, формируют однослойную пленку из Au, Cu и т.п. или многослойную пленку из AlCuSi/Ti/Pt/Au и т.п. путем напыления и т.п. в качестве первого металлического слоя (слоя плоского электрода) 25, который становится плоскими электродом 21 n-стороны и электродом 22 р-стороны. Первый металлический слой 25 также формируют на первой структуре 30 резиста, а также в областях, где электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны должны быть сформированы, и вся поверхность первого металлического слоя 25 является электропроводной. В настоящем варианте осуществления, поскольку первый металлический слой 25, который становится электродом 21 n-стороны и электродом 22 р-стороны, формируют в виде плоских электродов, после формирования защитного слоя 20, верхние поверхности электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны не покрывают защитным слоем 20. Первый металлический слой 25 формируют в других областях, чем области, где электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны посредством структуры 30 первого резиста, и первый металлический слой 25 не формируется непосредственно на защитном слое 20. Поэтому, после того, как первая структура 30 резиста будет удалена на последующем этапе, отсутствует вероятность того, что останется металлическая пленка, приводящая к утечке.
(Этап формирования второй структуры резиста: S15)
Затем, без удаления первой структуры 30 резиста, как показано на фиг.4С, должна быть сформирована вторая структура 31 резиста, имеющая отверстие 31а во внутренней области отверстия 30а в качестве области, где должен быть сформирован электрод 21 n-стороны, и отверстие 3 lb во внутренней области отверстия 30b в качестве области, где должен быть сформирован электрод 22 р-стороны, формируют с помощью фотолитографии. Поскольку вторая структура 31 резиста используется для формирования металлических столбиковых выводов 23 и 24 с помощью электролитического осаждения, толщину второй структуры 31 резиста устанавливают большей, чем толщина металлического столбикового вывода 23 и 24.
Здесь отверстия 31а, 31b второй структуры 31 резиста выполнены, как узкие отверстия, открытые на внутренней стороне отверстий 30а, 30b первой структуры 30 резиста, соответственно. Таким образом, второй металлический слой 26а и второй металлический слой 26b формируют в областях, где сформирована вторая структура 31 резиста на отверстии 30а и отверстии 30b первых металлических слоев 25, и па следующем этапе формирования второго металлического слоя (S16). Области становятся внешней кромкой 21а на электроде 21 n-стороны и внешней кромкой 22а электрода 22 р стороны, как показано на фиг.1.
В качестве альтернативы, отверстия 31а, 31b второй структуры 31 резиста могут быть равными или больше, чем отверстия 30а, 30b первой структуры 30 резиста. Таким образом, первый металлический слой 25 сформирован только на боковых поверхностях нижних участков второго металлического слоя 26а и второго металлического слоя 26b, на следующем этапе формирования второго металлического слоя (S16). В этом случае, электрическое сопротивление во время включения питания нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента может быть уменьшено по сравнению со случаем, когда первый металлический слой 25 не формируют на втором металлическом слое 26а и втором металлическом слое 26b. Высота первого металлического слоя 25, сформированного только на боковых поверхностях нижних участков второго металлического слоя 26а и второго металлического слоя 26b, может быть отрегулирована путем регулирования толщины первой структуры 30 резиста.
В соответствии со способом изготовления в первом варианте осуществления, первую структуру 30 резиста не удаляют до формирования второй структуры 31 резиста. В результате, первый металлический слой 25 оставляют, в то время как вся поверхность, включая в себя первый металлический слой 25, который становится электродом 21 n-стороны и первый металлический слой 25, который становится электродом 22 р-стороны, является электропроводной. Таким образом, первый металлический слой 25 может использоваться, как затравочные электроды, для электролитического осаждения при формировании вторых металлических слоев 26а, 26b, которые становятся металлическими столбиковыми выводами 23, 24 на этапе формирования второго металлического слоя (S16). Таким образом, способ изготовления в первом варианте осуществления настоящего изобретения не требует формирования третьего металлического слоя 29 (см. фиг.13С), который становится затравочными электродами, как в упомянутом ниже способе изготовления в третьем варианте осуществления, что позволяет сократить процесс производства.
(Этап формирования второго металлического слоя (слоя металлического столбикового вывода): S16)
Далее, как показано на фиг.5А, в результате выполнения электролитического осаждения, используя первый металлический слой 25 в качестве затравочных электродов для ламинирования многослойной пленки из Cu/Ni/Au и т.п., второй металлический слой (слой металлического столбикового вывода) 26а, который становится металлическим столбиковым выводом 23, и второй металлический слой (слой металлического столбикового вывода) 26b, который становится металлическим столбиковым выводом 24, формируют на первом металлическом слое 25 в отверстии 31а второй структуры 31 резиста, и на первом металлическом слое 25 в отверстии 31b второй структуры 31 резиста, соответственно. Электролитическое осаждение выполняют путем погружения пластины, подвергнутой этапу формования второй структуры резиста (S15) на фиг.4С в раствор осаждения с подключением первого металлического слоя 25 к отрицательному электроду и пропуска тока между отрицательным электродом и положительным электродом (не показан), погруженными в раствор осаждения.
В соответствии со способом изготовления в первом варианте осуществления, поскольку вторые металлические слои 26а, 26b, которые становятся металлическими столбиковыми выводами 23, 24, формируют с помощью электролитического осаждения, используя первый металлический слой 25, который становится электродом 21 n-стороны и электродом 22 р-стороны, в качестве затравочных электродов, в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1, изготовленном в соответствии со способом изготовления в первом варианте осуществления, электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны могут быть непосредственно соединены с металлическим столбиковым выводом 23 и металлическим столбиковым выводом 24, соответственно, без наложения чрезмерного металлического слоя между ними. Поэтому, в отличие от случая, когда в качестве затравочного электрода используется металлический слой, имеющий относительно большое сопротивление, отсутствует возможность того, что электрическое сопротивление между электродом 21 n-стороны и металлическим столбиковым выводом 23, и между электродом 22 р-стороны и металлическим столбиковым выводом 24 станет слишком высоким из-за наложения металлического слоя между ними.
(Этап удаления структуры второго резиста (Этап удаления структуры резиста): S17) Далее, как показано на фиг.5В, когда вторую структуру 31 резиста удаляют, второй металлический слой 26а и второй металлический слой 26b становятся металлическим столбиковым выводом 23 и металлическим столбиковым выводом 24, соответственно.
(Этап удаления первой структуры резиста (этап удаления структуры резиста): S18) Далее, как показано на фиг.5С, когда удаляют первую структуру 30 резиста, первая структура 30 резиста и первый металлический слой 25, сформированные на первой структуре 30 резиста, также удаляются (отрываются). Таким образом, множество нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов 1, расположенных в виде матрицы, формируют на подложке 2.
Хотя этап удаления второй структуры 31 резиста и этап удаления первой структуры 30 резиста выполняют в настоящем варианте осуществления последовательно, настоящее изобретение не ограничено только этим вариантом. Предпочтительно, для первой структуры 30 резиста и второй структуры 31 резиста используют один и тот же материал или, по крайней мере, материал, который может быть удален тем же раствором для фоторезиста, тогда этап удаления второй структуры резиста (S17) и этап удаления первой структуры резиста (S18) могут быть выполнены на одном этапе. Это может дополнительно сократить процесса изготовления.
В соответствии со способом изготовления в первом варианте осуществления, первый металлический слой 25, используемый, как затравочные электроды для электролитического осаждения, не формируют непосредственно на защитном слое 20 и, таким образом, его полностью удаляют вместе с удалением первой структуры 30 резиста. Поэтому, в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1, изготовленном в соответствии со способом изготовления в первом варианте осуществления, отсутствует возможность утечки тока между электродом 21 n-стороны и электродом 22 р-стороны, и между электродами, и проводными соединениями на установочной подложке, в результате чего получается высоконадежный нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1.
(Этап разделения кристаллов: S19)
Кроме того, в результате разделения множества нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов 1, расположенных на подложке 2 в виде матрицы, на отдельные кристаллы с использованием гравировки, нарезки и т.п., получают готовые единичные нитридные полупроводниковые светоизлучающие элементы 1 в виде отдельных кристаллов. Прежде, чем разделить элементы на кристаллы, подложка 2 может быть отполирована (задняя шлифовка) с задней поверхности подложки 2, с тем, чтобы получить требуемую толщину.
Как описано выше, в соответствии со способом производства нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления настоящего изобретения, процесс изготовления может быть сокращен. Высоконадежный нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент без утечки между электродами может быть изготовлен с помощью способа изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления.
Второй вариант осуществления
[Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент]
Структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента во втором варианте осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на фиг.6. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1А в настоящем варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением представляет собой светодиод, установленный на перевернутом кристалле. Как показано на фиг.6, нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1А во втором варианте осуществления включает в себя подложку 2, и структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, защитный слой 20, электрод 21А n-стороны, электрод 22А р-стороны, металлический столбиковый вывод 23А и металлический столбиковый вывод 24А, которые нанесены на подложку 2. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1А во втором варианте осуществления отличается от нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 в первом варианте осуществления, как показано на фиг.1, тем, что вместо электрода 21 n-стороны, электрода 22 р-стороны, металлического столбикового вывода 23 и металлического столбикового вывода 24 используются электрод 21А n-стороны, электрод 22А р-стороны, металлический столбиковый вывод 23А и металлический столбиковый вывод 24А. Компоненты, идентичные компонентам нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 в соответствии с первым вариантом осуществления, обозначены теми же номерами ссылочных позиций, и их описание здесь, соответственно, не приводится.
Подложка 2, структура 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента и нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа, активный слой 12, нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа, электрод 14 полной поверхности, электрод 15 покрытия и защитный слой 20, как компоненты структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, являются теми же, что и в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1 в первом варианте осуществления и, таким образом, их описание здесь не приводится.
(Электрод n-стороны, электрод р-стороны)
Как показано на фиг.6, в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1А во втором варианте осуществления электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны представляют собой плоские электроды, которые соединены с нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа и с нитридным полупроводниковым слоем 13 р-типа через электрод 15 покрытия и электрод 14 полной поверхности, соответственно, для подачи тока к нитридному полупроводниковому светоизлучающему элементу 1 снаружи. Электрод 21А n-стороны расположен на участке 10а соединения электрода n-стороны, в качестве верхней поверхности нитридного полупроводникового слоя 11 n-типа структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента. Электрод 22А р-стороны расположен на участке 10b соединения электрода р-стороны, в качестве верхней поверхности электрода 15 покрытия структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента. Металлический столбиковый вывод 23А и металлический столбиковый вывод 24А расположены на верхних поверхностях электрода 21А n-стороны и электрода 22А р-стороны, соответственно. Кроме того, электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны покрывают боковые поверхности металлического столбикового вывода 23А и металлического столбикового вывода 24А, соответственно.
Как и в первом варианте осуществления, материалы для электрода 21А n-стороны и электрода 22А р-стороны предпочтительно представляют собой материалы, имеющие низкое электрическое сопротивление, и однослойную или многослойную пленку металлов, таких как Au, Cu, Ni, Al, Pt и их сплавов. Каждый из электрода 21А n-стороны и электрода 22А р-стороны может, например, представлять собой многослойную пленку, имеющую монослой Си, или ламинированную пленку Cu/Ni в качестве нижнего слоя и Au или сплав AuSn в качестве верхнего слоя.
Для получения хорошего электрического контакта между электродом 21А n-стороны и нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа предпочтительно использовать Ti, Al или сплав AlCuSi в качестве самого нижнего слоя электрода 21А n-стороны, и при этом можно использовать многослойную пленку, такую как Ti/Au, Al/Ti/Au, Al/Ti/Pt/Au, Ti/Pt/Au, AlCuSi/Ti/Pt/Au, где компоненты самого нижнего слоя указаны слева. В случае использования многослойной пленки из AlCuSi/Ti/Pt/Au, включающей в себя сплав AlCuSi в качестве самого нижнего слоя, толщина слоев может быть установлена, например, 500 нм, 150 нм, 50 нм и 700 нм.
Боковые поверхности металлических столбиковых выводов 23А, 24А отражают свет из активного слоя 12, утечка которого происходит через верхнюю поверхность и боковую поверхность структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, и возвращают по меньшей мере часть света в структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, что позволяет свету излучаться через поверхность выхода света. Соответственно, предпочтительно, чтобы поверхности электрода 21А n-стороны и электрода 22А р-стороны, которые покрывают боковые поверхности металлического столбикового вывода 23А и металлического столбикового вывода 24А, были изготовлены из материала, имеющего более высокую отражающую способность для длины волны света, излучаемого из активного слоя 12, чем у материала для металлического столбикового вывода 23А, 24А. Таким образом, поскольку электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны, которые покрывают боковые поверхности металлических столбиковых выводов 23А, 24А, эффективно отражают свет, количество света, излучаемого из поверхности выхода света, может быть увеличено и, таким образом, это способствует улучшению эффективности излучения света.
Примеры такого металла, обладающего высокой отражающей способностью, включают в себя А1. В соответствии с этим, предпочтительно использовать металл, имеющий высокую отражающую способность, такой как А1, в качестве по меньшей мере самых нижних слоев 21А электрода n-стороны и электрода 22А р-стороны, то есть, наиболее удаленных слоев на боковых поверхностях металлических столбиковых выводов 23А, 24А. В случае, когда металлические столбиковые выводы 23А, 24А представляют собой многослойные пленки, предпочтительно, чтобы электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны были изготовлены из материала, имеющего более высокую отражающую способность, чем у других слоев в многослойных пленках, но они могут быть изготовлены из материала, имеющего более высокую отражающую способность, чем отражающая способность металла в слоях, которые обеспечивают отражающую способность боковых поверхностей металлических столбиковых выводов 23А, 24А в наибольшей степени, то есть, самых толстых слоев.
(Металлический столбиковый вывод)
Металлический столбиковый вывод 23А и металлический столбиковый вывод 24А расположены на верхних поверхностях электрода 21А n-стороны и электрода 22А р-стороны, соответственно, в контакте с соответствующими электродами. Кроме того, боковые поверхности металлического столбикового вывода 23А и металлического столбикового вывода 24А покрыты электродом 21А n-стороны и электродом 22А р-стороны, соответственно.
Металлический столбиковый вывод 23А и металлический столбиковый вывод 24А представляют собой слои соединения электрода для электрического соединения электрода 21А n-стороны и электрода 22 А р-стороны нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1А с электродами проводного соединения на установочной подложке (не показана). Таким образом, при монтаже с перевернутым кристаллом нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1А на установочной подложке (не показана), электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны помещают напротив электродов проводного соединения (не показаны) на установочной подложке, и металлический столбиковый вывод 23А и металлический столбиковый вывод 24А прижимают в контакт с электродами проводного соединения для электрического соединения электрода 21А n-стороны и электрода 22А р-стороны с электродами проводного соединения на установочной подложке (не показаны).
Металлические столбиковые выводы 23А, 24А сформированы с использованием электролитического осаждения, используя электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны в качестве затравочных электродов. Те же материалы для металлических столбиковых выводов 23А, 24А, что и в первом варианте осуществления, могут использоваться и при монтаже с перевернутым кристаллом, для достижения высокой надежности монтажа с меньшим количеством неисправных соединений предпочтительно, чтобы каждый металлический столбиковый вывод 23 А, 24А имел толщину 10 мкм или больше.
[Работа нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1А во втором варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.6, когда ток подают к электроду 21А n-стороны и к электроду 22А р-стороны через электроды проводного соединения (не показаны) на установочной подложке, соединенной с ними через металлический столбиковый вывод 23А и металлический столбиковый вывод 24А, соответственно, активный слой 12 из структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента излучает свет. Свет, излучаемый из активного слоя 12, выделяется со стороны задней поверхности подложки 2. Среди света, излучаемого из активного слоя 12, свет, попадающий на переднюю поверхность подложки 2, отражается на электроде 14 полной поверхности, который функционирует, как отражающий слой, и выходит со стороны задней поверхности подложки 2, играющей роль поверхности выхода света. Среди света, излучаемого из активного слоя 12, часть света, утечка которого происходит через верхнюю поверхность и боковую поверхность структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, отражается на электроде 21А n-стороны и электроде 22А р-стороны, которые покрывают боковые поверхности металлического столбикового вывода 23А и металлического столбикового вывода 24А, соответственно, и возвращается в структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента и выходит через поверхности выхода света.
[Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента во втором варианте осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на приложенные чертежи.
Как показано на фиг.7, способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента во втором варианте осуществления включает в себя этап (S20) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S21) формирования защитного слоя, этап (S22) формирования структуры резиста, этап (S23) травления защитного слоя, этап (S24) формирования первого металлического слоя, этап (S25) формирования второго металлического слоя, этап (S26) удаления структуры резиста и этап (S27) разделения кристалла.
Каждый из этапов будет подробно описан со ссылкой на фиг.8 и фиг.9 (см. фиг.6 и фиг.7, где это необходимо).
(Этап формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента: S20)
Этап (S20) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента во втором варианте осуществления, как показано на фиг.8А, является тем же, что и этап формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента (S10: см. фиг.2 и фиг.3А) в первом варианте осуществления, как показано на фиг.3А и, таким образом, его описание здесь не приводится.
(Этап формирования защитного слоя: S21)
Далее, как показано на фиг.8 В, например, слой изолирующего SiCh наносят на всю поверхность структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента путем напыления для формирования защитного слоя 20. Этот этап является тем же, что и этап (S11) формирования защитного слоя (см. фиг.2 и фиг.3В) в первом варианте осуществления.
(Этап формирования структуры резиста: S22)
Далее, как показано на фиг.8С, структура 32 резиста, имеющая отверстие 32а в областях, где электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны сформированы с помощью фотолитографии. Поскольку структура 32 резиста используется для формирования электрода 21А n-стороны и электрода 22А р-стороны, а также для формирования металлических столбиковых выводов 23А, 24А путем электролитического осаждения, толщина структуры 32 резиста больше, чем толщина каждого из металлических столбиковых выводов 23А, 24А.
(Этап вытравливания защитного слоя: S23)
Как показано на фиг.8D, используя структуру 32 резиста в качестве маски, защитный слой 20 в отверстии 32а и в отверстии 32b вытравливают с тем, чтобы открыть нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа и электрод 15 покрытия.
(Этап формирования первого металлического слоя (слоя плоского электрода): S24) Как показано на фиг.9А, однослойную пленку из Au, Cu и т.п.или многослойную пленку из AlCuSi/Ti/Pt/Au и т.п. формируют путем напыления в качестве первого металлического слоя (слой плоского электрода) 27, который становится плоскими электродом 21А n-стороны и электродом 22А р-стороны. В то же время, предпочтительно сформировать многослойную пленку или однослойную пленку, которая включает в себя самый нижний слой из Аl, имеющий высокую отражающую способность относительно длины волны света, излучаемого из активного слоя 12. Первый металлический слой 27 формируют в областях, где формируют электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны, а также на структуре 32 резиста, таким образом, вся поверхность первого металлического слоя 27 оказывается электропроводной.
В соответствии со способом изготовления во втором варианте осуществления структуру 32 резиста не удаляют, а используют также и на следующем этапе (S25) формирования второго металлического слоя. Таким образом, первый металлический слой 27 остается, в то время как вся поверхность, включая первый металлический слой 27, который становится электродом 21А n-стороны, и первый металлический слой 27, который становится электродом 22А р-стороны, являются электропроводными. Поэтому, первый металлический слой 27 можно использовать, как затравочные электроды, для электролитического осаждения, для формирования вторых металлических слоев 28а, 28b, которые становятся металлическими столбиковыми выводами 23А, 24А, соответственно, на этапе (S25) формирования второго металлического слоя. Таким образом, в соответствии со способом изготовления во втором варианте осуществления настоящего изобретения, в отличие от упомянутого ниже способа изготовления в третьем варианте осуществления, нет необходимости формировать третий металлический слой 29 (см. фиг.13С) в качестве затравочных электродов, и поэтому процесс изготовления может быть сокращен. Кроме того, первый металлический слой 27 формируют в областях, отличных от областей, где электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны сформированы посредством структуры 32 резиста, и первый металлический слой 27 не формируют непосредственно на защитном слое 20. Поэтому, после удаления структуры 32 резиста при последующей обработке, отсутствует возможность того, что металлическая пленка останется на защитном слое 20 и приведет к утечке.
(Этап формирования второго металлического слоя (слоя металлического столбикового вывода): S25)
Как показано на фиг.9 В, в результате выполнения электролитического осаждения с использованием первого металлического слоя 27 в качестве затравочных электродов и укладки однослойных пленок из Cu, Au и т.п. или многослойных пленок из Cu/Ni/Au и т.п.второй металлический слой 28а, который становится металлическим столбиковым выводом 23А, и второй металлический слой 28b, который становится металлическим столбиковым выводом 24А, формируют на первом металлическом слое 27 в отверстии 32а и в отверстии 32b структуры 32 резиста. Кроме того, второй металлический слой 28 с дополнительно формируют на первом металлическом слое 27 на структуре 32 резиста. Электролитическое осаждение выполняют путем погружения пластины, после выполнения этапа (S24) формирования первого металлического слоя, показанного на фиг.9А, в раствор осаждения, используя первый металлический слой 27 в качестве отрицательного электрода, и пропуская ток между отрицательным электродом и положительным электродом (не показаны), погруженными в раствор для осаждения.
В соответствии со способом изготовления во втором варианте осуществления вторые металлические слои 28а, 28b, которые становятся металлическими столбиковыми выводами 23А, 24А, формируют с помощью электролитического осаждения, используя первый металлический слой 27, который стал электродом 21А n-стороны и электродом 22А р-стороны, в качестве затравочных электродов. Таким образом, в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1А, изготовленном в соответствии со способом изготовления по второму варианту осуществления, электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны непосредственно соединяются с металлическим столбиковым выводом 23А и металлическим столбиковым выводом 24А, соответственно, без укладки какого-либо промежуточного чрезмерного металлического слоя. Поэтому, в отличие от случая, когда металлические слои, имеющие относительно высокое сопротивление, используют в качестве затравочных электродов, отсутствует вероятность того, что электрические сопротивления между электродом 21А n-стороны и металлическим столбиковым выводом 23А, и между электродом 22А р-стороны и металлическим столбиковым выводом 24А становятся высокими, из-за промежуточных металлических слоев.
(Этап удаления структуры резиста: S26)
Как показано на фиг.9С, когда удаляют структуру 32 резиста вместе со структурой 32 резиста, первый металлический слой 27 и второй металлический слой 28 с, которые сформированы на структуре 32 резиста также удаляются (отрываются). Электрод 21А n-стороны, электрод 22А р-стороны, металлический столбиковый вывод 23А и металлический столбиковый вывод 24А сформированы так, что они имеют заданную форму. В это время боковые поверхности металлического столбикового вывода 23А, 24А покрыты первыми металлическими слоями 27, сформированными на боковой поверхности структуры 32 резиста на этапе формирования первого металлического слоя (S24). В соответствии с упомянутыми выше этапами, множество нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов 1А, расположенных в виде матрицы, формируют на подложке 2.
В соответствии со способом изготовления во втором варианте осуществления, поскольку первый металлический слой 27, который становится затравочным электродом для электролитического осаждения, не формируют непосредственно на защитном слое 20, первые металлические слои 27 могут быть полностью удалены при удалении структуры 32 резиста. Поэтому, в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1А, изготовленном с помощью способа изготовления по второму варианту осуществления, отсутствует вероятность того, что будет происходить утечка тока между электродом 21А n-стороны и электродом 22А р-стороны, и между электродами и проводными соединениями на установочной подложке, что позволяет получить высоконадежный нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1А.
Боковые поверхности металлических столбиковых выводов 23А, 24А покрыты первым металлическим слоем 27, то есть электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны, соответственно. Поэтому, когда по меньшей мере самый нижний слой первого металлического слоя 27, то есть наиболее удаленный слой первого металлического слоя 27, который покрывает боковые поверхности металлических столбиковых выводов 23А, 24А, изготовлен из материала, имеющего более высокую отражающую способность для длины волны света, излучаемого из активного слоя 12, по сравнению с материалом на боковых поверхностях металлических столбиковых выводов 23А, 24А, утечка света, происходящая из структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, эффективно отражается и возвращается в структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, и поэтому эффективность выделения света нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1А может быть улучшена.
(Этап разделения кристалла: S27)
Как и на этапе разделения кристалла (S19, см. фиг.2) в соответствии с первым вариантом осуществления, путем разделения множества нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов 1А, расположенных на подложке 2, на кристаллы посредством гравировки или нарезки, получают готовые нитридные полупроводниковые светоизлучающие элементы 1А в виде отдельных кристаллов.
Как описано выше, в соответствии со способом изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента по второму варианту осуществления настоящего изобретения процесс изготовления может быть сокращен. Кроме того, в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1А, изготовленном способом по второму варианту осуществления, отсутствует вероятность того, что произойдет утечка тока между электродами, т.е. нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент оказывается высоконадежным. Кроме того, когда по меньшей мере самые нижние слои электрода 21А n-стороны и электрода 22А р-стороны изготовлены из материала, имеющего более высокую отражающую способность для длины волны света, излучаемого из активного слоя 12, чем боковые поверхности металлических столбиковых выводов 23А, 24А, эффективность выделения света нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1А может быть улучшена.
Модификация второго варианта осуществления
Хотя все боковые поверхности металлических столбиковых выводов 23А, 24А во втором варианте осуществления покрыты первым металлическим слоем 27, настоящее изобретение не ограничено только этим вариантом. Первым металлическим слоем 27 может быть покрыта лишь часть боковых поверхностей металлических столбиковых выводов 23А, 24А. Таким образом, часть, покрытая первым металлическим слоем 27, имеющая более высокую отражающую способность для длины волны света, излучаемого активным слоем 12, чем металл, составляющий боковые поверхности металлических столбиковых выводов 23А, 24А, эффективно отражает свет, утечка которого происходит из структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, что способствует улучшению эффективности выделения света.
Такой нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент, имеющий структуру, в которой часть боковых поверхностей металлических столбиковых выводов 23А, 24А покрыта первым металлическим слоем 27, может быть изготовлен путем модификации способа изготовления по первому варианту осуществления. Это будет подробно описано ниже. На втором этапе формирования структуры резиста (S15, см. фиг.2), показанном на фиг.4С способа изготовления в первом варианте осуществления, отверстия 31а, 31b второй структуры 31 резиста формируют таким образом, чтобы они были равны или больше, чем отверстия, сформированные с учетом толщины первого металлического слоя 25, сформированного на боковой поверхности первой структуры 30 резиста. Таким образом, первый металлический слой 25, сформированный на боковой поверхности первой структуры 30 резиста, остается открытым, без покрытия второй структурой 31 резиста. В соответствии с этим, когда на втором этапе формирования металлического слоя на фиг.5А вторые металлические слои 26а, 26b, которые становятся металлическими столбиковыми выводами 23, 24, соответственно, (S16, см. фиг.2), первый металлический слой 25, сформированный на боковой поверхности первой структуры 30 резиста, соединяется с боковыми поверхностями нижних частей вторых металлических слоев 26а, 26b. После этапа удаления второй структуры резиста (S17, см. фиг.2) и этапа удаления первой структуры резиста (S18, см. фиг.2), показанных на фиг.5В и 5С, боковые поверхности нижних частей металлических столбиковых выводов 23, 24 покрыты первыми металлическими слоями 25.
Принцип работы нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в соответствии с настоящей модификацией по второму варианту осуществления является тем же, что и у нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1А во втором варианте осуществления (см. фиг.6), и, таким образом, его описание здесь не приводится.
Хотя были описаны варианты осуществления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента и способа его изготовления в соответствии с настоящим изобретением, настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления, и различные изменения и модификации, произведенные на основе описания, входят в объем настоящего изобретения.
Третий вариант осуществления
[Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент]
Структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления настоящего изобретения будет подробно описана ниже со ссылкой на фиг.10. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1В в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения представляет собой светодиод, установленным с перевернутым кристаллом. Как показано на фиг.10, нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1В в третьем варианте осуществления включает в себя подложку 2, и структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, защитный слой 20, электрод 21В n-стороны, электрод 22 В р-стороны, металлический столбиковый вывод 23В и металлический столбиковый вывод 24В, которые нанесены на подложку 2. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1В в третьем варианте осуществления отличается от нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 в первом варианте осуществления, как показано на фиг.1, тем, что электрод 21В n-стороны, электрод 22В р-стороны, металлический столбиковый вывод 23В, металлический столбиковый вывод 24В и третьи металлические слои 29 используются вместо электрода 21 n-стороны, электрода 22 р-стороны, металлического столбикового вывода 23 и металлического столбикового вывода 24. Компоненты, идентичные тем, что использованы в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1 по первому варианту осуществления, обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций, и их описание здесь, соответственно, не приводится.
Подложка 2, структура 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, и нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа, активный слой 12, нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа, электрод 14 полной поверхности, электрод 15 покрытия и защитный слой 20 как компоненты структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, являются теми же, что и у нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 в первом варианте осуществления и, таким образом, их описание здесь не приводится.
(Электрод n-стороны и электрод р-стороны)
Как показано на фиг.10, в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1В в третьем варианте осуществления электрод 21В n-стороны и электрод 22В р-стороны представляют собой плоские электроды, которые электрически соединены с нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа и с нитридным полупроводниковым слоем 13 р-типа через электрод 15 покрытия и электрод 14 полной поверхности, соответственно, и к нитридному полупроводниковому светоизлучающему элементу 1В снаружи подается ток. Электрод 21В n-стороны расположен на участке 10а соединения с электродом n-стороны в качестве верхней поверхности нитридного полупроводникового слоя 11 n-типа структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента. Электрод 22В р-стороны расположен на участке 10b соединения с электродом р-стороны в качестве верхней поверхности электрода 15 покрытия структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента. Металлический столбиковый вывод 23В и металлический столбиковый вывод 24В расположены на верхних поверхностях электрода 21В n-стороны и электрода 22В р-стороны, соответственно, через третьи металлические слои 29.
Как и в первом варианте осуществления, материалы для электрода 21В n-стороны и электрода 22В р-стороны предпочтительно представляют собой материалы, имеющие низкое электрическое сопротивление, и можно использовать однослойную или многослойную пленку металла, такого как Au, Cu, Ni, Al, Pt и их сплавы. Каждый из электрода 21В n-стороны и электрода 22В р-стороны может, например, представлять собой многослойную пленку, имеющую монослой Cu или ламинированную пленку Cu/Ni в качестве нижнего слоя и Au или сплав AuSn в качестве верхнего слоя.
Для получения отличного электрического контакта между электродом 21 В n-стороны и нитридным полупроводниковым слоем 11 n-типа, предпочтительно в качестве самого нижнего слоя электрода 21 В n-стороны использовать Ti, Al или сплав AlCuSi, также можно использовать многослойную пленку, такую как Ti/Au, Al/Ti/Au, Al/Ti/Pt/Au, Ti/Pt/Au, AlCuSi/Ti/Pt/Au, где слева указывается самый нижний слой. В случае использования многослойной пленки из AlCuSi/Ti/Pt/Au, включающей в себя сплав AlCuSi в качестве самого нижнего слоя, толщина слоев может быть установлена, например, 500 нм, 150 нм, 50 нм и 700 нм.
(Металлические столбиковые выводы)
Металлический столбиковый вывод 23В и металлический столбиковый вывод 24В расположены на верхних поверхностях электрода 21 В n-стороны и электрода 22 В р-стороны, соответственно, через третьи металлические слои 29.
Металлический столбиковый вывод 23В и металлический столбиковый вывод 24В представляют собой слои соединения с электродом для электрического соединения электрода 21 В n-стороны и электрода 22В р-стороны нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1В с соответствующими электродами проводных соединений на установочной подложке (не показана). Таким образом, при монтаже нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1В с перевернутым кристаллом на установочной подложке (не показана) электрод 21В n-стороны и электрод 22В р-стороны размещают напротив электродов проводных соединений (не показаны) на установочной подложке, и металлический столбиковый вывод 23В и металлический столбиковый вывод 24В прижимают в контакт с электродами проводных соединений для электрического соединения электрода 21В n-стороны и электрода 22В р-стороны с электродами проводных соединений на установочной подложке (не показаны).
Металлические столбиковые выводы 23В, 24В формируют с помощью электролитического осаждения, используя третьи металлические слои 29 как затравочные электроды. Толщина третьих металлических слоев 29 особенно не ограничивается. Могут быть использованы те же материалы для металлических столбиковых выводов 23В, 24В, что и в первом варианте осуществления, и для высокой надежности монтажа с перевернутым кристаллом с менее поверженными отказу соединениями предпочтительно, чтобы каждый из металлических столбиковых выводов 23В, 24В имел толщину 10 мкм или больше.
[Работа нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1В в третьем варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.10, когда к электроду 21В n-стороны и к электроду 22В р-стороны через третьи металлические слои 29 и электроды проводных соединений (не показаны) на установочной подложке, соединенные с нею через металлический столбиковый вывод 23В и металлический столбиковый вывод 24 В, подают ток, активный слой 12 структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента излучает свет. Свет, излучаемый активным слоем 12, выходит со стороны задней поверхности подложки 2. Хотя свет излучается из активного слоя 12, свет, падающий на переднюю поверхность подложки 2, отражается от электрода 14 полной поверхности, который играет роль отражающего слоя, и выходит со стороны задней поверхности подложки 2, играющей роль поверхности выхода света.
[Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения будет подробно описан со ссылкой на приложенные чертежи.
Как показано на фиг.11, способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления включает в себя этап (S30) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S31) формирования защитного слоя, этап (S32) формирования первой структуры резиста, этап (S33) вытравливания защитного слоя, этап (S34) формирования первого металлического слоя, этап (S35) удаления первой структуры резиста, этап (S36) формирования третьего металлического слоя, этап (S37) формирования второй структуры резиста, этап (S38) формирования второго металлического слоя, этап (S39) удаления второй структуры резиста, этап (S40) удаления третьего металлического слоя, этап (S41) разделения кристалла.
Каждый из этапов будет описан подробно со ссылкой на фиг.12-фиг.14 (см. фиг.10 и фиг.11, где необходимо). На фиг.12 - фиг.14 показаны схематичные виды в поперечном сечении для описания процесса изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего металлические столбиковые выводы, в третьем варианте осуществления, на фиг.12А показана структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, на фиг.12В показано состояние, в котором сформирован защитный слой, на фиг.12С показано состояние, в котором сформирована первая структура резиста, формирующая электрод, на фиг.12D показано состояние, в котором защитный слой части формирования электрода удален, на фиг.13А показано состояние, в котором сформирован слой первого электрода, на фиг.13В показано состояние, в котором первая структура резиста и слой электрода на первом резисте удалены, на фиг.13С показано состояние, в котором сформирован третий металлический слой (слой электрода затравки) для электролитического осаждения, на фиг.13D показано состояние, в котором сформирована вторая структура резиста для формирования металлического столбикового вывода, на фиг.14А показано состояние, в котором сформирован второй металлический слой (слой металлического столбикового вывода), на фиг.14В показано состояние, в котором удалена вторая структура резиста, и на фиг.14С показано состояние, в котором удален ненужный третий металлический слой (слой электрода затравки).
Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления будет описан, начиная со структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, показанного на фиг.12А. Структура 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента имеет слоистую структуру, в которой нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа, активный слой 12 и нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа нанесены на сапфировую подложку (не показана). В структуре 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента частично формируется участок 10а соединения с электродом n-стороны в качестве поверхности, на которой нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа открыт для соединения с электродом n-стороны (одновременно на правом и левом концах на фиг.12А), а на нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа последовательно нанесены электрод 14 полной поверхности и электрод 15 покрытия, который покрывает по существу всю верхнюю поверхность нитридного полупроводникового слоя 13 р-типа. На фиг.12 - фиг.14 подложка не показана.
В настоящем примере верхняя поверхность электрода 15 покрытия представляет собой поверхность 10b соединения с электродом р-стороны, предназначенную для соединения с электродом р-стороны, и электрод 22В р-стороны (см. фиг.13 В) сформирован на части поверхности 10b.
Множество нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов, расположенных в виде матрице, сформировано на подложке (не показана), и законченные нитридные полупроводниковые светоизлучающие элементы разделяют на кристаллы на подложке (не показаны). Хотя на фиг.12А показаны два участка соединения 10а электрода n-стороны, один из них принадлежит соседнему нитридному полупроводниковому светоизлучающему элементу.
(Этап формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента: S30)
Этап (S30) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления, как показано на фиг.12А, является тем же, что и этап формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента (S10: фиг.2 и см. фиг.3А) в первом варианте осуществления, как показано на фиг.3А, и, таким образом, его описание здесь не приводится.
(Этап формирования защитного слоя: S31)
2
Как показано на фиг.12В, например, слой изолирующего SiO наносят на всю поверхность структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента путем напыления и т.п. для формирования защитного слоя 20. Этот этап является таким же, как и этап формирования защитного слоя (S11, см. фиг.2 и фиг.3В) в первом варианте осуществления.
(Этап формирования первой структуры резиста: S32)
Далее, как показано на фиг.12С, с помощью фотолитографии формируется первая структура 30 резиста, имеющая отверстие 30а в области, где сформирован электрод n-стороны, и отверстие 30b в области, где сформирован электрод р-стороны.
(Этап вытравливания защитного слоя: S33)
Как показано на фиг.12D, защитный слой 20 в отверстии 30а и отверстии 30b удаляют, используя структуру 30 первого резиста в качестве маски, для того, чтобы открыть нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа и электрод 15 покрытия.
(Этап формирования первого металлического слоя (слоя плоского электрода): S34) Как показано на фиг.13А, однослойную пленку Au, Cu и т.п.или многослойную пленку AlCuSi/Ti/Pt/Au и т.п. формируют путем напыления в качестве первых
металлических слоев (слоев плоского электрода) 25, которые становятся плоскими электродом 21В n-стороны и электродом 22В р-стороны. В то же время, предпочтительно формировать многослойную пленку или монослойную пленку, которая включает в себя самый нижний слой из Аl, имеющий высокую отражающую способность для длины волны света, излучаемого из активного слоя 12. Первый металлический слой 25 сформирован в областях, где формируются электрод 21В n-стороны и электрод 22В р-стороны, а также на структуре 30 резиста.
(Этап удаления первой структуры резиста: S35)
Как показано на фиг.13В, в результате удаления первой структуры 30 резиста ненужный первый металлический слой 25, сформированный на первой структуре 30 резиста, удаляют (отрывают). В результате оставшийся первый металлический слой 25 становится электродом 21В n-стороны и электродом 22В р-стороны.
(Этап формирования третьего металлического слоя (металлического затравочного слоя): S36)
Как показано на фиг.13С, третий металлический слой 29, который становится затравочными электродами для формирования металлических столбиковых выводов, формируют путем напыления и т.п.
(Этап формирования второй структуры резиста: S37)
Как показано на фиг.13D, вторую структуру 31 резиста, имеющую отверстие 31а и отверстие 31b, в областях, где формируются металлические столбиковые выводы, формируют с помощью фотолитографии.
(Этап формирования второго металлического слоя (слоя металлического столбикового вывода): S38)
Как показано на фиг.14А, в результате выполнения электролитического осаждения с использованием третьего металлического слоя 29 в качестве затравочных электродов, наносят однослойную пленку из Cu, Au и т.п. или многослойную пленку из Cu/Ni/Au и т.п. для формирования второго металлического слоя 26а и второго металлического слоя 26b на третьем металлическом слое 29 в отверстии 31а и отверстии 31b второй структуры 31 резиста. В это время, поскольку выполняют электролитическое осаждение с использованием третьего металлического слоя 29 в качестве затравочных электродов, второй металлический слой не формируется на второй структуре 31 резиста.
Электролитическое осаждение выполняют путем погружения пластины, подвергнутой этапу формирования второй структуры резиста (S37), показанному на фиг.14А, в раствор осаждения, используя третий металлический слой 29, в качестве отрицательных электродов и пропуская ток между отрицательным электродом и положительным электродом (не показан), погруженными в раствор для осаждения.
(Этап удаления второй структуры резиста: S39)
Как показано на фиг.14 В, когда удаляют вторую структуру 31 резиста, второй металлический слой 26а и второй металлический слой 26b становятся металлическим столбиковым выводом 23 и металлическим столбиковым выводом 24, соответственно.
(Этап удаления третьего металлического слоя (металлического затравочного слоя):
S40)
Как показано на фиг.14С, в результате вытравливания с использованием металлического столбикового вывода 23 и металлического столбикового вывода 24 в качестве масок ненужный третий металлический слой 29 удаляют для формирования нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента.
(Этап разделения кристалла: S41)
Кроме того, путем разделения нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов, расположенных на подложке (не показана) в матрице, на кристаллы посредством разрезания и т.п., нитридные получают готовые полупроводниковые светоизлучающие элементы в виде отдельных кристаллов.
Четвертый вариант осуществления
[Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент]
Структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на фиг.16. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1С в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения представляет собой светодиод, установленный с перевернутым кристаллом. Как показано на фиг.16, нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1С в четвертом варианте осуществления включает в себя подложку 2 и структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, защитный слой 20, электрод 21 n-стороны, электрод 22 р-стороны, металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24С, которые нанесены на подложку 2. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1С в четвертом варианте осуществления отличается от нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 в первом варианте осуществления, как он показан на фиг.1, тем, что металлический столбиковый вывод 23С и металлический столбиковый вывод 24С используются вместо металлического столбикового вывода 23 и металлического столбикового вывода 24, соответственно. Компоненты, идентичные используемым в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1 по первому варианту осуществления, обозначены теми же номерами ссылочных позиций, и их описание здесь не приводится.
Подложка 2, структура 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента и нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа, активный слой 12, нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа, электрод 14 полной поверхности, электрод 15 покрытия и защитный слой 20 как компоненты структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента являются теми же, что и у нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 в первом варианте осуществления, и, таким образом, их описание здесь не приводится. Кроме того, электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны являются теми же, что и у нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 в первом варианте осуществления и, таким образом, их описание здесь также не приводится.
(Металлический столбиковый вывод)
Металлический столбиковый вывод 23С и металлический столбиковый вывод 24С расположены на верхних поверхностях электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны и находятся в контакте с соответствующими электродами. Такие металлические столбиковые выводы отличаются от металлического столбикового вывода 23 и металлического столбикового вывода 24 в первом варианте осуществления тем, что расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 23 С является практически таким же, что и расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С.
Внешняя кромка верхнего конца металлического столбикового вывода 23С, расположенного на электроде 21 n-стороны, выполнена закругленной, и площадь верхней поверхности 23Cb меньше, чем площадь поперечного сечения центральной части металлического столбикового вывода 23С, которое расположено параллельно верхней поверхности подложки 2. Таким образом, верхняя поверхность 23Cb металлического столбикового вывода 23С выполнена плоской, и углы его верхнего конца закруглены. С другой стороны, внешняя кромка верхнего конца металлического столбикового вывода 24С, расположенного на электроде 22 р-стороны, оставлена заостренной, и форма верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С выполнена такой же, как и форма поперечного сечения центральной части металлического столбикового вывода 24С, которая параллельна верхней поверхности подложки 2.
Аналогично тому, как выполнены металлический столбиковый вывод 23 и металлический столбиковый вывод 24 в первом варианте осуществления, металлический столбиковый вывод 23 С и металлический столбиковый вывод 24С сформированы путем электролитического осаждения, и такое закругление внешней кромки верхней поверхности металлического столбикового вывода 23С формируется, поскольку верхний конец, как конец роста, закругляется в процессе электролитического осаждения. Хотя внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С также является закругленной, после электролитического осаждения на этапе регулирования верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С так, чтобы она имела такую же высоту, как и верхняя поверхность металлического столбикового вывода 23С,, закругленный верхний конец металлического столбикового вывода 24С удаляют путем полировки, среза и т.п. Поэтому внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С не является закругленной.
Высота металлических столбиковых выводов 23С, 24С может быть отрегулирована путем удаления верхнего участка металлического столбикового вывода 24С посредством полировки, использования способа СМР и т.п.(химическая - механическая полировка) или среза с использованием ножа и т.п.
В примере, показанном на фиг.16, металлический столбиковый вывод 23С, расположенный на электроде 21 n-стороны, сохраняет свою форму, полученную в результате электролитического осаждения, и внешняя кромка верхней поверхности является закругленной. Однако так же, как и для металлического столбикового вывода 24С, закругленный верхний участок металлического столбикового вывода 23С может быть удален. Высота металлического столбикового вывода 23С может быть приведена в соответствие с высотой металлического столбикового вывода 24С путем удаления верхнего участка металлического столбикового вывода 23С, который является закругленным в результате электролитического осаждения.
При монтаже с перевернутым кристаллом для высокой надежности монтажа с меньшим количеством неисправных соединений, предпочтительно, чтобы каждый из металлических столбиковых выводов 23С, 24С имел толщину 10 мкм или больше.
Металлический столбиковый вывод 23С и металлический столбиковый вывод 24С представляют собой слои соединения с электродом для электрического соединения электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С с соответствующими электродами проводного соединения на установочной подложке (не показана). Таким образом, в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1С с установкой с перевернутым кристаллом на установочной подложке (не показана) электрод 21 n-стороны и электрод 22 р-стороны размещены напротив электродов проводного соединения (не показаны) на установочной подложке, и металлический столбиковый вывод 23С и металлический столбиковый вывод 24С прижимают, вводя в контакт с электродами проводного соединения для электрического соединения электрода 21 n-стороны и электрода 22 р-стороны с электродами проводного соединения на установочной подложке (не показана).
В то же время, в четвертом варианте осуществления, поскольку расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 23С является практически таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С, к обоим металлическим столбиковым выводам 23С, 24С со стороны подложки 2 прикладывается одинаковая сила прижима. Если высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С выше, чем высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 23С, для удовлетворительного соединения нижнего металлического столбикового вывода 23С с электродом проводного соединения на установочной подложке (не показан) на более высокий металлический столбиковый вывод 24С воздействует большая сила прижима, чем на металлический столбиковый вывод 23С, то есть требуется избыточная сила прижима, большая, чем необходимо для соединения. В четвертом варианте осуществления, поскольку расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 23С является практически таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С, электрод 21 n-стороны, электрод 22 р-стороны, электрод 15 покрытия и электрод 14 полной поверхности, которые расположены ниже, не будут повреждены из-за приложения большей, чем необходимо, силы.
Поскольку внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 23С выполнена закругленной, и площадь верхней поверхности 23Cb мала, когда металлический столбиковый вывод 23С сплющивают, верхний конец металлического столбикового вывода 23С не будет растягиваться в горизонтальном направлении в большей степени, чем требуется. Кроме того, поскольку внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С не выполнена закругленной, и ее размеры больше по сравнению со случаем, когда площадь контакта между верхней поверхностью металлического столбикового вывода 24С и электродами проводного соединения на установочной подложке (не показаны) закруглена, в тот момент, когда металлический столбиковый вывод 23С сплющивают, можно предотвратить приложение большей, чем требуется, избыточной силы прижима к кристаллам (нитридный полупроводниковый элемент 1С) через металлический столбиковый вывод 24С, уменьшая, таким образом, повреждение, электрода 22 р-стороны на нижнем слое.
[Работа нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента] Принцип работы нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.16, является таким же, как и для нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1 в первом варианте осуществления, как показано на фиг.1, и, таким образом, его описание здесь не приводится.
[Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на приложенные чертежи.
Как показано на фиг.19, способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в четвертом варианте осуществления включает в себя этап (S50) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S51) формирования защитного слоя, этап (S52) формирования первой структуры резиста, этап (S53) вытравливания защитного слоя, этап (S54) формирования первого металлического слоя, этап (S55) формирования второй структуры резиста, этап (S56) формирования второго металлического слоя, этап (S57) регулирования высоты второго металлического слоя, этап (S58) удаления второй структуры резиста, этап (S59) удаления структуры первого резиста и этап (S60) разделения кристалла.
В соответствии со способом изготовления в первом варианте осуществления, как показано на фиг.2 этап (S17) удаления второй структуры резиста выполняют после этапа (S16) формирования второго металлического слоя, в то время как в соответствии со способом изготовления в четвертом варианте осуществления, этап (S57) регулирования высоты второго металлического слоя выполняют между этапом (S56) формирования второго металлического слоя и этапом (S58) удаления второй структуры резиста. Каждый из этих этапов будет подробно описан со ссылкой на фиг.18 (см. фиг.16 и фиг.17, где необходимо).
Здесь, поскольку этап (S50) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S51) формирования защитного слоя, этап (S52) формирования первой структуры резиста, этап (S53) вытравливания защитного слоя, этап (S54) формирования первого металлического слоя, этап (S55) формирования второй структуры резиста и этап (S56) формирования второго металлического слоя являются теми же, что и этап (S10) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S11) формирования защитного слоя, этап (S12) формирования первой структуры резиста, этап (S13) вытравливания защитного слоя, этап (S14) формирования первого металлического слоя, этап (S15) формирования второй структуры резиста и этап (S16) формирования второго металлического слоя в первом варианте осуществления, показанном на фиг.2, их описание приводиться не будет (для каждого такого этапа см. фиг.3А-фиг.3С, фиг.4А-фиг.4С и фиг.5А).
На этапе (S56) формирования второго металлического слоя второй металлический слой 26а и второй металлический слой 26b формируют так, чтобы они имели практически одинаковую толщину путем электролитического осаждения, используя электропроводный первый металлический слой 25 как затравочный электрод (см. фиг.5А). Внешние кромки верхних поверхностей второго металлического слоя 26а, 26b закруглены. На фиг.5 и на фиг.18 закругленная форма не показана - форма является такой же, как и в первом варианте осуществления.
(Этап регулирования высоты второго металлического слоя (слоя металлического столбикового вывода): S57)
После этапа (S56) формирования второго металлического слоя, как показано на фиг.18А, верхний участок второго металлического слоя 26b вместе со второй структурой 31 резиста удаляют вплоть до высоты верхней поверхности второго металлического слоя 26а, сформированного в отверстии 31а второй структуры 31 резиста посредством полировки, среза и т.п. Хотя предпочтительно, чтобы высота второго металлического слоя 26b, который становится металлическим столбиковым выводом 24С, была такой же, как и высота верхней поверхности второго металлического слоя 26а, который становится металлическим столбиковым выводом 23С, необязательно, чтобы они точно равнялись друг другу. Благодаря тому, что высота верхней поверхности второго металлического слоя 26b близка к высоте верхней поверхности второго металлического слоя 26а, при монтаже с перевернутым кристаллом формируемого в конечном итоге нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С сила прижима может быть приложена к металлическому столбиковому выводу 23С и металлическому столбиковому выводу 24С равномерно, улучшая, таким образом, надежность монтажа с перевернутым кристаллом.
Когда верхний участок второго металлического слоя 26b удаляют вплоть до положения, которое выше, чем верхняя поверхность второго металлического слоя 26а посредством полировки, среза и т.п., то есть когда даже отрегулированная высота верхней поверхности второго металлического слоя 26b выше, чем верхняя поверхность второго металлического слоя 26а, в случае, когда один элемент включает в себя множество металлических столбиковых выводов 24С, как в упомянутом ниже нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1С (см. фиг.21 и фиг.22), высоты металлических столбиковых выводов 24С регулируют так, чтобы они были одинаковыми на этапе (S57) регулирования высоты второго металлического слоя. Таким образом, отсутствуют вариации высоты верхней поверхности второго металлического слоя 26b, сформированного способом электролитического осаждения. Поэтому при монтаже с перевернутым кристаллом сила прижима будет одинаковой для каждого металлического столбикового вывода 24С, и поэтому каждый металлический столбиковый вывод 24С может быть удовлетворительно соединен с электродами проводного соединения на установочной подложке (не показана), улучшая, таким образом, надежность монтажа с перевернутым кристаллом.
На этапе (S57) регулирования высоты второго металлического слоя вторую структуру 31 резиста, которая окружает второй металлический слой 26b, оставляют, не удаляя, и верхний участок второго металлического слоя 26b удаляют вместе со второй структурой 31 резиста посредством полировки, среза и т.п. Поэтому при регулировании высоты посредством полировки, среза и т.п. второй металлический слой 26b может быть защищен от отслаивания от первого металлического слоя 25 при воздействии силы, прикладываемой ко второму металлическому слою 26b.
Здесь со ссылкой на фиг.19 будет описано регулирование высоты второго металлического слоя 26а и второго металлического слоя 26b. На фиг.19 показано состояние, в котором полировочное устройство К, которое перемещается слева направо, удаляет верхний участок второго металлического слоя 26b вместе со второй структурой резиста 31. На фиг.19 первая структура резиста 30 и первый металлический слой 25, сформированные на верхней поверхности первой структуры 30 резиста, не показаны.
В примере, показанном на фиг.19, полировочное устройство К удаляет верхний участок второго металлического слоя 26b так, чтобы не удалить закругленный верхний участок нижнего второго металлического слоя 26а. Таким образом, закругление внешней кромки верхней поверхности металлического столбикового вывода 23С (см. фиг.16) сохраняется. Внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С (см. фиг.16) не закруглена и выполнена плоской вплоть до боковой поверхности.
В качестве альтернативы, благодаря поддержанию высоты верхней поверхности нижнего второго металлического слоя 26а и регулированию только высоты верхней поверхности более высокого второго металлического слоя 26b, размер удаленного второго металлического слоя может быть уменьшен для уменьшения избыточного материала.
(Этап удаления второй структуры резиста (этап удаления структуры резиста): S58) Возвращаясь к фиг.18, далее, как показано на фиг.18 В, когда удаляют вторую структуру 31 резиста, второй металлический слой 26а и второй металлический слой 26b становятся металлическим столбиковым выводом 23 С и металлическим столбиковым выводом 24С, соответственно. За исключением того, что верхний участок второй структуры 31 резиста удаляют на этапе (S57) регулирования высоты второго металлического слоя, этот этап является таким же, как этап (S17) удаления второй структуры резиста в процессе изготовления в соответствии с первым вариантом осуществления.
(Этап удаления первой структуры резиста (этап удаления структуры резиста): S59) Далее, как показано на фиг.18С, когда удаляют первую структуру 30 резиста, первую структуру 30 резиста и первые металлические слои 25, сформированные на первой структуре 30 резиста), удаляют (отслаивают). Таким образом, на подложке 2 формируют множество элементов, расположенных в матрице. Этап (S59) удаления первой структуры резиста является таким же, как и этап (S17) удаления первой структуры резиста в процессе изготовления в первом варианте осуществления.
Хотя этап удаления второй структуры 31 резиста и этап удаления первой структуры 30 резиста выполняют в настоящем варианте осуществления последовательно, предпочтительно с использованием для формирования первой структуры 30 резиста и второй структуры 31 резиста одинакового материала или, по крайней мере, материала, который может быть удален одним и тем же раствором для фоторезиста, этап (S58) удаления второй структуры резиста и этап (S59) удаления первой структуры резиста могут быть выполнены как один этап. Это может дополнительно сократить процесс изготовления.
(Этап разделения кристалла: S19)
Кроме того, как и на этапе разделения кристалла (S19, см. фиг.2) в первом варианте осуществления, путем разделения множества элементов, расположенных на подложке 2 в виде матрицы, на отдельные кристаллы получают готовые нитридные полупроводниковые светоизлучающие элементы 1С (см. фиг.16) в виде единичных кристаллов.
Как описано выше, в соответствии со способом изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения в результате добавления этапа (S57) регулирования высоты второго металлического слоя к способу изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в первом варианте осуществления, может быть изготовлен нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент с улучшенной надежностью при монтаже с перевернутым кристаллом.
Другой пример этапа регулирования высоты второго металлического слоя
Далее со ссылкой на фиг.20 будет описан другой пример этапа регулирования высоты второго металлического слоя. В соответствии с этапом (S57) регулирования высоты второго металлического слоя в настоящем примере при удалении верхнего участка второго металлического слоя 26b посредством полировки, среза и т.п.удаляется закругленный верхний конец нижнего второго металлического слоя 26а.
На фиг.20 показано состояние, в котором полировочное устройство К, которое перемешается слева направо, удаляет верхние участки вторых металлических слоев 26а, 26b вместе со второй структурой 31 резиста.
Как и на фиг.19, на фиг.20 первый металлический слой 25 (см. фиг.18А), сформированный на первой структуре 30 резиста (см. фиг.18А) и первой структуре 30 резиста не показан.
В примере, показанном на фиг.20, полировочное устройство К удаляет закругленный верхний участок нижнего второго металлического слоя 26а. Поэтому, хотя внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 23С (см. фиг.16) не закруглена, высоты верхних поверхностей металлического столбикового вывода 23С и металлического столбикового вывода 24С (см. фиг.16) могут быть отрегулированы так, что они становятся точно одинаковыми.
Таким образом, при монтаже нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С с перевернутым кристаллом (см. фиг.16) сила прижима прикладывается к металлическому столбиковому выводу 23 С и металлическому столбиковому выводу 24С равномерно. Поэтому металлические столбиковые выводы могут быть более надежно соединены с электродами проводного соединения на установочной подложке (не показана), что улучшает надежность монтажа с перевернутым кристаллом. Этап (S57) регулирования высоты второго металлического слоя в примере, показанном на фиг.20, особенно эффективен для изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, в котором один элемент включает в себя большое количество металлических столбиковых выводов, таких как упомянутый ниже нитридный полупроводниковый элемент 1С (см. фиг.21 и фиг.22).
Модификация четвертого варианта осуществления
Далее со ссылкой на фиг.21 и фиг.22 будет описана модификация нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента по четвертому варианту осуществления. Как показано на фиг.21 и фиг.22, нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1С в соответствии с настоящей модификацией отличается от нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С, показанного на фиг.16, тем, что один нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1С включает в себя множество электродов 21 n-стороны, электродов 22 р-стороны, металлических столбиковых выводов 23С и металлических столбиковых выводов 24С. Компоненты, идентичные компонентам нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С, показанного на фиг.16, обозначены теми же номерами ссылочных позиций, и подробное их описание здесь не приводится. Защитный слой 20 не показан в виде на фиг.21.
В нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1С в соответствии с настоящей модификацией, как показано на фиг.21, электроды 21 n-стороны расположены в виде матрицы 4×4 в области, имеющей по существу квадратную внешнюю форму при виде сверху, и на каждом электроде 21 n-стороны расположен один металлический столбиковый вывод 23С. Металлические столбиковые выводы 24С в виде матрицы 1×18 или 2×18 расположены на пяти электродах 22 р-стороны, которые выполнены вертикально плоскости рисунка. Как показано на фиг.22, высота верхних поверхностей всех металлических столбиковых выводов 23С и металлических столбиковых выводов 24С является одинаковой при виде в разрезе. Однако, как описано выше, нет необходимости согласовывать высоту верхней поверхности металлического столбикового вывода 23С с высотой верхней поверхности металлического столбикового вывода 24С, и верхние участки металлических столбиковых выводов 23С могут быть закруглены.
Кроме того, в настоящей модификации, как показано на фиг.22, электрод 14 полной поверхности и электрод 15 покрытия расположены только на нитридном полупроводниковом слое 13 р-типа. Однако электрод полной поверхности и электрод покрытия также могут быть расположены и на нитридном полупроводником слое 11 n-типа.
Структура, в которой в одном нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе предусмотрено большое количество металлических столбиковых выводов, как показано на фиг.21 и фиг.22, также может применяться для нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов в упомянутых выше первом варианте осуществления, втором варианте осуществления, третьем варианте осуществления и в упомянутых ниже пятом варианте осуществления и шестом варианте осуществления.
Принцип работы нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С в настоящей модификации является таким же, как и у нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С в четвертом варианте осуществления, и, таким образом, его описание здесь не приводится.
Поскольку способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С в настоящей модификации ничем не отличается, за исключением того, что на этапе (S52) формирования первой структуры резиста и этапе (S55) формирования структуры второй резиста на фиг.17 формируют первую структуру 31 резиста и вторую структуру резиста 32, соответствующие множеству электродов 21 n-стороны, электродов 22 р-стороны, металлических столбиковых выводов 23С и металлических столбиковых выводов 24С, то его описание здесь не приводится. В случае, когда один нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1С формируют на одной подложке 2, этап (S60) разделения кристалла является ненужным.
Пятый вариант осуществления
[Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент]
Структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в пятом варианте осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на фиг.23. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1D в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения представляет собой светодиод, установленный с перевернутым кристаллом. Как показано на фиг.23, нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1D в пятом варианте осуществления включает в себя подложку 2 и структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, защитный слой 20, электрод 21D n-стороны, электрод 22D р-стороны, металлический столбиковый вывод 23D и металлический столбиковый вывод 24D, которые нанесены на подложку 2. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1D в пятом варианте осуществления отличается от нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1А во втором варианте осуществления, как показано на фиг.6, тем, что электрод 21D n-стороны, электрод 22D р-стороны, металлический 23-й столбиковый вывод 23D и металлический столбиковый вывод 24D используются вместо электрода 21А n-стороны, электрода 22А р-стороны, металлического столбикового вывода 23А и металлического столбикового вывода 24А, соответственно. Компоненты, идентичные компонентам нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1А во втором варианте осуществления, обозначены теми же номерами ссылочных позиций, и их описание здесь не приводится.
Подложка 2, структура 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента и нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа, активный слой 12, нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа, электрод 14 полной поверхности, электрод 15 покрытия и защитный слой 20, как компоненты структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, являются теми же, что и у нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1А во втором варианте осуществления, и, таким образом, их описание здесь не приводится. Электрод 21D n-стороны и электрод 20D р-стороны являются такими же, как электрод 21А n-стороны и электрод 22А р-стороны в нитридном полупроводниковом светоизлучающем элементе 1А во втором варианте осуществления, за исключением того, что участки, которые покрывают боковые поверхности металлического столбикового вывода 23D и металлического столбикового вывода 24D, снижены так, чтобы они соответствовали высоте металлического столбикового вывода 23 D и металлического столбикового вывода 24D, и, таким образом, их описание здесь не приводится.
(Металлические столбиковые выводы)
Металлический столбиковый вывод 23D и металлический столбиковый вывод 24D расположены на верхних поверхностях электрода 21D n-стороны и электрода 22D р-стороны, соответственно, и находятся в контакте с соответствующими электродами. Кроме того, боковые поверхности металлического столбикового вывода 23D и металлического столбикового вывода 24D покрыты электродом 21D n-стороны и электродом 22D р-стороны, соответственно. Эти металлические столбиковые выводы отличаются от металлического столбикового вывода 23А и металлического столбикового вывода 24А во втором варианте осуществления тем, что расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 23D является практически таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 24D.
Таким же образом, как и металлический столбиковый вывод 23А и металлический столбиковый вывод 24А во втором варианте осуществления, металлический столбиковый вывод 23D и металлический столбиковый вывод 24D формируют путем электролитического осаждения, используя первый металлический слой 27, который образует электрод 21D n-стороны и электрод 22D р-стороны (см. фиг.9 В), в качестве затравочных электродов. Однако верхние участки металлического столбикового вывода 23D и металлического столбикового вывода 24D после электролитического осаждения удаляют посредством полировки, среза и т.п., и расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 23D и расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 24D регулируют так, чтобы они были по существу одинаковыми. Поэтому верхние поверхности металлического столбикового вывода 23D и металлического столбикового вывода 24D формируют плоскими, вплоть до их боковых поверхностей.
Поскольку высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 23D является практически такой же, как высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 24D в пятом варианте осуществления, как описано выше, в случае монтажа с перевернутым кристаллом, сила прижима обоих металлических столбиковых выводах 23D, 24D со стороны подложки 2 будет одинаковой, аналогично металлическому столбиковому выводу 23С и металлическому столбиковому выводу 24С в четвертом варианте осуществления. Поэтому на металлические столбиковые выводы 23D, 24 не воздействует большая избыточная сила прижима, чем требуется для монтажа, что предотвращает повреждение электрода n-стороны 21D, электрода 22D р-стороны, электрода 15 покрытия и электрода 14 полной поверхности в нижних слоях.
Хотя в примере, показанном на фиг.23, высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 23D практически такая же, как высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 24D, настоящее изобретение не ограничено этим вариантом. Как описано для металлического столбикового вывода 23С и металлического столбикового вывода 24С в четвертом варианте осуществления, одинаковая высота является предпочтительной, но при этом не требуется формировать металлические столбиковые выводы, имеющие абсолютно одинаковую высоту. Кроме того, как описано в четвертом варианте осуществления, когда второй металлический слой 28а, который образует металлический столбиковый вывод 23d, формируют путем электролитического осаждения (см. фиг.9В), внешнюю кромку верхней поверхности металлического столбикового вывода закругляется (на фиг.9В, закругление не показано), и закругленная форма может быть сохранена.
Металлический столбиковый вывод 23D и металлический столбиковый вывод 24D представляют собой слои соединения электродов для электрического соединения электрода 21D n-стороны и электрода 22D р-стороны нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1D с электродами проводного соединения на установочной подложке (не показана). Таким образом, при монтаже с перевернутым кристаллом нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1D на установочной подложке (не показана) электрод 21D n-стороны и электрод 22D р-стороны размещают напротив электродов проводного соединения (не показаны) на установочной подложке, и металлический столбиковый вывод 23D и металлический столбиковый вывод 24D прижимают в контакт с электродом проводного соединения для электрического соединения электрода 21D n-стороны и электрода 22D р-стороны с электродами проводного соединения на установочной подложке (не показана).
Эффекты структур, в которых внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 2DE закруглена и высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 24D является такой же, как высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 23 D, являются такими же, какие описаны для металлического столбикового вывода 23С и металлического столбикового вывода 24С в четвертом варианте осуществления, и, таким образом, их описание не приводится.
При монтаже с перевернутым кристаллом для того, чтобы достичь высокой надежности монтажа с меньшим количеством дефектов соединения, предпочтительно, чтобы каждый из металлических столбиковых выводов 23D, 24D имел толщину 10 мкм или больше.
[Работа нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
Принцип работы нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1D в пятом варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением, как показано на фиг.23, является таким же, как у нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1А во втором варианте осуществления, как показано на фиг.6, и, таким образом, его описание здесь не приводится.
[Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в пятом варианте осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на приложенные чертежи.
Как показано на фиг.24, способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в пятом варианте осуществления включает в себя этап (S70) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S71) формирования защитного слоя, этап (S72) формирования структуры резиста, этап (S73) вытравливания защитного слоя, этап (S74) формирования первого металлического слоя, этап (S75) формирования второго металлического слоя, этап (S76) регулирования высоты второго металлического слоя, этап (S77) удаления структуры резиста и этап (S78) разделения кристалла.
В соответствии со способом изготовления во втором варианте осуществления, как показано на фиг.7, этап (S26) удаления структуры резиста выполняют после этапа (S25) формирования второго металлического слоя, в то время как в соответствии со способом изготовления по пятому варианту осуществления этап (S76) регулирования высоты второго металлического слоя выполняют между этапом (S75) формирования второго металлического слоя и структуры резиста (S77). Каждый из этапов будет описан подробно со ссылкой на фиг.25 (см. фиг.23 и фиг.24, где необходимо).
Здесь, поскольку этап (S70) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S71) формирования защитного слоя, этап (S72) формирования структуры резиста, этап (S73) вытравливания защитного слоя, этап (S74) формирования первого металлического слоя и этап (S75) формирования второго металлического слоя являются теми же, что и этап (S20) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S21) формирования защитного слоя, этап (S22) формирования структуры резиста, этап (S23) вытравливания защитного слоя, этап (S24) формирования первого металлического слоя и этап (S25) формирования второго металлического слоя во втором варианте осуществления, как показано на фиг.7, то их описание не приводится (для каждого этапа см. фиг.8А-фиг.8D, фиг.9А и фиг.9В).
На этапе (S75) формирования второго металлического слоя второй металлический слой 28а и второй металлический слой 28b формируют способом электролитического осаждения с использованием электропроводного первого металлического слоя 27 в качестве затравочного электрода (см. фиг.9 В) таким образом, чтобы они имели практически одинаковую толщину. Внешние кромки верхних поверхностей вторых металлических слоев 28а, 28b закруглены. На фиг.9 и фиг.25 закругленная форма не показана - форма является такой же, как и в четвертом варианте осуществления.
(Этап регулирования высоты второго металлического слоя (слоя металлического столбикового вывода): S76)
После этапа (S75) формирования второго металлического слоя (см. фиг.9 В), как показано на фиг.25А, верхние участки второго металлического слоя 28а и второго металлического слоя 28b вместе со вторым металлическим слоем 28 с (см. фиг.9 В), верхним участком первого металлического слоя 27 и структурой 32 резиста удаляют путем полировки, среза и т.п.для того, чтобы высота верхней поверхности второго металлического слоя 28а стала такой же, как высота верхней поверхности второго металлического слоя 28b. Такое регулирование высоты может быть обеспечено таким же образом, как и регулирование высоты, показанное на фиг.20.
Как и при регулировании высоты, показанном на фиг.19, верхний участок второго металлического слоя 28b, который образует металлический столбиковый вывод 24D, удаляют до положения, которое находится на уровне или несколько выше, чем верхняя поверхность второго металлического слоя 28а, которая образует металлический столбиковый вывод 23D, и закругленная внешняя кромка верхней поверхности второго металлического слоя 28а может быть сохранена.
Хотя предпочтительно, чтобы высота второго металлического слоя 28b, который образует металлический столбиковый вывод 24D, была такой же, как высота верхней поверхности второго металлического слоя 28а, который становится металлическим столбиковым выводом 23D, их высоты не обязательно должны точно равняться друг другу. Благодаря установке высоты верхней поверхности второго металлического слоя 28b на уровне, близком к высоте верхней поверхности второго металлического слоя 28а, в конечном итоге при монтаже с перевернутым кристаллом формируемого нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1D к металлическому столбиковому выводу 23D и металлическому столбиковому выводу 24D может быть приложена одинаковая сила прижима, в результате чего улучшается надежность монтажа с перевернутым кристаллом.
Путем поддержания высоты верхней поверхности нижнего второго металлического слоя 28а и регулирования только высоты верхней поверхности верхнего второго металлического слоя 28b, количество удаляемого второго металлического слоя может быть уменьшено, что уменьшает чрезмерный расход материала.
На этапе (S76) регулирования высоты второго металлического слоя неудаленная структура 32 резиста окружает боковые поверхности вторых металлических слоев 28а, 28b, и верхние участки вторых металлических слоев 28а, 28b вместе со структурой 32 резиста удаляют посредством полировки, среза и т.п. Таким образом, при регулировании высоты путем полировки, среза и т.п. может быть предотвращено отслаивание вторых металлических слоев 28а, 28b от первого металлического слоя 27 при приложении силы ко вторым металлическим слоям 28а, 28b.
Когда верхний участок второго металлического слоя 28b удаляют посредством полировки, среза и т.п. до положения, которое находится выше, чем верхняя поверхность второго металлического слоя 28а, то есть когда даже отрегулированная высота верхней поверхности второго металлического слоя 28b выше, чем высота верхней поверхности второго металлического слоя 28а, в случае, когда один элемент включает в себя множество металлических столбиковых выводов 24D в качестве нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1С (см. фиг.21 и фиг.22), на этапе (S76) регулирования высоты второго металлического слоя высоты металлических столбиковых выводов 24D регулируют так, чтобы они были одинаковыми. Таким образом, отсутствуют вариации высоты верхней поверхности второго металлического слоя 28b, сформированного путем электролитического осаждения. Поэтому при монтаже с перевернутым кристаллом сила прижима будет равномерно приложена к каждому металлическому столбиковому выводу 24D, и каждый металлический столбиковый вывод 24D может быть удовлетворительно соединен с электродом проводного соединения на установочной подложке (не показана), что улучшает надежность монтажа с перевернутым кристаллом.
(Этап удаления структуры резиста: S77)
Далее, как показано на фиг.25 В, когда удаляют структуру 32 резиста, второй металлический слой 28а и второй металлический слой 28b образуют металлический столбиковый вывод 23D и металлический столбиковый вывод 24D, соответственно. Таким образом, на подложке 2 формируют множество элементов, расположенных в виде матрицы. За исключением второго металлического слоя 28с (см. фиг.9 В), верхний участок первого металлического слоя 27 и верхний участок структуры 32 резиста удаляют на этапе (S76) регулирования высоты второго металлического слоя, этот этап является таким же, как и этап (S26) удаления структуры резиста в процессе изготовления во втором варианте осуществления.
(Этап разделения кристалла: S78)
Кроме того, как и на этапе разделения кристалла (S19, см. фиг.2) в способе изготовления в первом варианте осуществления, готовые нитридные полупроводниковые светоизлучающие элементы 1D получают в виде отдельных кристаллов посредством разделения множества элементов, расположенных на подложке 2 в виде матрицы, на кристаллы (см. фиг.23).
Как описано выше, в соответствии со способом изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в пятом варианте осуществления настоящего изобретения путем добавления этапа (S76) регулирования высоты второго металлического слоя к способу изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента по второму варианту осуществления может быть изготовлен нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент с улучшенной надежностью при монтаже с перевернутым кристаллом.
Шестой вариант осуществления
[Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент]
Структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в шестом варианте осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на фиг.26. Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1Е в соответствии с настоящим вариантом осуществления настоящего изобретения представляет собой светодиод, установленный с перевернутым кристаллом. Как показано на фиг.26, нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1Е в шестом варианте осуществления включает в себя подложку 2 и структуру 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, защитный слой 20, электрод 21В n-стороны, электрод 22В р-стороны, металлический столбиковый вывод 23Е, металлический столбиковый вывод 24Е и третий металлический слой 29, которые нанесены на подложку 2.
Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент 1Е в шестом варианте осуществления отличается от нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1В в третьем варианте осуществления, как показано на фиг.10, тем, что металлический столбиковый вывод 23Е и металлический столбиковый вывод 24Е используются вместо металлического столбикового вывода 23В и металлического столбикового вывода 24В, соответственно. Компоненты, идентичные компонентам нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1В в третьем варианте осуществления, обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций, и их описание не приводится.
Подложка 2, структура 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента и нитридный полупроводниковый слой 11 n-типа, активный слой 12, нитридный полупроводниковый слой 13 р-типа, электрод 14 полной поверхности, электрод 15 покрытия и защитный слой 20, электрод 21В n-стороны, электрод 22В р-стороны и третий металлический слой 29, как компоненты структуры 10 нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, являются такими же, как и у нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1В в третьем варианте осуществления, и, таким образом, их описание здесь не приводится.
(Металлические столбиковые выводы)
Металлический столбиковый вывод 23Е и металлический столбиковый вывод 24Е расположены на электроде 21В n-стороны и электроде 22В р-стороны, соответственно, через третий металлический слой 29. Эти металлические столбиковые выводы отличаются от металлического столбикового вывода 23В и металлического столбикового вывода 24В в третьем варианте осуществления тем, что расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 23Е является практически таким же, как расстояние от верхней поверхности подложки 2 до верхней поверхности металлического столбикового вывода 24Е.
Аналогично металлическому столбиковому выводу 23С в четвертом варианте осуществления, показанном на фиг.16, внешняя кромка верхнего конца металлического столбикового вывода 23Е, расположенного на электроде 21В n-стороны через третий металлический слой 29, выполнена закругленной, и площадь верхней поверхности 23Eb меньше, чем площадь поперечного сечения центральной части металлического столбикового вывода 23Е, которое распложено параллельно верхней поверхности подложки 2. Таким образом, верхняя поверхность 23Eb металлического столбикового вывода 23Е выполнена плоской, и углы его верхнего конца закруглены. С другой стороны, внешняя кромка верхнего конца металлического столбикового вывода 24Е, расположенного на электроде 22В р-стороны через третий металлический слой 29, не закруглена, и форма верхней поверхности металлического столбикового вывода 24Е является такой же, как и форма поперечного сечения центральной части металлического столбикового вывода 24С, расположенного параллельно верхней поверхности подложки 2, и выполнена плоской вплоть до боковой поверхности.
Аналогично металлическому столбиковому выводу 23В и металлическому столбиковому выводу 24В в третьем варианте осуществления, металлический столбиковый вывод 23Е и металлический столбиковый вывод 24Е сформированы путем электролитического осаждения с использованием третьего металлического слоя 29 в качестве затравочного электрода. Как описано выше в отношении металлического столбикового вывода 23С в четвертом варианте осуществления, такое закругление внешней кромки верхней поверхности металлического столбикового вывода 23Е сформировано, поскольку верхний конец в конце процесса электролитического осаждения получается закругленным. Хотя внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 24Е закруглена, на этапе установки уровня верхней поверхности металлического столбикового вывода 24Е на такой же высоте, как и верхняя поверхность металлического столбикового вывода 23Е, после электролитического осаждения закругленный верхний конец металлического столбикового вывода 24Е удаляют посредством полировки, среза и т.п. Поэтому внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 24Е не закруглена.
Металлический столбиковый вывод 23Е и металлический столбиковый вывод 24Е представляют собой слои соединения электрода для электрического соединения электрода 21В n-стороны и электрода 22В р-стороны нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1Е с соответствующими электродами проводного соединения на установочной подложке (не показана). Таким образом, при монтаже с перевернутым кристаллом нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1Е на установочной подложке (не показана) электроды 21В n-стороны и электроды 22В р-стороны располагают напротив электродов проводного соединения (не показаны) на установочной подложке и прижимают металлический столбиковый вывод 23Е и металлический столбиковый вывод 24Е в контакт с электродами проводного соединения, электрод 21 В n-стороны и электрод 22В р-стороны электрически соединяются с электродами проводного соединения на установочной подложке (не показана) через третьи металлические слои 29.
Эффект структур, в которых внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 23Е закруглена, и высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 24Е является такой же, как и высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 23Е, описан для металлического столбикового вывода 23С и металлического столбикового вывода 24С в четвертом варианте осуществления и, таким образом, его описание здесь не приводится.
При монтаже с перевернутым кристаллом для достижения высокой надежности монтажа с меньшим количеством отказов при соединении предпочтительно, чтобы каждый из металлических столбиковых выводов 23Е, 24Е имел толщину 10 мкм или больше.
[Работа нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
Принцип работы нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1Е в шестом варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.26, является таким же, как и у нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента 1В в третьем варианте осуществления, как показано на фиг.10, и, таким образом, его описание здесь не приводится.
[Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента]
Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в шестом варианте осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на приложенные чертежи.
Как показано на фиг.27, способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в шестом варианте осуществления настоящего изобретения включает в себя этап (S80) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S81) формирования защитного слоя, этап (S82) формирования первой структуры резиста, этап (S83) вытравливания защитного слоя, этап (S84) формирования первого металлического слоя, этап (S85) удаления первой структуры резиста, этап (S86) формирования третьего металлического слоя, этап (S87) формирования второй структуры резиста, этап (S88) формирования второго металлического слоя, этап (S89) регулирования высоты второго металлического слоя, этап (S90) удаления второй структуры резиста, этап (S91) удаления третьего металлического слоя и этап (S92) разделения кристалла.
В соответствии со способом изготовления в третьем варианте осуществления, как показано на фиг.11, этап (S39) удаления второй структуры резиста выполняют после этапа (S3 8) формирования второго металлического слоя, в то время как в соответствии со способом изготовления в шестом варианте осуществления этап (S89) регулирования высоты второго металлического слоя выполняют между этапом (S88) формирования второго металлического слоя и этапом (S90) удаления второй структуры резиста. Каждый из этих этапов будет подробно описан со ссылкой на фиг.28 (см. фиг.26 и фиг.27, где необходимо).
Здесь этап (S80) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S81) формирования защитного слоя, этап (S82) формирования первой структуры резиста, этап (S83) вытравливания защитного слоя, этап (S84) формирования первого металлического слоя, этап (S85) удаления первой структуры резиста, этап (S86) формирования третьего металлического слоя, этап (S87) формирования второй структуры резиста и этап (S88) формирования второго металлического слоя являются такими же, как этап (S30) формирования структуры нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, этап (S31) формирования защитного слоя, этап (S32) формирования первой структуры резиста, этап (S33) вытравливания защитного слоя, этап (S34) формирования первого металлического слоя, этап (S35) удаления первой структуры резиста, этап (S36 формирования) третьего металлического слоя, этап (S37) формирования второй структуры резиста и этап (S38) формирования второго металлического слоя в третьем варианте осуществления, показанном на фиг.11, соответственно, и, таким образом, их описание не приводится (для каждого этапа см. фиг.12А-фиг.12D, фиг.13А-фиг.13D и фиг.14А).
На этапе (S88) формирования второго металлического слоя второй металлический слой 26а и второй металлический слой 26b формируют таким образом, чтобы они имели почти одинаковую толщину в результате электролитического осаждения с использованием электропроводного третьего металлического слоя 29 в качестве затравочного электрода (см. фиг.14А). Внешние кромки верхних поверхностей вторых металлических слоев 26а, 26b закруглены. На фиг.14 и фиг.28 закругленная форма не показана - форма является такой же, как и в третьем варианте осуществления.
(Этап регулирования высоты второго металлического слоя (слоя металлического столбикового вывода): S89)
После этапа (S88) формирования второго металлического слоя, как показано на фиг.28А, верхний участок второго металлического слоя 26b вместе со второй структурой 31 резиста удаляют посредством полировки, среза и т.п.до высоты верхней поверхности второго металлического слоя 26а в отверстии 31а второй структуры 31 резиста.
Этап (S89) регулирования высоты второго металлического слоя в шестом варианте осуществления является таким же, как этап (S57, см. фиг.17) регулирования высоты второго металлического слоя в четвертом варианте осуществления, и, таким образом, его подробное описание здесь не приводится. В соответствии со способом изготовления в четвертом варианте осуществления, способ, описанный, как другой пример этапа регулирования высоты второго металлического слоя (см. фиг.20), может применяться в шестом варианте осуществления.
Эффекты структур, в которых внешняя кромка верхней поверхности металлического столбикового вывода 23Е закруглена, и высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 24Е является такой же, как высота верхней поверхности металлического столбикового вывода 23Е, являются такими же, какие описаны для металлического столбикового вывода 23 С и металлического столбикового вывода 24С в четвертом варианте осуществления, и, таким образом, их описание здесь не приводится.
(Этап удаления второй структуры резиста: S90)
Как показано на фиг.28В, когда удаляют вторую структуру 31 резиста, второй металлический слой 26а и второй металлический слой 26b образуют металлический столбиковый вывод 23С и металлический столбиковый вывод 24С, соответственно. Этот этап является таким же, как и этап удаления второй структуры резиста (S39, см. фиг.11) в третьем варианте осуществления, за исключением того, что верхний участок второй структуры 31 резиста удаляют на этапе (S89) регулирования высоты второго металлического слоя.
(Этап удаления третьего металлического слоя (Металлический затравочный слой):S91)
Как показано на фиг.28С, в результате вытравливания с использованием маски из металлического столбикового вывода 23Е и металлического столбикового вывода 24Е ненужные части третьего металлического слоя 29 удаляют для формирования нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента.
(Этап разделения кристалла: S92)
Кроме того, путем разделения нитридных полупроводниковых светоизлучающих элементов, расположенных на подложке (не показана) в виде матрицы, на кристаллы посредством гравирования и т.п.получают готовые нитридные полупроводниковые светоизлучающие элементы 1Е (см. фиг.26) в виде отдельных кристаллов.
Как описано выше, в соответствии со способом изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в шестом варианте осуществления настоящего изобретения путем добавления этапа (S89) регулирования высоты второго металлического слоя к способу изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента в третьем варианте осуществления, может быть изготовлен нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент с улучшенной надежностью при монтаже с перевернутым кристаллом.
Краткое описание номеров ссылочных позиций
1, 1А, 1В Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент
1С, 1С, 1D, 1Е Нитридный полупроводниковый светоизлучающий элемент
2 Подложка
10 Структура нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента
10а Участок соединения электрода n-стороны
10b Участок соединения электрода р-стороны
11 Нитридный полупроводниковый слой n-типа
12 Активный слой
13 Нитридный полупроводниковый слой р-типа
14 Электрод с полной поверхностью
15 Электрод покрытия
20 Защитный слой
21, 21А, 21В Электрод n-стороны
22, 22А, 22В Электрод р-стороны
23, 23А, 23В, 24, 24А, 24В Металлический столбиковый вывод
23С, 23D, 23Е, 24С, 24D, 24Е Металлический столбиковый вывод
25 Первый металлический слой
26а, 26b Второй металлический слой
27 Первый металлический слой
28а, 28b, 28с Второй металлический слой
29 Третий металлический слой
30 Первая структура резиста
30а, 30b Отверстие
32 Структура резиста
32а, 32b Отверстие.