JP3896044B2

JP3896044B2 - 窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品

Info

Publication number: JP3896044B2
Application number: JP2002202598A
Authority: JP
Inventors: 麻祐子筆田; 俊雄幡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2004047704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品に関し、特に電極として金属板を用いた窒化物系半導体発光素子において、早期の劣化を防止し、低駆動電圧で信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、基板にＳｉ（シリコン）基板を用いた種々の窒化物系半導体発光素子がされている。しかし、このＳｉ基板を用いた従来の窒化物系半導体発光素子には以下の問題点があった。すなわち、発光素子中の発光層から発生した光は、発光素子の上面、側面およびＳｉ基板側に放射され、Ｓｉ基板側に放射された光はＳｉ基板に入射する。しかし、Ｓｉ基板は発光層からの光を多く吸収するため、大きな光出力を期待することができなかった。そこで、光を反射し、かつ電極としても用いることができる金属板をＳｉ基板の代わりに用いるという方法が提案されている。
【０００３】
図１４に特開平１０−２７０７６１号公報に開示されている導電性接着剤を用いて金属板を直接半導体層上に貼りつけた従来の発光素子を示す。この従来の発光素子は以下のようにして作製される。まず、サファイア基板上にｎ型層１４、活性層１５およびｐ型層１６を順次積層する。その後、ｐ型層１６上にＮｉとＡｕの合金層を全面に設け、Ａｇペーストなどの導電性接着剤で合金層と金属基板１７とを貼りつける。
【０００４】
次に、サファイア基板を研磨して薄くする技術を利用して、サファイア基板を研磨して完全に除去し、サファイア基板の除去により露出したｎ型層１４の表面に、たとえばＴｉとＡｕの合金層を設けてパターニングしてｎ側電極１３を形成する。その後、各チップに切断分離する。このようにして得られた発光素子は、ｐ型層１６側に貼りつけされた金属基板１７をｐ側電極としている。
【０００５】
しかし、上記のように合金層と金属板との貼りつけにＡｇペースト等の導電性接着剤を用いた場合には、この導電性接着剤の熱伝導が悪いことから、発光素子の通電中における発熱を効率的に外部へ逃がすことができず、発光素子の温度が上昇するため発光素子が早く劣化してしまうという問題があった。また、このような発光素子に長時間電流を流し続けると、ｐ側電極である金属基板１７が剥がれてしまうという問題があった。さらに、上記導電性接着剤は金属に比べて電気抵抗が高く、発光素子の駆動電圧が高くなるという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑みて、本発明は、金属板を用いた窒化物系半導体発光素子において、早期の劣化を防止し、低駆動電圧で金属板の剥がれのない信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法およびその製品を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、基板上方にｎ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｐ型窒化物系半導体層をこの順に積層する工程と、ｐ型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成する工程と、金属膜上に金属板を電解メッキ法により形成する工程と、基板の少なくとも一部を除去してｎ型窒化物系半導体層表面を露出させる工程と、を含み、金属板は基板から引張応力を受けるようにまたは応力フリーとなるように形成され、ｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層またはｎ型窒化物系半導体層は、部分的に薄いかまたは無い部分がある窒化物系半導体発光素子の製造方法であることを特徴としている。
【０００８】
ここで、上記金属膜を形成する際または形成した後に、熱処理を行なうことが好ましく、上記金属膜の形成は、蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法、ＣＶＤ法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なわれることが好ましい。
【０００９】
また、上記金属板がＮｉまたはＣｕを主成分としていることが好ましく、金属板の厚さが１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
また、上記金属膜は、ｐ型窒化物系半導体層上に形成されたオーミック接触層を有することが好ましく、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、ＲｕまたはＯｓの群から選択される少なくとも一種を含むオーミック接触層を有することが好ましい。
【００１１】
また、上記金属膜は、上記金属板を電解メッキ法により形成するのに適した金属または合金からなるメッキ下地層を有することが好ましく、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＷまたはＴａの群から選択される少なくとも一種を含むメッキ下地層を有することが好ましい。
【００１２】
また、上記金属膜は上記オーミック接触層と上記メッキ下地層とを有し、さらに上記オーミック接触層と上記メッキ下地層との間に金属の拡散を防ぐための中間層を有していることが好ましく、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＰｔまたはＡｕよりなる群から選択される少なくとも一種を含む中間層を有していることが好ましい。
【００１３】
また、上記ｐ型窒化物系半導体層中の金属膜と接する層が単結晶の窒化物系半導体であることが好ましく、この層のドーパント濃度が１０¹⁶／ｃｍ³以上１０²²／ｃｍ³以下であることが好ましい。
【００１５】
また、上記基板はＳｉ基板であることが好ましく、上記基板の除去はフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いてエッチングすることにより行なわれることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、上記のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法により製造された窒化物系半導体発光素子であって、金属板上方に順次形成された金属膜、ｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｎ型窒化物系半導体層を含み、金属膜がＰｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｍｏ、ＷまたはＴｉの群から選択される少なくとも一種を含む金属層を有している窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明は、上記のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法により製造された窒化物系半導体発光素子であって、金属板上方に順次形成された金属膜、ｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｎ型窒化物系半導体層を含み、金属膜に接するｐ型窒化物系半導体層中に含まれるドーパント濃度が１０¹⁶／ｃｍ³以上１０²²／ｃｍ³以下である窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図２は、実施の形態１における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。図３は、実施の形態１における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【００２０】
以下、実施の形態１の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、Ｓｉからなる基板１上にｎ型ＩｎＡｌＮからなるバッファ層２、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物系半導体層３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層４をこの順番に順次積層形成する。
【００２１】
次に窒化物系半導体発光層４上にｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体クラッド層５およびｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体コンタクト層６を順次積層形成した後、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層６上にオーミック接触層７としてＰｄを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理をすることにより、オーミック接触層７とｐ型窒化物系半導体コンタクト層６との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層６とオーミック接触層７との密着力が増すこととなる。
【００２２】
次にオーミック接触層７上に金属板８としてＮｉを電解メッキ法により約１００μｍの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Ｎｉを含む電極を陽極とし、オーミック接触層７を陰極として、これらの電極をＮｉイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しオーミック接触層７上にＮｉをメッキすることにより行なった。図１はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板８は基板１から引張応力を受けている。
【００２３】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板１を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ化水素酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液を用いて基板１を除去し、バッファ層２の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板１を選択的にエッチングし得り、ｎ型窒化物系半導体層であるバッファ層２の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【００２４】
次に、図２に示すように、露出したバッファ層２上にＨｆを約５ｎｍ、Ａｌを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理を行なうことによりｎ型オーミック電極９を形成する。その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子をダイシングにより約３００μｍ角の四角形の大きさに分割する。図２はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【００２５】
図３は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子のｎ型オーミック電極９側から見た模式的な上面図である。このようにして得られた実施の形態１の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【００２６】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図５は、実施の形態２における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。図６は、実施の形態２における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【００２７】
以下、実施の形態２の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図４に示すように、Ｓｉからなる基板２１上にＡｌＮからなるバッファ層２２、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物系半導体層２３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層２４をこの順番に順次積層形成する。
【００２８】
次に窒化物系半導体発光層２４上にｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体クラッド層２５およびｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体コンタクト層２６を順次積層形成した後、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層２６上にオーミック接触層２７としてＰｄを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理をすることにより、オーミック接触層２７とｐ型窒化物系半導体コンタクト層２６との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層２６とオーミック接触層２７との密着力が増すこととなる。
【００２９】
次にオーミック接触層２７上にメッキ下地層１０としてＡｕを約３００ｎｍ蒸着し、このメッキ下地層１０上に金属板２８としてＮｉを電解メッキ法により約１００μｍの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Ｎｉを含む電極を陽極とし、メッキ下地層１０を陰極として、これらの電極をＮｉイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しメッキ下地層１０上にＮｉをメッキすることにより行なった。図４はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板２８は基板２１から引張応力を受けている。
【００３０】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板２１を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ化水素酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液を用いて基板２１を除去し、バッファ層２２の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板２１を選択的にエッチングすることができ、ｎ型窒化物系半導体層であるバッファ層２２の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【００３１】
次に、図５に示すように、露出したバッファ層２２上にＨｆを約５ｎｍ、Ａｌを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理を行なうことによりｎ型オーミック電極２９を形成する。その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子をダイシングにより約３００μｍ角の四角形の大きさに分割する。図５はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【００３２】
図６は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子のｎ型オーミック電極２９側から見た模式的な上面図である。このようにして得られた実施の形態２の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【００３３】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図８は、実施の形態３における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。図９は、実施の形態３における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【００３４】
以下、実施の形態３の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図７に示すように、Ｓｉからなる基板３１上にＡｌＮからなるバッファ層３２、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物系半導体層３３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層３４をこの順番に順次積層形成する。
【００３５】
次に窒化物系半導体発光層３４上にｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体クラッド層３５およびｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体コンタクト層３６を順次積層形成した後、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層３６上にオーミック接触層３７としてＰｄを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、オーミック接触層３７上に中間層１１としてＭｏを約３０ｎｍ蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理をすることにより、オーミック接触層３７とｐ型窒化物系半導体コンタクト層３６との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層３６とオーミック接触層３７との密着力が増すこととなる。
【００３６】
次に中間層１１上にメッキ下地層１１０としてＡｕＧｅを約３００ｎｍ蒸着し、このメッキ下地層１１０上に金属板３８としてＮｉを電解メッキ法により約１００μｍの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Ｎｉを含む電極を陽極とし、メッキ下地層１１０を陰極として、これらの電極をＮｉイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しメッキ下地層１１０上にＮｉをメッキすることにより行なった。図７はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板３８は基板３１から引張応力を受けている。
【００３７】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板３１を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ化水素酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液を用いて基板３１を除去し、バッファ層３２の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板３１を選択的にエッチングすることができ、ｎ型窒化物系半導体層であるバッファ層３２の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【００３８】
次にドライエッチング法を用いてバッファ層３２を除去し、ｎ型窒化物系半導体層３３の表面を露出させる。次にダイシングする部分のｎ型窒化物系半導体層３３をドライエッチング法により除去するために、ダイシングライン以外の部分をフォトレジストで覆う。ここでドライエッチング法としては、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）を用い、フォトレジストで覆われていない部分をオーミック接触層３７が露出するまで行なう。
【００３９】
次に、図８に示すように、ｎ型窒化物系半導体層３３上にＨｆを約５ｎｍ、Ａｌを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理を行なうことによりｎ型オーミック電極３９を形成する。その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子をダイシングにより約３００μｍ角の四角形の大きさに分割する。図８はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【００４０】
図９は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子のｎ型オーミック電極３９側から見た模式的な上面図である。このようにして得られた実施の形態３の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【００４１】
（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４において、基板上にマスクを形成した状態の模式的な上面図である。図１１は、実施の形態４における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。図１２は、実施の形態４における窒化物系半導体発光素子の分割前の模式的な断面構造図である。図１３は、実施の形態４における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【００４２】
以下、実施の形態４の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。図１０に示すように、まずＳｉからなる基板４１上に窒化物系半導体層を選択的に積層させるためにマスク１２としてＳｉＯ₂を約３００ｎｍの厚さに形成する。このときマスクが形成されていない開口部の大きさは、約２００μｍ角の四角形で、その開口部は約３００μｍピッチの間隔で並んでいる。このようにマスク１２を形成した場合には、基板４１の開口部のみに窒化物系半導体層が選択的に積層されることとなる。
【００４３】
次に、マスク１２が形成された基板４１上にＡｌＮからなるバッファ層４２、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物系半導体層４３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とで構成された多重量子井戸の窒化物系半導体発光層４４をこの順番に順次積層形成する。
【００４４】
次に窒化物系半導体発光層４４上にｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体クラッド層４５およびｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物系半導体コンタクト層４６を順次積層形成した後、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層４６上にオーミック接触層４７としてＰｄを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理をすることにより、オーミック接触層４７とｐ型窒化物系半導体コンタクト層４６との合金化処理を行なう。この熱処理を行なうことによって、ｐ型窒化物系半導体コンタクト層４６とオーミック接触層４７との密着力が増すこととなる。
【００４５】
次にオーミック接触層４７上にメッキ下地層２１０としてＡｕを約３００ｎｍ蒸着し、このメッキ下地層２１０上に金属板４８としてＮｉを電解メッキ法により約１００μｍの厚さに形成する。この電解メッキ法は、Ｎｉを含む電極を陽極とし、メッキ下地層２１０を陰極として、これらの電極をＮｉイオンを含む水溶液が入っている電解槽中に浸し、これらの電極間に電流を流しメッキ下地層２１０上にＮｉをメッキすることにより行なった。図１１はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図を示す。なお、ここで用いたメッキ液はワット浴であり、上記形成した金属板４８は基板４１から引張応力を受けている。
【００４６】
次に上記窒化物系半導体発光素子の基板４１を除く部分をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ化水素酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液を用いて基板４１を除去し、バッファ層４２の表面を露出させる。このようなエッチング液を用いることにより、基板４１を選択的にエッチングすることができ、ｎ型窒化物系半導体層であるバッファ層４２の表面が平坦に露出し得る。その後、上記エレクトロンワックスをアセトン等の有機溶剤で除去する。
【００４７】
次にドライエッチング法を用いてバッファ層４２を除去し、ｎ型窒化物系半導体層４３の表面を露出させる。次にダイシングする部分のｎ型窒化物系半導体層４３をドライエッチング法により除去するために、ダイシングライン以外の部分をフォトレジストで覆う。ここでドライエッチング法としては、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）を用い、フォトレジストで覆われていない部分をオーミック接触層４７が露出するまで行なう。
【００４８】
次に、図１２に示すように、ｎ型窒化物系半導体層４３上にＨｆを約５ｎｍ、Ａｌを約２００ｎｍの厚さで蒸着し、真空中で約５００℃で約３分間熱処理を行なうことによりｎ型オーミック電極４９を形成する。図１２はこの作製段階での窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【００４９】
その後、このようにして得られた窒化物系半導体発光素子を図１２に示す点線に沿ってダイシングすることにより約３００μｍ角の四角形の大きさに分割する。
【００５０】
図１３は上記のようにして得られた窒化物系半導体発光素子の模式的な断面構造図である。このようにして得られた実施の形態４の窒化物系半導体発光素子は低駆動電圧であり、また長期の通電試験においても剥がれ等が生じない信頼性の高い素子であった。
【００５１】
上記実施の形態において、基板はＳｉからなる基板だけでなく、従来から公知のあらゆる基板を用いることができる。Ｓｉからなる基板を用いた場合にはエッチングによって容易に除去することができ、窒化物系半導体発光素子の製造コストを低減できる点で好ましい。この場合のエッチング液としてフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いた場合には、Ｓｉからなる基板を選択的にエッチングでき、窒化物系半導体層がエッチングストップ層となり、製造プロセスが容易となり製造コストを低減できる点で好ましい。
【００５２】
上記実施の形態において、バッファ層、ｎ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層、ｐ型窒化物系半導体クラッド層およびｐ型窒化物系半導体コンタクト層は上記材料だけでなく、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる窒化物系半導体材料が用いられ得る。ここで、これらの窒化物系半導体層は、部分的に薄いかまたは無い部分があってもよく、この場合にはチップ状に分割する際に、窒化物系半導体層の薄い部分または無い部分を切断することにより、発光領域の半導体層にダメージを与えることがないため信頼性の高い発光素子を作製することができ、また発光素子の製造歩留まりが向上する点で好ましい。
【００５３】
上記実施の形態において、これらの窒化物系半導体層を積層する方法は従来から公知の方法、たとえばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）等が用いられ得る。
【００５４】
また、上記実施の形態において、窒化物系半導体発光層としては多重量子井戸構造の発光層だけでなく、単一量子井戸構造の発光層も用いられ得る。
【００５５】
また、上記実施の形態において、上記ｐ型窒化物系半導体クラッド層およびｐ型窒化物系半導体コンタクト層等のｐ型窒化物系半導体層中のオーミック接触層、メッキ下地層および中間層等の金属膜と接する層が単結晶の窒化物系半導体であることが好ましい。この場合には、多結晶や非晶質のものと異なり、適当な濃度のドーパントを注入することにより発光素子の駆動電圧を低減することができる傾向にある。さらに、上記金属膜と接する層のドーパント濃度が１０¹⁶／ｃｍ³以上１０²²／ｃｍ³以下であることが、半導体層と金属膜との良好なオーミック接触を得られる点でさらに好ましい。
【００５６】
また、上記実施の形態において、オーミック接触層としてはＰｄだけでなく、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、ＲｕまたはＯｓの群から選択される少なくとも一種を含む金属も好適に用いられる。これらの金属は仕事関数が大きいため、ｐ型窒化物系半導体層と良好なオーミック接触を得ることができ、接触抵抗が小さくなり、発光素子の駆動電圧を低減することができる傾向にある。また、これらの金属を含むことにより金属板との密着強度が向上し、長時間電流を流しても金属板が剥がれることのない信頼性の高い発光素子を作製することができる傾向にある。
【００５７】
また、上記実施の形態において、メッキ下地層としてはＡｕ、ＡｕＧｅだけでなく、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＷまたはＴａの群から選択される少なくとも一種を含む金属も好適に用いられる。上記オーミック接触層に用いられる金属によってはメッキが困難な場合があり、またメッキが困難でない場合であってもこれらの金属を用いることによって均一な厚さの密着性が良好な金属板を形成することができる傾向にある。
【００５８】
また、上記実施の形態において、中間層はＭｏだけでなく、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＰｔまたはＡｕよりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属も好適に用いることができる。上記オーミック接触層、メッキ下地層または金属板に用いられる金属によっては、相互に拡散すると発光素子の信頼性を低下させる場合があり、これらの金属を中間層として用いることにより、オーミック接触層に含まれる金属が金属板に拡散したり、メッキ下地層や金属板に含まれる金属がオーミック接触層に拡散することを防ぐことができ、信頼性の高い発光素子を作製することができる傾向にある。
【００５９】
また、上記実施の形態において、オーミック接触層、メッキ下地層、中間層等の金属膜の形成は蒸着だけでなく、蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法、ＣＶＤ法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なうことができる。これらの方法を用いることにより金属の単層または多層からなる金属膜を容易に形成することができ、発光素子の製造コストを低減することができる傾向にある。また、上記金属膜を形成する際または形成した後に、熱処理を行なうこともできる。熱処理を行なうことにより良好なオーミック接触を得ることができるだけでなく、上記金属膜とｐ型窒化物系半導体層との密着性が良好となり、長時間電流を流しても金属板が剥がれることのない信頼性の高い発光素子を作製することができる傾向にある。
【００６０】
また、上記実施の形態においては、電解メッキ法を用いているが、メッキ法であれば無電解メッキを用いてもよい。これらメッキ法で形成した金属板は、半導体層との密着力が強く、かつ半導体層との均一な密着性を有するため、金属板の剥がれが生じないことから発光素子の製造歩留まりを向上させることができる傾向にある。特に電解メッキを用いた場合には、短時間で金属板を所定の厚さに形成することができることから、さらに発光素子の製造歩留まりを向上させることができる傾向が大きい。
【００６１】
また、上記実施の形態において、金属板はＮｉだけでなく、従来から公知の金属を用いることができるが、ＮｉまたはＣｕを主成分とする金属を用いることが好ましい。ＮｉまたはＣｕを主成分とすることにより、金属板の放熱性と導電性がともに良好となるため、発光素子の早期劣化を防止することのできる信頼性の高い発光素子を作製することができ、また、これらの金属を用いた場合にはメッキ法により容易に金属板を作製することができるため発光素子の製造コストを低下させることができる傾向にある。また、金属板の厚さは１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。金属板の厚さが１０μｍ以上とすることにより、基板を除去した場合でも発光素子の取り扱いが容易となり、２ｍｍより厚いと発光素子が大きくなりすぎる傾向にある。
【００６２】
また、本発明においては、上記メッキ法で形成された金属板は、Ｓｉ基板から引張応力を受けていることまたは応力フリーであることが好ましい。メッキ法、特に電解メッキ法では応力が重要で、金属板がＳｉ基板から圧縮応力を受けている場合には、Ｓｉ基板除去後に金属板は圧縮方向とは逆方向に伸びようとし、金属板が引張応力を受けている場合には、Ｓｉ基板除去後に金属板は収縮しようとする。したがって、ワット浴を用いてＳｉ基板から引張応力を受けている金属板を形成した場合には、Ｓｉ基板除去後に金属板上に形成された窒化物系半導体発光素子はクラックが生じなかったが、Ｓｉ基板から圧縮応力を受けている金属板を形成した場合には、Ｓｉ基板除去後に窒化物系半導体発光素子にクラックが生じることがあった。これは、Ｓｉ基板上に成長した窒化物系半導体発光素子はＳｉ基板から引張応力を受けて発光素子自身が収縮しようとしているが、Ｓｉ基板から圧縮応力を受ける金属板を形成すると、Ｓｉ基板除去後に収縮しようとしている窒化物系半導体発光素子がその収縮方向とは逆方向に伸びようとする金属板の力に負けて窒化物系半導体発光素子が裂けてしまうことによりクラックが生じてしまうためと考えられる。なお、Ｓｉ基板から引張応力および圧縮応力のいずれも受けない応力フリーの金属板を用いた場合にはクラックは生じない。
【００６３】
また、上記実施の形態においては、基板上にｎ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｐ型窒化物系半導体層をこの順に積層した後、ｐ型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成し、この金属膜上に金属板をメッキ法により形成したが、基板上にｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｎ型窒化物系半導体層をこの順に積層した後、ｎ型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成し、この金属膜上に金属板をメッキ法により形成してもよい。この場合にも上記と同様に早期の劣化を防止し、低駆動電圧で金属板の剥がれのない信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができ得る。
【００６４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６５】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、金属板の形成に熱伝導性および耐久性の悪い導電性接着剤ではなく、直接金属を半導体層上に形成するメッキ法を用いているので、従来よりも発光素子の通電中における発熱を効率的に外部へ逃がすことができることから発光素子の早期劣化を防止することができる。また導電性接着剤よりも電気抵抗が小さくなるため発光素子の駆動電圧を低減することができる。さらに、半導体層と金属板との密着性が良好であるので発光素子に長時間電流を流した場合でも金属板が剥がれることがなく、発光素子の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図２】実施の形態１における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図３】実施の形態１における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図４】実施の形態２における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図５】実施の形態２における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図６】実施の形態２における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図７】実施の形態３における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図８】実施の形態３における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図９】実施の形態３における完成後の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図１０】実施の形態４における基板上にマスクを形成した状態の模式的な上面図である。
【図１１】実施の形態４における窒化物系半導体発光素子の作製途中段階での模式的な断面構造図である。
【図１２】実施の形態４における窒化物系半導体発光素子の分割前の模式的な断面構造図である。
【図１３】実施の形態４における窒化物系半導体発光素子が完成した段階での模式的な断面構造図である。
【図１４】従来の金属基板を用いた半導体発光素子の模式的な断面構造図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１基板、２，２２，３２，４２バッファ層、３，２３，３３，４３ｎ型窒化物系半導体層、４，２４，３４，４４窒化物系半導体発光層、５，２５，３５，４５ｐ型窒化物系半導体クラッド層、６，２６，３６，４６ｐ型窒化物系半導体コンタクト層、７，２７，３７，４７オーミック接触層、８，２８，３８，４８金属板、９，２９，３９，４９ｎ型オーミック電極、１０，１１０，２１０メッキ下地層、１１中間層、１２マスク、１３ｎ側電極、１４ｎ型層、１５活性層、１６ｐ型層、１７金属基板。

Claims

基板上方にｎ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｐ型窒化物系半導体層をこの順に積層する工程と、ｐ型窒化物系半導体層上に単層または多層の金属膜を形成する工程と、金属膜上に金属板を電解メッキ法により形成する工程と、基板の少なくとも一部を除去してｎ型窒化物系半導体層表面を露出させる工程と、を含み、金属板は基板から引張応力を受けるようにまたは応力フリーとなるように形成され、ｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層またはｎ型窒化物系半導体層は、部分的に薄いかまたは無い部分があることを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属膜を形成する際または形成した後に、熱処理を行なうことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属膜の形成は、蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法、ＣＶＤ法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なわれることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属板がＮｉまたはＣｕを主成分としていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属板の厚さが１０μｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属膜は、ｐ型窒化物系半導体層上に形成されたオーミック接触層を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属膜は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、ＲｕまたはＯｓの群から選択される少なくとも一種を含むオーミック接触層をｐ型窒化物系半導体層上に有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属膜は、金属板を電解メッキ法により形成するのに適した金属または合金からなるメッキ下地層を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属膜は、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＷまたはＴａの群から選択される少なくとも一種を含むメッキ下地層を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属膜は前記オーミック接触層と前記メッキ下地層とを有し、さらに前記オーミック接触層と前記メッキ下地層との間に金属の拡散を防ぐための中間層を有していることを特徴とする請求項８または９に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
金属膜は前記オーミック接触層と前記メッキ下地層とを有し、さらに前記オーミック接触層と前記メッキ下地層との間にＭｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＰｔまたはＡｕの群から選択される少なくとも一種を含む中間層を有していることを特徴とする請求項８または９に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
ｐ型窒化物系半導体層中の金属膜と接する層が単結晶の窒化物系半導体であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
ｐ型窒化物系半導体層中の金属膜と接する層のドーパント濃度が１０¹⁶／ｃｍ³以上１０²²／ｃｍ³以下であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
基板はＳｉ基板であることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
Ｓｉ基板の除去がフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いてエッチングすることにより行なわれることを特徴とする請求項１４に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
請求項１から１５のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法により製造された窒化物系半導体発光素子であって、金属板上方に順次形成された金属膜、ｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｎ型窒化物系半導体層を含み、前記金属膜がＰｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｍｏ、ＷまたはＴｉの群から選択される少なくとも一種を含む金属層を有していることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
請求項１から１５のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法により製造された窒化物系半導体発光素子であって、金属板上方に順次形成された金属膜、ｐ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層およびｎ型窒化物系半導体層を含み、前記金属膜に接するｐ型窒化物系半導体層中に含まれるドーパント濃度が１０¹⁶／ｃｍ³以上１０²²／ｃｍ³以下であることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。