(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
基体と、前記基体の上方に設けられた導電層と、前記導電層上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた窒化物半導体からなる半導体層と、前記半導体層上に設けられた金属層と、を含む構造体を準備する工程と、
前記金属層上に開口部を含むレジスト層を形成する工程と、
前記金属層及び前記半導体層に対するエッチングレートのそれぞれが、前記絶縁層に対するエッチングレートよりも高い第1エッチング液を用いたウェットエッチングにより、前記金属層の一部及び前記半導体層の一部を前記開口部を介して除去し前記絶縁層の一部を前記金属層及び前記半導体層から露出させる工程と、
前記金属層及び半導体層を除去する工程の後に、前記レジスト層をウェットエッチングにより除去する工程と、
前記レジスト層を除去する工程の後に、前記金属層及び前記半導体層から露出させた前記絶縁層を残しつつ前記金属層を除去する工程と、を備え、
前記レジスト層の開口部は、前記導電層の直上に位置する、発光素子の製造方法。
前記絶縁層を残しつつ前記金属層を除去する工程の後に、前記半導体層の表面の一部をウェットエッチングにより除去し、前記半導体層の表面に凹凸加工を施す工程を備える請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。
前記金属層を除去する工程において、前記金属層に対するエッチングレートが、前記絶縁層に対するエッチングレートよりも高い第2エッチング液を用いる、請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【0009】
図1は、実施形態の発光素子の模式平面図である。
図2は、
図1におけるII−II断面図である。
【0010】
実施形態の発光素子は、基体10と、半導体層50と、導電層60、70、78と、絶縁層91〜93と、パッド電極81とを有する。
【0011】
図1に示すように、発光素子の上面視において、基体10の外形は矩形状に形成され、基体10は、X方向に沿う2つの辺と、X方向に直交するY方向に沿う2つの辺とを有する。基体10は、Y方向に隣り合う第1領域101と第2領域102とを有する。
【0012】
図2に示すように、半導体層50は、基体10の上方に設けられている。基板10上に絶縁層91〜93を介して半導体層50が形成されている。Z方向は、X方向およびY方向を含む平面と直交する。
【0013】
基体10の第1領域101と、半導体層50との間に、第1導電層60、第2導電層70、第3導電層78、絶縁層91〜93が設けられている。基体10の第2領域102の上方に半導体層50は設けられていない。パッド電極81が、基体10の第2領域102の上方に設けられている。
【0014】
基体10は、半導体層50側から順に、第4導電層13と、基板12と、裏面電極11とを有する。裏面電極11は、例えばPtを含む。基板12は、例えばシリコン基板である。第4導電層13は、例えば、Al、Cu、Ti、Ni、Sn、およびPtよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。基体10は導電性を有する。
【0015】
図3は、半導体層50の模式断面図である。
【0016】
半導体層50は、n形半導体層20と、p形半導体層30と、n形半導体層20とp形半導体層30との間に設けられた発光層40とを有する。半導体層50は、例えば、In
XAl
YGa
1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)等の窒化物半導体を含む。
【0017】
例えば成長基板上に、n形半導体層20、発光層40、およびp形半導体層30を順にエピタキシャル成長させる。その後、エッチングにより、p形半導体層30および発光層40の積層部分の一部を除去し、n形半導体層20の一部(コンタクト領域21)をp形半導体層30および発光層40から露出させる。p形半導体層30および発光層40は、断面視においてメサ状に残される。
【0018】
半導体層50は、第1面51と、Z方向において第1面51の反対側に位置する第2面52とを有する。第1面51は、n形半導体層20において発光層40が設けられた面の反対側の面である。第2面52は、p形半導体層30において発光層40が設けられた面の反対側の面である。
【0019】
また、半導体層50は、第1側面54と、第2側面55とを有する。第1側面54の一端は第1面51に連続し、他端は第2面52に連続している。ここで、第1側面54の一端とは、第1側面54と第1面51が交わる位置であり、第1側面54の他端とは、第1側面54と第2面52とが交わる位置である。第1側面54は、n形半導体層20の側面、発光層40の側面、およびp形半導体層30の側面を含み、それらn形半導体層20の側面、発光層40の側面、およびp形半導体層30の側面は、第1面51と第2面52との間で連続している。
【0020】
第2側面55は、第2面52と、n形半導体層20のコンタクト領域21との間の段差部の側壁面である。第1側面54は、第1面51および第2面52に対して傾斜している。第1側面54と第2面52とがなす角度θ1は、第2側面55と第2面52とがなす角度θ2よりも小さく、90°よりも小さい。また、第1側面54と第1面51とがなす角度θ3は、角度θ1および角度θ2よりも大きく、90°よりも大きい。
【0021】
図2に示すように、半導体層50の第2面52に、第3導電層78が設けられている。第3導電層78は、例えば、Ag、Ni、Ti、およびPtよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。
【0022】
図4は、n形半導体層20と第3導電層78との配置関係を主に表す模式平面図である。
【0023】
n形半導体層20は、複数の島状のコンタクト領域21を有する。第3導電層78は、複数のコンタクト領域21を露出させる複数の開口78aを有する。平面視において、1つの開口78aの面積は、1つのコンタクト領域21の面積よりも大きい。
【0024】
図2に示すように、絶縁層91が第3導電層78の一部とp形半導体層30の表面を覆っている。絶縁層91は、例えばシリコン窒化層である。さらに、絶縁層92が、絶縁層91および半導体層50の第2面52を覆っている。絶縁層92は、例えばシリコン酸化層である。
【0025】
絶縁層92上に、第1導電層60の一部と、第2導電層70が設けられている。第1導電層60は、n形半導体層20のコンタクト領域21に接するnコンタクト部61を有する。nコンタクト部61とコンタクト領域21との接触により、第1導電層60はn形半導体層20と電気的に接続している。第1導電層60は、例えばAl、Si、Cu、およびTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。
【0026】
第2導電層70は、第1部分71と第2部分73とを有する。第2部分73は、第3導電層78に接するpコンタクト部である。第3導電層78は、第2導電層70の第2部分73と、p形半導体層30との間に設けられ、第2導電層70とp形半導体層30とを電気的に接続している。第2導電層70は、例えばAl、Si、Cu、およびTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。第2導電層70は、例えば、Alを含む合金層と、Ti層との積層構造とすることができる。
【0027】
第2導電層70の第1部分71は、基体10の第2領域102の上方に設けられている。第1部分71の上にパッド電極81が設けられている。パッド電極81は、半導体層50に重ならない第2領域102に配置されている。第1部分71は、パッド電極81に接し、第2導電層70とパッド電極81とを電気的に接続している。
【0028】
パッド電極81は、例えばTi、Pt、およびAuよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。パッド電極81は、例えば、半導体層50側から順にTi、Pt、Auが積層された積層構造とすることができる。
【0029】
第1導電層60は、基体10の第4導電層13に上に設けられ、第4導電層13に接している。したがって、n形半導体層20は、nコンタクト部61、第1導電層60、第4導電層13、および基板12を通じて、裏面電極11と電気的に接続されている。
【0030】
Z方向において、第1導電層60と第2導電層70との間には、絶縁層93が設けられている。絶縁層93は、平面視において、第1導電層60と第2導電層70とが重なる領域における第1導電層60と第2導電層70との間を絶縁している。絶縁層93は、例えばシリコン酸化層である。
【0031】
半導体層50の第1面51は粗面化され、その第1面51を絶縁層94が覆っている。絶縁層94の表面にも、凹凸が形成されている。絶縁層94は、半導体層50の第1側面54も覆っている。絶縁層94は、例えばシリコン酸化層である。
【0032】
パッド電極81には例えばワイヤがボンディングされ、裏面電極11は実装基板の導体部に接合される。すなわち、
図2に示す発光素子は、上下導通型の発光素子である。または、基体10は導電性を有さずに、n側の第1導電層60についても基体10の上方に設けられたパッド電極によって外部と接続される構成であってもよい。
【0033】
次に、
図5〜
図11を参照して、実施形態の発光素子の製造方法について説明する。
【0034】
図5は、基体10と、基体10上に設けられた前述した要素とを含む構造体の模式断面図である。
【0035】
すなわち、基体10の上に、導電層60、70、78と、絶縁層91〜93が設けられている。絶縁層91上および第3導電層78上に、半導体層50が設けられている。第1導電層60の一部であるnコンタクト部61が、n形半導体層20のコンタクト領域21に接している。nコンタクト部61は、平面視において、行列状に配置されている。これにより、半導体層50の広い範囲に電流を拡散させ、半導体層50における電流密度分布を改善することができる。
【0036】
半導体層50の第1面51上には、
図6に示すように、金属層110が形成される。金属層110は、第1面51の全面に形成される。金属層110は、例えばTiからなる。
【0037】
金属層110上には、
図7に示すように、開口部120aを含むレジスト層120が形成される。金属層110の全面にレジスト層120が形成された後、露光および現像処理により、レジスト層120に開口部120aが形成される。
【0038】
開口部120aには金属層110の一部が露出する。第2導電層70の第1部分71の直上に位置するように開口部120aが形成される。
【0039】
このレジスト層120をマスクにして、開口部120aの下方の金属層110の一部および半導体層50の一部をエッチングする。第1エッチング液を用いたウェットエッチングにより、金属層110および半導体層50をエッチングする。
【0040】
この第1エッチング液を用いたウェットエッチングにおいては、金属層110に対するエッチングレートおよび半導体層50に対するエッチングレートのそれぞれは、絶縁層92に対するエッチングレートよりも高くなる。
【0041】
例えば、シリコン酸化層である絶縁層92、Ti層である金属層110、窒化物半導体層である半導体層50の組み合わせに対して、第1エッチング液として、リン酸を含む液が用いられる。
【0042】
開口部120aに露出する金属層110の一部がまず第1エッチング液により除去され、その金属層110の一部が除去された後、半導体層50の第1面51が開口部120aに露出する。続いて、その露出した第1面51から半導体層50の厚さ方向に第1エッチング液によるエッチングが進行し、半導体層50が除去される。
【0043】
さらに、リン酸を含む第1エッチング液を用いたエッチング条件において、シリコン窒化層である絶縁層91に対するエッチングも、シリコン酸化層である絶縁層92に対するエッチングレートよりも高いため、開口部120aの下方の絶縁層91の一部も除去される。
【0044】
開口部120aの下方の金属層110の一部、半導体層50の一部、および絶縁層91の一部が除去されることで、
図8に示すように、絶縁層92の一部が露出する。このエッチングにより、半導体層50は、XY平面内において例えば格子状に複数の素子に分離され、1つの素子に対応する半導体層50の端部に第1側面54が形成される。また、レジスト層120に対するエッチングは進行せず、金属層110及び半導体層50のエッチングが進行することで、金属層110及び半導体層50の側面の一部はレジスト層120の側面よりも内側に位置する。
【0045】
ここで、比較例として、半導体層50の上にエッチングマスク層を形成し、そのマスク層をレジスト層を使ってパターニングしてマスク層に開口部を形成した後、その開口部を有するマスク層を用いて半導体層50をエッチングする。この場合には、マスク層の加工ばらつきが半導体層50の加工ばらつきに影響する。
【0046】
本実施形態によれば、同じ第1エッチング液で金属層110も半導体層50もエッチングされる。金属層110は、半導体層50をエッチングする際のマスクではなく、半導体層50とレジスト層120との間に介在しそれら両者の密着性を高める密着層として機能する。レジスト層120には、フォトリソグラフィによって高い精度で形成される開口部120aが形成される。そして、そのレジスト層120をマスクとして半導体層50が加工される。
【0047】
レジスト層120と半導体層50との間に、半導体層50に対する密着力がレジスト層120と半導体層50との密着力よりも高い金属層110を設ける。金属層110と半導体層50との密着力は、レジスト層120と半導体層50との密着力よりも高くなる。そのため、金属層110と半導体層50との界面に第1エッチング液が浸入することによる半導体層50のサイドエッチング(オーバーエッチング)を抑制でき、半導体層50の第1側面54の形状制御性に優れる。
【0048】
この金属層110の一部および半導体層50の一部を除去する工程の後に、レジスト層120をウェットエッチングにより除去する。レジスト層120が除去され、
図9に示すように、金属層110の上面が露出する。
【0049】
レジスト層120を除去する工程の後に、絶縁層92における金属層110及び半導体層50から露出した部分を残しつつ、金属層110を除去する。この金属層110を除去する工程において、金属層110に対するエッチングレートが、絶縁層92に対するエッチングレートよりも高い第2エッチング液が用いられる。例えば、金属層110にTi層を用いる場合、第2エッチング液として硫酸と過酸化水素水を含む水溶液を用いる。
【0050】
金属層110が除去され、
図10に示すように、半導体層50の第1面51が露出する。その露出した第1面51に対して例えばウェットエッチングを行い、第1面51の一部を除去することにより、
図11に示すように、第1面51に凹凸加工が施され、第1面51が粗面化される。
【0051】
第1面51の粗面化の後、
図2に示すように、半導体層50の第1面51および第1側面54を覆う絶縁層94が形成される。さらに、絶縁層92において第2導電層70の第1部分71の上方に位置する部分を選択的に除去して開口部を形成し、その開口部にパッド電極81を形成する。絶縁層92の開口部の形成はエッチングにより行われる。
【0052】
半導体層50のエッチングに例えばRIE(Reactive Ion Etching)を利用すると、絶縁層92がエッチングされやすくなる。例えば、絶縁層92がRIEによりエッチングされるとその下に位置する導電層70の第1部分71もエッチングされやすくなる。そのため、第1部分71の表面に荒れが発生するおそれがあり、第1部分71に接して設けられるパッド電極81と導電層70との接触不良を生じさせる要因となる。また、絶縁層92が除去され、導電層70が絶縁層92から露出してしまうと、半導体層50の第1面51を粗面化するエッチングの際に導電層70側にエッチング液に含まれるイオンが引き寄せられてしまう。そのため、第1面51を均一にエッチングすることができず、第1面51に加工ムラが生じるおそれがある。絶縁層92を厚くすれば、エッチングによる絶縁層92の消失を防ぐことが可能となるが、絶縁層92の厚膜化はコストアップをまねく。
【0053】
本実施形態によれば、第1エッチング液を用いたウェットエッチングにより半導体層50を除去するため、RIEを用いる場合に比べて絶縁層92のエッチングを抑制することができる。このため、絶縁層92の厚膜化を必要とせず、コスト削減が可能となる。また、絶縁層92の下の導電層70の第1部分71が露出されないため、導電層のエッチングを防止できる。
【0054】
ウェットエッチングは等方性エッチングであるため、異方性エッチングであるRIEに比べて、半導体層50の厚み方向(Z方向)に交差する横方向(
図8に表す断面においてはY方向)にもエッチングが進む。そして、半導体層50において下部に比べて上部の方がエッチング液にさらされる時間が長くなり、下部よりも上部でY方向への半導体層50の後退量が大きくなりやすい。すなわち、半導体層50の第1側面54はテーパーをもつ。
図3に示すように、第1側面54と第1面51との間の角部の角度θ3が鈍角になり、その角部に対する絶縁層94の被覆性を高くすることができる。
【0055】
ウェットエッチングは、減圧空間内に放電を生じさせる必要があるRIEに比べて低コストである。本実施形態によれば、半導体層50の除去、レジスト層120の除去、金属層110の除去をウェットエッチングで行う。また、金属層110のパターニングは不要である。このように実施形態によれば、工程を簡略化しつつ、なおかつ半導体層50とレジスト層120との間に密着層として金属層110を介在させることで半導体層50に対するサイドエッチング(オーバーエッチング)を抑制して、半導体層50の形状制御性にも優れた発光素子の製造方法を提供できる。
【0056】
金属層110は、Ti、Ni、Sn及びAlよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。この中でもTiが窒化物半導体層との密着性に最も優れ、第1エッチング液による半導体層50のサイドエッチング量を抑制する効果を高くできる。
【0057】
金属層110が厚すぎると、半導体層50が第1エッチング液に晒されるまでに時間がかかり製造に要する時間が長くなる。そのため、金属層110の厚さは1nm以上5nm以下が好ましい。
【0058】
以上説明したように、本実施形態によれば、レジスト層120と半導体層50との間に、半導体層50に対する密着力がレジスト層120と半導体層50との密着力よりも高い金属層110を設ける。そして、レジスト層120をマスクにして、金属層110および半導体層50を、レジスト層120の開口部120aの下方に位置する絶縁層92がエッチングされにくい第1エッチング液を用いてエッチングする。これにより、工程を簡略化できるとともに、残したい部材が除去されることなく半導体層50の側面形状を制御することができる。
【0059】
以上、具体例を参照しつつ、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示は、これらの具体例に限定されるものではない。本開示の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本開示の要旨を包含する限り、本開示の範囲に属する。その他、本開示の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本開示の範囲に属するものと了解される。