JPH10321907A - 半導体発光素子およびその製法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製法Info
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- JPH10321907A JPH10321907A JP12517297A JP12517297A JPH10321907A JP H10321907 A JPH10321907 A JP H10321907A JP 12517297 A JP12517297 A JP 12517297A JP 12517297 A JP12517297 A JP 12517297A JP H10321907 A JPH10321907 A JP H10321907A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な製造工程でチッ化ガリウム系化合物半
導体を用いた発光素子チップの上下の両面に２つの電極
を形成し得ると共に、ウェハから各チップへの切断分離
を容易に行うことができ、劈開もすることができる半導
体発光素子およびその製法を提供する。 【解決手段】 半導体基板１と、該半導体基板上に設け
られるサファイア層２と、該サファイア層上に積層さ
れ、チッ化ガリウム系化合物半導体からなり発光層形成
部１０を構成する第１導電形層（ｐ形層５）および第２
導電形層（ｎ形層３）を含む半導体積層部と、前記半導
体積層部の第１導電形層および第２導電形層にそれぞれ
電気的に接続して設けられる第１および第２の電極（ｐ
側電極８およびｎ側電極９）とからなっている。
導体を用いた発光素子チップの上下の両面に２つの電極
を形成し得ると共に、ウェハから各チップへの切断分離
を容易に行うことができ、劈開もすることができる半導
体発光素子およびその製法を提供する。 【解決手段】 半導体基板１と、該半導体基板上に設け
られるサファイア層２と、該サファイア層上に積層さ
れ、チッ化ガリウム系化合物半導体からなり発光層形成
部１０を構成する第１導電形層（ｐ形層５）および第２
導電形層（ｎ形層３）を含む半導体積層部と、前記半導
体積層部の第１導電形層および第２導電形層にそれぞれ
電気的に接続して設けられる第１および第２の電極（ｐ
側電極８およびｎ側電極９）とからなっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はチッ化ガリウム系化
合物半導体層が積層される発光ダイオードやレーザダイ
オードなどの半導体発光素子およびその製法に関する。
さらに詳しくは、両電極をチップの上下両面から取り出
しやすくすると共に、ウェハからのチップ化を劈開によ
り行うことも可能で取り扱いやすい構造の半導体発光素
子およびその製法に関する。
合物半導体層が積層される発光ダイオードやレーザダイ
オードなどの半導体発光素子およびその製法に関する。
さらに詳しくは、両電極をチップの上下両面から取り出
しやすくすると共に、ウェハからのチップ化を劈開によ
り行うことも可能で取り扱いやすい構造の半導体発光素
子およびその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、たとえば青色系の光を発光する半
導体発光素子は、図４に示されるような構造になってい
る。すなわち、サファイア基板２１上にたとえばＧａＮ
からなる低温バッファ層および高温でエピタキシャル成
長されたｎ形のＧａＮ層からなるｎ形層（クラッド層）
２３と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれ
よりも小さく発光波長を定める材料、たとえばＩｎＧａ
Ｎ系（ＩｎとＧａの比率が種々変わり得ることを意味す
る、以下同じ）化合物半導体からなる活性層（発光層）
２４と、ｐ形のＧａＮからなるｐ形層（クラッド層）２
５とからなり、その表面にｐ側電極２８が設けられ、積
層された半導体層の一部がエッチングされて露出するｎ
形層２３の表面にｎ側電極２９が設けられることにより
形成されている。なお、ｎ形層２３およびｐ形層２５は
キャリアの閉じ込め効果を向上させるため、活性層２３
側にＡｌＧａＮ系（ＡｌとＧａの比率が種々変わり得る
ことを意味する、以下同じ）化合物半導体層が用いられ
ることが多い。
導体発光素子は、図４に示されるような構造になってい
る。すなわち、サファイア基板２１上にたとえばＧａＮ
からなる低温バッファ層および高温でエピタキシャル成
長されたｎ形のＧａＮ層からなるｎ形層（クラッド層）
２３と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれ
よりも小さく発光波長を定める材料、たとえばＩｎＧａ
Ｎ系（ＩｎとＧａの比率が種々変わり得ることを意味す
る、以下同じ）化合物半導体からなる活性層（発光層）
２４と、ｐ形のＧａＮからなるｐ形層（クラッド層）２
５とからなり、その表面にｐ側電極２８が設けられ、積
層された半導体層の一部がエッチングされて露出するｎ
形層２３の表面にｎ側電極２９が設けられることにより
形成されている。なお、ｎ形層２３およびｐ形層２５は
キャリアの閉じ込め効果を向上させるため、活性層２３
側にＡｌＧａＮ系（ＡｌとＧａの比率が種々変わり得る
ことを意味する、以下同じ）化合物半導体層が用いられ
ることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
チッ化ガリウム系化合物半導体を用いた青色系の半導体
発光素子は、格子整合の関係で絶縁性のサファイア基板
上にクラッド層や活性層などの半導体層が積層されてい
る。そのため、ｎ側およびｐ側の両電極を半導体層が積
層される一方側の面に設けなければならず、リードなど
に発光素子（以下、ＬＥＤという）チップをダイボンデ
ィングする場合、電極の両方ともをワイヤボンディング
しなければならず、組立工数が増加すると共に、ワイヤ
ボンディングに伴う信頼性の低下という問題がある。
チッ化ガリウム系化合物半導体を用いた青色系の半導体
発光素子は、格子整合の関係で絶縁性のサファイア基板
上にクラッド層や活性層などの半導体層が積層されてい
る。そのため、ｎ側およびｐ側の両電極を半導体層が積
層される一方側の面に設けなければならず、リードなど
に発光素子（以下、ＬＥＤという）チップをダイボンデ
ィングする場合、電極の両方ともをワイヤボンディング
しなければならず、組立工数が増加すると共に、ワイヤ
ボンディングに伴う信頼性の低下という問題がある。
【０００４】さらに、半導体層を積層したウェハから各
チップに切断分離する場合、非常に加工のしにくいサフ
ァイア基板を切断しなければならない。そのため、きれ
いに切断することができなかったり、切断するのに多く
の時間を必要として歩留りの低下や工数増によりコスト
アップになるという問題がある。
チップに切断分離する場合、非常に加工のしにくいサフ
ァイア基板を切断しなければならない。そのため、きれ
いに切断することができなかったり、切断するのに多く
の時間を必要として歩留りの低下や工数増によりコスト
アップになるという問題がある。
【０００５】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、簡単な製造工程でチッ化ガリウム系化
合物半導体を用いたＬＥＤチップの上下の両面に２つの
電極を形成し得る半導体発光素子およびその製法を提供
すること目的とする。
なされたもので、簡単な製造工程でチッ化ガリウム系化
合物半導体を用いたＬＥＤチップの上下の両面に２つの
電極を形成し得る半導体発光素子およびその製法を提供
すること目的とする。
【０００６】本発明の他の目的は、チッ化ガリウム系化
合物半導体を用いながら、ウェハから各チップへの切断
分離を容易に行うことができ、劈開もすることができる
半導体発光素子およびその製法を提供することにある。
合物半導体を用いながら、ウェハから各チップへの切断
分離を容易に行うことができ、劈開もすることができる
半導体発光素子およびその製法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、半導体基板と、該半導体基板上に設けられるサ
ファイア層と、該サファイア層上に積層され、チッ化ガ
リウム系化合物半導体からなり発光層形成部を構成する
第１導電形層および第２導電形層を含む半導体積層部
と、前記半導体積層部の第１導電形層および第２導電形
層にそれぞれ電気的に接続して設けられる第１および第
２の電極とからなっている。
素子は、半導体基板と、該半導体基板上に設けられるサ
ファイア層と、該サファイア層上に積層され、チッ化ガ
リウム系化合物半導体からなり発光層形成部を構成する
第１導電形層および第２導電形層を含む半導体積層部
と、前記半導体積層部の第１導電形層および第２導電形
層にそれぞれ電気的に接続して設けられる第１および第
２の電極とからなっている。
【０００８】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部
がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部
がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。
【０００９】前記サファイア層にコンタクト孔が設けら
れ、該コンタクト孔を介して前記サファイア層上に積層
される最下層の半導体層と前記半導体基板とが電気的に
接続されて、前記半導体積層部の表面側および前記半導
体基板の裏面にそれぞれ第１および第２の電極が設けら
れることにより、ダイボンディングをするだけで一方の
電極を１つのリードに接続することができる。
れ、該コンタクト孔を介して前記サファイア層上に積層
される最下層の半導体層と前記半導体基板とが電気的に
接続されて、前記半導体積層部の表面側および前記半導
体基板の裏面にそれぞれ第１および第２の電極が設けら
れることにより、ダイボンディングをするだけで一方の
電極を１つのリードに接続することができる。
【００１０】前記半導体積層部の第１導電形層に電気的
に接続して第１の電極が設けられると共に、該半導体積
層部の一部がエッチングされて露出する第２導電形層お
よびさらなるエッチングにより露出する前記半導体基板
が連結されるように金属膜が設けられ、かつ、該半導体
基板の裏面に第２の電極が設けられてもチップの上下両
面に２つの電極を設けることができる。
に接続して第１の電極が設けられると共に、該半導体積
層部の一部がエッチングされて露出する第２導電形層お
よびさらなるエッチングにより露出する前記半導体基板
が連結されるように金属膜が設けられ、かつ、該半導体
基板の裏面に第２の電極が設けられてもチップの上下両
面に２つの電極を設けることができる。
【００１１】前記半導体基板がシリコン基板であれば、
取り扱いやすい基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体
からなる半導体発光素子を形成することができる。
取り扱いやすい基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体
からなる半導体発光素子を形成することができる。
【００１２】本発明の半導体発光素子の製法は、（ａ）
半導体基板上にＡｌ2 Ｏ3 単結晶層を成長する工程、
（ｂ）該Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層上に第１導電形層および第
２導電形層を含み発光層形成部を構成するチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層を積層する工程、および（ｃ）前記
第１導電形層および第２導電形層にそれぞれ電気的に接
続して第１および第２の電極を形成する工程を有してい
る。
半導体基板上にＡｌ2 Ｏ3 単結晶層を成長する工程、
（ｂ）該Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層上に第１導電形層および第
２導電形層を含み発光層形成部を構成するチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層を積層する工程、および（ｃ）前記
第１導電形層および第２導電形層にそれぞれ電気的に接
続して第１および第２の電極を形成する工程を有してい
る。
【００１３】前記Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層を成長した後、該
Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層にコンタクト孔を形成してから前記
チッ化ガリウム系化合物半導体層を積層することによ
り、または前記（ｂ）工程の後、該工程により積層した
チッ化ガリウム系化合物半導体層の一部をエッチングし
て第２導電形層を露出させ、該露出する第２導電形層の
一部およびその下のサファイア層をエッチングして前記
半導体基板の一部を露出させ、該エッチングおよび前記
エッチングにより露出する前記第２導電形層および前記
半導体基板の両方に接続するように金属膜を設けること
により、発光層形成部の第２導電形層と半導体基板とを
電気的に接続することができ、チップの上下両面に両電
極をそれぞれ設けることができる。
Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層にコンタクト孔を形成してから前記
チッ化ガリウム系化合物半導体層を積層することによ
り、または前記（ｂ）工程の後、該工程により積層した
チッ化ガリウム系化合物半導体層の一部をエッチングし
て第２導電形層を露出させ、該露出する第２導電形層の
一部およびその下のサファイア層をエッチングして前記
半導体基板の一部を露出させ、該エッチングおよび前記
エッチングにより露出する前記第２導電形層および前記
半導体基板の両方に接続するように金属膜を設けること
により、発光層形成部の第２導電形層と半導体基板とを
電気的に接続することができ、チップの上下両面に両電
極をそれぞれ設けることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子およびその製法について説明をす
る。
明の半導体発光素子およびその製法について説明をす
る。
【００１５】本発明の半導体発光素子は、図１にその一
実施形態の断面説明図が示されるように、たとえばｎ形
のシリコン基板１の上に０.５〜１μｍ程度の厚さに形
成されたＡｌ2 Ｏ3 単結晶からなるサファイア層２が設
けられ、その上にチッ化ガリウム系化合物半導体からな
り発光層形成部１０を構成するｎ形層３、活性層４、お
よびｐ形層５が順次積層されている。このチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層が積層される前にサファイア層２の
一部にコンタクト孔２ａが形成されており、チッ化ガリ
ウム系化合物半導体層が積層される際に、コンタクト孔
２ａが設けられている部分はその孔の中に半導体層が堆
積され、図１に示されるように、ｎ形層３とｎ形の半導
体基板１とが電気的に接続されている。そして、積層さ
れた半導体層の表面に電流拡散層７を介してｐ側電極８
が、半導体基板１の裏面にｎ側電極９がそれぞれ設けら
れている。
実施形態の断面説明図が示されるように、たとえばｎ形
のシリコン基板１の上に０.５〜１μｍ程度の厚さに形
成されたＡｌ2 Ｏ3 単結晶からなるサファイア層２が設
けられ、その上にチッ化ガリウム系化合物半導体からな
り発光層形成部１０を構成するｎ形層３、活性層４、お
よびｐ形層５が順次積層されている。このチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層が積層される前にサファイア層２の
一部にコンタクト孔２ａが形成されており、チッ化ガリ
ウム系化合物半導体層が積層される際に、コンタクト孔
２ａが設けられている部分はその孔の中に半導体層が堆
積され、図１に示されるように、ｎ形層３とｎ形の半導
体基板１とが電気的に接続されている。そして、積層さ
れた半導体層の表面に電流拡散層７を介してｐ側電極８
が、半導体基板１の裏面にｎ側電極９がそれぞれ設けら
れている。
【００１６】サファイア層２は、たとえば信学技報（Ｅ
Ｄ９６−４２、１９９６年、５月）にも開示されている
ように、金属をスパッタさせながら基板に付着するとき
に酸化させることにより金属酸化物の単結晶を成長させ
る技術を使用して形成するもので、アルミニウムをター
ゲットとしてスパッタさせ、スパッタしたＡｌが付着す
る基板の表面付近を酸素リッチにしておくことにより、
シリコン基板１の表面に付着する際に酸化アルミニウム
となってＡｌ2 Ｏ3 単結晶層がシリコン基板１上に成長
する。この際、ターゲットのＡｌは酸化しないように、
酸化源ができるだけターゲットに届かないようにするこ
とが、優れた単結晶層を成長させるのに重要である。Ａ
ｌ2 Ｏ3 単結晶とシリコン基板とは格子定数が異なる
が、このような方法によりＡｌ2 Ｏ3 単結晶を成長させ
ることにより、格子歪みの少ないきれいな結晶構造のサ
ファイア層２を成長することができる。このサファイア
層２は、チッ化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシ
ャル成長するためのもので、数十ｎｍ程度の厚さあれば
チッ化ガリウム系化合物半導体層をきれいな結晶構造で
成長することができるが、０.５〜１μｍ程度の厚さに
形成されていてもよい。このサファイア層２には部分的
にコンタクト孔２ａが形成されており、半導体基板１が
露出している。
Ｄ９６−４２、１９９６年、５月）にも開示されている
ように、金属をスパッタさせながら基板に付着するとき
に酸化させることにより金属酸化物の単結晶を成長させ
る技術を使用して形成するもので、アルミニウムをター
ゲットとしてスパッタさせ、スパッタしたＡｌが付着す
る基板の表面付近を酸素リッチにしておくことにより、
シリコン基板１の表面に付着する際に酸化アルミニウム
となってＡｌ2 Ｏ3 単結晶層がシリコン基板１上に成長
する。この際、ターゲットのＡｌは酸化しないように、
酸化源ができるだけターゲットに届かないようにするこ
とが、優れた単結晶層を成長させるのに重要である。Ａ
ｌ2 Ｏ3 単結晶とシリコン基板とは格子定数が異なる
が、このような方法によりＡｌ2 Ｏ3 単結晶を成長させ
ることにより、格子歪みの少ないきれいな結晶構造のサ
ファイア層２を成長することができる。このサファイア
層２は、チッ化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシ
ャル成長するためのもので、数十ｎｍ程度の厚さあれば
チッ化ガリウム系化合物半導体層をきれいな結晶構造で
成長することができるが、０.５〜１μｍ程度の厚さに
形成されていてもよい。このサファイア層２には部分的
にコンタクト孔２ａが形成されており、半導体基板１が
露出している。
【００１７】サファイア層２上に積層される半導体層
は、たとえばｎ形のＧａＮからなる低温バッファ層が
０.０１〜０.２μｍ程度とｎ形のＧａＮおよび／または
ＡｌＧａＮ系化合物半導体からなるｎ形層（クラッド
層）３が１〜５μｍ程度堆積されている。さらに、バン
ドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さく
なる材料、たとえばＩｎＧａＮ系化合物半導体（たとえ
ばＩｎの混晶比率が０.０５）からなる活性層４が０.０
５〜０.３μｍ程度形成され、さらにｐ形のＡｌＧａＮ
系化合物半導体層およびＧａＮ層からなるｐ形層（クラ
ッド層）５が０.２〜１μｍ程度それぞれ順次積層され
ている。これらの半導体層は単結晶化されたサファイア
層２上に堆積されるため、エピタキシャル成長される。
前述のコンタクト孔２ａが形成された部分は半導体基板
１上に堆積されるため、完全な格子整合をとることがで
きないが、このコンタクト孔２ａをたとえばチップの周
囲部分に設けておくことにより、チップの周囲では発光
特性が低下しても問題がなく支障を来さない。
は、たとえばｎ形のＧａＮからなる低温バッファ層が
０.０１〜０.２μｍ程度とｎ形のＧａＮおよび／または
ＡｌＧａＮ系化合物半導体からなるｎ形層（クラッド
層）３が１〜５μｍ程度堆積されている。さらに、バン
ドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さく
なる材料、たとえばＩｎＧａＮ系化合物半導体（たとえ
ばＩｎの混晶比率が０.０５）からなる活性層４が０.０
５〜０.３μｍ程度形成され、さらにｐ形のＡｌＧａＮ
系化合物半導体層およびＧａＮ層からなるｐ形層（クラ
ッド層）５が０.２〜１μｍ程度それぞれ順次積層され
ている。これらの半導体層は単結晶化されたサファイア
層２上に堆積されるため、エピタキシャル成長される。
前述のコンタクト孔２ａが形成された部分は半導体基板
１上に堆積されるため、完全な格子整合をとることがで
きないが、このコンタクト孔２ａをたとえばチップの周
囲部分に設けておくことにより、チップの周囲では発光
特性が低下しても問題がなく支障を来さない。
【００１８】この積層された半導体層の表面には、たと
えばＮｉとＡｕの合金層からなる電流拡散層７が２〜１
００ｎｍ程度の厚さに設けられ、その表面にＴｉとＡｕ
の積層構造からなるｐ側電極８が設けられ、半導体基板
１の裏面にＡｕからなるｎ側電極９が形成されている。
ウェハの状態でこれらの積層構造が形成された後に、通
常の方法で劈開することにより、図１に示されるような
構造のＬＥＤチップが得られる。
えばＮｉとＡｕの合金層からなる電流拡散層７が２〜１
００ｎｍ程度の厚さに設けられ、その表面にＴｉとＡｕ
の積層構造からなるｐ側電極８が設けられ、半導体基板
１の裏面にＡｕからなるｎ側電極９が形成されている。
ウェハの状態でこれらの積層構造が形成された後に、通
常の方法で劈開することにより、図１に示されるような
構造のＬＥＤチップが得られる。
【００１９】つぎに、図１に示される半導体発光素子の
製法について説明をする。
製法について説明をする。
【００２０】まず、たとえば図２に示されるようなスッ
パタ装置の真空チャンバ１１内の基板載置台１２に半導
体結晶層からなるシリコン基板１を取り付け、基板載置
台１２と対向する位置に設けられるターゲット保持台１
３にＡｌからなるターゲット２０を固定する。ターゲッ
ト２０の周囲は、その正面に直径が２０ｍｍ程度の開口
部１４ａが設けられたカバー１４が設けられ、スパッタ
させる金属は開口部１４ａを介して通過させながら、タ
ーゲット２０が酸素雰囲気に晒されて酸化しないように
されている。このターゲット保持台１３には、電極棒１
５が接触して設けられ、真空チャンバー１１内でプラズ
マ放電をさせられるように、電極棒１５とアース間に電
極棒１５側が負となるように電源１６が設けられてい
る。真空チャンバー１１の一側壁には、ガス導入用の管
１７が設けられ、ＡｒとＯ2 が真空チャンバー１１内に
供給され、真空チャンバー１１の他の側壁にはガス排出
口１８が設けられている。この状態で、ＡｒガスとＯ2
ガスとを導入して、基板温度を６００〜８００℃にして
放電させ、Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層を０.５〜１μｍ程度の
厚さエピタキシャル成長する。なお、１９ａ、１９ｂは
磁界をターゲット表面に発生させるためのソレノイドコ
イルである。
パタ装置の真空チャンバ１１内の基板載置台１２に半導
体結晶層からなるシリコン基板１を取り付け、基板載置
台１２と対向する位置に設けられるターゲット保持台１
３にＡｌからなるターゲット２０を固定する。ターゲッ
ト２０の周囲は、その正面に直径が２０ｍｍ程度の開口
部１４ａが設けられたカバー１４が設けられ、スパッタ
させる金属は開口部１４ａを介して通過させながら、タ
ーゲット２０が酸素雰囲気に晒されて酸化しないように
されている。このターゲット保持台１３には、電極棒１
５が接触して設けられ、真空チャンバー１１内でプラズ
マ放電をさせられるように、電極棒１５とアース間に電
極棒１５側が負となるように電源１６が設けられてい
る。真空チャンバー１１の一側壁には、ガス導入用の管
１７が設けられ、ＡｒとＯ2 が真空チャンバー１１内に
供給され、真空チャンバー１１の他の側壁にはガス排出
口１８が設けられている。この状態で、ＡｒガスとＯ2
ガスとを導入して、基板温度を６００〜８００℃にして
放電させ、Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層を０.５〜１μｍ程度の
厚さエピタキシャル成長する。なお、１９ａ、１９ｂは
磁界をターゲット表面に発生させるためのソレノイドコ
イルである。
【００２１】つぎに、シリコン基板１をスパッタ装置か
ら取り出し、マスキングをしてドライエッチング装置に
入れて塩素ガスなどによる反応性イオンエッチングによ
りサファイア層２をエッチングして半導体基板１を露出
させる。このサファイア層２のエッチングはサファイア
層２上に積層される半導体層と半導体基板１とを電気的
に接続するもので、部分的に形成されておればよいが、
たとえばチップの周囲に相当する部分に形成することに
より、発光層形成部の発光特性に余り影響を与えること
なく半導体層の接続をすることができると共に、ウェハ
からチップに分離する際に、分離部分にサファイア層が
なくなるため、チップ化の際にとくに都合がよい。
ら取り出し、マスキングをしてドライエッチング装置に
入れて塩素ガスなどによる反応性イオンエッチングによ
りサファイア層２をエッチングして半導体基板１を露出
させる。このサファイア層２のエッチングはサファイア
層２上に積層される半導体層と半導体基板１とを電気的
に接続するもので、部分的に形成されておればよいが、
たとえばチップの周囲に相当する部分に形成することに
より、発光層形成部の発光特性に余り影響を与えること
なく半導体層の接続をすることができると共に、ウェハ
からチップに分離する際に、分離部分にサファイア層が
なくなるため、チップ化の際にとくに都合がよい。
【００２２】つぎに、シリコン基板１をそのサファイア
層２が上面になるように有機金属化学気相成長（ＭＯＣ
ＶＤ）装置に入れて、キャリアガスのＨ2 と共にトリメ
チリガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3 ）などの
反応ガスおよびｎ形にする場合のドーパントガスとして
のＳｉＨ4 などを供給して、まず、シリコン基板１上の
サファイア層２上に、基板温度がたとえば４００〜６０
０℃程度の低温で、ｎ形のＧａＮ層からなる低温バッフ
ァ層を０.０１〜０.２μｍ程度程度成膜する。ついで、
基板温度がたとえば６００〜１２００℃程度の高温で前
述の反応ガスに、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭ
Ａという）を導入してｎ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体
層からなるｎ形層（クラッド層）３を１〜５μｍ程度エ
ピタキシャル成長する。ついで、ドーパントガスおよび
反応ガスとしてのＴＭＡを止め、トリメチルインジウム
（ＴＭＩｎ）を追加して、ＩｎＧａＮ系化合物半導体か
らなる活性層４を０.０５〜０.３μｍ程度形成する。そ
の後、ドーパントガスをシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）またはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）に
して、ｎ形層と同様にｐ形層（クラッド層）５を０.２
〜１μｍ程度形成する。
層２が上面になるように有機金属化学気相成長（ＭＯＣ
ＶＤ）装置に入れて、キャリアガスのＨ2 と共にトリメ
チリガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3 ）などの
反応ガスおよびｎ形にする場合のドーパントガスとして
のＳｉＨ4 などを供給して、まず、シリコン基板１上の
サファイア層２上に、基板温度がたとえば４００〜６０
０℃程度の低温で、ｎ形のＧａＮ層からなる低温バッフ
ァ層を０.０１〜０.２μｍ程度程度成膜する。ついで、
基板温度がたとえば６００〜１２００℃程度の高温で前
述の反応ガスに、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭ
Ａという）を導入してｎ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体
層からなるｎ形層（クラッド層）３を１〜５μｍ程度エ
ピタキシャル成長する。ついで、ドーパントガスおよび
反応ガスとしてのＴＭＡを止め、トリメチルインジウム
（ＴＭＩｎ）を追加して、ＩｎＧａＮ系化合物半導体か
らなる活性層４を０.０５〜０.３μｍ程度形成する。そ
の後、ドーパントガスをシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）またはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）に
して、ｎ形層と同様にｐ形層（クラッド層）５を０.２
〜１μｍ程度形成する。
【００２３】その後、たとえばＮｉおよびＡｕを蒸着し
てシンターすることにより電流拡散層７を２〜１００ｎ
ｍ程度形成する。ついで、電流拡散層７の表面にＴｉお
よびＡｕを蒸着などにより積層してパターニングするこ
とによりｐ側電極８を形成し、シリコン基板１の裏面に
Ａｕを蒸着などにより設けてｎ側電極９を形成する。つ
いで、ウェハを劈開して各チップに切断分離することに
より、図１に示されるＬＥＤチップが得られる。
てシンターすることにより電流拡散層７を２〜１００ｎ
ｍ程度形成する。ついで、電流拡散層７の表面にＴｉお
よびＡｕを蒸着などにより積層してパターニングするこ
とによりｐ側電極８を形成し、シリコン基板１の裏面に
Ａｕを蒸着などにより設けてｎ側電極９を形成する。つ
いで、ウェハを劈開して各チップに切断分離することに
より、図１に示されるＬＥＤチップが得られる。
【００２４】本発明の半導体発光素子およびその製法に
よれば、半導体基板上にサファイア層が設けられ、その
上にチッ化ガリウム系化合物半導体層がエピタキシャル
成長されているため、青色系の発光に適した発光層形成
部が設けられながら、その基板に半導体基板を用いるこ
とができる。半導体基板と積層される半導体層との間の
サファイア層は非常に薄く、エッチングによるコンタク
ト孔の形成が容易に行われ、サファイア層を挟む半導体
層と半導体基板との電気的接続を簡単に得ることができ
る。その結果、ＬＥＤチップの上下両面にｐ側電極およ
びｎ側電極をそれぞれ設けることができる。また、サフ
ァイア層が非常に薄いため、ウェハからチップへの切断
分離も非常に容易に行うこともでき、半導体基板の方位
に沿った劈開をすることもできる。コンタクト孔がこの
チップの周囲に設けられておれば、一層容易に劈開など
の切断を行うことができる。
よれば、半導体基板上にサファイア層が設けられ、その
上にチッ化ガリウム系化合物半導体層がエピタキシャル
成長されているため、青色系の発光に適した発光層形成
部が設けられながら、その基板に半導体基板を用いるこ
とができる。半導体基板と積層される半導体層との間の
サファイア層は非常に薄く、エッチングによるコンタク
ト孔の形成が容易に行われ、サファイア層を挟む半導体
層と半導体基板との電気的接続を簡単に得ることができ
る。その結果、ＬＥＤチップの上下両面にｐ側電極およ
びｎ側電極をそれぞれ設けることができる。また、サフ
ァイア層が非常に薄いため、ウェハからチップへの切断
分離も非常に容易に行うこともでき、半導体基板の方位
に沿った劈開をすることもできる。コンタクト孔がこの
チップの周囲に設けられておれば、一層容易に劈開など
の切断を行うことができる。
【００２５】前述の例では、シリコン基板１上に成長し
たサファイア層２にコンタクト孔を設けてその上にチッ
化ガリウム系化合物半導体層を積層したが、サファイア
層２がない部分で格子整合が取れないという問題を解消
するために、図３に同様のチップの断面説明図が示され
るように、サファイア層２にはエッチング孔を形成しな
いで、全面にチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層し
て半導体層の積層が終った後に、従来と同様にその積層
された半導体層の一部をエッチングしてｎ形層３を露出
させ、さらにその露出したｎ形層３の一部およびその下
のサファイア層２をエッチングして半導体基板１を露出
させ、その露出したｎ形層３と半導体基板１との両方に
跨るようにＴｉなどの金属膜９ａを設けることにより電
気的に接続してもよい。このような構造にしても、サフ
ァイア層２が非常に薄いため、簡単にエッチングされて
ｎ形層３と半導体基板１とを簡単に接続することがで
き、半導体基板１の裏面にｎ側電極９を設けることがで
きる。しかも、ｎ形層３の露出もただ接続するだけでよ
いため、従来のように電極を設ける必要から大きくエッ
チングする必要がなく、発光層形成部１０を縮小するこ
とがない。
たサファイア層２にコンタクト孔を設けてその上にチッ
化ガリウム系化合物半導体層を積層したが、サファイア
層２がない部分で格子整合が取れないという問題を解消
するために、図３に同様のチップの断面説明図が示され
るように、サファイア層２にはエッチング孔を形成しな
いで、全面にチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層し
て半導体層の積層が終った後に、従来と同様にその積層
された半導体層の一部をエッチングしてｎ形層３を露出
させ、さらにその露出したｎ形層３の一部およびその下
のサファイア層２をエッチングして半導体基板１を露出
させ、その露出したｎ形層３と半導体基板１との両方に
跨るようにＴｉなどの金属膜９ａを設けることにより電
気的に接続してもよい。このような構造にしても、サフ
ァイア層２が非常に薄いため、簡単にエッチングされて
ｎ形層３と半導体基板１とを簡単に接続することがで
き、半導体基板１の裏面にｎ側電極９を設けることがで
きる。しかも、ｎ形層３の露出もただ接続するだけでよ
いため、従来のように電極を設ける必要から大きくエッ
チングする必要がなく、発光層形成部１０を縮小するこ
とがない。
【００２６】前述の各例では、いずれもｎ側電極９を半
導体基板１の裏面に設けたが、従来のチッ化ガリウム系
化合物半導体を用いるＬＥＤチップと同様に積層される
半導体層側にｐ側およびｎ側の両電極を設けることもで
きる。この場合でも、ウェハからチップへの切断分離が
非常に容易になるという利点がある。
導体基板１の裏面に設けたが、従来のチッ化ガリウム系
化合物半導体を用いるＬＥＤチップと同様に積層される
半導体層側にｐ側およびｎ側の両電極を設けることもで
きる。この場合でも、ウェハからチップへの切断分離が
非常に容易になるという利点がある。
【００２７】さらに、前述の各例では、発光ダイオード
の例であったが、発光ダイオードに限らずレーザダイオ
ードでも同様である。レーザダイオードの場合劈開する
ことにより、共振器の反射面を鏡面に形成しやすいため
とくに効果がある。また、レーザダイオードの場合、発
光層形成部の他にもさらにコンタクト層などの他の半導
体層が積層される場合がある。また、発光ダイオードの
場合でも電流拡散層など他の半導体層が積層される場合
があるが、他の半導体層が積層されても同様である。さ
らに前述の各例では、発光層形成部がダブルヘテロ接合
構造の例であったが、ｐｎ接合構造でも同様である。ま
た、半導体基板としてシリコン基板を用いたが、ＧａＡ
ｓなど他の化合物半導体基板を用いることもできる。
の例であったが、発光ダイオードに限らずレーザダイオ
ードでも同様である。レーザダイオードの場合劈開する
ことにより、共振器の反射面を鏡面に形成しやすいため
とくに効果がある。また、レーザダイオードの場合、発
光層形成部の他にもさらにコンタクト層などの他の半導
体層が積層される場合がある。また、発光ダイオードの
場合でも電流拡散層など他の半導体層が積層される場合
があるが、他の半導体層が積層されても同様である。さ
らに前述の各例では、発光層形成部がダブルヘテロ接合
構造の例であったが、ｐｎ接合構造でも同様である。ま
た、半導体基板としてシリコン基板を用いたが、ＧａＡ
ｓなど他の化合物半導体基板を用いることもできる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、チッ化ガリウム系化合
物半導体層を半導体基板上に積層することができるた
め、電極を基板の裏面に取り出しやすくなる。そのた
め、ＬＥＤチップの組立作業が容易となり、非常に使用
勝手のよい青色系の半導体発光素子が得られる。
物半導体層を半導体基板上に積層することができるた
め、電極を基板の裏面に取り出しやすくなる。そのた
め、ＬＥＤチップの組立作業が容易となり、非常に使用
勝手のよい青色系の半導体発光素子が得られる。
【００２９】さらに、基板に半導体基板を使用している
ため、ウェハからのチップ化が容易になると共に、劈開
をすることもできるため、レーザダイオードの製作にと
くに都合がよい。
ため、ウェハからのチップ化が容易になると共に、劈開
をすることもできるため、レーザダイオードの製作にと
くに都合がよい。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態のチップ
の断面説明図である。
の断面説明図である。
【図２】本発明のサファイア層を成長させる装置の概略
説明図である。
説明図である。
【図３】本発明の半導体発光素子の他の形態のチップの
断面説明図である。
断面説明図である。
【図４】従来の半導体発光素子の一例の斜視説明図であ
る。
る。
１ 半導体基板 ２ サファイア層 ２ａ コンタクト孔 ３ ｎ形層 ４ 活性層 ５ ｐ形層 ８ ｐ側電極 ９ ｎ側電極 ９ａ 金属膜 １０ 発光層形成部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園部 雅之 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 (72)発明者 伊藤 範和 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板と、該半導体基板上に設けら
れるサファイア層と、該サファイア層上に積層され、チ
ッ化ガリウム系化合物半導体からなり発光層形成部を構
成する第１導電形層および第２導電形層を含む半導体積
層部と、前記半導体積層部の第１導電形層および第２導
電形層にそれぞれ電気的に接続して設けられる第１およ
び第２の電極とからなる半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記サファイア層にコンタクト孔が設け
られ、該コンタクト孔を介して前記サファイア層上に積
層される最下層の半導体層と前記半導体基板とが電気的
に接続されて、前記半導体積層部の表面側および前記半
導体基板の裏面にそれぞれ第１および第２の電極が設け
られてなる請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記半導体積層部の第１導電形層に電気
的に接続して第１の電極が設けられると共に、該半導体
積層部の一部がエッチングされて露出する第２導電形層
およびさらなるエッチングにより露出する前記半導体基
板が連結されるように金属膜が設けられ、かつ、該半導
体基板の裏面に第２の電極が設けられてなる請求項１記
載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記半導体基板がシリコン基板である請
求項１、２または３記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 （ａ）半導体基板上にＡｌ2 Ｏ3 単結晶
層を成長する工程、（ｂ）該Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層上に第
１導電形層および第２導電形層を含み発光層形成部を構
成するチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層する工
程、および（ｃ）前記第１導電形層および第２導電形層
にそれぞれ電気的に接続して第１および第２の電極を形
成する工程を有する半導体発光素子の製法。 - 【請求項６】 前記Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層を成長した後、
該Ａｌ2 Ｏ3 単結晶層にコンタクト孔を形成してから前
記チッ化ガリウム系化合物半導体層を積層し、前記積層
される半導体層の表面側および前記半導体基板の裏面に
前記第１および第２の電極を形成する請求項５記載の半
導体発光素子の製法。 - 【請求項７】 前記（ｂ）工程の後、該工程により積層
したチッ化ガリウム系化合物半導体層の一部をエッチン
グして第２導電形層を露出させ、前記積層される半導体
層の表面側の第１導電形層および前記エッチングにより
露出する第２導電形層にそれぞれ電気的に接続して第１
および第２の電極を形成する請求項５記載の半導体発光
素子の製法。 - 【請求項８】 前記エッチングにより露出する第２導電
形層の一部およびその下の前記サファイア層をエッチン
グして前記半導体基板の一部を露出させ、該エッチング
および前記エッチングにより露出する前記第２導電形層
および前記半導体基板の両方に接続するように金属膜を
設け、前記半導体基板の裏面に前記第２の電極を形成す
る請求項７記載の半導体発光素子の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12517297A JP3713124B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 半導体発光素子およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12517297A JP3713124B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 半導体発光素子およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10321907A true JPH10321907A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3713124B2 JP3713124B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=14903680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12517297A Expired - Fee Related JP3713124B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 半導体発光素子およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3713124B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100522765B1 (ko) * | 2001-07-03 | 2005-10-19 | 주식회사 컴텍스 | 반도체소자용 기판의 제조방법 |
| KR100619420B1 (ko) * | 2005-01-20 | 2006-09-11 | 엘지전자 주식회사 | 플립칩 본딩용 발광 다이오드 |
| KR100721643B1 (ko) * | 1999-04-15 | 2007-05-23 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 반도체발광소자 |
| WO2011086476A1 (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-21 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Semiconductor light emitting device with layer compensating for the thermal expansion of the substrate |
| US8040450B2 (en) | 1995-12-20 | 2011-10-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal electro-optic device |
| JPWO2010001607A1 (ja) * | 2008-07-03 | 2011-12-15 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体装置 |
| JP2013135104A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体発光装置 |
| US9214605B2 (en) | 2013-03-22 | 2015-12-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitride semiconductor light emitting device |
| CN114447162A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-05-06 | 安徽格恩半导体有限公司 | 一种免蚀刻制作led芯片的方法及led芯片 |
-
1997
- 1997-05-15 JP JP12517297A patent/JP3713124B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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