半導体発光装置及びその製造方法
【課題】半導体層に接するコンタクト電極の信頼性を高めた半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置は、半導体層と、絶縁膜と、p側コンタクト電極と、n側コンタクト電極と、p側金属保護膜と、n側金属保護膜とを備えている。半導体層は、発光層と、第1の面と、第1の面の反対側に形成された第2の面とを有する。p側コンタクト電極は、絶縁膜に形成された第1の開口の内側で、第2の面における発光部に接して設けられている。n側コンタクト電極は、第2の開口の内側で、第2の面における非発光部に接して設けられている。p側金属保護膜は、p側コンタクト電極の表面及び側面を覆っている。n側金属保護膜は、n側コンタクト電極の表面及び側面を覆っている。
【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置は、半導体層と、絶縁膜と、p側コンタクト電極と、n側コンタクト電極と、p側金属保護膜と、n側金属保護膜とを備えている。半導体層は、発光層と、第1の面と、第1の面の反対側に形成された第2の面とを有する。p側コンタクト電極は、絶縁膜に形成された第1の開口の内側で、第2の面における発光部に接して設けられている。n側コンタクト電極は、第2の開口の内側で、第2の面における非発光部に接して設けられている。p側金属保護膜は、p側コンタクト電極の表面及び側面を覆っている。n側金属保護膜は、n側コンタクト電極の表面及び側面を覆っている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
パッケージ工程までをウェーハ状態で一括して行うウェーハレベルLED(Light Emitting Diode)パッケージ技術では、発光層等を含む半導体層及びその半導体層にオーミック接触するコンタクト電極を形成した後に、配線層、樹脂層、蛍光体層等を形成する工程が行われる。コンタクト電極を形成した後の工程が多いもしくは長いと、その後ろの工程で使われる薬液等によるコンタクト電極の腐食が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2010−141176号公報
【特許文献2】特開2004−103975号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態によれば、半導体層に接するコンタクト電極の信頼性を高めた半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、半導体発光装置は、半導体層と、絶縁膜と、p側コンタクト電極と、n側コンタクト電極と、p側金属保護膜と、n側金属保護膜と、を備えている。
前記半導体層は、発光層と、第1の面と、前記第1の面の反対側に形成された第2の面とを有する。前記第2の面は、前記発光層を含む発光部と、前記発光層を含まない非発光部とを含む。前記絶縁膜は、前記第2の面に設けられ、前記発光部に通じる第1の開口と、前記非発光部に通じる第2の開口とを有する。前記p側コンタクト電極は、前記第1の開口の内側で前記発光部に接して設けられている。前記n側コンタクト電極は、前記第2の開口の内側で前記非発光部に接して設けられている。前記p側金属保護膜は、前記p側コンタクト電極の表面及び側面を覆っている。前記n側金属保護膜は、前記n側コンタクト電極の表面及び側面を覆っている。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図2】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図3】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図4】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図5】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図6】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図7】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図8】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図9】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図10】他の実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図11】さらに他の実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図12】さらに他の実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図13】実施形態の半導体発光装置における一部要素の平面レイアウトを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【0008】
図1は、実施形態の半導体発光装置10の模式断面図である。
【0009】
半導体発光装置10は半導体層4を有する。半導体層4は、第1の面4aと、その反対側で凹凸形状に形成された第2の面を有する。第2の面側に電極、配線層、樹脂層が設けられ、第2の面の反対側の第1の面4aから主として光が外部に放出される。
【0010】
半導体層4は、第1の半導体層1と第2の半導体層2を有する。第1の半導体層1及び第2の半導体層2は、いずれも例えば窒化物半導体を含む。第1の半導体層1は、例えば下地バッファ層、n型層などを含み、n型層は電流の横方向経路として機能する。第2の半導体層2は、発光層(活性層)3を、n型層とp型層とで挟んだ積層構造を有する。
【0011】
半導体層4の第2の面は凹凸形状に加工されている。その第2の面は、発光層3を含み凸状に形成された発光部5と、発光層3を含まない非発光部6とを有する。
【0012】
発光部5の表面である第2の半導体層2の表面には、p側コンタクト電極13が設けられている。非発光部6の表面である第1の半導体層1の表面には、n側コンタクト電極14が設けられている。
【0013】
p側コンタクト電極13は、例えば、第2の半導体層2の表面に設けられた第1のニッケル(Ni)膜と、この第1のニッケル膜上に設けられた銀(Ag)膜と、この銀膜上に設けられた第2のニッケル膜とを含む。
【0014】
第1のニッケル膜は、例えば窒化物半導体である第2の半導体層2の表面にオーミック接触している。銀の反射率は、600nm以上の光に対して98%、500〜600nm付近の光に対して98%、450〜500nm付近の光に対して97%と、可視領域の波長において高い反射率を有する。第2のニッケル膜は、後述するメッキやウェットエッチング中の銀膜の硫化を防止する。
【0015】
n側コンタクト電極14は、例えば、第1の半導体層1の表面に設けられた第1のチタン(Ti)膜と、この第1のチタン膜上に設けられたアルミニウム(Al)膜と、このアルミニウム膜上に設けられたタンタル(Ta)膜と、このタンタル膜上に設けられた第2のチタン膜と、この第2のチタン膜上に設けられた白金(Pt)膜とを含む。
【0016】
第1のチタン膜は、例えば窒化物半導体である第1の半導体層1の表面にオーミック接触している。タンタル膜は、その上下のメタルのアロイ化を防止するバリアメタルとして機能する。
【0017】
発光部5の面積は、非発光部6の面積よりも広い場合もあるし、狭い場合もある。また、発光部5に設けられたp側コンタクト電極13の面積は、非発光部6に設けられたn側コンタクト電極14の面積よりも広い場合もあるし、狭い場合もある。図1に示す半導体発光装置10では、発光部5の面積は、非発光部6の面積よりも広い。
【0018】
半導体層4の第2の面には、絶縁膜17が設けられている。絶縁膜17は、例えばシリコン酸化膜等の無機膜である。絶縁膜17は、発光部5の表面の一部及び非発光部6の表面の一部を覆っている。また、絶縁膜17は、凸状の発光部5の側面も覆っている。
【0019】
絶縁膜17は、第1の開口17aと第2の開口17bとを有する。第1の開口17aは発光部5の表面に通じ、第2の開口17bは非発光部6の表面に通じている。
【0020】
第1の開口17aの内壁は、発光部5の表面に対して傾斜している。具体的に、第1の開口17aの開口面積は、発光部5の表面側から絶縁膜17の表面側に向かうにしたがって広くなっている。すなわち、図1において第1の開口17aの断面は台形状に形成されている。
【0021】
同様に、第2の開口17bの内壁は、非発光部6の表面に対して傾斜している。具体的に、第2の開口17bの開口面積は、非発光部6の表面側から絶縁膜17の表面側に向かうにしたがって広くなっている。すなわち、図1において第2の開口17bの断面は台形状に形成されている。
【0022】
p側コンタクト電極13は、第1の開口17aの内側で発光部5の表面(第2の半導体層2の表面)にオーミック接触している。n側コンタクト電極14は、第2の開口17bの内側で非発光部6の表面(第1の半導体層1の表面)にオーミック接触している。
【0023】
第1の開口17aにおける発光部5側の底面の平面サイズは、p側コンタクト電極13の平面サイズより大きく、第1の開口17aの内壁とp側コンタクト電極13の側面とは離間している。
【0024】
第2の開口17bにおける非発光部6側の底面の平面サイズは、n側コンタクト電極14の平面サイズより大きく、第2の開口17bの内壁とn側コンタクト電極14の側面とは離間している。
【0025】
絶縁膜17はp側コンタクト電極13よりも厚く、第1の開口17aの深さはp側コンタクト電極13の厚みよりも大きい。絶縁膜17はn側コンタクト電極14よりも厚く、第2の開口17bの深さはn側コンタクト電極14の厚みよりも大きい。
【0026】
p側コンタクト電極13の表面及び側面には、p側金属保護膜15が設けられている。第1の開口17aの内壁とp側コンタクト電極13の側面との間の隙間における発光部5の表面にもp側金属保護膜15が設けられている。さらに、その隙間を埋めるように第1の開口17aの内壁にもp側金属保護膜15が設けられている。p側金属保護膜15の一部は、絶縁膜17における第1の開口17aの周辺の表面にも乗り上がって設けられている。
【0027】
すなわち、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13及び第1の開口17aよりも大きい平面サイズを有し、p側コンタクト電極13の表面及び側面を覆っている。
ここで、図13(a)は、半導体発光装置10における主要要素の平面レイアウトの一例を示し、図13(b)は、平面レイアウトの他具体例を示す。
図13(a)及び(b)に示すように、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13の四方もしくはすべての側面を覆っている。また、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13よりも厚い。
【0028】
p側金属保護膜15は、例えば、p側コンタクト電極13側から順に設けられた第1のチタン(Ti)膜と、この第1のチタン膜上に設けられた白金(Pt)膜と、この白金膜上に設けられた金(Au)膜と、この金膜上に設けられた第2のチタン膜とを含む。
【0029】
これら膜の中で、酸化、硫化等の反応がしにくい金膜が最も厚い。第2のチタン膜は、後述する絶縁層(例えばポリイミド)18との密着性に優れる。なお、第2のチタン膜の代わりに、ニッケル(Ni)膜、モリブデン(Mo)膜を使ってもよい。
【0030】
n側コンタクト電極14の表面及び側面には、n側金属保護膜16が設けられている。第2の開口17bの内壁とn側コンタクト電極14の側面との間の隙間における非発光部6の表面にもn側金属保護膜16が設けられている。さらに、その隙間を埋めるように第2の開口17bの内壁にもn側金属保護膜16が設けられている。n側金属保護膜16の一部は、絶縁膜17における第2の開口17bの周辺の表面にも乗り上がって設けられている。
【0031】
すなわち、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14及び第2の開口17bよりも大きい平面サイズを有し、n側コンタクト電極14の表面及び側面を覆っている。図13(a)及び(b)に示すように、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14のすべての側面を覆っている。また、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14よりも厚い。
【0032】
n側金属保護膜16は、例えば、n側コンタクト電極14側から順に設けられた第1のチタン(Ti)膜と、この第1のチタン膜上に設けられた白金(Pt)膜と、この白金膜上に設けられた金(Au)膜と、この金膜上に設けられた第2のチタン膜とを含む。
【0033】
これら膜の中で、酸化、硫化等の反応がしにくい金膜が最も厚い。第2のチタン膜は、後述する絶縁層(例えばポリイミド)18との密着性に優れる。なお、第2のチタン膜の代わりに、ニッケル(Ni)膜、モリブデン(Mo)膜を使ってもよい。
【0034】
p側金属保護膜15の一部およびn側金属保護膜16の一部は、絶縁層18で覆われている。また、絶縁層18は、絶縁膜17および第1の半導体層1の側面も覆っている。絶縁層18は、例えば、微細開口のパターニング性に優れたポリイミド等の樹脂である。あるいは、絶縁層18としてシリコン酸化物やシリコン窒化物等の無機物を用いてもよい。
【0035】
絶縁層18は、p側金属保護膜15に達する第1のビア18aと、n側金属保護膜16に達する第2のビア18bとを有する。また、絶縁層18は、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16に対する反対側に配線面18cを有する。その配線面18cには、p側再配線層21とn側再配線層22とが互いに離間して設けられている。
【0036】
p側再配線層21は、第1のビア18a内にも設けられ、p側金属保護膜15及びp側コンタクト電極13と電気的に接続されている。n側再配線層22は、第2のビア18b内にも設けられ、n側金属保護膜16及びn側コンタクト電極14と電気的に接続されている。p側再配線層21及びn側再配線層22は、例えば銅(Cu)からなる。
【0037】
また、p側再配線層21とp側金属保護膜15との間、およびp側再配線層21と絶縁層18との間には、金属膜19が設けられている。金属膜19は、p側再配線層21側から順に設けられた銅(Cu)膜及びチタン(Ti)膜を含む。n側再配線層22とn側金属保護膜16との間、およびn側再配線層22と絶縁層18との間にも金属膜19が設けられている。
【0038】
p側再配線層21においてp側金属保護膜15に対する反対側の面には、p側金属ピラー23が設けられている。金属膜19、p側再配線層21及びp側金属ピラー23は、本実施形態におけるp側配線層を構成する。
【0039】
n側再配線層22においてn側金属保護膜16に対する反対側の面には、n側金属ピラー24が設けられている。金属膜19、n側再配線層22及びn側金属ピラー24は、本実施形態におけるn側配線層を構成する。
【0040】
絶縁層18の配線面18c上、p側再配線層21とn側再配線層22との間、およびp側金属ピラー23とn側金属ピラー24との間には、第2の絶縁層として樹脂層25が設けられている。
【0041】
p側金属ピラー23におけるp側再配線層21に対する反対側の面は、樹脂層25から露出され、実装時のp側外部端子として機能する。n側金属ピラー24におけるn側再配線層22に対する反対側の面は、樹脂層25から露出され、実装時のn側外部端子として機能する。それらp側外部端子及びn側外部端子は、実装基板に形成されたパッドに、はんだ、その他の金属、導電性材料等の接合材を介して接合される。p側外部端子及びn側外部端子は同一面に形成され、半導体発光装置10における実装面はほぼ平坦な面となっている。
【0042】
p側コンタクト電極13の面積が広いほど、発光部5に対して、より均一な分布で電流を供給することが可能となる。また、発光部5の電流分布は、第1のビア18aの位置や数に依存する。第1のビア18aは、p側金属ピラー23が広がる領域から外れた位置でp側金属保護膜15に接続していてもよい。
【0043】
p側再配線層21及びp側金属ピラー23は、例えば銅などの低抵抗金属を用いて形成することができる。p側再配線層21及びp側金属ピラー23の平面サイズが大きいほど、p側再配線層21及びp側金属ピラー23の熱伝導及び放熱性も高くなり、発光部5で発生した熱を効率的に逃がすことが可能となる。
【0044】
また、n側再配線層22におけるn側金属保護膜16に対する反対側の面の面積は、n側コンタクト電極14の面積よりも広い。これにより、発光部5よりも狭い非発光部6に設けられたn側コンタクト電極14が、n側再配線層22を介して、より広い領域に引き出された電極構造を実現できる。
【0045】
第1の半導体層1は、n側コンタクト電極14、n側金属保護膜16、金属膜19およびn側再配線層22を介してn側金属ピラー24と電気的に接続されている。発光層3を含む第2の半導体層2は、p側コンタクト電極13、p側金属保護膜15、金属膜19およびp側再配線層21を介してp側金属ピラー23と電気的に接続されている。
【0046】
p側再配線層21及びp側金属ピラー23を含むp側配線層はp側コンタクト電極13よりも厚い。n側再配線層22及びn側金属ピラー24を含むn側配線層はn側コンタクト電極14よりも厚い。また、p側金属ピラー23はp側再配線層21より厚く、n側金属ピラー24はn側再配線層22より厚い。p側金属ピラー23、n側金属ピラー24、およびそれらの間に充填された樹脂層25は、半導体発光装置10の機械的強度を高める。
【0047】
p側再配線層21、n側再配線層22、p側金属ピラー23およびn側金属ピラー24の材料としては、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、銅を用いると、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性及び絶縁材料との優れた密着性が得られる。
【0048】
樹脂層25は、p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24を補強する。樹脂層25は、実装基板と熱膨張率が同じもしくは近いものを用いるのが望ましい。そのような樹脂層25として、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを一例として挙げることができる。
【0049】
本実施形態によれば、半導体層4が薄く、なおかつ半導体層4を支持する基板がなくても、p側金属ピラー23、n側金属ピラー24および樹脂層25を厚くすることで機械的強度を保つことが可能となる。
【0050】
また、半導体発光装置10を実装基板に実装した状態で、はんだ等を介して半導体層4に加わる応力を、p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24が吸収することで緩和することができる。
【0051】
半導体層4の第1の面4a上には、発光層3からの放出光に対して透明な透明体として、レンズ26及び蛍光体層27が設けられている。レンズ26は蛍光体層27上に設けられている。あるいは、レンズ26の上に蛍光体層27を設けてもよい。また、第1の面4a上に、蛍光体層27のみ、あるいはレンズ26のみが設けられた構造であってもよい。
【0052】
蛍光体層27は、透明樹脂と、その透明樹脂に分散された蛍光体とを含む。蛍光体層27は、発光層3からの放出光を吸収し波長変換光を放出可能である。このため、半導体発光装置10は、発光層3からの光と、蛍光体層27における波長変換光との混合光を放出可能である。
【0053】
例えば、発光層3が窒化物半導体、蛍光体が黄色光を発光する黄色蛍光体とすると、発光層3からの青色光と、蛍光体層27における波長変換光である黄色光との混合色として、白色または電球色などを得ることができる。なお、蛍光体層27は、複数種の蛍光体(例えば、赤色光を発光する赤色蛍光体と、緑色光を発光する緑色蛍光体)を含む構成であってもよい。
【0054】
発光層3から発光された光は、主に、第1の面4aから、蛍光体層27及びレンズ26を介して、外部に放出される。
【0055】
本実施形態の半導体発光装置10において、p側コンタクト電極13において第2の半導体層2とのコンタクト面以外の面は、p側金属保護膜15で覆われている。同様に、n側コンタクト電極14において第1の半導体層1とのコンタクト面以外の面は、n側金属保護膜16で覆われている。
【0056】
p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14を、それらコンタクト電極形成後に行われる後述するプロセスに使われる薬液等から保護する。p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、酸化や硫化などの反応がしにくい例えば金(Au)を主に含む。
p側金属保護膜15の下面(p側再配線層21側の面)は皿状になっており、縁の部分が、中央部分に比べて盛り上がっている。p側金属保護膜15の下面は凹状になっている。そのため、薬液等が伝わる界面の距離が長くなるため、p側コンタクト電極13を保護しやすくなる。また、p側金属保護膜15の下面が凹状になっているため、薬液は凹状の部分より外側に溢れにくくなる。
n側金属保護膜16の下面(n側再配線層22側の面)は皿状になっており、縁の部分が、中央部分に比べて盛り上がっている。n側金属保護膜16の下面は凹状になっている。そのため、薬液等が伝わる界面の距離が長くなるため、n側コンタクト電極14を保護しやすくなる。また、n側金属保護膜16の下面が凹状になっているため、薬液は凹状の部分より外側に溢れにくくなる。
p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16の縁が盛り上がっているのは、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16の縁の周辺が、絶縁膜17に乗り上げている(延在している)ためである。
【0057】
金は、例えば窒化物半導体である半導体層4とオーミックコンタクトをとりにくい。したがって、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14は、半導体層4と良好なオーミックコンタクトをとれる金属を含む。その金属が酸化や硫化などの反応がしやすいものであっても、p側コンタクト電極13の表面及び側面はp側金属保護膜15で覆われ、n側コンタクト電極14の表面及び側面はn側金属保護膜16で覆われているので、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14の劣化及び高抵抗化を防ぐことができる。この結果、半導体発光装置10の特性の低下を防ぐことができる。
【0058】
次に、図2(a)〜図9(b)を参照して、実施形態の半導体発光装置10の製造方法について説明する。以下に説明する工程を表す図面においては、ウェーハ状態における一部の領域を表す。
【0059】
図2(a)は、基板8の主面上に、第1の半導体層1及び第2の半導体層2を含む半導体層4を形成した積層体を示す。基板8の主面上に第1の半導体層1が形成され、その上に発光層3を含む第2の半導体層2が形成される。第1の半導体層1における基板8に接する面が、半導体層4の第1の面4aとなる。
【0060】
第1の半導体層1及び第2の半導体層2が例えば窒化物半導体の場合、それらは例えばサファイア基板上にMOCVD(metal organic chemical vapor deposition)法で成長させることができる。
【0061】
例えば、第1の半導体層1は、下地バッファ層、n型GaN層を含む。第2の半導体層2は、発光層(活性層)3、p型GaN層を含む。発光層3は、青、紫、青紫、紫外光などを発光するものを用いることができる。
【0062】
次に、図示しないレジストを用いた例えばRIE法で、図2(b)に示すように、第2の半導体層2の一部を除去して、第1の半導体層1の一部を露出させる。第1の半導体層1が露出された部分は、発光層3を含まない非発光部6となる。凸状に残された第2の半導体層2は発光層3を含む発光部5となる。
【0063】
次に、図3(a)に示すように、発光部5及び非発光部6を含む半導体層4の第2の面の全面に、絶縁膜17を形成する。絶縁膜17は、例えばシリコン酸化膜である。
【0064】
次に、図3(b)に示すように、絶縁膜17上にレジストマスク51を形成し、そのレジストマスク51をマスクにして、絶縁膜17を選択的にエッチングする。レジストマスク51には開口51aが形成されている。その開口51aの下方の絶縁膜17に、第1の開口17aが形成される。第1の開口17aは、発光部5の表面(第2の半導体層2の表面)に達する。
【0065】
続いて、第1の開口17aの内側における発光部5の表面にp側コンタクト電極13を形成する。このとき、第1の開口17aを形成したエッチング時に用いたレジストマスク51は残され、そのレジストマスク51をマスクにして、p側コンタクト電極13が例えば蒸着法で形成される。
【0066】
絶縁膜17のエッチングは、膜厚方向だけでなく面方向にも進む。したがって、絶縁膜17に形成された第1の開口17aの幅は、レジストマスク51の開口51aの幅よりも大きくなる。絶縁膜17における第1の開口17aに面した部分はテーパー状になる。p側コンタクト電極13は、レジストマスク51の開口51aのほぼ真下に形成される。したがって、第1の開口17aの内壁と、p側コンタクト電極13の側面との間には隙間が形成される。
【0067】
次に、図4(a)に示すように、絶縁膜17及びp側コンタクト電極13上にレジストマスク61を形成し、そのレジストマスク61をマスクにして、絶縁膜17を選択的にエッチングする。レジストマスク61には開口61aが形成されている。その開口61aの下方の絶縁膜17に、第2の開口17bが形成される。第2の開口17bは、非発光部6の表面(第1の半導体層1の表面)に達する。
【0068】
続いて、第2の開口17bの内側における非発光部6の表面にn側コンタクト電極14を形成する。このとき、第2の開口17bを形成したエッチング時に用いたレジストマスク61は残され、そのレジストマスク61をマスクにして、n側コンタクト電極14が例えば蒸着法で形成される。
【0069】
絶縁膜17のエッチングは、膜厚方向だけでなく面方向にも進む。したがって、絶縁膜17に形成された第2の開口17bの幅は、レジストマスク61の開口61aの幅よりも大きくなる。絶縁膜17における第2の開口17bに面した部分はテーパー状になる。n側コンタクト電極14は、レジストマスク61の開口61aのほぼ真下に形成される。したがって、第2の開口17bの内壁と、n側コンタクト電極14の側面との間には隙間が形成される。
【0070】
なお、先に第2の開口17bを形成し、n側コンタクト電極14をp側コンタクト電極13よりも先に形成してもよい。
【0071】
第1の開口17aのエッチングとp側コンタクト電極13の形成に、同じレジストマスク51を使うことで、工程数を削減できる。同様に、第2の開口17bのエッチングとn側コンタクト電極14の形成に、同じレジストマスク61を使うことで、工程数を削減できる。
【0072】
第1の開口17aと第2の開口17bとは同時に形成することも考えられる。そして、p側コンタクト電極13とn側コンタクト電極14とが異なる材料の場合、第1の開口17a及び第2の開口17bの一方をレジストマスクで覆った状態で、他方の開口にp側コンタクト電極13またはn側コンタクト電極14を形成する。ただし、開口を形成した後に、その開口をレジストマスクで覆うと、開口の底面に有機膜が残ってしまう可能性がある。これは、コンタクト電極と半導体層とのコンタクト抵抗の増大をまねく可能性がある。
【0073】
本実施形態では、開口のエッチングの後、同じレジストマスクを用いて、続けてコンタクト電極を形成する。このため、開口の底面がレジストマスクで覆われない。すなわち、エッチング後の露出面にそのままコンタクト電極を形成することができ、コンタクト抵抗の増大を抑制できる。
【0074】
なお、第1の開口17aと第2の開口17bとを同時に形成し、それら開口のエッチングに使ったレジストマスクをそのまま残して、続けて、同じ材料でp側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14を同時に形成してもよい。
【0075】
次に、絶縁膜17のエッチング及びコンタクト電極の形成に使ったレジストマスクを除去した後、図4(b)に示すように、絶縁膜17上にレジストマスク52を形成する。レジストマスク52には、開口52aと開口52bが形成されている。
レジストマスク52の開口52aと開口52bから、絶縁膜17の一部が露出するように、レジストマスク52を形成する。図4(b)では、絶縁膜17における第1の開口17aの内壁と第2の開口17bの内壁とを含み、平坦な部分(表面)も露出するようにレジストマスク52を形成する。
【0076】
そして、そのレジストマスク52をマスクにして、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16を形成する。p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、例えば蒸着法で同時に形成される。
【0077】
レジストマスク52に形成された一方の開口52aは、絶縁膜17に形成された第1の開口17aの上に形成され、開口52aの幅は、第1の開口17aの幅よりも大きい。開口52aの底部には、p側コンタクト電極13の表面が露出している。その開口52aの底部にp側金属保護膜15が形成される。したがって、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13の表面を覆う。
【0078】
また、前述したように、第1の開口17aの内壁と、p側コンタクト電極13の側面との間には隙間が形成されている。その隙間も、開口52aの底部で露出している。したがって、p側金属保護膜15は、その隙間を埋め、p側コンタクト電極13の側面を覆う。
【0079】
p側金属保護膜15は、第1の開口17aの内壁から絶縁膜17の表面にかけての段部を被覆し、p側金属保護膜15の平面サイズはp側コンタクト電極13の平面サイズよりも大きい。さらに、第1の開口17aの内壁は、p側コンタクト電極13の側面に対して離間している。このため、p側金属保護膜15を形成する前の状態で、p側コンタクト電極13の側面は厚さ方向の全てにわたって露出している。したがって、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13における露出している面のすべてを確実に被覆することができる。この際、p側金属保護膜15は凹状となる。
【0080】
レジストマスク52に形成された他方の開口52bは、絶縁膜17に形成された第2の開口17bの上に形成され、開口52bの幅は、第2の開口17bの幅よりも大きい。開口52bの底部には、n側コンタクト電極14の表面が露出している。その開口52bの底部にn側金属保護膜16が形成される。したがって、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14の表面を覆う。
【0081】
また、前述したように、第2の開口17bの内壁と、n側コンタクト電極14の側面との間には隙間が形成されている。その隙間も、開口52bの底部で露出している。したがって、n側金属保護膜16は、その隙間を埋め、n側コンタクト電極14の側面を覆う。
【0082】
n側金属保護膜16は、第2の開口17bの内壁から絶縁膜17の表面にかけての段部を被覆し、n側金属保護膜16の平面サイズはn側コンタクト電極14の平面サイズよりも大きい。さらに、第2の開口17bの内壁は、n側コンタクト電極14の側面に対して離間している。このため、n側金属保護膜16を形成する前の状態で、n側コンタクト電極14の側面は厚さ方向の全てにわたって露出している。したがって、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14における露出している面のすべてを確実に被覆することができる。この際、n側金属保護膜16は凹状となる。
【0083】
次に、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16の形成に使ったレジストマスク52を除去する(図5(a))。
【0084】
次に、図5(b)に示すように、レジストマスク53を用いた例えばRIE(Reactive Ion Etching)法で、第1の半導体層1を貫通して基板8に達する溝62を形成する。レジストマスク53には開口53aが形成され、その開口53aの下に溝62が形成される。
【0085】
溝62は、ウェーハ状態の基板8上で例えば格子状に形成されるダイシング領域に形成される。溝62も例えば格子状に形成され、半導体層4を基板8上で複数のチップに分離する。
【0086】
p側コンタクト電極13、n側コンタクト電極14、p側金属保護膜15およびn側金属保護膜16を形成した後に溝62を形成すると、p側コンタクト電極13、n側コンタクト電極14、p側金属保護膜15およびn側金属保護膜16を形成するときのレジストを、大きな凹凸のない第2の面側に容易に塗布することができる。
【0087】
レジストマスク53を形成する前に、図5(a)に示すように、ダイシング領域における絶縁膜17は除去しておく。溝62を形成するエッチング時、レジストマスク53は面方向にも消費される。すなわち、開口53aの幅が実線で示す位置から2点鎖線で示す位置まで広がる。このときの開口53aの広がりによって絶縁膜17が露出しないように、ダイシング領域の絶縁膜17を除去しておく。
【0088】
レジストマスク53の消費により、ダイシング領域の絶縁膜17が露出してしまうと、それ以降のエッチングマスクは実質的に絶縁膜17となってしまい、図5(b)において破線で表されるように、溝62の側壁(第1の半導体層1の側面)に段が形成されやすくなる。この段は、後述する基板8をレーザーリフトオフ法で除去するときに、半導体層4にクラックを生じさせる原因となり得る。
【0089】
エッチング時に広がったレジストマスク53の開口53aの内側に絶縁膜17が露出しないように予め絶縁膜17を除去しておくことで、上記問題を回避できる。
【0090】
なお、p側コンタクト電極13、n側コンタクト電極14、p側金属保護膜15およびn側金属保護膜16を形成する前に、溝62を形成してもよい。
【0091】
次に、レジストマスク53を除去する(図6(a))。
【0092】
次に、図6(b)に示すように、第2の面側の露出している部分すべてを絶縁層18で覆った後、絶縁層18に第1のビア18aと第2のビア18bを形成する。第1のビア18aはp側金属保護膜15に達する。第2のビア18bはn側金属保護膜16に達する。また、絶縁層18は、溝62内に埋め込まれる。
【0093】
絶縁層18としては、例えば、感光性ポリイミド、ベンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)などの有機材料を用いることができる。この場合、レジストを使わずに、絶縁層18に対して直接露光及び現像が可能である。あるいは、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの無機膜を絶縁層18として使用してもよい。無機膜の場合、レジストをパターニングした後のエッチングによって第1のビア18a及び第2のビア18bが得られる。
【0094】
p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16の最表面は、例えばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)、またはモリブデン(Mo)などの、ポリイミドとの密着性が高い膜である。
【0095】
次に、絶縁層18の表面(配線面18c)に、図7(a)に示すように、金属膜19を形成する。金属膜19は、第1のビア18aの内壁及び底部と、第2のビア18bの内壁及び底部にも形成される。金属膜19は、次に行うメッキのための給電層として機能する。
【0096】
金属膜19として、例えば、まずチタン(Ti)膜をスパッタ法で形成した後、そのチタン膜上に、銅(Cu)膜をスパッタ法で形成する。
【0097】
金属膜19の形成前、第1のビア18aに露出するp側金属保護膜15の表面および第2のビア18bに露出するn側金属保護膜16の表面に対して、スパッタエッチングまたはミリングを行う。これにより、金属保護膜15、16とその上に設けられる配線層とのコンタクト抵抗増大の原因となる金属保護膜15、16表面の絶縁膜残渣や酸化物が除去される。
【0098】
金属保護膜15、16最表面のチタン(Ti)膜、ニッケル(Ni)膜またはモリブデン(Mo)膜を例えば1−20(nm)と薄く形成しておくことで、上記スパッタエッチングまたはミリングによる金属保護膜15、16最表面の膜の除去が容易になる。
【0099】
上記スパッタエッチングまたはミリングにより、p側金属保護膜15の最表面およびn側金属保護膜16の最表面には、金(Au)の清浄面が露出する。その金(Au)の清浄面に、金との密着性に優れたチタン(Ti)膜を形成し、さらにそのチタン膜上に銅(Cu)膜を形成して金属膜19を形成する。これにより、金属保護膜15、16と、メッキのための給電層である金属膜19との密着性を高めることができる。なお、配線層をメッキ法で形成しない場合には、金属膜19は不要である。
【0100】
次に、金属膜19上に選択的にレジスト(図示せず)を形成し、金属膜19を給電層としたCu電解メッキを行う。
【0101】
これにより、図7(b)に示すように、p側再配線層21とn側再配線層22が形成される。p側再配線層21及びn側再配線層22はメッキ法により同時に形成される例えば銅材料からなる。または、金属膜を、スパッタ法や蒸着法で形成した後、不要部分をエッチング、もしくはレジストを用いたリフトオフによりパターニングして、p側再配線層21及びn側再配線層22を形成してもよい。
【0102】
p側再配線層21は、第1のビア18a内およびその周辺の金属膜19上に形成され、金属膜19を介して、p側金属保護膜15と電気的に接続される。n側再配線層22は、第2のビア18b内およびその周辺の金属膜19上に形成され、金属膜19を介して、n側金属保護膜16と電気的に接続される。
【0103】
次に、図7(b)に示すように、選択的にレジスト54を形成し、金属膜19を給電層としたCu電解メッキを行う。これにより、p側金属ピラー23とn側金属ピラー24が形成される。p側金属ピラー23はp側再配線21上に形成され、n側金属ピラー24はn側再配線22上に形成される。
【0104】
p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24は、メッキ法により同時に形成される銅材料からなる。または、金属膜を、スパッタ法や蒸着法で形成した後、不要部分をエッチング、もしくはレジストを用いたリフトオフによりパターニングして、p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24を形成してもよい。
【0105】
前述した金属膜19を形成するとき、下地の絶縁層18における段差が大きい部分(図7(a)において破線で囲んだ部分80、90)にて段差被覆性が悪くなりやすく、その部分80、90で金属膜19の破断が生じやすい。
【0106】
金属膜19に破断箇所が生じると、その箇所からメッキ液の浸透を許す。図7(b)において、そのメッキ液の浸透経路を太線100で表す。
【0107】
本実施形態では、p側コンタクト電極13の表面及び側面をp側金属保護膜15で覆い、n側コンタクト電極14の表面及び側面をn側金属保護膜16で覆っている。p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、酸化や硫化などの反応性に乏しい金(Au)を主に含む。したがって、メッキ液の浸透を許しても、浸透したメッキ液は、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16でブロックされて、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14には到達しない。この結果、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14の腐食を防ぐことができる。
【0108】
また、前述したように、絶縁膜17に形成された第1の開口17aの内壁および第2の開口17bの内壁は、第2の面に対して垂直ではなく傾斜したテーパー面になっている。このため、第1の開口17aの内壁に対するp側金属保護膜15の段差被覆性、および第2の開口17bの内壁に対するn側金属保護膜16の段差被覆性を良好にできる。この結果、p側金属保護膜15の破断およびn側金属保護膜16の破断を回避して、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14をメッキ液から確実に保護することができる。
【0109】
また、p側金属保護膜15をp側コンタクト電極13よりも厚くすることで、p側金属保護膜15の破断を発生しにくくできる。同様に、n側金属保護膜16をn側コンタクト電極14よりも厚くすることで、n側金属保護膜16の破断を発生しにくくできる。
【0110】
p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24のメッキマスクに使ったレジスト54は、例えば薬液を使って除去される。さらに、図8(a)に示すように、p側再配線層21、n側再配線層22、p側金属ピラー23およびn側金属ピラー24をマスクにして、金属膜19の露出している部分をウェットエッチングにより除去する。これにより、p側再配線層21とn側再配線層22との金属膜19を介した電気的接続が分断される。
【0111】
そのとき、レジスト54の除去や金属膜19のウェットエッチングに使った薬液の浸透を許しても、浸透した薬液は、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16でブロックされて、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14には到達しない。この結果、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14の腐食を防ぐことができる。
【0112】
次に、図8(b)に示すように、絶縁層18上に第2の絶縁層として樹脂層25を形成する。樹脂層25は、p側再配線層21の側面およびn側再配線層22の側面を覆い、p側再配線層21とn側再配線層22との間に充填される。さらに、樹脂層25は、p側金属ピラー23の側面およびn側金属ピラー24の側面を覆い、p側金属ピラー23とn側金属ピラー24との間に充填される。
【0113】
外部端子として機能するp側金属ピラー23とn側金属ピラー24とは、実装基板への実装時にはんだ等によって相互に短絡しない距離を隔てて離れている。
【0114】
次に、基板8を除去する(図9(a))。基板8は、例えばレーザーリフトオフ法によって除去される。具体的には、基板8の裏面側から第1の半導体層1に向けてレーザ光が照射される。レーザ光は、基板8に対して透過性を有し、第1の半導体層1に対しては吸収領域となる波長を有する。
【0115】
レーザ光が基板8と第1の半導体層1との界面に到達すると、その界面付近の第1の半導体層1はレーザ光のエネルギーを吸収して分解する。例えば、第1の半導体層1がGaNの場合、ガリウム(Ga)と窒素ガスに分解する。この分解反応により、基板8と第1の半導体層1との間に微小な隙間が形成され、基板8と第1の半導体層1とが分離する。
【0116】
レーザ光の照射を、設定された領域ごとに複数回に分けてウェーハ全体にわたって行い、基板8を除去する。
【0117】
基板8の主面上に形成された前述した積層体は、半導体層4よりも厚いp側金属ピラー23、n側金属ピラー24および樹脂層25によって補強されているため、基板8がなくなっても、ウェーハ状態を保つことが可能である。
【0118】
基板8が除去された半導体層4の第1の面4aは洗浄される。例えば、塩酸等で、第1の面4aに付着したガリウム(Ga)を除去する。
【0119】
また、必要に応じて、例えば、KOH(水酸化カリウム)水溶液やTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)等で、第1の面4aをエッチングする。これにより、結晶面方位に依存したエッチング速度の違いによって、第1の面4aに凹凸(フロスト)が形成される。あるいは、レジストでパターニングした後にエッチングを行って、第1の面4aに凹凸を形成してもよい。第1の面4aに凹凸が形成されることで、光取り出し効率を向上できる。
【0120】
次に、図9(b)に示すように、第1の面4a上、およびダイシング領域における絶縁層18上に、蛍光体層27とレンズ26を形成する。
【0121】
蛍光体層27を形成する工程は、例えば、蛍光体粒子が分散された液状の透明樹脂を、印刷、ポッティング、モールド、圧縮成形などの方法によって供給した後、熱硬化させる工程を有する。透明樹脂は、発光層3からの放出光及び蛍光体が発する光に対する透過性を有し、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、液状ガラスなどの材料を用いることができる。
【0122】
レンズ26は、発光層3からの放出光に対して透明であり、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラスなどを用いることができる。
【0123】
そして、溝62の位置で、樹脂層25、絶縁層18、蛍光体層27およびレンズ26を切断し、複数の半導体発光装置10に個片化する。例えば、ダイシングブレードを用いて切断する。あるいは、レーザ照射によって、切断してもよい。
【0124】
ダイシング時、基板8はすでに除去されている。さらに、ダイシング領域である溝62には、半導体層4は存在しないため、ダイシング時に半導体層4が受けるダメージを回避することができる。
【0125】
なお、個片化された半導体発光装置10は、ひとつの半導体層4を含むシングルチップ構造でも、複数の半導体層4を含むマルチチップ構造であってもよい。
【0126】
ダイシングされる前までの前述した各工程は、ウェーハ状態で一括して行われるため、個片化された個々のデバイスごとに、配線及びパッケージングを行う必要がなく、大幅な生産コストの低減が可能になる。すなわち、個片化された状態で、すでに配線及びパッケージングが済んでいる。このため、生産性を高めることができ、その結果として価格低減が容易となる。
【0127】
実施形態によれば、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14を、それらコンタクト電極形成後に行われるプロセスで使われる薬液等から保護する。また、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、空気中から絶縁層18中に浸透した硫黄等からも、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14を保護する。この結果、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14の腐食及び抵抗増大を防ぐことができる。
【0128】
なお、図10に示すように、第1の開口17aにおける第2の半導体層2側の底部の内壁は、p側コンタクト電極13の側面に対して離間していなくてもよい。同様に、第2の開口17bにおける第1の半導体層1側の底部の内壁は、n側コンタクト電極14の側面に対して離間していなくてもよい。
【0129】
この場合でも、第1の開口17aの内壁をテーパー面にすることで、第1の開口17aの内壁とp側コンタクト電極13の側面との間に隙間を形成することができる。その隙間にp側金属保護膜15を埋め込むことで、p側コンタクト電極13の側面をp側金属保護膜15で覆うことができる。
【0130】
同様に、第2の開口17bの内壁をテーパー面にすることで、第2の開口17bの内壁とn側コンタクト電極14の側面との間に隙間を形成することができる。その隙間にn側金属保護膜16を埋め込むことで、n側コンタクト電極14の側面をn側金属保護膜16で覆うことができる。
【0131】
図1に示すように、第1の開口17aにおける第2の半導体層2側の底部の内壁を、p側コンタクト電極13の側面に対して離間させると、p側金属保護膜15でp側コンタクト電極13の側面のすべてを確実に覆うことができる。
【0132】
同様に、第2の開口17bにおける第1の半導体層1側の底部の内壁を、n側コンタクト電極14の側面に対して離間させると、n側金属保護膜16でn側コンタクト電極14の側面のすべてを確実に覆うことができる。
【0133】
また、図11に示すように、第1の面4a上に基板8を薄く残してもよい。例えば、半導体ウェーハ裏面研削用のグラインダーなどを用いて基板8を研削することができる。
【0134】
基板8は、例えばサファイア基板であり、窒化物半導体系の発光層から放出される光に対して透過性を有する。この場合、蛍光体層がないため、発光層からの放出光と同じ波長の光が、半導体発光装置から外部へと放出される。基板8を残すことで、機械的強度を高めることができ、信頼性の高い構造とすることができる。
【0135】
また、図12に示すように、基板8上に蛍光体層27を形成してもかまわない。また、基板8を残すことで、p側配線層、n側配線層および樹脂層を設けなくても、半導体層4を安定して保持することが可能となる。この場合、p側金属保護膜15がp側外部端子として、n側金属保護膜16がn側外部端子として機能する。すなわち、p側金属保護膜15とn側金属保護膜16が、はんだ等を介して、実装基板のパッドに接合される。
基板8、レンズ26、蛍光体層27の各々は、第1の面4a上に必ずしもなくてもよい。
【0136】
前述した蛍光体層としては、以下に例示する赤色蛍光体層、黄色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層を用いることができる。
【0137】
赤色蛍光体層は、例えば、窒化物系蛍光体CaAlSiN3:Euやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
【0138】
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
(M1−x,Rx)a1AlSib1Oc1Nd1・・・組成式(1)
(MはSi及びAlを除く少なくとも1種の金属元素であり、特に、Ca若しくはSrの少なくとも一方が望ましい。Rは発光中心元素であり、特に、Euが望ましい。x、a1、b1、c1、d1は、次の関係を満たす。0<x≦1、0.6<a1<0.95、2<b1<3.9、0.25<c1<0.45、4<d1<5.7)を用いることができる。
【0139】
組成式(1)で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
【0140】
黄色蛍光体層は、例えば、シリケート系蛍光体(Sr,Ca,Ba)2SiO4:Euを含有することができる。
【0141】
緑色蛍光体層は、例えば、ハロ燐酸系蛍光体(Ba,Ca,Mg)10(PO4)6・Cl2:Euやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
【0142】
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
(M1−x,Rx)a2AlSib2Oc2Nd2・・・組成式(2)
(MはSi及びAlを除く少なくとも1種の金属元素であり、特に、Ca若しくはSrの少なくとも一方が望ましい。Rは発光中心元素であり、特に、Euが望ましい。x、a2、b2、c2、d2は、次の関係を満たす。0<x≦1、0.93<a2<1.3、4.0<b2<5.8、0.6<c2<1、6<d2<11)を用いることができる。
【0143】
組成式(2)で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
【0144】
青色蛍光体層は、例えば、酸化物系蛍光体BaMgAl10O17:Euを含有することができる。
【0145】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0146】
1…第1の半導体層、2…第2の半導体層、3…発光層、4…半導体層、4a…第1の面、5…発光部、6…非発光部、8…基板、10…半導体発光装置、13…p側コンタクト電極、14…n側コンタクト電極、15…p側金属保護膜、16…n側金属保護膜、17…絶縁膜、17a…第1の開口、17b…第2の開口、18…絶縁層、18a…第1のビア、18b…第2のビア、21…p側再配線層、22…n側再配線層、23…p側金属ピラー、24…n側金属ピラー、25…樹脂層、26…レンズ、27…蛍光体層
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
パッケージ工程までをウェーハ状態で一括して行うウェーハレベルLED(Light Emitting Diode)パッケージ技術では、発光層等を含む半導体層及びその半導体層にオーミック接触するコンタクト電極を形成した後に、配線層、樹脂層、蛍光体層等を形成する工程が行われる。コンタクト電極を形成した後の工程が多いもしくは長いと、その後ろの工程で使われる薬液等によるコンタクト電極の腐食が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2010−141176号公報
【特許文献2】特開2004−103975号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態によれば、半導体層に接するコンタクト電極の信頼性を高めた半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、半導体発光装置は、半導体層と、絶縁膜と、p側コンタクト電極と、n側コンタクト電極と、p側金属保護膜と、n側金属保護膜と、を備えている。
前記半導体層は、発光層と、第1の面と、前記第1の面の反対側に形成された第2の面とを有する。前記第2の面は、前記発光層を含む発光部と、前記発光層を含まない非発光部とを含む。前記絶縁膜は、前記第2の面に設けられ、前記発光部に通じる第1の開口と、前記非発光部に通じる第2の開口とを有する。前記p側コンタクト電極は、前記第1の開口の内側で前記発光部に接して設けられている。前記n側コンタクト電極は、前記第2の開口の内側で前記非発光部に接して設けられている。前記p側金属保護膜は、前記p側コンタクト電極の表面及び側面を覆っている。前記n側金属保護膜は、前記n側コンタクト電極の表面及び側面を覆っている。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図2】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図3】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図4】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図5】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図6】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図7】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図8】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図9】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図10】他の実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図11】さらに他の実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図12】さらに他の実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図13】実施形態の半導体発光装置における一部要素の平面レイアウトを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【0008】
図1は、実施形態の半導体発光装置10の模式断面図である。
【0009】
半導体発光装置10は半導体層4を有する。半導体層4は、第1の面4aと、その反対側で凹凸形状に形成された第2の面を有する。第2の面側に電極、配線層、樹脂層が設けられ、第2の面の反対側の第1の面4aから主として光が外部に放出される。
【0010】
半導体層4は、第1の半導体層1と第2の半導体層2を有する。第1の半導体層1及び第2の半導体層2は、いずれも例えば窒化物半導体を含む。第1の半導体層1は、例えば下地バッファ層、n型層などを含み、n型層は電流の横方向経路として機能する。第2の半導体層2は、発光層(活性層)3を、n型層とp型層とで挟んだ積層構造を有する。
【0011】
半導体層4の第2の面は凹凸形状に加工されている。その第2の面は、発光層3を含み凸状に形成された発光部5と、発光層3を含まない非発光部6とを有する。
【0012】
発光部5の表面である第2の半導体層2の表面には、p側コンタクト電極13が設けられている。非発光部6の表面である第1の半導体層1の表面には、n側コンタクト電極14が設けられている。
【0013】
p側コンタクト電極13は、例えば、第2の半導体層2の表面に設けられた第1のニッケル(Ni)膜と、この第1のニッケル膜上に設けられた銀(Ag)膜と、この銀膜上に設けられた第2のニッケル膜とを含む。
【0014】
第1のニッケル膜は、例えば窒化物半導体である第2の半導体層2の表面にオーミック接触している。銀の反射率は、600nm以上の光に対して98%、500〜600nm付近の光に対して98%、450〜500nm付近の光に対して97%と、可視領域の波長において高い反射率を有する。第2のニッケル膜は、後述するメッキやウェットエッチング中の銀膜の硫化を防止する。
【0015】
n側コンタクト電極14は、例えば、第1の半導体層1の表面に設けられた第1のチタン(Ti)膜と、この第1のチタン膜上に設けられたアルミニウム(Al)膜と、このアルミニウム膜上に設けられたタンタル(Ta)膜と、このタンタル膜上に設けられた第2のチタン膜と、この第2のチタン膜上に設けられた白金(Pt)膜とを含む。
【0016】
第1のチタン膜は、例えば窒化物半導体である第1の半導体層1の表面にオーミック接触している。タンタル膜は、その上下のメタルのアロイ化を防止するバリアメタルとして機能する。
【0017】
発光部5の面積は、非発光部6の面積よりも広い場合もあるし、狭い場合もある。また、発光部5に設けられたp側コンタクト電極13の面積は、非発光部6に設けられたn側コンタクト電極14の面積よりも広い場合もあるし、狭い場合もある。図1に示す半導体発光装置10では、発光部5の面積は、非発光部6の面積よりも広い。
【0018】
半導体層4の第2の面には、絶縁膜17が設けられている。絶縁膜17は、例えばシリコン酸化膜等の無機膜である。絶縁膜17は、発光部5の表面の一部及び非発光部6の表面の一部を覆っている。また、絶縁膜17は、凸状の発光部5の側面も覆っている。
【0019】
絶縁膜17は、第1の開口17aと第2の開口17bとを有する。第1の開口17aは発光部5の表面に通じ、第2の開口17bは非発光部6の表面に通じている。
【0020】
第1の開口17aの内壁は、発光部5の表面に対して傾斜している。具体的に、第1の開口17aの開口面積は、発光部5の表面側から絶縁膜17の表面側に向かうにしたがって広くなっている。すなわち、図1において第1の開口17aの断面は台形状に形成されている。
【0021】
同様に、第2の開口17bの内壁は、非発光部6の表面に対して傾斜している。具体的に、第2の開口17bの開口面積は、非発光部6の表面側から絶縁膜17の表面側に向かうにしたがって広くなっている。すなわち、図1において第2の開口17bの断面は台形状に形成されている。
【0022】
p側コンタクト電極13は、第1の開口17aの内側で発光部5の表面(第2の半導体層2の表面)にオーミック接触している。n側コンタクト電極14は、第2の開口17bの内側で非発光部6の表面(第1の半導体層1の表面)にオーミック接触している。
【0023】
第1の開口17aにおける発光部5側の底面の平面サイズは、p側コンタクト電極13の平面サイズより大きく、第1の開口17aの内壁とp側コンタクト電極13の側面とは離間している。
【0024】
第2の開口17bにおける非発光部6側の底面の平面サイズは、n側コンタクト電極14の平面サイズより大きく、第2の開口17bの内壁とn側コンタクト電極14の側面とは離間している。
【0025】
絶縁膜17はp側コンタクト電極13よりも厚く、第1の開口17aの深さはp側コンタクト電極13の厚みよりも大きい。絶縁膜17はn側コンタクト電極14よりも厚く、第2の開口17bの深さはn側コンタクト電極14の厚みよりも大きい。
【0026】
p側コンタクト電極13の表面及び側面には、p側金属保護膜15が設けられている。第1の開口17aの内壁とp側コンタクト電極13の側面との間の隙間における発光部5の表面にもp側金属保護膜15が設けられている。さらに、その隙間を埋めるように第1の開口17aの内壁にもp側金属保護膜15が設けられている。p側金属保護膜15の一部は、絶縁膜17における第1の開口17aの周辺の表面にも乗り上がって設けられている。
【0027】
すなわち、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13及び第1の開口17aよりも大きい平面サイズを有し、p側コンタクト電極13の表面及び側面を覆っている。
ここで、図13(a)は、半導体発光装置10における主要要素の平面レイアウトの一例を示し、図13(b)は、平面レイアウトの他具体例を示す。
図13(a)及び(b)に示すように、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13の四方もしくはすべての側面を覆っている。また、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13よりも厚い。
【0028】
p側金属保護膜15は、例えば、p側コンタクト電極13側から順に設けられた第1のチタン(Ti)膜と、この第1のチタン膜上に設けられた白金(Pt)膜と、この白金膜上に設けられた金(Au)膜と、この金膜上に設けられた第2のチタン膜とを含む。
【0029】
これら膜の中で、酸化、硫化等の反応がしにくい金膜が最も厚い。第2のチタン膜は、後述する絶縁層(例えばポリイミド)18との密着性に優れる。なお、第2のチタン膜の代わりに、ニッケル(Ni)膜、モリブデン(Mo)膜を使ってもよい。
【0030】
n側コンタクト電極14の表面及び側面には、n側金属保護膜16が設けられている。第2の開口17bの内壁とn側コンタクト電極14の側面との間の隙間における非発光部6の表面にもn側金属保護膜16が設けられている。さらに、その隙間を埋めるように第2の開口17bの内壁にもn側金属保護膜16が設けられている。n側金属保護膜16の一部は、絶縁膜17における第2の開口17bの周辺の表面にも乗り上がって設けられている。
【0031】
すなわち、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14及び第2の開口17bよりも大きい平面サイズを有し、n側コンタクト電極14の表面及び側面を覆っている。図13(a)及び(b)に示すように、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14のすべての側面を覆っている。また、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14よりも厚い。
【0032】
n側金属保護膜16は、例えば、n側コンタクト電極14側から順に設けられた第1のチタン(Ti)膜と、この第1のチタン膜上に設けられた白金(Pt)膜と、この白金膜上に設けられた金(Au)膜と、この金膜上に設けられた第2のチタン膜とを含む。
【0033】
これら膜の中で、酸化、硫化等の反応がしにくい金膜が最も厚い。第2のチタン膜は、後述する絶縁層(例えばポリイミド)18との密着性に優れる。なお、第2のチタン膜の代わりに、ニッケル(Ni)膜、モリブデン(Mo)膜を使ってもよい。
【0034】
p側金属保護膜15の一部およびn側金属保護膜16の一部は、絶縁層18で覆われている。また、絶縁層18は、絶縁膜17および第1の半導体層1の側面も覆っている。絶縁層18は、例えば、微細開口のパターニング性に優れたポリイミド等の樹脂である。あるいは、絶縁層18としてシリコン酸化物やシリコン窒化物等の無機物を用いてもよい。
【0035】
絶縁層18は、p側金属保護膜15に達する第1のビア18aと、n側金属保護膜16に達する第2のビア18bとを有する。また、絶縁層18は、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16に対する反対側に配線面18cを有する。その配線面18cには、p側再配線層21とn側再配線層22とが互いに離間して設けられている。
【0036】
p側再配線層21は、第1のビア18a内にも設けられ、p側金属保護膜15及びp側コンタクト電極13と電気的に接続されている。n側再配線層22は、第2のビア18b内にも設けられ、n側金属保護膜16及びn側コンタクト電極14と電気的に接続されている。p側再配線層21及びn側再配線層22は、例えば銅(Cu)からなる。
【0037】
また、p側再配線層21とp側金属保護膜15との間、およびp側再配線層21と絶縁層18との間には、金属膜19が設けられている。金属膜19は、p側再配線層21側から順に設けられた銅(Cu)膜及びチタン(Ti)膜を含む。n側再配線層22とn側金属保護膜16との間、およびn側再配線層22と絶縁層18との間にも金属膜19が設けられている。
【0038】
p側再配線層21においてp側金属保護膜15に対する反対側の面には、p側金属ピラー23が設けられている。金属膜19、p側再配線層21及びp側金属ピラー23は、本実施形態におけるp側配線層を構成する。
【0039】
n側再配線層22においてn側金属保護膜16に対する反対側の面には、n側金属ピラー24が設けられている。金属膜19、n側再配線層22及びn側金属ピラー24は、本実施形態におけるn側配線層を構成する。
【0040】
絶縁層18の配線面18c上、p側再配線層21とn側再配線層22との間、およびp側金属ピラー23とn側金属ピラー24との間には、第2の絶縁層として樹脂層25が設けられている。
【0041】
p側金属ピラー23におけるp側再配線層21に対する反対側の面は、樹脂層25から露出され、実装時のp側外部端子として機能する。n側金属ピラー24におけるn側再配線層22に対する反対側の面は、樹脂層25から露出され、実装時のn側外部端子として機能する。それらp側外部端子及びn側外部端子は、実装基板に形成されたパッドに、はんだ、その他の金属、導電性材料等の接合材を介して接合される。p側外部端子及びn側外部端子は同一面に形成され、半導体発光装置10における実装面はほぼ平坦な面となっている。
【0042】
p側コンタクト電極13の面積が広いほど、発光部5に対して、より均一な分布で電流を供給することが可能となる。また、発光部5の電流分布は、第1のビア18aの位置や数に依存する。第1のビア18aは、p側金属ピラー23が広がる領域から外れた位置でp側金属保護膜15に接続していてもよい。
【0043】
p側再配線層21及びp側金属ピラー23は、例えば銅などの低抵抗金属を用いて形成することができる。p側再配線層21及びp側金属ピラー23の平面サイズが大きいほど、p側再配線層21及びp側金属ピラー23の熱伝導及び放熱性も高くなり、発光部5で発生した熱を効率的に逃がすことが可能となる。
【0044】
また、n側再配線層22におけるn側金属保護膜16に対する反対側の面の面積は、n側コンタクト電極14の面積よりも広い。これにより、発光部5よりも狭い非発光部6に設けられたn側コンタクト電極14が、n側再配線層22を介して、より広い領域に引き出された電極構造を実現できる。
【0045】
第1の半導体層1は、n側コンタクト電極14、n側金属保護膜16、金属膜19およびn側再配線層22を介してn側金属ピラー24と電気的に接続されている。発光層3を含む第2の半導体層2は、p側コンタクト電極13、p側金属保護膜15、金属膜19およびp側再配線層21を介してp側金属ピラー23と電気的に接続されている。
【0046】
p側再配線層21及びp側金属ピラー23を含むp側配線層はp側コンタクト電極13よりも厚い。n側再配線層22及びn側金属ピラー24を含むn側配線層はn側コンタクト電極14よりも厚い。また、p側金属ピラー23はp側再配線層21より厚く、n側金属ピラー24はn側再配線層22より厚い。p側金属ピラー23、n側金属ピラー24、およびそれらの間に充填された樹脂層25は、半導体発光装置10の機械的強度を高める。
【0047】
p側再配線層21、n側再配線層22、p側金属ピラー23およびn側金属ピラー24の材料としては、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、銅を用いると、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性及び絶縁材料との優れた密着性が得られる。
【0048】
樹脂層25は、p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24を補強する。樹脂層25は、実装基板と熱膨張率が同じもしくは近いものを用いるのが望ましい。そのような樹脂層25として、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを一例として挙げることができる。
【0049】
本実施形態によれば、半導体層4が薄く、なおかつ半導体層4を支持する基板がなくても、p側金属ピラー23、n側金属ピラー24および樹脂層25を厚くすることで機械的強度を保つことが可能となる。
【0050】
また、半導体発光装置10を実装基板に実装した状態で、はんだ等を介して半導体層4に加わる応力を、p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24が吸収することで緩和することができる。
【0051】
半導体層4の第1の面4a上には、発光層3からの放出光に対して透明な透明体として、レンズ26及び蛍光体層27が設けられている。レンズ26は蛍光体層27上に設けられている。あるいは、レンズ26の上に蛍光体層27を設けてもよい。また、第1の面4a上に、蛍光体層27のみ、あるいはレンズ26のみが設けられた構造であってもよい。
【0052】
蛍光体層27は、透明樹脂と、その透明樹脂に分散された蛍光体とを含む。蛍光体層27は、発光層3からの放出光を吸収し波長変換光を放出可能である。このため、半導体発光装置10は、発光層3からの光と、蛍光体層27における波長変換光との混合光を放出可能である。
【0053】
例えば、発光層3が窒化物半導体、蛍光体が黄色光を発光する黄色蛍光体とすると、発光層3からの青色光と、蛍光体層27における波長変換光である黄色光との混合色として、白色または電球色などを得ることができる。なお、蛍光体層27は、複数種の蛍光体(例えば、赤色光を発光する赤色蛍光体と、緑色光を発光する緑色蛍光体)を含む構成であってもよい。
【0054】
発光層3から発光された光は、主に、第1の面4aから、蛍光体層27及びレンズ26を介して、外部に放出される。
【0055】
本実施形態の半導体発光装置10において、p側コンタクト電極13において第2の半導体層2とのコンタクト面以外の面は、p側金属保護膜15で覆われている。同様に、n側コンタクト電極14において第1の半導体層1とのコンタクト面以外の面は、n側金属保護膜16で覆われている。
【0056】
p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14を、それらコンタクト電極形成後に行われる後述するプロセスに使われる薬液等から保護する。p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、酸化や硫化などの反応がしにくい例えば金(Au)を主に含む。
p側金属保護膜15の下面(p側再配線層21側の面)は皿状になっており、縁の部分が、中央部分に比べて盛り上がっている。p側金属保護膜15の下面は凹状になっている。そのため、薬液等が伝わる界面の距離が長くなるため、p側コンタクト電極13を保護しやすくなる。また、p側金属保護膜15の下面が凹状になっているため、薬液は凹状の部分より外側に溢れにくくなる。
n側金属保護膜16の下面(n側再配線層22側の面)は皿状になっており、縁の部分が、中央部分に比べて盛り上がっている。n側金属保護膜16の下面は凹状になっている。そのため、薬液等が伝わる界面の距離が長くなるため、n側コンタクト電極14を保護しやすくなる。また、n側金属保護膜16の下面が凹状になっているため、薬液は凹状の部分より外側に溢れにくくなる。
p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16の縁が盛り上がっているのは、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16の縁の周辺が、絶縁膜17に乗り上げている(延在している)ためである。
【0057】
金は、例えば窒化物半導体である半導体層4とオーミックコンタクトをとりにくい。したがって、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14は、半導体層4と良好なオーミックコンタクトをとれる金属を含む。その金属が酸化や硫化などの反応がしやすいものであっても、p側コンタクト電極13の表面及び側面はp側金属保護膜15で覆われ、n側コンタクト電極14の表面及び側面はn側金属保護膜16で覆われているので、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14の劣化及び高抵抗化を防ぐことができる。この結果、半導体発光装置10の特性の低下を防ぐことができる。
【0058】
次に、図2(a)〜図9(b)を参照して、実施形態の半導体発光装置10の製造方法について説明する。以下に説明する工程を表す図面においては、ウェーハ状態における一部の領域を表す。
【0059】
図2(a)は、基板8の主面上に、第1の半導体層1及び第2の半導体層2を含む半導体層4を形成した積層体を示す。基板8の主面上に第1の半導体層1が形成され、その上に発光層3を含む第2の半導体層2が形成される。第1の半導体層1における基板8に接する面が、半導体層4の第1の面4aとなる。
【0060】
第1の半導体層1及び第2の半導体層2が例えば窒化物半導体の場合、それらは例えばサファイア基板上にMOCVD(metal organic chemical vapor deposition)法で成長させることができる。
【0061】
例えば、第1の半導体層1は、下地バッファ層、n型GaN層を含む。第2の半導体層2は、発光層(活性層)3、p型GaN層を含む。発光層3は、青、紫、青紫、紫外光などを発光するものを用いることができる。
【0062】
次に、図示しないレジストを用いた例えばRIE法で、図2(b)に示すように、第2の半導体層2の一部を除去して、第1の半導体層1の一部を露出させる。第1の半導体層1が露出された部分は、発光層3を含まない非発光部6となる。凸状に残された第2の半導体層2は発光層3を含む発光部5となる。
【0063】
次に、図3(a)に示すように、発光部5及び非発光部6を含む半導体層4の第2の面の全面に、絶縁膜17を形成する。絶縁膜17は、例えばシリコン酸化膜である。
【0064】
次に、図3(b)に示すように、絶縁膜17上にレジストマスク51を形成し、そのレジストマスク51をマスクにして、絶縁膜17を選択的にエッチングする。レジストマスク51には開口51aが形成されている。その開口51aの下方の絶縁膜17に、第1の開口17aが形成される。第1の開口17aは、発光部5の表面(第2の半導体層2の表面)に達する。
【0065】
続いて、第1の開口17aの内側における発光部5の表面にp側コンタクト電極13を形成する。このとき、第1の開口17aを形成したエッチング時に用いたレジストマスク51は残され、そのレジストマスク51をマスクにして、p側コンタクト電極13が例えば蒸着法で形成される。
【0066】
絶縁膜17のエッチングは、膜厚方向だけでなく面方向にも進む。したがって、絶縁膜17に形成された第1の開口17aの幅は、レジストマスク51の開口51aの幅よりも大きくなる。絶縁膜17における第1の開口17aに面した部分はテーパー状になる。p側コンタクト電極13は、レジストマスク51の開口51aのほぼ真下に形成される。したがって、第1の開口17aの内壁と、p側コンタクト電極13の側面との間には隙間が形成される。
【0067】
次に、図4(a)に示すように、絶縁膜17及びp側コンタクト電極13上にレジストマスク61を形成し、そのレジストマスク61をマスクにして、絶縁膜17を選択的にエッチングする。レジストマスク61には開口61aが形成されている。その開口61aの下方の絶縁膜17に、第2の開口17bが形成される。第2の開口17bは、非発光部6の表面(第1の半導体層1の表面)に達する。
【0068】
続いて、第2の開口17bの内側における非発光部6の表面にn側コンタクト電極14を形成する。このとき、第2の開口17bを形成したエッチング時に用いたレジストマスク61は残され、そのレジストマスク61をマスクにして、n側コンタクト電極14が例えば蒸着法で形成される。
【0069】
絶縁膜17のエッチングは、膜厚方向だけでなく面方向にも進む。したがって、絶縁膜17に形成された第2の開口17bの幅は、レジストマスク61の開口61aの幅よりも大きくなる。絶縁膜17における第2の開口17bに面した部分はテーパー状になる。n側コンタクト電極14は、レジストマスク61の開口61aのほぼ真下に形成される。したがって、第2の開口17bの内壁と、n側コンタクト電極14の側面との間には隙間が形成される。
【0070】
なお、先に第2の開口17bを形成し、n側コンタクト電極14をp側コンタクト電極13よりも先に形成してもよい。
【0071】
第1の開口17aのエッチングとp側コンタクト電極13の形成に、同じレジストマスク51を使うことで、工程数を削減できる。同様に、第2の開口17bのエッチングとn側コンタクト電極14の形成に、同じレジストマスク61を使うことで、工程数を削減できる。
【0072】
第1の開口17aと第2の開口17bとは同時に形成することも考えられる。そして、p側コンタクト電極13とn側コンタクト電極14とが異なる材料の場合、第1の開口17a及び第2の開口17bの一方をレジストマスクで覆った状態で、他方の開口にp側コンタクト電極13またはn側コンタクト電極14を形成する。ただし、開口を形成した後に、その開口をレジストマスクで覆うと、開口の底面に有機膜が残ってしまう可能性がある。これは、コンタクト電極と半導体層とのコンタクト抵抗の増大をまねく可能性がある。
【0073】
本実施形態では、開口のエッチングの後、同じレジストマスクを用いて、続けてコンタクト電極を形成する。このため、開口の底面がレジストマスクで覆われない。すなわち、エッチング後の露出面にそのままコンタクト電極を形成することができ、コンタクト抵抗の増大を抑制できる。
【0074】
なお、第1の開口17aと第2の開口17bとを同時に形成し、それら開口のエッチングに使ったレジストマスクをそのまま残して、続けて、同じ材料でp側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14を同時に形成してもよい。
【0075】
次に、絶縁膜17のエッチング及びコンタクト電極の形成に使ったレジストマスクを除去した後、図4(b)に示すように、絶縁膜17上にレジストマスク52を形成する。レジストマスク52には、開口52aと開口52bが形成されている。
レジストマスク52の開口52aと開口52bから、絶縁膜17の一部が露出するように、レジストマスク52を形成する。図4(b)では、絶縁膜17における第1の開口17aの内壁と第2の開口17bの内壁とを含み、平坦な部分(表面)も露出するようにレジストマスク52を形成する。
【0076】
そして、そのレジストマスク52をマスクにして、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16を形成する。p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、例えば蒸着法で同時に形成される。
【0077】
レジストマスク52に形成された一方の開口52aは、絶縁膜17に形成された第1の開口17aの上に形成され、開口52aの幅は、第1の開口17aの幅よりも大きい。開口52aの底部には、p側コンタクト電極13の表面が露出している。その開口52aの底部にp側金属保護膜15が形成される。したがって、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13の表面を覆う。
【0078】
また、前述したように、第1の開口17aの内壁と、p側コンタクト電極13の側面との間には隙間が形成されている。その隙間も、開口52aの底部で露出している。したがって、p側金属保護膜15は、その隙間を埋め、p側コンタクト電極13の側面を覆う。
【0079】
p側金属保護膜15は、第1の開口17aの内壁から絶縁膜17の表面にかけての段部を被覆し、p側金属保護膜15の平面サイズはp側コンタクト電極13の平面サイズよりも大きい。さらに、第1の開口17aの内壁は、p側コンタクト電極13の側面に対して離間している。このため、p側金属保護膜15を形成する前の状態で、p側コンタクト電極13の側面は厚さ方向の全てにわたって露出している。したがって、p側金属保護膜15は、p側コンタクト電極13における露出している面のすべてを確実に被覆することができる。この際、p側金属保護膜15は凹状となる。
【0080】
レジストマスク52に形成された他方の開口52bは、絶縁膜17に形成された第2の開口17bの上に形成され、開口52bの幅は、第2の開口17bの幅よりも大きい。開口52bの底部には、n側コンタクト電極14の表面が露出している。その開口52bの底部にn側金属保護膜16が形成される。したがって、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14の表面を覆う。
【0081】
また、前述したように、第2の開口17bの内壁と、n側コンタクト電極14の側面との間には隙間が形成されている。その隙間も、開口52bの底部で露出している。したがって、n側金属保護膜16は、その隙間を埋め、n側コンタクト電極14の側面を覆う。
【0082】
n側金属保護膜16は、第2の開口17bの内壁から絶縁膜17の表面にかけての段部を被覆し、n側金属保護膜16の平面サイズはn側コンタクト電極14の平面サイズよりも大きい。さらに、第2の開口17bの内壁は、n側コンタクト電極14の側面に対して離間している。このため、n側金属保護膜16を形成する前の状態で、n側コンタクト電極14の側面は厚さ方向の全てにわたって露出している。したがって、n側金属保護膜16は、n側コンタクト電極14における露出している面のすべてを確実に被覆することができる。この際、n側金属保護膜16は凹状となる。
【0083】
次に、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16の形成に使ったレジストマスク52を除去する(図5(a))。
【0084】
次に、図5(b)に示すように、レジストマスク53を用いた例えばRIE(Reactive Ion Etching)法で、第1の半導体層1を貫通して基板8に達する溝62を形成する。レジストマスク53には開口53aが形成され、その開口53aの下に溝62が形成される。
【0085】
溝62は、ウェーハ状態の基板8上で例えば格子状に形成されるダイシング領域に形成される。溝62も例えば格子状に形成され、半導体層4を基板8上で複数のチップに分離する。
【0086】
p側コンタクト電極13、n側コンタクト電極14、p側金属保護膜15およびn側金属保護膜16を形成した後に溝62を形成すると、p側コンタクト電極13、n側コンタクト電極14、p側金属保護膜15およびn側金属保護膜16を形成するときのレジストを、大きな凹凸のない第2の面側に容易に塗布することができる。
【0087】
レジストマスク53を形成する前に、図5(a)に示すように、ダイシング領域における絶縁膜17は除去しておく。溝62を形成するエッチング時、レジストマスク53は面方向にも消費される。すなわち、開口53aの幅が実線で示す位置から2点鎖線で示す位置まで広がる。このときの開口53aの広がりによって絶縁膜17が露出しないように、ダイシング領域の絶縁膜17を除去しておく。
【0088】
レジストマスク53の消費により、ダイシング領域の絶縁膜17が露出してしまうと、それ以降のエッチングマスクは実質的に絶縁膜17となってしまい、図5(b)において破線で表されるように、溝62の側壁(第1の半導体層1の側面)に段が形成されやすくなる。この段は、後述する基板8をレーザーリフトオフ法で除去するときに、半導体層4にクラックを生じさせる原因となり得る。
【0089】
エッチング時に広がったレジストマスク53の開口53aの内側に絶縁膜17が露出しないように予め絶縁膜17を除去しておくことで、上記問題を回避できる。
【0090】
なお、p側コンタクト電極13、n側コンタクト電極14、p側金属保護膜15およびn側金属保護膜16を形成する前に、溝62を形成してもよい。
【0091】
次に、レジストマスク53を除去する(図6(a))。
【0092】
次に、図6(b)に示すように、第2の面側の露出している部分すべてを絶縁層18で覆った後、絶縁層18に第1のビア18aと第2のビア18bを形成する。第1のビア18aはp側金属保護膜15に達する。第2のビア18bはn側金属保護膜16に達する。また、絶縁層18は、溝62内に埋め込まれる。
【0093】
絶縁層18としては、例えば、感光性ポリイミド、ベンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)などの有機材料を用いることができる。この場合、レジストを使わずに、絶縁層18に対して直接露光及び現像が可能である。あるいは、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの無機膜を絶縁層18として使用してもよい。無機膜の場合、レジストをパターニングした後のエッチングによって第1のビア18a及び第2のビア18bが得られる。
【0094】
p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16の最表面は、例えばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)、またはモリブデン(Mo)などの、ポリイミドとの密着性が高い膜である。
【0095】
次に、絶縁層18の表面(配線面18c)に、図7(a)に示すように、金属膜19を形成する。金属膜19は、第1のビア18aの内壁及び底部と、第2のビア18bの内壁及び底部にも形成される。金属膜19は、次に行うメッキのための給電層として機能する。
【0096】
金属膜19として、例えば、まずチタン(Ti)膜をスパッタ法で形成した後、そのチタン膜上に、銅(Cu)膜をスパッタ法で形成する。
【0097】
金属膜19の形成前、第1のビア18aに露出するp側金属保護膜15の表面および第2のビア18bに露出するn側金属保護膜16の表面に対して、スパッタエッチングまたはミリングを行う。これにより、金属保護膜15、16とその上に設けられる配線層とのコンタクト抵抗増大の原因となる金属保護膜15、16表面の絶縁膜残渣や酸化物が除去される。
【0098】
金属保護膜15、16最表面のチタン(Ti)膜、ニッケル(Ni)膜またはモリブデン(Mo)膜を例えば1−20(nm)と薄く形成しておくことで、上記スパッタエッチングまたはミリングによる金属保護膜15、16最表面の膜の除去が容易になる。
【0099】
上記スパッタエッチングまたはミリングにより、p側金属保護膜15の最表面およびn側金属保護膜16の最表面には、金(Au)の清浄面が露出する。その金(Au)の清浄面に、金との密着性に優れたチタン(Ti)膜を形成し、さらにそのチタン膜上に銅(Cu)膜を形成して金属膜19を形成する。これにより、金属保護膜15、16と、メッキのための給電層である金属膜19との密着性を高めることができる。なお、配線層をメッキ法で形成しない場合には、金属膜19は不要である。
【0100】
次に、金属膜19上に選択的にレジスト(図示せず)を形成し、金属膜19を給電層としたCu電解メッキを行う。
【0101】
これにより、図7(b)に示すように、p側再配線層21とn側再配線層22が形成される。p側再配線層21及びn側再配線層22はメッキ法により同時に形成される例えば銅材料からなる。または、金属膜を、スパッタ法や蒸着法で形成した後、不要部分をエッチング、もしくはレジストを用いたリフトオフによりパターニングして、p側再配線層21及びn側再配線層22を形成してもよい。
【0102】
p側再配線層21は、第1のビア18a内およびその周辺の金属膜19上に形成され、金属膜19を介して、p側金属保護膜15と電気的に接続される。n側再配線層22は、第2のビア18b内およびその周辺の金属膜19上に形成され、金属膜19を介して、n側金属保護膜16と電気的に接続される。
【0103】
次に、図7(b)に示すように、選択的にレジスト54を形成し、金属膜19を給電層としたCu電解メッキを行う。これにより、p側金属ピラー23とn側金属ピラー24が形成される。p側金属ピラー23はp側再配線21上に形成され、n側金属ピラー24はn側再配線22上に形成される。
【0104】
p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24は、メッキ法により同時に形成される銅材料からなる。または、金属膜を、スパッタ法や蒸着法で形成した後、不要部分をエッチング、もしくはレジストを用いたリフトオフによりパターニングして、p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24を形成してもよい。
【0105】
前述した金属膜19を形成するとき、下地の絶縁層18における段差が大きい部分(図7(a)において破線で囲んだ部分80、90)にて段差被覆性が悪くなりやすく、その部分80、90で金属膜19の破断が生じやすい。
【0106】
金属膜19に破断箇所が生じると、その箇所からメッキ液の浸透を許す。図7(b)において、そのメッキ液の浸透経路を太線100で表す。
【0107】
本実施形態では、p側コンタクト電極13の表面及び側面をp側金属保護膜15で覆い、n側コンタクト電極14の表面及び側面をn側金属保護膜16で覆っている。p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、酸化や硫化などの反応性に乏しい金(Au)を主に含む。したがって、メッキ液の浸透を許しても、浸透したメッキ液は、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16でブロックされて、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14には到達しない。この結果、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14の腐食を防ぐことができる。
【0108】
また、前述したように、絶縁膜17に形成された第1の開口17aの内壁および第2の開口17bの内壁は、第2の面に対して垂直ではなく傾斜したテーパー面になっている。このため、第1の開口17aの内壁に対するp側金属保護膜15の段差被覆性、および第2の開口17bの内壁に対するn側金属保護膜16の段差被覆性を良好にできる。この結果、p側金属保護膜15の破断およびn側金属保護膜16の破断を回避して、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14をメッキ液から確実に保護することができる。
【0109】
また、p側金属保護膜15をp側コンタクト電極13よりも厚くすることで、p側金属保護膜15の破断を発生しにくくできる。同様に、n側金属保護膜16をn側コンタクト電極14よりも厚くすることで、n側金属保護膜16の破断を発生しにくくできる。
【0110】
p側金属ピラー23及びn側金属ピラー24のメッキマスクに使ったレジスト54は、例えば薬液を使って除去される。さらに、図8(a)に示すように、p側再配線層21、n側再配線層22、p側金属ピラー23およびn側金属ピラー24をマスクにして、金属膜19の露出している部分をウェットエッチングにより除去する。これにより、p側再配線層21とn側再配線層22との金属膜19を介した電気的接続が分断される。
【0111】
そのとき、レジスト54の除去や金属膜19のウェットエッチングに使った薬液の浸透を許しても、浸透した薬液は、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16でブロックされて、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14には到達しない。この結果、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14の腐食を防ぐことができる。
【0112】
次に、図8(b)に示すように、絶縁層18上に第2の絶縁層として樹脂層25を形成する。樹脂層25は、p側再配線層21の側面およびn側再配線層22の側面を覆い、p側再配線層21とn側再配線層22との間に充填される。さらに、樹脂層25は、p側金属ピラー23の側面およびn側金属ピラー24の側面を覆い、p側金属ピラー23とn側金属ピラー24との間に充填される。
【0113】
外部端子として機能するp側金属ピラー23とn側金属ピラー24とは、実装基板への実装時にはんだ等によって相互に短絡しない距離を隔てて離れている。
【0114】
次に、基板8を除去する(図9(a))。基板8は、例えばレーザーリフトオフ法によって除去される。具体的には、基板8の裏面側から第1の半導体層1に向けてレーザ光が照射される。レーザ光は、基板8に対して透過性を有し、第1の半導体層1に対しては吸収領域となる波長を有する。
【0115】
レーザ光が基板8と第1の半導体層1との界面に到達すると、その界面付近の第1の半導体層1はレーザ光のエネルギーを吸収して分解する。例えば、第1の半導体層1がGaNの場合、ガリウム(Ga)と窒素ガスに分解する。この分解反応により、基板8と第1の半導体層1との間に微小な隙間が形成され、基板8と第1の半導体層1とが分離する。
【0116】
レーザ光の照射を、設定された領域ごとに複数回に分けてウェーハ全体にわたって行い、基板8を除去する。
【0117】
基板8の主面上に形成された前述した積層体は、半導体層4よりも厚いp側金属ピラー23、n側金属ピラー24および樹脂層25によって補強されているため、基板8がなくなっても、ウェーハ状態を保つことが可能である。
【0118】
基板8が除去された半導体層4の第1の面4aは洗浄される。例えば、塩酸等で、第1の面4aに付着したガリウム(Ga)を除去する。
【0119】
また、必要に応じて、例えば、KOH(水酸化カリウム)水溶液やTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)等で、第1の面4aをエッチングする。これにより、結晶面方位に依存したエッチング速度の違いによって、第1の面4aに凹凸(フロスト)が形成される。あるいは、レジストでパターニングした後にエッチングを行って、第1の面4aに凹凸を形成してもよい。第1の面4aに凹凸が形成されることで、光取り出し効率を向上できる。
【0120】
次に、図9(b)に示すように、第1の面4a上、およびダイシング領域における絶縁層18上に、蛍光体層27とレンズ26を形成する。
【0121】
蛍光体層27を形成する工程は、例えば、蛍光体粒子が分散された液状の透明樹脂を、印刷、ポッティング、モールド、圧縮成形などの方法によって供給した後、熱硬化させる工程を有する。透明樹脂は、発光層3からの放出光及び蛍光体が発する光に対する透過性を有し、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、液状ガラスなどの材料を用いることができる。
【0122】
レンズ26は、発光層3からの放出光に対して透明であり、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラスなどを用いることができる。
【0123】
そして、溝62の位置で、樹脂層25、絶縁層18、蛍光体層27およびレンズ26を切断し、複数の半導体発光装置10に個片化する。例えば、ダイシングブレードを用いて切断する。あるいは、レーザ照射によって、切断してもよい。
【0124】
ダイシング時、基板8はすでに除去されている。さらに、ダイシング領域である溝62には、半導体層4は存在しないため、ダイシング時に半導体層4が受けるダメージを回避することができる。
【0125】
なお、個片化された半導体発光装置10は、ひとつの半導体層4を含むシングルチップ構造でも、複数の半導体層4を含むマルチチップ構造であってもよい。
【0126】
ダイシングされる前までの前述した各工程は、ウェーハ状態で一括して行われるため、個片化された個々のデバイスごとに、配線及びパッケージングを行う必要がなく、大幅な生産コストの低減が可能になる。すなわち、個片化された状態で、すでに配線及びパッケージングが済んでいる。このため、生産性を高めることができ、その結果として価格低減が容易となる。
【0127】
実施形態によれば、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14を、それらコンタクト電極形成後に行われるプロセスで使われる薬液等から保護する。また、p側金属保護膜15及びn側金属保護膜16は、空気中から絶縁層18中に浸透した硫黄等からも、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14を保護する。この結果、p側コンタクト電極13及びn側コンタクト電極14の腐食及び抵抗増大を防ぐことができる。
【0128】
なお、図10に示すように、第1の開口17aにおける第2の半導体層2側の底部の内壁は、p側コンタクト電極13の側面に対して離間していなくてもよい。同様に、第2の開口17bにおける第1の半導体層1側の底部の内壁は、n側コンタクト電極14の側面に対して離間していなくてもよい。
【0129】
この場合でも、第1の開口17aの内壁をテーパー面にすることで、第1の開口17aの内壁とp側コンタクト電極13の側面との間に隙間を形成することができる。その隙間にp側金属保護膜15を埋め込むことで、p側コンタクト電極13の側面をp側金属保護膜15で覆うことができる。
【0130】
同様に、第2の開口17bの内壁をテーパー面にすることで、第2の開口17bの内壁とn側コンタクト電極14の側面との間に隙間を形成することができる。その隙間にn側金属保護膜16を埋め込むことで、n側コンタクト電極14の側面をn側金属保護膜16で覆うことができる。
【0131】
図1に示すように、第1の開口17aにおける第2の半導体層2側の底部の内壁を、p側コンタクト電極13の側面に対して離間させると、p側金属保護膜15でp側コンタクト電極13の側面のすべてを確実に覆うことができる。
【0132】
同様に、第2の開口17bにおける第1の半導体層1側の底部の内壁を、n側コンタクト電極14の側面に対して離間させると、n側金属保護膜16でn側コンタクト電極14の側面のすべてを確実に覆うことができる。
【0133】
また、図11に示すように、第1の面4a上に基板8を薄く残してもよい。例えば、半導体ウェーハ裏面研削用のグラインダーなどを用いて基板8を研削することができる。
【0134】
基板8は、例えばサファイア基板であり、窒化物半導体系の発光層から放出される光に対して透過性を有する。この場合、蛍光体層がないため、発光層からの放出光と同じ波長の光が、半導体発光装置から外部へと放出される。基板8を残すことで、機械的強度を高めることができ、信頼性の高い構造とすることができる。
【0135】
また、図12に示すように、基板8上に蛍光体層27を形成してもかまわない。また、基板8を残すことで、p側配線層、n側配線層および樹脂層を設けなくても、半導体層4を安定して保持することが可能となる。この場合、p側金属保護膜15がp側外部端子として、n側金属保護膜16がn側外部端子として機能する。すなわち、p側金属保護膜15とn側金属保護膜16が、はんだ等を介して、実装基板のパッドに接合される。
基板8、レンズ26、蛍光体層27の各々は、第1の面4a上に必ずしもなくてもよい。
【0136】
前述した蛍光体層としては、以下に例示する赤色蛍光体層、黄色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層を用いることができる。
【0137】
赤色蛍光体層は、例えば、窒化物系蛍光体CaAlSiN3:Euやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
【0138】
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
(M1−x,Rx)a1AlSib1Oc1Nd1・・・組成式(1)
(MはSi及びAlを除く少なくとも1種の金属元素であり、特に、Ca若しくはSrの少なくとも一方が望ましい。Rは発光中心元素であり、特に、Euが望ましい。x、a1、b1、c1、d1は、次の関係を満たす。0<x≦1、0.6<a1<0.95、2<b1<3.9、0.25<c1<0.45、4<d1<5.7)を用いることができる。
【0139】
組成式(1)で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
【0140】
黄色蛍光体層は、例えば、シリケート系蛍光体(Sr,Ca,Ba)2SiO4:Euを含有することができる。
【0141】
緑色蛍光体層は、例えば、ハロ燐酸系蛍光体(Ba,Ca,Mg)10(PO4)6・Cl2:Euやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
【0142】
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
(M1−x,Rx)a2AlSib2Oc2Nd2・・・組成式(2)
(MはSi及びAlを除く少なくとも1種の金属元素であり、特に、Ca若しくはSrの少なくとも一方が望ましい。Rは発光中心元素であり、特に、Euが望ましい。x、a2、b2、c2、d2は、次の関係を満たす。0<x≦1、0.93<a2<1.3、4.0<b2<5.8、0.6<c2<1、6<d2<11)を用いることができる。
【0143】
組成式(2)で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
【0144】
青色蛍光体層は、例えば、酸化物系蛍光体BaMgAl10O17:Euを含有することができる。
【0145】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0146】
1…第1の半導体層、2…第2の半導体層、3…発光層、4…半導体層、4a…第1の面、5…発光部、6…非発光部、8…基板、10…半導体発光装置、13…p側コンタクト電極、14…n側コンタクト電極、15…p側金属保護膜、16…n側金属保護膜、17…絶縁膜、17a…第1の開口、17b…第2の開口、18…絶縁層、18a…第1のビア、18b…第2のビア、21…p側再配線層、22…n側再配線層、23…p側金属ピラー、24…n側金属ピラー、25…樹脂層、26…レンズ、27…蛍光体層
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光層と、第1の面と、前記第1の面の反対側に形成され、前記発光層を含む発光部と前記発光層を含まない非発光部とを含む第2の面と、を有する半導体層と、
前記第2の面に設けられ、前記発光部に通じる第1の開口と、前記非発光部に通じる第2の開口と、を有する絶縁膜と、
前記第1の開口の内側で前記発光部に接して設けられたp側コンタクト電極と、
前記第2の開口の内側で前記非発光部に接して設けられたn側コンタクト電極と、
前記p側コンタクト電極の表面及び側面を覆い、一部が前記絶縁膜上に設けられ、表面が凹状であり、前記p側コンタクト電極に比べて酸化または硫化しにくいp側金属保護膜と、
前記n側コンタクト電極の表面及び側面を覆い、一部が前記絶縁膜上に設けられ、表面が凹状であり、前記n側コンタクト電極に比べて酸化または硫化しにくいn側金属保護膜と、
を備え、
前記絶縁膜の前記第1の開口の内壁と前記絶縁膜の前記第2の開口の内壁とは、前記半導体層に向かって狭くなるテーパー形状であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項2】
発光層と、第1の面と、前記第1の面の反対側に形成され、前記発光層を含む発光部と前記発光層を含まない非発光部とを含む第2の面と、を有する半導体層と、
前記第2の面に設けられ、前記発光部に通じる第1の開口と、前記非発光部に通じる第2の開口と、を有する絶縁膜と、
前記第1の開口の内側で前記発光部に接して設けられたp側コンタクト電極と、
前記第2の開口の内側で前記非発光部に接して設けられたn側コンタクト電極と、
前記p側コンタクト電極の表面及び側面を覆うp側金属保護膜と、
前記n側コンタクト電極の表面及び側面を覆うn側金属保護膜と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項3】
前記p側金属保護膜は、前記p側コンタクト電極よりも厚いことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光装置。
【請求項4】
前記n側金属保護膜は、前記n側コンタクト電極よりも厚いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項5】
前記p側金属保護膜は、前記p側コンタクト電極に比べて酸化または硫化しにくいことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項6】
前記n側金属保護膜は、前記n側コンタクト電極に比べて酸化または硫化しにくいことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項7】
前記p側金属保護膜は、前記p側コンタクト電極の表面及び側面を含む露出した面を覆い、
前記n側金属保護膜は、前記n側コンタクト電極の表面及び側面を含む露出した面を覆うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項8】
前記p側金属保護膜は、前記第1の開口よりも大きい平面サイズを有し、
前記n側金属保護膜は、前記第2の開口よりも大きい平面サイズを有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項9】
前記第1の開口の開口面積が前記発光部の表面側から前記絶縁膜の表面側に向かうにしたがって広くなるように、前記第1の開口の内壁が前記発光部の表面に対して傾斜していることを特徴とする請求項2〜8のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項10】
前記第2の開口の開口面積が前記非発光部の表面側から前記絶縁膜の表面側に向かうにしたがって広くなるように、前記第2の開口の内壁が前記非発光部の表面に対して傾斜していることを特徴とする請求項2〜9のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項11】
前記第1の開口の内壁と、前記p側コンタクト電極の側面との間に隙間が形成され、
前記p側金属保護膜は、前記隙間における前記第1の開口の底面上にも設けられていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項12】
前記第2の開口の内壁と、前記n側コンタクト電極の側面との間に隙間が形成され、
前記n側金属保護膜は、前記隙間における前記第2の開口の底面上にも設けられていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項13】
前記絶縁膜、前記p側金属保護膜および前記n側金属保護膜上に設けられ、前記第p側金属保護膜に通じる第1のビアと、前記n側金属保護膜に通じる第2のビアとを有する第1の絶縁層と、
前記第1のビア内及び前記第1の絶縁層における前記p側金属保護膜に対する反対側の面に設けられ、前記p側金属保護膜と電気的に接続されたp側配線層と、
前記第2のビア内及び前記第1の絶縁層における前記n側金属保護膜に対する反対側の面に設けられ、前記n側金属保護膜と電気的に接続されたn側配線層と、
少なくとも前記p側配線層と前記n側配線層との間に設けられた第2の絶縁層と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項14】
前記p側配線層は、前記第1の絶縁層側に設けられたp側再配線層と、前記p側再配線層の表面に設けられ前記p側再配線層よりも厚いp側金属ピラーと、を有し、
前記n側配線層は、前記第1の絶縁層側に設けられたn側再配線層と、前記n側再配線層の表面に設けられ前記n側再配線層よりも厚いn側金属ピラーと、を有することを特徴とする請求項13記載の半導体発光装置。
【請求項15】
前記n側配線層における前記n側金属保護膜に対する反対側の面の面積は、前記n側コンタクト電極の面積よりも広いことを特徴とする請求項13または14記載の半導体発光装置。
【請求項16】
前記p側配線層は、前記p側コンタクト電極よりも厚いことを特徴とする請求項13〜15のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項17】
前記n側配線層は、前記n側コンタクト電極よりも厚いことを特徴とする請求項13〜16のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項18】
前記第1の面上に設けられ、前記発光層からの放出光に対して透明な透明体をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜17のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項19】
発光層と、第1の面と、前記第1の面の反対側に形成され、前記発光層を含む発光部と前記発光層を含まない非発光部とを含む第2の面とを有する半導体層における前記第2の面に、前記発光部に通じる第1の開口と、前記非発光部に通じる第2の開口とを有する絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の開口内における前記発光部の表面に、p側コンタクト電極を形成する工程と、
前記第2の開口内における前記非発光部の表面に、n側コンタクト電極を形成する工程と、
前記p側コンタクト電極の表面及び側面に、p側金属保護膜を形成する工程と、
前記n側コンタクト電極の表面及び側面に、n側金属保護膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項20】
前記第1の開口及び前記第2の開口を、レジストマスクを用いた前記絶縁膜の選択的エッチングにより形成した後、同じ前記レジストマスクを用いて、前記p側コンタクト電極及び前記n側コンタクト電極を形成することを特徴とする請求項19記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項21】
前記絶縁膜、前記p側金属保護膜および前記n側金属保護膜上に、前記第p側金属保護膜に通じる第1のビアと、前記n側金属保護膜に通じる第2のビアとを有する第1の絶縁層を形成する工程と、
前記第1のビア内及び前記第1の絶縁層における前記p側金属保護膜に対する反対側の面に、p側配線層を形成する工程と、
前記第2のビア内及び前記第1の絶縁層における前記n側金属保護膜に対する反対側の面に、n側配線層を形成する工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項19または20に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項1】
発光層と、第1の面と、前記第1の面の反対側に形成され、前記発光層を含む発光部と前記発光層を含まない非発光部とを含む第2の面と、を有する半導体層と、
前記第2の面に設けられ、前記発光部に通じる第1の開口と、前記非発光部に通じる第2の開口と、を有する絶縁膜と、
前記第1の開口の内側で前記発光部に接して設けられたp側コンタクト電極と、
前記第2の開口の内側で前記非発光部に接して設けられたn側コンタクト電極と、
前記p側コンタクト電極の表面及び側面を覆い、一部が前記絶縁膜上に設けられ、表面が凹状であり、前記p側コンタクト電極に比べて酸化または硫化しにくいp側金属保護膜と、
前記n側コンタクト電極の表面及び側面を覆い、一部が前記絶縁膜上に設けられ、表面が凹状であり、前記n側コンタクト電極に比べて酸化または硫化しにくいn側金属保護膜と、
を備え、
前記絶縁膜の前記第1の開口の内壁と前記絶縁膜の前記第2の開口の内壁とは、前記半導体層に向かって狭くなるテーパー形状であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項2】
発光層と、第1の面と、前記第1の面の反対側に形成され、前記発光層を含む発光部と前記発光層を含まない非発光部とを含む第2の面と、を有する半導体層と、
前記第2の面に設けられ、前記発光部に通じる第1の開口と、前記非発光部に通じる第2の開口と、を有する絶縁膜と、
前記第1の開口の内側で前記発光部に接して設けられたp側コンタクト電極と、
前記第2の開口の内側で前記非発光部に接して設けられたn側コンタクト電極と、
前記p側コンタクト電極の表面及び側面を覆うp側金属保護膜と、
前記n側コンタクト電極の表面及び側面を覆うn側金属保護膜と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項3】
前記p側金属保護膜は、前記p側コンタクト電極よりも厚いことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光装置。
【請求項4】
前記n側金属保護膜は、前記n側コンタクト電極よりも厚いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項5】
前記p側金属保護膜は、前記p側コンタクト電極に比べて酸化または硫化しにくいことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項6】
前記n側金属保護膜は、前記n側コンタクト電極に比べて酸化または硫化しにくいことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項7】
前記p側金属保護膜は、前記p側コンタクト電極の表面及び側面を含む露出した面を覆い、
前記n側金属保護膜は、前記n側コンタクト電極の表面及び側面を含む露出した面を覆うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項8】
前記p側金属保護膜は、前記第1の開口よりも大きい平面サイズを有し、
前記n側金属保護膜は、前記第2の開口よりも大きい平面サイズを有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項9】
前記第1の開口の開口面積が前記発光部の表面側から前記絶縁膜の表面側に向かうにしたがって広くなるように、前記第1の開口の内壁が前記発光部の表面に対して傾斜していることを特徴とする請求項2〜8のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項10】
前記第2の開口の開口面積が前記非発光部の表面側から前記絶縁膜の表面側に向かうにしたがって広くなるように、前記第2の開口の内壁が前記非発光部の表面に対して傾斜していることを特徴とする請求項2〜9のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項11】
前記第1の開口の内壁と、前記p側コンタクト電極の側面との間に隙間が形成され、
前記p側金属保護膜は、前記隙間における前記第1の開口の底面上にも設けられていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項12】
前記第2の開口の内壁と、前記n側コンタクト電極の側面との間に隙間が形成され、
前記n側金属保護膜は、前記隙間における前記第2の開口の底面上にも設けられていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項13】
前記絶縁膜、前記p側金属保護膜および前記n側金属保護膜上に設けられ、前記第p側金属保護膜に通じる第1のビアと、前記n側金属保護膜に通じる第2のビアとを有する第1の絶縁層と、
前記第1のビア内及び前記第1の絶縁層における前記p側金属保護膜に対する反対側の面に設けられ、前記p側金属保護膜と電気的に接続されたp側配線層と、
前記第2のビア内及び前記第1の絶縁層における前記n側金属保護膜に対する反対側の面に設けられ、前記n側金属保護膜と電気的に接続されたn側配線層と、
少なくとも前記p側配線層と前記n側配線層との間に設けられた第2の絶縁層と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項14】
前記p側配線層は、前記第1の絶縁層側に設けられたp側再配線層と、前記p側再配線層の表面に設けられ前記p側再配線層よりも厚いp側金属ピラーと、を有し、
前記n側配線層は、前記第1の絶縁層側に設けられたn側再配線層と、前記n側再配線層の表面に設けられ前記n側再配線層よりも厚いn側金属ピラーと、を有することを特徴とする請求項13記載の半導体発光装置。
【請求項15】
前記n側配線層における前記n側金属保護膜に対する反対側の面の面積は、前記n側コンタクト電極の面積よりも広いことを特徴とする請求項13または14記載の半導体発光装置。
【請求項16】
前記p側配線層は、前記p側コンタクト電極よりも厚いことを特徴とする請求項13〜15のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項17】
前記n側配線層は、前記n側コンタクト電極よりも厚いことを特徴とする請求項13〜16のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項18】
前記第1の面上に設けられ、前記発光層からの放出光に対して透明な透明体をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜17のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
【請求項19】
発光層と、第1の面と、前記第1の面の反対側に形成され、前記発光層を含む発光部と前記発光層を含まない非発光部とを含む第2の面とを有する半導体層における前記第2の面に、前記発光部に通じる第1の開口と、前記非発光部に通じる第2の開口とを有する絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の開口内における前記発光部の表面に、p側コンタクト電極を形成する工程と、
前記第2の開口内における前記非発光部の表面に、n側コンタクト電極を形成する工程と、
前記p側コンタクト電極の表面及び側面に、p側金属保護膜を形成する工程と、
前記n側コンタクト電極の表面及び側面に、n側金属保護膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項20】
前記第1の開口及び前記第2の開口を、レジストマスクを用いた前記絶縁膜の選択的エッチングにより形成した後、同じ前記レジストマスクを用いて、前記p側コンタクト電極及び前記n側コンタクト電極を形成することを特徴とする請求項19記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項21】
前記絶縁膜、前記p側金属保護膜および前記n側金属保護膜上に、前記第p側金属保護膜に通じる第1のビアと、前記n側金属保護膜に通じる第2のビアとを有する第1の絶縁層を形成する工程と、
前記第1のビア内及び前記第1の絶縁層における前記p側金属保護膜に対する反対側の面に、p側配線層を形成する工程と、
前記第2のビア内及び前記第1の絶縁層における前記n側金属保護膜に対する反対側の面に、n側配線層を形成する工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項19または20に記載の半導体発光装置の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2012−169332(P2012−169332A)
【公開日】平成24年9月6日(2012.9.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−26990(P2011−26990)
【出願日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年9月6日(2012.9.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]