专利名称：半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及防止Pd电极的剥落并且能够降低粘接层的应力的半导体发光元件以 及能够精度良好地制造这样的半导体发光元件的制造方法。
背景技术：
在具有脊部的半导体发光元件中，对脊部的顶部的接触层施加电压，从而对活性 层供电。为了进行该供电，在接触层上形成有P型电极。从高输出化、低功耗化等要求出发， 作为与接触层接触的P型电极，使用低电阻欧姆电极。此外，从半导体发光元件的成品率以 及可靠性的观点出发，要求电极材料牢固地与基底粘结并且在工序中途也不剥落。在使用GaN等氮化物半导体制造蓝紫色激光器的情况下，当使用Ni作为ρ型电极 的材料时，不能够提高欧姆特性等电特性。因此，作为P型电极，多使用由Pd(或者Pd类材 料)构成的Pd电极。Pd电极相对于GaN等氮化物半导体为低电阻欧姆电极(例如，参照专 利文献1)。由于工艺能力等的原因，以仅与脊部的接触层接触的方式形成Pd电极是困难的， 所以，Pd电极也与绝缘膜接触。但是，由于Pd电极与绝缘膜的粘结性低，所以，产生Pd电 极剥落。对于Pd电极剥落来说，在Pd电极形成后任何时候都可能发生，但是，特别是在烧 结热处理后容易发生。为了防止Pd电极剥落，在Pd电极和绝缘膜之间形成有粘接层。提出了使用ITO (Indium-Tin-Oxides)等简并半导体、钼类金属以及/或者其氧化物等作为粘接层的技术 (例如，参考专利文献2、3)。但是，在现有的粘接层中，依然存在使Pd电极和绝缘膜粘结的力弱并且Pd电极部 分地剥落的问题。因此，本发明人提出使用层叠了多个金属层的多层粘接层的半导体发光 元件(例如，参考专利文献4)。专利文件1 特开2009 - 129973号公报(段落0002)
专利文件2 特开2005 - 51137号公报(段落0014 0016、图1) 专利文件3 特开2006 - 128622号公报(段落0020 0022、图1) 专利文件4 特开2009 - 176900号公报(权利要求1、段落0016、图1)。在层叠了多个金属层的多层粘接层中产生应力。此外，在脊型的半导体发光元件 中，有时采用具有从两侧夹持脊部的沟道部和位于沟道部的各自的外侧的平台部的双沟道 结构。对于专利文献4的多层粘接层来说，不仅是沟道部，也覆盖平台部，面积较大。因此， 存在多层粘接层的应力较大的问题。此外，为了制造专利文献4的半导体发光元件，需要仅在脊部的顶部形成抗蚀剂。 但是，仅在脊部的顶部以不存在产品间偏差的方式形成抗蚀剂，这在制造装置的能力上是 困难的。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的是得到防止Pd电极的剥落并且能 够降低粘接层的应力的半导体发光元件以及能够精度良好地制造这样的半导体发光元件 的制造方法。本发明的半导体发光元件具有半导体衬底；半导体层叠结构，具有在所述半导 体衬底上依次层叠的第一导电型半导体层、活性层、第二导电型半导体层以及接触层；脊 部，形成在所述半导体层叠结构的上部；沟道部，与所述脊部相邻；平台部，与所述沟道部 的所述脊部的相反侧相邻；第一绝缘膜，覆盖所述沟道部并且在所述脊部以及所述平台部 上具有开口 ；单层粘接层，形成在所述第一绝缘膜上；Pd电极，覆盖所述脊部以及所述单层 粘接层的一部分并且与所述脊部的所述接触层连接；第二绝缘膜，对所述单层粘接层的未 被所述Pd电极覆盖的部分以及所述平台部进行覆盖。本发明的半导体发光元件的制造方法具有在半导体衬底上依次层叠第一导电型 半导体层、活性层、第二导电型半导体层以及接触层，形成半导体层叠结构的工序；在所述 半导体层叠结构上形成抗蚀剂的工序；将所述抗蚀剂作为掩模，对所述半导体层叠结构进 行刻蚀，在所述半导体层叠结构的上部形成脊部的工序；在所述抗蚀剂以及所述半导体层 叠结构上依次形成第一绝缘膜以及单层粘接层的工序；将所述抗蚀剂上的所述第一绝缘膜 以及所述单层粘接层与所述抗蚀剂一起除去的剥离工序；在所述剥离工序之后，形成覆盖所 述脊部以及所述单层粘接层的一部分并且与所述脊部的所述接触层连接的Pd电极的工序。根据本发明，能够得到防止Pd电极的剥落并且能够降低粘接层的应力的半导体 发光元件以及能够精度良好地制造这样的半导体发光元件的制造方法。
图1是表示本发明的实施方式的半导体发光元件的剖面图。图2是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图3是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图4是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图5是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图6是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图7是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图8是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图9是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图10是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图11是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖面图。图12是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的变形例的剖面图。附图标记说明
10η型GaN衬底(半导体衬底) 12半导体层叠结构
14η型AKiaN覆盖层(第一导电型半导体层)
16η型GaN导引层(第一导电型半导体层)18MQff-InGaN活性层(活性层)
20ρ型GaN导引层(第二导电型半导体层)
22ρ型AKiaN覆盖层(第二导电型半导体层)
24ρ型GaN接触层(接触层)
26脊部
28沟道部
30平台部
32第一绝缘膜
34单层粘接层
36Pd电极
38第二绝缘膜
42第一抗蚀剂
44第二抗蚀剂。
具体实施例方式参照附图对本发明的实施方式的半导体发光元件进行说明。图1是表示本发明的 实施方式的半导体发光元件的剖面图。该半导体发光元件是具有双沟道结构的氮化物半导 体激光器。在η型GaN衬底10(半导体衬底)上形成有构成谐振器结构的半导体层叠结构12。 半导体层叠结构12具有在η型GaN衬底10上依次层叠的η型AKiaN覆盖层14 (第一导电 型半导体层)、η型GaN导引层16 (第一导电型半导体层)、MQW-InGaN活性层18 (活性层)、 ρ型GaN导引层20 (第二导电型半导体层)、ρ型AKiaN覆盖层22 (第二导电型半导体层) 以及P型GaN接触层M (接触层)。在半导体层叠结构12的上部，作为电流狭窄结构，形成有脊部26。脊部沈是条纹 状的隆起部。沟道部观与脊部沈相邻，并且从两侧夹持脊部沈。沟道部观形成得比脊部 沈低。沟道部观的宽度是10 μ m左右。平台部30与沟道部观的脊部沈的相反侧相邻。 平台部30是形成得比沟道部28高的隆起部。沟道部28在平台部30与脊部沈之间形成 槽部。这样的结构被称为双沟道结构，在晶片工艺时的均勻性或组装时的引线接合性、芯片 焊接性方面优良。由SW2构成的第一绝缘膜32覆盖沟道部观。第一绝缘膜32在脊部沈以及平台 部30上具有开口。在第一绝缘膜32上形成有膜厚为30nm的单层粘接层34。单层粘接层 34是Ti层或者Cr层。单层粘接层34不仅形成在沟道部观的第一绝缘膜32上，也形成在 脊部沈和平台部30的端部的第一绝缘膜32上。Pd电极36覆盖脊部沈以及单层粘接层34的一部分。Pd电极36以在脊部沈与 P型GaN接触层M接触并且在沟道部观与单层粘接层34接触的方式一体形成。对于Pd 电极36来说，为了对MQW-InGaN活性层18供电，与脊部沈的ρ型GaN接触层M电连接。 并且，Pd电极36并未在沟道部28的整体上形成，从脊部沈形成到脊部沈和平台部30的 中间地点左右，不与在沟道部观的单层粘接层34上所形成的第二绝缘膜38重叠。由SW2构成的第二绝缘膜38覆盖沟道部观内的单层粘接层34的未被Pd电极
636覆盖的部分以及平台部30的半导体层叠结构12。在η型GaN衬底10的背面形成有η 型电极40。η型电极40具有与η型GaN衬底10接触的Ti膜和在其上层叠的Au膜。接着，参照附图对本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法进行说明。图 2 11是用于说明本发明实施方式的半导体发光元件的制造方法的图。在图3 11中，省 略半导体层叠结构12的下方部分。首先，如图2所示，在η型GaN衬底10上形成半导体层叠结构12。然后，利用光刻 法在半导体层叠结构12上依次形成位于形成脊部沈的区域上的第一抗蚀剂42、位于第一 抗蚀剂的外侧的第二抗蚀剂44。将第一以及第二抗蚀剂42、44作为掩模对半导体层叠结构 12进行刻蚀，分别在半导体层叠结构12的上部形成脊部沈以及平台部30。在脊部沈上 配置有第一抗蚀剂42，在平台部30上配置有第二抗蚀剂44。然后，如图3所示，在第一以及第二抗蚀剂42、44以及半导体层叠结构12上形成 第一绝缘膜32。然后，如图4所示，在第一绝缘膜32上利用蒸镀或溅射形成单层粘接层34。 第一绝缘膜32以及单层粘接层34以覆盖沟道部观的方式形成。此外，能够不重新利用光 刻法等而在第一绝缘膜32上精度良好地配置单层粘接层34。然后，如图5所示，进行将第一以及第二抗蚀剂42、44上的第一绝缘膜32以及单 层粘接层34与第一以及第二抗蚀剂42、44 一起除去的剥离。当进行剥离时，ρ型GaN接触 层M在脊部沈以及平台部30露出。然后，如图6所示，以覆盖平台部30和沟道部观的平台部30侧的侧壁的方式，利 用光刻法形成抗蚀剂46。然后，如图7所示，在晶片整个面利用蒸镀形成Pd层48。此处， Pd层48在脊部沈与ρ型GaN接触层M接触，在沟道部观在脊部沈侧与单层粘接层34 接触并且在平台部30侧与抗蚀剂46接触，在平台部30与抗蚀剂46接触。然后，如图8所示，进行将抗蚀剂46上的Pd层48与抗蚀剂46 —起除去的剥离。 由此，形成覆盖脊部26以及单层粘接层34的一部分的Pd电极36。Pd电极36与脊部沈 的P型GaN接触层M电连接，在沟道部观与脊部沈侧的侧壁以及槽底部的单层粘接层34 接触。然后，如图9所示，在脊部沈以及沟道部观利用光刻法形成覆盖Pd电极36的抗 蚀剂50。然后，如图10所示，在晶片整个面形成第二绝缘膜38。对于第二绝缘膜38来说， 在脊部沈存在于抗蚀剂50上，在沟道部观存在于抗蚀剂50上和单层粘接层34上，在平 台部30存在于半导体层叠结构12上。然后，如图11所示，进行将抗蚀剂50上的第二绝缘膜38与抗蚀剂50 —起除去的 剥离。所残留的第二绝缘膜38覆盖单层粘接层34的未被Pd电极36覆盖的部分以及平台 部30，并且不与Pd电极36接触。此外，在形成Pd电极36之后，以400°C 550°C左右的温度进行烧结热处理。利 用烧结热处理，在脊部26得到Pd电极36与ρ型GaN接触层M的欧姆性接触，并且，粘结 性提高。此外，在η型GaN衬底10的背面形成η电极40。通过以上的工序，制造出本实施 方式的半导体发光元件。在本实施方式的半导体发光元件中，在Pd电极36和第一绝缘膜32之间存在粘接 层34。在单层粘接层34和Pd电极36的界面形成有合金，Pd电极36和第一绝缘膜32的 粘结性提高。因此，能够防止Pd电极36的剥落。并且，单层粘接层34与第二绝缘膜38接触，但是，二者的粘结性也良好。此外，使用单层粘接层34作为粘接层，由此，与多层粘接层相比，能够降低粘接层 的应力。并且，单层粘接层34不覆盖平台部30，由此，粘接层的面积减小，能够进一步降低 粘接层的应力。此外，使用单层粘接层34作为粘接层，由此，在剥离中不会产生粘接层的形状异 常等，所以，粘接层以及Pd电极的形状的精度良好。特别是，在双沟道结构的情况下，由于 需要在狭窄的槽区域形成多个层，所以效果更好。此外，在半导体发光元件中，存在端面以外的部位在工作中也成为高温的情况。若 元件达到一定温度以上之前进行高温化，则引起特性的恶化或可靠性的恶化。但是，单层粘 接层由金属形成，散热性良好，所以，能够抑制这样的恶化等的问题。此外，在本实施方式的半导体发光元件的制造方法中，在形成脊部沈以及平台部 30时所使用的第一以及第二抗蚀剂42、44转用于第一绝缘膜32以及单层粘接层34的构 图。由此，不需要象以往那样仅在脊部的顶部形成抗蚀剂，能够精度良好地制造半导体发光 元件。并且，本实施方式的半导体发光元件具有双沟道结构，但是，并不限于此，也可以 没有平台部30。图12是表示本发明的实施方式的半导体发光元件的变形例的剖面图。不 存在平台部30，在半导体层叠结构12的上部形成有脊部沈和非脊部52。在Pd电极36和 第一绝缘膜32之间存在单层粘接层34，所以，能够防止Pd电极的剥落。此外，使用单层粘 接层34，由此，与多层粘接层相比，能够降低粘接层的应力。此外，在本实施方式中，Pd电极36是Pd单层，但是，并不限于此，也可以是在与ρ 型GaN接触层M接触的Pd层上层叠了其他材料的结构。例如，可以是在Pd层上层叠了 Ta 层的2层结构或依次层叠了 Pd层、Ta层、Pd层的3层结构，也可以进一步在其上层叠其他 材料。在Pd/Ta的2层结构的情况下，根据实验结果，确认了与Pd单层相比能够使接触电 阻下降。具体地说，在图1所示的结构中，在使Pd电极36从Pd单层变为Pd/Ta的2层结 构的情况下，接触电阻率降低1位到2位。此外，在Pd/Ta/Pd的3层结构的情况下，能够防 止iTa表面的氧化。此外，在本实施方式中，第一以及第二绝缘膜32、38由SiO2构成，但是，并不限于此，也可以是 SiN、SiON、TEOS (Tetraethyl Orthosilicate),ZrO2,TiO2,Ta2O5,Al2O3^Nb2O5, Hf205、AlN等。在本实施方式中，单层粘接层34的膜厚是30nm，但是，并不限于此，考虑到所 需要的粘结性，适当设定即可。此外，在本实施方式中，对将本发明应用于氮化物半导体激光器的情况进行了说 明，但是，如果是使用Pd电极的半导体发光元件，则也能够将本发明应用于使用了 GaAs等 其他材料的半导体激光器或LED等中。
权利要求
1.一种半导体发光元件，其特征在于，具有 半导体衬底；半导体层叠结构，具有在所述半导体衬底上依次层叠的第一导电型半导体层、活性层、 第二导电型半导体层以及接触层；脊部，形成在所述半导体层叠结构的上部；沟道部，与所述脊部相邻；平台部，与所述沟道部的所述脊部的相反侧相邻；第一绝缘膜，覆盖所述沟道部并且在所述脊部以及所述平台部上具有开口 ； 单层粘接层，形成在所述第一绝缘膜上；Pd电极，覆盖所述脊部以及所述单层粘接层的一部分并且与所述脊部的所述接触层连接；第二绝缘膜，覆盖所述单层粘接层的未被所述Pd电极覆盖的部分以及所述平台部。
2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于， 所述单层粘接层是Ti或者Cr。
3.如权利要求1或者2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述Pd电极具有在Pd层上层叠了 Ta层的2层结构或者依次层叠了 Pd层、Ta层、Pd 层的3层结构。
4.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有在半导体衬底上依次层叠第一导电型半导体层、活性层、第二导电型半导体层以及接 触层，形成半导体层叠结构的工序；在所述半导体层叠结构上形成抗蚀剂的工序；将所述抗蚀剂作为掩模，对所述半导体层叠结构进行刻蚀，在所述半导体层叠结构的 上部形成脊部的工序；在所述抗蚀剂以及所述半导体层叠结构上依次形成第一绝缘膜以及单层粘接层的工序；将所述抗蚀剂上的所述第一绝缘膜以及所述单层粘接层与所述抗蚀剂一起除去的剥离工序；在所述剥离工序之后，形成覆盖所述脊部以及所述单层粘接层的一部分并且与所述脊 部的所述接触层连接的Pd电极的工序。
5.如权利要求4所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述抗蚀剂具有位于形成所述脊部的区域上的第一抗蚀剂；位于所述第一抗蚀剂的 外侧的第二抗蚀剂，将所述第一以及第二抗蚀剂作为掩模，对所述半导体层叠结构进行刻蚀，分别在所述 半导体层叠结构的上部形成所述脊部以及平台部，形成对所述单层粘接层的未被所述Pd电极覆盖的部分以及所述平台部进行覆盖的第二绝缘膜。
6.如权利要求4或5所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于， 所述单层粘接层是Ti或者Cr。
7.如权利要求4或5所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述Pd电极具有在Pd层上层叠了 Ta层的2层结构或者依次层叠了 Pd层、Ta层、Pd 层的3层结构。
8.如权利要求4或5所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于， 在形成所述Pd电极之后还具有进行烧结热处理的工序。
全文摘要
本发明涉及半导体发光元件及其制造方法。在n型GaN衬底(10)上形成有半导体层叠结构(12)。在半导体层叠结构(12)的上部形成有脊部(26)。沟道部(28)与脊部(26)相邻。平台部(30)与沟道部(28)的脊部(26)的相反侧相邻。第一绝缘膜(32)覆盖沟道部(28)。第一绝缘膜(32)在脊部(26)以及平台部(30)上具有开口。在第一绝缘膜(32)上形成有单层粘接层(34)。Pd电极(36)覆盖脊部(26)以及单层粘接层(34)的一部分，并且与脊部(26)的p型GaN接触层(24)连接。第二绝缘膜(38)覆盖单层粘接层(34)的未被Pd电极(36)覆盖的部分以及平台部(30)。
文档编号H01S5/24GK102148477SQ201110034238
公开日2011年8月10日 申请日期2011年2月1日 优先权日2010年2月9日
发明者佐久间仁, 冈贵郁, 川崎和重, 阿部真司 申请人:三菱电机株式会社