專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其涉及半導體元件 的外部量子效率及光的取出效率。
因此，本發(fā)明極適用于比如藍紫色發(fā)光、紫色發(fā)光、或者紫外線發(fā) 光等短發(fā)光波長的LED (發(fā)光二極管)及其制造工序。
此外，本發(fā)明涉及在由已被研磨加工的導電性III族氮化物系化合 物半導體形成的半導體基片的被研磨面上形成電極的方法。
本發(fā)明可廣泛適用于在半導體基片上直接形成電極方式的半導體元 件。作為這種半導體元件，除了半導體激光器(LD)、發(fā)光二極管(LED) 等半導體發(fā)光元件之外，比如還可舉出受光元件及壓力傳感器等。由于 本發(fā)明的應用不特別限制這些半導體元件的具體功能及構(gòu)成等，因而本 發(fā)明的可適用范圍極廣。
背景技術：
在下述的非專利文獻1中，概括披露了有關以白色LED及可見光 LED為中心的發(fā)光二極管的外部量子效率及光取出效率的一般的技術 見解。
此外，在下列專利文獻l中，記述了在發(fā)光二極管的n型半導體基 片的一側(cè)具有四角錐臺狀錐形部的構(gòu)成示例，披露了通過形成該錐形部 來提高光的取出效率的情況。
通常，在制造發(fā)光二極管時，對形成有目標半導體層及電極的晶體 生長基片而言，為了在其后的分割工序中將該半導體晶片按發(fā)光元件單實施了晶體生長等之后，從背面進行研磨等， 并加工成具有適當厚度的薄片形狀。這樣，通常通過研磨或切割等機械 性即物理性處理，來實施這些形狀加工。此外，作為在半導體基片的背面設置有電極的半導體元件的結(jié)構(gòu)， 比如前述專利文獻2 專利文獻4中記載的半導體發(fā)光元件等是眾所周 知的。在這些半導體元件中，在具有導電性的半導體基片的背面形成有n電極，在p型層的上面，與n電極對置地形成有p電極。此外，從前述專利文獻5及專利文獻6等可看出，通常在半導體基 片同時用作晶體生長基片的場合下，該晶體生長基片的厚度確保在 300pm 80(^m程度，這些基片經(jīng)過研磨處理，通常被加工成厚度為 5(Him 15(^m程度的薄片，然后按各芯片(發(fā)光元件)單位來分割。在 各半導體層所需的晶體生長工序之前或之后，可以進行旨在實現(xiàn)這種薄 片化的研磨處理。然而，如果基片過薄，則基片本身易于破裂，且研磨工序所需的時 間會增長，因此并不是優(yōu)選的。而如果基片過厚，則在分割半導體晶片 時，難以正確或可靠地分割成所希望的形狀，因而也不是優(yōu)選的。此外， 在半導體基片同時用作晶體生長基片的場合下，由于通常必須在晶體生長工序的前后搬運(移動操作)半導體基片，因而為了使半導體基片具 有能承受該搬運的強度，通常在晶體生長工序之后進行前述研磨處理?；谇笆隼碛桑ǔＴ诎锤餍酒瑔挝粊矸指畎雽w晶片的分割工序 之前的階段中，實施前述的研磨處理，從而使該半導體基片從可搬運(或 易于搬運)的厚度，達到約100pm程度的厚度。非專利文獻1:山田范秀，"可見光LED的高效率化"應用物理， 第68巻第2號(1999) p， 139 — 145專利文獻l: JP特開平11_317546專利文獻2: JP特開2002—261014號公報專利文獻3: JP特開2001—77476號公報專利文獻4: JP特開2001 _ 102673號公報專利文獻5: JP特開平7 — 131069號公報 專利文獻6: JP特開平11一163403號公報
發(fā)明擬解決的課題
然而，如果實施前述的物理性形狀加工，由于物理性摩擦或沖擊， 必然會導致在被加工面的表面上，形成晶體結(jié)構(gòu)混亂且厚度為0.1 15pm程度的損傷層(以下稱物理損傷層)，并殘留在該加工面上。而且， 我們通過反復實施有關在基片上采用了 GaN整體晶體的發(fā)出紫色光的 發(fā)光二極管的試制、檢查、探討及驗證試驗等，發(fā)現(xiàn)了以下現(xiàn)象因該 形狀加工而必然會殘留的物理性損傷層比較易于吸收(或者向元件內(nèi)部 散射)小于470nm的較短波長光(藍紫光、紫光、紫外光等)。
此外，對于發(fā)光峰值波長大于等于470nm的藍色LED及綠色LED 而言，同樣進行了驗證，但這一問題不明顯或未表面化。
通常， 一般選擇GaN來作為晶體生長基片，這比如在晶格常數(shù)等各 種物理特性與n型接觸層大致一致或類似的點上，是有利的。此外，由
于AIN基片的帶隙較大，因而已經(jīng)發(fā)出的光難以被再次吸收，在這一點 上是有利的。
然而，在將AlGaN系獨立晶體(以下稱整體晶體等)用作晶體生長 基片的場合下，由于發(fā)揮元件功能的半導體晶體生長層與其基片之間的 折射率之差小，因而從發(fā)光層(活性層)輸出的光中，有相當一部分漏 入基片內(nèi)。因此，有效回收這些光并有效地向發(fā)光輸出側(cè)引出，這一點 在將GaN整體晶體等用于基片的場合下成為一個越發(fā)重要的課題。艮口， 這一問題被認為，今后在制造采用了 GaN等AlGaN系晶體生長基片的 發(fā)光波長較短的發(fā)光二極管時，在元件的外部量子效率及光的取出效率 這一點上成為難以回避的問題。
此外，在前述的研磨加工時所采用的膏劑(研磨劑)的顆粒大小較 大的場合下，被研磨面會變得粗糙，或者在被研磨面正下方會形成損傷 層。所謂損傷層，系指因研磨加工時的摩擦及壓力等而引起且能觀察到 結(jié)晶性劣化的層，盡管還受到膏劑、摩擦力、壓力等量值等的影響，但據(jù)我們的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其通常形成于0.1 10pm程度的膜厚。圖4中示出由這種研磨加工而生成的損傷層的剖面照片。該研磨加工是用9|im的膏劑來進行的。本圖4的左側(cè)(a)是基于掃描電子顯微鏡的圖像(SEM圖像)，右側(cè)(b)是基于電子射線發(fā)光的單色圖像(CL圖像)。從這些照片可看出，結(jié)晶性劣化了的損傷層在被研磨面正下方形成有l(wèi)pm及其以上。該損傷層會妨礙后續(xù)形成的電極與前述被研磨面之間的良好接觸狀態(tài)，由于存在這種損傷層，因而不能獲得良好的電阻性接觸。這成為使半導體元件的驅(qū)動電壓上升到不必要的高度的原因。為了使被研磨面圓滑，或者減小伴隨研磨加工而生成的前述損傷層膜厚，希望盡量抑制研磨加工中的膏劑、摩擦力、壓力等的量值，但在實際中，如果采用這種對策，則研磨加工的處理時間便會極大地延長，因而對工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)而言，這種對策是不現(xiàn)實的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在解決前述課題，其目的在于，比如在利用由GaN等半導 體整體晶體構(gòu)成的晶體生長基片，來制造發(fā)光波長較短的發(fā)光二極管 (LED)時，確保較高的外部量子效率及光取出效率。此外，本發(fā)明的另一目的在于，有效抑制半導體元件的驅(qū)動電壓。 另外，本發(fā)明的又一目的在于，盡量縮短前述研磨加工的處理時間。 其中，利用本發(fā)明各方法中的至少任意一種，便可分別達到前述各 目的，本申請的各發(fā)明并不保證存在能同時解決前述所有課題的方法。 以下方法對解決前述課題是有效的。艮口，本發(fā)明的第一方法是，在晶體生長基片的晶體生長面上層疊有 半導體層的面發(fā)光型發(fā)光二極管的制造方法，前述晶體生長晶片由 AlxGa,—XN或碳化硅構(gòu)成，其中，0《x《l，對于前述半導體層，普通式 Al^.yGaylrixN成立，其由組成比不同的多個半導體的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其 中，0《x《l， 0《y《l， 0《l-x-y《l，該發(fā)光二極管制造方法包括從 背面對晶體生長基片進行研磨、切割或噴射處理，由此在前述基片上形 成有助于輸出光的出射面或反射面的形反射面具有平面部和錐形面，該錐形面位于該平面部的周圍，相對于前 述晶體生長面是傾斜的；利用蝕刻，對經(jīng)該形狀加工工序而形成的出射面或反射面進一步進行精加工處理的加工面精加工工序。其中，前述蝕刻的深度優(yōu)選為0.1pm 15iam，更優(yōu)選為0.2pm 8pm。最好為lpm 7^im。此外，作為晶體生長基片，可采用周知的任 意材料。此外，本發(fā)明的第二方法是，在前述第一方法中，具有在前述晶 體生長基片的整個背面，形成針對n傳導型層的電極的工序。另外，本發(fā)明的第三方法是，在前述第一方法中，形成由前述形狀 加工工序形成的前述錐形面的至少一部分的工序由以下工序來構(gòu)成，即 形成用于按各發(fā)光二極管的每一個來分割具有多個發(fā)光二極管的半導體 晶片的分割用的略V字形分割槽的工序。此外，本發(fā)明的第四方法是， 在前述第一或第三方法中，前述發(fā)光二極管的發(fā)光峰值波長為小于 470nm。此外，本發(fā)明的第五方法是，在具有在晶體生長基片的晶體生長面 上層疊的半導體層的面發(fā)光型發(fā)光二極管中，前述晶體生長基片由 AlxGai.xN或碳化硅構(gòu)成，其中，0《x《l，對于前述半導體層，普通式 Alk.yGaylnxN成立，其由組成比不同的多個半導體的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其 中，0《x《l， 0《y《l， 0《l-x-y《l，前述晶體生長基片具有經(jīng)研磨、 切割或噴射處理即物理性形狀加工而形成的有助于光輸出的出射面或反 射面，該出射面或反射面具有平面部和錐形面，該錐形面位于該平面部 的周圍，相對于前述晶體生長面是傾斜的；進而，前述出射面或前述反 射面中，因伴隨前述形狀加工而發(fā)生的物理性摩擦或沖擊而殘留在出射 面或反射面的表面上的物理性損傷層被除去。另外，本發(fā)明的第六方法是，在前述第五方法中，在前述出射面上 設置金屬層，該金屬層具有使光向光取出側(cè)透過的透光性。此外，本發(fā)明的第七方法是，在前述第五或第六方法中，在前述反 射面上設置金屬層，該金屬層具有使光向光取出側(cè)反射的反射性。另外，本發(fā)明的第八方法是，在前述第五至第七的任意一種方法中， 在前述晶體生長基片的整個背面，具有針對n傳導型層的電極。另外，本發(fā)明的第九方法是，在具有在晶體生長基片的晶體生長面上層疊的半導體層的面發(fā)光型的發(fā)光二極管中，前述晶體生長基片由n 型的AU3a^N或碳化硅構(gòu)成，其中，0《x《l，對于前述半導體層，普 通式Al^.yGaylnxN成立，其由組成比不同的多個半導體的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成， 其中，0《x《l， 0《y《l， 0《l-x-y《l，在前述發(fā)光二極管的至少一部 分側(cè)壁上設置相對晶體生長面傾斜的錐形面，該錐形面在具有設置正電 極的半導體晶體層的一側(cè)即發(fā)光二極管的表面?zhèn)嚷冻觯?，采用因?隨錐形面的形成而發(fā)生的物理性摩擦或沖擊而殘留在前述錐面上的物理 性損傷層被除去，前述晶體生長基片具有在其整個背面形成的反射金屬 層。此外，本發(fā)明的第十方法是，在前述第九方法中，在通過按各發(fā)光 二極管的每一個來分割具有多個發(fā)光二極管的半導體晶片而制造的發(fā)光 二極管中，在發(fā)光二極管的至少部分側(cè)壁設置錐形面，同時該錐形面由 用于執(zhí)行前述分割的分割用的略V字形分割槽的一部分表面來形成。另外，本發(fā)明的第十一方法是，在前述第五至第十的任意一種方法 中，該發(fā)光二極管的發(fā)光峰值波長為小于470nm。此外，本發(fā)明的第十二方法是，在由已被研磨加工的導電性III族氮 化物系化合物半導體來構(gòu)成的半導體基片的被研磨面上形成電極的方 法，前述半導體基片由n型的AlxGa^N構(gòu)成，其中，0《x《l，包括蝕 刻工序，在前述被研磨面上形成電極的電極形成工序之前，在該蝕刻工 序中對前述被研磨面進行干蝕刻，蝕刻深度在大于等于O.lpm小于等于 15pm的范圍內(nèi)。其中，這里所說的"III族氮化物系化合物半導體"， 一般包括由2 元、3元或4元"A1卜x_yGayInxN; O^x^l, O^y^l, 這一普通 式來表達的任意混晶比的半導體，此外，添加有p型或n型雜質(zhì)的半導體，也屬于該"ni族氮化物系化合物半導體"的范疇。另外，將前述III族元素(Al、 Ga、 In)的至少一部分置換為硼(B) 及鉈(Tl)等，或者將氮(N)的至少一部分置換為磷(P)、石申(As)、 銻(Sb)、鉍(Bi)等的半導體等，也屬于該"III族氮化物系化合物半 導體"的范疇。此外，作為前述的p型雜質(zhì)(受主)，比如可以添加鎂(Mg)或鈣(Ca)等己知的p型雜質(zhì)。另外，作為前述n型雜質(zhì)(施主)，比如可以添加硅(Si)、硫(S)、 硒(Se)、碲(Te)、或者鍺(Ge)等已知的n型雜質(zhì)。此外，對這些雜質(zhì)(受主或施主)而言，可以同時添加兩種及其以 上的元素，也可以同時添加兩種類型(p型與n型)。如上所述，如果在電極形成工序之前對被研磨面進行干蝕刻，則可 除去結(jié)晶性劣化了的損傷層，同時被研磨面可變得比較圓滑，因而可獲 得良好的電阻性接觸?？梢哉J為這是因為由于結(jié)晶性劣化等而導致?lián)p傷 層產(chǎn)生較高的電阻率。通過前述作用，可利用前述方法來有效抑制半導體元件的驅(qū)動電壓。比如之所以利用RIE裝置及ICP裝置等來實施干蝕刻，其理由在于， 選擇性地只對所希望的表面進行蝕刻。此外，根據(jù)前述方法，由于不必特地將研磨加工中的膏劑、摩擦力、 壓力等的量值抑制到較小，因而可縮短半導體基片的研磨時間。因此， 根據(jù)本發(fā)明的方法，可提高半導體元件的生產(chǎn)率。另外，本發(fā)明的第十三方法是，在前述第十二方法中，在前述蝕刻 工序中對前述被研磨面進行干蝕刻的蝕刻深度在大于等于0.2(im小于等 于8pm的范圍內(nèi)。圖5是曲線圖，其例示了對由以4xl0，ci^的濃度添加了 Si的氮 化鎵(n型GaN)來構(gòu)成的半導體基片(圖6、圖7中的GaN基片) 的被研磨面進行了干蝕刻的深度D、與此時的電阻特性的關系。對于干 蝕刻的深度D，以Opm、 lnm、 4pm這三種情況測定了電壓一電流特性。圖6、圖7表示該測定的實施方式。在半導體基片a的被研磨面上， 通過蒸鍍來形成有n電極c。可以根據(jù)所希望的半導體元件的結(jié)構(gòu)，來 任意形成晶體生長層b。此時所用的晶體生長法是任意的。圖7所示是 一種通過干蝕刻來除去了損傷層al的結(jié)構(gòu)。此外，圖6及圖7這兩個n 電極c之間的距離分別約為IOO,程度。并且，由未圖示的可變電壓直 流電源、電壓測定器及電流測定器，來構(gòu)成測定裝置y。采用大約9pm的膏劑來進行研磨加工后，得出了圖5所示的測定結(jié)果，但從該結(jié)果可看出，如果完全不實施干蝕刻，則有關n電極c的電阻特性將會極為惡化。根據(jù)前述第一方法，在制造半導體發(fā)光元件的場合下，比如如前述圖5、圖6、圖7所示，半導體基片最好由n型AU3a^N(0^^1)來構(gòu)成。 換言之，該第二方法至少非常適于在半導體發(fā)光元件的基片背面形成電 極。尤其是，如果利用在由AlxGai.xN(x —O)構(gòu)成的半導體中比如添加了 Si等n型雜質(zhì)的物質(zhì)(n型氮化鎵)，來形成前述半導體基片a，則從固 性、晶格常數(shù)、結(jié)晶性、及電導特性等物理性觀點出發(fā)，由于可以使該 半導體基片極為良好地同時具有作為半導體晶體生長基片的功能以及作 為n型接觸層的功能，因而極為合適。此外，本發(fā)明的第十四方法是，在前述第十二或第十三方法中，前 述電極包括層疊在前述被研磨面上的釩層、層疊在該釩層上的鋁層或鋁根據(jù)本發(fā)明的第十二方法，由干蝕刻來除去的被研磨面的深度為0.1jam 15)im。盡管還取決于研磨加工中的膏劑、摩擦力及壓力等的量值等條件， 但本發(fā)明在前述范圍內(nèi)可以有效地作用。如果該深度過大，則干蝕刻的時間將過長，因而不是優(yōu)選的。而如果該深度過小，則基于干蝕刻的效 果將不充分，不能得到良好的電阻性接觸，因而也不是優(yōu)選的?；蛘撸?如果該深度過小，則為了得到某種程度的良好電阻性接觸，就必須大大 減小膏劑、摩擦力及壓力等的大小，因而研磨時間將大大延長，因而不 是優(yōu)選的。另外，根據(jù)本發(fā)明的第十三方法，由干蝕刻來除去的被研磨面的深 度為0.2|im 8pm。有關干蝕刻的深度的最佳值，盡管還取決于膏劑、摩擦力、壓力等 的量值以及基片的組成比等，但大致處于這一范圍內(nèi)。S卩，在前述范圍 內(nèi)，將研磨加工時間與干蝕刻時間之和抑制到最小，由此可以在半導體 基片與電極之間得到最佳的電阻特性。利用前述本發(fā)明的方法，可以有效或合理地解決前述課題。發(fā)明效果用前述本發(fā)明的方法獲得的效果如下。艮口，根據(jù)本發(fā)明第一方法，在通過前述的機械性即物理性處理(研 磨、切割或噴射處理)來實施所希望的形狀加工時，前述出射面或反射 面(以下，有時總稱為物理加工面或簡稱為加工面等)的表面上所殘 留的前述物理損傷層，可由蝕刻而被有效除去。因此，基于加工面( 前述的出射面或反射面)上所形成的物理損傷層的光吸收或向元件內(nèi)部 的光漫射可得到有效抑制。因此，在制造發(fā)光二極管(LED)時，可較 高地確保其外部量子效率及光取出效率。此外，根據(jù)本發(fā)明的第一方法，由發(fā)光二極管的側(cè)壁面吸收或向內(nèi) 部漫射的光量可減少，因而可有效地提高發(fā)光二極管的外部量子效率及 取出效率。另外，前述形狀加工工序包括該錐形形成工序，由此，可以包含該 錐形部來一次性概括實施對包括前述錐形部的前述物理加工面進行蝕刻 的工序(加工面精加工工序)。根據(jù)本發(fā)明的第二方法，可以通過執(zhí)行形成分割槽的工序，來執(zhí)行 前述錐形形成工序的至少一部分。此外，也可以通過形成分割槽的工序， 來同時執(zhí)行前述的錐形形成工序的全體。因此，根據(jù)本發(fā)明的第二方法， 可很好地確保前述錐形形成工序的執(zhí)行效率。此外，對至少可在發(fā)光頻譜至少小于470nm的頻帶內(nèi)部分發(fā)光的發(fā) 光二極管而言，前述各方法可發(fā)揮極大的效果。然而，根據(jù)本發(fā)明的第 四或第十一方法，在目標的發(fā)光二極管的發(fā)光頻譜頻帶內(nèi)，小于470nm 的大部分光，不再受到前述物理損傷層的不良影響(光的吸收作用或 向元件內(nèi)部的漫射作用。)因此，利用這些方法，可以制造有效地排除因 物理損傷層而引起的外部量子效率下降，且發(fā)光效率高的發(fā)光二極管。其中，前述閾值(470nm)是如上所述根據(jù)經(jīng)驗來判明的，被認為 該閾值在某種程度上還取決于物理損傷層的損傷粗糙度及深度及/或形 狀加工中的半導體晶體(生長層或半導體整體晶體基片)的材質(zhì)(物理 性能)等。此外，比如物理損傷層的粗糙度或深度等，也取決于研磨處理中所使用的膏劑材質(zhì)及粒子直徑及/或噴射處理中所使用粒子的材質(zhì)、 直徑、質(zhì)量、運動量及流量等。但可以確認，本發(fā)明至少在前述范圍內(nèi) 是有效的。此外，作為本發(fā)明的晶體生長基片的材料，可采用已知的任意材料， 但為了盡量提高發(fā)光二極管的光輸出性，考慮到折射率及透光性等涉及 光取出效率的物理特性，作為前述晶體生長基片的材料，最好采用比如AlGaN系或SiC等半導體整體晶體，(本發(fā)明的第八方法)。此外，當在 基片中采用了如前述的光取出效率的物理特性能較好的材料時，本發(fā)明 的效果更顯著。尤其是，通過選擇GaN來作為晶體生長基片，可以使比如晶格常數(shù) 等各種物理特性與n型接觸層大致一致或類似，在這一點上是有利的。 此外，由于AIN基片的帶隙較大，因而已經(jīng)發(fā)出的光難以被再次吸收， 在這一點上是有利的。此外，通過適當?shù)剡x擇這些良好特性，或者適度 地附加，或進行最佳加權，可以使組成式AlxGa^N(0^^1)中的鋁組成 比x成為極合適的調(diào)整參數(shù)(本發(fā)明的第八方法)。此外，根據(jù)本發(fā)明的第五方法，由于除去了物理損傷層，因而可有 效地抑制因物理損傷層而引起的前述光吸收(或向內(nèi)部的光漫射)。因此， 根據(jù)本發(fā)明的第五方法，在目標的發(fā)光二極管(LED)中，可確保較高 的外部量子效率及光取出效率。另外，根據(jù)本發(fā)明的第六方法，在光的出射面上設置透光性金屬層 的場合下，光透過面上的光吸收得到抑制，該金屬層附近的光透過率得 到提高，因而可提高外部量子效率或取出效率。此外，根據(jù)本發(fā)明的第七方法，在光的反射面上設置反射金屬層的 場合下，該反射面的光吸收得到抑制，該反射面上的反射率得到提高， 因而可提高外部量子效率或取出效率。另外，根據(jù)本發(fā)明的第五 八方法，由發(fā)光二極管的側(cè)壁面吸收或 向內(nèi)部漫射的光量可非常有效地減少，而且可向光取出側(cè)有效地輸出這 些光，因而可極有效地提高發(fā)光二極管的外部量子效率及取出率。此外，根據(jù)本發(fā)明的第九方法，由于錐形面從表面?zhèn)嚷冻?，因而?將從錐形面出射的光向發(fā)光二極管的表面?zhèn)戎苯尤〕龅膱龊系?，可極有效地提高發(fā)光二極管的外部量子效率及取出率。并且，也可以利用形成于表面?zhèn)鹊姆指畈鄣囊徊糠直砻?，來形成這 些錐形面(本發(fā)明的第十方法)。在該場合下，不必重新專門設置錐形形 成工序，這一點上是有利的。根據(jù)第十一方法，對形成電極的研磨面進行干蝕刻，并在該被蝕刻 面上形成電極。由于通過研磨來除去損傷層，因而可改善電極對研磨面 的電阻特性。根據(jù)第十二方法，在半導體基片采用n型AlxGa^N(0^^1)的場合 下，如果在對形成電極的研磨面進行干蝕刻后形成電極，則可以大大提 高電阻性。根據(jù)第十二方法，如果將由干蝕刻來除去的被研磨面的深度設為 0.1^im 15^im，則可以使研磨時間與干蝕刻時間之和幾乎達到最小，因 而可使電極的電阻性的改善效果幾乎達到最大。


圖1是實施例1的倒裝型發(fā)光二極管100的剖視圖。 圖2是實施例2的正裝型發(fā)光二極管200的剖視圖。 圖3是實施例3的正裝型發(fā)光二極管1000的剖視圖。 圖4是由研磨加工而生成的損傷層的剖面照片。 圖5是例示對被研磨面進行了干蝕刻的深度與電阻特性的關系的曲 線圖。圖6是表示測定圖2的電阻特性的方式的模式電路圖。 圖7是表示測定圖2的電阻特性的方式的模式電路圖。 圖8是本發(fā)明的實施例中發(fā)光二極管500的剖視圖。 圖9是表示本發(fā)明的實施例中發(fā)光二極管500與其變形例(發(fā)光二 極管500')的各驅(qū)動電壓Vp的表格。圖IO是表示本發(fā)明的其它實施例的制造工序圖。 符號說明如下IOO...發(fā)光二極管(實施例1) 102...半導體晶體基片(無添加GaN整體晶體)102a…通過干蝕刻進行了精加工的被研磨面 102b...通過干蝕刻進行了精加工的被研磨面 105...紫外線發(fā)光的活性層(MQW結(jié)構(gòu))a. ..半導體基片b. ..晶體生長層(半導體層) D...干蝕刻的深度 500...發(fā)光二極管505...活性層 520...勢壘層 507...p型接觸層al…,損傷層c...n電極(負電極)y…測定裝置504...n型覆層510...阱層506...p型覆層509..,.透光性電極(正電極)具體實施方式
本發(fā)明在以下的實施方式中也可良好地作用。比如，前述蝕刻的深度為0.1iim 15pm是適當?shù)?，最好?.2pm 8pm。此外，根據(jù)對lpm及其以上的損傷層的觀察，蝕刻深度最好為 lpm 7^im。如果該深度過淺，則在多數(shù)場合下不能充分除去前述物理 損傷層。而如果該深度過深，則蝕刻工序所需的時間便延長，因而在生 產(chǎn)率及生產(chǎn)成本方面并不是優(yōu)選的。即，通過以該適當?shù)姆秶鸀闇?，?以以必要且充分的程度來除去殘留于物理加工面上的物理損傷層。更優(yōu)選的是，最好根據(jù)實際的物理形狀加工方式，來適宜地或最佳 地決定該蝕刻的深度。比如，在實施研磨加工的場合下，根據(jù)所采用的 膏劑的量值及研磨時的加工面的表面壓力及處理速度等各種條件，來改 變必要且充分的蝕刻深度，但這些場合的蝕刻深度的最佳值可以不經(jīng)過 特別的試驗錯誤而憑借經(jīng)驗來獲得。對切割及噴射處理等其它機械性形 狀加工也同樣。此外，有關前述晶體生長基片的材料及所添加的雜質(zhì)，在前文已有 記述。尤其是，通過選擇GaN來作為晶體生長基片，比如可以使晶格常數(shù) 等各種物理特性與n型接觸層大致一致或類似，在這一點上是有利的。 此外，由于AIN基片的帶隙較大，因而已經(jīng)發(fā)出的光難以被再次吸收， 在這一點上是有利的。此外，通過適當?shù)剡x擇這些良好特性，或者適度 地附加或進行最佳組合后，可以使組成式AM3a^N(0^^1)中的鋁組成 比x成為極合適的調(diào)整參數(shù)。尤其是，在制造發(fā)光波長較短的LED的場 合下，優(yōu)選地，在不妨礙其它構(gòu)成的范圍內(nèi)，盡量擴大各半導體晶體層 的帶隙(因而，鋁組成比x)。此外，發(fā)光二極管的活性層(發(fā)光層)的結(jié)構(gòu)可以是任意的，可采 用MQW結(jié)構(gòu)及SQW結(jié)構(gòu)及/或沒有量子阱結(jié)構(gòu)的單層結(jié)構(gòu)等。以下，基于具體的實施例來說明本發(fā)明。其中，本發(fā)明的實施方式不限定于以下所示的各實施例。實施例1圖1表示本實施例1的倒裝型發(fā)光二極管100的剖視圖。由無添加 GaN整體晶體構(gòu)成的厚度約為150,的半導體晶體基片102的背側(cè)，由 經(jīng)干蝕刻精加工的平坦的被研磨面102a、以及經(jīng)干蝕刻精加工的錐形的 被研磨面102b來構(gòu)成。采用該GaN整體晶體的c面，來作為與半導體 晶體基片102的被研磨面102a大致平行的晶體生長面。在該晶體生長面 上，通過晶體生長來層疊由摻雜硅(Si)的氮化鎵(GaN)構(gòu)成的膜厚 約為4.0pm的n型接觸層103。這種n型接觸層103的雜質(zhì)(Si)添加濃度為lxio,cmS程度。在 該n型接觸層103上，形成有由GaN構(gòu)成的膜厚約為10nm的n型覆層 104 (低載流子濃度層)。此外，在其上面，形成有紫外線發(fā)光的MQW結(jié)構(gòu)的活性層105， 該活性層105中，交替地層疊了共5層的膜厚約為2nm的由 Al,5InQ.o45Gao.95N形成的阱層51與膜厚約為18nm的由Al。.12Gao.88N形 成的勢壘層52。此外，在該活性層105上，形成有由摻雜Mg的p型Al0.15Gaa85N構(gòu)成且膜厚約為50nm的p型覆層106。進而，在p型覆層 106上，形成有由摻雜Mg的p型GaN構(gòu)成且膜厚約為lOOnm的p型接 觸層107。此外，在p型接觸層107上，形成有具有基于金屬蒸鍍的多層結(jié)構(gòu) 的正電極120，另外，在高載流子濃度的n型接觸層103上，形成有負 電極140。多層結(jié)構(gòu)的正電極120是一種如下三層結(jié)構(gòu)，目卩與p型接 觸層107接合的正電極第一層121、形成于正電極第一層121的上部的 正電極第二層122、進而形成于正電極第二層122的上部的正電極第三 層123。另一方面，正電極第一層121，是與p型接觸層107接合的膜厚約 為0.1pm的由銠(Rh)來構(gòu)成的金屬層。此外，正電極第二層122是膜 厚約為1.2pm的由金(Au)構(gòu)成的金屬層。另外，正電極第三層123是 膜厚約為20A的由鈦(Ti)構(gòu)成的金屬層。多層結(jié)構(gòu)的負電極140構(gòu)成為分別從n型接觸層103的一部分露 出的部分的上面，依次層疊膜厚約為175A的釩(V)層141、膜厚約 為1000A的鋁(Al)層142、膜厚約為500A的釩(V)層143、膜厚約 為500A的鎳(Ni)層144、膜厚約為8000A的金(Au)層145。在如此構(gòu)成的正電極120與負電極140之間，形成有由SiOj莫構(gòu)成 的保護膜130。保護層130從為形成負電極140而露出的n型接觸層103 開始，直至覆蓋以下部分通過蝕刻而露出的活性層105的側(cè)面、p型 覆層106的側(cè)面、及p型接觸層107的側(cè)面和上面的一部分、正電極第 一層121和正電極第二層122的側(cè)面、正電極第三層123的側(cè)面和其上 面的一部分。由Si02膜構(gòu)成的保護膜130覆蓋正電極第三層123的部分 的厚度為0.5pm。接下來，說明該發(fā)光二極管10的制造方法。前述發(fā)光二極管10，通過基于有機金屬氣相生長法(以下簡稱 "MOVPE")的氣相生長來制造。所采用的氣體是氨氣(NH3)、運載 氣體(H2 ， N2)、三甲基鎵(Ga(CH3)3)(以下稱"TMG")、三甲基鋁(A1(CH3)3)(以下稱"TMA")、三甲基銦(In(CH3)3)(以下稱"TMI")、硅烷(SiH4)、 茂基鎂(Mg(CsH5)2)(以下稱"CP2Mg")。首先，將通過有機清洗及熱處理來清洗了的、以c面為主面且由無 添加的GaN整體晶體構(gòu)成的半導體晶體基片102，安裝到載置于MOVPE 裝置的反應室內(nèi)的基座上。該安裝時的半導體晶體基片102的厚度為 400pm程度。接下來，在常壓下使H2氣體流入反應室內(nèi)，同時在115CTC 的溫度下對半導體晶體基片102進行烘焙。 (n型接觸層103的生長)接下來，使半導體晶體基片102的溫度保持在115(TC，并提供H2、 NH3、 TMG及經(jīng)稀釋的硅垸，而形成膜厚約為4.0pm、電子濃度為 2xl018/cm3、 Si濃度為lxlO，cm3的由GaN所構(gòu)成的n型接觸層103。 (n型覆層104的生長)其后，使半導體晶體基片102的溫度保持在U5(TC，并提供H2、 NH3及TMG，而形成由GaN構(gòu)成的膜厚約為10nm的n型覆層104 (低 載流子濃度層)。(活性層105的生長)然后，在形成前述n型覆層104后，形成合計五層所構(gòu)成的前述 MQW結(jié)構(gòu)的活性層105。艮口，首先最初使半導體晶體基片102的溫度下降到770。C，與此同 時，將運載氣體從H2變更為N2，在維持該運載氣體與NH3的供給量的 同時，供給TMG、 TMI及TMA，由此在n型覆層104上，形成膜厚約 為2nm的由Alo.005Ino.045Gao.95N構(gòu)成的阱層51 。接下來，使半導體晶體基片102的溫度上升到IOO(TC，并在前述阱 層51上提供H2、 NH3、 TMG及TMA，而形成膜厚約為18nm的由 Alo.12Gao.88N構(gòu)成的勢壘層52。接下來，重復前述操作，使阱層51與勢壘層52交替層疊，而形成 合計五層(阱層51、勢壘層52、阱層51、勢壘層52，最后的阱層51) 所構(gòu)成的前述活性層105。(p型覆層106的晶體生長) 接下來，使半導體晶體基片102的溫度上升到89(TC，并提供N2、 TMG、 TMA及CP2Mg，而形成膜厚約為20nm、且摻雜了濃度為 5xl019/cm3的鎂(Mg)的p型AlQ.15Gaa85N所構(gòu)成的p型覆層106。 (p型接觸層107的晶體生長) 最后，使半導體晶體基片102的溫度上升到IOO(TC，同時將運載氣 體再次變更為H2，并提供H2、 NH3、 TMG及CP2Mg，而形成膜厚約為 85nm、且摻雜了濃度為5xl019/cm3的鎂(Mg)的p型GaN所構(gòu)成的p 型接觸層107。以上所示的工序，是由III族氮化物系化合物半導體構(gòu)成的各半導體 層的晶體生長工序。(正電極120的形成)然后，在晶片表面上涂布光敏抗蝕劑，通過光刻來除去p型接觸層 107上的電極形成部分的光敏抗蝕劑，而形成窗孔。即，只露出應成為 正電極120的形成區(qū)域的p型接觸層107的一部分區(qū)域。接下來，抽真 空至10—^a級以下的高真空，然后在所露出的p型接觸層107上，依次 蒸鍍膜厚約為0.1,的銠(Rh)所構(gòu)成的正電極第一層121、膜厚約為 1.2,的金(Au)所構(gòu)成的正電極第二層122、膜厚約為20A的鈦(Ti) 所構(gòu)成的正電極第三層123。接下來，從蒸鍍裝置取出試樣，利用剝離 法來除去堆積于光敏抗蝕劑上的這些各金屬層。其后，與現(xiàn)有技術同樣，按照已知的倒裝型發(fā)光二極管的工藝(各 制造工序)，來依次形成負電極140及保護膜130的各部分。 (合金化處理)其后，用真空泵排出試樣氣氛，供給02氣體，且達到3Pa壓力，在 該狀態(tài)下，使氣氛溫度達到約55(TC，加熱三分鐘程度，而使得p型接 觸層107及p型覆層106p型低電阻化，同時實現(xiàn)p型接觸層107與正電 極120的合金化以及n型接觸層103與負電極140的合金化。由此，使 這些電極相對于形成有正負兩個電極的各半導體層實現(xiàn)更牢固的接合。(研磨加工)接下來，在晶片表面(表面)上形成保護膜，從而保護各電極及所 層疊的半導體層免受研磨處理的壓力及沖擊，并在研磨裝置的晶片貼片 上貼附晶片。接下來，利用研磨機，對半導體晶體基片102的背面進行研磨。所采用的膏劑的量值為9nm，將厚度為400pm的半導體晶體基片 102的厚度減薄至150,為止。然后，從研磨裝置的晶片貼片上取下晶 片并洗凈，并除去貼附時的臘劑及保護膜。最后，使該晶片干燥。前述研磨處理中的膏劑直徑最好為0.5 15lam程度。如果該直徑過 大，則損傷層的厚度便會超過預想厚度，因而不是優(yōu)選的。如果該直徑 過小，則研磨時間便會過長，所以也不是優(yōu)選的。最好為1 9pm程度。 (錐形部的形成)首先，將晶片貼附到粘接帶上。此時，使電極形成面朝向粘接帶一 側(cè)。接下來，通過采用了切割機的磨削處理，在晶片背面按元件單位來 形成格條狀V字形槽。由此，可形成圖1所示的錐形的被研磨面102b。 最后，將晶片從粘接帶上取下。 (蝕刻工序)接下來，對研磨后的半導體晶體基片102的背面(被研磨面)進行 干蝕刻，直至達到約2pm深度為止。通過該干蝕刻，可除去在研磨加工 時所生成的損傷層的至少大半部分。在該干蝕刻中，可采用以下任意一 種裝置。(a) RIE裝置(b) ICP裝置詳細而言，比如可以按照下列順序來實施前述的干蝕刻。(1) 利用抗蝕劑，在晶片的表面(表面)形成針對RIE的蝕刻氣 體的保護膜。(2) 使晶片的背面向上，來設置到RIE裝置上。(3) 利用RIE裝置，來對晶片背面進行干蝕刻。 (蝕刻的實施條件)(a) 所用氣體CCI2F2(b) 真空度5.3Pa (0.04 Torr)其中，此時，將引出電壓(加速電壓)設定到800V,然后進行蝕刻， 直至達到0.8,程度的深度為止，接著，使引出電壓下降到400V為止， 然后繼續(xù)進行余下0.2pm的干蝕刻。比如這樣，邊漸進地減弱引出電壓(加速電壓)，邊完成蝕刻，由此 可以除去或者減少因蝕刻而在晶片背面形成的蝕刻損傷(以及較薄的下 層物理損傷層)。(4)最后，利用剝離液等，來除去RIE的針對蝕刻氣體的前述保護膜。此外，作為有關這些干蝕刻的實施基準，比如可以參考特開平8_ 274081中所記載的干蝕刻方法等。 (分割工序)接下來，在表面?zhèn)葘嵤┌肭懈罴皠澗€等，然后通過切斷工序等，將 晶片狀的半導體分割成單個芯片狀。這些各工序可以按照已知的工序來 實施。作為有關該分割方法的詳細實施基準，比如可以參考JP特開2001 一284642中所記載的分割方法等。根據(jù)前述制造工序，便可獲得圖1的倒裝型發(fā)光二極管100。如此獲得的發(fā)光二極管100中，與未實施前述干蝕刻的產(chǎn)品相比， 光輸出示出約20%的提高。此外，通過形成錐形部，其光輸出可達到未 形成錐形部的產(chǎn)品的約二倍。艮口，本實施例1的發(fā)光二極管100，通過如下處理等的協(xié)合效果， 可以獲得極高的發(fā)光輸出，即將GaN整體晶體用作為晶體生長基片， 或者在晶體生長基片上形成錐形部，或者通過干蝕刻來對晶體生長基片 的被研磨面及被磨削面進行精加工處理。 (變形或最佳化的諸條件)并且，對前述實施例l而言，也可利用以下各條件等，來使其結(jié)構(gòu) 變形或進行最佳化。比如，有關干蝕刻的深度的最佳值，取決于以前的研磨工序中所用 的膏劑量值、摩擦力和壓力等的量值、以及基片的組成比等，但通過其它調(diào)查，根據(jù)經(jīng)驗判斷出該值大致處于1 8)am程度的范圍內(nèi)。此外，在該場合下，可將研磨加工時間與干蝕刻時間之和抑制到最低，有利于生產(chǎn)率。此外，在前述實施例中，作為半導體晶體基片102，最好采用無添 加的AlxGai.xN(0^^1)，但作為該基片材料，也可以采用其它的m族氮 化物系化合物半導體及/或SiC半導體晶體等。此外，在前述實施例中，作為半導體晶體基片102，采用了由獨立 的氮化鎵晶體(GaN整體晶體)構(gòu)成的半導體基片，但半導體晶體基 片102不必一定是單層。比如為獲得與前述實施例同樣的構(gòu)成，最好是 作為適當?shù)陌雽w晶體基片102而殘留的、厚度為150pm及其以上的 AlxGa^N(0^^1)所構(gòu)成的半導體整體晶體。由于150pm及其以上的其 它部位在研磨工序中被磨去，因而其構(gòu)成可以是任意的。因此，比如也 可以采用在硅基片上形成膜狀基底層，并在其上面使GaN生長的基片 (即，外延生長基片)。在該場合下，可以利用氣體蝕刻及研磨處理等來 除去硅基片及基底層，并只保留約150pm程度的n型AlxGai.xN({^XSl) 的部位。其中，應保留的半導體晶體基片102的厚度不必一定限定于前述的 150pm，在這里所應保留的半導體晶體基片102的厚度只要處于50 300pm這一范圍內(nèi)即可。此外，在研磨工序?qū)嵤┣暗陌雽w晶體基片102 的厚度優(yōu)選為250 50(Him程度。最好為300 400pm程度。如果該厚 度過厚，則研磨工序的時間便會過長，而如果過薄，則在半導體晶片搬 運時會損傷半導體晶片，因而不是優(yōu)選的。 (針對實施例1的變型例)此外，在前述實施例1中，在表面(表面)側(cè)設有正負兩個電極， 但負電極也可以形成在半導體晶體基片102的背側(cè)，即由干蝕刻進行了 精加工的平坦的被研磨面102a及由干蝕刻進行了精加工的錐形的被研磨面102b上。如果將半導體晶體基片102用作電傳導性良好的n型基片， 且將所形成的負電極用作透光性薄膜電極，則通過該結(jié)構(gòu)，也可以制造 倒裝型發(fā)光二極管。比如，在這種倒裝型發(fā)光二極管中，由于在紫外光從透光性負電極 的表面輸出時，在該輸出所到達的過程中，可抑制基于物理損傷層的光 吸收，因而可經(jīng)由該透光性負電極來有效地向外部取出光。艮P，也可以在前述的蝕刻處理面上形成透光性電極。由于該透光性 電極可以不經(jīng)由物理損傷層來與前述n型基片直接良好地蒸鍍接合(粘 接形式)，因而在該場合下，基于本發(fā)明的蝕刻處理可同時確保電極的良 好電阻性。比如，在這種上下導通式的倒裝型發(fā)光二極管的制造工序中，取代 形成前述負電極140，而通過蒸鍍處理在半導體晶體基片102的背面形 成透光性薄膜電極，但也可以在前述"蝕刻工序"與"分割工序"之間， 執(zhí)行該透光性薄膜電極的蒸鍍工序。此外，比如也可以利用前述專利文 獻1所示(圖1或圖4所示)的引線接合，來實施這種發(fā)光二極管在負 電極上的布線。此外，在通過噴射處理來形成前述物理加工面或者對其整形的場合 下，本發(fā)明非常有用。在前述實施例l中，由干蝕刻來精加工了的略平 坦的被研磨面102a與由干蝕刻來精加工了的錐形的被研磨面102b，通 過邊緣(邊棱)來接觸，但也可以通過噴射處理來使該邊(棱)變圓， 而形成所希望的R (基于倒角的圓角)。盡管由于這種噴射處理而在其物 理加工面上形成物理損傷層，但如果在該噴射處理后進行前述的蝕刻處 理，則可以得到與前述實施例1同樣的效果。此外，如果適度地實施該 噴射處理，則可得到縮短必要且充分的蝕刻處理時間的效果。在以下的實施例2中，對這種實施方式作了例示。實施例2在由激光照射來形成分割槽等的場合下，因激光照射熱而熔化的半導體的熔化物再次固化的熔化再固化物、以及這種熔化物在處理室內(nèi)飛 散后再次附著固化的熔化飛散再固化物等，會殘留于元件的側(cè)壁面及背 面，因此從外部量子效率及取出效率的觀點出發(fā)，最好通過噴射處理等， 來除去這些熔化再固化物以及熔化飛散再固化物。因此也可以通過這種 噴射處理，根據(jù)其處理條件的不同，而形成與前述同樣的物理損傷層。 因此，比如在利用這種噴射處理來形成了前述物理加工面的場合等下， 本發(fā)明也是很有用的。圖2表示本實施例2的正裝型發(fā)光二極管200的剖視圖。如本圖2 所示，該發(fā)光二極管200，是采用已知的正裝型搭載方式，通過研磨加 工、激光加工以及噴射處理，來物理性地形成由無添加GaN整體晶體形 成的半導體晶體基片1的背面la，然后，通過干蝕刻來進行精加工。該 研磨加工與前述實施例1同樣，旨在實現(xiàn)半導體晶體基片1的薄片化。 此外，激光加工的目的是，在半導體晶體基片1的背面，形成晶片分割 用V字形槽及適度的R (圓角)。此外，噴射處理的目的在于，除去前 述熔化再固化物及熔化飛散再固化物，并形成適度的R。當然，最后的 干蝕刻目的與前述實施例1同樣，旨在除去由噴射處理來整形了的物理 加工面上所殘留的物理損傷層。符號6表示設于n型半導體層2a的負電極，符號7表示設于p型半 導體層2b的正電極。正電極7最好具有透光性。在引線框架3中，設有 略二次曲線旋轉(zhuǎn)體狀的反射面3a，其表面大致形成為鏡面狀。半導體晶 體基片1通過透光性粘接劑4，來與反射面3a的內(nèi)側(cè)底面中央相粘接。 為提高外部量子效率，該透光性粘接劑4最好選用極其透明的材料。此 外，最好根據(jù)透光性粘接劑4的折射率大小等，來適當或最佳地設定發(fā) 光二極管200的傾斜面la的傾斜角?；蛘?，也可以預先決定傾斜面la 的傾斜角的值，并考慮折射率等各種條件，來選擇透光性粘接劑4的材 料，以此來調(diào)整材料。在前述發(fā)光二極管200中，通過基于本發(fā)明方法的本發(fā)明的作用， 而大大提高了從具有傾斜面la的半導體晶體基片1的背面及側(cè)壁面的光在這種正裝型LED (半導體發(fā)光元件)的搭載方式中，也可以確保高于現(xiàn)有技術的外部量子效率。艮口，本發(fā)明對正裝型發(fā)光二極管也可發(fā)揮極大的效果。實施例3在前述實施例l中，在半導體晶體基片102上形成錐形部，但用于 光取出的錐形部也可以在由晶體生長而層疊的各半導體層(103 107) 的側(cè)壁，與晶片表面?zhèn)认嗝鎸Φ匦纬?。由晶體生長而層疊且具有元件功 能的各半導體層的表面?zhèn)壬纤纬傻腻F形部，也有助于提高光的取出效 率及外部量子效率。此外，在晶片表面?zhèn)壬闲纬尚酒蛛x用的V字形槽 等的場合等，在晶片表面?zhèn)刃纬赏瑯拥腻F形部。比如可以利用切割機等 來形成這些錐形部。本發(fā)明的蝕刻(精加工處理)對于如此形成的表面 側(cè)錐形部也有效。以下，在本實施例3中，對本發(fā)明的這種實施方式作了具體例示。圖3是本實施例3的正裝型發(fā)光二極管1000的剖視圖。該發(fā)光二極 管1000具有藍寶石基片1001，其在保護膜1300形成后，被研磨到厚度 約為100pm為止。在該藍寶石基片1001上，形成由氮化鋁(A1N)構(gòu)成的膜厚約為 0.5pm的A1N單晶層1010，并在其上面形成n型接觸層1020，該n型 接觸層1020摻雜硅(Si)，并由電子濃度為5xl018/cm3的Al。.12Gao.88N來 組成，且膜厚約為1.5pm。此外，在該n型接觸層1020上形成有n型覆層1030，該n型覆層 1030將膜厚約為1.5nm的AlQ.15GaQ.85N所構(gòu)成的層1031、以及膜厚約為 1.5nm的Alo.(nGa。.96N所構(gòu)成的層1032層疊了 38循環(huán)，并摻雜有硅(Si) 且電子濃度為5xlO,cmS的總膜厚約為100nm的多重層來構(gòu)成。此外，在n型覆層1030上，形成有主要輸出紫外光的單一量子阱結(jié) 構(gòu)的發(fā)光層1040。該單一量子阱結(jié)構(gòu)(SQW)的發(fā)光層1040是層疊了 以下各層而形成，即膜厚約為25nm的無摻雜的Al(H3Gao.87N所構(gòu)成的阻擋層1041、膜厚約為2nm的無摻雜的Al,5In,5Gao.95N所構(gòu)成的阱 層1042、膜厚約為15nm且由無摻雜的Al(U3Gao.87N構(gòu)成的阻擋層1043。在發(fā)光層1040上形成有p型封閉層1050，該p型封閉層1050摻雜 有鎂(Mg)，由空穴濃度為5xl017/cm3的Al。.16GaQ.84N來構(gòu)成且膜厚約為 40nm。在該p型封閉層1050上，形成有p型覆層1060，該p型覆層1060 將膜厚約為1.5nm的Al。^Gao.88N所構(gòu)成的層1061、以及膜厚約為1.5nm 的Al,Gao.97N所構(gòu)成的層1062層疊了30循環(huán)，并摻雜有鎂(Mg)且 空穴濃度為5xl017/cm3的總膜厚約為90nm的多重層來構(gòu)成。在p型覆 層1060上形成有膜厚約為30nm的p型接觸層1070，該p型接觸層1070 摻雜有鎂(Mg)且空穴濃度為lxlO，ci^的AlGaN來構(gòu)成。另外，在p型接觸層1070上，形成有基于金屬蒸鍍的透光性薄膜正 電極IIOO，在n型接觸層1020上，形成有負電極1400。透光性薄膜正 電極1100由以下部分來構(gòu)成與p型接觸層1070直接接合的膜厚約為 1.5nm的鈷(Co)所構(gòu)成的第一層1110、以及與該鈷膜接合的膜厚約為 6nm的金(Au)所構(gòu)成的第二層1120。厚膜正電極1200通過以下方式構(gòu)成，即從透光性薄膜正電極1100 的上面，依次層疊膜厚約為18nm的釩(V)所構(gòu)成的第一層1210、膜 厚約為15pm的金(Au)所構(gòu)成的第二層1220、膜厚約為10nm的鋁(A1) 所構(gòu)成的第三層1230。多層結(jié)構(gòu)的負電極1400通過以下方式構(gòu)成，即從n型接觸層1020 部分露出的部分開始，層疊膜厚約為18nm的釩(V)所構(gòu)成的第一層 1410、以及膜厚約為100nm的鋁(Al)所構(gòu)成的第二層1420。此外，在最上部，形成有由SiOj莫構(gòu)成的保護膜1300。另一方面， 在與被蝕刻處理的藍寶石基片1001的底面(蝕刻面p)該當?shù)淖钕虏浚?通過金屬蒸鍍，來形成膜厚約為500nm的鋁(Al)所構(gòu)成的反射金屬層 1500。并且，除了Rh、 Ti、 W等金屬之外，該反射金屬層1500也可以 是TiN、 HfN等氮化物。圖中的位于芯片左右兩側(cè)壁的錐形蝕刻面a是一種下列表面，艮口當在晶片的表面?zhèn)壤们懈顧C來形成分割用V字形槽時，進而利用干蝕 刻來對前述半導體晶體層等的側(cè)壁上的錐形部(被研磨面)進行精加工的面。對該蝕刻面a而言，由于在V字形槽形成時殘留于錐形部(被研磨面)的物理損傷層被除去，因而可有效地抑制紫外光的吸收。因此，由干蝕刻來精加工的蝕刻面a有助于向上方的光取出。此外，蝕刻面卩(藍寶石基片1001的底面)是進而由干蝕刻來對由 研磨處理而露出的晶片的背面(被研磨面)進行精加工的面。對該蝕刻 面(3而言，由于在研磨處理后殘留于晶片背面(被研磨面)的物理損傷 層被除去，因而可有效地抑制紫外光的吸收。因此，可有效地提高反射 金屬層1500的反射率。這樣，由干蝕刻精加工了的蝕刻面P也有助于 向上方的光取出。此外，在前述的半導體晶體的層疊結(jié)構(gòu)中，通過使各半導體晶體層 的鋁組成比達到最佳，可以確保大大擴展的各半導體晶體層的帶隙。根 據(jù)這種構(gòu)成，對于發(fā)光層所發(fā)出的近紫外線區(qū)域的光，也可以有效地抑 制發(fā)光層之外的半導體晶體層內(nèi)的吸收，因而對前述發(fā)光二極管1000 而言，也可以同時設定這種帶隙，而且極大地有助于提高發(fā)光二極管的 外部量子效率。實施例4圖8是本實施例中發(fā)光二極管500的主要部分的剖視圖。在本圖8 的半導體基片a中，摻雜有硅(Si )作為n型雜質(zhì)。其添加濃度為4xl 018/cm3 程度。以下，從發(fā)光二極管500中的其功能出發(fā)，將該半導體基片a有 時稱為p型接觸層503。晶體生長層b，由具有多層結(jié)構(gòu)的III族氮化物系化合物半導體來構(gòu) 成。由n型氮化鎵(GaN)構(gòu)成的半導體基片a的上面，有助于該晶體 生長層b的晶體生長。對半導體基片a而言，對與其上面相反的面(以 下稱背面或被研磨面等)進行研磨加工以及干蝕刻，進而在該表面上形 成有負電極(n電極c)。在前述半導體基片a (n型接觸層503)的上面，形成有由無摻雜的 GaN構(gòu)成的膜厚為105A的n型覆層504 (低載流子濃度層)。此外，在 其上面，形成有MQW結(jié)構(gòu)的活性層505，該活性層505交替地層疊合 計五層的膜厚約為35A的由In。.3oGa。.7oN構(gòu)成的阱層510、與膜厚約為 70A的由GaN構(gòu)成的勢壘層520。此外，在該活性層505上，形成有摻 雜Mg的p型Al。.15Ga().85N所構(gòu)成的膜厚約為50nm的p型覆層506。此 外，在p型覆層506上，形成有摻雜Mg的p型GaN所構(gòu)成的膜厚約為 100nm的p型接觸層507。此外，在p型接觸層507上，形成有基于金屬蒸鍍的透光性正電極 (p電極509)。該p電極509，由與p型接觸層507直接接合的膜厚約 為40A的鈷(Co)、以及與該Co接合的膜厚約為60A的金(Au)來構(gòu) 成。另一方面，n電極c從背面(被蝕刻面)依次由膜厚約為200A的釩 (V)、以及膜厚約為1.8jim的鋁(Al)或A1合金來構(gòu)成。之所以如此 增大ri電極c的膜厚，是為了使光向上方充分反射。接下來，對該發(fā)光二極管500的制造方法作以說明。生長法以及所 用的材料與前述實施例相同。首先，將通過有機清洗及熱處理來清洗了的、以a面為主面且由單 晶體GaN構(gòu)成的半導體晶體基片a，安裝到載置于MOVPE裝置的反應 室的基座上。該安裝時的半導體晶體基片a的厚度為400pm程度。接下 來，在常壓下使H2氣體流入反應室內(nèi)，其流速為2升/分，時間約為30 分鐘，同時在115(TC的溫度下對半導體基片a進行烘焙。 (n型覆層504的生長)接下來，使半導體基片a的溫度保持在115(TC，并以20升/分的流 速來提供H2，以10升/分的流速來提供NH3，以1.7x10—4摩爾/分的流速 來提供TMG，而形成由無摻雜的GaN構(gòu)成的膜厚為105A的n型覆層 504 (低載流子濃度層)。 (活性層505的生長)然后，在形成了前述n型覆層504后，形成合計為五層所構(gòu)成的前 述MQW結(jié)構(gòu)(圖8)的活性層505。艮P，首先最初，使半導體基片a的溫度下降到730°C，與此同時， 將運載氣體從H2變更為N2，在維持該運載氣體與NH3的供給量的同時， 以3.1x10—6摩爾/分的流速來提供TMG，以0.7x10—6摩爾/分的流速來提 供TMI，由此在n型覆層4上，形成膜厚約為35A的Ina3QGao.7。N所構(gòu) 成的阱層510。接下來，使半導體基片a的溫度上升到S85。C，并在前述阱層510 上，以20升/分的流速來提供N2，以10升/分的流速來提供NH3，以1.2x10 —5摩爾/分的流速來提供TMG，而形成膜厚約為70A的GaN所構(gòu)成的勢 壘層520。下面，重復前述操作，并使阱層510與勢壘層520交替層疊，而形 成合計為五層(阱層510、勢壘層520、阱層510、勢壘層520，最后的 阱層510)所構(gòu)成的前述活性層505。 (p型覆層506的晶體生長)其后，使半導體基片a的溫度上升到S90。C，以10升/分的流速來提 供N2，以1.6x10—5摩爾/分的流速來提供TMG，以6x10—6摩爾/分的流 速來提供TMA，以4xl0— 摩爾/分的流速來提供CP2Mg，而形成膜厚約 為200A的摻雜了濃度為5xl019/cm3的鎂(Mg)的p型Alo.15Gao.85N所 構(gòu)成的p型覆層506。(p型接觸層507的晶體生長)最后，使半導體基片a的溫度上升到100(TC，同時將運載氣體再次 變更為H2，并以20升/分的流速來提供H2，以10升/分的流速來提供 NH3，以1.2x10—4摩爾/分的流速來提供TMG，以2xl0—s摩爾/分的流速 來提供CP2Mg，而形成膜厚約為85nrn且摻雜了濃度為5><1019/Cm3的鎂 (Mg)的p型GaN所構(gòu)成的p型接觸層507。以上所示的工序，是由III族氮化物系化合物半導體構(gòu)成的各半導體 層的晶體生長工序。(n電極509的形成) 在前述的晶體生長工序之后，在p型接觸層507的表面上涂布光敏 抗蝕劑，通過光刻來除去p型接觸層7上的電極形成部分的光敏抗蝕劑， 而形成窗孔，即，使p型接觸層7露出。抽真空至l(T卞a級以下的高真 空，然后在所露出的p型接觸層7的上面，蒸鍍膜厚約為40A的Co， 并在該Co上蒸鍍膜厚約為60A的Au。接下來，從蒸鍍裝置取出試樣， 利用剝離法來除去堆積于光敏抗蝕劑上的Co及Au，由此來形成與p型 接觸層7粘接的透光性p電極509。 (研磨加工)接下來，利用研磨機來研磨半導體基片a的背面。所采用的膏劑量 值為9pm，將厚度為400pm的半導體基片a的厚度減薄至150,為止， 然后洗凈并干燥。膏劑直徑最好為0.5 15pm程度。如果該直徑過大， 則損傷層的厚度便會超過預想厚度，因而不是優(yōu)選的。如果該直徑過小， 則研磨時間便會過長，也不是優(yōu)選的。最好為l 9pm程度。 (蝕刻工序)接下來，對研磨后的半導體基片a的背面(被研磨面)進行干蝕刻， 直至達到約2pm深度為止。通過該干蝕刻，可以除去在研磨加工時所生 成的損傷層的至少大半部分。在該干蝕刻中，可采用以下任何一種裝置。(a) RIE裝置(b) ICP裝置作為有關該干蝕刻的詳細實施標準，比如可參照JP特開平8 — 274081中記載的干蝕刻方法等。 (n電極c的形成)接下來，在半導體基片a的整個背面上涂布光敏抗蝕劑，通過光刻， 在n型接觸層503的露出面上的規(guī)定區(qū)域上形成窗口，并抽真空至10一 ^a級以下的高真空，然后通過分別依次蒸鍍膜厚約為200A的釩(V) 及膜厚約為1.8pm的Al，而進行層疊。然后除去光敏抗蝕劑，由此來形 成與半導體基片a (: n型接觸層503)粘接的n電極c。(合金化處理)其后，用真空泵排出試樣氣氛，供給02氣體并達到3Pa壓力，在該 狀態(tài)下，使氣氛溫度達到550°C，加熱三分鐘程度，而使p型接觸層507、 p型覆層506達到p型低電阻化，同時進行p型接觸層507與p電極9 的合金化處理、以及半導體基片a與n電極c的合金化處理。由此，可 使各電極(n電極c、 p電極9)相對于應接合的各半導體層非常牢固地 進行接合。其后，經(jīng)過半切割工序及分割工序等，將晶片狀的半導體分割成單 個芯片狀。這些各工序可以按照已知的工序來實施。作為有關該分割方 法的詳細實施基準，比如也可以參考JP特開2001—284642中所記載的 分割方法等。圖9表示本發(fā)明實施例中的發(fā)光二極管500與其變形例(發(fā)光二極 管500')的各驅(qū)動電壓V^ 二極管500'具有與圖8同樣的結(jié)構(gòu)，制造 方法上的唯一不同點在于在前述發(fā)光二極管500的制造工序中，省略 對半導體基片a的被研磨面進行干蝕刻的蝕刻工序而被制造成。S卩，發(fā) 光二極管500'中，前述干蝕刻的深度D為Opm。該表的第二項"I"，是在元件的正負兩個電極之間流通的驅(qū)動電 流，表示各發(fā)光二極管的良好發(fā)光輸出所需的電流值。從該表可看出， 對實施了深度為2pm的干蝕刻的發(fā)光二極管500而言，驅(qū)動電壓Vp為 3.5V,而對未實施干蝕刻的發(fā)光二極管500'而言，驅(qū)動電壓Vp為IOV， 其差達到6.5V。從前述的測定結(jié)果可判斷出比如像圖8的發(fā)光二極管500那樣， 在具有導電性的半導體基片a的背面形成n電極c的場合下，可以將干 蝕刻的深度D設為比如2pm程度。該結(jié)果與利用圖5、圖6、圖7來進行的前述作用及效果的說明基本一致。用于在半導體基片與電極之間獲得最佳電阻特性的干蝕刻的深度D的最佳值，取決于膏劑、摩擦力和壓力等的量值、以及基片的組成比等， 但通過其它調(diào)査，根據(jù)經(jīng)驗判斷出該值大致處于1 8^im程度的范圍內(nèi)。此外，在該場合下，可將研磨加工時間與干蝕刻時間之和抑制到最低， 從而有利于生產(chǎn)率。另外，在前述實施例中，作為半導體基片a，最好采用n型 AlxGai—xN(0^^1)，但也可以采用其它的III族氮化物系化合物半導體。 此外，應添加的n型雜質(zhì)也不特別限于Si。此外，在前述實施例中，作為半導體基片a，采用了由獨立的氮化 鎵晶體(n型整體GaN)構(gòu)成的半導體基片，但半導體晶體基片a不 必一定是單層。比如為獲得與圖8同樣的結(jié)構(gòu)，只要有作為適當?shù)膎型 接觸層3而殘留且厚度為150pm及其以上的n型AlxGa^N(0^^1)即可。 由于150pm及其以上的其它部位在研磨工序中被除去，因而其構(gòu)成可以 是任意的。因此，比如也可以采用在硅基片上形成膜狀基底層，并在其 上面使n型GaN生長的基片。在該場合下，可以通過研磨工序來除去硅 基片及基底層，而只保留約150pm程度的n型AlxGa^N(0^^1)的部位。然而，應保留的n型接觸層的厚度不必一定限于前述的150pm，這 里所應保留的n型接觸層的厚度只要處于50 300pm這一范圍內(nèi)即可。 此外，在研磨工序?qū)嵤┣暗陌雽w基片a的厚度優(yōu)選為250 50(Hirn程 度。最好為300 400pm程度。如果該厚度過厚，則研磨工序的時間便 會過長，而如果過短，則在半導體晶片搬運時會損傷半導體晶片，因而 不是優(yōu)選的。此外，在前述實施例中，在研磨工序之前實施p電極509的形成， 但也可以以與n電極c的形成大致相同的工序順序(蝕刻工序之后)，來 形成p電極509。此外，也可以在熱處理(p電極509的合金處理)之后，來形成n 電極c。在該場合下，由于不對被蒸鍍的n電極c進行熱處理，因而在 事實上不實施n電極c的合金化處理。此外，在前述實施例中，使p電極509具有透光性，但也可以使n 電極c具有透光性。此外，在前述實施例中，使活性層為MQW結(jié)構(gòu)，但作為活性層的結(jié)構(gòu)，也可以采用SQW結(jié)構(gòu)及/或沒有量子阱結(jié)構(gòu)的單層結(jié)構(gòu)等。實施例5以下說明其它實施例。在圖11 (a)中，在藍寶石基片600上，形 成有由多層III族氮化物系化合物半導體來構(gòu)成的發(fā)光二極管610。在該 發(fā)光二極管610上，形成有p電極620，該p電極620與貼片650相接 合。接下來，如圖11 (b)所示，以貼片650作為保持器具，來研磨藍 寶石基片600，而使之消除。此時，在發(fā)光二極管610最下層的III族氮 化物系化合物半導體層上，形成損傷層630。以與前述實施例同樣的方 法，對該損傷層630進行蝕刻。然后，在被蝕刻了的III族氮化物系化合 物半導體層上，形成n電極640。貼片650成為研磨藍寶石基片600時 的保持部件。此外，在形成產(chǎn)品后，可以用作發(fā)光二極管610的散熱器， 也可以用作使光向n電極640 —側(cè)反射的金屬反射片，或者也可以用作 發(fā)光二極管610產(chǎn)品的固定部件。此外，也可以在研磨了藍寶石基片600 后，剝離該貼片650。在藍寶石基片600上的層疊順序為先層疊n層， 但也可以先層疊p層?？梢栽谘心チ怂{寶石基片600后進行熱處理，由 此來進行該場合下的p層的活性化。本發(fā)明也可用于這種發(fā)光二極管的制造。本發(fā)明可廣泛用于在半導體基片上直接形成電極這種方式的半導體 元件。作為這種半導體元件，除了半導體激光器(LD)、發(fā)光二極管(LED)等半導體發(fā)光元件之外，比如還可舉出受光元件及壓力傳感器等。艮P， 本發(fā)明的應用不特別限制這些半導體元件的具體功能及構(gòu)成等，因而本 發(fā)明的可適用范圍極廣。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可用于至少發(fā)光頻譜的一部分具有小于470nm的發(fā)光區(qū)的 波長較短的發(fā)光二極管。因此，本發(fā)明當然也用于在可見光區(qū)域中具有 該發(fā)光區(qū)的光裝置。毋庸贅言，根據(jù)其作用原理，本發(fā)明也同樣可適用于半導體受光元件。另外，本發(fā)明并不是對這些半導體元件的半導體晶體的詳細晶體生 長條件和其構(gòu)成以及層疊構(gòu)成等特別限制。此外，本發(fā)明還特別適用于在紫外線區(qū)域內(nèi)存在發(fā)光波長的短波長 光器件。作為這些短波長光器件的用途有采用光激勵催化物的光化學 領域、用于激勵熒光體的照明領域、以及以誘蛾燈為代表的生物領域等， 比如可以作為構(gòu)成熒光燈的不可見光燈來使用。在本發(fā)明中，例示了如前述的實施例，但本發(fā)明的內(nèi)容不只限于前 述實施例，在不脫離本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)，包括全部的變形例。本發(fā)明全部包括主張優(yōu)先權的基礎即JP特許愿2004年第112796 號、特許愿2003年第202240號的內(nèi)容。
權利要求
1.一種電極形成方法，是在已被研磨加工的由導電性III族氮化物系化合物半導體構(gòu)成的半導體基片的被研磨面上形成電極的方法，該方法的特征在于前述半導體基片由n型的AlxGa1-xN構(gòu)成，其中，0≤x≤1，包括蝕刻工序，在前述被研磨面上形成電極的電極形成工序之前，在該蝕刻工序中對前述被研磨面進行干蝕刻，蝕刻深度在大于等于0.1μm小于等于15μm的范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電極形成方法，其特征在于在前述蝕 刻工序中對前述被研磨面進行干蝕刻的蝕刻深度在大于等于0.2pm小于 等于8pm的范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的電極形成方法，其特征在 于前述電極包括層疊在前述被研磨面上的釩層、和層疊在該釩層上的 鋁層或鋁合金層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法。由無添加GaN整體晶體構(gòu)成的厚度約為150μm的半導體晶體基片(102)的背側(cè)由以下部分來構(gòu)成由干蝕刻來精加工的平坦的被研磨面(102a)；由干蝕刻來精加工的錐形的被研磨面(102b)。在由GaN構(gòu)成的膜厚約為10nm的n型覆層(104)(低載流子濃度層)上，形成有紫外線發(fā)光MQW結(jié)構(gòu)活性層(105)，該活性層(105)將膜厚約為2nm的由Al_0.005In_0.045Ga_0.95N組成的阱層(51)與膜厚約為18nm的由Al_0.12Ga_0.88N組成的勢壘層(52)交替層疊了合計5層而成。此外，在半導體基片(a)的被研磨面上形成負電極(n電極c)的電極形成工序之前，對該被研磨面進行干蝕刻。
文檔編號H01S5/042GK101241965SQ200810000349
公開日2008年8月13日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權日2003年7月28日
發(fā)明者小澤隆弘, 山崎史郎, 淺井誠, 生川滿久 申請人:豐田合成株式會社