红外LED元件及其制造方法与流程

红外led元件及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及红外led元件，特别是涉及发光波长为1000nm以上的红外led元件。另外，本发明涉及这种红外led元件的制造方法。


背景技术：

2.近些年，以波长1000nm以上的红外区域为发光波长的半导体发光元件被广泛用于安保/监视摄像机、气体检测器、医疗用的传感器、产业设备等用途。
3.发光波长为1000nm以上的半导体发光元件迄今为止一般是通过以下的步骤进行制造(参照下述专利文献1)。即，在作为生长基板的inp基板上，依次外延生长出与inp基板进行晶格匹配的第一导电型的半导体层、活性层(有时也称为“发光层”)以及第二导电型的半导体层。之后，在半导体晶圆上形成用于注入电流的电极，并切割成芯片状而完成制造。
4.以往，作为发光波长为1000nm以上的半导体发光元件，先行进行的是半导体激光元件的开发。另一方面，对于led元件，也是因为其用途不多，所以其开发并未比激光元件领先。
5.然而，近些年，随着应用的扩展，对于红外led元件也要求提高光输出。inp基板与在可见光区域中使用的gaas基板相同，折射率表现出高达3以上的值。因此，若要通过inp基板取出光，则会因为与空气的分界面处的折射率差而产生全反射，使得光取出效率被限制得较低。而且，inp基板由于热电阻较大，因此在大电流驱动下光输出容易变为饱和状态。因为这样的缘故，专利文献1所公开的构造不适合实现获得较高光输出的led元件。
6.作为获得比专利文献1所公开的构造更高的光输出的方法，例如，可考虑采用专利文献2所公开的构造。即，一般认为通过在将形成有外延层的生长基板贴合于表现出较高散热性的导电性支承基板之后去除生长基板而实现的构造较为有效。但是，就专利文献2所记载的发光元件而言，其作为目标的波长低于1000nm。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本特开平4-282875号公报
10.专利文献2：日本特开2012-129357号公报


技术实现要素：

11.发明所要解决的课题
12.为了提高led元件的发光效率，重要是的使在活性层内流动的电流在基板的面方向上扩散开。这是因为，若电流集中于活性层内的特定部位，则在活性层内，在电流集中的部位与其它部位，亮度会产生偏差，使得从整个光取出面取出的光量降低。另外，作为其它问题，由于电流集中的部位的温度过度变高，因此元件的劣化容易加剧。
13.为了使在活性层内流动的电流在基板的面方向上扩散，重要的是在制造时高精度地调整电极的形成位置。在本说明书中，将在比活性层更靠上层的位置配置一个电极、在比
活性层更靠下层的位置配置另一个电极、并且通过使电流在活性层内向与基板的面正交的方向流动而发光的led元件称为“纵型元件”。在这样的纵型元件中，在所述一个电极与所述另一个电极关于与基板的面正交的方向呈相互对置的位置关系的情况下，若向两电极之间施加电压，则电流容易集中流入活性层内的两电极对置的区域内。为了避免这样的现象，所述一个电极与所述另一个电极优选的是尽量配置为在与基板的面正交的方向上不对置。
14.当制造这样的纵型元件时，对已经形成有包含活性层的半导体层叠体和所述一个电极的状态的晶圆，在进行了对位的状态下进行形成所述另一个电极的工序。具体而言，通过以下的步骤来进行。
15.首先，从晶圆的上方透过半导体层叠体检测出形成于半导体层叠体的下层的所述一个电极(以下，称为“内部电极”)的位置，并基于该检测出的位置，划分出所述另一个电极(以下，称为“上部电极”)的形成预定位置。然后，使用光刻法在划分出的位置形成上部电极。
16.但是，当通过上述方法检测内部电极的形成位置时，在成为对象的发光元件的发光波长为1000nm以上的情况下，将会显现出以下的课题。
17.发光元件具备发出光的活性层。该活性层吸收与发光波长相比为高能量的波长、即与发光波长相比为短波长的光的大部分。因而，当制造发光波长为1000nm以上的红外led元件时，无法采用使用可见光通过人类的眼睛对内部电极的位置进行检测的方法。另外，即使在使用了现实中大量用到的、作为图像识别设备的由si系材料构成的ccd传感器、cmos传感器的情况下，也难以识别出波长1000nm以上的光。也就是说，即使使用在1000nm以上的波长区域表现出连续的发光光谱的光源(例如卤素灯)对发光元件照射光，通过ccd传感器、cmos传感器，也不能识别出反射光，无法检测出内部电极的形成位置。
18.近些年，正在开发对于波长2000nm左右的长波长的红外光也能够进行光接收的ingaas系图像传感器。因此，通过对发光元件照射来自所述卤素灯的光，利用ingaas系传感器接收反射光，并且对所得的信息进行图像解析，在原理上能够进行内部电极的形成位置的检测。但是，由于来自卤素灯的光表现出较宽的光谱，因此与发光波长相比为短波长的光在活性层内被吸收，其结果，由ingaas系传感器接收到的反射光的光量变得不足，灵敏度变低。由此，即使使用ingaas系传感器，也不能明确地识别内部电极的边缘部，难以高精度地进行电极的对位。
19.在对位的精度低的情况下，为了使内部电极与上部电极在与基板的面方向正交的方向上不对置，就需要扩大内部电极的面方向的间隔。其结果，相同尺寸的led元件内设置的电极的数量减少，导致可注入的电流量降低。也就是说，难以实现小型且高亮度的红外led元件。
20.鉴于上述课题，本发明的目的是在发光波长为1000nm以上的红外led元件中做到能够高精度地进行内部电极和上部电极的对位。另外，本发明的目的在于，通过进行这样的对位，使在活性层内流动的电流在面方向上扩散开，实现发光效率提高的红外led元件。
21.用于解决课题的手段
22.本发明的红外led元件的特征在于，具备：
23.导电性的支承基板，
24.绝缘层，其形成于所述支承基板的上层；
25.半导体层叠体，其包含形成于所述绝缘层的上层的p型或n型的第一半导体层、形成于所述第一半导体层的上层的活性层和形成于所述活性层的上层并与所述第一半导体层不同的导电型的第二半导体层；
26.上部电极，其形成于所述半导体层叠体的上层；以及
27.内部电极，其在沿与所述支承基板的主面平行的方向分散的多个位置贯通所述绝缘层而将所述第一半导体层与所述支承基板电连接；
28.所述活性层的膜厚t[nm]与所述红外led元件的峰值发光波长λ[nm]满足下述(1)式的关系：
[0029]
t≤﹣3.5
×
λ﹢6375
…
(1)
[0030]
其中，在(1)式中，λ为1550≤λ≤1800。
[0031]
在本说明书中，所谓基板等部件的“主面”，是指构成各部件的多个面中的面积远比其它面大的面。另外，所谓“矩形状”，除了长方形、正方形以外，还包含整体外观为大致四边形状的形状。所谓整体外观为大致四边形状，例如是包含对于四边形使其顶点稍微带有圆弧而成的形状、使其边形成有微小凹凸而成的形状、使其邻接的边彼此以90
°±5°
的范围内的角度倾斜而成的形状等的概念。
[0032]
另外，在本说明书中，所谓“峰值发光波长”，意指在发光光谱上光强度最高的波长。
[0033]
根据本发明人的潜心研究，发现：在红外led元件具备满足上述(1)式的关系的膜厚t的活性层的情况下，若使用对到2000nm左右为止的波长都具有灵敏度的ingaas系传感器等图像传感器进行拍摄，则能够以5μm以下这一较高的精度进行内部电极与上部电极的对位。关于细节，将随后在“具体实施方式”一项中进行描述。
[0034]
此外，在活性层的膜厚t太薄的情况下，电子与空穴在活性层内不进行复合而是溢出的概率上升。从抑制这一现象的角度来看，活性层优选的是设为20nm以上，更优选的是设为150nm以上。
[0035]
优选地，所述上部电极在与所述支承基板的所述主面正交的方向上配置于不与所述内部电极对置的位置。
[0036]
由此，在向上部电极与内部电极之间施加电压的期间，能够使在活性层内流动的电流在与支承基板的主面平行的方向上扩散开。其结果，可实现发光效率较高的红外led元件。
[0037]
优选的是，从与所述支承基板的所述主面正交的方向进行观察，距所述内部电极最近的位置的所述上部电极与所述内部电极的分离距离的偏差为10μm以下。
[0038]
该分离距离的偏差被定义如下。在红外led元件具备单一的上部电极的情况下，在从与支承基板的主面正交的方向对发光元件进行观察时，测定各内部电极与上部电极的分离距离，并推算这些最大值与最小值之差的绝对值，由此设定所述偏差的值。
[0039]
另一方面，在红外led元件具备多个上部电极的情况下，以如下方式推算所述偏差的值。首先，确定一个上部电极(以下，称为“上部电极α1”)。接下来，在从与支承基板的主面正交的方向观察到发光元件时，从多个内部电极中确定最接近的上部电极是上部电极α1的内部电极。该内部电极通常存在多个，以下将称为“内部电极群β(α1)”。
[0040]
然后，在从与支承基板的主面正交的方向观察到发光元件时，测定内部电极群β(α
1)所属的各内部电极与上部电极α1的分离距离，并推算这些最大值与最小值之差的绝对值，由此得到偏差vr(α1)。
[0041]
通过对其它上部电极(α2、α3、
…
、αn)(n是2以上的自然数)也进行同样的处理，得到偏差vr(α2)、vr(α3)、
…
、vr(αn)。取上述各偏差vr(αi)(1≤i≤n)的平均值作为所述偏差的值。
[0042]
也可以为，所述第二半导体层是inp，
[0043]
所述活性层包含属于由gainasp、algainas以及ingaas组成的群组中的一种以上的材料。
[0044]
inp与gainasp、algainas以及ingaas相比带隙能量较高，因此可透过波长比这些材料短的光。也就是说，在使用图像传感器从上部电极侧进行拍摄的情况，位于活性层的上层的第二半导体层内的光的吸收几乎不成问题。另外，通过用前述材料形成活性层，可实现发光波长1000nm以上的红外led元件。此时，通过根据峰值发光波长λ以满足上述(1)式的膜厚t形成所述活性层，可抑制活性层内的光吸收，因此能够使内部电极与上部电极高精度地对位，可实现发光效率较高的红外led元件。
[0045]
也可以是，所述红外led元件的所述峰值发光波长λ为1000≤λ＜1550，所述活性层的膜厚t为1000nm以下。
[0046]
另外，本发明的红外led元件的制造方法的特征在于，具有：
[0047]
工序a，准备生长基板；
[0048]
工序b，在所述生长基板的上层形成所述第二半导体层；
[0049]
工序c，在所述第二半导体层的上层，以满足所述(1)式的膜厚t[nm]形成由峰值发光波长为λ[nm]的材料构成的所述活性层；
[0050]
工序d，在所述活性层的上层形成所述第一半导体层以及所述绝缘层；
[0051]
工序e，在所述绝缘层的内部形成所述内部电极；
[0052]
工序f，在所述绝缘层的上层贴合所述支承基板；
[0053]
工序g，剥离所述生长基板而使所述第二半导体层露出；
[0054]
工序h，在所述第二半导体层的上层形成光刻胶，之后，基于所述内部电极的位置，使用图像传感器将根据所述上部电极的形状而形成了图案的光刻掩模进行对位并配置；
[0055]
工序i，经由所述光刻掩模进行曝光，之后对所述上部电极的材料膜进行成膜；以及
[0056]
工序j，去除所述光刻胶。
[0057]
根据上述方法，执行工序h时成膜出的活性层的膜厚t[nm]被设定为使其与活性层的峰值发光波长λ[nm]的关系满足上述(1)式。因此，当一边照射在1000nm以上的波长区域表现出光强度的较宽的光一边利用图像传感器进行拍摄时，在活性层内，光的吸收受到抑制，因此能够利用图像传感器接收到足以高精度地检测内部电极的形成位置的光量。其结果，在工序h中，能够高精度地进行光刻掩模的对位，因此执行工序j后残留的上部电极在与支承基板的面正交的方向上可形成于与内部电极重叠较少的位置。因而，能够在通电时使在活性层内流动的电流在与支承基板的面平行的方向上扩散开，可获得发光效率较高的红外led元件。
[0058]
也可以是，所述工序b是对由inp构成的膜进行成膜的工序，
[0059]
所述工序c是对包含属于由gainasp、algainas以及ingaas组成的群组中的一种以上的材料的膜进行成膜的工序。
[0060]
发明效果
[0061]
根据本发明，即使发光波长为1000nm以上，也能够高精度地进行内部电极与上部电极的对位，其结果，可提供使在活性层内流动的电流在面方向上扩散开而表现出较高的发光效率的红外led元件。
附图说明
[0062]
图1是示意性地表示本发明的红外led元件的一实施方式的结构的剖面图。
[0063]
图2是向﹣y方向对图1所示的红外led元件进行观察时的示意性的俯视图。
[0064]
图3是用于对图1所示的led元件的制造方法进行说明的一工序的示意性的剖面图。
[0065]
图4是用于对图1所示的led元件的制造方法进行说明的另一工序的示意性的剖面图。
[0066]
图5是将图4的描画范围放大的图。
[0067]
图6是形成有对位用标记的外延晶圆的示意性的俯视图。
[0068]
图7是用于对图1所示的led元件的制造方法进行说明的另一工序的示意性的剖面图。
[0069]
图8是用于对图1所示的led元件的制造方法进行说明的另一工序的示意性的剖面图。
[0070]
图9是用于对图1所示的led元件的制造方法进行说明的另一工序的示意性的剖面图。
[0071]
图10是用于对图1所示的led元件的制造方法进行说明的另一工序的示意性的剖面图。
[0072]
图11a是用于对图1所示的led元件的制造方法的步骤s7进行说明的一工序的示意性的剖面图。
[0073]
图11b是用于对图1所示的led元件的制造方法的步骤s7进行说明的另一工序的示意性的剖面图。
[0074]
图11c是用于对图1所示的led元件的制造方法的步骤s7进行说明的另一工序的示意性的剖面图。
[0075]
图11d是用于对图1所示的led元件的制造方法的步骤s7进行说明的另一工序的示意性的剖面图。
[0076]
图11e是用于对图1所示的led元件的制造方法的步骤s7进行说明的另一工序的示意性的剖面图。
[0077]
图12是表示验证1的结果的线图，是对峰值发光波长与能够高精度地检测出内部电极的活性层的最大厚度的关系进行表示的线图。
[0078]
图13是用于说明上部电极与内部电极的分离距离ws的图。
[0079]
图14是表示样本#1和样本#2各自的红外led元件的电流-光输出特性的线图。
[0080]
图15是表示样本#1和样本#2各自的红外led元件的电流-正向电压特性的线图。
[0081]
附图标记说明
[0082]
1：红外led元件
[0083]
3：生长基板
[0084]
11：支承基板
[0085]
13(13a、13b)：接合层
[0086]
15：反射层
[0087]
17：绝缘层
[0088]
20：半导体层叠体
[0089]
21：接触层
[0090]
23：第一覆盖层
[0091]
25：活性层
[0092]
27：第二覆盖层
[0093]
27a：凹凸部
[0094]
31：内部电极
[0095]
32：上部电极
[0096]
33：背面电极
[0097]
34：焊盘电极
[0098]
41：对位用标记
[0099]
43：光刻胶
[0100]
45：光刻掩模
[0101]
45a、45b：掩模区域
具体实施方式
[0102]
参照附图对本发明的红外led元件及其制造方法的实施方式进行说明。以下的各附图是示意性地示出的，附图上的尺寸比与实际的尺寸比未必一致。另外，在附图之间，也存在尺寸比不一致的情况。
[0103]
在本说明书中，就“层q2形成于层q1的上层”这一表述而言，层q2直接形成在层q1的面上这一情况自不必说，还意图包含层q2经由薄膜形成在层q1的面上这一情况。此外，此处所说的“薄膜”可以指膜厚为20nm以下的层、优选为10nm以下的层。
[0104]
在本说明书中，“gainasp”这一记述意指ga、in、as及p的混晶，是仅将组分比的记述的省略掉的记载。“algainas”等其它记载也是相同的。
[0105]
图1是示意性地表示本实施方式的红外led元件的构造的剖面图。图1所示的红外led元件1具备形成于支承基板11的上层的半导体层叠体20。图1所示的红外led元件1与在规定位置沿xy平面切断的示意性的剖面图对应。在以下的说明中，适当参照图1中所附的xyz坐标系。
[0106]
在以下的说明中，在表达方向时，在区别正负朝向的情况下，将像“﹢x方向”、“﹣x方向”这样标上正负符号进行记载。另外，在不区别正负朝向地表达方向的情况下，仅记载为“x方向”。即，在本说明书中，在仅记载为“x方向”的情况下，包含“﹢x方向”和“﹣x方向”双方。对于y方向以及z方向也相同。在以下的例子中，对支承基板11的主面与xz平面平行、沿其法
线方向(y方向)取出光的情况进行说明。
[0107]
本实施方式的红外led元件1在半导体层叠体20内(更详细而言是在后述的活性层25内)生成红外光l。更详细而言，如图1所示，在以活性层25为基准时，向﹢y方向取出红外光l(l1、l2)。红外光l的峰值波长为1000nm以上。
[0108]
[元件构造]
[0109]
以下，对红外led元件1的构造进行详细说明。
[0110]
(支承基板11)
[0111]
支承基板11例如由si、ge等半导体、cu、cuw等金属材料构成。在支承基板11由半导体构成的情况下，可以为了表现出导电性而高浓度地掺入掺杂剂。作为一个例子，支承基板11是将硼(b)以1
×
10
19
/cm3以上的掺杂浓度掺入的、电阻率为10mωcm以下的si基板。作为掺杂剂，除了硼(b)以外，例如还可以利用磷(p)、砷(as)、锑(sb)等。从兼顾高散热性和低制造成本的角度来看，支承基板11优选使用si基板。
[0112]
支承基板11的厚度(y方向上的长度)不做特别限定，例如为50μm～500μm，优选为100μm～300μm。
[0113]
(接合层13)
[0114]
图1所示的红外led元件1具备形成于支承基板11的上层的接合层13。接合层13由低熔点的钎焊材料构成，例如由au、au-zn、au-sn、au-in、au-cu-sn、cu-sn、pd-sn、sn等构成。如随后参照图9描述的那样，该接合层13用于将上表面形成有半导体层叠体20的生长基板3与支承基板11贴合。接合层13的厚度不做特别限定，例如为0.5μm～5.0μm，优选为1.0μm～3.0μm。
[0115]
(反射层15)
[0116]
图1所示的红外led元件1具备形成于接合层13的上层的反射层15。反射层15起到使在活性层25内生成的红外光l中的向支承基板11侧(﹣y方向)行进的红外光l2反射而将其向﹢y方向引导的功能。反射层15由导电性材料且为对红外光l表现出高反射率的材料构成。反射层15对红外光l的反射率优选为70％以上，更优选为80％以上，特别优选为90％以上。
[0117]
在红外光l的峰值波长为1000nm～2000nm的情况下，反射层15可以使用ag、ag合金、au、al、cu等金属材料。构成反射层15的材料可根据在活性层25生成的光的波长适当选择。
[0118]
反射层15的厚度不做特别限定，例如为0.1μm～2.0μm以下，优选为0.3μm～1.0μm以下。
[0119]
在图1中虽未图示，但在反射层15与接合层13之间，可以设置用于对构成接合层13的钎焊材料的扩散进行抑制的阻挡层。作为阻挡层的材料，例如能够通过包含ti、pt、w、mo、ni等在内的材料实现。作为一个例子，由ti/pt/au这一层叠体构成。阻挡层的厚度不做特别限定，例如为0.05μm～3μm以下，优选为0.2μm～1μm以下。通过夹设该阻挡层，能够防止构成接合层13的材料向反射层15侧扩散而使反射层15的反射率降低。阻挡层也可以还设于接合层13与支承基板11之间。
[0120]
从提高光取出效率的观点来看，如图1所示，优选的是红外led元件1具备反射层15，但在本发明中，红外led元件1是否具备反射层15是任意的。
[0121]
(绝缘层17)
[0122]
图1所示的红外led元件1具备形成于反射层15的上层的绝缘层17。绝缘层17由表现出电绝缘性且对红外光l的透射性较高的材料构成。绝缘层17对红外光l的透射率优选为70％以上，更优选为80％以上，特别优选为90％以上。
[0123]
在红外光l的峰值波长为1000nm～2000nm的情况下，绝缘层17可以使用sio2、sin、al2o3等材料。构成绝缘层17的材料可根据在活性层25生成的光的波长适当选择。
[0124]
(半导体层叠体20)
[0125]
图1所示的红外led元件1具有形成于绝缘层17的上层的半导体层叠体20。半导体层叠体20是多个半导体层的层叠体，例如包含接触层21、第一覆盖层23、活性层25和第二覆盖层27。构成半导体层叠体20的各半导体层(21、23、25、27)由能够与后述的生长基板3晶格匹配地外延生长的材料构成。
[0126]
《《接触层21、第一覆盖层23》》
[0127]
在本实施方式中，接触层21例如由p型的gainasp构成。接触层21的厚度不做限定，例如为10nm～1000nm，优选为50nm～500nm。另外，接触层21的p型掺杂浓度优选为5
×
10
17
/cm3～3
×
10
19
/cm3，更优选为1
×
10
18
/cm3～2
×
10
19
/cm3。
[0128]
在本实施方式中，第一覆盖层23形成于接触层21的上层，例如由p型的inp构成。第一覆盖层23的厚度不做限定，例如为1000nm～10000nm，优选为2000nm～5000nm。第一覆盖层23的p型掺杂浓度在离开活性层25的位置优选为1
×
10
17
/cm3～3
×
10
18
/cm3以下，更优选为5
×
10
17
/cm3～3
×
10
18
/cm3以下。
[0129]
作为接触层21以及第一覆盖层23中所含的p型掺杂剂，可以利用zn、mg、be等，优选为zn或mg，特别优选为zn。在本实施方式中，接触层21以及第一覆盖层23与“第一半导体层”对应。
[0130]
《《活性层25》》
[0131]
在本实施方式中，活性层25由形成于第一覆盖层23的上层的半导体层构成。活性层25可从能够生成目标波长的光且能够与随后将参照图3描述的生长基板3晶格匹配地外延生长的材料中适当选择。
[0132]
在想要实现出射峰值波长为1000nm～2000nm的红外光l的红外led元件1的情况下，活性层25既可以是gainasp、algainas或ingaas的单层构造，也可以是包含由gainasp、algainas或ingaas构成的阱层和由带隙能量比阱层大的gainasp、algainas、ingaas或inp构成的势垒层的mqw(multiple quantum well：多量子阱)构造。
[0133]
活性层25的膜厚t[nm]在峰值发光波长λ[nm]为1550≤λ≤1800的情况下，设定为使其与峰值发光波长λ的关系满足下述(1)式。
[0134]
t≤﹣3.5
×
λ﹢6375
…
(1)
[0135]
另外，在峰值发光波长λ为1000≤λ＜1550的情况下，活性层25的膜厚t为1000nm以下。此外，从降低电子和空穴不在活性层25内复合而是向邻接层流出这一现象(溢出现象)的发生概率的角度来看，无论峰值发光波长λ如何，活性层25的膜厚t都优选设为20nm以上，更优选设为150nm以上。
[0136]
如随后参照图11c描述的那样，当制造红外led元件1时，进行如下工序：通过使用图像传感器从第二覆盖层27的上方进行拍摄，检测内部电极31在xz平面上的形成位置。通过根据峰值发光波长λ对活性层25的膜厚作上述设定，可抑制拍摄用的光在活性层25内被
吸收的量，能够高精度地识别内部电极31的形成位置。
[0137]
活性层25既可以进行n型或p型掺杂，也可以不掺杂。在进行n型掺杂的情况下，作为掺杂剂，例如可以利用si。
[0138]
《《第二覆盖层27》》
[0139]
在本实施方式中，第二覆盖层27形成于活性层25的上层，例如由n型的inp构成。第二覆盖层27的厚度不做限定，例如为100nm～10000nm，优选为500nm～5000nm。第二覆盖层27的n型掺杂浓度优选为1
×
10
17
/cm3～5
×
10
18
/cm3，更优选为5
×
10
17
/cm3～4
×
10
18
/cm3。作为掺入第二覆盖层27的n型杂质材料，可以利用sn、si、s、ge、se等，特别优选si。第二覆盖层27与“第二半导体层”对应。
[0140]
在图1所示的例子中，在第二覆盖层27的﹢y侧的表面形成有凹凸部27a。通过形成凹凸部27a，可降低从活性层25向﹢y方向行进的红外光l(l1、l2)在第二覆盖层27的表面向活性层25侧反射的光量，可提高光取出效率。但是，在本发明中，是否在第二覆盖层27的表面设置凹凸部27a是任意的。
[0141]
第一覆盖层23以及第二覆盖层27可从不对在活性层25生成的红外光l进行吸收且能够与生长基板3(参照后述的图3)晶格匹配地外延生长的材料中适当选择。在采用inp基板作为生长基板3的情况下，作为第一覆盖层23以及第二覆盖层27，除了inp以外，还可以利用gainasp、algainas等材料。
[0142]
但是，如上所述，当制造红外led元件1时，进行如下工序：通过使用图像传感器从第二覆盖层27的上方进行拍摄，检测内部电极31在xz平面上的形成位置。从这一角度来看，为了抑制第一覆盖层23以及第二覆盖层27内的对拍摄用光的吸收，这些层优选由带隙能量充分高于活性层25的材料形成，更优选由inp形成。
[0143]
此外，在上述说明中，对第一半导体层(21、23)为p型半导体、第二半导体层27为n型半导体的情况进行了说明，但两者的导电型也可以颠倒。
[0144]
(内部电极31)
[0145]
图1所示的红外led元件1具有在绝缘层17内的多个部位沿y方向贯通地形成的内部电极31。内部电极31将第一半导体层(21、23)与支承基板11电连接。内部电极31设于沿与xz平面平行的方向(即，与支承基板11的主面平行的方向)分散的多个位置。
[0146]
内部电极31由能够对接触层21形成欧姆连接的材料构成。作为一个例子，内部电极31由auzn、aube或者至少包含au和zn的层叠构造(例如au/zn/au等)构成。这些材料与构成反射层15的材料相比对红外光l的反射率较低。
[0147]
根据后述的图2，在本实施方式中将示出内部电极31规则地排列的结构例，但沿y方向观察的情况下的内部电极31配置图案可以采用任意的形状。但是，从在与支承基板11的主面平行的方向上遍及活性层25内的较大范围地均匀流动电流的角度来看，优选的是，内部电极31被配置为在面方向上以具有规则形状的方式分散的状态。
[0148]
图2是从第二覆盖层27的上方沿y方向对红外led元件1进行观察时的示意性的俯视图的一个例子。但是，为了理解内部电极31的形状图案，在图2中，还对内部电极31进行了图示。对于图2，将随后在说明上部电极32的部分进行描述。在图2中，图示了半导体层叠体20在俯视下呈矩形状的情况。
[0149]
沿y方向对红外led元件1进行观察时的全部的内部电极31的总面积相对于半导体
层叠体20(例如第二覆盖层27)的面方向的面积优选为30％以下，更优选为20％以下，特别优选为15％以下。若内部电极31的总面积较大，则从活性层25向支承基板11侧(﹣y方向)行进的红外光l2会被内部电极31吸收，取出效率降低。另一方面，若内部电极31的总面积过小，则电阻值变高，正向电压上升。
[0150]
(上部电极32)
[0151]
图1所示的红外led元件1具有形成于半导体层叠体20的上层的上部电极32。典型地，上部电极32以沿规定方向延伸的方式形成有多根。在图2所示的例子中，多个上部电极32以沿着半导体层叠体20的边的方式沿x方向以及z方向延伸，且呈梳子形的形状。此外，上部电极32的配置图案形状是任意的，例如也可以是格子状，还可以是旋涡状。上部电极32使位于下层的第二覆盖层27的面露出，并且遍及xz平面上的较大范围地形成。由此，能够使在活性层25内流动的电流在与xz平面平行的方向上扩散开，能够在活性层25内的较大范围进行发光。
[0152]
作为一个例子，上部电极32由auge/ni/au、auge等材料构成，也可以具备这些材料中的多种。
[0153]
如图2所示，在沿y方向观察时，上部电极32和内部电极31以沿y方向没有重叠的方式配置。更优选地，在沿y方向观察时，各内部电极31与最近的上部电极32的分离距离ws(参照图13)以对大致全部的内部电极31而言实质上均匀的方式设计。典型地，在沿y方向观察时，对于80％以上的内部电极31，距各个内部电极31最近的位置的上部电极32与内部电极31的分离距离的偏差为10μm以下。此外，更优选的是，关于90％以上内部电极31，同样是所述分离距离的偏差为10μm以下，进一步优选的是，关于95％以上的内部电极31，同样是所述分离距离的偏差为10μm以下。
[0154]
在沿y方向对红外led元件1进行观察时，若上部电极32和内部电极31有重叠，则在该区域中，电流容易沿y方向流动，导致电流局部地集中。其结果，难以使电流在与xz平面平行的方向上在活性层25内的较大范围中流动，会在第二覆盖层27的面上产生亮度偏差，或者导致发光效率降低。另外，在沿y方向对红外led元件1进行观察时，即使在上部电极32与内部电极31没有重叠的情况下，当内部电极31与上部电极32的分离距离的偏差较大时，沿xz平面的方向流动的电流量也会产生较大差异。其结果，会出现电流局部地集中的部位，存在产生与上述相同的现象的隐患。从这一角度来看，沿y方向观察红外led元件1时的内部电极31与上部电极32的分离距离的偏差优选的是尽量较小。
[0155]
为此，在制造红外led元件1时，高精度地进行上部电极32和内部电极31的对位非常重要。更详细而言，上部电极32的形成工序比内部电极31的形成工序靠后，这一点将随后在说明红外led元件1的制造方法的部分进行描述。也就是说，当形成上部电极32时，需要在识别出形成内部电极31的位置之后调整上部电极32的形成预定位置的工序。在本发明的红外led元件1的情况下，活性层25的膜厚t是根据波长λ设计的，因此能够高精度地检测出内部电极31的形成位置。
[0156]
(焊盘电极34)
[0157]
如图2所示，红外led元件1具有形成于上部电极32的一部分的上表面的焊盘电极34。焊盘电极34例如由ti/au、ti/pt/au等构成。该焊盘电极34是出于确保使供电所用的键合线接触的区域的目的而设置的，但在本发明中，是否具备焊盘电极34是任意的。
[0158]
此外，焊盘电极34例如在半导体层叠体20的各边(芯片尺寸)为800μm～2500μm左右的情况下呈内径为90μm～120μm左右的圆形状。此外，上部电极32的线宽为10μm～30μm左右。在芯片尺寸超过800μm的高输出型的红外led元件1中，从注入较高的电流的角度来看，如图2所示，优选在多个部位设置焊盘电极34。
[0159]
(背面电极33)
[0160]
图1所示的红外led元件1具备形成于支承基板11的与半导体层叠体20相反的一侧(﹣y侧)的面上的背面电极33。背面电极33对支承基板11实现了欧姆接触。作为一个例子，背面电极33由ti/au、ti/pt/au等材料构成，也可以具备这些材料中的多种。
[0161]
[制造方法]
[0162]
参照图3～图11e这些图对上述红外led元件1的制造方法的一个例子进行说明。图3～图5、图7～图11e均为制造过程内的一工序的剖面图。对于图6，将随后进行描述。就以下的各步骤而言，只要是在对制造红外led元件1没有影响的范围内，其顺序就可以适当地提前/挪后。
[0163]
(步骤s1)
[0164]
如图3所示，将例如由inp构成的生长基板3搬运到mocvd(metal organic chemical vapor deposition：有机金属化学气相沉积)装置内，在生长基板3上依次外延生长出第二覆盖层27、活性层25、第一覆盖层23以及接触层21，从而形成半导体层叠体20。在本步骤s1中，根据所生长的层的材料、膜厚，适当调整原料气体的种类及流量、处理时间、环境温度等。各半导体层(21、23、25、27)的材料例如上所述。
[0165]
作为生长基板3，优选利用inp。但是，当制造峰值发光波长为1070nm以下的红外led元件1时，作为生长基板3，也可以利用gaas。
[0166]
此外，在该步骤s1中，在将从形成材料推算出的峰值发光波长设为λ[nm]时，在1550≤λ≤1800的情况下，以满足上述(1)式的膜厚t[nm]对活性层25进行成膜。为慎重起见，重新写出(1)式。
[0167]
t≤﹣3.5
×
λ﹢6375
…
(1)
[0168]
另外，在峰值发光波长λ为1000≤λ＜1550的情况下，以膜厚t为1000nm以下的方式对活性层25进行成膜。此外，无论峰值发光波长λ如何，活性层25优选都以100nm以上的厚度进行成膜。
[0169]
该步骤s1与工序a～c对应。
[0170]
(步骤s2)
[0171]
将外延晶圆从mocvd装置中取出，在接触层21的表面形成通过光刻法形成了图案的抗蚀剂掩模。之后，在使用真空蒸镀装置对内部电极31的形成材料(例如auzn)进行成膜后，通过剥离法将抗蚀剂掩模剥离。之后，例如通过450℃、10分钟的加热处理实施合金化处理(退火处理)，由此实现接触层21与内部电极31之间的欧姆接触。
[0172]
接下来，通过等离子体cvd法对例如由sio2构成的绝缘层17进行成膜。之后，通过光刻法以及蚀刻法将位于内部电极31的上层的绝缘层17除去，使内部电极31露出(参照图4)。
[0173]
此外，如图5所示，在该步骤s2中，在外延晶圆的端部位置，形成由与内部电极31相同的材料构成的对位用标记41。图6是形成有对位用标记41的外延晶圆的示意性的俯视图。
此外，在图6中，出于容易理解对位用标记41的角度，仅图示了形成于晶圆的上表面的绝缘层17和贯通地形成在绝缘层17内的对位用标记41，但实际上在该时间点还形成了图案化的内部电极31。
[0174]
在图6中，对位用标记41呈十字形的形状，但对位用标记41的形状是任意的。
[0175]
该步骤s2与工序d～e对应。
[0176]
(步骤s3)
[0177]
如图7所示，以覆盖绝缘层17以及内部电极31的方式形成反射层15，之后形成接合层13a。例如，利用真空蒸镀装置，通过以规定膜厚例如对al/au进行成膜而形成反射层15，接着，通过以规定膜厚例如对au-sn进行成膜而形成接合层13a。此外，如上所述，在反射层15与接合层13a之间，也可以通过以规定膜厚例如对ti/pt/au进行成膜而形成阻挡层。
[0178]
(步骤s4)
[0179]
如图8所示，准备与生长基板3不同的支承基板11，在其上表面形成例如由au-sn构成的接合层13b。此外，虽未图示，但可以在支承基板11面上形成接触用的金属层(例如ti)，并在其上层形成接合层13b。另外，也可以在形成接合层13b之前形成上述阻挡层。
[0180]
(步骤s5)
[0181]
如图9所示，经由接合层13(13a、13b)使生长基板3与支承基板11例如在280℃的温度、1mpa的压力下贴合。通过该处理，生长基板3上的接合层13a与支承基板11上的接合层13b熔融而一体化(接合层13)。
[0182]
该步骤s5与工序f对应。
[0183]
(步骤s6)
[0184]
在向半导体层叠体20侧的面涂布抗蚀剂进行保护之后，对于露出的生长基板3，利用研削研磨处理或盐酸系蚀刻剂进行湿法蚀刻处理。由此，生长基板3被剥离，第二覆盖层27露出(参照图10)。
[0185]
该步骤s6与工序g对应。
[0186]
(步骤s7)
[0187]
在第二覆盖层27的上表面的规定位置形成上部电极32。参照图11a～图11e对该步骤s7的具体过程进行说明。
[0188]
首先，如图11a所示，在第二覆盖层27的上表面涂布光刻胶43。在此，将以光刻胶43是负性的情况为例进行说明，但也可以使用正性的光刻胶43。
[0189]
接下来，如图11b所示，在将根据上部电极32的形状而形成了图案的光刻掩模45设置于规定位置的状态下，经由光刻掩模45照射曝光用的光l40。
[0190]
光刻掩模45优选在端部位置设有对位用的掩模区域45a。即，如图11c示意性地所示，光刻掩模45具有根据上部电极32的形状而形成了图案的掩模区域45b和对位用的掩模区域45a。
[0191]
如前面参照图5～图6描述的那样，在步骤s2中，在晶圆上形成了由与内部电极31相同的材料构成的对位用标记41。当调整光刻掩模45的位置时，一边从光刻掩模45的上方照射例如来自卤素灯的光，一边利用ingaas系传感器等图像传感器进行拍摄。然后，一边对所获得的图像进行确认，一边调整光刻掩模45的位置，以使对位用标记41与对位用的掩模区域45a重叠。图11c图示了对位用标记41与对位用的掩模区域45a被调整为沿y方向重叠后
的状态。
[0192]
来自卤素灯的光若在半导体层叠体20内通过而到达绝缘层17的形成部位，则在内部电极31、对位用标记41处反射，被图像传感器接收到。基于该拍摄图像，能够检测出对位用标记41的形成部位。如上所述，活性层25根据峰值发光波长λ而调整了膜厚t，抑制了来自图像传感器的光在活性层25内被吸收的量。另外，第一覆盖层23、第二覆盖层27为带隙能量比活性层25高的材料，优选由inp形成。因此，1000nm以上的光在这些层内被吸收的量较少，不会在检测内部电极31的形成位置时成为问题。另外，在接触层21内，有可能吸收一部分的光，但由于本来厚度就薄，因此不会在检测内部电极31的形成位置时成为问题。
[0193]
也就是说，即使在活性层25的峰值发光波长为1000nm以上的情况下，也能够将设于光刻掩模45的对位用的掩模区域45a调整为与对位用标记41重叠。其结果，能够将设于光刻掩模45的上部电极32用的掩模区域45b调整到与内部电极31的形成位置对应的适当位置。
[0194]
此外，对位用的掩模区域45a可以设为与对位用标记41的形状对应的形状。也就是说，如图6所示，在对位用标记41为十字形状的情况下，对位用的掩模区域45a可以也为十字形状。
[0195]
通过经由被设定于规定位置的状态的光刻掩模45对晶圆照射曝光用的光l40，存在于掩模区域(45a、45b)的下方的光刻胶43残留下来，存在于光刻掩模45的开口部位的下方的光刻胶43被去除(参照图11d)。
[0196]
接下来，如图11e所示，例如使用真空蒸镀装置对上部电极32的材料膜进行成膜。由此，在残留的光刻胶43的上表面和露出的第二覆盖层27的上表面成膜出材料膜(32a、32)。之后，通过剥离光刻胶43，并根据需要实施退火处理，在第二覆盖层27的上表面的规定位置形成上部电极32(参照图1、图2)。
[0197]
该步骤s7与工序h～j对应。
[0198]
(后续的工序)
[0199]
在步骤s7以后，例如执行以下的工序。此外，以下的步骤可以适当交换。
[0200]
在上部电极32的上表面的规定位置形成焊盘电极34。该情况下也与上部电极32相同，可以通过基于真空蒸镀装置的成膜以及剥离工序来实现。
[0201]
对未形成有上部电极32(以及焊盘电极34)的第二覆盖层27的表面实施湿法蚀刻，形成凹凸部27a。之后，实施用于分离为单个元件的台面蚀刻。具体而言，对于第二覆盖层27的面中的非蚀刻区域，在利用通过光刻法形成了图案的抗蚀剂进行掩盖的状态下，利用溴和甲醇的混合液对其进行湿法蚀刻处理。由此，将位于未被掩盖的区域内的半导体层叠体20的一部分去除(参照图1)。
[0202]
在对支承基板11的背面侧的厚度进行调整之后，在支承基板11的背面侧形成背面电极33。作为背面电极33的具体形成方法，与上部电极32相同，可以通过利用真空蒸镀装置对背面电极33的形成材料(例如ti/pt/au)进行成膜来形成。
[0203]
此外，支承基板11的背面侧的厚度调整只要根据需要进行即可，并不是必然需要的工序。另外，厚度的大小也是根据用途等适当设定的。
[0204]
之后，通过对整个支承基板11进行切片而形成芯片。
[0205]
[验证1]
[0206]
除了使活性层25的材料以及膜厚不同这一点以外，其它以相同的条件执行了步骤s1～s6。之后，与步骤s7相同，进行了光刻掩模45的对位，形成了上部电极32。表1中示出了此时的结果。在表1内，评价“c”与不能识别出内部电极31故而不能进行光刻掩模45的对位这一情况、或者所获得的上部电极32与内部电极31的对位精度超过10μm这一情况对应。另外，在表1内，评价“a”与所获得的上部电极32与内部电极31的对位精度为5μm以下这一情况对应。
[0207]
【表1】
[0208][0209]
根据表1，可知：峰值发光波长λ越为长波长，就越是需要为了提高上部电极32与内部电极31的对位精度而减薄活性层25的厚度。这暗示了：通过使活性层25的厚度变薄，在活性层25内被吸收的光量降低，图像传感器的识别精度提高。另一方面，可知：在峰值发光波长为1550nm以下的范围内，如果活性层25的厚度为1000nm以下，则能够高精度地进行上部电极32与内部电极31的对位。
[0210]
图12是将表1内获得评价“a”的样本中的活性层25的厚度最厚的样本的活性层25的厚度根据波长做成曲线的线图。通过该线图，也可知：峰值发光波长λ越为长波长，在不减薄活性层25的厚度时，就越是难以识别出内部电极31的形成位置。
[0211]
根据图12的结果，可知：在峰值发光波长λ为1550nm～1800nm的范围内、更详细而言是在1550nm～1750nm的范围内，通过使活性层的膜厚t[nm]与峰值发光波长λ[nm]满足下述(1)式，能够利用图像传感器高精度地检测出内部电极31的形成位置。
[0212]
t≤﹣3.5
×
λ﹢6375
…
(1)
[0213]
另外，可知：在峰值发光波长λ为1000nm～1550nm的范围内、更详细而言是在1050nm～1550nm的范围内，通过将活性层的膜厚t[nm]设为1000nm以下，能够利用图像传感器高精度地检测出内部电极31的形成位置。
[0214]
也就是说，通过如上所述地设定活性层的膜厚t，在步骤s7中，能够将光刻掩模45设定在与内部电极31的位置对应的适当位置。其结果，通过透过该光刻掩模45形成曝光上部电极32，上部电极32能够沿y方向不与内部电极31重合，且与各内部电极31的分离距离大致均匀。
[0215]
[验证2]
[0216]
经过上述的步骤s1～s7，得到了样本#1。该样本#1中，沿y方向观察时的上部电极32与内部电极31的分离距离ws的偏差的平均值为2.0μm，全部的偏差都被抑制在了5μm以内。此外，图13是用于对上部电极32与内部电极31的分离距离ws进行说明的图，其与图2的局部放大图对应。
[0217]
作为其它样本，除了在步骤s7中有意图地使光刻掩模45的位置偏移这一点以外，通过与样本#1相同的方法得到了样本#2。该样本#2中，沿y方向观察时的上部电极32与内部电极31的分离距离ws的偏差的平均值为11μm，大大超过了5μm。
[0218]
此外，样本#1以及样本#2双方都是峰值发光波长为1300nm，活性层25的厚度为200nm。
[0219]
图14是表示样本#1和样本#2各自的红外led元件的电流-光输出特性的线图。另外，图15是表示样本#1和样本#2各自的红外led元件的电流-正向电压特性的线图。
[0220]
根据图14以及图15，可知：上部电极32与内部电极31的分离距离ws被抑制在5μm以下的样本#1，相比于所述分离距离ws大大超过5μm的样本#2，供给相同电流的状态下的光输出较高，正向电压较低。由结果还可知：为了提高红外led元件1的发光效率，上部电极32与内部电极31的位置调整是重要的要素。