JP2002134822A - Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same

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JP2002134822A
JP2002134822A JP2000324613A JP2000324613A JP2002134822A JP 2002134822 A JP2002134822 A JP 2002134822A JP 2000324613 A JP2000324613 A JP 2000324613A JP 2000324613 A JP2000324613 A JP 2000324613A JP 2002134822 A JP2002134822 A JP 2002134822A
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JP
Japan
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metal film
solder
semiconductor light
light emitting
emitting device
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JP2000324613A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoteru Ono
智輝 大野
Shigetoshi Ito
茂稔 伊藤
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the materials and structures of an electrode, solder, heat sink or the like which allow the formation of an efficient and reliable device wherein a semiconductor light emitting element including a nitride semiconductor layer is mounted on a GaN substrate. SOLUTION: On a face of the GaN substrate 7 opposite from one formed with nitride semiconductor laminates 101, 102, and 103, a first metal film 10 is formed of a material including A1 as an electrode. For metallization, a second metal film 11 is deposited on the lower face of the metal film 10 as a barrier layer for preventing the deterioration in ohmic contact of the electrode due to the diffusion of Au, Ni, solder or the like, and on the lower face of the second metal film 11, a third metal film 12 formed of Au, Ni, or the like is evaporated. Using the solder 13 formed of In, Sb or the like, the structure is bonded to the heat sink 14 formed of Au or the like.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶構造が六方晶
であるGaN基板に窒化物系半導体からなる多層薄膜
(素子構造)を形成した半導体レーザ装置や半導体発光
ダイオード装置等の半導体発光装置およびその製造方法
に関し、特に、N型電極側を接合面として支持基体に積
載(マウント)した半導体発光装置およびその製造方法
に関する。
The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser device or a semiconductor light emitting diode device in which a multilayer thin film (element structure) made of a nitride semiconductor is formed on a GaN substrate having a hexagonal crystal structure. More particularly, the present invention relates to a semiconductor light emitting device mounted (mounted) on a support base with the N-type electrode side as a bonding surface and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、窒化物系半導体は青色発光素子の
材料として注目されている。従来、この窒化物系半導体
は、サファイア基板上に積層されており、現在では素子
化されて実用に耐え得る性能が報告されるに至ってい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, nitride-based semiconductors have been receiving attention as materials for blue light-emitting devices. Heretofore, this nitride-based semiconductor has been laminated on a sapphire substrate, and at present, it has been reported that the nitride-based semiconductor has been made into a device and has a performance that can withstand practical use.

【0003】図11は、このような技術に関して特開平
10−107384号公報に開示された半導体レーザ装
置の構造を示す図である。この図11において、71は
酸化物(サファイア)基板、72は基板表面上に形成さ
れた窒化物系半導体の多層薄膜72からなる半導体レー
ザ本体、73、74は半導体レーザ本体に電力を供給す
るための電極、75はヒートシンク(支持基体)、76
は金属からなる導電性接着剤(ハンダ)であり、77は
酸化物基板71の裏面表面に形成された金属膜である。
この金属膜77としては、酸化物に対して密着性のよい
金属として知られているTi、Cr、W、Ni、Zr、
Mo、Al、V等が選択され、その膜厚は0.1μm〜
0.2μmである。この構造では、酸化物基板71の裏
面表面に、酸化物に対する密着性の良好な金属膜77が
形成されているので、半導体レーザチップとハンダが強
固に接着され、半導体レーザチップから支持基体への熱
伝導性がよくなる。
FIG. 11 is a diagram showing the structure of a semiconductor laser device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-107384 regarding such a technique. In FIG. 11, reference numeral 71 denotes an oxide (sapphire) substrate; 72, a semiconductor laser main body composed of a multilayer thin film 72 of a nitride semiconductor formed on the substrate surface; and 73, 74 for supplying power to the semiconductor laser main body. 75, a heat sink (support base), 76
Is a conductive adhesive (solder) made of metal, and 77 is a metal film formed on the back surface of the oxide substrate 71.
Examples of the metal film 77 include Ti, Cr, W, Ni, Zr, which are known as metals having good adhesion to oxides.
Mo, Al, V, etc. are selected, and the film thickness is 0.1 μm or more.
0.2 μm. In this structure, since the metal film 77 having good adhesion to the oxide is formed on the back surface of the oxide substrate 71, the semiconductor laser chip and the solder are firmly bonded to each other, and the semiconductor laser chip and the support base are adhered to each other. Thermal conductivity improves.

【0004】このような半導体レーザ装置は例えば以下
のような工程により作製することができる。まず、サフ
ァイア等の酸化物基板71上(表面側)に窒化物系半導
体からなる多層薄膜72を結晶成長法により形成し、さ
らにその上面に電極73、74等を形成したウェハーを
適宜制作する。次に、ウェハーの裏面に上記金属膜77
を蒸着法等により薄膜形成する。続いて、基板裏面の所
定の位置にダイヤモンドポイントにより溝を入れ、この
溝に従ってウェハーを分割することにより個々のレーザ
チップを形成する(スクライビング法)。このとき、半
導体レーザチップの共振器ミラー面も同時に形成するこ
とができる。その後、半導体レーザチップは、マウント
に通常用いられているAu系ハンダ等のハンダにより、
ヒートシンクもしくはサブマウントなどの支持基体上に
ダイボンドされ、半導体レーザ装置が完成する。
[0004] Such a semiconductor laser device can be manufactured, for example, by the following steps. First, a multilayer thin film 72 made of a nitride-based semiconductor is formed on an oxide substrate 71 such as sapphire (surface side) by a crystal growth method, and a wafer having electrodes 73 and 74 formed on the upper surface thereof is appropriately produced. Next, the metal film 77 is formed on the back surface of the wafer.
Is formed into a thin film by a vapor deposition method or the like. Subsequently, a groove is formed at a predetermined position on the back surface of the substrate by a diamond point, and the wafer is divided along the groove to form individual laser chips (scribing method). At this time, the resonator mirror surface of the semiconductor laser chip can be formed at the same time. Thereafter, the semiconductor laser chip is soldered with a solder such as an Au-based solder that is usually used for mounting.
The semiconductor laser device is completed by die bonding on a supporting base such as a heat sink or a submount.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、以下に示すような問題が挙げられ
る。サファイア基板は、絶縁体であると共に積層された
窒化物系半導体とへき開面が異なる特徴を持つため、良
質な導波路端面(共振器ミラー面)の形成が難しい。ま
た、基板表面上にP型電極およびN型電極を形成するこ
とにより素子化プロセスが複雑化し、それに伴うコスト
アップが生じる。さらに、活性層での電流密度低下によ
る低効率化などの問題が存在している。
However, the above-mentioned prior art has the following problems. Since the sapphire substrate is an insulator and has a feature that the cleavage surface is different from that of the nitride-based semiconductor laminated, it is difficult to form a high-quality waveguide end surface (resonator mirror surface). Further, the formation of the P-type electrode and the N-type electrode on the substrate surface complicates the device-forming process, thereby increasing the cost. Further, there is a problem that the current density in the active layer is reduced and the efficiency is reduced.

【0006】一方、最近では、積層する窒化物系半導体
と同材質であるGaN結晶を基板に用いる研究がなされ
ている。GaN基板を用いると、上記のような問題点は
解決されるがヒートシンクヘのマウントに関する技術は
確立していない。特に、N型電極を設けた面をヒートシ
ンクに密着させるようにマウントすることにより、ヒー
トシンクを半導体レーザチップヘの電流通路として兼ね
るようにすることが期待されるが、本願発明者の検討に
よれば、N型電極とヒートシンクとの間に適切な構造を
設けなければ、N型電極の特性が悪化してしまうことが
分かった。
On the other hand, recently, studies have been made on using a GaN crystal, which is the same material as the nitride-based semiconductor to be laminated, as a substrate. The use of a GaN substrate solves the above-mentioned problems, but has not established a technique for mounting on a heat sink. In particular, it is expected that the heat sink also serves as a current path to the semiconductor laser chip by mounting the surface on which the N-type electrode is provided so as to be in close contact with the heat sink. It has been found that unless an appropriate structure is provided between the mold electrode and the heat sink, the characteristics of the N-type electrode deteriorate.

【0007】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、GaN基板上に窒化
物系半導体を積層した半導体発光素子をマウントする際
に、信頼性が高く、良好な特性を得ることができる半導
体発光装置およびその製造方法を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in order to solve such problems of the prior art, and has high reliability when mounting a semiconductor light emitting device in which a nitride semiconductor is laminated on a GaN substrate. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of obtaining good characteristics and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、支持基体と、該支持基体上に積載され、GaN基板
上に窒化物系半導体の積層体を設けた半導体発光素子と
を有する半導体発光装置であって、該GaN基板におけ
る該積層体を設けた面とは反対側の面に、GaN基板と
オーミック接合を取ることが可能な材料からなり、N型
電極として機能する第1の金属膜と、高融点金属からな
り、バリア層として機能する第2の金属膜と、ハンダと
混合し易い材料からなる第3の金属膜とを備え、該第3
の金属膜と該支持基体との間にハンダを有しており、そ
のことにより上記目的が達成される。
A semiconductor light emitting device according to the present invention includes a semiconductor light emitting device having a support base and a semiconductor light emitting element mounted on the support base and provided with a nitride semiconductor laminated body on a GaN substrate. A light emitting device, comprising: a first metal that functions as an N-type electrode on a surface of the GaN substrate opposite to a surface on which the stacked body is provided, the material being made of a material capable of forming an ohmic junction with the GaN substrate. A second metal film made of a high melting point metal and functioning as a barrier layer; and a third metal film made of a material that is easily mixed with solder.
The solder is provided between the metal film and the supporting base, thereby achieving the above object.

【0009】前記第2の金属膜の厚みが8nm以上80
nm以下であるのが好ましい。
The thickness of the second metal film is not less than 8 nm and not more than 80.
nm or less.

【0010】本発明の半導体発装置は、支持基体と、該
支持基体上に積載され、GaN基板上に窒化物系半導体
の積層体を設けた半導体発光素子とを有する半導体発光
装置であって、該GaN基板における該積層体を設けた
面とは反対側の面に、GaN基板とオーミック接合を取
ることが可能な材料からなり、N型電極として機能する
第1の金属膜と、高融点金属からなり、バリア層として
機能する第2の金属膜とを備え、該第2の金属膜と該支
持基体との間にハンダと混合し易い第3の金属とハンダ
との合金層を有し、前記第2の金属膜の厚みが8nm以
上80nm以下であり、そのことにより上記目的が達成
される。
A semiconductor light emitting device according to the present invention is a semiconductor light emitting device having a support base and a semiconductor light emitting element mounted on the support base and provided with a nitride semiconductor laminated body on a GaN substrate. A first metal film, which is made of a material capable of forming an ohmic junction with the GaN substrate and functions as an N-type electrode, on a surface of the GaN substrate opposite to the surface on which the stacked body is provided; And a second metal film functioning as a barrier layer, comprising an alloy layer of a third metal and solder that is easily mixed with solder between the second metal film and the support base, The thickness of the second metal film is 8 nm or more and 80 nm or less, thereby achieving the above object.

【0011】前記第1の金属膜はAlを含み、前記第2
の金属膜はMo、W、Cr、Ta、ZrおよびMnの少
なくともいずれか1つを含み、前記第3の金属膜または
前記第3の金属はAuおよびNiの少なくともいずれか
1つを含んでいてもよい。
The first metal film contains Al, and the second metal film includes
Contains at least one of Mo, W, Cr, Ta, Zr, and Mn, and the third metal film or the third metal contains at least one of Au and Ni. Is also good.

【0012】前記GaN基せ 板の結晶構造が六方晶であり、前記支持基体へのマウン
ト面がc面にほぼ平行であってもよい。
[0012] The crystal structure of the GaN base plate may be hexagonal, and a mounting surface on the support base may be substantially parallel to a c-plane.

【0013】前記ハンダはIn、Sn、Zn、Au、P
b、Ag、Cd、Bi、Ni、MnおよびCuの少なく
ともいずれか1つを含んでいてもよい。
The solder is made of In, Sn, Zn, Au, P
It may contain at least one of b, Ag, Cd, Bi, Ni, Mn and Cu.

【0014】前記支持基体がSiからなり、前記第3の
金属膜または前記第3の金属はAu、NiおよびAlの
少なくともいずれか1つを含んでいてもよい。
[0014] The support base may be made of Si, and the third metal film or the third metal may contain at least one of Au, Ni and Al.

【0015】前記支持基体がSiからなり、前記ハンダ
がIn、Sn、Zn、Au、Pb、Ag、Cd、Bi、
Ni、Mn、Cu、SnCl2およびZnCl2の少なく
ともいずれか1つを含んでいてもよい。
The supporting base is made of Si, and the solder is made of In, Sn, Zn, Au, Pb, Ag, Cd, Bi,
It may include at least one of Ni, Mn, Cu, SnCl 2 and ZnCl 2 .

【0016】前記支持基体がSiからなり、該支持基体
の前記ハンダ側の面にPt、Al、Ti、Cr、Co、
Ni、Pd、Hf、W、MoおよびTaの少なくともい
ずれか1つを含む金属膜が設けられていてもよい。
The support base is made of Si, and Pt, Al, Ti, Cr, Co, and Pt are formed on the solder-side surface of the support base.
A metal film containing at least one of Ni, Pd, Hf, W, Mo and Ta may be provided.

【0017】前記支持基体がSiからなり、該支持基体
の前記ハンダと接する部分に、Au、NiおよびAlの
少なくともいずれか1つを含む金属膜が設けられていて
もよい。
[0017] The supporting base may be made of Si, and a metal film containing at least one of Au, Ni and Al may be provided on a portion of the supporting base in contact with the solder.

【0018】前記Siからなる支持基体に一体的に受光
素子が形成されていてもよい。
The light receiving element may be formed integrally with the supporting base made of Si.

【0019】本発明の半導体発光装置の製造方法は、請
求項1に記載の本発明の半導体発光装置を製造する方法
であって、GaN基板上に窒化物系半導体の積層体を設
けたウェハーを形成し、GaN基板における積層体を設
けた面とは反対側の面に、第1の金属膜、第2の金属膜
および第3の金属膜を形成する工程と、該ウェハーを半
導体発光素子に分割する工程と、予めハンダを積層した
支持基体と熱処理により接着するか、または該第3の金
属膜上にハンダを積層して熱処理により支持基体と接着
する工程とを含み、そのことにより上記目的が達成され
る。
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, wherein a wafer provided with a nitride-based semiconductor laminate on a GaN substrate is provided. Forming a first metal film, a second metal film, and a third metal film on a surface of the GaN substrate opposite to the surface on which the laminated body is provided; and forming the wafer into a semiconductor light emitting device. A dividing step and a step of bonding by heat treatment to a support base on which solder is previously laminated, or a step of laminating solder on the third metal film and bonding to the support base by heat treatment, whereby the above object is achieved. Is achieved.

【0020】本発明の半導体発光装置の製造方法は、請
求項2に記載の本発明の半導体発光装置を製造する方法
であって、GaN基板上に窒化物系半導体の積層体を設
けたウェハーを形成し、GaN基板における積層体を設
けた面とは反対側の面に、第1の金属膜、第2の金属膜
および第3の金属膜を形成する工程と、該ウェハーを半
導体発光素子に分割する工程と、予めハンダを積層した
支持基体と熱処理により該第3の金属とハンダからなる
合金層を形成して接着するか、または該第3の金属膜上
にハンダを積層して熱処理により該第3の金属とハンダ
からなる合金層を形成して支持基体と接着する工程とを
含み、そのことにより上記目的が達成される。
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, wherein a wafer having a nitride semiconductor laminated body provided on a GaN substrate is provided. Forming a first metal film, a second metal film, and a third metal film on a surface of the GaN substrate opposite to the surface on which the laminated body is provided; and forming the wafer into a semiconductor light emitting device. A step of dividing, and forming and bonding an alloy layer made of the third metal and the solder by heat treatment with a support base on which solder is previously laminated, or laminating solder on the third metal film and performing heat treatment Forming an alloy layer made of the third metal and solder and bonding the alloy layer to a supporting base, thereby achieving the above object.

【0021】以下、本発明の作用について説明する。Hereinafter, the operation of the present invention will be described.

【0022】本発明にあっては、GaN基板において積
層体を設けた面とは反対側の面(裏面)に、GaN基板
とオーミック接合を取ることが可能なHf/Al等の材
料からなり、N型電極として機能する第1の金属膜と、
Mo等の高融点金属からなり、バリア層として機能する
第2の金属膜と、ハンダと混合し易く、柔らかいAu等
の材料からなる第3の金属膜とを積層し、その上にIn
等の材料からなるハンダを積層している。
According to the present invention, a material such as Hf / Al capable of forming an ohmic junction with the GaN substrate is provided on the surface (back surface) of the GaN substrate opposite to the surface on which the laminated body is provided; A first metal film functioning as an N-type electrode;
A second metal film made of a high melting point metal such as Mo and functioning as a barrier layer, and a third metal film made of a soft material such as Au which is easily mixed with solder are laminated, and In is formed thereon.
And the like.

【0023】この構造は、GaN基板上に第1の金属
膜、第2の金属膜および第3の金属膜を形成し、予めハ
ンダを積層した支持基体と熱処理を行うことにより、第
3の金属膜側とハンダ側とを接着して得られる。但し、
エージング中は各金属の拡散により層の順番はこの限り
でなく、また、合金層も形成されている。さらに、第3
の金属膜を薄く形成した場合には、第2の金属膜の上
に、ハンダと混合し易いAu等の材料からなる金属(第
3の金属膜)とIn等の材料からなるハンダとの合金層
が形成される。
In this structure, a first metal film, a second metal film, and a third metal film are formed on a GaN substrate, and heat treatment is performed on a support base on which solder is previously laminated, so that the third metal film is formed. It is obtained by bonding the film side and the solder side. However,
During aging, the order of the layers is not limited by the diffusion of each metal, and an alloy layer is also formed. In addition, the third
When a thin metal film is formed, an alloy of a metal (third metal film) made of a material such as Au which is easily mixed with solder and a solder made of a material such as In is formed on the second metal film. A layer is formed.

【0024】本発明において、第2の金属膜を形成する
理由は以下の通りである。GaN基板とのオーミック接
合はHf/Al等のAlを含む材料からなる第1の金属
膜により得られているが、この層に第3の金属膜からの
AuやハンダからのInなどの原子が混入して合金化す
ると、オーミック性の悪化が観測された。
In the present invention, the reason for forming the second metal film is as follows. The ohmic junction with the GaN substrate is obtained by a first metal film made of a material containing Al such as Hf / Al. In this layer, atoms such as Au from the third metal film and In from the solder are contained. When mixed and alloyed, deterioration of ohmic properties was observed.

【0025】そこで、適当な厚みのMo層等を第2の金
属膜として、Hf/Al層等のAlを含む第1の金属膜
とAu層等の第3の金属膜(もしくは第3の金属とハン
ダとの合金層)の間に設けると、Moは高融点材質であ
るために拡散しにくく、AuやInなどがHf/Alと
合金を形成するのを防止することができる。ハンダ等の
拡散を拡散を防止するためには、第2の金属膜の厚みが
5nm程度であれば、バリア層としては充分機能する。
しかし、第1の金属膜がAlを含み、第3の金属膜がA
uを含む場合には、AlとAuの反応性が高いために8
nm以上の厚みが無いと、電極の剥がれが多発する。好
ましくは第2の金属膜の厚みが15nm以上である。
Therefore, an Mo layer having an appropriate thickness is used as a second metal film, and a first metal film containing Al such as an Hf / Al layer and a third metal film (or a third metal film) such as an Au layer are used. When Mo is provided between the metal layer and the solder layer, Mo is a material having a high melting point and is therefore unlikely to diffuse, thereby preventing Au or In from forming an alloy with Hf / Al. In order to prevent the diffusion of solder or the like, the second metal film functions sufficiently as a barrier layer if the thickness of the second metal film is about 5 nm.
However, the first metal film contains Al, and the third metal film
In the case of containing u, since the reactivity between Al and Au is high, 8
If the thickness is not more than nm, peeling of the electrode frequently occurs. Preferably, the thickness of the second metal film is 15 nm or more.

【0026】GaNは結晶構造が六方晶で、そのc面に
平行な面をマウント面に用いており、この面の線膨張係
数に対してAlやAuは高い線熱膨張係数を持つ。ま
た、Cu等からなる支持基体も高い線膨張係数を持つた
め、長時間の連続駆動を行った場合に素子にかかる歪み
の影響によって素子劣化が激しくなる。これは、結晶内
の欠陥等が増殖されて発光効率等が悪化するためと考え
られる。さらに、第2の金属膜が厚いと、アニール等の
熱処理や長時間の連続駆動で第1の金属膜と第2の金属
膜、第2の金属膜と第3の金属膜のなじみが悪くなり、
電極の剥がれや電気的特性等の問題が生じる。
GaN has a hexagonal crystal structure, and a plane parallel to the c-plane is used as a mount plane. Al and Au have a high linear thermal expansion coefficient with respect to the linear expansion coefficient of this plane. Further, since the supporting base made of Cu or the like also has a high linear expansion coefficient, the element is greatly deteriorated due to the influence of the strain applied to the element when the element is continuously driven for a long time. This is considered to be due to the fact that defects and the like in the crystal multiply and the luminous efficiency and the like deteriorate. Furthermore, if the second metal film is thick, the first metal film and the second metal film, and the second metal film and the third metal film become less familiar with heat treatment such as annealing or continuous driving for a long time. ,
Problems such as peeling of electrodes and electrical characteristics occur.

【0027】そこで、適当な厚みのMo層等を第2の金
属膜として、Hf/Al層等のAlを含む第1の金属膜
とAu層等の第3の金属膜(もしくは第3の金属とハン
ダとの合金層)の間に設けると、Mo等の線熱膨張係数
がGaNと比較的近い第2の金属膜は、支持基体と窒化
物系化合物半導体層との間の歪みを低減し、素子寿命を
延ばすことができる。
Therefore, an Mo layer having an appropriate thickness is used as a second metal film, and a first metal film containing Al such as an Hf / Al layer and a third metal film (or a third metal film) such as an Au layer are used. Provided between the support and the solder, the second metal film having a coefficient of linear thermal expansion relatively close to that of GaN, such as Mo, reduces distortion between the support base and the nitride-based compound semiconductor layer. As a result, the life of the device can be extended.

【0028】このような第2の金属膜の材料としては、
線熱膨張係数がGaN基板とほぼ等しいことが望まし
く、例えばMo、W、Cr、Ta、ZrおよびMnの少
なくともいずれか1つを含むものを用いることができ
る。また、第2の金属膜の厚みは、8nm以上80nm
以下であるのが望ましく、さらに望ましくは8nm以上
50nm以下である。
As a material of such a second metal film,
It is desirable that the coefficient of linear thermal expansion be substantially equal to that of the GaN substrate. For example, a material containing at least one of Mo, W, Cr, Ta, Zr and Mn can be used. The thickness of the second metal film is 8 nm or more and 80 nm or more.
The thickness is desirably not more than 8 nm, more desirably 8 nm or more and 50 nm or less.

【0029】本発明において、第3の金属膜を設ける理
由は以下の通りである。GaNはGaAs等に比べて大
きな弾性定数を持つため、例えばエージング等により熱
膨張等の応力が加わったときに、クラック等が生じやす
い。また、結晶構造が立方晶であるGaAsなどに対し
て、GaNの結晶構造は六方晶であるので、ウェハーを
長方形に分割するためには劈界面でない面で分割する必
要があり、その際に結晶に斜めにクラックが入りやす
い。
In the present invention, the reason for providing the third metal film is as follows. Since GaN has a larger elastic constant than GaAs or the like, cracks and the like are likely to occur when stress such as thermal expansion is applied due to aging or the like. In addition, since GaN has a hexagonal crystal structure compared to GaAs or the like having a cubic crystal structure, it is necessary to divide the wafer into planes other than the cleavage interface in order to divide the wafer into rectangles. It is easy to crack diagonally.

【0030】そこで、基板の裏面にAu等の柔らかい金
属を密着性よく付着させることにより、このようなクラ
ックが入るのを防止することができ、クラックが生じた
場合にも、そこを起点にして金属膜が剥がれるはがれる
ことを防ぐ効果が得られる。このような材料としては、
例えば支持基体がヒートシンク等の場合には、Auおよ
びNiの少なくともいずれか1つを含むものを用いるこ
とができる。また、支持基体がSi基板である場合に
は、Au、NiおよびAlの少なくともいずれか1つを
含むものを用いることができる。
Thus, by adhering a soft metal such as Au to the back surface of the substrate with good adhesion, it is possible to prevent such cracks from entering, and even if a crack occurs, the crack is used as a starting point. The effect of preventing the metal film from being peeled off can be obtained. Such materials include:
For example, when the supporting base is a heat sink or the like, a material containing at least one of Au and Ni can be used. When the supporting base is a Si substrate, a substrate containing at least one of Au, Ni and Al can be used.

【0031】なお、本明細書において、ハンダとは、電
子デバイスの接合に用いられる溶融温度450℃以下の
金属を表している。このような材料としては、例えば支
持基体がヒート辛苦等の場合には、In、Sn、Zn、
Au、Pb、Ag、Cd、Bi、Ni、MnおよびCu
の少なくともいずれか1つを含むものを用いることがで
きる。また、支持基体がSi基板である場合には、I
n、Sn、Zn、Au、Pb、Ag、Cd、Bi、N
i、Mn、Cu、SnCl2およびZnCl2の少なくと
もいずれか1つを含むものを用いることができる。
In the present specification, the term “solder” refers to a metal having a melting temperature of 450 ° C. or lower used for joining electronic devices. Examples of such a material include In, Sn, Zn, and
Au, Pb, Ag, Cd, Bi, Ni, Mn and Cu
A material containing at least one of the above can be used. When the supporting base is a Si substrate, I
n, Sn, Zn, Au, Pb, Ag, Cd, Bi, N
A material containing at least one of i, Mn, Cu, SnCl 2 and ZnCl 2 can be used.

【0032】さらに、本明細書において、支持基体であ
るヒートシンクにはステムも含むものとし、支持基体と
してヒートシンクの変わりにSi基板を用いてもよい。
この場合には、受光素子等のデバイスを形成することも
できる。支持基体としてSi基板を用いた場合には、後
述する実施の形態5に示すように、Si基板のハンダ側
の面に、Si基板と密着性が高く、オーミック接合が取
れる材料としてPt、Al、Ti、Cr、Co、Ni、
Pd、W、Mo、TaおよびHfの少なくともいずれか
1つを含む金属膜を設けるのが好ましい。また、Si基
板と上記金属膜との間に、PtSi等の金属珪化物が設
けられていてもよい。さらに、その上にMo、Cr、
W、Ti、Ta、PtおよびPdの少なくともいずれか
1つを含む金属膜を設けることにより、バリア層として
機能させることができる。さらに、支持基体のハンダと
接する部分に、Au、NiおよびAlの少なくともいず
れか1つを含む金属膜を設けることにより、Si基板と
半導体発光素子との強固な接合を取ることができる。
Further, in this specification, the heat sink as the support base may include a stem, and a Si substrate may be used as the support base instead of the heat sink.
In this case, a device such as a light receiving element can be formed. When a Si substrate is used as the supporting base, as described in a fifth embodiment described later, Pt, Al, and Pt are formed on the solder-side surface of the Si substrate as materials having high adhesion to the Si substrate and capable of forming an ohmic junction. Ti, Cr, Co, Ni,
It is preferable to provide a metal film containing at least one of Pd, W, Mo, Ta and Hf. Further, a metal silicide such as PtSi may be provided between the Si substrate and the metal film. Furthermore, Mo, Cr,
By providing a metal film containing at least one of W, Ti, Ta, Pt, and Pd, the metal film can function as a barrier layer. Further, by providing a metal film containing at least one of Au, Ni, and Al on a portion of the support base that is in contact with the solder, a strong bond between the Si substrate and the semiconductor light emitting element can be obtained.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0034】(実施の形態1)図1は、本実施の形態1
における半導体レーザ装置の模式図であり、図2に示す
GaN基板および窒化物系半導体の積層体にN型電極
(第1の金属膜)を形成し、ヒートシンク(ステムな
ど)にマウントした状態を表している。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of the semiconductor laser device of FIG. 1, showing a state in which an N-type electrode (first metal film) is formed on the stacked body of the GaN substrate and the nitride-based semiconductor shown in FIG. 2 and mounted on a heat sink (such as a stem). ing.

【0035】半導体レーザーチップ300は、GaN基
板7の裏面に、第1の金属膜10、第2の金属膜(拡散
防止バリア層)11、第3の金属膜12、ハンダ13が
積層され、ヒートシンク14にマウントされている。
In the semiconductor laser chip 300, a first metal film 10, a second metal film (diffusion preventing barrier layer) 11, a third metal film 12, and a solder 13 are laminated on a back surface of a GaN substrate 7. 14 mounted.

【0036】図2は、本実施の形態1の半導体レーザを
端面から見た模式図であり、N型電極を設置して半導体
レーザチップ化する前の状態を表している。なお、この
図2では、図1に示した半導体レーザチップ300の一
部(半導体レーザ構造部分)を拡大して示している。
FIG. 2 is a schematic view of the semiconductor laser according to the first embodiment as viewed from an end face, and shows a state before an N-type electrode is provided and a semiconductor laser chip is formed. In FIG. 2, a part (semiconductor laser structure) of the semiconductor laser chip 300 shown in FIG. 1 is enlarged.

【0037】この図において、7はGaN基板であり、
その上に窒化物系半導体の積層体101、102、10
3が形成されている。また、窒化物系半導体の積層体1
01の表面にはP型電極100が設けられている。窒化
物系半導体の積層体101、102、103は、GaN
基板7側から、n−InAlGaNクラッド層6、n−
InAlGaNガイド層5、InAlGaN多重量子井
戸活性層102、p−InAlGaNバリア層4、p−
InAlGaNガイド層3、p−InAlGaNクラッ
ド層2、p−InAlGaNコンタクト層1がこの順に
積層されている。
In this figure, 7 is a GaN substrate,
The nitride semiconductor laminates 101, 102, 10
3 are formed. Also, a nitride semiconductor laminate 1
A P-type electrode 100 is provided on the surface of the reference numeral 01. The nitride semiconductor laminates 101, 102 and 103 are made of GaN
From the substrate 7 side, the n-InAlGaN cladding layer 6, n-
InAlGaN guide layer 5, InAlGaN multiple quantum well active layer 102, p-InAlGaN barrier layer 4, p-
An InAlGaN guide layer 3, a p-InAlGaN cladding layer 2, and a p-InAlGaN contact layer 1 are stacked in this order.

【0038】以下に、図1および図2を参照しながら本
実施の形態1における半導体レーザ装置の製造方法につ
いて説明する。
The method of manufacturing the semiconductor laser device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.

【0039】まず、半導体素子の製造に用いられるプロ
セスを適宜使用して、GaN基板7上に図2に示した個
々の半導体レーザ構造を多数形成した半導体レーザウェ
ハーを得た。このようなウェハーを得る工程は周知技術
であるため、詳細の記載は省略する。本実施の形態にお
いて、GaN基板の厚みは350μmであり、窒化物系
半導体の積層体の全厚みは10μmとした。
First, a semiconductor laser wafer having a number of individual semiconductor laser structures shown in FIG. 2 formed on a GaN substrate 7 was obtained by appropriately using a process used for manufacturing a semiconductor device. Since the process of obtaining such a wafer is a well-known technique, a detailed description is omitted. In the present embodiment, the thickness of the GaN substrate was 350 μm, and the total thickness of the nitride semiconductor laminate was 10 μm.

【0040】次に、GaN基板の裏面側から研磨もしく
はエッチングにより基板の一部を除去し、ウェハーの厚
みを100μm〜200μm程度までに薄く調整する。
これは、後の工程でウェハーを分割して個々の半導体レ
ーザチップにするのを容易にするための工程である。特
に、レーザ端面ミラーも分割時に形成する場合には、ウ
ェハーの厚みを80μm〜50μm程度に薄く調整する
ことが望ましい。本実施の形態においては、研削機及び
研磨機を用いてウェハーの厚みを100μmに調整し
た。但し、研磨機のみを用いてもよい。このようにして
得られるウェハーの裏面は研磨機により磨かれているた
めに平らであり、六方晶であるGaNのc面にほぼ平行
な面である。
Next, a part of the GaN substrate is removed by polishing or etching from the back side of the GaN substrate, and the thickness of the wafer is adjusted to be thin to about 100 μm to 200 μm.
This is a process for making it easier to divide the wafer into individual semiconductor laser chips in a later process. In particular, when the laser end face mirror is also formed at the time of division, it is desirable to adjust the thickness of the wafer to be as thin as about 80 μm to 50 μm. In the present embodiment, the thickness of the wafer was adjusted to 100 μm using a grinding machine and a polishing machine. However, only a polishing machine may be used. The back surface of the wafer thus obtained is flat because it has been polished by a polishing machine, and is substantially parallel to the c-plane of GaN, which is hexagonal.

【0041】次に、GaN基板の裏面側に、第1の金属
膜10、第2の金属膜11、第3の金属膜12をこの順
に形成する。ここで、N型電極である第1の金属膜10
は、GaN基板7とオーミック接合を取る必要がある。
また、第3の金属膜12は、半導体レーザチップに分割
する際にクラックが生じるのを防ぐために柔らかく、か
つ、半導体レーザチップをヒートシンクにマウントする
際にハンダと混合しやすい金属を選定する必要がある。
さらに、第2の金属膜11は、第3の金属膜12を構成
する金属およびハンダが拡散してN型電極の特性を劣化
させるのを防止するため、高融点金属を選定する必要が
ある。本実施の形態1においては、第1の金属膜10と
してHf/Al層を100nm積層し、第2の金属膜1
1としては膜厚30nmのMo層を積層し、第3の金属
膜12としては膜厚300nmのAu層を積層した。こ
のような薄い金属膜を膜厚の制御性よく形成するために
は、真空蒸着法が適しており、本実施の形態1において
もこの手法を用いた。但し、イオンブレーティング法や
スパッタ法等の他の手法を用いても良いことは言うまで
もない。さらに、N型電極特性向上のため、第3の金属
膜12の形成後、500℃でアニールを行った。このア
ニールは、第1の金属膜(N型電極)10の形成後、ま
たは第2の金属膜11の形成後に行っても問題はない。
Next, a first metal film 10, a second metal film 11, and a third metal film 12 are formed in this order on the back side of the GaN substrate. Here, the first metal film 10 which is an N-type electrode
Need to take ohmic junction with the GaN substrate 7.
Further, the third metal film 12 must be made of a metal that is soft to prevent cracks when dividing the semiconductor laser chip and that is easily mixed with solder when the semiconductor laser chip is mounted on a heat sink. is there.
Further, it is necessary to select a high melting point metal for the second metal film 11 in order to prevent the metal and the solder constituting the third metal film 12 from diffusing and deteriorating the characteristics of the N-type electrode. In the first embodiment, a 100 nm Hf / Al layer is laminated as the first metal film 10, and the second metal film 1
As 1, a 30 nm-thick Mo layer was stacked, and as the third metal film 12, a 300 nm-thick Au layer was stacked. In order to form such a thin metal film with good controllability of the film thickness, a vacuum evaporation method is suitable, and this method is also used in the first embodiment. However, it goes without saying that another method such as an ion plating method or a sputtering method may be used. Further, in order to improve the N-type electrode characteristics, annealing was performed at 500 ° C. after the formation of the third metal film 12. There is no problem if this annealing is performed after the formation of the first metal film (N-type electrode) 10 or after the formation of the second metal film 11.

【0042】その後、チップ分割工程により、ウェハー
を個々の半導体レーザチップに分割した。分割方向は、
劈界面とほぼ垂直にしている。まず、裏面からダイヤモ
ンドポイントでスクライブラインを入れ、ウェハーに適
宜力を加えることにより、スクライブラインに沿ってウ
ェハーを分割した。このスクライブラインは表面から入
れてもよい。他の手法としては、ワイヤソーもしくは薄
板ブレードを用いて傷入れもしくは切断を行うダイシン
グ法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後
の急冷により照射部にクラックを生じさせ、これをスク
ライブラインとするレーザスクライビング法、高エネル
ギー密度のレーザ光を照射し、この部分を蒸発させて溝
入れ加工を行うレーザアブレーション法等を用いても同
様にチップ分割を行うことが可能であった。これによ
り、図2に示したようなレーザ構造が得られた。
Thereafter, the wafer was divided into individual semiconductor laser chips in a chip dividing step. The split direction is
It is almost perpendicular to the cleavage interface. First, a scribe line was formed at the diamond point from the back surface, and the wafer was divided along the scribe line by appropriately applying a force to the wafer. This scribe line may be inserted from the surface. As other methods, a dicing method for making a cut or cut using a wire saw or a thin plate blade, a laser beam irradiation heating such as an excimer laser or the like and a subsequent quenching cause a crack to be generated in an irradiated portion, and this is used as a scribe line. Similarly, chip division can be performed by using a laser scribing method, a laser ablation method of irradiating a laser beam having a high energy density and evaporating this portion to perform grooving. As a result, a laser structure as shown in FIG. 2 was obtained.

【0043】次に、ダイボンディング法により、半導体
レーザチップをヒートシンク上にマウントした。この工
程は、以下のように行った。まず、図1に示すように、
ヒートシンク14にハンダ13を塗布した。本実施の形
態1において、ヒートシンク14としてはCuもしくは
Feを主体とする金属からなり、その表面にNi/Au
膜を順にメッキ形成したものを用いた。ハンダ13には
Inを用い、その塗布後の厚みは1μm〜20μm程度
とした。ハンダ13はこのように予め塗布により膜状に
形成しておいても良く、他の成膜方法である蒸着法、ス
パッタ法、印刷法、メッキ法等を用いて成膜してもよ
い。但し、InもしくはSnを主体とするハンダの場合
のように、室温においてハンダが特に柔らかい場合に
は、生産性の極めて高い塗布法を用いることが好まし
い。次に、ヒートシンク14を190℃程度のハンダの
融点よりも若干高い温度にまで加熱し、ハンダが溶けた
ところで上述のようにして得られたレーザチップをN型
電極側を下にして積載し、適宜力を加えながら1分間程
度保持し、第3の金属膜12とハンダ13とをよくなじ
ませた。その後、ヒートシンク14を冷却してハンダ1
3が固まったところで本工程を終了した。このように、
第3の金属膜、ハンダおよびヒートシンクを密着させて
過熱すると、ハンダが第3の金属膜およびヒートシンク
に拡散し、合金化することによって強固に接着される。
ここで、第3の金属膜が厚い場合には、ハンダの拡散さ
れない領域が第3の金属膜として残り、第3の金属膜
(ハンダが拡散されない領域)と、第3の金属とハンダ
との合金層(図1ではハンダ13として示している)が
形成される。また、第3の金属膜が薄い場合にはハンダ
が全て拡散して、後述する実施の形態2に示すように第
3の金属とハンダとの合金層22のみが形成される。な
お、本実施の形態において、第3の金属膜の厚みは、接
着後の第3の金属の残存層厚としている。
Next, the semiconductor laser chip was mounted on a heat sink by a die bonding method. This step was performed as follows. First, as shown in FIG.
Solder 13 was applied to heat sink 14. In the first embodiment, the heat sink 14 is made of a metal mainly composed of Cu or Fe, and has Ni / Au
A film obtained by plating a film in order was used. In was used for the solder 13, and the thickness after the application was about 1 μm to 20 μm. As described above, the solder 13 may be formed into a film by coating in advance, or may be formed by using another film forming method such as an evaporation method, a sputtering method, a printing method, or a plating method. However, when the solder is particularly soft at room temperature, as in the case of solder mainly composed of In or Sn, it is preferable to use a coating method with extremely high productivity. Next, the heat sink 14 is heated to a temperature slightly higher than the melting point of the solder at about 190 ° C., and when the solder is melted, the laser chip obtained as described above is stacked with the N-type electrode side down, The third metal film 12 and the solder 13 were well blended with each other for about one minute while appropriately applying force. Then, the heat sink 14 is cooled and the solder 1
This process was completed when 3 was solidified. in this way,
When the third metal film, the solder, and the heat sink are brought into close contact with each other and heated, the solder diffuses into the third metal film and the heat sink, and is firmly bonded by alloying.
Here, when the third metal film is thick, the region where the solder is not diffused remains as the third metal film, and the region between the third metal film (the region where the solder is not diffused) and the third metal and the solder is formed. An alloy layer (shown as solder 13 in FIG. 1) is formed. When the third metal film is thin, all of the solder diffuses, and only an alloy layer 22 of the third metal and the solder is formed as described in a second embodiment described later. In the present embodiment, the thickness of the third metal film is the remaining layer thickness of the third metal after bonding.

【0044】なお、ここでは、本工程前にヒートシンク
14にハンダ13を塗布したが、逆に、半導体レーザチ
ップ側にハンダ13を塗布したり、成膜してもよい。こ
のようにして図1に示した本実施の形態1の半導体レー
ザ装置が得られた。
Although the solder 13 is applied to the heat sink 14 before this step, the solder 13 may be applied to the semiconductor laser chip or a film may be formed. Thus, the semiconductor laser device of the first embodiment shown in FIG. 1 was obtained.

【0045】以上の工程によりヒートシンクにマウント
された半導体レーザチップの特性について、評価を行っ
た。本発明は、寿命特性の優れた半導体レーザ装置を得
るためのものであり、そのためには、N型電極特性を悪
化させず、強固で熱抵抗に優れたものにしなければなら
ない。本実施の形態1の半導体レーザ装置について調べ
た結果、良好な特性が得られた。その際に、比較のため
に、条件を変えて以下のような実験を行った。
The characteristics of the semiconductor laser chip mounted on the heat sink by the above steps were evaluated. The present invention is intended to obtain a semiconductor laser device having excellent life characteristics, and for that purpose, it is necessary to make the N-type electrode characteristics robust and excellent in thermal resistance without deteriorating the characteristics. As a result of examining the semiconductor laser device of the first embodiment, good characteristics were obtained. At that time, for comparison, the following experiment was performed under different conditions.

【0046】まず、第2の金属膜であるバリア層の効果
を調べるため、バリア層厚xを変えたときの高温(60
℃)における寿命特性(図3)および室温(20℃)に
おける発振閾値特性(図4)を測定した。実験条件は、
室温(20℃)において、それぞれの膜厚に対して5.
6φのステムにマウントした素子50個の平均データを
集計した。また、バリア層以外の金属膜の条件は前述の
値で固定した。
First, in order to investigate the effect of the barrier layer as the second metal film, a high temperature (60
C.) and the oscillation threshold characteristics at room temperature (20 ° C.) (FIG. 4). The experimental conditions were
4. At room temperature (20 ° C.)
The average data of 50 devices mounted on a 6φ stem was totaled. The conditions of the metal film other than the barrier layer were fixed at the values described above.

【0047】発振閾値は、室温(20℃)で自動測定器
に直流電流を流して電流対光出力特性を測定し、その結
果から求めた。また、寿命特性は、エージング装置を用
いて、雰囲気温度を一定(60℃)にした槽内において
光出力一定(5mW)になる条件で発振させ、初期劣化
(急激な劣化)後の安定状態での寿命を観測した。
The oscillation threshold value was determined from the result by measuring the current versus light output characteristics by applying a direct current to the automatic measuring instrument at room temperature (20 ° C.). In addition, the life characteristics are determined by using an aging device and oscillating under the condition that the light output is constant (5 mW) in a chamber where the ambient temperature is constant (60 ° C.), and is stable after initial deterioration (rapid deterioration). Was observed for its lifetime.

【0048】この測定の結果、図3および図4に示すよ
うに、バリア層厚が諸特性に影響を及ぼしており、バリ
ア層厚8nm〜80nmの範囲ではほぼ良好な結果が得
られている。
As a result of this measurement, as shown in FIGS. 3 and 4, the thickness of the barrier layer affects various characteristics, and almost good results are obtained in the range of 8 nm to 80 nm.

【0049】バリア層を取り除くと室温連続発振しなく
なった。N型電極の特性を調べたところ、オーミック接
合が得られなかった。これはHf/Al層(第1の金属
膜10)にAu(第3の金属膜12)およびIn(ハン
ダ13)が侵入し、GaN、Al、Au、Inの存在下
で、これらの全てまたは数種を含む合金がGaN基板7
の表面上に形成されたためと考えられる。また、Al、
Auの接合も弱く、電極不良も多発した。
When the barrier layer was removed, continuous oscillation at room temperature stopped. When the characteristics of the N-type electrode were examined, no ohmic junction was obtained. This is because Au (third metal film 12) and In (solder 13) penetrate into the Hf / Al layer (first metal film 10), and in the presence of GaN, Al, Au, In, all or GaN substrate 7 containing several alloys
It is considered that the film was formed on the surface of the. Also, Al,
The bonding of Au was weak, and electrode failure occurred frequently.

【0050】バリア層を薄くすると(<8nm)、寿命
が短くなっている。このように厚みが薄いMo層(第2
の金属膜11)では、AuやInの拡散を防止するに十
分といえず、エージング中にHf/Al層にAuおよび
InがMo層を通過して侵入し、GaN、Al、Au、
Inの存在下で、これらの全てまたは数種を含む合金が
GaN基板7の表面上に形成されたため、電極特性が悪
化したと考えられる。また、金属膜のはがれも増加し
た。これは、Mo層を通過したAuとAlの反応により
Au層からの剥がれが生じたり、このAu層の剥がれに
よってGaN基板にクラックが入りやすく、そこを起点
とした金属膜の剥がれなどが生じるからである。
When the barrier layer is thinned (<8 nm), the life is shortened. Such a thin Mo layer (second layer)
In the metal film 11), Au and In are not enough to prevent diffusion of Au and In, and Au and In penetrate the Hf / Al layer through the Mo layer during aging, and GaN, Al, Au,
It is considered that, in the presence of In, an alloy containing all or some of these was formed on the surface of the GaN substrate 7, so that the electrode characteristics were deteriorated. In addition, the peeling of the metal film also increased. This is because the reaction between Au and Al that has passed through the Mo layer causes peeling from the Au layer, and the peeling of the Au layer easily causes cracks in the GaN substrate, thereby causing peeling of the metal film starting therefrom. It is.

【0051】適切な厚みのバリア層を設けると、超時間
の連続駆動において、素子劣化が少なくなることが分か
った。GaNは六方晶で、そのc面に平行な面をマウン
ト面に用いており、この面の線膨張係数に対してAlや
Auは高い線熱膨張係数を持つ。また、Cu等からなる
支持基体も高い線膨張係数を持つため、長時間の連続駆
動を行った場合に素子にかかる歪みの影響によって素子
劣化が激しくなる。これは、結晶内の欠陥等が増殖され
て発光効率等が悪化するためと考えられる。
It has been found that when a barrier layer having an appropriate thickness is provided, device deterioration is reduced in continuous driving for an extremely long time. GaN is hexagonal, and a plane parallel to the c-plane is used for the mounting surface, and Al and Au have a higher linear thermal expansion coefficient than the linear expansion coefficient of this plane. Further, since the supporting base made of Cu or the like also has a high linear expansion coefficient, the element is greatly deteriorated due to the influence of the strain applied to the element when the element is continuously driven for a long time. This is considered to be due to the fact that defects and the like in the crystal multiply and the luminous efficiency and the like deteriorate.

【0052】そこで、適当な厚みのMo層等をバリア層
(第2の金属膜)として設けると、Mo等の線熱膨張係
数がGaNと比較的近い第2の金属膜は、支持基体と窒
化物系化合物半導体層との間の歪みを低減し、素子寿命
を延ばすことができる。
Therefore, when a Mo layer or the like having an appropriate thickness is provided as a barrier layer (second metal film), the second metal film such as Mo, which has a linear thermal expansion coefficient relatively close to that of GaN, is formed on the supporting base by nitriding. Strain with the compound semiconductor layer can be reduced, and the life of the device can be extended.

【0053】しかし、バリア層を厚くすると(>80n
m)、寿命が短くなり、発振閾値も高くなっている。こ
れは、第2の金属膜が厚いと、アニール等の熱処理や長
時間の連続駆動で第1の金属膜と第2の金属膜、第2の
金属膜と第3の金属膜のなじみが悪くなるためと考えら
れる。
However, when the barrier layer is thickened (> 80 n
m), the service life is shortened, and the oscillation threshold is increased. This is because if the second metal film is thick, the first metal film and the second metal film, and the second metal film and the third metal film become less familiar with heat treatment such as annealing or continuous driving for a long time. It is thought to be.

【0054】上記の結果、GaN基板を用いた半導体レ
ーザチップにおいて、N型電極側をマウント面としてヒ
ートシンクにマウントする場合には、GaN基板裏面の
金属膜として、適当な膜厚の拡散防止用バリア層(第2
の金属膜)が必要であり、その膜厚は8nm〜80nm
程度が良いことが分かった。また、バリア層の金属材料
を検討したところ、高融点金属で、GaN基板のc面に
平行な方向の線熱膨張係数と、線熱膨張係数がほぼ近い
金属であるCr、W、ZrやTaも同様の効果を示し、
第2の金属膜材質はMo、Cr、W、ZrやTaの単体
またはこれらのうち、少なくともいずれか1つを含む混
合物であれば良いことが分かった。なお、比較的高融点
なPtでは、高発振閾値化および短寿命化し、また、金
属膜の剥がれによる不良も多発してしまった。これは、
Ptのガス吸着しやすい性質のためにAl層との密着が
悪く、電極特性が悪化すること、およびPtの線熱膨張
率がMo、Cr、W、ZrやTaに比べて大きいことに
より、金属膜とGaN基板との密着性が悪化すること等
が原因と考えられる。
As a result, when a semiconductor laser chip using a GaN substrate is mounted on a heat sink with the N-type electrode side as a mounting surface, a diffusion preventing barrier having an appropriate thickness is used as a metal film on the back surface of the GaN substrate. Layer (second
Metal film) is required, and its film thickness is 8 nm to 80 nm.
It turned out to be good. Further, when the metal material of the barrier layer was examined, it was found that Cr, W, Zr and Ta, which are high melting point metals and have a linear thermal expansion coefficient in a direction parallel to the c-plane of the GaN substrate and a linear thermal expansion coefficient substantially similar to each other. Has a similar effect,
It has been found that the material of the second metal film may be Mo, Cr, W, Zr or Ta alone or a mixture containing at least one of them. In the case of Pt, which has a relatively high melting point, a high oscillation threshold value and a short life are obtained, and defects due to peeling of the metal film frequently occur. this is,
Since the adhesion of the Pt to the Al layer is poor due to the property of easily adsorbing Pt, the electrode characteristics are deteriorated, and the linear thermal expansion coefficient of Pt is larger than that of Mo, Cr, W, Zr or Ta. It is considered that the cause is that the adhesion between the film and the GaN substrate is deteriorated.

【0055】次に、第3の金属膜であるAu層の膜厚を
変えたときの変化について、以下のようにして調べた。
Next, the change when the thickness of the Au layer as the third metal film was changed was examined as follows.

【0056】まず、第3の金属膜としてAuを用いて膜
厚は5nmに設定し、その他は本実施の形態1と同様の
方法で半導体レーザ装置を制作した。その結果、マウン
ト不良が多発した。剥がれた半導体レーザチップのN型
電極側表面を観察したところ、Mo表面にAuがほとん
ど残っておらず、第3の金属膜であるAuはハンダIn
とほとんど反応してしまい、第2の金属膜との接合が弱
くなってしまったことが分かる。
First, a semiconductor laser device was manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the thickness was set to 5 nm using Au as the third metal film. As a result, mounting failures occurred frequently. When the N-type electrode side surface of the peeled semiconductor laser chip was observed, almost no Au remained on the Mo surface, and Au as the third metal film was solder In.
It can be seen that the reaction with the second metal film was almost completed, and the bonding with the second metal film was weakened.

【0057】次に、第3の金属膜としてAuを用いて膜
厚を50μmに設定し、その他は本実施の形態1と同様
の方法で半導体レーザ装置を制作した。その結果、レー
ザチップ分割の工程で裏面からダイヤモンドポイントで
スクライブラインを入れる際に、Auの剥がれや垂れ等
を誘発し、不良チップが多発した。
Next, a semiconductor laser device was manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the thickness was set to 50 μm using Au as the third metal film. As a result, when a scribe line was formed at the diamond point from the back surface in the laser chip dividing process, peeling or sagging of Au was induced, and defective chips occurred frequently.

【0058】以上の結果から、第3の金属膜は膜厚50
nm〜10μm程度のAuを用いるのが好ましいことが
分かった。但し、材質はAu単体に限らず、NiやAu
を含む合金ならばよく、例えばAuNiやAuPtなど
を使用可能であることが分かった。
From the above results, the third metal film has a thickness of 50
It has been found preferable to use Au having a thickness of about 10 nm to about 10 nm. However, the material is not limited to Au alone, but may be Ni or Au.
Any alloy containing, for example, AuNi or AuPt was found to be usable.

【0059】第1の金属膜に関しては、GaN基板と密
着性がよく、オーミック接合可能な材質であれば良いこ
とが分かっている。主にAlを含む層からなり、Ti、
Zr、Hfの中から選ばれた材質を含むものであればよ
い。また、電極の厚みは10nm〜1μm程度であれば
よいことが分かった。
It is known that the first metal film may be a material having good adhesion to the GaN substrate and capable of ohmic bonding. It mainly consists of a layer containing Al, Ti,
Any material containing a material selected from Zr and Hf may be used. Further, it was found that the thickness of the electrode should be about 10 nm to 1 μm.

【0060】次に、ハンダの材質に関して検討を行っ
た。ハンダに要求されるのは、半導体レーザ装置の熱抵
抗を低く押さえるため、第3の金属膜およびヒートシン
クと密着性が高い材質を選択することである。第3の金
属膜およびヒートシンク(その表面)とも、Auを主成
分とする金属のため、Auとの密着性の高いハンダを用
いればよく、本実施の形態1で用いたInの他に、S
n、Zn、Au、Pb、Ag、Cd、Bi、Ni、Mn
等が良好な結果を示した。また、上記ハンダを主成分と
して含む合金であってもよい。
Next, the material of the solder was examined. What is required for the solder is to select a material having high adhesion to the third metal film and the heat sink in order to keep the thermal resistance of the semiconductor laser device low. Since the third metal film and the heat sink (the surface thereof) are mainly composed of Au, solder having high adhesion to Au may be used. In addition to In used in the first embodiment, S
n, Zn, Au, Pb, Ag, Cd, Bi, Ni, Mn
Etc. showed good results. Further, an alloy containing the above solder as a main component may be used.

【0061】(実施の形態2)図5は、本実施の形態2
における半導体レーザ装置の模式図であり、図6に示す
GaN基板および窒化物系半導体の積層体に第1の金属
膜(N型電極)を形成し、ヒートシンク(ステムなど)
にマウントした状態を表している。
(Embodiment 2) FIG. 5 shows Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view of the semiconductor laser device in FIG. 6, in which a first metal film (N-type electrode) is formed on the stacked body of the GaN substrate and the nitride-based semiconductor shown in FIG.
It shows the state mounted on.

【0062】半導体レーザチップ303は、GaN基板
7の裏面に、ヒートシンク(ステムなど)にマウントし
た状態を表している。GaN基板7の裏面には、第1の
金属膜20、第2の金属膜(拡散防止バリア層)21、
第3の金属とハンダとの合金層22が積層され、ヒート
シンク23にマウントされている。
The semiconductor laser chip 303 is mounted on a back surface of the GaN substrate 7 and mounted on a heat sink (such as a stem). On the back surface of the GaN substrate 7, a first metal film 20, a second metal film (diffusion prevention barrier layer) 21,
An alloy layer 22 of a third metal and solder is laminated and mounted on a heat sink 23.

【0063】図6は、本実施の形態2の半導体レーザを
端面から見た模式図であり、N型電極を設置して半導体
レーザチップ化する前の状態を表している。なお、この
図6では、図5に示した半導体レーザチップ303の一
部(半導体レーザ構造部分)を拡大して示している。
FIG. 6 is a schematic view of the semiconductor laser according to the second embodiment as viewed from an end face, and shows a state before an N-type electrode is provided to form a semiconductor laser chip. In FIG. 6, a part (semiconductor laser structure) of the semiconductor laser chip 303 shown in FIG. 5 is enlarged.

【0064】この図において、7はGaN基板であり、
その上に窒化物系半導体の積層体201、202、20
3が形成されている。また、窒化物系半導体の積層体2
01の表面にはP型電極200が設けられている。窒化
物系半導体の積層体201、202、203は、GaN
基板7側から、n−InAlGaNクラッド層209、
n−InAlGaNガイド層208、InGaNAsP
多重量子井戸活性層202、p−InAlGaNバリア
層207、p−InAlGaNガイド層206、p−I
nAlGaNクラッド層205、p−InAlGaNコ
ンタクト層204がこの順に積層されている。
In this figure, 7 is a GaN substrate,
The nitride-based semiconductor laminates 201, 202, 20
3 are formed. Also, a nitride semiconductor laminate 2
A P-type electrode 200 is provided on the surface of the reference numeral 01. The nitride semiconductor laminates 201, 202, and 203 are made of GaN
From the substrate 7 side, an n-InAlGaN cladding layer 209,
n-InAlGaN guide layer 208, InGaNAsP
Multiple quantum well active layer 202, p-InAlGaN barrier layer 207, p-InAlGaN guide layer 206, p-I
An nAlGaN cladding layer 205 and a p-InAlGaN contact layer 204 are stacked in this order.

【0065】以下に、図5および図6を参照しながら本
実施の形態2における半導体レーザ装置の製造方法につ
いて説明する。
A method of manufacturing the semiconductor laser device according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS.

【0066】主な製造方法は、実施の形態1と同様であ
る。まず、半導体素子の製造に用いられるプロセスを適
宜使用して、実施の形態1に記載したような方法で窒化
物系半導体の積層体201、202、203を形成し、
100μm程度に研磨したGaN基板7の裏面に、実施
の形態1に記載したような方法で金属膜を積層する。
The main manufacturing method is the same as in the first embodiment. First, the nitride semiconductor-based laminates 201, 202, and 203 are formed by the method described in Embodiment 1 using a process used for manufacturing a semiconductor element as appropriate.
A metal film is laminated on the back surface of the GaN substrate 7 polished to about 100 μm by the method described in the first embodiment.

【0067】次に、GaN基板の裏面側に、第1の金属
膜20、第2の金属膜21、第3の金属膜をこの順に形
成する。ここで、N型電極である第1の金属膜20は、
GaN基板7とオーミック接合を取る必要がある。ま
た、第3の金属膜は、半導体レーザチップをヒートシン
クにマウントする際にハンダと混合しやすい金属を選定
する必要がある。さらに、第2の金属膜21は、第3の
金属をおよびハンダが拡散してN型電極の特性を劣化さ
せるのを防止するため、高融点の金属を選定する必要が
ある。本実施の形態2においては、第1の金属膜20と
してTi/Al層を100nmを積層し、第2の金属膜
21としては膜厚30nmのW層を積層し、第3の金属
膜としては膜厚200nmのAu層を積層した。さら
に、N型電極特性向上のため、第3の金属膜の形成後、
500℃でアニ一ルを行った。このアニールは、第1の
金属膜(N型電極)20の形成後、または第2の金属膜
21の形成後に行っても問題はない。
Next, a first metal film 20, a second metal film 21, and a third metal film are formed in this order on the back surface side of the GaN substrate. Here, the first metal film 20, which is an N-type electrode,
It is necessary to take ohmic junction with the GaN substrate 7. Further, as the third metal film, it is necessary to select a metal that is easily mixed with solder when the semiconductor laser chip is mounted on the heat sink. Further, it is necessary to select a metal having a high melting point for the second metal film 21 in order to prevent the third metal and the solder from being diffused and deteriorating the characteristics of the N-type electrode. In the second embodiment, a 100 nm Ti / Al layer is laminated as the first metal film 20, a 30 nm thick W layer is laminated as the second metal film 21, and a third metal film is formed. An Au layer having a thickness of 200 nm was laminated. Furthermore, in order to improve the N-type electrode characteristics, after forming the third metal film,
Annealing was performed at 500 ° C. There is no problem if this annealing is performed after forming the first metal film (N-type electrode) 20 or after forming the second metal film 21.

【0068】その後、実施の形態1に記載したような方
法でウェハーを半導体レーザチップに分割した後、ダイ
ボンディング法により、半導体レーザチップをヒートシ
ンク上にマウントした。この工程は、以下のように行っ
た。まず、第3の金属膜上にハンダを塗布した。本実施
の形態において、ハンダにはAuSnを用い、その塗布
後の厚みは1μm〜20μm程度とした。ハンダはこの
ように予め塗布により膜状に形成しておいてもよく、他
の成膜方法である蒸着法、スパッタ法、印刷法、メッキ
法等を用いて成膜してもよい。但し、InまたはSnを
主体とするハンダの場合のように、室温においてハンダ
が特に柔らかい場合には、生産性の極めて高い塗布法を
用いることが好ましい。次に、ヒートシンク23を19
0℃程度のハンダの融点よりも若干高い温度にまで加熱
し、ハンダが溶けたところで上述のようにして得られた
レーザチップをN型電極側を下にして積載し、適宜力を
加えながら1分間程度保持し、第3の金属膜とハンダと
をよくなじませた。その後、ヒートシンク23を冷却し
てハンダが固まったところで本工程を終了した。なお、
ここでは本工程前に半導体レーザチップ側にハンダを塗
布したが、逆にヒートシンク側にハンダを塗布したり、
成膜してもよい。
Thereafter, the wafer was divided into semiconductor laser chips by the method described in Embodiment 1, and the semiconductor laser chips were mounted on a heat sink by die bonding. This step was performed as follows. First, solder was applied on the third metal film. In the present embodiment, AuSn is used for the solder, and the thickness after coating is about 1 μm to 20 μm. The solder may be formed into a film by coating in advance as described above, or may be formed using another film forming method such as a vapor deposition method, a sputtering method, a printing method, or a plating method. However, when the solder is particularly soft at room temperature, as in the case of solder mainly composed of In or Sn, it is preferable to use a coating method with extremely high productivity. Next, the heat sink 23 is
The solder is heated to a temperature slightly higher than the melting point of the solder at about 0 ° C., and when the solder is melted, the laser chip obtained as described above is mounted with the N-type electrode side down, and 1 After holding for about a minute, the third metal film and the solder were well blended. Thereafter, when the heat sink 23 was cooled and the solder was solidified, the present process was terminated. In addition,
Here, solder was applied to the semiconductor laser chip side before this process, but on the contrary, solder was applied to the heat sink side,
A film may be formed.

【0069】本工程によって第3の金属膜とハンダは充
分になじみ、第3の金属膜とハンダとの合金層22が形
成され、図5に示した本実施の形態2の半導体レーザ装
置が得られた。
In this step, the third metal film and the solder are sufficiently adapted to each other, and an alloy layer 22 of the third metal film and the solder is formed. Thus, the semiconductor laser device of the second embodiment shown in FIG. 5 is obtained. Was done.

【0070】以上の工程によりマウントされた半導体レ
ーザチップの特性について、実施の形態1と同様に評価
を行ったところ、第2の金属膜であるW層の膜厚が8n
m〜80nmのときに寿命および閾値特性共に良好な値
を示した。
When the characteristics of the semiconductor laser chip mounted by the above steps were evaluated in the same manner as in the first embodiment, the thickness of the W layer as the second metal film was 8n.
In the case of m to 80 nm, both the lifetime and the threshold characteristics showed good values.

【0071】上記の結果、GaN基板を用いた半導体レ
ーザチップにおいて、N型電極側をマウント面としてヒ
ートシンクにマウントする場合には、GaN基板裏面の
金属膜として、適当な膜厚の拡散防止用バリア層(第2
の金属膜)が必要であり、その膜厚は8nm〜80μm
程度が良いことが分かった。また、バリア層の金属材料
を検討したところ、高融点金属であるCr、Mo、Zr
やTaも同様の効果を示し、第2の金属膜材質はMo、
Cr、W、ZrやTaの単体またはこれらのうち、少な
くともいずれか1つを含む混合物であれば良いことが分
かった。なお、比較的高融点なPtでは、高発振閾値化
および短寿命化し、また、金属膜の剥がれによる不良も
多発してしまった。これは、Ptのガス吸着しやすい性
質のためにAl層との密着が悪く、電極特性が悪化する
こと、およびPtの線熱膨張率がMo、Cr、W、Zr
やTaに比べて大きいことにより、金属膜とGaN基板
との密着性が悪化すること等が原因と考えられる。
As a result, when a semiconductor laser chip using a GaN substrate is mounted on a heat sink with the N-type electrode side as a mounting surface, a diffusion preventing barrier having an appropriate thickness is used as a metal film on the back surface of the GaN substrate. Layer (second
Metal film) is required, and the film thickness is 8 nm to 80 μm
It turned out to be good. Further, when the metal material of the barrier layer was examined, it was found that Cr, Mo, Zr
And Ta also show the same effect, and the material of the second metal film is Mo,
It turned out that Cr, W, Zr or Ta alone or a mixture containing at least one of them may be used. In the case of Pt, which has a relatively high melting point, a high oscillation threshold value and a short life are obtained, and defects due to peeling of the metal film frequently occur. This is because Pt easily adheres to the gas due to the property of easily adsorbing gas, and the electrode characteristics are deteriorated, and the linear thermal expansion coefficient of Pt is Mo, Cr, W, Zr.
This is considered to be caused by the fact that the adhesion between the metal film and the GaN substrate is deteriorated due to being larger than that of Ta or Ta.

【0072】次に、第3の金属膜であるAu層の膜厚を
変えたときの変化について、調べたところ、50nm〜
10μm程度のAuを用いるのが好ましいことが分かっ
た。但し、材質はAu単体に限らず、NiやAuを含む
合金ならばよく、例えばAuNiやAuPtなどを使用
可能であることが分かった。
Next, the change when the thickness of the Au layer as the third metal film was changed was examined.
It has been found that it is preferable to use Au of about 10 μm. However, the material is not limited to Au alone, but may be any alloy containing Ni or Au. For example, it has been found that AuNi, AuPt, or the like can be used.

【0073】第1の金属膜に関しては、GaN基板と密
着性がよく、オーミック接合可能な材質であれば良いこ
とが分かっている。主にAlを含む層からなり、Ti、
Zr、Hfの中から選ばれた材質を含むものであればよ
い。また、電極の厚みは10nm〜1μm程度であれば
よいことが分かった。
It is known that the first metal film may be any material that has good adhesion to the GaN substrate and can be ohmic-joined. It mainly consists of a layer containing Al, Ti,
Any material containing a material selected from Zr and Hf may be used. Further, it was found that the thickness of the electrode should be about 10 nm to 1 μm.

【0074】次に、ハンダの材質に関して検討を行っ
た。ハンダに要求されるのは、半導体レーザ装置の熱抵
抗を低く押さえるため、第3の金属膜およびヒートシン
クと密着性が高い材質を選択することである。第3の金
属膜およびヒートシンク(その表面)とも、Auを主成
分とする金属のため、Auとの密着性の高いハンダを用
いればよく、本実施の形態2で用いたAuSnの他に、
Zn、Pb、Ag、Cd、Bi、Ni、Mn、In、S
n、Au等が良好な結果を示した。また、上記ハンダを
主成分として含む合金であってもよい。
Next, the material of the solder was examined. What is required for the solder is to select a material having high adhesion to the third metal film and the heat sink in order to keep the thermal resistance of the semiconductor laser device low. Since the third metal film and the heat sink (the surface thereof) are mainly composed of Au, a solder having high adhesion to Au may be used. In addition to AuSn used in the second embodiment,
Zn, Pb, Ag, Cd, Bi, Ni, Mn, In, S
n, Au, etc. showed good results. Further, an alloy containing the above solder as a main component may be used.

【0075】(実施の形態3)図7は、本実施の形態3
における半導体レーザ装置の模式図である。本実施の形
態3は、実施の形態1および実施の形態2における第1
の金属膜および第2の金属膜の形状を変更したものであ
る。
(Embodiment 3) FIG. 7 shows Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a semiconductor laser device in FIG. The third embodiment is different from the first and second embodiments in the first embodiment.
In this case, the shapes of the metal film and the second metal film are changed.

【0076】図7に示すように、GaN基板7の裏面に
第1の金属膜30が設けられ、さらに、この第1の金属
膜30の下面に第2の金属膜31が積層されている。第
1の金属膜30は幅50μmのストライプ状であり、膜
厚は100nmである。同様に、第2の金属膜31も幅
50μmのストライプ状であり、膜厚は30nmであ
る。第3の金属膜32はAuを含む金属からなり、膜厚
は1μmである。その上にハンダ33(実施の形態1と
同様に第3の金属膜とハンダの合金層が形成されてい
る)が形成され、半導体レーザチップ301がヒートシ
ンク14にマウントされている。または、実施の形態2
のように、第3の金属膜とハンダの合金層を形成しても
よい。
As shown in FIG. 7, a first metal film 30 is provided on the back surface of the GaN substrate 7, and a second metal film 31 is laminated on the lower surface of the first metal film 30. The first metal film 30 has a stripe shape with a width of 50 μm and a thickness of 100 nm. Similarly, the second metal film 31 also has a stripe shape with a width of 50 μm and a thickness of 30 nm. The third metal film 32 is made of a metal containing Au, and has a thickness of 1 μm. A solder 33 (on which a third metal film and an alloy layer of solder are formed as in the first embodiment) is formed thereon, and the semiconductor laser chip 301 is mounted on the heat sink 14. Or, Embodiment 2
As described above, an alloy layer of a third metal film and solder may be formed.

【0077】この半導体レーザ装置の特性について実験
を行った結果、電気抵抗および熱抵抗とも、ほぼ実施の
形態1と同様の値を示した。また、本実施の形態3を用
いると、端面形成およびチップ分割が容易になり、歩留
まりが向上した。これは、スクライブラインを入れる際
に、その箇所に積層されている金属膜が薄いためと考え
られる。
An experiment was conducted on the characteristics of this semiconductor laser device, and as a result, the electric resistance and the thermal resistance showed almost the same values as in the first embodiment. Further, when the third embodiment is used, the end face formation and the chip division are facilitated, and the yield is improved. This is presumably because when the scribe line is formed, the metal film laminated at that location is thin.

【0078】なお、本実施の形態3の構造では、Al層
(第1の金属膜)とAu層(第3の金属膜)が一部で接
触しており、GaN基板の表面上でGaN、Al、A
u、Inなどの合金が形成され、電極特性の悪化等が生
じる恐れがあった。しかし、幅50μmの電極に対して
そのような部分は電極の左右とも0.2μm以下程度で
あり、全く間題は生じなかった。
In the structure of the third embodiment, the Al layer (the first metal film) and the Au layer (the third metal film) are partially in contact with each other, and GaN, Al, A
An alloy such as u, In or the like may be formed, and the electrode characteristics may be deteriorated. However, with respect to an electrode having a width of 50 μm, such a portion was about 0.2 μm or less on both sides of the electrode, and no problem occurred.

【0079】第1の金属膜および第2の金属膜のストラ
イプ位置がレーザ導波路に対して上方にあるものとレー
ザ導波路の上方からずれているものとを作製し、その他
は実施の形態3と同様の方法で制作したところ、著しい
変化は見られなかった。これは、N型電極から供給され
る電子はGaN基板内で拡散されるため、レーザストラ
イプからずれていもて、電流注入に問題が生じないため
と考えられる。
The first metal film and the second metal film are manufactured so that the stripe position is above the laser waveguide and the stripe position is shifted from above the laser waveguide. When made in the same way as above, no significant changes were seen. This is presumably because electrons supplied from the N-type electrode are diffused in the GaN substrate, so that there is no problem in current injection even if the electrons are shifted from the laser stripe.

【0080】さらに、第3の金属膜の膜厚を200nm
に設定し、その他は実施の形態3と同様な方法で作製し
たところ、第3の金属の表面における平坦性が悪く、マ
ウント不良が多発し、また、熱抵抗の高い半導体レーザ
チップが見られた。以上の結果から、第3の金属膜の膜
厚は、少なくとも第1の金属膜と第2の金属膜の膜厚と
の和よりも厚くする必要があることが分かる。
Further, the thickness of the third metal film is set to 200 nm.
And the other method was the same as that of the third embodiment, a semiconductor laser chip with poor flatness on the surface of the third metal, frequent mounting failures, and high thermal resistance was observed. . From the above results, it is understood that the thickness of the third metal film needs to be larger than at least the sum of the thicknesses of the first metal film and the second metal film.

【0081】上記の結果、本実施の形態3において、第
1の金属膜および第2の金属膜は、特に形状を問わず、
それぞれの膜厚は実施の形態1に準じていれば良いこと
が分かった。また、第3の金属膜の膜厚は、第1の金属
膜と第2の金属膜の膜厚との和よりも厚い他は、実施の
形態1に準じていれば良いことが分かった。
As a result, in the third embodiment, the first metal film and the second metal film are not limited to any particular shapes.
It has been found that each film thickness may be in accordance with the first embodiment. Further, it was found that the thickness of the third metal film may be the same as that of Embodiment 1 except that the thickness is larger than the sum of the thicknesses of the first metal film and the second metal film.

【0082】(実施の形態4)図8は、本実施の形態4
における半導体レーザ装置の模式図である。本実施の形
態4は、実施の形態1および実施の形態2における第1
の金属膜の形状を変更したものである。
(Embodiment 4) FIG. 8 shows Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a semiconductor laser device in FIG. The fourth embodiment is different from the first and second embodiments in the first embodiment.
Is a modification of the shape of the metal film.

【0083】図8に示すように、GaN基板7の裏面に
第1の金属膜40が設けられ、さらに、この第1の金属
膜40の下面に第2の金属膜41が積層されている。第
1の金属膜40は幅50μmのストライプ状であり、膜
厚は100nmである。第2の金属膜41の膜厚は15
0nmである。第3の金属膜42はAuを含む金属から
なり、膜厚は1μmである。その上にハンダ43(実施
の形態1と同様に第3の金属とハンダの合金層が形成さ
れている)が形成され、半導体レーザチップ302がヒ
ートシンク14にマウントされている。または、実施の
形態2のように、第3の金属とハンダの合金層を形成し
てもよい。
As shown in FIG. 8, a first metal film 40 is provided on the back surface of the GaN substrate 7, and a second metal film 41 is laminated on the lower surface of the first metal film 40. The first metal film 40 has a stripe shape with a width of 50 μm and a thickness of 100 nm. The thickness of the second metal film 41 is 15
0 nm. The third metal film 42 is made of a metal containing Au and has a thickness of 1 μm. A solder 43 (an alloy layer of a third metal and a solder is formed as in the first embodiment) is formed thereon, and the semiconductor laser chip 302 is mounted on the heat sink 14. Alternatively, as in Embodiment 2, an alloy layer of a third metal and solder may be formed.

【0084】この半導体レーザ装置の特性について実験
を行った結果、電気抵抗および熱抵抗とも、ほぼ実施の
形態1と同様の値を示した。また、実施の形態3と同様
に、端面形成およびチップ分割が容易になり、歩留まり
が向上した。
As a result of conducting an experiment on the characteristics of this semiconductor laser device, both the electric resistance and the thermal resistance showed almost the same values as in the first embodiment. Further, similarly to the third embodiment, the end face formation and the chip division were facilitated, and the yield was improved.

【0085】第1の金属膜および第2の金属膜のストラ
イプ位置がレーザ導波路に対して上方にあるものとレー
ザ導波路の上方からずれているものとを作製し、その他
は実施の形態3と同様の方法で制作したところ、著しい
変化は見られなかった。
The first metal film and the second metal film are manufactured so that the stripe position is above the laser waveguide and the stripe position is shifted from above the laser waveguide. When made in the same way as above, no significant changes were seen.

【0086】さらに、第2の金属膜の膜厚を10nmに
設定し、その他は実施の形態4と同様な方法で作製した
ところ、電気抵抗の悪化が観測された。これは、第1の
金属膜の角の部分で第2の金属膜の膜厚が薄くなり、A
uが拡散したためと考えられる。以上の結果から、第2
の金属膜の膜厚は、少なくとも第1の金属膜よりも厚く
する必要があることが分かる。
Further, when the film thickness of the second metal film was set to 10 nm, and the others were manufactured in the same manner as in the fourth embodiment, deterioration of the electric resistance was observed. This is because the thickness of the second metal film becomes thinner at the corners of the first metal film, and A
It is considered that u diffused. From the above results, the second
It can be seen that the thickness of the metal film needs to be at least larger than that of the first metal film.

【0087】上記の結果、本実施の形態4において、第
1の金属膜(N型電極)は特に形状を問わず、その膜厚
は実施の形態1に準じていればよいことが分かった。ま
た、第2の金属膜の膜厚は、第2の金属膜の膜厚よりも
厚い他は、実施の形態1に準じていればよいことが分か
った。
As a result, it has been found that, in the fourth embodiment, the first metal film (N-type electrode) is not limited to a particular shape, and its thickness may be in accordance with the first embodiment. Further, it was found that the thickness of the second metal film may be the same as that of Embodiment 1 except that the thickness of the second metal film is larger than the thickness of the second metal film.

【0088】(実施の形態5)図9は、本実施の形態5
における半導体レーザ装置の模式図である。本実施の形
態5において、GaN基板上に制作された窒化物系半導
体の積層体および第1の金属膜、第2の金属膜、第3の
金属膜は実施の形態1〜4に示したもののいずれであっ
てもよい。
(Embodiment 5) FIG. 9 shows Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a semiconductor laser device in FIG. In the fifth embodiment, the stacked structure of the nitride-based semiconductor and the first metal film, the second metal film, and the third metal film manufactured on the GaN substrate are the same as those described in the first to fourth embodiments. Any of them may be used.

【0089】この半導体レーザチップ406は、ヒート
シンクの変わりにSi基板401上にマウントされてお
り、Si基板401には例えば受光素子402などのデ
バイスが形成されていてもよい。なお、この図9におい
て、403は電極、404はワイヤーボンド、405は
ハンダ、407はワイヤーボンドである。
The semiconductor laser chip 406 is mounted on a Si substrate 401 instead of a heat sink, and a device such as a light receiving element 402 may be formed on the Si substrate 401. In FIG. 9, reference numeral 403 denotes an electrode, 404 denotes a wire bond, 405 denotes a solder, and 407 denotes a wire bond.

【0090】Si基板側は、半導体レーザチップと接合
するため図10のような構造500を取っている。Si
基板50には第4の金属膜51が形成され、第4の金属
膜51の上面にはバリア層として第5の金属膜52が積
層され、さらに、第5の金属膜の上面にはハンダとの密
着性を高めるために第6の金属膜53が積層されてい
る。
A structure 500 as shown in FIG. 10 is formed on the Si substrate side for bonding with a semiconductor laser chip. Si
A fourth metal film 51 is formed on the substrate 50, a fifth metal film 52 is stacked as a barrier layer on the upper surface of the fourth metal film 51, and solder and a solder are formed on the upper surface of the fifth metal film. A sixth metal film 53 is laminated to increase the adhesion of the metal.

【0091】上記第4の金属膜は、Si基板と密着性が
高く、かつオーミック接合を取る必要がある。また、第
5の金属膜は、第6の金属およびハンダが拡散して第4
の金属膜の電極特性を劣化させるのを防止するため、高
融点の金属を選定する必要がある。このような金属とし
てはいくつかの材料が知られているが、本実施の形態5
においては、第4の金属膜としてPt/Tiを170n
m積層した。この第4の金属膜を積層した後、適温にて
過熱することにより、オーミック電極を得ることができ
る。このとき、Si基板と第4の金属膜の界面には、金
属珪化物であるPtSiが形成されることもある。
The fourth metal film is required to have high adhesion to the Si substrate and to form an ohmic junction. Further, the fifth metal film is formed by diffusing the sixth metal and the solder to form the fourth metal film.
In order to prevent the electrode characteristics of the metal film from deteriorating, it is necessary to select a metal having a high melting point. Although several materials are known as such metals, the fifth embodiment
In the above, 170n of Pt / Ti is used as the fourth metal film.
m. After laminating the fourth metal film, an ohmic electrode can be obtained by heating at an appropriate temperature. At this time, PtSi which is a metal silicide may be formed at the interface between the Si substrate and the fourth metal film.

【0092】第5の金属膜にはMoを100nm、第6
の金属膜にはAuを1μm積層したこの第6の金属膜
は、半導体レーザチップとSi基板との強固な接合のた
め、第3の金属膜と同じ材料を用いている。
For the fifth metal film, Mo is 100 nm, and the sixth metal film is
The sixth metal film in which Au is laminated on the metal film of 1 μm is the same material as the third metal film for strong bonding between the semiconductor laser chip and the Si substrate.

【0093】第4の金属膜に用いたPt/Tiの蒸着方
法は、実施の形態1におけるGaN基板上への金属膜の
蒸着と同様である。次に、第5および第6の金属膜の蒸
着後、実施の形態1と同様にして、半導体レーザチップ
を上記過程により制作されたSi基板にマウントする。
このようにして図9に示した本実施の形態5の半導体レ
ーザ装置が得られた。
The method of depositing Pt / Ti used for the fourth metal film is the same as the method of depositing a metal film on a GaN substrate in the first embodiment. Next, after the fifth and sixth metal films are deposited, the semiconductor laser chip is mounted on the Si substrate manufactured by the above-described process in the same manner as in the first embodiment.
Thus, the semiconductor laser device of the fifth embodiment shown in FIG. 9 was obtained.

【0094】次に、各種金属材料を検討したところ、第
4の金属膜としては、Pt、Ti、Mo、W、Cr、C
o、Ni、Pd、Hf、AlもしくはTaの単体または
これらのうち、少なくともいずれか1つを含む混合物で
あればよく、その厚みは10nm〜1μmが好ましいこ
とが分かった。
Next, various metal materials were examined. As a fourth metal film, Pt, Ti, Mo, W, Cr, C
It has been found that o, Ni, Pd, Hf, Al or Ta alone or a mixture containing at least one of them may be used, and the thickness is preferably 10 nm to 1 μm.

【0095】第5の金属膜としては、Mo、Cr、W、
Ti、Taの単体またはこれらのうち、少なくともいず
れか1つを含む混合物であればよい。また、第4の金属
膜が単体または多層であったとしても、表面がAlでな
い場合、第5の金属膜として、Pt、Pdの単体または
Mo、W、Cr、Ti、Ta、Pt、Pdのうち、少な
くともいずれか1つを含む混合物を用いてもよい。第5
の金属膜の厚みは5nm〜500nmであれば、良好な
結果を示した。
As the fifth metal film, Mo, Cr, W,
A simple substance of Ti or Ta or a mixture containing at least one of them may be used. Further, even if the fourth metal film is single or multilayer, if the surface is not Al, as the fifth metal film, a single metal of Pt or Pd or Mo, W, Cr, Ti, Ta, Pt, Pd Among them, a mixture containing at least one of them may be used. Fifth
When the thickness of the metal film was 5 nm to 500 nm, good results were obtained.

【0096】第6の金属膜は、第3の金属膜と同材質で
あればよく、Au、Niの単体またはこれらのいずれか
1つを含む混合物、あるいはAlの単体等が好ましく、
その厚みは50nm〜10μmであれば良好な結果を示
した。なお、第6の金属膜としてAl単体を用いる場合
に限り、第3の金属膜としてもAlの単体を用いる必要
がある。第6の金属膜がAl単体でない場合には、実施
形態1と同様の材料を用いることができる。
The sixth metal film may be made of the same material as the third metal film, and is preferably Au or Ni alone, or a mixture containing any one of them, or Al alone.
Good results were shown if the thickness was 50 nm to 10 μm. Note that it is necessary to use a simple substance of Al as the third metal film only when the simple substance of Al is used as the sixth metal film. In the case where the sixth metal film is not Al alone, the same material as in the first embodiment can be used.

【0097】ここで、第6の金属膜の選定に伴い、以下
のような半導体レーザチップの材質の検討を行った。 (第2の金属膜、第3および第6の金属膜、ハンダ) =(Mo、Au、In)、(Mo、Au、Sn)、(Mo、Au、Zn)、 (Mo、Au、Au)、(Mo、Au、Pb)、(Mo、Au、Ag)、 (Mo、Au、Cd)、(Mo、Au、Bi)、(Mo、Au、Cu)、 (Mo、Au、Ni)、(Mo、Au、Mn)、(W、Au、In)、 (W、Au、Sn)、(W、Au、Zn)、(W、Au、Au)、 (W、Au、Pb)、(W、Au、Ag)、(W、Au、Cd)、 (W、Au、Bi)、(W、Au、Cu)、(W、Au、Ni)、 (W、Au、Mn)、(Mn、Au、In)、(Mn、Au、Sn)、 (Mn、Au、Zn)、(Mn、Au、Au)、(Mn、Au、Pb)、 (Mn、Au、Ag)、(Mn、Au、Cd)、(Mn、Au、Bi)、 (Mn、Au、Cu)、(Mn、Au、Ni)、(Mn、Au、Mn)、 (Cr、Au、In)、(Cr、Au、Sn)、(Cr、Au、Zn)、 (Cr、Au、Au)、(Cr、Au、Pb)、(Cr、Au、Ag)、 (Cr、Au、Cd)、(Cr、Au、Bi)、(Cr、Au、Cu)、 (Cr、Au、Ni)、(Cr、Au、Mn)、(Zr、Au、In)、 (Zr、Au、Sn)、(Zr、Au、Zn)、(Zr、Au、Au)、 (Zr、Au、Pb)、(Zr、Au、Ag)、(Zr、Au、Cd)、 (Zr、Au、Bi)、(Zr、Au、Cu)、(Zr、Au、Ni)、 (Zr、Au、Mn)、(Ta、Au、In)、(Ta、Au、Sn)、 (Ta、Au、Zn)、(Ta、Au、Au)、(Ta、Au、Pb)、 (Ta、Au、Ag)、(Ta、Au、Cd)、(Ta、Au、Bi)、 (Ta、Au、Cu)、(Ta、Au、Ni)、(Ta、Au、Mn)、 (Mo、Ni、In)、(Mo、Ni、Sn)、(Mo、Ni、Zn)、 (Mo、Ni、Au)、(Mo、Ni、Pb)、(Mo、Ni、Ag)、 (Mo、Ni、Cd)、(Mo、Ni、Bi)、(Mo、Ni、Cu)、 (Mo、Ni、Ni)、(Mo、Ni、Mn)、(W、Ni、In)、 (W、Ni、Sn)、(W、Ni、Zn)、(W、Ni、Au)、 (W、Ni、Pb)、(W、Ni、Ag)、(W、Ni、Cd)、 (W、Ni、Bi)、(W、Ni、Cu)、(W、Ni、Ni)、 (W、Ni、Mn)、(Mn、Ni、In)、(Mn、Ni、Sn)、 (Mn、Ni、Zn)、(Mn、Ni、Au)、(Mn、Ni、Pb)、 (Mn、Ni、Ag)、(Mn、Ni、Cd)、(Mn、Ni、Bi)、 (Mn、Ni、Cu)、(Mn、Ni、Ni)、(Mn、Ni、Mn)、 (Cr、Ni、In)、(Cr、Ni、Sn)、(Cr、Ni、Zn)、 (Cr、Ni、Au)、(Cr、Ni、Pb)、(Cr、Ni、Ag)、 (Cr、Ni、Cd)、(Cr、Ni、Bi)、(Cr、Ni、Cu)、 (Cr、Ni、Ni)、(Cr、Ni、Mn)、(Zr、Ni、In)、 (Zr、Ni、Sn)、(Zr、Ni、Zn)、(Zr、Ni、Au)、 (Zr、Ni、Pb)、(Zr、Ni、Ag)、(Zr、Ni、Cd)、 (Zr、Ni、Bi)、(Zr、Ni、Cu)、(Zr、Ni、Ni)、 (Zr、Ni、Mn)、(Ta、Ni、In)、(Ta、Ni、Sn)、 (Ta、Ni、Zn)、(Ta、Ni、Au)、(Ta、Ni、Pb)、 (Ta、Ni、Ag)、(Ta、Ni、Cd)、(Ta、Ni、Bi)、 (Ta、Ni、Cu)、(Ta、Ni、Ni)、(Ta、Ni、Mn)、 (Mo、Al、SnCl2)、(Mo、Al、ZnCl2)、 (W、Al、SnCl2)、(W、Al、ZnCl2)、 (Mn、Al、SnCl2)、(Mn、Al、ZnCl2)、 (Cr、Al、SnCl2)、(Cr、Al、ZnCl2)、 (Zr、Al、SnCl2)、(Zr、Al、ZnCl2)、 (Ta、Al、SnCl2)、(Ta、Al、ZnCl2) なお、第1の金属膜の材料としては、実施の形態1と同
様のものを用いた。また、第4の金属膜および第5の金
属膜の材料としては上述した材料を用いた。
Here, along with the selection of the sixth metal film, the following material for the semiconductor laser chip was examined. (2nd metal film, 3rd and 6th metal film, solder) = (Mo, Au, In), (Mo, Au, Sn), (Mo, Au, Zn), (Mo, Au, Au) , (Mo, Au, Pb), (Mo, Au, Ag), (Mo, Au, Cd), (Mo, Au, Bi), (Mo, Au, Cu), (Mo, Au, Ni), ( Mo, Au, Mn), (W, Au, In), (W, Au, Sn), (W, Au, Zn), (W, Au, Au), (W, Au, Pb), (W, Au, Ag), (W, Au, Cd), (W, Au, Bi), (W, Au, Cu), (W, Au, Ni), (W, Au, Mn), (Mn, Au, In), (Mn, Au, Sn), (Mn, Au, Zn), (Mn, Au, Au), (Mn, Au, Pb), (Mn, Au, Ag), (Mn, Au, C) d), (Mn, Au, Bi), (Mn, Au, Cu), (Mn, Au, Ni), (Mn, Au, Mn), (Cr, Au, In), (Cr, Au, Sn) , (Cr, Au, Zn), (Cr, Au, Au), (Cr, Au, Pb), (Cr, Au, Ag), (Cr, Au, Cd), (Cr, Au, Bi), ( (Cr, Au, Cu), (Cr, Au, Ni), (Cr, Au, Mn), (Zr, Au, Sn), (Zr, Au, Sn), (Zr, Au, Zn), (Zr, Au, Au), (Zr, Au, Pb), (Zr, Au, Ag), (Zr, Au, Cd), (Zr, Au, Bi), (Zr, Au, Cu), (Zr, Au, Ni), (Zr, Au, Mn), (Ta, Au, In), (Ta, Au, Sn), (Ta, Au, Zn), (Ta, Au, A u), (Ta, Au, Pb), (Ta, Au, Ag), (Ta, Au, Cd), (Ta, Au, Bi), (Ta, Au, Cu), (Ta, Au, Ni) , (Ta, Au, Mn), (Mo, Ni, In), (Mo, Ni, Sn), (Mo, Ni, Zn), (Mo, Ni, Au), (Mo, Ni, Pb), ( (Mo, Ni, Ag), (Mo, Ni, Cd), (Mo, Ni, Bi), (Mo, Ni, Cu), (Mo, Ni, Ni), (Mo, Ni, Mn), (W, (Ni, In), (W, Ni, Sn), (W, Ni, Zn), (W, Ni, Au), (W, Ni, Pb), (W, Ni, Ag), (W, Ni, Cd), (W, Ni, Bi), (W, Ni, Cu), (W, Ni, Ni), (W, Ni, Mn), (Mn, Ni, In), (Mn, Ni, S) n), (Mn, Ni, Zn), (Mn, Ni, Au), (Mn, Ni, Pb), (Mn, Ni, Ag), (Mn, Ni, Cd), (Mn, Ni, Bi) , (Mn, Ni, Cu), (Mn, Ni, Ni), (Mn, Ni, Mn), (Cr, Ni, In), (Cr, Ni, Sn), (Cr, Ni, Zn), ( (Cr, Ni, Au), (Cr, Ni, Pb), (Cr, Ni, Ag), (Cr, Ni, Cd), (Cr, Ni, Bi), (Cr, Ni, Cu), (Cr, Ni, Ni), (Cr, Ni, Mn), (Zr, Ni, In), (Zr, Ni, Sn), (Zr, Ni, Zn), (Zr, Ni, Au), (Zr, Ni, Pb), (Zr, Ni, Ag), (Zr, Ni, Cd), (Zr, Ni, Bi), (Zr, Ni, Cu), (Zr, Ni, N i), (Zr, Ni, Mn), (Ta, Ni, In), (Ta, Ni, Sn), (Ta, Ni, Zn), (Ta, Ni, Au), (Ta, Ni, Pb) , (Ta, Ni, Ag), (Ta, Ni, Cd), (Ta, Ni, Bi), (Ta, Ni, Cu), (Ta, Ni, Ni), (Ta, Ni, Mn), ( Mo, Al, SnCl 2 ), (Mo, Al, ZnCl 2 ), (W, Al, SnCl 2 ), (W, Al, ZnCl 2 ), (Mn, Al, SnCl 2 ), (Mn, Al, ZnCl 2 ) 2 ), (Cr, Al, SnCl 2 ), (Cr, Al, ZnCl 2 ), (Zr, Al, SnCl 2 ), (Zr, Al, ZnCl 2 ), (Ta, Al, SnCl 2 ), (Ta , Al, ZnCl 2) as a material of the first metal film, the same as in embodiment 1 It was used. The above-described materials were used as the materials of the fourth metal film and the fifth metal film.

【0098】その結果、いずれの組み合わせにおいても
良好な熱抵抗特性および電気抵抗特性が得られた。な
お、上記組み合わせにおいて、ハンダは含まれる主要成
分を表している。
As a result, good thermal resistance characteristics and good electric resistance characteristics were obtained in all combinations. Note that, in the above combination, solder represents a main component included.

【0099】なお、上記実施の形態5において、Si基
板は受光素子やピクセルミラーなどのデバイスが形成さ
れていてもよく、プロセスの減少によるコストダウン、
コンパクト化による応用商品の多様化などが期待され
る。
In the fifth embodiment, devices such as a light receiving element and a pixel mirror may be formed on the Si substrate.
Diversification of applied products due to compactness is expected.

【0100】以上の実施の形態では、本発明の半導体発
光装置について、半導体レーザ装置を例に挙げて説明し
たが、本発明の趣旨から明らかなように、本発明は半導
体発光ダイオード装置への適応も可能である。また、G
aN基板上に積層された窒化物系半導体層については、
特にその構造および材質は問わず、いずれも本発明を適
用可能である。
In the above embodiments, the semiconductor light emitting device of the present invention has been described by taking a semiconductor laser device as an example. However, as apparent from the gist of the present invention, the present invention is applicable to a semiconductor light emitting diode device. Is also possible. G
Regarding the nitride semiconductor layer laminated on the aN substrate,
In particular, the present invention is applicable to any structure and material.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
第1の金属膜によりGaN基板と良好なオーミックコン
タクトを取ることができ、第2の金属膜により第1の金
属膜中に第3の金属膜やハンダが拡散して合金を形成す
るのを防ぐことができ、第3の金属膜により基板にクラ
ックが生じたり、金属膜が剥がれるのを防ぐことができ
る。よって、熱抵抗および電気抵抗を劣化させずにGa
N基板をヒートシンクにマウントした半導体発光装置を
提供することができる。さらに、Si基板上に第7の金
属膜を設けることにより、熱抵抗および電気抵抗を劣化
させずにGaN基板をSi基板にマウントした半導体発
光装置を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
The first metal film makes good ohmic contact with the GaN substrate, and the second metal film prevents the third metal film or solder from diffusing into the first metal film to form an alloy. The third metal film can prevent the substrate from cracking or peeling off the metal film. Therefore, without deteriorating thermal resistance and electric resistance, Ga
A semiconductor light emitting device in which an N substrate is mounted on a heat sink can be provided. Further, by providing the seventh metal film on the Si substrate, it is possible to provide a semiconductor light emitting device in which the GaN substrate is mounted on the Si substrate without deteriorating thermal resistance and electric resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態1の半導体レーザ装置を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram illustrating a semiconductor laser device according to a first embodiment;

【図2】実施の形態1における半導体レーザチップの一
部を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a part of the semiconductor laser chip according to the first embodiment;

【図3】第2の金属膜(バリア層)厚xを変えたときの
寿命特性を示す図である。
FIG. 3 is a graph showing life characteristics when a thickness x of a second metal film (barrier layer) is changed.

【図4】第2の金属膜(バリア層)厚xを変えたときの
発振閾値特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing oscillation threshold characteristics when a second metal film (barrier layer) thickness x is changed.

【図5】実施の形態2の半導体レーザ装置を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor laser device according to a second embodiment.

【図6】実施の形態2における半導体レーザチップの一
部を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a part of a semiconductor laser chip according to a second embodiment.

【図7】実施の形態3の半導体レーザ装置を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor laser device according to a third embodiment;

【図8】実施の形態4の半導体レーザ装置を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a semiconductor laser device according to a fourth embodiment.

【図9】実施の形態5の半導体レーザ装置を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a semiconductor laser device according to a fifth embodiment.

【図10】実施の形態5の半導体レーザ装置におけるS
i基板を示す図である。
FIG. 10 shows S in the semiconductor laser device of the fifth embodiment.
It is a figure showing an i substrate.

【図11】従来の半導体レーザ装置を示す図である。FIG. 11 is a view showing a conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p−InAlGaNコンタクト層 2 p−InAlGaNクラッド層 3 p−InAlGaNガイド層 4 p−InAlGaNバリア層 5 n−InAlGaNガイド層 6 n−InAlGaNクラッド層 7 GaN基板 10 第1の金属膜 11 第2の金属膜 12 第3の金属膜 13 ハンダ 14 ヒートシンク 20 第1の金属膜 21 第2の金属膜 22 第3の金属とハンダとの合金層 23 ヒートシンク 30 第1の金属膜 31 第2の金属膜 32 第3の金属膜 33 ハンダ 40 第1の金属膜 41 第2の金属膜 42 第3の金属膜 43 ハンダ 50 Si基板 51 第4の金属膜 52 第5の金属膜 53 第6の金属膜 71 酸化物基板 72 窒化物系半導体の多層薄膜 73 電極 74 電極 75 ヒートシンク 76 ハンダ 77 金属膜 100 P型電極 101 窒化物系半導体の積層体 102 窒化物系半導体の積層体(InAlGaN多重
量子井戸活性層) 103 窒化物系半導体の積層体 200 P型電極 201 窒化物系半導体の積層体 202 窒化物系半導体の積層体(InGaNAsP多
重量子井戸活性層) 203 窒化物系半導体の積層体 204 p−InAlGaNコンタクト層 205 p−InAlGaNクラッド層 206 p−InAlGaNガイド層 207 p−InAlGaNバリア層 208 n−InAlGaNガイド層 209 n−InAlGaNクラッド層 300 半導体レーザチップ 301 半導体レーザチップ 302 半導体レーザチップ 303 半導体レーザチップ 401 Si基板 402 受光素子等のデバイス 403 電極 404 ワイヤーボンド 405 ハンダ 406 半導体レーザチップ 407 ワイヤーボンド
Reference Signs List 1 p-InAlGaN contact layer 2 p-InAlGaN cladding layer 3 p-InAlGaN guide layer 4 p-InAlGaN barrier layer 5 n-InAlGaN guide layer 6 n-InAlGaN cladding layer 7 GaN substrate 10 first metal film 11 second metal Film 12 third metal film 13 solder 14 heat sink 20 first metal film 21 second metal film 22 alloy layer of third metal and solder 23 heat sink 30 first metal film 31 second metal film 32 first 3 metal film 33 solder 40 1st metal film 41 2nd metal film 42 3rd metal film 43 solder 50 Si substrate 51 4th metal film 52 5th metal film 53 6th metal film 71 oxide Substrate 72 Multi-layer thin film of nitride semiconductor 73 Electrode 74 Electrode 75 Heat sink 76 Solder 77 Metal film 100 Type electrode 101 Nitride-based semiconductor laminate 102 Nitride-based semiconductor laminate (InAlGaN multiple quantum well active layer) 103 Nitride-based semiconductor laminate 200 P-type electrode 201 Nitride-based semiconductor laminate 202 Nitride-based Semiconductor laminate (InGaNAsP multiple quantum well active layer) 203 Nitride-based semiconductor laminate 204 p-InAlGaN contact layer 205 p-InAlGaN cladding layer 206 p-InAlGaN guide layer 207 p-InAlGaN barrier layer 208 n-InAlGaN guide layer 209 n-InAlGaN cladding layer 300 semiconductor laser chip 301 semiconductor laser chip 302 semiconductor laser chip 303 semiconductor laser chip 401 Si substrate 402 device such as light receiving element 403 electrode 404 wire bond 405 c Da 406 semiconductor laser chip 407 wire bonds

フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 CA04 CA05 CA34 CA40 CA82 CA85 CA86 CA87 CA92 CA98 DA32 5F073 AA61 AA74 CA17 CB02 CB23 DA30 DA34 EA28 FA14 FA22Continued on the front page F term (reference) 5F041 CA04 CA05 CA34 CA40 CA82 CA85 CA86 CA87 CA92 CA98 DA32 5F073 AA61 AA74 CA17 CB02 CB23 DA30 DA34 EA28 FA14 FA22

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持基体と、 該支持基体上に積載され、GaN基板上に窒化物系半導
体の積層体を設けた半導体発光素子とを有する半導体発
光装置であって、 該GaN基板における該積層体を設けた面とは反対側の
面に、GaN基板とオーミック接合を取ることが可能な
材料からなり、N型電極として機能する第1の金属膜
と、 高融点金属からなり、バリア層として機能する第2の金
属膜と、 ハンダと混合し易い材料からなる第3の金属膜とを備
え、 該第3の金属膜と該支持基体との間にハンダを有する半
導体発光装置。
1. A semiconductor light-emitting device comprising: a support base; and a semiconductor light-emitting element mounted on the support base and provided with a nitride-based semiconductor laminate on a GaN substrate. A first metal film made of a material capable of forming an ohmic junction with the GaN substrate and functioning as an N-type electrode, and a high melting point metal formed on a surface opposite to the surface on which the body is provided. A semiconductor light emitting device, comprising: a second metal film that functions; and a third metal film made of a material that is easily mixed with solder, and having solder between the third metal film and the support base.
【請求項2】 前記第2の金属膜の厚みが8nm以上8
0nm以下である請求項1に記載の半導体発光装置。
2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the second metal film is at least 8 nm.
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the thickness is 0 nm or less.
【請求項3】 支持基体と、 該支持基体上に積載され、GaN基板上に窒化物系半導
体の積層体を設けた半導体発光素子とを有する半導体発
光装置であって、 該GaN基板における該積層体を設けた面とは反対側の
面に、GaN基板とオーミック接合を取ることが可能な
材料からなり、N型電極として機能する第1の金属膜
と、 高融点金属からなり、バリア層として機能する第2の金
属膜とを備え、 該第2の金属膜と該支持基体との間にハンダと混合し易
い第3の金属とハンダとの合金層を有し、 前記第2の金属膜の厚みが8nm以上80nm以下であ
る半導体発光装置。
3. A semiconductor light-emitting device comprising: a support base; and a semiconductor light-emitting element mounted on the support base and having a nitride-based semiconductor stacked body provided on a GaN substrate. A first metal film made of a material capable of forming an ohmic junction with the GaN substrate and functioning as an N-type electrode, and a high melting point metal formed on a surface opposite to the surface on which the body is provided. A second metal film that functions, and an alloy layer of a third metal and solder that is easily mixed with solder between the second metal film and the supporting base; A semiconductor light emitting device having a thickness of 8 nm or more and 80 nm or less.
【請求項4】 前記第1の金属膜はAlを含み、 前記第2の金属膜はMo、W、Cr、Ta、Zrおよび
Mnの少なくともいずれか1つを含み、 前記第3の金属膜または前記第3の金属はAuおよびN
iの少なくともいずれか1つを含む請求項1乃至請求項
3のいずれかに記載の半導体発光装置。
4. The first metal film contains Al, the second metal film contains at least one of Mo, W, Cr, Ta, Zr and Mn, and the third metal film or The third metal is Au and N
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, comprising at least one of i.
【請求項5】 前記GaN基板の結晶構造が六方晶であ
り、前記支持基体へのマウント面がc面にほぼ平行であ
る請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体発光
装置。
5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a crystal structure of the GaN substrate is hexagonal, and a mounting surface on the support base is substantially parallel to a c-plane.
【請求項6】 前記ハンダはIn、Sn、Zn、Au、
Pb、Ag、Cd、Bi、Ni、MnおよびCuの少な
くともいずれか1つを含む請求項1乃至請求項5のいず
れかに記載の半導体発光装置。
6. The solder includes In, Sn, Zn, Au,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising at least one of Pb, Ag, Cd, Bi, Ni, Mn, and Cu.
【請求項7】 前記支持基体がSiからなり、前記第3
の金属膜または前記第3の金属はAu、NiおよびAl
の少なくともいずれか1つを含む請求項1乃至請求項3
または請求項5に記載の半導体発光装置。
7. The device according to claim 7, wherein the supporting base is made of Si,
Metal film or the third metal is made of Au, Ni and Al
4. The method according to claim 1, further comprising at least one of the following.
Alternatively, the semiconductor light emitting device according to claim 5.
【請求項8】 前記支持基体がSiからなり、前記ハン
ダがIn、Sn、Zn、Au、Pb、Ag、Cd、B
i、Ni、Mn、Cu、SnCl2およびZnCl2の少
なくともいずれか1つを含む請求項1乃至請求項3、請
求項5または請求項7に記載の半導体発光装置。
8. The support base is made of Si, and the solder is made of In, Sn, Zn, Au, Pb, Ag, Cd, and B.
i, Ni, Mn, Cu, claims 1 to 3 including at least one of SnCl 2 and ZnCl 2, a semiconductor light emitting device according to claim 5 or claim 7.
【請求項9】 前記支持基体がSiからなり、該支持基
体の前記ハンダ側の面にPt、Al、Ti、Cr、C
o、Ni、Pd、Hf、W、MoおよびTaの少なくと
もいずれか1つを含む金属膜が設けられている請求項1
乃至請求項8のいずれかに記載の半導体発光装置。
9. The support base is made of Si, and Pt, Al, Ti, Cr, C is formed on the surface of the support base on the solder side.
2. A metal film containing at least one of o, Ni, Pd, Hf, W, Mo and Ta is provided.
The semiconductor light emitting device according to claim 8.
【請求項10】 前記支持基体がSiからなり、該支持
基体の前記ハンダと接する部分に、Au、NiおよびA
lの少なくともいずれか1つを含む金属膜が設けられて
いる請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の半導体発
光装置。
10. The support base is made of Si, and Au, Ni and A are provided on a portion of the support base which is in contact with the solder.
10. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a metal film including at least one of l.
【請求項11】 前記Siからなる支持基体に一体的に
受光素子が形成されている請求項9または請求項10に
記載の半導体発光装置。
11. The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein a light receiving element is formed integrally with the supporting base made of Si.
【請求項12】 請求項1に記載の半導体発光装置を製
造する方法であって、 GaN基板上に窒化物系半導体の積層体を設けたウェハ
ーを形成し、GaN基板における積層体を設けた面とは
反対側の面に、第1の金属膜、第2の金属膜および第3
の金属膜を形成する工程と、 該ウェハーを半導体発光素子に分割する工程と、 予めハンダを積層した支持基体と熱処理により接着する
か、または該第3の金属膜上にハンダを積層して熱処理
により支持基体と接着する工程とを含む半導体発光装置
の製造方法。
12. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a wafer provided with a nitride-based semiconductor laminate on a GaN substrate is formed, and a surface of the GaN substrate on which the laminate is provided. The first metal film, the second metal film, and the third metal film
Forming a metal film of the above, dividing the wafer into semiconductor light emitting devices, bonding the substrate to a supporting base on which solder is previously laminated by heat treatment, or laminating solder on the third metal film and performing heat treatment And a step of adhering to a supporting substrate by the method.
【請求項13】 請求項2に記載の半導体発光装置を製
造する方法であって、 GaN基板上に窒化物系半導体の積層体を設けたウェハ
ーを形成し、GaN基板における積層体を設けた面とは
反対側の面に、第1の金属膜、第2の金属膜および第3
の金属膜を形成する工程と、 該ウェハーを半導体発光素子に分割する工程と、 予めハンダを積層した支持基体と熱処理により該第3の
金属とハンダからなる合金層を形成して接着するか、ま
たは該第3の金属膜上にハンダを積層して熱処理により
該第3の金属とハンダからなる合金層を形成して支持基
体と接着する工程とを含む半導体発光装置の製造方法。
13. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein a wafer provided with a nitride-based semiconductor laminate on a GaN substrate is formed, and a surface of the GaN substrate on which the laminate is provided. The first metal film, the second metal film, and the third metal film
Forming a metal film, and dividing the wafer into semiconductor light emitting devices; and forming and bonding an alloy layer made of the third metal and solder by heat treatment with a supporting base on which solder is previously laminated; Or a step of laminating solder on the third metal film, forming an alloy layer composed of the third metal and solder by heat treatment, and bonding the alloy layer to a supporting base.
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