【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
青色発光ダイオードに代表されるＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子は、元になる半導体基板を良質で大型のバルク結晶によって製造できないため、通常、ＩＩＩ族窒化化合物系半導体をサファイアからなる基板上へ、結晶成長させることで製造した半導体基板上に種々の処理を行い、製造する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１に、従来の半導体発光素子の概略図を示す。図１において、１１は基板、１２はｎ型の半導体層、１３は発光領域を有する活性層、１４はｐ型の半導体層、１６は電極をそれぞれ示している。
【０００４】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物半導体は、ｎ型の半導体層１２の方がｐ型の半導体層１４より低抵抗化が可能なため、通常は、図１のように、サファイアからなる基板１１上にｎ型の半導体層１２、発光領域を有する活性層１３、ｐ型の半導体層１４の順に積層し、ｎ型の半導体層１２、ｐ型の半導体層１４、それぞれに電極１６を形成する。このとき、光の取り出しの効率を高めるためには、ｐ型の半導体層１４に形成する電極１６として光が透過する材料を用いればよい。そこで、ｐ型の半導体層１４に形成する電極１６として、ＺｎＯやＩＴＯなどの透明な半導体を用いればよいが、これらの材料はｐ型のものを製造することが困難であるため、ＮｉやＡｕの半透明な薄膜導電体を用いたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
しかし、ＮｉやＡｕの半透明な薄膜導電体は光の透過率が７０％程度と透明性にかける。この問題を解決するために、ｎ型の半導体層１２の側に、ｎ型のＺｎＯやＩＴＯなどからなる透明な電極１６を形成した半導体発光素子がある（例えば、特許文献３参照。）。これらの半導体発光素子の製造工程で、ｐ型の半導体層１４に電極１６を形成するために、ｎ型の半導体層１２から基板１１を除去する工程が必要となる。この工程では、溶剤を用いたウェットエッチング法がとられる。
【０００６】
この方法では、溶剤の温度制御により、除去する基板１１とそれ以外の部分を選別して目標物を除去するという方法が取られるために、基板１１以外の部分も溶解させてしまうという問題がある（例えば、特許文献４参照。）。この問題を解決するためには、半導体発光素子を固定し、研磨等機械的な方法によって、基板１１を除去することによって、解決することができる。しかし、このような機械的な方法では、固定部に種々の外力が加わり、半導体発光素子の発光部およびその周辺を損傷するという問題が発生する。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６２−１１９１９６号公報 （第（１）頁〜第（７）頁）
【特許文献２】
特開２００３−７７８５３号公報 （第（１）頁〜第（１４）頁）
【特許文献３】
特開２００２−２３２００５号公報 （第（１）頁〜第（１０）頁）
【特許文献４】
特開２００１−２８４３１４号公報 （第（１）頁〜第（８）頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決するために、半導体発光素子を外力から保護し、かつ、容易に固定するための半導体発光素子保護層を有する半導体発光素子を提供することを目的とする。また、併せて、当該半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本願第１発明は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子であって、少なくとも、外力から該半導体発光素子を保護する半導体発光素子保護層と、ｐ型の半導体層と、発光領域を有する活性層と、ｎ型の半導体層と、透明電極と、を順に備えた半導体発光素子である。
【００１０】
本願第１発明において、前記半導体発光素子保護層として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金、からなるものを用いることができる。
【００１１】
また、本願第１発明において、前記半導体発光素子保護層として、ｐ型の、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰまたはＳｉＣ、からなるものを用いることができる。
【００１２】
また、本願第１発明において、前記透明電極として、ＺｎＯまたはＩＴＯからなるものを用いることができる。
【００１３】
また、前述した目的を達成するために、本願第２発明は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子の製造方法であって、基板上に、少なくとも、ｎ型の半導体層と、発光領域を有する活性層と、ｐ型の半導体層と、を順に結晶成長させるステップと、該ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体を結晶成長させた以降に、該活性層に対して該ｐ型の半導体層の側に、半導体発光素子保護層を配置するステップと、該半導体発光素子保護層を配置した以降に、該基板を除去するステップと、該基板を除去した以降に、該基板の除去によって露出した面上に、透明電極を形成するステップと、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００１４】
本願第２発明において、前記活性層に対して前記ｐ型の半導体層の側に、前記半導体発光素子保護層を配置するステップとして、前記活性層に対して前記ｐ型の半導体層の側の露出した面と前記半導体発光素子保護層との間に金属を挟み、その後、融解させた該金属で前記半導体発光素子保護層を接合して、前記半導体発光素子保護層を配置するステップとすることができる。
【００１５】
あるいは、本願第２発明において、前記活性層に対して前記ｐ型の半導体層の側に、前記半導体発光素子保護層を配置するステップとして、前記活性層に対して前記ｐ型の半導体層の側の露出した面上に、前記半導体発光素子保護層を結晶成長させて、前記半導体発光素子保護層を配置するステップとすることができる。
【００１６】
また、前記基板を除去するステップとして、前記半導体発光素子保護層を固定台に吸い付けることで前記半導体発光素子を固定し、その後、前記基板を除去するステップとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本願第１発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。図２は、本願第１発明の実施の形態によって製造した半導体発光素子の概略図である。図２において、２２はｎ型の半導体層、２３は発光領域を有する活性層、２４はｐ型の半導体層、２５は半導体発光素子保護層、２６はｐ型の半導体層の側の電極、２８は透明電極、２９は半導体発光素子保護層を接合するための接合層をそれぞれ示している。
【００１８】
本実施の形態では、半導体発光素子保護層２５は、半導体発光素子の製造工程時にかかる種々の外力から半導体発光素子を保護し、かつ半導体発光素子を固定するための基板としての役割を持つものである。
【００１９】
半導体発光素子保護層２５として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金等の導電体からなるものを用いることができる。あるいは、ｐ型の、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰまたはＳｉＣ等の半導体からなるものを用いることができる。
【００２０】
ここで、半導体発光素子保護層２５として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金等の金属からなるものを用いる場合、接合層２９として、上記金属より融点の低い金属を用いて、これを融解することで半導体発光素子保護層２５を配置することができる。当該金属として、例えば、Ａｌ、ＩｎまたはＡｕＳｎ等を用いることができる。
【００２１】
ここで、半導体発光素子保護層２５として、ＡｌまたはＡｕからなるものを用いた場合、半導体発光素子保護層２５の配置方法として、ＡｌまたはＡｕからなる半導体発光素子保護層２５を圧接することで配置してもよい。
【００２２】
また、半導体発光素子保護層２５として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ等、または、これらを含む合金からなるものを用いた場合、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ等、または、これらを含む合金からなる半導体発光素子保護層２５が、活性層２３で発光した光を反射する反射板として働くことにより、透明電極２８の側からの、活性層２３で発光した光の取り出し効率を高めることができる。
【００２３】
また、半導体発光素子保護層２５として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金からなるものを用いた場合、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金いずれのものも磁石に吸い付く性質を持つ。そのため、本実施の形態による半導体発光素子の製造工程において、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金からなる半導体発光素子保護層２５を磁石に吸い付けることで、半導体発光素子を固定するのに用いることができる。
【００２４】
また、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金等の導電体からなる半導体発光素子保護層２５を設けることで、電極２６を省くことも可能となる。
【００２５】
一方、半導体発光素子保護層２５として、ｐ型の、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰまたはＳｉＣ等、の半導体からなるものを用いる場合は、活性層２３に対してｐ型の半導体層２４の側の露出した面に、半導体発光素子保護層２５を直接結晶成長させることができる。そのため、接合層２９を省くことも可能となる。
【００２６】
また、透明電極２８として、ＺｎＯまたはＩＴＯからなるものを用いることができる。従来のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子は、基板１１上にｎ型の半導体層２２、発光領域を有する活性層２３、ｐ型の半導体層２４を結晶成長させた後、基板１１を除去せずに半導体発光素子を組み立てていたために、活性層２３で発光した光は、基板１１によって遮断され、基板１１の側からの取り出し効率が低かった。また、ＺｎＯ、ＩＴＯは、共にｎ型の半導体であるため、ｐ型の半導体層の側には用いることができず、従来、ｐ型の半導体層の側には透明性にかけるＡｕ、Ｎｉ等の箔を電極として用いていた。本実施の形態では、基板１１を除去することによって露出した面上に、透明電極２８として、ｎ型の半導体である、ＺｎＯまたはＩＴＯからなるものを用いることで、透明電極２８の側からの光の取り出し効率を高めることができる。
【００２７】
また、ｎ型の半導体層２２、発光領域を有する活性層２３、ｐ型の半導体層２４として、いずれもＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からなるものを用いる。
【００２８】
次に、本願第２発明の実施の形態による製造方法の発明について、図３から図６を参照して説明する。図３は、基板上にｎ型の半導体層、発光領域を有する活性層、ｐ型の半導体層を結晶成長させるステップを示した図である。図４は、半導体発光素子保護層を配置するステップを示した図である。また、図５は、基板を除去するステップを示した図である。図６は、透明電極を形成するステップを示した図である。図３、図４、図５、図６において、３１は基板、３２はｎ型の半導体層、３３は発光領域を有する活性層、３４はｐ型の半導体層、３５は半導体発光素子保護層、３９は半導体発光素子保護層を接合するための接合層、４１１は半導体発光素子を固定する固定台、４１２は電磁石、５８は透明電極をそれぞれ示している。
【００２９】
半導体発光素子の製造工程では、まず、サファイアからなる基板３１上に、少なくとも、ｎ型の半導体層３２と、発光領域を有する活性層３３と、ｐ型の半導体層３４とを順に結晶成長させる。ｎ型の半導体層３２と、発光領域を有する活性層３３と、ｐ型の半導体層３４として、いずれも、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物半導体を用いる場合、ＭＯＣＶＤ等のエピタキシャル成長法を用いて、当該半導体を結晶成長させることができる。
【００３０】
ここで、半導体発光素子は、少なくともｎ型の半導体層３２と、発光領域を有する活性層３３と、ｐ型の半導体層３４とを備えており、この他に、良質な半導体結晶を得るための適当なバッファ層なども備えることもできる。
【００３１】
ｎ型の半導体層３２と、発光領域を有する活性層３３と、ｐ型の半導体層３４とを結晶成長させた以降、半導体発光素子保護層３５を、接合層３９を介して配置する。半導体発光素子保護層３５として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金等の金属からなるものを用いることができる。半導体発光素子保護層３５として、上記金属からなるものを用いた場合、接合層３９として、これらの金属より融点の低い金属を用いることができる。当該金属として、例えば、Ａｌ、Ｉｎ、またはＡｕＳｎを用いることができる。
【００３２】
活性層３３に対してｐ型の半導体層３４の側の露出した面と半導体発光素子保護層３５との間に、接合層３９となる金属板を挟み、当該金属板を融解させることで半導体発光素子保護層３５を接合する。ここで、接合層３９となるものとして、金属板の他に、金属粉、金属球などを用いても良い。また、半導体発光素子保護層２５として、ＡｌまたはＡｕを用いた場合、上記のような金属板からなる接合層３９を省き、直接、ＡｌまたはＡｕからなる半導体発光素子保護層３５を圧接等の方法により配置することもできる。
【００３３】
半導体発光素子保護層３５を設けることで、本実施の形態による製造方法の工程において、半導体発光素子保護層３５を、半導体発光素子を固定するための基板として用いることができる。また、半導体発光素子の製造工程時にかかる種々の外力から半導体発光素子を保護する役割を持たせることができる。さらに、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金等の導電体からなる半導体発光素子保護層３５を設けることで、半導体発光素子保護層３５をｐ型の半導体層３４の側の電極として用いることが可能となる。なお、半導体発光素子保護層３５として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、またはこれらを含む合金等からなるものを用いた場合、半導体発光素子保護層３５が、活性層３３で発光した光を反射する反射板として働くことにより、透明電極５８からの発光の取り出し効率を高めることができる。
【００３４】
半導体発光素子保護層３５を接合した以降、基板３１を除去する。基板３１を除去するため、半導体発光素子を固定台４１１に固定する。このとき、半導体発光素子保護層３５として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金を用いた場合、半導体発光素子保護層３５を電磁石４１２に吸い付けることで、半導体発光素子を固定することができる。半導体発光素子保護層３５として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、またはこれらを含む合金からなるものを用いた場合は、半導体発光素子保護層３５を吸引等することにより、半導体発光素子を固定することができる。なお、図５では、半導体発光素子を、基板３１を下にして固定した図を示しているが、向きを問わず吸い付けて半導体発光素子を固定することができる。
【００３５】
半導体発光素子を固定台４１１に固定した後、基板３１を除去する。基板３１を除去する方法として、研磨、レーザリフトオフ法等を用いることができる。これらの方法は、溶剤によってエッチングする方法に比べ、基板３１以外の部分が損傷するのを抑えることができる。
【００３６】
基板３１を除去した以降、基板３１の除去によって露出した面に透明電極５８を形成する。透明電極５８として、ＺｎＯまたはＩＴＯからなるものを用いることができる。ＺｎＯ、ＩＴＯは、共にｎ型の半導体であるため、ｎ型の半導体層３２に対して電極として用いることができる。ＺｎＯまたはＩＴＯからなる透明電極５８を形成する方法として、スパッタリング等を用いることができる。
【００３７】
ＺｎＯまたはＩＴＯからなる透明電極５８を形成することによって、透明電極５８の側からの光の取り出し効率を高めることができる。
【００３８】
以上の製造工程を経ることによって、本願第１発明の半導体発光素子を製造することができる。従来、ｐ型の半導体層３４の側には用いることができなかった、ＺｎＯ、またはＩＴＯからなる透明電極を、ｎ型の半導体層３２の側に用いることによって、光の取り出し効率を高めた半導体発光素子を製造することができた。当該半導体発光素子の製造は、基板３１を除去することによって、ｎ型の半導体層３２の側の面を露出し、露出した面に、共にｎ型の半導体であるＺｎＯまたはＩＴＯを形成することで可能となった。
【００３９】
次に、本願第２発明の他の実施の形態による製造方法の発明について、図７から図９を参照して説明する。図７は、前述の実施の形態における図３のように、基板上に、少なくとも、ｎ型の半導体層と、発光領域を有する活性層と、ｐ型の半導体層とを順に結晶成長させた以降、半導体発光素子保護層を配置するステップを示している。また、図８は、基板を除去するステップを示した図である。図９は、電極および透明電極を形成するステップを示した図である。図７、図８、図９において、６１は基板、６２はｎ型の半導体層、６３は発光領域を有する活性層、６４はｐ型の半導体層、６５は半導体発光素子保護層、８６は電極、８８は透明電極、７１１は半導体発光素子を固定する固定台、７１２は吸気口をそれぞれ示している。
【００４０】
半導体発光素子の製造工程では、まず、サファイアからなる基板６１上に、ｎ型の半導体層６２と、発光領域を有する活性層６３と、ｐ型の半導体層６４とを順に結晶成長させる。ｎ型の半導体層６２と、発光領域を有する活性層６３と、ｐ型の半導体層６４として、いずれも、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物半導体を用いる場合、ＭＯＣＶＤ等のエピタキシャル成長法を用いて、当該半導体を結晶成長させることができる。
【００４１】
ここで、半導体発光素子は、少なくともｎ型の半導体層６２と、発光領域を有する活性層６３と、ｐ型の半導体層６４とを有しており、この他に、良質な半導体結晶を得るための適当なバッファ層なども備えることもできる。
【００４２】
ｎ型の半導体層６２と、発光領域を有する活性層６３と、ｐ型の半導体層６４とを順に結晶成長させた以降、半導体発光素子保護層６５を、ｐ型の半導体層６４の側の露出した面に配置する。半導体発光素子保護層６５として、ｐ型の、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、またはＳｉＣ等の半導体からなるものを用いることができる。半導体発光素子保護層６５として、上記半導体からなるものを用いた場合には、ＣＶＤ等のエピタキシャル成長法によって、半導体発光素子保護層６５を結晶成長させて、配置することができる。
【００４３】
半導体発光素子保護層６５を設けることで、本実施の形態による製造方法の工程において、半導体発光素子保護層６５を、半導体発光素子を固定するための基板として用いることができる。さらに、半導体発光素子の製造工程時にかかる種々の外力から半導体発光素子を保護する役割を持たせることもできる。
【００４４】
半導体発光素子保護層６５を配置した以降、基板６１を除去する。基板６１を除去するため、半導体発光素子を固定台７１１に固定する。吸気口７１２から吸気することによって半導体発光素子保護層６５を固定台７１１に吸い付けることで、半導体発光素子を固定することができる。なお、図８では、半導体発光素子を、基板６１を下にして固定した図を示しているが、向きを問わず吸い付けて半導体発光素子を固定することができる。
【００４５】
半導体発光素子を固定台７１１に固定した後、基板６１を除去する。基板６１を除去する方法として、研磨、レーザリフトオフ法等を用いることができる。これらの方法は、溶剤によってエッチングする方法に比べ、基板６１以外の部分が損傷するのを抑えることができる。
【００４６】
基板６１を除去した以降、基板６１の除去によって露出した面上に透明電極８８を形成する。透明電極８８として、ＺｎＯまたはＩＴＯからなるものを用いることができる。ＺｎＯ、ＩＴＯは、共にｎ型の半導体であるため、ｎ型の半導体層６２の側の電極として用いることができる。ＺｎＯまたはＩＴＯからなる透明電極８８を形成する方法として、スパッタリング等を用いることができる。
【００４７】
ＺｎＯまたはＩＴＯからなる透明電極８８を形成することによって、透明電極８８の側からの光の取り出し効率を高めることができる。
【００４８】
以上の製造工程を経ることによって、本願第１発明の実施の形態による半導体発光素子を製造することができる。従来、ｐ型の半導体層６４の側には用いることができなかった、ＺｎＯまたはＩＴＯからなる透明電極を、ｎ型の半導体層６２の側に用いることによって、光の取り出し効率を高めた半導体発光素子を製造することができた。当該半導体発光素子の製造は、基板６１を除去することによって、ｎ型の半導体層６２の側の面を露出し、露出した面に、共にｎ型の半導体であるＺｎＯまたはＩＴＯを形成することで可能となった。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、半導体発光素子を保護し、かつ、容易に固定するための半導体発光素子保護層を有する半導体発光素子を提供し、当該半導体発光素子保護層により、光の取り出し効率が従来の半導体発光素子よりも高い半導体発光素子の製造が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体発光素子の概略図である。
【図２】本願発明の実施の形態によって製造した半導体発光素子の概略図である。
【図３】基板上にｎ型の半導体層、発光領域を有する活性層、ｐ型の半導体層を結晶成長させるステップを示した図である。
【図４】半導体発光素子保護層を配置するステップを示した図である。
【図５】基板を除去するステップを示した図である。
【図６】透明電極を形成するステップを示した図である。
【図７】図３のように、基板上に、ｎ型の半導体層と、発光領域を有する活性層と、ｐ型の半導体層とを順に結晶成長させた後、半導体発光素子保護層を配置するステップを示している。
【図８】基板を除去するステップを示した図である。
【図９】電極および透明電極を形成するステップを示した図である。
【符号の説明】
１１：基板
１２：ｎ型の半導体層
１３：発光領域を有する活性層
１４：ｐ型の半導体層
１６：電極
２２：ｎ型の半導体層
２３：発光領域を有する活性層
２４：ｐ型の半導体層
２６：電極
２８：透明電極
２９：接合層
３１：基板
３２：ｎ型の半導体層
３３：発光領域を有する活性層
３４：ｐ型の半導体層
３５：半導体発光素子保護層
３９：接合層
４１１：固定台
４１２：電磁石
５８：透明電極
６１：基板
６２：ｎ型の半導体層
６３：発光領域を有する活性層
６４：ｐ型の半導体層
６５：半導体発光素子保護層
７１１：固定台
７１２：吸気口
８８：透明電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a group III nitride compound semiconductor light emitting device.
[0002]
[Prior art]
Group III nitride compound semiconductor represented by Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) typified by a blue light emitting diode Since a semiconductor light emitting device made of the above cannot be manufactured by a high-quality and large bulk crystal, the base semiconductor substrate is usually produced by crystal growth of a group III nitride compound semiconductor on a sapphire substrate. Various processes are performed to manufacture (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
FIG. 1 is a schematic view of a conventional semiconductor light emitting device. In FIG. 1, 11 is a substrate, 12 is an n-type semiconductor layer, 13 is an active layer having a light emitting region, 14 is a p-type semiconductor layer, and 16 is an electrode.
[0004]
A group III nitride compound semiconductor represented by Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) is an n-type semiconductor layer 12 has a lower resistance than the p-type semiconductor layer 14, and usually, as shown in FIG. 1, an n-type semiconductor layer 12, an active layer 13 having a light-emitting region on a substrate 11 made of sapphire, A p-type semiconductor layer 14 is stacked in this order, and an electrode 16 is formed on each of the n-type semiconductor layer 12 and the p-type semiconductor layer 14. At this time, in order to increase the light extraction efficiency, a material that transmits light may be used as the electrode 16 formed in the p-type semiconductor layer 14. Therefore, a transparent semiconductor such as ZnO or ITO may be used as the electrode 16 formed on the p-type semiconductor layer 14, but it is difficult to manufacture a p-type material such as Ni or Au. There is one using a semi-transparent thin film conductor (for example, see Patent Document 2).
[0005]
However, a translucent thin film conductor of Ni or Au has a light transmittance of about 70% and is subject to transparency. In order to solve this problem, there is a semiconductor light emitting device in which a transparent electrode 16 made of n-type ZnO, ITO, or the like is formed on the n-type semiconductor layer 12 side (see, for example, Patent Document 3). In the manufacturing process of these semiconductor light emitting devices, the process of removing the substrate 11 from the n-type semiconductor layer 12 is required to form the electrode 16 on the p-type semiconductor layer 14. In this step, a wet etching method using a solvent is employed.
[0006]
In this method, since the method of selecting the substrate 11 to be removed and other portions by removing the target by controlling the temperature of the solvent is taken, there is a problem that the portions other than the substrate 11 are dissolved. (For example, refer to Patent Document 4). In order to solve this problem, the semiconductor light emitting element is fixed, and the substrate 11 is removed by a mechanical method such as polishing. However, in such a mechanical method, various external forces are applied to the fixing portion, which causes a problem that the light emitting portion of the semiconductor light emitting element and its periphery are damaged.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-62-1119196 (pages (1) to (7))
[Patent Document 2]
JP 2003-77853 A (Pages (1) to (14))
[Patent Document 3]
JP 2002-232005 A (Pages (1) to (10))
[Patent Document 4]
JP 2001-284314 A (Pages (1) to (8))
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve such a problem, an object of the present invention is to provide a semiconductor light-emitting element having a semiconductor light-emitting element protective layer for protecting the semiconductor light-emitting element from external force and easily fixing the semiconductor light-emitting element. Moreover, it aims at providing the manufacturing method of the said semiconductor light-emitting device collectively.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the first invention of the present application is expressed as Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). A semiconductor light emitting device comprising a group III nitride compound semiconductor, at least a semiconductor light emitting device protective layer protecting the semiconductor light emitting device from external force, a p-type semiconductor layer, an active layer having a light emitting region, A semiconductor light emitting device comprising an n-type semiconductor layer and a transparent electrode in this order.
[0010]
In the first invention of the present application, the semiconductor light emitting element protective layer may be made of Cu, Al, Au, Pt, Fe, Co, Ni, or an alloy containing these.
[0011]
In the first invention of the present application, the semiconductor light emitting element protective layer may be made of p-type Si, GaAs, GaP, InP, or SiC.
[0012]
In the first invention of the present application, the transparent electrode may be made of ZnO or ITO.
[0013]
In order to achieve the above-described object, the second invention of the present application provides Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). A method for manufacturing a semiconductor light-emitting element comprising a Group III nitride compound semiconductor, comprising at least an n-type semiconductor layer, an active layer having a light-emitting region, a p-type semiconductor layer on a substrate, Sequentially crystal-growing, and after crystal-growing the group III nitride compound semiconductor, disposing a semiconductor light-emitting element protective layer on the p-type semiconductor layer side with respect to the active layer; And a step of removing the substrate after disposing the protective layer of the semiconductor light emitting device, and a step of forming a transparent electrode on a surface exposed by removing the substrate after removing the substrate. A semiconductor light emitting device It is a method.
[0014]
In the second invention of the present application, as the step of disposing the semiconductor light emitting element protection layer on the p-type semiconductor layer side with respect to the active layer, exposure of the p-type semiconductor layer side with respect to the active layer is performed. A step of placing the semiconductor light emitting element protective layer by sandwiching a metal between the processed surface and the semiconductor light emitting element protective layer, and then bonding the semiconductor light emitting element protective layer with the molten metal. it can.
[0015]
Alternatively, in the second invention of the present application, as the step of disposing the semiconductor light emitting element protection layer on the p-type semiconductor layer side with respect to the active layer, the p-type semiconductor layer side with respect to the active layer The semiconductor light emitting element protective layer may be crystal-grown on the exposed surface, and the semiconductor light emitting element protective layer may be disposed.
[0016]
Further, the step of removing the substrate may be a step of fixing the semiconductor light emitting element by sucking the protective layer of the semiconductor light emitting element on a fixing base, and then removing the substrate.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the first invention of the present application will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a schematic view of a semiconductor light emitting device manufactured according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, 22 is an n-type semiconductor layer, 23 is an active layer having a light emitting region, 24 is a p-type semiconductor layer, 25 is a semiconductor light-emitting element protective layer, 26 is an electrode on the p-type semiconductor layer side, 28 Indicates a transparent electrode, and 29 indicates a bonding layer for bonding the protective layer of the semiconductor light emitting device.
[0018]
In the present embodiment, the semiconductor light emitting element protection layer 25 serves as a substrate for protecting the semiconductor light emitting element from various external forces applied during the manufacturing process of the semiconductor light emitting element and fixing the semiconductor light emitting element. is there.
[0019]
As the semiconductor light emitting element protective layer 25, a layer made of a conductor such as Cu, Al, Au, Pt, Fe, Co, Ni, or an alloy containing these can be used. Alternatively, p-type semiconductors such as Si, GaAs, GaP, InP, or SiC can be used.
[0020]
Here, when the semiconductor light emitting element protective layer 25 is made of a metal such as Cu, Al, Au, Pt, Fe, Co, Ni, or an alloy containing these, the bonding layer 29 has a melting point higher than that of the metal. The semiconductor light emitting element protective layer 25 can be disposed by melting the metal using a low metal. As the metal, for example, Al, In, AuSn, or the like can be used.
[0021]
Here, when a semiconductor light emitting element protective layer 25 made of Al or Au is used, the semiconductor light emitting element protective layer 25 is arranged by press-contacting the semiconductor light emitting element protective layer 25 made of Al or Au. May be.
[0022]
Further, when the semiconductor light emitting element protective layer 25 is made of Cu, Al, Au, Pt or the like or an alloy containing these, it is made of Cu, Al, Au, Pt or the like or an alloy containing these. Since the semiconductor light emitting element protection layer 25 functions as a reflector that reflects the light emitted from the active layer 23, the extraction efficiency of the light emitted from the active layer 23 from the transparent electrode 28 side can be increased.
[0023]
Further, when the semiconductor light-emitting element protective layer 25 is made of Fe, Co, Ni, or an alloy containing these, Fe, Co, Ni, or an alloy containing these has the property of attracting the magnet. Have. Therefore, in the manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, the semiconductor light emitting device protection layer 25 made of Fe, Co, Ni, or an alloy containing these is attracted to the magnet to fix the semiconductor light emitting device. Can be used.
[0024]
Further, by providing the semiconductor light emitting element protection layer 25 made of a conductor such as Cu, Al, Au, Pt, Fe, Co, Ni, or an alloy containing these, the electrode 26 can be omitted.
[0025]
On the other hand, when the semiconductor light emitting element protection layer 25 is made of a p-type semiconductor such as Si, GaAs, GaP, InP, or SiC, the p-type semiconductor layer 24 side of the active layer 23 is used. The semiconductor light emitting element protective layer 25 can be directly grown on the exposed surface. Therefore, the bonding layer 29 can be omitted.
[0026]
Further, as the transparent electrode 28, one made of ZnO or ITO can be used. Semiconductor light-emitting device comprising a group III nitride compound semiconductor represented by conventional Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) Since the n-type semiconductor layer 22, the active layer 23 having the light-emitting region, and the p-type semiconductor layer 24 are grown on the substrate 11, the semiconductor light-emitting element is assembled without removing the substrate 11. The light emitted from the active layer 23 was blocked by the substrate 11, and the extraction efficiency from the substrate 11 side was low. Further, since both ZnO and ITO are n-type semiconductors, they cannot be used on the p-type semiconductor layer side, and conventionally, Au, Ni, etc. that are subjected to transparency on the p-type semiconductor layer side. The foil was used as an electrode. In the present embodiment, light from the transparent electrode 28 side is formed on the surface exposed by removing the substrate 11 by using, as the transparent electrode 28, an n-type semiconductor made of ZnO or ITO. The take-out efficiency can be increased.
[0027]
In addition, as the n-type semiconductor layer 22, the active layer 23 having a light emitting region, and the p-type semiconductor layer 24, all are Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) is used.
[0028]
Next, the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing steps for crystal growth of an n-type semiconductor layer, an active layer having a light emitting region, and a p-type semiconductor layer on a substrate. FIG. 4 is a diagram illustrating a step of disposing a semiconductor light emitting element protective layer. FIG. 5 is a diagram showing a step of removing the substrate. FIG. 6 is a diagram illustrating steps for forming a transparent electrode. 3, 4, 5, and 6, 31 is a substrate, 32 is an n-type semiconductor layer, 33 is an active layer having a light-emitting region, 34 is a p-type semiconductor layer, 35 is a semiconductor light-emitting element protective layer, Reference numeral 39 denotes a bonding layer for bonding the semiconductor light emitting element protective layer, 411 denotes a fixing base for fixing the semiconductor light emitting element, 412 denotes an electromagnet, and 58 denotes a transparent electrode.
[0029]
In the manufacturing process of the semiconductor light emitting device, first, at least an n-type semiconductor layer 32, an active layer 33 having a light emitting region, and a p-type semiconductor layer 34 are sequentially grown on a substrate 31 made of sapphire. As the n-type semiconductor layer 32, the active layer 33 having the light emitting region, and the p-type semiconductor layer 34, all are Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ When a group III nitride compound semiconductor represented by y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) is used, the semiconductor can be crystal-grown using an epitaxial growth method such as MOCVD.
[0030]
Here, the semiconductor light emitting device includes at least an n-type semiconductor layer 32, an active layer 33 having a light emitting region, and a p-type semiconductor layer 34. In addition to this, for obtaining a high-quality semiconductor crystal. An appropriate buffer layer can also be provided.
[0031]
After crystal growth of the n-type semiconductor layer 32, the active layer 33 having a light emitting region, and the p-type semiconductor layer 34, the semiconductor light emitting element protective layer 35 is disposed via the bonding layer 39. As the semiconductor light emitting element protective layer 35, a layer made of a metal such as Cu, Al, Au, Pt, Fe, Co, Ni, or an alloy containing these can be used. When the semiconductor light emitting element protective layer 35 is made of the above metal, a metal having a lower melting point than these metals can be used as the bonding layer 39. As the metal, for example, Al, In, or AuSn can be used.
[0032]
By sandwiching a metal plate to be the bonding layer 39 between the exposed surface of the p-type semiconductor layer 34 with respect to the active layer 33 and the semiconductor light emitting element protection layer 35, semiconductor light emission is achieved by melting the metal plate. The element protection layer 35 is bonded. Here, as the bonding layer 39, metal powder, metal spheres, or the like may be used in addition to the metal plate. Further, when Al or Au is used as the semiconductor light emitting element protection layer 25, the bonding layer 39 made of the above metal plate is omitted, and the semiconductor light emitting element protection layer 35 made of Al or Au is directly pressed. Can also be arranged.
[0033]
By providing the semiconductor light emitting element protective layer 35, the semiconductor light emitting element protective layer 35 can be used as a substrate for fixing the semiconductor light emitting element in the process of the manufacturing method according to the present embodiment. In addition, the semiconductor light emitting element can be protected from various external forces applied during the manufacturing process of the semiconductor light emitting element. Further, by providing a semiconductor light emitting element protective layer 35 made of a conductor such as Cu, Al, Au, Pt, Fe, Co, Ni, or an alloy containing these, the semiconductor light emitting element protective layer 35 is made to be a p-type semiconductor layer. It can be used as an electrode on the 34 side. When the semiconductor light emitting element protective layer 35 is made of Cu, Al, Au, Pt, or an alloy containing these, the semiconductor light emitting element protective layer 35 reflects the light emitted from the active layer 33. By acting as a reflector, it is possible to increase the light extraction efficiency from the transparent electrode 58.
[0034]
After bonding the semiconductor light emitting element protection layer 35, the substrate 31 is removed. In order to remove the substrate 31, the semiconductor light emitting element is fixed to the fixing base 411. At this time, when Fe, Co, Ni, or an alloy containing these is used as the semiconductor light emitting element protective layer 35, the semiconductor light emitting element can be fixed by sucking the semiconductor light emitting element protective layer 35 to the electromagnet 412. it can. When the semiconductor light emitting element protective layer 35 is made of Cu, Al, Au, Pt, or an alloy containing these, the semiconductor light emitting element is fixed by sucking the semiconductor light emitting element protective layer 35 or the like. Can do. Note that FIG. 5 shows the semiconductor light emitting element fixed with the substrate 31 facing down, but the semiconductor light emitting element can be fixed by sucking regardless of the direction.
[0035]
After fixing the semiconductor light emitting element to the fixing base 411, the substrate 31 is removed. As a method for removing the substrate 31, polishing, a laser lift-off method, or the like can be used. These methods can suppress a portion other than the substrate 31 from being damaged as compared with a method of etching with a solvent.
[0036]
After the substrate 31 is removed, the transparent electrode 58 is formed on the surface exposed by the removal of the substrate 31. As the transparent electrode 58, one made of ZnO or ITO can be used. Since both ZnO and ITO are n-type semiconductors, they can be used as electrodes for the n-type semiconductor layer 32. As a method for forming the transparent electrode 58 made of ZnO or ITO, sputtering or the like can be used.
[0037]
By forming the transparent electrode 58 made of ZnO or ITO, the light extraction efficiency from the transparent electrode 58 side can be increased.
[0038]
The semiconductor light emitting device of the first invention of the present application can be manufactured through the above manufacturing steps. A semiconductor whose light extraction efficiency has been improved by using a transparent electrode made of ZnO or ITO, which could not be used on the p-type semiconductor layer 34 side, on the n-type semiconductor layer 32 side. A light emitting device could be manufactured. The semiconductor light emitting device is manufactured by exposing the surface on the n-type semiconductor layer 32 side by removing the substrate 31 and forming ZnO or ITO, both of which are n-type semiconductors, on the exposed surface. It has become possible.
[0039]
Next, an invention of a manufacturing method according to another embodiment of the second invention of the present application will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a state in which at least an n-type semiconductor layer, an active layer having a light emitting region, and a p-type semiconductor layer are sequentially grown on a substrate as shown in FIG. 3 in the above-described embodiment. FIG. 6 shows a step of disposing a semiconductor light emitting element protective layer. FIG. 8 is a diagram showing a step of removing the substrate. FIG. 9 is a diagram showing steps for forming an electrode and a transparent electrode. 7, 8, and 9, 61 is a substrate, 62 is an n-type semiconductor layer, 63 is an active layer having a light-emitting region, 64 is a p-type semiconductor layer, 65 is a semiconductor light-emitting element protective layer, and 86 is an electrode , 88 are transparent electrodes, 711 is a fixing base for fixing the semiconductor light emitting element, and 712 is an air inlet.
[0040]
In the manufacturing process of the semiconductor light emitting device, first, an n-type semiconductor layer 62, an active layer 63 having a light emitting region, and a p-type semiconductor layer 64 are sequentially grown on a substrate 61 made of sapphire. As the n-type semiconductor layer 62, the active layer 63 having a light emitting region, and the p-type semiconductor layer 64, all are Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ When a group III nitride compound semiconductor represented by y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) is used, the semiconductor can be crystal-grown using an epitaxial growth method such as MOCVD.
[0041]
Here, the semiconductor light-emitting element has at least an n-type semiconductor layer 62, an active layer 63 having a light-emitting region, and a p-type semiconductor layer 64. In addition, in order to obtain a high-quality semiconductor crystal. An appropriate buffer layer can also be provided.
[0042]
After crystal growth of the n-type semiconductor layer 62, the active layer 63 having a light emitting region, and the p-type semiconductor layer 64 in order, the semiconductor light-emitting element protective layer 65 is exposed to the p-type semiconductor layer 64 side. On the surface. As the semiconductor light emitting element protection layer 65, a p-type layer made of a semiconductor such as Si, GaAs, GaP, InP, or SiC can be used. When the semiconductor light-emitting element protective layer 65 is made of the above semiconductor, the semiconductor light-emitting element protective layer 65 can be crystal-grown and disposed by an epitaxial growth method such as CVD.
[0043]
By providing the semiconductor light emitting element protective layer 65, the semiconductor light emitting element protective layer 65 can be used as a substrate for fixing the semiconductor light emitting element in the process of the manufacturing method according to the present embodiment. Further, the semiconductor light emitting element can be protected from various external forces applied during the manufacturing process of the semiconductor light emitting element.
[0044]
After the semiconductor light emitting element protection layer 65 is disposed, the substrate 61 is removed. In order to remove the substrate 61, the semiconductor light emitting element is fixed to the fixing base 711. The semiconductor light emitting element can be fixed by sucking the semiconductor light emitting element protection layer 65 to the fixing base 711 by sucking air from the air inlet 712. In FIG. 8, the semiconductor light emitting element is fixed with the substrate 61 facing down, but the semiconductor light emitting element can be fixed by sucking regardless of the direction.
[0045]
After the semiconductor light emitting element is fixed to the fixing base 711, the substrate 61 is removed. As a method for removing the substrate 61, polishing, a laser lift-off method, or the like can be used. These methods can suppress damage to portions other than the substrate 61 as compared with a method of etching with a solvent.
[0046]
After the substrate 61 is removed, the transparent electrode 88 is formed on the surface exposed by the removal of the substrate 61. As the transparent electrode 88, one made of ZnO or ITO can be used. Since both ZnO and ITO are n-type semiconductors, they can be used as electrodes on the n-type semiconductor layer 62 side. As a method for forming the transparent electrode 88 made of ZnO or ITO, sputtering or the like can be used.
[0047]
By forming the transparent electrode 88 made of ZnO or ITO, the light extraction efficiency from the transparent electrode 88 side can be increased.
[0048]
Through the above manufacturing steps, the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the first invention of the present application can be manufactured. Conventionally, a semiconductor light emitting device that can be used on the n-type semiconductor layer 62 side by using a transparent electrode made of ZnO or ITO, which cannot be used on the p-type semiconductor layer 64 side, improves the light extraction efficiency. The device could be manufactured. The semiconductor light emitting device is manufactured by removing the substrate 61 to expose the surface on the n-type semiconductor layer 62 side, and forming ZnO or ITO, both of which are n-type semiconductors, on the exposed surface. It has become possible.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a semiconductor light-emitting element having a semiconductor light-emitting element protective layer for protecting and easily fixing the semiconductor light-emitting element. This makes it possible to manufacture a semiconductor light emitting device having a higher extraction efficiency than conventional semiconductor light emitting devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a conventional semiconductor light emitting device.
FIG. 2 is a schematic view of a semiconductor light emitting device manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing steps for crystal growth of an n-type semiconductor layer, an active layer having a light emitting region, and a p-type semiconductor layer on a substrate.
FIG. 4 is a view showing a step of disposing a semiconductor light emitting device protective layer.
FIG. 5 is a view showing a step of removing a substrate.
FIG. 6 is a diagram showing a step of forming a transparent electrode.
7 shows an n-type semiconductor layer, an active layer having a light-emitting region, and a p-type semiconductor layer grown on a substrate in order, and then a semiconductor light-emitting element protective layer is disposed on the substrate as shown in FIG. Shows the steps to do.
FIG. 8 shows a step of removing a substrate.
FIG. 9 is a diagram showing steps for forming an electrode and a transparent electrode.
[Explanation of symbols]
11: substrate 12: n-type semiconductor layer 13: active layer 14 having a light-emitting region 14: p-type semiconductor layer 16: electrode 22: n-type semiconductor layer 23: active layer having a light-emitting region 24: p-type semiconductor layer 26: electrode 28: transparent electrode 29: bonding layer 31: substrate 32: n-type semiconductor layer 33: active layer 34 having a light emitting region 34: p-type semiconductor layer 35: semiconductor light emitting element protective layer 39: bonding layer 411: fixed Table 412: Electromagnet 58: Transparent electrode 61: Substrate 62: n-type semiconductor layer 63: active layer 64 having a light emitting region 64: p-type semiconductor layer 65: semiconductor light emitting element protective layer 711: fixing table 712: air inlet 88: Transparent electrode
