JP2005303285A - Group iii nitride semiconductor light emitting element, its manufacturing method, and led lamp - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III nitride semiconductor light emitting element that is provided with a mechanically supporting function, such as the substrate and, at the same time, can be improved in luminous efficiency by reducing the absorption of ultraviolet rays having short wavelengths. <P>SOLUTION: The group III nitride semiconductor light emitting element comprises a laminated structure 11 formed by laminating at least two group III nitride semiconductor layers 104 and 106 having mutually different electric conduction types and a light emitting layer 105 consisting of a group III nitride semiconductor provided in between the layers 104 and 106. The light emitting element has a plate-shaped body 111 which is formed on a surface exposed after a crystalline substrate used for providing the laminated structure 11 is removed and composed of a transparent material to the light radiated from the light emitting layer 105. The light emitting element is constituted so that the light radiated from the light emitting layer 105 may be taken out from the plate-shaped body 111. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、少なくとも、互いに電気伝導型が異なる2つのIII族窒化物半導体層と、その中間に設けられたIII族窒化物半導体からなる発光層とを積層した積層構造体からなるIII族窒化物半導体発光素子、その製造方法及びLEDランプに関するものである。   The present invention relates to a group III nitride comprising a laminated structure in which at least two group III nitride semiconductor layers having different electrical conductivity types and a light emitting layer made of a group III nitride semiconductor provided therebetween are laminated. The present invention relates to a semiconductor light emitting device, a manufacturing method thereof, and an LED lamp.

従来から、青色帯または緑色帯の短波長光を放射する発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等のIII族窒化物半導体発光素子は、例えば、窒化ガリウム・インジウム(組成式GaYInZN:0≦Y,Z≦1、Y+Z=1)を発光層として利用して構成されている(例えば特許文献1参照)。また、発光部は、発光層の両側に、互いに電気伝導型が異なる2つのIII族窒化物半導体からなるクラッド層を配置して構成されている。この様な2重異種接合(ダブルヘテロ:DH)構造の発光部を構成するためのクラッド層は、例えば、窒化アルミニウム・ガリウム(組成式AlXGaYN:0≦X,Y≦1、X+Y=1)から構成されるものとなっている。
特公昭55−3834号公報
Conventionally, Group III nitride semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) that emit blue or green band short-wavelength light are, for example, gallium nitride and indium (compositional formula Ga Y In Z N: 0 ≦ Y, Z ≦ 1, Y + Z = 1) is used as the light emitting layer (see, for example, Patent Document 1). The light emitting section is configured by arranging clad layers made of two group III nitride semiconductors having different electrical conductivity types on both sides of the light emitting layer. A clad layer for forming such a light emitting part having a double heterojunction (double hetero: DH) structure is, for example, aluminum nitride gallium (compositional formula Al x Ga y N: 0 ≦ X, Y ≦ 1, X + Y). = 1).
Japanese Patent Publication No.55-3834

上記の様な、発光層を、n型クラッド層とp型クラッド層との中間に挟持してなるDH構造の発光部を備えたpn接合型DH構造のIII族窒化物半導体発光素子を構成するための積層構造体は、従来からもっぱら、サファイア(α―Al23単結晶)や炭化珪素(SiC)単結晶を基板として形成されている。発光層からの発光を透過できる光学的透明性を有し、且つ高温を要するIII族窒化物半導体層の結晶成長にも耐え得る耐熱性を有するからである。そして、従来のIII族窒化物半導体発光素子は、発光素子用途の積層構造体を形成するために用いた上記の様な基板を、素子化工程以後も積層構造体を機械的に支持する板状体として残存させて作製されるのが通例である。 A pn-junction type DH group III nitride semiconductor light-emitting device having a DH structure light-emitting portion in which a light-emitting layer is sandwiched between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer as described above is configured. Conventionally, a laminated structure for this purpose has been formed exclusively using sapphire (α-Al 2 O 3 single crystal) or silicon carbide (SiC) single crystal as a substrate. This is because it has optical transparency capable of transmitting light emitted from the light emitting layer and has heat resistance capable of withstanding crystal growth of a group III nitride semiconductor layer requiring high temperature. The conventional group III nitride semiconductor light-emitting device is a plate-like substrate that mechanically supports the laminated structure even after the device-forming process, using the substrate as described above for forming the laminated structure for light-emitting devices. Usually, it is made to remain as a body.

しかし、例えばサファイアの結晶からなる基板やSiC結晶基板を残存させてなるIII族窒化物半導体発光素子は、積層構造体を機械的な支持力を維持するには適するが、短波長の紫外線に関しては、光の吸収が起きる故に、発光効率が落ちることが欠点となっている。   However, for example, a group III nitride semiconductor light-emitting device in which a substrate made of sapphire crystal or a SiC crystal substrate remains is suitable for maintaining the mechanical support of the laminated structure, but for short-wavelength ultraviolet light. Since light absorption occurs, the disadvantage is that the luminous efficiency is lowered.

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、基板のような機械的に支持する機能を備えるとともに、短波長の紫外線に対する光の吸収を低減でき、発光効率を向上させることができるようにしたIII族窒化物半導体発光素子、その製造方法及びLEDランプを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and has a mechanical support function such as a substrate, can reduce light absorption with respect to short-wave ultraviolet light, and can improve luminous efficiency. It is an object of the present invention to provide a group III nitride semiconductor light emitting device, a manufacturing method thereof, and an LED lamp.

1)上記目的を達成するために、第1の発明は、少なくとも、互いに電気伝導型が異なる2つのIII族窒化物半導体層と、その中間に設けられたIII族窒化物半導体からなる発光層とを積層した積層構造体からなるIII族窒化物半導体発光素子において、上記積層構造体を設けるために使用された結晶基板を除去した後の露出面に形成された、発光層から放射される光に対し透明な材料からなる板状体を有し、上記発光層から放射された光が板状体から取り出されるように構成されている、ことを特徴としている。   1) In order to achieve the above object, the first invention includes at least two group III nitride semiconductor layers having different electrical conductivity types, and a light emitting layer made of a group III nitride semiconductor provided therebetween. In a group III nitride semiconductor light-emitting device composed of a stacked structure in which the stacked structures are stacked, the light emitted from the light-emitting layer formed on the exposed surface after removing the crystal substrate used to provide the stacked structure On the other hand, it has a plate-like body made of a transparent material, and is configured such that light emitted from the light emitting layer is extracted from the plate-like body.

2)第2の発明は、上記した1)項に記載の発明の構成に加えて、上記板状体はガラスである、ことを特徴としている。   2) The second invention is characterized in that, in addition to the configuration of the invention described in the above item 1), the plate-like body is glass.

3)第3の発明は、上記した1)項または2)項に記載の発明の構成に加えて、上記積層構造体からの結晶基板の除去は、積層構造体と結晶基板との接合界面領域にレーザ光を照射して行われる、ことを特徴としている。   3) In the third aspect of the invention, in addition to the configuration of the invention described in the above item 1) or 2), the removal of the crystal substrate from the laminated structure is performed by a bonding interface region between the laminated structure and the crystal substrate. It is characterized by being performed by irradiating with laser light.

4)第4の発明は、上記した1)項から3)項の何れか1項に記載の発明の構成に加えて、上記積層構造体の板状体とは反対側にオーミック電極を設けた、ことを特徴としている。   4) In the fourth aspect of the invention, in addition to the configuration of the invention described in any one of items 1) to 3), an ohmic electrode is provided on the side opposite to the plate-like body of the laminated structure. It is characterized by that.

5)第5の発明は、上記した4)項に記載の発明の構成に加えて、上記オーミック電極の表面に金属反射膜を設けた、ことを特徴としている。   5) The fifth invention is characterized in that a metal reflective film is provided on the surface of the ohmic electrode in addition to the configuration of the invention described in the above item 4).

6)第6の発明は、上記した5)項に記載の発明の構成に加えて、上記金属反射膜の表面に金膜を設けた、ことを特徴としている。   6) The sixth invention is characterized in that, in addition to the configuration of the invention described in the above item 5), a gold film is provided on the surface of the metal reflective film.

7)第7の発明は、少なくとも、互いに電気伝導型が異なる2つのIII族窒化物半導体層と、その中間に設けられたIII族窒化物半導体からなる発光層とを積層した積層構造体からなるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法において、上記積層構造体を設けるために使用された結晶基板を除去し、上記結晶基板除去により露出された露出面に、発光層から放射される光に対し透明な材料からなる板状体を形成し、上記発光層から放射された光が板状体から取り出されるようにした、ことを特徴としている。   7) The seventh invention comprises a laminated structure in which at least two group III nitride semiconductor layers having different electrical conductivity types and a light emitting layer made of a group III nitride semiconductor provided therebetween are laminated. In the method of manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device, the crystal substrate used for providing the stacked structure is removed, and the exposed surface exposed by the removal of the crystal substrate is exposed to light emitted from the light emitting layer. A plate-like body made of a transparent material is formed, and light emitted from the light emitting layer is extracted from the plate-like body.

8)第8の発明は、LEDランプであって、上記した1)項から6)項の何れか1項に記載のIII族窒化物半導体発光素子を備えている、ことを特徴としている。   8) The eighth invention is an LED lamp, characterized in that it comprises the group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of items 1) to 6).

9)第9の発明は、上記した8)項に記載の発明の構成に加えて、Siを主体としたサブマウント上に、フリップ型にマウントされている、ことを特徴としている。   9) The ninth invention is characterized in that, in addition to the configuration of the invention described in the above item 8), it is mounted in a flip type on a submount mainly composed of Si.

本発明では、積層構造体を設けるために使用された結晶基板を除去した後の露出面に、発光層から放射される光に対し透明な材料からなる板状体を形成したので、その板状体で機械的に支持するとともに、短波長の紫外線に対する光の吸収を低減でき、発光効率を向上させることができる。   In the present invention, a plate-like body made of a material transparent to the light emitted from the light emitting layer is formed on the exposed surface after removing the crystal substrate used for providing the laminated structure. In addition to being mechanically supported by the body, absorption of light with respect to short-wave ultraviolet rays can be reduced, and luminous efficiency can be improved.

また、板状体に積層構造体の熱膨張率とほぼ同じ熱膨張率を持つ材料を選ぶことができ、したがって、電流を長時間に亘り通流しても、積層構造体に熱応力に因る亀裂は発生せず、信頼性を向上させることができる。   In addition, a material having a thermal expansion coefficient substantially the same as the thermal expansion coefficient of the laminated structure can be selected for the plate-like body. Therefore, even if an electric current is passed for a long time, the laminated structure is caused by thermal stress. Cracks do not occur and reliability can be improved.

また、発光素子をサブマウントに搭載するだけでLEDランプとすることができるようにしたので、簡易にLEDランプを製造することができる。   Further, since the LED lamp can be obtained simply by mounting the light emitting element on the submount, the LED lamp can be easily manufactured.

以下にこの発明の実施の形態を詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described in detail below.

本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、結晶基板上に形成された、(a)第一の伝導型の第一のIII族窒化物半導体層と、(b)第二の伝導型の第二のIII族窒化物半導体層と、(c)第一及び第二のIII族窒化物半導体との中間に挟持したIII族窒化物半導体からなる発光層とを備えた発光素子用途の積層構造体から構成する。なお、第一および第二のIII族窒化物半導体層は、クラッド層やコンタクト層としての機能を有している。   The group III nitride semiconductor light-emitting device of the present invention includes (a) a first group III nitride semiconductor layer of a first conductivity type formed on a crystal substrate, and (b) a second group of second conductivity type. A laminated structure for a light-emitting device, comprising: a second group III nitride semiconductor layer; and (c) a light emitting layer made of a group III nitride semiconductor sandwiched between the first and second group III nitride semiconductors. Consists of. The first and second group III nitride semiconductor layers have functions as a cladding layer and a contact layer.

積層構造体を形成するための結晶基板には、サファイアや酸化リチウム・ガリウム(組成式LiGaO2)等の酸化物単結晶、3C結晶型の立方晶単結晶炭化珪素(3C−SiC)、4Hまたは6H結晶型の六方晶単結晶SiC(4H−SiC,6H−SiC)、珪素(Si)単結晶(シリコン)、燐化ガリウム(GaP)や砒化ガリウム(GaAs)等のIII−V族半導体単結晶等を利用できる。 As a crystal substrate for forming a stacked structure, an oxide single crystal such as sapphire or lithium gallium oxide (composition formula LiGaO 2 ), a 3C crystal type cubic single crystal silicon carbide (3C-SiC), 4H, or 6H crystal type hexagonal single crystal SiC (4H-SiC, 6H-SiC), silicon (Si) single crystal (silicon), gallium phosphide (GaP) and gallium arsenide (GaAs) III-V group semiconductor single crystals Etc. can be used.

積層構造体をなす第一のIII族窒化物半導体層を、それとは格子整合の関係に無い結晶基板上に設ける場合、格子ミスマッチを緩和する緩衝(buffer)層を介して設ける。例えばサファイア基板上に、GaN系の第一のIII族窒化物半導体層を成長させるのに際し、基板表面上に、シーディングプロセス(SP)手法(特開2003−243302号公報参照)等により設けたGaN緩衝層を介して第一のIII族窒化物半導体層を積層する。GaNに代替してAlNから低温緩衝層を構成しても基板との格子ミスマッチを緩和するのに効果を上げられる。AlNから構成する場合、低温緩衝層の層厚は1nm以上で100nm以下の範囲、好ましくは2nm以上で50nm以下の範囲、更に好ましくは2nm以上で5nm以下の範囲とする。   When the first group III nitride semiconductor layer forming the stacked structure is provided on a crystal substrate that is not in lattice matching relationship with the first group III nitride semiconductor layer, the first group III nitride semiconductor layer is provided through a buffer layer that relaxes lattice mismatch. For example, when a GaN-based first group III nitride semiconductor layer is grown on a sapphire substrate, a seeding process (SP) method (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-243302) is provided on the substrate surface. A first group III nitride semiconductor layer is stacked via the GaN buffer layer. Even if the low-temperature buffer layer is made of AlN instead of GaN, it is effective to alleviate the lattice mismatch with the substrate. In the case of AlN, the low-temperature buffer layer has a thickness of 1 nm to 100 nm, preferably 2 nm to 50 nm, more preferably 2 nm to 5 nm.

低温緩衝層の表面は、微少な凹凸があるよりは平坦な方が適する。例えば、表面粗さは、Raにして0.10μm以下、好ましくは0.05μm以下であるのが好適である。この様な粗さの小さい表面の低温緩衝層は、例えば350℃〜450℃の低温での成長時に結晶基板との界面に単結晶層を設けることで得られる。表面粗さは例えば、原子間力顕微鏡(AFM)などの測定機器を用いて求められる。粗さの少ない平坦な表面を有する低温緩衝層は、表面の平坦性に優れる上層を積層するのに優位に作用する。例えば、粗さの小さなGaN低温緩衝層の表面上には、凹凸が無く平滑で平坦な表面の下地層を成長できる。   The surface of the low-temperature buffer layer is preferably flat rather than having fine irregularities. For example, the surface roughness Ra is preferably 0.10 μm or less, preferably 0.05 μm or less. Such a low-temperature low-temperature buffer layer having a small roughness can be obtained by providing a single crystal layer at the interface with the crystal substrate during growth at a low temperature of 350 ° C. to 450 ° C., for example. The surface roughness is obtained using a measuring instrument such as an atomic force microscope (AFM). A low-temperature buffer layer having a flat surface with less roughness is advantageous for laminating an upper layer having excellent surface flatness. For example, an underlying layer having a smooth and flat surface can be grown on the surface of a GaN low-temperature buffer layer having a small roughness.

緩衝層上に設けられた、表面が平坦な下地層、例えばGaN層は、表面の平坦性に優れる第一または第二の電気伝導型のIII族窒化物半導体層をもたらすのに貢献できる。此処で、第一のIII族窒化物半導体層がn型層であれば、第二のIII族窒化物半導体層は反対の電気伝導型のp型層である。表面の平坦性に優れる第一および第二のIII族窒化物半導体層をもたらすのに優位となる下地層の層厚は、GaN層の場合を例にすれば、0.5μm以上で5μm以下であり、好ましくは1μm以上で3μm以下の範囲であるのが適切である。表面の平坦な第一または第二のIII族窒化物半導体層は、平坦性に優れる極薄膜の井戸層からなる量子井戸構造を積層するのに好都合なn型またはp型クラッド層として利用できる。また、密着性に優れる入力、出力電極を形成するために好都合なn型またはp型コンタクト層として利用できる。   An underlayer having a flat surface, for example, a GaN layer, provided on the buffer layer can contribute to providing a group III nitride semiconductor layer of the first or second electrical conductivity type having excellent surface flatness. Here, if the first group III nitride semiconductor layer is an n-type layer, the second group III nitride semiconductor layer is a p-type layer of the opposite electrical conductivity type. The layer thickness of the underlying layer, which is advantageous for providing the first and second group III nitride semiconductor layers having excellent surface flatness, is 0.5 μm or more and 5 μm or less, taking the case of a GaN layer as an example. Yes, preferably in the range of 1 μm or more and 3 μm or less. The first or second group III nitride semiconductor layer having a flat surface can be used as an n-type or p-type clad layer convenient for stacking a quantum well structure composed of an extremely thin well layer having excellent flatness. It can also be used as an n-type or p-type contact layer that is convenient for forming input and output electrodes having excellent adhesion.

第一及び第二のIII族窒化物半導体層としては、不純物を故意に添加していないアンドープ層を利用できる。また、電気伝導型やキャリア濃度、抵抗値を制御するために不純物を故意に添加(ドーピング)したn型またはp型のIII族窒化物半導体層を利用できる。層内の原子濃度を1×1018cm-3以上で5×1019cm-3以下となる様にn型またはp型不純物がドーピングされた第一及び第二のIII族窒化物半導体層は、例えば、順方向電圧が低く、動作上信頼性のある発光素子を得るためのクラッド層を構成に適する。クラッド層とする第一または第二のIII族窒化物半導体層は、発光層の構成材料より大きな禁止帯幅の材料から構成する必要はあるものの、必ずしも同一のIII族窒化物半導体材料から構成する必要はない。例えば、n型クラッド層をn型GaYInZN(0≦Y,Z≦1,Y+Z=1)から構成し、p型クラッド層をp型AlXGaYN(0≦X,Y≦1,X+Y=1)から構成する例を上げられる。異なる材料のIII族窒化物半導体からなる第一または第二の電気伝導型のクラッド層を利用すれば、発光層に対し、バンド(band)構造上、非対称型の発光部を構成できる。 As the first and second group III nitride semiconductor layers, undoped layers to which impurities are not intentionally added can be used. In addition, an n-type or p-type group III nitride semiconductor layer to which impurities are intentionally added (doping) in order to control electric conductivity type, carrier concentration, or resistance value can be used. The first and second group III nitride semiconductor layers doped with n-type or p-type impurities so that the atomic concentration in the layer is 1 × 10 18 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less are provided. For example, a clad layer for obtaining a light-emitting element having a low forward voltage and operation reliability is suitable for the configuration. The first or second group III nitride semiconductor layer to be the cladding layer needs to be composed of a material having a larger band gap than the constituent material of the light emitting layer, but is necessarily composed of the same group III nitride semiconductor material. There is no need. For example, the n-type cladding layer is composed of n-type Ga Y In ZN (0 ≦ Y, Z ≦ 1, Y + Z = 1), and the p-type cladding layer is p-type Al X Ga Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1, X + Y = 1). If a first or second electrically conductive clad layer made of a group III nitride semiconductor of a different material is used, an asymmetrical light emitting portion can be configured with respect to the light emitting layer in terms of a band structure.

上記の原子濃度の範囲に於いて、高濃度に不純物を含み、低抵抗とした第一および第二のIII族窒化物半導体層はコンタクト層として有用である。キャリア濃度が1×1018cm-3以上である低抵抗のIII族窒化物半導体層は、低接触抵抗のオーミック電極を形成するのに特に優位である。低抵抗のn型III族窒化物半導体層を得るのに利用できるn型不純物としては、珪素(Si)やゲルマニウム(Ge)等の第IV族、またはセレン(Se)等の第VI元素がある。p型不純物としては、マグネシウム(Mg)やベリリウム(Be)等の第II族元素を使用できる。コンタクト層の層厚は、オーミック電極を構成する材料が拡散して侵入する深さ以上であるのが望ましい。合金化(アロイング)熱処理を施してオーミック電極を形成する場合は、所謂、アロイフロント(alloy front)の深さ以上の厚さとするのが適する。例えば、10nm以上とするのが適する。 Within the above atomic concentration range, the first and second group III nitride semiconductor layers containing impurities at a high concentration and having a low resistance are useful as contact layers. A low-resistance group III nitride semiconductor layer having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is particularly advantageous for forming an ohmic electrode having a low contact resistance. Examples of n-type impurities that can be used to obtain a low-resistance n-type group III nitride semiconductor layer include Group IV elements such as silicon (Si) and germanium (Ge), and Group VI elements such as selenium (Se). . As the p-type impurity, a Group II element such as magnesium (Mg) or beryllium (Be) can be used. The thickness of the contact layer is preferably equal to or greater than the depth at which the material constituting the ohmic electrode diffuses and penetrates. When an ohmic electrode is formed by performing alloying (alloying) heat treatment, it is suitable that the thickness be equal to or greater than the depth of the so-called alloy front. For example, 10 nm or more is suitable.

第1および第2のIII族窒化物半導体層の中間に設ける発光層は、例えば窒化ガリウム・インジウム(組成式GaYInZN:0≦Y,Z≦1,Y+Z=1)から構成する。また例えば、窒化燐化ガリウム(組成式GaN1-aa:0≦a<1)等の窒素(N)と窒素とは別の第V族元素とを含むAlXGaYInZ1-aa(0≦X,Y,Z≦1、X+Y+Z=1、記号Mは窒素以外の第V族元素を表し、0≦a<1である。)から構成する。発光層は単一層(SQW)から構成しても構わないし、或いは多重量子井戸構造(MQW)から構成しても構わない。量子井戸構造をなす井戸層を例えば、GaYInZNから構成する場合にあって、インジウム(In)組成比(=Z)は、所望する発光波長に鑑み調整する。より長波長の発光を期する程、インジウム組成比はより大とする。GaYInZNを井戸層とする多重量子井戸構造の発光層の全体の層厚は、好ましくは100nm以上で500nm以下であるのが好適である。 The light emitting layer provided between the first and second group III nitride semiconductor layers is made of, for example, gallium nitride indium (compositional formula Ga Y In Z N: 0 ≦ Y, Z ≦ 1, Y + Z = 1). Further, for example, nitride gallium phosphide (compositional formula GaN 1-a P a: 0 ≦ a <1) Al X Ga containing nitrogen (N), such as a Group V element different from nitrogen Y In Z N 1 -a M a (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1, symbol M represents a group V element other than nitrogen, and 0 ≦ a <1). The light emitting layer may be composed of a single layer (SQW) or a multiple quantum well structure (MQW). In the case where the well layer having the quantum well structure is made of, for example, Ga Y In Z N, the indium (In) composition ratio (= Z) is adjusted in view of the desired emission wavelength. The longer the wavelength is emitted, the greater the indium composition ratio. The total layer thickness of the light emitting layer having a multiple quantum well structure having Ga Y In Z N as a well layer is preferably 100 nm or more and 500 nm or less.

発光層の量子井戸構造は、第一または第二のIII族窒化物半導体層に接合する層を、障壁層または井戸層として形成できる。量子井戸構造の始端(最下底層)は障壁層または井戸層の何れであっても構わない。同じく、量子井戸構造の終端(最表層)をなすのは障壁層または井戸層の何れであっても構わない。始端層と終端層は組成が相違しても差し支えない。アンドープのため結晶性に優れる井戸層と、不純物をドーピングした障壁層とから構成した量子井戸構造は、ピエゾ(piezo)効果に因る悪影響を回避して、強度的に優れ、且つ発光波長の安定したIII族窒化物半導体発光素子を得るのに寄与できる。井戸層および障壁層は、GaYInZN(0≦Y,Z≦1,Y+Z=1)に加え、GaN1-aa(0≦a<1)等のAlXGaYInZ1-aa(0≦X,Y,Z≦1、X+Y+Z=1、記号Mは窒素以外の第V族元素を表し、0≦a<1である。)の薄膜から構成できる。 In the quantum well structure of the light emitting layer, a layer bonded to the first or second group III nitride semiconductor layer can be formed as a barrier layer or a well layer. The starting end (lowermost bottom layer) of the quantum well structure may be either a barrier layer or a well layer. Similarly, the end (outermost layer) of the quantum well structure may be either a barrier layer or a well layer. The start layer and the end layer may have different compositions. The quantum well structure composed of a well layer with excellent crystallinity due to undoping and a barrier layer doped with impurities avoids adverse effects due to the piezo effect, is superior in strength, and has a stable emission wavelength. This contributes to obtaining a Group III nitride semiconductor light emitting device. Well layer and the barrier layer, Ga Y In Z N (0 ≦ Y, Z ≦ 1, Y + Z = 1) was added, GaN 1-a P a ( 0 ≦ a <1) , such as Al X Ga Y In Z N 1-a M a (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1, symbol M represents a group V element other than nitrogen, and 0 ≦ a <1).

積層構造体をなすIII族窒化物半導体各層は、例えば、有機金属化学的気相堆積(MOCVD)手段、ハイドライド(水素化物;hydride)気相成長(VPE)手段、および分子線エピタキシャル(MBE)手段等の気相成長手段に依り成長できる。量子井戸構造発光層の井戸層をなす数nmから、第一または第二のIII族窒化物半導体層に適するμmのオーダーの広い膜厚の範囲の層を得るのには、MOCVD手段やMBE手段が適する。その中で特に、窒素以外の揮発性の高い砒素(As)や燐(P)を含むIII族窒化物半導体層を気相成長させるのには、MOVPE手段が適する。常圧(略大気圧)または減圧方式のMOCVD手段を利用できる。   The III-nitride semiconductor layers constituting the laminated structure are formed by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) means, hydride vapor deposition (VPE) means, and molecular beam epitaxial (MBE) means. It can be grown by vapor phase growth means. In order to obtain a layer having a wide film thickness on the order of μm suitable for the first or second group III nitride semiconductor layer from several nm forming the well layer of the quantum well structure light emitting layer, MOCVD means or MBE means Is suitable. In particular, the MOVPE means is suitable for vapor-phase growth of a group III nitride semiconductor layer containing highly volatile arsenic (As) or phosphorus (P) other than nitrogen. Normal pressure (substantially atmospheric pressure) or reduced pressure MOCVD means can be used.

本発明では、発光素子用途の積層構造体を構成するために利用した結晶基板を除去して構成するため、光学的に透明な結晶を基板とする必要は無い。むしろ、先在する基板(積層構造体を形成するために利用した結晶基板)を除去する必要があるため、湿式手法、または高周波プラズマエッチング手法等の乾式手法に依るエッチング手段、或いはレーザー(laser)照射手法等に依る手段で容易に簡便に剥離できる結晶を基板とするのが好まれる。レーザー照射手段で剥離するのに都合が良いのは、積層構造体の構成層とは顕著に相違する熱膨張率を有する結晶基板である。   In the present invention, since the crystal substrate used for forming the laminated structure for light emitting device is removed, it is not necessary to use an optically transparent crystal as the substrate. Rather, since it is necessary to remove the existing substrate (the crystal substrate used for forming the laminated structure), etching means by a dry method such as a wet method or a high-frequency plasma etching method, or a laser (laser) The substrate is preferably a crystal that can be easily and easily peeled off by means depending on the irradiation method or the like. A crystal substrate having a coefficient of thermal expansion that is significantly different from the constituent layers of the laminated structure is convenient for peeling by the laser irradiation means.

また、本発明では、積層構造体の最表層に、先在する結晶基板を除去した後、積層構造体の機械的な支持力低下を補強するために、機械的強度のある板状体を貼付して設ける。貼付する板状体として、発光層から放射される光に対し透明な材料からなる板状体、例えばガラスを例示できる。   Further, in the present invention, after removing the pre-existing crystal substrate on the outermost layer of the laminated structure, a plate-like body having mechanical strength is pasted in order to reinforce the decrease in the mechanical support force of the laminated structure. Provide. Examples of the plate-like body to be attached include a plate-like body made of a material transparent to light emitted from the light emitting layer, for example, glass.

積層構造体と板状体との接合は、貼り付けを行う積層構造体の表面或いは板状体の積層構造体と接合する表面を予めきれいに洗浄することにより、双方の貼り合わせが簡易となる。例えば、板状体とIII族窒化物半導体層(積層構造体)とを頑固に貼り合わせるのには、貼り合わせ時に、例えば1kg/cm2〜5kg/cm2の外圧で加圧するか、或いは500℃から1000℃の高温に加温する、もしくは、温度・圧力・電圧をかけ陽極接合法を用いることにより、貼り合わせを容易となすことができる。この場合は、板状体と発光層との間に、接合を強固にする、GaN、AlN、GaAlNなどの層を形成するとより特性に悪影響を与えずに接合することが可能である。 The lamination structure and the plate-like body can be bonded easily by preliminarily washing the surface of the laminated structure to be bonded or the surface of the plate-like body to be bonded to the lamination structure. For example, for laminating the plate-shaped body and a group III nitride semiconductor layer (stacked structure) to the stubborn, on attachment, for example, 1kg / cm 2 ~5kg / cm 2 if pressurized with external pressure, or 500 Bonding can be facilitated by heating to a high temperature of 1000 ° C. to 1000 ° C., or by applying an anodic bonding method by applying temperature, pressure and voltage. In this case, if a layer such as GaN, AlN, or GaAlN that strengthens the bonding is formed between the plate-like body and the light emitting layer, the bonding can be performed without adversely affecting the characteristics.

また、表面にシリコーン樹脂などの接着層を形成後、板状体を貼り合わせることも可能である。   It is also possible to bond a plate-like body after forming an adhesive layer such as a silicone resin on the surface.

積層構造体を形成するために使用した基板を除去するのには、研磨手段や剥離手段が利用できる。例えば、サファイア基板は、シリカ、アルミナ、またはダイヤモンド微粉を主体とした研磨紛を利用して研磨できる。   In order to remove the substrate used for forming the laminated structure, polishing means or peeling means can be used. For example, the sapphire substrate can be polished using polishing powder mainly composed of silica, alumina, or diamond fine powder.

積層構造体から、それを形成するのに利用した結晶基板を剥離するのには、レーザ照射手段が適する。剥離するために照射するのに適するレーザー光は、パルスレーザ光、炭酸ガス(CO2)レーザ光、エキシマレーザ光等を利用できる。特に、励起ガスとして弗化アルゴン(ArF)や弗化クリプトン(KrF)等を用いるエキシマレーザを用いることが好ましい。レーザ光の波長は、193nm或いは248nmであるのが好ましい。レーザ光を照射して結晶基板を剥離する場合、結晶基板の厚さが厚いと、レーザ光が吸収され易くなり、効率的に剥離させる領域を加熱できない。従って、レーザ光を照射して積層構造体と結晶基板とを効率的に剥離させるのには、結晶基板の厚さは100μm〜300μmとしておくのが適当である。また、結晶基板の表面に凹凸、細かな傷などがあった場合にはレーザ光の吸収がかわり、剥離にむらが起き易い。 In order to peel off the crystal substrate used to form the laminated structure, laser irradiation means is suitable. As a laser beam suitable for irradiation for peeling, a pulse laser beam, a carbon dioxide (CO 2 ) laser beam, an excimer laser beam, or the like can be used. In particular, an excimer laser using argon fluoride (ArF), krypton fluoride (KrF), or the like as an excitation gas is preferably used. The wavelength of the laser light is preferably 193 nm or 248 nm. In the case where the crystal substrate is peeled off by irradiation with laser light, if the thickness of the crystal substrate is large, the laser light is easily absorbed, and the region to be peeled off efficiently cannot be heated. Therefore, it is appropriate that the thickness of the crystal substrate is set to 100 μm to 300 μm in order to efficiently separate the laminated structure and the crystal substrate by irradiating the laser beam. In addition, when the surface of the crystal substrate has irregularities, fine scratches, etc., the absorption of the laser beam is changed, and uneven peeling tends to occur.

以上述べたように、本発明の実施形態では、積層構造体を設けるために使用された結晶基板を除去した後の露出面に、発光層から放射される光に対し透明な材料からなる板状体を形成したので、その板状体で機械的に支持するとともに、短波長の紫外線に対する光の吸収を低減でき、発光効率を向上させることができる。   As described above, in the embodiment of the present invention, a plate-like material made of a material transparent to light emitted from the light emitting layer is formed on the exposed surface after removing the crystal substrate used for providing the laminated structure. Since the body is formed, it is mechanically supported by the plate-like body, absorption of light with respect to short wavelength ultraviolet rays can be reduced, and luminous efficiency can be improved.

また、板状体に積層構造体の熱膨張率とほぼ同じ熱膨張率を持つ材料を選ぶことができ、したがって、電流を長時間に亘り通流しても、積層構造体に熱応力に因る亀裂は発生せず、信頼性を向上させることができる。   In addition, a material having a thermal expansion coefficient substantially the same as the thermal expansion coefficient of the laminated structure can be selected for the plate-like body. Therefore, even if an electric current is passed for a long time, the laminated structure is caused by thermal stress. Cracks do not occur and reliability can be improved.

なお上記の説明では、積層構造体を形成するために利用した結晶基板を完全に除去して板状体を設けるようにしたが、この結晶基板は必ずしも完全に除去する必要はなく、厚さを薄くする程度に止めても良い。   In the above description, the crystal substrate used for forming the laminated structure is completely removed to provide a plate-like body, but this crystal substrate does not necessarily need to be completely removed, and the thickness is You may stop to the extent to make it thin.

積層構造体を形成するために利用した結晶基板の厚さを薄くすることにより、結晶基板から透過する光が吸収されるのを低減することができ、外部への発光の取り出し効率に優れ、且つ、静電耐圧に優れるIII族窒化物半導体発光素子を得ることができるようになる。そのためには、光学的に透明で、且つn型またはp型の導電性単結晶を基板とするのが好適である。残存させる結晶基板は、積層構造体を機械的に支持する作用とともに、発光層からの発光を外部へ透過する作用を併せ持っている。残存させる結晶基板の厚さをより薄くすれば、発光の透過率は増加し、外部への発光の取り出し効率に優れるIII族窒化物半導体発光素子を得るのに優位とはなる。一方で、薄層化に伴い、結晶基板の積層構造体を支持する作用は低減される。従って、双方の兼ね合いから、残存させる結晶基板の厚さは100μm〜300μmが適当である。   By reducing the thickness of the crystal substrate used for forming the laminated structure, it is possible to reduce the absorption of light transmitted from the crystal substrate, and it is excellent in the efficiency of extracting light emitted to the outside. Thus, a group III nitride semiconductor light emitting device having excellent electrostatic withstand voltage can be obtained. For this purpose, it is preferable to use an optically transparent n-type or p-type conductive single crystal as a substrate. The crystal substrate to be left has both the function of mechanically supporting the laminated structure and the function of transmitting light emitted from the light emitting layer to the outside. If the thickness of the remaining crystal substrate is made thinner, the transmittance of light emission increases, which is advantageous for obtaining a group III nitride semiconductor light emitting device having excellent efficiency of extracting light emitted to the outside. On the other hand, the effect of supporting the laminated structure of the crystal substrate is reduced with the thinning. Therefore, the thickness of the remaining crystal substrate is suitably 100 μm to 300 μm from the balance of both.

板状体として、ガラス基板を積層構造体の最表層に貼付して、III族窒化物半導体発光素子を構成する場合を例にして、本発明の内容を説明する。   The contents of the present invention will be described by taking, as an example, a case where a group III nitride semiconductor light emitting device is constructed by sticking a glass substrate to the outermost layer of the laminated structure as a plate-like body.

図1はサファイア基板上に形成した積層構造体の断面構造を模式的に示す図、図2は図1の積層構造体からチップ化して作成した本発明に係るLEDの断面構造を模式的に示す図、図3はLEDの平面図、図4はLEDをマウントして構成したLEDランプを示す断面図である。   FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of a laminated structure formed on a sapphire substrate, and FIG. 2 schematically shows a cross-sectional structure of an LED according to the present invention prepared by chipping from the laminated structure of FIG. FIG. 3 is a plan view of the LED, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing an LED lamp configured by mounting the LED.

先ず図1に示すように、厚さを約350μmとする電気絶縁性のサファイア基板100の(0001)結晶面上に、シーディングプロセス(SP)手段を用いて、窒化アルミニウム(AlN)層101を、一般的な減圧MOCVD法により900℃で形成した。AlN層101の層厚は5nmとした。AlN層101上には、1050℃で層厚を18nmとする窒化ガリウム(GaN)からなる緩衝層102を形成した。   First, as shown in FIG. 1, an aluminum nitride (AlN) layer 101 is formed on a (0001) crystal plane of an electrically insulating sapphire substrate 100 having a thickness of about 350 μm by using a seeding process (SP) means. The film was formed at 900 ° C. by a general low pressure MOCVD method. The layer thickness of the AlN layer 101 was 5 nm. A buffer layer 102 made of gallium nitride (GaN) having a thickness of 18 nm at 1050 ° C. was formed on the AlN layer 101.

GaN緩衝層102上には、珪素(Si)を層内の原子濃度が1×1018cm-3となる様に、アルミニウム組成比を0.01とするn型窒化アルミニウム・ガリウム混晶(Al0.01Ga0.99N)からなるn型のコンタクト層103を形成した。コンタクト層103は、一般的な減圧MOCVD法に依り、1050℃で成長させた。n型コンタクト層103の層厚は約2.5μmとした。 On the GaN buffer layer 102, an n-type aluminum nitride / gallium mixed crystal (Al) having an aluminum composition ratio of 0.01 so that the atomic concentration in the layer of silicon (Si) is 1 × 10 18 cm −3. An n-type contact layer 103 made of 0.01 Ga 0.99 N) was formed. The contact layer 103 was grown at 1050 ° C. by a general low pressure MOCVD method. The layer thickness of the n-type contact layer 103 was about 2.5 μm.

n型Al0.01Ga0.99Nコンタクト層103上には、n型Al0.10Ga0.90Nからなるn型クラッド層104を積層した。n型クラッド層104は、Siを、層内の原子濃度が1×1018cm-3となる様にドーピングして形成した。一般的な減圧MOCVD法で成長させたn型クラッド層104の層厚は、約0.5μmとした。 On the n-type Al 0.01 Ga 0.99 N contact layer 103, an n-type cladding layer 104 made of n-type Al 0.10 Ga 0.90 N was laminated. The n-type cladding layer 104 was formed by doping Si so that the atomic concentration in the layer was 1 × 10 18 cm −3 . The layer thickness of the n-type cladding layer 104 grown by a general low pressure MOCVD method was about 0.5 μm.

上記のn型Al0.10Ga0.90Nクラッド層104上には、n型AlXGaYNからなる障壁層と、n型GaYInZNからなる井戸層とから構成した多重量子井戸構造のn型発光層105を積層した。井戸層のインジウム(In)組成比(=Z)は、上記の量子井戸構造から波長を360nmから370nmとする紫外光が放射される様に調整した。井戸層の層厚は約5nmとし、障壁層の層厚は15nmとして、量子井戸構造を構成した。 On the n-type Al 0.10 Ga 0.90 N cladding layer 104, an n-type multi-quantum well structure composed of a barrier layer made of n-type Al X Ga Y N and a well layer made of n-type Ga Y In Z N is used. The type light emitting layer 105 was laminated. The indium (In) composition ratio (= Z) of the well layer was adjusted so that ultraviolet light having a wavelength of 360 nm to 370 nm was emitted from the quantum well structure. The quantum well structure was configured with the well layer having a thickness of about 5 nm and the barrier layer having a thickness of 15 nm.

多重量子井戸構造の発光層105上には、p型不純物のMgを故意に添加した(ドーピング)した、2.5nmの層厚のp型AlX1GaY1Nクラッド層106を形成した。アルミニウム組成比(=X1)は約0.10(=10%)とした。Mgは、同層106内で原子濃度が約5×1018となる様にドーピングした。p型クラッド層106上には、MgをドーピングしたAl組成比がより小さいAlX2GaY2N(X1>X2≧0)からなるp型コンタクト層107を形成した。コンタクト層107の内部のMgの原子濃度は、約2×1019/cm-3とした。 On the light emitting layer 105 having a multiple quantum well structure, a p-type Al X1 Ga Y1 N clad layer 106 having a layer thickness of 2.5 nm was formed by intentionally adding (doping) Mg as a p-type impurity. The aluminum composition ratio (= X 1 ) was about 0.10 (= 10%). Mg was doped in the same layer 106 so that the atomic concentration was about 5 × 10 18 . On the p-type cladding layer 106, a p-type contact layer 107 made of Al X2 Ga Y2 N (X 1 > X 2 ≧ 0) having a smaller Al composition ratio doped with Mg was formed. The atomic concentration of Mg inside the contact layer 107 was about 2 × 10 19 / cm −3 .

p型コンタクト層107の表面には、p型オーミック電極膜108として、白金(Pt)の薄膜を一般的な高周波スパッタリング手段に依り形成した。p型オーミック電極膜108上には、前記の多重量子井戸構造の発光層105からの発光を、結晶基板100側へ反射させるため金属反射膜109を設けた。金属反射膜109は、ロジウム(Rh)被膜から構成した。   A thin film of platinum (Pt) was formed as a p-type ohmic electrode film 108 on the surface of the p-type contact layer 107 by a general high-frequency sputtering means. A metal reflective film 109 is provided on the p-type ohmic electrode film 108 in order to reflect light emitted from the light emitting layer 105 having the multiple quantum well structure to the crystal substrate 100 side. The metal reflective film 109 was composed of a rhodium (Rh) film.

またn型コンタクト層103には、マスクでカバーし、ドライエッチングプロセスで掘り込んだ面にCr/Ti/Auからなるn型オーミック電極113を形成した(図3)。このn型オーミック電極113の最表層は、金(Au)である。   An n-type ohmic electrode 113 made of Cr / Ti / Au was formed on the n-type contact layer 103 on the surface covered with a mask and dug by a dry etching process (FIG. 3). The outermost layer of the n-type ohmic electrode 113 is gold (Au).

金属反射膜109の上には、接合用の金膜110を形成し、サファイア基板100から金属反射膜109までの積層構造体11を前段階として構成した。   A gold film 110 for bonding was formed on the metal reflective film 109, and the laminated structure 11 from the sapphire substrate 100 to the metal reflective film 109 was configured as a previous stage.

その後、今迄積層構造体11を機械的に支持していたサファイア基板100の裏面を研削した。サファイア基板100の裏面は、平均粒径が0.5μmの酸化珪素細粒を含むコロイダル状シリカを用いて、130μm〜150μmの厚さに亘り研磨した。この研磨により、サファイア基板100の厚さを、210±10μmと薄くした。   Thereafter, the back surface of the sapphire substrate 100 that had mechanically supported the multilayer structure 11 until now was ground. The back surface of the sapphire substrate 100 was polished to a thickness of 130 μm to 150 μm using colloidal silica containing silicon oxide fine particles having an average particle diameter of 0.5 μm. By this polishing, the thickness of the sapphire substrate 100 was reduced to 210 ± 10 μm.

サファイア基板100の裏面を研削した後、反対側の金属反射膜109にはガラスを水溶性接着材を用いて貼り合わせ、積層構造体11の機械的支持力を一時的に補強した。   After the back surface of the sapphire substrate 100 was ground, glass was bonded to the opposite metal reflective film 109 using a water-soluble adhesive, and the mechanical support force of the laminated structure 11 was temporarily reinforced.

薄く研磨したサファイア基板100の表面から、サファイア基板100とGaN緩衝層102との接合界面に焦点を合わせて、波長を248nmとするエキシマレーザ光を照射した。これにより、サファイア基板100とその上の積層構造体11との熱膨張率に差異があることを利用して、AlN層101およびGaN緩衝層102の部分から、研磨して既に薄層化したサファイア基板100を剥離した。   An excimer laser beam having a wavelength of 248 nm was irradiated from the surface of the thinly polished sapphire substrate 100 so as to focus on the bonding interface between the sapphire substrate 100 and the GaN buffer layer 102. Thus, using the difference in thermal expansion coefficient between the sapphire substrate 100 and the laminated structure 11 thereon, sapphire that has already been thinned by polishing from the AlN layer 101 and the GaN buffer layer 102 portion. The substrate 100 was peeled off.

その面に370nm付近の紫外線に対し、RGBの3色を発光する蛍光体ガラスを板状体111として陽極接合法を用いて貼り合わせた。陽極接合法における電圧は340Vとし、温度は比較的低温の300℃程度で良好な接合が可能となった。蛍光体をガラスに分散させる方法としては、スピンコート法により、ガラス表面に蛍光体を塗布する方式を用いた。微粉をガラスに分散させるその他の方法としては、ゾルゲル法により、10nm以下の微粉をガラスに分散させる方法が微粉の凝集が防止でき、極めて特性の良いものが製作可能である。   On the surface, phosphor glass that emits three colors of RGB to ultraviolet light near 370 nm was bonded as a plate-like body 111 using an anodic bonding method. The voltage in the anodic bonding method was 340 V, and good bonding was possible at a relatively low temperature of about 300 ° C. As a method of dispersing the phosphor in the glass, a method of applying the phosphor on the glass surface by a spin coating method was used. As another method of dispersing fine powder in glass, a method of dispersing fine powder of 10 nm or less in glass by a sol-gel method can prevent the fine powder from agglomerating, and an extremely good product can be manufactured.

しかる後に、積層構造体11の金属反射膜109の表面側に一時的に設けたガラスを外し、電極表面を洗浄してLEDウェーハを完成させた。   Thereafter, the glass temporarily provided on the surface side of the metal reflective film 109 of the laminated structure 11 was removed, and the electrode surface was washed to complete the LED wafer.

次に、一般的なレーザスクライブ法により、素子分割用の割り溝を半導体側に設けた。その後、この溝に対し、一般的なブレーカーを利用して機械的圧力を加え、一辺の長さを約350μmとする平面視略正方形の個別のIII族窒化物半導体発光素子(チップ)12(以下、「LED12」という)に分離した。これにより、サファイア基板100を削除して、積層構造体11に貼付した板状体111の蛍光ガラス体に積層構造体11の機械的支持を担わせた、pn接合型DH構造の白色III族窒化物半導体LED12(図2、図3)を完成させた。   Next, a split groove for element division was provided on the semiconductor side by a general laser scribing method. Thereafter, a mechanical pressure is applied to the groove using a general breaker, and an individual group III nitride semiconductor light-emitting element (chip) 12 (hereinafter referred to as a square) having a substantially square shape in plan view and having a side length of about 350 μm , "LED12"). As a result, the sapphire substrate 100 is deleted, and a white glass group III nitride having a pn junction type DH structure in which the fluorescent glass body of the plate-like body 111 affixed to the laminated structure 11 bears the mechanical support of the laminated structure 11. A physical semiconductor LED 12 (FIGS. 2 and 3) was completed.

LED12は、貼付した板状体111を利用して、その全面に亘って、素子を形成したため、極めて演色性の良い、高輝度白色LED素子を作ることができた。   Since the LED 12 formed an element over the entire surface using the affixed plate-like body 111, a high-luminance white LED element with extremely good color rendering properties could be produced.

次に、このLED12を利用してLEDランプ10を構成した。LED12(積層構造体11)の表面側に設けたp型オーミック電極108(金属反射膜109、金膜110)、n型オーミック電極113を、図4に示すように、Siサブマウント23上にAuボールバンプ21を形成してマウントした。また、p型オーミック電極108(金属反射膜109、金膜110)とn型オーミック電極113との間に素子駆動電流を通流できる回路構成とした。   Next, the LED lamp 10 was constructed using the LED 12. A p-type ohmic electrode 108 (metal reflective film 109, gold film 110) and an n-type ohmic electrode 113 provided on the surface side of the LED 12 (laminated structure 11) are placed on an Si submount 23 as shown in FIG. Ball bumps 21 were formed and mounted. In addition, the circuit configuration is such that an element driving current can flow between the p-type ohmic electrode 108 (the metal reflection film 109 and the gold film 110) and the n-type ohmic electrode 113.

p型オーミック電極108(金属反射膜109、金膜110)とn型オーミック電極113の各表面を金(Au)膜としてあるため、簡易にボンディングができた。その後、紫外線に因る劣化を防止するための防止剤を含ませた半導体封止用途のエポキシ樹脂22で封止し、発光ダイオード(LED)ランプ10を完成させた。   Since each surface of the p-type ohmic electrode 108 (the metal reflection film 109 and the gold film 110) and the n-type ohmic electrode 113 is a gold (Au) film, bonding can be easily performed. Then, it sealed with the epoxy resin 22 for the semiconductor sealing use which contained the inhibitor for preventing the deterioration resulting from an ultraviolet-ray, and the light emitting diode (LED) lamp 10 was completed.

n型オーミック電極113及びp型オーミック電極108(金属反射膜109、金膜110)間に順方向に素子駆動電流を流すと、駆動電流を発光層105の広範囲な領域に平面的に拡散できた。素子駆動電流を20mA流してLED12を発光させたとき、発光出力は、波長を約370nmの紫外線光について測定したところ、約20ルーメン/ワット(lm/W)に達した。また、順方向電流を20mAとした際の順方向電圧Vfは約3.4Vと低値であった。   When an element driving current was passed in the forward direction between the n-type ohmic electrode 113 and the p-type ohmic electrode 108 (metal reflection film 109, gold film 110), the driving current could be diffused in a wide area in the light emitting layer 105 in a planar manner. . When the LED 12 was caused to emit light with a device drive current of 20 mA, the light output reached about 20 lumens / watt (lm / W) when measured for ultraviolet light having a wavelength of about 370 nm. Further, the forward voltage Vf when the forward current was 20 mA was a low value of about 3.4V.

このように、積層構造体11を設けるために使用されたサファイア基板100を除去した後の露出面に、発光層105から放射される光に対し透明な材料からなる板状体111を形成したので、その板状体111で機械的に支持するとともに、短波長の紫外線に対する光の吸収を低減でき、発光効率を向上させることができた。   As described above, the plate-like body 111 made of a material transparent to the light emitted from the light emitting layer 105 is formed on the exposed surface after removing the sapphire substrate 100 used to provide the laminated structure 11. In addition to being mechanically supported by the plate-like body 111, absorption of light with respect to ultraviolet rays having a short wavelength can be reduced, and luminous efficiency can be improved.

また、駆動電流を発光層105の広範囲な領域に平面的に拡散でき、発光領域が拡張されて発光出力の強いLEDとなった。   Further, the driving current can be diffused in a wide area in the light emitting layer 105 in a planar manner, and the light emitting area is expanded, resulting in an LED having a strong light emission output.

また、板状体111に積層構造体11の熱膨張率とほぼ同じ熱膨張率を持つ材料を選ぶことができ、したがって、電流を長時間に亘り通流しても、積層構造体11に熱応力に因る亀裂は発生せず、信頼性を向上させることができた。   In addition, a material having a thermal expansion coefficient substantially the same as the thermal expansion coefficient of the laminated structure 11 can be selected for the plate-like body 111. Therefore, even if a current is passed for a long time, thermal stress is applied to the laminated structure 11. As a result, no cracks were caused and the reliability was improved.

また、LED12は、板状体111として、屈折率が1.5のガラスを使用したため、光の取り出し効率が増し、極めて発光特性に良好な素子ができた。すなわち、板状体111の屈折率1.5は積層構造体11の主な材料であるGaNとエポキシ樹脂の中間の値であり、板状体111とGaN(積層構造体11)との界面、また板状体111とエポキシ樹脂22との界面での反射が減少するため、光の取り出し効率を改善することができる。   Moreover, since LED12 used the glass with a refractive index of 1.5 as the plate-shaped body 111, the light extraction efficiency increased, and an element with extremely good light emission characteristics was obtained. That is, the refractive index 1.5 of the plate-like body 111 is an intermediate value between GaN which is the main material of the laminated structure 11 and epoxy resin, and the interface between the plate-like body 111 and GaN (laminated structure 11), Moreover, since reflection at the interface between the plate-like body 111 and the epoxy resin 22 is reduced, the light extraction efficiency can be improved.

本発明の構成からなるLED12を利用すれば、成長に用いた基板の特性に囚われずに、光の取り出し効率、多色発光、静電対策などのさまざまな特性に対し、好適な材料を選択し、発光素子を完成させることができる。また、このLEDランプ10は、紫外線に対し、耐性の強い蛍光ガラスで表面を覆っているため、樹脂の変質の少ない信頼性の良いランプができた。   If the LED 12 having the structure of the present invention is used, a suitable material can be selected for various characteristics such as light extraction efficiency, multicolor emission, and electrostatic countermeasures without being limited by the characteristics of the substrate used for growth. A light emitting element can be completed. In addition, since the LED lamp 10 was covered with a fluorescent glass having a high resistance to ultraviolet rays, a reliable lamp with little resin deterioration was obtained.

サファイア基板上に形成した積層構造体の断面構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross-section of the laminated structure formed on the sapphire substrate. 図1の積層構造体からチップ化して作成した本発明に係るLEDの断面構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross-sectional structure of LED which concerns on this invention produced by chip-izing from the laminated structure of FIG. LEDの平面図である。It is a top view of LED. LEDをマウントして構成したLEDランプを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the LED lamp comprised by mounting LED.

符号の説明Explanation of symbols

10 LEDランプ
11 積層構造体
100 サファイア基板
101 AlN層
102 GaN緩衝層
103 GaNコンタクト層
104 n型クラッド層
105 量子井戸構造発光層
106 p型クラッド層
107 p型コンタクト層
108 p型オーミック電極
109 金属反射膜
110 金膜
111 板状体
113 n型オーミック電極
21 Auボールバンプ
22 エポキシ樹脂
23 Siサブマウント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 LED lamp 11 Laminated structure 100 Sapphire substrate 101 AlN layer 102 GaN buffer layer 103 GaN contact layer 104 n-type clad layer 105 Quantum well structure light emitting layer 106 p-type clad layer 107 p-type contact layer 108 p-type ohmic electrode 109 Metal reflection Film 110 Gold film 111 Plate 113 N-type ohmic electrode 21 Au ball bump 22 Epoxy resin 23 Si submount

Claims (9)

少なくとも、互いに電気伝導型が異なる2つのIII族窒化物半導体層と、その中間に設けられたIII族窒化物半導体からなる発光層とを積層した積層構造体からなるIII族窒化物半導体発光素子において、
上記積層構造体を設けるために使用された結晶基板を除去した後の露出面に形成された、発光層から放射される光に対し透明な材料からなる板状体を有し、
上記発光層から放射された光が板状体から取り出されるように構成されている、
ことを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
In a group III nitride semiconductor light-emitting device having a laminated structure in which at least two group III nitride semiconductor layers having different electrical conductivity types and a light emitting layer made of a group III nitride semiconductor provided therebetween are stacked ,
Having a plate-like body made of a material transparent to the light emitted from the light emitting layer, formed on the exposed surface after removing the crystal substrate used to provide the laminated structure,
The light emitted from the light emitting layer is configured to be extracted from the plate-like body,
A group III nitride semiconductor light emitting device characterized by the above.
上記板状体はガラスである、請求項1に記載のIII族窒化物半導体発光素子。   The group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the plate-like body is glass. 上記積層構造体からの結晶基板の除去は、積層構造体と結晶基板との接合界面領域にレーザ光を照射して行われる、請求項1または2に記載のIII族窒化物半導体発光素子。   3. The group III nitride semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the removal of the crystal substrate from the multilayer structure is performed by irradiating a laser beam to a junction interface region between the multilayer structure and the crystal substrate. 上記積層構造体の板状体とは反対側にオーミック電極を設けた、請求項1から3の何れかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。   The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein an ohmic electrode is provided on a side opposite to the plate-like body of the multilayer structure. 上記オーミック電極の表面に金属反射膜を設けた、請求項4に記載のIII族窒化物半導体発光素子。   The group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 4, wherein a metal reflective film is provided on a surface of the ohmic electrode. 上記金属反射膜の表面に金膜を設けた、請求項5に記載のIII族窒化物半導体発光素子。   The group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 5, wherein a gold film is provided on a surface of the metal reflective film. 少なくとも、互いに電気伝導型が異なる2つのIII族窒化物半導体層と、その中間に設けられたIII族窒化物半導体からなる発光層とを積層した積層構造体からなるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
上記積層構造体を設けるために使用された結晶基板を除去し、
上記結晶基板除去により露出された露出面に、発光層から放射される光に対し透明な材料からなる板状体を形成し、
上記発光層から放射された光が板状体から取り出されるようにした、
ことを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
A group III nitride semiconductor light-emitting device having a laminated structure in which at least two group III nitride semiconductor layers having different electrical conductivity types and a light emitting layer made of a group III nitride semiconductor provided therebetween is laminated In the manufacturing method,
Removing the crystal substrate used to provide the laminated structure,
On the exposed surface exposed by removing the crystal substrate, a plate-like body made of a material transparent to the light emitted from the light emitting layer is formed,
The light emitted from the light emitting layer is extracted from the plate-like body.
A method for producing a Group III nitride semiconductor light-emitting device.
請求項1から6の何れか1項に記載のIII族窒化物半導体発光素子を備えている、ことを特徴とするLEDランプ。   An LED lamp comprising the group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 6. Siを主体としたサブマウント上に、フリップ型にマウントされている、請求項8項に記載のLEDランプ。   The LED lamp according to claim 8, wherein the LED lamp is mounted in a flip type on a submount mainly composed of Si.
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