JP2007103690A - Semiconductor light emitting device and its fabrication process - Google Patents

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Hiroshi Ono
啓 大野
Satoyuki Tamura
聡之 田村
Masanari Kawaguchi
真生 川口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a reflective electrode of a metal having high reflectivity without decreasing the reflectivity. <P>SOLUTION: A semiconductor light emitting device includes an n-type semiconductor layer 11, a p-type semiconductor layer 13, and an active layer 12 having a multilayer quantum well structure sandwiched by the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. A reflective electrode 14 is formed of a metal exhibiting high reflectivity to emission light from the active layer 12 on the p-type semiconductor layer 13, a nonmetallic protective layer 15 is formed on the reflective electrode 14, and a first cover electrode 16 electrically connected with the reflective electrode 14 through an opening groove 15a is formed on the protective layer 15. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体発光装置及びその製造方法に関し、特に高反射率の反射電極を有する半導体発光装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor light emitting device having a reflective electrode having a high reflectance and a method for manufacturing the same.

近年、半導体を用いた発光装置が、表示用光源、液晶用バックライト光源及び照明用白色光源等の用途に広く利用されるようになってきており、半導体発光装置の高出力化が強く望まれている。特に、青色域から紫外域の発光光を得られる窒化物半導体からなる発光装置、すなわち発光ダイオード(LED:light emitting diode)装置は、高出力化により、照明用途や自動車のヘッドランプ用途といった大きな市場を期待できる。高出力を可能とする半導体発光装置を実現するには、発光層自体の発光効率を上げるだけでなく、発光層で生成される発光光を外部に効率良く取り出す構造とすること、つまり、取り出し効率を上げることが極めて重要である。   In recent years, light emitting devices using semiconductors have been widely used in applications such as display light sources, liquid crystal backlight light sources, and illumination white light sources, and high output of semiconductor light emitting devices is strongly desired. ing. In particular, light emitting devices made of nitride semiconductors, that is, light emitting diode (LED: light emitting diode) devices capable of obtaining light emitted from the blue region to the ultraviolet region, due to high output, are used in large markets such as lighting applications and automotive headlamp applications. Can be expected. In order to realize a semiconductor light emitting device capable of high output, not only the luminous efficiency of the light emitting layer itself is increased, but also a structure that efficiently extracts the emitted light generated in the light emitting layer to the outside, that is, the extraction efficiency. Is extremely important.

発光光の取り出し効率を向上させる手法として、半導体層の上に形成する電極材料に透光性を持たせたり、電極をパターニングしたり、電極又は半導体層の表面を凹凸状に加工したり、また、半導体層を屈折率が小さい樹脂で被覆したりするという種々の手法が提案されている。   As a method for improving the extraction efficiency of emitted light, the electrode material formed on the semiconductor layer has translucency, the electrode is patterned, the surface of the electrode or the semiconductor layer is processed into an uneven shape, Various techniques for coating the semiconductor layer with a resin having a low refractive index have been proposed.

なかでも、大きな効果が期待されているのが、銀(Ag)又はアルミニウム(Al)のような反射率が高い金属を反射電極として用いることにより、基板の裏面側から光を取り出す構造、いわゆるフリップチップ型構造の発光装置である。AgやAlは紫外域から可視域で高い反射率を持つ材料であるが、その反面、マイグレーションが大きく、熱に弱い等の問題があり、反射電極として実用化することが難しかった。   Among them, a great effect is expected, a structure in which light is extracted from the back side of the substrate by using a metal having high reflectivity such as silver (Ag) or aluminum (Al) as a reflective electrode, so-called flip. A light-emitting device having a chip-type structure. Ag and Al are materials having high reflectivity from the ultraviolet region to the visible region, but on the other hand, there are problems such as large migration and weakness to heat, making it difficult to put it into practical use as a reflective electrode.

特に、窒化物半導体を用いたLED装置においては、良好なオーミック電極を形成するために400℃以上の高温でのアニール処理が必要となる。このアニール処理工程において、反射電極を構成するAg又はAlと、耐久性を考慮して反射電極を覆うように設けられるカバー電極を構成する金(Au)との間に相互拡散が起こるため、Ag等からなる反射電極の反射率が低下してしまうという問題がある。   In particular, in an LED device using a nitride semiconductor, an annealing process at a high temperature of 400 ° C. or higher is required to form a good ohmic electrode. In this annealing process, mutual diffusion occurs between Ag or Al constituting the reflective electrode and gold (Au) constituting the cover electrode provided so as to cover the reflective electrode in consideration of durability. There is a problem in that the reflectance of the reflective electrode made of, for example, decreases.

また、LED装置を実装する際にも、サブマウントへの実装工程やワイヤボンディング工程において、300℃程度の熱処理を受けるため、Ag等と金との相互拡散による反射率の低下を招くことになる。   Also, when the LED device is mounted, since it is subjected to a heat treatment of about 300 ° C. in the mounting process to the submount and the wire bonding process, the reflectance is reduced due to the mutual diffusion of Ag and the like. .

このような反射電極とカバー電極とを構成する金属同士の相互拡散による反射電極の反射率の低下を防ぐために、下記の特許文献1又は特許文献2に記載されているような、反射電極とカバー電極との間に拡散防止用の金属膜を設けて、反射電極とカバー電極とを構成する金属の相互拡散を防ぐことにより、反射電極の反射率の低下を防止する方法が提案されている。   In order to prevent a decrease in reflectance of the reflective electrode due to mutual diffusion between the metals constituting the reflective electrode and the cover electrode, the reflective electrode and the cover as described in Patent Document 1 or Patent Document 2 below are used. A method has been proposed in which a metal film for preventing diffusion is provided between the electrodes and the metal constituting the reflective electrode and the cover electrode is prevented from interdiffusion, thereby preventing the reflectance of the reflective electrode from decreasing.

図12に特許文献1に記載されている従来の半導体発光装置の構造を示す。図12に示すように、従来の半導体発光装置は、サファイアからなる基板101の上にエピタキシャル成長により順次形成されたn型半導体層102、活性層104及びp型半導体層105を有している。p型半導体層105の上には厚さが100nmの銀(Ag)からなる反射層106、厚さが300nmのニッケル(Ni)からなる拡散防止層107及び厚さが50nmの金(Au)からなる配線金属層108が順次形成されている。n型半導体層102の一部を露出した領域には、n側電極103が形成されている。   FIG. 12 shows the structure of a conventional semiconductor light emitting device described in Patent Document 1. As shown in FIG. 12, the conventional semiconductor light emitting device has an n-type semiconductor layer 102, an active layer 104, and a p-type semiconductor layer 105 sequentially formed by epitaxial growth on a substrate 101 made of sapphire. On the p-type semiconductor layer 105, a reflective layer 106 made of silver (Ag) with a thickness of 100 nm, a diffusion prevention layer 107 made of nickel (Ni) with a thickness of 300 nm, and gold (Au) with a thickness of 50 nm. The wiring metal layers 108 are sequentially formed. An n-side electrode 103 is formed in a region where a part of the n-type semiconductor layer 102 is exposed.

このように形成された半導体発光装置は、n側電極103及び配線金属層108をサブマウント(図示せず)に対向させてフリップチップ実装される。その結果、活性層104から発光される発光光は反射層106に反射され、基板101を透過して外部に取り出される。   The semiconductor light emitting device thus formed is flip-chip mounted with the n-side electrode 103 and the wiring metal layer 108 facing a submount (not shown). As a result, the emitted light emitted from the active layer 104 is reflected by the reflective layer 106, passes through the substrate 101, and is extracted outside.

特許文献1によると、反射層106と配線金属層108との間に、Niからなる拡散防止層107を設けることにより、配線金属層108を構成するAuと反射層106を構成するAgとの熱処理による相互拡散を防止できることが記載されている。
特開平11−186598号公報 特開2002−26392号公報
According to Patent Document 1, by providing a diffusion prevention layer 107 made of Ni between the reflective layer 106 and the wiring metal layer 108, heat treatment between Au constituting the wiring metal layer 108 and Ag constituting the reflective layer 106. It is described that mutual diffusion due to can be prevented.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-186598 JP 2002-26392 A

しかしながら、本願発明者らは、種々の検討を行なった結果、前記従来の半導体発光装置に設けた拡散防止層107では、AuとAgとの相互拡散を防止する効果を充分に得ることはできないとの結論を得ている。特に、反射層106を形成した後に熱処理を施す場合にはAuとAgとの相互拡散が起こってしまい、反射層106の反射率は確実に低下してしまうという問題がある。   However, as a result of various studies, the present inventors have found that the diffusion preventing layer 107 provided in the conventional semiconductor light emitting device cannot sufficiently obtain the effect of preventing interdiffusion between Au and Ag. The conclusion is obtained. In particular, when heat treatment is performed after the reflective layer 106 is formed, interdiffusion between Au and Ag occurs, and there is a problem that the reflectance of the reflective layer 106 is surely lowered.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、その目的は、高い反射率を有する金属からなる反射電極をその反射率を低下させることなく形成できるようにすることにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to make it possible to form a reflective electrode made of a metal having a high reflectance without reducing the reflectance.

前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光装置を反射電極と配線用金属層(カバー電極)との間に非金属からなる保護層を設ける構成とする。これにより、反射電極とカバー電極とをそれぞれ構成する金属同士の相互拡散を防止できるようになる。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a semiconductor light emitting device is provided with a protective layer made of a nonmetal between a reflective electrode and a metal layer for wiring (cover electrode). Thereby, it becomes possible to prevent mutual diffusion of metals constituting the reflective electrode and the cover electrode.

具体的に、本発明に係る半導体発光装置は、第1伝導型の第1の半導体層と、第2伝導型の第2の半導体層と、第1の半導体層と第2の半導体との間に形成された活性層と、第1の半導体層における活性層の反対側の面上に形成され、活性層からの発光光を反射する第1の金属からなる反射電極と、反射電極における第1の半導体層の反対側の面上に形成された非金属からなる保護層と、保護層における反射電極の反対側の面上に形成され且つ反射電極と電気的に接続された第2の金属からなるカバー電極とを備えていることを特徴とする。   Specifically, a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a first conductive type first semiconductor layer, a second conductive type second semiconductor layer, and between the first semiconductor layer and the second semiconductor. An active layer formed on the first semiconductor layer, a reflective electrode made of a first metal that reflects light emitted from the active layer, and a first electrode in the reflective electrode. A protective layer made of a non-metal formed on the opposite surface of the semiconductor layer, and a second metal formed on the surface of the protective layer opposite to the reflective electrode and electrically connected to the reflective electrode And a cover electrode.

本発明の半導体発光装置によると、反射電極とカバー電極との間に非金属からなる保護層を設け且つカバー電極は反射電極と電気的に接続されている。このため、非金属からなる保護層は、反射電極を構成する第1の金属とカバー電極を構成する第2の金属との相互拡散をより確実に防止できるので、反射電極における光の反射率の低下を防止することができる。なお、保護層を構成する非金属とは誘電体又は半導体をいう。   According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the protective layer made of a nonmetal is provided between the reflective electrode and the cover electrode, and the cover electrode is electrically connected to the reflective electrode. For this reason, since the protective layer made of a non-metal can more reliably prevent mutual diffusion between the first metal constituting the reflective electrode and the second metal constituting the cover electrode, the reflectance of light in the reflective electrode can be reduced. A decrease can be prevented. In addition, the nonmetal which comprises a protective layer means a dielectric material or a semiconductor.

本発明の半導体発光装置は、第2の半導体層における活性層の反対側の面上に形成された第2伝導型電極をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、第1の半導体層に形成された反射電極と、第2の半導体層に形成された第2伝導型電極とが活性層を挟むように形成されるため、該半導体発光装置に注入される電流が第1の半導体層、活性層及び第2の半導体層の各半導体層に対してほぼ垂直な方向いわゆる縦方向にのみ流れる。これにより、第2の半導体層におけるシート抵抗の影響がなくなるため、低電圧駆動を実現できる。   The semiconductor light emitting device of the present invention preferably further comprises a second conductivity type electrode formed on the surface of the second semiconductor layer opposite to the active layer. In this case, the reflective electrode formed in the first semiconductor layer and the second conductivity type electrode formed in the second semiconductor layer are formed so as to sandwich the active layer. The injected current flows only in a so-called vertical direction that is substantially perpendicular to the semiconductor layers of the first semiconductor layer, the active layer, and the second semiconductor layer. Thereby, the influence of the sheet resistance in the second semiconductor layer is eliminated, so that low voltage driving can be realized.

本発明の半導体発光装置において、保護層は反射電極とカバー電極とを電気的に接続するための開口部を有し、保護層における開口部を除く領域の反射電極に対する被覆率は50%以上且つ100%未満であることが好ましい。このようにすると、反射電極における保護層の被覆率を50%以上と高くすることができるため、反射電極の反射率を高く保つことができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the protective layer has an opening for electrically connecting the reflective electrode and the cover electrode, and the coverage of the protective layer in the region excluding the opening is 50% or more and Preferably it is less than 100%. If it does in this way, since the coverage of the protective layer in a reflective electrode can be made high with 50% or more, the reflectance of a reflective electrode can be kept high.

この場合に、開口部は保護層の周縁部に設けられた開口溝であることが好ましい。このようにすると、反射電極は第1の半導体層の中央部において反射率を高く保つことができると共に、反射電極とカバー電極との電気的な接続を安定して得ることができる。   In this case, the opening is preferably an opening groove provided in the peripheral edge of the protective layer. In this way, the reflective electrode can maintain a high reflectance at the central portion of the first semiconductor layer, and can stably obtain an electrical connection between the reflective electrode and the cover electrode.

また、この場合に、開口部は保護層に格子状に設けられた複数の開口溝であることが好ましい。このようにすると、反射電極の反射率を高く保ちながら、反射電極とカバー電極との電気的な接続を均一に取ることができる。   In this case, the opening is preferably a plurality of opening grooves provided in a lattice shape in the protective layer. If it does in this way, the electrical connection of a reflective electrode and a cover electrode can be taken uniformly, keeping the reflectance of a reflective electrode high.

また、この場合に、開口部は保護層に互いに間隔をおいて設けられた複数の開口孔であることが好ましい。このようにすると、反射電極の反射率を高く保ちながら、反射電極とカバー電極との電気的な接続をも安定且つ均一に取ることができる。また、保護層は複数の開口孔を除く部分ではひと続きの膜となるため、反射電極と保護層との密着性が良好となるので、製造時の歩留まりも向上する。   In this case, the opening is preferably a plurality of opening holes provided in the protective layer at intervals. If it does in this way, the electrical connection of a reflective electrode and a cover electrode can be taken stably and uniformly, keeping the reflectance of a reflective electrode high. In addition, since the protective layer is a continuous film except for the plurality of opening holes, the adhesion between the reflective electrode and the protective layer is improved, and the manufacturing yield is improved.

本発明の半導体発光装置において、反射電極は銀(Ag)、アルミニウム(Al)又はロジウム(Rh)を主成分に含むことが好ましい。このように、第1の金属として、可視域から紫外域での反射率が高いAg、Al又はRhを単層で用いると、反射電極の反射率を少なくとも60%以上とすることができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the reflective electrode preferably contains silver (Ag), aluminum (Al), or rhodium (Rh) as a main component. Thus, when Ag, Al, or Rh having a high reflectance in the visible region to the ultraviolet region is used as the first metal in a single layer, the reflectance of the reflective electrode can be at least 60% or more.

本発明の半導体発光装置において、反射電極の膜厚は50nm以上であることが好ましい。このようにすると、活性層からの発光光が反射電極を透過することなく効率良く反射されるため、反射電極の反射率を高くできる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the thickness of the reflective electrode is preferably 50 nm or more. If it does in this way, since the emitted light from an active layer will be reflected efficiently, without permeate | transmitting a reflective electrode, the reflectance of a reflective electrode can be made high.

本発明の半導体発光装置は、第1の半導体層と反射電極との間に形成され、第1の半導体層とオーミック接触するコンタクト層をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、反射電極の第1の半導体層とのコンタクト抵抗が低減するため、発光装置の動作電圧を低減することができる。その上、コンタクト層を設けることにより、反射電極の第1の半導体層との密着性が向上するため、発光装置の信頼性が向上する。   The semiconductor light emitting device of the present invention preferably further includes a contact layer formed between the first semiconductor layer and the reflective electrode and in ohmic contact with the first semiconductor layer. Thus, the contact resistance of the reflective electrode with the first semiconductor layer is reduced, so that the operating voltage of the light-emitting device can be reduced. In addition, by providing the contact layer, the adhesion of the reflective electrode to the first semiconductor layer is improved, so that the reliability of the light-emitting device is improved.

この場合に、コンタクト層は活性層からの発光光に対して透光性を有していることが好ましい。このようにすると、活性層からの発光光がコンタクト層を通過しても、該発光光は大きく減衰することなく反射電極に到達するため、反射電極全体にわたってその反射率を高く保つことができる。ここで、透光性とは、コンタクト層に入射した光の大部分が該コンタクト層に吸収されることなく透過することを意味する。   In this case, the contact layer preferably has a light-transmitting property with respect to light emitted from the active layer. In this way, even if the emitted light from the active layer passes through the contact layer, the emitted light reaches the reflective electrode without being greatly attenuated, so that the reflectance can be kept high throughout the reflective electrode. Here, translucency means that most of the light incident on the contact layer is transmitted without being absorbed by the contact layer.

この場合に、コンタクト層の厚さは20nm以下であることが好ましい。このようにすると、コンタクト層が発光波長を対して吸収を持つ、すなわち発光光を吸収する場合であっても、コンタクト層の厚さを20nm以下にまで小さくすることにより、コンタクト層の光の透過率を大きくすることができる。従って、反射電極全体にわたってその反射率を高く保つことができる。   In this case, the thickness of the contact layer is preferably 20 nm or less. In this case, even when the contact layer has absorption with respect to the emission wavelength, that is, when the emission light is absorbed, the contact layer can transmit light by reducing the thickness of the contact layer to 20 nm or less. The rate can be increased. Therefore, the reflectance can be kept high over the entire reflective electrode.

また、本発明の半導体発光装置において、第1の半導体層がp型層である場合に、コンタクト層はニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、銀(Ag)、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)又は酸化ニッケル(NiO)を含むことが好ましい。このようにすると、伝導型がp型である第1の半導体層と良好なオーミック接触を持つ反射電極を形成できる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, when the first semiconductor layer is a p-type layer, the contact layer is made of nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), silver (Ag). ), Indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO) or nickel oxide (NiO). In this way, it is possible to form a reflective electrode having good ohmic contact with the first semiconductor layer whose conductivity type is p-type.

また、本発明の半導体発光装置において、第1の半導体層がn型層である場合に、コンタクト層はチタン(Ti)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、シリコン(Si)、インジウム(In)、インジウム錫酸化物(ITO)又は酸化亜鉛(ZnO)を含むことが好ましい。このようにすると、伝導型がn型である第1の半導体層と良好なオーミック接触を持つ反射電極を形成できる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, when the first semiconductor layer is an n-type layer, the contact layer is made of titanium (Ti), aluminum (Al), palladium (Pd), nickel (Ni), silicon (Si) ), Indium (In), indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO). In this way, it is possible to form a reflective electrode having good ohmic contact with the first semiconductor layer whose conductivity type is n-type.

本発明の半導体発光装置において、保護層は酸化物又は窒化物を含むことが好ましい。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the protective layer preferably contains an oxide or a nitride.

この場合に、保護層は、酸化シリコン(SiO2 )、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ベリリウム(BeO)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)又は窒化シリコン(Si34)を含むことが好ましい。これらの材料は、熱処理に対して安定であるため、第1の金属と第2の金属との相互拡散を防止でき、反射率が低下しない反射電極を実現することができる。 In this case, the protective layer includes silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), beryllium oxide (BeO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), boron nitride (BN), and aluminum nitride. It is preferable to include (AlN), gallium nitride (GaN), or silicon nitride (Si 3 N 4 ). Since these materials are stable with respect to heat treatment, mutual diffusion between the first metal and the second metal can be prevented, and a reflective electrode in which the reflectance does not decrease can be realized.

また、本発明の半導体発光装置において、保護層は、シリコン(Si)、砒化ガリウム(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)又は炭化シリコン(SiC)を含むことが好ましい。このようにすると、熱処理に対して安定であるため、反射率が低下しない反射電極を実現できる。また、保護層をこれらの半導体で形成することにより、保護層自体が電流経路となるため、動作電圧を低減できる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the protective layer preferably contains silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), or silicon carbide (SiC). In this case, since it is stable against heat treatment, it is possible to realize a reflective electrode in which the reflectance does not decrease. In addition, when the protective layer is formed of these semiconductors, the protective layer itself serves as a current path, so that the operating voltage can be reduced.

本発明の半導体発光装置において、保護層の熱伝導率は10W/m・K以上であることが好ましい。このようにすると、保護層の放熱性が良好となるため、保護層による放熱性の悪化を生じさせることなく反射電極を形成することができる。その結果、半導体発光装置の高出力化を図ることができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the thermal conductivity of the protective layer is preferably 10 W / m · K or more. If it does in this way, since the heat dissipation of a protective layer becomes favorable, a reflective electrode can be formed, without producing deterioration of the heat dissipation by a protective layer. As a result, the output of the semiconductor light emitting device can be increased.

本発明の半導体発光装置において、カバー電極は金(Au)を含むことが好ましい。このようにすると、カバー電極に長期安定性を得られると共に、該カバー電極にワイヤボンディング等を施す場合にも実装時の歩留まりが向上する。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the cover electrode preferably contains gold (Au). In this way, long-term stability can be obtained for the cover electrode, and the yield in mounting can be improved even when wire bonding or the like is applied to the cover electrode.

本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板の上に第1伝導型の第1の半導体層、活性層及び第2伝導型の第2の半導体層を順次形成する工程と、第2の半導体層の上に、第1の金属からなる反射電極を形成する工程と、反射電極の上に非金属からなる保護層を形成する工程と、保護層に反射電極を露出する開口部を形成する工程と、開口部が形成された保護層の上に、第2の金属からなり開口部を通して反射電極と接するカバー電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする。   A method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes: a step of sequentially forming a first conductive type first semiconductor layer, an active layer, and a second conductive type second semiconductor layer on a substrate; Forming a reflective electrode made of a first metal on the semiconductor layer, forming a protective layer made of a non-metal on the reflective electrode, and forming an opening exposing the reflective electrode in the protective layer; And a step of forming a cover electrode made of the second metal and in contact with the reflective electrode through the opening on the protective layer in which the opening is formed.

本発明の半導体発光装置の製造方法によると、反射電極の上に非金属からなる保護層を形成し、形成された保護層に反射電極を露出する開口部を形成する。続いて、開口部が形成された保護層の上に開口部を通して反射電極と接する第2の金属からなるカバー電極を形成する。これにより、本発明の半導体発光装置を得ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, a protective layer made of a nonmetal is formed on the reflective electrode, and an opening for exposing the reflective electrode is formed in the formed protective layer. Subsequently, a cover electrode made of a second metal that is in contact with the reflective electrode through the opening is formed on the protective layer in which the opening is formed. Thereby, the semiconductor light emitting device of the present invention can be obtained.

本発明の半導体発光装置の製造方法は、保護層を形成する工程において、保護層を第2の半導体層の露出面並びに発光層及び第1の半導体層の側面にも形成することが好ましい。このようにすると、反射電極を保護する保護層と発光装置自体を保護する保護層とを同時に形成することができるため、簡便なプロセスでより信頼性が高い半導体発光装置を実現できる。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, in the step of forming the protective layer, the protective layer is preferably formed on the exposed surface of the second semiconductor layer and the side surfaces of the light emitting layer and the first semiconductor layer. In this case, since the protective layer for protecting the reflective electrode and the protective layer for protecting the light emitting device itself can be formed at the same time, a more reliable semiconductor light emitting device can be realized by a simple process.

また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、保護層を形成する工程よりも後に、300℃以上の熱処理を行なう工程をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、反射電極と第1の半導体層との接続部分のコンタクト抵抗が低減する。さらに、このような熱処理が施されても、反射電極とカバー電極との間に形成した保護層によって、第1の金属と第2の金属との相互拡散が防止される。   Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device of the present invention further includes a step of performing a heat treatment at 300 ° C. or higher after the step of forming the protective layer. In this way, the contact resistance of the connection portion between the reflective electrode and the first semiconductor layer is reduced. Furthermore, even when such a heat treatment is performed, mutual diffusion between the first metal and the second metal is prevented by the protective layer formed between the reflective electrode and the cover electrode.

本発明に係る半導体発光装置及びその製造方法によると、熱処理による反射率の低下が防止され、反射率が高く且つコンタクト抵抗が小さい反射電極を備えた半導体発光装置を実現できる。   According to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the present invention, it is possible to realize a semiconductor light emitting device including a reflective electrode that prevents a decrease in reflectance due to heat treatment, has a high reflectance, and has a low contact resistance.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導体発光装置であって、LED装置の平面構成を示し、図1(b)は図1(a)のIb−Ib線における断面構成を示している。   FIG. 1A shows a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention, which shows a planar configuration of the LED device, and FIG. 1B is a cross-sectional configuration taken along line Ib-Ib in FIG. Is shown.

図1(a)及び図1(b)に示すように、第1の実施形態に係る半導体発光装置は、該発光装置からの発光光に対して透光性を有する、例えばサファイア(単結晶Al23)からなり、平面寸法が350μm×350μmの基板10と、該基板10の主面上にエピタキシャル成長により順次形成されたn型半導体層11と、多重量子井戸からなる活性層12と、p型半導体層13とを有している。 As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, the semiconductor light emitting device according to the first embodiment has translucency with respect to light emitted from the light emitting device, for example, sapphire (single crystal Al). 2 O 3 ) having a planar dimension of 350 μm × 350 μm, an n-type semiconductor layer 11 sequentially formed on the main surface of the substrate 10 by epitaxial growth, an active layer 12 made of multiple quantum wells, p Type semiconductor layer 13.

p型半導体層13の上には、周縁部がp型半導体層13の端面から10μmずつ内側に形成され、厚さが100nmの銀(Ag)からなる反射電極14、厚さが200nmの酸化シリコン(SiO2 )からなり、周縁部に反射電極14を露出する開口溝15aを有する保護層15及び厚さが300nmの金(Au)からなる実装用の第1のカバー電極16が順次形成されている。n型半導体層11の一部をエッチングにより露出した領域上には、n型半導体層11とオーミック接触するn側電極17及びAuからなる実装用の第2のカバー電極18が順次形成されている。ここで、n側電極17の平面寸法は75μm×75μmである。 On the p-type semiconductor layer 13, a peripheral portion is formed inward by 10 μm from the end face of the p-type semiconductor layer 13, a reflective electrode 14 made of silver (Ag) having a thickness of 100 nm, and a silicon oxide having a thickness of 200 nm. A protective layer 15 made of (SiO 2 ) and having an opening groove 15a that exposes the reflective electrode 14 at the peripheral portion and a first cover electrode 16 for mounting made of gold (Au) having a thickness of 300 nm are sequentially formed. Yes. On the region where a part of the n-type semiconductor layer 11 is exposed by etching, an n-side electrode 17 in ohmic contact with the n-type semiconductor layer 11 and a second cover electrode 18 made of Au are sequentially formed. . Here, the planar dimension of the n-side electrode 17 is 75 μm × 75 μm.

活性層12は、例えばInGaNからなる多重量子井戸構造又は超格子構造を有している。なお、活性層12には、量子井戸構造又は超格子構造における障壁層部分にアルミニウム(Al)を添加してもよい。   The active layer 12 has a multiple quantum well structure or a superlattice structure made of, for example, InGaN. In the active layer 12, aluminum (Al) may be added to the barrier layer portion in the quantum well structure or the superlattice structure.

n型半導体層11は厚さが4μmのn型GaNからなり、p型半導体層13は、厚さが30nmのアンドープのAl0.15Ga0.85N、厚さが10nmのp型のAl0.3Ga0.7N、厚さが30nmのp型Al0.15Ga0.85N、厚さが15nmのp型GaN及び厚さが5nmのp+型GaNからなる。 The n-type semiconductor layer 11 is made of n-type GaN with a thickness of 4 μm, and the p-type semiconductor layer 13 is undoped Al 0.15 Ga 0.85 N with a thickness of 30 nm and p-type Al 0.3 Ga 0.7 N with a thickness of 10 nm. And p-type Al 0.15 Ga 0.85 N with a thickness of 30 nm, p-type GaN with a thickness of 15 nm, and p + -type GaN with a thickness of 5 nm.

保護層15の周縁部には幅が5μmの開口溝15aが形成されており、第1のカバー電極16の一部が開口溝15aを通して反射電極14と接触することにより、反射電極14と第1のカバー電極16とが電気的に接続されている。この場合の反射電極14に対する保護層15の被覆率は93%である。   An opening groove 15 a having a width of 5 μm is formed in the peripheral portion of the protective layer 15, and a part of the first cover electrode 16 comes into contact with the reflection electrode 14 through the opening groove 15 a, whereby the reflection electrode 14 and the first electrode 15. The cover electrode 16 is electrically connected. In this case, the coverage of the protective layer 15 with respect to the reflective electrode 14 is 93%.

本実施形態に係る半導体発光装置は、第1のカバー電極16及び第2のカバー電極18を図示しない実装用基板(サブマウント)に対向させて実装するいわゆるフリップチップ型のLED装置である。   The semiconductor light emitting device according to this embodiment is a so-called flip-chip type LED device in which the first cover electrode 16 and the second cover electrode 18 are mounted to face a mounting substrate (submount) (not shown).

以下、前記のように構成されたLED装置の製造方法を説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the LED device configured as described above will be described.

まず、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法により、サファイアからなる基板10の主面上に、厚さが200nmのGaNからなるバッファ層(図示せず)、n型GaNからなるn型半導体層11、例えばInGaNからなる井戸層とGaNからなる障壁層とを交互に積層した多重量子井戸構造を持つ活性層12及びp型半導体層13を順次エピタキシャル成長する。   First, a buffer layer (not shown) made of GaN having a thickness of 200 nm is formed on the main surface of a substrate 10 made of sapphire by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and made of n-type GaN. An active layer 12 and a p-type semiconductor layer 13 having a multiple quantum well structure in which well layers made of, for example, InGaN and barrier layers made of GaN are alternately stacked are sequentially epitaxially grown.

次に、電子線(EB)蒸着法により、p型半導体層13の上に全面にわたって厚さが300nmのニッケルからなるマスク形成膜(図示せず)を形成し、形成したマスク形成膜に対してリソグラフィ法及び硝酸溶液によるウェットエッチング法により、マスク形成膜におけるn側電極形成領域の上側部分に開口部を有するマスク膜を得る。続いて、形成したマスク膜を用いて、例えば塩素(Cl2 )ガスを用いたECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマによるドライエッチングにより、p型半導体層13、活性層12及びn型半導体層11の上部を除去して、n型半導体層11の一部にn側電極形成領域を形成する。 Next, a mask forming film (not shown) made of nickel having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface of the p-type semiconductor layer 13 by an electron beam (EB) vapor deposition method. By a lithography method and a wet etching method using a nitric acid solution, a mask film having an opening in an upper portion of the n-side electrode formation region in the mask formation film is obtained. Subsequently, using the formed mask film, for example, by dry etching using ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma using chlorine (Cl 2 ) gas, the upper portions of the p-type semiconductor layer 13, the active layer 12, and the n-type semiconductor layer 11 are formed. Then, an n-side electrode formation region is formed in a part of the n-type semiconductor layer 11.

次に、マスク膜を硝酸溶液で除去し、その後、リソグラフィ法によりp型半導体層13の上に反射電極形成領域を開口する第1のレジストパターン(図示せず)を形成し、形成した第1のレジストパターンの上に、EB蒸着法により厚さが100nmのAg膜を成膜する。続いて、第1のレジストパターンを該レジストパターンの上に蒸着したAg膜と共に除去するいわゆるリフトオフ法により、p型半導体層13の上にAgからなる反射電極14を形成する。ここで、反射電極14はp型半導体層13の上面のほぼ全面を覆うように形成することが好ましい。   Next, the mask film is removed with a nitric acid solution, and then a first resist pattern (not shown) that opens the reflective electrode formation region is formed on the p-type semiconductor layer 13 by lithography. On the resist pattern, an Ag film having a thickness of 100 nm is formed by EB vapor deposition. Subsequently, a reflective electrode 14 made of Ag is formed on the p-type semiconductor layer 13 by a so-called lift-off method in which the first resist pattern is removed together with the Ag film deposited on the resist pattern. Here, the reflective electrode 14 is preferably formed so as to cover almost the entire upper surface of the p-type semiconductor layer 13.

次に、プラズマCVD(plasma−Chemical Vapor Deposition)法により、厚さが200nmの酸化シリコン(SiO2 )膜を表面の全面に成膜する。続いて、成膜した酸化シリコン膜の上に、開口溝15aの形成領域と反射電極14の外側を露出する開口部を持つ第2のレジストパターン(図示せず)を形成し、形成した第2のレジストパターンをマスクとして、酸化シリコン膜に対して緩衝フッ酸溶液によるウェットエッチングを行なう。その後、第2のレジストパターンを除去することにより、周縁部に開口溝15aが形成された保護層15を得る。 Next, a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface by plasma CVD (plasma-chemical vapor deposition). Subsequently, a second resist pattern (not shown) having an opening that exposes the formation region of the opening groove 15a and the outside of the reflective electrode 14 is formed on the formed silicon oxide film, and the formed second oxide film is formed. Using the resist pattern as a mask, the silicon oxide film is wet etched with a buffered hydrofluoric acid solution. Thereafter, by removing the second resist pattern, the protective layer 15 having the opening groove 15a formed in the peripheral edge portion is obtained.

次に、リソグラフィ法、EB蒸着法及びリフトオフ法により、保護層15に形成された開口溝15aを埋めると共に保護層15の上に厚さが300nmのAuからなる第1のカバー電極16を選択的に形成する。ここで、フリップチップ型のLED装置は、第1のカバー電極16及び第2のカバー電極18によってサブマウントと接続されるため、LED装置の放熱性を高めるように、第1のカバー電極16は反射電極14及び保護層15とほぼ同一の大きさ(平面積)とすることが好ましい。   Next, the first cover electrode 16 made of Au having a thickness of 300 nm is selectively formed on the protective layer 15 while filling the opening groove 15a formed in the protective layer 15 by lithography, EB vapor deposition, and lift-off. To form. Here, since the flip-chip type LED device is connected to the submount by the first cover electrode 16 and the second cover electrode 18, the first cover electrode 16 is provided so as to improve the heat dissipation of the LED device. It is preferable that the reflective electrode 14 and the protective layer 15 have substantially the same size (planar area).

次に、形成した反射電極14のp型半導体層13とのコンタクト抵抗を低減するために、温度が600℃の窒素雰囲気で30分間の第1の熱処理を施す。この第1の熱処理により、反射電極14のコンタクト抵抗はオーダーが10-4Ω・cm2 の良好なオーミック接触を実現できる。 Next, in order to reduce the contact resistance of the formed reflective electrode 14 with the p-type semiconductor layer 13, a first heat treatment is performed for 30 minutes in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 ° C. By this first heat treatment, the contact resistance of the reflective electrode 14 can realize a good ohmic contact with an order of 10 −4 Ω · cm 2 .

次に、リソグラフィ法、EB蒸着法及びリフトオフ法により、n型半導体層11の一部を露出したn側電極形成領域の上に、下からチタン(Ti)/アルミニウム(Al)/ニッケル(Ni)/金(Au)からなる金属積層膜を順次成膜してn側電極17を形成する。ここで、n側電極17を構成する各金属膜の膜厚は順に30nm、180nm、50nm及び150nmである。その後、形成したn側電極17のコンタクト抵抗を低減するために、温度が600℃の窒素雰囲気で1分間の第2の熱処理を施す。この第2の熱処理により、n側電極17のコンタクト抵抗はオーダーが10-6Ω・cm2 の良好なオーミック接触を実現できる。 Next, titanium (Ti) / aluminum (Al) / nickel (Ni) is applied from below onto the n-side electrode formation region where a part of the n-type semiconductor layer 11 is exposed by lithography, EB vapor deposition, and lift-off. A metal laminated film made of / gold (Au) is sequentially formed to form the n-side electrode 17. Here, the thickness of each metal film constituting the n-side electrode 17 is 30 nm, 180 nm, 50 nm, and 150 nm in order. Thereafter, in order to reduce the contact resistance of the formed n-side electrode 17, a second heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 ° C. for 1 minute. By this second heat treatment, the contact resistance of the n-side electrode 17 can realize a good ohmic contact with an order of 10 −6 Ω · cm 2 .

次に、リソグラフィ法、EB蒸着法及びリフトオフ法により、n側電極17の上に厚さが300nmのAuからなる第2のカバー電極18を選択的に形成する。なお、第2のカバー電極18は第1のカバー電極16と同一の工程で形成してもよい。   Next, a second cover electrode 18 made of Au having a thickness of 300 nm is selectively formed on the n-side electrode 17 by lithography, EB vapor deposition, and lift-off. The second cover electrode 18 may be formed in the same process as the first cover electrode 16.

以上の工程により、活性層12から発光される発光光を反射電極14により基板10側に反射して、透光性を持つ基板10側から発光光を外部に取り出すフリップチップ型のLED装置を得る。   Through the above steps, a flip-chip type LED device is obtained in which the emitted light emitted from the active layer 12 is reflected to the substrate 10 side by the reflective electrode 14 and the emitted light is extracted from the transparent substrate 10 side. .

なお、第1の実施形態においては、p型半導体層13の上に形成する反射電極14として銀(Ag)を用いたが、Agに代えて、アルミニウム(Al)又はロジウム(Rh)のような紫外域から可視域において光の反射率が高い材料を用いることができる。   In the first embodiment, silver (Ag) is used as the reflective electrode 14 formed on the p-type semiconductor layer 13, but instead of Ag, aluminum (Al) or rhodium (Rh) is used. A material having a high light reflectance in the ultraviolet region to the visible region can be used.

図2に空気中における単層金属膜の反射率の波長依存性(計算値)を示す。Ag、Al及びRhは、従来の窒化ガリウム系半導体のp側電極に用いられるニッケル(Ni)又は白金(Pt)よりも高い反射率を有しており、反射電極14の材料として有望である。なかでも、Agは高い反射率と低いコンタクト抵抗とを両立できるため、p型半導体層に設ける反射電極としては最も適している。ここでは、反射電極14の膜厚は100nmとしたが、この膜厚には限られない。   FIG. 2 shows the wavelength dependence (calculated value) of the reflectance of the single-layer metal film in the air. Ag, Al, and Rh have higher reflectivity than nickel (Ni) or platinum (Pt) used for the p-side electrode of the conventional gallium nitride semiconductor, and are promising as a material for the reflective electrode 14. Among these, Ag is most suitable as a reflective electrode provided in the p-type semiconductor layer because it can achieve both high reflectance and low contact resistance. Although the thickness of the reflective electrode 14 is 100 nm here, it is not limited to this thickness.

図3にAgからなる反射電極14における波長が400nmと477nmとにおける光の透過率の膜厚依存性(計算値)を示す。図3から分かるように、反射電極14の膜厚が薄くなると、反射電極14の反射率の低下(透過率の増大)が無視できなくなるため、該反射電極14の膜厚は50nm以上であることが好ましく、80nm以上であればさらに好ましい。   FIG. 3 shows the film thickness dependence (calculated value) of the light transmittance when the wavelength of the reflective electrode 14 made of Ag is 400 nm and 477 nm. As can be seen from FIG. 3, when the thickness of the reflective electrode 14 is reduced, a decrease in reflectance (increase in transmittance) of the reflective electrode 14 cannot be ignored. Therefore, the thickness of the reflective electrode 14 is 50 nm or more. Is more preferable and 80 nm or more is more preferable.

このように、第1の実施形態によると、反射電極14と第1のカバー電極16との間に、非金属ここでは絶縁体である酸化シリコンからなる保護層15を形成しているため、反射電極14におけるコンタクト抵抗の低減を図る600℃程度の温度下の熱処理及びLED装置を実装する際の300℃程度の温度下の熱処理による、反射電極14を構成するAgと第1のカバー電極16を構成するAuとの相互拡散による反射電極14の反射率の低下を防止することができる。従って、300℃以上の熱処理を受けても、所期の反射率を維持できる反射電極14を有する高出力のLED装置を実現できる。   Thus, according to the first embodiment, since the protective layer 15 made of silicon oxide, which is a non-metal, here, an insulator, is formed between the reflective electrode 14 and the first cover electrode 16, The Ag and the first cover electrode 16 constituting the reflective electrode 14 are formed by heat treatment at a temperature of about 600 ° C. for reducing the contact resistance in the electrode 14 and heat treatment at a temperature of about 300 ° C. when the LED device is mounted. It is possible to prevent the reflectance of the reflective electrode 14 from being lowered due to mutual diffusion with the constituent Au. Accordingly, it is possible to realize a high-power LED device having the reflective electrode 14 that can maintain the desired reflectance even when subjected to heat treatment at 300 ° C. or higher.

図4は種々の層構造を持つ反射電極において波長が400nmの光の反射率が熱処理前後で変化する様子を示している。図4に示すように、グラフの左から、それぞれAgからなる単層膜、Ag/Auからなる積層膜、Ag/Pt/Auからなる積層膜、及びAg/SiO2 /Auからなる積層膜に対してそれぞれ600℃の温度で熱処理を行なう前と後との反射率を波長が400nmの光を照射して測定した。ここで、Agは比較用であって単層の反射電極であり、Ag/Auは保護層を設けない反射電極及びカバー電極であり、Ag/Pt/Auは反射電極及びカバー電極の間にPt(金属)からなる保護層を設けた従来の構成であり、Ag/SiO2 /Auは反射電極及びカバー電極の間に非金属であるSiO2 からなる保護層を設けた本発明の構成である。 FIG. 4 shows how the reflectance of light having a wavelength of 400 nm changes before and after heat treatment in reflective electrodes having various layer structures. As shown in FIG. 4, from the left of the graph, a single layer film made of Ag, a laminated film made of Ag / Au, a laminated film made of Ag / Pt / Au, and a laminated film made of Ag / SiO 2 / Au, respectively. On the other hand, the reflectance before and after heat treatment at a temperature of 600 ° C. was measured by irradiating light having a wavelength of 400 nm. Here, Ag is for comparison and is a single-layer reflective electrode, Ag / Au is a reflective electrode and a cover electrode without a protective layer, and Ag / Pt / Au is Pt between the reflective electrode and the cover electrode. This is a conventional configuration in which a protective layer made of (metal) is provided, and Ag / SiO 2 / Au is a configuration of the present invention in which a protective layer made of non-metallic SiO 2 is provided between the reflective electrode and the cover electrode. .

図4から分かるように、Ag/Au膜及びAg/Pt/Au膜の場合には、熱処理を施すことよってAgからなる反射電極の反射率がいずれも大幅に低下してしまう。これに対し、本発明に係るAg/SiO2 /Au膜の場合には、熱処理後も反射率の低下がほとんどなく、高い反射率を保つことが分かる。なお、Agのみからなる反射電極は熱処理後も反射率は大きく低下しないが、Ag自体が酸化されやすく耐久性に劣るため、実用的ではない。 As can be seen from FIG. 4, in the case of an Ag / Au film and an Ag / Pt / Au film, the reflectance of the reflective electrode made of Ag is significantly lowered by performing heat treatment. On the other hand, in the case of the Ag / SiO 2 / Au film according to the present invention, it is understood that the reflectance is hardly lowered even after the heat treatment, and the high reflectance is maintained. A reflective electrode made of only Ag does not have a significant decrease in reflectance even after heat treatment, but is impractical because Ag itself is easily oxidized and has poor durability.

前述した特許文献1には、白金(Pt)、パラジウム(Pd)及びニッケル(Ni)等の金属の拡散を防止する拡散防止層(=保護層)として、反射電極と配線金属層(=カバー電極)との間に形成する技術が記載されている。図4によると、白金は600℃の温度下の熱処理後には反射率が大きく低下してしまい、拡散防止層としては機能しない。これは、ニッケル(Ni)を拡散防止層に用いた場合も同様である。   In Patent Document 1 described above, a reflection electrode and a wiring metal layer (= cover electrode) are used as a diffusion prevention layer (= protective layer) for preventing diffusion of metals such as platinum (Pt), palladium (Pd), and nickel (Ni). ) Is described. According to FIG. 4, platinum has a greatly reduced reflectivity after heat treatment at a temperature of 600 ° C., and does not function as a diffusion preventing layer. The same applies to the case where nickel (Ni) is used for the diffusion prevention layer.

なお、第1の実施形態においては、非金属からなる保護層15の周縁部に開口溝15aを設けることにより、反射電極14と第1のカバー電極16との電気的な接続を取っているが、電気的な接続箇所は保護層15の周縁部に限られない。   In the first embodiment, the reflective electrode 14 and the first cover electrode 16 are electrically connected by providing the opening groove 15a in the peripheral portion of the protective layer 15 made of nonmetal. The electrical connection location is not limited to the peripheral edge of the protective layer 15.

例えば、図5(a)及び図5(b)の第1変形例に示すように、保護層15の全面にそれぞれの幅が5μmの格子状の開口溝15bを設けてもよい。この場合の反射電極14に対する保護層15の被覆率は80%である。このようにすると、反射電極14と第1のカバー電極16との電気的な接続部が増えると共に、第1のカバー電極16が反射電極14の全面にわたって均一に接続されるため、活性層12に対して電流を均一に注入することが可能となる。   For example, as shown in the first modification of FIGS. 5A and 5B, lattice-shaped opening grooves 15b each having a width of 5 μm may be provided on the entire surface of the protective layer 15. In this case, the coverage of the protective layer 15 with respect to the reflective electrode 14 is 80%. As a result, the number of electrical connection portions between the reflective electrode 14 and the first cover electrode 16 is increased, and the first cover electrode 16 is uniformly connected over the entire surface of the reflective electrode 14. On the other hand, the current can be uniformly injected.

また、第2変形例として、例えば図6(a)及び図6(b)に示すように、保護層15の全面にそれぞれの径が10μmのドット状で互いに間隔をおいた複数の開口孔15cを設けてもよい。この場合の反射電極14に対する保護層15の被覆率は95%である。このようにすると、保護層15を開口溝15a、15bによって分割されない、一続きのパターンとして形成できる。その結果、反射電極14に対して電流を均一に注入できると共に、保護層15の反射電極14に対する密着性の低下を防ぐことができる。なお、開口孔15cの開口径又は保護層15の面積に対する形成密度を変更することにより、保護層15の被覆率を変えられることはいうまでもない。   As a second modification, for example, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), a plurality of apertures 15c spaced in the form of dots each having a diameter of 10 μm are formed on the entire surface of the protective layer 15. May be provided. In this case, the coverage of the protective layer 15 with respect to the reflective electrode 14 is 95%. In this way, the protective layer 15 can be formed as a continuous pattern that is not divided by the opening grooves 15a and 15b. As a result, it is possible to inject current uniformly into the reflective electrode 14 and to prevent a decrease in adhesion of the protective layer 15 to the reflective electrode 14. It goes without saying that the coverage of the protective layer 15 can be changed by changing the formation density of the opening hole 15 c with respect to the opening diameter or the area of the protective layer 15.

また、開口溝15a、15b及び開口孔15cは、いずれも反射電極14にとっては保護層15により保護されない部分であるため、熱処理によりその反射率が低下する。従って、開口溝15a、15b及び開口孔15cの各開口面積は可能な限り小さい方が好ましい。具体的には、保護層15の反射電極14に対する被覆率は50%以上且つ100%未満が好ましく、より好ましくは80%以上且つ100%未満である。   Moreover, since all of the opening grooves 15a and 15b and the opening hole 15c are portions that are not protected by the protective layer 15 for the reflective electrode 14, the reflectance is lowered by the heat treatment. Therefore, it is preferable that the opening areas of the opening grooves 15a and 15b and the opening hole 15c are as small as possible. Specifically, the coverage of the protective layer 15 with respect to the reflective electrode 14 is preferably 50% or more and less than 100%, more preferably 80% or more and less than 100%.

第1の実施形態においては、保護層15の構成材料に酸化シリコン(SiO2 )を用いたが、酸化シリコンに代えて、他の誘電体材料や半導体材料を用いることができる。例えば、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ベリリウム(BeO)、酸化アルミニウム(Al23)若しくは酸化亜鉛(ZnO)等の金属酸化物、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)若しくは窒化シリコン(Si34)等の窒化物、又はシリコン(Si)、砒化ガリウム(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)若しくは炭化シリコン(SiC)等の半導体を用いることができる。 In the first embodiment, silicon oxide (SiO 2 ) is used as the constituent material of the protective layer 15, but other dielectric materials and semiconductor materials can be used instead of silicon oxide. For example, metal oxides such as magnesium oxide (MgO), beryllium oxide (BeO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or zinc oxide (ZnO), boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN) ) Or a nitride such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), or a semiconductor such as silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), or silicon carbide (SiC).

前述したように、第1のカバー電極16は反射電極14との電気的接続を保護層15に設けた開口溝15a等に充填された部分を介して取るため、保護層15の電気伝導率は低くても良い。従って、電気伝導率に関しては、金属のような高い伝導率を有する材料は除き、保護層15を構成する材料の選択の幅が広くなる。すなわち、保護層15は、熱的に高い安定度を有するか否かを基準としてその材料を選択すればよい。   As described above, since the first cover electrode 16 is electrically connected to the reflective electrode 14 through the portion filled in the opening groove 15a provided in the protective layer 15, the electrical conductivity of the protective layer 15 is It may be low. Therefore, regarding the electrical conductivity, the range of selection of the material constituting the protective layer 15 is widened except for a material having a high conductivity such as a metal. That is, the material of the protective layer 15 may be selected based on whether or not it has high thermal stability.

また、反射電極14の大部分を非金属からなる保護層15により覆うため、該保護層15の熱伝導率がLED装置全体の放熱性に大きく影響する。このため、保護層15の形成材料には熱伝導率が高い材料が好ましい。   In addition, since most of the reflective electrode 14 is covered with the protective layer 15 made of a nonmetal, the thermal conductivity of the protective layer 15 greatly affects the heat dissipation of the entire LED device. For this reason, the material for forming the protective layer 15 is preferably a material having high thermal conductivity.

図7に各種の誘電体材料及び半導体材料における熱伝導率を示す。図7から分かるように、第1の実施形態で保護層15に用いた酸化シリコン(SiO2 )は熱伝導率が約1.5W/m・K程度と低く、放熱性の点では必ずしも好ましいとはいえない。すなわち、大電流を扱うLED装置の場合には、熱飽和により特性が劣化するおそれがある。 FIG. 7 shows thermal conductivities of various dielectric materials and semiconductor materials. As can be seen from FIG. 7, the silicon oxide (SiO 2 ) used for the protective layer 15 in the first embodiment has a low thermal conductivity of about 1.5 W / m · K, which is not necessarily preferable in terms of heat dissipation. I can't say that. That is, in the case of an LED device that handles a large current, there is a risk that the characteristics may be deteriorated due to thermal saturation.

そこで、保護層酸15に酸化シリコンのように熱伝導率が比較的に低い材料を用いる場合に、LED装置全体の熱抵抗を下げて該LED装置の放熱性を向上するには、保護層15の厚さを薄くする手法が考えられる。例えば、酸化シリコンにより保護層15を形成する場合には、該保護層15の厚さを200nm以下に設定することが好ましい。   Therefore, in the case where a material having a relatively low thermal conductivity such as silicon oxide is used for the protective layer acid 15, in order to reduce the thermal resistance of the entire LED device and improve the heat dissipation of the LED device, the protective layer 15 A method of reducing the thickness of the film can be considered. For example, when the protective layer 15 is formed from silicon oxide, the thickness of the protective layer 15 is preferably set to 200 nm or less.

これに対し、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)、酸化ベリリウム(BeO)及び炭化シリコン(SiC)等はそれらの熱伝導率が金属と同程度に高いため、保護層15の放熱性を高められる点で非常に優れている。ここでは、少なくとも10W/m・K以上の熱伝導率を持つ材料が放熱性の観点から好ましい。   In contrast, aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), beryllium oxide (BeO), silicon carbide (SiC), and the like have a thermal conductivity as high as that of the metal, so that the heat dissipation of the protective layer 15 is improved. Very good in terms of being raised. Here, a material having a thermal conductivity of at least 10 W / m · K or more is preferable from the viewpoint of heat dissipation.

その上、保護層15にSi等の半導体を用いた場合には、高濃度に不純物をドープすることにより、保護層15の電気伝導率を高くすることができる。このため、保護層15自体も電流経路として機能するようになるので、LED装置の動作電圧を低減できる。   In addition, when a semiconductor such as Si is used for the protective layer 15, the electrical conductivity of the protective layer 15 can be increased by doping impurities at a high concentration. For this reason, since the protective layer 15 itself also functions as a current path, the operating voltage of the LED device can be reduced.

また、本実施形態の第1変形例及び第2変形例のように、開口溝15b及び開口孔15cを保護層15の全体に形成することにより、第1のカバー電極16における開口溝15b等に充填された部分(接続部)が放熱経路として機能するため、LED装置全体の放熱性がさらに向上する。   Further, as in the first and second modifications of the present embodiment, the opening groove 15b and the opening hole 15c are formed in the entire protective layer 15, thereby forming the opening groove 15b in the first cover electrode 16 and the like. Since the filled part (connection part) functions as a heat dissipation path, the heat dissipation of the entire LED device is further improved.

なお、第1の実施形態においては、第1のカバー電極16及び第2のカバー電極18に金(Au)を用いたが、金には限られない。しかしながら、カバー電極(配線金属)としての安定性及び耐酸化性に加え、ワイヤーボンディング時におけるワイヤーとの密着性の観点からは、各カバー電極16、18は金(Au)を含むことが好ましい。   In the first embodiment, gold (Au) is used for the first cover electrode 16 and the second cover electrode 18, but is not limited to gold. However, in addition to the stability and oxidation resistance as a cover electrode (wiring metal), the cover electrodes 16 and 18 preferably contain gold (Au) from the viewpoint of adhesion to the wire during wire bonding.

また、各カバー電極16、18は単層膜ではなく積層膜としてもよい。例えば、保護層15と接する下部にチタン(Ti)膜を設けるTi/Au積層膜を用いると保護層15との密着性が向上するため、より安定したLED装置を得られる。   Each cover electrode 16 and 18 may be a laminated film instead of a single layer film. For example, when a Ti / Au laminated film having a titanium (Ti) film in contact with the protective layer 15 is used, the adhesion with the protective layer 15 is improved, so that a more stable LED device can be obtained.

また、第1の実施形態においては、基板10にサファイアを用いたが、サファイアに限られない。すなわち、活性層12からの発光光に対して透光性を持つ基板であれば他の基板、例えば、窒化ガリウム(GaN)又は酸化ガリウム(Ga23)を用いることができる。 Moreover, in 1st Embodiment, although sapphire was used for the board | substrate 10, it is not restricted to sapphire. That is, other substrates such as gallium nitride (GaN) or gallium oxide (Ga 2 O 3 ) can be used as long as the substrate has a property of transmitting light emitted from the active layer 12.

また、第1の実施形態においては、基板10の上にn型半導体層11を形成し、活性層12の上にp型半導体層13を形成したが、n型半導体層11とp型半導体層13との互いの伝導型を入れ替えてもよい。この場合には、反射電極14、保護層15及び第1のカバー電極16はn型半導体層の上に形成される。   In the first embodiment, the n-type semiconductor layer 11 is formed on the substrate 10 and the p-type semiconductor layer 13 is formed on the active layer 12. However, the n-type semiconductor layer 11 and the p-type semiconductor layer are formed. The mutual conductivity types with 13 may be interchanged. In this case, the reflective electrode 14, the protective layer 15, and the first cover electrode 16 are formed on the n-type semiconductor layer.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図8を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図8(a)は本発明の第2の実施形態に係る半導体発光装置であって、LED装置の平面構成を示し、図8(b)は図8(a)のVIIIb−VIIIb線における断面構成を示している。図8(a)及び図8(b)において、図1と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 8A shows a semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, which shows a planar configuration of the LED device, and FIG. 8B is a cross-sectional configuration taken along line VIIIb-VIIIb of FIG. Is shown. In FIG. 8A and FIG. 8B, the same components as those in FIG.

図8(b)に示すように、第2の実施形態に係る半導体発光装置は、反射電極22を、厚さが0.5nmのニッケル(Ni)からなるコンタクト層20とその上に形成された厚さが100nmの銀(Ag)からなる反射層21との積層構造としている。   As shown in FIG. 8B, in the semiconductor light emitting device according to the second embodiment, the reflective electrode 22 is formed on the contact layer 20 made of nickel (Ni) with a thickness of 0.5 nm and the reflective electrode 22 thereon. It has a laminated structure with a reflective layer 21 made of silver (Ag) having a thickness of 100 nm.

すなわち、第2の実施形態は、反射電極22におけるp型半導体層13の上部に位置するp+ 型GaN層とのコンタクト層20として、Niからなる薄膜を用いている。このように、コンタクト層20をp型半導体層13と反射電極22の反射層21との間に形成することにより、反射層21のp型半導体層13との密着性が向上する。その結果、反射電極22はp型半導体層13との間で良好なオーミック接触を得られるようになるため、高い信頼性を持つLED装置を実現できる。なお、Agからなる反射層21の反射機能を十分に機能させるには、コンタクト層20の厚さは発光光を十分に透過できる程度に薄くする必要がある。 That is, in the second embodiment, a thin film made of Ni is used as the contact layer 20 with the p + -type GaN layer located above the p-type semiconductor layer 13 in the reflective electrode 22. Thus, by forming the contact layer 20 between the p-type semiconductor layer 13 and the reflective layer 21 of the reflective electrode 22, the adhesion of the reflective layer 21 to the p-type semiconductor layer 13 is improved. As a result, since the reflective electrode 22 can obtain a good ohmic contact with the p-type semiconductor layer 13, an LED device with high reliability can be realized. In order to sufficiently function the reflective function of the reflective layer 21 made of Ag, the thickness of the contact layer 20 needs to be thin enough to transmit the emitted light sufficiently.

図9にNiからなるコンタクト層20を持つ反射電極22における波長が400nmの光の反射率のNi膜の厚さ依存性を示す。図9において、菱形印◆で示すように、反射電極22の熱処理前の反射率は、Ni膜の厚さが薄い程高くなることが分かる。同様に、三角印▲で示した熱処理後の反射率もNi膜の厚さが薄い程高くなる傾向にはあるものの、Ni膜の厚さを0、すなわちNi膜を設けない場合には、熱処理後の反射率がやや低下することが分かる。これは、Niからなるコンタクト層20を設けない場合には、Agからなる反射層21のp型半導体層13との密着性が低く、熱処理によって反射電極22とp型半導体層13との界面に浮きが生じていることが原因である。従って、コンタクト層20における光の透過率とp型半導体層13との密着性の観点からは、コンタクト層20の厚さは2nm以下が好ましく、さらには0.5nmであることが最も好ましい。なお、このようなコンタクト層20は、p型半導体層13をエピタキシャル成長した後に、該p型半導体層13の上に、例えばEB蒸着法により成膜することができる。   FIG. 9 shows the Ni film thickness dependence of the reflectance of light having a wavelength of 400 nm in the reflective electrode 22 having the contact layer 20 made of Ni. In FIG. 9, it can be seen that the reflectance of the reflective electrode 22 before the heat treatment increases as the thickness of the Ni film decreases, as indicated by the diamond marks ◆. Similarly, the reflectance after heat treatment indicated by a triangle mark ▲ also tends to increase as the Ni film thickness decreases. However, when the Ni film thickness is 0, that is, when the Ni film is not provided, the heat treatment is performed. It can be seen that the later reflectance is slightly reduced. This is because, when the contact layer 20 made of Ni is not provided, the adhesion of the reflective layer 21 made of Ag to the p-type semiconductor layer 13 is low, and the heat treatment causes the interface between the reflective electrode 22 and the p-type semiconductor layer 13. This is due to floating. Therefore, from the viewpoint of the light transmittance in the contact layer 20 and the adhesion between the p-type semiconductor layer 13, the thickness of the contact layer 20 is preferably 2 nm or less, and most preferably 0.5 nm. Such a contact layer 20 can be formed on the p-type semiconductor layer 13 by, for example, EB vapor deposition after epitaxial growth of the p-type semiconductor layer 13.

なお、第2の実施形態においては、コンタクト層20の構成材料としてニッケル(Ni)を用いたが、Ni以外にもp型GaN層と良好なオーミック接触を得られる材料を用いることができる。例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニッケル(NiO)等を用いることができる。また、反射層21にアルミニウム(Al)又はロジウム(Rh)を用いる場合には、コンタクト層20として銀(Ag)を用いることができる。   In the second embodiment, nickel (Ni) is used as a constituent material of the contact layer 20, but a material capable of obtaining good ohmic contact with the p-type GaN layer can be used in addition to Ni. For example, platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), nickel oxide (NiO), or the like can be used. In addition, when aluminum (Al) or rhodium (Rh) is used for the reflective layer 21, silver (Ag) can be used as the contact layer 20.

また、コンタクト層20の発光光の波長に対する光の透過率が低い場合には、Niの場合と同様に、該コンタクト層20の厚さを薄くすることが好ましい。なお、コンタクト層20にITOのように透光性を有する導電性材料を用いる場合には、コンタクト層20の厚さを薄くすることは必ずしも必要ではない。   Further, when the light transmittance of the contact layer 20 with respect to the wavelength of the emitted light is low, it is preferable to reduce the thickness of the contact layer 20 as in the case of Ni. In the case where a conductive material having translucency such as ITO is used for the contact layer 20, it is not always necessary to reduce the thickness of the contact layer 20.

第2の実施形態においては、基板10の上にn型半導体層11を形成し、活性層12の上にp型半導体層13を形成したが、n型半導体層11とp型半導体層13との互いの伝導型を入れ替えてもよい。この場合には、n型半導体層との密着性及びコンタクト抵抗低減の観点から、コンタクト層20として、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、シリコン(Si)、インジウム(In)、インジウム錫酸化物(ITO)又は酸化亜鉛(ZnO)等が好ましい。   In the second embodiment, the n-type semiconductor layer 11 is formed on the substrate 10 and the p-type semiconductor layer 13 is formed on the active layer 12. However, the n-type semiconductor layer 11, the p-type semiconductor layer 13, The conduction types of each other may be interchanged. In this case, titanium (Ti), aluminum (Al), palladium (Pd), nickel (Ni), silicon (Si) is used as the contact layer 20 from the viewpoint of adhesion to the n-type semiconductor layer and reduction of contact resistance. Indium (In), indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), or the like is preferable.

以上説明したように、第2の実施形態によると、反射電極22に所期の反射率が維持されると共に反射電極22とp型半導体層又はn型半導体層との密着性を向上することができるため、より長寿命で信頼性が高いフリップチップ型の高出力LED装置を実現できる。   As described above, according to the second embodiment, the expected reflectance of the reflective electrode 22 can be maintained and the adhesion between the reflective electrode 22 and the p-type semiconductor layer or the n-type semiconductor layer can be improved. Therefore, it is possible to realize a flip-chip type high-power LED device having a longer life and higher reliability.

(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態について図10を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図10(a)は本発明の第3の実施形態に係る半導体発光装置であって、LED装置の平面構成を示し、図10(b)は図10(a)のXb−Xb線における断面構成を示している。図10において、図1と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 10A is a semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention, and shows a planar configuration of the LED device, and FIG. 10B is a cross-sectional configuration taken along line Xb-Xb in FIG. Is shown. In FIG. 10, the same components as those in FIG.

図10(a)及び図10(b)に示すように、第3の実施形態は、反射電極14と第1のカバー電極16との間に形成する保護層15を、n型半導体層11及びp型半導体層13における露出部分をも覆うことにより、LED装置自体を保護するパッシベーション膜として形成している。   As shown in FIG. 10A and FIG. 10B, in the third embodiment, the protective layer 15 formed between the reflective electrode 14 and the first cover electrode 16 is formed with the n-type semiconductor layer 11 and The exposed portion of the p-type semiconductor layer 13 is also covered to form a passivation film that protects the LED device itself.

さらに、第1の実施形態と異なり、反射電極14とn側電極17とにおけるコンタクト抵抗の低減を図る熱処理、例えば温度が600℃の窒素雰囲気で1分間の熱処理を同時に行なう。   Further, unlike the first embodiment, a heat treatment for reducing the contact resistance between the reflective electrode 14 and the n-side electrode 17, for example, a heat treatment for 1 minute in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 ° C. is simultaneously performed.

これにより、パッシベーション膜を新たに形成する工程を削減でき、また、2回の熱処理工程を1回に削減できるため、製造プロセスを簡略化できる。さらに、保護層15が反射電極14の上側だけでなく、半導体層の露出面に全面にわたって形成されることにより、LED装置の動作電流による反射電極14及びn側電極17等の電極のマイグレーションを抑制できるようになる。このため、マイグレーションに起因する不良をも防止することができる。また、LED装置の側面に付着する不純物等に起因する不良をも防止することができる。   As a result, the step of newly forming a passivation film can be reduced, and the two heat treatment steps can be reduced to one, thereby simplifying the manufacturing process. Furthermore, the protective layer 15 is formed not only on the upper side of the reflective electrode 14 but also on the entire exposed surface of the semiconductor layer, thereby suppressing migration of electrodes such as the reflective electrode 14 and the n-side electrode 17 due to the operating current of the LED device. become able to. For this reason, it is possible to prevent defects caused by migration. Moreover, it is possible to prevent defects caused by impurities or the like adhering to the side surface of the LED device.

このように、第3の実施形態によると、反射電極14に所期の反射率が維持される上に、プロセスをより簡便にでき且つより長寿命で信頼性が高いフリップチップ型の高出力LED装置を実現できる。   As described above, according to the third embodiment, the desired reflectance of the reflective electrode 14 is maintained, and the flip-chip type high-power LED that can simplify the process, has a longer life, and has high reliability. A device can be realized.

なお、第3の実施形態においては、パッシベーション膜を兼ねる保護層15に酸化シリコンを用いたが、酸化シリコンに代えて、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ベリリウム(BeO)、酸化アルミニウム(アルミナ:Al23)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN)又は窒化シリコン(Si3 また、第3の実施形態においても、n型半導体層11とp型半導体層13との互いの伝導型を入れ替えてもよい。 In the third embodiment, silicon oxide is used for the protective layer 15 also serving as a passivation film. However, instead of silicon oxide, magnesium oxide (MgO), beryllium oxide (BeO), aluminum oxide (alumina: Al 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), or silicon nitride (Si 3). Also in the third embodiment, the n-type semiconductor layer 11 and the p-type semiconductor layer 13 are mutually connected. The conduction type may be switched.

(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態について図11を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図11(a)は本発明の第4の実施形態に係る半導体発光装置であって、LED装置の平面構成を示し、図11(b)は図11(a)のXIb−XIb線における断面構成を示している。図11において、図1と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 11A is a semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, and shows a planar configuration of the LED device, and FIG. 11B is a cross-sectional configuration taken along line XIb-XIb in FIG. Is shown. In FIG. 11, the same components as those in FIG.

図11(a)及び図11(b)に示すように、第4の実施形態に係る半導体発光装置は、n型半導体層11における活性層12の反対側の面上に、径が約70μmのn側電極30及び第2のカバー電極31が形成されている。   As shown in FIGS. 11A and 11B, the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment has a diameter of about 70 μm on the surface of the n-type semiconductor layer 11 opposite to the active layer 12. An n-side electrode 30 and a second cover electrode 31 are formed.

第1のカバー電極16における保護層15の反対側の面上には、厚さが50μmの金(Au)からなる保持膜32が形成されている。従って、第4の実施形態においては、n型半導体層11等をエピタキシャル成長するための基板は除去されている。   A holding film 32 made of gold (Au) having a thickness of 50 μm is formed on the surface of the first cover electrode 16 opposite to the protective layer 15. Therefore, in the fourth embodiment, the substrate for epitaxially growing the n-type semiconductor layer 11 and the like is removed.

このように、第4の実施形態に係るLED装置は、p型半導体層13に形成された反射電極14と、n型半導体層11に形成されたn側電極30とが活性層12を挟むように形成されることから、該LED装置に注入される電流がp型半導体層13、活性層12及びn型半導体層11の各半導体層に対してほぼ垂直な方向に流れる、いわゆる縦型デバイスとして形成される。縦型デバイスは、n型半導体層11におけるシート抵抗の影響がなくなるため、低電圧駆動を実現できる。   Thus, in the LED device according to the fourth embodiment, the reflective electrode 14 formed on the p-type semiconductor layer 13 and the n-side electrode 30 formed on the n-type semiconductor layer 11 sandwich the active layer 12. As a so-called vertical device, the current injected into the LED device flows in a direction substantially perpendicular to the semiconductor layers of the p-type semiconductor layer 13, the active layer 12, and the n-type semiconductor layer 11. It is formed. Since the vertical device is not affected by the sheet resistance in the n-type semiconductor layer 11, low voltage driving can be realized.

以下、前記のように構成されたLED装置の製造方法を説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the LED device configured as described above will be described.

まず、MOCVD法により、サファイアからなる基板(図示せず)の主面上に、GaNからなるバッファ層(図示せず)、n型GaNからなるn型半導体層11、例えばInGaNからなる井戸層とGaNからなる障壁層とを交互に積層した多重量子井戸構造を持つ活性層12及びp型半導体層13を順次エピタキシャル成長する。その後、ドライエッチングにより、エピタキシャル成長した半導体層における素子形成部分を除く領域を除去する。   First, on the main surface of a substrate (not shown) made of sapphire by MOCVD, a buffer layer (not shown) made of GaN, an n-type semiconductor layer 11 made of n-type GaN, for example, a well layer made of InGaN, The active layer 12 and the p-type semiconductor layer 13 having a multiple quantum well structure in which barrier layers made of GaN are alternately stacked are sequentially epitaxially grown. Thereafter, the region except the element formation portion in the epitaxially grown semiconductor layer is removed by dry etching.

次に、リソグラフィ法、EB蒸着法及びリフトオフ法により、p型半導体層13の上に厚さが100nmのAgからなる反射膜14を形成する。ここで、反射電極14はp型半導体層13の上面のほぼ全面を覆うように形成することが好ましい。   Next, a reflective film 14 made of Ag having a thickness of 100 nm is formed on the p-type semiconductor layer 13 by lithography, EB vapor deposition, and lift-off. Here, the reflective electrode 14 is preferably formed so as to cover almost the entire upper surface of the p-type semiconductor layer 13.

次に、形成した反射電極14の上に、プラズマCVD法により、厚さが200nmの酸化シリコン(SiO2 )からなる保護層15を成膜する。続いて、保護層15に対してウェットエッチングを選択的に行なって、該保護層15に反射電極14の周縁部を露出する開口溝15aを形成する。 Next, a protective layer 15 made of silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of 200 nm is formed on the formed reflective electrode 14 by plasma CVD. Subsequently, wet etching is selectively performed on the protective layer 15 to form an opening groove 15 a that exposes the peripheral edge of the reflective electrode 14 in the protective layer 15.

次に、EB蒸着法により、保護層15に形成された開口溝15aを埋めるように該保護層15の上に厚さが300nmのAuからなる第1のカバー電極16を形成する。   Next, a first cover electrode 16 made of Au having a thickness of 300 nm is formed on the protective layer 15 by EB vapor deposition so as to fill the opening groove 15a formed in the protective layer 15.

次に、反射電極14のp型半導体層13とのコンタクト抵抗を低減するために、温度が600℃の窒素雰囲気で30分間の熱処理を施す。   Next, in order to reduce the contact resistance between the reflective electrode 14 and the p-type semiconductor layer 13, a heat treatment is performed for 30 minutes in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 ° C.

次に、第1のカバー電極16をAuめっきの下地層としためっき法により、第1のカバー電極16の上に、厚さが50μmのAuめっきからなる保持膜32を形成する。   Next, a holding film 32 made of Au plating having a thickness of 50 μm is formed on the first cover electrode 16 by a plating method using the first cover electrode 16 as an underlayer for Au plating.

次に、波長が355nmのYAG(イットリウムアルミニウムガーネット)の3倍波(第3次高調波)レーザ光を、サファイアからなる基板を介してn型半導体層11に照射して該n型半導体層11における基板との界面部分を溶融することにより、n型半導体層11から基板を剥離する。   Next, the n-type semiconductor layer 11 is irradiated with a third harmonic (third harmonic) laser beam of YAG (yttrium aluminum garnet) having a wavelength of 355 nm through a substrate made of sapphire. The substrate is peeled from the n-type semiconductor layer 11 by melting the interface portion with the substrate.

次に、基板を剥離したn型半導体層11における活性層12の反対側の面上に、n型半導体層11側から順次成膜されたTi/Al/Ni/Auからなるn側電極30を形成する。ここで、n側電極30を構成する各金属膜の膜厚は順に30nm、180nm、50nm及び150nmである。その後、形成したn側電極30のコンタクト抵抗を低減するために、温度が600℃の窒素雰囲気で1分間の熱処理を施す。   Next, an n-side electrode 30 made of Ti / Al / Ni / Au sequentially formed from the n-type semiconductor layer 11 side is formed on the surface opposite to the active layer 12 in the n-type semiconductor layer 11 from which the substrate has been peeled off. Form. Here, the thicknesses of the respective metal films constituting the n-side electrode 30 are 30 nm, 180 nm, 50 nm, and 150 nm in order. Thereafter, in order to reduce the contact resistance of the formed n-side electrode 30, heat treatment is performed for 1 minute in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 ° C.

次に、リソグラフィ法、EB蒸着法及びリフトオフ法により、n側電極30の上に厚さが300nmのAuからなる第2のカバー電極32を選択的に形成する。   Next, a second cover electrode 32 made of Au having a thickness of 300 nm is selectively formed on the n-side electrode 30 by lithography, EB vapor deposition, and lift-off.

以上の工程により、活性層12から発光される発光光を反射電極14によりn側電極30側に反射して発光光を外部に取り出す縦型のLED装置を得る。   Through the above steps, a vertical LED device is obtained in which the emitted light emitted from the active layer 12 is reflected by the reflective electrode 14 toward the n-side electrode 30 to extract the emitted light to the outside.

以上説明したように、第4の実施形態に係るLED装置は、エピタキシャル成長用の基板が除去され、n側電極30が活性層12に対して反射電極14の反対側に形成された縦型のLED装置である。このような縦型のLED装置は、フリップチップ型のLED装置と異なり、n型半導体層11に活性層12に対して平行な方向(横方向)に電流が流れないため、素子抵抗を小さくすることができる。その結果、装置の動作電圧を低減することが可能となる。   As described above, the LED device according to the fourth embodiment is a vertical LED in which the substrate for epitaxial growth is removed and the n-side electrode 30 is formed on the opposite side of the reflective electrode 14 with respect to the active layer 12. Device. Such a vertical LED device differs from a flip-chip LED device in that current does not flow in the n-type semiconductor layer 11 in a direction parallel to the active layer 12 (lateral direction), so that the element resistance is reduced. be able to. As a result, the operating voltage of the device can be reduced.

第4の実施形態に係る縦型のLED装置は、基板の剥離工程のみならず剥離後のデバイスの扱いを容易とするために、反射電極14側にすなわち第1のカバー電極16の上に比較的に膜厚が厚いAuからなる保持膜32を設けている。このため、反射電極14の上に第1のカバー電極16以外にも他の金属層が形成されることは避けられない。また、デバイスの構造上、n側電極30を形成するよりも前に保持膜32を形成する必要があるため、反射電極14が形成された状態での熱処理が必須となる。   The vertical LED device according to the fourth embodiment is compared not only on the substrate peeling step but also on the reflective electrode 14 side, that is, on the first cover electrode 16 in order to facilitate handling of the device after peeling. In particular, a holding film 32 made of Au having a large thickness is provided. For this reason, it is inevitable that another metal layer other than the first cover electrode 16 is formed on the reflective electrode 14. In addition, because of the structure of the device, it is necessary to form the holding film 32 before the n-side electrode 30 is formed, and thus heat treatment with the reflective electrode 14 formed is essential.

このようなプロセスの制約から、熱処理等による反射電極14と他の金属層との相互拡散が危惧される。しかしながら、第4の実施形態においては、非金属からなる保護層15を反射電極14と第1のカバー電極16との間に形成することにより、反射電極14を構成するAgと第1のカバー電極16及び保持膜32を構成するAuとの相互拡散を防止できるため、縦型のLED装置であっても、該縦型LED装置の信頼性を向上することができる。   Due to such process restrictions, mutual diffusion between the reflective electrode 14 and other metal layers due to heat treatment or the like is a concern. However, in the fourth embodiment, the protective layer 15 made of a non-metal is formed between the reflective electrode 14 and the first cover electrode 16, whereby Ag constituting the reflective electrode 14 and the first cover electrode. 16 and Au constituting the holding film 32 can be prevented from interdiffusion, so that even a vertical LED device can improve the reliability of the vertical LED device.

なお、第4の実施形態においては、保持膜32の構成材料としてAuめっきを用いたが、シリコン(Si)又はタングステン銅(CuW)等からなる保持用基板を用いることができる。この場合は、第1のカバー電極16と保持用基板との間に、金錫(AuSn)等からなる混晶はんだ材を用いて貼り合わせる必要がある。また、保持膜32はLED装置のマウント部として機能するため、熱伝導率が高い材料が好ましい。   In the fourth embodiment, Au plating is used as a constituent material of the holding film 32. However, a holding substrate made of silicon (Si), tungsten copper (CuW), or the like can be used. In this case, it is necessary to bond the first cover electrode 16 and the holding substrate using a mixed crystal solder material made of gold tin (AuSn) or the like. In addition, since the holding film 32 functions as a mount portion of the LED device, a material having high thermal conductivity is preferable.

第4の実施形態においては、レーザ光を用いて基板をn型半導体層11から剥離したが、基板の剥離には、レーザ光を用いない他の方法を用いてもよい。例えば、エピタキシャル成長用の基板にシリコン(Si)を用い、前述した貼り合わせ工程により保持膜32を形成した後に、ウェットエッチング又はガスエッチングによりSiからなる成長用基板を剥離してもよい。   In the fourth embodiment, the substrate is peeled from the n-type semiconductor layer 11 using laser light, but other methods that do not use laser light may be used for peeling the substrate. For example, silicon (Si) may be used for the epitaxial growth substrate, and after forming the holding film 32 by the bonding process described above, the growth substrate made of Si may be peeled off by wet etching or gas etching.

また、第4実施形態においても、n型半導体層11とp型半導体層13との互いの伝導型を入れ替えてもよい。   Also in the fourth embodiment, the conductivity types of the n-type semiconductor layer 11 and the p-type semiconductor layer 13 may be interchanged.

このように、第4の実施形態によると、反射電極14に所期の反射率が維持される上に、より低電圧で動作する信頼性が高い高出力の縦型LED装置を実現できる。   As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to realize a high-output vertical LED device with high reliability that operates at a lower voltage while maintaining the desired reflectance of the reflective electrode 14.

第2、第3及び第4の各実施形態においても、第1の実施形態の各変形例に示したように、保護層15の開口溝15aの開口形状を格子状又はドット状とすることができる。   In each of the second, third, and fourth embodiments, as shown in each modification of the first embodiment, the opening shape of the opening groove 15a of the protective layer 15 may be a lattice shape or a dot shape. it can.

また、第3及び第4の各実施形態においても、第2の実施形態に示したように、反射電極14にコンタクト層を含む構成を用いることができる。   In each of the third and fourth embodiments, a configuration in which the reflective electrode 14 includes a contact layer can be used as shown in the second embodiment.

本発明は、熱処理による反射率の低下が防止され、反射率が高く且つコンタクト抵抗が小さい反射電極を備えた半導体発光装置を実現でき、例えば自動車のヘッドランプや照明用の白色LED装置の励起光源として期待される高出力且つ長寿命の青色LED装置や紫外LED装置等として有用である。   The present invention can realize a semiconductor light-emitting device including a reflective electrode that prevents a decrease in reflectance due to heat treatment, has a high reflectance, and has a low contact resistance. For example, an excitation light source for a headlamp of an automobile or a white LED device for illumination It is useful as a blue LED device, an ultraviolet LED device, and the like that are expected to have a high output and a long lifetime.

(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に係る半導体発光装置を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のIb−Ib線における断面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the Ib-Ib line | wire of (a). . 空気中における単層金属膜の反射率の波長依存性(計算値)を示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength dependence (calculated value) of the reflectance of the single layer metal film in the air. 本発明の第1の実施形態に係る半導体発光装置に用いる反射電極(Ag)における光の透過率の膜厚依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the film thickness dependence of the light transmittance in the reflective electrode (Ag) used for the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体発光装置に用いる反射電極の熱処理前後における波長が400nmの光の反射率の変化を比較例と共に示すグラフである。It is a graph which shows the change of the reflectance of the light whose wavelength is 400 nm before and behind heat processing of the reflective electrode used for the semiconductor light-emitting device concerning the 1st embodiment of the present invention with a comparative example. (a)及び(b)は本発明の第1の実施形態の第1変形例に係る半導体発光装置を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のVb−Vb線における断面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 1st modification of the 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is the Vb-Vb line | wire of (a). FIG. (a)及び(b)は本発明の第1の実施形態の第2変形例に係る半導体発光装置を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のVIb−VIb線における断面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is VIb-VIb line | wire of (a). FIG. 本発明の第1の実施形態に係る半導体発光装置に用いる保護層に用いる材料の熱伝導率を示す表である。It is a table | surface which shows the heat conductivity of the material used for the protective layer used for the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の第2の実施形態に係る半導体発光装置を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のVIIIb−VIIIb線における断面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 2nd Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the VIIIb-VIIIb line | wire of (a). . 本発明の第2の実施形態に係る半導体発光装置に用いる反射電極の波長が400nmの光の反射率のNi膜の膜厚依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the film thickness dependence of the Ni film | membrane of the reflectance of the light whose wavelength of the reflective electrode used for the semiconductor light-emitting device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is 400 nm. (a)及び(b)は本発明の第3の実施形態に係る半導体発光装置を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のXb−Xb線における断面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 3rd Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the Xb-Xb line | wire of (a). . (a)及び(b)は本発明の第4の実施形態に係る半導体発光装置を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のXIb−XIb線における断面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the XIb-XIb line | wire of (a). . 従来の半導体発光装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional semiconductor light-emitting device.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
11 n型半導体層
12 活性層
13 p型半導体層
14 反射電極
15 保護層
15a 開口溝
15b 開口溝(格子状)
15c 開口孔(ドット状)
16 第1のカバー電極
17 n側電極(第2伝導型電極)
18 第2のカバー電極
20 コンタクト層
21 反射層
22 反射電極
30 n側電極(第2伝導型電極)
31 第2のカバー電極
32 保持膜
10 substrate 11 n-type semiconductor layer 12 active layer 13 p-type semiconductor layer 14 reflective electrode 15 protective layer 15a opening groove 15b opening groove (lattice shape)
15c Open hole (dot shape)
16 1st cover electrode 17 n side electrode (2nd conductivity type electrode)
18 Second cover electrode 20 Contact layer 21 Reflective layer 22 Reflective electrode 30 n-side electrode (second conductivity type electrode)
31 Second cover electrode 32 Holding film

Claims (21)

第1伝導型の第1の半導体層と、
第2伝導型の第2の半導体層と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体との間に形成された活性層と、
前記第1の半導体層における前記活性層の反対側の面上に形成され、前記活性層からの発光光を反射する第1の金属からなる反射電極と、
前記反射電極における前記第1の半導体層の反対側の面上に形成された非金属からなる保護層と、
前記保護層における前記反射電極の反対側の面上に形成され且つ前記反射電極と電気的に接続された第2の金属からなるカバー電極とを備えていることを特徴とする半導体発光装置。
A first semiconductor layer of a first conductivity type;
A second semiconductor layer of a second conductivity type;
An active layer formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor;
A reflective electrode made of a first metal that is formed on a surface of the first semiconductor layer opposite to the active layer and reflects light emitted from the active layer;
A protective layer made of a nonmetal formed on a surface of the reflective electrode opposite to the first semiconductor layer;
A semiconductor light emitting device comprising: a cover electrode made of a second metal formed on a surface of the protective layer opposite to the reflective electrode and electrically connected to the reflective electrode.
前記第2の半導体層における前記活性層の反対側の面上に形成された第2伝導型電極をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a second conductivity type electrode formed on a surface of the second semiconductor layer opposite to the active layer. 前記保護層は、前記反射電極と前記カバー電極とを電気的に接続するための開口部を有し、
前記保護層における前記開口部を除く領域の前記反射電極に対する被覆率は50%以上且つ100%未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光装置。
The protective layer has an opening for electrically connecting the reflective electrode and the cover electrode,
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a coverage ratio of the region excluding the opening in the protective layer with respect to the reflective electrode is 50% or more and less than 100%.
前記開口部は、前記保護層の周縁部に設けられた開口溝であることを特徴とする請求項3に記載の半導体発光装置。   4. The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the opening is an opening groove provided in a peripheral portion of the protective layer. 前記開口部は、前記保護層に格子状に設けられた複数の開口溝であることを特徴とする請求項3に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the opening is a plurality of opening grooves provided in a lattice shape in the protective layer. 前記開口部は、前記保護層に互いに間隔をおいて設けられた複数の開口孔であることを特徴とする請求項3に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the opening is a plurality of opening holes provided in the protective layer at intervals. 前記反射電極は、銀、アルミニウム又はロジウムを主成分に含むことを特徴とする請求項1〜6に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the reflective electrode contains silver, aluminum, or rhodium as a main component. 前記反射電極の膜厚は、50nm以上であることを特徴とする請求項1〜7に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein a thickness of the reflective electrode is 50 nm or more. 前記第1の半導体層と前記反射電極との間に形成され、前記第1の半導体層とオーミック接触するコンタクト層をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜8に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a contact layer formed between the first semiconductor layer and the reflective electrode and in ohmic contact with the first semiconductor layer. . 前記コンタクト層は、前記活性層からの発光光に対して透光性を有していることを特徴とする請求項9に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 9, wherein the contact layer has a light-transmitting property with respect to light emitted from the active layer. 前記コンタクト層の厚さは、20nm以下であることを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体発光装置。   The thickness of the said contact layer is 20 nm or less, The semiconductor light-emitting device of Claim 9 or 10 characterized by the above-mentioned. 前記第1の半導体層はp型層であり、前記コンタクト層は、ニッケル、白金、パラジウム、ロジウム、銀、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛又は酸化ニッケルを含むことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の半導体発光装置。   The first semiconductor layer is a p-type layer, and the contact layer includes nickel, platinum, palladium, rhodium, silver, indium tin oxide (ITO), zinc oxide, or nickel oxide. The semiconductor light-emitting device of any one of 9-11. 前記第1の半導体層はn型層であり、前記コンタクト層は、チタン、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、シリコン、インジウム、インジウム錫酸化物(ITO)又は酸化亜鉛を含むことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の半導体発光装置。   10. The first semiconductor layer is an n-type layer, and the contact layer includes titanium, aluminum, palladium, nickel, silicon, indium, indium tin oxide (ITO), or zinc oxide. The semiconductor light-emitting device of any one of -11. 前記保護層は、酸化物又は窒化物を含むことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the protective layer includes an oxide or a nitride. 前記保護層は、酸化シリコン、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ガリウム又は窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 14, wherein the protective layer includes silicon oxide, magnesium oxide, beryllium oxide, aluminum oxide, zinc oxide, boron nitride, aluminum nitride, gallium nitride, or silicon nitride. 前記保護層は、シリコン、砒化ガリウム、窒化ガリウム又は炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the protective layer includes silicon, gallium arsenide, gallium nitride, or silicon carbide. 前記保護層の熱伝導率は、10W/m・K以上であることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the protective layer has a thermal conductivity of 10 W / m · K or more. 前記カバー電極は、金を含むことを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the cover electrode includes gold. 基板の上に、第1伝導型の第1の半導体層、活性層及び第2伝導型の第2の半導体層を順次形成する工程と、
前記第2の半導体層の上に、第1の金属からなる反射電極を形成する工程と、
前記反射電極の上に非金属からなる保護層を形成する工程と、
前記保護層に前記反射電極を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部が形成された保護層の上に、第2の金属からなり前記開口部を通して前記反射電極と接するカバー電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
Sequentially forming a first conductive type first semiconductor layer, an active layer, and a second conductive type second semiconductor layer on a substrate;
Forming a reflective electrode made of a first metal on the second semiconductor layer;
Forming a protective layer made of a non-metal on the reflective electrode;
Forming an opening exposing the reflective electrode in the protective layer;
Forming a cover electrode made of a second metal and in contact with the reflective electrode through the opening on the protective layer in which the opening is formed. .
前記保護層を形成する工程において、前記保護層は、前記第2の半導体層の露出面並びに前記発光層及び第1の半導体層の側面にも形成することを特徴とする請求項19に記載の半導体発光装置の製造方法。   20. The protective layer according to claim 19, wherein in the step of forming the protective layer, the protective layer is also formed on an exposed surface of the second semiconductor layer and side surfaces of the light emitting layer and the first semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device. 前記保護層を形成する工程よりも後に、前記300℃以上の熱処理を行なう工程をさらに備えていることを特徴とする請求項19又は20に記載の半導体発光装置の製造方法。   21. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 19, further comprising a step of performing the heat treatment at 300 [deg.] C. or higher after the step of forming the protective layer.
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