JP2007200929A - Manufacturing method of semiconductor light emitting element - Google Patents

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Hirohisa Saito
裕久 齋藤
Hideki Matsubara
秀樹 松原
Fumitake Nakanishi
文毅 中西
Saki Sonoda
早紀 園田
Yoichi Akasaka
洋一 赤坂
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Osaka University NUC
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a semiconductor light emitting element with which a nitride semiconductor layer can be obtained in short time without deteriorating a device characteristic. <P>SOLUTION: The manufacturing method of a semiconductor laser is provided with a process for forming a first nitride semiconductor layer on a main face 1a of a substrate 1, a process for forming a lift off layer 13 on a main face 11a of a substrate 11, a process for forming a second nitride semiconductor layer comprising a light emitting layer 17 on the lift off layer 13, a process for bonding the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer in a state where the main face 1a of the substrate 1 is confronted with the main face 11a of the substrate 11, and a process for separating the substrate 11 and the second nitride semiconductor layer by wet-etching the lift off layer 13. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体発光素子の製造方法に関し、より特定的には、GaN(窒化ガリウム)を含む窒化物半導体層を備えた半導体発光素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device including a nitride semiconductor layer containing GaN (gallium nitride).

近年、青紫レーザが次世代高密度記録光ディスク用光源として注目されており、その製品化の要望が高まっている。青紫レーザに関して、GaN系半導体は、バンドギャップが1.9eV〜6.2eVであるので、理論上青紫光のレーザ発振が可能であり、その開発が盛んに行われている。GaN系半導体発光素子は、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)を用いてGaN系半導体の積層構造をサファイア基板上に形成することにより製造される。   In recent years, blue-violet lasers have attracted attention as light sources for next-generation high-density recording optical disks, and there is an increasing demand for commercialization. Regarding a blue-violet laser, a GaN-based semiconductor has a band gap of 1.9 eV to 6.2 eV. Therefore, theoretically, laser oscillation of blue-violet light is possible, and its development is actively performed. A GaN-based semiconductor light-emitting element is manufactured by forming a laminated structure of a GaN-based semiconductor on a sapphire substrate using MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy).

しかし、GaN半導体層とサファイア基板とは、その格子定数が一般的に10%程度異なっており、また熱膨張係数が大きく異なっている。このため、サファイア基板上に成長させたGaN系半導体には、格子不整合および熱膨張係数の違いによって転位および熱歪みが生じやすい。また、サファイア基板の熱伝導率は17W/mK程度と小さいので、熱によって半導体発光素子の発光出力が飽和するという問題があった。   However, the GaN semiconductor layer and the sapphire substrate generally have different lattice constants of about 10%, and the thermal expansion coefficients are greatly different. For this reason, dislocations and thermal strains are likely to occur in a GaN-based semiconductor grown on a sapphire substrate due to lattice mismatch and differences in thermal expansion coefficients. Further, since the thermal conductivity of the sapphire substrate is as small as about 17 W / mK, there is a problem that the light emission output of the semiconductor light emitting element is saturated by heat.

そこで、従来においては、GaN系半導体の積層構造をサファイア基板上に形成した後で、たとえば銅タングステンのような、熱膨張係数がGaN系半導体に近くかつ熱伝導率が高い材料よりなる基板にGaN系半導体を貼り付け、その後サファイア基板を除去する製造方法が採用されていた。   Therefore, conventionally, after a laminated structure of a GaN-based semiconductor is formed on a sapphire substrate, GaN is applied to a substrate made of a material having a thermal expansion coefficient close to that of a GaN-based semiconductor and high thermal conductivity, such as copper tungsten. The manufacturing method which affixed a system semiconductor and removes a sapphire substrate after that was employ | adopted.

サファイア基板をGaN系半導体から除去する方法として、サファイア基板を研磨により除去する方法が考えられる。   As a method of removing the sapphire substrate from the GaN-based semiconductor, a method of removing the sapphire substrate by polishing can be considered.

また、たとえば特開2004−112000号公報(特許文献1)および特開2004−87775号公報(特許文献2)には、レーザ光を照射することによりGaN系半導体からサファイア基板を除去する方法(レーザリフトオフ法)が開示されている。特許文献1では、リフトオフ層としてのAlGaN層と、GaN層とをサファイア基板上に積層して形成した後で、AlGaN層にレーザ光を照射することによりサファイア基板をGaN系半導体層から分離している。また、特許文献2では、サファイアよりなる基板上にGaNよりなる半導体層を形成し、半導体層にレーザ光を照射することにより、基板を半導体層から分離している。レーザリフトオフ法では、レーザ光の光エネルギが熱エネルギに変換されてレーザ光の吸収層に吸収され、吸収層が発熱し、その熱によってリフトオフ層またはGaN層が溶融される。
特開2004−112000号公報 特開2004−87775号公報
Further, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-112000 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-87775 (Patent Document 2), a method of removing a sapphire substrate from a GaN-based semiconductor by irradiating laser light (Laser Lift-off method) is disclosed. In Patent Document 1, an AlGaN layer as a lift-off layer and a GaN layer are stacked on a sapphire substrate, and then the AlGaN layer is irradiated with laser light to separate the sapphire substrate from the GaN-based semiconductor layer. Yes. In Patent Document 2, a semiconductor layer made of GaN is formed on a substrate made of sapphire, and the semiconductor layer is irradiated with laser light to separate the substrate from the semiconductor layer. In the laser lift-off method, light energy of laser light is converted into thermal energy and absorbed by the absorption layer of the laser light, the absorption layer generates heat, and the lift-off layer or the GaN layer is melted by the heat.
JP 2004-112000 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-87775

しかし、サファイアは非常に硬質な材料であるため、サファイア基板を研磨で除去するためには長時間を要するという問題がある。また、レーザリフトオフ法では、熱によりデバイス特性を悪化させるという問題がある。特に、溶融した部分には凹凸が生じるので、GaN層上に電極などを形成する場合には、表面を均すことが必要になる。これらの問題はGaN層を形成する場合に限らず、発光層を含む窒化物半導体層を形成する場合に共通する問題である。   However, since sapphire is a very hard material, there is a problem that it takes a long time to remove the sapphire substrate by polishing. Further, the laser lift-off method has a problem that device characteristics are deteriorated by heat. In particular, since unevenness occurs in the melted portion, it is necessary to level the surface when forming an electrode or the like on the GaN layer. These problems are not limited to the case where the GaN layer is formed, but are common problems when the nitride semiconductor layer including the light emitting layer is formed.

したがって、本発明の目的は、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることのできる半導体発光素子の製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element capable of obtaining a nitride semiconductor layer in a short time without deteriorating device characteristics.

本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法は、基板上にリフトオフ層を形成する工程と、リフトオフ層上に発光層を含む窒化物半導体層を形成する工程と、リフトオフ層をウエットエッチングすることにより、基板と窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。   A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention includes a step of forming a lift-off layer on a substrate, a step of forming a nitride semiconductor layer including a light-emitting layer on the lift-off layer, and wet etching the lift-off layer. Thus, a separation step of separating the substrate and the nitride semiconductor layer is provided.

本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法によれば、窒化物半導体層に熱によるダメージを与えることなく基板と窒化物半導体層とを分離することができる。これにより、デバイス特性の悪化を防ぐことができる。また、溶融させずに基板と窒化物半導体層とを分離することができるので、分離後の窒化物半導体層の表面に凹凸を生じさせない。さらに、基板を研磨する必要がないので短時間で窒化物半導体層を得ることができる。したがって、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the substrate and the nitride semiconductor layer can be separated without causing damage to the nitride semiconductor layer due to heat. Thereby, deterioration of device characteristics can be prevented. Moreover, since the substrate and the nitride semiconductor layer can be separated without melting, unevenness is not generated on the surface of the nitride semiconductor layer after separation. Furthermore, since it is not necessary to polish the substrate, a nitride semiconductor layer can be obtained in a short time. Therefore, a nitride semiconductor layer can be obtained in a short time without deteriorating device characteristics.

本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、分離工程の前に、ウエットエッチングに用いられるエッチング液をリフトオフ層に到達させるための導入部を形成する導入部工程がさらに備えられている。   Preferably, the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention further includes an introduction part step for forming an introduction part for allowing an etchant used for wet etching to reach the lift-off layer before the separation process. ing.

リフトオフ層は基板と窒化物半導体層とに挟まれているので、導入部がない場合にはリフトオフ層の主表面に直接エッチング液を導入することはできず、エッチング液はリフトオフ層の端面のみから導入される。リフトオフ層の厚みは通常数μm以下であるので、エッチング液はリフトオフ層の端面からは導入されにくい。これに対して、導入部を形成することによってリフトオフ層の主表面に直接エッチング液を導入するができ、リフトオフ層のエッチングに要する時間を短縮することができる。   Since the lift-off layer is sandwiched between the substrate and the nitride semiconductor layer, the etching solution cannot be directly introduced into the main surface of the lift-off layer when there is no introduction portion, and the etching solution can be applied only from the end surface of the lift-off layer. be introduced. Since the thickness of the lift-off layer is usually several μm or less, the etching solution is difficult to be introduced from the end face of the lift-off layer. In contrast, by forming the introduction portion, the etching solution can be directly introduced into the main surface of the lift-off layer, and the time required for etching the lift-off layer can be shortened.

なお、導入部は、少なくとも外部からリフトオフ層へエッチング液を導入可能にするための部分であればよい。   Note that the introduction part may be a part for enabling the introduction of the etchant from at least the outside into the lift-off layer.

本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、導入部は窒化物半導体層の端面に達するように形成された溝である。これにより、窒化物半導体層の端面からエッチング液を導入することが可能である。   Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the introduction portion is a groove formed so as to reach the end face of the nitride semiconductor layer. Thereby, the etchant can be introduced from the end face of the nitride semiconductor layer.

本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、導入部は窒化物半導体層および基板を貫通するよう形成された孔である。これにより、基板の表面からエッチング液を導入することが可能である。また、孔径に応じてエッチング液の流量を制御することができる。   Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the introduction portion is a hole formed so as to penetrate the nitride semiconductor layer and the substrate. Thereby, it is possible to introduce the etching solution from the surface of the substrate. Further, the flow rate of the etching solution can be controlled according to the hole diameter.

本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、上記導入部工程において、ダイシング、ドライエッチング、またはレーザ照射のいずれかの方法を用いて窒化物半導体層に導入部を形成する。これにより、短時間で容易に導入部を形成することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, preferably, in the introduction part step, the introduction part is formed in the nitride semiconductor layer using any one of dicing, dry etching, and laser irradiation. Thereby, the introduction part can be easily formed in a short time.

本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、上記分離工程において、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、重クロム酸、水酸化カリウム、および水酸化ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むエッチング液に電界を印加しながらリフトオフ層をエッチングする。これらの物質を含むエッチング液は、リフトオフ層をエッチングするのに適している。   Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, in the separation step, at least selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, dichromic acid, potassium hydroxide, and sodium hydroxide. The lift-off layer is etched while applying an electric field to an etching solution containing one kind. An etchant containing these substances is suitable for etching the lift-off layer.

本発明の一の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、リフトオフ層はGaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニウム)、InN(窒化インジウム)、およびGaMnN(窒化マンガンガリウム)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む結晶または結晶を含む混晶よりなっている。   Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the lift-off layer is selected from the group consisting of GaN (gallium nitride), AlN (aluminum nitride), InN (indium nitride), and GaMnN (manganese gallium nitride). A crystal containing at least one kind or a mixed crystal containing crystals.

これらの物質は、窒化物半導体層との格子定数が近いため、窒化物半導体層に欠陥が生じたり、窒化物半導体層に内部応力が生じたりすることを抑止することができる。   Since these materials have a lattice constant close to that of the nitride semiconductor layer, defects in the nitride semiconductor layer and internal stress in the nitride semiconductor layer can be suppressed.

本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法は、第1基板の主面上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、第2基板の主面上にリフトオフ層を形成する工程と、リフトオフ層上に発光層を含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、第1基板の主面と第2基板の主面とが互いに対向した状態で第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼り合わせる貼合わせ工程と、リフトオフ層をウエットエッチングすることにより、第2基板と第2窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。   A method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to another aspect of the present invention includes a step of forming a first nitride semiconductor layer on a main surface of a first substrate, and a step of forming a lift-off layer on the main surface of a second substrate. , Forming the second nitride semiconductor layer including the light emitting layer on the lift-off layer, and the first nitride semiconductor layer and the second substrate in a state where the main surface of the first substrate and the main surface of the second substrate face each other. A bonding step of bonding the nitride semiconductor layer and a separation step of separating the second substrate and the second nitride semiconductor layer by wet-etching the lift-off layer are provided.

本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法によれば、第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼合わせることによって、一の窒化物半導体層を得ることができる。また、窒化物半導体層に熱によるダメージを与えることなく第2基板と第2窒化物半導体層とを分離することができる。これにより、デバイス特性の悪化を防ぐことができる。また、溶融させずに第2基板と第2窒化物半導体層とを分離することができるので、分離後の第2窒化物半導体層の表面に凹凸を生じさせない。さらに、第2基板を研磨する必要がないので短時間で窒化物半導体層を得ることができる。したがって、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to another aspect of the present invention, a single nitride semiconductor layer can be obtained by laminating the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer. In addition, the second substrate and the second nitride semiconductor layer can be separated without damaging the nitride semiconductor layer with heat. Thereby, deterioration of device characteristics can be prevented. In addition, since the second substrate and the second nitride semiconductor layer can be separated without melting, unevenness is not generated on the surface of the second nitride semiconductor layer after separation. Furthermore, since it is not necessary to polish the second substrate, a nitride semiconductor layer can be obtained in a short time. Therefore, a nitride semiconductor layer can be obtained in a short time without deteriorating device characteristics.

本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、第1窒化物半導体層を形成する工程において第1窒化物半導体層の表面に凸部が形成される。凸部に対応する第2窒化物半導体層の表面に、凸部を収納できる大きさの凹部を形成する工程がさらに備えられている。   Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to another aspect of the present invention, a convex portion is formed on the surface of the first nitride semiconductor layer in the step of forming the first nitride semiconductor layer. A step of forming a recess having a size capable of accommodating the protrusion on the surface of the second nitride semiconductor layer corresponding to the protrusion is further provided.

これにより、窒化物半導体層を形成する際には表面に凸部が形成されることがある。第1窒化物半導体層の表面に凸部が形成されると、貼合わせ工程において第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層との間に隙間ができ、うまく張り合わないことがある。この凸部を選択的に研磨して窒化物半導体層の表面を平坦化することは非常に困難である。そこで、第2窒化物半導体層の表面に凹部を形成することによって、第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを隙間なく貼り合わせることができる。   Thereby, when forming the nitride semiconductor layer, a convex part may be formed on the surface. When the convex portion is formed on the surface of the first nitride semiconductor layer, a gap may be formed between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer in the bonding step, and the bonding may not be performed well. It is very difficult to planarize the surface of the nitride semiconductor layer by selectively polishing the convex portions. Therefore, by forming a recess in the surface of the second nitride semiconductor layer, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer can be bonded together without a gap.

なお、凸部に対応する第2窒化物半導体層の表面とは、第1基板の主面と第2基板の主面とを対向させた場合に、凸部と対向する位置にある第2窒化物半導体層の表面を意味している。   Note that the surface of the second nitride semiconductor layer corresponding to the convex portion is the second nitride at a position facing the convex portion when the main surface of the first substrate and the main surface of the second substrate are opposed to each other. It means the surface of the physical semiconductor layer.

本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、分離工程において、ウエットエッチングに用いられるエッチング液を凹部を介してリフトオフ層に到達させる。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to another aspect of the present invention, preferably, in the separation step, an etching solution used for wet etching is made to reach the lift-off layer through the recess.

これにより、凹部を介してリフトオフ層の主表面に直接エッチング液を導入するができ、リフトオフ層のエッチングに要する時間を短縮することができる。   Thereby, the etching solution can be directly introduced into the main surface of the lift-off layer through the recess, and the time required for etching the lift-off layer can be shortened.

本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、上記貼合わせ工程は、減圧状態の窒素プラズマ雰囲気に第1基板および第2基板を曝した状態で、圧力を加えながら第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼り合わせる工程を含んでいる。   Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to another aspect of the present invention, the bonding step includes first nitriding while applying pressure in a state where the first substrate and the second substrate are exposed to a nitrogen plasma atmosphere in a reduced pressure state. A step of bonding the physical semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.

これにより、窒素プラズマによって第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層が活性化し、圧力を加えるだけで第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを接合することができる。   Thereby, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are activated by the nitrogen plasma, and the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer can be joined only by applying pressure.

本発明の他の局面に従う半導体発光素子の製造方法において好ましくは、上記貼合わせ工程は、80℃以上第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層が溶融する温度未満の温度に第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層を加熱した状態で行なわれる。80℃以上に加熱することにより第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層の拡散が促進されるので、第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを接合し易くなる。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to another aspect of the present invention, preferably, the bonding step includes performing the first nitriding at a temperature not lower than a temperature at which the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are melted at 80 ° C. or higher. This is performed in a state in which the physical semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are heated. Since the diffusion of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer is promoted by heating to 80 ° C. or higher, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer can be easily joined.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting element of the present invention, a nitride semiconductor layer can be obtained in a short time without deteriorating device characteristics.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体発光素子の構造を示す断面図である。図2は、図1の平面図である。図1および図2を参照して、本実施の形態の半導体発光素子としての面発光半導体レーザは、基板1と、バッファ層2と、n型クラッド層3と、n型GaN層4および18と、発光層17と、キャップ層16と、p型クラッド層15と、p型コンタクト層14と、p型電極31と、n型電極32とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor light emitting device in the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. Referring to FIGS. 1 and 2, a surface emitting semiconductor laser as a semiconductor light emitting device of the present embodiment includes a substrate 1, a buffer layer 2, an n-type cladding layer 3, n-type GaN layers 4 and 18, and The light emitting layer 17, the cap layer 16, the p-type cladding layer 15, the p-type contact layer 14, the p-type electrode 31, and the n-type electrode 32 are provided.

基板1の主面1a上にバッファ層2、n型クラッド層3、n型GaN層4、n型GaN層18、発光層17、キャップ層16、p型クラッド層15、およびp型コンタクト層14がこの順序で積層して形成されている。p型コンタクト層14、p型クラッド層15、キャップ層16、発光層17、およびn型GaN層18の各々には、n型GaN層4に達する溝20(凹部)が形成されている。溝20は、特に図2に示すように、平面的に見てマトリクス状に形成されている。つまり、p型コンタクト層14、p型クラッド層15、キャップ層16、発光層17、およびn型GaN層18の各々は、溝20によって島状に分離されている。また、溝20によって露出されたn型GaN層4の表面には、ピット5(凸部)が形成されている。ピット5は、溝20の各格子点に相当する位置に形成されており、溝20に収納されている。ピット5はたとえば六角錐の形状を有している。   On the main surface 1a of the substrate 1, the buffer layer 2, the n-type cladding layer 3, the n-type GaN layer 4, the n-type GaN layer 18, the light emitting layer 17, the cap layer 16, the p-type cladding layer 15, and the p-type contact layer 14 Are stacked in this order. In each of the p-type contact layer 14, the p-type cladding layer 15, the cap layer 16, the light emitting layer 17, and the n-type GaN layer 18, a groove 20 (concave portion) reaching the n-type GaN layer 4 is formed. As shown in FIG. 2 in particular, the grooves 20 are formed in a matrix shape in plan view. That is, each of the p-type contact layer 14, the p-type cladding layer 15, the cap layer 16, the light emitting layer 17, and the n-type GaN layer 18 is separated in an island shape by the groove 20. Further, pits 5 (convex portions) are formed on the surface of the n-type GaN layer 4 exposed by the grooves 20. The pit 5 is formed at a position corresponding to each lattice point of the groove 20 and is accommodated in the groove 20. The pit 5 has, for example, a hexagonal pyramid shape.

また、n型GaN層4の表面には、図示しない複数の孔が正方格子を形成するように設けられており、複数の孔の各々によって回折格子点が構成されている。各孔は円柱もしくは多角柱形状の空間部として設けられている。これによりn型GaN層4は、n型ガイド層として機能するのに加えてフォトニック結晶層としても機能する。   Further, a plurality of holes (not shown) are provided on the surface of the n-type GaN layer 4 so as to form a square lattice, and a diffraction grating point is constituted by each of the plurality of holes. Each hole is provided as a cylindrical or polygonal column shaped space. As a result, the n-type GaN layer 4 functions not only as an n-type guide layer but also as a photonic crystal layer.

溝20によって分離された島状のp型コンタクト層14の各々に接触するように、p型電極31の各々が形成されている。p型電極31はたとえば矩形の平面形状で形成されている。また、主面1aとは反対側の基板1の主面1bに接触するようにn型電極32が形成されている。n型電極32はたとえば主面1bの全面を覆うように形成されている。   Each of the p-type electrodes 31 is formed so as to be in contact with each of the island-shaped p-type contact layers 14 separated by the grooves 20. The p-type electrode 31 is formed in, for example, a rectangular planar shape. An n-type electrode 32 is formed so as to be in contact with the main surface 1b of the substrate 1 opposite to the main surface 1a. N-type electrode 32 is formed, for example, so as to cover the entire main surface 1b.

基板1はたとえばGaNよりなっており、バッファ層2はたとえばLT(Low Temperature)−GaNよりなっており、n型クラッド層3はたとえばn型AlGaNよりなっている。また、発光層17はたとえばInGaN/GaNの多重量子井戸よりなっており、キャップ層16はたとえばアンドープGaNよりなっている。さらに、p型クラッド層15はたとえばp型AlGaNよりなっており、p型コンタクト層14はたとえばp型GaNよりなっている。   The substrate 1 is made of, for example, GaN, the buffer layer 2 is made of, for example, LT (Low Temperature) -GaN, and the n-type cladding layer 3 is made of, for example, n-type AlGaN. The light emitting layer 17 is made of, for example, an InGaN / GaN multiple quantum well, and the cap layer 16 is made of, for example, undoped GaN. Furthermore, the p-type cladding layer 15 is made of, for example, p-type AlGaN, and the p-type contact layer 14 is made of, for example, p-type GaN.

なお、本実施の形態の面発光半導体レーザは、上記以外の層をさらに備えていてもよい。たとえばバッファ層2とn型クラッド層3との間にn型GaN層や、歪み抑制層としてのInGaN層などが形成されていてもよい。また、キャップ層16とp型クラッド層15との間にブロック層としてのp型AlGaN層や、p型ガイド層としてのp型GaN層などが形成されていてもよい。   Note that the surface emitting semiconductor laser of the present embodiment may further include layers other than those described above. For example, an n-type GaN layer or an InGaN layer as a strain suppression layer may be formed between the buffer layer 2 and the n-type cladding layer 3. Further, a p-type AlGaN layer as a block layer, a p-type GaN layer as a p-type guide layer, or the like may be formed between the cap layer 16 and the p-type cladding layer 15.

次に、本実施の形態における面発光半導体レーザの発光方法について説明する。p型電極31に正電圧を印加すると、p型クラッド層15から発光層17へ正孔が注入され、n型クラッド層3から発光層17へ電子が注入される。発光層17へ正孔および電子(キャリア)が注入されると、キャリアの再結合が起こり、光が発生される。発生される光の波長は、発光層17が備える半導体層のバンドギャップによって規定される。   Next, a light emitting method of the surface emitting semiconductor laser in the present embodiment will be described. When a positive voltage is applied to the p-type electrode 31, holes are injected from the p-type cladding layer 15 to the light emitting layer 17, and electrons are injected from the n-type cladding layer 3 to the light emitting layer 17. When holes and electrons (carriers) are injected into the light emitting layer 17, carrier recombination occurs and light is generated. The wavelength of the generated light is defined by the band gap of the semiconductor layer included in the light emitting layer 17.

発光層17において発生された光は、n型クラッド層3およびp型クラッド層15によって発光層17内に閉じ込められるが、一部の光はエバネッセント光としてフォトニック結晶層であるn型GaN層4に到達する。n型GaN層4に到達したエバネッセント光の波長と、n型GaN層4が有する所定の周期構造とが一致する場合には、その周期に対応する波長において光は回折を繰り返し、定在波が発生し、位相条件が規定される。n型GaN層4によって位相が規定された光は、発光層17内の光にフィードバックされ、やはり定在波を発生させる。この定在波は、n型GaN層4において規定される光の波長および位相条件を満足している。   Light generated in the light-emitting layer 17 is confined in the light-emitting layer 17 by the n-type cladding layer 3 and the p-type cladding layer 15, but a part of the light is evanescent light as the n-type GaN layer 4 that is a photonic crystal layer. To reach. When the wavelength of the evanescent light reaching the n-type GaN layer 4 matches the predetermined periodic structure of the n-type GaN layer 4, the light repeats diffraction at the wavelength corresponding to the period, and the standing wave is Occurs and the phase condition is defined. The light whose phase is defined by the n-type GaN layer 4 is fed back to the light in the light emitting layer 17 and also generates a standing wave. This standing wave satisfies the wavelength and phase conditions of light defined in the n-type GaN layer 4.

このような現象は、発光層17およびn型GaN層4が2次元的に広がりをもって形成されているので、p型電極31を中心にした領域およびその付近において生じうる。十分な量の光がこの状態に蓄積された場合、波長および位相条件の揃った光が、基板1の主面1aに垂直な方向(図1中上方向)から誘導放出される。   Such a phenomenon can occur in the region around the p-type electrode 31 and in the vicinity thereof, since the light emitting layer 17 and the n-type GaN layer 4 are two-dimensionally spread. When a sufficient amount of light is accumulated in this state, light having a uniform wavelength and phase condition is stimulated and emitted from a direction perpendicular to the main surface 1a of the substrate 1 (upward in FIG. 1).

次に、本実施の形態における面発光半導体レーザの製造方法について、図3〜図9を用いて説明する。なお、図4は図3の平面図であり、図7は図6の平面図である。   Next, a method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 is a plan view of FIG. 3, and FIG. 7 is a plan view of FIG.

図3および図4を参照して、始めに、たとえばGaNなどよりなる基板1(第1基板)を準備する。GaNよりなる基板1は、たとえばGaAs基板上にMOVPE法によりGaN層を形成し、その後GaAs基板からGaN層を切り出すことにより得られる。   3 and 4, first, a substrate 1 (first substrate) made of, for example, GaN is prepared. The substrate 1 made of GaN is obtained, for example, by forming a GaN layer on a GaAs substrate by the MOVPE method and then cutting the GaN layer from the GaAs substrate.

続いて、たとえばMOCVD(Metal-organic chemical vapor deposition)法を用いて、バッファ層2、n型クラッド層3、およびn型GaN層4の各々により構成される窒化物半導体層(第1窒化物半導体層)をこの順序で基板1の主面1a上にエピタキシャル成長させる。その後、n型GaN層4の表面に複数の孔6(図4)の各々を開口する。複数の孔6の各々はたとえば正方格子を構成するように形成される。   Subsequently, a nitride semiconductor layer (first nitride semiconductor) composed of each of the buffer layer 2, the n-type cladding layer 3, and the n-type GaN layer 4 is formed using, for example, a MOCVD (Metal-organic chemical vapor deposition) method. Layer) is epitaxially grown on the main surface 1a of the substrate 1 in this order. Thereafter, each of a plurality of holes 6 (FIG. 4) is opened on the surface of the n-type GaN layer 4. Each of the plurality of holes 6 is formed to constitute a square lattice, for example.

ここで、特にGaNよりなる基板1の中には、エピタキシャル横成長法(Epitaxial lateral over Growth)で作製されたものがある。このような基板1は、GaNとは別の材質よりなる下地基板の上に所定形状のマスク(たとえばSiOxよりなるマスク)を配置し、マスクの形成されていない下地基板上にGaN層を気相成長法により形成し、GaN層を薄板状にスライスして研磨することによって作製される。基板1の作製時には、マスクを配置する位置によって基板1の任意の位置に転位を集中させることができる。基板1の作製後、基板1の上に層を形成すると、その層には、基板1の転位集中領域の真上にある部分に窪みが生じ、その周辺にピットが生成する。つまり、下地基板上に形成するマスクを配置する位置によってピットの生成位置を制御することができる。図3においてはn型GaN層4の表面にピット5が生じている。特に図4に示すように、ピット5はたとえば格子点に相当する位置に等間隔で生成し、その高さはたとえば数10nmである。   Here, in particular, among the substrates 1 made of GaN, there are those manufactured by an epitaxial lateral over growth method. In such a substrate 1, a mask having a predetermined shape (for example, a mask made of SiOx) is disposed on a base substrate made of a material different from GaN, and a GaN layer is vapor-phased on the base substrate on which no mask is formed. It is formed by a growth method, and is produced by slicing and polishing a GaN layer into a thin plate shape. When the substrate 1 is manufactured, dislocations can be concentrated at any position on the substrate 1 depending on the position where the mask is disposed. When a layer is formed on the substrate 1 after the substrate 1 is manufactured, a depression is formed in the layer immediately above the dislocation concentration region of the substrate 1, and pits are generated in the periphery thereof. That is, the pit generation position can be controlled by the position where the mask formed on the base substrate is arranged. In FIG. 3, pits 5 are generated on the surface of the n-type GaN layer 4. In particular, as shown in FIG. 4, the pits 5 are generated at equal intervals, for example, at positions corresponding to lattice points, and the height thereof is, for example, several tens of nm.

図5を参照して、次に、基板1とは別に、たとえばサファイアよりなる基板11(第2基板、基板)を準備する。そして、たとえばMBE(Molecular Beam Epitaxy)法を用いて、バッファ層12、リフトオフ層13をこの順序で基板11の主面11a上にエピタキシャル成長させる。続いてp型コンタクト層14、p型クラッド層15、キャップ層16、発光層17、およびn型GaN層18の各々により構成される窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)をリフトオフ層13上にこの順序でエピタキシャル成長させる。バッファ層12は、基板11と上層に形成される層との格子定数の差を緩和するために形成される。また、リフトオフ層13は、たとえばGaN、AlN、InN、またはGaMnNなどの物質の結晶または結晶を含む混晶よりなっている。これらの物質は、窒化物半導体層との格子定数が近いため、窒化物半導体層に欠陥が生じたり、窒化物半導体層の内部応力が生じたりすることを抑止することができる。   Referring to FIG. 5, next, substrate 11 (second substrate, substrate) made of sapphire, for example, is prepared separately from substrate 1. Then, the buffer layer 12 and the lift-off layer 13 are epitaxially grown on the main surface 11a of the substrate 11 in this order using, for example, MBE (Molecular Beam Epitaxy). Subsequently, the nitride semiconductor layer (second nitride semiconductor layer) constituted by each of the p-type contact layer 14, the p-type cladding layer 15, the cap layer 16, the light emitting layer 17, and the n-type GaN layer 18 is removed from the lift-off layer 13. Epitaxial growth is performed in this order. The buffer layer 12 is formed to alleviate the difference in lattice constant between the substrate 11 and the upper layer. The lift-off layer 13 is made of a crystal of a material such as GaN, AlN, InN, or GaMnN or a mixed crystal containing crystals. Since these substances have a lattice constant close to that of the nitride semiconductor layer, defects in the nitride semiconductor layer and internal stress in the nitride semiconductor layer can be suppressed.

図6および図7を参照して、次に、n型GaN層18、発光層17、キャップ層16、p型クラッド層15、およびp型コンタクト層14の各々にリフトオフ層13に達する溝20(導入部、凹部)を形成する。溝20は、特に図7に示すように、たとえば平面的に見てマトリクス状に形成され、n型GaN層18などの端面Sに達するように形成される。なお、溝20は、後述するようように、ピット5を収納できるようにその位置が規定されている。溝20はたとえば100μm程度の幅を有している。溝20は、たとえばダイシング、ドライエッチング、またはレーザ照射などの方法を用いて形成されることが好ましい。これにより、短時間で容易に導入部を形成することができる。   Next, referring to FIGS. 6 and 7, the trench 20 (which reaches the lift-off layer 13 in each of the n-type GaN layer 18, the light emitting layer 17, the cap layer 16, the p-type cladding layer 15, and the p-type contact layer 14). Introductory part, concave part) are formed. As shown in FIG. 7 in particular, the grooves 20 are formed in a matrix shape, for example, in plan view, and are formed so as to reach the end face S of the n-type GaN layer 18 or the like. As will be described later, the position of the groove 20 is defined so as to accommodate the pit 5. The groove 20 has a width of about 100 μm, for example. The groove 20 is preferably formed using a method such as dicing, dry etching, or laser irradiation. Thereby, the introduction part can be easily formed in a short time.

図8を参照して、次に、基板1の主面1aと基板11の主面11aとが互いに対向した状態でn型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせる。n型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせる際には、減圧状態の窒素プラズマ雰囲気に基板1および基板11を曝した状態で、圧力を加えながらn型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせることが好ましい。これにより、窒素プラズマによってn型GaN層4およびn型GaN層18が活性化する。また、n型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせる際には、80℃以上n型GaN層が溶融する温度未満の温度にn型GaN層4およびn型GaN層18を加熱した状態で貼り合わせてもよい。これにより、n型GaN層4およびn型GaN層の拡散が促進されるので、n型GaN層4とn型GaN層18とを接合し易くなる。さらに、これら2つの貼り合わせ方法を組合わせてもよい。   Referring to FIG. 8, next, n-type GaN layer 4 and n-type GaN layer 18 are bonded together with main surface 1a of substrate 1 and main surface 11a of substrate 11 facing each other. When the n-type GaN layer 4 and the n-type GaN layer 18 are bonded together, the n-type GaN layer 4 and the n-type GaN are applied with pressure while the substrate 1 and the substrate 11 are exposed to a nitrogen plasma atmosphere under reduced pressure. It is preferable to bond the layer 18 together. Thereby, the n-type GaN layer 4 and the n-type GaN layer 18 are activated by the nitrogen plasma. Further, when the n-type GaN layer 4 and the n-type GaN layer 18 are bonded together, the n-type GaN layer 4 and the n-type GaN layer 18 are heated to a temperature not lower than the temperature at which the n-type GaN layer melts at 80 ° C. or more. You may paste together in a state. Thereby, diffusion of the n-type GaN layer 4 and the n-type GaN layer is promoted, so that the n-type GaN layer 4 and the n-type GaN layer 18 are easily joined. Further, these two bonding methods may be combined.

ここで、基板1の主面1aと基板11の主面11aとを対向させた場合にピット5と対向する位置に溝20のマトリクス形状の格子点が来るように(図2参照)、溝20は形成されている。これにより、n型GaN層4とn型GaN層18とを貼り合わせた状態で、ピット5が溝20に収納されるようになり、n型GaN層4とn型GaN層18とを隙間なく貼り合わせることができる。   Here, when the main surface 1a of the substrate 1 and the main surface 11a of the substrate 11 are opposed to each other, the lattice points of the matrix shape of the grooves 20 come to positions facing the pits 5 (see FIG. 2). Is formed. As a result, the pits 5 are accommodated in the grooves 20 in a state where the n-type GaN layer 4 and the n-type GaN layer 18 are bonded together, and the n-type GaN layer 4 and the n-type GaN layer 18 are not spaced apart from each other. Can be pasted together.

図9を参照して、次に、リフトオフ層13をウエットエッチングする。これにより、基板11およびバッファ層12と、p型コンタクト層14とが分離される。リフトオフ層13のウエットエッチングは、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、重クロム酸、水酸化カリウム、または水酸化ナトリウムなどのエッチング液を用いて、エッチング液に電界を印加しながら行なわれる。   Referring to FIG. 9, next, the lift-off layer 13 is wet etched. Thereby, the substrate 11 and the buffer layer 12 are separated from the p-type contact layer 14. The wet etching of the lift-off layer 13 is performed using an etching solution such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, dichromic acid, potassium hydroxide, or sodium hydroxide while applying an electric field to the etching solution.

ここで、ウエットエッチングに用いられるエッチング液は、図中矢印で示すように、窒化物半導体層の端面Sから溝20を介してリフトオフ層13に到達し、リフトオフ層13をエッチングする。溝20を形成することによってリフトオフ層13の主表面に直接エッチング液を導入するができ、リフトオフ層のエッチングに要する時間を短縮することができる。   Here, the etchant used for wet etching reaches the lift-off layer 13 from the end face S of the nitride semiconductor layer through the groove 20 as shown by the arrows in the drawing, and etches the lift-off layer 13. By forming the groove 20, the etching solution can be directly introduced into the main surface of the lift-off layer 13, and the time required for etching the lift-off layer can be shortened.

図1および図2を参照して、その後、島状のp型コンタクト層14の各々にp型電極31を形成し、基板1の主面1bにn型電極32を形成する。以上の工程により、本実施の形態の面発光半導体レーザが完成する。   Referring to FIGS. 1 and 2, thereafter, p-type electrode 31 is formed on each of island-shaped p-type contact layers 14, and n-type electrode 32 is formed on main surface 1 b of substrate 1. Through the above steps, the surface emitting semiconductor laser of the present embodiment is completed.

本実施の形態の面発光半導体レーザの製造方法は、基板11上にリフトオフ層13を形成する工程と、リフトオフ層13上に発光層17を含む窒化物半導体層を形成する工程と、リフトオフ層13をウエットエッチングすることにより、基板11と窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。   The surface emitting semiconductor laser manufacturing method of the present embodiment includes a step of forming the lift-off layer 13 on the substrate 11, a step of forming a nitride semiconductor layer including the light-emitting layer 17 on the lift-off layer 13, and the lift-off layer 13. And a separation step of separating the substrate 11 and the nitride semiconductor layer by wet etching.

また、本実施の形態の半導体レーザの製造方法は、基板1の主面1a上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、基板11の主面11a上にリフトオフ層13を形成する工程と、リフトオフ層13上に発光層17を含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、基板1の主面1aと基板11の主面11aとが互いに対向した状態で第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを貼り合わせる貼合わせ工程と、リフトオフ層13をウエットエッチングすることにより、基板11と第2窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備えている。   Further, the semiconductor laser manufacturing method of the present embodiment includes a step of forming the first nitride semiconductor layer on the main surface 1 a of the substrate 1 and a step of forming the lift-off layer 13 on the main surface 11 a of the substrate 11. The step of forming the second nitride semiconductor layer including the light emitting layer 17 on the lift-off layer 13 and the first nitride semiconductor layer with the main surface 1a of the substrate 1 and the main surface 11a of the substrate 11 facing each other A bonding step of bonding the second nitride semiconductor layer and a separation step of separating the substrate 11 and the second nitride semiconductor layer by wet etching the lift-off layer 13 are provided.

本実施の形態の半導体レーザの製造方法によれば、窒化物半導体層に熱によるダメージを与えることなく基板11と窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)とを分離することができる。これにより、デバイス特性の悪化を防ぐことができる。また、溶融させずに基板11と窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)とを分離することができるので、分離後の窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)の表面に凹凸を生じさせない。さらに、基板11を研磨する必要がないので短時間で窒化物半導体層を得ることができる。したがって、デバイス特性を悪化させずに短時間で窒化物半導体層を得ることができる。   According to the manufacturing method of the semiconductor laser of the present embodiment, the substrate 11 and the nitride semiconductor layer (second nitride semiconductor layer) can be separated without causing damage to the nitride semiconductor layer due to heat. Thereby, deterioration of device characteristics can be prevented. Further, since the substrate 11 and the nitride semiconductor layer (second nitride semiconductor layer) can be separated without melting, the surface of the nitride semiconductor layer (second nitride semiconductor layer) after separation is uneven. Don't make it happen. Furthermore, since it is not necessary to polish the substrate 11, a nitride semiconductor layer can be obtained in a short time. Therefore, a nitride semiconductor layer can be obtained in a short time without deteriorating device characteristics.

(実施の形態2)
実施の形態1においては、本発明の半導体発光素子が面発光半導体レーザである場合について示した。しかし、本発明の半導体発光素子は面発光半導体レーザである場合の他、LED(Light Emitting Diode)であってもよい。本実施の形態では、本発明の半導体発光素子がLEDである場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the case where the semiconductor light emitting element of the present invention is a surface emitting semiconductor laser has been described. However, the semiconductor light emitting device of the present invention may be a surface emitting semiconductor laser or an LED (Light Emitting Diode). In this embodiment, the case where the semiconductor light emitting element of the present invention is an LED will be described.

図10は、本発明の実施の形態2における半導体発光素子の構造を示す断面図である。図11は、図10の平面図である。図10および図11を参照して、本実施の形態の半導体発光素子としてのLEDは、基板101と、バッファ層102と、n型GaN層103および116と、発光層115と、p型コンタクト層114と、p型電極131と、n型電極132とを備えている。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor light emitting device in the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a plan view of FIG. Referring to FIGS. 10 and 11, the LED as the semiconductor light emitting device of the present embodiment includes a substrate 101, a buffer layer 102, n-type GaN layers 103 and 116, a light emitting layer 115, and a p-type contact layer. 114, a p-type electrode 131, and an n-type electrode 132.

基板1の主面101a上にバッファ層102、n型GaN層103、n型GaN層116、発光層115、およびp型コンタクト層114がこの順序で積層して形成されている。p型コンタクト層114、発光層115、およびn型GaN層116の各々には、n型GaN層103に達する溝120(凹部)が形成されている。溝120は、特に図11に示すように、平面的に見てマトリクス状に形成されている。つまり、p型コンタクト層114、発光層115、およびn型GaN層116の各々は、溝120によって島状に分離されている。また、溝120によって露出されたn型GaN層103の表面には、ピット105(凸部)が形成されている。ピット105は、溝120の各格子点に相当する位置に形成されており、溝120に収納されている。ピット105はたとえば六角錐の形状を有している。   On the main surface 101a of the substrate 1, a buffer layer 102, an n-type GaN layer 103, an n-type GaN layer 116, a light emitting layer 115, and a p-type contact layer 114 are laminated in this order. In each of the p-type contact layer 114, the light emitting layer 115, and the n-type GaN layer 116, a groove 120 (concave portion) reaching the n-type GaN layer 103 is formed. As shown in FIG. 11 in particular, the grooves 120 are formed in a matrix shape in plan view. That is, each of the p-type contact layer 114, the light emitting layer 115, and the n-type GaN layer 116 is separated in an island shape by the groove 120. Also, pits 105 (convex portions) are formed on the surface of the n-type GaN layer 103 exposed by the grooves 120. The pit 105 is formed at a position corresponding to each lattice point of the groove 120 and is accommodated in the groove 120. The pit 105 has, for example, a hexagonal pyramid shape.

溝120によって分離された島状のp型コンタクト層114の各々に接触するように、p型電極131の各々が形成されている。p型電極131はたとえば矩形の平面形状で形成されている。また、主面101aとは反対側の基板101の主面101bに接触するようにn型電極132が形成されている。n型電極132はたとえば主面101bの全面を覆うように形成されている。   Each of the p-type electrodes 131 is formed so as to be in contact with each of the island-shaped p-type contact layers 114 separated by the grooves 120. The p-type electrode 131 is formed in, for example, a rectangular planar shape. In addition, n-type electrode 132 is formed so as to be in contact with main surface 101b of substrate 101 opposite to main surface 101a. N-type electrode 132 is formed, for example, so as to cover the entire main surface 101b.

基板101はたとえばGaNよりなっており、バッファ層102はたとえばLT−GaNよりなっており、発光層115はたとえばInGaN/GaNの多重量子井戸よりなっており、p型コンタクト層114はたとえばp型GaNよりなっている。   The substrate 101 is made of, for example, GaN, the buffer layer 102 is made of, for example, LT-GaN, the light emitting layer 115 is made of, for example, an InGaN / GaN multiple quantum well, and the p-type contact layer 114 is made of, for example, p-type GaN. It has become more.

なお、本実施の形態のLEDは、上記以外の層をさらに備えていてもよい。たとえば発光層115とp型コンタクト層114との間にキャップ層としてのアンドープGaN層や、ブロック層としてのp型AlGaN層などが形成されていてもよい。   The LED of the present embodiment may further include layers other than those described above. For example, an undoped GaN layer as a cap layer or a p-type AlGaN layer as a block layer may be formed between the light emitting layer 115 and the p-type contact layer 114.

次に、本実施の形態におけるLEDの発光方法について説明する。p型電極31に正電圧を印加すると、発光層115へ正孔および電子(キャリア)が注入され、キャリアの再結合が起こり、光が発生される。発生される光の波長は、発光層115が備える半導体層のバンドギャップによって規定される。   Next, the light emission method of LED in this Embodiment is demonstrated. When a positive voltage is applied to the p-type electrode 31, holes and electrons (carriers) are injected into the light emitting layer 115, recombination of carriers occurs, and light is generated. The wavelength of the generated light is defined by the band gap of the semiconductor layer included in the light emitting layer 115.

次に、本実施の形態におけるLEDの製造方法について、図12〜図15を用いて説明する。   Next, the manufacturing method of LED in this Embodiment is demonstrated using FIGS.

図12を参照して、始めに、たとえばGaNなどよりなる基板101(第1基板)を準備する。そして、たとえばMOCVD法を用いて、バッファ層102およびn型GaN層103の各々により構成される窒化物半導体層(第1窒化物半導体層)をこの順序で基板101の主面101a上にエピタキシャル成長させる。その結果、n型GaN層103の表面にピット105が生じる。ピット105は、たとえば格子点に相当する位置に等間隔で生成する。   Referring to FIG. 12, first, a substrate 101 (first substrate) made of, for example, GaN is prepared. Then, for example, a nitride semiconductor layer (first nitride semiconductor layer) constituted by each of the buffer layer 102 and the n-type GaN layer 103 is epitaxially grown on the main surface 101a of the substrate 101 in this order using MOCVD. . As a result, pits 105 are generated on the surface of the n-type GaN layer 103. The pits 105 are generated at equal intervals, for example, at positions corresponding to lattice points.

図13を参照して、次に、基板101とは別に、たとえばサファイアよりなる基板111(第2基板、基板)を準備する。そして、たとえばMBE法を用いて、バッファ層112、リフトオフ層113をこの順序で基板111の主面111a上にエピタキシャル成長させる。続いてp型コンタクト層114、発光層115、およびn型GaN層116の各々により構成される窒化物半導体層(第2窒化物半導体層)をリフトオフ層113上にこの順序でエピタキシャル成長させる。   Referring to FIG. 13, next, a substrate 111 (second substrate, substrate) made of sapphire, for example, is prepared separately from the substrate 101. Then, for example, using the MBE method, the buffer layer 112 and the lift-off layer 113 are epitaxially grown on the main surface 111a of the substrate 111 in this order. Subsequently, a nitride semiconductor layer (second nitride semiconductor layer) constituted by each of the p-type contact layer 114, the light emitting layer 115, and the n-type GaN layer 116 is epitaxially grown on the lift-off layer 113 in this order.

図14を参照して、次に、n型GaN層116、発光層115、およびp型コンタクト層114の各々にリフトオフ層113に達する溝120(導入部、凹部)を形成する。溝120は、たとえば平面的に見てマトリクス状に形成され、n型GaN層116などの端面に達するように形成される。溝120は、ピット5を収納できるようにその位置が規定されている。   Referring to FIG. 14, next, a groove 120 (introduction portion, recess) reaching the lift-off layer 113 is formed in each of the n-type GaN layer 116, the light emitting layer 115, and the p-type contact layer 114. For example, the trench 120 is formed in a matrix shape in plan view, and is formed so as to reach the end face of the n-type GaN layer 116 or the like. The position of the groove 120 is defined so that the pit 5 can be accommodated.

図15を参照して、次に、基板101の主面101aと基板111の主面111aとが互いに対向した状態でn型GaN層103とn型GaN層116とを貼り合わせる。n型GaN層103とn型GaN層116とを貼り合わせた状態で、ピット105が溝120に収納される。続いて、リフトオフ層113をウエットエッチングし、基板111およびバッファ層112と、p型コンタクト層114とが分離される。   Referring to FIG. 15, next, n-type GaN layer 103 and n-type GaN layer 116 are bonded together with main surface 101a of substrate 101 and main surface 111a of substrate 111 facing each other. The pit 105 is accommodated in the groove 120 in a state where the n-type GaN layer 103 and the n-type GaN layer 116 are bonded together. Subsequently, the lift-off layer 113 is wet etched to separate the substrate 111 and the buffer layer 112 from the p-type contact layer 114.

図10および図11を参照して、その後、島状のp型コンタクト層114の各々にp型電極131を形成し、基板101の主面101bにn型電極132を形成する。以上の工程により、本実施の形態のLEDが完成する。   Referring to FIGS. 10 and 11, thereafter, p-type electrode 131 is formed on each of the island-shaped p-type contact layers 114, and n-type electrode 132 is formed on main surface 101 b of substrate 101. Through the above steps, the LED of the present embodiment is completed.

本実施の形態におけるLEDの製造方法によれば、実施の形態1の面発光半導体レーザの製造方法と同様の効果を得ることができる。   According to the LED manufacturing method of the present embodiment, the same effects as those of the surface emitting semiconductor laser manufacturing method of the first embodiment can be obtained.

(実施の形態3)
実施の形態1および2では、窒化物半導体層にストライプ状の溝20を形成する場合について示した。しかし、本発明はこのような形状の溝20を形成する場合に限られるものではなく、少なくとも外部からリフトオフ層へエッチング液を導入可能にするための部分であるか、または凸部を収納できる大きさの凹部が形成されればよい。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the case where the stripe-shaped groove 20 is formed in the nitride semiconductor layer has been described. However, the present invention is not limited to the case of forming the groove 20 having such a shape, and is at least a portion for allowing an etching solution to be introduced into the lift-off layer from the outside, or a size capable of accommodating the convex portion. It suffices if a recess is formed.

図16は、本発明の実施の形態3における半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。図17は、図16の平面図である。図16および図17を参照して、本実施の形態におけるLEDの製造方法では、図12および図13に示される実施の形態2の製造工程と同様の製造工程を経た後で、n型GaN層116、発光層115、p型コンタクト層114、リフトオフ層113、バッファ層112、および基板111を貫通するように複数の孔121を形成する。複数の孔121の各々は、平面的に見てピット5に対応する位置に形成される。その後、図15に示される実施の形態2の製造工程と同様の製造工程を経て、本実施の形態のLEDが完成する。   FIG. 16 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor light emitting element in the third embodiment of the present invention. FIG. 17 is a plan view of FIG. Referring to FIGS. 16 and 17, in the LED manufacturing method according to the present embodiment, the n-type GaN layer is obtained after the manufacturing process similar to the manufacturing process of the second embodiment shown in FIGS. 116, a light emitting layer 115, a p-type contact layer 114, a lift-off layer 113, a buffer layer 112, and a plurality of holes 121 are formed so as to penetrate the substrate 111. Each of the plurality of holes 121 is formed at a position corresponding to the pit 5 in plan view. Thereafter, the LED of the present embodiment is completed through the same manufacturing process as that of the second embodiment shown in FIG.

本実施の形態におけるLEDの製造方法によれば、実施の形態1の面発光半導体レーザの製造方法と同様の効果を得ることができる。加えて、リフトオフ層113をエッチングする際に、基板111の主面111bから孔121を介してリフトオフ層113へエッチング液を導入することが可能である。また、孔121の孔径に応じてエッチング液の流量を制御することができる。   According to the LED manufacturing method of the present embodiment, the same effects as those of the surface emitting semiconductor laser manufacturing method of the first embodiment can be obtained. In addition, when the lift-off layer 113 is etched, an etchant can be introduced from the main surface 111 b of the substrate 111 into the lift-off layer 113 through the hole 121. Further, the flow rate of the etching solution can be controlled in accordance with the hole diameter of the hole 121.

なお、本実施の形態の製造方法をたとえば実施の形態1の製造方法に適宜組み合わせることも可能である。また、導入部を形成する方法としては、窒化物半導体層に溝や孔を形成する場合の他、第2基板上における導入部となる位置にたとえばSiO2やSiNxなどよりなるマスク層を形成し、第2基板上におけるマスク層のない部分にのみ窒化物半導体層を選択成長させる方法も挙げられる。 It should be noted that the manufacturing method of the present embodiment can be appropriately combined with the manufacturing method of Embodiment 1, for example. In addition, as a method of forming the introduction portion, a mask layer made of, for example, SiO 2 or SiN x is formed at a position to be the introduction portion on the second substrate, in addition to forming a groove or a hole in the nitride semiconductor layer. In addition, a method of selectively growing a nitride semiconductor layer only in a portion where there is no mask layer on the second substrate is also mentioned.

本実施例では、実施の形態1と同様の製造方法を用いて半導体レーザを製造した。具体的には以下の方法により半導体レーザを製造した。   In this example, a semiconductor laser was manufactured using the same manufacturing method as in the first embodiment. Specifically, a semiconductor laser was manufactured by the following method.

直径2インチのGaAs(111)基板を準備した。このGaAs基板上にSiO2膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によりSiO2膜に250μmピッチで開口径10μmの開口部を形成した。これにより、SiO2よりなるマスク層を形成した。次に、MOVPE法を用いてGaAs基板上にGaN層を3mmの厚さで形成し、その後スライサーを用いてGaN層を500μmの厚さで切り出し、GaN層の表面を研磨して鏡面とした。このようにしてGaN(0001)基板を準備した。次に、MOVPE法を用いて、LT−GaN層、n型GaN層、n型InGaN層、n型AlGaN層、およびn型GaN層の各々をこの順序でGaN基板上に形成した。その結果、n型GaN層の表面には、250μmピッチで深さ200nmの窪みと、その周囲に高さ50nmのピットとが形成されていた。次に、160nmピッチで開口径90nmのレジストを用いて、n型GaN層の表面に120nmの深さを有する複数の孔を形成した。 A GaAs (111) substrate having a diameter of 2 inches was prepared. An SiO 2 film was formed on the GaAs substrate, and openings having an opening diameter of 10 μm were formed at a pitch of 250 μm in the SiO 2 film by photolithography. Thereby, a mask layer made of SiO 2 was formed. Next, a GaN layer was formed to a thickness of 3 mm on the GaAs substrate by using the MOVPE method, and then the GaN layer was cut to a thickness of 500 μm by using a slicer, and the surface of the GaN layer was polished to give a mirror surface. In this way, a GaN (0001) substrate was prepared. Next, each of the LT-GaN layer, the n-type GaN layer, the n-type InGaN layer, the n-type AlGaN layer, and the n-type GaN layer was formed in this order on the GaN substrate by using the MOVPE method. As a result, recesses with a depth of 200 nm at a pitch of 250 μm and pits with a height of 50 nm were formed on the surface of the n-type GaN layer. Next, a plurality of holes having a depth of 120 nm were formed on the surface of the n-type GaN layer using a resist having a 160 nm pitch and an opening diameter of 90 nm.

一方、GaN基板とは別に直径2インチのサファイア基板を準備した。次に、MBE法を用いて、LT−GaN層、GaMnN層、p型GaN層、p型AlGaN層、p型GaN層、p型AlGaN層、アンドープGaN層、InGaN/GaN多重量子井戸層、およびn型GaN層の各々をこの順序でサファイア基板上に形成した。そして、250μmピッチで幅30μmのストライプ状の開口部を有するレジストマスクを形成してドライエッチングすることにより、n型GaN層表面からGaMnN層にまで達する深さの溝を形成した。   On the other hand, a sapphire substrate having a diameter of 2 inches was prepared separately from the GaN substrate. Next, using MBE method, LT-GaN layer, GaMnN layer, p-type GaN layer, p-type AlGaN layer, p-type GaN layer, p-type AlGaN layer, undoped GaN layer, InGaN / GaN multiple quantum well layer, and Each of the n-type GaN layers was formed on the sapphire substrate in this order. Then, a resist mask having a stripe-shaped opening having a width of 30 μm at a pitch of 250 μm was formed and dry-etched to form a groove having a depth reaching from the n-type GaN layer surface to the GaMnN layer.

次に、GaN基板上におけるピットと、サファイア基板上におけるストライプ状の溝の格子点とが対向するように、GaN基板上のn型GaN層とサファイア基板上のn型GaN層とを重ね合わせた状態で、GaN基板およびサファイア基板を真空炉へ導入した。そして、真空炉中を窒素雰囲気にし、プラズマを発生させながら600℃の温度に加熱し、1kgf/cm2(9.8×104Pa)の圧力を加えて30分保持した。これにより、n型GaN層同士を貼り合わせた。貼り合わされているのを確認した後、電界を印加しながら硫酸溶液にGaN基板およびサファイア基板を浸漬した。その結果、GaMnN層が溶解し、サファイア基板が剥離した。その後、GaN基板およびp型GaN層にそれぞれ電極を形成し、面発光半導体レーザを得た。 Next, the n-type GaN layer on the GaN substrate and the n-type GaN layer on the sapphire substrate were overlapped so that the pits on the GaN substrate and the lattice points of the striped grooves on the sapphire substrate faced each other. In this state, a GaN substrate and a sapphire substrate were introduced into a vacuum furnace. Then, the inside of the vacuum furnace was put into a nitrogen atmosphere, heated to a temperature of 600 ° C. while generating plasma, and a pressure of 1 kgf / cm 2 (9.8 × 10 4 Pa) was applied and held for 30 minutes. Thereby, n-type GaN layers were bonded together. After confirming the bonding, the GaN substrate and the sapphire substrate were immersed in a sulfuric acid solution while applying an electric field. As a result, the GaMnN layer was dissolved and the sapphire substrate was peeled off. Thereafter, electrodes were respectively formed on the GaN substrate and the p-type GaN layer to obtain a surface emitting semiconductor laser.

こうして得られた面発光半導体レーザに通電したところ、面発光が確認された。   When the surface-emitting semiconductor laser thus obtained was energized, surface emission was confirmed.

本実施例では、実施の形態2と同様の製造方法を用いてLEDを製造した。具体的には以下の方法によりLEDを製造した。   In this example, an LED was manufactured using the same manufacturing method as in the second embodiment. Specifically, an LED was manufactured by the following method.

直径2インチのGaAs(111)基板を準備した。このGaAs基板上にSiNx膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によりSiNx膜に400μmピッチで開口径60μmの開口部を形成した。これにより、SiNxよりなるマスク層を形成した。次に、MOVPE法を用いてGaAs基板上にGaN層を3mmの厚さで形成し、その後スライサーを用いてGaN層を300μmの厚さで切り出し、GaN層の表面を研磨して鏡面とした。このようにしてGaN(0001)基板を準備した。次に、MOVPE法を用いて、LT−GaN層およびn型GaN層の各々をこの順序でGaN基板上に形成した。その結果、n型GaN層の表面には、400μmピッチで深さ300nmの窪みと、その周囲に高さ50nmのピットとが形成されていた。 A GaAs (111) substrate having a diameter of 2 inches was prepared. An SiN x film was formed on this GaAs substrate, and openings with an opening diameter of 60 μm were formed at a pitch of 400 μm in the SiN x film by photolithography. Thereby, a mask layer made of SiN x was formed. Next, a GaN layer was formed to a thickness of 3 mm on the GaAs substrate by using the MOVPE method, and then the GaN layer was cut to a thickness of 300 μm by using a slicer, and the surface of the GaN layer was polished to give a mirror surface. In this way, a GaN (0001) substrate was prepared. Next, each of the LT-GaN layer and the n-type GaN layer was formed on the GaN substrate in this order by using the MOVPE method. As a result, pits having a depth of 300 nm at a pitch of 400 μm and pits having a height of 50 nm were formed on the surface of the n-type GaN layer.

一方、GaN基板とは別に直径2インチのサファイア基板を準備した。次に、MBE法を用いて、LT−GaN層、GaMnN層を形成した。さらに、MOVPE法を用いて、p型GaN層、p型AlGaN層、アンドープGaN層、InGaN/GaN多重量子井戸層、およびn型GaN層の各々をこの順序でGaMnN層上に形成した。そして、ダイヤモンドブレードを用いて、400μmピッチで幅50μmのストライプ状の溝をGaMnN層にまで達する深さで形成した。   On the other hand, a sapphire substrate having a diameter of 2 inches was prepared separately from the GaN substrate. Next, an LT-GaN layer and a GaMnN layer were formed using the MBE method. Furthermore, each of a p-type GaN layer, a p-type AlGaN layer, an undoped GaN layer, an InGaN / GaN multiple quantum well layer, and an n-type GaN layer was formed on the GaMnN layer in this order by using the MOVPE method. Then, using a diamond blade, stripe-like grooves having a width of 400 μm and a width of 50 μm were formed with a depth reaching the GaMnN layer.

次に、GaN基板上におけるピットと、サファイア基板上におけるストライプ状の溝の格子点とが対向するように、GaN基板上のn型GaN層とサファイア基板上のn型GaN層とを重ね合わせた状態で、GaN基板およびサファイア基板を真空炉へ導入した。そして、真空炉中を窒素雰囲気にし、プラズマを発生させながら400℃の温度に加熱し、1kgf/cm2(9.8×104Pa)の圧力を加えて30分保持した。これにより、n型GaN層同士を貼り合わせた。貼り合わされているのを確認した後、電界を印加しながら硫酸溶液にGaN基板およびサファイア基板を浸漬した。その結果、GaMnN層が溶解し、サファイア基板が剥離した。その後、GaN基板およびp型GaN層にそれぞれ電極を形成し、LEDを得た。 Next, the n-type GaN layer on the GaN substrate and the n-type GaN layer on the sapphire substrate were overlapped so that the pits on the GaN substrate and the lattice points of the striped grooves on the sapphire substrate faced each other. In this state, a GaN substrate and a sapphire substrate were introduced into a vacuum furnace. Then, the inside of the vacuum furnace was put into a nitrogen atmosphere, heated to a temperature of 400 ° C. while generating plasma, and a pressure of 1 kgf / cm 2 (9.8 × 10 4 Pa) was applied and held for 30 minutes. Thereby, n-type GaN layers were bonded together. After confirming the bonding, the GaN substrate and the sapphire substrate were immersed in a sulfuric acid solution while applying an electric field. As a result, the GaMnN layer was dissolved and the sapphire substrate was peeled off. Thereafter, electrodes were formed on the GaN substrate and the p-type GaN layer, respectively, to obtain an LED.

こうして得られたLEDを、ダイヤモンドブレードを用いて溝で分割してチップ形状にし、通電したところ、発光が確認された。   When the LED thus obtained was divided into grooves using a diamond blade to form a chip and energized, light emission was confirmed.

本実施例では、実施の形態3と同様の製造方法を用いてLEDを製造した。具体的には以下の方法によりLEDを製造した。   In this example, an LED was manufactured using the same manufacturing method as in the third embodiment. Specifically, an LED was manufactured by the following method.

直径2インチのGaAs(111)基板を準備した。このGaAs基板上にSiOx膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によりSiOx膜に400μmピッチで開口径60μmの開口部を形成した。これにより、SiOxよりなるマスク層を形成した。次に、MOVPE法を用いてGaAs基板上にGaN層を3mmの厚さで形成し、その後スライサーを用いてGaN層を400μmの厚さで切り出し、GaN層の表面を研磨して鏡面とした。このようにしてGaN(0001)基板を準備した。次に、MOVPE法を用いて、LT−GaN層およびn型GaN層の各々をこの順序でGaN基板上に形成した。その結果、n型GaN層の表面には、400μmピッチで深さ300nmの窪みと、その周囲に高さ50nmのピットとが形成されていた。 A GaAs (111) substrate having a diameter of 2 inches was prepared. An SiO x film was formed on the GaAs substrate, and openings having an opening diameter of 60 μm were formed at a pitch of 400 μm in the SiO x film by photolithography. Thereby, a mask layer made of SiO x was formed. Next, a GaN layer was formed to a thickness of 3 mm on a GaAs substrate by using the MOVPE method, and then the GaN layer was cut to a thickness of 400 μm using a slicer, and the surface of the GaN layer was polished to give a mirror surface. In this way, a GaN (0001) substrate was prepared. Next, each of the LT-GaN layer and the n-type GaN layer was formed on the GaN substrate in this order by using the MOVPE method. As a result, pits having a depth of 300 nm at a pitch of 400 μm and pits having a height of 50 nm were formed on the surface of the n-type GaN layer.

一方、GaN基板とは別に直径2インチのサファイア基板を準備した。次に、MBE法を用いて、LT−GaN層、GaMnN層を形成した。さらに、MOVPE法を用いて、p型GaN層、p型AlGaN層、アンドープGaN層、InGaN/GaN多重量子井戸層、およびn型GaN層の各々をこの順序でGaMnN層上に形成した。そして、エキシマレーザを用いて、n型GaN層からサファイア基板まで貫通する複数の孔を400μmピッチで形成した。   On the other hand, a sapphire substrate having a diameter of 2 inches was prepared separately from the GaN substrate. Next, an LT-GaN layer and a GaMnN layer were formed using the MBE method. Furthermore, each of a p-type GaN layer, a p-type AlGaN layer, an undoped GaN layer, an InGaN / GaN multiple quantum well layer, and an n-type GaN layer was formed on the GaMnN layer in this order by using the MOVPE method. Then, using an excimer laser, a plurality of holes penetrating from the n-type GaN layer to the sapphire substrate were formed at a pitch of 400 μm.

次に、GaN基板上におけるピットと、サファイア基板における孔とが対向するように、GaN基板上のn型GaN層とサファイア基板上のn型GaN層とを重ね合わせた状態で、GaN基板およびサファイア基板を真空炉へ導入した。そして、真空炉中を窒素雰囲気にし、プラズマを発生させながら700℃の温度に加熱し、3kgf/cm2(29.4×104Pa)の圧力を加えて60分保持した。これにより、n型GaN層同士を貼り合わせた。貼り合わされているのを確認した後、電界を印加しながら硫酸溶液にGaN基板およびサファイア基板を浸漬した。その結果、GaMnN層が溶解し、サファイア基板が剥離した。その後、GaN基板およびp型GaN層にそれぞれ電極を形成し、LEDを得た。 Next, in a state where the n-type GaN layer on the GaN substrate and the n-type GaN layer on the sapphire substrate are overlapped so that the pits on the GaN substrate and the holes in the sapphire substrate face each other, the GaN substrate and the sapphire The substrate was introduced into a vacuum furnace. Then, the inside of the vacuum furnace was put into a nitrogen atmosphere, heated to a temperature of 700 ° C. while generating plasma, and a pressure of 3 kgf / cm 2 (29.4 × 10 4 Pa) was applied and held for 60 minutes. Thereby, n-type GaN layers were bonded together. After confirming the bonding, the GaN substrate and the sapphire substrate were immersed in a sulfuric acid solution while applying an electric field. As a result, the GaMnN layer was dissolved and the sapphire substrate was peeled off. Thereafter, electrodes were formed on the GaN substrate and the p-type GaN layer, respectively, to obtain an LED.

こうして得られたLEDを、スクライブ装置とブレーカ装置とを用いてチップ形状に分割し、通電したところ、発光が確認された。   When the LED thus obtained was divided into chips using a scribe device and a breaker device and energized, light emission was confirmed.

以上に開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。   The embodiments and examples disclosed above are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and is intended to include all modifications and variations within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. .

本発明は、GaNを含む窒化物半導体層を備えた半導体発光素子の製造方法に適している。   The present invention is suitable for a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device including a nitride semiconductor layer containing GaN.

本発明の実施の形態1における半導体発光素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体発光素子の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体発光素子の製造方法の第1工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体発光素子の製造方法の第1工程を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体発光素子の製造方法の第2工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体発光素子の製造方法の第3工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体発光素子の製造方法の第3工程を示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体発光素子の製造方法の第4工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体発光素子の製造方法の第5工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 5th process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体発光素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体発光素子の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体発光素子の製造方法の第1工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体発光素子の製造方法の第2工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体発光素子の製造方法の第3工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体発光素子の製造方法の第4工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における半導体発光素子の製造方法を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,11,101,111 基板、1a,1b,11a,101a,101b,111a,111b 基板の主面、2,12,102,112 バッファ層、3 n型クラッド層、4,18,103,116 n型GaN層、5,105 ピット、6,121 孔、13,113 リフトオフ層、14,114 p型コンタクト層、15 p型クラッド層、16 キャップ層、17,115 発光層、20,120 溝、31,131 p型電極、32,132 n型電極。   1, 11, 101, 111 substrate, 1a, 1b, 11a, 101a, 101b, 111a, 111b substrate main surface, 2, 12, 102, 112 buffer layer, 3 n-type cladding layer, 4, 18, 103, 116 n-type GaN layer, 5,105 pits, 6,121 holes, 13,113 lift-off layer, 14,114 p-type contact layer, 15 p-type cladding layer, 16 cap layer, 17,115 light emitting layer, 20,120 groove, 31, 131 p-type electrode, 32, 132 n-type electrode.

Claims (12)

基板上にリフトオフ層を形成する工程と、
前記リフトオフ層上に発光層を含む窒化物半導体層を形成する工程と、
前記リフトオフ層をウエットエッチングすることにより、前記基板と前記窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備える、半導体発光素子の製造方法。
Forming a lift-off layer on the substrate;
Forming a nitride semiconductor layer including a light emitting layer on the lift-off layer;
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: a separation step of separating the substrate and the nitride semiconductor layer by performing wet etching on the lift-off layer.
前記分離工程の前に、前記ウエットエッチングに用いられるエッチング液を前記リフトオフ層に到達させるための導入部を形成する導入部工程をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising an introduction part process for forming an introduction part for allowing an etchant used for the wet etching to reach the lift-off layer before the separation process. Manufacturing method. 前記導入部は前記窒化物半導体層の端面に達するように形成された溝であることを特徴とする、請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the introduction portion is a groove formed so as to reach an end face of the nitride semiconductor layer. 前記導入部は前記窒化物半導体層および前記基板を貫通するよう形成された孔であることを特徴とする、請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the introduction part is a hole formed so as to penetrate the nitride semiconductor layer and the substrate. 前記導入部工程において、ダイシング、ドライエッチング、またはレーザ照射のいずれかの方法を用いて前記窒化物半導体層に前記導入部を形成することを特徴とする、請求項2〜4のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。   5. The introduction portion is formed in the nitride semiconductor layer using any one of dicing, dry etching, and laser irradiation in the introduction portion step. 6. Manufacturing method of the semiconductor light-emitting device. 前記分離工程において、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、重クロム酸、水酸化カリウム、および水酸化ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むエッチング液に電界を印加しながら前記リフトオフ層をエッチングすることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。   In the separation step, the lift-off layer is etched while applying an electric field to an etching solution containing at least one selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, dichromic acid, potassium hydroxide, and sodium hydroxide. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein: 前記リフトオフ層はGaN、AlN、InN、およびGaMnNからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む結晶または結晶を含む混晶よりなることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。   The semiconductor according to claim 1, wherein the lift-off layer is made of a crystal containing at least one selected from the group consisting of GaN, AlN, InN, and GaMnN, or a mixed crystal containing crystals. Manufacturing method of light emitting element. 第1基板の主面上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、
第2基板の主面上にリフトオフ層を形成する工程と、
前記リフトオフ層上に発光層を含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第1基板の前記主面と前記第2基板の前記主面とが互いに対向した状態で前記第1窒化物半導体層と前記第2窒化物半導体層とを貼り合わせる貼合わせ工程と、
前記リフトオフ層をウエットエッチングすることにより、前記第2基板と前記第2窒化物半導体層とを分離する分離工程とを備える、半導体発光素子の製造方法。
Forming a first nitride semiconductor layer on the main surface of the first substrate;
Forming a lift-off layer on the main surface of the second substrate;
Forming a second nitride semiconductor layer including a light emitting layer on the lift-off layer;
A bonding step of bonding the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer with the main surface of the first substrate and the main surface of the second substrate facing each other;
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: a separation step of separating the second substrate and the second nitride semiconductor layer by wet etching the lift-off layer.
前記第1窒化物半導体層を形成する工程において前記第1窒化物半導体層の表面に凸部が形成され、
前記凸部に対応する第2窒化物半導体層の表面に、前記凸部を収納できる大きさの凹部を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項8に記載の半導体発光素子の製造方法。
In the step of forming the first nitride semiconductor layer, a convex portion is formed on the surface of the first nitride semiconductor layer,
The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 8, further comprising forming a recess having a size capable of accommodating the protrusion on the surface of the second nitride semiconductor layer corresponding to the protrusion. Method.
前記分離工程において、前記ウエットエッチングに用いられるエッチング液を前記凹部を介してリフトオフ層に到達させることを特徴とする、請求項9に記載の半導体発光素子の製造方法。   10. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 9, wherein in the separation step, an etching solution used for the wet etching is allowed to reach the lift-off layer through the recess. 前記貼合わせ工程は、減圧状態の窒素プラズマ雰囲気に前記第1基板および前記第2基板を曝した状態で、圧力を加えながら前記第1窒化物半導体層と前記第2窒化物半導体層とを貼り合わせる工程を含むことを特徴とする、請求項8〜10のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。   In the bonding step, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are bonded while applying pressure in a state where the first substrate and the second substrate are exposed to a nitrogen plasma atmosphere in a reduced pressure state. The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 8, further comprising a step of combining. 前記貼合わせ工程は、80℃以上前記第1窒化物半導体層および前記第2窒化物半導体層が溶融する温度未満の温度に前記第1窒化物半導体層および前記第2窒化物半導体層を加熱した状態で行なわれることを特徴とする、請求項8〜11のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。   In the bonding step, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are heated to a temperature of 80 ° C. or higher and lower than a temperature at which the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are melted. The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 8, wherein the method is performed in a state.
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