JP2007235122A - Semiconductor light-emitting apparatus, and its manufacturing method - Google Patents

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Tetsuzo Ueda
哲三 上田
Kenji Orita
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high luminance by improving the light extraction efficiency and also high-output operation by improving heat radiation, while achieving cost reduction. <P>SOLUTION: The semiconductor light-emitting apparatus has a substrate 101, multiple nitride semiconductor layers 120 including an LED structure formed on the substrate 101 by growth, and p-side high-reflection electrodes 107 formed on the nitride semiconductor layer 120. A first opening 101a that exposes the nitride semiconductor layer 120 is formed on the substrate 101. The p-side high-reflection electrode 107 is formed to counter the first opening 101a and the peripheral region of the first opening 101a on the substrate 101. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば短波長発光ダイオード素子に適用可能な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 applicable to, for example, a short wavelength light emitting diode element and a manufacturing method thereof.

窒化ガリウム(GaN)系III-V族窒化物半導体は、例えばGaNの場合、室温における禁制帯幅が3.4eVと大きいことから、可視域発光ダイオード素子又は短波長半導体レーザ素子のような発光デバイスに応用できる。特に、発光ダイオード素子は、青緑色又は青色の出射光により蛍光材料を励起して発光する白色発光ダイオード素子が各種の表示用又はディスプレイ装置等で実用化されるに至っている。   In the case of gallium nitride (GaN) III-V nitride semiconductor, for example, in the case of GaN, the forbidden band width at room temperature is as large as 3.4 eV. Therefore, a light emitting device such as a visible light emitting diode element or a short wavelength semiconductor laser element It can be applied to. In particular, as a light emitting diode element, a white light emitting diode element that emits light by exciting a fluorescent material with blue-green or blue emitted light has been put to practical use in various displays or display devices.

今後も市場の拡大が予想されるGaN系発光ダイオード素子は、これまで一般にはサファイアからなる基板上に有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法により結晶成長したエピタキシャル成長層が用いられている。サファイア基板の上に低温バッファ層を設けるヘテロエピタキシャル成長、窒化インジウムガリウム(InGaN)からなる多重量子井戸構造を有する活性層の成長、活性化アニール技術による低抵抗のp型GaN層の成長等の要素技術が確立された結果、GaN系発光ダイオード素子の特性の向上が図られてきている。   GaN-based light-emitting diode elements, which are expected to expand in the future, have generally used an epitaxially grown layer that has been crystal-grown on a sapphire substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). ing. Elemental technologies such as heteroepitaxial growth in which a low-temperature buffer layer is provided on a sapphire substrate, growth of an active layer having a multiple quantum well structure made of indium gallium nitride (InGaN), and growth of a low-resistance p-type GaN layer by activation annealing technology As a result, the characteristics of GaN-based light-emitting diode elements have been improved.

しかしながら、サファイア基板は導電性を有さない、放熱性が低い等の種々の問題があり、低動作電圧化又は高出力化には限界がある。このように、サファイア基板を用いるGaN系発光デバイスの種々の問題を解決するために、例えばサファイア基板におけるGaN系エピタキシャル層と反対側の面から高出力且つ短波長のパルスレーザ光を照射して、基板とエピタキシャル層との界面近傍におけるGaN層を熱分解することにより、エピタキシャル成長層を分離する、いわゆるレーザリフトオフ技術が開発され、サファイア基板を分離した縦型構造を持つ発光ダイオード素子が実現されている。   However, the sapphire substrate has various problems such as non-conductivity and low heat dissipation, and there is a limit to lower operating voltage or higher output. Thus, in order to solve various problems of the GaN-based light emitting device using the sapphire substrate, for example, by irradiating a pulse laser beam having a high output and a short wavelength from the surface opposite to the GaN-based epitaxial layer in the sapphire substrate, A so-called laser lift-off technology has been developed to separate the epitaxial growth layer by thermally decomposing the GaN layer in the vicinity of the interface between the substrate and the epitaxial layer, and a light emitting diode element having a vertical structure separated from the sapphire substrate has been realized. .

この構成により、膜厚が比較的に厚い金めっき材、又は銅タングステン(CuW)等からなり、放熱性に優れた金属保持基板をエピタキシャル層に張り合わせると、該金属保持基板を介して放熱が行なわれるため、高出力化が容易となる。また、エピタキシャル層の両面に電極を形成した縦型電極構造を採用できるため、直列抵抗及び動作電圧を低減できるので有利な構造である。今後はGaN系発光ダイオード素子の高性能化に向けて、結晶成長用基板を分離した、いわゆるフリースタンディング構造の採用が不可欠になると考えられる。
特開2004−088083号公報 T.Ueda et al, Phys. Stat. Sol. 0, No.7 pp.2219-2222 (2003) D.Morita et al, Jpn. J. Appl. Phys. 41 pp.L1434-1436 (2002)
With this configuration, when a metal holding substrate made of a gold plating material or copper tungsten (CuW) having a relatively large film thickness and having excellent heat dissipation properties is bonded to the epitaxial layer, heat is released through the metal holding substrate. As a result, it is easy to increase the output. Further, since a vertical electrode structure in which electrodes are formed on both sides of the epitaxial layer can be adopted, the series resistance and the operating voltage can be reduced, which is an advantageous structure. In the future, in order to improve the performance of GaN-based light emitting diode elements, it is considered essential to adopt a so-called free standing structure in which the crystal growth substrate is separated.
JP 2004-088083 A T. Ueda et al, Phys. Stat. Sol. 0, No.7 pp.2219-2222 (2003) D. Morita et al, Jpn. J. Appl. Phys. 41 pp. L1434-1436 (2002)

しかしながら、前記従来の窒化物半導体発光装置は、以下のような問題がある。例えば非特許文献1に記載された発光ダイオード素子は、金めっき材のみでダイオードチップを保持することになるため、ダイオードチップの強度が不足して実装時にチップ割れ等を生じるおそれがある。また、p型半導体層側に高反射電極を設けることにより、光の取り出し効率を向上させてはいるものの、チップの横方向に漏れる漏れ光を取り出す手段を有しておらず、高輝度化には限界がある。   However, the conventional nitride semiconductor light emitting device has the following problems. For example, since the light-emitting diode element described in Non-Patent Document 1 holds the diode chip only with a gold plating material, the strength of the diode chip is insufficient, and there is a risk of chip cracking or the like during mounting. In addition, although a high reflection electrode is provided on the p-type semiconductor layer side, the light extraction efficiency is improved, but there is no means for taking out leaked light leaking in the lateral direction of the chip, thereby increasing the brightness. There are limits.

また、非特許文献2に記載されたGaN系発光ダイオード素子は、エピタキシャル成長層をCuWからなる保持基板に張り合わせた後に、結晶成長用のサファイア基板を分離している。従って、エピタキシャル層に保持基板を張り合わせる工程が追加されるため、チップのコスト低減には限界がある。   In the GaN-based light emitting diode device described in Non-Patent Document 2, the epitaxial growth layer is bonded to a holding substrate made of CuW, and then the sapphire substrate for crystal growth is separated. Accordingly, a process for bonding the holding substrate to the epitaxial layer is added, so that there is a limit in reducing the cost of the chip.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、化合物半導体、特にGaN系化合物半導体を用いた半導体発光装置において、コストを低減しながら、光の取り出し効率を向上させて高輝度化を実現し、且つ放熱性を改善して高出力動作を実現できるようにすることを目的とする。   In view of the above-described conventional problems, the present invention achieves high brightness by improving light extraction efficiency and reducing heat in a semiconductor light emitting device using a compound semiconductor, particularly a GaN-based compound semiconductor. The purpose is to improve the performance and realize high output operation.

前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光装置を、結晶成長用基板に半導体層を成長した後、結晶成長用基板に半導体層を露出する開口部を設け、半導体層における開口部と反対側の対向面に該開口部よりも面積が大きい電極を形成する構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor light emitting device in which an opening for exposing a semiconductor layer is provided on a crystal growth substrate after a semiconductor layer is grown on the crystal growth substrate, An electrode having a larger area than the opening is formed on the opposite surface.

さらに、半導体層における結晶成長用基板の開口部からの露出領域を凹凸状、さらにはフォトニック結晶構造としたり、開口部と対向する電極を高反射電極とすることにより、光の取り出し効率が大幅に向上する。また、電極に厚膜の金属膜を用いると、該金属膜を介して放熱性が向上して、高出力動作が可能となる。   Furthermore, the light extraction efficiency is greatly improved by making the exposed region of the semiconductor layer from the opening of the substrate for crystal growth into a concavo-convex shape, and a photonic crystal structure, and the electrode facing the opening is a highly reflective electrode. To improve. In addition, when a thick metal film is used for the electrode, heat dissipation is improved through the metal film, and high output operation is possible.

具体的には、本発明に係る半導体発光装置は、基板と、基板の上に成長により形成され、活性層を含む複数の半導体層と、半導体層の上に形成された第1の電極とを備え、基板には半導体層を露出する第1の開口部が形成されており、第1の電極は、基板における第1の開口部及び該第1の開口部の周辺領域と対向するように形成され、第1の電極の平面積は、第1の開口部の開口面積よりも大きいことを特徴とする。   Specifically, a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a substrate, a plurality of semiconductor layers formed by growth on the substrate and including an active layer, and a first electrode formed on the semiconductor layer. A first opening exposing the semiconductor layer is formed in the substrate, and the first electrode is formed so as to face the first opening in the substrate and a peripheral region of the first opening. The planar area of the first electrode is larger than the opening area of the first opening.

本発明の半導体発光装置によると、半導体層の成長用の基板を全面的に分離して除去するのではなく、基板に半導体層を露出する開口部を設けるため、該基板は半導体層の保持機能を維持できる。さらに、第1の電極は、基板における第1の開口部及び該第1の開口部の周辺領域と対向するように形成されているため、例えば第1の電極を高反射電極とすることにより、高輝度化を実現することができる。   According to the semiconductor light emitting device of the present invention, since the substrate for growing the semiconductor layer is not completely separated and removed, but the opening for exposing the semiconductor layer is provided in the substrate, the substrate has a function of holding the semiconductor layer. Can be maintained. Furthermore, since the first electrode is formed so as to face the first opening in the substrate and the peripheral region of the first opening, for example, by using the first electrode as a highly reflective electrode, High brightness can be realized.

本発明の半導体発光装置において、第1の電極は、複数の半導体層のうち一の導電型を持つ一の半導体層と電気的に接続されており、複数の半導体層のうち他の導電型を持つ他の半導体層と電気的に接続された第2の電極をさらに備え、第2の電極は、基板に形成された第2の開口部を介して第1の電極の反対側に引き出されていることが好ましい。このようにすると、第1の電極と第2の電極とが半導体層の両側に形成されるため、縦型デバイスとすることが可能となる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the first electrode is electrically connected to one semiconductor layer having one conductivity type among the plurality of semiconductor layers, and the other conductivity type among the plurality of semiconductor layers is selected. A second electrode electrically connected to the other semiconductor layer, and the second electrode is drawn to the opposite side of the first electrode through the second opening formed in the substrate. Preferably it is. In this case, since the first electrode and the second electrode are formed on both sides of the semiconductor layer, a vertical device can be obtained.

この場合に、第2の電極は、他の半導体層上に平面くし型状に形成されていることが好ましい。このようにすると、半導体層に注入される電流の分布を均一にできるため、均一な高輝度発光を実現することができる。   In this case, the second electrode is preferably formed in a planar comb shape on another semiconductor layer. In this way, since the distribution of current injected into the semiconductor layer can be made uniform, uniform high-luminance light emission can be realized.

また、この場合に、第2の開口部は基板に複数形成されていることが好ましい。このように、第2の電極に対して給電点を複数個形成することにより、チップ面積が大きくなった場合でも均一な電流分布及び均一な発光を実現できる。   In this case, it is preferable that a plurality of second openings are formed in the substrate. Thus, by forming a plurality of feeding points for the second electrode, a uniform current distribution and uniform light emission can be realized even when the chip area is large.

本発明の半導体発光装置において、第1の電極は、複数の半導体層のうち一の導電型を持つ一の半導体層と電気的に接続されており、複数の半導体層のうち他の導電型を持つ他の半導体層と電気的に接続された第2の電極をさらに備え、第2の電極は、第1の電極と同一の側に引き出されていることが好ましい。このように、第1の電極及び第2の電極を半導体層の同一面側に設けると、例えばワイヤボンディングを用いずに実装基板に実装することができる。その上、ボンディングワイヤの影響を受けない光放射パターンを実現できる等、低い製造コストで且つ良好な光放射パターンを有する半導体発光装置を実現することが可能となる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the first electrode is electrically connected to one semiconductor layer having one conductivity type among the plurality of semiconductor layers, and the other conductivity type among the plurality of semiconductor layers is selected. It is preferable that a second electrode electrically connected to the other semiconductor layer is further provided, and the second electrode is led out to the same side as the first electrode. In this manner, when the first electrode and the second electrode are provided on the same surface side of the semiconductor layer, for example, the first electrode and the second electrode can be mounted on the mounting substrate without using wire bonding. In addition, it is possible to realize a semiconductor light emitting device having a good light emission pattern at a low manufacturing cost, such as realizing a light emission pattern that is not affected by the bonding wire.

この場合に、第2の電極は第1の電極の周辺部に位置するように形成されていることが好ましい。このようにすると、注入電流の分布を均一にできるため、より均一な高輝度発光を実現することができる。   In this case, it is preferable that the second electrode is formed so as to be located in the peripheral portion of the first electrode. In this way, since the distribution of the injection current can be made uniform, more uniform high-luminance light emission can be realized.

本発明の半導体発光装置において、第1の電極は厚さが10μm以上の金属からなることが好ましい。このようにすると、第1の電極の半導体層を保持する保持力が高まるため、実装基板に実装する際にチップ割れ等が生じにくくなる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the first electrode is preferably made of a metal having a thickness of 10 μm or more. In this case, since the holding force for holding the semiconductor layer of the first electrode is increased, chip cracking or the like is less likely to occur when mounted on the mounting substrate.

本発明の半導体発光装置において、半導体層における第1の開口部からの露出部分には、凹凸部が形成されていることが好ましい。このようにすると、半導体層に形成された凹凸部により半導体層からの発光光のうち臨界角以上の反射により基板側に吸収される発光光を外部に有効に取り出せることができるため、光の取り出し効率が向上して、より高輝度の半導体発光装置を実現することができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable that an uneven portion is formed in an exposed portion of the semiconductor layer from the first opening. In this way, light emitted from the semiconductor layer can be effectively extracted to the outside by the irregularities formed in the semiconductor layer, so that the light emitted from the semiconductor layer can be effectively extracted to the outside due to reflection above the critical angle. Efficiency is improved and a semiconductor light emitting device with higher brightness can be realized.

この場合に、凹凸部はフォトニック結晶を構成していることが好ましい。このようにすると、光の取り出し効率を大幅に向上することができる。   In this case, it is preferable that the uneven portion constitutes a photonic crystal. If it does in this way, the extraction efficiency of light can be improved significantly.

さらにこの場合に、第1の開口部の壁面は、半導体層から離れるにつれて開口径が拡大するテーパ状であることが好ましい。このようにすると、半導体層からの発光光が第1の開口部におけるテーパ状の壁面に反射して垂直方向に効率的に取り出されるため、光の取り出し効率が向上する。   Furthermore, in this case, the wall surface of the first opening is preferably tapered so that the opening diameter increases as the distance from the semiconductor layer increases. In this way, light emitted from the semiconductor layer is reflected on the tapered wall surface in the first opening and efficiently extracted in the vertical direction, so that the light extraction efficiency is improved.

本発明の半導体発光装置において、第1の開口部の壁面上には反射膜が形成されていることが好ましい。このようにすると、発光輝度をさらに高めることができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable that a reflective film is formed on the wall surface of the first opening. In this way, the light emission luminance can be further increased.

この場合に、反射膜は、金属膜又は該金属膜と絶縁膜との積層膜であることが好ましい。このようにすると、反射膜の劣化を防止できるため、信頼性が向上する。   In this case, the reflective film is preferably a metal film or a laminated film of the metal film and an insulating film. In this case, since the deterioration of the reflective film can be prevented, the reliability is improved.

さらにこの場合に、金属膜はアルミニウムを含むことが好ましい。このように、広い波長範囲で高い反射率を有するアルミニウムを反射膜の少なくとも一部に用いることにより、より広い波長範囲で高輝度の半導体発光装置を実現することができる。   In this case, the metal film preferably contains aluminum. Thus, by using aluminum having a high reflectance in a wide wavelength range as at least a part of the reflective film, a semiconductor light emitting device having a high luminance in a wider wavelength range can be realized.

本発明の半導体発光装置において、半導体層はp型半導体層及びn型半導体層を含み、第1の電極は、p型半導体層との間に、高濃度に不純物が添加されたn型低抵抗層を介在させて形成されていることが好ましい。このようにすると、第1の電極はトンネル接合を用いて取り出されるため、例えばp型半導体層における抵抗が大きいGaN系半導体の場合は、半導体層における横方向の電流の拡がりを促進できるので、より均一な高輝度発光を実現することができる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the semiconductor layer includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, and the first electrode has an n-type low resistance in which an impurity is added at a high concentration between the first electrode and the p-type semiconductor layer. It is preferably formed with a layer interposed. In this case, since the first electrode is extracted using a tunnel junction, for example, in the case of a GaN-based semiconductor having a large resistance in the p-type semiconductor layer, it is possible to promote the spread of the current in the lateral direction in the semiconductor layer. Uniform high-luminance light emission can be realized.

この場合に、第1の電極はその一部にアルミニウムを含む反射層を有していることが好ましい。このようにすると、例えばトンネル接合を有するGaN系半導体発光装置は、高濃度n型半導体層に設けるオーミック電極として反射率が高いアルミニウムを用いることができるため、高い反射率を有する電極により、光の取り出し効率が向上する。   In this case, it is preferable that the first electrode has a reflective layer containing aluminum in part. In this case, for example, a GaN-based semiconductor light-emitting device having a tunnel junction can use aluminum having a high reflectance as an ohmic electrode provided in the high-concentration n-type semiconductor layer. Extraction efficiency is improved.

本発明の半導体発光装置において、半導体層は窒化物半導体からなることが好ましい。このようにすると、可視域及び紫外域にわたる広い波長範囲又は白色で発光する高輝度且つ高出力動作が可能な半導体発光装置を実現できる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the semiconductor layer is preferably made of a nitride semiconductor. In this way, it is possible to realize a semiconductor light-emitting device capable of high luminance and high-power operation that emits light in a wide wavelength range covering the visible region and the ultraviolet region or white.

本発明の半導体発光装置において、基板はシリコンからなることが好ましい。このようにすると、シリコンはサファイア等と比べて安価であるため、より低コストで高輝度且つ高出力動作が可能な半導体発光装置を実現できる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the substrate is preferably made of silicon. In this case, since silicon is less expensive than sapphire or the like, a semiconductor light emitting device capable of high luminance and high output operation can be realized at a lower cost.

この場合に、基板はその主面の面方位が(111)面であることが好ましい。このようにすると、例えばGaN系半導体を、主面の面方位が(111)面である基板の上にエピタキシャル成長した場合には、成長する半導体層にはその成長面に結晶性に優れた(0001)面が形成されるため、より高輝度且つ高出力動作が可能となる。   In this case, it is preferable that the surface orientation of the substrate is the (111) plane. In this case, for example, when a GaN-based semiconductor is epitaxially grown on a substrate whose main surface has a (111) plane orientation, the growing semiconductor layer has excellent crystallinity on the growth surface (0001). ) Surface is formed, so that higher brightness and higher output operation are possible.

本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板の主面に凹凸部を形成する工程(a)と、凹凸部が形成された基板の主面上に、活性層、導電型が互いに異なる第1の半導体層及び第2の半導体層を含む複数の半導体層を形成する工程(b)と、第1の半導体層の上に第1の電極を形成し、第2の半導体層の上に第2の電極を形成する工程(c)と、基板に凹凸部を露出する第1の開口部を形成する工程(d)とを備えていることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a step (a) of forming a concavo-convex portion on a main surface of a substrate and a step in which an active layer and a conductivity type are different from each other on the main surface of the substrate on which the concavo-convex portion is formed. (B) forming a plurality of semiconductor layers including one semiconductor layer and a second semiconductor layer, forming a first electrode on the first semiconductor layer, and forming a first electrode on the second semiconductor layer; A step (c) of forming the second electrode, and a step (d) of forming a first opening that exposes the concavo-convex portion on the substrate.

本発明の半導体発光装置の製造方法によると、凹凸部を基板に形成することにより、成長した半導体層に凹凸部を形成する後工程が不要となる。また、基板を半導体層から分離しないため、半導体層をそのまま保持することができる。このため、他の保持基板を張り合わせる工程等が不要となるので、製造コストを低減できる。その上、基板に形成された第1の開口部から凹凸部が転写された半導体層が露出するため、光の取り出し効率を大幅に向上できると共に、第1の電極を介して放熱を行なえるので、高出力化が可能となる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, by forming the uneven portion on the substrate, a post-process for forming the uneven portion on the grown semiconductor layer becomes unnecessary. Further, since the substrate is not separated from the semiconductor layer, the semiconductor layer can be held as it is. For this reason, since the process etc. of bonding another holding substrate are unnecessary, manufacturing cost can be reduced. In addition, since the semiconductor layer having the concavo-convex portion transferred from the first opening formed in the substrate is exposed, the light extraction efficiency can be greatly improved and heat can be radiated through the first electrode. High output is possible.

本発明の半導体発光装置の製造方法は、工程(d)において、第1の開口部の開口位置は、第1の電極の中央部分に収まるように形成することが好ましい。このようにすると、例えば第1の電極を高反射電極とすることにより、高輝度化を実現することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, in the step (d), the opening position of the first opening is preferably formed so as to be within the center portion of the first electrode. In this case, for example, by using the first electrode as a highly reflective electrode, high luminance can be realized.

本発明の半導体発光装置の製造方法において、工程(d)は、基板に第2の電極を露出する第2の開口部を形成する工程を含むことが好ましい。このようにすると、第1の電極と第2の電極とが半導体層の両側に形成できるため、縦型デバイスとすることが可能となる。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the step (d) preferably includes a step of forming a second opening exposing the second electrode on the substrate. In this case, since the first electrode and the second electrode can be formed on both sides of the semiconductor layer, a vertical device can be obtained.

本発明の半導体発光装置の製造方法は、工程(d)において、第1の開口部の壁面は、半導体層から離れるにつれて開口径が拡大するようにテーパ状に形成することが好ましい。このようにすると、半導体層からの発光光が第1の開口部におけるテーパ状の壁面に反射して垂直方向に効率的に取り出されるため、光の取り出し効率が向上する。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, in the step (d), the wall surface of the first opening is preferably formed in a tapered shape so that the opening diameter increases as the distance from the semiconductor layer increases. In this way, light emitted from the semiconductor layer is reflected on the tapered wall surface in the first opening and efficiently extracted in the vertical direction, so that the light extraction efficiency is improved.

本発明の半導体発光装置の製造方法において、半導体層は窒化物半導体からなることが好ましい。このようにすると、可視域及び紫外域にわたる広い波長範囲又は白色で発光する高輝度且つ高出力動作が可能な半導体発光装置を得ることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the semiconductor layer is preferably made of a nitride semiconductor. In this way, it is possible to obtain a semiconductor light emitting device capable of high luminance and high output operation that emits light in a wide wavelength range or white range covering the visible region and the ultraviolet region.

本発明の半導体発光装置及びその製造方法によると、製造工程を簡単化しながら、光の取り出し効率が向上して高輝度化が実現され、且つ放熱性が向上して高出力動作を実現することができる。   According to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof of the present invention, while simplifying the manufacturing process, the light extraction efficiency is improved, the brightness is increased, the heat dissipation is improved, and the high output operation is realized. it can.

(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)及び図1(b)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、青色又は緑色等の短波長発光が可能なGaN系発光ダイオード素子の平面構成及び底面構成を示し、図2は図1(a)及び図1(b)のそれぞれII−II線における断面構成を示している。   1A and 1B show a semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, in which a planar configuration and a bottom surface of a GaN-based light emitting diode element capable of emitting light of a short wavelength such as blue or green are shown. FIG. 2 shows a cross-sectional structure taken along line II-II in FIGS. 1A and 1B.

図2に示すように、例えば、厚さが約30μmの金(Au)めっきからなるp側電極パッド110の上には、厚さが約200nmの白金(Pt)からなるp側高反射電極107が形成され、該p側高反射電極107の上には、厚さが5nmのp型GaNからなるp型コンタクト層106、厚さが200nmのp型Al0.1Ga0.9Nからなるp型クラッド層105、例えばIn0.35Ga0.65Nからなる井戸層及びIn0.05Ga0.95Nからなる障壁層が3周期分積層されてなる多重量子井戸(MQW)活性層104、厚さが500nmのn型GaNからなるn型クラッド層103、並びに厚さが100nmのAlNからなるバッファ層102が順次形成されて、エピタキシャル半導体層120が構成されている。また、バッファ層102の上面には、凹凸部102aが周期的に形成されている。 As shown in FIG. 2, for example, a p-side highly reflective electrode 107 made of platinum (Pt) with a thickness of about 200 nm is formed on a p-side electrode pad 110 made of gold (Au) with a thickness of about 30 μm. The p-type contact layer 106 made of p-type GaN having a thickness of 5 nm and the p-type Al 0.1 Ga 0.9 N having a thickness of 200 nm are formed on the p-side highly reflective electrode 107. A p-type cladding layer 105, for example, a multiple quantum well (MQW) active layer in which a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N and a barrier layer made of In 0.05 Ga 0.95 N are stacked for three periods. 104, an n-type cladding layer 103 made of n-type GaN having a thickness of 500 nm and a buffer layer 102 made of AlN having a thickness of 100 nm are sequentially formed to constitute an epitaxial semiconductor layer 120. In addition, uneven portions 102 a are periodically formed on the upper surface of the buffer layer 102.

バッファ層102の上には、該バッファ層102の凹凸部102aを露出する第1の開口部101aを有するシリコン(Si)からなる基板101が形成されている。   On the buffer layer 102, a substrate 101 made of silicon (Si) having a first opening 101a that exposes the concavo-convex portion 102a of the buffer layer 102 is formed.

p型コンタクト層106、p型クラッド層105及びMQW活性層104はその一部が選択的に除去されて、除去された段差部分にn型クラッド層103が露出されている。n型クラッド層103の露出領域には、n型クラッド層103側から形成されたチタン(Ti)及びアルミニウム(Al)の積層膜からなるn側オーミック電極108が形成されている。ここでは、n側オーミック電極108は、図1(a)に示すように、平面くし型状に配置されることが望ましい。このようにすると、平面くし型状のn側オーミック電極108から注入される電流が均一に分布するため、得られる発光光を均一にすることができる。   Part of the p-type contact layer 106, the p-type cladding layer 105, and the MQW active layer 104 is selectively removed, and the n-type cladding layer 103 is exposed at the removed step portion. In the exposed region of the n-type cladding layer 103, an n-side ohmic electrode 108 made of a laminated film of titanium (Ti) and aluminum (Al) formed from the n-type cladding layer 103 side is formed. Here, as shown in FIG. 1A, the n-side ohmic electrode 108 is desirably arranged in a planar comb shape. In this case, since the current injected from the planar comb-shaped n-side ohmic electrode 108 is uniformly distributed, the obtained emitted light can be made uniform.

また、図2に示すように、n側オーミック電極108とp側電極パッド110との間には、例えば厚さが300nm程度の酸化シリコン(SiO)からなるパッシベーション膜109が形成されており、n側オーミック電極108とp側電極パッド110とが電気的に分離されている。 Further, as shown in FIG. 2, a passivation film 109 made of silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of about 300 nm is formed between the n-side ohmic electrode 108 and the p-side electrode pad 110, for example. The n-side ohmic electrode 108 and the p-side electrode pad 110 are electrically separated.

前述したように、第1の実施形態に係る基板101は、バッファ層102の凹凸部102aを露出する第1の開口部101aが形成されていることから、チップの周縁部にのみ形成されている。後述するように、基板101はエピタキシャル半導体層120を形成する際の結晶成長用基板であって、成長したエピタキシャル半導体層120にp側高反射電極107、n側オーミック電極108及びp側電極パッド110を形成した後、該基板101の中央部分を選択的に除去して第1の開口部101aが形成されている。この第1の開口部101aは、MQW活性層104からの発光光の取り出し部となる。   As described above, the substrate 101 according to the first embodiment is formed only in the peripheral portion of the chip because the first opening 101a that exposes the uneven portion 102a of the buffer layer 102 is formed. . As will be described later, the substrate 101 is a substrate for crystal growth when the epitaxial semiconductor layer 120 is formed. The grown epitaxial semiconductor layer 120 has a p-side highly reflective electrode 107, an n-side ohmic electrode 108, and a p-side electrode pad 110. After forming the first opening 101a, the central portion of the substrate 101 is selectively removed. The first opening 101a serves as a portion for extracting emitted light from the MQW active layer 104.

基板101には、n側オーミック電極108の一部を露出する複数の貫通孔(第2の開口部)101bが形成されており、形成された各貫通孔101bには、例えばAuめっきからなるn側電極パッド111がそれぞれ形成されている。   The substrate 101 is formed with a plurality of through holes (second openings) 101b exposing a part of the n-side ohmic electrode 108. Each of the formed through holes 101b is made of, for example, Au plating. Side electrode pads 111 are respectively formed.

第1の実施形態においては、MQW活性層104の組成として、発光波長が470nm程度の場合を示したが、井戸層におけるIn組成を増減させるか又はInAlGaNからなる4元混晶で構成することにより、例えば発光波長を340nmから550nm程度にまで変更することが可能となる。   In the first embodiment, the case where the emission wavelength is about 470 nm is shown as the composition of the MQW active layer 104. However, by increasing or decreasing the In composition in the well layer or by using a quaternary mixed crystal composed of InAlGaN. For example, the emission wavelength can be changed from 340 nm to about 550 nm.

p側高反射電極107は、p型コンタクト層106と良好なオーミック特性を得られる程度に仕事関数が大きく、且つ発光波長に対して十分に大きい反射率を有する限りは、例えばロジウム(Rh)又は銀(Ag)等の金属を用いることができる。   As long as the p-side highly reflective electrode 107 has a work function large enough to obtain good ohmic characteristics with the p-type contact layer 106 and has a sufficiently large reflectance with respect to the emission wavelength, for example, rhodium (Rh) or A metal such as silver (Ag) can be used.

また、一変形例として、p型コンタクト層106とp側高反射電極107との間にn型GaN層を設け、設けたn型GaN層とp型コンタクト層106とにより、いわゆるトンネル接合を形成してもよい。この場合には、p側高反射電極107の構成材料として、白金(Pt)に代えてアルミニウム(Al)を用いてもよい。アルミニウムは、より広い波長帯で反射率が大きいため、より高輝度の発光ダイオード素子を得ることができる。 As a modification, an n + -type GaN layer is provided between the p-type contact layer 106 and the p-side highly reflective electrode 107, and the provided n + -type GaN layer and the p-type contact layer 106 make a so-called tunnel junction. May be formed. In this case, aluminum (Al) may be used as a constituent material of the p-side highly reflective electrode 107 instead of platinum (Pt). Since aluminum has a high reflectance in a wider wavelength band, a light-emitting diode element with higher luminance can be obtained.

バッファ層102に形成される凹凸部102aは、いわゆるフォトニック結晶が得られる周期条件及び深さで形成されていることが望ましい。凹凸部102aをフォトニック結晶構造とすると、光の取り出し効率が向上して、輝度をより高めることができる。例えば、第1の実施形態においては、凹凸部102aは、凸部の形成周期が1μmであって、径が0.5μmで高さが150nmの円柱状に形成され、これらが六方格子状に配置されている。   The concavo-convex portion 102a formed in the buffer layer 102 is desirably formed with a periodic condition and a depth at which a so-called photonic crystal is obtained. When the concavo-convex portion 102a has a photonic crystal structure, light extraction efficiency can be improved and luminance can be further increased. For example, in the first embodiment, the concavo-convex portion 102a is formed in a cylindrical shape having a convex formation period of 1 μm, a diameter of 0.5 μm, and a height of 150 nm, and these are arranged in a hexagonal lattice shape. Has been.

シリコン(Si)からなる基板101は、その主面上に良好な結晶構造を有するGaN系半導体が形成可能な限りはいかなる面方位であってもよい。例えば、基板101の主面は、Siにおける好ましい面方位である(111)面、又は該(111)面に対してオフアングルを有する主面でもよい。   The substrate 101 made of silicon (Si) may have any plane orientation as long as a GaN-based semiconductor having a good crystal structure can be formed on its main surface. For example, the main surface of the substrate 101 may be a (111) plane which is a preferable plane orientation in Si, or a main surface having an off-angle with respect to the (111) plane.

また、基板101は、例えば砒化ガリウム(GaAs)等のウェットエッチが容易な化合物半導体基板を用いることができる。これにより、基板101に対する第1の開口部101aの形成が容易となる。また、基板101に炭化シリコン(SiC)又は窒化ガリウム(GaN)等の、格子定数がGaN系半導体の格子定数と近い材料を用いれば、エピタキシャル半導体層120の結晶性がさらに向上するため、より高輝度の発光ダイオード素子を得ることができる。   The substrate 101 may be a compound semiconductor substrate that can be easily wet etched, such as gallium arsenide (GaAs). Thereby, formation of the 1st opening part 101a with respect to the board | substrate 101 becomes easy. Further, if the substrate 101 is made of a material having a lattice constant close to that of a GaN-based semiconductor, such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN), the crystallinity of the epitaxial semiconductor layer 120 is further improved. A luminance light-emitting diode element can be obtained.

また、第1の実施形態においては、従来のサファイア等からなる基板とは異なり、エピタキシャル半導体層120からの放熱はAuめっきからなるp側電極パッド110を通して行なえるようになる。   Further, in the first embodiment, unlike the conventional substrate made of sapphire or the like, the heat radiation from the epitaxial semiconductor layer 120 can be performed through the p-side electrode pad 110 made of Au plating.

このように、第1の実施形態によると、結晶成長用の基板101をチップの周縁部に残すことにより、基板101にチップの保持機能を兼ねさせると共に、該基板101に設けた第1の開口部101aから露出するエピタキシャル半導体層120、ここではバッファ層102にフォトニック結晶構造を持たせることにより、光の取り出し効率が向上して高輝度化を図ることができる。その上、前述したように、比較的に厚膜の金属からなるp側電極パッド110を通して放熱が可能となるため、より放熱性に優れ、高出力動作が可能な発光ダイオード素子を実現できる。また、結晶成長用の基板101を分離して他の材料からなる保持基板を張り合わせる張り合わせ工程が不要となるため、製造コストの低減をも図ることができる。   As described above, according to the first embodiment, the substrate 101 for crystal growth is left at the peripheral portion of the chip, so that the substrate 101 also serves as a chip holding function and the first opening provided in the substrate 101. By providing the epitaxial semiconductor layer 120 exposed from the portion 101a, here the buffer layer 102, with a photonic crystal structure, light extraction efficiency can be improved and high luminance can be achieved. In addition, as described above, since heat can be radiated through the p-side electrode pad 110 made of a relatively thick film metal, it is possible to realize a light emitting diode element that is more excellent in heat dissipation and capable of high output operation. In addition, since a bonding step of separating the crystal growth substrate 101 and bonding a holding substrate made of another material becomes unnecessary, the manufacturing cost can be reduced.

以下、前記のように構成された半導体発光装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図3(a)〜図3(f)は本発明の第1の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。   FIG. 3A to FIG. 3F show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.

まず、図3(a)に示すように、例えば、主面の面方位が(111)面であるシリコンからなる基板101の主面上に、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、フォトニック結晶構造を有する凹凸部101cを形成する。ここで、形成されたフォトニック結晶構造は、図1(a)に示す平面構成を有し、その周期、形状及び深さは前述したとおりである。すなわち、凹凸部101cを構成するフォトニック結晶構造は、光の取り出し効率がより向上する寸法に設定されている。なお、基板101に形成される凹凸部101cは、後工程でバッファ層102に形成される凹凸部102aを反転したパターンとなる。   First, as shown in FIG. 3A, for example, a photonic crystal structure is formed on a main surface of a substrate 101 made of silicon whose main surface has a (111) plane orientation by a lithography method and a dry etching method. The uneven portion 101c is formed. Here, the formed photonic crystal structure has the planar configuration shown in FIG. 1A, and the period, shape, and depth are as described above. That is, the photonic crystal structure constituting the concavo-convex portion 101c is set to a dimension that further improves the light extraction efficiency. Note that the uneven portion 101 c formed on the substrate 101 has a pattern obtained by inverting the uneven portion 102 a formed on the buffer layer 102 in a later step.

続いて、主面に凹凸部101cが形成された基板101の主面上に、有機金属気相成長(MOCVD)法により、例えば、厚さが100nmのAlNからなるバッファ層102、厚さが500nmのn型GaNからなるn型クラッド層103、In0.35Ga0.65Nからなる井戸層及びIn0.05Ga0.95Nからなる障壁層を3周期分含むMQW活性層104、厚さが200nmのp型Al0.1Ga0.9Nからなるp型クラッド層105、並びに厚さが5nmのp型GaNからなるp型コンタクト層106を順次成長してエピタキシャル半導体層120を形成する。このとき、バッファ層102には基板101の凹凸部101cが転写されて凹凸部102aが形成される。この凹凸部102aは、バッファ層102の厚さによってはその上に成長するn型クラッド層103にも形成される。 Subsequently, for example, a buffer layer 102 made of AlN having a thickness of 100 nm and a thickness of 500 nm are formed on the main surface of the substrate 101 on which the concavo-convex portion 101c is formed on the main surface by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). N-type cladding layer 103 made of n-type GaN, MQW active layer 104 including a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N and a barrier layer made of In 0.05 Ga 0.95 N for three periods, thickness An epitaxial semiconductor layer 120 is formed by sequentially growing a p-type cladding layer 105 made of p-type Al 0.1 Ga 0.9 N having a thickness of 200 nm and a p-type contact layer 106 made of p-type GaN having a thickness of 5 nm. To do. At this time, the uneven portion 101 c of the substrate 101 is transferred to the buffer layer 102 to form the uneven portion 102 a. Depending on the thickness of the buffer layer 102, the uneven portion 102a is also formed on the n-type cladding layer 103 that grows thereon.

次に、図3(b)に示すように、例えば誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)エッチング等のドライエッチングにより、p型コンタクト層106、p型クラッド層105及びMQW活性層104に対して順次エッチングを行なうことにより、n型クラッド層103を選択的に露出する。具体的には図1(a)に示すように、平面くし型状に露出する。   Next, as shown in FIG. 3B, the p-type contact layer 106, the p-type cladding layer 105, and the MQW active layer 104 are formed by dry etching such as inductively coupled plasma (ICP) etching. By sequentially etching, the n-type cladding layer 103 is selectively exposed. Specifically, as shown in FIG. 1A, it is exposed in a planar comb shape.

次に、図3(c)に示すように、p型コンタクト層106の上には、スパッタ法等により、Ptからなるp側高反射電極107を選択的に形成する。また、露出したn型クラッド層103の上には、Ti/Alからなるn側オーミック電極108を選択的に形成する。なお、p側高反射電極107とn側オーミック電極108との形成順序は特に問われない。続いて、化学的気相堆積(CVD)法により、p側高反射電極107及びn側オーミック電極108を含めエピタキシャル半導体層120の上に全面にわたって、厚さが300nmのSiOからなるパッシベーション膜109を形成する。その後、パッシベーション膜109におけるp側高反射電極107を覆う領域はエッチングにより選択的に除去する。 Next, as shown in FIG. 3C, a p-side highly reflective electrode 107 made of Pt is selectively formed on the p-type contact layer 106 by sputtering or the like. An n-side ohmic electrode 108 made of Ti / Al is selectively formed on the exposed n-type cladding layer 103. The order of forming the p-side highly reflective electrode 107 and the n-side ohmic electrode 108 is not particularly limited. Subsequently, a passivation film 109 made of SiO 2 having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface of the epitaxial semiconductor layer 120 including the p-side highly reflective electrode 107 and the n-side ohmic electrode 108 by chemical vapor deposition (CVD). Form. Thereafter, the region covering the p-side highly reflective electrode 107 in the passivation film 109 is selectively removed by etching.

次に、図3(d)に示すように、めっき法により、p側高反射電極107及びパッシベーション膜109の上に、厚さが約30μmのAuめっきからなるp側電極パッド110を形成する。ここでは、図1(b)に示すように、p側電極パッド110におけるチップの周縁部は除去する。   Next, as shown in FIG. 3D, a p-side electrode pad 110 made of Au plating having a thickness of about 30 μm is formed on the p-side highly reflective electrode 107 and the passivation film 109 by plating. Here, as shown in FIG. 1B, the peripheral portion of the chip in the p-side electrode pad 110 is removed.

次に、図3(e)に示すように、基板101におけるバッファ層102の反対側の面から、バッファ層102に転写された凹凸部102aを露出する第1の開口部101aと、n側オーミック電極108を露出する貫通孔101bを形成する。ここで、第1の開口部101a及び貫通孔101bの平面構成は図1(a)に示した通りである。なお、第1の開口部101a及び貫通孔101bは、基板101に対しては、例えば六フッ化硫黄(SF)ガスを用いた電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance:ECR)プラズマエッチング等のドライエッチング、又はフッ酸(HF)及び硝酸(HNO)の混合液によるウェットエッチング等により形成することができる。また、エピタキシャル半導体層120に貫通孔101bを形成する際には、塩素(Cl)ガスを用いたICPエッチングを用いることができる。 Next, as shown in FIG. 3E, a first opening 101a that exposes the concavo-convex portion 102a transferred to the buffer layer 102 from the surface opposite to the buffer layer 102 in the substrate 101, and an n-side ohmic contact. A through hole 101b exposing the electrode 108 is formed. Here, the planar configuration of the first opening 101a and the through hole 101b is as shown in FIG. The first opening 101a and the through-hole 101b are formed on the substrate 101 by dry etching such as electron cyclotron resonance (ECR) plasma etching using sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas, for example. Alternatively, it can be formed by wet etching using a mixed solution of hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO 3 ). Further, when the through hole 101b is formed in the epitaxial semiconductor layer 120, ICP etching using chlorine (Cl 2 ) gas can be used.

次に、図3(f)に示すように、例えばAuめっき等により、貫通孔101bを埋めるようにn側電極パッド111を形成する。n側電極パッド111は、図1(a)に示すように、例えばチップの角部に形成されている。このように、n側電極パッド111の形成位置は、発光領域の面積を大きくでき且つ基板101によるチップの保持力が損なわれない位置であることが望ましい。   Next, as shown in FIG. 3F, the n-side electrode pad 111 is formed so as to fill the through hole 101b by, for example, Au plating. As shown in FIG. 1A, the n-side electrode pad 111 is formed, for example, at a corner of the chip. Thus, the n-side electrode pad 111 is preferably formed at a position where the area of the light emitting region can be increased and the holding force of the chip by the substrate 101 is not impaired.

なお、第1の実施形態においては、AlNからなるバッファ層102の上にn型GaNからなるn型クラッド層103を直接に設けたが、バッファ層102とn型クラッド層103との間に、AlN/GaNからなる周期構造を持つ積層半導体又はAlGaNからなり互いの組成が異なる周期構造を持つ積層半導体を設けてもよい。このようにすると、エピタキシャル半導体層120の結晶性が向上する。なお、この場合は、発光ダイオード素子としての直列抵抗をより小さくするために、周期構造を持つ積層半導体には、シリコン(Si)等のn型ドーパントをドーピングして、より低抵抗のn型積層半導体とすることが望ましい。   In the first embodiment, the n-type cladding layer 103 made of n-type GaN is directly provided on the buffer layer 102 made of AlN. However, between the buffer layer 102 and the n-type cladding layer 103, A laminated semiconductor having a periodic structure made of AlN / GaN or a laminated semiconductor made of AlGaN and having a periodic structure having a different composition may be provided. In this way, the crystallinity of the epitaxial semiconductor layer 120 is improved. In this case, in order to further reduce the series resistance as the light emitting diode element, the laminated semiconductor having a periodic structure is doped with an n-type dopant such as silicon (Si), so that the n-type laminated structure having a lower resistance is formed. It is desirable to use a semiconductor.

以上説明したプロセスフローにより、図1及び図2に示す発光ダイオード構造を作製することができる。   The light emitting diode structure shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured by the process flow described above.

なお、他の変形例として、基板101に第1の開口部101a及び貫通孔101bを形成する工程の前工程又は後工程において、p側電極パッド110に、例えば銅タングステン(CuW)、窒化アルミニウム(AlN)又は炭化シリコン(SiC)等の放熱性に優れた窒化物半導体と異なる異種基板を張り合わせてもよい。このようにすると、放熱性がさらに改善されるため、より高出力動作が可能となる。   As another modification, in the pre-process or the post-process of the process of forming the first opening 101a and the through hole 101b in the substrate 101, for example, copper tungsten (CuW), aluminum nitride ( Different substrates different from nitride semiconductors having excellent heat dissipation such as AlN) or silicon carbide (SiC) may be bonded together. In this case, the heat dissipation is further improved, so that a higher output operation is possible.

(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面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 the drawings.

図4(a)及び図4(b)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、青色又は緑色等の短波長発光が可能なGaN系発光ダイオード素子の平面構成及び底面構成を示し、図5は図4(a)及び図4(b)のそれぞれV−V線における断面構成を示している。   4 (a) and 4 (b) are semiconductor light emitting devices according to the second embodiment of the present invention, in which the planar configuration and bottom surface of a GaN-based light emitting diode element capable of emitting short wavelengths such as blue or green are shown. FIG. 5 shows a cross-sectional configuration taken along line VV in FIGS. 4A and 4B.

第1の実施形態に係る半導体発光装置との相違点は、n側電極パッド211がp側電極パッド210と同一面側に形成されている点、及び基板201に形成された開口部201aが基板201から離れるにつれて開口径が大きくなるテーパ状の断面形状を有している点である。基板201に設けた断面テーパ状の開口部201aにより、エピタキシャル半導体層220における発光領域からの発光光を上方(p側電極パッド210の反対側)に高効率に反射させることができるため、光の取り出し効率をより一層向上させることができる。   The difference from the semiconductor light emitting device according to the first embodiment is that the n-side electrode pad 211 is formed on the same surface side as the p-side electrode pad 210, and the opening 201 a formed in the substrate 201 is a substrate. This is a point having a tapered cross-sectional shape in which the opening diameter increases with distance from 201. The opening 201a having a tapered cross section provided in the substrate 201 can reflect light emitted from the light emitting region of the epitaxial semiconductor layer 220 upward (opposite side of the p-side electrode pad 210) with high efficiency. The extraction efficiency can be further improved.

具体的には、図5に示すように、例えば、厚さが約30μmのAuめっきからなるp側電極パッド210の上には、厚さが約200nmのPtからなるp側高反射電極207が形成され、該p側高反射電極207の上には、厚さが5nmのp型GaNからなるp型コンタクト層206、厚さが200nmのp型Al0.1Ga0.9Nからなるp型クラッド層205、例えばIn0.35Ga0.65Nからなる井戸層及びIn0.05Ga0.95Nからなる障壁層が3周期分積層されてなるMQW活性層204、厚さが500nmのn型GaNからなるn型クラッド層203、並びに厚さが100nmのAlNからなるバッファ層202が順次形成されて、エピタキシャル半導体層220が構成されている。また、バッファ層202の上面には、凹凸部202aが周期的に形成されている。 Specifically, as shown in FIG. 5, for example, a p-side highly reflective electrode 207 made of Pt having a thickness of about 200 nm is formed on a p-side electrode pad 210 made of Au plating having a thickness of about 30 μm. A p-type contact layer 206 made of p-type GaN with a thickness of 5 nm and a p-type Al 0.1 Ga 0.9 N with a thickness of 200 nm are formed on the p-side highly reflective electrode 207. A type cladding layer 205, for example, an MQW active layer 204 in which a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N and a barrier layer made of In 0.05 Ga 0.95 N are stacked for three periods, a thickness of 500 nm An n-type cladding layer 203 made of n-type GaN and a buffer layer 202 made of AlN having a thickness of 100 nm are sequentially formed to form an epitaxial semiconductor layer 220. In addition, uneven portions 202 a are periodically formed on the upper surface of the buffer layer 202.

バッファ層202の上には、テーパ状の断面を持ち、且つバッファ層202の凹凸部102aを露出する開口部201aを有するシリコン(Si)Siからなる基板201が形成されている。   On the buffer layer 202, a substrate 201 made of silicon (Si) Si having a tapered cross section and having an opening 201a exposing the uneven portion 102a of the buffer layer 202 is formed.

p型コンタクト層206、p型クラッド層205及びMQW活性層204はその周縁部が選択的に除去されて、除去された段差部分にn型クラッド層203が露出されている。n型クラッド層203の露出領域には、n型クラッド層203側から形成されたTi及びAlの積層膜からなるn側オーミック電極208が形成されている。   The peripheral portions of the p-type contact layer 206, the p-type cladding layer 205, and the MQW active layer 204 are selectively removed, and the n-type cladding layer 203 is exposed at the removed stepped portion. In the exposed region of the n-type cladding layer 203, an n-side ohmic electrode 208 made of a laminated film of Ti and Al formed from the n-type cladding layer 203 side is formed.

また、n側オーミック電極208とp側電極パッド210との間には、例えば厚さが300nm程度のSiOからなるパッシベーション膜209が形成されており、n側オーミック電極208とp側電極パッド210とが電気的に分離されている。 In addition, a passivation film 209 made of SiO 2 having a thickness of, for example, about 300 nm is formed between the n-side ohmic electrode 208 and the p-side electrode pad 210, and the n-side ohmic electrode 208 and the p-side electrode pad 210 are formed. And are electrically separated.

図4(b)及び図5に示すように、n側オーミック電極208におけるn型クラッド層203と反対側の面上には、Auめっきからなるn側電極パッド211がp側電極パッド210の周囲に環状に形成されている。   As shown in FIGS. 4B and 5, an n-side electrode pad 211 made of Au plating is formed around the p-side electrode pad 210 on the surface of the n-side ohmic electrode 208 opposite to the n-type cladding layer 203. It is formed in an annular shape.

前述したように、第2の実施形態に係る基板201は、バッファ層202の凹凸部202aを露出する開口部201aが形成されていることから、チップの周縁部にのみ形成されている。後述するように、基板201はエピタキシャル半導体層220を形成する際の結晶成長用基板であって、成長したエピタキシャル半導体層220にp側高反射電極207、n側オーミック電極208及びp側電極パッド210を形成した後、該基板201の一部を選択的に除去して開口部201aが形成されている。この開口部201aは、MQW活性層204からの発光光の取り出し部となる。   As described above, the substrate 201 according to the second embodiment is formed only in the peripheral portion of the chip because the opening 201a that exposes the uneven portion 202a of the buffer layer 202 is formed. As will be described later, the substrate 201 is a crystal growth substrate when the epitaxial semiconductor layer 220 is formed, and the grown epitaxial semiconductor layer 220 has a p-side highly reflective electrode 207, an n-side ohmic electrode 208, and a p-side electrode pad 210. Then, a part of the substrate 201 is selectively removed to form an opening 201a. The opening 201 a serves as a portion for extracting emitted light from the MQW active layer 204.

ここで、図5に示すように、基板201に形成される開口部201aの断面形状は上方に広がるテーパ状であることが望ましい。このようにすると、MQW活性層204からの発光光を上方へ効率良く反射させることにより、光の取り出し効率が向上するため、発光ダイオード素子の高輝度化を実現できる。   Here, as shown in FIG. 5, it is desirable that the cross-sectional shape of the opening 201a formed in the substrate 201 is a taper shape spreading upward. In this case, the light extraction efficiency is improved by efficiently reflecting the emitted light from the MQW active layer 204 upward, so that the brightness of the light-emitting diode element can be increased.

第1の実施形態においては、基板201の開口部201aの壁面上及び基板201の周縁部上に、例えばAlとSiOとがこの順に積層された反射膜212が形成されており、反射率を向上させている。 In the first embodiment, a reflective film 212 in which, for example, Al and SiO 2 are laminated in this order is formed on the wall surface of the opening 201a of the substrate 201 and the peripheral edge of the substrate 201, and the reflectance is increased. It is improving.

第2の実施形態においても、MQW活性層204の組成として、発光波長が470nm程度の場合を示したが、井戸層におけるIn組成を増減させるか又はInAlGaNからなる4元混晶で構成することにより、例えば発光波長を340nmから550nm程度にまで変更することが可能となる。   Also in the second embodiment, the case where the emission wavelength is about 470 nm is shown as the composition of the MQW active layer 204, but by increasing or decreasing the In composition in the well layer or by configuring with a quaternary mixed crystal made of InAlGaN. For example, the emission wavelength can be changed from 340 nm to about 550 nm.

また、p側高反射電極207は、金(Au)に代えて、例えばロジウム(Rh)又は銀(Ag)等の金属を用いることができる。   The p-side highly reflective electrode 207 can be made of metal such as rhodium (Rh) or silver (Ag) instead of gold (Au).

バッファ層202に形成される凹凸部202aは、いわゆるフォトニック結晶を得られる周期条件及び深さで形成されていることが望ましい。例えば、第2の実施形態においては、凹凸部202aは、凸部の形成周期が1μmであって、径が0.5μmで高さが150nmの円柱状に形成され、これらが六方格子状に配置されている。これにより、光の取り出し効率が向上して、より高輝度の発光ダイオード素子を得ることができる。   The concavo-convex portion 202a formed in the buffer layer 202 is desirably formed with a periodic condition and a depth at which a so-called photonic crystal can be obtained. For example, in the second embodiment, the concavo-convex portion 202a is formed in a cylindrical shape having a convex formation period of 1 μm, a diameter of 0.5 μm, and a height of 150 nm, and these are arranged in a hexagonal lattice shape. Has been. Thereby, the light extraction efficiency is improved, and a light-emitting diode element with higher luminance can be obtained.

シリコンからなる基板201は、その主面上に良好な結晶構造を有するGaN系半導体が形成可能な限りはいかなる面方位であってもよい。例えば、基板101の主面は、Siにおける好ましい面方位である(111)面、又は該(111)面に対してオフアングルを有する主面でもよい。   The substrate 201 made of silicon may have any plane orientation as long as a GaN-based semiconductor having a good crystal structure can be formed on its main surface. For example, the main surface of the substrate 101 may be a (111) plane which is a preferable plane orientation in Si, or a main surface having an off-angle with respect to the (111) plane.

また、基板201は、例えばGaAs等のウェットエッチが容易な化合物半導体基板を用いることができる。また、基板201にSiC又はGaN等の、格子定数がGaN系半導体の格子定数と近い材料を用いれば、エピタキシャル半導体層220の結晶性がさらに向上するため、より高輝度の発光ダイオード素子を得ることができる。   The substrate 201 may be a compound semiconductor substrate that can be easily wet etched, such as GaAs. In addition, if a material such as SiC or GaN having a lattice constant close to that of a GaN-based semiconductor is used for the substrate 201, the crystallinity of the epitaxial semiconductor layer 220 is further improved, so that a light-emitting diode element with higher luminance can be obtained. Can do.

また、第2の実施形態においても、従来のサファイア等からなる基板とは異なり、エピタキシャル半導体層220からの放熱はAuめっきからなるp側電極パッド210及びn側電極パッド211を通して行なえるようになる。   Also in the second embodiment, unlike the conventional substrate made of sapphire or the like, the heat radiation from the epitaxial semiconductor layer 220 can be performed through the p-side electrode pad 210 and the n-side electrode pad 211 made of Au plating. .

このように、第2の実施形態によると、結晶成長用の基板201をチップの周縁部に残すことにより、基板201にチップの保持機能を兼ねさせると共に、該基板201に設けた開口部201aから露出するエピタキシャル半導体層220、ここではバッファ層202にフォトニック結晶構造を持たせることにより、光の取り出し効率が向上して高輝度化を図ることができる。その上、前述したように、比較的に厚膜の金属からなるp側電極パッド210及びn側電極パッド211を通して放熱が可能となるため、より放熱性に優れた高出力動作が可能な発光ダイオード素子を実現できる。また、結晶成長用の基板201を分離して他の材料からなる保持基板を張り合わせる張り合わせ工程が不要となるため、製造コストの低減をも図ることができる。   As described above, according to the second embodiment, by leaving the crystal growth substrate 201 at the peripheral portion of the chip, the substrate 201 also serves as a holding function of the chip, and from the opening 201a provided in the substrate 201. By providing the exposed epitaxial semiconductor layer 220, here the buffer layer 202, with a photonic crystal structure, light extraction efficiency can be improved and high luminance can be achieved. In addition, as described above, since heat can be radiated through the p-side electrode pad 210 and the n-side electrode pad 211 made of a relatively thick film metal, the light-emitting diode capable of high output operation with excellent heat dissipation. An element can be realized. In addition, since a bonding step of separating the crystal growth substrate 201 and bonding a holding substrate made of another material becomes unnecessary, the manufacturing cost can be reduced.

以下、前記のように構成された半導体発光装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図6(a)〜図6(e)は本発明の第2の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。   FIG. 6A to FIG. 6E show cross-sectional structures in the order of steps in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention.

まず、図6(a)に示すように、例えば、主面の面方位が(111)面であるシリコンからなる基板201の主面上に、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、フォトニック結晶構造を有する凹凸部201bを形成する。ここで、形成されたフォトニック結晶構造は、図4(a)に示す平面構成を有し、その周期、形状及び深さは第1の実施形態と同様である。すなわち、凹凸部201bを構成するフォトニック結晶構造は、光の取り出し効率がより向上する寸法に設定されている。なお、基板201に形成される凹凸部201bは、後工程でバッファ層202に形成される凹凸部202aを反転したパターンとなる。   First, as shown in FIG. 6A, for example, a photonic crystal structure is formed on the main surface of a substrate 201 made of silicon whose main surface has a (111) plane orientation by lithography and dry etching. The concavo-convex portion 201b is formed. Here, the formed photonic crystal structure has a planar configuration shown in FIG. 4A, and its period, shape, and depth are the same as those in the first embodiment. In other words, the photonic crystal structure constituting the concavo-convex portion 201b is set to a dimension that further improves the light extraction efficiency. Note that the uneven portion 201b formed on the substrate 201 has a pattern obtained by inverting the uneven portion 202a formed on the buffer layer 202 in a later step.

続いて、主面に凹凸部201bが形成された基板201の主面上に、MOCVD法により、例えば、厚さが100nmのAlNからなるバッファ層202、厚さが500nmのn型GaNからなるn型クラッド層203、In0.35Ga0.65Nからなる井戸層及びIn0.05Ga0.95Nからなる障壁層を3周期分含むMQW活性層204、厚さが200nmのp型Al0.1Ga0.9Nからなるp型クラッド層205、並びに厚さが5nmのp型GaNからなるp型コンタクト層206を順次成長して、エピタキシャル半導体層220を形成する。このとき、バッファ層202には基板201の凹凸部201bが転写されて凹凸部202aが形成される。この凹凸部202aは、バッファ層202の厚さによってはその上に成長するn型クラッド層203にも形成される。 Subsequently, for example, a buffer layer 202 made of AlN having a thickness of 100 nm and an n-type made of n-type GaN having a thickness of 500 nm are formed on the main surface of the substrate 201 on which the concavo-convex portion 201b is formed on the main surface by MOCVD. Type cladding layer 203, MQW active layer 204 including three periods of a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N and a barrier layer made of In 0.05 Ga 0.95 N, p-type Al having a thickness of 200 nm An epitaxial semiconductor layer 220 is formed by sequentially growing a p-type cladding layer 205 made of 0.1 Ga 0.9 N and a p-type contact layer 206 made of p-type GaN having a thickness of 5 nm. At this time, the uneven portion 201b of the substrate 201 is transferred to the buffer layer 202 to form the uneven portion 202a. Depending on the thickness of the buffer layer 202, the uneven portion 202a is also formed on the n-type cladding layer 203 that grows thereon.

次に、図6(b)に示すように、例えばICPエッチング等のドライエッチングにより、p型コンタクト層206、p型クラッド層205及びMQW活性層204に対して順次エッチングを行なうことにより、n型クラッド層203を選択的に露出する。具体的には図4(b)に示すように、チップの周縁部を環状に露出する。   Next, as shown in FIG. 6B, the p-type contact layer 206, the p-type cladding layer 205, and the MQW active layer 204 are sequentially etched by dry etching such as ICP etching, for example, to thereby form an n-type. The cladding layer 203 is selectively exposed. Specifically, as shown in FIG. 4B, the peripheral edge of the chip is exposed annularly.

次に、図6(c)に示すように、p型コンタクト層206の上には、スパッタ法等により、Ptからなるp側高反射電極207を選択的に形成する。また、環状に露出したn型クラッド層203の上には、Ti/Alからなるn側オーミック電極208を選択的に形成する。なお、p側高反射電極207とn側オーミック電極208との形成順序は特に問われない。続いて、CVD法により、p側高反射電極207及びn側オーミック電極208を含めエピタキシャル半導体層220の上に全面にわたって、厚さが300nmのSiOからなるパッシベーション膜209を形成する。その後、パッシベーション膜109におけるp側高反射電極207及びn側オーミック電極208を覆う領域はエッチングにより選択的に除去する。 Next, as shown in FIG. 6C, a p-side highly reflective electrode 207 made of Pt is selectively formed on the p-type contact layer 206 by sputtering or the like. Further, an n-side ohmic electrode 208 made of Ti / Al is selectively formed on the n-type cladding layer 203 exposed in a ring shape. The order of forming the p-side highly reflective electrode 207 and the n-side ohmic electrode 208 is not particularly limited. Subsequently, a passivation film 209 made of SiO 2 having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface of the epitaxial semiconductor layer 220 including the p-side highly reflective electrode 207 and the n-side ohmic electrode 208 by CVD. Thereafter, the region covering the p-side highly reflective electrode 207 and the n-side ohmic electrode 208 in the passivation film 109 is selectively removed by etching.

次に、図6(d)に示すように、めっき法により、p側高反射電極207及びn側オーミック電極208の上に、厚さが約30μmのAuめっきからなるp側電極パッド210とその周囲にn側電極パッド211をそれぞれ形成する。   Next, as shown in FIG. 6D, a p-side electrode pad 210 made of Au plating having a thickness of about 30 μm is formed on the p-side highly reflective electrode 207 and the n-side ohmic electrode 208 by plating. An n-side electrode pad 211 is formed around each.

次に、図6(e)に示すように、基板201におけるバッファ層202の反対側の面から、バッファ層202に転写された凹凸部202aを露出する、断面テーパ状の開口部201aを形成する。ここで、開口部201aは、第1の実施形態で用いたECRプラズマエッチング等のドライエッチング又はHF及びHNOの混酸によるウェットエッチング等により形成することができる。但し、第2の実施形態においては、開口部201aの断面が上方に広がるテーパ状とするために、ドライエッチングを用いる場合には、化学反応がより促進されるように、例えばエッチング時の圧力を通常よりも高く設定することが好ましい。なお、エッチングマスクに用いるレジスト膜自体を断面テーパ状に形成することによっても、開口部201aの壁面をテーパ状とすることは可能である。 Next, as shown in FIG. 6E, an opening 201a having a tapered cross section is formed to expose the uneven portion 202a transferred to the buffer layer 202 from the surface of the substrate 201 opposite to the buffer layer 202. . Here, the opening 201a can be formed by dry etching such as ECR plasma etching used in the first embodiment or wet etching using a mixed acid of HF and HNO 3 . However, in the second embodiment, since the cross section of the opening 201a has a tapered shape that widens upward, when using dry etching, for example, the pressure at the time of etching is set so that the chemical reaction is further promoted. It is preferable to set higher than usual. Note that the wall surface of the opening 201a can also be tapered by forming the resist film itself used for the etching mask into a tapered cross section.

続いて、スパッタ法等により、基板201の上面及び開口部201aの壁面上に、Alからなる金属膜を選択的に堆積し、その後、CVD法によりSiOからなる絶縁膜を選択的に堆積して、金属膜及び絶縁膜から反射膜212を形成する。ここでは、反射膜212に、Alからなる金属膜を用いたが、発光波長に対して大きい反射率を有する限りはAlに代えて、銀(Ag)又は金(Au)等を用いることができる。また、金属膜の上に積層する絶縁膜は金属膜の劣化を防止するために形成されており、発光光を透過し得る限りは、SiOに代えて、例えば窒化シリコン(SiN)等の他の絶縁膜(誘電体膜)を用いることができる。 Subsequently, a metal film made of Al is selectively deposited on the upper surface of the substrate 201 and the wall surface of the opening 201a by sputtering or the like, and then an insulating film made of SiO 2 is selectively deposited by the CVD method. Then, the reflective film 212 is formed from the metal film and the insulating film. Here, a metal film made of Al is used for the reflection film 212, but silver (Ag), gold (Au), or the like can be used instead of Al as long as it has a large reflectance with respect to the emission wavelength. . In addition, the insulating film laminated on the metal film is formed to prevent the metal film from being deteriorated. For example, silicon nitride (SiN) can be used instead of SiO 2 as long as it can transmit the emitted light. Insulating film (dielectric film) can be used.

なお、第2の実施形態においても、MQW活性層204等の結晶性を向上するために、バッファ層202とn型クラッド層203との間に、AlN/GaNからなる周期構造を持つ積層半導体又はAlGaNからなり互いの組成が異なる周期構造を持つ積層半導体を設けてもよい。   Also in the second embodiment, in order to improve the crystallinity of the MQW active layer 204 or the like, a laminated semiconductor having a periodic structure made of AlN / GaN between the buffer layer 202 and the n-type cladding layer 203 or A laminated semiconductor made of AlGaN and having a periodic structure with different compositions may be provided.

以上説明したプロセスフローにより、図4及び図5に示す発光ダイオード構造を作製することができる。   The light emitting diode structure shown in FIGS. 4 and 5 can be manufactured by the process flow described above.

なお、一変形例として、基板201に開口部201aを形成する工程の前工程又は後工程において、p側電極パッド210に、例えばCuW、AlN又はSiC等の放熱性に優れた窒化物半導体と異なる異種基板を張り合わせてもよい。このようにすると、放熱性がさらに改善されるため、より高出力動作が可能となる。   As a modification, in the pre-process or post-process of the step of forming the opening 201a in the substrate 201, the p-side electrode pad 210 is different from a nitride semiconductor excellent in heat dissipation such as CuW, AlN, or SiC. Different substrates may be bonded together. In this case, the heat dissipation is further improved, so that a higher output operation is possible.

また、第1の実施形態及び第2の実施形態においては、発光ダイオード構造を構成する化合物半導体は、III族窒化物に限られず、例えば砒化ガリウム(GaAs)又は燐化インジウム(InP)等の発光ダイオード構造を実現し得る、いかなる半導体であってもよい。   In the first embodiment and the second embodiment, the compound semiconductor constituting the light emitting diode structure is not limited to the group III nitride, and light emission such as gallium arsenide (GaAs) or indium phosphide (InP) is used. Any semiconductor that can realize a diode structure may be used.

また、エピタキシャル半導体層の成長用基板についても、良好な結晶成長を実現でき、且つ加工性に優れた材料である限りは、いかなる種類の基板であってもよい。また、基板の主面の面方位も特に限られず、典型的な面方位に対してオフアングルが付けられた面方位であってもよい。   Also, the epitaxial semiconductor layer growth substrate may be any type of substrate as long as it is a material that can realize good crystal growth and is excellent in workability. Further, the surface orientation of the main surface of the substrate is not particularly limited, and may be a surface orientation with an off-angle attached to a typical surface orientation.

また、エピタキシャル半導体層の結晶成長方法はMOCVD法に限られず、例えば、分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法又はHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法を用いてもよく、また、複数の半導体層のうちの一部の半導体層にMBE又はHVPE法を用いてもよい。   The crystal growth method of the epitaxial semiconductor layer is not limited to the MOCVD method. For example, a molecular beam epitaxy (MBE) method or an HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method may be used, and a plurality of semiconductor layers may be used. MBE or HVPE may be used for some of the semiconductor layers.

本発明に係る半導体発光装置及びその製造方法は、工程を簡単化しながら、光の取り出し効率が向上して高輝度化が実現され且つ放熱性が向上して高出力動作を実現でき、可視域若しくは紫外域又は白色光を生成可能な半導体発光ダイオード素子等に有用である。   The semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the present invention can improve the light extraction efficiency and increase the brightness while simplifying the process, improve the heat dissipation, and realize the high output operation. It is useful for semiconductor light-emitting diode elements that can generate ultraviolet light or white light.

(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)は底面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a bottom view. 図1(a)及び図1(b)のII−II線における断面図である。It is sectional drawing in the II-II line | wire of Fig.1 (a) and FIG.1 (b). (a)〜(f)は本発明の第1の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(f) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of 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)は底面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 2nd Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a bottom view. 図4(a)及び図4(b)のV−V線における断面図である。It is sectional drawing in the VV line | wire of Fig.4 (a) and FIG.4 (b). (a)〜(e)は本発明の第2の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(e) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device concerning the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 基板
101a 第1の開口部
101b 貫通孔(第2の開口部)
101c 凹凸部
102 バッファ層
102a 凹凸部
103 n型クラッド層
104 多重量子井戸活性層
105 p型クラッド層
106 p型コンタクト層
107 p側高反射電極
108 n側オーミック電極
109 パッシベーション膜
110 p側電極パッド
111 n側電極パッド
120 エピタキシャル半導体層
201 基板
201a 開口部
201b 凹凸部
202 バッファ層
202a 凹凸部
203 n型クラッド層
204 多重量子井戸活性層
205 p型クラッド層
206 p型コンタクト層
207 p側高反射電極
208 n側オーミック電極
209 パッシベーション膜
210 p側電極パッド
211 n側電極パッド
212 反射膜
220 エピタキシャル半導体層
101 Substrate 101a First opening 101b Through hole (second opening)
101c Uneven portion 102 Buffer layer 102a Uneven portion 103 n-type cladding layer 104 multiple quantum well active layer 105 p-type cladding layer 106 p-type contact layer 107 p-side highly reflective electrode 108 n-side ohmic electrode 109 passivation film 110 p-side electrode pad 111 n-side electrode pad 120 epitaxial semiconductor layer 201 substrate 201a opening 201b uneven portion 202 buffer layer 202a uneven portion 203 n-type cladding layer 204 multiple quantum well active layer 205 p-type cladding layer 206 p-type contact layer 207 p-side highly reflective electrode 208 n-side ohmic electrode 209 passivation film 210 p-side electrode pad 211 n-side electrode pad 212 reflective film 220 epitaxial semiconductor layer

Claims (23)

基板と、
前記基板の上に成長により形成され、活性層を含む複数の半導体層と、
前記半導体層の上に形成された第1の電極とを備え、
前記基板には、前記半導体層を露出する第1の開口部が形成されており、
前記第1の電極は、前記基板における前記第1の開口部及び該第1の開口部の周辺領域と対向するように形成され、前記第1の電極の平面積は、前記第1の開口部の開口面積よりも大きいことを特徴とする半導体発光装置。
A substrate,
A plurality of semiconductor layers formed by growth on the substrate and including an active layer;
A first electrode formed on the semiconductor layer,
The substrate has a first opening that exposes the semiconductor layer,
The first electrode is formed to face the first opening in the substrate and a peripheral region of the first opening, and a plane area of the first electrode is equal to the first opening. A semiconductor light emitting device having a larger opening area.
前記第1の電極は、前記複数の半導体層のうち一の導電型を持つ一の半導体層と電気的に接続されており、
前記複数の半導体層のうち他の導電型を持つ他の半導体層と電気的に接続された第2の電極をさらに備え、
前記第2の電極は、前記基板に形成された第2の開口部を介して前記第1の電極の反対側に引き出され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 first electrode is electrically connected to one semiconductor layer having one conductivity type among the plurality of semiconductor layers,
A second electrode electrically connected to another semiconductor layer having another conductivity type among the plurality of semiconductor layers;
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the second electrode is led out to the opposite side of the first electrode through a second opening formed in the substrate.
前記第2の電極は、前記他の半導体層上に平面くし型状に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光装置。   3. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the second electrode is formed in a planar comb shape on the other semiconductor layer. 前記第2の開口部は、前記基板に複数形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein a plurality of the second openings are formed in the substrate. 前記第1の電極は、前記複数の半導体層のうち一の導電型を持つ一の半導体層と電気的に接続されており、
前記複数の半導体層のうち他の導電型を持つ他の半導体層と電気的に接続された第2の電極をさらに備え、
前記第2の電極は、前記第1の電極と同一の側に引き出され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 first electrode is electrically connected to one semiconductor layer having one conductivity type among the plurality of semiconductor layers,
A second electrode electrically connected to another semiconductor layer having another conductivity type among the plurality of semiconductor layers;
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the second electrode is led out to the same side as the first electrode.
前記第2の電極は、前記第1の電極の周辺部に位置するように形成されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein the second electrode is formed so as to be positioned in a peripheral portion of the first electrode. 前記第1の電極は厚さが10μm以上の金属からな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, wherein the first electrode is made of a metal having a thickness of 10 μm or more. 前記半導体層における前記第1の開口部からの露出部分には、凹凸部が形成され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, wherein an uneven portion is formed in an exposed portion of the semiconductor layer from the first opening. 前記凹凸部は、フォトニック結晶を構成していることを特徴とする請求項8に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the uneven portion constitutes a photonic crystal. 前記第1の開口部の壁面は、前記半導体層から離れるにつれて開口径が拡大するテーパ状であることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the wall surface of the first opening has a tapered shape in which the opening diameter increases as the distance from the semiconductor layer increases. 前記第1の開口部の壁面上には反射膜が形成され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, wherein a reflective film is formed on a wall surface of the first opening. 前記反射膜は、金属膜又は該金属膜と絶縁膜との積層膜であることを特徴とする請求項11に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the reflective film is a metal film or a laminated film of the metal film and an insulating film. 前記金属膜はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 12, wherein the metal film includes aluminum. 前記半導体層は、p型半導体層及びn型半導体層を含み、
前記第1の電極は、前記p型半導体層との間に、高濃度に不純物が添加されたn型低抵抗層を介在させて形成され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 layer includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer,
2. The semiconductor according to claim 1, wherein the first electrode is formed with an n-type low-resistance layer doped with an impurity at a high concentration interposed between the first electrode and the p-type semiconductor layer. Light emitting device.
前記第1の電極は、その一部にアルミニウムを含む反射層を有している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 first electrode has a reflective layer containing aluminum in a part thereof. 前記半導体層は、窒化物半導体からな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, wherein the semiconductor layer is made of a nitride semiconductor. 前記基板は、シリコンからなることを特徴とする請求項1又は16に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the substrate is made of silicon. 前記基板は、その主面の面方位が(111)面であることを特徴とする請求項17に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 17, wherein the substrate has a (111) plane as a principal plane. 基板の主面に凹凸部を形成する工程(a)と、
前記凹凸部が形成された前記基板の主面上に、活性層、導電型が互いに異なる第1の半導体層及び第2の半導体層を含む複数の半導体層を形成する工程(b)と、
前記第1の半導体層の上に第1の電極を形成し、前記第2の半導体層の上に第2の電極を形成する工程(c)と、
前記基板に前記凹凸部を露出する第1の開口部を形成する工程(d)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。
Forming a concavo-convex portion on the main surface of the substrate;
A step (b) of forming a plurality of semiconductor layers including an active layer, a first semiconductor layer and a second semiconductor layer having different conductivity types on the main surface of the substrate on which the uneven portion is formed;
(C) forming a first electrode on the first semiconductor layer and forming a second electrode on the second semiconductor layer;
And (d) forming a first opening that exposes the uneven portion on the substrate.
前記工程(d)において、前記第1の開口部の開口位置は、前記第1の電極の中央部分に収まるように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 method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 19, wherein in the step (d), the opening position of the first opening is formed so as to be within a central portion of the first electrode. 前記工程(d)は、前記基板に前記第2の電極を露出する第2の開口部を形成する工程を含む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, wherein the step (d) includes a step of forming a second opening exposing the second electrode on the substrate. 前記工程(d)において、前記第1の開口部の壁面は、前記半導体層から離れるにつれて開口径が拡大するようにテーパ状に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 semiconductor light emitting device according to claim 19, wherein in the step (d), the wall surface of the first opening is formed in a tapered shape so that the opening diameter increases as the distance from the semiconductor layer increases. Production method. 前記半導体層は、窒化物半導体からな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。   The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 19, wherein the semiconductor layer is made of a nitride semiconductor.
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