JP2007324585A - Semiconductor light-emitting element - Google Patents

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Hideyoshi Horie
秀善 堀江
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light-emitting element of flip-chip mount type which can emit blue or ultraviolet light and has a high output and high efficiency. <P>SOLUTION: The semiconductor compound light-emitting element has a thin-film crystal layer, a second conductivity-type side electrode 27 and a first conductivity-type-side electrode 28, wherein a main light take-out direction is from a buffer layer side viewed from an active layer structure. The electrodes 28 and 27 do not have spatial superposition with each other, and are formed on the opposite side to the light take-out direction, and a supporter connected to the electrodes 28, 27 and supporting the light-emitting device is provided. Further, the light-emitting device has an insulating layer, i. e. an insulating layer (a) contacting one part of the main light take-out direction side of the first conductivity-type-side electrode and covering one part of the opposite side to that of the main light take-out direction of the second conductivity-type-side electrode, and (b) covering the side wall surfaces of the first conductivity-type semiconductor layer, the active layer and the second conductivity-type semiconductor layer, out of the side wall of the thin-film crystal layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は化合物半導体発光素子、特にGaN系材料を用いた発光ダイオード(LED)に関する。なお、本明細書中において、発光ダイオードまたはLEDとの表現は、レーザダイオード、スーパールミネッセントダイオード等を含んだ発光素子一般を含む言葉として使用する。   The present invention relates to a compound semiconductor light emitting device, and more particularly to a light emitting diode (LED) using a GaN-based material. Note that in this specification, the expression “light-emitting diode or LED” is used as a term including a general light-emitting element including a laser diode, a superluminescent diode, and the like.

従来よりIII−V族化合物半導体を用いた電子デバイスおよび発光デバイスが知られている。特に発光デバイスとしては、GaAs基板上に形成されたAlGaAs系材料やAlGaInP系材料による赤色発光、GaP基板上に形成されたGaAsP系材料による橙色または黄色発光等が実現されてきている。また、InP基板上ではInGaAsP系材料を用いた赤外発光デバイスも知られている。   Conventionally, electronic devices and light-emitting devices using III-V compound semiconductors are known. In particular, as light emitting devices, red light emission by an AlGaAs-based material or AlGaInP-based material formed on a GaAs substrate, orange or yellow light emission by a GaAsP-based material formed on a GaP substrate has been realized. An infrared light emitting device using an InGaAsP material on an InP substrate is also known.

これらデバイスの形態としては、自然放出光を利用する発光ダイオード(light emitting diode: LED)、さらに誘導放出光を取り出すための光学的帰還機能を内在させたレーザダイオード(laser diode: LD)、および半導体レーザが知られており、これらは表示デバイス、通信用デバイス、高密度光記録用光源デバイス、高精度光加工用デバイス、さらには医療用デバイスなどとして用いられてきている。   As a form of these devices, a light emitting diode (LED) utilizing spontaneous emission light, a laser diode (laser diode: LD) having an optical feedback function for extracting stimulated emission light, and a semiconductor Lasers are known, and these have been used as display devices, communication devices, high-density optical recording light source devices, high-precision optical processing devices, and medical devices.

1990年代以降において、V族元素として窒素を含有するInAlGa(1−x−y)N系III−V族化合物半導体(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の研究開発が進み、これを用いたデバイスの発光効率が飛躍的に改善され、高効率な青色LED、緑色LEDが実現されている。その後の研究開発によって、紫外領域においても高効率なLEDが実現され、現在では、青色LDも市販されるに至っている。 Since the 1990s, In x Al y Ga (1-xy) N-based III-V compound semiconductors (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ ) containing nitrogen as a group V element The research and development of 1) has progressed, and the luminous efficiency of devices using the same has been dramatically improved, and highly efficient blue LEDs and green LEDs have been realized. Subsequent research and development have realized highly efficient LEDs even in the ultraviolet region, and now blue LDs are also commercially available.

紫外または青色LEDを励起光源として蛍光体と一体化すると白色LEDが実現できる。白色LEDは、次世代の照明デバイスとしての利用可能性があるために、励起光源となる紫外または青色LEDの高出力化、高効率化の産業的な意義は極めて大きい。現在、照明用途を念頭にした、青色または紫外LEDの高効率化、高出力化の検討が精力的になされている。   When an ultraviolet or blue LED is integrated as an excitation light source with a phosphor, a white LED can be realized. Since white LEDs have the potential to be used as next-generation lighting devices, the industrial significance of increasing the output and efficiency of ultraviolet or blue LEDs serving as excitation light sources is extremely large. At present, studies are being made to increase the efficiency and output of blue or ultraviolet LEDs with the illumination application in mind.

素子の高出力化、即ち、全放射束を向上させるためには、素子の大型化と大きな投入電力に対する耐性の確保は必須である。LEDの高出力化、高効率化に有効な構造として、フリップチップマウント構造が知られている。この構造では、サファイア基板上に所定の半導体層を堆積し、基板と反対側に電流注入用のn側電極およびp側電極を形成し、基板側を主たる光取り出し方向とする。このため、発光素子から出る光が遮られず、また電極を光の反射面として使用可能であるために、光の取り出し効率が向上する。   In order to increase the output of the element, that is, to improve the total radiant flux, it is indispensable to increase the size of the element and to secure the resistance against a large input power. A flip chip mount structure is known as an effective structure for increasing the output and efficiency of LEDs. In this structure, a predetermined semiconductor layer is deposited on a sapphire substrate, an n-side electrode and a p-side electrode for current injection are formed on the opposite side of the substrate, and the substrate side is the main light extraction direction. For this reason, since the light emitted from the light emitting element is not blocked and the electrode can be used as a light reflecting surface, the light extraction efficiency is improved.

しかし、フリップチップ構造では、p側およびn側の一対の電極が、同じ側に形成されているために、支持体(配線用、放熱用の基板)にハンダによって素子を搭載するときに、p側電極とn側電極の間の短絡、それら電極とp型半導体層またはn型半導体層の間の短絡が生じないように配慮する必要がある。このため、各種の絶縁確保構造などが提案されてきている。   However, since a pair of electrodes on the p-side and n-side are formed on the same side in the flip-chip structure, when the element is mounted on the support (wiring, heat dissipation substrate) by soldering, p It is necessary to consider so that a short circuit between the side electrode and the n-side electrode and a short circuit between the electrode and the p-type semiconductor layer or the n-type semiconductor layer do not occur. For this reason, various insulation ensuring structures have been proposed.

特許第3453238号公報(特許文献1)および特開2001−127348号公報(特許文献2)には、絶縁性基板の表面、n型窒化物半導体層の表面、及びp側窒化物半導体層の表面に、n型窒化物半導体層の端面から電極側の表面にかけて連続した絶縁性被膜が形成されている素子が開示されている。特許文献1の素子構造を図17(a)および(b)に示す。この構造を製造するには、まず、サファイア基板101上にn型窒化物半導体層102とp型窒化物半導体層103とを順に成長させ、n型層102およびp型層103の端部をRIE法を用いてドライエッチングを行い、図17(a)に示すような形状となるように、サファイア基板101表面まで除去する。続いて、p型層103およびn型層102の一部をRIE法を用いてドライエッチングを行い、図17に示すような形状となるように、n型層102を露出させる。エッチング後、n型層102表面に負電極(n側電極)104、p型層103表面に正電極(p側電極)105を各々形成する。エッチングにより除去されたn型層102の端面、および電極側の表面を覆うようにしてSiOよりなる絶縁性被膜106を形成し、図17の発光素子を完成する。この時、負電極104および正電極105の表面は、ボンディング可能なように露出させた箇所を形成する。そして、負電極104および正電極105を、導電性接着剤107を介して配線基板110上の導電部111に接続して、図17(b)に示す実装構造が得られる。 Japanese Patent No. 3453238 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-127348 (Patent Document 2) describe an insulating substrate surface, an n-type nitride semiconductor layer surface, and a p-side nitride semiconductor layer surface. In addition, an element is disclosed in which an insulating coating continuous from the end face of the n-type nitride semiconductor layer to the electrode-side surface is formed. The element structure of Patent Document 1 is shown in FIGS. In order to manufacture this structure, first, an n-type nitride semiconductor layer 102 and a p-type nitride semiconductor layer 103 are sequentially grown on a sapphire substrate 101, and the end portions of the n-type layer 102 and the p-type layer 103 are formed by RIE. Using this method, dry etching is performed to remove the surface of the sapphire substrate 101 so as to have a shape as shown in FIG. Subsequently, part of the p-type layer 103 and the n-type layer 102 is dry-etched using the RIE method to expose the n-type layer 102 so as to have a shape as shown in FIG. After etching, a negative electrode (n-side electrode) 104 is formed on the n-type layer 102 surface, and a positive electrode (p-side electrode) 105 is formed on the p-type layer 103 surface. An insulating film 106 made of SiO 2 is formed so as to cover the end face of the n-type layer 102 removed by etching and the surface on the electrode side, thereby completing the light emitting element of FIG. At this time, the exposed surfaces of the negative electrode 104 and the positive electrode 105 are exposed so as to be bonded. And the mounting structure shown in FIG.17 (b) is obtained by connecting the negative electrode 104 and the positive electrode 105 to the conductive part 111 on the wiring board 110 via the conductive adhesive 107.

この構造では、半導体端面が絶縁材料で覆われているために、電気的短絡の防止の上では効果が見られるが、絶縁層(絶縁性皮膜)を形成する際に、電極材が劣化しやすい問題がある。p側電極においては、Auが表面に露出する層として多く使用されるために、劣化の影響は少ないが、特にn側電極においては、反射率が高くかつn型GaN系材料と容易にオーム性接触を実現できる材料として、Alなど含む材料がしばしば使用されるため、絶縁層の成膜工程による影響を受け易い。絶縁性皮膜は、SiO、TiO、Al、Siなどが蒸着、スパッタ、CVD等で形成されているが、いずれの場合においても、n側電極材の一部は、たとえ露出部分が適宜マスク材でカバーされていたとしても、材料全体として酸化、窒化等の影響を受けることを免れず、素子の高出力動作のために大電流を注入しようとすると電極材の劣化の影響が顕著になり、ひいては素子の劣化の原因となることが懸念される。さらに、もし、絶縁層の形成後に、電極の露出部分をエッチングによって形成した場合では、露出部分そのものがエッチングプロセスの影響を受け、場合によっては、電極材そのものもエッチングされてしまう可能性もある。たとえば、Alは、HF等の絶縁性皮膜をエッチング可能なエッチャントで容易にエッチングされる。 In this structure, since the semiconductor end face is covered with an insulating material, an effect is seen in preventing an electrical short circuit, but the electrode material is likely to deteriorate when an insulating layer (insulating film) is formed. There's a problem. In the p-side electrode, since Au is often used as a layer exposed on the surface, the influence of deterioration is small. In particular, the n-side electrode has high reflectivity and is easily ohmic with an n-type GaN-based material. Since a material containing Al or the like is often used as a material that can realize contact, it is easily affected by the film formation process of the insulating layer. The insulating film is formed of SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 or the like by vapor deposition, sputtering, CVD, etc. In any case, a part of the n-side electrode material is Even if the exposed part is properly covered with a mask material, the entire material is subject to the effects of oxidation, nitridation, etc., and the electrode material deteriorates when trying to inject a large current for high output operation of the device. There is a concern that the influence of the above will become noticeable and eventually cause deterioration of the element. Furthermore, if the exposed portion of the electrode is formed by etching after the insulating layer is formed, the exposed portion itself is affected by the etching process, and in some cases, the electrode material itself may be etched. For example, Al is easily etched with an etchant capable of etching an insulating film such as HF.

従って、特許文献1および2に記載された構造は、素子を高出力動作させる際に考慮すべきプロセス履歴と、プロセス履歴による素子構成材料へのダメージが考慮された構造とは言えず、高出力化には不適当な構造である。また、この問題は特許文献2の素子においても、全く同様である。   Therefore, the structures described in Patent Documents 1 and 2 cannot be said to be a structure that takes into account the process history that should be taken into account when the element is operated at a high output and the damage to the element constituent material due to the process history. It is an unsuitable structure. This problem is exactly the same in the element of Patent Document 2.

さらに、特許文献1の構造においては、絶縁性皮膜がn側窒化物半導体層の側壁と基板の素子周辺部全面に形成されているため、ウエハープロセスを完了し、その後、1つ1つのLED素子分離をするためのダイヤモンドを用いたスクライブ(素子用の傷入れ)工程、あるいは高出力レーザを用いたスクライブ工程において、絶縁層の剥離が起こり易い問題がある。絶縁層の剥離は、マウント時の短絡を引き起こし、結果として素子製造の歩留まりが低下する。特許文献2の素子にも、特許文献1と全く同様の構造上の問題がある。   Further, in the structure of Patent Document 1, since the insulating film is formed on the side wall of the n-side nitride semiconductor layer and the entire surface of the peripheral portion of the element of the substrate, the wafer process is completed, and then each of the LED elements There is a problem that the insulating layer is likely to be peeled off in a scribing process using diamond for separation (scratching for elements) or a scribing process using a high-power laser. The peeling of the insulating layer causes a short circuit at the time of mounting, and as a result, the yield of device manufacturing decreases. The element of Patent Document 2 has the same structural problem as that of Patent Document 1.

また、小型のLED素子においては、特開2003−17757号公報(特許文献3)には、主としてp側電極、n側電極の面積を増加させるためのフリップチップ型素子構造(図18参照)が提案されている。このフリップチップ型発光素子を製造するには、まず、気相成長又は蒸着によりサファイア基板201上にn型層202を成長させ、その上にp型層203を成長させる。続いて、p型層203の外周部の一部をエッチング等により除去した後、n型層202の周囲に第1の接続層(電極の一部)206を形成すると共に、p型層203上に第2の接続層(電極の一部)207を蒸着等により形成する。その後、酸化膜等の絶縁層208を成長させて全体を絶縁被覆した後、フォトリソグラフィーにより絶縁層208の不要部分を除去する。最後に、第1の電極204及び第2の電極205を形成し、個別にチップ化して、発光素子構造を完成する。   In addition, for small LED elements, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-17757 (Patent Document 3) discloses a flip chip type element structure (see FIG. 18) mainly for increasing the area of the p-side electrode and the n-side electrode. Proposed. In order to manufacture this flip chip type light emitting device, first, the n-type layer 202 is grown on the sapphire substrate 201 by vapor phase growth or vapor deposition, and the p-type layer 203 is grown thereon. Subsequently, after removing a part of the outer peripheral portion of the p-type layer 203 by etching or the like, a first connection layer (a part of an electrode) 206 is formed around the n-type layer 202 and on the p-type layer 203. A second connection layer (a part of the electrode) 207 is formed by vapor deposition or the like. After that, an insulating layer 208 such as an oxide film is grown to cover the whole, and unnecessary portions of the insulating layer 208 are removed by photolithography. Finally, the first electrode 204 and the second electrode 205 are formed and individually chipped to complete the light emitting element structure.

この構造では、良好なオーム性接触を確保すべき電極層(第1、第2の接続層)は、ともに絶縁層形成の履歴を受ける。特に、Al、Agなどを含む電極材料を、半導体材料との良好なオーム性接触を確保すべき電極部分(第1、第2の接続層)に用いた場合には、酸化膜形成の際に酸化され易い。この構造は、プロセス履歴による素子構成材料へのダメージが考慮された構造ではないため、高出力化には不適当である。さらに、絶縁層は電極を有する面全面に渡る形成の後に、不要部分が除去されるため、Al、Agなどを含む電極材料においては、エッチングダメージも無視できない。つまり、このような形状では、高出力動作時の素子の劣化を考慮した作製プロセスが実現不可能である。   In this structure, the electrode layers (first and second connection layers) that should ensure good ohmic contact both receive an insulating layer formation history. In particular, when an electrode material containing Al, Ag, or the like is used for electrode portions (first and second connection layers) that should ensure good ohmic contact with a semiconductor material, the oxide film is formed. It is easily oxidized. Since this structure is not a structure in which damage to the element constituent material due to the process history is taken into consideration, it is not suitable for increasing the output. Further, since unnecessary portions of the insulating layer are removed after formation over the entire surface having the electrodes, etching damage cannot be ignored in electrode materials containing Al, Ag, and the like. That is, with such a shape, it is impossible to realize a manufacturing process that takes into account element degradation during high-power operation.

また、特許文献3においては、図18に示すように、素子周辺において、第1の半導体層(n型層202)が除去されていないため、素子分離のためのスクライブ工程において、第1の半導体層にダメージが残留する可能性がある。さらに、第1の半導体層(n型層202)が露出したままであるため、フリップチップマウントを実施した際に、第一の半導体層部分が半田等によって短絡する恐れもあり、フリップチップマウントを実施するための絶縁層の配置としては適切な形状ではない。   Further, in Patent Document 3, as shown in FIG. 18, since the first semiconductor layer (n-type layer 202) is not removed around the element, the first semiconductor is used in the scribe process for element isolation. Damage may remain in the layer. Furthermore, since the first semiconductor layer (n-type layer 202) remains exposed, when flip chip mounting is performed, the first semiconductor layer portion may be short-circuited by solder or the like. The shape of the insulating layer for implementation is not an appropriate shape.

さらに、特開平11−251633号公報(特許文献4)では、p側電極(正電極)の上に絶縁層を設け、n側電極(負電極)をp側電極(正電極)の一部に絶縁膜を介して重ねた構造が示されている。この構造では、小型のGaN系LEDにおいて、n側電極の面積を実効的に増やすことができる。しかし、素子周辺に、半導体層および電極層が存在しているために、素子分離のためのスクライブ工程において、半導体層にダメージが残留する可能性と共に電極剥離が生じる可能性がある。   Furthermore, in JP-A-11-251633 (Patent Document 4), an insulating layer is provided on the p-side electrode (positive electrode), and the n-side electrode (negative electrode) is used as a part of the p-side electrode (positive electrode). A stacked structure is shown with an insulating film interposed therebetween. With this structure, the area of the n-side electrode can be effectively increased in a small GaN-based LED. However, since the semiconductor layer and the electrode layer exist around the element, in the scribing process for element isolation, there is a possibility that the semiconductor layer may be damaged and electrode peeling may occur.

同様に、特開2000−114595号公報(特許文献5)においても、n側電極の面積を実効的に増やすために、p側電極(正電極)の上に絶縁層を設け、n側電極(負電極)をp側電極(正電極)の一部に絶縁層を介して重ねた構造が示されている。しかし、この構造でも、素子周辺に、半導体層が存在しているために、素子分離のためのスクライブ工程において、半導体層にダメージが残留する可能性がある。
特許第3453238号公報 特開2001−127348号公報 特開2003−17757号公報 特開平11−251633号公報 特開2000−114595号公報
Similarly, in JP 2000-114595 A (Patent Document 5), in order to effectively increase the area of the n-side electrode, an insulating layer is provided on the p-side electrode (positive electrode), and the n-side electrode ( A structure in which a negative electrode) is overlapped with a part of a p-side electrode (positive electrode) via an insulating layer is shown. However, even in this structure, since the semiconductor layer exists around the element, damage may remain in the semiconductor layer in the scribing process for element isolation.
Japanese Patent No. 3453238 JP 2001-127348 A JP 2003-17757 A JP-A-11-251633 JP 2000-114595 A

以上のように、従来の発光ダイオード構造では、製造プロセスの工程において起こりうる各種のダメージを排除できる構造とはなっていないために、大きな投入電力に対する耐性が不十分であり、また絶縁性にも問題があり、LEDの高出力化・高効率化は困難であった。   As described above, the conventional light emitting diode structure does not have a structure that can eliminate various kinds of damage that may occur in the manufacturing process. There was a problem, and it was difficult to increase the output and efficiency of the LED.

本発明は、青色または紫外発光が可能な発光素子であって、高出力、高効率なフリップチップマウント型の半導体発光素子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a flip-chip mount type semiconductor light-emitting element that is a light-emitting element capable of emitting blue or ultraviolet light and has high output and high efficiency.

本発明は、以下の事項に関する。   The present invention relates to the following matters.

1. バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、主たる光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記主たる光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の主たる光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の主たる光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b)前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも主たる光取り出し方向部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有すること
を特徴とする化合物半導体発光素子。
1. A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the main light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the side opposite to the main light extraction direction;
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are connected and have a support for supporting the light emitting element;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a main light extraction direction side of the first conductive type side electrode And a part of the second conductivity type side electrode opposite to the main light extraction direction, and (b) against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) When a part of the buffer layer constitutes a receding side wall surface and has a shape that forms an end step surface with the non-backed side wall surface of the buffer layer that has not receded. At least an insulating layer formed from a position away from the end of the light emitting element, or (ii) when the buffer layer forms a receding side wall surface and has no end step surface, A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer that covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed at least in a main light extraction direction portion of the buffer layer.

2. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状であり、
前記バッファ層の少なくとも主たる光取り出し方向部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする上記1記載の発光素子。
2. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(Ii) The buffer layers together form a receding side wall surface and have no end step surface,
2. The light emitting device according to claim 1, further comprising an insulating layer that covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed in at least a main light extraction direction portion of the buffer layer.

3. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁層が、前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていないことを特徴とする上記1記載の発光素子。
3. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
2. The light emitting device according to 1 above, wherein the insulating layer covers at least a part of the receding side wall surface of the buffer layer but is not formed on the end step surface.

4. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁層が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の側壁後退面と一致する面を被覆していることを特徴とする上記1記載の発光素子。
4). For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
2. The light emitting device according to 1 above, wherein the insulating layer covers a surface on an end step surface from a position away from an end of the light emitting element, and a surface coinciding with a side wall receding surface of the first conductivity type semiconductor layer. element.

5. 前記バッファ層のうち、側壁面が前記絶縁層で被覆されていない部分を構成する層は、アンドープ型であることを特徴とする上記4記載の発光素子。   5). 5. The light emitting device according to 4 above, wherein a layer constituting a portion of the buffer layer whose side wall surface is not covered with the insulating layer is an undoped type.

6. 前記第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L1wが5μm以上であることを特徴とする上記1〜5のいずれかに記載の発光素子。 6). 6. The light emitting device according to any one of 1 to 5 above, wherein the width L1w of the narrowest portion among the widths of the portion where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is 5 μm or more. .

7. 前記第二導電型側電極が前記絶縁層で覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L2wが15μm以上であることを特徴とする上記1〜6のいずれかに記載の発光素子。 7). The width L 2w of the narrowest portion among the widths of the portion where the second conductivity type side electrode is covered with the insulating layer is 15 μm or more, Light emitting element.

8. 前記L2wが100μm以上であることを特徴とする上記7記載の発光素子。 8). 8. The light emitting device as described in 7 above, wherein the L 2w is 100 μm or more.

9. 前記第一導電型側電極が、Ti、Al、Ag、Moおよびそれらの2種以上の組み合わせからなる群より選ばれる元素を含む材料からなる層を含むことを特徴とする上記1〜8のいずれかに記載の発光素子。   9. Any one of the above 1 to 8, wherein the first conductivity type side electrode includes a layer made of a material containing an element selected from the group consisting of Ti, Al, Ag, Mo, and combinations of two or more thereof. A light emitting device according to any one of the above.

10. 前記第二導電型側電極が、Ni、Pt、Pd、Mo、Auおよびそれらの2種以上の組み合わせからなる群より選ばれる元素を含む材料からなる層を含むことを特徴とする上記1〜9のいずれかに記載の発光素子。   10. Said 1-9 characterized by said 2nd conductivity type side electrode including the layer which consists of a material containing the element chosen from the group which consists of Ni, Pt, Pd, Mo, Au, and those 2 or more types of combinations. The light emitting element in any one of.

11. 前記絶縁層が、SiO、AlO、TiO、TaO、HfO、ZrO、SiN、AlN、AlF、BaF、CaF、SrFおよびMgFからなる群より選ばれる材料の単層であることを特徴とする上記1〜10のいずれかに記載の発光素子。 11. The insulating layer is a material selected from the group consisting of SiO x , AlO x , TiO x , TaO x , HfO x , ZrO x , SiN x , AlN x , AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x. The light-emitting element according to any one of 1 to 10 above, wherein the light-emitting element is a single layer.

12. 前記絶縁層が複数の層からなる誘電体多層膜であることを特徴とする上記1〜11のいずれかに記載の発光素子。   12 12. The light-emitting element according to any one of 1 to 11 above, wherein the insulating layer is a dielectric multilayer film composed of a plurality of layers.

13. 前記絶縁層を構成する層の少なくとも1つが、フッ化物を含む材料からなることを特徴とする上記12記載の発光素子。   13. 13. The light-emitting element according to 12 above, wherein at least one of the layers constituting the insulating layer is made of a material containing fluoride.

14. 前記フッ化物が、AlF、BaF、CaF、SrFおよびMgFからなる群より選ばれることを特徴とする上記13記載の発光素子。 14 14. The light emitting device as described in 13 above, wherein the fluoride is selected from the group consisting of AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x .

15. 前記第一導電型半導体層側から前記バッファ層へ垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記バッファ層で反射される反射率をR2で表し、前記絶縁層に前記第二導電型半導体層側から垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記絶縁層で反射される反射率をR12、前記絶縁層に第一導電型半導体層側から垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記絶縁層で反射される反射率をR11、前記絶縁層に前記活性層構造側から垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記絶縁層で反射される反射率をR1qでそれぞれ表したとき、
(式1) R2<R12
(式2) R2<R11
(式3) R2<R1q
のすべての条件を満たすように、前記絶縁層が構成されていることを特徴とする上記1〜14のいずれかに記載の発光素子。
15. The reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the buffer layer from the first conductive semiconductor layer side is reflected by the buffer layer is represented by R2, and the second conductive semiconductor layer is formed on the insulating layer. R12 is a reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident from the side is reflected by the insulating layer, and the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the insulating layer from the first conductive semiconductor layer side is R12. When the reflectance reflected by the insulating layer is represented by R11, and the reflectance by which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the insulating layer from the active layer structure side is reflected by the insulating layer is represented by R1q. ,
(Formula 1) R2 <R12
(Formula 2) R2 <R11
(Formula 3) R2 <R1q
The light emitting device as described in any one of 1 to 14 above, wherein the insulating layer is configured to satisfy all of the above conditions.

16. 前記薄膜結晶層が、サファイア、SiC、GaN、LiGaO、ZnO、ScAlMgO、NdGaO、およびMgOからなる群より選ばれる基板上に成膜されて形成されたことを特徴とする上記1〜15のいずれかに記載の発光素子。 16. 1 to 15 above, wherein the thin film crystal layer is formed on a substrate selected from the group consisting of sapphire, SiC, GaN, LiGaO 2 , ZnO, ScAlMgO 4 , NdGaO 3 , and MgO. The light emitting element in any one of.

17. 前記化合物半導体薄膜結晶層は、V族として窒素原子を含むIII−V族化合物半導体からなり、前記第一導電型クラッド層、前記活性層構造および第二導電型クラッド層中に、In、GaおよびAlからなる群より選ばれる元素が含まれることを特徴とする上記1〜16のいずれかに記載の発光素子。   17. The compound semiconductor thin film crystal layer is made of a III-V group compound semiconductor containing a nitrogen atom as a group V. In the first conductivity type cladding layer, the active layer structure and the second conductivity type cladding layer, In, Ga and 17. The light emitting device as described in any one of 1 to 16 above, which contains an element selected from the group consisting of Al.

18. 前記活性層構造が、量子井戸層とバリア層からなり、バリア層の数をB、量子井戸層の数をWで表したとき、BとWが、
B=W+1
を満たすことを特徴とする上記1〜17のいずれかに記載の発光素子。
18. When the active layer structure is composed of a quantum well layer and a barrier layer, the number of barrier layers is represented by B, and the number of quantum well layers is represented by W.
B = W + 1
18. The light-emitting element according to any one of 1 to 17 above, wherein

19. 第一導電型がn型であり、第二導電型がp型であることを特徴とする上記1〜18のいずれかに記載の発光素子。   19. 19. The light emitting device as described in any one of 1 to 18 above, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.

20. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、ハンダによって金属層を有する支持体に接合されていることを特徴とする上記1〜19のいずれかに記載の発光素子。   20. 20. The light emitting device as described in any one of 1 to 19 above, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are joined to a support having a metal layer by solder.

21. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極と、前記支持体の金属層との接合が、金属ハンダのみ、または金属ハンダと金属バンプによってなされていることを特徴とする上記20記載の発光素子。   21. 21. The bonding according to claim 20, wherein the first conductive type side electrode and the second conductive type side electrode and the metal layer of the support are joined only by metal solder, or by metal solder and metal bumps. Light emitting element.

22. 前記支持体の母材が、金属、AlN、Al、Si、ガラス、SiC、ダイヤモンド、BNおよびCuWからなる群より選ばれることを特徴とする上記20または21記載の発光素子。 22. 22. The light emitting device as described in 20 or 21 above, wherein the base material of the support is selected from the group consisting of metal, AlN, Al 2 O 3 , Si, glass, SiC, diamond, BN and CuW.

23. 前記支持体の発光素子間の分離領域に、金属層が形成されていないことを特徴とする上記20〜22のいずれかに記載の発光素子。   23. 23. The light emitting device according to any one of 20 to 22, wherein a metal layer is not formed in a separation region between the light emitting devices of the support.

24. 前記基板の光取り出し側の表面が平坦でないことを特徴とする上記2記載の発光素子。   24. 3. The light emitting device according to 2 above, wherein a surface of the substrate on the light extraction side is not flat.

25. 前記バッファ層の光取り出し側の表面が平坦でないことを特徴とする上記3記載の発光素子。   25. 4. The light emitting device according to 3 above, wherein a surface of the buffer layer on the light extraction side is not flat.

26. 前記バッファ層から基板側に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が基板で反射される反射率をR3、前記基板から光取り出し側の空間に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が空間との界面で反射される反射率をR4で表したとき、
R4<R3
を満たすように前記基板の光取り出し側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする上記2記載の発光素子。
26. R3 is the reflectance at which the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the substrate side from the buffer layer is reflected by the substrate, and the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the light extraction side space from the substrate. When the reflectance reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
3. The light emitting device according to 2 above, wherein a low reflection optical film is provided on the light extraction side of the substrate so as to satisfy the above.

27. 前記第一導電型半導体層からバッファ層側に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光がバッファ層で反射される反射率をR3、前記バッファ層から光取り出し側の空間に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が空間との界面で反射される反射率をR4で表したとき、
R4<R3
を満たすように前記バッファ層の光取り出し側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする上記3記載の発光素子。
27. R3 is a reflectance at which the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the buffer layer side from the first conductive type semiconductor layer is reflected by the buffer layer, and the light emission that is perpendicularly incident on the light extraction side space from the buffer layer When the reflectance at which the light having the emission wavelength of the element is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
4. The light emitting device according to 3 above, wherein a low reflection optical film is provided on the light extraction side of the buffer layer so as to satisfy the above.

本発明によれば、青色または紫外発光が可能な発光素子であって、高出力、高効率なフリップチップマウント型の半導体発光素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a light emitting element which can emit blue or ultraviolet light, Comprising: A high output and highly efficient flip chip mount type semiconductor light emitting element can be provided.

本発明の構造では、製造プロセスにおける各工程でのプロセスダメージが排除されているために、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。   In the structure of the present invention, process damage at each step in the manufacturing process is eliminated, so that the function of the light emitting element is not impaired and the element is highly reliable.

本明細書において、「積層」または「重なる」の表現は、もの同士が直接接触している状態に加え、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに接触していなくても、一方を他方に投影した際に空間的に重なる状態をも指す場合がある。また、「〜の上(〜の下)」の表現も、もの同士が直接接触して一方が他方の上(下)に配置されている状態に加え、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに接触していなくても、一方が他方の上(下)に配置されている状態にも使用する場合がある。さらに、「〜の後(前、先)」との表現は、ある事象が別の事象の直後(前)に発生する場合にも、ある事象が別の事象との間に第三の事象を挟んだ後(前)発生する場合にも、どちらにも使用する。また、「接する」の表現は、「物と物が直接的に接触している場合」に加えて、本発明の趣旨に適合する限りにおいて、「物と物が直接的には接触していなくても、第三の部材を介して間接的に接している場合」、「物と物が直接的に接触している部分と、第三の部材を介して間接的に接している部分が混在している場合」などを指す場合もある。   In this specification, the expression “stacked” or “overlapping” refers to the state in which objects are in direct contact with each other, as long as they do not depart from the spirit of the present invention. It may also refer to a spatially overlapping state when projected. In addition, the expression “above (below)” is not limited to the state in which the objects are in direct contact and one is placed above (below) the other, so long as it does not depart from the spirit of the present invention. Even if they are not in contact with each other, they may be used in a state where one is arranged above (below) the other. Furthermore, the expression “after (before, before)” means that even if an event occurs immediately after (before) another event, a third event is Even if it occurs after sandwiching (front), it is used for both. In addition to the expression “when the object is in direct contact”, the expression “in contact with” means that “the object and the object are not in direct contact” as long as they conform to the gist of the present invention. Even if it is in indirect contact via the third member ”,“ the part in which the object is in direct contact with the part in indirect contact through the third member is mixed In some cases, it means “if you are doing”.

さらに、本発明において、「薄膜結晶成長」とは、いわゆる、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)、MBE(Molecular Beam Epitaxy)、プラズマアシストMBE、PLD(Pulsed
Laser Deposition)、PED(Pulsed Electron Deposition)、VPE(Vapor Phase Epitaxy)、LPE(Liquid
Phase Epitaxy)法等の結晶成長装置内における薄膜層、アモルファス層、微結晶、多結晶、単結晶、あるいはそれらの積層構造の形成に加えて、その後の薄膜層の熱処理、プラズマ処理等によるキャリアの活性化処理等も含めて薄膜結晶成長と記載する。
Further, in the present invention, “thin film crystal growth” means so-called MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy), plasma assist MBE, PLD (Pulsed).
Laser Deposition), PED (Pulsed Electron Deposition), VPE (Vapor Phase Epitaxy), LPE (Liquid
In addition to the formation of thin film layers, amorphous layers, microcrystals, polycrystals, single crystals, or their laminated structures in crystal growth equipment such as the (Phase Epitaxy) method, carrier treatment by subsequent heat treatment, plasma treatment, etc. It is described as thin film crystal growth including activation treatment.

図1A、図2、図3Aに本発明の化合物半導体発光素子(以下、単に発光素子という)の代表的例を示す。図1Bおよび図3Bは、説明のために、図1Aおよび図3Aの一部を省略した図である。図4A、図4Bは発光素子の構造を詳細に説明するために、作製途中の形状を示す図である。以下、図1A〜図4Bを参照して説明する。   1A, 2 and 3A show typical examples of the compound semiconductor light emitting device of the present invention (hereinafter simply referred to as a light emitting device). 1B and FIG. 3B are diagrams in which a part of FIG. 1A and FIG. 3A is omitted for explanation. 4A and 4B are diagrams showing a shape in the middle of fabrication in order to explain the structure of the light emitting element in detail. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 1A to 4B.

本発明の発光素子は、図1A、図2および図3Aに示すようにバッファ層22、第一導電型クラッド層24を含む第一導電型半導体層、第二導電型クラッド層26を含む第二導電型半導体層、および前記第一および第二導電型半導体層の間に挟まれた活性層構造25を有する化合物半導体薄膜結晶層、第二導電型側電極27、並びに第一導電型側電極28を有する。   1A, 2 and 3A, the light emitting device of the present invention includes a buffer layer 22, a first conductive type semiconductor layer including a first conductive type clad layer 24, and a second type including a second conductive type clad layer 26. A conductive semiconductor layer, a compound semiconductor thin film crystal layer having an active layer structure 25 sandwiched between the first and second conductive semiconductor layers, a second conductive side electrode 27, and a first conductive side electrode 28 Have

第二導電型クラッド層26の表面の一部に、第二導電型側電極27が配置され、第二導電型クラッド層26と第二導電型側電極27の接触している部分が第二電流注入領域35となっている。また、第二導電型クラッド層、活性層構造の一部、第一導電型クラッド層の一部が除去された構成となっており、除去された箇所に露出する第一導電型クラッド層24に接して、第一導電型側電極28が配置されることで、第二導電型側電極27と第一導電型側電極28が、基板に対して同じ側に配置されるように構成されている。第二導電型側電極27および第一導電型側電極28は、支持体40上の金属層41に、金属ハンダ42を介してそれぞれ接続されている。   The second conductivity type side electrode 27 is arranged on a part of the surface of the second conductivity type clad layer 26, and the portion where the second conductivity type clad layer 26 and the second conductivity type side electrode 27 are in contact is the second current. An injection region 35 is formed. Further, the second conductivity type cladding layer, a part of the active layer structure, and a part of the first conductivity type cladding layer are removed, and the first conductivity type cladding layer 24 exposed at the removed portion is formed. The second conductivity type side electrode 27 and the first conductivity type side electrode 28 are arranged on the same side with respect to the substrate by arranging the first conductivity type side electrode 28 in contact therewith. . The second conductivity type side electrode 27 and the first conductivity type side electrode 28 are connected to a metal layer 41 on the support 40 via a metal solder 42, respectively.

本発明において、第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有していない。これは、図1A、図2および図3Aに示すように、第一導電型側電極28および第二導電型側電極27を基板面に対して投影したときに、影が重ならないことを意味する。   In the present invention, the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not spatially overlap each other. This means that, as shown in FIGS. 1A, 2 and 3A, when the first conductivity type side electrode 28 and the second conductivity type side electrode 27 are projected onto the substrate surface, shadows do not overlap. .

絶縁層30は、フリップチップマウントを実施した際に、マウント用のハンダ、導電性ペースト材等が「第二導電型側電極と第一導電型側電極の間」、「活性層構造などの薄膜結晶層の側壁」等に回りこんで、意図しない短絡が発生しないようにするためのものである。同時に、本発明では、素子にダメージを与え性能に影響を及ぼしたり、歩留まりに影響を与えたりしないように、絶縁層が最適な位置に配置されている。   When the flip-chip mounting is performed, the insulating layer 30 is made of a mounting solder, a conductive paste material, etc. “between the second conductive type side electrode and the first conductive type side electrode”, “a thin film such as an active layer structure” This is to prevent an unintended short circuit from occurring around the “side wall of the crystal layer” or the like. At the same time, in the present invention, the insulating layer is disposed at an optimal position so as not to damage the element and affect the performance or affect the yield.

本発明の発光素子は、(I)発光素子の端部の段差形状、(II)発光素子端部の絶縁層の形状、の2箇所で異なる形態を取り得る。(I)発光素子の端部の段差形状については、製造工程において素子分離を行うために装置間分離溝を形成する際のエッチング深さにより、大きく分けて(i)バッファ層の途中まで、(ii)基板面まで(またはそれより深く)、の2つの選択がある。また、装置間分離溝の壁面は、素子分離後に素子端より後退するので、本発明では装置間分離溝の形成時に側壁面として現れた面を、素子分離後の素子については、「後退側壁面」という。また、素子分離により素子端に現れる側壁面を、「非後退側壁面」という。そして、発光素子の端部には、後退側壁面と非後退側壁面の間で段差面が形成されるので、これを「端部段差面」という。   The light emitting device of the present invention can take different forms at two locations: (I) the step shape of the end of the light emitting device, and (II) the shape of the insulating layer at the end of the light emitting device. (I) The step shape of the end portion of the light emitting element is roughly divided by (i) the middle of the buffer layer depending on the etching depth when forming the inter-device isolation groove for element isolation in the manufacturing process. ii) There are two options: up to (or deeper than) the substrate surface. In addition, since the wall surface of the inter-device isolation groove recedes from the element end after element isolation, in the present invention, the surface that appears as the side wall surface when forming the inter-device isolation groove is referred to as “recessed side wall surface” for the element after element isolation. " Further, the side wall surface that appears at the element end due to element isolation is referred to as a “non-retreat side wall surface”. A step surface is formed at the end of the light emitting element between the receding side wall surface and the non-backed side wall surface, and this is referred to as an “end step surface”.

装置間分離溝の深さ(i)〜(ii)に対応して、(i)では、薄膜結晶層の後退側壁面に対して、バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成し、残り(主たる光取り出し方向側)のバッファ層の側壁は、非後退側壁面となり、バッファ層の端に端部段差面が存在する形状となる。(ii)では、バッファ層の側壁も後退側壁面を構成するので(装置間分離溝の側壁面となるため)、素子完成後に基板が存在しない本発明においては端部段差面は存在しない。尚、(ii)の場合でも、装置間分離溝の壁面は、装置間分離溝を形成しないで分離したときの素子端面に比べて後退していることになるので、本発明では統一して「後退側壁面」という。   Corresponding to the depths (i) to (ii) of the inter-device separation grooves, in (i), part of the buffer layer constitutes the receding side wall surface with respect to the receding side wall surface of the thin film crystal layer, and the rest The side wall of the buffer layer (on the main light extraction direction side) is a non-retreating side wall surface, and has an end step surface at the end of the buffer layer. In (ii), the side wall of the buffer layer also forms the receding side wall surface (because it becomes the side wall surface of the inter-device isolation trench), and therefore there is no end step surface in the present invention in which the substrate does not exist after completion of the device. Even in the case of (ii), the wall surface of the inter-device separation groove is receded from the element end surface when separated without forming the inter-device separation groove. It is called “retreat side wall surface”.

(i)に対応するのは、図2、図3A(図3B)である。(ii)図1A(図1B)である。   FIG. 2 and FIG. 3A (FIG. 3B) correspond to (i). (Ii) It is FIG. 1A (FIG. 1B).

(II)発光素子端部の絶縁層の形状については、製造工程において、(i)装置間分離溝の側壁に形成された前記絶縁層を残したまま、溝底面上の中央を含む領域の絶縁層のみを除去するか、(ii)溝底面に形成された絶縁層のすべてに加えて、溝内の側壁の一部までを含めて絶縁層を除去するか、の選択があり、その結果製造される発光素子において、(i)絶縁層が溝底面に付いている形状、(ii)絶縁層が溝底面から離れている形状、の2種類が存在する。(i)に対応するのは、図3A(図3B)である。(ii)に対応するのは、図1A(図1B)、図2である。   (II) Regarding the shape of the insulating layer at the end of the light emitting element, in the manufacturing process, (i) insulation of the region including the center on the groove bottom surface while leaving the insulating layer formed on the side wall of the inter-device separation groove There is a choice of removing only the layer, or (ii) removing the insulating layer including all of the insulating layer formed on the bottom surface of the groove and a part of the side wall in the groove, and manufacturing as a result. There are two types of light-emitting elements: (i) a shape in which the insulating layer is attached to the groove bottom surface, and (ii) a shape in which the insulating layer is separated from the groove bottom surface. FIG. 3A (FIG. 3B) corresponds to (i). FIG. 1A (FIG. 1B) and FIG. 2 correspond to (ii).

尚、本発明は、製造工程中に成長基板を除去するため、基板除去の際に絶縁層が基板に付いている形態は好ましくない。従って、上記の組み合わせて、(I)発光素子の端部の段差形状が、(ii)バッファ層に段差がない形状であり、(II)発光素子端部の絶縁層の形状が、(i)絶縁層が溝底面に付いている形状、となる組み合わせは、本発明には含まれない形態である。   In the present invention, since the growth substrate is removed during the manufacturing process, it is not preferable that the substrate is provided with an insulating layer when the substrate is removed. Therefore, in combination with the above, (I) the step shape of the end of the light emitting element is (ii) the shape without a step in the buffer layer, and (II) the shape of the insulating layer at the end of the light emitting element is (i) A combination that forms a shape in which the insulating layer is attached to the bottom surface of the groove is not included in the present invention.

本発明の発光素子の形状を(II)発光素子端部の絶縁層の形状により、第1の態様:(ii)絶縁層が溝底面から離れている形状、第2の態様:(i)絶縁層が溝底面に付いている形状の順に分けて説明する。   The shape of the light-emitting element of the present invention is (II) the shape of the insulating layer at the end of the light-emitting element, the first aspect: (ii) the shape in which the insulating layer is separated from the groove bottom surface, the second aspect: A description will be given separately in the order of the shape of the layer attached to the bottom surface of the groove.

但し、本発明の発光素子に共通して、主たる光取り出し方向のバッファ層の端までは絶縁層が達していない。   However, in common with the light emitting device of the present invention, the insulating layer does not reach the end of the buffer layer in the main light extraction direction.

〔第1の態様〕
第1の態様に属する形態を、図1A〜図2に示す。まず、代表的な形態として図1Aを用いて説明する。本発明の発光素子は、図1Aに示すように、主たる光取り出し方向に基板を有していない。絶縁層30は、薄膜結晶層を除去した際に露出する側壁面のうち、少なくとも、第一導電型半導体層(図では第一導電型クラッド層24)、活性層構造25、および第二導電型半導体層(図では第二導電型クラッド層26)の側壁面を被覆している。また、バッファ層22の側壁面の少なくとも主たる光取り出し方向側に、絶縁層で覆われていない絶縁層非形成部分15が存在し、これは場合によっては、バッファ層22の側壁面の全部に渡っていてもよい。このように、本発明の発光素子では、バッファ層の主たる光取り出し方向側の素子端には絶縁層が存在することはない。この点は、他の実施形態でバッファ層に端部段差面がある場合においても同じである。
[First embodiment]
The form belonging to the first aspect is shown in FIGS. First, a typical form will be described with reference to FIG. 1A. As shown in FIG. 1A, the light-emitting element of the present invention does not have a substrate in the main light extraction direction. The insulating layer 30 includes at least a first conductivity type semiconductor layer (first conductivity type cladding layer 24 in the figure), an active layer structure 25, and a second conductivity type among the side wall surfaces exposed when the thin film crystal layer is removed. The side wall surface of the semiconductor layer (the second conductivity type cladding layer 26 in the figure) is covered. Further, at least the main light extraction direction side of the side wall surface of the buffer layer 22 is an insulating layer non-formation portion 15 that is not covered with the insulating layer, and in some cases, this extends over the entire side wall surface of the buffer layer 22. It may be. Thus, in the light emitting device of the present invention, there is no insulating layer at the device end on the main light extraction direction side of the buffer layer. This is the same even when the buffer layer has an end step surface in other embodiments.

また、絶縁層で覆われていない絶縁層非形成部分15のバッファ層は、ドーピングされていないアンドープ部分であることが好ましい。露出している部分が絶縁性の高い材料であればハンダの回り込みによる短絡等の虞がなく、信頼性の高い素子となる。   Moreover, it is preferable that the buffer layer of the insulating layer non-formation part 15 which is not covered with the insulating layer is an undoped part which is not doped. If the exposed part is a highly insulating material, there is no possibility of short circuit due to the wrapping of solder, and the element is highly reliable.

この構造は、製造工程途中の素子分割前は、図4Aに示される形状を経由する。製造工程途中において、絶縁層30は、装置間分離溝13の溝内の基板面(溝底面)と、基板面(溝底面)に近接する溝側壁面の絶縁層非形成部分15から除去されている。本発明では、製造工程中で、基板21が剥がされる。このとき、絶縁層30が基板21に接していないため、基板剥離の際に、絶縁層の剥がれが生じない。従って、確実な絶縁性を保てることに加え、絶縁層の剥がれの際に生じる引っ張りによって、薄膜結晶層にダメージが入ることもない。   This structure passes through the shape shown in FIG. 4A before element division during the manufacturing process. In the middle of the manufacturing process, the insulating layer 30 is removed from the substrate surface (groove bottom surface) in the groove of the inter-device separation groove 13 and the insulating layer non-forming portion 15 on the groove side wall surface adjacent to the substrate surface (groove bottom surface). Yes. In the present invention, the substrate 21 is peeled off during the manufacturing process. At this time, since the insulating layer 30 is not in contact with the substrate 21, the insulating layer is not peeled when the substrate is peeled off. Therefore, in addition to ensuring reliable insulation, the thin film crystal layer is not damaged by the tension generated when the insulating layer is peeled off.

その結果得られる分離された後の発光素子では、図1AのA部分に示すように、バッファ層22の壁面の主たる光取り出し方向側に絶縁層で覆われていない絶縁層非形成部分15が存在する。つまり、この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。   In the light-emitting element after separation obtained as a result, there is an insulating layer non-formed portion 15 that is not covered with the insulating layer on the main light extraction direction side of the wall surface of the buffer layer 22 as shown in part A of FIG. 1A. To do. In other words, this shape ensures that there is no peeling of the insulating layer on the side surface of the thin film crystal layer. As a result, this light-emitting element can prevent an unintended short circuit even if the solder wraps around. In addition, since the thin film crystal layer is not damaged, the function of the light emitting element is not impaired and the element is highly reliable.

さらに絶縁層30は、図1BのB部分に示すように、第一導電型側電極28の基板側(主たる光取り出し方向側)の一部に接している。即ち、第一導電型側電極28と第一導電型半導体層(この実施形態では第一導電型クラッド層24)との間の一部に、絶縁層が介在している。その結果、第一導電型側電極28の面積が、第一電流注入領域36の面積より大きい。図1Bに示すように、第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅をL1wとすると、L1wは7μm以上が好ましく、特に9μm以上が好ましい。また、L1wは、通常500μm以下であり、好ましくは100μm以下である。通常、5μm以上があれば、フォトリソグラフィー工程とリフトオフ法によるプロセスマージンは確保できる。 Furthermore, the insulating layer 30 is in contact with a part of the substrate side (main light extraction direction side) of the first conductivity type side electrode 28 as shown in a portion B of FIG. 1B. That is, an insulating layer is interposed between a part between the first conductivity type side electrode 28 and the first conductivity type semiconductor layer (the first conductivity type cladding layer 24 in this embodiment). As a result, the area of the first conductivity type side electrode 28 is larger than the area of the first current injection region 36. As shown in FIG. 1B, when the width of the narrowest portion among the widths of the portion where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is L 1w , L 1w is preferably 7 μm or more, particularly 9 μm or more. preferable. Moreover, L1w is 500 micrometers or less normally, Preferably it is 100 micrometers or less. Usually, if it is 5 μm or more, a process margin by the photolithography process and the lift-off method can be secured.

さらに絶縁層30は、図1BのC部分に示すように、第二導電型側電極27の支持体側(主たる光取り出し方向の反対側)の一部を覆っている。即ち、第二導電型側電極27の電極露出部分37の面積が、第二導電型側電極27の面積より小さく、第二電流注入領域35の面積は、第二導電型側電極27の面積と等しい。図3に示すように、第二導電型側電極の周辺から絶縁層で覆われている幅の中で、最も狭い部分の幅をL2Wとすると、L2Wは15μm以上であることが好ましい。さらに好ましくは30μm以上、特に好ましくは100μm以上である。絶縁層によって第二導電型側電極の面積の多くが覆われることによって、特に、金属ハンダ材によるたとえば第一導電型側電極等の他の部分との意図しない短絡を低減することができる。また、L2wは、通常2000μm以下であり、好ましくは750μm以下である。 Furthermore, the insulating layer 30 covers a part on the support side (opposite to the main light extraction direction) of the second conductivity type side electrode 27, as shown in part C of FIG. 1B. That is, the area of the electrode exposed portion 37 of the second conductivity type side electrode 27 is smaller than the area of the second conductivity type side electrode 27, and the area of the second current injection region 35 is equal to the area of the second conductivity type side electrode 27. equal. As shown in FIG. 3, when the width of the narrowest portion of the width covered with the insulating layer from the periphery of the second conductivity type side electrode is L 2W , L 2W is preferably 15 μm or more. More preferably, it is 30 micrometers or more, Most preferably, it is 100 micrometers or more. By covering most of the area of the second conductivity type side electrode with the insulating layer, it is possible to reduce unintentional short-circuits with other parts such as the first conductivity type side electrode due to the metal solder material. L 2w is usually 2000 μm or less, preferably 750 μm or less.

また、第一導電型半導体層(この実施形態では第一導電型クラッド層24)、第二導電型半導体層(この実施形態では第二導電型クラッド層26)の支持体側(主たる光取り出し方向の反対側)の表面の露出部分も短絡防止のために、通常は図に示すように絶縁層30で被覆される。   In addition, the first conductive semiconductor layer (first conductive clad layer 24 in this embodiment) and the second conductive semiconductor layer (second conductive clad layer 26 in this embodiment) on the support side (main light extraction direction). The exposed portion of the surface on the opposite side is also usually covered with an insulating layer 30 as shown in the figure to prevent short circuits.

絶縁層と各電極とのこのような位置関係により、プロセスダメージの少ない工程により製造することが可能である。   Due to such a positional relationship between the insulating layer and each electrode, it is possible to manufacture by a process with little process damage.

〔第1の態様その2〕
第1の態様に属するその他の形態を、図2を用いて説明する。図1Aの形態では、と異なる点は、図1Aの発光素子では、(I)発光素子の端部の段差形状が、(ii)バッファ層に段差がない形状であるのに対して、図2で示す発光素子では、(i)バッファ層の端に装置間分離溝に基づく端部段差面を有する形状である点である。
[First aspect 2]
The other form which belongs to a 1st aspect is demonstrated using FIG. 1A is different from the light emitting device of FIG. 1A in that (I) the step shape of the end portion of the light emitting device is (ii) the shape in which there is no step in the buffer layer. The light-emitting element indicated by (i) is that it has a shape having an end step surface based on the inter-device separation groove at the end of the buffer layer.

この形状は、装置間分離溝が、バッファ層の途中まで形成されて製造され、その結果、完成した装置では、少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層は、装置の端より内側に後退して後退側壁面を構成し、素子端壁面(非後退側壁面)との間で端部段差面が存在している。   This shape is manufactured by forming the inter-device isolation groove partway in the buffer layer, and as a result, in the completed device, at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure and the second conductive type semiconductor layer are Retreating inward from the end of the element, a receding side wall surface is formed, and an end step surface exists between the element end wall surface (non-retreating side wall surface).

図2に、装置間分離溝がバッファ層22の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光装置端まで、バッファ層22の一部が非後退側壁面として存在し、バッファ層22の途中から壁面が素子端より後退し、第二導電型半導体層の側壁面と共に後退側壁面(装置間分離溝の側壁)を構成している。非後退側壁面と後退側壁面の間に、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在している。非後退側壁面(素子端の側壁部分)は、絶縁層で被覆されておらず、端部段差面も絶縁層で被覆されておらず、さらに、後退側壁面(装置間分離溝の側壁)では、絶縁層で覆われていない絶縁層非形成部分15が、主たる光取り出し方向側に存在する。絶縁層非形成部分15は、場合によっては、バッファ層22の側壁面の全部に渡っていてもよい。   FIG. 2 shows an example of a light emitting device manufactured by forming an inter-device separation groove partway through the buffer layer 22. As shown in part A, up to the light emitting device end, a part of the buffer layer 22 exists as a non-retreat side wall surface, the wall surface retreats from the element end from the middle of the buffer layer 22, and the side wall surface of the second conductivity type semiconductor layer In addition, a receding side wall surface (side wall of the inter-device separation groove) is formed. An end step surface 55 based on the bottom surface of the inter-device separation groove exists between the non-retreat side wall surface and the retreat side wall surface. The non-retreating side wall surface (side wall portion of the element end) is not covered with the insulating layer, the end step surface is not covered with the insulating layer, and the retreating side wall surface (side wall of the inter-device separation groove) The insulating layer non-formed portion 15 that is not covered with the insulating layer exists on the main light extraction direction side. The insulating layer non-forming portion 15 may extend over the entire side wall surface of the buffer layer 22 in some cases.

この例のように、装置間分離溝が、バッファ層を合わせた層の途中まで形成されている場合にも、側壁を覆う絶縁層が、発光素子の端まで達していない形状ができている装置は、絶縁層の剥がれがないことが保証され、また露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図1Aの形態の発光素子と同じく信頼性の高い装置となる。   A device in which the insulating layer covering the sidewall does not reach the end of the light emitting element even when the inter-device separation groove is formed up to the middle of the combined buffer layer as in this example Since it is guaranteed that the insulating layer is not peeled off, and the exposed layer is made of a highly insulating material, a highly reliable device similar to the light-emitting element shown in FIG. 1A can be obtained.

〔第2の態様〕
第2の態様では、(II)発光素子端部の絶縁層の形状が、(i)絶縁層が溝底面に付いている形状となっている。図3Aの発光素子は、素子分割前には図4Bに示すように、装置間分離溝はバッファ層22の途中まで形成され、絶縁層30は装置間分離溝13の溝底面の全てを覆うのではなく、溝底面に絶縁層30が形成されていないスクライブ領域14が形成されている。従って、製造工程中のスクライブ、ブレーキング等の素子分離の際に、バッファ層をブレーキングすればよく、薄膜結晶層のうちデバイス性能に関わる層、即ち、第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層に直接的にダメージを与えることがない。また、溝底面の絶縁層のないスクライブ領域から分割するので、絶縁層の剥がれが生じないので、確実な絶縁性を保てることに加え、絶縁層の剥がれの際に生じる引っ張りによって、薄膜結晶層にダメージが入ることがない。
[Second embodiment]
In the second aspect, (II) the shape of the insulating layer at the end of the light emitting element is (i) the shape in which the insulating layer is attached to the bottom surface of the groove. In the light emitting device of FIG. 3A, the device separation groove is formed partway through the buffer layer 22 before the device is divided, and the insulating layer 30 covers the entire groove bottom surface of the device separation groove 13. Instead, the scribe region 14 where the insulating layer 30 is not formed is formed on the bottom surface of the groove. Therefore, it is only necessary to brake the buffer layer at the time of element separation such as scribe and braking during the manufacturing process, and the layer related to the device performance among the thin film crystal layers, that is, the first conductivity type semiconductor layer and the active layer structure. Further, the second conductive type semiconductor layer is not directly damaged. In addition, since the insulating layer is not peeled off because it is divided from the scribe region without the insulating layer on the bottom surface of the groove, the thin film crystal layer can be separated from the thin film crystal layer by pulling when the insulating layer is peeled off in addition to maintaining reliable insulation. There is no damage.

その結果得られる分離された後の発光素子では、図3A、図3BのA部分に示すように、バッファ層に形成された端部段差面(溝底面)の全面を絶縁層が覆うのではなく、素子端からLwsだけ離れた位置より内側の基板面を覆っている。スクライブ領域14の幅の中央から分割された場合、絶縁層で覆われていない距離Lwsは、製造のゆらぎ等の範囲でスクライブ領域14の幅の略1/2に対応する。即ち、この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。 In the separated light-emitting element obtained as a result, the insulating layer does not cover the entire surface of the end step surface (groove bottom surface) formed in the buffer layer, as shown in part A of FIGS. 3A and 3B. The substrate surface on the inner side than the position separated from the element end by L ws is covered. When divided from the center of the width of the scribe region 14, the distance L ws that is not covered with the insulating layer corresponds to approximately ½ of the width of the scribe region 14 in the range of manufacturing fluctuation or the like. In other words, this shape ensures that there is no peeling of the insulating layer on the side surface of the thin film crystal layer. As a result, this light emitting element can prevent an unintended short circuit even if there is a solder wrap around. In addition, since the thin film crystal layer is not damaged, the function of the light emitting element is not impaired and the element is highly reliable.

wsは、完成した素子においては、0より大きければよいが、通常は10μm以上、好ましくは15μm以上である。設計値としては、スクライブ領域14の幅を2Lwsとすると、2Lwsは、30μm以上が好ましい。また、大きすぎても無駄であるので、2LWSは、通常300μm以下、好ましくは200μm以下である。 L ws may be larger than 0 in a completed device, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more. As a design value, if the width of the scribe region 14 is 2L ws , 2L ws is preferably 30 μm or more. Moreover, since it is useless even if it is too large, 2L WS is usually 300 μm or less, preferably 200 μm or less.

第2の態様の発光素子においても、露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図1Aの形態の発光素子と同じく信頼性の高い装置となる。また、第2の態様のその他の部分の形状については、第1の態様と同様である。   Also in the light-emitting element of the second embodiment, by forming the exposed layer with a highly insulating material, a highly reliable device is obtained as in the light-emitting element in the form of FIG. 1A. Further, the shape of the other parts of the second mode is the same as that of the first mode.

以下に、装置を構成する各部材と構造についてさらに詳細に説明する。   Below, each member and structure which comprise an apparatus are demonstrated in detail.

<基板>
本発明では、基板はその上に半導体層を成長させることが可能なものが選ばれ、また最終的に除去できるものが用いられる。基板は、透明である必要はないが、製造工程で、基板を後述するレーザディボンディングにより剥離するときには、その特定の波長のレーザ光を透過することが好ましい。また、電気的には絶縁性基板である事が好ましい。これは、製造工程で、同様にレーザディボンディング法によって基板を剥離する際に、導電性基板ではその自由電子による吸収等によって、このような基板剥離方法を採用しにくくなるからである。具体的な材料としては、例えばInAlGaN系発光材料またはInAlBGaN系材料をその上に薄膜結晶成長させるためは、サファイア、SiC、GaN、LiGaO、ZnO、ScAlMgO、NdGaO、およびMgOから選ばれることが望ましく、特にサファイア、GaN、ZnO基板が好ましい。特にGaN基板を用いる際には、そのSiのドーピング濃度はアンドープ基板を用いる場合には、3×1017cm−3のSi濃度以下が望ましく、さらに望ましくは1×1017cm−3以下であることが、電気抵抗の観点と結晶性の観点からが望ましい。また、基板を除去する際にケミカルエッチングを前提とする際には、塩酸等で容易に除去可能なZnOが望ましい。
<Board>
In the present invention, a substrate on which a semiconductor layer can be grown is selected and a substrate that can be finally removed is used. The substrate need not be transparent, but when the substrate is peeled off by laser debonding, which will be described later, in the manufacturing process, it is preferable to transmit laser light having a specific wavelength. Further, it is preferably an electrically insulating substrate. This is because, in the manufacturing process, when the substrate is similarly peeled by the laser debonding method, it is difficult to adopt such a substrate peeling method due to absorption by free electrons or the like in the conductive substrate. As a specific material, for example, in order to grow a thin film crystal on an InAlGaN-based light emitting material or an InAlBGaN-based material, it is selected from sapphire, SiC, GaN, LiGaO 2 , ZnO, ScAlMgO 4 , NdGaO 3 , and MgO. Are desirable, and sapphire, GaN, and ZnO substrates are particularly preferred. In particular, when a GaN substrate is used, if the doping concentration of Si is used an undoped substrate, 3 × 10 17 cm Si concentration less desirable -3, and more preferably is 1 × 10 17 cm -3 or less It is desirable from the viewpoint of electrical resistance and crystallinity. In addition, when chemical etching is premised when removing the substrate, ZnO that can be easily removed with hydrochloric acid or the like is desirable.

本発明で使用される基板は、いわゆる面指数によって完全に確定されるジャスト基板だけではなく、薄膜結晶成長の際の結晶性を制御する観点から、いわゆるオフ基板(miss oriented substrate)であることもできる。オフ基板は、ステップフローモードでの良好な結晶成長を促進する効果を有するため、素子のモフォロジ改善にも効果があり、基板として広く使用される。たとえば、サファイアのc+面基板をInAlGaN系材料の結晶成長用基板として使用する際には、m+方向に0.2度程度傾いた面を使用することが好ましい。オフ基板としては、0.1〜0.2度程度の微傾斜を持つものが広く一般的に用いられるが、サファイア上に形成されたInAlGaN系材料においては、活性層構造内の発光ポイントである量子井戸層にかかる圧電効果による電界を打ち消すために、比較的大きなオフ角度をつけることも可能である。   The substrate used in the present invention is not only a just substrate that is completely determined by a so-called plane index, but also a so-called off-substrate (miss oriented substrate) from the viewpoint of controlling crystallinity during thin film crystal growth. it can. Since the off-substrate has an effect of promoting good crystal growth in the step flow mode, it is effective in improving the morphology of the device and is widely used as a substrate. For example, when a sapphire c + plane substrate is used as a substrate for crystal growth of an InAlGaN-based material, it is preferable to use a plane inclined by about 0.2 degrees in the m + direction. As an off-substrate, a substrate having a slight inclination of about 0.1 to 0.2 degrees is widely used. However, in an InAlGaN-based material formed on sapphire, it is a light emitting point in an active layer structure. In order to cancel the electric field due to the piezoelectric effect applied to the quantum well layer, a relatively large off angle can be set.

基板は、MOCVDやMBE等の結晶成長技術を利用して集積型化合物半導体発光装置を製造するために、あらかじめ化学エッチングや熱処理等を施しておいてもよい。また、後述するバッファ層との関係で、意図的に凹凸をつけた基板にしておき、これによって、薄膜結晶層と基板との界面で発生する貫通転移を発光素子あるいは、後述する発光ユニットの活性層近傍に導入しないようにすることも可能である。   The substrate may be subjected to chemical etching, heat treatment, or the like in advance in order to manufacture an integrated compound semiconductor light emitting device using a crystal growth technique such as MOCVD or MBE. In addition, the substrate is intentionally roughened in relation to the buffer layer described later, so that a threading transition that occurs at the interface between the thin film crystal layer and the substrate can be activated in the light emitting element or the light emitting unit described later. It is also possible not to introduce it in the vicinity of the layer.

基板の厚みとしては、本発明の1形態においては、装置作成初期においては、通常250〜700μm程度のものであり、半導体発光装置の結晶成長、素子作製プロセスにおける機械的強度が確保されるようにしておくのが普通である。基板を用いて必要な半導体層を成長した後に、基板は、例えば研磨、エッチング、またはレーザディボンディング等により除去される。特にレーザディボンディング等の光学的な手法によって剥離される際には、薄膜結晶成長時には両面研磨基板を用いることが望ましい。これは、薄膜結晶成長されていない面から照射されるレーザ等を、片面研磨基板を用いてしまうと、粗面から入射することになり、レーザディボンディング時に不要に大きなレーザ出力が必要となるためである。   In one embodiment of the present invention, the thickness of the substrate is usually about 250 to 700 μm at the initial stage of device fabrication so that the crystal growth of the semiconductor light emitting device and the mechanical strength in the element fabrication process are ensured. It is normal to keep it. After the necessary semiconductor layer is grown using the substrate, the substrate is removed by, for example, polishing, etching, laser debonding, or the like. In particular, when the film is peeled off by an optical method such as laser debonding, it is desirable to use a double-sided polished substrate during the growth of a thin film crystal. This is because if a single-side polished substrate is used for a laser irradiated from a surface on which no thin film crystal is grown, it will be incident from a rough surface, and an unnecessarily large laser output is required during laser debonding. It is.

<バッファ層>
バッファ層22は、基板上に薄膜結晶成長する上で、転移の抑制、基板結晶の不完全性の緩和、基板結晶と所望の薄膜結晶成長層との各種の相互不整合の軽減など、主に薄膜結晶成長のための目的のために形成される。
<Buffer layer>
The buffer layer 22 mainly grows a thin film crystal on the substrate, suppresses transition, alleviates the imperfection of the substrate crystal, and reduces various mismatches between the substrate crystal and the desired thin film crystal growth layer. Formed for the purpose of thin film crystal growth.

バッファ層は、薄膜結晶成長で成膜され、本発明で望ましい形態であるInAlGaN系材料、InAlBGaN系材料、InGaN系材料、AlGaN系材料、GaN系材料などを異種基板上に薄膜結晶成長する際には、必ずしも基板との格子定数のマッチングが確保されないので、バッファ層は特に重要である。たとえば、薄膜結晶成長層を有機金属気相成長法(MOVPE法)で成長する際には、600℃近傍の低温成長AlN層をバッファ層に用いたり、あるいは500℃近傍で形成した低温成長GaN層を用いたりすることも出来る。また、800℃から1000℃程度の高温で成長したAlN、GaN、AlGaN、InAlGaN、InAlBGaNなども使用可能である。これらの層は一般に薄く5〜40nm程度である。   The buffer layer is formed by thin film crystal growth, and is used when a thin film crystal growth of an InAlGaN-based material, InAlBGaN-based material, InGaN-based material, AlGaN-based material, GaN-based material, or the like, which is a desirable form in the present invention, is performed on a different substrate. Since the lattice constant matching with the substrate is not necessarily ensured, the buffer layer is particularly important. For example, when a thin film crystal growth layer is grown by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE method), a low temperature growth AlN layer near 600 ° C. is used as a buffer layer, or a low temperature growth GaN layer formed near 500 ° C. Can also be used. Also, AlN, GaN, AlGaN, InAlGaN, InAlBGaN, etc. grown at a high temperature of about 800 ° C. to 1000 ° C. can be used. These layers are generally thin and about 5-40 nm.

バッファ層22は必ずしも単一の層である必要はなく、低温で成長したGaNバッファ層の上に、結晶性をより改善するために、ドーピングを施さない1000℃程度の温度で成長したGaN層を数μm程度有するようにしてもかまわない。実際には、このような厚膜バッファ層を有することが普通であって、その厚みは0.5〜7μm程度である。バッファ層は、Si等でドーピングされていてもよいし、バッファ層内にドーピング層とアンドープ層を積層して形成することも可能である。   The buffer layer 22 is not necessarily a single layer, and a GaN layer grown at a temperature of about 1000 ° C. without doping is further formed on the GaN buffer layer grown at a low temperature in order to improve the crystallinity. You may make it have about several micrometers. Actually, it is usual to have such a thick film buffer layer, and the thickness is about 0.5 to 7 μm. The buffer layer may be doped with Si or the like, or may be formed by stacking a doped layer and an undoped layer in the buffer layer.

典型的な実施形態としては、基板に接して350℃〜650℃未満程度の低温で薄膜結晶成長させた低温バッファ層と、650℃〜1100℃程度の高温で薄膜結晶成長させた高温バッファ層の2層構造のものが挙げられる。   As a typical embodiment, a low-temperature buffer layer in which a thin film crystal is grown at a low temperature of about 350 ° C. to less than 650 ° C. in contact with a substrate, and a high-temperature buffer layer in which a thin film crystal is grown at a high temperature of about 650 ° C. to 1100 ° C. The thing of a 2 layer structure is mentioned.

また、バッファ層の形成に関しては、いわゆるマイクロチャネルエピタキシーの一種である横方向成長技術(ELO)も使用可能であり、これによってサファイア等の基板とInAlGaN系材料の間で発生する貫通転移の密度を大幅に低減することも可能である。さらに基板の表面に凹凸の加工を施したような加工基板を使用する際にも、横方向成長をさせる際に転位の一部を消滅させることが可能であって、このような基板とバッファ層の組み合わせを本発明に適応する事は好ましい。さらに、この際には基板上に形成された凹凸によって光取り出し効率が向上する効果もあって、好ましい。   For the formation of the buffer layer, lateral growth technology (ELO), which is a kind of so-called microchannel epitaxy, can also be used, thereby reducing the density of threading transitions generated between a substrate such as sapphire and an InAlGaN-based material. It can also be greatly reduced. Furthermore, even when using a processed substrate in which the surface of the substrate is processed to have irregularities, it is possible to eliminate some of the dislocations during lateral growth, and such a substrate and a buffer layer It is preferable to apply this combination to the present invention. Further, in this case, the unevenness formed on the substrate has an effect of improving the light extraction efficiency, which is preferable.

完成した素子においては、すでに説明したように、バッファ層の側壁面の少なくとも基板側(バッファ層成膜の際の基板側)の近傍は、絶縁層で被覆されていない。   In the completed device, as already described, at least the vicinity of the substrate side (the substrate side when the buffer layer is formed) of the sidewall surface of the buffer layer is not covered with the insulating layer.

本発明においては、基板を製造工程中に除去するので、本態様の1実施形態においてはバッファ層の表面が主たる光取り出し面になる。後述するように基板の剥離の1つ方法として、基板に対して透明で、バッファ層に対して吸収のある光を用いて、バッファ層の一部を光学的に分解して、基板を剥離する方法が挙げられる。そのような方法を採用する場合には、その方法に適合した材料が選択される。たとえば、基板がサファイアで、バッファ層がGaNである場合には、248nmの波長を有するKrFエキシマレーザを薄膜結晶成長がされていない基板側から照射し、バッファ層のGaNを金属Gaと窒素に分解して、その結果、基板を剥離するレーザディボンディングを実施することも可能である。   In the present invention, since the substrate is removed during the manufacturing process, in one embodiment of this aspect, the surface of the buffer layer becomes the main light extraction surface. As will be described later, as one method of peeling the substrate, a part of the buffer layer is optically decomposed and peeled off using light that is transparent to the substrate and absorbs the buffer layer. A method is mentioned. When such a method is adopted, a material suitable for the method is selected. For example, when the substrate is sapphire and the buffer layer is GaN, a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm is irradiated from the substrate side where the thin film crystal growth is not performed, and the buffer layer GaN is decomposed into metal Ga and nitrogen. As a result, laser debonding for peeling off the substrate can also be performed.

本発明では、主たる光取り出し方向に基板が存在しないので、バッファ層の主たる光取り出し方向の面に、いわゆる低反射コーティング層あるいは低反射光学膜が形成されることが望ましい。バッファ層−空気界面での屈折率差による反射を抑制し、高出力化、素子の高効率化を図ることができる。ここで、後述する第一導電型半導体層側からバッファ層側に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光がバッファ層で反射される反射率をR3、前記バッファ層から光取り出し側の空間に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が空間との界面で反射される反射率をR4で表したとき、
R4<R3
を満たすようにバッファ層の光取り出し側に低反射光学膜が設けられることは望ましい。たとえばバッファ層がGaNである場合には、低反射コーティング膜としてAl等を用いることが望ましい。これは素子の発光波長におけるバッファ層の屈折率nbfに対して、低反射コーティング膜の屈折率が、√nbfに近いことが望ましいので、GaNの屈折率の平方根に対して、Alの屈折率が近いからである。
In the present invention, since there is no substrate in the main light extraction direction, it is desirable that a so-called low reflection coating layer or low reflection optical film is formed on the surface of the buffer layer in the main light extraction direction. Reflection due to a difference in refractive index at the buffer layer-air interface can be suppressed, and higher output and higher element efficiency can be achieved. Here, the reflectance with which the light of the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the buffer layer side from the first conductivity type semiconductor layer side to be described later is reflected by the buffer layer is R3, and the space from the buffer layer to the light extraction side is R3. When the reflectance at which the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
It is desirable to provide a low reflection optical film on the light extraction side of the buffer layer so as to satisfy the above. For example, when the buffer layer is GaN, it is desirable to use Al 2 O 3 or the like as the low reflection coating film. This is because it is desirable that the refractive index of the low-reflection coating film is close to √n bf with respect to the refractive index n bf of the buffer layer at the light emission wavelength of the device, so that Al 2 O with respect to the square root of the refractive index of GaN. This is because the refractive index of 3 is close.

バッファ層の主たる光取り出し方向の面が、平坦でない面あるいは粗面であることも好ましい。これにより量子井戸層内で発光した光を高効率で取り出すことが可能になり、素子の高出力化、高効率化の観点で望ましい。ここで、素子の発光波長をλ(nm)とすると、バッファ層の粗面の程度は、その粗面の程度は、平均粗さRa(nm)が、
λ/5(nm)<Ra(nm)<10×λ(nm)
を満たすことが望ましく、
λ/2(nm)<Ra(nm)<2×λ(nm)
を満たすことがより望ましい。
It is also preferable that the surface in the light extraction direction of the buffer layer is a non-flat surface or a rough surface. As a result, light emitted from the quantum well layer can be extracted with high efficiency, which is desirable from the viewpoint of increasing the output and efficiency of the device. Here, when the emission wavelength of the element is λ (nm), the degree of the rough surface of the buffer layer is the average roughness Ra (nm).
λ / 5 (nm) <Ra (nm) <10 × λ (nm)
It is desirable to satisfy
λ / 2 (nm) <Ra (nm) <2 × λ (nm)
It is more desirable to satisfy.

本発明では、バッファ層の少なくとも一部は、装置端で露出する。従って、少なくとも露出部分をアンドープ部分とすることが、装置組み立て時のハンダ等による絶縁不良を抑制することができるので好ましい。   In the present invention, at least a part of the buffer layer is exposed at the device end. Therefore, at least the exposed portion is preferably an undoped portion, since insulation failure due to solder or the like during device assembly can be suppressed.

<第一導電型半導体層および第一導電型クラッド層>
本発明の代表的実施形態では、図1に示すようにバッファ層22に接して、第一導電型クラッド層24が存在する。第一導電型クラッド層24は、後述する活性層構造25に対して、後述する第二導電型クラッド層26と共に機能して、キャリアを効率よく注入し、かつ、活性層構造からのオーバーフローも抑制し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。また、あわせて活性層構造近傍への光の閉じ込めにも寄与し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。第一導電型半導体層は、上記のクラッド機能を有する層に加えて、コンタクト層のように装置の機能向上のため、または製造上の理由により、第一導電型にドープされた層を含むものである。広義には、第一導電型半導体層の全体を第一導電型クラッド層と考えてもよく、その場合にはコンタクト層等は、第一導電型クラッド層の一部と見ることもできる。
<First conductivity type semiconductor layer and first conductivity type cladding layer>
In the exemplary embodiment of the present invention, a first conductivity type cladding layer 24 is present in contact with the buffer layer 22 as shown in FIG. The first conductivity type clad layer 24 functions together with the second conductivity type clad layer 26 described later to the active layer structure 25 described later to efficiently inject carriers and suppress overflow from the active layer structure. In addition, it has a function for realizing light emission in the quantum well layer with high efficiency. In addition, it contributes to confinement of light in the vicinity of the active layer structure, and has a function for realizing light emission in the quantum well layer with high efficiency. The first conductivity type semiconductor layer includes a layer doped to the first conductivity type in addition to the above-mentioned layer having a cladding function, such as a contact layer, for improving the function of the device or for manufacturing reasons. . In a broad sense, the entire first conductivity type semiconductor layer may be considered as the first conductivity type cladding layer, and in this case, the contact layer and the like can also be regarded as a part of the first conductivity type cladding layer.

一般的に第一導電型クラッド層は、後述する活性層構造の平均的屈折率より小さな屈折率を有する材料で、かつ、後述する活性層構造の平均的なバンドギャップよりも大きな材料で構成される事が望ましい。さらに、第一導電型クラッド層は、活性層構造内の特にバリア層との関係において、いわゆるタイプI型のバンドラインナップとなる材料で構成されるのが一般的である。このような指針の元で、第一導電型クラッド層材料としては、所望の発光波長を実現するために準備される基板、バッファ層、活性層構造等に鑑みて、適宜選択することができる。   In general, the first conductivity type cladding layer is made of a material having a refractive index smaller than the average refractive index of the active layer structure described later and a material larger than the average band gap of the active layer structure described later. It is desirable. Furthermore, the first conductivity type cladding layer is generally made of a material that forms a so-called type I band lineup in relation to the barrier layer in the active layer structure. Under such guidelines, the first conductivity type cladding layer material can be appropriately selected in view of the substrate, buffer layer, active layer structure, and the like prepared for realizing a desired emission wavelength.

例えば、基板としてC+面サファイアを使用し、バッファ層として低温成長したGaNと高温成長したGaNの積層構造を使用する場合には、第一導電型クラッド層としてGaN系材料、AlGaN系材料、AlGaInN系材料、InAlBGaN系材料、もしくはその多層構造を用いることができる。   For example, when C + plane sapphire is used as a substrate and a laminated structure of low-temperature grown GaN and high-temperature grown GaN is used as a buffer layer, a GaN-based material, an AlGaN-based material, an AlGaInN-based material is used as the first conductivity type cladding layer. A material, an InAlBGaN-based material, or a multilayer structure thereof can be used.

第一導電型クラッド層のキャリア濃度としては、下限としては1×1017cm−3以上が好ましく、5×1017cm−3以上がより好ましく、1×1018cm−3以上が最も好ましい。上限としては5×1019cm−3以下が好ましく、1×1019cm−3以下がより好ましく、7×1018cm−3以下が最も好ましい。また、ここでは、第一導電型がn型の場合、ドーパントとしては、Siが最も望ましい。 The carrier concentration of the first conductivity type cladding layer is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more as a lower limit, more preferably 5 × 10 17 cm −3 or more, and most preferably 1 × 10 18 cm −3 or more. The upper limit is preferably 5 × 10 19 cm −3 or less, more preferably 1 × 10 19 cm −3 or less, and most preferably 7 × 10 18 cm −3 or less. Here, when the first conductivity type is n-type, Si is most desirable as a dopant.

第一導電型クラッド層の構造は、図1の一例では単一の層からなる第一導電型クラッド層を示すが、第一導電型クラッド層は、2層以上の層からなるものであってもよい。この場合には、たとえばGaN系材料とAlGaN系材料、InAlGaN系材料、InAlBGaN系材料を使用することも可能である。また第一導電型クラッド層の全体を異種材料の積層構造として超格子構造とすることもできる。さらに、第一導電型クラッド層内において、前述のキャリア濃度を変化させることも可能である。   In the example of FIG. 1, the structure of the first conductivity type cladding layer shows a first conductivity type cladding layer composed of a single layer, but the first conductivity type cladding layer is composed of two or more layers. Also good. In this case, for example, a GaN-based material and an AlGaN-based material, an InAlGaN-based material, or an InAlBGaN-based material can be used. Further, the entire first conductivity type cladding layer may be a superlattice structure as a laminated structure of different materials. Furthermore, it is possible to change the carrier concentration described above in the first conductivity type cladding layer.

第一導電型クラッド層の第一導電型側電極と接触している部分においては、そのキャリア濃度を意図的に高くして、当該電極との接触抵抗を低減することも可能である。   In the portion of the first conductivity type clad layer that is in contact with the first conductivity type side electrode, the carrier concentration can be intentionally increased to reduce the contact resistance with the electrode.

第一導電型クラッド層の一部はエッチングされており、かつ、第一導電型クラッド層の露出した側壁、エッチングされた部分などは、後述する第一導電型側電極との接触を実現する第一電流注入領域を除いて、すべて絶縁層で覆われている構造が望ましい。   A part of the first conductivity type cladding layer is etched, and the exposed side wall, the etched part, etc. of the first conductivity type cladding layer are in contact with the first conductivity type side electrode described later. A structure in which all except one current injection region is covered with an insulating layer is desirable.

第一導電型クラッド層に加えて、第一導電型半導体層として、必要によりさらに異なる層が存在してもよい。例えば、電極との接続部にキャリアの注入を容易にするためのコンタクト層が含まれていてもよい。また、各層を、組成または形成条件等の異なる複数の層に分けて構成してもよい。   In addition to the first conductivity type cladding layer, a different layer may exist as necessary as the first conductivity type semiconductor layer. For example, a contact layer for facilitating carrier injection may be included in the connection portion with the electrode. Each layer may be divided into a plurality of layers having different compositions or formation conditions.

<活性層構造>
第一導電型クラッド層24の上には、活性層構造25が形成されている。活性層構造とは、前述の第一導電型クラッド層と、後述する第二導電型クラッド層から注入される、電子と正孔(あるいは正孔と電子)が再結合して発光する層である量子井戸層を含み、かつ、量子井戸層に隣接して配置される、あるいは、量子井戸層とクラッド層間に配置されるバリア層をも含む構造を指す。ここで、本発明のひとつの目的である高出力化、高効率化を実現するためには、活性層構造中の量子井戸層の層数をW、バリア層の層数をBとすると、B=W+1を満たすことが望ましい。すなわち、クラッド層と活性層構造の全体の層の関係は、「第一導電型クラッド層、活性層構造、第二導電型クラッド層」と形成され、活性層構造は、「バリア層、量子井戸層、バリア層」、あるいは、「バリア層、量子井戸層、バリア層、量子井戸層、バリア層」のように形成されることが、高出力化のために望ましい。図6に、5層の量子井戸層と、6層のバリア層が積層された構造を模式的に示す。
<Active layer structure>
An active layer structure 25 is formed on the first conductivity type cladding layer 24. The active layer structure is a layer that emits light by recombination of electrons and holes (or holes and electrons) injected from the above-described first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer described later. A structure including a quantum well layer and including a barrier layer disposed adjacent to the quantum well layer or disposed between the quantum well layer and the cladding layer. Here, in order to realize high output and high efficiency, which are one object of the present invention, when the number of quantum well layers in the active layer structure is W and the number of barrier layers is B, B = W + 1 is preferably satisfied. That is, the relationship between the cladding layer and the entire layer of the active layer structure is formed as “first conductivity type cladding layer, active layer structure, second conductivity type cladding layer”, and the active layer structure is defined as “barrier layer, quantum well. It is desirable for high output to be formed as “layer, barrier layer” or “barrier layer, quantum well layer, barrier layer, quantum well layer, barrier layer”. FIG. 6 schematically shows a structure in which five quantum well layers and six barrier layers are stacked.

ここで、量子井戸層においては量子サイズ効果を発現させて、発光効率を高めるために、その層厚はド・ブロイ波長と同程度にうすい層である。このため、高出力化を実現するためには、単層の量子井戸層のみではなく、複数の量子井戸層を設けてこれを分離して活性層構造とすることが望ましい。この際に各量子井戸層間の結合を制御しつつ分離する層がバリア層である。また、バリア層は、クラッド層と量子井戸層の分離のためにも存在することが望ましい。たとえば、クラッド層がAlGaNからなり、量子井戸層がInGaNからなる場合には、この間にGaNからなるバリア層が存在する形態が望ましい。これは結晶成長の最適温度が異なる場合の変更も容易にできるので、薄膜結晶成長の観点からも望ましい。また、クラッド層が、最もバンドギャップの広いInAlGaNからなり、量子井戸層が最もバンドギャップの狭いInAlGaNからなる場合は、バリア層にその中間のバンドギャップを有するInAlGaNを用いることも可能である。さらに、一般にクラッド層と量子井戸層との間のバンドギャップの差は、バリア層と量子井戸層の間のバンドギャップの差よりも大きく、量子井戸層へのキャリアの注入効率を考えても、量子井戸層はクラッド層に直接隣接しないことが望ましい。   Here, in the quantum well layer, the layer thickness is as thin as the de Broglie wavelength in order to express the quantum size effect and increase the luminous efficiency. For this reason, in order to achieve high output, it is desirable to provide not only a single quantum well layer but also a plurality of quantum well layers and separate them into an active layer structure. At this time, a layer that is separated while controlling the coupling between the quantum well layers is a barrier layer. In addition, it is desirable that the barrier layer exists for separation of the cladding layer and the quantum well layer. For example, when the cladding layer is made of AlGaN and the quantum well layer is made of InGaN, a form in which a barrier layer made of GaN exists between them is desirable. This is also desirable from the viewpoint of thin film crystal growth because it can be easily changed when the optimum temperature for crystal growth is different. When the clad layer is made of InAlGaN having the widest band gap and the quantum well layer is made of InAlGaN having the narrowest band gap, InAlGaN having an intermediate band gap can be used for the barrier layer. Furthermore, in general, the difference in the band gap between the cladding layer and the quantum well layer is larger than the difference in the band gap between the barrier layer and the quantum well layer, and considering the efficiency of carrier injection into the quantum well layer, The quantum well layer is preferably not directly adjacent to the cladding layer.

量子井戸層は意図的なドーピングは実施しないほうが望ましい。一方、バリア層には、ドーピングを施して、系全体の抵抗を下げるなどのことを実施するのが望ましい。特に、バリア層にはn型のドーパント、特にSiをドーピングするのが望ましい。これは、p型のドーパントであるMgはデバイス内では拡散しやすく、高出力動作時においては、Mgの拡散を抑制することが重要となる。このために、Siは有効であって、バリア層にはSiがドーピングされていることが望ましい。但し量子井戸層とバリア層との界面においては、ド−ピングを実施しないほうが望ましい。   It is desirable that the quantum well layer is not intentionally doped. On the other hand, it is desirable to dope the barrier layer to reduce the resistance of the entire system. In particular, the barrier layer is preferably doped with an n-type dopant, particularly Si. This is because Mg, which is a p-type dopant, easily diffuses in the device, and it is important to suppress the diffusion of Mg during high output operation. Therefore, Si is effective, and it is desirable that the barrier layer is doped with Si. However, it is preferable not to perform doping at the interface between the quantum well layer and the barrier layer.

1つの素子の活性層構造側壁は、図1に示される通り、絶縁層30で覆われていることが望ましい。このようにすると、本発明で作製された素子をフリップボンドする際には、活性層構造の側壁におけるハンダ等による短絡が発生しない利点がある。   The active layer structure side wall of one element is preferably covered with an insulating layer 30 as shown in FIG. In this case, when flip-bonding the element manufactured according to the present invention, there is an advantage that a short circuit due to solder or the like on the side wall of the active layer structure does not occur.

<第二導電型半導体層および第二導電型クラッド層>
第二導電型クラッド層26は、前述の活性層構造25に対して、前述の第一導電型クラッド層24と共に、キャリアを効率よく注入し、かつ、活性層構造からのオーバーフローも抑制し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。また、あわせて活性層構造近傍への光の閉じ込めにも寄与し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。第二導電型半導体層は、上記のクラッド機能を有する層に加えて、コンタクト層のように装置の機能向上のため、または製造上の理由により、第二導電型にドープされた層を含むものである。広義には、第二導電型半導体層の全体を第二導電型クラッド層と考えてもよく、その場合にはコンタクト層等は、第二導電型クラッド層の一部と見ることもできる。
<Second conductivity type semiconductor layer and second conductivity type cladding layer>
The second conductivity type cladding layer 26 efficiently injects carriers into the aforementioned active layer structure 25 together with the aforementioned first conductivity type cladding layer 24 and suppresses overflow from the active layer structure. It has a function for realizing light emission in the well layer with high efficiency. In addition, it contributes to confinement of light in the vicinity of the active layer structure, and has a function for realizing light emission in the quantum well layer with high efficiency. The second conductivity type semiconductor layer includes a layer doped to the second conductivity type in addition to the above-mentioned layer having a cladding function, for the purpose of improving the function of the device or for manufacturing reasons, like a contact layer. . In a broad sense, the entire second conductivity type semiconductor layer may be considered as the second conductivity type cladding layer. In that case, the contact layer or the like can also be regarded as a part of the second conductivity type cladding layer.

一般的に第二導電型クラッド層は、前述の活性層構造の平均的屈折率より小さな屈折率を有する材料で、かつ、前述の活性層構造の平均的なバンドギャップよりも大きな材料で構成される事が望ましい。さらに、第二導電型クラッド層は、活性層構造内の特にバリア層との関係において、いわゆるタイプI型のバンドラインナップとなる材料で構成されるのが一般的である。このような指針の元で、第二導電型クラッド層材料としては、所望の発光波長を実現するために準備される基板、バッファ層、活性層構造等に鑑みて、適宜選択することができる。例えば、基板としてC+面サファイアを使用し、バッファ層としてGaNを使用する場合には、第二導電型クラッド層としてGaN系材料、AlGaN系材料、AlGaInN系材料、AlGaBInN系材料等を用いることができる。また、上記材料の積層構造であってもかまわない。また、第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層は同じ材料で構成することも可能である。   In general, the second conductivity type cladding layer is made of a material having a refractive index smaller than the average refractive index of the active layer structure described above and a material larger than the average band gap of the active layer structure described above. It is desirable. Furthermore, the second conductivity type clad layer is generally made of a material that forms a so-called type I band lineup, particularly in relation to the barrier layer in the active layer structure. Under such guidelines, the second conductivity type cladding layer material can be appropriately selected in view of the substrate, buffer layer, active layer structure and the like prepared for realizing a desired emission wavelength. For example, when C + plane sapphire is used as the substrate and GaN is used as the buffer layer, a GaN-based material, an AlGaN-based material, an AlGaInN-based material, an AlGaBInN-based material, or the like can be used as the second conductivity type cladding layer. . Further, a laminated structure of the above materials may be used. Also, the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer can be made of the same material.

第二導電型クラッド層のキャリア濃度としては、下限としては1×1017cm−3以上が好ましく、4×1017cm−3以上がより好ましく、5×1017cm−3以上がさらに好ましく7×1017cm−3以上が最も好ましい。上限としては7×1018cm−3以下が好ましく、3×1018cm−3以下がより好ましく、2×1018cm−3以下が最も好ましい。また、ここでは、第二導電型がp型の場合ドーパントとしては、Mgが最も望ましい。 The carrier concentration of the second conductivity type cladding layer is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more as a lower limit, more preferably 4 × 10 17 cm −3 or more, and further preferably 5 × 10 17 cm −3 or more. × 10 17 cm −3 or more is most preferable. Preferably 7 × 10 18 cm -3 or less as an upper limit, more preferably 3 × 10 18 cm -3 or less, and most preferably 2 × 10 18 cm -3 or less. Here, Mg is most desirable as the dopant when the second conductivity type is p-type.

第二導電型クラッド層の構造は、図1Aの一例では単一の層で形成された例を示しているが、第二導電型クラッド層は、2層以上の層からなるものであってもよい。この場合には、たとえばGaN系材料とAlGaN系材料を使用することも可能である。また第二導電型クラッド層の全体を異種材料の積層構造からなる超格子構造とすることもできる。さらに、第二導電型クラッド層内において、前述のキャリア濃度を変化させることも可能である。   In the example of FIG. 1A, the structure of the second conductivity type cladding layer shows an example of a single layer, but the second conductivity type cladding layer may be composed of two or more layers. Good. In this case, for example, a GaN-based material and an AlGaN-based material can be used. The entire second conductivity type cladding layer may be a superlattice structure composed of a laminated structure of different materials. Furthermore, it is possible to change the carrier concentration described above in the second conductivity type cladding layer.

一般に、GaN系材料においてはn型ドーパントがSiであって、かつ、p型ドーパントがMgである場合には、p型GaN、p型AlGaN、p型AlInGaNの結晶性は、n型GaN、n型AlGaN、n型AlInGaNにはそれぞれ及ばない。このため、素子作製においては、結晶性の劣るp型クラッド層を活性層構造の結晶成長後に実施することが望ましく、この観点で、第一導電型がn型で、第二導電型がp型である場合が望ましい。   In general, in a GaN-based material, when the n-type dopant is Si and the p-type dopant is Mg, the crystallinity of p-type GaN, p-type AlGaN, and p-type AlInGaN is n-type GaN, n It does not reach each of type AlGaN and n-type AlInGaN. Therefore, in device fabrication, it is desirable to implement a p-type cladding layer with poor crystallinity after crystal growth of the active layer structure. From this viewpoint, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. Is desirable.

また、結晶性の劣るp型クラッド層(これは、望ましい形態をとった場合の第二導電型クラッド層に相当する)の厚みは、ある程度薄いほうが望ましい。これは、フリップチップボンディングを実施する本発明においては、基板側が主たる光の取り出し方向となるため、後述する第二導電型側電極側からの光の取り出しを考慮する必要がなく、大面積の厚膜電極を形成することが可能である。このため、フェイスアップマウントを実施する際のように、第二導電型側クラッド層における横方向への電流拡散を期待する必要がなく、第二導電型側クラッド層は、ある程度薄くすることが素子構造からも有利である。但し、極端に薄い場合には、キャリアの注入効率が低下してしまうため、最適値が存在する。第二導電型側クラッド層の厚みは、適宜選択可能であるが、0.05μmから0.3μmが望ましく、0.1μmから0.2μmが最も望ましい。   In addition, it is desirable that the thickness of the p-type cladding layer with poor crystallinity (which corresponds to the second conductivity type cladding layer in the case of taking a desirable form) is somewhat thin. In the present invention in which flip chip bonding is performed, the substrate side is the main light extraction direction, so there is no need to consider light extraction from the second-conductivity-type-side electrode side, which will be described later. It is possible to form a membrane electrode. For this reason, it is not necessary to expect current diffusion in the lateral direction in the second conductivity type side cladding layer as in face-up mounting, and the second conductivity type side cladding layer may be thinned to some extent. It is also advantageous from the structure. However, when it is extremely thin, the carrier injection efficiency is lowered, and therefore there is an optimum value. The thickness of the second conductivity type side cladding layer can be selected as appropriate, but is preferably 0.05 μm to 0.3 μm, and most preferably 0.1 μm to 0.2 μm.

第二導電型クラッド層の第二導電型側電極と接触している部分においては、そのキャリア濃度を意図的に高くして、当該電極との接触抵抗を低減することも可能である。   In the portion of the second conductivity type clad layer that is in contact with the second conductivity type side electrode, the carrier concentration can be intentionally increased to reduce the contact resistance with the electrode.

第二導電型クラッド層の露出した側壁は、後述する第二導電型側電極との接触を実現した第二電流注入領域を除いて、すべて絶縁層で覆われている構造であることが望ましい。   It is desirable that the exposed side wall of the second conductivity type cladding layer be entirely covered with an insulating layer except for a second current injection region that realizes contact with the second conductivity type side electrode described later.

さらに、第二導電型クラッド層に加えて、第二導電型半導体層として、必要によりさらに異なる層が存在してもよい。例えば、電極との接続部にキャリアの注入を容易にするためのコンタクト層が含まれていてもよい。また、各層を、組成または形成条件等の異なる複数の層に分けて構成してもよい。   Furthermore, in addition to the second conductivity type cladding layer, a different layer may exist as necessary as the second conductivity type semiconductor layer. For example, a contact layer for facilitating carrier injection may be included in the connection portion with the electrode. Each layer may be divided into a plurality of layers having different compositions or formation conditions.

尚、本発明の要旨に反しない限り、薄膜結晶層として、必要により上述のカテゴリに入らない層を形成してもよい。   In addition, unless it is contrary to the summary of this invention, you may form the layer which does not enter into the above-mentioned category as needed as a thin film crystal layer.

<第二導電型側電極>
第二導電型側電極は、第二導電型の窒化物化合物半導体と良好なオーム性接触を実現し、かつ、フリップチップマウントをした際には、良好な発光波長帯域における反射ミラーとなり、また、フリップチップマウントした際に、ハンダ材などによる支持体などとの良好な接着を実現するものである。本目的のためには、適宜材料選択が可能であり、第二導電型側電極は単一の層であっても、複数の層からなる場合でもかまわない。一般には、電極に要請される複数の目的を達するために、複数の層構成をとるのが普通である。
<Second conductivity type side electrode>
The second conductivity type side electrode realizes a good ohmic contact with the second conductivity type nitride compound semiconductor, and becomes a reflection mirror in a good emission wavelength band when flip-chip mounted, When flip chip mounting is performed, good adhesion to a support or the like using a solder material or the like is realized. For this purpose, the material can be selected as appropriate, and the second conductivity type side electrode may be a single layer or a plurality of layers. In general, in order to achieve a plurality of purposes required for an electrode, a plurality of layer structures are usually employed.

また、第二導電型がp型で第二導電型側クラッド層の第二導電型側電極側がGaNである場合には、第二導電型側電極を構成する材料として、Ni、Pt、Pd、Mo、Auのいずれか、またはそれらの2種以上の元素を含む材料が好ましい。この電極は、多層構造であってもよく、少なくとも1層は上記元素を含む材料で形成され、好ましくは各層が上記元素を含み構成成分(種類および/または比率)が異なる材料で構成される。電極構成材料は、好ましくは単体金属または合金である。   Further, when the second conductivity type is p-type and the second conductivity type side electrode side of the second conductivity type side cladding layer is GaN, Ni, Pt, Pd, A material containing either Mo or Au or two or more elements thereof is preferable. This electrode may have a multilayer structure, and at least one layer is formed of a material containing the above element, and preferably each layer is made of a material containing the above element and having different constituent components (type and / or ratio). The electrode constituent material is preferably a single metal or an alloy.

特に好ましい実施形態では、第二導電型側電極のp側クラッド層側の第一層目はNiであり、第二導電型側電極のp側クラッド層側と反対側の表面はAuである。これは、Niの仕事関数の絶対値が大きく、p型材料にとって都合がよく、また、Auは、後述するプロセスダメージに対する耐性、マウントの都合などを考えると最表面の材料として好ましい。   In a particularly preferred embodiment, the first layer on the p-side cladding layer side of the second conductivity type side electrode is Ni, and the surface of the second conductivity type side electrode opposite to the p-side cladding layer side is Au. This is because Ni has a large work function absolute value, which is convenient for p-type materials, and Au is preferable as the outermost material in view of resistance to process damage described later, mounting convenience, and the like.

第二導電型側電極は、第二導電型のキャリアを注入可能であれば、薄膜結晶層のどの層と接してもよく、例えば第二導電型側コンタクト層が設けられるときは、それに接するように形成される。   The second conductivity type side electrode may be in contact with any layer of the thin film crystal layer as long as the second conductivity type carrier can be injected. For example, when the second conductivity type side contact layer is provided, the second conductivity type side electrode is in contact with it. Formed.

<第一導電型側電極>
第一導電型側電極は第一導電型の窒化物化合物半導体と良好なオーム性接触を実現し、かつ、フリップチップマウントをした際には、良好な発光波長帯域における反射ミラーとなり、また、フリップチップマウントした際に、ハンダ材等による支持体などとの良好な接着を実現するものであって、本目的のためには、適宜材料選択が可能である。第一導電型側電極は単一の層であっても、複数の層からなる場合でもかまわない。一般には、電極に要請される複数の目的を達するために、複数の層構成をとるのが普通である。
<First conductivity type side electrode>
The first-conductivity-type-side electrode achieves good ohmic contact with the first-conductivity-type nitride compound semiconductor, and when flip-chip mounted, it becomes a reflection mirror in a good emission wavelength band, When chip mounting is performed, good adhesion to a support with a solder material or the like is realized. For this purpose, a material can be selected as appropriate. The first conductivity type side electrode may be a single layer or a plurality of layers. In general, in order to achieve a plurality of purposes required for an electrode, a plurality of layer structures are usually employed.

第一導電型がn型であるとすると、n側電極は、Ti、Al、Ag、Moのいずれか、またはそれらの2種以上の元素を含む材料が好ましい。この電極は、多層構造であってもよく、少なくとも1層は上記元素を含む材料で形成され、好ましくは各層が上記元素を含み構成成分(種類および/または比率)が異なる材料で構成される。電極構成材料は、好ましくは単体金属または合金である。これらは、これらの金属の仕事関数の絶対値が小さいためである。また、n側電極の主たる光取り出し方向の反対側には、Alが露出するのが普通である。   If the first conductivity type is n-type, the n-side electrode is preferably made of Ti, Al, Ag, Mo, or a material containing two or more elements thereof. This electrode may have a multilayer structure, and at least one layer is formed of a material containing the above element, and preferably each layer is made of a material containing the above element and having different constituent components (type and / or ratio). The electrode constituent material is preferably a single metal or an alloy. These are because the absolute value of the work function of these metals is small. In addition, Al is usually exposed on the side opposite to the main light extraction direction of the n-side electrode.

本発明においては、第一導電型側電極は第一電流注入領域の大きさよりも大きな面積に形成され、かつ、第一導電型側電極と第二導電型側電極は、空間的に重なりを有さないことが望ましい。これは、発光素子をハンダなどでフリップチップマウントした際に、支持体などとの十分な密着性を確保するに十分な面積を確保しつつ、第二導電型側電極と第一導電型側電極との間のハンダ材等による意図しない短絡を防止するのに十分な間隔を確保するために重要である。   In the present invention, the first conductivity type side electrode is formed in an area larger than the size of the first current injection region, and the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are spatially overlapped. It is desirable not to. This is because when the light emitting element is flip-chip mounted with solder or the like, the second conductivity type side electrode and the first conductivity type side electrode are secured while securing a sufficient area to ensure sufficient adhesion to the support or the like. It is important to secure a sufficient interval to prevent an unintended short circuit due to a solder material or the like.

ここで、第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅は15μm以上であることが望ましい。これはフォトリソグラフィー工程とリフトオフ法によって形成することが好ましい第一導電型側電極の形成プロセスにおけるマージンが必要であるからである。   Here, the width of the narrowest portion among the widths of the portions where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is preferably 15 μm or more. This is because a margin is required in the process of forming the first conductivity type side electrode, which is preferably formed by a photolithography process and a lift-off method.

第一導電型側電極は、第一導電型のキャリアを注入可能であれば、薄膜結晶層のどの層と接してもよく、例えば第一導電型側コンタクト層が設けられるときは、それに接するように形成される。   The first conductivity type side electrode may be in contact with any layer of the thin film crystal layer as long as the first conductivity type carrier can be injected. For example, when the first conductivity type side contact layer is provided, the first conductivity type side electrode is in contact with it. Formed.

<絶縁層>
絶縁層30は、フリップチップマウントを実施した際に、マウント用のハンダ、導電性ペースト材等が「第二導電型側電極と第一導電型側電極の間」、「活性層構造などの薄膜結晶層の側壁」に回りこんで、意図しない短絡が発生しないようにするためのものである。構造および形状については前述したとおりである。
<Insulating layer>
When the flip-chip mounting is performed, the insulating layer 30 is made of a mounting solder, a conductive paste material, etc. “between the second conductive type side electrode and the first conductive type side electrode”, “a thin film such as an active layer structure” This is to prevent an unintended short circuit from occurring around the “side wall of the crystal layer”. The structure and shape are as described above.

絶縁層は、電気的に絶縁が確保できる材料であれば、材料は適宜選択することができる。例えば、単層の酸化物、窒化物、フッ化物等が好ましく、具体的には、SiO、AlO、TiO、TaO、HfO、ZrO、SiN、AlN、AlF、BaF、CaF、SrF、MgF等から選ばれることが好ましい。これらは、長期に渡って安定に絶縁性を確保できる。 The insulating layer can be appropriately selected as long as it is a material that can ensure electrical insulation. For example, single layer oxides, nitrides, fluorides and the like are preferable. Specifically, SiO x , AlO x , TiO x , TaO x , HfO x , ZrO x , SiN x , AlN x , AlF x , BaF It is preferably selected from x 1 , CaF x , SrF x , MgF x and the like. These can secure insulating properties stably over a long period of time.

一方、絶縁層30を絶縁物の多層膜とすることも可能である。これは、誘電体多層膜となるので、絶縁層内の誘電体の屈折率を適宜調整することによって、発光素子内で発生した光に対して光学的に比較的高い反射率を有するいわゆる高反射コーティングの機能もあわせて発現させることが可能である。たとえば、素子の発光波長の中心値がλであった場合には、SiOとTiOをそれぞれ光学厚みでλ/4n(ここでnは波長λにおけるそれぞれの材料の屈折率)に積層することなどで高い反射特性を実現することが可能である。このようにすると、素子をフリップチップボンドした際には、主たる取り出し方向側への光の取り出し効率を上げることが可能となり素子の高出力化、高効率化の観点とハンダ材等による意図しない短絡等を防止することが両立できることとなり非常に望ましい。 On the other hand, the insulating layer 30 can be a multilayer film of an insulator. Since this is a dielectric multilayer film, by appropriately adjusting the refractive index of the dielectric in the insulating layer, so-called high reflection having a relatively high optical reflectivity with respect to the light generated in the light emitting element. The function of the coating can also be expressed. For example, when the center value of the light emission wavelength of the element is λ, SiO x and TiO x are laminated to have an optical thickness of λ / 4n (where n is the refractive index of each material at the wavelength λ). Thus, it is possible to realize high reflection characteristics. In this way, when the chip is flip-chip bonded, it is possible to increase the light extraction efficiency in the main extraction direction, and an unintentional short circuit caused by soldering materials, etc. It is very desirable to prevent both of them.

具体的には、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層側からバッファ層へ垂直入射する当該発光素子の発光波長の光がバッファ層で反射される反射率をR2で表し、絶縁層に第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層側から垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が、絶縁層で反射される反射率をR12、絶縁層に第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層側から垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が、絶縁層で反射される反射率をR11、絶縁層に量子井戸層を含む活性層構造側から垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が、絶縁層で反射される反射率をR1qでそれぞれ表したとき、
(式1) R2<R12
(式2) R2<R11
(式3) R2<R1q
の少なくとも1つの条件、特に式1〜3のすべての条件を満たすように、絶縁層が構成されることが好ましい。
Specifically, the reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the buffer layer from the first conductivity type semiconductor layer side including the first conductivity type cladding layer is reflected by the buffer layer is represented by R2, and is insulated. The reflectance of the light emitting wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident from the side of the second conductive type semiconductor layer including the second conductive type cladding layer in the layer is reflected by the insulating layer as R12, and the first conductive type cladding is used in the insulating layer. Light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident from the first conductive type semiconductor layer including the layer is reflected by the insulating layer as R11, and is vertically incident from the active layer structure including the quantum well layer in the insulating layer. When the reflectance at which the light emitting wavelength of the light emitting element is reflected by the insulating layer is represented by R1q,
(Formula 1) R2 <R12
(Formula 2) R2 <R11
(Formula 3) R2 <R1q
It is preferable that the insulating layer is configured so as to satisfy at least one of the conditions, in particular, all of the expressions 1 to 3.

これらは、誘電体多層膜で形成された絶縁層が光学的な反射ミラーとして効率よく機能するために望ましい範囲である。また、その材料の安定性、屈折率の範囲から考えて、誘電体膜中に、フッ化物が含まれることは望ましく、かつ、具体的にはAlF、BaF、CaF、SrF、MgFのいずれかが含まれることが望ましい。 These are desirable ranges for an insulating layer formed of a dielectric multilayer film to function efficiently as an optical reflecting mirror. Further, considering the stability of the material and the range of refractive index, it is desirable that the dielectric film contains fluoride, and specifically, AlF x , BaF x , CaF x , SrF x , MgF It is desirable that any of x is included.

<支持体>
支持体40は、基板剥離の際の薄膜結晶層の支持体としての役割を果たせることが必須であるが、さらに、本支持体は、素子完成後の電流導入と放熱の機能をあわせ持つことも非常に望ましい。この観点で、支持体の母材は、金属、AlN、SiC、ダイヤモンド、BNおよびCuWからなる群より選ばれることが望ましい。これら材料は、放熱性に優れ、高出力の発光素子に不可避である発熱の問題を効率よく抑制できる点で好ましい。またAl、Si、ガラス等も安価であって支持体として利用範囲が広く好ましい。また、後述する基板除去時にレーザ照射によって薄膜結晶層の一部を金属Gaと窒素に分解した際には、金属Gaを除去する際にウェットエッチングを実施する事が望ましいが、この際も、支持体はエッチングされない材質であることが望ましい。尚、支持体の母材を金属から選択する際には、その周りを耐エッチング性のある誘電体等で覆う事が望ましい。金属の母材としては、発光素子の発光波長における反射率の高い材料が望ましく、Al、Ag等が望ましい。また、誘電体等で覆う際には、各種CVD法で形成したSiNx、SiO等が望ましい。
<Support>
Although it is essential that the support 40 can serve as a support for the thin film crystal layer when the substrate is peeled off, the support 40 can also have functions of current introduction and heat dissipation after device completion. Highly desirable. From this viewpoint, the base material of the support is preferably selected from the group consisting of metal, AlN, SiC, diamond, BN, and CuW. These materials are preferable in that they are excellent in heat dissipation and can efficiently suppress the problem of heat generation that is unavoidable for high-power light-emitting elements. Al 2 O 3 , Si, glass and the like are also inexpensive and are widely used as a support. In addition, when a portion of the thin film crystal layer is decomposed into metal Ga and nitrogen by laser irradiation when removing the substrate, which will be described later, it is desirable to perform wet etching when removing the metal Ga. The body is preferably made of a material that is not etched. When the base material of the support is selected from metal, it is desirable to cover the periphery with a dielectric material having etching resistance. As the metal base material, a material having high reflectance at the light emission wavelength of the light emitting element is desirable, and Al, Ag, and the like are desirable. Further, when covered with a dielectric or the like, SiNx formed by various CVD methods, SiO 2 or the like is desirable.

支持体は、さらに素子完成後の電流導入と放熱の機能をあわせ持つとの観点では、母材の上に、電流導入用の電極配線を有することが望ましく、また、この電極配線上で装置を搭載する部分には、適宜装置と支持体の接合用の接着層を有することが望ましい。ここで、接着層は、Agを含んだペースト、金属バンプ等を使用することも可能ではあるが、金属ハンダで構成されていることが、放熱性の観点で非常に望ましい。金属ハンダはAgを含んだペースト材、金属バンプなどと比較して圧倒的に放熱性に優れたフリップチップマウントが実現可能である。ここで、金属ハンダとしては、In、InAg、InSn、SnAg、PbSn、AuSn、AuGeおよびAuSi等を挙げることができる。特に、AuSn、AuSi、AuGe等の高融点ハンダがより望ましい。これは、発光素子を超高出力動作させるために大電流を注入すると、素子近傍の温度が200℃程度に上昇するためであって、ハンダ材の融点として駆動時の素子温度よりも高い融点を有する金属ハンダがより好ましい。また、場合によっては、フリップチップマウント時の素子の段差を打ち消すために、バンプを用い、さらに、金属ハンダ材でその周りを埋めながら接合する事も望ましい。   From the viewpoint that the support further has functions of current introduction and heat dissipation after completion of the element, it is desirable that the support has electrode wiring for current introduction on the base material, and the device is mounted on this electrode wiring. It is desirable that the mounting portion has an adhesive layer for joining the device and the support as appropriate. Here, although it is possible to use a paste containing Ag, a metal bump, or the like as the adhesive layer, it is very desirable from the viewpoint of heat dissipation that it is made of metal solder. The metal solder can realize a flip chip mount that is overwhelmingly excellent in heat dissipation compared with a paste material containing Ag, a metal bump, and the like. Here, examples of the metal solder include In, InAg, InSn, SnAg, PbSn, AuSn, AuGe, and AuSi. In particular, a high melting point solder such as AuSn, AuSi, or AuGe is more desirable. This is because when a large current is injected to operate the light emitting element at an ultrahigh output, the temperature in the vicinity of the element rises to about 200 ° C. The melting point of the solder material is higher than the element temperature during driving. The metal solder which has is more preferable. In some cases, it is also desirable to use bumps in order to cancel out the level difference of the elements at the time of flip chip mounting, and further to join the metal solder material while filling the periphery thereof.

また、通常、後述するように支持体を分割して素子分離を行うため、完成した発光素子では、支持体40の周辺には、金属配線が存在しない分離領域が存在することが好ましい。図5に示すように、金属配線が存在しない領域の幅をLWSPT2(図5では、左側をLWSPT2(left)、右側をLWSPT2(right)で表している。)とすると、LWSPT2は、完成した素子においては、0より大きければよいが、以下のとおり分離工程においていかなる手法を用いるかによって好ましい範囲は異なる。 Further, since the device is usually separated by dividing the support as will be described later, in the completed light emitting device, it is preferable that an isolation region where no metal wiring exists is present around the support 40. As shown in FIG. 5, when the width of the region where no metal wiring exists is L WSPT2 (in FIG. 5, the left side is represented by L WSPT2 (left) and the right side is represented by L WSPT2 (right)) , L WSPT2 is In the completed device, it may be larger than 0, but the preferred range differs depending on what method is used in the separation step as described below.

スクライビングによって分離する際には、通常は10μm以上、好ましくは15μm以上である。したがって分離領域47としては2LWSPT2を30μm以上とする事が好ましい。また、大きすぎても無駄であるので、2LWSPT2は、通常は、300μm以下、好ましくは、200μm以下である。 When separating by scribing, it is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more. Therefore, it is preferable that 2L WSPT2 is 30 μm or more as the separation region 47. Moreover, since it is useless even if it is too large, 2L WSPT2 is usually 300 μm or less, preferably 200 μm or less.

また、ダイシングによって分離する際には、LWSPT2は、通常は100μm以上、好ましくは500μm以上である。したがって分離領域47としては2LWSPT2を1000μm以上とする事が好ましい。また、大きすぎても無駄であるので、2LWSPT2は、通常は、2000μm以下、好ましくは、1500μm以下である。 Further, when separating by dicing, L WSPT2 is usually 100 μm or more, preferably 500 μm or more. Therefore, it is preferable that 2L WSPT2 is 1000 μm or more as the separation region 47. Moreover, since it is useless even if it is too large, 2L WSPT2 is usually 2000 μm or less, preferably 1500 μm or less.

尚、支持体を分割しない実施形態も可能であり、例えば複数個の発光素子を1つの支持体に搭載することもできる。支持体上の金属配線を自在に変化させることで、1つの支持体上の各発光素子を並列接続にも、直列接続にも、あるいはこれらを混在させることも可能である。   An embodiment in which the support is not divided is also possible. For example, a plurality of light emitting elements can be mounted on one support. By freely changing the metal wiring on the support, each light emitting element on one support can be connected in parallel, connected in series, or mixed.

〔製造方法〕
次に、本発明の半導体発光素子の製造方法について説明する。
〔Production method〕
Next, the manufacturing method of the semiconductor light emitting device of the present invention will be described.

<第1の態様の発光素子の製造方法>
製造方法の1例では、図7に示すように、まず基板21を用意し、その表面にバッファ層22、第一導電型クラッド層24、活性層構造25および第二導電型クラッド層26を薄膜結晶成長により順次成膜する。これらの薄膜結晶層の形成には、MOCVD法が望ましく用いられる。しかし、MBE法、PLD法、PED法、VPE法、LPE法なども全部の薄膜結晶層、あるいは一部の薄膜結晶層を形成するために用いることが可能である。これらの層構成は、素子の目的等に合わせて適宜変更が可能である。また、薄膜結晶層の形成後には、各種の処理を実施してもかまわない。なお、本明細書では、薄膜結晶層の成長後の熱処理等も含めて、「薄膜結晶成長」と記載している。
<The manufacturing method of the light emitting element of a 1st aspect>
In one example of the manufacturing method, as shown in FIG. 7, first, a substrate 21 is prepared, and a buffer layer 22, a first conductivity type cladding layer 24, an active layer structure 25, and a second conductivity type cladding layer 26 are thinly formed on its surface. Films are sequentially formed by crystal growth. The MOCVD method is desirably used for forming these thin film crystal layers. However, the MBE method, the PLD method, the PED method, the VPE method, the LPE method, and the like can also be used to form the entire thin film crystal layer or a part of the thin film crystal layer. These layer configurations can be appropriately changed according to the purpose of the element. In addition, various processes may be performed after the formation of the thin film crystal layer. In this specification, the term “thin film crystal growth” includes heat treatment after the growth of the thin film crystal layer.

薄膜結晶層成長の後、本発明において図1A〜図2に示された形状を実現するためには、図7に示すように、第二導電型側電極27を形成することが好ましい。即ち、予定されている第二電流注入領域35に対する第二導電型側電極27の形成が、絶縁層30の形成よりも、また、第一電流注入領域36の形成よりも、さらには、第一導電型側電極28の形成よりも、早く実施されることが望ましい。これは、望ましい実施形態として第二導電型がp型である場合において、表面に露出しているp型クラッド層の表面に対して各種プロセスを経た後にp側電極を形成すると、GaN系材料では比較的活性化率の劣るp−GaNクラッド層中の正孔濃度をプロセスダメージによって低下させてしまうからである。たとえばp−CVDによる絶縁層の形成工程を第二導電型側電極の形成より前に実施すれば、その表面にプラズマダメージが残存してしまう。このため、本発明では薄膜結晶成長の後には第二導電型側電極の形成が他のプロセス工程(たとえば後述する第一エッチング工程、第二エッチング工程、あるいは絶縁層形成工程、第二導電型側電極露出部分形成工程、第一電流注入領域形成工程や第一導電型側電極形成工程など)よりも先に実施されることが望ましい。   After the thin film crystal layer growth, in order to realize the shape shown in FIGS. 1A to 2 in the present invention, it is preferable to form the second conductivity type side electrode 27 as shown in FIG. That is, the formation of the second conductivity type side electrode 27 in the planned second current injection region 35 is more than the formation of the insulating layer 30, the first current injection region 36, and the first It is desirable that this is performed earlier than the formation of the conductive side electrode 28. In the case where the second conductivity type is p-type as a preferred embodiment, if the p-side electrode is formed after various processes are performed on the surface of the p-type cladding layer exposed on the surface, This is because the hole concentration in the p-GaN cladding layer having a relatively low activation rate is reduced by process damage. For example, if the step of forming the insulating layer by p-CVD is performed before the formation of the second conductivity type side electrode, plasma damage remains on the surface. For this reason, in the present invention, after the thin film crystal growth, the formation of the second conductivity type side electrode is performed in another process step (for example, the first etching step, the second etching step, or the insulating layer forming step described later, the second conductivity type side). It is desirable that the electrode exposed portion forming step, the first current injection region forming step, the first conductivity type side electrode forming step, etc.) be performed prior to this.

また、本発明においては、第二導電型がp型である場合には、前述のとおり、第二導電型側電極の表面がAuである場合が代表的な例として想定されるが、露出面がAuなどの比較的安定な金属である場合には、その後のプロセスを経ても、プロセスダメージを受ける可能性が低い。この観点からも本発明では薄膜結晶成長の後には第二導電型側電極の形成が他のプロセス工程よりも先に実施されることが望ましい。   In the present invention, when the second conductivity type is p-type, as described above, the case where the surface of the second conductivity type side electrode is Au is assumed as a representative example. Is a relatively stable metal such as Au, it is unlikely to be damaged by the process even after the subsequent process. Also from this viewpoint, in the present invention, it is desirable that the formation of the second conductivity type side electrode is performed before the other process steps after the thin film crystal growth.

なお、本発明では、第二導電型側電極が形成される層が、第二導電型コンタクト層である場合にも同様に、第二導電型半導体層に対してのプロセスダメージを低減することができる。   In the present invention, when the layer on which the second conductivity type side electrode is formed is the second conductivity type contact layer, the process damage to the second conductivity type semiconductor layer can be reduced similarly. it can.

第二導電型側電極27の形成には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、所望の形状とするためには、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適宜使用可能である。   Various film formation techniques such as sputtering, vacuum deposition, and plating can be applied to the formation of the second conductivity type side electrode 27. In order to obtain a desired shape, a lift-off method using a photolithography technique or a metal A place-selective vapor deposition using a mask or the like can be used as appropriate.

第二導電型側電極27を形成した後、図8に示すように、第一導電型クラッド層24の一部を露出させる。この工程は、第二導電型クラッド層26、活性層構造25、さらには第一導電型クラッド層24の一部をエッチングにより除去することが好ましい(第一エッチング工程)。第一エッチング工程においては、後述する第一導電型側電極が第一導電型のキャリアを注入する半導体層を露出することが目的であるので、薄膜結晶層に他の層、たとえば、クラッド層が2層からなる場合や、あるいはコンタクト層がある場合には、その層を含んでエッチングしてもかまわない。   After forming the second conductivity type side electrode 27, as shown in FIG. 8, a part of the first conductivity type cladding layer 24 is exposed. In this step, it is preferable to remove a part of the second conductivity type cladding layer 26, the active layer structure 25, and further the first conductivity type cladding layer 24 by etching (first etching step). In the first etching step, the first conductivity type side electrode, which will be described later, is intended to expose the semiconductor layer in which the first conductivity type carriers are injected, so that another layer such as a cladding layer is formed on the thin film crystal layer. In the case of two layers or when there is a contact layer, etching may be performed including that layer.

第一エッチング工程では、エッチング精度があまり要求されないので、SiNのような窒化物やSiO等の酸化物をエッチングマスクとしてCl等を用いたプラズマエッチング法による公知のドライエッチングを使用することができる。しかし、後述する第二エッチング工程で詳細に説明するような金属フッ化物マスクを用いたドライエッチングを実施することも望ましい。特に、SrF、AlF、MgF、BaF、CaFおよびそれらの組み合わせからなる群より選ばれる金属フッ化物層を含むエッチングマスクを用いて、Cl、SiCl、BCl、SiCl等のガスを用いたプラズマ励起ドライエッチングによりエッチングを行うことが好ましい。さらに、ドライエッチングの方法としては、高密度プラズマを生成可能なICP型のドライエッチングが最適である。 In the first etching step, since the etching accuracy not much required, the use of known dry etch of nitride or oxide such as SiO x such as SiN x by plasma etching method using Cl 2 or the like as an etching mask Can do. However, it is also desirable to perform dry etching using a metal fluoride mask as will be described in detail in the second etching step described later. In particular, using an etching mask including a metal fluoride layer selected from the group consisting of SrF 2 , AlF 3 , MgF 2 , BaF 2 , CaF 2 and combinations thereof, Cl 2 , SiCl 4 , BCl 3 , SiCl 4, etc. Etching is preferably performed by plasma-excited dry etching using the above gas. Further, as a dry etching method, ICP type dry etching capable of generating high-density plasma is optimal.

ここで第二導電型側電極27はプラズマCVD等によって形成されるSiNマスクの形成履歴、あるいは第一エッチング工程後に実施される該SiNマスク除去工程を履歴するが、Auなどの安定な金属が表面に形成されている場合には、第二導電型側電極が受けるプロセスダメージは少なくなる。 Here, the second conductivity type side electrode 27 has a history of forming a SiN x mask formed by plasma CVD or the like, or a history of the SiN x mask removing process performed after the first etching process. Is formed on the surface, the process damage received by the second conductivity type side electrode is reduced.

次に図9に示すように、装置間分離溝13を、第二エッチング工程により形成する。本発明では、装置間分離溝は、少なくとも第一導電型クラッド層を分断して形成されていることが必要であり、この実施形態では、装置間分離溝13が基板21に到達するように形成される。この場合には、装置を分離するために、スクライブ、ブレーキング等の工程において、薄膜結晶層が形成されている側からダイヤモンドスクライブを実施した際にも、サファイア基板上のGaN系材料の剥離を抑制することが可能である。またレーザスクライブを実施した場合にも、薄膜結晶層にダメージが入らない利点がある。さらに、サファイア基板(GaN等の他の基板でも同じ)の一部までエッチングして装置間分離溝を形成することも同様に好ましい。   Next, as shown in FIG. 9, the inter-device separation groove 13 is formed by the second etching step. In the present invention, the inter-device separation groove needs to be formed by dividing at least the first conductivity type cladding layer. In this embodiment, the inter-device separation groove 13 is formed so as to reach the substrate 21. Is done. In this case, in order to separate the device, the GaN-based material on the sapphire substrate is peeled off even when diamond scribing is performed from the side where the thin film crystal layer is formed in a process such as scribing or breaking. It is possible to suppress. Also, when laser scribing is performed, there is an advantage that the thin film crystal layer is not damaged. Furthermore, it is also preferable to etch part of the sapphire substrate (the same applies to other substrates such as GaN) to form an inter-device separation groove.

一方、装置間分離溝が、基板に達していない形態も好ましい形態である。装置間分離溝が、バッファ層の途中まで形成されていれば、第一導電型クラッド層の側壁に絶縁層を形成することができて、ハンダ等の回りこみに対して絶縁性を保つことができる(発光素子完成後の形態は、図2を参照。)。この場合、溝底面が、バッファ層を合わせた層の途中に形成され、これが発光素子の端において端部段差面になる。溝底面は、エッチングで得られる程度の凹凸を含む面である。尚、溝底面は、素子分離の際にスクライブ等の処理を受けるため、素子分離後の端部段差面は、面としての平面性および層方向との平行性については高くない場合が多い。また、絶縁層で被覆されずに側壁から露出する層は、高い絶縁性を有することが好ましい。また、絶縁層で被覆されずに側壁から露出する層は、高い絶縁性を有することが好ましい。   On the other hand, a mode in which the inter-device separation groove does not reach the substrate is also a preferable mode. If the inter-device isolation groove is formed up to the middle of the buffer layer, an insulating layer can be formed on the side wall of the first conductivity type cladding layer, and insulation against sneaking of solder or the like can be maintained. (Refer to FIG. 2 for the form after the light-emitting element is completed.) In this case, the bottom surface of the groove is formed in the middle of the layer including the buffer layer, and this becomes an end step surface at the end of the light emitting element. The bottom surface of the groove is a surface including irregularities that can be obtained by etching. Since the bottom surface of the groove is subjected to processing such as scribing at the time of element separation, the end step surface after element separation is often not high in terms of planarity as a surface and parallelism with the layer direction. Moreover, it is preferable that the layer exposed from the side wall without being covered with the insulating layer has high insulating properties. Moreover, it is preferable that the layer exposed from the side wall without being covered with the insulating layer has high insulating properties.

第二エッチング工程は、第一エッチング工程と比較して、さらに深くGaN系材料をエッチングすることが必要となる。一般に、第一エッチング工程によってエッチングされる層の総和は、0.5μm程度が普通であるが、第二エッチング工程においては、第一導電型クラッド層24のすべてと、バッファ層22の少なくとも一部、場合によっては全部をエッチングすることが必要なことから、3〜7μmとなることがあり、場合によっては、3〜10μmの範囲、さらには10μmを越えることもある。   In the second etching step, it is necessary to etch the GaN-based material deeper than in the first etching step. In general, the total sum of the layers etched by the first etching process is usually about 0.5 μm. However, in the second etching process, all of the first conductivity type cladding layer 24 and at least a part of the buffer layer 22 are used. In some cases, since it is necessary to etch the whole, it may be 3 to 7 μm, and in some cases, it may be in the range of 3 to 10 μm, and may exceed 10 μm.

一般に、金属マスク、SiN等の窒化物マスク、SiO等の酸化物マスク等は、Cl系プラズマに対するエッチング耐性を示すGaN系材料に対する選択比は5程度であって、膜厚の厚いGaN系材料をエッチングする必要のある第二エッチング工程を実施するには、比較的厚めのSiN膜が必要となってしまう。たとえば第二ドライエッチング工程で10μmのGaN系材料をエッチングする最には、2μmを越えるSiNマスクが必要となってしまう。しかし、この程度の厚みのSiNマスクになると、ドライエッチング実施中にSiNマスクもエッチングされてしまい、その縦方向の厚みのみではなく水平方向の形状も変ってしまい、所望のGaN系材料部分のみを選択的にエッチングすることができなくなってしまう。 In general, a metal mask, a nitride mask such as SiN x , an oxide mask such as SiO x, and the like have a selectivity ratio of about 5 to a GaN-based material exhibiting etching resistance to Cl 2 -based plasma, and are thick GaN In order to perform the second etching step that requires etching of the system material, a relatively thick SiN x film is required. For example, when a 10 μm GaN-based material is etched in the second dry etching process, a SiN x mask exceeding 2 μm is required. But when it comes to SiN x mask for this degree of thickness, SiN x mask may cause etched, it alters also horizontal shape not only the thickness of the longitudinal, desired GaN material part during implementation dry etching It becomes impossible to selectively etch only.

そこで、第二エッチング工程において装置間分離溝を形成する際には、金属フッ化物層を含むマスクを用いたドライエッチングが好ましい。金属フッ化物層を構成する材料は、ドライエッチング耐性とウェットエッチング性のバランスを考慮すると、MgF、CaF、SrF、BaF、AlFが好ましく、この中でもSrFが最も好ましい。 Therefore, when forming the inter-device separation groove in the second etching step, dry etching using a mask including a metal fluoride layer is preferable. The material constituting the metal fluoride layer is preferably MgF 2 , CaF 2 , SrF 2 , BaF 2 , or AlF 3 in consideration of the balance between dry etching resistance and wet etching property, and among these, SrF 2 is most preferable.

金属フッ化物膜は、第一、第二エッチング工程で行うドライエッチングに対しては十分な耐性があり、一方でパターニングのためのエッチング(好ましくはウェットエッチング)に対しては、容易にエッチング可能でかつパターニング形状、特に側壁部分の直線性の良いものが求められる。金属フッ化物層の成膜温度を150℃以上にすることで、下地との密着性に優れ、緻密な膜が形成され、同時にエッチングによってパターニングした後に、マスク側壁の直線性にも優れている。成膜温度は、好ましくは250℃以上、さらに好ましくは300℃以上、最も好ましくは350℃以上である。特に350℃以上で成膜された金属フッ化物層は、あらゆる下地との密着性に優れ、かつ、緻密な膜となり、高いドライエッチング耐性を示しつつ、パターニング形状についても、側壁部分の直線性に非常に優れ、開口部の幅の制御性も確保されるようになり、エッチングマスクとして最も好ましい。   The metal fluoride film is sufficiently resistant to dry etching performed in the first and second etching steps, while it can be easily etched for patterning etching (preferably wet etching). In addition, a patterning shape, particularly one having good linearity in the side wall portion is required. By setting the film formation temperature of the metal fluoride layer to 150 ° C. or more, excellent adhesion to the base is formed, and a dense film is formed. At the same time, after patterning by etching, the mask sidewall is also excellent in linearity. The film forming temperature is preferably 250 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher, and most preferably 350 ° C. or higher. In particular, a metal fluoride layer formed at 350 ° C. or higher is excellent in adhesion to all bases, becomes a dense film, exhibits high dry etching resistance, and has a patterning shape with linearity on the side wall portion. It is extremely excellent and the controllability of the width of the opening is ensured, which is most preferable as an etching mask.

このように、下地との密着性に優れ、かつ、緻密な膜となり、高いドライエッチング耐性を示しつつ、パターニング形状についても、側壁部分の直線性と開口部の幅の制御性に非常に優れたエッチングマスクとするためには、高温で成膜することが好ましいが、一方、成膜温度が高すぎると、金属フッ化物をパターニングする際に好ましく実施される塩酸等に対するウェットエッチングに対する耐性が必要以上になり、その除去が容易でなくなる。特に、SrF等のマスクは半導体層のドライエッチング時に塩素等のプラズマにさらされると、その後に実施するマスク層の除去時のエッチングレートが、塩素等のプラズマにさらされる前に比較して低下する傾向を有している。このため、金属フッ化物の過剰な高温での成膜はそのパターニングと最終除去の観点から好ましくない。 In this way, it has excellent adhesion to the substrate and becomes a dense film, and exhibits high dry etching resistance, and the patterning shape is also excellent in controllability of the linearity of the side wall and the width of the opening. In order to obtain an etching mask, it is preferable to form a film at a high temperature. On the other hand, if the film forming temperature is too high, the resistance to wet etching with respect to hydrochloric acid or the like, which is preferably performed when patterning a metal fluoride, is more than necessary. And the removal is not easy. In particular, when a mask such as SrF 2 is exposed to plasma such as chlorine during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate at the time of subsequent mask layer removal is lower than before exposure to plasma such as chlorine. Have a tendency to For this reason, film formation of metal fluoride at an excessively high temperature is not preferable from the viewpoint of patterning and final removal.

まず半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされる前の金属フッ化物にあっては、低温成膜した層ほど塩酸等のエッチャントに対するエッチングレートが大きくエッチングが速く進行し、成膜温度を高くするほどエッチングレートが低下し、エッチングの進行が遅くなる。成膜温度が300℃以上になると、成膜温度が250℃程度の膜よりエッチングレートの低下が目立ってくるが、350℃から450℃程度では、非常に都合の良いエッチング速度の範囲にある。しかし、成膜温度が480℃を超えるとエッチング速度の絶対値が必要以上に小さくなり、当該金属フッ化物のパターニングに過剰な時間を費やすこととなり、また、レジストマスク層等が剥離しない条件でのパターニングが困難になる事もある。さらに、半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされた後の金属フッ化物にあっては、除去時の塩酸等に対するウエットエッチングレートは低下する性質があり、過剰な高温成長は金属フッ化物の除去を困難にしてしまう。   First, in the case of a metal fluoride before being exposed to plasma during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate for an etchant such as hydrochloric acid is larger and the etching proceeds faster as the layer is deposited at a lower temperature, and the deposition temperature is increased. The etching rate is lowered and the etching progress is slowed down. When the film forming temperature is 300 ° C. or higher, the etching rate is more markedly lower than the film having a film forming temperature of about 250 ° C. However, when the film forming temperature is about 350 ° C. to 450 ° C., the etching rate is in a very convenient range. However, when the film forming temperature exceeds 480 ° C., the absolute value of the etching rate becomes unnecessarily small, and excessive time is required for patterning the metal fluoride, and the resist mask layer or the like is not peeled off. Patterning may be difficult. Furthermore, the metal fluoride after being exposed to plasma during dry etching of the semiconductor layer has a property of reducing the wet etching rate against hydrochloric acid during removal, and excessive high-temperature growth removes the metal fluoride. Makes it difficult.

このような観点から、金属フッ化物層の成膜温度は、好ましくは480℃以下であり、さらに好ましくは470℃以下、特に好ましくは460℃以下である。   From such a viewpoint, the deposition temperature of the metal fluoride layer is preferably 480 ° C. or less, more preferably 470 ° C. or less, and particularly preferably 460 ° C. or less.

このようなことに配慮してパターニングされたマスク(金属フッ化物層が表面層になるようにSiN、SiOなどと積層されていてよい)を用いて、ドライエッチングを行う。ドライエッチングのガス種としては、Cl、BCl、SiCl、CClおよびこれらの組み合わせから選ばれるものが望ましい。ドライエッチングの際に、SrFマスクのGaN系材料に対する選択比は100を越えるため、厚膜GaN系材料のエッチングが容易に、かつ、高精度に行うことができる。さらに、ドライエッチングの方法としては、高密度プラズマを生成可能なICP型のドライエッチングが最適である。 Dry etching is performed using a mask (which may be laminated with SiN x , SiO 2 or the like so that the metal fluoride layer becomes a surface layer) in consideration of this. The gas species for dry etching is preferably selected from Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 , CCl 4 and combinations thereof. In the dry etching, the selection ratio of the SrF 2 mask to the GaN-based material exceeds 100, so that the thick film GaN-based material can be easily etched with high accuracy. Further, as a dry etching method, ICP type dry etching capable of generating high-density plasma is optimal.

エッチング後に、不要となった金属フッ化物層のマスクを、塩酸等のエッチャントで除去する際に、金属フッ化物マスクの下に酸に弱い材料が存在する場合、例えば電極材料が酸に弱い場合には、金属フッ化物層が表面層になるようにしてSiN、SiOなどとの積層マスクとしてもよい。この場合、SiN、SiO等は、金属フッ化物マスク層の下部の全体に存在していてもよいし、または例えば図19に示すように、SiN、SiO等マスク51は、金属フッ化物マスク層52の下部の全体に存在していなくても、少なくとも酸に弱い材料上に形成されていればよい。 When a metal fluoride layer mask that has become unnecessary after etching is removed with an etchant such as hydrochloric acid, there is a material that is vulnerable to acid under the metal fluoride mask, for example, when the electrode material is vulnerable to acid. May be a laminated mask with SiN x , SiO 2 or the like so that the metal fluoride layer becomes a surface layer. In this case, SiN x, the SiO 2 and the like, may be present in the entire lower portion of the metal fluoride mask layer, or for example, as shown in FIG. 19, SiN x, SiO 2 or the like mask 51, a metal fluoride Even if it does not exist in the entire lower portion of the chemical mask layer 52, it is sufficient if it is formed on a material that is at least susceptible to acid.

このような第二エッチング工程により、図9に示すように、装置間分離溝13が形成される。   By such a second etching step, an inter-device separation groove 13 is formed as shown in FIG.

なお、第一エッチング工程と第二エッチング工程は、どちらの工程を先に実施しても、後に実施してもかまわない。また、プロセスを簡略にするため、第一エッチング工程を先に実施し、その際のエッチングマスクを除去しないで、第二エッチング工程を実施することも好ましい。図19に示すように、まずSiN、SiO等の酸に強い材料(好ましくはSiN)により第一エッチングマスク51を形成し、第一導電型クラッド層24が現れるようにエッチングし、マスク51を除去しないで、金属フッ化物層による第二エッチングマスク52を形成する。そして、第二エッチング工程を実施した後、マスク52を酸により除去し、その後、マスク51を適宜除去することが好ましい。 Note that the first etching step and the second etching step may be performed either first or later. In order to simplify the process, it is also preferable to perform the first etching step first and then perform the second etching step without removing the etching mask at that time. As shown in FIG. 19, first, a first etching mask 51 is formed of an acid-resistant material (preferably SiN x ) such as SiN x and SiO 2 , and etching is performed so that the first conductivity type cladding layer 24 appears. The second etching mask 52 made of a metal fluoride layer is formed without removing 51. And after implementing a 2nd etching process, it is preferable to remove the mask 52 with an acid, and to remove the mask 51 suitably after that.

形成される装置間分離溝間の最も狭い部分の幅を2LWSPT1とすると、LWSPT1はブレーキングによって素子分離を行う際には、20μm以上、例えば30μm以上であることが望ましい。また、ダイシング等によって実施する際には、LWSPT1は300μm以上であることが望ましい。また、大きすぎても無駄であるので、LWSPT1は通常は2000μm以下である。これらは、素子作製プロセスのマージンと、さらには、スクライブ領域の確保のために必要であるからである。 Assuming that the width of the narrowest portion between the device isolation grooves to be formed is 2L WSPT1 , it is desirable that L WSPT1 is 20 μm or more, for example, 30 μm or more when element separation is performed by braking. Further, when implemented by dicing or the like, L WSPT1 is desirably 300 μm or more. Moreover, since it is useless even if it is too large, L WSPT1 is usually 2000 μm or less. This is because it is necessary for the margin of the device manufacturing process and further for securing the scribe region.

尚、本発明で定義する「後退側壁面」は、第二エッチング工程、即ち、装置間分離溝形成のときに側壁として現れる側壁面であり、第一エッチングのみで現れる壁面ではない。   The “recessed side wall surface” defined in the present invention is a side wall surface that appears as a side wall in the second etching step, that is, when an inter-device separation groove is formed, and is not a wall surface that appears only in the first etching.

第二エッチング工程の後には、図10に示すように、絶縁層30を形成する。絶縁層は、電気的に絶縁が確保できる材料であれば、適宜選択することができ、詳細は前述のとおりである。成膜方法は、プラズマCVD法等の公知の方法を用いればよい。   After the second etching step, an insulating layer 30 is formed as shown in FIG. The insulating layer can be appropriately selected as long as it is a material that can ensure electrical insulation, and details are as described above. As a film forming method, a known method such as a plasma CVD method may be used.

次に、図11に示すように、絶縁層30の所定部分を除去し、第二導電型側電極27上で絶縁層が除去された第二導電型側電極露出部分37、第一導電型クラッド層上で絶縁層が除去された第一電流注入領域36、装置間分離溝13内で基板面と側壁から絶縁層が除去された絶縁層非形成部分15を形成する。   Next, as shown in FIG. 11, a predetermined portion of the insulating layer 30 is removed, and the second conductive type side electrode exposed portion 37 from which the insulating layer is removed on the second conductive type side electrode 27, the first conductive type cladding. The first current injection region 36 from which the insulating layer has been removed is formed on the layer, and the insulating layer non-formed portion 15 from which the insulating layer has been removed from the substrate surface and the side wall in the inter-device isolation trench 13 is formed.

第二導電型側電極27上の絶縁層30の除去は、第二導電型側電極の周辺部分が絶縁層によって覆われているように実施する。すなわち第二導電型側電極露出部分の表面積は第二電流注入領域の面積よりも小さい。ここで、素子作製プロセス、特にフォトリソグラフィー工程のマージン、あるいは、ハンダ材による意図しない短絡等の発生を防止するためには、第二導電型側電極の一部が絶縁層に覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L2w)は前述のとおり15μm以上であることが望ましい。さらに望ましくは100μm以上である。絶縁層によって第二導電型側電極の面積の多くが覆われることによって、特に、金属ハンダ材によるたとえば第一導電型側電極等の他の部分との意図しない短絡を低減することができる。 The removal of the insulating layer 30 on the second conductivity type side electrode 27 is performed so that the peripheral portion of the second conductivity type side electrode is covered with the insulating layer. That is, the surface area of the exposed portion of the second conductivity type side electrode is smaller than the area of the second current injection region. Here, in order to prevent the occurrence of an unintended short circuit due to a margin of the element manufacturing process, particularly a photolithography process, or a solder material, a part of the second conductivity type side electrode covered with an insulating layer The width (L 2w ) of the narrowest portion is preferably 15 μm or more as described above. More desirably, it is 100 μm or more. By covering most of the area of the second conductivity type side electrode with the insulating layer, it is possible to reduce unintentional short-circuits with other parts such as the first conductivity type side electrode due to the metal solder material.

絶縁層の除去は、選択された材質によってドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング手法が選択可能である。たとえば、絶縁層がSiN単層である場合には、SF等のガスを用いたドライエッチングも、あるいはフッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチングも可能である。また、絶縁層がSiOとTiOからなる誘電体多層膜である場合には、Arイオンミリングによって所望の部分の多層膜を除去することも可能である。 For the removal of the insulating layer, an etching technique such as dry etching or wet etching can be selected depending on the selected material. For example, when the insulating layer is a single layer of SiN x , dry etching using a gas such as SF 6 or wet etching using a hydrofluoric acid-based etchant is possible. Further, when the insulating layer is a dielectric multilayer film made of SiO x and TiO x , a desired portion of the multilayer film can be removed by Ar ion milling.

また、第二導電型側電極露出部分37、第一電流注入領域36、および絶縁層非形成部分15の形成は、別々に行ってもよいが、通常は同時にエッチングで形成する。   The second conductivity type side electrode exposed portion 37, the first current injection region 36, and the insulating layer non-formed portion 15 may be formed separately, but are usually formed by etching at the same time.

尚、装置間分離溝内の基板近傍の側壁部分の絶縁層を除去して、絶縁層非形成部分15を設けるには、たとえば、以下の様なプロセスで形成が可能である。まず、装置間分離溝13の面積とほぼ同等か少し小さめの開口を有するレジストマスクをフォトリソグラフィーによって形成し、次に、絶縁層をエッチング可能なエッチャントを用いてウェットエッチングを実施すると、装置間分離溝内の基板面上の絶縁層の除去が進む。その後、さらに長時間エッチングを継続するとサイドエッチングが起こり、溝側壁の基板側を覆っていた絶縁層がウエットエッチャントで除去され、図11に示したように装置間分離溝近傍の絶縁層が存在しない形状が得られる。このように絶縁層を除去する場合においては、絶縁層が存在しない薄膜結晶層の側壁は、アンドープ層の側壁であることが望ましい。これは、フリップチップマウントを実施する際に、万が一、支持体との接合用ハンダ等が側壁に付着しても、意図しない電気的短絡が発生しないためである。このような絶縁層の除去形状は、特に発光素子の製造工程中に、基板を除去する際には、これに付随して絶縁層の剥離など意図しない不具合が発生しないため、望ましい形状である。   In order to provide the insulating layer non-formed portion 15 by removing the insulating layer on the side wall portion in the vicinity of the substrate in the inter-device separation groove, for example, it can be formed by the following process. First, a resist mask having an opening substantially equal to or slightly smaller than the area of the inter-device isolation trench 13 is formed by photolithography, and then wet etching is performed using an etchant that can etch the insulating layer. Removal of the insulating layer on the substrate surface in the trench proceeds. After that, when etching is continued for a longer time, side etching occurs, and the insulating layer covering the substrate side of the groove sidewall is removed with a wet etchant, and there is no insulating layer near the inter-device separation groove as shown in FIG. A shape is obtained. When the insulating layer is removed as described above, the side wall of the thin film crystal layer where the insulating layer is not present is preferably the side wall of the undoped layer. This is because an unintended electrical short circuit does not occur even when solder for joining to the support or the like adheres to the side wall when flip chip mounting is performed. Such a removed shape of the insulating layer is a desirable shape because an unintended defect such as peeling of the insulating layer does not occur accompanying the removal of the substrate, particularly during the manufacturing process of the light emitting element.

次に、図12に示すように、第一導電型側電極28を形成する。本発明においては、第一導電型側電極は第一電流注入領域の大きさよりも大きな面積に形成され、かつ、第一導電型側電極と第二導電型側電極は、空間的に重なりを有さないことが特徴である。これは、当該素子をハンダなどでフリップチップマウントした際に、支持体などとの十分な密着性を確保するに十分な面積を確保しつつ、第二導電型側電極と第一導電型側電極との間のハンダ材等による意図しない短絡を防止するのに十分な間隔を確保するために重要である。第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L1w)は、前述の範囲になるように設定される。通常、5μm以上があれば、フォトリソグラフィー工程とリフトオフ法によるプロセスマージンは確保できる。 Next, as shown in FIG. 12, the first conductivity type side electrode 28 is formed. In the present invention, the first conductivity type side electrode is formed in an area larger than the size of the first current injection region, and the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are spatially overlapped. The feature is not to. This is because the second conductivity type side electrode and the first conductivity type side electrode are secured while securing an area sufficient to ensure sufficient adhesion to the support when the element is flip-chip mounted with solder or the like. It is important to secure a sufficient interval to prevent an unintended short circuit due to a solder material or the like. Among the widths of the portion where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer, the width (L 1w ) of the narrowest portion is set to be in the above-described range. Usually, if it is 5 μm or more, a process margin by the photolithography process and the lift-off method can be secured.

電極材料としては、すでに説明したとおり、第一導電型がn型であるとすると、Ti、Al、AgおよびMoのいずれかから選択される材料、またはすべてを構成元素として含むことが望ましい。また、n側電極の主たる光取り出し方向とあい対する向きには、Alが露出するのが普通である。   As described above, when the first conductivity type is n-type as described above, it is desirable to include, as a constituent element, a material selected from any one of Ti, Al, Ag, and Mo. In addition, Al is usually exposed in the direction facing the main light extraction direction of the n-side electrode.

電極材料の成膜には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、電極形状とするためには、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適宜使用可能である。   Various film formation techniques such as sputtering, vacuum evaporation, plating, etc. can be applied to the film formation of the electrode material. In order to obtain an electrode shape, a lift-off method using a photolithography technique, a metal mask, or the like was used. Site selective vapor deposition or the like can be used as appropriate.

第一導電型側電極は、この例では、第一導電型クラッド層にその一部が接して形成されるが、第一導電型側コンタクト層が形成されるときはそれに接するように形成することができる。   In this example, the first conductivity type side electrode is formed so as to be in contact with a part of the first conductivity type cladding layer. However, when the first conductivity type side contact layer is formed, it is formed so as to be in contact with the first conductivity type side electrode. Can do.

この製造方法では、第一導電型側電極が、積層構造形成の最終段階にて製造されることにより、プロセスダメージ低減の観点でも有利である。第一導電型がn型である場合には、n側電極は、好ましい実施形態では、Alがその電極材の表面に形成される。この場合に、もしn側電極が第二導電型側電極のように絶縁層の形成よりも前になされると、n側電極表面、すなわちAl金属は、絶縁層のエッチングプロセスを履歴することになる。絶縁層のエッチングには、前述のとおりフッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチング等が簡便であるが、Alはフッ酸を含めた各種エッチャントに対する耐性が低く、このようなプロセスを実効的に実施すると電極そのものにダメージが入ってしまう。また、ドライエッチングを実施してもAlは比較的反応性が高く酸化を含めたダメージが導入される可能性がある。従って、本発明においては、第一導電型側電極の形成が絶縁層の形成後かつ絶縁層の予定されている不要部分の除去後に行われることは、電極に対するダメージの低減に効果がある。   In this manufacturing method, the first conductivity type side electrode is manufactured at the final stage of forming the laminated structure, which is advantageous from the viewpoint of reducing process damage. When the first conductivity type is n-type, the n-side electrode is formed with Al on the surface of the electrode material in a preferred embodiment. In this case, if the n-side electrode is formed before the formation of the insulating layer like the second conductivity type side electrode, the surface of the n-side electrode, that is, the Al metal, has a history of the etching process of the insulating layer. Become. As described above, wet etching using a hydrofluoric acid-based etchant is simple for etching an insulating layer, but Al has low resistance to various etchants including hydrofluoric acid, and such a process is effectively performed. Then, the electrode itself will be damaged. Even if dry etching is performed, Al is relatively reactive and damage including oxidation may be introduced. Therefore, in the present invention, the formation of the first conductivity type side electrode after the formation of the insulating layer and after the removal of the unnecessary portion scheduled for the insulating layer is effective in reducing damage to the electrode.

このようにして図12の構造が形成された後には、基板除去するための前準備をする。通常、図12に示された構造を、ウエハー全体として、あるいはその一部を、先ず、支持体40に接合する。これは、薄膜結晶層全体としても高々15μm程度の厚みであるので、基板を剥離してしまうと、機械的強度が不十分になりそれだけで自立してその後のプロセスを受けることが困難になるからである。支持体の材料等については前述のとおりである。   After the structure of FIG. 12 is formed in this way, preparations are made for removing the substrate. Usually, the entire structure of the wafer shown in FIG. 12 or a part thereof is first bonded to the support 40. This is because the thickness of the thin film crystal layer as a whole is at most about 15 μm, and if the substrate is peeled off, the mechanical strength becomes insufficient, and it becomes difficult to stand alone and undergo subsequent processes. It is. The material of the support is as described above.

図13に示すように、支持体40上の金属層41(電極配線等)に例えば金属ハンダ42で接続して搭載する。   As shown in FIG. 13, a metal layer 41 (electrode wiring or the like) on the support 40 is connected and mounted by, for example, metal solder 42.

このとき、本発明の発光素子では、第二導電型側電極27と第一導電型側電極28は、お互いが空間的に重ならない配置となっており、かつ、第一導電型側電極が第一電流注入領域よりも大きく、十分な面積も有しているため、意図しない短絡の防止と高い放熱性の確保が両立しており望ましい。また、他の薄膜結晶層の側壁もバッファ層の一部、特にアンドープ部分を除いて絶縁層で保護されるため、ハンダの染み出し等があっても薄膜結晶層内、たとえば活性層構造側壁における短絡等も発生することがない。   At this time, in the light emitting device of the present invention, the second conductivity type side electrode 27 and the first conductivity type side electrode 28 are arranged so as not to spatially overlap each other, and the first conductivity type side electrode is the first conductivity type side electrode. Since it is larger than one current injection region and has a sufficient area, it is desirable to prevent both unintentional short-circuiting and ensure high heat dissipation. Further, the sidewalls of other thin film crystal layers are also protected by the insulating layer except for a part of the buffer layer, particularly the undoped portion. There is no short circuit.

次に、支持体に素子を接合した後に、基板を剥離する。基板の剥離には、研磨、エッチング、レーザディボンディング等のあらゆる方法を用いる事が可能である。サファイア基板を研磨する場合には、ダイヤモンド等の研磨材を使用して基板を除去することが可能である。また、ドライエッチングによって基板を除去することも可能である。さらには、たとえばサファイアが基板でInAlGaN系材料によって薄膜結晶成長部分が形成されている場合には、サファイア基板側から、サファイア基板は透過し、たとえばバッファ層に使用されるGaNには吸収される248nmのKrFエキシマレーザを用いて、バッファ層の一部のGaNを金属Gaと窒素に分解し、基板を剥離するレーザディボンディングを実施することも可能である。図14には、レーザディボンディングにより基板21が剥離した様子を模式的に示した。   Next, after bonding the element to the support, the substrate is peeled off. Any method such as polishing, etching, or laser debonding can be used for peeling the substrate. When polishing a sapphire substrate, it is possible to remove the substrate using an abrasive such as diamond. It is also possible to remove the substrate by dry etching. Furthermore, for example, when a sapphire is a substrate and a thin film crystal growth portion is formed of an InAlGaN-based material, the sapphire substrate transmits from the sapphire substrate side, and is absorbed by GaN used for the buffer layer, for example, 248 nm. It is also possible to perform laser debonding by decomposing part of GaN in the buffer layer into metal Ga and nitrogen by using a KrF excimer laser, and peeling the substrate. FIG. 14 schematically shows a state where the substrate 21 is peeled off by laser debonding.

またZnOおよびScAlMgO等を基板として使用する場合には、HCl等のエッチャントを用いて基板をウェットエッチングで除去することも可能である。 When using ZnO, ScAlMgO 4 or the like as a substrate, the substrate can be removed by wet etching using an etchant such as HCl.

本発明では、基板に絶縁層が接している部分がないため、基板剥離を実施した際に副次的に絶縁層の剥離等が発生することがない。   In the present invention, since there is no portion where the insulating layer is in contact with the substrate, when the substrate is peeled off, the insulating layer is not peeled off secondarily.

その後、図14に示すように、装置間分離溝が存在する箇所に対応する分離領域47において、支持体と共に発光素子を分離して単体の発光素子を得る。ここで、支持体の分離領域には、金属配線が存在しないことが好ましい。ここに金属配線が存在すると装置間の分離が実施しにくいからである。   Thereafter, as shown in FIG. 14, in the separation region 47 corresponding to the location where the inter-device separation groove exists, the light emitting element is separated together with the support to obtain a single light emitting element. Here, it is preferable that no metal wiring exists in the separation region of the support. This is because separation between devices is difficult if metal wiring exists here.

支持体の分離領域部分の切断には、母材によって、ダイシング、スクライビングとブレーキングなど適宜プロセスを選択可能である。また、装置間分離溝が、バッファ層の途中まで形成されている場合には、装置間分離溝を使用して、ダイヤモンドスクライブによる傷いれ、レーザスクライブによるバッファ層の一部のアブレーション等を実施する事で、薄膜結晶成長層部分における発光素子間の分離は容易に実現可能である。その後、支持体はダイシングによって、各発光素子に分離することが可能である。場合によっては、発光素子間の分離は、薄膜結晶成長層と支持体をダイシングによって同時に分離することも可能である。   For the cutting of the separation region portion of the support, an appropriate process such as dicing, scribing and braking can be selected depending on the base material. Further, when the inter-device separation groove is formed up to the middle of the buffer layer, the inter-device separation groove is used to perform damage by diamond scribe, ablation of a part of the buffer layer by laser scribe, or the like. Thus, separation between the light emitting elements in the thin film crystal growth layer portion can be easily realized. Thereafter, the support can be separated into light emitting elements by dicing. In some cases, the light-emitting elements can be separated simultaneously by dicing the thin film crystal growth layer and the support.

以上のようにして、図1A〜図2に示した態様の発光素子が完成する。   As described above, the light emitting device having the mode shown in FIGS. 1A to 2 is completed.

<第2の態様の発光素子の製造方法>
図3Aに示す第2の態様の発光素子を製造するには、第1の態様の製造方法の説明中で、装置間分離溝の形成の際に、バッファ層の途中でエッチングを止める。同様にして絶縁層30を形成し、絶縁層をエッチングするときに、図4Bに示すように、装置間分離溝の中央を含む領域から絶縁層を除去し、スクライブ領域を形成する。第1の態様では、溝底面上の絶縁層すべてを除去したが、この態様では、予定した形状に適したフォトリソグラフィによって、適切なエッチングマスク形状を準備し、かつ、サイドエッチングを行わずに、溝底面に堆積した絶縁層の一部を除去してスクライブ領域を形成すればよい。スクライブ領域14の幅は、すでに説明したように所定のLwsが得られるように設定することができる。その後は、第1の態様と同様にして、図3Aに示す発光素子が完成する。
<The manufacturing method of the light emitting element of a 2nd aspect>
To manufacture the light emitting device of the second aspect shown in FIG. 3A, etching is stopped in the middle of the buffer layer when forming the inter-device separation groove in the description of the manufacturing method of the first aspect. Similarly, when the insulating layer 30 is formed and the insulating layer is etched, as shown in FIG. 4B, the insulating layer is removed from the region including the center of the inter-device separation groove to form a scribe region. In the first aspect, all of the insulating layer on the bottom surface of the groove is removed, but in this aspect, an appropriate etching mask shape is prepared by photolithography suitable for a predetermined shape, and side etching is not performed. A part of the insulating layer deposited on the bottom of the groove may be removed to form a scribe region. The width of the scribe region 14 can be set so as to obtain a predetermined L ws as described above. Thereafter, the light emitting device shown in FIG. 3A is completed in the same manner as in the first embodiment.

第1の態様および第2の態様に共通して、この製造方法では、説明のとおり薄膜結晶層の形成、第二導電型側電極の形成、エッチング工程(第一エッチング工程および第二エッチング工程)、絶縁層の形成、絶縁層の除去(第二導電型側電極露出部分の形成、第一電流注入領域の形成、スクライブ領域の形成)、第一導電型側電極の形成は、この順に実施されることが望ましく、この工程順により、第二導電型側電極直下の薄膜結晶層のダメージがなく、また第一導電型側電極にもダメージのない発光素子を得ることができる。そして、装置形状はプロセスフローを反映したものとなっている。即ち、発光素子は、第二導電型側電極、絶縁層、第一導電型側電極がこの順番に積層された構造を内在している。つまり、第二導電型側電極は、第二導電型クラッド層(またはその他の第二導電型薄膜結晶層)に絶縁層を介在しないで接しており、第二導電型側電極の上部周辺には絶縁層で覆われた部分があり、第一導電型側電極と第一導電型側クラッド層(またはその他の第一導電型薄膜結晶層)の間には、電極周囲部分に絶縁層が介在している部分が存在している。   In common with the first aspect and the second aspect, in this manufacturing method, as described, formation of a thin film crystal layer, formation of a second conductivity type side electrode, etching process (first etching process and second etching process) The formation of the insulating layer, the removal of the insulating layer (formation of the exposed portion of the second conductivity type side electrode, formation of the first current injection region, formation of the scribe region) and formation of the first conductivity type side electrode are carried out in this order. It is desirable to obtain a light emitting device that does not damage the thin film crystal layer directly under the second conductivity type side electrode and that does not damage the first conductivity type side electrode. The device shape reflects the process flow. That is, the light emitting element has a structure in which the second conductivity type side electrode, the insulating layer, and the first conductivity type side electrode are laminated in this order. In other words, the second conductivity type side electrode is in contact with the second conductivity type clad layer (or other second conductivity type thin film crystal layer) without an insulating layer interposed, There is a portion covered with an insulating layer, and an insulating layer is interposed between the first conductivity type side electrode and the first conductivity type side cladding layer (or other first conductivity type thin film crystal layer) around the electrode. There is a part that is.

以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。また、以下の実施例において参照している図面は、構造を把握しやすくするために敢えて寸法を変えている部分があるが、実際の寸法は以下の文中に記載されるとおりである。   The features of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below. In the drawings referred to in the following embodiments, there are portions where the dimensions are changed in order to make the structure easy to grasp, but the actual dimensions are as described in the following text.

(実施例1)
図15に示した発光素子を以下の手順で作製した。関連する工程図として、図7〜12を参照する。
(Example 1)
The light emitting element shown in FIG. 15 was manufactured by the following procedure. Reference is made to FIGS.

厚みが430μmのc+面サファイア基板21を用意し、この上に、まずMOCVD法を用いて、第1のバッファ層22aとして厚み10nmの低温成長したアンドープのGaN層を形成し、この後に第2のバッファ層22bとして厚み4μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。   A c + -plane sapphire substrate 21 having a thickness of 430 μm is prepared, and an undoped GaN layer having a low-temperature growth having a thickness of 10 nm is first formed thereon as the first buffer layer 22a using the MOCVD method. As the buffer layer 22b, an undoped GaN layer having a thickness of 4 μm was formed at 1040 ° C.

さらに、第一導電型(n型)第二クラッド層24bとしてSiドープ(Si濃度1×1018cm−3)のGaN層を2μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層24cとしてSiドープ(Si濃度2×1018cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層24aとしてSiドープ(Si濃度1.5×1018cm−3)のAl0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さで形成した。さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nmの厚さに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として720℃で2nmの厚さに成膜したアンドープIn0.1Ga0.9N層とを、量子井戸層が全部で5層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層26aとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)Al0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層26bとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)GaN層を0.07μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層26cとしてMgドープ(Mg濃度1×1020cm−3)GaN層を0.03μmの厚さに形成した。 Further, a Si-doped (Si concentration: 1 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 2 μm as the first conductivity type (n-type) second cladding layer 24b, and the first conductivity type (n-type) contact layer 24c. A Si-doped (Si concentration 2 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 0.5 μm, and Si-doped (Si concentration 1.5 ×) is formed as the first conductivity type (n-type) first cladding layer 24a. A 10 18 cm −3 ) Al 0.15 Ga 0.85 N layer was formed to a thickness of 0.1 μm. Furthermore, as the active layer structure 25, an undoped GaN layer formed to a thickness of 13 nm at 850 ° C. as a barrier layer, and an undoped In 0.1 Ga 0.9 formed to a thickness of 2 nm at 720 ° C. as a quantum well layer. N layers were formed alternately so that the quantum well layers were 5 layers in total and both sides were barrier layers. Further, the growth temperature is set to 1025 ° C., and Mg doped (Mg concentration 5 × 10 19 cm −3 ) Al 0.15 Ga 0.85 N layer is 0.1 μm as the second conductivity type (p-type) first cladding layer 26a. The thickness was formed. Further, an Mg-doped (Mg concentration 5 × 10 19 cm −3 ) GaN layer was formed to a thickness of 0.07 μm as the second conductivity type (p-type) second cladding layer 26b. Finally, an Mg-doped (Mg concentration 1 × 10 20 cm −3 ) GaN layer was formed to a thickness of 0.03 μm as the second conductivity type (p-type) contact layer 26c.

この後にMOCVD成長炉の中で徐々に温度を下げて、ウエハーを取り出し、薄膜結晶成長を終了した。   Thereafter, the temperature was gradually lowered in the MOCVD growth furnace, the wafer was taken out, and the thin film crystal growth was completed.

薄膜結晶成長が終了したウエハーに対してp側電極を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてp側電極27をリフトオフ法でパターニングする準備をしてレジストパターンを形成した。ここでp側電極としてNi(20nm厚)/Au(500nm厚)を真空蒸着法によって形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。次いで、その後熱処理を実施してp側電極を完成させた。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図7に対応する。尚、ここまでの工程では、p側電極直下のp側電流注入領域には、プラズマプロセス等のダメージが入るような工程はなかった。   In order to form the p-side electrode on the wafer on which the thin-film crystal growth was completed, a resist pattern was formed by preparing to pattern the p-side electrode 27 by the lift-off method using a photolithography method. Here, Ni (20 nm thickness) / Au (500 nm thickness) was formed as a p-side electrode by a vacuum deposition method, and unnecessary portions were removed in acetone by a lift-off method. Subsequently, heat treatment was then performed to complete the p-side electrode. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIG. In the process up to here, there has been no process in which the p-side current injection region directly under the p-side electrode is damaged by a plasma process or the like.

次いで、第一エッチング工程を実施するために、エッチング用マスクの形成を実施した。ここでは、p−CVD法を用いて0.4μm厚みのSiNを基板温度400℃で、ウエハー全面に成膜した。ここでp側電極表面にはAuが露出していたため、p−CVDによるSiN成膜プロセスによってもまったく変質しなかった。次に再度フォトリソグフィー工程を実施してSiNマスクをパターニングし、SiNエッチングマスクを作製した。この際には、SiN膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSFプラズマを用いて実施し、後述する第一エッチング工程において薄膜結晶層のエッチングを行わない部分はマスクを残し、かつ予定されている薄膜結晶層のエッチング部分に相当する部分のSiN膜を除去した。 Next, in order to perform the first etching step, an etching mask was formed. Here, 0.4 μm thick SiN x was deposited on the entire surface of the wafer at a substrate temperature of 400 ° C. using the p-CVD method. Here, since Au was exposed on the surface of the p-side electrode, it was not altered at all by the SiN x film forming process by p-CVD. Next, the photolithography process was performed again to pattern the SiN x mask, and an SiN x etching mask was produced. At this time, etching of the unnecessary portion of the SiN x film is performed using SF 6 plasma using the RIE method, and a portion where the thin film crystal layer is not etched in the first etching step described later is left as a mask, and A portion of the SiN x film corresponding to the etched portion of the thin film crystal layer was removed.

次いで第一エッチング工程として、p−GaNコンタクト層26c、p−GaN第二クラッド層26b、p−AlGaN第一クラッド層26a、InGaN量子井戸層とGaNバリア層からなる活性層構造25、n−AlGaN第一クラッド層24aを経てn−GaNコンタクト層24cの途中まで、Clガスを用いたICPプラズマエッチングを実施し、n型キャリアの注入部分となるn型コンタクト層24cを露出させた。 Next, as a first etching step, a p-GaN contact layer 26c, a p-GaN second cladding layer 26b, a p-AlGaN first cladding layer 26a, an active layer structure 25 comprising an InGaN quantum well layer and a GaN barrier layer, n-AlGaN ICP plasma etching using Cl 2 gas was performed to the middle of the n-GaN contact layer 24c through the first cladding layer 24a to expose the n-type contact layer 24c serving as an n-type carrier injection portion.

ICPプラズマエッチング終了後は、SiNマスクをバッファフッ酸を用いてすべて除去した。ここにおいてもp側電極表面にはAuが露出していたため、p−CVDによるSiN成膜プロセスによっても、p側電極はまったく変質しなかった。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図8に対応する。 After completion of the ICP plasma etching, the SiN x mask was completely removed using buffered hydrofluoric acid. Also here, since Au was exposed on the surface of the p-side electrode, the p-side electrode was not altered at all even by the SiN x film forming process by p-CVD. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIG.

次いで、装置間分離溝13を形成する第二エッチング工程を実施するために、真空蒸着法を用いて、SrFマスクをウエハー全面に形成した。次いで、装置間分離溝を形成する領域のSrF膜を除去し、薄膜結晶層の装置間分離溝形成用マスク、すなわち、第二エッチング工程用SrFマスクを形成した。 Next, in order to carry out the second etching step for forming the inter-device separation groove 13, an SrF 2 mask was formed on the entire surface of the wafer by using a vacuum deposition method. Next, the SrF 2 film in the region for forming the inter-device separation groove was removed, and the inter-device separation groove forming mask for the thin film crystal layer, that is, the second etching step SrF 2 mask was formed.

次いで第二エッチング工程として、装置間分離溝に相当する部分の、p−GaNコンタクト層26c、p−GaN第二クラッド層26b、p−AlGaN第一クラッド層26a、InGaN量子井戸層とGaNバリア層からなる活性層構造25、n−AlGaN第一クラッド層24a、n−GaNコンタクト層24c、n−GaN第二クラッド層24b、およびアンドープGaNバッファ層22の薄膜結晶層すべてを、Clガスを用いたICPエッチングした。この第二エッチング工程中には、SrFマスクはほとんどエッチングされなかった。装置間分離溝13の幅は、マスクの幅どおり、150μmで形成できた。 Next, as a second etching step, the p-GaN contact layer 26c, the p-GaN second cladding layer 26b, the p-AlGaN first cladding layer 26a, the InGaN quantum well layer, and the GaN barrier layer corresponding to the device isolation trenches The active layer structure 25, the n-AlGaN first cladding layer 24a, the n-GaN contact layer 24c, the n-GaN second cladding layer 24b, and the undoped GaN buffer layer 22 are all made of Cl 2 gas. ICP etching was performed. During this second etching step, the SrF 2 mask was hardly etched. The width of the inter-device separation groove 13 was 150 μm, which was the same as the width of the mask.

第二エッチング工程によって装置間分離溝13を形成後は、不要となったSrFマスクを除去した。ここにおいてもp側電極表面にはAuが露出していたため、まったく変質しなかった。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図9に対応する。 After forming the inter-device separation groove 13 by the second etching process, the unnecessary SrF 2 mask was removed. Also here, since the Au was exposed on the surface of the p-side electrode, it was not altered at all. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIG.

次いで、ウエハー全面にp−CVD法によってSiOとSiNをこの順に形成し、誘電体多層膜とした。この際には、SiNとSiOはそれぞれ素子の発光波長に対して光学波長として1/4となるような厚みで1層ずつ形成し、発光波長に対して比較的高い反射率を有するようにした。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図10に対応する。 Next, SiO x and SiN x were formed in this order on the entire surface of the wafer by the p-CVD method to obtain a dielectric multilayer film. At this time, SiN x and SiO x are formed one layer at a time so that the optical wavelength is 1/4 with respect to the light emission wavelength of the device, and have a relatively high reflectance with respect to the light emission wavelength. I made it. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIG.

次いで、Ni−Auからなるp側電極27上へのp側電極露出部分の形成、n側コンタクト層24c上へのn側電流注入領域(36)の形成、装置間分離溝内のアンドープバッファ層の側壁の基板21側に存在する絶縁層の除去を、同時に実施するために、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストマスクを形成した。次いでフッ酸系のエッチャントでレジストマスクで覆われていない部分の誘電体多層膜(絶縁層)を除去した。さらに、フッ酸によるサイドエッチングの効果によって、アンドープバッファ層の側壁の一部の誘電体多層膜(絶縁層)も除去した。ここでは、p側電極27の周辺はSiOとSiNからなる絶縁層に150μm覆われているようにした。 Next, formation of a p-side electrode exposed portion on the p-side electrode 27 made of Ni—Au, formation of an n-side current injection region (36) on the n-side contact layer 24c, and an undoped buffer layer in the inter-device isolation trench In order to simultaneously remove the insulating layer existing on the side wall of the substrate 21, a resist mask was formed by using a photolithography technique. Next, the portion of the dielectric multilayer film (insulating layer) not covered with the resist mask with a hydrofluoric acid-based etchant was removed. Further, due to the side etching effect using hydrofluoric acid, a part of the dielectric multilayer film (insulating layer) on the side wall of the undoped buffer layer was also removed. Here, the periphery of the p-side electrode 27 is covered with an insulating layer made of SiO x and SiN x of 150 μm.

この後に、不要となったレジストマスクは、アセトンで除去し、かつ、RIE法による酸素プラズマでアッシングし除去した。この際にも、p側電極表面にはAuが露出していたため、p−CVDによるSiN成膜プロセスによってもまったく変質しなかった。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図11に対応する。 Thereafter, the resist mask that was no longer needed was removed with acetone, and was removed by ashing with oxygen plasma by the RIE method. Also at this time, since Au was exposed on the surface of the p-side electrode, it was not altered at all by the SiN x film forming process by p-CVD. The structure completed through the steps so far generally corresponds to FIG.

次いで、n側電極28を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてn側電極をリフトオフ法でパターニングする準備のために、レジストパターンを形成した。ここでn側電極としてTi(20nm厚)/Al(300nm厚)を真空蒸着法でウエハー全面に形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。次いで、その後熱処理を実施してn側電極を完成させた。n側電極は、その面積がn側電流注入領域よりも大きくなるように、絶縁層にその周辺が30μmほど接するようにし、かつ、p側電極27との重なりを有さないように形成し、金属ハンダによるフリップチップボンディングが容易で、かつ放熱性等にも配慮した。尚、別の製作例では、10μmほど接するようにして作製し、この実施例と同等の性能の発光素子が得られた。Al電極は、プラズマプロセス等により変質しやすく、かつ、フッ酸等によってもエッチングされるが、素子作製プロセスの最後にn側電極の形成を行ったことから、まったくダメージを受けなかった。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図12に対応する。   Next, in order to form the n-side electrode 28, a resist pattern was formed in preparation for patterning the n-side electrode by a lift-off method using a photolithography method. Here, Ti (20 nm thickness) / Al (300 nm thickness) as an n-side electrode was formed on the entire surface of the wafer by vacuum deposition, and unnecessary portions were removed in acetone by lift-off. Subsequently, heat treatment was then performed to complete the n-side electrode. The n-side electrode is formed so that its periphery is in contact with the insulating layer by about 30 μm so that the area thereof is larger than that of the n-side current injection region, and does not overlap with the p-side electrode 27. Flip chip bonding with metal solder is easy, and heat dissipation is considered. In another manufacturing example, the light-emitting element was manufactured so as to be in contact with about 10 μm, and a light-emitting element having the same performance as this example was obtained. The Al electrode is easily altered by a plasma process or the like, and is etched by hydrofluoric acid or the like, but was not damaged at all because the n-side electrode was formed at the end of the device fabrication process. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIG.

次いで、基板剥離を実施する前準備として、支持体40として、表面にTi/Pt/Auの積層構造の金属配線(金属層41)が形成されたAlN基板を用意した。この支持体に、発光素子が作りこまれたウエハー(基板21)全体を、AuSnハンダを用いて接合した。接合時には、支持体40と発光素子が形成されたウエハー(基板21)を300℃に加熱してp側電極とn側電極が、それぞれ設計された支持体上の金属配線にAuSnハンダで融着されるようにした。この際に、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。   Next, as a preparation for carrying out substrate peeling, an AlN substrate having a Ti / Pt / Au laminated metal wiring (metal layer 41) on the surface was prepared as a support 40. The entire wafer (substrate 21) on which the light-emitting element was formed was bonded to this support using AuSn solder. At the time of bonding, the wafer (substrate 21) on which the support 40 and the light emitting element are formed is heated to 300 ° C., and the p-side electrode and the n-side electrode are fused to the designed metal wiring on the support by AuSn solder. It was made to be. At this time, an unintended short circuit or the like of the element did not occur.

次に、基板剥離を実施するために、KrFエキシマレーザ(波長248nm)から出射されたレーザ光を、薄膜結晶成長を実施していない基板21面から照射し、基板を剥離した(レーザディボンディング)。この後に、GaNバッファ層の一部が窒素と金属Gaに分解されることで発生したGa金属をウェットエッチングによって除去した。   Next, in order to perform substrate peeling, a laser beam emitted from a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) was irradiated from the surface of the substrate 21 where thin film crystal growth was not performed, and the substrate was peeled off (laser debonding). . Thereafter, Ga metal generated by part of the GaN buffer layer being decomposed into nitrogen and metal Ga was removed by wet etching.

最後に、1つ1つの発光素子を分割するために、ダイシングソーを用いて、支持体内の分離領域部分とウエハー内の装置間分離溝を同時にカットした。ここで、支持体内素子分離領域には、金属配線等が存在しなかったことから意図しない配線の剥離等は発生しなかった。このようにして、図15に示す化合物半導体発光素子を完成させた。   Finally, in order to divide each light emitting element one by one, a separation region portion in the support and an inter-device separation groove in the wafer were simultaneously cut using a dicing saw. Here, since there was no metal wiring or the like in the element isolation region in the support body, unintentional peeling of the wiring did not occur. In this way, the compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 15 was completed.

(実施例2)
実施例1において、バッファ層22を成膜した後の薄膜結晶層の成膜を次のように行った以外は実施例1および2を繰り返した。即ち、実施例1で、バッファ層22を形成した後、さらに、第一導電型(n型)第二クラッド層24bとしてSiドープ(Si濃度5×1018cm−3)のGaN層を4μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層24cとしてSiドープ(Si濃度8×1018cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層24aとしてSiドープ(Si濃度5.0×1018cm−3)のAl0.10Ga0.90N層を0.1μmの厚さで形成した。さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nmの厚さに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として720℃で2nmの厚さに成膜したアンドープIn0.1Ga0.9N層とを、量子井戸層が全部で8層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層26aとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)Al0.10Ga0.90Nを0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層26bとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)GaNを0.07μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層26cとしてMgドープ(Mg濃度1×1020cm−3)GaNを0.03μmの厚さに形成した。その後は、実施例1と同様にして、図15に示す発光素子を完成させた。この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
(Example 2)
In Example 1, Examples 1 and 2 were repeated except that the thin film crystal layer was formed as follows after the buffer layer 22 was formed. That is, after forming the buffer layer 22 in Example 1, a 4 μm thick Si-doped (Si concentration 5 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is further formed as the first conductivity type (n-type) second cladding layer 24 b. A Si-doped (Si concentration: 8 × 10 18 cm −3 ) GaN layer having a thickness of 0.5 μm is formed as the first conductivity type (n-type) contact layer 24c, and the first conductivity type (n-type) is further formed. A Si-doped (Si concentration: 5.0 × 10 18 cm −3 ) Al 0.10 Ga 0.90 N layer having a thickness of 0.1 μm was formed as the first cladding layer 24a. Furthermore, as the active layer structure 25, an undoped GaN layer formed to a thickness of 13 nm at 850 ° C. as a barrier layer, and an undoped In 0.1 Ga 0.9 formed to a thickness of 2 nm at 720 ° C. as a quantum well layer. N layers were alternately formed so that the quantum well layers were 8 layers in total and both sides were barrier layers. Further, the growth temperature is set to 1025 ° C., and Mg-doped (Mg concentration 5 × 10 19 cm −3 ) Al 0.10 Ga 0.90 N is 0.1 μm as the second conductivity type (p-type) first cladding layer 26a. Formed to a thickness. Further, Mg-doped (Mg concentration 5 × 10 19 cm −3 ) GaN was formed to a thickness of 0.07 μm as the second conductivity type (p-type) second cladding layer 26b. Finally, Mg-doped (Mg concentration 1 × 10 20 cm −3 ) GaN was formed to a thickness of 0.03 μm as the second conductivity type (p-type) contact layer 26c. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the light emitting device shown in FIG. 15 was completed. At this time, an unintended short circuit of the element did not occur.

尚、実施例1および2のプロセスでは、第一エッチング工程後にSiNマスクを除去したが、SiNマスクを除去せずに、第二エッチング工程後に除去してもよい。 In the processes of Examples 1 and 2, the SiN x mask was removed after the first etching step, but it may be removed after the second etching step without removing the SiN x mask.

さらに、実施例1および実施例2において、第二エッチング工程でのエッチングを、バッファ層の途中で止めることで、図2に示す発光素子を製作することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。素子分離は、支持体内の素子分離領域部分を、装置間分離溝底部のバッファ層と共にカットすればよい。   Furthermore, in Example 1 and Example 2, the light emitting element shown in FIG. 2 can be manufactured by stopping the etching in the second etching process in the middle of the buffer layer (however, the insulating layer is a multilayer dielectric). film). For element isolation, the element isolation region in the support may be cut together with the buffer layer at the bottom of the inter-device isolation groove.

さらに、図3Aに示す発光素子を製作するには、実施例1および実施例2において、第二エッチング工程でのエッチングを、バッファ層の途中で止め、さらに、絶縁層のサイドエッチングを進めずに、例えばスクライブ領域の幅が100μm(分離後の素子中のLWSが50μm)になるように、溝底面に絶縁層を残しながらスクライブ領域を形成することで実施することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。 Further, in order to manufacture the light emitting device shown in FIG. 3A, in Example 1 and Example 2, the etching in the second etching process is stopped in the middle of the buffer layer, and further, the side etching of the insulating layer is not advanced. for example, as the width of the scribe region becomes 100 [mu] m (L WS is 50μm in the device after separation) may be carried out by forming a scribe region while leaving the insulating layer in the groove bottom surface (where the insulating layer Is a multilayer dielectric film).

(実施例3)
図16に示した発光素子を以下の手順で作製した。厚みが430μmのc+面サファイア基板21を用意し、この上に、まずMOCVD法を用いて、第1のバッファ層22aとして20nm厚みの低温成長したアンドープのGaN層を形成し、この後に第2のバッファ層22bとして厚み3μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。
(Example 3)
The light emitting element shown in FIG. 16 was manufactured by the following procedure. A c + plane sapphire substrate 21 having a thickness of 430 μm is prepared, and an undoped GaN layer grown at a low temperature of 20 nm is formed as a first buffer layer 22a on the first buffer layer 22a using the MOCVD method. As the buffer layer 22b, an undoped GaN layer having a thickness of 3 μm was formed at 1040 ° C.

次いで、第一導電型(n型)第二クラッド層24bとしてSiドープ(Si濃度1×1018cm−3)のGaN層を2μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層24cとしてSiドープ(Si濃度2×1018cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層24aとしてSiドープ(Si濃度1.5×1018cm−3)のAl0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さで形成した。 Next, a Si-doped (Si concentration: 1 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 2 μm as the first conductivity type (n-type) second cladding layer 24b, and the first conductivity type (n-type) contact layer 24c is formed. A Si-doped (Si concentration 2 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 0.5 μm, and Si-doped (Si concentration 1.5 ×) is formed as the first conductivity type (n-type) first cladding layer 24a. A 10 18 cm −3 ) Al 0.15 Ga 0.85 N layer was formed to a thickness of 0.1 μm.

さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nm厚に成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として715℃で2nm厚に成膜したアンドープIn0.13Ga0.87N層を、量子井戸層が全部で3層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。 Further, as the active layer structure 25, an undoped GaN layer formed to a thickness of 13 nm at 850 ° C. as a barrier layer, and an undoped In 0.13 Ga 0.87 N layer formed to a thickness of 2 nm at 715 ° C. as a quantum well layer, The quantum well layers were alternately formed so that the total number of the quantum well layers was three and both sides were barrier layers.

さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層26aとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)Al0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層26bとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)GaN層を0.05μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層26cとしてMgドープ(Mg濃度1×1020cm−3)GaN層を0.02μmの厚さに形成した。 Further, the growth temperature is set to 1025 ° C., and Mg doped (Mg concentration 5 × 10 19 cm −3 ) Al 0.15 Ga 0.85 N layer is 0.1 μm as the second conductivity type (p-type) first cladding layer 26a. The thickness was formed. Further, an Mg-doped (Mg concentration 5 × 10 19 cm −3 ) GaN layer was formed to a thickness of 0.05 μm as the second conductivity type (p-type) second cladding layer 26b. Finally, an Mg-doped (Mg concentration 1 × 10 20 cm −3 ) GaN layer was formed to a thickness of 0.02 μm as the second conductivity type (p-type) contact layer 26c.

この後にMOCVD成長炉の中で徐々に温度を下げて、ウエハーを取り出し、薄膜結晶成長を終了した。   Thereafter, the temperature was gradually lowered in the MOCVD growth furnace, the wafer was taken out, and the thin film crystal growth was completed.

薄膜結晶成長が終了したウエハーに対してp側電極27を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてp側電極をリフトオフ法でパターニングする準備をしてレジストパターンを形成した。ここでp側電極としてPd(20nm厚)/Au(1000nm厚)を真空蒸着法によって形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。次いで、その後熱処理を実施してp側電極27を完成させた。尚、ここまでの工程では、p側電極直下のp側電流注入領域には、プラズマプロセス等のダメージが入るような工程はなかった。   In order to form the p-side electrode 27 on the wafer on which the thin film crystal growth was completed, a resist pattern was formed by preparing to pattern the p-side electrode by a lift-off method using a photolithography method. Here, Pd (20 nm thickness) / Au (1000 nm thickness) was formed as a p-side electrode by a vacuum deposition method, and unnecessary portions were removed in acetone by a lift-off method. Subsequently, heat treatment was then performed to complete the p-side electrode 27. In the process up to here, there has been no process in which the p-side current injection region directly under the p-side electrode is damaged by a plasma process or the like.

次いで、装置間分離溝を形成する第二エッチング工程を実施するために、真空蒸着法を用いて、SrFマスクをウエハー全面に形成した。次いで、装置間分離溝の形成領域にあるSrF膜を除去し、薄膜結晶層の分離エッチングマスク、すなわち、第二エッチング工程を実施するためのエッチングマスクを形成した。 Then, in order to implement the second etching step of forming a device separation trench, using a vacuum deposition method to form a SrF 2 mask to the whole wafer surface. Next, the SrF 2 film in the formation region of the inter-device separation groove was removed, and a separation etching mask for the thin film crystal layer, that is, an etching mask for performing the second etching step was formed.

次いで、第二エッチング工程として、装置間分離溝に相当する部分の、p−GaNコンタクト層26c、p−GaN第二クラッド層26b、p−AlGaN第一クラッド層26a、InGaN量子井戸層とGaNバリア層からなる活性層構造25、n−AlGaN第一クラッド層24a、n−GaNコンタクト層24c、n−GaN第二クラッド層24b、アンドープGaNバッファ層22までの薄膜結晶層すべてを、Clガスを用いてICPエッチングした。第二エッチング工程中には、SrFマスクはほとんどエッチングされなかった。 Next, as a second etching step, the p-GaN contact layer 26c, the p-GaN second clad layer 26b, the p-AlGaN first clad layer 26a, the InGaN quantum well layer, and the GaN barrier in portions corresponding to the inter-device isolation trenches. All of the thin-film crystal layers up to the active layer structure 25, the n-AlGaN first clad layer 24a, the n-GaN contact layer 24c, the n-GaN second clad layer 24b, and the undoped GaN buffer layer 22 are made of Cl 2 gas. ICP etching was used. During the second etching step, the SrF 2 mask was hardly etched.

第二エッチング工程により装置間分離溝を形成した後、不要となったSrFマスクを除去した。ここにおいてもp側電極表面にはAuが露出していたためまったく変質しなかった。 After forming the inter-device separation groove by the second etching process, the unnecessary SrF 2 mask was removed. Also here, since the Au was exposed on the surface of the p-side electrode, it was not altered at all.

次いで、第一導電型側電極を形成する前準備として第一導電型コンタクト層を露出させる第一エッチング工程を実施するために、エッチング用マスクの形成を実施した。ここでは、p−CVD法を用いて0.4μm厚みのSiNを基板温度400℃で、ウエハー全面に成膜した。ここでp側電極表面にはAuが露出していたため、p−CVDによるSiN成膜プロセスによってもまったく変質しなかった。次に再度フォトリソグフィー工程を実施してSiN層をパターニングし、SiNエッチングマスクを作製した。この際には、SiN膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSFプラズマを用いて実施し、後述する第一エッチング工程において薄膜結晶層のエッチングを行わない部分は残し、かつ予定されている薄膜結晶層のエッチング部分に相当する部分のSiN膜は除去した。 Next, in order to perform a first etching step of exposing the first conductivity type contact layer as a preparation for forming the first conductivity type side electrode, an etching mask was formed. Here, 0.4 μm thick SiN x was deposited on the entire surface of the wafer at a substrate temperature of 400 ° C. using the p-CVD method. Here, since Au was exposed on the surface of the p-side electrode, it was not altered at all by the SiN x film forming process by p-CVD. Next, a photolithography process was performed again to pattern the SiN x layer, and a SiN x etching mask was produced. In this case, etching of the unnecessary portion of the SiN x film is performed using SF 6 plasma by using the RIE method, and a portion where the thin film crystal layer is not etched is left in the first etching step to be described later, and is scheduled. The SiN x film corresponding to the etched portion of the thin film crystal layer was removed.

次いで第一エッチング工程として、p−GaNコンタクト層26c、p−GaN第二クラッド層26b、p−AlGaN第一クラッド層26a、InGaN量子井戸層とGaNバリア層からなる活性層構造25、n−AlGaN第一クラッド層24aを経てn−GaNコンタクト層24cの途中まで、Clガスを用いたICPプラズマエッチングを実施し、n型キャリアの注入部分となるn型コンタクト層を露出させた。 Next, as a first etching step, a p-GaN contact layer 26c, a p-GaN second cladding layer 26b, a p-AlGaN first cladding layer 26a, an active layer structure 25 comprising an InGaN quantum well layer and a GaN barrier layer, n-AlGaN ICP plasma etching using Cl 2 gas was performed through the first cladding layer 24a and halfway through the n-GaN contact layer 24c to expose the n-type contact layer serving as an n-type carrier injection portion.

ICPプラズマエッチング終了後は、SiNマスクをSFガスを用いたRIE法によりすべて除去した。ここにおいてもp側電極表面にはAuが露出していたため、このプロセスによってもまったく変質しなかった。 After the completion of the ICP plasma etching, the SiN x mask was completely removed by the RIE method using SF 6 gas. Again, since Au was exposed on the p-side electrode surface, this process did not alter it at all.

次いで、p−CVD法によって絶縁層30としてSiNを125nm厚だけウエハー全面に形成した。 Next, SiN x having a thickness of 125 nm was formed on the entire surface of the wafer as the insulating layer 30 by the p-CVD method.

次いで、Pd−Auからなるp側電極27上へのp側電極露出部分の形成、n側コンタクト層24c上へのn側電流注入領域(36)の形成、装置間分離溝内のアンドープバッファ層の側壁の基板側部分に存在する絶縁層の除去を、同時に実施するために、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストマスクを形成した。次いでフッ酸系のエッチャントでレジストマスクで覆われていない部分の絶縁層を除去した。さらに、フッ酸によるサイドエッチングの効果によって、アンドープバッファ層の側壁の基板側部分の絶縁層も除去した。ここでは、p側電極27の周辺はSiN絶縁層に150μm覆われているようにした。また、n側電流注入領域を除いて薄膜結晶層の側壁なども絶縁層に覆われているようにした。 Next, formation of a p-side electrode exposed portion on the p-side electrode 27 made of Pd—Au, formation of an n-side current injection region (36) on the n-side contact layer 24c, and an undoped buffer layer in the inter-device isolation trench In order to simultaneously remove the insulating layer present on the substrate side portion of the sidewall, a resist mask was formed by using a photolithography technique. Next, the portion of the insulating layer not covered with the resist mask with a hydrofluoric acid-based etchant was removed. Further, the insulating layer on the substrate side portion of the side wall of the undoped buffer layer was also removed by the side etching effect using hydrofluoric acid. Here, the periphery of the p-side electrode 27 was covered with an SiN x insulating layer of 150 μm. In addition, the sidewall of the thin film crystal layer is covered with the insulating layer except for the n-side current injection region.

この後に、不要となったレジストマスクは、アセトンで除去し、かつ、RIE法による酸素プラズマでアッシングし除去した。この際にも、p側電極表面にはAuが露出していたため、まったく変質しなかった。   Thereafter, the resist mask that was no longer needed was removed with acetone, and was removed by ashing with oxygen plasma by the RIE method. Also at this time, since Au was exposed on the surface of the p-side electrode, no alteration occurred.

次いで、n側電極28を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてn側電極をリフトオフ法でパターニングする準備としてレジストパターンを形成した。ここでn側電極としてTi(20nm厚)/Al(1500nm厚)を真空蒸着法でウエハー全面に形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。次いで、その後熱処理を実施してn側電極を完成させた。n側電極は、その面積がn側電流注入領域よりも大きく、かつ、p側電極との重なりを有さないように形成し、金属ハンダによるフリップチップボンディングが容易で、かつ放熱性等にも配慮した。Al電極は、プラズマプロセス等により変質しやすく、かつ、フッ酸等によってもエッチングされるが、素子作製プロセスの最後にn側電極の形成を行ったことから、まったくダメージを受けなかった。   Next, in order to form the n-side electrode 28, a resist pattern was formed in preparation for patterning the n-side electrode by a lift-off method using a photolithography method. Here, Ti (20 nm thickness) / Al (1500 nm thickness) as an n-side electrode was formed on the entire surface of the wafer by a vacuum deposition method, and unnecessary portions were removed in acetone by a lift-off method. Subsequently, heat treatment was then performed to complete the n-side electrode. The n-side electrode has an area larger than that of the n-side current injection region and does not overlap with the p-side electrode, so that flip chip bonding with metal solder is easy and heat dissipation is also achieved. Considered. The Al electrode is easily altered by a plasma process or the like and is etched by hydrofluoric acid or the like, but was not damaged at all because the n-side electrode was formed at the end of the device fabrication process.

次いで、基板剥離を実施する前準備として、支持体40として、表面にTi/Pt/Auの積層構造の金属配線(金属層41)が形成されたAlN基板を用意した。この支持体に、発光素子が作りこまれたウエハー(基板21)全体を、AuSnハンダを用いて接合した。接合時には、支持体40と発光素子が形成されたウエハー(基板21)を300℃に加熱してp側電極とn側電極が、それぞれ設計された支持体上の金属配線にAuSnハンダで融着されるようにした。この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。   Next, as a preparation for carrying out substrate peeling, an AlN substrate having a Ti / Pt / Au laminated metal wiring (metal layer 41) on the surface was prepared as a support 40. The entire wafer (substrate 21) on which the light-emitting element was formed was bonded to this support using AuSn solder. At the time of bonding, the wafer (substrate 21) on which the support 40 and the light emitting elements are formed is heated to 300 ° C., and the p-side electrode and the n-side electrode are fused to the designed metal wiring on the support by AuSn solder. It was made to be. At this time, an unintended short circuit or the like of the element did not occur.

次に、基板剥離を実施するために、KrFエキシマレーザ(248nm)から出射されたレーザ光を、薄膜結晶成長を実施していない基板21面から照射し、基板を剥離した(レーザディボンディング)。この後に、GaNバッファ層の一部が窒素と金属Gaに分解されることで発生したGa金属をウェットエッチングによって除去した。   Next, in order to perform substrate peeling, laser light emitted from a KrF excimer laser (248 nm) was irradiated from the surface of the substrate 21 on which thin film crystal growth was not performed, and the substrate was peeled off (laser debonding). Thereafter, Ga metal generated by part of the GaN buffer layer being decomposed into nitrogen and metal Ga was removed by wet etching.

最後に、1つ1つの発光素子を分割するために、ダイシングソーを用いて、支持体内分離領域部分とウエハー内の装置間分離溝を同時にカットした。ここで、支持体内素子分離領域には、金属配線等が存在しなかったことから意図しない配線の剥離等は発生しなかった。このようにして、図16に示す化合物半導体発光素子を完成させた。   Finally, in order to divide each light emitting element one by one, a dicing saw was used to simultaneously cut the support body separation region and the inter-device separation groove in the wafer. Here, since there was no metal wiring or the like in the element isolation region in the support body, unintentional peeling of the wiring did not occur. Thus, the compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 16 was completed.

第1の態様の発光素子の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the light emitting element of a 1st aspect. 第1の態様の発光素子の位置関係を示すための図である。It is a figure for showing the positional relationship of the light emitting element of the 1st mode. 第1の態様の発光素子の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the light emitting element of a 1st aspect. 第2の態様の発光素子の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the light emitting element of a 2nd aspect. 第2の態様の発光素子の位置関係を示すための図である。It is a figure for showing the positional relationship of the light emitting element of the 2nd mode. 第1の態様の発光素子の完成前の構造の1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure before completion of the light emitting element of a 1st aspect. 第2の態様の発光素子の完成前の構造の1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure before completion of the light emitting element of a 2nd aspect. 本発明の態様の発光素子の位置関係を示すための図である。It is a figure for showing the positional relationship of the light emitting element of the aspect of this invention. 活性層構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows an active layer structure typically. 製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one example of a manufacturing method. 製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one example of a manufacturing method. 製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one example of a manufacturing method. 製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one example of a manufacturing method. 製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one example of a manufacturing method. 製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one example of a manufacturing method. 製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one example of a manufacturing method. 製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one example of a manufacturing method. 実施例1で製造した発光素子を示す図である。2 is a view showing a light emitting device manufactured in Example 1. FIG. 実施例2で製造した発光素子を示す図である。6 is a view showing a light emitting device manufactured in Example 2. FIG. 従来の発光素子を示す図である。It is a figure which shows the conventional light emitting element. 従来の発光素子を示す図である。It is a figure which shows the conventional light emitting element. 本発明の発光素子の製造方法の1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one Embodiment of the manufacturing method of the light emitting element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 発光素子
13 装置間分離溝
14 スクライブ領域
15 絶縁層非形成部分
22 バッファ層
22a 第1のバッファ層
22b 第2のバッファ層
24 第一導電型クラッド層
24a 第一導電型第一クラッド層
24b 第一導電型第二クラッド層
24c 第一導電型(n型)コンタクト層
25 活性層構造
26 第二導電型クラッド層
26a 第二導電型第一クラッド層
26b 第二導電型第二クラッド層
26c 第二導電型(p型)コンタクト層
27 第二導電型側電極
28 第一導電型側電極
30 絶縁層
35 第二電流注入領域
36 第一電流注入領域
37 第二導電型側電極の露出面
40 支持体
41 金属層
42 金属ハンダ
45 低反射光学膜
47 支持体内の分離領域
50b 光取り出し面
51 第一エッチングマスク(SiN等)
52 第二エッチングマスク(金属フッ化物マスク)
55 端部段差面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light emitting element 13 Device separation groove 14 Scribe area | region 15 Insulating layer non-formation part 22 Buffer layer 22a 1st buffer layer 22b 2nd buffer layer 24 1st conductivity type cladding layer 24a 1st conductivity type 1st cladding layer 24b 1st One conductivity type second cladding layer 24c First conductivity type (n-type) contact layer 25 Active layer structure 26 Second conductivity type cladding layer 26a Second conductivity type first cladding layer 26b Second conductivity type second cladding layer 26c Second Conductive type (p-type) contact layer 27 Second conductive type side electrode 28 First conductive type side electrode 30 Insulating layer 35 Second current injection region 36 First current injection region 37 Exposed surface 40 of second conductive type side electrode Support 41 Metal layer 42 Metal solder 45 Low reflection optical film 47 Separation region 50b in support body Light extraction surface 51 First etching mask (SiN x, etc.)
52 Second etching mask (metal fluoride mask)
55 End step surface

Claims (27)

バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、主たる光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記主たる光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の主たる光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の主たる光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b)前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも主たる光取り出し方向部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有すること
を特徴とする化合物半導体発光素子。
A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the main light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the side opposite to the main light extraction direction;
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are connected and have a support for supporting the light emitting element;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a main light extraction direction side of the first conductive type side electrode And a part of the second conductivity type side electrode opposite to the main light extraction direction, and (b) against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) When a part of the buffer layer constitutes a receding side wall surface and has a shape that forms an end step surface with the non-backed side wall surface of the buffer layer that has not receded. At least an insulating layer formed from a position away from the end of the light emitting element, or (ii) when the buffer layer forms a receding side wall surface and has no end step surface, A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer that covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed at least in a main light extraction direction portion of the buffer layer.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状であり、
前記バッファ層の少なくとも主たる光取り出し方向部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする請求項1記載の発光素子。
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(Ii) The buffer layers together form a receding side wall surface and have no end step surface,
2. The light emitting device according to claim 1, further comprising an insulating layer that covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed in at least a main light extraction direction portion of the buffer layer.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁層が、前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていないことを特徴とする請求項1記載の発光素子。
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
The light emitting device according to claim 1, wherein the insulating layer covers at least a part of the receding side wall surface of the buffer layer, but is not formed on the end step surface.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁層が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の側壁後退面と一致する面を被覆していることを特徴とする請求項1記載の発光素子。
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
2. The insulating layer covers a surface that coincides with a side wall receding surface of the first conductivity type semiconductor layer on the end step surface from a position away from the light emitting element end. Light emitting element.
前記バッファ層のうち、側壁面が前記絶縁層で被覆されていない部分を構成する層は、アンドープ型であることを特徴とする請求項4記載の発光素子。   5. The light emitting device according to claim 4, wherein a layer constituting a portion of the buffer layer whose side wall surface is not covered with the insulating layer is an undoped type. 前記第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L1wが5μm以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の発光素子。 The light emission according to any one of claims 1 to 5, wherein the width L1w of the narrowest portion among the widths of the portions where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is 5 µm or more. element. 前記第二導電型側電極が前記絶縁層で覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L2wが15μm以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の発光素子。 The width L2w of the narrowest part among the width | variety of the part with which the said 2nd conductivity type side electrode is covered with the said insulating layer is 15 micrometers or more, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. Light emitting element. 前記L2wが100μm以上であることを特徴とする請求項7記載の発光素子。 The light emitting device according to claim 7, wherein L 2w is 100 μm or more. 前記第一導電型側電極が、Ti、Al、Ag、Moおよびそれらの2種以上の組み合わせからなる群より選ばれる元素を含む材料からなる層を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の発光素子。   The first conductivity type side electrode includes a layer made of a material containing an element selected from the group consisting of Ti, Al, Ag, Mo, and a combination of two or more thereof. The light emitting element in any one. 前記第二導電型側電極が、Ni、Pt、Pd、Mo、Auおよびそれらの2種以上の組み合わせからなる群より選ばれる元素を含む材料からなる層を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の発光素子。   The second conductivity type side electrode includes a layer made of a material containing an element selected from the group consisting of Ni, Pt, Pd, Mo, Au, and combinations of two or more thereof. The light emitting device according to any one of 9. 前記絶縁層が、SiO、AlO、TiO、TaO、HfO、ZrO、SiN、AlN、AlF、BaF、CaF、SrFおよびMgFからなる群より選ばれる材料の単層であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の発光素子。 The insulating layer is a material selected from the group consisting of SiO x , AlO x , TiO x , TaO x , HfO x , ZrO x , SiN x , AlN x , AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x. The light-emitting element according to claim 1, wherein the light-emitting element is a single layer. 前記絶縁層が複数の層からなる誘電体多層膜であることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の発光素子。   The light-emitting element according to claim 1, wherein the insulating layer is a dielectric multilayer film composed of a plurality of layers. 前記絶縁層を構成する層の少なくとも1つが、フッ化物を含む材料からなることを特徴とする請求項12記載の発光素子。   The light emitting element according to claim 12, wherein at least one of the layers constituting the insulating layer is made of a material containing fluoride. 前記フッ化物が、AlF、BaF、CaF、SrFおよびMgFからなる群より選ばれることを特徴とする請求項13記載の発光素子。 It said fluoride, AlF x, BaF x, CaF x, the light emitting device of claim 13 wherein the selected from the group consisting of SrF x and MgF x. 前記第一導電型半導体層側から前記バッファ層へ垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記バッファ層で反射される反射率をR2で表し、前記絶縁層に前記第二導電型半導体層側から垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記絶縁層で反射される反射率をR12、前記絶縁層に第一導電型半導体層側から垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記絶縁層で反射される反射率をR11、前記絶縁層に前記活性層構造側から垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記絶縁層で反射される反射率をR1qでそれぞれ表したとき、
(式1) R2<R12
(式2) R2<R11
(式3) R2<R1q
のすべての条件を満たすように、前記絶縁層が構成されていることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の発光素子。
The reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the buffer layer from the first conductive semiconductor layer side is reflected by the buffer layer is represented by R2, and the second conductive semiconductor layer is formed on the insulating layer. R12 is a reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident from the side is reflected by the insulating layer, and the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the insulating layer from the first conductive semiconductor layer side is R12. When the reflectance reflected by the insulating layer is represented by R11, and the reflectance by which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the insulating layer from the active layer structure side is reflected by the insulating layer is represented by R1q. ,
(Formula 1) R2 <R12
(Formula 2) R2 <R11
(Formula 3) R2 <R1q
The light-emitting element according to claim 1, wherein the insulating layer is configured to satisfy all of the conditions.
前記薄膜結晶層が、サファイア、SiC、GaN、LiGaO、ZnO、ScAlMgO、NdGaO、およびMgOからなる群より選ばれる基板上に成膜されて形成されたことを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の発光素子。 The thin film crystal layer is formed by being formed on a substrate selected from the group consisting of sapphire, SiC, GaN, LiGaO 2 , ZnO, ScAlMgO 4 , NdGaO 3 , and MgO. The light emitting device according to any one of 15. 前記化合物半導体薄膜結晶層は、V族として窒素原子を含むIII−V族化合物半導体からなり、前記第一導電型クラッド層、前記活性層構造および第二導電型クラッド層中に、In、GaおよびAlからなる群より選ばれる元素が含まれることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の発光素子。   The compound semiconductor thin film crystal layer is made of a III-V group compound semiconductor containing a nitrogen atom as a group V. In the first conductivity type cladding layer, the active layer structure and the second conductivity type cladding layer, In, Ga and The light-emitting element according to claim 1, comprising an element selected from the group consisting of Al. 前記活性層構造が、量子井戸層とバリア層からなり、バリア層の数をB、量子井戸層の数をWで表したとき、BとWが、
B=W+1
を満たすことを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の発光素子。
When the active layer structure is composed of a quantum well layer and a barrier layer, the number of barrier layers is represented by B, and the number of quantum well layers is represented by W.
B = W + 1
The light-emitting element according to claim 1, wherein:
第一導電型がn型であり、第二導電型がp型であることを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 1, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、ハンダによって金属層を有する支持体に接合されていることを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 1, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are bonded to a support having a metal layer by solder. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極と、前記支持体の金属層との接合が、金属ハンダのみ、または金属ハンダと金属バンプによってなされていることを特徴とする請求項20記載の発光素子。   21. The bonding between the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode and the metal layer of the support is made of only metal solder, or metal solder and metal bumps. The light emitting element of description. 前記支持体の母材が、金属、AlN、Al、Si、ガラス、SiC、ダイヤモンド、BNおよびCuWからなる群より選ばれることを特徴とする請求項20または21記載の発光素子。 The base material of the support, a metal, AlN, Al 2 O 3, Si, glass, SiC, diamond, light emitting device according to claim 20 or 21, wherein the selected from the group consisting of BN and CuW. 前記支持体の発光素子間の分離領域に、金属層が形成されていないことを特徴とする請求項20〜22のいずれかに記載の発光素子。   23. The light emitting device according to claim 20, wherein a metal layer is not formed in a separation region between the light emitting devices of the support. 前記基板の光取り出し側の表面が平坦でないことを特徴とする請求項2記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 2, wherein a surface of the substrate on the light extraction side is not flat. 前記バッファ層の光取り出し側の表面が平坦でないことを特徴とする請求項3記載の発光素子。   4. The light emitting device according to claim 3, wherein a surface of the buffer layer on a light extraction side is not flat. 前記バッファ層から基板側に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が基板で反射される反射率をR3、前記基板から光取り出し側の空間に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が空間との界面で反射される反射率をR4で表したとき、
R4<R3
を満たすように前記基板の光取り出し側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする請求項2記載の発光素子。
R3 is the reflectance at which the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the substrate side from the buffer layer is reflected by the substrate, and the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the light extraction side space from the substrate. When the reflectance reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
The light emitting device according to claim 2, wherein a low reflection optical film is provided on the light extraction side of the substrate so as to satisfy the above.
前記第一導電型半導体層からバッファ層側に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光がバッファ層で反射される反射率をR3、前記バッファ層から光取り出し側の空間に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が空間との界面で反射される反射率をR4で表したとき、
R4<R3
を満たすように前記バッファ層の光取り出し側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする請求項3記載の発光素子。
R3 is a reflectance at which the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the buffer layer side from the first conductive type semiconductor layer is reflected by the buffer layer, and the light emission that is perpendicularly incident on the light extraction side space from the buffer layer When the reflectance at which the light having the emission wavelength of the element is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
4. The light emitting device according to claim 3, wherein a low reflection optical film is provided on the light extraction side of the buffer layer so as to satisfy the above condition.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010056323A (en) * 2008-08-28 2010-03-11 Toshiba Corp Method for manufacturing semiconductor light-emitting device, and semiconductor light-emitting device
JP2010056322A (en) * 2008-08-28 2010-03-11 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element and manufacturing method thereof
JP2010062274A (en) * 2008-09-03 2010-03-18 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element and its manufacturing method
JP2013062555A (en) * 2013-01-10 2013-04-04 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element and semiconductor light-emitting device
JP2013102192A (en) * 2013-01-10 2013-05-23 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same
JP2013528325A (en) * 2010-06-07 2013-07-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Passivation of semiconductor light emitting devices
US8963177B2 (en) 2009-09-01 2015-02-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device
KR20190042092A (en) * 2016-09-10 2019-04-23 엘지이노텍 주식회사 Semiconductor device
WO2022092895A1 (en) * 2020-10-29 2022-05-05 웨이브로드 주식회사 Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing same
KR20220057129A (en) * 2020-10-29 2022-05-09 웨이브로드 주식회사 Light emitting device and method of manufacturing the same

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9070837B2 (en) 2008-08-28 2015-06-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing same
JP2010056322A (en) * 2008-08-28 2010-03-11 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element and manufacturing method thereof
US8338844B2 (en) 2008-08-28 2012-12-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting apparatus having stacked reflective dielectric films
JP2010056323A (en) * 2008-08-28 2010-03-11 Toshiba Corp Method for manufacturing semiconductor light-emitting device, and semiconductor light-emitting device
US9130106B2 (en) 2008-08-28 2015-09-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor light emitting apparatus by mounting semiconductor light emitting device having stacked dielectric films having different refractive indexes on mounting member
US8890193B2 (en) 2008-08-28 2014-11-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting apparatus having stacked reflective dielectric films
JP2010062274A (en) * 2008-09-03 2010-03-18 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element and its manufacturing method
US9093614B2 (en) 2009-09-01 2015-07-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device
US8963177B2 (en) 2009-09-01 2015-02-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device
JP2016174179A (en) * 2010-06-07 2016-09-29 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. Passivation for semiconductor light emitting device
JP2019117956A (en) * 2010-06-07 2019-07-18 ルミレッズ ホールディング ベーフェー Passivation for semiconductor light emitting device
US11658273B2 (en) 2010-06-07 2023-05-23 Lumileds Llc Passivation for a semiconductor light emitting device
US10873013B2 (en) 2010-06-07 2020-12-22 Lumileds Llc Passivation for a semiconductor light emitting device
US10134964B2 (en) 2010-06-07 2018-11-20 Lumileds Llc Passivation for a semiconductor light emitting device
US10134965B2 (en) 2010-06-07 2018-11-20 Lumileds Llc Passivation for a semiconductor light emitting device
JP2013528325A (en) * 2010-06-07 2013-07-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Passivation of semiconductor light emitting devices
JP2013062555A (en) * 2013-01-10 2013-04-04 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element and semiconductor light-emitting device
JP2013102192A (en) * 2013-01-10 2013-05-23 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same
KR20190042092A (en) * 2016-09-10 2019-04-23 엘지이노텍 주식회사 Semiconductor device
KR102524303B1 (en) 2016-09-10 2023-04-24 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 semiconductor device
US11961943B2 (en) 2016-09-10 2024-04-16 Suzhou Lekin Semiconductor Co., Ltd. Light emitting semiconductor device for enhancing light extraction efficiency
WO2022092895A1 (en) * 2020-10-29 2022-05-05 웨이브로드 주식회사 Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing same
KR20220057129A (en) * 2020-10-29 2022-05-09 웨이브로드 주식회사 Light emitting device and method of manufacturing the same
KR102544673B1 (en) 2020-10-29 2023-06-20 웨이브로드 주식회사 Light emitting device and method of manufacturing the same

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