JP2007329465A - Method of manufacturing semiconductor light-emitting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a flip-chip mounting semiconductor light-emitting device which can emit blue or ultraviolet light with high power and high efficiency, and has a high luminance uniformity at a light extracting surface. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the light-emitting device includes: (a) a step of forming a buffer layer, a light uniforming layer, and a thin-film crystal layer; (c) a step of forming a second conductive side electrode; (d) a step of exposing one part of a first conductive semiconductor layer; (e) a step of forming an inter-apparatus separating trenches by executing etching from a surface to (i) one part of the light uniforming layer, (ii) one part of the buffer layer, or (iii) the substrate; (f) a step of forming an insulating layer on the overall surface; (g) a step of removing the insulating layer of a trench center region of the substrate surface in the inter-apparatus separating trenches; (h) a step of forming a first current injection region on the surface of the first conductive semiconductor layer; (i) a step of exposing one part of the second conductive side electrode on the surface of the second conductive side electrode; and (j) a step of forming a first conductive side electrode so as to contact the first current injection region. <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 ensure the resistance against 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19(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19(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19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19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19(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, dry etching is performed on the p-type layer 103 and part of the n-type layer 102 by 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, and the light emitting device of FIG. 19 is completed. 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.19 (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。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。 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. This problem is exactly the same in the element of Patent Document 2.

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。   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.

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20参照)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 a small LED element, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-17757 (Patent Document 3) discloses a flip chip type element structure (see FIG. 20) mainly for increasing the area of a p-side electrode and an 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20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. 20, 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。   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.

また、以上のような問題点は別に、素子の光取り出し面を一つの発光面として見たとき、活性層を除いて形成した電極部によって暗部が存在し、さらに活性層での電流注入のムラが発生している場合に、光取り出し面で明るさのムラが生じることがある。ムラは、素子を大きくするほど目立ってくる。次世代の照明デバイスとして利用するには、暗部の存在およびムラの発生は好ましくない。
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
In addition to the above problems, when the light extraction surface of the device is viewed as one light emitting surface, there is a dark portion due to the electrode portion formed excluding the active layer, and uneven current injection in the active layer. When this occurs, brightness unevenness may occur on the light extraction surface. Unevenness becomes more noticeable as the element becomes larger. For use as a next-generation lighting device, the presence of dark portions and the occurrence of unevenness are not preferable.
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。さらに、発光面の均一性の向上も求められていた。   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. Furthermore, improvement in the uniformity of the light emitting surface has also been demanded.

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、さらに光取り出し面での明るさの均一性が高いフリップチップマウント型の半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a method for manufacturing a flip-chip mount type semiconductor light emitting device that is a light emitting device capable of emitting blue or ultraviolet light and has high output, high efficiency, and high brightness uniformity on a light extraction surface. For the purpose.

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

1. (a)基板上に、バッファ層および光均一化層をこの順に成膜する工程(a)と、
(b)少なくとも、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有する薄膜結晶層を前記基板側からこの順に成膜する工程(b)と、
(c)前記第二導電型半導体層の表面に第二導電型側電極を形成する工程(c)と、
(d)前記第二導電型側電極が形成されていない箇所の一部をエッチングして、前記第一導電型半導体層の一部を露出させる第一エッチング工程(d)と、
(e)隣接する発光素子を分離する装置間分離溝を形成するために、前記第二導電型側電極が形成されていない箇所の一部を、表面から、(i)前記光均一化層の少なくとも一部を除去するまで、(ii)前記バッファ層の少なくとも一部を除去するまで、または(iii)少なくとも前記基板に達するまでの深さでエッチングを行って前記装置間分離溝を形成する第二エッチング工程(e)と、
(f)前記第二導電型側電極、前記第一エッチング工程によって露出した第一導電型半導体層および前記装置間分離溝内を含む全面に絶縁層を形成する工程(f)と、
(g)前記装置間分離溝内の少なくとも溝底面の溝中央を含む領域の絶縁層を除去する工程(g)と、
(h)前記第一導電型半導体層面上に形成された絶縁層の一部を除去し、第一電流注入領域となる開口を形成する工程(h)と、
(i)前記第二導電型側電極の表面に形成された絶縁層の一部を除去し、前記第二導電型側電極の一部を露出させる工程(i)と、
(j)前記工程(h)で開口された第一電流注入領域に接して第一導電型側電極を形成する工程(j)と
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
1. (A) a step (a) of forming a buffer layer and a light uniformizing layer in this order on a substrate;
(B) At least a first conductive type semiconductor layer including a first conductive type cladding layer, an active layer structure, and a thin film crystal layer having a second conductive type semiconductor layer including a second conductive type cladding layer from the substrate side. A step (b) of sequentially forming a film;
(C) a step (c) of forming a second conductivity type side electrode on the surface of the second conductivity type semiconductor layer;
(D) a first etching step (d) in which a part of the portion where the second conductivity type side electrode is not formed is etched to expose a part of the first conductivity type semiconductor layer;
(E) In order to form an inter-device separation groove for separating adjacent light emitting elements, a part of the portion where the second conductivity type side electrode is not formed is separated from the surface, (i) the light uniformizing layer Etching is performed at a depth until at least a portion is removed, (ii) at least a portion of the buffer layer is removed, or (iii) at least reaches the substrate. Two etching steps (e);
(F) a step (f) of forming an insulating layer on the entire surface including the second conductivity type side electrode, the first conductivity type semiconductor layer exposed by the first etching step, and the inside of the inter-device isolation trench;
(G) removing an insulating layer in a region including at least the groove center of the groove bottom surface in the inter-device separation groove;
(H) removing a part of the insulating layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer and forming an opening to be a first current injection region;
(I) removing a part of the insulating layer formed on the surface of the second conductivity type side electrode and exposing a part of the second conductivity type side electrode;
(J) A method of manufacturing a light emitting device, comprising: a step (j) of forming a first conductivity type side electrode in contact with the first current injection region opened in the step (h).

2. 前記工程(g)において、前記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、前記溝底面上の溝中央を含む領域の絶縁層のみを除去することを特徴とする上記1記載の方法。   2. In the step (g), only the insulating layer in the region including the groove center on the groove bottom surface is removed while leaving the insulating layer formed on the sidewall of the inter-device separation groove. The method described.

3. 前記工程(g)において、前記装置間分離溝内の前記溝底面に形成された絶縁層のすべてと、前記装置間分離溝内の側壁の少なくとも前記溝底面側の部分に形成された絶縁層を除去することを特徴とする上記1記載の方法。   3. In the step (g), all of the insulating layer formed on the bottom surface of the groove in the inter-device separation groove and the insulating layer formed on at least a portion of the side wall in the inter-device separation groove on the groove bottom surface side. 2. The method according to 1 above, which is removed.

4. 前記絶縁層が除去されて露出する面を構成する層は、アンドープ型であることを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の方法。   4). 4. The method according to any one of the above items 1 to 3, wherein the layer constituting the surface exposed by removing the insulating layer is an undoped type.

5. 前記工程(j)の後に、
前記装置間分離溝で、前記基板を素子分離する工程と、
前記第一導電型側電極および第二導電型側電極を、サブマウント上の金属層に接合する工程と
をさらに有することを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の方法。
5). After step (j)
Isolating the substrate in the inter-device separation groove;
The method according to any one of the above items 1 to 4, further comprising the step of joining the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode to a metal layer on a submount.

6. 前記工程(j)の後に、
前記第一導電型側電極および第二導電型側電極を、支持体上の金属層に接合して支持体に搭載する工程と、
前記基板を除去する工程と、
前記支持体を分割して素子分離する工程と
をさらに有することを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の方法。
6). After step (j)
Bonding the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode to the metal layer on the support and mounting the support on the support; and
Removing the substrate;
The method according to any one of 1 to 4 above, further comprising a step of dividing the support to separate elements.

7. 前記バッファ層および光均一化層が、前記薄膜結晶層の一部として、前記第一導電型半導体層の形成に先立って行われることを特徴とする上記1〜6のいずれかに記載の方法。   7). 7. The method according to any one of 1 to 6 above, wherein the buffer layer and the light uniformizing layer are performed as a part of the thin film crystal layer prior to the formation of the first conductivity type semiconductor layer.

8. 発光波長における前記基板の平均屈折率をnsb、前記光均一化層の平均屈折率をnoc、前記第一導電型半導体層の平均屈折率をnで表したとき、
sb<noc および n<noc
の関係を満たすことを特徴とする上記1〜7のいずれかに記載の方法。
8). When the average refractive index of the substrate at the emission wavelength is expressed as n sb , the average refractive index of the light uniformizing layer is expressed as n oc , and the average refractive index of the first conductive semiconductor layer is expressed as n 1 ,
n sb <n oc and n 1 <n oc
The method according to any one of 1 to 7 above, wherein the relationship is satisfied.

9. 前記発光素子の発光波長をλ(nm)、発光波長における前記基板の平均屈折率をnsb、前記光均一化層の平均屈折率をnoc、前記光均一化層の物理的厚みをtoc(nm)とし、前記光均一化層と前記基板の比屈折率差Δ(oc−sb)
Δ(oc−sb)≡((noc)−(nsb))/(2×(noc)
と定義したときに、
(√(2×Δ(oc−sb))×noc×π×toc)/λ ≧ π/2
を満たすようにtocが選択されていることを特徴とする上記1〜8のいずれかに記載の方法。
9. The light emitting wavelength of the light emitting element is λ (nm), the average refractive index of the substrate at the light emitting wavelength is n sb , the average refractive index of the light uniformizing layer is no oc , and the physical thickness of the light uniformizing layer is toc (Nm), and the relative refractive index difference Δ (oc−sb) between the light homogenization layer and the substrate is Δ (oc−sb) ≡ ((n oc ) 2 − (n sb ) 2 ) / (2 × ( noc ) 2 )
Defined as
(√ (2 × Δ (oc−sb) ) × n oc × π × t oc ) / λ ≧ π / 2
9. The method according to any one of 1 to 8 above, wherein t oc is selected so as to satisfy

10. 前記発光素子の発光波長をλ(nm)、前記光均一化層の発光波長における平均屈折率をnoc、第一導電型半導体層の発光波長における平均屈折率をn、前記光均一化層の物理的厚みをtoc(nm)とし、光均一化層と第一導電型半導体層の比屈折率差Δ(oc−1)
Δ(oc−1)≡((noc)−(n))/(2×(noc)
と定義したとき、
(√(2×Δ(oc−1))×noc×π×toc)/λ ≧ π/2
を満たすようにtocを選択することを特徴とする上記1〜9のいずれかに記載の方法。
10. The emission wavelength of the light emitting element is λ (nm), the average refractive index at the emission wavelength of the light homogenizing layer is n oc , the average refractive index at the emission wavelength of the first conductivity type semiconductor layer is n 1 , and the light homogenizing layer. the physical thickness and t oc (nm), the relative refractive index difference of the light uniformizing layer and the first conductivity type semiconductor layer delta a (oc-1) Δ (oc -1) ≡ ((n oc) 2 - ( n 1 ) 2 ) / (2 × (n oc ) 2 )
When defined as
(√ (2 × Δ (oc−1) ) × n oc × π × t oc ) / λ ≧ π / 2
10. The method according to any one of 1 to 9 above, wherein t oc is selected so as to satisfy

11. 前記光均一化層全体の比抵抗ρoc(Ω・cm)が、
0.5 ≦ρoc
の関係を満たす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 specific resistance ρ oc (Ω · cm) of the entire light homogenizing layer is
0.5 ≦ ρ oc
The light-emitting element according to any one of 1 to 10 above, wherein:

12. 前記光均一化層を複数の層として積層することを特徴とする上記1〜11のいずれかに記載の方法。   12 12. The method according to any one of 1 to 11 above, wherein the light homogenizing layer is laminated as a plurality of layers.

13. 前記工程(j)において、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以上となるように前記第一導電型側電極を形成することを特徴とする上記1〜12のいずれかに記載の方法。 13. In the step (j), the first conductivity type side electrode is adjusted such that the width L1w of the narrowest portion of the portion where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is 5 μm or more. 13. The method according to any one of 1 to 12 above, which is formed.

14. 前記工程(i)において、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以上となるように前記第二導電型側電極の一部を露出させることを特徴とする上記1〜13のいずれかに記載の方法。 14 In the step (i), among the widths of the portion where the second conductivity type side electrode is covered with the insulating layer, the width L 2w of the narrowest portion is not less than 15 μm. 14. The method according to any one of 1 to 13, wherein a part of the electrode is exposed.

15. 前記L2wが30μm以上であることを特徴とする上記14記載の方法。 15. 15. The method according to 14 above, wherein the L 2w is 30 μm or more.

16. 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1〜15のいずれかに記載の方法。   16. Any one of the above 1 to 15, 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. The method of crab.

17. 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1〜16のいずれかに記載の方法。   17. Said 1-16, wherein said 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 method in any one of.

18. 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1〜17のいずれかに記載の方法。 18. 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 method according to any one of 1 to 17 above, wherein the method is a single layer.

19. 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1〜18のいずれかに記載の方法。   19. 19. The method according to any one of 1 to 18 above, wherein the insulating layer is a dielectric multilayer film composed of a plurality of layers.

20. 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19記載の方法。   20. 20. The method according to 19 above, wherein at least one of the layers constituting the insulating layer is made of a material containing fluoride.

21. 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20記載の方法。 21. It said fluoride, AlF x, BaF x, CaF x, the method of the 20, wherein the selected from the group consisting of SrF x and MgF x.

22. 前記第一導電型半導体層側から前記光均一化層へ垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記光均一化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1〜21のいずれかに記載の方法。
22. The reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the light homogenizing layer from the first conductivity type semiconductor layer side is reflected by the light homogenizing layer is represented by R2, and the second insulating layer is formed on the insulating layer. The reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident from the conductive semiconductor layer side is reflected by the insulating layer is R12, and the light emission of the light emitting element perpendicularly incident on the insulating layer from the first conductive semiconductor layer side is R12. The reflectance at which light having a wavelength is reflected by the insulating layer is R11, and the reflectance at which light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the insulating layer from the active layer structure side is reflected by the insulating layer is R1q. When represented,
(Formula 1) R2 <R12
(Formula 2) R2 <R11
(Formula 3) R2 <R1q
The method according to any one of the above items 1 to 21, wherein the insulating layer is configured to satisfy all of the above conditions.

23. 前記薄膜結晶層を、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して形成することを特徴とする上記1〜22のいずれかに記載の方法。 23. Any of the above items 1 to 22, 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 method of crab.

24. 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1〜23のいずれかに記載の方法。   24. 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 24. The method according to any one of 1 to 23 above, wherein an element selected from the group consisting of Al is contained.

25. 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1〜24のいずれかに記載の方法。
25. 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 method according to any one of 1 to 24, wherein:

26. 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1〜25のいずれかに記載の方法。   26. 26. The method according to any one of 1 to 25 above, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.

27. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を、ハンダによって金属層を有するサブマウントに接合することを特徴とする上記5記載の方法。   27. 6. The method according to claim 5, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are joined to a submount having a metal layer by soldering.

28. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を、ハンダによって前記金属層を有する支持体に接合することを特徴とする上記6記載の方法。   28. 7. The method according to claim 6, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are joined to a support having the metal layer by soldering.

29. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極と、前記サブマウントまたは支持体の金属層との接合を、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行うことを特徴とする上記27または28記載の方法。   29. 27. The bonding of the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode and the metal layer of the submount or the support is performed only by metal solder or metal solder and metal bumps. Or the method according to 28.

30. 前記サブマウントまたは支持体の母材が、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27〜29のいずれかに記載の方法。 30. The sub-mount or support base material of a metal, AlN, Al 2 O 3, Si, glass, SiC, diamond, to any of the above 27 to 29, characterized in that it is selected from the group consisting of BN and CuW The method described.

31. 前記サブマウントまたは支持体の発光素子間の分離部分に、金属層が形成されていないことを特徴とする上記27〜30のいずれかに記載の方法。   31. 31. The method according to any one of 27 to 30 above, wherein a metal layer is not formed at a separation portion between the light emitting elements of the submount or the support.

32. 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5記載の方法。   32. 6. The method according to 5 above, wherein the surface on the light extraction side of the substrate is not flat.

33. 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6記載の方法。   33. 7. The method according to 6 above, wherein the light extraction side surface of the buffer layer is not flat.

34. 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5記載の方法。
34. 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
6. The method according to 5 above, wherein a low reflection optical film is provided on the light extraction side of the substrate so as to satisfy the above condition.

35. 前記光均一化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6記載の方法。
35. R3 is a reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the buffer layer side from the light uniformizing layer is reflected by the buffer layer, and the light emitting element that is perpendicularly incident on the light extraction side space from the buffer layer. When the reflectance at which the light of the emission wavelength is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
7. The method according to 6 above, wherein a low reflection optical film is provided on the light extraction side of the buffer layer so as to satisfy the above condition.

36. 前記基板がGaNであり、前記バッファ層のすべてを900℃以上の温度にてGaNで形成することを特徴とする上記1〜35のいずれかに記載の方法。   36. 36. The method according to any one of items 1 to 35, wherein the substrate is GaN, and all of the buffer layer is formed of GaN at a temperature of 900 ° C. or higher.

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、さらに光取り出し面での明るさの均一性が高いフリップチップマウント型の半導体発光素子の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a flip-chip mount type semiconductor light emitting device capable of emitting blue or ultraviolet light and having high output, high efficiency, and high brightness uniformity on a light extraction surface. Can be provided.

本発明の製造方法では、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を製造することができる。   In the manufacturing method of the present invention, since process damage in each step in the manufacturing process is eliminated, a highly reliable element can be manufactured without impairing the function of the light emitting element.

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.

〔本発明の実施形態の説明〕
図1A〜3Dに本発明により製造される代表的な化合物半導体発光素子(以下、単に発光素子という)の態様を示す。本発明の製造方法により製造される発光素子は、その製造方法に従い、少なくとも3つの点、即ち(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、(III)基板の有無、の3箇所で異なる形状を取り得る。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
1A to 3D show an embodiment of a typical compound semiconductor light emitting device (hereinafter simply referred to as a light emitting device) manufactured according to the present invention. The light emitting device manufactured by the manufacturing method of the present invention has at least three points according to the manufacturing method: (I) the step shape of the end of the light emitting device, (II) the shape of the insulating layer at the end of the light emitting device, III) Different shapes can be taken in three places, the presence or absence of a substrate.

(I)発光素子の端部の段差形状については、製造方法の工程(e)において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)光均一化層の途中まで、(ii)バッファ層の途中まで、(iii)基板面まで(またはそれより深く)、の3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。   (I) About the step shape of the edge part of a light emitting element, it divides roughly by the etching depth at the time of forming an inter-device isolation groove in process (e) of a manufacturing method, (i) to the middle of a light uniformization layer, There are three options: (ii) halfway through the buffer layer, (iii) up to the substrate surface (or deeper). 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)〜(iii)に対応して、(i)では、薄膜結晶層の後退側壁面に対して、光均一化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)の光均一化層の側壁は、非後退側壁面となり、光均一化層の端に端部段差面が存在する形状となる。同様に(ii)では、バッファ層の端に端部段差面が存在する形状となる。(iii)では、光均一化層およびバッファ層のどちらの側壁も、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)、完成素子に基板がある場合には基板が露出した部分が端部段差面となり、基板が存在しない場合に端部段差面は存在しない形状となる。尚、この端部段差面が存在しない場合でも、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 (iii) of the inter-device separation grooves, in (i), a part of the light uniformizing layer forms a receding side wall surface with respect to the receding side wall surface of the thin film crystal layer. The remaining (main light extraction direction side) side wall of the light homogenizing layer is a non-retreating side wall surface, and has an end step surface at the end of the light homogenizing layer. Similarly, in (ii), an end step surface exists at the end of the buffer layer. In (iii), both side walls of the light uniformizing layer and the buffer layer constitute receding side wall surfaces (because they become side wall surfaces of the inter-device separation trenches), so that the substrate is exposed when the finished device has a substrate. The end portion becomes an end step surface, and when the substrate does not exist, the end step surface does not exist. Even if this end step surface does not exist, the wall surface of the inter-device separation groove is receded compared to the element end surface when separated without forming the inter-device separation groove. It is referred to as “retreat side wall surface”.

(i)に対応するのは、図1B、図1D、図2B、図3Bである。(ii)に対応する形状は、図1C、図1E、図2C、図2D、図3C、図3Dである。(iii)に対応するのは、図1A、図2A、図3Aである。   FIG. 1B, FIG. 1D, FIG. 2B, and FIG. 3B correspond to (i). The shapes corresponding to (ii) are shown in FIGS. 1C, 1E, 2C, 2D, 3C, and 3D. FIG. 1A, FIG. 2A, and FIG. 3A correspond to (iii).

(II)発光素子端部の絶縁層の形状については、製造方法の工程(g)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1A、図1B、図1C、図1D、図1Eである。(ii)に対応するのは、図2A、図2B、図2C、図2D、図3A、図3B、図3C、図3Dである。   (II) Regarding the shape of the insulating layer at the end of the light emitting element, in the step (g) of the manufacturing method, (i) the center on the groove bottom surface remains with the insulating layer formed on the side wall of the inter-device separation groove remaining. (Ii) In addition to all of the insulating layer formed on the bottom surface of the groove, the insulating layer including part of the side wall in the groove may be removed. In the light emitting device manufactured as a result, there are two types: (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. 1A, FIG. 1B, FIG. 1C, FIG. 1D, and FIG. 1E correspond to (i). 2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, and 3D correspond to (ii).

(III)基板の有無については、製造プロセス中、主たる光取り出し側に(i)基板を残す場合と、(ii)基板を除去する場合の選択があり、その結果製造される発光素子において、(i)基板を有する形態と、(ii)基板が無い形態の2種類が存在する。基板を有する場合は発光波長に対して透明な基板が用いられる。(i)に対応するのは、図1A、図1B、図1C、図2A、図2B、図2C、図2Dである。(ii)に対応するのは、図1D、図1E、図3A、図3B、図3C、図3Dである。   (III) With regard to the presence or absence of the substrate, there are choices of (i) leaving the substrate on the main light extraction side during the manufacturing process and (ii) removing the substrate. There are two types: i) a form having a substrate and (ii) a form having no substrate. In the case of having a substrate, a substrate transparent to the emission wavelength is used. FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 1C, FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, and FIG. FIGS. 1D, 1E, 3A, 3B, 3C, and 3D correspond to (ii).

(I)、(II)および(III)の組み合わせ中、(I):(iii)光均一化層およびバッファ層のどちらにも段差がなく、(II):(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し、(III):(ii)基板を除去する、という形態は、基板面に絶縁層が付着している状態から基板を剥離等により除去することになるので、本発明では好ましくない形態である。   In the combination of (I), (II) and (III), (I): (iii) There is no step in either the light homogenizing layer or the buffer layer, and (II): (i) the side wall of the inter-device separation groove (III): (ii) The substrate is removed by removing only the insulating layer in the region including the center on the bottom surface of the groove while leaving the insulating layer formed on the substrate. Since the substrate is removed from the attached state by peeling or the like, it is not preferable in the present invention.

その他の点については、図1A〜図3D中のB部、C部において、絶縁層と各電極との位置関係等は、どの態様でも同じである。   About the other point, in the B part and C part in FIG. 1A-FIG. 3D, the positional relationship etc. of an insulating layer and each electrode are the same in any aspect.

本発明は、工程(a)〜工程(j)を有しており、その工程順を図4のフローチャートに示す。本発明では、工程(a)、(b)および(c)は、この順に実施する。工程(d)および(e)は、工程(c)の次に実施されるが、工程(d)および(e)の順番はどちらが先でもよい。その後、工程(f)を実施した後、工程(g)、(h)および(i)はどの順番で行ってもよいが、同時に行うことが好ましい。その後、工程(j)を実施する。その後、基板を除去する。   The present invention includes steps (a) to (j), and the order of the steps is shown in the flowchart of FIG. In the present invention, steps (a), (b) and (c) are performed in this order. Steps (d) and (e) are carried out after step (c), but the order of steps (d) and (e) may be either. Then, after implementing step (f), steps (g), (h) and (i) may be performed in any order, but are preferably performed simultaneously. Thereafter, step (j) is performed. Thereafter, the substrate is removed.

以下、代表的態様の製造方法を説明する。尚、各構成部材の材料については、まとめて後述する。   Hereinafter, the manufacturing method of a typical aspect is demonstrated. The material of each constituent member will be described later collectively.

<実施形態1>
実施形態1では、図1Aに示す発光素子の製造方法を説明する。
<Embodiment 1>
In Embodiment 1, a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 1A will be described.

工程(a)および工程(b):
図5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、光均一化層23、第一導電型半導体層として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として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。
Step (a) and step (b):
As shown in FIG. 5, first, a substrate 21 is prepared, and a buffer layer 22, a light uniformizing layer 23, a first conductivity type cladding layer 24 as a first conductivity type semiconductor layer, an active layer structure 25, and a second layer are provided on the surface. A second conductivity type cladding layer 26 is sequentially formed as a conductivity type semiconductor layer by thin film 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.

工程(c):
薄膜結晶層成長の後、図5に示すように、第二導電型側電極27を形成する。即ち、第二電流注入領域35(図9参照)に対する第二導電型側電極27の形成が、予定されている絶縁層30の形成(図8参照)よりも、また、第一電流注入領域36(図9参照)の形成よりも、さらには、第一導電型側電極28の形成(図10参照)よりも、早く実施される。これは、望ましい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。
Step (c):
After the thin film crystal layer growth, as shown in FIG. 5, the second conductivity type side electrode 27 is formed. That is, the formation of the second conductivity type side electrode 27 in the second current injection region 35 (see FIG. 9) is more effective than the planned formation of the insulating layer 30 (see FIG. 8). This is performed earlier than the formation of the first conductivity type side electrode 28 (see FIG. 10) than the formation of the formation (see FIG. 9). When the p-type electrode is formed after various processes are performed on the surface of the p-type cladding layer exposed on the surface when the second conductivity type is p-type as a desirable form, this is compared with GaN-based materials. This is because the hole concentration in the p-GaN clad layer with a low effective activation rate is lowered 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). The electrode exposed portion forming step, the first current injection region forming step, the first conductivity type side electrode forming step, etc.) are 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.

工程(d):
第二導電型側電極27を形成した後、図6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。
Step (d):
After forming the second conductivity type side electrode 27, as shown in FIG. 6, 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, 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.

工程(e):
次に図7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。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。尚、ここで、図1Aと異なる形態の発光素子を製造するために、装置間分離溝を光均一化層の途中まで形成し、他は実施形態1と同様に製造すると図1Bの発光素子が得られ、装置間分離溝をバッファ層の途中まで形成し、他は実施形態1と同様に製造すると図1Cの発光素子が得られる。この場合、溝底面が、光均一化層と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。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。
Step (e):
Next, as shown in FIG. 7, an inter-device separation groove 13 is formed by a second etching process. In this embodiment, the inter-device separation groove 13 is formed so as to reach the substrate 21. 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 the process of scribing, breaking, etc. 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 form an inter-device separation groove by etching part of a sapphire substrate (the same applies to other substrates such as GaN). Here, in order to manufacture a light emitting element having a form different from that of FIG. 1A, an inter-device separation groove is formed in the middle of the light uniformizing layer. When the inter-device separation groove is formed up to the middle of the buffer layer and the others are manufactured in the same manner as in Embodiment 1, the light-emitting element of FIG. 1C is obtained. In this case, the bottom surface of the groove is formed in the middle of the combined layer of the light uniformizing layer and 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. 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、光均一化層23およびバッファ層22をエッチングすることが必要なことから、3μm以上、例えば3μm〜7μm、3〜10μm、さらには5〜10μm、ときには10μmを超えることがある。   In the second etching step, it is necessary to etch the GaN-based material deeper than in the first etching step. In general, the sum of the layers etched by the first etching step is usually about 0.5 μm. However, in the second etching step, all of the first conductivity type cladding layer 24, the light uniformizing layer 23 and the buffer are formed. Since it is necessary to etch the layer 22, it may exceed 3 μm, for example 3 μm to 7 μm, 3 to 10 μm, even 5 to 10 μm, and sometimes 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 control 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 with respect to 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 such a situation. 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21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. 21, 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7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21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 either the first etching step or the second etching step may be performed first. 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. 21, 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 element 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.

工程(f):
第二エッチング工程の後には、図8に示すように、絶縁層30を、第二導電型側電極27、前記第一エッチング工程によって露出した第一導電型半導体層(第一導電型クラッド層24)および前記装置間分離溝13内を含む全面に絶縁層を形成する。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、詳細は後述するとおりである。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。
Step (f):
After the second etching step, as shown in FIG. 8, the insulating layer 30 is a second conductivity type side electrode 27, a first conductivity type semiconductor layer (first conductivity type cladding layer 24) exposed by the first etching step. And an insulating layer is formed on the entire surface including the inside of the inter-device separation groove 13. The insulating layer can be appropriately selected as long as it is a material that can ensure electrical insulation, and details will be described later. As a film forming method, a known method such as a plasma CVD method may be used.

工程(g)、工程(h)、工程(i):
次に、図9に示すように、工程(g)では、装置間分離溝13内の基板上の絶縁層30を除去してスクライブ領域14を形成する。工程(h)では、第一導電型クラッド層24上の絶縁層30の一部を除去し、第一電流注入領域36を形成する。また、工程(i)では、第二導電型側電極27上の絶縁層30の一部を除去して、第二導電型側電極露出部分37を形成する。好ましくは、工程(g)、(h)(i)は同時に実施される。
Step (g), step (h), step (i):
Next, as shown in FIG. 9, in the step (g), the insulating layer 30 on the substrate in the inter-device separation trench 13 is removed to form the scribe region 14. In the step (h), a part of the insulating layer 30 on the first conductivity type cladding layer 24 is removed, and the first current injection region 36 is formed. In step (i), a part of the insulating layer 30 on the second conductivity type side electrode 27 is removed to form a second conductivity type side electrode exposed portion 37. Preferably, steps (g), (h) and (i) are performed simultaneously.

実施形態1では、工程(g)において、基板21の表面に堆積した絶縁層30を全て除去するのではなく、溝中央部分のみを除去し、薄膜結晶層の側壁面側の基板表面に絶縁層を残したままにする。溝中央部分で絶縁層30が除去された部分は、スクライブ領域14として、素子分割に使用される。図9に示すように、スクライブ領域14の幅を2Lwsとすると、Lws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。従って、工程(g)で形成するスクライブ領域幅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。 In the first embodiment, in the step (g), not all the insulating layer 30 deposited on the surface of the substrate 21 is removed, but only the central portion of the groove is removed, and the insulating layer is formed on the substrate surface on the side wall surface side of the thin film crystal layer. Leave it on. A portion where the insulating layer 30 is removed at the central portion of the groove is used as a scribe region 14 for element division. As shown in FIG. 9, when the width of the scribe region 14 is 2L ws , L ws may be larger than 0 in the completed device, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more. Therefore, the scribe region width 2L ws formed in the step (g) 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.

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、薄膜結晶層の側壁面が後退して露出した基板面の全面を絶縁層が覆うのではなく、基板21の端からLwsだけ離れた位置より内側の基板面(溝底面=端部段差面)を覆っている(図9に示されたスクライブ領域14の幅の中央から分割された場合)。スクライブ領域を設けることで、後述する素子分割のときに、薄膜結晶層の側面から絶縁層の剥がれがないため、完成した発光素子は、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る。また、薄膜結晶層にダメージも入っていないため、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を形成することができる。 In the separated light emitting device, as shown in part A of FIG. 1A, the insulating layer does not cover the entire surface of the substrate surface exposed by retreating the side wall surface of the thin film crystal layer. It covers the substrate surface (groove bottom surface = end step surface) on the inner side from the position separated by ws (when divided from the center of the width of the scribe region 14 shown in FIG. 9). By providing a scribe region, the insulating layer does not peel off from the side surface of the thin film crystal layer when the element is split as described later, so that the completed light-emitting element is prevented from being unintentionally short-circuited even if the solder wraps around. The In addition, since the thin film crystal layer is not damaged, a highly reliable element can be formed without impairing the function of the light emitting element.

工程(h)では、第一導電型クラッド層24上の絶縁層30の一部を除去し、第一電流注入領域36を形成する。   In the step (h), a part of the insulating layer 30 on the first conductivity type cladding layer 24 is removed, and the first current injection region 36 is formed.

また、工程(i)における第二導電型側電極27上の絶縁層30の除去は、図9に示すように、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。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、および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。 Further, the removal of the insulating layer 30 on the second conductivity type side electrode 27 in the step (i) is performed so that the peripheral portion of the second conductivity type side electrode is covered with the insulating layer as shown in FIG. To do. 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. In order to prevent the occurrence of unintentional short-circuiting due to the margin of the photolithography process, especially the photolithography process, and the occurrence of unintentional short-circuits due to the solder material, the width of the width covered with the insulating layer from the periphery of the second conductivity type side electrode is the most. When the width of the narrow portion 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.

工程(g)、(h)、(i)において、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。 In the steps (g), (h), and (i), 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.

工程(j):
次に、図10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、サブマウント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。図10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。
Step (j):
Next, as shown in FIG. 10, 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 when the 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 ensuring a sufficient area to ensure sufficient adhesion with the submount 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. As shown in FIG. 10, when the width of the narrowest portion of the width 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.

電極材料としては、後述するが、第一導電型がn型であるとすると、Ti、Al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の反対側には、Alが露出するのが普通である。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。   As described later, as the electrode material, when the first conductivity type is n-type, it is desirable to include a material selected from any of Ti, Al, and Mo, or all as a constituent element. In addition, Al is usually exposed on the side opposite to the main light extraction direction of the n-side electrode. 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.

このように、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ので、プロセスダメージ低減の観点で有利である。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、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。   Thus, since the first conductivity type side electrode is manufactured at the final stage of forming the laminated structure, it is advantageous from the viewpoint of reducing process damage. When the first conductivity type is n-type, the n-side electrode is preferably formed with Al on the surface of the electrode material. 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, will history the etching process of the insulating layer. . 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.

工程(j)より後の工程:
このようにして、図10の構造が形成された後には、各化合物半導体発光素子を1つ1つ分離するために、装置間分離溝を使用して、基板対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基板材料の一部のアブレーションが実施される。
Steps after step (j):
After the structure of FIG. 10 is formed in this way, the inter-device separation grooves are used to separate each compound semiconductor light emitting element one by one, and the substrate is damaged by diamond scribe, and laser Ablation of a portion of the substrate material by scribing is performed.

素子間分離工程の際に、装置間分離溝に薄膜結晶層がないので、薄膜結晶層へのプロセスダメージの導入がない。また、スクライブ領域に絶縁層も存在しないので、スクライブ時に、絶縁層の剥離等が生じる可能性もない。尚、図1Aとは異なる実施形態で、装置間分離溝が、光学均一化層と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もあるが、この場合にも、装置間分離溝を使用して、基板に対しての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基板材料の一部のアブレーションが実施される。   In the element isolation step, since there is no thin film crystal layer in the inter-device isolation groove, process damage is not introduced into the thin film crystal layer. In addition, since there is no insulating layer in the scribe region, there is no possibility that the insulating layer is peeled off during scribing. In the embodiment different from that shown in FIG. 1A, the inter-device separation groove may be formed up to the middle of the combined optical homogenization layer and buffer layer. In use, the substrate is damaged by diamond scribing and ablation of a portion of the substrate material by laser scribing is performed.

傷入れ(スクライブ)が終了した後には、化合物半導体発光素子はブレーキング工程において、1素子ずつに分割し、図1Aに示すように、好ましくはハンダ材料42等によってサブマウント40に搭載する。以上のようにして、図1Aに示した化合物半導体発光素子が完成する。   After the scribe is completed, the compound semiconductor light-emitting element is divided into elements one by one in the braking process, and is preferably mounted on the submount 40 with a solder material 42 or the like as shown in FIG. 1A. As described above, the compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 1A is completed.

<実施形態2>
実施形態2では、図2Aに示す発光素子の製造方法を説明する。
<Embodiment 2>
In Embodiment 2, a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 2A will be described.

実施形態2は、工程(a)〜工程(f)までの工程は実施形態1と同一であり、図5〜8に対応する。   In the second embodiment, the steps from the step (a) to the step (f) are the same as those in the first embodiment, and correspond to FIGS.

工程(g)、工程(h)、工程(i):
図8に示すように、工程(f)において絶縁層30を形成した後、本実施形態でも工程(g)、工程(h)、工程(i)により絶縁層の一部除去を行う。このうち、第一電流注入領域となる開口を形成する工程(h)、および前記第二導電型側電極の一部を露出させる工程(i)は、実施形態1と同様である。尚、本実施形態においても、工程(g)、工程(h)および工程(i)は、別々に行っても同時に行ってもよい。
Step (g), step (h), step (i):
As shown in FIG. 8, after the insulating layer 30 is formed in the step (f), the insulating layer is partially removed by the step (g), the step (h), and the step (i) also in this embodiment. Among these, the step (h) of forming an opening to be the first current injection region and the step (i) of exposing a part of the second conductivity type side electrode are the same as those in the first embodiment. In the present embodiment, the step (g), the step (h) and the step (i) may be performed separately or simultaneously.

実施形態2の工程(g)では、図11に示すように、装置間分離溝13内で基板21上(即ち、溝底面)の絶縁層30をすべて除去し、また、溝内の側壁に形成された絶縁層の基板側(即ち、溝底面側)の絶縁層を除去し絶縁層非形成部分15とする。形成方法として、次のようなプロセスが可能である。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に示したように基板側の側壁に絶縁層が存在しない形状が得られる。   In the step (g) of the second embodiment, as shown in FIG. 11, the insulating layer 30 on the substrate 21 (that is, the groove bottom surface) is completely removed in the inter-device separation groove 13 and formed on the side wall in the groove. The insulating layer on the substrate side (that is, the groove bottom side) of the insulating layer thus formed is removed to form an insulating layer non-formed portion 15. As a forming method, the following process is possible. 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 trench sidewall is removed with a wet etchant, and the insulating layer does not exist on the sidewall on the substrate side as shown in FIG. Is obtained.

絶縁層が除去されて露出する側壁は、バッファ層の側壁の少なくとも基板側の部分であり、実施形態によっては、バッファ層22の側壁の全部を露出させてもよく、また光均一化層23の側壁の少なくとも一部まで露出させてもよい。光均一化層23の側壁の一部まで露出させた場合は、図2Aにおいて、バッファ層の側壁が露出し、図2A中の絶縁層非形成部分が、光均一化層23の側壁まで達する。絶縁層が存在しない露出した側壁は、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。また、基板の一部までエッチングして装置間分離溝を形成した場合には、溝の壁面のうち、基板部分のみが露出し、バッファ層が被覆されている場合がある。但し、基板を除去する形態の場合は、絶縁層は基板に接していないことが好ましい。   The side wall exposed by removing the insulating layer is at least a portion of the side wall of the buffer layer on the substrate side. In some embodiments, the entire side wall of the buffer layer 22 may be exposed. You may expose at least one part of a side wall. When a part of the side wall of the light homogenizing layer 23 is exposed, the side wall of the buffer layer is exposed in FIG. 2A, and the portion where the insulating layer is not formed in FIG. The exposed side wall 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. In addition, when the inter-device separation groove is formed by etching part of the substrate, only the substrate portion of the wall surface of the groove is exposed and the buffer layer may be covered. However, in the case of removing the substrate, the insulating layer is preferably not in contact with the substrate.

工程(j):
工程(j)では、図12に示すように、実施形態1と同様にして第一導電型側電極28を形成する。
Step (j):
In step (j), as shown in FIG. 12, the first conductivity type side electrode 28 is formed in the same manner as in the first embodiment.

工程(j)より後の工程:
このようにして、図12の構造が形成された後には、実施形態1と同様にして各化合物半導体発光素子を分離する。素子間分離工程の際に、装置間分離溝に薄膜結晶層がないので、薄膜結晶層へのプロセスダメージの導入がない。また、スクライブ領域に絶縁層も存在しないので、スクライブ時に、絶縁層の剥離等が生じる可能性もない。
Steps after step (j):
Thus, after the structure of FIG. 12 is formed, each compound semiconductor light emitting element is separated in the same manner as in the first embodiment. In the element isolation step, since there is no thin film crystal layer in the inter-device isolation groove, process damage is not introduced into the thin film crystal layer. In addition, since there is no insulating layer in the scribe region, there is no possibility that the insulating layer is peeled off during scribing.

傷入れ(スクライブ)が終了した後には、化合物半導体発光素子はブレーキング工程において、1素子ずつに分割し、図2Aに示すように、好ましくはハンダ材料42等によってサブマウント40に搭載する。以上のようにして、図2Aに示した化合物半導体発光素子が完成する。尚、実施形態2の製造方法で、L1w、L2wに関しては、実施形態1と同様に設定することが好ましい。 After the scribe is completed, the compound semiconductor light-emitting element is divided into elements one by one in a braking process, and is preferably mounted on the submount 40 with a solder material 42 or the like as shown in FIG. 2A. As described above, the compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 2A is completed. In the manufacturing method according to the second embodiment, L 1w and L 2w are preferably set in the same manner as in the first embodiment.

この実施形態によっても、実施形態1と同様の効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

<実施形態3>
実施形態3では、図3Aに示す発光素子の製造方法を説明する。
<Embodiment 3>
In Embodiment 3, a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 3A will be described.

実施形態3は、工程(a)〜工程(j)までの工程は実施形態2と同一であり、工程(j)の後の工程が異なる。しかし、実施形態3では基板を除去するので、工程(a)で基板を用意するときに、基板に対して要求される特性が実施形態1および実施形態2とは異なる。この点に関しては材料の項で詳述する。   In the third embodiment, the steps from the step (a) to the step (j) are the same as those in the second embodiment, and the steps after the step (j) are different. However, since the substrate is removed in the third embodiment, the characteristics required for the substrate are different from those in the first and second embodiments when the substrate is prepared in the step (a). This will be described in detail in the material section.

工程(j)より後の工程:
基板の剥離を行う本実施形態では、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40bに接合する。これは、薄膜結晶層全体としても高々15〜20μm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。
Steps after step (j):
In the present embodiment in which the substrate is peeled off, preparation for removing the substrate is performed after the structure of FIG. 12 is formed. Usually, the entire structure of the wafer shown in FIG. 12 or a part thereof is first bonded to the support 40b. This is because the thickness of the thin film crystal layer as a whole is at most about 15 to 20 μm. Therefore, if the substrate is peeled off, the mechanical strength becomes insufficient and it becomes difficult to stand alone and undergo subsequent processes. Because it becomes.

そこで、図13に示すように、支持体40b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。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少なくともバッファ層の一部を除いて、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。   Therefore, as shown in FIG. 13, the metal layer 41 (electrode wiring or the like) on the support 40b is connected and mounted by, for example, metal solder 42. 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. In addition, the sidewalls of other thin film crystal layers are protected by an insulating layer except at least a part of the buffer layer, and particularly the undoped part. A short circuit or the like on the side wall of the layer structure does not occur.

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の発振波長を有する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 carry out laser debonding using an excimer laser having an oscillation wavelength of 1 to decompose part of GaN in the buffer layer into metal Ga and nitrogen and peel off 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.

この実施形態3では、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。   In the third embodiment, 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支持体内の分離領域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金属配線が存在すると装置間の分離が実施しにくいので、支持体40bの周辺には、金属配線が存在しない分離領域47が存在することが好ましい。   Thereafter, as shown in FIG. 14, the light emitting elements are separated together with the support in the separation region 47 in the support corresponding to the location where the inter-device separation groove exists, thereby obtaining a single light emitting element. Here, if metal wiring is present in the separation region of the support, it is difficult to perform separation between devices. Therefore, it is preferable that a separation region 47 in which no metal wiring is present exists around the support 40b.

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、装置間分離溝は、光学均一化層と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もあるが、この場合にも、装置間分離溝を使用して、支持体に対しての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支持体材料の一部のアブレーションが実施される。   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. In addition, the inter-device separation groove may be formed up to the middle of the combined layer of the optical homogenization layer and the buffer layer. The diamond scribe is damaged, and a part of the support material is ablated by laser scribe.

ここで、支持体の分離領域の最も狭い部分の幅を2LWSPT2とすると、LWSPT2は完成した素子においては0より大きければ良いが、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。 Here, if the width of the narrowest portion of the separation region of the support is 2L WSPT2 , L WSPT2 may be larger than 0 in the completed device, but usually 10 μm or more, preferably when separating by scribing, 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.

以上のようにして、図3Aに示した実施形態3の発光素子が完成する。   As described above, the light-emitting element of Embodiment 3 illustrated in FIG. 3A is completed.

<その他の実施形態>
実施形態1〜3中で説明した工程を組み合わせて、図1B〜図1E、図2B〜図2D、図3B〜図3Dの形態を製造することができる。図1B、図1Cの形態は、実施形態1の説明で、装置間分離溝の形成を、それぞれ光均一化層23の途中まで、バッファ層22の途中まで形成することで製造することができる。この形態にさらに実施形態3で説明した基板除去の工程を組み合わせることで図1Dおよび図1Eの形態を製造することができる。図2B、図2C、図2Dの形態については、実施形態2の説明中で、装置間分離溝の形成を光均一化層23の途中まで行うことで図2Bの形態が製造され、装置間分離溝の形成をバッファ層22の途中までとし、サイドエッチングにより絶縁層非形成部分15をバッファ層22の側壁で止めた形状が図2Cに対応し、光均一化層23の側壁まで渡るようにした形状が図2Dに対応する。図3B、図3C、図3Dの形態については、実施形態3の説明中で、装置間分離溝の形成を光均一化層23の途中まで行うことで図3Bの形態が製造され、装置間分離溝の形成をバッファ層22の途中までとし、サイドエッチングにより絶縁層非形成部分15をバッファ層22の側壁で止めた形状が図3Cに対応し、光均一化層23の側壁まで渡るようにした形状が図3Dに対応する。いずれの場合も、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すればよい。
<Other embodiments>
The processes described in Embodiments 1 to 3 can be combined to produce the forms shown in FIGS. 1B to 1E, 2B to 2D, and 3B to 3D. 1B and 1C can be manufactured by forming the inter-device separation grooves up to the middle of the light uniformizing layer 23 and halfway of the buffer layer 22 in the description of the first embodiment. 1D and FIG. 1E can be manufactured by further combining the substrate removal process described in Embodiment 3 with this embodiment. 2B, 2C, and 2D, the embodiment shown in FIG. 2B is manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the light uniformizing layer 23 in the description of the second embodiment. The groove is formed partway through the buffer layer 22, and the shape in which the insulating layer non-formed portion 15 is stopped by the side wall of the buffer layer 22 by side etching corresponds to FIG. 2C and extends to the side wall of the light uniformizing layer 23. The shape corresponds to FIG. 2D. 3B, FIG. 3C, and FIG. 3D, the embodiment of FIG. 3B is manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the light uniformizing layer 23 in the description of the third embodiment. The groove is formed partway through the buffer layer 22, and the shape in which the insulating layer non-formed portion 15 is stopped by the side wall of the buffer layer 22 by side etching corresponds to FIG. 3C and extends to the side wall of the light uniformizing layer 23. The shape corresponds to FIG. 3D. In any case, an appropriate etching mask shape may be prepared by photolithography suitable for the planned shape.

どの形態の製造方法においても、素子間分離工程の際に、装置間分離溝に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がないので、性能に影響を与える薄膜結晶層へのプロセスダメージの導入がない。また、スクライブ領域に絶縁層も存在しないので、スクライブ時、素子分離時に、絶縁層の剥離等が生じる可能性もない。また、絶縁層で被覆されていない側壁に露出する部分の絶縁性を高くすることで、例えばアンドープ層とすることで、フリップチップマウントの際にハンダ等による短絡を防止することができる。   In any form of manufacturing method, there is no first-conductivity-type semiconductor layer, active layer structure, and second-conductivity-type semiconductor layer in the inter-device isolation trench during the element isolation step, so that a thin film crystal that affects performance There is no introduction of process damage to the layer. Further, since there is no insulating layer in the scribe region, there is no possibility that the insulating layer is peeled off at the time of scribing or element separation. Further, by increasing the insulation of the portion exposed on the side wall that is not covered with the insulating layer, for example, an undoped layer can be used to prevent a short circuit due to solder or the like during flip chip mounting.

以上の実施形態で説明したように、この製造方法では、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等)、第一導電型側電極の形成は、この順に実施され、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、完成した素子形状はプロセスフローを反映して、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。   As described in the above embodiment, in this manufacturing method, the formation of the thin film crystal layer, the formation of the second conductivity type side electrode, the etching process (first etching process and the second etching process), the formation of the insulating layer, the insulation Removal of the layers (formation of the second conductivity type side electrode exposed portion, formation of the first current injection region, formation of the scribe region, etc.) and formation of the first conductivity type side electrode are performed in this order. There can be obtained a light emitting device in which the thin film crystal layer directly under the second conductivity type side electrode is not damaged and the first conductivity type side electrode is not damaged. The completed element shape reflects the process flow and 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 cladding layer (or other first conductivity type thin film crystal layer) around the electrode. There is a part.

さらに本発明で製造される素子は、第一導電型半導体層(各実施形態では第一導電型クラッド層24)より光取り出し方向に、光均一化層23を有している。光均一化層は、詳細は後述するが、適度な光閉じ込め、また場合によっては光を散乱、多重反射、薄膜干渉を引き起こすなどの効果を有し、活性層構造25で発光した光は、局在することなく光均一化層全体に分布する。そのため、基板の光取り出し面50aから見たとき、第一導電型側電極28の取り出しのために活性層がない非発光部に対応する領域にも光が分布し、また活性層での発光にムラがあっても、比較的均一になるように光が分布する。さらに、光均一化層23の周囲は絶縁層30で被覆されているため、絶縁層30の発光波長に対する反射率を高く調節することで(詳細は絶縁層の項で説明する。)、主たる光取り出し方向からの出射を効果的に向上させることが出来、ひいては素子そのものの発光効率の向上が可能である。また、光均一化層内での光閉じ込め効果も上がるので、発光パターンの面内均一性も向上する。   Furthermore, the element manufactured by the present invention has the light uniformizing layer 23 in the light extraction direction from the first conductive semiconductor layer (the first conductive clad layer 24 in each embodiment). Although the light homogenizing layer will be described in detail later, it has effects such as moderate light confinement and, in some cases, light scattering, multiple reflection, and thin film interference. The light emitted from the active layer structure 25 is It is distributed throughout the light homogenization layer without being present. Therefore, when viewed from the light extraction surface 50a of the substrate, light is distributed also in a region corresponding to the non-light-emitting portion where there is no active layer for extraction of the first conductivity type side electrode 28, and light is emitted from the active layer. Even if there is unevenness, light is distributed so as to be relatively uniform. Further, since the periphery of the light uniformizing layer 23 is covered with the insulating layer 30, the main light is adjusted by adjusting the reflectance with respect to the emission wavelength of the insulating layer 30 to be high (details will be described in the section of the insulating layer). The emission from the take-out direction can be improved effectively, and as a result, the light emission efficiency of the element itself can be improved. In addition, since the light confinement effect in the light homogenization layer is increased, the in-plane uniformity of the light emission pattern is also improved.

〔材料の説明〕
<基板>
完成した発光素子に基板が残る実施形態1および実施形態2等と、完成した発光素子に基板が残らない実施形態3等とで、基板として使用できる材料に多少異なる点がある。
[Explanation of materials]
<Board>
There are some differences in materials that can be used as the substrate between Embodiment 1 and Embodiment 2 in which the substrate remains in the completed light-emitting element and Embodiment 3 in which the substrate does not remain in the completed light-emitting element.

<実施形態1および実施形態2等の完成した発光素子に基板が残る実施形態に使用される基板>
基板21は、光学的に素子の発光波長に対しておおよそ透明であれば、材料等は特に限定されない。ここでおおよそ透明とは、発光波長に対する吸収が無いか、あるいは、吸収が存在しても、その基板の吸収によって光出力が50%以上低減しないものである。
<Substrate used in the embodiment in which the substrate remains in the completed light-emitting element such as Embodiment 1 and Embodiment 2>
The material of the substrate 21 is not particularly limited as long as it is optically approximately transparent with respect to the light emission wavelength of the element. Here, “substantially transparent” means that there is no absorption with respect to the emission wavelength, or even if there is absorption, the light output is not reduced by 50% or more due to absorption of the substrate.

基板は、電気的には絶縁性基板であることが好ましい。これは、フリップチップマウントをした際に、たとえハンダ材などが基板周辺に付着しても、発光素子への電流注入には影響を与えないからである。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以下である事が、電気抵抗の観点と結晶性の観点からが望ましい。 The substrate is preferably an electrically insulating substrate. This is because when flip chip mounting is performed, even if a solder material or the like adheres to the periphery of the substrate, current injection into the light emitting element is not affected. 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 This is desirable from the viewpoint of electrical resistance and crystallinity.

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+面基板を基板として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 using a c + plane substrate of sapphire 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化合物半導体発光素子を製造するために、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 a compound semiconductor light emitting device using a crystal growth technique such as MOCVD or MBE. Also, the substrate is intentionally roughened in relation to the buffer layer, which will be described later, so that the threading transition that occurs at the interface between the thin film crystal layer and the substrate is not introduced near the active layer of the light emitting element. It is also possible to make it.

本発明においては、後述する光均一化層に光を閉じ込めて、同時に層内に分布するように導波するために、基板は、化合物半導体発光素子の発光波長における屈折率(nsb)が、光均一化層の平均的屈折率(noc)よりも相対的に小さいことが望ましい。 In the present invention, since the light is confined in the light homogenization layer described later and guided so as to be distributed in the layer at the same time, the substrate has a refractive index (n sb ) at the emission wavelength of the compound semiconductor light emitting device, It is desirable that it is relatively smaller than the average refractive index (n oc ) of the light homogenizing layer.

基板の厚みとしては、1つ実施形態においては、素子作成初期においては、通常250〜700μm程度のものであり、半導体発光素子の結晶成長、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。これを用いて薄膜結晶層を成長した後に、各々の素子に分離しやすくするために、適宜、研磨工程によってプロセス途中で薄くし、最終的に発光素子としては100μm厚程度以下となっていることが望ましい。また、通常30μm以上の厚みである。   In one embodiment, 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 device fabrication process are ensured. It is normal to leave. In order to make it easy to separate each element after growing a thin film crystal layer using this, it is appropriately thinned in the middle of the process by a polishing process, and finally the light emitting element has a thickness of about 100 μm or less. Is desirable. Moreover, it is the thickness of 30 micrometers or more normally.

さらに異なる実施形態では、基板の厚さは、従来とは異なり厚いものでもよく、350μm程度、さらには400μm、または500μm程度の厚みがあってもよい。   In a further different embodiment, the thickness of the substrate may be thicker than before, and may be about 350 μm, further about 400 μm, or about 500 μm.

また、後述する光均一化層に光を閉じ込めて導波するために、導波路に対する相対的に低屈折率層となるように基板を選んだ場合には、発光素子の発光波長をλ(nm)、基板の平均的屈折率をnsbで表したとき、基板の物理厚みが、4λ/nsbよりも厚いことが望ましい。 In addition, when a substrate is selected so as to be a relatively low refractive index layer relative to the waveguide in order to confine light in a light homogenizing layer, which will be described later, and to guide the light, the emission wavelength of the light emitting element is set to λ (nm ) When the average refractive index of the substrate is expressed by n sb , it is desirable that the physical thickness of the substrate is thicker than 4λ / nsb .

さらに、基板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ていることが望ましい。基板−空気界面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、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、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が好ましい。たとえば基板がサファイアである場合には、低反射コーティング膜としてMgF等を用いることが望ましい。発光波長における基板の屈折率nに対して、低反射コーティング膜の屈折率が、√nに近いことが望ましいので、サファイアの屈折率の平方根に対して、MgFの屈折率が近いからである。
Furthermore, it is desirable that a so-called low-reflection coating layer or low-reflection optical film is formed on the surface in the main light extraction direction of the substrate. Reflection due to a difference in refractive index at the substrate-air interface can be suppressed, so that high output and high efficiency of the device can be achieved. Here, R3 is the reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the substrate side from the buffer layer is reflected by the substrate, and the light having the light emission wavelength of the light emitting element 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
It is preferable that a low reflection optical film is provided on the light extraction side of the substrate so as to satisfy the above. For example, when the substrate is sapphire, it is desirable to use MgF 2 or the like as the low reflection coating film. Relative refractive index n s of the substrate at the emission wavelength, the refractive index of the low reflecting coating film, since it is desirable near √n s, relative to the square root of the refractive index of the sapphire, the refractive index of MgF 2 are close It is.

本実施形態においては、基板の主たる光取り出し方向の面が、平坦でない面また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。また、素子の発光波長をλ(nm)とすると、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。
In the present embodiment, it is also preferable that the surface in the main light extraction direction of the substrate 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. Further, when the emission wavelength of the element is λ (nm), the roughness of the rough surface 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.

<実施形態3等の完成した発光素子に基板が残らない実施形態に使用される基板>
本実施形態では、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できなくなるからである。
<Substrate used in the embodiment in which the substrate does not remain in the completed light emitting device such as Embodiment 3>
In the present embodiment, a substrate capable of growing a semiconductor layer thereon 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, such a substrate peeling method cannot be adopted by the conductive substrate due to absorption by free electrons.

上述の実施形態1および実施形態2で使用できる基板材料は、すべて第3の態様でも使用できる。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以下である事が、電気抵抗の観点と結晶性の観点からが望ましい。基板を除去する際にケミカルエッチングを前提とする場合には、塩酸等で容易に除去可能なZnOが好ましい。 All the substrate materials that can be used in the first embodiment and the second embodiment can also be used in the third mode. 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 This is desirable from the viewpoint of electrical resistance and crystallinity. When chemical etching is premised when removing the substrate, ZnO that can be easily removed with hydrochloric acid or the like is preferable.

また、上述の実施形態1、2で説明したように、オフ基板も使用可能である点、基板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点、また、基板に意図的に凹凸をつけてもよい点等も同様である。   Further, as described in the first and second embodiments, the off-substrate can be used, the substrate may be subjected to chemical etching or heat treatment in advance, and the substrate is intentionally uneven. The points that may be attached are also the same.

基板の厚みとしては、この実施形態中の1つの実施形態においては、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 this embodiment, the thickness of the substrate is usually about 250 to 700 μm in the initial stage of device fabrication, so that the mechanical strength in the semiconductor crystal growth and device fabrication process is 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>
バッファ層に関して、完成した発光素子に基板が残る実施形態1および2と、完成した発光素子に基板が残らない実施形態3とで多少異なる点がある。
<Buffer layer>
Regarding the buffer layer, there are some differences between Embodiments 1 and 2 in which the substrate remains in the completed light-emitting element and Embodiment 3 in which the substrate does not remain in the completed light-emitting element.

<実施形態1〜3等の全形態に共通するバッファ層の形態>
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。
<The form of the buffer layer common to all forms, such as Embodiment 1-3>
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、AlN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 an InAlGaN-based material, an InAlBGaN-based material, an InGaN-based material, an AlGaN-based material, an AlN-based material, a GaN-based material, or the like, which is a desirable form in the present invention, is formed on a different substrate. When growing, the buffer layer is particularly important because the lattice constant matching with the substrate is not necessarily ensured. 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℃〜800℃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、800℃〜1050℃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。また、基板がGaNであるときには、バッファ層のすべてを900℃以上の高温にて形成したGaNとすることができる。   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 800 ° C. in contact with the substrate, and a high-temperature buffer layer in which a thin film crystal is grown at a high temperature of about 800 ° C. to 1050 ° C. The thing of a 2 layer structure is mentioned. When the substrate is GaN, all of the buffer layer can be GaN formed at a high temperature of 900 ° C. or higher.

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、バッファ層は後述する光均一化層と一体となって、光取り出し面での光強度の均一性を上げるために光閉じ込めを実現するようにしてもかまわない。また、バッファ層の一部または全部が光均一化層を兼ねていてもよい。   In the present invention, the buffer layer may be integrated with a light homogenizing layer described later to realize light confinement in order to increase the uniformity of light intensity on the light extraction surface. Further, part or all of the buffer layer may also serve as the light uniformizing layer.

また、バッファ層は装置間分離溝の露出部分になってもよい。特にアンドープ部分が露出することは、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。   The buffer layer may be an exposed portion of the inter-device separation groove. In particular, it is preferable that the undoped portion is exposed because insulation failure due to solder or the like during device assembly can be suppressed.

<実施形態3等の基板が残らない態様に特有のバッファ層の形態>
実施形態3においては、後述する光均一化層に光を閉じ込めて導波するために、発光素子の発光波長におけるバッファ層の屈折率は、光均一化層の平均屈折率以下であり、好ましくは光均一化層の平均屈折率未満である。バッファの物理厚みは、発光素子の発光波長をλ(nm)、バッファの平均屈折率をnbfで表したとき、4λ/nbfよりも厚いことが望ましい。
<Form of Buffer Layer Specific to Aspect That No Substrate Is Remaining in Embodiment 3>
In Embodiment 3, in order to confine and guide light in a light homogenizing layer to be described later, the refractive index of the buffer layer at the emission wavelength of the light emitting element is equal to or less than the average refractive index of the light homogenizing layer, preferably It is less than the average refractive index of the light homogenizing layer. The physical thickness of the buffer is desirably thicker than 4λ / n bf , where λ (nm) represents the emission wavelength of the light emitting element and n bf represents the average refractive index of the buffer.

また、実施形態3においては、基板を製造工程中に除去するので、バッファ層が主たる光取り出し面になる。前述のとおり基板の剥離の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の発振波長を有する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光を照射し、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 third embodiment, since the substrate is removed during the manufacturing process, the buffer layer becomes the main light extraction surface. As described above, as one method of peeling the substrate, a method of peeling the substrate by optically decomposing a part of the buffer layer using light that is transparent to the substrate and absorbs the buffer layer 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, an excimer laser having an oscillation wavelength of 248 nm is irradiated from the substrate side on which no thin film crystal is grown, and the buffer layer GaN is made of metal Ga and nitrogen. It is also possible to carry out laser debonding in which the substrate is peeled off as a result.

本形態では、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、後述する光均一化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 this embodiment, 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 at which the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the buffer layer side from the light homogenizing layer, which will be described later, is reflected by the buffer layer is R3, and the light is perpendicularly incident on the light extraction side space from the buffer layer. When the reflectance at which the light of the emission wavelength of the light emitting element 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.

本実施形態においては、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、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。
In the present embodiment, it is also preferable that the main 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 light emission wavelength of the element is λ (nm), the degree of roughness of the buffer layer is such that the average roughness Ra (nm) is:
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.

この形態では、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 this form, at least a portion of the buffer layer is exposed at the device edge. 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.

<光均一化層>
本発明の光均一化層は、活性層構造で発光した光を、一旦、層内に閉じ込めて分布させることで光の一部をリークしながらもゆるやかに導波し、また場合によっては光を散乱、多重反射、薄膜干渉を引き起こすなどの効果を発現し、発光素子の光取り出し面での均一性を向上するための層である。
<Light homogenization layer>
The light homogenizing layer according to the present invention guides light emitted from the active layer structure once by confining it in the layer and distributing it while leaking a part of the light. This is a layer that exhibits effects such as scattering, multiple reflection, and thin film interference, and improves uniformity on the light extraction surface of the light emitting element.

光均一化層23は、化合物半導体層で形成されることが好ましく、図1A〜3に示すように、バッファ層と第一導電型半導体層(第一導電型クラッド層)の間に存在することが望ましい。また、成膜方法は特に制限はないが、半導体発光素子を簡便に作製するために、他の薄膜結晶層と同時に、薄膜結晶成長技術を用いて作製することが望ましい。   The light uniformizing layer 23 is preferably formed of a compound semiconductor layer, and is present between the buffer layer and the first conductivity type semiconductor layer (first conductivity type cladding layer) as shown in FIGS. Is desirable. In addition, the film forming method is not particularly limited, but it is desirable to use a thin film crystal growth technique simultaneously with other thin film crystal layers in order to easily manufacture a semiconductor light emitting element.

本発明において、光均一化層は、少なくとも層内に光の閉じ込めが生じるように、即ち光の分布密度が高くなるようにその屈折率が選ばれる。従って、光均一化層の平均屈折率(noc)は、第一導電型クラッド層の平均屈折率より大きく、また基板がある態様では基板の平均屈折率(nsb)より大きい。特に光均一化層と活性層構造の間に存在する第一導電型半導体層の平均屈折率(n)より大きくすることが好ましい。またバッファ層の平均屈折率(nbf)以上であり、特にバッファ層の平均屈折率より大きいことが好ましい。また、光均一化層を構成する材料は、量子井戸層から発せられる光に対して透明であることが特に好ましい。InAlGaN系等のIII―V族窒化物に基づく発光素子である場合には、活性層構造から発せられる光が吸収されない程度にInやAlを含有することも望ましく、特に屈折率を高める観点ではInを含むことが好ましい。 In the present invention, the refractive index of the light homogenizing layer is selected so that light is confined at least in the layer, that is, the light distribution density is increased. Therefore, the average refractive index (n oc ) of the light uniformizing layer is larger than the average refractive index of the first conductivity type cladding layer, and in an embodiment with the substrate, it is larger than the average refractive index (n sb ) of the substrate. In particular, it is preferable that the average refractive index (n 1 ) of the first conductivity type semiconductor layer existing between the light homogenizing layer and the active layer structure be larger. Moreover, it is more than the average refractive index ( nbf ) of a buffer layer, and it is preferable that it is especially larger than the average refractive index of a buffer layer. In addition, the material constituting the light homogenizing layer is particularly preferably transparent to light emitted from the quantum well layer. In the case of a light emitting device based on a group III-V nitride such as InAlGaN, it is desirable to contain In or Al to such an extent that light emitted from the active layer structure is not absorbed. It is preferable to contain.

また、光均一化層は、単層である必要はなく、複数の層で構成されてもよい。複数の層で構成されるとき、例えば、AlGaN、InGaN、InAlGaN、AlNおよびGaN等の層が複数存在してもよいし、超格子構造であってもよい。また、量子ドットのような構造を内在してもよく、素子の発光波長程度の大きさを有するような場合には、これによって、光の散乱を誘発させたりするも可能である。さらに光均一化層を薄膜結晶成長し、一度結晶成長を中断し、適宜その表面に凹凸をつける等の加工を施し、さらに薄膜結晶成長を実施して適宜光の散乱、多重反射、薄膜干渉等を引き起こすようにすることも可能である。   Further, the light homogenizing layer does not need to be a single layer, and may be composed of a plurality of layers. When composed of a plurality of layers, for example, a plurality of layers such as AlGaN, InGaN, InAlGaN, AlN, and GaN may exist, or a superlattice structure may be used. In addition, a structure such as a quantum dot may be included, and in the case of having a size approximately equal to the emission wavelength of the element, it is possible to induce light scattering. Furthermore, the light uniformizing layer is grown into a thin film crystal, the crystal growth is interrupted once, and the surface is appropriately roughened, etc., and further thin film crystal growth is performed to appropriately scatter light, multiple reflections, thin film interference, etc. It is also possible to cause

ここで、各層の平均屈折率(nav)は、その層を構成するn種類の材料それぞれの屈折率(nx)に対して、その材料の物理的な厚み(tx)との積をとり、これを全体の厚みで除した値であり、
nav=(n1×t1+n2×t2+・・・+nn×tn)/(t1+t2+・・・+tn)で計算される。
Here, the average refractive index (nav) of each layer is the product of the refractive index (nx) of each of the n types of materials constituting the layer and the physical thickness (tx) of the material. Is divided by the total thickness,
nav = (n1 × t1 + n2 × t2 +... + nn × tn) / (t1 + t2 +... + tn)

光均一化層の例としては、たとえば、活性層構造がInGa1−aNの組成の量子井戸層を有し、発光波長が460nm、第一導電型クラッド層がn−GaN、バッファ層がアンドープGaN、基板がサファイアであった場合には、光均一化層として単層のアンドープGaNが使用可能である。なお、一般に、半導体材料の、その材料に透明な波長における屈折率はキャリア濃度が高いほど小さくなる傾向がある。 As an example of the light uniformizing layer, for example, the active layer structure has a quantum well layer having a composition of In a Ga 1-a N, the emission wavelength is 460 nm, the first conductivity type cladding layer is n-GaN, and the buffer layer Is undoped GaN and the substrate is sapphire, a single layer of undoped GaN can be used as the light uniformizing layer. In general, the refractive index of a semiconductor material at a wavelength transparent to the material tends to decrease as the carrier concentration increases.

また、活性層構造がInGa1−aNの組成の量子井戸層を有し、その発光波長が460nm、第一導電型クラッド層がn−GaNとn−AlGaN層からなり、バッファ層がアンドープGaNとSiドープGaNの積層構造、基板がサファイアであった場合には、光均一化層として単層のアンドープGaNが使用可能である。なお、一般に、半導体材料の、その材料に透明な波長における屈折率はキャリア濃度が高いほど小さくなる傾向がある。 The active layer structure has a quantum well layer having a composition of In a Ga 1-a N, the emission wavelength is 460 nm, the first conductivity type cladding layer is composed of n-GaN and n-AlGaN layers, and the buffer layer is When the undoped GaN and Si-doped GaN laminated structure and the substrate are sapphire, a single-layer undoped GaN can be used as the light uniformizing layer. In general, the refractive index of a semiconductor material at a wavelength transparent to the material tends to decrease as the carrier concentration increases.

また、活性層構造がInGa1−aNの組成の量子井戸層を有し、その発光波長が460nm、第一導電型クラッド層がn−GaNとn−AlGaN層からなり、バッファ層がアンドープGaNとSiドープGaNの積層構造、基板がSiドープGaNであった場合には、光均一化層として厚膜のアンドープGaN中に発光波長に透明な組成のInGa1−bNを所望の厚みで所望の数有する多層構造などが使用可能である。なお、一般に、半導体材料の、その材料に透明な波長における屈折率はキャリア濃度が高いほど小さくなる傾向がある。 The active layer structure has a quantum well layer having a composition of In a Ga 1-a N, the emission wavelength is 460 nm, the first conductivity type cladding layer is composed of n-GaN and n-AlGaN layers, and the buffer layer is When undoped GaN and Si-doped GaN are laminated, and the substrate is Si-doped GaN, In b Ga 1-b N having a composition transparent to the emission wavelength is desired in the thick undoped GaN as the light uniformizing layer A multilayer structure having a desired number of thicknesses can be used. In general, the refractive index of a semiconductor material at a wavelength transparent to the material tends to decrease as the carrier concentration increases.

これらのような構造において、さらに光均一化層としては、InGa1−bNおよびInAlGa1−c−dN等の材料を含む場合も望ましく、その組成b、c、dと厚み等を適宜選択することにより、460nmで透明で、かつ第一導電型半導体層に含まれることがあるn−GaN、バッファ層に含まれることのあるアンドープGaN、基板として含まれることのあるサファイア、GaN等よりも屈折率を大きくできるので、光均一化層として使用可能であり、それらを単層で、またはそれらとアンドープGaN層とから選ばれる複数の積層構造として使用してもよい。 In such a structure, it is desirable that the light homogenizing layer further includes materials such as In b Ga 1-b N and In c Al d Ga 1-cd N, and the composition b, c, d N-GaN that is transparent at 460 nm and may be included in the first conductivity type semiconductor layer, undoped GaN that may be included in the buffer layer, and may be included as a substrate by appropriately selecting the thickness and the like Since the refractive index can be made larger than that of sapphire, GaN, etc., it can be used as a light uniforming layer, and they may be used as a single layer or as a plurality of laminated structures selected from them and an undoped GaN layer.

また、光均一化層が化合物半導体発光素子の発光波長を吸収しないようにIn組成、InGaN層の厚みを設定したInGaN層とGaN層からなる超格子・量子井戸構造を有することも好ましい。   It is also preferable that the light homogenizing layer has a superlattice / quantum well structure composed of an InGaN layer and a GaN layer in which the In composition and the thickness of the InGaN layer are set so as not to absorb the emission wavelength of the compound semiconductor light emitting device.

また、光均一化層は、量子井戸層から発せられた光の一部を受けて層内に光を伝播するマルチモード光導波路として機能するように、その厚みが選ばれることも重要である。   It is also important that the thickness of the light homogenizing layer is selected so that it functions as a multimode optical waveguide that receives a part of the light emitted from the quantum well layer and propagates the light in the layer.

光均一化層の物理的厚みをtoc(nm)で表し、発光素子の発光波長をλ(nm)、光均一化層の平均屈折率をnoc、第一導電型半導体層の平均屈折率をn、基板の平均屈折率をnsbで表したとき、光均一化層と第一導電型半導体層の比屈折率差Δ(oc−1)
Δ(oc−1)≡((noc)−(n))/(2×(noc)
と定義する。また、光均一化層と基板の比屈折率差Δ(oc−sb)
Δ(oc−sb)≡((noc)−(nsb))/(2×(noc)
と定義する。そして、光均一化層を第一導電型半導体層の平均屈折率ではさまれた対称スラブ導波路とみなすと、その導波路がマルチモードとなる条件は規格化周波数がπ/2以上であればよいから
(√(2×Δ(oc−1))×noc×π×toc)/λ ≧ π/2
を満たすようにtocが選択されることが望ましい。さらに好ましくは、より厚みのある導波路であればよいから、
(√(2×Δ(oc−1))×noc×π×toc)/λ ≧ 2×π
を満たすようにtocが選択されることが望ましい。
The physical thickness of the light homogenizing layer is represented by t oc (nm), the emission wavelength of the light emitting element is λ (nm), the average refractive index of the light homogenizing layer is n oc , and the average refractive index of the first conductivity type semiconductor layer Is expressed as n 1 , and the average refractive index of the substrate is expressed as n sb , the relative refractive index difference Δ (oc−1) between the light uniformizing layer and the first conductive type semiconductor layer is expressed as Δ (oc−1) ≡ ((n oc) 2 - (n 1) 2) / (2 × (n oc) 2)
It is defined as Further, the relative refractive index difference Δ (oc−sb) between the light uniformizing layer and the substrate is expressed by Δ (oc−sb) ≡ ((n oc ) 2 − (n sb ) 2 ) / (2 × (n oc ) 2 )
It is defined as If the light uniformizing layer is regarded as a symmetrical slab waveguide sandwiched by the average refractive index of the first conductivity type semiconductor layer, the condition for the waveguide to be multimode is that the normalized frequency is π / 2 or more. (√ (2 × Δ (oc−1) ) × n oc × π × t oc ) / λ ≧ π / 2
It is desirable that t oc be selected to satisfy More preferably, a thicker waveguide may be used.
(√ (2 × Δ (oc−1) ) × n oc × π × t oc ) / λ ≧ 2 × π
It is desirable that t oc be selected to satisfy

また完成した発光素子に基板が残る実施形態1および2では、仮に光均一化層が基板の平均屈折率ではさまれた対称スラブ導波路とみなした際に、その導波路がマルチモードとなる条件は、規格化周波数がπ/2以上であればよいから、さらに
(√(2×Δ(oc−sb))×noc×π×toc)/λ ≧ π/2
も満たすようにtocが選択されることが望ましい。実施形態3においても、薄膜結晶を成長させる基板にこのような条件を満たすものを使用することは何ら問題がない。
In Embodiments 1 and 2 in which the substrate remains in the completed light-emitting element, a condition that the waveguide becomes multimode when the light uniformizing layer is regarded as a symmetrical slab waveguide sandwiched by the average refractive index of the substrate. Since the normalized frequency only needs to be π / 2 or more, (√ (2 × Δ (oc−sb) ) × n oc × π × t oc ) / λ ≧ π / 2
It is desirable that t oc is selected so as to satisfy. Also in the third embodiment, there is no problem in using a substrate on which a thin film crystal is grown that satisfies such conditions.

具体的には、たとえば波長460nmにおいて光均一化層の平均屈折率が2.50であって、基板の平均屈折率が1.70であったとすると、光均一化層の厚みとしては、約0.13μm以上であれば、上式を満たすこととなる。また、たとえば波長460nmにおいて光均一化層の平均屈折率が2.50であって、第一導電型半導体層の平均屈折率が2.499であったとすると、光均一化層の厚みとしては、約3.3μm以上であれば、上式を満たすこととなる。このように、光均一化層の厚みは、基板を有する場合には基板の平均屈折率、光均一化層の平均屈折率、第一導電型半導体層の平均屈折率によって適宜選択が可能であるが、総じていえば、1〜7μmが好ましく、さらに3〜5μmがよりこのましい。   Specifically, for example, if the average refractive index of the light uniformizing layer is 2.50 and the average refractive index of the substrate is 1.70 at a wavelength of 460 nm, the thickness of the light uniformizing layer is about 0. If it is .13 μm or more, the above formula is satisfied. For example, if the average refractive index of the light uniformizing layer is 2.50 at the wavelength of 460 nm and the average refractive index of the first conductive semiconductor layer is 2.499, the thickness of the light uniformizing layer is as follows: If it is about 3.3 μm or more, the above formula is satisfied. As described above, the thickness of the light uniformizing layer can be appropriately selected depending on the average refractive index of the substrate, the average refractive index of the light uniformizing layer, and the average refractive index of the first conductivity type semiconductor layer when the substrate is provided. However, generally, 1 to 7 μm is preferable, and 3 to 5 μm is more preferable.

このようにして、光の閉じ込めとゆるやかなリークが実現し、構造によっては、同時に光を散乱、多重反射、薄膜干渉を引き起こすなどの効果も発現するマルチモード導波路を実現することによって、発光素子は光取り出し面において均一な発光を実現しやすくなる。   In this way, light confinement and gentle leakage are realized, and depending on the structure, a light emitting device is realized by realizing a multimode waveguide that also exhibits effects such as light scattering, multiple reflection, and thin film interference. Makes it easier to achieve uniform light emission on the light extraction surface.

なお、光均一化層に極端に光を閉じ込めると、発光素子は、発光の均一性は向上するものの、光取り出しがしにくくなることから、光均一化層の厚み、材料、構造、構成、屈折率等を適宜選択し、ある程度リーキーでありながら導波が生じるようにすることが好ましい。特にその厚みに関しては、光均一化層の厚みを極端に厚くしてしまい、導波路の光閉じ込めを過剰にすることも望ましくなく、例えば、その上限は30μm以下であることが望ましく、10μm以下であることがより望ましく、5μm以下であることが最も望ましい。   Note that if light is extremely confined in the light homogenization layer, the light emitting element improves the uniformity of light emission but makes it difficult to extract light. Therefore, the thickness, material, structure, configuration, and refraction of the light homogenization layer are difficult. It is preferable to appropriately select a ratio and the like so that wave guide is generated while being leaky to some extent. In particular, regarding the thickness, it is not desirable that the thickness of the light uniformizing layer is extremely increased and the optical confinement of the waveguide is excessive. For example, the upper limit is preferably 30 μm or less, and is preferably 10 μm or less. More desirably, it is most desirably 5 μm or less.

光均一化層の絶縁性/導電性については、光均一化層23の側壁を絶縁層30が覆っているか否かにより許容範囲が異なる。即ち、図1A、2のように、光均一化層23の側壁を絶縁層30が覆っている場合には、導電性であっても絶縁性であってもどちらでもよいが、光均一化層23の側壁の少なくとも一部が絶縁層で覆われていないときは、ハンダ等による短絡を防止するために絶縁性であることが極めて好ましい。例えば層全体の比抵抗ρoc(Ω・cm)が0.5(Ω・cm)以上であることが好ましい。さらに好ましくは、1.0(Ω・cm)以上であり、さらに好ましくは1.5(Ω・cm)以上、最も好ましくは5(Ω・cm)以上である。比抵抗が高いためには、光均一化層はアンドープであることが望ましい。また、光均一化層が複数の層からなる場合などにおいては、一部ドーピングされている層があっても、これがアンドープ層の間にあれば問題はない。この場合、第一導電型半導体層(例えば第一導電型クラッド層)に隣接する層が上記の比抵抗を有していればよい。また、一般的に半導体においては、その材料に対して透明な波長領域では、同一の材料であっても、アンドープ層の屈折率が意図的にドーピングされ多数のキャリアを有する層よりも屈折率が高くなるので、光学的な特性から考えても、また、電気的特性から考えても、アンドープ層は好ましい。特に、光均一化層が装置端の露出部分となる場合には、露出部分はアンドープ部分であることが好ましい。これにより、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。 Regarding the insulating property / conductivity of the light uniformizing layer, the allowable range varies depending on whether or not the insulating layer 30 covers the side wall of the light uniformizing layer 23. That is, when the insulating layer 30 covers the side wall of the light homogenizing layer 23 as shown in FIGS. 1A and 2, the insulating layer 30 may be either conductive or insulating. When at least a part of the side wall of 23 is not covered with an insulating layer, it is extremely preferable to be insulative in order to prevent a short circuit due to solder or the like. For example, the specific resistance ρ oc (Ω · cm) of the entire layer is preferably 0.5 (Ω · cm) or more. More preferably, it is 1.0 (Ω · cm) or more, more preferably 1.5 (Ω · cm) or more, and most preferably 5 (Ω · cm) or more. In order to have a high specific resistance, the light uniformizing layer is preferably undoped. Further, in the case where the light homogenizing layer is composed of a plurality of layers, there is no problem as long as there is a partially doped layer between the undoped layers. In this case, the layer adjacent to the first conductivity type semiconductor layer (for example, the first conductivity type clad layer) may have the above specific resistance. In general, in a semiconductor, in a wavelength region transparent to a material, the refractive index of an undoped layer is intentionally doped and the refractive index is higher than that of a layer having a large number of carriers even in the same material. Therefore, the undoped layer is preferable from the viewpoint of optical characteristics and electrical characteristics. In particular, when the light uniformizing layer is an exposed portion at the device end, the exposed portion is preferably an undoped portion. Thereby, the insulation failure by the solder | pewter etc. at the time of apparatus assembly can be suppressed.

本発明においては、光均一化層は、光を分布・遍在させるのに対し、前述のバッファ層は基板上に結晶成長するときに各種の不整合の軽減を図るものであるので、その機能は異なる。しかし、同一の層が2つの機能を同時に有することがある。また、光均一化層またはバッファ層が複数の層で構成されているとき、一部の層が2つの機能を有する場合もある。さらに組成が同一でも成長方法・条件が異なる場合には、一方の機能しか有さない場合もある。   In the present invention, the light homogenizing layer distributes and distributes light, whereas the buffer layer described above serves to reduce various mismatches when crystals grow on the substrate. Is different. However, the same layer may have two functions at the same time. In addition, when the light uniformizing layer or the buffer layer includes a plurality of layers, some layers may have two functions. Furthermore, if the growth method and conditions are different even though the composition is the same, only one function may be provided.

<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1A〜3に示すように光均一化層23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素子の機能向上のため、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 light uniformizing layer 23 as shown in FIGS. 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, for improving the function of the element like a contact layer, 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ことが好ましい。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 preferable. 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 the substrate and a laminated structure of GaN grown at a low temperature and GaN grown at a high temperature is used as the 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1A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、AlN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. 1A, 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, an InAlBGaN-based material, or an AlN-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 also possible to change the above-mentioned carrier concentration 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、必要により、第一導電型半導体層として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, if necessary, a different layer may exist 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15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. 15 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1A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 side wall of the active layer structure of one device is preferably covered with an insulating layer 30 as shown in FIG. 1A. 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ことが好ましい。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、AlN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 preferable. 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, GaN-based material, AlN-based material, AlGaN-based material, AlGaInN-based material, AlGaBInN-based material, etc. are used as the second conductivity type cladding layer. Can be used. 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 cladding layer as in face-up mounting, and it is necessary to make the second conductivity type cladding layer thin to some extent from the element structure. Is also advantageous. 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 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、電極と接する部分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 a portion in contact 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 cladding layer is GaN, Ni, Pt, Pd, Mo are used as the materials constituting the second conductivity-type side electrode. , Au, or a material containing 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 surface material in consideration 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、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, 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光均一化層へ垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が光均一化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 light uniformizing layer from the first conductive type semiconductor layer side including the first conductive type cladding layer is reflected by the light uniformizing layer is represented by R2. The reflectivity at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident from the second conductive type semiconductor layer side including the second conductive type cladding layer on the insulating layer is reflected by the insulating layer is represented by R12, and the reflectance on the insulating layer is represented by R12. An active layer structure in which the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident from the side of the first conductive type semiconductor layer including the one conductive type cladding layer is reflected by the insulating layer as R11, and the insulating layer includes a quantum well layer When the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident from the side is reflected by the insulating layer and 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.

<サブマウントおよび支持体>
完成した発光素子に基板が残る実施形態1および2と、完成した発光素子に基板が残らない実施形態3とで、サブマウントまたは支持体に要求される機能、形状に多少異なる点がある。
<Submount and support>
There are some differences in the functions and shapes required for the submount or the support between Embodiments 1 and 2 in which the substrate remains in the completed light-emitting element and Embodiment 3 in which the substrate does not remain in the completed light-emitting element.

<実施形態1および2等の完成した発光素子に基板が残る実施形態に使用されるサブマウント>
本実施形態におけるサブマウント40は、金属層を有し、フリップチップマウントをした素子への電流注入と放熱の機能を併せ持つものである。サブマウントの母材は、金属、AlN、SiC、ダイヤモンド、BN、CuWのいずれかであることが望ましい。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て望ましい。またAl、Si、ガラス等も安価であってサブマウントの母材として利用範囲が広く好ましい。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。
<Submount used in the embodiment in which the substrate remains in the completed light-emitting element such as the first and second embodiments>
The submount 40 in the present embodiment has a metal layer and has both functions of current injection and heat dissipation to the flip chip mounted device. The base material of the submount is preferably one of metal, AlN, SiC, diamond, BN, and CuW. These materials are desirable because they are excellent in heat dissipation and can effectively 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 submount base materials. 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.

発光素子は各種ハンダ材、ペースト材によってサブマウントの金属層に接合される。素子の高出力動作と高効率な発光のために放熱性を十分に確保するためには、特に金属ハンダによって接合されることが望ましい。金属ハンダとしては、In、InAg、PbSn、SnAg、AuSn、AuGeおよびAuSi等を挙げることができる。これらハンダは安定であって、使用温度環境等に照らして適宜選択可能である。   The light emitting element is bonded to the metal layer of the submount by various solder materials and paste materials. In order to sufficiently secure heat dissipation for high output operation and high efficiency light emission of the element, it is particularly desirable to join with metal solder. Examples of the metal solder include In, InAg, PbSn, SnAg, AuSn, AuGe, and AuSi. These solders are stable and can be appropriately selected in light of the operating temperature environment.

また、本態様の化合物半導体発光素子の複数個を1つのサブマウントに搭載することも可能であり、サブマウント上の金属配線を自在に変化させることで、1つのサブマウント上の各発光素子を並列接続にも、直列接続にも、またはこれらを混在させることも可能である。   It is also possible to mount a plurality of compound semiconductor light emitting elements of this embodiment on one submount. By freely changing the metal wiring on the submount, each light emitting element on one submount can be changed. These can be connected in parallel, in series, or mixed.

<実施形態3等の完成した発光素子に基板が残らない実施形態に使用される支持体>
この実施形態で使用される支持体40b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。さらに、基板そのものをウェットエッチングすることも可能であって、この際に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、誘電体等で覆う最には、各種CVD法で形成したSiNx、SiO等が望ましい。
<Support used in embodiment in which substrate is not left on completed light-emitting device such as embodiment 3>
It is essential that the support 40b used in this embodiment can serve as a support for the thin film crystal layer when the substrate is peeled off. It is also highly desirable to have both functions. 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. Furthermore, it is possible to wet-etch the substrate itself, and it is desirable that the support is 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, the top 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。また、実施形態3では、前述のとおり、支持体を分割して素子分離を行う。   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. In the third embodiment, as described above, element separation is performed by dividing the support.

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。また、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、また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. Further, 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 together.

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 intentionally 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16(図1Aに類似)に示す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5〜10を参照する。
Example 1
A light-emitting element shown in FIG. 16 (similar to FIG. 1A) was manufactured by the following procedure. 5 to 10 will be referred to as related process diagrams.

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、この後に厚み1μmの第2のバッファ層22bとして厚み0.5μmのアンドープGaNと厚み0.5μmのSiドープ(Si濃度7×1017cm−3)のGaN層を1040℃で積層した。連続して光均一化層23として厚み3.5μmのアンドープGaN層を1035℃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 thickness of 10 nm is formed as a first buffer layer 22a on the first buffer layer 22a by using the MOCVD method. As the second buffer layer 22b, an undoped GaN layer having a thickness of 0.5 μm and a Si-doped (Si concentration: 7 × 10 17 cm −3 ) GaN layer having a thickness of 0.5 μm were stacked at 1040 ° C. Subsequently, an undoped GaN layer having a thickness of 3.5 μm was formed as the light uniformizing layer 23 at 1035 ° 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3×1018cm−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 3 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 0.5 μm, and the first conductivity type (n-type) first cladding layer 24 a is Si-doped (Si concentration 1.5 × 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5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 so far 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6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、アンドープGaN光均一化層23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 the 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 layer corresponding to the device isolation trenches All of the thin film crystal layers of 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, the undoped GaN light uniformizing layer 23, and the undoped GaN buffer layer 22 Was subjected to ICP etching using Cl 2 gas. 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7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、p−CVD法によってSiNおよびSiOの誘電体多層膜を絶縁層としてウエハー全面に形成した。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8に対応する。 Next, a dielectric multilayer film of SiN x and SiO x was formed as an insulating layer on the entire surface of the wafer by p-CVD. 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上のp側電極露出部分の形成、n側コンタクト層24c上のn側電流注入領域(36)の形成、装置間分離溝内のスクライブ領域14の形成を同時に実施するために、まず、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を形成しなかった誘電体多層膜(絶縁層)を除去した。ここでは、p側電極27の周辺はSiNとSiOからなる絶縁層に150μm覆われているようにした。また、スクライブ領域の幅が100μm(分離後の素子中のLWSが50μm)になるように形成した。 Next, formation of the p-side electrode exposed portion on the p-side electrode 27 made of Ni—Au, formation of the n-side current injection region (36) on the n-side contact layer 24c, and formation of the scribe region 14 in the inter-device isolation trench First, a resist mask was formed using a photolithography technique. Next, the dielectric multilayer film (insulating layer) on which the resist mask was not formed with a hydrofluoric acid-based etchant was removed. Here, the periphery of the p-side electrode 27 was covered with an insulating layer made of SiN x and SiO x of 150 μm. The width of the scribe region (the L WS in the device after separation 50 [mu] m) 100 [mu] m was formed to have a.

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9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 up to here 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10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 production 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、サファイア基板の裏面側に、MgFからなる低反射光学膜45を真空蒸着法によって形成した。この際には、MgFは素子の発光波長に対して低反射コーティングとなるように、光学膜厚の1/4を成膜した。 Next, a low reflection optical film 45 made of MgF 2 was formed on the back side of the sapphire substrate by a vacuum deposition method. In this case, MgF 2 was formed to ¼ of the optical film thickness so as to be a low reflection coating with respect to the emission wavelength of the element.

次いで、ウエハー上に形成された1つ1つの発光素子を分割するために、レーザスクライバーを用いて薄膜結晶成長側から装置間分離溝13内にスクライブラインを形成した。さらにこのスクライブラインにそってサファイア基板とMgF低反射光学膜のみをブレーキングし、1つ1つの化合物半導体発光素子を完成させた。この際に、薄膜結晶層へのダメージ導入はなく、また、誘電体膜の剥離等も発生しなかった。 Next, in order to divide each light emitting element formed on the wafer, a scribe line was formed in the inter-device separation groove 13 from the thin film crystal growth side using a laser scriber. Furthermore, only the sapphire substrate and the MgF 2 low-reflection optical film were braked along this scribe line to complete each compound semiconductor light emitting element. At this time, no damage was introduced into the thin film crystal layer, and the dielectric film was not peeled off.

次いで、この素子を金属ハンダ42を用いてサブマウント40の金属層41と接合し、図16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。   Next, this element was joined to the metal layer 41 of the submount 40 using the metal solder 42 to complete the light emitting element shown in FIG. At this time, an unintended short circuit or the like of the element did not occur.

(実施例2)
図17(図2Aに類似)に示した発光素子を以下の手順で作製した。
(Example 2)
The light emitting element shown in FIG. 17 (similar to FIG. 2A) was manufactured in the following procedure.

誘電体多層膜を絶縁層としてウエハー全面に形成するところまで(図8に概ね対応する)は、実施例1を繰り返した。   Example 1 was repeated until the dielectric multilayer film was formed as an insulating layer on the entire surface of the wafer (generally corresponding to FIG. 8).

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をで覆われていなかった誘電体多層膜(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22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SiNとSiOからなる絶縁層に150μm覆われているようにした。 Next, formation of the p-side electrode exposed portion on the p-side electrode 27 made of Ni—Au, formation of the n-side current injection region 36 on the n-side contact layer 24c, and the side wall of the undoped buffer layer in the inter-device isolation trench In order to simultaneously remove the insulating layer existing on the substrate 21 side, a resist mask was formed using a photolithography technique. Next, the dielectric multilayer film (insulating layer) that was not covered with the resist mask with a hydrofluoric acid-based etchant was removed. Further, the dielectric multilayer film (insulating layer) at a part of the side wall of the undoped buffer layer 22 was also removed by the side etching effect using hydrofluoric acid. Here, the periphery of the p-side electrode 27 was covered with an insulating layer made of SiN x and SiO 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を実施例1同様に形成した。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, the n-side electrode 28 was formed in the same manner as in Example 1. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIG.

次いで、サファイア基板の裏面側に、MgFからなる低反射光学膜45を真空蒸着法によって形成した。この際には、MgFは素子の発光波長に対して低反射コーティングとなるように、光学膜厚の1/4を成膜した。 Next, a low reflection optical film 45 made of MgF 2 was formed on the back side of the sapphire substrate by a vacuum deposition method. In this case, MgF 2 was formed to ¼ of the optical film thickness so as to be a low reflection coating with respect to the emission wavelength of the element.

次いで、ウエハー上に形成された1つ1つの発光素子を分割するために、レーザスクライバーを用いて薄膜結晶成長側から装置間分離溝13内にスクライブラインを形成した。さらにこのスクライブラインにそってサファイア基板とMgF低反射光学膜のみをブレーキングし、1つ1つの発光素子を完成させた。この際に、薄膜結晶層へのダメージ導入はなく、また、誘電体膜の剥離等も発生しなかった。 Next, in order to divide each light emitting element formed on the wafer, a scribe line was formed in the inter-device separation groove 13 from the thin film crystal growth side using a laser scriber. Furthermore, only the sapphire substrate and the MgF 2 low-reflection optical film were braked along this scribe line to complete each light emitting element. At this time, no damage was introduced into the thin film crystal layer, and the dielectric film was not peeled off.

次いで、この素子を金属ハンダ42を用いてサブマウント40の金属層41と接合し、図17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。   Next, this element was joined to the metal layer 41 of the submount 40 using the metal solder 42 to complete the light emitting element shown in FIG. At this time, an unintended short circuit or the like of the element did not occur.

(実施例3)
図18(図3Aに類似)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1μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。
(Example 3)
The light emitting element shown in FIG. 18 (similar to FIG. 3A) was manufactured in 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 1 μm was formed at 1040 ° C.

光均一化層23としてアンドープIn0.05Ga0.95N層が3nm厚とアンドープGaN層が12nm厚の各10層の積層構造をその中心に含むアンドープGaN層2μm厚を形成した。ここで、アンドープGaN層は850℃、アンドープIn0.05Ga0.95N層は730℃で成長した。 As the light uniformizing layer 23, an undoped GaN layer having a thickness of 2 μm including a laminated structure of 10 layers each having an undoped In 0.05 Ga 0.95 N layer of 3 nm thickness and an undoped GaN layer of 12 nm thickness was formed. Here, the undoped GaN layer was grown at 850 ° C., and the undoped In 0.05 Ga 0.95 N layer was grown at 730 ° 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 well layers were alternately formed so that the total number of 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InGaN/GaN光均一化層23およびアンドープ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. Active layer structure 25 composed of layers, n-AlGaN first cladding layer 24a, n-GaN contact layer 24c, n-GaN second cladding layer 24b, undoped InGaN / GaN light homogenizing layer 23 and undoped GaN buffer layer 22 All thin film crystal layers were ICP etched using Cl 2 gas. 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p側電極は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. Also here, Au was exposed on the surface of the p-side electrode, so that the p-side electrode was not altered at all by this process.

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に覆われていなかった絶縁層を除去した。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, the formation of the p-side electrode exposed portion on the p-side electrode 27 made of Pd—Au, the formation of the n-side current injection region 36 on the n-side contact layer 24c, and the side wall of the undoped buffer layer in the inter-device isolation trench In order to simultaneously remove the insulating layer present on the substrate side portion, a resist mask was formed using a photolithography technique. Next, the insulating layer not covered with the resist mask was removed with a hydrofluoric acid-based etchant. 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を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。   Subsequently, in order to form the n-side electrode 28, a resist pattern was formed by preparing 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40b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の薄膜結晶成長層、電極、絶縁層等)全体を、AuSnハンダを用いて接合した。接合時には、支持体40bと発光素子が形成されたウエハーを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 40b. The entire wafer (the thin film crystal growth layer of the substrate 21, the electrode, the insulating layer, etc.) on which the light emitting element was built was bonded to this support using AuSn solder. At the time of bonding, the wafer on which the support 40b and the light emitting element are formed is heated to 300 ° C. so that the p-side electrode and the n-side electrode are fused to the designed metal wiring on the support by AuSn solder. did. 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)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 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、支持体内の素子分離領域部分をカットした。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18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, an element isolation region portion in the support was 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. Thus, the compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 18 was completed.

(実施例4〜6)
実施例1〜3において、光均一化層23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1〜3を繰り返した。即ち、光均一化層23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1〜3と同様にして、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。
(Examples 4 to 6)
In Examples 1 to 3, Examples 1 to 3 were repeated except that the thin film crystal layer was formed as follows after the light uniformizing layer 23 was formed. That is, after the light uniformizing layer 23 is formed, a Si-doped (Si concentration 5 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 4 μm as the first conductivity type (n-type) second cladding layer 24b. A Si-doped (Si concentration: 8 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 0.5 μm as the first conductivity type (n-type) contact layer 24c, and the first conductivity type (n-type) first cladding is further formed. As the layer 24a, 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. 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, the light emitting device was completed in the same manner as in Examples 1 to 3. At this time, an unintended short circuit of the element did not occur.

尚、実施例1、2、4、5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, 2, 4, and 5, 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、第二エッチング工程でのエッチングを、光均一化層またはバッファ層の途中で止めることで、素子端部の光均一化層またはバッファ層に段差のある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)。また、その際に、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、絶縁層のサイドエッチングを進めることで装置分離溝底面から絶縁層を除去した形状も、あるいは、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、絶縁層のサイドエッチングを進めないことで、溝底面の一部に絶縁層を残しながスクライブ領域を形成することことも可能である。   Further, by stopping the etching in the second etching step in the middle of the light homogenization layer or the buffer layer, a light emitting element having a step in the light homogenization layer or the buffer layer at the end of the element can be manufactured (however, Insulating layer is a multilayer dielectric film). At that time, an appropriate etching mask shape is prepared by photolithography suitable for the planned shape, and the shape in which the insulating layer is removed from the bottom surface of the device isolation groove by proceeding side etching of the insulating layer, or Prepare a suitable etching mask shape by photolithography suitable for the planned shape and do not proceed with side etching of the insulating layer, thereby forming a scribe region while leaving the insulating layer at a part of the groove bottom surface. It is also possible.

(実施例7)
図1Cに示した発光素子を以下の手順で作製した。厚みが330μmのc+面GaN基板21(Si濃度1×1017cm−3)を用意し、この上に、まずMOCVD法を用いて、バッファ層として厚み1μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。ついで光均一化層23としてアンドープIn0.05Ga0.95Nが3nmとアンドープGaNが12nmの各20層の積層構造をその中心に含むアンドープGaN4μmを形成した。ここで、アンドープIn0.05Ga0.95N層は730℃で、これに隣接するアンドープGaN層は850℃、その他のGaN層は1035℃で成長した。
(Example 7)
The light emitting element shown in FIG. 1C was manufactured by the following procedure. A c + -plane GaN substrate 21 (Si concentration: 1 × 10 17 cm −3 ) having a thickness of 330 μm was prepared, and an undoped GaN layer having a thickness of 1 μm was first formed as a buffer layer at 1040 ° C. using the MOCVD method. . Subsequently, 4 μm of undoped GaN including a laminated structure of 20 layers each of undoped In 0.05 Ga 0.95 N of 3 nm and undoped GaN of 12 nm as the light uniformizing layer 23 was formed. Here, the undoped In 0.05 Ga 0.95 N layer was grown at 730 ° C., the adjacent undoped GaN layer was grown at 850 ° C., and the other GaN layers were grown at 1035 ° 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5×1018cm−3)のGaN層を5μm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22aとしてSiドープ(Si濃度5×1018cm−3)のAl0.15Ga0.85N層を0.05μmの厚さで形成した。 Next, a Si-doped (Si concentration 5 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 5 μm as the first conductivity type (n-type) second cladding layer 24b, and the first conductivity type (n-type) contact layer 24c. Si-doped (Si concentration 8 × 10 18 cm -3) of the GaN layer was formed to 0.5μm thick, Si-doped (Si concentration: 5 × 10 18 as a further first conductivity type (n-type) first cladding layer 22a as A cm −3 ) Al 0.15 Ga 0.85 N layer was formed to a thickness of 0.05 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に成膜したアンドープIn0.13Ga0.87N層を、量子井戸層が全部で7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 well layers were formed alternately so that the total number of well layers was 7 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0.05μm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 0.05 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をすべてと、アンドープGaNバッファ層22の途中までを、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. The active layer structure 25 composed of layers, the n-AlGaN first cladding layer 24a, the n-GaN contact layer 24c, and the n-GaN second cladding layer 24b, and the middle part of the undoped GaN buffer layer 22, Cl 2 gas is supplied. 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。次いで、Pd−Auからなるp側電極27の上のp側電極露出部分の形成、n側コンタクト層上のn側電流注入領域の形成、さらに装置間分離溝のスクライブ領域14とを同時に形成するために、まず、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、次いでSFガスのRIEプラズマを用いて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。ここでは、p側電極の周辺はSiN絶縁層に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, 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. Next, a p-side electrode exposed portion on the p-side electrode 27 made of Pd—Au, an n-side current injection region on the n-side contact layer, and a scribe region 14 for an inter-device isolation trench are formed at the same time. For this purpose, first, a resist mask was formed using a photolithography technique, and then an insulating layer in a portion not covered with the resist mask was removed using RIE plasma of SF 6 gas. Here, the periphery of the p-side electrode was covered with a SiN x insulating layer. 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を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。   Subsequently, in order to form the n-side electrode 28, a resist pattern was formed by preparing 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、ウエハー上に形成された1つ1つの発光素子を分割するために、レーザスクライバーを用いて薄膜結晶成長側から装置間分離溝13内にスクライブラインを形成した。さらにこのスクライブラインにそってアンドープバッファ層とGaN基板のみをブレーキングし、1つ1つの化合物半導体発光素子を完成させた。この際に、薄膜結晶層へのダメージ導入はなく、また、誘電体膜の剥離等も発生しなかった。   Next, in order to divide each light emitting element formed on the wafer, a scribe line was formed in the inter-device separation groove 13 from the thin film crystal growth side using a laser scriber. Further, only the undoped buffer layer and the GaN substrate were braked along this scribe line, thereby completing each compound semiconductor light emitting device. At this time, no damage was introduced into the thin film crystal layer, and no peeling of the dielectric film occurred.

次いで、この素子を金属ハンダ42を用いてサブマウント40の金属層41と接合し、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。   Next, this element was joined to the metal layer 41 of the submount 40 using the metal solder 42 to complete the light emitting element. At this time, an unintended short circuit or the like of the element did not occur.

実施形態1で製造される発光素子の例を示す図である。4 is a diagram illustrating an example of a light emitting device manufactured in Embodiment 1. FIG. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. 実施形態2で製造される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 manufactured in Embodiment 2. FIG. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. 実施形態3で製造される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 manufactured in Embodiment 3. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. その他の実施形態で製造される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 manufactured by other embodiment. 製造方法の工程順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process order 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. 実施形態1の製造方法の1例を説明する工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating an example of the manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態1の製造方法の1例を説明する工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating an example of the manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態2の製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining an example of the manufacturing method of Embodiment 2. FIG. 実施形態2の製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining an example of the manufacturing method of Embodiment 2. FIG. 実施形態3の製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining an example of the manufacturing method of Embodiment 3. FIG. 実施形態3の製造方法の1例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining an example of the manufacturing method of Embodiment 3. FIG. 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. 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. 実施例3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 3. 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
21 基板
22 バッファ層
22a 第1のバッファ層
22b 第2のバッファ層
23 光均一化層
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 第二導電型側電極露出部分
40 サブマウント
40b 支持体
41 金属層
42 金属ハンダ
45 低反射光学膜
47 分離領域(支持体)
50a、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 Inter-device isolation groove 14 Scribe area | region 15 Insulating layer non-formation part 21 Substrate 22 Buffer layer 22a 1st buffer layer 22b 2nd buffer layer 23 Light equalization layer 24 1st conductivity type clad layer 24a 1st conductivity Type first cladding layer 24b first 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 clad layer 26c Second conductivity type (p-type) contact layer 27 Second conductivity type side electrode 28 First conductivity type side electrode 30 Insulating layer 35 Second current injection region 36 First current injection region 37 Second conductivity type side Electrode exposed portion 40 Submount 40b Support body 41 Metal layer 42 Metal solder 45 Low reflection optical film 47 Separation region (support body)
50a, 50b Light extraction surface 51 First etching mask (SiN x, etc.)
52 Second etching mask (metal fluoride mask)
55 End step surface

Claims (36)

(a)基板上に、バッファ層および光均一化層をこの順に成膜する工程(a)と、
(b)少なくとも、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有する薄膜結晶層を前記基板側からこの順に成膜する工程(b)と、
(c)前記第二導電型半導体層の表面に第二導電型側電極を形成する工程(c)と、
(d)前記第二導電型側電極が形成されていない箇所の一部をエッチングして、前記第一導電型半導体層の一部を露出させる第一エッチング工程(d)と、
(e)隣接する発光素子を分離する装置間分離溝を形成するために、前記第二導電型側電極が形成されていない箇所の一部を、表面から、(i)前記光均一化層の少なくとも一部を除去するまで、(ii)前記バッファ層の少なくとも一部を除去するまで、または(iii)少なくとも前記基板に達するまでの深さでエッチングを行って前記装置間分離溝を形成する第二エッチング工程(e)と、
(f)前記第二導電型側電極、前記第一エッチング工程によって露出した第一導電型半導体層および前記装置間分離溝内を含む全面に絶縁層を形成する工程(f)と、
(g)前記装置間分離溝内の少なくとも溝底面の溝中央を含む領域の絶縁層を除去する工程(g)と、
(h)前記第一導電型半導体層面上に形成された絶縁層の一部を除去し、第一電流注入領域となる開口を形成する工程(h)と、
(i)前記第二導電型側電極の表面に形成された絶縁層の一部を除去し、前記第二導電型側電極の一部を露出させる工程(i)と、
(j)前記工程(h)で開口された第一電流注入領域に接して第一導電型側電極を形成する工程(j)と
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
(A) a step (a) of forming a buffer layer and a light uniformizing layer in this order on a substrate;
(B) At least a first conductive type semiconductor layer including a first conductive type cladding layer, an active layer structure, and a thin film crystal layer having a second conductive type semiconductor layer including a second conductive type cladding layer from the substrate side. A step (b) of sequentially forming a film;
(C) a step (c) of forming a second conductivity type side electrode on the surface of the second conductivity type semiconductor layer;
(D) a first etching step (d) in which a part of the portion where the second conductivity type side electrode is not formed is etched to expose a part of the first conductivity type semiconductor layer;
(E) In order to form an inter-device separation groove for separating adjacent light emitting elements, a part of the portion where the second conductivity type side electrode is not formed is separated from the surface, (i) the light uniformizing layer Etching is performed at a depth until at least a portion is removed, (ii) at least a portion of the buffer layer is removed, or (iii) at least reaches the substrate. Two etching steps (e);
(F) a step (f) of forming an insulating layer on the entire surface including the second conductivity type side electrode, the first conductivity type semiconductor layer exposed by the first etching step, and the inside of the inter-device isolation trench;
(G) removing an insulating layer in a region including at least the groove center of the groove bottom surface in the inter-device separation groove;
(H) removing a part of the insulating layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer and forming an opening to be a first current injection region;
(I) removing a part of the insulating layer formed on the surface of the second conductivity type side electrode and exposing a part of the second conductivity type side electrode;
(J) A method of manufacturing a light emitting device, comprising: a step (j) of forming a first conductivity type side electrode in contact with the first current injection region opened in the step (h).
前記工程(g)において、前記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、前記溝底面上の溝中央を含む領域の絶縁層のみを除去することを特徴とする請求項1記載の方法。   In the step (g), only the insulating layer in the region including the groove center on the groove bottom surface is removed while leaving the insulating layer formed on the sidewall of the inter-device separation groove. The method according to 1. 前記工程(g)において、前記装置間分離溝内の前記溝底面に形成された絶縁層のすべてと、前記装置間分離溝内の側壁の少なくとも前記溝底面側の部分に形成された絶縁層を除去することを特徴とする請求項1記載の方法。   In the step (g), all of the insulating layer formed on the bottom surface of the groove in the inter-device separation groove, and the insulating layer formed on at least a portion of the side wall in the inter-device separation groove on the groove bottom surface side. The method according to claim 1, wherein the method is removed. 前記絶縁層が除去されて露出する面を構成する層は、アンドープ型であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   4. The method according to claim 1, wherein the layer constituting the surface exposed by removing the insulating layer is an undoped type. 前記工程(j)の後に、
前記装置間分離溝で、前記基板を素子分離する工程と、
前記第一導電型側電極および第二導電型側電極を、サブマウント上の金属層に接合する工程と
をさらに有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
After step (j)
Isolating the substrate in the inter-device separation groove;
The method according to claim 1, further comprising the step of joining the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode to a metal layer on a submount.
前記工程(j)の後に、
前記第一導電型側電極および第二導電型側電極を、支持体上の金属層に接合して支持体に搭載する工程と、
前記基板を除去する工程と、
前記支持体を分割して素子分離する工程と
をさらに有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
After step (j)
Bonding the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode to the metal layer on the support and mounting the support on the support; and
Removing the substrate;
The method according to claim 1, further comprising a step of dividing the support to separate elements.
前記バッファ層および光均一化層が、前記薄膜結晶層の一部として、前記第一導電型半導体層の形成に先立って行われることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the buffer layer and the light uniformizing layer are performed as a part of the thin film crystal layer prior to the formation of the first conductive semiconductor layer. . 発光波長における前記基板の平均屈折率をnsb、前記光均一化層の平均屈折率をnoc、前記第一導電型半導体層の平均屈折率をnで表したとき、
sb<noc および n<noc
の関係を満たすことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
When the average refractive index of the substrate at the emission wavelength is expressed as n sb , the average refractive index of the light uniformizing layer is expressed as n oc , and the average refractive index of the first conductive semiconductor layer is expressed as n 1 ,
n sb <n oc and n 1 <n oc
The method according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
前記発光素子の発光波長をλ(nm)、発光波長における前記基板の平均屈折率をnsb、前記光均一化層の平均屈折率をnoc、前記光均一化層の物理的厚みをtoc(nm)とし、前記光均一化層と前記基板の比屈折率差Δ(oc−sb)
Δ(oc−sb)≡((noc)−(nsb))/(2×(noc)
と定義したときに、
(√(2×Δ(oc−sb))×noc×π×toc)/λ ≧ π/2
を満たすようにtocが選択されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
The light emitting wavelength of the light emitting element is λ (nm), the average refractive index of the substrate at the light emitting wavelength is n sb , the average refractive index of the light uniformizing layer is no oc , and the physical thickness of the light uniformizing layer is toc (Nm), and the relative refractive index difference Δ (oc−sb) between the light homogenization layer and the substrate is Δ (oc−sb) ≡ ((n oc ) 2 − (n sb ) 2 ) / (2 × ( noc ) 2 )
Defined as
(√ (2 × Δ (oc−sb) ) × n oc × π × t oc ) / λ ≧ π / 2
The method according to claim 1, wherein t oc is selected to satisfy
前記発光素子の発光波長をλ(nm)、前記光均一化層の発光波長における平均屈折率をnoc、第一導電型半導体層の発光波長における平均屈折率をn、前記光均一化層の物理的厚みをtoc(nm)とし、光均一化層と第一導電型半導体層の比屈折率差Δ(oc−1)
Δ(oc−1)≡((noc)−(n))/(2×(noc)
と定義したとき、
(√(2×Δ(oc−1))×noc×π×toc)/λ ≧ π/2
を満たすようにtocを選択することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
The emission wavelength of the light emitting element is λ (nm), the average refractive index at the emission wavelength of the light homogenizing layer is n oc , the average refractive index at the emission wavelength of the first conductivity type semiconductor layer is n 1 , and the light homogenizing layer. the physical thickness and t oc (nm), the relative refractive index difference of the light uniformizing layer and the first conductivity type semiconductor layer delta a (oc-1) Δ (oc -1) ≡ ((n oc) 2 - ( n 1 ) 2 ) / (2 × (n oc ) 2 )
When defined as
(√ (2 × Δ (oc−1) ) × n oc × π × t oc ) / λ ≧ π / 2
The method according to claim 1, wherein t oc is selected so as to satisfy.
前記光均一化層全体の比抵抗ρoc(Ω・cm)が、
0.5 ≦ρoc
の関係を満たす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 specific resistance ρ oc (Ω · cm) of the entire light homogenizing layer is
0.5 ≦ ρ oc
The light-emitting element according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
前記光均一化層を複数の層として積層することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the light homogenizing layer is laminated as a plurality of layers. 前記工程(j)において、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以上となるように前記第一導電型側電極を形成することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の方法。 In the step (j), the first conductivity type side electrode is adjusted such that the width L1w of the narrowest portion of the portion where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is 5 μm or more. The method according to claim 1, wherein the method is formed. 前記工程(i)において、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以上となるように前記第二導電型側電極の一部を露出させることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の方法。 In the step (i), among the widths of the portion where the second conductivity type side electrode is covered with the insulating layer, the width L 2w of the narrowest portion is not less than 15 μm. The method according to claim 1, wherein a part of the electrode is exposed. 前記L2wが30μm以上であることを特徴とする請求項14記載の方法。 The method according to claim 14, wherein the L 2w is 30 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1〜15のいずれかに記載の方法。   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 method according to 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1〜16のいずれかに記載の方法。   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 method according to any one of 16. 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1〜17のいずれかに記載の方法。 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 method according to claim 1, wherein the method 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1〜18のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the insulating layer is a dielectric multilayer film including 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19記載の方法。   The method according to claim 19, 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20記載の方法。 It said fluoride, AlF x, BaF x, CaF x, The method of claim 20 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光均一化層へ垂直入射する当該発光素子の発光波長の光が前記光均一化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1〜21のいずれかに記載の方法。
The reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the light homogenizing layer from the first conductivity type semiconductor layer side is reflected by the light homogenizing layer is represented by R2, and the second insulating layer is formed on the insulating layer. The reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident from the conductive semiconductor layer side is reflected by the insulating layer is R12, and the light emission of the light emitting element perpendicularly incident on the insulating layer from the first conductive semiconductor layer side is R12. The reflectance at which light having a wavelength is reflected by the insulating layer is R11, and the reflectance at which light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the insulating layer from the active layer structure side is reflected by the insulating layer is R1q. When represented,
(Formula 1) R2 <R12
(Formula 2) R2 <R11
(Formula 3) R2 <R1q
The method according to claim 1, wherein the insulating layer is configured so as to satisfy all of the following conditions.
前記薄膜結晶層を、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して形成することを特徴とする請求項1〜22のいずれかに記載の方法。 The thin film crystal layer is formed by forming a film on a substrate selected from the group consisting of sapphire, SiC, GaN, LiGaO 2 , ZnO, ScAlMgO 4 , NdGaO 3 and MgO. The method according to any one. 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1〜23のいずれかに記載の方法。   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 method according to any one of claims 1 to 23, wherein an element selected from the group consisting of Al is included. 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1〜24のいずれかに記載の方法。
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 method 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1〜25のいずれかに記載の方法。   26. The method 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を、ハンダによって金属層を有するサブマウントに接合することを特徴とする請求項5記載の方法。   6. The method according to claim 5, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are joined to a submount having a metal layer by soldering. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を、ハンダによって前記金属層を有する支持体に接合することを特徴とする請求項6記載の方法。   The method according to claim 6, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are joined to a support having the metal layer by soldering. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極と、前記サブマウントまたは支持体の金属層との接合を、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行うことを特徴とする請求項27または28記載の方法。   The bonding between the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode and the metal layer of the submount or the support is performed only by metal solder, or by metal solder and metal bumps. The method according to 27 or 28. 前記サブマウントまたは支持体の母材が、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27〜29のいずれかに記載の方法。 The sub-mount or support base material of a metal, AlN, Al 2 O 3, Si, glass, SiC, diamond, claim 27 to 29, characterized in that it is selected from the group consisting of BN and CuW The method described in 1. 前記サブマウントまたは支持体の発光素子間の分離部分に、金属層が形成されていないことを特徴とする請求項27〜30のいずれかに記載の方法。   31. The method according to claim 27, wherein a metal layer is not formed at a separation portion between the light emitting elements of the submount or 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5記載の方法。   6. The method according to claim 5, wherein the 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6記載の方法。   The method according to claim 6, 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5記載の方法。
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
6. The method according to claim 5, wherein a low-reflection optical film is provided on the light extraction side of the substrate so as to satisfy the above condition.
前記光均一化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6記載の方法。
R3 is a reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the buffer layer side from the light uniformizing layer is reflected by the buffer layer, and the light emitting element that is perpendicularly incident on the light extraction side space from the buffer layer. When the reflectance at which the light of the emission wavelength is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
The method according to claim 6, wherein a low-reflection optical film is provided on the light extraction side of the buffer layer so as to satisfy the above condition.
前記基板がGaNであり、前記バッファ層のすべてを900℃以上の温度にてGaNで形成することを特徴とする請求項1〜35のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the substrate is GaN, and all of the buffer layer is formed of GaN at a temperature of 900 ° C. or more.
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