JP2008010763A - Semiconductor light-emitting device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.
GaNに代表される窒化物系半導体を用いることにより、紫外光から青色、緑色の波長帯を有する高輝度の発光ダイオード(LED)や半導体レーザなどの発光素子が実用化されている。今後、LEDが長寿命であるという特徴を活かし、赤、緑、青の3色の光を混合して白色光を発する白色LED、または青色光で蛍光材を励起して発光する白色LEDを用いた照明用光源の市場拡大が予想されている。 By using a nitride-based semiconductor typified by GaN, light-emitting elements such as high-intensity light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers having wavelength bands from ultraviolet light to blue and green have been put into practical use. In the future, taking advantage of the long-life characteristics of LEDs, we will use white LEDs that emit white light by mixing three colors of red, green, and blue, or white LEDs that emit light by exciting fluorescent materials with blue light. The lighting light source market is expected to expand.
従来、このようなGaN系窒化物半導体の結晶成長にはサファイア基板が一般的に用いられてきた。ところがサファイア基板は絶縁性であるために発光ダイオードを片面電極構造にする必要があり、発光ダイオードの直列抵抗の増加や製造プロセスの複雑化といった課題があった。また、サファイア基板は放熱性が悪く、高出力化に限界があるといった課題もあった。 Conventionally, a sapphire substrate has been generally used for crystal growth of such a GaN-based nitride semiconductor. However, since the sapphire substrate is insulative, it is necessary to make the light emitting diode have a single-sided electrode structure, and there are problems such as an increase in series resistance of the light emitting diode and a complicated manufacturing process. In addition, the sapphire substrate has a problem that heat dissipation is poor and there is a limit to increasing the output.
このような課題を解決するために、エピタキシャル成長させた窒化物半導体層を接合層に接合した後にサファイア基板を除去する基板転写技術が提案されている。この基板転写の一方法として、例えば非特許文献1のように、サファイア基板が透明であることを利用して、サファイア基板裏面からのレーザビーム照射によって界面近傍のGaNを分解して窒化物半導体層をサファイア基板から分離するLLO(レーザリフトオフ:Laser Lift-Off)法が提案されている。前記接合層を導電層とすることで両面電極構造の発光素子が実現でき、発光ダイオードの直列抵抗低減が実現される。このような構造では、光出射面と対向する側の電極に、発光素子の発光波長に対して高反射率を有する金属電極を用いて、光出射面の反対側に発せられた光を光出射面方向へ反射させることで、光の取り出し効率の向上も同時に実現できる。 In order to solve such a problem, there has been proposed a substrate transfer technique for removing a sapphire substrate after bonding an epitaxially grown nitride semiconductor layer to a bonding layer. As one method of this substrate transfer, for example, as in Non-Patent Document 1, by utilizing the fact that the sapphire substrate is transparent, GaN in the vicinity of the interface is decomposed by laser beam irradiation from the back surface of the sapphire substrate, and the nitride semiconductor layer An LLO (Laser Lift-Off) method has been proposed for separating sapphire from a sapphire substrate. By using the bonding layer as a conductive layer, a light-emitting element having a double-sided electrode structure can be realized, and the series resistance of the light-emitting diode can be reduced. In such a structure, a metal electrode having a high reflectance with respect to the emission wavelength of the light emitting element is used for the electrode facing the light emitting surface, and the light emitted to the opposite side of the light emitting surface is emitted. By reflecting in the surface direction, the light extraction efficiency can be improved at the same time.
さらに、特許文献1のように、窒化物半導体層の側面を光出射面に対して傾斜させ、その側面に接する形で反射膜を設けた発光素子も提案されている。この構成では、反射膜に向かって発せられた光を光出射面方向へ反射させることができ、光の取り出し効率のさらなる向上が可能となる。
しかし、特許文献1に示すような構成では、窒化物半導体層を接合層に接合する際、接合層の金属(例えばAu−Sn)が拡散して、この金属が窒化物半導体層に接する電極まで到達する可能性がある。接合層の金属が上記電極まで到達すると、この電極が変質するため、窒化物半導体層に電流を注入することができなくなるおそれがある。 However, in the configuration as shown in Patent Document 1, when the nitride semiconductor layer is bonded to the bonding layer, the metal (for example, Au—Sn) of the bonding layer diffuses and the metal contacts the nitride semiconductor layer. There is a possibility to reach. When the metal in the bonding layer reaches the electrode, the electrode is altered, and there is a possibility that current cannot be injected into the nitride semiconductor layer.
本発明は、光の取り出し効率を向上させることができる上、半導体多層膜に接する電極の変質を防ぐことができる半導体発光装置及びその製造方法を提供する。 The present invention provides a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same that can improve the light extraction efficiency and can prevent deterioration of electrodes in contact with the semiconductor multilayer film.
本発明の半導体発光装置は、基板と、前記基板上に形成された金属接合層と、前記金属接合層上に配置された、凹部を有する金属層と、前記凹部内に形成された電極と、前記電極に接し、かつ前記凹部内に形成された半導体多層膜と、前記半導体多層膜の側面と前記凹部との間に配置された電気絶縁膜とを含む半導体発光装置であって、
前記凹部は、前記半導体多層膜の光出射側に向かって広がっており、
前記半導体多層膜の側面は、前記凹部の内壁に沿って形成されており、
前記金属接合層と前記金属層との間に介在する金属拡散防止層を含むことを特徴とする。
A semiconductor light-emitting device of the present invention includes a substrate, a metal bonding layer formed on the substrate, a metal layer having a recess disposed on the metal bonding layer, an electrode formed in the recess, A semiconductor light emitting device comprising: a semiconductor multilayer film in contact with the electrode and formed in the recess; and an electrical insulating film disposed between a side surface of the semiconductor multilayer film and the recess,
The recess extends toward the light exit side of the semiconductor multilayer film,
The side surface of the semiconductor multilayer film is formed along the inner wall of the recess,
A metal diffusion prevention layer interposed between the metal bonding layer and the metal layer is included.
本発明の半導体発光装置の製造方法は、
i)結晶成長用基板上に半導体多層膜を形成する工程と、
ii)前記半導体多層膜を錐台状にエッチングする工程と、
iii)前記半導体多層膜の頂面の一部、前記半導体多層膜の側面及び前記結晶成長用基板を覆うようにして電気絶縁膜を形成する工程と、
iv)前記半導体多層膜の頂面のうち前記電気絶縁膜で覆われていない領域に電極を形成する工程と、
v)前記電気絶縁膜及び前記電極を覆うようにして金属層を形成する工程と、
vi)前記金属層を覆うようにして金属拡散防止層を形成する工程と、
vii)基板と前記金属拡散防止層とを金属接合層を介して接合する工程と、
viii)前記結晶成長用基板を除去する工程とを含む。
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention includes:
i) forming a semiconductor multilayer film on the crystal growth substrate;
ii) etching the semiconductor multilayer film into a frustum shape;
iii) forming an electrical insulating film so as to cover a part of the top surface of the semiconductor multilayer film, the side surface of the semiconductor multilayer film, and the substrate for crystal growth;
iv) forming an electrode in a region of the top surface of the semiconductor multilayer film that is not covered with the electrical insulating film;
v) forming a metal layer so as to cover the electrical insulating film and the electrode;
vi) forming a metal diffusion prevention layer so as to cover the metal layer;
vii) a step of bonding the substrate and the metal diffusion prevention layer through a metal bonding layer;
viii) removing the crystal growth substrate.
本発明の半導体発光装置及びその製造方法によれば、光の取り出し効率を向上させることができる上、半導体多層膜に接する電極の変質を防ぐことができる半導体発光装置を提供できる。 According to the semiconductor light-emitting device and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to provide a semiconductor light-emitting device that can improve the light extraction efficiency and can prevent deterioration of the electrode in contact with the semiconductor multilayer film.
本発明の半導体発光装置は、基板と、前記基板上に形成された金属接合層と、前記金属接合層上に配置された、凹部を有する金属層と、前記凹部内に形成された電極と、前記電極に接し、かつ前記凹部内に形成された半導体多層膜と、前記半導体多層膜の側面と前記凹部との間に配置された電気絶縁膜とを含む。 A semiconductor light-emitting device of the present invention includes a substrate, a metal bonding layer formed on the substrate, a metal layer having a recess disposed on the metal bonding layer, an electrode formed in the recess, A semiconductor multilayer film formed in contact with the electrode and formed in the recess; and an electrical insulating film disposed between a side surface of the semiconductor multilayer film and the recess.
上記基板は特に限定されないが、本発明の半導体発光装置の放熱性を向上させるためには、Si基板やCuW基板等の熱伝導性が高い基板を使用するのが好ましい。上記基板の厚みは、例えば100〜800μm程度である。 Although the said board | substrate is not specifically limited, In order to improve the heat dissipation of the semiconductor light-emitting device of this invention, it is preferable to use a board | substrate with high thermal conductivity, such as a Si substrate and a CuW board | substrate. The thickness of the substrate is, for example, about 100 to 800 μm.
上記金属接合層の構成材料は、上記基板に上記金属層を固定することができる限り特に限定されないが、例えばAu−SnやAg合金等が使用できる。上記金属接合層の厚みは、例えば500〜1000nm程度である。 The constituent material of the metal bonding layer is not particularly limited as long as the metal layer can be fixed to the substrate. For example, Au—Sn, Ag alloy, or the like can be used. The thickness of the metal bonding layer is, for example, about 500 to 1000 nm.
上記金属層は上記半導体多層膜を収容するための凹部を含む。本発明の半導体発光装置の放熱性を向上させるためには、上記金属層の構成材料は、Au、Cu、Al、Ag等の熱伝導性の良い金属が好ましい。また、上記列挙した金属は反射率が高いため、上記半導体多層膜からの光を光出射側へ効率良く反射することができる。これにより、本発明の半導体発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。 The metal layer includes a recess for accommodating the semiconductor multilayer film. In order to improve the heat dissipation of the semiconductor light emitting device of the present invention, the constituent material of the metal layer is preferably a metal having good thermal conductivity such as Au, Cu, Al, Ag. In addition, since the metals listed above have high reflectivity, light from the semiconductor multilayer film can be efficiently reflected to the light emitting side. Thereby, the light extraction efficiency of the semiconductor light emitting device of the present invention can be improved.
上記電極は、上記金属層の凹部の例えば底部に形成されている。そして、例えば上記半導体多層膜の光出射面に別途配置された対をなす他方の電極とともに、上記半導体多層膜に電流を注入する役割を果たす。上記電極の厚みは、例えば50〜400nm程度である。また、上記電極が上記凹部の底部に形成されている場合、上記電極はAg及びRhから選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。光出射面の反対側となる上記電極側へ発せられた光を光出射面側へ反射させることできるため、光の取り出し効率の向上が可能となるからである。望ましくは、上記電極のうち上記半導体多層膜に接する側がAg薄膜またはRh薄膜である場合に光の反射効果が大きくなり、光の取り出し効率が向上する。 The electrode is formed, for example, at the bottom of the concave portion of the metal layer. For example, together with the other pair of electrodes arranged separately on the light emitting surface of the semiconductor multilayer film, it plays a role of injecting current into the semiconductor multilayer film. The thickness of the electrode is, for example, about 50 to 400 nm. Moreover, when the said electrode is formed in the bottom part of the said recessed part, it is preferable that the said electrode contains at least 1 chosen from Ag and Rh. This is because light emitted to the electrode side, which is the opposite side of the light emission surface, can be reflected to the light emission surface side, so that the light extraction efficiency can be improved. Desirably, when the side of the electrode in contact with the semiconductor multilayer film is an Ag thin film or an Rh thin film, the light reflection effect is increased, and the light extraction efficiency is improved.
上記半導体多層膜は、特に限定されないが、青色光源または紫外光源に適用する場合は、窒化物系半導体多層膜を用いるのが好ましい。具体的な例は後述する。 The semiconductor multilayer film is not particularly limited, but when applied to a blue light source or an ultraviolet light source, it is preferable to use a nitride-based semiconductor multilayer film. A specific example will be described later.
上記電気絶縁膜は、上記半導体多層膜と上記金属層とを電気的に絶縁できる限り特に限定されないが、SiO2、SiN等の無機絶縁材や、ベンゾシクロブテン(BCB)等の有機絶縁材が使用できる。上記電気絶縁膜の厚みは、例えば100〜600nm程度である。 The electrical insulating film is not particularly limited as long as the semiconductor multilayer film and the metal layer can be electrically insulated. However, an inorganic insulating material such as SiO 2 or SiN or an organic insulating material such as benzocyclobutene (BCB) is used. Can be used. The thickness of the electrical insulating film is, for example, about 100 to 600 nm.
上記金属層に形成された上記凹部は、上記半導体多層膜の光出射側に向かって広がっている。この構成により、上記凹部の内壁に向かって上記半導体多層膜から発せられた光を光出射側へ反射させることができ、光の取り出し効率の向上が可能となる。 The concave portion formed in the metal layer extends toward the light emitting side of the semiconductor multilayer film. With this configuration, the light emitted from the semiconductor multilayer film toward the inner wall of the recess can be reflected to the light emitting side, and the light extraction efficiency can be improved.
上記半導体多層膜の側面は、上記凹部の内壁に沿って形成されている。この構成により、上記半導体多層膜の側面と上記内壁とが近接するため、上記半導体多層膜から発せられた熱を上記金属層へ速やかに放散させることができる。 The side surface of the semiconductor multilayer film is formed along the inner wall of the recess. With this configuration, since the side surface of the semiconductor multilayer film and the inner wall are close to each other, heat generated from the semiconductor multilayer film can be quickly dissipated to the metal layer.
そして、本発明の半導体発光装置は、上記構成に加え、上記金属接合層と上記金属層との間に介在する金属拡散防止層を含む。この構成により、上記金属層と上記金属接合層とを接合する際、上記金属接合層からの金属の拡散を防止できる。これにより、上記凹部内に形成された電極の変質を防止できる。上記金属拡散防止層は、例えばNi、Cr等を含む金属層であればよい。特に、Ni薄膜を含む金属多層膜であれば、上記金属接合層からの金属の拡散をより確実に防止することができる。また、上記金属接合層からの金属の拡散を更に確実に防止するには、上記金属拡散防止層の厚みは100nm以上であればよい。なお、上記金属層と上記金属接合層との接合を容易に行うためには、上記金属拡散防止層のうち上記金属接合層と接する最上層が、厚さ100nm以上のAu薄膜であればよい。具体的には、上記金属拡散防止層を、例えば膜厚50nm/100nm/150nmのCr/Ni/Au薄膜とすればよい。 And the semiconductor light-emitting device of this invention contains the metal diffusion prevention layer interposed between the said metal joining layer and the said metal layer in addition to the said structure. With this configuration, when the metal layer and the metal bonding layer are bonded, diffusion of the metal from the metal bonding layer can be prevented. Thereby, alteration of the electrode formed in the said recessed part can be prevented. The metal diffusion preventing layer may be a metal layer containing, for example, Ni, Cr or the like. In particular, a metal multilayer film containing a Ni thin film can more reliably prevent metal diffusion from the metal bonding layer. In addition, in order to more reliably prevent metal diffusion from the metal bonding layer, the thickness of the metal diffusion prevention layer may be 100 nm or more. In order to easily bond the metal layer and the metal bonding layer, the uppermost layer in contact with the metal bonding layer among the metal diffusion preventing layers may be an Au thin film having a thickness of 100 nm or more. Specifically, the metal diffusion prevention layer may be a Cr / Ni / Au thin film having a thickness of 50 nm / 100 nm / 150 nm, for example.
本発明の半導体発光装置では、上記金属層の厚みが5μm以上であることが好ましい。上記電極の変質をより確実に防止できる上、上記半導体多層膜から発せられた熱をより速やかに放散できるからである。また、上記金属層の厚みが5μm以上であると、本発明の半導体発光装置の機械的強度を向上させることができる。なお、上記金属層の厚みが50μmを超えると、上記半導体多層膜から発せられた熱が篭りやすくなるため、上記金属層の厚みは50μm以下であることが好ましい。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the metal layer preferably has a thickness of 5 μm or more. This is because the deterioration of the electrode can be prevented more reliably, and the heat generated from the semiconductor multilayer film can be dissipated more quickly. Moreover, the mechanical strength of the semiconductor light-emitting device of this invention can be improved as the thickness of the said metal layer is 5 micrometers or more. In addition, when the thickness of the metal layer exceeds 50 μm, heat generated from the semiconductor multilayer film is easily generated. Therefore, the thickness of the metal layer is preferably 50 μm or less.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、参照する図面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in the drawings to be referred to, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。図1に示すように、半導体発光装置1は、基板10と、基板10上に形成された金属接合層11と、金属接合層11上に配置された、凹部12aを有する金属層12と、凹部12aの底面に形成されたp側電極13と、p側電極13に接し、かつ凹部12a内に形成された半導体多層膜14と、半導体多層膜14の側面と凹部12aとの間に配置された電気絶縁膜15とを含む。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a semiconductor light emitting device 1 includes a
半導体多層膜14は、p側電極13側から順にp型GaN層14a、活性層14b及びn型GaN層14cが積層されて形成されている。そして、n型GaN層14cの表面の一部には、n側電極16が設けられている。p型GaN層14a及びn型GaN層14cの厚みは、いずれも200nm程度であればよい。活性層14bは、例えばノンドープのInGaNからなる量子井戸層とGaNからなる障壁層とが所定の周期で交互に積層されて形成されている。活性層14bの厚みは、50〜150nm程度であればよい。なお、半導体多層膜14の光出射面(即ち、n型GaN層14cの表面)の面積は、例えば400μm×400μm程度であればよい。
The
金属層12に形成された凹部12aは、半導体多層膜14の光出射側に向かって広がっている。この構成により、凹部12aの内壁に向かって半導体多層膜14から発せられた光を光出射側へ反射させることができ、光の取り出し効率の向上が可能となる。なお、凹部12aの内壁と、凹部12aの底面とがなす角度θは、30〜60°程度であればよい。
The
半導体多層膜14の側面は、凹部12aの内壁に沿って形成されている。この構成により、半導体多層膜14の側面と上記内壁とが近接するため、半導体多層膜14から発せられた熱を金属層12へ速やかに放散させることができる。なお、金属層12の厚みTが5μm以上であると、半導体多層膜14から発せられた熱をより速やかに放散できる。
The side surface of the
そして、半導体発光装置1は、上記構成に加え、金属接合層11と金属層12との間に介在する金属拡散防止層17を含む。この構成により、金属層12と金属接合層11とを接合する際、金属接合層11からの金属の拡散を防止できる。これにより、凹部12a内に形成されたp側電極13の変質を防止できる。
The semiconductor light emitting device 1 includes a metal
p側電極13の材料としては、p型GaN層14aと良好なオーミック接触を維持することができ、且つ、半導体多層膜14の発光波長に対して十分に大きな反射率を有するものが望ましく、そのような材料として、例えばAgやRhを含む金属により構成することができる。n側電極16の材料としては、例えばTi/AlやTi/Al/Ni/Au等からなる金属材料が使用できる。
The material of the p-
金属層12は、庇部12bを含む。そして、この庇部12bと金属接合層11との間には、空隙が形成されている。この空隙が存在することによって、後述する半導体発光装置1のダイシング工程における衝撃を緩和させることができる。これにより、半導体発光装置1の製造工程における歩留まり向上が期待できる。上記空隙の間隔は0.5〜2μm程度である。空隙の間隔が0.5μmより小さい場合には、ダイシングの圧力が半導体多層膜14に伝わり、半導体多層膜14が破壊される可能性がある。一方、空隙の間隔が2μmより大きい場合には、上記空隙上方に位置する金属層12がダイシングの圧力に耐えられず、衝撃が半導体多層膜14に伝わり、半導体多層膜14が破壊される可能性がある。
The
金属層12の庇部12bは、幅Wが5μm以上であることが好ましい。半導体多層膜14から発せられる熱を、その側面から庇部12bを経由して放熱できるため、半導体発光装置1の放熱性が向上するからである。また、庇部12bにおける上記空隙とは反対側に位置する表面121bは、凹部12aの内壁から連続的に形成された電気絶縁膜15で覆われている。これにより、後述する結晶成長用基板の除去工程において、電気絶縁膜15により金属層12を保護することができるため、金属層12の劣化を防ぐことができる。
The
電気絶縁膜15は、複数の電気絶縁薄膜から構成された多層膜であってもよい。この場合、それぞれの上記電気絶縁薄膜の屈折率をnとし、半導体多層膜14の発光波長をλとしたときに、それぞれの上記電気絶縁薄膜の膜厚がλ/4nであることが好ましい。この構成では、電気絶縁膜15が、いわゆるDBR(Distributed Bragg Reflector)ミラーとなるため、半導体多層膜14からの光を電気絶縁膜15によって光出射側に反射することができる。これにより、光の取り出し効率を向上させることができる。
The
n型GaN層14cの表面には、凹凸141cが形成されている。これにより、光の取り出し効率を向上させることができる。光の取り出し効率をより向上させるには、凹凸141cがいわゆるフォトニック結晶を形成する周期条件及び深さで形成されていることが望ましい。例えば、凹凸141cの周期が0.5μmで、凹凸141cの凸部が円柱状であり、その凸部の高さが150nmであればよい。
Concavities and
次に、上述した半導体発光装置1の好適な製造方法について、図2及び図3を参照しながら説明する。図2及び図3は、上記製造方法を工程別に示す断面図である。 Next, a preferred method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 described above will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views showing the manufacturing method according to steps.
まず、図2Aに示すように、例えばSi(111)基板等の結晶成長用基板20上に半導体多層膜14を形成する。使用する結晶成長用基板20の表面には、予めフォトリソグラフィー法等により凹凸20aを形成しておくとよい。この凹凸20aを覆うようにして、半導体多層膜14を形成すると、凹凸20aがn型GaN層14cの表面に転写されて凹凸141c(図1参照)が形成される。半導体多層膜14の形成方法は特に限定されないが、例えば、結晶成長用基板20上に80nm程度の厚みでノンドープのAlNバッファ層(図示せず)を形成した後、n型GaN層14c、活性層14b及びp型GaN層14aを、この順にMOCVD(有機金属化学気相成長:Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法やMBE(分子線エピタキシャル成長:Molecular Beam Epitaxy)法などの結晶成長法によって形成すればよい。また、半導体多層膜14の構造については、結晶成長用基板20上で結晶性を向上させるため、AlN/GaNや異なる組成を有するAlGaNによる周期構造が、前記AlNバッファ層上に形成されていてもよい。結晶成長用基板20は、良好なGaN結晶をその上に形成できる限りは、いかなる面方位でもよい。
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2Bに示すように、前記AlNバッファ層及び半導体多層膜14を錐台状にエッチングして半導体多層膜14に側壁14dを形成する。このエッチングは、p型GaN層14a上にマスク材料を選択的に形成した後に、RIE(反応性イオンエッチング:Reactive Ion Etching)法によるドライエッチングにより行うことができる。このドライエッチングにおいて、エッチング条件(例えばエッチングレート)を選択することで、側壁14dを結晶成長用基板20に対して30〜60°に傾斜させることができる。
Next, as shown in FIG. 2B, the AlN buffer layer and the
次に、図2Cに示すように、半導体多層膜14の頂面の一部、半導体多層膜14の側壁14d及び上記エッチングで露出した結晶成長用基板20を覆うようにして、例えばプラズマCVD法により電気絶縁膜15を形成する。続いて、電気絶縁膜15で窓開けされたp型GaN層14aの上に、例えば蒸着法によりp側電極13を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, a part of the top surface of the
次に、図2Dに示すように、電気絶縁膜15及びp側電極13を覆うようにして、例えばめっき法等により金属層12を形成する。めっき法を用いると、半導体多層膜14の錐台形状に沿って金属層12が形成されるため、得られる金属層12の表面には段差が形成される。この段差は、図1における庇部12bを構成する。続いて、金属層12を覆うようにして、例えば蒸着法により金属拡散防止層17を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, the
次に、図3Aに示すように、金属接合層11を設けた基板10を用意し、金属拡散防止層17と金属接合層11とが対向するように密着させて接合する。この接合は、金属拡散防止層17と金属接合層11とを対向させて密着させた状態で、例えば300℃の高温下で0.5MPaの圧力をかけることによって行うことができる。
Next, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3Bに示すように、結晶成長用基板20を除去する。この際の除去方法としては、例えば、HF及びHNO3の混合液によるウェットエッチングを採用することができる。ウェットエッチングは、LLO法よりも低コストプロセスであるため望ましい。この場合、電気絶縁膜15を構成する材料として、例えばBCBなどの樹脂を用いれば、上記混合液に耐性があるため、金属層12の劣化を防ぐことができる。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次に、結晶成長用基板20を除去した後の最表面に現われるAlNバッファ層(図示せず)を、例えばBCl3ガスによるドライエッチングにより除去してn型GaN層14cを露出させる。そして、図3Cに示すように、露出したn型GaN層14cの上面の一部に、例えば蒸着法によりn側電極16を形成する。
Next, the AlN buffer layer (not shown) appearing on the outermost surface after removing the
そして、図3Dに示すように、ダイシングソー30を用いてダイシングすることにより、図1に示す半導体発光装置1が得られる。この際、庇部12bと金属接合層11との間に空隙が形成されているため、ダイシング工程における衝撃を緩和させることができる。
Then, as shown in FIG. 3D, the semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 is obtained by dicing using a dicing saw 30. At this time, since a gap is formed between the
図4は、図1に示す半導体発光装置において、金属層の厚みと光出力との関係を示すグラフである。図4では、半導体発光装置に200mAの電流を注入し、1時間放置して光出力が安定した後のデータを、金属層の厚みに対してプロットした。なお、光出力の測定は、直径18mmの円形の受光装置を半導体発光装置から10mm上方に設置して行った。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of the metal layer and the light output in the semiconductor light emitting device shown in FIG. In FIG. 4, data after a current of 200 mA was injected into the semiconductor light emitting device and left for 1 hour to stabilize the light output was plotted against the thickness of the metal layer. The light output was measured by installing a circular light receiving device having a diameter of 18
図4に示すように、金属層の厚みが5〜50μmの範囲で、光出力が最適化されていることが分かる。厚みが5μm未満の場合には、放熱が不十分なために光出力が低下している。一方、厚みが50μmを超える場合には、厚みが厚くなりすぎるために熱抵抗が無視できなくなり、その結果として光出力が低下している。 As shown in FIG. 4, it can be seen that the light output is optimized when the thickness of the metal layer is in the range of 5 to 50 μm. When the thickness is less than 5 μm, the light output is reduced due to insufficient heat dissipation. On the other hand, when the thickness exceeds 50 μm, the thickness becomes too thick, so that the thermal resistance cannot be ignored, and as a result, the light output is reduced.
本発明は、例えば紫外発光ダイオードや半導体レーザ等に適用できる。 The present invention can be applied to, for example, an ultraviolet light emitting diode or a semiconductor laser.
1 半導体発光装置
10 基板
11 金属接合層
12 金属層
12a 凹部
12b 庇部
13 p側電極
14 半導体多層膜
14a p型GaN層
14b 活性層
14c n型GaN層
14d 側壁
15 電気絶縁膜
16 n側電極
17 金属拡散防止層
20 結晶成長用基板
20a 凹凸
30 ダイシングソー
121b 表面
141c 凹凸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor light-emitting
Claims (14)
前記凹部は、前記半導体多層膜の光出射側に向かって広がっており、
前記半導体多層膜の側面は、前記凹部の内壁に沿って形成されており、
前記金属接合層と前記金属層との間に介在する金属拡散防止層を含むことを特徴とする半導体発光装置。 A substrate, a metal bonding layer formed on the substrate, a metal layer having a recess disposed on the metal bonding layer, an electrode formed in the recess, and in contact with the electrode, and the recess A semiconductor light emitting device comprising: a semiconductor multilayer film formed therein; and an electrical insulating film disposed between a side surface of the semiconductor multilayer film and the recess,
The recess extends toward the light exit side of the semiconductor multilayer film,
The side surface of the semiconductor multilayer film is formed along the inner wall of the recess,
A semiconductor light emitting device comprising a metal diffusion prevention layer interposed between the metal bonding layer and the metal layer.
前記庇部と前記金属接合層との間には、空隙が形成されている請求項1に記載の半導体発光装置。 The metal layer includes a collar portion,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a gap is formed between the flange and the metal bonding layer.
前記庇部と前記金属接合層との間には、空隙が形成されており、
前記庇部における前記空隙とは反対側に位置する表面は、前記電気絶縁膜で覆われている請求項1に記載の半導体発光装置。 The metal layer includes a collar portion,
A gap is formed between the flange and the metal bonding layer,
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a surface of the flange portion located on the side opposite to the gap is covered with the electrical insulating film.
それぞれの前記電気絶縁薄膜の屈折率をnとし、前記半導体多層膜の発光波長をλとしたときに、それぞれの前記電気絶縁薄膜の膜厚がλ/4nである請求項1に記載の半導体発光装置。 The electrical insulation film is a multilayer film composed of a plurality of electrical insulation thin films,
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a thickness of each of the electrically insulating thin films is λ / 4n, where n is a refractive index of each of the electrically insulating thin films, and λ is an emission wavelength of the semiconductor multilayer film. apparatus.
ii)前記半導体多層膜を錐台状にエッチングする工程と、
iii)前記半導体多層膜の頂面の一部、前記半導体多層膜の側面及び前記結晶成長用基板を覆うようにして電気絶縁膜を形成する工程と、
iv)前記半導体多層膜の頂面のうち前記電気絶縁膜で覆われていない領域に電極を形成する工程と、
v)前記電気絶縁膜及び前記電極を覆うようにして金属層を形成する工程と、
vi)前記金属層を覆うようにして金属拡散防止層を形成する工程と、
vii)基板と前記金属拡散防止層とを金属接合層を介して接合する工程と、
viii)前記結晶成長用基板を除去する工程とを含む半導体発光装置の製造方法。 i) forming a semiconductor multilayer film on the crystal growth substrate;
ii) etching the semiconductor multilayer film into a frustum shape;
iii) forming an electrical insulating film so as to cover a part of the top surface of the semiconductor multilayer film, the side surface of the semiconductor multilayer film, and the substrate for crystal growth;
iv) forming an electrode in a region of the top surface of the semiconductor multilayer film that is not covered with the electrical insulating film;
v) forming a metal layer so as to cover the electrical insulating film and the electrode;
vi) forming a metal diffusion prevention layer so as to cover the metal layer;
vii) a step of bonding the substrate and the metal diffusion prevention layer through a metal bonding layer;
viii) A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, including a step of removing the crystal growth substrate.
前記i)工程において、前記凹凸を覆うようにして前記半導体多層膜を形成する請求項13に記載の半導体発光装置の製造方法。 Unevenness is formed on a part of the surface of the substrate for crystal growth in the step i),
The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 13, wherein in the step i), the semiconductor multilayer film is formed so as to cover the unevenness.
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