JP2008124375A - Method of manufacturing light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光デバイスの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device.
従来、発光素子において、高輝度、高効率化のため、ミラー効果を有する材料基板、熱導電性の良い基板へ貼り付けることによって基板側へ向かう光を反射させる構成が数多く提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a light-emitting element, many structures have been proposed in which light directed toward a substrate is reflected by being attached to a material substrate having a mirror effect or a substrate having good thermal conductivity for high luminance and high efficiency.
この手法は、まず、シード基板上に成長した発光デバイス部を、デバイスの発光波長帯域に対し高い反射率を有する材料を表面に形成した別の基板に貼り付ける。その後、発光吸収層であるシード基板をエッチングで選択除去し、この除去面から光を取り出すというものである。この手法は、シード基板をエッチング除去する薬液は侵食性の強い反応薬液である場合が多いため、貼り合わせ面のメタルに耐食性の高い材料を用いる必要がある。 In this method, first, a light emitting device portion grown on a seed substrate is attached to another substrate on which a material having a high reflectance with respect to the light emission wavelength band of the device is formed. Thereafter, the seed substrate which is a light-emitting absorption layer is selectively removed by etching, and light is extracted from the removed surface. In this method, since the chemical solution for etching away the seed substrate is often a reactive chemical solution having strong erodibility, it is necessary to use a material having high corrosion resistance for the metal on the bonding surface.
そこで、特許文献1に記載されているように、高い反射率を維持し、且つ、エッチング液に対する耐食性を付与するために、Agを主成分とし、他の金属との合金を使用する方法がある。
特許文献1の方法では、元来GaAs、InPの緑〜赤波長帯域に対して高い反射率を有するAgを他の異種金属と合金化すると、その含有成分の組成に比例して反射率が低下する。
In the method of
また、反射率と耐食性を両立させた合金の形成には組成を一定範囲内でコントロールする必要があり、ストイキオメトリにコントロールしたスパッタターゲットを作成する必要が生じる。これは、製造工程の複雑化を招く。 In addition, in order to form an alloy having both reflectivity and corrosion resistance, it is necessary to control the composition within a certain range, and it is necessary to create a sputter target controlled by stoichiometry. This leads to a complicated manufacturing process.
本発明の目的は、貼り合わせ面のメタルを合金化することなく、簡単な方法で反射率の低下のない発光デバイスを製造することが可能な発光デバイスの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light-emitting device capable of manufacturing a light-emitting device that does not cause a decrease in reflectance by a simple method without alloying the metal on the bonding surface.
本発明は、第1の基板上に分離層、発光デバイス層を順次形成し、その後、発光デバイス層上の全面又は一部に反射層となる第1金属層を形成する。次いで、その第1金属層の少なくとも側面に耐エッチング特性を有する第2金属層を形成する。更に、第2金属層を第2の基板に接合した後、第1の基板を分離層から除去する。本発明においては、耐食性の高い第2金属層で第1金属層を覆うため、合金化を不要とし、高い反射率が得られる。 In the present invention, a separation layer and a light emitting device layer are sequentially formed on a first substrate, and then a first metal layer that becomes a reflective layer is formed on the entire surface or part of the light emitting device layer. Next, a second metal layer having etching resistance characteristics is formed on at least the side surface of the first metal layer. Further, after the second metal layer is bonded to the second substrate, the first substrate is removed from the separation layer. In the present invention, since the first metal layer is covered with the second metal layer having high corrosion resistance, alloying is unnecessary and high reflectance can be obtained.
本発明によれば、貼り合わせ面を合金化する必要がないため、高い反射率を得ることができ、製造工程を簡略化することができる。また、支持基板に対して貼り合わせを良好に行うことができる。 According to the present invention, since it is not necessary to alloy the bonding surface, a high reflectance can be obtained and the manufacturing process can be simplified. Moreover, it can bond favorably with respect to a support substrate.
次に、本発明に係る発光デバイスの製造方法について添付図面を参照しながら詳細に説明する。図1乃至図7は本発明に係る発光デバイスの一実施形態の製造工程を説明する概念図である。 Next, a method for manufacturing a light emitting device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 7 are conceptual diagrams for explaining a manufacturing process of an embodiment of a light emitting device according to the present invention.
図1はシード基板1上に発光デバイス層8を積層した状態を示す。まず、シード基板1上に、選択加工層(分離層)2と、第1の導電型の不純物が高い濃度でドープされた第1コンタクト層3と、第1の導電型のキャリアを拡散させる第1電流拡散層4と、発光層5がこの順で積層されている。
FIG. 1 shows a state in which a light
発光層5はnホモ接合型、量子井戸型、ダブルへテロ型のいずれかからなる。発光層5上に第2の導電型のキャリアを拡散させる第2電流拡散層6と、第2の導電型の不純物が高い濃度でドープされた第2コンタクト層7がこの順で積層されている。図1は発光デバイスの製造途中の模式断面図である。
The
ここで、第1コンタクト層3、第1電流拡散層4、発光層5、第2電流拡散層6、第2コンタクト層7を積層したものを発光デバイス層8とする。第1、第2コンタクト層3、7としては、上下配線、基板との電気的導通性を向上させるために形成するのが望ましい。
Here, a stack of the
次に、図2に示すようにAg、Al等の発光デバイスの発光波長帯域で高反射率である第1金属層9を第2コンタクト層7上の一部(又は全部)に形成する。成膜方法としては、後述する支持基板への貼り合わせを考慮した場合に平坦性が優れた方法が好ましい。例えば、蒸着法、スパッタ法等が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 2, the
またパターニング方法は、全面成膜後リソグラフィーパターンで不要部分を選択的に除去しても良いし、メタルマスクによる領域の選択成膜等でも良い。 As the patterning method, unnecessary portions may be selectively removed with a lithography pattern after film formation on the entire surface, or selective film formation of a region using a metal mask may be used.
続いて、図3に示すようにAu、Pt等の耐食性に優れた第2金属層10を第1金属層9を覆う様に全面成膜する。つまり、第1金属層9の表面のみでなく、側面も覆うように第2金属層10を形成する。この成膜方法も、第1金属層9と同様の理由から蒸着法、スパッタ法等の成膜が好ましい。
Subsequently, as shown in FIG. 3, a
次に、図4に示すようにシード基板1上に選択加工層2、発光デバイス層8、第1、第2金属層9、10が形成されたデバイス基板を、金属層側から別の支持基板11に接合し、複合部材を作製する。支持基板11がSi基板である場合には、特に第2金属層10がAuであれば密着力の高い接合を得やすい。接合力を高めるために、圧力と温度を加えることが一般的な手法として使われる。
Next, as shown in FIG. 4, a device substrate in which the
更に、Au−Auの接合は、表面の酸化・状態変化が起きにくいことから、一般的に直接接合が容易で、且つ、高い強度を得られるため、支持基板11上にAu/Ti等の接合用メタルを形成しておくことも有用な手法である。 Further, since Au-Au bonding is less likely to cause surface oxidation and change of state, generally direct bonding is easy and high strength can be obtained. It is also a useful technique to form metal for use.
図5は上記プロセスで作製した複合部材を、選択加工層2に高いエッチングレートを有する第1の薬液12に浸漬することにより複合部材からシード基板1を除去する工程を示す。一般的にこれら薬液は強い反応性を有する酸系の薬液であるが、薬液にさらされる側面部分を耐食性の強い第2金属層10(Au、Pt等)でコーティングすることにより、これらの酸に侵食されやすい第1金属層9(Ag、Al等)を保護することができる。
FIG. 5 shows a step of removing the
図6はシード基板1を除去する他の工程を示す。即ち、上記プロセスで作製した複合部材を、シード基板1に高いエッチングレートを有する第2の薬液13に浸漬することにより複合部材からシード基板1を除去する工程を示す。
FIG. 6 shows another process for removing the
図5に示す除去工程と同様に耐食性の強い第2金属層10(Au、Pt等)でコーティングすることにより第1金属層9(Ag、Al等)の保護効果が期待できる。なお、第2の薬液13に対してレートが顕著に低い材料を選択加工層2に用いればシード基板除去プロセスのマージンが拡大できる。
Similar to the removing step shown in FIG. 5, the first metal layer 9 (Ag, Al, etc.) can be protected by coating with the second metal layer 10 (Au, Pt, etc.) having strong corrosion resistance. If a material having a significantly lower rate than the second
図7は本発明に係る発光デバイスを示す断面図である。図7に示すように上記プロセスで支持基板11上に発光デバイス層8が移設され、シード基板1、選択加工層2が除去されている。また露出した第1コンタクト層3上に第2の導電型電流注入電極14が形成されている。電極14と支持基板11との間に通電することによって注入した電子―正孔が発光層5で再結合、発光する。
FIG. 7 is a sectional view showing a light emitting device according to the present invention. As shown in FIG. 7, the light
ここで、図7に示すように発光層5で発光した光のうち支持基板11側へ進行した光15は第1金属層9で反射され、取り出し効率の改善に寄与するが、本発明は第1金属層9の耐食性改善のための合金化が不要である。そのため、合金ターゲット作成工数を削減でき、発光効率を改善できる。
Here, of the light emitted from the
ここで、シード基板1、選択加工層2、発光層5としては、例えば、GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaAsP、InP、InGaPのいずれかのグループから選択された材料で構成する。
Here, the
次に、本発明の好適な実施例を例示的に説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described by way of example.
(第1実施例)
図1〜図7を参照しながら本発明に係る発光デバイスの第1実施例の製造方法を説明する。図1に示すように、例えば、ダブルへテロ型のLED素子の場合の各層の構成は以下の通りである。下記の層の番号は図1〜図7の層の番号と対応している。例えば、1はシード基板、2は選択加工層である。まず、図1及び下記表に示すようにシード基板1上に各層を積層する。
層 材料(組成) 膜厚(nm) ドーパント ドープレベル 極性 膜種
1 GaAs − C 1e18 P 基板
2 AlAs 50 C 1e18 P 分離層
3 GaAs 100 C 1e20 P コンタクト層
4 AlxGaAs 20 C 1e18 P 電流拡散層
x(0.05⇒0.40)
5 Al0.40GaAs 400 C 1e18 P クラッド層
5 Al0.13GaAs 300 Zn 2e17 P 発光層
5 Al0.23GaAs 600 Si 3e18 N クラッド層
6 AlxGaAs 20 Si 3e18 N 電流拡散層
x(0.23⇒0.05)
7 GaAs 50 Si 4e18 N コンタクト層
次に、上記デバイス層成膜後、ウェハエッジ部をメタルマスクで遮蔽し、Ag50nm(第1金属層)をスパッタ成膜する(図2)。
(First embodiment)
A manufacturing method of the first embodiment of the light emitting device according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, for example, the structure of each layer in the case of a double hetero LED element is as follows. The following layer numbers correspond to the layer numbers in FIGS. For example, 1 is a seed substrate and 2 is a selective processing layer. First, as shown in FIG. 1 and the following table, each layer is laminated on the
Layer Material (Composition) Film thickness (nm) Dopant Dope level
x (0.05⇒0.40)
5 Al0.40GaAs 400 C 1e18
x (0.23⇒0.05)
7 GaAs 50 Si 4e18 N Contact Layer Next, after the device layer is formed, the wafer edge is shielded with a metal mask, and Ag 50 nm (first metal layer) is formed by sputtering (FIG. 2).
次に、メタルマスクを取り除き、Auを全面に100nm(第2金属層)スパッタ成膜する(図3)。 Next, the metal mask is removed, and Au is sputtered to a thickness of 100 nm (second metal layer) over the entire surface (FIG. 3).
上記デバイス基板を、洗浄、自然酸化膜除去を行ったSi基板(支持基板11)上にAuスパッタ面側を貼り合わせ、0.05MPa、200℃、10min条件で圧着することで複合部材を形成する(図4)。 The device substrate is bonded to the Au sputtering surface side on a Si substrate (support substrate 11) that has been cleaned and subjected to natural oxide film removal, and is crimped under conditions of 0.05 MPa, 200 ° C., and 10 minutes to form a composite member. (FIG. 4).
次に、上記複合部材を、1:10=HF:H20の薬液中に浸漬する(図5)。選択加工層(AlAs)2のエッチングレートが他の構成材料よりも早いことから、浸漬を続けることでシード基板1(GaAs)が除去される。 Next, the composite member is immersed in a chemical solution of 1: 10 = HF: H20 (FIG. 5). Since the etching rate of the selective processing layer (AlAs) 2 is faster than other constituent materials, the seed substrate 1 (GaAs) is removed by continuing the immersion.
続いて、図7に示す様に上記プロセスで作製したSi基板(支持基板11)上へ移設された発光デバイス層8の露出した第1コンタクト層3上に第2の導電型電流注入電極14を形成する。上述のように支持基板11と電極14との間に通電することによって注入した電子―正孔が発光層5で再結合、発光する。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the second conductivity type
ここで、発光層5で発光した光のうち支持基板1側へ進行した光15は第1金属層9で反射され、表面から放射されるため、取り出し効率が向上する。
Here, out of the light emitted from the
(第2実施例)
次に、本発明の第2実施例を説明する。選択加工層等のデバイス層構成、金属層の構成、複合部材の形成までは実施例1と同一である。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The device layer configuration such as the selective processing layer, the configuration of the metal layer, and the formation of the composite member are the same as those in the first embodiment.
実施例2では、NH4OH/H2O2/H2O2=1:1:10混合溶液薬液に浸漬する(図6)。この薬液はGaAs/AlAsに非常に高い選択比を示すため、シード基板1は裏面から薬液中に溶解し、浸漬を続けることでAlAs上まで除去できる。なお、上述のように第2の薬液13に対してレートが顕著に低い材料(遅い材料)を選択加工層2として用いる。そうすることで、選択加工層2はシード基板1をエッチングする際の選択ストッパー層となる。
In Example 2, it is immersed in NH4OH / H2O2 / H2O2 = 1: 1: 10 mixed solution chemical | medical solution (FIG. 6). Since this chemical solution has a very high selection ratio with respect to GaAs / AlAs, the
この際、発光デバイス層8も側面からエッチングされるが、基板厚に対して側面方向の寸法は十分に大きく、また、第1金属層9、第2金属層10のオーバーラップ量等を十分に大きく設計する。そうすることで側面からのエッチングの影響は以降のプロセス、デバイス構造に影響しない。
At this time, the light emitting
また、選択ストッパー層として用いた選択加工層2(AlAs)はデバイスには不要であるため、シード基板(GaAs)11の除去後にHF浸漬して除去する。この後の発光デバイスの作製手順は実施例1と同様である。実施例2では実施例1と同様に取り出し効率を向上させることが可能となる。 Further, since the selective processing layer 2 (AlAs) used as the selective stopper layer is unnecessary for the device, it is removed by HF immersion after the removal of the seed substrate (GaAs) 11. The subsequent light-emitting device manufacturing procedure is the same as in Example 1. In the second embodiment, it is possible to improve the extraction efficiency as in the first embodiment.
1 シード基板
2 選択加工層
3 第1導電型コンタクト層
4 第1導電型電流拡散層
5 発光層
6 第2導電型電流拡散層
7 第2導電型コンタクト層
8 発光デバイス層
9 第2導電型第1金属層
10 第2導電型第2金属層
11 支持基板
12 第1の薬液
13 第2の薬液
14 第2導電型金属電極
15 光
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記分離層上に発光デバイス層を形成する工程と、
前記発光デバイス層上の全面又は一部に反射層となる第1金属層を形成する工程と、
前記第1金属層の少なくとも側面に耐エッチング特性を有する第2金属層を形成する工程と、
前記第2金属層を第2の基板に接合する工程と、
前記第1の基板を前記分離層から除去する工程と、
前記第2の基板上の発光デバイス層に電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。 Forming a separation layer on the first substrate;
Forming a light emitting device layer on the separation layer;
Forming a first metal layer to be a reflective layer on the entire surface or part of the light emitting device layer;
Forming a second metal layer having etching resistance on at least a side surface of the first metal layer;
Bonding the second metal layer to a second substrate;
Removing the first substrate from the separation layer;
Forming an electrode on the light emitting device layer on the second substrate;
A method for manufacturing a light-emitting device comprising:
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