JP2009111102A - Integrated light-emitting source and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、集積型の化合物半導体発光装置をさらに集積した関する。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 an integrated type compound semiconductor light emitting device further integrated. 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.
可視領域に発光スペクトルを有するLEDは広く工業的に製造されており、広く表示用途に使用されている。最も一般的な形状は、1対のp側電極とn側電極を有する1つのLEDを、シリコーン系の封止材でその周囲を包みこみ、これを砲弾型と呼ばれる形状にしたものである。白色発光用としては、青色または紫外領域の光を発光するLEDと蛍光体を組み合わせた白色LEDが実用化されている。しかし、このような形態の光源は、表示用途には適するものの、形状が小型であって1装置あたりの発光面積が小型であることから、照明用途などには適していない。 LEDs having an emission spectrum in the visible region are widely manufactured industrially and are widely used for display applications. The most common shape is that an LED having a pair of p-side electrode and n-side electrode is wrapped with a silicone-based sealing material to form a shell shape. As a white light emitting device, a white LED in which a LED emitting blue or ultraviolet light and a phosphor is combined is put into practical use. However, although such a light source is suitable for display applications, it has a small shape and a small light emitting area per device, and thus is not suitable for illumination applications.
また、波長の異なる複数の半導体発光素子を、1つの支持体上に搭載し、これを近接させてマウントし、封止材でその周囲を包みこみ発光源とした例も知られている。赤、緑、青の発光波長の異なる半導体発光装置を1つの支持体に搭載して、白色化することができる。この形態においても、白色化は達成されても、1装置あたりの発光面積が小型であることから、照明用途などには適していない。 There is also known an example in which a plurality of semiconductor light emitting elements having different wavelengths are mounted on a single support, mounted close to each other, and surrounded by a sealing material to form a light emitting source. Semiconductor light emitting devices having different emission wavelengths of red, green, and blue can be mounted on one support to be whitened. Even in this embodiment, even if whitening is achieved, the light emitting area per device is small, so that it is not suitable for lighting applications.
大面積化のために、多数の小型LEDを配列することも行われるが、ひとつひとつの発光装置のアセンブリコストがかさみ、また、発光強度の面内均一性が悪い問題がある。 In order to increase the area, a large number of small LEDs are arranged, but there are problems in that the assembly cost of each light emitting device is increased and the in-plane uniformity of light emission intensity is poor.
大面積での均一な発光を目的として、あるいはディスプレイとしての利用を目的として、同一基板上に複数個のLEDを集積した発光装置が提案されている。たとえば特開2002−324915号公報(特許文献1)には、同一基板上に複数個の発光ユニットを並列させ、ここに蛍光体をバインダーとともに付着させ、発光装置を大型化する事が記載されている(特許文献1の段落[0085]参照)。また、国際特許公開WO2006/090804号公報(特許文献2)には、半導体発光装置に好適なシリコーン系の封止剤が記載され、その材料が、光取り出し膜として使用できることが記載されている(特許文献2の段落0397参照)。また、特開2003−115611号公報(特許文献2)には、面発光光源またはディスプレイとして利用する目的で、LEDを集積化した発光装置が開示されている。
しかし、従来のようにして複数のユニットを集積した発光装置であっても、1枚の基板以上の大きさに発光面積を広げることはできない。現在、GaN系材料のエピタキシャル成長に主に使用されるサファイア基板は、2−3インチ程度の大きさであって、たとえば家庭用主照明の大きさから言っても不足している。一方、半導体発光装置においては発光効率の向上が常に求められている。しかしながら、特許文献1および2のどちらにも、集積型半導体発光装置を光の取り出しの観点から改良する試みは記載されていない。
However, even in a conventional light emitting device in which a plurality of units are integrated, the light emitting area cannot be expanded to a size larger than that of one substrate. At present, a sapphire substrate mainly used for epitaxial growth of GaN-based materials is about 2-3 inches in size, and for example, it is deficient even in terms of the size of household main lighting. On the other hand, in a semiconductor light emitting device, improvement in luminous efficiency is always required. However, neither
本発明は、集積型の発光装置をさらに集積した、例えば照明用としても適用可能な大面積の発光源を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a large-area light-emitting source that is further integrated with an integrated light-emitting device and can be applied, for example, for illumination.
本発明は以下の事項に関する。 The present invention relates to the following matters.
[1] メイン支持体と、前記メイン支持体上に配列された、次の(A)で規定される複数の発光素子と、前記発光装置に密着して付着している、発光波長において透明な材料からなる光取り出し材料とを有する集積型発光源。
(A):
発光波長に対して透明な基板上に、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化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記基板側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記基板と前記第一導電型半導体層の間に、前記第1の光取り出し方向側の面から出射する光の均一性を向上させる光均一化層と、任意の構成として前記基板と光均一化層との間にバッファ層を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は前記基板の端より後退して後退側壁面を形成しており;
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、(b)少なくとも、発光素子端から離れた位置から後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。
[1] A main support, a plurality of light emitting elements defined in the following (A) arranged on the main support, and attached in close contact with the light emitting device, are transparent at an emission wavelength. An integrated light source having a light extraction material made of a material.
(A):
A compound semiconductor thin film having a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer on a substrate transparent to the emission wavelength A compound semiconductor light emitting device having a crystal layer, a second conductivity type side electrode, and a first conductivity type side electrode, wherein the first light extraction direction is the substrate side,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
A light homogenization layer for improving uniformity of light emitted from the surface on the first light extraction direction side between the substrate and the first conductivity type semiconductor layer, and optionally, the substrate and light homogenization as an arbitrary configuration Having a buffer layer between the layers;
At the edge of the light emitting element, at least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the side wall surfaces of the thin film crystal layer are set back from the edge of the substrate. Forming;
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode A part of the second conductivity type side electrode that is in contact with a part on the direction side and covers a part of the second conductivity type side electrode opposite to the first light extraction direction; A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer.
[2] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記光均一化層および前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(iii)前記光均一化層およびバッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状、
のいずれかの形状を有し;
前記絶縁膜が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の後退側壁面と一致する面を被覆している上記[1]に記載の集積型発光源。
[2] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which part of the light homogenization layer forms a receding side wall surface and an end step surface is formed between the light homogenization layer and a non-retreating side wall surface that does not recede, or (Ii) A shape in which a part of the light uniformizing layer and the buffer layer both constitute a receding side wall surface and an end step surface is formed between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded. Or (iii) a shape in which both the light homogenizing layer and the buffer layer are all receded and the exposed portion of the substrate forms an end step surface,
Having any of the following shapes;
The integrated light-emitting device according to [1], wherein the insulating film covers a surface on an end step surface from a position away from an end of the light-emitting element and a surface coinciding with a receding sidewall surface of the first conductivity type semiconductor layer. source.
[3] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記光均一化層および前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(iii)前記光均一化層およびバッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状のいずれかの形状を有し;
前記絶縁膜が、前記光均一化層および前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていない上記[1]に記載の集積型発光源。
[3] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which a part of the light homogenizing layer forms a receding side wall surface and an end step surface is formed between the light homogenizing layer and a non-retreating side wall surface that is not receded, or (Ii) A shape in which a part of the light uniformizing layer and the buffer layer constitutes a receding side wall surface, and an end step surface is formed between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded. Or (iii) the light homogenizing layer and the buffer layer are all retreated, and the portion where the substrate is exposed has any shape of an end step surface;
The integrated light source according to [1], wherein the insulating film covers at least a part of the receding side wall surfaces of the light homogenizing layer and the buffer layer, but is not formed on the end step surface. .
[4] 前記発光素子は、
前記光均一化層が、前記薄膜結晶層の一部として、前記基板と前記第一導電型クラッド層の間に設けられている層である上記[1]〜[3]のいずれかに記載の集積型発光源。
[4] The light emitting element includes:
The light uniformizing layer according to any one of [1] to [3], wherein the light uniformizing layer is a layer provided between the substrate and the first conductivity type cladding layer as a part of the thin film crystal layer. Integrated light source.
[5] メイン支持体と、前記メイン支持体上に配列された、次の(B)で規定される複数の発光素子と、前記発光装置に密着して付着している、発光波長において透明な材料からなる光取り出し材料とを有する集積型発光源。
(B):
バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記バッファ層と前記第一導電型半導体層の間に、前記第1の光取り出し方向側の面から出射する光の均一性を向上させる光均一化層を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b):前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記光均一化層およびバッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中からまたは前記光均一化層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有し;
さらに、前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体
を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。
[5] A main support, a plurality of light emitting elements defined in the following (B) arranged on the main support, and attached in close contact with the light emitting device, are transparent at an emission wavelength. An integrated light source having a light extraction material made of a material.
(B):
A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the first light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
A light homogenizing layer between the buffer layer and the first conductivity type semiconductor layer for improving uniformity of light emitted from the surface on the first light extraction direction side;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode In contact with a part on the direction side, covering a part on the opposite side to the first light extraction direction of the second conductivity type side electrode, and (b): against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer recedes. And having an insulating layer formed at a position away from the light emitting element end, or (ii) the light uniform When the buffer layer and the buffer layer both form a receding side wall surface and have no end step surface, the buffer layer is not formed at least on the first light extraction direction side portion of the buffer layer. Having an insulating layer covering the receding sidewall surface from the middle or from the middle of the light homogenizing layer;
The compound semiconductor light-emitting element further comprising a support body to which the first conductivity-type side electrode and the second conductivity-type side electrode are connected to support the light-emitting element.
[6] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(ii)前記光均一化層およびバッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状であり、
前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中からまたは前記光均一化層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有する上記[5]に記載の集積型発光源。
[6] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(Ii) The light homogenizing layer and the buffer layer both form a receding side wall surface and have no end step surface,
[5] The insulating layer which covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer or from the middle of the light homogenization layer without being formed at least in the first light extraction direction side portion of the buffer layer [5] An integrated light source as described in 1. above.
[7] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i):前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁膜が、前記光均一化層および前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部をも被覆していながら、端部段差面上には形成されていない上記[5]に記載の集積型発光源。
[7] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I): A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer recedes. It is a shape that forms an end step surface with the non-retreating side wall surface that is not, and at least an insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
The integrated light emission according to [5], wherein the insulating film covers at least a part of the receding side wall surfaces of the light homogenizing layer and the buffer layer, but is not formed on the end step surface. source.
[8] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
前記(i):前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁膜が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の側壁後退面と一致する面を被覆している上記[5]に記載の集積型発光源。
[8] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I): A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer It is a shape that forms an end step surface between the non-retreated non-retreated side wall surface, and at least an insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
The integrated light emission according to [5], wherein the insulating film covers a surface on the end step surface from a position away from the end of the light emitting element, and a surface coinciding with a side wall receding surface of the first conductivity type semiconductor layer. source.
[9] メイン支持体と、前記メイン支持体上に配列された、次の(C)で規定される複数の発光素子と、前記発光装置に密着して付着している、発光波長において透明な材料からなる光取り出し材料とを有する集積型発光源。
(C):
発光波長に対して透明な基板上に、バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層を有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記基板側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は前記基板の端より後退して後退側壁面を形成しており;
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、(b)少なくとも、発光素子端から離れた位置から後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。
[9] A main support, a plurality of light emitting elements defined in the following (C) arranged on the main support, and attached in close contact with the light emitting device, are transparent at an emission wavelength. An integrated light source having a light extraction material made of a material.
(C):
On the substrate transparent to the emission wavelength, the first conductive type semiconductor layer including the buffer layer, the first conductive type cladding layer, the active layer structure, and the second conductive type semiconductor layer including the second conductive type cladding layer are provided. A compound semiconductor light emitting device having a compound semiconductor thin film crystal layer, a second conductivity type side electrode, and a first conductivity type side electrode, wherein the first light extraction direction is the substrate side,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
At the edge of the light emitting element, at least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the side wall surfaces of the thin film crystal layer are set back from the edge of the substrate. Forming;
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode A part of the second conductivity type side electrode that is in contact with a part on the direction side and covers a part of the second conductivity type side electrode opposite to the first light extraction direction; A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer.
[10] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記バッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状、
のいずれかの形状を有し;
前記絶縁膜が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の後退側壁面と一致する面を被覆している上記[9]に記載の集積型発光源。
[10] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which a part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and an end step surface is formed between the buffer layer and a non-backed side wall surface that is not receded, or (ii) A shape in which the buffer layer is all receded and the exposed portion of the substrate forms an end step surface,
Having any of the following shapes;
The integrated light-emitting device according to [9], wherein the insulating film covers a surface on the end step surface from a position away from the light-emitting element end and a surface coinciding with the receding side wall surface of the first conductivity type semiconductor layer. source.
[11] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記バッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状のいずれかの形状を有し;
前記絶縁膜が、前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていない上記[9]に記載の集積型発光源。
[11] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which part of the buffer layer forms a receding side wall surface and an end step surface is formed between the buffer layer and the non-backed side wall surface that is not receded, or (ii) All of the buffer layers recede, and the exposed portion of the substrate has any shape that forms an end step surface;
The integrated light source according to [9], wherein the insulating film covers at least a part of the receding sidewall surface of the buffer layer but is not formed on the end step surface.
[12] メイン支持体と、前記メイン支持体上に配列された、次の(D)で規定される複数の発光素子と、前記発光装置に密着して付着している、発光波長において透明な材料からなる光取り出し材料とを有する集積型発光源。
(D):
バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b):前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有すること
を特徴とする化合物半導体発光素子。
[12] A main support, a plurality of light emitting elements defined in the following (D) arranged on the main support, and attached in close contact with the light emitting device, are transparent at an emission wavelength. An integrated light source having a light extraction material made of a material.
(D):
A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the first light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are connected and have a support for supporting the light emitting element;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode In contact with a part on the direction side, covering a part on the opposite side to the first light extraction direction of the second conductivity type side electrode, and (b): against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) When a part of the buffer layer constitutes a receding side wall surface and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded, At least an insulating layer formed from a position away from the end of the light emitting element, or (ii) when the buffer layer forms a receding side wall surface and does not have an end step surface, the buffer A compound semiconductor light emitting device comprising: an insulating layer which covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed at least in a first light extraction direction side portion of the layer.
[13] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状であり、
前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有する上記[12]に記載の集積型発光源。
[13] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(Ii) The buffer layers together form a receding side wall surface and there is no end step surface,
The integrated light source according to [12], further including an insulating layer that covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed at least in the first light extraction direction side portion of the buffer layer.
[14] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁膜が、前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていない上記[12]に記載の集積型発光源。
[14] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
The integrated light source according to [12], wherein the insulating film covers at least a part of the receding sidewall surface of the buffer layer but is not formed on the end step surface.
[15] 前記発光素子は、
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁膜が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の側壁後退面と一致する面を被覆している上記[12]に記載の集積型発光源。
[15] The light emitting element includes:
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
The integrated light emission according to [12], wherein the insulating film covers a surface on the end step surface from a position away from the light emitting element end, and a surface coinciding with the side wall receding surface of the first conductive type semiconductor layer. source.
[16] 前記光取り出し材料は、次の付着の形態、即ち
(i)前記発光素子の第1の光取り出し方向側の面に付着している形態;
(ii)前記発光素子の全体を覆っている形態;
(iii)前記発光素子同士の間を充填している形態;
(iv)複数の発光素子を覆っている形態;および
(v)すべての発光素子を覆っている形態;
の少なくとも1つの形態を満たすように前記発光素子に付着している上記[1]〜[15]のいずれかに記載の集積型発光源。
[16] The light extraction material is attached in the following form: (i) The form attached to the surface of the light emitting element on the first light extraction direction side;
(Ii) a form covering the whole of the light emitting element;
(Iii) A form in which the space between the light emitting elements is filled;
(Iv) a form covering a plurality of light emitting elements; and (v) a form covering all the light emitting elements;
The integrated light source according to any one of the above [1] to [15], which is attached to the light emitting element so as to satisfy at least one of the above.
[17] 前記光取り出し材料は、珪素含有化合物を含有することを特徴とする上記[1]〜[16]のいずれかに記載の集積型発光源。 [17] The integrated light source according to any one of [1] to [16], wherein the light extraction material contains a silicon-containing compound.
[18] 前記珪素含有化合物が、縮合型シリコーン系材料であることを特徴とする上記[17]に記載の集積型発光源。 [18] The integrated light source according to [17], wherein the silicon-containing compound is a condensation-type silicone material.
[19] 前記縮合型シリコーン系材料が、次の条件(1)〜(3):
(1)ケイ素含有率が20重量%以上である;
(2)固体Si−核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおいて、下記(a)及び/又は(b)のSiに由来するピークを少なくとも1つ有する;
(a)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−40ppm以上、0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク
(b)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−80ppm以上、−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である;
のうちの少なくとも1つを満足することを特徴とする上記[18]に記載の集積型発光源。
[19] The condensation-type silicone material has the following conditions (1) to (3):
(1) The silicon content is 20% by weight or more;
(2) In a solid Si-nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum, it has at least one peak derived from Si in the following (a) and / or (b);
(A) The peak top position is in the region of chemical shift −40 ppm or more and 0 ppm or less with respect to the silicone rubber, and the peak half width is 0.3 ppm or more and 3.0 ppm or less. (B) The peak top position. In the region where the chemical shift is −80 ppm or more and less than −40 ppm based on the silicone rubber, and the peak half-value width is 0.3 ppm or more and 5.0 ppm or less (3) Silanol content is 0.01% by weight or more, Up to 10% by weight;
The integrated light source according to [18], wherein at least one of the above is satisfied.
[20] 上記[1]において(A)で規定される発光素子、上記[5]において(B)で規定される発光素子、上記[9]において(C)で規定される発光素子、および上記[12]において(D)で規定される発光素子からなる群より選ばれる複数個の発光素子を作製する工程と、
前記複数個の発光素子をメイン支持体上に配列する工程と、
前記メイン支持体上に配列された前記複数個の発光素子に、前記発光素子の発光波長に対して透明な材料からなる光取り出し材料を密着して付着させる工程と、
を有する集積型発光源の製造方法。
[20] The light emitting device defined by (A) in [1] above, the light emitting device defined by (B) in [5] above, the light emitting device defined by (C) in [9] above, and the above [12] producing a plurality of light-emitting elements selected from the group consisting of the light-emitting elements defined in (D);
Arranging the plurality of light emitting elements on a main support;
A step of closely attaching a light extraction material made of a material transparent to the light emission wavelength of the light emitting element to the plurality of light emitting elements arranged on the main support; and
A method for manufacturing an integrated light source comprising:
[21] 前記光取り出し材料を付着させる工程は、
(i)前記発光素子の第1の光取り出し方向側の面に付着している形態;
(ii)前記発光素子の全体を覆っている形態;
(iii)前記発光素子同士の間を充填している形態;
(iv)複数の発光素子を覆っている形態;および
(v)すべての発光素子を覆っている形態;
の少なくとも1つの形態を満たすように前記光取り出し材料を前記発光素子に付着させることを含む上記[20]に記載の集積型発光源の製造方法。
[21] The step of attaching the light extraction material includes:
(I) a form attached to a surface on the first light extraction direction side of the light emitting element;
(Ii) a form covering the whole of the light emitting element;
(Iii) A form in which the space between the light emitting elements is filled;
(Iv) a form covering a plurality of light emitting elements; and (v) a form covering all the light emitting elements;
The method for producing an integrated light source according to [20], further comprising attaching the light extraction material to the light emitting element so as to satisfy at least one of the above.
[22] 前記光取り出し材料を付着させる工程は、
液状のシリコーン系材料を前記発光素子に付着させることと、
付着させたシリコーン系材料を硬化させることと、
を含む上記[20]または[21]に記載の集積型発光源の製造方法。
[22] The step of attaching the light extraction material includes:
Attaching a liquid silicone material to the light emitting element;
Curing the adhered silicone material;
The manufacturing method of the integrated light source as described in said [20] or [21] containing.
本発明によれば、発光素子は大面積の面光源的発光に適した構造を有しており、照明用としての使用に適した大面積の発光源を提供することができる。さらに、発光素子に光取り出し材料を付着させることにより、光取り出し効率を向上させることができ、照明用としてより適した発光源を提供することができる。光取り出し材料を付着の形態によっては、さらに発光装置内の面光源としての均一性を向上させることができる。 According to the present invention, the light emitting element has a structure suitable for light emission as a large area surface light source, and can provide a large area light emission source suitable for use for illumination. Furthermore, by attaching a light extraction material to the light emitting element, light extraction efficiency can be improved, and a light emission source more suitable for illumination can be provided. Depending on the form of attaching the light extraction material, the uniformity as a surface light source in the light emitting device can be further improved.
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。また、本発明において、「薄膜結晶層」とは、「薄膜結晶成長」によって形成された膜をいう。 Furthermore, 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 (PED) In addition to the formation of a thin film layer, an amorphous layer, a microcrystal, a polycrystal, a single crystal, or a laminated structure thereof in a crystal growth apparatus such as a VPE (Vapor Phase Epitaxy) or LPE (Liquid Phase Epitaxy) method, a subsequent thin film The term “thin film crystal growth” includes the heat treatment of the layer, the carrier activation treatment by plasma treatment, and the like. In the present invention, the “thin film crystal layer” refers to a film formed by “thin film crystal growth”.
また、本発明において、発光素子(化合物半導体発光素子)は、あらゆる方向へ光を取り出すことができ、後述する光取り出し材料や絶縁層の構造を適宜変更することで、配光分布も任意に調整することができる。本発明では、発光素子における方向を説明するのに、「第1の光取り出し方向」という用語を用いることがあるが、この用語は、配光分布とは無関係に、単に種々の光取り出し方向のうち1つの方向という意味で、方向を特定することのみに用いる。具体的には、「第1の光取り出し方向」は、発光素子の第一導電型側電極および第二導電型側電極が設けられた側と反対側を意味する。 In the present invention, the light-emitting element (compound semiconductor light-emitting element) can extract light in all directions, and the light distribution can be arbitrarily adjusted by appropriately changing the structure of the light extraction material and the insulating layer described later. can do. In the present invention, the term “first light extraction direction” is sometimes used to describe the direction in the light-emitting element, but this term simply refers to various light extraction directions regardless of the light distribution. In the sense of one direction, it is used only to specify the direction. Specifically, the “first light extraction direction” means a side opposite to the side where the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode of the light emitting element are provided.
また、本発明の「集積型発光源」は、複数の発光素子を集積したものであるが、単に「発光源」と記載する場合もある。また、「メイン支持体」は、発光源を構成する発光素子の全部を支持するために用いられる。 In addition, the “integrated light source” of the present invention is obtained by integrating a plurality of light emitting elements, but may be simply referred to as “light source”. The “main support” is used to support all of the light emitting elements constituting the light emitting source.
<<1. 本発明の全体の構造>>
本発明の集積型発光源は、メイン支持体と、メイン支持体上に配列された複数の発光素子と、発光素子に密着して付着している光取り出し材料とを有している。発光素子は、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層(以下、単に薄膜結晶層ということもある)と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有している。また、第二導電型側電極および第一導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さず、かつ、第1の光取り出し方向とは反対側に形成されている。発光素子は、第二導電型側電極および第一導電型側電極を利用して、メイン支持体上にフリップチップ実装される。
<< 1. Overall structure of the present invention >>
The integrated light source of the present invention includes a main support, a plurality of light emitting elements arranged on the main support, and a light extraction material attached in close contact with the light emitting elements. The light emitting device includes a compound semiconductor thin film crystal layer (hereinafter referred to as a first conductive type semiconductor layer including a first conductive type cladding layer, an active layer structure, and a second conductive type semiconductor layer including a second conductive type cladding layer in this order). And may be simply referred to as a thin film crystal layer), a second conductivity type side electrode, and a first conductivity type side electrode. Further, the second conductivity type side electrode and the first conductivity type side electrode do not have a spatial overlap with each other and are formed on the side opposite to the first light extraction direction. The light emitting element is flip-chip mounted on the main support using the second conductivity type side electrode and the first conductivity type side electrode.
メイン支持体上に配列する発光素子の数は特に限定されず、提供される1つのメイン支持体のサイズに応じて適宜個数を設定可能である。例えば、発光素子の数は2個でもよく、また、500個を超える発光素子を配列してもかまわない。集積型発光源における好ましい発光素子の数は25〜10000個であり、また発光素子を2次元的に配列することも好ましい。さらに、メイン支持体を3次元的に構成し、ここに発光素子を搭載して立体的な光源とすることも好ましい。 The number of light emitting elements arranged on the main support is not particularly limited, and the number can be appropriately set according to the size of one main support provided. For example, the number of light emitting elements may be two, or more than 500 light emitting elements may be arranged. The number of preferable light emitting elements in the integrated light source is 25 to 10,000, and it is also preferable to arrange the light emitting elements two-dimensionally. Furthermore, it is also preferable that the main support is configured three-dimensionally and a light emitting element is mounted on the main support to form a three-dimensional light source.
集積型発光源の中において、各発光素子は互いに近接して配列されることが好ましい。この近接の度合いは、フリップチップボンド可能なボンディング装置の機械精度等によって決定され、隣接する発光素子同士は、100μm以下の間隔、より好ましくは25μm以下の間隔、最も好ましくは10μm以下の間隔で配列される。しかし、現実的には、発光素子のスクライブやブレーキング時に各発光素子のエッジに凹凸が発生する場合があり、また、ボンディング装置の機械精度等の都合もあり、発光素子を極端に近接させることは現実的ではない。よって、現実的には、隣接する発光素子同士は、1μm以上の間隔、より好ましくは2μm以上の間隔、最も好ましくは5μm以上の間隔で配列される。発光素子同士の絶縁性が保たれている場合には、発光素子同士が接触してもよい。 In the integrated light source, the light emitting elements are preferably arranged close to each other. The degree of proximity is determined by the mechanical accuracy of a bonding apparatus capable of flip chip bonding, and adjacent light emitting elements are arranged at intervals of 100 μm or less, more preferably at intervals of 25 μm or less, most preferably at intervals of 10 μm or less. Is done. However, in reality, there may be irregularities at the edges of each light-emitting element during scribing or braking of the light-emitting element, and due to the mechanical accuracy of the bonding device, etc., the light-emitting elements should be extremely close to each other. Is not realistic. Therefore, practically, adjacent light emitting elements are arranged at intervals of 1 μm or more, more preferably at intervals of 2 μm or more, and most preferably at intervals of 5 μm or more. When the insulation between the light emitting elements is maintained, the light emitting elements may contact each other.
本発明に使用される発光素子は、後述するような構成を有する発光素子である。また、発光装置は、必要により、バッファ層、光均一化層、絶縁層、配線、その他必要な構成要素を有することができる。 The light emitting element used in the present invention is a light emitting element having a structure as described later. In addition, the light emitting device can include a buffer layer, a light uniformizing layer, an insulating layer, a wiring, and other necessary components as necessary.
また、本発明の集積型発光源に使用されるメイン支持体は、多数の発光素子を支持可能なものであれば特に制限はないが、メイン支持体上に配線、電極等を形成するときは、少なくとも表面が絶縁性の材料で形成された基体が好ましい。具体的には、AlN、SiC、ダイヤモンド、BN、CuW、Al2O3、Si、ガラス等が挙げられる。発光素子が、絶縁性の成長基板、サブマウントまたは支持体に搭載された状態でメイン支持体に載せられ、メイン支持体に絶縁性が求められない場合には、金属材料で形成された基体を支持体としてもよい。金属材料で形成されるメイン支持体としては、Al、Cu等の単体金属などは放熱性の観点から好ましく、また、ステンレス等の複合材や、CuやFeをNiメッキしたような複合材なども好ましい。 Further, the main support used in the integrated light source of the present invention is not particularly limited as long as it can support a large number of light emitting elements, but when wiring, electrodes, etc. are formed on the main support. A base having at least a surface formed of an insulating material is preferable. Specific examples include AlN, SiC, diamond, BN, CuW, Al 2 O 3 , Si, and glass. When the light-emitting element is mounted on the main support in a state of being mounted on an insulating growth substrate, submount, or support, and the main support is not required to have insulation, a substrate formed of a metal material is used. It is good also as a support body. As the main support formed of a metal material, simple metals such as Al and Cu are preferable from the viewpoint of heat dissipation, and composite materials such as stainless steel and composite materials such as Cu and Fe plated with Ni are also available. preferable.
本発明の集積型発光源では、光取り出し材料が発光装置に直接接して付着している。 In the integrated light source of the present invention, the light extraction material is attached in direct contact with the light emitting device.
光取り出し材料は、主として、集積型光源から空気に向けて出射される光の取り出し効率を高める目的で使用される。また、付着の態様によっては、1つの集積型発光源に含まれる1つの発光素子から出射される光を、他の発光素子と光学的に結合するための目的でも使用される。さらに、光取り出し材料は、密着性に優れていることから、通常は放熱効率を高め、発光素子の温度上昇を低下させる効果も有している。 The light extraction material is mainly used for the purpose of increasing the extraction efficiency of light emitted from the integrated light source toward the air. Further, depending on the mode of attachment, the light emitted from one light emitting element included in one integrated light source is also used for the purpose of optically coupling with another light emitting element. Furthermore, since the light extraction material is excellent in adhesiveness, it usually has an effect of increasing the heat dissipation efficiency and reducing the temperature rise of the light emitting element.
光取り出し材料の付着の態様の例として、
(i)発光素子の第1の光取り出し方向側の面に付着している形態;
(ii)発光素子の全体を覆っている形態;
(iii)発光素子同士の間を充填している形態;
(iv)複数の発光素子を連続して覆っている形態;および
(v)すべての発光素子を連続して覆っている形態;
を挙げることができる。特に、(ii)〜(v)の場合には、発光素子に存在する空隙も充填および/または発光ユニットの側面を被覆することが好ましい。本発明では、これら(i)〜(v)の少なくとも1つの形態を満たすように、光取り出し材料を発光素子に付着させることが好ましい。
As an example of the mode of attachment of the light extraction material,
(I) a form attached to the surface of the light emitting element on the first light extraction direction side;
(Ii) a form covering the entire light emitting element;
(Iii) A form in which the space between the light emitting elements is filled;
(Iv) a form in which a plurality of light emitting elements are continuously covered; and (v) a form in which all the light emitting elements are continuously covered;
Can be mentioned. In particular, in the case of (ii) to (v), it is preferable to fill the voids present in the light emitting element and / or cover the side surfaces of the light emitting unit. In the present invention, the light extraction material is preferably attached to the light emitting element so as to satisfy at least one of the forms (i) to (v).
これら(i)〜(v)の形態について、図面を参照して説明する。 These forms (i) to (v) will be described with reference to the drawings.
図7−1および図7−2に(i)の形態の例を示す。メイン支持体100の上に、複数(図では3個)の発光素子10が集積されている。発光素子10として、この図では後述するタイプAの発光素子を示す。光取り出し材料110が、発光素子の第1の光取り出し方向側の面(タイプAの発光素子では薄膜結晶層成長用の基板面)に付着している。(i)の形態では、光取り出し材料110は、図7−1に示すように、島状およびストライプ状等の不連続の形状で付着されていてもよいし、図7−2に示すように、第1の光取り出し方向側の面を連続して覆っていてもよい。このように、光取り出し材料110が、発光素子10間で連続していない場合には、主として光取り出しの点で効果が見られる。
FIGS. 7-1 and 7-2 show examples of the form (i). A plurality (three in the figure) of
図8−1に、(ii)の形態の例を示す。この形態においては、発光素子10の全体を覆って光取り出し材料110が付着しているが、発光素子10間では連続していない。この形態でも、光取り出し材料110が発光素子10間で連続していないため、個別の発光素子10の光特性の改良を目的としている。この形態では、光取り出し材料110が第1の光取り出し方向側の面に付着していることにより、上記(i)の効果が得られることに加え、発光素子10の側面を覆い、発光素子10に存在する空隙90を充填することにより、薄膜結晶層の側面からの光取り出しも可能になる。薄膜結晶層の側面からの光取り出しは、発光効率の向上に寄与することに加え、薄膜結晶層内に滞る光を取り出すことによる熱の蓄積防止、およびメイン支持体100(別の支持体がある場合はそれも含む)等との熱結合による放熱効率の向上を図ることができる。尚、図8−2に示すように、光取り出し材料を、第1の光取り出し方向側の面に付着させない場合でも、空隙90部分を充填するようにすると光の均一性の効果が得られる(他の形態においても同じ。)
FIG. 8A shows an example of the form (ii). In this embodiment, the
図9に、(iii)の形態の例を示す。この形態においては、光取り出し材料110が、発光素子10の側面に密着し、隣接する発光素子10の隙間を充填している。光取り出し材料110が発光素子10の側面に密着することにより、側面からの光取り出しの効率が向上すると共に、光取り出し材料が複数の発光素子10に接触して付着しているときは、複数の発光素子10間の光学的結合の効果も得られる。即ち、複数の発光素子10間が光取り出し材料110で充填されていることにより、1つの発光素子10から出射される光が、隣接する発光装置10との間の空間にも分布するため、発光素子10間の空間からも光が出射する。従って、集積型発光源から出射される光の強度分布の均一性が向上し、面光源としての応用がより有利になる。
FIG. 9 shows an example of the form (iii). In this embodiment, the
図10に、(iv)または(v)の形態の例を示す。この形態においては、光取り出し材料110が、複数または全部の発光素子10を連続して覆っているため、発光素子10の第1の光取り出し方向側の面および側面に密着し、かつ発光素子10の間の空隙を充填している。そのため、第1の光取り出し方向側の面からの光取り出し、側面からの光取り出し、および発光素子10間の隙間からの発光および発光素子10間での光学的結合を達成することができる。従って、図10の形態、特にすべての発光素子10を覆うように光取り出し材料110が設けられていることが最も好ましい。
FIG. 10 shows an example of the form (iv) or (v). In this embodiment, since the
また、光取り出し材料は、いずれの形態においても、光取り出し効率の向上のために外側に凸の曲面となるように形成されることが好ましい。 In any form, the light extraction material is preferably formed to have a curved surface that protrudes outward in order to improve light extraction efficiency.
以下に、本発明において使用される発光素子および光取り出し材料について説明する。 Hereinafter, the light emitting device and the light extraction material used in the present invention will be described.
<<2. 発光素子>>
本発明の集積型発光源に組み込まれる複数個の発光素子は、好ましくは次のタイプAの発光素子、タイプBの発光素子、タイプCの発光素子およびタイプDの発光素子からなる群より選ばれる。
<< 2. Light emitting element >>
The plurality of light emitting elements incorporated in the integrated light source of the present invention is preferably selected from the group consisting of the following type A light emitting elements, type B light emitting elements, type C light emitting elements and type D light emitting elements. .
タイプA:
発光波長に対して透明な基板上に、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化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記基板側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記基板と前記第一導電型半導体層の間に、前記第1の光取り出し方向側の面から出射する光の均一性を向上させる光均一化層と、任意の構成として前記基板と光均一化層との間にバッファ層を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は前記基板の端より後退して後退側壁面を形成しており;
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、(b)少なくとも、発光素子端から離れた位置から後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。
Type A:
A compound semiconductor thin film having a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer on a substrate transparent to the emission wavelength A compound semiconductor light emitting device having a crystal layer, a second conductivity type side electrode, and a first conductivity type side electrode, wherein the first light extraction direction is the substrate side,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
A light homogenization layer for improving uniformity of light emitted from the surface on the first light extraction direction side between the substrate and the first conductivity type semiconductor layer, and optionally, the substrate and light homogenization as an arbitrary configuration Having a buffer layer between the layers;
At the edge of the light emitting element, at least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the side wall surfaces of the thin film crystal layer are set back from the edge of the substrate. Forming;
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode A part of the second conductivity type side electrode that is in contact with a part on the direction side and covers a part of the second conductivity type side electrode opposite to the first light extraction direction; A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer.
タイプB:
バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記バッファ層と前記第一導電型半導体層の間に、前記第1の光取り出し方向側の面から出射する光の均一性を向上させる光均一化層を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b):前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記光均一化層およびバッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方側向部分には形成されずに、前記バッファ層の途中からまたは前記光均一化層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有し;
さらに、前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体
を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。
Type B:
A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the first light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
A light homogenizing layer between the buffer layer and the first conductivity type semiconductor layer for improving uniformity of light emitted from the surface on the first light extraction direction side;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode In contact with a part on the direction side, covering a part on the opposite side to the first light extraction direction of the second conductivity type side electrode, and (b): against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer recedes. And having an insulating layer formed at a position away from the light emitting element end, or (ii) the light uniform And when the buffer layer and the buffer layer both form a receding side wall surface and have no end step surface, the buffer layer is not formed in at least the first light extraction direction side portion of the buffer layer. An insulating layer covering the receding side wall surface from the middle of the light uniforming layer or from the middle of the light uniformizing layer;
The compound semiconductor light-emitting element further comprising a support body to which the first conductivity-type side electrode and the second conductivity-type side electrode are connected to support the light-emitting element.
タイプC:
発光波長に対して透明な基板上に、バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層を有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記基板側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は前記基板の端より後退して後退側壁面を形成しており;
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、(b)少なくとも、発光素子端から離れた位置から後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。
Type C:
On the substrate transparent to the emission wavelength, the first conductive type semiconductor layer including the buffer layer, the first conductive type cladding layer, the active layer structure, and the second conductive type semiconductor layer including the second conductive type cladding layer are provided. A compound semiconductor light emitting device having a compound semiconductor thin film crystal layer, a second conductivity type side electrode, and a first conductivity type side electrode, wherein the first light extraction direction is the substrate side,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
At the edge of the light emitting element, at least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the side wall surfaces of the thin film crystal layer are set back from the edge of the substrate. Forming;
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode A part of the second conductivity type side electrode that is in contact with a part on the direction side and covers a part of the second conductivity type side electrode opposite to the first light extraction direction; A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer.
タイプD:
バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b):前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有すること
を特徴とする化合物半導体発光素子。
Type D:
A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the first light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are connected and have a support for supporting the light emitting element;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode In contact with a part on the direction side, covering a part on the opposite side to the first light extraction direction of the second conductivity type side electrode, and (b): against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) When a part of the buffer layer constitutes a receding side wall surface and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded, At least an insulating layer formed from a position away from the end of the light emitting element, or (ii) when the buffer layer forms a receding side wall surface and does not have an end step surface, the buffer A compound semiconductor light emitting device comprising: an insulating layer which covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed at least in a first light extraction direction side portion of the layer.
上記タイプA、B、CおよびDの集積型発光装置を使用する利点は次の点にある。従来の集積型の発光装置は、2つのタイプがあり、1つめのタイプは、1対のpn接合部分を含む発光ユニットが、互いに電気的に分離されている装置(特許文献1に記載の装置、および特許文献2の請求項4、図10(b)に記載の装置等)であり、2つめのタイプは1対のpn接合部分を含む発光ユニットが、互いに電気的に結合されている装置である(特許文献2の請求項5、図10(a)等)。1つめのタイプでは、発光ユニット間の分離溝部分で発光強度が大きく低下するために、面光源全体での均一性に問題があり、また、発光ユニットの1つが劣化した場合に、その近傍のみが極端に発光強度が落ちてしまうという問題も同様にある。2つ目のタイプでは、n型半導体層が発光装置全体で共通となっているために、n側電極から最も近接するp側電極に電流が流れ込むだけでなく、1つのn側電極からあらゆるp側電極に電流が流れ込むことになり、発光装置全体としてみたときの電流注入効率は高くない。また、すべてのp側電極とすべてのn側電極が電気的に結合しているため、1箇所の劣化が、装置全体の劣化となってしまう問題がある。
The advantages of using the type A, B, C and D integrated light-emitting devices are as follows. There are two types of conventional integrated light-emitting devices. The first type is a device in which light-emitting units including a pair of pn junction portions are electrically separated from each other (the device described in Patent Document 1). And the device described in
これに対して、上記タイプA、B、CおよびDの集積型発光装置は、このような問題がなく、発光強度の均一性が高いため、本発明の集積型発光源に使用する集積型発光装置として特に適している。 On the other hand, the integrated light emitting devices of types A, B, C, and D do not have such a problem and have high uniformity of light emission intensity. Therefore, the integrated light emission used in the integrated light source of the present invention Particularly suitable as a device.
以下にタイプA〜Dを順に説明する。 The types A to D will be described in order below.
<<2−1. タイプA>>
タイプAの発光素子の特徴は次の事項で特定される。
<< 2-1. Type A >>
The characteristics of the type A light emitting element are specified by the following matters.
1. 発光波長に対して透明な基板上に、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化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記基板側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記基板と前記第一導電型半導体層の間に、前記第1の光取り出し方向側の面から出射する光の均一性を向上させる光均一化層と、任意の構成として前記基板と光均一化層との間にバッファ層を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は前記基板の端より後退して後退側壁面を形成しており;
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、(b)少なくとも、発光素子端から離れた位置から後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。
1. A compound semiconductor thin film having a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer on a substrate transparent to the emission wavelength A compound semiconductor light emitting device having a crystal layer, a second conductivity type side electrode, and a first conductivity type side electrode, wherein the first light extraction direction is the substrate side,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
A light homogenization layer for improving uniformity of light emitted from the surface on the first light extraction direction side between the substrate and the first conductivity type semiconductor layer, and optionally, the substrate and light homogenization as an arbitrary configuration Having a buffer layer between the layers;
At the edge of the light emitting element, at least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the side wall surfaces of the thin film crystal layer are set back from the edge of the substrate. Forming;
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode A part of the second conductivity type side electrode that is in contact with a part on the direction side and covers a part of the second conductivity type side electrode opposite to the first light extraction direction; A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer.
2. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記光均一化層および前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(iii)前記光均一化層およびバッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状、
のいずれかの形状を有し;
前記絶縁層が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の後退側壁面と一致する面を被覆していることを特徴とする上記1記載の発光素子。
2. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which part of the light homogenization layer forms a receding side wall surface and an end step surface is formed between the light homogenization layer and a non-retreating side wall surface that does not recede, or (Ii) A shape in which a part of the light uniformizing layer and the buffer layer both constitute a receding side wall surface and an end step surface is formed between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded. Or (iii) a shape in which both the light homogenizing layer and the buffer layer are all receded and the exposed portion of the substrate forms an end step surface,
Having any of the following shapes;
2. The light emitting device as described in 1 above, wherein the insulating layer covers a surface on an end step surface from a position away from an end of the light emitting element and a surface coinciding with a receding side wall surface of the first conductivity type semiconductor layer. element.
3. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記光均一化層および前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(iii)前記光均一化層およびバッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状のいずれかの形状を有し;
前記絶縁層が、前記光均一化層および前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていない事を特徴とする上記1記載の発光素子。
3. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which a part of the light homogenizing layer forms a receding side wall surface and an end step surface is formed between the light homogenizing layer and a non-retreating side wall surface that is not receded, or (Ii) A shape in which a part of the light uniformizing layer and the buffer layer constitutes a receding side wall surface, and an end step surface is formed between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded. Or (iii) the light homogenizing layer and the buffer layer are all retreated, and the portion where the substrate is exposed has any shape of an end step surface;
2. The light emitting device according to 1 above, wherein the insulating layer covers at least part of the receding side wall surfaces of the light homogenizing layer and the buffer layer, but is not formed on the end step surface. .
4. 前記光均一化層が、前記薄膜結晶層の一部として、前記基板と前記第一導電型クラッド層の間に設けられている層であることを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の発光素子。 4). The light uniformizing layer is a layer provided between the substrate and the first conductivity type cladding layer as a part of the thin film crystal layer. Light emitting element.
5. 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n1で表したとき、
nsb<noc および n1<noc
の関係を満たすことを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の発光素子。
5). 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 light-emitting element according to any one of 1 to 4 above, wherein:
6. 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)を
Δ(oc−sb)≡((noc)2−(nsb)2)/(2×(noc)2)
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1〜5のいずれかに記載の発光素子。
6). 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 light emitting device according to any one of 1 to 5 above, wherein t oc is selected so as to satisfy
7. 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n1、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)を
Δ(oc−1)≡((noc)2−(n1)2)/(2×(noc)2)
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1〜6のいずれかに記載の発光素子。
7). 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
7. The light emitting device according to any one of 1 to 6 above, wherein t oc is selected so as to satisfy
8. 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1〜7のいずれかに記載の発光素子。
8). 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 7 above, wherein:
9. 前記光均一化層が複数の層の積層構造であることを特徴とする上記1〜8のいずれかに記載の発光素子。 9. 9. The light emitting device as described in any one of 1 to 8 above, wherein the light homogenizing layer has a laminated structure of a plurality of layers.
10. 前記第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L1wが5μm以上であることを特徴とする上記1〜9のいずれかに記載の発光素子。 10. 10. The light emitting device according to any one of 1 to 9 above, wherein the width L1w of the narrowest portion among the portions where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is 5 μm or more. .
11. 前記第二導電型側電極が前記絶縁層で覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L2wが15μm以上であることを特徴とする上記1〜10のいずれかに記載の発光素子。 11. The width L 2w of the narrowest portion among the widths of the portion where the second conductivity type side electrode is covered with the insulating layer is 15 μm or more, Light emitting element.
12. 前記L2wが100μm以上であることを特徴とする上記11記載の発光素子。 12 12. The light emitting device as described in 11 above, wherein L 2w is 100 μm or more.
13. 薄膜結晶層の側壁面の後退によって露出した前記基板面のうち、前記絶縁層で覆われていない端面部の最も狭い部分の幅Lwsが15μm以上であることを特徴とする上記1〜12のいずれかに記載の発光素子。 13. The width L ws of the narrowest portion of the end surface portion that is not covered with the insulating layer among the substrate surface exposed by the receding of the side wall surface of the thin film crystal layer is 15 μm or more. The light emitting element in any one.
14. 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1〜13のいずれかに記載の発光素子。 14 Any of 1 to 13 above, wherein the first conductivity type side electrode includes a layer made of a material containing an element selected from the group consisting of Ti, Al, Ag, Mo, and combinations of two or more thereof. A light emitting device according to any one of the above.
15. 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1〜14のいずれかに記載の発光素子。 15. Said 1-14 characterized by the said 2nd conductivity type side electrode including the layer which consists of a material containing the element chosen from the group which consists of Ni, Pt, Pd, Mo, Au, and those 2 or more types of combinations. The light emitting element in any one of.
16. 前記絶縁層が、SiOx、AlOx、TiOx、TaOx、HfOx、ZrOx、SiNx、AlNx、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFx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1〜15のいずれかに記載の発光素子。 16. 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. 16. The light-emitting element according to any one of 1 to 15 above, which is a single layer.
17. 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1〜15のいずれかに記載の発光素子。 17. 16. The light emitting device as described in any one of 1 to 15 above, wherein the insulating layer is a dielectric multilayer film composed of a plurality of layers.
18. 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17記載の発光素子。 18. 18. The light-emitting element according to 17 above, wherein at least one of the layers constituting the insulating layer is made of a material containing fluoride.
19. 前記フッ化物が、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFxからなる群より選ばれることを特徴とする上記18記載の発光素子。 19. 19. The light emitting device as described in 18 above, wherein the fluoride is selected from the group consisting of AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x .
20. 前記基板が、サファイア、SiC、GaN、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3およびMgOからなる群より選ばれることを特徴とする上記1〜19のいずれかに記載の発光素子。
20. Wherein the substrate, sapphire, SiC, GaN,
21. 前記基板の第1の光取り出し方向側の表面が平坦でないことを特徴とする上記1〜20のいずれかに記載の発光素子。 21. 21. The light-emitting element according to any one of 1 to 20, wherein a surface of the substrate on the first light extraction direction side is not flat.
22. 前記光均一化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、前記基板から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする上記1〜21のいずれかに記載の発光素子。
22. R3 is a reflectance at which the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the substrate side from the light uniformizing layer is reflected by the substrate, and the light emitting element is perpendicularly incident on the first light extraction direction side space from the substrate. 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 light emitting element according to any one of the
23. 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1〜22のいずれかに記載の発光素子。 23. 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 23. The light emitting device according to any one of 1 to 22, wherein an element selected from the group consisting of Al is contained.
24. 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1〜23のいずれかに記載の発光素子。
24. When the active layer structure is composed of a quantum well layer and a barrier layer, the number of barrier layers is represented by B, and the number of quantum well layers is represented by W.
B = W + 1
The light-emitting element according to any one of 1 to 23, wherein:
25. 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1〜24のいずれかに記載の発光素子。 25. 25. The light-emitting element according to any one of 1 to 24 above, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
26. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、ハンダによって金属層を有するサブマウントに接合されていることを特徴とする上記1〜24のいずれかに記載の発光素子。 26. 25. The light emitting device according to any one of 1 to 24, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are joined to a submount having a metal layer by solder.
タイプAの発光素子によれば、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、さらに第1の光取り出し方向側の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を提供することができる。 According to the type A light-emitting element, a flip-chip mount that can emit blue or ultraviolet light and has high output, high efficiency, and high uniformity of brightness on the first light extraction direction side. Type semiconductor light emitting device can be provided.
タイプAの発光素子の構造では、製造プロセスにおける各工程でのプロセスダメージが排除されているために、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。 In the structure of the light emitting element of type A, since process damage in each step in the manufacturing process is eliminated, the function of the light emitting element is not impaired and the element is highly reliable.
以下、タイプAの発光素子をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the type A light emitting device will be described in more detail.
図1-1Aおよび図1-2Aに、タイプAの形態の化合物半導体発光素子(以下、単に発光素子という)の代表的例を示す。図1-1B、図1-2Bは、説明のために、それぞれ図1-1Aおよび図1-2Aの一部を省略した図であり、図1-3A、図1-3Bは発光素子の構造を詳細に説明するために、作製途中の形状を示す図である。以下、図1-1A〜図1-3Bを参照して説明する。 FIGS. 1-1A and 1-2A show typical examples of compound semiconductor light-emitting elements of the type A form (hereinafter simply referred to as light-emitting elements). FIG. 1-1B and FIG. 1-2B are diagrams in which a part of FIG. 1-1A and FIG. 1-2A are omitted for explanation, and FIGS. 1-3A and 1-3B are structures of light-emitting elements. It is a figure which shows the shape in the middle of preparation in order to explain in detail. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 1-1A to 1-3B.
タイプAの形態の発光素子は、図1-1A、図1-2Aに示すように基板21上に、バッファ層22、光均一化層23、第一導電型クラッド層24を含む第一導電型半導体層、第二導電型クラッド層26を含む第二導電型半導体層、および前記第一および第二導電型半導体層の間に挟まれた活性層構造25を有する化合物半導体薄膜結晶層、第二導電型側電極27、並びに第一導電型側電極28を有する。
A light emitting device of type A has a first conductivity type including a
第二導電型クラッド層26の表面の一部に、第二導電型側電極27が配置され、第二導電型クラッド層26と第二導電型側電極27の接触している部分が第二電流注入領域35となっている。また、第二導電型クラッド層、活性層構造の一部、第一導電型クラッド層の一部が除去された構成となっており、除去された箇所に露出する第一導電型クラッド層24に接して、第一導電型側電極28が配置されることで、第二導電型側電極27と第一導電型側電極28が、基板に対して同じ側に配置されるように構成されている。第二導電型側電極27および第一導電型側電極28は、サブマウント40上の金属層41に、金属ハンダ42を介してそれぞれ接続されている。
The second conductivity
本形態において、第一導電型側電極28および第二導電型側電極27は、互いに空間的に重なりを有していない。これは、図1-1Aおよび図1-2Aに示すように、第一導電型側電極28および第二導電型側電極27を基板面に対して投影したときに、影が重ならないことを意味する。
In this embodiment, the first conductivity
絶縁層30は、フリップチップマウントを実施した際に、マウント用のハンダ、導電性ペースト材等が「第二導電型側電極と第一導電型側電極の間」、「活性層構造などの薄膜結晶層の側壁」等に回りこんで、意図しない短絡が発生しないようにするためのものである。同時に、本形態では、素子にダメージを与え性能に影響を及ぼしたり、歩留まりに影響を与えたりしないように、絶縁層が最適な位置に配置されている。
When the flip-chip mounting is performed, the insulating
タイプAの形態の発光素子は、(I)発光素子10の端部の段差形状、(II)発光素子端部の絶縁層30の形状、の2箇所で異なる形態を取り得る。(I)発光素子10の端部の段差形状については、製造工程において素子分離を行うために装置間分離溝13(図1−3A等参照)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23の途中まで、(ii)バッファ層22の途中まで(バッファ層が存在するとき、以下同じ。)、(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13の壁面は、素子分離後に素子端より後退するので、本形態では装置間分離溝13の形成時に側壁面として現れた面を、素子分離後の素子については、「後退側壁面」という。また、素子分離により素子端に現れる側壁面を、「非後退側壁面」という。そして、発光素子の端部には、後退側壁面と非後退側壁面の間で段差面が形成されるので、これを「端部段差面」という。
The type A light-emitting element can take different forms at two locations: (I) a stepped shape at the end of the light-emitting
装置間分離溝13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23の一部が共に後退側壁面を構成し、残り(第1の光取り出し方向側)の光均一化層23の側壁は、非後退側壁面となり、光均一化層23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22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23およびバッファ層22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13の側壁面となるため)、基板21が露出した部分が端部段差面となる形状となる。
Corresponding to the depths (i) to (iii) of the
(i)に対応するのは、図1-1C、図1-2Cである。(ii)に対応する形状は、図1-1D、図1-2D、図1-2Eである。(iii)に対応するのは、図1-1A(図1-1B)、図1-2A(図1-2B)である。 FIG. 1-1C and FIG. 1-2C correspond to (i). The shapes corresponding to (ii) are FIGS. 1-1D, 1-2D, and 1-2E. FIG. 1-1A (FIG. 1-1B) and FIG. 1-2A (FIG. 1-2B) correspond to (iii).
(II)発光素子端部の絶縁層30の形状については、製造工程において、(i)装置間分離溝13の側壁に形成された絶縁層30を残したまま、溝底面上の中央を含む領域の絶縁層30のみを除去するか、(ii)溝底面に形成された絶縁層30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30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10において、(i)絶縁層30が溝底面に付いている形状、(ii)絶縁層30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1-1A(図1-1B)、図1-1C、図1-1Dである。(ii)に対応するのは、図1-2A(図1-2B)、図1-2C、図1-2D、図1-2Eである。
(II) Regarding the shape of the insulating
タイプAの形態の発光素子10の形状を(II)発光素子端部の絶縁層30の形状により、(i):第1の態様、(ii):第2の態様として分けて説明する。
The shape of the light-emitting
〔第1の態様〕
第1の態様に属する形態を、図1-1A〜図1-1Dに示す。まず、代表的な形態として図1-1Aを用いて説明する。薄膜結晶層のうち少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層の側壁面は基板21の端より後退している。この形状は、タイプAのすべての形態に表れている。これは、図1-3Aに示すように、製造工程において、薄膜結晶層を成膜後、各素子間を分離するために、後述する方法によって所定の深さまで薄膜結晶層を除去して装置間分離溝13を形成し、分離溝内で、素子を分離するためである。図1-1Aは、基板21に達するまで薄膜結晶層を除去した例を示し、タイプAの好ましい形態の1つである。タイプAでは、薄膜結晶層、特に電流注入、発光等の本質的な機能に関わる部分である第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層は、一般に使用されるスクライブ、ブレーキング等の素子分離の際のプロセスを被歴せず、素子が分離されるので、性能に関わる薄膜結晶層に直接的にダメージを与えることがない。このため、特に大電流注入においてその耐性や信頼性等の性能が優れている。
[First embodiment]
A form belonging to the first aspect is shown in FIGS. 1-1A to 1-1D. First, a typical form will be described with reference to FIG. 1-1A. Among the thin film crystal layers, at least the first conductive semiconductor layer, the
そして、薄膜結晶層を除去した際に露出する側壁面は、絶縁層30により覆われている。さらに、素子分割前には、図1-3Aに示すように、絶縁層30は装置間分離溝13の溝底面の全てを覆うのではなく、基板表面(即ち、溝底面)に絶縁層30が形成されていないスクライブ領域14が形成されている。製造工程中のスクライブ、ブレーキング等の素子分離の際に基板21のみをスクライブ、ブレーキングすればよいので、薄膜結晶層に直接的にダメージを与えることがない。また、絶縁層30の剥がれが生じないので、確実な絶縁性を保てることに加え、絶縁層30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。
The side wall surface exposed when the thin film crystal layer is removed is covered with an insulating
その結果得られる分離された後の発光素子10では、図1-1A、図1-1B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30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を覆っている。スクライブ領域14の幅の中央から分割された場合、絶縁層30で覆われていない距離Lwsは、製造のゆらぎ等の範囲でスクライブ領域14の幅の略1/2に対応する。即ち、この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層30の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子10は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子10の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。
In the separated light-emitting
Lwsの大きさは、完成した発光素子10においては、0より大きければよいが、通常は10μm以上、好ましくは15μm以上である。設計値としては、スクライブ領域14の幅を2Lwsとすると、2Lwsは、30μm以上が好ましい。また、大きすぎても無駄であるので、2LWSは、通常300μm以下、好ましくは200μm以下である。
The size of L ws may be larger than 0 in the completed
また、装置間分離溝13が、光均一化層23の途中まで、またはバッファ層22の途中まで形成されることも好ましい形態である。その結果、完成した発光素子10では、少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層は、発光素子10の端(基板端)より内側に後退して後退側壁面を形成し、溝底面に基づく端部段差面55が発光素子10の端に存在する。尚、図1-1Aでは基板面自身が、段差面に対応する。
It is also a preferred embodiment that the
図1-1Cに、装置間分離溝が光均一化層23の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光素子端までバッファ層22と光均一化層23の一部が非後退側壁面として存在し、光均一化層23の途中から壁面が素子端より後退し、第二導電型半導体層の側壁面と共に後退側壁面(装置間分離溝の側壁)を構成している。非後退側壁面と後退側壁面の間に、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在している。バッファ層22の壁面はすべて露出している。一方、図1-1C中にA部分で示すように、光均一化層23の側壁のうち、非後退側壁面の部分は露出し、後退側壁面の部分は絶縁層30で被覆され、端部段差面55のうちで、端から離れた位置(図1-1BのLwsに対応する位置)から、内側を前記後退側壁面に連続して被覆している。これは、図1-1A(図1-1B)において、装置間分離溝を光均一化層23の途中でとめた形態に対応する。
FIG. 1-1C shows an example of a light emitting device manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the
図1-1Dに、装置間分離溝がバッファ層22の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光素子端まで、バッファ層22が存在し、バッファ層22には、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在しており、バッファ層22の側壁のうち非後退側壁面(素子端部分)と、発光素子端から内側に入った後退側壁面の部分(装置間分離溝の側壁)とを有する。図1-1D中にA部分で示すように、バッファ層22の側壁のうち、非後退側壁面は絶縁層30で覆われないで露出し、後退側壁面の部分は絶縁層30で被覆され、端部段差面55のうちで、端から離れた位置(図1-1BのLwsに対応する位置)から、内側を前記後退側壁面に連続して被覆している。これは、図1-1A(図1-1B)において、装置間分離溝をバッファ層22の途中でとめた形態に対応する。
FIG. 1-1D shows an example of a light emitting device manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the
これらの例のように、装置間分離溝が、光均一化層23とバッファ層22を合わせた層の途中まで形成されている場合にも、側壁を覆う絶縁層30が、発光素子の端まで達していない形状ができている装置は、絶縁層30の剥がれがないことが保証され、また露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図1-1Aの形態の発光素子10と同じく信頼性の高い装置となる。
As in these examples, even when the inter-device isolation groove is formed up to the middle of the combined layer of the
〔第2の態様〕
第2の態様に属する形態を、図1-2A〜図1-2Eに示す。第2の態様は、層構成等は第1の態様と同じであり、(II)発光素子端部の絶縁層30の形状が第1の態様と異なっている。
[Second embodiment]
A form belonging to the second mode is shown in FIGS. 1-2A to 1-2E. The second mode is the same as the first mode in the layer configuration and the like, and (II) the shape of the insulating
まず、図1-2Aに示すように、薄膜結晶層のうち少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層の側壁面は基板21の端より後退して後退側壁面を構成している。この形状は、タイプAのすべての形態に表れている。これは、図1-3Bに示すように、製造工程において、薄膜結晶層を成膜後、各素子間を分離するために、後述する方法によって、薄膜結晶層を除去して装置間分離溝13を形成し、分離溝内で、素子を分離しているからである。タイプAのその他の態様と同じように、薄膜結晶層を除去した際に露出する側壁面のうち、少なくとも、第一導電型半導体層(図では第一導電型クラッド層24)、活性層構造25、および第二導電型半導体層(図では第二導電型クラッド層26)の側壁面は、絶縁層30により覆われている。
First, as shown in FIG. 1-2A, the side wall surfaces of at least the first conductive semiconductor layer, the
第2の態様では、基板21表面の中で装置間分離溝底面に相当する部分にも、絶縁層30は存在しない。薄膜結晶層の後退側壁面で、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15は、バッファ層22の側壁面の少なくとも第1の光取り出し方向側に存在し、場合によっては、バッファ層22の側壁面の全部に渡っていてもよい。さらに、光均一化層23の側壁面の一部まで、または全部まで渡っていてもよい。また、基板21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、分離溝の壁面のうち、基板部分のみが露出し、バッファ層22が被覆されている場合がある。
In the second mode, the insulating
この場合、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15のバッファ層22は、ドーピングされていないアンドープ層であることが好ましい。また、絶縁層非形成部分15が光均一化層23まで及んでいるときは、その部分まではドーピングされていないアンドープ層であることが好ましい。露出している部分が絶縁性の高い材料であればハンダの回り込みによる短絡等の虞がなく、信頼性の高い素子となる。
In this case, it is preferable that the
この構造は、図1-3Bに示すように、製造工程途中の素子分割前の形状に対応し、絶縁層30は、装置間分離溝13の溝内の基板表面と、基板面に近接する溝側壁面の絶縁層非形成部分15から除去されている。
As shown in FIG. 1-3B, this structure corresponds to the shape before element separation during the manufacturing process, and the insulating
基板21と接している部分に絶縁層30が形成されていないので、製造工程中のスクライブ、ブレーキング等の素子分離の際に基板21のみをスクライブ、ブレーキングすればよいので、薄膜結晶層に直接的にダメージを与えることがない。また、絶縁層30の剥がれが生じないので、確実な絶縁性を保てることに加え、絶縁層30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。
Since the insulating
その結果得られる分離された後の発光素子10では、図1-2Aおよび図1-2B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を絶縁層30が覆っていない。この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層30の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子10は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子10の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。
In the separated light-emitting
また、第2の態様においても、装置間分離溝13が、光均一化層23の途中まで、またはバッファ層22の途中まで形成されることも好ましい形態である。その結果、完成した発光素子10では、少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層は、装置の端(基板端)より内側に後退し、溝底面に基づく端部段差面が発光素子10の端に存在する。
Also in the second mode, it is also a preferred mode that the
図1-2Cに、装置間分離溝が光均一化層23の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光素子端までバッファ層22と光均一化層23の一部が非後退側壁面として存在し、光均一化層23の途中から壁面が素子端より後退し、第二導電型半導体層の側壁面と共に後退側壁面(装置間分離溝の側壁)を構成している。非後退側壁面と後退側壁面の間に、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在している。バッファ層22の壁面はすべて露出している。そして、光均一化層23の端部段差面55も絶縁層30で被覆されておらず、また、後退側壁面には、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が、第1の光取り出し方向側に存在する。これは、図1-2A(図1-2B)において、装置間分離溝を光均一化層23の途中でとめた形態に対応する。
1-2C shows an example of a light emitting device manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the
図1-2D、図1-2Eに、装置間分離溝がバッファ層22の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光素子端までバッファ層22の一部が非後退側壁面として存在し、バッファ層22の途中から壁面が素子端より後退し、第二導電型半導体層の側壁面と共に後退側壁面(装置間分離溝の側壁)を構成している。非後退側壁面と後退側壁面の間に、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在している。非後退側壁面(素子端の側壁部分)および端部段差面55は、絶縁層30で被覆されておらず、また、後退側壁面(装置間分離溝の側壁)では、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が、第1の光取り出し方向側に存在する。これは、図1-2A(図1-2B)において、装置間分離溝をバッファ層22の途中でとめた形態に対応する。絶縁層非形成部分15は、場合によっては、バッファ層22の側壁面の全部に渡っていてもよい。さらに、図1-2Eのように、光均一化層23の側壁面の一部まで、または全部まで渡っていてもよい。
FIGS. 1-2D and 1-2E show an example of a light emitting device manufactured by forming the inter-device separation groove partway in the
これらの例のように、装置間分離溝13が、光均一化層23とバッファ層22を合わせた層の途中まで形成されている場合にも、側壁を覆う絶縁層30が、発光素子10の端まで達していない形状ができている装置は、絶縁層30の剥がれがないことが保証され、また露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図1-2Aの形態の発光素子10と同じく信頼性の高い装置となる。
As in these examples, even when the
第1の態様および第2の態様に共通して、タイプAでは絶縁層30は、図1-1B、図1-2BのB部分に示すように、第一導電型側電極28の基板側(第1の光取り出し方向側)の一部に接している。即ち、第一導電型側電極28と第一導電型半導体層(この実施形態では第一導電型クラッド層24)との間の一部に、絶縁層30が介在している。その結果、第一導電型側電極28の面積が、第一電流注入領域36の面積より大きい。図1-1B、図1-2Bに示すように、第一導電型側電極28が絶縁層30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。
In common with the first aspect and the second aspect, in type A, the insulating
さらに絶縁層30は、図1-1B、図1-2BのC部分に示すように、第二導電型側電極27のサブマウント側(第1の光取り出し方向の反対側)の一部を覆っている。即ち、第二導電型側電極27の電極露出部分37の面積が、第二導電型側電極27の面積より小さく、第二電流注入領域35の面積は、第二導電型側電極27の面積と等しい。図1-1B、図1-2Bに示すように、第二導電型側電極27の周辺から絶縁層30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30によって第二導電型側電極27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28等の他の部分との意図しない短絡を低減することができる。また、L2wは、通常2000μm以下であり、好ましくは750μm以下である。
Furthermore, the insulating
また、第一導電型半導体層(この実施形態では第一導電型クラッド層24)、第二導電型半導体層(この実施形態では第二導電型クラッド層26)のサブマウント側(第1の光取り出し方向の反対側)の表面の露出部分も短絡防止のために、通常は図に示すように絶縁層30で被覆される。
Further, the first conductive semiconductor layer (first conductive clad
絶縁層30と各電極27、28とのこのような位置関係により、プロセスダメージの少ない工程により製造することが可能である。
Due to such a positional relationship between the insulating
タイプAの発光素子10では、以上のように、プロセスダメージ、フリップチップマウントを実施した際の放熱性、絶縁性等が総合的に考慮された絶縁層30の配置となっている。
As described above, the
さらに、タイプAの発光素子10は、第一導電型半導体層(この実施形態では第一導電型クラッド層24)より第1の光取り出し方向側に、光均一化層23を有している。光均一化層23は、詳細は後述するが、適度な光閉じ込め効果を有し、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21の第1の光取り出し方向側の面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構造層25がない非発光部に対応する領域にも光が分布し、また活性構造層25での発光にムラがあっても、均一化す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めることで、光均一化層23内での光閉じ込め効果が上がり、面内均一性がさらに向上する。
Furthermore, the
以下に、タイプAの発光素子10を構成する各部材と構造についてさらに詳細に説明する。
Hereinafter, each member and structure constituting the
<基板>
基板は、光学的に発光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、基板での吸収によって光出力が50%以上低減しないものである。
<Board>
The material of the substrate is not particularly limited as long as it is optically approximately transparent to the emission wavelength of the light emitting 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 by 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、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3、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、意図的にアンドープ基板を用いる場合には、1×1018cm−3のSi濃度以下が望ましく、さらに望ましくは8×1017cm−3以下であることが、電気抵抗の観点と結晶性の観点からが望ましい。 The substrate is preferably an electrically insulating substrate. This is because even when a solder material or the like adheres to the periphery of the substrate when flip chip mounting is performed, 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 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, the Si doping concentration is preferably 1 × 10 18 cm −3 or less, more preferably 8 × 10 17 cm − when an undoped substrate is intentionally used. It is desirable that it is 3 or less from the viewpoints of electrical resistance and crystallinity.
タイプAの発光素子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 type A light emitting device 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. There can also be. 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加工しておき、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. In addition, the substrate is intentionally roughened in relation to the buffer layer, which will be described later, thereby introducing a threading transition that occurs at the interface between the thin film crystal layer and the substrate near the active layer of the light emitting device. It is also possible not to do so.
タイプAの発光素子においては、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 light emitting element of the type A, confine light in the later light uniformizing layer, in order to guide so as to be distributed in the layer at the same time, the substrate has a refractive index at the emission wavelength of the compound semiconductor light emitting device (n sb ) 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、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、最終的に装置としては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 crystal growth of the light emitting device and mechanical strength in the device fabrication process are ensured. Is normal. After growing a thin film crystal layer using this, in order to make it easy to separate each element, it is appropriately thinned during the process by a polishing process, and finally the apparatus has a thickness of about 100 μm or less. desirable. Moreover, it is the thickness of 30 micrometers or more normally.
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 different embodiments, the thickness of the substrate may be different from the conventional one, 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、基板の物理厚みは、発光素子の発光波長をλ(nm)、基板の平均的屈折率をnsbとした際に、4λ/nsbよりも厚いことが望ましい。 In addition, when the substrate is selected so as to be a relatively low refractive index layer with respect to the waveguide in order to confine and guide light in the light uniformizing layer described later, the physical thickness of the substrate is determined by the light emitting element. When the emission wavelength is λ (nm) and the average refractive index of the substrate is n sb , it is desirable that the thickness is larger than 4λ / nsb .
さらに、基板の第1の光取り出し方向側の面に、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、光均一化層側から(バッファ層が存在するときはバッファ層から)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、基板から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向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MgF2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nsに対して、低反射コーティング膜の屈折率が、√ns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、MgF2の屈折率が近いからである。
Further, it is desirable that a so-called low reflection coating layer or low reflection optical film is formed on the surface of the substrate on the first light extraction direction side. 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, the reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element perpendicularly incident on the substrate side from the light uniformizing layer side (from the buffer layer when the buffer layer is present) is reflected by the substrate is R3, and the first reflectance from the substrate. When the reflectance at which the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the light extraction direction side of the light is 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 first light extraction direction side of the substrate so as to satisfy the above condition. 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.
タイプAの発光素子においては、基板の第1の光取り出し方向側の面が、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 type A light-emitting element, it is also preferable that the surface on the first light extraction direction side of the substrate is an uneven 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.
<バッファ層>
バッファ層は、基板上に薄膜結晶成長する上で、転移の抑制、基板結晶の不完全性の緩和、基板結晶と所望の薄膜結晶成長層との各種の相互不整合の軽減など、主に薄膜結晶成長のための目的のために形成される。
<Buffer layer>
The buffer layer is mainly used for thin film crystal growth on the substrate, such as suppression of transition, mitigation of imperfection of the substrate crystal, and reduction of various mismatches between the substrate crystal and the desired thin film crystal growth layer. Formed for the purpose of 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 is not necessarily a single layer. In order to improve the crystallinity on the GaN buffer layer grown at a low temperature, several GaN layers grown at a temperature of about 1000 ° C. without doping are used. You may make it have about μm. Actually, it is usual to have such a thick film buffer layer, and the thickness is about 0.5 to 7 μm. The buffer layer may be doped with Si or the like, or may be formed by stacking a doped layer and an undoped layer in the buffer layer.
典型的な実施形態としては、基板に接して350℃〜650℃未満程度の低温で薄膜結晶成長させた低温バッファ層と、650℃〜1100℃程度の高温で薄膜結晶成長させた高温バッファ層の2層構造のものが挙げられる。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 650 ° C. in contact with a substrate, and a high-temperature buffer layer in which a thin film crystal is grown at a high temperature of about 650 ° C. to 1100 ° C. The thing of a 2 layer structure is mentioned. 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タイプAの発光素子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 a light emitting element of type A. Further, in this case, the unevenness formed on the substrate has an effect of improving the light extraction efficiency, which is preferable.
タイプAの発光素子においては、バッファ層は後述する光均一化層と一体となって、第1の光取り出し方向側の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 type A light emitting device, the buffer layer is integrated with a light homogenizing layer described later so as to realize light confinement in order to increase the uniformity of the light intensity on the surface on the first light extraction direction side. It doesn't matter. 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る場合もあるが、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。 Further, although the buffer layer may become an exposed portion of the inter-device separation groove, 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.
<光均一化層>
タイプAの発光素子の光均一化層は、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、発光素子の第1の光取り出し方向側の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 of the type A light-emitting element is configured to guide light gently while leaking part of the light by temporarily confining and distributing the light emitted by the active layer structure in the layer. Is a layer that exhibits effects such as scattering of light, multiple reflection, and thin film interference, and improves the uniformity of the light emitting element on the first light extraction direction side.
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1-1A、図1-2Aおよびその他の図面に示すように、バッファ層が存在し、そして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、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
タイプAの発光素子において、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(n1)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 light emitting element of type A, 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InaGa1−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 homogenizing 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InaGa1−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 laminated structure of undoped GaN and Si-doped 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InaGa1−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InbGa1−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、InbGa1−bNおよびIncAldGa1−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、波長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 a wavelength of 460 nm and may be included in the first conductivity type semiconductor layer, undoped GaN that may be included in the buffer layer, and as a substrate Since the refractive index can be larger than that of certain sapphire, GaN, etc., it can be used as a light uniformizing 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n1、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)を
Δ(oc−1)≡((noc)2−(n1)2)/(2×(noc)2)
と定義する。また、光均一化層と基板の比屈折率差Δ(oc−sb)を
Δ(oc−sb)≡((noc)2−(nsb)2)/(2×(noc)2)
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。また、同時に、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
(√(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。
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 At the same time, if the light uniformizing layer is regarded as a symmetrical slab waveguide sandwiched by the average refractive index of the substrate, the condition for the waveguide to become multimode is that the normalized frequency is 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.
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、発光素子は第1の光取り出し方向側の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. It becomes easy to realize uniform light emission on the surface on the first light extraction direction side.
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.
タイプAの発光素子の光均一化層は、導電性であっても絶縁性であってもどちらでもよいが、ハンダ等による短絡をより確実に防止するという点では、絶縁性が好ましい。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。 The light uniformizing layer of the type A light-emitting element may be either conductive or insulating, but insulating is preferable in terms of more reliably preventing 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 uniformizing 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.
タイプAの発光素子においては、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 type A light emitting device, the light homogenizing layer distributes and distributes light, whereas the buffer layer described above is intended to reduce various mismatches when crystals grow on the substrate. The function 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, even if the composition is the same, if the growth method and conditions are different, only one function may be provided.
また、タイプAの発光素子では、露出した光均一化層の側面は、絶縁層で覆われている。これにより、発光素子をサブマウント等にフリップチップマウントした際に、薄膜結晶層の側壁などでのハンダによる短絡等の発生を防止できる。 Further, in the type A light emitting device, the exposed side surface of the light uniformizing layer is covered with an insulating layer. Thereby, when the light emitting element is flip-chip mounted on a submount or the like, it is possible to prevent the occurrence of a short circuit due to soldering on the side wall of the thin film crystal layer.
<第一導電型半導体層および第一導電型クラッド層>
タイプAの発光素子の代表的実施形態では、図1-1A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25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 a typical embodiment of a type A light emitting device, a first conductivity
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望ましい。さらに、第一導電型クラッド層は、活性層構造内の特にバリア層との関係において、いわゆるタイプI型のバンドラインナップとなる材料で構成されるのが一般的である。このような指針の元で、第一導電型クラッド層材料としては、所望の発光波長を実現するために準備される基板、バッファ層、活性層構造等に鑑みて、適宜選択することができる。 In general, the first conductivity type cladding layer is made of a material having a refractive index smaller than the average refractive index of the active layer structure described later and a material larger than the average band gap of the active layer structure described later. It is desirable. Furthermore, the first conductivity type cladding layer is generally made of a material that forms a so-called type I band lineup in relation to the barrier layer in the active layer structure. Under such guidelines, the first conductivity type cladding layer material can be appropriately selected in view of the substrate, buffer layer, active layer structure, and the like prepared for realizing a desired emission wavelength.
例えば、基板としてC+面サファイアを使用し、バッファ層として低温成長したGaNと高温成長したGaNの積層構造を使用する場合には、第一導電型クラッド層としてGaN系材料、AlGaN系材料、AlGaInN系材料、InAlBGaN系材料、もしくはその多層構造を用いることができる。 For example, when C + plane sapphire is used as a substrate and a laminated structure of low-temperature grown GaN and high-temperature grown GaN is used as a buffer layer, a GaN-based material, an AlGaN-based material, an AlGaInN-based material is used as the first conductivity type cladding layer. A material, an InAlBGaN-based material, or a multilayer structure thereof can be used.
第一導電型クラッド層のキャリア濃度としては、下限としては1×1017cm−3以上が好ましく、5×1017cm−3以上がより好ましく、1×1018cm−3以上が最も好ましい。上限としては5×1019cm−3以下が好ましく、1×1019cm−3以下がより好ましく、7×1018cm−3以下が最も好ましい。また、ここでは、第一導電型がn型の場合、ドーパントとしては、Siが最も望ましい。 The carrier concentration of the first conductivity type cladding layer is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more as a lower limit, more preferably 5 × 10 17 cm −3 or more, and most preferably 1 × 10 18 cm −3 or more. The upper limit is preferably 5 × 10 19 cm −3 or less, more preferably 1 × 10 19 cm −3 or less, and most preferably 7 × 10 18 cm −3 or less. Here, when the first conductivity type is n-type, Si is most desirable as a dopant.
第一導電型クラッド層の構造は、図1-1A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. 1-1A, 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. There may be. 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、第一導電型半導体層として、必要によりさらに異なる層が存在してもよい。例えば、電極との接続部にキャリアの注入を容易にするためのコンタクト層が含まれていてもよい。また、各層を、組成または形成条件等の異なる複数の層に分けて構成してもよい。 In addition to the first conductivity type cladding layer, a different layer may exist as necessary as the first conductivity type semiconductor layer. For example, a contact layer for facilitating carrier injection may be included in the connection portion with the electrode. Each layer may be divided into a plurality of layers having different compositions or formation conditions.
<活性層構造>
第一導電型クラッド層24の上には、活性層構造25が形成されている。活性層構造とは、前述の第一導電型クラッド層と、後述する第二導電型クラッド層から注入される、電子と正孔(あるいは正孔と電子)が再結合して発光する層である量子井戸層を含み、かつ、量子井戸層に隣接して配置される、あるいは、量子井戸層とクラッド層間に配置されるバリア層をも含む構造を指す。ここで、本発明のひとつの目的である高出力化、高効率化を実現するためには、活性層構造中の量子井戸層の層数をW、バリア層の層数をBとすると、B=W+1を満たすことが望ましい。すなわち、クラッド層と活性層構造の全体の層の関係は、「第一導電型クラッド層、活性層構造、第二導電型クラッド層」と形成され、活性層構造は、「バリア層、量子井戸層、バリア層」、あるいは、「バリア層、量子井戸層、バリア層、量子井戸層、バリア層」のように形成されることが、高出力化のために望ましい。図1-4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
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薄い層である。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 light emission efficiency. For this reason, in order to achieve high output, it is desirable to provide not only a single quantum well layer but also a plurality of quantum well layers and separate them into an active layer structure. At this time, a layer that is separated while controlling the coupling between the quantum well layers is a barrier layer. In addition, it is desirable that the barrier layer exists for separation of the cladding layer and the quantum well layer. For example, when the cladding layer is made of AlGaN and the quantum well layer is made of InGaN, a form in which a barrier layer made of GaN exists between them is desirable. This is also desirable from the viewpoint of thin film crystal growth because it can be easily changed when the optimum temperature for crystal growth is different. When the clad layer is made of InAlGaN having the widest band gap and the quantum well layer is made of InAlGaN having the narrowest band gap, InAlGaN having an intermediate band gap can be used for the barrier layer. Furthermore, in general, the difference in the band gap between the cladding layer and the quantum well layer is larger than the difference in the band gap between the barrier layer and the quantum well layer, and considering the efficiency of carrier injection into the quantum well layer, The quantum well layer is preferably not directly adjacent to the cladding layer.
量子井戸層は意図的なドーピングは実施しないほうが望ましい。一方、バリア層には、ドーピングを施して、系全体の抵抗を下げるなどのことを実施するのが望ましい。特に、バリア層にはn型のドーパント、特にSiをドーピングするのが望ましい。これは、p型のドーパントであるMgはデバイス内では拡散しやすく、高出力動作時においては、Mgの拡散を抑制することが重要となる。このために、Siは有効であって、バリア層にはSiがドーピングされていることが望ましい。但し量子井戸層とバリア層との界面においては、ド−ピングを実施しないほうが望ましい。 It is desirable that the quantum well layer is not intentionally doped. On the other hand, it is desirable to dope the barrier layer to reduce the resistance of the entire system. In particular, the barrier layer is preferably doped with an n-type dopant, particularly Si. This is because Mg, which is a p-type dopant, easily diffuses in the device, and it is important to suppress the diffusion of Mg during high output operation. Therefore, Si is effective, and it is desirable that the barrier layer is doped with Si. However, it is preferable not to perform doping at the interface between the quantum well layer and the barrier layer.
1つの素子の活性層構造側壁は、図1-1A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、作製された素子をフリップチップボンドする際には、活性層構造の側壁におけるハンダ等による短絡が発生しない利点がある。
The active layer structure side wall of one device is preferably covered with an insulating
<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
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望ましい。さらに、第二導電型クラッド層は、活性層構造内の特にバリア層との関係において、いわゆるタイプI型のバンドラインナップとなる材料で構成されるのが一般的である。このような指針の元で、第二導電型クラッド層材料としては、所望の発光波長を実現するために準備される基板、バッファ層、活性層構造等に鑑みて、適宜選択することができる。例えば、基板としてC+面サファイアを使用し、バッファ層としてGaNを使用する場合には、第二導電型クラッド層としてGaN系材料、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 desirable. Furthermore, the second conductivity type clad layer is generally made of a material that forms a so-called type I band lineup, particularly in relation to the barrier layer in the active layer structure. Under such guidelines, the second conductivity type cladding layer material can be appropriately selected in view of the substrate, buffer layer, active layer structure and the like prepared for realizing a desired emission wavelength. For example, when C + plane sapphire is used as the substrate and GaN is used as the buffer layer, 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1-1A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。 The structure of the second conductivity type cladding layer is an example of a single layer formed in the example of FIG. 1-1A. However, the second conductivity type cladding layer is composed of two or more layers. May be. 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タイプAの発光素子においては、基板側が第1の光の取り出し方向となるため、後述する第二導電型側電極側からの光の取り出しを考慮する必要がなく、大面積の厚膜電極を形成することが可能である。このため、フェイスアップマウントを実施する際のように、第二導電型側クラッド層における横方向への電流拡散を期待する必要がなく、第二導電型側クラッド層は、ある程度薄くすることが素子構造からも有利である。但し、極端に薄い場合には、キャリアの注入効率が低下してしまうため、最適値が存在する。第二導電型側クラッド層の厚みは、適宜選択可能であるが、0.05μmから0.3μmが望ましく、0.1μmから0.2μmが最も望ましい。 In addition, it is desirable that the thickness of the p-type cladding layer with poor crystallinity (which corresponds to the second conductivity type cladding layer in the case of taking a desirable form) is somewhat thin. This is because, in a type A light emitting device that performs flip-chip bonding, the substrate side is the first light extraction direction, so there is no need to consider the light extraction from the second conductivity type side electrode described later. It is possible to form a large-area thick film electrode. For this reason, it is not necessary to expect current diffusion in the lateral direction in the second conductivity type side cladding layer as in face-up mounting, and the second conductivity type side cladding layer may be thinned to some extent. It is also advantageous from the structure. However, when it is extremely thin, the carrier injection efficiency is lowered, and therefore there is an optimum value. The thickness of the second conductivity type side cladding layer can be selected as appropriate, but is preferably 0.05 μm to 0.3 μm, and most preferably 0.1 μm to 0.2 μm.
第二導電型クラッド層の第二導電型側電極と接触している部分においては、そのキャリア濃度を意図的に高くして、当該電極との接触抵抗を低減することも可能である。 In the portion of the second conductivity type clad layer that is in contact with the second conductivity type side electrode, the carrier concentration can be intentionally increased to reduce the contact resistance with the electrode.
第二導電型クラッド層の露出した側壁は、後述する第二導電型側電極との接触を実現した第二電流注入領域を除いて、すべて絶縁層で覆われている構造であることが望ましい。 It is desirable that the exposed side wall of the second conductivity type cladding layer be entirely covered with an insulating layer except for a second current injection region that realizes contact with the second conductivity type side electrode described later.
さらに、第二導電型クラッド層に加えて、第二導電型半導体層として、必要によりさらに異なる層が存在してもよい。例えば、電極と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サブマウント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 submount using a solder material or the like is realized. For this purpose, the material can be selected as appropriate, and the second conductivity type side electrode may be a single layer or a plurality of layers. In general, in order to achieve a plurality of purposes required for an electrode, a plurality of layer structures are usually employed.
また、第二導電型がp型で第二導電型側クラッド層の第二導電型側電極側がGaNである場合には、第二導電型側電極を構成する材料として、Ni、Pt、Pd、Mo、Auのいずれか、またはそれらの2種以上の元素を含む材料が好ましい。この電極は、多層構造であってもよく、少なくとも1層は上記元素を含む材料で形成され、好ましくは各層が上記元素を含み構成成分(種類および/または比率)が異なる材料で構成される。電極構成材料は、好ましくは単体金属または合金である。 Further, when the second conductivity type is p-type and the second conductivity type side electrode side of the second conductivity type side cladding layer is GaN, Ni, Pt, Pd, A material containing either Mo or Au or two or more elements thereof is preferable. This electrode may have a multilayer structure, and at least one layer is formed of a material containing the above element, and preferably each layer is made of a material containing the above element and having different constituent components (type and / or ratio). The electrode constituent material is preferably a single metal or an alloy.
特に好ましい実施形態では、第二導電型側電極のp側クラッド層側の第一層目はNiであり、第二導電型側電極のp側クラッド層側と反対側の表面はAuである。これは、Niの仕事関数の絶対値が大きく、p型材料にとって都合がよく、また、Auは、後述するプロセスダメージに対する耐性、マウントの都合などを考えると最表面の材料として好ましい。 In a particularly preferred embodiment, the first layer on the p-side cladding layer side of the second conductivity type side electrode is Ni, and the surface of the second conductivity type side electrode opposite to the p-side cladding layer side is Au. This is because Ni has a large work function absolute value, which is convenient for p-type materials, and Au is preferable as the outermost 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、ハンダ材等によるサブマウント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 submount using a solder material or the like is realized. For this purpose, a material can be appropriately selected. The first conductivity type side electrode may be a single layer or a plurality of layers. In general, in order to achieve a plurality of purposes required for an electrode, a plurality of layer structures are usually employed.
第一導電型がn型であるとすると、n側電極は、Ti、Al、Ag、Moのいずれか、またはそれらの2種以上の元素を含む材料が好ましい。この電極は、多層構造であってもよく、少なくとも1層は上記元素を含む材料で形成され、好ましくは各層が上記元素を含み構成成分(種類および/または比率)が異なる材料で構成される。電極構成材料は、好ましくは単体金属または合金である。これらは、これらの金属の仕事関数の絶対値が小さいためである。また、n側電極の第1の光取り出し方向の反対側には、Alが露出するのが普通である。 If the first conductivity type is n-type, the n-side electrode is preferably made of Ti, Al, Ag, Mo, or a material containing two or more elements thereof. This electrode may have a multilayer structure, and at least one layer is formed of a material containing the above element, and preferably each layer is made of a material containing the above element and having different constituent components (type and / or ratio). The electrode constituent material is preferably a single metal or an alloy. These are because the absolute value of the work function of these metals is small. Further, Al is usually exposed on the side opposite to the first light extraction direction of the n-side electrode.
タイプAの発光素子においては、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、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。 In the type A light emitting device, 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 separated. It is desirable that there is no overlap. 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 ensuring a sufficient area to ensure sufficient adhesion with the submount or the like. It is important to ensure 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
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、SiOx、AlOx、TiOx、TaOx、HfOx、ZrOx、SiNx、AlNx、AlFx、BaFx、CaFx、SrFx、MgFx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機能を発現させられるからである。
On the other hand, the insulating
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AlFx、BaFx、CaFx、SrFx、MgFxのいずれかが含まれることが望ましい。 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>
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Al2O3、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、サブマウント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、SiO2等が望ましい。
<Submount>
The
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上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 on 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、タイプAの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、直列接続にもすることも、あるい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 type A light emitting elements on one submount. By freely changing the metal wiring on the submount, the light emitting elements on one submount can be connected in parallel. Alternatively, they can be connected in series, or they can be mixed.
〔タイプAの発光素子の製造方法〕 [Method for Manufacturing Type A Light-Emitting Element]
次に、タイプAの発光素子の製造方法について説明する。代表的形態の製造方法について、説明する。 Next, a method for manufacturing a type A light emitting device will be described. A manufacturing method of a representative form will be described.
<製造方法の実施形態1>
製造方法の実施形態1では、図1-1Aに示す発光素子を主として、さらに図1-1Cおよび図1-1Dに示す発光素子の製造方法を説明する。図1-5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、第一導電型クラッド層24、活性層構造25および第二導電型クラッド層26を薄膜結晶成長により順次成膜する。これらの薄膜結晶層の形成には、MOCVD法が望ましく用いられる。しかし、MBE法、PLD法、PED法、VPE法、LPE法なども全部の薄膜結晶層、あるいは一部の薄膜結晶層を形成するために用いることが可能である。これらの層構成は、素子の目的等に合わせて適宜変更が可能である。また、薄膜結晶層の形成後には、各種の処理を実施してもかまわない。なお、本明細書では、薄膜結晶層の成長後の熱処理等も含めて、「薄膜結晶成長」と記載している。
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In
薄膜結晶層成長の後、本発明において図1-1A、図1-1B、図1-3Aに示された形状を実現するためには、図1-5に示すように、第二導電型側電極27を形成することが好ましい。即ち、予定されている第二電流注入領域35に対する第二導電型側電極27の形成が、絶縁層30の形成よりも、また、第一電流注入領域36の形成よりも、さらには、第一導電型側電極28の形成よりも、早く実施されることが望ましい。これは、望ましい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、薄膜結晶成長の後には第二導電型側電極の形成が他のプロセス工程(たとえば後述する第一エッチング工程、第二エッチング工程、あるいは絶縁層形成工程、第二導電型側電極露出部分形成工程、第一電流注入領域形成工程や第一導電型側電極形成工程など)よりも先に実施されることが望ましい。
In order to realize the shapes shown in FIGS. 1-1A, 1-1B, and 1-3A in the present invention after the thin film crystal layer growth, as shown in FIG. It is preferable to form the
また、タイプAの発光素子において第二導電型が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。この観点からもタイプAの発光素子の製造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。 Further, in the case where the second conductivity type is p-type in the type A light emitting element, as described above, the case where the surface of the second conductivity type side electrode is Au is assumed as a representative example. In the case where the surface is a relatively stable metal such as Au, the possibility of process damage is low even after the subsequent process. Also from this point of view, in the manufacture of the type A light emitting device, 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、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。 Similarly, 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.
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
第二導電型側電極27を形成した後、図1-6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。
After forming the second conductivity
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、SiNxのような窒化物やSiOx等の酸化物をエッチングマスクとしてCl2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、SrF2、AlF3、MgF2、BaF2、CaF2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、Cl2、SiCl4、BCl3、SiCl4等のガスを用いたプラズマ励起ドライエッチングによりエッチングを行うことが好ましい。さらに、ドライエッチングの方法としては、高密度プラズマを生成可能なICP型のドライエッチングが最適である。 In the first etching step, since the etching accuracy not much required, the use of known dry etch of nitride or oxide such as SiO x such as SiN x by plasma etching method using Cl 2 or the like as an etching mask Can do. However, it is also desirable to perform dry etching using a metal fluoride mask as will be described in detail in the second etching step described later. In particular, using an etching mask including a metal fluoride layer selected from the group consisting of SrF 2 , AlF 3 , MgF 2 , BaF 2 , CaF 2 and combinations thereof, Cl 2 , SiCl 4 , BCl 3 , SiCl 4, etc. Etching is preferably performed by plasma-excited dry etching using the above gas. Further, as a dry etching method, ICP type dry etching capable of generating high-density plasma is optimal.
ここで第二導電型側電極27はプラズマCVD等によって形成されるSiNx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SiNx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
次に図1-7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。タイプAの発光素子では、装置間分離溝は、少なくとも第一導電型クラッド層を分断して形成されていることが必要であり、本実施形態では、装置間分離溝13が基板21に到達するように形成される。この場合には、装置を分離するために、スクライブ、ブレーキング等の工程において、薄膜結晶層が形成されている側からダイヤモンドスクライブを実施した際にも、サファイア基板上のGaN系材料の剥離を抑制することが可能である。またレーザスクライブを実施した場合にも、薄膜結晶層にダメージが入らない利点がある。さらに、サファイア基板(GaN等の他の基板でも同じ)の一部までエッチングして装置間分離溝を形成することも同様に好ましい。
Next, as shown in FIGS. 1-7, an
一方、装置間分離溝が、基板に達していない形態も好ましい形態である。例えば、装置間分離溝が、光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れば、第一導電型クラッド層の側壁に絶縁層を形成することができて、ハンダ等の回りこみに対して絶縁性を保つことができる(発光素子完成後の形態は、図1-1Cおよび図1-1Dを参照。)。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。尚、溝底面は、素子分離の際にスクライブ等の処理を受けるため、素子分離後の端部段差面は、面としての平面性および層方向との平行性については高くない場合が多い。また、絶縁層で被覆されずに側壁から露出する層は、高い絶縁性を有することが好ましい。 On the other hand, a mode in which the inter-device separation groove does not reach the substrate is also a preferable mode. For example, if the inter-device separation groove is formed up to the middle of the combined layer of the light uniformizing layer and the buffer layer, an insulating layer can be formed on the side wall of the first conductivity type cladding layer, Insulation can be maintained against wraparound (see FIGS. 1-1C and 1-1D for the form after the light-emitting element is completed). In this case, the bottom surface of the groove is formed in the middle of the 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. Since the bottom surface of the groove is subjected to processing such as scribing at the time of element separation, the end step surface after element separation is often not high in terms of planarity as a surface and parallelism with the layer direction. Moreover, it is preferable that the layer exposed from the side wall without being covered with the insulating layer has high insulating properties.
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の少なくとも一部、場合によっては全部をエッチングすることが必要なことから、3〜7μmとなることがあり、場合によっては、3〜10μmの範囲、さらには10μmを越えることもある。
In the second etching step, it is necessary to etch the GaN-based material deeper than in the first etching step. In general, the 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
一般に、金属マスク、SiNx等の窒化物マスク、SiOx等の酸化物マスク等は、Cl2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SiNx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SiNxマスクが必要となってしまう。しかし、この程度の厚みのSiNxマスクになると、ドライエッチング実施中にSiNx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 step, a SiN x mask exceeding 2 μm is required. However, at the 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、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、AlF3が好ましく、この中でもSrF2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、SrF2等のマスクは半導体層のドライエッチング時に塩素等のプラズマにさらされると、その後に実施するマスク層の除去時のエッチングレートが、塩素等のプラズマにさらされる前に比較して低下する傾向を有している。このため、金属フッ化物の過剰な高温での成膜はそのパターニングと最終除去の観点から好ましくない。 In this way, it has excellent adhesion to the substrate and becomes a dense film, and exhibits high dry etching resistance, and the patterning shape is also excellent in controllability of the linearity of the side wall and the width of the opening. In order to obtain an etching mask, it is preferable to form a film at a high temperature. On the other hand, if the film forming temperature is too high, the resistance to wet etching with respect to hydrochloric acid or the like, which is preferably performed when patterning a metal fluoride, is more than necessary. And the removal is not easy. In particular, when a mask such as SrF 2 is exposed to plasma such as chlorine during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate at the time of subsequent mask layer removal is lower than before exposure to plasma such as chlorine. Have a tendency to For this reason, film formation of metal fluoride at an excessively high temperature is not preferable from the viewpoint of patterning and final removal.
まず半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされる前の金属フッ化物にあっては、低温成膜した層ほど塩酸等のエッチャントに対するエッチングレートが大きくエッチングが速く進行し、成膜温度を高くするほどエッチングレートが低下し、エッチングの進行が遅くなる。成膜温度が300℃以上になると、成膜温度が250℃程度の膜よりエッチングレートの低下が目立ってくるが、350℃から450℃程度では、非常に都合の良いエッチング速度の範囲にある。しかし、成膜温度が480℃を超えるとエッチング速度の絶対値が必要以上に小さくなり、当該金属フッ化物のパターニングに過剰な時間を費やすこととなり、また、レジストマスク層等が剥離しない条件でのパターニングが困難になる事もある。さらに、半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされた後の金属フッ化物にあっては、除去時の塩酸等に対するウエットエッチングレートは低下する性質があり、過剰な高温成長は金属フッ化物の除去を困難にしてしまう。 First, in the case of a metal fluoride before being exposed to plasma during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate 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SiNx、SiO2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、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4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、SrF2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SiNx、SiO2などとの積層マスクとしてもよい。この場合、SiNx、SiO2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1-16に示すように、SiNx、SiO2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. 1-16, SiN x, SiO 2 or the
このような第二エッチング工程により、図1-7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
なお、第一エッチング工程と第二エッチング工程は、どちらの工程を先に実施しても、後に実施してもかまわない。また、プロセスを簡略にするため、第一エッチング工程を先に実施し、その際のエッチングマスクを除去しないで、第二エッチング工程を実施することも好ましい。図1-16に示すように、まずSiNx、SiO2等の酸に強い材料(好ましくはSiNx)により第一エッチングマスク51を形成し、第一導電型クラッド層24が現れるようにエッチングし、マスク51を除去しないで、金属フッ化物層による第二エッチングマスク52を形成する。そして、第二エッチング工程を実施した後、マスク52を酸により除去し、その後、マスク51を適宜除去することが好ましい。
Note that the first etching step and the second etching step may be performed either first or later. In order to simplify the process, it is also preferable to perform the first etching step first and then perform the second etching step without removing the etching mask at that time. As shown in FIG. 1-16, first, a
形成される装置間分離溝間の最も狭い部分の幅を2LWSPT1とすると、LWSPT1はブレーキングによって素子分離を行う際には、20μm以上、例えば30μm以上であることが望ましい。また、ダイシング等によって実施する際には、LWSPT1は300μm以上であることが望ましい。また、大きすぎても無駄であるので、LWSPT1は通常は2000μm以下である。これらは、素子作製プロセスのマージンと、さらには、スクライブ領域の確保のために必要であるからである。 Assuming that the width of the narrowest portion between the device isolation grooves to be formed is 2L WSPT1 , it is desirable that L WSPT1 is 20 μm or more, for example, 30 μm or more when element separation is performed by braking. Further, when implemented by dicing or the like, L WSPT1 is desirably 300 μm or more. Moreover, since it is useless even if it is too large, L WSPT1 is usually 2000 μm or less. This is because it is necessary for the margin of the device manufacturing process and further for securing the scribe region.
尚、タイプAの説明で定義する「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 description of Type A is a side wall surface that appears as a side wall in the second etching step, that is, the formation of an inter-device separation groove, and is not a wall surface that appears only in the first etching.
第二エッチング工程の後には、図1-8に示すように、絶縁層30を形成する。絶縁層は、電気的に絶縁が確保できる材料であれば、適宜選択することができ、詳細は前述のとおりである。成膜方法は、プラズマCVD法等の公知の方法を用いればよい。
After the second etching step, an insulating
次に、図1-9Aに示すように、絶縁層30の所定部分を除去し、第二導電型側電極27上で絶縁層が除去された第二導電型側電極露出部分37、第一導電型クラッド層上で絶縁層が除去された第一電流注入領域36、装置間分離溝13内で絶縁層が除去されたスクライブ領域14を形成する。第二導電型側電極27上の絶縁層30の除去は、第二導電型側電極の周辺部分が絶縁層によって覆われているように実施する。すなわち第二導電型側電極露出部分の表面積は第二電流注入領域の面積よりも小さい。ここで、素子作製プロセス、特にフォトリソグラフィー工程のマージン、あるいは、ハンダ材による意図しない短絡等の発生を防止するためには、第二導電型側電極の一部が絶縁層に覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L2w)は前述のとおり15μm以上であることが望ましい。さらに望ましくは100μm以上である。絶縁層によって第二導電型側電極の面積の多くが覆われることによって、特に、金属ハンダ材によるたとえば第一導電型側電極等の他の部分との意図しない短絡を低減することができる。
Next, as shown in FIG. 1-9A, a predetermined portion of the insulating
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SiNx単層である場合には、SF6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SiOxとTiOxからなる誘電体多層膜である場合には、Arイオンミリングによって所望の部分の多層膜を除去することも可能である。 For the removal of the insulating layer, an etching technique such as dry etching or wet etching can be selected depending on the selected material. For example, when the insulating layer is a single layer of SiN x , dry etching using a gas such as SF 6 or wet etching using a hydrofluoric acid-based etchant is possible. Further, when the insulating layer is a dielectric multilayer film made of SiO x and TiO x , a desired portion of the multilayer film can be removed by Ar ion milling.
スクライブ領域14の幅としては、すでに説明したように、所定のLwsが得られるように設定することができる。
As already described, the width of the
また、第二導電型側電極露出部分37、第一電流注入領域36、およびスクライブ領域14の形成は、別々に行ってもよいが、通常は同時にエッチングで形成する。尚、装置間分離溝が、光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る場合にも、上記のプロセスで絶縁層を堆積するときに、基板面でなく溝底面に堆積される点が異なるが、同一のプロセスを採用することができる。
Further, the second conductivity type side electrode exposed
次に、図1-10に示すように、第一導電型側電極28を形成する。本形態においては、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。第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L1w)は、前述の範囲になるように設定される。通常、5μm以上があれば、フォトリソグラフィー工程とリフトオフ法によるプロセスマージンは確保できる。
Next, as shown in FIGS. 1-10, the first conductivity
電極材料としては、すでに説明したとおり、第一導電型がn型であるとすると、Ti、Al、AgおよびMoのいずれかから選択される材料、またはすべてを構成元素として含むことが望ましい。また、n側電極の第1の光取り出し方向とあい対する向きには、Alが露出するのが普通である。 As described above, when the first conductivity type is n-type as described above, it is desirable to include, as a constituent element, a material selected from any one of Ti, Al, Ag, and Mo. Further, Al is usually exposed in the direction facing the first light extraction direction of the n-side electrode.
電極材料の成膜には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、電極形状とするためには、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適宜使用可能である。 Various film formation techniques such as sputtering, vacuum evaporation, plating, etc. can be applied to the film formation of the electrode material. In order to obtain an electrode shape, a lift-off method using a photolithography technique, a metal mask, or the like was used. Site selective vapor deposition or the like can be used as appropriate.
第一導電型側電極は、この例では、第一導電型クラッド層にその一部が接して形成されるが、第一導電型側コンタクト層が形成されるときはそれに接するように形成することができる。 In this example, the first conductivity type side electrode is formed so as to be in contact with a part of the first conductivity type cladding layer. However, when the first conductivity type side contact layer is formed, it is formed so as to be in contact with the first conductivity type side electrode. Can do.
本発明の製造方法では、第一導電型側電極が、積層構造形成の最終段階にて製造されることにより、プロセスダメージ低減の観点でも有利である。第一導電型がn型である場合には、n側電極は、好ましい実施形態では、Alがその電極材の表面に形成される。この場合に、もしn側電極が第二導電型側電極のように絶縁層の形成よりも前になされると、n側電極表面、すなわちAl金属は、絶縁層のエッチングプロセスを履歴することになる。絶縁層のエッチングには、前述のとおりフッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチング等が簡便であるが、Alはフッ酸を含めた各種エッチャントに対する耐性が低く、このようなプロセスを実効的に実施すると電極そのものにダメージが入ってしまう。また、ドライエッチングを実施してもAlは比較的反応性が高く酸化を含めたダメージが導入される可能性がある。従って、本形態においては、第一導電型側電極の形成が絶縁層の形成後かつ絶縁層の予定されている不要部分の除去後に行われることは、電極に対するダメージの低減に効果がある。 In the manufacturing method of the present invention, the first conductivity type side electrode is manufactured at the final stage of forming the laminated structure, which is advantageous from the viewpoint of reducing process damage. When the first conductivity type is n-type, the n-side electrode is formed with Al on the surface of the electrode material in a preferred embodiment. In this case, if the n-side electrode is formed before the formation of the insulating layer like the second conductivity type side electrode, the surface of the n-side electrode, that is, the Al metal, has a history of the etching process of the insulating layer. Become. As described above, wet etching using a hydrofluoric acid-based etchant is simple for etching an insulating layer, but Al has low resistance to various etchants including hydrofluoric acid, and such a process is effectively performed. Then, the electrode itself will be damaged. Even if dry etching is performed, Al is relatively reactive and damage including oxidation may be introduced. Therefore, in this embodiment, the formation of the first conductivity type side electrode after the formation of the insulating layer and after the removal of the unnecessary portion scheduled for the insulating layer is effective in reducing damage to the electrode.
このようにして、図1-10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。 After the structure of FIG. 1-10 is formed in this manner, the inter-device separation grooves are used to damage the substrate by diamond scribe to separate each compound semiconductor light emitting element one by one. A part of the substrate material is ablated by laser scribing.
また、装置間分離溝は、光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 addition, the inter-device separation groove may be formed up to the middle of the combined layer of the light uniformizing layer and the buffer layer. In this case as well, the inter-device separation groove is used for the substrate. Abrasion by diamond scribe and ablation of a part of the substrate material by laser scribe are performed.
本形態では、素子間分離工程の際に、装置間分離溝に性能に影響を与える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。 In this embodiment, since there is no thin film crystal layer that affects the performance in the inter-device isolation groove during the element isolation step, 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装置ずつに分割され、好ましくはハンダ材料等によってサブマウントに搭載される。 After the scribe is completed, the compound semiconductor light-emitting element is divided into one device at a time in the braking process, and is preferably mounted on the submount with a solder material or the like.
以上のようにして、図1-1Aに示した発光素子が完成する。同様に、図1-1Cおよび図1-1Dに示した発光素子も製造することができる。 As described above, the light-emitting element shown in FIG. 1-1A is completed. Similarly, the light emitting device shown in FIGS. 1-1C and 1-1D can also be manufactured.
この製造方法では、説明のとおり薄膜結晶層の形成、第二導電型側電極の形成、エッチング工程(第一エッチング工程および第二エッチング工程)、絶縁層の形成、絶縁層の除去(第二導電型側電極露出部分の形成、第一電流注入領域の形成、スクライブ領域の形成)、第一導電型側電極の形成は、この順に実施されることが望ましく、この工程順により、第二導電型側電極直下の薄膜結晶層のダメージがなく、また第一導電型側電極にもダメージのない発光素子を得ることができる。そして、装置形状はプロセスフローを反映したものとなっている。即ち、この発光素子は、第二導電型側電極、絶縁層、第一導電型側電極がこの順番に積層された構造を内在している。つまり、第二導電型側電極は、第二導電型クラッド層(またはその他の第二導電型薄膜結晶層)に絶縁層を介在しないで接しており、第二導電型側電極の上部周辺には絶縁層で覆われた部分があり、第一導電型側電極と第一導電型側クラッド層(またはその他の第一導電型薄膜結晶層)の間には、電極周囲部分に絶縁層が介在している部分が存在している。 In this manufacturing method, as described, formation of a thin film crystal layer, formation of a second conductivity type side electrode, etching process (first etching process and second etching process), formation of an insulating layer, removal of the insulating layer (second conductivity) The formation of the mold side electrode exposed portion, the formation of the first current injection region, the formation of the scribe region) and the formation of the first conductivity type side electrode are preferably performed in this order. A light-emitting element can be obtained in which the thin film crystal layer directly under the side electrode is not damaged and the first conductivity type side electrode is not damaged. The device shape reflects the process flow. That is, this light emitting element has a structure in which the second conductivity type side electrode, the insulating layer, and the first conductivity type side electrode are laminated in this order. In other words, the second conductivity type side electrode is in contact with the second conductivity type clad layer (or other second conductivity type thin film crystal layer) without an insulating layer interposed, There is a portion covered with an insulating layer, and an insulating layer is interposed between the first conductivity type side electrode and the first conductivity type side cladding layer (or other first conductivity type thin film crystal layer) around the electrode. There is a part that is.
<製造方法の実施形態2>
製造方法の実施形態2では、図1-2Aに示す発光素子を主として、さらに図1-2C、図1-2Dおよび図1-2Eに示す発光素子の製造方法を説明する。実施形態2では、実施形態1において絶縁層30の形成工程までは同一である(図1-5〜図1-8)。その後、実施形態1では、基板面(溝底面)の装置間分離溝の中央部を含む領域のみを除去したが、実施形態2では、図1-9B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1-9B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。
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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1-2Aにおいて、バッファ層の側壁が露出し、図1-2A中の絶縁層比形成部分が、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、サブマウント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、バッファ層が絶縁層で被覆されている場合がある。
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
実施形態1と同様に、第二導電型側電極露出部分37、第一電流注入領域36、および絶縁層非形成部分15の形成は、別々に行ってもよいが、通常は同時にエッチングで形成する。
As in the first embodiment, the second conductivity type side electrode exposed
その後は、実施形態1と同様のプロセスにより図1-2Aに示す発光素子を完成することができる。
Thereafter, the light-emitting element shown in FIG. 1-2A can be completed by a process similar to that of
製造方法の実施形態2において、実施形態1と同様に、装置間分離溝が、基板に達していない形態も好ましい形態である。例えば、装置間分離溝が、光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れば、第一導電型クラッド層の側壁に絶縁層を形成することができて、ハンダ等の回りこみに対して絶縁性を保つことができる(発光素子完成後の形態は、図1-2C、図1-2Dおよび図1-2E。)。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。そして、絶縁層30を堆積するときに、基板面でなく溝底面に堆積される点が異なるが、同一のプロセスを採用することができる。その他は実施形態2と同様にして、図1-2C、図1-2Dおよび図1-2Eに示した発光素子も製造することができる。図1-2Dと図1-2Eの形状の違いは、サイドエッチングの時間等を調整して制御する。
In the second embodiment of the manufacturing method, similarly to the first embodiment, a mode in which the inter-device separation groove does not reach the substrate is also a preferable mode. For example, if the inter-device separation groove is formed up to the middle of the combined layer of the light uniformizing layer and the buffer layer, an insulating layer can be formed on the side wall of the first conductivity type cladding layer, It is possible to maintain insulation against the wraparound (forms after the light emitting element is completed are FIGS. 1-2C, 1-2D, and 1-2E). 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. When the insulating
実施形態2のプロセス(およびその変形プロセス)で製造された発光素子も、側壁を覆う絶縁層が、発光素子の端まで達していない形状ができている装置であり、絶縁層の剥がれがないことが保証され、また露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図1-1Aの形態の発光素子と同じく信頼性の高い装置となる。 The light-emitting element manufactured by the process of Embodiment 2 (and its deformation process) is also a device in which the insulating layer covering the side wall has a shape that does not reach the end of the light-emitting element, and the insulating layer does not peel off By configuring the exposed layer with a highly insulating material, the device can be as reliable as the light emitting element in the form of FIG. 1-1A.
<<2−2.タイプB>>
タイプBの発光素子の特徴は次の事項で特定される。
<< 2-2. Type B >>
The characteristics of the type B light emitting element are specified by the following matters.
1. バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記バッファ層と前記第一導電型半導体層の間に、前記第1の光取り出し方向側の面から出射する光の均一性を向上させる光均一化層を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b):前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記光均一化層およびバッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中からまたは前記光均一化層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有し;
さらに、前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体
を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。
1. A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the first light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
A light homogenizing layer between the buffer layer and the first conductivity type semiconductor layer for improving uniformity of light emitted from the surface on the first light extraction direction side;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode In contact with a part on the direction side, covering a part on the opposite side to the first light extraction direction of the second conductivity type side electrode, and (b): against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer recedes. And having an insulating layer formed at a position away from the light emitting element end, or (ii) the light uniform When the buffer layer and the buffer layer both form a receding side wall surface and have no end step surface, the buffer layer is not formed at least on the first light extraction direction side portion of the buffer layer. Having an insulating layer covering the receding sidewall surface from the middle or from the middle of the light homogenizing layer;
The compound semiconductor light-emitting element further comprising a support body to which the first conductivity-type side electrode and the second conductivity-type side electrode are connected to support the light-emitting element.
2. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(ii)前記光均一化層およびバッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状であり、
前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中からまたは前記光均一化層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする上記1記載の発光素子。
2. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(Ii) The light homogenizing layer and the buffer layer both form a receding side wall surface and have no end step surface,
The insulating layer covering the receding side wall surface from the middle of the buffer layer or from the middle of the light homogenizing layer without being formed at least in the first light extraction direction side portion of the buffer layer. 2. The light emitting device according to 1 above.
3. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i):前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁層が、前記光均一化層および前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部をも被覆していながら、端部段差面上には形成されていないことを特徴とする上記1記載の発光素子。
3. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I): A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer recedes. It is a shape that forms an end step surface with the non-retreating side wall surface that is not, and at least an insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
2. The light emitting device according to
4. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
前記(i):前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁層が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の側壁後退面と一致する面を被覆していることを特徴とする上記1記載の発光素子。
4). For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I): A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer It is a shape that forms an end step surface between the non-retreated non-retreated side wall surface, and at least an insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
2. The light emitting device according to 1 above, wherein the insulating layer covers a surface on an end step surface from a position away from an end of the light emitting element and a surface coinciding with a side wall receding surface of the first conductivity type semiconductor layer. element.
5. 前記バッファ層のうち、側壁面が前記絶縁層で被覆されていない部分を構成する層は、アンドープ型であることを特徴とする上記4記載の発光素子。 5). 5. The light emitting device according to 4 above, wherein a layer constituting a portion of the buffer layer whose side wall surface is not covered with the insulating layer is an undoped type.
6. 前記光均一化層が、前記薄膜結晶層の一部として、前記基板と前記第一導電型クラッド層の間に設けられている層であることを特徴とする上記1〜5のいずれかに記載の発光素子。 6). The light homogenization layer is a layer provided between the substrate and the first conductivity type cladding layer as a part of the thin film crystal layer. Light emitting element.
7. 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n1、前記バッファ層の平均屈折率をnbfで表したとき、
n1<noc および nbf≦noc
の関係を満たすことを特徴とする上記1〜6のいずれかに記載の発光素子。
7). When the average refractive index of the light homogenizing layer is represented by no oc , the average refractive index of the first conductive semiconductor layer is represented by n 1 , and the average refractive index of the buffer layer is represented by n bf ,
n 1 <n oc and n bf ≦ n oc
The light-emitting element according to any one of 1 to 6 above, wherein:
8. 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n1、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)を
Δ(oc−1)≡((noc)2−(n1)2)/(2×(noc)2)
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1〜7のいずれかに記載の発光素子。
8). 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
8. The light-emitting element according to any one of 1 to 7 above, wherein t oc is selected so as to satisfy
9. さらに、
(√(2×Δ(oc−1))×noc×π×toc)/λ ≧ 2×π
を満たすようにtocを選択することを特徴とする上記8記載の発光素子。
9. further,
(√ (2 × Δ (oc−1) ) × n oc × π × t oc ) / λ ≧ 2 × π
9. The light-emitting element according to 8 above, wherein t oc is selected so as to satisfy
10. 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1〜9のいずれかに記載の発光素子。
10. 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 9 above, wherein:
11. 前記光均一化層が複数の層の積層構造であることを特徴とする上記1〜10のいずれかに記載の発光素子。 11. 11. The light emitting device as described in any one of 1 to 10 above, wherein the light uniformizing layer has a laminated structure of a plurality of layers.
12. 前記第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L1wが5μm以上であることを特徴とする上記1〜11のいずれかに記載の発光素子。 12 12. The light-emitting element according to any one of 1 to 11 above, wherein the width L1w of the narrowest portion among the widths of the portion where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is 5 μm or more. .
13. 前記第二導電型側電極が前記絶縁層で覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L2wが15μm以上であることを特徴とする上記1〜12のいずれかに記載の発光素子。 13. 13. The width L 2w of the narrowest part among the widths of the part where the second conductivity type side electrode is covered with the insulating layer is 15 μm or more. Light emitting element.
14. 前記L2wが100μm以上であることを特徴とする上記13記載の発光素子。 14 14. The light emitting device as described in 13 above, wherein the L 2w is 100 μm or more.
15. 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1〜14のいずれかに記載の発光素子。 15. Any one of the above 1 to 14, wherein the first conductivity type side electrode includes a layer made of a material containing an element selected from the group consisting of Ti, Al, Ag, Mo, and combinations of two or more thereof. A light emitting device according to any one of the above.
16. 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1〜15のいずれかに記載の発光素子。 16. Said 1-15 characterized by the said 2nd conductivity type side electrode including the layer which consists of a material containing the element chosen from the group which consists of Ni, Pt, Pd, Mo, Au, and those 2 or more types of combinations. The light emitting element in any one of.
17. 前記絶縁層が、SiOx、AlOx、TiOx、TaOx、HfOx、ZrOx、SiNx、AlNx、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFx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1〜16のいずれかに記載の発光素子。 17. The insulating layer is a material selected from the group consisting of SiO x , AlO x , TiO x , TaO x , HfO x , ZrO x , SiN x , AlN x , AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x. The light emitting device as described in any one of 1 to 16 above, wherein the light emitting device is a single layer.
18. 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1〜17のいずれかに記載の発光素子。 18. 18. The light emitting device as described in any one of 1 to 17 above, wherein the insulating layer is a dielectric multilayer film composed of a plurality of layers.
19. 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18記載の発光素子。 19. 19. The light-emitting element according to 18 above, wherein at least one of the layers constituting the insulating layer is made of a material containing fluoride.
20. 前記フッ化物が、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFxからなる群より選ばれることを特徴とする上記19記載の発光素子。 20. 20. The light emitting device as described in 19 above, wherein the fluoride is selected from the group consisting of AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x .
21. 前記薄膜結晶層が、サファイア、SiC、GaN、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3およびMgOからなる群より選ばれる基板上に成膜されて形成されたことを特徴とする上記1〜20のいずれかに記載の発光素子。 21. 1 to 20 above, wherein the thin film crystal layer is formed on a substrate selected from the group consisting of sapphire, SiC, GaN, LiGaO 2 , ZnO, ScAlMgO 4 , NdGaO 3 and MgO. The light emitting element in any one.
22. 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1〜21のいずれかに記載の発光素子。 22. The compound semiconductor thin film crystal layer is made of a III-V group compound semiconductor containing a nitrogen atom as a group V. In the first conductivity type cladding layer, the active layer structure and the second conductivity type cladding layer, In, Ga and The light emitting device according to any one of 1 to 21, wherein an element selected from the group consisting of Al is contained.
23. 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1〜22のいずれかに記載の発光素子。
23. 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
23. The light-emitting element according to any one of 1 to 22 above, wherein
24. 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1〜23のいずれかに記載の発光素子。 24. 24. The light emitting device according to any one of 1 to 23, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
25. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、ハンダによって金属層を有する支持体に接合されていることを特徴とする上記1〜24のいずれかに記載の発光素子。 25. 25. The light emitting device according to any one of 1 to 24, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are bonded to a support having a metal layer by solder.
26. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極と、前記支持体の金属層との接合が、金属ハンダのみ、または金属ハンダと金属バンプによってなされていることを特徴とする上記25記載の発光素子。 26. 26. The above-mentioned 25, wherein the first conductive type side electrode and the second conductive type side electrode and the metal layer of the support are joined by only metal solder or metal solder and metal bumps. Light emitting element.
27. 前記支持体の母材がAlN、Al2O3、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25または26記載の発光素子。 27. 27. The light emitting device as described in 25 or 26 above, wherein the base material of the support is selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si, glass, SiC, diamond, BN and CuW.
28. 前記支持体の装置間の分離部分に、金属層が形成されていないことを特徴とする上記25〜27のいずれかに記載の発光素子。
28. 28. The light-emitting element according to any one of the
29. 前記基板の第1の光取り出し方向側の表面が平坦でないことを特徴とする上記2記載の発光素子。 29. 3. The light emitting device according to 2 above, wherein a surface of the substrate on the first light extraction direction side is not flat.
30. 前記バッファ層の第1の光取り出し方向側の表面が平坦でないことを特徴とする上記3記載の発光素子。 30. 4. The light-emitting element according to 3 above, wherein a surface of the buffer layer on the first light extraction direction side is not flat.
31. 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、前記基板から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする上記2記載の発光素子。
31. The reflectance of the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the substrate side from the buffer layer is R3, and the light emission of the light emitting element is perpendicularly incident on the first light extraction direction side space from the substrate. When the reflectance at which the wavelength of light is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
3. The light emitting device according to 2, wherein a low reflection optical film is provided on the first light extraction direction side of the substrate so as to satisfy the above.
32. 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第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする上記3記載の発光素子。
32. 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 uniformizing layer is reflected by the buffer layer is R3, and the light is perpendicularly incident on the first light extraction direction 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
4. The light-emitting element according to 3 above, wherein a low-reflection optical film is provided on the first light extraction direction side of the buffer layer so as to satisfy the above.
タイプBの発光素子によれば、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、さらに第1の光取り出し方向側の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を提供することができる。 According to the type B light emitting element, a flip chip mount that is capable of emitting blue or ultraviolet light and has high output, high efficiency, and high brightness uniformity on the first light extraction direction side. Type semiconductor light emitting device can be provided.
タイプBの発光素子の構造では、製造プロセスにおける各工程でのプロセスダメージが排除されているために、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。 In the structure of the type B light-emitting element, process damage in each step in the manufacturing process is eliminated, so that the function of the light-emitting element is not impaired and the element is highly reliable.
以下、タイプBの発光素子をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the type B light emitting device will be described in more detail.
図2-1A、図2-2A、図2-3Aに、タイプBの化合物半導体発光素子(以下、単に発光素子という)の代表的例を示す。図2-1Bおよび図2-3Bは、説明のために、図2-1Aおよび図2-3Aの一部を省略した図である。図2-4A、図2-4Bは発光素子の構造を詳細に説明するために、作製途中の形状を示す図である。以下、図2-1A〜図2-4Bを参照して説明する。 FIG. 2-1A, FIG. 2-2A, and FIG. 2-3A show typical examples of type B compound semiconductor light-emitting elements (hereinafter simply referred to as light-emitting elements). FIGS. 2-1B and 2-3B are diagrams in which a part of FIGS. 2-1A and 2-3A is omitted for the sake of explanation. FIGS. 2-4A and 2-4B are diagrams showing shapes in the course of fabrication in order to explain the structure of the light-emitting element in detail. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 2-1A to 2-4B.
タイプBの発光素子は、図2-1A、図2-2Aおよび図2-3Aに示すように基板21上に、バッファ層22、光均一化層23、第一導電型クラッド層24を含む第一導電型半導体層、第二導電型クラッド層26を含む第二導電型半導体層、および前記第一および第二導電型半導体層の間に挟まれた活性層構造25を有する化合物半導体薄膜結晶層、第二導電型側電極27、並びに第一導電型側電極28を有する。
As shown in FIGS. 2-1A, 2-2A, and 2-3A, the type B light emitting device includes a
第二導電型クラッド層26の表面の一部に、第二導電型側電極27が配置され、第二導電型クラッド層26と第二導電型側電極27の接触している部分が第二電流注入領域35となっている。また、第二導電型クラッド層26、活性層構造25の一部、第一導電型クラッド層24の一部が除去された構成となっており、除去された箇所に露出する第一導電型クラッド層24に接して、第一導電型側電極28が配置されることで、第二導電型側電極27と第一導電型側電極28が、バッファ層22に対して同じ側に配置されるように構成されている。第二導電型側電極27および第一導電型側電極28は、支持体40上の金属層41に、金属ハンダ42を介してそれぞれ接続されている。
The second conductivity
タイプBの発光素子において、第一導電型側電極28および第二導電型側電極27は、互いに空間的に重なりを有していない。これは、図2-1A、図2-2Aおよび図2-3Aに示すように、第一導電型側電極28および第二導電型側電極27を第1の光取り出し方向側の面50bに対して投影したときに、影が重ならないことを意味する。
In the type B light emitting device, the first conductivity
絶縁層30は、フリップチップマウントを実施した際に、マウント用のハンダ、導電性ペースト材等が「第二導電型側電極と第一導電型側電極の間」、「活性層構造などの薄膜結晶層の側壁」等に回りこんで、意図しない短絡が発生しないようにするためのものである。同時に、タイプBの発光素子10では、素子にダメージを与え性能に影響を及ぼしたり、歩留まりに影響を与えたりしないように、絶縁層が最適な位置に配置されている。
When the flip-chip mounting is performed, the insulating
タイプBの発光素子10は、(I)発光素子10の端部の段差形状、(II)発光素子端部の絶縁層30の形状、の2箇所で異なる形態を取り得る。(I)発光素子10の端部の段差形状については、製造工程において素子分離を行うために装置間分離溝13(図2−4A等参照)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23の途中まで、(ii)バッファ層22の途中まで、(iii)薄膜結晶層成長用の基板面まで(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13の壁面は、素子分離後に素子端より後退するので、タイプBでは装置間分離溝13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10の端部には、後退側壁面と非後退側壁面の間で段差面が形成されるので、これを「端部段差面」という。
The type B
装置間分離溝13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23の一部が共に後退側壁面を構成し、残り(第1の光取り出し方向側)の光均一化層23の側壁は、非後退側壁面となり、光均一化層23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22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23およびバッファ層22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13の側壁面となるため)、素子完成後に基板が存在しないタイプBの発光素子においては端部段差面は存在しない。尚、(iii)の場合でも、装置間分離溝13の壁面面は、装置間分離溝13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、タイプBでは統一して「後退側壁面」という。
Corresponding to the depths (i) to (iii) of the
(i)に対応するのは、図2-2A、図2-3A(図2-3B)である。(ii)に対応する形状は、図2-2B、図2-2C、図2-3Cである。(iii)に対応するのは、図2-1A(図2-1B)である。 FIG. 2-2A and FIG. 2-3A (FIG. 2-3B) correspond to (i). The shapes corresponding to (ii) are FIGS. 2-2B, 2-2C, and 2-3C. FIG. 2-1A (FIG. 2-1B) corresponds to (iii).
(II)発光素子端部の絶縁層30の形状については、製造工程において、(i)装置間分離溝13の側壁に形成された絶縁層30を残したまま、溝底面上の中央を含む領域の絶縁層30のみを除去するか、(ii)溝底面に形成された絶縁層30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30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10において、(i)絶縁層30が溝底面に付いている形状、(ii)絶縁層30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2-3A(図2-3B)、図2-3Cである。(ii)に対応するのは、図2-1A(図2-1B)、図2-2A(図2-2B)、図2-2Cである。
(II) Regarding the shape of the insulating
尚、タイプAの発光素子においては、製造工程中に薄膜結晶層成長用の基板を除去するため、基板除去の際に絶縁層30が基板に付いている形態は好ましくない。従って、上記の組み合わせて、(I)発光素子10の端部の段差形状が、(iii)光均一化層23およびバッファ層22のどちらにも段差がない形状であり、(II)発光素子端部の絶縁層30の形状について、(i)絶縁層30が溝底面に付いている形状、となる組み合わせは、タイプBには含まれない形態である。
In the light emitting element of type A, since the substrate for growing the thin film crystal layer is removed during the manufacturing process, it is not preferable that the insulating
タイプBの発光素子の形状を(II)発光素子端部の絶縁層30の形状により、第1の態様:(ii)絶縁層30が溝底面から離れている形状、第2の態様:(i)絶縁層30が溝底面に付いている形状の順に分けて説明する。
The shape of the type B light emitting element is (II) the shape of the insulating
但し、タイプBの発光素子に共通して、第1の光取り出し方向のバッファ層22の端までは絶縁層30が達していない。
However, in common with the type B light emitting element, the insulating
〔第1の態様〕
第1の態様に属する形態を、図2-1A〜図2-2Cに示す。まず、代表的な形態として図2-1Aを用いて説明する。タイプBの発光素子は、図2-1Aに示すように、第1の光取り出し方向に基板を有していない。絶縁層30は、薄膜結晶層を除去した際に露出する側壁面のうち、少なくとも、第一導電型半導体層(図では第一導電型クラッド層24)、活性層構造25、および第二導電型半導体層(図では第二導電型クラッド層26)の側壁面を被覆している。また、バッファ層22の側壁面の少なくとも第1の光取り出し方向側に、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が存在し、これは場合によっては、バッファ層22の側壁面の全部に渡っていてもよい。さらに、光均一化層23の側壁面の一部まで、または全部まで渡っていてもよい。このように、タイプBの発光素子では、バッファ層22の第1の光取り出し方向側の素子端には絶縁層30が存在することはない。この点は、他の実施形態でバッファ層22または光均一化層23に端部段差面がある場合においても同じである。
[First embodiment]
The forms belonging to the first mode are shown in FIGS. 2-1A to 2-2C. First, a typical form will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, the type B light-emitting element does not have a substrate in the first light extraction direction. The insulating
また、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15のバッファ層22は、ドーピングされていないアンドープ層であることが好ましい。また、絶縁層非形成部分15が光均一化層23まで及んでいるときは、その部分まではドーピングされていないアンドープ層であることが好ましい。露出している部分が絶縁性の高い材料であればハンダの回り込みによる短絡等の虞がなく、信頼性の高い素子となる。
The
この構造は、製造工程途中の素子分割前は、図2-4Aに示される形状を経由する。製造工程途中において、絶縁層30は、装置間分離溝13の溝内の基板面(溝底面)と、基板面(溝底面)に近接する溝側壁面の絶縁層非形成部分15から除去されている。タイプBの発光素子では、製造工程中で、基板21が剥がされる。このとき、絶縁層30が基板21に接していないため、基板剥離の際に、絶縁層30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30の剥がれの際に生じる引っ張りによって、薄膜結晶層にダメージが入ることもない。
This structure passes through the shape shown in FIG. 2-4A before element separation during the manufacturing process. In the middle of the manufacturing process, the insulating
その結果得られる分離された後の発光素子10では、図2-1AのA部分に示すように、バッファ層22の壁面の第1の光取り出し方向側に絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が存在する。つまり、この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層30の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子10は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子10の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。
In the separated light-emitting
さらに絶縁層30は、図2-1BのB部分に示すように、第一導電型側電極28の基板側(第1の光取り出し方向側)の一部に接している。即ち、第一導電型側電極28と第一導電型半導体層(この実施形態では第一導電型クラッド層24)との間の一部に、絶縁層30が介在している。その結果、第一導電型側電極28の面積が、第一電流注入領域36の面積より大きい。図2-1Bに示すように、第一導電型側電極28が絶縁層30に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅をL1wとすると、L1wは7μm以上が好ましく、特に9μm以上が好ましい。また、L1wは、通常500μm以下であり、好ましくは100μm以下である。通常、5μm以上があれば、フォトリソグラフィー工程とリフトオフ法によるプロセスマージンは確保できる。
Furthermore, the insulating
さらに絶縁層30は、図2-1BのC部分に示すように、第二導電型側電極27の支持体40側(第1の光取り出し方向の反対側)の一部を覆っている。即ち、第二導電型側電極27の電極露出部分37の面積が、第二導電型側電極27の面積より小さく、第二電流注入領域35の面積は、第二導電型側電極27の面積と等しい。図2-3Bに示すように、第二導電型側電極27の周辺から絶縁層30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30によって第二導電型側電極27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28等の他の部分との意図しない短絡を低減することができる。また、L2wは、通常2000μm以下であり、好ましくは750μm以下である。
Furthermore, the insulating
また、第一導電型半導体層(この実施形態では第一導電型クラッド層24)、第二導電型半導体層(この実施形態では第二導電型クラッド層26)の支持体40側(第1の光取り出し方向の反対側)の表面の露出部分も短絡防止のために、通常は図に示すように絶縁層30で被覆される。
Further, the first conductive semiconductor layer (first conductive clad
絶縁層30と各電極27、28とのこのような位置関係により、プロセスダメージの少ない工程により製造することが可能である。
Due to such a positional relationship between the insulating
さらに、タイプBの発光素子は、第一導電型半導体層(この形態では第一導電型クラッド層24)より第1の光取り出し方向側に、光均一化層23を有している。光均一化層23は、詳細は後述するが、適度な光閉じ込め効果を有し、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、第1の光取り出し方向側の面50b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構造層25がない非発光部に対応する領域にも光が分布し、また活性構造層での発光にムラがあっても、均一化す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めることで、光均一化層23内での光閉じ込め効果が上がり、面内均一性がさらに向上する。
Furthermore, the type B light emitting element has a
〔第1の態様その2〕
第1の態様に属するその他の形態を、図2-2A〜図2-2Cを用いて説明する。図2-1Aの形態では、と異なる点は、図2-1Aの発光素子では、(I)発光素子10の端部の段差形状が、(iii)光均一化層23およびバッファ層22のどちらにも段差がない形状であるのに対して、図2-2A〜図2-2Cで示す発光素子では、(i)光均一化層23の端に装置間分離溝に基づく端部段差面55を有する形状、または(ii)バッファ層22の端に装置間分離溝に基づく端部段差面55を有する形状である点である。
[First aspect 2]
Other forms belonging to the first mode will be described with reference to FIGS. 2-2A to 2-2C. 2A differs from the light emitting device of FIG. 2A in that (I) the step shape of the end of the
この形状は、装置間分離溝が、光均一化層23の途中まで、またはバッファ層22の途中まで形成されて製造され、その結果、完成した発光素子10では、少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層は、発光素子10の端より内側に後退して後退側壁面を構成し、素子端壁面(非後退側壁面)との間で端部段差面55が存在している。
This shape is manufactured by forming the inter-device separation groove halfway through the
図2-2Aに、装置間分離溝が光均一化層23の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光素子端まで、バッファ層22と光均一化層23の一部が非後退側壁面として存在し、光均一化層23の途中から壁面が素子端より後退し、第二導電型半導体層の側壁面と共に後退側壁面(装置間分離溝の側壁)を構成している。非後退側壁面と後退側壁面の間に、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在している。バッファ層22の壁面はすべて露出している。そして、光均一化層23の端部段差面55も絶縁層30で被覆されておらず、また、後退側壁面には、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が、第1の光取り出し方向側に存在する。
FIG. 2-2A shows an example of a light emitting device manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the
図2-2Bに、装置間分離溝がバッファ層22の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光素子端までバッファ層22の一部が非後退側壁面として存在し、バッファ層22の途中から壁面が素子端より後退し、第二導電型半導体層の側壁面と共に後退側壁面(装置間分離溝の側壁)を構成している。非後退側壁面と後退側壁面の間に、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在している。非後退側壁面(素子端の側壁部分)は、絶縁層30で被覆されておらず、また、端部段差面55も絶縁層30で被覆されておらず、さらに、後退側壁面(装置間分離溝の側壁)では、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が、第1の光取り出し方向側に存在する。この例では、絶縁層非形成部分15が、バッファ層22にのみ存在し、光均一化層23は絶縁層30により被覆されている。図2-2Cも、装置間分離溝がバッファ層22の途中まで形成されて製造された発光素子の1例である。この図で示すように、絶縁層非形成部分15が、バッファ層22から光均一化層23まで延びており、バッファ層22の側壁はすべて露出している。
FIG. 2-2B shows an example of a light emitting device manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the
これらの例のように、装置間分離溝13が、光均一化層13とバッファ層22を合わせた層の途中まで形成されている場合にも、側壁を覆う絶縁層30が、発光素子10の端まで達していない形状ができている装置は、絶縁層30の剥がれがないことが保証され、また露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図2-1Aの形態の発光素子10と同じく信頼性の高い装置となる。
As in these examples, even when the
〔第2の態様〕
第2の態様では、(II)発光素子端部の絶縁層30の形状が、(i)絶縁層30が溝底面に付いている形状となっている。図2-3Aの発光素子は、素子分割前には図2-4Bに示すように、装置間分離溝13は光均一化層23の途中まで形成され、絶縁層30は装置間分離溝13の溝底面の全てを覆うのではなく、溝底面に絶縁層30が形成されていないスクライブ領域14が形成されている。従って、製造工程中のスクライブ、ブレーキング等の素子分離の際に、バッファ層22および光均一化層23をブレーキングすればよく、薄膜結晶層のうちデバイス性能に関わる層、即ち、第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層に直接的にダメージを与えることがない。また、溝底面の絶縁層30のないスクライブ領域14から分割するので、絶縁層30の剥がれが生じないので、確実な絶縁性を保てることに加え、絶縁層30の剥がれの際に生じる引っ張りによって、薄膜結晶層にダメージが入ることがない。
[Second embodiment]
In the second aspect, (II) the shape of the insulating
その結果得られる分離された後の発光素子では、図2-3A、図2-3BのA部分に示すように、光均一化層23に形成された端部段差面(溝底面)55の全面を絶縁層30が覆うのではなく、素子端からLwsだけ離れた位置より内側の基板面を覆っている。スクライブ領域14の幅の中央から分割された場合、絶縁層30で覆われていない距離Lwsは、製造のゆらぎ等の範囲でスクライブ領域14の幅の略1/2に対応する。即ち、この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層30の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。
As a result, in the separated light emitting device, as shown in part A of FIGS. 2-3A and 2-3B, the entire surface of the end step surface (groove bottom surface) 55 formed in the
Lwsは、完成した発光素子においては、0より大きければよいが、通常は10μm以上、好ましくは15μm以上である。設計値としては、スクライブ領域14の幅を2Lwsとすると、2Lwsは、30μm以上が好ましい。また、大きすぎても無駄であるので、2LWSは、通常300μm以下、好ましくは200μm以下である。
L ws may be larger than 0 in the completed light emitting device, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more. As a design value, if the width of the
図2-3Cに示す発光素子は、装置間分離溝が、図2-4Cに示すようにバッファ層22の途中まで形成され、さらに溝底面に形成された絶縁層30が、溝中央領域を含むスクライブ領域14において除去されて製造される形態である。
In the light emitting device shown in FIG. 2-3C, the inter-device separation groove is formed partway through the
第2の態様の発光素子においても、露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図2-1Aの形態の発光素子10と同じく信頼性の高い装置となる。また、第2の態様のその他の部分の形状については、第1の態様と同様である。
Also in the light-emitting element of the second embodiment, the exposed layer is made of a highly insulating material, so that the device is as reliable as the light-emitting
以下に、発光素子を構成する各部材と構造についてさらに詳細に説明する。 Below, each member and structure which comprise a light emitting element are demonstrated in detail.
<基板>
タイプBの発光素子では、完成した発光素子に基板が残らない。基板はその上に半導体層を成長させることが可能なものが選ばれ、また最終的に除去できるものが用いられる。基板は、透明である必要はないが、製造工程で、基板を後述するレーザディボンディングにより剥離するときには、その特定の波長のレーザ光を透過することが好ましい。また、電気的には絶縁性基板である事が好ましい。これは、製造工程で、同様にレーザディボンディング法によって基板を剥離する際に、導電性基板ではその自由電子による吸収等によって、このような基板剥離方法を採用しにくくなるからである。
<Board>
In the type B light emitting device, no substrate remains on the completed light emitting device. As the substrate, a substrate on which a semiconductor layer can be grown is selected, and a substrate that can be finally removed is used. The substrate need not be transparent, but when the substrate is peeled off by laser debonding, which will be described later, in the manufacturing process, it is preferable to transmit laser light having a specific wavelength. Further, it is preferably an electrically insulating substrate. This is because, in the manufacturing process, when the substrate is similarly peeled by the laser debonding method, it is difficult to adopt such a substrate peeling method due to absorption by free electrons or the like in the conductive substrate.
前述のタイプAで説明した基板材料は、すべてタイプBの発光素子でも使用できる。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、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3、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、意図的にアンドープ基板を用いる場合には、1×1018cm−3のSi濃度以下が望ましく、さらに望ましくは8×1017cm−3以下であることが、電気抵抗の観点と結晶性の観点からが望ましい。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 of the substrate materials described above for Type A can be used for Type B light-emitting elements. As a specific material, for example, in order to grow a thin film crystal on an InAlGaN-based light-emitting material or 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, the Si doping concentration is preferably 1 × 10 18 cm −3 or less, more preferably 8 × 10 17 cm − when an undoped substrate is intentionally used. It is desirable that it is 3 or less from the viewpoints 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、タイプA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。 In addition, as described in the type A, an off-substrate can be used, a point that the substrate may be subjected to chemical etching or heat treatment in advance, and a point that the substrate may be intentionally uneven. And so on.
基板の厚みとしては、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, the thickness of the substrate is usually about 250 to 700 μm at the initial stage of device fabrication, and it is necessary to ensure the mechanical strength in the semiconductor crystal growth and device fabrication process. It is normal. 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、タイプAで説明した事項は、すべてタイプBの発光素子にも当てはまる。タイプBの発光素子では基板が残らないため、好ましい事項をさらに説明する。
<Buffer layer>
With respect to the buffer layer, all of the matters described for type A also apply to the type B light-emitting element. Since no substrate remains in the type B light emitting device, preferable matters will be further described.
完成した発光素子においては、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第1の光取り出し方向(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 light-emitting element, as already described, at least the vicinity of the first light extraction direction (the substrate side when forming the buffer layer) on the side wall surface of the buffer layer is not covered with the insulating layer.
さらに、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。 Furthermore, in order to confine light in a light homogenization layer, which will be described later, and to guide the light, 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 homogenization layer, preferably the light homogenization layer Less than the average refractive index. Physical thickness of the buffer, the emission wavelength of the light emitting element lambda (nm), when representing the average refractive index of the buffer n bf, it is desirable that thicker than 4λ / n bf.
また、基板を製造工程中に除去するので、バッファ層が第1の光取り出し方向側の面になる。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。
タイプBの発光素子では、第1の光取り出し方向に基板が存在しないので、バッファ層の第1の光取り出し方向側の面に、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第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向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Al2O3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、Al2O3の屈折率が近いからである。
Further, since the substrate is removed during the manufacturing process, the buffer layer becomes a surface on the first light extraction direction side. 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.
In the type B light emitting element, since the substrate does not exist in the first light extraction direction, a so-called low reflection coating layer or low reflection optical film may be formed on the surface of the buffer layer on the first light extraction direction side. desirable. 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 of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the buffer layer side from the light homogenizing layer described later is reflected by the buffer layer is R3, and the space on the first light extraction direction side from the buffer layer When the reflectance at which the light having the emission wavelength of the light-emitting element perpendicularly incident on the light is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
It is desirable that a low reflection optical film be provided on the first light extraction direction side of the buffer layer so as to satisfy the above. For example, when the buffer layer is GaN, it is desirable to use Al 2 O 3 or the like as the low reflection coating film. This is because it is desirable that the refractive index of the low-reflection coating film is close to √n bf with respect to the refractive index n bf of the buffer layer at the light emission wavelength of the device, so that Al 2 O with respect to the square root of the refractive index of GaN. This is because the refractive index of 3 is close.
バッファ層の第1の光取り出し方向側の面が、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。
It is also preferable that the surface of the buffer layer on the first light extraction direction side 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 device is λ (nm), the 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>
タイプBの発光素子における光均一化層は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Light homogenization layer>
The light uniformizing layer in the type B light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
<第一導電型半導体層および第一導電型クラッド層>
タイプBの発光素子における第一導電型半導体層および第一導電型クラッド層は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<First conductivity type semiconductor layer and first conductivity type cladding layer>
The first conductive type semiconductor layer and the first conductive type clad layer in the type B light emitting device can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting device.
<活性層構造>
タイプBの発光素子における活性層構造は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Active layer structure>
The active layer structure in the type B light emitting device can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting device.
<第二導電型半導体層および第二導電型クラッド層>
タイプBの発光素子における第二導電型半導体層および第二導電型クラッド層は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Second conductivity type semiconductor layer and second conductivity type cladding layer>
The second conductive type semiconductor layer and the second conductive type cladding layer in the type B light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
<第二導電型側電極>
タイプBの発光素子における第二導電型側電極は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Second conductivity type side electrode>
The second conductivity type side electrode in the type B light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
<第一導電型側電極>
タイプBの発光素子における第一導電型側電極は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<First conductivity type side electrode>
The first conductive type side electrode in the type B light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
<絶縁層>
タイプBの発光素子における絶縁層は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Insulating layer>
The insulating layer in the type B light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
<支持体>
タイプBの発光素子では、完成後の素子に基板が存在しないために、支持体に要求される機能は、タイプAで説明したサブマウントと多少異なる点がある。
<Support>
In the type B light emitting device, since the substrate is not present in the completed device, the function required for the support is somewhat different from the submount described in the type A.
支持体40は、基板剥離の際の薄膜結晶層の支持体としての役割を果たせることが必須であるが、さらに、本支持体は、素子完成後の電流導入と放熱の機能をあわせ持つことも非常に望ましい。この観点で、支持体の母材は、金属、AlN、SiC、ダイヤモンド、BNおよびCuWからなる群より選ばれることが望ましい。これら材料は、放熱性に優れ、高出力の発光素子に不可避である発熱の問題を効率よく抑制できる点で好ましい。またAl2O3、Si、ガラス等も安価であって支持体として利用範囲が広く好ましい。また、後述する基板除去時にレーザ照射によって薄膜結晶層の一部を金属Gaと窒素に分解した際には、金属Gaを除去する際にウェットエッチングを実施する事が望ましいが、この際も、支持体はエッチングされない材質であることが望ましい。尚、支持体の母材を金属から選択する際には、その周りを耐エッチング性のある誘電体等で覆う事が望ましい。金属の母材としては、発光素子の発光波長における反射率の高い材料が望ましく、Al、Ag等が望ましい。また、誘電体等で覆う際には、各種CVD法で形成したSiNx、SiO2等が望ましい。
Although it is essential that the
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、この電極配線上で素子を搭載する部分には、適宜素子と支持体の接合用の接着層を有することが望ましい。ここで、接着層は、Agを含んだペースト、金属バンプ等を使用することも可能ではあるが、金属ハンダで構成されていることが、放熱性の観点で非常に望ましい。金属ハンダはAgを含んだペースト材、金属バンプなどと比較して圧倒的に放熱性に優れたフリップチップマウントが実現可能である。ここで、金属ハンダとしては、In、InAg、InSn、SnAg、PbSn、AuSn、AuGeおよびAuSi等を挙げることができる。特に、AuSn、AuSi、AuGe等の高融点ハンダがより望ましい。これは、発光素子を超高出力動作させるために大電流を注入すると、素子近傍の温度が200℃程度に上昇するためであって、ハンダ材の融点として駆動時の素子温度よりも高い融点を有する金属ハンダがより好ましい。また、場合によっては、フリップチップマウント時の素子の段差を打ち消すために、バンプを用い、さらに、金属ハンダ材でその周りを埋めながら接合する事も望ましい。 From the viewpoint that the support further has a function of current introduction and heat dissipation after completion of the element, it is desirable that the support has an electrode wiring for current introduction on the base material, and the element is arranged on the electrode wiring. It is desirable that the mounting portion has an adhesive layer for joining the element and the support appropriately. Here, although it is possible to use a paste containing Ag, a metal bump, or the like as the adhesive layer, it is very desirable from the viewpoint of heat dissipation that it is made of metal solder. The metal solder can realize a flip chip mount that is overwhelmingly excellent in heat dissipation compared with a paste material containing Ag, a metal bump, and the like. Here, examples of the metal solder include In, InAg, InSn, SnAg, PbSn, AuSn, AuGe, and AuSi. In particular, a high melting point solder such as AuSn, AuSi, or AuGe is more desirable. This is because when a large current is injected to operate the light emitting element at an ultrahigh output, the temperature in the vicinity of the element rises to about 200 ° C. The melting point of the solder material is higher than the element temperature during driving. The metal solder which has is more preferable. In some cases, it is also desirable to use bumps in order to cancel out the level difference of the elements at the time of flip chip mounting, and further to join the metal solder material while filling the periphery thereof.
また、通常、後述するように支持体を分割して素子分離を行うため、完成した発光素子では、支持体40の周辺には、金属配線が存在しない分離領域が存在することが好ましい。図2-5に示すように、金属配線が存在しない領域の幅をLWSPT2(図2-5では、左側をLWSPT2(left)、右側をLWSPT2(right)で表している。)とすると、LWSPT2は、完成した素子においては、0より大きければよいが、以下のとおり分離工程においていかなる手法を用いるかによって好ましい範囲は異なる。
Further, since the device is usually separated by dividing the support as will be described later, in the completed light emitting device, it is preferable that an isolation region where no metal wiring exists is present around the
スクライビングによって分離する際には、通常は10μm以上、好ましくは15μm以上である。したがって分離領域47としては2LWSPT2を30μm以上とする事が好ましい。また、大きすぎても無駄であるので、2LWSPT2は、通常は、300μm以下、好ましくは、200μm以下である。
When separating by scribing, it is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more. Therefore, it is preferable that 2L WSPT2 is 30 μm or more as the
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
尚、支持体を分割しない実施形態も可能であり、例えば複数個の発光素子を1つの支持体に搭載することもできる。支持体上の金属配線を自在に変化させることで、1つの支持体上の各発光素子を並列接続にも、直列接続にも、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. 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.
〔タイプBの発光素子の製造方法〕
次に、タイプBの発光素子の製造方法について説明する。
[Method for Manufacturing Type B Light-Emitting Element]
Next, a method for manufacturing a type B light emitting device will be described.
<第1の態様の発光素子の製造方法>
製造方法の1例では、図2-7に示すように、まず基板21を用意し、その表面にバッファ層22、光均一化層23、第一導電型クラッド層24、活性層構造25および第二導電型クラッド層26を薄膜結晶成長により順次成膜する。MOCVD法が望ましく用いられる。しかし、MBE法、PLD法なども全部の薄膜結晶層、あるいは一部の薄膜結晶層を形成するために用いることが可能である。これらの層構成は、素子の目的等に合わせて適宜変更が可能である。また、薄膜結晶層の形成後には、各種の処理を実施してもかまわない。なお、本明細書では、薄膜結晶層の成長後の熱処理等も含めて、「薄膜結晶成長」と記載している。
<The manufacturing method of the light emitting element of a 1st aspect>
In one example of the manufacturing method, as shown in FIG. 2-7, first, a
薄膜結晶層成長の後、図2-1A〜図2-2Cに示された形状を実現するためには、図2-7に示すように、第二導電型側電極27を形成することが好ましい。即ち、予定されている第二電流注入領域35に対する第二導電型側電極27の形成が、絶縁層30の形成よりも、また、第一電流注入領域36の形成よりも、さらには、第一導電型側電極28の形成よりも、早く実施されることが望ましい。これは、望ましい実施形態として第二導電型がp型である場合において、表面に露出しているp型クラッド層の表面に対して各種プロセスを経た後にp側電極を形成すると、GaN系材料では比較的活性化率の劣るp−GaNクラッド層中の正孔濃度をプロセスダメージによって低下させてしまうからである。たとえばp−CVDによる絶縁層の形成工程を第二導電型側電極の形成より前に実施すれば、その表面にプラズマダメージが残存してしまう。このため、本発明では薄膜結晶成長の後には第二導電型側電極の形成が他のプロセス工程(たとえば後述する第一エッチング工程、第二エッチング工程、あるいは絶縁層形成工程、第二導電型側電極露出部分形成工程、第一電流注入領域形成工程や第一導電型側電極形成工程など)よりも先に実施されることが望ましい。
In order to realize the shape shown in FIGS. 2-1A to 2-2C after the thin film crystal layer growth, it is preferable to form the second conductivity
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、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, 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、タイプBにおいては、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 Type B, 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 is reduced similarly. Can do.
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
第二導電型側電極27を形成した後、図2-8に示すように、第一導電型クラッド層24の一部を露出させる。この工程は、第二導電型クラッド層26、活性層構造25、さらには第一導電型クラッド層24の一部をエッチングにより除去することが好ましい(第一エッチング工程)。第一エッチング工程においては、後述する第一導電型側電極が第一導電型のキャリアを注入する半導体層を露出することが目的であるので、薄膜結晶層に他の層、たとえば、クラッド層が2層からなる場合や、あるいはコンタクト層がある場合には、その層を含んでエッチングしてもかまわない。
After forming the second conductivity
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、SiNxのような窒化物やSiOx等の酸化物をエッチングマスクとしてCl2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、SrF2、AlF3、MgF2、BaF2、CaF2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、Cl2、SiCl4、BCl3、SiCl4等のガスを用いたプラズマ励起ドライエッチングによりエッチングを行うことが好ましい。さらに、ドライエッチングの方法としては、高密度プラズマを生成可能なICP型のドライエッチングが最適である。 In the first etching step, since the etching accuracy not much required, the use of known dry etch of nitride or oxide such as SiO x such as SiN x by plasma etching method using Cl 2 or the like as an etching mask Can do. However, it is also desirable to perform dry etching using a metal fluoride mask as will be described in detail in the second etching step described later. In particular, using an etching mask including a metal fluoride layer selected from the group consisting of SrF 2 , AlF 3 , MgF 2 , BaF 2 , CaF 2 and combinations thereof, Cl 2 , SiCl 4 , BCl 3 , SiCl 4, etc. Etching is preferably performed by plasma-excited dry etching using the above gas. Further, as a dry etching method, ICP type dry etching capable of generating high-density plasma is optimal.
ここで第二導電型側電極27はプラズマCVD等によって形成されるSiNx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SiNx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
次に図2-9に示すように、装置間分離溝13を、第二エッチング工程により形成する。タイプBでは、装置間分離溝13は、少なくとも第一導電型クラッド層24を分断して形成されていることが必要であり、この実施形態では、装置間分離溝13が基板21に到達するように形成される。この場合には、素子を分離するために、スクライブ、ブレーキング等の工程において、薄膜結晶層が形成されている側からダイヤモンドスクライブを実施した際にも、サファイア基板上のGaN系材料の剥離を抑制することが可能である。またレーザスクライブを実施した場合にも、薄膜結晶層にダメージが入らない利点がある。さらに、サファイア基板(GaN等の他の基板でも同じ)の一部までエッチングして装置間分離溝を形成することも同様に好ましい。
Next, as shown in FIGS. 2-9, an
一方、装置間分離溝が、基板に達していない形態も好ましい形態である。例えば、装置間分離溝が、光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れば、第一導電型クラッド層の側壁に絶縁層を形成することができて、ハンダ等の回りこみに対して絶縁性を保つことができる(発光素子完成後の形態は、図2-2A〜図2-2Cを参照。)。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。尚、溝底面は、素子分離の際にスクライブ等の処理を受けるため、素子分離後の端部段差面は、面としての平面性および層方向との平行性については高くない場合が多い。また、絶縁層で被覆されずに側壁から露出する層は、高い絶縁性を有することが好ましい。 On the other hand, a mode in which the inter-device separation groove does not reach the substrate is also a preferable mode. For example, if the inter-device separation groove is formed up to the middle of the combined layer of the light uniformizing layer and the buffer layer, an insulating layer can be formed on the side wall of the first conductivity type cladding layer, Insulation can be maintained against wraparound (see FIGS. 2-2A to 2-2C for the form after the light emitting element is completed). In this case, the bottom surface of the groove is formed in the middle of the 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. Since the bottom surface of the groove is subjected to processing such as scribing at the time of element separation, the end step surface after element separation is often not high in terms of planarity as a surface and parallelism with the layer direction. Moreover, it is preferable that the layer exposed from the side wall without being covered with the insulating layer has high insulating properties.
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の少なくとも一部、場合によっては全部をエッチングすることが必要なことから、3〜7μmとなることがあり、場合によっては、3〜10μmの範囲、さらには10μmを越えることもある。
In the second etching step, it is necessary to etch the GaN-based material deeper than in the first etching step. In general, the 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
一般に、金属マスク、SiNx等の窒化物マスク、SiOx等の酸化物マスク等は、Cl2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SiNx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SiNxマスクが必要となってしまう。しかし、この程度の厚みのSiNxマスクになると、ドライエッチング実施中にSiNx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 step, a SiN x mask exceeding 2 μm is required. However, at the 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、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、AlF3が好ましく、この中でもSrF2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、SrF2等のマスクは半導体層のドライエッチング時に塩素等のプラズマにさらされると、その後に実施するマスク層の除去時のエッチングレートが、塩素等のプラズマにさらされる前に比較して低下する傾向を有している。このため、金属フッ化物の過剰な高温での成膜はそのパターニングと最終除去の観点から好ましくない。 In this way, it has excellent adhesion to the substrate and becomes a dense film, and exhibits high dry etching resistance, and the patterning shape is also excellent in controllability of the linearity of the side wall and the width of the opening. In order to obtain an etching mask, it is preferable to form a film at a high temperature. On the other hand, if the film forming temperature is too high, the resistance to wet etching with respect to hydrochloric acid or the like, which is preferably performed when patterning a metal fluoride, is more than necessary. And the removal is not easy. In particular, when a mask such as SrF 2 is exposed to plasma such as chlorine during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate at the time of subsequent mask layer removal is lower than before exposure to plasma such as chlorine. Have a tendency to For this reason, film formation of metal fluoride at an excessively high temperature is not preferable from the viewpoint of patterning and final removal.
まず半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされる前の金属フッ化物にあっては、低温成膜した層ほど塩酸等のエッチャントに対するエッチングレートが大きくエッチングが速く進行し、成膜温度を高くするほどエッチングレートが低下し、エッチングの進行が遅くなる。成膜温度が300℃以上になると、成膜温度が250℃程度の膜よりエッチングレートの低下が目立ってくるが、350℃から450℃程度では、非常に都合の良いエッチング速度の範囲にある。しかし、成膜温度が480℃を超えるとエッチング速度の絶対値が必要以上に小さくなり、当該金属フッ化物のパターニングに過剰な時間を費やすこととなり、また、レジストマスク層等が剥離しない条件でのパターニングが困難になる事もある。さらに、半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされた後の金属フッ化物にあっては、除去時の塩酸等に対するウエットエッチングレートは低下する性質があり、過剰な高温成長は金属フッ化物の除去を困難にしてしまう。 First, in the case of a metal fluoride before being exposed to plasma during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate 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SiNx、SiO2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、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4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、SrF2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SiNx、SiO2などとの積層マスクとしてもよい。この場合、SiNx、SiO2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2-19に示すように、SiNx、SiO2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. 2-19, SiN x, SiO 2 or the
このような第二エッチング工程により、図2-9に示すように、装置間分離溝13が形成される。
By such a second etching step, an
なお、第一エッチング工程と第二エッチング工程は、どちらの工程を先に実施しても、後に実施してもかまわない。また、プロセスを簡略にするため、第一エッチング工程を先に実施し、その際のエッチングマスクを除去しないで、第二エッチング工程を実施することも好ましい。図2-19に示すように、まずSiNx、SiO2等の酸に強い材料(好ましくはSiNx)により第一エッチングマスク51を形成し、第一導電型クラッド層24が現れるようにエッチングし、マスク51を除去しないで、金属フッ化物層による第二エッチングマスク52を形成する。そして、第二エッチング工程を実施した後、マスク52を酸により除去し、その後、マスク51を適宜除去することが好ましい。
Note that the first etching step and the second etching step may be performed either first or later. In order to simplify the process, it is also preferable to perform the first etching step first and then perform the second etching step without removing the etching mask at that time. As shown in FIG. 2-19, first, a
形成される装置間分離溝間の最も狭い部分の幅を2LWSPT1とすると、LWSPT1はブレーキングによって素子分離を行う際には、20μm以上、例えば30μm以上であることが望ましい。また、ダイシング等によって実施する際には、LWSPT1は300μm以上であることが望ましい。また、大きすぎても無駄であるので、LWSPT1は通常は2000μm以下である。これらは、素子作製プロセスのマージンと、さらには、スクライブ領域の確保のために必要であるからである。 Assuming that the width of the narrowest portion between the device isolation grooves to be formed is 2L WSPT1 , it is desirable that L WSPT1 is 20 μm or more, for example, 30 μm or more when element separation is performed by braking. Further, when implemented by dicing or the like, L WSPT1 is desirably 300 μm or more. Moreover, since it is useless even if it is too large, L WSPT1 is usually 2000 μm or less. This is because it is necessary for the margin of the device manufacturing process and further for securing the scribe region.
尚、タイプBの説明で定義する「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 description of Type B is a side wall surface that appears as a side wall in the second etching step, that is, the formation of the inter-device separation groove, and is not a wall surface that appears only in the first etching.
第二エッチング工程の後には、図2-10に示すように、絶縁層30を形成する。絶縁層は、電気的に絶縁が確保できる材料であれば、適宜選択することができ、詳細は前述のとおりである。成膜方法は、プラズマCVD法等の公知の方法を用いればよい。
After the second etching step, an insulating
次に、図2-11に示すように、絶縁層30の所定部分を除去し、第二導電型側電極27上で絶縁層が除去された第二導電型側電極露出部分37、第一導電型クラッド層上で絶縁層が除去された第一電流注入領域36、装置間分離溝13内で基板面と側壁から絶縁層が除去された絶縁層非形成部分15を形成する。
Next, as shown in FIG. 2-11, a predetermined portion of the insulating
第二導電型側電極27上の絶縁層30の除去は、第二導電型側電極27の周辺部分が絶縁層30によって覆われているように実施する。すなわち第二導電型側電極露出部分の表面積は第二電流注入領域の面積よりも小さい。ここで、素子作製プロセス、特にフォトリソグラフィー工程のマージン、あるいは、ハンダ材による意図しない短絡等の発生を防止するためには、第二導電型側電極27の一部が絶縁層30に覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L2w)は前述のとおり15μm以上であることが望ましい。さらに望ましくは100μm以上である。絶縁層30によって第二導電型側電極27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28等の他の部分との意図しない短絡を低減することができる。
The insulating
絶縁層30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30がSiNx単層である場合には、SF6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30がSiOxとTiOxからなる誘電体多層膜である場合には、Arイオンミリングによって所望の部分の多層膜を除去することも可能である。
For the removal of the insulating
また、第二導電型側電極露出部分37、第一電流注入領域36、および絶縁層非形成部分15の形成は、別々に行ってもよいが、通常は同時にエッチングで形成する。
The second conductivity type side electrode exposed
尚、装置間分離溝内の基板近傍の側壁部分の絶縁層30を除去して、絶縁層非形成部分15を設けるには、たとえば、以下の様なプロセスで形成が可能である。まず、装置間分離溝13の面積とほぼ同等か少し小さめの開口を有するレジストマスクをフォトリソグラフィーによって形成し、次に、絶縁層30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30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30がウエットエッチャントで除去され、図2-11に示したように装置間分離溝近傍の絶縁層30が存在しない形状が得られる。このように絶縁層30を除去する場合においては、絶縁層30が存在しない薄膜結晶層の側壁は、アンドープ層の側壁であることが望ましい。これは、フリップチップマウントを実施する際に、万が一、支持体との接合用ハンダ等が側壁に付着しても、意図しない電気的短絡が発生しないためである。このような絶縁層30の除去形状は、特に発光素子の製造工程中に、基板21を除去する際には、これに付随して絶縁層30の剥離など意図しない不具合が発生しないため、望ましい形状である。
In order to provide the insulating layer
次に、図2-12に示すように、第一導電型側電極28を形成する。タイプBの発光素子においては、第一導電型側電極28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28と第二導電型側電極27は、空間的に重なりを有さないことが特徴である。これは、当該素子をハンダなどでフリップチップマウントした際に、支持体などとの十分な密着性を確保するに十分な面積を確保しつつ、第二導電型側電極27と第一導電型側電極28との間のハンダ材等による意図しない短絡を防止するのに十分な間隔を確保するために重要である。第一導電型側電極28が絶縁層30に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L1w)は、前述の範囲になるように設定される。通常、5μm以上があれば、フォトリソグラフィー工程とリフトオフ法によるプロセスマージンは確保できる。
Next, as shown in FIG. 2-12, the first conductivity
電極材料としては、すでに説明したとおり、第一導電型がn型であるとすると、Ti、Al、AgおよびMoのいずれかから選択される材料、またはすべてを構成元素として含むことが望ましい。また、n側電極の第1の光取り出し方向とあい対する向きには、Alが露出するのが普通である。 As described above, when the first conductivity type is n-type as described above, it is desirable to include, as a constituent element, a material selected from any one of Ti, Al, Ag, and Mo. Further, Al is usually exposed in the direction facing the first light extraction direction of the n-side electrode.
電極材料の成膜には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、電極形状とするためには、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適宜使用可能である。 Various film formation techniques such as sputtering, vacuum evaporation, plating, etc. can be applied to the film formation of the electrode material. In order to obtain an electrode shape, a lift-off method using a photolithography technique, a metal mask, or the like was used. Site selective vapor deposition or the like can be used as appropriate.
第一導電型側電極28は、この例では、第一導電型クラッド層24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
この製造方法では、第一導電型側電極28が、積層構造形成の最終段階にて製造されることにより、プロセスダメージ低減の観点でも有利である。第一導電型がn型である場合には、n側電極は、好ましい実施形態では、Alがその電極材の表面に形成される。この場合に、もしn側電極が第二導電型側電極27のように絶縁層30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30のエッチングプロセスを履歴することになる。絶縁層30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、タイプBの発光素子の製造においては、第一導電型側電極28の形成が絶縁層30の形成後かつ絶縁層30の予定されている不要部分の除去後に行われることは、電極に対するダメージの低減に効果がある。
In this manufacturing method, the first conductivity
このようにして図2-12の構造が形成された後には、基板21を除去するための前準備をする。通常、図2-12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、図2−13に示すように支持体40に接合する。これは、薄膜結晶層全体としても高々15μm程度の厚みであるので、基板21を剥離してしまうと、機械的強度が不十分になりそれだけで自立してその後のプロセスを受けることが困難になるからである。支持体40の材料等については前述のとおりである。
After the structure of FIG. 2-12 is formed in this way, preparations for removing the
図2-13に示すように、支持体40上の金属層41(電極配線等)に例えば金属ハンダ42で接続して搭載する。
As shown in FIG. 2-13, the metal layer 41 (electrode wiring or the like) on the
このとき、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28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、特にアンドープ部分を除いて絶縁層30で保護されるため、ハンダの染み出し等があっても薄膜結晶層内、たとえば活性層構造側壁における短絡等も発生することがない。
At this time, the second conductivity
次に、支持体40に素子を接合した後に、基板21を剥離する。基板21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21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21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基板上に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22に使用されるGaNには吸収される248nmのKrFエキシマレーザを用いて、バッファ層22の一部のGaNを金属Gaと窒素に分解し、基板21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2-14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
またZnOおよびScAlMgO4等を基板21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21をウェットエッチングで除去することも可能である。
In addition, when ZnO, ScAlMgO 4 or the like is used as the
タイプBの発光素子では、基板21に絶縁層30が接している部分がないため、基板剥離を実施した際に副次的に絶縁層30の剥離等が発生することがない。
In the type B light emitting element, since there is no portion where the insulating
その後、図2-14に示すように、装置間分離溝が存在する箇所に対応する分離領域47において、支持体40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40の分離領域47には、金属配線が存在しないことが好ましい。ここに金属配線が存在すると装置間の分離が実施しにくいからである。
Thereafter, as shown in FIG. 2-14, the light emitting element is separated together with the
支持体40の分離領域部分の切断には、支持体40の母材によって、ダイシング、スクライビングとブレーキングなど適宜プロセスを選択可能である。また、装置間分離溝が、光均一化層23とバッファ層22を合わせた層の途中まで形成されている場合には、装置間分離溝を使用して、ダイヤモンドスクライブによる傷いれ、レーザスクライブによる光均一化層23および/またはバッファ層22の一部のアブレーション等を実施する事で、薄膜結晶層部分における発光素子間の分離は容易に実現可能である。その後、支持体40はダイシングによって、各発光素子に分離することが可能である。場合によっては、発光素子間の分離は、薄膜結晶層と支持体40をダイシングによって同時に分離することも可能である。
For the cutting of the separation region portion of the
以上のようにして、図2-1A〜図2-2Cに示した第1の態様の発光素子が完成する。 As described above, the light-emitting element of the first mode shown in FIGS. 2-1A to 2-2C is completed.
<第2の態様の発光素子の製造方法>
図2-3A〜図2-3Cに示す第2の態様の発光素子を製造するには、第1の態様の製造方法の説明中で、装置間分離溝の形成の際に、光均一化層23またはバッファ層22の途中でエッチングを止める。同様にして絶縁層30を形成し、絶縁層30をエッチングするときに、図2-4B、図2-4Cに示すように、装置間分離溝の中央を含む領域から絶縁層30を除去し、スクライブ領域を形成する。第1の態様では、溝底面上の絶縁層30すべてを除去したが、この態様では絶縁層30が溝底面にも残るようにして、意図的なサイドエッチングは行わない。スクライブ領域14の幅は、すでに説明したように所定のLwsが得られるように設定することができる。その後は、第1の態様と同様にして、図2-3A〜図2-3Cに示す発光素子が完成する。
<The manufacturing method of the light emitting element of a 2nd aspect>
To manufacture the light emitting device of the second mode shown in FIGS. 2-3A to 2-3C, in the description of the manufacturing method of the first mode, the light homogenizing layer is formed when the inter-device separation groove is formed. 23 or etching is stopped in the middle of the
第1の態様および第2の態様に共通して、この製造方法では、説明のとおり薄膜結晶層の形成、第二導電型側電極27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30の形成、絶縁層30の除去(第二導電型側電極露出部分の形成、第一電流注入領域の形成、スクライブ領域の形成)、第一導電型側電極28の形成は、この順に実施されることが望ましく、この工程順により、第二導電型側電極直下の薄膜結晶層のダメージがなく、また第一導電型側電極28にもダメージのない発光素子を得ることができる。そして、装置形状はプロセスフローを反映したものとなっている。即ち、発光素子は、第二導電型側電極27、絶縁層30、第一導電型側電極28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27は、第二導電型クラッド層26(またはその他の第二導電型薄膜結晶層)に絶縁層30を介在しないで接しており、第二導電型側電極27の上部周辺には絶縁層30で覆われた部分があり、第一導電型側電極28と第一導電型側クラッド層24(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30が介在している部分が存在している。
In common with the first aspect and the second aspect, in this manufacturing method, as described, formation of a thin film crystal layer, formation of the second conductivity
<<2−3.タイプA、Bの発光素子の製造方法の特徴>>
前述したタイプAおよびタイプBの発光素子の製法は、以下の事項に特徴付けられる。
<< 2-3. Features of manufacturing methods of type A and B light emitting elements >>
The manufacturing method of the above-described type A and type B light-emitting elements is characterized by 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
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
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n1で表したとき、
nsb<noc および n1<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)を
Δ(oc−sb)≡((noc)2−(nsb)2)/(2×(noc)2)
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n1、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)を
Δ(oc−1)≡((noc)2−(n1)2)/(2×(noc)2)
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、SiOx、AlOx、TiOx、TaOx、HfOx、ZrOx、SiNx、AlNx、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFx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、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFx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. 前記薄膜結晶層を、サファイア、SiC、GaN、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3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1〜21のいずれかに記載の方法。 22. Any of the above 1 to 21, 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.
23. 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1〜22のいずれかに記載の方法。 23. 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 23. The method according to any one of 1 to 22 above, wherein an element selected from the group consisting of Al is contained.
24. 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1〜23のいずれかに記載の方法。
24. 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 23, wherein:
25. 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1〜24のいずれかに記載の方法。 25. 25. The method according to any one of 1 to 24 above, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
26. 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。
26. 6. The method according to
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。 27. 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.
28. 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26または27記載の方法。 28. 26. The above-described 26, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode and the metal layer of the submount or the support are joined by metal solder alone, or metal solder and metal bumps. Or the method according to 27.
29. 前記サブマウントまたは支持体の母材がAlN、Al2O3、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26〜28のいずれかに記載の方法。 29. The method according to any one of the above 26 to 28 base material of the submount, or support, characterized AlN, Al 2 O 3, Si , glass, SiC, diamond, to be selected from the group consisting of BN and CuW .
30. 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26〜29のいずれかに記載の方法。 30. 30. The method according to any one of 26 to 29, wherein a metal layer is not formed on a separation portion between the light emitting elements of the submount or the support.
31. 前記基板の第1の光取り出し方向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。 31. 6. The method according to 5 above, wherein a surface of the substrate on the first light extraction direction side is not flat.
32. 前記バッファ層の第1の光取り出し方向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。 32. 7. The method according to claim 6, wherein the surface of the buffer layer on the first light extraction direction side is not flat.
33. 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、前記基板から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向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。
33. The reflectance of the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the substrate side from the buffer layer is R3, and the light emission of the light emitting element is perpendicularly incident on the first light extraction direction side space from the substrate. When the reflectance at which the wavelength of light is 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 first light extraction direction side of the substrate so as to satisfy the above.
34. 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第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向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。
34. 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 uniformizing layer is reflected by the buffer layer is R3, and the light is perpendicularly incident on the first light extraction direction 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
7. The method according to claim 6, wherein a low reflection optical film is provided on the first light extraction direction side of the buffer layer so as to satisfy the above condition.
35. 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1〜34のいずれかに記載の方法。
35. 35. The method according to any one of the
上記の製造方法によれば、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、さらに第1の光取り出し方向側の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 manufacturing method described above, a flip-chip mount type light emitting device capable of emitting blue or ultraviolet light and having high output, high efficiency, and high uniformity of brightness on the first light extraction direction side. The manufacturing method of the semiconductor light-emitting device can be provided.
また、上記の製造方法では、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 above manufacturing method, 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.
上記の製造方法によれば、タイプAおよびタイプBにおいて開示される発光素子を製造することができる。この製造方法は、工程(a)〜工程(j)を有しており、その工程順を図3のフローチャートに示す。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し、同時に行ってもよい。 According to said manufacturing method, the light emitting element disclosed in type A and type B can be manufactured. This manufacturing method has steps (a) to (j), and the order of the steps is shown in the flowchart of FIG. 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 a process (f), processes (g), (h), and (i) may be performed in any order, and may be performed simultaneously.
薄膜結晶成長に使用した基板を剥離する場合は、工程(j)の後に実施する。 When peeling off the substrate used for thin film crystal growth, it is carried out after the step (j).
各工程の具体的内容に関しては、すでにタイプAおよびタイプBにおいて説明した通りであり、上記の製造方法は、その内容のすべてを包含する。但し、タイプAにて開示される発光素子においては、バッファ層は任意の構成であるので、バッファ層がない構成の発光素子を作製するときは、バッファ層の成膜工程は省略される。 The specific contents of each step are as already described in Type A and Type B, and the above manufacturing method includes all of the contents. However, in the light-emitting element disclosed in type A, since the buffer layer has an arbitrary configuration, the step of forming the buffer layer is omitted when a light-emitting element having no buffer layer is manufactured.
また、工程(e)の違いと、工程(g)の違いにより、素子端の形状、絶縁層の溝底面および側壁面での形状が異なる。 Further, the shape of the element end, the shape of the groove bottom surface and the side wall surface of the insulating layer are different depending on the difference of the step (e) and the step (g).
<<2−4.タイプC>>
タイプCの発光素子の特徴は次の事項で特定される。
<< 2-4. Type C >>
The characteristics of the type C light emitting element are specified by the following matters.
1. 発光波長に対して透明な基板上に、バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層を有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記基板側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は前記基板の端より後退して後退側壁面を形成しており;
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、(b)少なくとも、発光素子端から離れた位置から後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。
1. On the substrate transparent to the emission wavelength, the first conductive type semiconductor layer including the buffer layer, the first conductive type cladding layer, the active layer structure, and the second conductive type semiconductor layer including the second conductive type cladding layer are provided. A compound semiconductor light emitting device having a compound semiconductor thin film crystal layer, a second conductivity type side electrode, and a first conductivity type side electrode, wherein the first light extraction direction is the substrate side,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
At the edge of the light emitting element, at least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the side wall surfaces of the thin film crystal layer are set back from the edge of the substrate. Forming;
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode A part of the second conductivity type side electrode that is in contact with a part on the direction side and covers a part of the second conductivity type side electrode opposite to the first light extraction direction; A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer.
2. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記バッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状、
のいずれかの形状を有し;
前記絶縁層が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の後退側壁面と一致する面を被覆していることを特徴とする上記1記載の発光素子。
2. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which a part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and an end step surface is formed between the buffer layer and a non-backed side wall surface that is not receded, or (ii) A shape in which the buffer layer is all receded and the exposed portion of the substrate forms an end step surface,
Having any of the following shapes;
2. The light emitting device as described in 1 above, wherein the insulating layer covers a surface on an end step surface from a position away from an end of the light emitting element and a surface coinciding with a receding side wall surface of the first conductivity type semiconductor layer. element.
3. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記バッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状のいずれかの形状を有し;
前記絶縁層が、前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていない事を特徴とする上記1記載の発光素子。
3. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which part of the buffer layer forms a receding side wall surface and an end step surface is formed between the buffer layer and the non-backed side wall surface that is not receded, or (ii) All of the buffer layers recede, and the exposed portion of the substrate has any shape that forms an end step surface;
2. The light emitting device according to 1 above, wherein the insulating layer covers at least a part of the receding side wall surface of the buffer layer but is not formed on the end step surface.
4. 前記第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L1wが5μm以上であることを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の発光素子。 4). 4. The light emitting device according to any one of 1 to 3 above, wherein the width L1w of the narrowest portion among the widths of the portion where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is 5 μm or more. .
5. 前記第二導電型側電極が前記絶縁層で覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L2wが15μm以上であることを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の発光素子。 5). 4. The width L 2w of the narrowest part among the widths of the part where the second conductivity type side electrode is covered with the insulating layer is 15 μm or more, Light emitting element.
6. 前記L2wが100μm以上であることを特徴とする上記5記載の発光素子。 6). 6. The light emitting device according to 5 above, wherein the L 2w is 100 μm or more.
7. 薄膜結晶層の側壁面の後退によって露出した前記基板面のうち、前記絶縁層で覆われていない端面部の最も狭い部分の幅Lwsが15μm以上であることを特徴とする上記1〜6のいずれかに記載の発光素子。 7). The width L ws of the narrowest portion of the end surface portion that is not covered with the insulating layer among the substrate surface exposed by the receding side wall surface of the thin film crystal layer is 15 μm or more. The light emitting element in any one.
8. 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1〜7のいずれかに記載の発光素子。 8). Any one of the above 1 to 7, wherein the first conductivity type side electrode includes a layer made of a material containing an element selected from the group consisting of Ti, Al, Ag, Mo, and combinations of two or more thereof. A light emitting device according to any one of the above.
9. 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1〜8のいずれかに記載の発光素子。 9. Said 1-8, 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 light emitting element in any one of.
10. 前記絶縁層が、SiOx、AlOx、TiOx、TaOx、HfOx、ZrOx、SiNx、AlNx、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFx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1〜9のいずれかに記載の発光素子。 10. The insulating layer is a material selected from the group consisting of SiO x , AlO x , TiO x , TaO x , HfO x , ZrO x , SiN x , AlN x , AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x. The light-emitting element according to any one of 1 to 9 above, wherein the light-emitting element is a single layer.
11. 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1〜9のいずれかに記載の発光素子。 11. 10. The light emitting device as described in any one of 1 to 9 above, wherein the insulating layer is a dielectric multilayer film composed of a plurality of layers.
12. 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11記載の発光素子。 12 12. The light-emitting element according to 11 above, wherein at least one of the layers constituting the insulating layer is made of a material containing fluoride.
13. 前記フッ化物が、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFxからなる群より選ばれることを特徴とする上記12記載の発光素子。 13. 13. The light emitting device as described in 12 above, wherein the fluoride is selected from the group consisting of AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x .
14. 前記基板が、サファイア、SiC、GaN、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3およびMgOからなる群より選ばれることを特徴とする上記1〜13のいずれかに記載の発光素子。
14 Wherein the substrate, sapphire, SiC, GaN,
15. 前記基板の第1の光取り出し方向側の表面が平坦でないことを特徴とする上記1〜14のいずれかに記載の発光素子。 15. 15. The light-emitting element according to any one of 1 to 14 above, wherein a surface of the substrate on the first light extraction direction side is not flat.
16. 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、前記基板から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする上記1〜15のいずれかに記載の発光素子。
16. The reflectance of the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the substrate side from the buffer layer is R3, and the light emission of the light emitting element is perpendicularly incident on the first light extraction direction side space from the substrate. When the reflectance at which the wavelength of light is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
16. The light emitting device according to any one of 1 to 15, wherein a low reflection optical film is provided on the first light extraction direction side of the substrate so as to satisfy the above.
17. 前記化合物半導体薄膜結晶層は、V族として窒素原子を含むIII−V族化合物半導体からなり、前記第一導電型クラッド層、前記活性層構造および第二導電型クラッド層中に、In、GaおよびAlからなる群より選ばれる元素が含まれることを特徴とする上記1〜16のいずれかに記載の発光素子。 17. The compound semiconductor thin film crystal layer is made of a III-V group compound semiconductor containing a nitrogen atom as a group V. In the first conductivity type cladding layer, the active layer structure and the second conductivity type cladding layer, In, Ga and 17. The light emitting device as described in any one of 1 to 16 above, which contains an element selected from the group consisting of Al.
18. 前記活性層構造が、量子井戸層とバリア層からなり、バリア層の数をB、量子井戸層の数をWで表したとき、BとWが、
B=W+1
を満たすことを特徴とする上記1〜17のいずれかに記載の発光素子。
18. When the active layer structure is composed of a quantum well layer and a barrier layer, the number of barrier layers is represented by B, and the number of quantum well layers is represented by W.
B = W + 1
18. The light-emitting element according to any one of 1 to 17 above, wherein
19. 第一導電型がn型であり、第二導電型がp型であることを特徴とする上記1〜18のいずれかに記載の発光素子。 19. 19. The light emitting device as described in any one of 1 to 18 above, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
20. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、ハンダによって金属層を有するサブマウントに接合されていることを特徴とする上記1〜19のいずれかに記載の発光素子。 20. 20. The light emitting device according to any one of 1 to 19, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are joined to a submount having a metal layer by solder.
タイプCの発光素子によれば、青色または紫外発光が可能な発光素子であって、高出力、高効率なフリップチップマウント型の半導体発光素子を提供することができる。 According to the type C light emitting element, it is possible to provide a flip chip mount type semiconductor light emitting element which is a light emitting element capable of emitting blue or ultraviolet light and which has high output and high efficiency.
タイプCの発光素子の構造では、製造プロセスにおける各工程でのプロセスダメージが排除されているために、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。 In the structure of the light emitting element of type C, process damage in each step in the manufacturing process is eliminated, so that the function of the light emitting element is not impaired and the element is highly reliable.
図4-1Aおよび図4-2Aに、タイプCの化合物半導体発光素子(以下、単に発光素子という)の代表的例を示す。図4-1B、図4-2Bは、説明のためにそれぞれ図4-1Aおよび図4-2Aの一部を省略した図であり、図4-3A、図4-3Bは発光素子の構造を詳細に説明するために、作製途中の形状を示す図である。以下、図4-1A〜図4-3Bを参照して説明する。 FIGS. 4-1A and 4-2A show typical examples of type C compound semiconductor light emitting devices (hereinafter simply referred to as light emitting devices). FIGS. 4-1B and 4-2B are diagrams in which a part of FIGS. 4-1A and 4-2A is omitted for explanation, and FIGS. 4A and 4B illustrate the structure of the light emitting element. It is a figure which shows the shape in the middle of preparation in order to demonstrate in detail. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 4-1A to 4-3B.
タイプCの発光素子10は、図4-1A、図4-2Aに示すように基板21上に、バッファ層22、第一導電型クラッド層24を含む第一導電型半導体層、第二導電型クラッド層26を含む第二導電型半導体層、および前記第一および第二導電型半導体層の間に挟まれた活性層構造25を有する化合物半導体薄膜結晶層、第二導電型側電極27、並びに第一導電型側電極28を有する。
As shown in FIGS. 4A and 4A, the type C
第二導電型クラッド層26の表面の一部に、第二導電型側電極27が配置され、第二導電型クラッド層26と第二導電型側電極27の接触している部分が第二電流注入領域35となっている。また、第二導電型クラッド層26、活性層構造25の一部、第一導電型クラッド層24の一部が除去された構成となっており、除去された箇所に露出する第一導電型クラッド層24に接して、第一導電型側電極28が配置されることで、第二導電型側電極27と第一導電型側電極28が、基板21に対して同じ側に配置されるように構成されている。第二導電型側電極27および第一導電型側電極28は、サブマウント40上の金属層41に、金属ハンダ42を介してをそれぞれ接続されている。
The second conductivity
タイプCの発光素子10において、第一導電型側電極28および第二導電型側電極27は、互いに空間的に重なりを有していない。これは、図4-1Aに示すように、第一導電型側電極28および第二導電型側電極27を基板面に対して投影したときに、影が重ならないことを意味する。
In the
絶縁層30は、フリップチップマウントを実施した際に、マウント用のハンダ、導電性ペースト材等が「第二導電型側電極と第一導電型側電極の間」、「活性層構造などの薄膜結晶層の側壁」等に回りこんで、意図しない短絡が発生しないようにするためのものである。同時に、タイプCの発光素子では、素子にダメージを与え性能に影響を及ぼしたり、歩留まりに影響を与えたりしないように、絶縁層30が最適な位置に配置されている。
When the flip-chip mounting is performed, the insulating
タイプCの発光素子10は、(I)発光素子10の端部の段差形状、(II)発光素子端部の絶縁層30の形状、の2箇所で異なる形態を取り得る。(I)発光素子10の端部の段差形状については、製造工程において装置間分離溝13(図4−3A等参照)を形成する際のエッチング深さにより、大きく分けて(i)バッファ層22の途中まで、(ii)基板面まで(またはそれより深く)、の2つの選択がある。また、装置間分離溝13の壁面は、素子分離後に素子端より後退するので、タイプCの発光素子10では装置間分離溝13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10の端部には、後退側壁面と非後退側壁面の間で段差面が形成されるので、これを「端部段差面」という。
The type C
装置間分離溝13の深さ(i)〜(ii)に対応して、(i)では、薄膜結晶層の後退側壁面に対して、バッファ層22の一部が共に後退側壁面を構成し、残り(第1の光取り出し方向側)のバッファ層22の側壁は、非後退側壁面となり、バッファ層22の端に端部段差面55が存在する形状となる。(ii)では、バッファ層22の側壁も、後退側壁面を構成するので(装置間分離溝13の側壁面となるため)、基板21が露出した部分が端部段差面55となる形状となる。
Corresponding to the depths (i) to (ii) of the
(i)に対応するのは、図4-1C、図4-2Cである。(ii)に対応するのは、図4-1A(図4-1B)、図4-2A(図4-2B)である。 FIGS. 4-1C and 4-2C correspond to (i). FIG. 4-1A (FIG. 4-1B) and FIG. 4-2A (FIG. 4-2B) correspond to (ii).
(II)発光素子端部の絶縁層30の形状については、製造工程において、(i)装置間分離溝13の側壁に形成された絶縁層30を残したまま、溝底面上の中央を含む領域の絶縁層30のみを除去するか、(ii)溝底面に形成された絶縁層30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30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10において、(i)絶縁層30が溝底面に付いている形状、(ii)絶縁層30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4-1A(図4-1B)、図4-1Cである。(ii)に対応するのは、図4-2A(図4-2B)、図4-2Cである。
(II) Regarding the shape of the insulating
タイプCの発光素子10の形状を(II)発光素子端部の絶縁層30の形状により、(i):第1の態様、(ii):第2の態様として分けて説明する。
The shape of the
〔第1の態様〕
第1の態様に属する形態を、図4-1A〜図4-1Cに示す。まず、代表的形態として図4-1Aを用いて説明する。薄膜結晶層のうち少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層の側壁面は基板21の端より後退している。この形状は、タイプCのすべての形態に表れている。これは、図4-3Aに示すように、製造工程において、薄膜結晶層を成膜後、各素子間を分離するために、後述する方法によって所定の深さまで薄膜結晶層を除去して装置間分離溝13を形成し、分離溝内で、素子を分離しているからである。図4-1Aは、基板21に達するまで薄膜結晶層を除去した例を示し、タイプCの好ましい形態の1つである。タイプCの発光素子10では、薄膜結晶層、特に電流注入、発光等の本質的な機能に関わる部分である第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層は、一般に使用されるスクライブ、ブレーキング等の素子分離の際のプロセスを被歴せず、素子が分離されるので、性能に関わる薄膜結晶層に直接的にダメージを与えない。このため、特に大電流注入においてその耐性や信頼性等の性能が優れている。
[First embodiment]
The forms belonging to the first mode are shown in FIGS. 4-1A to 4-1C. First, a typical form will be described with reference to FIG. Among the thin film crystal layers, at least the first conductive semiconductor layer, the
そして、薄膜結晶層を除去した際に露出する側壁面は、絶縁層30により覆われる。
The side wall surface exposed when the thin film crystal layer is removed is covered with the insulating
さらに、素子分割前には、図4-3Aに示すように、絶縁層30は装置間分離溝13の溝底面の全てを覆うのではなく、基板表面(即ち、溝底面)に絶縁層30が形成されていないスクライブ領域14が形成されている。製造工程中のスクライブ、ブレーキング等の素子分離の際に基板21のみをスクライブ、ブレーキングすればよいので、薄膜結晶層に直接的にダメージを与えることがない。また、絶縁層30の剥がれが生じないので、確実な絶縁性を保てることに加え、絶縁層30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。
Further, before the element division, as shown in FIG. 4A, the insulating
その結果得られる分離された後の発光素子10では、図4-1A、図4-1B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30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を覆っている。仮にスクライブ領域14の幅の中央から分割された場合、絶縁層30で覆われていない距離Lwsは、製造のゆらぎ等の範囲でスクライブ領域14の幅の略1/2に対応する。即ち、この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層30の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子10は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子10の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。
In the separated light-emitting
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。設計値としては、スクライブ領域14の幅を2Lwsとすると、2Lwsは、30μm以上が好ましい。また、大きすぎても無駄であるので、2LWSは、通常300μm以下、好ましくは200μm以下である。
L ws may be larger than 0 in a completed device, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more. As a design value, if the width of the
また、装置間分離溝13が、バッファ層22の途中まで形成されることも好ましい形態である。その結果、完成した発光素子10では、少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層は、装置の端(基板端)より内側に後退し、溝底面に基づく段差により基板面と平行な面(端部平行面)が発光素子10の端に存在する。尚、図4-1Aでは基板面自身が、基板面と平行な面に対応する。
It is also a preferred form that the
図4-1Cに、装置間分離溝がバッファ層22の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光素子端までバッファ層22の一部が非後退側壁面として存在し、バッファ層22の途中から壁面が素子端より後退し、第二導電型半導体層の側壁面と共に後退側壁面(装置間分離溝の側壁)を構成している。非後退側壁面と後退側壁面の間に、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在している。バッファ層22の側壁のうち、非後退側壁面の部分は露出し、後退側壁面の部分は絶縁層30で被覆され、端部段差面55のうちで、端から離れた位置(図4-1BのLwsに対応する位置)から、内側を前記後退側壁面に連続して被覆している。これは、図4-1A(図4-1B)において、装置間分離溝をバッファ層22の途中でとめた形態に対応する。
FIG. 4C shows an example of a light emitting device manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the
これらの例のように、装置間分離溝13が、バッファ層22の途中まで形成されている場合にも、側壁を覆う絶縁層30が、発光素子10の端まで達していない形状ができている装置は、絶縁層30の剥がれがないことが保証され、また露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図4-1Aの形態の発光素子10と同じく信頼性の高い装置となる。
As in these examples, even when the
〔第2の態様〕
第2の態様に属する形態を、図4-2A〜図4-2Cに示す。第2の態様は、層構成等は第1の態様と同じであり、(II)発光素子端部の絶縁層30の形状において異なっている。
[Second embodiment]
A form belonging to the second mode is shown in FIGS. 4-2A to 4-2C. The second aspect is the same as the first aspect in the layer configuration and the like, and (II) differs in the shape of the insulating
まず、図4-2Aに示すように、薄膜結晶層のうち少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層の側壁面は基板21の端より後退して後退側壁面を構成している。この形状は、タイプCのすべての形態に表れている。これは、図4-3Bに示すように、製造工程において、薄膜結晶層を成膜後、各素子間を分離するために、後述する方法によって、薄膜結晶層を除去して装置間分離溝13を形成し、分離溝内で、素子を分離しているからである。タイプCのその他の態様と同じように、薄膜結晶層を除去した際に露出する側壁面のうち、少なくとも、第一導電型半導体層(図では第一導電型クラッド層24)、活性層構造25、および第二導電型半導体層(図では第二導電型クラッド層26)の側壁面は、絶縁層30により覆われている。
First, as shown in FIG. 4A, the side wall surfaces of at least the first conductive semiconductor layer, the
第2の態様では、基板21表面(装置間分離溝底面)にも、絶縁層30は存在しない。薄膜結晶層の後退側壁面で、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15は、バッファ層22の側壁面の少なくとも第1の光取り出し方向側に存在し、場合によっては、バッファ層22の側壁面の全部に渡っていてもよい。また、基板21の一部までエッチングして装置間分離溝13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22が被覆されている場合がある。
In the second embodiment, the insulating
この場合、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15のバッファ層22は、ドーピングされていないアンドープ層であることが好ましい。露出している部分が絶縁性の高い材料であればハンダの回り込みによる短絡等の虞がなく、信頼性の高い素子となる。
In this case, it is preferable that the
この構造は、図4-3Bに示すように、製造工程途中の素子分割前の形状に対応し、絶縁層30は、装置間分離溝13の溝内の基板表面と、基板面に近接する溝側壁面の絶縁層非形成部分15から除去されている。
As shown in FIG. 4B, this structure corresponds to the shape before the element division during the manufacturing process, and the insulating
基板21と接している部分に絶縁層30が形成されていないので、製造工程中のスクライブ、ブレーキング等の素子分離の際に基板21のみをスクライブ、ブレーキングすればよいので、薄膜結晶層に直接的にダメージを与えることがない。また、絶縁層30の剥がれが生じないので、確実な絶縁性を保てることに加え、絶縁層30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。
Since the insulating
その結果得られる分離された後の発光素子では、図4-2Aおよび図4-2B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を絶縁層30が覆っていない。この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層30の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。
In the resulting light-emitting device after separation, the insulating
また、第2の態様においても、装置間分離溝13が、バッファ層22の途中まで形成されることも好ましい形態である。その結果、完成した発光素子では、少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層は、素子の端(基板端)より内側に後退し、溝底面に基づく段差により基板面と平行な面(端部平行面)が発光素子の端に存在する。
Also in the second aspect, it is also a preferred form that the
図4-2Cに、装置間分離溝がバッファ層22の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光素子端までバッファ層22の一部が非後退側壁面として存在し、バッファ層22の途中から壁面が素子端より後退し、第二導電型半導体層の側壁面と共に後退側壁面(装置間分離溝の側壁)を構成している。非後退側壁面と後退側壁面の間に、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在している。非後退側壁面(素子端の側壁部分)および端部段差面は、絶縁層30で被覆されておらず、また、後退側壁面(装置間分離溝の側壁)では、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が、第1の光取り出し方向側に存在する。絶縁層非形成部分15は、場合によっては、バッファ層22の側壁面の全部に渡っていてもよい。
FIG. 4-2C shows an example of a light emitting device manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the
この例のように、装置間分離溝が、バッファ層22の途中まで形成されている場合にも、側壁を覆う絶縁層30が、発光素子の端まで達していない形状ができている装置は、絶縁層30の剥がれがないことが保証され、また露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図4-2Aの形態の発光素子10と同じく信頼性の高い装置となる。
Even when the inter-device separation groove is formed partway through the
第1の態様および第2の態様に共通して、タイプCの発光素子では、絶縁層30は、図4-1B、図4-2BのB部分に示すように、第一導電型側電極28の基板側(第1の光取り出し方向側)の一部に接している。即ち、第一導電型側電極28と第一導電型半導体層(この形態では第一導電型クラッド層24)との間の一部に、絶縁層30が介在している。その結果、第一導電型側電極28の面積が、第一電流注入領域36の面積より大きい。図4-1B、図4-2Bに示すように、第一導電型側電極28が絶縁層30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。
In common with the first mode and the second mode, in the type C light emitting device, the insulating
さらに絶縁層30は、図4-1B、図4-2BのC部分に示すように、第二導電型側電極27のサブマウント側(第1の光取り出し方向の反対側)の一部を覆っている。即ち、第二導電型側電極27の電極露出部分37の面積が、第二導電型側電極27の面積より小さく、第二電流注入領域35の面積は、第二導電型側電極27の面積と等しい。図4-1B、図4-2Bに示すように、第二導電型側電極27の周辺から絶縁層30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30によって第二導電型側電極27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28等の他の部分との意図しない短絡を低減することができる。また、L2wは、通常2000μm以下であり、好ましくは750μm以下である。
Furthermore, the insulating
また、第一導電型半導体層(この形態では第一導電型クラッド層24)、第二導電型半導体層(この形態では第二導電型クラッド層26)のサブマウント側(第1の光取り出し方向の反対側)の表面の露出部分も短絡防止のために、通常は図に示すように絶縁層30で被覆される。
In addition, the first conductivity type semiconductor layer (first conductivity type clad
絶縁層30と各電極27、28とのこのような位置関係により、プロセスダメージの少ない工程により製造することが可能である。
Due to such a positional relationship between the insulating
タイプCの発光素子では、以上のように、プロセスダメージ、フリップチップマウントを実施した際の放熱性、絶縁性等が総合的に考慮された絶縁層30の配置となっている。
In the type C light emitting device, as described above, the insulating
以下に、発光素子を構成する各部材と構造についてさらに詳細に説明する。 Below, each member and structure which comprise a light emitting element are demonstrated in detail.
<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。
<Board>
The material of the
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、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3、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、意図的にアンドープ基板を用いる場合には、1×1018cm−3のSi濃度以下が望ましく、さらに望ましくは8×1017cm−3以下であることが、電気抵抗の観点と結晶性の観点からが望ましい。 The substrate is preferably an electrically insulating substrate. This is because even when a solder material or the like adheres to the periphery of the substrate when flip chip mounting is performed, 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. In particular, sapphire, GaN, and ZnO substrates are preferable. In particular, when a GaN substrate is used, the Si doping concentration is preferably 1 × 10 18 cm −3 or less, more preferably 8 × 10 17 cm − when an undoped substrate is intentionally used. It is desirable that it is 3 or less from the viewpoints of electrical resistance and crystallinity.
タイプCの発光素子で使用される基板は、いわゆる面指数によって完全に確定されるジャスト基板だけではなく、薄膜結晶成長の際の結晶性を制御する観点から、いわゆるオフ基板(miss oriented substrate)であることもできる。オフ基板は、ステップフローモードでの良好な結晶成長を促進する効果を有するため、素子のモフォロジ改善にも効果があり、基板として広く使用される。たとえば、サファイアのc+面基板をInAlGaN系材料の結晶成長用基板として使用する際には、m+方向に0.2度程度傾いた面を使用することが好ましい。オフ基板としては、0.1〜0.2度程度の微傾斜を持つものが広く一般的に用いられるが、サファイア上に形成されたInAlGaN系材料においては、活性層構造内の発光ポイントである量子井戸層にかかる圧電効果による電界を打ち消すために、比較的大きなオフ角度をつけることも可能である。 The substrate used in the type C light emitting device 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. There can also be. Since the off-substrate has an effect of promoting good crystal growth in the step flow mode, it is effective in improving the morphology of the device and is widely used as a substrate. For example, when a sapphire c + plane substrate is used as a substrate for crystal growth of an InAlGaN-based material, it is preferable to use a plane inclined by about 0.2 degrees in the m + direction. As an off-substrate, a substrate having a slight inclination of about 0.1 to 0.2 degrees is widely used. However, in an InAlGaN-based material formed on sapphire, it is a light emitting point in an active layer structure. In order to cancel the electric field due to the piezoelectric effect applied to the quantum well layer, a relatively large off angle can be set.
基板は、MOCVDやMBE等の結晶成長技術を利用して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加工しておき、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. In addition, the substrate is intentionally roughened in relation to the buffer layer, which will be described later, thereby introducing a threading transition that occurs at the interface between the thin film crystal layer and the substrate near the active layer of the light emitting device. It is also possible not to do so.
基板の厚みとしては、タイプCの発光素子の1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、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、最終的に装置としては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。 As for the thickness of the substrate, in one type of type C light emitting element, it is usually about 250 to 700 μm at the initial stage of element production, and the crystal growth of the light emitting element and the mechanical strength in the element production process are ensured. It is normal to do so. After growing a thin film crystal layer using this, in order to make it easy to separate each element, it is appropriately thinned during the process by a polishing process, and finally the apparatus has a thickness of about 100 μm or less. desirable. Moreover, it is the thickness of 30 micrometers or more normally.
さらにタイプCの発光素子の異なる形態では、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。 Further, in a different form of the type C light emitting element, the thickness of the substrate may be thick unlike the conventional case, and may be about 350 μm, further about 400 μm, or about 500 μm.
さらに、基板の第1の光取り出し方向側の面に、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、基板から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向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MgF2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nsに対して、低反射コーティング膜の屈折率が、√ns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、MgF2の屈折率が近いからである。
Further, it is desirable that a so-called low reflection coating layer or low reflection optical film is formed on the surface of the substrate on the first light extraction direction side. 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, the reflectance of the light emitting wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the substrate side from the buffer layer is R3, and the reflectance of the light emitting element that is perpendicularly incident on the first light extraction direction side space from the substrate is R3. 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
It is preferable that a low reflection optical film is provided on the first light extraction direction side of the substrate so as to satisfy the above condition. 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.
基板の第1の光取り出し方向側の面が、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。
It is also preferable that the surface on the first light extraction direction side 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.
<バッファ層>
バッファ層22は、基板上に薄膜結晶成長する上で、転移の抑制、基板結晶の不完全性の緩和、基板結晶と所望の薄膜結晶層との各種の相互不整合の軽減など、主に薄膜結晶成長のための目的のために形成される。
<Buffer layer>
The
バッファ層は、薄膜結晶成長で成膜され、タイプCの発光素子で望ましい形態であるInAlGaN系材料、InAlBGaN系材料、InGaN系材料、AlGaN系材料、GaN系材料などを異種基板上に薄膜結晶成長する際には、必ずしも基板との格子定数のマッチングが確保されないので、バッファ層は特に重要である。たとえば、薄膜結晶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 thin film crystal growth of InAlGaN-based material, InAlBGaN-based material, InGaN-based material, AlGaN-based material, GaN-based material, etc., which is a desirable form for a type C light-emitting element, is performed on a different substrate. In this case, 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 layer is grown by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), 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. is used. It 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
典型的な形態としては、基板に接して350℃〜650℃未満程度の低温で薄膜結晶成長させた低温バッファ層と、650℃〜1100℃程度の高温で薄膜結晶成長させた高温バッファ層の2層構造のものが挙げられる。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。 Two typical forms are a low-temperature buffer layer in which a thin film crystal is grown at a low temperature of about 350 ° C. to less than 650 ° C. in contact with the substrate, and a high-temperature buffer layer in which a thin film crystal is grown at a high temperature of about 650 ° C. to 1100 ° C. The thing of a 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.
また、バッファ層は装置間分離溝の露出部分になる場合もあるが、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。 Further, although the buffer layer may become an exposed portion of the inter-device separation groove, 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.
<第一導電型半導体層および第一導電型クラッド層>
タイプCの発光素子では、光均一化層が存在しないので、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層は、バッファ層に接して存在する以外、タイプAで記載したものと同様の構成をを採用することができる。
<First conductivity type semiconductor layer and first conductivity type cladding layer>
In the type C light emitting device, since the light uniformizing layer does not exist, the first conductive type semiconductor layer including the first conductive type cladding layer is the same as that described in the type A except that it exists in contact with the buffer layer. The configuration can be adopted.
<活性層構造>
タイプCの発光素子における活性層構造は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Active layer structure>
The active layer structure in the type C light emitting device can employ the same structure as that used in the type A light emitting device.
<第二導電型半導体層および第二導電型クラッド層>
タイプCの発光素子における第二導電型半導体層および第二導電型クラッド層は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Second conductivity type semiconductor layer and second conductivity type cladding layer>
The second conductive type semiconductor layer and the second conductive type cladding layer in the type C light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
<第二導電型側電極>
タイプCの発光素子における第二導電型側電極は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Second conductivity type side electrode>
The second conductivity type side electrode in the type C light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
<第一導電型側電極>
タイプCの発光素子における第一導電型側電極は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<First conductivity type side electrode>
The first conductivity type side electrode in the type C light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
<絶縁層>
タイプCの発光素子における絶縁層は、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Insulating layer>
The insulating layer in the type C light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
<サブマウント>
タイプCの発光素子におけるサブマウントは、タイプAの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Submount>
The submount in the type C light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type A light emitting element.
〔タイプCの発光素子の製造方法〕
次に、タイプCの発光素子の製造方法について説明する。
[Method for Manufacturing Type C Light-Emitting Element]
Next, a method for manufacturing a type C light emitting device will be described.
<製造方法の実施形態1>
製造方法の実施形態1では、図4-1Aに示す発光素子を主として、さらに図4-1Cに示す発光素子の製造方法を説明する。図4-5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、第一導電型クラッド層24、活性層構造25および第二導電型クラッド層26を薄膜結晶成長により順次成膜する。これらの薄膜結晶層の形成には、MOCVD法が望ましく用いられる。しかし、MBE法、PLD法、PED法、VPE法、LPE法なども全部の薄膜結晶層、あるいは一部の薄膜結晶層を形成するために用いることが可能である。これらの層構成は、素子の目的等に合わせて適宜変更が可能である。また、薄膜結晶層の形成後には、各種の処理を実施してもかまわない。なお、本明細書では、薄膜結晶層の成長後の熱処理等も含めて、「薄膜結晶成長」と記載している。
<
In
薄膜結晶層成長の後、図4-1A、図4-1B、図4-3Aに示された形状を実現するためには、図4-5に示すように、第二導電型側電極27を形成することが好ましい。即ち、予定されている第二電流注入領域35に対する第二導電型側電極27の形成が、絶縁層30の形成よりも、また、第一電流注入領域36の形成よりも、さらには、第一導電型側電極28の形成よりも、早く実施されることが望ましい。これは、望ましい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、薄膜結晶成長の後には第二導電型側電極の形成が他のプロセス工程(たとえば後述する第一エッチング工程、第二エッチング工程、あるいは絶縁層形成工程、第二導電型側電極露出部分形成工程、第一電流注入領域形成工程や第一導電型側電極形成工程など)よりも先に実施されることが望ましい。
In order to realize the shape shown in FIGS. 4-1A, 4-1B, and 4-3A after the thin film crystal layer growth, as shown in FIG. It is preferable to form. That is, the formation of the second conductivity
また、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、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。 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 typical example. If the metal is stable, the possibility of process damage is low even after the subsequent process. Also from this viewpoint, 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、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。 Similarly, 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.
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
第二導電型側電極27を形成した後、図4-6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。
After forming the second conductivity
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、SiNxのような窒化物やSiOx等の酸化物をエッチングマスクとしてCl2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、SrF2、AlF3、MgF2、BaF2、CaF2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、Cl2、SiCl4、BCl3、SiCl4等のガスを用いたプラズマ励起ドライエッチングによりエッチングを行うことが好ましい。さらに、ドライエッチングの方法としては、高密度プラズマを生成可能なICP型のドライエッチングが最適である。 In the first etching step, since the etching accuracy not much required, the use of known dry etch of nitride or oxide such as SiO x such as SiN x by plasma etching method using Cl 2 or the like as an etching mask Can do. However, it is also desirable to perform dry etching using a metal fluoride mask as will be described in detail in the second etching step described later. In particular, using an etching mask including a metal fluoride layer selected from the group consisting of SrF 2 , AlF 3 , MgF 2 , BaF 2 , CaF 2 and combinations thereof, Cl 2 , SiCl 4 , BCl 3 , SiCl 4, etc. Etching is preferably performed by plasma-excited dry etching using the above gas. Further, as a dry etching method, ICP type dry etching capable of generating high-density plasma is optimal.
ここで第二導電型側電極27はプラズマCVD等によって形成されるSiNx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SiNx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27が受けるプロセスダメージは少なくなる。
Here, the second conductivity
次に図4-7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。タイプCでは、装置間分離溝13は、少なくとも第一導電型クラッド層を分断して形成されていることが必要であり、本形態では、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、発光素子を分離するために、スクライブ、ブレーキング等の工程において、薄膜結晶層が形成されている側からダイヤモンドスクライブを実施した際にも、サファイア基板上のGaN系材料の剥離を抑制することが可能である。またレーザスクライブを実施した場合にも、薄膜結晶層にダメージが入らない利点がある。さらに、サファイア基板(GaN等の他の基板でも同じ)の一部までエッチングして装置間分離溝を形成することも同様に好ましい。
Next, as shown in FIG. 4-7, the
一方、装置間分離溝13が基板21に達していない形態も好ましい形態である。例えば、装置間分離溝13が、バッファ層22の途中まで形成されていれば、第一導電型クラッド層24の側壁に絶縁層30を形成することができて、ハンダ等の回りこみに対して絶縁性を保つことができる(発光素子完成後の形態は、図4-1Cを参照。)。この場合、溝底面が、バッファ層22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55になる。溝底面は、エッチングで得られる程度の凹凸を含む面である。尚、溝底面は、素子分離の際にスクライブ等の処理を受けるため、素子分離後の端部段差面55は、面としての平面性および層方向との平行性については高くない場合が多い。また、絶縁層30で被覆されずに側壁から露出する層は、高い絶縁性を有することが好ましい。
On the other hand, a mode in which the
第二エッチング工程は、第一エッチング工程と比較して、さらに深くGaN系材料をエッチングすることが必要となる。一般に、第一エッチング工程によってエッチングされる層の総和は、0.5μm程度が普通であるが、第二エッチング工程においては、第一導電型クラッド層24のすべてと、バッファ層22の少なくとも一部、場合によっては全部をエッチングすることが必要なことから、3〜7μmとなることがああり、場合によっては、3〜10μmの範囲、さらには10μmを越えることもある。
In the second etching step, it is necessary to etch the GaN-based material deeper than in the first etching step. In general, the total sum of the layers etched by the first etching process is usually about 0.5 μm. However, in the second etching process, all of the first conductivity
一般に、金属マスク、SiNx等の窒化物マスク、SiOx等の酸化物マスク等は、Cl2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SiNx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SiNxマスクが必要となってしまう。しかし、この程度の厚みのSiNxマスクになると、ドライエッチング実施中にSiNx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 step, a SiN x mask exceeding 2 μm is required. However, at the 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、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、AlF3が好ましく、この中でもSrF2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、SrF2等のマスクは半導体層のドライエッチング時に塩素等のプラズマにさらされると、その後に実施するマスク層の除去時のエッチングレートが、塩素等のプラズマにさらされる前に比較して低下する傾向を有している。このため、金属フッ化物の過剰な高温での成膜はそのパターニングと最終除去の観点から好ましくない。 In this way, it has excellent adhesion to the substrate and becomes a dense film, and exhibits high dry etching resistance, and the patterning shape is also excellent in controllability of the linearity of the side wall and the width of the opening. In order to obtain an etching mask, it is preferable to form a film at a high temperature. On the other hand, if the film forming temperature is too high, the resistance to wet etching with respect to hydrochloric acid or the like, which is preferably performed when patterning a metal fluoride, is more than necessary. And the removal is not easy. In particular, when a mask such as SrF 2 is exposed to plasma such as chlorine during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate at the time of subsequent mask layer removal is lower than before exposure to plasma such as chlorine. Have a tendency to For this reason, film formation of metal fluoride at an excessively high temperature is not preferable from the viewpoint of patterning and final removal.
まず半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされる前の金属フッ化物にあっては、低温成膜した層ほど塩酸等のエッチャントに対するエッチングレートが大きくエッチングが速く進行し、成膜温度を高くするほどエッチングレートが低下し、エッチングの進行が遅くなる。成膜温度が300℃以上になると、成膜温度が250℃程度の膜よりエッチングレートの低下が目立ってくるが、350℃から450℃程度では、非常に都合の良いエッチング速度の範囲にある。しかし、成膜温度が480℃を超えるとエッチング速度の絶対値が必要以上に小さくなり、当該金属フッ化物のパターニングに過剰な時間を費やすこととなり、また、レジストマスク層等が剥離しない条件でのパターニングが困難になる事もある。さらに、半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされた後の金属フッ化物にあっては、除去時の塩酸等に対するウエットエッチングレートは低下する性質があり、過剰な高温成長は金属フッ化物の除去を困難にしてしまう。 First, in the case of a metal fluoride before being exposed to plasma during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate 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SiNx、SiO2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、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4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、SrF2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SiNx、SiO2などとの積層マスクとしてもよい。この場合、SiNx、SiO2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4-16に示すように、SiNx、SiO2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. 4-16, SiN x, SiO 2 or the
このような第二エッチング工程により、図4-7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
なお、第一エッチング工程と第二エッチング工程は、どちらの工程を先に実施しても、後に実施してもかまわない。また、プロセスを簡略にするため、第一エッチング工程を先に実施し、その際のエッチングマスクを除去しないで、第二エッチング工程を実施することも好ましい。図4-16に示すように、まずSiNx、SiO2等の酸に強い材料(好ましくはSiNx)により第一エッチングマスク51を形成し、第一導電型クラッド層24が現れるようにエッチングし、マスク51を除去しないで、金属フッ化物層による第二エッチングマスク52を形成する。そして、第二エッチング工程を実施した後、マスク52を酸により除去し、その後、マスク51を適宜除去することが好ましい。
Note that the first etching step and the second etching step may be performed either first or later. In order to simplify the process, it is also preferable to perform the first etching step first and then perform the second etching step without removing the etching mask at that time. As shown in FIG. 4-16, first, a
形成される装置間分離溝間の最も狭い部分の幅を2LWSPT1とすると、LWSPT1はブレーキングによって素子分離を行う際には、20μm以上、例えば30μm以上であることが望ましい。また、ダイシング等によって実施する際には、LWSPT1は300μm以上であることが望ましい。また、大きすぎても無駄であるので、LWSPT1は通常は2000μm以下である。これらは、素子作製プロセスのマージンと、さらには、スクライブ領域の確保のために必要であるからである。 Assuming that the width of the narrowest portion between the device isolation grooves to be formed is 2L WSPT1 , it is desirable that L WSPT1 is 20 μm or more, for example, 30 μm or more when element separation is performed by braking. Further, when implemented by dicing or the like, L WSPT1 is desirably 300 μm or more. Moreover, since it is useless even if it is too large, L WSPT1 is usually 2000 μm or less. This is because it is necessary for the margin of the device manufacturing process and further for securing the scribe region.
尚、タイプCの説明で定義する「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 description of type C is a side wall surface that appears as a side wall in the second etching step, that is, the formation of the inter-device separation groove, and is not a wall surface that appears only in the first etching.
第二エッチング工程の後には、図4-8に示すように、絶縁層30を形成する。絶縁層30は、電気的に絶縁が確保できる材料であれば、適宜選択することができ、詳細は前述のとおりである。成膜方法は、プラズマCVD法等の公知の方法を用いればよい。
After the second etching step, an insulating
次に、図4-9Aに示すように、絶縁層30の所定部分を除去し、第二導電型側電極27上で絶縁層30が除去された第二導電型側電極露出部分37、第一導電型クラッド層24上で絶縁層30が除去された第一電流注入領域36、装置間分離溝13内で絶縁層30が除去されたスクライブ領域14を形成する。第二導電型側電極27上の絶縁層30の除去は、第二導電型側電極27の周辺部分が絶縁層30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37の表面積は第二電流注入領域の面積よりも小さい。ここで、素子作製プロセス、特にフォトリソグラフィー工程のマージン、あるいは、ハンダ材による意図しない短絡等の発生を防止するためには、第二導電型側電極27の一部が絶縁層30に覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L2w)は前述のとおり15μm以上であることが望ましい。さらに望ましくは100μm以上である。絶縁層30によって第二導電型側電極27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28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。
Next, as shown in FIG. 4-9A, a predetermined portion of the insulating
絶縁層30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30がSiNx単層である場合には、SF6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30がSiOxとTiOxからなる誘電体多層膜である場合には、Arイオンミリングによって所望の部分の多層膜を除去することも可能である。
For the removal of the insulating
スクライブ領域14の幅としては、すでに説明したように、所定のLwsが得られるように設定することができる。
As already described, the width of the
また、第二導電型側電極露出部分37、第一電流注入領域36、およびスクライブ領域14の形成は、別々に行ってもよいが、通常は同時にエッチングで形成する。尚、装置間分離溝13が、バッファ層22の途中まで形成される場合にも、上記のプロセスで絶縁層30を堆積するときに、基板面でなく溝底面に堆積される点が異なるが、同一のプロセスを採用することができる。
Further, the second conductivity type side electrode exposed
次に、図4-10に示すように、第一導電型側電極28を形成する。タイプCにおいては、第一導電型側電極28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28と第二導電型側電極27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27と第一導電型側電極28との間のハンダ材等による意図しない短絡を防止するのに十分な間隔を確保するために重要である。第一導電型側電極28が絶縁層30に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L1w)は、前述の範囲になるように設定される。通常、5μm以上があれば、フォトリソグラフィー工程とリフトオフ法によるプロセスマージンは確保できる。
Next, as shown in FIG. 4-10, the first conductivity
電極材料としては、すでに説明したとおり、第一導電型がn型であるとすると、Ti、Al、AgおよびMoのいずれかから選択される材料、またはすべてを構成元素として含むことが望ましい。また、n側電極の第1の光取り出し方向とあい対する向きには、Alが露出するのが普通である。 As described above, when the first conductivity type is n-type as described above, it is desirable to include, as a constituent element, a material selected from any one of Ti, Al, Ag, and Mo. Further, Al is usually exposed in the direction facing the first light extraction direction of the n-side electrode.
電極材料の成膜には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、電極形状とするためには、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適宜使用可能である。 Various film formation techniques such as sputtering, vacuum evaporation, plating, etc. can be applied to the film formation of the electrode material. In order to obtain an electrode shape, a lift-off method using a photolithography technique, a metal mask, or the like was used. Site selective vapor deposition or the like can be used as appropriate.
第一導電型側電極28は、この例では、第一導電型クラッド層24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
タイプCの発光素子の製造方法では、第一導電型側電極29が、積層構造形成の最終段階にて製造されることにより、プロセスダメージ低減の観点でも有利である。第一導電型がn型である場合には、n側電極は、好ましい形態では、Alがその電極材の表面に形成される。この場合に、もしn側電極が第二導電型側電極27のように絶縁層30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30のエッチングプロセスを履歴することになる。絶縁層30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、第一導電型側電極28の形成が絶縁層30の形成後かつ絶縁層30の予定されている不要部分の除去後に行われることは、電極に対するダメージの低減に効果がある。
In the method for manufacturing a type C light emitting device, the first conductivity type side electrode 29 is manufactured at the final stage of forming the laminated structure, which is advantageous from the viewpoint of reducing process damage. When the first conductivity type is n-type, the n-side electrode is 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
このようにして、図4-10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13を使用して、基板21に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。
After the structure of FIG. 4-10 is formed in this way, diamond scribing is performed on the
また、装置間分離溝13は、バッファ層22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13を使用して、基板21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 addition, the
本形態では、素子間分離工程の際に、装置間分離溝13に性能に影響を与える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14に絶縁層30も存在しないので、スクライブ時に、絶縁層30の剥離等が生じる可能性もない。
In this embodiment, since there is no thin film crystal layer that affects the performance in the
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装置ずつに分割され、好ましくはハンダ材料等によってサブマウントに搭載される。 After the scribe is completed, the compound semiconductor light-emitting element is divided into one device at a time in the braking process, and is preferably mounted on the submount with a solder material or the like.
以上のようにして、図4-1Aに示した発光素子10が完成する。同様に、図4-1Cに示した発光素子も製造することができる。
As described above, the light-emitting
この製造方法では、説明のとおり薄膜結晶層の形成、第二導電型側電極27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30の形成、絶縁層30の除去(第二導電型側電極露出部分の形成、第一電流注入領域の形成、スクライブ領域の形成)、第一導電型側電極28の形成は、この順に実施されることが望ましく、この工程順により、第二導電型側電極直下の薄膜結晶層のダメージがなく、また第一導電型側電極28にもダメージのない発光素子を得ることができる。そして、装置形状はプロセスフローを反映したものとなっている。即ち、この発光素子は、第二導電型側電極27、絶縁層30、第一導電型側電極28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27は、第二導電型クラッド層26(またはその他の第二導電型薄膜結晶層)に絶縁層30を介在しないで接しており、第二導電型側電極27の上部周辺には絶縁層30で覆われた部分があり、第一導電型側電極28と第一導電型側クラッド層24(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30が介在している部分が存在している。
In this manufacturing method, as described, formation of the thin film crystal layer, formation of the second conductivity
<製造方法の実施形態2>
製造方法の実施形態2では、図4-2Aに示す発光素子を主として、さらに図4-2Cに示す発光素子の製造方法を説明する。実施形態2では、実施形態1において絶縁層30の形成工程までは同一である(図4-5〜図4-8)。その後、実施形態1では、基板面(溝底面)の装置間分離溝の中央部を含む領域のみを除去したが、実施形態2では、図4-9B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30の基板21側(即ち、溝底面側)の部分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30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13内の基板面上の絶縁層30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30がウエットエッチャントで除去され、図4-9Bに示したように基板側の側壁に絶縁層30が存在しない形状が得られる。
<
In
絶縁層30が除去されて露出する側壁は、バッファ層22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い。絶縁層30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、サブマウント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。尚、基板21の一部までエッチングして装置間分離溝13を形成した場合には、分離溝の壁面のうち、基板部分のみが露出し、バッファ層22が絶縁層30で被覆されている場合がある。
The side wall exposed by removing the insulating
実施形態1と同様に、第二導電型側電極露出部分37、第一電流注入領域36、および絶縁層非形成部分15の形成は、別々に行ってもよいが、通常は同時にエッチングで形成する。
As in the first embodiment, the second conductivity type side electrode exposed
その後は、実施形態1と同様のプロセスにより図4-2Aに示す発光素子を完成することができる。
After that, the light-emitting element shown in FIG. 4-2A can be completed by a process similar to that of
製造方法の実施形態2において、実施形態1と同様に、装置間分離溝13が、基板21に達していない形態も好ましい形態である。例えば、装置間分離溝13が、バッファ層22の途中まで形成されていれば、第一導電型クラッド層24の側壁に絶縁層30を形成することができて、ハンダ等の回りこみに対して絶縁性を保つことができる(発光素子完成後の形態は、図4-2C)。この場合、溝底面が、バッファ層22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55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30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。そして、絶縁層30を堆積するときに、基板面でなく溝底面に堆積される点が異なるが、同一のプロセスを採用することができる。その他は実施形態2と同様にして、図4-2Cに示した発光素子も製造することができる。
In the second embodiment of the manufacturing method, as in the first embodiment, a mode in which the
実施形態2のプロセス(およびその変形プロセス)で製造された発光素子も、側壁を覆う絶縁層30が、発光素子の端まで達していない形状ができている装置であり、絶縁層30の剥がれがないことが保証され、また露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図4-1Aの形態の発光素子10と同じく信頼性の高い装置となる。
The light-emitting element manufactured by the process of Embodiment 2 (and its modification process) is also a device in which the insulating
<<2−5.タイプD>>
タイプDの発光装置の特徴は次の事項で特定される。
<< 2-5. Type D >>
The characteristics of the type D light emitting device are specified as follows.
1. バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b):前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有すること
を特徴とする化合物半導体発光素子。
1. A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the first light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are connected and have a support for supporting the light emitting element;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode In contact with a part on the direction side, covering a part on the opposite side to the first light extraction direction of the second conductivity type side electrode, and (b): against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) When a part of the buffer layer constitutes a receding side wall surface and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded, At least an insulating layer formed from a position away from the end of the light emitting element, or (ii) when the buffer layer forms a receding side wall surface and has no end step surface, the buffer A compound semiconductor light emitting element comprising an insulating layer which covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed at least in a first light extraction direction portion of the layer.
2. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状であり、
前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする上記1記載の発光素子。
2. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(Ii) The buffer layers together form a receding side wall surface and there is no end step surface,
2. The light-emitting element according to
3. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁層が、前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていないことを特徴とする上記1記載の発光素子。
3. For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
2. The light emitting device according to 1 above, wherein the insulating layer covers at least a part of the receding side wall surface of the buffer layer but is not formed on the end step surface.
4. 前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁層が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の側壁後退面と一致する面を被覆していることを特徴とする上記1記載の発光素子。
4). For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
2. The light emitting device according to 1 above, wherein the insulating layer covers a surface on an end step surface from a position away from an end of the light emitting element and a surface coinciding with a side wall receding surface of the first conductivity type semiconductor layer. element.
5. 前記バッファ層のうち、側壁面が前記絶縁層で被覆されていない部分を構成する層は、アンドープ型であることを特徴とする上記4記載の発光素子。 5). 5. The light emitting device according to 4 above, wherein a layer constituting a portion of the buffer layer whose side wall surface is not covered with the insulating layer is an undoped type.
6. 前記第一導電型側電極が絶縁層に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L1wが5μm以上であることを特徴とする上記1〜5のいずれかに記載の発光素子。 6). 6. The light emitting device according to any one of 1 to 5 above, wherein the width L1w of the narrowest portion among the widths of the portion where the first conductivity type side electrode is in contact with the insulating layer is 5 μm or more. .
7. 前記第二導電型側電極が前記絶縁層で覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅L2wが15μm以上であることを特徴とする上記1〜6のいずれかに記載の発光素子。 7). The width L 2w of the narrowest portion among the widths of the portion where the second conductivity type side electrode is covered with the insulating layer is 15 μm or more, Light emitting element.
8. 前記L2wが100μm以上であることを特徴とする上記7記載の発光素子。 8). 8. The light emitting device as described in 7 above, wherein the L 2w is 100 μm or more.
9. 前記第一導電型側電極が、Ti、Al、Ag、Moおよびそれらの2種以上の組み合わせからなる群より選ばれる元素を含む材料からなる層を含むことを特徴とする上記1〜8のいずれかに記載の発光素子。 9. Any one of the above 1 to 8, wherein the first conductivity type side electrode includes a layer made of a material containing an element selected from the group consisting of Ti, Al, Ag, Mo, and combinations of two or more thereof. A light emitting device according to any one of the above.
10. 前記第二導電型側電極が、Ni、Pt、Pd、Mo、Auおよびそれらの2種以上の組み合わせからなる群より選ばれる元素を含む材料からなる層を含むことを特徴とする上記1〜9のいずれかに記載の発光素子。 10. Said 1-9 characterized by said 2nd conductivity type side electrode including the layer which consists of a material containing the element chosen from the group which consists of Ni, Pt, Pd, Mo, Au, and those 2 or more types of combinations. The light emitting element in any one of.
11. 前記絶縁層が、SiOx、AlOx、TiOx、TaOx、HfOx、ZrOx、SiNx、AlNx、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFxからなる群より選ばれる材料の単層であることを特徴とする上記1〜10のいずれかに記載の発光素子。 11. The insulating layer is a material selected from the group consisting of SiO x , AlO x , TiO x , TaO x , HfO x , ZrO x , SiN x , AlN x , AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x. The light-emitting element according to any one of 1 to 10 above, wherein the light-emitting element is a single layer.
12. 前記絶縁層が複数の層からなる誘電体多層膜であることを特徴とする上記1〜11のいずれかに記載の発光素子。 12 12. The light-emitting element according to any one of 1 to 11 above, wherein the insulating layer is a dielectric multilayer film composed of a plurality of layers.
13. 前記絶縁層を構成する層の少なくとも1つが、フッ化物を含む材料からなることを特徴とする上記12記載の発光素子。 13. 13. The light-emitting element according to 12 above, wherein at least one of the layers constituting the insulating layer is made of a material containing fluoride.
14. 前記フッ化物が、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFxからなる群より選ばれることを特徴とする上記13記載の発光素子。 14 14. The light emitting device as described in 13 above, wherein the fluoride is selected from the group consisting of AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x .
15. 前記薄膜結晶層が、サファイア、SiC、GaN、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3、およびMgOからなる群より選ばれる基板上に成膜されて形成されたことを特徴とする上記1〜14のいずれかに記載の発光素子。 15. 1 to 14 above, wherein the thin film crystal layer is formed on a substrate selected from the group consisting of sapphire, SiC, GaN, LiGaO 2 , ZnO, ScAlMgO 4 , NdGaO 3 , and MgO. The light emitting element in any one of.
16. 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1〜15のいずれかに記載の発光素子。 16. 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 16. The light emitting device as described in any one of 1 to 15 above, which contains an element selected from the group consisting of Al.
17. 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1〜16のいずれかに記載の発光素子。
17. When the active layer structure is composed of a quantum well layer and a barrier layer, the number of barrier layers is represented by B, and the number of quantum well layers is represented by W.
B = W + 1
The light-emitting element according to any one of the above 1 to 16, wherein:
18. 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1〜17のいずれかに記載の発光素子。 18. 18. The light emitting device as described in any one of 1 to 17 above, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
19. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、ハンダによって金属層を有する支持体に接合されていることを特徴とする上記1〜18のいずれかに記載の発光素子。 19. 19. The light emitting device according to any one of 1 to 18 above, wherein the first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are joined to a support having a metal layer by solder.
20. 前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極と、前記支持体の金属層との接合が、金属ハンダのみ、または金属ハンダと金属バンプによってなされていることを特徴とする上記19記載の発光素子。 20. 20. The above-described 19, wherein the first conductive type side electrode and the second conductive type side electrode and the metal layer of the support are joined only by metal solder or by metal solder and metal bumps. Light emitting element.
21. 前記支持体の母材がAlN、Al2O3、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19または20記載の発光素子。 21. 21. The light emitting device as described in 19 or 20 above, wherein the base material of the support is selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si, glass, SiC, diamond, BN and CuW.
22. 前記支持体の発光素子間の分離領域に、金属層が形成されていないことを特徴とする上記19〜21のいずれかに記載の発光素子。 22. The light emitting device according to any one of the above 19 to 21, wherein a metal layer is not formed in a separation region between the light emitting devices of the support.
23. 前記基板の第1の光取り出し方向側の表面が平坦でないことを特徴とする上記2記載の発光素子。 23. 3. The light emitting device according to 2 above, wherein a surface of the substrate on the first light extraction direction side is not flat.
24. 前記バッファ層の第1の光取り出し方向側の表面が平坦でないことを特徴とする上記3記載の発光素子。 24. 4. The light-emitting element according to 3 above, wherein a surface of the buffer layer on the first light extraction direction side is not flat.
25. 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、前記基板から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする上記2記載の発光素子。
25. The reflectance of the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the substrate side from the buffer layer is R3, and the light emission of the light emitting element is perpendicularly incident on the first light extraction direction side space from the substrate. When the reflectance at which the wavelength of light is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
3. The light emitting device according to 2, wherein a low reflection optical film is provided on the first light extraction direction side of the substrate so as to satisfy the above.
26. 前記第一導電型半導体層からバッファ層側に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光がバッファ層で反射される反射率をR3、前記バッファ層から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向側に低反射光学膜が設けられることを特徴とする上記3記載の発光素子。
26. 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 first conductivity type semiconductor layer is reflected by the buffer layer is R3, and the reflectance from the buffer layer is perpendicular to the space on the first light extraction direction side. When the reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element that is incident is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
4. The light-emitting element according to 3 above, wherein a low-reflection optical film is provided on the first light extraction direction side of the buffer layer so as to satisfy the above.
タイプDの発光素子によれば、青色または紫外発光が可能な発光素子であって、高出力、高効率なフリップチップマウント型の半導体発光素子を提供することができる。 According to the type D light emitting element, it is possible to provide a flip chip mount type semiconductor light emitting element which is a light emitting element capable of emitting blue or ultraviolet light and which has high output and high efficiency.
タイプDの発光素子の構造では、製造プロセスにおける各工程でのプロセスダメージが排除されているために、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。 In the structure of the type D light emitting element, process damage in each step in the manufacturing process is eliminated, so that the function of the light emitting element is not impaired and the element is highly reliable.
図5-1A、図5-2、図5-3Aに、タイプDの化合物半導体発光素子(以下、単に発光素子という)の代表的例を示す。図5-1Bおよび図5-3Bは、説明のために、図5-1Aおよび図5-3Aの一部を省略した図5-である。図5-4A、図5-4Bは発光素子の構造を詳細に説明するために、作製途中の形状を示す図である。以下、図5-1A〜図5-4Bを参照して説明する。 FIGS. 5-1A, 5-2, and 5-3A show typical examples of type D compound semiconductor light-emitting elements (hereinafter simply referred to as light-emitting elements). FIGS. 5-1B and FIGS. 5-3B are FIGS. 5A and 5B with parts of FIGS. 5-1A and 5-3A omitted for the sake of explanation. FIG. 5-4A and FIG. 5-4B are diagrams showing shapes in the course of fabrication in order to explain the structure of the light emitting element in detail. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 5-1A to 5-4B.
タイプDの発光素子は、図5-1A、図5-2および図5-3Aに示すようにバッファ層22、第一導電型クラッド層24を含む第一導電型半導体層、第二導電型クラッド層26を含む第二導電型半導体層、および前記第一および第二導電型半導体層の間に挟まれた活性層構造25を有する化合物半導体薄膜結晶層、第二導電型側電極27、並びに第一導電型側電極28を有する。
As shown in FIGS. 5-1A, 5-2, and 5-3A, the type D light emitting device includes a
第二導電型クラッド層26の表面の一部に、第二導電型側電極27が配置され、第二導電型クラッド層26と第二導電型側電極27の接触している部分が第二電流注入領域35となっている。また、第二導電型クラッド層26、活性層構造25の一部、第一導電型クラッド層24の一部が除去された構成となっており、除去された箇所に露出する第一導電型クラッド層24に接して、第一導電型側電極28が配置されることで、第二導電型側電極27と第一導電型側電極28が、バッファ層22に対して同じ側に配置されるように構成されている。第二導電型側電極27および第一導電型側電極28は、支持体40上の金属層41に、金属ハンダ42を介してそれぞれ接続されている。
The second conductivity
タイプDの発光素子10において、第一導電型側電極28および第二導電型側電極28は、互いに空間的に重なりを有していない。これは、図5-1A、図5-2および図5-3Aに示すように、第一導電型側電極28および第二導電型側電極27を基板面に対して投影したときに、影が重ならないことを意味する。
In the
絶縁層30は、フリップチップマウントを実施した際に、マウント用のハンダ、導電性ペースト材等が「第二導電型側電極と第一導電型側電極の間」、「活性層構造などの薄膜結晶層の側壁」等に回りこんで、意図しない短絡が発生しないようにするためのものである。同時に、タイプDの発光素子10では、素子にダメージを与え性能に影響を及ぼしたり、歩留まりに影響を与えたりしないように、絶縁層30が最適な位置に配置されている。
When the flip-chip mounting is performed, the insulating
タイプDの発光素子10は、(I)発光素子10の端部の段差形状、(II)発光素子端部の絶縁層30の形状、の2箇所で異なる形態を取り得る。(I)発光素子10の端部の段差形状については、製造工程において素子分離を行うために装置間分離溝13(図5−4A等参照)を形成する際のエッチング深さにより、大きく分けて(i)バッファ層22の途中まで、(ii)基板面まで(またはそれより深く)、の2つの選択がある。また、装置間分離溝13の壁面は、素子分離後に素子端より後退するので、タイプDでは装置間分離溝13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10の端部には、後退側壁面と非後退側壁面の間で段差面が形成されるので、これを「端部段差面」という。
The type D
装置間分離溝13の深さ(i)〜(ii)に対応して、(i)では、薄膜結晶層の後退側壁面に対して、バッファ層22の一部が共に後退側壁面を構成し、残り(第1の光取り出し方向側)のバッファ層22の側壁は、非後退側壁面となり、バッファ層22の端に端部段差面55が存在する形状となる。(ii)では、バッファ層22の側壁も後退側壁面を構成するので(装置間分離溝13の側壁面となるため)、素子完成後に基板21が存在しないタイプDの発光素子10においては端部段差面は存在しない。尚、(ii)の場合でも、装置間分離溝13の壁面は、装置間分離溝13を形成しないで分離したときの素子端面に比べて後退していることになるので、本発明では統一して「後退側壁面」という。
Corresponding to the depths (i) to (ii) of the
(i)に対応するのは、図5-2、図5-3A(図5-3B)である。(ii)図5-1A(図5-1B)である。 FIGS. 5-2 and 5-3A (FIGS. 5-3B) correspond to (i). (Ii) It is FIG. 5-1A (FIG. 5-1B).
(II)発光素子端部の絶縁層30の形状については、製造工程において、(i)装置間分離溝13の側壁に形成された絶縁層30を残したまま、溝底面上の中央を含む領域の絶縁層30のみを除去するか、(ii)溝底面に形成された絶縁層30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30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10において、(i)絶縁層30が溝底面に付いている形状、(ii)絶縁層30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5-3A(図5-3B)である。(ii)に対応するのは、図5-1A(図5-1B)、図5-2である。
(II) Regarding the shape of the insulating
尚、タイプDの発光素子10では、製造工程中に成長基板を除去するため、基板除去の際に絶縁層30が基板21に付いている形態は好ましくない。従って、上記の組み合わせて、(I)発光素子10の端部の段差形状が、(ii)バッファ層22に段差がない形状であり、(II)発光素子端部の絶縁層30の形状が、(i)絶縁層30が溝底面に付いている形状、となる組み合わせは、タイプDの発光素子10には含まれない形態である。
In the
タイプDの発光素子10の形状を(II)発光素子端部の絶縁層30の形状により、第1の態様:(ii)絶縁層30が溝底面から離れている形状、第2の態様:(i)絶縁層30が溝底面に付いている形状の順に分けて説明する。
The shape of the
但し、タイプDの発光素子10に共通して、第1の光取り出し方向のバッファ層22の端までは絶縁層30が達していない。
However, in common with the
〔第1の態様〕
第1の態様に属する形態を、図5-1A〜図5-2に示す。まず、代表的な形態として図5-1Aを用いて説明する。タイプDの発光素子10は、図5-1Aに示すように、第1の光取り出し方向に基板を有していない。絶縁層30は、薄膜結晶層を除去した際に露出する側壁面のうち、少なくとも、第一導電型半導体層(図では第一導電型クラッド層24)、活性層構造25、および第二導電型半導体層(図では第二導電型クラッド層26)の側壁面を被覆している。また、バッファ層22の側壁面の少なくとも第1の光取り出し方向側に、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が存在し、これは場合によっては、バッファ層22の側壁面の全部に渡っていてもよい。このように、タイプDの発光素子10では、バッファ層22の第1の光取り出し方向側の素子端には絶縁層30が存在することはない。この点は、他の実施形態でバッファ層に端部段差面がある場合においても同じである。
[First embodiment]
The forms belonging to the first mode are shown in FIGS. 5-1A to 5-2. First, a typical form will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, the type D light-emitting
また、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15のバッファ層22は、ドーピングされていないアンドープ部分であることが好ましい。露出している部分が絶縁性の高い材料であればハンダの回り込みによる短絡等の虞がなく、信頼性の高い素子となる。
In addition, the
この構造は、製造工程途中の素子分割前は、図5-4Aに示される形状を経由する。製造工程途中において、絶縁層30は、装置間分離溝13の溝内の基板面(溝底面)と、基板面(溝底面)に近接する溝側壁面の絶縁層非形成部分15から除去されている。タイプDの発光素子10では、製造工程中で、基板21が剥がされる。このとき、絶縁層30が基板21に接していないため、基板21を剥離する際に、絶縁層30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30の剥がれの際に生じる引っ張りによって、薄膜結晶層にダメージが入ることもない。
This structure passes through the shape shown in FIG. 5-4A before element separation during the manufacturing process. In the middle of the manufacturing process, the insulating
その結果得られる分離された後の発光素子10では、図5-1AのA部分に示すように、バッファ層22の壁面の第1の光取り出し方向側に絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が存在する。つまり、この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層30の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子10は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子10の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。
In the separated light-emitting
さらに絶縁層30は、図5-1BのB部分に示すように、第一導電型側電極28の基板側(第1の光取り出し方向側)の一部に接している。即ち、第一導電型側電極28と第一導電型半導体層(この実施形態では第一導電型クラッド層24)との間の一部に、絶縁層30が介在している。その結果、第一導電型側電極28の面積が、第一電流注入領域36の面積より大きい。図5-1Bに示すように、第一導電型側電極28が絶縁層30に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅をL1wとすると、L1wは7μm以上が好ましく、特に9μm以上が好ましい。また、L1wは、通常500μm以下であり、好ましくは100μm以下である。通常、5μm以上があれば、フォトリソグラフィー工程とリフトオフ法によるプロセスマージンは確保できる。
Furthermore, the insulating
さらに絶縁層30は、図5-1BのC部分に示すように、第二導電型側電極27の支持体40側(第1の光取り出し方向の反対側)の一部を覆っている。即ち、第二導電型側電極27の電極露出部分37の面積が、第二導電型側電極27の面積より小さく、第二電流注入領域35の面積は、第二導電型側電極27の面積と等しい。図5-3に示すように、第二導電型側電極27の周辺から絶縁層30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30によって第二導電型側電極27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28等の他の部分との意図しない短絡を低減することができる。また、L2wは、通常2000μm以下であり、好ましくは750μm以下である。
Furthermore, the insulating
また、第一導電型半導体層(この実施形態では第一導電型クラッド層24)、第二導電型半導体層(この実施形態では第二導電型クラッド層26)の支持体40側(第1の光取り出し方向の反対側)の表面の露出部分も短絡防止のために、通常は図に示すように絶縁層30で被覆される。
Further, the first conductive semiconductor layer (first conductive clad
絶縁層30と各電極27、28とのこのような位置関係により、プロセスダメージの少ない工程により製造することが可能である。
Due to such a positional relationship between the insulating
〔第1の態様その2〕
第1の態様に属するその他の形態を、図5-2を用いて説明する。図5-1Aの形態では、と異なる点は、図5-1Aの発光素子10では、(I)発光素子10の端部の段差形状が、(ii)バッファ層22に段差がない形状であるのに対して、図5-2で示す発光素子10では、(i)バッファ層22の端に装置間分離溝に基づく端部段差面55を有する形状である点である。
[First aspect 2]
Other forms belonging to the first mode will be described with reference to FIG. 5A is different from the
この形状は、装置間分離溝が、バッファ層22の途中まで形成されて製造され、その結果、完成した八発光素子10では、少なくとも第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層は、発光素子10の端より内側に後退して後退側壁面を構成し、素子端壁面(非後退側壁面)との間で端部段差面55が存在している。
This shape is produced by forming the inter-device isolation groove partway in the
図5-2に、装置間分離溝がバッファ層22の途中まで形成されて製造された発光素子の1例を示す。A部分に示すように、発光素子端まで、バッファ層22の一部が非後退側壁面として存在し、バッファ層22の途中から壁面が素子端より後退し、第二導電型半導体層の側壁面と共に後退側壁面(装置間分離溝の側壁)を構成している。非後退側壁面と後退側壁面の間に、装置間分離溝の底面に基づく端部段差面55が存在している。非後退側壁面(素子端の側壁部分)は、絶縁層30で被覆されておらず、端部段差面55も絶縁層30で被覆されておらず、さらに、後退側壁面(装置間分離溝の側壁)では、絶縁層30で覆われていない絶縁層非形成部分15が、第1の光取り出し方向側に存在する。絶縁層非形成部分15は、場合によっては、バッファ層22の側壁面の全部に渡っていてもよい。
FIG. 5-2 shows an example of a light emitting device manufactured by forming the inter-device separation groove partway through the
この例のように、装置間分離溝が、バッファ層22を合わせた層の途中まで形成されている場合にも、側壁を覆う絶縁層30が、発光素子10の端まで達していない形状ができている素子は、絶縁層30の剥がれがないことが保証され、また露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図5-1Aの形態の発光素子10と同じく信頼性の高い素子となる。
Even in the case where the inter-device isolation groove is formed up to the middle of the layer including the
〔第2の態様〕
第2の態様では、(II)発光素子端部の絶縁層の形状が、(i)絶縁層が溝底面に付いている形状となっている。図5-3Aの発光素子は、素子分割前には図5-4Bに示すように、装置間分離溝はバッファ層22の途中まで形成され、絶縁層30は装置間分離溝13の溝底面の全てを覆うのではなく、溝底面に絶縁層30が形成されていないスクライブ領域14が形成されている。従って、製造工程中のスクライブ、ブレーキング等の素子分離の際に、バッファ層22をブレーキングすればよく、薄膜結晶層のうちデバイス性能に関わる層、即ち、第一導電型半導体層、活性層構造25および第二導電型半導体層に直接的にダメージを与えることがない。また、溝底面の絶縁層30のないスクライブ領域14から分割するので、絶縁層30の剥がれが生じないので、確実な絶縁性を保てることに加え、絶縁層30の剥がれの際に生じる引っ張りによって、薄膜結晶層にダメージが入ることがない。
[Second embodiment]
In the second aspect, (II) the shape of the insulating layer at the end of the light emitting element is (i) the shape in which the insulating layer is attached to the bottom surface of the groove. As shown in FIG. 5-4B, the device isolation groove is formed up to the middle of the
その結果得られる分離された後の発光素子では、図5-3A、図5-3BのA部分に示すように、バッファ層22に形成された端部段差面(溝底面)の全面を絶縁層30が覆うのではなく、素子端からLwsだけ離れた位置より内側の基板面を覆っている。スクライブ領域14の幅の中央から分割された場合、絶縁層30で覆われていない距離Lwsは、製造のゆらぎ等の範囲でスクライブ領域14の幅の略1/2に対応する。即ち、この形状ができていることにより、薄膜結晶層の側面に絶縁層30の剥がれがないことが保証される結果、この発光素子は、仮にハンダの回り込みがあっても、意図しない短絡が防止されていることに加え、薄膜結晶層にダメージが入っていないため、発光素子の機能が損なわれることなく信頼性の高い素子となっている。
In the separated light-emitting device obtained as a result, as shown in part A of FIGS. 5-3A and 5-3B, the entire surface of the end step surface (groove bottom surface) formed in the
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。設計値としては、スクライブ領域14の幅を2Lwsとすると、2Lwsは、30μm以上が好ましい。また、大きすぎても無駄であるので、2LWSは、通常300μm以下、好ましくは200μm以下である。
L ws may be larger than 0 in a completed device, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more. As a design value, if the width of the
第2の態様の発光素子においても、露出している層を絶縁性の高い材料で構成することにより、図5-1Aの形態の発光素子10と同じく信頼性の高い素子となる。また、第2の態様のその他の部分の形状については、第1の態様と同様である。
Also in the light emitting element of the second embodiment, by forming the exposed layer with a highly insulating material, the element is as reliable as the
以下に、発光素子を構成する各部材と構造についてさらに詳細に説明する。 Below, each member and structure which comprise a light emitting element are demonstrated in detail.
<基板>
タイプDの発光素子では、完成した発光素子に基板が残らない。基板はその上に半導体層を成長させることが可能なものが選ばれ、また最終的に除去できるものが用いられる。基板は、透明である必要はないが、製造工程で、基板を後述するレーザディボンディングにより剥離するときには、その特定の波長のレーザ光を透過することが好ましい。また、電気的には絶縁性基板である事が好ましい。これは、製造工程で、同様にレーザディボンディング法によって基板を剥離する際に、導電性基板ではその自由電子による吸収等によって、このような基板剥離方法を採用しにくくなるからである。
<Board>
In the type D light emitting device, no substrate remains on the completed light emitting device. As the substrate, a substrate on which a semiconductor layer can be grown is selected, and a substrate that can be finally removed is used. The substrate need not be transparent, but when the substrate is peeled off by laser debonding, which will be described later, in the manufacturing process, it is preferable to transmit laser light having a specific wavelength. Further, it is preferably an electrically insulating substrate. This is because, in the manufacturing process, when the substrate is similarly peeled by the laser debonding method, it is difficult to adopt such a substrate peeling method due to absorption by free electrons or the like in the conductive substrate.
前述のタイプCで説明した基板材料は、すべてタイプDの発光素子の製造でも使用できる。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、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3、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、意図的にアンドープ基板を用いる場合には、1×1018cm−3のSi濃度以下が望ましく、さらに望ましくは8×1017cm−3以下であることが、電気抵抗の観点と結晶性の観点からが望ましい。また、基板を除去する際にケミカルエッチングを前提とする際には、塩酸等で容易に除去可能なZnOが望ましい。 All the substrate materials described in the above type C can also be used in the manufacture of type D light emitting devices. As a specific material, for example, in order to grow a thin film crystal on an InAlGaN-based light-emitting material or 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, the Si doping concentration is preferably 1 × 10 18 cm −3 or less, more preferably 8 × 10 17 cm − when an undoped substrate is intentionally used. It is desirable that it is 3 or less from the viewpoints of electrical resistance and crystallinity. In addition, when chemical etching is premised when removing the substrate, ZnO that can be easily removed with hydrochloric acid or the like is desirable.
タイプDの発光素子の製造で使用される基板は、いわゆる面指数によって完全に確定されるジャスト基板だけではなく、薄膜結晶成長の際の結晶性を制御する観点から、いわゆるオフ基板(miss oriented substrate)であることもできる。オフ基板は、ステップフローモードでの良好な結晶成長を促進する効果を有するため、素子のモフォロジ改善にも効果があり、基板として広く使用される。たとえば、サファイアのc+面基板をInAlGaN系材料の結晶成長用基板として使用する際には、m+方向に0.2度程度傾いた面を使用することが好ましい。オフ基板としては、0.1〜0.2度程度の微傾斜を持つものが広く一般的に用いられるが、サファイア上に形成されたInAlGaN系材料においては、活性層構造内の発光ポイントである量子井戸層にかかる圧電効果による電界を打ち消すために、比較的大きなオフ角度をつけることも可能である。 The substrate used in the manufacture of the type D light emitting device 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. ). Since the off-substrate has an effect of promoting good crystal growth in the step flow mode, it is effective in improving the morphology of the device and is widely used as a substrate. For example, when a sapphire c + plane substrate is used as a substrate for crystal growth of an InAlGaN-based material, it is preferable to use a plane inclined by about 0.2 degrees in the m + direction. As an off-substrate, a substrate having a slight inclination of about 0.1 to 0.2 degrees is widely used. However, in an InAlGaN-based material formed on sapphire, it is a light emitting point in an active layer structure. In order to cancel the electric field due to the piezoelectric effect applied to the quantum well layer, a relatively large off angle can be set.
基板は、MOCVDやMBE等の結晶成長技術を利用して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あるいは、後述する発光ユニットの活性層近傍に導入しないようにすることも可能である。 The substrate may be subjected to chemical etching, heat treatment, or the like in advance in order to manufacture a compound semiconductor light emitting device using a crystal growth technique such as MOCVD or MBE. In addition, the substrate is intentionally roughened in relation to the buffer layer described later, so that a threading transition that occurs at the interface between the thin film crystal layer and the substrate can be activated in the light emitting element or the light emitting unit described later. It is also possible not to introduce it in the vicinity of the layer.
基板の厚みとしては、タイプDの1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、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。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。 As for the thickness of the substrate, in one type of type D, it is usually about 250 to 700 μm at the initial stage of device fabrication, so that crystal growth of the light emitting device and mechanical strength in the device fabrication process are ensured. It is normal to leave. 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、タイプCで説明した事項は、すべてタイプDにも当てはまる。タイプDの発光素子においては素子の完成後に基板が残らないため、好ましい事項をさらに説明する。
<Buffer layer>
With respect to the buffer layer, all of the matters described for type C also apply to type D. In the case of the type D light emitting device, since the substrate does not remain after the device is completed, preferable matters will be further described.
タイプDの発光素子においては、基板を製造工程中に除去するので、本態様の1実施形態においてはバッファ層の表面が第1の光取り出し方向側の面になる。後述するように基板の剥離の1つ方法として、基板に対して透明で、バッファ層に対して吸収のある光を用いて、バッファ層の一部を光学的に分解して、基板を剥離する方法が挙げられる。そのような方法を採用する場合には、その方法に適合した材料が選択される。たとえば、基板がサファイアで、バッファ層がGaNである場合には、248nmの波長を有するKrFエキシマレーザを薄膜結晶成長がされていない基板側から照射し、バッファ層のGaNを金属Gaと窒素に分解して、その結果、基板を剥離するレーザディボンディングを実施することも可能である。
タイプDの発光素子では、第1の光取り出し方向に基板が存在しないので、バッファ層の第1の光取り出し方向側の面に、いわゆる低反射コーティング層あるいは低反射光学膜が形成されることが望ましい。バッファ層−空気界面での屈折率差による反射を抑制し、高出力化、素子の高効率化を図ることができる。ここで、後述する第一導電型半導体層側からバッファ層側に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光がバッファ層で反射される反射率をR3、前記バッファ層から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向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Al2O3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、Al2O3の屈折率が近いからである。
In the light emitting element of type D, since the substrate is removed during the manufacturing process, in one embodiment of this aspect, the surface of the buffer layer becomes the surface on the first light extraction direction side. As will be described later, as one method of peeling the substrate, a part of the buffer layer is optically decomposed and peeled off using light that is transparent to the substrate and absorbs the buffer layer. A method is mentioned. When such a method is adopted, a material suitable for the method is selected. For example, when the substrate is sapphire and the buffer layer is GaN, a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm is irradiated from the substrate side where the thin film crystal growth is not performed, and the buffer layer GaN is decomposed into metal Ga and nitrogen. As a result, laser debonding for peeling off the substrate can also be performed.
In the type D light emitting element, since there is no substrate in the first light extraction direction, a so-called low reflection coating layer or low reflection optical film may be formed on the surface of the buffer layer on the first light extraction direction side. desirable. 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, R3 is a reflectance at which light of the light emitting wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the buffer layer side from the first conductivity type semiconductor layer side, which will be described later, is reflected by the buffer layer, and the first light extraction direction from the buffer layer When the reflectance at which the light of the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the side space is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
It is desirable that a low reflection optical film be provided on the first light extraction direction side of the buffer layer so as to satisfy the above. For example, when the buffer layer is GaN, it is desirable to use Al 2 O 3 or the like as the low reflection coating film. This is because it is desirable that the refractive index of the low-reflection coating film is close to √n bf with respect to the refractive index n bf of the buffer layer at the light emission wavelength of the device, so that Al 2 O with respect to the square root of the refractive index of GaN. This is because the refractive index of 3 is close.
バッファ層の第1の光取り出し方向側の面が、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。
It is also preferable that the surface of the buffer layer on the first light extraction direction side 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 device is λ (nm), the 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.
タイプDの発光素子では、バッファ層の少なくとも一部は、装置端で露出する。従って、少なくとも露出部分をアンドープ部分とすることが、装置組み立て時のハンダ等による絶縁不良を抑制することができるので好ましい。 In the type D light emitting device, at least a part of the buffer layer is exposed at the device end. Therefore, at least the exposed portion is preferably an undoped portion, since insulation failure due to solder or the like during device assembly can be suppressed.
<第一導電型半導体層および第一導電型クラッド層>
タイプDの発光素子における第一導電型半導体層および第一導電型クラッド層は、タイプCの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<First conductivity type semiconductor layer and first conductivity type cladding layer>
The first conductive type semiconductor layer and the first conductive type clad layer in the type D light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type C light emitting element.
<活性層構造>
タイプDの発光素子における活性層構造は、タイプCの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Active layer structure>
The active layer structure in the type D light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type C light emitting element.
<第二導電型半導体層および第二導電型クラッド層>
タイプDの発光素子における第二導電型半導体層および第二導電型クラッド層は、タイプCの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Second conductivity type semiconductor layer and second conductivity type cladding layer>
The second conductive type semiconductor layer and the second conductive type cladding layer in the type D light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type C light emitting element.
<第二導電型側電極>
タイプDの発光素子における第二導電型側電極は、タイプCの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Second conductivity type side electrode>
The second conductivity type side electrode in the type D light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type C light emitting element.
<第一導電型側電極>
タイプDの発光素子における第一導電型側電極は、タイプCの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<First conductivity type side electrode>
The first conductivity type side electrode in the type D light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type C light emitting element.
<絶縁層>
タイプDの発光素子における絶縁層は、タイプCの発光素子で用いたのと同様の構成を採用することができる。
<Insulating layer>
The insulating layer in the type D light emitting element can adopt the same configuration as that used in the type C light emitting element.
<支持体>
支持体40は、基板剥離の際の薄膜結晶層の支持体としての役割を果たせることが必須であるが、さらに、本支持体は、素子完成後の電流導入と放熱の機能をあわせ持つことも非常に望ましい。この観点で、支持体の母材は、金属、AlN、SiC、ダイヤモンド、BNおよびCuWからなる群より選ばれることが望ましい。これら材料は、放熱性に優れ、高出力の発光素子に不可避である発熱の問題を効率よく抑制できる点で好ましい。またAl2O3、Si、ガラス等も安価であって支持体として利用範囲が広く好ましい。また、後述する基板除去時にレーザ照射によって薄膜結晶層の一部を金属Gaと窒素に分解した際には、金属Gaを除去する際にウェットエッチングを実施する事が望ましいが、この際も、支持体はエッチングされない材質であることが望ましい。尚、支持体の母材を金属から選択する際には、その周りを耐エッチング性のある誘電体等で覆う事が望ましい。金属の母材としては、発光素子の発光波長における反射率の高い材料が望ましく、Al、Ag等が望ましい。また、誘電体等で覆う際には、各種CVD法で形成したSiNx、SiO2等が望ましい。
<Support>
Although it is essential that the
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、この電極配線上で素子を搭載する部分には、適宜素子と支持体の接合用の接着層を有することが望ましい。ここで、接着層は、Agを含んだペースト、金属バンプ等を使用することも可能ではあるが、金属ハンダで構成されていることが、放熱性の観点で非常に望ましい。金属ハンダはAgを含んだペースト材、金属バンプなどと比較して圧倒的に放熱性に優れたフリップチップマウントが実現可能である。ここで、金属ハンダとしては、In、InAg、InSn、SnAg、PbSn、AuSn、AuGeおよびAuSi等を挙げることができる。特に、AuSn、AuSi、AuGe等の高融点ハンダがより望ましい。これは、発光素子を超高出力動作させるために大電流を注入すると、素子近傍の温度が200℃程度に上昇するためであって、ハンダ材の融点として駆動時の素子温度よりも高い融点を有する金属ハンダがより好ましい。また、場合によっては、フリップチップマウント時の素子の段差を打ち消すために、バンプを用い、さらに、金属ハンダ材でその周りを埋めながら接合する事も望ましい。 From the viewpoint that the support further has a function of current introduction and heat dissipation after completion of the element, it is desirable that the support has an electrode wiring for current introduction on the base material, and the element is arranged on the electrode wiring. It is desirable that the mounting portion has an adhesive layer for joining the element and the support appropriately. Here, although it is possible to use a paste containing Ag, a metal bump, or the like as the adhesive layer, it is very desirable from the viewpoint of heat dissipation that it is made of metal solder. The metal solder can realize a flip chip mount that is overwhelmingly excellent in heat dissipation compared with a paste material containing Ag, a metal bump, and the like. Here, examples of the metal solder include In, InAg, InSn, SnAg, PbSn, AuSn, AuGe, and AuSi. In particular, a high melting point solder such as AuSn, AuSi, or AuGe is more desirable. This is because when a large current is injected to operate the light emitting element at an ultrahigh output, the temperature in the vicinity of the element rises to about 200 ° C. The melting point of the solder material is higher than the element temperature during driving. The metal solder which has is more preferable. In some cases, it is also desirable to use bumps in order to cancel out the level difference of the elements at the time of flip chip mounting, and further to join the metal solder material while filling the periphery thereof.
また、通常、後述するように支持体を分割して素子分離を行うため、完成した発光素子では、支持体40の周辺には、金属配線が存在しない分離領域が存在することが好ましい。図5-5に示すように、金属配線が存在しない領域の幅をLWSPT2(図5-5では、左側をLWSPT2(left)、右側をLWSPT2(right)で表している。)とすると、LWSPT2は、完成した素子においては、0より大きければよいが、以下のとおり分離工程においていかなる手法を用いるかによって好ましい範囲は異なる。
Further, since the device is usually separated by dividing the support as will be described later, in the completed light emitting device, it is preferable that an isolation region where no metal wiring exists is present around the
スクライビングによって分離する際には、通常は10μm以上、好ましくは15μm以上である。したがって分離領域47としては2LWSPT2を30μm以上とする事が好ましい。また、大きすぎても無駄であるので、2LWSPT2は、通常は、300μm以下、好ましくは、200μm以下である。
When separating by scribing, it is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more. Therefore, it is preferable that 2L WSPT2 is 30 μm or more as the
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
尚、支持体を分割しない実施形態も可能であり、例えば複数個の発光素子を1つの支持体に搭載することもできる。支持体上の金属配線を自在に変化させることで、1つの支持体上の各発光素子を並列接続にも、直列接続にも、あるいはこれらを混在させることも可能である。 An embodiment in which the support is not divided is also possible. For example, a plurality of light emitting elements can be mounted on one support. By freely changing the metal wiring on the support, each light emitting element on one support can be connected in parallel, connected in series, or mixed.
〔タイプDの発光素子の製造方法〕
次に、タイプDの半導体発光素子の製造方法について説明する。
[Method for Manufacturing Type D Light-Emitting Element]
Next, a method for manufacturing a type D semiconductor light emitting device will be described.
<第1の態様の発光素子の製造方法>
製造方法の1例では、図5-7に示すように、まず基板21を用意し、その表面にバッファ層22、第一導電型クラッド層24、活性層構造25および第二導電型クラッド層26を薄膜結晶成長により順次成膜する。これらの薄膜結晶層の形成には、MOCVD法が望ましく用いられる。しかし、MBE法、PLD法、PED法、VPE法、LPE法なども全部の薄膜結晶層、あるいは一部の薄膜結晶層を形成するために用いることが可能である。これらの層構成は、素子の目的等に合わせて適宜変更が可能である。また、薄膜結晶層の形成後には、各種の処理を実施してもかまわない。なお、本明細書では、薄膜結晶層の成長後の熱処理等も含めて、「薄膜結晶成長」と記載している。
<The manufacturing method of the light emitting element of a 1st aspect>
In one example of the manufacturing method, as shown in FIGS. 5-7, first, a
薄膜結晶層成長の後、図5-1A〜図5-2に示された形状を実現するためには、図5-7に示すように、第二導電型側電極27を形成することが好ましい。即ち、予定されている第二電流注入領域35に対する第二導電型側電極27の形成が、絶縁層30の形成よりも、また、第一電流注入領域36の形成よりも、さらには、第一導電型側電極28の形成よりも、早く実施されることが望ましい。これは、望ましい実施形態として第二導電型がp型である場合において、表面に露出しているp型クラッド層の表面に対して各種プロセスを経た後にp側電極を形成すると、GaN系材料では比較的活性化率の劣るp−GaNクラッド層中の正孔濃度をプロセスダメージによって低下させてしまうからである。たとえばp−CVDによる絶縁層30の形成工程を第二導電型側電極27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、タイプDでは薄膜結晶成長の後には第二導電型側電極27の形成が他のプロセス工程(たとえば後述する第一エッチング工程、第二エッチング工程、あるいは絶縁層形成工程、第二導電型側電極露出部分形成工程、第一電流注入領域形成工程や第一導電型側電極形成工程など)よりも先に実施されることが望ましい。
In order to realize the shape shown in FIGS. 5-1A to 5-2 after the thin film crystal layer growth, it is preferable to form the second conductivity
また、タイプDの発光素子の製造においては、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27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、薄膜結晶成長の後には第二導電型側電極27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。
Further, in the manufacture of the type D light emitting device, when the second conductivity type is p-type, the case where the surface of the second conductivity
なお、タイプDの発光素子では、第二導電型側電極27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 case of the type D light emitting device, when the layer on which the second conductivity
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
第二導電型側電極27を形成した後、図5-8に示すように、第一導電型クラッド層24の一部を露出させる。この工程は、第二導電型クラッド層26、活性層構造25、さらには第一導電型クラッド層24の一部をエッチングにより除去することが好ましい(第一エッチング工程)。第一エッチング工程においては、後述する第一導電型側電極が第一導電型のキャリアを注入する半導体層を露出することが目的であるので、薄膜結晶層に他の層、たとえば、クラッド層が2層からなる場合や、あるいはコンタクト層がある場合には、その層を含んでエッチングしてもかまわない。
After forming the second conductivity
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、SiNxのような窒化物やSiOx等の酸化物をエッチングマスクとしてCl2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、SrF2、AlF3、MgF2、BaF2、CaF2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、Cl2、SiCl4、BCl3、SiCl4等のガスを用いたプラズマ励起ドライエッチングによりエッチングを行うことが好ましい。さらに、ドライエッチングの方法としては、高密度プラズマを生成可能なICP型のドライエッチングが最適である。 In the first etching step, since the etching accuracy not much required, the use of known dry etch of nitride or oxide such as SiO x such as SiN x by plasma etching method using Cl 2 or the like as an etching mask Can do. However, it is also desirable to perform dry etching using a metal fluoride mask as will be described in detail in the second etching step described later. In particular, using an etching mask including a metal fluoride layer selected from the group consisting of SrF 2 , AlF 3 , MgF 2 , BaF 2 , CaF 2 and combinations thereof, Cl 2 , SiCl 4 , BCl 3 , SiCl 4, etc. Etching is preferably performed by plasma-excited dry etching using the above gas. Further, as a dry etching method, ICP type dry etching capable of generating high-density plasma is optimal.
ここで第二導電型側電極27はプラズマCVD等によって形成されるSiNx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SiNx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27が受けるプロセスダメージは少なくなる。
Here, the second conductivity
次に図5-9に示すように、装置間分離溝13を、第二エッチング工程により形成する。タイプDの発光素子では、装置間分離溝13は、少なくとも第一導電型クラッド層24を分断して形成されていることが必要であり、この実施形態では、装置間分離溝13が基板21に到達するように形成される。この場合には、素子を分離するために、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13を形成することも同様に好ましい。
Next, as shown in FIG. 5-9, the
一方、装置間分離溝13が基板21に達していない形態も好ましい形態である。装置間分離溝13が、バッファ層22の途中まで形成されていれば、第一導電型クラッド層24の側壁に絶縁層30を形成することができて、ハンダ等の回りこみに対して絶縁性を保つことができる(発光素子完成後の形態は、図5-2を参照。)。この場合、溝底面が、バッファ層22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55になる。溝底面は、エッチングで得られる程度の凹凸を含む面である。尚、溝底面は、素子分離の際にスクライブ等の処理を受けるため、素子分離後の端部段差面55は、面としての平面性および層方向との平行性については高くない場合が多い。また、絶縁層30で被覆されずに側壁から露出する層は、高い絶縁性を有することが好ましい。また、絶縁層30で被覆されずに側壁から露出する層は、高い絶縁性を有することが好ましい。
On the other hand, a mode in which the
第二エッチング工程は、第一エッチング工程と比較して、さらに深くGaN系材料をエッチングすることが必要となる。一般に、第一エッチング工程によってエッチングされる層の総和は、0.5μm程度が普通であるが、第二エッチング工程においては、第一導電型クラッド層24のすべてと、バッファ層22の少なくとも一部、場合によっては全部をエッチングすることが必要なことから、3〜7μmとなることがあり、場合によっては、3〜10μmの範囲、さらには10μmを越えることもある。
In the second etching step, it is necessary to etch the GaN-based material deeper than in the first etching step. In general, the total sum of the layers etched by the first etching process is usually about 0.5 μm. However, in the second etching process, all of the first conductivity
一般に、金属マスク、SiNx等の窒化物マスク、SiOx等の酸化物マスク等は、Cl2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SiNx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SiNxマスクが必要となってしまう。しかし、この程度の厚みのSiNxマスクになると、ドライエッチング実施中にSiNx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 step, a SiN x mask exceeding 2 μm is required. However, at the 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、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、AlF3が好ましく、この中でもSrF2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、SrF2等のマスクは半導体層のドライエッチング時に塩素等のプラズマにさらされると、その後に実施するマスク層の除去時のエッチングレートが、塩素等のプラズマにさらされる前に比較して低下する傾向を有している。このため、金属フッ化物の過剰な高温での成膜はそのパターニングと最終除去の観点から好ましくない。 In this way, it has excellent adhesion to the substrate and becomes a dense film, and exhibits high dry etching resistance, and the patterning shape is also excellent in controllability of the linearity of the side wall and the width of the opening. In order to obtain an etching mask, it is preferable to form a film at a high temperature. On the other hand, if the film forming temperature is too high, the resistance to wet etching with respect to hydrochloric acid or the like, which is preferably performed when patterning a metal fluoride, is more than necessary. And the removal is not easy. In particular, when a mask such as SrF 2 is exposed to plasma such as chlorine during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate at the time of subsequent mask layer removal is lower than before exposure to plasma such as chlorine. Have a tendency to For this reason, film formation of metal fluoride at an excessively high temperature is not preferable from the viewpoint of patterning and final removal.
まず半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされる前の金属フッ化物にあっては、低温成膜した層ほど塩酸等のエッチャントに対するエッチングレートが大きくエッチングが速く進行し、成膜温度を高くするほどエッチングレートが低下し、エッチングの進行が遅くなる。成膜温度が300℃以上になると、成膜温度が250℃程度の膜よりエッチングレートの低下が目立ってくるが、350℃から450℃程度では、非常に都合の良いエッチング速度の範囲にある。しかし、成膜温度が480℃を超えるとエッチング速度の絶対値が必要以上に小さくなり、当該金属フッ化物のパターニングに過剰な時間を費やすこととなり、また、レジストマスク層等が剥離しない条件でのパターニングが困難になる事もある。さらに、半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされた後の金属フッ化物にあっては、除去時の塩酸等に対するウエットエッチングレートは低下する性質があり、過剰な高温成長は金属フッ化物の除去を困難にしてしまう。 First, in the case of a metal fluoride before being exposed to plasma during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate 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SiNx、SiO2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、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4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、SrF2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SiNx、SiO2などとの積層マスクとしてもよい。この場合、SiNx、SiO2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5-19に示すように、SiNx、SiO2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. 5-19, SiN x, SiO 2 or the
このような第二エッチング工程により、図5-9に示すように、装置間分離溝13が形成される。
By such a second etching step, an
なお、第一エッチング工程と第二エッチング工程は、どちらの工程を先に実施しても、後に実施してもかまわない。また、プロセスを簡略にするため、第一エッチング工程を先に実施し、その際のエッチングマスクを除去しないで、第二エッチング工程を実施することも好ましい。図5-19に示すように、まずSiNx、SiO2等の酸に強い材料(好ましくはSiNx)により第一エッチングマスク51を形成し、第一導電型クラッド層24が現れるようにエッチングし、マスク51を除去しないで、金属フッ化物層による第二エッチングマスク52を形成する。そして、第二エッチング工程を実施した後、マスク52を酸により除去し、その後、マスク51を適宜除去することが好ましい。
Note that the first etching step and the second etching step may be performed either first or later. In order to simplify the process, it is also preferable to perform the first etching step first and then perform the second etching step without removing the etching mask at that time. As shown in FIG. 5-19, first, a
形成される装置間分離溝間の最も狭い部分の幅を2LWSPT1とすると、LWSPT1はブレーキングによって素子分離を行う際には、20μm以上、例えば30μm以上であることが望ましい。また、ダイシング等によって実施する際には、LWSPT1は300μm以上であることが望ましい。また、大きすぎても無駄であるので、LWSPT1は通常は2000μm以下である。これらは、素子作製プロセスのマージンと、さらには、スクライブ領域の確保のために必要であるからである。 Assuming that the width of the narrowest portion between the device isolation grooves to be formed is 2L WSPT1 , it is desirable that L WSPT1 is 20 μm or more, for example, 30 μm or more when element separation is performed by braking. Further, when implemented by dicing or the like, L WSPT1 is desirably 300 μm or more. Moreover, since it is useless even if it is too large, L WSPT1 is usually 2000 μm or less. This is because it is necessary for the margin of the device manufacturing process and further for securing the scribe region.
尚、タイプDの説明で定義する「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 description of type D is a side wall surface that appears as a side wall in the second etching step, that is, the formation of the inter-device separation groove, and is not a wall surface that appears only in the first etching.
第二エッチング工程の後には、図5-10に示すように、絶縁層30を形成する。絶縁層30は、電気的に絶縁が確保できる材料であれば、適宜選択することができ、詳細は前述のとおりである。成膜方法は、プラズマCVD法等の公知の方法を用いればよい。
After the second etching step, an insulating
次に、図5-11に示すように、絶縁層30の所定部分を除去し、第二導電型側電極27上で絶縁層30が除去された第二導電型側電極露出部分37、第一導電型クラッド層24上で絶縁層30が除去された第一電流注入領域36、装置間分離溝13内で基板面と側壁から絶縁層30が除去された絶縁層非形成部分15を形成する。
Next, as shown in FIG. 5-11, a predetermined portion of the insulating
第二導電型側電極27上の絶縁層30の除去は、第二導電型側電極27の周辺部分が絶縁層30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37の表面積は第二電流注入領域36の面積よりも小さい。ここで、素子作製プロセス、特にフォトリソグラフィー工程のマージン、あるいは、ハンダ材による意図しない短絡等の発生を防止するためには、第二導電型側電極27の一部が絶縁層30に覆われている部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L2w)は前述のとおり15μm以上であることが望ましい。さらに望ましくは100μm以上である。絶縁層30によって第二導電型側電極27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28等の他の部分との意図しない短絡を低減することができる。
The insulating
絶縁層30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30がSiNx単層である場合には、SF6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30がSiOxとTiOxからなる誘電体多層膜である場合には、Arイオンミリングによって所望の部分の多層膜を除去することも可能である。
For the removal of the insulating
また、第二導電型側電極露出部分37、第一電流注入領域36、および絶縁層非形成部分15の形成は、別々に行ってもよいが、通常は同時にエッチングで形成する。
The second conductivity type side electrode exposed
尚、装置間分離溝内の基板近傍の側壁部分の絶縁層30を除去して、絶縁層非形成部分15を設けるには、たとえば、以下の様なプロセスで形成が可能である。まず、装置間分離溝13の面積とほぼ同等か少し小さめの開口を有するレジストマスクをフォトリソグラフィーによって形成し、次に、絶縁層30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30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30がウエットエッチャントで除去され、図5-11に示したように装置間分離溝近傍の絶縁層30が存在しない形状が得られる。このように絶縁層30を除去する場合においては、絶縁層30が存在しない薄膜結晶層の側壁は、アンドープ層の側壁であることが望ましい。これは、フリップチップマウントを実施する際に、万が一、支持体との接合用ハンダ等が側壁に付着しても、意図しない電気的短絡が発生しないためである。このような絶縁層30の除去形状は、特に発光素子の製造工程中に、基板21を除去する際には、これに付随して絶縁層30の剥離など意図しない不具合が発生しないため、望ましい形状である。
In order to provide the insulating layer
次に、図5-12に示すように、第一導電型側電極28を形成する。タイプDの発光素子においては、第一導電型側電極28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28と第二導電型側電極27は、空間的に重なりを有さないことが特徴である。これは、当該素子をハンダなどでフリップチップマウントした際に、支持体などとの十分な密着性を確保するに十分な面積を確保しつつ、第二導電型側電極27と第一導電型側電極28との間のハンダ材等による意図しない短絡を防止するのに十分な間隔を確保するために重要である。第一導電型側電極28が絶縁層30に接している部分の幅の中で、最も狭い部分の幅(L1w)は、前述の範囲になるように設定される。通常、5μm以上があれば、フォトリソグラフィー工程とリフトオフ法によるプロセスマージンは確保できる。
Next, as shown in FIGS. 5-12, the first conductivity
電極材料としては、すでに説明したとおり、第一導電型がn型であるとすると、Ti、Al、AgおよびMoのいずれかから選択される材料、またはすべてを構成元素として含むことが望ましい。また、n側電極の第1の光取り出し方向とあい対する向きには、Alが露出するのが普通である。 As described above, when the first conductivity type is n-type as described above, it is desirable to include, as a constituent element, a material selected from any one of Ti, Al, Ag, and Mo. Further, Al is usually exposed in the direction facing the first light extraction direction of the n-side electrode.
電極材料の成膜には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、電極形状とするためには、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適宜使用可能である。 Various film formation techniques such as sputtering, vacuum evaporation, plating, etc. can be applied to the film formation of the electrode material. In order to obtain an electrode shape, a lift-off method using a photolithography technique, a metal mask, or the like was used. Site selective vapor deposition or the like can be used as appropriate.
第一導電型側電極28は、この例では、第一導電型クラッド層24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
この製造方法では、第一導電型側電極28が、積層構造形成の最終段階にて製造されることにより、プロセスダメージ低減の観点でも有利である。第一導電型がn型である場合には、n側電極は、好ましい実施形態では、Alがその電極材の表面に形成される。この場合に、もしn側電極が第二導電型側電極27のように絶縁層30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30のエッチングプロセスを履歴することになる。絶縁層30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、タイプDの発光素子の製造においては、第一導電型側電極の形成が絶縁層の形成後かつ絶縁層の予定されている不要部分の除去後に行われることは、電極に対するダメージの低減に効果がある。
In this manufacturing method, the first conductivity
このようにして図5-12の構造が形成された後には、基板21を除去するための前準備をする。通常、図5-12に示された構造を、ウエハー全体として、あるいはその一部を、先ず、支持体40に接合する。これは、薄膜結晶層全体としても高々15μm程度の厚みであるので、基板21を剥離してしまうと、機械的強度が不十分になりそれだけで自立してその後のプロセスを受けることが困難になるからである。支持体40の材料等については前述のとおりである。
After the structure of FIGS. 5-12 is formed in this way, preparations for removing the
図5-13に示すように、支持体40上の金属層41(電極配線等)に例えば金属ハンダ42で接続して搭載する。
As shown in FIG. 5-13, the metal layer 41 (electrode wiring or the like) on the
このとき、タイプD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28が第一電流注入領域よりも大きく、十分な面積も有しているため、意図しない短絡の防止と高い放熱性の確保が両立しており望ましい。また、他の薄膜結晶層の側壁もバッファ層22の一部、特にアンドープ部分を除いて絶縁層30で保護されるため、ハンダの染み出し等があっても薄膜結晶層内、たとえば活性層構造側壁における短絡等も発生することがない。
At this time, in the type D light emitting element, the second conductivity
次に、支持体40に素子を接合した後に、基板21を剥離する。基板21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21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21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かならる基板21上に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22に使用されるGaNには吸収される248nmのKrFエキシマレーザを用いて、バッファ層22の一部のGaNを金属Gaと窒素に分解し、基板21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5-14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
またZnOおよびScAlMgO4等を基板21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21をウェットエッチングで除去することも可能である。
In addition, when ZnO, ScAlMgO 4 or the like is used as the
タイプDの発光素子では、基板21に絶縁層30が接している部分がないため、基板21の剥離を実施した際に副次的に絶縁層30の剥離等が発生することがない。
In the type D light emitting element, since there is no portion where the insulating
その後、図5-14に示すように、装置間分離溝が存在する箇所に対応する分離領域47において、支持体40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40の分離領域47には、金属配線が存在しないことが好ましい。ここに金属配線が存在すると装置間の分離が実施しにくいからである。
Thereafter, as shown in FIG. 5-14, the light emitting element is separated together with the
支持体40の分離領域部分の切断には、母材によって、ダイシング、スクライビングとブレーキングなど適宜プロセスを選択可能である。また、装置間分離溝が、バッファ層22の途中まで形成されている場合には、装置間分離溝を使用して、ダイヤモンドスクライブによる傷いれ、レーザスクライブによるバッファ層の一部のアブレーション等を実施する事で、薄膜結晶成長層部分における発光素子間の分離は容易に実現可能である。その後、支持体40はダイシングによって、各発光素子に分離することが可能である。場合によっては、発光素子間の分離は、薄膜結晶成長層と支持体40をダイシングによって同時に分離することも可能である。
For the cutting of the separation region portion of the
以上のようにして、図5-1A〜図5-2に示した態様の発光素子が完成する。 As described above, the light-emitting element having the mode illustrated in FIGS. 5-1A to 5-2 is completed.
<第2の態様の発光素子の製造方法>
図5-3Aに示す第2の態様の発光素子を製造するには、第1の態様の製造方法の説明中で、装置間分離溝の形成の際に、バッファ層の途中でエッチングを止める。同様にして絶縁層30を形成し、絶縁層30をエッチングするときに、図5-4Bに示すように、装置間分離溝13の中央を含む領域から絶縁層30を除去し、スクライブ領域14を形成する。第1の態様では、溝底面上の絶縁層すべてを除去したが、この態様では溝底面にも絶縁層30が残るようにして、意図的なサイドエッチングは行わない。スクライブ領域14の幅は、すでに説明したように所定のLwsが得られるように設定することができる。その後は、第1の態様と同様にして、図5-3Aに示す発光素子が完成する。
<The manufacturing method of the light emitting element of a 2nd aspect>
To manufacture the light emitting device of the second mode shown in FIG. 5-3A, the etching is stopped in the middle of the buffer layer when forming the inter-device isolation groove in the description of the manufacturing method of the first mode. Similarly, when the insulating
第1の態様および第2の態様に共通して、この製造方法では、説明のとおり薄膜結晶層の形成、第二導電型側電極27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30の形成、絶縁層30の除去(第二導電型側電極露出部分の形成、第一電流注入領域の形成、スクライブ領域の形成)、第一導電型側電極28の形成は、この順に実施されることが望ましく、この工程順により、第二導電型側電極直下の薄膜結晶層のダメージがなく、また第一導電型側電極28にもダメージのない発光素子を得ることができる。そして、装置形状はプロセスフローを反映したものとなっている。即ち、発光素子は、第二導電型側電極27、絶縁層30、第一導電型側電極28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27は、第二導電型クラッド層26(またはその他の第二導電型薄膜結晶層)に絶縁層30を介在しないで接しており、第二導電型側電極27の上部周辺には絶縁層30で覆われた部分があり、第一導電型側電極28と第一導電型側クラッド層24(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30が介在している部分が存在している。
In common with the first aspect and the second aspect, in this manufacturing method, as described, formation of a thin film crystal layer, formation of the second conductivity
<<2−6.タイプC、Dの発光素子の製造方法の特徴>>
前述したタイプCおよびタイプDの発光素子の製法は、以下の事項に特徴付けられる。
<< 2-6. Features of type C and D light emitting device manufacturing method >>
The manufacturing method of the above-mentioned type C and type D light emitting elements is characterized by the following matters.
1. (a)基板上に、バッファ層を成膜する工程(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)前記バッファ層の少なくとも一部を除去するまで、または(ii)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 on the 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, and (i) at least one of the buffer layers Or (ii) a second etching step (e) in which etching is performed at a depth that reaches at least the substrate to form the inter-device separation groove;
(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. 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 of.
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
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
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(但し、前記工程(e)において前記基板に達するまでエッチングを行い、且つ前記工程(g)において前記溝底面上の中央を含む領域の絶縁層のみを除去する場合を除く。)。
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 the above 1 to 4, further comprising a step of dividing the support and separating the elements (however, etching is performed until reaching the substrate in the step (e), and (Excluding the case where only the insulating layer in the region including the center on the bottom surface of the groove is removed in the step (g)).
7. 前記バッファ層が、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
8. 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1〜7のいずれかに記載の方法。 8). 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. 8. The method according to any one of 1 to 7 above, which is formed.
9. 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1〜8のいずれかに記載の方法。 9. 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. 9. The method according to any one of 1 to 8 above, wherein a part of the electrode is exposed.
10. 前記L2wが30μm以上であることを特徴とする上記9記載の方法。 10. 10. The method according to 9 above, wherein the L 2w is 30 μm or more.
11. 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1〜10のいずれかに記載の方法。 11. Any one of the above 1 to 10, 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.
12. 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1〜11のいずれかに記載の方法。 12 Said 1-11 characterized by said 2nd conductivity type side electrode including the layer which consists of a material containing the element chosen from the group which consists of Ni, Pt, Pd, Mo, Au, and those 2 or more types of combinations. The method in any one of.
13. 前記絶縁層が、SiOx、AlOx、TiOx、TaOx、HfOx、ZrOx、SiNx、AlNx、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFx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1〜12のいずれかに記載の方法。 13. 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 12 above, wherein the method is a single layer.
14. 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1〜13のいずれかに記載の方法。 14 14. The method according to any one of 1 to 13, wherein the insulating layer is a dielectric multilayer film composed of a plurality of layers.
15. 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14記載の方法。
15. 15. The method according to
16. 前記フッ化物が、AlFx、BaFx、CaFx、SrFxおよびMgFxからなる群より選ばれることを特徴とする上記15記載の方法。 16. 16. The method according to 15 above, wherein the fluoride is selected from the group consisting of AlF x , BaF x , CaF x , SrF x and MgF x .
17. 前記薄膜結晶層を、サファイア、SiC、GaN、LiGaO2、ZnO、ScAlMgO4、NdGaO3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1〜16のいずれかに記載の方法。
17. The thin-film crystal layer, sapphire, SiC, GaN,
18. 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1〜17のいずれかに記載の方法。 18. 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 18. The method according to any one of 1 to 17 above, wherein an element selected from the group consisting of Al is contained.
19. 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1〜18のいずれかに記載の方法。
19. 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 18 above, wherein
20. 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1〜19のいずれかに記載の方法。 20. 20. The method according to any one of 1 to 19 above, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
21. 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。
21. 6. The method according to
22. 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。 22. 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.
23. 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21または22記載の方法。 23. 21. 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 by metal solder and metal bumps. Or the method according to 22.
24. 前記サブマウントまたは支持体の母材がAlN、Al2O3、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21〜23のいずれかに記載の方法。 24. 24. The method according to any one of 21 to 23, wherein the base material of the submount or the support is selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si, glass, SiC, diamond, BN, and CuW. .
25. 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21〜24のいずれかに記載の方法。 25. 25. The method according to any one of 21 to 24, wherein a metal layer is not formed at a separation portion between the light emitting elements of the submount or the support.
26. 前記基板の第1の光取り出し方向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。 26. 6. The method according to 5 above, wherein a surface of the substrate on the first light extraction direction side is not flat.
27. 前記バッファ層の第1の光取り出し方向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。 27. 7. The method according to claim 6, wherein the surface of the buffer layer on the first light extraction direction side is not flat.
28. 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、前記基板から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向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。
28. The reflectance of the light having the emission wavelength of the light emitting element that is perpendicularly incident on the substrate side from the buffer layer is R3, and the light emission of the light emitting element is perpendicularly incident on the first light extraction direction side space from the substrate. When the reflectance at which the wavelength of light is 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 first light extraction direction side of the substrate so as to satisfy the above.
29. 前記第一導電型半導体層からバッファ層側に垂直入射する当該発光素子の発光波長の光がバッファ層で反射される反射率をR3、前記バッファ層から第1の光取り出し方向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第1の光取り出し方向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。
29. 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 first conductivity type semiconductor layer is reflected by the buffer layer is R3, and the reflectance from the buffer layer is perpendicular to the space on the first light extraction direction side. When the reflectance at which the light having the emission wavelength of the light emitting element that is incident is reflected at the interface with the space is represented by R4,
R4 <R3
7. The method according to claim 6, wherein a low reflection optical film is provided on the first light extraction direction side of the buffer layer so as to satisfy the above condition.
30. 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1〜29のいずれかに記載の方法。 30. 30. The method according to any one of 1 to 29, wherein the substrate is GaN, and all of the buffer layer is formed of GaN at a temperature of 900 ° C. or higher.
上記の製造方法によれば、青色または紫外発光が可能な発光素子であって、高出力、高効率の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 above manufacturing method, it is possible to provide a manufacturing method of a flip-chip mount type semiconductor light emitting device which is a light emitting device capable of emitting blue or ultraviolet light and has high output and high efficiency.
上記の製造方法では、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 above manufacturing method, 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.
上記の製造方法によれば、タイプCおよびタイプDにおいて開示される発光素子を製造することができる。この製造方法は、工程(a)〜工程(j)を有しており、その工程順を図6のフローチャートに示す。ここで開示される発明では、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。 According to said manufacturing method, the light emitting element disclosed in type C and type D can be manufactured. This manufacturing method has steps (a) to (j), and the order of the steps is shown in the flowchart of FIG. In the invention disclosed here, 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.
薄膜結晶成長に使用した基板を剥離する場合、即ちタイプDで開示される発光素子を製造する場合は、工程(j)の後に実施する。 When the substrate used for the thin film crystal growth is peeled off, that is, when the light emitting device disclosed in type D is manufactured, the step is performed after the step (j).
各工程の具体的内容に関しては、すでにタイプCおよびタイプDにおいて説明した通りであり、上記の製造方法は、その内容のすべてを包含する。但し、タイプCにて開示される発光素子においては、バッファ層は任意の構成であるので、バッファ層がない構成の発光素子を作製するときは、バッファ層の成膜工程は省略される。 The specific contents of each step are as already described in Type C and Type D, and the above manufacturing method includes all of the contents. However, in the light-emitting element disclosed in type C, since the buffer layer has an arbitrary configuration, the step of forming the buffer layer is omitted when a light-emitting element having no buffer layer is manufactured.
また、工程(e)の違いと、工程(g)の違いにより、素子端の形状、絶縁層の溝底面および側壁面での形状が異なる。 Further, the shape of the element end, the shape of the groove bottom surface and the side wall surface of the insulating layer are different depending on the difference of the step (e) and the step (g).
<<2−7. 本発明の集積型発光源の形態>>
上記タイプA〜タイプDの発光素子は、種々の形態にて、本発明の集積型発光源に組み入れることができる。
<< 2-7. Form of integrated light source of the present invention >>
The light emitting elements of type A to type D can be incorporated into the integrated light source of the present invention in various forms.
タイプAの形態においては、図11に示すように、発光素子10に備えられているサブマウント40を、メイン支持体100上に搭載して、集積型発光源とすることができる。この集積型発光源では、メイン支持体100とは別に、発光素子に対応してサブマント40が存在する。光取り出し材料110の付着形態は、前述の(i)〜(v)のいずれも可能である。図11には、(v)の付着形態を示した。
In the type A form, as shown in FIG. 11, the
あるいは、図11Aに示すように、外周部を壁状に取り囲む反射板を有するマウント部品105をメイン支持体として用いることもできる。この集積型発光源は、マウント部品105上の反射板で囲まれた部分に、サブマウント40付きの発光素子10が搭載され、さらに、反射板の内側の空間に光取り出し材料110が充填された構造を有している。図11Aでも光取り出し材料110の付着の形態として(v)の形態を示したが、前述の(i)〜(v)のいずれも可能である。
Alternatively, as shown in FIG. 11A, a
また、サブマウントが存在しない形態も可能である。即ち、メイン支持体100上に必要な金属配線を予め形成しておくことで、メイン支持体100にタイプAの説明中のサブマウント40を兼ねさせることできる。この例は、すでに図7−1、図7−2、図8−1、図8−2、図9および図10で示したとおり、メイン支持体100上の金属配線に、金属ハンダ等を介して直接、発光素子10を搭載する。さらに、図12に示すように、複数の発光素子10を1つのサブマウント40に搭載した素子の1つまたは複数個を、さらにメイン支持体100上に搭載して本発明の集積型発光源とすることもできる。発光素子10への光取り出し材料110の付着の形態の1例として、図12には(v)の付着形態を示したが、前述の(i)〜(v)のいずれも可能である。
Further, a form in which no submount exists is also possible. That is, by forming the necessary metal wiring on the
なお、図示はしていないが、タイプCの発光素子(すなわち、例えば図4−1Aに示したような、光均一化層のない発光素子)を用いた場合も、メイン支持体上への複数の発光素子の配列形態、および発光素子への光取り出し材料の付着形態は、タイプAの発光素子を用いた場合と同様とすることができる。 Although not shown, even when a type C light emitting element (that is, a light emitting element without a light uniformizing layer as shown in FIG. 4A, for example) is used, a plurality of light emitting elements on the main support are used. The arrangement form of the light emitting elements and the attachment form of the light extraction material to the light emitting elements can be the same as in the case of using the type A light emitting elements.
また、タイプBの形態においても同様に、図13に示すように、発光素子10ごとに備えられている支持体40をメイン支持体100上に搭載したり、図14に示すように、複数の発光素子10を1つの支持体40に搭載した1つまたは複数の素子をメイン支持体100上に搭載したり、図15に示すように、複数の発光素子10を、金属ハンダ等を介してメイン支持体100上に直接搭載したりすることによって、集積型発光源とすることができる。タイプBの形態の発光素子10を、支持体40を使用せずに直接メイン支持体100に搭載する場合、基板21がついている状態の作製途中のデバイスを、支持体40ではなくメイン支持体100に接合し、その後、基板21を剥離することで製造することができる。タイプCの形態においても、光取り出し材料110の付着形態として、図12〜14では(v)の付着形態を示したが、前述の(i)〜(v)のいずれも可能である。
Similarly, in the type B form, as shown in FIG. 13, a
なお、図示はしていないが、タイプDの発光素子(すなわち、例えば図5−1Aに示したような、光均一化層のない発光素子)を用いた場合も、メイン支持体上への複数の発光素子の配列形態、および発光素子への光取り出し材料の付着形態は、タイプBの発光素子を用いた場合と同様とすることができる。 Although not shown, even when a type D light emitting element (that is, a light emitting element having no light uniformizing layer as shown in FIG. 5A for example) is used, a plurality of light emitting elements on the main support are used. The arrangement form of the light emitting elements and the attachment form of the light extraction material to the light emitting elements can be the same as in the case of using the type B light emitting elements.
また、図11Aに示した構成は、マウント部品105をメイン支持体として用いた代表的な例を示すだけであって、上述した集積型発光源の全ての形態に適用することができる。
Further, the configuration shown in FIG. 11A only shows a typical example using the
<<3. 光取り出し材料>>
本発明に使用される光取り出し材料は、透明性、適切な屈折率、および密着性を有する材料であれば特に限定されない。さらに好ましくは、耐熱性およびこれらの各特性の長期安定性を有する材料である。
<< 3. Light extraction material >>
The light extraction material used for this invention will not be specifically limited if it is material which has transparency, a suitable refractive index, and adhesiveness. More preferably, the material has heat resistance and long-term stability of each of these characteristics.
<<3−1. 光取り出し材料の具体的材料>>
光取り出し材料としては、発光素子には液状で付着(塗布)され、その後、何らかの硬化処理を施すことにより硬化されて固体状になる硬化性材料を用いることができる。ここで、「液状」とは、一般的な意味で用いられる液体状だけでなくゲル状も含む。本出願において、「光取り出し材料」の用語は、一般に硬化後の材料を意味し、液状の材料は、「硬化前」等の用語により区別される。尚、「硬化」の用語は、液状から固体状に変化するすべて変化を含み、重合および/または架橋による硬化に加えて、溶融状態から冷却による固体化、および溶媒蒸発による乾燥等を含む。
<< 3-1. Specific materials for light extraction materials >>
As the light extraction material, it is possible to use a curable material that is attached (applied) in a liquid state to the light emitting element and then cured by applying some curing treatment to become a solid. Here, “liquid” includes not only a liquid form used in a general sense but also a gel form. In the present application, the term “light extraction material” generally means a material after curing, and a liquid material is distinguished by a term such as “before curing”. The term “curing” includes all changes from a liquid state to a solid state, and includes solidification by cooling from a molten state and drying by solvent evaporation in addition to curing by polymerization and / or crosslinking.
硬化性材料は、発光素子から発せられた光の取り出し効率を高めるという光取り出し材料の役割を担保するものであれば、具体的な種類に制限は無い。また、硬化性材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。したがって、硬化性材料としては、無機系材料及び有機系材料並びに両者の混合物のいずれを用いることも可能である。 The curable material is not particularly limited as long as it secures the role of the light extraction material to increase the extraction efficiency of light emitted from the light emitting element. Moreover, only 1 type may be used for a curable material and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. Therefore, as the curable material, any of inorganic materials, organic materials, and mixtures thereof can be used.
無機系材料としては、例えば、金属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマー若しくは金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法により加水分解重合して成る溶液、またはこれらの組み合わせを固化した無機系材料(例えばシロキサン結合を有する無機系材料)等を挙げることができる。 As the inorganic material, for example, a solution obtained by hydrolytic polymerization of a solution containing a metal alkoxide, a ceramic precursor polymer or a metal alkoxide by a sol-gel method, or a combination thereof is solidified (for example, a siloxane bond). Inorganic materials having
一方、有機系材料としては、例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等が挙げられる。具体例を挙げると、ポリ(メタ)アクリル酸メチル等の(メタ)アクリル樹脂;ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体等のスチレン樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリエステル樹脂;フェノキシ樹脂;ブチラール樹脂;ポリビニルアルコール;エチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート等のセルロース系樹脂;エポキシ樹脂;フェノール樹脂;シリコーン樹脂等が挙げられる。 On the other hand, examples of the organic material include a thermosetting resin and a photocurable resin. Specific examples include (meth) acrylic resins such as poly (meth) acrylic acid methyl; styrene resins such as polystyrene and styrene-acrylonitrile copolymers; polycarbonate resins; polyester resins; phenoxy resins; butyral resins; Cellulose resins such as cellulose acetate and cellulose acetate butyrate; epoxy resins; phenol resins; silicone resins and the like.
これら硬化性材料の中では、特に、発光素子からの発光に対して劣化が少なく、耐熱性にも優れる珪素含有化合物を使用することが好ましい。珪素含有化合物とは分子中に珪素原子を有する化合物をいい、ポリオルガノシロキサン等の有機材料(シリコーン系材料)、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の無機材料、及びホウケイ酸塩、ホスホケイ酸塩、アルカリケイ酸塩等のガラス材料を挙げることができる。中でも、透明性、接着性、ハンドリングの容易さ、機械的、熱適応力の緩和特性に優れる等の点から、シリコーン系材料が好ましい。 Among these curable materials, it is particularly preferable to use a silicon-containing compound that has little deterioration with respect to light emission from the light emitting element and is excellent in heat resistance. A silicon-containing compound is a compound having a silicon atom in the molecule, organic materials such as polyorganosiloxane (silicone-based materials), inorganic materials such as silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride, and borosilicates and phosphosilicates. Examples thereof include glass materials such as salts and alkali silicates. Of these, silicone materials are preferred from the viewpoints of transparency, adhesion, ease of handling, mechanical and thermal adaptability relaxation characteristics, and the like.
<<3−2. シリコーン系材料>>
シリコーン系材料とは、通常、シロキサン結合を主鎖とする有機重合体をいい、例えば、下記の一般組成式(1)で表わされる化合物及び/又はそれらの混合物が挙げられる。
(R1R2R3SiO1/2)M(R4R5SiO2/2)D(R6SiO3/2)T(SiO4/2)Q・・・式(1)
一般組成式(1)において、R1からR6は、有機官能基、水酸基及び水素原子よりなる群から選択されるものを表わす。なお、R1からR6は、同じであってもよく、異なってもよい。
<< 3-2. Silicone-based material >>
The silicone material generally refers to an organic polymer having a siloxane bond as a main chain, and examples thereof include compounds represented by the following general composition formula (1) and / or mixtures thereof.
(R 1 R 2 R 3 SiO 1/2 ) M (R 4 R 5 SiO 2/2 ) D (R 6 SiO 3/2 ) T (SiO 4/2 ) Q Formula (1)
In the general composition formula (1), R 1 to R 6 represent those selected from the group consisting of organic functional groups, hydroxyl groups and hydrogen atoms. R 1 to R 6 may be the same or different.
また、一般組成式(1)において、M、D、T及びQは、0以上1未満の数を表わす。ただし、M+D+T+Q=1を満足する数である。 In the general composition formula (1), M, D, T, and Q represent a number of 0 or more and less than 1. However, the number satisfies M + D + T + Q = 1.
なお、シリコーン系材料を硬化性材料として用いる場合、その塗設に際しては、液状のシリコーン系材料を発光素子に付着させた後、熱や光によって硬化させればよい。 When a silicone material is used as the curable material, the liquid silicone material may be attached to the light emitting element and then cured by heat or light.
シリコーン系材料の種類:
シリコーン系材料を硬化のメカニズムにより分類すると、通常、付加重合硬化タイプ、縮重合硬化タイプ、紫外線硬化タイプ、パーオキサイド架硫タイプなどのシリコーン系材料を挙げることができる。これらの中では、付加重合硬化タイプ(付加型シリコーン樹脂)、縮合硬化タイプ(縮合型シリコーン樹脂)、紫外線硬化タイプが好適である。以下、付加型シリコーン系材料、及び縮合型シリコーン系材料について説明する。
Types of silicone materials:
When silicone materials are classified according to the curing mechanism, silicone materials such as an addition polymerization curing type, a condensation polymerization curing type, an ultraviolet curing type, and a peroxide vulcanization type can be generally cited. Among these, addition polymerization curing type (addition type silicone resin), condensation curing type (condensation type silicone resin), and ultraviolet curing type are preferable. Hereinafter, the addition type silicone material and the condensation type silicone material will be described.
付加型シリコーン系材料:
付加型シリコーン系材料とは、ポリオルガノシロキサン鎖が、有機付加結合により架橋されたものをいう。代表的なものとしては、例えばビニルシランとヒドロシランとをPt触媒などの付加型触媒の存在下反応させて得られる、Si−C−C−Si結合を架橋点に有する化合物等を挙げることができる。これらは市販のものを使用することができ、例えば付加重合硬化タイプの具体的商品名としては信越化学工業社製「LPS−1400」「LPS−2410」「LPS−3400」等が挙げられる。
Addition type silicone materials:
The addition-type silicone material refers to a material in which a polyorganosiloxane chain is crosslinked by an organic addition bond. Typical examples include compounds having a Si—C—C—Si bond at the cross-linking point obtained by reacting vinylsilane and hydrosilane in the presence of an addition catalyst such as a Pt catalyst. As these, commercially available products can be used. Specific examples of addition polymerization curing type trade names include “LPS-1400”, “LPS-2410”, and “LPS-3400” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
縮合型シリコーン系材料:
縮合型シリコーン系材料とは、例えば、アルキルアルコキシシランの加水分解・重縮合で得られるSi−O−Si結合を架橋点に有する化合物を挙げることができる。具体的には、下記一般式(2)及び/又は(3)で表わされる化合物、及び/又はそのオリゴマーを加水分解・重縮合して得られる重縮合物が挙げられる。
Mm+XnY1 m-n (2)
(式(2)中、Mは、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、及びチタンからなる群より選択される少なくとも1種の元素を表わし、Xは、加水分解性基を表わし、Y1は、1価の有機基を表わし、mは、Mの価数を表わす1以上の整数を表わし、nは、X基の数を表わす1以上の整数を表わす。但し、m≧nである。)
(Ms+XtY1 s-t-1)uY2 (3)
(式(3)中、Mは、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、及びチタンからなる群より選択される少なくとも1種の元素を表わし、Xは、加水分解性基を表わし、Y1は、1価の有機基を表わし、Y2は、u価の有機基を表わし、sは、Mの価数を表わす1以上の整数を表わし、tは、1以上、s−1以下の整数を表わし、uは、2以上の整数を表わす。)
Condensed silicone material:
Examples of the condensation type silicone material include a compound having a Si—O—Si bond obtained by hydrolysis and polycondensation of an alkylalkoxysilane at a crosslinking point. Specific examples include polycondensates obtained by hydrolysis and polycondensation of compounds represented by the following general formula (2) and / or (3) and / or oligomers thereof.
M m + X n Y 1 mn (2)
(In Formula (2), M represents at least one element selected from the group consisting of silicon, aluminum, zirconium, and titanium, X represents a hydrolyzable group, and Y 1 represents a monovalent group. Represents an organic group, m represents an integer of 1 or more representing the valence of M, and n represents an integer of 1 or more representing the number of X groups, provided that m ≧ n.
(M s + X t Y 1 st-1) u Y 2 (3)
(In Formula (3), M represents at least one element selected from the group consisting of silicon, aluminum, zirconium, and titanium, X represents a hydrolyzable group, and Y 1 represents a monovalent group. Represents an organic group, Y 2 represents a u-valent organic group, s represents an integer of 1 or more representing the valence of M, t represents an integer of 1 or more and s−1 or less, u represents Represents an integer of 2 or more.)
また、縮合型シリコーン系材料には、硬化触媒を含有させておいても良い。硬化触媒としては、本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを用いることができ、例えば、金属キレート化合物などを好適に用いることができる。金属キレート化合物は、アルミニウム、ジルコニウム、スズ、亜鉛、チタン及びタンタルからなる群より選ばれるいずれか1以上を含むものが好ましく、Zrを含むものがさらに好ましい。なお、硬化触媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The condensation type silicone material may contain a curing catalyst. Any curing catalyst can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. For example, a metal chelate compound can be suitably used. The metal chelate compound preferably contains one or more selected from the group consisting of aluminum, zirconium, tin, zinc, titanium and tantalum, and more preferably contains Zr. In addition, only 1 type may be used for a curing catalyst and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
このような縮合型シリコーン系材料としては、例えば、特開2006−77234号公報、特開2006−291018号公報、特開2006−316264号公報、特開2006−336010号公報、特開2006−348284号公報、および国際公開2006/090804号パンフレットに記載の半導体発光デバイス用部材が好適である。 Examples of such condensation-type silicone materials include, for example, JP-A-2006-77234, JP-A-2006-291018, JP-A-2006-316264, JP-A-2006-336010, and JP-A-2006-348284. And a member for a semiconductor light emitting device described in International Publication No. 2006/090804 pamphlet are suitable.
縮合型シリコーン系材料の中で、特に好ましい材料について、以下に説明する。 Of the condensed silicone materials, particularly preferred materials will be described below.
シリコーン系材料は、一般に半導体発光素子や当該素子を配置する基板、パッケージ等との接着性が弱いことが多い。そこで、本発明に用いる硬化性材料としては密着性が高いシリコーン系材料を用いることが好ましく、特に、以下の特徴〈1〉〜〈3〉のうち、1つ以上を有する縮合型シリコーン系材料を用いることがより好ましい。 In general, silicone materials often have low adhesion to semiconductor light emitting elements, substrates on which the elements are arranged, packages, and the like. Therefore, it is preferable to use a silicone material having high adhesion as the curable material used in the present invention, and in particular, a condensed silicone material having one or more of the following features <1> to <3>. More preferably, it is used.
〈1〉ケイ素含有率が20重量%以上である。 <1> The silicon content is 20% by weight or more.
〈2〉後に詳述する方法によって測定した固体Si−核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおいて、下記(a)及び/又は(b)のSiに由来するピークを少なくとも1つ有する。
(a)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−40ppm以上、0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク。
(b)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−80ppm以上、−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク。
<2> The solid Si-nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measured by the method described in detail later has at least one peak derived from Si in the following (a) and / or (b).
(A) A peak whose peak top position is in the region of chemical shift −40 ppm or more and 0 ppm or less with respect to silicone rubber, and the peak half-value width is 0.3 ppm or more and 3.0 ppm or less.
(B) A peak whose peak top position is in a region where the chemical shift is −80 ppm or more and less than −40 ppm with respect to the silicone rubber, and the half width of the peak is 0.3 ppm or more and 5.0 ppm or less.
〈3〉シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。 <3> The silanol content is 0.01% by weight or more and 10% by weight or less.
本発明で用いる硬化性材料としては、上記の特徴〈1〉〜〈3〉のうち、特徴〈1〉を有するシリコーン系材料が好ましい。さらに好ましくは、上記の特徴〈1〉及び〈2〉を有するシリコーン系材料が好ましい。特に好ましくは、上記の特徴〈1〉〜〈3〉を全て有するシリコーン系材料が好ましい。以下、上記の特徴〈1〉〜〈3〉について説明する。 The curable material used in the present invention is preferably a silicone material having the characteristic <1> among the above characteristics <1> to <3>. More preferably, a silicone material having the above characteristics <1> and <2> is preferable. Particularly preferably, a silicone material having all of the above features <1> to <3> is preferable. Hereinafter, the features <1> to <3> will be described.
〔特徴〈1〉(ケイ素含有率)〕
本発明で用いることのできる硬化性材料として好適なシリコーン系材料のケイ素含有率は、通常20重量%以上であり、中でも25重量%以上が好ましく、30重量%以上がより好ましい。一方、上限としては、SiO2のみからなるガラスのケイ素含有率が47重量%であるという理由から、通常47重量%以下の範囲である。
[Feature <1> (silicon content)]
The silicon content of a silicone material suitable as a curable material that can be used in the present invention is usually 20% by weight or more, preferably 25% by weight or more, and more preferably 30% by weight or more. On the other hand, the upper limit is usually in the range of 47% by weight or less because the silicon content of the glass composed solely of SiO 2 is 47% by weight.
なお、シリコーン系材料のケイ素含有率は、例えば以下の方法を用いて誘導結合高周波プラズマ分光(inductively coupled plasma spectrometry:以下適宜「ICP」と略する。)分析を行ない、その結果に基づいて算出することができる。 Note that the silicon content of the silicone-based material is calculated based on the results obtained by performing inductively coupled plasma spectroscopy (hereinafter abbreviated as “ICP” as appropriate), for example, using the following method. be able to.
ケイ素含有率の測定:
シリコーン系材料を白金るつぼ中にて大気中、450℃で1時間、次いで750℃で1時間、950℃で1.5時間保持して焼成し、炭素成分を除去した後、得られた残渣少量に10倍量以上の炭酸ナトリウムを加えてバーナー加熱し溶融させ、これを冷却して脱塩水を加え、更に塩酸にてpHを中性程度に調整しつつケイ素として数ppm程度になるよう定容し、ICP分析を行なう。
Measurement of silicon content:
Silicone material is baked in a platinum crucible in the air at 450 ° C. for 1 hour, then at 750 ° C. for 1 hour, and at 950 ° C. for 1.5 hours to remove the carbon component, and then a small amount of residue is obtained. Add more than 10 times the amount of sodium carbonate and heat with a burner to melt, cool this, add demineralized water, and adjust the pH to neutral with hydrochloric acid to a few ppm as silicon. ICP analysis is performed.
〔特徴〈2〉(固体Si−NMRスペクトル)〕
本発明で用いることのできる硬化性材料として好適なシリコーン系材料の固体Si−NMRスペクトルを測定すると、有機基の炭素原子が直接結合したケイ素原子に由来する前記(a)及び/又は(b)のピーク領域に少なくとも1本、好ましくは複数本のピークが観測される。
[Characteristic <2> (Solid Si-NMR spectrum)]
When a solid Si-NMR spectrum of a silicone material suitable as a curable material that can be used in the present invention is measured, the above (a) and / or (b) derived from a silicon atom to which a carbon atom of an organic group is directly bonded. At least one, preferably a plurality of peaks are observed in the peak region.
ケミカルシフト毎に整理すると、本発明で用いることのできる硬化性材料として好適なシリコーン系材料において、前記(a)に記載のピークの半値幅は、分子運動の拘束が小さいために全般に前記(b)に記載のピークの場合より小さく、通常3.0ppm以下、好ましくは2.0ppm以下、また、通常0.3ppm以上の範囲である。 When arranged for each chemical shift, in the silicone material suitable as the curable material that can be used in the present invention, the half width of the peak described in the above (a) is generally the above ( It is smaller than the peak described in b) and is usually 3.0 ppm or less, preferably 2.0 ppm or less, and usually 0.3 ppm or more.
一方、前記(b)に記載のピークの半値幅は、通常5.0ppm以下、好ましくは4.0ppm以下、また、通常0.3ppm以上、好ましくは0.4ppm以上の範囲である。 On the other hand, the half width of the peak described in (b) is usually 5.0 ppm or less, preferably 4.0 ppm or less, and usually 0.3 ppm or more, preferably 0.4 ppm or more.
上記のケミカルシフト領域において観測されるピークの半値幅が大きすぎると、分子運動の拘束が大きくひずみの大きな状態となり、クラックが発生し易く、耐熱・耐候耐久性に劣る部材となる場合がある。例えば、四官能シランを多用した場合や、乾燥工程において急速な乾燥を行ない大きな内部応力を蓄えた状態などにおいて、半値幅範囲が上記の範囲より大きくなることがある。 If the half-value width of the peak observed in the chemical shift region is too large, the molecular motion is constrained and strain is large, cracks are likely to occur, and the member may be inferior in heat resistance and weather resistance. For example, when a large amount of tetrafunctional silane is used, or when a large internal stress is accumulated by rapid drying in the drying process, the full width at half maximum may be larger than the above range.
また、ピークの半値幅が小さすぎると、その環境にあるSi原子はシロキサン架橋に関わらないことになり、三官能シランが未架橋状態で残留する例など、シロキサン結合主体で形成される物質より耐熱・耐候耐久性に劣る部材となる場合がある。 In addition, if the half width of the peak is too small, Si atoms in the environment will not be involved in siloxane crosslinking, and heat resistance is higher than substances formed mainly from siloxane bonds, such as examples where trifunctional silane remains in an uncrosslinked state. -It may be a member inferior in weather resistance.
但し、大量の有機成分中に少量のSi成分が含まれるシリコーン系材料においては、−80ppm以上に上述の半値幅範囲のピークが認められても、良好な耐熱・耐光性及び塗布性能は得られない場合がある。 However, in a silicone material containing a small amount of Si component in a large amount of organic component, good heat resistance / light resistance and coating performance can be obtained even if the peak of the above-mentioned half-value range is observed at -80 ppm or more. There may not be.
本発明で用いることのできる硬化性材料として好適なシリコーン系材料のケミカルシフトの値は、例えば、以下の方法を用いて固体Si−NMR測定を行ない、その結果に基づいて算出することができる。また、測定データの解析(半値幅やシラノール量解析)は、例えばガウス関数やローレンツ関数を使用した波形分離解析等により、各ピークを分割して抽出する方法で行なう。 The chemical shift value of a silicone material suitable as a curable material that can be used in the present invention can be calculated based on the results of solid Si-NMR measurement using the following method, for example. In addition, analysis of measurement data (half-width or silanol amount analysis) is performed by a method of dividing and extracting each peak by, for example, waveform separation analysis using a Gaussian function or a Lorentz function.
[固体Si−NMRスペクトル測定]
シリコーン系材料について固体Si−NMRスペクトルを行なう場合、以下の条件で固体Si−NMRスペクトル測定及び波形分離解析を行なう。また、得られた波形データより、シリコーン系材料について、各々のピークの半値幅を求める。
[Solid Si-NMR spectrum measurement]
When performing a solid Si-NMR spectrum about a silicone type material, a solid Si-NMR spectrum measurement and waveform separation analysis are performed on condition of the following. Further, from the obtained waveform data, the half width of each peak is determined for the silicone material.
[装置条件]
装置:Chemagnetics社 Infinity CMX-400 核磁気共鳴分光装置
29Si共鳴周波数:79.436MHz
プローブ:7.5mmφCP/MAS用プローブ
測定温度:室温
試料回転数:4kHz
測定法:シングルパルス法
1Hデカップリング周波数:50kHz
29Siフリップ角:90゜
29Si90゜パルス幅:5.0μs
繰り返し時間:600s
積算回数:128回
観測幅:30kHz
ブロードニングファクター:20Hz
基準試料:シリコーンゴム
[Equipment conditions]
Equipment: Chemagnetics Infinity CMX-400 Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer
29 Si resonance frequency: 79.436 MHz
Probe: 7.5 mmφ CP / MAS probe Measurement temperature: room temperature Sample rotation speed: 4 kHz
Measurement method: Single pulse method
1 H decoupling frequency: 50 kHz
29 Si flip angle: 90 °
29
Repeat time: 600s
Integration count: 128 Observation width: 30 kHz
Broadening factor: 20Hz
Reference sample: Silicone rubber
[データ処理例]
シリコーン系材料については、512ポイントを測定データとして取り込み、8192ポイントにゼロフィリングしてフーリエ変換する。
[Data processing example]
For silicone-based materials, 512 points are taken as measurement data, zero-filled to 8192 points, and Fourier transformed.
[波形分離解析法]
フーリエ変換後のスペクトルの各ピークについてローレンツ波形及びガウス波形或いは両者の混合により作成したピーク形状の中心位置、高さ、半値幅を可変パラメータとして、非線形最小二乗法により最適化計算を行なう。
[Waveform separation analysis method]
For each peak of the spectrum after Fourier transform, optimization calculation is performed by a non-linear least square method with the center position, height, and half width of the peak shape created by Lorentz waveform and Gaussian waveform or a mixture of both as variable parameters.
なお、ピークの同定は、AIChE Journal, 44(5), p.1141, 1998年等を参考にする。 In addition, the identification of a peak is AIChE Journal, 44 (5), p. Refer to 1141, 1998, etc.
〔特徴〈3〉(シラノール含有率)〕
本発明で用いることのできる硬化性材料として好適なシリコーン系材料は、シラノール含有率が、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.3重量%以上、また、通常10重量%以下、好ましくは8重量%以下、更に好ましくは5重量%以下の範囲である。シラノール含有率を低くすることにより、シラノール系材料は経時変化が少なく、長期の性能安定性に優れ、吸湿・透湿性何れも低い優れた性能を有する。但し、シラノールが全く含まれない部材は密着性に劣るため、シラノール含有率に上記のごとく最適な範囲が存在する。
[Feature <3> (silanol content)]
A silicone material suitable as a curable material that can be used in the present invention has a silanol content of usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.3% by weight or more, Moreover, it is usually 10% by weight or less, preferably 8% by weight or less, and more preferably 5% by weight or less. By reducing the silanol content, the silanol-based material has excellent performance with little change over time, excellent long-term performance stability, and low moisture absorption and moisture permeability. However, since a member containing no silanol is inferior in adhesion, there exists an optimum range for the silanol content as described above.
シリコーン系材料のシラノール含有率は、例えば、前記の[固体Si−NMRスペクトル測定]の項で説明した方法を用いて固体Si−NMRスペクトル測定を行ない、全ピーク面積に対するシラノール由来のピーク面積の比率より、全ケイ素原子中のシラノールとなっているケイ素原子の比率(%)を求め、別に分析したケイ素含有率と比較することにより算出することができる。 The silanol content of the silicone-based material is measured, for example, by measuring the solid Si-NMR spectrum using the method described in the above section [Measurement of solid Si-NMR spectrum], and the ratio of the peak area derived from silanol to the total peak area. Thus, the ratio (%) of silicon atoms which are silanols in all silicon atoms can be obtained and calculated by comparing with the silicon content analyzed separately.
また、本発明で用いることのできる硬化性材料として好適なシリコーン系材料は、適当量のシラノールを含有しているため、導光部材を構成する基板や堰等の部材の表面に存在する極性部分にシラノールが水素結合し、密着性が発現する。極性部分としては、例えば、水酸基やメタロキサン結合の酸素等が挙げられる。 In addition, since a silicone material suitable as a curable material that can be used in the present invention contains an appropriate amount of silanol, a polar portion present on the surface of a member such as a substrate or a weir constituting the light guide member Silanol is hydrogen-bonded to the surface to develop adhesiveness. Examples of the polar part include a hydroxyl group and a metalloxane-bonded oxygen.
さらに、本発明で用いることのできる硬化性材料として好適なシリコーン系材料は、適切な触媒の存在下で加熱することにより、導光部材を構成する基板や堰等の部材の表面の水酸基との間に脱水縮合による共有結合を形成し、更に強固な密着性を発現することができる。 Furthermore, a silicone material suitable as a curable material that can be used in the present invention is heated with the presence of an appropriate catalyst to form a hydroxyl group on the surface of a member such as a substrate or a weir constituting the light guide member. A covalent bond can be formed between them by dehydration condensation, and stronger adhesion can be expressed.
一方、シラノールが多過ぎると、系内が増粘して塗布が困難になったり、活性が高くなり加熱により軽沸分が揮発する前に固化したりすることによって、発泡や内部応力の増大が生じ、クラックなどを誘起する場合がある。 On the other hand, if there is too much silanol, the inside of the system will thicken and it will be difficult to apply, or it will become more active and solidify before the light-boiling components volatilize by heating, leading to increased foaming and internal stress. It may occur and induce cracks.
その他の成分:
硬化性材料には、本発明の効果を著しく損なわない限り、上記の無機系材料及び/又は有機系材料などに、更にその他の成分を混合して用いることも可能である。なお、その他の成分は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
Other ingredients:
As long as the effects of the present invention are not significantly impaired, the curable material may be used by further mixing other components with the above-described inorganic material and / or organic material. In addition, only 1 type may be used for another component and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
無機粒子:
硬化性材料には、光学的特性や作業性を向上させるため、また、以下の〔1〕〜〔5〕の何れかの効果を得ることを目的として、更に無機粒子を含有させても良い。なお、無機粒子は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
Inorganic particles:
The curable material may further contain inorganic particles for the purpose of improving optical characteristics and workability and for the purpose of obtaining any of the following effects [1] to [5]. In addition, inorganic particle | grains may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
〔1〕硬化性材料に無機粒子を光散乱剤として含有させることにより、当該硬化性材料で形成された層を散乱層とする。これにより、光源から伝送された光を散乱層において散乱させることができ、導光部材から外部に放射される光の指向角を広げることが可能となる。また、蛍光体と組み合わせて無機粒子を光散乱剤として含有させれば、蛍光体に当たる光量を増加させ、波長変換効率を向上させることが可能となる。 [1] By making the curable material contain inorganic particles as a light scattering agent, a layer formed of the curable material is used as a scattering layer. Thereby, the light transmitted from the light source can be scattered in the scattering layer, and the directivity angle of the light emitted from the light guide member to the outside can be widened. If inorganic particles are contained as a light scattering agent in combination with the phosphor, the amount of light hitting the phosphor can be increased and the wavelength conversion efficiency can be improved.
〔2〕硬化性材料に無機粒子を結合剤として含有させることにより、当該硬化性材料で形成された層においてクラックの発生を防止することができる。 [2] By containing inorganic particles as a binder in the curable material, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the layer formed of the curable material.
〔3〕硬化性材料に無機粒子を粘度調整剤として含有させることにより、当該硬化性材料の粘度を高くすることができる。 [3] By containing inorganic particles as a viscosity modifier in the curable material, the viscosity of the curable material can be increased.
〔4〕硬化性材料に無機粒子を含有させることにより、当該硬化性材料で形成された層の収縮を低減することができる。 [4] By containing inorganic particles in the curable material, shrinkage of the layer formed of the curable material can be reduced.
〔5〕硬化性材料に無機粒子を含有させることにより、当該硬化性材料で形成された層の屈折率を調整して、光取り出し効率を向上させることができる。 [5] By incorporating inorganic particles in the curable material, the refractive index of the layer formed of the curable material can be adjusted, and the light extraction efficiency can be improved.
ただし、硬化性材料に無機粒子を含有させる場合、その無機粒子の種類及び量によって得られる効果が異なる。 However, when inorganic particles are included in the curable material, the effect obtained depends on the type and amount of the inorganic particles.
例えば、無機粒子が粒径約10nmの超微粒子状シリカ、ヒュームドシリカ(乾式シリカ。例えば、「日本アエロジル株式会社製、商品名:AEROSIL#200」、「トクヤマ社製、商品名:レオロシール」等)の場合、硬化性材料のチクソトロピック性が増大するため、上記〔3〕の効果が大きい。
For example, ultrafine silica particles having a particle diameter of about 10 nm, fumed silica (dry silica. For example, “Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name:
また、例えば、無機粒子が粒径約数μmの破砕シリカ若しくは真球状シリカの場合、チクソトロピック性の増加はほとんど無く、当該無機粒子を含む層の骨材としての働きが中心となるので、上記〔2〕及び〔4〕の効果が大きい。 In addition, for example, when the inorganic particles are crushed silica or true spherical silica having a particle size of about several μm, there is almost no increase in thixotropic property, and the function as an aggregate of the layer containing the inorganic particles is the center. The effects [2] and [4] are great.
また、例えば、硬化性材料に用いられる他の化合物(前記の無機系材料及び/又は有機系材料など)とは屈折率が異なる粒径約1μmの無機粒子を用いると、前記化合物と無機粒子との界面における光散乱が大きくなるので、上記〔1〕の効果が大きい。 In addition, for example, when inorganic particles having a particle size of about 1 μm, which has a refractive index different from those of other compounds (such as the inorganic material and / or organic material) used in the curable material, Since the light scattering at the interface increases, the effect [1] is great.
また、例えば、硬化性材料に用いられる他の化合物より屈折率の大きな、中央粒径が通常1nm以上、好ましくは3nm以上、また、通常10nm以下、好ましくは5nm以下、具体的には発光波長以下の粒径をもつ無機粒子を用いると、当該無機粒子を含む層の透明性を保ったまま屈折率を向上させることができるので、上記〔5〕の効果が大きい。 In addition, for example, the median particle size is usually 1 nm or more, preferably 3 nm or more, and usually 10 nm or less, preferably 5 nm or less, specifically, the emission wavelength or less, having a larger refractive index than other compounds used in the curable material. When the inorganic particles having a particle size of are used, the refractive index can be improved while maintaining the transparency of the layer containing the inorganic particles, and thus the effect [5] is great.
従って、混合する無機粒子の種類は目的に応じて選択すれば良い。また、その種類は単一でも良く、複数種を組み合わせてもよい。また、分散性を改善するためにシランカップリング剤などの表面処理剤で表面処理されていても良い。 Accordingly, the type of inorganic particles to be mixed may be selected according to the purpose. Moreover, the kind may be single and may combine multiple types. Moreover, in order to improve dispersibility, it may be surface-treated with a surface treatment agent such as a silane coupling agent.
無機粒子の種類:
使用する無機粒子の種類としては、例えば、シリカ、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化イットリウムなどの無機酸化物粒子やダイヤモンド粒子が挙げられるが、目的に応じて他の物質を選択することもでき、これらに限定されるものではない。
Types of inorganic particles:
Examples of the inorganic particles used include inorganic oxide particles such as silica, barium titanate, titanium oxide, zirconium oxide, niobium oxide, aluminum oxide, cerium oxide, yttrium oxide, and diamond particles. Other materials can be selected accordingly, but are not limited thereto.
無機粒子の形態は粉体状、スラリー状等、目的に応じいかなる形態でもよいが、透明性を保つ必要がある場合は、当該無機粒子を含有させる層に含有されるその他の材料と屈折率を同等としたり、水系・溶媒系の透明ゾルとして硬化性材料に加えたりすることが好ましい。 The form of the inorganic particles may be any form such as powder, slurry, etc. depending on the purpose, but if it is necessary to maintain transparency, the refractive index of other materials contained in the layer containing the inorganic particles is set. It is preferable that they are equivalent or added to the curable material as a water-based or solvent-based transparent sol.
無機粒子の中央粒径:
これらの無機粒子(一次粒子)の中央粒径は特に限定されないが、通常、蛍光体粒子の1/10以下程度である。具体的には、目的に応じて以下の中央粒径のものが用いられる。例えば、無機粒子を光散乱材として用いるのであれば、その中央粒径は通常0.05μm以上、好ましくは0.1μm以上、また、通常50μm以下、好ましくは20μm以下である。また、例えば、無機粒子を骨材として用いるのであれば、その中央粒径は1μm〜10μmが好適である。また、例えば、無機粒子を増粘剤(チクソ剤)として用いるのであれば、その中央粒子は10〜100nmが好適である。また、例えば、無機粒子を屈折率調整剤として用いるのであれば、その中央粒径は1〜10nmが好適である。
Median particle size of inorganic particles:
The median particle size of these inorganic particles (primary particles) is not particularly limited, but is usually about 1/10 or less of the phosphor particles. Specifically, those having the following median particle diameter are used according to the purpose. For example, if inorganic particles are used as the light scattering material, the median particle size is usually 0.05 μm or more, preferably 0.1 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 20 μm or less. For example, if inorganic particles are used as the aggregate, the median particle diameter is preferably 1 μm to 10 μm. Further, for example, if inorganic particles are used as a thickener (thixotropic agent), the center particle is preferably 10 to 100 nm. For example, if inorganic particles are used as the refractive index adjuster, the median particle size is preferably 1 to 10 nm.
無機粒子の混合方法:
無機粒子を混合する方法は特に制限されない。通常は、蛍光体と同様に遊星攪拌ミキサー等を用いて脱泡しつつ混合することが推奨される。例えばアエロジルのような凝集しやすい小粒子を混合する場合には、粒子混合後必要に応じビーズミルや三本ロールなどを用いて凝集粒子の解砕を行なってから蛍光体等の混合容易な大粒子成分を混合しても良い。
Inorganic particle mixing method:
The method for mixing the inorganic particles is not particularly limited. Usually, it is recommended to mix while defoaming using a planetary stirring mixer or the like in the same manner as the phosphor. For example, when mixing small particles that easily aggregate, such as Aerosil, after mixing the particles, break up the aggregated particles using a bead mill or three rolls if necessary, then mix large particles such as phosphor You may mix an ingredient.
無機粒子の含有率:
硬化性材料中における無機粒子の含有率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であり、その適用形態により自由に選定できる。ただし、当該無機粒子を含有する層における無機粒子の含有率は、その適用形態により選定することが好ましい。例えば、無機粒子を光散乱剤として用いる場合は、その層内における含有率は0.01〜10重量%が好適である。また、例えば、無機粒子を骨材として用いる場合は、その層内における含有率は1〜50重量%が好適である。また、例えば、無機粒子を増粘剤(チクソ剤)として用いる場合は、その層内における含有率は0.1〜20重量%が好適である。また、例えば、無機粒子を屈折率調整剤として用いる場合は、その層内における含有率は10〜80重量%が好適である。無機粒子の量が少なすぎると所望の効果が得られなくなる可能性があり、多すぎると硬化物の密着性、透明性、硬度等の諸特性に悪影響を及ぼす可能性がある。また、流体状の硬化性材料における無機粒子の含有率は、各層における無機粒子の含有率が前記範囲に収まるように設定すればよい。したがって、流体状の硬化性材料が乾燥工程において重量変化しない場合は硬化性材料における無機粒子の含有率は形成される各層における無機粒子の含有率と同様になる。また、流体状の硬化性材料が溶媒等を含有している場合など、当該硬化性材料が乾燥工程において重量変化する場合は、その溶媒等を除いた硬化性材料における無機粒子の含有率が、形成される各層における無機粒子の含有率と同様になるようにすればよい。
Content of inorganic particles:
The content of the inorganic particles in the curable material is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, and can be freely selected depending on the application form. However, the content of the inorganic particles in the layer containing the inorganic particles is preferably selected according to the application form. For example, when inorganic particles are used as the light scattering agent, the content in the layer is preferably 0.01 to 10% by weight. For example, when inorganic particles are used as the aggregate, the content in the layer is preferably 1 to 50% by weight. For example, when using inorganic particles as a thickener (thixotropic agent), the content in the layer is preferably 0.1 to 20% by weight. For example, when using inorganic particles as a refractive index adjuster, the content in the layer is preferably 10 to 80% by weight. If the amount of inorganic particles is too small, the desired effect may not be obtained, and if it is too large, various properties such as adhesion, transparency and hardness of the cured product may be adversely affected. Moreover, what is necessary is just to set the content rate of the inorganic particle in a fluid curable material so that the content rate of the inorganic particle in each layer may be settled in the said range. Therefore, when the fluid curable material does not change in weight in the drying step, the content of inorganic particles in the curable material is the same as the content of inorganic particles in each layer to be formed. Also, when the curable material changes in weight in the drying process, such as when the fluid curable material contains a solvent, the content of inorganic particles in the curable material excluding the solvent, What is necessary is just to make it become the same as the content rate of the inorganic particle in each layer formed.
さらに、硬化性材料として前記のアルキルアルコキシシランの加水分解・重縮合物を用いる場合には、当該加水分解・重縮合物はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの他の硬化性材料と比較して低粘度であり、かつ蛍光体や無機粒子とのなじみが良く、高濃度の無機粒子を分散しても十分に塗布性能を維持することが出来る利点を有する。また、必要に応じて重合度の調整やアエロジル等のチキソ材を含有させることにより高粘度にすることも可能であり、目的の無機粒子含有量に応じた粘度の調整幅が大きく、塗布対象物の種類や形状さらにはポッティング、スピンコート、印刷などの各種塗布方法に柔軟に対応できる塗布液を提供することが出来る。 Further, when the hydrolysis / polycondensation product of alkylalkoxysilane is used as the curable material, the hydrolysis / polycondensation product has a lower viscosity than other curable materials such as epoxy resins and silicone resins. In addition, it has the advantage of being able to maintain sufficient coating performance even when dispersed at a high concentration of inorganic particles. In addition, it is possible to increase the viscosity by adjusting the degree of polymerization and adding a thixo material such as aerosil as necessary, and the adjustment range of the viscosity according to the target inorganic particle content is large. It is possible to provide a coating solution that can flexibly correspond to various coating methods such as potting, spin coating, and printing.
<<3−3. その他>>
光取り出し材料には、必要に応じて各種の後処理を施しても良い。後処理の種類としては、表面処理、反射防止膜の作製、光取り出し効率向上のための微細凹凸面の作製等が挙げられる。
<< 3-3. Other >>
The light extraction material may be subjected to various post treatments as necessary. Examples of the post-treatment include surface treatment, production of an antireflection film, production of a fine uneven surface for improving light extraction efficiency, and the like.
また、光取り出し材料は、熱膨張係数が、集積型発光源に用いられる材料と同程度に小さいことが好ましいが、好ましいシリコーン材料を用いた場合には、前述のようにエラストマーの性質を有することも好ましく、付着する装置部位等も考慮して適宜設定することができる。硬化物に分岐構造、架橋構造が多くなるほど、熱膨張係数が小さくなるが、一般に硬くなり、エラストマー性が低下する。従って、好ましいシリコーン材料では、2官能ケイ素のみを有するモノマーおよび/またはオリゴマーに加えて、3官能以上のケイ素を有するモノマーおよび/またはオリゴマーを原料として使用することで、架橋密度を適宜調節することが好ましい。 The light extraction material preferably has a thermal expansion coefficient as small as that of the material used for the integrated light source. However, when a preferable silicone material is used, it has an elastomeric property as described above. It is also preferable, and it can be appropriately set in consideration of the attached device part and the like. The more the branched structure and the crosslinked structure in the cured product, the smaller the thermal expansion coefficient, but generally it becomes harder and the elastomeric properties are lowered. Therefore, in a preferable silicone material, in addition to the monomer and / or oligomer having only bifunctional silicon, the crosslinking density can be appropriately adjusted by using a monomer and / or oligomer having trifunctional or higher silicon as a raw material. preferable.
また、光取り出し材料は、蛍光体を含有させることもできる。また複数の層とすることもできる。 The light extraction material can also contain a phosphor. A plurality of layers can also be used.
<<4. 光取り出し材料を付着した集積型発光源の製造>>
本発明では、複数の発光素子をメイン支持体上に搭載した後に、光取り出し材料を発光素子に付着させて集積型発光源を作製することが好ましい。光取り出し材料を付着させる方法としては、液状材料(硬化前の光取り出し材料)の粘度を適宜調節して、所望の形状が得られるようにすることが好ましい。
<< 4. Manufacturing of integrated light source with light extraction material attached >>
In the present invention, it is preferable to manufacture an integrated light source by mounting a plurality of light emitting elements on a main support and then attaching a light extraction material to the light emitting elements. As a method for attaching the light extraction material, it is preferable to appropriately adjust the viscosity of the liquid material (light extraction material before curing) so as to obtain a desired shape.
発光素子への光取り出し材料の付着の形態としては、前述のように(i)〜(v)の形態がある。例えば(i)の付着の形態の場合、比較的粘度の高い材料をディスペンサ等により順次付着していくことで形成できる。付着の形態(ii)〜(v)、特に(iii)〜(v)の形態では、粘度が低く流動性の高い材料を使用してもよい。図16に示すように、流動性が非常に大きいときは、発光素子の周囲に液止め120を設けてもよい。また、図11Aに示すようなマウント部品105をメイン支持体として用いた場合は、マウント部品105の外周部の反射板を液止めとして利用することができる。あるいは、図17に示すように、ポッティング容器121中の液状材料113に、集積型発光源200を逆さまにして浸し、液状材料を硬化させ、その後ポッティング容器121をはずして、光取り出し材料を形成してもよい。
As described above, the light extraction material is attached to the light emitting element in the forms (i) to (v). For example, in the case of the adhesion form (i), it can be formed by sequentially depositing a relatively high viscosity material with a dispenser or the like. In the forms of adhesion (ii) to (v), in particular, the forms of (iii) to (v), a material having low viscosity and high fluidity may be used. As shown in FIG. 16, when the fluidity is very high, a
以上のようにして製造された集積型発光源は、複数の発光素子をメイン支持体上に配列した構成とすることで、照明用としての使用に適した大面積の発光源を提供することができる。しかも、発光素子に光取り出し材料が付着しているため、光取り出し効率が向上し、照明用としての使用により適したものとなる。さらに、発光素子への光取り出し材料の付着の形態によっては、光取り出しの均一性も向上する。 The integrated light source manufactured as described above can provide a large-area light source suitable for use for illumination by having a structure in which a plurality of light emitting elements are arranged on a main support. it can. In addition, since the light extraction material is attached to the light emitting element, the light extraction efficiency is improved, and the light emission element is more suitable for use for illumination. Furthermore, the uniformity of light extraction is also improved depending on the form of attachment of the light extraction material to the light emitting element.
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. Materials, usage amounts, ratios, processing contents, 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.
<<タイプAの発光素子の製造例>>
(製造例A−1)
図1-11に示した発光素子を以下の手順で作製した。関連する工程図として、図1-5〜10を参照する。
<< Production Example of Type A Light-Emitting Element >>
(Production Example A-1)
The light emitting element shown in FIG. 1-11 was manufactured by the following procedure. Refer to FIGS. 1-5 to 10 for 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 + -
さらに、第一導電型(n型)第二クラッド層24bとしてSiドープ(Si濃度1×1018cm−3)のGaN層を2μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層24cとしてSiドープ(Si濃度2×1018cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層24aとしてSiドープ(Si濃度1.5×1018cm−3)のAl0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さで形成した。さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nmの厚さに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として720℃で2nmの厚さに成膜したアンドープIn0.1Ga0.9N層とを、量子井戸層が全部で5層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層26aとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)Al0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層26bとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)GaN層を0.07μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層26cとしてMgドープ(Mg濃度1×1020cm−3)GaN層を0.03μmの厚さに形成した。
Further, a Si-doped (Si concentration: 1 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 2 μm as the first conductivity type (n-type)
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1-5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-
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SiNx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SiNx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SiNxマスクをパターニングし、SiNxエッチングマスクを作製した。この際には、SiNx膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSF6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SiNx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、Cl2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-
ICPプラズマエッチング終了後は、SiNx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SiNx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1-6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 FIGS. 1-6.
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、SrF2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SrF2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SrF2マスクを形成した。
Next, in order to carry out the second etching step for forming the
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、Cl2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、SrF2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-
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SrF2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1-7に対応する。
After forming the
次いで、ウエハー全面にp−CVD法によってSiOxとSiNxをこの順に形成し、誘電体多層膜とした。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図1-8に対応する。 Next, SiO x and SiN x were formed in this order on the entire surface of the wafer by the p-CVD method to obtain a dielectric multilayer film. The structure completed through the steps so far generally corresponds to FIGS. 1-8.
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で覆われていない部分の誘電体多層膜(絶縁層)を除去した。ここでは、p側電極27の周辺はSiOxとSiNx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-
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SiNx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1-9A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. 1-9A.
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、別の製造例では、10μmほど接するようにして製造し、この製造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1-10に対応する。
Next, in order to form the n-
次いで、サファイア基板の裏面側に、MgF2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、MgF2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MgF2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
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1-11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
(製造例A−2)
図1-15(図1-2Aに類似)に示した発光素子を以下の手順で作製した。
(Production Example A-2)
The light-emitting element shown in FIG. 1-15 (similar to FIG. 1-2A) was manufactured by 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1-8に概ね対応する)は、製造例A−1と同様の工程を繰り返した。 The process similar to that in Production Example A-1 was repeated until the dielectric multilayer film was formed as an insulating layer on the entire surface of the wafer (generally corresponding to FIGS. 1-8).
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SiNxとSiOx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-
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SiNx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1-9B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 FIGS. 1-9B.
次いで、n側電極28を製造例A−1同様に形成した。次いで、サファイア基板の裏面側に、MgF2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、MgF2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, the n-
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MgF2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
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1-15に示す発光素子を完成させた。この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
Next, this element was joined to the
(製造例A−3、4)
製造例A−1および2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製造例A−1および2を繰り返した。即ち、製造例A−1で、光均一化層23として厚み3.5μmのアンドープGaNを1035℃で形成した後、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、製造例A−1、2と同様にして、それぞれ図1-11および図1-15に示す発光素子を完成させた。この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
(Production Examples A-3, 4)
In Production Examples A-1 and 2, Production Examples A-1 and 2 were repeated, except that the thin film crystal layer was formed as follows after the
尚、製造例A−1〜4のプロセスでは、第一エッチング工程後にSiNxマスクを除去したが、SiNx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 Production Examples A-1 to A-4, the SiN x mask is removed after the first etching step. However, the SiN x mask may be removed after the second etching step without removing the SiN x mask.
さらに、製造例A−1(および製造例A−3)において、第二エッチング工程でのエッチングを、バッファ層の途中で止めることで、図1-1Dに示す発光素子を製作することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。また、第二エッチング工程でのエッチングを、光均一化層の途中で止めることで、図1-1Cに示す発光素子を製作することができる。同様に、製造例A−2(および製造例A−4)において、第二エッチング工程でのエッチングを、バッファ層の途中で止めることで、また、予定した形状に適したフォトリソグラフィによって、適切なエッチングマスク形状を準備し、かつサイドエッチングの量により図1-2Dまたは図1-2Eに示す発光素子を製作することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。また、第二エッチング工程でのエッチングを、光均一化層の途中で止めることで、図1-2Cに示す発光素子を製作することができる。 Furthermore, in Production Example A-1 (and Production Example A-3), the light emitting element shown in FIG. 1-1D can be produced by stopping the etching in the second etching step in the middle of the buffer layer ( However, the insulating layer is a multilayer dielectric film). Moreover, the light emitting element shown to FIGS. 1-1C can be manufactured by stopping the etching by a 2nd etching process in the middle of a light uniformization layer. Similarly, in Production Example A-2 (and Production Example A-4), the etching in the second etching step is stopped in the middle of the buffer layer, and appropriate by photolithography suitable for the predetermined shape. The light emitting device shown in FIG. 1-2D or FIG. 1-2E can be manufactured by preparing an etching mask shape and the amount of side etching (however, the insulating layer is a multilayer dielectric film). Moreover, the light emitting element shown to FIGS. 1-2C can be manufactured by stopping the etching by a 2nd etching process in the middle of a light uniformization layer.
(製造例A−5)
図1-12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。
(Production Example A-5)
The light emitting element shown in FIG. 1-12 was manufactured by the following procedure. A 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
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22a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)
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
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 (
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-
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、SrF2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SrF2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。 Next, in order to carry out a second etching step for forming an inter-device separation groove, 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 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、Cl2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、SrF2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-
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SrF2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SiNx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SiNx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SiNx層をパターニングし、SiNxエッチングマスクを作製した。この際には、SiNx膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSF6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SiNx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、Cl2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-
ICPプラズマエッチング終了後は、SiNxマスクをSF6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SiNx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SF6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SiNx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
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。
Next, in order to form the n-
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
(製造例A−6)
製造例A−5において、基板および薄膜結晶層の構成を次のように変更した以外は、製造例A−5と同様にして発光素子を作製した。
(Production Example A-6)
In Production Example A-5, a light emitting device was produced in the same manner as in Production Example A-5, except that the configuration of the substrate and the thin film crystal layer was changed as follows.
まず、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22として厚み2μmのアンドープGaNを1040℃で形成した。
First, a c + -plane GaN substrate 21 (Si concentration: 1 × 10 17 cm −3 ) having a thickness of 330 μm is prepared. On top of this, undoped GaN having a thickness of 2 μm is first formed at 1040 ° C. as a
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。
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
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7×1018cm−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5×1018cm−3)のAl0.10Ga0.90N層を0.1μmの厚さで形成した。
Next, a Si-doped (
さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nm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8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
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0.05μm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を0.02μmの厚さに形成した。
Further, the growth temperature is set to 1025 ° C., and Mg-doped (
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.
この後は、製造例A−5と同様にして発光素子を完成した、この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。 Thereafter, a light emitting device was completed in the same manner as in Production Example A-5. At this time, an unintended short circuit or the like of the device did not occur.
尚、製造例A−5、6では、第二エッチング工程を行い、その後第一エッチング工程を実施したが、第一エッチング工程を先に実施し、その後第二エッチング工程を実施してもよい。その場合に、第一エッチング工程で使用したSiNxマスクを除去することなく、第二エッチング工程を実施することも好ましい。また、絶縁層30のエッチングの際に、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、サイドエッチングを進めることにより、第2の態様の形状の発光素子を製造することもできる。
In Production Examples A-5 and 6, the second etching step was performed and then the first etching step was performed. However, the first etching step may be performed first, and then the second etching step may be performed. In that case, it is also preferable to perform the second etching step without removing the SiN x mask used in the first etching step. In addition, when the insulating
<<タイプBの発光素子の製造例>>
(製造例B−1)
図2-15に示した発光素子を以下の手順で作製した。関連する工程図として、図2-7〜12を参照する。
<< Production Example of Type B Light Emitting Element >>
(Production Example B-1)
The light emitting element shown in FIG. 2-15 was manufactured by the following procedure. Refer to FIGS. 2-7 to 12 for related process drawings.
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 +
さらに、第一導電型(n型)第二クラッド層24bとしてSiドープ(Si濃度1×1018cm−3)のGaN層を2μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層24cとしてSiドープ(Si濃度2×1018cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層24aとしてSiドープ(Si濃度1.5×1018cm−3)のAl0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さで形成した。さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nmの厚さに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として720℃で2nmの厚さに成膜したアンドープIn0.1Ga0.9N層とを、量子井戸層が全部で5層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層26aとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)Al0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層26bとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)GaN層を0.07μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層26cとしてMgドープ(Mg濃度1×1020cm−3)GaN層を0.03μmの厚さに形成した。
Further, a Si-doped (Si concentration: 1 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 2 μm as the first conductivity type (n-type)
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2-7に対応する。尚、ここまでの工程では、p側電極直下のp側電流注入領域には、プラズマプロセス等のダメージが入るような工程はなかった。
In order to form the p-side electrode on the wafer on which the thin-film crystal growth was completed, a resist pattern was formed by preparing to pattern the p-
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SiNx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SiNx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SiNxマスクをパターニングし、SiNxエッチングマスクを作製した。この際には、SiNx膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSF6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SiNx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、Cl2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-
ICPプラズマエッチング終了後は、SiNx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SiNx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2-8に対応する。 After completion of the ICP plasma etching, the SiN x mask was completely removed using buffered hydrofluoric acid. Also here, since Au was exposed on the surface of the p-side electrode, the p-side electrode was not altered at all even by the SiN x film forming process by p-CVD. The structure completed through the steps up to this point 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、SrF2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SrF2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SrF2マスクを形成した。
Next, in order to carry out the second etching step for forming the
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、Cl2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、SrF2マスクはほとんどエッチングされなかった。装置間分離溝13の幅は、マスクの幅どおり、150μmで形成できた。
Next, as a second etching step, the p-
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SrF2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2-9に対応する。
After forming the
次いで、ウエハー全面にp−CVD法によってSiOxとSiNxをこの順に形成し、誘電体多層膜とした。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図2-10に対応する。 Next, SiO x and SiN x were formed in this order on the entire surface of the wafer by the p-CVD method to obtain a dielectric multilayer film. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIG.
次いで、Ni−Auからなるp側電極27上へのp側電極露出部分の形成、n側コンタクト層24c上へのn側電流注入領域(36)の形成、装置間分離溝内のアンドープバッファ層の側壁の基板21側に存在する絶縁層の除去を、同時に実施するために、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストマスクを形成した。次いでフッ酸系のエッチャントでレジストマスクを形成し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SiOxとSiNxからなる絶縁層に150μm覆われているようにした。
Next, formation of a p-side electrode exposed portion on the p-
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SiNx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2-11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 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、別の製造例では、10μmほど接するようにして製造し、この製造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2-12に対応する。
Next, in order to form the n-
次いで、基板剥離を実施する前準備として、支持体40として、表面にTi/Pt/Auの積層構造の金属配線(金属層41)が形成されたAlN基板を用意した。この支持体に、発光素子が作りこまれたウエハー(基板21)全体を、AuSnハンダを用いて接合した。接合時には、支持体40と発光素子が形成されたウエハー(基板21)を300℃に加熱してp側電極とn側電極が、それぞれ設計された支持体上の金属配線にAuSnハンダで融着されるようにした。この際に、この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
Next, as a preparation for carrying out substrate peeling, an AlN substrate having a Ti / Pt / Au laminated metal wiring (metal layer 41) on the surface was prepared as a
次に、基板剥離を実施するために、KrFエキシマレーザ(波長248nm)から出射されたレーザ光を、薄膜結晶成長を実施していない基板21面から照射し、基板を剥離した(レーザディボンディング)。この後に、GaNバッファ層の一部が窒素と金属Gaに分解されることで発生したGa金属をウェットエッチングによって除去した。
Next, in order to perform substrate peeling, a laser beam emitted from a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) was irradiated from the surface of the
最後に、1つ1つの発光素子を分割するために、ダイシングソーを用いて、支持体内の分離領域部分とウエハー内の装置間分離溝を同時にカットした。ここで、支持体内素子分離領域には、金属配線等が存在しなかったことから意図しない配線の剥離等は発生しなかった。このようにして、図2-15に示す化合物半導体発光素子を完成させた。 Finally, in order to divide each light emitting element one by one, a separation region portion in the support and an inter-device separation groove in the wafer were simultaneously cut using a dicing saw. Here, since there was no metal wiring or the like in the element isolation region in the support body, unintentional peeling of the wiring did not occur. In this way, the compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 2-15 was completed.
(製造例B−2)
製造例B−1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製造例B−1および2を繰り返した。即ち、製造例B−1で、光均一化層23として厚み3.5μmのアンドープGaNを1035℃で形成した後、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、製造例B−1と同様にして、図2-15に示す発光素子を完成させた。この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
(Production Example B-2)
In Production Example B-1, Production Examples B-1 and 2 were repeated, except that the thin film crystal layer was formed as follows after the
尚、製造例B−1および2のプロセスでは、第一エッチング工程後にSiNxマスクを除去したが、SiNx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 Production Examples B-1 and 2, the SiN x mask is removed after the first etching step. However, the SiN x mask may be removed after the second etching step without removing the SiN x mask.
さらに、製造例B−1および製造例B−2において、第二エッチング工程でのエッチングを、バッファ層の途中で止めることで、図2-2B、図2-2Cに示す発光素子を製作することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。また、第二エッチング工程でのエッチングを、光均一化層の途中で止めることで、図2-2Aに示す発光素子を製作することができる。素子分離は、支持体内の素子分離領域部分を、装置間分離溝底部の光均一化層およびバッファ層と共にカットすればよい。 Furthermore, in Manufacturing Example B-1 and Manufacturing Example B-2, the light emitting device shown in FIGS. 2-2B and 2-2C is manufactured by stopping the etching in the second etching process in the middle of the buffer layer. (However, the insulating layer is a multilayer dielectric film). Moreover, the light emitting element shown to FIGS. 2-2A can be manufactured by stopping the etching by a 2nd etching process in the middle of a light uniformization layer. For element isolation, the element isolation region in the support may be cut together with the light uniformizing layer and the buffer layer at the bottom of the inter-device isolation groove.
さらに、図2-3A〜図2-3Cに示す発光素子を製作するには、製造例B−1および製造例B−2において、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、さらに、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ずに、例えばスクライブ領域の幅が100μm(分離後の素子中のLWSが50μm)になるように、溝底面に絶縁層を残しながらスクライブ領域を形成することで実施することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。 Further, in order to manufacture the light emitting device shown in FIGS. 2-3A to 2-3C, in the manufacturing examples B-1 and B-2, the etching in the second etching step is performed by using the light uniformizing layer or the buffer layer. In addition, an appropriate etching mask shape is prepared by photolithography suitable for the planned shape, and the width of the scribe region is, for example, 100 μm (element after separation) without proceeding the side etching of the insulating layer. as L WS in is 50 [mu] m), it can be carried out by forming a scribe region while leaving the insulating layer in the groove bottom surface (where the insulating layer is a multilayer dielectric film).
(製造例B−3)
図2-16に示した発光素子を以下の手順で作製した。厚みが430μmのc+面サファイア基板21を用意し、この上に、まずMOCVD法を用いて、第1のバッファ層22aとして20nm厚みの低温成長したアンドープのGaN層を形成し、この後に第2のバッファ層22bとして厚み1μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。
(Production Example B-3)
The light emitting element shown in FIG. 2-16 was manufactured by the following procedure. A 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
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)
さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nm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
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 (
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-
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、SrF2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SrF2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。 Next, in order to carry out a second etching step for forming an inter-device separation groove, 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 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、Cl2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、SrF2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-
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SrF2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SiNx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SiNx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SiNx層をパターニングし、SiNxエッチングマスクを作製した。この際には、SiNx膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSF6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SiNx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、Cl2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-
ICPプラズマエッチング終了後は、SiNxマスクをSF6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SiNx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
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を形成し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SiNx絶縁層に150μm覆われているようにした。また、n側電流注入領域を除いて薄膜結晶層の側壁なども絶縁層に覆われているようにした。
Next, formation of a p-side electrode exposed portion on the p-
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。
Next, in order to form the n-
次いで、基板剥離を実施する前準備として、支持体40として、表面にTi/Pt/Auの積層構造の金属配線(金属層41)が形成されたAlN基板を用意した。この支持体に、発光素子が作りこまれたウエハー(基板21)全体を、AuSnハンダを用いて接合した。接合時には、支持体40と発光素子が形成されたウエハー(基板21)を300℃に加熱してp側電極とn側電極が、それぞれ設計された支持体上の金属配線にAuSnハンダで融着されるようにした。この際に、この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
Next, as a preparation for carrying out substrate peeling, an AlN substrate having a Ti / Pt / Au laminated metal wiring (metal layer 41) on the surface was prepared as a
次に、基板剥離を実施するために、KrFエキシマレーザ(波長248nm)から出射されたレーザ光を、薄膜結晶成長を実施していない基板21面から照射し、基板を剥離した(レーザディボンディング)。この後に、GaNバッファ層の一部が窒素と金属Gaに分解されることで発生したGa金属をウェットエッチングによって除去した。
Next, in order to perform substrate peeling, a laser beam emitted from a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) was irradiated from the surface of the
最後に、1つ1つの発光素子を分割するために、ダイシングソーを用いて、支持体内の分離領域部分とウエハー内の装置間分離溝を同時にカットした。ここで、支持体内素子分離領域には、金属配線等が存在しなかったことから意図しない配線の剥離等は発生しなかった。このようにして、図2-16に示す化合物半導体発光素子を完成させた。 Finally, in order to divide each light emitting element one by one, a separation region portion in the support and an inter-device separation groove in the wafer were simultaneously cut using a dicing saw. Here, since there was no metal wiring or the like in the element isolation region in the support body, unintentional peeling of the wiring did not occur. Thus, the compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 2-16 was completed.
<<タイプCの発光素子の製造例>>
(製造例C−1)
図4-11に示した発光素子を以下の手順で作製した。関連する工程図として、図4-5〜10を参照する。
<< Production Example of Type C Light-Emitting Element >>
(Production Example C-1)
The light emitting element shown in FIG. 4-11 was manufactured by the following procedure. Refer to FIGS. 4-5 to 10 for 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、この後に第2のバッファ層22bとして厚み4μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。
A c + -
さらに、第一導電型(n型)第二クラッド層24bとしてSiドープ(Si濃度1×1018cm−3)のGaN層を2μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層24cとしてSiドープ(Si濃度2×1018cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層24aとしてSiドープ(Si濃度1.5×1018cm−3)のAl0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さで形成した。さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nmの厚さに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として720℃で2nmの厚さに成膜したアンドープIn0.1Ga0.9N層とを、量子井戸層が全部で5層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層26aとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)Al0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層26bとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)GaN層を0.07μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層26cとしてMgドープ(Mg濃度1×1020cm−3)GaN層を0.03μmの厚さに形成した。
Further, a Si-doped (Si concentration: 1 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 2 μm as the first conductivity type (n-type)
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4-5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-
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SiNx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SiNx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SiNxマスクをパターニングし、SiNxエッチングマスクを作製した。この際には、SiNx膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSF6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SiNx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、Cl2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-
ICPプラズマエッチング終了後は、SiNx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SiNx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4-6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 this point 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、SrF2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SrF2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SrF2マスクを形成した。
Next, in order to carry out the second etching step for forming the
次いで第二エッチング工程として、装置間分離溝に相当する部分の、p−GaNコンタクト層26c、p−GaN第二クラッド層26b、p−AlGaN第一クラッド層26a、InGaN量子井戸層とGaNバリア層からなる活性層構造25、n−AlGaN第一クラッド層24a、n−GaNコンタクト層24c、n−GaN第二クラッド層24b、およびアンドープGaNバッファ層22の薄膜結晶層すべてを、Cl2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、SrF2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-
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SrF2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4-7に対応する。
After forming the
次いで、ウエハー全面にp−CVD法によってSiOxとSiNxをこの順に形成し、誘電体多層膜とした。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図4-8に対応する。 Next, SiO x and SiN x were formed in this order on the entire surface of the wafer by the p-CVD method to obtain a dielectric multilayer film. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIGS.
次いで、Ni−Auからなるp側電極27上のp側電極露出部分と、n側コンタクト層24c上のn側電流注入領域(36)と、装置間分離溝内のスクライブ領域14とを同時に形成する絶縁層の除去のために、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストマスクを形成した。次いでフッ酸系のエッチャントでレジストマスクで覆われていない部分の誘電体多層膜(絶縁層)を除去した。ここでは、p側電極27の周辺はSiOxとSiNx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, the p-side electrode exposed portion on the p-
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SiNx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4-9A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. 4-9A.
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、別の製造例では、10μmほど接するようにして製造し、この製造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4-10に対応する。
Next, in order to form the n-
次いで、サファイア基板の裏面側に、MgF2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、MgF2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MgF2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
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4-11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
(製造例C−2)
図4-15(図4-2Aに類似)に示した発光素子を以下の手順で作製した。
(Production Example C-2)
The light emitting element shown in FIG. 4-15 (similar to FIG. 4-2A) 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4-8に概ね対応する)は、製造例C−1と同様の工程を繰り返した。 The process similar to that of Production Example C-1 was repeated until the dielectric multilayer film was formed as an insulating layer on the entire surface of the wafer (generally corresponding to FIGS. 4-8).
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SiNxとSiOx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-
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SiNx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4-9B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 FIGS. 4-9B.
次いで、n側電極28を製造例C−1同様に形成した。次いで、サファイア基板の裏面側に、MgF2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、MgF2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, the n-
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MgF2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
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4-15に示す発光素子を完成させた。この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
Next, this element was joined to the
(製造例C−3、4)
製造例C−1および2において、バッファ層22を成膜した後の薄膜結晶層の成膜を次のように行った以外は製造例C−1および2と同様の工程を繰り返した。即ち、製造例C−1で、バッファ層22を形成した後、さらに、第一導電型(n型)第二クラッド層24bとしてSiドープ(Si濃度5×1018cm−3)のGaN層を4μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層24cとしてSiドープ(Si濃度8×1018cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層24aとしてSiドープ(Si濃度5.0×1018cm−3)のAl0.10Ga0.90N層を0.1μmの厚さで形成した。さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nmの厚さに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として720℃で2nmの厚さに成膜したアンドープIn0.1Ga0.9N層とを、量子井戸層が全部で8層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層26aとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)Al0.10Ga0.90Nを0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層26bとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)GaNを0.07μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層26cとしてMgドープ(Mg濃度1×1020cm−3)GaNを0.03μmの厚さに形成した。その後は、製造例C−1、2と同様にして、それぞれ図4-11および図4-15に示す発光素子を完成させた。この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
(Production Example C-3, 4)
In Production Examples C-1 and 2, the same steps as Production Examples C-1 and 2 were repeated except that the thin film crystal layer was formed as follows after the
尚、製造例C−1〜4のプロセスでは、第一エッチング工程後にSiNxマスクを除去したが、SiNx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 Production Examples C-1 to C-4, the SiN x mask is removed after the first etching step. However, the SiN x mask may be removed after the second etching step without removing the SiN x mask.
さらに、製造例C−1(および製造例C−3)において、第二エッチング工程でのエッチングを、バッファ層の途中で止めることで、図4-1Cに示す発光素子を製作することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。同様に、製造例C−2(および製造例C−4)において、第二エッチング工程でのエッチングを、バッファ層の途中で止めることで、図4-2Cに示す発光素子を製作することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。 Furthermore, in Production Example C-1 (and Production Example C-3), the light emitting device shown in FIG. 4-1C can be produced by stopping the etching in the second etching step in the middle of the buffer layer ( However, the insulating layer is a multilayer dielectric film). Similarly, in Production Example C-2 (and Production Example C-4), the light-emitting element shown in FIG. 4-2C can be produced by stopping the etching in the second etching step in the middle of the buffer layer. (However, the insulating layer is a multilayer dielectric film).
(製造例C−5)
図4-12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2μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。
(Production Example C-5)
The light emitting element shown in FIG. 4-12 was manufactured by the following procedure. A 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)
さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nm厚に成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として715℃で2nm厚に成膜したアンドープIn0.13Ga0.87N層を、量子井戸層が全部で3層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。
Further, as the
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 (
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-
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、SrF2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SrF2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。 Next, in order to carry out a second etching step for forming an inter-device separation groove, 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 formation region of the inter-device separation groove was removed, and a separation etching mask for the thin film crystal layer, that is, an etching mask for performing the second etching step was formed.
次いで、第二エッチング工程として、装置間分離溝に相当する部分の、p−GaNコンタクト層26c、p−GaN第二クラッド層26b、p−AlGaN第一クラッド層26a、InGaN量子井戸層とGaNバリア層からなる活性層構造25、n−AlGaN第一クラッド層24a、n−GaNコンタクト層24c、n−GaN第二クラッド層24b、アンドープGaNバッファ層22までの薄膜結晶層すべてを、Cl2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、SrF2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-
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SrF2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SiNx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SiNx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SiNx層をパターニングし、SiNxエッチングマスクを作製した。この際には、SiNx膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSF6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SiNx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、Cl2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-
ICPプラズマエッチング終了後は、SiNxマスクをSF6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SiNx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側電極露出部分と、n側コンタクト層上のn側電流注入領域と、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絶縁層の除去のために、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、次いでSF6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SiNx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
この後に、不要となったレジストマスクは、アセトンで除去し、かつ、RIE法による酸素プラズマでアッシングし除去した。この際にも、p側電極表面にはAuが露出していたため、まったく変質しなかった。 Thereafter, the resist mask that was no longer needed was removed with acetone, and was removed by ashing with oxygen plasma by the RIE method. Also at this time, since Au was exposed on the surface of the p-side electrode, no alteration occurred.
次いで、n側電極28を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてn側電極をリフトオフ法でパターニングする準備としてレジストパターンを形成した。ここでn側電極としてTi(20nm厚)/Al(1500nm厚)を真空蒸着法でウエハー全面に形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。次いで、その後熱処理を実施してn側電極を完成させた。n側電極は、その面積がn側電流注入領域よりも大きく、かつ、p側電極との重なりを有さないように形成し、金属ハンダによるフリップチップボンディングが容易で、かつ放熱性等にも配慮した。Al電極は、プラズマプロセス等により変質しやすく、かつ、フッ酸等によってもエッチングされるが、素子作製プロセスの最後にn側電極の形成を行ったことから、まったくダメージを受けなかった。
Next, in order to form the n-
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
(製造例C−6)
製造例C−5において、基板および薄膜結晶層の構成を次のように変更した以外は、製造例C−5と同様にして発光素子を作製した。
(Production Example C-6)
A light emitting device was produced in the same manner as in Production Example C-5, except that in Production Example C-5, the configuration of the substrate and the thin film crystal layer was changed as follows.
まず、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22として厚み6μmのアンドープGaNを1040℃で形成した。
First, a c + -plane GaN substrate 21 (Si concentration: 1 × 10 17 cm −3 ) having a thickness of 330 μm is prepared, and then an undoped GaN having a thickness of 6 μm is first formed at 1040 ° C. as a
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7×1018cm−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5×1018cm−3)のAl0.10Ga0.90N層を0.1μmの厚さで形成した。
Next, a Si-doped (
さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nm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8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
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0.05μm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を0.02μmの厚さに形成した。
Further, the growth temperature is set to 1025 ° C., and Mg-doped (
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.
この後は、製造例C−5と同様にして発光素子を完成した、この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。 Thereafter, a light emitting device was completed in the same manner as in Production Example C-5. At this time, an unintended short circuit or the like of the device did not occur.
尚、製造例C−5、6では、第二エッチング工程を行い、その後第一エッチング工程を実施したが、第一エッチング工程を先に実施し、その後第二エッチング工程を実施してもよい。その場合に、第一エッチング工程で使用したSiNxマスクを除去することなく、第二エッチング工程を実施することも好ましい。また、絶縁層30のエッチングの際に、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、サイドエッチングを進めることにより、第2の態様の形状の発光素子を製造することもできる。
In Production Examples C-5 and 6, the second etching step was performed and then the first etching step was performed. However, the first etching step may be performed first, and then the second etching step may be performed. In that case, it is also preferable to perform the second etching step without removing the SiN x mask used in the first etching step. In addition, when the insulating
<<タイプDの発光素子の製造例>>
(製造例D−1)
図5-15に示した発光素子を以下の手順で作製した。関連する工程図として、図5-7〜12を参照する。
<< Example of Manufacturing Type D Light-Emitting Element >>
(Production Example D-1)
The light emitting element shown in FIG. 5-15 was manufactured by the following procedure. Refer to FIGS. 5-7 to 12 for 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、この後に第2のバッファ層22bとして厚み4μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。
A c + -
さらに、第一導電型(n型)第二クラッド層24bとしてSiドープ(Si濃度1×1018cm−3)のGaN層を2μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層24cとしてSiドープ(Si濃度2×1018cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層24aとしてSiドープ(Si濃度1.5×1018cm−3)のAl0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さで形成した。さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nmの厚さに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として720℃で2nmの厚さに成膜したアンドープIn0.1Ga0.9N層とを、量子井戸層が全部で5層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層26aとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)Al0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層26bとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)GaN層を0.07μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層26cとしてMgドープ(Mg濃度1×1020cm−3)GaN層を0.03μmの厚さに形成した。
Further, a Si-doped (Si concentration: 1 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 2 μm as the first conductivity type (n-type)
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5-7に対応する。尚、ここまでの工程では、p側電極直下のp側電流注入領域には、プラズマプロセス等のダメージが入るような工程はなかった。
In order to form the p-side electrode on the wafer on which the thin-film crystal growth was completed, a resist pattern was formed by preparing to pattern the p-
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SiNx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SiNx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SiNxマスクをパターニングし、SiNxエッチングマスクを作製した。この際には、SiNx膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSF6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SiNx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、Cl2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-
ICPプラズマエッチング終了後は、SiNx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SiNx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5-8に対応する。 After completion of the ICP plasma etching, the SiN x mask was completely removed using buffered hydrofluoric acid. Also here, since Au was exposed on the surface of the p-side electrode, the p-side electrode was not altered at all even by the SiN x film forming process by p-CVD. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIGS.
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、SrF2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SrF2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SrF2マスクを形成した。
Next, in order to carry out the second etching step for forming the
次いで第二エッチング工程として、装置間分離溝に相当する部分の、p−GaNコンタクト層26c、p−GaN第二クラッド層26b、p−AlGaN第一クラッド層26a、InGaN量子井戸層とGaNバリア層からなる活性層構造25、n−AlGaN第一クラッド層24a、n−GaNコンタクト層24c、n−GaN第二クラッド層24b、およびアンドープGaNバッファ層22の薄膜結晶層すべてを、Cl2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、SrF2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-
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SrF2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5-9に対応する。
After forming the
次いで、ウエハー全面にp−CVD法によってSiOxとSiNxをこの順に形成し、誘電体多層膜とした。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図5-10に対応する。 Next, SiO x and SiN x were formed in this order on the entire surface of the wafer by the p-CVD method to obtain a dielectric multilayer film. The structure completed through the steps up to here generally corresponds to FIGS.
次いで、Ni−Auからなるp側電極27上へのp側電極露出部分の形成、n側コンタクト層24c上へのn側電流注入領域(36)の形成、装置間分離溝内のアンドープバッファ層の側壁の基板21側に存在する絶縁層の除去を、同時に実施するために、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストマスクを形成した。次いでフッ酸系のエッチャントでレジストマスクで覆われていない部分の誘電体多層膜(絶縁層)を除去した。さらに、フッ酸によるサイドエッチングの効果によって、アンドープバッファ層の側壁の一部の誘電体多層膜(絶縁層)も除去した。ここでは、p側電極27の周辺はSiOxとSiNxからなる絶縁層に150μm覆われているようにした。
Next, formation of a p-side electrode exposed portion on the p-
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SiNx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5-11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 up to here generally corresponds to FIGS.
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、別の製造例では、10μmほど接するようにして製造し、この製造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5-12に対応する。
Next, in order to form the n-
次いで、基板剥離を実施する前準備として、支持体40として、表面にTi/Pt/Auの積層構造の金属配線(金属層41)が形成されたAlN基板を用意した。この支持体に、発光素子が作りこまれたウエハー(基板21)全体を、AuSnハンダを用いて接合した。接合時には、支持体40と発光素子が形成されたウエハー(基板21)を300℃に加熱してp側電極とn側電極が、それぞれ設計された支持体上の金属配線にAuSnハンダで融着されるようにした。この際に、この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
Next, as a preparation for carrying out substrate peeling, an AlN substrate having a Ti / Pt / Au laminated metal wiring (metal layer 41) on the surface was prepared as a
次に、基板剥離を実施するために、KrFエキシマレーザ(波長248nm)から出射されたレーザ光を、薄膜結晶成長を実施していない基板21面から照射し、基板を剥離した(レーザディボンディング)。この後に、GaNバッファ層の一部が窒素と金属Gaに分解されることで発生したGa金属をウェットエッチングによって除去した。
Next, in order to perform substrate peeling, a laser beam emitted from a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) was irradiated from the surface of the
最後に、1つ1つの発光素子を分割するために、ダイシングソーを用いて、支持体内の分離領域部分とウエハー内の装置間分離溝を同時にカットした。ここで、支持体内素子分離領域には、金属配線等が存在しなかったことから意図しない配線の剥離等は発生しなかった。このようにして、図5-15に示す化合物半導体発光素子を完成させた。 Finally, in order to divide each light emitting element one by one, a separation region portion in the support and an inter-device separation groove in the wafer were simultaneously cut using a dicing saw. Here, since there was no metal wiring or the like in the element isolation region in the support body, unintentional peeling of the wiring did not occur. Thus, the compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 5-15 was completed.
(製造例D−2)
製造例D−1において、バッファ層22を成膜した後の薄膜結晶層の成膜を次のように行った以外は製造例D−1および2と同様の工程を繰り返した。即ち、製造例D−1で、バッファ層22を形成した後、さらに、第一導電型(n型)第二クラッド層24bとしてSiドープ(Si濃度5×1018cm−3)のGaN層を4μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層24cとしてSiドープ(Si濃度8×1018cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層24aとしてSiドープ(Si濃度5.0×1018cm−3)のAl0.10Ga0.90N層を0.1μmの厚さで形成した。さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nmの厚さに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として720℃で2nmの厚さに成膜したアンドープIn0.1Ga0.9N層とを、量子井戸層が全部で8層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層26aとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)Al0.10Ga0.90Nを0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層26bとしてMgドープ(Mg濃度5×1019cm−3)GaNを0.07μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層26cとしてMgドープ(Mg濃度1×1020cm−3)GaNを0.03μmの厚さに形成した。その後は、製造例D−1と同様にして、図5-15に示す発光素子を完成させた。この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
(Production Example D-2)
In Production Example D-1, the same steps as in Production Examples D-1 and 2 were repeated except that the thin film crystal layer was formed as follows after the
尚、製造例D−1および2のプロセスでは、第一エッチング工程後にSiNxマスクを除去したが、SiNx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 Production Examples D-1 and 2, the SiN x mask is removed after the first etching step. However, the SiN x mask may be removed after the second etching step without removing the SiN x mask.
さらに、製造例D−1および製造例D−2において、第二エッチング工程でのエッチングを、バッファ層の途中で止めることで、図5-2に示す発光素子を製作することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。素子分離は、支持体内の素子分離領域部分を、装置間分離溝底部のバッファ層と共にカットすればよい。 Furthermore, in Production Example D-1 and Production Example D-2, the light emitting element shown in FIG. 5-2 can be manufactured by stopping the etching in the second etching step in the middle of the buffer layer (however, The insulating layer is a multilayer dielectric film). For element isolation, the element isolation region in the support may be cut together with the buffer layer at the bottom of the inter-device isolation groove.
さらに、図5-3Aに示す発光素子を製作するには、製造例D−1および製造例D−2において、第二エッチング工程でのエッチングを、バッファ層の途中で止め、さらに、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ずに、例えばスクライブ領域の幅が100μm(分離後の素子中のLWSが50μm)になるように、溝底面に絶縁層を残しながらスクライブ領域を形成することで実施することができる(但し、絶縁層は多層誘電体膜)。 Furthermore, in order to manufacture the light emitting element shown in FIG. 5-3A, in Manufacturing Example D-1 and Manufacturing Example D-2, the etching in the second etching step is stopped in the middle of the buffer layer, and further the planned shape by photolithography suitable to prepare the appropriate etching mask shape, and, without advancing the side etching of the insulating layer, for example, as the width of the scribe region becomes 100 [mu] m (L WS is 50μm in the device after separation) In addition, it can be carried out by forming a scribe region while leaving the insulating layer on the bottom surface of the groove (however, the insulating layer is a multilayer dielectric film).
(製造例D−3)
図5-16に示した発光素子を以下の手順で作製した。厚みが430μmのc+面サファイア基板21を用意し、この上に、まずMOCVD法を用いて、第1のバッファ層22aとして20nm厚みの低温成長したアンドープのGaN層を形成し、この後に第2のバッファ層22bとして厚み3μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。
(Production Example D-3)
The light emitting element shown in FIG. 5-16 was manufactured by the following procedure. A 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)
さらに活性層構造25として、バリア層として850℃で13nm厚に成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として715℃で2nm厚に成膜したアンドープIn0.13Ga0.87N層を、量子井戸層が全部で3層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。
Further, as the
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 (
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-
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、SrF2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SrF2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。 Next, in order to carry out a second etching step for forming an inter-device separation groove, 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 formation region of the inter-device separation groove was removed, and a separation etching mask for the thin film crystal layer, that is, an etching mask for performing the second etching step was formed.
次いで、第二エッチング工程として、装置間分離溝に相当する部分の、p−GaNコンタクト層26c、p−GaN第二クラッド層26b、p−AlGaN第一クラッド層26a、InGaN量子井戸層とGaNバリア層からなる活性層構造25、n−AlGaN第一クラッド層24a、n−GaNコンタクト層24c、n−GaN第二クラッド層24b、アンドープGaNバッファ層22までの薄膜結晶層すべてを、Cl2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、SrF2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-
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SrF2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SiNx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SiNx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SiNx層をパターニングし、SiNxエッチングマスクを作製した。この際には、SiNx膜の不要部分のエッチングはRIE法を用いてSF6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SiNx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、Cl2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-
ICPプラズマエッチング終了後は、SiNxマスクをSF6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SiNx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
次いで、Pd−Auからなるp側電極27上へのp側電極露出部分の形成、n側コンタクト層24c上へのn側電流注入領域(36)の形成、装置間分離溝内のアンドープバッファ層の側壁の基板側部分に存在する絶縁層の除去を、同時に実施するために、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストマスクを形成した。次いでフッ酸系のエッチャントでレジストマスクで覆われていない部分の絶縁層を除去した。さらに、フッ酸によるサイドエッチングの効果によって、アンドープバッファ層の側壁の基板側部分の絶縁層も除去した。ここでは、p側電極27の周辺はSiNx絶縁層に150μm覆われているようにした。また、n側電流注入領域を除いて薄膜結晶層の側壁なども絶縁層に覆われているようにした。
Next, formation of a p-side electrode exposed portion on the p-
この後に、不要となったレジストマスクは、アセトンで除去し、かつ、RIE法による酸素プラズマでアッシングし除去した。この際にも、p側電極表面にはAuが露出していたため、まったく変質しなかった。 Thereafter, the resist mask that was no longer needed was removed with acetone, and was removed by ashing with oxygen plasma by the RIE method. Also at this time, since Au was exposed on the surface of the p-side electrode, no alteration occurred.
次いで、n側電極28を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてn側電極をリフトオフ法でパターニングする準備としてレジストパターンを形成した。ここでn側電極としてTi(20nm厚)/Al(1500nm厚)を真空蒸着法でウエハー全面に形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。次いで、その後熱処理を実施してn側電極を完成させた。n側電極は、その面積がn側電流注入領域よりも大きく、かつ、p側電極との重なりを有さないように形成し、金属ハンダによるフリップチップボンディングが容易で、かつ放熱性等にも配慮した。Al電極は、プラズマプロセス等により変質しやすく、かつ、フッ酸等によってもエッチングされるが、素子作製プロセスの最後にn側電極の形成を行ったことから、まったくダメージを受けなかった。
Next, in order to form the n-
次いで、基板剥離を実施する前準備として、支持体40として、表面にTi/Pt/Auの積層構造の金属配線(金属層41)が形成されたAlN基板を用意した。この支持体に、発光素子が作りこまれたウエハー(基板21)全体を、AuSnハンダを用いて接合した。接合時には、支持体40と発光素子が形成されたウエハー(基板21)を300℃に加熱してp側電極とn側電極が、それぞれ設計された支持体上の金属配線にAuSnハンダで融着されるようにした。この際には、素子の意図しない短絡等は発生しなかった。
Next, as a preparation for carrying out substrate peeling, an AlN substrate having a Ti / Pt / Au laminated metal wiring (metal layer 41) on the surface was prepared as a
次に、基板剥離を実施するために、KrFエキシマレーザ(248nm)から出射されたレーザ光を、薄膜結晶成長を実施していない基板21面から照射し、基板を剥離した(レーザディボンディング)。この後に、GaNバッファ層の一部が窒素と金属Gaに分解されることで発生したGa金属をウェットエッチングによって除去した。
Next, in order to perform substrate peeling, laser light emitted from a KrF excimer laser (248 nm) was irradiated from the surface of the
最後に、1つ1つの発光素子を分割するために、ダイシングソーを用いて、支持体内分離領域部分とウエハー内の装置間分離溝を同時にカットした。ここで、支持体内素子分離領域には、金属配線等が存在しなかったことから意図しない配線の剥離等は発生しなかった。このようにして、図5-16に示す化合物半導体発光素子を完成させた。 Finally, in order to divide each light emitting element one by one, a dicing saw was used to simultaneously cut the support body separation region and the inter-device separation groove in the wafer. Here, since there was no metal wiring or the like in the element isolation region in the support body, unintentional peeling of the wiring did not occur. Thus, the compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 5-16 was completed.
<<光取り出し材料の製造例>>
<製造例5−1>
WO2006/303328の実施例1−1に記載の合成方法により、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズジャパン合同会社製の両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723(オリゴマー)698.3gと、フェニルトリメトキシシラン69.8gと、触媒として5重量%アルミニウムアセチルアセトン塩メタノール溶液153.4gと、水18.3gとを、撹拌翼及びコンデンサを取り付けた三つロコルベン中に計量し、室温にて大気圧下15分撹拝し、初期加水分解を行なった後に、約75℃にて4時間撹拌しつつ還流させた。
<< Production Example of Light Extraction Material >>
<Production Example 5-1>
According to the synthesis method described in Example 1-1 of WO2006 / 303328, 698.3 g of both-end silanol dimethyl silicone oil XC96-723 (oligomer) manufactured by Momentive Performance Materials Japan GK and phenyltrimethoxysilane 69. 8 g, 153.4 g of 5 wt% aluminum acetylacetone salt methanol solution as a catalyst, and 18.3 g of water were weighed in three locorbenes equipped with a stirring blade and a condenser, and stirred at room temperature for 15 minutes under atmospheric pressure. After the initial hydrolysis, the mixture was refluxed with stirring at about 75 ° C. for 4 hours.
この後、内温が100℃になるまでメタノール及び低沸ケイ素成分を留去し、さらに100℃で4時間撹拌しつつ還流させた。反応液を室温まで冷却し、加水分解・重縮合液を調液した。この液の加水分解率はフェニルトリメトキシシランに対し192%である。なお原料XC96−723は200%加水分解品に相当する。 Thereafter, methanol and low boiling silicon components were distilled off until the internal temperature reached 100 ° C., and the mixture was further refluxed with stirring at 100 ° C. for 4 hours. The reaction solution was cooled to room temperature, and a hydrolysis / polycondensation solution was prepared. The hydrolysis rate of this liquid is 192% with respect to phenyltrimethoxysilane. The raw material XC96-723 corresponds to a 200% hydrolyzed product.
光取り出し材料の物性確認のため、このようにして得られた加水分解・重縮合液3gを直径5cmのテフロン(登録商標)シャーレに入れ、防爆炉中、微風下、50℃で30分間保持して第1の乾燥を行い、次いで120℃で1時間、続いて150℃で3時間保持し第2の乾燥を行ったところ、厚さ約0.5mmの独立した円形透明エラストマー状膜が得られた。これをサンプルとして用いて、固体Si−NMRスペクトル測定、シラノール含有率の算出、硬度測定、紫外耐光性試験、耐熱性試験(透過率)、およびケイ素含有率の測定を行った。さらに、上記の加水分解・重縮合液を用いて、耐リフロー試験および屈折率の測定を行った。 In order to confirm the physical properties of the light extraction material, 3 g of the thus obtained hydrolysis / polycondensation liquid was placed in a Teflon (registered trademark) petri dish with a diameter of 5 cm, and kept in an explosion-proof furnace at 50 ° C. for 30 minutes. The first drying was performed, followed by holding at 120 ° C. for 1 hour, followed by holding at 150 ° C. for 3 hours for the second drying, and an independent circular transparent elastomeric film having a thickness of about 0.5 mm was obtained. It was. Using this as a sample, solid Si-NMR spectrum measurement, silanol content calculation, hardness measurement, ultraviolet light resistance test, heat resistance test (transmittance), and silicon content measurement were performed. Furthermore, a reflow resistance test and a refractive index measurement were performed using the hydrolysis / polycondensation solution.
これらの試験条件を以下に示す。 These test conditions are shown below.
(固体Si−NRスペクトル測定)
前述したとおりである。
(Solid Si-NR spectrum measurement)
As described above.
(シラノール含有率の算出)
前述したとおりである。
(Calculation of silanol content)
As described above.
(硬度)
古里精機製作所製A型(デュロメータタイプA)ゴム硬度計を使用し、JIS K6253に準拠して硬度(ショアA)を測定した。
(hardness)
The hardness (Shore A) was measured according to JIS K6253 using an A type (durometer type A) rubber hardness meter manufactured by Furusato Seiki Seisakusho.
(耐紫外光性試験)
耐紫外光性試験は、上記サンプルに以下の条件で紫外光を照射し、照射前後のサンプルの様子を比較することによって行なった。
(Ultraviolet light resistance test)
The ultraviolet light resistance test was performed by irradiating the sample with ultraviolet light under the following conditions and comparing the state of the sample before and after irradiation.
紫外光照射条件:松下電工製水銀キセノンランプUV照射装置Aicure(登録商標) SPOT TYPE ANUP5203(光ファイバ出光面における出力:28000W/m2)を波長385nm以下のUVカットフィルタと組み合わせて使用した。照射ファイバ先とUVカットフィルタとの間、およびUVカットフィルタとサンプルとの間に隙間が無い状態で紫外光を24時間照射した。照射面に照射された光の照度をウシオ電機社製436nm受光素子照度計UVD−436PD(感度波長域:360nm〜500nm)にて測定したところ、4500W/m2であった。 Ultraviolet light irradiation conditions: A mercury Xenon lamp UV irradiation device Aicure (registered trademark) SPOT TYPE ANUP5203 (output at the optical fiber light exit surface: 28000 W / m 2 ) manufactured by Matsushita Electric Works was used in combination with a UV cut filter having a wavelength of 385 nm or less. Ultraviolet light was irradiated for 24 hours with no gap between the irradiation fiber tip and the UV cut filter and between the UV cut filter and the sample. It was 4500 W / m < 2 > when the illumination intensity of the light irradiated to the irradiated surface was measured with the 436 nm light receiving element illuminometer UVD-436PD (sensitivity wavelength range: 360 nm-500 nm) by the Ushio Electric company.
(耐熱性試験)
上記サンプルを、温度200℃とした通風乾燥機中で500時間保持し、保持前後の、波長400nmの光の透過率を比較した。
(Heat resistance test)
The sample was held for 500 hours in a ventilation dryer at a temperature of 200 ° C., and the transmittance of light having a wavelength of 400 nm before and after the holding was compared.
(ケイ素含有率)
前述したとおりである。
(Silicon content)
As described above.
(耐リフロー試験)
耐リフロー試験は、以下の手順で行なった。
(Reflow resistance test)
The reflow resistance test was performed according to the following procedure.
(1)上記の加水分解・重縮合液を、直径9mm、深さ1mmの、表面にAgメッキを施した銅製カップに滴下し、所定の硬化条件で硬化させて耐リフロー試験用のサンプルを10個作製した。 (1) The above hydrolysis / polycondensation liquid is dropped into a copper cup having a diameter of 9 mm and a depth of 1 mm, the surface of which is Ag-plated, and cured under predetermined curing conditions to prepare 10 samples for a reflow resistance test. Individually produced.
(2)縦長さ×横長さ×厚さ=25mm×70mm×1mmのアルミ板に放熱用シリコーングリスを薄く塗り、その上にサンプルを並べて温度85℃、湿度85%の雰囲気(以下、「吸湿環境」という)下で1時間吸湿させた。 (2) Longitudinal length × horizontal length × thickness = 25 mm × 70 mm × 1 mm of aluminum sheet for heat dissipation is thinly applied, and the sample is arranged on top of it and the atmosphere is 85 ° C. and humidity is 85% (hereinafter referred to as “hygroscopic environment”) And soaked for 1 hour.
(3)吸湿させたサンプルを吸湿環境下から取り出し、室温(20℃〜25℃)まで冷却した。冷却したサンプルを、260℃に設定したホッとプレート上にアルミ板ごと載置し、1分間保持した。この条件においてサンプルの温度は約50秒で260℃に達し、その後、この温度を10秒間保持した。 (3) The moisture-absorbed sample was taken out from the hygroscopic environment and cooled to room temperature (20 ° C. to 25 ° C.). The cooled sample was placed together with the aluminum plate on a relieved plate set at 260 ° C. and held for 1 minute. Under this condition, the temperature of the sample reached 260 ° C. in about 50 seconds, and then this temperature was maintained for 10 seconds.
(4)加熱後のサンプルをアルミ板ごと、室温とされたステンレス製の冷却板の上に置き、室温まで冷却した。目視および顕微鏡観察により、銅製のカップからのサンプルの剥離の有無を観察した。わずかでも剥離が観察されたものは「剥離有」とする。 (4) The heated sample was placed together with the aluminum plate on a stainless steel cooling plate at room temperature and cooled to room temperature. The presence or absence of peeling of the sample from the copper cup was observed visually and under a microscope. Even if slight peeling is observed, it is considered as “with peeling”.
(5)全てのサンプルについて剥離の観察を行ない、剥離率を求めた。剥離率は、「剥離したサンプルの個数/全サンプル数」により算出する。 (5) Peeling was observed for all samples, and the peeling rate was determined. The peeling rate is calculated by “number of peeled samples / total number of samples”.
(屈折率の測定)
光取り出し材料の屈折率は、液浸法(固体対象)の他、Pulflich屈折計、Abbe屈折計、プリズムカプラー法、干渉法、最小偏角法などの公知の方法を用いて測定することができる。この製造例および以下に述べる製造例による光取り出し材料は、硬化前後で屈折率が変化しないため、光構えの液体状態においてAbbe屈折計(ナトリウムD線(589nm))により屈折率を測定した。
(Measurement of refractive index)
The refractive index of the light extraction material can be measured using a known method such as a Pulrich refractometer, an Abbe refractometer, a prism coupler method, an interferometry, and a minimum deflection method in addition to the immersion method (solid object). . Since the refractive index of the light extraction material according to this production example and the production example described below does not change before and after curing, the refractive index was measured with an Abbe refractometer (sodium D line (589 nm)) in a liquid state of the light preparation.
以下に、測定結果および試験結果を示す。 The measurement results and test results are shown below.
(a)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−40ppm以上、0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク:2本以上。 (A) The peak top position is in the region where the chemical shift is −40 ppm or more and 0 ppm or less with respect to the silicone rubber, and the peak half-value width is 0.3 ppm or more and 3.0 ppm or less: two or more peaks.
(b)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−80ppm以上、−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク:2本以上。 (B) The peak top position is in a region where the chemical shift is -80 ppm or more and less than -40 ppm with respect to the silicone rubber, and the peak half-value width is 0.3 ppm or more and 5.0 ppm or less: two or more peaks.
シラノール含有量(重量%):0.30
硬度(ショアA):27
紫外線耐光試験(72時間):変化無し
耐熱試験(200℃):変化無し
耐リフロー試験:剥離脱落なし(剥離率=0%)
ケイ素含有率(重量%):38
屈折率:1.42
Silanol content (% by weight): 0.30
Hardness (Shore A): 27
Ultraviolet light resistance test (72 hours): No change Heat resistance test (200 ° C.): No change Reflow resistance test: No peeling off (peeling rate = 0%)
Silicon content (% by weight): 38
Refractive index: 1.42
<製造例5−2>
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を140g、フェニルトリメトキシシランを14g、および触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を0.308g用意し、これを攪拌翼とコンデンサとを取り付けた三つ口コルベン中に計量し、室温にて15分触媒が十分溶解するまで攪拌した。この後、反応液を120度まで昇温し、120度全還流下で30分間攪拌しつつ初期加水分解を行った。
<Production Example 5-2>
140 g of Silanol Dimethyl Silicone Oil XC96-723 of both ends made by Momentive Performance Materials Japan G.K., 14 g of phenyltrimethoxysilane, and 0.308 g of zirconium tetraacetylacetonate powder as a catalyst were prepared. The mixture was weighed in a three-necked Kolben fitted with a condenser and stirred at room temperature for 15 minutes until the catalyst was sufficiently dissolved. Thereafter, the temperature of the reaction solution was raised to 120 ° C., and initial hydrolysis was carried out with stirring at 120 ° C. for 30 minutes under total reflux.
続いて窒素をSV20で吹き込み生成メタノール及び水分、副生物の低沸ケイ素成分を留去しつつ120℃で攪拌し、さらに6時間重合反応を進めた。なお、ここで「SV」とは「Space Velocity」の略称であり、単位時間当たりの吹き込み体積量を指す。よって、SV20とは、1時間に反応液の20倍の体積のN2を吹き込むことをいう。
Subsequently, nitrogen was blown in with SV20 and stirred at 120 ° C. while distilling off the generated methanol, moisture and by-product low boiling silicon components, and the polymerization reaction was further advanced for 6 hours. Here, “SV” is an abbreviation for “Space Velocity” and refers to the volume of blown volume per unit time. Therefore, SV20 refers to blowing N 2 in a
窒素の吹き込みを停止し反応液をいったん室温まで冷却した後、ナス型フラスコに反応液を移し、ロータリーエバポレーターを用いてオイルバス上120℃、1kPaで20分間微量に残留しているメタノール及び水分、低沸ケイ素成分を留去し、無溶剤の加水分解・重縮合液を得た。 After stopping the blowing of nitrogen and cooling the reaction solution to room temperature, the reaction solution was transferred to an eggplant-shaped flask, and methanol and moisture remaining in a minute amount at 120 ° C. and 1 kPa on an oil bath using a rotary evaporator, The low boiling silicon component was distilled off to obtain a solvent-free hydrolysis / polycondensation liquid.
光取り出し材料の物性確認のため、このようにして得られた上述の加水分解・重縮合液2gを、直径5cmのテフロン(登録商標)シャーレに入れ、防爆炉中、微風下、110℃で1時間保持し、次いで150℃で3時間保持したところ、厚さ約1mmの独立した円形透明エラストマー状膜が得られた。これを用いて、製造例5−1と同様の条件で、固体Si−NMRスペクトル測定、シラノール含有率の算出、硬度測定、紫外耐光性試験、耐熱試験、およびケイ素含有率の測定を行った。さらに、上記の加水分解・重縮合液を用いて、製造例5−1と同様の条件で耐リフロー試験および屈折率の測定を行った。その結果は次のとおりである。 In order to confirm the physical properties of the light extraction material, 2 g of the hydrolysis / polycondensation liquid obtained as described above was placed in a Teflon (registered trademark) petri dish having a diameter of 5 cm, and 1 ° C. at 110 ° C. in an explosion-proof furnace. When held for 3 hours and then at 150 ° C. for 3 hours, an independent circular transparent elastomeric membrane having a thickness of about 1 mm was obtained. Using this, solid Si-NMR spectrum measurement, silanol content calculation, hardness measurement, ultraviolet light resistance test, heat resistance test, and silicon content measurement were performed under the same conditions as in Production Example 5-1. Furthermore, using the hydrolysis / polycondensation solution, a reflow resistance test and a refractive index measurement were performed under the same conditions as in Production Example 5-1. The results are as follows.
(a)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−40ppm以上、0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク:2本以上。 (A) The peak top position is in the region where the chemical shift is −40 ppm or more and 0 ppm or less with respect to the silicone rubber, and the peak half-value width is 0.3 ppm or more and 3.0 ppm or less: two or more peaks.
(b)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−80ppm以上、−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク:2本以上。 (B) The peak top position is in a region where the chemical shift is -80 ppm or more and less than -40 ppm with respect to the silicone rubber, and the peak half-value width is 0.3 ppm or more and 5.0 ppm or less: two or more peaks.
シラノール含有量(重量%):0.10
硬度(ショアA):33
紫外線耐光試験(24時間):変化無し
耐熱試験(200℃):変化無し
耐リフロー試験:剥離脱落なし(剥離率=0%)
ケイ素含有率(重量%):38
屈折率:1.42
Silanol content (% by weight): 0.10
Hardness (Shore A): 33
UV light resistance test (24 hours): No change Heat resistance test (200 ° C): No change Reflow resistance test: No peeling off (peeling rate = 0%)
Silicon content (% by weight): 38
Refractive index: 1.42
<製造例5−3>
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を70g、両末端シラノールメチルフェニルシリコーンオイルYF3804を70g、フェニルトリメトキシシランを14g、及び、触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を0.308g用意し、これを攪拌翼とコンデンサとを取り付けた三つ口コルベン中に計量し、室温にて15分触媒が十分溶解するまで攪拌した。この後、反応液を120度まで昇温し、120度全還流下で2時間攪拌しつつ初期加水分解を行った。それ以降は、製造例5−2と同じ条件で重合反応および低沸ケイ素成分の留去を行い、無溶剤の加水分解・重縮合液を得た。
<Production Example 5-3>
Momentive Performance Materials Japan G.K., both ends silanol dimethyl silicone oil XC96-723 70g, both ends silanol methyl phenyl silicone oil YF3804 70g, phenyltrimethoxysilane 14g, and zirconium tetraacetylacetonate powder as catalyst 0.308 g was prepared and weighed into a three-necked Kolben equipped with a stirring blade and a condenser, and stirred at room temperature for 15 minutes until the catalyst was sufficiently dissolved. Thereafter, the temperature of the reaction solution was raised to 120 ° C., and initial hydrolysis was performed while stirring at 120 ° C. under total reflux for 2 hours. Thereafter, the polymerization reaction and the low boiling silicon component were distilled off under the same conditions as in Production Example 5-2 to obtain a solvent-free hydrolysis / polycondensation liquid.
光取り出し材料の物性確認のため、製造例5−2と同じ条件で、得られた加水分解・重縮合液からエラストマー状膜を作製し、このエラストマー状膜および加水分解・重縮合膜を用いて、製造例5−1と同様に、各種物性の測定および試験を行なった。その結果は次のとおりである。 In order to confirm the physical properties of the light extraction material, an elastomeric film was prepared from the obtained hydrolysis / polycondensation liquid under the same conditions as in Production Example 5-2, and the elastomeric film and the hydrolysis / polycondensation film were used. In the same manner as in Production Example 5-1, various physical properties were measured and tested. The results are as follows.
(a)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−40ppm以上、0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク:2本以上。 (A) The peak top position is in the region where the chemical shift is −40 ppm or more and 0 ppm or less with respect to the silicone rubber, and the peak half-value width is 0.3 ppm or more and 3.0 ppm or less: two or more peaks.
(b)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−80ppm以上、−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク:2本以上。 (B) The peak top position is in a region where the chemical shift is -80 ppm or more and less than -40 ppm with respect to the silicone rubber, and the peak half-value width is 0.3 ppm or more and 5.0 ppm or less: two or more peaks.
シラノール含有量(重量%):0.6
硬度(ショアA):20
紫外線耐光試験(24時間):変化無し
耐熱試験(200℃):変化無し
耐リフロー試験:剥離脱落なし(剥離率=0%)
ケイ素含有率(重量%):31
屈折率:1.47
Silanol content (wt%): 0.6
Hardness (Shore A): 20
UV light resistance test (24 hours): No change Heat resistance test (200 ° C): No change Reflow resistance test: No peeling off (peeling rate = 0%)
Silicon content (% by weight): 31
Refractive index: 1.47
<実施例1>
メイン支持体として用意した、平面サイズが10mm×10mm、厚さが0.3mmの、図11Aに示したような反射板付きマウント部品(絶縁性の基体に配線を形成したもの)の上に、製造例A−1で作製した発光素子をフリップチップボンドにより搭載した。発光素子は、平面サイズが1mm×1mmであり、マウント部品上には、9×9の2次元マトリックス状に、合計81個搭載した。隣接する発光素子同士の間隔は100μmとした。発光素子同士の電気的接続は、1列上に並ぶ9個を直列接続し、その列同士を並列に接続するように行なった。
<Example 1>
Prepared as a main support, on a mounting part with a reflector as shown in FIG. 11A having a plane size of 10 mm × 10 mm and a thickness of 0.3 mm (wiring formed on an insulating substrate), The light emitting element manufactured in Production Example A-1 was mounted by flip chip bonding. The light-emitting elements have a planar size of 1 mm × 1 mm, and a total of 81 light-emitting elements are mounted in a 9 × 9 two-dimensional matrix form on the mounting component. The interval between adjacent light emitting elements was set to 100 μm. The electrical connection between the light-emitting elements was performed by connecting nine elements arranged in a row in series and connecting the columns in parallel.
この段階で得られた集積型発光源に180mAの電流を流し、集積型発光源を発光させた。この際の駆動電圧は28.9Vであった。集積型発光源からの発光の全放射束は1155mWであった。 A current of 180 mA was passed through the integrated light source obtained at this stage to cause the integrated light source to emit light. The driving voltage at this time was 28.9V. The total radiant flux of light emitted from the integrated light source was 1155 mW.
さらに、ここまでの段階で得られた集積型発光源に対して、マウント部品上からマイクロピペットで79マイクロリットルの硬化前光取り出し材料を滴下し、発光素子を覆った。硬化前光取り出し材料としては、製造例5−1で得た加水分解・重縮合液を用いた。加水分解・重縮合液は、発光素子内および発光素子間の隙間を充填し、さらに第1の光取り出し方向側の面もぬれた状態で覆った。これを乾燥させることにより、加水分解・重縮合液が硬化し、クラックの無い透明なエラストマー上の光取り出し材料が発光素子に付着した、図11Aに示すような集積型発光源が得られた。 Further, 79 microliters of pre-curing light extraction material was dropped with a micropipette from the mount component onto the integrated light source obtained so far, and the light emitting element was covered. As the light extraction material before curing, the hydrolysis / polycondensation liquid obtained in Production Example 5-1 was used. The hydrolysis / polycondensation liquid filled the gaps between the light emitting elements and between the light emitting elements, and covered the surface on the first light extraction direction side in a wet state. By drying this, the hydrolysis / polycondensation liquid was cured, and an integrated light source as shown in FIG. 11A in which the light extraction material on the transparent elastomer without cracks adhered to the light emitting element was obtained.
得られた集積型発光源に180mAの電流を流し、集積型発光源を発光させた。この際の駆動電圧は28.6Vであった。集積型発光源から発光の全放射束は1653mWとなり、光取り出し材料を発光素子に付着させる前と比較して全放射束が約43%向上した。このことから、発光素子に光取り出し材料を付着させることにより光取り出し効率が向上することがわかる。また、集積型発光源からの発光は均一であった。 A current of 180 mA was passed through the obtained integrated light source to cause the integrated light source to emit light. The driving voltage at this time was 28.6V. The total radiant flux of light emitted from the integrated light source was 1653 mW, and the total radiant flux was improved by about 43% compared to before the light extraction material was attached to the light emitting element. This shows that the light extraction efficiency is improved by attaching the light extraction material to the light emitting element. Further, light emission from the integrated light source was uniform.
<実施例2>
製造例5−3で得た加水分解・重縮合液を硬化前光取り出し材料として使用した以外は実施例1と同様にして集積型発光源を作製した。加水分解・重縮合液の乾燥により、加水分解・重縮合液が硬化し、クラックの無い透明なエラストマー上の光取り出し材料が発光素子に付着した集積型発光源が得られた。
<Example 2>
An integrated light source was produced in the same manner as in Example 1 except that the hydrolysis / polycondensation liquid obtained in Production Example 5-3 was used as a light extraction material before curing. By drying the hydrolysis / polycondensation liquid, the hydrolysis / polycondensation liquid was cured, and an integrated light emitting source in which the light extraction material on the transparent elastomer without cracks adhered to the light emitting element was obtained.
得られた集積型発光源に180mAの電流を流し、集積型発光源を発光させた。この際の駆動電圧は28.4Vであった。集積型発光源からの発光の全放射束は1733mWとなり、実施例1において光取り出し材料を発光素子に付着させる前と比較すると全放射束が約50%向上した。このことから、屈折率の高い光取り出し材料を用いることにより、光取り出し効率がさらに向上することがわかる。また、集積型発光源からの発光は均一であった。 A current of 180 mA was passed through the obtained integrated light source to cause the integrated light source to emit light. The driving voltage at this time was 28.4V. The total radiant flux of light emitted from the integrated light source was 1733 mW, and the total radiant flux was improved by about 50% in Example 1 compared to before the light extraction material was attached to the light emitting element. This shows that the light extraction efficiency is further improved by using a light extraction material having a high refractive index. Further, light emission from the integrated light source was uniform.
10 発光素子
13 装置間分離溝
14 スクライブ領域
15 絶縁層非形成領域
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 第二導電型側電極の露出面
40 サブマウント
41 金属層
42 金属ハンダ
45 低反射光学膜
50a 光取り出し面
50b 光取り出し面
51 第一エッチングマスク(SiNx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
90 空隙
110 光取り出し材料
105 マウント部品
120 液止め
121 ポッティング容器
200 集積型発光源
DESCRIPTION OF
52 Second etching mask (metal fluoride mask)
55
121
Claims (22)
(A):
発光波長に対して透明な基板上に、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化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記基板側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記基板と前記第一導電型半導体層の間に、前記第1の光取り出し方向側の面から出射する光の均一性を向上させる光均一化層と、任意の構成として前記基板と光均一化層との間にバッファ層を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は前記基板の端より後退して後退側壁面を形成しており;
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、(b)少なくとも、発光素子端から離れた位置から後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。 A main support, a plurality of light-emitting elements defined on the following (A) arranged on the main support, and a material that is in close contact with and adheres to the light-emitting device and is transparent at an emission wavelength An integrated light source having a light extraction material.
(A):
A compound semiconductor thin film having a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer on a substrate transparent to the emission wavelength A compound semiconductor light emitting device having a crystal layer, a second conductivity type side electrode, and a first conductivity type side electrode, wherein the first light extraction direction is the substrate side,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
A light homogenization layer for improving uniformity of light emitted from the surface on the first light extraction direction side between the substrate and the first conductivity type semiconductor layer, and optionally, the substrate and light homogenization as an arbitrary configuration Having a buffer layer between the layers;
At the edge of the light emitting element, at least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the side wall surfaces of the thin film crystal layer are set back from the edge of the substrate. Forming;
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode A part of the second conductivity type side electrode that is in contact with a part on the direction side and covers a part of the second conductivity type side electrode opposite to the first light extraction direction; A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記光均一化層および前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(iii)前記光均一化層およびバッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状、
のいずれかの形状を有し;
前記絶縁膜が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の後退側壁面と一致する面を被覆している請求項1に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which part of the light homogenization layer forms a receding side wall surface and an end step surface is formed between the light homogenization layer and a non-retreating side wall surface that does not recede, or (Ii) A shape in which a part of the light uniformizing layer and the buffer layer both constitute a receding side wall surface and an end step surface is formed between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded. Or (iii) a shape in which both the light homogenizing layer and the buffer layer are all receded and the exposed portion of the substrate forms an end step surface,
Having any of the following shapes;
2. The integrated light source according to claim 1, wherein the insulating film covers a surface on an end step surface from a position remote from the light emitting element end and a surface that coincides with a receding side wall surface of the first conductive type semiconductor layer. .
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記光均一化層および前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(iii)前記光均一化層およびバッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状のいずれかの形状を有し;
前記絶縁膜が、前記光均一化層および前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていない請求項1に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which a part of the light homogenizing layer forms a receding side wall surface and an end step surface is formed between the light homogenizing layer and a non-retreating side wall surface that is not receded, or (Ii) A shape in which a part of the light uniformizing layer and the buffer layer constitutes a receding side wall surface, and an end step surface is formed between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded. Or (iii) the light homogenizing layer and the buffer layer are all retreated, and the portion where the substrate is exposed has any shape of an end step surface;
2. The integrated light source according to claim 1, wherein the insulating film covers at least a part of the receding side wall surfaces of the light homogenizing layer and the buffer layer, but is not formed on the end step surface.
前記光均一化層が、前記薄膜結晶層の一部として、前記基板と前記第一導電型クラッド層の間に設けられている層である請求項1〜3のいずれかに記載の集積型発光源。 The light emitting element is
The integrated light emission according to any one of claims 1 to 3, wherein the light homogenizing layer is a layer provided between the substrate and the first conductivity type cladding layer as a part of the thin film crystal layer. source.
(B):
バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記バッファ層と前記第一導電型半導体層の間に、前記第1の光取り出し方向側の面から出射する光の均一性を向上させる光均一化層を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b):前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記光均一化層およびバッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中からまたは前記光均一化層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有し;
さらに、前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体
を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。 A main support, a plurality of light emitting elements defined on the following (B) arranged on the main support, and a material transparent to the light emission wavelength that is in close contact with the light emitting device. An integrated light source having a light extraction material.
(B):
A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the first light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
A light homogenizing layer between the buffer layer and the first conductivity type semiconductor layer for improving uniformity of light emitted from the surface on the first light extraction direction side;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode In contact with a part on the direction side, covering a part on the opposite side to the first light extraction direction of the second conductivity type side electrode, and (b): against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer recedes. And having an insulating layer formed at a position away from the light emitting element end, or (ii) the light uniform When the buffer layer and the buffer layer both form a receding side wall surface and have no end step surface, the buffer layer is not formed at least on the first light extraction direction side portion of the buffer layer. Having an insulating layer covering the receding sidewall surface from the middle or from the middle of the light homogenizing layer;
The compound semiconductor light-emitting element further comprising a support body to which the first conductivity-type side electrode and the second conductivity-type side electrode are connected to support the light-emitting element.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(ii)前記光均一化層およびバッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状であり、
前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中からまたは前記光均一化層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有する請求項5に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(Ii) The light homogenizing layer and the buffer layer both form a receding side wall surface and have no end step surface,
6. The insulating layer which covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer or from the middle of the light homogenizing layer without being formed at least in the first light extraction direction side portion of the buffer layer. The integrated light source as described.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i):前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁膜が、前記光均一化層および前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部をも被覆していながら、端部段差面上には形成されていない請求項5に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I): A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer recedes. It is a shape that forms an end step surface with the non-retreating side wall surface that is not, and at least an insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
6. The integrated light source according to claim 5, wherein the insulating film covers at least part of the receding side wall surfaces of the light homogenizing layer and the buffer layer, but is not formed on the end step surface. .
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
前記(i):前記光均一化層の一部、または前記光均一化層の全部と前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記光均一化層またはバッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁膜が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の側壁後退面と一致する面を被覆している請求項5に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I): A part of the light homogenization layer, or all of the light homogenization layer and a part of the buffer layer together constitute a receding side wall surface, and the light homogenization layer or the buffer layer It is a shape that forms an end step surface between the non-retreated non-retreated side wall surface, and at least an insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
The integrated light source according to claim 5, wherein the insulating film covers a surface on the end step surface from a position away from the light emitting element end, and a surface coinciding with a side wall receding surface of the first conductivity type semiconductor layer. .
(C):
発光波長に対して透明な基板上に、バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層を有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記基板側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は前記基板の端より後退して後退側壁面を形成しており;
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、(b)少なくとも、発光素子端から離れた位置から後退側壁面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする化合物半導体発光素子。 A main support, a plurality of light-emitting elements defined on the following (C), arranged on the main support, and a material transparent to the light emission wavelength, which is in close contact with the light-emitting device. An integrated light source having a light extraction material.
(C):
On the substrate transparent to the emission wavelength, the first conductive type semiconductor layer including the buffer layer, the first conductive type cladding layer, the active layer structure, and the second conductive type semiconductor layer including the second conductive type cladding layer are provided. A compound semiconductor light emitting device having a compound semiconductor thin film crystal layer, a second conductivity type side electrode, and a first conductivity type side electrode, wherein the first light extraction direction is the substrate side,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
At the edge of the light emitting element, at least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the side wall surfaces of the thin film crystal layer are set back from the edge of the substrate. Forming;
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode A part of the second conductivity type side electrode that is in contact with a part on the direction side and covers a part of the second conductivity type side electrode opposite to the first light extraction direction; A compound semiconductor light emitting device comprising an insulating layer.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記バッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状、
のいずれかの形状を有し;
前記絶縁膜が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の後退側壁面と一致する面を被覆している請求項9に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which a part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and an end step surface is formed between the buffer layer and a non-backed side wall surface that is not receded, or (ii) A shape in which the buffer layer is all receded and the exposed portion of the substrate forms an end step surface,
Having any of the following shapes;
10. The integrated light source according to claim 9, wherein the insulating film covers a surface on an end step surface from a position remote from the light emitting element end and a surface that coincides with a receding side wall surface of the first conductive type semiconductor layer. .
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状、または
(ii)前記バッファ層が共にすべて後退して、前記基板が露出した部分が端部段差面を形成する形状のいずれかの形状を有し;
前記絶縁膜が、前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていない請求項9に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A shape in which part of the buffer layer forms a receding side wall surface and an end step surface is formed between the buffer layer and the non-backed side wall surface that is not receded, or (ii) All of the buffer layers recede, and the exposed portion of the substrate has any shape that forms an end step surface;
The integrated light source according to claim 9, wherein the insulating film covers at least a part of the receding side wall surface of the buffer layer but is not formed on the end step surface.
(D):
バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層をこの順序で有する化合物半導体薄膜結晶層と、第二導電型側電極と、並びに第一導電型側電極とを有し、第1の光取り出し方向が前記活性層構造から見てバッファ層側である化合物半導体発光素子であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極は、互いに空間的に重なりを有さずかつ前記第1の光取り出し方向とは反対側に形成されており;
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極が接続され、前記発光素子を支持する支持体を有し;
前記発光素子の端において、前記薄膜結晶層の側壁面のうち少なくとも前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は、製造工程中に装置間分離溝の形成により後退した後退側壁面を構成しており、
少なくとも、前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層の後退側壁面を覆う絶縁層であって、(a)前記第一導電型側電極の第1の光取り出し方向側の一部に接し、前記第二導電型側電極の第1の光取り出し方向と反対側の一部を覆い、かつ(b):前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であるときは、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層を有し、または
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状のときは、前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有すること
を特徴とする化合物半導体発光素子。 A main support, a plurality of light emitting elements defined on the following (D) arranged on the main support, and a material that is in close contact with and adheres to the light emitting device and is transparent at an emission wavelength. An integrated light source having a light extraction material.
(D):
A compound semiconductor thin film crystal layer having a buffer layer, a first conductivity type semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer structure, and a second conductivity type semiconductor layer including a second conductivity type cladding layer in this order; A compound semiconductor light-emitting element having a two-conductivity-type side electrode and a first-conductivity-type side electrode, wherein the first light extraction direction is the buffer layer side when viewed from the active layer structure,
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode do not overlap each other spatially and are formed on the opposite side to the first light extraction direction;
The first conductivity type side electrode and the second conductivity type side electrode are connected and have a support for supporting the light emitting element;
At least the first conductive semiconductor layer, the active layer structure, and the second conductive semiconductor layer among the sidewall surfaces of the thin film crystal layer at the edge of the light emitting element are formed by forming an inter-device separation groove during the manufacturing process. Constitutes the receding side wall surface,
An insulating layer covering at least the first conductive type semiconductor layer, the active layer structure, and the receding side wall surface of the second conductive type semiconductor layer, and (a) a first light extraction of the first conductive type side electrode In contact with a part on the direction side, covering a part on the opposite side to the first light extraction direction of the second conductivity type side electrode, and (b): against the receding side wall surface of the thin film crystal layer,
(I) When a part of the buffer layer constitutes a receding side wall surface and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that has not receded, At least an insulating layer formed from a position away from the end of the light emitting element, or (ii) when the buffer layer forms a receding side wall surface and does not have an end step surface, the buffer A compound semiconductor light emitting device comprising: an insulating layer which covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed at least in a first light extraction direction side portion of the layer.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(ii)前記バッファ層が共に後退側壁面を構成して端部段差面が存在しない形状であり、
前記バッファ層の少なくとも第1の光取り出し方向側部分には形成されずに、前記バッファ層の途中から前記後退側壁面を被覆する絶縁層を有する請求項12に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(Ii) The buffer layers together form a receding side wall surface and there is no end step surface,
13. The integrated light source according to claim 12, further comprising an insulating layer that covers the receding side wall surface from the middle of the buffer layer without being formed at least in the first light extraction direction side portion of the buffer layer.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁膜が、前記バッファ層の後退側壁面の少なくとも一部を被覆していながら、端部段差面上には形成されていない請求項12に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
The integrated light source according to claim 12, wherein the insulating film covers at least a part of the receding side wall surface of the buffer layer but is not formed on the end step surface.
前記薄膜結晶層の後退側壁面に対して、
(i)前記バッファ層の一部が、共に後退側壁面を構成しており、前記バッファ層の後退していない非後退側壁面との間で端部段差面を形成する形状であり、少なくとも、発光素子端から離れた位置から形成されている絶縁層であって、
前記絶縁膜が、発光素子端から離れた位置から端部段差面上、および前記第一導電型半導体層の側壁後退面と一致する面を被覆している請求項12に記載の集積型発光源。 The light emitting element is
For the receding sidewall surface of the thin film crystal layer,
(I) A part of the buffer layer forms a receding side wall surface, and has a shape that forms an end step surface between the buffer layer and the non-backed side wall surface that does not recede, An insulating layer formed from a position away from the light emitting element end,
The integrated light source according to claim 12, wherein the insulating film covers a surface on an end step surface from a position away from an end of the light emitting element and a surface coinciding with a side wall receding surface of the first conductivity type semiconductor layer. .
(i)前記発光素子の第1の光取り出し方向側の面に付着している形態;
(ii)前記発光素子の全体を覆っている形態;
(iii)前記発光素子同士の間を充填している形態;
(iv)複数の発光素子を覆っている形態;および
(v)すべての発光素子を覆っている形態;
の少なくとも1つの形態を満たすように前記発光素子に付着している請求項1〜15のいずれかに記載の集積型発光源。 The light extraction material is attached in the following form: (i) The form attached to the surface of the light emitting element on the first light extraction direction side;
(Ii) a form covering the whole of the light emitting element;
(Iii) A form in which the space between the light emitting elements is filled;
(Iv) a form covering a plurality of light emitting elements; and (v) a form covering all the light emitting elements;
The integrated light source according to claim 1, wherein the integrated light source is attached to the light emitting element so as to satisfy at least one of the following forms.
(1)ケイ素含有率が20重量%以上である;
(2)固体Si−核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおいて、下記(a)及び/又は(b)のSiに由来するピークを少なくとも1つ有する;
(a)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−40ppm以上、0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク
(b)ピークトップの位置がシリコーンゴムを基準としてケミカルシフト−80ppm以上、−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である;
のうちの少なくとも1つを満足することを特徴とする請求項18に記載の集積型発光源。 The condensed silicone material has the following conditions (1) to (3):
(1) The silicon content is 20% by weight or more;
(2) In a solid Si-nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum, it has at least one peak derived from Si in the following (a) and / or (b);
(A) The peak top position is in the region of chemical shift −40 ppm or more and 0 ppm or less with respect to the silicone rubber, and the peak half width is 0.3 ppm or more and 3.0 ppm or less. (B) The peak top position. In the region where the chemical shift is −80 ppm or more and less than −40 ppm based on the silicone rubber, and the peak half-value width is 0.3 ppm or more and 5.0 ppm or less (3) Silanol content is 0.01% by weight or more, Up to 10% by weight;
19. The integrated light source according to claim 18, wherein at least one of the following is satisfied.
前記複数個の発光素子をメイン支持体上に配列する工程と、
前記メイン支持体上に配列された前記複数個の発光素子に、前記発光素子の発光波長に対して透明な材料からなる光取り出し材料を密着して付着させる工程と、
を有する集積型発光源の製造方法。 A light emitting device defined by (A) in claim 1, a light emitting device defined by (B) in claim 5, a light emitting device defined by (C) in claim 9, and (D) in claim 12 A step of producing a plurality of light-emitting elements selected from the group consisting of light-emitting elements defined by:
Arranging the plurality of light emitting elements on a main support;
A step of closely attaching a light extraction material made of a material transparent to the light emission wavelength of the light emitting element to the plurality of light emitting elements arranged on the main support; and
A method for manufacturing an integrated light source comprising:
(i)前記発光素子の第1の光取り出し方向側の面に付着している形態;
(ii)前記発光素子の全体を覆っている形態;
(iii)前記発光素子同士の間を充填している形態;
(iv)複数の発光素子を覆っている形態;および
(v)すべての発光素子を覆っている形態;
の少なくとも1つの形態を満たすように前記光取り出し材料を前記発光素子に付着させることを含む請求項20に記載の集積型発光源の製造方法。 The step of attaching the light extraction material comprises:
(I) a form attached to a surface on the first light extraction direction side of the light emitting element;
(Ii) a form covering the whole of the light emitting element;
(Iii) A form in which the space between the light emitting elements is filled;
(Iv) a form covering a plurality of light emitting elements; and (v) a form covering all the light emitting elements;
21. The method of manufacturing an integrated light source according to claim 20, further comprising attaching the light extraction material to the light emitting element so as to satisfy at least one form of the above.
液状のシリコーン系材料を前記発光素子に付着させることと、
付着させたシリコーン系材料を硬化させることと、
を含む請求項20または21に記載の集積型発光源の製造方法。 The step of attaching the light extraction material comprises:
Attaching a liquid silicone material to the light emitting element;
Curing the adhered silicone material;
The manufacturing method of the integrated light source of Claim 20 or 21 containing these.
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