JP2009267263A - Light-emitting device and method for manufacturing the same - Google Patents

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竜司 米田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting device capable of suppressing the generation of non-radiation level caused by defective crystal, by reducing the height of irregularities, when improving external quantum efficiency, using photonic crystalline structure. <P>SOLUTION: The system is configured by a plurality of semiconductor crystalline layers that are laminated and is provided with a light-emitting device 2, having a light-emitting layer 12; a support substrate 3 that is disposed on one principal plane 21 side of the light-emitting device 2 and supports the light-emitting device 2, and a metal film 4; a photonic crystalline structure 23, that reflects light from the light-emitting layer 12 to the side of the other principal plane 22 is formed on one principal plane section in the light-emitting layer 2, and one principal plane 21 in the light-emitting device 2 is covered with the metal film 4. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、発光装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a light emitting device and a method for manufacturing the same.

従来の技術の発光装置では、ホスト基板の一方の主面上に発光層を含む発光素子が形成され、前記発光素子の一方の主面上にフォトニック結晶構造が形成されて、フォトニック結晶構造を透過して光を抽出する。前記フォトニック結晶構造は、エピタキシャル層に形成された正孔の周期的な格子によって実現され、誘電体によって覆われている。このような発光装置は、結晶成長用基板上にエピタキシャル層を成長させて、このエピタキシャル層をホスト基板の一方の主面上に接合層を介して接合した後、結晶成長用基板を除去し、エピタキシャル層の一方の主面部にフォトニック結晶構造を形成して作製される(たとえば特許文献1参照)。   In a conventional light emitting device, a light emitting element including a light emitting layer is formed on one main surface of a host substrate, a photonic crystal structure is formed on one main surface of the light emitting element, and a photonic crystal structure is formed. To extract light. The photonic crystal structure is realized by a periodic lattice of holes formed in the epitaxial layer, and is covered with a dielectric. In such a light emitting device, an epitaxial layer is grown on a crystal growth substrate, the epitaxial layer is bonded to one main surface of a host substrate via a bonding layer, the crystal growth substrate is removed, The photonic crystal structure is formed on one main surface portion of the epitaxial layer (see, for example, Patent Document 1).

特許2006−54473号公報Japanese Patent No. 2006-54473

前記従来の技術の発光装置におけるフォトニック結晶構造は、微小な凹凸形状を有し、凹凸の周期および光路差に応じて光が干渉することによって所定の方向に光を抽出しているが、凹凸の高さが大きくなると、発光層内に結晶欠陥に起因する非発光準位が発生して、外部量子効率が低下してしまうおそれがある。また、従来の技術の発光装置の製造方法では、結晶成長用基板が除去された部分にフォトニック結晶構造体を形成するので、フォトニック結晶構造体を精度よく形成することが困難である。   The photonic crystal structure in the conventional light emitting device has a minute uneven shape, and light is extracted in a predetermined direction by light interference according to the period of the unevenness and the optical path difference. When the height is increased, non-light emitting levels due to crystal defects are generated in the light emitting layer, which may reduce the external quantum efficiency. Further, in the conventional method for manufacturing a light emitting device, since the photonic crystal structure is formed in the portion where the substrate for crystal growth is removed, it is difficult to accurately form the photonic crystal structure.

したがって本発明の目的は、フォトニック結晶構造を用いて外部量子効率を向上させるにあたって、凹凸の高さを低減して、結晶欠陥に起因する非発光準位の発生を抑制することができる発光装置、および発光装置においてフォトニック結晶構造を精度よく形成することができる発光装置の製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the external quantum efficiency by using a photonic crystal structure, and to reduce the height of unevenness and to suppress the generation of non-light emitting levels due to crystal defects And a method of manufacturing a light emitting device capable of forming a photonic crystal structure with high precision in the light emitting device.

本発明の発光装置は、複数の半導体結晶層が積層されてなり、発光領域を備える発光素子と、
前記発光素子の一方の主面側に配置され、前記発光素子を支持する支持基板と、
反射性導電膜とを備え、
前記発光素子の前記一方の主面部には、前記発光領域からの光を他方の主面の側に反射するフォトニック結晶構造体が形成されており、
前記フォトニック結晶構造体が、前記反射性導電膜によって覆われていることを特徴とする。
A light-emitting device of the present invention includes a light-emitting element in which a plurality of semiconductor crystal layers are stacked and includes a light-emitting region;
A support substrate that is disposed on one main surface side of the light emitting element and supports the light emitting element;
A reflective conductive film,
The one main surface portion of the light emitting element is formed with a photonic crystal structure that reflects light from the light emitting region to the other main surface side,
The photonic crystal structure is covered with the reflective conductive film.

また本発明の発光装置の製造方法は、結晶成長用基板の一方の主面上に、複数の半導体結晶層を積層して、発光領域を備える発光素子を形成する工程と、
前記発光素子の一方の主面部に、前記発光領域からの光を前記発光素子の他方の主面側に反射するフォトニック結晶構造体を形成する工程と、
前記発光素子の前記一方の主面を覆って反射性導電膜を形成する工程と、
前記反射性導電膜に、前記発光素子を支持する支持基板を接合する工程と、
前記結晶成長用基板を除去する工程とを含むことを特徴とする。
The method for manufacturing a light emitting device of the present invention includes a step of stacking a plurality of semiconductor crystal layers on one main surface of a crystal growth substrate to form a light emitting element having a light emitting region,
Forming a photonic crystal structure that reflects light from the light emitting region on the other main surface side of the light emitting element on one main surface portion of the light emitting element;
Forming a reflective conductive film covering the one main surface of the light emitting element;
Bonding the support substrate supporting the light emitting element to the reflective conductive film;
And a step of removing the substrate for crystal growth.

本発明によれば、発光領域から発光素子の一方の主面に向かう光は、フォトニック結晶構造体によって、発光素子の他方の主面の側に反射される。フォトニック結晶構造体は、微小な凹凸形状を有し、凹凸の周期および光路差に応じて光が干渉することによって、所定の方向に光が反射され、その構造に応じて所定の角度で光を反射することができるので、発光領域から出射した光の一部を、回折光として光路変換させ、全反射角以内で界面へ入射させることで、素子外部への光の取り出し効率を向上させて、外部量子効率を向上させることができる。   According to the present invention, the light traveling from the light emitting region toward one main surface of the light emitting element is reflected by the photonic crystal structure toward the other main surface of the light emitting element. The photonic crystal structure has a minute concavo-convex shape, and light is reflected in a predetermined direction when light interferes according to the period of the concavo-convex and the optical path difference, and light is emitted at a predetermined angle according to the structure. Since part of the light emitted from the light emitting region is converted into a diffracted light path and incident on the interface within the total reflection angle, the light extraction efficiency to the outside of the device is improved. , External quantum efficiency can be improved.

また本発明によれば、結晶成長用基板の一方の主面上に複数の半導体結晶層を積層して、発光領域を備える発光素子を形成し、発光素子の一方の主面部にフォトニック結晶構造体を形成した後に、フォトニック結晶構造体の一方の主面を覆って金属膜を形成し、金属膜に発光素子を支持する支持基板を接合してから、結晶成長用基盤を除去するので、結晶成長用基板が除去された部分にフォトニック結晶構造体を形成する従来の技術と比較して、精度よくフォトニック結晶構造体を形成することができる。   According to the present invention, a plurality of semiconductor crystal layers are stacked on one main surface of a crystal growth substrate to form a light emitting device having a light emitting region, and a photonic crystal structure is formed on one main surface portion of the light emitting device. After forming the body, a metal film is formed so as to cover one main surface of the photonic crystal structure, a support substrate that supports the light emitting element is bonded to the metal film, and then the substrate for crystal growth is removed. Compared to the conventional technique of forming a photonic crystal structure in a portion where the substrate for crystal growth is removed, the photonic crystal structure can be formed with higher accuracy.

図1は、本発明の実施の一形態の発光装置1の構成を示す断面図である。発光装置1は、フリップチップ型の発光装置である。発光装置1は、基本的に発光素子2と、支持基板3と、反射性導電膜である金属膜4とを含み、さらに結晶成長用基板5と、第1および第2電極6,7と、第1および第2接合部8,9とを備えて構成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device 1 according to an embodiment of the present invention. The light emitting device 1 is a flip chip type light emitting device. The light emitting device 1 basically includes a light emitting element 2, a support substrate 3, and a metal film 4 that is a reflective conductive film, and further includes a crystal growth substrate 5, first and second electrodes 6, 7, The first and second joint portions 8 and 9 are provided.

発光素子2は、LED(Light Emitting Diode)であって、結晶成長用基板5の一方の主面5a上に、複数の半導体結晶層が積層されてなり、発光領域を備える。発光素子2は、結晶成長用基板5の一方の主面5aから、n型およびp型のうちの一方の導電型の半導体層11と、コンタクト層14と、n型およびp型のうちの一方の他方の導電型の半導体層13と、コンタクト層14とがこの記載の順番で積層されて形成されている。本実施の形態では、一方の導電型の半導体層11と、発光層12と、他方の導電型の半導体層13とは、III−V族化合物半導体によって形成される。また本実施の形態では、一方の導電型はn型であり、他方の導電型はp型であり、以下、一方の導電型の半導体層をp型半導体層といい、他方の導電型の半導体層をn型半導体層という。   The light emitting element 2 is an LED (Light Emitting Diode), and includes a plurality of semiconductor crystal layers stacked on one main surface 5a of the crystal growth substrate 5, and includes a light emitting region. The light emitting element 2 includes, from one main surface 5a of the crystal growth substrate 5, a semiconductor layer 11 of one of n-type and p-type conductivity, a contact layer 14, and one of n-type and p-type. The other conductive type semiconductor layer 13 and the contact layer 14 are laminated in the order described. In the present embodiment, one conductivity type semiconductor layer 11, the light emitting layer 12, and the other conductivity type semiconductor layer 13 are formed of a III-V group compound semiconductor. In this embodiment, one conductivity type is n-type and the other conductivity type is p-type. Hereinafter, one conductivity type semiconductor layer is referred to as a p-type semiconductor layer, and the other conductivity type semiconductor. The layer is referred to as an n-type semiconductor layer.

n型半導体層11は、n型の不純物がドーピングされた窒化ガリウム(GaN)からなる。n型半導体層11の厚さは、10nm〜1000nmに選ばれている。またn型の不純物は、たとえばシリコン(Si)である。n型半導体層11のドーピング濃度は、1×1017/cm3〜1×1018/cm3に選ばれている。 The n-type semiconductor layer 11 is made of gallium nitride (GaN) doped with n-type impurities. The thickness of the n-type semiconductor layer 11 is selected from 10 nm to 1000 nm. The n-type impurity is, for example, silicon (Si). The doping concentration of the n-type semiconductor layer 11 is selected from 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 18 / cm 3 .

発光層12は、発光領域を形成し、ノンドープの窒化インジウムガリウム(InGaN)から成る。発光層12の厚さは、10nm〜100nmに選ばれている。   The light emitting layer 12 forms a light emitting region and is made of non-doped indium gallium nitride (InGaN). The thickness of the light emitting layer 12 is selected from 10 nm to 100 nm.

p型半導体層13は、p型の不純物がドーピングされたGaNからなる。p型半導体層13の厚さは、10nm〜100nmに選ばれている。またp型の不純物は、たとえばマグネシウム(Mg)である。p型半導体層13のドーピング濃度は、1×1017/cm3〜1×1018/cm3に選ばれている。 The p-type semiconductor layer 13 is made of GaN doped with p-type impurities. The thickness of the p-type semiconductor layer 13 is selected from 10 nm to 100 nm. The p-type impurity is, for example, magnesium (Mg). The doping concentration of the p-type semiconductor layer 13 is selected from 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 18 / cm 3 .

コンタクト層14は、p型の不純物がドーピングされたGaNからなる。コンタクト層14の厚さは、10nm〜100nmに選ばれている。またコンタクト層14のドーピング濃度は、1×1018/cm3〜1×1019/cm3に選ばれている。 The contact layer 14 is made of GaN doped with p-type impurities. The thickness of the contact layer 14 is selected from 10 nm to 100 nm. The doping concentration of the contact layer 14 is selected from 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 .

n型半導体層11は、結晶成長用基板5の一方の主面5aの全面に積層されている。n型半導体層11は、前記主面5aに平行な予め定める方向の一方の端部15の厚みが、この一方の端部15を除く部分16の厚みよりも小さくなるように形成されている。n型半導体層11のうち前記一方の端部15を除く部分16の一方の主面16aの全面に発光層12が積層されている。また発光層12の一方の主面12aの全面にp型半導体層13が積層されている。またp型半導体層13の一方の主面13aの全面にコンタクト層14が積層されている。   The n-type semiconductor layer 11 is laminated on the entire main surface 5a of the crystal growth substrate 5. The n-type semiconductor layer 11 is formed so that the thickness of one end 15 in a predetermined direction parallel to the main surface 5 a is smaller than the thickness of the portion 16 excluding the one end 15. The light emitting layer 12 is laminated on the entire surface of one main surface 16a of the portion 16 of the n-type semiconductor layer 11 excluding the one end 15. A p-type semiconductor layer 13 is stacked on the entire surface of one main surface 12 a of the light emitting layer 12. A contact layer 14 is laminated on the entire surface of one main surface 13 a of the p-type semiconductor layer 13.

発光素子2の一方の主面部には、発光層12からの光を他方の主面22の側に反射するフォトニック結晶構造体23が形成されている。フォトニック結晶構造体23は、コンタクト層14に形成されている。フォトニック結晶構造体23は、コンタクト層14の一方の主面14aのうち、前記予め定める方向における他方の端部24を除く領域に形成されている。フォトニック結晶構造体23の詳細については後述する。   A photonic crystal structure 23 that reflects light from the light emitting layer 12 toward the other main surface 22 is formed on one main surface of the light emitting element 2. The photonic crystal structure 23 is formed in the contact layer 14. The photonic crystal structure 23 is formed in a region excluding the other end 24 in the predetermined direction on one main surface 14a of the contact layer 14. Details of the photonic crystal structure 23 will be described later.

発光素子2は、結晶成長用基板5に、MOCVD(有機金属化学気相成長:Metal-
organic Chemical Vapor Deposition)法、またはMBE(分子線エピタキシャル成長:
Molecular Beam Epitaxy)法を用いて、エピタキシャル成長によって各半導体層を積層した後、フォトリソグラフィによって所定のレジストマスクを形成して、エッチングを行うことによって形成される。
The light emitting element 2 is formed on a crystal growth substrate 5 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition: Metal-
Organic Chemical Vapor Deposition (MBE) method or MBE (molecular beam epitaxial growth:
Each semiconductor layer is stacked by epitaxial growth using a molecular beam epitaxy method, and then a predetermined resist mask is formed by photolithography and etching is performed.

結晶成長用基板5は、発光素子2の各半導体層の結晶成長が可能であり、かつ発光素子2の発光層12からの光を透過可能な材料からなる。また結晶成長用基板5の屈折率は、発光素子2の屈折率以下となるような材料からなる。本実施の形態では、結晶成長用基板5は、たとえばサファイアからなる。本実施の形態では、発光素子2は主としてGaNから成るので、その屈折率は常温で2.3程度であり、結晶成長用基板5はサファイアから成るので、その屈折率は常温で1.8程度である。   The crystal growth substrate 5 is made of a material capable of crystal growth of each semiconductor layer of the light emitting element 2 and transmitting light from the light emitting layer 12 of the light emitting element 2. The crystal growth substrate 5 is made of a material having a refractive index lower than that of the light emitting element 2. In the present embodiment, the crystal growth substrate 5 is made of, for example, sapphire. In the present embodiment, since the light emitting element 2 is mainly made of GaN, its refractive index is about 2.3 at room temperature, and since the crystal growth substrate 5 is made of sapphire, its refractive index is about 1.8 at room temperature. It is.

金属膜4は、発光素子2の一方の主面21を覆って設けられる。金属膜4は、発光素子2の発光層12からの光に対して高い反射率を有する金属からなる。前記反射率は、80%以上である。本実施の形態では、発光層12が、GaNを含んで構成され、その発光波長は、450nm〜365nmである。また本実施の形態では、金属膜4は、銀(Ag)およびニッケル(Ni)を含む合金、あるいは、銀またはニッケルから成り、前記波長の範囲に対して、高い反射率を有する。銀およびニッケルを含む合金は、銅(Cu)、あるいはパラジウム(Pb)を含んでいてもよい。金属膜4は、フォトニック結晶構造体23の一方の主面に密着して設けられる。金属膜4は金属を蒸着した後、フォトリソグラフィによって所定のレジストマスクを形成して、エッチングを行うことによって形成され、コンタクト層14の一方の主面14aのうち、前記予め定める方向における他方の端部24を除く領域に積層して形成されている。金属膜4とコンタクト層14とは、オーミック接合される。   The metal film 4 is provided so as to cover one main surface 21 of the light emitting element 2. The metal film 4 is made of a metal having a high reflectance with respect to light from the light emitting layer 12 of the light emitting element 2. The reflectance is 80% or more. In the present embodiment, the light emitting layer 12 includes GaN, and the light emission wavelength is 450 nm to 365 nm. In the present embodiment, the metal film 4 is made of an alloy containing silver (Ag) and nickel (Ni), or silver or nickel, and has a high reflectance with respect to the wavelength range. The alloy containing silver and nickel may contain copper (Cu) or palladium (Pb). The metal film 4 is provided in close contact with one main surface of the photonic crystal structure 23. The metal film 4 is formed by depositing a metal, forming a predetermined resist mask by photolithography, and performing etching. Of the one main surface 14a of the contact layer 14, the other end in the predetermined direction is formed. It is formed by being laminated in a region excluding the portion 24. The metal film 4 and the contact layer 14 are in ohmic contact.

第1電極6は、金属からなり、n型半導体層11に接続されている。第1電極6は、n型半導体層11の前記予め定める方向の一方の端部15に積層して形成され、発光層12、p型半導体層13、コンタクト層14および金属膜4に離間して設けられる。第1電極6は、n型半導体層11にオーミック接合されるオーミック接合部25と、オーミック接合部25を覆い、オーミック接合部25を第1接合部8に接続するためのパッド部26とを備える。オーミック接合部25は、チタン(Ti)およびアルミニウム(Al)からなる合金によって形成されている。パッド部26は、金(Au)によって形成されている。パッド部26は、その一方の主面26aが、金属膜4の支持基板3に臨む表面よりも、支持基板3側に突出するように形成されている。   The first electrode 6 is made of metal and connected to the n-type semiconductor layer 11. The first electrode 6 is formed by being laminated on one end 15 in the predetermined direction of the n-type semiconductor layer 11 and is separated from the light emitting layer 12, the p-type semiconductor layer 13, the contact layer 14, and the metal film 4. Provided. The first electrode 6 includes an ohmic junction 25 that is ohmic-bonded to the n-type semiconductor layer 11, and a pad portion 26 that covers the ohmic junction 25 and connects the ohmic junction 25 to the first junction 8. . The ohmic junction 25 is formed of an alloy made of titanium (Ti) and aluminum (Al). The pad portion 26 is made of gold (Au). The pad portion 26 is formed such that one main surface 26 a protrudes toward the support substrate 3 from the surface of the metal film 4 facing the support substrate 3.

第2電極7は、素子側電極であり、金属からなり、コンタクト層14および金属膜4に接続されている。第2電極7は、コンタクト層14の前記予め定める方向の一方の端部24と、金属膜4の前記予め定める方向の一方の端部29とに積層して形成されている。第2電極7は、金(Au)によって形成されている。第2電極7は、その一方の主面7aが、金属膜4の支持基板3に臨む表面よりも、支持基板3側に突出するように形成されている。   The second electrode 7 is an element side electrode, made of metal, and connected to the contact layer 14 and the metal film 4. The second electrode 7 is formed by laminating one end portion 24 of the contact layer 14 in the predetermined direction and one end portion 29 of the metal film 4 in the predetermined direction. The second electrode 7 is made of gold (Au). The second electrode 7 is formed such that one main surface 7 a protrudes toward the support substrate 3 from the surface of the metal film 4 facing the support substrate 3.

支持基板3は、基材31と、基材31の少なくとも発光素子2に臨む表面部に形成される基板側配線膜である配線部32とを含んで構成される。基材31は、電気絶縁性を有し、たとえばセラミックによって形成される。配線部32は、たとえばAuまたはAlから成る。配線部32は、第1および第2電極6,7にそれぞれ対向する位置に設けられる。   The support substrate 3 includes a base material 31 and a wiring portion 32 that is a substrate-side wiring film formed on at least a surface portion of the base material 31 facing the light emitting element 2. The base material 31 has electrical insulation and is formed of, for example, ceramic. The wiring part 32 is made of, for example, Au or Al. The wiring part 32 is provided at a position facing the first and second electrodes 6 and 7.

第1電極6は、第1接合部8を介して配線部32に電気的に接続され、第2電極7は、第2接合部9を介して配線部32に電気的に接続されている。第1および第2接合部8,9は、たとえば半田によって形成される。第1および第2電極6,7は、第1および第2接合部8,9の厚さ分だけ支持基板3から離間する。したがって金属膜4についても、支持基板3から離間して設けられている。   The first electrode 6 is electrically connected to the wiring portion 32 via the first joint portion 8, and the second electrode 7 is electrically connected to the wiring portion 32 via the second joint portion 9. The first and second joints 8 and 9 are formed by solder, for example. The first and second electrodes 6 and 7 are separated from the support substrate 3 by the thickness of the first and second joints 8 and 9. Therefore, the metal film 4 is also provided apart from the support substrate 3.

発光素子2においては、発光層12から放射される光は、その一部のみが素子外部へ取り出され利用することができる。素子外部へ取り出せない光は、素子内部で反射、散乱を繰り返し、次第に熱エネルギなどへ変換されてしまうため、有効に利用することができない。この光を効率的に取り出せない最大の理由の一つに、素子と外界の界面による全反射の現象が挙げられる。まず全反射について説明をする。屈折率n1の媒質から屈折率n2の媒質に、入射角θ1で入射した場合、出射角θ2で出射すると、入射光と出射光の間で、次式(1)の関係が成立する。
n1・sinθ1=n2・sinθ2 …(1)
In the light emitting element 2, only a part of the light emitted from the light emitting layer 12 can be extracted and used outside the element. Light that cannot be extracted to the outside of the element is repeatedly reflected and scattered inside the element and gradually converted into heat energy or the like, so that it cannot be used effectively. One of the biggest reasons why this light cannot be extracted efficiently is the phenomenon of total reflection at the interface between the element and the outside. First, total reflection will be described. When a medium having a refractive index n1 is incident on a medium having a refractive index n2 at an incident angle θ 1 and is emitted at an outgoing angle θ 2 , the relationship of the following expression (1) is established between the incident light and the outgoing light.
n1 · sin θ 1 = n2 · sin θ 2 (1)

ここで、n1>n2の場合、すなわち、屈折率が高い媒質から低い媒質へ光が界面へ入射する場合、sinθ=n2/n1で与えられる入射角以上で入射した場合、式(1)を満足するθが存在しない状態となる。すなわち、界面を介して透過する光波の存在は許容されず、界面で全て反射される状態となる。この現象は全反射と呼ばれ、このときのθ1を全反射角θTという。特に光半導体材料は、大きな屈折率を持つため、本影響が顕著となる。 Here, in the case of n1> n2, that is, when light enters the interface from a medium having a high refractive index to a medium having a low refractive index, when entering at an incident angle greater than or equal to sin θ 1 = n2 / n1, Equation (1) is obtained. A state where there is no satisfactory θ 2 exists. In other words, the presence of a light wave that passes through the interface is not allowed, and is totally reflected at the interface. This phenomenon is called total reflection, and θ 1 at this time is called a total reflection angle θ T. In particular, since the optical semiconductor material has a large refractive index, this effect becomes significant.

たとえば、窒化ガリウムはその発光域において、屈折率が2.5程度であるので、空気界面(n=1.0)に対する全反射角は、おおよそ23度であり、また、窒化ガリウムとサファイアとの界面に対する全反射角は、おおよそ46度であり、サファイアと空気との界面では、おおよそ34度である。ここで、発光層12から放射される光強度分布は、ランバード分布(I(φ)=I・cos(φ):Iは主線方向の光出射強度)を仮定す
ると、全反射角θ内で放射される光エネルギは、全放射エネルギに対して、(1−cos2θ)/2×100(%)となる。ここでフレネル反射は考慮していない。上記、全反射角を代入すると、空気と窒化ガリウムとの界面、サファイアと窒化ガリウムとの界面、空気とサファイアとの界面において全反射角θT内で放射される光エネルギは、それぞれ、約15%、48%、31%である。もちろん、さらにフレネル反射による反射損が加わるため、本値は実際に、さらに小さくなる。したがって、本課題を抑制、あるいは解消するためには、この全反射を低減・抑制させることが必須である。
For example, gallium nitride has a refractive index of about 2.5 in its emission region, so the total reflection angle with respect to the air interface (n = 1.0) is approximately 23 degrees, and between gallium nitride and sapphire The total reflection angle with respect to the interface is approximately 46 degrees, and approximately 34 degrees at the interface between sapphire and air. Here, assuming that the light intensity distribution emitted from the light emitting layer 12 is a Lambert distribution (I (φ) = I 0 · cos (φ): I 0 is the light emission intensity in the main line direction), the total reflection angle θ T The light energy radiated in the inside is (1−cos 2θ T ) / 2 × 100 (%) with respect to the total radiant energy. Here, Fresnel reflection is not considered. When the total reflection angle is substituted, light energy radiated within the total reflection angle θ T at the interface between air and gallium nitride, the interface between sapphire and gallium nitride, and the interface between air and sapphire is about 15 respectively. %, 48% and 31%. Of course, since the reflection loss due to Fresnel reflection is further added, this value is actually further reduced. Therefore, in order to suppress or eliminate this problem, it is essential to reduce / suppress this total reflection.

フォトニック結晶構造体23は、凹凸微細構造を有する。フォトニック結晶構造体23によって、前記全反射を低減・抑制する原理について説明する。ここで、理解を容易にするために、まずは、1次元回折現象について説明する。1次元凹凸微細構造が形成された上に、高反射金属膜が蒸着された反射型回折格子に、光が入射した場合を考える。本凹凸微細構造が入射光波長より十分に大きい場合、光の進路は、反射の法則に従い光線追跡を詳細に行うことで求めることができる。しかしながら、本凹凸微細構造のサイズが入射光波長オーダであった場合、光波回折現象が顕著に現れるようになる。回折格子への入射光の最も簡単な取扱いは、周期開口に対するフラウンホーファ回折像を求めることであり、この場合開口に入射した光波振幅は開口関数のフーリエ変換の形で与えられることとなる。   The photonic crystal structure 23 has an uneven fine structure. The principle of reducing and suppressing the total reflection by the photonic crystal structure 23 will be described. Here, in order to facilitate understanding, first, the one-dimensional diffraction phenomenon will be described. Consider a case where light is incident on a reflective diffraction grating in which a one-dimensional uneven microstructure is formed and a highly reflective metal film is deposited. When the concave-convex microstructure is sufficiently larger than the incident light wavelength, the light path can be obtained by performing ray tracing in detail according to the law of reflection. However, when the size of the concave-convex microstructure is on the order of the incident light wavelength, the light wave diffraction phenomenon becomes prominent. The simplest handling of the light incident on the diffraction grating is to obtain a Fraunhofer diffraction image for the periodic aperture. In this case, the light wave amplitude incident on the aperture is given in the form of a Fourier transform of the aperture function.

凹凸微細構造が形成された上に、高反射金属膜が蒸着された反射型回折格子は、原理的に位相回折格子と見做すことができる。すなわち、凹凸パターンにおいて、発光層から見て凸部と凹部との光路長差は、光伝播部の屈折率をn、凹凸部高さをdとすると、2ndである。光伝播部の屈折率と、凹凸部高さとの積(nd)に、数値「2」を積算する理由は、凸部を伝播した光が、反射鏡で反射されて再び凸部を往復伝播することによる。   A reflective diffraction grating in which an uneven microstructure is formed and a highly reflective metal film is deposited can be considered as a phase diffraction grating in principle. That is, in the concavo-convex pattern, the optical path length difference between the convex portion and the concave portion when viewed from the light emitting layer is 2nd, where n is the refractive index of the light propagation portion and d is the height of the concavo-convex portion. The reason why the numerical value “2” is added to the product (nd) of the refractive index of the light propagation part and the uneven part height is that the light propagated through the convex part is reflected by the reflecting mirror and propagates back and forth through the convex part again. It depends.

ここで、周期a、位相差φ=4πnd/λである回折格子の開口関数u(x)が、三角関数の次式(2)で表される最も単純な場合を考える。   Here, consider the simplest case where the aperture function u (x) of the diffraction grating having the period a and the phase difference φ = 4πnd / λ is expressed by the following trigonometric function equation (2).

Figure 2009267263
Figure 2009267263

基本光(0次回折光)、m次回折光に対して光波電界振幅Jm(φ/2)の比で生じ、その時の回折角は、次式(3)で与えられる。   It is generated at a ratio of light wave electric field amplitude Jm (φ / 2) to basic light (0th order diffracted light) and mth order diffracted light.

Figure 2009267263
Figure 2009267263

すなわち、反射鏡に入射した光の一部を、回折光として光路変換でき、前記出射界面における全反射の低減を図ることができる。ここで、上記Jは、m次のベッセル関数であり、φ/2を適切に設定することにより、限定的ではあるが、所望の次数の回折効率を調節することが可能である。実際の発光素子において、発光光は球面波的に、回折格子に入射するため、入射波全方位に関して総合的に有効な回折角、および各次回折効率を計算し、凹凸微細構造の周期および深さを決定する必要がある。 That is, a part of the light incident on the reflecting mirror can be optically path-converted as diffracted light, and total reflection at the exit interface can be reduced. Here, J m is an m-th order Bessel function, and by setting φ / 2 appropriately, it is possible to adjust the diffraction efficiency of a desired order although it is limited. In an actual light emitting device, since the emitted light is incident on the diffraction grating in a spherical wave manner, the effective diffraction angle and the diffraction efficiency of each order are calculated for all directions of the incident wave, and the period and depth of the uneven microstructure are calculated. There is a need to decide.

深さについては、前記凹凸微細構造の凹部と凸部との光路差が、半波長(逆位相)となる場合に光干渉の効果が大きく適当であるから、発光素子2が窒化ガリウム系材料からなる場合、n=2.5として、50nm〜100nm程度が適当である。特に反射型回折格子を用いる最大の利点の一つが、この微細凹凸構造深さが必要最小であるという点である。たとえば、透明電極などに微細凹凸パターンを形成し、前記回折現象を利用しようとした場合、窒化ガリウムおよびITO(酸化インジウム錫)透明導電膜の屈折率は、n=2〜2.5程度であり、周囲媒質は空気などであるので、凹凸部屈折率差は最大1.5程度と比較的小さい。加えて、光路は1方向であるため、光路長を比較的長くするためには、微細凹凸パターンの深さの程度を、比較的大きくする必要が生じる。一方で、反射型回折格子では、凹凸部の屈折率差を媒質屈折率そのものとすることができ、加えて光路長差は凸部往復分となるため、比較的小さな凹凸深さで、比較的長い光路長を確保することができる。   Regarding the depth, since the optical interference effect is large and appropriate when the optical path difference between the concave and convex portions of the concave-convex microstructure has a half wavelength (reverse phase), the light emitting element 2 is made of a gallium nitride material. In this case, n = 2.5 and about 50 nm to 100 nm are appropriate. In particular, one of the greatest advantages of using a reflective diffraction grating is that this fine concavo-convex structure depth is the minimum necessary. For example, when a fine concavo-convex pattern is formed on a transparent electrode or the like and the diffraction phenomenon is used, the refractive index of the gallium nitride and ITO (indium tin oxide) transparent conductive film is about n = 2 to 2.5. Since the surrounding medium is air or the like, the uneven refractive index difference is relatively small at a maximum of about 1.5. In addition, since the optical path is unidirectional, in order to make the optical path length relatively long, it is necessary to make the depth of the fine uneven pattern relatively large. On the other hand, in the reflection type diffraction grating, the refractive index difference of the concavo-convex part can be the medium refractive index itself, and the optical path length difference is the reciprocal part of the convex part. A long optical path length can be secured.

比較的小さな凹凸深さで、比較的長い光路差を確保することができると、p型の窒化ガリウムから成る半導体層の表面部に微細加工する際、特に有意な効果を奏する。p型の窒化ガリウムの抵抗は比較的大きく、たとえばGaAsなどの半導体材料と比較し、バルク抵抗率は、103〜104Ω・m程度と比較的大きい。そのため、p型の窒化ガリウムから成る半導体層(コンタクト層14)の膜厚は、その厚さを比較的小さくしておく必要がある。具体的には、p型の窒化ガリウムから成る半導体層(コンタクト層14)の膜厚を、100nm〜200nm程度に形成する必要がある。また、凹凸微細構造の凹凸高さを比較的大きくするために、コンタクト層に大きなエッチング溝を形成するなど、大掛かりな加工を施した場合、発光層12内に比較的大きな欠陥が生じる場合もある。この場合、発光層12内の欠陥に起因する非発光順位が大きくなり、外部量子効率が比較的低下する危惧が生じる虞もある。フォトニック結晶構造体23は、比較的小さな凹凸深さしか形成されていないので、発光層12内の欠陥が小さく、非発光準位の割合も比較的少ない。 If a relatively long optical path difference can be ensured with a relatively small uneven depth, a particularly significant effect can be obtained when microfabrication is performed on the surface portion of a semiconductor layer made of p-type gallium nitride. The resistance of p-type gallium nitride is relatively large. Compared to a semiconductor material such as GaAs, the bulk resistivity is relatively large, such as about 10 3 to 10 4 Ω · m. Therefore, the thickness of the semiconductor layer (contact layer 14) made of p-type gallium nitride needs to be relatively small. Specifically, it is necessary to form the semiconductor layer (contact layer 14) made of p-type gallium nitride to have a thickness of about 100 nm to 200 nm. In addition, in order to relatively increase the uneven height of the uneven microstructure, a relatively large defect may be generated in the light emitting layer 12 when a large-scale processing is performed such as forming a large etching groove in the contact layer. . In this case, the non-light emission order due to the defects in the light emitting layer 12 is increased, and there is a concern that the external quantum efficiency may be relatively lowered. Since the photonic crystal structure 23 has only a relatively small uneven depth, the defects in the light emitting layer 12 are small and the proportion of non-light emitting levels is also relatively small.

具体的な凹凸微細構造の屈折率分布は、式(2)のような単純な周期関数で表されるものではないが、前述したように、回折光電界分布は開口関数のフーリエ変換であるから、基本的に同様の取扱いができる。ここでは、理解を容易にするために1次元の凹凸微細構造に限定して説明したが、基本的な考え方は2次元回折格子についても容易に拡張できる。   The specific refractive index distribution of the concavo-convex microstructure is not represented by a simple periodic function such as the formula (2). However, as described above, the diffracted light electric field distribution is a Fourier transform of the aperture function. Basically, the same handling is possible. Here, in order to facilitate understanding, the description has been limited to a one-dimensional uneven microstructure, but the basic idea can be easily extended to a two-dimensional diffraction grating.

2次元回折格子の場合、周期aで凹凸微細構造に種々の幾何構造を持たせることが可能であり、たとえば、正方格子、三角格子などが考えられる。さらには、複数の周期を重畳した構造も可能である。   In the case of a two-dimensional diffraction grating, the concave-convex microstructure can have various geometric structures with a period a, and for example, a square lattice, a triangular lattice, or the like can be considered. Furthermore, a structure in which a plurality of periods are superimposed is also possible.

図2は、フォトニック結晶構造体23の一例を示す一部平面図である。本実施の形態では、フォトニック結晶構造体23は、2次元フォトニック結晶であり、コンタクト層14の一方の主面14aに、この主面14aに平行で、かつ相互に垂直な2方向に予め定める間隔Tをあけて、孔41が正方格子状に形成されて構成されている。孔41の内周面は、円筒形に形成される。予め定める間隔Tは、前記主面14aに平行で、かつ相互に垂直な2方向において、隣接する孔41の中心間の距離である。   FIG. 2 is a partial plan view showing an example of the photonic crystal structure 23. In the present embodiment, the photonic crystal structure 23 is a two-dimensional photonic crystal, and is preliminarily formed in one main surface 14a of the contact layer 14 in two directions parallel to the main surface 14a and perpendicular to each other. The holes 41 are formed in a square lattice pattern with a predetermined interval T. The inner peripheral surface of the hole 41 is formed in a cylindrical shape. The predetermined interval T is a distance between the centers of adjacent holes 41 in two directions parallel to the main surface 14a and perpendicular to each other.

孔41は、フォトリソグラフィによってレジストマスクを形成し、コンタクト層14のうちレジストマスクが形成されていない部分を、反応性イオンエッチング(RIE)によって除去することによって形成される。ここでは孔41の形状は、コンタクト層14の厚み方向における正投影面が円形と成るように形成されているが、前記正投影面が正多角形となるように形成されていてもよい。前記予め定める間隔Tは、たとえば100nm〜1000nmに選ばれ、また孔41の深さdは、10nm〜200nmに選ばれ、孔41のコンタクト層14の厚み方向における正投影面の最大寸法は、50nm〜500nmに選ばれるのが好ましい。   The hole 41 is formed by forming a resist mask by photolithography and removing a portion of the contact layer 14 where the resist mask is not formed by reactive ion etching (RIE). Here, the shape of the hole 41 is formed so that the orthographic projection surface in the thickness direction of the contact layer 14 is circular, but the orthographic projection surface may be formed to be a regular polygon. The predetermined interval T is selected from, for example, 100 nm to 1000 nm, the depth d of the hole 41 is selected from 10 nm to 200 nm, and the maximum dimension of the orthographic projection plane in the thickness direction of the contact layer 14 of the hole 41 is 50 nm. It is preferable to be selected to ˜500 nm.

またここでは、コンタクト層14の一方の主面14aに孔41を形成しているが、コンタクト層14の一方の主面14aに複数の凸部を形成することによって、フォトニック結晶構造体23を形成してもよい。前記凸部の形状は、円柱状、多角柱状、円錐、多角推、円錐台および多角推台のいずれであってもよい。この場合、凸部の高さ、前記孔41の深さdに等しく選ばれ、凸部の間隔は、前記孔41の間隔Tに等しく選ばれ、凸部のコンタクト層14の厚み方向における正投影面の直径の最大寸法は、孔41のコンタクト層14の厚み方向における正投影面の最大寸法に等しく選ばれる。   Here, the hole 41 is formed in one main surface 14a of the contact layer 14, but the photonic crystal structure 23 is formed by forming a plurality of convex portions on one main surface 14a of the contact layer 14. It may be formed. The shape of the convex portion may be any of a columnar shape, a polygonal columnar shape, a cone, a polygonal thrust, a truncated cone and a polygonal thruster. In this case, the height of the convex portion is selected to be equal to the depth d of the hole 41, and the interval between the convex portions is selected to be equal to the interval T of the hole 41, and the orthographic projection in the thickness direction of the contact layer 14 of the convex portion. The maximum dimension of the surface diameter is selected to be equal to the maximum dimension of the orthographic projection plane in the thickness direction of the contact layer 14 of the hole 41.

以上のように発光装置1では、発光層12から発光素子2の一方の主面21に向かう光は、フォトニック結晶構造体23によって、発光素子2の他方の主面22の側に反射される。フォトニック結晶構造体23は、微小な凹凸形状を有し、凹凸の周期および光路差に応じて光が干渉することによって、所定の方向に光が反射され、その構造に応じて所定の角度で光を反射することができるので、発光層12から出射した光の一部を、回折光として光路変換させ、全反射角以内で界面へ入射させることで、素子外部への光の取り出し効率を向上させて、外部量子効率を向上させることができる。   As described above, in the light emitting device 1, the light traveling from the light emitting layer 12 toward the one main surface 21 of the light emitting element 2 is reflected by the photonic crystal structure 23 toward the other main surface 22 of the light emitting element 2. . The photonic crystal structure 23 has a minute concavo-convex shape, and light is reflected in a predetermined direction by light interference according to the period of the concavo-convex and the optical path difference, and at a predetermined angle according to the structure. Since light can be reflected, a part of the light emitted from the light emitting layer 12 is optically converted as diffracted light and incident on the interface within the total reflection angle, thereby improving the light extraction efficiency outside the device. Thus, the external quantum efficiency can be improved.

フォトニック結晶構造体23は金属膜4によって覆われており、発光素子2と金属膜4との電気的な接続を確保した上で、反射型回折格子を形成することができる。凹凸微細構造を有するフォトニック結晶構造体23の凸部では、発光層12からの金属膜4に向かう光が往復伝播するので、凹凸の高さを従来の技術の発光装置におけるフォトニック結晶構造体の凹凸の高さの1/2とすることができ、凹凸の高さを低くすることができる。凹凸部は、発光素子のコンタクト層14を加工して形成されるので、凹凸の高さを低くすることができることによって、結晶欠陥に起因する非発光準位の発生を抑制することができ、また形成が容易となる。   The photonic crystal structure 23 is covered with the metal film 4, and a reflective diffraction grating can be formed while ensuring electrical connection between the light emitting element 2 and the metal film 4. In the convex part of the photonic crystal structure 23 having the concavo-convex fine structure, the light traveling from the light emitting layer 12 toward the metal film 4 is reciprocally propagated. The height of the unevenness can be reduced to ½, and the height of the unevenness can be reduced. Since the concavo-convex portion is formed by processing the contact layer 14 of the light-emitting element, the height of the concavo-convex portion can be reduced, so that generation of non-light-emitting levels due to crystal defects can be suppressed. Formation becomes easy.

またフォトニック結晶構造体23は、微小な凹凸形状を有するので、金属膜4を平坦な面に接続するよりも、この金属膜4との接触面積を大きくすることができ、金属膜4との接触抵抗を低減することができる。したがって、第2電極7を介して与えられる電流が熱によって消費されてしまうことを抑制して、外部量子効率を向上させることができる。   Further, since the photonic crystal structure 23 has a minute uneven shape, the contact area with the metal film 4 can be made larger than when the metal film 4 is connected to a flat surface. Contact resistance can be reduced. Therefore, it is possible to improve the external quantum efficiency by suppressing the current supplied through the second electrode 7 from being consumed by heat.

さらに発光層12から発光素子2の一方の主面21に向かう光は、フォトニック結晶構造体23による反射だけではなく、金属膜4によっても反射されるので、支持基板3側への光の漏れ出しを確実に抑制することができるとともに、フォトニック結晶構造体23に要求される形成精度を緩和させることできるので、製造コストを低減することができる。   Furthermore, the light traveling from the light emitting layer 12 toward the one main surface 21 of the light emitting element 2 is reflected not only by the photonic crystal structure 23 but also by the metal film 4, so that light leaks to the support substrate 3 side. As a result, the formation accuracy required for the photonic crystal structure 23 can be relaxed, and the manufacturing cost can be reduced.

図3は、本発明の実施の他の形態の発光装置51の構成を示す断面図である。本実施の形態の発光装置51と、前述した実施の形態の発光装置1とは、類似するので、同様の構成には同様の参照符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。発光装置51は、基本的に発光素子2と、支持基板3と、金属膜4とを含み、さらに電極52と、接続層53とを備えて構成されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device 51 according to another embodiment of the present invention. Since the light-emitting device 51 of the present embodiment and the light-emitting device 1 of the above-described embodiment are similar, the same components are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted, and only different portions are described. To do. The light emitting device 51 basically includes the light emitting element 2, the support substrate 3, and the metal film 4, and further includes an electrode 52 and a connection layer 53.

発光素子2は、前述の実施の形態と同様の半導体層から成り、前述の実施の形態とはその形状のみが異なる。本実施の形態では、発光素子2は、略直方体形状に形成される。すなわちn型半導体層11の一方の主面11aの全面に発光層12が積層され、フォトニック結晶構造体23が、コンタクト層14の一方の主面14aの全面にわたって形成されている。   The light emitting element 2 is composed of a semiconductor layer similar to that of the above-described embodiment, and only the shape is different from that of the above-described embodiment. In the present embodiment, the light emitting element 2 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. That is, the light emitting layer 12 is laminated on the entire surface of one main surface 11 a of the n-type semiconductor layer 11, and the photonic crystal structure 23 is formed over the entire surface of one main surface 14 a of the contact layer 14.

支持基板3は、本実施の形態では、導電性を有する金属材料からなり、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、導電路およびヒートシンクとして機能する。   In the present embodiment, support substrate 3 is made of a conductive metal material, for example, aluminum or an aluminum alloy, and functions as a conductive path and a heat sink.

発光素子2の金属膜4は、導電性を有する接続層53を介して支持基板3に接合されている。接続層53は、金属膜4の一方の主面4aの全面にわたって積層して形成される。接続層53は、たとえば半田からなる。   The metal film 4 of the light emitting element 2 is bonded to the support substrate 3 through a conductive connection layer 53. The connection layer 53 is formed by being laminated over the entire surface of one main surface 4 a of the metal film 4. The connection layer 53 is made of, for example, solder.

発光素子2の他方の主面22上の周縁部54に、電極52が設けられる。電極52は、前述した第1電極6のオーミック接合部25と同様の材料からなる。電極52は、前記周縁部54に環状に形成されている。   An electrode 52 is provided on the peripheral edge 54 on the other main surface 22 of the light emitting element 2. The electrode 52 is made of the same material as the ohmic junction 25 of the first electrode 6 described above. The electrode 52 is formed in an annular shape at the peripheral edge 54.

以上の発光装置51では、前述した発光装置1と同様の効果を達成することができ、さらに、発光装置1よりも発光素子2と支持基板3との距離をより近接させるとともに、結晶成長用基板5を備えていないので、低背化を実現して、小形化することができる。また接続層53を介して、金属膜4の一方の主面4aの全面が支持基板3に支持されるので、接合強度を向上させるとともに、放熱性を向上させることができる。したがって、発光装置の信頼性を向上することができるとともに、熱飽和の発生を抑制することができる。   In the light emitting device 51 described above, the same effect as that of the light emitting device 1 described above can be achieved, and the distance between the light emitting element 2 and the support substrate 3 can be made closer to that of the light emitting device 1, and the crystal growth substrate can be obtained. 5 is not provided, it is possible to reduce the height by realizing a low profile. In addition, since the entire surface of one main surface 4a of the metal film 4 is supported by the support substrate 3 via the connection layer 53, the bonding strength can be improved and the heat dissipation can be improved. Therefore, the reliability of the light emitting device can be improved and the occurrence of thermal saturation can be suppressed.

図4は、発光装置51の製造工程を示すフローチャートである。製造工程を開始すると、ステップs0からステップs1に移り、ステップs1では、結晶成長用基板5を準備して、この結晶成長用基板5上にフォトニック結晶構造体23を備える発光素子2を形成して、ステップs2に移る。ステップs1では、まず結晶成長用基板5の一方の主面5aに、MOCVD法またはMBE法を用いて、n型半導体層11、発光層12、p型半導体層13およびコンタクト層14を形成するための半導体膜を順番に積層する。そして、積層された半導体膜のうち、結晶成長用基板5から最も離反する半導体膜の一方の主面にフォトリソグラフィを用いてレジストマスクを形成した後、エッチングによってn型半導体層11、発光層12、p型半導体層13およびコンタクト層14をそれぞれが含む複数の積層体を形成する。そして、この複数の積層体のそれぞれの一方の主面に、フォトリソグラフィを用いてレジストマスクを形成した後、RIEによってコンタクト層14に複数の孔41を形成して、発光素子2を形成する。   FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing process of the light emitting device 51. When the manufacturing process is started, the process proceeds from step s0 to step s1. In step s1, the crystal growth substrate 5 is prepared, and the light emitting element 2 including the photonic crystal structure 23 is formed on the crystal growth substrate 5. Then, the process proceeds to step s2. In step s1, first, the n-type semiconductor layer 11, the light emitting layer 12, the p-type semiconductor layer 13, and the contact layer 14 are formed on one main surface 5a of the crystal growth substrate 5 by using the MOCVD method or the MBE method. The semiconductor films are sequentially stacked. Then, a resist mask is formed on one main surface of the semiconductor film farthest from the crystal growth substrate 5 among the stacked semiconductor films using photolithography, and then the n-type semiconductor layer 11 and the light emitting layer 12 are etched. A plurality of stacked bodies each including the p-type semiconductor layer 13 and the contact layer 14 are formed. Then, after forming a resist mask on one main surface of each of the plurality of stacked bodies using photolithography, a plurality of holes 41 are formed in the contact layer 14 by RIE to form the light emitting element 2.

ステップs2では、蒸着によってコンタクト層14の一方の主面14aに金属膜4を形成して、ステップs3に移る。ステップs2では、複数の発光素子2を覆うように金属を蒸着した後、フォトリソグラフィを用いて発光素子2に積層してレジストマスクを形成した後、エッチングによって発光素子2間の金属を除去する。   In step s2, the metal film 4 is formed on one main surface 14a of the contact layer 14 by vapor deposition, and the process proceeds to step s3. In step s2, after vapor-depositing a metal so as to cover the plurality of light emitting elements 2, a resist mask is formed by stacking on the light emitting element 2 using photolithography, and then the metal between the light emitting elements 2 is removed by etching.

ステップs3では、支持基板3を準備して、前記各発光素子2の金属膜4の一方の主面4a上に半田を塗布して、この面を支持基板3に臨ませて、結晶成長用基板5を支持基板3に加圧するとともに、支持基板3を加熱して、各発光素子2を支持基板3に接合して、ステップs4に移る。   In step s3, the support substrate 3 is prepared, solder is applied on one main surface 4a of the metal film 4 of each light emitting element 2, and this surface is made to face the support substrate 3, so that the substrate for crystal growth is obtained. While pressurizing 5 to the support substrate 3, the support substrate 3 is heated, each light emitting element 2 is joined to the support substrate 3, and it moves to step s4.

ステップs4では、結晶成長用基板5を除去して、ステップs5に移る。結晶成長用基板5は、たとえば、レーザリフトオフ法等の手法を用いて除去される。   In step s4, the crystal growth substrate 5 is removed, and the process proceeds to step s5. The crystal growth substrate 5 is removed by using a technique such as a laser lift-off method.

ステップs5では、発光素子2の他方の主面22上に電極52を形成して、ステップs6に移る。ステップs5では、発光素子2の他方の主面22上に金属を蒸着し、フォトリソグラフィを用いて発光素子2に積層してレジストマスクを形成した後、エッチングによって発光素子2の周縁部54を除く部分および発光素子2間の金属を除去して、電極52を形成する。   In step s5, the electrode 52 is formed on the other main surface 22 of the light emitting element 2, and the process proceeds to step s6. In step s5, a metal is vapor-deposited on the other main surface 22 of the light emitting element 2, and a resist mask is formed by stacking on the light emitting element 2 using photolithography, and then the peripheral portion 54 of the light emitting element 2 is removed by etching. The metal between the portion and the light emitting element 2 is removed to form the electrode 52.

ステップs6では、支持基板3をダイシングして、個片化して、複数の発光装置51を形成し、ステップs7に移り工程を終了する。   In step s6, the support substrate 3 is diced into individual pieces to form a plurality of light emitting devices 51, and the process proceeds to step s7 to complete the process.

以上のようの発光装置51を製造することによって、結晶成長用基板が除去された部分にフォトニック結晶構造体を形成する従来の技術と比較して、精度よくフォトニック結晶構造体23を形成することができる。また1個1個の発光素子2を実装基板3に配置するのではなく、パターニングして形成された結晶成長用基板5上の複数の発光素子2を、一括して支持基板3に接合するので、実装精度を向上させることができる。   By manufacturing the light emitting device 51 as described above, the photonic crystal structure 23 is formed with higher accuracy than the conventional technique of forming the photonic crystal structure in the portion where the substrate for crystal growth is removed. be able to. Further, instead of arranging each light emitting element 2 on the mounting substrate 3, a plurality of light emitting elements 2 on the crystal growth substrate 5 formed by patterning are collectively bonded to the support substrate 3. , Mounting accuracy can be improved.

上述した各実施の形態では、発光素子2は、n型半導体層11、発光層12、p型半導体層13およびコンタクト層14からなるが、n型半導体層11、発光層12およびp型半導体層13からなる構成としてもよく、発光層12を単層ではなく複数の半導体層によって形成して、多重量子井戸構造としてもよく、たとえば結晶成長用基板5とn型半導体層11との間にバッファ層を形成してもよい。また各実施の形態において、一方の導電型をn型とし、他方の導電型をp型としているが、一方の導電型をp型とし、他方の導電型をn型としてもよい。また上述した各実施の形態では、発光素子2は、GaN系材料から成るが、たとえばGaAs系材料から成る構成としてもよく、この場合には、発振波長にあわせてフォトニック結晶構造体23を適宜設計すればよい。   In each of the embodiments described above, the light-emitting element 2 includes the n-type semiconductor layer 11, the light-emitting layer 12, the p-type semiconductor layer 13, and the contact layer 14, but the n-type semiconductor layer 11, the light-emitting layer 12, and the p-type semiconductor layer. The light emitting layer 12 may be formed by a plurality of semiconductor layers instead of a single layer to form a multiple quantum well structure. For example, a buffer is provided between the crystal growth substrate 5 and the n-type semiconductor layer 11. A layer may be formed. In each embodiment, one conductivity type is n-type and the other conductivity type is p-type. However, one conductivity type may be p-type and the other conductivity type may be n-type. In each of the above-described embodiments, the light emitting element 2 is made of a GaN-based material, but may be made of, for example, a GaAs-based material. In this case, the photonic crystal structure 23 is appropriately set according to the oscillation wavelength. Just design.

本発明の実施の一形態の発光装置1の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light-emitting device 1 of one Embodiment of this invention. フォトニック結晶構造体23の一例を示す一部平面図である。4 is a partial plan view showing an example of a photonic crystal structure 23. FIG. 本発明の実施の他の形態の発光装置51の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light-emitting device 51 of other embodiment of this invention. 発光装置51の製造工程を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing manufacturing steps of the light emitting device 51.

符号の説明Explanation of symbols

1 発光装置
2 発光素子
3 支持基板
4 金属膜
5 結晶成長用基板
6 第1電極
7 第2電極
8 第1接合部
9 第2接合部
12 発光層
23 フォトニック結晶構造体
51 発光装置
52 電極
53 接続層
54 周縁部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light-emitting device 2 Light emitting element 3 Support substrate 4 Metal film 5 Crystal growth substrate 6 1st electrode 7 2nd electrode 8 1st junction part 9 2nd junction part 12 Light emitting layer 23 Photonic crystal structure 51 Light-emitting device 52 Electrode 53 Connection layer 54

Claims (7)

複数の半導体結晶層が積層されてなり、発光領域を備える発光素子と、
前記発光素子の一方の主面側に配置され、前記発光素子を支持する支持基板と、
反射性導電膜とを備え、
前記発光素子の前記一方の主面部には、前記発光領域からの光を他方の主面の側に反射するフォトニック結晶構造体が形成されており、
前記フォトニック結晶構造体が、前記反射性導電膜によって覆われていることを特徴とする発光装置。
A plurality of semiconductor crystal layers stacked, and a light emitting element including a light emitting region;
A support substrate that is disposed on one main surface side of the light emitting element and supports the light emitting element;
A reflective conductive film,
The one main surface portion of the light emitting element is formed with a photonic crystal structure that reflects light from the light emitting region to the other main surface side,
The light-emitting device, wherein the photonic crystal structure is covered with the reflective conductive film.
前記発光素子の前記一方の主面部側に、前記反射性導電膜と電気的に接続した素子側電極が設けられており、
前記支持基板は、
前記支持基板の前記発光素子と対向する表面に設けられた基板側配線膜に、前記素子側電極が接合されて、前記発光素子を支持していることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
An element side electrode electrically connected to the reflective conductive film is provided on the one main surface side of the light emitting element,
The support substrate is
The light-emitting device according to claim 1, wherein the element-side electrode is bonded to a substrate-side wiring film provided on a surface of the support substrate facing the light-emitting element to support the light-emitting element. .
前記支持基板は、
前記支持基板の前記発光素子と対向する表面に設けられた基板側配線膜に、前記反射性導電膜が接合されて、前記発光素子を支持していることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
The support substrate is
2. The light emitting device according to claim 1, wherein the reflective conductive film is bonded to a substrate-side wiring film provided on a surface of the support substrate facing the light emitting device to support the light emitting device. apparatus.
前記反射性導電膜と前記発光素子の前記半導体結晶層とが、オーミック接合されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 1, wherein the reflective conductive film and the semiconductor crystal layer of the light emitting element are in ohmic contact. 前記発光素子の発光領域は、窒化ガリウムを含んで構成され、
前記反射性導電膜は、銀およびニッケルを含む合金、あるいは、銀またはニッケルから成ることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の発光装置。
The light emitting region of the light emitting element is configured to include gallium nitride,
The light-emitting device according to claim 1, wherein the reflective conductive film is made of an alloy containing silver and nickel, or silver or nickel.
前記発光素子の他方の主面上の周縁部に設けられる電極をさらに含み、
前記反射性導電膜は、導電性を有する接続層を介して支持基板に接合されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置。
An electrode provided on a peripheral edge on the other main surface of the light emitting element;
The light-emitting device according to claim 1, wherein the reflective conductive film is bonded to a support substrate via a conductive connection layer.
結晶成長用基板の一方の主面上に、複数の半導体結晶層を積層して、発光領域を備える発光素子を形成する工程と、
前記発光素子の前記一方の主面部に、前記発光領域からの光を前記発光素子の他方の主面側に反射するフォトニック結晶構造体を形成する工程と、
前記発光素子の一方の主面を覆って反射性導電膜を形成する工程と、
前記反射性導電膜に、前記発光素子を支持する支持基板を接合する工程と、
前記結晶成長用基板を除去する工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
A step of stacking a plurality of semiconductor crystal layers on one main surface of the crystal growth substrate to form a light emitting element having a light emitting region;
Forming a photonic crystal structure that reflects light from the light emitting region on the other main surface side of the light emitting element on the one main surface portion of the light emitting element;
Forming a reflective conductive film so as to cover one main surface of the light emitting element;
Bonding the support substrate supporting the light emitting element to the reflective conductive film;
And a step of removing the crystal growth substrate.
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