JP2009290068A - Nitride semiconductor light emitting element, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve problems on processes and problems on element characteristics in manufacture of a nitride semiconductor light emitting element having vertical electrode structure. <P>SOLUTION: The nitride semiconductor light emitting element is characterized in that a nitride semiconductor laminated structure including an n type nitride semiconductor layer (3), a nitride semiconductor light emitting layer (4) and a p type nitride semiconductor layer (5) which are sequentially laminated, a warpage prevention layer (9) and a support substrate (11), are joined in this order. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は窒化物半導体発光素子とその製造方法に関し、特に大面積化が可能であって発光効率と静電耐圧の改善も可能な窒化物半導体発光素子とその製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a nitride semiconductor light emitting device capable of increasing the area and improving the light emission efficiency and the electrostatic breakdown voltage and the method for manufacturing the same.

周知のように、順次積層されたn型の化合物半導体、化合物半導体活性層(発光層)、およびp型の化合物半導体を含む半導体積層構造に電圧を印加することにより、n型半導体層中に含まれる電子とp型半導体中に含まれる正孔とを活性層内で再結合させることによる発光を利用する化合物半導体発光素子がある。このような半導体発光素子の周知の例として発光ダイオードなどが市販されており、これらの発光素子は電子と正孔とが効率よく再結合する直接遷移型半導体を利用しているので発光効率が非常に高い。したがって、これらの発光素子は、現在では照明、家電製品のディスプレイ、道路の信号機などに利用されている。   As is well known, a voltage is applied to a stacked semiconductor structure including a sequentially stacked n-type compound semiconductor, a compound semiconductor active layer (light emitting layer), and a p-type compound semiconductor, thereby being included in the n-type semiconductor layer. There is a compound semiconductor light emitting device that utilizes light emission by recombining electrons and holes contained in a p-type semiconductor within an active layer. Light-emitting diodes are commercially available as well-known examples of such semiconductor light-emitting devices, and these light-emitting devices use direct transition semiconductors in which electrons and holes are efficiently recombined, so that the light-emitting efficiency is very high. Very expensive. Therefore, these light emitting elements are currently used for lighting, home appliance displays, road traffic lights, and the like.

ここで、照明やディスプレイに用いられている白色発光ダイオードは、例えば青色発光ダイオードと黄色領域に蛍光波長を有するYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)などの蛍光体とを組み合わせて作製される。そして、青色発光ダイオードには、窒化物半導体が利用されている。   Here, the white light emitting diode used for illumination and display is produced by combining, for example, a blue light emitting diode and a phosphor such as YAG (yttrium, aluminum, garnet) having a fluorescent wavelength in a yellow region. A nitride semiconductor is used for the blue light emitting diode.

一般的に実用化されている窒化物半導体発光素子の作製方法においては、結晶成長用基板(以下、「成長基板」と称す)としてのウエハ状のサファイア基板上に順次積層されたn型GaN層、活性層、およびp型GaN層を含む半導体積層構造を成長させる。   In a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device that is generally put into practical use, an n-type GaN layer sequentially stacked on a wafer-like sapphire substrate as a crystal growth substrate (hereinafter referred to as “growth substrate”). A semiconductor multilayer structure including an active layer and a p-type GaN layer is grown.

しかし、サファイア基板は絶縁体であるので、正電極と負電極はサファイア基板の同一面側に形成される。すなわち、p型GaN層からn型GaN層に達するまで部分的エッチングを行ない、そのエッチングによって部分的に露出されたn型GaN層上に負電極が設けられ、そしてp型GaN層上には正電極が設けられる。この場合、1つの発光素子チップ当たりの活性層領域が減少する。また、サファイア基板をステム上にマウントした後に、発光素子に電圧印加するために2本のボンディングワイヤが必要である。さらに、発光素子内で発生する熱に関して、サファイア基板を介する放熱性が良好ではない。   However, since the sapphire substrate is an insulator, the positive electrode and the negative electrode are formed on the same surface side of the sapphire substrate. That is, partial etching is performed from the p-type GaN layer until reaching the n-type GaN layer, a negative electrode is provided on the n-type GaN layer partially exposed by the etching, and a positive electrode is provided on the p-type GaN layer. An electrode is provided. In this case, the active layer area per light emitting element chip is reduced. In addition, after the sapphire substrate is mounted on the stem, two bonding wires are necessary to apply a voltage to the light emitting element. Furthermore, the heat dissipation through the sapphire substrate is not good with respect to the heat generated in the light emitting element.

このような観点から、特許文献1の特開2001−313422号公報による窒化物半導体発光素子の作製方法においては、サファイア成長基板を研磨などによって除去し、半導体積層構造を上下方向に挟む一対の正負の電極(以下、この正負の電極構造を「垂直電極構造」とも称す)が形成される。   From such a viewpoint, in the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-313422 of Patent Document 1, a pair of positive and negative electrodes are formed by removing the sapphire growth substrate by polishing or the like and sandwiching the semiconductor multilayer structure in the vertical direction. (Hereinafter, this positive and negative electrode structure is also referred to as “vertical electrode structure”).

また、特許文献2の特開2000−101139号公報においては、窒化物半導体積層構造からサファイア成長基板を除去する方法として、それらの界面に基板側からレーザ光を照射する方法が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-101139 of Patent Document 2 discloses a method of irradiating a laser beam on the interface from the substrate side as a method of removing the sapphire growth substrate from the nitride semiconductor multilayer structure.

なお、後述のように、サファイア成長基板が除去される窒化物半導体積層構造は、メッキ層、部分的に導電体領域を含む樹脂層、GaAs層などによる導電性支持基板で保持され得る。
特開2001−313422号公報 特開2000−101139号公報 特開2000−277804号公報 特開2004−047704号公報 特開2000−021772号公報 伊勢秀夫著、「電鋳技術と応用」、1996年、槇書店発行
As will be described later, the nitride semiconductor multilayer structure from which the sapphire growth substrate is removed can be held by a conductive support substrate such as a plating layer, a resin layer partially including a conductor region, or a GaAs layer.
JP 2001-313422 A JP 2000-101139 A JP 2000-277804 A JP 2004-0477704 A JP 2000-021772 A Published by Hideo Ise, “Electroforming Technology and Applications”, 1996

特許文献1によれば、サファイア成長基板とその上の窒化物半導体積層構造とを含むウエハから成長基板を研磨によって除去する工程において、ウエハに反りがある場合はウエハが割れる問題があった。そこで、特許文献1においては、ウエハの反りを防止するために、サファイア成長基板上の窒化物半導体積層構造の最上層に第1金属層のオーミック電極層と厚み10μm以上の第2金属層の反り防止層を順次堆積している。この反り防止層によってウエハの反りを軽減することが可能である。しかしながら、特許文献1においては、研磨によってサファイア成長基板を除去するには非常に長い時間を要するという問題がある。   According to Patent Document 1, in the process of removing the growth substrate by polishing from the wafer including the sapphire growth substrate and the nitride semiconductor multilayer structure thereon, there is a problem that the wafer breaks when the wafer is warped. Therefore, in Patent Document 1, in order to prevent the warpage of the wafer, the warpage of the ohmic electrode layer of the first metal layer and the second metal layer having a thickness of 10 μm or more on the uppermost layer of the nitride semiconductor multilayer structure on the sapphire growth substrate. A prevention layer is sequentially deposited. The warpage prevention layer can reduce the warpage of the wafer. However, Patent Document 1 has a problem that it takes a very long time to remove the sapphire growth substrate by polishing.

特許文献1おいては、サファイア成長基板が除去される半導体積層構造は、メッキ層または部分的に導電体領域を含む樹脂層による導電性支持基板で保持される。また、特許文献3の特開2000−277804号公報の製法では、サファイア成長基板が除去される半導体積層構造のための支持基板として、GaAsなどの導電性基板を利用する。しかし、サファイア成長基板とGaAs支持基板との熱膨張係数は異なるので、成長基板上の半導体積層構造と支持基板とが金属層を介する加熱圧着で接合される過程においてウエハが反る問題が生じる。   In Patent Document 1, the semiconductor laminated structure from which the sapphire growth substrate is removed is held by a conductive support substrate made of a plating layer or a resin layer partially including a conductor region. Moreover, in the manufacturing method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-277804 of patent document 3, conductive substrates, such as GaAs, are utilized as a support substrate for the semiconductor laminated structure from which a sapphire growth substrate is removed. However, since the thermal expansion coefficients of the sapphire growth substrate and the GaAs support substrate are different, there arises a problem that the wafer is warped in the process in which the semiconductor laminated structure on the growth substrate and the support substrate are bonded by thermocompression bonding via a metal layer.

ここで、ウエハの反り量は、ウエハ面内で一番高い部分と低い部分の高低差で定義される。このようなウエハの反り量が80μm以上ある場合、特許文献2に開示されているように半導体積層構造から成長基板をレーザ照射によって剥離除去しようとする場合に、半導体積層構造と成長基板との界面にレーザを均一に照射することが難しく、半導体積層構造にダメージを与えることなく成長基板を剥離除去することが困難となる。特に、特許文献3におけるように半導体積層構造に支持基板を加熱圧着させる場合、ウエハ面積が大きいほどその反り量が大きくなるので、成長基板の剥離除去はさらに困難となる。   Here, the amount of warpage of the wafer is defined by the difference in height between the highest portion and the lowest portion in the wafer surface. When the amount of warpage of the wafer is 80 μm or more, when the growth substrate is peeled off from the semiconductor multilayer structure by laser irradiation as disclosed in Patent Document 2, the interface between the semiconductor multilayer structure and the growth substrate is used. Further, it is difficult to uniformly irradiate the laser, and it is difficult to peel and remove the growth substrate without damaging the semiconductor multilayer structure. In particular, when the support substrate is thermocompression bonded to the semiconductor multilayer structure as in Patent Document 3, the amount of warpage increases as the wafer area increases, so that the growth substrate is more difficult to remove.

また、支持基板の作成方法として特許文献1では無電解メッキを利用し、特許文献4の特開2004−47704では電界メッキによって支持基板を作成しているが、メッキ自体の応力によってウエハが反るので、特許文献3の場合と同様の問題が生じる。   In addition, as a method for producing a support substrate, in Patent Document 1, electroless plating is used, and in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-47704, Patent Document 4, a support substrate is created by electroplating, but the wafer warps due to the stress of the plating itself. Therefore, the same problem as in Patent Document 3 occurs.

実際に、2インチ径のサファイア基板上に成長した窒化物半導体積層構造上に電解メッキで厚さ100μmのCu層で支持基板を形成した場合、ウエハに約80μmの反り量が発生して、サファイア成長基板の剥離除去は容易ではなかった。   Actually, when a support substrate is formed with a Cu layer having a thickness of 100 μm by electrolytic plating on a nitride semiconductor laminated structure grown on a 2-inch diameter sapphire substrate, a warp amount of about 80 μm is generated on the wafer, and the sapphire It was not easy to remove the growth substrate.

本発明者の検討結果によれば、ウエハの反り量が80μm未満の場合には成長基板の剥離除去は可能であるが、その反り量が80μm以上では窒化物半導体積層構造にダメージを生じる傾向が顕著になる。また、ウエハの反り量が40μm未満の場合は、窒化物半導体積層構造の一部分にダメージを生じる傾向が残るが、成長基板の剥離がしやすくなる。さらに、ウエハの反り量が20μm未満の場合には、窒化物半導体積層構造にダメージを生じる傾向が顕著に軽減されるとともに、成長基板の剥離がさらに容易になる。   According to the examination results of the present inventors, the growth substrate can be peeled and removed when the wafer warpage is less than 80 μm, but the nitride semiconductor multilayer structure tends to be damaged when the warpage is 80 μm or more. Become prominent. In addition, when the amount of warpage of the wafer is less than 40 μm, there is a tendency that a part of the nitride semiconductor multilayer structure is damaged, but the growth substrate is easily peeled off. Further, when the amount of warpage of the wafer is less than 20 μm, the tendency of causing damage to the nitride semiconductor multilayer structure is remarkably reduced, and the growth substrate can be more easily separated.

このことは、レーザビームの焦点がビーム軸方向に20μmずれることによって、単位面積当たりに照射されるレーザエネルギが約20%低下することになり、その結果として成長基板の剥離を行なうための付与エネルギが十分でなくなることと符合する。そして、ここで述べられているウエハの反り量はウエハの面積によらず、その反り量が大きいほど成長基板の剥離に影響を及ぼす。   This is because when the focal point of the laser beam is shifted by 20 μm in the beam axis direction, the laser energy irradiated per unit area is reduced by about 20%, and as a result, the applied energy for peeling the growth substrate is reduced. Is consistent with not enough. The amount of warpage of the wafer described here does not depend on the area of the wafer, and the larger the amount of warpage, the more the growth substrate is affected.

また、支持基板が付与されることによって反ったウエハにおいては、成長基板が剥離除去された後においても反りを生じ、フォトリソグラフィやチップ分割などのプロセスを行なうことが困難になる。さらに、ウエハに含まれる窒化物半導体積層構造が反ることにより、III族原子とV族原子との異種原子で構成される結晶の歪に起因する内部電界が発光層に印加され、発光効率の低下や発光波長のシフトなどの問題を生じ得る。   In addition, a wafer warped by applying a support substrate is warped even after the growth substrate is peeled and removed, making it difficult to perform processes such as photolithography and chip division. Further, the nitride semiconductor multilayer structure contained in the wafer is warped, so that an internal electric field due to crystal distortion composed of heterogeneous atoms of group III atoms and group V atoms is applied to the light emitting layer, and the light emission efficiency is improved. Problems such as reduction and shift in emission wavelength may occur.

上述のように、垂直電極構造を有する窒化物半導体発光素子の作製に関して、特許文献3と特許文献4による方法においては、特許文献1による方法とは異なって、支持基板を付与することに起因してウエハが反ることによるプロセス上の問題および素子特性上の問題が生じる。   As described above, regarding the fabrication of a nitride semiconductor light emitting device having a vertical electrode structure, the method according to Patent Document 3 and Patent Document 4 differs from the method according to Patent Document 1 because of providing a support substrate. As a result, warpage of the wafer causes process problems and device characteristics.

そこで、本発明は、垂直電極構造を有する窒化物半導体発光素子の作製において、プロセス上の問題および素子特性上の問題を改善することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to improve process problems and device characteristic problems in the production of a nitride semiconductor light emitting device having a vertical electrode structure.

本発明による窒化物半導体発光素子は、順次積層されたn型窒化物半導体層、窒化物半導体発光層、およびp型窒化物半導体層を含む窒化物半導体積層構造と、反り防止層と、支持基板とがこの順に接合されていることを特徴としている。   A nitride semiconductor light emitting device according to the present invention includes a nitride semiconductor multilayer structure including an n-type nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer, a warp prevention layer, and a support substrate, which are sequentially stacked. And are joined in this order.

なお、反り防止層は、支持基板より硬い金属層、合金層、または誘電体層の1層以上を含むことが好ましい。反り防止層が金属層または合金層の場合には、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、およびBeの1種以上を含み得る。反り防止層は、40HV以上の硬度を有することが好ましい。   In addition, it is preferable that a curvature prevention layer contains one or more layers of a metal layer, an alloy layer, or a dielectric layer harder than a support substrate. When the warp preventing layer is a metal layer or an alloy layer, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, And one or more of Be. The warp prevention layer preferably has a hardness of 40 HV or higher.

また、反り防止層と支持基板との間にAuを含む層をさらに含んでもよく、反り防止層はAuの拡散を防止するようにも作用し得ることが好ましい。反り防止層は、支持基板の反りに対して逆方向に反るように作用していることが好ましい。支持基板の熱伝導率は、1.5W/cm・K以上であることが好ましい。   Further, a layer containing Au may be further included between the warpage preventing layer and the support substrate, and it is preferable that the warpage preventing layer can also act to prevent the diffusion of Au. It is preferable that the warp preventing layer acts to warp in the opposite direction to the warp of the support substrate. The thermal conductivity of the support substrate is preferably 1.5 W / cm · K or more.

窒化物半導体積層構造に含まれる最外層のp型窒化物半導体層上の全面に、インジュウム錫酸化物、インジュウムモリブデン酸化物、酸化インジュウム、酸化錫、カドミウム錫酸化物、酸化ガリウム、インジュウム亜鉛酸化物、ガリュウム亜鉛酸化物、および酸化亜鉛のいずれかの酸化物の層または厚さ1nm以上200nm以下の金属層を含むp側電極が形成されていることが好ましい。他方、窒化物半導体積層構造に含まれる最外層のn型窒化物半導体層上の一部に、n側金属電極が形成されていることが好ましい。このn側金属電極は、50nmから150nmの範囲内の直径を有しかつ200nm以上の厚さを有していることが好ましい。   Indium tin oxide, indium molybdenum oxide, indium oxide, tin oxide, cadmium tin oxide, gallium oxide, indium zinc oxide on the entire surface of the outermost p-type nitride semiconductor layer included in the nitride semiconductor multilayer structure It is preferable that a p-side electrode including an oxide, a gallium zinc oxide, and a zinc oxide oxide layer or a metal layer with a thickness of 1 nm to 200 nm in thickness is formed. On the other hand, it is preferable that an n-side metal electrode is formed on a part of the outermost n-type nitride semiconductor layer included in the nitride semiconductor multilayer structure. The n-side metal electrode preferably has a diameter in the range of 50 nm to 150 nm and a thickness of 200 nm or more.

以上のような窒化物半導体発光素子を製造するための方法においては、結晶成長用のウエハ状成長基板上に窒化物半導体積層構造を成長させ、この窒化物半導体積層構造上に反り防止層を介在させて支持基板を接合し、支持基板が接合されたウエハ状態において、そのウエハの反り量がウエハ面の高低差において80μm未満であることが好ましい。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device as described above, a nitride semiconductor multilayer structure is grown on a wafer-like growth substrate for crystal growth, and a warp preventing layer is interposed on the nitride semiconductor multilayer structure. In the wafer state in which the support substrate is bonded and the support substrate is bonded, the amount of warpage of the wafer is preferably less than 80 μm in the height difference of the wafer surface.

反り防止層は、電解メッキによって形成されることが好ましい。支持基板も、反り防止層上にメッキによって形成されることが好ましい。成長基板は、サファイア、GaN、SiC、LiGaO2、およびLiAlO2のいずれかを含み得る。窒化物半導体積層構造は成長基板に接するバッファ層を含み、成長基板はバッファ層が吸収するレーザ光に対して透光性であることが好ましい。バッファ層がGaNを含む場合、レーザ光は355nm以下の中心波長を有することが好ましい。成長基板の表面は、ストライプ状、円形状、または多角形状の凹凸を有することが好ましい。 The warpage prevention layer is preferably formed by electrolytic plating. The support substrate is also preferably formed on the warpage preventing layer by plating. The growth substrate can include any of sapphire, GaN, SiC, LiGaO 2 , and LiAlO 2 . The nitride semiconductor multilayer structure preferably includes a buffer layer in contact with the growth substrate, and the growth substrate is preferably transparent to the laser light absorbed by the buffer layer. When the buffer layer contains GaN, the laser light preferably has a center wavelength of 355 nm or less. The surface of the growth substrate preferably has irregularities in a stripe shape, a circular shape, or a polygonal shape.

本発明によれば、成長基板、窒化物半導体積層構造、反り防止層、および支持基板を含むウエハにおいて、反り防止層はウエハの反りを抑制する効果を有している。そして、レーザ光照射によって窒化物半導体積層構造から成長基板を剥離する際に、ウエハの反りによるレーザビーム焦点のズレを軽減でき、窒化物半導体積層構造にダメージを与えることなく成長基板を容易に除去することができる。   According to the present invention, in a wafer including a growth substrate, a nitride semiconductor multilayer structure, a warpage prevention layer, and a support substrate, the warpage prevention layer has an effect of suppressing the warpage of the wafer. When the growth substrate is peeled from the nitride semiconductor multilayer structure by laser light irradiation, the laser beam focus shift due to wafer warpage can be reduced, and the growth substrate can be easily removed without damaging the nitride semiconductor multilayer structure. can do.

また、成長基板が剥離除去されたウエハをチップ分割するためにレーザスクライブを利用する場合においても、反り防止層はそのウエハの反りを抑制し、チップ分割を容易化するように作用し得る。   Further, even when laser scribing is used to divide the wafer from which the growth substrate has been peeled off, the warp prevention layer can act to suppress warpage of the wafer and facilitate chip division.

さらに、反り防止層によって反りが抑制された窒化物半導体積層構造においては、歪による内部電界の発生が抑制され、その内部電界による発光層内における量子閉じ込めシュタルク効果が抑制され、発光ピーク波長のシフトおよび電子と正孔の再結合確率の低下が防止され得る。   Furthermore, in the nitride semiconductor multilayer structure in which the warpage is suppressed by the warp prevention layer, generation of an internal electric field due to strain is suppressed, the quantum confined Stark effect in the light emitting layer by the internal electric field is suppressed, and the emission peak wavelength shifts In addition, a decrease in the probability of recombination of electrons and holes can be prevented.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1による窒化物半導体発光素子の作製途中における積層構造を示す模式的断面図である。この図において、サファイア成長基板1上にアンドープGaNバッファ層2、n型GaN層3、GaN/InGaN量子井戸を含む発光層4、およびp型GaN層5が順次に積層されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a laminated structure in the process of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention. In this figure, an undoped GaN buffer layer 2, an n-type GaN layer 3, a light emitting layer 4 including a GaN / InGaN quantum well, and a p-type GaN layer 5 are sequentially stacked on a sapphire growth substrate 1.

p型GaN層5上にはPdのコンタクト層6が成膜され、その密着性向上のための熱処理が行なわれる。Pdコンタクト層6上には、Agの反射金属層7、Ti(厚さ100nm)/Pt(厚さ30nm)の積層順のバリア層8、およびHf(厚さ5μm)の反り防止層9が順次積層される。   A Pd contact layer 6 is formed on the p-type GaN layer 5 and heat treatment is performed to improve its adhesion. On the Pd contact layer 6, an Ag reflective metal layer 7, a barrier layer 8 in the stacking order of Ti (thickness 100 nm) / Pt (thickness 30 nm), and a warp prevention layer 9 of Hf (thickness 5 μm) are sequentially formed. Laminated.

Hf反り防止層9上には、Au(厚さ3μm)の貼付け金属層が形成される。他方、Si支持基板11上には、Ti(厚さ100nm)/Pt(厚さ30nm)/Au(厚さ0.5μm)/AuSn(厚さ3μm)の積層順の貼付け金属積層が形成される。そして、これらの貼付け金属層に含まれるAu層とAuSn層とを対向させて重ね合わせ、加熱圧着によって接合金属層10が形成される。   On the Hf warp prevention layer 9, an adhesive metal layer of Au (thickness 3 μm) is formed. On the other hand, on the Si support substrate 11, a pasted metal laminate in the order of lamination of Ti (thickness 100 nm) / Pt (thickness 30 nm) / Au (thickness 0.5 μm) / AuSn (thickness 3 μm) is formed. . Then, the Au layer and the AuSn layer included in these affixed metal layers are overlapped with each other, and the bonding metal layer 10 is formed by thermocompression bonding.

図2は、図1の工程の後において、正電極と負電極が形成された窒化物半導体発光素子を模式的断面図で示している。この図2の発光素子を作製するためには、図1中のアンドープGaNバッファ層2に波長355nmのレーザ光を照射して熱分解させ、成長基板1とバッファ層2が除去される。こうして露出されたn型GaN層3上には正電極としてのTi/AlまたはTi/Auのパッド電極12が形成され、Si基板11の下面上には負電極としてのTi/Al/Ti電極13が形成される。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device in which a positive electrode and a negative electrode are formed after the step of FIG. 2 is produced, the undoped GaN buffer layer 2 in FIG. 1 is irradiated with a laser beam having a wavelength of 355 nm and thermally decomposed, and the growth substrate 1 and the buffer layer 2 are removed. A Ti / Al or Ti / Au pad electrode 12 as a positive electrode is formed on the exposed n-type GaN layer 3, and a Ti / Al / Ti electrode 13 as a negative electrode is formed on the lower surface of the Si substrate 11. Is formed.

なお、成長基板としての材料はサファイアに限られず、GaN結晶層に格子整合可能であってバッファ層が吸収する光を透過し得る材料であればよく、例えばSiC、GaN、LiGaO2、LiAlO2などを利用することもできる。 The material for the growth substrate is not limited to sapphire, and any material that can lattice match with the GaN crystal layer and can transmit the light absorbed by the buffer layer, such as SiC, GaN, LiGaO 2 , LiAlO 2, etc. Can also be used.

また、成長基板上に堆積される窒化物半導体層の結晶品質を高めるために、成長基板表面にはストライブ状、円形状、三角形状、その他の多角形状などの微細な凹凸が形成されていてもよい。このような微細な表面を含む成長基板に関しては、特許文献5の特開2000−021772号公報を参照されたい。   In addition, in order to improve the crystal quality of the nitride semiconductor layer deposited on the growth substrate, the surface of the growth substrate is formed with fine irregularities such as stripes, circles, triangles, and other polygonal shapes. Also good. For a growth substrate including such a fine surface, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-021772 of Patent Document 5.

p型窒化物半導体層用のコンタクト金属層の材料としては、Au、Ag、Pt、Ti、Pd、Al、Ni、Pdなど用いることができる。ただし、このコンタクト金属層は、隣接する反射金属層へ効率的に光を透過させかつ自身の導電性を確保する必要が有るので、1nm以上200nm以下の厚みを有することが好ましい。なお、p型窒化物半導体層用のコンタクト層の材料としては金属に限られず、導電性を有しかつ透過率の良好なインジュウム錫酸化物(ITO)、インジュウムモリブデン酸化物(IMO)、酸化インジュウム(IO)、酸化錫(TO)、カドミウム錫酸化物(CdTO)、酸化ガリウム(GaO)、インジュウム亜鉛酸化物(InZnO)、ガリュウム亜鉛酸化物(GaZnO)、酸化亜鉛(ZnO)などの透明導電性酸化物を利用することも可能である。   As a material for the contact metal layer for the p-type nitride semiconductor layer, Au, Ag, Pt, Ti, Pd, Al, Ni, Pd, or the like can be used. However, the contact metal layer preferably has a thickness of 1 nm or more and 200 nm or less because it is necessary to efficiently transmit light to the adjacent reflective metal layer and to ensure its own conductivity. Note that the material of the contact layer for the p-type nitride semiconductor layer is not limited to metal, but is indium tin oxide (ITO), indium molybdenum oxide (IMO), oxidized, having good conductivity and good transmittance. Transparent conductivity such as indium (IO), tin oxide (TO), cadmium tin oxide (CdTO), gallium oxide (GaO), indium zinc oxide (InZnO), gallium zinc oxide (GaZnO), zinc oxide (ZnO) It is also possible to use a functional oxide.

本実施形態1では反射金属層としてAg層を用いているが、Al、Ag、Ni、Ti、Pt、およびAuの1種以上を含む金属層を用いることもできる。反射金属層に隣接するバリア層としても、Ni、Ti、およびPtの1種以上を含む金属層を用いることができる。   In the first embodiment, an Ag layer is used as the reflective metal layer, but a metal layer containing one or more of Al, Ag, Ni, Ti, Pt, and Au can also be used. As the barrier layer adjacent to the reflective metal layer, a metal layer containing one or more of Ni, Ti, and Pt can be used.

反り防止層はHf層に限られず、支持基板より硬い材料を利用して形成することができる。例えば、硬度が40HVであるCu支持基板を用いる場合、硬度40HV以上で好ましくは100HV以上の金属、合金、誘電体(部分的領域)などを反り防止層に利用することができる。   The warpage prevention layer is not limited to the Hf layer, and can be formed using a material harder than the support substrate. For example, when using a Cu support substrate having a hardness of 40 HV, metals, alloys, dielectrics (partial regions) having a hardness of 40 HV or more and preferably 100 HV or more can be used for the warp prevention layer.

反り防止層は1以上の構成層を含むことができ、各構成層の厚みは0.01〜100μmであることが好ましく、0.05〜10μmであることがより好ましく、0.1〜1μmであることがさらに好ましい。   The warpage preventing layer can include one or more constituent layers, and the thickness of each constituent layer is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.05 to 10 μm, and preferably 0.1 to 1 μm. More preferably it is.

図3の模式的断面図においては図2の発光素子の変形例が示されており、バリア層と反り防止層との構成のみが変更されている。すなわち、図3の発光素子においては、Ti/Ptバリア層8aの上面側と下面側にHf反り防止層9aとHf反り防止層9bがそれぞれ設けられている。   In the schematic cross-sectional view of FIG. 3, a modification of the light emitting device of FIG. 2 is shown, and only the configuration of the barrier layer and the warp prevention layer is changed. That is, in the light emitting device of FIG. 3, the Hf warpage prevention layer 9a and the Hf warpage prevention layer 9b are provided on the upper surface side and the lower surface side of the Ti / Pt barrier layer 8a, respectively.

反り防止層の材料としては、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、およびBeの1種以上含む金属または合金であればよい。   As a material for the warp prevention layer, one or more of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, and Be Any metal or alloy may be used.

また、反り防止層の材料として誘電体を用いる場合には、垂直電極構造における電流経路を確保するために、誘電体の反り防止層の一部をエッチングやリフトオフを用いて除去すればよい。   When a dielectric is used as the material for the warp prevention layer, a part of the dielectric warp prevention layer may be removed by etching or lift-off in order to secure a current path in the vertical electrode structure.

図4の模式的断面図においても図2の発光素子の変形例が示されており、バリア層と反り防止層との構成のみが変更されている。すなわち、図4の発光素子においては、Agの反射金属層7とTi/Ptバリア層8bとの間に誘電体の反り防止層9cが設けられている。この誘電体反り防止層9cの一部領域には開口部が設けられており、その開口部においてAgの反射金属層7とTi/Ptバリア層8bとが接している。   Also in the schematic cross-sectional view of FIG. 4, a modification of the light-emitting element of FIG. That is, in the light emitting device of FIG. 4, a dielectric warpage preventing layer 9c is provided between the Ag reflective metal layer 7 and the Ti / Pt barrier layer 8b. An opening is provided in a partial region of the dielectric warp prevention layer 9c, and the reflective metal layer 7 of Ag and the Ti / Pt barrier layer 8b are in contact with each other in the opening.

図5の模式的断面図においても図2の発光素子の変形例が示されており、バリア層と反り防止層との構成のみが変更されている。すなわち、図5の発光素子においては、Hfの反り防止層9dがバリア層の機能を兼ねて果し、図2中のTi/Ptバリア層8が省略されている。この場合、反り防止層9dが十分に厚く形成されており、接合金属層10中のAuがAg反射層7内へ拡散することを抑制し得る。   The schematic cross-sectional view of FIG. 5 also shows a modification of the light-emitting element of FIG. That is, in the light emitting device of FIG. 5, the Hf warpage preventing layer 9d also functions as a barrier layer, and the Ti / Pt barrier layer 8 in FIG. 2 is omitted. In this case, the warpage preventing layer 9d is formed to be sufficiently thick, and it is possible to suppress the diffusion of Au in the bonding metal layer 10 into the Ag reflection layer 7.

本実施形態1では接合金属層10を形成するためにAuSn層を含む貼付け金属層が利用されたが、AuSn層は必ずしも必要ではなく、Al、Ag、Ni、Ti、Pt、In、Au、AuSn、およびAuSiの1種以上を含む金属層を含む貼付け金属層を利用することもできる。また、貼付け金属層の代わりに、導電性接着剤を利用することも可能である。   In the first embodiment, an affixed metal layer including an AuSn layer is used to form the bonding metal layer 10, but the AuSn layer is not always necessary, and Al, Ag, Ni, Ti, Pt, In, Au, AuSn , And a pasted metal layer including a metal layer containing one or more of AuSi can also be used. Moreover, it is also possible to utilize a conductive adhesive instead of the affixed metal layer.

本実施形態1ではSiの支持基板11が用いられたが、支持基板としてはSiC基板、GaN基板、GaP基板、GaAs基板、InP基板、ZnSe基板、ZnO基板、Cu基板、CuW基板、W基板などから選択することもできる。なお、支持基板は発光素子の放熱性を良好にする観点からは、SiやGaNの熱伝導率が1.3〜1.5W/cm・Kであるので、熱伝導率が1.5W/cm・K以上の支持基板を用いることが好ましい。   In the first embodiment, the Si support substrate 11 is used. As the support substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, a GaP substrate, a GaAs substrate, an InP substrate, a ZnSe substrate, a ZnO substrate, a Cu substrate, a CuW substrate, a W substrate, and the like. You can also choose from. The support substrate has a thermal conductivity of 1.5 W / cm since the thermal conductivity of Si or GaN is 1.3 to 1.5 W / cm · K from the viewpoint of improving the heat dissipation of the light emitting element. -It is preferable to use a support substrate of K or more.

本実施形態1では波長355nmのレーザでバッファ層を熱分解してサファイア基板の除去を行なうが、レーザ光の波長は成長基板を透過し得る波長であってバッファ層が吸収し得る波長であればよい。なお、成長基板が除去された半導体積層構造の露出表面におけるダメージはレーザ光の波長が短い場合に少ないので、Nd:YAGレーザの三次高調波(355nm)に比べて四次高調波(266nm)を用いる方が好ましい。   In the first embodiment, the sapphire substrate is removed by thermally decomposing the buffer layer with a laser having a wavelength of 355 nm. The wavelength of the laser light can be transmitted through the growth substrate and absorbed by the buffer layer. Good. Since the damage on the exposed surface of the semiconductor laminated structure from which the growth substrate has been removed is small when the wavelength of the laser beam is short, the fourth harmonic (266 nm) is compared with the third harmonic (355 nm) of the Nd: YAG laser. It is preferable to use it.

本実施形態1で用いられるレーザ照射装置はウエハの反りに追随してフォーカスを合わせ得る機能を有していない簡素な光学系を含んでいる。したがって、レーザで成長基板を除去する際にウエハに大きな反り量が存在する場合には、レーザのフォーカス位置がバッファ層からずれてしまって成長基板の剥離を均一に行なうことができない。   The laser irradiation apparatus used in the first embodiment includes a simple optical system that does not have a function of adjusting the focus by following the warp of the wafer. Therefore, if the wafer has a large amount of warping when the growth substrate is removed by the laser, the focus position of the laser is shifted from the buffer layer, and the growth substrate cannot be peeled uniformly.

フォーカス位置が40μmずれている場合でも、レーザパワーを強くすることによって、フォーカス位置からずれた部分でもバッファ層を分解するに必要なエネルギを供給することは可能である。しかし、レーザパワーが強化された場合には、フォーカスが合っている部分へ過剰なエネルギが供給され、窒化物半導体積層構造がダメージを受ける問題が生じ得る。より具体的には、レーザのフォーカス位置がバッファ層から20μmずれるだけでエネルギ密度が約20%低下し、バッファ層を十分に分解すること容易でなくなる。   Even when the focus position is deviated by 40 μm, it is possible to supply energy necessary for decomposing the buffer layer even in a portion deviated from the focus position by increasing the laser power. However, when the laser power is strengthened, excessive energy is supplied to the focused portion, and the nitride semiconductor multilayer structure may be damaged. More specifically, the energy density is reduced by about 20% just by shifting the laser focus position from the buffer layer by 20 μm, and it is not easy to sufficiently decompose the buffer layer.

実際に、17mm角の成長基板の場合、反り防止層を含まない従来の条件下では反り量が30μm以上になり、成長基板から窒化物半導体積層構造を均一に剥離させることができない。しかし、本実施形態1では反り防止層によって反り量が20μm以下に低減されるので、成長基板から窒化物半導体積層構造を均一に剥離させることが可能である。   Actually, in the case of a 17 mm square growth substrate, the amount of warpage is 30 μm or more under conventional conditions not including a warp prevention layer, and the nitride semiconductor multilayer structure cannot be uniformly peeled from the growth substrate. However, in the first embodiment, the warpage amount is reduced to 20 μm or less by the warpage preventing layer, so that the nitride semiconductor multilayer structure can be uniformly peeled from the growth substrate.

また、2インチ径のサファイア成長基板上に形成した窒化物半導体積層構造上にCuメッキ支持基板を形成した場合、ウエハの反り量は80μm程度になった。この場合にはウエハ全面に均一にレーザ照射することができず、成長基板から半導体積層構造を剥離できない領域が残ったり、半導体積層構造にダメージを受けた領域が生じたりした。ただし、1回のレーザ照射で剥離なかった領域においても、レーザのフォーカス位置を調整して再度レーザ照射を行なうことによって剥離を完了させることができた。   Further, when the Cu plating support substrate was formed on the nitride semiconductor laminated structure formed on the 2-inch diameter sapphire growth substrate, the amount of warpage of the wafer was about 80 μm. In this case, the entire surface of the wafer could not be uniformly irradiated with laser, and a region where the semiconductor multilayer structure could not be peeled off from the growth substrate remained, or a region where the semiconductor multilayer structure was damaged was generated. However, even in a region where peeling was not performed by one laser irradiation, the peeling could be completed by adjusting the laser focus position and performing laser irradiation again.

他方、2インチ径のウエハで40μm程度に反り量を調整した場合においては、半導体積層構造にダメージを受ける領域が生じるが、成長基板から半導体積層構造を剥離除去させることはできた。   On the other hand, when the amount of warpage was adjusted to about 40 μm with a 2 inch diameter wafer, a region where the semiconductor multilayer structure was damaged occurred, but the semiconductor multilayer structure could be peeled off from the growth substrate.

以上の観点から、ウエハの反り量は80μm以下でなければならず、40μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましい。   From the above viewpoint, the warpage amount of the wafer must be 80 μm or less, preferably 40 μm or less, and more preferably 20 μm or less.

(実施形態2)
図6は、本発明の実施形態2による窒化物半導体発光素子の作製途中における積層構造を示す模式的断面図である。この図6の積層構造は、図1に比べて、接合金属層10が電解メッキ用のAuシード層10aに変更され、Si支持基板11が厚さ約100μmのCuメッキ層の支持基板11aに変更されていることのみにおいて異なっている。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a laminated structure in the process of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to Embodiment 2 of the present invention. 6, the bonding metal layer 10 is changed to an Au seed layer 10a for electrolytic plating, and the Si support substrate 11 is changed to a support substrate 11a of a Cu plating layer having a thickness of about 100 μm, as compared with FIG. It differs only in what is being done.

図7は、図6の工程の後において、正電極と負電極が形成された窒化物半導体発光素子を模式的断面図で示している。この図7の発光素子を作製するためには、図2の場合と同様に、図6中のアンドープGaNバッファ層2に波長355nmのレーザ光を照射し、成長基板1とバッファ層2が除去される。こうして露出されたn型GaN層3上には正電極としてのTi/AlまたはTi/Auのパッド電極12が形成され、Cuメッキ支持基板11aの下面上には負電極としてのTi/Al/Ti電極13が形成される。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device in which a positive electrode and a negative electrode are formed after the step of FIG. In order to manufacture the light emitting device of FIG. 7, similarly to the case of FIG. 2, the undoped GaN buffer layer 2 in FIG. 6 is irradiated with laser light having a wavelength of 355 nm, and the growth substrate 1 and the buffer layer 2 are removed. The A Ti / Al or Ti / Au pad electrode 12 as a positive electrode is formed on the exposed n-type GaN layer 3, and Ti / Al / Ti as a negative electrode is formed on the lower surface of the Cu plating support substrate 11a. Electrode 13 is formed.

なお、メッキ層による支持基板の形成はCuメッキに限られず、Auメッキ、Agメッキ、Niメッキ、Cuメッキ、およびFeメッキの少なくともいずれかを利用してもよい。メッキ支持基板はCu、Ni、Au、Ag、およびFeの少なくとも1種を含むことができ、その厚みはウエハのハンドリングが可能となる50〜250μmの範囲内であればよく、80〜120μmの範囲内であることが好ましい。   Note that the formation of the support substrate by the plating layer is not limited to Cu plating, and at least one of Au plating, Ag plating, Ni plating, Cu plating, and Fe plating may be used. The plating support substrate may contain at least one of Cu, Ni, Au, Ag, and Fe, and the thickness thereof may be in the range of 50 to 250 μm that enables wafer handling, and the range of 80 to 120 μm. It is preferable to be within.

一般的に窒化物半導体積層構造上に形成されるメッキ支持基板の厚は100μm前後程度であるが、メッキ支持基板が50μm程度に薄くてもウエハをハンドリングすることは可能である。ただし、メッキ支持基板が薄い場合には、ウエハの取扱いには破損に対する注意を要する。他方、メッキ支持基板を厚くする場合にはウエハの取扱いに問題を生じることはないが、メッキ支持基板を形成する時間と費用が増大するので、200〜250μm程度までの厚さが望ましいと考えられる。したがって、メッキ支持基板の厚さは80〜120μm程度であることが、メッキに要する時間と費用およびウエハ取扱いの容易性など考慮して最適であると考えられる。   Generally, the thickness of the plating support substrate formed on the nitride semiconductor multilayer structure is about 100 μm, but the wafer can be handled even if the plating support substrate is as thin as about 50 μm. However, when the plating support substrate is thin, handling of the wafer requires attention to damage. On the other hand, when the plating support substrate is made thick, there is no problem in handling the wafer, but the time and cost for forming the plating support substrate increase, so it is considered that a thickness of about 200 to 250 μm is desirable. . Therefore, it is considered that the thickness of the plating support substrate is about 80 to 120 μm in consideration of the time and cost required for plating and the ease of wafer handling.

電解メッキ用シード層の材料はAuに限られず、導電性や密着性の良好な金属を用いることができる。また、形成されるべきメッキ支持基板と同じ材料でシード層を成膜することも可能である。さらに、本実施例のおけるように反り防止層が導電性の金属層である場合、反り防止層上にシード層を成膜せずに直接メッキ支持基板を形成することも可能である。   The material for the electroplating seed layer is not limited to Au, and a metal having good conductivity and adhesion can be used. It is also possible to form a seed layer with the same material as the plating support substrate to be formed. Further, when the warpage preventing layer is a conductive metal layer as in the present embodiment, it is also possible to directly form a plating support substrate without forming a seed layer on the warpage preventing layer.

(実施形態3)
図8は、本発明の実施形態3による窒化物半導体発光素子の積層構造を示す模式的断面図である。この図8の発光素子は、図2に比べて、Ti/Ptバッファ層9上にHf反り防止層9を形成する代わりに電解メッキ用のAuシード層9eとNiメッキ層9fを積層していることのみにおいて異なっている。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a laminated structure of a nitride semiconductor light emitting device according to Embodiment 3 of the present invention. Compared with FIG. 2, the light emitting device of FIG. 8 has an Au seed layer 9e for electroplating and a Ni plating layer 9f laminated on the Ti / Pt buffer layer 9 instead of forming the Hf warpage prevention layer 9. It is different only in that.

本実施形態3ではSi支持基板11が用いられているが、Si支持基板の代わりに、図7におけるようなメッキ支持基板が形成されてもよいことは言うまでもない。また、本実施形態3の発光素子に含まれるそれぞれの金属層としても、実施形態1および2おいて対応する金属層に関して例示された種々の金属層から選択することができる。   In the third embodiment, the Si support substrate 11 is used, but it goes without saying that a plating support substrate as shown in FIG. 7 may be formed instead of the Si support substrate. In addition, each metal layer included in the light emitting element of Embodiment 3 can also be selected from the various metal layers exemplified for the corresponding metal layers in Embodiments 1 and 2.

本実施形態3において反り防止層をメッキで形成することは、厚い反り防止層を安価かつ容易に付与し得る利点のみならず、形成される反り防止層の内部応力状態を自在に制御できる利点を有する。すなわち、メッキ液の種類、電流密度、温度、電着浴の種類、電着浴液の濃度、添加剤、応力減少剤の添加、添加剤の添加量、電着浴液中の硫黄濃度の管理、さらには陽極材の材質などの少なくともいずれかを適宜に設定することによって、メッキで堆積される金属層中の圧縮応力または引張応力を容易に制御することが可能である。メッキ層における内部応力の制御の詳細に関しては、非特許文献1の伊勢秀夫著、「電鋳技術と応用」、1996年、槇書店発行を参照されたい。   Forming the warp prevention layer by plating in the third embodiment has not only the advantage that a thick warp prevention layer can be provided inexpensively and easily, but also the advantage that the internal stress state of the formed warp prevention layer can be freely controlled. Have. That is, the type of plating solution, current density, temperature, type of electrodeposition bath, concentration of electrodeposition bath, additive, addition of stress reducing agent, amount of additive added, control of sulfur concentration in the electrodeposition bath Furthermore, the compression stress or tensile stress in the metal layer deposited by plating can be easily controlled by appropriately setting at least one of the material of the anode material and the like. For details of control of internal stress in the plating layer, see Non-Patent Document 1, Hideo Ise, “Electroforming Technology and Applications”, 1996, published by Tsuji Shoten.

メッキ層の内部応力は電着応力と称され、電着応力が正の値のときは引張応力であり、負の値のときは圧縮応力となる。もちろん、電着応力がゼロのときは無応力となる。   The internal stress of the plating layer is referred to as electrodeposition stress. When the electrodeposition stress is positive, it is tensile stress, and when it is negative, it is compressive stress. Of course, there is no stress when the electrodeposition stress is zero.

例えば、電流密度が高くなるほど電着応力は大きくなる。また、メッキ液の温度が高くなるほど電着応力は小さくなる。さらに、メッキの種類によって引張応力と圧縮応力を選択することができ、Auのメッキの場合は一般に圧縮応力が生じ、Cu、Ni、およびFeのメッキの場合は一般に引張応力が生じる。   For example, the electrodeposition stress increases as the current density increases. Moreover, the electrodeposition stress decreases as the temperature of the plating solution increases. Furthermore, a tensile stress and a compressive stress can be selected depending on the kind of plating. In the case of Au plating, a compressive stress is generally generated, and in the case of Cu, Ni, and Fe plating, a tensile stress is generally generated.

電着浴がワット浴の場合には電着応力は大きくなり、全スルファミン酸ニッケル浴の場合にはワット浴に比べ電着応力が小さくなる。また、スルファミン酸ニッケル浴の場合には電着応力はワット浴の場合に比べ小さいが、全スルファミン酸ニッケル浴に比べて大きい。   When the electrodeposition bath is a watt bath, the electrodeposition stress is large, and when the electrodeposition bath is an all nickel sulfamate bath, the electrodeposition stress is smaller than that of the watt bath. In the case of a nickel sulfamate bath, the electrodeposition stress is smaller than that in the watt bath, but larger than that in the entire nickel sulfamate bath.

電着浴液の濃度比によって、引張応力と圧縮応力の選択が可能である。例えば、CuSO4・5H2O:H2SO4=87:24.5の場合は引張応力になり、CuSO4・5H2O:H2SO4=87:73.5の場合は圧縮応力になる。 The tensile stress and the compressive stress can be selected depending on the concentration ratio of the electrodeposition bath liquid. For example, in the case of CuSO 4 .5H 2 O: H 2 SO 4 = 87: 24.5, it becomes tensile stress, and in the case of CuSO 4 · 5H 2 O: H 2 SO 4 = 87: 73.5, it becomes compressive stress. Become.

メッキ液への添加剤として光沢剤や応力減少剤を添加することによって、圧縮応力と引張応力の変換が可能である。例えば、Cuメッキの場合には、添加剤(チオ尿素・ゼラチン・β−ナフチルキノリン・ロッセル塩)の濃度が高くなるにしたがって引張応力が増大して最大値を示し、それから零になり、さらに圧縮応力に変化する。添加剤ナフタレンジスルフォン酸(Niメッキの応力緩和剤)も、Cuメッキに関して同様の作用をする。   By adding a brightener or a stress reducing agent as an additive to the plating solution, it is possible to convert compressive stress and tensile stress. For example, in the case of Cu plating, as the concentration of additives (thiourea, gelatin, β-naphthylquinoline, and Rossel salt) increases, the tensile stress increases and reaches a maximum value, then reaches zero, and then compresses further. Change to stress. The additive naphthalenedisulfonic acid (stress relaxation agent for Ni plating) also has the same effect on Cu plating.

Niメッキの場合、硫酸ニッケル、スルファミン酸ニッケル、ホウフッ化ニッケルなどのメッキ液中の応力減少剤は、第1光沢剤として使用されているものであって、芳香族炭化水素[ベンゼンやナフタレンなど]にスルフォン酸、スルフォン酸塩、スルフォンアミド、スルフォンイミド、スルフォン酸などが付いたものである。   In the case of Ni plating, the stress reducing agent in the plating solution, such as nickel sulfate, nickel sulfamate, and nickel borofluoride, is used as the first brightener and is an aromatic hydrocarbon [benzene, naphthalene, etc.] With sulfonic acid, sulfonate, sulfonic amide, sulfonic imide, sulfonic acid and the like.

代表的な応力減少剤として、サッカリン、パラトルエンスルフォンアミド、ベンゼンスルフォンアミド、ベンゼンスルフォンイミド、ベンゼンジスルフォン酸ナトリウム、ベンゼントリスルフォン酸ナトリウム、ナフタレンジスルフォン酸ナトリウム、ナフタレントリスルフォン酸ナトリウムなどが挙げられる。   Typical stress reducing agents include saccharin, p-toluenesulfonamide, benzenesulfonamide, benzenesulfonimide, sodium benzenedisulfonate, sodium benzenetrisulfonate, sodium naphthalene disulfonate, sodium naphthalene sulfonate. .

また、添加剤の添加量の調節によっても、引張応力と圧縮応力の制御が可能である。例えば、電着中の液中の硫黄含有率が高くなれば、電着応力は小さくなって圧縮応力となる。すなわち、電着中の液中の硫黄濃度などを調節することによって、電着応力の制御が可能となる。   Also, the tensile stress and the compressive stress can be controlled by adjusting the additive amount. For example, if the sulfur content in the liquid during electrodeposition increases, the electrodeposition stress decreases and becomes compressive stress. That is, the electrodeposition stress can be controlled by adjusting the sulfur concentration in the liquid during electrodeposition.

さらに、陽極材の材質によって液中の硫黄含有率が変わるので、陽極材の材質によっても電着応力を制御することが可能である。例えば、白金メッキしたチタン板を陽極にしてスルファミン酸ニッケル浴で電着した場合には、電着応力が圧縮応力になる。   Furthermore, since the sulfur content in the liquid varies depending on the material of the anode material, the electrodeposition stress can be controlled also by the material of the anode material. For example, when electrodepositing with a nickel sulfamate bath using a platinum-plated titanium plate as an anode, the electrodeposition stress becomes a compressive stress.

以上のように、電解メッキ層の応力状態は種々のメッキ条件の変更で容易に制御できるので、支持基板の反りと逆方向の反りを生じる傾向のある反り防止層を形成することによって、ウエハの反り量を軽減することが可能である。   As described above, the stress state of the electrolytic plating layer can be easily controlled by changing various plating conditions. Therefore, by forming a warpage prevention layer that tends to cause warpage in the opposite direction to the warpage of the support substrate, It is possible to reduce the amount of warpage.

以上のように、本発明によれば、垂直電極構造を有する窒化物半導体発光素子の作製において、プロセス上の問題および素子特性上の問題を改善することができる。   As described above, according to the present invention, problems in process and device characteristics can be improved in the manufacture of a nitride semiconductor light emitting device having a vertical electrode structure.

本発明の一実施形態による窒化物半導体発光素子の作製途中における積層構造を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a laminated structure in the middle of production of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. 図1の工程の後において正電極と負電極が形成された窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device in which a positive electrode and a negative electrode are formed after the step of FIG. 1. 図2の発光素子の一変形例を示す模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the light emitting device of FIG. 2. 図2の発光素子の他の変形例を示す模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another modification of the light emitting element of FIG. 2. 図2の発光素子のさらに他の変形例を示す模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing still another modification of the light emitting element of FIG. 2. 本発明の他の実施形態による窒化物半導体発光素子の作製途中における積層構造を示す模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a laminated structure in the middle of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention. 図6の工程の後において正電極と負電極が形成された窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device in which a positive electrode and a negative electrode are formed after the step of FIG. 6. 本発明のさらに他の実施形態による窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device according to still another embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 サファイア成長基板、2 アンドープGaNバッファ層、3 n型GaN層、4 GaN/InGaN量子井戸を含む発光層、5 p型GaN層、6 Pdコンタクト層、7 Ag反射金属層、8,8a,8b Ti/Ptバリア層、9,9a,9b Hf反り防止層、9c 誘電体反り防止層、9d 厚いHf反り防止層、9e メッキシード層、9f Niメッキ反り防止層、10 接合金属層、10a メッキシード層、11 Si支持基板、11a Cuメッキ支持基板、12 Ti/Auパッド電極、13 Ti/Al/Ti電極。   1 sapphire growth substrate, 2 undoped GaN buffer layer, 3 n-type GaN layer, 4 light emitting layer including GaN / InGaN quantum well, 5 p-type GaN layer, 6 Pd contact layer, 7 Ag reflective metal layer, 8, 8a, 8b Ti / Pt barrier layer, 9, 9a, 9b Hf warpage prevention layer, 9c dielectric warpage prevention layer, 9d thick Hf warpage prevention layer, 9e plating seed layer, 9f Ni plating warpage prevention layer, 10 bonding metal layer, 10a plating seed Layer, 11 Si support substrate, 11a Cu plating support substrate, 12 Ti / Au pad electrode, 13 Ti / Al / Ti electrode.

Claims (17)

順次積層されたn型窒化物半導体層、窒化物半導体発光層、およびp型窒化物半導体層を含む窒化物半導体積層構造と、
反り防止層と、
支持基板とがこの順に接合されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
A nitride semiconductor stacked structure including an n-type nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer, which are sequentially stacked;
A warpage prevention layer,
A nitride semiconductor light emitting device, wherein a support substrate is bonded in this order.
前記反り防止層は、前記支持基板より硬い金属層、合金層、または誘電体層の1層以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the warpage preventing layer includes one or more of a metal layer, an alloy layer, or a dielectric layer harder than the support substrate. 前記反り防止層は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、およびBeの1種以上を含むことを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体発光素子。   The warpage preventing layer includes one or more of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, and Be. The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 2. 前記反り防止層は40HV以上の硬度を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。   4. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the warpage preventing layer has a hardness of 40 HV or more. 5. 前記反り防止層と前記支持基板との間にAuを含む層をさらに含み、前記反り防止層はAuの拡散を防止するようにも作用し得ることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。   5. The method according to claim 1, further comprising a layer containing Au between the warp preventing layer and the support substrate, wherein the warp preventing layer can also act to prevent diffusion of Au. The nitride semiconductor light-emitting device according to 1. 前記反り防止層は前記支持基板の反りに対して逆方向に反るように作用していることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。   6. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the warpage preventing layer acts to warp in a direction opposite to the warpage of the support substrate. 前記支持基板の熱伝導率は1.5W/cm・K以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the support substrate has a thermal conductivity of 1.5 W / cm · K or more. 前記窒化物半導体積層構造に含まれる最外層の前記p型窒化物半導体層上の全面にインジュウム錫酸化物、インジュウムモリブデン酸化物、酸化インジュウム、酸化錫、カドミウム錫酸化物、酸化ガリウム、インジュウム亜鉛酸化物、ガリュウム亜鉛酸化物、および酸化亜鉛のいずれかの酸化物の層または厚さ1nm以上200nm以下の金属層を含むp側電極を有することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。   Indium tin oxide, indium molybdenum oxide, indium oxide, tin oxide, cadmium tin oxide, gallium oxide, indium zinc is formed on the entire surface of the outermost p-type nitride semiconductor layer included in the nitride semiconductor multilayer structure. 8. The electrode according to claim 1, further comprising a p-side electrode including a layer of any one of oxide, gallium zinc oxide, and zinc oxide, or a metal layer having a thickness of 1 nm to 200 nm. The nitride semiconductor light emitting device described. 前記窒化物半導体積層構造に含まれる最外層の前記n型窒化物半導体層上の一部にn側金属電極を有することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。   9. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising an n-side metal electrode on a part of the outermost n-type nitride semiconductor layer included in the nitride semiconductor multilayer structure. 10. element. 前記n側金属電極は50nmから150nmの範囲内の直径を有しかつ200nm以上の厚さを有していることを特徴とする請求項9に記載の窒化物半導体発光素子。   10. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the n-side metal electrode has a diameter in a range of 50 nm to 150 nm and a thickness of 200 nm or more. 請求項1から10のいずれかの窒化物半導体発光素子を製造するための方法であって、
結晶成長用のウエハ状成長基板上に前記窒化物半導体積層構造を成長させ、
前記窒化物半導体積層構造上に前記反り防止層を介在させて前記支持基板を接合し、
前記支持基板が接合されたウエハ状態において、そのウエハの反りがウエハ面の高低差において80μm未満であることを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing the nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1, comprising:
Growing the nitride semiconductor multilayer structure on a wafer growth substrate for crystal growth,
Bonding the support substrate with the warp prevention layer interposed on the nitride semiconductor multilayer structure;
In the wafer state in which the support substrate is bonded, the warpage of the wafer is less than 80 μm in the height difference of the wafer surface.
前記反り防止層は電解メッキによって形成されることを特徴とする請求項11に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 11, wherein the warpage preventing layer is formed by electrolytic plating. 前記支持基板は前記反り防止層上にメッキによって形成されることを特徴とする請求項11または12に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 11, wherein the support substrate is formed on the warpage preventing layer by plating. 前記成長基板はサファイア、GaN、SiC、LiGaO2、およびLiAlO2のいずれかを含むことを特徴とする請求項11から13のいずれかに記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 11, wherein the growth substrate includes any one of sapphire, GaN, SiC, LiGaO 2 , and LiAlO 2 . 前記窒化物半導体積層構造は前記成長基板に接するバッファ層を含み、前記成長基板は前記バッファ層が吸収するレーザ光に対して透光性であることを特徴とする請求項11から14のいずれかに記載の製造方法。   15. The nitride semiconductor multilayer structure includes a buffer layer in contact with the growth substrate, and the growth substrate is transparent to laser light absorbed by the buffer layer. The manufacturing method as described in. 前記バッファ層はGaNを含み、前記レーザ光は355nm以下の中心波長を有することを特徴とする請求項15に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 15, wherein the buffer layer includes GaN, and the laser light has a center wavelength of 355 nm or less. 前記成長基板の表面はストライプ状、円形状、または多角形状の凹凸を有することを特徴とする請求項11から16のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 11, wherein the surface of the growth substrate has stripes, circles, or polygonal irregularities.
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