JP2010093186A - Method of manufacturing gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element, layered structure of gallium nitride-based compound semiconductor element, gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element, and lamp - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element, which can prevent a buffer layer from disappearing in a formation process of a semiconductor layer, can remove a substrate from a compound semiconductor layer with a simple method, and can provide the light-emitting element excelling in a luminescent characteristic with a good yield and high efficiency; a layered structure of a gallium nitride-based compound semiconductor element; and a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element includes: a buffer layer formation step of laminating a ZnO buffer layer 22 and an AlN buffer layer 23 on a substrate 21 on this order; a semiconductor layer formation step of forming a semiconductor layer formed of a gallium nitride-based compound on the AlN buffer layer 23; and a removal step of removing the substrate 21 by removing the ZnO buffer layer 22. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、電子デバイス等に、好適に用いられる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device suitably used for a light-emitting diode (LED), a laser diode (LD), an electronic device, and the like, a laminated structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device, and a gallium nitride-based compound The present invention relates to a semiconductor light emitting element and a lamp.

窒化ガリウム系化合物等のIII族窒化物半導体は、可視光から紫外光領域の範囲に相当するエネルギーの直接遷移型のバンドギャップを有し、発光効率に優れていることから、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等の半導体発光素子として製品化され、各種用途で使用されている。また、電子デバイスに用いた場合でも、III族窒化物半導体は、従来のIII−V族化合物半導体を用いた場合に比べ、優れた特性を有する電子デバイスが得られる。   Group III nitride semiconductors such as gallium nitride compounds have a direct transition type band gap of energy corresponding to the range of visible light to ultraviolet light, and are excellent in luminous efficiency. Have been commercialized as semiconductor light emitting devices such as laser diodes (LD) and the like, and are used in various applications. Even when used in an electronic device, the group III nitride semiconductor can provide an electronic device having superior characteristics as compared to the case of using a conventional group III-V compound semiconductor.

従来、III族窒化物半導体の単結晶ウェーハとしては、異なる材料の単結晶ウェーハ上に結晶を成長させて得る方法が一般的である。このような、異種基板と、その上にエピタキシャル成長させるIII族窒化物半導体結晶との間には、大きな格子不整合が存在する。例えば、サファイア(Al)基板上に窒化ガリウム(GaN)を成長させた場合、両者の間には16%の格子不整合が存在し、SiC基板上に窒化ガリウムを成長させた場合には、両者の間に6%の格子不整合が存在する。一般に、上述のような大きな格子不整合が存在する場合、基板上に結晶を直接エピタキシャル成長させることが困難となり、また、成長させた場合であっても結晶性の良好な結晶が得られないという問題がある。 Conventionally, as a group III nitride semiconductor single crystal wafer, a method in which crystals are grown on single crystal wafers of different materials is generally used. There is a large lattice mismatch between such a heterogeneous substrate and a group III nitride semiconductor crystal epitaxially grown thereon. For example, when gallium nitride (GaN) is grown on a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, there is a 16% lattice mismatch between them, and when gallium nitride is grown on a SiC substrate. There is a 6% lattice mismatch between the two. In general, when there is a large lattice mismatch as described above, it is difficult to epitaxially grow a crystal directly on a substrate, and a crystal with good crystallinity cannot be obtained even when grown. There is.

また、サファイア基板を発光素子に用いた場合、上述のような格子不整合の問題の他、絶縁性材料であることや、熱伝導性が低い等の問題点がある。例えば、サファイア基板は絶縁性基板であるため、一般的なLEDで採用されているようなチップの上下に電極を形成する、所謂上下電極構造を採用することが出来ない。このため、発光素子チップを一定以下のサイズに小型化するのには限界があるという問題がある。また、サファイア基板は熱伝導性が低いことから、印加された電力によって発生する熱を放散することが困難となり、チップの温度が上昇して発光特性を低下させてしまうという問題がある。   In addition, when a sapphire substrate is used for a light emitting element, there are problems such as an insulative material and low thermal conductivity in addition to the above-described lattice mismatch problem. For example, since the sapphire substrate is an insulating substrate, a so-called upper and lower electrode structure in which electrodes are formed on the upper and lower sides of a chip as used in a general LED cannot be employed. For this reason, there is a problem that there is a limit to downsizing the light emitting element chip to a certain size or less. Further, since the sapphire substrate has low thermal conductivity, it is difficult to dissipate heat generated by the applied electric power, and there is a problem that the temperature of the chip rises and the light emission characteristics are deteriorated.

このような問題を解決するため、例えば、化合物半導体層からサファイア基板を剥離してLEDを作製する技術が提案されている。例えば、研磨されたサファイア基板の裏面にレーザを照射し、サファイア基板とGaNとの界面に存在する転位が集中した層にレーザを吸収させ、発熱させて破壊することにより、サファイア基板を剥離する方法等が提案されている。しかしながら、このような方法では、サファイア基板を均一に剥離するための制御が困難なため、発光素子の特性や収率が安定しないという問題がある。また、レーザによって結晶が破壊されることでダメージが生じるため、発光素子の特性が低下する等の問題がある。このため、サファイア基板とGaNの格子不整合を解消するためのバッファ層の開発が求められるとともに、レーザ照射等の衝撃の大きな方法によらずにサファイア基板をGaNから剥離する方法が求められていた。   In order to solve such a problem, for example, a technique for producing an LED by peeling a sapphire substrate from a compound semiconductor layer has been proposed. For example, a method of detaching a sapphire substrate by irradiating the back surface of the polished sapphire substrate with laser, absorbing the laser in a layer where dislocations are concentrated at the interface between the sapphire substrate and GaN, and generating heat to break the substrate. Etc. have been proposed. However, in such a method, since it is difficult to control the sapphire substrate to be peeled uniformly, there is a problem that the characteristics and yield of the light emitting element are not stable. In addition, since damage is caused by the crystal being broken by the laser, there is a problem that characteristics of the light-emitting element are deteriorated. For this reason, development of a buffer layer for eliminating lattice mismatch between the sapphire substrate and GaN is required, and a method for peeling the sapphire substrate from GaN without using a method having a large impact such as laser irradiation is required. .

上述のような、サファイア基板とGaNの格子不整合の解消、並びにレーザ照射によらないサファイア基板の剥離の両方を実現できる技術として、ZnOからなるバッファ層を用いることが提案されている。
まず、バッファ層を2重バッファ層として構成し、基板上に形成される低温成長の第1バッファ層としてZnOを用い、この上に、略単結晶の第2バッファ層として、Ga及びInを含有しない窒化物を用いることが提案されている(例えば、特許文献1、2を参照)。
The use of a buffer layer made of ZnO has been proposed as a technique that can achieve both of the above-described elimination of lattice mismatch between a sapphire substrate and GaN and exfoliation of the sapphire substrate without laser irradiation.
First, the buffer layer is configured as a double buffer layer, ZnO is used as a first buffer layer of low-temperature growth formed on the substrate, and Ga and In are contained as a second buffer layer of substantially single crystal thereon. It has been proposed to use non-nitrides (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

また、基板上にスペーサ層を形成し、このスペーサ層上に化合物半導体層を形成した後、光照射によってスペーサ層に光を吸収させることで基板を剥離する技術が提案されている(例えば、特許文献3、4を参照)。特許文献3、4によれば、上記スペーサ層として、サファイア基板上にスパッタ法で成膜されたZnOの上に、有機金属化学気相蒸着(MOCVD)法を用いて、GaN又はAl0.1Ga0.9Nを形成した構成とすることが記載されている。このように、特許文献3、4によれば、ZnO上に、MOCVD法等の方法によって窒化物を積層する技術とされている。 Further, a technique has been proposed in which a spacer layer is formed on a substrate, a compound semiconductor layer is formed on the spacer layer, and then the substrate is peeled off by absorbing light by light irradiation (for example, a patent) References 3, 4) According to Patent Documents 3 and 4, as the spacer layer, GaN or Al 0.1 is formed on a ZnO film formed by sputtering on a sapphire substrate by using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. It is described that Ga 0.9 N is formed. Thus, according to Patent Documents 3 and 4, it is a technique for stacking nitride on ZnO by a method such as MOCVD.

しかしながら、ZnOは高温での化学的安定性が低く、また、NH等を用いる成膜方法の環境に曝されると、急激に反応作用が生じて結晶性が低下するという特性がある。このため、特許文献1〜4に記載の技術を用いた場合には、ZnOの上の各層を形成する工程において、ZnOの結晶性が低下し、さらには消失する虞があるという問題がある。 However, ZnO has low chemical stability at high temperatures, and when exposed to an environment of a film forming method using NH 3 or the like, there is a characteristic that a reaction action occurs suddenly and crystallinity is lowered. For this reason, when the techniques described in Patent Documents 1 to 4 are used, there is a problem that the crystallinity of ZnO is lowered and further lost in the step of forming each layer on ZnO.

一方、基板上にZn1−xMgO(0≦x≦0.3)バッファ層を形成し、この上に陽イオン極性となるように窒化物バッファ層を形成し、この上に、HVPE法によって窒化物層を成長させ、リフトオフしてGaN基板を製造する技術が提案されている(例えば、特許文献5を参照)。また、特許文献5によれば、ZnOバッファ層を分子線エピタキシー(MBE)法で形成し、その上にGaNバッファ層をMBE法で形成することが記載されている。このように、MBE法を用いることにより、ZnOバッファ層上に低温で窒化物バッファ層を形成することができるので、窒化物バッファ層を形成する際のZnOバッファ層の消失を防止することが可能となる。 On the other hand, a Zn 1-x Mg x O (0 ≦ x ≦ 0.3) buffer layer is formed on the substrate, and a nitride buffer layer is formed thereon so as to have a cation polarity. A technique for growing a nitride layer by a method and manufacturing a GaN substrate by lift-off has been proposed (see, for example, Patent Document 5). Patent Document 5 describes that a ZnO buffer layer is formed by a molecular beam epitaxy (MBE) method, and a GaN buffer layer is formed thereon by an MBE method. As described above, since the nitride buffer layer can be formed on the ZnO buffer layer at a low temperature by using the MBE method, it is possible to prevent the disappearance of the ZnO buffer layer when the nitride buffer layer is formed. It becomes.

しかしながら、特許文献5に記載の技術のように、MBE法を用いて各バッファ層を形成した場合、MBE法は超高真空状態の維持が難しく量産向きの成膜方法でないため、製造効率が大きく低下するという問題がある。
また、特許文献5のように、HVPE法を用いてGaNからなる下地層を成長させた場合、膜厚を厚くしないと良好な結晶性の結晶を得ることができないことから、必然的に下地層が厚くなるという問題がある。このように下地層を厚く形成した場合には、基板の反りが大きくなるので、その後の工程処理が困難になり、また、成膜の長時間を要するので、高い生産性を確保するのが困難であるという問題が生じる。
However, when each buffer layer is formed using the MBE method as in the technique described in Patent Document 5, since the MBE method is difficult to maintain an ultra-high vacuum state and is not a film formation method suitable for mass production, the manufacturing efficiency is large. There is a problem of lowering.
Further, as in Patent Document 5, when a base layer made of GaN is grown using the HVPE method, a crystal with good crystallinity cannot be obtained unless the film thickness is increased. There is a problem that becomes thicker. When the base layer is formed thick in this manner, the warpage of the substrate becomes large, so that subsequent process processing becomes difficult, and it takes a long time for film formation, so it is difficult to ensure high productivity. Problem arises.

また、基板上に形成されたZnO層を、エッチング溶液によって溶解除去することで基板を剥離する技術が提案されている(例えば、特許文献6を参照)。
しかしながら、特許文献6に記載の技術では、AlNバッファ層上にZnO層が形成され、この上にGaNからなる化合物半導体層が形成された構成なので、GaNの成膜時にZnO層が高温に曝される。このため、上記同様、化合物半導体層の形成工程においてZnO層の結晶性が低下し、場合によってはZnOが消失する虞があるという問題があった。
特開2000−133842号公報 特開2004−48076号公報 特開2003−218470号公報 特開2007−13191号公報 特開2008−74671号公報 特開2007−95845号公報
In addition, a technique for peeling a substrate by dissolving and removing a ZnO layer formed on the substrate with an etching solution has been proposed (see, for example, Patent Document 6).
However, in the technique described in Patent Document 6, since the ZnO layer is formed on the AlN buffer layer and the compound semiconductor layer made of GaN is formed thereon, the ZnO layer is exposed to a high temperature during the GaN film formation. The For this reason, similarly to the above, the crystallinity of the ZnO layer is lowered in the compound semiconductor layer forming step, and there is a problem that ZnO may disappear in some cases.
JP 2000-133842 A JP 2004-48076 A JP 2003-218470 A JP 2007-13191 A JP 2008-74671 A JP 2007-95845 A

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体層の形成工程においてバッファ層が消失すること無く、且つ、簡便な方法で基板を化合物半導体層から剥離させることができ、発光特性に優れた発光素子が歩留まり良く高効率で得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することを目的とする。
さらに、上記の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いた、発光特性に優れるランプを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and the buffer layer is not lost in the process of forming the semiconductor layer, and the substrate can be peeled off from the compound semiconductor layer by a simple method, and has excellent light emitting characteristics. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a gallium nitride compound semiconductor light emitting device that can obtain the light emitting device with high yield and high efficiency, a laminated structure of the gallium nitride compound semiconductor device, and a gallium nitride compound semiconductor light emitting device.
Furthermore, it aims at providing the lamp | ramp which is excellent in the light emission characteristic using said gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device.

本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意研究を重ね、本発明を完成した。
即ち、本発明は以下に関する。
The inventors of the present invention have intensively studied in order to solve the above problems, and have completed the present invention.
That is, the present invention relates to the following.

[1] 基板上に、ZnOバッファ層及びAlNバッファ層をこの順で積層するバッファ層形成工程と、前記AlNバッファ層上に、窒化ガリウム系化合物からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記ZnOバッファ層を除去することにより、前記基板を剥離する除去工程と、を備えることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[2] 前記バッファ層形成工程は、前記ZnOバッファ層を、分子線エピタキシー(MBE)法、パルスレーザデポジション(PLD)法、スパッタ法の内の何れかの方法を用いて形成することを特徴とする上記[1]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[3] 前記バッファ層形成工程は、前記ZnOバッファ層を、スパッタ法を用いて形成することを特徴とする上記[2]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[4] 前記バッファ層形成工程は、前記AlNバッファ層を、分子線エピタキシー(MBE)法、パルスレーザデポジション(PLD)法、スパッタ法の内の何れかの方法を用いて形成することを特徴とする上記[1]〜[3]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[5] 前記バッファ層形成工程は、前記AlNバッファ層を、スパッタ法を用いて形成することを特徴とする上記[4]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[6] 前記バッファ層形成工程は、前記AlNバッファ層を、窒素源として窒素(N)ガスを用い、600℃以下の温度で成膜することを特徴とする上記[4]又は[5]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[7] 前記バッファ層形成工程は、前記基板上において、前記AlNバッファ層を前記ZnOバッファ層よりも平面視で大きく成膜することにより、前記AlNバッファ層が前記ZnOバッファ層の表面及び側面を覆うように形成することを特徴とする上記[1]〜[6]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[1] A buffer layer forming step of laminating a ZnO buffer layer and an AlN buffer layer in this order on a substrate; a semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer made of a gallium nitride compound on the AlN buffer layer; And a removing step of peeling off the substrate by removing the ZnO buffer layer.
[2] In the buffer layer forming step, the ZnO buffer layer is formed by using any one of a molecular beam epitaxy (MBE) method, a pulse laser deposition (PLD) method, and a sputtering method. The method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to [1] above.
[3] The method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to the above [2], wherein the buffer layer forming step forms the ZnO buffer layer by a sputtering method.
[4] In the buffer layer forming step, the AlN buffer layer is formed using any one of a molecular beam epitaxy (MBE) method, a pulsed laser deposition (PLD) method, and a sputtering method. The method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to any one of the above [1] to [3].
[5] The method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to the above [4], wherein the buffer layer forming step forms the AlN buffer layer using a sputtering method.
[6] The above [4] or [5], wherein the buffer layer forming step forms the AlN buffer layer at a temperature of 600 ° C. or lower using nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source. The manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device of description.
[7] In the buffer layer forming step, the AlN buffer layer is formed on the substrate so that the AlN buffer layer is larger than the ZnO buffer layer in plan view. The method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to any one of the above [1] to [6], wherein the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element is formed so as to cover the gallium nitride compound semiconductor light-emitting element.

[8] 前記除去工程は、エッチング法を用いて前記ZnOバッファ層を溶解除去することを特徴とする上記[1]〜[7]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[9] 前記除去工程は、HCl又はシュウ酸を用いたエッチング法によって前記ZnOバッファ層を溶解除去することを特徴とする上記[8]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[10] 前記半導体層形成工程は、前記AlNバッファ層の上に、n型半導体層、発光層及びp型半導体層を順次積層することによって半導体層を形成することを特徴とする上記[1]〜[9]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[11] 前記半導体層形成工程は、さらに、前記AlNバッファ層と前記n型半導体層との間に下地層を形成することを特徴とする上記[10]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[12] 前記下地層及び/又は前記n型半導体層を、有機金属化学気相蒸着(MOCVD)法を用いて形成することを特徴とする上記[11]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[13] 前記n型半導体層と前記下地層との合計膜厚を、15μm以下として形成することを特徴とする上記[11]又は[12]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[14] 前記n型半導体層と前記下地層との合計膜厚を、10μm以下として形成することを特徴とする上記[11]又は[12]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[15] 前記n型半導体層と前記下地層との合計膜厚を、4μm以下として形成することを特徴とする上記[11]又は[12]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[8] The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to any one of [1] to [7], wherein in the removing step, the ZnO buffer layer is dissolved and removed using an etching method. Production method.
[9] The method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to the above [8], wherein the removing step includes dissolving and removing the ZnO buffer layer by an etching method using HCl or oxalic acid.
[10] In the semiconductor layer forming step, the semiconductor layer is formed by sequentially stacking an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on the AlN buffer layer. The manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device in any one of-[9].
[11] The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to the above [10], wherein the semiconductor layer forming step further includes forming a base layer between the AlN buffer layer and the n-type semiconductor layer. Manufacturing method.
[12] The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the above [11], wherein the underlayer and / or the n-type semiconductor layer is formed using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. Manufacturing method.
[13] The method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to the above [11] or [12], wherein a total film thickness of the n-type semiconductor layer and the base layer is 15 μm or less. .
[14] The method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to the above [11] or [12], wherein a total film thickness of the n-type semiconductor layer and the base layer is 10 μm or less. .
[15] The method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to the above [11] or [12], wherein a total film thickness of the n-type semiconductor layer and the base layer is 4 μm or less. .

[16] 前記半導体層形成工程と前記除去工程との間において、前記半導体層の前記p型半導体層側に、Siの酸化物又は窒化物からなる支持基板を接合する支持基板接合工程が備えられていることを特徴とする上記[10]〜[15]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[17] 前記除去工程の後に、前記半導体層の前記n型半導体層側に負極を形成し、次いで、前記負極に仮貼付基板を貼着した後、前記支持基板を剥離することによって前記半導体層のp型半導体層側を露出させ、次いで、露出したp型半導体層上に正極を形成した後、前記仮貼付基板を前記負極から剥離する電極形成工程が備えられていることを特徴とする上記[16]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[18] 前記半導体層形成工程と前記除去工程との間において、前記半導体層の前記p型半導体層側に、Siからなる支持基板を接合する支持基板接合工程が備えられていることを特徴とする上記[10]〜[15]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[19] 前記半導体層形成工程と前記除去工程との間において、前記半導体層の前記p型半導体層側に、金属メッキからなる正極を形成するメッキ工程が備えられていることを特徴とする上記[10]〜[15]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[20] 前記除去工程の後に、前記半導体層の前記n型半導体層側に負極を形成する負極形成工程が備えられていることを特徴とする上記[18]又は[19]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
[16] A support substrate bonding step for bonding a support substrate made of an oxide or nitride of Si to the p-type semiconductor layer side of the semiconductor layer is provided between the semiconductor layer forming step and the removing step. The method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to any one of the above [10] to [15], wherein:
[17] After the removing step, the semiconductor layer is formed by forming a negative electrode on the n-type semiconductor layer side of the semiconductor layer, and then attaching a temporary adhesive substrate to the negative electrode, and then peeling the support substrate. The method further comprises an electrode forming step of exposing the p-type semiconductor layer side, forming a positive electrode on the exposed p-type semiconductor layer, and then peeling the temporary adhesive substrate from the negative electrode. [16] The method for producing a gallium nitride compound semiconductor light-emitting device according to [16].
[18] A support substrate bonding step of bonding a support substrate made of Si to the p-type semiconductor layer side of the semiconductor layer between the semiconductor layer forming step and the removing step is provided. The method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to any one of [10] to [15] above.
[19] The plating process for forming a positive electrode made of metal plating on the p-type semiconductor layer side of the semiconductor layer between the semiconductor layer forming step and the removing step. [10] The method for producing a gallium nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of [15].
[20] The gallium nitride according to the above [18] or [19], further comprising a negative electrode forming step of forming a negative electrode on the n-type semiconductor layer side of the semiconductor layer after the removing step. Of manufacturing a compound semiconductor light emitting device.

[21] 基板と、前記基板上に順次積層されて設けられるZnOバッファ層及びAlNバッファ層と、前記AlNバッファ層上に形成され、窒化ガリウム系化合物からなる半導体層とが備えられることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[22] 前記基板が、サファイア、シリコン、SiC、スピネルの内の何れかからなることを特徴とする上記[21]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[23] 前記ZnOバッファ層が単結晶のZnOからなることを特徴とする上記[21]又は[22]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[24] 前記ZnOバッファ層の表面がZn極性であることを特徴とする上記[21]〜[23]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[25] 前記ZnOバッファ層の膜厚が10〜1000nmの範囲であることを特徴とする上記[21]〜[24]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[26] 前記AlNバッファ層が単結晶のAlNからなることを特徴とする上記[21]〜[25]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[27] 前記AlNバッファ層が柱状結晶を有する多結晶のAlNからなることを特徴とする上記[21]〜[26]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[28] 前記AlNバッファ層の膜厚が10〜100nmの範囲であることを特徴とする上記[21]〜[27]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[29] 前記基板上において、前記AlNバッファ層が前記ZnOバッファ層よりも平面視で大きく形成されており、前記AlNバッファ層が前記ZnOバッファ層の表面及び側面を覆うように形成されていることを特徴とする上記[21]〜[28]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[30] 前記半導体層が、前記AlNバッファ層の上に、n型半導体層、発光層及びp型半導体層が順次積層されてなることを特徴とする上記[21]〜[29]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[31] 前記半導体層が、さらに、前記AlNバッファ層と前記n型半導体層との間に設けられる下地層を備えていることを特徴とする上記[30]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[32] 前記下地層と前記n型半導体層との合計膜厚が1512μm以下であることを特徴とする上記[31]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[33] 前記下地層と前記n型半導体層との合計膜厚が10μm以下であることを特徴とする上記[31]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[34] 前記下地層と前記n型半導体層との合計膜厚が4μm以下であることを特徴とする上記[31]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
[21] A substrate, a ZnO buffer layer and an AlN buffer layer that are sequentially stacked on the substrate, and a semiconductor layer formed on the AlN buffer layer and made of a gallium nitride compound, A laminated structure of gallium nitride compound semiconductor elements.
[22] The laminated structure of a gallium nitride-based compound semiconductor element according to [21], wherein the substrate is made of any one of sapphire, silicon, SiC, and spinel.
[23] The stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to [21] or [22], wherein the ZnO buffer layer is made of single-crystal ZnO.
[24] The stacked structure of a gallium nitride compound semiconductor device according to any one of [21] to [23], wherein the surface of the ZnO buffer layer has a Zn polarity.
[25] The laminated structure of the gallium nitride-based compound semiconductor element according to any one of [21] to [24], wherein the ZnO buffer layer has a thickness in a range of 10 to 1000 nm.
[26] The laminated structure of a gallium nitride compound semiconductor device according to any one of [21] to [25], wherein the AlN buffer layer is made of single crystal AlN.
[27] The stacked structure of gallium nitride-based compound semiconductor elements according to any one of [21] to [26], wherein the AlN buffer layer is made of polycrystalline AlN having columnar crystals.
[28] The laminated structure of the gallium nitride-based compound semiconductor element according to any one of [21] to [27], wherein the thickness of the AlN buffer layer is in a range of 10 to 100 nm.
[29] On the substrate, the AlN buffer layer is formed larger than the ZnO buffer layer in plan view, and the AlN buffer layer is formed so as to cover the surface and side surfaces of the ZnO buffer layer. The laminated structure of gallium nitride-based compound semiconductor elements according to any one of the above [21] to [28], wherein
[30] The above-mentioned [21] to [29], wherein the semiconductor layer is formed by sequentially laminating an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on the AlN buffer layer. Laminated structure of gallium nitride compound semiconductor elements.
[31] The gallium nitride compound semiconductor device according to [30], wherein the semiconductor layer further includes a base layer provided between the AlN buffer layer and the n-type semiconductor layer. Laminated structure.
[32] The laminated structure of the gallium nitride-based compound semiconductor element according to [31], wherein a total film thickness of the base layer and the n-type semiconductor layer is 1512 μm or less.
[33] The stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor element according to the above [31], wherein a total film thickness of the base layer and the n-type semiconductor layer is 10 μm or less.
[34] The stacked structure of gallium nitride compound semiconductor elements according to [31] above, wherein a total film thickness of the base layer and the n-type semiconductor layer is 4 μm or less.

[35] 上記[30]〜[34]の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造に備えられる前記ZnOバッファ層及び前記基板が除去されることにより、前記AlNバッファ層が露出した構成の積層構造が用いられてなり、さらに、前記AlNバッファ層の少なくとも一部が除去されて露出した前記n型半導体層上に負極が設けられるとともに、前記p型半導体層上に正極が設けられてなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
[36] 上記[1]〜[20]の何れか1項に記載の製造方法によって得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
[37] 上記[35]又は[36]に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が用いられてなることを特徴とするランプ。
[35] The AlN buffer layer is formed by removing the ZnO buffer layer and the substrate provided in the stacked structure of the gallium nitride compound semiconductor device according to any one of [30] to [34]. A layered structure having an exposed configuration is used, and a negative electrode is provided on the n-type semiconductor layer exposed by removing at least a part of the AlN buffer layer, and a positive electrode is provided on the p-type semiconductor layer. A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element characterized by being provided.
[36] A gallium nitride compound semiconductor light-emitting device obtained by the manufacturing method according to any one of [1] to [20].
[37] A lamp comprising the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to [35] or [36].

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法によれば、基板上にZnOバッファ層及びAlNバッファ層をこの順で積層するバッファ層形成工程と、AlNバッファ層上に、窒化ガリウム系化合物からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、ZnOバッファ層をエッチング除去することによって基板を剥離する除去工程とを備える方法なので、半導体層形成工程において、NHを用いたり、高温による成膜処理を行なったりした場合でも、ZnOバッファ層の結晶性の低下や、溶解による消失等が生じることが無い。また、ZnOバッファ層をエッチング除去することで、容易に基板を剥離することができる。これにより、発光特性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を、歩留まり良く高い生産性で製造することが可能となる。 According to the method for manufacturing a gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention, a buffer layer forming step of laminating a ZnO buffer layer and an AlN buffer layer in this order on a substrate, and a gallium nitride compound on the AlN buffer layer. a semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer made of, since method and a removing step of removing the substrate by etching away the ZnO buffer layer, a semiconductor layer forming step, or using NH 3, and the film forming process by the high-temperature Even when the step is performed, the crystallinity of the ZnO buffer layer is not reduced, and disappearance due to dissolution does not occur. Further, the substrate can be easily peeled by etching away the ZnO buffer layer. Thereby, it becomes possible to manufacture a gallium nitride compound semiconductor light emitting device having excellent light emitting characteristics with high yield and high productivity.

また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造によれば、基板と、該基板上に順次積層されて設けられるZnOバッファ層及びAlNバッファ層と、該AlNバッファ層上に形成され、窒化ガリウム系化合物からなる半導体層とが備えられた積層構造なので、各層の結晶性に優れるとともに、容易な基板の剥離を可能にするものとなる。このような積層構造を用いて窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造することにより、歩留まり及び生産性に優れるとともに、発光特性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を得ることが可能となる。   Further, according to the laminated structure of the gallium nitride-based compound semiconductor of the present invention, the gallium nitride is formed on the substrate, the ZnO buffer layer and the AlN buffer layer that are sequentially stacked on the substrate, and the AlN buffer layer. Since it has a laminated structure including a semiconductor layer made of a compound, it is excellent in crystallinity of each layer and enables easy peeling of the substrate. By manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device using such a stacked structure, it becomes possible to obtain a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device that is excellent in yield and productivity and excellent in light emission characteristics.

また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子によれば、上記本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法によって製造され、また、上記本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造に備えられるZnOバッファ層及び基板が除去されることにより、AlNバッファ層が露出した構成の積層構造が用いられてなり、さらに、AlNバッファ層の少なくとも一部が除去されて露出したn型半導体層上に負極が設けられるとともに、p型半導体層上に正極が設けられてなるものなので、発光特性及び生産効率に優れたものとなる。   Further, according to the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention, the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention. By removing the ZnO buffer layer and the substrate, a stacked structure in which the AlN buffer layer is exposed is used, and on the n-type semiconductor layer exposed by removing at least a part of the AlN buffer layer. Since the negative electrode is provided and the positive electrode is provided on the p-type semiconductor layer, the emission characteristics and the production efficiency are excellent.

さらに、本発明のランプは、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いたものであるので、優れた発光特性を備えたものとなる。   Furthermore, since the lamp of the present invention uses the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element of the present invention, it has excellent light emission characteristics.

以下、本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子(以下、発光素子と略称することがある)の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造(以下、半導体積層構造と略称することがある)及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプの一実施形態について、図面を適宜参照して説明する。
図1は本実施形態の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一例を示す断面模式図であり、図2は本実施形態の窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造の断面模式図、図3〜図12は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子(窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造)の製造方法を説明する工程図、図13及び図14は発光素子の他の例を示す断面模式図、図15は、本実施形態の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が用いられてなるランプの模式断面図、図16は本実施形態の窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造のX線ピーク値の測定グラフである。尚、以下の説明において参照する図面は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプを説明する図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子等の寸法関係とは異なっている。
Hereinafter, a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device (hereinafter sometimes abbreviated as a light-emitting device) according to the present invention, a laminated structure of gallium nitride-based compound semiconductor devices (hereinafter sometimes abbreviated as a semiconductor laminated structure). ), A gallium nitride compound semiconductor light emitting device, and an embodiment of a lamp will be described with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to this embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a laminated structure of the gallium nitride-based compound semiconductor according to this embodiment. FIG. 13 and FIG. 14 are schematic cross-sectional views showing other examples of the light-emitting element, and FIG. 15 shows the embodiment of the present invention. FIG. 16 is a measurement graph of an X-ray peak value of the laminated structure of the gallium nitride compound semiconductor according to the present embodiment. The drawings referred to in the following description are drawings for explaining a manufacturing method of a gallium nitride compound semiconductor light emitting device, a laminated structure of gallium nitride compound semiconductor devices, a gallium nitride compound semiconductor light emitting device, and a lamp. The size, thickness, dimensions, and the like of each part shown in the drawing are different from the dimensional relationship of an actual gallium nitride-based compound semiconductor light emitting element.

[窒化ガリウム系化合物半導体発光素子]
本実施形態の発光素子1は、図1に示すように上下電極型のものであり、正極4と、正極4の上に配置された半導体層11と、半導体層11上に配置された負極9と、から概略構成されている。また、半導体層11は、正極4側から順に、p型半導体層6、発光層7及びn型半導体層8の各層が積層されてなる。また、図示例の発光素子1においては、p型半導体層6と正極4との間に、さらに反射性p型電極層5が備えられている。
[Gallium nitride compound semiconductor light emitting device]
As shown in FIG. 1, the light-emitting element 1 according to the present embodiment is an upper and lower electrode type, and includes a positive electrode 4, a semiconductor layer 11 disposed on the positive electrode 4, and a negative electrode 9 disposed on the semiconductor layer 11. And is roughly composed of the following. The semiconductor layer 11 is formed by laminating the p-type semiconductor layer 6, the light emitting layer 7, and the n-type semiconductor layer 8 in order from the positive electrode 4 side. In the illustrated light emitting device 1, a reflective p-type electrode layer 5 is further provided between the p-type semiconductor layer 6 and the positive electrode 4.

また、半導体層11の上面は、発光層7からの光を外部に取り出す光取出面11aとされており、この光取出面11a上には負極9が形成されている。また、光取出面11aはエッチング等の手段によって粗面化されており、これにより発光素子1の光取出効率がより高められている。   The upper surface of the semiconductor layer 11 is a light extraction surface 11a for extracting light from the light emitting layer 7 to the outside, and the negative electrode 9 is formed on the light extraction surface 11a. Further, the light extraction surface 11a is roughened by means such as etching, whereby the light extraction efficiency of the light emitting element 1 is further increased.

さらに、図1に示す例の発光素子1は、半導体層11の側面11bと光取り出し面11a側の外周部分に、例えばSiO等の絶縁性材料からなる保護用の絶縁膜10が形成されている。このような絶縁膜10を形成することによって、例えば半導体層11の側面11bに異物が付着した場合でも、異物によるn型半導体層8とp型半導体層6との短絡が防止される。
また、図示例の発光素子1は、光取出面11aの外周部分と絶縁膜10との間に、後述の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造2(図2(a)参照)並びに発光素子の製造方法において説明するAlNバッファ層23の一部が残留している。
Further, in the light emitting device 1 of the example shown in FIG. 1, a protective insulating film 10 made of an insulating material such as SiO 2 is formed on the side surface 11b of the semiconductor layer 11 and the outer peripheral portion on the light extraction surface 11a side. Yes. By forming such an insulating film 10, for example, even when foreign matter adheres to the side surface 11 b of the semiconductor layer 11, a short circuit between the n-type semiconductor layer 8 and the p-type semiconductor layer 6 due to the foreign matter is prevented.
In the illustrated light-emitting element 1, a gallium nitride compound semiconductor element stacked structure 2 (see FIG. 2A) described later and the light-emitting element between the outer peripheral portion of the light extraction surface 11 a and the insulating film 10. A part of the AlN buffer layer 23 described in the manufacturing method remains.

また、本実施形態の発光素子1は、詳細を後述するが、図2(a)に示すような本実施形態の半導体積層構造2を用いて得ることができる。具体的には、半導体積層構造2からZnOバッファ層22を除去することによって基板21を剥離し、さらに、AlNバッファ層23の少なくとも一部を除去する。そして、露出したn型半導体層8上に負極9を設けるとともに、p型半導体層6側に反射性p型電極層5を介して正極4を設けることで、本実施形態の発光素子1が得られる。   The light emitting device 1 of the present embodiment can be obtained by using the semiconductor multilayer structure 2 of the present embodiment as shown in FIG. Specifically, the substrate 21 is peeled off by removing the ZnO buffer layer 22 from the semiconductor multilayer structure 2, and at least a part of the AlN buffer layer 23 is removed. And while providing the negative electrode 9 on the exposed n-type semiconductor layer 8, and providing the positive electrode 4 via the reflective p-type electrode layer 5 in the p-type semiconductor layer 6 side, the light emitting element 1 of this embodiment is obtained. It is done.

負極(n型電極)9は、半導体層11のn型半導体層8とオーミック接触することによって、半導体層11の負極となっている。負極9としては、例えば、n型半導体層8に接するCr膜と、Cr膜に積層されたTi膜と、Ti膜に積層されたAu膜とからなる3層構造等を採用することが可能であるが、本発明において用いられる負極は、このような構成には限定されない。例えば、負極は、各膜が積層されてなる4層以上の多層構造や、あるいは単層、2層構造等として構成してもよく、その他、負極の膜質や層構造は適宜採用することが可能である。
この負極9は、後述するように、光取出面11aをプラズマで処理した後に各膜を順次積層することによって形成され、これによりアニール処理を施すことなくn型半導体層8との間でオーミック接触が得られるようになっている。
The negative electrode (n-type electrode) 9 is in negative contact with the semiconductor layer 11 by making ohmic contact with the n-type semiconductor layer 8 of the semiconductor layer 11. As the negative electrode 9, for example, a three-layer structure including a Cr film in contact with the n-type semiconductor layer 8, a Ti film laminated on the Cr film, and an Au film laminated on the Ti film can be adopted. However, the negative electrode used in the present invention is not limited to such a configuration. For example, the negative electrode may be configured as a multilayer structure of four or more layers in which each film is laminated, or a single layer, a two-layer structure, etc. In addition, the film quality and layer structure of the negative electrode can be appropriately adopted. It is.
As will be described later, the negative electrode 9 is formed by sequentially laminating each film after the light extraction surface 11a is treated with plasma, and thereby an ohmic contact with the n-type semiconductor layer 8 without annealing. Can be obtained.

なお、例えば、AlNバッファ層23にドーピングを施して導電性を持たせて構成とした場合には、AlNバッファ層23を除去せず、該AlNバッファ層23に負極9を形成することも可能である。   For example, when the AlN buffer layer 23 is doped to have conductivity, the negative electrode 9 can be formed in the AlN buffer layer 23 without removing the AlN buffer layer 23. is there.

次に、正極4は、後述のp型半導体層6と接続されるp型電極であるとともに、本実施形態の発光素子1の基体となるものであり、本実施形態で説明する例では、反射性p型電極層5を介してp型半導体層6と接続される。
正極4に用いられる材料としては特に限定されず、通常、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子等の半導体分野において用いられる電極材料を何ら制限無く用いることができ、例えば、CuやAl等からなるメタルウェーハ等が挙げられる。また、正極4に用いる材料としては、電気抵抗が低く熱伝導性が高いものを用いることが、上下電極構造の発光素子1の電極(基体)の材質として好ましい。
Next, the positive electrode 4 is a p-type electrode connected to a p-type semiconductor layer 6 described later, and serves as a base of the light-emitting element 1 of the present embodiment. In the example described in the present embodiment, The p-type semiconductor layer 6 is connected via the conductive p-type electrode layer 5.
The material used for the positive electrode 4 is not particularly limited, and electrode materials used in the semiconductor field such as a gallium nitride compound semiconductor light emitting device can be used without any limitation. For example, a metal wafer made of Cu, Al, or the like. Etc. Moreover, as a material used for the positive electrode 4, it is preferable to use a material having low electrical resistance and high thermal conductivity as a material of an electrode (base) of the light emitting element 1 having an upper and lower electrode structure.

上述のような材料からなる正極4の厚さとしては、半導体ウェーハの基体としての強度や、後述のダイシング工程における分割性を考慮した場合、例えば、100μm以上200μm未満とすることが好ましい。正極4の厚さが100μm未満だと強度が低下し、また、200μm以上だと、ダイシング工程における分割(チップ化)が困難となる虞がある。   The thickness of the positive electrode 4 made of the material as described above is preferably set to, for example, 100 μm or more and less than 200 μm in consideration of the strength of the semiconductor wafer as a substrate and the splitting property in a dicing process described later. If the thickness of the positive electrode 4 is less than 100 μm, the strength decreases, and if it is 200 μm or more, there is a possibility that division (chip formation) in the dicing process becomes difficult.

なお、正極は、例えば、Siからなる基板を用い、Ni及びAu等の接合層を介してp型半導体層6(反射性p型電極層5)側と接合する構成とすることも可能である。このような場合には、後述の製造方法に備えられる支持基板接合工程において、Si基板からなる支持基板をp型半導体層側と接合し、剥離することなく発光素子の基体として用いるとともに、そのまま正極(図1の正極4参照)として用いることができる。   For example, the positive electrode may be configured to be bonded to the p-type semiconductor layer 6 (reflective p-type electrode layer 5) side through a bonding layer such as Ni and Au using a substrate made of Si. . In such a case, in the supporting substrate bonding step provided in the manufacturing method described later, the supporting substrate made of the Si substrate is bonded to the p-type semiconductor layer side and used as the base of the light emitting element without being peeled off. (See the positive electrode 4 in FIG. 1).

また、正極は、金属メッキからなる金属層として構成することも可能である。このような場合には、例えば、半導体層11及び反射性p型電極層5側にシード層を設け、このシード層を下地として、電気メッキ法によって金属メッキからなる正極を形成することができる。正極を金属メッキから構成した場合、材質はCuとすることが好ましい。Cuは常温でメッキすることが可能であり、メッキ形成時に熱膨張の影響を受け難く、また、電気抵抗が低く熱伝導性が高い点においても、上下電極構造の発光素子1の正極(基体)の材質として好ましい。
また、本実施形態では、上述したような基体としての機能を兼ね備えた電極4を設けることにより、発光素子1の放熱効率が高められるという効果も得られる。
The positive electrode can also be configured as a metal layer made of metal plating. In such a case, for example, a seed layer can be provided on the semiconductor layer 11 and the reflective p-type electrode layer 5 side, and a positive electrode made of metal plating can be formed by electroplating using this seed layer as a base. When the positive electrode is made of metal plating, the material is preferably Cu. Cu can be plated at room temperature, is not easily affected by thermal expansion during plating formation, and has a low electrical resistance and high thermal conductivity. Preferred as the material.
Moreover, in this embodiment, the effect that the thermal radiation efficiency of the light emitting element 1 is improved by providing the electrode 4 which has the function as a base | substrate as mentioned above is also acquired.

次に、反射性p型電極層5は、上述したように、半導体層11に備えられるp型半導体層6と正極4との間に設けられる。
反射性p型電極層5は、正極4と電気的に接続されており、これによって正極4が反射性p型電極層5の取出電極となっている。また、反射性p型電極層5及び正極4と、負極9とは、半導体層11の厚み方向において反対側に配置された関係になっている。これにより本実施形態の発光ダイオード1は、所謂上下電極構造の発光ダイオードとなっている。
Next, as described above, the reflective p-type electrode layer 5 is provided between the p-type semiconductor layer 6 provided in the semiconductor layer 11 and the positive electrode 4.
The reflective p-type electrode layer 5 is electrically connected to the positive electrode 4, whereby the positive electrode 4 serves as an extraction electrode for the reflective p-type electrode layer 5. Further, the reflective p-type electrode layer 5, the positive electrode 4, and the negative electrode 9 are arranged on the opposite side in the thickness direction of the semiconductor layer 11. Thereby, the light emitting diode 1 of this embodiment is a light emitting diode having a so-called upper and lower electrode structure.

また、本実施形態で説明する反射性p型電極層5は、半導体層11に接するオーミックコンタクト層と、オーミックコンタクト層に接する反射層と、反射層に接する相互拡散防止層とから構成される。反射層を備えることによって、反射性p型電極層5は、発光層7から発した光を光取出面11a側に反射させる反射層となっている。
この反射性p型電極層5は、例えば、オーミックコンタクト層をRFスパッタリング法によって積層し、反射層及び相互拡散防止層は例えばDCスパッタリング法を用いて積層することによって形成され、これによりアニール処理を施すことなくp型半導体層6との間でオーミック接触が得られるようになっている。
The reflective p-type electrode layer 5 described in the present embodiment includes an ohmic contact layer in contact with the semiconductor layer 11, a reflective layer in contact with the ohmic contact layer, and an interdiffusion prevention layer in contact with the reflective layer. By providing the reflective layer, the reflective p-type electrode layer 5 is a reflective layer that reflects the light emitted from the light emitting layer 7 toward the light extraction surface 11a.
The reflective p-type electrode layer 5 is formed by, for example, laminating an ohmic contact layer by an RF sputtering method, and laminating the reflective layer and the mutual diffusion prevention layer by using, for example, a DC sputtering method. An ohmic contact with the p-type semiconductor layer 6 can be obtained without application.

オーミックコンタクト層に要求される性能としては、p型半導体層6との接触抵抗が小さいことが必須である。オーミックコンタクト層の材料はp型半導体層6との接触抵抗の観点から、Pt、Ru、Os、Rh、Ir、Pd等の白金族またはAgが好ましく、Pt,Ir,RhまたはRuがより好ましく、Ptが特に好ましい。Agを用いることは良好な反射を得るためには好ましいが、接触抵抗はPtよりも高い。したがって、それほど低い接触抵抗が要求されない用途にはAgを用いることも可能である。オーミックコンタクト層の厚さは、低接触抵抗を安定して得るために0.1nm以上とすることが好ましい。さらに好ましくは1nm以上であり、均一な接触抵抗が得られる。   As performance required for the ohmic contact layer, it is essential that the contact resistance with the p-type semiconductor layer 6 is small. From the viewpoint of contact resistance with the p-type semiconductor layer 6, the ohmic contact layer is preferably a platinum group such as Pt, Ru, Os, Rh, Ir, Pd, or Ag, and more preferably Pt, Ir, Rh, or Ru. Pt is particularly preferred. Use of Ag is preferable for obtaining good reflection, but the contact resistance is higher than Pt. Therefore, Ag can be used for applications that do not require such a low contact resistance. The thickness of the ohmic contact layer is preferably 0.1 nm or more in order to stably obtain a low contact resistance. More preferably, it is 1 nm or more, and uniform contact resistance is obtained.

オーミックコンタクト層には、Ag合金、Al合金などの反射層が積層されている。Pt,Ir,Rh、Ru、OS,PdなどはAg合金と比較すると可視光から紫外領域の反射率が低い。したがって、発光層7からの光が十分に反射せずに出力の高い素子を得ることが難しい。この場合、オーミックコンタクト層を光が十分に透過するほどに薄く形成し、Ag合金などの反射層を形成して反射光を得る方が、良好なオーミック接触が得られ、かつ出力の高い素子を作成することができる。この場合、オーミックコンタクト層の膜厚は30nm以下とすることが好ましい。さらに好ましくは10nm以下である。反射層の膜厚は良好な反射率を得るために0.1nm以上とすることが好ましい。さらに好ましくは1nm以上であり、均一な密着性が得られる。Ag合金はマイグレーションを起こしやすいので薄い方が好ましい。したがって、膜厚は200nm以下にすることが好ましい。   A reflection layer such as an Ag alloy or an Al alloy is laminated on the ohmic contact layer. Pt, Ir, Rh, Ru, OS, Pd, and the like have a lower reflectance from visible light to ultraviolet region than Ag alloys. Therefore, it is difficult to obtain an element with high output because the light from the light emitting layer 7 is not sufficiently reflected. In this case, it is better to form an ohmic contact layer that is sufficiently thin to transmit light, and to form a reflective layer such as an Ag alloy to obtain reflected light. Can be created. In this case, the film thickness of the ohmic contact layer is preferably 30 nm or less. More preferably, it is 10 nm or less. The thickness of the reflective layer is preferably 0.1 nm or more in order to obtain good reflectance. More preferably, it is 1 nm or more, and uniform adhesion is obtained. The Ag alloy is easy to cause migration, so the thinner one is preferable. Therefore, the film thickness is preferably 200 nm or less.

相互拡散防止層は、反射層の構成元素と正極4の構成元素との相互拡散を防止するために形成される。相互拡散防止層としては、例えば、Pt等を用いることが好ましい。   The mutual diffusion preventing layer is formed to prevent mutual diffusion between the constituent elements of the reflective layer and the constituent elements of the positive electrode 4. For example, Pt is preferably used as the interdiffusion prevention layer.

次に、半導体層11は、上述したように、p型半導体層6と発光層7とn型半導体層8とから概略構成されている。
p型半導体層6、発光層7及びn型半導体層8を構成する材料としては、窒化ガリウム系(GaN系)単結晶、GaP系単結晶、GaAs系単結晶、ZnO系単結晶など周知の半導体発光材料を用いることができるが、後述するサファイア単結晶や、SiC単結晶等からなる基板に対してエピタキシャル成長可能な点において、窒化ガリウム系化合物半導体単結晶が好ましい。
Next, the semiconductor layer 11 is roughly composed of the p-type semiconductor layer 6, the light emitting layer 7, and the n-type semiconductor layer 8 as described above.
As a material constituting the p-type semiconductor layer 6, the light emitting layer 7, and the n-type semiconductor layer 8, a well-known semiconductor such as a gallium nitride (GaN) single crystal, a GaP single crystal, a GaAs single crystal, or a ZnO single crystal is used. Although a light emitting material can be used, a gallium nitride compound semiconductor single crystal is preferable in that it can be epitaxially grown on a substrate made of a sapphire single crystal, an SiC single crystal, or the like, which will be described later.

窒化ガリウム系化合物半導体単結晶からなる半導体層としては、例えば一般式AlGaIn1−A(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1で且つ、X+Y+Z=1。記号Mは窒素(N)とは別の第V族元素を表し、0≦A<1である。)で表わされるGaN系半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知のGaN系半導体を含めて一般式AlGaIn1−A(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1で且つ、X+Y+Z=1。記号Mは窒素(N)とは別の第V族元素を表し、0≦A<1である。)で表わされるGaN系半導体を何ら制限なく用いることができる。 The semiconductor layer of a gallium nitride-based compound semiconductor single crystal, for example, and by the general formula Al X Ga Y In Z N 1 -A M A (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1, symbol M represents a group V element different from nitrogen (N), and 0 ≦ A <1)), and many GaN-based semiconductors represented by the present invention are also known in the present invention. and the general formula Al X Ga Y in Z N 1 -a M a (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ Z ≦ 1 , including the well-known GaN based semiconductor, X + Y + Z = 1 . the symbol M A GaN-based semiconductor represented by a group V element different from nitrogen (N) and 0 ≦ A <1 can be used without any limitation.

n型半導体層8は、n型コンタクト層と、発光層7に接するn型クラッド層とが積層されて構成される。n型コンタクト層は、後述の下地層27及び/又はn型クラッド層を兼ねることも可能である。   The n-type semiconductor layer 8 is configured by laminating an n-type contact layer and an n-type cladding layer in contact with the light emitting layer 7. The n-type contact layer can also serve as an underlayer 27 and / or an n-type cladding layer described later.

n型コンタクト層としては、後述の下地層と同様にAlGa1―XN層(0≦x≦1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。また、n型コンタクト層にはn型不純物がドープされていることが好ましく、n型不純物を1×1017〜1×1019/cm、好ましくは1×1018〜1×1019/cmの濃度で含有すると、負極9との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。n型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、GeおよびSn等が挙げられ、好ましくはSiおよびGeであり、より好ましくはSiである。
n型コンタクト層を構成するGaN系半導体は、後述の下地層と同一組成であることが好ましく、n型コンタクト層と下地層との合計の膜厚を1〜20μm、好ましくは2〜15μm、さらに好ましくは3〜12μmの範囲に設定することが好ましい。n型コンタクト層と下地層との合計の膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
As an n-type contact layer, an Al X Ga 1-X N layer (0 ≦ x ≦ 1, preferably 0 ≦ x ≦ 0.5, more preferably 0 ≦ x ≦ 0.1) is used in the same manner as the underlayer described later. It is preferable that it is comprised from these. The n-type contact layer is preferably doped with an n-type impurity, and the n-type impurity is preferably 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 , preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 19 / cm. If it contains in the density | concentration of 3 , it is preferable at the point of maintenance of favorable ohmic contact with the negative electrode 9, suppression of crack generation, and maintenance of favorable crystallinity. Although it does not specifically limit as an n-type impurity, For example, Si, Ge, Sn, etc. are mentioned, Preferably it is Si and Ge, More preferably, it is Si.
The GaN-based semiconductor constituting the n-type contact layer preferably has the same composition as the underlayer described later, and the total film thickness of the n-type contact layer and the underlayer is 1 to 20 μm, preferably 2 to 15 μm, It is preferable to set in the range of 3 to 12 μm. When the total film thickness of the n-type contact layer and the base layer is in the above range, the crystallinity of the semiconductor is maintained well.

n型コンタクト層と発光層7との間には、n型クラッド層を設けることが好ましい。n型コンタクト層の表面に生じた平坦性の悪化を埋めることできるからである。n型クラッド層はAlGaN、GaN、GaInNなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。n型クラッド層をGaInNで形成する場合には、発光層7のGaInNのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
n型クラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは0.005〜0.5μmであり、より好ましくは0.005〜0.1μmである。n型クラッド層のn型ドーパント濃度は1×1017〜1×1020/cmが好ましく、より好ましくは1×1018〜1×1019/cm3である。ドーパント濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
An n-type cladding layer is preferably provided between the n-type contact layer and the light emitting layer 7. This is because deterioration of flatness generated on the surface of the n-type contact layer can be filled. The n-type cladding layer can be formed of AlGaN, GaN, GaInN, or the like. Alternatively, a heterojunction of these structures or a superlattice structure in which a plurality of layers are stacked may be used. Needless to say, when the n-type cladding layer is formed of GaInN, it is preferably larger than the GaInN band gap of the light emitting layer 7.
The film thickness of the n-type cladding layer is not particularly limited, but is preferably 0.005 to 0.5 μm, more preferably 0.005 to 0.1 μm. The n-type dopant concentration of the n-type cladding layer is preferably 1 × 10 17 to 1 × 10 20 / cm 3 , more preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 19 / cm 3 . A dopant concentration within this range is preferable in terms of maintaining good crystallinity and reducing the operating voltage of the device.

また、本実施形態においては、図2(b)に示す例の半導体積層構造2Aのように、AlNバッファ層23とn型半導体層8との間に下地層27が設けられた構成とすることもできる。下地層27をAlNバッファ層23の上に形成することにより、その上のn型半導体層8をはじめ、半導体層11の結晶性が向上するという効果が得られる。   Further, in the present embodiment, a base layer 27 is provided between the AlN buffer layer 23 and the n-type semiconductor layer 8 as in the semiconductor stacked structure 2A in the example shown in FIG. You can also. By forming the base layer 27 on the AlN buffer layer 23, the crystallinity of the semiconductor layer 11 including the n-type semiconductor layer 8 thereon can be improved.

下地層27はAlGa1―XN層(0≦x≦1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。その膜厚は0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上である。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なAlGa1―XN層が得られやすい。 Underlayer 27 is Al X Ga 1-X N layer (0 ≦ x ≦ 1, preferably 0 ≦ x ≦ 0.5, and more preferably 0 ≦ x ≦ 0.1) preferably being composed. The film thickness is 0.1 μm or more, preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more. An Al X Ga 1-X N layer with good crystallinity is more easily obtained when the thickness is increased.

また、下地層27の膜厚としては、n型半導体層8との合計膜厚で15μm以下とすることが好ましく、10μm以下とすることがより好ましく、4μ以下とすることが最も好ましい。下地層27とn型半導体層8との合計膜厚を蒸気範囲とすることにより、基板の反りを防止するとともに、高い生産性を維持できるという効果が得られる。   Further, the film thickness of the underlayer 27 is preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, and most preferably 4 μm or less in terms of the total film thickness with the n-type semiconductor layer 8. By making the total film thickness of the underlayer 27 and the n-type semiconductor layer 8 in the vapor range, it is possible to prevent the substrate from warping and to maintain high productivity.

下地層27にはn型不純物を1×1017〜1×1019/cmの範囲内であればドープしても良いが、アンドープ(<1×1017/cm)の方が良好な結晶性の維持という点で好ましい。n型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、GeおよびSn等が挙げられ、好ましくはSiおよびGeであり、より好ましくはSiである。 The underlayer 27 may be doped with n-type impurities within the range of 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 , but undoped (<1 × 10 17 / cm 3 ) is better. This is preferable in terms of maintaining crystallinity. Although it does not specifically limit as an n-type impurity, For example, Si, Ge, Sn, etc. are mentioned, Preferably it is Si and Ge, More preferably, it is Si.

次に、n型半導体層8の下側に積層される発光層7としては、GaN系半導体、好ましくはGa1−sInN(0<s<0.4)のGaN系半導体からなる発光層が本発明では通常用いられる。発光層7の膜厚としては、特に限定されないが、例えば、好ましくは1〜10nmであり、より好ましくは2〜6nmである。発光層7の膜厚が上記範囲であると発光出力の点で好ましい。
また、発光層7は、上記のような単一量子井戸(SQW)構造の他に、上記Ga1−sInNを井戸層として、この井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいAlGa1−cN(0≦c<0.3)障壁層とからなる多重量子井戸(MQW)構造としてもよい。また、井戸層および障壁層には、不純物をドープしてもよい。
Next, as the light emitting layer 7 stacked below the n-type semiconductor layer 8, light emission made of a GaN-based semiconductor, preferably a Ga 1- Ins N (0 <s <0.4) GaN-based semiconductor. Layers are commonly used in the present invention. Although it does not specifically limit as a film thickness of the light emitting layer 7, For example, Preferably it is 1-10 nm, More preferably, it is 2-6 nm. It is preferable in terms of light emission output that the film thickness of the light emitting layer 7 is in the above range.
In addition to the single quantum well (SQW) structure as described above, the light emitting layer 7 uses the Ga 1 -s In s N as a well layer, and Al c Ga 1-1 having a larger band gap energy than the well layer. A multiple quantum well (MQW) structure including a c N (0 ≦ c <0.3) barrier layer may be employed. The well layer and the barrier layer may be doped with impurities.

次に、p型半導体層6は、発光層7に接するp型クラッド層と、p型コンタクト層とが積層されて構成される。しかし、p型コンタクト層がp型クラッド層を兼ねてもよい。
p型クラッド層としては、発光層7のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層7へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、AlGa1−dN(0<d≦0.4、好ましくは0.1≦d≦0.3)のものが挙げられる。p型クラッド層が、このようなAlGaNからなると、発光層7へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。p型クラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは1〜400nmであり、より好ましくは5〜100nmである。p型クラッド層のp型ドーパント濃度は、1×1018〜1×1021/cmが好ましく、より好ましくは1×1019〜1×1020/cmである。p型ドーパント濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なp型結晶が得られる。
Next, the p-type semiconductor layer 6 is configured by laminating a p-type cladding layer in contact with the light emitting layer 7 and a p-type contact layer. However, the p-type contact layer may also serve as the p-type cladding layer.
The p-type cladding layer is not particularly limited as long as it has a composition larger than the band gap energy of the light emitting layer 7 and can confine carriers in the light emitting layer 7, but is preferably Al d Ga 1-d N. (0 <d ≦ 0.4, preferably 0.1 ≦ d ≦ 0.3). When the p-type cladding layer is made of such AlGaN, it is preferable in terms of confining carriers in the light emitting layer 7. Although the film thickness of a p-type cladding layer is not specifically limited, Preferably it is 1-400 nm, More preferably, it is 5-100 nm. The p-type dopant concentration of the p-type cladding layer is preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 21 / cm 3 , more preferably 1 × 10 19 to 1 × 10 20 / cm 3 . When the p-type dopant concentration is in the above range, a good p-type crystal can be obtained without reducing the crystallinity.

p型コンタクト層は、少なくともAlGa1−eN(0≦e<0.5、好ましくは0≦e≦0.2、より好ましくは0≦e≦0.1)を含んでなるGaN系半導体層である。Al組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および反射性p型電極層5との良好なオーミック接触の点で好ましい。p型不純物(ドーパント)を1×1018〜1×1021/cmの濃度で、好ましくは5×1019〜5×1020/cmの濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。p型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはMgが挙げられる。膜厚は、特に限定されないが、0.01〜0.5μmが好ましく、より好ましくは0.05〜0.2μmである。膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。 The p-type contact layer includes at least Al e Ga 1-e N (0 ≦ e <0.5, preferably 0 ≦ e ≦ 0.2, more preferably 0 ≦ e ≦ 0.1). It is a semiconductor layer. When the Al composition is within the above range, it is preferable in terms of maintaining good crystallinity and good ohmic contact with the reflective p-type electrode layer 5. When a p-type impurity (dopant) is contained at a concentration of 1 × 10 18 to 1 × 10 21 / cm 3 , preferably at a concentration of 5 × 10 19 to 5 × 10 20 / cm 3 , good ohmic contact It is preferable from the standpoints of maintaining the thickness, preventing the occurrence of cracks, and maintaining good crystallinity. Although it does not specifically limit as a p-type impurity, For example, Preferably Mg is mentioned. Although a film thickness is not specifically limited, 0.01-0.5 micrometer is preferable, More preferably, it is 0.05-0.2 micrometer. When the film thickness is within this range, it is preferable in terms of light emission output.

[窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造]
本実施形態の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造(半導体積層構造)2は、図2(a)の断面図に示すように、基板21と、該基板21上に順次積層されて設けられるZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23と、該AlNバッファ層23上に形成されて窒化ガリウム系化合物からなる半導体層11とが備えられ、概略構成される(図2(b)に示す例も参照)。
[Laminated structure of gallium nitride compound semiconductor device]
The laminated structure (semiconductor laminated structure) 2 of the gallium nitride-based compound semiconductor element of this embodiment includes a substrate 21 and ZnO that is sequentially laminated on the substrate 21 as shown in the cross-sectional view of FIG. A buffer layer 22 and an AlN buffer layer 23, and a semiconductor layer 11 formed on the AlN buffer layer 23 and made of a gallium nitride compound are provided and schematically configured (see also the example shown in FIG. 2B). .

また、上述したように、図2(a)に示すような本実施形態の半導体積層構造2からZnOバッファ層22を除去して基板21を剥離した積層構造を用いることで、上述した本実施形態の発光素子1を得ることができる。具体的には、さらに、ZnOバッファ層22及び基板21の除去によって露出したAlNバッファ層23の少なくとも一部(図1に示す発光素子1の例ではAlNバッファ層23全体)を除去する。そして、露出したn型半導体層8上に負極9を設け、p型半導体層6側に反射性p型電極層5を介して正極4を設けた構成とすることにより、上記本実施形態の発光素子1が得られる。
以下、半導体積層構造2について詳述するが、以下の説明において、上述した本実施形態の発光素子1と共通する構成については、その詳しい説明を省略する。
Further, as described above, by using the stacked structure in which the ZnO buffer layer 22 is removed from the semiconductor stacked structure 2 of the present embodiment as shown in FIG. The light emitting element 1 can be obtained. Specifically, at least a part of the AlN buffer layer 23 exposed by the removal of the ZnO buffer layer 22 and the substrate 21 (the entire AlN buffer layer 23 in the example of the light emitting element 1 shown in FIG. 1) is further removed. Then, the light emission of the present embodiment is achieved by providing the negative electrode 9 on the exposed n-type semiconductor layer 8 and providing the positive electrode 4 on the p-type semiconductor layer 6 side through the reflective p-type electrode layer 5. Element 1 is obtained.
Hereinafter, the semiconductor multilayer structure 2 will be described in detail. In the following description, detailed description of the configuration common to the light-emitting element 1 of the present embodiment described above will be omitted.

[基板]
本実施形態の半導体積層構造2において、基板21に用いる材料としては、サファイアを用いることが最も好ましい。サファイアからなる基板21上にZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23を形成することで、さらにその上に、結晶性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体結晶を成長させることが可能となる。
また、サファイアは化学的に安定であるため、後述の発光素子の製造方法で説明するような、ZnOバッファ層22をエッチングする除去工程において、エッチングされて崩れること等が無いことから非常に好適である。
また、基板21の材料としては、上記サファイアの他、シリコン、SiC、スピネル等を採用することが、ZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23上に結晶性の良好な窒化ガリウム系化合物半導体結晶を成長させることができる点で好ましい。また、本発明においては、発光素子を構成するのに充分な結晶性を有する窒化ガリウム系化合物半導体結晶を形成することが可能な基板材料であれば、如何なる材料の基板も用いることが可能である。
[substrate]
In the semiconductor multilayer structure 2 of the present embodiment, it is most preferable to use sapphire as the material used for the substrate 21. By forming the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 on the substrate 21 made of sapphire, it becomes possible to further grow a gallium nitride compound semiconductor crystal having excellent crystallinity.
In addition, since sapphire is chemically stable, it is very suitable because it is not broken by etching in the removal step of etching the ZnO buffer layer 22 as described in the method of manufacturing a light emitting element described later. is there.
In addition to sapphire, silicon, SiC, spinel, etc. can be used as the material of the substrate 21 to grow a gallium nitride compound semiconductor crystal with good crystallinity on the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23. It is preferable at the point which can be made. In the present invention, any substrate material can be used as long as it is a substrate material capable of forming a gallium nitride compound semiconductor crystal having sufficient crystallinity to constitute a light emitting element. .

[ZnOバッファ層]
本実施形態の半導体積層構造2に備えられるZnOバッファ層22は、基板21上に形成されるバッファ層である。
ZnOバッファ層22は、単結晶のZnOからなることが好ましい。また、ZnOバッファ層22は、例えば、柱状結晶の集合体のように、単結晶粒を基本単位とする結晶構造(多結晶)としても構わない。しかしながら、ZnOバッファ層22を柱状結晶の集合体で構成した場合、基板21に対して並行な格子面が揃っており、基板21に対して並行でない格子面についても一定の配向性を有していることが必要となる。このような配向性は、非対称面X線測定法によって測定することが可能であるが、少なくとも、6回対称を示すピークが現れることが必要である。
[ZnO buffer layer]
The ZnO buffer layer 22 provided in the semiconductor multilayer structure 2 of the present embodiment is a buffer layer formed on the substrate 21.
The ZnO buffer layer 22 is preferably made of single crystal ZnO. Further, the ZnO buffer layer 22 may have a crystal structure (polycrystal) having a single crystal grain as a basic unit, such as an aggregate of columnar crystals. However, in the case where the ZnO buffer layer 22 is constituted by an aggregate of columnar crystals, lattice planes parallel to the substrate 21 are aligned, and the lattice planes not parallel to the substrate 21 have a certain orientation. It is necessary to be. Such orientation can be measured by an asymmetric surface X-ray measurement method, but it is necessary that at least a peak showing 6-fold symmetry appears.

また、ZnOは極性を有しているが、ZnOバッファ層22の表面(最表面)22aがZn極性であることが好ましい。   Moreover, although ZnO has polarity, it is preferable that the surface (outermost surface) 22a of the ZnO buffer layer 22 has Zn polarity.

ZnOバッファ層22の成膜方法としては、特に制限されず、如何なる方法を採用しても良い。特に、ZnOバッファ層22を、基板21との格子整合性に優れた層として積層できる方法としては、例えば、MBE法、PLD法、スパッタ法、CVD法、イオンプレーティング法等が挙げられる。これらの中でも、装置が安価で、且つ、安定した生産性が期待できる方法としては、PLD法、スパッタ法、イオンプレーティング法が挙げられる。   The method for forming the ZnO buffer layer 22 is not particularly limited, and any method may be adopted. In particular, examples of a method for stacking the ZnO buffer layer 22 as a layer having excellent lattice matching with the substrate 21 include MBE, PLD, sputtering, CVD, ion plating, and the like. Among these, examples of a method that is inexpensive and that can be expected to provide stable productivity include a PLD method, a sputtering method, and an ion plating method.

また、ZnOバッファ層22の膜厚は、10〜1000nmの範囲であることが好ましい。ZnOバッファ層22の膜厚が10nm未満だと、基板21を構成する材料、例えばサファイアの影響を遮断することができず、その上に積層される層が歪んだ結晶となる虞がある。また、ZnOバッファ層22の膜厚が1000nmを超えると、表面22aに凹凸を生じる虞がある。また、ZnOバッファ層22の膜厚は、50〜500nmの範囲であることがより好ましく、80〜300nmの範囲であることが最も好適である。   The film thickness of the ZnO buffer layer 22 is preferably in the range of 10 to 1000 nm. If the thickness of the ZnO buffer layer 22 is less than 10 nm, the influence of the material constituting the substrate 21, for example, sapphire, cannot be blocked, and there is a possibility that the layer laminated thereon becomes a distorted crystal. Further, when the thickness of the ZnO buffer layer 22 exceeds 1000 nm, the surface 22a may be uneven. The film thickness of the ZnO buffer layer 22 is more preferably in the range of 50 to 500 nm, and most preferably in the range of 80 to 300 nm.

[AlNバッファ層]
本実施形態の半導体積層構造2に備えられるAlNバッファ層23は、基板21上に形成されたZnOバッファ層22の上に積層されるバッファ層である。
AlNバッファ層23は、ZnOバッファ層22と同様、単結晶のAlNからなることが好ましいが、柱状結晶の集合体のように、単結晶粒を基本単位とする結晶構造(多結晶)としても構わない。このような多結晶構造の中でも、六角柱を基本構造とする柱状結晶の集合体であることが好ましい。
[AlN buffer layer]
The AlN buffer layer 23 provided in the semiconductor multilayer structure 2 of the present embodiment is a buffer layer that is stacked on the ZnO buffer layer 22 formed on the substrate 21.
The AlN buffer layer 23 is preferably made of single crystal AlN, like the ZnO buffer layer 22, but may have a crystal structure (polycrystal) having single crystal grains as a basic unit, such as an aggregate of columnar crystals. Absent. Among such polycrystal structures, an aggregate of columnar crystals having a hexagonal column as a basic structure is preferable.

また、AlNバッファ層23は、基板21上において、ZnOバッファ層22よりも平面視で大きく形成されており、AlNバッファ層23がZnOバッファ層22の表面22a及び側面22bを覆うように形成されていることが好ましい。これにより、AlNバッファ層23によってZnOバッファ層22を反応性ガス等から保護するコート層としての作用が得られる。
AlNバッファ層23に隙間が生じ、ZnOバッファ層22の表面22a又は側面22bの一部が露出した状態だと、半導体層11を成膜する際に、反応性の原料ガスが表面22aに接触し、ZnOバッファ層22に対してダメージを与える虞がある。
The AlN buffer layer 23 is formed on the substrate 21 so as to be larger than the ZnO buffer layer 22 in plan view, and the AlN buffer layer 23 is formed so as to cover the surface 22a and the side surface 22b of the ZnO buffer layer 22. Preferably it is. As a result, the AlN buffer layer 23 serves as a coating layer that protects the ZnO buffer layer 22 from reactive gases and the like.
When a gap is generated in the AlN buffer layer 23 and a part of the surface 22a or the side surface 22b of the ZnO buffer layer 22 is exposed, the reactive source gas comes into contact with the surface 22a when the semiconductor layer 11 is formed. There is a risk of damaging the ZnO buffer layer 22.

AlNバッファ層23の成膜方法としては、反応性の高い原料を使用せず、且つ、低い温度で成膜プロセスを行う方法とすることが必要となる。ここで、反応性の高い原料とは、NHやH等の原料ガスであり、低い温度とは700℃以下の成膜温度を言う。つまり、AlNバッファ層23の成膜には、MBE法、PLD法、スパッタ法、イオンプレーティング法等の物理成膜法を用いることが好ましい。これらの中でも、装置が安価で、且つ、安定した生産性が期待できる方法としては、PLD法、スパッタ法、イオンプレーティング法が挙げられる。 As a method of forming the AlN buffer layer 23, it is necessary to use a method of performing a film forming process at a low temperature without using a highly reactive raw material. Here, the highly reactive raw material is a raw material gas such as NH 3 or H 2 , and the low temperature means a film forming temperature of 700 ° C. or lower. That is, it is preferable to use a physical film formation method such as an MBE method, a PLD method, a sputtering method, or an ion plating method for forming the AlN buffer layer 23. Among these, examples of a method that is inexpensive and that can be expected to provide stable productivity include a PLD method, a sputtering method, and an ion plating method.

また、AlNバッファ層23の膜厚は、10〜100nmの範囲であることが好ましい。AlNバッファ層23の膜厚が10nm未満だと、基板21上においてZnOバッファ層22を完全に覆うことが困難となる。また、AlNバッファ層23の膜厚が100nmを超えると、表面23aに凹凸が生じる虞がある。   The film thickness of the AlN buffer layer 23 is preferably in the range of 10 to 100 nm. If the thickness of the AlN buffer layer 23 is less than 10 nm, it is difficult to completely cover the ZnO buffer layer 22 on the substrate 21. Further, if the thickness of the AlN buffer layer 23 exceeds 100 nm, the surface 23a may be uneven.

また、ZnOバッファ層22上にAlNのような窒化物を成膜した場合、その界面に、Zn、Al、O、N等が混じり合った反応層である、アモルファス又は多結晶の層が形成されることがあり、例えば、TEM等の方法によって確認することができる。このような反応層は、AlNのような窒化物の成膜中に、ZnOがダメージを受けて分解することで、成長中の膜と混じり合って形成するものである。従って、本実施形態では、上述の如く、反応性の高い原料を使用せず、且つ、低い温度でAlNバッファ層23を成膜することにより、ZnOバッファ層22とAlNバッファ層23との界面に、上記反応層が形成されることが無い。   When a nitride such as AlN is formed on the ZnO buffer layer 22, an amorphous or polycrystalline layer, which is a reaction layer in which Zn, Al, O, N, etc. are mixed, is formed at the interface. For example, it can be confirmed by a method such as TEM. Such a reaction layer is formed by being mixed with a growing film by ZnO being damaged and decomposed during the formation of a nitride such as AlN. Therefore, in the present embodiment, as described above, the AlN buffer layer 23 is formed at a low temperature without using a highly reactive raw material, so that the interface between the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 is formed. The reaction layer is not formed.

[窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法]
次に、図3〜図12を参照して、本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法について説明する(図1の発光素子1、図2(a)、(b)の半導体積層構造2、2A、図13の発光素子3も参照)。
本実施形態の発光素子1の製造方法は、基板21上に、ZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23をこの順で積層するバッファ層形成工程と、AlNバッファ層23上に、窒化ガリウム系化合物からなる半導体層11を形成する半導体層形成工程と、ZnOバッファ層22を除去することにより、基板21を剥離する除去工程と、を備える方法である。
なお、本実施形態で説明する製造方法は、発光素子を製造する手順の一例であり、以下に説明する各工程については、最終的に得られる発光素子の仕様や生産性等を考慮しながら、例えば、工程順を適宜入れ替えた方法とすることも可能である。
[Method of Manufacturing Gallium Nitride Compound Semiconductor Light Emitting Element]
Next, a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 12 (the light-emitting device 1 in FIG. 1, the semiconductor stack in FIGS. 2A and 2B). Structure 2, 2A, see also light-emitting element 3 in FIG. 13).
In the method for manufacturing the light emitting device 1 of the present embodiment, a ZnO buffer layer 22 and an AlN buffer layer 23 are stacked in this order on a substrate 21, and a gallium nitride compound is formed on the AlN buffer layer 23. A semiconductor layer forming step for forming the semiconductor layer 11 and a removing step for removing the substrate 21 by removing the ZnO buffer layer 22.
The manufacturing method described in this embodiment is an example of a procedure for manufacturing a light-emitting element, and for each process described below, while considering the specifications and productivity of the finally obtained light-emitting element, For example, it is possible to adopt a method in which the order of steps is appropriately changed.

<製造方法の一例>
以下に、本実施形態の発光素子の製造方法の一例について、各工程を詳細に説明する。
本例では、上記各工程に加え、さらに、半導体層形成工程と除去工程との間において、半導体層11のp型半導体層6側(図5に示す例では、反射性p型電極層5側)に支持基板(正極4)を貼着する支持基板接合工程が備えられている。また、本例では、上記除去工程を行った後、複数の半導体層11の各側面(周囲面)11bに、保護用の絶縁膜10を形成する絶縁膜形成工程が設けられており、さらに、絶縁膜形成工程と電極形成工程との間において、n型半導体層8の光取出面11aを粗面化する粗面化工程が設けられている。またさらに、本例では、電極形成工程の後に、正極4を切断することによってウェーハを素子単位に分割する分割工程が設けられている。
<Example of manufacturing method>
Below, each process is demonstrated in detail about an example of the manufacturing method of the light emitting element of this embodiment.
In this example, in addition to each of the above steps, between the semiconductor layer forming step and the removing step, the p-type semiconductor layer 6 side of the semiconductor layer 11 (in the example shown in FIG. 5, the reflective p-type electrode layer 5 side). ) Is provided with a support substrate bonding step of attaching a support substrate (positive electrode 4). Further, in this example, after performing the removing step, an insulating film forming step for forming a protective insulating film 10 is provided on each side surface (peripheral surface) 11b of the plurality of semiconductor layers 11, Between the insulating film forming step and the electrode forming step, a roughening step for roughening the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8 is provided. Furthermore, in this example, after the electrode forming step, a dividing step for dividing the wafer into device units by cutting the positive electrode 4 is provided.

『バッファ層形成工程』
バッファ層形成工程においては、図3(a)〜図3(c)に示すように、c面からなる主面21aを備えサファイアからなる基板21を用意し、この基板21上に、ZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23を、以下に説明する各手順によって順次積層する。
"Buffer layer formation process"
In the buffer layer forming step, as shown in FIGS. 3A to 3C, a substrate 21 made of sapphire having a main surface 21a made of c-plane is prepared, and a ZnO buffer layer is formed on the substrate 21. The AlN buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 are sequentially stacked according to each procedure described below.

「ZnOバッファ層」
まず、基板21の主面21a上に、ZnO単結晶からなるZnOバッファ層22を形成する。
具体的には、図3(a)〜図3(b)に示すように、基板21の主面21aに、MBE法、PLD法、スパッタ法、CVD法、イオンプレーティング法等の内、何れかの方法を用いてZnOバッファ層22を成膜する。また、ZnOバッファ層22の成膜方法としては、装置が安価で、且つ、安定した生産性が期待できる点で、PLD法、スパッタ法、イオンプレーティング法が好ましく、スパッタ法を用いることが最も好ましい。
バッファ層形成工程では、上記方法を採用することにより、ZnOバッファ層22を、基板21との格子整合性に優れた層として積層できる。
"ZnO buffer layer"
First, a ZnO buffer layer 22 made of ZnO single crystal is formed on the main surface 21a of the substrate 21.
Specifically, as shown in FIGS. 3A to 3B, any of the MBE method, the PLD method, the sputtering method, the CVD method, the ion plating method, and the like is applied to the main surface 21a of the substrate 21. Using this method, the ZnO buffer layer 22 is formed. As a method for forming the ZnO buffer layer 22, the PLD method, the sputtering method, and the ion plating method are preferable because the apparatus is inexpensive and stable productivity can be expected, and the sputtering method is the most preferable. preferable.
In the buffer layer forming step, the ZnO buffer layer 22 can be stacked as a layer excellent in lattice matching with the substrate 21 by employing the above method.

「AlNバッファ層」
次に、ZnOバッファ層22の上に、AlN単結晶からなるAlNバッファ層23を形成する。
具体的には、図3(c)に示すように、ZnOバッファ層22の表面22aに、ZnOバッファ層22を成膜する際と同様、MBE法、PLD法、スパッタ法、イオンプレーティング法等の内、何れかの物理成膜法を用いてAlNバッファ層23を成膜する。AlNバッファ層23を、結晶性に優れた単結晶AlNから成膜する方法としては、反応性の高い原料を使用せず、且つ、低い温度で成膜プロセスを行う方法とすることが必要となるが、このような方法としては、上記各方法が挙げられる。また、上記各方法の中でも、装置が安価で、且つ、安定した生産性が期待できる点で、PLD法、スパッタ法、イオンプレーティング法が好ましく、スパッタ法を用いることが最も好ましい。ここで、本発明において説明する反応性の高い原料とは、NHやH等の原料ガスであり、低い温度とは700℃以下の成膜温度を言う。
"AlN buffer layer"
Next, an AlN buffer layer 23 made of AlN single crystal is formed on the ZnO buffer layer 22.
Specifically, as shown in FIG. 3C, the MBE method, the PLD method, the sputtering method, the ion plating method, and the like, as in the case where the ZnO buffer layer 22 is formed on the surface 22a of the ZnO buffer layer 22. Of these, the AlN buffer layer 23 is formed using any of the physical film formation methods. As a method of forming the AlN buffer layer 23 from single crystal AlN having excellent crystallinity, it is necessary to use a method of performing a film formation process at a low temperature without using a highly reactive raw material. However, examples of such a method include the above-described methods. Among the above methods, the PLD method, the sputtering method, and the ion plating method are preferable, and the sputtering method is most preferable because the apparatus is inexpensive and stable productivity can be expected. Here, the highly reactive material described in the present invention is a material gas such as NH 3 or H 2 , and the low temperature refers to a film forming temperature of 700 ° C. or less.

本実施形態のバッファ層形成工程においては、AlNバッファ層23を形成する際、窒素源として窒素(N)ガスを用いることが好ましい。上述したように、結晶性に優れた単結晶のAlNを成膜する場合、NHやH等の反応性の高い原料を使用することは好ましくないが、窒素源として窒素ガスを用いることが、反応性が高くない点及び低コストである点等から好ましい。
また、AlNバッファ層23を形成する際の成膜温度は、上述したように、結晶性に優れた単結晶AlNを成膜するためには低い温度とする必要があり、700℃以下の成膜温度とすることが好ましく、600℃以下とすることがより好ましい。
In the buffer layer forming step of the present embodiment, it is preferable to use nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source when forming the AlN buffer layer 23. As described above, when a single crystal AlN film having excellent crystallinity is formed, it is not preferable to use a highly reactive material such as NH 3 or H 2, but nitrogen gas is used as a nitrogen source. From the viewpoint of low reactivity and low cost.
Further, as described above, the film forming temperature when forming the AlN buffer layer 23 needs to be low in order to form a single crystal AlN having excellent crystallinity, and is formed at a temperature of 700 ° C. or lower. Preferably, the temperature is set to 600 ° C. or lower.

なお、本実施形態のバッファ層形成工程では、ZnOバッファ層22とAlNバッファ層23を同じ方法で成膜しても良いし、異なる方法で成膜しても構わない。ZnOバッファ層22とAlNバッファ層23を同じ方法で成膜する場合には、同じチャンバを用いて、成膜条件や原料ガスを都度切り替える方法としても良いし、異なるチャンバを用いて基板の搬出入を行なうことにより、それぞれの膜を別々に成膜する方法としても良い。但し、原料ガスの切り替えや成膜温度の変更等に伴う待ち時間を考慮した場合、それぞれ異なる専用のチャンバを用いて成膜することが好ましい。   In the buffer layer forming step of this embodiment, the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 may be formed by the same method or may be formed by different methods. In the case where the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 are formed by the same method, the same chamber may be used to change the film forming conditions and the source gas each time, or the substrate may be transferred in and out using different chambers. It is good also as a method of forming each film | membrane separately by performing. However, in consideration of the waiting time associated with the switching of the source gas, the change of the film forming temperature, etc., it is preferable to form the film using different dedicated chambers.

また、本実施形態のバッファ層形成工程では、基板21上において、AlNバッファ層23をZnOバッファ層22よりも平面視で大きく成膜し、AlNバッファ層23がZnOバッファ層22の表面22a及び側面22bを覆うように形成することが好ましい。
基板21上にZnOバッファ層22を成膜した際、その外周部分において、側面22bの露出が不可避となり、反応性のガスに接触する虞がある。このため、ZnOバッファ層22の側面22aも、AlNバッファ層23によって覆われていることが好ましい。具体的には、基板21の主面21aにおいて、ZnOバッファ層22を成膜する領域を若干小さくし、AlNバッファ層23によって表面22a及び側面22bの両方を覆うことが可能な構成とすれば良い。この場合、例えば、ZnOバッファ層22を成膜する際、ウェーハの外周部を治具等でマスクして成膜処理を行なう等の方法を採用できる。
In the buffer layer forming step of the present embodiment, the AlN buffer layer 23 is formed on the substrate 21 so as to be larger than the ZnO buffer layer 22 in plan view, and the AlN buffer layer 23 is formed on the surface 22a and side surfaces of the ZnO buffer layer 22. It is preferable to form so as to cover 22b.
When the ZnO buffer layer 22 is formed on the substrate 21, the side surface 22 b is unavoidably exposed at the outer peripheral portion, and there is a possibility that the reactive gas is contacted. For this reason, it is preferable that the side surface 22 a of the ZnO buffer layer 22 is also covered with the AlN buffer layer 23. Specifically, a region in which the ZnO buffer layer 22 is formed on the main surface 21a of the substrate 21 may be slightly reduced so that both the surface 22a and the side surface 22b can be covered with the AlN buffer layer 23. . In this case, for example, when the ZnO buffer layer 22 is formed, a method of performing a film forming process by masking the outer peripheral portion of the wafer with a jig or the like can be employed.

『半導体層形成工程』
次に、半導体層形成工程では、図4(a)〜図4(c)に示すように、基板21上のAlNバッファ層23の上に、窒化ガリウム系化合物からなるn型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6を順次積層して半導体層11を形成する。また、本実施形態では、半導体層形成工程が、半導体層11の形成が終了した後、p型半導体層6上に反射性p型電極層5を積層する工程を含む例を説明する。
"Semiconductor layer formation process"
Next, in the semiconductor layer forming step, as shown in FIGS. 4A to 4C, the n-type semiconductor layer 8 made of a gallium nitride compound is formed on the AlN buffer layer 23 on the substrate 21. The layer 7 and the p-type semiconductor layer 6 are sequentially stacked to form the semiconductor layer 11. In the present embodiment, an example in which the semiconductor layer forming step includes a step of laminating the reflective p-type electrode layer 5 on the p-type semiconductor layer 6 after the formation of the semiconductor layer 11 is completed will be described.

具体的には、まず、図4(a)に示すように、AlNバッファ層23上に、n型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6を順次積層する。
n型半導体層8にはn型ドーパントとしてSi等をドープさせることが望ましく、p型半導体層6にはp型ドーパントとしてMg等をドープさせることが望ましい。
Specifically, first, as shown in FIG. 4A, the n-type semiconductor layer 8, the light emitting layer 7, and the p-type semiconductor layer 6 are sequentially stacked on the AlN buffer layer 23.
The n-type semiconductor layer 8 is preferably doped with Si or the like as an n-type dopant, and the p-type semiconductor layer 6 is preferably doped with Mg or the like as a p-type dopant.

この際、半導体層11を構成するn型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6の成長方法は特に限定されず、スパッタリング法、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー法)、などGaN系半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からスパッタリング法またはMOCVD法である。   At this time, the growth method of the n-type semiconductor layer 8, the light-emitting layer 7 and the p-type semiconductor layer 6 constituting the semiconductor layer 11 is not particularly limited, and sputtering, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride). All methods known to grow GaN-based semiconductors such as vapor phase epitaxy) and MBE (molecular beam epitaxy) can be applied. A preferable growth method is a sputtering method or an MOCVD method from the viewpoint of film thickness controllability and mass productivity.

スパッタリング法では、Gaを含むターゲットを用いるとともに、プラズマガスとしてアルゴンと窒素の混合ガスを用いて、所謂リアクティブスパッタリング法によってGaN系半導体を形成することが好ましい。
また、MOCVD法では、キャリアガスとして水素(H)または窒素(N)、III族原料であるGa源としてトリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチルアルミニウム(TEA)、In源としてトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)、V族原料であるN源としてアンモニア(NH3)、ヒドラジン(N)などが用いられる。また、ドーパントとしては、n型にはSi原料としてモノシラン(SiH)またはジシラン(Si)を、Ge原料としてゲルマンガス(GeH)や、テトラメチルゲルマニウム((CHGe)やテトラエチルゲルマニウム((CGe)等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。
MBE法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。p型にはMg原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCpMg)を用いればよい。
In the sputtering method, it is preferable to form a GaN-based semiconductor by a so-called reactive sputtering method using a target containing Ga and using a mixed gas of argon and nitrogen as a plasma gas.
In the MOCVD method, hydrogen (H 2 ) or nitrogen (N 2 ) as a carrier gas, trimethyl gallium (TMG) or triethyl gallium (TEG) as a Ga source which is a group III source, trimethyl aluminum (TMA) or Al as a source Triethylaluminum (TEA), trimethylindium (TMI) or triethylindium (TEI) as an In source, ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), or the like as an N source as a group V raw material are used. In addition, as a dopant, for n-type, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as a Si raw material, germanium gas (GeH 4 ) or tetramethyl germanium ((CH 3 ) 4 Ge) is used as a Ge raw material. And organic germanium compounds such as tetraethylgermanium ((C 2 H 5 ) 4 Ge) can be used.
In the MBE method, elemental germanium can also be used as a doping source. For the p-type, for example, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) or bisethylcyclopentadienyl magnesium (EtCp 2 Mg) may be used as the Mg raw material.

なお、本実施形態では、図2(b)に示す例のように、n型半導体層8を形成する前に、AlNバッファ層23の表面23a上に下地層27を形成し、この下地層27上にn型半導体層8を積層する方法とすることができる。AlNバッファ層23とn型半導体層8との間に下地層27を形成することにより、n型半導体層8をはじめ、半導体層11の結晶性が向上するという効果が得られる。   In the present embodiment, a base layer 27 is formed on the surface 23a of the AlN buffer layer 23 before the n-type semiconductor layer 8 is formed, as in the example shown in FIG. A method of stacking the n-type semiconductor layer 8 thereon can be employed. By forming the foundation layer 27 between the AlN buffer layer 23 and the n-type semiconductor layer 8, the crystallinity of the semiconductor layer 11 including the n-type semiconductor layer 8 is improved.

次に、図4(b)に示すように、上記手順にて基板21上において順次積層されたn型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6に加え、ZnOバッファ層22並びにAlNバッファ層23を複数の積層体として分割し、分離溝12を形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, in addition to the n-type semiconductor layer 8, the light-emitting layer 7 and the p-type semiconductor layer 6 sequentially stacked on the substrate 21 by the above procedure, a ZnO buffer layer 22 and an AlN buffer are also provided. The layer 23 is divided into a plurality of stacked bodies, and the separation groove 12 is formed.

具体的には、半導体層11を構成するp型半導体層6上にマスクを形成し、図4(b)に示すように、ドライエッチング等の手段によってp型半導体層6、発光層7及びn型半導体層8からなる積層体を格子状にエッチングして分割する。エッチングによる処理は、基板21が露出した時点で終了する。これにより、p型半導体層6、発光層7、n型半導体層8、AlNバッファ層23及びZnOバッファ層22からなる積層体を、分離溝12に沿って複数に分割された積層体とする。   Specifically, a mask is formed on the p-type semiconductor layer 6 constituting the semiconductor layer 11, and as shown in FIG. 4B, the p-type semiconductor layer 6, the light emitting layer 7 and the n-type layer are formed by means such as dry etching. The stacked body composed of the type semiconductor layer 8 is divided into a lattice shape by etching. The etching process ends when the substrate 21 is exposed. As a result, a stacked body composed of the p-type semiconductor layer 6, the light emitting layer 7, the n-type semiconductor layer 8, the AlN buffer layer 23, and the ZnO buffer layer 22 is formed into a stacked body divided into a plurality along the separation groove 12.

なお、本発明では、上記バッファ層形成工程において、予め、基板21上にZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23を積層した後、この上に、半導体層11を構成するn型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6の各々を形成する。即ち、基板21としてサファイア基板を用い、n型半導体層8としてGaNを形成する場合には、基板21とn型半導体層8との格子定数が10%以上も異なる。本発明では、基板21とn型半導体層8との中間の格子定数を有するAlN、ZnOからなるAlNバッファ層23及びZnOバッファ層22を用いることで、n型半導体層8を構成するGaNの結晶性を向上させることが可能となる。   In the present invention, after the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 are previously laminated on the substrate 21 in the buffer layer forming step, the n-type semiconductor layer 8 constituting the semiconductor layer 11 and the light emission are formed thereon. Each of the layer 7 and the p-type semiconductor layer 6 is formed. That is, when a sapphire substrate is used as the substrate 21 and GaN is formed as the n-type semiconductor layer 8, the lattice constants of the substrate 21 and the n-type semiconductor layer 8 are different by 10% or more. In the present invention, by using the AlN buffer layer 23 and the ZnO buffer layer 22 made of AlN and ZnO having an intermediate lattice constant between the substrate 21 and the n-type semiconductor layer 8, GaN crystals constituting the n-type semiconductor layer 8 are used. It becomes possible to improve the property.

また、本実施形態の半導体層形成工程においては、図2(b)に示す例のように、さらに、AlNバッファ層23とn型半導体層8との間に、下地層27を形成する方法としても良い。また、下地層27を形成する方法としては、MOCVD法を用いることが、結晶性の良好な層が得られる点から好ましい。
また、半導体層形成工程においては、n型半導体層8と下地層27との合計膜厚を、15μm以下として形成することが好ましく、10μm以下として形成することがより好ましく、4μm以下として形成することが最も好ましい。
Further, in the semiconductor layer forming step of the present embodiment, as a method for forming a base layer 27 between the AlN buffer layer 23 and the n-type semiconductor layer 8 as in the example shown in FIG. Also good. Further, as a method for forming the underlayer 27, it is preferable to use the MOCVD method from the viewpoint of obtaining a layer with good crystallinity.
In the semiconductor layer forming step, the total film thickness of the n-type semiconductor layer 8 and the base layer 27 is preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, and 4 μm or less. Is most preferred.

「反射性p型電極層の形成」
次に、本例においては、図4(c)に示すように、p型半導体層6上に、フォトリソグラフィ技術によって、オーミックコンタクト層、反射層及び相互拡散防止層を順次積層し、パターニングすることにより、反射性p型電極層5を形成する。また、図示例の反射性p型電極層5は、p型半導体層6上において、平面視でp型半導体層6よりも小さく、縁部61を除いた略中央付近に形成されている。
"Formation of reflective p-type electrode layer"
Next, in this example, as shown in FIG. 4C, an ohmic contact layer, a reflective layer, and an interdiffusion prevention layer are sequentially stacked on the p-type semiconductor layer 6 by photolithography and patterned. Thus, the reflective p-type electrode layer 5 is formed. Further, the reflective p-type electrode layer 5 in the illustrated example is smaller than the p-type semiconductor layer 6 in plan view on the p-type semiconductor layer 6 and is formed in the vicinity of the approximate center excluding the edge 61.

オーミックコンタクト層をp型半導体層6上に形成するにあたり、RF放電によるスパッタリング成膜法で形成することが好ましい。RF放電によるスパッタリング成膜法を用いることで、蒸着法やDC放電のスパッタリング成膜法を用いるより接触抵抗の低い電極を形成できる。即ち、RF放電によるスパッタリング成膜法でオーミックコンタクト層を形成することによって、オーミックコンタクト層にp型半導体層6の構成元素が混在し、p型半導体層6にはオーミックコンタクト層の構成元素が混在することになり、これによりオーミックコンタクト層とp型半導体層6とがオーミック接合される。   In forming the ohmic contact layer on the p-type semiconductor layer 6, it is preferable to form the ohmic contact layer by a sputtering film forming method using RF discharge. By using a sputtering film formation method by RF discharge, an electrode having a lower contact resistance can be formed than by using a vapor deposition method or a DC discharge sputtering film formation method. That is, by forming the ohmic contact layer by the sputtering film formation method by RF discharge, the constituent elements of the p-type semiconductor layer 6 are mixed in the ohmic contact layer, and the constituent elements of the ohmic contact layer are mixed in the p-type semiconductor layer 6. As a result, the ohmic contact layer and the p-type semiconductor layer 6 are in ohmic contact.

RF放電によるスパッタリング成膜では、イオンアシスト効果により、p型半導体層6に付着したスパッタ原子にエネルギーを与え、p型半導体、例えばMgドープのp−GaNとの間で表面拡散を促す作用があると考えられる。さらに、上記成膜においては、p型半導体層6の最表面原子にもエネルギーを与え、半導体材料、例えばGaがオーミックコンタクト層に拡散することを促す作用もあると考えられる。   In sputtering film formation by RF discharge, energy is given to sputtered atoms attached to the p-type semiconductor layer 6 by the ion assist effect, and surface diffusion is promoted between the p-type semiconductor, for example, Mg-doped p-GaN. it is conceivable that. Furthermore, it is considered that the film formation also has an effect of imparting energy to the outermost surface atoms of the p-type semiconductor layer 6 to promote the diffusion of a semiconductor material such as Ga into the ohmic contact layer.

RF放電による成膜では、初期において、接触抵抗を下げる効果を持つが、膜厚を大きくすると、その膜が疎であるために反射率の点ではDC放電による成膜に比べて劣る。そこで、接触抵抗を低く保った範囲で薄膜化して光透過率を上げたオーミックコンタクト層をRF放電により形成し、その上に反射層及び相互拡散防止層をDC放電により形成することが好ましい。   The film formation by RF discharge has an effect of lowering the contact resistance in the initial stage. However, when the film thickness is increased, the film is sparse, so that the reflectivity is inferior to the film formation by DC discharge. Therefore, it is preferable to form an ohmic contact layer that is thinned and increases the light transmittance within a range in which contact resistance is kept low by RF discharge, and a reflective layer and an interdiffusion prevention layer are formed thereon by DC discharge.

スパッタリングは、従来公知のスパッタリング装置を用いて従来公知の条件を適宜選択して実施することができる。半導体層11、AlNバッファ層23及びZnOバッファ層22を積層した基板21をチャンバ内に収容し、基板温度を室温から500℃の範囲に設定する。基板加熱は特に必要としないが、オーミックコンタクト層の構成元素およびp型半導体層6の構成元素の拡散を促進するために適度に加熱しても良い。チャンバ内は真空度が10−4〜10−7Paとなるまで排気する。スパッタリング用ガスとしては、He、Ne、Ar、Kr、Xe等が使用できる。入手の容易さからArとするのが望ましい。これらの内の一つのガスをチャンバ内に導入し、0.1〜10Paにしたのち放電を行う。好ましくは0.2〜5Paの範囲に設定する。供給する電力は0.2〜2.0kWの範囲が好ましい。この際、放電時間と供給電力を調節することによって、形成する層の厚さを調節することができる。 Sputtering can be carried out by appropriately selecting conventionally known conditions using a conventionally known sputtering apparatus. The substrate 21 on which the semiconductor layer 11, the AlN buffer layer 23, and the ZnO buffer layer 22 are stacked is housed in a chamber, and the substrate temperature is set in the range of room temperature to 500 ° C. Substrate heating is not particularly required, but may be appropriately heated in order to promote diffusion of the constituent elements of the ohmic contact layer and the constituent elements of the p-type semiconductor layer 6. The chamber is evacuated until the degree of vacuum is 10 −4 to 10 −7 Pa. As the sputtering gas, He, Ne, Ar, Kr, Xe, or the like can be used. Ar is desirable because of availability. One of these gases is introduced into the chamber and the discharge is performed after the pressure is set to 0.1 to 10 Pa. Preferably it sets to the range of 0.2-5Pa. The supplied power is preferably in the range of 0.2 to 2.0 kW. At this time, the thickness of the layer to be formed can be adjusted by adjusting the discharge time and supply power.

「半導体積層構造の形成」
本実施形態の発光素子1の製造方法においては、上述したバッファ層形成工程〜半導体層形成工程を行なうことにより、基板21上に、ZnOバッファ層22、AlNバッファ層23及び半導体層11が順次積層されてなる、本実施形態の半導体積層構造2が得られる(図4(c)を参照)。
なお、本実施形態においては、図4(c)に示すような複数の半導体積層構造2を形成した後、半導体層11の各側面に予め保護膜を形成しておくことが、その後の工程において、半導体層11を保護できる点から好ましい。
"Formation of semiconductor stack structure"
In the method for manufacturing the light-emitting element 1 according to the present embodiment, the ZnO buffer layer 22, the AlN buffer layer 23, and the semiconductor layer 11 are sequentially stacked on the substrate 21 by performing the above-described buffer layer forming step to semiconductor layer forming step. Thus, the semiconductor multilayer structure 2 of the present embodiment is obtained (see FIG. 4C).
In this embodiment, after forming a plurality of semiconductor stacked structures 2 as shown in FIG. 4C, a protective film is formed in advance on each side surface of the semiconductor layer 11 in subsequent steps. From the viewpoint that the semiconductor layer 11 can be protected.

そして、本実施形態の製造方法では、さらに、以下に説明するような工程を実施することで、半導体積層構造2からZnOバッファ層22及び基板21を除去し、正極4及び負極9を形成することにより、本実施形態の発光素子1を製造する。   In the manufacturing method of the present embodiment, the ZnO buffer layer 22 and the substrate 21 are removed from the semiconductor multilayer structure 2 to form the positive electrode 4 and the negative electrode 9 by further performing the steps described below. Thus, the light emitting device 1 of this embodiment is manufactured.

『支持基板接合工程』
次に、支持基板接合工程では、図5に示すように、半導体層11のp型半導体層6側に支持基板(正極4)を貼着する。
具体的には、図5に示すように、半導体層11のp型半導体層6側、つまり反射性p型電極層5に、Siからなる導電性の支持基板として正極4を接合する。このように、支持基板として、Siからなる正極4を用いた場合には、半導体層11側に対し、金属接合層によって接合する方法とすることができる。
"Support substrate bonding process"
Next, in the support substrate bonding step, as shown in FIG. 5, the support substrate (positive electrode 4) is attached to the p-type semiconductor layer 6 side of the semiconductor layer 11.
Specifically, as shown in FIG. 5, the positive electrode 4 is bonded as a conductive support substrate made of Si to the p-type semiconductor layer 6 side of the semiconductor layer 11, that is, the reflective p-type electrode layer 5. Thus, when the positive electrode 4 made of Si is used as the support substrate, a method of bonding to the semiconductor layer 11 side with the metal bonding layer can be employed.

本例では、後述の除去工程の前に、基板21を剥離した積層体の取り扱いを容易にするため、予め、半導体層11側に支持基板として正極4を接合しておく必要がある。このように、積層体を支持するための基板を設ける方法としては、本実施形態のように正極4を接合する方法の他、後述する本実施形態の他の例のように、例えば、半導体層11側に、金属メッキからなる支持基板(図11(a)、(b)中の正極40を参照)を形成する方法が挙げられる。このような構成とした場合には、金属メッキが導電性を有することから、支持基板をそのまま電極、即ち正極として用いることが可能となる。   In this example, in order to facilitate the handling of the laminated body from which the substrate 21 has been peeled off, a positive electrode 4 needs to be bonded in advance to the semiconductor layer 11 side as a support substrate before the below-described removal step. As described above, as a method of providing the substrate for supporting the stacked body, in addition to the method of bonding the positive electrode 4 as in this embodiment, as in other examples of this embodiment described later, for example, a semiconductor layer The method of forming the support substrate (refer the positive electrode 40 in Fig.11 (a), (b)) which consists of metal plating to 11 side is mentioned. In such a configuration, since the metal plating has conductivity, the support substrate can be used as it is as an electrode, that is, a positive electrode.

なお、支持基板は必ずしも導電性を有している必要は無いが、本実施形態のように、Si基板等の導電性を有する支持基板を用いれば、そのまま正極4として用いることができる。この場合、半導体積層構造の表裏面に電極を有する、所謂バーティカル構造の発光素子(LED)を構成できる点から好適である。このように、Si等からなる導電性の支持基板を用い、そのまま支持基板を正極4として用いる場合には、正極4が、例えば、Ni及びAuからなる接合層を介してp型半導体層側に接合された構成とすることができる。   Note that the support substrate does not necessarily have conductivity, but if a support substrate having conductivity such as a Si substrate is used as in the present embodiment, it can be used as it is as the positive electrode 4. In this case, it is preferable because a so-called vertical structure light emitting element (LED) having electrodes on the front and back surfaces of the semiconductor multilayer structure can be formed. In this way, when a conductive support substrate made of Si or the like is used and the support substrate is used as it is as the positive electrode 4, the positive electrode 4 is placed on the p-type semiconductor layer side through a bonding layer made of, for example, Ni and Au. It can be set as the structure joined.

また、金属メッキ等、金属からなる支持基板を用いる場合には、ZnOバッファ層22及び基板21の除去工程の前に、支持基板の表面を保護層等で覆う必要がある。この際に保護層として用いる材料としては、SiO、SiN、Al、AlN等の酸化物又は窒化物の他、NiP等を用いることも可能である。 When a support substrate made of metal, such as metal plating, is used, it is necessary to cover the surface of the support substrate with a protective layer or the like before the step of removing the ZnO buffer layer 22 and the substrate 21. In this case, as a material used for the protective layer, NiP or the like can be used in addition to oxides or nitrides such as SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , and AlN.

また、本実施形態で用いる支持基板としては、上述のような導電性のものには限定されず、例えば、Siの酸化物又は窒化物等の絶縁性の材料から構成することも可能である。 具体的には、詳細な図示を省略するが、半導体層11のp型半導体層6側、つまり反射性p型電極層5に、Siの酸化物又は窒化物からなる支持基板を接着等の方法によって接合する方法とすることができる。   In addition, the support substrate used in the present embodiment is not limited to the conductive substrate as described above, and can be formed of an insulating material such as an oxide or nitride of Si, for example. Specifically, although detailed illustration is omitted, a method of bonding a support substrate made of Si oxide or nitride to the p-type semiconductor layer 6 side of the semiconductor layer 11, that is, the reflective p-type electrode layer 5. It can be set as the method of joining by.

『除去工程』
次に、除去工程では、図6(a)〜図6(c)に示すように、ZnOバッファ層22を除去することにより、基板21を剥離する。
具体的には、図6(a)〜図6(b)に示すように、例えば、酸等のエッチング液を用いたエッチング法(ケミカルリフトオフ法)によってZnOバッファ層22を溶解させ、除去する。そして、図6(c)に示すように、ZnOバッファ層22の溶失に伴い、基板21が、半導体層11及びAlNバッファ層23側から剥離される。
"Removal process"
Next, in the removing step, as shown in FIGS. 6A to 6C, the ZnO buffer layer 22 is removed, and the substrate 21 is peeled off.
Specifically, as shown in FIGS. 6A to 6B, for example, the ZnO buffer layer 22 is dissolved and removed by an etching method (chemical lift-off method) using an etching solution such as an acid. Then, as shown in FIG. 6C, the substrate 21 is peeled from the semiconductor layer 11 and the AlN buffer layer 23 side as the ZnO buffer layer 22 is melted.

本実施形態の除去工程では、ZnOバッファ層22の溶解に用いるエッチング液として、HCl又はシュウ酸を用いることが好ましい。HCl又はシュウ酸を用いてエッチング処理することにより、ZnOバッファ層22を効率良く確実に除去することができ、ひいては、基板21を容易に半導体層11及びAlNバッファ層23側から剥離することが可能となる。   In the removal step of the present embodiment, it is preferable to use HCl or oxalic acid as an etching solution used for dissolving the ZnO buffer layer 22. By etching using HCl or oxalic acid, the ZnO buffer layer 22 can be efficiently and reliably removed, and the substrate 21 can be easily peeled off from the semiconductor layer 11 and the AlN buffer layer 23 side. It becomes.

また、除去工程では、ZnOバッファ層22に対してエッチング液を効率的に接触させることにより、工程の効率化を図ることが可能となる。
ここで、通常、ZnOバッファ層22が成膜されない基板21の外周部には、密集した結晶膜は成膜されないため、単に積層体をエッチング液に浸漬するだけでも基板21の剥離は可能である。しかしながら、基板21上へのZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23の成膜状態によっては、基板21の外周部を研削してからエッチング液に浸漬させた方が良い場合もある。例えば、本実施形態で説明する例のように、AlNバッファ層23がZnOバッファ層22の表面22a及び側面22bを覆うように形成した場合等が挙げられる。
Further, in the removing process, the etching solution can be efficiently brought into contact with the ZnO buffer layer 22 to improve the efficiency of the process.
Here, since a dense crystal film is not usually formed on the outer periphery of the substrate 21 where the ZnO buffer layer 22 is not formed, the substrate 21 can be peeled off simply by immersing the laminate in an etching solution. . However, depending on the film formation state of the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 on the substrate 21, it may be better to grind the outer peripheral portion of the substrate 21 and then immerse it in the etching solution. For example, a case where the AlN buffer layer 23 is formed so as to cover the surface 22a and the side surface 22b of the ZnO buffer layer 22 as in the example described in the present embodiment.

一方、4インチ以上等の大口径の基板を用いた場合、外周部からのエッチング液の浸透のみでは、ZnOバッファ層22を溶かしきるのに長時間を要する。この場合には、半導体層11側から基板21に到達する穴を形成し、エッチング液をZnOバッファ層22に短時間で浸透させる方法とすることも可能である。   On the other hand, when a large-diameter substrate such as 4 inches or more is used, it takes a long time to completely dissolve the ZnO buffer layer 22 only by penetration of the etching solution from the outer peripheral portion. In this case, a method of forming a hole reaching the substrate 21 from the semiconductor layer 11 side and allowing the etching solution to penetrate into the ZnO buffer layer 22 in a short time can be employed.

『絶縁膜形成工程』
次に、絶縁膜形成工程では、図7に示すように、半導体層11の各側面(周囲面)11bに、保護用の絶縁膜10を形成する。
具体的には、図7に示すように、CVD法やスパッタ法等の手段によって、SiOからなる絶縁膜10を、各半導体層11の側面11bと、各半導体層11の光取り出し面11aの外周部分を覆うように形成する。半導体層11の全体に絶縁膜10を形成し、光取出面11aの中央部以外の部分にレジストを形成し、ドライエッチングすることで、目的の絶縁膜10を形成できる。
なお、絶縁膜10は、少なくとも、半導体層11の側面11bと光取り出し面11aの外周部分に形成されていれば良い。また、本発明で参照する各図面(図8〜10、図12)においては、符号を明示するために、図中の半導体層等の側面における絶縁膜を意図的に削除して表しているが、本発明に係る発光素子は、各側面において絶縁膜が連続的に存在するものである。
"Insulating film formation process"
Next, in the insulating film forming step, as shown in FIG. 7, a protective insulating film 10 is formed on each side surface (peripheral surface) 11 b of the semiconductor layer 11.
Specifically, as shown in FIG. 7, the insulating film 10 made of SiO 2 is formed on the side surface 11b of each semiconductor layer 11 and the light extraction surface 11a of each semiconductor layer 11 by means such as CVD or sputtering. It forms so that an outer peripheral part may be covered. The target insulating film 10 can be formed by forming the insulating film 10 on the entire semiconductor layer 11, forming a resist on a portion other than the central portion of the light extraction surface 11 a, and performing dry etching.
The insulating film 10 may be formed at least on the outer peripheral portion of the side surface 11b of the semiconductor layer 11 and the light extraction surface 11a. Moreover, in each drawing (FIGS. 8 to 10 and FIG. 12) referred to in the present invention, the insulating film on the side surface of the semiconductor layer or the like in the drawing is intentionally deleted in order to clearly indicate the reference numerals. In the light emitting device according to the present invention, an insulating film is continuously present on each side surface.

『粗面化工程』
次に、粗面化工程では、n型半導体層8の光取出面11aを粗面化する。
具体的には、図8に示すように、加熱したKOH溶液またはTMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide)溶液に浸漬して、光取出面11aの中央の絶縁膜10に被覆されずに露出している部分のAlNバッファ層23を除去し、また、下地層(図2(b)の下地層27を参照)が設けられている場合には、この下地層を除去するとともに、n型半導体層8の光取出面11aを粗面化する。
なお、AlNバッファ層23及び下地層の除去、並びに光取出面11aの粗面化には、PEC(photo electrochemical etch)を使用することもでき、また、ドライエッチングを適用することもできる。
"Roughening process"
Next, in the roughening step, the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8 is roughened.
Specifically, as shown in FIG. 8, a portion of the light extraction surface 11a exposed without being covered with the central insulating film 10 is immersed in a heated KOH solution or TMAH (Tetramethylammonium hydride) solution. When the AlN buffer layer 23 is removed and a base layer (see the base layer 27 in FIG. 2B) is provided, the base layer is removed and the light extraction of the n-type semiconductor layer 8 is performed. The surface 11a is roughened.
Note that PEC (photoelectrochemical etch) can be used to remove the AlN buffer layer 23 and the underlayer and to roughen the light extraction surface 11a, and dry etching can also be applied.

なお、上述したAlNバッファ層23の除去操作は、n型半導体層8上に後述の負極9を形成するための操作であるが、AlNバッファ層23をドープした構成とすれば、AlNバッファ層23上に負極9を形成することも可能であり、この除去操作は不要となる。
また、下地層が設けられている場合、上記の下地層の除去操作は、下地層がアンドープ層である場合に必要な操作であって、下地層にSi等がドープされている場合には、上記AlNバッファ層23の場合と同様、下地層の除去操作は不要である。
また、本例においては、光取出面11aの粗面化に用いる加熱したKOH溶液またはTMAH溶液と使用して、AlNバッファ層23及び下地層を除去する例を説明しているが、これには限定されない。例えば、AlNバッファ層23及び下地層を、レーザ照射等によって熱分解させて除去する方法としても良く、適宜採用すれば良い。
The above-described removal operation of the AlN buffer layer 23 is an operation for forming a later-described negative electrode 9 on the n-type semiconductor layer 8. However, if the AlN buffer layer 23 is doped, the AlN buffer layer 23 is removed. It is also possible to form the negative electrode 9 on this, and this removal operation becomes unnecessary.
In addition, when the underlayer is provided, the above-described underlayer removal operation is an operation necessary when the underlayer is an undoped layer, and when the underlayer is doped with Si or the like, As in the case of the AlN buffer layer 23, it is not necessary to remove the underlayer.
In this example, an example in which the AlN buffer layer 23 and the underlayer are removed using a heated KOH solution or TMAH solution used for roughening the light extraction surface 11a is described. It is not limited. For example, the AlN buffer layer 23 and the underlying layer may be thermally decomposed by laser irradiation or the like and removed as appropriate.

また、本実施形態の粗面化工程では、AlNバッファ層23及び下地層の除去操作において、例えば、パターニングによって負極9形成領域のみを除去する方法とすることも可能であり、適宜採用すれば良い。   Further, in the roughening step of the present embodiment, in the removal operation of the AlN buffer layer 23 and the underlayer, for example, a method of removing only the negative electrode 9 formation region by patterning can be employed, and it may be adopted as appropriate. .

『電極形成工程』
次に、電極形成工程においては、図9に示すように、半導体層11のn型半導体層8に負極9を形成する。
具体的には、まず、半導体層11を含む半導体ウェーハをプラズマドライエッチング装置のチャンバに収納し、n型半導体層8中のドーパント元素と同一の元素を含有するエッチングガスからなる反応ガスをチャンバ内に供給し、半導体層11の上方においてプラズマを発生させ、エッチングガスを含むプラズマを光取出面11aに暴露させる。
"Electrode formation process"
Next, in the electrode forming step, as shown in FIG. 9, the negative electrode 9 is formed on the n-type semiconductor layer 8 of the semiconductor layer 11.
Specifically, first, a semiconductor wafer including the semiconductor layer 11 is accommodated in a chamber of a plasma dry etching apparatus, and a reaction gas composed of an etching gas containing the same element as the dopant element in the n-type semiconductor layer 8 is contained in the chamber. And plasma is generated above the semiconductor layer 11 to expose the plasma containing the etching gas to the light extraction surface 11a.

この際に用いるエッチングガスとしては、n型半導体層8中のドーパント元素がケイ素(Si)の場合は、エッチングガスとしてハロゲン化ケイ素を用いることが好ましく、具体的にはSiClまたはSiFが好ましい。
また、反応ガスを導入した際のチャンバ内の圧力は、例えば0.2〜2Paの範囲にすることが好ましく、エッチングガスの流量は15sccm〜50sccmの範囲が好ましく、プラズマのパワーは120W程度が好ましく、バイアスは50W程度が好ましく、処理時間は150秒程度がよい。
このようなエッチング処理を行うことによって、n型半導体層8の表面近傍にエッチングガスに含まれるSiが打ち込まれて、表面近傍のSi濃度が高められると考えられる。
As the etching gas used in this case, when the dopant element in the n-type semiconductor layer 8 is silicon (Si), it is preferable to use silicon halide as the etching gas, and specifically, SiCl 4 or SiF 4 is preferable. .
The pressure in the chamber when the reaction gas is introduced is preferably in the range of 0.2 to 2 Pa, the flow rate of the etching gas is preferably in the range of 15 sccm to 50 sccm, and the plasma power is preferably about 120 W. The bias is preferably about 50 W, and the processing time is preferably about 150 seconds.
By performing such an etching process, it is considered that Si contained in the etching gas is implanted in the vicinity of the surface of the n-type semiconductor layer 8 to increase the Si concentration in the vicinity of the surface.

次に、図9に示すように、プラズマ処理後のn型半導体層8の上に負極9を形成する。負極9としては、例えば、Cr膜、Ti膜及びAu膜を順次積層して形成することができるであるが、これには限定されず、負極9の材質や積層構造は、適宜採用することが可能である。また、このような負極9の形成処理は、例えば、スパッタリング法や蒸着法を用いればよい。   Next, as shown in FIG. 9, the negative electrode 9 is formed on the n-type semiconductor layer 8 after the plasma treatment. For example, the negative electrode 9 can be formed by sequentially laminating a Cr film, a Ti film, and an Au film. However, the present invention is not limited to this, and the material and the laminated structure of the negative electrode 9 may be appropriately adopted. Is possible. Moreover, the formation process of such a negative electrode 9 should just use sputtering method and a vapor deposition method, for example.

上記の如く、n型半導体層8の表面をプラズマで処理してから負極9を構成する各層を積層することにより、負極9とn型半導体層8とをオーミック接触させることができる。この場合、負極9の形成後のアニールを必要としない。むしろ、アニールすることによって電気特性を悪化させてしまうことがあり、また、反射膜のAg合金がマイグレーションを起こし、反射率が低下するので好ましくない。   As described above, the negative electrode 9 and the n-type semiconductor layer 8 can be brought into ohmic contact by stacking the layers constituting the negative electrode 9 after treating the surface of the n-type semiconductor layer 8 with plasma. In this case, annealing after the formation of the negative electrode 9 is not required. Rather, annealing may deteriorate the electrical characteristics, and the Ag alloy of the reflective film causes migration and the reflectance decreases, which is not preferable.

なお、本例では、上述の支持基板接合工程で説明したように、正極4を導電性の支持基板から構成し、反射性p型電極層5上に接合することによって形成する例を説明しているが、本発明ではこれには限定されない。例えば、後述の本実施形態の製造方法の他の例において詳細するが、正極4を、メッキ法を用いて、p型半導体層6上(反射性p型電極層5上)に金属メッキ層として形成しても良い。   In this example, as described in the support substrate bonding step described above, an example in which the positive electrode 4 is formed of a conductive support substrate and bonded to the reflective p-type electrode layer 5 will be described. However, the present invention is not limited to this. For example, as will be described in detail in another example of the manufacturing method of the present embodiment described later, the positive electrode 4 is formed as a metal plating layer on the p-type semiconductor layer 6 (on the reflective p-type electrode layer 5) by using a plating method. It may be formed.

また、本例では、Siからなる導電性の支持基板を用いることで正極4を構成した例を説明しているが、上述した通り、このような例には限定されず、例えば、Siの酸化物又は窒化物等の絶縁性材料からなる支持基板を用いる方法とすることも可能である。このような場合には、例えば、絶縁性材料からなる支持基板を除去した後、反射性p型電極層5上に正極4を形成する方法とすることができる。
このような方法とする場合、具体的には、詳細な図示を省略するが、例えば、以下に説明するような方法とすることができる。
Further, in this example, an example in which the positive electrode 4 is configured by using a conductive support substrate made of Si has been described. However, as described above, the present invention is not limited to such an example. It is also possible to employ a method using a support substrate made of an insulating material such as an oxide or nitride. In such a case, for example, after removing the support substrate made of an insulating material, the positive electrode 4 can be formed on the reflective p-type electrode layer 5.
In the case of such a method, specifically, although detailed illustration is omitted, for example, the method described below can be used.

まず、n型半導体層8側に形成した負極9に、例えば、ガラス(石英)基板等からなる仮貼付基板を、接着材等で貼着した後、従来公知の方法によって仮貼付基板を剥離し、p型半導体層6上の反射性p型電極層5を露出させる。
次いで、p型半導体層6上において露出した反射性p型電極層5の上に、例えば、CuやAl等からなるメタルウェーハ等を反射性p型電極層5上に接合することにより、正極を形成する。そして、上記手順で正極を形成した後、負極9に貼着した仮貼付基板を従来公知の方法によって剥離し、負極9を露出させる方法とすることができる。
First, a temporary attachment substrate made of, for example, a glass (quartz) substrate or the like is attached to the negative electrode 9 formed on the n-type semiconductor layer 8 side with an adhesive or the like, and then the temporary attachment substrate is peeled off by a conventionally known method. The reflective p-type electrode layer 5 on the p-type semiconductor layer 6 is exposed.
Next, on the reflective p-type electrode layer 5 exposed on the p-type semiconductor layer 6, for example, a metal wafer made of Cu, Al, or the like is bonded onto the reflective p-type electrode layer 5, thereby forming a positive electrode. Form. And after forming a positive electrode in the said procedure, it can be set as the method of peeling the temporary sticking board | substrate stuck to the negative electrode 9 by a conventionally well-known method, and exposing the negative electrode 9. FIG.

なお、本実施形態では、上述したように、AlNバッファ層23にドーピングを施して導電性を持たせた構成とした場合には、AlNバッファ層23を除去せず、該AlNバッファ層23に負極9を形成することも可能である。   In the present embodiment, as described above, when the AlN buffer layer 23 is doped to have conductivity, the AlN buffer layer 23 is not removed and the AlN buffer layer 23 has a negative electrode. It is also possible to form 9.

また、例えば、Siの酸化物又は窒化物からなる絶縁性の支持基板を用いた場合、この支持基板に貫通孔を形成し、該貫通孔に正極を取り付ける方法とすることも可能である。   For example, when an insulating support substrate made of an oxide or nitride of Si is used, it is possible to form a through hole in the support substrate and attach a positive electrode to the through hole.

『分割工程』
次に、分割工程では、図9〜図10に示すように、基体である正極4を、複数に分割された半導体層11に沿って切断する。
具体的には、図9に示すように、正極4上に形成された複数の半導体層11の各々の間の分断溝12に沿って、例えば、レーザスクライブ法を用いて正極4にレーザを照射して切断する。
"Division process"
Next, in the dividing step, as shown in FIGS. 9 to 10, the positive electrode 4 that is the base is cut along the semiconductor layer 11 divided into a plurality of parts.
Specifically, as shown in FIG. 9, the positive electrode 4 is irradiated with laser along the dividing groove 12 between each of the plurality of semiconductor layers 11 formed on the positive electrode 4 by using, for example, a laser scribing method. And cut.

また、このようなレーザスクライブ法による分割を行なう場合、例えば、ダイシング用のテーブル上に粘着テープを貼り付けた状態とし、この上にウェーハを貼着設置して行なう方法とすることができる。このような方法で分割を行なうことにより、レーザスクライブによって切断された複数の発光素子を傷めることなく容易に分割し、取り出すことが可能となる。また、テーブル上に粘着テープを貼り付けた状態で分割工程を行なうことにより、レーザによるテーブルの焼付を防止することも可能となる。
このようなダイシング工程を行なうことにより、図10(図1も参照)に示すような、複数の発光素子1が得られる。
Moreover, when performing division by such a laser scribing method, for example, a method can be used in which a pressure-sensitive adhesive tape is stuck on a dicing table and a wafer is stuck on the table. By dividing in such a manner, it becomes possible to easily divide and take out a plurality of light-emitting elements cut by laser scribing without damaging them. In addition, by performing the dividing step with the adhesive tape affixed on the table, it is possible to prevent the table from being burned by the laser.
By performing such a dicing process, a plurality of light emitting elements 1 as shown in FIG. 10 (see also FIG. 1) can be obtained.

<製造方法の他の例>
以下、本発明の発光素子の製造方法の他の例について、各工程を詳細に説明する。なお、本例においては、上述したような本実施形態の製造方法の一例と共通する構成については共通の符号を付与するとともに共通の図面を用いて説明し、また、各例において共通する工程については、図面やその詳しい説明を省略する。
<Other examples of manufacturing methods>
Hereinafter, each process is demonstrated in detail about the other example of the manufacturing method of the light emitting element of this invention. In addition, in this example, about the structure which is common with an example of the manufacturing method of this embodiment as mentioned above, it attaches | subjects a common code | symbol and demonstrates using a common drawing, Moreover, about the process which is common in each example The drawings and detailed description thereof are omitted.

本例の発光素子3の製造方法は、上記本実施形態の製造方法の一例において設けられている電極形成工程に代わり、半導体層形成工程と除去工程との間において、半導体層11のp型半導体層6側に、金属メッキからなる正極40を形成するメッキ工程が備えられている点において、上述した本実施形態の発光素子1の製造方法の一例とは異なる。
また、本例では、バッファ層形成工程〜半導体層形成工程については、上記製造方法の一例と共通であるので、上記したメッキ工程以降の工程を中心に説明する。
The manufacturing method of the light emitting element 3 of this example is a p-type semiconductor of the semiconductor layer 11 between the semiconductor layer forming step and the removing step instead of the electrode forming step provided in the example of the manufacturing method of the present embodiment. It differs from an example of the manufacturing method of the light emitting element 1 of this embodiment mentioned above in the point provided with the plating process which forms the positive electrode 40 which consists of metal plating in the layer 6 side.
Further, in this example, the buffer layer forming step to the semiconductor layer forming step are common to the example of the manufacturing method, and therefore, the steps after the plating step will be mainly described.

また、本例の方法によって製造される発光素子は、図13に示す発光素子3のように、正極40が、反射性p型電極層5上に形成されるシード層42と、該シード層42上に形成される金属メッキ層41とからなる点で、上記製造方法の一例によって得られる発光素子1とは、正極の構成が異なるものである。   Further, in the light emitting device manufactured by the method of this example, like the light emitting device 3 shown in FIG. 13, the positive electrode 40 is formed on the reflective p-type electrode layer 5, and the seed layer 42. The configuration of the positive electrode is different from that of the light-emitting element 1 obtained by the example of the manufacturing method in that the metal plating layer 41 is formed thereon.

『メッキ工程』
本例では、上記本実施形態の製造方法の一例と同様のバッファ層形成工程〜半導体層形成工程を行った後、図11(a)、(b)に示すように、p型半導体層6の上の反射性p型電極性5上に、金属メッキ層41及びシード層42からなる正極40を形成する。
"Plating process"
In this example, after performing the buffer layer forming process to the semiconductor layer forming process similar to the example of the manufacturing method of the present embodiment, as shown in FIGS. A positive electrode 40 composed of a metal plating layer 41 and a seed layer 42 is formed on the reflective p-type electrode property 5.

具体的には、まず、図11(a)に示すように、反射性p型電極性5上に、金属メッキ層41の下地となるシード層42を形成する。この際、反射性p型電極性5を覆うようにTi膜とTa膜とCu膜とを順次積層してシード層42を形成する。なお、シード層42は、Ni膜とAu膜とTi膜とTa膜とCu膜とを順次積層して形成しても良く、あるいは、Cuからなる単層膜としても良い。ここで、Ta膜は、金属メッキ層41をなすCuのバリアとして機能する。   Specifically, first, as shown in FIG. 11A, a seed layer 42 serving as a base for the metal plating layer 41 is formed on the reflective p-type electrode property 5. At this time, a seed layer 42 is formed by sequentially stacking a Ti film, a Ta film, and a Cu film so as to cover the reflective p-type electrode property 5. The seed layer 42 may be formed by sequentially stacking a Ni film, an Au film, a Ti film, a Ta film, and a Cu film, or may be a single layer film made of Cu. Here, the Ta film functions as a barrier for Cu forming the metal plating layer 41.

なお、シード層42を形成する際、基板21上の複数の半導体層11の各々の間に設けられた分離溝12には、予め、レジスト層26を埋設した状態とする。そして、複数の半導体層11に備えられる反射性p型電極層5とレジスト層26を覆うように、シード層42を形成する。   When the seed layer 42 is formed, the resist layer 26 is embedded in advance in the separation groove 12 provided between each of the plurality of semiconductor layers 11 on the substrate 21. Then, a seed layer 42 is formed so as to cover the reflective p-type electrode layer 5 and the resist layer 26 provided in the plurality of semiconductor layers 11.

また、シード層42は、発光素子の構成部材として必ずしも必須な積層膜ではなく、半導体層11に備えられる反射性p型電極層5にメッキの下地層としての機能を持たせることができれば、シード層42は省略してもよい。   In addition, the seed layer 42 is not necessarily a laminated film essential as a constituent member of the light emitting element. If the reflective p-type electrode layer 5 provided in the semiconductor layer 11 can have a function as an underlayer for plating, the seed layer 42 may be used. Layer 42 may be omitted.

次に、図11(b)に示すように、シード層42を覆うように金属メッキ層41を形成する。金属メッキ層41の形成は、シード層42に電流を印加しつつ電気メッキ法で行うことができる。
金属メッキ層41の材質は、シード層42の材質に対応するものが好ましく、本実施形態では、金属メッキ層41を、シード層42のCu膜と同じ材質であるCuを用いて形成することが好ましい。Cuは常温でメッキすることが可能であり、メッキ層形成時に熱膨張の影響を受け難い。また、Cuは、電気抵抗が低く熱伝導性が高い点においても上下電極構造の発光素子3の基体の材質として好ましい。
Next, as shown in FIG. 11B, a metal plating layer 41 is formed so as to cover the seed layer 42. The metal plating layer 41 can be formed by electroplating while applying current to the seed layer 42.
The material of the metal plating layer 41 preferably corresponds to the material of the seed layer 42. In this embodiment, the metal plating layer 41 is formed using Cu, which is the same material as the Cu film of the seed layer 42. preferable. Cu can be plated at room temperature and is not easily affected by thermal expansion during the formation of the plating layer. Further, Cu is preferable as a material for the base of the light emitting element 3 having the upper and lower electrode structures from the viewpoint of low electric resistance and high thermal conductivity.

『負極形成工程』
次に、本例の製造方法においては、除去工程の後に、半導体層11のn型半導体層8側に負極9を形成する負極形成工程が備えられている。
具体的には、図12に示すように、上記本実施形態の製造方法の一例で説明した電極形成工程と同様の手順を用いて、上記粗面化工程においてAlNバッファ層23(及び下地層)の少なくとも一部を除去することで露出したn型半導体層8の光取出面11aに、負極9を形成する。
"Negative electrode forming process"
Next, in the manufacturing method of this example, a negative electrode forming step of forming the negative electrode 9 on the n-type semiconductor layer 8 side of the semiconductor layer 11 is provided after the removing step.
Specifically, as shown in FIG. 12, the AlN buffer layer 23 (and the underlying layer) is used in the roughening step using the same procedure as the electrode forming step described in the example of the manufacturing method of the present embodiment. A negative electrode 9 is formed on the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8 exposed by removing at least a part of the negative electrode 9.

また、本例においても、上記本実施形態の製造方法の一例における電極形成工程と同様、AlNバッファ層23(及び下地層)をドープした構成とすれば、これら各層を除去することなく、AlNバッファ層23上に負極9を形成することが可能である。   Also in this example, similarly to the electrode forming step in the example of the manufacturing method of the present embodiment, if the AlN buffer layer 23 (and the underlying layer) is doped, the AlN buffer is not removed without removing these layers. The negative electrode 9 can be formed on the layer 23.

次に、本例では、除去工程、絶縁膜形成工程、粗面化工程及び分割工程については、上記した本実施形態の製造方法の一例と同様の方法を用いることができる。
また、本例では、負極9形成のためにAlNバッファ層22をn型半導体層8上から除去した後、さらに、複数の半導体層11の各々の間の分離溝12内に埋設されたレジスト層26を、アッシング処理等によって除去する方法を採用することができる。
本実施形態の発光素子の製造方法の他の例によれば、上記各工程により、図13に示すような上下電極型の発光素子3が得られる。
Next, in this example, a method similar to the example of the manufacturing method of the present embodiment described above can be used for the removing step, the insulating film forming step, the roughening step, and the dividing step.
In this example, the AlN buffer layer 22 is removed from the n-type semiconductor layer 8 to form the negative electrode 9, and then the resist layer embedded in the separation groove 12 between each of the plurality of semiconductor layers 11. A method of removing 26 by ashing or the like can be employed.
According to another example of the method for manufacturing a light emitting device of this embodiment, the upper and lower electrode type light emitting device 3 as shown in FIG.

以上説明したような本実施形態の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法によれば、基板21上にZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23をこの順で積層するバッファ層形成工程と、AlNバッファ層23上に窒化ガリウム系化合物からなる半導体層11を形成する半導体層形成工程と、ZnOバッファ層22をエッチング除去することによって基板21を剥離する除去工程とを備える方法なので、半導体層形成工程において、NHを用いたり、高温による成膜処理を行なったりした場合でも、ZnOバッファ層22の結晶性の低下や、溶解による消失等が生じることが無い。また、ZnOバッファ層22をエッチング除去することで、容易に基板21を剥離することができる。これにより、発光特性に優れた発光素子1(3)を、歩留まり良く高い生産性で製造することが可能となる。 According to the manufacturing method of the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present embodiment as described above, the buffer layer forming step of laminating the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 on the substrate 21 in this order, and the AlN buffer In the semiconductor layer forming step, the method includes a semiconductor layer forming step of forming the semiconductor layer 11 made of a gallium nitride compound on the layer 23 and a removing step of peeling the substrate 21 by etching away the ZnO buffer layer 22. Even when NH 3 is used or a film formation process is performed at a high temperature, the crystallinity of the ZnO buffer layer 22 is not reduced, and disappearance due to dissolution does not occur. Further, the substrate 21 can be easily peeled off by etching away the ZnO buffer layer 22. As a result, the light emitting element 1 (3) having excellent light emission characteristics can be manufactured with high yield and high productivity.

なお、本実施形態の製造方法においては、図1に示すような上下電極構造の発光素子を製造する例を挙げて説明しているが、これには限定されず、例えば、図14に示す例のように、半導体層の同一面側に電極が形成されてなる、所謂フリップチップ型の発光素子に適用することも可能である。   In the manufacturing method of the present embodiment, an example of manufacturing a light emitting element having an upper and lower electrode structure as shown in FIG. 1 is described. However, the present invention is not limited to this example. For example, the example shown in FIG. As described above, the present invention can also be applied to a so-called flip-chip light emitting element in which electrodes are formed on the same surface side of a semiconductor layer.

[ランプ]
以上説明したような、本発明に係る上下電極型の発光素子1(図1を参照)と蛍光体とを組み合わせることにより、当業者周知の手段を用いてランプを構成することができる。従来から、発光素子と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術が知られており、本発明では、このような技術を何ら制限されることなく採用することが可能である。
例えば、蛍光体を適正に選定することにより、発光素子より長波長の発光を得ることも可能となり、また、発光素子自体の発光波長と蛍光体によって変換された波長とを混ぜることにより、白色発光を呈するランプとすることもできる。
また、ランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
[lamp]
By combining the upper and lower electrode type light emitting element 1 (see FIG. 1) according to the present invention and the phosphor as described above, a lamp can be configured using means well known to those skilled in the art. Conventionally, a technique for changing an emission color by combining a light emitting element and a phosphor is known. In the present invention, such a technique can be employed without any limitation.
For example, it is possible to obtain light having a longer wavelength than that of the light emitting element by appropriately selecting the phosphor, and white light emission by mixing the light emission wavelength of the light emitting element itself with the wavelength converted by the phosphor. It can also be set as the lamp which exhibits.
Further, the lamp can be used for any purpose such as a general bullet type, a side view type for a portable backlight, and a top view type used for a display.

例えば、図15に示す例のように、上下電極型の発光素子1を砲弾型に実装する場合には、2本のフレームの内の一方(図15ではフレーム81)に発光素子1を銀ペーストなどの導電性接着材で接着して発光素子1の正極4(図1に示す符号4参照)をフレーム81に接合し、発光素子1の負極9(図1に示す符号9参照)をワイヤー83でフレーム82に接合する。そして、透明な樹脂からなるモールド84で発光素子1の周辺を封止することにより、図15に示すような砲弾型のランプ80を作製することができる。
上述のような本発明のランプ80は、本発明に係る発光ダイオードの製造方法によって得られる発光素子1が用いられてなるものなので、発光特性等に優れたものとなる。
For example, when the upper and lower electrode type light emitting elements 1 are mounted in a shell shape as in the example shown in FIG. 15, the light emitting element 1 is silver paste on one of the two frames (frame 81 in FIG. 15). The positive electrode 4 of the light-emitting element 1 (see reference numeral 4 shown in FIG. 1) is bonded to the frame 81 by bonding with a conductive adhesive such as, and the negative electrode 9 (see reference numeral 9 shown in FIG. 1) of the light-emitting element 1 is connected to the wire 83. To the frame 82. Then, by sealing the periphery of the light emitting element 1 with a mold 84 made of a transparent resin, a bullet-type lamp 80 as shown in FIG. 15 can be manufactured.
Since the lamp 80 of the present invention as described above uses the light emitting element 1 obtained by the method for manufacturing a light emitting diode according to the present invention, the lamp 80 has excellent light emission characteristics.

[その他の半導体素子(デバイス)]
本発明で得られ、優れた結晶性を備える窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造(図2(a)、(b)の半導体積層構造2、2Aの他、図1の発光素子1も参照)は、上述のような発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に備えられる半導体層の他、太陽電池や受光素子等の光電気変換素子、又は、HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)やHEMT(High Electron Mobility Transistor)等の電子デバイスの積層構造にも応用することができる。これらの半導体素子は、各種構造のものが多数知られており、本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造は、これら周知の素子構造を含めて何ら制限されない。
[Other semiconductor elements (devices)]
A laminated structure of a gallium nitride compound semiconductor obtained in the present invention and having excellent crystallinity (see the light emitting element 1 in FIG. 1 in addition to the semiconductor laminated structures 2 and 2A in FIGS. 2A and 2B). In addition to the semiconductor layer provided in the light emitting element such as the light emitting diode (LED) or the laser diode (LD) as described above, a photoelectric conversion element such as a solar cell or a light receiving element, or an HBT (Heterojunction Bipolar Transistor) or HEMT. The present invention can also be applied to a stacked structure of an electronic device such as (High Electron Mobility Transistor). Many of these semiconductor elements are known in various structures, and the laminated structure of the gallium nitride compound semiconductor according to the present invention is not limited at all including these known element structures.

次に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を、実施例および比較例を示してより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。   Next, although the manufacturing method of the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention, the laminated structure of the gallium nitride compound semiconductor device, and the gallium nitride compound semiconductor light emitting device will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, The present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
図1に、本実施例で作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示す。本例では、サファイアからなる基板21のc面上に、RFスパッタ法を用いて、ZnO単結晶からなるとともにZn極性を有するZnOバッファ層22を形成し、その上に、同様のRFスパッタ法を用いて、AlN単結晶からなるAlNバッファ層23を形成し、さらにその上に、MOCVD法を用いて、SiドープGaNからなる下地層を形成した。次いで、この下地層の上に、MOCVD法を用いて、n型半導体層8を構成するn型コンタクト層及びn型クラッド層を積層し、さらに、発光層7及びp型半導体層6を積層して半導体層11を形成することにより、半導体積層構造2を作製した。そして、この半導体積層構造2において、p型半導体層6上に反射性p型電極層5を形成し、この反射性p型電極層5の上に、Au−Au接合を用いてSiからなる支持基板24を接合した。その後、エッチング液として塩酸を用いてZnOバッファ層22を除去することで基板21を剥離、除去し、さらに、AlNバッファ層23及び下地層を除去した後、露出したn型半導体層8上に負極9を形成した。また、半導体層11のp型半導体層6側、つまり反射性p型電極5には正極4を接合した。
[Example 1]
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device manufactured in this example. In this example, a ZnO buffer layer 22 made of ZnO single crystal and having Zn polarity is formed on the c-plane of the substrate 21 made of sapphire using RF sputtering, and a similar RF sputtering method is formed thereon. Then, an AlN buffer layer 23 made of AlN single crystal was formed, and an underlayer made of Si-doped GaN was further formed thereon using MOCVD. Next, an n-type contact layer and an n-type clad layer constituting the n-type semiconductor layer 8 are laminated on the underlayer using the MOCVD method, and a light emitting layer 7 and a p-type semiconductor layer 6 are further laminated. By forming the semiconductor layer 11, the semiconductor multilayer structure 2 was produced. In the semiconductor multilayer structure 2, a reflective p-type electrode layer 5 is formed on the p-type semiconductor layer 6, and a support made of Si is formed on the reflective p-type electrode layer 5 using an Au—Au junction. The substrate 24 was bonded. Thereafter, the substrate 21 is peeled and removed by removing the ZnO buffer layer 22 using hydrochloric acid as an etchant, and after removing the AlN buffer layer 23 and the underlying layer, the negative electrode is formed on the exposed n-type semiconductor layer 8. 9 was formed. The positive electrode 4 was bonded to the p-type semiconductor layer 6 side of the semiconductor layer 11, that is, to the reflective p-type electrode 5.

『バッファ層形成工程』
バッファ層形成工程においては、ZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23を、2つのチャンバを真空トランスファで接続した構成のスパッタ装置を用いて形成した。
"Buffer layer formation process"
In the buffer layer forming step, the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 were formed using a sputtering apparatus having a configuration in which two chambers were connected by a vacuum transfer.

まず、表面を鏡面研磨した直径2インチの(0001)c面サファイアからなる基板21を、チャンバ中へ導入した。この際、ターゲットとしては、ZnOからなるものを用いた。
そして、チャンバ内で基板21を500℃まで加熱し、窒素ガスを導入しながらチャンバ内の圧力を1.0Paに保持し、基板21側に高周波バイアスを印加し、窒素プラズマに晒すことによって基板21表面を洗浄した。その後、スパッタ装置のチャンバ内の圧力を6.0×10−6Paまで減圧した。
First, a substrate 21 made of (0001) c-plane sapphire having a diameter of 2 inches whose surface was mirror-polished was introduced into the chamber. At this time, a target made of ZnO was used.
Then, the substrate 21 is heated to 500 ° C. in the chamber, the pressure in the chamber is maintained at 1.0 Pa while introducing nitrogen gas, a high frequency bias is applied to the substrate 21 side, and the substrate 21 is exposed to nitrogen plasma. The surface was cleaned. Thereafter, the pressure in the chamber of the sputtering apparatus was reduced to 6.0 × 10 −6 Pa.

(ZnOバッファ層の形成)
次いで、基板21の温度はそのままに、スパッタ装置内にアルゴン及び窒素ガスを導入した。そして、高周波バイアスをZnOターゲット側に印加し、炉内の圧力を0.5Paに保ち、Arガスに対して25%の酸素を導入した条件下で、サファイアからなる基板21上に、ZnOからなる単結晶のZnOバッファ層22を成膜した。そして、予め測定した成膜速度(0.8nm/s)に従い、規定した時間の処理により、500nmのZnO(ZnOバッファ層22)を成膜後、プラズマ動作を停止し、基板21をトランスファチャンバへ搬出した。
(Formation of ZnO buffer layer)
Next, argon and nitrogen gas were introduced into the sputtering apparatus while keeping the temperature of the substrate 21 as it was. Then, a high frequency bias is applied to the ZnO target side, the pressure in the furnace is kept at 0.5 Pa, and 25% oxygen is introduced into the Ar gas, and the substrate 21 made of sapphire is made of ZnO. A single crystal ZnO buffer layer 22 was formed. Then, after depositing 500 nm of ZnO (ZnO buffer layer 22) by processing for a prescribed time in accordance with the film formation rate (0.8 nm / s) measured in advance, the plasma operation is stopped and the substrate 21 is transferred to the transfer chamber. Carried out.

(AlNバッファ層の形成)
次に、ZnOバッファ層22が形成された基板21をAlN成膜用のチャンバ内へ導入した。この際、チャンバ内の基板加熱用のヒータを予め500℃に加熱し、温度を安定させるために、そのまま一定時間保持した。
次いで、スパッタ装置内にアルゴン及び窒素ガスを導入した。そして、高周波バイアスをAlNターゲット側に印加し、炉内の圧力を0.5Paに保ち、Arガスと窒素ガスを、ガス全体における窒素の比を75%とした条件で導入しつつ、サファイアからなる基板21上に、AlN単結晶からなるAlOバッファ層23を成膜した。そして、予め測定した成膜速度(0.067nm/s)に従い、規定した時間の処理により、40nmのAlN(AlNバッファ層23)を成膜後、プラズマ動作を停止し、基板21の温度を低下させた。
(Formation of AlN buffer layer)
Next, the substrate 21 on which the ZnO buffer layer 22 was formed was introduced into the AlN film forming chamber. At this time, the heater for heating the substrate in the chamber was heated to 500 ° C. in advance and held for a certain period of time in order to stabilize the temperature.
Next, argon and nitrogen gas were introduced into the sputtering apparatus. Then, a high frequency bias is applied to the AlN target side, the pressure in the furnace is kept at 0.5 Pa, and Ar gas and nitrogen gas are introduced under the condition that the ratio of nitrogen in the whole gas is 75%, and is made of sapphire. An AlO buffer layer 23 made of AlN single crystal was formed on the substrate 21. Then, according to the film formation rate (0.067 nm / s) measured in advance, after the film formation of 40 nm of AlN (AlN buffer layer 23) by the treatment for the specified time, the plasma operation is stopped and the temperature of the substrate 21 is lowered. I let you.

そして、基板21上に形成した、ZnOバッファ層22上のAlNバッファ層23の表面のX線ロッキングカーブ(XRC)を、X線測定装置(スペクトリス社製、型番:X‘pert Pro MRD)を用いて測定した。この測定は、CuKα線X線発生源を光源として用いて行なった。この結果、ZnOバッファ層22上に形成されたAlNバッファ層23のXRC半値幅は0.1°と優れた特性を示しており、ZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23が良好に配向していることが確認できた。   Then, an X-ray rocking curve (XRC) of the surface of the AlN buffer layer 23 on the ZnO buffer layer 22 formed on the substrate 21 is used with an X-ray measuring apparatus (Spectris Co., Ltd., model number: X'pert Pro MRD). Measured. This measurement was performed using a CuKα ray X-ray generation source as a light source. As a result, the XRC half-value width of the AlN buffer layer 23 formed on the ZnO buffer layer 22 has an excellent characteristic of 0.1 °, and the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 are well oriented. I was able to confirm.

『n型半導体層の形成』
(下地層の形成)
次いで、ZnOバッファ層22及びAlNバッファ層23が成膜された基板21をスパッタ装置内から取り出してMOCVD装置内に搬送し、AlNバッファ層23上に、以下の手順でGaNからなる下地層を成膜した。
まず、当該基板21を反応炉(MOCVD装置)内に導入した。次いで、反応炉内に窒素ガスを流通させた後、ヒータを作動させて、基板温度を室温から500℃に昇温した。そして、基板の温度を500℃に保ったまま、NHガスおよび窒素ガスを流通させて、気相成長反応炉内の圧力を95kPaとした。続いて、基板温度を1000℃まで昇温させ、基板の表面をサーマルクリーニング(thermal cleaning)した。なお、サーマルクリーニングの終了後も、気相成長反応炉内への窒素ガスの供給を継続させた。
“Formation of n-type semiconductor layers”
(Formation of underlayer)
Next, the substrate 21 on which the ZnO buffer layer 22 and the AlN buffer layer 23 are formed is taken out from the sputtering apparatus and transferred to the MOCVD apparatus, and a base layer made of GaN is formed on the AlN buffer layer 23 by the following procedure. Filmed.
First, the substrate 21 was introduced into a reaction furnace (MOCVD apparatus). Next, after flowing nitrogen gas through the reaction furnace, the heater was operated to raise the substrate temperature from room temperature to 500 ° C. Then, while keeping the temperature of the substrate to 500 ° C., and allowed to flow NH 3 gas and nitrogen gas, the pressure of the vapor phase growth reaction furnace was 95 kPa. Subsequently, the substrate temperature was raised to 1000 ° C., and the surface of the substrate was subjected to thermal cleaning. Note that the supply of nitrogen gas into the vapor growth reactor was continued even after the thermal cleaning was completed.

その後、アンモニアガスの流通を続けながら、水素雰囲気中で基板の温度を1100℃に昇温させるとともに、反応炉内の圧力を40kPaとした。基板温度が1100℃で安定するのを確認した後、トリメチルガリウム(TMG)及びシラン(SiH)の、気相成長反応炉内への供給を開始し、バッファ層12上に下地層14aを構成するSiをドープした窒化ガリウム系化合物半導体(GaN)を成膜する工程を開始した。このようにしてGaNを成長させた後、TMG及びシランの配管のバルブを切り替え、原料の反応炉への供給を終了してGaNの成長を停止した。
以上の工程により、基板21上に成膜された単結晶ZnOからなるZnOバッファ層22、及び、単結晶AlNからなるAlNバッファ層23の上に、Siドープで8μmの膜厚のGaNからなる下地層を成膜した。
Then, while continuing the circulation of ammonia gas, the temperature of the substrate was raised to 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere, and the pressure in the reaction furnace was set to 40 kPa. After confirming that the substrate temperature is stabilized at 1100 ° C., supply of trimethylgallium (TMG) and silane (SiH 4 ) into the vapor phase growth reactor is started, and the underlayer 14 a is formed on the buffer layer 12. A process of forming a Si-doped gallium nitride compound semiconductor (GaN) was started. After growing GaN in this way, the valves of the TMG and silane pipes were switched, the supply of raw materials to the reactor was terminated, and the growth of GaN was stopped.
Through the above steps, on the ZnO buffer layer 22 made of single crystal ZnO formed on the substrate 21 and the AlN buffer layer 23 made of single crystal AlN, the lower layer made of GaN having a thickness of 8 μm is doped with Si. A formation was formed.

(n型コンタクト層の形成)
下地層の形成に引き続き、同じMOCVD装置によってGaNからなるn型コンタクト層を形成した。n型コンタクト層には、下地層と同様にSiをドープした。Siのドーパント濃度を下地層では2.5×1018cm−3、n型コンタクト層では5×1018cm−3とした。また、この際の結晶成長は、Siのドーパント原料のSiHの流量を変えた点を除き、下地層と同じ条件によって行った。
(Formation of n-type contact layer)
Subsequent to the formation of the underlayer, an n-type contact layer made of GaN was formed by the same MOCVD apparatus. The n-type contact layer was doped with Si in the same manner as the underlayer. Si of 2.5 × 10 18 cm -3 is the dopant concentration in the base layer, the n-type contact layer was 5 × 10 18 cm -3. The crystal growth at this time was performed under the same conditions as the underlayer except that the flow rate of SiH 4 as the Si dopant raw material was changed.

そして、上記条件で成膜された下地層及びn型コンタクト層の積層構造について、表面のXRC半値幅を上記同様の方法で測定したところ、(0002)面が70arcsec、(10-10)面が350arcsecであり、結晶性に優れることが認められた。   And about the laminated structure of the base layer and n type contact layer formed into a film on the said conditions, when the XRC half value width of the surface was measured by the same method as the above, (0002) plane is 70 arcsec and (10-10) plane is It was 350 arcsec, and excellent crystallinity was confirmed.

上記工程により、表面に逆スパッタを施したサファイアからなる基板21上に、単結晶ZnOからなるZnOバッファ層22、及び、単結晶AlNからなるAlNバッファ層23を形成し、その上に、2.5×1018cm−3のキャリア濃度を有する8μmのSiドープGaNからなるn型下地層と、5×1018cm−3のキャリア濃度を持つ2μmのSiドープGaNからなるn型コンタクト層を形成した。成膜後に装置内から取り出した基板は無色透明であり、GaN層(ここではn型コンタクト層)の表面は鏡面であった。 Through the above steps, a ZnO buffer layer 22 made of single crystal ZnO and an AlN buffer layer 23 made of single crystal AlN are formed on a substrate 21 made of sapphire whose surface has been reverse sputtered. 5 and × 10 18 cm carrier concentration -3 consists 8μm of Si-doped GaN having n-type base layer, an n-type contact layer made of 2μm of Si-doped GaN having a carrier concentration of 5 × 10 18 cm -3 is formed did. The substrate taken out from the apparatus after film formation was colorless and transparent, and the surface of the GaN layer (here, n-type contact layer) was a mirror surface.

(n型クラッド層の形成)
上記手順でn型コンタクト層を成長させた基板をMOCVD装置に導入した後、アンモニアを流通させながら、キャリアガスを窒素として、基板温度を760℃へ低下させた。
この際、炉内の温度の変更を待つ間に、SiHの供給量を設定した。流通させるSiHの量については事前に計算を行い、Siドープ層の電子濃度が4×1018cm−3となるように調整した。アンモニアはそのままの流量で炉内へ供給し続けた。
(Formation of n-type cladding layer)
After the substrate on which the n-type contact layer was grown by the above procedure was introduced into the MOCVD apparatus, the substrate temperature was lowered to 760 ° C. using nitrogen as the carrier gas while circulating ammonia.
At this time, the supply amount of SiH 4 was set while waiting for the temperature change in the furnace. The amount of SiH 4 to be circulated was calculated in advance and adjusted so that the electron concentration of the Si-doped layer was 4 × 10 18 cm −3 . Ammonia continued to be fed into the furnace at the same flow rate.

次いで、アンモニアをチャンバ内に流通させながら、SiHガスと、バブリングによって発生させたTMI及びTEGの蒸気を炉内へ流通させ、Ga0.99In0.01Nからなる層を1.7nm、GaNからなる層を1.7nmで各々成膜した。このような成膜処理を19サイクル繰り返した後、最後に、Ga0.99In0.01Nからなる層を1.7nmで再度、成長させた。また、この工程処理を行なっている間は、SiHの流通を継続した。これにより、SiドープのGa0.99In0.01NとGaNの超格子構造からなるn型クラッド層を形成した。 Next, while circulating ammonia in the chamber, SiH 4 gas and vapors of TMI and TEG generated by bubbling were circulated into the furnace, and a layer composed of Ga 0.99 In 0.01 N was 1.7 nm, Each layer of GaN was formed at 1.7 nm. After 19 cycles of such a film formation process, finally, a layer made of Ga 0.99 In 0.01 N was grown again at 1.7 nm. In addition, while this process was performed, the distribution of SiH 4 was continued. As a result, an n-type cladding layer having a superlattice structure of Si-doped Ga 0.99 In 0.01 N and GaN was formed.

『発光層の形成』
次いで、上記手順で作製したn型クラッド層上に、MOCVD法により、発光層7を積層した。
発光層7は、GaNからなる障壁層と、Ga0.92In0.08Nからなる井戸層とから構成され、多重量子井戸構造を有する。この発光層7の形成にあたっては、SiドープのGaInNとGaNの超格子構造からなるn型クラッド層上に、まず、障壁層を形成し、この障壁層上に、Ga0.92In0.08Nからなる井戸層を形成した。本例では、このような積層手順を6回繰り返した後、6番目に積層した井戸層上に、7番目の障壁層を形成し、多重量子井戸構造を有する発光層7の両側に障壁層を配した構造とした。
"Formation of light emitting layer"
Subsequently, the light emitting layer 7 was laminated | stacked by MOCVD method on the n-type clad layer produced in the said procedure.
The light emitting layer 7 is composed of a barrier layer made of GaN and a well layer made of Ga 0.92 In 0.08 N, and has a multiple quantum well structure. In forming the light emitting layer 7, a barrier layer is first formed on an n-type clad layer having a superlattice structure of Si-doped GaInN and GaN, and Ga 0.92 In 0.08 is formed on the barrier layer. A well layer made of N was formed. In this example, after repeating such a stacking procedure six times, the seventh barrier layer is formed on the sixth stacked well layer, and the barrier layers are formed on both sides of the light emitting layer 7 having the multiple quantum well structure. The structure was arranged.

まず、基板温度は760℃のままでTEGとSiHの炉内への供給を開始し、所定の時間SiをドープしたGaNからなる初期障壁層を0.8nm形成し、TEGとSiHの供給を停止した。その後、サセプタの温度を920℃に昇温した。そして、TEGとSiHの炉内への供給を再開し、基板温度920℃のままで、さらに、1.7nmの中間障壁層の成長を行った後、TEGとSiHの炉内供給を停止した。続いて、サセプタ温度を760℃に下げ、TEGとSiHの供給を開始し、さらに、3.5nmの最終障壁層の成長を行った後、再びTEGとSiHの供給を停止して、GaN障壁層の成長を終了した。上述のような3段階の成膜処理により、初期障壁層、中間障壁層及び最終障壁層の3層からなり、総膜厚が6nmのSiドープGaNからなる障壁層を形成した。SiHの量は、Si濃度が1×1017cm−3になるように調整した。 First, supply of TEG and SiH 4 into the furnace is started with the substrate temperature kept at 760 ° C., an initial barrier layer made of GaN doped with Si for a predetermined time is formed to 0.8 nm, and supply of TEG and SiH 4 is performed. Stopped. Thereafter, the temperature of the susceptor was raised to 920 ° C. Then, the supply of TEG and SiH 4 into the furnace was restarted, and the 1.7 nm intermediate barrier layer was grown while the substrate temperature remained at 920 ° C., and then the supply of TEG and SiH 4 into the furnace was stopped. did. Subsequently, the susceptor temperature is lowered to 760 ° C., the supply of TEG and SiH 4 is started, and after the growth of the final barrier layer of 3.5 nm, the supply of TEG and SiH 4 is stopped again, and the GaN Finished the growth of the barrier layer. By the three-stage film formation process as described above, a barrier layer made of Si-doped GaN having a total film thickness of 6 nm was formed, which was composed of three layers of an initial barrier layer, an intermediate barrier layer, and a final barrier layer. The amount of SiH 4 was adjusted so that the Si concentration was 1 × 10 17 cm −3 .

上記障壁層の成長終了後、TEGとTMIを炉内へ供給して井戸層の成膜処理を行ない、3nmの膜厚を成すGa0.92In0.08N層(井戸層)を形成した。
そして、Ga0.92In0.08Nからなる井戸層の成長終了後、TEGの供給量の設定を変更した。引き続いて、TEGおよびSiH4の供給を再開し、2層目の障壁層の形成を行なった。
上述のような手順を6回繰り返すことにより、6層のSiドープGaNからなる障壁層と、6層のGa0.92In0.08Nからなる井戸層を形成した。
After the growth of the barrier layer, TEG and TMI were supplied into the furnace to form a well layer, and a Ga 0.92 In 0.08 N layer (well layer) having a thickness of 3 nm was formed. .
Then, after the growth of the well layer made of Ga 0.92 In 0.08 N, the setting of the TEG supply amount was changed. Subsequently, the supply of TEG and SiH 4 was restarted to form a second barrier layer.
By repeating the above procedure six times, a barrier layer made of 6 Si-doped GaN and a well layer made of 6 Ga 0.92 In 0.08 N were formed.

そして、6層目のGa0.92In0.08Nからなる井戸層を形成した後、引き続いて7層目の障壁層の形成を行った。7層目の障壁層の形成処理においては、まず、SiHの供給を停止し、アンドープGaNからなる初期障壁層を形成した後、TEGの炉内への供給を続けたままで基板温度を920℃に昇温し、この基板温度920℃にて規定の時間で中間障壁層の成長を行なった後、TEGの炉内への供給を停止した。続いて、基板温度を760℃に下げ、TEGの供給を開始し、最終障壁層の成長を行った後、再びTEGの供給を停止し、障壁層の成長を終了した。これにより、初期障壁層、中間障壁層及び最終障壁層の3層からなり、総膜厚が4nmのアンドープGaNからなる障壁層を形成した。 A sixth well layer composed of Ga 0.92 In 0.08 N was formed, and then a seventh barrier layer was formed. In the formation process of the seventh barrier layer, first, the supply of SiH 4 is stopped, an initial barrier layer made of undoped GaN is formed, and then the substrate temperature is kept at 920 ° C. while the supply of TEG into the furnace is continued. The intermediate barrier layer was grown for a specified time at a substrate temperature of 920 ° C., and then the supply of TEG into the furnace was stopped. Subsequently, the substrate temperature was lowered to 760 ° C., the supply of TEG was started, and after the final barrier layer was grown, the supply of TEG was stopped again, and the growth of the barrier layer was completed. As a result, a barrier layer made of undoped GaN having a total film thickness of 4 nm was formed, consisting of three layers of an initial barrier layer, an intermediate barrier layer, and a final barrier layer.

以上の手順にて、厚さが不均一な井戸層と、厚さが均一な井戸層を含んだ多重量子井戸構造の発光層7を形成した。   The light emitting layer 7 having a multiple quantum well structure including a well layer having a non-uniform thickness and a well layer having a uniform thickness was formed by the above procedure.

『p型半導体層の形成』
上述の各工程に引き続き、同じMOCVD装置を用いて、4層のノンドープのAl0.06Ga0.94Nと3層のMgをドープしたGaNよりなる超格子構造を持つp型クラッド層を成膜し、更に、その上に膜厚が200nmのMgドープGaNからなるp型コンタクト層を成膜し、p型半導体層6とした。
“Formation of p-type semiconductor layer”
Subsequent to the above steps, a p-type cladding layer having a superlattice structure composed of four layers of non-doped Al 0.06 Ga 0.94 N and three layers of Mg-doped GaN is formed using the same MOCVD apparatus. Further, a p-type contact layer made of Mg-doped GaN having a thickness of 200 nm was formed thereon to form a p-type semiconductor layer 6.

まず、NHガスを供給しながら基板温度を975℃へ昇温した後、この温度でキャリアガスを窒素から水素に切り替えた。続いて、基板温度を1050℃に変更した。そして、炉内へTMGとTMAを供給することにより、ノンドープのAl0.06Ga0.94Nからなる層2.5nmを成膜した。引き続き、インターバルを取らずに、TMAのバルブを閉じてCpMgのバルブを開け、MgをドープしたGaNの層を2.5nm成膜した。
以上のような操作を3回繰り返し、最後にアンドープAl0.06Ga0.94Nの層を形成することにより、超格子構造よりなるp型クラッド層を形成した。
First, the substrate temperature was raised to 975 ° C. while supplying NH 3 gas, and then the carrier gas was switched from nitrogen to hydrogen at this temperature. Subsequently, the substrate temperature was changed to 1050 ° C. Then, by supplying TMG and TMA into the furnace, a 2.5 nm layer made of non-doped Al 0.06 Ga 0.94 N was formed. Subsequently, without taking an interval, the TMA valve was closed and the Cp 2 Mg valve was opened to form a Mg-doped GaN layer of 2.5 nm.
The above operation was repeated three times, and finally a p-type cladding layer having a superlattice structure was formed by forming an undoped Al 0.06 Ga 0.94 N layer.

その後、CpMgとTMGのみを炉内へ供給して、200nmのp型GaNよりなるp型コンタクト層を形成することにより、p型半導体層6を形成した。 Thereafter, only Cp 2 Mg and TMG were supplied into the furnace to form a p-type contact layer made of 200-nm p-type GaN, thereby forming a p-type semiconductor layer 6.

上述のようにして作製した発光素子(LED)用のエピタキシャルウェーハは、c面を有するサファイアからなる基板21上に、単結晶ZnOからなるZnOバッファ層22及び単結晶AlNからなるAlNバッファ層23を形成し、その上に、基板21側から順に、8μmのアンドープGaN層(下地層)、5×1018cm−3の電子濃度を持つ2μmのSiドープGaNとからなるn型コンタクト層、4×1018cm−3のSi濃度を有し、20層の1.7nmのGa0.99In0.01Nと19層の1.7nmのGaNからなる超格子構造を有するクラッド層(n型クラッド層)、GaN障壁層に始まってGaN障壁層に終わり、層厚が6nmとされた6層のSiドープのGaNからなる障壁層と、層厚が3nmとされた6層のノンドープのGa0.92In0.08Nからなる井戸層と、ノンドープのGaNからなる最上位障壁層とからなる多重量子井戸構造(発光層7)、膜厚が2.5nmのノンドープAl0.06Ga0.94Nからなる4つの層と、膜厚が2.5nmのMgドープAl0.01Ga0.99Nからなり超格子構造を有する3つの層から構成されるp型クラッド層、及び、膜厚が200nmのMgドープGaNからなるp型コンタクト層から構成されるp型半導体層6を積層した構造を有する。 The epitaxial wafer for a light emitting device (LED) manufactured as described above has a ZnO buffer layer 22 made of single crystal ZnO and an AlN buffer layer 23 made of single crystal AlN on a substrate 21 made of sapphire having a c-plane. An n-type contact layer composed of an 8 μm undoped GaN layer (underlying layer) and 2 μm Si-doped GaN having an electron concentration of 5 × 10 18 cm −3 in order from the substrate 21 side. A clad layer having an Si concentration of 10 18 cm −3 and having a superlattice structure composed of 20 layers of 1.7 nm Ga 0.99 In 0.01 N and 19 layers of 1.7 nm GaN (n-type clad Layer), a barrier layer made of Si-doped GaN having a layer thickness of 6 nm, and a layer thickness of 6 nm. And undoped well layer made of Ga 0.92 In 0.08 N, the multiple quantum well structure (the light-emitting layer 7) consisting of a top-barrier layer made of undoped GaN, thickness 2.5nm of undoped Al 0 and four layers consisting of .06 Ga 0.94 N, p-type cladding layer composed of three layers having a thickness having a superlattice structure composed of 2.5nm of Mg-doped Al 0.01 Ga 0.99 N And a p-type semiconductor layer 6 composed of a p-type contact layer made of Mg-doped GaN having a thickness of 200 nm.

『反射性p型電極層の形成』
次いで、半導体層11のp型半導体層6側に、反射性p型電極層5を形成した。具体的には、まず、酸により洗浄したp側半導体層6の表面に、一般的なフォトリソグラフィの手法により、反射性p型電極層5を形成する領域以外の部分にレジスト膜を形成した。
次に、この基板をスパッタ装置の真空チャンバ内へ導入し、順次、オーミック接触形成のためのPt層、光反射のためのAg合金層、支持基板24の接合のためのAu合金層を形成することにより、反射性p型電極層5を形成した。そして、最後にレジスト膜を除去した。
“Formation of reflective p-type electrode layer”
Next, the reflective p-type electrode layer 5 was formed on the p-type semiconductor layer 6 side of the semiconductor layer 11. Specifically, first, a resist film was formed on the surface of the p-side semiconductor layer 6 cleaned with acid by a general photolithography technique in a portion other than the region where the reflective p-type electrode layer 5 was to be formed.
Next, this substrate is introduced into the vacuum chamber of the sputtering apparatus, and a Pt layer for forming ohmic contact, an Ag alloy layer for reflecting light, and an Au alloy layer for bonding the support substrate 24 are formed in sequence. Thus, the reflective p-type electrode layer 5 was formed. Finally, the resist film was removed.

『分離溝の形成』
次いで、半導体層11に、反射性p型電極層5側から基板21にまで達する分離溝12を形成した。具体的には、フォトリソグラフィにより、分離溝を形成する領域のみを露出させた保護膜を形成し、縦横にレーザスクライブを施すことにより、基板21まで達する溝を形成した。この際、レーザスクライブによって発生した「デブリ」と呼ばれる残渣は、燐酸処理によって除去した。そして、保護膜を除去した。
“Formation of separation grooves”
Next, a separation groove 12 reaching the substrate 21 from the reflective p-type electrode layer 5 side was formed in the semiconductor layer 11. Specifically, a protective film in which only the region for forming the separation groove was exposed was formed by photolithography, and a groove reaching the substrate 21 was formed by performing laser scribing vertically and horizontally. At this time, a residue called “debris” generated by laser scribing was removed by phosphoric acid treatment. Then, the protective film was removed.

『支持基板の接合』
次いで、半導体層11のp型半導体層6側、つまり反射性p型電極層5に、Siからなる支持基板24を、接着によって反射性p型電極層5上に接合した。なお、Siからなる支持基板24には、最表面をAu合金とする接合層を予め形成しておき、活性化接合法によって接合した。なお、本実施例においては、上記構成により、支持基板24が正極として機能する。
"Joining of support substrates"
Next, a support substrate 24 made of Si was bonded onto the reflective p-type electrode layer 5 by bonding to the p-type semiconductor layer 6 side of the semiconductor layer 11, that is, the reflective p-type electrode layer 5. Note that a bonding layer whose outermost surface is an Au alloy was formed in advance on the support substrate 24 made of Si, and bonded by an activated bonding method. In this embodiment, the support substrate 24 functions as a positive electrode due to the above configuration.

『ZnOバッファ層及び基板の除去』
次いで、塩酸をエッチング液として用いてZnOバッファ層22を溶解させ、除去するとともに、これに伴い、基板21を半導体層11及びAlNバッファ層23側から剥離させた。この際、ウェーハを塩酸に含浸させる前に、グルービングと呼ぶ手法により、ウェーハの複数の場所に細い径のドリルを用いて基板21まで達する孔を形成し、この孔を通じてエッチング液がZnOバッファ層22まで行き渡るようにした。
“Removal of ZnO buffer layer and substrate”
Next, the ZnO buffer layer 22 was dissolved and removed using hydrochloric acid as an etching solution, and the substrate 21 was peeled off from the semiconductor layer 11 and the AlN buffer layer 23 side. At this time, before the wafer is impregnated with hydrochloric acid, holes reaching the substrate 21 are formed at a plurality of locations on the wafer by using a narrow diameter drill by a technique called grooving, and the etching solution is passed through the holes to the ZnO buffer layer 22. I was going to go around.

『光取出面の粗面化』
次いで、光取出面11aのAlNバッファ層23及びn型半導体層8を構成する下地層を除去するとともに、n型半導体層8の光取出面11aを粗面化した。
具体的には、n型半導体層8の光取出面11aを、加熱したKOH溶液に浸漬することにより、AlNバッファ層23及び下地層を除去し、さらに、光取出面11aを粗面化した。
"Roughening of the light extraction surface"
Next, the AlN buffer layer 23 on the light extraction surface 11a and the base layer constituting the n-type semiconductor layer 8 were removed, and the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8 was roughened.
Specifically, the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8 was immersed in a heated KOH solution to remove the AlN buffer layer 23 and the base layer, and the light extraction surface 11a was roughened.

『負極(n型電極)の形成』
次いで、以下に説明するような手順により、n型半導体層8側に負極(n型電極)9を形成した。
具体的には、まず、一般的に知られたフォトリソグラフィの手法により、負極9を形成する領域以外の部分にレジストによる保護膜を形成し、レジスト膜の形成されていない領域のn型半導体層8の上に、スパッタ法によって負極9を形成した。
“Formation of negative electrode (n-type electrode)”
Next, a negative electrode (n-type electrode) 9 was formed on the n-type semiconductor layer 8 side by the procedure described below.
Specifically, first, a protective film made of a resist is formed in a portion other than a region where the negative electrode 9 is formed by a generally known photolithography technique, and an n-type semiconductor layer in a region where no resist film is formed A negative electrode 9 was formed on 8 by sputtering.

『絶縁膜の形成』
次いで、スパッタ法を用いて、SiOからなる絶縁膜10を、各半導体層11の側面11bと、各半導体層11の光取り出し面11aの外周部分を覆うように形成した。
具体的には、半導体層11の全体に絶縁膜10を形成した後、光取出面11aの中央部以外の部分にレジストを形成し、ドライエッチングすることにより、上記形状の絶縁膜10とした。
"Formation of insulating film"
Next, the insulating film 10 made of SiO 2 was formed by using a sputtering method so as to cover the side surface 11 b of each semiconductor layer 11 and the outer peripheral portion of the light extraction surface 11 a of each semiconductor layer 11.
Specifically, after the insulating film 10 is formed on the entire semiconductor layer 11, a resist is formed on a portion other than the central portion of the light extraction surface 11a, and dry etching is performed to obtain the insulating film 10 having the above shape.

『素子単位への分割』
次いで、基体である支持基板24を、複数に分割された半導体層11に沿って切断し、半導体層11が積層されたウェーハを素子単位に分割した。
具体的には、正極4上に形成された複数の半導体層11の各々の間の分断溝12に沿って、レーザスクライブ法によって支持基板24にレーザを照射し、切断した。
これにより、図11(図1も参照)に示すような、複数の発光素子1を作製した。
“Division into element units”
Next, the support substrate 24 as a base was cut along the semiconductor layer 11 divided into a plurality of parts, and the wafer on which the semiconductor layer 11 was laminated was divided into element units.
Specifically, the support substrate 24 was irradiated with a laser by a laser scribing method along the dividing grooves 12 between the plurality of semiconductor layers 11 formed on the positive electrode 4 and cut.
Thus, a plurality of light emitting elements 1 as shown in FIG. 11 (see also FIG. 1) were manufactured.

『LED(ランプ)の作成』
次いで、上記各実施例の方法で得られた発光素子1を用いてLED(ランプ)を作製した。
具体的には、図15に示すように、上述の手順で正極4及び負極9の各電極が形成された発光素子1を用い、2本のフレームの内の一方(図15ではフレーム81)に発光素子1を銀ペーストなどの導電性接着材で接着して発光素子1の正極4(図1に示す符号4参照)をフレーム81に接合し、負極9(図1に示す符号9参照)をワイヤー83でフレーム82に接合した。そして、透明な樹脂からなるモールド84で発光素子1の周辺を封止することにより、砲弾型のランプ80を作製した。
“Creating an LED”
Subsequently, LED (lamp) was produced using the light emitting element 1 obtained by the method of each said Example.
Specifically, as shown in FIG. 15, the light emitting element 1 in which the positive electrode 4 and the negative electrode 9 are formed by the above-described procedure is used, and one of the two frames (frame 81 in FIG. 15) is used. The light emitting element 1 is bonded with a conductive adhesive such as silver paste, and the positive electrode 4 (see reference numeral 4 shown in FIG. 1) of the light emitting element 1 is joined to the frame 81, and the negative electrode 9 (see reference numeral 9 shown in FIG. 1). The wire 83 was joined to the frame 82. Then, the periphery of the light emitting element 1 was sealed with a mold 84 made of a transparent resin, so that a shell-type lamp 80 was produced.

上述のようにして作製したランプ80のp側(正極4)およびn側(負極9)の電極間に順方向電流を流したところ、電流20mAにおける順方向電圧は3.1Vであった。また、n型半導体層8の光取出面11aを通して発光状態を観察したところ、発光波長は450nmであり、発光出力は35mWを示した。このようなランプ(発光素子)の特性は、作製したウェーハのほぼ全面から作製された発光素子について、ばらつきなく得られた。   When a forward current was passed between the p-side (positive electrode 4) and n-side (negative electrode 9) electrodes of the lamp 80 produced as described above, the forward voltage at a current of 20 mA was 3.1V. Moreover, when the light emission state was observed through the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8, the light emission wavelength was 450 nm, and the light emission output was 35 mW. Such characteristics of the lamp (light-emitting element) were obtained with no variation for light-emitting elements manufactured from almost the entire surface of the manufactured wafer.

[実施例2]
本比較例においては、上記実施例1と同じLED積層構造を有する半導体基板(図2(a)等を参照)を用いて、図14に例示するようなフリップチップ型の発光素子50を作製した。具体的には、上記実施例1における『p型半導体層の形成』迄においては、下地層をアンドープとした点を除き、同様の手順によって半導体ウェーハを作製し、その後、以下に説明する手順によって発光素子並びにランプを作製した。
[Example 2]
In this comparative example, a flip-chip type light emitting element 50 as illustrated in FIG. 14 was manufactured using a semiconductor substrate (see FIG. 2A and the like) having the same LED laminated structure as in Example 1 above. . Specifically, until the “formation of the p-type semiconductor layer” in Example 1 above, a semiconductor wafer is manufactured by the same procedure except that the base layer is undoped, and then the procedure described below is performed. A light emitting device and a lamp were produced.

『正極(p型電極)の形成』
上記実施例1の『p型半導体層の形成』迄と同様の工程により、図示略の基板上に各層が形成されたウェーハを用い、実施例1と同様に、半導体層のp型半導体層56側に、反射性p型電極層55を形成し、引き続き、その上に正極(p型電極)54を形成した。
具体的には、まず、酸によって洗浄したp側半導体層56の表面に、一般的なフォトリソグラフィ手法により、正極54を形成する領域以外の部分にレジスト膜を形成した。
次いで、この基板をスパッタ装置の真空チャンバ内に導入し、順次、オーミック接触形成のためのPt層、光反射のためのAg合金層、支持基板接合のためのAu合金層を形成することにより、反射性p型電極層55を形成し、引き続き、反射性p型電極層55上に正極54を形成した。
“Formation of positive electrode (p-type electrode)”
Using a wafer in which each layer is formed on a substrate (not shown) by the same process up to the “formation of the p-type semiconductor layer” in the first embodiment, the p-type semiconductor layer 56 of the semiconductor layer is used as in the first embodiment. A reflective p-type electrode layer 55 was formed on the side, and then a positive electrode (p-type electrode) 54 was formed thereon.
Specifically, first, a resist film was formed on the surface of the p-side semiconductor layer 56 cleaned with acid by a general photolithography technique in a portion other than the region where the positive electrode 54 was to be formed.
Next, this substrate is introduced into a vacuum chamber of a sputtering apparatus, and sequentially formed a Pt layer for ohmic contact formation, an Ag alloy layer for light reflection, and an Au alloy layer for bonding a support substrate, A reflective p-type electrode layer 55 was formed, and then a positive electrode 54 was formed on the reflective p-type electrode layer 55.

『負極(n型電極)の形成』
次いで、以下に説明するような手順により、n型半導体層58に負極59を形成した。
具体的には、まず、一般的に知られたフォトリソグラフィの手法により、負極59を形成する領域以外の部分にレジストによる保護膜を形成し、SiClのみからなるガスを用い、ドライエッチング法により、レジスト膜の形成されていない領域のp型半導体層56及び発光層57に加え、n型半導体層58の一部を除去してn型半導体層58を露出させた。次いで、湿式処理によって露出したn型半導体層58の表面の汚れを除去した後、n型半導体層58上に、スパッタ法によって負極59を形成した。負極59の最表面には、正極54と同様、支持基板との接合のためのAu接合層を形成し、高さが、最終的に正極54の最表面の高さと略一致するように、各電極の厚さを設計、調整した。そして、最後にレジスト膜を除去した。
“Formation of negative electrode (n-type electrode)”
Next, the negative electrode 59 was formed on the n-type semiconductor layer 58 by the procedure described below.
Specifically, first, a protective film made of a resist is formed in a portion other than a region where the negative electrode 59 is formed by a generally known photolithography technique, and a dry etching method is performed using a gas composed of only SiCl 4. In addition to the p-type semiconductor layer 56 and the light emitting layer 57 in the region where the resist film is not formed, a part of the n-type semiconductor layer 58 was removed to expose the n-type semiconductor layer 58. Next, after removing dirt on the surface of the n-type semiconductor layer 58 exposed by wet processing, a negative electrode 59 was formed on the n-type semiconductor layer 58 by sputtering. Similarly to the positive electrode 54, an Au bonding layer for bonding to the support substrate is formed on the outermost surface of the negative electrode 59, and each height is finally substantially equal to the height of the outermost surface of the positive electrode 54. The electrode thickness was designed and adjusted. Finally, the resist film was removed.

『分離溝の形成』
次いで、半導体層に、正極54側から基板まで達する分離溝を形成した。具体的には、フォトリソグラフィにより、分離溝を形成する領域のみを露出させた保護膜を形成し、縦横にレーザスクライブを施すことにより、基板にまで達する分離溝を形成した。この際、レーザスクライブによって発生した「デブリ」と呼ばれる残渣は、燐酸処理によって除去した。そして、保護膜を除去した。
“Formation of separation grooves”
Next, a separation groove reaching the substrate from the positive electrode 54 side was formed in the semiconductor layer. Specifically, a protective film exposing only the region where the separation groove is to be formed was formed by photolithography, and laser scribe was applied vertically and horizontally to form the separation groove reaching the substrate. At this time, a residue called “debris” generated by laser scribing was removed by phosphoric acid treatment. Then, the protective film was removed.

『素子単位への分割』
次いで、基板を、複数に分割された半導体層に沿って切断し、半導体層が積層されたウェーハを素子単位に分割した。
具体的には、半導体層に形成されたチップパターンの各々の間の分断溝に沿って、レーザスクライブ法によって基板側からレーザを照射し、切断した。
“Division into element units”
Next, the substrate was cut along a plurality of divided semiconductor layers, and the wafer on which the semiconductor layers were stacked was divided into element units.
Specifically, the laser was radiated from the substrate side along the dividing groove between each of the chip patterns formed in the semiconductor layer by a laser scribing method and cut.

『支持基板の接合』
次いで、分割されたチップを、サファイア面を上にして、Geからなる支持基板51上に載置し、共晶接合によって接合した。具体的には、絶縁性のGeからなる基板の表面上に、Au合金によって図示略の配線パターンが形成されたものを支持基板51として用い、半導体層のp型半導体層56側の正極54と、負極59の最表層に形成された接合層と、支持基板51上の配線のパターンとを一致させて載せ、パルスヒーティング法と呼ばれる方法によって接合した。
"Joining of support substrates"
Next, the divided chips were placed on the support substrate 51 made of Ge with the sapphire surface facing up, and bonded by eutectic bonding. Specifically, a substrate having a wiring pattern (not shown) formed of Au alloy on the surface of a substrate made of insulating Ge is used as the support substrate 51, and the positive electrode 54 on the p-type semiconductor layer 56 side of the semiconductor layer is used. The bonding layer formed on the outermost layer of the negative electrode 59 and the wiring pattern on the support substrate 51 were placed in conformity and bonded by a method called a pulse heating method.

『ZnOバッファ層及び基板の除去』
次いで、塩酸をエッチング液として用いて図示略のZnOバッファ層を溶解させ、除去するとともに、これに伴い、基板を半導体層及びAlNバッファ層53側から剥離させた。
“Removal of ZnO buffer layer and substrate”
Next, the ZnO buffer layer (not shown) was dissolved and removed using hydrochloric acid as an etching solution, and the substrate was peeled off from the semiconductor layer and AlN buffer layer 53 side.

『光取出面の粗面化』
次いで、光取出面のAlNバッファ層53及び図示略の下地層を除去するとともに、n型半導体層58の光取出面を粗面化した。
具体的には、n型半導体層58の光取出面を、加熱したKOH溶液に浸漬することにより、AlNバッファ層53及び下地層を除去し、さらに、光取出面を粗面化した。
"Roughening of the light extraction surface"
Next, the AlN buffer layer 53 on the light extraction surface and a base layer (not shown) were removed, and the light extraction surface of the n-type semiconductor layer 58 was roughened.
Specifically, the AlN buffer layer 53 and the base layer were removed by immersing the light extraction surface of the n-type semiconductor layer 58 in a heated KOH solution, and the light extraction surface was roughened.

『絶縁膜の形成』
次いで、スパッタ法を用いて、SiOからなる絶縁膜を、各半導体層の側面と、各半導体層の光取り出し面の外周部分を覆うように形成した。
具体的には、半導体層の全体に絶縁膜を形成した後、光取出面の中央部以外の部分にレジストを形成し、ドライエッチングすることにより、上記形状の絶縁膜とした。
これにより、図示略のフリップチップ型とされた複数の発光素子を作製した。
"Formation of insulating film"
Next, an insulating film made of SiO 2 was formed using a sputtering method so as to cover the side surface of each semiconductor layer and the outer peripheral portion of the light extraction surface of each semiconductor layer.
Specifically, after an insulating film was formed on the entire semiconductor layer, a resist was formed on a portion other than the central portion of the light extraction surface, and dry etching was performed to obtain the insulating film having the above shape.
As a result, a plurality of light-emitting elements having a flip chip type (not shown) were manufactured.

『LED(ランプ)の作成』
次いで、上記各実施例の方法で得られた発光素子を用いてLED(ランプ)を作製した(図15も参照)。
具体的には、支持基板に描かれた配線パターンのワイヤボンディング領域にワイヤボンドすることにより、通常の2ワイヤチップと同様にしてリードフレームに配線した。そして、透明な樹脂からなるモールドで発光素子の周辺を封止することにより、SMD型のパッケージを作製した。
“Creating an LED”
Subsequently, LED (lamp) was produced using the light emitting element obtained by the method of each of the above examples (see also FIG. 15).
Specifically, by wire bonding to the wire bonding region of the wiring pattern drawn on the support substrate, wiring was performed on the lead frame in the same manner as a normal two-wire chip. And the SMD type package was produced by sealing the periphery of a light emitting element with the mold which consists of transparent resin.

上述のようにして作製したパッケージのp側(正極)およびn側(負極)の電極間に順方向電流を流したところ、電流20mAにおける順方向電圧は3.1Vであった。また、n型半導体層8の光取出面11aを通して発光状態を観察したところ、発光波長は447nmであり、発光出力は30mWを示した。このようなランプ(発光素子)の特性は、作製したウェーハのほぼ全面から作製された発光素子について、ばらつきなく得られた。   When a forward current was passed between the p-side (positive electrode) and n-side (negative electrode) electrodes of the package produced as described above, the forward voltage at a current of 20 mA was 3.1V. Moreover, when the light emission state was observed through the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8, the light emission wavelength was 447 nm and the light emission output was 30 mW. Such characteristics of the lamp (light-emitting element) were obtained with no variation for light-emitting elements manufactured from almost the entire surface of the manufactured wafer.

[比較例]
本比較例においては、サファイアからなる基板のc面上にZnOバッファ層を形成した後、AlNバッファ層を形成せずに半導体層を形成した点を除き、上記実施例1と同様手順を用いて発光素子を作製する各工程を実施した。
[Comparative example]
In this comparative example, the same procedure as in Example 1 was used, except that a ZnO buffer layer was formed on the c-plane of a sapphire substrate, and then a semiconductor layer was formed without forming an AlN buffer layer. Each step of manufacturing a light emitting element was performed.

しかしながら、本比較例では、MOCVD法を用いて半導体層を構成する下地層(n型半導体層)を形成した後に、この積層構造を確認したところ、基板上にZnOバッファ層が残っておらず、基板上において、GaNが形成されていることが認められた。しかしながら、このGaNは、ウェーハに対して若干の刺激を与えるだけで基板から剥離してしまうことが明らかとなった。これは、ZnOバッファ層上に、MOCVD法によって半導体層を成長させる際、ZnOバッファ層が昇華してしまったため、GaNが安定した状態で成膜されなかったものと考えられる。このため、本比較例においては、その後のXRC半値幅等の測定が不可能となった。   However, in this comparative example, after forming the foundation layer (n-type semiconductor layer) constituting the semiconductor layer by using the MOCVD method, the stacked structure was confirmed. As a result, no ZnO buffer layer remained on the substrate, It was confirmed that GaN was formed on the substrate. However, it has become clear that this GaN peels off from the substrate with only a slight stimulus to the wafer. This is probably because when the semiconductor layer was grown on the ZnO buffer layer by the MOCVD method, the ZnO buffer layer was sublimated, so that GaN was not formed in a stable state. For this reason, in this comparative example, subsequent measurement of the XRC half width, etc. became impossible.

[実験例]
本実験例においては、まず、上記実験例1と同様の条件で、サファイアからなる基板上にZnOバッファ層を形成したサンプル基板と、さらにその上にAlNバッファ層を形成したサンプル基板を作製した。そして、これらのサンプル基板を、プラズマ発生機構を持つ真空チャンバに収容し、温度を変えて窒素プラズマに曝し、チャンバ内において各々処理されたサンプル基板のX線ピーク値を測定し、この結果を図16のグラフに示した。
[Experimental example]
In this experimental example, first, a sample substrate in which a ZnO buffer layer was formed on a substrate made of sapphire and a sample substrate in which an AlN buffer layer was further formed thereon were produced under the same conditions as in experimental example 1. These sample substrates are housed in a vacuum chamber having a plasma generation mechanism, exposed to nitrogen plasma at different temperatures, and the X-ray peak values of the sample substrates processed in the chamber are measured. This is shown in 16 graphs.

図16のグラフに示すように、ZnOバッファ層のみを成膜したサンプル基板(□印)では、処理温度が500℃程度でZnOのX線ピーク強度の低下が生じ、700℃以上の処理温度ではZnOの膜厚が減少することが認められた。また、この際、例えダメージが抑制された場合であっても、ZnOバッファ層表面に反応層が生じることが明らかとなった。
これに対し、ZnOバッファ層上にAlNバッファ層を形成させたサンプル基板(◇印)においては、処理温度が1000℃近い温度であっても、ZnOのX線ピーク強度に大きな変化は見られなかった。
本実験例より、ZnOは、プラズマ状態やアンモニア等の活性化された窒素原子種に高温で接触することにより、分解を生じるということが言える。さらに、ZnOバッファ層上をAlNバッファ層で覆うことにより、この分解反応を抑制することが可能であることが明らかとなった。
As shown in the graph of FIG. 16, in the sample substrate (□ mark) on which only the ZnO buffer layer was formed, the X-ray peak intensity of ZnO decreased at a processing temperature of about 500 ° C., and at a processing temperature of 700 ° C. or higher. It was observed that the ZnO film thickness decreased. Further, at this time, it was revealed that a reaction layer was formed on the surface of the ZnO buffer layer even when damage was suppressed.
On the other hand, in the sample substrate in which the AlN buffer layer is formed on the ZnO buffer layer (marked with ◇), even if the processing temperature is close to 1000 ° C., there is no significant change in the X-ray peak intensity of ZnO. It was.
From this experimental example, it can be said that ZnO is decomposed when it is brought into contact with an activated nitrogen atom species such as a plasma state or ammonia at a high temperature. Furthermore, it has become clear that this decomposition reaction can be suppressed by covering the ZnO buffer layer with an AlN buffer layer.

以上の結果により、本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法が、化合物半導体層の形成工程においてバッファ層が消失すること無く、且つ、簡便な方法で基板を化合物半導体層から剥離させることができ、歩留まり良く高効率で発光素子を製造できることが明らかである。また、本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が、発光特性に優れることが明らかである。   Based on the above results, the method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to the present invention causes the substrate to be peeled from the compound semiconductor layer without losing the buffer layer in the compound semiconductor layer forming step. It is apparent that the light emitting device can be manufactured with high yield and high efficiency. It is also clear that the gallium nitride compound semiconductor light emitting device according to the present invention is excellent in light emission characteristics.

本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一例を示す断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to the present invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the laminated structure of the gallium nitride type compound semiconductor which concerns on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の他の例を説明する工程図である。It is process drawing explaining the other example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の他の例を説明する工程図である。It is process drawing explaining the other example of the manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の他の例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the other example of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の他の例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the other example of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いて構成したランプの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the lamp | ramp comprised using the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造の実施例を説明する図であり、積層構造のX線測定のピーク値を示すグラフである。It is a figure explaining the Example of the laminated structure of the gallium nitride type compound semiconductor which concerns on this invention, and is a graph which shows the peak value of the X-ray measurement of a laminated structure.

符号の説明Explanation of symbols

1、3、50…窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、2、2A…窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造(半導体積層構造)、4、40、54…正極、5、55…反射性p型電極層、6、56…p型半導体層、7、57…発光層、8、58…n型半導体層、9、59…負極、11…半導体層、11a…光取出面、21…基板、22…ZnOバッファ層、22a…表面(ZnOバッファ層)、22b…側面(ZnOバッファ層)、23、53…AlNバッファ層、27…下地層、41…金属メッキ層(正極)、42…シード層(正極) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 3, 50 ... Gallium nitride type compound semiconductor light emitting element 2, 2A ... Laminated structure of gallium nitride type compound semiconductor (semiconductor laminated structure) 4, 40, 54 ... Positive electrode, 5, 55 ... Reflective p-type electrode layer , 6, 56 ... p-type semiconductor layer, 7, 57 ... light emitting layer, 8, 58 ... n-type semiconductor layer, 9, 59 ... negative electrode, 11 ... semiconductor layer, 11a ... light extraction surface, 21 ... substrate, 22 ... ZnO Buffer layer, 22a ... surface (ZnO buffer layer), 22b ... side surface (ZnO buffer layer), 23, 53 ... AlN buffer layer, 27 ... underlayer, 41 ... metal plating layer (positive electrode), 42 ... seed layer (positive electrode)

Claims (37)

基板上に、ZnOバッファ層及びAlNバッファ層をこの順で積層するバッファ層形成工程と、
前記AlNバッファ層上に、窒化ガリウム系化合物からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記ZnOバッファ層を除去することにより、前記基板を剥離する除去工程と、を備えることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
A buffer layer forming step of laminating a ZnO buffer layer and an AlN buffer layer in this order on a substrate;
Forming a semiconductor layer made of a gallium nitride compound on the AlN buffer layer; and
And a removing step of peeling off the substrate by removing the ZnO buffer layer.
前記バッファ層形成工程は、前記ZnOバッファ層を、分子線エピタキシー(MBE)法、パルスレーザデポジション(PLD)法、スパッタ法の内の何れかの方法を用いて形成することを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   The buffer layer forming step is characterized in that the ZnO buffer layer is formed using any one of a molecular beam epitaxy (MBE) method, a pulse laser deposition (PLD) method, and a sputtering method. Item 2. A method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to Item 1. 前記バッファ層形成工程は、前記ZnOバッファ層を、スパッタ法を用いて形成することを特徴とする請求項2に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   3. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 2, wherein the buffer layer forming step forms the ZnO buffer layer using a sputtering method. 前記バッファ層形成工程は、前記AlNバッファ層を、分子線エピタキシー(MBE)法、パルスレーザデポジション(PLD)法、スパッタ法の内の何れかの方法を用いて形成することを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   The buffer layer forming step is characterized in that the AlN buffer layer is formed using any one of a molecular beam epitaxy (MBE) method, a pulsed laser deposition (PLD) method, and a sputtering method. The manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device in any one of Claims 1-3. 前記バッファ層形成工程は、前記AlNバッファ層を、スパッタ法を用いて形成することを特徴とする請求項4に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   5. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 4, wherein the buffer layer forming step forms the AlN buffer layer using a sputtering method. 前記バッファ層形成工程は、前記AlNバッファ層を、窒素源として窒素(N)ガスを用い、600℃以下の温度で成膜することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 6. The nitriding according to claim 4, wherein the buffer layer forming step forms the AlN buffer layer at a temperature of 600 ° C. or less using nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source. A method for manufacturing a gallium compound semiconductor light emitting device. 前記バッファ層形成工程は、前記基板上において、前記AlNバッファ層を前記ZnOバッファ層よりも平面視で大きく成膜することにより、前記AlNバッファ層が前記ZnOバッファ層の表面及び側面を覆うように形成することを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   In the buffer layer forming step, the AlN buffer layer is formed on the substrate so as to be larger than the ZnO buffer layer in plan view so that the AlN buffer layer covers the surface and side surfaces of the ZnO buffer layer. The method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element is formed. 前記除去工程は、エッチング法を用いて前記ZnOバッファ層を溶解除去することを特徴とする請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   8. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein in the removing step, the ZnO buffer layer is dissolved and removed using an etching method. 9. 前記除去工程は、HCl又はシュウ酸を用いたエッチング法によって前記ZnOバッファ層を溶解除去することを特徴とする請求項8に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   9. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 8, wherein in the removing step, the ZnO buffer layer is dissolved and removed by an etching method using HCl or oxalic acid. 前記半導体層形成工程は、前記AlNバッファ層の上に、n型半導体層、発光層及びp型半導体層を順次積層することによって半導体層を形成することを特徴とする請求項1〜請求項9の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   10. The semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer by sequentially laminating an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on the AlN buffer layer. The manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device of any one of these. 前記半導体層形成工程は、さらに、前記AlNバッファ層と前記n型半導体層との間に下地層を形成することを特徴とする請求項10に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   11. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 10, wherein the semiconductor layer forming step further includes forming an underlayer between the AlN buffer layer and the n-type semiconductor layer. 前記下地層及び/又は前記n型半導体層を、有機金属化学気相蒸着(MOCVD)法を用いて形成することを特徴とする請求項11に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   12. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 11, wherein the underlayer and / or the n-type semiconductor layer is formed using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. 前記n型半導体層と前記下地層との合計膜厚を、15μm以下として形成することを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   13. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 11, wherein a total film thickness of the n-type semiconductor layer and the base layer is 15 μm or less. 前記n型半導体層と前記下地層との合計膜厚を、10μm以下として形成することを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   13. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 11, wherein a total film thickness of the n-type semiconductor layer and the base layer is 10 μm or less. 前記n型半導体層と前記下地層との合計膜厚を、4μm以下として形成することを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   13. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 11, wherein a total film thickness of the n-type semiconductor layer and the base layer is 4 μm or less. 前記半導体層形成工程と前記除去工程との間において、前記半導体層の前記p型半導体層側に、Siの酸化物又は窒化物からなる支持基板を接合する支持基板接合工程が備えられていることを特徴とする請求項10〜請求項15の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   Between the semiconductor layer forming step and the removing step, a support substrate bonding step for bonding a support substrate made of an oxide or nitride of Si is provided on the p-type semiconductor layer side of the semiconductor layer. The method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to any one of claims 10 to 15, wherein: 前記除去工程の後に、前記半導体層の前記n型半導体層側に負極を形成し、次いで、前記負極に仮貼付基板を貼着した後、前記支持基板を剥離することによって前記半導体層のp型半導体層側を露出させ、次いで、露出したp型半導体層上に正極を形成した後、前記仮貼付基板を前記負極から剥離する電極形成工程が備えられていることを特徴とする請求項16に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   After the removing step, a negative electrode is formed on the n-type semiconductor layer side of the semiconductor layer, and then a temporary attachment substrate is attached to the negative electrode, and then the support substrate is peeled off to remove the p-type of the semiconductor layer. 17. The method according to claim 16, further comprising an electrode forming step of exposing the semiconductor layer side, then forming a positive electrode on the exposed p-type semiconductor layer, and then peeling the temporary bonding substrate from the negative electrode. The manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light emitting element of description. 前記半導体層形成工程と前記除去工程との間において、前記半導体層の前記p型半導体層側に、Siからなる支持基板を接合する支持基板接合工程が備えられていることを特徴とする請求項10〜請求項15の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   The support substrate bonding step of bonding a support substrate made of Si to the p-type semiconductor layer side of the semiconductor layer is provided between the semiconductor layer forming step and the removing step. The manufacturing method of the gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device of any one of 10-10. 前記半導体層形成工程と前記除去工程との間において、前記半導体層の前記p型半導体層側に、金属メッキからなる正極を形成するメッキ工程が備えられていることを特徴とする請求項10〜請求項15の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   11. A plating step for forming a positive electrode made of metal plating on the p-type semiconductor layer side of the semiconductor layer between the semiconductor layer forming step and the removing step is provided. The method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to claim 15. 前記除去工程の後に、前記半導体層の前記n型半導体層側に負極を形成する負極形成工程が備えられていることを特徴とする請求項18又は請求項19に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。   The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 18, further comprising a negative electrode forming step of forming a negative electrode on the n-type semiconductor layer side of the semiconductor layer after the removing step. Device manufacturing method. 基板と、
前記基板上に順次積層されて設けられるZnOバッファ層及びAlNバッファ層と、
前記AlNバッファ層上に形成され、窒化ガリウム系化合物からなる半導体層とが備えられることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。
A substrate,
A ZnO buffer layer and an AlN buffer layer sequentially stacked on the substrate;
A laminated structure of a gallium nitride compound semiconductor element, comprising: a semiconductor layer formed on the AlN buffer layer and made of a gallium nitride compound.
前記基板が、サファイア、シリコン、SiC、スピネルの内の何れかからなることを特徴とする請求項21に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   The laminated structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 21, wherein the substrate is made of any one of sapphire, silicon, SiC, and spinel. 前記ZnOバッファ層が単結晶のZnOからなることを特徴とする請求項21又は請求項22に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   23. The stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 21, wherein the ZnO buffer layer is made of single-crystal ZnO. 前記ZnOバッファ層の表面がZn極性であることを特徴とする請求項21〜請求項23の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   The laminated structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to any one of claims 21 to 23, wherein a surface of the ZnO buffer layer has a Zn polarity. 前記ZnOバッファ層の膜厚が10〜1000nmの範囲であることを特徴とする請求項21〜請求項24の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   25. The stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 21, wherein the ZnO buffer layer has a thickness in a range of 10 to 1000 nm. 前記AlNバッファ層が単結晶のAlNからなることを特徴とする請求項21〜請求項25の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   The stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to any one of claims 21 to 25, wherein the AlN buffer layer is made of single crystal AlN. 前記AlNバッファ層が柱状結晶を有する多結晶のAlNからなることを特徴とする請求項21〜請求項26の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   27. The stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to any one of claims 21 to 26, wherein the AlN buffer layer is made of polycrystalline AlN having columnar crystals. 前記AlNバッファ層の膜厚が10〜100nmの範囲であることを特徴とする請求項21〜請求項27の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   28. The laminated structure of a gallium nitride-based compound semiconductor element according to claim 21, wherein the thickness of the AlN buffer layer is in a range of 10 to 100 nm. 前記基板上において、前記AlNバッファ層が前記ZnOバッファ層よりも平面視で大きく形成されており、前記AlNバッファ層が前記ZnOバッファ層の表面及び側面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項21〜請求項28の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   On the substrate, the AlN buffer layer is formed larger than the ZnO buffer layer in plan view, and the AlN buffer layer is formed to cover the surface and side surfaces of the ZnO buffer layer. The laminated structure of the gallium nitride-based compound semiconductor device according to any one of claims 21 to 28. 前記半導体層が、前記AlNバッファ層の上に、n型半導体層、発光層及びp型半導体層が順次積層されてなることを特徴とする請求項21〜請求項29に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   30. The gallium nitride compound according to claim 21, wherein the semiconductor layer is formed by sequentially laminating an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on the AlN buffer layer. A stacked structure of semiconductor elements. 前記半導体層が、さらに、前記AlNバッファ層と前記n型半導体層との間に設けられる下地層を備えていることを特徴とする請求項30に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   31. The stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 30, wherein the semiconductor layer further includes an underlayer provided between the AlN buffer layer and the n-type semiconductor layer. 前記下地層と前記n型半導体層との合計膜厚が15μm以下であることを特徴とする請求項31に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   32. The stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 31, wherein a total film thickness of the base layer and the n-type semiconductor layer is 15 μm or less. 前記下地層と前記n型半導体層との合計膜厚が10μm以下であることを特徴とする請求項31に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   32. The stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 31, wherein a total film thickness of the base layer and the n-type semiconductor layer is 10 μm or less. 前記下地層と前記n型半導体層との合計膜厚が4μm以下であることを特徴とする請求項31に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造。   32. The multilayer structure of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 31, wherein a total film thickness of the base layer and the n-type semiconductor layer is 4 μm or less. 請求項30〜請求項34の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の積層構造に備えられる前記ZnOバッファ層及び前記基板が除去されることにより、前記AlNバッファ層が露出した構成の積層構造が用いられてなり、
さらに、前記AlNバッファ層の少なくとも一部が除去されて露出した前記n型半導体層上に負極が設けられるとともに、前記p型半導体層上に正極が設けられてなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
A structure in which the AlN buffer layer is exposed by removing the ZnO buffer layer and the substrate provided in the stacked structure of the gallium nitride compound semiconductor device according to any one of claims 30 to 34. A laminated structure is used,
Furthermore, a negative electrode is provided on the n-type semiconductor layer exposed by removing at least a part of the AlN buffer layer, and a positive electrode is provided on the p-type semiconductor layer. Compound semiconductor light emitting device.
請求項1〜請求項20の何れか1項に記載の製造方法によって得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。   A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element obtained by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 20. 請求項35又は請求項36に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が用いられてなることを特徴とするランプ。   37. A lamp comprising the gallium nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 35 or 36.
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