JP2010135743A - GaN-BASED LED DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR - Google Patents

GaN-BASED LED DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR Download PDF

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広明 岡川
Susumu Hiraoka
晋 平岡
Akira Mogi
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    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a GaN-based LED device employing a TCO film for a p-type electrode that achieves at least one of higher power and improved reliability. <P>SOLUTION: The GaN-based LED device includes: an active layer comprised of a GaN-based semiconductor and a p-type GaN-based semiconductor layer which are sequentially laminated on an n-type GaN-based semiconductor layer; a p-type electrode including the TCO film formed on the main surface opposite to the active layer side main surface of the p-type GaN-base semiconductor layer and a p-side bonding pad connected to the TCO film; a resistance control film that is formed on part of the main surface opposite to the p-type GaN-based semiconductor layer side of the TCO film; an resistance increase region which is formed on an interface between the p-type GaN-based semiconductor layer and the TCO film and reduces a current flowing in the active layer in a lower region of the resistance control film; and an n-side bonding pad connected to the n-type layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、p型およびn型のGaN系半導体で発光素子構造を構成したpn接合型のGaN系LED素子とその製造方法に関し、とりわけ、p電極にTCO(Transparent Conductive Oxide;透明導電性酸化物)膜を用いたGaN系LED素子とその製造方法に関する。   The present invention relates to a pn-junction type GaN-based LED element having a light-emitting element structure composed of p-type and n-type GaN-based semiconductors and a method for manufacturing the same, and more particularly to a TCO (Transparent Conductive Oxide) as a p-electrode. The present invention relates to a GaN-based LED element using a film and a manufacturing method thereof.

GaN系半導体は化学式AlaInbGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)で表される化合物半導体であり、3族窒化物半導体、窒化物系半導体などとも呼ばれる。
現在一般的となっているGaN系LED素子は量子井戸構造の活性層を含むダブルヘテロpn接合型の発光素子構造を基本構造として有するものであり、典型的には、サファイア基板上にGaN系半導体からなるn型層と活性層とp型層を順次形成して積層し、p型層の表面と、一部露出させたn型層の表面に、それぞれp電極とn電極とを形成した構造を有している。この典型的なGaN系LED素子の構造は、基板平面を水平面と見立てたとき、素子の同一面側に設けられた2つの電極間を電流が水平方向に流れることから、水平電極型構造と呼ばれることがある。
活性層の材料にInGaNを用いたGaN系LED素子は緑色〜近紫外の光を発生することが可能であり、輝度も高いことから、信号機やディスプレイ装置等の用途で実用化されている。しかし、屋内外の照明や自動車のヘッドランプなどの用途に使用するためには、更なる高出力化が必要といわれている。
A GaN-based semiconductor is a compound semiconductor represented by the chemical formula Al a In b Ga 1-a-b N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), a group 3 nitride semiconductor, Also called a nitride-based semiconductor.
A GaN-based LED element that is currently popular has a double hetero pn junction type light-emitting element structure including an active layer having a quantum well structure as a basic structure. Typically, a GaN-based semiconductor is formed on a sapphire substrate. A structure in which an n-type layer, an active layer, and a p-type layer are sequentially formed and stacked, and a p-electrode and an n-electrode are formed on the surface of the p-type layer and the surface of the partially exposed n-type layer, respectively. have. The structure of this typical GaN-based LED element is called a horizontal electrode structure because current flows in the horizontal direction between two electrodes provided on the same surface of the element when the substrate plane is regarded as a horizontal plane. Sometimes.
A GaN-based LED element using InGaN as the material of the active layer can generate green to near-ultraviolet light and has high luminance, and thus has been put to practical use in applications such as traffic lights and display devices. However, it is said that further higher output is required for use in indoor and outdoor lighting and automobile headlamps.

GaN系LED素子の高出力化の一手段としてp電極をTCO膜で形成することが有効であることが知られている(特許文献1)。   It is known that it is effective to form a p-electrode with a TCO film as a means for increasing the output of a GaN-based LED element (Patent Document 1).

特開2001−210867号公報JP 2001-210867 A 特開平9−129922号公報JP 9-129922 A 国際公開第98/42030号パンフレットInternational Publication No. 98/4420 Pamphlet 特開2000−164928号公報JP 2000-164928 A 特開平10−341038号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-341038

特許文献1に開示されたGaN系LED素子は、p電極の構造として、p型層上を覆うようにTCO膜からなる透明電極(オーミック電極)を設け、その上の一部に金属ワイヤを接続するためのp側ボンディングパッドを設けた構造を有している。このような、p電極構造を有するGaN系LED素子では、活性層で生じる光をボンディングパッドが遮蔽することが従来から問題視されている。この問題を解決するためには、ボンディングパッド直下の領域において活性層を流れる電流を減少させて、該領域における発光を抑制すればよいので、そのための手段としてp型層とTCO膜との接触を防止するための絶縁膜をボンディングパッドの直下に設けた構成が考案されている(例えば、特許文献2、3、4)。   The GaN-based LED element disclosed in Patent Document 1 has a p-electrode structure in which a transparent electrode (ohmic electrode) made of a TCO film is provided so as to cover the p-type layer, and a metal wire is connected to a part of the transparent electrode. A p-side bonding pad is provided. In such a GaN-based LED element having a p-electrode structure, it has hitherto been regarded as a problem that the bonding pad shields light generated in the active layer. In order to solve this problem, it is only necessary to reduce the current flowing in the active layer in the region immediately below the bonding pad to suppress the light emission in the region. Therefore, as a means for this, contact between the p-type layer and the TCO film is performed. A configuration has been devised in which an insulating film for prevention is provided immediately below the bonding pad (for example, Patent Documents 2, 3, and 4).

それに対して、本発明者らはp電極にTCO膜を用いたGaN系LED素子において、従来技術とは全く異なる手段によって、活性層を流れる電流を特定の領域にて減少させ得ることを見出し、本発明をなすに至った。   On the other hand, the present inventors have found that in a GaN-based LED element using a TCO film as a p-electrode, the current flowing in the active layer can be reduced in a specific region by means completely different from the prior art, It came to make this invention.

本発明の具体的な目的は、p電極にTCO膜を用いたGaN系LED素子に関して、その高出力化および信頼性向上の少なくともいずれかを実現することである。   A specific object of the present invention is to realize at least one of higher output and improved reliability of a GaN-based LED element using a TCO film as a p-electrode.

本発明の実施形態として、次に掲げるGaN系LED素子およびその製造方法を提供する。
(1)n型GaN系半導体層の上にGaN系半導体からなる活性層とp型GaN系半導体層とを順次積層してなり、
前記p型GaN系半導体層の前記活性層側の主面とは反対側の主面上に形成されたTCO膜と該TCO膜に接続されたp側ボンディングパッドとを含むp電極と、
前記TCO膜の前記p型GaN系半導体層側とは反対側の主面上の一部に形成された抵抗制御膜と、
前記p型GaN系半導体層と前記TCO膜との界面に形成されて前記抵抗制御膜の下方の領域において前記活性層を流れる電流を減少させる抵抗増加領域と、
前記n型層に接続されたn側ボンディングパッドと、
を有するGaN系LED素子。
(2)前記p側ボンディングパッドが前記TCO膜上に形成され、前記抵抗制御膜の少なくとも一部が前記p側ボンディングパッドと前記TCO膜との間の一部に挿入されている、前記(1)に記載のGaN系LED素子。
(3)水平電極型の素子構造が形成されるように前記n側ボンディングパッドが前記n型GaN系半導体層の一部露出面上に設けられ、前記TCO膜が前記p側ボンディングパッドと前記n側ボンディングパッドとの間に挟まれたパッド間領域を有しており、前記抵抗制御膜の少なくとも一部が前記パッド間領域上に形成されている、前記(1)または(2)に記載のGaN系LED素子。
(4)前記p側ボンディングパッドに覆われた領域を除く前記TCO膜上において、前記抵抗制御膜が前記パッド間領域の内側にのみ形成されている、前記(3)に記載のGaN系LED素子。
(5)前記抵抗制御膜が絶縁性無機材料からなる、前記(1)〜(4)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(6)基板上にn型GaN系半導体層とGaN系半導体からなる活性層とp型GaN系半導体層とが順次積層されてなる積層体と、前記p型GaN系半導体層の前記活性層側の主面とは反対側の主面上に形成されたTCO膜と、を有する半導体ウェハを準備するステップと、
前記TCO膜の前記p型GaN系半導体層側とは反対側の主面上の一部に抵抗制御膜を形成するステップと、
前記TCO膜上にp側ボンディングパッドを形成するステップと、を有し、
前記抵抗制御膜が形成される部分に対応する領域において前記p型GaN系半導体層と前記TCO膜との界面の抵抗が上昇するように、前記抵抗制御膜を形成するステップでは前記抵抗制御膜を形成しようとする領域を除く前記TCO膜の露出面を保護膜で覆った状態で前記抵抗制御膜をスパッタリング法により形成する、
GaN系LED素子の製造方法。
(7)前記(6)に記載の製造方法を用いて形成されるGaN系LED素子。
As embodiments of the present invention, the following GaN-based LED elements and methods for producing the same are provided.
(1) An active layer made of a GaN-based semiconductor and a p-type GaN-based semiconductor layer are sequentially stacked on the n-type GaN-based semiconductor layer,
A p-electrode including a TCO film formed on a main surface opposite to the main surface on the active layer side of the p-type GaN-based semiconductor layer, and a p-side bonding pad connected to the TCO film;
A resistance control film formed on a part of the main surface of the TCO film opposite to the p-type GaN-based semiconductor layer side;
A resistance increasing region formed at an interface between the p-type GaN-based semiconductor layer and the TCO film and reducing a current flowing through the active layer in a region below the resistance control film;
An n-side bonding pad connected to the n-type layer;
A GaN-based LED element having:
(2) The p-side bonding pad is formed on the TCO film, and at least a part of the resistance control film is inserted into a part between the p-side bonding pad and the TCO film. GaN-based LED element as described in 1).
(3) The n-side bonding pad is provided on a partly exposed surface of the n-type GaN-based semiconductor layer so that a horizontal electrode type element structure is formed, and the TCO film is formed on the p-side bonding pad and the n-type. (1) or (2), wherein an inter-pad region sandwiched between the side bonding pads is provided, and at least a part of the resistance control film is formed on the inter-pad region. GaN-based LED element.
(4) The GaN-based LED element according to (3), wherein the resistance control film is formed only inside the inter-pad region on the TCO film excluding the region covered with the p-side bonding pad. .
(5) The GaN-based LED element according to any one of (1) to (4), wherein the resistance control film is made of an insulating inorganic material.
(6) A stacked body in which an n-type GaN-based semiconductor layer, an active layer made of a GaN-based semiconductor, and a p-type GaN-based semiconductor layer are sequentially stacked on the substrate, and the active layer side of the p-type GaN-based semiconductor layer Preparing a semiconductor wafer having a TCO film formed on a main surface opposite to the main surface of
Forming a resistance control film on a part of the main surface of the TCO film opposite to the p-type GaN-based semiconductor layer side;
Forming a p-side bonding pad on the TCO film,
In the step of forming the resistance control film, the resistance control film is formed so that the resistance at the interface between the p-type GaN-based semiconductor layer and the TCO film is increased in a region corresponding to a portion where the resistance control film is formed. Forming the resistance control film by a sputtering method with the exposed surface of the TCO film excluding the region to be formed covered with a protective film;
A method for manufacturing a GaN-based LED element.
(7) A GaN-based LED element formed using the manufacturing method according to (6).

本発明によれば、TCO膜をp電極に用いたGaN系LED素子に関して、その高出力化および信頼性向上の少なくともいずれかが実現される。   According to the present invention, at least one of higher output and improved reliability is realized for a GaN-based LED element using a TCO film as a p-electrode.

本発明の一実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the GaN-type LED element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す図であり、図2(a)は素子を電極配置面側から見た平面図、図2(b)は図2(a)のX−X線の位置における断面図である。It is a figure which shows the structure of the GaN-type LED element which concerns on one Embodiment of this invention, FIG.2 (a) is the top view which looked at the element from the electrode arrangement | positioning surface side, FIG.2 (b) is FIG.2 (a). It is sectional drawing in the position of XX. 「パッド間領域」の定義を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the definition of "the area | region between pads." 本発明の一実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す図であり、図4(a)は素子を電極配置面側から見た平面図、図4(b)は図4(a)のX−X線の位置における断面図である。It is a figure which shows the structure of the GaN-type LED element which concerns on one Embodiment of this invention, Fig.4 (a) is the top view which looked at the element from the electrode arrangement surface side, FIG.4 (b) is FIG.4 (a). It is sectional drawing in the position of XX. 本発明の一実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す図であり、図5(a)は素子を電極配置面側から見た平面図、図5(b)は図5(a)のX−X線の位置における断面図である。It is a figure which shows the structure of the GaN-type LED element which concerns on one Embodiment of this invention, FIG.5 (a) is the top view which looked at the element from the electrode arrangement | positioning surface side, FIG.5 (b) is FIG.5 (a). It is sectional drawing in the position of XX. 本発明の一実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the GaN-type LED element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the GaN-type LED element which concerns on one Embodiment of this invention. 参考実験例に係る方法を用いて作製した後、加速劣化条件下で連続点灯させたGaN系LEDチップに含まれるエピタキシャル層表面のカソードルミネッセンス像である。It is the cathodoluminescence image of the surface of the epitaxial layer contained in the GaN-type LED chip which was produced using the method which concerns on a reference experiment example, and was lighted continuously under accelerated deterioration conditions. 参考実験例に係る方法を用いて作製したままのGaN系LEDチップに含まれるエピタキシャル層表面のカソードルミネッセンス像である。It is a cathodoluminescence image of the surface of the epitaxial layer contained in the GaN-type LED chip as produced using the method which concerns on a reference experiment example.

(参考実験例)
通常のMOVPE法を用いて、直径2インチのc面サファイア基板上にバッファ層を介して膜厚4μmのアンドープGaN層、SiドープGaNからなる膜厚4μmのn型GaNコンタクト層、InGaN/GaN多重量子井戸活性層、MgドープAl0.1Ga0.9Nからなる膜厚170nmのp型クラッド層、MgドープAl0.03Ga0.97Nからなる膜厚40nmのp型コンタクト層を順次積層することにより、エピタキシャルウェハを作製した。
(Reference experiment example)
Using a normal MOVPE method, a 4 μm thick undoped GaN layer, a 4 μm thick n-type GaN contact layer made of Si-doped GaN, and an InGaN / GaN multiple layer on a c-plane sapphire substrate having a diameter of 2 inches via a buffer layer An epitaxial wafer is formed by sequentially stacking a quantum well active layer, a 170 nm thick p-type cladding layer made of Mg-doped Al0.1Ga0.9N, and a 40-nm thick p-type contact layer made of Mg-doped Al0.03Ga0.97N. Produced.

次に、このエピタキシャルウェハのp型コンタクト層上に、p側のオーミック電極とするためのITO膜を、電子ビーム蒸着法を用いて約0.2μmの厚さに形成した。そして、形成後のITO膜に対し大気雰囲気中、500℃、20分間の熱処理を施した。熱処理後、塩酸エッチングにより不要部分を溶解除去することによって、このITO膜を所定の形状に成形した。   Next, an ITO film for forming a p-side ohmic electrode was formed on the p-type contact layer of the epitaxial wafer to a thickness of about 0.2 μm by using an electron beam evaporation method. Then, the formed ITO film was subjected to a heat treatment at 500 ° C. for 20 minutes in an air atmosphere. After the heat treatment, this ITO film was formed into a predetermined shape by dissolving and removing unnecessary portions by hydrochloric acid etching.

次に、エピタキシャル層のn電極を形成すべき場所にRIE(反応性イオンエッチング)によって凹部を形成して、該凹部の底にn型コンタクト層を露出させた。   Next, a recess was formed by RIE (reactive ion etching) at a place where the n electrode of the epitaxial layer was to be formed, and the n-type contact layer was exposed at the bottom of the recess.

次に、リフトオフ法を用いて、上記工程で露出させたn型コンタクト層表面へのn電極(ボンディングパッドを兼用)の形成と、ITO膜表面へのp側ボンディングパッドの形成とを、同時に行った。   Next, the lift-off method is used to simultaneously form an n-electrode (also used as a bonding pad) on the n-type contact layer surface exposed in the above process and a p-side bonding pad on the ITO film surface. It was.

リフトオフ法はウェハ表面に目的の薄膜を所望のパターンに形成するための技法であり、当該技術分野においてはよく知られた技法であるが、簡単に説明すれば;
(i)ウェハ表面にフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィによりこのフォトレジスト膜に所定の開口部パターンを設けたうえで;
(ii)ウェハ上に目的の薄膜を形成し;
(iii)しかる後にフォトレジスト膜を除去する(このとき目的の薄膜のうちフォトレジスト膜上に形成された部分がリフトオフされる);
というステップを経ることによって、目的の薄膜を(i)でフォトレジスト膜に設けた開口部パターンと同じパターンに形成するというものである。
The lift-off method is a technique for forming a desired thin film on a wafer surface in a desired pattern, and is a technique well known in the art.
(i) After forming a photoresist film on the wafer surface and providing a predetermined opening pattern in the photoresist film by photolithography;
(ii) forming a target thin film on the wafer;
(iii) Thereafter, the photoresist film is removed (at this time, a portion of the target thin film formed on the photoresist film is lifted off);
Through this step, the target thin film is formed in the same pattern as the opening pattern provided in the photoresist film in (i).

本参考実験例においては厚さ6μmに形成したフォトレジスト膜を用いて、リフトオフ法によるn電極およびp側ボンディングパッドの形成を行った。フォトレジストにはナフトキノンジアジド−ノボラック樹脂系のポジ型フォトレジスト(AZエレクトロニックマテリアル株式会社製、製品名:AZ P4620)を用いた。ウェハ表面に塗布したフォトレジストに対しては、100℃、30分間のベーキングを行った後、露光および現像を行った。現像後のフォトレジストのベーキングは行わなかった。電極(ボンディングパッド)用のメタル膜は、厚さ100nmのTiW膜の上に厚さ500nmのAu膜を積層した二層構造膜とした。従って、このメタル膜の膜厚に対してフォトレジスト膜の膜厚は10倍である。TiW膜とAu膜はいずれもスパッタリング法を用いて形成した。TiW膜を形成する際は、ターゲットにTi含有量が10wt%のTi−Wターゲット、スパッタガスにAr(アルゴン)を使用し、RF電力200W、スパッタガス圧1.0×10−1Paという条件でスパッタリングを行った。メタル膜の形成後、リムーバ液を用いてフォトレジスト膜をウェハから除去することにより、メタル膜は所定の電極形状に成形された。 In this reference experimental example, an n-electrode and a p-side bonding pad were formed by a lift-off method using a photoresist film formed to a thickness of 6 μm. A naphthoquinonediazide-novolak resin-based positive photoresist (manufactured by AZ Electronic Materials, product name: AZ P4620) was used as the photoresist. The photoresist applied to the wafer surface was baked at 100 ° C. for 30 minutes, and then exposed and developed. The photoresist after development was not baked. The metal film for the electrode (bonding pad) was a two-layer structure film in which an Au film having a thickness of 500 nm was laminated on a TiW film having a thickness of 100 nm. Therefore, the film thickness of the photoresist film is 10 times that of the metal film. Both the TiW film and the Au film were formed by sputtering. When forming a TiW film, a Ti-W target having a Ti content of 10 wt% is used as a target, Ar (argon) is used as a sputtering gas, RF power is 200 W, and sputtering gas pressure is 1.0 × 10 −1 Pa. Sputtering was performed. After the formation of the metal film, the metal film was formed into a predetermined electrode shape by removing the photoresist film from the wafer using a remover solution.

次いで、n電極およびp側ボンディングパッドの表面を除くウェハ表面に、電子ビーム蒸着法を用いて酸化ケイ素からなる保護被覆(パッシベーション膜)を形成した。その後、サファイア基板の裏面をラッピングしてウェハの厚さを80μmまで薄くしたうえで、スクライバーを用いてウェハを分割し、350μm角の板状のGaN系LEDチップを得た。このチップの順方向電圧Vf(20mA)は3.3Vであった。   Next, a protective coating (passivation film) made of silicon oxide was formed on the wafer surface excluding the surfaces of the n-electrode and the p-side bonding pad by using an electron beam evaporation method. Thereafter, the back surface of the sapphire substrate was lapped to reduce the thickness of the wafer to 80 μm, and then the wafer was divided using a scriber to obtain a 350 μm square plate-like GaN-based LED chip. The forward voltage Vf (20 mA) of this chip was 3.3V.

上記手順にて作製したLEDチップを加速劣化条件の下で劣化させた。具体的には、LEDチップをサブマウントを介してステム上にフリップチップ実装し、pn接合部の温度が230℃となるように、環境温度100℃、順方向電流114mAという条件で、1000時間連続点灯させた。このようにして劣化させた後、LEDチップをサブマウントから取り外し、酸を用いてエピタキシャル層の表面から保護被覆とITO膜を除去したうえで、エピタキシャル層の表面(p型コンタクト層の表面)のカソードルミネッセンス(CL)像を取得した。取得したCL像を図8に示す。   The LED chip produced by the above procedure was deteriorated under accelerated deterioration conditions. Specifically, the LED chip is flip-chip mounted on the stem via the submount, and continuously for 1000 hours under the conditions of an environmental temperature of 100 ° C. and a forward current of 114 mA so that the temperature of the pn junction is 230 ° C. Lighted up. After deteriorating in this way, the LED chip is removed from the submount, the protective coating and the ITO film are removed from the surface of the epitaxial layer using acid, and then the surface of the epitaxial layer (the surface of the p-type contact layer) is removed. A cathodoluminescence (CL) image was obtained. The acquired CL image is shown in FIG.

図8に示されているように、連続点灯により劣化させたLEDチップに含まれるエピタキシャル層の表面では、転位欠陥が存在する部分に現れる暗点(発光再結合の効率が局所的に低いために暗く見える部分)の密度が、ボンディングパッドの直下の領域と、その周囲の領域とで明確に異なっていた。すなわち、転位欠陥の密度が、p側ボンディングパッド直下の領域ではその周囲の領域と比べて明らかに低かった。   As shown in FIG. 8, on the surface of the epitaxial layer included in the LED chip deteriorated by continuous lighting, a dark spot appearing in a portion where dislocation defects are present (because the efficiency of luminescence recombination is locally low). The density of the dark portion) was clearly different between the area immediately below the bonding pad and the surrounding area. That is, the density of dislocation defects was clearly lower in the region immediately below the p-side bonding pad than in the surrounding region.

一方、同様にして取得した、作製したままのLEDチップに含まれるエピタキシャル層表面のCL像を図9に示す。図9から明らかなように、劣化していない状態では、エピタキシャル層の表面における転移欠陥の分布は一様であった。   On the other hand, FIG. 9 shows a CL image of the surface of the epitaxial layer contained in the LED chip as it was obtained in the same manner. As is clear from FIG. 9, the distribution of transition defects on the surface of the epitaxial layer was uniform in the undegraded state.

本発明者等は上記条件でLEDチップを点灯させたときのpn接合部の温度を熱電対を用いた方法により測定したが、p側ボンディングパッド直下とその周囲の領域との間に有意な温度差は認められなかった。このことから、連続点灯により劣化させたチップのエピタキシャル層に見られた、ボンディングパッド直下とその周囲の領域との間における明らかな転位密度の違いは、熱的な作用のみにより形成されたものではないと本発明者らは結論した。本発明者らの考えは、連続点灯に伴う欠陥密度の増加には電気的な作用が関与しており、p側ボンディングパッドの直下ではITO膜からp型層に注入されるキャリアの密度が低いために、欠陥密度の増加が抑えられたというものである。このボンディングパッド直下における注入キャリア密度の低下には、ボンディングパッドの形成方法が関係している。ボンディングパッドを構成するメタル膜をスパッタリングにより形成する際、ボンディングパッドを形成すべき領域以外では、ITO膜の表面は厚いフォトレジスト膜により保護されている。一方、ボンディングパッドを形成しようとする領域ではITO膜の表面が露出している。そのために、ボンディングパッドの形成時、この領域ではスパッタ粒子や高エネルギー粒子の衝撃によって、薄いITO膜に覆われただけのp型層の表面がダメージを受ける。その結果として、ITO膜とp型層との間の抵抗がボンディングパッドの直下において相対的に高くなり、ひいては、LEDチップに順方向電流を供給したときに、ITO膜からp型層へのキャリア注入がボンディングパッドの直下では起こり難くなる。   The present inventors measured the temperature of the pn junction when the LED chip was turned on under the above conditions by a method using a thermocouple, but a significant temperature was found between the area directly below the p-side bonding pad and the surrounding area. There was no difference. From this, the apparent difference in dislocation density between the area immediately below the bonding pad and the surrounding area, which is seen in the epitaxial layer of the chip deteriorated by continuous lighting, is not formed only by thermal action. The inventors concluded that there was not. The inventors believe that an electrical effect is involved in increasing the defect density associated with continuous lighting, and the density of carriers injected from the ITO film into the p-type layer is low immediately below the p-side bonding pad. Therefore, an increase in defect density is suppressed. The method of forming the bonding pad is related to the decrease in the injected carrier density immediately below the bonding pad. When the metal film constituting the bonding pad is formed by sputtering, the surface of the ITO film is protected by a thick photoresist film outside the region where the bonding pad is to be formed. On the other hand, the surface of the ITO film is exposed in the region where the bonding pad is to be formed. Therefore, when the bonding pad is formed, in this region, the surface of the p-type layer that is only covered with the thin ITO film is damaged by the impact of sputtered particles or high-energy particles. As a result, the resistance between the ITO film and the p-type layer is relatively high immediately below the bonding pad, and as a result, when a forward current is supplied to the LED chip, carriers from the ITO film to the p-type layer are obtained. Implantation is unlikely to occur directly below the bonding pad.

ダメージ部における抵抗の増加は次のように説明される。即ち、GaN系半導体ではV族成分である窒素の蒸気圧が高いことに起因して、ダメージ部には窒素空孔が高濃度に形成される。この窒素空孔はドナーとなるので、p型GaN系半導体においては自己補償によるp型キャリア濃度の低下を引き起こす。それが原因となって、半導体の抵抗率や半導体−電極間の接触抵抗が上昇する。特に、ワイドギャップ半導体であるGaN系半導体では本質的にp型キャリアの生成効率が低い、即ち、p型層のキャリア濃度が基本的に低いことから、ダメージを受けることによってキャリア濃度の更なる低下が生じたときの接触抵抗の増加が著しいものとなる。   The increase in resistance at the damaged part is explained as follows. That is, in the GaN-based semiconductor, nitrogen vacancies are formed at a high concentration in the damaged portion due to the high vapor pressure of nitrogen, which is a group V component. Since these nitrogen vacancies serve as donors, the p-type GaN-based semiconductor causes a decrease in p-type carrier concentration due to self-compensation. This increases the resistivity of the semiconductor and the contact resistance between the semiconductor and the electrode. In particular, the generation efficiency of p-type carriers is essentially low in a GaN-based semiconductor that is a wide gap semiconductor, that is, the carrier concentration of the p-type layer is basically low, so that the carrier concentration is further reduced by being damaged. The increase in contact resistance when this occurs is significant.

本発明者らは、この参考実験例に基づき次のように考えた。
(ア)ボンディングパッド用の金属材料に代えて無機材料を使用し上記参考実験例と同様の条件で無機スパッタ膜を形成した場合には、該無機スパッタ膜の直下においてp型層/ITO膜界面に抵抗増加領域が形成されるであろう。そして、別途ITO膜上にボンディングパッドを形成してLED素子に通電した場合には、該無機スパッタ膜の直下においてp型層に注入されるキャリア密度の低下が生じるであろう。
(イ)上記参考実験例においてボンディングパッドをITO膜上にスパッタ形成する際にボンディングパッドとは別に金属スパッタ膜を同時に形成した場合には、ボンディングパッドを通じてLED素子に通電したときに、ボンディングパッド直下のみならず該金属スパッタ膜の直下においてもp型層に注入されるキャリア密度の低下が生じるであろう。
(ウ)p型層に注入されるキャリア密度が低下した領域の下方では、活性層を流れる電流も減少する。よって、TCO膜上へのスパッタ膜形成によってその直下におけるp型層/TCO膜界面の接触抵抗を制御し、それによって、その下方に、活性層を流れる電流が減少した領域を、該スパッタ膜の平面形状に略対応した形状に形成することが可能であろう。
(エ)スパッタ膜直下のp型層/TCO膜界面に一旦形成された抵抗増加領域は、後でこのスパッタ膜を除去しても残るので、スパッタ膜をLED素子に残留させることが好ましくない場合にはこれを除去することもできるであろう。
The present inventors considered as follows based on this reference experimental example.
(A) In the case where an inorganic sputtered film is formed under the same conditions as in the above reference experimental example using an inorganic material instead of the metal material for the bonding pad, the p-type layer / ITO film interface immediately below the inorganic sputtered film An increased resistance region will be formed. When a bonding pad is separately formed on the ITO film and the LED element is energized, the carrier density injected into the p-type layer immediately below the inorganic sputtered film will decrease.
(A) In the above reference experimental example, when the bonding pad is formed on the ITO film by sputtering, if a metal sputter film is simultaneously formed separately from the bonding pad, when the LED element is energized through the bonding pad, immediately below the bonding pad. In addition to this, the density of carriers injected into the p-type layer will be reduced just below the sputtered metal film.
(C) Below the region where the carrier density injected into the p-type layer has decreased, the current flowing through the active layer also decreases. Therefore, the contact resistance of the p-type layer / TCO film interface immediately below the TCO film is controlled by forming the sputtered film on the TCO film, so that the region where the current flowing through the active layer is reduced below the contact resistance of the sputtered film. It would be possible to form a shape substantially corresponding to the planar shape.
(D) The resistance increasing region once formed at the interface of the p-type layer / TCO film immediately below the sputtered film remains even if the sputtered film is removed later, and it is not preferable to leave the sputtered film on the LED element. This could be removed.

(実施形態1)
本発明の実施形態1に係るGaN系LED素子の模式断面図を図1に示す。このGaN系LED素子10は、基板11上に、それぞれGaN系半導体からなるn型層12と活性層13とp型層14とを順次積層し、p型層14の表面にTCO膜15とp側ボンディングパッド16とからなるp電極を形成し、基板11の裏面にn側ボンディングパッド17を形成してなる構造を有している。電極構造の観点からいうと、このGaN系LED素子10は垂直電極型構造を有している。TCO膜15とp側ボンディングパッド16との間の一部には抵抗制御膜RFが挿入されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a GaN-based LED element according to Embodiment 1 of the present invention. In this GaN-based LED element 10, an n-type layer 12, an active layer 13, and a p-type layer 14 each made of a GaN-based semiconductor are sequentially stacked on a substrate 11, and a TCO film 15 and a p-type layer 14 are formed on the surface of the p-type layer 14. A p-electrode composed of the side bonding pad 16 is formed, and an n-side bonding pad 17 is formed on the back surface of the substrate 11. From the viewpoint of the electrode structure, the GaN-based LED element 10 has a vertical electrode type structure. A resistance control film RF is inserted in a part between the TCO film 15 and the p-side bonding pad 16.

抵抗制御膜RF直下におけるp型層14とTCO膜15との界面には、抵抗制御膜RFの形成時に形成された抵抗増加領域が存在している。この抵抗増加領域ではp型層14とTCO膜15との界面を横切る方向の電気抵抗が他の領域に比べて高くなっている。そのため、p側ボンディングパッド16とn側ボンディングパッド17を通してLED素子10に順方向電圧を印加したとき、p型層14とTCO膜15との界面を横切って流れる電流がこの抵抗増加領域では少なくなる。このことは、抵抗増加領域の下方において活性層13を流れる電流が減少することを意味する。このような抵抗増加領域がp側ボンディングパッド16に覆われた抵抗制御膜RFの下方に存在することから、GaN系LED素子10ではp側ボンディングパッド16の下方における活性層13の発光が抑制されている。   At the interface between the p-type layer 14 and the TCO film 15 immediately below the resistance control film RF, there is a resistance increasing region formed when the resistance control film RF is formed. In this resistance increasing region, the electric resistance in the direction crossing the interface between the p-type layer 14 and the TCO film 15 is higher than that in other regions. Therefore, when a forward voltage is applied to the LED element 10 through the p-side bonding pad 16 and the n-side bonding pad 17, the current flowing across the interface between the p-type layer 14 and the TCO film 15 is reduced in this resistance increasing region. . This means that the current flowing through the active layer 13 decreases below the resistance increasing region. Since such a resistance increasing region exists below the resistance control film RF covered with the p-side bonding pad 16, in the GaN-based LED element 10, light emission of the active layer 13 below the p-side bonding pad 16 is suppressed. ing.

GaN系LED素子10は次のようにして製造することができる。
まず、通常のMOVPE法を用いて基板11上にGaN系半導体結晶を成長させて、n型層12と活性層13とp型層14とを順次積層したエピタキシャルウェハを作製する。垂直電極型構造とするために基板11には導電性を有する基板を用いる。導電性基板としては、例えば、炭化ケイ素、ケイ素、GaN系半導体、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタンなどからなる単結晶基板が例示される。
The GaN-based LED element 10 can be manufactured as follows.
First, a GaN-based semiconductor crystal is grown on the substrate 11 using a normal MOVPE method, and an epitaxial wafer in which an n-type layer 12, an active layer 13, and a p-type layer 14 are sequentially stacked is manufactured. In order to obtain a vertical electrode structure, a substrate having conductivity is used as the substrate 11. Examples of the conductive substrate include a single crystal substrate made of silicon carbide, silicon, GaN-based semiconductor, gallium arsenide, gallium phosphide, gallium oxide, zinc oxide, zirconium boride, titanium boride and the like.

次に、上記形成したエピタキシャルウェハのp型層14上に、オーミック電極とするためのTCO膜15を真空蒸着法を用いて形成する。このTCO膜15の膜厚は例えば0.01μm〜0.2μmとすることができるが、好ましくは0.01μm〜0.15μmであり、より好ましくは0.01μm〜0.10μm、特に好ましくは0.01μm〜0.05μmである。TCO膜15の膜厚を小さくする程、後の工程にて抵抗制御膜RFの下方に形成される抵抗増加領域における、TCO膜とp型層14との間の抵抗が顕著に大きくなる。なぜなら、膜厚の減少とともに、抵抗制御膜の形成時にp型層表面を保護する保護材としてのTCO膜の作用が小さくなるからである。
TCO膜15は、成膜後、湿式または乾式エッチングによって不要部分を除去することにより所定の電極形状にパターニングする。パターニングの前または後にウェハに熱処理を行ってもよい。
Next, a TCO film 15 for forming an ohmic electrode is formed on the p-type layer 14 of the epitaxial wafer formed as described above using a vacuum deposition method. The film thickness of the TCO film 15 can be, for example, 0.01 μm to 0.2 μm, preferably 0.01 μm to 0.15 μm, more preferably 0.01 μm to 0.10 μm, and particularly preferably 0. 0.01 μm to 0.05 μm. As the thickness of the TCO film 15 is reduced, the resistance between the TCO film and the p-type layer 14 is significantly increased in the resistance increasing region formed below the resistance control film RF in a later step. This is because, as the film thickness decreases, the action of the TCO film as a protective material for protecting the p-type layer surface during the formation of the resistance control film becomes smaller.
After the film formation, the TCO film 15 is patterned into a predetermined electrode shape by removing unnecessary portions by wet or dry etching. The wafer may be heat treated before or after patterning.

次に、リフトオフ法を用いて、後の工程でp側ボンディングパッド16を形成すべきTCO膜15上の領域の一部に、スパッタリングによって抵抗制御膜RFを形成する。
この工程では、抵抗制御膜RFが形成される部分に対応する領域においてp型層15の表面がスパッタリングに起因するダメージを受け、p型層14とTCO膜15との界面に抵抗増加領域が形成されるよう、スパッタリング条件を設定する。
Next, the resistance control film RF is formed by sputtering in a part of the region on the TCO film 15 where the p-side bonding pad 16 is to be formed in a later step by using a lift-off method.
In this step, the surface of the p-type layer 15 is damaged due to sputtering in a region corresponding to a portion where the resistance control film RF is formed, and a resistance increasing region is formed at the interface between the p-type layer 14 and the TCO film 15. To set the sputtering conditions.

抵抗制御膜RFの材料はスパッタ膜を形成し得る金属または無機材料であればよく、GaN系LED素子の構成材料として必要な強度と耐久性を有するものの中から適宜選択することができる。望ましくは、できるだけ光吸収が小さい材料を選択する。金属材料であれば銀白色を呈するものが好ましく、特に好ましいものとしてAg(銀)、Al(アルミニウム)、Rh(ロジウム)、Pt(白金)が例示される。
無機材料であれば、活性層13のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する絶縁性無機材料が好ましく、とりわけ、化学的安定性の高い金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物、具体的には酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブなどの材料が好ましく例示される。絶縁性材料に比べると短波長領域での光吸収が大きい点で劣るが、各種のTCOも使用可能である。
上記例示した中では、光吸収が小さいという点で、絶縁性無機材料が最も好ましい材料である。
The material of the resistance control film RF may be any metal or inorganic material capable of forming a sputtered film, and can be appropriately selected from those having the strength and durability necessary for the GaN-based LED element. Desirably, a material that absorbs as little light as possible is selected. If it is a metal material, what exhibits silver white is preferable and Ag (silver), Al (aluminum), Rh (rhodium), and Pt (platinum) are illustrated as a particularly preferable thing.
If it is an inorganic material, an insulating inorganic material having a band gap larger than the band gap of the active layer 13 is preferable. In particular, a metal oxide, metal nitride, or metal oxynitride having high chemical stability, specifically, Examples of preferred materials include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, zirconium oxide, and niobium oxide. Although it is inferior in light absorption in a short wavelength region as compared with an insulating material, various TCOs can also be used.
Among the above examples, an insulating inorganic material is the most preferable material in that light absorption is small.

次に、TCO膜15上にp側ボンディングパッド16を形成する。p側ボンディングパッド16は抵抗制御膜RFを覆うように形成する。p側ボンディングパッド16は金属材料のみで構成してもよいが、好ましい実施形態では、TCO膜15および抵抗制御膜RFと接する下層部をTCOで形成し、その上に上層部として金属層を形成した積層膜としてもよい。
次に、エピタキシャル層の上面側からエッチングを行い、ウェハ上の各素子の少なくとも発光層13が独立するように素子間分離溝を形成する。
Next, a p-side bonding pad 16 is formed on the TCO film 15. The p-side bonding pad 16 is formed so as to cover the resistance control film RF. The p-side bonding pad 16 may be composed of only a metal material. However, in a preferred embodiment, a lower layer portion in contact with the TCO film 15 and the resistance control film RF is formed of TCO, and a metal layer is formed thereon as an upper layer portion. A laminated film may be used.
Next, etching is performed from the upper surface side of the epitaxial layer, and an element isolation groove is formed so that at least the light emitting layer 13 of each element on the wafer is independent.

次に、電子ビーム蒸着法を用いて、エピタキシャル層を形成した側のウェハ表面を全面的に覆う透明な保護被覆(図示せず)を形成する。保護被覆の材料は、好ましくは金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物などである。保護被覆の形成後、p側ボンディングパッド16の表面をドライエッチングにより露出させる。
次に、基板11の裏面上にn側ボンディングパッド17を形成する。n側ボンディングパッド17を基板11の裏面に直接形成しないで、それよりも面積の大きなTCO膜を介して形成してもよい。n側ボンディングパッド17の形成の順序に特に限定はなく、例えば、p電極の形成より先に行ってもよい。
最後に、ダイサー、スクライバーなどを用いた公知の方法によりウェハからGaN系LED素子10を切り出してチップとする。
Next, a transparent protective coating (not shown) that covers the entire surface of the wafer on which the epitaxial layer is formed is formed using an electron beam evaporation method. The material of the protective coating is preferably a metal oxide, metal nitride, metal oxynitride or the like. After forming the protective coating, the surface of the p-side bonding pad 16 is exposed by dry etching.
Next, an n-side bonding pad 17 is formed on the back surface of the substrate 11. The n-side bonding pad 17 may not be formed directly on the back surface of the substrate 11 but may be formed through a TCO film having a larger area. The order of formation of the n-side bonding pad 17 is not particularly limited, and may be performed before the formation of the p-electrode, for example.
Finally, the GaN-based LED element 10 is cut out from the wafer by a known method using a dicer, a scriber or the like to obtain a chip.

このようにして作製されるGaN系LED素子10は、フェースアップ実装して用い得ることは勿論、基板11が発光層13で生じる光に対して透過性を有する場合には、フェースダウン実装(フリップチップ実装、ジャンクションダウン実装などともいう)して用いることもできる。   The GaN-based LED element 10 manufactured in this way can be used by face-up mounting. Of course, when the substrate 11 is transparent to light generated in the light emitting layer 13, face-down mounting (flip (Also referred to as chip mounting or junction down mounting).

(実施形態2)
本発明の実施形態2に係るGaN系LED素子を図2に模式的に示す。図2(a)はLED素子を電極配置面側から見た平面図、図2(b)は図2(a)のX−X線の位置における断面図である。
このGaN系LED素子20は、基板21上に、それぞれGaN系半導体からなるn型層22と活性層23とp型層24とを順次積層し、p型層24の表面にTCO膜25とp側ボンディングパッド26とからなるp電極を形成し、エッチングにより一部露出したn型層22の表面にn側ボンディングパッド27(オーミック電極を兼用)を形成してなる構造を有している。電極構造の観点からいうと、このGaN系LED素子20は水平電極型構造を有している。
TCO膜25上の一部には抵抗制御膜RFが形成されている。
(Embodiment 2)
A GaN-based LED element according to Embodiment 2 of the present invention is schematically shown in FIG. 2A is a plan view of the LED element as viewed from the electrode arrangement surface side, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 2A.
In this GaN-based LED element 20, an n-type layer 22, an active layer 23, and a p-type layer 24 each made of a GaN-based semiconductor are sequentially stacked on a substrate 21, and a TCO film 25 and a p-type layer 24 are formed on the surface of the p-type layer 24. A p-electrode composed of the side bonding pad 26 is formed, and an n-side bonding pad 27 (also used as an ohmic electrode) is formed on the surface of the n-type layer 22 partially exposed by etching. From the viewpoint of the electrode structure, the GaN-based LED element 20 has a horizontal electrode type structure.
A resistance control film RF is formed on a part of the TCO film 25.

GaN系LED素子20における抵抗制御膜RFは、図2(a)に示すように、TCO膜25のうち、p側ボンディングパッド26とn側ボンディングパッド27との間に挟まれた領域である「パッド間領域」上に形成されている。ここで、本明細書にいう「パッド間領域」は、素子を平面視したとき2つのボンディングパッドに接する接線を外縁とする領域とする。図3(a)はこれを説明するための図であり、図中の2本の二点鎖線がそれぞれ2つのパッドに接する接線を示している。パッド間領域は2本の二点鎖線の間に挟まれた領域に含まれる。
ボンディングパッドは金属ワイヤやハンダとの接続に主として用いる本体部に加えて、該本体部から細長く伸びるアーム部を有していてもよいが、ボンディングパッドがこのように本体部とアーム部とを有する場合には、図3(b)に示すようにアーム部を無視し、本体部のみを考慮してパッド間領域の外縁となる接線を定義する。
The resistance control film RF in the GaN-based LED element 20 is a region sandwiched between the p-side bonding pad 26 and the n-side bonding pad 27 in the TCO film 25 as shown in FIG. It is formed on the “inter-pad area”. Here, the “inter-pad region” referred to in this specification is a region having a tangent line in contact with two bonding pads when the element is viewed in plan as an outer edge. FIG. 3A is a diagram for explaining this, and two two-dot chain lines in the figure indicate tangent lines that contact two pads, respectively. The inter-pad region is included in a region sandwiched between two two-dot chain lines.
The bonding pad may have an arm portion extending elongated from the main body portion in addition to the main body portion used mainly for connection with a metal wire or solder, but the bonding pad thus has the main body portion and the arm portion. In this case, as shown in FIG. 3 (b), the arm portion is ignored, and only the main body portion is taken into consideration to define a tangent that is the outer edge of the interpad area.

TCO膜のパッド間領域は従来技術のGaN系LED素子においては電流集中が生じていた領域である(例えば、特開平10−341038を参照)。GaN系LED素子20ではTCO膜25のパッド間領域上に抵抗制御膜RFを形成することにより、その下方におけるp型層24とTCO膜25との界面に抵抗増加領域が形成されているために、TCO膜25のパッド間領域への電流集中が抑制されている。TCO膜の特定領域への電流集中を抑制することにより、活性層を流れる電流の面内分布を一様にすることができる。それによって、発光層の多くの部分を有効に利用できるようになるために、LED素子の発光効率が向上する。また、TCO膜や活性層の特定部位にかかっていた高い負荷が緩和されることにより、LED素子の信頼性が向上する。   The inter-pad region of the TCO film is a region where current concentration has occurred in the conventional GaN-based LED element (see, for example, JP-A-10-341038). In the GaN-based LED element 20, since the resistance control film RF is formed on the inter-pad region of the TCO film 25, a resistance increasing region is formed at the interface between the p-type layer 24 and the TCO film 25 below the resistance control film RF. , Current concentration in the inter-pad region of the TCO film 25 is suppressed. By suppressing the current concentration in the specific region of the TCO film, the in-plane distribution of the current flowing through the active layer can be made uniform. Thereby, many portions of the light emitting layer can be effectively used, and thus the light emission efficiency of the LED element is improved. Moreover, the reliability of the LED element is improved by relieving a high load applied to a specific portion of the TCO film or the active layer.

GaN系LED素子20は次のようにして製造することができる。
まず、通常のMOVPE法を用いて基板21上にGaN系半導体結晶を成長させて、n型層22と活性層23とp型層24とを順次積層したエピタキシャルウェハを作製する。基板21はGaN系半導体結晶のエピタキシャル成長に適したものであればよく、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、ケイ素、GaN系半導体(GaN、AlGaNなど)、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、LGO、NGO、LAO、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタンなどの材料からなる結晶基板(単結晶基板、テンプレート)を、好ましく用いることができる。透光性
の基板としては、当該素子の発光波長に応じて、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、GaN系半導体、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、LGO、NGO、LAOなどから選択される材料で構成される基板を好ましく用いることができる。
The GaN-based LED element 20 can be manufactured as follows.
First, a GaN-based semiconductor crystal is grown on the substrate 21 using a normal MOVPE method, and an epitaxial wafer in which an n-type layer 22, an active layer 23, and a p-type layer 24 are sequentially stacked is manufactured. The substrate 21 may be any material that is suitable for epitaxial growth of GaN-based semiconductor crystals. Sapphire, spinel, silicon carbide, silicon, GaN-based semiconductors (GaN, AlGaN, etc.), gallium arsenide, gallium phosphide, gallium oxide, zinc oxide Crystal substrates (single crystal substrates, templates) made of materials such as LGO, NGO, LAO, zirconium boride, and titanium boride can be preferably used. The light-transmitting substrate is a material selected from sapphire, spinel, silicon carbide, GaN-based semiconductor, gallium phosphide, gallium oxide, zinc oxide, LGO, NGO, LAO and the like depending on the emission wavelength of the element. A configured substrate can be preferably used.

次に、上記形成したエピタキシャルウェハのp型層24上に、オーミック電極とするためのTCO膜25を真空蒸着法を用いて形成する。このTCO膜25の膜厚は例えば0.01μm〜0.2μmとすることができるが、好ましくは0.01μm〜0.15μmであり、より好ましくは0.01μm〜0.10μm、特に好ましくは0.01μm〜0.05μmである。TCO膜15の膜厚を小さくする程、後の工程にて抵抗制御膜RFの下方に形成される抵抗増加領域における、TCO膜とp型層14との間の抵抗が顕著に大きくなる。なぜなら、膜厚の減少とともに、抵抗制御膜の形成時にp型層表面を保護する保護材としてのTCO膜の作用が小さくなるからである。
TCO膜25は、成膜後、湿式または乾式エッチングによって不要部分を除去することにより所定の電極形状にパターニングする。パターニングの前または後にウェハに熱処理を行ってもよい。
Next, a TCO film 25 for forming an ohmic electrode is formed on the p-type layer 24 of the epitaxial wafer formed as described above using a vacuum deposition method. The thickness of the TCO film 25 can be, for example, 0.01 μm to 0.2 μm, preferably 0.01 μm to 0.15 μm, more preferably 0.01 μm to 0.10 μm, and particularly preferably 0. 0.01 μm to 0.05 μm. As the thickness of the TCO film 15 is reduced, the resistance between the TCO film and the p-type layer 14 is significantly increased in the resistance increasing region formed below the resistance control film RF in a later step. This is because, as the film thickness decreases, the action of the TCO film as a protective material for protecting the p-type layer surface during the formation of the resistance control film becomes smaller.
After the film formation, the TCO film 25 is patterned into a predetermined electrode shape by removing unnecessary portions by wet or dry etching. The wafer may be heat treated before or after patterning.

次に、エピタキシャル層のn側ボンディングパッド27を形成すべき場所にRIE(反応性イオンエッチング)によって凹部を形成して、該凹部の底にn型層22を露出させる。このとき同時に該凹部と同じ深さを有する素子分離溝を形成してウェハ上の各素子の発光層23を独立させる。   Next, a recess is formed by RIE (reactive ion etching) at a location where the n-side bonding pad 27 of the epitaxial layer is to be formed, and the n-type layer 22 is exposed at the bottom of the recess. At the same time, an element isolation groove having the same depth as the recess is formed to make the light emitting layer 23 of each element on the wafer independent.

次に、TCO膜25上へのp側ボンディングパッド26の形成と、上記工程で露出したn型層22表面へのn側ボンディングパッド27の形成を行う。これらは、いずれを先に形成してもよいが、好ましくは工程数を削減するために同時形成する。n側ボンディングパッド電極27はオーミック電極を兼用させる関係から、少なくともn型層22に接する部分を、n型GaN系半導体とオーミック接触する材料(Ti、W、TiW、V、Al、TCOなど)で形成する。あるいは、n側ボンディングパッド27をn型層22の表面に直接形成しないで、それよりも面積の大きなTCO膜を介して形成してもよい。各ボンディングパッドの少なくとも表層部は、金属ワイヤやハンダなどが良好に接合し得るように、金属材料で形成する。   Next, the p-side bonding pad 26 is formed on the TCO film 25 and the n-side bonding pad 27 is formed on the surface of the n-type layer 22 exposed in the above process. Any of these may be formed first, but they are preferably formed simultaneously to reduce the number of steps. Since the n-side bonding pad electrode 27 also serves as an ohmic electrode, at least a portion in contact with the n-type layer 22 is made of a material (Ti, W, TiW, V, Al, TCO, etc.) that is in ohmic contact with the n-type GaN-based semiconductor. Form. Alternatively, the n-side bonding pad 27 may not be directly formed on the surface of the n-type layer 22 but may be formed through a TCO film having a larger area. At least the surface layer portion of each bonding pad is formed of a metal material so that a metal wire, solder, or the like can be satisfactorily bonded.

次に、リフトオフ法を用いて、TCO膜25のパッド間領域上にスパッタリングによって抵抗制御膜RFを形成する。抵抗制御膜RFが形成される部分に対応する領域においてp型層25の表面がスパッタリングに起因するダメージを受け、p型層24とTCO膜25との界面に抵抗増加領域が形成されるようスパッタリング条件を設定する点は、前述の実施形態1の場合と同じである。   Next, a resistance control film RF is formed by sputtering on the inter-pad region of the TCO film 25 using a lift-off method. Sputtering is performed so that the surface of the p-type layer 25 is damaged due to sputtering in a region corresponding to a portion where the resistance control film RF is formed, and a resistance increasing region is formed at the interface between the p-type layer 24 and the TCO film 25. The condition is set in the same manner as in the first embodiment.

抵抗制御膜RFの材料はスパッタ膜を形成し得る金属または無機材料であればよく、GaN系LED素子の構成材料として必要な強度と耐久性を有するものから適宜選択することができる。望ましくは、光吸収が小さく、かつ、導電性を有さない材料を選択する。導電性材料を用いると抵抗制御膜RF自体が電流の拡散経路となるので、電流集中を抑制する効果が低下してしまう。よって、GaN系LED素子20における抵抗制御膜RFの最も好ましい材料は、活性層23のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する絶縁性無機材料である。その中でも、化学的安定性の高い金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物、具体的には酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブなどの材料が特に好ましい点は、前述の実施形態1の場合と同じである。
抵抗制御膜RF、p側ボンディングパッド26、n側ボンディングパッド27の形成の順序に特に限定はなく、例えば、ボンディングパッドの形成より先に抵抗制御膜を形成してもよい。
The material of the resistance control film RF may be any metal or inorganic material capable of forming a sputtered film, and can be appropriately selected from those having the strength and durability required as a constituent material of the GaN-based LED element. Desirably, a material having low light absorption and no conductivity is selected. When a conductive material is used, the resistance control film RF itself becomes a current diffusion path, and the effect of suppressing current concentration is reduced. Therefore, the most preferable material of the resistance control film RF in the GaN-based LED element 20 is an insulating inorganic material having a band gap larger than the band gap of the active layer 23. Among them, metal oxides, metal nitrides or metal oxynitrides with high chemical stability, specifically silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, zirconium oxide, niobium oxide, etc. Is particularly the same as in the first embodiment.
The order of forming the resistance control film RF, the p-side bonding pad 26, and the n-side bonding pad 27 is not particularly limited. For example, the resistance control film may be formed before the bonding pad is formed.

次に、電子ビーム蒸着法を用いて、エピタキシャル層を形成した側のウェハ表面を全面的に覆う透明な保護被覆(図示せず)を形成する。保護被覆の材料は、好ましくは金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物などである。保護被覆の形成後、p側ボンディングパッド26とn側ボンディングパッド27の表面をドライエッチングにより露出させる。
最後に、必要に応じて基板の裏面をラッピングしてウェハの厚さを薄くしたうえで、ダイサー、スクライバーなどを用いた公知の方法によりウェハからGaN系LED素子20を切り出してチップとする。
Next, a transparent protective coating (not shown) that covers the entire surface of the wafer on which the epitaxial layer is formed is formed using an electron beam evaporation method. The material of the protective coating is preferably a metal oxide, metal nitride, metal oxynitride or the like. After forming the protective coating, the surfaces of the p-side bonding pad 26 and the n-side bonding pad 27 are exposed by dry etching.
Finally, the back surface of the substrate is lapped as necessary to reduce the thickness of the wafer, and the GaN-based LED element 20 is cut out from the wafer by a known method using a dicer, a scriber, or the like to obtain a chip.

このようにして作製されるGaN系LED素子20は、フェースアップ実装して用い得ることは勿論、基板21が発光層23で生じる光に対して透過性を有する場合には、フェースダウン実装して用いることもできる。あるいは、フェースダウン実装する場合において、特表2007−517404号公報(WO2005/062905号公報)に開示された技術を用いることにより、基板21をLED素子実装後に除去することができる。   The GaN-based LED element 20 manufactured in this way can be used by face-up mounting. Of course, when the substrate 21 is transparent to the light generated in the light emitting layer 23, it is mounted face-down. It can also be used. Alternatively, in the case of face-down mounting, the substrate 21 can be removed after mounting the LED element by using the technique disclosed in JP-T-2007-517404 (WO2005 / 062905).

(実施形態3)
本発明の実施形態3に係るGaN系LED素子を図4に模式的に示す。図4(a)はLED素子を電極配置面側から見た平面図、図4(b)は図4(a)のX−X線の位置における断面図である。
このGaN系LED素子30は、基板31上に、それぞれGaN系半導体からなるn型層32と活性層33とp型層34とを順次積層し、p型層34の表面にTCO膜35とp側ボンディングパッド36とからなるp電極を形成し、エッチングにより一部露出したn型層32の表面にn側ボンディングパッド37(オーミック電極を兼用)を形成してなる構造を有している。2つのボンディングパッド36、37は、それぞれ本体部と該本体部から細長く伸びたアーム部36a、37aを有している。アーム部36a、37aは素子の面方向の電流拡散を補助するために設けられた部分であり、通常、金属ワイヤの接合部位として使用されることはない。電極構造の観点からいうと、このGaN系LED素子30は水平電極型構造を有している。TCO膜35上の一部には抵抗制御膜RFが形成されている。図4(a)においては、ボンディングパッド36の下に隠れた抵抗制御膜RFの輪郭線を破線で示している。
(Embodiment 3)
FIG. 4 schematically shows a GaN-based LED element according to Embodiment 3 of the present invention. 4A is a plan view of the LED element as viewed from the electrode arrangement surface side, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 4A.
In this GaN-based LED element 30, an n-type layer 32, an active layer 33 and a p-type layer 34 each made of a GaN-based semiconductor are sequentially stacked on a substrate 31, and a TCO film 35 and a p-type layer 34 are formed on the surface of the p-type layer 34. A p-electrode composed of the side bonding pad 36 is formed, and an n-side bonding pad 37 (also serving as an ohmic electrode) is formed on the surface of the n-type layer 32 partially exposed by etching. Each of the two bonding pads 36 and 37 has a main body portion and arm portions 36a and 37a elongated from the main body portion. The arm portions 36a and 37a are portions provided to assist current diffusion in the surface direction of the element, and are not normally used as joint portions for metal wires. From the viewpoint of the electrode structure, the GaN-based LED element 30 has a horizontal electrode type structure. A resistance control film RF is formed on a part of the TCO film 35. In FIG. 4A, the outline of the resistance control film RF hidden under the bonding pad 36 is indicated by a broken line.

本実施形態3に係るGaN系LED素子30が前述の実施形態2に係るGaN系LED素子20と異なる点は、前述の実施形態2に係るGaN系LED素子20では抵抗制御膜RFがTCO膜25のパッド間領域上のみに形成されているのに対し、GaN系LED素子30では抵抗制御膜RFがTCO膜35のパッド間領域上のみではなく、その一部がp側ボンディングパッド36に覆われた領域にも形成されている点である。このように構成されることにより、GaN系LED素子30においては、p側ボンディングパッド36の下方の領域における活性層33の発光が
抑制されるとともに、TCO膜35のパッド間領域への電流集中が抑制されている。
The difference between the GaN-based LED element 30 according to the third embodiment and the GaN-based LED element 20 according to the second embodiment is that the resistance control film RF is the TCO film 25 in the GaN-based LED element 20 according to the second embodiment. In the GaN-based LED element 30, the resistance control film RF is not only covered on the inter-pad area of the TCO film 35, but a part thereof is covered with the p-side bonding pad 36. It is also formed in the region. With this configuration, in the GaN-based LED element 30, light emission of the active layer 33 in the region below the p-side bonding pad 36 is suppressed, and current concentration in the inter-pad region of the TCO film 35 is reduced. It is suppressed.

(実施形態4)
本発明の実施形態4に係るGaN系LED素子を図5に模式的に示す。図5(a)はLED素子を電極配置面側から見た平面図、図5(b)は図5(a)のX−X線の位置における断面図である。
このGaN系LED素子40は、基板41上に、それぞれGaN系半導体からなるn型層42と活性層43とp型層44とを順次積層し、p型層44の表面にTCO膜45とp側ボンディングパッド46とからなるp電極を形成し、エッチングにより一部露出したn型層42の表面にn側ボンディングパッド47(オーミック電極を兼用)を形成してなる構造を有している。電極構造の観点からいうと、このGaN系LED素子40は水平電極型構造を有している。
TCO膜45上の一部には抵抗制御膜RFが形成されている。前述の実施形態3に係るGaN系LED素子30と同様に、GaN系LED素子40では抵抗制御膜RFが一部ではTCO膜45とp側ボンディングパッド46との間の一部に挿入されており、他の一部ではTCO膜45のパッド間領域上に形成されている。図5(a)においては、抵抗制御膜RFの輪郭線のうちボンディングパッド46の下に隠れた部分と反射膜49の下に隠れた部分を破線で示している。
(Embodiment 4)
FIG. 5 schematically shows a GaN-based LED element according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 5A is a plan view of the LED element as viewed from the electrode arrangement surface side, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
In the GaN-based LED element 40, an n-type layer 42, an active layer 43, and a p-type layer 44 each made of a GaN-based semiconductor are sequentially stacked on a substrate 41, and a TCO film 45 and a p-type layer 44 are formed on the surface of the p-type layer 44. A p-electrode composed of the side bonding pad 46 is formed, and an n-side bonding pad 47 (also used as an ohmic electrode) is formed on the surface of the n-type layer 42 partially exposed by etching. From the viewpoint of the electrode structure, the GaN-based LED element 40 has a horizontal electrode type structure.
A resistance control film RF is formed on a part of the TCO film 45. Similar to the GaN-based LED element 30 according to the third embodiment described above, in the GaN-based LED element 40, the resistance control film RF is partially inserted between the TCO film 45 and the p-side bonding pad 46. The other part is formed on the inter-pad region of the TCO film 45. In FIG. 5A, a portion hidden under the bonding pad 46 and a portion hidden under the reflective film 49 in the outline of the resistance control film RF are indicated by broken lines.

前述の各実施形態に係るGaN系LED素子とは異なり、GaN系LED素子40は、更に、TCO膜45上に抵抗制御膜RFの一部を挟んで形成された反射膜49を有している。反射膜49はTCO膜膜の電流拡散性に実質的な影響を与えないよう、少なくともTCO膜と接する部分が絶縁性材料で形成されている。反射膜49は誘電体多層膜型の反射膜であり得る。反射膜49はまた、誘電体膜(多層膜型の反射膜を含み得る)上に金属膜を積層した多層膜構造を有し得る。この場合の好ましい金属膜の材料は、Ag(銀)、Al(アルミニウム)、Rh(ロジウム)、Pt(白金)である。
本実施形態4に係るGaN系LED素子40は好適にはフェースダウン実装して用いる。フェースダウン実装後、特表2007−517404号公報(WO2005/062905号公報)に開示された技術を用いることにより、基板41を除去することができる。
Unlike the GaN-based LED elements according to the above-described embodiments, the GaN-based LED element 40 further includes a reflective film 49 formed on the TCO film 45 with a part of the resistance control film RF interposed therebetween. . The reflective film 49 is formed of an insulating material at least in contact with the TCO film so as not to substantially affect the current diffusivity of the TCO film. The reflective film 49 may be a dielectric multilayer type reflective film. The reflective film 49 may also have a multilayer structure in which a metal film is laminated on a dielectric film (which may include a multilayer-type reflective film). In this case, preferred metal film materials are Ag (silver), Al (aluminum), Rh (rhodium), and Pt (platinum).
The GaN-based LED element 40 according to the fourth embodiment is preferably used with face-down mounting. After the face-down mounting, the substrate 41 can be removed by using the technique disclosed in Japanese translations of PCT publication No. 2007-517404 (WO2005 / 062905).

上記各実施形態において、抵抗制御膜を形成する工程で考慮すべき重要なポイントは次の2つである。   In each of the above embodiments, there are the following two important points to be considered in the process of forming the resistance control film.

第一のポイントは、TCO膜の表面に抵抗制御膜が堆積される領域に対応して、p型層とTCO膜との間の抵抗が部分的に増加した抵抗増加領域が形成されるよう、スパッタリング条件を設定することである。この抵抗の増加は、前述のようにスパッタ粒子や高エネルギー粒子の衝撃に起因して生じると考えられるので、例えば、スパッタリング雰囲気を低圧とすることによって、促進することができる。なぜなら、低圧雰囲気下では、スパッタ粒子や高エネルギー粒子が雰囲気ガス分子との衝突によりエネルギーを失うことなくウェハ表面に到達する確率が高くなるからである。一般的には、高エネルギー粒子は基板やスパッタ膜を損傷させるので、できるだけ基板に入射させないようにすることが好ましいとされるが、それとは対照的に、上記の抵抗増加領域の形成にあたっては、高エネルギー粒子の作用を好ましく利用することができる。   The first point is that, corresponding to the region where the resistance control film is deposited on the surface of the TCO film, a resistance increasing region in which the resistance between the p-type layer and the TCO film is partially increased is formed. It is to set sputtering conditions. This increase in resistance is considered to be caused by the impact of sputtered particles or high-energy particles as described above, and can be promoted, for example, by lowering the sputtering atmosphere. This is because, under a low-pressure atmosphere, the probability that sputtered particles or high-energy particles reach the wafer surface without losing energy due to collision with atmospheric gas molecules increases. In general, high energy particles damage the substrate and the sputtered film. Therefore, it is preferable that the high energy particles are not incident on the substrate as much as possible. In contrast, in forming the resistance increasing region, The action of high energy particles can be preferably used.

第二のポイントは、リフトオフ用のフォトレジスト膜に覆われた領域では、p型層とTCO膜との間の抵抗が抵抗制御膜の形成の前後で実質的に変わらないよう、使用するスパッタリング条件に応じて十分な保護効果が生じるようにフォトレジスト膜の膜厚を決定することである。電界メッキ法によるバンプ(微小電極)形成などを主な用途とする、10μm以上の厚膜形成が可能なフォトレジストが市販されており、好ましく用いることができる。   The second point is that in the region covered with the lift-off photoresist film, the sputtering conditions used are set so that the resistance between the p-type layer and the TCO film does not substantially change before and after the formation of the resistance control film. The film thickness of the photoresist film is determined so as to produce a sufficient protective effect according to the above. Photoresists capable of forming a thick film of 10 μm or more, mainly used for the formation of bumps (microelectrodes) by electroplating, are commercially available and can be preferably used.

(変形実施形態1)
上記各実施形態では、TCO膜15、25、35、45が単層構造であるが、これを2層以上のTCO膜を積層した多層構造とすることができる。特に、TCO膜15、25、35、45を多層構造とする場合、任意の2層の間に抵抗制御膜RFを挟んだ構造を採用することが可能である。
一例として、上記実施形態2において、TCO膜25を下部層25aおよび上部層25bからなる2層構造としたGaN系LED素子の断面図を図6に示す。このLED素子では、TCO膜の下層部25aを薄く形成する(例えば、0.01〜0.02μm)ことによって、抵抗制御膜RFの下方に形成される抵抗増加領域におけるTCO膜25とp型層24との間の抵抗を十分に高くしつつ、TCO膜25が担うべき層方向(厚さ方向に直交する方向)の電流拡散機能が確保されるように、TCO膜の上層部25bの膜厚を設定することが可能である。
(Modified Embodiment 1)
In each of the above embodiments, the TCO films 15, 25, 35, and 45 have a single layer structure, but this can be a multilayer structure in which two or more TCO films are stacked. In particular, when the TCO films 15, 25, 35, and 45 have a multilayer structure, it is possible to adopt a structure in which the resistance control film RF is sandwiched between any two layers.
As an example, FIG. 6 shows a cross-sectional view of a GaN-based LED element in which the TCO film 25 has a two-layer structure including a lower layer 25a and an upper layer 25b in the second embodiment. In this LED element, the TCO film 25 and the p-type layer in the resistance increasing region formed below the resistance control film RF are formed by thinly forming the lower layer portion 25a of the TCO film (for example, 0.01 to 0.02 μm). The film thickness of the upper layer portion 25b of the TCO film is secured so that the current diffusion function in the layer direction (direction orthogonal to the thickness direction) to be carried by the TCO film 25 is ensured while sufficiently increasing the resistance between Can be set.

(変形実施形態2)
上記各実施形態では、抵抗制御膜を形成する工程において、抵抗増加領域を形成しない領域の保護に用いる保護膜をLED素子構造から除去しているが、必須ではない。上記実施形態2を変形して、この保護膜を構造中に残したGaN系LED素子の断面図を図7に示す。
図7に示すGaN系LED素子は、ボンディングパッドの表面を除くLED素子の上面を覆う保護被覆28を有している。この保護被覆は、TCO膜25上を覆う一部分を除いて、下部被覆28aと上部被覆28bからなる2層構造となっている。このLED素子の製造工程では、下部被覆28aが、抵抗制御膜の形成工程において保護膜として利用される。即ち、この工程では、p型層24とTCO膜25の界面に抵抗増加領域を設ける予定の領域の上方に、開口部を有するパターンに、下部被覆28aを形成した後、その上から、スパッタリング法を用いて上部被覆28bを形成する。このとき、上部被覆28bのうち、下部被覆28aの開口部を通してTCO膜25上に直接堆積される部分が抵抗制御膜RFとして作用し、該部分の下方に抵抗増加領域が形成される。
(Modified Embodiment 2)
In each of the above embodiments, in the step of forming the resistance control film, the protective film used for protecting the region where the resistance increasing region is not formed is removed from the LED element structure, but this is not essential. FIG. 7 shows a cross-sectional view of a GaN-based LED element obtained by modifying Embodiment 2 and leaving this protective film in the structure.
The GaN-based LED element shown in FIG. 7 has a protective coating 28 that covers the upper surface of the LED element excluding the surface of the bonding pad. This protective coating has a two-layer structure including a lower coating 28a and an upper coating 28b except for a portion covering the TCO film 25. In the LED element manufacturing process, the lower coating 28a is used as a protective film in the resistance control film forming process. That is, in this step, after forming the lower coating 28a in a pattern having an opening above the region where the resistance increasing region is to be provided at the interface between the p-type layer 24 and the TCO film 25, a sputtering method is applied from above. Is used to form the upper coating 28b. At this time, a portion of the upper coating 28b that is directly deposited on the TCO film 25 through the opening of the lower coating 28a acts as the resistance control film RF, and a resistance increasing region is formed below the portion.

以下では、上記の各実施形態に係るGaN系LED素子の各部の好ましい態様について説明する。
上記の各実施形態において、GaN系半導体層のエピタキシャル成長に用いる基板は、表面にマスク層を形成したり、表面を加工して凹凸面にしたものであってもよい。それによって、GaN系半導体結晶中の転位密度の低減に有効なELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)やファセット成長を発生させることができる。
Below, the preferable aspect of each part of the GaN-type LED element which concerns on said each embodiment is demonstrated.
In each of the above-described embodiments, the substrate used for epitaxial growth of the GaN-based semiconductor layer may be one in which a mask layer is formed on the surface, or the surface is processed into an uneven surface. Thereby, ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth) and facet growth effective in reducing the dislocation density in the GaN-based semiconductor crystal can be generated.

GaN系半導体層(n型層、活性層、p型層)の形成方法はMOVPE法(有機金属化合物気相成長法)に限定されるものではなく、MBE法(分子ビームエピタキシー法)、HVPE法(ハイドライド気相成長法)、PLD法(パルスレーザデポジション法)、スパッタリング法など、GaN系半導体結晶のエピタキシャル成長に適した公知の方法を適宜用いることができる。
GaN系半導体結晶と格子整合しない基板を用いる場合には、基板とGaN系半導体膜との間にバッファ層を介在させることが望ましい。公知技術を参照して、GaN系半導体またはその他の材料からなる低温バッファ層、高温バッファ層(単結晶バッファ層)、超格子バッファ層などのバッファ層を、適宜選択して用いることができる。垂直電極型の素子構造を採用する場合には、基板とn型層とが電気的に接続される必要があることから、バッファ層にもドーピングを行って導電性を付与してもよい。
The formation method of the GaN-based semiconductor layer (n-type layer, active layer, p-type layer) is not limited to the MOVPE method (organic metal compound vapor phase growth method), but the MBE method (molecular beam epitaxy method), the HVPE method. A known method suitable for epitaxial growth of a GaN-based semiconductor crystal, such as (hydride vapor phase growth method), PLD method (pulse laser deposition method), or sputtering method, can be used as appropriate.
When a substrate that does not lattice match with the GaN-based semiconductor crystal is used, it is desirable to interpose a buffer layer between the substrate and the GaN-based semiconductor film. With reference to a known technique, a buffer layer such as a low-temperature buffer layer, a high-temperature buffer layer (single crystal buffer layer), or a superlattice buffer layer made of a GaN-based semiconductor or other materials can be appropriately selected and used. In the case of adopting a vertical electrode type element structure, since the substrate and the n-type layer need to be electrically connected, the buffer layer may be doped to impart conductivity.

基板上にGaN系半導体膜が積層された構造を得るための他の方法として、成長用基板の上にエピタキシャル成長法によりGaN系半導体膜を形成した後、エッチング、研削、研磨、レーザリフトオフなどの方法を用いてGaN系半導体膜から成長用基板を除去し、除去後のGaN系半導体膜に別途準備した基板を貼り合わせる方法も使用可能である。あるいは、成長用基板を除去したGaN系半導体膜の表面に電解メッキまたは無電解メッキによって金属層を50μm以上の厚さに堆積させ、該金属層を基板とする方法も採用可能である。   As another method for obtaining a structure in which a GaN-based semiconductor film is laminated on a substrate, a method such as etching, grinding, polishing, laser lift-off, etc. after forming a GaN-based semiconductor film on a growth substrate by an epitaxial growth method It is also possible to use a method in which the growth substrate is removed from the GaN-based semiconductor film using, and a separately prepared substrate is bonded to the removed GaN-based semiconductor film. Alternatively, it is also possible to employ a method in which a metal layer is deposited to a thickness of 50 μm or more by electrolytic plating or electroless plating on the surface of the GaN-based semiconductor film from which the growth substrate has been removed, and the metal layer is used as the substrate.

n型層12、22、32、42は、Si、Geなどのn型不純物を添加したGaN、AlGaN、InGaN、AlInGaNで形成することができる。好ましくは、Siを1×1018cm−3〜1×1019cm−3の濃度に添加したAlaGa1−aN(0≦a≦0.05)を用いて、2μm〜6μmの厚さに形成する。 The n-type layers 12, 22, 32, and 42 can be formed of GaN, AlGaN, InGaN, or AlInGaN to which an n-type impurity such as Si or Ge is added. Preferably, using Al a Ga 1-a N (0 ≦ a ≦ 0.05) to which Si is added to a concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 , a thickness of 2 μm to 6 μm. To form.

活性層13、23、33、43は、ダブルヘテロ構造が構成されるようにそのバンドギャップエネルギーを定める。活性層は好ましくは量子井戸構造とし、更に好ましくは多重量子井戸構造とする。量子井戸構造における井戸層はInGaN、AlInGaNなど、Inを含む結晶で形成することが好ましい。   The active layers 13, 23, 33, and 43 determine the band gap energy so that a double heterostructure is formed. The active layer preferably has a quantum well structure, more preferably a multiple quantum well structure. The well layer in the quantum well structure is preferably formed of a crystal containing In, such as InGaN or AlInGaN.

p型層14、24、34、44は、Mg、Znなどのp型不純物を添加したGaN、AlGaN、InGaNまたはAlInGaNで形成することができる。好ましくは、Mgを2×1019cm−3〜1×1020cm−3の濃度に添加したAlaGa1−aN(0≦a≦0.2)を用いて、0.1μm〜2.0μm、より好ましくは0.1μm〜0.5μmの厚さに形成する。結晶成長工程でp型不純物が水素パッシベーションされた場合には、アニーリング処理などを行って水素を解離させて、p型不純物を活性化させる。 The p-type layers 14, 24, 34, and 44 can be formed of GaN, AlGaN, InGaN, or AlInGaN to which p-type impurities such as Mg and Zn are added. Preferably, Al a Ga 1-a N (0 ≦ a ≦ 0.2) to which Mg is added at a concentration of 2 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 is used. It is formed to a thickness of 0.0 μm, more preferably 0.1 μm to 0.5 μm. When the p-type impurity is hydrogen-passivated in the crystal growth process, annealing is performed to dissociate hydrogen and activate the p-type impurity.

n型層およびp型層のそれぞれは、厚さ方向に均質である必要はなく、各層の内部において不純物濃度、結晶組成などが厚さ方向に連続的または不連続的に変化していてもよい。
n型層またはp型層の内部、基板とn型層との間、n型層と活性層との間、活性層とp型層との間、などには、公知技術を適宜参酌して、キャリアブロック層、反射層、反射防止層、歪緩和層、応力緩和層、転位低減層、静電気破壊防止層、不純物拡散防止層、超格子層など、各種の目的、機能又は構造を有する層を設けることができる。
Each of the n-type layer and the p-type layer does not need to be uniform in the thickness direction, and the impurity concentration, crystal composition, etc. may change continuously or discontinuously in the thickness direction inside each layer. .
For the inside of the n-type layer or the p-type layer, between the substrate and the n-type layer, between the n-type layer and the active layer, between the active layer and the p-type layer, etc., appropriately take into account known techniques. A layer having various purposes, functions or structures, such as a carrier block layer, a reflection layer, an antireflection layer, a strain relaxation layer, a stress relaxation layer, a dislocation reduction layer, an electrostatic breakdown prevention layer, an impurity diffusion prevention layer, and a superlattice layer. Can be provided.

p側ボンディングパッド16、26、36、46、n側ボンディングパッド電極17、27、37、47の表層部に用いる金属材料としては、Ag(銀)、Au(金)、Sn(錫)、In(インジウム)、Bi(ビスマス)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)などが好ましく例示される。ボンディングパッドの膜厚は、例えば、0.2μm〜2μmとすることができる。   As the metal material used for the surface layer portion of the p-side bonding pads 16, 26, 36, 46 and the n-side bonding pad electrodes 17, 27, 37, 47, Ag (silver), Au (gold), Sn (tin), In (Indium), Bi (bismuth), Cu (copper), Zn (zinc) and the like are preferably exemplified. The film thickness of the bonding pad can be, for example, 0.2 μm to 2 μm.

TCO膜15、25、35、45は、酸化インジウム系、酸化亜鉛系、酸化錫系、酸化チタン系など、公知となっている各種のTCOを用いて形成することができる。具体的には、ITO(インジウム錫酸化物)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、AZO(アルミニウム亜鉛酸化物)、GZO(ガリウム亜鉛酸化物)、FTO(フッ素ドープ酸化錫)などが例示される。   The TCO films 15, 25, 35, and 45 can be formed using various known TCOs such as indium oxide, zinc oxide, tin oxide, and titanium oxide. Specific examples include ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), AZO (aluminum zinc oxide), GZO (gallium zinc oxide), and FTO (fluorine-doped tin oxide).

TCO膜の形成方法に限定はなく、公知技術を参照して適宜な方法を採用すればよい。具体的には、真空蒸着法の他、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、CVD法、ゾル−ゲル法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法などが例示される。スパッタリング法を用いることも妨げられるものではなく、スパッタリング雰囲気の圧力を高くするなどして、高エネルギー粒子がp型層の表面に入射するのを防止すれば、スパッタリング法でもp型層との抵抗が低いTCO膜を形成することが可能である。   There is no limitation on the method of forming the TCO film, and an appropriate method may be adopted with reference to known techniques. Specific examples include ion beam assisted deposition, ion plating, laser ablation, CVD, sol-gel, spray, spin coating, dip, and the like in addition to vacuum deposition. The use of the sputtering method is not hindered, and if the high-energy particles are prevented from entering the surface of the p-type layer, for example, by increasing the pressure in the sputtering atmosphere, the resistance to the p-type layer can be maintained even by the sputtering method. A low TCO film can be formed.

本発明は本明細書に明示的に記載した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変形が可能である。   The present invention is not limited to the embodiments explicitly described in the present specification, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

10、20、30、40 GaN系LED素子
11、21、31、41 基板
12、22、32、42 n型層
13、23、33、43 活性層
14、24、34、44 p型層
15、25、35、45 TCO膜
16、26、36、46 p側ボンディングパッド
17、27、37、47 n側ボンディングパッド
28 保護被覆
RF 抵抗制御膜
49 反射膜
10, 20, 30, 40 GaN-based LED elements 11, 21, 31, 41 Substrate 12, 22, 32, 42 n-type layer 13, 23, 33, 43 active layer 14, 24, 34, 44 p-type layer 15, 25, 35, 45 TCO films 16, 26, 36, 46 p-side bonding pads 17, 27, 37, 47 n-side bonding pads 28 Protective coating RF resistance control film 49 Reflective film

Claims (7)

n型GaN系半導体層の上にGaN系半導体からなる活性層とp型GaN系半導体層とを順次積層してなり、
前記p型GaN系半導体層の前記活性層側の主面とは反対側の主面上に形成されたTCO膜と該TCO膜に接続されたp側ボンディングパッドとを含むp電極と、
前記TCO膜の前記p型GaN系半導体層側とは反対側の主面上の一部に形成された抵抗制御膜と、
前記p型GaN系半導体層と前記TCO膜との界面に形成されて前記抵抗制御膜の下方の領域において前記活性層を流れる電流を減少させる抵抗増加領域と、
前記n型層に接続されたn側ボンディングパッドと、
を有するGaN系LED素子。
An active layer made of a GaN-based semiconductor and a p-type GaN-based semiconductor layer are sequentially stacked on the n-type GaN-based semiconductor layer,
A p-electrode including a TCO film formed on a main surface opposite to the main surface on the active layer side of the p-type GaN-based semiconductor layer, and a p-side bonding pad connected to the TCO film;
A resistance control film formed on a part of the main surface of the TCO film opposite to the p-type GaN-based semiconductor layer side;
A resistance increasing region formed at an interface between the p-type GaN-based semiconductor layer and the TCO film and reducing a current flowing through the active layer in a region below the resistance control film;
An n-side bonding pad connected to the n-type layer;
A GaN-based LED element having:
前記p側ボンディングパッドが前記TCO膜上に形成され、前記抵抗制御膜の少なくとも一部が前記p側ボンディングパッドと前記TCO膜との間の一部に挿入されている、請求項1に記載のGaN系LED素子。   The p-side bonding pad is formed on the TCO film, and at least a part of the resistance control film is inserted into a part between the p-side bonding pad and the TCO film. GaN-based LED element. 水平電極型の素子構造が形成されるように前記n側ボンディングパッドが前記n型GaN系半導体層の一部露出面上に設けられ、前記TCO膜が前記p側ボンディングパッドと前記n側ボンディングパッドとの間に挟まれたパッド間領域を有しており、前記抵抗制御膜の少なくとも一部が前記パッド間領域上に形成されている、請求項1または2に記載のGaN系LED素子。   The n-side bonding pad is provided on a partially exposed surface of the n-type GaN-based semiconductor layer so that a horizontal electrode type device structure is formed, and the TCO film is formed of the p-side bonding pad and the n-side bonding pad. 3. The GaN-based LED element according to claim 1, further comprising an inter-pad region sandwiched between and at least a portion of the resistance control film formed on the inter-pad region. 前記p側ボンディングパッドに覆われた領域を除く前記TCO膜上において、前記抵抗制御膜が前記パッド間領域の内側にのみ形成されている、請求項3に記載のGaN系LED素子。   The GaN-based LED element according to claim 3, wherein the resistance control film is formed only inside the inter-pad region on the TCO film excluding the region covered with the p-side bonding pad. 前記抵抗制御膜が絶縁性無機材料からなる、請求項1〜4のいずれかに記載のGaN系LED素子。   The GaN-based LED element according to claim 1, wherein the resistance control film is made of an insulating inorganic material. 基板上にn型GaN系半導体層とGaN系半導体からなる活性層とp型GaN系半導体層とが順次積層されてなる積層体と、前記p型GaN系半導体層の前記活性層側の主面とは反対側の主面上に形成されたTCO膜と、を有する半導体ウェハを準備するステップと、
前記TCO膜の前記p型GaN系半導体層側とは反対側の主面上の一部に抵抗制御膜を形成するステップと、
前記TCO膜上にp側ボンディングパッドを形成するステップと、を有し、
前記抵抗制御膜が形成される部分に対応する領域において前記p型GaN系半導体層と前記TCO膜との界面の抵抗が上昇するように、前記抵抗制御膜を形成するステップでは前記抵抗制御膜を形成しようとする領域を除く前記TCO膜の露出面を保護膜で覆った状態で前記抵抗制御膜をスパッタリング法により形成する、
GaN系LED素子の製造方法。
A stacked body in which an n-type GaN-based semiconductor layer, an active layer made of a GaN-based semiconductor, and a p-type GaN-based semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate; and a main surface of the p-type GaN-based semiconductor layer on the active layer side Providing a semiconductor wafer having a TCO film formed on the main surface opposite to
Forming a resistance control film on a part of the main surface of the TCO film opposite to the p-type GaN-based semiconductor layer side;
Forming a p-side bonding pad on the TCO film,
In the step of forming the resistance control film, the resistance control film is formed so that the resistance at the interface between the p-type GaN-based semiconductor layer and the TCO film is increased in a region corresponding to a portion where the resistance control film is formed. Forming the resistance control film by a sputtering method in a state where an exposed surface of the TCO film excluding a region to be formed is covered with a protective film;
A method for manufacturing a GaN-based LED element.
請求項6に記載の製造方法を用いて形成されるGaN系LED素子。   A GaN-based LED element formed using the manufacturing method according to claim 6.
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