JP2012142626A - Light-emitting element and light-emitting element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子及び発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a light emitting element and a method for manufacturing the light emitting element.
窒化物系発光素子の特性改善により半導体発光素子を用いた照明器具が可能になった。照明用途をさらに広げるために、発光素子の光出力及び発光効率の改善が要求されている。また、照明用途では高い量産性が要求される。 Improvements in the characteristics of nitride-based light emitting devices have enabled lighting fixtures using semiconductor light emitting devices. In order to further expand the lighting application, it is required to improve the light output and light emission efficiency of the light emitting element. In addition, high mass productivity is required for lighting applications.
窒化物系発光素子の結晶成長を行う基板としては、絶縁材料であるサファイヤなどが用いられることが多い。しかしながら、絶縁基板を用いると基板の縦方向を電流経路とすることが困難であり、基板に対して平行な面に沿った高い直列抵抗を介した電流経路となる。このために、発光効率が低下する。他方、導電性を有する窒化物系半導体基板を用いると、低抵抗とすることが可能であるが基板の大型化が困難であり量産性が不十分である。 In many cases, sapphire, which is an insulating material, is used as a substrate for crystal growth of a nitride-based light emitting device. However, when an insulating substrate is used, it is difficult to use the vertical direction of the substrate as a current path, and a current path is formed through a high series resistance along a plane parallel to the substrate. For this reason, luminous efficiency falls. On the other hand, when a nitride-based semiconductor substrate having conductivity is used, the resistance can be reduced, but it is difficult to increase the size of the substrate and the mass productivity is insufficient.
発光効率が高いIII−V族化合物半導体素子及びその製造方法に関する技術開示例がある(特許文献1)。この技術開示例では、III−V族化合物半導体積層体が形成された下地基板と、金属層をふくむ積層体が形成された半導体基板と、を接合した後に下地基板を除去する発光素子の製造方法が提供されている。
しかしながら、この技術開示例を用いても照明用途の要求を満たす特性及び量産性を有する発光素子及び製造方法として十分ではない。
There is a technical disclosure example relating to a group III-V compound semiconductor device having high luminous efficiency and a method for manufacturing the same (Patent Document 1). In this technology disclosure example, a method for manufacturing a light-emitting element in which a base substrate on which a III-V group compound semiconductor multilayer body is formed and a semiconductor substrate on which a multilayer body including a metal layer is formed is bonded and then the base substrate is removed. Is provided.
However, even if this example of technical disclosure is used, it is not sufficient as a light emitting element and a manufacturing method having characteristics and mass productivity that satisfy the requirements for lighting applications.
結晶性が改善された発光層を有し量産化が容易な発光素子及び発光素子の製造方法を提供する。 Provided are a light-emitting element having a light-emitting layer with improved crystallinity and easily mass-produced, and a method for manufacturing the light-emitting element.
本発明の一態様によれば、III−V族化合物半導体からなる第1の基板上に、前記第1の基板に隣接したエッチング容易層と、窒化物系半導体からなる発光層と、を含む積層体を結晶成長する工程と、前記積層体の上に透明電極と第1の金属層とをこの順に形成する工程と、第2の基板の上に設けられた第2の金属層の表面と前記第1の金属層の表面とを貼り合わせた状態で加熱して接合する工程と、溶液エッチング法を用いて前記エッチング容易層を除去するか、または機械的研磨法を用いて前記第1の基板及び前記エッチング容易層を除去することにより、前記発光層が設けられた前記第2の基板と前記第1の基板とを分離する工程と、を備えた発光素子の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a stacked layer including an easy-to-etch layer adjacent to the first substrate and a light emitting layer made of a nitride-based semiconductor on a first substrate made of a III-V group compound semiconductor. A step of crystal-growing a body, a step of forming a transparent electrode and a first metal layer in this order on the laminate, a surface of a second metal layer provided on a second substrate, and the Heating and bonding in a state where the surface of the first metal layer is bonded, and removing the easy-etching layer using a solution etching method, or using the mechanical polishing method, the first substrate And a step of separating the second substrate provided with the light-emitting layer and the first substrate by removing the easy-to-etch layer.
また、本発明の他の一態様によれば、発光層を含みIII−V族化合物半導体からなる積層体と、前記積層体の上に設けられた導電性の透明電極と、前記透明電極の上に設けられAuGeおよび前記透明電極の上にAu、AuGeの順序で設けられた積層のうちのいずれかを含む第1の金属層と、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、Auを有する第2の金属層と、を備え、前記第1の金属層と、前記第2の金属層と、が接合されてなり、前記発光層からの放射光が前記透明電極を通過し、前記第1の金属層により反射され外部に取り出される発光素子が提供される。 According to another aspect of the present invention, a laminate including a light emitting layer and made of a group III-V compound semiconductor, a conductive transparent electrode provided on the laminate, and an upper surface of the transparent electrode. A first metal layer including any one of Au, AuGe and a stacked layer provided in the order of AuGe on the transparent electrode, a semiconductor substrate, and Au provided on the semiconductor substrate. A second metal layer, wherein the first metal layer and the second metal layer are joined together, and the emitted light from the light emitting layer passes through the transparent electrode, A light emitting element that is reflected by the metal layer and taken out to the outside is provided.
結晶性が改善された発光層を有し量産化が容易な発光素子、及び発光素子の製造方法が提供される。 Provided are a light-emitting element that has a light-emitting layer with improved crystallinity and can be easily mass-produced, and a method for manufacturing the light-emitting element.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明にかかる発光素子の製造方法のフローチャートである。GaP、GaAs、GaAlAsなどからなる第1の基板の上に、エッチング容易層と、窒化物系半導体からなる発光層と、を含む積層体を結晶成長する(S100)。積層体は、発光層とは屈折率が異なる層により発光層を挟み、基板垂直方向への光の広がりを制御する構造であり、そのような積層構造が結晶成長される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a light emitting device according to the present invention. On the first substrate made of GaP, GaAs, GaAlAs, etc., a stacked body including an easy-to-etch layer and a light emitting layer made of a nitride semiconductor is crystal-grown (S100). The laminate has a structure in which a light emitting layer is sandwiched between layers having a refractive index different from that of the light emitting layer, and the spread of light in the direction perpendicular to the substrate is controlled, and such a laminated structure is crystal-grown.
積層体の表面と第2の基板とを対向させて貼り合わせ、第1の基板と第2の基板とを接合する(S102)。接合工程としては熱処理や接着シートを用いる方法などがある。また、第2の基板としては、Si、ZnO(酸化亜鉛)、サファイヤなどの材料、またはその上に金属層を設けたものとすることができる。 The surface of the laminate and the second substrate are bonded to face each other, and the first substrate and the second substrate are bonded (S102). Examples of the joining process include heat treatment and a method using an adhesive sheet. The second substrate may be a material such as Si, ZnO (zinc oxide), sapphire, or a metal layer provided thereon.
続いて、化学的エッチング法や機械的研磨法を用いてエッチング容易層を除去し第1の基板と第2の基板とを分離する(S104)。積層体に一方の電極を、第2の基板の裏面には他方の電極を形成する(S106)。 Subsequently, the easy etching layer is removed using a chemical etching method or a mechanical polishing method to separate the first substrate and the second substrate (S104). One electrode is formed on the laminate, and the other electrode is formed on the back surface of the second substrate (S106).
続いて、ダイシング及びチップ分離を行い(S108)、パッケージにチップをマウントし、ワイヤボンディングにより電気的に接続し、樹脂などを用いて封止を行い工程を終了する(S110)。 Subsequently, dicing and chip separation are performed (S108), the chip is mounted on a package, electrically connected by wire bonding, sealing is performed using resin or the like, and the process is terminated (S110).
このように本実施形態にかかる発光素子製造方法では、熱膨張係数がGaNに近いGaP、GaAs、GaAlAsのような基板の上に窒化物系半導体を結晶成長する。熱膨張係数は、GaPにおいて5.9×10−6/K、GaAsにおいて6.0×10−6/Kであり、GaNの5.6×10−6/Kと近く、良好な窒化物系半導体の結晶成長が可能である。すなわち、結晶成長の後に結晶成長層にクラックが生じることを抑制でき、またウェーハの反りを低減できる。これに対して熱膨張係数がSiにおいて2.5×10−6/K、6H−SiCにおいて4.2×10−6/K、ZnOにおいて4.8×10−6/Kであり、GaNと離れており、これら基板では良好な結晶性を保つことが困難である。 Thus, in the light emitting element manufacturing method according to the present embodiment, a nitride-based semiconductor is crystal-grown on a substrate such as GaP, GaAs, or GaAlAs having a thermal expansion coefficient close to that of GaN. The coefficient of thermal expansion is 5.9 × 10 −6 / K for GaP and 6.0 × 10 −6 / K for GaAs, which is close to 5.6 × 10 −6 / K for GaN, which is a good nitride system. Semiconductor crystal growth is possible. That is, the generation of cracks in the crystal growth layer after crystal growth can be suppressed, and the warpage of the wafer can be reduced. On the other hand, the thermal expansion coefficients are 2.5 × 10 −6 / K for Si, 4.2 × 10 −6 / K for 6H—SiC, and 4.8 × 10 −6 / K for ZnO. It is difficult to maintain good crystallinity with these substrates.
また、GaNとGaPとは共にIII−V族化合物化合物半導体であり、面方位に依存した結晶極性を有する。このためにGaN系半導体の結晶成長においては、N面またはGa面のような結晶極性を成長方向に向かって制御することが重要である。サファイヤのように結晶極性のない半導体を基板に用いると結晶成長膜の結晶極性を制御することが困難となり、結晶欠陥密度が高くなる。これに対してGaP用いると面方位を適切に選択することにより、結晶極性の制御が容易となり欠陥密度を低減し、より良好な結晶性を有する発光層を形成できるのでより好ましい。 Both GaN and GaP are III-V group compound semiconductors and have crystal polarities depending on the plane orientation. For this reason, in crystal growth of a GaN-based semiconductor, it is important to control the crystal polarity such as the N plane or the Ga plane in the growth direction. When a semiconductor having no crystal polarity such as sapphire is used for the substrate, it becomes difficult to control the crystal polarity of the crystal growth film, and the crystal defect density increases. On the other hand, it is more preferable to use GaP because it is easy to control the crystal polarity, reduce the defect density, and form a light-emitting layer having better crystallinity by appropriately selecting the plane orientation.
さらに、サファイヤ基板の上に結晶成長された積層体をサファイヤ基板から分離するには、GaNなどのバッファ層にレーザ光を照射して溶融させるなどの複雑な工程が必要となる。これに対してGaP基板、GaAs基板、GaAlAs基板などIII-V族化合物半導体を用いると溶液エッチングなど化学的エッチング法により除去容易な結晶成長層を挟み、分離工程が簡素にできる。また、この除去容易な結晶成長層は、窒化物系半導体よりも柔らかいために機械的研磨法により発光層が設けられた第2の基板から第1の基板を分離することも容易である。 Furthermore, in order to separate the laminated body crystal-grown on the sapphire substrate from the sapphire substrate, a complicated process such as melting a buffer layer such as GaN by irradiating it with a laser beam is required. On the other hand, when a III-V compound semiconductor such as a GaP substrate, a GaAs substrate, or a GaAlAs substrate is used, a crystal growth layer that can be easily removed by a chemical etching method such as solution etching is sandwiched, and the separation process can be simplified. Further, since this easily removable crystal growth layer is softer than the nitride-based semiconductor, it is easy to separate the first substrate from the second substrate provided with the light emitting layer by a mechanical polishing method.
他方、窒化物系半導体からなる基板は融点が極めて高く、窒素の平衡蒸気圧も極めて高いため、融液からのバルク結晶成長が困難であり、大口径化が困難である。 On the other hand, a substrate made of a nitride-based semiconductor has a very high melting point and an extremely high equilibrium vapor pressure of nitrogen, so that it is difficult to grow a bulk crystal from the melt, and it is difficult to increase the diameter.
これに対して、本実施形態の発光素子製造方法によれば、GaPやAlGaAsからなる大口径基板の上に結晶性のよい発光層を形成し、他の導電性基板上と接合し、結晶成長に用いた基板を分離する。すなわち量産性に富んでいる。 On the other hand, according to the light emitting element manufacturing method of the present embodiment, a light emitting layer with good crystallinity is formed on a large-diameter substrate made of GaP or AlGaAs, and bonded to another conductive substrate to grow crystals. The substrate used for the separation is separated. That is, it is rich in mass productivity.
図2は、第1の実施形態にかかる発光素子製造方法の工程断面図である。図2(a)の模式断面図において、GaP基板(第1の基板)20の上に、AlxGa1−xP(0<x<1)からなるエッチング容易層22(厚さ:0.5〜数μm)、GaPバッファ層24、GaN低温成長バッファ層26、n型GaNバッファ層28、n型InGaAlNクラッド層30(厚さ:0.5〜1.0μm)、InGaAlN系MQW(Multi Quantum Well)層からなる発光層32(厚さ:0.05〜0.2μm)、p型InGaAlNクラッド層34(厚さ:0.5〜1.0μm)、p型GaN層36(厚さ:0.1〜0.4μm)、並びにp+型GaNからなるコンタクト層38がこの順序に結晶成長された積層体39を形成している。
FIG. 2 is a process cross-sectional view of the light emitting element manufacturing method according to the first embodiment. In the schematic cross-sectional view of FIG. 2A, an easy-to-etch layer 22 (thickness: 0. 0) made of Al x Ga 1-x P (0 <x <1) is formed on a GaP substrate (first substrate) 20. 5 to several μm),
結晶成長法としては、MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、気相成長法、並びに液相成長法などを用いることができる。 As the crystal growth method, MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, vapor phase growth method, liquid phase growth method and the like can be used.
なお、GaP基板20の上にAlGaPエッチング容易層22、GaPバッファ層24を液相成長法などを用いて形成すると、窒化物系半導体を結晶成長するMOCVD装置において、GaP系のガス制御系が不要となる。またMOCVD法においてGaP成長温度は1000℃よりも低く、窒化物系半導体成長成長温度は1000℃よりも高い。このため、AlGaPエッチング容易層22及びGaPバッファ層24を液相成長法により形成しておくと、MOCVD結晶成長温度を窒化物系半導体に合わせることができ、生産性を高めることができる。もちろん、積層体39を、MOCVD法またはMBE法で形成してもよい。
If the AlGaP
また、図2(b)のように、コンタクト層38の上には、n型ZnOまたはITO(Indium Tin Oxide)などからなる透明電極40及びAuGe金属層(第1の金属層)42をさらに形成する。なお、透明電極40に隣接してAu金属層を設け、その上にAuGe金属層を積層した第1の金属層42としても良い。
Further, as shown in FIG. 2B, a
他方、図2(c)のように、第1の基板20と略同一サイズのn型Siからなる第2の基板50にはAu金属層(第2の金属層)52が設けられ、第2の積層体53を構成している。Au金属層52とAuGe金属層42とを対向させて貼り合わせ接合を行う。接合の熱処理条件は、例えば500℃、約1時間とする。さらに圧力を加えるとより確実に接合ができる。AuGe共晶半田の融点は360℃近傍であり、上記熱処理条件で適正時間保持することにより良好な接合を得ることができる。また、真空雰囲気において接合するとボイドが抑制された接合とできるのでより好ましい。なお、AuGe金属層は第2の金属層52の表面であってもよい。
On the other hand, as shown in FIG. 2C, an Au metal layer (second metal layer) 52 is provided on the
続いて、図2(d)のように、溶液エッチング法または機械的研磨法を用いてGaP基板20を分離する。例えば塩酸、硝酸、これらの混合溶液を用いるとAlGaPなどAlを含むエッチング容易層22(厚さ:例えば0.5〜数μm)は、GaP基板20、GaPバッファ層24、並びに窒化物半導体よりもエッチングレートが高いので除去が容易である。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, the
他方、窒化物系半導体は硬い。すなわち、GaNにおいてヤング率は、略2.9×1011N/m2であり、GaAs、GaAlAsなど窒素を含まないIII-V族化合物半導体よりも高い。このために機械的研磨法を用いて、第1の基板20及びエッチング容易層22を除去し、発光層32を含む積層体が接合された第2の基板50を分離することも容易である。
On the other hand, nitride-based semiconductors are hard. That is, the Young's modulus of GaN is approximately 2.9 × 1011 N / m 2 , which is higher than that of III-V group compound semiconductors such as GaAs and GaAlAs that do not contain nitrogen. Therefore, it is easy to remove the
続いて 機械的研磨法または溶液エッチング法などを用いて、GaPバッファ層24、GaN低温成長バッファ層26を除去する。GaPバッファ層24及びGaN低温成長バッファ層26は、Alを含まないので酸化を抑制でき良好な結晶性の窒化物系積層体とできる。Alを含まないことにより溶液エッチングレートはAlGaPよりもが低いが、通常、エッチング容易層22よりも薄いので溶液エッチングまたは機械的研磨法により除去することは容易である。
Subsequently, the
第1の基板20がGaAsからなる場合、例えばAlyGa1−yAs(0<y<1)からなるエッチング容易層22とし、例えば酸を含むエッチング溶液を用いエッチング容易層22を除去できる。
When the
図2(d)において、一方の側には、積層体39からエッチング容易層22、GaPバッファ層24、GaN低温成長バッファ層24が除去された積層体44、透明電極40、並びにAuGe金属層42、がこの順に積層された第1の積層体45がある。他方の側には、第2の積層体53があり、第1の積層体45のAuGe金属層42と、第2の積層体53のAu金属層52とが接合された状態となっている。
In FIG. 2D, on one side, the easy-to-
図3は、本実施形態にかかる発光素子製造方法による発光素子の模式断面図である。第1の積層体45と第2の積層体53とを接合し、光取り出し面に第1の電極60、第2の基板50の裏面に第2の電極62を形成し、チップに分割すれば図3の発光素子となる。発光層32からの放射光(楕円形の破線)のうち透明電極40を通った光は、AuGe金属層42により反射され外部に取り出される。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device manufactured by the method for manufacturing a light emitting device according to the present embodiment. If the 1st
窒化物系半導体から放射される紫外〜緑色光は、Siに吸収されるので、少なくともAuGe金属層などからなる第1の金属層42を設けてSiからなる第2の基板50における吸収を抑制して高い発光効率とすることが好ましい。
Since ultraviolet to green light emitted from the nitride-based semiconductor is absorbed by Si, at least a
なお、本実施形態の製造方法では、ZnOやITOからなる透明電極40を設けなくともよい。しかし、積層体39を形成する化合物半導体とAuまたはAuGeなどの合金は発光層32からの放射光を吸収し反射率を低下させるので、透明電極40により合金化を抑制し、反射率を高く保つ方が発光効率をより高くできる。
In the manufacturing method of the present embodiment, it is not necessary to provide the
また、透明電極40としてn型ZnOを用いると、コンタクト層38とのpn接合において、低抵抗オーミックコンタクトが形成されるので、動作電流は導電性を有するn型Si基板50を縦方向に流れ電力損失を低減した発光素子とできる。
When n-type ZnO is used as the
図4は、第2の実施形態にかかる発光素子製造方法を表す工程断面図である。また、図5は、この製造方法を用いた発光素子の模式断面図である。図4(a)において、GaP基板20上に形成された積層体39は、第1の実施形態を表す図2(a)と同一の構造である。積層体39の表面を構成するコンタクト層38と、GaP基板20と略同一サイズのn型ZnO層からなる第2の基板51の表面と、を向かい合わせに直接貼り合わせ加熱し接合する。熱処理条件としては、例えば600〜800℃で約1時間とする。また、圧力を加えるとより確実に接合できる。この場合、積層体39の表面、及び第2の基板51の表面に接合用の金属層を設ける必要はない。
FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating a light emitting element manufacturing method according to the second embodiment. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device using this manufacturing method. In FIG. 4A, the
この熱処理工程において、コンタクト層38を構成するGaがn型ZnO層へ拡散され、n型ZnO層を構成するZnがコンタクト層38へ拡散される。このために、n型ZnO層のドナー濃度を5×1018cm−3以上とするとpn接合の空乏層幅が狭くなりトンネル電流が大きくなるので好ましく、5×1019cm−3とするとより好ましい。同様に、コンタクト層38のアクセプタ濃度を5×1018cm−3以上とすることが好ましく、5×1019cm−3とするとより好ましい。このようにして、この界面はオーミックコンタクトとして動作する。
In this heat treatment step, Ga constituting the
図4(b)はGaP基板20を分離する工程を表す。この工程は第1の実施形態を表す図2(d)と同様にして、エッチング容易層22、GaPバッファ層24、GaN低温成長バッファ層26をこの順序で除去する。n型ZnO基板51の上には表面がn型GaNバッファ層28となる積層体44が残った状態となる。
FIG. 4B shows a process of separating the
n型GaNバッファ層28には第1の電極60、n型ZnOからなる第2の基板51の裏面には第2の電極62がそれぞれ形成され、図5に表す発光素子が完成する。ZnOのバンドギャップ波長は約368nmであるので発光層32からの放射光を吸収せず透過する。第2の基板51において、窒化物系半導体からなる発光層32からの放射光(楕円形の破線)のうち下方に向かう光が透過し、第2の電極62により損失が低減されつつ反射され上方へ向かって透過する。このために高い発光効率を有する発光素子が得られる。なお、GaPのバンドギャップ波長は約550nmであるので、発光層32からの紫外〜緑色の波長範囲の放射光を吸収する。
A
図6は、第3の実施形態にかかる発光素子製造方法の工程断面図である。図6(a)に表すGaP基板20上の積層体39は、図2(a)と同様である。例えばGaP基板20よりもサイズの大きいサファイヤからなる第2の基板54の表面には樹脂などからなる接着シート82が貼り付けられている。積層体39の表面を構成するコンタクト層38の表面と、接着シート82の表面と、を向かい合わせに貼り合わせる。
FIG. 6 is a process cross-sectional view of the light emitting element manufacturing method according to the third embodiment. The
図6(b)はGaP基板20を分離する工程を表す。図2(d)と同様にして、エッチング容易層22、GaPバッファ層24、GaN低温成長バッファ層26をこの順序で除去する。第2の基板54の上には一方の面44aがn型GaNバッファ層28である積層体44が残った状態となる。
FIG. 6B shows a process of separating the
図6(c)はGaP基板20を分離した側に、積層体44よりもサイズの大きいサファイヤからなる第3の基板55を接着する工程を表す。すなわち、第3の基板55の接着シート83の表面と、積層体44の一方の面44aと、を向かい合わせに貼り合わせる。
FIG. 6C shows a process of bonding a
こののち、図6(d)のように積層体44の他方の面44bと、接着シート82が接着された第2の基板54と、を分離する。
After that, as shown in FIG. 6D, the
図6(e)では、積層体44の他方の面44bと、積層体44と略同一サイズのn型ZnOからなる第4の基板56と、を向かい合わせ貼り合わせ熱処理を行う。さらに図6(f)のように、第4の基板56に接合された積層体44の一方の面44aと、接着シートが接着された第3の基板55と、を分離する。
In FIG. 6E, the
なお、窒化物系半導体を1000℃以上で結晶成長する場合、腐食性の高いアンモニアガスを用いる。ZnO基板はサファイヤと比較して堅牢とは言えず、成長条件によっては劣化することがある。本実施形態では、結晶成長用基板としてZnOを用いず、GaP基板20を用いており基板の劣化を抑制することが容易である。
Note that, when a nitride-based semiconductor is crystal-grown at 1000 ° C. or higher, highly corrosive ammonia gas is used. A ZnO substrate is not as robust as sapphire and may deteriorate depending on growth conditions. In this embodiment, ZnO is not used as the crystal growth substrate, but the
また、第2の基板53としてサファイヤ基板を用いることにより、GaP基板20の分離工程をより確実に行うことができる。すなわち、AlGaPのようなエッチング容易層22を溶液エッチングする場合、酸溶液によってはn型ZnOがエッチングされることがある。これに対してサファイヤを用いると溶液による基板エッチングを抑制できる。また、GaPバッファ層24やGaN低温成長バッファ層26などを機械的研磨する場合、サファイヤは堅牢である。サファイヤ基板53、54と積層体44とは接着シート82、83で接合されているので除去は容易である。
Also, by using a sapphire substrate as the
図6(d)において、第2の基板54を分離する場合、もし積層体44の厚さが十分であれば第3の基板55が不要であるが、通常積層体44は薄く機械的強度が不十分であるので第3の基板55を補強基板として用いている。最終的に図6(f)を得るために、例えばサファイヤからなる第2の基板54及び第3の基板55を用いており工程が増えるものの、より確実に発光素子が形成できる。なお、第2及び第3の基板54、55は再使用できるので材料効率が改善できる。
In FIG. 6D, when the
接着シート82、83とサファイヤ基板54、55とは、接着剤または加熱により容易に接合でき、接合工程が簡素である。第3の実施形態にかかる発光素子製造方法により形成できる発光素子は、図5に表す模式断面図と略同一となる。
The
次に、本実施形態にかかる発光素子製造方法を用いた発光素子の特性について説明する。
サファイヤ基板上に成長された積層体では、例えば数μmと薄い発光層内を基板に沿って電流が流れる。薄い発光層のシート抵抗値は高くなり、100mA以上の動作電流では発熱が大きくなり発光効率が低下する。また、電流が大きいほど電流が発光層内で不均一となりやすく、サファイヤの低い熱伝導率とともに、発光効率の低下を一層助長する。
Next, characteristics of the light emitting device using the light emitting device manufacturing method according to the present embodiment will be described.
In the laminated body grown on the sapphire substrate, current flows along the substrate in a light emitting layer as thin as several μm, for example. The sheet resistance value of the thin light emitting layer becomes high, and heat generation becomes large at an operating current of 100 mA or more, resulting in a decrease in light emission efficiency. Further, the larger the current, the more likely the current becomes non-uniform in the light emitting layer, which further promotes a decrease in light emission efficiency as well as the low thermal conductivity of sapphire.
これに対して 第1〜第3の実施形態にかかる発光素子製造方法により得られた発光素子は基板の縦方向に電流を流すので直列抵抗を低減し電力損失を低減できる。このため100mA以上の動作電流、高い光出力、並びに高い発光効率が可能である。また、第1の電極60及び第2の電極62を上下に配置し、電流を縦方向に流すことができるのでチップの小型化が容易となり、価格の低減が可能となる。
On the other hand, since the light emitting element obtained by the light emitting element manufacturing method according to the first to third embodiments allows current to flow in the vertical direction of the substrate, the series resistance can be reduced and the power loss can be reduced. Therefore, an operating current of 100 mA or more, a high light output, and a high luminous efficiency are possible. Further, since the
図3のように積層体44、透明電極40、金属層42、第2の基板50の順に積層すると、積層体44とAuGe金属層(第1の金属層)40との合金化を抑制し、第1の金属層40における反射率を高めることができ、発光効率が改善できる。図3において第2の基板50はSiに限定されず、化合物半導体であってもよい。
When the laminate 44, the
さらに、図5のように積層体44をn型ZnOからなる第2の基板51に接合すると第2の電極62と積層体44との合金化を抑制でき、第2の電極62による反射率を高く保ち、発光効率を改善することができる。
Further, when the
発光効率が改善され小型化された発光素子を多数配列すると、高い光強度を有する照明装置の実現が容易になる。例えば、蛍光体に代わる白色光源や演色性に富む電球色光源、高輝度ランプ、大型フルカラー表示装置などが可能となる。 When a large number of light-emitting elements with improved light emission efficiency are arranged, it is easy to realize a lighting device having high light intensity. For example, a white light source instead of a phosphor, a light bulb color light source rich in color rendering, a high-intensity lamp, a large full-color display device, and the like are possible.
なお、本明細書において、「窒化物系半導体」とは、BxInyGazAl1−x−y−zN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z≦1)なる組成式で表される半導体を表し、これに導電型を制御するために不純物を添加したものも含む。 In the present specification, the “nitride-based semiconductor” means B x In y Ga z Al 1-xyz N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z ≦ 1) represents a semiconductor represented by a composition formula, and includes a semiconductor added with impurities to control the conductivity type.
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら本発明はこれら実施形態に限定されない。本発明を構成する第1の基板、第2の基板、第3の基板、第4の基板、半導体からなる積層体、第1の積層体、第2の積層体、接着シート、金属層、透明電極の材質、サイズ、形状、配置、工程条件などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments. 1st board | substrate which comprises this invention, 2nd board | substrate, 3rd board | substrate, 4th board | substrate, the laminated body which consists of semiconductors, 1st laminated body, 2nd laminated body, adhesive sheet, metal layer, transparent Even those whose design has been changed by those skilled in the art regarding the material, size, shape, arrangement, process conditions, etc. of the electrodes are included in the scope of the present invention without departing from the gist of the present invention.
20 GaP基板(第1の基板)、22 エッチング容易層、32 発光層、39 積層体、40 透明電極、42 第1の金属層、45 第1の積層体、50、51、54 第2の基板、52 第2の金属層、53 第2の積層体、55 第3の基板、56 第4の基板 20 GaP substrate (first substrate), 22 easy etching layer, 32 light emitting layer, 39 laminate, 40 transparent electrode, 42 first metal layer, 45 first laminate, 50, 51, 54 second substrate , 52 second metal layer, 53 second laminate, 55 third substrate, 56 fourth substrate
Claims (14)
グ容易層と、窒化物系半導体からなる発光層と、を含む積層体を結晶成長する工程と、
前記積層体の上に透明電極と第1の金属層とをこの順に形成する工程と、
第2の基板の上に設けられた第2の金属層の表面と前記第1の金属層の表面とを貼り合わせた状態で加熱して接合する工程と、
溶液エッチング法を用いて前記エッチング容易層を除去するか、または機械的研磨法を
用いて前記第1の基板及び前記エッチング容易層を除去することにより、前記発光層が設
けられた前記第2の基板と前記第1の基板とを分離する工程と、
を備えた発光素子の製造方法。 Crystal growth of a laminate including an easy etching layer adjacent to the first substrate and a light emitting layer made of a nitride-based semiconductor on a first substrate made of a III-V compound semiconductor;
Forming a transparent electrode and a first metal layer in this order on the laminate;
Heating and bonding in a state where the surface of the second metal layer provided on the second substrate and the surface of the first metal layer are bonded together;
The second layer provided with the light emitting layer is removed by removing the first layer and the first layer using a mechanical polishing method by removing the first layer using a solution etching method. Separating the substrate and the first substrate;
A method for manufacturing a light emitting device comprising:
前記第2の金属層は、AuおよびAuGeの少なくともいずれかを有する請求項1または2に記載の発光素子の製造方法。 The first metal layer has at least one of AuGe and Au,
The method for manufacturing a light emitting element according to claim 1, wherein the second metal layer includes at least one of Au and AuGe.
前記第1の基板はGaPからなり前記エッチング容易層はAlGaPからなる請求項1〜4のいずれかに1つに記載の発光素子の製造方法・ The second substrate is made of Si,
The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 1, wherein the first substrate is made of GaP and the easy-etching layer is made of AlGaP.
前記第1の基板はGaAsからなり前記エッチング容易層はAlGaAsからなる請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。 The second substrate is made of Si,
5. The method of manufacturing a light emitting element according to claim 1, wherein the first substrate is made of GaAs and the easy etching layer is made of AlGaAs. 6.
前記第1の基板はGaPからなり前記エッチング容易層はAlGaPからなる請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。 The second substrate is made of ZnO,
5. The method of manufacturing a light emitting element according to claim 1, wherein the first substrate is made of GaP and the easy-etching layer is made of AlGaP. 6.
前記第1の基板はGaAsからなり前記エッチング容易層はAlGaAsからなる請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。 The second substrate is made of ZnO,
5. The method of manufacturing a light emitting element according to claim 1, wherein the first substrate is made of GaAs and the easy etching layer is made of AlGaAs. 6.
合する工程と、
前記第3の基板に接合された前記積層体の他方の面を、前記第2の基板から分離し導電性を有する第4の基板と接合する工程と、
前記第4の基板と接合された前記積層体の前記一方の面を、前記第3の基板から分離す
る工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の発光素子の製造方法。 Bonding one surface of the laminate on the side from which the easy-etching layer has been removed and a third substrate;
Separating the other surface of the laminate bonded to the third substrate from the second substrate and bonding to a conductive fourth substrate;
Separating the one surface of the laminate bonded to the fourth substrate from the third substrate;
The method of manufacturing a light emitting device according to claim 1, further comprising:
前記積層体の上に設けられた導電性の透明電極と、
前記透明電極の上に設けられたAuGeおよび前記透明電極の上にAu、AuGeの順序に設けられた積層のうちいずれか含む第1の金属層と、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、Auを有する第2の金属層と、
を備え、
前記第1の金属層と、前記第2の金属層と、が接合されてなり、
前記発光層からの放射光が前記透明電極を通過し、前記第1の金属層により反射され外
部に取り出される発光素子。 A laminate comprising a light-emitting layer and comprising a III-V compound semiconductor;
A conductive transparent electrode provided on the laminate;
A first metal layer including any one of AuGe provided on the transparent electrode and a laminate provided in the order of Au and AuGe on the transparent electrode;
A semiconductor substrate;
A second metal layer provided on the semiconductor substrate and having Au;
With
The first metal layer and the second metal layer are joined,
The light emitting element in which the radiated light from the said light emitting layer passes the said transparent electrode, is reflected by the said 1st metal layer, and is taken out outside.
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