JP2012195407A - Semiconductor light-emitting element manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reflection electrode layer which achieves high luminance by improvement in reflectance, reduction in contact resistance, inhibition of peeling and improvement of durability against time degradation.SOLUTION: A manufacturing method of a semiconductor light-emitting element having a reflection electrode comprises: a process of sequentially laminating a first semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer and a second semiconductor layer of a second conductivity type to form a semiconductor film; a process of forming a metal buffer layer relaxing lattice mismatch between a metal reflection layer and the semiconductor film on the second semiconductor layer; a process of forming the metal reflection layer on the metal buffer layer; a process of forming a metal passivation layer that inhibits detachment of the metal reflection layer on the metal reflection layer, and an antioxidation layer that inhibits oxidation of the metal passivation layer on the metal passivation layer; a process of performing heat treatment so as to cause mutual diffusion between the metal passivation layer and the antioxidation layer to form an alloy layer at a boundary surface between the metal passivation layer and the antioxidation layer; and a process of removing at least a part of the alloy layer together with a layer formed on the alloy layer to form the reflection electrode.

Description

p型半導体層、活性層、n型半導体層を積層した半導体膜と、半導体膜に反射電極層を介して接合された支持基板とからなる半導体発光素子が知られている。反射電極層は、電極として機能するとともに活性層から発せられた光を光放出面に向けて反射する光反射面を形成し、これによって半導体発光素子の高輝度化が図れている。   2. Description of the Related Art A semiconductor light emitting device is known that includes a semiconductor film in which a p-type semiconductor layer, an active layer, and an n-type semiconductor layer are stacked, and a support substrate bonded to the semiconductor film via a reflective electrode layer. The reflective electrode layer functions as an electrode and forms a light reflecting surface that reflects light emitted from the active layer toward the light emitting surface, thereby increasing the brightness of the semiconductor light emitting device.

例えば、特許文献1には、GaN系半導体膜に対してAg膜を有する反射電極層を設ける半導体発光素子が記載されている。非特許文献1にはGaN系半導体膜に対してAg層を有する反射電極層を設ける半導体発光素子が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes a semiconductor light emitting device in which a reflective electrode layer having an Ag film is provided on a GaN-based semiconductor film. Non-Patent Document 1 describes a semiconductor light emitting device in which a reflective electrode layer having an Ag layer is provided on a GaN-based semiconductor film.

特許公開2005−175462Patent Publication 2005-175462

Appl. Phys. Lett. 95, 062108 (2009).Appl. Phys. Lett. 95, 062108 (2009).

反射電極層の反射特性を向上させて半導体発光素子の高輝度化を達成するべく、p-GaN層上に膜厚1nmのNiからなるバッファ層と、膜厚150nmのAgからなる反射層と、膜厚2nmのNiからなるパッシベーション層とが順次形成された三層反射電極層について検討した。Agからなる反射層の接触抵抗の低減のために、三層反射電極層に熱処理を行った結果、約84%の反射率及び10−5Ωcm程度の接触抵抗が達成された。 In order to improve the reflection characteristics of the reflective electrode layer and achieve high brightness of the semiconductor light emitting device, a buffer layer made of Ni with a thickness of 1 nm on the p-GaN layer, a reflective layer made of Ag with a thickness of 150 nm, A three-layer reflective electrode layer in which a passivation layer made of Ni with a thickness of 2 nm was sequentially formed was studied. As a result of heat-treating the three-layer reflective electrode layer in order to reduce the contact resistance of the reflective layer made of Ag, a reflectance of about 84% and a contact resistance of about 10 −5 Ωcm 2 were achieved.

しかしながら、熱処理後の三層反射電極層の反射率は、熱処理を行っていないAgからなる単層の反射層の反射率95%程度と比較して、10%以上低い。反射電極層は、通常、半導体膜に対してオーミック接触層であると共に反射層の機能をも有するため、低反射率は、光出力の低下に直結して大きな問題となる。Niからなるパッシベーション層の層厚は2nmであり、かかる層厚は、Ni原子の直径(0.25nm)×8個分程度である。よって、積層後に大気に暴露した瞬間にパッシベーション層を構成するNiが酸化されて、酸素と結合してNiO絶縁層が形成され得る。パッシベーション層が酸化された状態で、三層反射電極層に対して熱処理を行った場合、パッシベーション層下のAgからなる反射層に対する酸化を防ぐ機能が低下しているため、Agからなる反射層内にAg酸化物やAgNi酸化物が形成されてしまう。これにより、反射層の反射機能が低下してしまい、熱処理を行っていないAgからなる単層の反射層からなる反射電極層に比べて、さらなる反射率の低下が問題となる。Niからなるパッシベーション層の層厚のみを単純に大きくした場合、反射層を構成するAgよりも低い反射率を有するNiの割合が増大するので、反射率が低下してしまう。一方でAgからなる反射層とNiからなるパッシベーション層の双方の層厚を過大に大きくする場合、パッシベーション層の酸化にともなう反射層の酸化が防止され得る。しかしながら、かかる層厚の増大にともなって、半導体発光素子を構成する別の層の層厚をも増大してしまう。そのため、半導体発光素子の製造プロセスに要する時間的及び経済的コストが増大してしまう。さらに、かかる層厚の増大によって、半導体発光素子の放熱性が低下してしまい、駆動時に生ずる熱に起因する別の問題が生じ得る。   However, the reflectance of the three-layer reflective electrode layer after the heat treatment is 10% or more lower than the reflectance of about 95% of the single-layer reflective layer made of Ag that has not been heat-treated. Since the reflective electrode layer is usually an ohmic contact layer with respect to the semiconductor film and also has a function of the reflective layer, the low reflectivity is directly related to a decrease in the light output and becomes a big problem. The thickness of the passivation layer made of Ni is 2 nm, and the thickness is about the diameter of Ni atoms (0.25 nm) × 8. Therefore, Ni constituting the passivation layer is oxidized at the moment when it is exposed to the atmosphere after lamination, and can be combined with oxygen to form a NiO insulating layer. When the heat treatment is performed on the three-layer reflective electrode layer in a state where the passivation layer is oxidized, the function of preventing the oxidation of the reflective layer made of Ag under the passivation layer is lowered. Thus, an Ag oxide or an AgNi oxide is formed. As a result, the reflective function of the reflective layer is lowered, and there is a problem that the reflectance is further lowered as compared with a reflective electrode layer composed of a single reflective layer made of Ag that has not been heat-treated. When only the thickness of the passivation layer made of Ni is simply increased, the ratio of Ni having a lower reflectance than Ag constituting the reflective layer is increased, and thus the reflectance is lowered. On the other hand, when the layer thicknesses of both the reflective layer made of Ag and the passivation layer made of Ni are excessively increased, the oxidation of the reflective layer accompanying the oxidation of the passivation layer can be prevented. However, as the layer thickness increases, the layer thickness of another layer constituting the semiconductor light emitting element also increases. Therefore, the time and cost required for the manufacturing process of the semiconductor light emitting device are increased. Furthermore, the increase in the layer thickness reduces the heat dissipation of the semiconductor light emitting element, which may cause another problem due to heat generated during driving.

さらに、三層反射電極層においては、Niからなるパッシベーション層の表面上に、ヒロックと称される微細な凹凸構造が複数存在することが確認されている。ヒロックの生成機構に関する詳細は不明であるものの、三層反射電極層に対して熱処理後に生ずることから、その機構の1つとして、反射層を構成するAgの熱膨張係数が半導体膜を構成するGaNの熱膨張係数よりも大きい故に、加熱とともに三層反射電極層に対して熱的圧縮応力が印加されて、原子が表面上に拡散して形成されると考えられる。かかる凹凸構造が多数存在すると、支持基板との貼り合せ工程において貼り合せ不良が生ずる。そのため、三層反射電極層においては、半導体発光素子の全体的な貼り合せ強度が低下することが避けられず、剥がれの発生等、貼り合せ工程における歩留まりが低下してしまう。   Furthermore, in the three-layer reflective electrode layer, it has been confirmed that there are a plurality of fine concavo-convex structures called hillocks on the surface of the passivation layer made of Ni. Although details regarding the hillock generation mechanism are unknown, it occurs after the heat treatment for the three-layer reflective electrode layer. As one of the mechanisms, the thermal expansion coefficient of Ag constituting the reflective layer is GaN constituting the semiconductor film. Therefore, it is considered that a thermal compressive stress is applied to the three-layer reflective electrode layer together with heating, and atoms are diffused on the surface. When a large number of such concavo-convex structures are present, poor bonding occurs in the bonding process with the support substrate. Therefore, in the three-layer reflective electrode layer, it is inevitable that the overall bonding strength of the semiconductor light emitting element is reduced, and the yield in the bonding process such as peeling is reduced.

さらに、三層反射電極層において、熱処理後のパッシベーション層のNiは酸化及び絶縁化されてNiO絶縁層となる。三層反射電極層の最表面に酸化物層が存在しているため、反射電極層と、反射電極層上に形成され得る接合層との密着性が低いため、剥がれの要因となる。また、NiO絶縁層により接触抵抗が増大して、半導体発光素子の駆動電圧が増大してしまう。   Further, in the three-layer reflective electrode layer, Ni in the passivation layer after the heat treatment is oxidized and insulated to become a NiO insulating layer. Since the oxide layer is present on the outermost surface of the three-layer reflective electrode layer, adhesion between the reflective electrode layer and the bonding layer that can be formed on the reflective electrode layer is low, which causes peeling. Further, the contact resistance is increased by the NiO insulating layer, and the driving voltage of the semiconductor light emitting element is increased.

本発明は、反射電極層の反射率のさらなる向上による高輝度化、接触抵抗の低減、経時劣化に対する耐性の向上、剥がれの発生の防止を達成することができる半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor light emitting device capable of achieving higher brightness by reducing the reflectance of a reflective electrode layer, reducing contact resistance, improving resistance to deterioration over time, and preventing occurrence of peeling. For the purpose.

本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体膜と、前記半導体膜上に設けられて前記半導体膜から発せられる光の発光波長に対して光反射性を有する金属反射層とを含む反射電極と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、第1の導電型の第1半導体層、活性層および第2の導電型の第2半導体層を順次積層して前記半導体膜を形成する工程と、前記第2半導体層上に前記金属反射層と前記半導体膜との格子不整合を緩和する金属バッファ層を形成する工程と、前記金属バッファ層上に前記金属反射層を形成する工程と、前記金属反射層上に前記金属反射層の脱離を防止する金属パッシベーション層を形成する工程と、前記金属パッシベーション層上に前記金属パッシベーション層の酸化を防止する酸化防止層を形成する工程と、前記金属パッシベーション層と前記酸化防止層との間で相互拡散が生じるように熱処理を行って、これらの層の界面に合金層を形成する工程と、前記合金層の少なくとも一部を前記合金層上に形成された層とともに除去することにより前記反射電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device, comprising: a reflective electrode including a semiconductor film; and a metal reflective layer provided on the semiconductor film and having light reflectivity with respect to an emission wavelength of light emitted from the semiconductor film; A method of manufacturing a semiconductor light emitting device comprising: a first conductive type first semiconductor layer, an active layer, and a second conductive type second semiconductor layer sequentially stacked; and Forming a metal buffer layer on the second semiconductor layer for relaxing lattice mismatch between the metal reflective layer and the semiconductor film; forming the metal reflective layer on the metal buffer layer; Forming a metal passivation layer for preventing the metal reflective layer from detaching on the metal reflective layer, forming an antioxidant layer for preventing the metal passivation layer from being oxidized on the metal passivation layer, and Performing a heat treatment so that mutual diffusion occurs between the metal passivation layer and the antioxidant layer to form an alloy layer at the interface between these layers; and at least part of the alloy layer on the alloy layer Forming the reflective electrode by removing together with the formed layer.

本発明の半導体発光素子によれば、反射電極層を有する半導体発光素子において、反射率の向上による高輝度、接触抵抗の低減、剥がれの発生の防止及び経時劣化に対する耐性の向上を達成することができる。   According to the semiconductor light-emitting device of the present invention, in a semiconductor light-emitting device having a reflective electrode layer, it is possible to achieve high brightness, reduced contact resistance, prevention of peeling, and improved resistance to deterioration over time by improving reflectivity. it can.

図1は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子の製造方法のフロー図である。FIG. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 1 of the present invention. 図2(a)乃至(b−1)は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。2A to 2B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 1 of the present invention. 図2(b−2)及び乃至(c)は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。2B-2 and FIG. 2C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 1 of the present invention. 図2(d)及び2(e)は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。2D and 2E are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 1 of the present invention. 図3は、本発明の実施例2に係る半導体発光素子の製造方法のフロー図である。FIG. 3 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 2 of the present invention. 図4(a)及び(b)は、本発明の実施例2に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 2 of the present invention. 図5は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の反射スペクトルを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a reflection spectrum of the semiconductor light emitting device according to the example of the present invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings shown below, substantially the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals.

本発明の実施例1に係る半導体発光素子1の製造方法について、図1及び図2を参照しつつ以下に説明する。図1は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子1の製造工程を示すフロー図である。図2(a)〜(d)は、いくつかの製造工程における半導体発光素子1の断面図である。   A method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 according to Example 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a flowchart showing manufacturing steps of a semiconductor light emitting device 1 according to Example 1 of the present invention. 2A to 2D are cross-sectional views of the semiconductor light emitting device 1 in several manufacturing steps.

(S1:半導体膜形成工程)
成長用基板10を準備し、成長用基板10上にn型半導体層21、活性層22及びp型半導体層23を含む半導体膜20を形成する(図2(a))。
(S1: Semiconductor film forming step)
A growth substrate 10 is prepared, and a semiconductor film 20 including an n-type semiconductor layer 21, an active layer 22, and a p-type semiconductor layer 23 is formed on the growth substrate 10 (FIG. 2A).

具体的には、半導体膜20は、例えば、AlInGaN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)から構成される。成長用基板10は、例えば、C面サファイア基板である。 Specifically, the semiconductor film 20 is made of, for example, Al x In y Ga z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1). . The growth substrate 10 is, for example, a C-plane sapphire substrate.

n型半導体層21は、成長用基板10上に低温バッファ層、下地GaN層、Siドープされたn型GaN層を積層することにより形成される。具体的には、成長用基板10をMOCVD装置に投入し、基板温度約1000℃とし、水素雰囲気中で約10分程度の熱処理を行う(サーマルクリーニング)。続いて、基板温度(成長温度)を500℃とし、TMG(トリメチルガリウム)(流量10.4μmol/min)及びNH(流量3.3LM)を約3分間供給してGaNからなる低温バッファ層を形成する。次に、基板温度(成長温度)を1000℃まで昇温し、約30秒間保持することで低温バッファ層を結晶化させる。続いて、基板温度(成長温度)を1000℃に保持したままTMG(流量45μmol/min)およびNH(流量4.4LM)を約20分間供給し、厚さ1μm程度の下地GaN層を形成する。次に、基板温度(成長温度)1000℃にてTMG(流量45μmol/min)、NH(流量4.4LM)およびドーパントガスとしてSiH(流量2.7×10-9μmol/min)を約60分間供給し、厚さ4μm程度のn型GaN層を形成する。以上の工程を経ることにより、成長用基板10上にn型半導体層21が形成される。 The n-type semiconductor layer 21 is formed by stacking a low-temperature buffer layer, a base GaN layer, and a Si-doped n-type GaN layer on the growth substrate 10. Specifically, the growth substrate 10 is put into an MOCVD apparatus, the substrate temperature is set to about 1000 ° C., and heat treatment is performed for about 10 minutes in a hydrogen atmosphere (thermal cleaning). Subsequently, the substrate temperature (growth temperature) is set to 500 ° C., and TMG (trimethylgallium) (flow rate 10.4 μmol / min) and NH 3 (flow rate 3.3 LM) are supplied for about 3 minutes to form a low-temperature buffer layer made of GaN. . Next, the substrate temperature (growth temperature) is raised to 1000 ° C. and held for about 30 seconds to crystallize the low-temperature buffer layer. Subsequently, while maintaining the substrate temperature (growth temperature) at 1000 ° C., TMG (flow rate 45 μmol / min) and NH 3 (flow rate 4.4 LM) are supplied for about 20 minutes to form a base GaN layer having a thickness of about 1 μm. Next, TMG (flow rate 45 μmol / min), NH 3 (flow rate 4.4 LM) and SiH 4 (flow rate 2.7 × 10 −9 μmol / min) as a dopant gas are supplied for about 60 minutes at a substrate temperature (growth temperature) of 1000 ° C. Then, an n-type GaN layer having a thickness of about 4 μm is formed. Through the above steps, the n-type semiconductor layer 21 is formed on the growth substrate 10.

続いて、n型半導体層21の上に活性層22を形成する。本実施例では、活性層22には、InGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を適用した。InGaN/GaNを1周期として5周期成長を行う。具体的には、基板温度(成長温度)700℃にてTMG(流量3.6μmol/min)、TMI(トリメチルインジウム)(流量10μmol/min)、NH(流量4.4LM)を約33秒間供給し、厚さ約2.2nmのInGaN井戸層を形成し、続いてTMG(流量3.6μmol/min)、NH(流量4.4LM)を約320秒間供給して厚さ約15nmのGaN障壁層を形成する。かかる処理を5周期分繰り返すことにより活性層22が形成される。 Subsequently, an active layer 22 is formed on the n-type semiconductor layer 21. In this embodiment, the active layer 22 has a multiple quantum well structure made of InGaN / GaN. Five cycles of growth are performed with InGaN / GaN as one cycle. Specifically, TMG (flow rate 3.6 μmol / min), TMI (trimethylindium) (flow rate 10 μmol / min), NH 3 (flow rate 4.4 LM) are supplied for about 33 seconds at a substrate temperature (growth temperature) of 700 ° C. An InGaN well layer having a thickness of about 2.2 nm is formed, and then TMG (flow rate 3.6 μmol / min) and NH 3 (flow rate 4.4 LM) are supplied for about 320 seconds to form a GaN barrier layer having a thickness of about 15 nm. . The active layer 22 is formed by repeating this process for five cycles.

p型半導体層23は、p型AlGaNクラッド層、Mgドープされたp型GaN層を積層することにより形成される。具体的には、前工程に引き続き、基板温度(成長温度)を870℃まで昇温し、TMG(流量8.1μmol/min)、TMA(トリメチルアルミニウム)(流量7.5μmol/min)、NH(流量4.4LM)およびドーパントとしてCpMg(bis-cyclopentadienyl Mg)(流量2.9×10-7μmol/min)を約5分間供給し、厚さ約40nmのp型AlGaNクラッド層を形成する。続いて、基板温度(成長温度)を保持したまま、TMG(流量18μmol/min)、NH(流量4.4LM)およびドーパントとしてCpMg(流量2.9×10-7μmol/min)を約7分間供給し、厚さ約150nmのp型GaN層を形成する。以上の工程を経ることにより、活性層22の表面にp型半導体層23が形成される。
(S2:反射電極前駆層形成工程)
p型半導体層23上にバッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28を順次形成して反射電極前駆層30を形成する(図2(b))。本実施例において、バッファ層25は1nmの層厚を有するNiからなる。反射層26は150nmの層厚を有するAgからなる。パッシベーション層は2nmの層厚を有するNiからなる。酸化防止層28は50nmの層厚を有するAgからなる。
The p-type semiconductor layer 23 is formed by laminating a p-type AlGaN cladding layer and an Mg-doped p-type GaN layer. Specifically, following the previous step, the substrate temperature (growth temperature) is raised to 870 ° C., TMG (flow rate 8.1 μmol / min), TMA (trimethylaluminum) (flow rate 7.5 μmol / min), NH 3 (flow rate). 4.4LM) and Cp 2 Mg (bis-cyclopentadienyl Mg) (flow rate 2.9 × 10 −7 μmol / min) as a dopant are supplied for about 5 minutes to form a p-type AlGaN cladding layer having a thickness of about 40 nm. Subsequently, while maintaining the substrate temperature (growth temperature), TMG (flow rate 18 μmol / min), NH 3 (flow rate 4.4 LM) and Cp 2 Mg (flow rate 2.9 × 10 −7 μmol / min) as a dopant for about 7 minutes. Then, a p-type GaN layer having a thickness of about 150 nm is formed. Through the above steps, the p-type semiconductor layer 23 is formed on the surface of the active layer 22.
(S2: Reflective electrode precursor layer forming step)
A buffer layer 25, a reflective layer 26, a passivation layer 27, and an antioxidant layer 28 are sequentially formed on the p-type semiconductor layer 23 to form a reflective electrode precursor layer 30 (FIG. 2B). In this embodiment, the buffer layer 25 is made of Ni having a layer thickness of 1 nm. The reflective layer 26 is made of Ag having a layer thickness of 150 nm. The passivation layer is made of Ni having a layer thickness of 2 nm. The antioxidant layer 28 is made of Ag having a layer thickness of 50 nm.

反射電極前駆層30のバッファ層25は、p型半導体層23と反射層26との格子不整合性を緩和することができ、電気伝導特性の良い金属層であり得る。さらに、バッファ層25は、後の熱処理工程にて反射層26と相互拡散し得る金属層であり得る。熱処理工程において、バッファ層25と反射層26とが相互拡散してそれら界面付近において合金化することによって、バッファ層25自身による反射率の低下が抑制され得る。さらに、バッファ層25は、反射層26を構成する原子がp型半導体層23へ拡散することを防止し得る。よって、バッファ層25は、反射層26よりも小さい拡散係数を有し得る。バッファ層25の層厚は、p型半導体層23と反射層26との格子不整合性を緩和することができ、反射層26の反射率に対する影響を最小とし、且つ、反射電極層全体の接触抵抗が過大に増大しないよう設定され得る。バッファ層25の層厚が過小である場合は、p型半導体層23と反射層26との格子不整合性を十分に緩和することができず、バッファ層25上に形成される反射層26に格子不整合性に起因して、反射層26を構成する原子が反射層26内のある特定領域において凝集されて密度が高くなった凝集ドメイン構造が生じ得る。かかる構造によって、反射層26の層厚が不均一となったり、その表面に段差が生じてしまう。かかる段差における光の散乱によって高反射率が得られない。逆に、バッファ層25の層厚が過大である場合は、バッファ層25自身による反射率の低下が顕著になり、接触抵抗も増大してしまう。   The buffer layer 25 of the reflective electrode precursor layer 30 can alleviate the lattice mismatch between the p-type semiconductor layer 23 and the reflective layer 26, and can be a metal layer with good electrical conductivity. Further, the buffer layer 25 may be a metal layer that can interdiffuse with the reflective layer 26 in a later heat treatment step. In the heat treatment step, the buffer layer 25 and the reflective layer 26 are mutually diffused and alloyed in the vicinity of the interface, so that a decrease in reflectance due to the buffer layer 25 itself can be suppressed. Furthermore, the buffer layer 25 can prevent the atoms constituting the reflective layer 26 from diffusing into the p-type semiconductor layer 23. Thus, the buffer layer 25 can have a smaller diffusion coefficient than the reflective layer 26. The layer thickness of the buffer layer 25 can alleviate the lattice mismatch between the p-type semiconductor layer 23 and the reflective layer 26, minimizes the influence on the reflectance of the reflective layer 26, and makes contact with the entire reflective electrode layer. It can be set so that the resistance does not increase excessively. When the thickness of the buffer layer 25 is too small, the lattice mismatch between the p-type semiconductor layer 23 and the reflective layer 26 cannot be sufficiently relaxed, and the reflective layer 26 formed on the buffer layer 25 has Due to the lattice mismatch, atoms constituting the reflective layer 26 may be aggregated in a specific region in the reflective layer 26 to increase the density of the aggregated domain structure. With such a structure, the layer thickness of the reflective layer 26 becomes non-uniform or a step is generated on the surface thereof. High reflectivity cannot be obtained due to light scattering at the step. On the contrary, when the layer thickness of the buffer layer 25 is excessive, the drop of the reflectance by the buffer layer 25 itself becomes remarkable, and the contact resistance also increases.

具体的には、バッファ層25の材料としてNiを用い、その層厚を1nmに設定した。Niの層厚は、0.5nm以上であり且つ5nm以下であることが好ましく、1nm以上であり且つ2nm以下であることがさらに好ましい。Niの層厚が薄すぎる場合、熱処理によっても緩和することができない凝集ドメイン構造が、Agからなる反射層26に生じ得る。一方で、Niの層厚が過大である場合、Ni自身の反射率が60−70%であるのでNi自身による反射率の低下分が無視できなくなるのに加え、接触抵抗が増大してしまう。バッファ層25の他の材料候補としては、TiやTiを含む合金等、Ni同様に密着性を向上させる金属であり得る。しかし、他の候補ではNiを用いた場合よりも反射率が低下してしまうため、Niが好ましい。   Specifically, Ni was used as the material of the buffer layer 25, and the layer thickness was set to 1 nm. The layer thickness of Ni is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, more preferably 1 nm or more and 2 nm or less. When the Ni layer thickness is too thin, an aggregated domain structure that cannot be relaxed even by heat treatment can occur in the reflective layer 26 made of Ag. On the other hand, if the Ni layer thickness is excessive, the reflectance of Ni itself is 60-70%, so that the decrease in reflectance due to Ni itself cannot be ignored, and the contact resistance increases. Other material candidates for the buffer layer 25 may be a metal such as Ti or an alloy containing Ti that improves adhesion as well as Ni. However, Ni is preferred because other candidates have a lower reflectance than when Ni is used.

反射電極前駆層30の反射層26は、反射率が高く且つ電気伝導率が高い金属層からなり得る。さらに、反射層26は、後の熱処理工程にてバッファ層25及びパッシベーション層27とのそれぞれの界面付近において相互拡散し得る金属層であり得る。熱処理工程において、バッファ層25及びパッシベーション層27とのそれぞれの界面付近において相互拡散して、それらの界面付近において合金化することによって、バッファ層25における反射率の低下を抑制し、反射層26とバッファ層25及びパッシベーション層27とのそれぞれの界面に生じ得る層厚の不均一性や段差を緩和することができる。反射層26の層厚は、十分な反射率が得られるよう設定される。反射層26の層厚が過小である場合は、反射率が低下してしまう。逆に、反射層25の層厚が過大である場合は、反射率等の素子特性には特に問題ないものの、プロセスに要する時間的及び経済的コストが増大してしまう。   The reflective layer 26 of the reflective electrode precursor layer 30 can be made of a metal layer having high reflectivity and high electrical conductivity. Further, the reflective layer 26 may be a metal layer that can diffuse mutually in the vicinity of the respective interfaces between the buffer layer 25 and the passivation layer 27 in a later heat treatment step. In the heat treatment step, by interdiffusion in the vicinity of each interface between the buffer layer 25 and the passivation layer 27 and alloying in the vicinity of these interfaces, a decrease in the reflectance in the buffer layer 25 is suppressed, It is possible to alleviate layer thickness non-uniformity and steps that may occur at the interfaces between the buffer layer 25 and the passivation layer 27. The layer thickness of the reflective layer 26 is set so that sufficient reflectance can be obtained. When the layer thickness of the reflective layer 26 is too small, the reflectance is lowered. On the contrary, when the thickness of the reflective layer 25 is excessive, there is no particular problem in the element characteristics such as reflectance, but the time and cost required for the process increase.

具体的には、反射層26の材料として、高反射特性を有するAgを用い、その層厚を150nmに設定した。Agの層厚は、50nm〜200nmであることが好ましく、100nm〜200nmであることがさらに好ましい。Agの層厚が過小である場合、反射率が低下してしまう。我々の実験結果では、Ag単層で70nm未満の層厚になると明らかに反射率が低下し、100nm以上ではほぼ飽和する結果が得られている。Agの層厚を大きくしても反射率等の素子特性には特に問題ないと思われるが、製造工程に要する時間的及び経済的コストを抑えるため、約200nm以下が望ましい。反射層25の別の材料候補としては、Agの反射率と比較して劣るものの比較的高反射率を有するAl、Rh又はこれらを含む合金があげられる。   Specifically, Ag having high reflection characteristics was used as the material of the reflective layer 26, and the layer thickness was set to 150 nm. The layer thickness of Ag is preferably 50 nm to 200 nm, and more preferably 100 nm to 200 nm. When the layer thickness of Ag is too small, the reflectance is lowered. In our experimental results, the reflectance is clearly reduced when the thickness of the Ag single layer is less than 70 nm, and almost saturated at 100 nm or more. Even if the Ag layer thickness is increased, it seems that there is no particular problem in the element characteristics such as reflectance, but about 200 nm or less is desirable in order to suppress the time and cost required for the manufacturing process. Other material candidates for the reflective layer 25 include Al, Rh, or alloys containing these, which are inferior to the reflectivity of Ag but have a relatively high reflectivity.

反射電極前駆層30のパッシベーション層27は、反射層26を構成する原子の拡散、脱離を防止し且つ電気伝導特性の良い金属層であり得る。さらに、パッシベーション層27は、後の熱処理工程にて反射層26と相互拡散し得る金属層であり得る。パッシベーション層27と反射層26とが相互拡散してそれら界面付近において双方が合金化することによって、反射層26に生ずる層厚のむらや段差を緩和することができる。これにより、反射層26をより平坦化し、層厚のむらや段差による光散乱を抑制することができる。さらに、パッシベーション層27は、反射層26を構成する原子が熱処理中にパッシベーション層27上の酸化防止層28から脱離することを防止し得る。さらに、パッシベーション層27は、反射層26を構成する原子がパッシベーション層27上に形成されるキャップ層へ拡散することを防止し得る。よって、反射層26を構成する原子が、パッシベーション層27内においてより小なる拡散係数を有し得る。パッシベーション層27の層厚は、反射層26を構成する原子の拡散を防止することができ、反射層26に生じ得る層厚のむらや段差を緩和できるように設定される。パッシベーション層27が過小である場合は、反射層26に対するパッシベーション効果が弱くなり、反射層26の酸化を防止することができない。逆に、パッシベーション層27が過大である場合は、バッファ層25の場合と同様に反射率が低下してしまい、パッシベーション層27にヒロック等の乱反射を生じる凹凸構造が生じてしまう。   The passivation layer 27 of the reflective electrode precursor layer 30 can be a metal layer that prevents diffusion and desorption of atoms constituting the reflective layer 26 and has good electrical conductivity characteristics. Further, the passivation layer 27 may be a metal layer that can interdiffuse with the reflective layer 26 in a later heat treatment step. When the passivation layer 27 and the reflective layer 26 are mutually diffused and both are alloyed in the vicinity of the interface, it is possible to alleviate the unevenness of the layer thickness and the level difference generated in the reflective layer 26. Thereby, the reflective layer 26 can be further flattened, and light scattering due to unevenness in layer thickness or steps can be suppressed. Further, the passivation layer 27 can prevent atoms constituting the reflective layer 26 from being detached from the antioxidant layer 28 on the passivation layer 27 during the heat treatment. Furthermore, the passivation layer 27 can prevent the atoms constituting the reflective layer 26 from diffusing into the cap layer formed on the passivation layer 27. Therefore, atoms constituting the reflective layer 26 may have a smaller diffusion coefficient in the passivation layer 27. The thickness of the passivation layer 27 is set so that diffusion of atoms constituting the reflective layer 26 can be prevented, and unevenness or steps in the layer thickness that can occur in the reflective layer 26 can be reduced. When the passivation layer 27 is too small, the passivation effect on the reflective layer 26 becomes weak, and the oxidation of the reflective layer 26 cannot be prevented. On the other hand, when the passivation layer 27 is excessive, the reflectance decreases as in the case of the buffer layer 25, and an uneven structure that causes irregular reflection such as hillocks occurs in the passivation layer 27.

具体的には、パッシベーション層27の材料としてNiを用い、その層厚を1nmに設定した。Niの層厚は、0.5nm以上であり且つ10nm以下であることが好ましく、1nm以上であり且つ3nm以下であることがさらに好ましい。Niの層厚が過小である場合、Agからなる反射層を構成する原子の拡散を防止することができない。一方、Niの層厚が過大である場合、Niからなるバッファ層と同様に自身による反射率の低下が問題になるうえ、ヒロックの幅及び高さが大きくなることが予想されるので、後に行われる反射電極層形成工程S4においてヒロックの除去が困難となる。パッシベーション層27の他の材料候補としては、TiやTiを含む合金等、Ni同様に密着性を向上させる金属であり得る。しかし、他の候補ではNiを用いた場合よりも反射率が低下してしまうため、Niが好ましい。   Specifically, Ni was used as the material for the passivation layer 27, and the layer thickness was set to 1 nm. The layer thickness of Ni is preferably 0.5 nm or more and 10 nm or less, more preferably 1 nm or more and 3 nm or less. When the layer thickness of Ni is too small, the diffusion of atoms constituting the reflective layer made of Ag cannot be prevented. On the other hand, when the Ni layer thickness is excessive, it is expected that the reflectance decreases by itself as in the case of the buffer layer made of Ni, and the width and height of the hillock are expected to increase. In the reflective electrode layer forming step S4, it becomes difficult to remove hillocks. Other material candidates for the passivation layer 27 may be metals such as Ti and alloys containing Ti that improve adhesion as well as Ni. However, Ni is preferred because other candidates have a lower reflectance than when Ni is used.

反射電極前駆層30の酸化防止層28は、後の熱処理工程S3中にパッシベーション層27、反射層26及びバッファ層25が酸化されることを防止し、良好な電気伝導特性を有し、パッシベーション層27を形成する際又は熱処理中に形成され得るヒロック等の不要な凹凸構造を覆うための金属層である。さらに、酸化防止層28は、熱処理工程S3においてパッシベーション層27との界面において相互拡散する金属層であり得る。酸化防止層28は、熱処理工程において、パッシベーション層27と相互拡散することによって、パッシベーション層27上に生じ得るヒロック等の凹凸構造を緩和することができる。さらに、かかる相互拡散によって、ヒロック等の凹凸構造を構成する原子のスパッタ率が、酸化防止層28を構成する原子のスパッタ率に比べて小なる場合、酸化防止層28が先に除去されて、ヒロック等の凹凸構造に対応する構造がパッシベーション層27上に残存してしまうことが防止される。酸化防止層28は後の工程において除去されるので、エッチング等によって除去が容易な金属層であり得る。酸化防止層28の層厚が過小である場合、パッシベーション層27上に存在するヒロック等の不要な構造を覆うことができないので、後に行われる酸化防止層28の除去工程において、ヒロック等を十分に除去することができない。逆に、酸化防止層28の層厚が過大である場合、反射電極前駆層30の熱処理工程において、酸化防止層28を構成する金属原子がパッシベーション層27、反射層26及びバッファ層25にまでマイグレーションしてしまい不要な凝集構造が生じてしまい、散乱によって反射率が低下してしまう。   The anti-oxidation layer 28 of the reflective electrode precursor layer 30 prevents the passivation layer 27, the reflective layer 26 and the buffer layer 25 from being oxidized during the subsequent heat treatment step S3, has good electrical conduction characteristics, and is a passivation layer. This is a metal layer for covering an unnecessary concavo-convex structure such as hillock that can be formed when forming the layer 27 or during heat treatment. Furthermore, the antioxidant layer 28 may be a metal layer that interdiffuses at the interface with the passivation layer 27 in the heat treatment step S3. The anti-oxidation layer 28 can relieve concavo-convex structures such as hillocks that can be formed on the passivation layer 27 by interdiffusion with the passivation layer 27 in the heat treatment step. Further, when the sputtering rate of the atoms constituting the concavo-convex structure such as hillock is smaller than the sputtering rate of the atoms constituting the antioxidant layer 28 due to such interdiffusion, the antioxidant layer 28 is removed first, The structure corresponding to the concavo-convex structure such as hillock is prevented from remaining on the passivation layer 27. Since the antioxidant layer 28 is removed in a later step, it can be a metal layer that can be easily removed by etching or the like. When the thickness of the antioxidant layer 28 is too small, an unnecessary structure such as hillock existing on the passivation layer 27 cannot be covered. Therefore, in the subsequent removal process of the antioxidant layer 28, hillock or the like is sufficiently removed. It cannot be removed. Conversely, when the thickness of the antioxidant layer 28 is excessive, the metal atoms constituting the antioxidant layer 28 migrate to the passivation layer 27, the reflective layer 26, and the buffer layer 25 in the heat treatment step of the reflective electrode precursor layer 30. As a result, an unnecessary aggregated structure is formed, and the reflectance is reduced by scattering.

具体的には、酸化防止層28の材料としてAgを用い、その層厚を50nmに設定した。Agからなる酸化防止層28の層厚は、5nm以上であり且つ50nm以下であることが好ましく、10nm以上であり且つ30nm以下であることがさらに好ましい。Agからなる酸化防止層28の層厚が5nm未満の場合、Ni層からパッシベーション層表面に生じたヒロックを十分に覆いきれないため、ヒロックを除去しきれなくなる。一方、Agからなる酸化防止層28の層厚が過大である場合、熱処理後に下層のNiからなるパッシベーション層を経てAgからなる反射防止層26まで拡散し、反射防止層26内にAgからなる酸化防止層28からのAg原子が凝集した凝集構造が形成され得る。酸化防止層28の別の候補材料として、Niからなるパッシベーション層27と良く相互拡散し、後の逆スパッタ工程において除去可能な材料があげられる。   Specifically, Ag was used as the material of the antioxidant layer 28, and the layer thickness was set to 50 nm. The thickness of the antioxidant layer 28 made of Ag is preferably 5 nm or more and 50 nm or less, more preferably 10 nm or more and 30 nm or less. When the thickness of the antioxidant layer 28 made of Ag is less than 5 nm, the hillocks generated on the surface of the passivation layer from the Ni layer cannot be sufficiently covered, so that the hillocks cannot be removed. On the other hand, if the thickness of the antioxidant layer 28 made of Ag is excessive, it diffuses to the antireflection layer 26 made of Ag through the lower passivation layer made of Ni after the heat treatment and is oxidized in the antireflection layer 26. An aggregate structure in which Ag atoms from the prevention layer 28 are aggregated can be formed. Another candidate material for the antioxidant layer 28 is a material that can diffuse well with the passivation layer 27 made of Ni and can be removed in a later reverse sputtering step.

次に、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28を成膜及びパターニングする手法について説明する。これら成膜構造は、例えば、ドライプロセス若しくはウェットプロセス等の既存の手法又はこれらを組み合わせて成膜される。ドライプロセスとして電子ビーム蒸着やスパッタ法等があげられ、ウェットプロセスとしてメッキ等があげられる。しかし、緻密な膜を形成することによって高反射率が得られることや、nmオーダーの層厚制御性が必要となることから、全てスパッタ法で形成することが好ましい。成膜後、フォトリソグラフィ技術によって反射電極前駆層の一部に開口部を有する所望のレジストマスクを形成する。開口部において露出している反射電極前駆層の一部をエッチングし、レジストマスクを除去して、図2(b)に示すように、p型半導体層23上に、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28が順次積層された反射電極前駆層30が形成される。上記エッチングは、市販されている既存のAgエッチング溶液、硝酸を含む混酸溶液等のエッチング液を用いて行われる。本実施例1においては、純水:硝酸:酢酸:リン酸=1:1:8:10の混酸溶液からなるエッチング液を用いてエッチングされる。反射電極前駆層30の別のパターニング方法として、リフトオフ法によって、反射電極前駆層形成領域に開口部を有する所望のフォトレジストマスクを形成して、その後、フォトレジストマスクの開口部に、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28を順次積層した後、フォトレジストパターンを除去することにより、図2(b)に示すような反射電極前駆層30が形成される。   Next, a method for forming and patterning the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 will be described. These film formation structures are formed by, for example, an existing technique such as a dry process or a wet process, or a combination thereof. Examples of the dry process include electron beam evaporation and sputtering, and examples of the wet process include plating. However, since a high reflectivity can be obtained by forming a dense film and a layer thickness controllability on the order of nm is required, it is preferable that all be formed by sputtering. After film formation, a desired resist mask having an opening in a part of the reflective electrode precursor layer is formed by photolithography. A part of the reflective electrode precursor layer exposed in the opening is etched, the resist mask is removed, and a buffer layer 25 and a reflective layer 26 are formed on the p-type semiconductor layer 23 as shown in FIG. Then, the reflective electrode precursor layer 30 in which the passivation layer 27 and the antioxidant layer 28 are sequentially stacked is formed. The etching is performed using an etching solution such as a commercially available Ag etching solution or a mixed acid solution containing nitric acid. In the first embodiment, etching is performed using an etchant composed of a mixed acid solution of pure water: nitric acid: acetic acid: phosphoric acid = 1: 1: 8: 10. As another patterning method for the reflective electrode precursor layer 30, a desired photoresist mask having an opening in the reflective electrode precursor layer formation region is formed by lift-off, and then the buffer layer 25 is formed in the opening of the photoresist mask. Then, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 are sequentially laminated, and then the photoresist pattern is removed to form the reflective electrode precursor layer 30 as shown in FIG.

以上の工程を経ることにより、p型半導体層23上に、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28が順次積層された反射電極前駆層30が形成される(図2(b))。   Through the above steps, a reflective electrode precursor layer 30 in which a buffer layer 25, a reflective layer 26, a passivation layer 27, and an antioxidant layer 28 are sequentially stacked is formed on the p-type semiconductor layer 23 (FIG. 2 ( b)).

尚、バッファ層25の層厚とパッシベーション層27の層厚との和は、反射層26の層厚の1/60以下であるのが好ましい。かかる割合が過大である場合、熱処理でバッファ層25及びパッシベーション27が反射層26に相互拡散して過大に合金化してしまう。かかる合金化によって、反射層26が有する本来の反射率が低下する。   The sum of the thickness of the buffer layer 25 and the thickness of the passivation layer 27 is preferably 1/60 or less of the thickness of the reflective layer 26. When the ratio is excessive, the buffer layer 25 and the passivation 27 are diffused into the reflective layer 26 by heat treatment and excessively alloyed. Such alloying reduces the original reflectance of the reflective layer 26.

(S3:反射電極前駆層の熱処理工程)
反射電極前駆層30に対して熱処理を行う。
(S3: Heat treatment step of the reflective electrode precursor layer)
A heat treatment is performed on the reflective electrode precursor layer 30.

熱処理工程によって、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28の結晶性が向上する。さらに、熱処理工程において、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28を構成する各原子がそれぞれの層の界面付近において相互拡散することによって、反射電極前駆層形成工程S2において生じ得る層厚の不均一性、凝集構造、各層のボイドが緩和される。これにより、反射層26が平坦化されて層厚の不均一性や段差による散乱が抑制されて、高反射率が達成される。   The crystallinity of the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 is improved by the heat treatment process. Further, in the heat treatment step, the atoms constituting the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 are diffused in the vicinity of the interface of the respective layers, thereby occurring in the reflective electrode precursor layer forming step S2. The resulting layer thickness non-uniformity, aggregated structure, and voids in each layer are alleviated. As a result, the reflective layer 26 is flattened, layer thickness non-uniformity and scattering due to steps are suppressed, and high reflectivity is achieved.

熱処理時の温度は、前駆反射電極層30のバッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28の融点未満とし、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28が互いに相互拡散し得る温度において行われる。さらに、熱処理温度は、半導体膜20の素子構造に対して影響を及ぼさないような温度にて行われる。熱処理温度が低すぎる場合、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28に生じた凝集構造やボイドを緩和することができず、結晶性や接触抵抗の改善が得られない。逆に、熱処理温度が高すぎる場合、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28が界面付近以外においても拡散してしまい、反射率が低下し得る。   The temperature during the heat treatment is lower than the melting points of the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 of the precursor reflective electrode layer 30, and the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 It is carried out at a temperature that can mutually diffuse. Further, the heat treatment temperature is such that the element structure of the semiconductor film 20 is not affected. When the heat treatment temperature is too low, aggregated structures and voids generated in the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 cannot be relaxed, and improvement in crystallinity and contact resistance cannot be obtained. On the other hand, when the heat treatment temperature is too high, the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 diffuse even outside the vicinity of the interface, and the reflectance can be lowered.

具体的な熱処理条件について説明する。バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28に対して、低接触抵抗を実現する条件として、熱処理は、少なくとも酸素を含む雰囲気下において400℃以上の温度にて行われる。酸素を含む雰囲気下で温度450〜550℃にて加熱時間30〜120秒であることがさらに好ましい。かかる条件に対して加熱温度が過度に低く且つ加熱時間が過度に短い場合、酸化防止層28を構成するAgとパッシベーション層27を構成するNiと相互拡散して界面付近で形成されるNiAg合金が不十分となる。一方、加熱温度が過度に高く且つ加熱時間が過度に長い場合、反射層26を構成するAgの酸化を抑制することが困難となる。酸素濃度に対する検討は行っていないが、大気雰囲気にて加熱温度500℃にて加熱時間1分の熱処理を実行することにより、10−4[Ωcm]より低い接触抵抗と93%以上の高い反射率が達成される。更に不活性ガス(N、Ar等)雰囲気中で300℃以上の追加アニールを行うことにより、最大で97%程度のより高い反射率も達成される。しかし、この不活性ガス中の追加熱処理により、接触抵抗が増大する傾向があるため、素子形状及びバッファ層25を構成するNiの層厚に応じて所望の接触抵抗と反射率が得られるよう熱処理条件を調整する必要がある。本実施例1の製造方法においては、後の支持基板接合工程S7において、N雰囲気下で340℃/10分以上の熱処理が実行されて、反射率が改善するため、この反射電極前駆層熱処理工程S3において追加熱処理は実行していない。 Specific heat treatment conditions will be described. As a condition for realizing a low contact resistance for the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28, heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. or higher in an atmosphere containing at least oxygen. More preferably, the heating time is 30 to 120 seconds at a temperature of 450 to 550 ° C. in an atmosphere containing oxygen. When the heating temperature is excessively low and the heating time is excessively short with respect to such conditions, a NiAg alloy formed near the interface by interdiffusing with Ag constituting the antioxidant layer 28 and Ni constituting the passivation layer 27. It becomes insufficient. On the other hand, when the heating temperature is excessively high and the heating time is excessively long, it is difficult to suppress oxidation of Ag constituting the reflective layer 26. Although the oxygen concentration has not been studied, a contact resistance lower than 10 −4 [Ωcm 2 ] and a high reflection of 93% or higher are obtained by performing a heat treatment for 1 minute at a heating temperature of 500 ° C. in an air atmosphere. Rate is achieved. Furthermore, by performing additional annealing at 300 ° C. or higher in an inert gas (N 2 , Ar, etc.) atmosphere, a higher reflectance of about 97% at the maximum is achieved. However, this additional heat treatment in the inert gas tends to increase the contact resistance, so that the desired contact resistance and reflectivity can be obtained according to the element shape and the thickness of the Ni constituting the buffer layer 25. It is necessary to adjust the conditions. In the manufacturing method of Example 1, in the subsequent support substrate bonding step S7, a heat treatment of 340 ° C./10 minutes or more is performed in an N 2 atmosphere to improve the reflectance. In step S3, no additional heat treatment is performed.

具体的に、熱処理後においで図2(b−1)に示すように、熱処理後の反射電極前駆30´として、p型半導体層23上に、Niバッファ25とAg反射層26とにより形成されたNiAg合金層25A、合金化されずに残ったAg反射層26の一部であるAg反射層26A、Ag反射層26とNiバッジペーション層27とAg酸化防止層28とにより形成されたNiAg合金層27A、合金化も酸化もされずに残ったAg酸化防止層28B、Ag酸化防止層28の表面側が酸化されてできたAg酸化物層28Bが形成されると考えられる。あるいは、図2(b−2)に示すように、NiAg合金層27A上には、NiAg合金層27Aの一部が酸化されたNiAg酸化物層28C、Ag酸化防止層28が酸化されてできたAg酸化物層28Aが形成されると考えられる。   Specifically, after the heat treatment, as shown in FIG. 2B-1, the reflective electrode precursor 30 ′ after the heat treatment was formed on the p-type semiconductor layer 23 by the Ni buffer 25 and the Ag reflection layer 26. The NiAg alloy layer 25A, the Ag reflection layer 26A which is a part of the Ag reflection layer 26 left unalloyed, the NiAg alloy layer formed by the Ag reflection layer 26, the Ni badge passage layer 27, and the Ag antioxidant layer 28 27A, the Ag oxidation preventing layer 28B remaining without being alloyed or oxidized, and the Ag oxide layer 28B formed by oxidizing the surface side of the Ag oxidation preventing layer 28 are considered to be formed. Alternatively, as shown in FIG. 2B-2, the NiAg oxide layer 28C and the Ag antioxidant layer 28, which are formed by oxidizing a part of the NiAg alloy layer 27A, are oxidized on the NiAg alloy layer 27A. It is considered that the Ag oxide layer 28A is formed.

(S4:反射電極層形成工程)
熱処理後の前駆反射電極前駆層30´のAg酸化防止層28Aを、NiAg合金層27Aの一部または全部とともに除去して、図2(c)に示すような反射電極層31を形成する。このとき、上記した熱処理後の反射電極前駆層30´の構成に応じて、Ag酸化防止層28B又はNiAg酸化物層28Cも除去される。
(S4: Reflective electrode layer forming step)
The Ag oxidation preventing layer 28A of the precursor reflective electrode precursor layer 30 ′ after the heat treatment is removed together with a part or all of the NiAg alloy layer 27A to form a reflective electrode layer 31 as shown in FIG. At this time, the Ag oxidation preventing layer 28B or the NiAg oxide layer 28C is also removed depending on the configuration of the reflective electrode precursor layer 30 ′ after the heat treatment.

酸化物層28Aの除去方法について具体的に説明する。酸化物層28Aの除去は、逆スパッタ法により行われる。逆スパッタ法とは、スパッタ対象基板の近傍に不活性ガスイオンからなるプラズマを生じさせ、スパッタ対象基板材料の表面結合エネルギーに応じた負の加速電圧を印加して、不活性ガスイオンをスパッタ対象基板に対して照射することによって、スパッタ対象基板からその構成原子を飛出させる手法である。逆スパッタ法を用いれば、イオン化原子の照射範囲に限界があるスパッタガンを用いるよりも、大面積のスパッタ対象ウェハを同時にスパッタリングすることができる。よって、複数の素子構造が形成されたウェハにおいては、素子構造間のバラツキを抑えることができ、さらに、高速でスパッタリングすることができる。本実施例においては、不活性ガスとしてArを採用し、真空度0.5PaのAr雰囲気下にて、10nm/分程度のエッチングレートでAgからなる酸化防止層28が酸化されてできたAg酸化物層28Aをエッチングした。AgからなるAg酸化物層28AとNiからなるパッシベーション層27との界面に熱処理工程S3において形成されるNiAg合金層は、Agからなる酸化防止層28よりも逆スパッタによるエッチングレートが低いため、酸化防止層28を構成するAgの層厚よりも少し厚めのAg酸化物層28Aをエッチングする条件を選択することによって、効果的にヒロックを含むNiAg合金層27Aの一部を除去してパッシベーション層27の表面を露出させることが可能である。または、NiAg合金層27Aの全部を除去して(この場合において、Ag層26Aの一部が除去されてもよい)、Agからなる表面を露出されることができる。   A method for removing the oxide layer 28A will be specifically described. The removal of the oxide layer 28A is performed by a reverse sputtering method. The reverse sputtering method generates a plasma composed of inert gas ions in the vicinity of the substrate to be sputtered, and applies a negative acceleration voltage according to the surface binding energy of the substrate material to be sputtered so that the inert gas ions are sputtered. This is a technique in which constituent atoms are ejected from a sputtering target substrate by irradiating the substrate. By using the reverse sputtering method, it is possible to simultaneously sputter a wafer to be sputtered with a large area, rather than using a sputtering gun with a limited irradiation range of ionized atoms. Therefore, in a wafer on which a plurality of element structures are formed, variations between element structures can be suppressed and sputtering can be performed at high speed. In the present embodiment, Ar is used as an inert gas, and Ag oxidation formed by oxidizing the antioxidant layer 28 made of Ag at an etching rate of about 10 nm / min in an Ar atmosphere with a degree of vacuum of 0.5 Pa. The physical layer 28A was etched. The NiAg alloy layer formed in the heat treatment step S3 at the interface between the Ag oxide layer 28A made of Ag and the passivation layer 27 made of Ni has a lower etching rate by reverse sputtering than the antioxidant layer 28 made of Ag. By selecting a condition for etching the Ag oxide layer 28A slightly thicker than the Ag layer constituting the prevention layer 28, a part of the NiAg alloy layer 27A containing hillocks is effectively removed and the passivation layer 27 is removed. It is possible to expose the surface. Alternatively, the NiAg alloy layer 27A can be entirely removed (in this case, a part of the Ag layer 26A may be removed) to expose the surface made of Ag.

ここで、パッシベーション層27の膜厚が比較的小さい場合、熱処理工程S3においてパッシベーション層27を構成するNi原子が全体的に反射層26及び酸化防止層28を構成するAg原子と相互拡散して、パッシベーション層27が全体的にNiAg合金層27Aに変化している。そして、AgのエッチングレートがNiAg合金のエッチングレートよりも速いため、NiAg合金層27Aの全てを除去するのではなく、合金化する前のパッシベーション層27の膜厚と同程度となるよう、NiAg合金層27Aを除去して、NiAg合金表面を露出することが好ましい。   Here, when the thickness of the passivation layer 27 is relatively small, Ni atoms constituting the passivation layer 27 are interdiffused with Ag atoms constituting the reflective layer 26 and the antioxidant layer 28 as a whole in the heat treatment step S3. The passivation layer 27 is entirely changed to the NiAg alloy layer 27A. Then, since the etching rate of Ag is faster than the etching rate of the NiAg alloy, the NiAg alloy is not removed so that the NiAg alloy layer 27A is removed, but the NiAg alloy has the same thickness as that of the passivation layer 27 before alloying. The layer 27A is preferably removed to expose the NiAg alloy surface.

(S5:キャップ層形成工程)
図2(c)に示す構造体に対して、反射電極層31を覆うようにキャップ層32を形成する。
(S5: Cap layer forming step)
A cap layer 32 is formed so as to cover the reflective electrode layer 31 on the structure shown in FIG.

キャップ層32は、自身がマイグレーションしにくく、更に、反射電極層31の構成材料のマイグレーションを防止し得る材料を採用する。キャップ層32の材料として、Ti又はTiW等があげられる。所望のパターンはp電極の場合と同様にリフトオフ法やエッチングを用いて形成することができるが、キャップ層の材料は残存無くエッチングすることが困難な材料系となるため、リフトオフ法で形成することが望ましい。成膜方法は、電子ビーム蒸着に比べて段差部分の被覆率が良いことからスパッタ法を用いることが望ましい。スパッタ法を用いるのは、反射電極層形成工程S4で用いる逆スパッタ法と同一の処理装置内でキャップ層32を形成することができるからである。   The cap layer 32 employs a material that is difficult to migrate itself and that can prevent migration of the constituent material of the reflective electrode layer 31. Examples of the material of the cap layer 32 include Ti or TiW. The desired pattern can be formed by using the lift-off method or etching as in the case of the p-electrode. However, since the material of the cap layer is a material system that is difficult to etch without remaining, it should be formed by the lift-off method. Is desirable. As the film forming method, it is desirable to use a sputtering method because the coverage of the stepped portion is better than that of electron beam evaporation. The reason why the sputtering method is used is that the cap layer 32 can be formed in the same processing apparatus as the reverse sputtering method used in the reflective electrode layer forming step S4.

(S6:接続金属形成工程)
ステップS6において形成されたキャップ層32上に接合金属層33を形成する(図2(d))。
(S6: Connection metal forming step)
A bonding metal layer 33 is formed on the cap layer 32 formed in step S6 (FIG. 2D).

接合金属層33は、支持基板50を半導体膜に接合するための金属層である。接合金属層33は、拡散防止層(図示せず)と接合層(図示せず)とをキャップ層32上に順次形成される。具体的には、拡散防止層としてPtを用いて、接合層としてAu又はAuSnを用いた。別の構成の接合金属層33として、キャップ層32と拡散防止層との間に追加の金属層を挿入し得る。これにより、キャップ層32との密着性がさらに向上され得る。キャップ層32との密着性を向上せしめる金属層としては、Ti又はNiからなる金属層があげられる。   The bonding metal layer 33 is a metal layer for bonding the support substrate 50 to the semiconductor film. The bonding metal layer 33 is formed by sequentially forming a diffusion prevention layer (not shown) and a bonding layer (not shown) on the cap layer 32. Specifically, Pt was used as the diffusion preventing layer, and Au or AuSn was used as the bonding layer. An additional metal layer may be inserted between the cap layer 32 and the diffusion prevention layer as another configuration of the bonding metal layer 33. Thereby, adhesiveness with the cap layer 32 can further be improved. Examples of the metal layer that improves the adhesion to the cap layer 32 include a metal layer made of Ti or Ni.

(S7:支持基板接合工程)
接合金属層33と支持基板50とを接合する。
(S7: Support substrate bonding step)
The bonding metal layer 33 and the support substrate 50 are bonded.

支持基板50は、成長基板10又は半導体膜20と同程度の熱膨張係数を有し得る。これには、半導体発光素子1の駆動時に生ずる熱によって、成長基板10、半導体膜20又は支持基板50に圧縮応力又は伸縮応力が印加され、半導体発光素子1全体として歪が生じたりクラックが生ずることを防止するためである。さらに、支持基板50は、高熱伝導率を有し得る。駆動時に生ずる熱を放熱するためである。具体的には、支持基板は、表面にAuSn等が形成されたSiであるメタライズドSiである。なお、支持基板は、Siからなる半導体基板に限られず、Ge、GaAs,もしくはGaP等からなる半導体基板、Fe,Geの合金、Cu,Cu合金、Al、Al合金等からなる金属基板であってもよい。   The support substrate 50 may have a thermal expansion coefficient comparable to that of the growth substrate 10 or the semiconductor film 20. For this purpose, compressive stress or stretching stress is applied to the growth substrate 10, the semiconductor film 20, or the support substrate 50 due to heat generated when the semiconductor light emitting device 1 is driven, and the semiconductor light emitting device 1 as a whole is distorted or cracked. It is for preventing. Further, the support substrate 50 can have a high thermal conductivity. This is to dissipate heat generated during driving. Specifically, the support substrate is metallized Si which is Si having AuSn or the like formed on the surface. The support substrate is not limited to a semiconductor substrate made of Si, but is a semiconductor substrate made of Ge, GaAs, GaP or the like, a metal substrate made of Fe, Ge alloy, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, or the like. Also good.

(S8:成長用基板除去ステップS8)
成長用基板10の一部を除去してn型半導体層21の一部を表出させる。n電極40を形成するための開口部を設けるためである。
(S8: Growth Substrate Removal Step S8)
A part of the growth substrate 10 is removed, and a part of the n-type semiconductor layer 21 is exposed. This is because an opening for forming the n-electrode 40 is provided.

具体的には、成長基板10の表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いて所望の形状にパターンニングする。次に反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)装置に投入し、n型半導体層21の一部が表出するまでエッチングすることによって、成長基板10の一部が除去される。尚、成長用基板10の全てを除去してn型半導体層21の全てを表出することもできる。除去手法としては、レーザリフトオフや、半導体膜形成途中に剥離用の犠牲層を挟み機械的・化学的手法により基板剥離する等、既存の剥離方法を用いて成長基板10の全部が剥離される。   Specifically, a photoresist is applied to the surface of the growth substrate 10 and patterned into a desired shape using a photolithography technique. Next, it is put into a reactive ion etching (RIE) apparatus, and etching is performed until a part of the n-type semiconductor layer 21 is exposed, whereby a part of the growth substrate 10 is removed. It is also possible to remove all of the growth substrate 10 and expose all of the n-type semiconductor layer 21. As the removal method, the entire growth substrate 10 is peeled off using an existing peeling method, such as laser lift-off, or a substrate is peeled off by a mechanical / chemical method with a sacrificial layer for peeling in the middle of forming a semiconductor film.

(S9:n電極形成工程)
n型半導体層21の露出表面上に、n電極40を形成する。
(S9: n-electrode formation step)
An n-electrode 40 is formed on the exposed surface of the n-type semiconductor layer 21.

具体的には、既存の電子ビーム蒸着法を用いてn型半導体層21の露出面上に1nmの層厚を有するTiと1000nmの層厚を有するAlとを順次成膜し、n電極パターンをリフトオフ法により形成して、n電極40が形成される。   Specifically, Ti having a thickness of 1 nm and Al having a thickness of 1000 nm are sequentially formed on the exposed surface of the n-type semiconductor layer 21 using an existing electron beam evaporation method, and an n-electrode pattern is formed. The n-electrode 40 is formed by the lift-off method.

(S10:素子分離工程)
半導体膜20及び支持基板80を切断し、半導体発光素子を個片化する。具体的には、例えば、既存のレーザスクライブ/ブレイキング、ポイントスクライブ/プレイキング、ダイシング等を利用して行われた。以上の各工程を経ることにより、図2(e)に示すような半導体発光素子1が完成する。
(S10: element isolation step)
The semiconductor film 20 and the support substrate 80 are cut, and the semiconductor light emitting element is separated into pieces. Specifically, for example, the conventional laser scribe / breaking, point scribe / playking, dicing, and the like were used. Through the above steps, the semiconductor light emitting element 1 as shown in FIG. 2E is completed.

本発明の実施例2に係る半導体発光素子1の製造方法について、図3及び図4を参照しつつ以下に説明する。図3は、本発明の実施例2に係る半導体発光素子1の製造工程を示すフロー図である。図4(a)及び(b)は、いくつかの製造工程における半導体発光素子1の断面図である。なお、図3に示した実施例2の製造工程S21乃至S26は、図1に示した実施例1の製造工程S1乃至S6と同様であるので詳細な説明は省略する。実施例1においては、図2(d)に示すように、キャップ層32はp型半導体層23が露出しないように形成された。実施例2においては、図4(a)に示すように、p型半導体層23の一部が露出するようにキャップ層32を形成しており、この点で実施例1とは異なることに留意すべきである。   A method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 according to Example 2 of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing manufacturing steps of the semiconductor light emitting device 1 according to Example 2 of the present invention. 4A and 4B are cross-sectional views of the semiconductor light emitting device 1 in several manufacturing steps. The manufacturing steps S21 to S26 of the second embodiment shown in FIG. 3 are the same as the manufacturing steps S1 to S6 of the first embodiment shown in FIG. In Example 1, as shown in FIG. 2D, the cap layer 32 was formed so that the p-type semiconductor layer 23 was not exposed. In the second embodiment, as shown in FIG. 4A, the cap layer 32 is formed so that a part of the p-type semiconductor layer 23 is exposed, and it is different from the first embodiment in this respect. Should.

(S27:n型半導体露出工程)
図4(a)に示す構造体のp型半導体層23及び活性層22の一部を除去して、n型半導体層21の一部を露出させる。
(S27: n-type semiconductor exposure process)
A part of the p-type semiconductor layer 23 and the active layer 22 in the structure shown in FIG. 4A is removed, and a part of the n-type semiconductor layer 21 is exposed.

具体的には、半導体層20の表面にフォトレジストを塗布し、フォトリングラフイ技術を用いて所望の形状にパターンニングする。次に、反応性イオンエッチング(RIE)装置に投入し、半導体層20が表出している領域(凹部を形成したい領域)をn型半導体層21の一部が表出するまでエッチングする。   Specifically, a photoresist is applied to the surface of the semiconductor layer 20, and is patterned into a desired shape using a photolinographic technique. Next, it is put into a reactive ion etching (RIE) apparatus, and the region where the semiconductor layer 20 is exposed (region where a recess is desired to be formed) is etched until a part of the n-type semiconductor layer 21 is exposed.

(S28:n電極形成工程)
n型半導体露出工程S22において露出されたn型半導体層21の表面上にn電極40を形成する。
(S28: n-electrode formation step)
An n-electrode 40 is formed on the surface of the n-type semiconductor layer 21 exposed in the n-type semiconductor exposure step S22.

具体的には、n電極40は、1nmの層厚を有するTiと、1000nmの層厚を有するAlとを電子ビーム蒸着を用いて順次形成し、リフトオフ法によりパターニングを行った。   Specifically, the n electrode 40 was formed by sequentially forming Ti having a layer thickness of 1 nm and Al having a layer thickness of 1000 nm by electron beam evaporation, and patterning was performed by a lift-off method.

(S29:接合金属層形成工程)
ステップS21において形成されたn電極40上に接合金属層60を形成する。
(S29: Joining metal layer forming step)
A bonding metal layer 60 is formed on the n-electrode 40 formed in step S21.

接合金属層60は、n電極40と支持基板50とを貼り合わせるための金属層である。接合金属層60は、拡散防止層(図示せず)と接合層(図示せず)とをn電極40上に順次形成される。具体的には、拡散防止層としてPtを用いて、接合層としてAu又はAuSnを用いている。別の構成の接合金属層60は、n電極40との密着性を向上せしめる金属層、拡散防止層及び接合層をn電極40上に順次形成される。n電極40との密着性を向上せしめる金属層としては、Ti又はNiからなる金属層があげられる。   The bonding metal layer 60 is a metal layer for bonding the n-electrode 40 and the support substrate 50 together. The bonding metal layer 60 is formed by sequentially forming a diffusion prevention layer (not shown) and a bonding layer (not shown) on the n-electrode 40. Specifically, Pt is used as the diffusion preventing layer, and Au or AuSn is used as the bonding layer. In the bonding metal layer 60 having another configuration, a metal layer, a diffusion prevention layer, and a bonding layer that improve adhesion to the n electrode 40 are sequentially formed on the n electrode 40. Examples of the metal layer that improves the adhesion to the n-electrode 40 include a metal layer made of Ti or Ni.

(S30:支持基板接合工程)
接合金属層33及び接合金属層60と、支持基板50と、を接合する。
(S30: Support substrate bonding step)
The bonding metal layer 33 and the bonding metal layer 60 are bonded to the support substrate 50.

支持基板50は、成長基板10又は半導体膜20と同程度の熱膨張係数を有し得る。これは、半導体発光素子1の駆動時に生ずる熱によって、成長基板10、半導体膜20又は支持基板50に圧縮応力又は伸縮応力が印加され、半導体発光素子1全体として歪が生じたりクラックが生ずることを防止するためである。さらに、支持基板50は、高熱伝導率を有し得る。駆動時に生ずる熱を放熱するためである。具体的には、支持基板50の材料は、表面にAuSn等が形成されたSiであるメタライズドSiである。なお、支持基板は、Siからなる半導体基板に限られず、Ge、GaAs,もしくはGaP等からなる半導体基板、Fe,Geの合金、Cu,Cu合金、Al、Al合金等からなる金属基板であってもよい。支持基板50には、反射電極31の上方に形成された接続金属層33とn電極40上に形成された接続金属層60とにそれぞれ接続されるp電極用配線とn電極用配線とが電気的に絶縁された配線が設けられている。p電極用配線とn電極用配線とが、それぞれ金属層33と接続金属層60と配置されるように、支持基板50が成長基板10に対して位置合わせされた状態で接合される。接合手法は、共晶接合等の既存の手法を用いる。   The support substrate 50 may have a thermal expansion coefficient comparable to that of the growth substrate 10 or the semiconductor film 20. This is because compressive stress or expansion stress is applied to the growth substrate 10, the semiconductor film 20, or the support substrate 50 due to heat generated when the semiconductor light emitting device 1 is driven, and the semiconductor light emitting device 1 as a whole is distorted or cracked. This is to prevent it. Further, the support substrate 50 can have a high thermal conductivity. This is to dissipate heat generated during driving. Specifically, the material of the support substrate 50 is metallized Si, which is Si having AuSn or the like formed on the surface. The support substrate is not limited to a semiconductor substrate made of Si, but is a semiconductor substrate made of Ge, GaAs, GaP or the like, a metal substrate made of Fe, Ge alloy, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, or the like. Also good. On the support substrate 50, the p-electrode wiring and the n-electrode wiring respectively connected to the connection metal layer 33 formed above the reflective electrode 31 and the connection metal layer 60 formed on the n-electrode 40 are electrically connected. Electrically insulated wiring is provided. The support substrate 50 is bonded to the growth substrate 10 so that the p-electrode wiring and the n-electrode wiring are arranged with the metal layer 33 and the connection metal layer 60, respectively. As a bonding method, an existing method such as eutectic bonding is used.

(S31:素子分離工程)
半導体膜20及び支持基板80を切断し、半導体発光素子を個片化する。具体的には、例えば、既存のレーザスクライブ/ブレイキング、ポイントスクライブ/プレイキング、ダイシング等を利用して行われた。以上の各工程を経ることにより、図4(b)に示すような半導体発光素子2が完成する。
(S31: Element isolation step)
The semiconductor film 20 and the support substrate 80 are cut, and the semiconductor light emitting element is separated into pieces. Specifically, for example, the conventional laser scribe / breaking, point scribe / playking, dicing, and the like were used. Through the above steps, the semiconductor light emitting element 2 as shown in FIG. 4B is completed.

尚、上記実施例2においても、上記支持基本接合工程30と上記素子分離工程31との間に任意に成長用基板除去工程を用いて、成長基板を除去してもよい。また、上記実施例1又は2において、光取り出し面に光取り出しを向上するための凹凸を形成する工程などを適宜追加することができる。   In the second embodiment as well, the growth substrate may be removed by arbitrarily using a growth substrate removing step between the support basic bonding step 30 and the element isolation step 31. Moreover, in the said Example 1 or 2, the process etc. which form the unevenness | corrugation for improving light extraction on the light extraction surface can be added suitably.

上記実施例1又は2において、接合金属層形成工程S6又はS29、および、支持基板接合工程S7又はS30を経て、半導体膜に支持基板を貼り合わせて支持基本を形成しているが、本発明において、支持基板として金属基板を形成する場合には、接合金属層形成工程と支持基板接合工程の代わりに、めっき法を用いて金属を積層することにより支持基板を形成することができる。たとえば、電解めっき法により、Cuを積層して、Cu基板を形成することができる。   In Example 1 or 2, the supporting base is formed by bonding the supporting substrate to the semiconductor film through the bonding metal layer forming step S6 or S29 and the supporting substrate bonding step S7 or S30. When a metal substrate is formed as the support substrate, the support substrate can be formed by laminating metals using a plating method instead of the bonding metal layer forming step and the support substrate bonding step. For example, Cu can be laminated by electroplating to form a Cu substrate.

上記実施例1又は2において、成長基板としてサファイア基板を用いているが、成長基板としてGaN基板などを用いることができ、この場合においても、成長基板は、態様に応じて、除去することもできるし、半導体発光素子を構成する一部として残すこともできる。   In Example 1 or 2, a sapphire substrate is used as the growth substrate, but a GaN substrate or the like can be used as the growth substrate. In this case, the growth substrate can also be removed depending on the mode. However, it can be left as part of the semiconductor light emitting device.

図5は、本発明の実施例1又は2の製造方法を用いて形成された半導体発光素子1又は2の反射スペクトルを示すグラフ図である。縦軸が反射率(%)であり、横軸が波長(nm)である。図5において、実線は、層厚1nmのNiからなるバッファ層25、層厚150nmのAgからなる反射層26、層厚2nmのNiからなるパッシベーション層27、層厚50nmのAgからなる酸化防止層28を有する反射電極前駆層31に対して熱処理を行った本発明の実施例に係る半導体発光素子(以下、サンプルAと称する)の反射率を示している。一方、点線は、層厚1nmのNiからなるバッファ層25、層厚200nmのAgからなる反射層26、層厚2nmのNiからなるパッシベーション層27を有するものの、酸化防止層28を有しない場合の反射電極前駆層に対して熱処理を行った場合の比較例に係る半導体発光素子(以下、サンプルBと称する)の反射率を示している。サンプルA及びサンプルBの反射スペクトルは、バルクAg同様に光の波長が短くなるにつれて低下している。サンプルA及びサンプルBの反射スペクトルを比較すると、350nmから550nmの波長範囲において、サンプルAの反射スペクトルがサンプルBのものに比べて高くなっていることが分かる。特に、半導体発光素子が発する光の波長付近の450nmに着目すると、サンプルAは93.3%の反射率を有し、サンプルBは450nmにて89.7%の反射率を有する。200nmの層厚を有する熱処理前のAg層の反射率が96.3%であることを考慮すると、本発明の製造方法を用いることによって、半導体発光素子がより理想値に近い反射率を達成できることを示している。   FIG. 5 is a graph showing the reflection spectrum of the semiconductor light emitting device 1 or 2 formed by using the manufacturing method of Example 1 or 2 of the present invention. The vertical axis represents reflectance (%), and the horizontal axis represents wavelength (nm). In FIG. 5, a solid line indicates a buffer layer 25 made of Ni having a thickness of 1 nm, a reflective layer 26 made of Ag having a thickness of 150 nm, a passivation layer 27 made of Ni having a thickness of 2 nm, and an antioxidant layer made of Ag having a thickness of 50 nm. 2 shows the reflectance of a semiconductor light emitting device (hereinafter referred to as sample A) according to an embodiment of the present invention in which the reflective electrode precursor layer 31 having 28 is heat-treated. On the other hand, the dotted line has a buffer layer 25 made of Ni with a layer thickness of 1 nm, a reflective layer 26 made of Ag with a layer thickness of 200 nm, and a passivation layer 27 made of Ni with a layer thickness of 2 nm, but without the antioxidant layer 28. The reflectance of the semiconductor light emitting device (hereinafter referred to as sample B) according to a comparative example when heat treatment is performed on the reflective electrode precursor layer is shown. The reflection spectra of sample A and sample B decrease as the wavelength of light becomes shorter as in the case of bulk Ag. Comparing the reflection spectra of sample A and sample B, it can be seen that the reflection spectrum of sample A is higher than that of sample B in the wavelength range of 350 nm to 550 nm. In particular, focusing on 450 nm near the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element, sample A has a reflectivity of 93.3%, and sample B has a reflectivity of 89.7% at 450 nm. Considering that the reflectance of the Ag layer having a layer thickness of 200 nm before heat treatment is 96.3%, the semiconductor light emitting device can achieve a reflectance closer to the ideal value by using the manufacturing method of the present invention. Is shown.

接触抵抗についてTLM(Transmission Line Model)測定を用いて調べた結果、上記サンプルAの反射スペクトルが得られた反射電極層の接触抵抗は、10−4[Ωcm]以下であった。一方、上記サンプルBの反射スペクトルが得られた反射電極層の接触抵抗は、10−3〜10−4[Ωcm]であり、本発明の製造方法を用いて製造された反射電極層は、一桁近く低い接触抵抗を有する結果となった。 As a result of examining the contact resistance using TLM (Transmission Line Model) measurement, the contact resistance of the reflective electrode layer from which the reflection spectrum of Sample A was obtained was 10 −4 [Ωcm 2 ] or less. On the other hand, the contact resistance of the reflective electrode layer from which the reflection spectrum of Sample B was obtained is 10 −3 to 10 −4 [Ωcm 2 ], and the reflective electrode layer produced using the production method of the present invention is The result was a contact resistance that was nearly an order of magnitude lower.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、半導体膜において生成された光の波長において高反射率を有する反射電極層を形成することができる。かかる光を反射電極層にて高反射率にて反射して、反射光をも光取出し面を介して出射することができるので、高輝度半導体発光素子を製造することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, it is possible to form a reflective electrode layer having a high reflectance at the wavelength of light generated in the semiconductor film. Since such light can be reflected by the reflective electrode layer at a high reflectance and the reflected light can be emitted through the light extraction surface, a high-luminance semiconductor light emitting device can be manufactured.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、反射電極層の金属パッシベーション層の表面が酸化防止層によって覆われた状態において、熱処理工程が実施されるので、金属パッシベーション層は、熱処理工程において酸化されて絶縁化されないので、低接触抵抗を有する反射電極層を形成することができる。かかる低接触抵抗によって、反射電極層の下層に形成される半導体膜の半導体層に印加される電位の低下が抑制されるので、半導体発光素子の駆動電圧を低減することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, since the heat treatment step is performed in a state where the surface of the metal passivation layer of the reflective electrode layer is covered with the antioxidant layer, the metal passivation layer is oxidized in the heat treatment step. Therefore, a reflective electrode layer having a low contact resistance can be formed. Such low contact resistance suppresses a decrease in potential applied to the semiconductor layer of the semiconductor film formed below the reflective electrode layer, so that the driving voltage of the semiconductor light emitting element can be reduced.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、反射電極層の金属パッシベーション層と酸化防止層との界面に形成され得るヒロックは、酸化防止層と合金化してそのサイズを緩和することができ、ヒロックを含む合金層とともに酸化防止層を除去することができる。ヒロックが軽減されて金属パッシベーション層が平坦化され得る。ヒロックに起因する段差が貼り合わせ工程で軽減される。その結果、支持基板との貼り合わせ不良、剥がれ等の歩留まりの低下が改善することができる。さらに、さらに、ヒロックに起因する段差が軽減されるので、反射電極層と貼り合わせ用の接合層が全体的に接着するので、反射電極層と接合層との間の電流パスが広くなる。これにより、反射電極層の下層に形成される半導体膜の半導体層に対して均一な電位が印加される。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, hillocks that can be formed at the interface between the metal passivation layer and the antioxidant layer of the reflective electrode layer can be alloyed with the antioxidant layer to reduce its size, The antioxidant layer can be removed together with the alloy layer containing hillocks. Hillocks can be reduced and the metal passivation layer can be planarized. Steps due to hillocks are reduced in the bonding process. As a result, it is possible to improve a decrease in yield such as bonding failure with the support substrate and peeling. Furthermore, since the level difference due to hillocks is reduced, the reflective electrode layer and the bonding layer for bonding are bonded together as a whole, so that the current path between the reflective electrode layer and the bonding layer is widened. Thereby, a uniform potential is applied to the semiconductor layer of the semiconductor film formed under the reflective electrode layer.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、反射電極層の反射率に対して支配的な反射層は、金属パッシベーション層によって酸化防止されている。反射層を構成する原子が酸素と結合して低反射率を有し且つ絶縁化された酸化物に変化されにくくなり、高温で長時間の熱処理においても反射率低下及び接触抵抗劣化が軽減される。このことは、本発明の半導体発光素子が、長期的に駆動されて発熱する場合であっても、反射率低下による光出力の劣化及び酸化絶縁化による接触抵抗の増大にともなう駆動電圧の劣化も抑制することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the reflective layer dominant to the reflectance of the reflective electrode layer is prevented from being oxidized by the metal passivation layer. Atoms constituting the reflective layer combine with oxygen to have a low reflectivity and are less likely to be converted to an insulated oxide, reducing reflectivity degradation and contact resistance degradation even at high temperatures for long periods of time. . This means that even when the semiconductor light emitting device of the present invention is driven for a long time and generates heat, the light output is deteriorated due to a decrease in reflectivity and the drive voltage is deteriorated due to an increase in contact resistance due to oxidation insulation. Can be suppressed.

本発明は、半導体発光素子の製造方法に関し、特に反射電極層を有する半導体発光素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a reflective electrode layer.

p型半導体層、活性層、n型半導体層を積層した半導体膜と、半導体膜に反射電極層を介して接合された支持基板とからなる半導体発光素子が知られている。反射電極層は、電極として機能するとともに活性層から発せられた光を光放出面に向けて反射する光反射面を形成し、これによって半導体発光素子の高輝度化が図れている。   2. Description of the Related Art A semiconductor light emitting device is known that includes a semiconductor film in which a p-type semiconductor layer, an active layer, and an n-type semiconductor layer are stacked, and a support substrate bonded to the semiconductor film via a reflective electrode layer. The reflective electrode layer functions as an electrode and forms a light reflecting surface that reflects light emitted from the active layer toward the light emitting surface, thereby increasing the brightness of the semiconductor light emitting device.

例えば、特許文献1には、GaN系半導体膜に対してAg膜を有する反射電極層を設ける半導体発光素子が記載されている。非特許文献1にはGaN系半導体膜に対してAg層を有する反射電極層を設ける半導体発光素子が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes a semiconductor light emitting device in which a reflective electrode layer having an Ag film is provided on a GaN-based semiconductor film. Non-Patent Document 1 describes a semiconductor light emitting device in which a reflective electrode layer having an Ag layer is provided on a GaN-based semiconductor film.

特許公開2005−175462Patent Publication 2005-175462

Appl. Phys. Lett. 95, 062108 (2009).Appl. Phys. Lett. 95, 062108 (2009).

反射電極層の反射特性を向上させて半導体発光素子の高輝度化を達成するべく、p-GaN層上に膜厚1nmのNiからなるバッファ層と、膜厚150nmのAgからなる反射層と、膜厚2nmのNiからなるパッシベーション層とが順次形成された三層反射電極層について検討した。Agからなる反射層の接触抵抗の低減のために、三層反射電極層に熱処理を行った結果、約84%の反射率及び10−5Ωcm程度の接触抵抗が達成された。 In order to improve the reflection characteristics of the reflective electrode layer and achieve high brightness of the semiconductor light emitting device, a buffer layer made of Ni with a thickness of 1 nm on the p-GaN layer, a reflective layer made of Ag with a thickness of 150 nm, A three-layer reflective electrode layer in which a passivation layer made of Ni with a thickness of 2 nm was sequentially formed was studied. As a result of heat-treating the three-layer reflective electrode layer in order to reduce the contact resistance of the reflective layer made of Ag, a reflectance of about 84% and a contact resistance of about 10 −5 Ωcm 2 were achieved.

しかしながら、熱処理後の三層反射電極層の反射率は、熱処理を行っていないAgからなる単層の反射層の反射率95%程度と比較して、10%以上低い。反射電極層は、通常、半導体膜に対してオーミック接触層であると共に反射層の機能をも有するため、低反射率は、光出力の低下に直結して大きな問題となる。Niからなるパッシベーション層の層厚は2nmであり、かかる層厚は、Ni原子の直径(0.25nm)×8個分程度である。よって、積層後に大気に暴露した瞬間にパッシベーション層を構成するNiが酸化されて、酸素と結合してNiO絶縁層が形成され得る。パッシベーション層が酸化された状態で、三層反射電極層に対して熱処理を行った場合、パッシベーション層下のAgからなる反射層に対する酸化を防ぐ機能が低下しているため、Agからなる反射層内にAg酸化物やAgNi酸化物が形成されてしまう。これにより、反射層の反射機能が低下してしまい、熱処理を行っていないAgからなる単層の反射層からなる反射電極層に比べて、さらなる反射率の低下が問題となる。Niからなるパッシベーション層の層厚のみを単純に大きくした場合、反射層を構成するAgよりも低い反射率を有するNiの割合が増大するので、反射率が低下してしまう。一方でAgからなる反射層とNiからなるパッシベーション層の双方の層厚を過大に大きくする場合、パッシベーション層の酸化にともなう反射層の酸化が防止され得る。しかしながら、かかる層厚の増大にともなって、半導体発光素子を構成する別の層の層厚をも増大してしまう。そのため、半導体発光素子の製造プロセスに要する時間的及び経済的コストが増大してしまう。さらに、かかる層厚の増大によって、半導体発光素子の放熱性が低下してしまい、駆動時に生ずる熱に起因する別の問題が生じ得る。   However, the reflectance of the three-layer reflective electrode layer after the heat treatment is 10% or more lower than the reflectance of about 95% of the single-layer reflective layer made of Ag that has not been heat-treated. Since the reflective electrode layer is usually an ohmic contact layer with respect to the semiconductor film and also has a function of the reflective layer, the low reflectivity is directly related to a decrease in the light output and becomes a big problem. The thickness of the passivation layer made of Ni is 2 nm, and the thickness is about the diameter of Ni atoms (0.25 nm) × 8. Therefore, Ni constituting the passivation layer is oxidized at the moment when it is exposed to the atmosphere after lamination, and can be combined with oxygen to form a NiO insulating layer. When the heat treatment is performed on the three-layer reflective electrode layer in a state where the passivation layer is oxidized, the function of preventing the oxidation of the reflective layer made of Ag under the passivation layer is lowered. Thus, an Ag oxide or an AgNi oxide is formed. As a result, the reflective function of the reflective layer is lowered, and there is a problem that the reflectance is further lowered as compared with a reflective electrode layer composed of a single reflective layer made of Ag that has not been heat-treated. When only the thickness of the passivation layer made of Ni is simply increased, the ratio of Ni having a lower reflectance than Ag constituting the reflective layer is increased, and thus the reflectance is lowered. On the other hand, when the layer thicknesses of both the reflective layer made of Ag and the passivation layer made of Ni are excessively increased, the oxidation of the reflective layer accompanying the oxidation of the passivation layer can be prevented. However, as the layer thickness increases, the layer thickness of another layer constituting the semiconductor light emitting element also increases. Therefore, the time and cost required for the manufacturing process of the semiconductor light emitting device are increased. Furthermore, the increase in the layer thickness reduces the heat dissipation of the semiconductor light emitting element, which may cause another problem due to heat generated during driving.

さらに、三層反射電極層においては、Niからなるパッシベーション層の表面上に、ヒロックと称される微細な凹凸構造が複数存在することが確認されている。ヒロックの生成機構に関する詳細は不明であるものの、三層反射電極層に対して熱処理後に生ずることから、その機構の1つとして、反射層を構成するAgの熱膨張係数が半導体膜を構成するGaNの熱膨張係数よりも大きい故に、加熱とともに三層反射電極層に対して熱的圧縮応力が印加されて、原子が表面上に拡散して形成されると考えられる。かかる凹凸構造が多数存在すると、支持基板との貼り合せ工程において貼り合せ不良が生ずる。そのため、三層反射電極層においては、半導体発光素子の全体的な貼り合せ強度が低下することが避けられず、剥がれの発生等、貼り合せ工程における歩留まりが低下してしまう。   Furthermore, in the three-layer reflective electrode layer, it has been confirmed that there are a plurality of fine concavo-convex structures called hillocks on the surface of the passivation layer made of Ni. Although details regarding the hillock generation mechanism are unknown, it occurs after the heat treatment for the three-layer reflective electrode layer. As one of the mechanisms, the thermal expansion coefficient of Ag constituting the reflective layer is GaN constituting the semiconductor film. Therefore, it is considered that a thermal compressive stress is applied to the three-layer reflective electrode layer together with heating, and atoms are diffused on the surface. When a large number of such concavo-convex structures are present, poor bonding occurs in the bonding process with the support substrate. Therefore, in the three-layer reflective electrode layer, it is inevitable that the overall bonding strength of the semiconductor light emitting element is reduced, and the yield in the bonding process such as peeling is reduced.

さらに、三層反射電極層において、熱処理後のパッシベーション層のNiは酸化及び絶縁化されてNiO絶縁層となる。三層反射電極層の最表面に酸化物層が存在しているため、反射電極層と、反射電極層上に形成され得る接合層との密着性が低いため、剥がれの要因となる。また、NiO絶縁層により接触抵抗が増大して、半導体発光素子の駆動電圧が増大してしまう。   Further, in the three-layer reflective electrode layer, Ni in the passivation layer after the heat treatment is oxidized and insulated to become a NiO insulating layer. Since the oxide layer is present on the outermost surface of the three-layer reflective electrode layer, adhesion between the reflective electrode layer and the bonding layer that can be formed on the reflective electrode layer is low, which causes peeling. Further, the contact resistance is increased by the NiO insulating layer, and the driving voltage of the semiconductor light emitting element is increased.

本発明は、反射電極層の反射率のさらなる向上による高輝度化、接触抵抗の低減、経時劣化に対する耐性の向上、剥がれの発生の防止を達成することができる半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor light emitting device capable of achieving higher brightness by reducing the reflectance of a reflective electrode layer, reducing contact resistance, improving resistance to deterioration over time, and preventing occurrence of peeling. For the purpose.

本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体膜と、前記半導体膜上に設けられて前記半導体膜から発せられる光の発光波長に対して光反射性を有する金属反射層とを含む反射電極と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、第1の導電型の第1半導体層、活性層および第2の導電型の第2半導体層を順次積層して前記半導体膜を形成する工程と、前記第2半導体層上に前記金属反射層と前記半導体膜との格子不整合を緩和する金属バッファ層を形成する工程と、前記金属バッファ層上に前記金属反射層を形成する工程と、前記金属反射層上に前記金属反射層の脱離を防止する金属パッシベーション層を形成する工程と、前記金属パッシベーション層上に前記金属パッシベーション層の酸化を防止する酸化防止層を形成する工程と、前記金属パッシベーション層と前記酸化防止層との間で相互拡散が生じるように熱処理を行って、これらの層の界面に合金層を形成する工程と、前記合金層の少なくとも一部を前記合金層上に形成された層とともに除去することにより前記反射電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device, comprising: a reflective electrode including a semiconductor film; and a metal reflective layer provided on the semiconductor film and having light reflectivity with respect to an emission wavelength of light emitted from the semiconductor film; A method of manufacturing a semiconductor light emitting device comprising: a first conductive type first semiconductor layer, an active layer, and a second conductive type second semiconductor layer sequentially stacked; and Forming a metal buffer layer on the second semiconductor layer for relaxing lattice mismatch between the metal reflective layer and the semiconductor film; forming the metal reflective layer on the metal buffer layer; Forming a metal passivation layer for preventing the metal reflective layer from detaching on the metal reflective layer, forming an antioxidant layer for preventing the metal passivation layer from being oxidized on the metal passivation layer, and Performing a heat treatment so that mutual diffusion occurs between the metal passivation layer and the antioxidant layer to form an alloy layer at the interface between these layers; and at least part of the alloy layer on the alloy layer Forming the reflective electrode by removing together with the formed layer.

本発明の半導体発光素子によれば、反射電極層を有する半導体発光素子において、反射率の向上による高輝度、接触抵抗の低減、剥がれの発生の防止及び経時劣化に対する耐性の向上を達成することができる。   According to the semiconductor light-emitting device of the present invention, in a semiconductor light-emitting device having a reflective electrode layer, it is possible to achieve high brightness, reduced contact resistance, prevention of peeling, and improved resistance to deterioration over time by improving reflectivity. it can.

図1は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子の製造方法のフロー図である。FIG. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 1 of the present invention. 図2(a)乃至(b−1)は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。2A to 2B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 1 of the present invention. 図2(b−2)及び乃至(c)は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。2B-2 and FIG. 2C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 1 of the present invention. 図2(d)及び2(e)は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。2D and 2E are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 1 of the present invention. 図3は、本発明の実施例2に係る半導体発光素子の製造方法のフロー図である。FIG. 3 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 2 of the present invention. 図4(a)及び(b)は、本発明の実施例2に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to Example 2 of the present invention. 図5は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の反射スペクトルを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a reflection spectrum of the semiconductor light emitting device according to the example of the present invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings shown below, substantially the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals.

本発明の実施例1に係る半導体発光素子1の製造方法について、図1及び図2を参照しつつ以下に説明する。図1は、本発明の実施例1に係る半導体発光素子1の製造工程を示すフロー図である。図2(a)〜(d)は、いくつかの製造工程における半導体発光素子1の断面図である。   A method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 according to Example 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a flowchart showing manufacturing steps of a semiconductor light emitting device 1 according to Example 1 of the present invention. 2A to 2D are cross-sectional views of the semiconductor light emitting device 1 in several manufacturing steps.

(S1:半導体膜形成工程)
成長用基板10を準備し、成長用基板10上にn型半導体層21、活性層22及びp型半導体層23を含む半導体膜20を形成する(図2(a))。
(S1: Semiconductor film forming step)
A growth substrate 10 is prepared, and a semiconductor film 20 including an n-type semiconductor layer 21, an active layer 22, and a p-type semiconductor layer 23 is formed on the growth substrate 10 (FIG. 2A).

具体的には、半導体膜20は、例えば、AlInGaN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)から構成される。成長用基板10は、例えば、C面サファイア基板である。 Specifically, the semiconductor film 20 is made of, for example, Al x In y Ga z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1). . The growth substrate 10 is, for example, a C-plane sapphire substrate.

n型半導体層21は、成長用基板10上に低温バッファ層、下地GaN層、Siドープされたn型GaN層を積層することにより形成される。具体的には、成長用基板10をMOCVD装置に投入し、基板温度約1000℃とし、水素雰囲気中で約10分程度の熱処理を行う(サーマルクリーニング)。続いて、基板温度(成長温度)を500℃とし、TMG(トリメチルガリウム)(流量10.4μmol/min)及びNH(流量3.3LM)を約3分間供給してGaNからなる低温バッファ層を形成する。次に、基板温度(成長温度)を1000℃まで昇温し、約30秒間保持することで低温バッファ層を結晶化させる。続いて、基板温度(成長温度)を1000℃に保持したままTMG(流量45μmol/min)およびNH(流量4.4LM)を約20分間供給し、厚さ1μm程度の下地GaN層を形成する。次に、基板温度(成長温度)1000℃にてTMG(流量45μmol/min)、NH(流量4.4LM)およびドーパントガスとしてSiH(流量2.7×10-9μmol/min)を約60分間供給し、厚さ4μm程度のn型GaN層を形成する。以上の工程を経ることにより、成長用基板10上にn型半導体層21が形成される。 The n-type semiconductor layer 21 is formed by stacking a low-temperature buffer layer, a base GaN layer, and a Si-doped n-type GaN layer on the growth substrate 10. Specifically, the growth substrate 10 is put into an MOCVD apparatus, the substrate temperature is set to about 1000 ° C., and heat treatment is performed for about 10 minutes in a hydrogen atmosphere (thermal cleaning). Subsequently, the substrate temperature (growth temperature) is set to 500 ° C., and TMG (trimethylgallium) (flow rate 10.4 μmol / min) and NH 3 (flow rate 3.3 LM) are supplied for about 3 minutes to form a low-temperature buffer layer made of GaN. . Next, the substrate temperature (growth temperature) is raised to 1000 ° C. and held for about 30 seconds to crystallize the low-temperature buffer layer. Subsequently, while maintaining the substrate temperature (growth temperature) at 1000 ° C., TMG (flow rate 45 μmol / min) and NH 3 (flow rate 4.4 LM) are supplied for about 20 minutes to form a base GaN layer having a thickness of about 1 μm. Next, TMG (flow rate 45 μmol / min), NH 3 (flow rate 4.4 LM) and SiH 4 (flow rate 2.7 × 10 −9 μmol / min) as a dopant gas are supplied for about 60 minutes at a substrate temperature (growth temperature) of 1000 ° C. Then, an n-type GaN layer having a thickness of about 4 μm is formed. Through the above steps, the n-type semiconductor layer 21 is formed on the growth substrate 10.

続いて、n型半導体層21の上に活性層22を形成する。本実施例では、活性層22には、InGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を適用した。InGaN/GaNを1周期として5周期成長を行う。具体的には、基板温度(成長温度)700℃にてTMG(流量3.6μmol/min)、TMI(トリメチルインジウム)(流量10μmol/min)、NH(流量4.4LM)を約33秒間供給し、厚さ約2.2nmのInGaN井戸層を形成し、続いてTMG(流量3.6μmol/min)、NH(流量4.4LM)を約320秒間供給して厚さ約15nmのGaN障壁層を形成する。かかる処理を5周期分繰り返すことにより活性層22が形成される。 Subsequently, an active layer 22 is formed on the n-type semiconductor layer 21. In this embodiment, the active layer 22 has a multiple quantum well structure made of InGaN / GaN. Five cycles of growth are performed with InGaN / GaN as one cycle. Specifically, TMG (flow rate 3.6 μmol / min), TMI (trimethylindium) (flow rate 10 μmol / min), NH 3 (flow rate 4.4 LM) are supplied for about 33 seconds at a substrate temperature (growth temperature) of 700 ° C. An InGaN well layer having a thickness of about 2.2 nm is formed, and then TMG (flow rate 3.6 μmol / min) and NH 3 (flow rate 4.4 LM) are supplied for about 320 seconds to form a GaN barrier layer having a thickness of about 15 nm. . The active layer 22 is formed by repeating this process for five cycles.

p型半導体層23は、p型AlGaNクラッド層、Mgドープされたp型GaN層を積層することにより形成される。具体的には、前工程に引き続き、基板温度(成長温度)を870℃まで昇温し、TMG(流量8.1μmol/min)、TMA(トリメチルアルミニウム)(流量7.5μmol/min)、NH(流量4.4LM)およびドーパントとしてCpMg(bis-cyclopentadienyl Mg)(流量2.9×10-7μmol/min)を約5分間供給し、厚さ約40nmのp型AlGaNクラッド層を形成する。続いて、基板温度(成長温度)を保持したまま、TMG(流量18μmol/min)、NH(流量4.4LM)およびドーパントとしてCpMg(流量2.9×10-7μmol/min)を約7分間供給し、厚さ約150nmのp型GaN層を形成する。以上の工程を経ることにより、活性層22の表面にp型半導体層23が形成される。 The p-type semiconductor layer 23 is formed by laminating a p-type AlGaN cladding layer and an Mg-doped p-type GaN layer. Specifically, following the previous step, the substrate temperature (growth temperature) is raised to 870 ° C., TMG (flow rate 8.1 μmol / min), TMA (trimethylaluminum) (flow rate 7.5 μmol / min), NH 3 (flow rate). 4.4LM) and Cp 2 Mg (bis-cyclopentadienyl Mg) (flow rate 2.9 × 10 −7 μmol / min) as a dopant are supplied for about 5 minutes to form a p-type AlGaN cladding layer having a thickness of about 40 nm. Subsequently, while maintaining the substrate temperature (growth temperature), TMG (flow rate 18 μmol / min), NH 3 (flow rate 4.4 LM) and Cp 2 Mg (flow rate 2.9 × 10 −7 μmol / min) as a dopant for about 7 minutes. Then, a p-type GaN layer having a thickness of about 150 nm is formed. Through the above steps, the p-type semiconductor layer 23 is formed on the surface of the active layer 22.

(S2:反射電極前駆層形成工程)
p型半導体層23上にバッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28を順次形成して反射電極前駆層30を形成する(図2(b))。本実施例において、バッファ層25は1nmの層厚を有するNiからなる。反射層26は150nmの層厚を有するAgからなる。パッシベーション層は2nmの層厚を有するNiからなる。酸化防止層28は50nmの層厚を有するAgからなる。
(S2: Reflective electrode precursor layer forming step)
A buffer layer 25, a reflective layer 26, a passivation layer 27, and an antioxidant layer 28 are sequentially formed on the p-type semiconductor layer 23 to form a reflective electrode precursor layer 30 (FIG. 2B). In this embodiment, the buffer layer 25 is made of Ni having a layer thickness of 1 nm. The reflective layer 26 is made of Ag having a layer thickness of 150 nm. The passivation layer is made of Ni having a layer thickness of 2 nm. The antioxidant layer 28 is made of Ag having a layer thickness of 50 nm.

反射電極前駆層30のバッファ層25は、p型半導体層23と反射層26との格子不整合性を緩和することができ、電気伝導特性の良い金属層であり得る。さらに、バッファ層25は、後の熱処理工程にて反射層26と相互拡散し得る金属層であり得る。熱処理工程において、バッファ層25と反射層26とが相互拡散してそれら界面付近において合金化することによって、バッファ層25自身による反射率の低下が抑制され得る。さらに、バッファ層25は、反射層26を構成する原子がp型半導体層23へ拡散することを防止し得る。よって、バッファ層25は、反射層26よりも小さい拡散係数を有し得る。バッファ層25の層厚は、p型半導体層23と反射層26との格子不整合性を緩和することができ、反射層26の反射率に対する影響を最小とし、且つ、反射電極層全体の接触抵抗が過大に増大しないよう設定され得る。バッファ層25の層厚が過小である場合は、p型半導体層23と反射層26との格子不整合性を十分に緩和することができず、バッファ層25上に形成される反射層26に格子不整合性に起因して、反射層26を構成する原子が反射層26内のある特定領域において凝集されて密度が高くなった凝集ドメイン構造が生じ得る。かかる構造によって、反射層26の層厚が不均一となったり、その表面に段差が生じてしまう。かかる段差における光の散乱によって高反射率が得られない。逆に、バッファ層25の層厚が過大である場合は、バッファ層25自身による反射率の低下が顕著になり、接触抵抗も増大してしまう。   The buffer layer 25 of the reflective electrode precursor layer 30 can alleviate the lattice mismatch between the p-type semiconductor layer 23 and the reflective layer 26, and can be a metal layer with good electrical conductivity. Further, the buffer layer 25 may be a metal layer that can interdiffuse with the reflective layer 26 in a later heat treatment step. In the heat treatment step, the buffer layer 25 and the reflective layer 26 are mutually diffused and alloyed in the vicinity of the interface, so that a decrease in reflectance due to the buffer layer 25 itself can be suppressed. Furthermore, the buffer layer 25 can prevent the atoms constituting the reflective layer 26 from diffusing into the p-type semiconductor layer 23. Thus, the buffer layer 25 can have a smaller diffusion coefficient than the reflective layer 26. The layer thickness of the buffer layer 25 can alleviate the lattice mismatch between the p-type semiconductor layer 23 and the reflective layer 26, minimizes the influence on the reflectance of the reflective layer 26, and makes contact with the entire reflective electrode layer. It can be set so that the resistance does not increase excessively. When the thickness of the buffer layer 25 is too small, the lattice mismatch between the p-type semiconductor layer 23 and the reflective layer 26 cannot be sufficiently relaxed, and the reflective layer 26 formed on the buffer layer 25 has Due to the lattice mismatch, atoms constituting the reflective layer 26 may be aggregated in a specific region in the reflective layer 26 to increase the density of the aggregated domain structure. With such a structure, the layer thickness of the reflective layer 26 becomes non-uniform or a step is generated on the surface thereof. High reflectivity cannot be obtained due to light scattering at the step. On the contrary, when the layer thickness of the buffer layer 25 is excessive, the drop of the reflectance by the buffer layer 25 itself becomes remarkable, and the contact resistance also increases.

具体的には、バッファ層25の材料としてNiを用い、その層厚を1nmに設定した。Niの層厚は、0.5nm以上であり且つ5nm以下であることが好ましく、1nm以上であり且つ2nm以下であることがさらに好ましい。Niの層厚が薄すぎる場合、熱処理によっても緩和することができない凝集ドメイン構造が、Agからなる反射層26に生じ得る。一方で、Niの層厚が過大である場合、Ni自身の反射率が60−70%であるのでNi自身による反射率の低下分が無視できなくなるのに加え、接触抵抗が増大してしまう。バッファ層25の他の材料候補としては、TiやTiを含む合金等、Ni同様に密着性を向上させる金属であり得る。しかし、他の候補ではNiを用いた場合よりも反射率が低下してしまうため、Niが好ましい。   Specifically, Ni was used as the material of the buffer layer 25, and the layer thickness was set to 1 nm. The layer thickness of Ni is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, more preferably 1 nm or more and 2 nm or less. When the Ni layer thickness is too thin, an aggregated domain structure that cannot be relaxed even by heat treatment can occur in the reflective layer 26 made of Ag. On the other hand, if the Ni layer thickness is excessive, the reflectance of Ni itself is 60-70%, so that the decrease in reflectance due to Ni itself cannot be ignored, and the contact resistance increases. Other material candidates for the buffer layer 25 may be a metal such as Ti or an alloy containing Ti that improves adhesion as well as Ni. However, Ni is preferred because other candidates have a lower reflectance than when Ni is used.

反射電極前駆層30の反射層26は、反射率が高く且つ電気伝導率が高い金属層からなり得る。さらに、反射層26は、後の熱処理工程にてバッファ層25及びパッシベーション層27とのそれぞれの界面付近において相互拡散し得る金属層であり得る。熱処理工程において、バッファ層25及びパッシベーション層27とのそれぞれの界面付近において相互拡散して、それらの界面付近において合金化することによって、バッファ層25における反射率の低下を抑制し、反射層26とバッファ層25及びパッシベーション層27とのそれぞれの界面に生じ得る層厚の不均一性や段差を緩和することができる。反射層26の層厚は、十分な反射率が得られるよう設定される。反射層26の層厚が過小である場合は、反射率が低下してしまう。逆に、反射層25の層厚が過大である場合は、反射率等の素子特性には特に問題ないものの、プロセスに要する時間的及び経済的コストが増大してしまう。   The reflective layer 26 of the reflective electrode precursor layer 30 can be made of a metal layer having high reflectivity and high electrical conductivity. Further, the reflective layer 26 may be a metal layer that can diffuse mutually in the vicinity of the respective interfaces between the buffer layer 25 and the passivation layer 27 in a later heat treatment step. In the heat treatment step, by interdiffusion in the vicinity of each interface between the buffer layer 25 and the passivation layer 27 and alloying in the vicinity of these interfaces, a decrease in the reflectance in the buffer layer 25 is suppressed, It is possible to alleviate layer thickness non-uniformity and steps that may occur at the interfaces between the buffer layer 25 and the passivation layer 27. The layer thickness of the reflective layer 26 is set so that sufficient reflectance can be obtained. When the layer thickness of the reflective layer 26 is too small, the reflectance is lowered. On the contrary, when the thickness of the reflective layer 25 is excessive, there is no particular problem in the element characteristics such as reflectance, but the time and cost required for the process increase.

具体的には、反射層26の材料として、高反射特性を有するAgを用い、その層厚を150nmに設定した。Agの層厚は、50nm〜200nmであることが好ましく、100nm〜200nmであることがさらに好ましい。Agの層厚が過小である場合、反射率が低下してしまう。我々の実験結果では、Ag単層で70nm未満の層厚になると明らかに反射率が低下し、100nm以上ではほぼ飽和する結果が得られている。Agの層厚を大きくしても反射率等の素子特性には特に問題ないと思われるが、製造工程に要する時間的及び経済的コストを抑えるため、約200nm以下が望ましい。反射層25の別の材料候補としては、Agの反射率と比較して劣るものの比較的高反射率を有するAl、Rh又はこれらを含む合金があげられる。   Specifically, Ag having high reflection characteristics was used as the material of the reflective layer 26, and the layer thickness was set to 150 nm. The layer thickness of Ag is preferably 50 nm to 200 nm, and more preferably 100 nm to 200 nm. When the layer thickness of Ag is too small, the reflectance is lowered. In our experimental results, the reflectance is clearly reduced when the thickness of the Ag single layer is less than 70 nm, and almost saturated at 100 nm or more. Even if the Ag layer thickness is increased, it seems that there is no particular problem in the element characteristics such as reflectance, but about 200 nm or less is desirable in order to suppress the time and cost required for the manufacturing process. Other material candidates for the reflective layer 25 include Al, Rh, or alloys containing these, which are inferior to the reflectivity of Ag but have a relatively high reflectivity.

反射電極前駆層30のパッシベーション層27は、反射層26を構成する原子の拡散、脱離を防止し且つ電気伝導特性の良い金属層であり得る。さらに、パッシベーション層27は、後の熱処理工程にて反射層26と相互拡散し得る金属層であり得る。パッシベーション層27と反射層26とが相互拡散してそれら界面付近において双方が合金化することによって、反射層26に生ずる層厚のむらや段差を緩和することができる。これにより、反射層26をより平坦化し、層厚のむらや段差による光散乱を抑制することができる。さらに、パッシベーション層27は、反射層26を構成する原子が熱処理中にパッシベーション層27上の酸化防止層28から脱離することを防止し得る。さらに、パッシベーション層27は、反射層26を構成する原子がパッシベーション層27上に形成されるキャップ層へ拡散することを防止し得る。よって、反射層26を構成する原子が、パッシベーション層27内においてより小なる拡散係数を有し得る。パッシベーション層27の層厚は、反射層26を構成する原子の拡散を防止することができ、反射層26に生じ得る層厚のむらや段差を緩和できるように設定される。パッシベーション層27が過小である場合は、反射層26に対するパッシベーション効果が弱くなり、反射層26の酸化を防止することができない。逆に、パッシベーション層27が過大である場合は、バッファ層25の場合と同様に反射率が低下してしまい、パッシベーション層27にヒロック等の乱反射を生じる凹凸構造が生じてしまう。   The passivation layer 27 of the reflective electrode precursor layer 30 can be a metal layer that prevents diffusion and desorption of atoms constituting the reflective layer 26 and has good electrical conductivity characteristics. Further, the passivation layer 27 may be a metal layer that can interdiffuse with the reflective layer 26 in a later heat treatment step. When the passivation layer 27 and the reflective layer 26 are mutually diffused and both are alloyed in the vicinity of the interface, it is possible to alleviate the unevenness of the layer thickness and the level difference generated in the reflective layer 26. Thereby, the reflective layer 26 can be further flattened, and light scattering due to unevenness in layer thickness or steps can be suppressed. Further, the passivation layer 27 can prevent atoms constituting the reflective layer 26 from being detached from the antioxidant layer 28 on the passivation layer 27 during the heat treatment. Furthermore, the passivation layer 27 can prevent the atoms constituting the reflective layer 26 from diffusing into the cap layer formed on the passivation layer 27. Therefore, atoms constituting the reflective layer 26 may have a smaller diffusion coefficient in the passivation layer 27. The thickness of the passivation layer 27 is set so that diffusion of atoms constituting the reflective layer 26 can be prevented, and unevenness or steps in the layer thickness that can occur in the reflective layer 26 can be reduced. When the passivation layer 27 is too small, the passivation effect on the reflective layer 26 becomes weak, and the oxidation of the reflective layer 26 cannot be prevented. On the other hand, when the passivation layer 27 is excessive, the reflectance decreases as in the case of the buffer layer 25, and an uneven structure that causes irregular reflection such as hillocks occurs in the passivation layer 27.

具体的には、パッシベーション層27の材料としてNiを用い、その層厚を1nmに設定した。Niの層厚は、0.5nm以上であり且つ10nm以下であることが好ましく、1nm以上であり且つ3nm以下であることがさらに好ましい。Niの層厚が過小である場合、Agからなる反射層を構成する原子の拡散を防止することができない。一方、Niの層厚が過大である場合、Niからなるバッファ層と同様に自身による反射率の低下が問題になるうえ、ヒロックの幅及び高さが大きくなることが予想されるので、後に行われる反射電極層形成工程S4においてヒロックの除去が困難となる。パッシベーション層27の他の材料候補としては、TiやTiを含む合金等、Ni同様に密着性を向上させる金属であり得る。しかし、他の候補ではNiを用いた場合よりも反射率が低下してしまうため、Niが好ましい。   Specifically, Ni was used as the material for the passivation layer 27, and the layer thickness was set to 1 nm. The layer thickness of Ni is preferably 0.5 nm or more and 10 nm or less, more preferably 1 nm or more and 3 nm or less. When the layer thickness of Ni is too small, the diffusion of atoms constituting the reflective layer made of Ag cannot be prevented. On the other hand, when the Ni layer thickness is excessive, it is expected that the reflectance decreases by itself as in the case of the buffer layer made of Ni, and the width and height of the hillock are expected to increase. In the reflective electrode layer forming step S4, it becomes difficult to remove hillocks. Other material candidates for the passivation layer 27 may be metals such as Ti and alloys containing Ti that improve adhesion as well as Ni. However, Ni is preferred because other candidates have a lower reflectance than when Ni is used.

反射電極前駆層30の酸化防止層28は、後の熱処理工程S3中にパッシベーション層27、反射層26及びバッファ層25が酸化されることを防止し、良好な電気伝導特性を有し、パッシベーション層27を形成する際又は熱処理中に形成され得るヒロック等の不要な凹凸構造を覆うための金属層である。さらに、酸化防止層28は、熱処理工程S3においてパッシベーション層27との界面において相互拡散する金属層であり得る。酸化防止層28は、熱処理工程において、パッシベーション層27と相互拡散することによって、パッシベーション層27上に生じ得るヒロック等の凹凸構造を緩和することができる。さらに、かかる相互拡散によって、ヒロック等の凹凸構造を構成する原子のスパッタ率が、酸化防止層28を構成する原子のスパッタ率に比べて小なる場合、酸化防止層28が先に除去されて、ヒロック等の凹凸構造に対応する構造がパッシベーション層27上に残存してしまうことが防止される。酸化防止層28は後の工程において除去されるので、エッチング等によって除去が容易な金属層であり得る。酸化防止層28の層厚が過小である場合、パッシベーション層27上に存在するヒロック等の不要な構造を覆うことができないので、後に行われる酸化防止層28の除去工程において、ヒロック等を十分に除去することができない。逆に、酸化防止層28の層厚が過大である場合、反射電極前駆層30の熱処理工程において、酸化防止層28を構成する金属原子がパッシベーション層27、反射層26及びバッファ層25にまでマイグレーションしてしまい不要な凝集構造が生じてしまい、散乱によって反射率が低下してしまう。   The anti-oxidation layer 28 of the reflective electrode precursor layer 30 prevents the passivation layer 27, the reflective layer 26 and the buffer layer 25 from being oxidized during the subsequent heat treatment step S3, has good electrical conduction characteristics, and is a passivation layer. This is a metal layer for covering an unnecessary concavo-convex structure such as hillock that can be formed when forming the layer 27 or during heat treatment. Furthermore, the antioxidant layer 28 may be a metal layer that interdiffuses at the interface with the passivation layer 27 in the heat treatment step S3. The anti-oxidation layer 28 can relieve concavo-convex structures such as hillocks that can be formed on the passivation layer 27 by interdiffusion with the passivation layer 27 in the heat treatment step. Further, when the sputtering rate of the atoms constituting the concavo-convex structure such as hillock is smaller than the sputtering rate of the atoms constituting the antioxidant layer 28 due to such interdiffusion, the antioxidant layer 28 is removed first, The structure corresponding to the concavo-convex structure such as hillock is prevented from remaining on the passivation layer 27. Since the antioxidant layer 28 is removed in a later step, it can be a metal layer that can be easily removed by etching or the like. When the thickness of the antioxidant layer 28 is too small, an unnecessary structure such as hillock existing on the passivation layer 27 cannot be covered. Therefore, in the subsequent removal process of the antioxidant layer 28, hillock or the like is sufficiently removed. It cannot be removed. Conversely, when the thickness of the antioxidant layer 28 is excessive, the metal atoms constituting the antioxidant layer 28 migrate to the passivation layer 27, the reflective layer 26, and the buffer layer 25 in the heat treatment step of the reflective electrode precursor layer 30. As a result, an unnecessary aggregated structure is formed, and the reflectance is reduced by scattering.

具体的には、酸化防止層28の材料としてAgを用い、その層厚を50nmに設定した。Agからなる酸化防止層28の層厚は、5nm以上であり且つ50nm以下であることが好ましく、10nm以上であり且つ30nm以下であることがさらに好ましい。Agからなる酸化防止層28の層厚が5nm未満の場合、Ni層からパッシベーション層表面に生じたヒロックを十分に覆いきれないため、ヒロックを除去しきれなくなる。一方、Agからなる酸化防止層28の層厚が過大である場合、熱処理後に下層のNiからなるパッシベーション層を経てAgからなる反射防止層26まで拡散し、反射防止層26内にAgからなる酸化防止層28からのAg原子が凝集した凝集構造が形成され得る。酸化防止層28の別の候補材料として、Niからなるパッシベーション層27と良く相互拡散し、後の逆スパッタ工程において除去可能な材料があげられる。   Specifically, Ag was used as the material of the antioxidant layer 28, and the layer thickness was set to 50 nm. The thickness of the antioxidant layer 28 made of Ag is preferably 5 nm or more and 50 nm or less, more preferably 10 nm or more and 30 nm or less. When the thickness of the antioxidant layer 28 made of Ag is less than 5 nm, the hillocks generated on the surface of the passivation layer from the Ni layer cannot be sufficiently covered, so that the hillocks cannot be removed. On the other hand, if the thickness of the antioxidant layer 28 made of Ag is excessive, it diffuses to the antireflection layer 26 made of Ag through the lower passivation layer made of Ni after the heat treatment and is oxidized in the antireflection layer 26. An aggregate structure in which Ag atoms from the prevention layer 28 are aggregated can be formed. Another candidate material for the antioxidant layer 28 is a material that can diffuse well with the passivation layer 27 made of Ni and can be removed in a later reverse sputtering step.

次に、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28を成膜及びパターニングする手法について説明する。これら成膜構造は、例えば、ドライプロセス若しくはウェットプロセス等の既存の手法又はこれらを組み合わせて成膜される。ドライプロセスとして電子ビーム蒸着やスパッタ法等があげられ、ウェットプロセスとしてメッキ等があげられる。しかし、緻密な膜を形成することによって高反射率が得られることや、nmオーダーの層厚制御性が必要となることから、全てスパッタ法で形成することが好ましい。成膜後、フォトリソグラフィ技術によって反射電極前駆層の一部に開口部を有する所望のレジストマスクを形成する。開口部において露出している反射電極前駆層の一部をエッチングし、レジストマスクを除去して、図2(b)に示すように、p型半導体層23上に、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28が順次積層された反射電極前駆層30が形成される。上記エッチングは、市販されている既存のAgエッチング溶液、硝酸を含む混酸溶液等のエッチング液を用いて行われる。本実施例1においては、純水:硝酸:酢酸:リン酸=1:1:8:10の混酸溶液からなるエッチング液を用いてエッチングされる。反射電極前駆層30の別のパターニング方法として、リフトオフ法によって、反射電極前駆層形成領域に開口部を有する所望のフォトレジストマスクを形成して、その後、フォトレジストマスクの開口部に、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28を順次積層した後、フォトレジストパターンを除去することにより、図2(b)に示すような反射電極前駆層30が形成される。   Next, a method for forming and patterning the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 will be described. These film formation structures are formed by, for example, an existing technique such as a dry process or a wet process, or a combination thereof. Examples of the dry process include electron beam evaporation and sputtering, and examples of the wet process include plating. However, since a high reflectivity can be obtained by forming a dense film and a layer thickness controllability on the order of nm is required, it is preferable that all be formed by sputtering. After film formation, a desired resist mask having an opening in a part of the reflective electrode precursor layer is formed by photolithography. A part of the reflective electrode precursor layer exposed in the opening is etched, the resist mask is removed, and a buffer layer 25 and a reflective layer 26 are formed on the p-type semiconductor layer 23 as shown in FIG. Then, the reflective electrode precursor layer 30 in which the passivation layer 27 and the antioxidant layer 28 are sequentially stacked is formed. The etching is performed using an etching solution such as a commercially available Ag etching solution or a mixed acid solution containing nitric acid. In the first embodiment, etching is performed using an etchant composed of a mixed acid solution of pure water: nitric acid: acetic acid: phosphoric acid = 1: 1: 8: 10. As another patterning method for the reflective electrode precursor layer 30, a desired photoresist mask having an opening in the reflective electrode precursor layer formation region is formed by lift-off, and then the buffer layer 25 is formed in the opening of the photoresist mask. Then, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 are sequentially laminated, and then the photoresist pattern is removed to form the reflective electrode precursor layer 30 as shown in FIG.

以上の工程を経ることにより、p型半導体層23上に、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28が順次積層された反射電極前駆層30が形成される(図2(b))。   Through the above steps, a reflective electrode precursor layer 30 in which a buffer layer 25, a reflective layer 26, a passivation layer 27, and an antioxidant layer 28 are sequentially stacked is formed on the p-type semiconductor layer 23 (FIG. 2 ( b)).

尚、バッファ層25の層厚とパッシベーション層27の層厚との和は、反射層26の層厚の1/60以下であるのが好ましい。かかる割合が過大である場合、熱処理でバッファ層25及びパッシベーション27が反射層26に相互拡散して過大に合金化してしまう。かかる合金化によって、反射層26が有する本来の反射率が低下する。   The sum of the thickness of the buffer layer 25 and the thickness of the passivation layer 27 is preferably 1/60 or less of the thickness of the reflective layer 26. When the ratio is excessive, the buffer layer 25 and the passivation 27 are diffused into the reflective layer 26 by heat treatment and excessively alloyed. Such alloying reduces the original reflectance of the reflective layer 26.

(S3:反射電極前駆層の熱処理工程)
反射電極前駆層30に対して熱処理を行う。
(S3: Heat treatment step of the reflective electrode precursor layer)
A heat treatment is performed on the reflective electrode precursor layer 30.

熱処理工程によって、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28の結晶性が向上する。さらに、熱処理工程において、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28を構成する各原子がそれぞれの層の界面付近において相互拡散することによって、反射電極前駆層形成工程S2において生じ得る層厚の不均一性、凝集構造、各層のボイドが緩和される。これにより、反射層26が平坦化されて層厚の不均一性や段差による散乱が抑制されて、高反射率が達成される。   The crystallinity of the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 is improved by the heat treatment process. Further, in the heat treatment step, the atoms constituting the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 are diffused in the vicinity of the interface of the respective layers, thereby occurring in the reflective electrode precursor layer forming step S2. The resulting layer thickness non-uniformity, aggregated structure, and voids in each layer are alleviated. As a result, the reflective layer 26 is flattened, layer thickness non-uniformity and scattering due to steps are suppressed, and high reflectivity is achieved.

熱処理時の温度は、前駆反射電極層30のバッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28の融点未満とし、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28が互いに相互拡散し得る温度において行われる。さらに、熱処理温度は、半導体膜20の素子構造に対して影響を及ぼさないような温度にて行われる。熱処理温度が低すぎる場合、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28に生じた凝集構造やボイドを緩和することができず、結晶性や接触抵抗の改善が得られない。逆に、熱処理温度が高すぎる場合、バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28が界面付近以外においても拡散してしまい、反射率が低下し得る。   The temperature during the heat treatment is lower than the melting points of the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 of the precursor reflective electrode layer 30, and the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 It is carried out at a temperature that can mutually diffuse. Further, the heat treatment temperature is such that the element structure of the semiconductor film 20 is not affected. When the heat treatment temperature is too low, aggregated structures and voids generated in the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 cannot be relaxed, and improvement in crystallinity and contact resistance cannot be obtained. On the other hand, when the heat treatment temperature is too high, the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28 diffuse even outside the vicinity of the interface, and the reflectance can be lowered.

具体的な熱処理条件について説明する。バッファ層25、反射層26、パッシベーション層27及び酸化防止層28に対して、低接触抵抗を実現する条件として、熱処理は、少なくとも酸素を含む雰囲気下において400℃以上の温度にて行われる。酸素を含む雰囲気下で温度450〜550℃にて加熱時間30〜120秒であることがさらに好ましい。かかる条件に対して加熱温度が過度に低く且つ加熱時間が過度に短い場合、酸化防止層28を構成するAgとパッシベーション層27を構成するNiと相互拡散して界面付近で形成されるNiAg合金が不十分となる。一方、加熱温度が過度に高く且つ加熱時間が過度に長い場合、反射層26を構成するAgの酸化を抑制することが困難となる。酸素濃度に対する検討は行っていないが、大気雰囲気にて加熱温度500℃にて加熱時間1分の熱処理を実行することにより、10−4[Ωcm]より低い接触抵抗と93%以上の高い反射率が達成される。更に不活性ガス(N、Ar等)雰囲気中で300℃以上の追加アニールを行うことにより、最大で97%程度のより高い反射率も達成される。しかし、この不活性ガス中の追加熱処理により、接触抵抗が増大する傾向があるため、素子形状及びバッファ層25を構成するNiの層厚に応じて所望の接触抵抗と反射率が得られるよう熱処理条件を調整する必要がある。本実施例1の製造方法においては、後の支持基板接合工程S7において、N雰囲気下で340℃/10分以上の熱処理が実行されて、反射率が改善するため、この反射電極前駆層熱処理工程S3において追加熱処理は実行していない。 Specific heat treatment conditions will be described. As a condition for realizing a low contact resistance for the buffer layer 25, the reflective layer 26, the passivation layer 27, and the antioxidant layer 28, heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. or higher in an atmosphere containing at least oxygen. More preferably, the heating time is 30 to 120 seconds at a temperature of 450 to 550 ° C. in an atmosphere containing oxygen. When the heating temperature is excessively low and the heating time is excessively short with respect to such conditions, a NiAg alloy formed near the interface by interdiffusing with Ag constituting the antioxidant layer 28 and Ni constituting the passivation layer 27. It becomes insufficient. On the other hand, when the heating temperature is excessively high and the heating time is excessively long, it is difficult to suppress oxidation of Ag constituting the reflective layer 26. Although the oxygen concentration has not been studied, a contact resistance lower than 10 −4 [Ωcm 2 ] and a high reflection of 93% or higher are obtained by performing a heat treatment for 1 minute at a heating temperature of 500 ° C. in an air atmosphere. Rate is achieved. Furthermore, by performing additional annealing at 300 ° C. or higher in an inert gas (N 2 , Ar, etc.) atmosphere, a higher reflectance of about 97% at the maximum is achieved. However, this additional heat treatment in the inert gas tends to increase the contact resistance, so that the desired contact resistance and reflectivity can be obtained according to the element shape and the thickness of the Ni constituting the buffer layer 25. It is necessary to adjust the conditions. In the manufacturing method of Example 1, in the subsequent support substrate bonding step S7, a heat treatment of 340 ° C./10 minutes or more is performed in an N 2 atmosphere to improve the reflectance. In step S3, no additional heat treatment is performed.

具体的に、熱処理後においで図2(b−1)に示すように、熱処理後の反射電極前駆30´として、p型半導体層23上に、Niバッファ25とAg反射層26とにより形成されたNiAg合金層25A、合金化されずに残ったAg反射層26の一部であるAg反射層26A、Ag反射層26とNiバッジペーション層27とAg酸化防止層28とにより形成されたNiAg合金層27A、合金化も酸化もされずに残ったAg酸化防止層28B、Ag酸化防止層28の表面側が酸化されてできたAg酸化物層28Bが形成されると考えられる。あるいは、図2(b−2)に示すように、NiAg合金層27A上には、NiAg合金層27Aの一部が酸化されたNiAg酸化物層28C、Ag酸化防止層28が酸化されてできたAg酸化物層28Aが形成されると考えられる。   Specifically, after the heat treatment, as shown in FIG. 2B-1, the reflective electrode precursor 30 ′ after the heat treatment was formed on the p-type semiconductor layer 23 by the Ni buffer 25 and the Ag reflection layer 26. The NiAg alloy layer 25A, the Ag reflection layer 26A which is a part of the Ag reflection layer 26 left unalloyed, the NiAg alloy layer formed by the Ag reflection layer 26, the Ni badge passage layer 27, and the Ag antioxidant layer 28 27A, the Ag oxidation preventing layer 28B remaining without being alloyed or oxidized, and the Ag oxide layer 28B formed by oxidizing the surface side of the Ag oxidation preventing layer 28 are considered to be formed. Alternatively, as shown in FIG. 2B-2, the NiAg oxide layer 28C and the Ag antioxidant layer 28, which are formed by oxidizing a part of the NiAg alloy layer 27A, are oxidized on the NiAg alloy layer 27A. It is considered that the Ag oxide layer 28A is formed.

(S4:反射電極層形成工程)
熱処理後の前駆反射電極前駆層30´のAg酸化防止層28Aを、NiAg合金層27Aの一部または全部とともに除去して、図2(c)に示すような反射電極層31を形成する。このとき、上記した熱処理後の反射電極前駆層30´の構成に応じて、Ag酸化防止層28B又はNiAg酸化物層28Cも除去される。
(S4: Reflective electrode layer forming step)
The Ag oxidation preventing layer 28A of the precursor reflective electrode precursor layer 30 ′ after the heat treatment is removed together with a part or all of the NiAg alloy layer 27A to form a reflective electrode layer 31 as shown in FIG. At this time, the Ag oxidation preventing layer 28B or the NiAg oxide layer 28C is also removed depending on the configuration of the reflective electrode precursor layer 30 ′ after the heat treatment.

酸化物層28Aの除去方法について具体的に説明する。酸化物層28Aの除去は、逆スパッタ法により行われる。逆スパッタ法とは、スパッタ対象基板の近傍に不活性ガスイオンからなるプラズマを生じさせ、スパッタ対象基板材料の表面結合エネルギーに応じた負の加速電圧を印加して、不活性ガスイオンをスパッタ対象基板に対して照射することによって、スパッタ対象基板からその構成原子を飛出させる手法である。逆スパッタ法を用いれば、イオン化原子の照射範囲に限界があるスパッタガンを用いるよりも、大面積のスパッタ対象ウェハを同時にスパッタリングすることができる。よって、複数の素子構造が形成されたウェハにおいては、素子構造間のバラツキを抑えることができ、さらに、高速でスパッタリングすることができる。本実施例においては、不活性ガスとしてArを採用し、真空度0.5PaのAr雰囲気下にて、10nm/分程度のエッチングレートでAgからなる酸化防止層28が酸化されてできたAg酸化物層28Aをエッチングした。AgからなるAg酸化物層28AとNiからなるパッシベーション層27との界面に熱処理工程S3において形成されるNiAg合金層は、Agからなる酸化防止層28よりも逆スパッタによるエッチングレートが低いため、酸化防止層28を構成するAgの層厚よりも少し厚めのAg酸化物層28Aをエッチングする条件を選択することによって、効果的にヒロックを含むNiAg合金層27Aの一部を除去してパッシベーション層27の表面を露出させることが可能である。または、NiAg合金層27Aの全部を除去して(この場合において、Ag層26Aの一部が除去されてもよい)、Agからなる表面を露出されることができる。   A method for removing the oxide layer 28A will be specifically described. The removal of the oxide layer 28A is performed by a reverse sputtering method. The reverse sputtering method generates a plasma composed of inert gas ions in the vicinity of the substrate to be sputtered, and applies a negative acceleration voltage according to the surface binding energy of the substrate material to be sputtered so that the inert gas ions are sputtered. This is a technique in which constituent atoms are ejected from a sputtering target substrate by irradiating the substrate. By using the reverse sputtering method, it is possible to simultaneously sputter a wafer to be sputtered with a large area, rather than using a sputtering gun with a limited irradiation range of ionized atoms. Therefore, in a wafer on which a plurality of element structures are formed, variations between element structures can be suppressed and sputtering can be performed at high speed. In the present embodiment, Ar is used as an inert gas, and Ag oxidation formed by oxidizing the antioxidant layer 28 made of Ag at an etching rate of about 10 nm / min in an Ar atmosphere with a degree of vacuum of 0.5 Pa. The physical layer 28A was etched. The NiAg alloy layer formed in the heat treatment step S3 at the interface between the Ag oxide layer 28A made of Ag and the passivation layer 27 made of Ni has a lower etching rate by reverse sputtering than the antioxidant layer 28 made of Ag. By selecting a condition for etching the Ag oxide layer 28A slightly thicker than the Ag layer constituting the prevention layer 28, a part of the NiAg alloy layer 27A containing hillocks is effectively removed and the passivation layer 27 is removed. It is possible to expose the surface. Alternatively, the NiAg alloy layer 27A can be entirely removed (in this case, a part of the Ag layer 26A may be removed) to expose the surface made of Ag.

ここで、パッシベーション層27の膜厚が比較的小さい場合、熱処理工程S3においてパッシベーション層27を構成するNi原子が全体的に反射層26及び酸化防止層28を構成するAg原子と相互拡散して、パッシベーション層27が全体的にNiAg合金層27Aに変化している。そして、AgのエッチングレートがNiAg合金のエッチングレートよりも速いため、NiAg合金層27Aの全てを除去するのではなく、合金化する前のパッシベーション層27の膜厚と同程度となるよう、NiAg合金層27Aを除去して、NiAg合金表面を露出することが好ましい。   Here, when the thickness of the passivation layer 27 is relatively small, Ni atoms constituting the passivation layer 27 are interdiffused with Ag atoms constituting the reflective layer 26 and the antioxidant layer 28 as a whole in the heat treatment step S3. The passivation layer 27 is entirely changed to the NiAg alloy layer 27A. Then, since the etching rate of Ag is faster than the etching rate of the NiAg alloy, the NiAg alloy is not removed so that the NiAg alloy layer 27A is removed, but the NiAg alloy has the same thickness as that of the passivation layer 27 before alloying. The layer 27A is preferably removed to expose the NiAg alloy surface.

(S5:キャップ層形成工程)
図2(c)に示す構造体に対して、反射電極層31を覆うようにキャップ層32を形成する。
(S5: Cap layer forming step)
A cap layer 32 is formed so as to cover the reflective electrode layer 31 on the structure shown in FIG.

キャップ層32は、自身がマイグレーションしにくく、更に、反射電極層31の構成材料のマイグレーションを防止し得る材料を採用する。キャップ層32の材料として、Ti又はTiW等があげられる。所望のパターンはp電極の場合と同様にリフトオフ法やエッチングを用いて形成することができるが、キャップ層の材料は残存無くエッチングすることが困難な材料系となるため、リフトオフ法で形成することが望ましい。成膜方法は、電子ビーム蒸着に比べて段差部分の被覆率が良いことからスパッタ法を用いることが望ましい。スパッタ法を用いるのは、反射電極層形成工程S4で用いる逆スパッタ法と同一の処理装置内でキャップ層32を形成することができるからである。   The cap layer 32 employs a material that is difficult to migrate itself and that can prevent migration of the constituent material of the reflective electrode layer 31. Examples of the material of the cap layer 32 include Ti or TiW. The desired pattern can be formed by using the lift-off method or etching as in the case of the p-electrode. However, since the material of the cap layer is a material system that is difficult to etch without remaining, it should be formed by the lift-off method. Is desirable. As the film forming method, it is desirable to use a sputtering method because the coverage of the stepped portion is better than that of electron beam evaporation. The reason why the sputtering method is used is that the cap layer 32 can be formed in the same processing apparatus as the reverse sputtering method used in the reflective electrode layer forming step S4.

(S6:接続金属形成工程)
ステップS6において形成されたキャップ層32上に接合金属層33を形成する(図2(d))。
(S6: Connection metal forming step)
A bonding metal layer 33 is formed on the cap layer 32 formed in step S6 (FIG. 2D).

接合金属層33は、支持基板50を半導体膜に接合するための金属層である。接合金属層33は、拡散防止層(図示せず)と接合層(図示せず)とをキャップ層32上に順次形成される。具体的には、拡散防止層としてPtを用いて、接合層としてAu又はAuSnを用いた。別の構成の接合金属層33として、キャップ層32と拡散防止層との間に追加の金属層を挿入し得る。これにより、キャップ層32との密着性がさらに向上され得る。キャップ層32との密着性を向上せしめる金属層としては、Ti又はNiからなる金属層があげられる。   The bonding metal layer 33 is a metal layer for bonding the support substrate 50 to the semiconductor film. The bonding metal layer 33 is formed by sequentially forming a diffusion prevention layer (not shown) and a bonding layer (not shown) on the cap layer 32. Specifically, Pt was used as the diffusion preventing layer, and Au or AuSn was used as the bonding layer. An additional metal layer may be inserted between the cap layer 32 and the diffusion prevention layer as another configuration of the bonding metal layer 33. Thereby, adhesiveness with the cap layer 32 can further be improved. Examples of the metal layer that improves the adhesion to the cap layer 32 include a metal layer made of Ti or Ni.

(S7:支持基板接合工程)
接合金属層33と支持基板50とを接合する。
(S7: Support substrate bonding step)
The bonding metal layer 33 and the support substrate 50 are bonded.

支持基板50は、成長基板10又は半導体膜20と同程度の熱膨張係数を有し得る。これには、半導体発光素子1の駆動時に生ずる熱によって、成長基板10、半導体膜20又は支持基板50に圧縮応力又は伸縮応力が印加され、半導体発光素子1全体として歪が生じたりクラックが生ずることを防止するためである。さらに、支持基板50は、高熱伝導率を有し得る。駆動時に生ずる熱を放熱するためである。具体的には、支持基板は、表面にAuSn等が形成されたSiであるメタライズドSiである。なお、支持基板は、Siからなる半導体基板に限られず、Ge、GaAs,もしくはGaP等からなる半導体基板、Fe,Geの合金、Cu,Cu合金、Al、Al合金等からなる金属基板であってもよい。   The support substrate 50 may have a thermal expansion coefficient comparable to that of the growth substrate 10 or the semiconductor film 20. For this purpose, compressive stress or stretching stress is applied to the growth substrate 10, the semiconductor film 20, or the support substrate 50 due to heat generated when the semiconductor light emitting device 1 is driven, and the semiconductor light emitting device 1 as a whole is distorted or cracked. It is for preventing. Further, the support substrate 50 can have a high thermal conductivity. This is to dissipate heat generated during driving. Specifically, the support substrate is metallized Si which is Si having AuSn or the like formed on the surface. The support substrate is not limited to a semiconductor substrate made of Si, but is a semiconductor substrate made of Ge, GaAs, GaP or the like, a metal substrate made of Fe, Ge alloy, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, or the like. Also good.

(S8:成長用基板除去ステップS8)
成長用基板10の一部を除去してn型半導体層21の一部を表出させる。n電極40を形成するための開口部を設けるためである。
(S8: Growth Substrate Removal Step S8)
A part of the growth substrate 10 is removed, and a part of the n-type semiconductor layer 21 is exposed. This is because an opening for forming the n-electrode 40 is provided.

具体的には、成長基板10の表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いて所望の形状にパターンニングする。次に反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)装置に投入し、n型半導体層21の一部が表出するまでエッチングすることによって、成長基板10の一部が除去される。尚、成長用基板10の全てを除去してn型半導体層21の全てを表出することもできる。除去手法としては、レーザリフトオフや、半導体膜形成途中に剥離用の犠牲層を挟み機械的・化学的手法により基板剥離する等、既存の剥離方法を用いて成長基板10の全部が剥離される。   Specifically, a photoresist is applied to the surface of the growth substrate 10 and patterned into a desired shape using a photolithography technique. Next, it is put into a reactive ion etching (RIE) apparatus, and etching is performed until a part of the n-type semiconductor layer 21 is exposed, whereby a part of the growth substrate 10 is removed. It is also possible to remove all of the growth substrate 10 and expose all of the n-type semiconductor layer 21. As the removal method, the entire growth substrate 10 is peeled off using an existing peeling method, such as laser lift-off, or a substrate is peeled off by a mechanical / chemical method with a sacrificial layer for peeling in the middle of forming a semiconductor film.

(S9:n電極形成工程)
n型半導体層21の露出表面上に、n電極40を形成する。
(S9: n-electrode formation step)
An n-electrode 40 is formed on the exposed surface of the n-type semiconductor layer 21.

具体的には、既存の電子ビーム蒸着法を用いてn型半導体層21の露出面上に1nmの層厚を有するTiと1000nmの層厚を有するAlとを順次成膜し、n電極パターンをリフトオフ法により形成して、n電極40が形成される。   Specifically, Ti having a thickness of 1 nm and Al having a thickness of 1000 nm are sequentially formed on the exposed surface of the n-type semiconductor layer 21 using an existing electron beam evaporation method, and an n-electrode pattern is formed. The n-electrode 40 is formed by the lift-off method.

(S10:素子分離工程)
半導体膜20及び支持基板80を切断し、半導体発光素子を個片化する。具体的には、例えば、既存のレーザスクライブ/ブレイキング、ポイントスクライブ/プレイキング、ダイシング等を利用して行われた。以上の各工程を経ることにより、図2(e)に示すような半導体発光素子1が完成する。
(S10: element isolation step)
The semiconductor film 20 and the support substrate 80 are cut, and the semiconductor light emitting element is separated into pieces. Specifically, for example, the conventional laser scribe / breaking, point scribe / playking, dicing, and the like were used. Through the above steps, the semiconductor light emitting element 1 as shown in FIG. 2E is completed.

本発明の実施例2に係る半導体発光素子1の製造方法について、図3及び図4を参照しつつ以下に説明する。図3は、本発明の実施例2に係る半導体発光素子1の製造工程を示すフロー図である。図4(a)及び(b)は、いくつかの製造工程における半導体発光素子1の断面図である。なお、図3に示した実施例2の製造工程S21乃至S26は、図1に示した実施例1の製造工程S1乃至S6と同様であるので詳細な説明は省略する。実施例1においては、図2(d)に示すように、キャップ層32はp型半導体層23が露出しないように形成された。実施例2においては、図4(a)に示すように、p型半導体層23の一部が露出するようにキャップ層32を形成しており、この点で実施例1とは異なることに留意すべきである。   A method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 according to Example 2 of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing manufacturing steps of the semiconductor light emitting device 1 according to Example 2 of the present invention. 4A and 4B are cross-sectional views of the semiconductor light emitting device 1 in several manufacturing steps. The manufacturing steps S21 to S26 of the second embodiment shown in FIG. 3 are the same as the manufacturing steps S1 to S6 of the first embodiment shown in FIG. In Example 1, as shown in FIG. 2D, the cap layer 32 was formed so that the p-type semiconductor layer 23 was not exposed. In the second embodiment, as shown in FIG. 4A, the cap layer 32 is formed so that a part of the p-type semiconductor layer 23 is exposed, and it is different from the first embodiment in this respect. Should.

(S27:n型半導体露出工程)
図4(a)に示す構造体のp型半導体層23及び活性層22の一部を除去して、n型半導体層21の一部を露出させる。
(S27: n-type semiconductor exposure process)
A part of the p-type semiconductor layer 23 and the active layer 22 in the structure shown in FIG. 4A is removed, and a part of the n-type semiconductor layer 21 is exposed.

具体的には、半導体層20の表面にフォトレジストを塗布し、フォトリングラフイ技術を用いて所望の形状にパターンニングする。次に、反応性イオンエッチング(RIE)装置に投入し、半導体層20が表出している領域(凹部を形成したい領域)をn型半導体層21の一部が表出するまでエッチングする。   Specifically, a photoresist is applied to the surface of the semiconductor layer 20, and is patterned into a desired shape using a photolinographic technique. Next, it is put into a reactive ion etching (RIE) apparatus, and the region where the semiconductor layer 20 is exposed (region where a recess is desired to be formed) is etched until a part of the n-type semiconductor layer 21 is exposed.

(S28:n電極形成工程)
n型半導体露出工程S22において露出されたn型半導体層21の表面上にn電極40を形成する。
(S28: n-electrode formation step)
An n-electrode 40 is formed on the surface of the n-type semiconductor layer 21 exposed in the n-type semiconductor exposure step S22.

具体的には、n電極40は、1nmの層厚を有するTiと、1000nmの層厚を有するAlとを電子ビーム蒸着を用いて順次形成し、リフトオフ法によりパターニングを行った。   Specifically, the n electrode 40 was formed by sequentially forming Ti having a layer thickness of 1 nm and Al having a layer thickness of 1000 nm by electron beam evaporation, and patterning was performed by a lift-off method.

(S29:接合金属層形成工程)
ステップS21において形成されたn電極40上に接合金属層60を形成する。
(S29: Joining metal layer forming step)
A bonding metal layer 60 is formed on the n-electrode 40 formed in step S21.

接合金属層60は、n電極40と支持基板50とを貼り合わせるための金属層である。接合金属層60は、拡散防止層(図示せず)と接合層(図示せず)とをn電極40上に順次形成される。具体的には、拡散防止層としてPtを用いて、接合層としてAu又はAuSnを用いている。別の構成の接合金属層60は、n電極40との密着性を向上せしめる金属層、拡散防止層及び接合層をn電極40上に順次形成される。n電極40との密着性を向上せしめる金属層としては、Ti又はNiからなる金属層があげられる。   The bonding metal layer 60 is a metal layer for bonding the n-electrode 40 and the support substrate 50 together. The bonding metal layer 60 is formed by sequentially forming a diffusion prevention layer (not shown) and a bonding layer (not shown) on the n-electrode 40. Specifically, Pt is used as the diffusion preventing layer, and Au or AuSn is used as the bonding layer. In the bonding metal layer 60 having another configuration, a metal layer, a diffusion prevention layer, and a bonding layer that improve adhesion to the n electrode 40 are sequentially formed on the n electrode 40. Examples of the metal layer that improves the adhesion to the n-electrode 40 include a metal layer made of Ti or Ni.

(S30:支持基板接合工程)
接合金属層33及び接合金属層60と、支持基板50と、を接合する。
(S30: Support substrate bonding step)
The bonding metal layer 33 and the bonding metal layer 60 are bonded to the support substrate 50.

支持基板50は、成長基板10又は半導体膜20と同程度の熱膨張係数を有し得る。これは、半導体発光素子1の駆動時に生ずる熱によって、成長基板10、半導体膜20又は支持基板50に圧縮応力又は伸縮応力が印加され、半導体発光素子1全体として歪が生じたりクラックが生ずることを防止するためである。さらに、支持基板50は、高熱伝導率を有し得る。駆動時に生ずる熱を放熱するためである。具体的には、支持基板50の材料は、表面にAuSn等が形成されたSiであるメタライズドSiである。なお、支持基板は、Siからなる半導体基板に限られず、Ge、GaAs,もしくはGaP等からなる半導体基板、Fe,Geの合金、Cu,Cu合金、Al、Al合金等からなる金属基板であってもよい。支持基板50には、反射電極31の上方に形成された接続金属層33とn電極40上に形成された接続金属層60とにそれぞれ接続されるp電極用配線とn電極用配線とが電気的に絶縁された配線が設けられている。p電極用配線とn電極用配線とが、それぞれ金属層33と接続金属層60と配置されるように、支持基板50が成長基板10に対して位置合わせされた状態で接合される。接合手法は、共晶接合等の既存の手法を用いる。   The support substrate 50 may have a thermal expansion coefficient comparable to that of the growth substrate 10 or the semiconductor film 20. This is because compressive stress or expansion stress is applied to the growth substrate 10, the semiconductor film 20, or the support substrate 50 due to heat generated when the semiconductor light emitting device 1 is driven, and the semiconductor light emitting device 1 as a whole is distorted or cracked. This is to prevent it. Further, the support substrate 50 can have a high thermal conductivity. This is to dissipate heat generated during driving. Specifically, the material of the support substrate 50 is metallized Si, which is Si having AuSn or the like formed on the surface. The support substrate is not limited to a semiconductor substrate made of Si, but is a semiconductor substrate made of Ge, GaAs, GaP or the like, a metal substrate made of Fe, Ge alloy, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, or the like. Also good. On the support substrate 50, the p-electrode wiring and the n-electrode wiring respectively connected to the connection metal layer 33 formed above the reflective electrode 31 and the connection metal layer 60 formed on the n-electrode 40 are electrically connected. Electrically insulated wiring is provided. The support substrate 50 is bonded to the growth substrate 10 so that the p-electrode wiring and the n-electrode wiring are arranged with the metal layer 33 and the connection metal layer 60, respectively. As a bonding method, an existing method such as eutectic bonding is used.

(S31:素子分離工程)
半導体膜20及び支持基板80を切断し、半導体発光素子を個片化する。具体的には、例えば、既存のレーザスクライブ/ブレイキング、ポイントスクライブ/プレイキング、ダイシング等を利用して行われた。以上の各工程を経ることにより、図4(b)に示すような半導体発光素子2が完成する。
(S31: Element isolation step)
The semiconductor film 20 and the support substrate 80 are cut, and the semiconductor light emitting element is separated into pieces. Specifically, for example, the conventional laser scribe / breaking, point scribe / playking, dicing, and the like were used. Through the above steps, the semiconductor light emitting element 2 as shown in FIG. 4B is completed.

尚、上記実施例2においても、上記支持基本接合工程30と上記素子分離工程31との間に任意に成長用基板除去工程を用いて、成長基板を除去してもよい。また、上記実施例1又は2において、光取り出し面に光取り出しを向上するための凹凸を形成する工程などを適宜追加することができる。   In the second embodiment as well, the growth substrate may be removed by arbitrarily using a growth substrate removing step between the support basic bonding step 30 and the element isolation step 31. Moreover, in the said Example 1 or 2, the process etc. which form the unevenness | corrugation for improving light extraction on the light extraction surface can be added suitably.

上記実施例1又は2において、接合金属層形成工程S6又はS29、および、支持基板接合工程S7又はS30を経て、半導体膜に支持基板を貼り合わせて支持基本を形成しているが、本発明において、支持基板として金属基板を形成する場合には、接合金属層形成工程と支持基板接合工程の代わりに、めっき法を用いて金属を積層することにより支持基板を形成することができる。たとえば、電解めっき法により、Cuを積層して、Cu基板を形成することができる。   In Example 1 or 2, the supporting base is formed by bonding the supporting substrate to the semiconductor film through the bonding metal layer forming step S6 or S29 and the supporting substrate bonding step S7 or S30. When a metal substrate is formed as the support substrate, the support substrate can be formed by laminating metals using a plating method instead of the bonding metal layer forming step and the support substrate bonding step. For example, Cu can be laminated by electroplating to form a Cu substrate.

上記実施例1又は2において、成長基板としてサファイア基板を用いているが、成長基板としてGaN基板などを用いることができ、この場合においても、成長基板は、態様に応じて、除去することもできるし、半導体発光素子を構成する一部として残すこともできる。   In Example 1 or 2, a sapphire substrate is used as the growth substrate, but a GaN substrate or the like can be used as the growth substrate. In this case, the growth substrate can also be removed depending on the mode. However, it can be left as part of the semiconductor light emitting device.

図5は、本発明の実施例1又は2の製造方法を用いて形成された半導体発光素子1又は2の反射スペクトルを示すグラフ図である。縦軸が反射率(%)であり、横軸が波長(nm)である。図5において、実線は、層厚1nmのNiからなるバッファ層25、層厚150nmのAgからなる反射層26、層厚2nmのNiからなるパッシベーション層27、層厚50nmのAgからなる酸化防止層28を有する反射電極前駆層31に対して熱処理を行った本発明の実施例に係る半導体発光素子(以下、サンプルAと称する)の反射率を示している。一方、点線は、層厚1nmのNiからなるバッファ層25、層厚200nmのAgからなる反射層26、層厚2nmのNiからなるパッシベーション層27を有するものの、酸化防止層28を有しない場合の反射電極前駆層に対して熱処理を行った場合の比較例に係る半導体発光素子(以下、サンプルBと称する)の反射率を示している。サンプルA及びサンプルBの反射スペクトルは、バルクAg同様に光の波長が短くなるにつれて低下している。サンプルA及びサンプルBの反射スペクトルを比較すると、350nmから550nmの波長範囲において、サンプルAの反射スペクトルがサンプルBのものに比べて高くなっていることが分かる。特に、半導体発光素子が発する光の波長付近の450nmに着目すると、サンプルAは93.3%の反射率を有し、サンプルBは450nmにて89.7%の反射率を有する。200nmの層厚を有する熱処理前のAg層の反射率が96.3%であることを考慮すると、本発明の製造方法を用いることによって、半導体発光素子がより理想値に近い反射率を達成できることを示している。   FIG. 5 is a graph showing the reflection spectrum of the semiconductor light emitting device 1 or 2 formed by using the manufacturing method of Example 1 or 2 of the present invention. The vertical axis represents reflectance (%), and the horizontal axis represents wavelength (nm). In FIG. 5, a solid line indicates a buffer layer 25 made of Ni having a thickness of 1 nm, a reflective layer 26 made of Ag having a thickness of 150 nm, a passivation layer 27 made of Ni having a thickness of 2 nm, and an antioxidant layer made of Ag having a thickness of 50 nm. 2 shows the reflectance of a semiconductor light emitting device (hereinafter referred to as sample A) according to an embodiment of the present invention in which the reflective electrode precursor layer 31 having 28 is heat-treated. On the other hand, the dotted line has a buffer layer 25 made of Ni with a layer thickness of 1 nm, a reflective layer 26 made of Ag with a layer thickness of 200 nm, and a passivation layer 27 made of Ni with a layer thickness of 2 nm, but without the antioxidant layer 28. The reflectance of the semiconductor light emitting device (hereinafter referred to as sample B) according to a comparative example when heat treatment is performed on the reflective electrode precursor layer is shown. The reflection spectra of sample A and sample B decrease as the wavelength of light becomes shorter as in the case of bulk Ag. Comparing the reflection spectra of sample A and sample B, it can be seen that the reflection spectrum of sample A is higher than that of sample B in the wavelength range of 350 nm to 550 nm. In particular, focusing on 450 nm near the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element, sample A has a reflectivity of 93.3%, and sample B has a reflectivity of 89.7% at 450 nm. Considering that the reflectance of the Ag layer having a layer thickness of 200 nm before heat treatment is 96.3%, the semiconductor light emitting device can achieve a reflectance closer to the ideal value by using the manufacturing method of the present invention. Is shown.

接触抵抗についてTLM(Transmission Line Model)測定を用いて調べた結果、上記サンプルAの反射スペクトルが得られた反射電極層の接触抵抗は、10−4[Ωcm]以下であった。一方、上記サンプルBの反射スペクトルが得られた反射電極層の接触抵抗は、10−3〜10−4[Ωcm]であり、本発明の製造方法を用いて製造された反射電極層は、一桁近く低い接触抵抗を有する結果となった。 As a result of examining the contact resistance using TLM (Transmission Line Model) measurement, the contact resistance of the reflective electrode layer from which the reflection spectrum of Sample A was obtained was 10 −4 [Ωcm 2 ] or less. On the other hand, the contact resistance of the reflective electrode layer from which the reflection spectrum of Sample B was obtained is 10 −3 to 10 −4 [Ωcm 2 ], and the reflective electrode layer produced using the production method of the present invention is The result was a contact resistance that was nearly an order of magnitude lower.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、半導体膜において生成された光の波長において高反射率を有する反射電極層を形成することができる。かかる光を反射電極層にて高反射率にて反射して、反射光をも光取出し面を介して出射することができるので、高輝度半導体発光素子を製造することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, it is possible to form a reflective electrode layer having a high reflectance at the wavelength of light generated in the semiconductor film. Since such light can be reflected by the reflective electrode layer at a high reflectance and the reflected light can be emitted through the light extraction surface, a high-luminance semiconductor light emitting device can be manufactured.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、反射電極層の金属パッシベーション層の表面が酸化防止層によって覆われた状態において、熱処理工程が実施されるので、金属パッシベーション層は、熱処理工程において酸化されて絶縁化されないので、低接触抵抗を有する反射電極層を形成することができる。かかる低接触抵抗によって、反射電極層の下層に形成される半導体膜の半導体層に印加される電位の低下が抑制されるので、半導体発光素子の駆動電圧を低減することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, since the heat treatment step is performed in a state where the surface of the metal passivation layer of the reflective electrode layer is covered with the antioxidant layer, the metal passivation layer is oxidized in the heat treatment step. Therefore, a reflective electrode layer having a low contact resistance can be formed. Such low contact resistance suppresses a decrease in potential applied to the semiconductor layer of the semiconductor film formed below the reflective electrode layer, so that the driving voltage of the semiconductor light emitting element can be reduced.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、反射電極層の金属パッシベーション層と酸化防止層との界面に形成され得るヒロックは、酸化防止層と合金化してそのサイズを緩和することができ、ヒロックを含む合金層とともに酸化防止層を除去することができる。ヒロックが軽減されて金属パッシベーション層が平坦化され得る。ヒロックに起因する段差が貼り合わせ工程で軽減される。その結果、支持基板との貼り合わせ不良、剥がれ等の歩留まりの低下が改善することができる。さらに、さらに、ヒロックに起因する段差が軽減されるので、反射電極層と貼り合わせ用の接合層が全体的に接着するので、反射電極層と接合層との間の電流パスが広くなる。これにより、反射電極層の下層に形成される半導体膜の半導体層に対して均一な電位が印加される。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, hillocks that can be formed at the interface between the metal passivation layer and the antioxidant layer of the reflective electrode layer can be alloyed with the antioxidant layer to reduce its size, The antioxidant layer can be removed together with the alloy layer containing hillocks. Hillocks can be reduced and the metal passivation layer can be planarized. Steps due to hillocks are reduced in the bonding process. As a result, it is possible to improve a decrease in yield such as bonding failure with the support substrate and peeling. Furthermore, since the level difference due to hillocks is reduced, the reflective electrode layer and the bonding layer for bonding are bonded together as a whole, so that the current path between the reflective electrode layer and the bonding layer is widened. Thereby, a uniform potential is applied to the semiconductor layer of the semiconductor film formed under the reflective electrode layer.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、反射電極層の反射率に対して支配的な反射層は、金属パッシベーション層によって酸化防止されている。反射層を構成する原子が酸素と結合して低反射率を有し且つ絶縁化された酸化物に変化されにくくなり、高温で長時間の熱処理においても反射率低下及び接触抵抗劣化が軽減される。このことは、本発明の半導体発光素子が、長期的に駆動されて発熱する場合であっても、反射率低下による光出力の劣化及び酸化絶縁化による接触抵抗の増大にともなう駆動電圧の劣化も抑制することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the reflective layer dominant to the reflectance of the reflective electrode layer is prevented from being oxidized by the metal passivation layer. Atoms constituting the reflective layer combine with oxygen to have a low reflectivity and are less likely to be converted to an insulated oxide, reducing reflectivity degradation and contact resistance degradation even at high temperatures for long periods of time. . This means that even when the semiconductor light emitting device of the present invention is driven for a long time and generates heat, the light output is deteriorated due to a decrease in reflectivity and the drive voltage is deteriorated due to an increase in contact resistance due to oxidation insulation. Can be suppressed.

Claims (7)

半導体膜上に反射電極を有する半導体発光素子の製造方法であって、
第1の導電型の第1半導体層、活性層および第2の導電型の第2半導体層を順次積層して前記半導体膜を形成する工程と、
前記第2半導体層上にNi、Ti又はこれらの合金のいずれかからなる第1の金属層を形成する工程と、
前記第1の金属層の上にAg、Al、Rh又はこれらを含む合金のいずれかからなる第2の金属層を形成する工程と、
前記第2の金属層の上にNi、Ti又はこれらの合金のいずれかからなる第3の金属層を形成する工程と、
前記第3の金属層の上にAgからなる第4の金属層を形成する工程と、
前記第3の金属層と前記第4の金属層との間で相互拡散が生じるように熱処理を行って、これらの層の界面に合金層を形成する工程と、
前記合金層の少なくとも一部を前記合金層上に形成された層とともに除去することにより前記反射電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device having a reflective electrode on a semiconductor film,
Sequentially stacking a first semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer, and a second semiconductor layer of a second conductivity type to form the semiconductor film;
Forming a first metal layer made of Ni, Ti, or an alloy thereof on the second semiconductor layer;
Forming a second metal layer made of Ag, Al, Rh or an alloy containing these on the first metal layer;
Forming a third metal layer made of Ni, Ti or an alloy thereof on the second metal layer;
Forming a fourth metal layer made of Ag on the third metal layer;
Performing a heat treatment so that mutual diffusion occurs between the third metal layer and the fourth metal layer, and forming an alloy layer at an interface between these layers;
Forming the reflective electrode by removing at least a part of the alloy layer together with a layer formed on the alloy layer.
前記第1の金属層の層厚と前記第3の金属層の層厚との和が前記第2の金属層の1/60以下であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the sum of the thickness of the first metal layer and the thickness of the third metal layer is 1/60 or less of the second metal layer. 前記第1の金属層は、0.5nm以上であり且つ5nm以下の層厚を有するNiからなり、
前記第2の金属層は、50nm以上であり且つ200nm以下の層厚を有するAgからなり、
前記第3の金属層は、0.5nm以上であり且つ10nm以下の層厚を有するNiからなり、
前記第4の金属層は、5nm以上であり且つ50nm以下の層厚を有するAgからなることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
The first metal layer is made of Ni having a layer thickness of 0.5 nm or more and 5 nm or less,
The second metal layer is made of Ag having a layer thickness of 50 nm or more and 200 nm or less,
The third metal layer is made of Ni having a layer thickness of 0.5 nm or more and 10 nm or less,
The manufacturing method according to claim 1, wherein the fourth metal layer is made of Ag having a thickness of 5 nm or more and 50 nm or less.
半導体膜と、前記半導体膜上に設けられて前記半導体膜から発せられる光の発光波長に対して光反射性を有する金属反射層とを含む反射電極と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、
第1の導電型の第1半導体層、活性層および第2の導電型の第2半導体層を順次積層して前記半導体膜を形成する工程と、
前記第2半導体層上に前記金属反射層と前記半導体膜との格子不整合を緩和する金属バッファ層を形成する工程と、
前記金属バッファ層上に前記金属反射層を形成する工程と、
前記金属反射層上に前記金属反射層の脱離を防止する金属パッシベーション層を形成する工程と、
前記金属パッシベーション層上に前記金属パッシベーション層の酸化を防止する酸化防止層を形成する工程と、
前記金属パッシベーション層と前記酸化防止層との間で相互拡散が生じるように熱処理を行って、これらの層の界面に合金層を形成する工程と、
前記合金層の少なくとも一部を前記合金層上に形成された層とともに除去することにより前記反射電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor light-emitting element, comprising: a semiconductor film; and a reflective electrode provided on the semiconductor film and including a metal reflective layer having light reflectivity with respect to an emission wavelength of light emitted from the semiconductor film. And
Sequentially stacking a first semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer, and a second semiconductor layer of a second conductivity type to form the semiconductor film;
Forming a metal buffer layer on the second semiconductor layer for relaxing lattice mismatch between the metal reflective layer and the semiconductor film;
Forming the metal reflective layer on the metal buffer layer;
Forming a metal passivation layer on the metal reflective layer to prevent the metal reflective layer from being detached; and
Forming an antioxidant layer on the metal passivation layer to prevent oxidation of the metal passivation layer;
Performing a heat treatment so that mutual diffusion occurs between the metal passivation layer and the antioxidant layer, and forming an alloy layer at the interface between these layers;
Forming the reflective electrode by removing at least a part of the alloy layer together with the layer formed on the alloy layer.
前記金属バッファ層の層厚と前記金属パッシベーション層の層厚との和は、前記金属反射層の1/60以下であることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 4, wherein the sum of the thickness of the metal buffer layer and the thickness of the metal passivation layer is 1/60 or less of the metal reflective layer. 前記金属バッファ層は、Ni、Ti又はこれらの合金のいずれかからなり、
前記金属反射層は、Ag、Al、Rh又はこれらを含む合金のいずれかなり、
前記金属パッシベーション層は、Ni、Ti又はこれらを含む合金からなるからなり、
前記酸化防止層は、Agからなることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。
The metal buffer layer is made of Ni, Ti or an alloy thereof,
The metal reflective layer may be any of Ag, Al, Rh, or an alloy containing these,
The metal passivation layer is made of Ni, Ti or an alloy containing these,
The manufacturing method according to claim 4, wherein the antioxidant layer is made of Ag.
前記金属バッファ層は、0.5nm以上であり且つ5nm以下の層厚を有するNiからなり、
前記金属反射層は、50nm以上であり且つ200nm以下の層厚を有するAgからなり、
前記金属パッシベーション層は、0.5nm以上であり且つ10nm以下の層厚を有するNiからなり、
前記酸化防止層は、5nm以上であり且つ50nm以下の層厚を有するAgからなることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。
The metal buffer layer is made of Ni having a layer thickness of 0.5 nm or more and 5 nm or less,
The metal reflective layer is made of Ag having a layer thickness of 50 nm or more and 200 nm or less,
The metal passivation layer is made of Ni having a layer thickness of 0.5 nm or more and 10 nm or less,
The manufacturing method according to claim 4, wherein the antioxidant layer is made of Ag having a thickness of 5 nm or more and 50 nm or less.
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