JP2013051247A - Light-emitting device manufacturing method - Google Patents

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Tomoya Iwahashi
友也 岩橋
Hiranori Hiroki
均典 廣木
Yasutomo Mitsui
靖智 光井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting device manufacturing method which ensures high quality by enabling stable deposition of a transparent conductive film of a low light absorption rate.SOLUTION: A light-emitting device comprises: a semiconductor layer 12 in which an n-type semiconductor layer 121, a luminescent layer 122 and a p-type semiconductor layer 123 are laminated on a translucent substrate 11; a transparent conductive film 13 deposited by a deposition material composed of a metal oxide and laminated on the semiconductor layer 12; and a reflection part 14 laminated on the transparent conductive film 13. A process of depositing the transparent conductive film comprises: a sputtering process of depositing an original film of the transparent conductive film on the semiconductor layer by sputtering; and performing a two-staged anneal step including a first anneal process of annealing the original film by an oxygen containing atmosphere gas, and a second anneal process of annealing the original film by a non-oxygen containing gas. The first anneal process and the second anneal process are performed at an atmospheric temperature in a range higher than 600°C and lower than 680°C.

Description

本発明は、基板に発光層を含む半導体層が積層され、発光層からの光を基板方向へ反射する反射部を備えた発光素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a light-emitting element including a semiconductor layer including a light-emitting layer stacked on a substrate, and a reflection portion that reflects light from the light-emitting layer toward the substrate.

実装基板にフリップチップ実装される従来の発光素子として、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。   As a conventional light emitting element that is flip-chip mounted on a mounting substrate, for example, the one described in Patent Document 1 is known.

この特許文献1に記載の発光素子を図6に基づいて説明する。発光素子100は、ベース基板101にn型半導体層102と発光層103とp型半導体層104とが積層され、更に、アノード電極110が形成されている。   The light emitting element described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. In the light-emitting element 100, an n-type semiconductor layer 102, a light-emitting layer 103, and a p-type semiconductor layer 104 are stacked on a base substrate 101, and an anode electrode 110 is further formed.

このアノード電極110は、p型半導体層104上に、Ni,Pd,Pt,Cr,Mn,Ta,Cu,Feなどの材料により形成された第1の透明導電膜111と、第1の透明導電膜111上に、ITO,IZO,ZnO,In23,SnO2,MgxZn1-xO(x≦0.5),アモルファスAlGaN,GaN,SiONの群から選択される1つの材料により形成された第2の透明導電膜112と、第2の透明導電膜112上に形成され発光層103から放射された光を反射する屈折率が異なる2種類の誘電体膜が交互に積層された複数の多層反射膜層113と、発光層103からの光に対して高い反射率を有するAgの金属材料からなる金属反射膜114と、金属反射膜114上に形成されたバリアメタル膜115と、バリアメタル膜115上に形成された金属材料からなる外部接続用金属膜116とにより構成されている。 The anode electrode 110 includes a first transparent conductive film 111 formed of a material such as Ni, Pd, Pt, Cr, Mn, Ta, Cu, and Fe on the p-type semiconductor layer 104, and a first transparent conductive film. A single material selected from the group consisting of ITO, IZO, ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , Mg x Zn 1-x O (x ≦ 0.5), amorphous AlGaN, GaN, and SiON on the film 111. The formed second transparent conductive film 112 and two types of dielectric films formed on the second transparent conductive film 112 and having different refractive indexes for reflecting the light emitted from the light emitting layer 103 were alternately laminated. A plurality of multilayer reflective film layers 113, a metal reflective film 114 made of an Ag metal material having a high reflectance with respect to light from the light emitting layer 103, a barrier metal film 115 formed on the metal reflective film 114, Barrier metal It is constituted by an external connection metal film 116 made of a metal material and formed on 115.

発光素子100では、透明導電膜を、金属酸化物からなる透明金属材料を用いることにより、発光層103からの光を効率よく多層反射膜層113や金属反射膜114の方向へ、また多層反射膜層113や金属反射膜114にて反射した光を効率よくベース基板101の方向へ透過させることができる。   In the light emitting element 100, the transparent conductive film is made of a transparent metal material made of a metal oxide, whereby light from the light emitting layer 103 is efficiently directed toward the multilayer reflective film layer 113 and the metal reflective film 114, and the multilayer reflective film. Light reflected by the layer 113 and the metal reflective film 114 can be efficiently transmitted toward the base substrate 101.

透明導電膜については、フリップチップタイプではないが、特許文献2に記載された技術が知られている。   The transparent conductive film is not a flip-chip type, but the technique described in Patent Document 2 is known.

特許文献2には、透明導電膜(透光性の正極)がITO(In23−SnO2),AZnO(ZnO−Al23),IZnO(In23−ZnO),GZO(ZnO−GeO2)からなる少なくとも一種類を含んだ材料により成膜されている。この透明導電膜をp型半導体層上に成膜するときには、透光性酸化物導電材料の透光性正極を化学量論組成よりも酸素不足にした状態でスパッタまたは蒸着により形成した後、0.1%〜50%の酸素含有雰囲気中において20℃/分〜500℃/分の範囲の昇温速度で加熱し、250℃〜600℃の範囲の温度で30秒〜10分程度保持するアニール処理し、その後、99.9%以上で露点−30℃以下のN2ガスによる無酸素雰囲気において200℃〜500℃の範囲で1分から20分の範囲の温度で再アニール処理することが記載されている。この製造方法により透明導電膜を成膜することで、標準順電圧(Vf)が低く、透光性正極の高い透光性と低いシート抵抗、低い標準順電圧(Vf)、並びにp型半導体層に対する高い接合強度を得ることができる。 In Patent Document 2, a transparent conductive film (translucent positive electrode) is formed of ITO (In 2 O 3 —SnO 2 ), AZnO (ZnO—Al 2 O 3 ), ISnO (In 2 O 3 —ZnO), GZO ( The film is formed of a material including at least one kind of ZnO—GeO 2 ). When this transparent conductive film is formed on the p-type semiconductor layer, the light-transmitting positive electrode of the light-transmitting oxide conductive material is formed by sputtering or vapor deposition in a state in which oxygen is less than the stoichiometric composition. .Annealing in a 1% to 50% oxygen-containing atmosphere with heating at a temperature rising rate in the range of 20 ° C./min to 500 ° C./min and holding at a temperature in the range of 250 ° C. to 600 ° C. for about 30 seconds to 10 minutes And then re-annealing at a temperature in the range of 200 ° C. to 500 ° C. for 1 minute to 20 minutes in an oxygen-free atmosphere with N 2 gas having a dew point of −30 ° C. or less at 99.9% or more. ing. By forming a transparent conductive film by this manufacturing method, the standard forward voltage (Vf) is low, the translucent positive electrode has high translucency and low sheet resistance, low standard forward voltage (Vf), and p-type semiconductor layer High joint strength can be obtained.

特開2007−258276号公報JP 2007-258276 A 特開2007−287786号公報JP 2007-287786 A

従来の発光素子100では、p型半導体層104上に第1,2の透明導電膜111,112が設けられ、第2の透明導電膜112上に誘電体膜からなる多層反射膜層113を設けているため、多層反射膜層113で多くの光を反射させ、光取り出し効率を向上させるためには、第2の透明導電膜112で発光層103からの光を遮ることなく多くの光を透過させることが重要である。   In the conventional light emitting device 100, first and second transparent conductive films 111 and 112 are provided on the p-type semiconductor layer 104, and a multilayer reflective film layer 113 made of a dielectric film is provided on the second transparent conductive film 112. Therefore, in order to reflect a large amount of light with the multilayer reflective film layer 113 and improve the light extraction efficiency, the second transparent conductive film 112 transmits a large amount of light without blocking the light from the light emitting layer 103. It is important to let

しかし、特許文献2に記載の半導体発光素子の製造方法によれば、透明導電膜を酸素含有雰囲気中でアニール処理し、無酸素雰囲気中で再アニール処理することで抵抗値を下げることができるものの、透明導電膜の光吸収率がばらつくという問題があることがわかった。つまり、光吸収率が高い透明導電膜が成膜されてしまうことがある。そうなると、輝度が低い発光素子となってしまう。   However, according to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device described in Patent Document 2, the resistance value can be reduced by annealing the transparent conductive film in an oxygen-containing atmosphere and re-annealing in an oxygen-free atmosphere. It has been found that there is a problem that the light absorption rate of the transparent conductive film varies. That is, a transparent conductive film having a high light absorption rate may be formed. If it becomes so, it will become a light emitting element with low brightness | luminance.

従って、特許文献2に記載の半導体発光素子の製造方法は、順方向電圧の低減には有効な方法であっても、量産性を確保するためには、透明導電膜の光吸収率が低いことだけでなく、光吸収率のばらつきが少ない透明導電膜が成膜できるような技術が必要である。   Therefore, even if the manufacturing method of the semiconductor light emitting element described in Patent Document 2 is an effective method for reducing the forward voltage, the light absorption rate of the transparent conductive film is low in order to ensure mass productivity. In addition, there is a need for a technique capable of forming a transparent conductive film with little variation in light absorption.

そこで本発明は、低光吸収率の透明導電膜を安定的に成膜できることで、高い品質が確保できる発光素子の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light-emitting element capable of ensuring high quality by stably forming a transparent conductive film having a low light absorption rate.

本発明の発光素子の製造方法は、透明導電膜となる原膜を、金属酸化物からなる成膜材料をターゲットとすると共に、酸素非含有雰囲気ガスにより半導体層にスパッタにより成膜し、この原膜を酸素非含有雰囲気ガスによりアニールした後、酸素含有雰囲気ガスによりアニールすることを特徴とする。   In the method for manufacturing a light-emitting element of the present invention, a raw film to be a transparent conductive film is formed by sputtering on a semiconductor layer with an oxygen-free atmosphere gas while targeting a film-forming material made of a metal oxide. The film is annealed with an oxygen-containing atmosphere gas after being annealed with an oxygen-free atmosphere gas.

本発明の発光素子の製造方法によれば、第1アニール工程または第2アニール工程のいずれか一方、または両方のアニールを、600℃より高く、680℃より低くした雰囲気温度で行うことで、透明導電膜の光吸収率が抑えることができると共に、光吸収率のばらつきを抑えることができるので、低光吸収率の透明導電膜を安定的に成膜できることで、高い品質が確保できる。   According to the method for manufacturing a light-emitting element of the present invention, the first annealing step or the second annealing step, or both annealing is performed at an atmospheric temperature higher than 600 ° C. and lower than 680 ° C. Since the light absorptance of the conductive film can be suppressed and variation in the light absorptance can be suppressed, a high quality can be ensured by forming a transparent conductive film having a low light absorption rate stably.

本発明の実施の形態に係る発光素子の断面図Sectional drawing of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention 図1に示す発光素子の透明導電膜上の導通領域と反射領域とを説明するための図The figure for demonstrating the conduction | electrical_connection area and reflection area | region on the transparent conductive film of the light emitting element shown in FIG. (A)は2段階アニールの時間と雰囲気温度との関係を示す図、(B)は2段階アニールの時間とガス量との関係を示す図(A) is a diagram showing the relationship between the time of two-step annealing and the ambient temperature, (B) is a diagram showing the relationship between the time of two-step annealing and the amount of gas. 実施例1における2段階アニールによる発明品と1段階アニールによる比較品との波長と光吸収率の関係を示す図The figure which shows the relationship between the wavelength of the invention by the two-step annealing in Example 1, and the comparative product by the one-step annealing and the light absorption rate 実施例2における光吸収率のばらつきを示す図The figure which shows the dispersion | variation in the light absorptance in Example 2. 従来の発光素子を示す断面図Sectional drawing which shows the conventional light emitting element

本願の第1の発明は、光透過性を有する基板と、基板に、n型半導体層、発光層およびp型半導体層が積層された半導体層と、半導体層に積層され、金属酸化物からなる成膜材料により成膜された透明導電膜と、透明導電膜に積層された反射部とを備えた発光素子の製造方法であって、金属酸化物からなる成膜材料をターゲットとすると共に、酸素非含有雰囲気ガスにより半導体層に透明導電膜の原膜をスパッタにより成膜するスパッタ工程と、原膜を酸素含有雰囲気ガスによりアニールする第1アニール工程と、第1アニール工程の後に、酸素非含有雰囲気ガスによりアニールする第2アニール工程とを含み、第1アニール工程または第2アニール工程のいずれか一方、または両方の雰囲気温度が600℃より高いことを特徴とした発光素子の製造方法である。   A first invention of the present application includes a light-transmitting substrate, a semiconductor layer in which an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked on the substrate, and a metal oxide that is stacked on the semiconductor layer. A method for manufacturing a light-emitting element including a transparent conductive film formed using a film forming material and a reflective portion stacked on the transparent conductive film, wherein the film forming material made of a metal oxide is used as a target, and oxygen A sputtering process for forming a transparent conductive film original film on the semiconductor layer by sputtering with a non-containing atmosphere gas, a first annealing process for annealing the original film with an oxygen-containing atmospheric gas, and oxygen-free after the first annealing process And a second annealing step for annealing with an atmospheric gas, wherein either or both the first annealing step and the second annealing step have an ambient temperature higher than 600 ° C. It is a method of manufacture.

第1の発明によれば、酸素非含有雰囲気ガスでスパッタにより成膜された透明導電膜の原膜を、第1アニール工程または第2アニール工程のいずれか一方、または両方のアニールを、600℃より高くした雰囲気温度で行うことで、透明導電膜の光吸収率が抑えることができると共に、光吸収率のばらつきを抑えることができる。   According to the first aspect of the present invention, the transparent conductive film formed by sputtering with an oxygen-free atmosphere gas is subjected to either the first annealing step or the second annealing step, or both annealing at 600 ° C. By performing at a higher ambient temperature, the light absorption rate of the transparent conductive film can be suppressed, and variations in the light absorption rate can be suppressed.

本願の第2の発明は、第1アニール工程または第2アニール工程のいずれか一方、または両方の雰囲気温度が630℃より高いことを特徴とした発光素子の製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a light-emitting element, wherein the ambient temperature of either one or both of the first annealing step and the second annealing step is higher than 630 ° C.

第2の発明によれば、第1アニール工程または第2アニール工程のいずれか一方、または両方の雰囲気温度を600℃より高く、更に、630℃より高くすることで、透明導電膜の光吸収率を低く抑えつつ、光吸収率のばらつきを更に抑えることができる。   According to the second invention, the optical absorptance of the transparent conductive film is obtained by setting the atmospheric temperature of either one or both of the first annealing step and the second annealing step to higher than 600 ° C. and further higher than 630 ° C. The dispersion of the light absorptance can be further suppressed while keeping low.

本願の第3の発明は、第1の発明において、透明導電膜を、InとSnとGaとを含む金属酸化物あるいはInとZnとGaとを含む金属酸化物で成膜することを特徴とした発光素子の製造方法である。   A third invention of the present application is characterized in that, in the first invention, the transparent conductive film is formed using a metal oxide containing In, Sn, and Ga or a metal oxide containing In, Zn, and Ga. This is a method for manufacturing a light emitting device.

第3の発明によれば、透明導電膜を、InとSnとGaとAlとを含む金属酸化物あるいはInとZnとGaとAlとを含む金属酸化物で成膜することができる。そうすることで、透明導電膜でIn濃度を最適化させると、半導体層とのコンタクト抵抗を良好な値に調整することができる。   According to the third invention, the transparent conductive film can be formed from a metal oxide containing In, Sn, Ga, and Al or a metal oxide containing In, Zn, Ga, and Al. By doing so, when the In concentration is optimized in the transparent conductive film, the contact resistance with the semiconductor layer can be adjusted to a good value.

本願の第4の発明は、第3の発明において、透明導電膜を、ITOにより成膜することを特徴とした発光素子の製造方法である。   A fourth invention of the present application is the method for manufacturing a light emitting element according to the third invention, wherein the transparent conductive film is formed of ITO.

第4の発明によれば、透明導電膜を、ITOにより成膜することができる。   According to the fourth invention, the transparent conductive film can be formed of ITO.

本願の第5の発明は、第1から第3のいずれかの発明において、透明導電膜を、10nm以上で成膜することを特徴とした発光素子の製造方法である。   A fifth invention of the present application is the method for manufacturing a light emitting element according to any one of the first to third inventions, wherein the transparent conductive film is formed with a thickness of 10 nm or more.

第5の発明によれば、透明導電膜を、10nm以上で成膜することができる。   According to 5th invention, a transparent conductive film can be formed into a film at 10 nm or more.

(実施の形態)
本発明の実施の形態に係る発光素子を図1、図2に基づいて説明する。図1に示す発光素子は、バンプKを介在させて実装基板Bにフリップチップ実装される発光波長が455nmの青色LEDチップである。
(Embodiment)
A light-emitting element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The light-emitting element shown in FIG. 1 is a blue LED chip with a light emission wavelength of 455 nm that is flip-chip mounted on the mounting substrate B with bumps K interposed.

発光素子には、絶縁性基板の透光性基板11に、n型半導体層121と、発光層122と、p型半導体層123とが積層された半導体層12が設けられている。透光性基板11とn型半導体層121との間にバッファ層を設けてもよい。   In the light-emitting element, a semiconductor layer 12 in which an n-type semiconductor layer 121, a light-emitting layer 122, and a p-type semiconductor layer 123 are stacked is provided on a light-transmitting substrate 11 that is an insulating substrate. A buffer layer may be provided between the translucent substrate 11 and the n-type semiconductor layer 121.

透光性基板11は、発光層122からの光を透過させるものが使用できる。透光性基板11としては、例えば、サファイア基板、SiC基板、ZnO基板などが使用できる。   As the translucent substrate 11, a substrate that transmits light from the light emitting layer 122 can be used. As the translucent substrate 11, for example, a sapphire substrate, a SiC substrate, a ZnO substrate, or the like can be used.

n型半導体層121は、n型GaN層とすることができる。また、n型半導体層121は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、透光性基板11がサファイア基板の場合には、AlN層やAlGaN層などのバッファ層を介在させ、n型半導体層121を、n型AlGaN層と、n型AlGaN層上にn型GaN層とを積層した構成としてもよい。   The n-type semiconductor layer 121 can be an n-type GaN layer. The n-type semiconductor layer 121 is not limited to a single layer structure, and may have a multilayer structure. For example, when the translucent substrate 11 is a sapphire substrate, a buffer layer such as an AlN layer or an AlGaN layer is interposed, and the n-type semiconductor layer 121 is placed on the n-type AlGaN layer and the n-type AlGaN layer. It is good also as a structure which laminated | stacked the layer.

発光層122は、少なくともGaとNとを含み、必要に応じて適量のInを含ませることで、所望の発光波長を得ることができる。また、発光層122としては、1層構造とすることもできるが、例えば、InGaN層とGaN層を交互に少なくとも一対積層した多量子井戸構造とすることも可能である。発光層122を多量子井戸構造とすることができる。本実施の形態では、発光層122による発光ピーク波長が450nmとなるようにInGaN層の組成を設定してある。なお、発光層122は、単一量子井戸構造としたり、単層構造としたりすることも可能である。   The light emitting layer 122 includes at least Ga and N, and a desired light emission wavelength can be obtained by including an appropriate amount of In as necessary. The light-emitting layer 122 may have a single-layer structure, but for example, may have a multi-quantum well structure in which at least a pair of InGaN layers and GaN layers are alternately stacked. The light emitting layer 122 can have a multi-quantum well structure. In the present embodiment, the composition of the InGaN layer is set so that the emission peak wavelength of the light emitting layer 122 is 450 nm. Note that the light-emitting layer 122 can have a single quantum well structure or a single-layer structure.

p型半導体層123は、p型GaN層とすることができる。また、p型半導体層123は、単層構造に限らず、多層構造とすることも可能である。その場合には、例えば、p型半導体層123をp型AlGaN層とp型GaN層とを積層した多層膜とすることができる。   The p-type semiconductor layer 123 can be a p-type GaN layer. Further, the p-type semiconductor layer 123 is not limited to a single layer structure, and may have a multilayer structure. In that case, for example, the p-type semiconductor layer 123 can be a multilayer film in which a p-type AlGaN layer and a p-type GaN layer are stacked.

半導体層12には、p型半導体層123よりも屈折率が小さいGZO膜、例えば、GZO(GaをドープしたZnO),AZO(AlをドーピングしたZnO),ITOの群から選択される三元系の金属酸化物を成膜材料から形成された透明導電膜13が成膜されている。本実施の形態では、透明導電膜13の膜厚が10nmに設定されている。   The semiconductor layer 12 has a GZO film having a refractive index smaller than that of the p-type semiconductor layer 123, for example, a ternary system selected from the group consisting of GZO (Ga-doped ZnO), AZO (Al-doped ZnO), and ITO. A transparent conductive film 13 made of this metal oxide from a film forming material is formed. In the present embodiment, the film thickness of the transparent conductive film 13 is set to 10 nm.

このような材料により透明導電膜13を成膜することで、透明導電膜13とp型半導体層123との接触をオーミック接触とすることができる。   By forming the transparent conductive film 13 with such a material, the contact between the transparent conductive film 13 and the p-type semiconductor layer 123 can be made ohmic contact.

透明導電膜13には、反射部14が積層されている。この反射部14は、低屈折率誘電膜141と、接着誘電膜142と、反射導電膜143とを備えている。   A reflective portion 14 is laminated on the transparent conductive film 13. The reflective portion 14 includes a low refractive index dielectric film 141, an adhesive dielectric film 142, and a reflective conductive film 143.

低屈折率誘電膜141は、透明導電膜13の周縁部C1と、円形領域を縦列および横列に配置した格子部C2とを透明導電膜13と反射導電膜143との導通を図る導通領域として除いた領域であって、透明導電膜13から透過した光を反射する反射領域R1として割り当てた領域に設けられている。低屈折率誘電膜141は、p型半導体層123より屈折率が小さく、かつ透明導電膜13の屈折率より小さいものである。   The low-refractive-index dielectric film 141 excludes the peripheral edge C1 of the transparent conductive film 13 and the lattice part C2 in which circular regions are arranged in columns and rows as conductive areas for conducting the transparent conductive film 13 and the reflective conductive film 143. Provided in a region assigned as a reflection region R1 for reflecting light transmitted from the transparent conductive film 13. The low refractive index dielectric film 141 has a refractive index smaller than that of the p-type semiconductor layer 123 and smaller than that of the transparent conductive film 13.

この低屈折率誘電膜141は、第1の低屈折率誘電膜141aと第2の低屈折率誘電膜141bとにより形成されている。第1の低屈折率誘電膜141aの膜厚は、酸素量の観点から、3nm以上とするのが好ましく、5nm以上であるのがより好ましい。更に、6nm以上とするのが好ましい。   The low refractive index dielectric film 141 is formed of a first low refractive index dielectric film 141a and a second low refractive index dielectric film 141b. The film thickness of the first low refractive index dielectric film 141a is preferably 3 nm or more, and more preferably 5 nm or more, from the viewpoint of the amount of oxygen. Further, it is preferably 6 nm or more.

低屈折率誘電膜141は、例えば、屈折率が1.46のSiO2から成膜された誘電体である。SiO2膜とした低屈折率誘電膜141は、膜厚が300nmに設定されている。低屈折率誘電膜141はSiO2膜とする以外に、p型半導体層123より屈折率が小さいシリコン化合物であればよく、SiON膜などとすることができる。また、屈折率が1.6〜1.9程度のAl23により成膜することもできる。 The low-refractive index dielectric film 141 is a dielectric film formed from, for example, SiO 2 having a refractive index of 1.46. The low refractive index dielectric film 141 made of SiO 2 is set to a film thickness of 300 nm. The low refractive index dielectric film 141 may be a silicon compound having a refractive index smaller than that of the p-type semiconductor layer 123 other than the SiO 2 film, and may be a SiO 2 N film or the like. The refractive index can also be formed by Al 2 O 3 of about 1.6 to 1.9.

接着誘電膜142は、金属元素との酸化物からなる誘電体により形成され、低屈折率誘電膜141上に成膜されている。本実施の形態では、接着誘電膜142を、屈折率が1.6〜1.9程度のAl23により成膜している。Al23膜とした接着誘電膜142の膜厚は、30nmである。接着誘電膜142は、Al23膜とする以外に、Ta26膜、ZrO2膜、NbO2膜、TiO2膜とすることができる。 The adhesive dielectric film 142 is formed of a dielectric made of an oxide with a metal element, and is formed on the low refractive index dielectric film 141. In the present embodiment, the adhesive dielectric film 142 is formed of Al 2 O 3 having a refractive index of about 1.6 to 1.9. The film thickness of the adhesive dielectric film 142 made of an Al 2 O 3 film is 30 nm. The adhesive dielectric film 142 can be a Ta 2 O 6 film, a ZrO 2 film, an NbO 2 film, or a TiO 2 film in addition to an Al 2 O 3 film.

反射導電膜143は、透明導電膜13との導通を図る導通領域(周縁部C1および格子部C2)と、低屈折率誘電膜141および接着誘電膜142を通過した光を反射する反射領域R1とを被覆する金属膜である。本実施の形態1では、反射導電膜143を、高い反射率を有するAg膜としている。Ag膜とした反射導電膜143は、膜厚を100nmとすることができる。この膜厚は、例えば、50nm〜200nm程度の範囲で設定することが可能である。反射導電膜143は、Ag膜とする以外に、Al膜とすることができる。しかし、反射導電膜143は、Al膜よりAg膜の方が、反射率が高いので、Ag膜とするのが好ましい。   The reflective conductive film 143 includes a conductive region (peripheral portion C1 and lattice portion C2) that is conductive with the transparent conductive film 13, and a reflective region R1 that reflects light that has passed through the low refractive index dielectric film 141 and the adhesive dielectric film 142. It is a metal film which coats. In the first embodiment, the reflective conductive film 143 is an Ag film having a high reflectance. The reflective conductive film 143 made of an Ag film can have a thickness of 100 nm. This film thickness can be set, for example, in the range of about 50 nm to 200 nm. The reflective conductive film 143 can be an Al film in addition to an Ag film. However, the reflective conductive film 143 is preferably an Ag film because the Ag film has a higher reflectance than the Al film.

n電極15は、p型半導体層123と発光層122とn型半導体層121の一部とをエッチングしたn型半導体層121上の領域に設けられたカソード電極である。n電極15は、矩形状に形成された透光性基板11の対角となる位置に設けられている。n電極15は、Ti層とAu層とが積層されて形成されている。n型半導体層121上に積層されるn電極15のTi層は、n型半導体層121に対するオーミックコンタクト層として機能する。オーミックコンタクト層の材料は、例えば、Ti,V,Alやこれらのいずれか一種類の金属を含む合金などとすることができる。Ti層に積層されたAu層はnパッド層として機能する。   The n electrode 15 is a cathode electrode provided in a region on the n type semiconductor layer 121 obtained by etching the p type semiconductor layer 123, the light emitting layer 122, and a part of the n type semiconductor layer 121. The n-electrode 15 is provided at a diagonal position of the translucent substrate 11 formed in a rectangular shape. The n electrode 15 is formed by laminating a Ti layer and an Au layer. The Ti layer of the n-electrode 15 stacked on the n-type semiconductor layer 121 functions as an ohmic contact layer for the n-type semiconductor layer 121. The material of the ohmic contact layer may be, for example, Ti, V, Al, or an alloy containing any one of these metals. The Au layer laminated on the Ti layer functions as an n pad layer.

p電極16は、エッチングされた残余のp型半導体層123上に積層されたアノード電極である。p電極16は、n電極15が設けられている残余の範囲に設けられている。p電極16は、反射導電膜143上に積層されたAu層と、Ti層と、Au層とが積層されて形成されている。最表面のAu層がpパッド層として機能する。p電極16は、等間隔のマトリクス状に配置されたバンプKを介在させて実装基板Bに導通搭載されている。本実施の形態では、n電極15を導通させるためのバンプKも含めて5×5のバンプKにより発光素子が実装基板Bに導通搭載されている。   The p-electrode 16 is an anode electrode laminated on the etched p-type semiconductor layer 123. The p electrode 16 is provided in the remaining range where the n electrode 15 is provided. The p electrode 16 is formed by stacking an Au layer, a Ti layer, and an Au layer stacked on the reflective conductive film 143. The outermost Au layer functions as a p-pad layer. The p-electrode 16 is conductively mounted on the mounting substrate B with bumps K arranged in an equally spaced matrix. In the present embodiment, the light emitting element is conductively mounted on the mounting substrate B by 5 × 5 bumps K including the bumps K for conducting the n-electrode 15.

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法を図面に基づいて説明する。   The manufacturing method of the light emitting element according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.

半導体層12は、透光性基板11にMOVPE法のようなエピタキシャル成長技術により成膜することができるが、例えば、ハイドライド気相成長法(HVPE法)や、分子線エピタキシー法(MBE法)などにより積層することも可能である。   The semiconductor layer 12 can be formed on the translucent substrate 11 by an epitaxial growth technique such as the MOVPE method. For example, the semiconductor layer 12 can be formed by a hydride vapor phase growth method (HVPE method), a molecular beam epitaxy method (MBE method), or the like. It is also possible to laminate.

透明導電膜13をGZO,AZO,ITOなどにより成膜する。ここで、透明導電膜13の成膜方法を、図面に基づいて詳細に説明する。   The transparent conductive film 13 is formed by GZO, AZO, ITO or the like. Here, a method for forming the transparent conductive film 13 will be described in detail with reference to the drawings.

まず、透明導電膜13を成膜するときには、一般的なスパッタ装置により、まず原膜を成膜するスパッタ工程を行う。スパッタ装置は、マイクロ波発生装置(図示せず)からのマイクロ波により、プラズマ室にて気体分子にエネルギーを与えてプラズマを発生させ、このプラズマを成膜材料であるターゲットへ衝突させ、ターゲットから飛び出した成膜材料を成膜室の基板に付着させて薄膜を成膜するECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ装置である。プラズマを磁界内で回転させて、高密度のプラズマを発生させることで緻密な膜を形成することが可能である。   First, when the transparent conductive film 13 is formed, a sputtering process for forming an original film is first performed by a general sputtering apparatus. The sputtering apparatus generates plasma by applying energy to gas molecules in a plasma chamber by microwaves from a microwave generator (not shown), and collides the plasma with a target that is a film forming material. This is an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering apparatus that deposits a protruding film deposition material on a substrate in a film deposition chamber to form a thin film. A dense film can be formed by rotating plasma in a magnetic field to generate high-density plasma.

このようにしてスパッタ工程により透明導電膜13の原膜が成膜されると、第1アニール工程を行う。このアニール工程は、一般的な温度調整が可能なアニール装置により行うことができる。   When the raw film of the transparent conductive film 13 is thus formed by the sputtering process, the first annealing process is performed. This annealing step can be performed by a general annealing apparatus capable of adjusting the temperature.

アニール工程は、図3(A)および図3(B)に示すように、酸素含有雰囲気ガスによりアニールする第1アニール工程と、酸素非含有雰囲気ガスによりアニールする第2アニール工程とを備えている。以下、この第1アニール工程と第2アニール工程との2回に分けてアニールすることを2段階アニールと称す。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the annealing process includes a first annealing process that anneals with an oxygen-containing atmosphere gas and a second annealing process that anneals with an oxygen-free atmosphere gas. . Hereinafter, annealing in two steps of the first annealing step and the second annealing step is referred to as two-step annealing.

第1アニール工程では、酸素含有雰囲気ガスとして、O2ガスに、不活性ガスとしてアルゴンガス、窒素ガス、クリプトンガス、キセノンガス、ネオンガス、ラドンガス、またはこれらを混合させた混合ガスが使用できる。 In the first annealing step, O 2 gas can be used as the oxygen-containing atmosphere gas, and argon gas, nitrogen gas, krypton gas, xenon gas, neon gas, radon gas, or a mixed gas obtained by mixing these can be used as the inert gas.

この第1アニール工程にて、原膜を酸素含有雰囲気ガスでアニールすることで、光吸収率が低いITO膜とすることができる。   By annealing the original film with an oxygen-containing atmosphere gas in the first annealing step, an ITO film having a low light absorption rate can be obtained.

第1アニール工程が終了すれば、雰囲気ガスを排出するための真空引きを行って連続的に、第2アニール工程を行う。   When the first annealing step is completed, the second annealing step is continuously performed by evacuation for discharging the atmospheric gas.

第2アニール工程では、酸素非含有雰囲気ガスとして、第1アニール工程で使用した不活性ガスを採用することができる。例えば、アルゴンガス、窒素ガス、クリプトンガス、キセノンガス、ネオンガス、ラドンガス、またはこれらを混合させた混合ガスが使用できる。   In the second annealing step, the inert gas used in the first annealing step can be adopted as the oxygen-free atmosphere gas. For example, argon gas, nitrogen gas, krypton gas, xenon gas, neon gas, radon gas, or a mixed gas obtained by mixing them can be used.

この第2アニール工程にて、第1アニール工程後の原膜を酸素非含有雰囲気ガスでアニールすることで、酸素欠損を一定程度残したまま、結晶粒を大きくすることができるので、結晶粒界での光吸収率を低減させる効果を得ることができる。また、透明導電膜13に酸素欠損が一定量残っているので半導体層12との良好なコンタクト抵抗を維持したまま、光吸収率の低減を図ることが可能である。   In this second annealing step, by annealing the original film after the first annealing step with an oxygen-free atmosphere gas, the crystal grains can be enlarged while leaving a certain amount of oxygen vacancies. The effect which reduces the light absorption rate in can be acquired. In addition, since a certain amount of oxygen deficiency remains in the transparent conductive film 13, it is possible to reduce the light absorption rate while maintaining good contact resistance with the semiconductor layer 12.

第1アニール工程と第2アニール工程とにおける雰囲気温度としては、600℃より高い温度とするのが、光吸収率のばらつきを抑えることができるので望ましく、更に、630℃以上とすると更にばらつき度合いを抑えることができるので望ましい。   As the atmospheric temperature in the first annealing step and the second annealing step, it is desirable to set the temperature higher than 600 ° C. in order to suppress variation in the light absorption rate. Further, if the temperature is set to 630 ° C. or higher, the degree of variation is further increased. This is desirable because it can be suppressed.

アニールの際の雰囲気温度が600℃より低ければ、透明導電膜13の光吸収率のばらつきが大きくなる。雰囲気温度の上限については、発光素子として動作する範囲であれば、特に制限されない。しかし、雰囲気温度の上限については、順方向電流が小さくなり輝度低下したり、電圧降下が大きくなったりするような発光素子の特性悪化が生じない程度の温度とするのが望ましい。   If the atmospheric temperature during annealing is lower than 600 ° C., the variation in the light absorption rate of the transparent conductive film 13 increases. The upper limit of the ambient temperature is not particularly limited as long as it is a range that operates as a light emitting element. However, it is desirable that the upper limit of the ambient temperature be a temperature that does not cause deterioration of the characteristics of the light emitting element such that the forward current is reduced, the luminance is reduced, and the voltage drop is increased.

次に、低屈折率誘電膜141を成膜する。低屈折率誘電膜141は、スパッタ法により成膜することができる。ここで、低屈折率誘電膜141の成膜方法について、詳細に説明する。   Next, a low refractive index dielectric film 141 is formed. The low refractive index dielectric film 141 can be formed by sputtering. Here, a method for forming the low refractive index dielectric film 141 will be described in detail.

まず、透明導電膜13と接する第1の低屈折率誘電膜141aおよび第2の低屈折率誘電膜141bは、透明導電膜13の原膜を成膜したときと同様のスパッタ装置により成膜することができる。   First, the first low-refractive-index dielectric film 141a and the second low-refractive-index dielectric film 141b that are in contact with the transparent conductive film 13 are formed by the same sputtering apparatus as when the original film of the transparent conductive film 13 is formed. be able to.

まず、オキサイドモードによるスパッタで第1の低屈折率誘電膜141aを成膜する。そして、次に、メタルモードによるスパッタで第2の低屈折率誘電膜141bを成膜する。第2の低屈折率誘電膜141bをメタルモードによるスパッタで成膜することで、スパッタレートをオキサイドモードによるスパッタより大きくすることができるので、より反射率の高い膜厚の第2の低屈折率誘電膜141bを効率よく成膜することができる。従って、量産性を高めることができる。   First, the first low refractive index dielectric film 141a is formed by sputtering in the oxide mode. Next, a second low refractive index dielectric film 141b is formed by sputtering in a metal mode. Since the second low-refractive-index dielectric film 141b is formed by sputtering in the metal mode, the sputtering rate can be made larger than that in the oxide-mode sputtering, so that the second low-refractive index having a film thickness with higher reflectivity can be obtained. The dielectric film 141b can be formed efficiently. Therefore, mass productivity can be improved.

なお、オキサイドモードとは、ターゲット表面が酸化されて酸化物として飛び出した成膜材料を付着させて成膜するモードを指す。メタルモードとは、ターゲットから金属粒子がスパッタされて基板上で酸化反応させて成膜するモードを指す。   Note that the oxide mode refers to a mode in which a film is formed by attaching a film forming material that has been oxidized as a target surface and jumped out as an oxide. The metal mode refers to a mode in which metal particles are sputtered from a target and oxidized to form a film on a substrate.

第1の低屈折率誘電膜141aとなる誘電膜と、第2の低屈折率誘電膜141bとなる誘電膜とが成膜されれば、接着誘電膜142となる誘電膜を成膜する。   If the dielectric film to be the first low-refractive index dielectric film 141a and the dielectric film to be the second low-refractive index dielectric film 141b are formed, a dielectric film to be the adhesive dielectric film 142 is formed.

そして、透明導電膜13との導通領域となる透明導電膜13の周縁部C1と格子部C2とを除く反射領域となる領域に、マスクを形成する。   Then, a mask is formed in a region to be a reflective region excluding the peripheral edge portion C1 and the lattice portion C2 of the transparent conductive film 13 which is a conductive region with the transparent conductive film 13.

次に、マスクされた反射領域以外の領域を透明導電膜13が露出するまでエッチングにより除去することで、第1の低屈折率誘電膜141aと第2の低屈折率誘電膜141bと接着誘電膜142とが形成される。そして、第1の低屈折率誘電膜141aと第2の低屈折率誘電膜141bとが形成されれば、マスクの除去を行う。   Next, the first low-refractive index dielectric film 141a, the second low-refractive index dielectric film 141b, and the adhesive dielectric film are removed by etching until the transparent conductive film 13 is exposed except for the masked reflective area. 142 is formed. Then, when the first low refractive index dielectric film 141a and the second low refractive index dielectric film 141b are formed, the mask is removed.

次に、反射導電膜143を導通領域および反射領域全体にAg膜またはAl膜により成膜する。そして、p型半導体層123と発光層122とn型半導体層121の一部とがエッチングにより除去された領域にn電極15を、透明導電膜13および反射部14全体を覆うようにp電極16を形成することで発光素子を作製することができる。   Next, the reflective conductive film 143 is formed with an Ag film or an Al film over the entire conductive region and the reflective region. Then, the n-type electrode 15 is covered in a region where the p-type semiconductor layer 123, the light emitting layer 122, and a part of the n-type semiconductor layer 121 are removed by etching, and the p-type electrode 16 is formed so as to cover the entire transparent conductive film 13 and the reflective portion 14. By forming the light emitting element, a light emitting element can be manufactured.

(実施例1)
本実施例1では、発明品1として、基板上にITOによる単膜を成膜して透明導電膜13とし、波長が455nmの光を照射して、その光吸収率を測定した。
Example 1
In Example 1, as Invention 1, a single film of ITO was formed on a substrate to form a transparent conductive film 13, and the light absorptance was measured by irradiating light with a wavelength of 455 nm.

なお、スパッタの条件は以下である。   The sputtering conditions are as follows.

(a)ターゲット:Al
(b)雰囲気ガス:Arガス(流量:50sccm 圧力:0.2Pa)
(c)マイクロ波パワー:500W/RFパワー:500W
(d)オキサイドモードにおけるO2ガスの流量:11ccm
(e)メタルモードにおけるO2ガスの流量:10ccm
低屈折率誘電膜141としてスパッタで成膜されるAl23膜の膜厚は30nmである。
(A) Target: Al
(B) Atmospheric gas: Ar gas (flow rate: 50 sccm pressure: 0.2 Pa)
(C) Microwave power: 500 W / RF power: 500 W
(D) O 2 gas flow rate in oxide mode: 11 ccm
(E) O 2 gas flow rate in metal mode: 10 ccm
The film thickness of the Al 2 O 3 film formed by sputtering as the low refractive index dielectric film 141 is 30 nm.

第1アニール工程は以下の条件で行った。   The first annealing step was performed under the following conditions.

(a)雰囲気ガス:N2ガス(流量:20L/分 圧力:0.2Pa)
2ガス(流量: 5L/分 圧力:0.2Pa)
(b)雰囲気温度:650℃
(c)加熱時間:3分間
第2アニール工程は以下の条件で行った。
(A) Atmospheric gas: N 2 gas (flow rate: 20 L / min, pressure: 0.2 Pa)
O 2 gas (flow rate: 5 L / min, pressure: 0.2 Pa)
(B) Atmospheric temperature: 650 ° C
(C) Heating time: 3 minutes The second annealing step was performed under the following conditions.

(a)雰囲気ガス:N2ガス(流量: 5L/分 圧力:0.2Pa)
(b)雰囲気温度:650℃
(c)加熱時間:10分間
また、比較品1として、スパッタによる原膜の成膜までは同じで、アニールを2段階アニールとせずに、1回のアニールとした。その場合の条件を以下に示す。
(A) Atmospheric gas: N 2 gas (flow rate: 5 L / min, pressure: 0.2 Pa)
(B) Atmospheric temperature: 650 ° C
(C) Heating time: 10 minutes Further, as Comparative product 1, the same process up to the formation of the original film by sputtering was performed, and the annealing was carried out once instead of the two-step annealing. The conditions in that case are shown below.

(a)雰囲気ガス:O2ガス(流量:20L/分 圧力:0.2Pa)
(b)雰囲気温度:650℃
(c)加熱時間:13分間
結果を図4に示す。図4に示すグラフからもわかるように、波長455nmの光吸収率は、発明品が0.09%であるのに対して、比較品1では0.24%で、約63%改善した。
(A) Atmospheric gas: O 2 gas (flow rate: 20 L / min pressure: 0.2 Pa)
(B) Atmospheric temperature: 650 ° C
(C) Heating time: 13 minutes The results are shown in FIG. As can be seen from the graph shown in FIG. 4, the light absorptance at a wavelength of 455 nm was 0.09% for the inventive product, but 0.24% for the comparative product 1, an improvement of about 63%.

(実施例2)
本実施例2では、実施例1における発明品1と、第1アニール工程、第2アニール工程のそれぞれの雰囲気温度を630℃(発明品2)としたものとの透明導電膜13の光吸収率のばらつきを測定した。また、比較品2として、スパッタによる原膜の成膜までは同じで、アニール条件を2段階アニールとせずに、1回のアニールとした。但し、雰囲気温度は600℃である。
(Example 2)
In the present Example 2, the light absorptance of the transparent conductive film 13 of the invention 1 in Example 1 and the atmosphere temperature of each of the first annealing step and the second annealing step set to 630 ° C. (Invention 2). The dispersion of was measured. Further, as comparative product 2, the same process up to the formation of the original film by sputtering was performed, and the annealing condition was set to one annealing instead of the two-step annealing. However, the ambient temperature is 600 ° C.

図5から分かるように、1段階アニールの比較品2よりも雰囲気温度を630℃とした2段階アニールの発明品2の方が光吸収率が低減していることがわかる。また、アニールの際の雰囲気温度を630℃とした発明品2より雰囲気温度を650℃とした発明品1の方がばらつきが抑えられていることがわかる。   As can be seen from FIG. 5, the light absorption rate of the invention product 2 of the two-stage annealing with the ambient temperature of 630 ° C. is lower than that of the comparison product 2 of the one-step annealing. In addition, it can be seen that the variation in Invention 1 with an atmospheric temperature of 650 ° C. was suppressed more than Invention Product 2 with an atmospheric temperature of 630 ° C. during annealing.

本発明は、低光吸収率の透明導電膜を安定的に成膜できることで、高い品質が確保できるので、基板に発光層を含む半導体層が積層され、発光層からの光を基板方向へ反射する反射部を備えた発光素子の製造方法に好適である。   In the present invention, a transparent conductive film having a low light absorption rate can be stably formed, so that high quality can be ensured. Therefore, a semiconductor layer including a light emitting layer is laminated on a substrate, and light from the light emitting layer is reflected toward the substrate. It is suitable for the manufacturing method of the light emitting element provided with the reflective part to perform.

11 透光性基板
12 半導体層
13 透明導電膜
14 反射部
15 n電極
16 p電極
121 n型半導体層
122 発光層
123 p型半導体層
141 低屈折率誘電膜
141a 第1の低屈折率誘電膜
141b 第2の低屈折率誘電膜
142 接着誘電膜
143 反射導電膜
B 実装基板
K バンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Translucent board | substrate 12 Semiconductor layer 13 Transparent conductive film 14 Reflection part 15 N electrode 16 P electrode 121 N type semiconductor layer 122 Light emitting layer 123 P type semiconductor layer 141 Low refractive index dielectric film 141a First low refractive index dielectric film 141b Second low refractive index dielectric film 142 Adhesive dielectric film 143 Reflective conductive film B Mounting substrate K Bump

Claims (5)

光透過性を有する基板と、前記基板に、n型半導体層、発光層およびp型半導体層が積層された半導体層と、前記半導体層に積層され、金属酸化物からなる成膜材料により成膜された透明導電膜と、前記透明導電膜に積層された反射部とを備えた発光素子の製造方法であって、
前記金属酸化物からなる成膜材料をターゲットとすると共に、酸素非含有雰囲気ガスにより前記半導体層に前記透明導電膜の原膜をスパッタにより成膜するスパッタ工程と、
前記原膜を酸素含有雰囲気ガスによりアニールする第1アニール工程と、
前記第1アニール工程の後に、酸素非含有雰囲気ガスによりアニールする第2アニール工程とを含み、
前記第1アニール工程または前記第2アニール工程のいずれか一方、または両方の雰囲気温度が600℃より高いことを特徴する発光素子の製造方法。
A film having a light-transmitting property, a semiconductor layer in which an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked on the substrate, and a film-forming material that is stacked on the semiconductor layer and made of a metal oxide. A method of manufacturing a light emitting device comprising: the transparent conductive film formed; and a reflective portion laminated on the transparent conductive film,
A sputtering step of targeting the film-forming material made of the metal oxide and forming the transparent conductive film on the semiconductor layer by sputtering with an oxygen-free atmosphere gas;
A first annealing step of annealing the original film with an oxygen-containing atmosphere gas;
A second annealing step of annealing with an oxygen-free atmosphere gas after the first annealing step,
A method for manufacturing a light-emitting element, wherein an atmosphere temperature of one or both of the first annealing step and the second annealing step is higher than 600 ° C.
前記第1アニール工程または前記第2アニール工程のいずれか一方、または両方の雰囲気温度が630℃より高い請求項1記載の発光素子の製造方法。 2. The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 1, wherein the atmosphere temperature of one or both of the first annealing step and the second annealing step is higher than 630 ° C. 3. 前記透明導電膜を、InとSnとGaとAlとを含む金属酸化物あるいはInとZnとGaとAlとを含む金属酸化物で成膜する請求項1または2記載の発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 1, wherein the transparent conductive film is formed using a metal oxide containing In, Sn, Ga, and Al or a metal oxide containing In, Zn, Ga, and Al. 前記透明導電膜を、ITOにより成膜する請求項3記載の発光素子の製造方法。 The method of manufacturing a light emitting element according to claim 3, wherein the transparent conductive film is formed of ITO. 前記透明導電膜を、10nm以上で成膜する請求項1から4のいずれかの項に記載の発光素子の製造方法。 The manufacturing method of the light emitting element of any one of Claim 1 to 4 which forms the said transparent conductive film into 10 nm or more.
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