JP2014075527A - Semiconductor element structure and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯可能、あるいは、貼り付け可能な半導体素子に関する。 The present invention relates to a portable or attachable semiconductor element.
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、直接遷移型の半導体のｐ−ｎ接合を用いて作製されている。特に、赤、橙、黄、緑色のＬＥＤでは、燐化ガリウム（ＧａＰ）や砒化ガリウム（ＧａＡｓ）系の材料が、緑、青色、および紫外域でのＬＥＤには、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の材料が用いられ、市販されている。これらのＬＥＤは、半導体結晶基板（〜０．５ｍｍ）上に結晶成長した薄膜（〜数μｍ）を基本構造としており、耐久性があり、１０年以上の素子寿命を持つ。このようなメリットを有する一方、硬い結晶基板を使用していることから、フレキシブルデバイスや超薄型のシステムにＬＥＤを組み込むためには、基板部分を研磨するなどして薄膜化したり、基板自体を剥離する必要があり、実用化の障壁となっている。一方、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）は、有機発光体や有機半導体などの柔らかい材料を用いた素子であり、身に着けて持ち運べることやディスプレー応用を想定して注目を浴びている。実際に、小型ではあるが有機ＥＬディスプレーは実用化されている。しかし、この材料は、文字通り、有機物を使用しているため、耐久性に問題がある。特に湿気や酸素などの外気に触れるような環境下では、劣化を起こす問題があるため、材料保護の観点から封止する必要がある。 A light emitting diode (LED) is manufactured using a pn junction of a direct transition type semiconductor. In particular, gallium phosphide (GaP) and gallium arsenide (GaAs) materials are used for red, orange, yellow, and green LEDs, and gallium nitride (GaN) based materials are used for LEDs in green, blue, and ultraviolet regions. Materials are used and are commercially available. These LEDs have a basic structure of a thin film (up to several μm) grown on a semiconductor crystal substrate (up to 0.5 mm), are durable, and have an element lifetime of 10 years or longer. While having such merits, since a hard crystal substrate is used, in order to incorporate LEDs into flexible devices and ultra-thin systems, the substrate portion is made thin by polishing or the substrate itself is It is necessary to peel off, which is a barrier to practical use. On the other hand, organic electroluminescence (EL) is an element using a soft material such as an organic light emitter or an organic semiconductor, and has been attracting attention on the assumption that it can be worn and displayed. Actually, although it is small, an organic EL display has been put into practical use. However, since this material literally uses organic matter, there is a problem in durability. In particular, there is a problem of causing deterioration in an environment where it comes into contact with outside air such as moisture and oxygen, so it is necessary to seal from the viewpoint of material protection.
フレキシブルデバイスや超薄型のシステムに薄膜状のＬＥＤなどの薄膜素子を組み込むための手法として、成長用基板上で成長させた薄膜素子を剥離し、第２の基板に貼り付けることが提案され、研究されている。 As a method for incorporating a thin film element such as a thin film LED into a flexible device or an ultra-thin system, it is proposed to peel off a thin film element grown on a growth substrate and attach it to a second substrate, It has been studied.
例えば、ウルツ鉱型ＡｌＧａＩｎＢＮ薄膜は、気相成長法（ＶＰＥ）や有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、サファイア基板またはシリコンカーバイト基板上へ成長することが可能である。サファイア基板またはシリコンカーバイト基板から、ＶＰＥ法またはＭＯＣＶＤ法により成長したウルツ鉱型ＡｌＧａＩｎＢＮ薄膜を分離して第２の基板に転写する方法として、２つの方法が提案されている。１つは、サファイア基板上の低温成長ＧａＮバッファ層上に成長したウルツ鉱型ＡｌＧａＩｎＢＮ薄膜に波長２４８ｎｍのエキシマレーザー等を照射してサファイア基板との界面のＧａＮを熱的に溶融し、サファイア基板からウルツ鉱型ＡｌＧａＩｎＢＮ薄膜を分離する方法である。分離したウルツ鉱型ＡｌＧａＩｎＢＮ薄膜は、第２の基板に転写される。この方法を「レーザーリフトオフ」と呼ぶ（非特許文献１参照）。もう１つは、化学的にエッチング可能なＣｒＮバッファ層をサファイア基板上に成長し、そのバッファ層上にウルツ鉱型ＡｌＧａＩｎＢＮ薄膜を成長し、成長後の過塩素酸等による化学的なエッチングにより界面に存在するバッファ層をエッチングしてサファイア基板からウルツ鉱型ＡｌＧａＩｎＢＮ薄膜を分離する方法である。分離したウルツ鉱型ＡｌＧａＩｎＢＮ薄膜は、第２の基板に転写される。この方法を「ケミカルリフトオフ」と呼ぶ（非特許文献２参照）。 For example, a wurtzite AlGaInBN thin film can be grown on a sapphire substrate or a silicon carbide substrate by vapor phase epitaxy (VPE) or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Two methods have been proposed as a method of separating a wurtzite AlGaInBN thin film grown by a VPE method or a MOCVD method from a sapphire substrate or a silicon carbide substrate and transferring it to a second substrate. One is to irradiate a wurtzite AlGaInBN thin film grown on a low-temperature grown GaN buffer layer on a sapphire substrate with an excimer laser having a wavelength of 248 nm to thermally melt GaN at the interface with the sapphire substrate. This is a method for separating a wurtzite AlGaInBN thin film. The separated wurtzite AlGaInBN thin film is transferred to the second substrate. This method is called “laser lift-off” (see Non-Patent Document 1). The other is that a chemically etchable CrN buffer layer is grown on a sapphire substrate, a wurtzite AlGaInBN thin film is grown on the buffer layer, and the interface is obtained by chemical etching with perchloric acid after the growth. The wurtzite AlGaInBN thin film is separated from the sapphire substrate by etching the buffer layer present in the substrate. The separated wurtzite AlGaInBN thin film is transferred to the second substrate. This method is called “chemical lift-off” (see Non-Patent Document 2).
しかしながら、レーザーリフトオフには、レーザーリフトオフ用装置が高価である点、基板１枚ずつのプロセスであるため生産性が低い点、ウルツ鉱型ＡｌＧａＩｎＢＮ薄膜にダメージを与え欠陥等が増加する点等の問題がある。 However, laser lift-off has problems such as expensive laser lift-off devices, low productivity due to the process of one substrate at a time, damage to wurtzite AlGaInBN thin films, and increased defects. There is.
また、ケミカルリフトオフには、ＣｒＮバッファ層を成長させるためのＲＦスパッタ装置が必要であり、またＣｒＮバッファ層の堆積プロセスが複雑である点、過塩素酸のＣｒＮエッチングプロセスが必要である点等の問題がある。 Further, the chemical lift-off requires an RF sputtering apparatus for growing the CrN buffer layer, the complicated deposition process of the CrN buffer layer, and the perchloric acid CrN etching process. There's a problem.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サファイア基板上に成長したＬＥＤ構造を当該サファイア基板から分離してできる薄膜化したＬＥＤ等の素子をフィルムやテープに貼り付けることで、素子を保護し、携帯可能な、あるいは、どこかに貼り付けることが可能な素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is to form a thin film LED or other element formed by separating an LED structure grown on a sapphire substrate from the sapphire substrate. It is an object of the present invention to provide an element that protects the element by being attached to and can be carried or can be attached somewhere.
本発明の窒化物半導体構造は、グラファイト型窒化ホウ素薄膜および前記グラファイト型窒化ホウ素薄膜上のＳｉドープＡｌＧａＮ薄膜で構成されたバッファ層と、前記バッファ層上のＳｉドープＧａＮ薄膜と、前記ＳｉドープＧａＮ薄膜上の多重量子井戸と、前記多重量子井戸上のＭｇドープＧａＮ薄膜とを備えることを特徴とする。 The nitride semiconductor structure of the present invention includes a graphite-type boron nitride thin film and a buffer layer composed of a Si-doped AlGaN thin film on the graphite-type boron nitride thin film, a Si-doped GaN thin film on the buffer layer, and the Si-doped GaN. It comprises a multiple quantum well on a thin film and an Mg-doped GaN thin film on the multiple quantum well.
また、本発明の窒化物半導体構造は、前記グラファイト型窒化ホウ素薄膜に蒸着された第１の電極と、前記ＭｇドープＧａＮ薄膜に蒸着された第２の電極と、前記グラファイト型窒化ホウ素薄膜及び前記第１の電極を覆う第１の透明フィルムと、前記ＭｇドープＧａＮ薄膜および前記第２の電極を覆う第２の透明フィルムとを更に有する。 The nitride semiconductor structure of the present invention includes a first electrode deposited on the graphite-type boron nitride thin film, a second electrode deposited on the Mg-doped GaN thin film, the graphite-type boron nitride thin film, and the A first transparent film covering the first electrode; and a second transparent film covering the Mg-doped GaN thin film and the second electrode.
また、本発明の窒化物半導体構造の、前記第１および第２の透明フィルムは、ラミネートフィルムであることを特徴とする。 In the nitride semiconductor structure of the present invention, the first and second transparent films are laminate films.
また、本発明の窒化物半導体構造の、前記第１および第２の透明フィルムは、粘着テープであることを特徴とする。 Further, the first and second transparent films of the nitride semiconductor structure of the present invention are adhesive tapes.
本発明の窒化物半導体構造の作製方法は、サファイア基板の上にバッファ層を成長するステップと、前記バッファ層の上に窒化物半導体構造を成長させるステップであって、前記バッファ層の上にＳｉドープＧａＮ薄膜を成長させるステップと、前記ＳｉドープＧａＮ薄膜の上に多重量子井戸を成長させるステップと、前記多重量子井戸の上にＭｇドープＧａＮ薄膜を成長させるステップと、を含む、ステップと、前記バッファ層と前記窒化物半導体構造を前記バッファ層から力学的に分離して、剥離窒化物半導体構造を作製するステップとを含み、前記バッファ層は、前記サファイア基板上のグラファイト型窒化ホウ素薄膜および前記窒化ホウ素薄膜上のＳｉドープＡｌＧａＮ薄膜で構成されることを特徴とする。 The method for producing a nitride semiconductor structure according to the present invention includes a step of growing a buffer layer on a sapphire substrate and a step of growing a nitride semiconductor structure on the buffer layer, wherein Si is formed on the buffer layer. Growing a doped GaN thin film; growing a multiple quantum well on the Si doped GaN thin film; and growing an Mg doped GaN thin film on the multiple quantum well; and Mechanically separating the buffer layer and the nitride semiconductor structure from the buffer layer to produce a release nitride semiconductor structure, the buffer layer comprising a graphite-type boron nitride thin film on the sapphire substrate and the It is characterized by comprising a Si-doped AlGaN thin film on a boron nitride thin film.
また、本発明の窒化物半導体構造の作製方法は、前記分離の後に前記グラファイト型窒化ホウ素薄膜に第１の電極を蒸着するステップと、前記分離の前に前記ＭｇドープＧａＮ薄膜に第２の電極を蒸着するステップと、前記グラファイト型窒化ホウ素薄膜及び前記第１の電極を第１の透明フィルムで覆うステップと、前記ＭｇドープＧａＮ薄膜および前記第２の電極を第２の透明フィルムで覆うステップとを更に有することを特徴とする。 The method for producing a nitride semiconductor structure according to the present invention includes a step of depositing a first electrode on the graphite-type boron nitride thin film after the separation, and a second electrode on the Mg-doped GaN thin film before the separation. Depositing the graphite-type boron nitride thin film and the first electrode with a first transparent film; and covering the Mg-doped GaN thin film and the second electrode with a second transparent film; It further has these.
また、本発明の窒化物半導体構造の作製方法の、前記第１および第２の透明フィルムは、ラミネートフィルムであることを特徴とする。 In the method for producing a nitride semiconductor structure according to the present invention, the first and second transparent films are laminate films.
また、本発明の窒化物半導体構造の作製方法の、前記第１および第２の透明フィルムは、粘着テープであることを特徴とする。 In the method for producing a nitride semiconductor structure according to the present invention, the first and second transparent films are adhesive tapes.
基板から剥離したＬＥＤをラミネートフィルムやセロファンテープ等の粘着テープなどで覆うことにより、非常に薄い（数μｍ程度の）剥離ＬＥＤを保護することができる。このことにより、軽くてフレキシブル、携帯可能、どこにでも貼って使用できる光源として使用することができるようになる。 By covering the LED peeled from the substrate with an adhesive tape such as a laminate film or cellophane tape, a very thin peeled LED (about several μm) can be protected. This makes it possible to use it as a light source that is light, flexible, portable, and can be used anywhere.
［実施例１］
図１に、本発明の窒化物半導体によるＬＥＤ構造の実施例１の成長の層構造を示す。まず、（０００１）サファイア基板１１を、ＭＯＣＶＤ装置内に導入し、反応炉圧力３００Ｔｏｒｒ、水素ガス雰囲気において、基板温度１０８０℃でサーマルクリーニングを行った。次に、トリエチルボロンとアンモニアを供給することにより、（０００１）ｈ−ＢＮ薄膜１２を、基板温度１０８０℃で成長させた。ｈ−ＢＮ薄膜１２の膜厚は３ｎｍである。次に、ｈ−ＢＮ薄膜１２の上に、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、アンモニア、シランを供給することにより、ｎ型ＡｌＧａＮ薄膜として、基板温度１０５０℃でＳｉドープウルツ鉱型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ１３薄膜を成長させた。Ｓｉドープウルツ鉱型ＡｌＧａＮ薄膜１３の膜厚は０．３μｍである。このように、サファイア基板１１にｈ−ＢＮ薄膜１２及びＳｉドープＡｌＧａＮ薄膜１３で構成されるバッファ層を成長し、その上にＬＥＤ構造１０を成長させる。Ｓｉドープウルツ鉱型ＡｌＧａＮ薄膜１３上に、トリメチルガリウム、アンモニア、シランを供給することにより、ｎ型ＧａＮ薄膜として、Ｓｉドープウルツ鉱型ＧａＮ薄膜１４を、基板温度１０５０℃で成長させた。Ｓｉドープウルツ鉱型ＧａＮ薄膜１４の膜厚は２．０μｍである。次に、基板温度を７３０℃に下げ、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、アンモニアを用いて、Ｓｉドープウルツ鉱型ＧａＮ薄膜１４上に、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸１５を成長させた。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは１．８ｎｍであり、１０周期の量子井戸を成長させた。その後、基板温度を再び１０５０℃に上げて、トリメチルガリウム、アンモニア、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いて、ｐ型ＧａＮ薄膜として、Ｍｇドープウルツ鉱型ＧａＮ薄膜１６を基板温度１０５０℃で成長させ、ＬＥＤ構造を作製した。その後、Ｍｇアクセプタの活性化のために、窒素雰囲気中、７００℃において１０分間アニールを行った。
[Example 1]
FIG. 1 shows the layer structure of the growth of Example 1 of the LED structure using the nitride semiconductor of the present invention. First, the (0001) sapphire substrate 11 was introduced into an MOCVD apparatus, and thermal cleaning was performed at a substrate temperature of 1080 ° C. in a reactor gas pressure of 300 Torr and a hydrogen gas atmosphere. Next, (0001) h-BN thin film 12 was grown at a substrate temperature of 1080 ° C. by supplying triethylboron and ammonia. The film thickness of the h-BN thin film 12 is 3 nm. Next, trimethylaluminum, trimethylgallium, ammonia, and silane are supplied onto the h-BN thin film 12 to form an n-type AlGaN thin film at a substrate temperature of 1050 ° C. and a Si-doped wurtzite Al 0.2 Ga 0.8. N13 thin films were grown. The film thickness of the Si-doped wurtzite AlGaN thin film 13 is 0.3 μm. Thus, the buffer layer composed of the h-BN thin film 12 and the Si-doped AlGaN thin film 13 is grown on the sapphire substrate 11, and the LED structure 10 is grown thereon. By supplying trimethylgallium, ammonia, and silane onto the Si-doped wurtzite AlGaN thin film 13, a Si-doped wurtzite GaN thin film 14 was grown at a substrate temperature of 1050 ° C. as an n-type GaN thin film. The film thickness of the Si-doped wurtzite GaN thin film 14 is 2.0 μm. Next, the substrate temperature was lowered to 730 ° C., and an InGaN / GaN multiple quantum well 15 was grown on the Si-doped wurtzite GaN thin film 14 using trimethylindium, triethylgallium, and ammonia. The thickness of the InGaN well layer was 1.8 nm, and 10-period quantum wells were grown. Thereafter, the substrate temperature is increased again to 1050 ° C., and trimethylgallium, ammonia, and cyclopentadienyl magnesium are used to grow a Mg-doped wurtzite GaN thin film 16 as a p-type GaN thin film at a substrate temperature of 1050 ° C. Was made. Thereafter, annealing was performed at 700 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere in order to activate the Mg acceptor.
Ｓｉのドーピング濃度は２×１０１８ｃｍ−３、Ｍｇのドーピング濃度は３×１０１９ｃｍ−３である。また、多重量子井戸のＩｎＧａＮのＩｎ組成は０．１５である。さらにＧａＮ障壁層の膜厚は３．７ｎｍである。 The doping concentration of Si is 2 × 10 18 cm −3 , and the doping concentration of Mg is 3 × 10 19 cm −3 . The In composition of InGaN in the multiple quantum well is 0.15. Furthermore, the film thickness of the GaN barrier layer is 3.7 nm.
ｈ−ＢＮ薄膜１２の厚さは一原子層以上であれば、ｈ−ＢＮ薄膜１２およびＡｌＧａＮ薄膜１３で構成されるバッファ層上に、上記ＬＥＤ構造を成長させることができる。同様に、ｈ−ＢＮ薄膜１２の代わりにｔ−ＢＮ薄膜を用いたバッファ層上にも、上記ＬＥＤ構造を成長させることができる。ＳｉドープＡｌＧａＮ薄膜１３のＡｌ組成は、１０％以上であれば、ｈ−ＢＮ薄膜１２およびＳｉドープＡｌＧａＮ薄膜１３で構成されるバッファ層上に上記ＬＥＤ構造を成長させることができる。また、ＳｉドープＡｌＧａＮ薄膜１３の膜厚は０．１μｍ以上であれば、上記ＬＥＤ構造を成長させことができる。また、バッファ層を構成するＳｉドープＡｌＧａＮ薄膜１３のＡｌ組成は、ｈ−ＢＮ薄膜１２上からＳｉドープウルツ鉱型ＧａＮ薄膜１４に向けて、１０％から０％と傾斜組成構造にしても良い。 If the thickness of the h-BN thin film 12 is one atomic layer or more, the LED structure can be grown on the buffer layer composed of the h-BN thin film 12 and the AlGaN thin film 13. Similarly, the LED structure can be grown on a buffer layer using a t-BN thin film instead of the h-BN thin film 12. If the Al composition of the Si-doped AlGaN thin film 13 is 10% or more, the LED structure can be grown on the buffer layer composed of the h-BN thin film 12 and the Si-doped AlGaN thin film 13. Moreover, the said LED structure can be grown if the film thickness of the Si dope AlGaN thin film 13 is 0.1 micrometer or more. Further, the Al composition of the Si-doped AlGaN thin film 13 constituting the buffer layer may be a gradient composition structure from 10% to 0% from the h-BN thin film 12 toward the Si-doped wurtzite GaN thin film 14.
ホール効果測定から、Ｓｉドープウルツ鉱型ＧａＮ薄膜１４は、ｎ型を示し、キャリア濃度は２×１０１８ｃｍ−３、移動度は１６０ｃｍ２／Ｖｓであり、Ｍｇドープウルツ鉱型ＧａＮ薄膜１６は、ｐ型を示し、キャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３、移動度は８ｃｍ２／Ｖｓであった。 From the Hall effect measurement, the Si-doped wurtzite GaN thin film 14 is n-type, the carrier concentration is 2 × 10 18 cm −3 , the mobility is 160 cm 2 / Vs, and the Mg-doped wurtzite GaN thin film 16 is p The mold was shown, the carrier concentration was 1 × 10 17 cm −3 , and the mobility was 8 cm 2 / Vs.
次に、成長させたＬＥＤ構造１０に電極を取り付ける。図２は本発明の１実施例の電極を取り付けたＬＥＤ構造２０を示す図である。まず、ＬＥＤ構造１０の試料全面（ＭｇドープＧａＮ１６上）にｐ型用の電極となるＰｄ／Ａｕ１７を５ｎｍ／５ｎｍ蒸着した。このような膜厚の電極にした理由は、配線との良好な接触を保ちつつ、ＬＥＤからの発光を透過するためである。表面側より光を取り出さない場合は、ｐ型用の電極となるＰｄ／Ａｕ１７を必ずしも透明あるいは半透明電極にする必要はない。その場合は、裏面より光を取り出すため、裏面電極は、透明あるいは半透明電極にしたほうが、光取り出しの観点からは良い。次に、フォトリソグラフィとウェットエッチングによって、ｐ型用電極Ｐｄ／Ａｕ１７を円形の電極となるようにパターニングした。 Next, electrodes are attached to the grown LED structure 10. FIG. 2 is a diagram showing an LED structure 20 to which an electrode according to one embodiment of the present invention is attached. First, 5 nm / 5 nm of Pd / Au 17 serving as a p-type electrode was deposited on the entire surface of the LED structure 10 (on the Mg-doped GaN 16). The reason why the electrode has such a film thickness is to transmit light emitted from the LED while maintaining good contact with the wiring. When light is not extracted from the surface side, Pd / Au 17 serving as a p-type electrode does not necessarily need to be a transparent or translucent electrode. In that case, in order to extract light from the back surface, it is better from the viewpoint of light extraction that the back electrode is a transparent or translucent electrode. Next, the p-type electrode Pd / Au 17 was patterned to be a circular electrode by photolithography and wet etching.
その後、機械的な力を加えることにより、ＬＥＤ構造をサファイア基板１１から剥離する（剥離ＬＥＤ）。サファイア基板１１上の上記ＬＥＤ構造は、サファイア基板１１上とＳｉドープＡｌＧａＮとの層間が、ファンデアワールス力で結合しているｈ−ＢＮ薄膜１２で接合されている。したがって、ファンデルワールス力の結合力以上の機械的な力を加えることにより、ＬＥＤ構造を簡単にサファイア基板１１から剥離することが可能となる。 Thereafter, the mechanical force is applied to peel off the LED structure from the sapphire substrate 11 (peeled LED). The LED structure on the sapphire substrate 11 is joined by the h-BN thin film 12 in which the interlayer between the sapphire substrate 11 and the Si-doped AlGaN is bonded by van der Waals force. Therefore, it is possible to easily peel the LED structure from the sapphire substrate 11 by applying a mechanical force equal to or greater than the binding force of the van der Waals force.
剥離ＬＥＤ構造の裏面のｎ型層とコンタクトをとるために、１７０℃程度に熱して溶かしたＩｎの表面をなぞるようにすることで、剥離ＬＥＤのｎ型の面に溶かしたＩｎ１８を付ける。このようにすることで、ｎ型層へのコンタクトが改善される。 In order to make contact with the n-type layer on the back surface of the peeled LED structure, the dissolved In18 is attached to the n-type surface of the peeled LED by tracing the surface of In melted by heating to about 170 ° C. By doing so, the contact to the n-type layer is improved.
次に、市販のラミネートフィルムにより剥離ＬＥＤ２０をはさんでＬＥＤを作製する。図３は、剥離ＬＥＤ２０をラミネートフィルムではさんだＬＥＤの構造図である。まず、第１のラミネートフィルム（１００μｍ厚）に第１の配線となるＰｄ／Ａｕ２１を蒸着した。第１の配線を施した面及び第２の配線を施した面を表とする。第１の配線を施した第１のラミネートフィルム２３表面に、電極１７及び１８を作製した剥離ＬＥＤ２０を配置する。この時、剥離ＬＥＤ２０裏面のＩｎ１８と第１のラミネートフィルム２３上の第１の配線Ｐｄ／Ａｕ２１が接触するように配置する。次に、もう一枚の配線である第２のＰｄ／Ａｕ配線２２を施した第２のラミネートフィルム２４を表面同士が張り合わされるように、静かに重ね合わせる。この時、第１及び第２のラミネートフィルム２３、２４上に蒸着された第１及び第２の配線２１、２２が接触しないようにし、上から重ね合わせた第２の配線２２が剥離ＬＥＤ２０の表側のＰｄ／Ａｕ電極１７に接触するよう重ねなければならない。このように剥離ＬＥＤ２０を、配線２１、２２を施したラミネートフィルム２３、２４ではさんだ後に、約１１０℃程度で熱圧着する。２枚のラミネートフィルム２３、２４上の配線２１、２２が完全に覆われてしまうようなサイズのフィルムを使用すると、熱圧着後、配線２１、２２とコンタクトが取れなくなる。従って、フィルムは、２枚を重ね合わせた際に、両配線２１、２２の一部分が露出するようなサイズにしなければならない。 Next, an LED is manufactured by sandwiching the peeled LED 20 with a commercially available laminate film. FIG. 3 is a structural diagram of an LED in which a peeled LED 20 is sandwiched between laminate films. First, Pd / Au 21 serving as the first wiring was vapor-deposited on the first laminate film (100 μm thickness). The surface to which the first wiring is applied and the surface to which the second wiring is applied are used as tables. The peeled-off LED 20 on which the electrodes 17 and 18 are produced is disposed on the surface of the first laminate film 23 provided with the first wiring. At this time, it arrange | positions so that In18 of peeling LED20 back surface and the 1st wiring Pd / Au21 on the 1st laminate film 23 may contact. Next, the second laminate film 24 provided with the second Pd / Au wiring 22, which is another wiring, is gently overlapped so that the surfaces are bonded to each other. At this time, the first and second wirings 21 and 22 deposited on the first and second laminate films 23 and 24 are not in contact with each other, and the second wiring 22 superimposed from above is the front side of the peeled LED 20. The Pd / Au electrodes 17 must be stacked so as to be in contact with each other. In this manner, the peeled LED 20 is thermocompression bonded at about 110 ° C. after being sandwiched between the laminated films 23 and 24 to which the wirings 21 and 22 are applied. If a film having a size that completely covers the wirings 21 and 22 on the two laminated films 23 and 24 is used, the wirings 21 and 22 cannot be contacted after thermocompression bonding. Therefore, the film must be sized so that a part of both the wirings 21 and 22 is exposed when the two sheets are overlapped.
上記ＬＥＤ構造の電流電圧特性を、図４に示す。明瞭な整流特性を示しており、良好なダイオード構造が形成されていることが確認できた。また、青紫色発光が目視で観測された。本発明の転写されたＬＥＤの電流注入発光スペクトルから、波長４３０ｎｍにピークを有する青紫色の電流注入発光スペクトルが明瞭に得られた。 The current-voltage characteristics of the LED structure are shown in FIG. It showed clear rectification characteristics and confirmed that a good diode structure was formed. In addition, blue-violet emission was visually observed. From the current injection emission spectrum of the transferred LED of the present invention, a blue-violet current injection emission spectrum having a peak at a wavelength of 430 nm was clearly obtained.
［実施例２］
図１に示す成長の層構造と同様の層構造を有するＬＥＤ構造をＭＯＣＶＤ法により作製した。剥離ＬＥＤ３０の作製の手順を図５に示す。Ｍｇアクセプタの活性化のために、窒素雰囲気中、７００℃において１０分間アニールを行った。次に、試料全面（ＭｇドープＧａＮ１６上）にｐ型用の電極となるＰｄ／Ａｕ３１を５ｎｍ／５ｎｍ蒸着した。このような膜厚の電極にした理由は、配線との良好な接触を保ちつつ、ＬＥＤからの発光を透過するためである。表面側より光を取り出さない場合は、ｐ型用の電極３１は、必ずしも透明あるいは半透明電極にする必要はない。その場合は、裏面より光を取り出すため、裏面電極は、透明あるいは半透明電極にしたほうが、光取り出しの観点からは良い。次に、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより、図６のようなパターンを作製した。続いてＣｌ２系のＥＣＲプラズマエッチング装置により、上記パターンをＰｄ／Ａｕ３１のマスクとしてｎ型層（ＳｉドープＧａＮ１４層）に達するまでエッチングし、メサ構造を作製した。ここで、エッチングに関しては、必ずしも、ｎ型層に達する必要はなく、エッチングにより残ったｐ型層が十分空乏し高抵抗化するようなエッチング深さでもよい。また、メサ構造の作製は、素子に流れる電流が電極部分から広がらず、効率的に発光層（活性層）に流れることを主な目的としているため、必ずしもメサ構造にする必要はない。次に、プラズマエッチングによって露出した面には、露出面の保護（パッシベーション）の目的と、ｎ型の面が出ている場合は、配線時にｐ型層と短絡してしまうため、アイソレーションのために絶縁膜を堆積する。今回は、ＥＣＲプラズマスパッタによってＳｉＯ２３２を５０ｎｍ堆積した。次に、機械的な力を加えることにより、ＬＥＤ構造３０をサファイア基板から剥離する。剥離したＬＥＤ構造３０の裏面のｎ型層にＡｌ／Ａｕ３３を５ｎｍ／５ｎｍ蒸着する。この膜厚にする理由は、表面に作製した電極と同じ理由である。裏面からの光取り出しを考えない場合は、Ａｌ／Ａｕ３３を５ｎｍ／５ｎｍより厚くしても問題ない。
[Example 2]
An LED structure having a layer structure similar to the growth layer structure shown in FIG. 1 was fabricated by MOCVD. The procedure for producing the peeled LED 30 is shown in FIG. In order to activate the Mg acceptor, annealing was performed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 10 minutes. Next, 5 nm / 5 nm of Pd / Au 31 serving as a p-type electrode was deposited on the entire surface of the sample (on the Mg-doped GaN 16). The reason why the electrode has such a film thickness is to transmit light emitted from the LED while maintaining good contact with the wiring. When light is not extracted from the surface side, the p-type electrode 31 does not necessarily need to be a transparent or translucent electrode. In that case, in order to extract light from the back surface, it is better from the viewpoint of light extraction that the back electrode is a transparent or translucent electrode. Next, a pattern as shown in FIG. 6 was produced by photolithography and wet etching. Subsequently, the pattern was etched with a Cl 2 -based ECR plasma etching apparatus using the Pd / Au 31 mask until it reached the n-type layer (Si-doped GaN 14 layer) to produce a mesa structure. Here, regarding the etching, it is not always necessary to reach the n-type layer, and the etching depth may be such that the p-type layer remaining after the etching is sufficiently depleted and the resistance is increased. The mesa structure is not necessarily required to have a mesa structure because the main purpose is that the current flowing through the element does not spread from the electrode portion and efficiently flows to the light emitting layer (active layer). Next, on the surface exposed by plasma etching, the purpose of protecting the exposed surface (passivation), and if there is an n-type surface, it is short-circuited with the p-type layer at the time of wiring. An insulating film is deposited on the substrate. This time, 50 nm of SiO 2 32 was deposited by ECR plasma sputtering. Next, the LED structure 30 is peeled from the sapphire substrate by applying a mechanical force. Al / Au 33 is deposited on the n-type layer on the back surface of the peeled LED structure 30 by 5 nm / 5 nm. The reason for making this film thickness is the same reason as the electrode produced on the surface. If light extraction from the back surface is not considered, there is no problem even if the Al / Au 33 is thicker than 5 nm / 5 nm.
次に、剥離ＬＥＤ３０をセロファンテープ等の粘着テープ（５０μｍ厚）でサンドイッチしたＬＥＤの作製法を述べる。図７は、実施例２の粘着テープＬＥＤ４０の作製の手順を示す図である。透明な第１の粘着テープ４１を、粘着面を上にして机等に固定する。粘着面上に５０φの第１の金線４３を配置する。次に、適当な大きさに切った第１のアルミフォイル４５を２枚、第１の金線４３の上から第１の粘着テープ４１に貼り付ける。こうすることで、第１の金線４３と第１のアルミフォイル４５が接触するため、第１のアルミフォイル４５を電極として使用することができる。続いて、第１の金線４３の上に剥離ＬＥＤ３０を配置する。この時、剥離ＬＥＤ３０の裏面のＡｌ／Ａｕ３３と第１の金線４３が接触するようにして配置し、剥離ＬＥＤ３０を第１の金線４３越しに粘着テープ４１に貼り付ける。剥離ＬＥＤ３０を貼り付けた後、剥離ＬＥＤ３０の表面側にパターニングされたＰｄ／Ａｕ３１上に第２の金線４４を配置する。この時、裏面と接触している第１の金線４３と直接接触しないようにする。第２の金線４４の上には、第１の金線４３と同様に、適当な大きさに切った第２のアルミフォイル４６を第１の粘着テープ４１に貼り付ける。このようにして、剥離ＬＥＤ３０の表面側の電極３１と第２のアルミフォイル４６をコンタクトする。最後に、机に固定した第１の粘着テープ４１の粘着面と新たな第２の粘着テープ４２の粘着面が貼り合わさるような向きで、粘着テープ同士を貼り付ける。第１及び第２のアルミフォイル４５、４６は全部テープで覆わず、一部分を露出したままにする。 Next, a method for producing an LED in which the peeled LED 30 is sandwiched with an adhesive tape (50 μm thickness) such as cellophane tape will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a procedure for manufacturing the adhesive tape LED 40 of the second embodiment. The transparent first adhesive tape 41 is fixed to a desk or the like with the adhesive surface facing up. A 50φ first gold wire 43 is placed on the adhesive surface. Next, two first aluminum foils 45 cut to an appropriate size are attached to the first adhesive tape 41 from above the first gold wire 43. By carrying out like this, since the 1st gold wire 43 and the 1st aluminum foil 45 contact, the 1st aluminum foil 45 can be used as an electrode. Subsequently, the peeling LED 30 is disposed on the first gold wire 43. At this time, it arrange | positions so that Al / Au33 and the 1st gold wire 43 of the back surface of peeling LED30 may contact, and the peeling LED30 is affixed on the adhesive tape 41 over the 1st gold wire 43. FIG. After attaching the peeled LED 30, the second gold wire 44 is disposed on the Pd / Au 31 patterned on the surface side of the peeled LED 30. At this time, the first gold wire 43 that is in contact with the back surface is not directly contacted. Similar to the first gold wire 43, a second aluminum foil 46 cut to an appropriate size is attached to the first adhesive tape 41 on the second gold wire 44. In this way, the electrode 31 on the surface side of the peeled LED 30 and the second aluminum foil 46 are contacted. Finally, the adhesive tapes are pasted together so that the adhesive surface of the first adhesive tape 41 fixed to the desk and the adhesive surface of the new second adhesive tape 42 are pasted together. The first and second aluminum foils 45, 46 are not all covered with tape, leaving a portion exposed.
このようにして作製した第１及び第２の粘着テープ４１、４２ではさんだ剥離ＬＥＤ３０の発光の様子を図８に示す。剥離プロセスやテープに貼り付けるプロセスを通しても、ＬＥＤとして機能していることが分かる。 FIG. 8 shows a state of light emission of the peeled LED 30 sandwiched between the first and second adhesive tapes 41 and 42 produced as described above. It turns out that it functions as LED also through the peeling process and the process affixed on a tape.
基板から剥離したＬＥＤをラミネートフィルムや粘着テープなどで覆うことにより、非常に薄い（数μｍ程度の）剥離ＬＥＤを保護することができる。このことにより、軽くてフレキシブル、携帯可能、どこにでも貼って使用できる光源として使用することができるようになる。 By covering the LED peeled from the substrate with a laminate film or an adhesive tape, a very thin peeled LED (about several μm) can be protected. This makes it possible to use it as a light source that is light, flexible, portable, and can be used anywhere.
透明で接着可能な２枚のフィルム、シートあるいはテープ等で、ＬＥＤ薄膜をサンドイッチすることを特徴としている。 The LED thin film is sandwiched between two transparent, adhesive films, sheets or tapes.
１０ ＬＥＤ成長の層構造
１１ サファイア基板
１２ ｈ−ＢＮ
１３ ＳｉドープＡｌＧａＮ
１４ ＳｉドープＧａＮ
１５ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸
１６ ＭｇドープＧａＮ
１７ Ｐｄ／Ａｕ電極
１８ Ｉｎ電極
２０ 剥離ＬＥＤ構造
２１、２２ Ｐｄ／Ａｕ導線
２３、２４ ラミネートフィルム
３１、３３ 半透明Ｐｄ／Ａｕ電極
３２ ＳｉＯ
４１、４２ 粘着テープ
４３、４４ 金線
４５、４６ アルミフォイル
10 Layer structure of LED growth 11 Sapphire substrate 12 h-BN
13 Si-doped AlGaN
14 Si-doped GaN
15 InGaN / GaN multiple quantum well 16 Mg-doped GaN
17 Pd / Au electrode 18 In electrode 20 Peeling LED structure 21, 22 Pd / Au conductor 23, 24 Laminate film 31, 33 Translucent Pd / Au electrode 32 SiO
41, 42 Adhesive tape 43, 44 Gold wire 45, 46 Aluminum foil
Claims (8)
前記バッファ層上のＳｉドープＧａＮ薄膜と、
前記ＳｉドープＧａＮ薄膜上の多重量子井戸と、
前記多重量子井戸上のＭｇドープＧａＮ薄膜と
を備えることを特徴とする窒化物半導体構造。 A buffer layer composed of a graphite-type boron nitride thin film and a Si-doped AlGaN thin film on the graphite-type boron nitride thin film;
A Si-doped GaN thin film on the buffer layer;
Multiple quantum wells on the Si-doped GaN thin film;
A nitride semiconductor structure comprising an Mg-doped GaN thin film on the multiple quantum well.
前記ＭｇドープＧａＮ薄膜に蒸着された第２の電極と、
前記グラファイト型窒化ホウ素薄膜及び前記第１の電極を覆う第１の透明フィルムと、
前記ＭｇドープＧａＮ薄膜および前記第２の電極を覆う第２の透明フィルムと、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体構造。 A first electrode deposited on the graphite-type boron nitride thin film;
A second electrode deposited on the Mg-doped GaN thin film;
A first transparent film covering the graphite-type boron nitride thin film and the first electrode;
A second transparent film covering the Mg-doped GaN thin film and the second electrode;
The nitride semiconductor structure according to claim 1, further comprising:
前記バッファ層の上に窒化物半導体構造を成長させるステップであって、
前記バッファ層の上にＳｉドープＧａＮ薄膜を成長させるステップと、
前記ＳｉドープＧａＮ薄膜の上に多重量子井戸を成長させるステップと、
前記多重量子井戸の上にＭｇドープＧａＮ薄膜を成長させるステップと、
を含む、ステップと、
前記バッファ層と前記窒化物半導体構造を前記バッファ層から力学的に分離して、剥離窒化物半導体構造を作製するステップと
を含み、
前記バッファ層は、前記サファイア基板上のグラファイト型窒化ホウ素薄膜および前記窒化ホウ素薄膜上のＳｉドープＡｌＧａＮ薄膜で構成されることを特徴とする窒化物半導体構造の作製方法。 Growing a buffer layer on the sapphire substrate;
Growing a nitride semiconductor structure on the buffer layer, comprising:
Growing a Si-doped GaN thin film on the buffer layer;
Growing a multiple quantum well on the Si-doped GaN thin film;
Growing an Mg-doped GaN thin film on the multiple quantum well;
Including steps, and
Mechanically separating the buffer layer and the nitride semiconductor structure from the buffer layer to produce a stripped nitride semiconductor structure;
The method for producing a nitride semiconductor structure, wherein the buffer layer is composed of a graphite-type boron nitride thin film on the sapphire substrate and a Si-doped AlGaN thin film on the boron nitride thin film.
前記分離の前に前記ＭｇドープＧａＮ薄膜の上に第２の電極を蒸着するステップと、
前記グラファイト型窒化ホウ素薄膜及び前記第１の電極を第１の透明フィルムで覆うステップと、
前記ＭｇドープＧａＮ薄膜および前記第２の電極を第２の透明フィルムで覆うステップと
を更に有することを特徴とする請求項５に記載の作製方法。 Depositing a first electrode on the graphite-type boron nitride thin film after the separation;
Depositing a second electrode on the Mg-doped GaN thin film before the separation;
Covering the graphite-type boron nitride thin film and the first electrode with a first transparent film;
The method according to claim 5, further comprising a step of covering the Mg-doped GaN thin film and the second electrode with a second transparent film.
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