JP2014135433A - Light-emitting element manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a light-emitting element having high luminous efficiency.SOLUTION: A light-emitting element manufacturing method comprises: forming a reflective layer 32 between a support substrate 100 and a semiconductor layer 20 so as to cover an entire surface of an n-type layer 21 including an n-side ohmic electrode 31. Even though the reflective layer 32 also serves as an electrode for the n-type layer 21, unlike the n-side ohmic electrode 31, the reflective layer 32 is composed of a material having high reflectance against light emitted from the semiconductor layer 20. As a result, the reflective layer 32 is inferior in a function (contact resistance and ohmic characteristics) as an electrode to the n-side ohmic electrode 31. The above-described structure is joined to the support substrate 100 via a support substrate side joining layer (joining layer) 101 and a semiconductor layer side joining layer (joining layer ) 33.

Description

本発明は、エピタキシャル成長によって形成されたIII族窒化物半導体を用いた発光素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a light emitting device using a group III nitride semiconductor formed by epitaxial growth and a method for manufacturing the same.

GaN、AlGaN、InAlGaNに代表されるIII族窒化物半導体は、そのバンドギャップが広いために、青色、紫外光等のLED(発光ダイオード)、LD(レーザーダイオード)等の発光素子やパワー素子の材料として広く用いられている。III族窒化物半導体基板は高価であり容易には入手できない状況であるため、例えばサファイア基板などの異種基板上にこの化合物半導体をヘテロエピタキシャル成長するのが一般的である。   Group III nitride semiconductors typified by GaN, AlGaN, and InAlGaN have wide band gaps, and therefore, materials for light emitting devices such as LEDs (light emitting diodes) such as blue and ultraviolet light and LDs (laser diodes) and power devices Is widely used. Since a group III nitride semiconductor substrate is expensive and not easily available, it is common to heteroepitaxially grow this compound semiconductor on a different substrate such as a sapphire substrate.

III族窒化物半導体は、基板上にバッファ層を形成した後、通常、n型層、発光層、p型層の順にエピタキシャル成長によって形成される。p型層から順に形成することも不可能ではないが、p型層の活性化や不純物拡散など複数の問題が生じるため、一般的ではない。しかしながら、この構成において基板となるサファイアは絶縁性である。また、最上層となるp型層は電荷担体の移動度がn型層と比べて低いために、これを薄くして層抵抗を下げる必要がある。これらの要因のため、この積層構造を維持した状態でLED等を製造する場合には、レイアウト上に大きな制限が加わる。例えば、p側の電極、n側の電極を共にサファイア基板と反対側の表面に設けることが必要となる。この場合、これらの電極が設けられた箇所は発光に寄与しないため、有効な発光面積を確保することは困難であった。   The group III nitride semiconductor is usually formed by epitaxial growth in the order of an n-type layer, a light emitting layer, and a p-type layer after forming a buffer layer on the substrate. It is not impossible to form the layers sequentially from the p-type layer, but it is not general because a plurality of problems such as activation of the p-type layer and impurity diffusion occur. However, the sapphire that is the substrate in this configuration is insulative. In addition, since the p-type layer which is the uppermost layer has a lower mobility of charge carriers than the n-type layer, it is necessary to reduce the thickness and reduce the layer resistance. Due to these factors, when an LED or the like is manufactured in a state where this laminated structure is maintained, a great limitation is imposed on the layout. For example, it is necessary to provide both the p-side electrode and the n-side electrode on the surface opposite to the sapphire substrate. In this case, the location where these electrodes are provided does not contribute to light emission, so it is difficult to ensure an effective light emission area.

このため、n型層、発光層、p型層からなる積層構造をサファイア基板上に順次成長し、p型層の側を他の基板に接合した後に、サファイア基板を剥離除去し、以降はこの接合された基板を積層構造の支持基板として用いる技術が提案されている。サファイア基板を剥離除去する技術としては、レーザー光の照射を用いたレーザーリフトオフ(例えば特許文献1)、サファイア基板とn型層の間のバッファ層(リフトオフ層)を化学的に除去するケミカルリフトオフ(例えば特許文献2)が知られている。   For this reason, a laminated structure composed of an n-type layer, a light emitting layer, and a p-type layer is sequentially grown on the sapphire substrate, the p-type layer side is bonded to another substrate, and then the sapphire substrate is peeled and removed. A technique has been proposed in which a bonded substrate is used as a support substrate having a laminated structure. As a technique for peeling and removing the sapphire substrate, laser lift-off using laser light irradiation (for example, Patent Document 1), chemical lift-off for chemically removing the buffer layer (lift-off layer) between the sapphire substrate and the n-type layer ( For example, Patent Document 2) is known.

これらの技術を用いれば、n型GaN層の裏面(サファイア基板が存在した側の面)を露出させることができ、かつ新たな支持基板としては、絶縁性、導電性のいずれのものも用いることができるため、レイアウト上の自由度が高まる。特に、p型層側の全面に電極を形成することによってp型層側の電極抵抗を低くし、かつ抵抗率の低いn型層の表面の一部に電極を形成することによって、電極抵抗を低くしたLEDを得ることができる。この場合、特許文献3に記載のように、支持基板を導電性とすれば、支持基板をp型層側の配線として使用することができる。この場合には、LEDからの発光は、n型層の表面から取り出される。   If these technologies are used, the back surface of the n-type GaN layer (the surface on which the sapphire substrate is present) can be exposed, and a new support substrate should be either insulating or conductive. This increases the degree of freedom in layout. In particular, by forming an electrode on the entire surface of the p-type layer side, the electrode resistance on the p-type layer side is lowered, and by forming the electrode on a part of the surface of the n-type layer having a low resistivity, Lowered LEDs can be obtained. In this case, as described in Patent Document 3, if the support substrate is conductive, the support substrate can be used as the wiring on the p-type layer side. In this case, the light emitted from the LED is extracted from the surface of the n-type layer.

このように、レーザーリフトオフやケミカルリフトオフを用いることによって、実質的な発光面積が大きいLEDを得ることができる。   In this way, by using laser lift-off or chemical lift-off, an LED having a substantial light emitting area can be obtained.

特開2002−185039号公報JP 2002-185039 A 特開2009−54888号公報JP 2009-54888 A 特開2000−277804号公報JP 2000-277804 A

上記の構成においては、p型層側が支持基板に接合されるが、これは、実際にはp型層表面に形成された電極を、例えばハンダや金などの接合層を介して支持基板側に接合することによって行われる。この際、このp側オーミック電極の材料としてはp型層とオーミック接触するNiとAuとの積層(Ni/Au)やITO等が用いられ、ハンダとしては例えばAu−Sn合金等が用いられ、Auなどの同種金属間接合の場合は熱押圧でこれらは接合される。この場合、接合の際に加わる熱やその後のオーミック接触に必要な加熱を起因として、LEDの特性に悪影響を与えることがある。   In the above configuration, the p-type layer side is bonded to the support substrate. In practice, however, the electrode formed on the surface of the p-type layer is connected to the support substrate side via a bonding layer such as solder or gold. This is done by joining. At this time, as the material of the p-side ohmic electrode, a layer of Ni and Au that makes ohmic contact with the p-type layer (Ni / Au), ITO or the like is used, and as the solder, for example, an Au—Sn alloy or the like is used. In the case of bonding between similar metals such as Au, these are bonded by hot pressing. In this case, the characteristics of the LED may be adversely affected due to heat applied at the time of bonding and heating necessary for subsequent ohmic contact.

こうした悪影響を発生させるメカニズムは定かではないが、例えば、接合に必要な加熱がオーミック接触に最適な熱量を超過する、または、接合層のSnなどの金属がNi/AuやITOと混食してオーミック接合を阻害する、または、水素の移動によってp型層内のアクセプタの活性化率が変化する、等が考えられる。この場合、全体としてLEDの順方向電圧Vfが上昇し、電極抵抗が局所的に高くなった場合には、部分発光(発光ムラ)等の発光異常が発生する。   Although the mechanism for generating such adverse effects is not clear, for example, the heating necessary for bonding exceeds the optimum amount of heat for ohmic contact, or the metal such as Sn in the bonding layer is mixed with Ni / Au or ITO to make ohmic contact. It is conceivable that the bonding is inhibited or the activation rate of the acceptor in the p-type layer is changed by the movement of hydrogen. In this case, when the forward voltage Vf of the LED increases as a whole and the electrode resistance locally increases, a light emission abnormality such as partial light emission (light emission unevenness) occurs.

発明者らによる鋭意研究の結果、上記のような発光異常などの悪影響は、p型層表面に形成された電極が金属等の接合層を介して支持基板等に接合され、p型層と支持基板等とに挟まれた状態でp型オーミック電極が加熱された場合に顕著に発生し、p型層表面に形成された電極が金属等の接合層を介して支持基板等に接合されていない状態でp型オーミック電極が加熱された場合にはほとんど発生しないことがわかった。このため、従来のp型層側に支持基板を接合した縦型の発光素子構造では、実質的な発光面積が大きく発光効率の高い構成のLEDを安定して供給することは実際には困難であった。   As a result of diligent research by the inventors, the adverse effects such as the above-described abnormal light emission are caused by the fact that the electrode formed on the surface of the p-type layer is bonded to a support substrate or the like via a bonding layer of metal or the like, This phenomenon occurs remarkably when the p-type ohmic electrode is heated while being sandwiched between the substrate and the like, and the electrode formed on the surface of the p-type layer is not bonded to the support substrate or the like via a bonding layer such as metal. When the p-type ohmic electrode was heated in the state, it was found that it hardly occurred. Therefore, in a conventional vertical light emitting device structure in which a support substrate is bonded to the p-type layer side, it is actually difficult to stably supply an LED having a large substantial light emitting area and high luminous efficiency. there were.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の発光素子は、n型III族窒化物半導体層と、発光層と、p型III族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記n型III族窒化物半導体層が接合層を介して支持基板と接合され、前記n型III族窒化物半導体層と前記接合層との間に設けられた反射層を具備し、前記p型III族窒化物半導体層の主面側から光を発することを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記反射層が、金属または誘電体多層膜からなることを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記n型III族窒化物半導体層と前記接合層との間に、前記n型III族窒化物半導体層と接して局所的に形成されたn側オーミック電極をさらに具備することを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記反射層と前記n型III族窒化物半導体層との間には、前記n型III族窒化物半導体層と接し、かつ、前記n側オーミック電極と重複しない位置に、前記光を透過させる反射下地層をさらに具備することを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記反射下地層は、前記積層構造の成長時に使用され、成長用基板と前記n型III族窒化物半導体層との間に形成された単結晶のAlNバッファ層を含むことを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記反射下地層における少なくとも前記反射層側において誘電体層が設けられたことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記反射層は、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、モリブデン(Mo)、又はアルミニウム(Al)を含むことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記反射層は、誘電体からなる多層構造を具備し、前記誘電体には少なくともSiO、HfO、Sc、TiO、Al、SiNが含まれることを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記p型III族窒化物半導体層の上に形成され、前記半導体層が発する光を一部透過させるあるいはメッシュ形状を有するp側オーミック電極と、前記p側オーミック電極を局所的に覆って前記p側オーミック電極と接するp側電極と、を具備することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、n型III族窒化物半導体層と、発光層と、p型III族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記n型III族窒化物半導体層が支持基板に接合層を介して接合された構成を具備する発光素子の製造方法であって、第1の基板上にリフトオフ層を介して前記積層構造を、前記n型III族窒化物半導体層、前記発光層、前記p型III族窒化物半導体層の順に形成する成長工程と、前記p型III族窒化物半導体層の主面側を、介在層を介して第2の基板に接合する第1接合工程と、前記リフトオフ層を除去して前記第1の基板を前記積層構造から剥離する第1剥離工程と、前記積層構造における前記n型III族窒化物半導体層の主面側に、n側オーミック電極を局所的に形成する工程と、前記発光層が発する光を反射させる反射層を形成する反射層形成工程とを有し、前記反射層に接合層を介して前記支持基板を接合する第2接合工程と、前記介在層を除去して前記第2の基板を前記半導体層から剥離する第2剥離工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第2の基板の室温での熱膨張係数が4×10−6〜7×10−6/Kの範囲であることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第1の基板と前記第2の基板とを同一の材料で構成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第1の基板及び前記第2の基板の主体をサファイアとすることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記介在層をポリイミド系の樹脂材料で構成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記介在層の厚さを0.3μm以上5.0μm以下とすることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第1剥離工程と前記反射層形成工程の間に、露出した前記n型III族窒化物半導体層の表面に局所的にn側オーミック電極を形成するn側オーミック電極形成工程を具備し、前記反射層形成工程において、前記反射層を、少なくとも前記n側オーミック電極が形成されない前記n型III族窒化物半導体層の表面に形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記反射層形成工程において、前記n型III族窒化物半導体層との間に反射下地層を介在させて前記反射層を形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記成長工程と前記第1接合工程の間において、前記p型III族窒化物半導体層の主面側にp側オーミック電極を形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第2剥離工程の後において、前記p型III族窒化物半導体層の主面側から前記積層構造を局所的にエッチングすることによって前記主面側において前記n型III族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかを局所的に露出させる半導体層エッチング工程と、前記主面側において局所的に露出した前記n型III族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかの表面にn側電極を形成するn側電極形成工程と、を具備することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The light emitting device of the present invention has a laminated structure including an n-type group III nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type group III nitride semiconductor layer, and the n-type group III nitride semiconductor layer is a bonding layer. And a reflection layer provided between the n-type group III nitride semiconductor layer and the bonding layer, and is configured to emit light from the main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer. It is characterized by emitting.
In the light emitting device of the present invention, the reflective layer is made of a metal or a dielectric multilayer film.
The light emitting device of the present invention further includes an n-side ohmic electrode locally formed in contact with the n-type group III nitride semiconductor layer between the n-type group III nitride semiconductor layer and the bonding layer. It is characterized by doing.
In the light emitting device of the present invention, the reflective layer and the n-type group III nitride semiconductor layer are in contact with the n-type group III nitride semiconductor layer and do not overlap with the n-side ohmic electrode. And a reflective underlayer that transmits the light.
In the light emitting device of the present invention, the reflective underlayer includes a single crystal AlN buffer layer used during the growth of the stacked structure and formed between the growth substrate and the n-type group III nitride semiconductor layer. It is characterized by that.
The light emitting device of the present invention is characterized in that a dielectric layer is provided at least on the reflective layer side in the reflective underlayer.
In the light-emitting element of the present invention, the reflective layer contains ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), or aluminum (Al).
In the light emitting device of the present invention, the reflective layer has a multilayer structure made of a dielectric, and the dielectric includes at least SiO 2 , HfO 2 , Sc 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , and SiN. It is characterized by that.
The light emitting device of the present invention includes a p-side ohmic electrode formed on the p-type group III nitride semiconductor layer, partially transmitting light emitted from the semiconductor layer or having a mesh shape, and the p-side ohmic electrode. A p-side electrode locally covering and in contact with the p-side ohmic electrode.
The method for manufacturing a light-emitting device according to the present invention has a laminated structure including an n-type group III nitride semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type group III nitride semiconductor layer, and the n-type group III nitride semiconductor layer Is a method of manufacturing a light emitting device having a structure in which a laminated structure is bonded to a support substrate via a bonding layer, the stacked structure being formed on the first substrate via a lift-off layer, and the n-type group III nitride semiconductor layer A growth step of forming the light emitting layer and the p-type group III nitride semiconductor layer in this order, and a main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer is joined to a second substrate via an intervening layer. 1 bonding step, a first peeling step of removing the lift-off layer and peeling the first substrate from the laminated structure, and a main surface side of the n-type group III nitride semiconductor layer in the laminated structure, n Forming the side ohmic electrode locally; A reflective layer forming step of forming a reflective layer that reflects light emitted from the optical layer, a second bonding step of bonding the support substrate to the reflective layer via a bonding layer, and removing the intervening layer And a second peeling step for peeling the second substrate from the semiconductor layer.
The method for manufacturing a light emitting device according to the present invention is characterized in that the thermal expansion coefficient of the second substrate at room temperature is in the range of 4 × 10 −6 to 7 × 10 −6 / K.
The method for manufacturing a light emitting element according to the present invention is characterized in that the first substrate and the second substrate are made of the same material.
The method for manufacturing a light emitting element according to the present invention is characterized in that sapphire is the main body of the first substrate and the second substrate.
The method for manufacturing a light emitting device according to the present invention is characterized in that the intervening layer is made of a polyimide resin material.
The method for manufacturing a light emitting device of the present invention is characterized in that the thickness of the intervening layer is 0.3 μm or more and 5.0 μm or less.
In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, the n-side ohmic electrode is locally formed on the exposed surface of the n-type group III nitride semiconductor layer between the first peeling step and the reflective layer forming step. A side ohmic electrode forming step, wherein in the reflecting layer forming step, the reflecting layer is formed at least on the surface of the n-type group III nitride semiconductor layer where the n-side ohmic electrode is not formed.
The method for manufacturing a light emitting device of the present invention is characterized in that, in the reflective layer forming step, the reflective layer is formed with a reflective base layer interposed between the n-type group III nitride semiconductor layer.
The method for manufacturing a light emitting device according to the present invention is characterized in that a p-side ohmic electrode is formed on a main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer between the growth step and the first bonding step.
In the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, after the second peeling step, the stacked structure is locally etched from the main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer, so that the main surface side a semiconductor layer etching step for locally exposing any one of the n-type group III nitride semiconductor layer, the reflective layer, and the bonding layer; and the n-type group III nitride semiconductor locally exposed on the main surface side An n-side electrode forming step of forming an n-side electrode on the surface of any one of the layer, the reflective layer, and the bonding layer.

上記の構成によって、発光効率の高い発光素子を得ることができる。   With the above structure, a light-emitting element with high emission efficiency can be obtained.

本発明の実施の形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る発光素子の第1の変形例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 1st modification of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る発光素子の第2の変形例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 2nd modification of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第1の例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the 1st example of the manufacturing method of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第1の例を示す工程断面図(続き)である。It is process sectional drawing (continuation) which shows the 1st example of the manufacturing method of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第2の例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the 2nd example of the manufacturing method of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第2の例を示す工程断面図(続き)である。It is process sectional drawing (continuation) which shows the 2nd example of the manufacturing method of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第3の例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the 3rd example of the manufacturing method of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法において用いられる第2の基板の他の例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the other example of the 2nd board | substrate used in the manufacturing method of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態に係る発光素子の一例について説明する。この発光素子においては、III族窒化物半導体からなる半導体層が用いられる。この半導体層は、n型III族窒化物半導体層(n型層)、発光層、p型III族窒化物半導体層(p型層)を含む積層構造を具備する。半導体層の成長に用いられる成長用基板とは異なる支持基板がn型層の側に接合され、発光はp型層の側から取り出される。成長用基板が別の支持基板に置き換わった形態を有しており、この形態とするには二度の接合工程を必要とする。なお、支持基板側と半導体層の上部との間で接合層を介して電流が流されて発光をする、縦型の発光素子の場合を例に説明を行う。縦型と同種の接合層を用いるならば、支持基板側に電流を流さず同じ側にpとnの2つの電極を有する横型の発光素子でもよい。   Hereinafter, an example of the light emitting element according to the embodiment of the present invention will be described. In this light emitting element, a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor is used. The semiconductor layer has a stacked structure including an n-type group III nitride semiconductor layer (n-type layer), a light emitting layer, and a p-type group III nitride semiconductor layer (p-type layer). A support substrate different from the growth substrate used for the growth of the semiconductor layer is bonded to the n-type layer side, and light emission is extracted from the p-type layer side. The growth substrate has a configuration in which it is replaced with another support substrate, and two bonding steps are required for this configuration. Note that a vertical light-emitting element that emits light when a current flows between the support substrate side and the upper portion of the semiconductor layer through a bonding layer will be described as an example. If a bonding layer of the same type as that of the vertical type is used, a horizontal light emitting element having two electrodes p and n on the same side without passing a current on the supporting substrate side may be used.

図1は、この発光素子10の構造を示す断面図である。ここで、この発光素子10においては、支持基板100の上に半導体層20が形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the light emitting element 10. Here, in the light emitting element 10, the semiconductor layer 20 is formed on the support substrate 100.

半導体層20は、図1中の下側から順にn型AlGaN層(n型III族窒化物半導体層、以下、n型層)21、発光層22、p型AlGaN層(n型III族窒化物半導体層、以下、p型層)23となった積層構造で構成される。この順序は、成長用基板から積層構造を成長させる場合と同じである。n型層21、p型層23の厚さは、例えばそれぞれ2〜6μm程度、0.1〜1μm程度であり、p型層23はn型層21よりも薄い。また、発光層22は、III族窒化物半導体のヘテロ構造からなる単量子井戸、多量子井戸構造等をもつ層である。以下、波長340nmの深紫外光を発する量子井戸型AlGaN系の発光層22を用いた場合を例に記載する。発光波長によって発光層22を含む半導体層20の構成は適宜選択される。   The semiconductor layer 20 includes an n-type AlGaN layer (n-type group III nitride semiconductor layer, hereinafter referred to as n-type layer) 21, a light emitting layer 22, and a p-type AlGaN layer (n-type group III nitride) in order from the lower side in FIG. A semiconductor layer (hereinafter referred to as a p-type layer) 23 is formed. This order is the same as that in the case of growing the laminated structure from the growth substrate. The thicknesses of the n-type layer 21 and the p-type layer 23 are, for example, about 2 to 6 μm and about 0.1 to 1 μm, respectively, and the p-type layer 23 is thinner than the n-type layer 21. The light emitting layer 22 is a layer having a single quantum well, a multiquantum well structure, or the like made of a heterostructure of a group III nitride semiconductor. Hereinafter, the case where the quantum well type AlGaN-based light emitting layer 22 emitting deep ultraviolet light having a wavelength of 340 nm is used will be described as an example. The configuration of the semiconductor layer 20 including the light emitting layer 22 is appropriately selected depending on the emission wavelength.

ここで、図1における半導体層20の下面(一方の主面)におけるn型層21の表面には、n側オーミック電極31が形成されている。n側オーミック電極31は、n型層21に対してオーミック接触をする材料で構成されるが、n型層21の表面を局所的に覆い、その形状は、例えばメッシュ状またはドット状とすることができる。局所的に覆う形状とするのは、全面とすると以下に記載する反射層の効果を十分に発揮することができないためである。   Here, an n-side ohmic electrode 31 is formed on the surface of the n-type layer 21 on the lower surface (one main surface) of the semiconductor layer 20 in FIG. The n-side ohmic electrode 31 is made of a material that makes ohmic contact with the n-type layer 21, but locally covers the surface of the n-type layer 21, and the shape thereof is, for example, a mesh shape or a dot shape Can do. The reason why the shape is locally covered is that if the entire surface is formed, the effects of the reflective layer described below cannot be sufficiently exhibited.

また、支持基板100と半導体層20の間において、このn側オーミック電極31を含むn型層21の表面(図1中の下面)全面を覆って反射層32が形成されている。反射層32もn型層21に対する電極となりうるが、n側オーミック電極31とは異なり、半導体層20が発した光の反射率が高い材料で反射層32は構成される。このため、その電極としての機能(接触抵抗やオーミック性)はn側オーミック電極31よりも劣る。なお、反射層32がn型層21の表面と接する場合は、少なくともn側オーミック電極31の形成されていない領域において接すればよい。あるいは、n側オーミック電極31が形成された以外の箇所に反射層32が局所的に形成され、n側オーミック電極31と接合層の間に反射層32がない構成としてもよい。ただし、後述する反射下地層を形成する場合は、反射下地層がn側オーミック電極31の形成されていない領域においてn型層21の表面と接する。   Further, a reflective layer 32 is formed between the support substrate 100 and the semiconductor layer 20 so as to cover the entire surface (the lower surface in FIG. 1) of the n-type layer 21 including the n-side ohmic electrode 31. Although the reflective layer 32 can also be an electrode for the n-type layer 21, unlike the n-side ohmic electrode 31, the reflective layer 32 is made of a material having a high reflectance of light emitted from the semiconductor layer 20. For this reason, the function (contact resistance and ohmic property) as the electrode is inferior to that of the n-side ohmic electrode 31. When the reflective layer 32 is in contact with the surface of the n-type layer 21, it may be in contact with at least a region where the n-side ohmic electrode 31 is not formed. Alternatively, the reflective layer 32 may be locally formed at a place other than where the n-side ohmic electrode 31 is formed, and the reflective layer 32 may not be provided between the n-side ohmic electrode 31 and the bonding layer. However, in the case of forming a reflective underlayer described later, the reflective underlayer contacts the surface of the n-type layer 21 in a region where the n-side ohmic electrode 31 is not formed.

上記の構造は、支持基板側接合層(接合層)101、半導体層側接合層(接合層)33を介して支持基板100に接合される。ここで、支持基板側接合層101は上記の構造と別体とされた支持基板100の主面に形成され、半導体層側接合層33は反射層32の全面を覆って形成される。支持基板側接合層101と半導体層側接合層33とは、ハンダを介して接合される。支持基板100として、導電性の材料、絶縁性の材料のいずれを用いることもできる。導電性の場合は、n側オーミック電極31(n型層21)に対する電気的接続は、支持基板100を介してとることができる。絶縁性の材料の場合は、表面に金属配線を形成する、もしくは、p型層23側の一部を除去してn型層21の一部を露出する構成とすることもできる。   The above structure is bonded to the support substrate 100 via the support substrate side bonding layer (bonding layer) 101 and the semiconductor layer side bonding layer (bonding layer) 33. Here, the support substrate side bonding layer 101 is formed on the main surface of the support substrate 100 separated from the above structure, and the semiconductor layer side bonding layer 33 is formed to cover the entire surface of the reflective layer 32. The support substrate side bonding layer 101 and the semiconductor layer side bonding layer 33 are bonded via solder. As the support substrate 100, either a conductive material or an insulating material can be used. In the case of conductivity, electrical connection to the n-side ohmic electrode 31 (n-type layer 21) can be made through the support substrate 100. In the case of an insulating material, a metal wiring may be formed on the surface, or a part of the n-type layer 21 may be exposed by removing a part on the p-type layer 23 side.

一方、図1におけるp型層23の上面(他方の主面)の全面には、p側オーミック電極41が形成される。p側オーミック電極41は、半導体層20が発する光に対して実質的に透明かつ導電性の材料で構成される。また、p側オーミック電極41の表面の一部には、p側電極42が形成される。ここで、p側電極42は、抵抗率の低い材料で厚く形成することができ、その電気抵抗は低い。一方、p側オーミック電極41には、半導体層20が発する光の透過率が高いことが要求され、この透過率が充分高くなるように薄く形成される。あるいは、実質的に透過率を向上させるために、光を透過させる開口部を分散して多く設けた構成としてもよい。このp側オーミック電極41とp側電極42とを組み合わせることによって、これらはp型層23に対する電極として有効に機能し、かつp側オーミック電極41で覆われかつp側電極42で覆われない領域から発光が取り出される。p型層23に対する電気的接続は、p側電極42にワイヤボンディング等を施すことによってなされる。   On the other hand, a p-side ohmic electrode 41 is formed on the entire upper surface (the other main surface) of the p-type layer 23 in FIG. The p-side ohmic electrode 41 is made of a material that is substantially transparent and conductive to light emitted from the semiconductor layer 20. A p-side electrode 42 is formed on part of the surface of the p-side ohmic electrode 41. Here, the p-side electrode 42 can be formed thick with a low resistivity material, and its electrical resistance is low. On the other hand, the p-side ohmic electrode 41 is required to have a high transmittance of light emitted from the semiconductor layer 20, and is formed thin so that the transmittance is sufficiently high. Alternatively, in order to substantially improve the transmittance, a configuration in which a large number of openings that transmit light are dispersed may be employed. By combining the p-side ohmic electrode 41 and the p-side electrode 42, they effectively function as electrodes for the p-type layer 23 and are covered with the p-side ohmic electrode 41 and not covered with the p-side electrode 42. The luminescence is taken out from. Electrical connection to the p-type layer 23 is made by performing wire bonding or the like on the p-side electrode 42.

この構成において、支持基板側接合層101と半導体層側接合層33とは、ハンダを介して接合されるため、例えばハンダに含まれるSn等が半導体層20側に拡散する場合がある。しかしながら、Snが拡散した場合であっても、n側電極とn型層との間のオーミック性や電流の広がりについては、悪影響が見られない。   In this configuration, since the support substrate side bonding layer 101 and the semiconductor layer side bonding layer 33 are bonded via solder, for example, Sn contained in the solder may diffuse to the semiconductor layer 20 side. However, even if Sn is diffused, no adverse effect is observed with respect to ohmic properties and current spread between the n-side electrode and the n-type layer.

また、この構成においては、光は半導体層20(発光層22)の全面において、主に図1中の上下方向に発せられる。このうち、上側に発せられた光は、前記の通り、p側オーミック電極41を透過して上方に発せられる。この光を遮る構造物は、図1においては総面積の小さいp側電極42のみである。一方、下側に発せられた光は、反射層32で上方に高い反射率で反射されるため、結局、前記と同様に上方に発せられる。この際、反射率が高くないn側オーミック電極31をメッシュ状あるいはドット状にしてその総面積を小さくし、大部分を反射率の高い反射層32で覆っているため、全体の反射率を高くすることができる。このようにn型層21側に反射層32を形成することは、後述する製造方法において、基板接合と基板剥離を2回ずつ行うことによって実現できる。基板接合と基板剥離を1回ずつしか行わない従来の製造方法においては、n型層21側に反射層32を形成して発光効率(光の取り出し効率)を向上させることは困難であり、上記のように半導体層20の上下両方に対して光取り出し効率を向上させる構成をとることは困難である。   Further, in this configuration, light is emitted mainly in the vertical direction in FIG. 1 over the entire surface of the semiconductor layer 20 (light emitting layer 22). Among these, the light emitted upward is transmitted upward through the p-side ohmic electrode 41 as described above. The structure that blocks this light is only the p-side electrode 42 having a small total area in FIG. On the other hand, since the light emitted downward is reflected by the reflection layer 32 with a high reflectance, it is emitted upward in the same manner as described above. At this time, the n-side ohmic electrode 31 having a low reflectance is meshed or dot-shaped to reduce the total area, and most of the n-side ohmic electrode 31 is covered with the reflective layer 32 having a high reflectance. can do. In this way, the formation of the reflective layer 32 on the n-type layer 21 side can be realized by performing substrate bonding and substrate peeling twice in a manufacturing method described later. In the conventional manufacturing method in which substrate bonding and substrate peeling are performed only once, it is difficult to improve the light emission efficiency (light extraction efficiency) by forming the reflective layer 32 on the n-type layer 21 side. Thus, it is difficult to take a configuration that improves the light extraction efficiency both above and below the semiconductor layer 20.

このため、この発光素子10においては、特に高い発光効率を得ることができる。なお、同様に支持基板と半導体層の間に反射層を設けた横型の発光素子も得ることができる。この構成については後述する。   For this reason, in this light emitting element 10, especially high luminous efficiency can be obtained. Similarly, a horizontal light emitting element in which a reflective layer is provided between a supporting substrate and a semiconductor layer can be obtained. This configuration will be described later.

また、図1の構成ではn側オーミック電極31、反射層32は共にn型層21と直接接している。このうち、n側オーミック電極31は電極として機能するためにn型層21と直接接する必要があるが、反射層32に電極としての機能は要求されないため、反射層32とn型層21とが直接接する必要はない。例えば、反射層32と半導体層20との間に他の層(反射下地層)を介在させてもよい。反射下地層には、光の透過率が高いことは要求されるが、低い電気抵抗は要求されないため、SiOやSiN等の透明な絶縁層や、後述する製造方法において用いられるバッファ層等を反射下地層として用いることができる。この場合、こうした反射下地層中に開口部を設けてn型層21を局所的に露出させ、この開口部中においてn側オーミック電極31とn型層21とを接触させることができる。この場合、反射層32と反射下地層との組み合わせも適宜設定することができる。 In the configuration of FIG. 1, both the n-side ohmic electrode 31 and the reflective layer 32 are in direct contact with the n-type layer 21. Of these, the n-side ohmic electrode 31 needs to be in direct contact with the n-type layer 21 in order to function as an electrode, but the reflective layer 32 is not required to function as an electrode. There is no need for direct contact. For example, another layer (reflective base layer) may be interposed between the reflective layer 32 and the semiconductor layer 20. The reflective underlayer is required to have high light transmittance, but low electrical resistance is not required. Therefore, a transparent insulating layer such as SiO 2 or SiN x , a buffer layer used in a manufacturing method described later, and the like Can be used as a reflective underlayer. In this case, the n-type layer 21 can be locally exposed by providing an opening in the reflective underlayer, and the n-side ohmic electrode 31 and the n-type layer 21 can be brought into contact with each other in the opening. In this case, the combination of the reflective layer 32 and the reflective base layer can also be set as appropriate.

この場合、図2に示されるような構造とすることができる。この構造においては、n側オーミック電極31は反射層32aを貫通して半導体層側接合層(接合層)33と接触することによって、n型層21と支持基板側接合層101との間の電気的接合をとることができる。このため、この構造においては、その上面と下面との間で絶縁性のある層を反射層32aとして用いることができる。例えば、反射率の高い誘電体の多層構造として、SiO/Al/SiO、Al/Al/Ai、(HfO/SiO)n/HfO/(Sc/SiO)n/Sc(ここで、nは積層サイクル数、例えばn=5)、等、電気抵抗に関わらず反射率の高い層を用いることができる。 In this case, a structure as shown in FIG. In this structure, the n-side ohmic electrode 31 penetrates the reflective layer 32 a and contacts the semiconductor layer-side bonding layer (bonding layer) 33, so that the electricity between the n-type layer 21 and the support substrate-side bonding layer 101 is obtained. Joint can be obtained. For this reason, in this structure, an insulating layer between the upper surface and the lower surface can be used as the reflective layer 32a. For example, as a dielectric multilayer structure having a high reflectivity, SiO 2 / Al / SiO 2 , Al 2 O 3 / Al / Ai 2 O 3 , (HfO 2 / SiO 2 ) n / HfO 2 / (Sc 2 O 3 / SiO 2 ) n / Sc 2 O 3 (where n is the number of stacking cycles, for example, n = 5), or the like, a layer having a high reflectance can be used regardless of the electric resistance.

あるいは、反射下地層32bを用いた図3に示される構成とすることもできる。この場合、反射下地層32bは局所的に除去され、その中にn側オーミック電極31が形成される。反射下地層32bとしては、光の透過率が高い各種の材料を用いることができるが、少なくとも反射層32側においては前記と同様の誘電体層が設けられていることが、反射率を高めるという観点では好ましい。また、反射下地層として、後述するバッファ層(例えばAlN)を用いることもできる。   Or it can also be set as the structure shown by FIG. 3 using the reflective base layer 32b. In this case, the reflective base layer 32b is locally removed, and the n-side ohmic electrode 31 is formed therein. Various materials having high light transmittance can be used for the reflective base layer 32b, but at least the dielectric layer similar to the above is provided on the reflective layer 32 side to increase the reflectance. It is preferable from the viewpoint. Further, a buffer layer (for example, AlN) described later can also be used as the reflective underlayer.

上記の発光素子10は、以下に説明する製造方法で高い歩留まりで製造することができる。図4、5は、この発光素子10の製造方法を示す工程断面図である。この製造方法においては、半導体層20の基板として、第1の基板(成長基板)、第2の基板(転写用基板)、第3の基板(支持基板)の3種類が用いられる。ここで、第1の基板と第2の基板は製造工程の途中においてのみ用いられ、その後除去される。第3の基板は前記の支持基板100であり、製造後の発光素子10においてもそのまま用いられる。ここでは、単一の支持基板100を用いて前記の発光素子10が2個製造される場合について記載する。   The light emitting element 10 can be manufactured with a high yield by the manufacturing method described below. 4 and 5 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the light emitting element 10. In this manufacturing method, three types of substrates of the semiconductor layer 20 are used: a first substrate (growth substrate), a second substrate (transfer substrate), and a third substrate (support substrate). Here, the first substrate and the second substrate are used only during the manufacturing process and then removed. The third substrate is the support substrate 100, and is used as it is in the light-emitting element 10 after manufacture. Here, a case where two light emitting elements 10 are manufactured using a single support substrate 100 will be described.

ここでは、まず、図4(a)に示されるように、第1の基板(成長基板)50の上に、リフトオフ層51、バッファ層52を介して、n型層21、発光層22、p型層23を順次成長させる(成長工程)。   Here, first, as shown in FIG. 4A, an n-type layer 21, a light emitting layer 22, a p is formed on a first substrate (growth substrate) 50 via a lift-off layer 51 and a buffer layer 52. The mold layer 23 is sequentially grown (growth process).

ここ、第1の基板(成長基板)50としては、リフトオフ層51、バッファ層52を介して、結晶性の高いIII族窒化物半導体(GaN等)からなるn型層21をエピタキシャル成長させることのできるものが用いられ、例えばサファイア基板((0001)基板)を用いることができる。その厚さは、例えば430μm程度である。   Here, as the first substrate (growth substrate) 50, the n-type layer 21 made of a highly crystalline group III nitride semiconductor (GaN or the like) can be epitaxially grown via the lift-off layer 51 and the buffer layer 52. For example, a sapphire substrate ((0001) substrate) can be used. The thickness is, for example, about 430 μm.

リフトオフ層51としては、半導体層20をこの上に結晶成長でき、かつ化学的エッチング可能な材料であり、半導体層20を後でケミカルリフトオフによって成長基板50から剥離できる材料が用いられる。この材料としては、例えばスカンジウム(Sc)を用いることができ、スパッタリング法、真空蒸着法等によって成長基板50上に形成することができる。なお、その後、アンモニア雰囲気で熱処理を行うことによってリフトオフ層51を窒化し、窒化スカンジウム(ScN)層とする。窒化スカンジウムに代わり、結晶化したハフニウム、ジルコニウム、または、窒化クロム(CrN)を用いてもよい。   As the lift-off layer 51, a material capable of crystal growth on the semiconductor layer 20 and capable of being chemically etched is used, and a material capable of peeling the semiconductor layer 20 from the growth substrate 50 by chemical lift-off later is used. As this material, for example, scandium (Sc) can be used, and can be formed on the growth substrate 50 by a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like. Thereafter, the lift-off layer 51 is nitrided by performing heat treatment in an ammonia atmosphere to form a scandium nitride (ScN) layer. Instead of scandium nitride, crystallized hafnium, zirconium, or chromium nitride (CrN) may be used.

次に、良好な結晶性の半導体層20を形成するための下地となるバッファ層52をリフトオフ層51の上にまず形成する。バッファ層52としては、用途に応じてGaN、AlGaN、AlNを用いることができるが、AlNが好ましい。その後、n型層21(n型GaN層)、発光層22(n型AlGaN層等)、p型層23(p型GaN層やp型AlGaN層)を順次形成する。これらはいずれもMOCVD法等によって形成することができ、反応ガスや温度を適宜切り替えることによって、同一の反応炉において連続的にこれらを成長させることができる。バッファ層52、n型層21、p型層23の厚さはそれぞれ20nm、2500nm、300nm程度とされる。発光層22は、良好な発光特性が得られる単量子井戸、多量子井戸構造等をもち、その厚さはその構造に応じて適宜設定される。ここで、p型層23はn型層21よりも薄くされる。この構成についても、特許文献2等に記載の一般的な構成と同様である。   Next, a buffer layer 52 serving as a base for forming a favorable crystalline semiconductor layer 20 is first formed on the lift-off layer 51. As the buffer layer 52, GaN, AlGaN, or AlN can be used depending on the application, but AlN is preferable. Thereafter, an n-type layer 21 (n-type GaN layer), a light emitting layer 22 (n-type AlGaN layer or the like), and a p-type layer 23 (p-type GaN layer or p-type AlGaN layer) are sequentially formed. Any of these can be formed by the MOCVD method or the like, and these can be continuously grown in the same reaction furnace by appropriately switching the reaction gas and temperature. The buffer layer 52, the n-type layer 21, and the p-type layer 23 have thicknesses of about 20 nm, 2500 nm, and 300 nm, respectively. The light-emitting layer 22 has a single quantum well structure, a multi-quantum well structure, or the like from which good light emission characteristics can be obtained, and the thickness is appropriately set according to the structure. Here, the p-type layer 23 is made thinner than the n-type layer 21. This configuration is also the same as the general configuration described in Patent Document 2 and the like.

次に、図4(b)に示されるように、発光領域(発光素子10における半導体層20)となるべき箇所にSiO層53を形成する。このためには、まずSiO層53をp型層23の表面全体にCVD法等によって形成し、その後でフォトリソグラフィを用いて、発光領域となるべき箇所にフォトレジストパターンを形成する。その後、このフォトレジストパターンをマスクとしてエッチング(ウェットエッチング、ドライエッチング)を行うことによって、発光領域となるべき箇所以外におけるSiO層53を除去した後でフォトレジスト層を除去すればよい。 Next, as illustrated in FIG. 4B, the SiO 2 layer 53 is formed at a position to be the light emitting region (the semiconductor layer 20 in the light emitting element 10). For this purpose, the SiO 2 layer 53 is first formed on the entire surface of the p-type layer 23 by the CVD method or the like, and then a photoresist pattern is formed at a position to be a light emitting region using photolithography. Thereafter, etching (wet etching, dry etching) is performed using this photoresist pattern as a mask, and the photoresist layer may be removed after removing the SiO 2 layer 53 except for the portion to be the light emitting region.

その後、図4(c)に示されるように、このSiO層53をマスクとしてp型層23からリフトオフ層51までのドライエッチングを行う(素子分離工程)。この際、エッチングされる各層に応じてエッチングガスを適宜切り替えてエッチングを行うことが可能である。なお、この時点で前記のフォトレジスト層を残存させておいてもよい。例えばサファイアが成長基板50として用いられた場合においては、サファイアは難エッチング材料であるため、このエッチングは成長基板50の表面で停止し、p型層23、発光層22、n型層21、バッファ層52、リフトオフ層51の側面が露出する。 Thereafter, as shown in FIG. 4C, dry etching from the p-type layer 23 to the lift-off layer 51 is performed using the SiO 2 layer 53 as a mask (element isolation step). At this time, etching can be performed by appropriately switching the etching gas according to each layer to be etched. Note that the photoresist layer may remain at this point. For example, when sapphire is used as the growth substrate 50, since sapphire is a difficult-to-etch material, this etching stops at the surface of the growth substrate 50, and the p-type layer 23, the light emitting layer 22, the n-type layer 21, and the buffer. The side surfaces of the layer 52 and the lift-off layer 51 are exposed.

次に、図4(d)に示されるように、SiO層53の上に、塗布や印刷等の方法によってポリイミド層(介在層)54を形成する。図4(d)においてはポリイミド層54はSiO層53の全面を覆って形成されている。その厚さは、0.3μm〜5μmであることが好ましく、より好ましくは1μm〜5μmであり、例えば2μm程度とすることができる。厚さが0.3μm未満では接合に必要な量が不足するおそれがあり、厚さが5μmを超えるとポリイミド層の柔軟性と高い熱膨張性(約25×10−6/K)があるために、第1の基板と第2の基板とを後述のように熱膨張係数差が小さいまたは同一の材料とした場合であっても、リフトオフ時の第1の基板50と半導体層20の間の内部応力を相殺できず、リフトオフ時に半導体層にクラックが入りやすい。ポリイミド層54は、塗布や印刷によって形成された後で、例えば225℃程度の温度でキュアされる。 Next, as shown in FIG. 4D, a polyimide layer (intervening layer) 54 is formed on the SiO 2 layer 53 by a method such as coating or printing. In FIG. 4D, the polyimide layer 54 is formed so as to cover the entire surface of the SiO 2 layer 53. The thickness is preferably 0.3 μm to 5 μm, more preferably 1 μm to 5 μm, for example, about 2 μm. If the thickness is less than 0.3 μm, the amount required for bonding may be insufficient. If the thickness exceeds 5 μm, the polyimide layer has flexibility and high thermal expansion (about 25 × 10 −6 / K). In addition, even when the first substrate and the second substrate have a small difference in thermal expansion coefficient or are made of the same material as described later, the gap between the first substrate 50 and the semiconductor layer 20 at the time of lift-off is set. Internal stress cannot be offset and cracks are likely to occur in the semiconductor layer during lift-off. The polyimide layer 54 is cured by, for example, a temperature of about 225 ° C. after being formed by coating or printing.

このように、介在層には第2の基板の熱膨張係数による内部応力相殺の効果を得るための接着力と硬さが求められる。なお、介在層の材料としては、ポリイミド系樹脂が最も好ましい。ポリイミド系よりもより柔らかい樹脂や耐熱性の低い樹脂、例えばシリコン系やレジストなどでは、同様に製造を行うことが可能ではあるものの、その厚さにかかわらず半導体層にクラックが入りやすい。   As described above, the intervening layer is required to have an adhesive force and hardness to obtain an effect of canceling the internal stress due to the thermal expansion coefficient of the second substrate. The material for the intervening layer is most preferably a polyimide resin. Although a softer resin than polyimide and a resin having low heat resistance, such as silicon and resist, can be manufactured in the same manner, the semiconductor layer is likely to crack regardless of its thickness.

一方、図4(e)に示されるように、上記の構造とは別に、第2の基板(転写用基板)60を準備する。第2の基板60は、その主体となる第2の基板主体61上にポリイミド層(介在層)62が形成されたものを用いることができる。第2の基板主体61としては、半導体層20を機械的に支持できる構成のものであり、かつ、第1の基板50およびIII族窒化物半導体の半導体層20との熱膨張係数差が小さい材料(例えば4×10−6〜7×10−6/Kの材料)であれば任意の材料のものを用いることができるが、成長基板50と同じ材料(サファイアなど)が特に好ましく用いられる。 On the other hand, as shown in FIG. 4E, a second substrate (transfer substrate) 60 is prepared separately from the above structure. As the second substrate 60, a substrate in which a polyimide layer (intervening layer) 62 is formed on a second substrate main body 61 as a main body can be used. The second substrate main body 61 is a material that can mechanically support the semiconductor layer 20 and has a small difference in thermal expansion coefficient between the first substrate 50 and the group III nitride semiconductor layer 20. Any material (for example, 4 × 10 −6 to 7 × 10 −6 / K material) can be used, but the same material as the growth substrate 50 (sapphire, etc.) is particularly preferably used.

次に、図4(f)に示されるように、図4(d)の構造と第2の基板60とを、ポリイミド層54とポリイミド層62が接するように熱圧着して接合する(第1接合工程)。この際の温度は、前記のキュア温度よりも高いが、完全なイミド化が行なわれない範囲である250〜300℃とする。これによって、ポリイミド層54とポリイミド層62が接合されて固化した状態となる。   Next, as shown in FIG. 4F, the structure of FIG. 4D and the second substrate 60 are bonded by thermocompression bonding so that the polyimide layer 54 and the polyimide layer 62 are in contact (first). Joining process). The temperature at this time is higher than the cure temperature, but is 250 to 300 ° C., which is a range in which complete imidization is not performed. As a result, the polyimide layer 54 and the polyimide layer 62 are joined and solidified.

この状態で、図4(g)に示されるように、リフトオフ層51を塩酸、硝酸等を用いてウェットエッチングすることによって除去し、成長基板50を剥離する(第1剥離工程)。この工程は、特許文献2に記載のケミカルリフトオフと同様である。なお、図4(g)以降では半導体層20の上下方向が図2(d)までとは逆転して示されている。   In this state, as shown in FIG. 4G, the lift-off layer 51 is removed by wet etching using hydrochloric acid, nitric acid or the like, and the growth substrate 50 is peeled off (first peeling step). This process is the same as the chemical lift-off described in Patent Document 2. In FIG. 4G and subsequent figures, the vertical direction of the semiconductor layer 20 is shown reversed from that up to FIG.

次に、図4(h)に示されるように、バッファ層52をドライエッチングによって除去する。これによって図4(a)中のn型層21における成長基板50側だった表面が露出する。この際、図4(g)においてバッファ層52直下のn型層21もエッチングされるが、エッチング時間を制御することによって、n型層21のエッチング量を小さくすることが可能である。また、ドライエッチング条件を調整してエッチング面を粗面化すると高出力化することが可能である。なお、この際に、露出したポリイミド層62もエッチングされる場合もある。また、前記の反射下地層32bとしてバッファ層52を用いる場合には、バッファ層52を全面にわたり除去することは不要であり、この後に形成するn側オーミック電極31を設ける箇所のみにおいてのみ局所的に除去すればよい。   Next, as shown in FIG. 4H, the buffer layer 52 is removed by dry etching. As a result, the surface that was on the growth substrate 50 side in the n-type layer 21 in FIG. 4A is exposed. At this time, the n-type layer 21 directly under the buffer layer 52 in FIG. 4G is also etched, but the etching amount of the n-type layer 21 can be reduced by controlling the etching time. Further, when the etching surface is roughened by adjusting the dry etching conditions, the output can be increased. At this time, the exposed polyimide layer 62 may also be etched. In addition, when the buffer layer 52 is used as the reflective base layer 32b, it is not necessary to remove the buffer layer 52 over the entire surface, and only locally at the place where the n-side ohmic electrode 31 to be formed later is provided. Remove it.

その後、図4(i)に示されるように、露出したn型層21の表面に、メッシュ状またはドット状のn側オーミック電極31を形成する(n側オーミック電極形成工程)。n側オーミック電極31としては、n型層21に対してオーミック接触をし、接触抵抗が小さなTi/Al/Cr(n型層21側から順にTi層、Al層、Cr層とした積層構造)が用いられる。この構成の電極は、n型層21との間の電気的接触をとるという点においては有効であるが、半導体層20が発した光を反射させるという点においては、その反射率は高くない。なお、n側オーミック電極31のパターンはメッシュ状やドット状である必要はなく、n型層21との間の接触抵抗が低くかつn型層21がこれによって覆われる面積を小さくできる限りにおいて、その形状は任意である。n側オーミック電極31は、例えばフォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後に、上記の材料を真空蒸着等の方法によって成膜し、その後でレジストパターンを除去することによって形成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 4I, a mesh-like or dot-like n-side ohmic electrode 31 is formed on the exposed surface of the n-type layer 21 (n-side ohmic electrode forming step). The n-side ohmic electrode 31 is Ti / Al / Cr that makes ohmic contact with the n-type layer 21 and has a small contact resistance (a laminated structure including a Ti layer, an Al layer, and a Cr layer in this order from the n-type layer 21 side). Is used. The electrode having this configuration is effective in that it makes electrical contact with the n-type layer 21, but its reflectivity is not high in that it reflects light emitted from the semiconductor layer 20. Note that the pattern of the n-side ohmic electrode 31 does not have to be a mesh or a dot, as long as the contact resistance with the n-type layer 21 is low and the area covered by the n-type layer 21 can be reduced. The shape is arbitrary. The n-side ohmic electrode 31 can be formed by, for example, forming a resist pattern by photolithography, forming a film of the above material by a method such as vacuum deposition, and then removing the resist pattern.

次に、図4(j)に示されるように、n側オーミック電極31を含んだn型層21の表面を覆って反射層32、半導体層側接合層33を形成する(反射層形成工程)。反射層32の材料としては、前記のn側オーミック電極31と異なり、n型層21に対する電極特性としては劣るが半導体層20が発した光に対する反射率が高い導電性材料として、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Al(アルミニウム)等の金属材料を用いることができる。あるいは、図2における反射層32aのように導電性が要求されない場合には、SiO、HfO、Sc、TiO、Al、SiN等からなる誘電体層を含む多層膜構造のものを用いることができる。 Next, as shown in FIG. 4J, the reflective layer 32 and the semiconductor layer side bonding layer 33 are formed so as to cover the surface of the n-type layer 21 including the n-side ohmic electrode 31 (reflective layer forming step). . Unlike the n-side ohmic electrode 31, the material of the reflective layer 32 is ruthenium (Ru) as a conductive material that is inferior in electrode characteristics with respect to the n-type layer 21 but has a high reflectance with respect to light emitted from the semiconductor layer 20. Metal materials such as rhodium (Rh), Mo (molybdenum), W (tungsten), and Al (aluminum) can be used. Alternatively, when conductivity is not required like the reflective layer 32a in FIG. 2, a multilayer film including a dielectric layer made of SiO 2 , HfO 2 , Sc 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , SiN, or the like. A structure can be used.

また、反射層32を多層構造とした場合には、その中に、ハンダの構成元素である錫(Sn)等の拡散に対してバリア性のある層を挿入することによって、ハンダが半導体層20に与える悪影響をより低減することができる。このバリア性のある層を構成する材料としては、例えばクロム(Cr)や上記の誘電体材料を用いることができる。   Further, when the reflective layer 32 has a multilayer structure, a layer having a barrier property against diffusion of tin (Sn) or the like, which is a constituent element of solder, is inserted into the reflective layer 32 so that the solder becomes the semiconductor layer 20. It is possible to further reduce the adverse effect on the. As a material constituting the layer having a barrier property, for example, chromium (Cr) or the above-described dielectric material can be used.

半導体層側接合層33としては、ハンダを用いて容易かつ強固に接合が可能であるAuが特に好ましく用いられる。   As the semiconductor layer side bonding layer 33, Au that can be easily and firmly bonded using solder is particularly preferably used.

なお、図4(j)においては、反射層32、半導体層側接合層33はn型層21の全面を覆っているが、充分な発光面積が確保できる限りにおいて、全面を覆う必要はない。また、後述する第2接合工程以降において半導体層側接合層33がなくとも充分な接合強度が得られる場合においては、半導体層側接合層33は不要である。   In FIG. 4J, the reflective layer 32 and the semiconductor layer side bonding layer 33 cover the entire surface of the n-type layer 21, but it is not necessary to cover the entire surface as long as a sufficient light emitting area can be secured. Further, in the case where sufficient bonding strength can be obtained without the semiconductor layer side bonding layer 33 after the second bonding step described later, the semiconductor layer side bonding layer 33 is not necessary.

次に、図5(k)に示されるように、上記の構造とは別に、支持基板(第3の基板)100の上に支持基板側接合層101を形成した構造を作成する。支持基板100としては、導電性の材料で構成されかつ充分な機械的強度をもったものを用いることができる。支持基板側接合層101としては、半導体層側接合層33と同様にAuを用いることができる。ただし、支持基板側接合層101と支持基板100との間の密着性を高めるために、これらの間に適宜他の金属材料からなる層を挿入してもよい。   Next, as shown in FIG. 5 (k), a structure in which a support substrate side bonding layer 101 is formed on a support substrate (third substrate) 100 is created separately from the above structure. As the support substrate 100, a substrate made of a conductive material and having sufficient mechanical strength can be used. As the support substrate side bonding layer 101, Au can be used similarly to the semiconductor layer side bonding layer 33. However, in order to improve the adhesion between the support substrate side bonding layer 101 and the support substrate 100, a layer made of another metal material may be appropriately inserted between them.

その後、図5(l)に示されるように、図4(j)の構造と図5(k)の構造とを、半導体層側接合層33と支持基板側接合層101とを接合することによって、一体化する(第2接合工程)。この接合には、例えばハンダを用いることができる。ハンダの材料としては、例えば金(Au)−錫(Sn)合金を用いることができる。   After that, as shown in FIG. 5 (l), the structure of FIG. 4 (j) and the structure of FIG. 5 (k) are joined by joining the semiconductor layer side joining layer 33 and the support substrate side joining layer 101. , Integrated (second joining step). For this bonding, for example, solder can be used. As a solder material, for example, a gold (Au) -tin (Sn) alloy can be used.

次に、図5(m)に示されるように、ポリイミド層(介在層)54、62を、アルカリ性のトリメチルアンモニウムハイドライド:TMAH)や希硫酸、硫酸過水等を用いてウェットエッチングする。これによって、第2の基板60(第2の基板主体61)を半導体層20等から再び剥離することができる(第2剥離工程)。なお、図5(m)以降では、半導体層20の上下方向は再び図4(a)〜(d)と同じ方向として示されている。   Next, as shown in FIG. 5M, the polyimide layers (intervening layers) 54 and 62 are wet-etched using alkaline trimethylammonium hydride (TMAH), dilute sulfuric acid, sulfuric acid / hydrogen peroxide, or the like. Thus, the second substrate 60 (second substrate main body 61) can be peeled again from the semiconductor layer 20 or the like (second peeling step). In FIG. 5 (m) and thereafter, the vertical direction of the semiconductor layer 20 is again shown as the same direction as in FIGS. 4 (a) to 4 (d).

その後。図5(n)に示されるように、露出したSiO層53をウェットエッチングよって除去する。これによって、p型層23の表面が露出する。 after that. As shown in FIG. 5N, the exposed SiO 2 layer 53 is removed by wet etching. As a result, the surface of the p-type layer 23 is exposed.

その後、図5(o)に示されるように、露出したp型層23の表面にp側オーミック電極41を形成する(p側オーミック電極形成工程)。p側オーミック電極41を構成する材料としては、光透過率が充分高くなる程度に薄い、もしくは、微細な開口部を複数有するNi/Au層(p型層23に近い側からニッケル(Ni)層、金(Au)層が順次形成された多層構造)またはITO(Indium Tin Oxide)、IMO(Indium Molybdenum Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、GZO(Galium Zinc Oxide)、AZO(Aluminum Zinc Oxide)等の酸化導電膜を用いることができる。このため、半導体層20が発した光はp側オーミック電極41を透過することができる。一方、p側オーミック電極41の上にワイヤボンディング等を施すことは困難である。なお、図5(o)ではp側オーミック電極41はp型層23の全面を覆っているが、前記の反射層32等と同様に、充分な発光特性(電流拡散性)が確保できる限りにおいて、全面を覆う必要はない。また、p側オーミック電極41を構成する材料は、発光波長に応じて適宜設定することができ、例えば可視光の発光をするLEDの場合には、ITO等の酸化導電膜が特に有効である。   Thereafter, as shown in FIG. 5 (o), the p-side ohmic electrode 41 is formed on the exposed surface of the p-type layer 23 (p-side ohmic electrode forming step). As a material constituting the p-side ohmic electrode 41, a Ni / Au layer (a nickel (Ni) layer from the side close to the p-type layer 23) thin enough to have a sufficiently high light transmittance or having a plurality of fine openings. , A multilayer structure in which gold (Au) layers are sequentially formed) or ITO (Indium Tin Oxide), IMO (Indium Molybdenum Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), GZO (Galium Zinc Oxide), AZO (Aluminum Zinc Ox, etc.) An oxide conductive film can be used. For this reason, the light emitted from the semiconductor layer 20 can pass through the p-side ohmic electrode 41. On the other hand, it is difficult to perform wire bonding or the like on the p-side ohmic electrode 41. In FIG. 5 (o), the p-side ohmic electrode 41 covers the entire surface of the p-type layer 23. However, as in the case of the reflective layer 32 and the like, as long as sufficient light emission characteristics (current diffusibility) can be ensured. It is not necessary to cover the entire surface. Moreover, the material which comprises the p side ohmic electrode 41 can be suitably set according to light emission wavelength, for example, in the case of LED which light-emits visible light, oxide conductive films, such as ITO, are especially effective.

次に、図5(p)に示されるように、外部接続用のp側電極42をp側オーミック電極41の上に局所的に形成する(p側電極形成工程)。p側電極42としては、抵抗率の小さなTi/Au層等を充分厚く形成したものを用いることができる。その形成方法は、前記のn側オーミック電極31と同様である。半導体層20が発した光はp側電極42を透過できないために、これによって遮光されるが、この面積を小さくすることによって、充分な発光面積を確保することができる。また、p側電極42を充分厚くすることにより、この上にワイヤボンディングを施すことができる。   Next, as shown in FIG. 5 (p), the p-side electrode 42 for external connection is locally formed on the p-side ohmic electrode 41 (p-side electrode forming step). As the p-side electrode 42, a Ti / Au layer having a small resistivity formed with a sufficiently thick layer can be used. The formation method is the same as that of the n-side ohmic electrode 31 described above. Since the light emitted from the semiconductor layer 20 cannot be transmitted through the p-side electrode 42, the light is shielded by this, but a sufficient light emitting area can be ensured by reducing this area. Further, by making the p-side electrode 42 sufficiently thick, wire bonding can be performed thereon.

以上により、図1の構成の発光素子10が2個製造される。これらの分離が必要であれば、図5(p)における2つの半導体層20間において露出した支持基板100を切断すればよい。3個以上の発光素子10を製造する場合においても、それぞれ単一の成長基板(第1の基板)50、第2の基板60、支持基板(第3の基板)100を用いて、同様に製造することができる。   Thus, two light emitting elements 10 having the configuration shown in FIG. 1 are manufactured. If these separations are necessary, the support substrate 100 exposed between the two semiconductor layers 20 in FIG. 5 (p) may be cut. Even when three or more light-emitting elements 10 are manufactured, a single growth substrate (first substrate) 50, second substrate 60, and support substrate (third substrate) 100 are used in the same manner. can do.

この製造方法においては、成長基板(第1の基板)50を剥離する第1剥離工程(図4(g))、第2の基板(転写用基板)60を剥離する第2剥離工程(図5(m))の2回において、ウェットエッチングを用いて基板を剥離する工程が行われる。ここで、特に第1剥離工程は、特許文献2に記載されたケミカルリフトオフと同様の工程である。   In this manufacturing method, a first peeling step (FIG. 4G) for peeling the growth substrate (first substrate) 50 and a second peeling step (FIG. 5) for peeling the second substrate (transfer substrate) 60 are performed. In step (m)), a step of peeling the substrate using wet etching is performed. Here, in particular, the first peeling process is the same process as the chemical lift-off described in Patent Document 2.

特許文献1に記載されるレーザーリフトオフや特許文献2に記載されるケミカルリフトオフにおいては、一般的には、成長基板上に半導体層を成長させ、半導体層の成長基板と反対側(他方の主面側)に他の基板をハンダ等を用いて強固に接合し、その後で成長基板を剥離して半導体層の一方の主面側を露出させる。この際、成長基板としては、良好な特性の半導体層が得られるという観点から、前記と同様にサファイアが用いられる場合が多い。一方、他の基板としては、p型層への配線としても使用できるように、導電性のものが用いられる場合が多い。このため、一般的には、他の基板は成長基板と異なる材料で構成される場合が多い。こうした場合には、両者の熱膨張係数の差に起因した応力が発生し、レーザーリフトオフやケミカルリフトオフを行う際に、半導体層にクラックが生ずる場合があった。   In the laser lift-off described in Patent Document 1 and the chemical lift-off described in Patent Document 2, generally, a semiconductor layer is grown on a growth substrate, and the semiconductor layer is opposite to the growth substrate (the other main surface). The other substrate is firmly bonded to the side) using solder or the like, and then the growth substrate is peeled off to expose one main surface side of the semiconductor layer. In this case, as the growth substrate, sapphire is often used in the same manner as described above from the viewpoint that a semiconductor layer with good characteristics can be obtained. On the other hand, as another substrate, a conductive substrate is often used so that it can be used as a wiring to a p-type layer. For this reason, in general, the other substrate is often made of a material different from that of the growth substrate. In such a case, stress due to the difference between the thermal expansion coefficients of the two is generated, and cracks may occur in the semiconductor layer when performing laser lift-off or chemical lift-off.

これに対して、上記の製造方法の第1剥離工程においては、成長基板(第1の基板)50と第2の基板60の主体(第2の基板主体61)を同じ材料(サファイア)とすることができる。このため、同じようにレーザーリフトオフやケミカルリフトオフを用いた場合においても、これらの間における熱膨張係数の差は無い。更に、半導体層20と第2の基板主体61とは、接合を維持できる適度な厚さのポリイミド層(介在層)54、62を介して接合されている。このため、クラックは発生しにくい。第2剥離工程においては、第2の基板主体61と支持基板(第3の基板)100とは異なる材料となるが、ポリイミド層(介在層)54、62を介してこれらが接合されているため、半導体層20の内部応力はリフトオフ層を介する場合に比べて小さく、やはりクラックは発生しにくい。   On the other hand, in the first peeling step of the manufacturing method described above, the growth substrate (first substrate) 50 and the main body (second substrate main body 61) of the second substrate 60 are made of the same material (sapphire). be able to. For this reason, even when laser lift-off or chemical lift-off is used in the same manner, there is no difference in thermal expansion coefficient between them. Furthermore, the semiconductor layer 20 and the second substrate main body 61 are bonded via polyimide layers (intervening layers) 54 and 62 having an appropriate thickness capable of maintaining the bonding. For this reason, cracks are unlikely to occur. In the second peeling step, the second substrate main body 61 and the support substrate (third substrate) 100 are made of different materials, but these are bonded via the polyimide layers (intervening layers) 54 and 62. The internal stress of the semiconductor layer 20 is smaller than that through the lift-off layer, and cracks are hardly generated.

すなわち、上記の製造方法においては、第1剥離工程、第2剥離工程のどちらにおいても、半導体層20にクラックが発生しにくい。このため、高い歩留まりで発光素子10を製造することができる。   That is, in the above manufacturing method, cracks are unlikely to occur in the semiconductor layer 20 in both the first peeling step and the second peeling step. For this reason, the light emitting element 10 can be manufactured with a high yield.

なお、上記の例においては、第1剥離工程においてケミカルリフトオフを使用したが、その代わりに特許文献1等に記載のレーザーリフトオフを用いることもできる。いずれの場合においても、成長基板50、第2の基板主体61は剥離後に再使用できるため、特にこれらの材料として高価なサファイアが使用される場合には、上記の製造方法によって製造コストを低下させることができる。   In the above example, chemical lift-off is used in the first peeling step, but laser lift-off described in Patent Document 1 or the like can be used instead. In any case, since the growth substrate 50 and the second substrate main body 61 can be reused after peeling, especially when expensive sapphire is used as these materials, the manufacturing cost is reduced by the above manufacturing method. be able to.

上記の製造方法の変形例となる製造方法の工程断面図を図6、7に示す。この製造方法においては、p側オーミック電極41を初期の段階でp型層23の上に形成する。これによって、発光を取り出す面となるp型層23の表面が製造工程の途中でp側オーミック電極41によって保護される。   Process sectional drawing of the manufacturing method used as the modification of said manufacturing method is shown in FIG. In this manufacturing method, the p-side ohmic electrode 41 is formed on the p-type layer 23 at an initial stage. As a result, the surface of the p-type layer 23 serving as a surface from which light is extracted is protected by the p-side ohmic electrode 41 during the manufacturing process.

まず、図6(a)に示されるように、p型層23までの形成(図4(a))に引き続き、p側オーミック電極41もこの上に形成し、オーミック接合形成のための熱処理をする(p側オーミック電極形成工程)。   First, as shown in FIG. 6A, following the formation up to the p-type layer 23 (FIG. 4A), a p-side ohmic electrode 41 is also formed thereon, and heat treatment for forming an ohmic junction is performed. (P-side ohmic electrode forming step).

その後、SiO層53の形成(図6(b))、素子分離工程(図6(c))、ポリイミド層54の形成(図6(d))、第2の基板60側の準備(図6(e))、第1接合工程(図6(f))、第1剥離工程(図6(g))、バッファ層52の除去(図6(h))、n側オーミック電極形成工程と反射層形成工程(図6(i))、第2接合工程(図6(j))、第2剥離工程(図6(k))、SiO層53の除去(図7(l))、p側電極形成工程(図7(m))、のそれぞれが、前記と同様に行われる。ただし、素子分離工程(図6(c))においては、初めにp側オーミック電極41をエッチングした後でp型層23以下のエッチングが行われる。p側オーミック電極41とp型層23等とは材料が大きく異なるために、これらのドライエッチングを行なう際にはガスを切り替えて行う必要がある。p側オーミック電極41を薄く構成すれば、そのエッチングは特に容易である。 Thereafter, formation of the SiO 2 layer 53 (FIG. 6B), element isolation step (FIG. 6C), formation of the polyimide layer 54 (FIG. 6D), preparation on the second substrate 60 side (FIG. 6 (e)), first bonding step (FIG. 6 (f)), first peeling step (FIG. 6 (g)), removal of buffer layer 52 (FIG. 6 (h)), n-side ohmic electrode forming step, Reflection layer forming step (FIG. 6 (i)), second bonding step (FIG. 6 (j)), second peeling step (FIG. 6 (k)), removal of SiO 2 layer 53 (FIG. 7 (l)), Each of the p-side electrode forming step (FIG. 7 (m)) is performed in the same manner as described above. However, in the element isolation step (FIG. 6C), after the p-side ohmic electrode 41 is first etched, the p-type layer 23 and the like are etched. Since the materials of the p-side ohmic electrode 41 and the p-type layer 23 are greatly different, it is necessary to switch the gas when performing these dry etchings. Etching is particularly easy if the p-side ohmic electrode 41 is made thin.

このように、図6、7に記載の製造方法によっても上記の発光素子10を製造することができる。   As described above, the light-emitting element 10 can also be manufactured by the manufacturing method illustrated in FIGS.

また、上記の製造方法を用いて、横型の発光素子を製造することもできる。ここで、横型の発光素子とは、前記の発光素子10とは異なり、半導体層における同じ側から外部接続用のp側電極と外部接続用のn側電極の両方を取り出す構成とされた発光素子である。ここでは、支持基板は半導体層の一方の主面側に接合され、外部接続用のp側電極と外部接続用のn側電極の両方は他方の主面側に設けられる。図8(a)〜(k)は、この場合の製造方法を示す工程断面図である。ここで、第1剥離工程までの工程(図4(a)〜(g)に対応)については、前記の製造方法と同様であるため、説明は省略する。図8(a)は、この第1剥離工程直後の形態を示している。   In addition, a horizontal light-emitting element can be manufactured using the above manufacturing method. Here, unlike the light emitting element 10 described above, the horizontal light emitting element is a light emitting element in which both the p-side electrode for external connection and the n-side electrode for external connection are extracted from the same side of the semiconductor layer. It is. Here, the support substrate is bonded to one main surface side of the semiconductor layer, and both the p-side electrode for external connection and the n-side electrode for external connection are provided on the other main surface side. 8A to 8K are process sectional views showing the manufacturing method in this case. Here, the steps up to the first peeling step (corresponding to FIGS. 4A to 4G) are the same as those in the manufacturing method described above, and thus the description thereof is omitted. FIG. 8A shows a form immediately after the first peeling step.

図8(b)に示されるように、リフトオフ層51が除去された後のバッファ層52の表面に、反射層32、半導体層側接合層33を形成する。ここでは、成長基板50が存在した側のn型層21の表面からn型層21への電気的接続をとる必要はなく、かつ半導体層20が発する光はバッファ層52を透過するため、バッファ層52は除去してもしなくても良い。また、この際の露出面を粗面化処理すると高出力化が図れる。ただし、この場合においても、成長基板50が存在した側で光を反射させることが必要となるため、反射層32を図4(j)と同様に形成する。また、反射層32が形成された側を支持基板100に接合するために、図4(j)と同様に半導体層側接合層33を形成する。ただし、図4(j)と異なり、n側オーミック電極31はここでは形成しない。   As shown in FIG. 8B, the reflective layer 32 and the semiconductor layer side bonding layer 33 are formed on the surface of the buffer layer 52 after the lift-off layer 51 is removed. Here, it is not necessary to establish electrical connection from the surface of the n-type layer 21 on the side where the growth substrate 50 is present to the n-type layer 21, and light emitted from the semiconductor layer 20 passes through the buffer layer 52. Layer 52 may or may not be removed. Further, if the exposed surface at this time is roughened, the output can be increased. However, also in this case, since it is necessary to reflect light on the side where the growth substrate 50 exists, the reflective layer 32 is formed in the same manner as in FIG. Further, in order to bond the side on which the reflective layer 32 is formed to the support substrate 100, the semiconductor layer side bonding layer 33 is formed in the same manner as in FIG. However, unlike FIG. 4J, the n-side ohmic electrode 31 is not formed here.

次に、図7(c)に示されるように、支持基板(第3の基板)100の上に支持基板側接合層101を形成した構造を作成する。この工程は図5(k)と同様である。   Next, as illustrated in FIG. 7C, a structure is formed in which a support substrate side bonding layer 101 is formed on a support substrate (third substrate) 100. This step is the same as in FIG.

次に、図8(d)に示されるように、図8(b)の構造と図8(c)の構造とを、半導体層側接合層33と支持基板側接合層101とを接合することによって一体化する(第2接合工程)。その後、図8(e)に示されるように、ポリイミド層54、62を除去することによって、第2の基板60を半導体層20等から再び剥離する(第2剥離工程)。これらの工程は、図5(l)、図5(m)と同様である。   Next, as shown in FIG. 8 (d), the structure of FIG. 8 (b) and the structure of FIG. 8 (c) are bonded to the semiconductor layer side bonding layer 33 and the support substrate side bonding layer 101. (2nd joining process). Thereafter, as shown in FIG. 8E, the polyimide layers 54 and 62 are removed to peel the second substrate 60 from the semiconductor layer 20 and the like again (second peeling step). These steps are the same as those in FIGS. 5 (l) and 5 (m).

次に、図8(f)に示されるように、SiO層53を、発光領域の形状となるように再度パターニングする。この工程は、図4(b)におけるパターニングと同様に行うことができる。 Next, as shown in FIG. 8F, the SiO 2 layer 53 is patterned again so as to have the shape of the light emitting region. This step can be performed in the same manner as the patterning in FIG.

次に、図8(g)に示されるように、SiO層53が除去された領域におけるp型層23、発光層22をエッチングして図中におけるn型層21の上面を露出させる(半導体層エッチング工程)。このエッチングは、図4(c)におけるエッチングと同様に行うことができるが、今回は、n型層21は残存した状態とする。 Next, as shown in FIG. 8G, the p-type layer 23 and the light emitting layer 22 in the region where the SiO 2 layer 53 has been removed are etched to expose the upper surface of the n-type layer 21 in the drawing (semiconductor). Layer etching step). This etching can be performed in the same manner as the etching in FIG. 4C, but this time, the n-type layer 21 remains.

次に、図8(h)に示されるように、SiO層53を除去する。この工程は、図5(n)と同様に行うことができる。 Next, as shown in FIG. 8H, the SiO 2 layer 53 is removed. This step can be performed in the same manner as in FIG.

次に、図8(i)に示されるように、露出したp型層23の表面にp側オーミック電極41を形成した(p側オーミック電極形成工程)後で、図8(j)に示されるように、p側電極42を形成する(p側電極形成工程)。これらの工程は、図5(o)(p)と同様である。   Next, as shown in FIG. 8 (i), after the p-side ohmic electrode 41 is formed on the exposed surface of the p-type layer 23 (p-side ohmic electrode forming step), it is shown in FIG. 8 (j). Thus, the p-side electrode 42 is formed (p-side electrode forming step). These steps are the same as those shown in FIGS.

次に、図8(k)に示されるように、露出したn型層21の表面(図中の上側の面)に、n側オーミック電極31を形成する。この発光素子においては、前記の例と異なり、n型層21が形成された面から発光は取り出されない。このため、n側オーミック電極31は、透光性の高いメッシュ状やドット状である必要はなく、例えばこの上にワイヤボンディングが可能である形状、大きさとすることができる。   Next, as shown in FIG. 8K, the n-side ohmic electrode 31 is formed on the exposed surface of the n-type layer 21 (the upper surface in the drawing). In this light emitting element, unlike the above example, light emission is not extracted from the surface on which the n-type layer 21 is formed. For this reason, the n-side ohmic electrode 31 does not need to have a highly translucent mesh shape or dot shape, and can have, for example, a shape and size that allow wire bonding thereon.

このように、同様に第1接合工程、第1剥離工程、第2接合工程、第2剥離工程を用いて、横型の発光素子を製造することもできる。この場合においても、特に第1剥離工程(リフトオフ層の除去)の際に、半導体層にクラックが生じにくいため、高い歩留まりでこの発光素子を製造することができる。また、発光を取り出さない側である図8(k)における下側に高い反射率をもつ反射層32が形成されるため、高い発光効率を得ることができる。なお、p側オーミック電極形成工程を成長工程の後に行うことができる点についても、前記の縦型の発光素子の場合と同様である。   As described above, a horizontal light emitting device can be manufactured using the first bonding step, the first peeling step, the second bonding step, and the second peeling step in the same manner. Even in this case, the light-emitting element can be manufactured with a high yield because cracks are unlikely to occur in the semiconductor layer, particularly during the first peeling step (removal of the lift-off layer). In addition, since the reflective layer 32 having a high reflectance is formed on the lower side in FIG. 8K, which is the side from which light emission is not extracted, high luminous efficiency can be obtained. Note that the p-side ohmic electrode formation step can be performed after the growth step as in the case of the vertical light-emitting element.

また、反射層32とn型層21との間がオーミック接触する場合には、半導体層エッチング工程(図8(g))において、露出したn型層21、バッファ層52を完全に除去して反射層32を主面側(図中の上側)に局所的に露出させ、ここにn側電極を形成して横型の発光素子とすることもできる。あるいは、更に反射層32も除去して半導体層側接合層33を主面側に露出させ、ここにn側電極を形成して横型の発光素子とすることもできる。すなわち、横型の発光素子の場合には、n側電極の取り出し方法としては、各種のものを用いることができる。   When the reflective layer 32 and the n-type layer 21 are in ohmic contact, the exposed n-type layer 21 and the buffer layer 52 are completely removed in the semiconductor layer etching step (FIG. 8G). The reflective layer 32 may be locally exposed on the main surface side (upper side in the drawing), and an n-side electrode may be formed here to form a horizontal light emitting element. Alternatively, the reflective layer 32 may be further removed to expose the semiconductor layer side bonding layer 33 on the main surface side, and an n-side electrode may be formed here to form a horizontal light emitting element. That is, in the case of a horizontal light emitting device, various methods can be used as a method for taking out the n-side electrode.

なお、更に発光効率を高めるために、p型層23の表面に様々な処理を施すこともできる。この処理としては、例えば細かな凹凸を形成する、p型層23の表面に他の膜を形成する、等がある。これらの処理は、上記のそれぞれの製造方法において、例えば図4(b)の直前又は図5(o)の直前、図6(a)の直前、図8(i)の直前、において行うことが可能である。   In addition, various treatments can be applied to the surface of the p-type layer 23 in order to further increase the luminous efficiency. Examples of this treatment include forming fine irregularities and forming another film on the surface of the p-type layer 23. These processes are performed in each of the manufacturing methods described above, for example, immediately before FIG. 4B or immediately before FIG. 5O, immediately before FIG. 6A, and immediately before FIG. 8I. Is possible.

また、前記の通り、第1剥離工程においては、従来より知られるケミカルリフトオフ、レーザーリフトオフを用いることができ、例えば成長基板(第1の基板)50としてサファイアを用いた場合において、これを剥離することは容易である。一方、第2の基板主体61としては、第1の基板50と同じ材料を用いることが好ましいが、同じ材料を主体とし、これに第2剥離工程を容易とするための構造を設けたものを使用することもできる。特に、半導体層の成長基板である第1の基板や発光素子における最終的な支持基板となる第3の基板と異なり、第2の基板は、製造工程の途中において一時的に半導体層等を支持する目的のみのために用いられるため、その構造に対する自由度が高い。このため、第2剥離工程が容易となるような構造を適宜選択して用いることができる。   Further, as described above, in the first peeling step, conventionally known chemical lift-off and laser lift-off can be used. For example, when sapphire is used as the growth substrate (first substrate) 50, this is peeled off. It is easy. On the other hand, it is preferable to use the same material as the first substrate 50 as the second substrate main body 61. However, the second substrate main body 61 is mainly made of the same material and provided with a structure for facilitating the second peeling step. It can also be used. In particular, unlike the first substrate, which is the growth substrate for the semiconductor layer, and the third substrate, which is the final support substrate in the light emitting element, the second substrate temporarily supports the semiconductor layer and the like during the manufacturing process. Since it is used only for the purpose, the degree of freedom for its structure is high. For this reason, a structure that facilitates the second peeling step can be appropriately selected and used.

図9は、この一例である第2の基板160の構成を示す断面図である。この場合の第2の基板160の主体はサファイア基板161となる。その表面の周辺端部以外の領域には、リフトオフ層51と同様にクロム(Cr)やスカンジウム(Sc)からなる第2リフトオフ層162が形成される。更に、この周辺端部を含めた全面を覆ってポリイミド層163が形成される。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of the second substrate 160 as an example. In this case, the main body of the second substrate 160 is the sapphire substrate 161. Similar to the lift-off layer 51, a second lift-off layer 162 made of chromium (Cr) or scandium (Sc) is formed in a region other than the peripheral edge of the surface. Further, a polyimide layer 163 is formed covering the entire surface including the peripheral edge.

第2剥離工程(図4(e))においては、前記の通り、ポリイミド層(介在層)54、62は、例えばアルカリ性のトリメチルアンモニウムハイドライド:TMAH)や希硫酸、硫酸過水等を用いてウェットエッチングでき、これによって第2の基板主体61を剥離することができる。しかしながら、ポリイミドのこれらの薬液によるエッチング速度は高くないため、第2の基板主体61が剥離されるまでには長時間を要する。これに対して、図7に示された第2の基板160を用いた場合には、ポリイミド層163の端部のみがエッチングされれば、中の第2リフトオフ層162の端部が露出する。その後に、第1剥離工程(図4(g))と同様に、塩酸、硝酸等を用いて第2リフトオフ層162を除去することができ、第2の基板主体161は剥離される。この際、第2リフトオフ層162のエッチング速度は、ポリイミド層162のエッチング速度よりも高い。このため、この第2の基板160を用いることにより、第2剥離工程の処理速度を高めることができる。   In the second peeling step (FIG. 4E), as described above, the polyimide layers (intervening layers) 54 and 62 are wet using, for example, alkaline trimethylammonium hydride (TMAH), dilute sulfuric acid, sulfuric acid / hydrogen peroxide, or the like. Etching can be performed, whereby the second substrate main body 61 can be peeled off. However, since the etching rate of polyimide with these chemicals is not high, it takes a long time for the second substrate main body 61 to be peeled off. On the other hand, when the second substrate 160 shown in FIG. 7 is used, if only the end portion of the polyimide layer 163 is etched, the end portion of the second lift-off layer 162 inside is exposed. Thereafter, similarly to the first peeling step (FIG. 4G), the second lift-off layer 162 can be removed using hydrochloric acid, nitric acid or the like, and the second substrate main body 161 is peeled off. At this time, the etching rate of the second lift-off layer 162 is higher than the etching rate of the polyimide layer 162. For this reason, by using the second substrate 160, the processing speed of the second peeling step can be increased.

なお、この場合においても、ポリイミド層(介在層)54、163によって、半導体層20が第2の基板主体161と接合されている点については、前記の例と同様である。このため、第1剥離工程において半導体層20にクラックが発生しにくいことは同様である。   In this case as well, the semiconductor layer 20 is joined to the second substrate main body 161 by the polyimide layers (intervening layers) 54 and 163 as in the above example. For this reason, it is the same that cracks are unlikely to occur in the semiconductor layer 20 in the first peeling step.

(実施例1)
実際に、図6、7の製造方法によって縦型のLEDを製造し、その発光特性を調べた。ここで、成長基板(第1の基板)50としては、厚さ430μmの(0001)サファイアの上に厚さ1.0μmのAlNテンプレート層が形成された基板を用いた。その上に、リフトオフ層51として厚さ20nmのSc層を形成し、アンモニア雰囲気で窒化処理を行った。この上に、高温で厚さ0.8μmのAlN単結晶からなるバッファ層52を成長させ、MOCVD法を用いて、半導体層20となるn型層(n型AlGaN層:厚さ0.8μm)、発光層22(InAlGaN層:厚さ340nm)、p型層(p型AlGaN層:厚さ30nm)を順次形成した。p型AlGaN層上のp側オーミック電極41として、合計厚が50nmであり開口率が20%とされたNi/Au層が用いられた。
Example 1
Actually, vertical LEDs were manufactured by the manufacturing method of FIGS. 6 and 7, and the light emission characteristics were examined. Here, as the growth substrate (first substrate) 50, a substrate in which an AlN template layer having a thickness of 1.0 μm was formed on (0001) sapphire having a thickness of 430 μm was used. On top of that, an Sc layer having a thickness of 20 nm was formed as a lift-off layer 51, and nitriding was performed in an ammonia atmosphere. On this, a buffer layer 52 made of AlN single crystal having a thickness of 0.8 μm is grown at a high temperature, and an n-type layer (n-type AlGaN layer: thickness 0.8 μm) to be the semiconductor layer 20 is formed by MOCVD. The light emitting layer 22 (InAlGaN layer: thickness 340 nm) and the p-type layer (p-type AlGaN layer: thickness 30 nm) were sequentially formed. As the p-side ohmic electrode 41 on the p-type AlGaN layer, a Ni / Au layer having a total thickness of 50 nm and an aperture ratio of 20% was used.

図6(e)における第2の基板主体61としては、成長基板(第1の基板)50と同一のサファイア基板が用いられた。ポリイミド層54、62としては、厚さ2μmのものが用いられ、これらを接合する第1接合工程(図6(f))は280℃で行われた。第1剥離工程(図6(g))は、リフトオフ層51であるSc層(ScN層)を、塩酸を用いてウェットエッチングすることによって行われた。その後、バッファ層52(AlN)をエッチングした後に露出したn型AlGaN層(n型層21)表面に、n側オーミック電極31として、10μmφ、100μmピッチのTi/Al/Cr層(厚さ20nm/100nm/50nm)を形成した。この上に、反射層32、半導体層側接合層33として、Ru/Cr/Au層(厚さ50nm/50nm/300nm)を形成した(図6(i))。   As the second substrate main body 61 in FIG. 6E, the same sapphire substrate as the growth substrate (first substrate) 50 was used. As the polyimide layers 54 and 62, those having a thickness of 2 μm were used, and the first bonding step (FIG. 6F) for bonding them was performed at 280 ° C. The first peeling step (FIG. 6G) was performed by wet etching the Sc layer (ScN layer), which is the lift-off layer 51, using hydrochloric acid. Thereafter, a Ti / Al / Cr layer (thickness 20 nm / thickness) of 10 μmφ and 100 μm pitch is formed as an n-side ohmic electrode 31 on the surface of the n-type AlGaN layer (n-type layer 21) exposed after etching the buffer layer 52 (AlN). 100 nm / 50 nm). A Ru / Cr / Au layer (thickness 50 nm / 50 nm / 300 nm) was formed thereon as the reflective layer 32 and the semiconductor layer side bonding layer 33 (FIG. 6 (i)).

支持基板(第3の基板)100としては、Si基板が用いられ、支持基板側接合層101としては、Ti/Pt/Au/Sn/Au層(厚さ20nm/200nm/100nm/200nm/700nm)が用いられた。第2接合工程(図6(j))においては、上記Au/Sn/Auにより構成されるハンダを用いて半導体層側接合層33と支持基板側接合層101を280℃で接合した。   A Si substrate is used as the support substrate (third substrate) 100, and a Ti / Pt / Au / Sn / Au layer (thickness 20 nm / 200 nm / 100 nm / 200 nm / 700 nm) is used as the support substrate-side bonding layer 101. Was used. In the second bonding step (FIG. 6 (j)), the semiconductor layer side bonding layer 33 and the support substrate side bonding layer 101 were bonded at 280 ° C. using the solder composed of Au / Sn / Au.

第2剥離工程(図6(k))においては、TMAHを用いてポリイミド層(介在層)54、62を除去した。その後、SiO層53を除去してから電極のオーミック化のために400℃の熱処理を行った後、露出したp側オーミック電極41の端部に局所的に外部接続用のp側電極42としてTi/Au層を厚く形成した。これによって、図1に示された構造のLEDが製造された。 In the second peeling step (FIG. 6 (k)), the polyimide layers (intervening layers) 54 and 62 were removed using TMAH. Thereafter, after removing the SiO 2 layer 53 and performing a heat treatment at 400 ° C. for ohmic electrode formation, the exposed p-side ohmic electrode 41 is locally used as a p-side electrode 42 for external connection. A thick Ti / Au layer was formed. As a result, an LED having the structure shown in FIG. 1 was manufactured.

このLEDの特性を測定したところ、光出力P=1.5mW、順方向電圧Vf=4.35V、順電流If=20mAであった。また、発光も均一であり、10個のLEDにおいて、発光異常が観測されたものはなかった。すなわち、良好な特性の縦型LEDが高い歩留まりで得られた。 When the characteristics of this LED were measured, the light output P O = 1.5 mW, the forward voltage Vf = 4.35 V, and the forward current If = 20 mA. Also, the light emission was uniform, and no abnormality was observed in 10 LEDs. That is, a vertical LED having good characteristics was obtained with a high yield.

(比較例1)
上記の実施例1における第2の基板として、前記の支持基板100と同様のSi基板を用い、これを介在層(ポリイミド層)ではなく、ハンダを用いてp型層側に接合した後に、成長基板を第1剥離工程と同様に剥離してn型層を露出させ、n側オーミック電極としてTi/Al/Cr層、n側オーミック電極の上の外部接続用のn側電極として上記のp側電極と同様のTi/Au層を局所的に形成した。これにより、実質的な発光面積を実施例1と同一とし、半導体層からの発光は実施例1と反対側から取り出される構成とした。
(Comparative Example 1)
As the second substrate in Example 1 above, a Si substrate similar to the support substrate 100 is used, and this is bonded to the p-type layer side using solder instead of an intervening layer (polyimide layer), and then grown. The substrate is peeled in the same manner as in the first peeling step to expose the n-type layer, the Ti / Al / Cr layer as the n-side ohmic electrode, and the p-side as the n-side electrode for external connection on the n-side ohmic electrode A Ti / Au layer similar to the electrode was locally formed. Thereby, the substantial light emitting area was made the same as that in Example 1, and the light emitted from the semiconductor layer was extracted from the opposite side to Example 1.

その結果、Po、Vf、Ifについては実施例1と同様の特性が得られた。しかしながら、発光異常は10チップ中2チップで観測された。この原因は、ハンダからの不純物拡散によると考えられる。   As a result, the same characteristics as in Example 1 were obtained for Po, Vf, and If. However, abnormal emission was observed on 2 of 10 chips. This cause is thought to be due to impurity diffusion from the solder.

(比較例2)
実施例1において局所的に形成されたn側オーミック電極31の代わりに、全面に厚いTi/Al/Cr層を形成し、反射層を形成しない構造を作成した。その結果、Vf=4.20V、If=20mAであり、ダイオード特性としては良好であったものの、n層側の反射層がないために、Poは0.6mWと低い値となった。
(Comparative Example 2)
Instead of the n-side ohmic electrode 31 locally formed in Example 1, a thick Ti / Al / Cr layer was formed on the entire surface, and a structure in which no reflective layer was formed was created. As a result, Vf = 4.20 V, If = 20 mA, and the diode characteristics were good, but Po was a low value of 0.6 mW because there was no reflective layer on the n-layer side.

(実施例2)
実施例1におけるポリイミド層54、62を7μmと厚くして、他は実施例1と同様とした。その結果、同様の特性のLEDを得ることができた。ただし、半導体層の一部にクラックが発生しているのが確認された。
(Example 2)
The polyimide layers 54 and 62 in Example 1 were made as thick as 7 μm, and the others were the same as in Example 1. As a result, an LED having similar characteristics could be obtained. However, it was confirmed that a crack occurred in a part of the semiconductor layer.

(実施例3)
実施例1と成長基板、リフトオフ層、半導体層等を同様とし、図8の製造方法を用いて横型のLEDを製造した。SiO層の厚さは1μmとした。ここで、図8(b)における反射層32として厚さ50nmのMo層、半導体層側接合層33として実施例1と同様のTi/Au層を形成した。支持基板100、支持基板側接合層101としては、実施例1と同様として、ハンダ及びその接合温度も同様とした。ただし、転写用基板(第2の基板)60と窒化アルミニウム焼結基板を用いた。その後、第2剥離工程(図8(e))後に露出したSiO層53を成形してから(図8(f))、エッチングを行うことによってn型層21を露出させた(図8(g))。その後、SiO層53を除去した(図8(h))後に、露出したp型層23の上に実施例1と同様のp側オーミック電極41、外部接続用のp側電極42を形成した。その後、露出したn型層21の上にn側オーミック電極31として、実施例1と同様であるがパターン化されていないTi/Al/Cr層を形成した。これにより、横型のLEDが製造された。
(Example 3)
A horizontal LED was manufactured using the manufacturing method of FIG. 8 with the same growth substrate, lift-off layer, semiconductor layer and the like as in Example 1. The thickness of the SiO 2 layer was 1 μm. Here, a Mo layer having a thickness of 50 nm was formed as the reflective layer 32 in FIG. 8B, and a Ti / Au layer similar to that in Example 1 was formed as the semiconductor layer side bonding layer 33. As for the support substrate 100 and the support substrate side bonding layer 101, the solder and the bonding temperature thereof were the same as in Example 1. However, a transfer substrate (second substrate) 60 and an aluminum nitride sintered substrate were used. Then, after forming the SiO 2 layer 53 exposed after the second peeling step (FIG. 8E) (FIG. 8F), the n-type layer 21 was exposed by etching (FIG. 8D g)). Thereafter, after removing the SiO 2 layer 53 (FIG. 8 (h)), the p-side ohmic electrode 41 and the p-side electrode 42 for external connection similar to those in Example 1 were formed on the exposed p-type layer 23. . Thereafter, an unpatterned Ti / Al / Cr layer similar to Example 1 was formed as the n-side ohmic electrode 31 on the exposed n-type layer 21. Thereby, a horizontal LED was manufactured.

このLEDの特性を測定した結果、Po=1.0mW、Vf=4.5V、If=20mAとなった。すなわち、横型のLEDである実施例3においても、良好な特性が得られることが確認された。なお、反射層32として、上記のMo層の代わりに、厚さ100nmのAl層と厚さ500nmのSiO層の積層構造を用いた場合であっても同様の結果が得られた。 As a result of measuring the characteristics of this LED, Po = 1.0 mW, Vf = 4.5 V, If = 20 mA. That is, it was confirmed that good characteristics can be obtained also in Example 3, which is a horizontal LED. Similar results were obtained even when the reflective layer 32 was a laminated structure of an Al layer having a thickness of 100 nm and an SiO 2 layer having a thickness of 500 nm instead of the Mo layer.

10 発光素子
20 半導体層
21 n型GaN層(n型III族窒化物半導体層:n型層)
22 発光層
23 p型GaN層(n型III族窒化物半導体層:p型層)
31 n側オーミック電極
32、32a 反射層
32b 反射下地層
33 半導体層側接合層(接合層)
41 p側オーミック電極
42 p側電極
50 成長基板(第1の基板)
51 リフトオフ層
52 バッファ層
53 SiO
54、62、163 ポリイミド層(介在層)
60、160 転写用基板(第2の基板)
61、161 第2の基板主体
100 支持基板(第3の基板)
101 支持基板側接合層(接合層)
162 第2リフトオフ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light emitting element 20 Semiconductor layer 21 n-type GaN layer (n-type group III nitride semiconductor layer: n-type layer)
22 Light emitting layer 23 p-type GaN layer (n-type group III nitride semiconductor layer: p-type layer)
31 n-side ohmic electrodes 32, 32a Reflective layer 32b Reflective underlayer 33 Semiconductor layer-side bonding layer (bonding layer)
41 p-side ohmic electrode 42 p-side electrode 50 Growth substrate (first substrate)
51 Lift-off layer 52 Buffer layer 53 SiO 2 layer 54, 62, 163 Polyimide layer (intervening layer)
60, 160 Transfer substrate (second substrate)
61, 161 Second substrate main body 100 Support substrate (third substrate)
101 Support substrate side bonding layer (bonding layer)
162 Second lift-off layer

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
発明の発光素子の製造方法は、n型III族窒化物半導体層と、発光層と、p型III族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記n型III族窒化物半導体層が支持基板に接合層を介して接合された構成を具備する発光素子の製造方法であって、第1の基板上にリフトオフ層を介して前記積層構造を、前記n型III族窒化物半導体層、前記発光層、前記p型III族窒化物半導体層の順に形成する成長工程と、前記p型III族窒化物半導体層の主面側を、ポリイミド系の樹脂材料で構成された介在層を介して前記第1の基板と同一の材料で構成された第2の基板に接合する第1接合工程と、前記リフトオフ層を除去して前記第1の基板を前記積層構造から剥離する第1剥離工程と、前記積層構造における前記n型III族窒化物半導体層の主面側に、n側オーミック電極を局所的に形成し、かつ、前記発光層が発する光を反射させる反射層を形成する反射層形成工程とを有し、前記反射層に接合層を介して前記支持基板を接合する第2接合工程と、前記介在層を除去して前記第2の基板を前記半導体層から剥離する第2剥離工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第2の基板の室温での熱膨張係数が4×10−6〜7×10−6/Kの範囲であることを特徴とする
本発明の発光素子の製造方法は、前記第1の基板及び前記第2の基板の主体をサファイアとすることを特徴とする
本発明の発光素子の製造方法は、前記介在層の厚さを0.3μm以上5.0μm以下とすることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第1剥離工程と前記反射層形成工程の間に、露出した前記n型III族窒化物半導体層の表面に局所的にn側オーミック電極を形成するn側オーミック電極形成工程を具備し、前記反射層形成工程において、前記反射層を、少なくとも前記n側オーミック電極が形成されない前記n型III族窒化物半導体層の表面に形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記反射層形成工程において、前記n型III族窒化物半導体層との間に反射下地層を介在させて前記反射層を形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記成長工程において、前記リフトオフ層と前記積層構造との間に単結晶のAlNバッファ層を介在させ、前記反射層形成工程において、前記AlNバッファ層が局所的に除去された領域に前記n側オーミック電極を局所的に形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記成長工程と前記第1接合工程の間において、前記p型III族窒化物半導体層の主面側にp側オーミック電極を形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第2剥離工程の後において、前記p型III族窒化物半導体層の主面側から前記積層構造を局所的にエッチングすることによって前記主面側において前記n型III族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかを局所的に露出させる半導体層エッチング工程と、前記主面側において局所的に露出した前記n型III族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかの表面にn側電極を形成するn側電極形成工程と、を具備することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The method for manufacturing a light-emitting device according to the present invention has a laminated structure including an n-type group III nitride semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type group III nitride semiconductor layer, and the n-type group III nitride semiconductor layer Is a method of manufacturing a light emitting device having a structure in which a laminated structure is bonded to a support substrate via a bonding layer, the stacked structure being formed on the first substrate via a lift-off layer, and the n-type group III nitride semiconductor layer A growth step of forming the light emitting layer and the p-type group III nitride semiconductor layer in this order, and a main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer through an intervening layer made of a polyimide-based resin material. A first bonding step of bonding to a second substrate made of the same material as the first substrate, and a first peeling step of removing the lift-off layer and peeling the first substrate from the laminated structure And the n-type group III nitride in the laminated structure The main surface side of the object semiconductor layer, locally forming an n-side ohmic electrode and having a reflective layer forming step of forming a reflective layer for reflecting light which the light emitting layer is emitted, bonded to the reflective layer A second bonding step of bonding the supporting substrate through a layer; and a second peeling step of removing the intervening layer and peeling the second substrate from the semiconductor layer.
Method of manufacturing a light emitting device of the present invention is characterized in that the thermal expansion coefficient at room temperature of the second substrate is in the range of 4 × 10 -6 ~7 × 10 -6 / K.
The method for manufacturing a light emitting element according to the present invention is characterized in that sapphire is the main body of the first substrate and the second substrate .
The method for manufacturing a light emitting device of the present invention is characterized in that the thickness of the intervening layer is 0.3 μm or more and 5.0 μm or less.
In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, the n-side ohmic electrode is locally formed on the exposed surface of the n-type group III nitride semiconductor layer between the first peeling step and the reflective layer forming step. A side ohmic electrode forming step, wherein in the reflecting layer forming step, the reflecting layer is formed at least on the surface of the n-type group III nitride semiconductor layer where the n-side ohmic electrode is not formed.
The method for manufacturing a light emitting device of the present invention is characterized in that, in the reflective layer forming step, the reflective layer is formed with a reflective base layer interposed between the n-type group III nitride semiconductor layer.
In the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, a single crystal AlN buffer layer is interposed between the lift-off layer and the stacked structure in the growth step, and the AlN buffer layer is locally formed in the reflective layer forming step. The n-side ohmic electrode is locally formed in the removed region.
The method for manufacturing a light emitting device according to the present invention is characterized in that a p-side ohmic electrode is formed on a main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer between the growth step and the first bonding step.
In the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, after the second peeling step, the stacked structure is locally etched from the main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer, so that the main surface side a semiconductor layer etching step for locally exposing any one of the n-type group III nitride semiconductor layer, the reflective layer, and the bonding layer; and the n-type group III nitride semiconductor locally exposed on the main surface side And an n-side electrode forming step of forming an n-side electrode on the surface of any one of the layer, the reflective layer, and the bonding layer.

Claims (19)

n型III族窒化物半導体層と、発光層と、p型III族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記n型III族窒化物半導体層が接合層を介して支持基板と接合され、前記n型III族窒化物半導体層と前記接合層との間に設けられた反射層を具備し、前記p型III族窒化物半導体層の主面側から光を発することを特徴とする発光素子。   It has a laminated structure including an n-type group III nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type group III nitride semiconductor layer, and the n-type group III nitride semiconductor layer is bonded to the support substrate through the bonding layer. And a reflection layer provided between the n-type group III nitride semiconductor layer and the bonding layer, and emitting light from a main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer. Light emitting element. 前記反射層が、金属または誘電体多層膜からなることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 1, wherein the reflective layer is made of a metal or a dielectric multilayer film. 前記n型III族窒化物半導体層と前記接合層との間に、前記n型III族窒化物半導体層と接して局所的に形成されたn側オーミック電極をさらに具備することを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子。 An n-side ohmic electrode locally formed between the n-type group III nitride semiconductor layer and the bonding layer and in contact with the n-type group III nitride semiconductor layer is further provided. Item 3. The light emitting device according to Item 1 or 2. 前記反射層と前記n型III族窒化物半導体層との間には、前記n型III族窒化物半導体層と接し、かつ、前記n側オーミック電極と重複しない位置に、前記光を透過させる反射下地層をさらに具備することを特徴とする請求項3に記載の発光素子。   Between the reflective layer and the n-type group III nitride semiconductor layer, a reflection that transmits the light at a position that is in contact with the n-type group III nitride semiconductor layer and does not overlap with the n-side ohmic electrode. The light emitting device according to claim 3, further comprising an underlayer. 前記反射下地層は、前記積層構造の成長時に使用され、成長用基板と前記n型III族窒化物半導体層との間に形成された単結晶のAlNバッファ層を含むことを特徴とする請求項4に記載の発光素子。   The reflective underlayer is used when the stacked structure is grown, and includes a single crystal AlN buffer layer formed between a growth substrate and the n-type group III nitride semiconductor layer. 5. The light emitting device according to 4. 前記反射下地層における少なくとも前記反射層側において誘電体層が設けられたことを特徴とする請求項4または5に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 4, wherein a dielectric layer is provided at least on the reflective layer side of the reflective base layer. 前記反射層は、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、モリブデン(Mo)、又はアルミニウム(Al)を含むことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の発光素子。   The light emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the reflective layer includes ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), or aluminum (Al). . 前記反射層は、誘電体からなる多層構造を具備し、前記誘電体には少なくともSiO、HfO、Sc、TiO、Al、SiNが含まれることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の発光素子。 The reflective layer has a multilayer structure made of a dielectric, and the dielectric contains at least SiO 2 , HfO 2 , Sc 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , and SiN. The light emitting device according to any one of claims 1 to 7. 前記p型III族窒化物半導体層の上に形成され、前記半導体層が発する光を一部透過させるあるいはメッシュ形状を有するp側オーミック電極と、前記p側オーミック電極を局所的に覆って前記p側オーミック電極と接するp側電極と、を具備することを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の発光素子。   A p-side ohmic electrode formed on the p-type group III nitride semiconductor layer and partially transmitting light emitted from the semiconductor layer or having a mesh shape; and the p-side ohmic electrode locally covering the p-type ohmic electrode The light emitting device according to claim 1, further comprising a p-side electrode in contact with the side ohmic electrode. n型III族窒化物半導体層と、発光層と、p型III族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記n型III族窒化物半導体層が支持基板に接合層を介して接合された構成を具備する発光素子の製造方法であって、
第1の基板上にリフトオフ層を介して前記積層構造を、前記n型III族窒化物半導体層、前記発光層、前記p型III族窒化物半導体層の順に形成する成長工程と、
前記p型III族窒化物半導体層の主面側を、介在層を介して第2の基板に接合する第1接合工程と、
前記リフトオフ層を除去して前記第1の基板を前記積層構造から剥離する第1剥離工程と、
前記積層構造における前記n型III族窒化物半導体層の主面側に、n側オーミック電極を局所的に形成する工程と、前記発光層が発する光を反射させる反射層を形成する反射層形成工程とを有し、
前記反射層に接合層を介して前記支持基板を接合する第2接合工程と、
前記介在層を除去して前記第2の基板を前記半導体層から剥離する第2剥離工程と、
を具備することを特徴とする発光素子の製造方法。
It has a laminated structure including an n-type group III nitride semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type group III nitride semiconductor layer, and the n-type group III nitride semiconductor layer is bonded to the support substrate via the bonding layer. A method of manufacturing a light emitting device having the above-described configuration,
A growth step of forming the stacked structure on the first substrate through a lift-off layer in the order of the n-type group III nitride semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type group III nitride semiconductor layer;
A first bonding step of bonding a main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer to a second substrate via an intervening layer;
A first peeling step of removing the lift-off layer and peeling the first substrate from the laminated structure;
A step of locally forming an n-side ohmic electrode on the main surface side of the n-type group III nitride semiconductor layer in the stacked structure, and a reflective layer forming step of forming a reflective layer that reflects light emitted from the light emitting layer And
A second bonding step of bonding the support substrate to the reflective layer via a bonding layer;
A second peeling step of removing the intervening layer and peeling the second substrate from the semiconductor layer;
A method for manufacturing a light emitting element, comprising:
前記第2の基板の室温での熱膨張係数が4×10−6〜7×10−6/Kの範囲であることを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 10, wherein the second substrate has a coefficient of thermal expansion at room temperature of 4 × 10 −6 to 7 × 10 −6 / K. 前記第1の基板と前記第2の基板とを同一の材料で構成することを特徴とする請求項10または11に記載の発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 10 or 11, wherein the first substrate and the second substrate are made of the same material. 前記第1の基板及び前記第2の基板の主体をサファイアとすることを特徴とする請求項12に記載の発光素子の製造方法。   The method of manufacturing a light emitting element according to claim 12, wherein the main body of the first substrate and the second substrate is sapphire. 前記介在層をポリイミド系の樹脂材料で構成することを特徴とする請求項10から請求項13までのいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light-emitting element according to any one of claims 10 to 13, wherein the intervening layer is made of a polyimide-based resin material. 前記介在層の厚さを0.3μm以上5.0μm以下とすることを特徴とする請求項14に記載の発光素子の製造方法。   The method of manufacturing a light emitting element according to claim 14, wherein the thickness of the intervening layer is 0.3 μm or more and 5.0 μm or less. 前記第1剥離工程と前記反射層形成工程の間に、露出した前記n型III族窒化物半導体層の表面に局所的にn側オーミック電極を形成するn側オーミック電極形成工程を具備し、
前記反射層形成工程において、前記反射層を、少なくとも前記n側オーミック電極が形成されない前記n型III族窒化物半導体層の表面に形成することを特徴とする請求項10から請求項15までのいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
An n-side ohmic electrode forming step for locally forming an n-side ohmic electrode on the exposed surface of the n-type group III nitride semiconductor layer between the first peeling step and the reflective layer forming step;
16. The reflection layer forming step, wherein the reflection layer is formed at least on the surface of the n-type group III nitride semiconductor layer where the n-side ohmic electrode is not formed. A method for producing a light-emitting element according to claim 1.
前記反射層形成工程において、前記n型III族窒化物半導体層との間に反射下地層を介在させて前記反射層を形成することを特徴とする請求項16に記載の発光素子の製造方法。   The method of manufacturing a light emitting element according to claim 16, wherein in the reflective layer forming step, the reflective layer is formed with a reflective base layer interposed between the n-type group III nitride semiconductor layer. 前記成長工程と前記第1接合工程の間において、前記p型III族窒化物半導体層の主面側にp側オーミック電極を形成することを特徴とする請求項10から請求項17に記載の発光素子の製造方法。   18. The light emitting device according to claim 10, wherein a p-side ohmic electrode is formed on a main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer between the growth step and the first bonding step. Device manufacturing method. 前記第2剥離工程の後において、前記p型III族窒化物半導体層の主面側から前記積層構造を局所的にエッチングすることによって前記主面側において前記n型III族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかを局所的に露出させる半導体層エッチング工程と、
前記主面側において局所的に露出した前記n型III族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかの表面にn側電極を形成するn側電極形成工程と、
を具備することを特徴とする請求項10から請求項18までのいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
After the second peeling step, the n-type group III nitride semiconductor layer on the main surface side by locally etching the stacked structure from the main surface side of the p-type group III nitride semiconductor layer, A semiconductor layer etching step for locally exposing either the reflective layer or the bonding layer;
An n-side electrode forming step of forming an n-side electrode on the surface of any one of the n-type group III nitride semiconductor layer, the reflective layer, and the bonding layer exposed locally on the main surface side;
The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 10, comprising:
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