JP2014154693A - Group iii nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、III 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。さらに詳細には、製造工程の簡略化を図ったIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a group III nitride semiconductor light-emitting device and a method for manufacturing the same, in which the manufacturing process is simplified.
III 族窒化物半導体発光素子には、成長基板の上に半導体層を成長させた後に、その成長基板を半導体層から除去する基板リフトオフ法により製造されるものがある。基板リフトオフ法には、レーザーを用いるレーザーリフトオフ法と、薬液を用いるケミカルリフトオフ法とがある。レーザーリフトオフ法では、半導体層と成長基板との間の界面にレーザーを照射することにより、半導体層から成長基板を除去する。ケミカルリフトオフ法では、所定の薬液に溶解可能な層を半導体層と成長基板との間に予め形成し、その薬液を用いて溶解可能な層を溶解させることにより、半導体層から成長基板を除去する。 Some Group III nitride semiconductor light emitting devices are manufactured by a substrate lift-off method in which after a semiconductor layer is grown on a growth substrate, the growth substrate is removed from the semiconductor layer. The substrate lift-off method includes a laser lift-off method using a laser and a chemical lift-off method using a chemical solution. In the laser lift-off method, the growth substrate is removed from the semiconductor layer by irradiating the interface between the semiconductor layer and the growth substrate with a laser. In the chemical lift-off method, a layer that can be dissolved in a predetermined chemical solution is formed in advance between the semiconductor layer and the growth substrate, and the growth substrate is removed from the semiconductor layer by dissolving the soluble layer using the chemical solution. .
このように成長基板を除去する半導体発光素子では、その機械的強度を高めるために、半導体層を何らかの支持基板に接合することが一般的である。例えば、特許文献1には、半導体層を有する積層体の第1の金属層と、支持基板を有する積層体の第2の金属層とを、100〜200℃の温度で加熱することにより、これらを貼り合わせて接着させる技術が開示されている(特許文献1の段落[0015]−[0019]および図2参照)。また、半導体層を有する積層体と支持基板を有する積層体との接合に、AuSn共晶半田を用いる技術が開示されている(特許文献1の段落[0034]−[0039]および図4参照)。
In such a semiconductor light emitting device in which the growth substrate is removed as described above, in order to increase the mechanical strength, the semiconductor layer is generally bonded to some supporting substrate. For example,
しかし、このように、金属層同士を貼り合わせたり、もしくは半田接合を行う場合には、次の工程を必要とする。すなわち、1)半導体層側および支持基板側の双方に金属層を設ける工程と、2)これらを加熱しつつ貼り合わせる、もしくは加熱溶融して接合する工程と、を実施する必要がある。これらの工程を有する半導体発光素子の製造方法では、工程数が多い。すなわち、サイクルタイムが長い。 However, when the metal layers are bonded together or soldered as described above, the following process is required. That is, it is necessary to perform 1) a process of providing a metal layer on both the semiconductor layer side and the support substrate side, and 2) a process of bonding them together while heating them or bonding them by heating and melting them. In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device having these steps, the number of steps is large. That is, the cycle time is long.
また、2つの金属層を貼り合わせた貼付層の界面では、密着性が弱い。そのため、界面でクラックを生じるおそれがある。また、半田接合した半田層では、ボイドが生じるおそれがある。また、半田層の材料を用いるため、コストが高い。 Also, the adhesion is weak at the interface between the two metal layers bonded together. For this reason, there is a risk of causing cracks at the interface. In addition, voids may occur in the soldered solder layer. Moreover, since the material of the solder layer is used, the cost is high.
本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、クラックやボイドの発生を防止しつつ製造工程の簡略化を図ったIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, the problem is to provide a group III nitride semiconductor light-emitting device and a method for manufacturing the same that prevent the generation of cracks and voids and simplify the manufacturing process.
第1の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、発光層とp型半導体層とn型半導体層とを有する半導体層と、半導体層を支持する支持体と、p型半導体層と導通するp電極と、n型半導体層と導通するn電極と、を有する。そして、支持体は、セラミックを溶射したセラミック溶射層である。 The group III nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect is electrically connected to a semiconductor layer having a light emitting layer, a p-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer, a support that supports the semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer. a p-electrode, and an n-electrode conducting to the n-type semiconductor layer. The support is a ceramic sprayed layer obtained by spraying ceramic.
このIII 族窒化物半導体発光素子は、セラミック溶射により形成した支持体を有している。セラミック溶射では、溶射される基材に溶融粒子が衝突する際に、溶融粒子の温度はそれほど高くなく、溶融粒子の熱容量も小さい。そのため、溶融粒子は、セラミック溶射層と接合される基材に、ほとんど熱を与えない。したがって、基材の熱膨張率とセラミックの熱膨張率との違いに起因する応力は、ほとんど発生しない。なお、断面写真を分析することにより、支持体が溶射により形成されたか否かを判別することができる。 This group III nitride semiconductor light emitting device has a support formed by ceramic spraying. In ceramic spraying, when the molten particles collide with the substrate to be sprayed, the temperature of the molten particles is not so high and the heat capacity of the molten particles is also small. Therefore, the molten particles hardly apply heat to the base material bonded to the ceramic sprayed layer. Therefore, the stress resulting from the difference between the thermal expansion coefficient of the substrate and the thermal expansion coefficient of the ceramic hardly occurs. In addition, it can be discriminate | determined by analyzing a cross-sectional photograph whether the support body was formed by thermal spraying.
第2の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、支持体に接合された少なくとも1以上の被接合層を有する。 The group III nitride semiconductor light emitting device according to the second aspect has at least one bonded layer bonded to a support.
第3の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、被接合層は、支持体に対向する面に凹凸形状部を有し、支持体は、被接合層に対向する面に凹凸形状部に対応する凹凸形状を有する。支持体はセラミック溶射層であるため、被接合層の凹凸形状部の凹凸を吸収するようにセラミック溶射層が形成される。 In the group III nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the bonded layer has a concavo-convex shape portion on a surface facing the support, and the support has a concavo-convex shape portion on the surface facing the bonded layer. Corresponding uneven shape. Since the support is a ceramic sprayed layer, the ceramic sprayed layer is formed so as to absorb the unevenness of the uneven shape portion of the bonded layer.
第4の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、n型半導体層と接触するnコンタクト電極を有する。そして、被接合層の凹凸形状部は、nコンタクト電極の形状に沿って形成されている。このとき支持体の凹凸形状は、この被接合層の凹凸形状部に対応する形状である。 The group III nitride semiconductor light emitting device according to the fourth aspect has an n contact electrode in contact with the n type semiconductor layer. And the uneven | corrugated shaped part of a to-be-joined layer is formed along the shape of an n contact electrode. At this time, the uneven shape of the support is a shape corresponding to the uneven portion of the bonded layer.
第5の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、被接合層のうちの少なくとも一部は、パッシベーション膜である。このパッシベーション膜は、支持体との密着性を高める役割を担っている。また、金属から成る電極を保護する役割も担っている。 In the group III nitride semiconductor light-emitting device according to the fifth aspect, at least a part of the bonded layers is a passivation film. This passivation film plays a role of improving adhesion to the support. It also plays a role of protecting electrodes made of metal.
第6の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、パッシベーション膜における支持体との接合面が、粗面化されている。パッシベーション膜の表面が粗面化されているので、支持体とパッシベーション膜との接触面積が大きくなり、密着性はより強固なものとなる。 In the group III nitride semiconductor light emitting device according to the sixth aspect, the bonding surface of the passivation film with the support is roughened. Since the surface of the passivation film is roughened, the contact area between the support and the passivation film is increased, and the adhesion becomes stronger.
第7の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、2つの金属層を加熱して貼り合わせた貼付層と半田層とのいずれもが、支持体と半導体層との間に存在しない。そのため、貼付層や半田層にボイドが生じたり、クラックが入るおそれがない。 In the group III nitride semiconductor light-emitting device according to the seventh aspect, neither the bonding layer or the solder layer obtained by heating and bonding the two metal layers exists between the support and the semiconductor layer. Therefore, there is no possibility that voids are generated in the sticking layer or the solder layer or cracks are generated.
第8の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、支持体における半導体層の反対側の面の上に、金属層が形成されている。 In the group III nitride semiconductor light emitting device according to the eighth aspect, a metal layer is formed on the surface of the support opposite to the semiconductor layer.
第9の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、p電極およびn電極は、支持体の反対側の位置に露出している。そして、光取り出し面が、n電極が露出している側にある。 In the group III nitride semiconductor light-emitting device according to the ninth aspect, the p electrode and the n electrode are exposed at positions opposite to the support. The light extraction surface is on the side where the n-electrode is exposed.
第10の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、III 族窒化物半導体から成る半導体層を成長基板に成長させる半導体層形成工程と、半導体層を含む基材に成長基板の反対側の位置からセラミックを溶射して支持体を形成するセラミック溶射工程と、半導体層から成長基板を除去する成長基板除去工程と、を有する。 A method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device according to a tenth aspect includes a semiconductor layer forming step of growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on a growth substrate, and a substrate including the semiconductor layer opposite to the growth substrate. A ceramic spraying step of spraying ceramic from the side position to form a support; and a growth substrate removing step of removing the growth substrate from the semiconductor layer.
この半導体発光素子の製造方法では、セラミック溶射により支持体を形成する。そのため、従来のように、半導体層を含む積層体と、支持体を含む積層体とを接合する工程は、必要ない。そのため、この半導体発光素子の製造方法の工程数は、従来のものより少ない。また、サイクルタイムも短い。 In this method for manufacturing a semiconductor light emitting device, the support is formed by ceramic spraying. Therefore, the process of joining the laminated body containing a semiconductor layer and the laminated body containing a support body like the past is unnecessary. Therefore, the number of steps of the method for manufacturing the semiconductor light emitting device is smaller than that of the conventional method. Also, the cycle time is short.
第11の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、半導体層はp型半導体層を有する。このIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、p型半導体層にpコンタクト電極を形成するpコンタクト電極形成工程と、pコンタクト電極にパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程と、を有する。そして、セラミック溶射工程では、パッシベーション膜にセラミックを溶射する。 In the group III nitride semiconductor light-emitting device manufacturing method according to the eleventh aspect, the semiconductor layer has a p-type semiconductor layer. This method for manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting device includes a p-contact electrode forming step for forming a p-contact electrode on the p-type semiconductor layer, and a passivation film forming step for forming a passivation film on the p-contact electrode. In the ceramic spraying step, ceramic is sprayed on the passivation film.
第12の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、半導体層はn型半導体層を有する。このIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、p型半導体層からn型半導体層まで達する非貫通孔を形成してn型半導体層の一部を露出させ、その露出箇所にnコンタクト電極を形成するnコンタクト電極形成工程と、nコンタクト電極を絶縁膜で覆う絶縁膜形成工程と、を有する。 In the group III nitride semiconductor light-emitting device manufacturing method according to the twelfth aspect, the semiconductor layer has an n-type semiconductor layer. In this method of manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device, a non-through hole extending from a p-type semiconductor layer to an n-type semiconductor layer is formed to expose a part of the n-type semiconductor layer, and an n-contact electrode is formed at the exposed portion. An n contact electrode forming step to be formed; and an insulating film forming step of covering the n contact electrode with an insulating film.
第13の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、支持体における半導体層の反対側の面を平坦化する平坦化工程を有する。 The manufacturing method of the group III nitride semiconductor light-emitting device according to the thirteenth aspect includes a flattening step of flattening the opposite surface of the semiconductor layer in the support.
本発明によれば、クラックやボイドの発生を防止しつつ製造工程の簡略化を図ったIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法が提供されている。 According to the present invention, there are provided a group III nitride semiconductor light-emitting device and a method for manufacturing the same, in which the manufacturing process is simplified while preventing the generation of cracks and voids.
以下、具体的な実施形態について、半導体発光素子を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本発明は、実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体発光素子の半導体層の積層構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。 Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings, taking a semiconductor light emitting element as an example. However, the present invention is not limited to the embodiment. Moreover, the laminated structure of the semiconductor layer of the semiconductor light emitting element mentioned later is an illustration. Of course, a laminated structure different from that of the embodiment may be used. And the thickness of each layer in each figure is shown conceptually and does not indicate the actual thickness.
1.半導体発光素子
図1は、本実施形態の発光素子100を上方から視た図である。図2は、図1のAA断面を示す断面図である。発光素子100は、成長基板を除去した基板リフトオフ型の半導体発光素子である。発光素子100は、支持体110と、パッシベーション膜120と、カバー金属層130と、反射性pコンタクト電極140と、絶縁膜150と、nコンタクト電極160と、半導体層170と、p電極P1と、n電極N1とを有している。
1. Semiconductor Light-Emitting Element FIG. 1 is a view of a light-emitting
半導体層170は、III 族窒化物半導体から成る複数の層を有している。ここでIII 族窒化物半導体とは、Alx Iny Gaz N(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される半導体である。半導体層170は、p型半導体層171と、発光層172と、n型半導体層173と、を有している。発光層172は、井戸層と障壁層とを有している。発光層172の構造は、単一量子井戸構造(SQW)であってもよいし、多重量子井戸構造(MQW)であってもよい。p型半導体層171は、p型クラッド層と、p型コンタクト層とを有している。n型半導体層173は、n型クラッド層と、n型コンタクト層とを有している。また、n型半導体層173における発光層172の反対側の面は、粗面化された光取り出し面174である。このように、光取り出し面174は、n電極N1が露出している側にある。これら半導体層170の積層構造は例示であり、これ以外の積層構造であってもよい。
The
支持体110は、半導体層170を支持し、発光素子100の変形を防止するためのものである。支持体110は、後述するように、セラミック溶射により形成されたセラミック溶射層である。パッシベーション膜120は、カバー金属層130における支持体110側の面を覆うものである。そして、パッシベーション膜120は、支持体110に接合された被接合層である。パッシベーション膜120の材質は、例えば、SiO2 やSi3 N4 などである。
The
カバー金属層130は、エレクトロマイグレーションを防止するための層である。例えば、反射性pコンタクト電極140の金属が拡散するのを防止する。カバー金属層130の材質は、例えば、Pt、Au、Rh、Ag、Pd、Ti、Ni、Wのうちのいずれかの金属、もしくはこれらの合金、またはこれらを積層構造としたものであってもよい。
The
反射性pコンタクト電極140は、p型半導体層171と導通するためのものである。そして、反射性pコンタクト電極140は、p型コンタクト層に接触している。また、反射性pコンタクト電極140は、半導体層170から発せられる光を反射するための反射層でもある。反射性pコンタクト電極140の材質は、例えば、Ag、Rh、Pt、Ruやこれらの金属を主成分とする合金である。あるいは、ITOやIZOといった透光性導電膜と、Ag、Al、Rhなどの高反射性金属層とを積層したものであってもよい。絶縁膜150は、nコンタクト電極160と、反射性pコンタクト電極140との導通を防止するための層である。絶縁層150の材質は、例えば、SiO2 やSi3 N4 などである。
The reflective p-
p電極P1は、p型半導体層171と導通するパッド電極である。p電極P1の材質は、カバー金属層130の側から、Ti、Alの順に形成したもの(Ti/Al)を用いることができる。また、Ti/Au、Ti/Ni/Auの順に形成したものを用いてもよい。最表面の材質は、Auであることが望ましい。
The p electrode P <b> 1 is a pad electrode that conducts with the p-
nコンタクト電極160は、n型半導体層173と導通するためのものである。そして、nコンタクト電極160は、n型コンタクト層に接触している。図3にnコンタクト電極160の形状を示す。図3に示すように、nコンタクト電極160は、格子形状に近い形状をしている。すなわち、梁が平面的に張り巡らされて一体となった形状をしている。図4に示すように、nコンタクト電極160は、例えば、n型半導体層173の側(図4中の上方)からV、Alの順で形成したものである。
The
n電極N1は、n型半導体層173と導通するパッド電極である。n電極N1の積層構造は、例えば、nコンタクト電極160の側(図4中の下方)から、Ti、Auの順で形成したものである。このとき、nコンタクト電極160およびn電極N1の積層構造は、図4中の下方から、すなわち、支持体110の側からみて、Al、V、Ti、Auの順で形成された構造になっている。
The n electrode N <b> 1 is a pad electrode that is electrically connected to the n-
nコンタクト電極160の積層構造は、前述したものの他に、n型半導体層173の側(図4中の上方)から順にTi/Al、V/Au、Ti/Au、もしくはNi/Auとしてもよい。n電極N1の積層構造は、nコンタクト電極160と同じものを用いてもよい。また、n電極N1の積層構造は、p電極P1と同じものを用いることもできる。さらには、n電極N1の積層構造とp電極P1の積層構造とを同じとし、これらを同時に形成することもできる。なお、図2に示すように、p電極P1およびn電極N1は、支持体110の反対側の位置に露出している。
The stacked structure of the n-
2.支持体(セラミック溶射層)
支持体110は、前述したように、セラミック溶射により形成されたセラミック溶射層である。セラミック溶射層は、溶融した粒子が積み重なって形成されている。そのため、セラミック溶射層には、ある程度の酸化物が含まれており、粒界も顕著に表れる。また、セラミック溶射層には、微細な気孔や未溶融粒子が含まれている。セラミック溶射層は、上記のような特徴点を有するため、例えば、SEM等の顕微鏡により断面を観察することで、セラミック溶射により製造されたか否かを判別することができる。
2. Support (ceramic sprayed layer)
As described above, the
支持体110の材質は、例えば、アルミナ(Al2 O3 )である。溶射する支持体110aの厚みは、1mm程度である。また、0.3mm以上3.0mm以下の範囲内であってもよい。また、用いる材質やウエハの口径に応じて、支持体110の厚みを変えてもよい。ウエハから個々の素子に分離をする際の分離を容易とするために、支持体110を薄板化することができる。薄板化後の支持体110の厚みは0.5mm程度である。また、その厚みは、0.3mm以上1.5mm以下の範囲内であってもよい。
The material of the
図2に示すように、支持体110の露出面111は、平坦である。一方、支持体110の半導体層170の側の面112には、凹凸113が形成されている。この凹凸113の凹部は、nコンタクト電極160の形状に沿って形成されている。すなわち、凹凸113は、nコンタクト電極160の形状に沿って形成された溝部を有する。この凹凸113は、パッシベーション膜120の凹凸形状と噛み合う形状である。このように、パッシベーション膜120には、支持体110に対向する面に凹凸形状部がある。一方、支持体110には、パッシベーション膜120に対向する面に、パッシベーション膜120の凹凸形状部に対応する凹凸113がある。
As shown in FIG. 2, the exposed
3.半導体発光素子の製造方法
3−1.半導体層形成工程
有機金属化学気相成長法(MOCVD法)により、III 族窒化物半導体から成る各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。図5に示すように、成長基板であるサファイア基板S10の主面の上に、半導体層170を形成する。その形成順序は、サファイア基板S10の側から、n型半導体層173、発光層172、p型半導体層171の順である。また、半導体層170を形成する前に低温バッファ層を形成するとよい。
3. Manufacturing method of semiconductor light emitting device 3-1. Semiconductor layer forming step Crystals of each semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor are epitaxially grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). As shown in FIG. 5, the
3−2.nコンタクト電極形成工程
次に、ドライエッチングにより、半導体層170に凹部175を形成する。その際に、マスクとしてSiO2 を用いるとよい。図6に示すように、凹部175は、p型半導体層171の側からn型半導体層173に達する非貫通孔である。凹部175の底部には、n型半導体層173のうちのn型コンタクト層176が露出している。凹部175の形状は、図3に示したnコンタクト電極160の形状に近い形状である。そして、図7に示すように、n型コンタクト層176の上に、nコンタクト電極160を形成する。
3-2. Next, a
3−3.絶縁膜形成工程
そして、図8に示すように、nコンタクト電極160と、表面171aの一部と、ドライエッチングにより露出したp型半導体層171および発光層172およびn型半導体層173の露出箇所を覆うように絶縁膜150を形成する。これにより、nコンタクト電極160は、半導体層170のn型コンタクト層176と、絶縁膜150とにより覆われることとなる。このとき、絶縁膜150の箇所は、半導体層170の表面171aから突出する凸部になっている。
3-3. Then, as shown in FIG. 8, the
3−4.pコンタクト電極形成工程
次に、スパッタリング法を用いて、p型半導体層171のp型コンタクト層171aの上に反射性pコンタクト電極140を形成する。また、反射性pコンタクト電極140の一部は、絶縁膜150を覆う。そして、反射性pコンタクト電極140のうち絶縁膜150を覆う箇所は、凸形状になっている。
3-4. Next, a reflective p-
3−5.カバー金属層形成工程
次に、反射性pコンタクト電極140の上に、カバー金属層130を形成する。ここで、カバー金属層130をウエハの全面にわたって形成する。カバー金属層130のうち、nコンタクト電極160に沿った箇所は、凸形状になっている。
3-5. Cover Metal Layer Formation Step Next, the
3−6.パッシベーション膜形成工程
次に、図9に示すように、カバー金属層130の上に、パッシベーション膜120を形成する。ここで、パッシベーション膜120をウエハの全面にわたって形成する。このとき、パッシベーション膜120には、凹凸形状が形成されている。この凹凸形状は、nコンタクト電極160の形状に沿った凸部が形成されたものである。
3-6. Next, as shown in FIG. 9, a
3−7.セラミック溶射工程
次に、半導体層170を含む基材にサファイア基板S10の反対側、すなわち、パッシベーション膜120の側の位置からセラミックを溶射する。ここでは、減圧プラズマ溶射法を用いる。その際に、Ar、N2 等の不活性ガスを雰囲気ガスとして供給した減圧チャンバーの内部で溶射を行う。セラミック溶射時における成長基板の温度は、10℃以上150℃以下の範囲内の程度である。この温度範囲はあくまで例示であり、この範囲に限らない。これにより、図10に示すように、セラミック溶射層から成る支持体110aが形成される。支持体110aは、パッシベーション膜120に接合される。なお、この段階では素子分離を行っていないので、支持体110aは、円板形状である。
3-7. Next, ceramic is sprayed onto the base material including the
3−8.成長基板除去工程
支持体110aを形成した後に、半導体層170から成長基板であるサファイア基板S10を取り除く。例えば、レーザーリフトオフにより、サファイア基板S10を除去することができる。サファイア基板S10を取り除いた後の様子を図11に示す。
3-8. Growth Substrate Removal Step After forming the
3−9.パッド電極形成工程
次に、サファイア基板S10を除去して露出させたn型半導体層173の側から凹部177、178を形成する。これは、ドライエッチングにより行えばよい。凹部177の底部には、カバー金属層130が露出している。凹部178の底部には、nコンタクト電極160が露出している。すなわち、ドライエッチングによる凹部の形成は、カバー金属層130、nコンタクト電極160まで達し、これらの金属層の箇所で止まる。
3-9. Next, recesses 177 and 178 are formed from the side of the n-
そして、図12に示すように、その凹部177のカバー金属層130の上にp電極P1を形成する。凹部178のnコンタクト電極160の上にn電極N1を形成する。その後、光取り出し面となる面の粗面化処理や絶縁膜の形成を行うとよい。
Then, as shown in FIG. 12, a p-electrode P1 is formed on the
3−10.素子分離工程
ここで、図13に示すように、YAGレーザーを用いて素子を分離する。もちろん、これ以外の方法で素子を分離してもよい。これにより、図2等に示した発光素子100が製造される。なお、上記の製造工程において、適宜熱処理を行うとよい。また、素子分離を実施する前に、溶射した支持体110aを研磨により薄板化することもできる。その場合における支持体110aの表面は、もちろん平坦である。
3-10. Element Isolation Step Here, as shown in FIG. 13, the element is isolated using a YAG laser. Of course, the elements may be separated by other methods. Thereby, the
4.従来の支持基板を用いた半導体発光素子との比較
4−1.支持体の作用効果
本実施形態の発光素子100は、セラミック溶射層からなる支持体110を有している。この支持体110は、(A)発光素子100の機械的強度を高める役割を担うのはもちろん、(B)半導体層170を含む積層体との接合材の役割を果たすとともに、(C)半導体層を含む積層体の凹凸を吸収する機能を有する。従来の半導体発光素子の支持基板には、(B)、(C)の効果はない。
4). Comparison with a semiconductor light emitting device using a conventional support substrate 4-1. Effect of Support Body The
4−2.支持体の内部構造
前述のとおり、本実施形態の発光素子100は、セラミック溶射層から成る支持体110を有している。セラミック溶射層では、溶融粒子が衝突して被膜化して堆積した構造になっている。そして、酸化物を含んでいる。また、支持体110には、微細な気孔や未溶融粒子が含まれている。したがって、支持体110の断面構造は、焼成により製造されたセラミック基板の断面構造とは異なっている。この違いは、SEM等の顕微鏡を用いた断面写真等により観察することができる。
4-2. Internal Structure of Support As described above, the
4−3.支持体の形状
従来では、半導体層を含む積層体と、支持基板を含む積層体とを半田接合により接合した。そのため、半導体層を含む積層体に凹凸が存在する場合には、支持基板と接合するにあたって、半田接合層(もしくはその他の層)がその凹凸を吸収した。つまり、半導体層を含む積層体の凹凸と対応する凹凸が、半田接合層等に形成されるのである。これに対し、本実施形態では、セラミック溶射層である支持体110自身が、その凹凸を吸収する。つまり、支持体110における半導体層170の側の面112には、凹凸113が形成されている。この凹凸113は、支持体110に接合される部材(パッシベーション膜120等)の凹凸に対応する形状である。一方、露出面111は、ほぼ平坦である。つまり、支持体110において、半導体層170の側の面112には凹凸113があり、その反対側の露出面111は平坦である。通常のセラミック基板では、接合面に対応する形状の凹凸形状を設けることは非常に困難である。
4-3. Conventionally, a laminate including a semiconductor layer and a laminate including a support substrate are joined by solder bonding. Therefore, in the case where unevenness is present in the stacked body including the semiconductor layer, the solder bonding layer (or other layer) absorbed the unevenness when bonded to the support substrate. That is, unevenness corresponding to the unevenness of the laminate including the semiconductor layer is formed in the solder bonding layer or the like. On the other hand, in this embodiment, the
4−4.半田接合層等の有無
また、従来のセラミック基板を用いた発光素子では一般に、半田接合層を有する。成長基板の上に成長させた半導体層と支持基板とを接合するためである。本実施形態の発光素子100では、この接合が必要無い。したがって、発光素子100は、半田接合層を有していない。また、半田層の金属が拡散するのを防止する層も有していない。半田接合層そのものがないため、半田接合層の内部にボイドが生じることはない。したがって、本実施形態の半導体発光素子の製造方法では、初期不良の製品が少なく、歩留まりがよい。なお、従来、半田接合層の半田として、例えば、Au−Sn系の半田の他、その他の鉛フリーの半田が用いられる。また、2つの金属層を加熱して貼り合わせた貼付層も存在しない。また、金属ペーストや金属ナノ粒子を用いた接合層も存在しない。
4-4. Presence / absence of a solder bonding layer In general, a light emitting element using a conventional ceramic substrate has a solder bonding layer. This is for bonding the semiconductor layer grown on the growth substrate and the support substrate. In the
4−5.接合工程
また、上記のように、本実施形態の半導体発光素子の製造方法では、半田接合工程と、2つの金属層を加熱して貼り合わせる接合工程とのいずれも実施しない。そのため、工程数は、従来の製造方法よりも少ない。つまり、サイクルタイムは短い。また、従来の金属層を加熱して貼り合わせる接合工程では、低くとも200℃程度、一般的には300℃近い高温で行った。そのため、基板と半導体層とでの熱膨張係数の差から、基板に反りが生じていた。これにより、内部の積層界面での剥離や、素子分離の際にラッピング欠け等が生じることがあった。これらが生じると、歩留まりは低下する。一方、本実施形態では、溶融粒子の温度が十分に低く、このような反りはほとんど生じない。したがって、歩留まりは従来に比べて十分に高い。
4-5. As described above, in the method of manufacturing the semiconductor light emitting device of this embodiment, neither the solder bonding process nor the bonding process of heating and bonding the two metal layers is performed. Therefore, the number of steps is smaller than that of the conventional manufacturing method. That is, the cycle time is short. In addition, the conventional bonding process in which the metal layers are bonded together is performed at a high temperature of at least about 200 ° C., generally close to 300 ° C. For this reason, the substrate is warped due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the semiconductor layer. As a result, peeling at the internal lamination interface, wrapping defects or the like may occur during element separation. When these occur, the yield decreases. On the other hand, in this embodiment, the temperature of the molten particles is sufficiently low, and such warpage hardly occurs. Therefore, the yield is sufficiently high as compared with the conventional case.
5.変形例
5−1.セラミックの種類
本実施形態では、支持体110の材質を、アルミナ(Al2 O3 )とした。しかし、その他に、チタニア(TiO2 )、クロミア(Cr2 O3 )、イットリア(Y2 O3 )、ジルコニア(ZrO2 )などの酸化物系のセラミックを用いることができる。また、これらの材質を複数用いることとしてもよい。また、セラミックは、上記の酸化物系のセラミックに限らず、水酸化物系、炭化物系、窒化物系、ハロゲン化物系、炭酸塩系、リン酸塩系のセラミックを含む。ただし、溶射することのできる材料に限られる。
5. Modified example 5-1. Type of ceramic In this embodiment, the
例えば、AlNやSiCといった熱伝導性の高いセラミックを溶射することもできる。AlNやSiCの熱伝導率は高い。そのため、これらを溶射した支持体110を有する発光素子100は、高い放熱性を備えている。
For example, high thermal conductivity ceramic such as AlN or SiC can be sprayed. The thermal conductivity of AlN and SiC is high. Therefore, the
5−2.溶射方法の種類
本実施形態では、減圧プラズマ溶射法を用いた。しかし、これ以外の方法を用いてもよい。例えば、大気プラズマ溶射法と、高速フレーム溶射法と、溶棒式フレーム溶射法とのうち、いずれを用いてもよい。セラミック溶射を行うことできれば、上記以外の溶射法であってももちろん適用できる。
5-2. Kind of thermal spraying method In this embodiment, the low pressure plasma spraying method was used. However, other methods may be used. For example, any of an atmospheric plasma spraying method, a high-speed flame spraying method, and a welding rod type flame spraying method may be used. Of course, other thermal spraying methods than the above can be applied as long as the ceramic thermal spraying can be performed.
5−3.金属層の形成
また、支持体110における半導体層170の反対側の面、すなわち、露出面111に金属層210を形成してもよい。その発光素子200を図14に示す。この場合、支持体110と金属層210の合計の厚みを前述の0.3mm以上1.5mm以下の範囲内とすればよい。ただし、これはあくまで例示であり、この範囲に限らない。金属層210の形成に、スパッタリング法等を用いてもよい。また、溶射により形成してもよい。その場合には、発光素子200は、セラミック溶射層から成る支持体110と、金属溶射層から成る金属層210とを有することとなる。熱伝導率の低い一般的なセラミックであるアルミナを薄く形成し、Cu等の熱伝導率の高い金属を厚く形成することにより、素子全体としての放熱性を向上させることもできる。また、アルミナ(Al2 O3 )と銅(Cu)とを、交互に溶射して積層してもよい。
5-3. Formation of Metal Layer Further, the
5−4.発光素子の電極形状
本実施形態の発光素子100では、反射性pコンタクト電極140の形状を板形状とし、nコンタクト電極160の形状を格子状に近い形状とした。しかし、これ以外の形状であってもよい。例えば、反射性pコンタクト電極とnコンタクト電極とが櫛歯状で互いに噛み合う形状にしてもよい。また、その他の形状であってもよい。
5-4. Electrode Shape of Light-Emitting Element In the light-emitting
5−5.パッシベーション膜
本実施形態では、パッシベーション膜120にセラミックを溶射して支持体110を形成することとした。しかし、パッシベーション膜120を必ずしも設けなくともよい。ただし、パッシベーション膜120は、支持体110との密着性を高めるための役割を担うとともに金属から成る電極を保護する役割も担っている。溶射したセラミック層は緻密な層ではなく、金属から成る電極を保護する能力は低いため、パッシベーション膜120を設けたほうがよい。そして、パッシベーション膜120にブラスト処理等の粗面化処理を施すことにより、パッシベーション膜120と支持体110との間の密着性は、より高いものとなる。
5-5. Passivation Film In this embodiment, the
5−6.成長基板
本実施形態では、成長基板としてサファイア基板を用いた。しかし、Si基板等、その他の基板を用いてもよい。また、その成長基板を除去する際に、レーザーリフトオフ法でなく、ケミカルリフトオフ法等、その他の方法を用いてもよい。
5-6. Growth substrate In this embodiment, a sapphire substrate was used as the growth substrate. However, other substrates such as a Si substrate may be used. Further, when removing the growth substrate, other methods such as a chemical lift-off method may be used instead of the laser lift-off method.
5−8.素子分離の際の切り代
本実施形態では、カバー金属層130をウエハ全面にわたって形成することとした。しかし、図15に示すように、反射性pコンタクト電極140を覆うとともに、発光素子の端部となる箇所、すなわち、素子分離工程で分離される素子の切り代の部分を覆わないこととする。これにより、素子の切り代に金属層が存在しないようにできる。そのため、素子の分離が容易である。このとき、支持体110に接合される被接合層は、パッシベーション膜120および絶縁膜150である。
5-8. Cutting allowance for element isolation In the present embodiment, the
5−9.凹凸形状
本実施形態では、支持体110に凹凸113がある。しかし、nコンタクト電極160を、例えば、図2中の上下の幅を小さくするなどすることにより、その後に形成する各層を平坦にすることもできる。このように、凹凸形状がなくともよい。
5-9. Concave and convex shape In the present embodiment, the
6.本実施形態のまとめ
本実施形態の発光素子100は、セラミック溶射層から成る支持体110を有する。セラミック溶射により支持体110を形成するため、半田接合層を有していない。そのため、半田を接合する際のボイドが生じない。また、半導体層170を含む積層体の凹凸形状と噛み合う凹凸形状が支持体110の半導体層170側の面に形成されている。
6). Summary of the present embodiment The
また、本実施形態の半導体発光素子の製造方法では、半田接合工程を有していない。このように製造工程が簡略化されるため、サイクルタイムは従来に比べて短い。また、Au−Sn半田を用いないため、材料費のコストダウンを図ることができる。また、この製造方法で製造される発光素子100の支持体110には、反りがほとんど生じない。溶融粒子が衝突する際の温度がそれほど高くないため、発生する熱応力が小さいからである。そのため、歩留まりは高い。すなわち、製造コストはより低い。
Further, the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of this embodiment does not have a solder bonding step. Since the manufacturing process is simplified as described above, the cycle time is shorter than the conventional one. In addition, since no Au—Sn solder is used, the material cost can be reduced. Further, the
なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、有機金属気相成長法(MOCVD法)に限らない。キャリアガスを用いて結晶を成長させる方法であれば、他の方法を用いてもよい。また、液相エピタキシー法、分子線エピタキシー法等、その他のエピタキシャル成長法により半導体層を形成することとしてもよい。 The embodiment described above is merely an example. Therefore, naturally, various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, it is not limited to the metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method). Any other method may be used as long as the crystal is grown using a carrier gas. Further, the semiconductor layer may be formed by other epitaxial growth methods such as a liquid phase epitaxy method and a molecular beam epitaxy method.
100…発光素子
110…支持体
120…パッシベーション膜
130…カバー金属層
140…反射性pコンタクト電極
150…絶縁膜
160…nコンタクト電極
170…半導体層
171…p型半導体層
172…発光層
173…n型半導体層
N1…n電極
P1…p電極
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記半導体層を支持する支持体と、
前記p型半導体層と導通するp電極と、
前記n型半導体層と導通するn電極と、
を有し、
前記支持体は、
セラミックを溶射したセラミック溶射層であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 A semiconductor layer having a light emitting layer, a p-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer;
A support for supporting the semiconductor layer;
A p-electrode conducting with the p-type semiconductor layer;
An n-electrode conducting to the n-type semiconductor layer;
Have
The support is
A group III nitride semiconductor light-emitting device characterized by being a ceramic sprayed layer obtained by spraying ceramic.
前記支持体に接合された少なくとも1以上の被接合層を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 The group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1,
A group III nitride semiconductor light-emitting device comprising at least one bonded layer bonded to the support.
前記被接合層は、
前記支持体に対向する面に凹凸形状部を有し、
前記支持体は、
前記被接合層に対向する面に前記凹凸形状部に対応する凹凸形状を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 The group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 2,
The bonded layer is
It has a concavo-convex shape portion on the surface facing the support,
The support is
A group III nitride semiconductor light-emitting device having a concavo-convex shape corresponding to the concavo-convex portion on a surface facing the bonded layer.
前記n型半導体層と接触するnコンタクト電極を有し、
前記被接合層の前記凹凸形状部は、
前記nコンタクト電極の形状に沿って形成されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 The group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 3,
An n-contact electrode in contact with the n-type semiconductor layer;
The uneven portion of the bonded layer is
A group III nitride semiconductor light-emitting device, which is formed along the shape of the n-contact electrode.
前記被接合層のうちの少なくとも一部は、
パッシベーション膜であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 2 to 4,
At least some of the bonded layers are
A group III nitride semiconductor light-emitting device, which is a passivation film.
前記パッシベーション膜における前記支持体との接合面が、粗面化されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 The group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 5,
A group III nitride semiconductor light-emitting device, wherein a surface of the passivation film bonded to the support is roughened.
2つの金属層を加熱して貼り合わせた貼付層と半田層とのいずれもが、前記支持体と前記半導体層との間に存在しないこと
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 6,
A group III nitride semiconductor light-emitting device characterized in that none of a bonding layer and a solder layer obtained by heating and bonding two metal layers exists between the support and the semiconductor layer.
前記支持体における前記半導体層の反対側の面の上に、金属層が形成されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 7,
A group III nitride semiconductor light-emitting device, wherein a metal layer is formed on a surface of the support opposite to the semiconductor layer.
前記p電極および前記n電極は、
前記支持体の反対側の位置に露出しており、
光取り出し面が、
前記n電極が露出している側にあること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 8,
The p electrode and the n electrode are
Exposed at the opposite side of the support,
The light extraction surface is
A group III nitride semiconductor light emitting device, wherein the n electrode is on the exposed side.
III 族窒化物半導体から成る半導体層を成長基板に成長させる半導体層形成工程と、
前記半導体層を含む基材に前記成長基板の反対側の位置からセラミックを溶射して支持体を形成するセラミック溶射工程と、
前記半導体層から前記成長基板を除去する成長基板除去工程と、
を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 In the method of manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device,
A semiconductor layer forming step of growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on a growth substrate;
A ceramic spraying step of spraying ceramic on a base material including the semiconductor layer from a position opposite to the growth substrate to form a support;
A growth substrate removing step of removing the growth substrate from the semiconductor layer;
A method for producing a Group III nitride semiconductor light-emitting device, comprising:
前記半導体層はp型半導体層を有するものであり、
前記p型半導体層にpコンタクト電極を形成するpコンタクト電極形成工程と、
前記pコンタクト電極にカバー金属層を形成するカバー金属層形成工程と、
前記カバー金属層にパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程と、
を有し、
前記セラミック溶射工程では、
前記パッシベーション膜にセラミックを溶射すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 10,
The semiconductor layer has a p-type semiconductor layer,
A p-contact electrode forming step of forming a p-contact electrode on the p-type semiconductor layer;
A cover metal layer forming step of forming a cover metal layer on the p-contact electrode;
A passivation film forming step of forming a passivation film on the cover metal layer;
Have
In the ceramic spraying process,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting device, characterized in that ceramic is sprayed onto the passivation film.
前記半導体層はn型半導体層を有するものであり、
前記p型半導体層から前記n型半導体層まで達する非貫通孔を形成して前記n型半導体層の一部を露出させ、その露出箇所にnコンタクト電極を形成するnコンタクト電極形成工程と、
前記nコンタクト電極を絶縁膜で覆う絶縁膜形成工程と、
を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 11,
The semiconductor layer has an n-type semiconductor layer,
An n-contact electrode forming step of forming a non-through hole extending from the p-type semiconductor layer to the n-type semiconductor layer, exposing a part of the n-type semiconductor layer, and forming an n-contact electrode at the exposed portion;
An insulating film forming step of covering the n-contact electrode with an insulating film;
A method for producing a Group III nitride semiconductor light-emitting device, comprising:
前記支持体における前記半導体層の反対側の面を平坦化する平坦化工程を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 10 to 12,
A method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device, comprising: a planarization step of planarizing a surface of the support opposite to the semiconductor layer.
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