JP4699811B2 - Manufacturing method of semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光装置の製造方法に関し、特にサブマウント基板上にLEDチップを搭載した半導体発光装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device in which an LED chip is mounted on a submount substrate.

サブマウント基板に発光ダイオード(LED)チップを搭載した構造を有する半導体発光装置が提案されている。例えば、Si基板上に反射金属層を形成し、その上に半導体発光装置を貼り合せた構造である。可視光、近紫外光に対する反射率の高い金属として、Al,Ag等が知られている。特にAgの反射率は高い。サブマウント基板上にAg,Al等の反射金属層を形成し、その上にLEDチップを貼り合せれば、LEDチップから発し、反射金属層に入射した光を効率的に反射することができる。   A semiconductor light emitting device having a structure in which a light emitting diode (LED) chip is mounted on a submount substrate has been proposed. For example, a reflective metal layer is formed on a Si substrate, and a semiconductor light emitting device is bonded thereon. Al, Ag, etc. are known as metals having high reflectivity for visible light and near ultraviolet light. In particular, the reflectance of Ag is high. If a reflective metal layer of Ag, Al or the like is formed on the submount substrate and an LED chip is bonded thereon, light emitted from the LED chip and incident on the reflective metal layer can be efficiently reflected.

特開2001‐44491号公報は、GaAs基板上に形成したIII−V族化合物LEDを反射層を有する導電基板に接合し、GaAs基板を剥離してLEDの輝度を向上することを提案する。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-44491 proposes that a group III-V compound LED formed on a GaAs substrate is bonded to a conductive substrate having a reflective layer, and the GaAs substrate is peeled off to improve the luminance of the LED.

特開2001‐189490号公報は、GaAsまたはInPの仮基板上にLEDを成長し、反射層を兼ねる金属粘着層を有する永久基板上に粘着し、仮基板を除去する製造方法を提案する。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-189490 proposes a manufacturing method in which an LED is grown on a temporary substrate of GaAs or InP, adhered to a permanent substrate having a metal adhesive layer that also serves as a reflective layer, and the temporary substrate is removed.

GaN,GaAlN,InGaN,InAlGaN等のV族元素としてNを含むIII−V族化合物(窒化物)半導体を利用した青色発光の半導体発光装置が広く知られている。窒化物半導体のIII族元素は、Ga,Al,In,またはこれらの組み合わせである。青色発光する発光ダイオード(LED)を蛍光物質を含む波長変換層で被覆すると、白色光を発光させることもできる。白色光は、照明等の用途に用いることもできる。   Blue light emitting semiconductor light emitting devices using III-V compound (nitride) semiconductors containing N as a V group element such as GaN, GaAlN, InGaN, InAlGaN, etc. are widely known. The group III element of the nitride semiconductor is Ga, Al, In, or a combination thereof. When a light emitting diode (LED) emitting blue light is covered with a wavelength conversion layer containing a fluorescent material, white light can be emitted. White light can also be used for applications such as lighting.

窒化物半導体層は、一般的にサファイアやSiC等異種材料の基板上に成長される。サファイア基板は絶縁性であるが、SiC基板は導電性にでき、その上に電極を形成することができる。   The nitride semiconductor layer is generally grown on a substrate made of a different material such as sapphire or SiC. The sapphire substrate is insulative, but the SiC substrate can be conductive and electrodes can be formed thereon.

近年、発光ダイオードの高出力化が進むと共に、従来使用されていた表示用分野から特殊照明、一般照明、自動車照明など照明用分野に市場が拡大してきた。同時に、LEDのダイサイズも□300μm程度から□1mm、□2mmと大型化が進んできた。しかし、ダイサイズの大型化に伴い、発光むら、電流供給障害、素子の発熱などの問題が顕在化してきた。サブマウント基板上にLEDチップを載置した構成は、高出力化にも適している。  In recent years, as the output of light-emitting diodes has increased, the market has expanded from the display field used in the past to lighting fields such as special lighting, general lighting, and automobile lighting. At the same time, the LED die size has been increasing from about □ 300 μm to □ 1 mm and □ 2 mm. However, with the increase in die size, problems such as uneven light emission, current supply failure, and element heat generation have become apparent. The configuration in which the LED chip is placed on the submount substrate is also suitable for high output.

LEDチップをパッケージにマウントする場合,耐熱温度が共晶温度以下の場合もある。パッケージの接合面の面粗さが大きく,直接マウントするのが不適切な場合もある。このような場合にも、LEDチップを一旦サブマウント基板上に接合し,サブマウント基板をパッケージにAgペーストやエポキシ樹脂でマウントすることで,問題を回避できる。   When the LED chip is mounted on a package, the heat resistant temperature may be equal to or lower than the eutectic temperature. There are cases where the joint surface of the package is so rough that it is inappropriate to mount it directly. Even in such a case, the problem can be avoided by temporarily bonding the LED chip onto the submount substrate and mounting the submount substrate on the package with Ag paste or epoxy resin.

LEDチップとサブマウント基板との貼り合わせに、Au−Sn共晶接合が用いられる。Au−Sn共晶接合は、共晶材料層を共晶温度280℃以上に加熱,熔融することを要する。LED素子に悪影響を与えないためには、短時間で共晶接合を完了させることが望まれる。そのため、共晶温度より高い温度例えば300℃以上、典型的には305℃以上のピーク温度を印加して共晶接合を行う。共晶接合の際、反射金属層の反射特性が低下したり,共晶材料のボールアップが生じることがある。ボールアップとは,共晶温度以上で一旦液化したAu−Snが,降温により固化する際,偏析することにより部分的に盛り上がる現象をいう。   Au—Sn eutectic bonding is used for bonding the LED chip and the submount substrate. Au—Sn eutectic bonding requires heating and melting the eutectic material layer to a eutectic temperature of 280 ° C. or higher. In order not to adversely affect the LED element, it is desired to complete the eutectic bonding in a short time. Therefore, eutectic bonding is performed by applying a peak temperature higher than the eutectic temperature, for example, 300 ° C. or higher, typically 305 ° C. or higher. During eutectic bonding, the reflective properties of the reflective metal layer may be degraded, and eutectic material ball-up may occur. Ball-up refers to a phenomenon in which Au-Sn once liquefied above the eutectic temperature partially rises due to segregation when it solidifies due to cooling.

特開2002−270905号は、サファイア基板上に複数の発光素子を形成し、シリコン基板で形成した1個のサブマウント素子にバンプを介して発光素子を搭載することを提案している。複数個の発光素子を集積することにより大きな発光光量が得られ、サファイア基板より優れた放熱性を有するシリコン基板により、放熱が促進され、発熱による発光効率の低下が改善され、発光効率がよくなり、優れた照明用光源が得られる。   Japanese Patent Laid-Open No. 2002-270905 proposes that a plurality of light emitting elements are formed on a sapphire substrate, and the light emitting elements are mounted on one submount element formed of a silicon substrate via bumps. By integrating a plurality of light emitting elements, a large amount of emitted light can be obtained, and a silicon substrate with better heat dissipation than a sapphire substrate promotes heat dissipation, improves the decrease in light emission efficiency due to heat generation, and improves light emission efficiency. An excellent illumination light source can be obtained.

特開2004‐296846号は、サブマウント基板上にTi層、Ni層を含むボールアップ防止金属積層を設けることを提案している。更に,共晶材料層とLEDチップの電極層との間等にバリア層を設けることを提案する。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-296846 proposes to provide a ball-up preventing metal laminate including a Ti layer and a Ni layer on a submount substrate. Furthermore, it is proposed to provide a barrier layer between the eutectic material layer and the electrode layer of the LED chip.

特開2001‐44491号公報JP 2001-44491 A 特開2001−189490号公報JP 2001-189490 A 特開2002−270905号公報JP 2002-270905 A 特開2004-296846号公報JP 2004-296846 A

本発明の目的は、サブマウント基板上にLEDチップを搭載し、高光出力を効率的に提供できる半導体発光装置の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, in which an LED chip is mounted on a submount substrate, and a high light output can be efficiently provided.

本発明の他の目的は、サブマウント基板上にLEDチップを共晶接合し、かつ反射金属層の平坦性を担保できる半導体発光装置の製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor light emitting device capable of eutectic bonding an LED chip on a submount substrate and ensuring the flatness of a reflective metal layer.

本発明の1観点によれば、共晶電極層を有するLEDチップを準備する工程と、Agを主成分とする反射金属層を含む積層電極層を形成したサブマウント基板を準備する工程と、前記積層電極層を有するサブマウント基板に、一定温度の定温プリヒートとピーク状のピークプリヒートの組み合わせであって、かつ、前記ピーク状プリヒートのピーク温度が150℃以上、300℃以下である熱履歴を印加する工程と、前記熱履歴を印加したサブマウント基板上に、前記共晶電極層を有するLEDチップを載置し、共晶接合を行う工程と、を有する半導体発光装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a step of preparing an LED chip having a eutectic electrode layer, a step of preparing a submount substrate on which a multilayer electrode layer including a reflective metal layer mainly composed of Ag is formed, A thermal history is applied to a submount substrate having a laminated electrode layer, which is a combination of constant temperature constant temperature preheating and peaked peak preheating, and the peak temperature of the peaked preheating is 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. a step of, on the sub-mount substrate of applying the thermal history, placing the LED chip having the eutectic electrode layer, a method of manufacturing a semiconductor light-emitting device having a step of performing eutectic bonding, there is provided .

共晶接合前に、反射金属層に熱履歴を印加することにより、反射金属層の平坦性を担保できることが見出された。   It has been found that the flatness of the reflective metal layer can be ensured by applying a thermal history to the reflective metal layer before eutectic bonding.

図1A,1B,1Cは、発光ダイオード(LED)チップ1の構成例、サブマウント基板2の構成例、及びサブマウント基板2上にLEDチップ1を共晶接合したサブマウント型LEDの構成例を示す。   1A, 1B, and 1C are a configuration example of a light-emitting diode (LED) chip 1, a configuration example of a submount substrate 2, and a configuration example of a submount LED in which the LED chip 1 is eutectic bonded on the submount substrate 2. Show.

図1Aに示すように、LEDチップ1は、例えば米国ノースカロライナ州クリ−(Cree)社から入手可能な、商品名XThinのインジウムガリウムナイトライド(InGaN)発光ダイオードである。窒素(N)をドープしたn型炭化珪素SiC単結晶基板11の上に、n型窒化物半導体(InGaN)層12a、窒化物半導体(InGaN)多重量子井戸(MQW)活性層12b、p型窒化物半導体(InGaN)層12cをエピタキシャルに成長した窒化物半導体(InGaN)層12を有する。SiC基板は側面がテーパを有し、上面が300μm×300μm程度、底面が200μm×200μm程度である。p型窒化物半導体層12cの上に、非透光性材料であるAu―Sn共晶材のアノード電極13がスパッタリングで形成され、n型SiC単結晶基板11の裏面に直径105μmのAuカソード電極14が形成されている。全厚さは115μm程度である。Au−Sn共晶材の組成は、Au:Sn=約80wt%:約20wt%である。光はSiC基板11側から取り出す。   As shown in FIG. 1A, the LED chip 1 is an indium gallium nitride (InGaN) light emitting diode with the trade name XTin, available from, for example, Cree, North Carolina, USA. On an n-type silicon carbide SiC single crystal substrate 11 doped with nitrogen (N), an n-type nitride semiconductor (InGaN) layer 12a, a nitride semiconductor (InGaN) multiple quantum well (MQW) active layer 12b, a p-type nitride A nitride semiconductor (InGaN) layer 12 is formed by epitaxially growing a physical semiconductor (InGaN) layer 12c. The SiC substrate has a tapered side surface, the upper surface is about 300 μm × 300 μm, and the bottom surface is about 200 μm × 200 μm. On the p-type nitride semiconductor layer 12c, an anode electrode 13 of Au—Sn eutectic material, which is a non-translucent material, is formed by sputtering, and an Au cathode electrode having a diameter of 105 μm is formed on the back surface of the n-type SiC single crystal substrate 11. 14 is formed. The total thickness is about 115 μm. The composition of the Au—Sn eutectic material is Au: Sn = about 80 wt%: about 20 wt%. Light is extracted from the SiC substrate 11 side.

図1Bに示すように、サブマウント基板2は、例えば熱酸化により形成した厚さ0.1μmの酸化シリコン膜22を備えたSi基板21の上に、厚さ0.2μmのTi層23、厚さ0.2μmのCu層24をスパッタリングで形成し、その上に厚さ2μmのNi層25、厚さ2μmのAg層26をメッキで形成したものである。Ag層は、反射電極の機能を有する。   As shown in FIG. 1B, the submount substrate 2 includes a Ti layer 23 having a thickness of 0.2 μm, a Si layer 21 having a silicon oxide film 22 having a thickness of 0.1 μm formed by, for example, thermal oxidation, A Cu layer 24 having a thickness of 0.2 μm is formed by sputtering, and a Ni layer 25 having a thickness of 2 μm and an Ag layer 26 having a thickness of 2 μm are formed thereon by plating. The Ag layer has a function of a reflective electrode.

Ti層23は、酸化シリコン層22に対する密着性を向上する密着層としての機能を有する。Cu層24は、メッキのための下地層を構成する。Ti層23、Ni層25は、後述する共晶接合時にボールアップを防止する機能を有する。Ag層26は反射金属層である。   The Ti layer 23 functions as an adhesion layer that improves adhesion to the silicon oxide layer 22. The Cu layer 24 constitutes an underlayer for plating. The Ti layer 23 and the Ni layer 25 have a function of preventing ball-up during eutectic bonding described later. The Ag layer 26 is a reflective metal layer.

図1Cに示すように、サブマウント基板2のAg層26の上にAu−Snアノード電極13が載置されるように配置し、圧力と熱を印加してLEDチップ1をサブマウント基板2に熱圧着するか、フラックスを用いて共晶接合する。いずれの場合も、Au−Snアノード電極13が共晶温度に達して熔融し、共晶となる共晶接合が行われる。量産性の観点からは、フラックスを用いて共晶接合する方が有利である。以下に述べる実験ではフラックスを用いた。LEDチップを加熱しすぎると、結晶欠陥の増加、不純物の再拡散、電極材料の結晶内部への拡散、アロイイング等のダメージを生じ得る。ダメージを少なくするためには短時間で昇温し、ピーク温度保持時間を短くして熱の蓄積時間を少なくすることが望まれる。ピーク温度は共晶温度以上にする必要がある。Au−Sn接合の場合、ピーク温度を305℃程度以上にすることが好ましい。   As shown in FIG. 1C, the Au-Sn anode electrode 13 is placed on the Ag layer 26 of the submount substrate 2 and the LED chip 1 is attached to the submount substrate 2 by applying pressure and heat. Either thermocompression bonding or eutectic bonding using flux. In any case, the eutectic bonding in which the Au—Sn anode electrode 13 reaches the eutectic temperature and melts to become a eutectic is performed. From the viewpoint of mass productivity, it is advantageous to perform eutectic bonding using a flux. In the experiment described below, flux was used. If the LED chip is heated too much, damage such as increased crystal defects, re-diffusion of impurities, diffusion of electrode material into the crystal, and alloying may occur. In order to reduce the damage, it is desired to raise the temperature in a short time, shorten the peak temperature holding time, and reduce the heat accumulation time. The peak temperature needs to be higher than the eutectic temperature. In the case of Au—Sn junction, the peak temperature is preferably about 305 ° C. or higher.

Ti層23、Ni層25を形成しないと温度降下時にAu−Sn共晶が局所的に盛り上がる所謂ボールアップが生じる。Ti層23、Ni層25は、Ag層26とAu−Snアノード電極13を共晶接合する時のボールアップを防止するボールアップ防止層としての機能を有する。   If the Ti layer 23 and the Ni layer 25 are not formed, so-called ball-up occurs in which the Au—Sn eutectic locally rises when the temperature drops. The Ti layer 23 and the Ni layer 25 have a function as a ball-up preventing layer that prevents ball-up when the Ag layer 26 and the Au—Sn anode electrode 13 are eutectic bonded.

本発明者は、図1A,1Bに示すLEDチップ1、サブマウント基板2を形成し、図1Cに示すように、フラックスを用いて共晶接合を行った。共晶接合の温度プロファイルは、図3Aに示すように、昇温速度112℃/分、ピーク温度305℃、ピーク温度持続時間約5秒、降温速度93.3℃/分とした。図1BのメッキしたAg層26の表面粗さの初期値は、Lm JIS規格(JIS B0601‐1982)による算術平均粗さRa=0.075μm、10点平均粗さRz=0.46μmであった。   The inventor formed the LED chip 1 and the submount substrate 2 shown in FIGS. 1A and 1B, and performed eutectic bonding using a flux as shown in FIG. 1C. As shown in FIG. 3A, the temperature profile of eutectic bonding was set at a temperature rising rate of 112 ° C./min, a peak temperature of 305 ° C., a peak temperature duration of about 5 seconds, and a temperature decreasing rate of 93.3 ° C./min. The initial value of the surface roughness of the plated Ag layer 26 in FIG. 1B was arithmetic average roughness Ra = 0.075 μm, 10-point average roughness Rz = 0.46 μm according to the Lm JIS standard (JIS B0601-1982). .

共晶接合後のLEDチップ接合部外のサブマウント基板表面のAg層26の表面粗さは、Ra=約0.1μm、Rz>2μmとなった。Ag層26の表面粗さがかなり増加していることが判る。   The surface roughness of the Ag layer 26 on the surface of the submount substrate outside the LED chip bonded portion after eutectic bonding was Ra = about 0.1 μm and Rz> 2 μm. It can be seen that the surface roughness of the Ag layer 26 is considerably increased.

共晶接合によって反射電極として機能するAg層26の表面粗さが増加すると、Ag層26の反射率が低下してLEDからの発光の外部取り出し効率も低下してしまう可能性が高い。Ag層26の反射率の低下を抑制することが望まれる。共晶接合部外のAg層の表面粗さが増加する原因として、共晶接合の熱処理の影響等が考えられる。一度に強い刺激を与えると大きな影響がある場合でも、弱い刺激を前もって与えると、より強い刺激に対する耐性が増すことも考えられる。   If the surface roughness of the Ag layer 26 that functions as a reflective electrode increases due to eutectic bonding, the reflectance of the Ag layer 26 decreases, and the external extraction efficiency of light emitted from the LED is likely to decrease. It is desired to suppress a decrease in the reflectance of the Ag layer 26. The cause of the increase in the surface roughness of the Ag layer outside the eutectic joint is considered to be the effect of the heat treatment of the eutectic joint. Even if a strong stimulus is given at once, there is a great influence. If a weak stimulus is given in advance, tolerance to a stronger stimulus may be increased.

本発明者は、共晶接合前に、Ag層26をプリヒートするとどのような影響があるかを調べた。図1Cに示すように、LEDチップ1をサブマウント基板2上に重ねた状態で、共晶接合直前に、窒素雰囲気中で図2Aに示すように、約150℃、30分の一定温度のプリヒートを行い、その後共晶接合してみた。共晶接合後のAg層26の表面粗さは、Ra=0.076μmとなった。プリヒートを行わない場合のAg層26の表面粗さRa=0.1μmと比べ、明らかな改良が見られ、共晶接合後の表面粗さは、共晶接合前の表面粗さと同等(約1%の増加、差が2%未満の場合を同等とする)であった。そこで更にプリヒートの条件を変化させてみた。一定温度のプリヒートと重ねてピーク状のプリヒートを与えることにより、条件設定の自由度が増加するであろう。一定温度のプリヒートを約180℃,約125秒に固定し,ピーク状プリヒートのピーク温度を幾つかに設定した。   The present inventor examined the effect of preheating the Ag layer 26 before eutectic bonding. As shown in FIG. 1C, with the LED chip 1 overlaid on the submount substrate 2, immediately before eutectic bonding, as shown in FIG. Then, eutectic bonding was tried. The surface roughness of the Ag layer 26 after eutectic bonding was Ra = 0.076 μm. Compared with the surface roughness Ra = 0.1 μm of the Ag layer 26 without preheating, the surface roughness after eutectic bonding is equivalent to the surface roughness before eutectic bonding (about 1). %, The difference is less than 2% is equivalent). Therefore, I changed the preheating conditions. By providing a preheating with a peak shape overlaid with a preheating at a constant temperature, the degree of freedom in setting conditions will increase. The constant temperature preheat was fixed at about 180 ° C. for about 125 seconds, and the peak temperature of the peaked preheat was set to several.

図2B,2C,2Dは、実験したプリヒートの温度プロファイルを示す。図2Bは、約180℃、約125秒の定温プリヒートを与えた後、初期昇温速度300℃/分、その後の昇温速度105℃/分で昇温し、ピーク温度約260℃で、約6秒保持し、その後初期降温速度106℃/分、その後の降温速度360℃/分、更に68℃/分で降温するピークプリヒートを与える熱履歴である。図2Cは、約180℃、約125秒の定温プリヒートを与えた後、昇温し、ピーク温度約290℃で、約5秒保持し、その後降温するピークプリヒートを与える熱履歴である。図2Dは、約180℃、約125秒の定温プリヒートを与えた後、昇温し、ピーク温度約305℃で、約5秒保持し、その後降温するピークプリヒートを与える熱履歴である。図2Dの熱履歴のピーク温度305℃は、共晶接合の温度プロファイルのピーク温度305度と同じである。   2B, 2C, 2D show the temperature profile of the preheat experimented. FIG. 2B shows that after applying a constant temperature preheat of about 180 ° C. for about 125 seconds, the temperature was increased at an initial temperature increase rate of 300 ° C./min and then at a temperature increase rate of 105 ° C./min. It is a heat history that gives a peak preheat that is held for 6 seconds, and thereafter drops at an initial temperature drop rate of 106 ° C./minute, then a temperature drop rate of 360 ° C./minute, and further at 68 ° C./minute. FIG. 2C is a thermal history that gives a peak preheat that gives a constant temperature preheat of about 180 ° C. and about 125 seconds, then raises the temperature, holds the peak temperature at about 290 ° C. for about 5 seconds, and then lowers the temperature. FIG. 2D shows a thermal history that gives a peak preheat that gives a constant temperature preheat of about 180 ° C. and about 125 seconds, then raises the temperature, holds it at a peak temperature of about 305 ° C. for about 5 seconds, and then lowers the temperature. The peak temperature 305 ° C. of the thermal history in FIG. 2D is the same as the peak temperature 305 degrees of the temperature profile of the eutectic junction.

図3Bは、各サンプルの共晶接合後の表面粗さRaをまとめて示す表である。熱履歴を与えなかった場合は、前述の様にAg層26の表面粗さRaは約0.1μmであり、初期値の0.075μmと比べると+33%の変化である。図2Aの一定温度150℃、30分のプリヒートを与えたサンプルの共晶接合後の表面粗さは、前述の様に+1%の変化である。   FIG. 3B is a table collectively showing the surface roughness Ra after eutectic bonding of each sample. When no thermal history is given, the surface roughness Ra of the Ag layer 26 is about 0.1 μm as described above, which is a change of + 33% compared to the initial value of 0.075 μm. The surface roughness after eutectic bonding of the sample given a constant temperature of 150 ° C. and preheating for 30 minutes in FIG. 2A is changed by + 1% as described above.

図2Bの熱履歴(ピーク温度約260℃)を印加したサンプルの共晶接合後のAg層26表面粗さは、Ra=0.043μmであった。表面粗さRaは、初期値の約57%(−43%の変化)となり、表面粗さが減少して平坦性が大幅に向上したことが判る。図2Cの熱履歴(ピーク温度約290℃)を印加したサンプルの共晶接合後のAg層26の表面粗さは、Ra=0.072μmであった。図2Bの場合と比べると、表面粗さは悪化しているが、それでも初期値の約96%(−4%の変化)であり、初期状態と比較して表面粗さは減少している。図2Dの熱履歴(ピーク温度約305℃)を印加したサンプルの共晶接合後のAg層26表面粗さは、Ra=0.092μmであった。熱履歴を印加しない場合の表面粗さRa=約0.1μmと比べれば、表面粗さは抑制されている。しかし、表面粗さRaは初期値の約123%(+23%)であり、初期値より大きくなっている。   The surface roughness of the Ag layer 26 after eutectic bonding of the sample to which the thermal history of FIG. 2B (peak temperature of about 260 ° C.) was applied was Ra = 0.043 μm. The surface roughness Ra is about 57% (change of −43%) of the initial value, and it can be seen that the surface roughness is reduced and the flatness is greatly improved. The surface roughness of the Ag layer 26 after eutectic bonding of the sample to which the thermal history of FIG. 2C (peak temperature of about 290 ° C.) was applied was Ra = 0.072 μm. Compared to the case of FIG. 2B, the surface roughness is deteriorated, but it is still about 96% (change of −4%) of the initial value, and the surface roughness is reduced compared to the initial state. The surface roughness of the Ag layer 26 after eutectic bonding of the sample to which the thermal history of FIG. 2D (peak temperature of about 305 ° C.) was applied was Ra = 0.092 μm. The surface roughness is suppressed as compared with the surface roughness Ra when the thermal history is not applied, which is about 0.1 μm. However, the surface roughness Ra is about 123% (+ 23%) of the initial value, which is larger than the initial value.

熱履歴のピーク温度を約260℃よりも増大するにつれ、表面粗さは悪化することが伺える。熱履歴のピーク温度は、共晶接合の温度プロファイルのピーク温度以下に設定することが好ましいと言える。熱履歴のピーク温度は、より好ましくは300℃以下、更に好ましくは290℃以下であろう。但し、150℃以上であることが好ましい。   It can be seen that the surface roughness deteriorates as the peak temperature of the thermal history is increased above about 260 ° C. It can be said that the peak temperature of the thermal history is preferably set to be equal to or lower than the peak temperature of the temperature profile of the eutectic bonding. The peak temperature of the thermal history will more preferably be 300 ° C. or lower, and even more preferably 290 ° C. or lower. However, it is preferably 150 ° C. or higher.

上述の実験結果から,反射金属層と共晶金属層を含んで共晶接合を行う場合に,反射金属層に共晶接合温度以下のピーク温度でプリヒートを行うことで,反射金属層の平坦性低下が抑制されることが判った。より好ましくは,共晶接合温度よりも5℃以上低いピーク温度でプリヒートを与える。   From the above experimental results, when performing eutectic bonding including the reflective metal layer and the eutectic metal layer, the flatness of the reflective metal layer is obtained by preheating the reflective metal layer at a peak temperature below the eutectic bonding temperature. It was found that the decrease was suppressed. More preferably, preheating is applied at a peak temperature that is 5 ° C. or more lower than the eutectic bonding temperature.

なお、LEDチップ1をサブマウント基板2上に重ねた状態でプリヒートを行ったが、LEDチップ1がない領域の反射金属層の面粗さは、LEDチップの影響を受けているとは考えにくい。サブマウント基板2単独でプリヒートを行っても同様の結果が期待できるであろう。   In addition, although preheating was performed with the LED chip 1 overlaid on the submount substrate 2, the surface roughness of the reflective metal layer in the region where the LED chip 1 is not present is unlikely to be affected by the LED chip. . The same result can be expected even if the pre-mount substrate 2 is preheated alone.

他の構成要件も種々に変更可能であろう。酸化シリコン膜を備えたシリコン基板でサブマウント基板を構成したが,サブマウント基板を導電性にしてもよい。サブマウント基板に反射金属層を形成すると共に、LEDチップのアノード電極を共晶材料で形成したが、アノード電極とは別に共晶材料層を用いてもよい。   Other configuration requirements may be changed in various ways. Although the submount substrate is composed of a silicon substrate provided with a silicon oxide film, the submount substrate may be made conductive. While the reflective metal layer is formed on the submount substrate and the anode electrode of the LED chip is formed of a eutectic material, a eutectic material layer may be used separately from the anode electrode.

図4Aは,絶縁性サブマウント基板の代わりに導電性サブマウント基板を用いる場合を示す。たとえばn型またはp型不純物を高濃度に添加したSiで形成された導電性基板31の両面に、Au層32を蒸着し、窒素雰囲気下において、400℃で合金化する。Au層32の厚さは、たとえば150〜600nmである。合金化により、導電性基板31とAu層32とは共晶化し、一体化され、オーミック接触を形成する。このため、Au層32は導電性基板31から剥離しない。なお、導電性基板31は、Si以外の材料、たとえばCuなど、導電性があり、熱伝導率が高く、Auと合金化する材料で形成することができる。   FIG. 4A shows a case where a conductive submount substrate is used instead of the insulating submount substrate. For example, an Au layer 32 is vapor-deposited on both surfaces of a conductive substrate 31 made of Si to which n-type or p-type impurities are added at a high concentration, and alloyed at 400 ° C. in a nitrogen atmosphere. The thickness of the Au layer 32 is, for example, 150 to 600 nm. By alloying, the conductive substrate 31 and the Au layer 32 are eutectic and integrated to form an ohmic contact. For this reason, the Au layer 32 does not peel from the conductive substrate 31. The conductive substrate 31 can be formed of a material other than Si, such as Cu, which is conductive, has high thermal conductivity, and is alloyed with Au.

一方のAu層32上にTi層33、Ni層34、Ag,Al等の反射金属層35を、電子線加熱蒸着法(EB法)等により蒸着する。Ti層33の厚さは、100〜200nm、Ni層34の厚さは、50〜150nm、反射金属層35の厚さは、例えば0.6〜2μmである。Ni層34の代わりに、NiV層を形成してもよい。同様のボールアップを防止する効果が得られるであろう。Ti/Ni/Agの金属積層を形成する場合を説明したが,Cr/Ni/Ag,TiW/Ag,Ti/NiV/Ag,Cr/NiV/Ag,Ti/Ni/AgNdCu,Cr/Ni/AgNdCu,TiW/AgNdCu,Ti/Ni/AgBi,Cr/Ni/AgNdCu,TiW/AgNdCu,Ti/Ni/AgBi,Cr/Ni/AgBi,TiW/AgBi等の金属積層を用いることもできるであろう。Ag層の代わりに、Se,Pdなどを含むAg合金層を用いることもできる。成膜法としては,スパッタリング,EB蒸着,メッキ,抵抗加熱等の中から適切なものを用いることができる。   On one Au layer 32, a reflective metal layer 35 such as a Ti layer 33, a Ni layer 34, Ag, or Al is deposited by an electron beam evaporation method (EB method) or the like. The Ti layer 33 has a thickness of 100 to 200 nm, the Ni layer 34 has a thickness of 50 to 150 nm, and the reflective metal layer 35 has a thickness of 0.6 to 2 μm, for example. Instead of the Ni layer 34, a NiV layer may be formed. The same effect of preventing ball up will be obtained. The case of forming a Ti / Ni / Ag metal laminate has been described. Cr / Ni / Ag, TiW / Ag, Ti / NiV / Ag, Cr / NiV / Ag, Ti / Ni / AgNdCu, Cr / Ni / AgNdCu , TiW / AgNdCu, Ti / Ni / AgBi, Cr / Ni / AgNdCu, TiW / AgNdCu, Ti / Ni / AgBi, Cr / Ni / AgBi, TiW / AgBi, etc. could be used. Instead of the Ag layer, an Ag alloy layer containing Se, Pd or the like can also be used. As a film forming method, an appropriate method can be used among sputtering, EB vapor deposition, plating, resistance heating and the like.

図4Bは、LEDチップの他の構成例を示す。サファイア基板41の上にエピタキシャル成長できる温度よりも低温でGaN系窒化物半導体のバッファ層42を成長し,アニ−ル処理を行った後,その上にn型GaN系窒化物半導体層43をエピタキシャル成長する。n型窒化物半導体層43の上に,バリア層間に複数のウェル層Wを挟んだ多重量子井戸(MQW)構造の窒化物半導体活性層44を形成し,その上にp型窒化物半導体層45を形成する。n型層に電極を形成するため、p型層45、MQW構造44の一部をエッチングして除去する。その後,p型層45、n型層43に電極を形成する。n型不純物としては、Si,Ge,C,Se,Te等を用いることができる。p型不純物としては、Zn,Mg,Be,Ca,Sr,Baなどを用いることができる。MQW構造は、たとえば窒化物半導体InGa1−xNの組成xを選択することにより,ウェル層とバリア層とを形成することができる。 FIG. 4B shows another configuration example of the LED chip. A GaN-based nitride semiconductor buffer layer 42 is grown on the sapphire substrate 41 at a temperature lower than the temperature at which it can be epitaxially grown, and after annealing, an n-type GaN-based nitride semiconductor layer 43 is epitaxially grown thereon. . A nitride semiconductor active layer 44 having a multiple quantum well (MQW) structure in which a plurality of well layers W are sandwiched between barrier layers is formed on the n-type nitride semiconductor layer 43, and a p-type nitride semiconductor layer 45 is formed thereon. Form. In order to form an electrode in the n-type layer, the p-type layer 45 and part of the MQW structure 44 are removed by etching. Thereafter, electrodes are formed on the p-type layer 45 and the n-type layer 43. As the n-type impurity, Si, Ge, C, Se, Te or the like can be used. Zn, Mg, Be, Ca, Sr, Ba, etc. can be used as the p-type impurity. In the MQW structure, for example, the well layer and the barrier layer can be formed by selecting the composition x of the nitride semiconductor In x Ga 1-x N.

図4Bに示すLEDチップを用いる時は、サブマウント基板上に配線を形成する。例えば、特願2004‐141380号の[発明を実施するための最良の形態]の欄、特に図4−6,図7及びそれらの関連記載に開示されているようなサブマウント基板を用いることができる。   When the LED chip shown in FIG. 4B is used, wiring is formed on the submount substrate. For example, it is possible to use a submount substrate as disclosed in Japanese Patent Application No. 2004-141380 [Best Mode for Carrying Out the Invention], particularly in FIGS. 4-6 and 7 and their related descriptions. it can.

なお、窒化物半導体を用いたLEDを例にとって説明したが、LEDは窒化物半導体に限られない。反射金属層と共晶接合するLEDであれば実施例同様の効果が期待できる。例えば、特許文献1,2の実施態様の欄に記載されたGaAs,InPを基板とするものであってもよいであろう。   Note that although an LED using a nitride semiconductor has been described as an example, the LED is not limited to a nitride semiconductor. As long as the LED is eutectic-bonded with the reflective metal layer, the same effect as in the embodiment can be expected. For example, GaAs and InP described in the embodiments of Patent Documents 1 and 2 may be used as a substrate.

以上実施例に沿って,本発明を説明したが,本発明はこれらに限定されるものではない。例えば種々の変更,置換,組み合わせなどが可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions, combinations, and the like can be made.

図1A〜1Cは、サブマウント基板上にLEDチップを搭載した半導体発光装置の製造工程を示す断面図である。1A to 1C are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a semiconductor light emitting device in which an LED chip is mounted on a submount substrate. 図2A〜2Dは,プリヒートの温度プロファイルを示すグラフである。2A to 2D are graphs showing temperature profiles of preheating. 図3Aは,共晶接合の温度プロファイルを示すグラフ,図3Bは,比較例と実施例における共晶接合後の反射金属層表面の粗さを示す表である。FIG. 3A is a graph showing the temperature profile of eutectic bonding, and FIG. 3B is a table showing the roughness of the surface of the reflective metal layer after eutectic bonding in the comparative example and the example. 図4A,4Bは,変形例によるサブマウント基板及びLEDチップを示す断面図である。4A and 4B are sectional views showing a submount substrate and an LED chip according to a modification.

符号の説明Explanation of symbols

11 SiC基板
12 窒化物半導体層
13 アノード電極(Au−Sn共晶層)
14 カソード電極
21 Si基板
22 酸化シリコン層
23 Ti層
24 Cu層
25 Ni層
26 反射金属層(Ag層)
31 Si基板
32 Au層
33 Ti層
34 Ni層
35 反射金属層
41 サファイア基板
42 (低温成長)窒化物半導体バッファ層
43 n型窒化物半導体層
44 窒化物半導体MQW構造
45 p型窒化物半導体層
11 SiC substrate 12 Nitride semiconductor layer 13 Anode electrode (Au—Sn eutectic layer)
14 Cathode electrode 21 Si substrate 22 Silicon oxide layer 23 Ti layer 24 Cu layer 25 Ni layer 26 Reflective metal layer (Ag layer)
31 Si substrate 32 Au layer 33 Ti layer 34 Ni layer 35 Reflective metal layer 41 Sapphire substrate 42 (low temperature growth) nitride semiconductor buffer layer 43 n-type nitride semiconductor layer 44 nitride semiconductor MQW structure 45 p-type nitride semiconductor layer

Claims (10)

共晶電極層を有するLEDチップを準備する工程と、
Agを主成分とする反射金属層を含む積層電極層を形成したサブマウント基板を準備する工程と、
前記積層電極層を有するサブマウント基板に、一定温度の定温プリヒートとピーク状のピークプリヒートの組み合わせであって、かつ、前記ピーク状プリヒートのピーク温度が150℃以上、300℃以下である熱履歴を印加する工程と、
前記熱履歴を印加したサブマウント基板上に、前記共晶電極層を有するLEDチップを載置し、共晶接合を行う工程と、
を有する半導体発光装置の製造方法。
Preparing an LED chip having a eutectic electrode layer;
Preparing a submount substrate on which a laminated electrode layer including a reflective metal layer mainly composed of Ag is formed;
The submount substrate having the laminated electrode layer has a thermal history that is a combination of constant temperature constant temperature preheating and peaked peak preheating, and the peak temperature of the peaked preheat is 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. Applying, and
A step of the submount substrate, and placing the LED chip having the eutectic electrode layer performs a eutectic bonding of applying the thermal history,
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device having
前記熱履歴印加後の積層電極層表面の算術平均粗さRaが熱履歴印加前のRaと同等以下である請求項1記載の半導体発光装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an arithmetic average roughness Ra of the surface of the laminated electrode layer after application of the thermal history is equal to or less than Ra before application of the thermal history. 前記熱履歴のピーク状プリヒートのピーク温度が前記共晶接合のピーク温度より5℃以上低い請求項1又は2記載の半導体発光装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor light-emitting device 5 ° C. or more lower claim 1 or 2, wherein the peak temperature is higher than the peak temperature of the eutectic bonding of the peak-shaped preheating of the thermal history. 前記共晶接合が、ピーク温度300℃以上のピーク状温度プロファイルを有する請求項1〜3のいずれか1項記載の半導体発光装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the eutectic junction has a peak temperature profile with a peak temperature of 300 ° C. or higher. 前記熱履歴のピーク状プリヒートのピーク温度が290℃以下である請求項1〜4のいずれか1項記載の半導体発光装置の製造方法。 5. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a peak temperature of the peak preheat of the thermal history is 290 ° C. or lower. 前記積層電極層が、ボールアップ防止層を含む請求項1〜のいずれか1項記載の半導体発光装置の製造方法。 The laminated electrode layer, a method of manufacturing a semiconductor light-emitting device of any one of claims 1 to 5, which includes a ball-up prevention layer. 前記ボールアップ防止層が、Ti、Cr,またはTi,Crのいずれか一方を含む合金の密着層を含む請求項記載の半導体発光装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein the ball-up prevention layer includes an adhesion layer of Ti, Cr, or an alloy including any one of Ti and Cr. 前記ボールアップ防止層が前記密着層の上方に形成されたNi、またはNiを含む合金の上層を含む請求項記載の半導体発光装置の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the ball-up prevention layer includes an upper layer of Ni or an alloy containing Ni formed above the adhesion layer. 前記LEDチップが、SiC基板と、その上にエピタキシャル成長した窒化物半導体層を有する、請求項1〜のいずれか1項記載の半導体発光装置の製造方法。 The LED chip has a SiC substrate, a nitride semiconductor layer epitaxially grown thereon, a method of manufacturing a semiconductor light-emitting device of any one of claims 1-8. 前記熱履歴を印加する工程を、前記サブマウント基板と前記LEDチップとを重ね合わせた状態で、共晶接合工程の直前に行う、請求項1〜のいずれか1項記載の半導体発光装置の製造方法。 The step of applying the thermal history, in a superposed state and the LED chip and the submount substrate, performed immediately before the eutectic bonding step, the semiconductor light-emitting device of any one of claims 1-9 Production method.
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