JP5245970B2 - LIGHT EMITTING DIODE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LAMP - Google Patents

LIGHT EMITTING DIODE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LAMP Download PDF

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Description

本発明は、発光ダイオード及びその製造方法、並びにランプに関するものである。   The present invention relates to a light emitting diode, a method for manufacturing the same, and a lamp.

従来から、赤色、橙色、黄色あるいは黄緑色の可視光を発する発光ダイオード(LED)として、例えば、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム(組成式(AlGa1−XIn1‐YP;0≦X≦1,0<Y≦1)からなる発光層を備えた化合物半導体LEDが知られている。このようなLEDにおいて、例えば(AlGa1−XIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)からなる発光層を備えた化合物半導体層は、一般に発光層から出射される光に対して光学的に不透明であり、また機械的にもそれ程強度のない砒化ガリウム(GaAs)等の材料からなる基板上に形成されている。 Conventionally, as a light emitting diode (LED) that emits red, orange, yellow, or yellowish green visible light, for example, aluminum phosphide, gallium indium (composition formula (Al X Ga 1-X ) Y In 1-YP ; A compound semiconductor LED having a light emitting layer composed of 0 ≦ X ≦ 1, 0 <Y ≦ 1) is known. In such an LED, for example, a compound semiconductor layer including a light-emitting layer made of (Al X Ga 1-X ) Y In 1-YP (0 ≦ X ≦ 1, 0 <Y ≦ 1) is generally formed from a light-emitting layer. It is formed on a substrate made of a material such as gallium arsenide (GaAs) that is optically opaque to the emitted light and that is not mechanically strong.

このため、最近では、より高輝度の可視LEDを得ること、並びに、さらなる素子の機械的強度の向上を目的として、発光光に対して不透明な基板材料を除去した後、発光光を透過または反射し、なお且つ機械強度的に優れる材料からなる支持体(基板)を、化合物半導体層に改めて接合させ、接合型LEDを構成する技術が開示されている(例えば、特許文献1〜7を参照)。ここで、引用文献4においては、基板としてSi、GaPからなる基板を用いることが開示されており、また、引用文献6においては、金属材料からなる基板を用いることが開示されている。   Therefore, recently, for the purpose of obtaining a brighter visible LED and further improving the mechanical strength of the device, the substrate material opaque to the emitted light is removed, and then the emitted light is transmitted or reflected. In addition, a technique is disclosed in which a support (substrate) made of a material having excellent mechanical strength is bonded to the compound semiconductor layer to form a bonded LED (for example, see Patent Documents 1 to 7). . Here, the cited document 4 discloses the use of a substrate made of Si or GaP as the substrate, and the cited document 6 discloses the use of a substrate made of a metal material.

また、近年、上述のような発光ダイオードのパッケージの技術分野においては、放熱性を重視した、高電流に耐えられるパッケージが普及している。   In recent years, in the technical field of light emitting diode packages as described above, packages that can withstand high current and that emphasize heat dissipation have become widespread.

特許第3230638号公報Japanese Patent No. 3230638 特開平6−302857号公報JP-A-6-302857 特開2002−246640号公報JP 2002-246640 A 特開2001−339100号公報JP 2001-339100 A 特開2001−57441号公報JP 2001-57441 A 特開2007−81010号公報JP 2007-81010 A 特開2006−32952号公報JP 2006-32952 A

上記各特許文献に記載のような発光ダイオードにおいては、基板の接合技術の開発によって基板の設計自由度が増したことにより、高電流の印加が可能な、放熱性の高い金属基板、セラミック基板、複合基板等が提案されている。しかしながら、上述したような放熱性の高い基板は、発光層を含む半導体層との間の熱膨張係数の差が大きいため、基板の接合時や熱処理工程において半導体層の割れが発生し、収率が低下するという問題がある。
また、上述のような発光ダイオードにおいては、基板が銅、アルミニウム、金、銀等の放熱性の高い金属材料等からなる構成の場合、これらの材料は柔らかく、粘りを有する材料であることから、ウェーハをチップ単位に切断する工程においてバリが発生したり、切断に用いるブレードの寿命が短くなったりする等、収率良く正確に切断するのが困難である等の問題があった。
In the light emitting diode as described in each of the above patent documents, the design flexibility of the substrate is increased by the development of the substrate bonding technology, so that a high current can be applied, a metal substrate with high heat dissipation, a ceramic substrate, Composite substrates and the like have been proposed. However, since the substrate with high heat dissipation as described above has a large difference in thermal expansion coefficient with the semiconductor layer including the light emitting layer, the semiconductor layer is cracked at the time of bonding the substrate or in the heat treatment process, yield. There is a problem that decreases.
Further, in the light emitting diode as described above, when the substrate is made of a metal material having high heat dissipation such as copper, aluminum, gold, silver, etc., these materials are soft and sticky materials, In the process of cutting the wafer into chips, there are problems such as generation of burrs and shortening the life of the blade used for cutting, which makes it difficult to cut accurately with high yield.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、基板の放熱性及び加工性に優れるとともに、製造工程において半導体層にクラック等の損傷が生じるのを防止でき、高電流の印加が可能で高い発光効率を有し、歩留まりに優れる発光ダイオードを提供することを目的とする。
また、本発明は、上述のように高い発光効率を備える発光ダイオードを、歩留まり高く且つ低コストで得られる発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記本発明の発光ダイオードが用いられてなるランプを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and is excellent in heat dissipation and workability of the substrate, can prevent damage such as cracks in the semiconductor layer in the manufacturing process, and can be applied with a high current. An object of the present invention is to provide a light emitting diode which has luminous efficiency and excellent yield.
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a light emitting diode, which can obtain a light emitting diode having high light emission efficiency as described above at a high yield and low cost.
Another object of the present invention is to provide a lamp using the light emitting diode of the present invention.

本発明者等が上記問題を解決するために鋭意検討したところ、発光層を含む化合物半導体層と熱膨張係数がほぼ等しく、加工性に優れた基板を化合物半導体層に接合した構成とすることで、化合物半導体層に割れ等が生じるのが防止できることを見出した。また、基板を基材部と埋設部とからなる3次元構造とし、放熱性に優れた材料から構成することにより、発光ダイオードにより大きな電流を印加することが可能になるとともに、発光効率がより向上することを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は以下に説明する各構成を採用する。
As a result of extensive studies by the present inventors in order to solve the above-mentioned problems, a compound semiconductor layer including a light-emitting layer has a thermal expansion coefficient substantially equal to that of a substrate having excellent workability and bonded to the compound semiconductor layer. It has been found that cracks and the like can be prevented in the compound semiconductor layer. In addition, the substrate has a three-dimensional structure consisting of a base part and an embedded part, and is made of a material with excellent heat dissipation, so that a large current can be applied to the light emitting diode and the luminous efficiency is further improved. As a result, the present invention has been completed.
That is, the present invention employs each configuration described below.

[1] 基板上に少なくとも発光層を含む化合物半導体層が積層され、該化合物半導体層の上面側が発光面とされたチップ構造を有する発光ダイオードであって、前記基板は、基材部と、該基材部に囲まれた埋設部とからなるとともに、前記基材部の下面側に凹部が形成され、該凹部に前記埋設部が設けられ、且つ、前記埋設部の厚さが、前記基材部の厚さの70%以上とされており、さらに、前記基板は、前記基材部と前記埋設部とが、それぞれ異なる金属材料からなるとともに、前記基材部が、前記埋設部よりも熱膨張係数が小さな材料からなり、前記化合物半導体層は、前記基板上において、前記基材部の上面側に、少なくとも、p型半導体層、発光層及びn型半導体層の各層が積層されてなることを特徴とする発光ダイオード。
] 前記基材部と前記化合物半導体層との間の熱膨張係数の差が、±1.5ppm/K以下であることを特徴とする上記[1]に記載の発光ダイオード。
] 前記基板は、熱伝導率が200W/m・K以上であることを特徴とする上記[1]又は[2]の何れか1項に記載の発光ダイオード。
] 前記基材部は、モリブデン又はタングステン、あるいはこれらの合金材料からなることを特徴とする上記[1]〜[]の何れか1項に記載の発光ダイオード。
[1] A light-emitting diode having a chip structure in which a compound semiconductor layer including at least a light-emitting layer is stacked on a substrate, and an upper surface side of the compound semiconductor layer is a light-emitting surface. Rutotomoni such from the embedded portion surrounded by the base portion, the concave portion is formed on the lower surface side of the base portion, the embedded portion is provided in the recess, and, the thickness of the embedded portion, the base 70% or more of the thickness of the material part, and the substrate is made of different metal materials for the base part and the embedded part, and the base part is more than the embedded part. thermal expansion coefficient Ri is Do a small material, the compound semiconductor layer, in the substrate, on the upper surface of the base portion, at least, p-type semiconductor layer, each layer of the light-emitting layer and the n-type semiconductor layer are stacked light emitting diodes, characterized in that Rukoto.
[ 2 ] The light emitting diode according to the above [1], wherein the difference in thermal expansion coefficient between the base material portion and the compound semiconductor layer is ± 1.5 ppm / K or less.
[ 3 ] The light-emitting diode according to any one of [1] or [2] , wherein the substrate has a thermal conductivity of 200 W / m · K or more.
[ 4 ] The light-emitting diode according to any one of [1] to [ 3 ], wherein the base portion is made of molybdenum, tungsten, or an alloy material thereof.

] 前記埋設部は、金、銀、銅、又はアルミニウムの内の少なくとも何れか1種以上を含む材料からなることを特徴とする上記[1]〜[]の何れか1項に記載の発光ダイオード。
] 前記埋設部が、金、銀、銅、又はアルミニウムの内の少なくとも何れか1種以上を含むメッキ層であることを特徴とする上記[]に記載の発光ダイオード
[ 5 ] The embedded portion according to any one of [1] to [ 4 ], wherein the embedded portion is made of a material containing at least one of gold, silver, copper, and aluminum. Light emitting diode.
[ 6 ] The light-emitting diode according to [ 5 ], wherein the embedded portion is a plated layer containing at least one of gold, silver, copper, and aluminum .

] 前記化合物半導体層に含まれる前記発光層は、AlGaInP又はAlGaAsを含む材料からなることを特徴とする上記[1]〜[]の何れか1項に記載の発光ダイオード。
] 前記基板が、1辺あたりの長さが500μm以上の平面視略四角形とされていることを特徴とする上記[1]〜[]の何れか1項に記載の発光ダイオード。
] さらに、前記化合物半導体層の前記n型半導体層上に、負極であるn型電極層が設けられるとともに、前記基板が正極とされ、各電極間に0.5W/mm以上の密度を有する電力が印加されるものであることを特徴とする上記[1]〜[8]の何れか1項に記載の発光ダイオード。
10] 前記基板と化合物半導体層とが、金属接合層によって接合されてなることを特徴とする上記[1]〜[]の何れか1項に記載の発光ダイオード。
11] 前記基板と化合物半導体層とが直に接合されてなることを特徴とする上記[1]〜[]の何れか1項に記載の発光ダイオード。
[ 7 ] The light emitting diode according to any one of [1] to [ 6 ], wherein the light emitting layer included in the compound semiconductor layer is made of a material containing AlGaInP or AlGaAs.
[ 8 ] The light-emitting diode according to any one of [1] to [ 7 ], wherein the substrate has a substantially rectangular shape in plan view with a length of 500 μm or more per side.
[ 9 ] Further, an n-type electrode layer that is a negative electrode is provided on the n-type semiconductor layer of the compound semiconductor layer, the substrate is a positive electrode, and a density of 0.5 W / mm 2 or more is provided between the electrodes. The light emitting diode according to any one of the above [1] to [8] , wherein a power having the following is applied.
[ 10 ] The light-emitting diode according to any one of [1] to [ 9 ], wherein the substrate and the compound semiconductor layer are bonded by a metal bonding layer.
[ 11 ] The light-emitting diode according to any one of [1] to [ 9 ], wherein the substrate and the compound semiconductor layer are directly bonded.

12] 積層用基板上に、少なくともn型半導体層、発光層及びp型半導体層を順次積層することで、前記発光層を含む化合物半導体層を形成し、該化合物半導体層に備えられる第2の半導体層の上にオーミック特性を有する第2の電極を形成した後、該第2の電極を覆うように接合層を積層して積層体を形成する工程と基材部の下面側の少なくとも一部にエッチング法によって凹部を形成し、前記凹部の内部に前記基材部に囲まれた埋設部を形成するとともに、前記埋設部の厚さを、前記基材部の厚さの70%以上として基板を形成した後、前記積層体の接合層と前記基板の上面側とを接合することで前記積層体と前記基板とを接合する工程と、前記積層用基板を前記化合物半導体層から剥離して、該化合物半導体層に備えられる第1の半導体層の光取出面を露出させた後、該光取出面の上に第1の電極を形成する工程と、前記化合物半導体層及び前記接合層を複数に分割した後、該複数の化合物半導体層の各々の間に形成される分断溝に沿って、前記基板における基材部の位置を切断することで素子単位に分割する工程と、を具備しており、前記基板は、前記基材部と前記埋設部とが、それぞれ異なる金属材料からなるとともに、前記基材部が、前記埋設部よりも熱膨張係数が小さな材料からなることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
[ 12 ] A compound semiconductor layer including the light-emitting layer is formed by sequentially stacking at least an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer on the substrate for stacking , and a second provided in the compound semiconductor layer. after forming the second electrode having ohmic characteristics on the semiconductor layer, forming a laminate by laminating the bonding layer to cover the second electrode, at least the lower surface of the base portion some form a concave portion by etching method, to form a buried portion surrounded by the base portion inside the concave portion, the thickness of the embedded portion 70 of the thickness of the base portion %, The step of bonding the stacked body and the substrate by bonding the bonding layer of the stacked body and the upper surface side of the substrate, and the stacking substrate from the compound semiconductor layer The first semiconductor layer peeled off and provided in the compound semiconductor layer A step of forming a first electrode on the light extraction surface after exposing the light extraction surface of the semiconductor layer; and dividing the compound semiconductor layer and the bonding layer into a plurality of the plurality of compound semiconductor layers. And cutting the position of the base material portion in the substrate along the dividing groove formed between each of the substrate, and dividing the element unit, and the substrate comprises the base material portion and The method for manufacturing a light-emitting diode, wherein the embedded portion is made of a different metal material, and the base material portion is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the embedded portion.

13] 積層用基板上に、少なくともn型半導体層、発光層及びp型半導体層を順次積層して化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記化合物半導体層に備えられる前記p型半導体層の上にp型オーミック電極を形成した後、該p型オーミック電極を覆うように接合層を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、基材部の下面側の少なくとも一部にエッチング法によって凹部を形成した後、前記凹部の内部に前記基材部に囲まれた埋設部を形成するとともに、前記埋設部の厚さを、前記基材部の厚さの70%以上として基板を形成する基板形成工程と、前記積層体の接合層と前記基板の上面側とを接合することにより、前記化合物半導体層と前記基板とを接合する接合工程と、前記積層用基板を前記化合物半導体層から剥離して、該化合物半導体層に備えられる前記n型半導体層の光取出面を露出させる除去工程と、前記n型半導体層の光取出面の上にn型電極層を形成する電極形成工程と、前記化合物半導体層及び前記接合層を複数に分割した後、該複数の化合物半導体層の各々の間に形成される分断溝に沿って、前記基板における基材部の位置を切断する分割工程と、を具備しており、前記基板は、前記基材部と前記埋設部とが、それぞれ異なる金属材料からなるとともに、前記基材部が、前記埋設部よりも熱膨張係数が小さな材料からなることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
[ 13 ] A semiconductor layer forming step of forming a compound semiconductor layer by sequentially stacking at least an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on a stacking substrate, and the p-type semiconductor provided in the compound semiconductor layer After forming a p-type ohmic electrode on the layer, a laminated body forming step of forming a laminated body by laminating a bonding layer so as to cover the p-type ohmic electrode, and at least a part on the lower surface side of the substrate portion after forming the concave portion by an etching method, to form a buried portion surrounded by the base portion inside the concave portion, the thickness of the embedded portion, 70% of the thickness of the base portion A substrate forming step of forming a substrate as a bonding step, a bonding step of bonding the compound semiconductor layer and the substrate by bonding the bonding layer of the stacked body and the upper surface side of the substrate, and Peel from compound semiconductor layer Removing the step of exposing the light extraction surface of the n-type semiconductor layer provided in the compound semiconductor layer, forming an n-type electrode layer on the light extraction surface of the n-type semiconductor layer, After dividing the compound semiconductor layer and the bonding layer into a plurality of parts, a dividing step of cutting the position of the base material portion in the substrate along a dividing groove formed between each of the plurality of compound semiconductor layers. The substrate includes the base part and the embedded part made of different metal materials, and the base part is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the embedded part. A method for manufacturing a light emitting diode.

14] 前記基板形成工程は、前記基材部の凹部の内部にメッキ法を用いて前記埋設部を形成することを特徴とする上記[13]に記載の発光ダイオードの製造方法。
15] 前記基板形成工程は、前記基材部を、モリブデン又はタングステン、あるいはこれらの合金材料から形成することを特徴とする上記[13]又は[14]に記載の発光ダイオードの製造方法。
16] 前記基板形成工程は、前記埋設部を、金、銀、銅、又はアルミニウムの内の少なくとも何れか1種以上を含む材料から形成することを特徴とする上記[13]〜[15]の何れか1項に記載の発光ダイオードの製造方法。
17] 前記電極形成工程と前記分割工程との間において、前記n型半導体層の前記光取出面を粗面化する粗面化工程を設けることを特徴とする上記[13]〜[16]に記載の発光ダイオードの製造方法。
[ 14 ] The method for manufacturing a light-emitting diode according to [ 13 ], wherein the substrate forming step forms the embedded portion using a plating method inside the concave portion of the base material portion.
[ 15 ] The method for manufacturing a light-emitting diode according to the above [ 13 ] or [ 14 ], wherein in the substrate forming step, the base portion is formed from molybdenum, tungsten, or an alloy material thereof.
[ 16 ] The above [ 13 ] to [ 15 ], wherein in the substrate forming step, the embedded portion is formed of a material containing at least one of gold, silver, copper, and aluminum. The manufacturing method of the light emitting diode of any one of these.
[ 17 ] The above [ 13 ] to [ 16 ], wherein a roughening step for roughening the light extraction surface of the n-type semiconductor layer is provided between the electrode forming step and the dividing step. The manufacturing method of the light emitting diode as described in any one of Claims 1-3.

18] 上記[12]〜[17]の何れか1項に記載の製造方法で得られる発光ダイオード。
19] 上記[1]〜[11]、又は[18]の何れか1項に記載の発光ダイオードが用いられてなるランプ。
[ 18 ] A light-emitting diode obtained by the manufacturing method according to any one of [ 12 ] to [ 17 ].
[ 19 ] A lamp using the light-emitting diode according to any one of [1] to [ 11 ] or [ 18 ].

本発明の発光ダイオードによれば、基板上に少なくとも発光層を含む化合物半導体層が積層され、基板が基材部と該基材部に囲まれた埋設部とからなるとともに、基材部が埋設部よりも熱膨張係数が小さな材料から構成されることにより、基板の加工性と放熱性とを両立することができる。これにより、製造工程において化合物半導体層にクラック等の損傷が生じるのを防止でき、歩留まりが向上するとともに、高電流の印加が可能で高い発光効率を有する発光ダイオードを実現することができる。   According to the light emitting diode of the present invention, the compound semiconductor layer including at least the light emitting layer is laminated on the substrate, the substrate is composed of the base portion and the embedded portion surrounded by the base portion, and the base portion is embedded. By being made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the part, it is possible to achieve both workability and heat dissipation of the substrate. Thereby, it is possible to prevent the compound semiconductor layer from being damaged, such as cracks, in the manufacturing process, to improve the yield, and to realize a light emitting diode capable of applying a high current and having high light emission efficiency.

また、本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、積層用基板上に化合物半導体層及び接合層が積層されてなる積層体と、基材部と該基材部に形成された凹部又は貫通部の内部に設けられた埋設部とからなる基板とを接合することで、化合物半導体層と基板とを接合する工程と、積層用基板を化合物半導体層から剥離して第1の半導体層の光取出面を露出させる工程と、複数の化合物半導体層の各々の間に形成される分断溝に沿って基板における基材部の位置を切断する工程とを具備した方法であり、基材部が埋設部よりも熱膨張係数が小さな材料からなるので、化合物半導体層にクラック等の損傷が生じるのを防止でき、歩留まりが向上するとともに、基板の放熱性に優れた発光ダイオードを製造することが可能となる。これにより、高電流の印加が可能で発光効率に優れた発光ダイオードを、高い製造効率で製造することが可能となる。   Further, according to the method for producing a light emitting diode of the present invention, a laminate in which a compound semiconductor layer and a bonding layer are laminated on a lamination substrate, a base material portion, and a recess or a penetration portion formed in the base material portion A step of bonding the compound semiconductor layer and the substrate by bonding to a substrate formed of an embedded portion provided inside the substrate, and separating the substrate for stacking from the compound semiconductor layer to extract light from the first semiconductor layer A step of exposing a surface, and a step of cutting a position of a base material portion in a substrate along a dividing groove formed between each of the plurality of compound semiconductor layers, wherein the base material portion is an embedded portion Since it is made of a material having a smaller coefficient of thermal expansion than the above, damage such as cracks can be prevented from occurring in the compound semiconductor layer, yield can be improved, and a light emitting diode excellent in heat dissipation of the substrate can be manufactured. . As a result, a light emitting diode capable of applying a high current and having excellent luminous efficiency can be manufactured with high manufacturing efficiency.

また、本発明のランプによれば、上記本発明の発光ダイオードが用いられてなるものなので、発光特性に優れたものとなる。   Moreover, according to the lamp of the present invention, since the light emitting diode of the present invention is used, the light emitting characteristics are excellent.

本発明に係る発光ダイオードの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode which concerns on this invention. 本発明に係る発光ダイオードを用いて構成したランプの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the lamp | ramp comprised using the light emitting diode which concerns on this invention.

以下に、本発明の実施形態である発光ダイオード及びその製造方法、並びにランプについて、図面を適宜参照しながら説明する。図1(a)、は本実施形態の発光ダイオードの断面模式図、図1(b)は図1(a)の平面図であり、図2〜図10は発光ダイオードの製造方法を説明する工程図、図11は、本発明の実施形態のダイオードが用いられてなる発光ダイオードランプの模式断面図である。尚、以下の説明において参照する図面は、発光ダイオード及びその製造方法等を説明する図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の発光ダイオード等の寸法関係とは異なっている。   Hereinafter, a light-emitting diode, a manufacturing method thereof, and a lamp, which are embodiments of the present invention, will be described with reference to the drawings as appropriate. 1A is a schematic cross-sectional view of the light-emitting diode of this embodiment, FIG. 1B is a plan view of FIG. 1A, and FIGS. 2 to 10 are steps for explaining a method of manufacturing the light-emitting diode. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a light-emitting diode lamp using the diode of the embodiment of the present invention. The drawings referred to in the following description are for explaining the light emitting diode and the manufacturing method thereof, and the size, thickness, dimensions, etc. of each part shown in the drawings are different from the dimensional relationships of the actual light emitting diodes and the like. ing.

[発光ダイオード]
図1(a)、(b)に示す例の発光ダイオードAは、基材部2と、該基材部2に囲まれた埋設部3とからなり、発光ダイオードAの基体となるヒートシンク基板(基板)1と、このヒートシンク基板1の上面2aに配置された接合層4と、この接合層4の上側に配置された化合物半導体層11と、この化合物半導体層11の上下に配置されたn型電極層9及びp型オーミック電極5と、から概略構成されている。また、発光ダイオードAは、ヒートシンク基板1をなす基材部2が、埋設部3よりも熱膨張係数が小さな材料からなる構成とされている。
[Light emitting diode]
The light emitting diode A in the example shown in FIGS. 1A and 1B includes a base material portion 2 and an embedded portion 3 surrounded by the base material portion 2, and a heat sink substrate (base material of the light emitting diode A) ( Substrate) 1, bonding layer 4 disposed on upper surface 2 a of heat sink substrate 1, compound semiconductor layer 11 disposed above bonding layer 4, and n-type disposed above and below compound semiconductor layer 11. The electrode layer 9 and the p-type ohmic electrode 5 are roughly configured. Further, the light emitting diode A is configured such that the base material part 2 forming the heat sink substrate 1 is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the embedded part 3.

ここで、化合物半導体層11は、p型半導体層6、発光層7及びn型半導体層8が積層されて構成されている。化合物半導体層11の上面は、発光層7からの光を外部に取り出す光取出面11aとされており、この光取出面11a上にはn型電極層9が形成されている。また、詳細な図示を省略するが、光取出面11aはエッチング等の手段によって粗面化されており、これにより発光ダイオードAの光取出効率がより高められている。   Here, the compound semiconductor layer 11 is formed by stacking a p-type semiconductor layer 6, a light emitting layer 7 and an n-type semiconductor layer 8. The upper surface of the compound semiconductor layer 11 is a light extraction surface 11a for extracting light from the light emitting layer 7 to the outside, and the n-type electrode layer 9 is formed on the light extraction surface 11a. Although not shown in detail, the light extraction surface 11a is roughened by means such as etching, and the light extraction efficiency of the light-emitting diode A is further enhanced.

n型電極層9は、化合物半導体層11のn型半導体層8とオーミック接触することによって、化合物半導体層11の負極となっている。一般に、発光ダイオード等の半導体素子において電極を設ける場合、n型の化合物半導体に設けられるn型のオーミック電極としては、例えば、AuGeやAuSi等を用いることができる。また、p型の化合物半導体に設けられるp型のオーミック電極(図1のp型オーミック電極5を参照)としては、AuBe、AuZn等を用いることができる。図1(a)、(b)に示すn型電極層9の層構造や材質は特に限定されないが、ワイヤーボンディングによる接続を考慮してAuを含有する金属材料から構成することが好ましく、上述のようなAuGeやAuSi等を用いることが好ましい。   The n-type electrode layer 9 becomes an anode of the compound semiconductor layer 11 by making ohmic contact with the n-type semiconductor layer 8 of the compound semiconductor layer 11. In general, when an electrode is provided in a semiconductor element such as a light emitting diode, for example, AuGe or AuSi can be used as an n-type ohmic electrode provided in an n-type compound semiconductor. In addition, AuBe, AuZn, or the like can be used as the p-type ohmic electrode (see the p-type ohmic electrode 5 in FIG. 1) provided on the p-type compound semiconductor. The layer structure and material of the n-type electrode layer 9 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) are not particularly limited, but are preferably made of a metal material containing Au in consideration of connection by wire bonding. It is preferable to use such AuGe or AuSi.

また、n型電極層9としては、例えば、上述のようなオーミック特性を有する電極材料の上に、Ti、Pt等の所謂バリアメタルを形成し、さらに、その上にAuが形成された構成とすることがより好適である。この際の形成方法としては、従来公知の蒸着法やスパッタ法等を何ら制限無く採用することができる。また、各層の膜厚は、特に制限されないが、オーミック電極材料(AuGe、AuSi)は0.1〜0.5μm、バリアメタルは0.1〜0.5μm、Au層は1〜3μmの範囲とすることが、膜厚の制御性や生産性(コスト)等の観点から好ましい。   Further, as the n-type electrode layer 9, for example, a so-called barrier metal such as Ti or Pt is formed on an electrode material having ohmic characteristics as described above, and Au is further formed thereon. More preferably. As a formation method at this time, a conventionally known vapor deposition method, sputtering method, or the like can be employed without any limitation. The film thickness of each layer is not particularly limited, but the ohmic electrode material (AuGe, AuSi) is 0.1 to 0.5 μm, the barrier metal is 0.1 to 0.5 μm, and the Au layer is 1 to 3 μm. It is preferable from the viewpoints of film thickness controllability, productivity (cost), and the like.

n型電極層9は、発光層7を含む化合物半導体層11に電流を均一に拡散させるため、化合物半導体層11に対する配置や形状を適性化することが好ましいが、n型電極層9の配置形態や形状は特に限定されず、従来公知の技術を適用することが可能である。
また、n型電極層9と発光層7との間には、オーミック接触する際の抵抗を下げるためのコンタクト層であるn型半導体層8が設けられる。また、n型電極層9と化合物半導体層11(n型半導体層8)との間には、n型電極層9から供給される駆動電流を化合物半導体層11全体に平面的に拡散させるための電流拡散層や、逆に、駆動電流の流通する領域を制限するための電流阻止層あるいは電流狭窄層等を設けた構成とすることも可能である。
The n-type electrode layer 9 preferably has an appropriate arrangement and shape with respect to the compound semiconductor layer 11 in order to uniformly diffuse the current to the compound semiconductor layer 11 including the light-emitting layer 7. The shape is not particularly limited, and a conventionally known technique can be applied.
Further, between the n-type electrode layer 9 and the light emitting layer 7, an n-type semiconductor layer 8 that is a contact layer for reducing the resistance at the time of ohmic contact is provided. Further, between the n-type electrode layer 9 and the compound semiconductor layer 11 (n-type semiconductor layer 8), a driving current supplied from the n-type electrode layer 9 is diffused in a plane across the entire compound semiconductor layer 11. A configuration in which a current diffusion layer or, conversely, a current blocking layer or a current confinement layer for limiting a region through which a driving current flows may be provided.

なお、図1(a)、(b)に示す例のn型電極層9は、平面視で略円形状の中心部から、4本の枝部が十字状に延在する形状とされているが、これには限定されず、化合物半導体層11への電流拡散を考慮しながら、適宜採用すれば良い。   In addition, the n-type electrode layer 9 in the example shown in FIGS. 1A and 1B has a shape in which four branch portions extend in a cross shape from a substantially circular central portion in plan view. However, the present invention is not limited to this, and may be adopted as appropriate in consideration of current diffusion to the compound semiconductor layer 11.

次に、図1(a)、(b)に示すように、化合物半導体層11の下側、即ち、p型半導体層6の下側に接するようにp型オーミック電極5が形成されている。また、詳細な図示を省略するが、p型オーミック電極5は平面視円形状に形成され、p型半導体層6の下側に接して、所定の間隔で複数設けられ、図示例においては発光ダイオードAの四隅近傍で、計4箇所に設けられている。このようなp型オーミック電極5の材料としては、例えば、AuBe合金膜及びAu膜からなる積層膜等、各種構成が周知であり、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。   Next, as shown in FIGS. 1A and 1B, the p-type ohmic electrode 5 is formed so as to be in contact with the lower side of the compound semiconductor layer 11, that is, the lower side of the p-type semiconductor layer 6. Although not shown in detail, the p-type ohmic electrode 5 is formed in a circular shape in plan view, and a plurality of p-type ohmic electrodes 5 are provided at predetermined intervals in contact with the lower side of the p-type semiconductor layer 6. Near the four corners of A, it is provided at a total of four locations. As a material of such a p-type ohmic electrode 5, various structures such as a laminated film made of an AuBe alloy film and an Au film are well known, and can be provided by a conventional means well known in this technical field. .

なお、p型オーミック電極5は、発光層7を含む化合物半導体層11に電流を均一に拡散させるため、化合物半導体層11に対する配置や形状を適性化することが好ましいが、p型電極層5の配置形態や形状は特に限定されず、従来公知の技術を適用することが可能である。
また、一般に、p型オーミック電極5とn型電極層9の配置や形状は、光を取り出しやすい発光層7の領域に、電流が均一に流れるような組み合わせとすることが好ましい。ここで、例えば、n型電極層9の直下にp型オーミック電極5を配置するのは、電流が集中し易いので好ましくない。
The p-type ohmic electrode 5 preferably has an appropriate arrangement and shape with respect to the compound semiconductor layer 11 in order to diffuse current uniformly into the compound semiconductor layer 11 including the light emitting layer 7. The arrangement form and shape are not particularly limited, and conventionally known techniques can be applied.
In general, the arrangement and shape of the p-type ohmic electrode 5 and the n-type electrode layer 9 are preferably combined so that a current flows uniformly in the region of the light-emitting layer 7 where light is easily extracted. Here, for example, it is not preferable to dispose the p-type ohmic electrode 5 immediately below the n-type electrode layer 9 because current tends to concentrate.

次に、図1(a)に示すように、化合物半導体層11の下側、即ち、p型半導体層6の下側においては、上述したp型オーミック電極5を覆うように接合層4が配置されている。この接合層4は、図1(a)に示す例においては、化合物半導体層11側から、透光性薄膜層4a、反射層4b、バリア層4c、Au層4d及び金属接合層4eの各層がこの順で配された積層膜として構成されており、金属接合層4eがヒートシンク基板1と接合される。また、図1(a)に示す例では、上述したp型オーミック電極5の先端が、接合層4を構成する透光性薄膜層4aに覆われて接するように構成されている。本実施形態の発光ダイオードAは、接合層4が設けられることにより、化合物半導体層11とヒートシンク基板1とが低い接触抵抗で確実に接合されるとともに、発光層7で発生した光を光取出面11a側に反射させることができる。   Next, as shown in FIG. 1A, the bonding layer 4 is disposed on the lower side of the compound semiconductor layer 11, that is, on the lower side of the p-type semiconductor layer 6 so as to cover the p-type ohmic electrode 5 described above. Has been. In the example shown in FIG. 1A, the bonding layer 4 includes the light-transmitting thin film layer 4a, the reflective layer 4b, the barrier layer 4c, the Au layer 4d, and the metal bonding layer 4e from the compound semiconductor layer 11 side. The laminated films are arranged in this order, and the metal bonding layer 4 e is bonded to the heat sink substrate 1. In the example shown in FIG. 1A, the tip of the p-type ohmic electrode 5 described above is configured to be in contact with the translucent thin film layer 4 a constituting the bonding layer 4. In the light-emitting diode A of the present embodiment, the provision of the bonding layer 4 ensures that the compound semiconductor layer 11 and the heat sink substrate 1 are bonded with low contact resistance, and light generated by the light-emitting layer 7 is extracted from the light extraction surface. It can be reflected to the 11a side.

また、接合層4は、透光性薄膜層4a及び金属接合層4eによって化合物半導体層11及びヒートシンク基板1と電気的に接続されており、これにより、ヒートシンク基板1が正極側の取出電極となっている。また、接合層4及びヒートシンク基板1とn型電極層9とは、化合物半導体層11の厚み方向において反対側に配置された関係になっている。これにより本実施形態の発光ダイオードAは、所謂、上下電極構造の発光ダイオードとされている。   In addition, the bonding layer 4 is electrically connected to the compound semiconductor layer 11 and the heat sink substrate 1 by the translucent thin film layer 4a and the metal bonding layer 4e, so that the heat sink substrate 1 serves as the extraction electrode on the positive electrode side. ing. Further, the bonding layer 4, the heat sink substrate 1, and the n-type electrode layer 9 are arranged on the opposite side in the thickness direction of the compound semiconductor layer 11. Thereby, the light emitting diode A of this embodiment is a light emitting diode having a so-called upper and lower electrode structure.

発光ダイオードAに用いられる接合層4は、正極側となるヒートシンク基板1と化合物半導体層11とを接合することから、電気抵抗が低い材料で構成されることが好ましい。また、接合層4は、化合物半導体層11に与えるストレスを考慮し、ヒートシンク基板1との接合を低温で行うことが可能な材料からなる金属接合層4eを設けることが好ましい。
また、本実施形態の発光ダイオードAにおいては、高輝度化を図る観点から、接合層4を、反射率の高い構造とすることが好ましい。このため、接合層4には、反射性材料からなる反射層4bを設けることが好ましく、また、従来公知の方法を用いて透光性導電材料からなる透光性薄膜層4aを組み合わせることも可能である。
Since the bonding layer 4 used for the light emitting diode A bonds the heat sink substrate 1 on the positive electrode side and the compound semiconductor layer 11, it is preferable that the bonding layer 4 is made of a material having low electrical resistance. The bonding layer 4 is preferably provided with a metal bonding layer 4e made of a material capable of bonding to the heat sink substrate 1 at a low temperature in consideration of stress applied to the compound semiconductor layer 11.
Further, in the light emitting diode A of the present embodiment, it is preferable that the bonding layer 4 has a structure with high reflectivity from the viewpoint of achieving high luminance. For this reason, it is preferable to provide the bonding layer 4 with a reflective layer 4b made of a reflective material, and it is also possible to combine a translucent thin film layer 4a made of a translucent conductive material using a conventionally known method. It is.

透光性薄膜層4aは、化合物半導体層11と反射層4bとの間の反応及び拡散を防止するための層である。このような透光性薄膜層4aとしては、例えば、ITO(酸化インジウム錫)やSiO(酸化ケイ素)、TiO(酸化チタン)、SiN(窒化シリコン)等、透光性導電材料の屈折率差を利用した、所謂コールドミラー作用を有する酸化膜や窒化膜等から構成することができる。また、透光性薄膜層4aは、上記材料の多層膜とすることができる。またさらに、透光性薄膜層4aは、白色のAl(アルミナ)、AlN(窒化アルミニウム)等の材料も、高い反射率が得られる点から好適に用いることができ、各種材料を組み合わせて用いることも可能である。
透光性薄膜層4aの厚さは、例えば、10〜500nm程度であることが好ましく、30〜200nm程度であることがより好ましい。
The translucent thin film layer 4a is a layer for preventing reaction and diffusion between the compound semiconductor layer 11 and the reflective layer 4b. As such a translucent thin film layer 4a, for example, the refractive index of a translucent conductive material such as ITO (indium tin oxide), SiO 2 (silicon oxide), TiO 2 (titanium oxide), SiN (silicon nitride), or the like. An oxide film or a nitride film having a so-called cold mirror action utilizing the difference can be used. The translucent thin film layer 4a can be a multilayer film of the above material. Furthermore, the translucent thin film layer 4a can also be suitably used from the point that a high reflectance can be obtained, such as white Al 2 O 3 (alumina), AlN (aluminum nitride), and a combination of various materials. Can also be used.
The thickness of the translucent thin film layer 4a is preferably, for example, about 10 to 500 nm, and more preferably about 30 to 200 nm.

反射層4bは、例えば、Ag、Au、Pt、Al、Cu等の、化合物半導体層11から発光される光に対して高い反射特性を有する金属材料から構成される反射膜であり、化合物半導体層11から出射されて透光性薄膜層4aを透過し、ヒートシンク基板1側に向かう光を化合物半導体層11側に向けて反射する。また、反射層4bの材料は、化合物半導体層11(発光層7)の発光波長を勘案しながら、上記材料を単独か、あるいは、合金材料として使用することが可能である。
反射層4bの厚さとしては、例えば、100〜800nm程度であることが好ましく、200〜500nm程度であることがより好ましい。
The reflection layer 4b is a reflection film made of a metal material having high reflection characteristics with respect to light emitted from the compound semiconductor layer 11, such as Ag, Au, Pt, Al, Cu, and the like. 11 is transmitted through the light-transmitting thin film layer 4a and reflected toward the heat sink substrate 1 side toward the compound semiconductor layer 11 side. In addition, the material of the reflective layer 4b can be used alone or as an alloy material in consideration of the emission wavelength of the compound semiconductor layer 11 (light emitting layer 7).
For example, the thickness of the reflective layer 4b is preferably about 100 to 800 nm, and more preferably about 200 to 500 nm.

本実施形態においては、発光層7を含む化合物半導体層11とヒートシンク基板1との間に、上記構成の反射層4b並びに透光性薄膜層4aを備える接合層4を設けることにより、発光ダイオードAの輝度が向上するという優れた効果が得られる。このような反射構造を有する接合層4の反射率としては、例えば、90%以上であることが好ましい。   In the present embodiment, the light-emitting diode A is provided by providing the bonding layer 4 including the reflective layer 4b and the light-transmitting thin film layer 4a having the above-described structure between the compound semiconductor layer 11 including the light-emitting layer 7 and the heat sink substrate 1. An excellent effect of improving the luminance of the image can be obtained. The reflectance of the bonding layer 4 having such a reflection structure is preferably 90% or more, for example.

バリア層4cは、反射層4bの構成元素と、後述のAu層4d並びに金属接合層4eの構成元素との相互拡散を防止するために形成される。バリア層4cとしては、例えば、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、Pt(白金)等、従来公知のバリア金属を用いることができる。また、バリア層4cの厚さとしては、例えば、50〜500nm程度であることが好ましく、100〜300nm程度であることがより好ましい。   The barrier layer 4c is formed in order to prevent mutual diffusion between constituent elements of the reflective layer 4b and constituent elements of the Au layer 4d and the metal bonding layer 4e described later. As the barrier layer 4c, for example, a conventionally known barrier metal such as Mo (molybdenum), W (tungsten), titanium (Ti), chromium (Cr), or Pt (platinum) can be used. Moreover, as thickness of the barrier layer 4c, it is preferable that it is about 50-500 nm, for example, and it is more preferable that it is about 100-300 nm.

Au層4dは、詳細を後述する金属接合層4eによってヒートシンク基板1が接合された際の接触層となる層であり、接触抵抗の低いAuから構成される。また、例えば、このAu層4dに置き換えて、低い接触抵抗を有する他の金属材料からなる層を設けることも可能である。
Au層4dの厚さとしては、例えば、100〜1000nm程度であることが好ましく、200〜500nm程度であることがより好ましい。
The Au layer 4d is a layer that becomes a contact layer when the heat sink substrate 1 is bonded by a metal bonding layer 4e to be described in detail later, and is made of Au having a low contact resistance. Further, for example, a layer made of another metal material having a low contact resistance can be provided in place of the Au layer 4d.
For example, the thickness of the Au layer 4d is preferably about 100 to 1000 nm, and more preferably about 200 to 500 nm.

金属接合層4eは、ヒートシンク基板1と接合する層であり、上述したように、低温で接合処理を行うことが可能な材料から構成される。このため、金属接合層4eは、化学的に安定であり、且つ、融点の低いAu系の共晶金属材料やはんだ材料等から構成することが好ましい。このような金属接合層4eをなす材料としては、例えば、AuSnの他、AuIn、AuGe、AuSiや、一般的なはんだ材料等の合金で融点の低い共晶組成の金属材料を用いることが好適である。金属接合層4eの厚さとしては、例えば、300〜2000nm程度であることが好ましく、500〜1500nm程度であることがより好ましい。   The metal bonding layer 4e is a layer bonded to the heat sink substrate 1 and is made of a material that can be bonded at a low temperature as described above. For this reason, the metal bonding layer 4e is preferably composed of an Au-based eutectic metal material or a solder material that is chemically stable and has a low melting point. As a material for forming the metal bonding layer 4e, for example, it is preferable to use a metal material having a low eutectic composition such as AuSn, AuIn, AuGe, AuSi, or an alloy such as a general solder material. is there. As thickness of the metal joining layer 4e, it is preferable that it is about 300-2000 nm, for example, and it is more preferable that it is about 500-1500 nm.

上記構成とされた接合層4の全体の厚さとしては、特に限定されず、例えば、組み合わせる層の数や材質等に応じて適宜設定すれば良い。   The total thickness of the bonding layer 4 having the above-described configuration is not particularly limited, and may be set as appropriate according to, for example, the number of layers to be combined and the material.

また、接合層4(金属接合層4e)とヒートシンク基板1とを接合する方法としては特に限定されず、例えば、拡散接合や接着剤を用いた接合、常温接合方法等の従来公知の技術を採用することができ、素子構造を勘案しながら適宜選択することが可能である。   Moreover, it does not specifically limit as a method of joining the joining layer 4 (metal joining layer 4e) and the heat sink board | substrate 1, For example, conventionally well-known techniques, such as a joining using diffusion bonding and an adhesive agent, and a normal temperature joining method, are employ | adopted. It is possible to select appropriately while taking the element structure into consideration.

また、本発明に係る発光ダイオードAにおいては、上述のような接合層4を設けず、ヒートシンク基板1の基材部2と化合物半導体層11のp型半導体層6とが直に接合されてなる構成とすることも可能である。但し、このような構成とする場合には、p側の電極となるヒートシンク基板1とp型半導体層6との間のオーミック接触性を高めるため、上述のようなp型オーミック電極5を設けることが好ましい。   Further, in the light emitting diode A according to the present invention, the base layer 2 of the heat sink substrate 1 and the p-type semiconductor layer 6 of the compound semiconductor layer 11 are directly bonded without providing the bonding layer 4 as described above. A configuration is also possible. However, in the case of such a configuration, the p-type ohmic electrode 5 as described above is provided in order to improve ohmic contact between the heat sink substrate 1 serving as the p-side electrode and the p-type semiconductor layer 6. Is preferred.

次に、ヒートシンク基板(基板)1は、上述したように、基材部2と、該基材部2に囲まれた埋設部3とからなり、本実施形態の発光ダイオードAの基体である。また、本発明に係る発光ダイオードAにおいては、基材部2が埋設部3よりも熱膨張係数が小さな材料から構成される。   Next, as described above, the heat sink substrate (substrate) 1 includes the base portion 2 and the embedded portion 3 surrounded by the base portion 2, and is the base of the light emitting diode A of the present embodiment. Further, in the light emitting diode A according to the present invention, the base material portion 2 is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the embedded portion 3.

本発明者等は、優れた放熱性及び加工性が両立可能であり、歩留まり良く発光ダイオードが得られる基板を実現するために鋭意検討を行なった。そして、発光層7を含む化合物半導体層11と熱膨張係数がほぼ等しく、加工性に優れたヒートシンク基板1を化合物半導体層11に接合した構成とすることで、化合物半導体層11に割れ等が生じるのが防止できることを見出した。また、ヒートシンク基板1を基材部2と埋設部3とからなる3次元構造とし、放熱性に優れた材料から構成することにより、発光ダイオードAにより大きな電流を印加することが可能になるとともに、発光効率がより向上することを見出した。   The inventors of the present invention have made extensive studies in order to realize a substrate that can achieve both excellent heat dissipation and workability and can obtain a light emitting diode with a high yield. The compound semiconductor layer 11 is cracked or the like when the heat sink substrate 1 including the light emitting layer 7 has substantially the same thermal expansion coefficient as that of the compound semiconductor layer 11 and is excellent in workability. It was found that this can be prevented. Further, the heat sink substrate 1 has a three-dimensional structure composed of the base portion 2 and the embedded portion 3 and is made of a material having excellent heat dissipation, so that a large current can be applied to the light emitting diode A, It has been found that the luminous efficiency is further improved.

ヒートシンク基板1は、基材部2と埋設部3とが、それぞれ異なる金属材料からなることが好ましい。また、ヒートシンク基板1に備えられる基材部2と、詳細を後述する化合物半導体層11との間の熱膨張係数の差が±1.5ppm/K以下であることがより好ましい。また、ヒートシンク基板1は、熱伝導率が200W/m・K以上である構成とされていることがさらに好ましい。   In the heat sink substrate 1, the base material portion 2 and the embedded portion 3 are preferably made of different metal materials. Moreover, it is more preferable that the difference in thermal expansion coefficient between the base material portion 2 provided in the heat sink substrate 1 and the compound semiconductor layer 11 described later in detail is ± 1.5 ppm / K or less. Further, the heat sink substrate 1 is more preferably configured to have a thermal conductivity of 200 W / m · K or more.

本発明者等が上記各特性を満たすことが可能な基板の構成について鋭意研究したところ、これらの全ての条件に対して、単独材料で適合するものは存在しなかったものの、一部の金属材料を用いた複合構造とすることにより、上記条件に適合することを見出した。
本発明に係る発光ダイオードAでは、まず、熱膨張係数が化合物半導体層11をなすIII−V族化合物半導体に近い金属を基材部2の材料として選択し、さらに、基材部2よりも熱伝導率が大きな金属を埋設部3の材料として選択して組み合わせた。ヒートシンク基板1を上記構成とすることにより、上述した条件に適合可能な、発光ダイオードに最適な基板が得られる。好適な例としては、例えば、AlGaInP系の組成からなる化合物半導体の熱膨張係数は、約5.3ppm/Kであるので、ヒートシンク基板1を構成する基材部2の金属材料としては、モリブデン(Mo:熱膨張係数=5.1ppm/K)、タングステン(W:熱膨張係数=4.3ppm/K)、又はこれらの合金が挙げられる。
When the present inventors diligently researched about the structure of the board | substrate which can satisfy | fill said each characteristic, although there was no thing which matched with all these conditions with a single material, some metal materials It was found that the above-mentioned conditions were met by using a composite structure using.
In the light-emitting diode A according to the present invention, first, a metal having a thermal expansion coefficient close to the group III-V compound semiconductor forming the compound semiconductor layer 11 is selected as the material of the base material portion 2, and further, the heat is higher than the base material portion 2. A metal having a high conductivity was selected and combined as a material for the embedded portion 3. By setting the heat sink substrate 1 to the above-described configuration, a substrate that is suitable for the light-emitting diode that can meet the above-described conditions can be obtained. As a suitable example, for example, the thermal expansion coefficient of a compound semiconductor made of an AlGaInP-based composition is about 5.3 ppm / K. Therefore, as a metal material of the base portion 2 constituting the heat sink substrate 1, molybdenum ( Mo: coefficient of thermal expansion = 5.1 ppm / K), tungsten (W: coefficient of thermal expansion = 4.3 ppm / K), or alloys thereof.

また、ヒートシンク基板1を構成する基材部2と半導体材料との熱膨張係数の差は、±1.5ppmの範囲であることが好ましく、±1ppmの範囲であることがより好ましい。また、埋設部3の熱伝導率は、200W/m・K以上であることが好ましく、230W/m・K以上であることがより好ましい。   Further, the difference in thermal expansion coefficient between the base material portion 2 constituting the heat sink substrate 1 and the semiconductor material is preferably within a range of ± 1.5 ppm, and more preferably within a range of ± 1 ppm. Further, the thermal conductivity of the embedded portion 3 is preferably 200 W / m · K or more, and more preferably 230 W / m · K or more.

基材部2は、上記材料からなる金属板に対し、エッチング等の方法によって凹部21が形成されてなる。凹部21の平面視形状としては、特に限定されず、四角形、六角形等、何れも適用可能であるが、均一な放熱性を確保するためには全方位で対象形状であることが好ましいことから円形が最も好ましい。また、凹部21の断面形状としても、例えば、略すり鉢状等、特に限定されるものではない。   The base material part 2 is formed with a recess 21 by a method such as etching with respect to a metal plate made of the above material. The shape of the recess 21 in plan view is not particularly limited, and any of quadrangular and hexagonal shapes can be applied. However, in order to ensure uniform heat dissipation, it is preferable that the shape is a target shape in all directions. A circle is most preferred. Also, the cross-sectional shape of the concave portion 21 is not particularly limited, for example, a substantially mortar shape.

また、図1(a)、(b)に示す例のように、凹部21は、発光ダイオードAのチップ1個当たりで1つとしても良いが、複数設けても構わない。また、凹部の深さについても特に限定されず、例えば、基材部を厚さ方向で貫くように貫通部として形成され、基材部が略筒状に構成されていても良いが、底部を薄く残した凹部21とすることにより、埋設部3をメッキ処理で形成する工程が簡便になることから好ましい。この場合、基材部2の厚さ方向で底部を残す位置としては、例えば、上面2a側、下面2b側、あるいは中央付近の何れでも良いが、化合物半導体層11と接合する上面2a側に底部を残すことが、熱膨張によるストレスが最小になる点から好ましい。   Further, as in the example shown in FIGS. 1A and 1B, one recess 21 may be provided for each light emitting diode A chip, but a plurality of recesses 21 may be provided. Also, the depth of the recess is not particularly limited. For example, the recess may be formed as a penetrating part so as to penetrate the base material part in the thickness direction, and the base part may be configured in a substantially cylindrical shape. It is preferable to use the recessed portion 21 that remains thin because the process of forming the embedded portion 3 by plating is simplified. In this case, the position of leaving the bottom portion in the thickness direction of the base material portion 2 may be, for example, any of the upper surface 2a side, the lower surface 2b side, or the vicinity of the center, but the bottom portion on the upper surface 2a side to be bonded to the compound semiconductor layer 11 Is preferable from the viewpoint of minimizing stress due to thermal expansion.

埋設部3は、基材部2に囲まれて配置され、図1(a)、(b)に示す例では、基材部2の凹部21の全体を埋め込みように形成されている。
また、埋設部3は、熱伝導率が230W/m・K以上と大きな金属、例えば、銀(Ag:熱伝導率=420W/m・K)、銅(Cu:熱伝導率=398W/m・K)、金(Au:熱伝導率=320W/m・K)、アルミニウム(Al:熱伝導率=236W/m・K)の内の少なくとも1種以上を含む材料から構成することができる。また、埋設部3は、上記元素の内の複数からなる合金材料を用いることも可能であり、また、上記の内の少なくとも1種以上を含むメッキ層として構成することが可能である。
The embedded portion 3 is disposed so as to be surrounded by the base material portion 2, and is formed so as to embed the entire concave portion 21 of the base material portion 2 in the example shown in FIGS.
The buried portion 3 has a metal having a large thermal conductivity of 230 W / m · K or more, for example, silver (Ag: thermal conductivity = 420 W / m · K), copper (Cu: thermal conductivity = 398 W / m · K). K), gold (Au: thermal conductivity = 320 W / m · K), aluminum (Al: thermal conductivity = 236 W / m · K), and a material containing at least one of them. The buried portion 3 can also use an alloy material composed of a plurality of the above elements, and can be configured as a plating layer containing at least one of the above elements.

ヒートシンク基板1は、基材部2の厚さに対する埋設部3の厚さの割合が、70%以上であることが好ましい。基材部2の厚さ全体に対する埋設部3の厚さを上記割合とすることにより、良好な放熱性を有するとともに、素子単位に分割する際の加工性に優れる発光ダイオードAを実現できる。   In the heat sink substrate 1, the ratio of the thickness of the embedded portion 3 to the thickness of the base material portion 2 is preferably 70% or more. By setting the thickness of the embedded portion 3 with respect to the entire thickness of the base material portion 2 to the above ratio, it is possible to realize the light emitting diode A having excellent heat dissipation and excellent workability when divided into element units.

ヒートシンク基板1は、チップ単位とされた発光ダイオードAの側面領域の少なくとも一部を、基材部2をなす上記金属で構成し、また、ヒートシンク基板1の内部領域及び下面1bの中心領域を、埋設部3をなす上記金属で構成している。基材部2をなす上記金属材料は硬い金属であるが、切断加工による分割処理が容易な金属であることから、発光ダイオードAのチップ側面に配置する。また、基材部2が埋設部3を囲む構成のため、発光ダイオードA全体の熱膨張特性が、ほぼ、基材部2をなす金属材料の物性によって決定される。また、熱伝導特性については、ヒートシンク基板1の内部に設けられる埋設部3をなす金属材料により、良好な特性を得ることが可能となる。   The heat sink substrate 1 is formed of at least a part of the side surface region of the light emitting diode A in a chip unit with the metal forming the base portion 2, and the inner region of the heat sink substrate 1 and the central region of the lower surface 1b are It is comprised with the said metal which makes the burying part 3. FIG. Although the metal material forming the base material portion 2 is a hard metal, it is a metal that can be easily divided by cutting, and is therefore disposed on the side surface of the light emitting diode A chip. In addition, since the base material portion 2 surrounds the embedded portion 3, the thermal expansion characteristics of the entire light emitting diode A are almost determined by the physical properties of the metal material forming the base material portion 2. In addition, with respect to the heat conduction characteristics, it is possible to obtain good characteristics by using the metal material forming the embedded portion 3 provided inside the heat sink substrate 1.

また、ヒートシンク基板1の厚さとしては、30〜300μmの範囲であることが好ましく、50〜150μmの範囲であることがより好ましい。また、本実施形態では、基材部2の厚さを、ヒートシンク基板1全体の厚さと同様の上記範囲とすることが好ましい。ヒートシンク基板1全体の厚さ、並びに基材部2の厚さを上記範囲とすることにより、ウェーハとしての強度並びに埋設部3を設けた際の放熱特性を確保できるとともに、後述の製造方法に備えられる分割工程において、容易に素子分割することが可能となる。ヒートシンク基板1全体の厚さ、並びに基材部2の厚さが30μm未満だと強度が不足する虞があり、また、300μmを超えると、分割工程における分割性が低下し、チップ化が困難になる虞がある。
なお、基材部2に埋め込まれる埋設部3は、図1(a)に示す例のように、その露出面が基材部2の表面と同一面である構成とすることができる。
Moreover, as thickness of the heat sink board | substrate 1, it is preferable that it is the range of 30-300 micrometers, and it is more preferable that it is the range of 50-150 micrometers. Moreover, in this embodiment, it is preferable to make the thickness of the base material part 2 into the said range similar to the thickness of the heat sink board | substrate 1 whole. By setting the thickness of the entire heat sink substrate 1 and the thickness of the base material portion 2 within the above ranges, the strength as a wafer and the heat radiation characteristics when the embedded portion 3 is provided can be secured, and the manufacturing method described later is provided. In the dividing step, it is possible to easily divide the element. If the thickness of the heat sink substrate 1 as a whole and the thickness of the base material part 2 are less than 30 μm, the strength may be insufficient, and if it exceeds 300 μm, the splitting property in the splitting process is lowered and it is difficult to make a chip. There is a risk of becoming.
In addition, the embedded part 3 embedded in the base material part 2 can be set as the structure whose exposed surface is the same surface as the surface of the base material part 2, like the example shown to Fig.1 (a).

また、ヒートシンク基板1は、1辺あたりの長さが500μm以上の平面視略四角形として形成することが、その上に相似形状で化合物半導体層11を設けて発光ダイオードAを構成した場合に良好な放熱性や発光特性が得られる点や、製造工程における分割処理の容易さ等の点から好ましい。   Further, the heat sink substrate 1 may be formed as a substantially rectangular shape in a plan view having a length per side of 500 μm or more, which is preferable when the light emitting diode A is configured by providing the compound semiconductor layer 11 with a similar shape thereon. It is preferable from the viewpoints of obtaining heat dissipation and light emission characteristics and ease of division processing in the manufacturing process.

次に、化合物半導体層11は、発光層7を含み、pn接合構造を有する化合物半導体積層構造体であり、図1(a)に例示する模式断面図のように、p型半導体層6、発光層7及びn型半導体層8が順次積層された構成とされている。   Next, the compound semiconductor layer 11 is a compound semiconductor stacked structure including the light emitting layer 7 and having a pn junction structure. As illustrated in the schematic cross-sectional view illustrated in FIG. The layer 7 and the n-type semiconductor layer 8 are sequentially stacked.

本実施形態で説明する化合物半導体層11は、後述の製造方法において詳細を説明するが、エピタキシャル成長用基板30(図2及び図3を参照)上において予め形成された層である。発光ダイオードAは、ヒートシンク基板1(基材部2)の上面2a上に、予め形成された化合物半導体層11に備えられるp型半導体層6が、接合層4を介して接合されてなるものである。   The compound semiconductor layer 11 described in the present embodiment is a layer formed in advance on the epitaxial growth substrate 30 (see FIG. 2 and FIG. 3). The light emitting diode A is formed by joining a p-type semiconductor layer 6 provided in a compound semiconductor layer 11 formed in advance on a top surface 2 a of a heat sink substrate 1 (base material portion 2) via a bonding layer 4. is there.

化合物半導体層11は、n形又はp形の何れの伝導形の化合物半導体からも構成できるが、本発明においては、特に、発光層の発光効率に優れ、また、基板接合技術が確立されている、一般式(AlGa1−XIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)で表されるIII−V族化合物半導体を好適に用いることができる。一方、赤色及び赤外発光が得られるAlGa(1−X)As(0≦X≦1)の発光層を備える化合物半導体層に対しても、本実施形態の素子構造を適用することが可能である。
化合物半導体層11は、具体的には、以下に説明するような構造とされている。
Although the compound semiconductor layer 11 can be composed of a compound semiconductor of either n-type or p-type conductivity, in the present invention, the emission efficiency of the light-emitting layer is particularly excellent, and a substrate bonding technique has been established. , general formula (Al X Ga 1-X) Y in 1-Y P (0 ≦ X ≦ 1,0 <Y ≦ 1) can be suitably used a group III-V compound semiconductor represented by. On the other hand, the element structure of this embodiment can also be applied to a compound semiconductor layer including a light emitting layer of Al X Ga (1-X) As (0 ≦ X ≦ 1) from which red and infrared light emission can be obtained. Is possible.
Specifically, the compound semiconductor layer 11 has a structure as described below.

p型半導体層6は、Mg、Zn等が所定量でドープされたp型特性を有し、例えば、GaPからなるp型のコンタクト層である。Mgをドーピングするための原料としては、例えば、公知のビスシクロペンタジエニルマグネシウム(bis−(CMg)等が用いられる。また、本発明においては、輝度をより向上させるため、p型半導体層6には上記GaPを用いることが好ましいが、その他、例えば、AlGaAs、AlGaInP等のIII−V族化合物半導体結晶についても、何ら制限無く採用することが可能である。 The p-type semiconductor layer 6 has p-type characteristics doped with a predetermined amount of Mg, Zn or the like, and is a p-type contact layer made of, for example, GaP. As a raw material for doping Mg, for example, known biscyclopentadienyl magnesium (bis- (C 5 H 5 ) 2 Mg) or the like is used. In the present invention, the GaP is preferably used for the p-type semiconductor layer 6 in order to further improve the luminance. However, for example, any III-V group compound semiconductor crystal such as AlGaAs, AlGaInP, etc. It is possible to employ without limitation.

また、p型半導体層6の厚さは、0.5〜20μmの範囲であることが好ましく、1〜10μmの範囲であることがより好ましい。p型半導体層6の厚さがこの範囲であれば、良好な結晶性を有する薄膜となり、後述の発光層7の発光効率が向上し、ひいては発光ダイオードAの発光特性が良好なものとなる。   In addition, the thickness of the p-type semiconductor layer 6 is preferably in the range of 0.5 to 20 μm, and more preferably in the range of 1 to 10 μm. When the thickness of the p-type semiconductor layer 6 is within this range, a thin film having good crystallinity is obtained, the light emission efficiency of the light emitting layer 7 described later is improved, and the light emission characteristics of the light emitting diode A are improved.

発光層7は、上記p型半導体層6上に備えられており、該p型半導体層6側から順に、例えば、Mg、Zn等をドープしたp形特性を有し、(Al0.7Ga0.30.5In0.5P及び(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pの薄膜からなるp型クラッド層7cと、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5Pからなる井戸層と、(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなる障壁層が交互に10対で積層されてなる多重井戸層7bと、Si、Te等をドープしたn形特性を有する(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなるn型クラッド層7aと、が積層された構成とされている。ここで、多重井戸層等の構造を有する公知の発光層7(多重井戸層7b)をなし、(AlGa1−XIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)なる組成の障壁(barrier)層及び井戸(well)層の構成は、所望の発光波長が得られるように適宜決定することができる。また、p型クラッド層7c、n型クラッド層7a、多重井戸層7bをなす障壁層の組成や厚さ、キャリア濃度等は、発光効率が高くなるように適宜調整すれば良い。また、本実施形態の発光ダイオードにおいては、上記n型及びp型の極性を入れ替えた層構造とすることも可能である。 The light emitting layer 7 is provided on the p-type semiconductor layer 6 and has p-type characteristics doped with, for example, Mg, Zn, etc. in order from the p-type semiconductor layer 6 side, and (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P and (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P thin film p-type cladding layer 7c, undoped (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P well layers and (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P barrier layers are alternately stacked in 10 pairs. configuration in which the multi-quantum well layer 7b, Si, and an n-type cladding layer 7a formed of (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P having an n-type characteristics doped with Te or the like, are laminated It is said that. Here, without the known luminescent layer 7 having a structure such as multi-well layer (multi-quantum well layer 7b), (Al X Ga 1 -X) Y In 1-Y P (0 ≦ X ≦ 1,0 <Y ≦ The structure of the barrier layer and the well layer having the composition 1) can be appropriately determined so as to obtain a desired emission wavelength. Further, the composition, thickness, carrier concentration, and the like of the barrier layer forming the p-type cladding layer 7c, the n-type cladding layer 7a, and the multiple well layer 7b may be appropriately adjusted so that the light emission efficiency is increased. Moreover, in the light emitting diode of this embodiment, it is also possible to set it as the layer structure which switched the said n-type and p-type polarity.

本実施形態の発光ダイオードAに備えられる発光層7は、上記構成により、p型クラッド層7c、多重井戸層7b及びn型クラッド層7aからなる、所謂pn接合型ダブルヘテロ接合構造とされている。発光層7は、放射再結合を担うキャリアを閉じ込めるため、ダブルヘテロ(DH:Double Hetero)構造、多重量子井戸構造等の公知の構造を適用できる。   The light emitting layer 7 provided in the light emitting diode A of the present embodiment has a so-called pn junction type double heterojunction structure including the p-type cladding layer 7c, the multiple well layer 7b, and the n-type cladding layer 7a. . Since the light emitting layer 7 confines carriers responsible for radiative recombination, a known structure such as a double hetero (DH) structure or a multiple quantum well structure can be applied.

上述した多重井戸層7bは、n形又はp形の何れの伝導形の化合物半導体からも構成することが可能である。
また、本実施形態の発光層7は、上記構造の多重井戸構造とされた、多重井戸層7bが備えられた構成とされているが、発光構造については、これには限定されない。例えば、上記多重井戸構造の他、単一(Single)量子井戸(SQW)構造を採用することも可能であるが、優れた発光を得るためには多重量子井戸構造であることがより好ましい。
The multi-well layer 7b described above can be composed of a compound semiconductor of either n-type or p-type conductivity.
In addition, the light emitting layer 7 of the present embodiment is configured to include the multiple well layer 7b having the multiple well structure described above, but the light emitting structure is not limited thereto. For example, in addition to the multiple well structure, a single quantum well (SQW) structure can be adopted, but a multiple quantum well structure is more preferable in order to obtain excellent light emission.

また、発光層7の材質としては、上述した一例のみならず、GaInN系、AlGaAs系等、従来公知の他の材料を用いることも可能であるが、後述の製造方法において用いる積層用基板の材質を勘案し、この積層用基板上に直接成長可能な材料を選択することが好ましい。上述のような材料からなる発光層7は、例えば、格子整合したGaAs等のIII−V族化合物半導体等の単結晶基板の表面上に形成することができる。また、上記発光層の構造に付加して、従来公知の技術である機能的な層、例えば、コンタクト層、電流拡散層、電流阻止層、反射層等を設けた構成とすることができる。   Further, the material of the light emitting layer 7 is not limited to the above-mentioned example, but other conventionally known materials such as GaInN-based and AlGaAs-based materials can also be used. In consideration of the above, it is preferable to select a material that can be directly grown on the laminated substrate. The light emitting layer 7 made of the material as described above can be formed on the surface of a single crystal substrate such as a lattice-matched III-V group compound semiconductor such as GaAs. In addition to the structure of the light emitting layer, a functional layer that is a conventionally known technique, for example, a contact layer, a current diffusion layer, a current blocking layer, a reflective layer, and the like can be provided.

発光層7を、上述のような多重井戸層7bを備える多重井戸構造として構成した場合には、障壁層の膜厚を、10〜100nmの範囲とするとともに、井戸層の膜厚を10〜100nmの範囲とすることが好ましい。また、多重井戸層7b全体の膜厚としては、100〜2000nmの範囲とすることが好ましい。   When the light emitting layer 7 is configured as a multiple well structure including the multiple well layer 7b as described above, the thickness of the barrier layer is set to a range of 10 to 100 nm and the thickness of the well layer is set to 10 to 100 nm. It is preferable to set it as the range. Moreover, it is preferable to set it as the range of 100-2000 nm as a film thickness of the multiple well layer 7b whole.

また、p型クラッド層7cの膜厚は、200〜2000nmの範囲とすることが好ましく、n型クラッド層7aの膜厚は、200〜2000nmの範囲とすることが好ましい。また、発光層7全体の膜厚としては、500〜1500nmの範囲とすることが好ましい。発光層7及び該発光層7を構成する各層の厚さを上記範囲とすることにより、結晶性に優れ、優れた発光効率を備える発光層7が得られる。   The thickness of the p-type cladding layer 7c is preferably in the range of 200 to 2000 nm, and the thickness of the n-type cladding layer 7a is preferably in the range of 200 to 2000 nm. The film thickness of the entire light emitting layer 7 is preferably in the range of 500 to 1500 nm. By setting the thickness of the light emitting layer 7 and each layer constituting the light emitting layer 7 within the above range, the light emitting layer 7 having excellent crystallinity and excellent light emission efficiency can be obtained.

n型半導体層8は、上記発光層7上に備えられており、Si、Te、Snが所定量でドープされたn型特性を有し、例えば、Siドープの(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pからなるn型のコンタクト層である。Siをドーピングするための原料としては、例えば、ジシラン(Si)が用いられる。 The n-type semiconductor layer 8 is provided on the light-emitting layer 7 and has an n-type characteristic in which Si, Te, and Sn are doped with a predetermined amount, for example, Si-doped (Al 0.5 Ga 0. 5 ) An n-type contact layer made of 0.5 In 0.5 P. For example, disilane (Si 2 H 6 ) is used as a raw material for doping Si.

n型半導体層8の厚さは、100〜8000nmの範囲であることが好ましく、500〜3000nmの範囲であることがより好ましい。n型半導体層8の厚さがこの範囲であれば、良好な結晶性を有する薄膜となり、発光層7の発光効率が向上し、ひいては発光ダイオードAの発光特性が良好なものとなる。   The thickness of the n-type semiconductor layer 8 is preferably in the range of 100 to 8000 nm, and more preferably in the range of 500 to 3000 nm. When the thickness of the n-type semiconductor layer 8 is within this range, a thin film having good crystallinity is obtained, the light emission efficiency of the light emitting layer 7 is improved, and the light emission characteristics of the light emitting diode A are improved.

以上説明したような、本実施形態の発光ダイオードAによれば、ヒートシンク基板1の上面2a上に少なくとも発光層7を含む化合物半導体層11が積層され、ヒートシンク基板1が基材部2と該基材部2に囲まれた埋設部3とからなるとともに、基材部2が埋設部3よりも熱膨張係数が小さな材料から構成されることにより、ヒートシンク基板1の加工性と放熱性とを両立することができる。これにより、製造工程において化合物半導体層11にクラック等の損傷が生じるのを防止でき、歩留まりが向上するとともに、高電流の印加が可能で高い発光効率を有する発光ダイオードAを実現することができる。   As described above, according to the light emitting diode A of the present embodiment, the compound semiconductor layer 11 including at least the light emitting layer 7 is laminated on the upper surface 2a of the heat sink substrate 1, and the heat sink substrate 1 is connected to the base portion 2 and the substrate. In addition to the embedded portion 3 surrounded by the material portion 2, the base material portion 2 is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than that of the embedded portion 3, thereby achieving both workability and heat dissipation of the heat sink substrate 1. can do. As a result, it is possible to prevent the compound semiconductor layer 11 from being damaged such as cracks in the manufacturing process, improve the yield, and realize the light-emitting diode A capable of applying a high current and having high light emission efficiency.

本実施形態の発光ダイオードAは、上記構成により、正極となるヒートシンク基板1と、負極となるn型電極層9との間の各電極間に0.5W/mm以上の高密度の電力を印加した場合でも、ヒートシンク基板1によって放熱作用が効果的に得られる。従って、発光ダイオードAの発光輝度が飛躍的に向上するという効果が得られる。 The light emitting diode A according to the present embodiment has a high-density power of 0.5 W / mm 2 or more between the electrodes between the heat sink substrate 1 serving as the positive electrode and the n-type electrode layer 9 serving as the negative electrode. Even when it is applied, the heat sinking action can be effectively obtained by the heat sink substrate 1. Therefore, the effect that the light emission luminance of the light emitting diode A is remarkably improved can be obtained.

[発光ダイオードの製造方法]
次に、図2〜図10を参照して、発光ダイオードAの製造方法の一例について説明する。
本発明に係る発光ダイオードAの製造方法は、積層用基板(図2等の符号30参照)上に、少なくとも発光層7を含む化合物半導体層11を形成し、該化合物半導体層11に備えられるp型半導体層(第2の半導体層)6の上にp型オーミック電極(第2の電極)5を形成した後、このp型オーミック電極5を覆うように接合層4を積層して積層体40を形成する工程と、基材部2の少なくとも一部にエッチング法によって凹部(図1等の符号21を参照)又は貫通部を形成し、この凹部又は貫通部の内部に埋設部3を形成することでヒートシンク基板(基板:図4等の符号1参照)を形成した後、積層体40の接合層4とヒートシンク基板1の上面2a側(一面側)とを接合することで積層体40とヒートシンク基板1とを接合する工程と、積層用基板11を化合物半導体層11から剥離して、該化合物半導体層11に備えられるn型半導体層(第1の半導体層)8の光取出面11aを露出させた後、該光取出面11aの上にn型電極層(第1の電極)9を形成する工程と、化合物半導体層11及び接合層4を複数に分割した後、該複数の化合物半導体層11の各々の間に形成される分断溝11bに沿って、ヒートシンク基板1における基材部2の位置を切断することで素子単位に分割する工程と、を具備しており、基材部2が、埋設部3よりも熱膨張係数が小さな材料からなる方法である。
[Method for manufacturing light-emitting diode]
Next, an example of a method for manufacturing the light-emitting diode A will be described with reference to FIGS.
In the method for manufacturing the light-emitting diode A according to the present invention, a compound semiconductor layer 11 including at least the light-emitting layer 7 is formed on a stacking substrate (see reference numeral 30 in FIG. 2 and the like). After a p-type ohmic electrode (second electrode) 5 is formed on the p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 6, the bonding layer 4 is laminated so as to cover the p-type ohmic electrode 5, and the laminated body 40. Forming a recess (see reference numeral 21 in FIG. 1 and the like) or a penetrating portion in at least a part of the base material portion 2 by an etching method, and forming the embedded portion 3 in the recess or the penetrating portion. After forming the heat sink substrate (substrate: see reference numeral 1 in FIG. 4 and the like), the laminate 40 and the heat sink are joined by joining the bonding layer 4 of the laminate 40 and the upper surface 2a side (one surface side) of the heat sink substrate 1. Bonding the substrate 1 and The substrate 11 for lamination is peeled off from the compound semiconductor layer 11 to expose the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 8 provided in the compound semiconductor layer 11, and then the light extraction surface 11a. Forming an n-type electrode layer (first electrode) 9 on the substrate, dividing the compound semiconductor layer 11 and the bonding layer 4 into a plurality of parts, and then forming between the plurality of compound semiconductor layers 11 A step of cutting the position of the base material portion 2 in the heat sink substrate 1 along the dividing groove 11b to divide it into element units, and the base material portion 2 has a coefficient of thermal expansion higher than that of the embedded portion 3. Is a method consisting of small materials.

また、本実施形態において説明する例の発光ダイオードAの製造方法は、積層用基板30上に、少なくともn型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6を順次積層して化合物半導体層11を形成する半導体層形成工程と、化合物半導体層11のp型半導体層6の上にp型オーミック電極5を形成した後、該p型オーミック電極5を覆うように接合層4を積層して積層体40を形成する積層体形成工程と、基材部2の少なくとも一部にエッチング法によって凹部21を形成した後、凹部21の内部にメッキ法によって埋設部3を形成することでヒートシンク基板1を形成する基板形成工程と、積層体40の接合層4とヒートシンク基板1の上面2a側とを接合することにより、化合物半導体層11とヒートシンク基板1とを接合する接合工程と、積層用基板30を化合物半導体層11から剥離してn型半導体層8の光取出面11aを露出させる除去工程と、化合物半導体層11に備えられるn型半導体層8上にn型電極層9を形成する電極形成工程と、化合物半導体層11及び接合層4を複数に分割した後、複数の化合物半導体層11の各々の間に形成される分断溝11bに沿って、ヒートシンク基板1における基材部2の位置を切断する分割工程と、を具備した方法であり、基材部2が埋設部3よりも熱膨張係数が小さな材料からなる。   In addition, in the manufacturing method of the light-emitting diode A of the example described in the present embodiment, at least the n-type semiconductor layer 8, the light-emitting layer 7, and the p-type semiconductor layer 6 are sequentially stacked on the stacking substrate 30. Forming a p-type ohmic electrode 5 on the p-type semiconductor layer 6 of the compound semiconductor layer 11, and then laminating the bonding layer 4 so as to cover the p-type ohmic electrode 5. The heat sink substrate 1 is formed by forming a laminated body forming step of forming the body 40, and forming the recessed portion 21 in at least a part of the base material portion 2 by an etching method and then forming the embedded portion 3 in the recessed portion 21 by a plating method. A substrate forming step to be formed, and a bonding step of bonding the compound semiconductor layer 11 and the heat sink substrate 1 by bonding the bonding layer 4 of the laminate 40 and the upper surface 2a side of the heat sink substrate 1 The removing step of peeling the stacking substrate 30 from the compound semiconductor layer 11 to expose the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8, and the n-type electrode layer 9 on the n-type semiconductor layer 8 provided in the compound semiconductor layer 11 After forming the electrode forming step of forming the compound semiconductor layer 11 and the bonding layer 4 into a plurality of parts, a base material in the heat sink substrate 1 is formed along the dividing grooves 11b formed between each of the plurality of compound semiconductor layers 11. A dividing step of cutting the position of the portion 2, and the base material portion 2 is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the embedded portion 3.

また、本実施形態で説明する例では、前記電極形成工程と前記分割工程との間において、n型半導体層8の光取出面11aを粗面化する粗面化工程が設けられている。
以下、本実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例について、図面を参照しつつ各工程を説明する。
In the example described in the present embodiment, a roughening step for roughening the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8 is provided between the electrode forming step and the dividing step.
Hereafter, each process is demonstrated, referring drawings for an example of the manufacturing method of the light emitting diode of this embodiment.

「半導体層形成工程」
半導体層形成工程では、図2に示すように、半導体結晶のエピタキシャル成長が可能な積層用基板30の上に、n型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6を順次積層して化合物半導体層11を形成する。
"Semiconductor layer formation process"
In the semiconductor layer forming step, as shown in FIG. 2, an n-type semiconductor layer 8, a light emitting layer 7, and a p-type semiconductor layer 6 are sequentially stacked on a stacking substrate 30 capable of epitaxially growing a semiconductor crystal. Layer 11 is formed.

具体的には、まず、Siをドープしたn形特性とされ、(100)面から15°傾けた面を有するGaAs単結晶からなる積層用基板30を用意する。そして、図2(a)に示すように、積層用基板30上に、n型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6を、この順で積層して化合物半導体層11を形成する。   Specifically, first, a lamination substrate 30 made of GaAs single crystal having n-type characteristics doped with Si and having a surface inclined by 15 ° from the (100) plane is prepared. Then, as illustrated in FIG. 2A, the compound semiconductor layer 11 is formed by stacking the n-type semiconductor layer 8, the light emitting layer 7, and the p-type semiconductor layer 6 in this order on the stacking substrate 30.

ここで、半導体結晶を成長させるための積層用基板30の材料としては、上述したGaAs単結晶の他、例えば、サファイア(α−Al単結晶)、炭化シリコン(SiC)、ガリウムリン(GaP)及びGaN等、III−V族半導体結晶を表面にエピタキシャル成長させることが可能な基板材料を適宜選択して用いることが可能である。また、積層用基板30の大きさは、通常は直径2インチ又は3インチ程度のものが用いられ、この上に複数の化合物半導体層が形成されるが、これには限定されず、例えば、直径4〜6インチの円形又は矩形基板等、さらに大型の基板を使用することも可能である。 Here, as a material of the stacking substrate 30 for growing a semiconductor crystal, for example, sapphire (α-Al 2 O 3 single crystal), silicon carbide (SiC), gallium phosphide ( A substrate material capable of epitaxially growing a III-V group semiconductor crystal on the surface, such as GaP) and GaN, can be appropriately selected and used. The size of the laminated substrate 30 is usually about 2 inches or 3 inches in diameter, and a plurality of compound semiconductor layers are formed thereon, but the invention is not limited to this. It is also possible to use a larger substrate such as a 4-6 inch circular or rectangular substrate.

本実施形態では、半導体層形成工程として、まず、積層用基板30上に、Siをドープしたn形特性のGaAsからなる図示略の緩衝層を形成し、この上に、Siドープの(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pからなるn型半導体層8、Siドープのn形特性を有する(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなるn型クラッド層7aと、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5Pからなる井戸層と(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなる障壁層が交互に10対で積層されてなる多重井戸層7bと、Mgドープのp形特性を有し、(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなる第2クラッド層及び(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pの薄膜からなるp型クラッド層7cとが積層されてなる発光層7、及び、Mgドープでp型特性を有するGaPからなるp型半導体層6を順次積層する例を説明する(図1(a)も参照)。 In the present embodiment, as the semiconductor layer forming step, first, a buffer layer (not shown) made of n-type GaAs doped with Si is formed on the lamination substrate 30, and a Si-doped (Al 0) is formed thereon. .5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P n-type semiconductor layer 8, having Si-doped n-type characteristics (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P N-type cladding layer 7a, a well layer made of undoped (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P, and (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 A multi-well layer 7b in which 10 pairs of barrier layers made of P are alternately stacked, and has Mg-doped p-type characteristics, and is made of (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P It becomes the second cladding layer and (Al 0.5 Ga 0.5) of 0.5 an in 0.5 P An example in which a light emitting layer 7 formed by laminating a p-type cladding layer 7c made of a film and a p-type semiconductor layer 6 made of GaP doped with Mg and having p-type characteristics will be described in order (FIG. 1A). See also).

化合物半導体層11を構成するn型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6の成長方法は特に限定されず、スパッタリング法、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー法)、LPE(液相エピタキシャル法)等、GaN系半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性や量産性の観点からMOCVD法が挙げられる。
本実施形態では、上記組成からなる緩衝層、n型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6の各層を形成する際、トリメチルアルミニウム((CHAl)、トリメチルガリウム((CHGa)およびトリメチルインジウム((CHIn)III族構成元素の原料に用いた減圧有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)により、積層用基板30上に各層を形成することができる。
The growth method of the n-type semiconductor layer 8, the light emitting layer 7 and the p-type semiconductor layer 6 constituting the compound semiconductor layer 11 is not particularly limited, and sputtering, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor phase). All methods known to grow GaN-based semiconductors, such as a growth method), MBE (molecular beam epitaxy method), and LPE (liquid phase epitaxy method) can be applied. A preferable growth method includes MOCVD from the viewpoint of film thickness controllability and mass productivity.
In this embodiment, when forming each of the buffer layer, the n-type semiconductor layer 8, the light emitting layer 7, and the p-type semiconductor layer 6 having the above composition, trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), trimethylgallium ((CH 3 ) Each layer is formed on the stacking substrate 30 by a low pressure metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) used as a raw material for 3 Ga) and trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) group III constituent elements. Can do.

p型クラッド層7c及びp型半導体層6を形成する際にドープするMgの原料としては、上述したように、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(bis−(CMg)を用いることができる。また、n型半導体層8及びn型クラッド層7aを形成する際にドープするSiの原料としては、ジシラン(Si)を用いることができる。
また、V族構成元素の原料としては、ホスフィン(PH)またはアルシン(AsH)を用いることができる。
As described above, biscyclopentadienylmagnesium (bis- (C 5 H 5 ) 2 Mg) is used as a raw material for Mg to be doped when forming the p-type cladding layer 7 c and the p-type semiconductor layer 6. Can do. Further, disilane (Si 2 H 6 ) can be used as a raw material of Si to be doped when forming the n-type semiconductor layer 8 and the n-type cladding layer 7a.
In addition, phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ) can be used as a raw material for the group V constituent element.

化合物半導体層11を形成する際の成長温度としては、例えば、GaPからなるp型半導体層6は700〜780℃程度、好ましくは750℃程度の温度で成長させることができる。また、その他の層、つまり、n型半導体層8及び発光層7、並びに緩衝層を含む各層の成長温度も、700〜780℃程度、好ましくは730℃程度とすることができる。   As a growth temperature when forming the compound semiconductor layer 11, for example, the p-type semiconductor layer 6 made of GaP can be grown at a temperature of about 700 to 780 ° C., preferably about 750 ° C. The growth temperature of the other layers, that is, the layers including the n-type semiconductor layer 8 and the light emitting layer 7 and the buffer layer can also be about 700 to 780 ° C., preferably about 730 ° C.

ここで、GaAsからなる緩衝層は、キャリア濃度を、単結晶基板と同程度の約0.1×1018cm−3〜5×1018cm−3、膜厚を0.1〜1μm程度とすることができる。
また、(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pからなるn型半導体層8は、キャリア濃度を約0.1×1018cm−3〜5×1018cm−3、膜厚を1〜8μm程度とすることができる。
Here, the buffer layer made of GaAs has a carrier concentration of about 0.1 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 , which is about the same as that of a single crystal substrate, and a film thickness of about 0.1 to 1 μm. can do.
The n-type semiconductor layer 8 made of (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P has a carrier concentration of about 0.1 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3. The film thickness can be about 1 to 8 μm.

また、発光層7を構成するn型クラッド層7aは、キャリア濃度を約1×1017cm−3〜30×1017cm−3、膜厚を0.1〜2μm程度とすることができる。多重井戸層7bは、アンドープで、膜厚を0.2〜2μm程度とすることができる。p型クラッド層7cは、キャリア濃度を約1×1017cm−3〜20×1017cm−3とし、膜厚を0.1〜3μm程度とすることができる。 The n-type cladding layer 7a constituting the light emitting layer 7 can have a carrier concentration of about 1 × 10 17 cm −3 to 30 × 10 17 cm −3 and a film thickness of about 0.1 to 2 μm. The multiwell layer 7b is undoped and can have a thickness of about 0.2 to 2 μm. The p-type cladding layer 7c can have a carrier concentration of about 1 × 10 17 cm −3 to 20 × 10 17 cm −3 and a film thickness of about 0.1 to 3 μm.

また、p型半導体層6は、キャリア濃度を約0.5×1018cm−3〜5×1018cm−3とし、膜厚を0.5〜20μm程度とすることができる。このp型半導体層6の膜厚が薄いと、電流拡散が不十分となり、発光層7へ電流が均一に供給されないため、発光効率の低下を招く虞がある。また、不必要に厚い膜厚とした場合にはコストアップとなり、また、層の成長も技術的に困難となる場合がある。またさらに、p型半導体層6のキャリア濃度が低い場合は電流拡散が不十分となり、高すぎる場合は結晶品質の低下を招く虞がある。 The p-type semiconductor layer 6 can have a carrier concentration of about 0.5 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 and a film thickness of about 0.5 to 20 μm. If the thickness of the p-type semiconductor layer 6 is small, current diffusion becomes insufficient and current is not uniformly supplied to the light emitting layer 7, which may cause a reduction in light emission efficiency. Further, when the film thickness is unnecessarily thick, the cost increases, and the layer growth may be technically difficult. Furthermore, when the carrier concentration of the p-type semiconductor layer 6 is low, current diffusion becomes insufficient, and when it is too high, the crystal quality may be deteriorated.

「積層体形成工程」
積層体形成工程では、図3(a)、(b)に示すように、化合物半導体層11の各々のp型半導体層6の上にp型オーミック電極5を形成した後、該p型オーミック電極5を覆うように接合層4を積層して積層体40を形成する。
"Laminate formation process"
In the stacked body forming step, as shown in FIGS. 3A and 3B, after forming the p-type ohmic electrode 5 on each p-type semiconductor layer 6 of the compound semiconductor layer 11, the p-type ohmic electrode is formed. The laminated body 40 is formed by laminating the bonding layer 4 so as to cover 5.

具体的には、図3(a)に示すように、まず、p型半導体層6上に、AuBe合金膜及びAu膜からなる積層膜を、フォトリソグラフィ技術によって順次積層し、パターニングすることにより、p型オーミック電極5を形成する。この際、p型オーミック電極5は、例えば、円形状として、p型半導体層6上において所定間隔で複数形成することが、電流拡散の点で好ましい。また、p型半導体層6上には、予め、鏡面加工を施すことが、p型半導体層6と、p型オーミック電極5並びに接合層4との間で良好な接触が得られる点から好ましい。   Specifically, as shown in FIG. 3A, first, a laminated film composed of an AuBe alloy film and an Au film is sequentially laminated on the p-type semiconductor layer 6 by a photolithography technique and patterned. A p-type ohmic electrode 5 is formed. At this time, it is preferable from the viewpoint of current diffusion that a plurality of p-type ohmic electrodes 5 are formed, for example, in a circular shape at a predetermined interval on the p-type semiconductor layer 6. In addition, it is preferable that mirror processing is performed on the p-type semiconductor layer 6 in advance because good contact can be obtained between the p-type semiconductor layer 6, the p-type ohmic electrode 5, and the bonding layer 4.

次に、図3(b)に示すように、さらに、化合物半導体層11の各々の上に接合層4を形成する。
具体的には、まず、化合物半導体層11のp型半導体層6上に形成したp型オーミック電極5を覆うように、ITO等からなる透光性薄膜層4aを形成する。そして、その上に、Ag等からなる反射層4b、Mo等からなるバリア層4c、Au層4d及びAuSn材料等からなる金属接合層4eの各層を順次積層して接合層4を形成する。この接合層4を構成する各層の形成方法としては、従来公知の方法を何ら制限無く採用することが可能である。
Next, as illustrated in FIG. 3B, the bonding layer 4 is further formed on each of the compound semiconductor layers 11.
Specifically, first, a translucent thin film layer 4 a made of ITO or the like is formed so as to cover the p-type ohmic electrode 5 formed on the p-type semiconductor layer 6 of the compound semiconductor layer 11. Then, a bonding layer 4 is formed by sequentially laminating a reflective layer 4b made of Ag or the like, a barrier layer 4c made of Mo or the like, an Au layer 4d, and a metal bonding layer 4e made of AuSn material or the like. As a method for forming each layer constituting the bonding layer 4, a conventionally known method can be employed without any limitation.

上記手順により、積層用基板30上に形成された化合物半導体層11の各々の上に、p型オーミック電極5及び接合層4を積層して積層体40を形成する。   By the above procedure, the stacked body 40 is formed by stacking the p-type ohmic electrode 5 and the bonding layer 4 on each of the compound semiconductor layers 11 formed on the stacking substrate 30.

「基板形成工程」
積層体形成工程では、図4(a)、(b)に示すように、基材部2の少なくとも一部にエッチング法によって凹部21を形成した後、凹部21の内部に埋設部3を形成することでヒートシンク基板1を形成する。
"Substrate formation process"
In the laminated body forming step, as shown in FIGS. 4A and 4B, the recessed portion 21 is formed on at least a part of the base portion 2 by an etching method, and then the embedded portion 3 is formed inside the recessed portion 21. Thus, the heat sink substrate 1 is formed.

具体的には、まず、金属Mo塊に圧延処理を施し、得られた圧延板をプレスで打ち抜くことにより、平板状の基材部2を得る。この際の、金属Moの圧延処理方法としては、従来公知の方法を何ら制限無く用いることができる。
次いで、図4(a)に示すように、基材部2の下面2bに凹部21を形成する。ここで、図1(a)、(b)に示す例の発光ダイオードAでは、凹部21を横断面円形状で形成している。この際の、基材部2の加工方法としては、例えば、エッチング法や機械的加工法の他、高出力レーザによる穴あけ加工法等の従来公知の技術を適用できるが、量産に適していることや低コストである等の点から、エッチング法が好適である。
Specifically, first, the metal Mo lump is subjected to a rolling process, and the obtained rolled plate is punched out with a press to obtain the flat substrate portion 2. At this time, a conventionally known method can be used without any limitation as a method for rolling metal Mo.
Next, as shown in FIG. 4A, the concave portion 21 is formed on the lower surface 2 b of the base material portion 2. Here, in the light emitting diode A of the example shown in FIGS. 1A and 1B, the recess 21 is formed in a circular cross section. In this case, as a processing method of the base material portion 2, for example, a well-known technique such as an etching method or a mechanical processing method or a high-power laser drilling method can be applied, which is suitable for mass production. Etching is preferable from the viewpoint of low cost.

次に、図4(b)に示すように、基材部2の下面2b側に形成した凹部21の内部にCu材料を埋め込むことにより、埋設部3を形成する。
具体的には、例えば、メッキ法や印刷法等を用いて凹部21内にCu材料を埋め込み、埋設部3を形成する。この際の埋設部3の形成方法としては、特に限定されないが、量産性の観点からメッキ法が好適であり、特に、電解メッキ法を用いることが、処理速度が早く生産性が向上する点でより好ましい。
Next, as shown in FIG. 4B, the embedded portion 3 is formed by embedding a Cu material in the concave portion 21 formed on the lower surface 2 b side of the base portion 2.
Specifically, for example, a Cu material is embedded in the recess 21 using a plating method, a printing method, or the like, and the embedded portion 3 is formed. A method for forming the embedded portion 3 at this time is not particularly limited, but a plating method is preferable from the viewpoint of mass productivity. In particular, the electrolytic plating method is used because the processing speed is high and the productivity is improved. More preferred.

また、基材部2の凹部21にCu材料を埋め込んで埋設部3を形成した後、下面2bまでそのままメッキを形成する方法としても良い。あるいは、基材部2の下面2b及び埋設部3の表面を、より安定した他の金属材料、例えば、Au、Ag、Ni、Pt、Cu等で覆う方法としても良い。一方、埋設部3の表面状態によっては、この表面を鏡面加工することが、後述の接合工程において良好な接合性が得られる点から好ましい。また、Cu材料に加えて、ダイボンド用の共晶金属を付与することにより、工程を簡便にすることも可能となる。   Moreover, after embedding Cu material in the recessed part 21 of the base material part 2 and forming the embedding part 3, it is good also as a method of forming plating as it is to the lower surface 2b. Or it is good also as a method of covering the lower surface 2b of the base material part 2, and the surface of the burying part 3 with other metal materials more stable, for example, Au, Ag, Ni, Pt, Cu etc. On the other hand, depending on the surface state of the embedded portion 3, it is preferable that the surface is mirror-finished from the viewpoint that good bonding properties can be obtained in the bonding step described later. Further, by adding a eutectic metal for die bonding in addition to the Cu material, the process can be simplified.

また、本実施形態の基板形成工程においては、基材部2にMo材料を用い、埋設部3としてCu材料を用いる例を説明しているが、これには限定されない。例えば、基材部2としては、上述したように、Mo材料と近似した熱膨張係数の特性を有するWや、あるいは、MoとWの合金材料を採用することも可能である。また、同様に、埋設部3としては、Au、Ag、Cu、又はAlの内の少なくとも何れか1種以上を含む材料から形成することが可能であり、適宜、選択して採用することができる。   Moreover, in the board | substrate formation process of this embodiment, although the example which uses Mo material for the base material part 2 and uses Cu material as the embedding part 3 is demonstrated, it is not limited to this. For example, as described above, W having a thermal expansion coefficient characteristic approximate to that of the Mo material or an alloy material of Mo and W can be adopted as the base material portion 2. Similarly, the embedded portion 3 can be formed from a material containing at least one of Au, Ag, Cu, and Al, and can be selected and adopted as appropriate. .

なお、本実施形態では、後述の接合工程の前の基板形成工程において、基材部2に凹部21を形成して埋設部3を設ける例を説明しているが、これには限定されない。例えば、接合工程において、積層体20と基材部2の上面2aとを接合した後、下面2bに凹部21を形成して埋設部3を設ける方法としても良い。このような場合には、例えば、まず、積層工程において積層体20の接合層4と基材部2の上面2aとを接合した後、後述の除去工程や電極形成工程等を行ない、分割工程において素子分割を行なう前に、基材部2の下面2bにエッチング法を用いて凹部21を形成する。そして、凹部21の内部にCu材料を埋め込んでメッキ処理を行うことで埋設部3を設けることによりヒートシンク基板1を形成する方法とすることができる。   In the present embodiment, an example in which the recessed portion 21 is formed in the base material portion 2 to provide the embedded portion 3 in the substrate forming step before the bonding step described later is described, but the present invention is not limited to this. For example, in the joining step, after the laminate 20 and the upper surface 2a of the base material portion 2 are joined, the recessed portion 21 is formed on the lower surface 2b and the embedded portion 3 is provided. In such a case, for example, first, after joining the bonding layer 4 of the laminate 20 and the upper surface 2a of the base member 2 in the laminating process, a removing process and an electrode forming process described later are performed, and in the dividing process Before the element is divided, the recess 21 is formed on the lower surface 2b of the base member 2 by using an etching method. And it can be set as the method of forming the heat sink board | substrate 1 by providing the embedding part 3 by embedding Cu material inside the recessed part 21, and performing a plating process.

また、基材部2に凹部21を形成して埋設部3を設ける工程においては、上述のように接合工程の前あるいは後に行う何れの場合でも、埋設部3の位置と化合物半導体11の位置とが対応するように、位置調整をしながら形成する必要がある。   Moreover, in the process of forming the recessed part 21 in the base material part 2 and providing the embedded part 3, the position of the embedded part 3 and the position of the compound semiconductor 11 can be performed either before or after the bonding process as described above. Needs to be formed while adjusting the position.

「接合工程」
接合工程では、図5に示すように、上述した積層体40の接合層4とヒートシンク基板1の一面側である上面2aとを接合することにより、化合物半導体層11とヒートシンク基板1とを接合する。
"Joining process"
In the joining step, as shown in FIG. 5, the compound semiconductor layer 11 and the heat sink substrate 1 are joined by joining the joining layer 4 of the laminate 40 and the upper surface 2 a that is one side of the heat sink substrate 1. .

具体的には、図5に示すように、積層体20の接合層4をなす金属接合層4eと、ヒートシンク基板1の上面2aとを、例えば、AuSn共晶接合によって接合する。この際、上面2aに、予め、Pt、Ni等をスパッタ法や蒸着法、メッキ法等で成膜しておくことが、上面2aの表面が安定化し、接合性が高められる点から好ましい。   Specifically, as shown in FIG. 5, the metal bonding layer 4e forming the bonding layer 4 of the stacked body 20 and the upper surface 2a of the heat sink substrate 1 are bonded by, for example, AuSn eutectic bonding. At this time, it is preferable to form a film of Pt, Ni or the like on the upper surface 2a in advance by a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, or the like from the viewpoint of stabilizing the surface of the upper surface 2a and improving the bondability.

上述のようなAuSn共晶接合を行う際は、まず、基板(積層体20並びにヒートシンク基板1)を基板接合装置内に導入し、装置内圧力が3×10−5Pa以下となるまで真空排気を行なう。そして、基板温度を400℃程度に加熱し、100g/cm程度の荷重を印加することで共晶接合を行う方法とすることができる。これにより、接合層4とヒートシンク基板1との間がオーミック接触するとともに、積層体40(化合物半導体層11)とヒートシンク基板1とが一体に形成される。 When performing AuSn eutectic bonding as described above, first, the substrate (laminated body 20 and heat sink substrate 1) is introduced into the substrate bonding apparatus and evacuated until the apparatus internal pressure becomes 3 × 10 −5 Pa or less. To do. And it can be set as the method of performing eutectic bonding by heating substrate temperature to about 400 degreeC and applying a load of about 100 g / cm < 2 >. Accordingly, the bonding layer 4 and the heat sink substrate 1 are in ohmic contact, and the stacked body 40 (compound semiconductor layer 11) and the heat sink substrate 1 are integrally formed.

なお、本実施形態では、上記方法により、接合層4とヒートシンク基板1とを共晶接合することで、化合物半導体層11とヒートシンク基板1とを接合する例を説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、化合物半導体層11とヒートシンク基板1との接合には、加熱圧着法や、接着剤等を用いた公知の方法を何ら制限無く採用することができる。   In the present embodiment, an example in which the compound semiconductor layer 11 and the heat sink substrate 1 are bonded by eutectic bonding of the bonding layer 4 and the heat sink substrate 1 by the above method is described. It is not limited to this. For example, for bonding the compound semiconductor layer 11 and the heat sink substrate 1, a known method using a thermocompression bonding method or an adhesive can be employed without any limitation.

「除去工程」
除去工程では、図6(a)、(b)に示すように、積層用基板30及び図示略の緩衝層を化合物半導体層11から剥離してn型半導体層8の光取出面11aを露出させる。
"Removal process"
In the removing step, as shown in FIGS. 6A and 6B, the stacking substrate 30 and the buffer layer (not shown) are peeled off from the compound semiconductor layer 11 to expose the light extraction surface 11 a of the n-type semiconductor layer 8. .

図示略の緩衝層及び積層用基板30を取り除く方法としては、機械的研磨法、アンモニア系エッチャントを用いたエッチング法、レーザリフトオフ法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来るが、生産性の観点からエッチング法を用いることが好ましい。   As a method of removing the buffer layer and the lamination substrate 30 (not shown), a known technique such as a mechanical polishing method, an etching method using an ammonia-based etchant, or a laser lift-off method can be used without any limitation. It is preferable to use an etching method from the viewpoint.

具体的には、図6(a)に示すように、アンモニアや過酸化水素系のエッチャントを用い、GaAs単結晶からなる積層用基板30及び緩衝層を取り除くことにより、n型半導体層8の緩衝層との界面、つまり光取出面11aが露出される。   Specifically, as shown in FIG. 6A, the buffer for the n-type semiconductor layer 8 is removed by removing the laminated substrate 30 and the buffer layer made of GaAs single crystal using an etchant of ammonia or hydrogen peroxide. The interface with the layer, that is, the light extraction surface 11a is exposed.

「電極形成工程」
電極形成工程では、図7に示すように、n型半導体層8の光取出面11aの上に、0.1〜1μmの厚さのAuGe/Ni合金膜、及び、厚さが1〜3μmのAu膜を真空蒸着法により堆積した後、一般的なフォトリソグラフィ手段を利用してパターニングを施すことにより、n型電極層9を形成する。また、n型電極層9は上記層構造には限定されず、他の材料を用いて形成しても良いし、また、例えば、スパッタリング法や蒸着法を用いて形成することも可能である。
"Electrode formation process"
In the electrode forming step, as shown in FIG. 7, an AuGe / Ni alloy film having a thickness of 0.1 to 1 μm and a thickness of 1 to 3 μm are formed on the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8. After the Au film is deposited by vacuum evaporation, the n-type electrode layer 9 is formed by patterning using a general photolithography means. In addition, the n-type electrode layer 9 is not limited to the above layer structure, and may be formed using other materials, and may be formed using, for example, a sputtering method or a vapor deposition method.

「粗面化工程」
粗面化工程では、n型半導体層8の光取出面11aを粗面化する。この、光取出面11aの方法としては、この分野で従来から採用されている方法を、何ら制限無く用いることができる。
"Roughening process"
In the roughening step, the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8 is roughened. As a method of the light extraction surface 11a, a method conventionally employed in this field can be used without any limitation.

「分割工程」
分割工程では、図8〜図10に示すように、化合物半導体層11の少なくとも一部をエッチング除去して複数に分割した後、ヒートシンク基板1の表面が露出した分断溝11bに沿って、ダイシングソー等でヒートシンク基板1の基材部2の位置を切断し、素子単位のチップに分割して発光ダイオードAとする。そして、分割後、このチップ(素子)を洗浄して、切削時に生じた付着物を除去する。
"Division process"
In the dividing step, as shown in FIGS. 8 to 10, after at least a part of the compound semiconductor layer 11 is removed by etching and divided into a plurality of parts, the dicing saw 11b is exposed along the dividing groove 11b where the surface of the heat sink substrate 1 is exposed. The position of the base material portion 2 of the heat sink substrate 1 is cut by, for example, and divided into chips in element units to form a light emitting diode A. Then, after the division, this chip (element) is washed to remove the deposits generated during cutting.

また、上述したヒートシンク基板1を形成する基板形成工程において、基材部2の下面2b並びに埋設部3の表面に形成されたCuメッキ層を除去する。   Further, in the substrate forming step for forming the heat sink substrate 1 described above, the Cu plating layer formed on the lower surface 2b of the base member 2 and the surface of the embedded portion 3 is removed.

次に、図9に示すように、ヒートシンク基板1の基材部2の位置を、複数の化合物半導体層11の各々の間に形成された分断溝11bに沿って、例えば、ダイシングソーを用いて切断する。このような分割工程を行なうことにより、図10(図1(a)、(b)も参照)に示すような、一辺の長さが500μm以上の略四角形状(図1(b)に示す例では略正方形)とされた、複数の発光ダイオードAが得られる。   Next, as shown in FIG. 9, the position of the base material portion 2 of the heat sink substrate 1 is aligned along the dividing groove 11 b formed between each of the plurality of compound semiconductor layers 11 using, for example, a dicing saw. Disconnect. By performing such a dividing step, a substantially rectangular shape having a side length of 500 μm or more as shown in FIG. 10 (see also FIGS. 1A and 1B) (example shown in FIG. 1B). A plurality of light emitting diodes A, which are substantially square), are obtained.

ここで、本発明に係る発光ダイオードAの製造方法では、基材部2が埋設部3よりも熱膨張係数が小さな材料から構成される。このように、上述のような分割工程において、ヒートシンク基板1を切断する位置が、加工性に優れる基材部2の位置となるので、化合物半導体層11にストレスを与えることなく、容易に切断処理を行うことが可能となる。これにより、化合物半導体層11に損傷等が生じることが無いので、発光効率の高い発光ダイオードAを、高い歩留まりで製造することが可能となる。   Here, in the method for manufacturing the light emitting diode A according to the present invention, the base material portion 2 is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the embedded portion 3. Thus, in the dividing process as described above, the position at which the heat sink substrate 1 is cut becomes the position of the base material portion 2 that is excellent in workability. Therefore, the cutting process can be easily performed without applying stress to the compound semiconductor layer 11. Can be performed. As a result, since the compound semiconductor layer 11 is not damaged, the light emitting diode A having high light emission efficiency can be manufactured with high yield.

以上説明したように、本実施形態の発光ダイオードAの製造方法によれば、積層用基板30上に化合物半導体層11及び接合層4が積層されてなる積層体20と、基材部2と該基材部2に形成された凹部21(又は貫通部)の内部に設けられた埋設部3とからなるヒートシンク基板1とを接合することで、化合物半導体層11とヒートシンク基板1とを接合する接合工程と、積層用基板30を化合物半導体層11から剥離してn型半導体層8の光取出面11aを露出させる除去工程と、複数の化合物半導体層11の各々の間に形成される分断溝11bに沿ってヒートシンク基板1における基材部2の位置を切断する分割工程とを具備した方法であり、基材部2が埋設部3よりも熱膨張係数が小さな材料からなるので、化合物半導体層11にクラック等の損傷が生じるのを防止でき、歩留まりが向上するとともに、ヒートシンク基板1の放熱性に優れた発光ダイオードAを製造することが可能となる。これにより、高電流の印加が可能で発光効率に優れた発光ダイオードAを、高い製造効率で製造することが可能となる。   As described above, according to the method for manufacturing the light emitting diode A of the present embodiment, the stacked body 20 in which the compound semiconductor layer 11 and the bonding layer 4 are stacked on the stacking substrate 30, the base material portion 2, Joining the compound semiconductor layer 11 and the heat sink substrate 1 by joining the heat sink substrate 1 including the embedded portion 3 provided inside the recess 21 (or the penetrating portion) formed in the base material portion 2. A step of separating the stacking substrate 30 from the compound semiconductor layer 11 to expose the light extraction surface 11a of the n-type semiconductor layer 8, and a dividing groove 11b formed between each of the plurality of compound semiconductor layers 11. And the dividing step of cutting the position of the base material portion 2 in the heat sink substrate 1, and since the base material portion 2 is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the embedded portion 3, the compound semiconductor layer 11 Ni Tsu possible to prevent the damage of the click and the like occur, thereby improving yield, it is possible to manufacture a light emitting diode A having excellent heat radiation property of the heat sink substrate 1. As a result, it is possible to manufacture the light-emitting diode A that is capable of applying a high current and has excellent light emission efficiency with high production efficiency.

[発光ダイオードランプ]
本発明に係る発光ダイオードを用いて、当業者周知の手段によってランプを構成することができる。このようなランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯機器用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
[Light emitting diode lamp]
Using the light emitting diode according to the present invention, a lamp can be constituted by means well known to those skilled in the art. As such a lamp, it can be used for any purpose such as a bullet type for general use, a side view type for portable equipment, and a top view type used for a display.

例えば、図11に示す例のように、上下電極型の発光ダイオードAをトップビュー型に実装する場合には、マウント用基板85の表面に設けられたn電極端子84及びp電極端子83の内の一方、図示例においてはp電極端子83に発光ダイオードAのヒートシンク基板1側を接着し、また、発光ダイオードAのn型電極層9をワイヤー86でn電極端子84に接合する。そして、透明な樹脂からなるモールド樹脂81で発光ダイオードAの周辺をモールドすることにより、図11に示すようなトップビュー型の発光ダイオードランプ(ランプ)80を作製することができる。   For example, as in the example shown in FIG. 11, when the upper and lower electrode type light emitting diodes A are mounted in the top view type, the n electrode terminals 84 and the p electrode terminals 83 provided on the surface of the mounting substrate 85. On the other hand, in the illustrated example, the heat sink substrate 1 side of the light-emitting diode A is bonded to the p-electrode terminal 83, and the n-type electrode layer 9 of the light-emitting diode A is bonded to the n-electrode terminal 84 with a wire 86. Then, by molding the periphery of the light emitting diode A with a mold resin 81 made of a transparent resin, a top view type light emitting diode lamp (lamp) 80 as shown in FIG. 11 can be manufactured.

図11に示す発光ダイオードランプ80は(図1(a)、(b)も参照)、上記構成により、n電極端子83とp電極端子84との間に印加された電圧が、負極側であるn型電極層9と正極側であるヒートシンク基板1を介して化合物半導体層11に印加され、発光層7が発光する。そして、発光層7から出射された光は、発光ダイオードランプ80の正面方向Fに向けて取り出される。   In the light emitting diode lamp 80 shown in FIG. 11 (see also FIGS. 1A and 1B), the voltage applied between the n electrode terminal 83 and the p electrode terminal 84 is on the negative electrode side due to the above configuration. The light emitting layer 7 emits light by being applied to the compound semiconductor layer 11 through the n-type electrode layer 9 and the heat sink substrate 1 on the positive electrode side. The light emitted from the light emitting layer 7 is extracted toward the front direction F of the light emitting diode lamp 80.

本実施形態の発光ダイオードランプ80は、上記本発明に係る発光ダイオードAが用いられてなるものなので、非常に高い輝度を備え、発光特性に優れたものとなる。特に、各電極間に0.5W/mm以上の高密度で電力を印加した場合であっても、発光に伴う発熱が効果的に放熱されるので、発光効率に優れ、高出力、高輝度の発光ダイオードランプ80が得られる。 Since the light-emitting diode lamp 80 according to the present embodiment uses the light-emitting diode A according to the present invention, the light-emitting diode lamp 80 has extremely high luminance and excellent light emission characteristics. In particular, even when power is applied at a high density of 0.5 W / mm 2 or more between the electrodes, the heat generated by light emission is effectively dissipated, resulting in excellent luminous efficiency, high output, and high brightness. The light emitting diode lamp 80 is obtained.

なお、上記構成の発光ダイオードランプ80において、マウント用基板85を、例えば、熱抵抗が9℃/W以下となるように材質等を調整することがより好ましい。これにより、発光ダイオードAに、例えば、0.5W/mm以上の高密度の電力を印加して発光させた際に、上述のヒートシンク基板1による放熱効果に加え、さらに、マウント用基板85による放熱効果が得られるので、内装される発光ダイオードAの発光効率を一層向上させることが可能となる。また、マウント用基板の形状としては、図11に示す例においては板状に形成されているが、これには限定されず、他の形状を採用することも可能である。 In the light emitting diode lamp 80 having the above configuration, it is more preferable to adjust the material of the mounting substrate 85 so that the thermal resistance becomes 9 ° C./W or less, for example. As a result, when the light emitting diode A is caused to emit light by applying a high density power of 0.5 W / mm 2 or more, for example, in addition to the heat dissipation effect by the heat sink substrate 1, the mounting substrate 85 Since a heat dissipation effect can be obtained, it becomes possible to further improve the light emission efficiency of the light-emitting diode A incorporated therein. The shape of the mounting substrate is formed in a plate shape in the example shown in FIG. 11, but is not limited to this, and other shapes can be adopted.

以下に、本発明に係る発光ダイオード及びその製造方法、並びにランプの実施例について、図1〜図11を適宜参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a light-emitting diode, a manufacturing method thereof, and a lamp according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11 as appropriate, but the present invention is limited to the embodiments described below. It is not a thing.

[実施例]
図1(a)、(b)は本実施例で作製した発光ダイオードの模式図であり、図1(a)は断面図、図1(b)は平面図である。また、図11は、図1(a)、(b)に示す発光ダイオードを用いて作製した発光ダイオードランプの模式断面図である。
本実施例では、GaAsからなる積層用基板上に設けた化合物半導体層からなる積層体と、Mo材料からなる基材部とCuメッキ層からなる埋設部3とから構成されるヒートシンク基板1とを接合することで、上下電極構造の発光素子を作製した。即ち、発光層7がAlGaInP系化合物半導体からなり、赤色発光を呈する発光ダイオードAを作製し、さらに、この発光ダイオードAを用いてトップビュー型の発光ダイオードランプ80を作製した。
[Example]
1A and 1B are schematic views of a light-emitting diode manufactured in this example, FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a plan view. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a light-emitting diode lamp manufactured using the light-emitting diodes shown in FIGS.
In this embodiment, a heat sink substrate 1 composed of a laminated body made of a compound semiconductor layer provided on a laminated substrate made of GaAs, and a base part made of Mo material and an embedded part 3 made of a Cu plating layer is provided. By bonding, a light emitting element having an upper and lower electrode structure was manufactured. That is, the light emitting layer 7 is made of an AlGaInP-based compound semiconductor, and a light emitting diode A that emits red light is manufactured. Further, a top view type light emitting diode lamp 80 is manufactured using the light emitting diode A.

「化合物半導体層の成長(半導体層形成工程)」
まず、Siをドープしたn形特性とされ、(100)面から15°傾けた面を有するGaAs単結晶からなる積層用基板30を用意した。
そして、積層用基板30上に、まず、Siをドープしたn形特性のGaAsからなる緩衝層を形成し、この上に、Siドープの(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pからなるn型半導体層8、Siドープのn形特性を有する(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなるn型クラッド層7aと、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5Pからなる井戸層と、(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなる障壁層が交互に10対で積層されてなる多重井戸層7bと、Mgドープのp形特性を有し、(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなるp型クラッド層7cとが積層されてなる発光層7、及び、Mgドープでp型特性を有するGaPからなるp型半導体層6を順次積層した。
"Growth of compound semiconductor layer (semiconductor layer formation process)"
First, a laminated substrate 30 made of GaAs single crystal having n-type characteristics doped with Si and having a surface inclined by 15 ° from the (100) plane was prepared.
A buffer layer made of n-type GaAs doped with Si is first formed on the stacking substrate 30, and a Si-doped (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0 is formed thereon. .5 having n-type characteristics of the n-type semiconductor layer 8, Si-doped consisting P (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 in 0.5 and n-type clad layer 7a composed of P, an undoped (Al 10 pairs of well layers composed of 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P and barrier layers composed of (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P A laminated multi-well layer 7b and a p-type cladding layer 7c having Mg-doped p-type characteristics and made of (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P are laminated. And a p-type semiconductor layer made of GaP doped with Mg and having p-type characteristics 6 were sequentially laminated.

本実施例では、上記組成からなる緩衝層、n型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6の各層を形成する際、トリメチルアルミニウム((CHAl)、トリメチルガリウム((CHGa)およびトリメチルインジウム((CHIn)III族構成元素の原料に用いた減圧有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)により、積層用基板30上に各層を形成した。 In this example, when the buffer layer, the n-type semiconductor layer 8, the light emitting layer 7, and the p-type semiconductor layer 6 having the above composition are formed, trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), trimethylgallium ((CH 3 ) Each layer was formed on the stacking substrate 30 by a low pressure metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) used as a raw material for 3 Ga 3 ) and trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) group III constituent elements.

p型クラッド層7c及びp型半導体層6にドープするMgの原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(bis−(CMg)を用い、n型半導体層8及びn型クラッド層7aにドープするSiの原料としては、ジシラン(Si)を用いた。また、V族構成元素の原料として、ホスフィン(PH)またはアルシン(AsH)を用いた。また、各層の成長温度としては、GaPからなるp型半導体層6を750℃で成長させ、n型半導体層8、発光層7の他、障壁層を含めた各層を730℃で成長させた。 Biscyclopentadienyl magnesium (bis- (C 5 H 5 ) 2 Mg) is used as a raw material for Mg doped into the p-type cladding layer 7 c and the p-type semiconductor layer 6, and the n-type semiconductor layer 8 and the n-type cladding are used. Disilane (Si 2 H 6 ) was used as a raw material for Si doped into the layer 7a. Further, phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ) was used as a raw material for the group V constituent element. As the growth temperature of each layer, the p-type semiconductor layer 6 made of GaP was grown at 750 ° C., and the layers including the n-type semiconductor layer 8 and the light emitting layer 7 and the barrier layer were grown at 730 ° C.

上記成膜処理において、GaAsからなる緩衝層は、キャリア濃度を約5×1018cm−3、膜厚を約0.2μmとして形成した。また、n型半導体層8は、キャリア濃度を約2×1018cm−3、膜厚を約1.5μmとして形成した。また、発光層7を構成するn型クラッド層7aは、キャリア濃度を約8×1017cm−3、膜厚を約1μmとした。また、多重井戸層7bは、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5Pと、(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pとの、10対の積層構造として形成し、その層厚を0.8μmとした。p型クラッド層7cは、Mgをドープしたp型の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を2×1017cm−3とし、層厚を1μmとした。また、p型半導体層6は、Mgをドープしたp型GaP層であり、キャリア濃度を3×1018cm−3とし、層厚を3μmとした。 In the film forming process, the buffer layer made of GaAs was formed with a carrier concentration of about 5 × 10 18 cm −3 and a film thickness of about 0.2 μm. The n-type semiconductor layer 8 was formed with a carrier concentration of about 2 × 10 18 cm −3 and a film thickness of about 1.5 μm. The n-type cladding layer 7a constituting the light emitting layer 7 has a carrier concentration of about 8 × 10 17 cm −3 and a film thickness of about 1 μm. The multi-well layer 7b is composed of undoped (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P and (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P. Ten pairs of laminated structures were formed, and the layer thickness was 0.8 μm. The p-type cladding layer 7c is made of Mg-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, has a carrier concentration of 2 × 10 17 cm −3 , and has a layer thickness of It was 1 μm. The p-type semiconductor layer 6 is a p-type GaP layer doped with Mg, has a carrier concentration of 3 × 10 18 cm −3 , and a layer thickness of 3 μm.

以上の各工程処理により、積層用基板30上に、n型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6をこの順で積層して化合物半導体層11を形成した。   Through the above process steps, the n-type semiconductor layer 8, the light emitting layer 7, and the p-type semiconductor layer 6 were stacked in this order on the stacking substrate 30 to form the compound semiconductor layer 11.

「積層体の形成(積層体形成工程)」
次に、上記工程で形成した化合物半導体層11のp型半導体層6を、表面から1μmの深さに至る領域を研磨して鏡面加工することで、p型半導体層6の表面粗さを0.18nm程度とした。
次いで、鏡面研磨したp型半導体層6上に、AuBe合金膜及びAu膜からなる積層膜をフォトリソグラフィ技術によって順次積層してパターニングすることにより、p型オーミック電極5を形成した。この際、AuBe合金膜/Au膜の膜厚をそれぞれ0.4μm/0.2μmとし、20μm径の円形とされたp型オーミック電極5を80μmの等間隔で複数形成した。
"Formation of laminate (laminate formation process)"
Next, the p-type semiconductor layer 6 of the compound semiconductor layer 11 formed in the above process is mirror-finished by polishing a region extending from the surface to a depth of 1 μm, thereby reducing the surface roughness of the p-type semiconductor layer 6 to 0. About 18 nm.
Next, a p-type ohmic electrode 5 was formed by sequentially laminating and patterning a laminated film made of an AuBe alloy film and an Au film on the mirror-polished p-type semiconductor layer 6 by a photolithography technique. At this time, the thicknesses of the AuBe alloy film / Au film were set to 0.4 μm / 0.2 μm, respectively, and a plurality of p-type ohmic electrodes 5 having a diameter of 20 μm were formed at regular intervals of 80 μm.

次いで、化合物半導体層11のp型半導体層6上に形成したp型オーミック電極5を覆うように、p型半導体層6上に接合層4を形成した。まず、透明の導電膜であり、ITOからなる透光性薄膜層4aを、複数のp型オーミック電極5を完全に覆うように形成した後、450℃の温度で熱処理を施すことにより、オーミックコンタクト形成した。次いで、その表面に、Ag合金からなる0.5μmの反射層4b、W及びPtが各0.1μmずつ積層されたバリア層4c、0.5μmのAu層4d、AuGe材料(融点:386℃)からなる1μmの金属接合層4eの各層を、蒸着法を用いて順次積層して接合層4を形成した。   Next, the junction layer 4 was formed on the p-type semiconductor layer 6 so as to cover the p-type ohmic electrode 5 formed on the p-type semiconductor layer 6 of the compound semiconductor layer 11. First, a transparent conductive thin film layer 4a made of ITO is formed so as to completely cover the plurality of p-type ohmic electrodes 5, and then subjected to heat treatment at a temperature of 450 ° C. Formed. Next, a 0.5 μm reflective layer 4b made of an Ag alloy, a barrier layer 4c in which W and Pt are stacked by 0.1 μm each, a 0.5 μm Au layer 4d, and an AuGe material (melting point: 386 ° C.) Each layer of the 1 μm metal bonding layer 4e made of the above was sequentially laminated using a vapor deposition method to form the bonding layer 4.

「ヒートシンク基板の形成(基板形成工程)」
次に、金属Mo塊に圧延処理を施し、得られた圧延板をプレスで打ち抜くことにより、厚さが80μmとされた平板状の基材部2を得た。次いで、基材部2の下面2b側に、500μm間隔で直径300μmの円形のパターンを形成した。そして、エッチング法を用いて、深さ65μm(基材部2の残厚:15μm)の凹部21を形成した。この際、エッチング処理後の下面2b側の直径は400μmに拡大し、垂直断面が台形状となった。
"Formation of heat sink substrate (substrate formation process)"
Next, the metal Mo lump was subjected to a rolling process, and the obtained rolled plate was punched out with a press to obtain a flat substrate portion 2 having a thickness of 80 μm. Next, a circular pattern having a diameter of 300 μm was formed on the lower surface 2 b side of the base material portion 2 at intervals of 500 μm. And the recessed part 21 of 65 micrometers in depth (residual thickness of the base-material part 2: 15 micrometers) was formed using the etching method. At this time, the diameter on the lower surface 2b side after the etching process was enlarged to 400 μm, and the vertical section became trapezoidal.

次いで、基材部2に形成した凹部21の内部に、電解メッキ法によってCuメッキ層からなる埋設部3を埋め込み、さらに、基材部2の下面2b並びに埋設部3の表面に、1μmの全面メッキを施し、ヒートシンク基板1とした。このヒートシンク基板1の熱膨張係数は5.5ppm/K、熱伝導率は220W/m・Kであった。
そして、上面2a側に、0.1μmのPtをスパッタ法によって成膜し、表面を安定化させた。
Next, an embedded portion 3 made of a Cu plating layer is embedded in the concave portion 21 formed in the base material portion 2 by an electrolytic plating method. Further, the entire surface of the bottom surface 2b of the base material portion 2 and the embedded portion 3 has a thickness of 1 μm. The heat sink substrate 1 was obtained by plating. This heat sink substrate 1 had a thermal expansion coefficient of 5.5 ppm / K and a thermal conductivity of 220 W / m · K.
Then, 0.1 μm of Pt was formed on the upper surface 2a side by a sputtering method to stabilize the surface.

「化合物半導体層とヒートシンク基板の接合(接合工程)」
次に、積層体20の接合層4に備えられた金属接合層4eと、ヒートシンク基板1の上面2a側とを共晶接合することにより、化合物半導体層11とヒートシンク基板1とを接合した。この共晶接合においては、まず、(積層体20並びにヒートシンク基板1)を基板接合装置内に導入し、装置内圧力が3×10−5Pa以下となるまで真空排気を行なった。次いで、基板温度を400℃程度に加熱した後、100g/cm程度の荷重を印加することにより、ヒートシンク基板1の上面2aと金属接合層4eとを共晶接合させた。
“Bonding of compound semiconductor layer and heat sink substrate (joining process)”
Next, the compound semiconductor layer 11 and the heat sink substrate 1 were bonded by eutectic bonding of the metal bonding layer 4e provided in the bonding layer 4 of the stacked body 20 and the upper surface 2a side of the heat sink substrate 1. In this eutectic bonding, first, (the laminated body 20 and the heat sink substrate 1) was introduced into the substrate bonding apparatus, and evacuation was performed until the internal pressure of the apparatus became 3 × 10 −5 Pa or less. Next, after heating the substrate temperature to about 400 ° C., a load of about 100 g / cm 2 was applied to eutectic bond the upper surface 2a of the heat sink substrate 1 and the metal bonding layer 4e.

『積層用基板の除去(除去工程)』
次に、化合物半導体層11から積層用基板30を除去して発光面11aを露出させた。この際、積層用基板30及び図示略の緩衝層並びに下地層を、アンモニア系エッチャント等を用いて選択的に除去した。
"Removal of substrate for lamination (removal process)"
Next, the lamination substrate 30 was removed from the compound semiconductor layer 11 to expose the light emitting surface 11a. At this time, the stacking substrate 30, the buffer layer (not shown), and the base layer were selectively removed using an ammonia-based etchant or the like.

「n型電極層の形成(電極形成工程)」
次に、n型半導体層8上にn型電極層9を形成した。この際、まず、n型半導体層8上に、真空蒸着法を用いて、0.15μmのAuGe(Ge質量比12%)、0.05μmのNi、1μmのAuを順次積層した。そして、一般的なフォトリソグラフィ法を用いてパターニングを施した後、420℃の温度3分間の熱処理を行うことによって合金化し、低接触抵抗のn型電極層9を形成した。また、この際、ヒートシンク基板1についても同時に合金化する処理を施した。
“Formation of n-type electrode layer (electrode formation process)”
Next, an n-type electrode layer 9 was formed on the n-type semiconductor layer 8. At this time, first, 0.15 μm AuGe (Ge mass ratio 12%), 0.05 μm Ni, and 1 μm Au were sequentially stacked on the n-type semiconductor layer 8 by vacuum deposition. Then, after patterning using a general photolithography method, alloying was performed by performing a heat treatment at 420 ° C. for 3 minutes to form an n-type electrode layer 9 having a low contact resistance. At this time, the heat sink substrate 1 was also alloyed.

「チップ分割(分割工程)」
次に、上記各工程によって作製したウェーハをダイシングによって裁断し、平面視で略正方形(四角形状)となるように、素子単位のチップに分割した。
まず、化合物半導体層11及び接合層4を、裁断予定ラインに沿ってエッチング除去した後、ダイヤモンドブレードを装着したダイシングソーを用いて、露出したヒートシンク基板1の内、Mo材料からなる基材部2の位置を、0.5mmピッチで切断した。そして、化合物半導体層11の側面に粘着シートを貼着することで、化合物半導体層11を保護しながら、切断面を湿式の方法で洗浄した。
上記各手順により、平面視形状で1辺が500μmの略正方形とされた、チップ状の発光ダイオードAを作製した。
"Chip division (division process)"
Next, the wafer produced by each of the above steps was cut by dicing and divided into chips in element units so as to be a substantially square (rectangular shape) in plan view.
First, after removing the compound semiconductor layer 11 and the bonding layer 4 by etching along a cutting line, a base material portion 2 made of a Mo material in the exposed heat sink substrate 1 using a dicing saw equipped with a diamond blade. Was cut at a pitch of 0.5 mm. And the cut surface was wash | cleaned by the wet method, protecting the compound semiconductor layer 11 by sticking the adhesive sheet to the side surface of the compound semiconductor layer 11. FIG.
Through the above procedures, a chip-shaped light emitting diode A having a shape of a plan view and a substantially square shape with a side of 500 μm was manufactured.

「ランプの作製」
上記手順によって得られた発光ダイオードAを実装することにより、図11に示すようなトップビュー型の発光ダイオードランプ80を作製した。
まず、熱抵抗が9℃/Wとされたマウント用基板85の表面に設けられたp電極端子83に発光ダイオードAのヒートシンク基板1側を接着し、また、発光ダイオードAのn型電極層9をワイヤー86でn電極端子84に接合した。そして、透明な樹脂からなるモールド樹脂81で発光ダイオードAの周辺をモールドすることにより、図11に示すようなトップビュー型の発光ダイオードランプ(ランプ)80を作製した。
"Production of lamp"
By mounting the light emitting diode A obtained by the above procedure, a top view type light emitting diode lamp 80 as shown in FIG. 11 was produced.
First, the heat sink substrate 1 side of the light-emitting diode A is bonded to a p-electrode terminal 83 provided on the surface of the mounting substrate 85 having a thermal resistance of 9 ° C./W, and the n-type electrode layer 9 of the light-emitting diode A is bonded. Was bonded to the n-electrode terminal 84 with a wire 86. Then, a top view type light emitting diode lamp (lamp) 80 as shown in FIG. 11 was manufactured by molding the periphery of the light emitting diode A with a mold resin 81 made of a transparent resin.

「発光特性の測定」
上記手順で得られた発光ダイオードAが実装されてなる発光ダイオードランプ80について、n電極端子84及びp電極端子83を介して、n型電極層9とヒートシンク基板1との各電極間に順方向電流を流したところ、主波長が620nmとされた赤色光が出射された。また、各電極間に2.2Vの順方向電圧で150mAの順方向電流を流した際の発光効率は約70lm/Wとなり、高い発光効率を備えることが明らかとなった。また、この際の電力密度は1.43W/mmであった。
"Measurement of luminous characteristics"
With respect to the light emitting diode lamp 80 on which the light emitting diode A obtained by the above procedure is mounted, the forward direction is established between the electrodes of the n-type electrode layer 9 and the heat sink substrate 1 through the n electrode terminal 84 and the p electrode terminal 83. When an electric current was passed, red light having a dominant wavelength of 620 nm was emitted. Further, the luminous efficiency when a forward current of 150 mA was passed between each electrode at a forward voltage of 2.2 V was about 70 lm / W, and it was revealed that the luminous efficiency was high. The power density at this time was 1.43 W / mm 2 .

[比較例1]
比較例1においては、基板全体がCu材料からなり、厚さが80μmのヒートシンク基板を用いた点を除き、上記実施例と同様の方法で発光ダイオードを作製し、さらに、この発光ダイオードを用いて、上記実施例と同様の方法でトップビュー型の発光ダイオードランプを作製した。本比較例で用いたCu材料からなるヒートシンク基板は、熱伝導率が398W/m・K、熱膨張係数が16.8ppm/Kであった。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, a light-emitting diode was fabricated in the same manner as in the above-described example except that the entire substrate was made of a Cu material and a heat sink substrate having a thickness of 80 μm was used, and this light-emitting diode was further used. A top view type light emitting diode lamp was manufactured in the same manner as in the above example. The heat sink substrate made of the Cu material used in this comparative example had a thermal conductivity of 398 W / m · K and a thermal expansion coefficient of 16.8 ppm / K.

本比較例では、接合工程において、ヒートシンク基板と化合物半導体層を含む積層体とを接合した後、化合物半導体層に割れが発生した。これは、ヒートシンク基板と化合物半導体層との間の熱膨張係数の差が大きいため、化合物半導体層に大きな応力が発生して割れたものと考えられる。また、本比較例においては、分割工程でのチップ分割の際、ダイシングソーのブレードの消耗が激しくチップの欠けが多発し、少量のチップしか作製できず、歩留まりの低いものとなった。このように、本比較例では、分割後のチップの殆どが不合格となり、実用的なプロセスではないことが明らかとなった。   In this comparative example, after joining the heat sink substrate and the laminated body including the compound semiconductor layer in the joining step, cracks occurred in the compound semiconductor layer. This is presumably because the compound semiconductor layer was cracked due to a large stress generated because the difference in thermal expansion coefficient between the heat sink substrate and the compound semiconductor layer was large. In this comparative example, when the chips were divided in the dividing process, the blade of the dicing saw was consumed very much, chipping occurred frequently, and only a small amount of chips could be produced, resulting in a low yield. Thus, in this comparative example, most of the chips after the division were rejected, and it became clear that this was not a practical process.

また、分割工程において損傷が生じることなく作製することができた本比較例の発光ダイオードが実装されてなるランプについて、n電極端子及びp電極端子を介して、n型電極層とヒートシンク基板の各電極間に順方向電流を流したところ、主波長が620nmとされた赤色光が出射された。また、各電極間に2.2Vの順方向電圧で150mAの順方向電流を流した際の発光効率は約72lm/Wとなり、発光効率の点では問題が無かったものの、上述したように、本比較例では分割後のチップの殆どが不合格であり、工業生産性の観点から実用的ではなかった。   In addition, regarding the lamp on which the light emitting diode of this comparative example, which was able to be manufactured without causing damage in the dividing process, is mounted on each of the n-type electrode layer and the heat sink substrate via the n-electrode terminal and the p-electrode terminal. When a forward current was passed between the electrodes, red light having a dominant wavelength of 620 nm was emitted. Further, the luminous efficiency when a forward current of 150 mA was passed between each electrode at a forward voltage of 2.2 V was about 72 lm / W, and there was no problem in terms of luminous efficiency, but as described above, In the comparative example, most of the chips after the division failed and were not practical from the viewpoint of industrial productivity.

[比較例2]
比較例2においては、基板全体がMo材料からなり、厚さが80μmのヒートシンク基板を用いた点を除き、上記実施例と同様の方法で発光ダイオードを作製し、さらに、この発光ダイオードを用いて、上記実施例と同様の方法でトップビュー型の発光ダイオードランプを作製した。本比較例で用いたMo材料からなるヒートシンク基板は、熱伝導率が138W/m・Kであった。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, a light emitting diode was manufactured in the same manner as in the above example except that the entire substrate was made of Mo material and a heat sink substrate having a thickness of 80 μm was used. A top view type light emitting diode lamp was manufactured in the same manner as in the above example. The heat sink substrate made of the Mo material used in this comparative example had a thermal conductivity of 138 W / m · K.

本比較例では、Mo材料からなるヒートシンク基板と化合物半導体層との間の熱膨張係数の差が小さいことから、接合工程において化合物半導体層に損傷が生じることが無く、また、分割工程における加工性も良好となり、歩留まりが高いものとなった。   In this comparative example, since the difference in thermal expansion coefficient between the heat sink substrate made of Mo material and the compound semiconductor layer is small, the compound semiconductor layer is not damaged in the joining process, and the processability in the dividing process The yield was also good and the yield was high.

また、本比較例の発光ダイオードが実装されてなるランプについて、n電極端子及びp電極端子を介して、n型電極層とヒートシンク基板の各電極間に順方向電流を流したところ、主波長が620nmとされた赤色光が出射された。また、各電極間に2.2Vの順方向電圧で150mAの順方向電流を流した際の発光効率は約62lm/Wとなり、上記実施例に対して発光効率が劣ることが明らかとなった。これは、ヒートシンク基板全体がMo材料からなるため、分割時の加工性等には優れているものの、放熱性が充分ではないため、発光効率が低くなっているものと考えられる。   In addition, when a forward current was passed between each electrode of the n-type electrode layer and the heat sink substrate through the n-electrode terminal and the p-electrode terminal for the lamp on which the light-emitting diode of this comparative example was mounted, the dominant wavelength was Red light having a wavelength of 620 nm was emitted. Further, the luminous efficiency when a forward current of 150 mA was passed between each electrode at a forward voltage of 2.2 V was about 62 lm / W, and it became clear that the luminous efficiency was inferior to the above examples. This is presumably because the entire heat sink substrate is made of Mo material, so that the workability at the time of division is excellent, but since the heat dissipation is not sufficient, the luminous efficiency is low.

以上の結果により、本発明に係る発光ダイオード並びにそれが用いられてなるランプが、発光効率に優れ、高い輝度を備えるとともに、本発明に係る発光ダイオードの製造方法が歩留まりに優れていることが明らかである。   From the above results, it is clear that the light emitting diode according to the present invention and the lamp using the light emitting diode have excellent luminous efficiency and high luminance, and the method for manufacturing the light emitting diode according to the present invention is excellent in yield. It is.

本発明の発光ダイオードは、優れた放熱特性を備え、従来にない高輝度で高効率の発光ダイオードを提供するものなので、各種の表示ランプや照明器具等に好適に用いることができる。   Since the light-emitting diode of the present invention provides an unprecedented high-brightness and high-efficiency light-emitting diode with excellent heat dissipation characteristics, it can be suitably used for various display lamps and lighting fixtures.

1…ヒートシンク基板(基板)、2…基材部、21…凹部、2a…上面(一面側)、2b…下面、3…埋設部、4…接合層、5…p型オーミック電極、6…p型半導体層、7…発光層、8…n型半導体層、9…n型電極層、11…化合物半導体層、11a…光取出面、11b…分断溝、30…積層用基板、A…発光ダイオード、80…発光ダイオードランプ(ランプ) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat sink substrate (board | substrate), 2 ... Base material part, 21 ... Recessed part, 2a ... Upper surface (one surface side), 2b ... Lower surface, 3 ... Embedded part, 4 ... Bonding layer, 5 ... p-type ohmic electrode, 6 ... p Type semiconductor layer, 7 ... light emitting layer, 8 ... n type semiconductor layer, 9 ... n type electrode layer, 11 ... compound semiconductor layer, 11a ... light extraction surface, 11b ... dividing groove, 30 ... substrate for lamination, A ... light emitting diode , 80 ... Light-emitting diode lamp (lamp)

Claims (19)

基板上に少なくとも発光層を含む化合物半導体層が積層され、該化合物半導体層の上面側が発光面とされたチップ構造を有する発光ダイオードであって、
前記基板は、基材部と、該基材部に囲まれた埋設部とからなるとともに、前記基材部の下面側に凹部が形成され、該凹部に前記埋設部が設けられ、且つ、前記埋設部の厚さが、前記基材部の厚さの70%以上とされており、
さらに、前記基板は、前記基材部と前記埋設部とが、それぞれ異なる金属材料からなるとともに、前記基材部が、前記埋設部よりも熱膨張係数が小さな材料からなり、
前記化合物半導体層は、前記基板上において、前記基材部の上面側に、少なくとも、p型半導体層、発光層及びn型半導体層の各層が積層されてなることを特徴とする発光ダイオード。
A light emitting diode having a chip structure in which a compound semiconductor layer including at least a light emitting layer is stacked on a substrate, and an upper surface side of the compound semiconductor layer is a light emitting surface,
The substrate comprises a substrate portion, Rutotomoni such from the embedded portion surrounded by the base material portion, the concave portion is formed on the lower surface side of the base portion, the embedded portion is provided in the recess, and, The thickness of the embedded portion is 70% or more of the thickness of the base material portion,
Further, the substrate includes a said base portion and said embedded portion is, it becomes a different metal materials, respectively, the base portion is Ri Do a small material coefficient of thermal expansion than the embedded portion,
The compound semiconductor layer, in the substrate, on the upper surface of the base portion, at least, p-type semiconductor layer, light-emitting diodes each light-emitting layer and the n-type semiconductor layer is characterized Rukoto such are stacked.
前記基材部と前記化合物半導体層との間の熱膨張係数の差が、±1.5ppm/K以下であることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード。 2. The light emitting diode according to claim 1, wherein a difference in thermal expansion coefficient between the base material portion and the compound semiconductor layer is ± 1.5 ppm / K or less. 前記基板は、熱伝導率が200W/m・K以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光ダイオード。 The substrate, the light emitting diode of claim 1 or claim 2 thermal conductivity, characterized in that it is 200 W / m · K or more. 前記基材部は、モリブデン又はタングステン、あるいはこれらの合金材料からなることを特徴とする請求項1〜請求項の何れか1項に記載の発光ダイオード。 The light emitting diode according to any one of claims 1 to 3 , wherein the base portion is made of molybdenum, tungsten, or an alloy material thereof. 前記埋設部は、金、銀、銅、又はアルミニウムの内の少なくとも何れか1種以上を含む材料からなることを特徴とする請求項1〜請求項の何れか1項に記載の発光ダイオード。 The embedded portion is gold, silver, copper, or aluminum-emitting diode according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a material containing at least any one or more of the. 前記埋設部が、金、銀、銅、又はアルミニウムの内の少なくとも何れか1種以上を含むメッキ層であることを特徴とする請求項に記載の発光ダイオード The light emitting diode according to claim 5 , wherein the embedded portion is a plated layer containing at least one of gold, silver, copper, and aluminum . 前記化合物半導体層に含まれる前記発光層は、AlGaInP又はAlGaAsを含む材料からなることを特徴とする請求項1〜請求項の何れか1項に記載の発光ダイオード。 The light emitting diode according to any one of claims 1 to 6 , wherein the light emitting layer included in the compound semiconductor layer is made of a material containing AlGaInP or AlGaAs. 前記基板が、1辺あたりの長さが500μm以上の平面視略四角形とされていることを特徴とする請求項1〜請求項の何れか1項に記載の発光ダイオード The light emitting diode according to any one of claims 1 to 7 , wherein the substrate has a substantially square shape in a plan view with a length per side of 500 µm or more . さらに、前記化合物半導体層の前記n型半導体層上に、負極であるn型電極層が設けられるとともに、前記基板が正極とされ、各電極間に0.5W/mm以上の密度を有する電力が印加されるものであることを特徴とする請求項1〜請求項8の何れか1項に記載の発光ダイオード。 Further, an n-type electrode layer that is a negative electrode is provided on the n-type semiconductor layer of the compound semiconductor layer, and the substrate is a positive electrode, and power having a density of 0.5 W / mm 2 or more between the electrodes. The light emitting diode according to any one of claims 1 to 8, wherein is applied. 前記基板と化合物半導体層とが、金属接合層によって接合されてなることを特徴とする請求項1〜請求項の何れか1項に記載の発光ダイオード。 The light emitting diode according to any one of claims 1 to 9 , wherein the substrate and the compound semiconductor layer are bonded together by a metal bonding layer. 前記基板と化合物半導体層とが直に接合されてなることを特徴とする請求項1〜請求項の何れか1項に記載の発光ダイオード。 The light emitting diode according to any one of claims 1 to 9 , wherein the substrate and the compound semiconductor layer are directly bonded to each other. 積層用基板上に、少なくともn型半導体層、発光層及びp型半導体層を順次積層することで、前記発光層を含む化合物半導体層を形成し、該化合物半導体層に備えられる第2の半導体層の上にオーミック特性を有する第2の電極を形成した後、該第2の電極を覆うように接合層を積層して積層体を形成する工程と
基材部の下面側の少なくとも一部にエッチング法によって凹部を形成し、前記凹部の内部に前記基材部に囲まれた埋設部を形成するとともに、前記埋設部の厚さを、前記基材部の厚さの70%以上として基板を形成した後、前記積層体の接合層と前記基板の上面側とを接合することで前記積層体と前記基板とを接合する工程と、
前記積層用基板を前記化合物半導体層から剥離して、該化合物半導体層に備えられる第1の半導体層の光取出面を露出させた後、該光取出面の上に第1の電極を形成する工程と、
前記化合物半導体層及び前記接合層を複数に分割した後、該複数の化合物半導体層の各々の間に形成される分断溝に沿って、前記基板における基材部の位置を切断することで素子単位に分割する工程と、を具備しており、
前記基板は、前記基材部と前記埋設部とが、それぞれ異なる金属材料からなるとともに、前記基材部が、前記埋設部よりも熱膨張係数が小さな材料からなることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
A compound semiconductor layer including the light-emitting layer is formed by sequentially stacking at least an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer on the stacking substrate , and a second semiconductor layer provided in the compound semiconductor layer Forming a stacked body by forming a second electrode having ohmic characteristics on the substrate and then laminating a bonding layer so as to cover the second electrode ;
Together to form a concave portion by etching at least a portion of the lower surface side of the base portion to form a buried portion surrounded by the base portion inside the concave portion, the thickness of the embedded portion, the After the substrate is formed as 70% or more of the thickness of the base material portion, the step of joining the laminate and the substrate by joining the joining layer of the laminate and the upper surface side of the substrate;
The stacking substrate is peeled from the compound semiconductor layer to expose the light extraction surface of the first semiconductor layer provided in the compound semiconductor layer, and then a first electrode is formed on the light extraction surface. Process,
After the compound semiconductor layer and the bonding layer are divided into a plurality of elements, the position of the base material portion in the substrate is cut along a dividing groove formed between each of the plurality of compound semiconductor layers. Dividing the process into
In the light-emitting diode, the substrate includes the base portion and the embedded portion made of different metal materials, and the base portion is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the embedded portion. Production method.
積層用基板上に、少なくともn型半導体層、発光層及びp型半導体層を順次積層して化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記化合物半導体層に備えられる前記p型半導体層の上にp型オーミック電極を形成した後、該p型オーミック電極を覆うように接合層を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
基材部の下面側の少なくとも一部にエッチング法によって凹部を形成した後、前記凹部の内部に前記基材部に囲まれた埋設部を形成するとともに、前記埋設部の厚さを、前記基材部の厚さの70%以上として基板を形成する基板形成工程と、
前記積層体の接合層と前記基板の上面側とを接合することにより、前記化合物半導体層と前記基板とを接合する接合工程と、
前記積層用基板を前記化合物半導体層から剥離して、該化合物半導体層に備えられる前記n型半導体層の光取出面を露出させる除去工程と、
前記n型半導体層の光取出面の上にn型電極層を形成する電極形成工程と、
前記化合物半導体層及び前記接合層を複数に分割した後、該複数の化合物半導体層の各々の間に形成される分断溝に沿って、前記基板における基材部の位置を切断する分割工程と、を具備しており、
前記基板は、前記基材部と前記埋設部とが、それぞれ異なる金属材料からなるとともに、前記基材部が、前記埋設部よりも熱膨張係数が小さな材料からなることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
A semiconductor layer forming step of forming a compound semiconductor layer by sequentially stacking at least an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on a stacking substrate;
A laminated body forming step of forming a laminated body by forming a p-type ohmic electrode on the p-type semiconductor layer provided in the compound semiconductor layer and then laminating a bonding layer so as to cover the p-type ohmic electrode;
After forming the concave portion by etching at least a portion of the lower surface side of the base portion, thereby forming a buried portion surrounded by the base portion inside the concave portion, the thickness of the embedded portion, A substrate forming step of forming a substrate as 70% or more of the thickness of the base material portion ;
A bonding step of bonding the compound semiconductor layer and the substrate by bonding the bonding layer of the laminate and the upper surface side of the substrate;
Removing the stacking substrate from the compound semiconductor layer to expose a light extraction surface of the n-type semiconductor layer provided in the compound semiconductor layer;
Forming an n-type electrode layer on the light extraction surface of the n-type semiconductor layer;
After dividing the compound semiconductor layer and the bonding layer into a plurality, a dividing step of cutting the position of the base material portion in the substrate along a dividing groove formed between each of the plurality of compound semiconductor layers; It has
In the light-emitting diode, the substrate includes the base portion and the embedded portion made of different metal materials, and the base portion is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the embedded portion. Production method.
前記基板形成工程は、前記基材部の凹部の内部にメッキ法を用いて前記埋設部を形成することを特徴とする請求項13に記載の発光ダイオードの製造方法。 The method for manufacturing a light-emitting diode according to claim 13 , wherein in the substrate forming step, the embedded portion is formed in a concave portion of the base portion using a plating method. 前記基板形成工程は、前記基材部を、モリブデン又はタングステン、あるいはこれらの合金材料から形成することを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の発光ダイオードの製造方法。 The method for manufacturing a light emitting diode according to claim 13 or 14 , wherein, in the substrate forming step, the base portion is formed from molybdenum, tungsten, or an alloy material thereof. 前記基板形成工程は、前記埋設部を、金、銀、銅、又はアルミニウムの内の少なくとも何れか1種以上を含む材料から形成することを特徴とする請求項13〜請求項15の何れか1項に記載の発光ダイオードの製造方法。 Said substrate forming step, the embedded portion, gold, silver, copper, or any of claims 13 to claim 15, wherein the forming a material containing at least any one or more of the aluminum 1 The manufacturing method of the light emitting diode as described in a term. 前記電極形成工程と前記分割工程との間において、前記n型半導体層の前記光取出面を粗面化する粗面化工程を設けることを特徴とする請求項13〜請求項16の何れか1項に記載の発光ダイオードの製造方法。 In between the dividing step and the electrode forming step, any one of claims 13 to claim 16, characterized by providing roughening step of roughening the light extraction surface of the n-type semiconductor layer 1 The manufacturing method of the light emitting diode as described in a term. 請求項12〜請求項17の何れか1項に記載の製造方法で得られる発光ダイオード。 Emitting diode obtained by the process according to any one of claims 12 to claim 17. 請求項1〜請求項11、又は請求項18の何れか1項に記載の発光ダイオードが用いられてなるランプ。 A lamp comprising the light emitting diode according to any one of claims 1 to 11 or claim 18 .
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