JP5396526B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光素子に関し、特に、金属反射層を備える発光ダイオードと不透明基板層をウェハボンディング技術によって、貼り付けて形成することを特徴とする半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor light-emitting device, and more particularly to a semiconductor light-emitting device characterized in that a light-emitting diode having a metal reflection layer and an opaque substrate layer are attached by wafer bonding technology.

発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を高輝度化するために、光の反射層として、基板と、多重量子井戸(MQW:Multi-Quantum Well)層からなる活性層との間に金属反射層を形成する構造が提案されている。このような金属反射層を形成する方法として、例えば、発光ダイオード層の基板のウェハボンディング(貼付け)技術が開示されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。   In order to increase the brightness of a light emitting diode (LED), a metal reflection layer is provided as a light reflection layer between a substrate and an active layer composed of a multi-quantum well (MQW) layer. The structure to be formed has been proposed. As a method for forming such a metal reflective layer, for example, a wafer bonding (sticking) technique for a substrate of a light emitting diode layer has been disclosed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

特許文献1および特許文献2は、所望の機械的特性と透光性を有する発光ダイオードを製造することができ、かつ透明層と成長層との境界面の抵抗率を最小限にすることができる発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とし、一時的成長基板上に発光ダイオード層を順次成長させ、比較的薄い層の発光ダイオード構造を形成後、一時的成長基板を除去し、一時的成長基板に代えてその位置に下層の緩衝層となる発光ダイオード層に導電性、透光性基板をウェハボンディングして発光ダイオードを製造することを特徴とする。特許文献1および特許文献2においては、貼付けに用いる基板にはGaPやサファイア等の透明なものを適用している。   Patent Document 1 and Patent Document 2 can manufacture a light emitting diode having desired mechanical properties and translucency, and can minimize the resistivity of the interface between the transparent layer and the growth layer. In order to provide a method for manufacturing a light emitting diode, a light emitting diode layer is sequentially grown on a temporary growth substrate, a light emitting diode structure having a relatively thin layer is formed, and then the temporary growth substrate is removed to temporarily grow the light emitting diode layer. Instead of the substrate, a light-emitting diode is manufactured by wafer-bonding a conductive and translucent substrate to a light-emitting diode layer serving as a lower buffer layer at that position. In Patent Document 1 and Patent Document 2, a transparent substrate such as GaP or sapphire is applied to the substrate used for pasting.

図24乃至図26は、ウェハボンディング技術により形成した従来の半導体発光素子の模式的断面構造を示す。   24 to 26 show a schematic cross-sectional structure of a conventional semiconductor light emitting device formed by a wafer bonding technique.

例えば、従来の半導体発光素子は、図24に示すように、GaAs基板15上に配置されたAu-Sn合金層14と、Au-Sn合金層14上に配置されたバリアメタル層13と、バリアメタル層13上に配置されたp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されたMQW層9と、MQW層9上に配置されたn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されたウィンドウ層7とを備える。   For example, as shown in FIG. 24, a conventional semiconductor light emitting device includes an Au—Sn alloy layer 14 disposed on a GaAs substrate 15, a barrier metal layer 13 disposed on the Au—Sn alloy layer 14, and a barrier. P-type cladding layer 10 disposed on metal layer 13, MQW layer 9 disposed on p-type cladding layer 10, n-type cladding layer 8 disposed on MQW layer 9, and n-type cladding layer 8 And a window layer 7 disposed thereon.

図24に示す従来の半導体発光素子は、貼付けに使われる金属は、Au−Sn合金である。このAu−Sn合金は融点が低いため、低温でLEDを構成するエピタキシャル成長層側のAu−Sn合金とGaAs基板15側のAu−Sn合金が溶け、貼り付けることができる。   In the conventional semiconductor light emitting device shown in FIG. 24, the metal used for pasting is an Au—Sn alloy. Since the Au—Sn alloy has a low melting point, the Au—Sn alloy on the epitaxial growth layer side and the Au—Sn alloy on the GaAs substrate 15 side constituting the LED can be melted and pasted at a low temperature.

しかし、Au−Sn合金層14を使用する場合、Snの熱拡散が起こるため、Snの拡散を防ぐために、図24に示すように、バリアメタル層13を入れる必要がある。また、Au−Sn合金層14は光の反射率が悪いという問題点がある。   However, when the Au—Sn alloy layer 14 is used, since thermal diffusion of Sn occurs, it is necessary to insert a barrier metal layer 13 as shown in FIG. 24 in order to prevent the diffusion of Sn. Further, the Au—Sn alloy layer 14 has a problem that the light reflectance is poor.

例えば、従来の別の半導体発光素子は、図25に示すように、GaAs基板15上に配置された金属反射層16と、金属反射層16上に配置されたp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されたMQW層9と、MQW層9上に配置されたn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されたウィンドウ層7とを備える。図25に示す従来の半導体発光素子は、GaAs基板15を貼り付けて作った金属反射層16では、金属と半導体との界面で光の吸収が起こり、効率よく光を反射することができないという問題点がある。すなわち、p型クラッド層10と金属反射層16の界面で光の吸収が起こるという問題点がある。   For example, as shown in FIG. 25, another conventional semiconductor light emitting device includes a metal reflection layer 16 disposed on a GaAs substrate 15, a p-type cladding layer 10 disposed on the metal reflection layer 16, and a p-type. An MQW layer 9 disposed on the cladding layer 10, an n-type cladding layer 8 disposed on the MQW layer 9, and a window layer 7 disposed on the n-type cladding layer 8 are provided. In the conventional semiconductor light emitting device shown in FIG. 25, the metal reflection layer 16 made by pasting the GaAs substrate 15 absorbs light at the interface between the metal and the semiconductor and cannot efficiently reflect the light. There is a point. That is, there is a problem that light absorption occurs at the interface between the p-type cladding layer 10 and the metal reflection layer 16.

半導体発光素子(LED)を高輝度化するには、光の反射層としてGaAs基板と活性層(MQW)の間に分布ブラック反射(DBR:Distributed Bragg Reflector)層を入れる方法もある。DBRを入れない構造のLEDでは、MQW層で発光した光がGaAs基板に吸収されてしまうために暗くなる。そのため、GaAs基板を用いるLEDを高輝度化するために、光の反射層としてDBRが用いられている。   In order to increase the brightness of a semiconductor light emitting device (LED), there is also a method in which a distributed black reflection (DBR) layer is provided between a GaAs substrate and an active layer (MQW) as a light reflection layer. In an LED without a DBR structure, light emitted from the MQW layer is absorbed by the GaAs substrate and becomes dark. Therefore, DBR is used as a light reflection layer in order to increase the brightness of LEDs using a GaAs substrate.

すなわち、従来の更に別の半導体発光素子は、図26に示すように、GaAs基板15上に配置されたDBR層19と、DBR層19上に配置されたp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されたMQW層9と、MQW層9上に配置されたn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されたウィンドウ層7とを備える。図26に示す従来の半導体発光素子は、GaAs基板15とMQW層9との間に光の反射層としてDBR層19を用いているが、DBR層19はある一方向から入射した光のみ反射し、入射角が変わるとDBRは光を反射せず、それ以外の角度から入射した光はDBR層19で反射せず透過してしまうという問題点がある。そのため、透過した光はGaAs基板15に吸収されてしまい、半導体発光素子(LED)の発光輝度が低下するという問題点がある。   That is, another conventional semiconductor light emitting device includes, as shown in FIG. 26, a DBR layer 19 disposed on a GaAs substrate 15, a p-type cladding layer 10 disposed on the DBR layer 19, and a p-type cladding. An MQW layer 9 disposed on the layer 10, an n-type cladding layer 8 disposed on the MQW layer 9, and a window layer 7 disposed on the n-type cladding layer 8 are provided. The conventional semiconductor light emitting device shown in FIG. 26 uses a DBR layer 19 as a light reflection layer between the GaAs substrate 15 and the MQW layer 9, but the DBR layer 19 reflects only light incident from one direction. When the incident angle changes, the DBR does not reflect light, and light incident from other angles is not reflected by the DBR layer 19 and is transmitted. For this reason, the transmitted light is absorbed by the GaAs substrate 15 and there is a problem that the light emission luminance of the semiconductor light emitting element (LED) is lowered.

ウェハボンディング技術により形成した従来の半導体発光素子は、貼付けに使われる金属としてAu−Sn合金層を使用する場合、Snの熱拡散を防ぐために、バリアメタル層を入れる必要がある。また、Au−Sn合金層は光の反射率が悪い。   When a conventional semiconductor light emitting device formed by wafer bonding technology uses an Au—Sn alloy layer as a metal used for pasting, it is necessary to insert a barrier metal layer in order to prevent thermal diffusion of Sn. Further, the Au—Sn alloy layer has poor light reflectivity.

また、基板を貼り付けることによって金属反射層を形成したとしても、金属と半導体の界面で光の吸収が起こり、効率よく光を反射することができない。   Even if the metal reflective layer is formed by attaching the substrate, light absorption occurs at the interface between the metal and the semiconductor, and light cannot be efficiently reflected.

また、反射層としてDBR層を用いている場合、DBR層はある一方向から入射した光のみ反射し、入射角が変わるとDBR層で反射せず透過してしまい、GaAs基板に吸収されてしまい、LEDの発光輝度が低下する。   In addition, when a DBR layer is used as the reflective layer, the DBR layer reflects only light incident from one direction, and if the incident angle changes, it is transmitted without being reflected by the DBR layer and absorbed by the GaAs substrate. , LED emission brightness decreases.

さらに、ウェハボンディング技術により形成した従来の半導体発光素子は、半導体基板、絶縁膜、金属層を貼り付ける時に、熱膨張係数の違いや、密着性の問題があるために、高温にすると剥がれるという問題がある。   Furthermore, conventional semiconductor light-emitting elements formed by wafer bonding technology have problems of peeling when heated to high temperatures due to differences in thermal expansion coefficient and adhesion problems when a semiconductor substrate, insulating film, and metal layer are attached. There is.

さらに、ウェハボンディング技術の代りに、接着剤を用いて、半導体発光素子の積層体と半導体基板を貼り付ける半導体発光素子およびその製造構造についても開示されている(たとえば、特許文献3参照。)。   Further, a semiconductor light emitting element and a manufacturing structure thereof for attaching a stacked body of a semiconductor light emitting element and a semiconductor substrate using an adhesive instead of the wafer bonding technique are also disclosed (for example, see Patent Document 3).

特開平6−302857号公報JP-A-6-302857 米国特許第5,376,580号明細書US Pat. No. 5,376,580 特開2005−223207号公報JP 2005-223207 A

本発明の目的は、GaAsやSi等の不透明な半導体基板を用いて、ウェハボンディング技術を用いて、基板の貼付けを密着性良く行い、金属反射層を形成して高輝度の半導体発光素子を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a high-intensity semiconductor light-emitting device by using a non-transparent semiconductor substrate such as GaAs or Si and bonding the substrate with good adhesion using a wafer bonding technique and forming a metal reflective layer. There is to do.

また、本発明の目的は、光の反射層にDBRではなく、金属層を用いて、あらゆる角度の光を反射させることが可能となり、高輝度の半導体発光素子提供することにある。   It is another object of the present invention to provide a high-intensity semiconductor light emitting device that can reflect light at any angle by using a metal layer instead of DBR as a light reflection layer.

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、表面に溝部を形成した基板と、前記基板の前記溝部が形成された表面上に形成された第1金属層と、前記第1金属層上に形成された第2金属層と、前記第2金属層上に形成され、発光層を含む半導体層とを備え、前記溝部の前記第1金属層と前記第2金属層との間にはエアギャップが存在することを特徴とする半導体発光素子が提供される。 According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a substrate having a groove formed on a surface thereof, a first metal layer formed on the surface of the substrate on which the groove is formed, and the first metal A second metal layer formed on the layer, and a semiconductor layer formed on the second metal layer and including a light emitting layer, and between the first metal layer and the second metal layer of the groove. There is provided a semiconductor light emitting device characterized in that an air gap exists .

本発明の半導体発光素子によれば、Au−Sn合金層によるSn拡散の問題を解決するために、Auからなる金属層を用いて、エピタキシャル成長層と半導体基板を、ウェハボンディング技術を用いて密着性良く貼り付けることにより、バリアメタルが不要となり、Auからなる金属層を用いることで光の反射率の良い金属反射層をLED側の構造に形成することができるので、LEDの高輝度化を図ることができる。   According to the semiconductor light emitting device of the present invention, in order to solve the problem of Sn diffusion due to the Au—Sn alloy layer, the metal layer made of Au is used, and the epitaxial growth layer and the semiconductor substrate are adhered to each other by using a wafer bonding technique. By sticking well, a barrier metal becomes unnecessary, and by using a metal layer made of Au, a metal reflective layer having a good light reflectance can be formed in the structure on the LED side, so that the brightness of the LED is increased. be able to.

本発明の半導体発光素子によれば、GaAs基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、GaAs基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、LEDを高輝度化することができる。   According to the semiconductor light emitting device of the present invention, in order to prevent light absorption to the GaAs substrate, the light is totally reflected using a metal in the reflection layer, absorption to the GaAs substrate is prevented, and light of all angles is reflected. Therefore, the brightness of the LED can be increased.

本発明の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法の原理説明図であって、(a)GaAs基板の模式的断面構造図、(b)ウェハボンディング後模式的断面構造図、(c)チップ化後の模式的断面構造図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is principle explanatory drawing of the semiconductor light-emitting device which concerns on embodiment of this invention, and its manufacturing method, (a) Typical cross-section figure of GaAs substrate, (b) Typical cross-section figure after wafer bonding, (c) The typical cross-section figure after chip-ization. 本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるp型GaAs基板の模式的断面構造図。1 is a schematic cross-sectional structure diagram of a p-type GaAs substrate applied to a semiconductor light emitting element and a method for manufacturing the same according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるn型GaAs基板の模式的断面構造図。1 is a schematic cross-sectional structure diagram of an n-type GaAs substrate applied to a semiconductor light emitting element and a method for manufacturing the same according to a first embodiment of the invention. 本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造図。The typical cross-section figure of LED applied to the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。1 is a schematic cross-sectional structure diagram of a semiconductor light emitting element according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造図。The typical cross-section figure of LED applied to the semiconductor light-emitting device concerning the 2nd Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造図。The typical cross-section figure of LED applied to the semiconductor light-emitting device concerning the modification of the 2nd Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the semiconductor light-emitting device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるGaAs基板の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the GaAs substrate applied to the semiconductor light-emitting device concerning the 3rd Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造図。The typical cross-section figure of LED applied to the semiconductor light-emitting device concerning the 3rd Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the semiconductor light-emitting device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるSi基板の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the Si substrate applied to the semiconductor light-emitting device which concerns on the 4th Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造図。The typical cross-section figure of LED applied to the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的平面パターン構造図。The typical plane pattern structure figure of LED applied to the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの別の模式的平面パターン構造図。The another typical plane pattern structure figure of LED applied to the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。The typical cross-section figure explaining 1 process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。The typical cross-section figure explaining 1 process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。The typical cross-section figure explaining 1 process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。The typical cross-section figure explaining 1 process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。The typical cross-section figure explaining 1 process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。The typical cross-section figure explaining 1 process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。The typical cross-section figure explaining 1 process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device which concerns on the modification of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態の別の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。The typical cross-section figure explaining 1 process of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device which concerns on another modification of the 4th Embodiment of this invention. 従来の半導体発光素子の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the conventional semiconductor light-emitting device. 従来の半導体発光素子の別の模式的断面構造図。FIG. 6 is another schematic cross-sectional structure diagram of a conventional semiconductor light emitting device. 従来の半導体発光素子の更に別の模式的断面構造図。FIG. 6 is still another schematic cross-sectional structure diagram of a conventional semiconductor light emitting device.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and different from the actual ones. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention. The technical idea of the present invention is the arrangement of each component as described below. It is not something specific. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

[第1の実施の形態]
(素子構造)
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法の原理説明図である。図1(a)は、GaAs基板の模式的断面構造図を示す。
[First embodiment]
(Element structure)
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic cross-sectional structure diagram of a GaAs substrate.

本発明の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるp型若しくはn型GaAs基板は、図1(a)に示すように、p型若しくはn型GaAs層(3、6)と、ピッチL,幅Wを有するストライプ状の溝が形成されたp型若しくはn型GaAs層(3、6)の表面に配置された金属層1とを備える。ストライプ溝の幅Wは、例えば約10μm,約30μm,或いは約60μm程度であり、ピッチLは、例えば約100μm,200μm,410μm,1000μm,或いは2000μm程度である。尚、溝部は、ストライプ形状に限定されるものではなく、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状などであってもよい。また、溝部の深さは、ストライプの幅Wと同程度若しくは、浅く形成される。   As shown in FIG. 1A, a p-type or n-type GaAs substrate (3, 6) is used for a p-type or n-type GaAs substrate applied to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention. And a metal layer 1 disposed on the surface of a p-type or n-type GaAs layer (3, 6) in which stripe-like grooves having a pitch L and a width W are formed. The width W of the stripe groove is, for example, about 10 μm, about 30 μm, or about 60 μm, and the pitch L is, for example, about 100 μm, 200 μm, 410 μm, 1000 μm, or 2000 μm. The groove is not limited to a stripe shape, and may be a lattice shape, a dot shape, a spiral shape, a hexagonal pattern shape, or the like. Further, the depth of the groove is formed to be the same as or shallower than the width W of the stripe.

図1(b)は、図1(a)に示したGaAs基板と、LEDをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した半導体発光素子の模式的断面構造を示す。LED側は、例えばエピタキシャル成長によって形成されたp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に形成された金属層12で示されており、その他の活性層などは図示を省略している。GaAs層(3,6)の表面に配置された金属層1を用いて、GaAs基板と、LEDを貼り付けるとともに、溝部の金属層1と金属層12との間にはエアギャップ(空隙)40が存在する。   FIG. 1B shows a schematic cross-sectional structure of a semiconductor light emitting element formed by bonding the GaAs substrate shown in FIG. 1A and an LED to each other by a wafer bonding technique. The LED side is shown by, for example, a p-type cladding layer 10 formed by epitaxial growth and a metal layer 12 formed on the p-type cladding layer 10, and other active layers are not shown. The metal layer 1 disposed on the surface of the GaAs layer (3, 6) is used to attach the GaAs substrate and the LED, and an air gap (gap) 40 between the metal layer 1 and the metal layer 12 in the groove portion. Exists.

すなわち、このような溝部をGaAs基板表面に形成することによって、LEDをウェハボンディング技術によってGaAs基板に貼り付ける時に、空気の逃げ道を作り、さらに高温加熱時の熱膨張で生じる応力を緩和させることができる。結果として、半導体基板、絶縁膜、金属層の熱膨張係数の違いによる各層間の剥がれを防止することができる。   That is, by forming such a groove on the surface of the GaAs substrate, when the LED is attached to the GaAs substrate by wafer bonding technology, an air escape path can be created and stress generated by thermal expansion during high temperature heating can be reduced. it can. As a result, it is possible to prevent peeling between layers due to differences in thermal expansion coefficients of the semiconductor substrate, the insulating film, and the metal layer.

図1(c)は、さらにチップ化後の模式的断面構造図を示す。p型若しくはn型GaAs基板の表面に形成したストライプ状の溝部に形成されたエアギャップ40が完成したチップ内に含まれている。ピッチLが大きい場合には、エアギャップ40が完成したチップ内に含まれない場合もある。   FIG. 1C shows a schematic cross-sectional structure view after further chip formation. An air gap 40 formed in a stripe-shaped groove formed on the surface of a p-type or n-type GaAs substrate is included in the completed chip. If the pitch L is large, the air gap 40 may not be included in the completed chip.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるGaAs基板の導電型としては、p型、n型のいずれにおいても適用可能である。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるp型GaAs基板の模式的断面構造を示し、図3は、n型GaAs基板の模式的断面構造を示す。また、図4は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。   The conductivity type of the GaAs substrate applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention can be applied to either p-type or n-type. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional structure of a p-type GaAs substrate applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a schematic cross-section of the n-type GaAs substrate. The structure is shown. FIG. 4 shows a schematic cross-sectional structure of an LED applied to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the first embodiment of the present invention.

図5は、図2乃至図3に示したp型乃至n型GaAs基板と、図4に示したLEDをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造を示す。   FIG. 5 shows a semiconductor according to the first embodiment of the present invention formed by bonding the p-type to n-type GaAs substrate shown in FIGS. 2 to 3 and the LED shown in FIG. 4 to each other by a wafer bonding technique. 1 shows a schematic cross-sectional structure of a light-emitting element.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるp型GaAs基板は、図2に示すように、表面に複数の溝部を形成したp型GaAs層3と、p型GaAs層3の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層2と、金属バッファ層2上に配置された金属層1と、p型GaAs層3の裏面に配置された金属バッファ層4と、金属バッファ層4のp型GaAs層3と反対側の表面に配置された金属層5とを備える。   As shown in FIG. 2, the p-type GaAs substrate applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention includes a p-type GaAs layer 3 having a plurality of grooves formed on the surface, The metal buffer layer 2 disposed on the surface of the p-type GaAs layer 3, the sidewall of the groove, and the bottom surface of the groove, the metal layer 1 disposed on the metal buffer layer 2, and the rear surface of the p-type GaAs layer 3 A metal buffer layer 4 and a metal layer 5 disposed on the surface of the metal buffer layer 4 opposite to the p-type GaAs layer 3 are provided.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるn型GaAs基板は、図3に示すように、表面に複数の溝部を形成したn型GaAs層6と、n型GaAs層6の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層2と、金属バッファ層2上に配置された金属層1と、n型GaAs層6の裏面に配置された金属バッファ層4と、金属バッファ層4のn型GaAs層6と反対側の表面に配置された金属層5とを備える。   As shown in FIG. 3, the n-type GaAs substrate applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention includes an n-type GaAs layer 6 having a plurality of grooves formed on the surface, The metal buffer layer 2 disposed on the surface of the n-type GaAs layer 6, the sidewall of the groove, and the bottom surface of the groove, the metal layer 1 disposed on the metal buffer layer 2, and the rear surface of the n-type GaAs layer 6 A metal buffer layer 4 and a metal layer 5 disposed on the surface of the metal buffer layer 4 opposite to the n-type GaAs layer 6 are provided.

図2の構造において、金属層1、5はいずれもAu層によって形成され、金属バッファ層2、4は、p型GaAs層3とコンタクトを取るために、例えばAuBe層によって形成可能である。また、図3の構造において、金属層1、5はいずれもAu層によって形成され、金属バッファ層2、4は、n型GaAs層6とコンタクトを取るために、例えばAuGe層によって形成可能である。   In the structure of FIG. 2, the metal layers 1 and 5 are all formed of an Au layer, and the metal buffer layers 2 and 4 can be formed of, for example, an AuBe layer in order to make contact with the p-type GaAs layer 3. In the structure of FIG. 3, the metal layers 1 and 5 are all formed of an Au layer, and the metal buffer layers 2 and 4 can be formed of, for example, an AuGe layer in order to make contact with the n-type GaAs layer 6. .

本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造は、図4に示すように、金属層12と、金属層12上に配置される金属コンタクト層11と、金属コンタクト層11上に配置されるp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されるMQW層9と、MQW層9上に配置されるn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されるウィンドウ層7を備える。   A schematic cross-sectional structure of an LED applied to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the first embodiment of the present invention is arranged on a metal layer 12 and a metal layer 12, as shown in FIG. Metal contact layer 11, p-type cladding layer 10 disposed on metal contact layer 11, MQW layer 9 disposed on p-type cladding layer 10, and n-type cladding layer 8 disposed on MQW layer 9 And a window layer 7 disposed on the n-type cladding layer 8.

図4の構造において、金属層12は、例えばAu層で形成される。また、金属コンタクト層は、例えばAuBe層あるいはAuBeとNiとの合金層などで形成される。p型クラッド層10は、例えばAlGaAs層若しくは導電型をp-型とするAlGaAs層と導電型をp+型とするAlGaAs層との多層構造によって形成され、厚さは、例えば約0.1μm程度である。MQW層9は、例えばGaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを約100ペア積層した多重量子井戸構造からなり、厚さは、例えば約1.6μm程度に形成される。n型クラッド層8は、例えばn型AlGaAs層によって形成され、厚さは、例えば約0.1μm程度である。ウィンドウ層7は、例えばAlGaAs層の多層構造とAlGaAs層の多層構造上に形成されたGaAs層からなり、全体の厚さは、約0.95μm程度である。 In the structure of FIG. 4, the metal layer 12 is formed of, for example, an Au layer. The metal contact layer is formed of, for example, an AuBe layer or an alloy layer of AuBe and Ni. The p-type cladding layer 10 is formed of, for example, a multilayer structure of an AlGaAs layer or an AlGaAs layer having a conductivity type of p type and an AlGaAs layer having a conductivity type of p + type, and has a thickness of, for example, about 0.1 μm. It is. The MQW layer 9 has a multiple quantum well structure in which about 100 heterojunction pairs made of, for example, a GaAs / GaAlAs layer are stacked, and has a thickness of about 1.6 μm, for example. The n-type cladding layer 8 is formed of, for example, an n-type AlGaAs layer and has a thickness of about 0.1 μm, for example. The window layer 7 is composed of, for example, a multilayer structure of an AlGaAs layer and a GaAs layer formed on the multilayer structure of the AlGaAs layer, and the total thickness is about 0.95 μm.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子は、図5に示すように、図2乃至図3に示したp型乃至n型GaAs基板と、図4に示したLED構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。   As shown in FIG. 5, the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention includes a p-type to n-type GaAs substrate shown in FIGS. 2 to 3 and an LED structure shown in FIG. Paste each other by technology.

すなわち、本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子は、図5に示すように、表面に複数の溝部を形成したp(n)型GaAs層3(6)と、p(n)型GaAs層3(6)の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層2と、金属バッファ層2上に配置された金属層1と、p(n)型GaAs層3(6)の裏面に配置された金属バッファ層4と、金属バッファ層4のp(n)型GaAs層3(6)と反対側の表面に配置された金属層5とを備えるp(n)型GaAs基板構造と、当該p(n)型GaAs基板上に配置され、金属層12と、金属層12上に配置される金属コンタクト層11と、金属コンタクト層11上に配置されるp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されるMQW層9と、MQW層9上に配置されるn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されるウィンドウ層7を備えるLED構造とから構成される。   That is, as shown in FIG. 5, the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention includes a p (n) type GaAs layer 3 (6) having a plurality of grooves formed on the surface, and p (n). Metal buffer layer 2 disposed on the surface of the type GaAs layer 3 (6), the sidewall of the groove, and the bottom surface of the groove, the metal layer 1 disposed on the metal buffer layer 2, and the p (n) type GaAs layer 3 ( 6) p (n) type comprising a metal buffer layer 4 arranged on the back surface and a metal layer 5 arranged on the surface of the metal buffer layer 4 opposite to the p (n) type GaAs layer 3 (6). A GaAs substrate structure, a metal layer 12, a metal contact layer 11 disposed on the metal layer 12, and a p-type cladding layer disposed on the metal contact layer 11 are disposed on the p (n) GaAs substrate. 10, MQW layer 9 disposed on p-type cladding layer 10, and MQW An n-type cladding layer 8 disposed on the 9, composed of a LED structure comprising a window layer 7 disposed on the n-type cladding layer 8.

Au−Sn合金層からのSn拡散の問題点を解決するために、p(n)型GaAs層3(6)の表面に配置された金属層1および金属層12を用いて、p(n)型GaAs基板構造と、エピタキシャル成長層からなるLED構造を貼り付けると共に、溝部の第1金属層1と金属層12との間にはエアギャップ40が存在することにより、p(n)型GaAs層3(6)の表面に配置された金属層1と金属層12との密着性を良好に保つことができ、バリアメタルが不要で、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。   In order to solve the problem of Sn diffusion from the Au—Sn alloy layer, using the metal layer 1 and the metal layer 12 disposed on the surface of the p (n) type GaAs layer 3 (6), p (n) A p-n-type GaAs layer 3 is formed by attaching an LED structure composed of a type GaAs substrate structure and an epitaxially grown layer and an air gap 40 between the first metal layer 1 and the metal layer 12 in the groove. Adhesion between the metal layer 1 and the metal layer 12 disposed on the surface of (6) can be kept good, and it is possible to form a metal reflection layer having a high reflectance without using a barrier metal. .

金属反射層は、予め、LED構造側に配置された金属層12によって形成される。LEDからの放射光は、p型クラッド層10と、金属層12との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層11は金属層12とp型クラッド層10とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層12とp型クラッド層10との界面に介在し、ミラー面の一部を形成している。   The metal reflection layer is formed in advance by the metal layer 12 disposed on the LED structure side. Since the mirror surface is formed by the interface between the p-type cladding layer 10 and the metal layer 12, the emitted light from the LED is reflected on the mirror surface. The metal contact layer 11 is a layer for making ohmic contact between the metal layer 12 and the p-type cladding layer 10, but is interposed at the interface between the metal layer 12 and the p-type cladding layer 10 to form a part of the mirror surface. doing.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子は、図5に示すように、金属層1および金属層12をともにAu層によって形成することで、GaAs基板側の金属層1とエピタキシャル成長層からなるLED構造側の金属層12を熱圧着によって貼り付けることができる。   As shown in FIG. 5, the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention is formed by forming both the metal layer 1 and the metal layer 12 with an Au layer, so that the metal layer 1 on the GaAs substrate side and the epitaxial growth layer are formed. The metal layer 12 on the LED structure side can be attached by thermocompression bonding.

貼付けの条件は、例えば、約250℃〜700℃、望ましくは300℃〜400℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約10MPa〜20MPa程度である。エアギャップ40を設けたことにより、金属層1と金属層12の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。上記熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ40を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層1と金属層12の接触面積に加圧されることになり、金属層1と金属層12の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、p(n)型GaAs基板構造と、エピタキシャル成長層からなるLED構造を貼り付けるに際して、エアギャップ40が存在することにより、p(n)型GaAs層3(6)の表面に配置された金属層1と金属層12との密着性を良好に保つことができる。   The pasting condition is, for example, about 250 ° C. to 700 ° C., desirably 300 ° C. to 400 ° C., and the pressure of thermocompression bonding is, for example, about 10 MPa to 20 MPa. By providing the air gap 40, the contact area between the metal layer 1 and the metal layer 12 is reduced as compared with the structure in which the entire surface is in close contact. As a result, by providing the air gap 40, the thermocompression bonding pressure is applied to the contact area between the metal layer 1 and the metal layer 12 whose contact area is relatively reduced. At the time of thermocompression bonding of the metal layer 12, the bonding strength is increased. Therefore, when the p (n) type GaAs substrate structure and the LED structure composed of the epitaxial growth layer are attached, the air gap 40 exists, so that the metal disposed on the surface of the p (n) type GaAs layer 3 (6). Good adhesion between the layer 1 and the metal layer 12 can be maintained.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてGaAs基板構造とLED構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつ、Auからなる金属層12を用いることで光の反射率の良い金属反射層をLED側の構造に形成することができるので、LEDの高輝度化を図ることができる。   According to the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, the GaAs substrate structure and the LED structure can be bonded using the wafer bonding technique while maintaining good adhesion, and the metal made of Au. By using the layer 12, a metal reflective layer having a good light reflectance can be formed in the structure on the LED side, so that the brightness of the LED can be increased.

[第2の実施の形態]
(素子構造)
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。また、図7は、本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。
[Second Embodiment]
(Element structure)
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional structure of an LED applied to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a schematic cross-sectional structure of an LED applied to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same according to a modification of the second embodiment of the present invention.

図8は、p型乃至n型GaAs基板15と、図7に示したLEDをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造を示す。尚、図8において、GaAs基板15上に配置される、例えばAu層からなる金属層は、図示を省略している。或いはまた、GaAs基板15上にはAu層などの金属層を配置せず、金属層12のみでGaAs基板15とLED構造を貼り付けることも可能である。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional structure of a semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention formed by bonding the p-type to n-type GaAs substrate 15 and the LED shown in FIG. Indicates. In FIG. 8, a metal layer made of, for example, an Au layer disposed on the GaAs substrate 15 is not shown. Alternatively, it is also possible to attach the GaAs substrate 15 and the LED structure only with the metal layer 12 without arranging a metal layer such as an Au layer on the GaAs substrate 15.

本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDは、図6に示すように、金属層12と、金属層12上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17と、パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17上に配置されるp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されるMQW層9と、MQW層9上に配置されるn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されるウィンドウ層7を備える。   As shown in FIG. 6, the LED applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention has a metal layer 12 and a metal contact disposed on the metal layer 12 and patterned. Layer 11 and insulating layer 17, p-type cladding layer 10 disposed on patterned metal contact layer 11 and insulating layer 17, MQW layer 9 disposed on p-type cladding layer 10, and MQW layer 9 And an window layer 7 disposed on the n-type cladding layer 8.

図6の構造において、金属層12は、例えばAu層で形成され、例えば厚さは約2.5〜5μm程度である。また、金属コンタクト層11は、例えばAuBe層あるいはAuBeとNiとの合金層などで形成され、例えば厚さは、絶縁層17と同程度であり、約450nm程度である。絶縁層17は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、SiON膜、SiOxNy膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。p型クラッド層10は、例えばAlGaAs層若しくは導電型をp-型とするAlGaAs層と導電型をp+型とするAlGaAs層との多層構造によって形成され、厚さは、例えば約0.1μm程度である。MQW層9は、例えばGaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを約100ペア積層した多重量子井戸構造からなり、厚さは、例えば約1.6μm程度に形成される。n型クラッド層8は、例えばn型AlGaAs層によって形成され、厚さは、例えば約0.1μm程度である。ウィンドウ層7は、例えばAlGaAs層の多層構造とAlGaAs層の多層構造上に形成されたGaAs層からなり、全体の厚さは、約0.95μm程度である。 In the structure of FIG. 6, the metal layer 12 is formed of, for example, an Au layer, and has a thickness of about 2.5 to 5 μm, for example. The metal contact layer 11 is formed of, for example, an AuBe layer or an alloy layer of AuBe and Ni, and has a thickness that is about the same as that of the insulating layer 17 and about 450 nm. The insulating layer 17 is formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a SiON film, a SiOxNy film, or a multilayer film thereof. The p-type cladding layer 10 is formed of, for example, a multilayer structure of an AlGaAs layer or an AlGaAs layer having a conductivity type of p type and an AlGaAs layer having a conductivity type of p + type, and has a thickness of, for example, about 0.1 μm. It is. The MQW layer 9 has a multiple quantum well structure in which about 100 heterojunction pairs made of, for example, a GaAs / GaAlAs layer are stacked, and has a thickness of about 1.6 μm, for example. The n-type cladding layer 8 is formed of, for example, an n-type AlGaAs layer and has a thickness of about 0.1 μm, for example. The window layer 7 is composed of, for example, a multilayer structure of an AlGaAs layer and a GaAs layer formed on the multilayer structure of the AlGaAs layer, and the total thickness is about 0.95 μm.

(第2の実施の形態の変形例)
本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDは、図7に示すように、金属層12と、金属層12上に配置される金属バッファ層18と、金属バッファ層18上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17と、パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17上に配置されるp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されるMQW層9と、MQW層9上に配置されるn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されるウィンドウ層7を備える。
(Modification of the second embodiment)
As shown in FIG. 7, an LED applied to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same according to a modification of the second embodiment of the present invention includes a metal layer 12 and a metal buffer disposed on the metal layer 12. A layer 18, a patterned metal contact layer 11 and an insulating layer 17 disposed on the metal buffer layer 18, a p-type cladding layer 10 disposed on the patterned metal contact layer 11 and the insulating layer 17, and p An MQW layer 9 disposed on the mold cladding layer 10, an n-type cladding layer 8 disposed on the MQW layer 9, and a window layer 7 disposed on the n-type cladding layer 8 are provided.

図7の構造において、金属バッファ層18は、例えばAg、Al、Ni、Cr若しくはW層で形成される。Au層からなる金属層12は青色光、紫外光を吸収するため、このような短波長側の光を反射するためには、Ag、Alなどからなる金属バッファ層18を備えることが望ましい。図7の構造において、金属バッファ層18以外の各層は、図6の構造と同様に形成されるため、説明を省略する。   In the structure of FIG. 7, the metal buffer layer 18 is formed of, for example, an Ag, Al, Ni, Cr, or W layer. Since the metal layer 12 made of Au layer absorbs blue light and ultraviolet light, it is desirable to include a metal buffer layer 18 made of Ag, Al or the like in order to reflect such short wavelength light. In the structure of FIG. 7, the layers other than the metal buffer layer 18 are formed in the same manner as the structure of FIG.

本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子は、図8に示すように、図6乃至図7に示したLED構造と、GaAs基板15をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。   As shown in FIG. 8, the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention is formed by bonding the LED structure shown in FIGS. 6 to 7 and the GaAs substrate 15 to each other by a wafer bonding technique.

すなわち、本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子は、図8に示すように、GaAs基板15と、GaAs基板15上に配置される金属層12と、金属層12上に配置される金属バッファ層18と、金属バッファ層18上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17と、パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17上に配置されるp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されるMQW層9と、MQW層9上に配置されるn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されるウィンドウ層7を備えるLED構造とから構成される。   That is, the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention is disposed on the GaAs substrate 15, the metal layer 12 disposed on the GaAs substrate 15, and the metal layer 12, as shown in FIG. The metal buffer layer 18, the metal contact layer 11 and the insulating layer 17 which are arranged and patterned on the metal buffer layer 18, and the p-type cladding layer 10 which is arranged on the patterned metal contact layer 11 and the insulating layer 17 An LED structure including an MQW layer 9 disposed on the p-type cladding layer 10, an n-type cladding layer 8 disposed on the MQW layer 9, and a window layer 7 disposed on the n-type cladding layer 8. Consists of

金属層12を用いて、GaAs基板15と、エピタキシャル成長層からなるLED構造を貼り付けることにより、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。金属反射層は、予め、LED構造側に配置された金属層12によって形成される。LEDからの放射光は、絶縁層17と、金属層12若しくは金属バッファ層18との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層11は、金属層12若しくは金属バッファ層18とp型クラッド層10とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層12とp型クラッド層10との界面に介在し、絶縁層17と同程度の厚さを有する。   By using the metal layer 12 and affixing an LED structure composed of a GaAs substrate 15 and an epitaxial growth layer, it is possible to form a metal reflection layer with good reflectivity. The metal reflection layer is formed in advance by the metal layer 12 disposed on the LED structure side. Since the mirror surface is formed by the interface between the insulating layer 17 and the metal layer 12 or the metal buffer layer 18, the emitted light from the LED is reflected on the mirror surface. The metal contact layer 11 is a layer for making ohmic contact between the metal layer 12 or the metal buffer layer 18 and the p-type cladding layer 10, and is interposed at the interface between the metal layer 12 and the p-type cladding layer 10 to provide insulation. It has the same thickness as the layer 17.

金属コンタクト層11のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、金属コンタクト層11のパターン幅が狭い場合には、金属コンタクト層11の面積抵抗が増大し、LEDの順方向電圧Vfが上昇するため、最適なパターン幅およびパターン構造が存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形を基本とするドットパターン構造が存在する。これらのパターン形状については、第4の実施の形態に関連して、図14および図15において説明する。   When the pattern width of the metal contact layer 11 is wide, since a substantial light emitting region is limited, the area efficiency is lowered and the light emitting efficiency is reduced. On the other hand, when the pattern width of the metal contact layer 11 is narrow, the sheet resistance of the metal contact layer 11 increases and the forward voltage Vf of the LED increases, so that an optimum pattern width and pattern structure exist. In some pattern examples, there is a honeycomb pattern structure based on a hexagon or a dot pattern structure based on a circle. These pattern shapes will be described with reference to FIGS. 14 and 15 in relation to the fourth embodiment.

本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子は、図5に示すように、GaAs基板上に配置される金属層、およびLED側に配置される金属層12をともにAu層によって形成することで、GaAs基板側の金属層(図示省略)とエピタキシャル成長層からなるLED構造側の金属層12を熱圧着によって貼り付けることができる。   In the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, both the metal layer disposed on the GaAs substrate and the metal layer 12 disposed on the LED side are formed by the Au layer. Thus, the metal layer 12 (not shown) on the GaAs substrate side and the metal layer 12 on the LED structure side made of the epitaxial growth layer can be attached by thermocompression bonding.

貼付けの条件は、例えば、約250℃〜700℃、望ましくは300℃〜400℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約10MPa〜20MPa程度である。   The pasting condition is, for example, about 250 ° C. to 700 ° C., desirably 300 ° C. to 400 ° C., and the pressure of thermocompression bonding is, for example, about 10 MPa to 20 MPa.

本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、金属反射層となる金属層12若しくは金属バッファ層18と、p型クラッド層10などの半導体層との間に透明な絶縁層17を形成することにより、p型クラッド層10などの半導体層と金属層12との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができる。   According to the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, a transparent insulating layer is provided between the metal layer 12 or the metal buffer layer 18 serving as the metal reflection layer and the semiconductor layer such as the p-type cladding layer 10. By forming 17, the contact between the semiconductor layer such as the p-type cladding layer 10 and the metal layer 12 can be avoided, the absorption of light can be prevented, and a metal reflection layer with good reflectivity can be formed.

透明な絶縁層17をパターニング形成し、オーミックをとるために、AuBeなどからなる金属コンタクト層11をリフトオフによって蒸着する。   A transparent insulating layer 17 is formed by patterning, and a metal contact layer 11 made of AuBe or the like is deposited by lift-off in order to take ohmic contact.

その後、絶縁層17の上にGaAs基板15と貼付けるために用いるAu層を蒸着し、金属層12を形成する。   Thereafter, an Au layer used for adhering to the GaAs substrate 15 is deposited on the insulating layer 17 to form the metal layer 12.

本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、金属反射層と半導体層との間に透明な絶縁層17を介在させることにより、p型クラッド層10などの半導体層と金属層12との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができるので、LEDの高輝度化を図ることができる。   According to the semiconductor light emitting device of the second embodiment of the present invention, the transparent insulating layer 17 is interposed between the metal reflective layer and the semiconductor layer, so that the semiconductor layer such as the p-type cladding layer 10 and the metal Since it is possible to avoid contact with the layer 12, prevent light absorption, and form a metal reflective layer with good reflectance, it is possible to increase the brightness of the LED.

また、本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、絶縁層17と金属層12との間に、AgやAlなどからなる金属バッファ層18を形成することで、Auでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができ、LEDの高輝度化を図ることができる。   In addition, according to the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, by forming the metal buffer layer 18 made of Ag, Al, or the like between the insulating layer 17 and the metal layer 12, Au can be used. Light having a short wavelength such as ultraviolet light having a low reflectance can be efficiently reflected, and the brightness of the LED can be increased.

また、本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、p型クラッド層と金属反射層の界面において光が吸収されないため、LEDの高輝度化を図ることができる。   Further, according to the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, light is not absorbed at the interface between the p-type cladding layer and the metal reflection layer, so that the brightness of the LED can be increased.

[第3の実施の形態]
(素子構造)
図9は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるGaAs基板の模式的断面構造を示す。また、図10は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。
[Third embodiment]
(Element structure)
FIG. 9 shows a schematic cross-sectional structure of a GaAs substrate applied to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 shows a schematic cross-sectional structure of an LED applied to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the third embodiment of the present invention.

図11は、図9に示した金属層20を備えるGaAs基板15と、図10に示したLEDをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造を示す。   FIG. 11 shows a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention formed by bonding the GaAs substrate 15 having the metal layer 20 shown in FIG. 9 and the LED shown in FIG. 10 to each other by wafer bonding technology. The schematic cross-sectional structure of is shown.

本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるp型若しくはn型GaAs基板構造は、図9に示すように、表面に複数の溝部を形成したGaAs基板15と、GaAs基板15の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属層20を備える。   As shown in FIG. 9, the p-type or n-type GaAs substrate structure applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention has a GaAs substrate 15 having a plurality of grooves formed on the surface. And a metal layer 20 disposed on the surface of the GaAs substrate 15, the sidewall of the groove, and the bottom of the groove.

図9の構造において、金属層20は、例えばAu層によって形成される。   In the structure of FIG. 9, the metal layer 20 is formed of, for example, an Au layer.

本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造は、図10に示すように、金属層12と、金属層12上に配置されるp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されるMQW層9と、MQW層9上に配置されるn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されるウィンドウ層7を備える。   A schematic cross-sectional structure of an LED applied to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention is arranged on a metal layer 12 and a metal layer 12, as shown in FIG. p-type cladding layer 10, MQW layer 9 disposed on p-type cladding layer 10, n-type cladding layer 8 disposed on MQW layer 9, and window layer 7 disposed on n-type cladding layer 8 Is provided.

図10の構造において、金属層12は、例えばAu層で形成され、厚さは例えば、約1μm程度である。また、p型クラッド層10は、例えばAlGaAs層若しくは導電型をp-型とするAlGaAs層と導電型をp+型とするAlGaAs層との多層構造によって形成され、全体の厚さは、例えば約0.1μm程度に形成される。MQW層9は、例えばGaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを約80〜100ペア積層した多重量子井戸構造からなり、全体の厚さは、例えば約1.6μm程度に形成される。n型クラッド層8は、例えばn型AlGaAs層によって形成され、厚さは、例えば約0.1μm程度である。ウィンドウ層7は、例えばAlGaAs層の多層構造とAlGaAs層の多層構造上に形成されたGaAs層からなり、全体の全体の厚さは、約0.95μm程度である。 In the structure of FIG. 10, the metal layer 12 is formed of, for example, an Au layer and has a thickness of, for example, about 1 μm. The p-type cladding layer 10 is formed by a multilayer structure of, for example, an AlGaAs layer or an AlGaAs layer having a conductivity type of p -type and an AlGaAs layer having a conductivity type of p + -type. It is formed to about 0.1 μm. The MQW layer 9 has a multiple quantum well structure in which about 80 to 100 heterojunction pairs made of, for example, a GaAs / GaAlAs layer are stacked, and the total thickness is formed to be about 1.6 μm, for example. The n-type cladding layer 8 is formed of, for example, an n-type AlGaAs layer and has a thickness of about 0.1 μm, for example. The window layer 7 is composed of, for example, a multilayer structure of an AlGaAs layer and a GaAs layer formed on the multilayer structure of the AlGaAs layer, and the overall thickness is about 0.95 μm.

本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子は、図11に示すように、図9に示したp型乃至n型GaAs基板と、図10に示したLED構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。   As shown in FIG. 11, the semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention has a p-type to n-type GaAs substrate shown in FIG. 9 and an LED structure shown in FIG. Paste to form.

すなわち、本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子は、図11に示すように、表面に複数の溝部を形成したGaAs基板15と、GaAs基板15の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属層20とを備えるGaAs基板構造と、当該GaAs基板構造上に配置され、金属層12と、金属層12上に配置されるp型クラッド層10と、p型クラッド層10上に配置されるMQW層9と、MQW層9上に配置されるn型クラッド層8と、n型クラッド層8上に配置されるウィンドウ層7を備えるLED構造とから構成される。   That is, as shown in FIG. 11, the semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention includes a GaAs substrate 15 having a plurality of grooves formed on the surface, the surface of the GaAs substrate 15, the sidewalls of the grooves, and the grooves. A GaAs substrate structure including a metal layer 20 disposed on the bottom surface; a metal layer 12 disposed on the GaAs substrate structure; a p-type cladding layer 10 disposed on the metal layer 12; and a p-type cladding layer 10 The LED structure includes an MQW layer 9 disposed on top, an n-type cladding layer 8 disposed on the MQW layer 9, and a window layer 7 disposed on the n-type cladding layer 8.

金属反射層は、予め、LED構造側に配置された金属層12によって形成される。LEDからの放射光は、p型クラッド層10と、金属層12との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。   The metal reflection layer is formed in advance by the metal layer 12 disposed on the LED structure side. Since the mirror surface is formed by the interface between the p-type cladding layer 10 and the metal layer 12, the emitted light from the LED is reflected on the mirror surface.

本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子は、図11に示すように、金属層20および金属層12をともにAu層によって形成することで、GaAs基板側の金属層20とエピタキシャル成長層からなるLED構造側の金属層12を熱圧着によって貼り付けると共に、溝部の金属層20と金属層12との間には、エアギャップ40が存在する。   As shown in FIG. 11, the semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention is formed by forming both the metal layer 20 and the metal layer 12 with an Au layer, so that the metal layer 20 on the GaAs substrate side and the epitaxial growth layer are formed. The LED structure-side metal layer 12 is attached by thermocompression bonding, and an air gap 40 exists between the metal layer 20 and the metal layer 12 in the groove.

貼付けの条件は、例えば、約250℃〜700℃、望ましくは300℃〜400℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約10MPa〜20MPa程度である。エアギャップ40を設けたことにより、金属層20と金属層12の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。上記熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ40を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層20と金属層12の接触面積に加圧されることになり、金属層20と金属層12の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、GaAs基板と、LED構造を貼り付けるに際して、エアギャップ40が存在することにより、GaAs基板の表面に配置された金属層20と金属層12との密着性を良好に保つことができる。   The pasting condition is, for example, about 250 ° C. to 700 ° C., desirably 300 ° C. to 400 ° C., and the pressure of thermocompression bonding is, for example, about 10 MPa to 20 MPa. By providing the air gap 40, the contact area between the metal layer 20 and the metal layer 12 is reduced as compared with a structure in which the entire surface is in close contact. As a result, by providing the air gap 40, the pressure of the thermocompression bonding is pressurized to the contact area between the metal layer 20 and the metal layer 12 that have a relatively reduced contact area. At the time of thermocompression bonding of the metal layer 12, the bonding strength is increased. Therefore, when the GaAs substrate and the LED structure are attached, the air gap 40 is present, so that the adhesion between the metal layer 20 and the metal layer 12 disposed on the surface of the GaAs substrate can be kept good.

本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、金属層20と金属層12との密着性を良好に保ちつつ、GaAs基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、GaAs基板への吸収を防ぐようにした点に特徴を有する。貼付ける半導体基板の材料としては、GaAs、Siなどの不透明な半導体基板材料を用いる。   According to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention, in order to prevent light absorption into the GaAs substrate while maintaining good adhesion between the metal layer 20 and the metal layer 12, It is characterized in that light is totally reflected using a metal in the reflective layer to prevent absorption into the GaAs substrate. As a material of the semiconductor substrate to be pasted, an opaque semiconductor substrate material such as GaAs or Si is used.

GaAs基板15側の金属層20としてAu層を用い、エピタキシャル成長層を備えるLED側の金属層12としてもAu層を用い、金属層20と金属層12を結合させ、結合に用いた金属層12を金属反射層として光の反射層とする。   An Au layer is used as the metal layer 20 on the GaAs substrate 15 side, an Au layer is also used as the metal layer 12 on the LED side having an epitaxial growth layer, the metal layer 20 and the metal layer 12 are bonded, and the metal layer 12 used for bonding is A light reflection layer is used as the metal reflection layer.

本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、ウェハボンディング技術を用いてGaAs基板構造とLED構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつGaAs基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、GaAs基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、LEDを高輝度化することができる。   According to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the third embodiment of the present invention, the GaAs substrate structure and the LED structure can be bonded using the wafer bonding technique while maintaining good adhesion, and GaAs In order to prevent light absorption to the substrate, the reflection layer is made of metal to totally reflect the light, preventing absorption to the GaAs substrate and reflecting light of all angles, thus increasing the brightness of the LED can do.

[第4の実施の形態]
(素子構造)
図12は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるシリコン基板の模式的断面構造を示す。また、図13は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的断面構造を示す。図14は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的平面パターン構造を示し、図15は、別の模式的平面パターン構造を示す。
[Fourth embodiment]
(Element structure)
FIG. 12 shows a schematic cross-sectional structure of a silicon substrate applied to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 13 shows a schematic cross-sectional structure of an LED applied to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 14 shows a schematic planar pattern structure of an LED applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 15 shows another schematic planar pattern structure.

本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるシリコン基板21は、図12に示すように、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板21と、シリコン基板21の表面,溝部の側壁および溝部の底面上に配置されたチタン(Ti)層22と、チタン(Ti)層22をの表面に配置された金属層20を備える。   As shown in FIG. 12, the silicon substrate 21 applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention includes a silicon substrate 21 having a plurality of grooves formed on the surface, and a silicon substrate 21. , A titanium (Ti) layer 22 disposed on the side wall of the groove portion, and a bottom surface of the groove portion, and a metal layer 20 disposed on the surface of the titanium (Ti) layer 22.

図12の構造において、シリコン基板21の厚さは、例えば約130μm程度であり、金属層20は、例えばAu層によって形成され、厚さは約2.5μm程度である。   In the structure of FIG. 12, the thickness of the silicon substrate 21 is about 130 μm, for example, and the metal layer 20 is formed of, for example, an Au layer, and the thickness is about 2.5 μm.

本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDは、図13に示すように、GaAs基板23と、GaAs基板23上に配置されるAlInGaP層24と、AlInGaP層24上に配置されるn型GaAs層25と、n型GaAs層25上に配置されるエピタキシャル成長層26と、エピタキシャル成長層26上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17と、パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17上に配置される金属層12とを備える。   As shown in FIG. 13, the LED applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention includes a GaAs substrate 23, an AlInGaP layer 24 disposed on the GaAs substrate 23, An n-type GaAs layer 25 disposed on the AlInGaP layer 24, an epitaxial growth layer 26 disposed on the n-type GaAs layer 25, a metal contact layer 11 and an insulating layer 17 disposed on the epitaxial growth layer 26 and patterned. A patterned metal contact layer 11 and a metal layer 12 disposed on the insulating layer 17.

図13の構造において、GaAs基板23は、厚さは、例えば約300μm程度であり、AlInGaP層24は、厚さは、例えば約350nm程度である。また、n型GaAs層25は、AlInGaP層24を介して、GaAs基板23とエピタキシャル成長層26との間のコンタクト層として働き、厚さは、例えば約500nm程度である。エピタキシャル成長層26は、AlGaAs層からなるn型ウィンドウ層およびn型クラッド層、GaAs/AlGaAsのヘテロ接合の複数の対からなるMQW層と、AlGaAs層からなるn型クラッド層およびAlGaAs層/GaP層からなるp型ウィンドウ層とを備える。MQW層は、例えばGaAs/GaAlAs層からなるヘテロ接合ペアを約100ペア積層した多重量子井戸構造からなり、厚さは、例えば約1.6μm程度に形成される。   In the structure of FIG. 13, the GaAs substrate 23 has a thickness of about 300 μm, for example, and the AlInGaP layer 24 has a thickness of about 350 nm, for example. The n-type GaAs layer 25 functions as a contact layer between the GaAs substrate 23 and the epitaxial growth layer 26 via the AlInGaP layer 24, and has a thickness of about 500 nm, for example. The epitaxial growth layer 26 includes an n-type window layer and an n-type cladding layer made of an AlGaAs layer, an MQW layer made up of a plurality of pairs of GaAs / AlGaAs heterojunctions, an n-type cladding layer made of an AlGaAs layer, and an AlGaAs layer / GaP layer. A p-type window layer. The MQW layer has a multiple quantum well structure in which about 100 pairs of heterojunction pairs made of, for example, a GaAs / GaAlAs layer are stacked, and has a thickness of about 1.6 μm, for example.

また、金属コンタクト層11は、例えばAuBe層あるいはAuBeとNiとの合金層などで形成され、例えば厚さは、絶縁層17と同程度であり、約450nm程度である。   The metal contact layer 11 is formed of, for example, an AuBe layer or an alloy layer of AuBe and Ni, and has a thickness that is about the same as that of the insulating layer 17 and about 450 nm.

金属コンタクト層11は、例えばAu/AuBe−Ni合金/Auなどの積層構造として形成してもよい。絶縁層17は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、SiON膜、SiOxNy膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。 The metal contact layer 11 may be formed as a laminated structure of, for example, Au / AuBe—Ni alloy / Au. The insulating layer 17 is formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a SiON film, a SiOxNy film, or a multilayer film thereof.

金属層12は、例えばAu層で形成され、例えば厚さは約2.5〜5μm程度である。エピタキシャル成長層26内のp型クラッド層は、例えばAlGaAs層若しくは導電型をp-型とするAlGaAs層と導電型をp+型とするAlGaAs層との多層構造によって形成され、厚さは、例えば約0.1μm程度である。エピタキシャル成長層26内のn型クラッド層は、例えばn型AlGaAs層によって形成され、厚さは、例えば約0.1μm程度である。n型ウィンドウ層は、例えばAlGaAs層の多層構造とAlGaAs層の多層構造上に形成されたGaAs層からなり、全体の厚さは、例えば、約0.95μm程度である。p型ウィンドウ層は、例えばAlGaAs層の多層構造とAlGaAs層の多層構造上に形成されたGaP層からなり、全体の厚さは、例えば、約0.32μm程度である。 The metal layer 12 is formed of, for example, an Au layer, and has a thickness of about 2.5 to 5 μm, for example. The p-type cladding layer in the epitaxial growth layer 26 is formed of, for example, a multilayer structure of an AlGaAs layer or an AlGaAs layer having a conductivity type of p type and an AlGaAs layer having a conductivity type of p + type, and has a thickness of, for example, about It is about 0.1 μm. The n-type cladding layer in the epitaxial growth layer 26 is formed of, for example, an n-type AlGaAs layer and has a thickness of, for example, about 0.1 μm. The n-type window layer is composed of, for example, a multilayer structure of an AlGaAs layer and a GaAs layer formed on the multilayer structure of the AlGaAs layer, and the total thickness is, for example, about 0.95 μm. The p-type window layer is composed of, for example, a multilayer structure of an AlGaAs layer and a GaP layer formed on the multilayer structure of the AlGaAs layer, and the total thickness is, for example, about 0.32 μm.

本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子は、図21に示すように、図12に示したシリコン基板構造と、図13に示したLED構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。   As shown in FIG. 21, the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention is formed by bonding the silicon substrate structure shown in FIG. 12 and the LED structure shown in FIG. 13 to each other by wafer bonding technology. To do.

すなわち、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子は、図21に示すように、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板21と、シリコン基板21の表面,溝部の側壁および溝部の底面上に配置されるチタン層22と、チタン層22上に配置される金属層20とから構成されるシリコン基板構造と、金属層20上に配置される金属層12と、金属層12上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17と、パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17上に配置され,露出された表面にフロスト処理領域30(露出されたn型GaAs層25をフロスト処理して形成された領域)を有するエピタキシャル成長層26と、エピタキシャル成長層26上に配置され,パターニングされたn型GaAs層25と、n型GaAs層25上に配置され,同様にパターニングされた表面電極層29とから構成されるLED構造を備える。尚、シリコン基板構造において、シリコン基板21の裏面には、チタン層27と、裏面電極層28が配置される。また、エピタキシャル成長層26とn型GaAs層25の間には、後述する図22、図23に示すように、電流集中を防止するための阻止層31を配置しても良い。この場合の阻止層31の材料としては、GaAsを適用することができ、厚さは、例えば約500nm程度である。   That is, as shown in FIG. 21, the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention includes a silicon substrate 21 having a plurality of grooves formed on the surface, the surface of the silicon substrate 21, the sidewalls of the grooves, and the grooves. A silicon substrate structure composed of a titanium layer 22 disposed on the bottom surface and a metal layer 20 disposed on the titanium layer 22, a metal layer 12 disposed on the metal layer 20, and the metal layer 12 The frosted region 30 (exposed n-type GaAs layer 25 is formed on the exposed surface of the metal contact layer 11 and the insulating layer 17 which are arranged and patterned, and the metal contact layer 11 and the insulating layer 17 which are patterned and exposed. An epitaxial growth layer 26 having a region formed by frost treatment of the n-type GaAs and a patterned n-type GaAs disposed on the epitaxial growth layer 26 and patterned It comprises an LED structure comprising a layer 25 and a surface electrode layer 29 disposed on the n-type GaAs layer 25 and similarly patterned. In the silicon substrate structure, a titanium layer 27 and a back electrode layer 28 are disposed on the back surface of the silicon substrate 21. Further, a blocking layer 31 for preventing current concentration may be arranged between the epitaxial growth layer 26 and the n-type GaAs layer 25 as shown in FIGS. As the material of the blocking layer 31 in this case, GaAs can be applied, and the thickness is, for example, about 500 nm.

本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子においても、図21に示すように、金属層12を用いて、シリコン基板構造と、エピタキシャル成長層からなるLED構造を貼り付けると共に、溝部の金属層20と金属層12との間にはエアギャップ40が存在することにより、シリコン基板21の表面に配置された金属層20と金属層12との密着性を良好に保つことができ、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。   Also in the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 21, the metal layer 12 is used to attach the LED structure composed of the silicon substrate structure and the epitaxial growth layer, and the metal in the groove portion. Since the air gap 40 exists between the layer 20 and the metal layer 12, the adhesion between the metal layer 20 and the metal layer 12 disposed on the surface of the silicon substrate 21 can be kept good, and the reflectance This makes it possible to form a metal reflective layer with good quality.

エアギャップ40を設けたことにより、金属層20と金属層12の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ40を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層20と金属層12の接触面積に加圧されることになり、金属層20と金属層12の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、シリコン基板構造と、LED構造を貼り付けるに際して、エアギャップ40が存在することにより、シリコン基板の表面に配置された金属層20と金属層12との密着性を良好に保つことができる。   By providing the air gap 40, the contact area between the metal layer 20 and the metal layer 12 is reduced as compared with a structure in which the entire surface is in close contact. As a result, by providing the air gap 40, the thermocompression pressure is pressurized to the contact area between the metal layer 20 and the metal layer 12 whose contact area is relatively reduced. At the time of thermocompression bonding of the layer 12, the bonding strength is increased. Therefore, when the silicon substrate structure and the LED structure are attached, the air gap 40 is present, so that the adhesion between the metal layer 20 and the metal layer 12 disposed on the surface of the silicon substrate can be kept good.

本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてシリコン基板構造とLED構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつAuからなる金属層12を用いることで光の反射率の良い金属反射層をLED側の構造に形成することができるので、LEDの高輝度化を図ることができる。   According to the semiconductor light emitting device of the fourth embodiment of the present invention, the silicon substrate structure and the LED structure can be attached while maintaining good adhesion by using the wafer bonding technique, and the metal layer made of Au. 12 can be used to form a metal reflective layer having a good light reflectance in the structure on the LED side, so that the brightness of the LED can be increased.

金属反射層は、予め、LED構造側に配置された金属層12によって形成される。LEDからの放射光は、絶縁層17と金属層12との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層11は、金属層12とエピタキシャル成長層26とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層12とエピタキシャル成長層26との界面に介在し、絶縁層17と同程度の厚さを有する。   The metal reflection layer is formed in advance by the metal layer 12 disposed on the LED structure side. Since the mirror surface is formed by the interface between the insulating layer 17 and the metal layer 12, the emitted light from the LED is reflected on the mirror surface. The metal contact layer 11 is a layer for making ohmic contact between the metal layer 12 and the epitaxial growth layer 26, and is interposed at the interface between the metal layer 12 and the epitaxial growth layer 26 and has a thickness similar to that of the insulating layer 17. Have.

(平面パターン構造)
金属コンタクト層11のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、金属コンタクト層11のパターン幅が狭い場合には、金属コンタクト層11の面積抵抗が増大し、LEDの順方向電圧Vfが上昇する。このため、最適なパターン幅WおよびパターンピッチD1が存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形ドット形状を基本構造とする円形ドットパターン構造が存在する。
(Plane pattern structure)
When the pattern width of the metal contact layer 11 is wide, since a substantial light emitting region is limited, the area efficiency is lowered and the light emitting efficiency is reduced. On the other hand, when the pattern width of the metal contact layer 11 is narrow, the sheet resistance of the metal contact layer 11 increases and the forward voltage Vf of the LED increases. For this reason, the optimum pattern width W and pattern pitch D1 exist. In some pattern examples, there is a honeycomb pattern structure based on a hexagon or a circular dot pattern structure based on a circular dot shape.

本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的平面パターン構造は、例えば図14に示すように、六角形を基本構造とするハニカムパターン構造を有する。図14において、幅Wで示される形状部分が図13における例えばAuBe層あるいはAuBeとNiとの合金層などで形成される金属コンタクト層11のパターンを示し、幅D1を有する六角形パターンは、絶縁層17の部分に相当し、LEDからの放射光が導光する領域を表す。幅D1は、例えば約100μm程度であり、線幅Wは、約5μm〜約11μm程度である。   The schematic planar pattern structure of the LED applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention is a honeycomb pattern structure having a hexagonal basic structure as shown in FIG. Have. 14, the shape portion indicated by the width W indicates the pattern of the metal contact layer 11 formed of, for example, an AuBe layer or an alloy layer of AuBe and Ni in FIG. 13, and the hexagonal pattern having the width D1 is an insulating material. It corresponds to the portion of the layer 17 and represents a region where the emitted light from the LED is guided. The width D1 is about 100 μm, for example, and the line width W is about 5 μm to about 11 μm.

本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの別の模式的平面パターン構造は、例えば図15に示すように、円形を基本とするドットパターン構造を有する。図15において、幅dで示される形状部分が図13における例えばAuBe層あるいはAuBeとNiとの合金層などで形成される金属コンタクト層11のパターンを示し、幅D2を有するパターンピッチで配置されている。図15において、幅d、パターンピッチD2を有する円形のパターン部分以外の領域が、絶縁層17の部分に相当し、LEDからの放射光が導光する領域を表す。パターンピッチD2は、例えば約100μm程度であり、幅dは、約5μm〜約11μm程度である。   Another schematic planar pattern structure of the LED applied to the semiconductor light emitting element and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention is a dot pattern structure based on a circle as shown in FIG. Have. In FIG. 15, the shape portion indicated by the width d indicates the pattern of the metal contact layer 11 formed of, for example, an AuBe layer or an alloy layer of AuBe and Ni in FIG. 13, and is arranged at a pattern pitch having a width D2. Yes. In FIG. 15, a region other than the circular pattern portion having the width d and the pattern pitch D2 corresponds to the portion of the insulating layer 17 and represents a region where the emitted light from the LED is guided. The pattern pitch D2 is about 100 μm, for example, and the width d is about 5 μm to about 11 μm.

また、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的平面パターン構造は、六角形ハニカムパターン、円形ドットパターンに限定されるものではなく、三角形パターン、矩形パターン、六角形パターン、八角形パターン、円形ドットパターンなどをランダムに配置するランダムパターンを適用することもできる。   In addition, the schematic planar pattern structure of the LED applied to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention is not limited to the hexagonal honeycomb pattern and the circular dot pattern, but a triangle. A random pattern in which a pattern, a rectangular pattern, a hexagonal pattern, an octagonal pattern, a circular dot pattern, etc. are randomly arranged can also be applied.

本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるLEDの模式的平面パターン構造は、導光領域の面積を確保してLEDからの発光輝度を低下させず、かつをLEDの順方向電圧Vfが上昇しない程度の金属配線パターン幅を確保できればよい。   The schematic planar pattern structure of the LED applied to the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention secures the area of the light guide region and does not decrease the light emission luminance from the LED. It is only necessary to secure a metal wiring pattern width that does not increase the forward voltage Vf.

(製造方法)
本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
(Production method)
A method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to the fourth embodiment of the present invention will be described below.

図12乃至図21は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。   12 to 21 show a schematic cross-sectional structure for explaining one process of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention.

(a)まず、図12に示すように、貼付け用のシリコン基板構造、および図13に示すように、貼付け用のLED構造を準備する。 (A) First, as shown in FIG. 12, a silicon substrate structure for pasting and an LED structure for pasting as shown in FIG. 13 are prepared.

まず、シリコン基板21の表面に反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)、もしくはウェットエッチングにより、ピッチL,幅Wを有するストライプ状の溝を形成する。ストライプ溝の幅Wは、例えば約10μm,約30μm,或いは約60μm程度であり、ピッチLは、例えば約100μm,200μm,410μm,1000μm,或いは2000μm程度である。尚、溝部は、ストライプ形状に限定されるものではなく、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状などであってもよい。また、溝部の深さは、ストライプの幅Wと同程度若しくは、浅くてもよい。上記エッチングの代りに、YAGレーザなどを用いて、レーザ光によるカッティング技術、ダイサーによるカッティング技術などを適用して、所定の深さに溝部をしてもよい。   First, stripe-like grooves having a pitch L and a width W are formed on the surface of the silicon substrate 21 by reactive ion etching (RIE) or wet etching. The width W of the stripe groove is, for example, about 10 μm, about 30 μm, or about 60 μm, and the pitch L is, for example, about 100 μm, 200 μm, 410 μm, 1000 μm, or 2000 μm. The groove is not limited to a stripe shape, and may be a lattice shape, a dot shape, a spiral shape, a hexagonal pattern shape, or the like. Further, the depth of the groove may be the same as or shallower than the width W of the stripe. Instead of the etching, a groove portion may be formed to a predetermined depth by applying a cutting technique using a laser beam, a cutting technique using a dicer, or the like using a YAG laser or the like.

シリコン基板構造においては、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板21上にチタン層22およびAuなどからなる金属層20をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。   In the silicon substrate structure, a titanium layer 22 and a metal layer 20 made of Au or the like are sequentially formed on a silicon substrate 21 having a plurality of grooves formed on the surface by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.

LED構造においては、GaAs基板23上のAlInGaP層24、n型GaAs層25、エピタキシャル成長層26は、分子線エピタキシャル成長法(MBE:Molecular Beam Epitaxy)、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などを用いて順次形成する。次に、エピタキシャル成長層26上にリフトオフ法を用いて、パターニングされた絶縁層17に対して、金属コンタクト層11および金属層12を形成する。   In the LED structure, the AlInGaP layer 24, the n-type GaAs layer 25, and the epitaxial growth layer 26 on the GaAs substrate 23 are formed by using molecular beam epitaxy (MBE), MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), or the like. Sequentially formed. Next, the metal contact layer 11 and the metal layer 12 are formed on the patterned insulating layer 17 on the epitaxial growth layer 26 using a lift-off method.

(b)次に、図16に示すように、図12に示す貼付け用のシリコン基板構造、および図13に示す貼付け用のLED構造を貼り付ける。貼り付け工程においては、例えばプレス機を用いて、熱圧着温度として約340℃程度、熱圧着の圧力として約18MPa程度、熱圧着の時間として約10分程度の条件で実施する。 (B) Next, as shown in FIG. 16, the silicon substrate structure for pasting shown in FIG. 12 and the LED structure for pasting shown in FIG. 13 are pasted. In the attaching step, for example, using a press machine, the thermocompression bonding temperature is about 340 ° C., the thermocompression bonding pressure is about 18 MPa, and the thermocompression bonding time is about 10 minutes.

結果として、図16に示すように、溝部の金属層20と金属層12との間には、エアギャップ40が形成される。   As a result, as shown in FIG. 16, an air gap 40 is formed between the metal layer 20 and the metal layer 12 in the groove.

(c)次に、図17に示すように、シリコン基板21の裏面に対して、チタン層27およびAuなどからなる裏面電極層28をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。チタン層27をAu層とシリコン基板21との間に介在させない場合、オーミックコンタクトをとるためにシンタリングを実施するとシリコン基板21とAu層との接合部のAuがAuSiシリサイドとなり反射率が低下する。したがって、チタン層27は、シリコン基板21とAu層との接着用の金属である。AuSiシリサイド化を防ぐためには、バリアメタルとしてタングステン(W)が必要であり、そのときの構造として、基板側から、シリコン基板/Ti/W/Auで金属層を形成する必要がある。 (C) Next, as shown in FIG. 17, a back electrode layer 28 made of a titanium layer 27 and Au or the like is sequentially formed on the back surface of the silicon substrate 21 using a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like. In the case where the titanium layer 27 is not interposed between the Au layer and the silicon substrate 21, if the sintering is performed to obtain an ohmic contact, the Au at the junction between the silicon substrate 21 and the Au layer becomes AuSi silicide, and the reflectance decreases. . Therefore, the titanium layer 27 is a metal for bonding the silicon substrate 21 and the Au layer. In order to prevent AuSi silicidation, tungsten (W) is required as a barrier metal, and as a structure at that time, it is necessary to form a metal layer from a substrate side with a silicon substrate / Ti / W / Au.

(d)次に、図18に示すように、裏面電極層28をレジストなどで保護した後、GaAs基板23をエッチングにより除去する。例えばアンモニア/過酸化水素水からなるエッチング液を用い、エッチング時間は、約65〜85分程度である。ここで、AlInGaP層24がエッチングストッパとして重要な働きをする。 (D) Next, as shown in FIG. 18, after the back electrode layer 28 is protected with a resist or the like, the GaAs substrate 23 is removed by etching. For example, an etching solution composed of ammonia / hydrogen peroxide solution is used, and the etching time is about 65 to 85 minutes. Here, the AlInGaP layer 24 plays an important role as an etching stopper.

(e)次に、図19に示すように、塩酸系のエッチング液を用いて、AlInGaP層24を除去する。エッチング時間は、例えば約1分半程度である。 (E) Next, as shown in FIG. 19, the AlInGaP layer 24 is removed using a hydrochloric acid-based etchant. The etching time is, for example, about 1 minute and a half.

(f)次に、図20に示すように、表面電極層29をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成後、パターニングする。表面電極層29のパターンは金属コンタクト層11のパターンに略一致させている。表面電極層29の材料としては、例えばAu/AuGe−Ni合金/Auからなる積層構造を用いることができる。ここで、n型GaAs層25は表面電極層29の剥がれ防止機能を有する。 (F) Next, as shown in FIG. 20, the surface electrode layer 29 is formed by sputtering, vacuum deposition, or the like, and then patterned. The pattern of the surface electrode layer 29 is substantially matched with the pattern of the metal contact layer 11. As a material of the surface electrode layer 29, for example, a laminated structure made of Au / AuGe-Ni alloy / Au can be used. Here, the n-type GaAs layer 25 has a function of preventing the surface electrode layer 29 from peeling off.

(g)次に、図21に示すように、フロスト処理を実施して、表面電極層29の直下のn型GaAs層25以外のn型GaAs層25の除去を行う。フロスト処理の条件としては、例えば硝酸―硫酸系のエッチング液を約30℃〜50℃,時間約5sec〜15sec程度で行なうことができる。尚、フロスト処理の前処理としては、フッ酸の薄い液を用いてn型GaAs層25をエッチングして、表面に形成されたGaO2膜を除去することができる。エッチング時間としては、例えば約3分程度である。 (G) Next, as shown in FIG. 21, a frost process is performed to remove the n-type GaAs layer 25 other than the n-type GaAs layer 25 directly below the surface electrode layer 29. As conditions for the frost treatment, for example, a nitric acid-sulfuric acid based etching solution can be performed at about 30 ° C. to 50 ° C. for about 5 sec to 15 sec. As a pretreatment for the frost treatment, the n-type GaAs layer 25 can be etched using a thin solution of hydrofluoric acid to remove the GaO 2 film formed on the surface. The etching time is about 3 minutes, for example.

尚、チタン層22およびチタン層27の代りとして、例えばタングステン(W)バリアメタル、白金(Pt)バリアメタルなどを用いることもできる。   In place of the titanium layer 22 and the titanium layer 27, for example, tungsten (W) barrier metal, platinum (Pt) barrier metal, or the like can be used.

以上の説明により、 図21に示すように、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板21を用いた本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子が完成される。   As described above, as shown in FIG. 21, the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention using the silicon substrate 21 having a plurality of grooves formed on the surface is completed.

(第4の実施の形態の変形例)
図22は、本発明の第4の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。また、図23は、本発明の第4の実施の形態の別の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。
(Modification of the fourth embodiment)
FIG. 22 shows a schematic cross-sectional structure for explaining one process of the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the modification of the fourth embodiment of the present invention. FIG. 23 shows a schematic cross-sectional structure for explaining one step of a method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to another modification of the fourth embodiment of the present invention.

本発明の第4の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子は、図22に示すように、図12に示したシリコン基板構造と同様の構造を有するGaAs基板構造と、図13に示したLED構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。   As shown in FIG. 22, the semiconductor light emitting device according to the modification of the fourth embodiment of the present invention has a GaAs substrate structure having the same structure as the silicon substrate structure shown in FIG. LED structures are formed by affixing each other by wafer bonding technology.

すなわち、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子は、図22に示すように、
表面に複数の溝部を形成したGaAs基板15と、GaAs基板15の表面,溝部の側壁および溝部の底面上に配置される金属バッファ層(AuGe−Ni合金層)32と、金属バッファ層32上に配置される金属層(Au層)33とから構成されるGaAs基板構造と、金属層33上に配置される金属層12と、金属層12上に配置され,パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17と、パターニングされた金属コンタクト層11および絶縁層17上に配置され,露出された表面にフロスト処理領域30(露出されたn型GaAs層25をフロスト処理して形成された領域)を有するエピタキシャル成長層26と、エピタキシャル成長層26上に配置され,パターニングされたn型GaAs層25と、n型GaAs層25上に配置され,同様にパターニングされた表面電極層29とから構成されるLED構造を備える。
That is, the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIG.
On the GaAs substrate 15 having a plurality of grooves formed on the surface, a metal buffer layer (AuGe-Ni alloy layer) 32 disposed on the surface of the GaAs substrate 15, the sidewalls of the grooves, and the bottom surfaces of the grooves, and on the metal buffer layer 32 A GaAs substrate structure composed of a metal layer (Au layer) 33 to be disposed; a metal layer 12 disposed on the metal layer 33; and a patterned metal contact layer 11 and insulation disposed on the metal layer 12 The layer 17 is disposed on the patterned metal contact layer 11 and the insulating layer 17, and has a frosted region 30 (region formed by frosting the exposed n-type GaAs layer 25) on the exposed surface. On the epitaxial growth layer 26, the n-type GaAs layer 25 arranged and patterned on the epitaxial growth layer 26, and the n-type GaAs layer 25 It comprises an LED structure which is arranged and is composed of a similarly patterned surface electrode layer 29.

尚、GaAs基板構造において、GaAs基板15の裏面には、金属バッファ層(AuGe−Ni合金層)34と、裏面電極層35が配置される。また、エピタキシャル成長層26とn型GaAs層25の間には、図23に示すように、電流集中を防止するための阻止層31を配置しても良い。この場合の阻止層31の材料としては、GaAsを適用することができ、厚さは、例えば約500nm程度である。   In the GaAs substrate structure, a metal buffer layer (AuGe—Ni alloy layer) 34 and a back electrode layer 35 are disposed on the back surface of the GaAs substrate 15. Further, a blocking layer 31 for preventing current concentration may be disposed between the epitaxial growth layer 26 and the n-type GaAs layer 25 as shown in FIG. As the material of the blocking layer 31 in this case, GaAs can be applied, and the thickness is, for example, about 500 nm.

本発明の第4の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子においても、図22に示すように、GaAs基板15の表面上の金属層(Au層)33と金属層12を用いて、GaAs基板構造と、エピタキシャル成長層からなるLED構造を貼り付けると共に、溝部の金属層33と金属層12との間にはエアギャップ40が存在することにより、GaAs基板15の表面に配置された金属層33と金属層12との密着性を良好に保つことができ、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。エアギャップ40を設けたことにより、金属層33と金属層12の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ40を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層33と金属層12の接触面積に加圧されることになり、金属層33と金属層12の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。   Also in the semiconductor light emitting device according to the modification of the fourth embodiment of the present invention, the metal layer (Au layer) 33 and the metal layer 12 on the surface of the GaAs substrate 15 are used as shown in FIG. A metal layer 33 disposed on the surface of the GaAs substrate 15 is formed by attaching a substrate structure and an LED structure composed of an epitaxially grown layer, and having an air gap 40 between the metal layer 33 and the metal layer 12 in the groove. It is possible to maintain a good adhesion between the metal layer 12 and the metal layer 12 and to form a metal reflective layer having a good reflectivity. By providing the air gap 40, the contact area between the metal layer 33 and the metal layer 12 is reduced as compared with the structure in which the entire surface is in close contact. As a result, by providing the air gap 40, the pressure of the thermocompression bonding is pressurized to the contact area between the metal layer 33 and the metal layer 12 whose contact area is relatively reduced. At the time of thermocompression bonding of the layer 12, the bonding strength is increased.

したがって、GaAs基板構造と、LED構造を貼り付けるに際して、エアギャップ40が存在することにより、GaAs基板の表面に配置された金属層33と金属層12との密着性を良好に保つことができる。   Therefore, when the GaAs substrate structure and the LED structure are attached, the air gap 40 exists, so that the adhesion between the metal layer 33 and the metal layer 12 disposed on the surface of the GaAs substrate can be kept good.

金属反射層は、予め、LED構造側に配置された金属層12によって形成される。LEDからの放射光は、絶縁層17と金属層12との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層11は、金属層12とエピタキシャル成長層26とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層12とエピタキシャル成長層26との界面に介在し、絶縁層17と同程度の厚さを有する。   The metal reflection layer is formed in advance by the metal layer 12 disposed on the LED structure side. Since the mirror surface is formed by the interface between the insulating layer 17 and the metal layer 12, the emitted light from the LED is reflected on the mirror surface. The metal contact layer 11 is a layer for making ohmic contact between the metal layer 12 and the epitaxial growth layer 26, and is interposed at the interface between the metal layer 12 and the epitaxial growth layer 26 and has a thickness similar to that of the insulating layer 17. Have.

図22および図23の構造において、GaAs基板15の裏面に形成される金属バッファ層34は、例えばAuGe−Ni合金層で形成され、厚さは約100nm程度である。また、裏面電極層35は、Au層で形成され、厚さは約500nm程度である。GaAs基板15の表面に形成される金属バッファ層32は、例えばAuGe−Ni合金層で形成され、厚さは約100nm程度である。さらに金属層33は、Au層で形成され、厚さは約1μm程度である。   22 and FIG. 23, the metal buffer layer 34 formed on the back surface of the GaAs substrate 15 is formed of, for example, an AuGe—Ni alloy layer and has a thickness of about 100 nm. The back electrode layer 35 is formed of an Au layer and has a thickness of about 500 nm. The metal buffer layer 32 formed on the surface of the GaAs substrate 15 is formed of, for example, an AuGe-Ni alloy layer and has a thickness of about 100 nm. Furthermore, the metal layer 33 is formed of an Au layer and has a thickness of about 1 μm.

図12乃至図21に示された本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の各工程は、本発明の第4の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の製造方法においても同様であるため説明を省略する。   Each step of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 12 to 21 includes the steps of manufacturing a semiconductor light emitting device according to a modification of the fourth embodiment of the present invention. Since the method is the same, the description thereof is omitted.

本発明の第4の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるLEDの模式的平面パターン構造も、図14或いは図15と同様の構造を適用可能である。   The schematic planar pattern structure of the LED applied to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the modification of the fourth embodiment of the present invention can also be applied to the structure similar to FIG.

本発明の第4の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてGaAs基板構造とLED構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつAuからなる金属層12を用いることで光の反射率の良い金属反射層をLED側の構造に形成することができるので、LEDの高輝度化を図ることができる。   According to the semiconductor light emitting device according to the modification of the fourth embodiment of the present invention, the wafer bonding technique can be used to attach the GaAs substrate structure and the LED structure while maintaining good adhesion, and from Au By using the metal layer 12 to be formed, a metal reflection layer having a good light reflectance can be formed in the structure on the LED side, so that the brightness of the LED can be increased.

また、本発明の第4の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子においても第2の実施の形態の変形例において説明した、絶縁層17と金属層12との間に、AgやAlなどからなる金属バッファ層18(図7参照)を形成することも有効である。AgやAlなどからなる金属バッファ層18を形成することで、Auでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができるからである。   Further, in the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention and the modification thereof, Ag or Al is interposed between the insulating layer 17 and the metal layer 12 described in the modification of the second embodiment. It is also effective to form a metal buffer layer 18 (see FIG. 7) made of, for example. This is because, by forming the metal buffer layer 18 made of Ag, Al, or the like, Au can efficiently reflect light having a short wavelength such as ultraviolet rays having a low reflectance.

本発明の第4の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、金属反射層と半導体層との間に透明な絶縁層17を介在させることにより、エピタキシャル成長層26と金属層12との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができるので、LEDの高輝度化を図ることができる。   According to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention and the modification thereof, the epitaxial growth layer 26 is provided by interposing the transparent insulating layer 17 between the metal reflection layer and the semiconductor layer. And the metal layer 12 can be avoided, light absorption can be prevented, and a metal reflective layer with good reflectivity can be formed, so that the brightness of the LED can be increased.

また、本発明の第4の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、絶縁層17と金属層12,20との間に、AgやAlなどからなる金属バッファ層を形成することで、Auでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができ、LEDの高輝度化を図ることができる。   In addition, according to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention and the modification thereof, the metal buffer made of Ag, Al, or the like between the insulating layer 17 and the metal layers 12 and 20. By forming the layer, Au can efficiently reflect light having a short wavelength such as ultraviolet light having a low reflectance, and the brightness of the LED can be increased.

また、本発明の第4の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、エピタキシャル成長層26と金属層12との接触を避け、エピタキシャル成長層26と金属反射層の界面において光が吸収されないため、LEDの高輝度化を図ることができる。   Further, according to the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention and the modification thereof, the contact between the epitaxial growth layer 26 and the metal layer 12 is avoided, and the interface between the epitaxial growth layer 26 and the metal reflection layer is avoided. Since no light is absorbed in the LED, it is possible to increase the brightness of the LED.

本発明の第4の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、シリコン基板若しくはGaAs基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、シリコン基板若しくはGaAs基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、LEDを高輝度化することができる。   According to the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the fourth embodiment of the present invention and the modification thereof, the reflection layer is made of metal to prevent light from being absorbed into the silicon substrate or the GaAs substrate. The light can be reflected to prevent absorption into the silicon substrate or the GaAs substrate, and light at any angle can be reflected, so that the brightness of the LED can be increased.

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1乃至第4の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present invention has been described according to the first to fourth embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

本発明の第1乃至第4の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法においては、半導体基板として主としてシリコン基板、GaAs基板を例に説明したが、Ge、SiGe、SiC、GaN基板、或いはSiC上のGaNエピタキシャル基板なども充分に利用可能である。   In the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the first to fourth embodiments of the present invention, the silicon substrate and the GaAs substrate are mainly described as examples of the semiconductor substrate. However, the Ge, SiGe, SiC, GaN substrate, or A GaN epitaxial substrate on SiC or the like can be sufficiently used.

本発明の第1乃至第4の実施の形態に係る半導体発光素子として、主としてLEDを例に説明したが、レーザダイオード(LD:Laser Diode)を構成してもよく、その場合には、分布帰還型(DFB:Distributed Feedback)LD、分布ブラッグ反射型(DBR)LD、面発光LDなどを構成しても良い。   As the semiconductor light emitting device according to the first to fourth embodiments of the present invention, description has been made mainly using the LED as an example. However, a laser diode (LD) may be configured, and in that case, distributed feedback is possible. A DFB (Distributed Feedback) LD, a distributed Bragg reflection type (DBR) LD, a surface emitting LD, or the like may be configured.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

本発明の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法は、GaAs基板、Si基板等の不透明基板を有するLED素子,LD素子等の半導体発光素子全般に利用可能である。   The semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the embodiment of the present invention can be used for general semiconductor light emitting devices such as LED devices and LD devices having an opaque substrate such as a GaAs substrate and a Si substrate.

1、5、12、20、33…金属層(Au層)
2、4、18…金属バッファ層
3…p型GaAs層
6…n型GaAs層
7…ウィンドウ層
8…n型クラッド層
9…多重量子井戸(MQW)層
10…p型クラッド層
11…金属コンタクト層(AuBe−Ni合金)
15、23…GaAs基板
17…絶縁層
21…シリコン(Si)基板
22、27…チタン(Ti)層
24…AlInGaP層
25…n型GaAs層
26…エピタキシャル成長層
29…表面電極層
30…フロスト処理領域
31…阻止層
32、34…金属バッファ層(AuGe−Ni合金)
28、35…裏面電極層
40…エアギャップ(空隙)
1, 5, 12, 20, 33 ... metal layer (Au layer)
2, 4, 18 ... metal buffer layer 3 ... p-type GaAs layer 6 ... n-type GaAs layer 7 ... window layer 8 ... n-type cladding layer 9 ... multiple quantum well (MQW) layer 10 ... p-type cladding layer 11 ... metal contact Layer (AuBe-Ni alloy)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15, 23 ... GaAs substrate 17 ... Insulating layer 21 ... Silicon (Si) substrate 22, 27 ... Titanium (Ti) layer 24 ... AlInGaP layer 25 ... N-type GaAs layer 26 ... Epitaxial growth layer 29 ... Surface electrode layer 30 ... Frost processing area | region 31 ... Blocking layers 32, 34 ... Metal buffer layer (AuGe-Ni alloy)
28, 35 ... Back electrode layer 40 ... Air gap (air gap)

Claims (11)

表面に溝部を形成した基板と、
前記基板の前記溝部が形成された表面上に形成された第1金属層と、
前記第1金属層上に形成された第2金属層と、
前記第2金属層上に形成され、発光層を含む半導体層と
を備え
前記溝部の前記第1金属層と前記第2金属層との間にはエアギャップが存在することを特徴とする半導体発光素子。
A substrate having grooves on the surface;
A first metal layer formed on the surface of the substrate where the groove is formed;
A second metal layer formed on the first metal layer;
A semiconductor layer formed on the second metal layer and including a light emitting layer ;
A semiconductor light emitting device, wherein an air gap exists between the first metal layer and the second metal layer of the groove .
前記第1金属層の表面は、前記溝部が形成された前記基板の前記表面の形状を反映した凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the surface of the first metal layer is provided with an uneven portion reflecting the shape of the surface of the substrate on which the groove is formed. 前記第2金属層の前記第1金属層側の表面は平面状であり、
前記第1金属層の前記凸部と前記第2金属層との接触面において接着されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。
The surface of the second metal layer on the first metal layer side is planar.
The semiconductor light emitting element according to claim 2, wherein the semiconductor light emitting element is bonded to a contact surface between the convex portion of the first metal layer and the second metal layer.
前記第1金属層および前記第2金属層は、熱圧着されていることを特徴とする請求項1〜3の内、いずれか1項に記載の半導体発光素子。   4. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the first metal layer and the second metal layer are thermocompression bonded. 5. 前記溝部の幅は、10μm以上約60μm以下であることを特徴とする請求項1〜4の内、いずれか1項に記載の半導体発光素子。5. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the groove has a width of 10 μm or more and about 60 μm or less. 前記溝部の深さは、前記溝部の幅以下であることを特徴とする請求項5に記載の半導体発光素子。The semiconductor light emitting element according to claim 5, wherein a depth of the groove is equal to or less than a width of the groove. 前記溝部は、隣り合う複数の溝部からなり、前記隣り合う溝部の間隔は、100μm〜2000μmであることを特徴とする請求項1〜6の内、いずれか1項に記載の半導体発光素子。The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the groove portion includes a plurality of adjacent groove portions, and an interval between the adjacent groove portions is 100 μm to 2000 μm. 前記溝部のパターン形状は、ストライプ状、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状を含むことを特徴とする請求項1〜7の内、いずれか1項に記載の半導体発光素子。The semiconductor light emitting element according to any one of claims 1 to 7, wherein the pattern shape of the groove portion includes a stripe shape, a lattice shape, a dot shape, a spiral shape, and a hexagonal pattern shape. 前記基板は、不透明な材料からなることを特徴とする請求項1〜8の内、いずれか1項に記載の半導体発光素子。The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the substrate is made of an opaque material. 前記基板は、GaAsまたはSiからなることを特徴とする請求項9に記載の半導体発光素子。The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the substrate is made of GaAs or Si. 前記基板は、Ge、SiGe、SiC、またはGaNを含むことを特徴とする請求項1〜8の内、いずれか1項に記載の半導体発光素子。The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the substrate includes Ge, SiGe, SiC, or GaN.
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