JPWO2011162236A1 - Substrate, substrate manufacturing method, and light emitting device - Google Patents

Substrate, substrate manufacturing method, and light emitting device Download PDF

Info

Publication number
JPWO2011162236A1
JPWO2011162236A1 JP2012521472A JP2012521472A JPWO2011162236A1 JP WO2011162236 A1 JPWO2011162236 A1 JP WO2011162236A1 JP 2012521472 A JP2012521472 A JP 2012521472A JP 2012521472 A JP2012521472 A JP 2012521472A JP WO2011162236 A1 JPWO2011162236 A1 JP WO2011162236A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
polishing
spinel
emitting element
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012521472A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5838965B2 (en
Inventor
中山 茂
茂 中山
裕 辻
裕 辻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2012521472A priority Critical patent/JP5838965B2/en
Publication of JPWO2011162236A1 publication Critical patent/JPWO2011162236A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5838965B2 publication Critical patent/JP5838965B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C04B35/443Magnesium aluminate spinel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/5154Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on phosphides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • C04B35/645Pressure sintering
    • C04B35/6455Hot isostatic pressing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/3222Aluminates other than alumino-silicates, e.g. spinel (MgAl2O4)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6581Total pressure below 1 atmosphere, e.g. vacuum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661Multi-step sintering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/77Density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/79Non-stoichiometric products, e.g. perovskites (ABO3) with an A/B-ratio other than 1
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646Optical properties
    • C04B2235/9653Translucent or transparent ceramics other than alumina
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/34Oxidic
    • C04B2237/343Alumina or aluminates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/36Non-oxidic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0093Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0208Semi-insulating substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

サファイア基板からなる発光素子よりも安価な発光素子を形成することが可能な基板、当該基板の製造方法、および当該基板を用いた発光素子を提供する。本発明の基板(10)は、スピネルからなる、発光素子(30)用の基板(10)である。基板(10)を構成するスピネルの焼結体の組成がMgO・nAl2O3(1.05≦n≦1.30)であり、Si元素の含有量が20ppm以下であることが好ましい。Provided are a substrate capable of forming a light-emitting element that is less expensive than a light-emitting element formed of a sapphire substrate, a method for manufacturing the substrate, and a light-emitting element using the substrate. The board | substrate (10) of this invention is a board | substrate (10) for light emitting elements (30) which consists of spinel. It is preferable that the composition of the sintered body of spinel constituting the substrate (10) is MgO.nAl2O3 (1.05 ≦ n ≦ 1.30) and the content of Si element is 20 ppm or less.

Description

本発明は、基板、基板の製造方法および発光素子に関するものであり、より特定的には、発光素子用の基板およびその製造方法、さらに当該基板を用いた発光素子に関するものである。   The present invention relates to a substrate, a method for manufacturing the substrate, and a light emitting element, and more specifically to a substrate for a light emitting element, a method for manufacturing the same, and a light emitting element using the substrate.

発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などの発光素子は、通常、基板の一方の主表面上に、たとえばエピタキシャル成長により、発光領域を含む半導体層の積層構造が形成された構成を有する。上記基板として、たとえばサファイアからなる基板が用いられる場合がある。   A light emitting element such as a light emitting diode (LED) usually has a configuration in which a stacked structure of semiconductor layers including a light emitting region is formed on one main surface of a substrate by, for example, epitaxial growth. For example, a substrate made of sapphire may be used as the substrate.

サファイア基板を用いた発光素子は、たとえば炭化珪素からなる基板を用いた発光素子に比べて、発する光の輝度やコントラスト、導電率などの特性がいずれも優れている。このためサファイア基板を用いた発光素子が一般に広く知られている。サファイア基板を用いた発光素子は、たとえば特開2005−79171号公報(特許文献1)に開示されている。   A light-emitting element using a sapphire substrate is superior in characteristics such as luminance, contrast, and conductivity of emitted light as compared to a light-emitting element using a substrate made of silicon carbide, for example. For this reason, a light emitting element using a sapphire substrate is generally widely known. A light emitting element using a sapphire substrate is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-79171 (Patent Document 1).

特開2005−79171号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-79171

しかしながらサファイアは工業製品としては高価である。このため、サファイア基板からなる発光素子はコスト高になるという問題を抱えている。発光素子が普及する中で、発光素子がより広い用途に適用可能とするためには、発光素子のコスト低減が不可欠であると考えられる。   However, sapphire is expensive as an industrial product. For this reason, the light emitting element which consists of a sapphire substrate has the problem that cost becomes high. As light emitting elements become widespread, it is considered indispensable to reduce the cost of light emitting elements in order to make the light emitting elements applicable to a wider range of uses.

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものである。その目的は、サファイア基板からなる発光素子よりも安価な発光素子を形成することが可能な基板およびその製造方法を提供することである。また、当該基板を用いた発光素子を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems. The object is to provide a substrate capable of forming a light-emitting element that is less expensive than a light-emitting element made of a sapphire substrate, and a method for manufacturing the same. Another object is to provide a light emitting element using the substrate.

本発明に係る基板は、スピネルからなる、発光素子用の基板である。本発明の発明者は鋭意研究の結果、たとえば上述した発光ダイオードなどの発光素子に用いられる基板として、サファイアの代わりに、光学素子の分野で主に用いられるスピネルを用いることができる可能性があることを見出した。スピネルの強度などの物性値は、サファイアの強度などの物性値に近い。スピネルを用いて形成する発光素子用の基板も、サファイアからなる発光素子用の基板と同様に実用に耐えうるという可能性を見出した。たとえば、スピネル製の発光素子用基板は、サファイア製の発光素子用基板と同等ではないが実用上問題ないレベルの強度(ヤング率)を示す。またスピネルは、発光素子における発光領域が発生する熱を放熱するため実用上問題ないレベルの熱伝導率を有する。   The board | substrate which concerns on this invention is a board | substrate for light emitting elements which consists of a spinel. As a result of diligent research, the inventors of the present invention may be able to use spinel, which is mainly used in the field of optical elements, instead of sapphire, as a substrate used for light-emitting elements such as the above-described light-emitting diodes. I found out. Physical property values such as the strength of spinel are close to physical property values such as the strength of sapphire. It has been found that a substrate for a light-emitting element formed using spinel can withstand practical use as well as a substrate for a light-emitting element made of sapphire. For example, a light-emitting element substrate made of spinel is not equivalent to a light-emitting element substrate made of sapphire, but exhibits a level of strength (Young's modulus) that is practically acceptable. In addition, the spinel has a thermal conductivity level that causes no problem in practice because it dissipates heat generated by the light emitting region in the light emitting element.

しかし従来、発光素子用の基板としてはサファイアなどの単結晶体を用いることが技術常識であり、当業者の間ではそもそも多結晶体のスピネルを基板材料の候補とすること自体、考えられていなかった。発明者は当業者の常識にとらわれることなく研究を進めた結果、スピネルを発光素子用基板として用いうるという知見を得た。サファイアの代わりにスピネルを用いて発光素子用基板を形成すれば、当該基板の生産コストを低減することができる。   Conventionally, however, it is common knowledge to use a single crystal such as sapphire as a substrate for a light-emitting element, and it has not been considered among those skilled in the art that a spinel of a polycrystalline body is a candidate for a substrate material. It was. As a result of conducting research without being bound by the common sense of those skilled in the art, the inventor has found that spinel can be used as a substrate for a light emitting element. If a substrate for a light emitting element is formed using spinel instead of sapphire, the production cost of the substrate can be reduced.

上記のスピネル製の基板は、組成がMgO・nAl (1.05≦n≦1.30)となるスピネル型結晶構造を有する複合酸化物であり、Si元素の含有量が20ppm以下である焼結体であることが好ましい。上記焼結体は、厚さ1mmでの波長350nm以上450nm以下の光線による直線透過率が80%以上であることが好ましい。このようにすれば、多結晶体であるスピネルからなる基板の良好な光透過性が得られる。The spinel substrate is a composite oxide having a spinel crystal structure with a composition of MgO.nAl 2 O 3 (1.05 ≦ n ≦ 1.30), and the content of Si element is 20 ppm or less. A certain sintered body is preferable. The sintered body preferably has a linear transmittance of 80% or more with a light beam having a thickness of 1 mm and a wavelength of 350 nm to 450 nm. In this way, it is possible to obtain a good light transmittance of the substrate made of the spinel that is a polycrystalline body.

上記スピネル製の基板は主表面を有し、当該主表面について、縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定した場合、当該複数の領域のうち、主表面の外周から3mmの範囲に入る領域を除いた部分である複数の評価対象領域について、LTV(Local Thickness Variation)が1.0μm以下となっている評価対象領域の割合を示すPLTV(Percent LTV)が90%以上であることが好ましい。上記のPLTVが少なくとも90%あれば、多結晶体であるスピネル製の基板でも、発光素子を構成する半導体層を当該基板の主表面に接着材料を用いることなく直接接合することが可能となる。したがって、この基板を用いることで、優れた特性の発光素子を得ることができる。   The spinel substrate has a main surface, and when a plurality of square regions of 5 mm in length and 5 mm in width are set for the main surface, the outer surface of the main surface is within a range of 3 mm from the plurality of regions. PLTV (Percent LTV) indicating the ratio of the evaluation target areas where the LTV (Local Thickness Variation) is 1.0 μm or less is 90% or more for a plurality of evaluation target areas excluding the entering area. preferable. If the PLTV is at least 90%, even a spinel substrate that is a polycrystalline body can directly bond a semiconductor layer constituting a light emitting element to the main surface of the substrate without using an adhesive material. Therefore, by using this substrate, a light-emitting element with excellent characteristics can be obtained.

本発明に係る基板の製造方法は、組成が、MgO・nAl (1.05≦n≦1.30)であり、Si元素の含有量が20ppm以下である、スピネルからなる発光素子用の基板の製造方法である。Si元素の含有量が50ppm以下であり、純度が99.5質量%以上であるスピネル粉末から成形体を形成する工程と、成形体を真空中において1500℃以上1800℃以下で焼結することにより、密度95%以上の焼結体を形成する第1の焼結工程と、焼結体を1600℃以上1900℃以下で加圧焼結する第2の焼結工程とを備える。The substrate manufacturing method according to the present invention is for a light-emitting element made of spinel having a composition of MgO.nAl 2 O 3 (1.05 ≦ n ≦ 1.30) and a Si element content of 20 ppm or less. This is a method for manufacturing the substrate. A step of forming a compact from a spinel powder having a Si element content of 50 ppm or less and a purity of 99.5% by mass or more, and sintering the compact at 1500 ° C. or more and 1800 ° C. or less in a vacuum. , A first sintering step for forming a sintered body having a density of 95% or higher, and a second sintering step for pressure-sintering the sintered body at 1600 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower.

上記の方法により、組成がMgO・nAl (1.05≦n≦1.30)であり、Si元素の含有量が20ppmであるスピネルの焼結体としての基板を形成することができる。当該基板は、発光素子用の基板として必要な強度や光透過性を備えるものとなる。このためサファイア基板の代わりに当該基板を用いても、上記のとおり実用上問題ない発光素子を提供することができる。By the above method, a substrate as a spinel sintered body having a composition of MgO.nAl 2 O 3 (1.05 ≦ n ≦ 1.30) and a Si element content of 20 ppm can be formed. . The said board | substrate is equipped with intensity | strength and light transmittance required as a board | substrate for light emitting elements. For this reason, even if it uses the said board | substrate instead of a sapphire board | substrate, it can provide the light emitting element which does not have a problem practically as above-mentioned.

上記第1の焼結工程は、圧力が50Pa以下で行ない、焼結体の中心部から焼結体の外側までの最短の厚さをD(mm)とし、1000℃から最高温度に到達するまでの昇温時間をt分とするとき、
D=a×t1/2
0.1≦a≦3
の関係を有することが好ましい。
The first sintering step is performed at a pressure of 50 Pa or less, and the shortest thickness from the center of the sintered body to the outside of the sintered body is D (mm), and the temperature reaches from 1000 ° C. to the maximum temperature. When the heating time of t is t minutes,
D = a × t 1/2
0.1 ≦ a ≦ 3
It is preferable to have the following relationship.

上記の条件にて第1の焼結工程の昇温をすれば、当該焼結工程の終了後に、Si元素の含有量を20ppm以下に低減することができ、その結果、高い光透過率のスピネル焼結体を得ることができる。したがってスピネル製の、発光素子に用いる基板において、高い光透過率を得ることができる。   If the temperature of the first sintering step is raised under the above conditions, the content of Si element can be reduced to 20 ppm or less after the sintering step is finished, and as a result, a high light transmittance spinel. A sintered body can be obtained. Therefore, a high light transmittance can be obtained in a spinel substrate used for a light-emitting element.

上記基板の製造方法は、第2の焼結工程の後に、焼結体をスライスする工程と、スライスする工程により得られた基板の表面を、化学機械研磨法を用いて研磨する工程とをさらに備えていてもよい。研磨する工程では、定盤上に配置された研磨パッドと、当該研磨パッドと対向するように配置された研磨ヘッドとの間に基板が挟まれた状態で基板が研磨されてもよい。さらに、研磨ヘッドと基板との間には研磨ヘッドより硬度の低い軟質層が配置されていることが好ましい。この場合、基板の平坦性を向上させることができる。その結果、主表面に半導体層を接合することが可能な基板を得ることができる。   The method for manufacturing the substrate further includes a step of slicing the sintered body and a step of polishing the surface of the substrate obtained by the slicing step using a chemical mechanical polishing method after the second sintering step. You may have. In the polishing step, the substrate may be polished in a state where the substrate is sandwiched between the polishing pad disposed on the surface plate and the polishing head disposed to face the polishing pad. Furthermore, it is preferable that a soft layer having a lower hardness than the polishing head is disposed between the polishing head and the substrate. In this case, the flatness of the substrate can be improved. As a result, a substrate capable of bonding a semiconductor layer to the main surface can be obtained.

本発明に係る発光素子は、上記のスピネル製の基板と、当該基板の一方の主表面上に配置され、発光層を含む半導体層とを備える。上記のように、スピネル製の基板を用いれば、サファイア製の基板を用いた発光素子と同等の機能を有する発光素子を、より安価に提供することができる。また、上記基板と半導体層とは接合されていてもよい。接合方法としては、透過性の接着材料を用いて基板と半導体層とを接合してもよいし、表面活性化法などを用いて基板と半導体層とを直接接合してもよい。このようにすれば、良好な結晶性を備える半導体層を基板に接合することで、優れた特性の発光素子を得ることができる。   A light-emitting element according to the present invention includes the above-described spinel substrate and a semiconductor layer that is disposed on one main surface of the substrate and includes a light-emitting layer. As described above, when a spinel substrate is used, a light-emitting element having a function equivalent to that of a light-emitting element using a sapphire substrate can be provided at a lower cost. The substrate and the semiconductor layer may be bonded. As a bonding method, the substrate and the semiconductor layer may be bonded using a transparent adhesive material, or the substrate and the semiconductor layer may be bonded directly using a surface activation method or the like. In this manner, a light-emitting element having excellent characteristics can be obtained by bonding a semiconductor layer having favorable crystallinity to a substrate.

本発明によれば、サファイア製の基板を用いた発光素子と同等の機能を有する発光素子を、より安価に提供することができる。また基板の透過特性を確保することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light emitting element which has a function equivalent to the light emitting element using the board | substrates made from sapphire can be provided more cheaply. Further, the transmission characteristics of the substrate can be ensured.

本実施の形態に係る基板の態様を示す概観図である。It is a general-view figure which shows the aspect of the board | substrate which concerns on this Embodiment. 図1の基板を用いたLEDの態様を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the aspect of LED using the board | substrate of FIG. 本実施の形態に係る基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the board | substrate which concerns on this Embodiment. 図3中の工程(S30)に含まれる工程を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process included in the process (S30) in FIG. 本発明による基板の実施の形態2の製造方法における加工工程を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process process in the manufacturing method of Embodiment 2 of the board | substrate by this invention. 図5に示したCMP工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the CMP process shown in FIG. 本発明による発光素子の実施の形態3を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows Embodiment 3 of the light emitting element by this invention. 図7に示した発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。8 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the light emitting device shown in FIG. 図8に示した貼り合わせ工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the bonding process shown in FIG. 図8に示した貼り合わせ工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the bonding process shown in FIG. 本発明による発光素子の実施の形態4を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows Embodiment 4 of the light emitting element by this invention. 図8に示した貼り合わせ工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the bonding process shown in FIG. 図8に示した貼り合わせ工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the bonding process shown in FIG. 試料No.1の基板の主表面における凹凸の状態を3次元で示した模式図である。Sample No. It is the schematic diagram which showed the state of the unevenness | corrugation in the main surface of 1 board | substrate in three dimensions. 試料No.1の基板の主表面におけるPLTVを説明するための模式図である。Sample No. It is a schematic diagram for demonstrating PLTV in the main surface of 1 board | substrate. 試料No.1の基板を用いた接合基板の外観を示す写真である。Sample No. It is a photograph which shows the external appearance of the joining board | substrate using 1 board | substrate. 試料No.2の基板の主表面における凹凸の状態を3次元で示した模式図である。Sample No. It is the schematic diagram which showed the uneven | corrugated state in the main surface of 2 board | substrates in three dimensions. 試料No.2の基板の主表面におけるPLTVを説明するための模式図である。Sample No. It is a schematic diagram for demonstrating PLTV in the main surface of 2 board | substrates. 試料No.2の基板を用いた接合基板の外観を示す写真である。Sample No. It is a photograph which shows the external appearance of the joining board | substrate using 2 board | substrates. 試料No.3の基板の主表面における凹凸の状態を3次元で示した模式図である。Sample No. It is the schematic diagram which showed the uneven | corrugated state in the main surface of 3 board | substrates in three dimensions. 試料No.3の基板の主表面におけるPLTVを説明するための模式図である。Sample No. It is a schematic diagram for demonstrating PLTV in the main surface of 3 board | substrates. 試料No.3の基板を用いた接合基板の外観を示す写真である。Sample No. 3 is a photograph showing an appearance of a bonded substrate using the substrate 3. 試料No.4の基板の主表面における凹凸の状態を3次元で示した模式図である。Sample No. It is the schematic diagram which showed the uneven | corrugated state in the main surface of the board | substrate of 4 in three dimensions. 試料No.4の基板の主表面におけるPLTVを説明するための模式図である。Sample No. It is a schematic diagram for demonstrating PLTV in the main surface of 4 board | substrates. 試料No.4の基板を用いた接合基板の外観を示す写真である。Sample No. 4 is a photograph showing an appearance of a bonded substrate using the substrate No. 4;

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態1)
図1に示すように、本実施の形態の基板10は、たとえば主表面10aが直径4インチであり、スピネルからなるウェハである。基板10を構成するスピネルの組成としてはたとえばMgO・nAlが挙げられる。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the substrate 10 of the present embodiment is a wafer made of spinel, for example, having a main surface 10a having a diameter of 4 inches. An example of the composition of the spinel constituting the substrate 10 is MgO.nAl 2 O 3 .

基板10は、たとえば図2に示す構成を有するLEDなどの発光素子30に用いられる。図2の発光素子30は、たとえば基板10の主表面10a上にバッファ層1、n型GaN(窒化ガリウム)層2、n型AlGaN(アルミ窒化ガリウム)層3、多重量子井戸4、p型AlGaN層5、p型GaN層6からなる半導体層がこの順に積層された構成である。   The substrate 10 is used for a light emitting element 30 such as an LED having the configuration shown in FIG. 2 includes, for example, a buffer layer 1, an n-type GaN (gallium nitride) layer 2, an n-type AlGaN (aluminum gallium nitride) layer 3, a multiple quantum well 4, and a p-type AlGaN on a main surface 10a of a substrate 10. In this configuration, the semiconductor layer including the layer 5 and the p-type GaN layer 6 is stacked in this order.

バッファ層1は、基板10を構成するスピネルの格子定数と、n型GaN層2などの化合物半導体薄膜を構成する化合物半導体格子定数との差における両者の格子不整合を抑制するために配置される薄膜であり、たとえばInGaN(窒化インジウム・ガリウム化合物)から構成されることが好ましい。   The buffer layer 1 is arranged to suppress the lattice mismatch between the lattice constant of the spinel constituting the substrate 10 and the compound semiconductor lattice constant constituting the compound semiconductor thin film such as the n-type GaN layer 2. The thin film is preferably composed of, for example, InGaN (indium nitride / gallium compound).

多重量子井戸4は当該LEDの発光領域(発光層)であり、たとえばIn0.2Ga0.8Nの極薄膜層とAl0.2Ga0.8Nの極薄膜層とが交互に複数積層された構成であることが好ましい。The multiple quantum well 4 is a light emitting region (light emitting layer) of the LED. For example, a plurality of ultrathin layers of In 0.2 Ga 0.8 N and ultra thin films of Al 0.2 Ga 0.8 N are alternately arranged. A laminated structure is preferred.

バッファ層1および、n型GaN層2、n型AlGaN層3、多重量子井戸4、p型AlGaN層5、p型GaN層6からなる半導体層はこの順に、たとえばエピタキシャル成長により形成されることが好ましい。   The buffer layer 1 and the semiconductor layer composed of the n-type GaN layer 2, the n-type AlGaN layer 3, the multiple quantum well 4, the p-type AlGaN layer 5, and the p-type GaN layer 6 are preferably formed in this order, for example, by epitaxial growth. .

そして上記の半導体層の積層構造が全て形成された後、その一部、具体的にはn型GaN層2の一部、およびn型AlGaN層3、多重量子井戸4、p型AlGaN層5、p型GaN層6をエッチングにより除去する。このようにしてn型GaN層2の主表面の一部、およびp型GaN層6の主表面が露出した状態となるようにする。   And after all the laminated structures of the semiconductor layers are formed, a part thereof, specifically, a part of the n-type GaN layer 2, and an n-type AlGaN layer 3, a multiple quantum well 4, a p-type AlGaN layer 5, The p-type GaN layer 6 is removed by etching. In this way, a part of the main surface of the n-type GaN layer 2 and the main surface of the p-type GaN layer 6 are exposed.

その後、部分的に露出された上記n型GaN層2およびp型GaN層6の主表面上に、それぞれとオーミック接触をなす金属材料を用いてn型電極7およびp型電極8が形成される。   Thereafter, the n-type electrode 7 and the p-type electrode 8 are formed on the partially exposed main surfaces of the n-type GaN layer 2 and the p-type GaN layer 6 using a metal material that makes ohmic contact with the main surfaces. .

以上の手順により、図2に示す発光素子30が形成される。当該発光素子30はn型電極7とp型電極8との間を導通することにより、発光層である多重量子井戸4において正孔と電子との再結合が起こり、発光現象が生じる。   The light emitting element 30 shown in FIG. 2 is formed by the above procedure. When the light emitting element 30 conducts between the n-type electrode 7 and the p-type electrode 8, recombination of holes and electrons occurs in the multiple quantum well 4, which is a light emitting layer, and a light emission phenomenon occurs.

当該光は、基板10の裏側(図2における基板10の下側の主表面)から放出(透過)することができる。これは基板10を構成するスピネルは、上記発光素子30が発する光を透過することが可能であるためである。   The light can be emitted (transmitted) from the back side of the substrate 10 (the main surface below the substrate 10 in FIG. 2). This is because the spinel constituting the substrate 10 can transmit the light emitted from the light emitting element 30.

基板10に光が透過することにより、基板10を含む発光素子30は発熱する。このため基板10やその他の半導体層には相当の応力が加わる。すなわち発光素子30が作動すると基板10は発熱し、その熱が基板10にも伝播する。つまりこの際、基板10には熱応力が発生する。このため基板10は、相応の強度を有することが好ましい。   When light passes through the substrate 10, the light emitting element 30 including the substrate 10 generates heat. For this reason, considerable stress is applied to the substrate 10 and other semiconductor layers. That is, when the light emitting element 30 operates, the substrate 10 generates heat, and the heat is transmitted to the substrate 10. That is, at this time, thermal stress is generated in the substrate 10. For this reason, the substrate 10 preferably has a corresponding strength.

構造体は一般に、ヤング率が高いと強度が高くなり、ヤング率が低いと強度が低くなる。したがって基板10は、上述した条件での使用に耐えうる強度を備えるために、ヤング率が150GPa以上350GPa以下であることが好ましい。基板10のヤング率が150GPa以上であれば、上記条件での使用に耐えうる強度を有するものとなる。また構造体は一般に、ヤング率が高いと硬度が高くなり、ヤング率が低いと硬度が低くなる。このためたとえば基板10のヤング率が350GPaを超えると、基板10の硬度が過剰に高くなるためにチッピングを起こす可能性が高くなる。また、基板10の硬度が過剰に高くなるために加工が困難となる。このため適切な強度を有し、かつチッピングなどの不具合を抑制する観点から基板10のヤング率は上記範囲内であることが好ましく、そのなかでも180GPa以上300GPa以下であることが最も好ましい範囲であるといえる。   In general, a structure has high strength when the Young's modulus is high, and low strength when the Young's modulus is low. Therefore, the substrate 10 preferably has a Young's modulus of 150 GPa or more and 350 GPa or less in order to have strength that can withstand use under the above-described conditions. When the Young's modulus of the substrate 10 is 150 GPa or more, the substrate 10 has a strength that can withstand use under the above conditions. In general, the structure has a high hardness when the Young's modulus is high, and the hardness is low when the Young's modulus is low. For this reason, for example, when the Young's modulus of the substrate 10 exceeds 350 GPa, the hardness of the substrate 10 becomes excessively high, so that the possibility of causing chipping increases. Further, since the hardness of the substrate 10 becomes excessively high, processing becomes difficult. Therefore, the Young's modulus of the substrate 10 is preferably within the above range from the viewpoint of having appropriate strength and suppressing problems such as chipping, and the most preferable range is 180 GPa or more and 300 GPa or less. It can be said.

上記発光素子30の基板10の強度は、サファイアからなるLED用の基板と同等ではないが、発光素子30用の基板としてサファイアの代わりに用いても実用上問題ないレベルの強度である。したがって発光素子30用として、サファイア製の基板の代わりにスピネル製の基板10を用いても、サファイア製の基板からなるLED用の基板と同等の機能を確保することができる。したがってスピネル製の基板10を用いることにより、サファイア製の基板を用いた場合よりも安価に、LEDなどの発光素子30を形成することができる。   Although the intensity | strength of the board | substrate 10 of the said light emitting element 30 is not equivalent to the board | substrate for LED which consists of sapphire, even if it uses instead of sapphire as a board | substrate for the light emitting element 30, it is a intensity | strength of a level which is practically satisfactory. Therefore, even if the spinel substrate 10 is used for the light emitting element 30 instead of the sapphire substrate, a function equivalent to that of the LED substrate made of the sapphire substrate can be secured. Therefore, by using the spinel substrate 10, the light emitting element 30 such as an LED can be formed at a lower cost than when a sapphire substrate is used.

次に、基板10を構成するスピネルの焼結体については、その組成が、MgO・nAl (1.05≦n≦1.30)であり、Si元素の含有量が20ppm以下である。このスピネル焼結体は、厚さ1mmでの波長350nm以上450nm以下の可視光線による直線透過率が、好ましくは80%以上であり、より好ましくは82%以上であり、特に好ましくは84%以上であり、直線透過率が十分に高い。また、安定して高い光透過率が得られ、バラツキが小さい。さらに、厚みのある素材でも、可視光線に対して安定した高い透過率が得られる。Next, the spinel sintered body constituting the substrate 10 has a composition of MgO.nAl 2 O 3 (1.05 ≦ n ≦ 1.30) and a Si element content of 20 ppm or less. . This spinel sintered body has a linear transmittance of visible light having a wavelength of 350 nm or more and 450 nm or less at a thickness of 1 mm, preferably 80% or more, more preferably 82% or more, and particularly preferably 84% or more. Yes, the linear transmittance is sufficiently high. In addition, high light transmittance can be stably obtained, and variation is small. Further, even with a thick material, a stable and high transmittance for visible light can be obtained.

スピネル焼結体は、組成がMgO・nAl (1.05≦n≦1.30)となるスピネル型結晶構造を有する複合酸化物であり、MgOとAlを成分として含む。スピネル焼結体は、結晶型が立方晶であるため、結晶粒界での光の散乱が起こりにくく、高密度に焼結すると、良好な光透過性が得られる。1.05≦n≦1.30とすることにより、MgOの成分量を少なくして、微視的な結晶格子のバラツキと歪みを小さくし、透光性を改善することができる。かかる観点から、1.06≦n≦1.125が好ましい。The spinel sintered body is a composite oxide having a spinel crystal structure with a composition of MgO.nAl 2 O 3 (1.05 ≦ n ≦ 1.30), and includes MgO and Al 2 O 3 as components. Since the spinel sintered body has a cubic crystal form, light scattering at the crystal grain boundary hardly occurs, and good light transmission is obtained when sintered at high density. By setting 1.05 ≦ n ≦ 1.30, it is possible to reduce the component amount of MgO, to reduce the variation and distortion of the microscopic crystal lattice, and to improve translucency. From this viewpoint, 1.06 ≦ n ≦ 1.125 is preferable.

一般に、スピネル焼結体の光透過性を低下させる要因として、金属不純物の混入があり、金属不純物としては、Si、Ti、Na、K、Ca、Fe、Cなどが挙げられる。これらの金属不純物は、原料粉末に由来して焼結体中に混入する。これらの金属不純物のうち、Si元素の含有量を20ppm以下とすることにより、高い光透過性を安定して得ることができるようになる。かかる観点から、Si元素の含有量は、10ppm以下がより好ましく、5ppm以下が特に好ましい。Si元素の含有量をこのように制御することにより、厚さ10mm以上のスピネル焼結体においても、均一な光透過性を得ることができる。Si元素は、焼結時にスピネル粉末と反応して液相を生成する。この液相は、スピネル粉末の焼結性を早める効果があるが、この液相が粒界に残存すると、異相となり、光透過率を低下させる。   In general, as a factor for reducing the light transmittance of the spinel sintered body, metal impurities are mixed. Examples of the metal impurities include Si, Ti, Na, K, Ca, Fe, and C. These metal impurities are derived from the raw material powder and mixed in the sintered body. Among these metal impurities, when the content of the Si element is 20 ppm or less, high light transmittance can be stably obtained. From this viewpoint, the content of Si element is more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 5 ppm or less. By controlling the content of the Si element in this way, uniform light transmission can be obtained even in a spinel sintered body having a thickness of 10 mm or more. The Si element reacts with the spinel powder during sintering to generate a liquid phase. This liquid phase has the effect of accelerating the sinterability of the spinel powder, but if this liquid phase remains at the grain boundary, it becomes a different phase and reduces the light transmittance.

Si元素以外の金属不純物、たとえば、Na、K、CaまたはFeなどを含め、不純物の混入により、スピネル焼結体の光透過性、そのバラツキおよび製造上の安定性が悪影響を受ける。このため、スピネル粉末におけるMgO・nAlの純度は、99.5質量%以上とし、99.9質量%以上が好ましく、99.99質量%以上がより好ましい。Due to the inclusion of impurities including metal impurities other than Si element, such as Na, K, Ca or Fe, the light transmittance, variation and manufacturing stability of the spinel sintered body are adversely affected. For this reason, the purity of MgO.nAl 2 O 3 in the spinel powder is 99.5% by mass or more, preferably 99.9% by mass or more, and more preferably 99.99% by mass or more.

次に本発明の基板10の製造方法について説明する。
図3を参照して、本発明のスピネル焼結体である基板10の製造方法は、高純度スピネル粉末準備工程(S10)と成形工程(S20)と、焼結工程(S30)と加工工程(S40)とを備える。
Next, the manufacturing method of the board | substrate 10 of this invention is demonstrated.
With reference to FIG. 3, the manufacturing method of the board | substrate 10 which is a spinel sintered compact of this invention is a high purity spinel powder preparation process (S10), a formation process (S20), a sintering process (S30), and a process process ( S40).

高純度スピネル粉末工程(S10)においては、たとえばSi元素の含有量が50ppm以下、平均粒径が0.1μm以上0.3μm以下、純度が99.5質量%以上であり、組成がMgO・nAl(1.05≦n≦1.30)であるスピネル粉末を準備する。In the high purity spinel powder process (S10), for example, the Si element content is 50 ppm or less, the average particle size is 0.1 μm or more and 0.3 μm or less, the purity is 99.5 mass% or more, and the composition is MgO · nAl. A spinel powder that is 2 O 3 (1.05 ≦ n ≦ 1.30) is prepared.

なお、ここで粉末粒子の粒径とは、レーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法を用いて測定した場合における、小粒径側から大粒径側に向けて当該粉末の体積を積算した累積体積が50%となる箇所における粉末断面の直径の値を意味する。上述した粒子径分布測定方法とは具体的には、粉末粒子に照射したレーザ光の散乱光の散乱強度分布を解析することにより、粉末粒子の直径を測定する方法である。準備したスピネル粉末中に含まれる複数の粉末粒子の粒径の平均値が、上述した平均粒径である。   Here, the particle size of the powder particles is obtained by integrating the volume of the powder from the small particle size side toward the large particle size side when measured using a particle size distribution measurement method by a laser diffraction / scattering method. It means the value of the diameter of the powder cross section at the location where the cumulative volume is 50%. Specifically, the particle size distribution measuring method described above is a method of measuring the diameter of the powder particles by analyzing the scattering intensity distribution of the scattered light of the laser light irradiated onto the powder particles. The average value of the particle diameters of the plurality of powder particles contained in the prepared spinel powder is the average particle diameter described above.

成形工程(S20)においては、工程(S10)にて準備したスピネル粉末から成形体を形成する。これは具体的には、プレス成形またはCIP(Cold Isostatic Pressing;冷間等方圧加工法)により成形する。より具体的には、たとえば工程(S10)で準備したMgO・nAlの粉末を、まずプレス成形により予備成形した後、CIPを行ない、成形体を得ることが好ましい。ただしここではプレス成形とCIPとのいずれか一方のみを行なってもよいし、たとえばプレス成形を行なった後にCIPを行なうなど、両方を行なってもよい。In the molding step (S20), a molded body is formed from the spinel powder prepared in step (S10). Specifically, this is formed by press molding or CIP (Cold Isostatic Pressing). More specifically, for example, it is preferable that the powder of MgO · nAl 2 O 3 prepared in step (S10) is first preformed by press molding and then CIP is performed to obtain a compact. However, only one of press molding and CIP may be performed here, or both CIP may be performed after press molding, for example.

ここでプレス成形においてはたとえば10MPa以上300MPa以下、特に20MPaの圧力を用いることが好ましく、CIPにおいてはたとえば160MPa以上250MPa以下、特に180MPa以上230MPa以下の圧力を用いることが好ましい。   Here, in press molding, for example, a pressure of 10 MPa to 300 MPa, particularly 20 MPa is preferably used, and in CIP, for example, a pressure of 160 MPa to 250 MPa, particularly 180 MPa to 230 MPa is preferably used.

次に図3に示す焼結工程(S30)を実施する。焼結工程(S30)は具体的には、図4を参照して第1の焼結工程(S31)と第2の焼結工程(S32)との2段階の工程を有することが好ましい。   Next, the sintering step (S30) shown in FIG. 3 is performed. Specifically, it is preferable that the sintering step (S30) has two steps of a first sintering step (S31) and a second sintering step (S32) with reference to FIG.

第1の焼結工程(S31)においては、真空中において1500℃以上1800℃以下で成形体を焼結し、密度95%以上の焼結体を形成する。真空雰囲気で焼結することにより、不純物であるSi元素から生成した液相を真空中で蒸発させ、除去することが可能となる。かかる観点から、真空度は、50Pa以下が好ましく、20Pa以下がより好ましい。   In the first sintering step (S31), the compact is sintered at 1500 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower in vacuum to form a sintered body having a density of 95% or higher. By sintering in a vacuum atmosphere, the liquid phase generated from the Si element as an impurity can be evaporated and removed in vacuum. From this viewpoint, the degree of vacuum is preferably 50 Pa or less, and more preferably 20 Pa or less.

第1の焼結工程の条件は、Si元素の量や焼結体の厚さにより異なるが、焼結体の中心部から焼結体の外側までの最短の厚さをD(mm)とし、1000℃から最高温度に到達するまでの昇温時間をt分とするとき、
D=a×t1/2
0.1≦a≦3
の関係を有することが好ましい。
The conditions of the first sintering step vary depending on the amount of Si element and the thickness of the sintered body, but the shortest thickness from the center of the sintered body to the outside of the sintered body is D (mm), When the temperature rise time from 1000 ° C. to the maximum temperature is t minutes,
D = a × t 1/2
0.1 ≦ a ≦ 3
It is preferable to have the following relationship.

このような範囲内で昇温することにより、スピネル粉末におけるSi元素の含有量が50ppm以下であるときは、第1の焼結工程の終了後に、Si元素の含有量を20ppm以下に低減することが可能であり、高い光透過率のスピネル焼結体が得られる。焼結体中のSi元素含有量を一層低減し、スピネル焼結体の光透過率を高める点で、スピネル粉末中のSi元素含有量は、30ppm以下が好ましい。スピネル粉末中のSi元素の含有量が50ppm以上の場合には、第1の焼結工程における真空雰囲気中での昇温時間をさらに長くすることにより、焼結体中のSi元素含有量を低減することは可能である。   When the Si element content in the spinel powder is 50 ppm or less by raising the temperature within such a range, the Si element content is reduced to 20 ppm or less after the end of the first sintering step. Therefore, a spinel sintered body having a high light transmittance can be obtained. In view of further reducing the Si element content in the sintered body and increasing the light transmittance of the spinel sintered body, the Si element content in the spinel powder is preferably 30 ppm or less. When the Si element content in the spinel powder is 50 ppm or more, the Si element content in the sintered body is reduced by further increasing the temperature raising time in the vacuum atmosphere in the first sintering step. It is possible to do.

また、第1の焼結工程における温度は、密度95%以上の高密度焼結体を得る点で、1500℃以上が好ましい。焼結体の密度は、焼結体の光透過率を高める点で、95%以上がより好ましい。本明細書において、密度は、アルキメデス法により計算される相対密度を指す。一方、焼結温度は、真空中でのMgOの蒸発を抑え、冷却時にAlが第2相として析出するのを防止し、光透過性を高く維持する点で、1800℃以下が好ましく、1700℃以下がより好ましく、1650℃以下がさらに好ましい。Further, the temperature in the first sintering step is preferably 1500 ° C. or higher in terms of obtaining a high-density sintered body having a density of 95% or higher. The density of the sintered body is more preferably 95% or more in terms of increasing the light transmittance of the sintered body. In the present specification, the density refers to a relative density calculated by the Archimedes method. On the other hand, the sintering temperature is preferably 1800 ° C. or lower in terms of suppressing evaporation of MgO in vacuum, preventing precipitation of Al 2 O 3 as the second phase during cooling, and maintaining high light transmittance. 1700 degrees C or less is more preferable, and 1650 degrees C or less is further more preferable.

第1の焼結工程の終了後、第2の焼結工程(S32)において、HIP(Hot Isostatic Pressing;熱間等方加圧)などにより焼結体を1600℃以上1900℃以下で加圧焼結する。温度1600℃以上1900℃以下、圧力100MPa程度でHIPすると、組成変形と拡散機構により空孔の除去が促進されるため、さらに高密度化することができ、光透過率が一層向上する。HIPに用いるガスは、Arガス、Nガスなどの不活性ガス、Oガスまたはこれらの混合ガスが好ましく、Oガスを混合すれば、脱酸素による透光性の低下を防止することができる。After completion of the first sintering step, the sintered body is subjected to pressure firing at 1600 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower by HIP (Hot Isostatic Pressing) or the like in the second sintering step (S32). Conclude. When HIP is performed at a temperature of 1600 ° C. or more and 1900 ° C. or less and a pressure of about 100 MPa, removal of vacancies is promoted by composition deformation and a diffusion mechanism, so that the density can be further increased and the light transmittance is further improved. The gas used for the HIP is preferably an inert gas such as Ar gas or N 2 gas, O 2 gas, or a mixed gas thereof. If O 2 gas is mixed, a decrease in translucency due to deoxygenation can be prevented. it can.

以上により焼結がなされた焼結体に対して、図3に示すように加工工程(S40)を行なう。これは具体的には、まず上記焼結体を所望の(基板10の)厚みとなるようにMWS(Multi Wire Saw)等により切断(切削加工)する(焼結体をスライスする工程)。これにより、所望の厚みを有する基板10の下地が完成する。なおここで所望の厚みとは、最終的に形成したい基板10の厚みと、後工程における基板10の主表面10aの研磨しろ等を考慮した上で決定することが好ましい。   As shown in FIG. 3, a processing step (S40) is performed on the sintered body sintered as described above. Specifically, first, the sintered body is cut (cut) by MWS (Multi Wire Saw) or the like so as to have a desired thickness (of the substrate 10) (step of slicing the sintered body). Thereby, the foundation | substrate of the board | substrate 10 which has desired thickness is completed. Here, the desired thickness is preferably determined in consideration of the thickness of the substrate 10 to be finally formed, the polishing margin of the main surface 10a of the substrate 10 in a later step, and the like.

次に、上記基板10の下地の主表面を研磨する。具体的には、上述したように最終的に形成される基板10の主表面10aを、平均粗さRaが所望の値となるように研磨する工程である。特に上述したように、発光素子用の基板としての基板10は、主表面10aを上述した所望のRaとなるように研磨することが好ましい。   Next, the underlying main surface of the substrate 10 is polished. Specifically, this is a step of polishing the main surface 10a of the substrate 10 finally formed as described above so that the average roughness Ra becomes a desired value. In particular, as described above, the substrate 10 as the substrate for the light emitting element is preferably polished so that the main surface 10a has the desired Ra described above.

基板10の主表面10aを、優れた平坦度を達成するために研磨する場合は、粗研磨と通常研磨と、ダイヤ砥粒を用いた研磨との3段階の研磨を順に行なうことが好ましい。具体的には、第1段階である粗研磨および第2段階である通常研磨において、研磨機を用いて主表面10aを鏡面加工する。ここで粗研磨と通常研磨とでは、研磨に用いる砥粒の番手が異なる。具体的には、粗研磨においては砥粒の番手が#800〜#2000であるGC砥石を、通常研磨においては砥粒の粒径が3〜5μmであるダイヤモンド砥石を用いることが好ましい。   When the main surface 10a of the substrate 10 is polished to achieve excellent flatness, it is preferable to sequentially perform three stages of polishing, rough polishing, normal polishing, and polishing using diamond abrasive grains. Specifically, in the rough polishing that is the first stage and the normal polishing that is the second stage, the main surface 10a is mirror-finished using a polishing machine. Here, the count of abrasive grains used for polishing differs between rough polishing and normal polishing. Specifically, it is preferable to use a GC grindstone whose abrasive grain number is # 800 to # 2000 for rough polishing, and a diamond grindstone whose grain size is 3 to 5 μm for normal polishing.

次に第3段階である仕上げ加工としての研磨は、上述したようにダイヤ砥粒を用いて行なうことが好ましい。ダイヤ砥粒は硬度が非常に高く、かつ砥粒の平均粒径が0.5μm〜1.0μm程度と非常に小さいことから、高精度な鏡面加工用の砥粒として用いることに適している。当該砥粒を用いてたとえば10分間研磨加工を行なう。このようにすれば、上述した主表面10aの平均粗さRaが0.01nm以上3.0nm以下である平坦性の高い主表面10aを実現することができる。   Next, the polishing as the finishing process, which is the third stage, is preferably performed using diamond abrasive grains as described above. Diamond abrasive grains are very high in hardness, and the average grain diameter of the abrasive grains is as small as about 0.5 μm to 1.0 μm, so that they are suitable for use as abrasive grains for high-precision mirror finishing. For example, polishing is performed for 10 minutes using the abrasive grains. In this way, it is possible to realize the main surface 10a having high flatness in which the average roughness Ra of the main surface 10a described above is 0.01 nm or more and 3.0 nm or less.

(実施の形態2)
図5を参照して、本発明による基板10の実施の形態2の製造方法を説明する。当該基板10の製造方法は、基本的には図3に示した高純度スピネル粉末準備工程(S10)〜加工工程(S40)と同様であるが、加工工程(S40)における研磨工程の内容が一部異なっている。具体的には、焼結体を切断して得られる基板10の下地について、図5に示すような研磨加工工程を実施する。ここでは、4段階の研磨を行なう。具体的には、粗研磨工程(s41)、中仕上げ研磨工程(S42)、仕上げ研磨工程(S43)、およびCMP工程(S44)を順に行なうことが好ましい。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 5, the manufacturing method of Embodiment 2 of the board | substrate 10 by this invention is demonstrated. The manufacturing method of the substrate 10 is basically the same as the high-purity spinel powder preparation step (S10) to the processing step (S40) shown in FIG. 3, but the content of the polishing step in the processing step (S40) is one. The department is different. Specifically, a polishing process as shown in FIG. 5 is performed on the base of the substrate 10 obtained by cutting the sintered body. Here, four stages of polishing are performed. Specifically, it is preferable to sequentially perform the rough polishing step (s41), the intermediate finish polishing step (S42), the finish polishing step (S43), and the CMP step (S44).

図5を参照して、第1段階である粗研磨工程(S41)では、研磨機(たとえば両面研磨装置)を用いて基板の主表面(表面および裏面)を研磨する。研磨剤としては、番手がたとえば#800〜#2000であるGC砥石を用いる。なお、研磨量はたとえば50μm以上200μm以下とする。   Referring to FIG. 5, in the rough polishing step (S41) which is the first stage, the main surface (front surface and back surface) of the substrate is polished using a polishing machine (for example, a double-side polishing apparatus). As the abrasive, a GC grindstone whose count is, for example, # 800 to # 2000 is used. The polishing amount is, for example, not less than 50 μm and not more than 200 μm.

次に、中仕上げ研磨工程(S42)を実施する。当該工程(S42)では、たとえば片面研磨装置を用いて、基板の主表面(表面および裏面)をそれぞれ研磨する。研磨剤としては、たとえば砥粒の粒径が3μm以上5μm以下であるダイヤモンド砥粒を用いることができる。研磨量は、たとえば10μm以上30μm以下とすることができる。   Next, an intermediate finish polishing step (S42) is performed. In the step (S42), the main surface (front surface and back surface) of the substrate is polished using, for example, a single-side polishing apparatus. As an abrasive | polishing agent, the diamond abrasive grain whose particle size of an abrasive grain is 3 micrometers or more and 5 micrometers or less can be used, for example. The polishing amount can be, for example, 10 μm or more and 30 μm or less.

次に、仕上げ研磨工程(S43)を実施する。当該工程(S43)では、たとえば片面研磨装置を用いて、基板の主表面(表面および裏面)をそれぞれ研磨する。研磨剤としては、たとえば砥粒の粒径が0.5μm以上1μm以下であるダイヤモンド砥粒を用いることができる。研磨量は、たとえば3μm以上10μm以下とすることができる。ここで、ダイヤ砥粒は硬度が非常に高く、かつ砥粒の平均粒径が上述のように非常に小さいことから、高精度な鏡面加工用の砥粒として用いることに適している。   Next, a finish polishing step (S43) is performed. In this step (S43), the main surface (front surface and back surface) of the substrate is polished using, for example, a single-side polishing apparatus. As an abrasive | polishing agent, the diamond abrasive grain whose particle size of an abrasive grain is 0.5 micrometer or more and 1 micrometer or less can be used, for example. The polishing amount can be, for example, 3 μm or more and 10 μm or less. Here, the diamond abrasive grains are very high in hardness, and the average grain diameter of the abrasive grains is very small as described above, so that they are suitable for use as high-precision mirror-finishing abrasive grains.

次に、CMP工程(S44)を実施する。当該工程(S44)では、たとえばCMP装置を用いて、基板の主表面の一方を研磨する。研磨に用いるスラリーとしては、通常のサファイア用スラリーよりも機械的研磨作用を強めたもの(化学研磨作用を抑制したもの)を用いる。研磨時間は、たとえば10分以上45分以下、より好ましくは15分以上40分以下とすることができる。   Next, a CMP step (S44) is performed. In this step (S44), for example, one of the main surfaces of the substrate is polished using a CMP apparatus. As a slurry used for polishing, a slurry having a mechanical polishing action stronger than a normal slurry for sapphire (a chemical polishing action is suppressed) is used. The polishing time can be, for example, 10 minutes to 45 minutes, more preferably 15 minutes to 40 minutes.

なお、上述したCMP工程(S44)では、図6に示すようなCMP装置40を用いる。図6を参照して、CMP装置は、平面形状が円形状の定盤42と、定盤42上に配置された研磨パッド43と、研磨パッド43と対向するように配置された研磨ヘッド45との間に基板10が挟まれた状態で当該基板10が研磨される。研磨ヘッド45と基板10との間には研磨ヘッド45より硬度の低い軟質層44が配置されている。基板10は、軟質層44を介して研磨ヘッド45により研磨パッド43に押圧されている。定盤42はその中央部に接続された支柱41により支持される。また、研磨ヘッド45も、当該研磨ヘッド45の中央部に接続された回転支柱46により支持される。また、スラリー供給部47からはスラリー48が研磨パッド43に供給される。このような構成のCMP装置を用いることで、基板10の平坦性を向上させることができる。具体的には、基板10の主表面10aについて、縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定した場合、当該複数の領域のうち、主表面10aの外周から3mmの範囲に入る領域を除いた部分である複数の評価対象領域について、LTVが1.0μm以下となっている評価対象領域の割合を示すPLTVが90%以上となった基板10を得ることができる。このような基板10の主表面10a上には、半導体層を容易に接合することができる。   In the above-described CMP step (S44), a CMP apparatus 40 as shown in FIG. 6 is used. Referring to FIG. 6, the CMP apparatus includes a surface plate 42 having a circular planar shape, a polishing pad 43 disposed on the surface plate 42, and a polishing head 45 disposed to face the polishing pad 43. The substrate 10 is polished in a state where the substrate 10 is sandwiched between them. A soft layer 44 having a lower hardness than the polishing head 45 is disposed between the polishing head 45 and the substrate 10. The substrate 10 is pressed against the polishing pad 43 by the polishing head 45 through the soft layer 44. The surface plate 42 is supported by a column 41 connected to the central portion thereof. Further, the polishing head 45 is also supported by a rotating column 46 connected to the central portion of the polishing head 45. Further, the slurry 48 is supplied from the slurry supply unit 47 to the polishing pad 43. By using the CMP apparatus having such a configuration, the flatness of the substrate 10 can be improved. Specifically, when a plurality of quadrangular regions of 5 mm in length and 5 mm in width are set on the main surface 10a of the substrate 10, a region that falls within a range of 3 mm from the outer periphery of the main surface 10a is selected from the plurality of regions. With respect to the plurality of evaluation target areas that are excluded portions, it is possible to obtain the substrate 10 in which the PLTV indicating the ratio of the evaluation target areas whose LTV is 1.0 μm or less is 90% or more. A semiconductor layer can be easily bonded onto the main surface 10a of the substrate 10 as described above.

(実施の形態3)
図7を参照して、本発明による発光素子の実施の形態3を説明する。
(Embodiment 3)
With reference to FIG. 7, Embodiment 3 of the light-emitting device according to the present invention will be described.

図7を参照して、発光素子は発光ダイオードであって、基板10と、基板10の主表面10aに接合されたp型オーミック接触エピタキシャル層16と、p型オーミック接触エピタキシャル層16上に形成されたp型クラッド層18と、p型クラッド層18上に形成された活性層20と、活性層20上に形成されたn型クラッド層22と、n型電極7およびp型電極8とを備える。n型電極7はn型クラッド層22上に形成されている。p型クラッド層18としては、たとえばp型(AlGa1-x)0.5In0.5Pを形成してもよい。また、活性層20としては、たとえば(AlGa1-x)0.5In0.5Pを形成してもよい。また、n型クラッド層22として、たとえばn型(AlGa1-x)0.5In0.5Pを形成してもよい。ここでn型クラッド層22、活性層20、p型クラッド層18の好適な厚さは、それぞれ、およそ0.5μm以上3.0μm以下、0.5μm以上2.0μm以下、0.5μm以上3.0μm以下である。Referring to FIG. 7, the light emitting element is a light emitting diode, and is formed on substrate 10, p-type ohmic contact epitaxial layer 16 bonded to main surface 10 a of substrate 10, and p-type ohmic contact epitaxial layer 16. P-type cladding layer 18, active layer 20 formed on p-type cladding layer 18, n-type cladding layer 22 formed on active layer 20, n-type electrode 7 and p-type electrode 8. . The n-type electrode 7 is formed on the n-type cladding layer 22. As the p-type cladding layer 18, for example, p-type (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P may be formed. As the active layer 20, for example, (Al x Ga 1-x) may be formed 0.5 In 0.5 P. Further, as the n-type cladding layer 22, for example, n-type (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P may be formed. Here, suitable thicknesses of the n-type cladding layer 22, the active layer 20, and the p-type cladding layer 18 are about 0.5 μm to 3.0 μm, 0.5 μm to 2.0 μm, 0.5 μm to 3 μm, respectively. 0.0 μm or less.

n型クラッド層22、活性層20およびp型クラッド層18の一部が除去されることにより開口部が形成されている。当該開口部の底ではp型オーミック接触エピタキシャル層16の上部表面が露出している。当該開口部の底において、p型オーミック接触エピタキシャル層16に接触するようにp型電極8が形成されている。また、n型クラッド層22の表面に接触するようにn型電極7が形成されている。   The n-type cladding layer 22, the active layer 20, and the p-type cladding layer 18 are partially removed to form an opening. The upper surface of the p-type ohmic contact epitaxial layer 16 is exposed at the bottom of the opening. A p-type electrode 8 is formed in contact with the p-type ohmic contact epitaxial layer 16 at the bottom of the opening. An n-type electrode 7 is formed so as to be in contact with the surface of the n-type cladding layer 22.

p型オーミック接触エピタキシャル層16の材料は、AlGaAs、AlGaInP、あるいはAlAsPを用いることができ、材料のエネルギーギャップが活性層20のエネルギーギャップより大きく、活性層20から発した光が吸収されない材料(あるいは当該光の吸収率が十分低い材料)であればよい。   As the material of the p-type ohmic contact epitaxial layer 16, AlGaAs, AlGaInP, or AlAsP can be used, and the energy gap of the material is larger than the energy gap of the active layer 20, and the light emitted from the active layer 20 is not absorbed (or Any material having a sufficiently low light absorption rate may be used.

また、活性層20のAl組成はおよそ0≦x≦0.45、n型クラッド層22のAl組成はおよそ0.5≦x≦1、p型クラッド層18のAl組成はおよそ0.5≦x≦1であってもよい。なお、x=0であれば、活性層20の組成はGa0.5In0.5P、発光素子が出射する光の波長λは635nmである。Further, the Al composition of the active layer 20 is approximately 0 ≦ x ≦ 0.45, the Al composition of the n-type cladding layer 22 is approximately 0.5 ≦ x ≦ 1, and the Al composition of the p-type cladding layer 18 is approximately 0.5 ≦ x. x <= 1 may be sufficient. If x = 0, the composition of the active layer 20 is Ga 0.5 In 0.5 P, and the wavelength λ of the light emitted from the light emitting element is 635 nm.

なお、上述した(AlGa1−x0.5In0.5Pなどの化合物の組成の割合は好適な例であり、III−V族半導体材料のいかなる材料および割合もまた、本発明に適用することができる。さらに、本発明の活性層20は、SH構造、DH構造、多次元量子井戸(MQW)構造、又は量子井戸へテロ構造(QWH)などの任意の構成を採用できる。Note that the ratio of the composition of the compound such as (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P described above is a suitable example, and any material and ratio of the III-V semiconductor material can be used in the present invention. Can be applied to. Furthermore, the active layer 20 of the present invention can employ any configuration such as an SH structure, a DH structure, a multidimensional quantum well (MQW) structure, or a quantum well heterostructure (QWH).

次に、図7に示した発光素子の製造方法を、図8〜図10を参照して説明する。
まず、図8に示すように、構成材準備工程(S100)を実施する。この構成材準備工程(S100)では、上述した実施の形態2に示した製造方法を用いて、本発明によるスピネル製の基板10を準備する。また、発光素子の半導体層となるべき活性層20を含む半導体層をn型GaAs基板上に形成した、エピタキシャル構造体を準備する。当該エピタキシャル構造体は、図9に示すように、n型GaAs基板26と、当該n型GaAs基板26上に形成されたエッチングストップ層24と、エッチングストップ層24上に形成されたn型クラッド層22と、n型クラッド層22上に形成された活性層20と、活性層20上に形成されたp型クラッド層18と、p型クラッド層18上に形成されたp型オーミック接触エピタキシャル層16とから構成されている。上述した各層はそれぞれエピタキシャル成長法を用いて形成されている。
Next, a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 8, a component preparation step (S100) is performed. In this component preparation step (S100), the spinel substrate 10 according to the present invention is prepared using the manufacturing method described in the second embodiment. In addition, an epitaxial structure is prepared in which a semiconductor layer including an active layer 20 to be a semiconductor layer of a light emitting element is formed on an n-type GaAs substrate. As shown in FIG. 9, the epitaxial structure includes an n-type GaAs substrate 26, an etching stop layer 24 formed on the n-type GaAs substrate 26, and an n-type cladding layer formed on the etching stop layer 24. 22, an active layer 20 formed on the n-type cladding layer 22, a p-type cladding layer 18 formed on the active layer 20, and a p-type ohmic contact epitaxial layer 16 formed on the p-type cladding layer 18. It consists of and. Each layer described above is formed by using an epitaxial growth method.

なお、上記エッチングストップ層24の材料としては、いかなるIII−V族化合半導体材料を用いてもよく、GaAs基板26と格子定数が適合してもしなくてもよい。エッチングストップ層24を構成する材料のエッチング速度は、GaAs基板26のエッチング速度より非常に小さいことが好ましい。例えば、InGaPやAlGaAsはエッチングストップ層24の材料として好ましい。   As the material of the etching stop layer 24, any III-V compound semiconductor material may be used, and the lattice constant may or may not be compatible with the GaAs substrate 26. The etching rate of the material constituting the etching stop layer 24 is preferably much smaller than the etching rate of the GaAs substrate 26. For example, InGaP or AlGaAs is preferable as the material of the etching stop layer 24.

次に、貼り合わせ工程(S110)を実施する。具体的には、図9に示すようにエピタキシャル構造体において基板10と接合する面であるp型オーミック接触エピタキシャル層16の表面にイオンビーム50を照射することにより、当該表面を活性化する。なお、イオンビーム50に代えて、プラズマなどを当該表面に接触させてもよい。   Next, a bonding step (S110) is performed. Specifically, as shown in FIG. 9, the surface of the epitaxial structure is activated by irradiating the surface of the p-type ohmic contact epitaxial layer 16 which is a surface bonded to the substrate 10 with an ion beam 50. Instead of the ion beam 50, plasma or the like may be brought into contact with the surface.

その後、図10に示すように、基板10の主表面10aと、エピタキシャル構造体のp型オーミック接触エピタキシャル層16の表面とを接触させる。なお、このとき基板10の主表面10aがp型オーミック接触エピタキシャル層16の表面に押圧されるように応力を負荷してもよい。ここで、本発明による基板10は、主表面10aに関して優れた平坦性を示すため、上記のような接合(常温接合)を確実に行なうことができる。   Thereafter, as shown in FIG. 10, main surface 10a of substrate 10 is brought into contact with the surface of p-type ohmic contact epitaxial layer 16 of the epitaxial structure. At this time, stress may be applied so that the main surface 10 a of the substrate 10 is pressed against the surface of the p-type ohmic contact epitaxial layer 16. Here, since the substrate 10 according to the present invention exhibits excellent flatness with respect to the main surface 10a, the above-described bonding (normal temperature bonding) can be reliably performed.

なお、上述のようにp型オーミック接触エピタキシャル層16の表面を基板10の主表面10aに直接接合したが、たとえば透過性接着層を介してp型オーミック接触エピタキシャル層16の表面を基板10の主表面10aに接着してもよい。透過性接着層の材料はスピンオンガラス(SOG)、ポリイミド、あるいはシリコーンなどの任意の接着材料を用いることができる。   As described above, the surface of the p-type ohmic contact epitaxial layer 16 is directly bonded to the main surface 10a of the substrate 10. For example, the surface of the p-type ohmic contact epitaxial layer 16 is connected to the main surface 10a of the substrate 10 through a transparent adhesive layer. You may adhere | attach on the surface 10a. As the material of the transmissive adhesive layer, any adhesive material such as spin-on glass (SOG), polyimide, or silicone can be used.

次に、後処理工程(S120)を実施する。具体的には、不透過性のn型GaAs基板を、5HPO:3H:3HOや1NHOH:35Hなどのエッチング液によって取り除く。ここで、たとえばInGaPやAlGaAs等からなるエッチングストップ層24は依然として、活性層から発せられた光を吸収する場合がある。従って、エッチングストップ層24さらにを取り除き、n型電極7と接触するn型クラッド層22の部分のみを残す必要がある。エッチングストップ層24は、ドライエッチングなど任意の方法により除去できる。Next, a post-processing step (S120) is performed. Specifically, the impermeable n-type GaAs substrate is removed with an etching solution such as 5H 3 PO 4 : 3H 2 O 2 : 3H 2 O or 1NH 4 OH: 35H 2 O 2 . Here, the etching stop layer 24 made of, for example, InGaP or AlGaAs may still absorb light emitted from the active layer. Therefore, it is necessary to remove the etching stop layer 24 and leave only the portion of the n-type cladding layer 22 that contacts the n-type electrode 7. The etching stop layer 24 can be removed by any method such as dry etching.

また、例えばRIEなどのドライエッチング法を適用し、n型クラッド層22、活性層20、p型クラッド層18を部分的に取り除いて、p型オーミック接触エピタキシャル層16の上部表面の一部を露出させる。その後、p型電極8をp型オーミック接触エピタキシャル層16上に形成する。また、n型電極7をn型クラッド層22上に形成する。このようにして、図7に示されるような、p型とn型のオーミック接触金属層(p型電極8およびn型電極7)が同じ側に形成されたLED構造である発光素子を形成できる。   Further, by applying a dry etching method such as RIE, for example, the n-type cladding layer 22, the active layer 20, and the p-type cladding layer 18 are partially removed to expose a part of the upper surface of the p-type ohmic contact epitaxial layer 16. Let Thereafter, the p-type electrode 8 is formed on the p-type ohmic contact epitaxial layer 16. The n-type electrode 7 is formed on the n-type cladding layer 22. In this manner, a light emitting device having an LED structure in which the p-type and n-type ohmic contact metal layers (p-type electrode 8 and n-type electrode 7) are formed on the same side as shown in FIG. 7 can be formed. .

(実施の形態4)
図11を参照して、本発明による発光素子の実施の形態4を説明する。
(Embodiment 4)
With reference to FIG. 11, Embodiment 4 of the light emitting element by this invention is demonstrated.

図11を参照して、発光素子はAlGaAs赤色LED(発光波長:650nm)であって、基板10と、基板10の主表面10aに接合されたp型クラッド層54と、p型クラッド層54上に形成された活性層53と、活性層53上に形成されたn型クラッド層52と、n型電極7およびp型電極8とを備える。n型電極7はn型クラッド層52上に形成されている。p型クラッド層54としては、たとえばおよそ70〜80%のAl組成で厚みが0.5μm以上2μm以下のp型AlGaAs層を用いることができる。また、n型クラッド層52として、たとえばおよそ70〜80%のAl組成で0.5μm以上2μm以下のn型AlGaAs層を用いることができる。   Referring to FIG. 11, the light emitting element is an AlGaAs red LED (emission wavelength: 650 nm), and includes substrate 10, p-type cladding layer 54 bonded to main surface 10 a of substrate 10, and p-type cladding layer 54. An active layer 53 formed on the active layer 53, an n-type cladding layer 52 formed on the active layer 53, and an n-type electrode 7 and a p-type electrode 8. The n-type electrode 7 is formed on the n-type cladding layer 52. As the p-type cladding layer 54, for example, a p-type AlGaAs layer having an Al composition of about 70 to 80% and a thickness of 0.5 μm or more and 2 μm or less can be used. Further, as the n-type cladding layer 52, for example, an n-type AlGaAs layer having an Al composition of about 70 to 80% and a thickness of 0.5 μm or more and 2 μm or less can be used.

n型クラッド層52および活性層53の一部が除去されることにより開口部が形成されている。当該開口部の底ではp型クラッド層54の上部表面が露出している。当該開口部の底において、p型クラッド層54に接触するようにp型電極8が形成されている。   An opening is formed by removing part of the n-type cladding layer 52 and the active layer 53. The upper surface of the p-type cladding layer 54 is exposed at the bottom of the opening. A p-type electrode 8 is formed in contact with the p-type cladding layer 54 at the bottom of the opening.

次に、図11に示した発光素子の製造方法を、図12および図13を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 11 will be described with reference to FIGS.

図11に示した発光素子の製造方法は、基本的には図8に示した発光素子の製造方法と同様である。すなわち、まず、構成材準備工程(S100)を実施する。この構成材準備工程(S100)では、上述した実施の形態2に示した製造方法を用いて、本発明によるスピネル製の基板10を準備する。また、発光素子の半導体層となるべき活性層53を含む半導体層をn型GaAs基板上に形成した、エピタキシャル構造体を準備する。当該エピタキシャル構造体は、図12に示すように、n型GaAs基板26と、当該n型GaAs基板26上に形成されたn型クラッド層52と、n型クラッド層52上に形成された活性層53と、活性層53上に形成されたp型クラッド層54とから構成されている。上述した各層はそれぞれエピタキシャル成長法を用いて形成されている。   The manufacturing method of the light emitting element shown in FIG. 11 is basically the same as the manufacturing method of the light emitting element shown in FIG. That is, first, the component material preparation step (S100) is performed. In this component preparation step (S100), the spinel substrate 10 according to the present invention is prepared using the manufacturing method described in the second embodiment. In addition, an epitaxial structure is prepared in which a semiconductor layer including an active layer 53 to be a semiconductor layer of a light emitting element is formed on an n-type GaAs substrate. As shown in FIG. 12, the epitaxial structure includes an n-type GaAs substrate 26, an n-type cladding layer 52 formed on the n-type GaAs substrate 26, and an active layer formed on the n-type cladding layer 52. 53 and a p-type cladding layer 54 formed on the active layer 53. Each layer described above is formed by using an epitaxial growth method.

次に、貼り合わせ工程(S110)を実施する。具体的には、図12に示すようにエピタキシャル構造体において基板10と接合する面であるp型クラッド層54の表面にイオンビーム50を照射することにより、当該表面を活性化する。なお、イオンビーム50に代えて、プラズマなどを当該表面に接触させてもよい。   Next, a bonding step (S110) is performed. Specifically, as shown in FIG. 12, the surface of the epitaxial structure is activated by irradiating the surface of a p-type cladding layer 54 that is a surface to be bonded to the substrate 10 with an ion beam 50. Instead of the ion beam 50, plasma or the like may be brought into contact with the surface.

その後、図13に示すように、基板10の主表面10aと、エピタキシャル構造体のp型クラッド層54の表面とを接触させる。なお、このとき基板10の主表面10aがp型クラッド層54の表面に押圧されるように応力を負荷してもよい。ここで、本発明による基板10は、主表面10aに関して優れた平坦性を示すため、上記のような接合を確実に行なうことができる。   Thereafter, as shown in FIG. 13, the main surface 10a of the substrate 10 is brought into contact with the surface of the p-type cladding layer 54 of the epitaxial structure. At this time, stress may be applied so that the main surface 10 a of the substrate 10 is pressed against the surface of the p-type cladding layer 54. Here, since the board | substrate 10 by this invention shows the outstanding flatness regarding the main surface 10a, it can perform the above joining reliably.

なお、上述のようにp型クラッド層54の表面を基板10の主表面10aに直接接合したが、たとえば透過性接着層を介してp型クラッド層54の表面を基板10の主表面10aに接着してもよい。透過性接着層の材料は、実施の形態3で説明したようにスピンオンガラス(SOG)、ポリイミド、あるいはシリコーンなどの任意の接着材料を用いることができる。   As described above, the surface of the p-type cladding layer 54 is directly bonded to the main surface 10a of the substrate 10. For example, the surface of the p-type cladding layer 54 is bonded to the main surface 10a of the substrate 10 through a transmissive adhesive layer. May be. As the material of the permeable adhesive layer, any adhesive material such as spin-on glass (SOG), polyimide, or silicone can be used as described in Embodiment 3.

次に、後処理工程(S120)を実施する。具体的には、不透過性のn型GaAs基板を、NHOH:H=1.7:1などのエッチング液によって取り除く。また、例えばRIEなどのドライエッチング法を適用し、n型クラッド層52および活性層53を部分的に取り除いて、p型クラッド層54の上部表面の一部を露出させる。その後、p型電極8をp型クラッド層54上に形成する。また、n型電極7をn型クラッド層52上に形成する。このようにして、図11に示されるような、p型とn型のオーミック接触金属層(p型電極8およびn型電極7)が同じ側に形成されたLED構造である発光素子を形成できる。Next, a post-processing step (S120) is performed. Specifically, the impermeable n-type GaAs substrate is removed with an etching solution such as NH 4 OH: H 2 O 2 = 1.7: 1. Further, for example, a dry etching method such as RIE is applied, and the n-type cladding layer 52 and the active layer 53 are partially removed to expose a part of the upper surface of the p-type cladding layer 54. Thereafter, the p-type electrode 8 is formed on the p-type cladding layer 54. Further, the n-type electrode 7 is formed on the n-type cladding layer 52. In this way, a light-emitting element having an LED structure in which p-type and n-type ohmic contact metal layers (p-type electrode 8 and n-type electrode 7) are formed on the same side as shown in FIG. 11 can be formed. .

(実験例1)
本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。
(Experimental example 1)
In order to confirm the effect of the present invention, the following experiment was conducted.

(試料)
直径4インチで厚みが0.25mmのスピネル製の基板を4枚準備した。
(sample)
Four spinel substrates having a diameter of 4 inches and a thickness of 0.25 mm were prepared.

また、研磨工程については、上述した本発明の実施の形態2において説明した4段階の研磨を行なった。なお、粗研磨工程(S41)、中仕上げ研磨工程(S42)、仕上げ研磨工程(S43)については、4枚とも共通の加工条件である。   As for the polishing step, the four-step polishing described in the second embodiment of the present invention was performed. The rough polishing step (S41), the intermediate finish polishing step (S42), and the final polishing step (S43) are the same processing conditions for all four sheets.

4枚の基板のうち、試料No.1および試料No.2については、CMP工程(S44)においてCMP装置の定盤側に軟質層を追加した状態でCMP工程を実施した。また、4枚の試料のうち試料No.3および試料No.4については、CMP工程においてCMP装置の研磨ヘッド側に軟質層を追加した。   Of the four substrates, sample No. 1 and sample no. For No. 2, the CMP step was performed in the CMP step (S44) with the soft layer added to the surface plate side of the CMP apparatus. Of the four samples, sample no. 3 and sample no. For No. 4, a soft layer was added to the polishing head side of the CMP apparatus in the CMP process.

(実験内容)
上述のようにして準備した基板(保持基板)について、面精度の評価を行なった。また実際にスピネルとは異なる材質からなるウェハをスピネルからなる保持基板の主表面に常温接合し、目視で接合状態の評価を行なった。当該ウェハ(接合用ウェハ)は、接合状態の評価を容易にするために光を透過する材料からなるものを用いた。具体的には、接合用ウェハを構成する光透過性の材料として、ここではLiTaOを用いた。
(Experiment contents)
The surface accuracy of the substrate (holding substrate) prepared as described above was evaluated. In addition, a wafer made of a material different from spinel was actually bonded to the main surface of the holding substrate made of spinel at room temperature, and the bonded state was visually evaluated. The wafer (bonding wafer) was made of a material that transmits light in order to facilitate the evaluation of the bonded state. Specifically, LiTaO 3 was used here as a light transmissive material constituting the bonding wafer.

面精度の評価:
保持基板の主表面について、平面度測定・解析装置を用いてPLTVを測定した。なお、PLTVとしては、以下のような数値を用いた。すなわち、保持基板の主表面について縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定し、当該複数の領域のうち、主表面の外周から3mmの範囲に入る領域を除いた部分である複数の評価対象領域(サイト)を想定した。当該評価対象領域について、LTV(Local Thickness Variation)が1.0μm以下となっている評価対象領域の割合をPLTVとした。サイトはオリエンテーションフラットに平行に設けることができる。LTVは、保持基板の裏面を基準とした高さの一サイトにおける最大値と最小値の差として表すことができる。
Surface accuracy evaluation:
PLTV was measured on the main surface of the holding substrate using a flatness measuring / analyzing apparatus. The following numerical values were used as PLTV. That is, a plurality of rectangular regions of 5 mm in length and 5 mm in width are set on the main surface of the holding substrate, and a plurality of regions excluding a region that falls within a range of 3 mm from the outer periphery of the main surface among the plurality of regions. The evaluation target area (site) was assumed. For the evaluation target region, the ratio of the evaluation target region having an LTV (Local Thickness Variation) of 1.0 μm or less was defined as PLTV. The site can be set parallel to the orientation flat. LTV can be expressed as the difference between the maximum value and the minimum value at one site height with respect to the back surface of the holding substrate.

データ解析においては、設定した縦5mm×横5mmの四角形状の領域(サイト)の中心点が、主表面の外周から3mmの範囲に含まれていれる場合には、評価対象から除外し、当該中心点が主表面の外周から3mmの範囲より内側であれば、評価対象として取り扱っている。   In the data analysis, if the center point of the set rectangular area (site) of 5 mm x 5 mm is included in the range of 3 mm from the outer periphery of the main surface, it is excluded from the evaluation target and the center If the point is inside the range of 3 mm from the outer periphery of the main surface, it is handled as an evaluation object.

また、それぞれの保持基板について平面度測定・解析装置を用いて反りを測定した。ここにおいて、保持基板の裏面の中心点のみを固定した時の基準面からの高さを測定し、その高さの最大値を反り値とした。   Further, the warpage of each holding substrate was measured using a flatness measuring / analyzing apparatus. Here, the height from the reference surface when only the center point of the back surface of the holding substrate was fixed was measured, and the maximum value of the height was taken as the warp value.

接合状態の評価:
面精度の評価を行なった後、各基板の主表面に、直径が4インチ、厚みが0.5mmである光透過性の接合用ウェハを常温接合した。具体的には、接合用ウェハの表面にアルゴンイオンを照射することで当該接合用ウェハの表面を活性化し、その後接合用ウェハの当該表面にスピネルからなる保持基板の主表面を押圧することで常温接合した。そして、接合後の保持基板について、良好な接合状態の部分と接合不良が発生している部分とを目視で確認した。具体的には、接合不良が発生した部分には接合用ウェハの当該表面とスピネルからなる保持基板との間に空隙が形成されるため、良好な接合状態の部分より白っぽくなっているので、当該変色した部分を目視で確認した。
Evaluation of bonding state:
After evaluating the surface accuracy, a light-transmitting bonding wafer having a diameter of 4 inches and a thickness of 0.5 mm was bonded to the main surface of each substrate at room temperature. Specifically, the surface of the bonding wafer is activated by irradiating the surface of the bonding wafer with argon ions, and then the main surface of the holding substrate made of spinel is pressed against the surface of the bonding wafer at room temperature. Joined. And about the holding | maintenance board | substrate after joining, the part of the favorable joining state and the part which the joining defect generate | occur | produced were confirmed visually. Specifically, since a void is formed between the surface of the bonding wafer and the holding substrate made of spinel in the portion where the bonding failure has occurred, the portion is more whitish than the portion in a good bonding state. The discolored part was confirmed visually.

(結果)
測定結果を図14〜図26に示す。図14〜図16は試料No.1の結果であり、図17〜図19は試料No.2の結果であり、図20〜図22は試料No.3の結果であり、図23〜図25は試料No.4の結果である。図14、図17、図20、図23は、それぞれ保持基板の主表面における凹凸の状態を3次元で示した模式図である。また、図15、図18、図21、図24は、それぞれ保持基板の主表面において設定された5mm角の複数の領域について、LTVが1.0μm以下となった領域を白く表示し、一方LTVが1.0μm超えとなった領域を黒く表示している。また、図16、図19、図22、図25は、接合後の基板(接合基板)の外観を示している。
(result)
The measurement results are shown in FIGS. 14 to 16 show sample Nos. 1 to 19, and FIGS. 2 is a result of Sample No. 3 is a result of Sample No. 4 is the result. FIG. 14, FIG. 17, FIG. 20, and FIG. 23 are schematic views each showing a three-dimensional state of unevenness on the main surface of the holding substrate. 15, FIG. 18, FIG. 21, and FIG. 24, each of a plurality of 5 mm square regions set on the main surface of the holding substrate displays a region in which LTV is 1.0 μm or less in white, while LTV The area where the value exceeds 1.0 μm is displayed in black. 16, FIG. 19, FIG. 22, and FIG. 25 show the appearance of the substrate after bonding (bonding substrate).

試料No.1について、図14〜図16を参照して、保持基板の外周から3mmの範囲を除いたPLTVは72%であり、反りは78μmであった。また、接合用ウェハを接合した状態を示す図16からわかるように、保持基板の主表面において良好な接合状態を示す部分の割合は80%であった。   Sample No. 14, with reference to FIGS. 14 to 16, PLTV excluding the range of 3 mm from the outer periphery of the holding substrate was 72%, and the warp was 78 μm. Further, as can be seen from FIG. 16 showing the state where the bonding wafer is bonded, the ratio of the portion showing a good bonded state on the main surface of the holding substrate was 80%.

試料No.2について、図17〜図19を参照して、保持基板の外周から3mmの範囲を除いたPLTVは66%であり、反りは66μmであった。また、接合用ウェハを接合した状態を示す図19からわかるように、保持基板の主表面において良好な接合状態を示す部分の割合は70%であった。   Sample No. 17 to 19, the PLTV excluding the range of 3 mm from the outer periphery of the holding substrate was 66%, and the warp was 66 μm. Further, as can be seen from FIG. 19 showing the state where the bonding wafer is bonded, the ratio of the portion showing a good bonded state on the main surface of the holding substrate was 70%.

試料No.3について、図20〜図22を参照して、保持基板の外周から3mmの範囲を除いたPLTVは92%であり、反りは91μmであった。また、接合用ウェハを接合した状態を示す図22からわかるように、保持基板の主表面において良好な接合状態を示す部分の割合は98%であった。   Sample No. 20 to 22, PLTV excluding the range of 3 mm from the outer periphery of the holding substrate was 92% and the warpage was 91 μm. Further, as can be seen from FIG. 22 showing the state where the bonding wafer is bonded, the ratio of the portion showing a good bonded state on the main surface of the holding substrate was 98%.

試料No.4について、図23〜図25を参照して、保持基板の外周から3mmの範囲を除いたPLTVは95%であり、反りは96μmであった。また、接合用ウェハを接合した状態を示す図25からわかるように、保持基板の主表面において良好な接合状態を示す部分の割合は98%であった。   Sample No. 23, with reference to FIGS. 23 to 25, PLTV excluding the range of 3 mm from the outer periphery of the holding substrate was 95%, and the warp was 96 μm. Further, as can be seen from FIG. 25 showing the state where the bonding wafer is bonded, the ratio of the portion showing a good bonded state on the main surface of the holding substrate was 98%.

(実験例2)
上述した試料No.1〜4について、接合用ウェハを接合した後に当該接合基板をダイシングし、ダイシングにより得られたサンプルについてスピネルからなる保持基板と接合用ウェハとの間の接合力を調査した。
(Experimental example 2)
Sample No. mentioned above. About 1-4, after joining the wafer for joining, the said joining board | substrate was diced, and the joining force between the holding | maintenance board | substrate which consists of a spinel, and the joining wafer was investigated about the sample obtained by dicing.

(試料)
上記実験例1において形成した試料No.1〜4の保持基板を用いた接合基板を準備した。
(sample)
Sample No. formed in Experimental Example 1 above. Bonded substrates using 1-4 holding substrates were prepared.

(実験内容)
準備した4枚の接合基板を、10mm×10mmという四角形状の複数の試料を切出すようにダイシングした。そして、10mm×10mmという四角形状の試料を各接合基板からそれぞれ10個ずつ取り出し、両表面を治具に接着して引張試験機でスピネルからなる保持基板と接合用ウェハとを180°方向に引き剥がして引張強度を測定した。
(Experiment contents)
The prepared four bonded substrates were diced so as to cut out a plurality of 10 mm × 10 mm square samples. Ten 10 mm × 10 mm square samples are taken out from each bonding substrate, and both surfaces are bonded to a jig, and a holding substrate made of spinel and a bonding wafer are pulled in a 180 ° direction by a tensile tester. The tensile strength was measured after peeling.

(結果)
試料No.1および試料No.2の保持基板を用いた試料は、平均の引張強度が5MPaであった。一方、試料No.3および試料No.4の保持基板を用いた試料は、平均の引張強度が12MPaであった。このように、特にPLTVが90%以上となっていれば、接合された基板間の接合力(引張強度)が十分大きくなることが分かる。
(result)
Sample No. 1 and sample no. The sample using the holding substrate 2 had an average tensile strength of 5 MPa. On the other hand, sample No. 3 and sample no. The sample using the holding substrate No. 4 had an average tensile strength of 12 MPa. Thus, it can be seen that the bonding force (tensile strength) between the bonded substrates becomes sufficiently large especially when the PLTV is 90% or more.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

本発明は、実用上サファイア基板を有する発光素子に代替することが可能な発光素子をより安価に製造する技術として、特に優れている。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is particularly excellent as a technique for manufacturing a light emitting element that can be practically substituted for a light emitting element having a sapphire substrate at a lower cost.

1 バッファ層、2 n型GaN層、3 n型AlGaN層、4 多重量子井戸、5 p型AlGaN層、6 p型GaN層、7 n型電極、8 p型電極、10 基板、10a 主表面、16 p型オーミック接触エピタキシャル層、18,54 p型クラッド層、20,53 活性層、22,52 n型クラッド層、24 エッチングストップ層、26 n型GaAs基板、30 発光素子、40 CMP装置、41 支柱、42 定盤、43 研磨パッド、44 軟質層、45 研磨ヘッド、46 回転支柱、47 スラリー供給部、48 スラリー、50 イオンビーム。   1 buffer layer, 2 n-type GaN layer, 3 n-type AlGaN layer, 4 multiple quantum well, 5 p-type AlGaN layer, 6 p-type GaN layer, 7 n-type electrode, 8 p-type electrode, 10 substrate, 10a main surface, 16 p-type ohmic contact epitaxial layer, 18, 54 p-type cladding layer, 20, 53 active layer, 22, 52 n-type cladding layer, 24 etching stop layer, 26 n-type GaAs substrate, 30 light emitting element, 40 CMP apparatus, 41 Column, 42 Surface plate, 43 Polishing pad, 44 Soft layer, 45 Polishing head, 46 Rotating column, 47 Slurry supply unit, 48 Slurry, 50 Ion beam.

Claims (10)

スピネルからなる、発光素子(30)用の基板。   A substrate for a light-emitting element (30) made of spinel. 前記スピネルの焼結体の組成がMgO・nAl (1.05≦n≦1.30)であり、Si元素の含有量が20ppm以下である、請求項1に記載の基板。 2. The substrate according to claim 1, wherein the composition of the spinel sintered body is MgO · nAl 2 O 3 (1.05 ≦ n ≦ 1.30) and the content of Si element is 20 ppm or less. 前記焼結体は、厚さ1mmでの波長350nm以上450nm以下の光線による直線透過率が80%以上である、請求項2に記載の基板。   The said sintered compact is a board | substrate of Claim 2 whose linear transmittance | permeability by the light ray with a wavelength of 350 nm or more and 450 nm or less in thickness 1mm is 80% or more. 前記基板は主表面(10a)を有し、
前記主表面(10a)について、縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定した場合、前記複数の領域のうち、前記主表面(10a)の外周から3mmの範囲に入る前記領域を除いた部分である複数の評価対象領域について、LTVが1.0μm以下となっている前記評価対象領域の割合を示すPLTVが90%以上である、請求項1に記載の基板。
The substrate has a main surface (10a);
When a plurality of quadrangular regions of 5 mm in length and 5 mm in width are set for the main surface (10a), the region that falls within a range of 3 mm from the outer periphery of the main surface (10a) is excluded from the plurality of regions. 2. The substrate according to claim 1, wherein the PLTV indicating the ratio of the evaluation target area where the LTV is 1.0 μm or less is 90% or more for a plurality of evaluation target areas which are the portions.
組成が、MgO・nAl (1.05≦n≦1.30)であり、Si元素の含有量が20ppm以下である、スピネルからなる発光素子(30)用の基板(10)の製造方法であって、
Si元素の含有量が50ppm以下であり、純度が99.5質量%以上であるスピネル粉末から成形体を形成する工程(S20)と、
前記成形体を真空中において1500℃以上1800℃以下で焼結することにより、密度95%以上の焼結体を形成する第1の焼結工程(S31)と、
前記焼結体を1600℃以上1900℃以下で加圧焼結する第2の焼結工程(S32)とを備える、基板の製造方法。
Production of substrate (10) for light-emitting element (30) comprising spinel, the composition of which is MgO.nAl 2 O 3 (1.05 ≦ n ≦ 1.30), and the content of Si element is 20 ppm or less. A method,
A step of forming a compact from a spinel powder having a Si element content of 50 ppm or less and a purity of 99.5% by mass or more (S20);
A first sintering step (S31) for forming a sintered body having a density of 95% or more by sintering the molded body in a vacuum at 1500 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower;
A substrate manufacturing method comprising: a second sintering step (S32) of pressure-sintering the sintered body at 1600 ° C or higher and 1900 ° C or lower.
前記第1の焼結工程(S31)により形成する前記焼結体は、Si元素の含有量が20ppm以下である、請求項5に記載の基板(10)の製造方法。   The said sintered compact formed by a said 1st sintering process (S31) is a manufacturing method of the board | substrate (10) of Claim 5 whose content of Si element is 20 ppm or less. 前記第1の焼結工程(S31)は、
圧力が50Pa以下で行ない、
前記焼結体の中心部から前記焼結体の外側までの最短の厚さをD(mm)とし、1000℃から最高温度に到達するまでの昇温時間をt分とするとき、
D=a×t1/2
0.1≦a≦3
の関係を有する、請求項5に記載の基板(10)の製造方法。
The first sintering step (S31)
Performed at a pressure of 50 Pa or less,
When the shortest thickness from the center of the sintered body to the outside of the sintered body is D (mm), and the heating time until reaching the maximum temperature from 1000 ° C. is t minutes,
D = a × t 1/2
0.1 ≦ a ≦ 3
The manufacturing method of the board | substrate (10) of Claim 5 which has these relationship.
前記第2の焼結工程(S32)の後に、前記焼結体をスライスする工程と、
前記スライスする工程により得られた基板の表面を、化学機械研磨法を用いて研磨する工程(S44)とをさらに備え、
前記研磨する工程(S44)では、定盤(42)上に配置された研磨パッド(43)と、前記研磨パッド(43)と対向するように配置された研磨ヘッドと(45)の間に前記基板(10)が挟まれた状態で前記基板(10)が研磨され、さらに、
前記研磨ヘッド(45)と前記基板(10)との間には前記研磨ヘッド(45)より硬度の低い軟質層(44)が配置されている、請求項5に記載の基板(10)の製造方法。
After the second sintering step (S32), slicing the sintered body;
Further comprising a step of polishing the surface of the substrate obtained by the slicing step using a chemical mechanical polishing method (S44),
In the polishing step (S44), the polishing pad (43) disposed on the surface plate (42) and the polishing head disposed to face the polishing pad (43) and (45) The substrate (10) is polished in a state where the substrate (10) is sandwiched,
The substrate (10) according to claim 5, wherein a soft layer (44) having a lower hardness than the polishing head (45) is disposed between the polishing head (45) and the substrate (10). Method.
請求項1に記載の基板(10)と、
前記基板(10)の一方の主表面上に配置され、発光層(4)を含む半導体層(1〜6)を備える、発光素子。
A substrate (10) according to claim 1;
A light emitting element provided with the semiconductor layer (1-6) arrange | positioned on one main surface of the said board | substrate (10) and containing a light emitting layer (4).
前記基板(10)と前記半導体層(1〜6)とが接合されている、請求項9に記載の発光素子。   The light emitting element of Claim 9 with which the said board | substrate (10) and the said semiconductor layer (1-6) are joined.
JP2012521472A 2010-06-22 2011-06-21 Method for manufacturing light emitting device Active JP5838965B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012521472A JP5838965B2 (en) 2010-06-22 2011-06-21 Method for manufacturing light emitting device

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010141755 2010-06-22
JP2010141755 2010-06-22
PCT/JP2011/064128 WO2011162236A1 (en) 2010-06-22 2011-06-21 Substrate, method for producing substrate, and light emitting element
JP2012521472A JP5838965B2 (en) 2010-06-22 2011-06-21 Method for manufacturing light emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011162236A1 true JPWO2011162236A1 (en) 2013-08-22
JP5838965B2 JP5838965B2 (en) 2016-01-06

Family

ID=45371419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012521472A Active JP5838965B2 (en) 2010-06-22 2011-06-21 Method for manufacturing light emitting device

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP5838965B2 (en)
CN (1) CN102947246B (en)
TW (1) TWI510449B (en)
WO (1) WO2011162236A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103419118B (en) * 2013-07-16 2016-01-20 刘高平 A kind of abrasive polishing method
US9287106B1 (en) 2014-11-10 2016-03-15 Corning Incorporated Translucent alumina filaments and tape cast methods for making
CN115394762A (en) * 2022-05-17 2022-11-25 诺视科技(苏州)有限公司 Pixel-level discrete device with transparent substrate and manufacturing method thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004014999A (en) * 2002-06-11 2004-01-15 Hitachi Chem Co Ltd Cmp polishing device and polishing method
KR20060024421A (en) * 2003-06-30 2006-03-16 켄이치로 미야하라 Substrate for thin-film formation, thin-film substrate and light emitting element
JP2005131744A (en) * 2003-10-30 2005-05-26 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Method for manufacturing oxide wafer with high flatness
CN101081485A (en) * 2006-05-31 2007-12-05 住友电气工业株式会社 Surface treatment method, nitride crystal substrate, semiconductor device, and method of manufacturing and semiconductor device
CN100527456C (en) * 2006-08-15 2009-08-12 广镓光电股份有限公司 Semiconductor luminescent part and its making method
JP4830911B2 (en) * 2007-03-02 2011-12-07 住友電気工業株式会社 Spinel sintered body, manufacturing method thereof, transparent substrate and liquid crystal projector

Also Published As

Publication number Publication date
TW201221500A (en) 2012-06-01
CN102947246A (en) 2013-02-27
CN102947246B (en) 2015-11-25
WO2011162236A1 (en) 2011-12-29
TWI510449B (en) 2015-12-01
JP5838965B2 (en) 2016-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102109668B1 (en) Light-emitting device and process for production thereof
CN108281378B (en) Group III nitride composite substrate, semiconductor device, and methods for manufacturing group III nitride composite substrate and semiconductor device
US9070547B2 (en) Composite substrate and method for manufacturing composite substrate
EP2819188B1 (en) Light-emitting device and manufacturing method thereof
TWI600178B (en) III -nitride composite substrate, a method of manufacturing the same, a laminated III-nitride compound substrate, a group III nitride semiconductor device, and a method of fabricating the same
TW200524180A (en) Light-emitting semiconductor device, manufacturing method thereof, and electrode forming method
US9469571B2 (en) Handle substrates of composite substrates for semiconductors
JP5838965B2 (en) Method for manufacturing light emitting device
WO2010082396A1 (en) Substrate for light-emitting element
JP2008115074A (en) Gallium nitride single crystal substrate and surface treatment method
JP6146042B2 (en) Group III nitride composite substrate and method for manufacturing the same, laminated group III nitride composite substrate, group III nitride semiconductor device and method for manufacturing the same
JP7343749B2 (en) Light emitting device and its manufacturing method
KR20190141610A (en) Light emitting device and method of manufacturing the same
JP2023172001A (en) Wavelength conversion member and light-emitting device, and method for manufacturing wavelength conversion member
JP6024239B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140617

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150707

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150831

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151013

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151026

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5838965

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250