WO2008044769A1 - Semiconductor light emitting device, lighting system and process for producing semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device, lighting system and process for producing semiconductor light emitting device Download PDF

Info

Publication number
WO2008044769A1
WO2008044769A1 PCT/JP2007/069968 JP2007069968W WO2008044769A1 WO 2008044769 A1 WO2008044769 A1 WO 2008044769A1 JP 2007069968 W JP2007069968 W JP 2007069968W WO 2008044769 A1 WO2008044769 A1 WO 2008044769A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
eutectic alloy
alloy layer
light emitting
bonding
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/069968
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kunio Takeuchi
Yasumitsu Kunoh
Original Assignee
Sanyo Electric Co., 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 Sanyo Electric Co., Ltd. filed Critical Sanyo Electric Co., Ltd.
Priority to CN2007800017496A priority Critical patent/CN101361203B/zh
Priority to US12/090,181 priority patent/US7880177B2/en
Priority to KR1020087009524A priority patent/KR101329908B1/ko
Priority to EP07829704.1A priority patent/EP2063468B1/en
Publication of WO2008044769A1 publication Critical patent/WO2008044769A1/ja

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor 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
    • H01L33/44—Semiconductor 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 characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor 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
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor 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
    • H01L33/48—Semiconductor 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 characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H01L2224/48465—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01012—Magnesium [Mg]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01019—Potassium [K]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01046—Palladium [Pd]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0075—Processes relating to semiconductor body packages relating to heat extraction or cooling elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor 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
    • H01L33/36—Semiconductor 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 characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor 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 characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/385—Semiconductor 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 characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending at least partially onto a side surface of the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor 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
    • H01L33/48—Semiconductor 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 characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Definitions

  • Semiconductor light emitting device illumination device, and method of manufacturing semiconductor light emitting device
  • the present invention relates to a semiconductor light emitting device, a lighting apparatus, and a method of manufacturing the semiconductor light emitting device.
  • the present invention relates to a semiconductor light emitting device in which a semiconductor device layer including a light emitting layer is bonded to a supporting substrate, a lighting device, and a method of manufacturing the semiconductor light emitting device.
  • a semiconductor light emitting element in which a semiconductor element layer including a light emitting layer is bonded onto a support substrate.
  • Such semiconductor light emitting devices are disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2006-49871 and 2004-235506. These semiconductor light emitting devices are formed by forming a high quality semiconductor device layer on a growth substrate and then bonding the semiconductor device layer on a supporting substrate different from the growth substrate. In addition, after this bonding, the growth substrate can be reused by removing the growth substrate from the semiconductor element layer.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view for illustrating the structure of a conventional light emitting diode. The structure of a conventional light emitting diode will be described with reference to FIG.
  • a GaN-based semiconductor element layer 103 is formed on a support substrate 101 made of Si via a bonding layer 102.
  • the semiconductor element layer 103 includes a p-type GaN based semiconductor layer 103a, an active layer 103d, and an n-type GaN based semiconductor layer 103f.
  • the p-type GaN-based semiconductor layer 103a has a thickness of about 200 nm.
  • an active layer 103d having a thickness of about 50 nm and having an MQW (Multiple Quantum Well) structure in which a well layer and a barrier layer are alternately formed is formed.
  • a ⁇ -side electrode 105 is formed which is a laminated film of a Pd layer having a thickness of about 3 nm and an Ag layer having a thickness of about 150 ⁇ m. Also, p On the lower surface of the side electrode 105, a barrier layer 106 of Mo having a thickness of about 50 nm is formed.
  • an n-side electrode 107 composed of a laminated film of a Ti layer having a thickness of about 15 nm from the semiconductor element layer 103 side and an A1 layer having a thickness of about 150 nm. It is made.
  • an atomic layer 101a is formed in which a Ti layer having a thickness of about 15 nm and an A1 layer having a thickness of about 150 nm are formed in this order.
  • the bonding layer 102 formed between the ceramic layer 101a and the barrier layer 106 is formed of a first bonding layer 102a of Au having a thickness of about 3 m and formed on the ceramic layer 101a, and a first bonding layer 102a.
  • FIGS. 17 to 19 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the conventional light emitting diode element shown in FIG. Next, with reference to FIGS. 16-19, the manufacturing process of the conventional light emitting diode element is demonstrated.
  • a buffer layer 109 made of a Ga N-based semiconductor having a thickness of about 20 nm is formed on a growth substrate 108 made of sapphire by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. Do. Subsequently, the n-type GaN-based semiconductor layer 103f, the active layer 103d, and the p-type GaN-based semiconductor layer 103a having the above thicknesses are formed in this order on the buffer layer 109 by MOCVD.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • a p-side electrode 105 is formed by forming a Pd layer and an Ag layer each having the above-mentioned film thickness in this order on the p-type GaN based semiconductor layer 103a using an electron beam evaporation (EB) method. Do. Furthermore, a barrier layer 106 of Mo having a thickness of about 50 nm is formed on the p-side electrode 105 using the EB method.
  • EB electron beam evaporation
  • a third bonding layer 102c and a second bonding layer 102b having the above-described film thickness and composition, respectively, are formed in this order on the nolier layer 106 by the EB method.
  • the atomic layer 101 a is formed on the supporting substrate 101 by forming a Ti layer and an A1 layer each having the above-mentioned film thickness in this order using the EB method.
  • an Au bonding first bonding layer 102a having a thickness of about 3 m is formed on the atomic layer 101a using the EB method.
  • the growth substrate 108 is disposed on the support substrate 101 so that the first bonding layer 102 a and the second bonding layer 102 b are in contact with each other. Subsequently, the first bonding layer 102a and the second bonding layer 102b are bonded by heat-pressing the support substrate 101 and the growth substrate 108 under the conditions of about 290 ° C. and about 200 N / cm 2 . Thereafter, as shown by the arrows in the figure, the growth substrate 108, the buffer layer 109 and the n-type GaN are irradiated by irradiating YAG third harmonic laser (wavelength: 355 nm) from the growth substrate 108 side toward the buffer layer 109. While thermally decomposing a part of the base semiconductor layer 103f, the growth substrate 108 and the buffer layer 109 are removed.
  • YAG third harmonic laser wavelength: 355 nm
  • the upper surface of the n-type GaN based semiconductor layer 103 f is polished to remove the buffer layer 109 and the like remaining on the surface, and then the n-type GaN based semiconductor layer 103 f is removed.
  • the n-side electrode 107 is formed by sequentially forming the Ti layer and the A1 layer having the film thicknesses described above.
  • a scribe line is formed by dicing on the lower surface (the surface where the semiconductor element layer 103 is not joined) side of the support substrate 101, and the semiconductor element layers 103 joined to the support substrate 101 along the scribe line are supported. Divide the substrate 101. Thus, a conventional light emitting diode element is formed.
  • the bonding strength between the support substrate 101 and the semiconductor device layer 103 is not sufficient. Therefore, there is a problem that, for example, peeling may occur between the support substrate 101 and the bonding layer 102 or between the bonding layer 102 and the semiconductor element layer 103 when the growth substrate 108 is removed. Further, in the conventional light emitting diode element, a crack or peeling may occur in the semiconductor element layer 103, the p-side electrode 105, etc. near the bonding surface due to a load caused by heating at the time of bonding. In this case, the operating voltage of the light emitting diode may increase, or the operating current may not flow, so that the light emitting diode does not emit light, so that the reliability of the light emitting diode may be lowered.
  • the present invention has been made to solve the problems as described above, and one object of the present invention is to suppress the occurrence of peeling between a support substrate and a semiconductor element layer, and to achieve reliability.
  • Semiconductor light emitting device and lighting device are semiconductor light emitting devices and lighting device.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a highly reliable semiconductor light emitting device while suppressing the occurrence of peeling between a support substrate and a semiconductor device layer.
  • a semiconductor light emitting device comprises a support substrate, a first eutectic alloy layer formed on the support substrate, and a second eutectic formed on the first eutectic alloy layer.
  • a semiconductor element layer including an alloy layer, a third eutectic alloy layer formed on the second eutectic alloy layer, and a light emitting layer formed on the third eutectic alloy layer; The melting point of the layer is lower than the melting point of the first and third eutectic alloy layers.
  • the “semiconductor light emitting device” is a broad concept including, for example, a light emitting diode device and a semiconductor laser device.
  • eutectic alloy means a low melting point alloy having a eutectic structure in which a plurality of metals such as solder are solid-solved with each other.
  • bonding at a low temperature is possible by bonding the semiconductor device layer and the support substrate with a low melting point eutectic alloy.
  • a first eutectic alloy layer and a third eutectic alloy layer having relatively high melting points are provided on the supporting substrate side and the semiconductor element layer side, and between the first eutectic alloy layer and the third eutectic alloy layer.
  • the supporting substrate and the semiconductor element layer can be bonded in a softened state. Thereby, the thermal stress generated between the supporting substrate, the semiconductor element layer, the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer can be relaxed.
  • the bonding area can be increased.
  • the bonding strength can be improved, so that peeling between the supporting substrate and the semiconductor element layer can be suppressed.
  • the bonding area can be increased, heat radiation can be performed uniformly and efficiently at the time of laser irradiation.
  • the semiconductor element layer can be prevented from being damaged due to a load caused by a thermal stress or the like. Therefore, the operating voltage becomes high due to the damage, and It is possible to suppress the problem that the flow does not flow and does not emit light. Thus, a highly reliable semiconductor light emitting device can be obtained.
  • a third eutectic alloy layer is formed on the side surface of the semiconductor device layer via an insulating layer.
  • the third eutectic can be formed on the side surface of the semiconductor element layer while suppressing the leakage of the current flowing through the semiconductor element layer to the third eutectic alloy layer formed on the side surface of the semiconductor element layer.
  • An alloy layer can be formed.
  • the semiconductor element layer is The heat of the side can be dissipated.
  • the thermal stress generated between the support substrate, the semiconductor element layer, the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer can be effectively relaxed.
  • the thermal expansion coefficient of the second eutectic alloy layer is preferably larger than the thermal expansion coefficient of the first eutectic alloy layer and the third eutectic alloy layer.
  • the deformation of the second eutectic alloy layer having a large thermal expansion coefficient can be achieved by the first eutectic alloy layer and the first eutectic alloy layer provided on both sides of the second eutectic alloy layer. (3) It can be suppressed from both sides by the eutectic alloy layer. Thereby, the influence of the thermal stress generated between the support substrate, the semiconductor element layer, the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer can be further relaxed.
  • the two eutectic alloy layers and the third eutectic alloy layer each include at least one of an Au—Sn alloy, an Au—Ge alloy, and an Au—Si alloy.
  • the supporting substrate and the semiconductor element layer can be bonded to each other by heating to a relatively low temperature by an Au--Sn alloy, Au--Ge alloy or Au--Si alloy having a low melting point.
  • the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer each include at least one of an Au—Sn alloy, an Au—Ge alloy, and an Au—Si alloy.
  • the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer are made of an Au-Sn alloy, and the Sn content of the second eutectic alloy layer is the first eutectic alloy layer. It is larger than the content of Sn in the eutectic alloy layer and the third eutectic alloy layer.
  • the second eutectic alloy layer can be easily Of the first and third eutectic alloy layers can be lower than the melting point of the first and third eutectic alloy layers.
  • a composition in which the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer each include at least one of an Au-Sn alloy, an Au-Ge alloy, and an Au-Si alloy.
  • the first eutectic alloy layer and the third eutectic alloy layer are made of an Au—Ge alloy
  • the second eutectic alloy layer is made of an Au—Sn alloy.
  • a lighting device comprises a support substrate, a first eutectic alloy layer formed on the support substrate, and a second eutectic alloy formed on the first eutectic alloy layer.
  • a second eutectic alloy layer including a layer, a third eutectic alloy layer formed on the second eutectic alloy layer, and a light emitting layer formed on the third eutectic alloy layer;
  • the semiconductor light emitting device has a melting point lower than that of the first eutectic alloy layer and the third eutectic alloy layer.
  • the semiconductor light emitting element according to the first aspect by providing the semiconductor light emitting element according to the first aspect, a semiconductor light emitting element with a low operating voltage according to the first aspect is obtained. Lighting can be performed by emitting light. As a result, it is possible to obtain a lighting device with high energy efficiency, which consumes less power S.
  • a step of forming a semiconductor device layer including a light emitting layer and a step of forming a semiconductor device layer between the supporting substrate and the semiconductor device layer from the supporting substrate side.
  • Forming the crystal alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer in this order and heating the semiconductor element layer and the support substrate to form a first eutectic alloy layer, a second eutectic alloy layer, and a second eutectic alloy layer.
  • the heating temperature in the step of bonding the semiconductor element layer and the support substrate is equal to or higher than the melting point of the second eutectic alloy layer and less than the melting points of the first eutectic alloy layer and the third eutectic alloy layer.
  • the first eutectic alloy layer and the third eutectic alloy layer are at a melting point or more of the second eutectic alloy layer.
  • the second eutectic alloy layer is melted by heating to a temperature below the melting point of the first eutectic and the first eutectic
  • the supporting substrate and the semiconductor element layer can be joined together in a softened state without melting and the alloy layer and the third eutectic alloy layer.
  • the thermal stress generated between the supporting substrate, the semiconductor element layer, the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer and the third eutectic alloy layer is It can be relaxed.
  • the first and third eutectic alloy layers which are softened and the second eutectic alloy layer which is melted are uneven Since it is easy to be embedded in the shape part, the bonding area can be increased. Thus, the bonding strength can be improved, so that peeling of the supporting substrate and the semiconductor element layer can be suppressed.
  • the bonding area can be increased, the power S can be uniformly and efficiently dissipated at the time of laser irradiation.
  • the power S can be uniformly and efficiently dissipated at the time of laser irradiation.
  • it is possible to suppress damage to the semiconductor element layer due to a load due to a thermal stress or the like, so that the operating voltage is increased due to the damage or no current flows. It is possible to suppress the occurrence of problems such as not emitting light.
  • a highly reliable semiconductor light emitting device can be obtained.
  • the step of disposing the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer preferably includes the steps of: Forming a third eutectic alloy layer, a second eutectic alloy layer, and a first eutectic alloy layer in this order, and disposing a support substrate on the first eutectic alloy layer.
  • the third eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the first eutectic alloy layer are formed in this order on the semiconductor element layer, and then a support substrate is formed on the first eutectic alloy layer.
  • the step of disposing the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer preferably includes the steps of: Forming a part of the third eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and a part of the first eutectic alloy layer in this order, and forming a part of the first eutectic alloy layer on the support substrate And a step of disposing a part of the first eutectic alloy layer formed on the support substrate on a part of the first eutectic alloy layer formed on the semiconductor element layer.
  • the third eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and a part of the first eutectic alloy layer are formed in this order on the semiconductor element layer, and After forming a part of the first eutectic alloy layer on the supporting substrate, the first eutectic alloy formed on the supporting substrate on the part of the first eutectic alloy layer formed on the semiconductor element layer By heating the support substrate and the semiconductor element layer in a state where a part of the layer is disposed, the support substrate and the semiconductor element can be easily bonded.
  • the step of disposing the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer preferably includes the steps of: A step of forming a third eutectic alloy layer via an insulating layer on the side surface is included. According to this structure, the third eutectic alloy layer is formed on the side surface of the semiconductor element layer which does not leak to the third eutectic alloy layer formed on the side surface of the semiconductor element layer.
  • the side surface side of the semiconductor element layer is different from the case where the third eutectic alloy layer is not provided. Can dissipate the heat of Thereby, the thermal stress generated between the support substrate, the semiconductor element layer, the first eutectic alloy layer, the second eutectic alloy layer, and the third eutectic alloy layer is effectively relieved by the force S.
  • the step of forming a semiconductor device layer includes the step of forming a semiconductor device layer on a growth substrate, and the growth substrate is a semiconductor device layer. Further comprising the step of According to this structure, after bonding the semiconductor element layer formed on the growth substrate to the support substrate, the growth substrate is removed from the semiconductor element layer to miniaturize the semiconductor light emitting element and reduce the thickness of the semiconductor light emitting element. It is possible to change power S. In addition, the same growth substrate can be reused to form a semiconductor light emitting element.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a structure of a light emitting diode device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing process of the light emitting diode element according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing process of the light emitting diode element according to the first embodiment.
  • Garden 4 It is a sectional view for explaining a manufacturing process of a light emitting diode device according to a first embodiment.
  • FIG. 16 A sectional view for illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to Embodiment 6. [FIG.
  • a GaN-based semiconductor element layer 3 is formed on a support substrate 1 of p-type Ge having a thickness of in via a bonding layer 2.
  • the semiconductor element layer 3 includes a p-type contact layer 3a, a p-type cladding layer 3b, a p-type cap layer 3c, an active layer 3d, an n-type cladding layer 3e, and an n-type contact layer 3f.
  • the active layer 3d is an example of the "light emitting layer" in the present invention.
  • the p-type contact layer 3a is made of Mg-doped GaInN having a thickness of about 5 nm. On the p-type contact layer 3a, has a thickness of about lOOnm
  • a p-type cladding layer 3b made of AlGaN doped with Mg is formed.
  • the doped layer 3b On the doped layer 3b, it is composed of Mg-doped Al Ga N having a thickness of about 20 nm.
  • a mold cap layer 3c is formed.
  • the active layer 3d formed on the p-type cap layer 3c is an undoped Ga having three well layers of undoped In having a thickness of about 5 nm and an undoped Ga having a thickness of about 1 O nm.
  • n-type cladding composed of Si-doped Al Ga N having a thickness of about 150 nm.
  • the dopant layer 3e is formed. On the n-type cladding layer 3e, there is formed an n-type contact layer 3f made of Ga In N doped with Si and having a thickness of about 4 m.
  • the insulating layer 4 made of SiO and having a thickness of about 500 nm is formed.
  • the insulating layer 4 is formed on the lower surface of the semiconductor element layer 3.
  • the p-type contact layer 3 a is exposed from the opening 4 a of the insulating layer 4. Furthermore, a p-side electrode 5 and a barrier layer 6 are formed in this order on the side surface and the lower surface of the semiconductor element layer 3 so as to cover the insulating layer 4. In the p-side electrode 5, a Pd layer having a thickness of about 3 nm and an Ag layer having a thickness of about 150 nm are laminated in this order from the insulating layer 4 and the p-type contact layer 3a side.
  • the thickness of about 30 nm from the p-side electrode 5 side A Ti layer having a thickness, a Pd layer having a thickness of about 100 nm and an Au layer having a thickness of about 300 nm are laminated in this order.
  • An n-side electrode 7 is formed by stacking in this order! /.
  • a ceramic layer la is formed in which a Ni layer having a thickness of about 150 nm and an Au layer having a thickness of about 100 nm are formed in this order.
  • the bonding layer 2 formed between the ceramic layer la and the barrier layer 6 is an Au—Sn alloy (Sn content: about 20 mass%) having a thickness of about 1 m formed on the ceramic layer la. , mp: about 278 ° C, thermal expansion coefficient:. to about 17 ⁇ 5 X 10- 6 / K ) ( hereinafter, a first bonding layer 2a made) indicating the Au- Sn20, formed on the first bonding layer 2a has been about 3 ⁇ Au- Sn alloy having a thickness of (Sn content: about 90 wt%, melting point: about 217 ° C, thermal expansion coefficient: about 13.
  • the first bonding layer 2a, the second bonding layer 2b and the third bonding layer 2c are respectively the “first eutectic alloy layer”, the “second eutectic alloy layer” and the “third eutectic” of the present invention. "An alloy layer” is an example.
  • the third bonding layer 2 c and the second bonding layer 2 b are also stacked in this order on the side surface of the semiconductor element layer 3 via the insulating layer 4, the p-side electrode 5 and the barrier layer 6.
  • a buffer layer 9 of GaN having a thickness of about 50 nm and a thickness of about 20 Onm are grown on a growth substrate 8 of GaN having a thickness of about 400 m by MOCVD.
  • each layer 3a to 3f of the semiconductor element layer 3 having the above-described film thickness and composition is formed on the peeling layer 10 under the conditions shown in Table 1 by the MOCVD method.
  • the layers 3a to 3f are formed in the order of the n-type contact layer 3f, the n-type cladding layer 3e, the active layer 3d, the p-type cladding layer 3c, the p-type cladding layer 3b and the p-type contact layer 3a.
  • Buffer layer 450 NH 3 , no TMG a Release layer 750 NH 3 , TMGa, no TM In n-type contact layer 1 150 NH 3 , TMG a, TM In Si H 4 n-type cladding layer 1 150 NH 3 , TMG a, TMA 1 Si H 4 active layer-'
  • the mask layer 11 As shown in FIG. 3, after forming the mask layer 11 having a thickness of about 600 nm and having a thickness of about 600 nm on the p-type contact layer 3a in the region to be the light emitting diode element, the mask layer 11 is exposed.
  • the exposed region is etched to the n-type contact layer 3f.
  • the peeling layer 10 is exposed around the area to be the light emitting diode element, and the side surfaces of the layers 3 a to 3 f which are the side surfaces of the semiconductor element layer 3 are exposed. After this, the mask layer 11 is removed.
  • the insulating layer 4 made of SiO having a thickness of about 500 nm is formed on the upper surface of the peeling layer 10 and on the upper surface and the side surface of the semiconductor element layer 3.
  • the p-type contact layer 3a is formed by forming an opening 4a in the insulating layer 4 located at the center of the upper surface of the p-type contact layer 3a using photolithography technology. Make it exposed. Subsequently, using a vacuum evaporation method, the Pd layer and the Ag layer having the thicknesses described above are respectively formed on the upper surface and the side surfaces of the insulating layer 4 and on the upper surface of the p-type contact layer 3a in the opening 4a.
  • the p-side electrode 5 is formed by forming in order.
  • a barrier layer 6 is formed by forming a Ti layer, a Pd layer and an Au layer having the above-mentioned film thicknesses in this order on the upper surface and the side surface of the p-side electrode 5 using a vacuum evaporation method. .
  • a third bonding layer 2c made of Au--Sn 20 having a thickness of about 1 ⁇ m is formed on the upper surface and the side surface of the noble layer 6 by vacuum evaporation.
  • the third A fourth bonding layer 2M consisting of 811 31 90 having a thickness of about 1.5 111 is formed on the upper surface and the side surface of the synthetic layer 2c.
  • the recess 12 is formed on the upper surface of the fourth bonding layer 2bl by the step of the opening 4a.
  • an atomic layer la is formed.
  • an Au layer (not shown) having a thickness of about 10 nm is formed on the fourth bonding layer 2b2 to prevent oxidation.
  • the growth substrate 8 is disposed on the support substrate 1 so that the fourth bonding layer 2M and the fifth bonding layer 2b2 face each other. At this time, a gap is generated between the fourth bonding layer 2M and the fifth bonding layer 2b2 by the recess 12 on the upper surface of the fourth bonding layer 2bl. Subsequently, the support substrate 1 and the growth substrate 8 are thermocompression-bonded under the conditions of about 255 ° C. and about 10 ON / cm 2 for about 15 minutes. Thereby, the fourth bonding layer 2M and the fifth bonding layer 2b2 are melted and integrated to form the second bonding layer 2b, and the growth substrate 8 and the support substrate 1 are bonded.
  • the anti-oxidation Au layer (not shown) formed on the fourth bonding layer 2b1 is taken into the second bonding layer 2b along with the melting described above.
  • the first bonding layer 2a and the third bonding layer 2c are also softened and deformed by the above-described thermocompression bonding, so that the first bonding layer 2a, the second bonding layer 2b, and the third bonding layer 2c.
  • the bonding layer 2 is filled in the gap generated by the recess 12. After that, as shown by the arrows in the figure, the thermal decomposition of the release layer 10 is promoted by irradiating the YAG second harmonic laser (wavelength: 532 nm) from the growth substrate 8 side toward the release layer 10. , Remove the growth substrate 8, the knocker layer 9 and the peeling layer 10.
  • the upper surface of the n-type contact layer 3 f is polished to remove the peeling layer 10 and the like remaining on the surface, and then the above-mentioned is performed on the n-type contact layer 3 f.
  • An n-side electrode 7 is formed by sequentially forming an A1 layer, a Pd layer, and an Au layer having different thicknesses.
  • a scribe line is formed by dicing on the lower surface of the support substrate 1 (the surface to which the semiconductor element layer 3 is not joined) side, and every semiconductor element layer 3 bonded to the support substrate 1 along this scribe line. Divide the support substrate 1 into.
  • Light emitting diode elements are formed.
  • the semiconductor element layer 3 and the support substrate 1 are bonded by a low melting point eutectic alloy, bonding at a relatively low temperature is possible.
  • the decrease in atomicity between the p-side electrode 5 and the semiconductor element layer 3 can be suppressed, so that a light emitting diode element with a low operating voltage can be obtained.
  • the alloying of the p-side electrode 5 can be suppressed, it is possible to suppress the decrease in the reflectance of the p-side electrode 5. Thereby, the luminous efficiency of the light emitting diode can be improved.
  • the first bonding layer 2a and the third bonding layer 2c having relatively high melting points are provided on the supporting substrate 1 side and the semiconductor element layer 3 side, and the first bonding is performed. Since the second bonding layer 2b having a relatively low melting point is provided between the layer 2a and the third bonding layer 2c, the second bonding layer 2b is molten, and the first bonding layer 2a and the first bonding layer 2a are provided.
  • the supporting substrate 1 and the semiconductor element layer 3 can be bonded in a state in which the third bonding layer 2c is softened without melting. Thereby, the thermal stress generated between the support substrate 1 and the semiconductor element layer 3 and the first bonding layer 2a, the second bonding layer 2b and the third bonding layer 2c can be relaxed.
  • the softened first bonding layer 2a and third bonding layer 2c are softened. And, since the melted second bonding layer 2 b is embedded in the recess 12, the bonding area can be increased. As a result, the bonding strength can be improved, so that peeling between the support substrate 1 and the semiconductor element layer 3 can be suppressed, and the semiconductor element layer 3 is bonded to the support substrate 1 from the growth substrate 8. It is possible to improve the separation success rate in the peeling layer at the time of replacement.
  • the bonding area can be increased, the heat conduction efficiency can be improved unlike the case where there is a gap between the support substrate 1 and the semiconductor element layer 3.
  • the heat radiation can be performed uniformly and efficiently at the time of laser irradiation when separating the growth substrate 8. Therefore, when there is a gap between the support substrate 1 and the semiconductor element layer 3, generation of cracks in the semiconductor element layer 3 or the p-side electrode 5 due to heat accumulation in the gap is suppressed. can do. Thereby, the yield of the light emitting diode device is improved Force S can.
  • heat can be dissipated efficiently, it is necessary to concentrate the light emitting diode elements and place them in place S.
  • the third bonding layer 2c is formed on the side surface of the semiconductor element layer 3 via the insulating layer 4 so that the current flowing through the semiconductor element layer 3 is the semiconductor.
  • the third bonding layer 2 c can be formed on the side surface of the semiconductor element layer 3 while suppressing leakage to the third bonding layer 2 c formed on the side surface of the element layer 3.
  • the heat of the side can be released. Thereby, the thermal stress generated between the support substrate 1 and the semiconductor element layer 3 and the first bonding layer 2a, the second bonding layer 2b and the third bonding layer 2c can be effectively relieved.
  • the first bonding layer 2a, the second bonding layer 2b, and the third bonding layer 2c are respectively formed of an Au—Sn 20 alloy, an Au—Sn 90 alloy, and an Au—
  • the supporting substrate 1 and the semiconductor element layer 3 can be joined by heating at a relatively low temperature using an Au—Sn 90 alloy having a low melting point.
  • a first bonding layer 22a, a second bonding layer 22b and a third bonding layer 2c are formed on the semiconductor element layer 3.
  • An example in which the semiconductor element layer 3 and the support substrate 1 are joined by the first joining layer 22a, the second joining layer 22b, and the third joining layer 2c formed on the semiconductor element layer 3 will be described.
  • the same components as in FIG. 1 will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • the GaN based semiconductor device layer 3 is formed on the supporting substrate 1 with the bonding layer 22 interposed therebetween.
  • the bonding layer 22 formed between the ceramic layer la and the barrier layer 6 is a first bonding layer 22 a made of Au—Sn 20 having a thickness of about 1 m formed on the ceramic layer la, A second bonding layer 22 b of Au—Sn 90 having a thickness of about 3 Hm formed on the first bonding layer 22 a and a thickness of about 1 ⁇ m formed on the second bonding layer 22 b It is comprised from the 3rd joining layer 2c which consists of Au-Sn20.
  • the third bonding layer 2c, the second bonding layer 22b, and the first bonding layer 22a are connected to the semiconductor element layer 3 through the insulating layer 4, the p-side electrode 5 and the barrier layer 6.
  • the first bonding layer 22 a and the second bonding layer 22 b are examples of the “first eutectic alloy layer” and the “second eutectic alloy layer” in the present invention respectively.
  • An Au—Sn 20 force, a third bonding layer 2c consisting of Au—Sn 90 force, a second bonding layer 22b consisting of Au—Sn 90 having a thickness of about 3 ⁇ m, and a first bonding layer 22a are formed in this order on the top.
  • the recess 23 is formed on the upper surface of the first bonding layer 22 a due to the step of the opening 4 a.
  • an atomic layer la is formed.
  • the growth substrate 8 is disposed on the support substrate 1 so that the first bonding layer 22a and the atomic layer la are opposed to each other. At this time, a gap is generated between the first bonding layer 22a and the atomic layer la due to the recess 23 on the upper surface of the first bonding layer 22a. Subsequently, the support substrate 1 and the growth substrate 8 are thermocompression-bonded under the conditions of about 255 ° C. and about 10 ON / cm 2 for about 15 minutes. Thereby, the first bonding layer 22a and the atomic layer la are bonded.
  • the second bonding layer 22b is melted by the above-described thermocompression bonding, and the first bonding layer 22a and the third bonding layer 2c are softened and deformed to form the first bonding layer 22a and the second bonding layer 22a.
  • the bonding layer 22 composed of the bonding layer 22 b and the third bonding layer 2 c is filled in the gap generated by the recess 23.
  • the thermal decomposition of the release layer 10 is promoted by irradiating a YAG second harmonic laser (wavelength: 532 mm) from the growth substrate 8 side toward the release layer 10.
  • a YAG second harmonic laser wavelength: 532 mm
  • the upper surface of the n-type contact layer 3 f is polished to remove the peeling layer 10 and the like remaining on the surface, and then the n-side is formed on the n-type contact layer 3 f.
  • the electrode 7 is formed.
  • the lower surface of the support substrate 1 (the surface to which the semiconductor element layer 3 is not joined) is diced by dicing. An brine is formed, and the support substrate 1 is divided for each semiconductor element layer 3 bonded to the support substrate 1 along the scribe line.
  • the light emitting diode device according to the second embodiment of the present invention is formed.
  • the third bonding layer 2c, the second bonding layer 22b, and the first bonding layer 22a are formed on the semiconductor element layer 3 in this order, and the first bonding layer is formed on the supporting substrate 1.
  • the illumination device 30 includes a plurality of panel-like light source units.
  • a light source unit 31 for supplying power to the light source unit 31 and a connecting member 33 for connecting the plurality of light source units 31 are provided.
  • the plurality of light source units 31 are connected by a connecting member 33 with the power supply unit 32 at the center, and are attached to the ceiling 200.
  • the light source unit 31 includes a plurality of light emitting units 31a and a panel member 31b.
  • the funnel member 31 b is formed of a curable resin.
  • the panel member 31 b is formed of acrylic, methacryl styrene, ABS (acrylonitrile butadiene styrene) or the like.
  • the panel member 31b has a vertical width and a horizontal width of about lm, respectively.
  • the light emitting units 31a are arranged in a matrix over the entire surface of the panel member 31b. In FIG. 13, 25 light emitting units 31 a are arranged in a matrix at equal intervals in one light source unit 31. In addition, these light emitting units 31 a emit light by the power from the power supply unit 32.
  • the light emitting unit 31 a includes four packages 40, an anode wiring 41 formed to extend under the respective cages 40, and the respective packages 40. And a force saw wire 42 formed to extend along both sides.
  • Each package 40 includes four cells 40 a.
  • four light emitting diode elements according to the first embodiment are incorporated in each cell 40a.
  • the cell 40a comprises: one supporting substrate 1; and the first bonding layer 2a, the second bonding layer 2b and the third bonding layer 3c of the first embodiment on the supporting substrate 1
  • a bonding layer 2 and four semiconductor element layers 3 bonded to the support substrate 1 by the bonding layer 2 are included.
  • the n-side electrode 7 formed on the surface of each semiconductor element layer 3 and the force sort wiring 42 formed to extend on both sides of the cell 40 a are electrically connected by a bonding wire 43. Further, as shown in FIG.
  • the support substrate 1 of each cell 40 a is electrically connected to the anode wiring 41 by solder 44 or the like. Further, in the cell 40a, a resin 45 which emits white light by the light from the light emitting diode element is provided so as to cover the light emitting diode element.
  • the plurality of force sword wires 42 in the light emitting unit 31a are electrically connected by the wire 42a.
  • the plurality of anode wires 41 in the light emitting unit 31a are also electrically connected by the wires 41a.
  • the force sort wiring 42 of the light emitting unit 31a is electrically connected to the force sort wiring 42 of the other light emitting unit 31a by a wiring (not shown).
  • the anode wiring 41 of the light emitting unit 31a is electrically connected to the anode wiring 41 of the other light emitting unit 31a by a wiring not shown. Thereby, the plurality of light emitting units 31a of the lighting device 30 are electrically connected.
  • illumination is performed by causing the light emitting diode device having a low operating voltage according to the first embodiment to emit light. Can. As a result, it is possible to obtain a lighting device 30 with high energy efficiency, which consumes less power.
  • the light emitting diode device according to the first embodiment was manufactured as Example 1.
  • the light emitting diode device according to the second embodiment was manufactured as Example 2.
  • a light emitting diode element manufactured in the same manner as Example 2 (second embodiment) except that the bonding temperature between the support substrate 1 and the growth substrate 8 is about 295 ° C. is set as Example 3.
  • the first bonding layer 22a and the third bonding layer 2c which are lined only with the second bonding layer 22b are also melted by the above-described thermocompression bonding.
  • Comparative Example 1 a light emitting diode was produced in the same manner as Example 2 (second embodiment) except that a bonding layer consisting of a single layer of Au—Sn 20 was used.
  • Comparative Example 2 a light emitting diode element was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that bonding of the support substrate 1 and the growth substrate 8 was performed at about 295 ° C.
  • the “adhesion” of the bonding layer was evaluated by the ratio of the separation with the peeling layer (separation success rate) without peeling the bonding layer when removing the growth substrate from the semiconductor element layer. Specifically, the success rate of separation is 90% or more ⁇ , less than 90% 60% or more ⁇ , less than 60% 30% or more ⁇ , and less than 30% X. Further, with respect to the presence or absence of “cracks” in the p-side electrode, the p-side electrode of the light-emitting diode element produced by separation at the peeling layer as described above was observed with an optical microscope. And when a crack was observed, it was X, and when not observed, it was set as O.
  • the “operating voltage” was evaluated based on the operating voltage when a DC current of 20 mA was applied to the light emitting diode. Specifically, the operating voltage is 4.0 V or less, ⁇ , 4.5 V or less is ⁇ , and the case where X exceeds 4.5 V is X. The results are shown in Table 2 below.
  • the thermal stress is sufficiently relaxed and the laser irradiation is performed. It is thought that the heat radiation at the time is also performed uniformly.
  • the operating voltage of the light emitting diode device of the first and second embodiments is smaller than the operating voltage of the third embodiment and the first and second comparative examples. Further, in Example 3, the operating voltage is considered to be increased because the junction temperature is relatively high.
  • Comparative Example 1 the operating voltage is considered to be increased because the bonding strength (adhesive force) is small. Further, in Comparative Example 2, it was found that the operating force was increased as well as a crack was generated in the p-side electrode whose adhesion was improved due to the increase of the bonding temperature.
  • Example 4 Au- Ge alloy (Ge content: about 12 wt%, melting point: about 356 ° C, thermal expansion coefficient: about 12. 0 X 10- 6 / K)
  • Example 1 is used except that the first bonding layer 2a and the third bonding layer 2c made of Au-Gel 2 are used, and the bonding of the support substrate 1 and the growth substrate 8 is performed at about 295.degree.
  • the light emitting diode element was produced similarly to the above.
  • the first bonding layer 22a and the third bonding layer 2c made of Au-Gel 2 are used, and the bonding between the support substrate 1 and the growth substrate 8 is performed at about 295 ° C.
  • a light emitting diode element was produced in the same manner as Example 2.
  • Example 6 as shown in FIG. 16, a portion (Au— of the first bonding layer 52 a after bonding) on the second bonding layer 22 b (see FIG. 10) of Example 5 (second embodiment).
  • a sixth bonding layer 52al) made of Gel 2 is formed with a thickness of 1.0 m, and a part of the first bonding layer 52a after bonding on the support substrate 1 (a seventh bonding layer 52a2 made of Au-Gel 2)
  • a light emitting diode was produced in the same manner as in Example 5 except that the sixth bonding layer 52al and the seventh bonding layer 52a2 were bonded together in a thickness of 0.5 m. Thereby, as shown in FIG.
  • the supporting substrate 1 and the semiconductor device layer 3 are combined with the third bonding layer 2 c, the second bonding layer 22 b, and the sixth bonding layer 52 al.
  • the seventh bonding layer 52a2 are bonded by the bonding layer 52 formed of the first bonding layer 52a integrated by melting.
  • the thermal expansion coefficient of the second bonding layer is larger than the thermal expansion coefficient of the first bonding layer and the second bonding layer.
  • Comparative Example 3 a light emitting diode element was produced in the same manner as Example 5, except that a bonding layer consisting of a single layer of Au-Gel 2 was used. Further, as Comparative Example 4, a light emitting diode element was produced in the same manner as Comparative Example 3 except that bonding of the supporting substrate 1 and the growth substrate 8 was performed at about 375 ° C. [0089] (Characteristics evaluation 2)
  • the bonding strength between the support substrate and the semiconductor element layer in the light emitting diode devices of Examples 4 to 6 is larger than that of the light emitting diode devices of Comparative Examples 3 and 4. Further, the bonding strength between the support substrate and the semiconductor element layer in the light emitting diode element of Example 6 was the best compared to the bonding strength of Examples 1-5. Further, in the light emitting diode elements of Examples 4 to 6, no cracks are generated in the p-side electrode, so that the thermal stress is sufficiently relaxed and the heat radiation at the time of laser irradiation is uniformly performed. Conceivable. Further, the LEDs of the embodiment 4-6, Examples 1 and 2 and the comparison for the junction temperature is higher, smaller this and force than the operating voltage of the power Comparative Example 4 in which the operating voltage is increasing s Wakaka Ru.
  • the second bonding layer made of Au—Sn 90 is used.
  • a second bonding layer made of Au--Sn 20 may be used.
  • Au-Gel2 for the first bonding layer and the third bonding layer.
  • the melting point of the alloy forming the second bonding layer is lower than the melting point of the alloy forming the first bonding layer and the third bonding layer.
  • other materials may be used, but it is preferable to contain at least one of Au--Sn alloy, Au--Ge alloy and Au--Si alloy.
  • the present invention is not limited thereto, and a supporting substrate and a semiconductor element layer may be used. Alternatively, they may be selected to be different depending on the composition of the p-side electrode and the thermal characteristics such as the thermal expansion coefficient.
  • the bonding layer is composed of three layers of the first bonding layer, the second bonding layer, and the third bonding layer, but the present invention is not limited to this. It may contain more metal layers.
  • the fourth bonding layer to be the second bonding layer and the fifth bonding layer are disposed so as to be opposed to each other to perform thermocompression bonding, or to be the first bonding layer.
  • the sixth bonding layer and the seventh bonding layer are arranged to face each other to perform heating and pressure bonding, or the first bonding layer and the support substrate are arranged to face each other
  • the present invention is limited thereto.
  • the force S can be formed on the side of the semiconductor element layer and on the side of the supporting substrate by separating them in any cross section that constitutes the bonding layer.
  • the support substrate and the semiconductor element layer can be joined by heat compression bonding after arranging so that the separated surfaces face each other.
  • the present invention is not limited thereto, and the growth substrate is a semiconductor element layer. You may leave it at
  • the present invention is not limited to this, and for example, a semiconductor element layer made of another semiconductor material such as AlGalnP May be used. Also, other materials and other configurations may be selected as appropriate for the p-side electrode, the no layer, the n-side electrode, etc.

Description

明 細 書
半導体発光素子、照明装置および半導体発光素子の製造方法 技術分野
[0001] 本発明は、半導体発光素子、照明装置および半導体発光素子の製造方法に関し
、特に、支持基板上に発光層を含む半導体素子層が接合されている半導体発光素 子、照明装置および半導体発光素子の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、支持基板上に発光層を含む半導体素子層が接合されている半導体発光素 子が知られている。このような半導体発光素子は、例えば、特開 2006— 49871号公 報および特開 2004— 235506号公報に開示されている。これらの半導体発光素子 では、成長基板上に高品質な半導体素子層を形成した後、成長基板とは異なる支 持基板上に半導体素子層を接合することにより形成されている。また、この接合の後 、半導体素子層から成長基板を除去することにより、成長基板を再利用することが可 能である。
[0003] 図 16は、従来の発光ダイオード素子の構造を説明するための断面図である。図 16 を参照して、従来の発光ダイオード素子の構造につ!、て説明する。
[0004] 従来の発光ダイオード素子では、図 16に示すように、 Siからなる支持基板 101上に 接合層 102を介して GaN系の半導体素子層 103が形成されている。半導体素子層 103は、 p型 GaN系半導体層 103a、活性層 103dおよび n型 GaN系半導体層 103f 力、ら構成されている。
[0005] 具体的な構造としては、 p型 GaN系半導体層 103aは、約 200nmの厚みを有する。
p型 GaN系半導体層 103a上には、約 50nmの厚みを有し、井戸層と障壁層とが交 互に形成された MQW (Multiple Quantum Well)構造を有する活性層 103dが 形成されている。活性層 103d上には、約 7 mの厚みを有する n型 GaN系半導体層 103fが形成されている。
[0006] p型 GaN系半導体層 103aの下面上には、約 3nmの厚みを有する Pd層と約 150η mの厚みを有する Ag層との積層膜からなる ρ側電極 105が形成されている。また、 p 側電極 105の下面上には、約 50nmの厚みを有する Moからなるバリア層 106が形 成されている。
[0007] また、半導体素子層 103の上面上には、半導体素子層 103側から約 15nmの厚み を有する Ti層と約 150nmの厚みを有する A1層との積層膜からなる n側電極 107が形 成されている。
[0008] 支持基板 101の上面上には、約 15nmの厚みを有する Ti層と約 150nmの厚みを 有する A1層とがこの順に形成されたォーミック層 101aが形成されている。
[0009] ォーミック層 101aとバリア層 106との間に形成されている接合層 102は、ォーミック 層 101a上に形成された約 3 mの厚みを有する Auからなる第 1接合層 102aと、第 1 接合層 102a上に形成された約 3 mの厚みを有する Au— Sn合金（Sn含有量：約 2 0質量％)からなる第 2接合層 102bと、第 2接合層 102b上に形成された約 lOOnmの 厚みを有する Auからなる第 3接合層 102cとから構成されている。
[0010] 図 17〜図 19は、図 16に示した従来の発光ダイオード素子の製造プロセスを説明 するための断面図である。次に、図 16〜図 19を参照して、従来の発光ダイオード素 子の製造プロセスについて説明する。
[0011] まず、図 17に示すように、 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor depo sition)法により、サファイアからなる成長基板 108上に、約 20nmの厚みを有する Ga N系半導体からなるバッファ層 109を形成する。続いて、 MOCVD法により、バッファ 層 109上に、上記した膜厚を有する n型 GaN系半導体層 103f、活性層 103dおよび p型 GaN系半導体層 103aをこの順に形成する。次に、電子ビーム蒸着（EB)法を用 いて、 p型 GaN系半導体層 103a上に、それぞれ上記した膜厚を有する Pd層および Ag層をこの順に形成することにより、 p側電極 105を形成する。さらに、 EB法を用い て、 p側電極 105上に、約 50nmの厚みを有する Moからなるバリア層 106を形成する
[0012] 次に、図 17に示すように、 EB法により、ノ リア層 106上にそれぞれ上記した膜厚お よび組成を有する第 3接合層 102cおよび第 2接合層 102bをこの順に形成する。
[0013] 次に、図 18に示すように、支持基板 101上に、 EB法を用いて、それぞれ上記した 膜厚を有する Ti層および A1層をこの順に形成することにより、ォーミック層 101aを形 成する。また、 EB法を用いて、ォーミック層 101a上に、約 3 mの厚みを有する Au 力 なる第 1接合層 102aを形成する。
[0014] 次に、図 19に示すように、第 1接合層 102aと第 2接合層 102bとが接触するように 支持基板 101上に成長基板 108を配置する。続いて、支持基板 101と成長基板 108 とを約 290°C、約 200N/cm2の条件で加熱圧着することにより、第 1接合層 102aと 第 2接合層 102bとが接合される。その後、図中矢印で示すように、成長基板 108側 よりバッファ層 109に向けて、 YAG第 3高調波レーザ（波長： 355nm)を照射すること により、成長基板 108とバッファ層 109と n型 GaN系半導体層 103fの一部を熱分解 するとともに、成長基板 108とバッファ層 109とを除去する。
[0015] 次に、図 16に示すように、 n型 GaN系半導体層 103fの上面を研磨し、表面に残留 しているバッファ層 109などを除去した後、 n型 GaN系半導体層 103f上に、それぞ れ上記した膜厚を有する Ti層および A1層をこの順に形成することにより、 n側電極 10 7を形成する。最後に、支持基板 101の下面（半導体素子層 103を接合していない 面)側にダイシングによりスクライブラインを形成し、このスクライブラインに沿って支持 基板 101に接合された半導体素子層 103ごとに支持基板 101を分割する。このよう にして、従来の発光ダイオード素子が形成される。
[0016] しかしながら、上記した従来の発光ダイオード素子においても、支持基板 101と半 導体素子層 103との接合強度が十分ではない。そのため、例えば、成長基板 108を 除去する際に支持基板 101と接合層 102との間や接合層 102と半導体素子層 103と の間で剥離が生じてしまう場合があるという問題点がある。また、従来の発光ダイォー ド素子においては、接合する際の加熱に起因する負荷によって、接合面に近い半導 体素子層 103や p側電極 105などにクラックや剥離が生じる場合がある。この場合に は、発光ダイオード素子の動作電圧が増加したり、または動作電流が流れず発光し な力 たりする場合があるので、発光ダイオード素子の信頼性が低くなるという問題 点、かある。
発明の開示
[0017] この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の 1 つの目的は、支持基板と半導体素子層との剥離が生じるのを抑制しながら、信頼性 の高い半導体発光素子および照明装置を提供することである。
[0018] この発明のもう 1つの目的は、支持基板と半導体素子層との剥離が生じるのを抑制 しながら、信頼性の高い半導体発光素子の製造方法を提供することである。
[0019] この発明の第 1の局面による半導体発光素子は、支持基板と、支持基板上に形成 された第 1共晶合金層と、第 1共晶合金層上に形成された第 2共晶合金層と、第 2共 晶合金層上に形成された第 3共晶合金層と、第 3共晶合金層上に形成された発光層 を含む半導体素子層とを備え、第 2共晶合金層の融点は、第 1および第 3共晶合金 層の融点よりも低い。なお、本発明において、「半導体発光素子」とは、例えば、発光 ダイオード素子や半導体レーザ素子などを含む広い概念である。また、本発明にお いて、「共晶合金」とは、たとえば半田などの複数の金属が互いに固溶した共晶組織 を有する低融点の合金を意味する。
[0020] この発明の第 1の局面による半導体発光素子では、上記のように、半導体素子層と 支持基板とを低融点の共晶合金により接合することによって、低温での接合が可能 である。また、支持基板側および半導体素子層側に相対的に融点の高い第 1共晶合 金層および第 3共晶合金層を設け、第 1共晶合金層および第 3共晶合金層の間に相 対的に融点が低い第 2共晶合金層を設けることによって、第 2共晶合金層は溶融して おり、かつ、第 1共晶合金層および第 3共晶合金層は溶融せずに軟化している状態 で支持基板と半導体素子層とを接合することができる。これにより、支持基板、半導 体素子層、第 1共晶合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層の間に生じる熱 応力を緩和することができる。
[0021] また、第 1の局面では、支持基板と半導体素子層との間に凹凸形状による隙間があ る場合でも、軟化した第 1共晶合金層および第 3共晶合金層と、溶融した第 2共晶合 金層とがその凹凸形状部分に埋め込まれやすいので、接合面積を大きくすることが できる。これにより、接合強度を向上させることができるので、支持基板と半導体素子 層との剥離が生じるのを抑制することができる。また、接合面積を大きくすることがで きるので、レーザ照射時の放熱を均一、かつ、効率的に行うことができる。
[0022] これらの結果、熱応力などによる負荷に起因して半導体素子層にダメージが生じる のを抑制することができるので、そのダメージに起因して動作電圧が高くなつたり、電 流が流れずに発光しないなどの問題が生じるのを抑制することができる。これにより、 信頼性の高い半導体発光素子を得ることができる。
[0023] 上記第 1の局面による半導体発光素子において、好ましくは、半導体素子層の側 面には、絶縁層を介して第 3共晶合金層が形成されている。このように構成すれば、 半導体素子層に流す電流が半導体素子層の側面に形成された第 3共晶合金層にリ ークするのを抑制しながら、半導体素子層の側面に第 3共晶合金層を形成すること ができる。このように、半導体素子層の側面側にも第 3共晶合金層を設けることにより 、半導体素子層の側面側に第 3共晶合金層が設けられていない場合と異なり、半導 体素子層の側面の熱を逃がすことができる。これにより、支持基板、半導体素子層、 第 1共晶合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層の間に生じる熱応力を有効 に緩禾口することカできる。
[0024] 上記第 1の局面による半導体発光素子において、好ましくは、第 2共晶合金層の熱 膨張係数は、第 1共晶合金層および第 3共晶合金層の熱膨張係数より大きい。このよ うに構成すれば、熱膨張係数の大きい第 2共晶合金層が変形するのを、第 2共晶合 金層の両側に設けられた熱膨張係数の小さい第 1共晶合金層および第 3共晶合金 層により両側から抑制することができる。これにより、支持基板、半導体素子層、第 1 共晶合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層の間に生じる熱応力の影響をさ らに緩禾口することカできる。
[0025] 上記第 1の局面による半導体発光素子において、好ましくは、第 1共晶合金層、第
2共晶合金層および第 3共晶合金層は、それぞれ、 Au— Sn合金、 Au— Ge合金お よび Au— Si合金の少なくともいずれかを含む。このように構成すれば、融点の低い A u— Sn合金、 Au— Ge合金または Au— Si合金により、比較的低温に加熱することに よって支持基板と半導体素子層とを接合することができる。
[0026] 上記第 1共晶合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層が、それぞれ、 Au— Sn合金、 Au— Ge合金および Au— Si合金の少なくともいずれかを含む構成におい て、好ましくは、第 1共晶合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層は、 Au- S n合金からなり、第 2共晶合金層の Snの含有率は、第 1共晶合金層および第 3共晶 合金層の Snの含有率よりも大きい。このように構成すれば、容易に、第 2共晶合金層 の融点を第 1および第 3共晶合金層の融点よりも低くすることができる。
[0027] 上記第 1共晶合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層が、それぞれ、 Au- Sn合金、 Au— Ge合金および Au— Si合金の少なくともいずれかを含む構成におい て、好ましくは、第 1共晶合金層および第 3共晶合金層は、 Au— Ge合金からなり、第 2共晶合金層は、 Au— Sn合金からなる。このように構成すれば、第 1共晶合金層お よび第 3共晶合金層を Au— Sn合金から構成する場合と比較して、支持基板と半導 体素子層との接合強度を向上させることができる。なお、この効果は、後述する実験 により検証済みである。
[0028] この発明の第 2の局面による照明装置は、支持基板と、支持基板上に形成された 第 1共晶合金層と、第 1共晶合金層上に形成された第 2共晶合金層と、第 2共晶合金 層上に形成された第 3共晶合金層と、第 3共晶合金層上に形成された発光層を含む 半導体素子層とを含み、第 2共晶合金層の融点は、第 1共晶合金層および第 3共晶 合金層の融点よりも低い、半導体発光素子を備えて!/、る。
[0029] この発明の第 2の局面による照明装置では、上記のように、上記第 1の局面による 半導体発光素子を設けることによって、上記第 1の局面による動作電圧の低い半導 体発光素子を発光させることによって照明を行うことができる。これにより、消費電力 力 S小さぐエネルギー効率の高い照明装置を得ることができる。
[0030] この発明の第 3の局面による半導体発光素子の製造方法は、発光層を含む半導体 素子層を形成する工程と、支持基板と半導体素子層との間に、支持基板側から第 1 共晶合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層をこの順に配置する工程と、加 熱することにより、半導体素子層と前記支持基板とを、第 1共晶合金層、第 2共晶合 金層および第 3共晶合金層を介して接合する工程とを備え、第 2共晶合金層の融点 は、第 1共晶合金および第 3共晶合金層の融点よりも低ぐ半導体素子層と支持基板 とを接合する工程における加熱温度は、第 2共晶合金層の融点以上で、かつ、第 1 共晶合金層および第 3共晶合金層の融点未満である。
[0031] この発明の第 3の局面による半導体発光素子の製造方法では、上記のように、第 2 共晶合金層の融点以上で、かつ、第 1共晶合金層および第 3共晶合金層の融点未 満の温度に加熱することによって、第 2共晶合金層は溶融しており、かつ、第 1共晶 合金層および第 3共晶合金層は溶融せずに軟化した状態で支持基板と半導体素子 層とを接合すること力できる。これにより、比較的低温での接合が可能になるので、支 持基板、半導体素子層、第 1共晶合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層の 間に生じる熱応力を緩和することができる。また、支持基板と半導体素子層との間に 凹凸形状による隙間がある場合でも、軟化した第 1共晶合金層および第 3共晶合金 層と、溶融した第 2共晶合金層とがその凹凸形状部分に埋め込まれやすいので、接 合面積を大きくすることができる。これにより、接合強度を向上させることができるので 、支持基板と半導体素子層との剥離が生じるのを抑制することができる。また、接合 面積を大きくすることができるので、レーザ照射時の放熱を均一、かつ、効率的に行 うこと力 Sできる。これらの結果、熱応力などによる負荷に起因して半導体素子層にダメ ージが生じるのを抑制することができるので、そのダメージに起因して動作電圧が高 くなつたり、電流が流れずに発光しないなどの問題が生じるのを抑制することができる 。これにより、信頼性の高い半導体発光素子を得ることができる。
[0032] 上記第 3の局面による半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、第 1共晶 合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層を配置する工程は、半導体素子層 上に、第 3共晶合金層、第 2共晶合金層および第 1共晶合金層をこの順に形成する 工程と、第 1共晶合金層上に支持基板を配置する工程とを含む。このように構成すれ ば、第 3共晶合金層、第 2共晶合金層および第 1共晶合金層をこの順に半導体素子 層上に形成した後、第 1共晶合金層上に支持基板を配置した状態で支持基板と半 導体素子層とを加熱することにより、容易に支持基板と半導体素子とを接合すること ができる。
[0033] 上記第 3の局面による半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、第 1共晶 合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層を配置する工程は、半導体素子層 上に、第 3共晶合金層、第 2共晶合金層および第 1共晶合金層の一部をこの順に形 成する工程と、支持基板上に第 1共晶合金層の一部を形成する工程と、半導体素子 層上に形成された第 1共晶合金層の一部上に、支持基板上に形成された第 1共晶 合金層の一部を配置する工程とを含む。このように構成すれば、第 3共晶合金層、第 2共晶合金層および第 1共晶合金層の一部をこの順に半導体素子層上に形成し、支 持基板上に第 1共晶合金層の一部を形成した後、半導体素子層上に形成された第 1 共晶合金層の一部上に、支持基板上に形成された第 1共晶合金層の一部を配置し た状態で支持基板と半導体素子層とを加熱することにより、容易に支持基板と半導 体素子とを接合することができる。
[0034] 上記第 3の局面による半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、第 1共晶 合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層を配置する工程は、半導体素子層の 側面に絶縁層を介して第 3共晶合金層を形成する工程を含む。このように構成すれ ば、半導体素子層に流す電流を半導体素子層の側面に形成された第 3共晶合金層 にリークすることなぐ半導体素子層の側面に第 3共晶合金層を形成することができる 。このように、半導体素子層の側面側にも第 3共晶合金層を設けることにより、半導体 素子層の側面側に第 3共晶合金層が設けられていない場合と異なり、半導体素子層 の側面の熱を逃がすことができる。これにより、支持基板、半導体素子層、第 1共晶 合金層、第 2共晶合金層および第 3共晶合金層の間に生じる熱応力を有効に緩和 すること力 Sでさる。
[0035] 上記第 3の局面による半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、半導体 素子層を形成する工程は、成長基板上に半導体素子層を形成する工程を含み、成 長基板を半導体素子層から除去する工程をさらに備える。このように構成すれば、成 長基板上に形成した半導体素子層と支持基板との接合を行った後、成長基板を半 導体素子層から除去することにより、半導体発光素子を小型化および薄層化すること 力 Sできる。また、同じ成長基板を再利用して半導体発光素子を形成することができる 図面の簡単な説明
[0036] [図 1]本発明の第 1実施形態による発光ダイオード素子の構造を説明するための断 面図である。
[図 2]第 1実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面 図である。
[図 3]第 1実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面 図である。 園 4]第 1実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面 図である。
園 5]第 1実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面 図である。
園 6]第 1実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面 図である。
園 7]第 1実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面 図である。
園 8]第 1実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面 図である。
園 9]本発明の第 2実施形態による発光ダイオード素子の構造を説明するための断 面図である。
園 10]第 2実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断 面図である。
園 11]第 2実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断 面図である。
園 12]第 2実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断 面図である。
園 13]本発明の第 3実施形態による照明装置を示す平面図である。
園 14]第 3実施形態による照明装置の発光ユニットを示す平面図である。
園 15]第 3実施形態による照明装置のセルを示す断面図である。
園 16]実施例 6による発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図 である。
園 17]実施例 6による発光ダイオード素子を示す断面図である。
園 18]従来の発光ダイオード素子の構造を説明するための断面図である。
園 19]従来の発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 園 20]従来の発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 園 21]従来の発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[0037] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[0038] (第 1実施形態）
図 1を参照して、本発明の第 1実施形態による発光ダイオード素子の構造について 説明する。
[0039] 本発明の第 1実施形態による発光ダイオード素子では、図 1に示すように、約 350
inの厚みを有する p型 Geからなる支持基板 1上に接合層 2を介して GaN系の半導 体素子層 3が形成されている。半導体素子層 3は、 p型コンタクト層 3a、 p型クラッド層 3b、 p型キャップ層 3c、活性層 3d、 n型クラッド層 3eおよび n型コンタクト層 3fから構 成されている。なお、活性層 3dは、本発明の「発光層」の一例である。
[0040] 具体的な構造としては、 p型コンタクト層 3aは、約 5nmの厚みを有する Mgがドープ された Ga In Nからなる。 p型コンタクト層 3a上には、約 l OOnmの厚みを有する
0. 95 0. 05
Mgがドープされた Al Ga Nからなる p型クラッド層 3bが形成されている。 p型クラ
0. 1 0. 9
ッド層 3b上には、約 20nmの厚みを有する Mgがドープされた Al Ga Nからなる p
0. 1 0. 9
型キャップ層 3cが形成されている。
[0041] p型キャップ層 3c上に形成されている活性層 3dは、約 5nmの厚みを有するアンド ープの Ga In Nからなる 3つの井戸層と約 l Onmの厚みを有するアンドープの Ga
0. 9 0. 1
Nからなる 4つの障壁層とが交互に形成された MQW構造を備えている。活性層 3d 上には、約 1 50nmの厚みを有する Siがドープされた Al Ga Nからなる n型クラッ
0. 1 0. 9
ド層 3eが形成されている。 n型クラッド層 3e上には、約 4 mの厚みを有する Siがドー プされた Ga In Nからなる n型コンタクト層 3fが形成されている。
0. 95 0. 05
[0042] 各層 3a〜3fが露出している半導体素子層 3の側面上には、約 500nmの厚みを有 する SiO力 なる絶縁層 4が形成されている。絶縁層 4は、半導体素子層 3の下面に
2
まで回り込んでおり、絶縁層 4の開口部 4aから p型コンタクト層 3aが露出している。さ らに、半導体素子層 3の側面上および下面上には、絶縁層 4を覆うように、 p側電極 5 およびバリア層 6がこの順に形成されている。 p側電極 5では、絶縁層 4および p型コン タクト層 3a側から約 3nmの厚みを有する Pd層および約 150nmの厚みを有する Ag 層がこの順に積層されている。また、ノ リア層 6では、 p側電極 5側から約 30nmの厚 さを有する Ti層、約 lOOnmの厚みを有する Pd層および約 300nmの厚みを有する A u層がこの順に積層されている。
[0043] また、半導体素子層 3の上面上には、半導体素子層 3側から約 6nmの厚みを有す る A1層、約 1 Onmの厚みを有する Pd層および約 300nmの厚みを有する Au層がこの 順に積層された n側電極 7が形成されて!/、る。
[0044] 支持基板 1の上面上には、約 150nmの厚みを有する Ni層および約 lOOnmの厚 みを有する Au層がこの順に形成されたォーミック層 laが形成されている。
[0045] ォーミック層 laとバリア層 6との間に形成されている接合層 2は、ォーミック層 la上 に形成された約 l mの厚みを有する Au— Sn合金（Sn含有量：約 20質量％、融点 ：約 278°C、熱膨張係数:約 17· 5 X 10— 6/K) (以下、 Au— Sn20と示す。）からなる 第 1接合層 2aと、第 1接合層 2a上に形成された約 3 πιの厚みを有する Au— Sn合 金 (Sn含有量:約 90質量％、融点:約 217°C、熱膨張係数:約 13. 6 X 10— 6/K) ( 以下、 Au— Sn90と示す。）からなる第 2接合層 2bと、第 2接合層 2b上に形成された 約 1 mの厚みを有する Au— Sn20からなる第 3接合層 2cとから構成されている。な お、第 1接合層 2a、第 2接合層 2bおよび第 3接合層 2cは、それぞれ、本発明の「第 1 共晶合金層」、「第 2共晶合金層」および「第 3共晶合金層」の一例である。また、第 3 接合層 2cおよび第 2接合層 2bは、絶縁層 4、 p側電極 5およびバリア層 6を介して、半 導体素子層 3の側面上にもこの順に積層されている。
[0046] 次に、図 1〜図 8を参照して、本発明の第 1実施形態による発光ダイオード素子の 製造プロセスについて説明する。
[0047] まず、図 2に示すように、 MOCVD法により、約 400 mの厚みを有する GaNから なる成長基板 8上に、約 50nmの厚みを有する GaNからなるバッファ層 9および約 20 Onmの厚みを有する Ga In Nからなる剥離層 10を以下の表 1に示す条件でこの
0. 7 0. 3
順に形成する。続いて、 MOCVD法により、剥離層 10上に、上記した膜厚および組 成をそれぞれ有する半導体素子層 3の各層 3a〜 3fを表 1に示す条件で形成する。な お、各層 3a〜3fの形成は、 n型コンタクト層 3f、 n型クラッド層 3e、活性層 3d、 p型キ ヤップ層 3c、 p型クラッド層 3bおよび p型コンタクト層 3aの順に行う。
[0048] [表 1] 成長温度 原料ガス ドーパント
C)
バッファ層 450 NH3、 TMG a なし 剥離層 750 NH3、 TMGa、 TM I n なし n型コンタクト層 1 150 NH3、 TMG a, TM I n S i H4 n型クラッド層 1 150 NH3、 TMG a、 TMA 1 S i H4 活性層 - '
井戸層 850 NII3、 TMG a, TM I n なし 障壁層 850 N H 3、 T M G a なし p型キャップ層 1 1 50 NH3、 TMG a、 TMA 1 C P 2 M g
P型クラッド層 1 1 50 NH3, TMG a、 TMA 1 C P 2 M g
P型コンタクト層 850 NH3、 TMG a、 TM I n C P , M g
.に、図 3に示すよう ίこ、発光ダイォード素子となる領域の p型コン'タクト層 3a上 ί 約 600nmの厚みを有する SiO力もなるマスク層 11を形成した後、マスク層 11から露
2
出した領域を n型コンタクト層 3fまでエッチングする。これにより、発光ダイオード素子 となる領域の周囲に剥離層 10を露出させるとともに、半導体素子層 3の側面である各 層 3a〜3fの側面を露出させる。この後、マスク層 11を除去する。
[0050] 次に、図 4に示すように、剥離層 10の上面上と半導体素子層 3の上面上および側 面上とに、約 500nmの厚みを有する SiOからなる絶縁層 4を形成する。
2
[0051] 次に、図 5に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて p型コンタクト層 3aの上面中 央に位置する絶縁層 4に開口部 4aを形成することにより、 p型コンタクト層 3aを露出さ せる。続いて、真空蒸着法を用いて、絶縁層 4の上面上および側面上と開口部 4a内 の p型コンタクト層 3aの上面上とに、それぞれ上記した膜厚を有する Pd層および Ag 層をこの順に形成することにより、 p側電極 5を形成する。さらに、真空蒸着法を用い て、 p側電極 5の上面上および側面上に、それぞれ上記した膜厚を有する Ti層、 Pd 層および Au層をこの順に形成することにより、バリア層 6を形成する。
[0052] 次に、図 6に示すように、真空蒸着法により、ノ リア層 6の上面上および側面上に、 約 l^ mの厚みを有する Au— Sn20からなる第 3接合層 2cを形成する。また、第 3接 合層 2cの上面上および側面上に、約 1. 5 111の厚みを有する八11 31 90からなる 第 4接合層 2Mを形成する。ここで、開口部 4aの段差により、第 4接合層 2blの上面 上には、凹部 12が形成される。
[0053] 次に、図 7に示すように、支持基板 1上に、真空蒸着法を用いて、それぞれ上記し た膜厚を有する Ni層および Au層をこの順に形成することにより、ォーミック層 laを形 成する。また、真空蒸着法を用いて、ォーミック層 la上に、それぞれ上記した膜厚お よび組成を有する第 1接合層 2aと約 1. 5 111の厚みを有する Au— Sn90からなる第 5接合層 2b2とをこの順に形成する。さらに、第 4接合層 2b2上に、酸化防止のため、 約 lOnmの厚みを有する Au層（図示せず）を形成する。
[0054] 次に、図 8に示すように、第 4接合層 2Mと第 5接合層 2b2とを対向させるように支持 基板 1上に成長基板 8を配置する。このとき、第 4接合層 2blの上面の凹部 12により 、第 4接合層 2Mと第 5接合層 2b2との間に、隙間が生じる。続いて、支持基板 1と成 長基板 8とを約 255°C、約 lOON/cm2の条件で約 15分間加熱圧着する。これにより 、第 4接合層 2Mと第 5接合層 2b2とは溶融して一体化されることにより第 2接合層 2b が形成されるとともに、成長基板 8と支持基板 1とが接合される。なお、第 4接合層 2b 1上に形成されていた酸化防止用の Au層（図示せず）は、上記した溶融に伴って、 第 2接合層 2b内に取り込まれる。また、上記した加熱圧着により、第 1接合層 2aおよ び第 3接合層 2cも軟化して、変形することにより、第 1接合層 2a、第 2接合層 2bおよ び第 3接合層 2cからなる接合層 2は、凹部 12により生じた間隙内に充填される。その 後、図中矢印で示したように、成長基板 8側より剥離層 10に向けて、 YAG第 2高調 波レーザ (波長： 532nm)を照射することにより、剥離層 10の熱分解が促進され、成 長基板 8、ノ ッファ層 9および剥離層 10を除去する。
[0055] 次に、図 1に示したように、 n型コンタクト層 3fの上面を研磨し、表面に残留している 剥離層 10などを除去した後、 n型コンタクト層 3f上に、それぞれ上記した膜厚を有す る A1層、 Pd層および Au層をこの順に形成することにより、 n側電極 7を形成する。最 後に、支持基板 1の下面（半導体素子層 3を接合していない面)側にダイシングにより スクライブラインを形成し、このスクライブラインに沿って支持基板 1に接合された半導 体素子層 3ごとに支持基板 1を分割する。このようにして、本発明の第 1実施形態によ る発光ダイオード素子が形成される。
[0056] 第 1実施形態では、上記のように、半導体素子層 3と支持基板 1とを低融点の共晶 合金により接合しているので、比較的低温での接合が可能である。これにより、 p側電 極 5自身が合金化するのを抑制することができるとともに、 p側電極 5と半導体素子層 3とが合金化するのを抑制することができる。これにより、 p側電極 5と半導体素子層 3 との間のォーミック性が低下するのを抑制することができるので、動作電圧の低!/、発 光ダイオード素子を得ることができる。また、 p側電極 5の合金化を抑制することができ るので、 p側電極 5の反射率が低下するのを抑制することができる。これにより、発光 ダイオード素子の発光効率を向上させることができる。
[0057] また、第 1実施形態では、上記のように、支持基板 1側および半導体素子層 3側に 相対的に融点の高い第 1接合層 2aおよび第 3接合層 2cを設け、第 1接合層 2aおよ び第 3接合層 2cの間に相対的に融点が低い第 2接合層 2bを設けているので、第 2接 合層 2bは溶融しており、かつ、第 1接合層 2aおよび第 3接合層 2cは溶融せずに軟 化している状態で支持基板 1と半導体素子層 3とを接合することができる。これにより 、支持基板 1および半導体素子層 3と、第 1接合層 2a、第 2接合層 2bおよび第 3接合 層 2cの間に生じる熱応力を緩和することができる。
[0058] また、第 1実施形態では、上記のように、支持基板 1と半導体素子層 3との間に凹部 12による隙間がある場合でも、軟化した第 1接合層 2aおよび第 3接合層 2cと、溶融し た第 2接合層 2bとが凹部 12に埋め込まれるので、接合面積を大きくすることができる 。これにより、接合強度を向上させることができるので、支持基板 1と半導体素子層 3 との剥離が生じるのを抑制することができるとともに、半導体素子層 3を成長基板 8か ら支持基板 1に貼り替える際の剥離層における分離成功率を向上させることができる 。また、接合面積を大きくすることができるので、支持基板 1と半導体素子層 3との間 に隙間がある場合と異なり、熱伝導効率を向上させることができる。これにより、成長 基板 8を分離する際のレーザ照射時の放熱を均一、かつ、効率的に行うことができる 。したがって、支持基板 1と半導体素子層 3との間に隙間がある場合に、その隙間に 熱が蓄積されることに起因して半導体素子層 3や p側電極 5などにクラックが生じるの を抑制することができる。これにより、発光ダイオード素子の歩留まりを向上させること 力 Sできる。また、放熱を効率的に行うことができるので、発光ダイオード素子をより密 集して酉己置すること力 Sでさる。
[0059] また、第 1実施形態では、上記のように、半導体素子層 3の側面に、絶縁層 4を介し て第 3接合層 2cを形成することによって、半導体素子層 3に流す電流が半導体素子 層 3の側面に形成された第 3接合層 2cにリークするのを抑制しながら、半導体素子層 3の側面に第 3接合層 2cを形成することができる。このように、半導体素子層 3の側面 側にも第 3接合層 2cを設けることにより、半導体素子層 3の側面側に第 3接合層 2cが 設けられていない場合と異なり、半導体素子層 3の側面の熱を逃がすことができる。こ れにより、支持基板 1および半導体素子層 3と、第 1接合層 2a、第 2接合層 2bおよび 第 3接合層 2cとの間に生じる熱応力を有効に緩和することができる。
[0060] また、第 1実施形態では、上記のように、第 1接合層 2a、第 2接合層 2bおよび第 3接 合層 2cを、それぞれ、 Au— Sn20合金、 Au— Sn90合金および Au— Sn20合金と することによって、融点の低い Au— Sn90合金により、比較的低温の加熱によって支 持基板 1と半導体素子層 3とを接合することができる。
[0061] (第 2実施形態）
図 9を参照して、この第 2実施形態では、上記第 1実施形態と異なり、第 1接合層 22 a、第 2接合層 22bおよび第 3接合層 2cを半導体素子層 3上に形成するとともに、半 導体素子層 3上に形成した第 1接合層 22a、第 2接合層 22bおよび第 3接合層 2cに よって、半導体素子層 3と支持基板 1とを接合した例を説明する。なお、図 1と同様の 構成に対しては、同じ符号を付して、説明を省略する。
[0062] 本発明の第 2実施形態による発光ダイオード素子では、図 9に示すように、支持基 板 1上に接合層 22を介して GaN系の半導体素子層 3が形成されている。
[0063] ォーミック層 laとバリア層 6との間に形成されている接合層 22は、ォーミック層 la上 に形成された約 1 mの厚みを有する Au— Sn20からなる第 1接合層 22aと、第 1接 合層 22a上に形成された約 3 H mの厚みを有する Au— Sn90からなる第 2接合層 22 bと、第 2接合層 22b上に形成された約 1 μ mの厚みを有する Au— Sn20からなる第 3接合層 2cとから構成されている。また、これらの第 3接合層 2c、第 2接合層 22bおよ び第 1接合層 22aは、絶縁層 4、 p側電極 5およびバリア層 6を介して半導体素子層 3 の側面上にもこの順に積層されている。この他の構成については、上記第 1実施形 態と同様である。なお、第 1接合層 22aおよび第 2接合層 22bは、それぞれ、本発明 の「第 1共晶合金層」および「第 2共晶合金層」の一例である。
[0064] 次に、図 9〜図 12を参照して、本発明の第 2実施形態による発光ダイオード素子の 製造プロセスについて説明する。なお、上記第 1実施形態の図 2〜図 8と同様の構成 および同様のプロセスに対しては、同じ符号を付して、説明を省略する。
[0065] まず、図 10に示すように、図 2〜図 5と同様のプロセスにより半導体素子層 3の上面 上および側面上と成長基板 8上とに形成されたバリア層 6の上面上および側面上に、 Au— Sn20力、らなる第 3接合層 2c、約 3〃 mの厚みを有する Au— Sn90力、らなる第 2 接合層 22bおよび第 1接合層 22aをこの順に形成する。ここで、開口部 4aの段差によ り、第 1接合層 22aの上面には、凹部 23が形成される。
[0066] 次に、図 11に示すように、支持基板 1上に、真空蒸着法を用いて、それぞれ上記し た膜厚を有する Ni層および Au層をこの順に形成することにより、ォーミック層 laを形 成する。
[0067] 次に、図 12に示すように、第 1接合層 22aとォーミック層 laとを対向させるように支 持基板 1上に成長基板 8を配置する。このとき、第 1接合層 22aの上面の凹部 23によ り、第 1接合層 22aとォーミック層 laとの間には、隙間が生じる。続いて、支持基板 1と 成長基板 8とを約 255°C、約 lOON/cm2の条件で約 15分間加熱圧着する。これに より、第 1接合層 22aとォーミック層 laとを接合する。このとき、上記した加熱圧着によ り、第 2接合層 22bが溶融するとともに、第 1接合層 22aおよび第 3接合層 2cが軟化し て、変形することにより、第 1接合層 22a、第 2接合層 22bおよび第 3接合層 2cからな る接合層 22は、凹部 23により生じた間隙内に充填される。その後、図中矢印で示し たように、成長基板 8側より剥離層 10に向けて、 YAG第 2高調波レーザ (波長：532η m)を照射することにより、剥離層 10の熱分解を促進させるとともに、成長基板 8、バッ ファ層 9および剥離層 10を除去する。
[0068] 次に、図 9に示すように、 n型コンタクト層 3fの上面を研磨し、表面に残留している剥 離層 10などを除去した後、 n型コンタクト層 3f上に、 n側電極 7を形成する。最後に、 支持基板 1の下面（半導体素子層 3を接合していない面)側にダイシングによりスクラ イブラインを形成し、このスクライブラインに沿って支持基板 1に接合された半導体素 子層 3ごとに支持基板 1を分割する。このようにして、本発明の第 2実施形態による発 光ダイオード素子が形成される。
[0069] 第 2実施形態では、上記のように、第 3接合層 2c、第 2接合層 22bおよび第 1接合 層 22aをこの順に半導体素子層 3上に形成し、支持基板 1上に第 1接合層 22aを配 置した状態で支持基板 1と半導体素子層 3とを加熱することにより、容易に支持基板 1と半導体素子 3とを接合することができる。
[0070] 第 2実施形態のその他の効果は、上記第 1実施形態と同様である。
[0071] (第 3実施形態）
この第 3実施形態では、照明装置の発光部分に上記第 1実施形態による半導体発 光素子を用いる例を説明する。
[0072] 図 13に示すように、第 3実施形態による照明装置 30は、複数のパネル状の光源部
31と、光源部 31に電力を供給する電力供給部 32と、複数の光源部 31を連結する連 結部材 33とを備えている。複数の光源部 31は、電力供給部 32を中心として連結部 材 33により連結されているとともに、天井 200に取り付けられている。
[0073] また、光源部 31は、複数の発光ユニット 31aとパネル部材 31bとを含んでいる。ノ ネル部材 31bは、硬化性の樹脂により形成されている。具体的には、パネル部材 31 bは、アクリル、メタタリルスチレンまたは ABS (アクリロニトリルブタジエンスチレン）な どにより形成されている。また、パネル部材 31bは、たとえば、縦の幅および横の幅が それぞれ約 lmの大きさを有する。また、発光ユニット 31aは、パネル部材 31bの全面 に渡ってマトリクス状に配置されている。図 13では、 1つの光源部 31に 25個の発光 ユニット 31aが等間隔でマトリクス状に配置されている。また、これらの発光ユニット 31 aは、電力供給部 32からの電力により発光する。
[0074] また、図 14に示すように、発光ユニット 31aは、 4つのパッケージ 40と、それぞれの ノ クケージ 40の下側に延びるように形成されたアノード配線 41と、それぞれのパッケ ージ 40の両側に沿って延びるように形成された力ソード配線 42とを含んでいる。
[0075] また、それぞれのパッケージ 40には、 4つのセル 40aが含まれている。また、それぞ れのセル 40aには、上記第 1実施形態による発光ダイオード素子が 4つ組み込まれて いる。すなわち、図 15に示すように、セル 40aは、 1つの支持基板 1と、支持基板 1上 に上記第 1実施形態の第 1接合層 2a、第 2接合層 2bおよび第 3接合層 3cからなる接 合層 2と、接合層 2により支持基板 1に接合された 4つの半導体素子層 3とを含んでい る。また、それぞれの半導体素子層 3の表面上に形成された n側電極 7とセル 40aの 両側に延びるように形成された力ソード配線 42とはボンディングワイヤー 43により電 気的に接続されている。また、図 15に示すように、それぞれのセル 40aの支持基板 1 は、半田 44などによりアノード配線 41と電気的に接続されている。また、セル 40aに は、発光ダイオード素子からの光により白色に発光する樹脂 45が発光ダイオード素 子を覆うように設けられている。
[0076] また、発光ユニット 31a内の複数の力ソード配線 42は、配線 42aにより電気的に接 続されている。また、発光ユニット 31a内の複数のアノード配線 41も配線 41aにより電 気的に接続されている。また、発光ユニット 31aの力ソード配線 42は、他の発光ュニ ット 31aの力ソード配線 42と図示しない配線により電気的に接続されている。また、同 様に、発光ユニット 31aのアノード配線 41は、他の発光ユニット 31aのアノード配線 4 1と図示しない配線により電気的に接続されている。これにより、照明装置 30の複数 の発光ユニット 31aが電気的に接続されている。
[0077] 第 3実施形態では、上記のように、上記第 1実施形態による発光ダイオード素子を 用いることによって、上記第 1実施形態による動作電圧の低い発光ダイオード素子を 発光させることによって照明を行うことができる。これにより、消費電力が小さぐエネ ルギー効率の高い照明装置 30を得ることができる。
[0078] 次に、上記した実施形態の効果を確認するために行った比較実験につ!/、て説明す
[0079] この比較実験では、上記第 1実施形態による発光ダイオード素子を実施例 1として 作製した。また、上記第 2実施形態による発光ダイオード素子を実施例 2として作製し た。また、支持基板 1と成長基板 8との接合温度が約 295°Cであること以外は、実施 例 2 (第 2実施形態）と同様に作製した発光ダイオード素子を実施例 3とした。この実 施例 3の場合、上記した加熱圧着により、第 2接合層 22bだけでなぐ第 1接合層 22a および第 3接合層 2cも溶融した。 [0080] また、比較例 1として、 Au— Sn20の単一層からなる接合層を用いる以外は、実施 例 2 (第 2実施形態）と同様に発光ダイオード素子を作製した。また、比較例 2として、 支持基板 1と成長基板 8との接合を約 295°Cで行う以外は、比較例 1と同様に発光ダ ィオード素子を作製した。
[0081] (特性評価 1)
次に、上記実施例;!〜 3、比較例 1および 2による発光ダイオード素子について、以 下に示すように評価を行った。
[0082] 接合層の「付着力」については、成長基板を半導体素子層から除去する際に接合 層が剥離せずに、剥離層で分離できたものの割合 (分離成功率)で評価した。具体 的には、分離成功率が 90%以上を◎、 90%未満 60%以上を〇、 60%未満 30%以 上を△、 30%未満を Xとした。また、 p側電極の「クラック」の有無については、上記し たように剥離層で分離を行うことにより作製した発光ダイオード素子の p側電極を光学 顕微鏡で観察した。そして、クラックが観察された場合を X、観察されなかった場合を 〇とした。また、「動作電圧」については、発光ダイオード素子に 20mAの直流電流を 流した際の動作電圧で評価した。具体的には、動作電圧が 4. 0V以下を〇、 4. 5V 以下を Δ、4. 5Vを超える場合を Xとした。結果を以下の表 2に示す。
[0083] [表 2]
Figure imgf000021_0001
[0084] 表 2に示すように、比較例 1および 2の発光ダイオード素子と比較して、実施例;!〜 3 の発光ダイオード素子における支持基板と半導体素子層との接合強度 (付着力）が 大きいことがわかる。また、実施例;!〜 3の発光ダイオード素子では、 ρ側電極内には クラックが生じていないことから、熱応力が十分緩和されているとともに、レーザ照射 時の放熱も均一に行われていると考えられる。また、実施例 1および 2の発光ダイォ ード素子の動作電圧は、実施例 3と比較例 1および 2との動作電圧よりも小さい。また 、実施例 3では、接合温度が比較的高いために、動作電圧が増加したと考えられる。
[0085] なお、比較例 1では、接合強度（付着力）が小さいために動作電圧が増加している と考えられる。また、比較例 2では、接合温度の増加により付着力は向上した力 p側 電極内にクラックが発生するとともに、動作電圧も増加していることが判明した。
[0086] 次に、接合層の材料を変更した場合の比較実験について説明する。
[0087] この比較実験では、実施例 4として、 Au— Ge合金（Ge含有量:約 12質量％、融点 ：約 356°C、熱膨張係数:約 12. 0 X 10— 6/K) (以下、 Au— Gel 2と示す)からなる 第 1接合層 2aおよび第 3接合層 2cを用いるとともに、支持基板 1と成長基板 8との接 合を約 295°Cで行う以外は、実施例 1と同様に発光ダイオード素子を作製した。また 、実施例 5では、 Au— Gel 2からなる第 1接合層 22aおよび第 3接合層 2cを用いると ともに、支持基板 1と成長基板 8との接合を約 295°Cで行う以外は、実施例 2と同様に 発光ダイオード素子を作製した。また、実施例 6では、図 16に示すように、実施例 5 ( 第 2実施形態）の第 2接合層 22b (図 10参照）上に接合後の第 1接合層 52aの一部（ Au— Gel 2からなる第 6接合層 52al)を 1. 0 mの厚みで形成するとともに、支持 基板 1上に接合後の第 1接合層 52aの一部 (Au— Gel 2からなる第 7接合層 52a2) を 0. 5 mの厚みで形成し、第 6接合層 52alと第 7接合層 52a2とを貼り合わせる以 外は、実施例 5と同様に発光ダイオード素子を作製した。これにより、図 17に示すよう に、実施例 6による発光ダイオード素子は、支持基板 1と半導体素子層 3とが、第 3接 合層 2c、第 2接合層 22b、および、第 6接合層 52alと第 7接合層 52a2とが溶融して 一体化された第 1接合層 52aからなる接合層 52により接合された。この実施例 4〜6 では、第 2接合層の熱膨張係数は、第 1接合層および第 2接合層の熱膨張係数よりも 大きい。
[0088] また、比較例 3として、 Au— Gel 2の単一層からなる接合層を用いる以外は、実施 例 5と同様に発光ダイオード素子を作製した。また、比較例 4として、支持基板 1と成 長基板 8との接合を約 375°Cで行う以外は、比較例 3と同様に発光ダイオード素子を 作製した。 [0089] (特性評価 2)
次に、実施例 4〜6、比較例 3および比較例 4で作製した発光ダイオード素子につ いて、特性評価 1と同様の評価を行った。結果を以下の表 3に示す。
[0090] [表 3]
Figure imgf000023_0001
[0091] 表 3に示すように、比較例 3および 4の発光ダイオード素子と比較して、実施例 4〜6 の発光ダイオード素子における支持基板と半導体素子層との接合強度は大きいこと がわかる。また、実施例 6の発光ダイオード素子における支持基板と半導体素子層と の接合強度は、実施例 1〜5の接合強度と比較して最も良好であった。また、実施例 4〜6の発光ダイオード素子では、 p側電極内にはクラックが生じていないことから、熱 応力が十分緩和されているとともに、レーザ照射時の放熱も均一に行われていると考 えられる。また、実施例 4〜6の発光ダイオード素子では、実施例 1および 2と比べて 接合温度が高いため、動作電圧が増加している力 比較例 4の動作電圧よりも小さい こと力 sゎカゝる。
[0092] また、実施例;!〜 3の評価と比較して、実施例 4〜6では、付着力がより向上しており 、第 1接合層および第 3接合層の材料として、 Au— Sn20よりも Au— Gel2の方が好 ましいといえる。
[0093] なお、今回開示された実施形態および実施例は、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、上記した実施形態お よび実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲 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。
[0094] 例えば、上記実施形態および実施例では、 Au— Sn90からなる第 2接合層を用い た例を示したが、本発明はこれに限らず、 Au— Sn20からなる第 2接合層を用いても よい。この場合には、例えば、第 1接合層および第 3接合層には、 Au— Gel2を用い ること力 Sできる。このように、第 1接合層、第 2接合層および第 3接合層には、第 2接合 層を構成する合金の融点が第 1接合層および第 3接合層を構成する合金の融点より 低くなるようにすれば、他の材料を用いてもよいが、 Au— Sn合金、 Au— Ge合金お よび Au— Si合金の少なくともいずれかを含むのが好ましい。
[0095] また、上記実施形態および実施例では、第 1接合層および第 3接合層には同じ材 料を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、支持基板および半導体素子層ま たは p側電極などの組成や熱膨張係数などの熱特性に応じて、それぞれ、異なるよう に選択してもよい。
[0096] また、上記実施形態および実施例では、接合層は、第 1接合層、第 2接合層および 第 3接合層の 3層から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、より多数の合 金層を含んでいてもよい。
[0097] また、上記実施形態および実施例では、第 2接合層となる第 4接合層と第 5接合層 とを対向させるように配置して加熱圧着を行ったり、第 1接合層となる第 6接合層と第 7接合層とを対向させるように配置して加熱圧着を行ったり、第 1接合層と支持基板と を対向させるように配置した例を示したが、本発明はこれに限らず、接合層を構成す る任意の断面で分離して、それぞれを半導体素子層側および支持基板側に形成す ること力 Sできる。この場合、この分離面同士が対向するように配置した後、加熱圧着す ることにより、支持基板と半導体素子層とを接合することができる。
[0098] また、上記実施形態および実施例では、支持基板と半導体素子層との接合後に成 長基板を除去した例を示したが、本発明はこれに限らず、成長基板は半導体素子層 上に残しておいてもよい。
[0099] また、上記実施形態および実施例では、 GaN系の半導体素子層を形成した例を示 したが、本発明はこれに限らず、例えば、 AlGalnPなど他の半導体材料からなる半 導体素子層を用いてもよい。また、 p側電極、ノ リア層および n側電極などについても 、他の材料および他の構成を適宜選択してもよ!/、。

Claims

請求の範囲
[1] 支持基板（1)と、
前記支持基板上に形成された第 1共晶合金層（2a)と、
前記第 1共晶合金層上に形成された第 2共晶合金層（2b)と、
前記第 2共晶合金層上に形成された第 3共晶合金層（2c)と、
前記第 3共晶合金層上に形成された発光層（3d)を含む半導体素子層（3)とを備 え、
前記第 2共晶合金層の融点は、前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶合金層の 融点よりも低い、半導体発光素子。
[2] 前記半導体素子層の側面には、絶縁層（4)を介して前記第 3共晶合金層が形成さ れている、請求項 1に記載の半導体発光素子。
[3] 前記第 2共晶合金層の熱膨張係数は、前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶合 金層の熱膨張係数よりも大きい、請求項 1に記載の半導体発光素子。
[4] 前記第 1共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記第 3共晶合金層は、それぞ れ、 Au— Sn合金、 Au— Ge合金および Au— Si合金の少なくともいずれかを含む、 請求項 1に記載の半導体発光素子。
[5] 前記第 1共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記第 3共晶合金層は、 Au- S n合金からなり、
前記第 2共晶合金層の Snの含有率は、前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶 合金層の Snの含有率よりも大きい、請求項 4に記載の半導体発光素子。
[6] 前記第 1共晶合金層および第 3共晶合金層は、 Au— Ge合金力 なり、
前記第 2共晶合金層は、 Au— Sn合金からなる、請求項 4に記載の半導体発光素 子。
[7] 支持基板（1)と、
前記支持基板上に形成された第 1共晶合金層（2a)と、
前記第 1共晶合金層上に形成された第 2共晶合金層（2b)と、
前記第 2共晶合金層上に形成された第 3共晶合金層（2c)と、
前記第 3共晶合金層上に形成された発光層（3d)を含む半導体素子層（3)とを含 み、
前記第 2共晶合金層の融点は、前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶合金層の 融点よりも低い、半導体発光素子を備えた、照明装置。
[8] 前記半導体素子層の側面には、絶縁層（4)を介して前記第 3共晶合金層が形成さ れている、請求項 7に記載の照明装置。
[9] 前記第 2共晶合金層の熱膨張係数は、前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶合 金層の熱膨張係数よりも大きい、請求項 7に記載の照明装置。
[10] 前記第 1共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記第 3共晶合金層は、それぞ れ、 Au— Sn合金、 Au— Ge合金および Au— Si合金の少なくともいずれかを含む、 請求項 7に記載の照明装置。
[11] 発光層（3d)を含む半導体素子層（3)を形成する工程と、
支持基板（1)と前記半導体素子層との間に、前記支持基板側から第 1共晶合金層 (2a)、第 2共晶合金層（2b)および第 3共晶合金層（2c)をこの順に配置する工程と、 加熱することにより、前記半導体素子層と前記支持基板とを、前記第 1共晶合金層 、前記第 2共晶合金層および前記第 3共晶合金層を介して接合する工程とを備え、 前記第 2共晶合金層の融点は、前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶合金層の 融点よりも低ぐ
前記半導体素子層と前記支持基板とを接合する工程における加熱温度は、前記 第 2共晶合金層の融点以上で、かつ、前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶合金 層の融点未満である、半導体発光素子の製造方法。
[12] 前記第 1共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記第 3共晶合金層を配置する 工程は、
前記半導体素子層上に、前記第 3共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記 第 1共晶合金層をこの順に形成する工程と、
前記第 1共晶合金層上に前記支持基板を配置する工程とを含む、請求項 11に記 載の半導体発光素子の製造方法。
[13] 前記第 1共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記第 3共晶合金層を配置する 工程は、 前記半導体素子層上に、前記第 3共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記 第 1共晶合金層の一部をこの順に形成する工程と、
前記支持基板上に前記第 1共晶合金層の一部を形成する工程と、
前記半導体素子層上に形成された前記第 1共晶合金層の一部上に、前記支持基 板上に形成された前記第 1共晶合金層の一部を配置する工程とを含む、請求項 11 に記載の半導体発光素子の製造方法。
[14] 前記第 1共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記第 3共晶合金層を配置する 工程は、前記半導体素子層の側面に絶縁層を介して前記第 3共晶合金層を形成す る工程を含む、請求項 11に記載の半導体発光素子の製造方法。
[15] 前記半導体素子層を形成する工程は、成長基板（8)上に前記半導体素子層を形 成する工程を含み、
前記成長基板を前記半導体素子層から除去する工程をさらに備える、請求項 11に 記載の半導体発光素子の製造方法。
[16] 前記第 2共晶合金層の熱膨張係数は、前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶合 金層の熱膨張係数より大きい、請求項 11に記載の半導体発光素子の製造方法。
[17] 前記第 1共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記第 3共晶合金層は、それぞ れ、 Au— Sn合金、 Au— Ge合金および Au— Si合金の少なくともいずれかを含む、 請求項 11に記載の半導体発光素子の製造方法。
[18] 前記第 1共晶合金層、前記第 2共晶合金層および前記第 3共晶合金層は、 Au- S n合金からなり、
前記第 2共晶合金層の Snの含有率は、前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶 合金層の Snの含有率よりも大きい、請求項 17に記載の半導体発光素子の製造方法
[19] 前記第 1共晶合金層および前記第 3共晶合金層は、 Au— Ge合金からなり、
前記第 2共晶合金層は、 Au— Sn合金からなる、請求項 17に記載の半導体発光素 子の製造方法。
PCT/JP2007/069968 2006-10-13 2007-10-12 Semiconductor light emitting device, lighting system and process for producing semiconductor light emitting device WO2008044769A1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007800017496A CN101361203B (zh) 2006-10-13 2007-10-12 半导体发光元件、照明装置和半导体发光元件的制造方法
US12/090,181 US7880177B2 (en) 2006-10-13 2007-10-12 Semiconductor light-emitting device, illuminator and method of manufacturing semiconductor light-emitting device
KR1020087009524A KR101329908B1 (ko) 2006-10-13 2007-10-12 반도체 발광 소자, 조명 장치 및 반도체 발광 소자의 제조방법
EP07829704.1A EP2063468B1 (en) 2006-10-13 2007-10-12 Semiconductor light emitting device and process for producing semiconductor light emitting device

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006280409 2006-10-13
JP2006-280409 2006-10-13
JP2007-266058 2007-10-12
JP2007266058A JP5113478B2 (ja) 2006-10-13 2007-10-12 半導体発光素子、照明装置および半導体発光素子の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008044769A1 true WO2008044769A1 (en) 2008-04-17

Family

ID=39282956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/069968 WO2008044769A1 (en) 2006-10-13 2007-10-12 Semiconductor light emitting device, lighting system and process for producing semiconductor light emitting device

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7880177B2 (ja)
EP (1) EP2063468B1 (ja)
JP (1) JP5113478B2 (ja)
KR (1) KR101329908B1 (ja)
CN (1) CN101361203B (ja)
WO (1) WO2008044769A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010040331A1 (de) * 2008-10-06 2010-04-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements und optoelektronisches halbleiterbauelement

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100818466B1 (ko) * 2007-02-13 2008-04-02 삼성전기주식회사 반도체 발광소자
KR101327106B1 (ko) * 2007-08-09 2013-11-07 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자
KR100891761B1 (ko) * 2007-10-19 2009-04-07 삼성전기주식회사 반도체 발광소자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 반도체발광소자 패키지
JP5334158B2 (ja) * 2008-07-15 2013-11-06 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2010067858A (ja) * 2008-09-11 2010-03-25 Sanyo Electric Co Ltd 窒化物系半導体素子およびその製造方法
DE102009033686A1 (de) * 2009-07-17 2011-01-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines anorganischen optoelektronischen Halbleiterbauteils
KR101081193B1 (ko) * 2009-10-15 2011-11-07 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101072034B1 (ko) * 2009-10-15 2011-10-10 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101014013B1 (ko) * 2009-10-15 2011-02-10 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101707118B1 (ko) * 2010-10-19 2017-02-15 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
TW201351699A (zh) * 2012-06-05 2013-12-16 Lextar Electronics Corp 發光二極體及其製造方法
DE102013103079A1 (de) * 2013-03-26 2014-10-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE102013107531A1 (de) * 2013-07-16 2015-01-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip
JP2014220533A (ja) * 2014-08-26 2014-11-20 株式会社東芝 半導体発光素子及び半導体発光装置
WO2016157850A1 (ja) * 2015-03-30 2016-10-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 発光素子、発光ユニット、発光パネル装置、および発光パネル装置の駆動方法
KR102412409B1 (ko) * 2015-10-26 2022-06-23 엘지전자 주식회사 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07273401A (ja) * 1994-03-31 1995-10-20 Nippondenso Co Ltd 積層型半導体装置の製造方法
JP2001339100A (ja) * 2000-05-30 2001-12-07 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子及びその製造方法
JP2004235506A (ja) 2003-01-31 2004-08-19 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子及び発光素子の製造方法
JP2004266240A (ja) * 2002-07-08 2004-09-24 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子
WO2005091388A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride based led with a p-type injection region
JP2006049871A (ja) 2004-07-08 2006-02-16 Sharp Corp 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法
JP2006140186A (ja) * 2004-11-10 2006-06-01 Oki Data Corp 半導体複合装置、半導体複合装置の製造方法、半導体複合装置を使用したｌｅｄヘッド及びｌｅｄヘッドを用いた画像形成装置
JP2006210829A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子及び発光素子の製造方法
JP2006278463A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Dowa Mining Co Ltd サブマウント

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2221570B (en) * 1988-08-04 1992-02-12 Stc Plc Bonding a semiconductor to a substrate
ATE525755T1 (de) * 2001-10-12 2011-10-15 Nichia Corp Lichtemittierendes bauelement und verfahren zu seiner herstellung
US20040104395A1 (en) * 2002-11-28 2004-06-03 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Light-emitting device, method of fabricating the same, and OHMIC electrode structure for semiconductor device
KR100958054B1 (ko) * 2003-03-08 2010-05-13 삼성전자주식회사 반도체 레이저 다이오드의 서브 마운트, 그 제조방법 및이를 채용한 반도체 레이저 다이오드 조립체
JP4159437B2 (ja) 2003-09-29 2008-10-01 三洋電機株式会社 照明装置
JP4145287B2 (ja) * 2004-06-17 2008-09-03 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置および半導体装置の製造方法
CN100388517C (zh) * 2004-07-08 2008-05-14 夏普株式会社 氮化物系化合物半导体发光元件及其制造方法
KR100548949B1 (ko) * 2004-07-09 2006-02-02 율촌화학 주식회사 생분해성 전분 용기 및 그 제조 방법
JP4592388B2 (ja) * 2004-11-04 2010-12-01 シャープ株式会社 Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体発光素子およびその製造方法
JP4891556B2 (ja) * 2005-03-24 2012-03-07 株式会社東芝 半導体装置の製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07273401A (ja) * 1994-03-31 1995-10-20 Nippondenso Co Ltd 積層型半導体装置の製造方法
JP2001339100A (ja) * 2000-05-30 2001-12-07 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子及びその製造方法
JP2004266240A (ja) * 2002-07-08 2004-09-24 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子
JP2004235506A (ja) 2003-01-31 2004-08-19 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子及び発光素子の製造方法
WO2005091388A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride based led with a p-type injection region
JP2006049871A (ja) 2004-07-08 2006-02-16 Sharp Corp 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法
JP2006140186A (ja) * 2004-11-10 2006-06-01 Oki Data Corp 半導体複合装置、半導体複合装置の製造方法、半導体複合装置を使用したｌｅｄヘッド及びｌｅｄヘッドを用いた画像形成装置
JP2006210829A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子及び発光素子の製造方法
JP2006278463A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Dowa Mining Co Ltd サブマウント

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010040331A1 (de) * 2008-10-06 2010-04-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements und optoelektronisches halbleiterbauelement
US8367438B2 (en) 2008-10-06 2013-02-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing an optoelectronic semiconductor component and optoelectronic semiconductor component

Also Published As

Publication number Publication date
CN101361203A (zh) 2009-02-04
US7880177B2 (en) 2011-02-01
EP2063468A4 (en) 2014-09-03
JP5113478B2 (ja) 2013-01-09
CN101361203B (zh) 2012-05-02
KR101329908B1 (ko) 2013-11-14
EP2063468B1 (en) 2018-09-19
EP2063468A1 (en) 2009-05-27
KR20090064346A (ko) 2009-06-18
US20090173952A1 (en) 2009-07-09
JP2008118125A (ja) 2008-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008044769A1 (en) Semiconductor light emitting device, lighting system and process for producing semiconductor light emitting device
US6818531B1 (en) Method for manufacturing vertical GaN light emitting diodes
TWI242891B (en) Method for manufacturing vertical GaN light emitting diode
US7929587B2 (en) Semiconductor laser diode element and method of manufacturing the same
JP4624131B2 (ja) 窒化物系半導体素子の製造方法
JP2009105123A (ja) 発光ダイオードおよびその製造方法
KR101172950B1 (ko) 그라파이트 기반의 발광다이오드용 기판 및 이를 이용한 발광다이오드
JP2014515183A (ja) めっきされた支持基板を有する固体光電子素子
JP2006303034A (ja) 窒化物系半導体素子の作製方法
JP2006310657A (ja) 窒化物系半導体素子及び窒化物系半導体素子の製造方法
JP5474292B2 (ja) 窒化物半導体発光ダイオード素子
JP5041653B2 (ja) 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
JP2007273590A (ja) 窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法
JP2010010509A (ja) 半導体レーザ装置
US9048090B2 (en) Semiconductor element and method of manufacturing same
JP6690139B2 (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP5596375B2 (ja) 半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子
JP4699811B2 (ja) 半導体発光装置の製造方法
JP2007042985A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその実装体
JP2017103439A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2008294421A (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2016195168A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP6468459B2 (ja) 半導体発光素子
JP2017005156A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2013197151A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780001749.6

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12090181

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020087009524

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007829704

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07829704

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1