JP2007081332A - Nitride-based semiconductor light-emitting element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は窒化物系半導体発光素子および、その製造方法に関し、特に基板剥離工程を含んだ上下電極構造をとるタイプの窒化物系半導体発光素子において、光取り出し効率を向上できる構造およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a nitride-based semiconductor light-emitting device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a structure capable of improving light extraction efficiency and a manufacturing method thereof in a nitride-based semiconductor light-emitting device of a type having an upper and lower electrode structure including a substrate peeling process. .
近年、短波長光発光素子用の半導体材料としてGaN系化合物半導体材料が注目を集めている。GaN系化合物半導体は、サファイア単結晶をはじめとして、種々の酸化物基板やIII−V族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法(MOCVD法)や分子線エピタキシー法(MBE法)等によって形成される。
サファイア単結晶基板はGaNとは格子定数が10%以上も異なるが、AlNやAlGaNなどのバッファ層を形成することにより、その上に良好な窒化物半導体が形成でき、一般的に広く用いられている。サファイア単結晶基板を用いた場合、n型半導体層、発光層、p型半導体層がこの順で積層される。サファイア基板は絶縁体であるので、その素子構造は一般的に、p型半導体層上に形成された正極と、n型半導体層上に形成された負極が存在することになる。この種の発光素子には、ITOなどの透明電極を正極に使用しp型半導体側から光を取り出すフェイスアップ方式、Agなどの高反射膜を正極に使用してサファイア基板側から光を取り出すフリップチップ方式の2種類が知られている。
In recent years, GaN-based compound semiconductor materials have attracted attention as semiconductor materials for short wavelength light emitting devices. GaN-based compound semiconductors include sapphire single crystals, various oxide substrates and III-V group compounds as substrates, and metalorganic vapor phase chemical reaction method (MOCVD method) or molecular beam epitaxy method (MBE method). ) Etc.
A sapphire single crystal substrate has a lattice constant of 10% or more different from that of GaN. However, by forming a buffer layer such as AlN or AlGaN, a good nitride semiconductor can be formed thereon, and it is generally widely used. Yes. When a sapphire single crystal substrate is used, an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked in this order. Since the sapphire substrate is an insulator, the element structure generally includes a positive electrode formed on the p-type semiconductor layer and a negative electrode formed on the n-type semiconductor layer. This type of light-emitting element uses a face-up method that uses a transparent electrode such as ITO as the positive electrode to extract light from the p-type semiconductor side, and a flip that uses a highly reflective film such as Ag as the positive electrode to extract light from the sapphire substrate side Two types of chip systems are known.
このようにサファイア単結晶基板は発光素子用基板として一般的に広く用いられているが、絶縁体であるためにいくつかの問題点がある。第一に、負極を形成するために発光層をエッチングなどにより一部除去してn型半導体層を露出させるために、負極の部分だけ発光層の面積が減ってしまい、その分、出力が低下する。第二に、正極と負極が同一面にあるために、電流の流れが水平方向になってしまい、局部的に電流密度の高いところができてしまい素子が発熱してしまう。第三に、サファイア基板の熱伝導率は低いので、発生した熱が拡散せず、発光素子の温度が上昇してしまう。 As described above, the sapphire single crystal substrate is generally widely used as a substrate for a light emitting element, but has several problems because it is an insulator. First, since the n-type semiconductor layer is exposed by partially removing the light emitting layer by etching or the like to form the negative electrode, the area of the light emitting layer is reduced only in the negative electrode portion, and the output is reduced accordingly. To do. Secondly, since the positive electrode and the negative electrode are on the same plane, the current flow becomes horizontal, creating a region with a high current density locally, and the element generates heat. Third, since the thermal conductivity of the sapphire substrate is low, the generated heat does not diffuse and the temperature of the light emitting element rises.
以上の問題を解決させるために、サファイア単結晶基板上にn型半導体層、発光層、p型半導体層をこの順で積層した素子に導電性基板を接着し、その後にサファイア単結晶基板を除去して、正極と負極を上下に配置させる方法が開示されている。(特許文献1参照)
更に、導電性基板を接着させるのではなく、メッキにより基板を作成する方法が開示されている。(特許文献2参照)
Furthermore, a method for producing a substrate by plating instead of bonding a conductive substrate is disclosed. (See Patent Document 2)
前記従来の導電性基板を接着させる方法には、AuSnなどの低融点金属化合物を接着材として接着させる方法や、真空中でアルゴンプラズマなどで接合面を活性化させて接着させる活性化接合などの方法が知られている。
この方法であると接着面は極めて平滑であることが要求されパーティクルなどの異物があると、その部分が浮いてしまい、接着が良好にできないなど、均一な接着面を形成することが難しい問題がある。
サファイアなどの基板上に積層されるGaN膜は、1〜10μmと厚膜であること、積層時の温度が1000℃付近と高温であることなどから、極めて高い膜応力を有している。例えば、板厚0.4mmのサファイア基板にGaN膜を5μmの厚さに積層した場合、基板に50〜100μm程度のソリが発生してしまう。
Examples of the conventional method of bonding the conductive substrate include a method of bonding a low melting point metal compound such as AuSn as an adhesive, an activated bonding in which a bonding surface is activated by argon plasma in a vacuum, and the like. The method is known.
With this method, the adhesion surface is required to be extremely smooth, and if there is a foreign substance such as a particle, the part floats and it is difficult to form a uniform adhesion surface, such as poor adhesion. is there.
A GaN film laminated on a substrate such as sapphire has a very high film stress because it is a thick film of 1 to 10 μm and the temperature at the time of lamination is as high as about 1000 ° C. For example, when a GaN film is laminated to a thickness of 5 μm on a sapphire substrate having a thickness of 0.4 mm, a warp of about 50 to 100 μm is generated on the substrate.
メッキ法で支持基板を作成する場合、サファイアよりもメッキ支持基板の機械強度が弱いこと、生産上の効率性からメッキ支持基板の膜厚(板厚)が10μm〜200μmと限定されることから、先の膜応力に起因するソリがメッキ支持基板に発生するため、支持基板剥離後のソリの影響はさらに大きくなってしまう問題がある。
前記GaN膜による基板のソリの影響を軽減するためには、基板上に積層されたGaN膜をあらかじめ分割してしまうことが有効である。例えば、基板上にGaN膜を成膜した後、GaN膜上に複数の発光素子を作り込む場合、発光素子毎にGaN膜を複数に分割しておけば、GaN膜が分割された部分で応力緩和が起き基板全体のソリを低減することができる。
一方、GaN膜を分割してからメッキ支持基板を作成する場合、支持基板全体のソリ低減には有効であるが、以下の2つの問題点が発生する。
(1)n型半導体層が露出してしまうので、そのままメッキするとn型半導体層とp型半導体層がメッキ層により短絡してしまう。
(2)メッキ支持基板を形成するための単にメッキ処理を行ったのでは、露出したp型半導体層、発光層、n型半導体層の側面にもメッキ支持基板形成用のメッキが入り込んでしまうために、これらの側面をめっき層が遮蔽することとなり、側面からの光取出しが出来なくなるので、発光素子から得られる光強度が低下する問題がある。
When creating a support substrate by a plating method, the mechanical strength of the plating support substrate is weaker than sapphire, and the film thickness (plate thickness) of the plating support substrate is limited to 10 μm to 200 μm from the viewpoint of production efficiency. Since warp resulting from the previous film stress is generated on the plating support substrate, there is a problem that the influence of the warp after the support substrate is peeled off is further increased.
In order to reduce the influence of the warpage of the substrate due to the GaN film, it is effective to previously divide the GaN film stacked on the substrate. For example, when a plurality of light emitting elements are formed on the GaN film after forming the GaN film on the substrate, if the GaN film is divided into a plurality of parts for each light emitting element, the stress is generated at the divided part of the GaN film. Relaxation occurs and the warpage of the entire substrate can be reduced.
On the other hand, when the plating support substrate is formed after dividing the GaN film, it is effective for reducing the warp of the entire support substrate, but the following two problems occur.
(1) Since the n-type semiconductor layer is exposed, if the plating is performed as it is, the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are short-circuited by the plating layer.
(2) If the plating process is simply performed to form the plating support substrate, plating for forming the plating support substrate enters the side surfaces of the exposed p-type semiconductor layer, light emitting layer, and n-type semiconductor layer. In addition, since the plating layer shields these side surfaces and light cannot be extracted from the side surfaces, there is a problem that the light intensity obtained from the light emitting element is lowered.
前記(1)の問題については、p型半導体層、発光層、n型半導体層の側面に保護膜を形成すれば解決することが可能であると考えられるが、前記(2)の問題については、p型半導体層、発光層、n型半導体層を合わせた部分の側面の深さが1〜10μmと深いことから容易に解決することが難しい問題がある。 The problem (1) can be solved by forming a protective film on the side surfaces of the p-type semiconductor layer, the light emitting layer, and the n-type semiconductor layer, but the problem (2) There is a problem that it is difficult to solve easily because the depth of the side surface of the combined portion of the p-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and the n-type semiconductor layer is 1 to 10 μm.
本発明者等は上記問題を解決するために、鋭意努力検討した結果、少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記n型半導体層、発光層、p型半導体層の発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子層が設けられてなることにより、製造時の成膜応力に起因するソリの影響が少なく、側面からの光取り出し効率も確保することができることを見出した。
更に本発明者らは、基板上に成膜処理して素子部を作り込み、その後に素子部分割と基板分離を行って得られる発光素子構造の場合、発光素子部間に光透過性の絶縁性無機微粒子部を充填し、しかる後に、必要に応じてメッキ支持基板を作成することにより、サファイア基板などとの基板剥離後もソリが少なく、側面からの光取り出し効率も両立させることが可能になることを見出した。即ち本発明は以下に関する。
As a result of diligent efforts to solve the above problems, the present inventors have formed a light-emitting element portion by laminating at least an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer. The light-transmitting insulating inorganic fine particle layer is provided around the light-emitting element portion of the p-type semiconductor layer, so that there is little influence of warp caused by film-forming stress during manufacturing, and light extraction from the side surface It has been found that efficiency can also be secured.
Furthermore, the present inventors have made a light-transmitting insulation between the light-emitting element portions in the case of a light-emitting element structure obtained by forming a device portion on a substrate to form an element portion and then performing element portion separation and substrate separation. By filling the porous inorganic fine particle part and then creating a plating support substrate as necessary, it is possible to reduce the warpage after peeling off the substrate from the sapphire substrate, etc., and achieve both light extraction efficiency from the side I found out that That is, the present invention relates to the following.
(1)本発明の窒化物半導体発光素子は、少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記n型半導体層、発光層、p型半導体層を備えた発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子部が設けられてなることを特徴とする。
(2)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記発光素子部上に金属膜層とメッキ金属板が積層されたものであることを特徴とする。
(3)本発明の窒化物半導体発光素子は、基板上に少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層が積層されてなる複数の発光素子部が構成され、かつ、前記各発光素子部が前記基板から素子分割して得られるものであって、前記基板上に形成された発光素子部間に絶縁性無機微粒子が充填され、前記発光素子部の前記基板からの分離後に前記発光素子部の周囲に残留された光透過性の絶縁性無機微粒子部を具備してなることを特徴とする。
(4)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記絶縁性無機微粒子がシリカゾル、チタニアゾルの少なくとも一方であることを特徴とする。
(1) In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, at least an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer are laminated to form a light-emitting device portion, and the n-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and the p-type semiconductor layer are formed. A light-transmitting insulating inorganic fine particle part is provided around a light emitting element part provided with
(2) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that a metal film layer and a plated metal plate are laminated on the light emitting device portion.
(3) The nitride semiconductor light-emitting device of the present invention includes a plurality of light-emitting device portions in which at least an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked on a substrate. Is obtained by dividing an element from the substrate, and the light emitting element portion formed on the substrate is filled with insulating inorganic fine particles, and the light emitting element portion is separated from the substrate after the light emitting element portion is separated from the substrate. It is characterized by comprising light-transmitting insulating inorganic fine particle portions remaining around.
(4) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the insulating inorganic fine particles are at least one of silica sol and titania sol.
(5)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記絶縁性無機微粒子の粒子径が5nm〜30μmであることを特徴とする。
(6)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記金属膜層がオーミックコンタクト層を含むことを特徴とする。
(7)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記オーミックコンタクト層がPt、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、またはAgの単体金属およびそれらの合金で構成されることを特徴とする。
(8)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記金属膜層が反射層を含むことを特徴とする。
(9)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記反射層がAg合金またAl合金で構成されることを特徴とする。
(10)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記金属膜層が密着層を含むことを特徴とする。
(5) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the insulating inorganic fine particles have a particle size of 5 nm to 30 μm.
(6) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the metal film layer includes an ohmic contact layer.
(7) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the ohmic contact layer is composed of a single metal of Pt, Ru, Os, Rh, Ir, Pd, or Ag and an alloy thereof.
(8) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the metal film layer includes a reflective layer.
(9) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the reflective layer is made of an Ag alloy or an Al alloy.
(10) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the metal film layer includes an adhesion layer.
(11)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記密着層がTi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの単体金属および/またはそれらの合金で構成されることを特徴とする。
(12)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記メッキ金属板の膜厚が10μm〜200μmであることを特徴とする。
(13)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記メッキ金属板がNiP合金、Cu、またはCu合金により形成されたことを特徴とする。
(14)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記金属膜とメッキ金属板の間にメッキ金属板に接してメッキ密着層が形成されたこと特徴とする。
(15)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記メッキ密着層が前記メッキ金属板の50wt%以上を占める主成分と同一の組成を50wt%以上有することを特徴とする。
(16)本発明の窒化物半導体発光素子は、前記n型半導体層に接続する負電極が形成され、前記メッキ基板に接続する正電極が形成されたことを特徴とする。
(11) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the adhesion layer is composed of a single metal of Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W and / or an alloy thereof. And
(12) In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the plated metal plate has a thickness of 10 μm to 200 μm.
(13) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the plated metal plate is formed of NiP alloy, Cu, or Cu alloy.
(14) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that a plating adhesion layer is formed between the metal film and the plated metal plate in contact with the plated metal plate.
(15) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the plating adhesion layer has 50 wt% or more of the same composition as the main component occupying 50 wt% or more of the plated metal plate.
(16) The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that a negative electrode connected to the n-type semiconductor layer is formed and a positive electrode connected to the plated substrate is formed.
(17)本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記n型半導体層、発光層、p型半導体層の発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子部が設けられてなる窒化物系半導体発光素子を製造するに際し、基板上に少なくともバッファ層、n型半導体層、発光層、p型半導体層を積層し、これらの積層体を基板上で素子分割して発光素子部を形成し、これらの素子分割後にこれらの発光素子部間に光透過性の絶縁性無機微粒子を充填し、その後に前記の如く分割した発光素子部上と前記の如く充填した絶縁性無機微粒子上に金属薄膜、メッキ金属板を積層するとともに、この後に前記基板とバッファ層を除去して前記n型半導体層表面を露出させ、前記発光素子部単位で前記金属薄膜と前記メッキ板を分割することを特徴とする。
(18)本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、前記基板をレーザにより除去することを特徴とする。
(19)本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、前記メッキ金属板を形成後、100℃〜300℃で熱処理をすることを特徴とする。
(20)本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、前記n型半導体層表面を露出させた後、前記n型半導体層に接続する負電極を形成するとともに、前記メッキ基板に接続する正電極を形成することを特徴とする。
(17) In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, at least an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked to form a light-emitting device portion, and the n-type semiconductor layer, light-emitting layer, p When manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device in which a light-transmitting insulating inorganic fine particle portion is provided around the light-emitting device portion of the type semiconductor layer, at least a buffer layer, an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, A p-type semiconductor layer is stacked, and the stacked body is divided into elements on a substrate to form a light emitting element portion. After these elements are divided, light-transmitting insulating inorganic fine particles are filled between the light emitting element portions. Thereafter, a metal thin film and a plated metal plate are laminated on the light emitting element portion divided as described above and the insulating inorganic fine particles filled as described above, and then the substrate and the buffer layer are removed to remove the n-type semiconductor. Layer surface exposed Characterized by dividing the plating plate and the metal thin film by the light emitting element section units.
(18) The method for producing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the substrate is removed by a laser.
(19) The method for producing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that heat treatment is performed at 100 ° C. to 300 ° C. after forming the plated metal plate.
(20) In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention, after exposing the surface of the n-type semiconductor layer, a negative electrode connected to the n-type semiconductor layer is formed and a positive electrode connected to the plating substrate is formed. An electrode is formed.
以上述べたように本発明によれば、少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記n型半導体層、発光層、p型半導体層の発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子部が設けられてなる構造を採用することにより、前記n型半導体層、発光層、p型半導体層からなる発光素子部の側面側での短絡を防止しながら、発光素子部側面側から出力される光を絶縁性無機微粒子部が通過させるので、側面側からの光取り出し効率も良好にすることができる。
本発明によれば、基板上に形成した発光素子部間に光透過性の絶縁性無機微粒子を充填し、しかる後に、メッキ支持基板を作成することにより、サファイア基板などの基板から剥離した後もソリが少なく、側面からの光取り出し効率も両立させることが可能になる。これにより、信頼性が高く、出力の高い窒化物系半導体発光素子を提供することが可能になる。
本発明において絶縁性無機微粒子あるいは絶縁性無機微粒子部としての光透過性とは、350nm〜550nmの波長範囲で光の透過性を有することを意味する。窒化物半導体発光素子として光取り出し性を良好にするためには、絶縁性無機微粒子あるいは絶縁性無機微粒子部として光透過性を80%以上とすることが好ましい。
As described above, according to the present invention, at least an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked to form a light-emitting element portion, and light emission of the n-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and the p-type semiconductor layer. By adopting a structure in which a light-transmitting insulating inorganic fine particle part is provided around the element part, a short circuit on the side surface side of the light-emitting element part composed of the n-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and the p-type semiconductor layer. Since the insulating inorganic fine particle part allows the light output from the side surface side of the light emitting element part to pass through while preventing the light emission, the light extraction efficiency from the side surface side can be improved.
According to the present invention, the light-transmitting insulating inorganic fine particles are filled between the light emitting element portions formed on the substrate, and then, after the peeling from the substrate such as the sapphire substrate by creating the plating support substrate. There is little warping and it is possible to achieve both light extraction efficiency from the side. Thereby, it is possible to provide a nitride-based semiconductor light-emitting device with high reliability and high output.
In the present invention, the light transmittance as the insulating inorganic fine particles or the insulating inorganic fine particle part means having light transmittance in a wavelength range of 350 nm to 550 nm. In order to improve the light extraction property of the nitride semiconductor light emitting device, it is preferable that the light transmittance of the insulating inorganic fine particles or the insulating inorganic fine particle portion is 80% or more.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照にして説明する。ただし、本発明は以下の各実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。
図1は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の一例の断面模式図を示すもので、この例の窒化物半導体発光素子Aは、n型半導体層1、発光層2、p型半導体層3からなる発光素子部5を備え、該発光素子部5の側面全部を光透過性の絶縁性無機微粒子部6にて覆い、前記p型半導体層3上にオーミックコンタクト層7と反射層8からなる金属膜層4とを形成し、更にこれらの上面とその周囲に位置するp型半導体層3の上面、並びに、絶縁性無機微粒子部6の上面を順次覆うように密着層9とメッキ密着層10とメッキ基板11とを積層することで構成されている。
なお、前記発光素子部5の平面形状は4角型、丸形あるいはその他の形状で差し支えないが、無機微粒子部6はその側面全部を覆っていることが好ましい。しかし、本願発明において無機微粒子部6が発光素子部5の側面全部を完全に覆っていることを要するものではない。
また、図1に示す窒化物半導体発光素子Aにおいては、n型半導体層1の下面側に負極12が形成され、メッキ基板11の上面側に正極13が形成された上下電極構造とされている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and for example, the constituent elements of these embodiments may be appropriately combined.
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an example of a nitride semiconductor light-emitting device according to this embodiment. The nitride semiconductor light-emitting device A of this example includes an n-type semiconductor layer 1, a light-emitting
The planar shape of the light emitting element portion 5 may be a quadrangular shape, a round shape, or other shapes, but the inorganic
In addition, the nitride semiconductor light emitting device A shown in FIG. 1 has a vertical electrode structure in which the
図1に示す構造の窒化物半導体発光素子Aを製造するには、例えば、図2に示す如く基板21上に複数の窒化物半導体発光素子Aとなり得る窒化物半導体部分を整列形成し、これらを素子分離するとともに個々に基板21から分離することで製造することができる。なお、図2においては、図面を見やすくするために、同時に製造される複数の窒化物系半導体発光素子のうち、2つの窒化物系半導体発光素子のみを示しているが、基板21上には更に多くの数の窒化物系半導体発光素子が形成されていても良い。
In order to manufacture the nitride semiconductor light emitting device A having the structure shown in FIG. 1, for example, as shown in FIG. 2, a plurality of nitride semiconductor light emitting devices A that can be a plurality of nitride semiconductor light emitting devices A are aligned and formed. It can be manufactured by separating elements from the
例えば、基板21上に図2に示す如くバッファ層22を形成する。
ここで用いる基板21にはサファイア単結晶(Al2O3;A面、C面、M面、R面)、スピネル単結晶(AgAl2O4)、ZnO単結晶、LiAlO2単結晶、LiGaO2単結晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶、GaAs単結晶などの公知の基板材料を何ら制限無く用いることができる。
また、SiCなどの導電性基板を用いれば、正極と負極を上下に配置させた窒化物半導体発光素子Aの作成は基板剥離をしなくとも可能であるが、その場合、絶縁体であるバッファ層を使用することができなくなるので、その上に成長する窒化物系半導体層(n型半導体層1、発光層2、p型半導体層3)の結晶が劣化してしまい良好な発光素子を形成することができない。本発明においては、導電性のSiC、Siを用いた場合でも基板剥離を実施することが好ましい。
前記バッファ層22は、例えばサファイア単結晶の基板21とGaNの格子定数が10%以上も異なるために、その中間の格子定数を有するAlNやAlGaNなどがGaNの結晶性を向上させるために一般的に使用されており、本発明においてもAlNやAlGaNを何ら制限なく適用できる。
For example, the
The
If a conductive substrate such as SiC is used, the nitride semiconductor light emitting device A in which the positive electrode and the negative electrode are arranged vertically can be formed without peeling the substrate. In that case, the buffer layer that is an insulator is used. As a result, the crystals of the nitride-based semiconductor layers (n-type semiconductor layer 1, light-emitting
The
次に、窒化物系半導体(発光素子部5)の基になる層として、先のバッファ層22上にn型半導体層23、発光層24、p型半導体層25を順次積層する。
本実施の形態において窒化物系半導体(発光素子部5)は、先に説明したn型半導体層1、発光層2、p型半導体層3からなるヘテロ接合構造で構成される。窒化物系半導体層としては一般式AlxInyGa1−x−yN(0≦x<1、0≦y<1、x+y<1)で表される半導体が多数知られており、本発明においても一般式AlxInyGa1−x−yN(0≦x<1、0≦y<1、x+y<1)で表される窒化物系半導体が何ら制限なく用いられる。
Next, an n-type semiconductor layer 23, a light-emitting layer 24, and a p-type semiconductor layer 25 are sequentially stacked on the
In the present embodiment, the nitride-based semiconductor (light-emitting element portion 5) has a heterojunction structure including the n-type semiconductor layer 1, the light-emitting
これらの窒化物系半導体の基になる各層の成長方法は特に限定されず、有機金属化学気相成長法(MOCVD)、ハイドライド気相成長法(HPVE)、分子線エピタキシー法(MBE)、などIII族窒化物系半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からMOCVD法である。
MOCVD法では、キャリアガスとして水素(H2)または窒素(N2)、III族原料であるGa源としてトリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチルアルミニウム(TEA)、In源としてトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)、V族原料であるN源としてはアンモニア(NH3)、ヒドラジン(N2H4)などが用いられる。また、ドーパントとしては、n型にはSi原料としてモノシラン(SiH4)またはジシラン(Si2H6)を、Ge原料としてゲルマン(GeH4)を用い、p型にはMg原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム((EtCp)2Mg)を用いる。
There is no particular limitation on the growth method of each layer on which these nitride-based semiconductors are based. Organometallic chemical vapor deposition (MOCVD), hydride vapor deposition (HPVE), molecular beam epitaxy (MBE), etc. III All methods known to grow group nitride semiconductors can be applied. A preferred growth method is the MOCVD method from the viewpoint of film thickness controllability and mass productivity.
In the MOCVD method, hydrogen (H 2 ) or nitrogen (N 2 ) is used as a carrier gas, trimethyl gallium (TMG) or triethyl gallium (TEG) is used as a Ga source as a group III source, and trimethyl aluminum (TMA) or triethyl aluminum is used as an Al source. (TEA), trimethylindium (TMI) or triethylindium (TEI) as the In source, and ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), etc. as the N source as the group V source. As dopants, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as a Si raw material for n-type, germane (GeH 4 ) is used as a Ge raw material, and biscyclohexane is used as an Mg raw material for p-type. Pentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) or bisethylcyclopentadienyl magnesium ((EtCp) 2 Mg) is used.
n型半導体層23、発光層24、p型半導体層25を順次積層したならば、この後に素子分離するべき境界に沿ってドライエッチング手段等により分離溝26を形成し、基板上において平面視矩形状などのn型半導体層1、発光層2、p型半導体層3が積層された個々の発光素子部27に素子分離する。
窒化物系半導体(発光素子部5)をサファイアの基板21上で分割する方法としては、エッチング法、レーザカッティング法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。レーザリフトオフ法を用いる場合、窒化物系半導体が分割されるが、サファイア基板にはダメージが与えられないようにすることが良好な基板剥離をするためには好ましい。従って、エッチング法で分割する場合、窒化物系半導体に対してはエッチングレートが早く、サファイア基板に対してはエッチングレートが遅い手法を用いることが好ましい。レーザで分割する場合はGaNとサファイアに対する吸収波長の違いから、300−400nmの波長を持ったレーザを用いることが好ましい。
If the n-type semiconductor layer 23, the light emitting layer 24, and the p-type semiconductor layer 25 are sequentially stacked, an
As a method for dividing the nitride-based semiconductor (light-emitting element portion 5) on the
発光素子部5を基板21上において素子分割する場合、これらの側面側に形成する分割溝26の幅を1〜30μm程度、深さを1〜10μm程度とする。この分割溝26を埋める手段としては、CVD、スパッタ、蒸着などによる成膜手法では、成膜レートが遅く、実用的な大量生産手段として用いることは困難である。このような厚膜を形成するためには、先に説明した如く絶縁性無機微粒子28を充填する方法が適している。
When the light emitting element portion 5 is divided on the
次いで露出した分離溝27にシリカゾルあるいはチタニアゾル等の絶縁性無機微粒子28を充填して絶縁性無機微粒子部29を形成する。
絶縁性無機微粒子28としては、シリカゾルやチタニアゾルなどの透光性を有している絶縁体無機微粒子であれば公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。
絶縁性無機微粒子28の粒径としては、5nm〜30μmが好ましい。絶縁性無機微粒子部28の粒径が5nm未満であると、絶縁性無機微粒子28の凝集が進んでしまい安定した微粒子を得ることが出来ない。絶縁性無機微粒子28の粒径が30μmを超えると素子側面の溝幅を超えてしまうので充填することができない。溝への適切な充填を考えると10nm〜2μmの範囲がさらに好ましい。
Next, the exposed
As the insulating inorganic
The particle diameter of the insulating inorganic
前記絶縁性無機微粒子部28の透光性は、波長350nm〜550nmの範囲の光で透過率80%以上であることが好ましい。しかし、この透過率は窒化物半導体発光素子としての発光性能を望ましくするための好ましい範囲であって、光の透過率についてこの範囲に制限されるものではない。
The translucency of the insulating inorganic
絶縁性無機微粒子28の分離溝26への充填後、100℃〜500℃でベークすることが、密着性の向上や塗布溶液中に含まれる水分や有機成分の除去のために好ましい。
絶縁性無機微粒子28を分離溝26に充填させる方法としては、水溶液中に絶縁性無機微粒子を分散させて、その水溶液を、スピンコート法、スプレー法、ディップコート法など、公知の方法で塗布することが好ましい。さらに、生産性の観点からスピンコート法を用いることが好ましい。
After filling the
As a method for filling the insulating
次いで前記p型半導体3上にオーミックコンタクト層7を形成する。オーミックコンタクト層7上には光の反射性を向上させるために反射層8を設けるが、この反射層8は略しても良い。
前記オーミックコンタクト層7に要求される性能としては、p型半導体層3との接触抵抗が小さいことが必須である。オーミックコンタクト層7の材料はp型半導体層3との接触抵抗の観点から、Pt、Ru、Os、Rh、Ir、Pd等の白金族またはAgが好ましい。さらに好ましくはPt,Ir,RhおよびRuである。Ptが特に好ましい。Agを用いることは良好な反射を得るためには好ましいが、接触抵抗はPtよりも低い。したがって、接触抵抗がそれほど要求されない用途にはAgを用いることも可能である。
オーミックコンタクト層7の厚さは、低接触抵抗を安定して得るために0.1nm以上とすることが好ましい。さらに好ましくは1nm以上であり、この厚さ範囲を満たすことで均一な接触抵抗が得られる。
Next, an
As the performance required for the
The thickness of the
オーミックコンタクト層7上には、Ag合金などの反射層8を形成することが好ましい。Pt,Ir,Rh,Ru,OS,PdなどはAg合金と比較すると可視光から紫外領域の反射率が低い。したがって、発光層からの光が十分に反射せずに出力の高い素子を得ることが難しい。この場合、オーミックコンタクト層7を光が十分に透過するほどに薄く形成し、Ag合金などの反射層を形成して反射光を得る方が、良好なオーミック接触が得られ、かつ出力の高い素子を作成することができる。この場合、オーミックコンタクト層7の膜厚は30nm以下とすることが好ましい。さらにオーミックコンタクト層7の膜厚として好ましくは10nm以下である。
オーミックコンタクト層7および反射層8の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。
A
A method for forming the
次いでメッキ処理を施す。ただし、メッキ処理を施す前に、絶縁性無機微粒子部29上やp型半導体層3上との密着性を向上させるために密着層9とメッキ密着層10を設け、これらの形成後にメッキ処理によりメッキ基板31を形成する。これらの密着層9とメッキ密着層10は形成した方が好ましいが、これらの形成を略しても良い。
ここで形成する密着層9にはGaNと密着性の良い金属を用いることができる。密着層9の材料としては、Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの単体金属及び/またはそれらを組み合わせた合金を用いることができる。
更に、メッキ基板31との密着性を向上させるためにメッキ密着層10を形成しても良い。メッキ密着層10の材料は、使用するメッキによって異なってくるが、メッキ成分に主に含まれる物質を含んでいたほうが密着性を向上させる。例えば、NiPメッキを用いる場合、メッキ密着層10にはNi系合金を用いることが好ましい。さらに好ましくはNiPを用いることである。
Cuメッキを用いる場合は、メッキ密着層10にはCu系合金を用いることが好ましい。さらに好ましくは、Cuを用いることである。
密着層9、メッキ密着層10の厚さは良好な密着性を得るために0.1nm以上とすることが好ましい。さらに好ましくは1nm以上であり、均一な密着性が得られる。厚さの上限は特に限定されないが、生産性の観点から2μm以下にすることが好ましい。
Next, a plating process is performed. However, before the plating process is performed, the
For the
Further, the
When using Cu plating, it is preferable to use a Cu-based alloy for the
The thickness of the
密着層9、メッキ密着層10の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。スパッタ法はスパッタ粒子が高エネルギーを持って基板表面に衝突して成膜されるので、密着性の高い膜を得ることができる。したがって、スパッタ法を用いる方がさらに好ましい。
The method for forming the
次に、前記メッキ密着層10を形成したならば、メッキ処理によりメッキ基板31を形成する。
メッキ処理を実施する前には、汎用の中性洗剤等を用いて脱脂洗浄することが好ましい。また、硝酸などの酸を用いてメッキ密着層などの表面を化学エッチングを施すことによりメッキ密着層上の自然酸化膜を除去するのが好ましい。
メッキ処理には無電解メッキ、電解メッキどちらを用いることができる。無電解メッキの場合、材料としてはNiP合金メッキを用いることが好ましい。電解メッキの場合は、材料としてCuまたはCu合金を用いることが好ましい。
メッキ基板31の厚さは、基板としての強度を保つために10μm以上とすることが好ましい。厚くなるとメッキの剥離が起こりやすくなり、かつ生産性も低くなるので200μm以下であることが好ましい。
Next, when the
Before carrying out the plating treatment, it is preferable to degrease and wash using a general-purpose neutral detergent or the like. Further, it is preferable to remove the natural oxide film on the plating adhesion layer by chemically etching the surface of the plating adhesion layer using an acid such as nitric acid.
Either electroless plating or electrolytic plating can be used for the plating treatment. In the case of electroless plating, it is preferable to use NiP alloy plating as the material. In the case of electrolytic plating, it is preferable to use Cu or a Cu alloy as a material.
The thickness of the plated
NiP合金メッキなどのメッキ処理方法において、メッキ浴として、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケルなどのニッケル源と、次亜リン酸塩などのリン源を含むものを用いた無電解メッキ処理法を採用することができる。無電解メッキ法に用いられるメッキ浴として好適な市販品としては、上村工業製のニムデンHDXなどがある。無電解メッキ処理を行う際のメッキ浴のpHは4〜10、温度は30〜95℃とすることが好ましい。
CuまたはCu合金のメッキ処理方法としては、メッキ浴として、例えば硫酸銅などのCu源を用いる電解メッキ処理法を採用することができる。
電気メッキ処理を行う際のメッキ浴のpHは2以下の強酸条件下で実施することが好ましい。温度は10〜50℃とすることが好ましく、さらには常温(25℃)で実施することがさらに好ましい。電流密度は0.5〜10A/dm2で実施することが好ましい。さらに好ましく電流密度は2〜4A/dm2で実施することである。生成するメッキ基板の表面を平滑化させるためにレベリング剤を添加することがより好ましい。レベリング剤に用いられる市販品としては、例えば上村工業製のETN−1−AやETN−1−Bなどを適宜用いることができる。
In a plating process such as NiP alloy plating, an electroless plating process using a nickel bath such as nickel sulfate or nickel chloride and a phosphorus source such as hypophosphite as a plating bath is employed. be able to. A commercially available product suitable as a plating bath used in the electroless plating method includes Nimden HDX manufactured by Uemura Kogyo. The pH of the plating bath when performing the electroless plating treatment is preferably 4 to 10, and the temperature is preferably 30 to 95 ° C.
As a plating method for Cu or Cu alloy, an electrolytic plating method using a Cu source such as copper sulfate can be employed as a plating bath.
The pH of the plating bath when performing electroplating is preferably 2 or less under strong acid conditions. The temperature is preferably 10 to 50 ° C, and more preferably at room temperature (25 ° C). Current density is preferably carried out in 0.5~10A / dm 2. More preferably, the current density is 2 to 4 A / dm2. It is more preferable to add a leveling agent in order to smooth the surface of the plated substrate to be produced. As a commercial item used for the leveling agent, for example, ETN-1-A or ETN-1-B manufactured by Uemura Kogyo Co., Ltd. can be used as appropriate.
このようにして得られたメッキ基板31の密着性を向上させるために熱処理することが好ましい。熱処理温度は100〜300℃が密着性向上のために好ましい。これ以上温度を上げると密着性はさらに向上するかもしれないが、オーミックコンタクト性が低下してしまう危険性がある。
In order to improve the adhesion of the plated
前述のメッキ基板31の形成後、基板21の剥離を実施し、さらにバッファ層22を除去する。その後、正電極13、負電極12を形成し、最終的にはメッキ基板31を素子毎に分割することにより図1に示す断面構造の窒化物半導体発光素子Aを製造することができる。
メッキ基板31の形成後に基板21の剥離を実施する場合、基板剥離の方法としては、研磨法、エッチング法、レーザリフトオフ法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。
After the above-described
When the
基板21を剥離した後、研磨法、エッチング法などによりバッファ層22を除去しn型半導体層を露出させる。ここでn型半導体層3上に負極12を形成する。負極としては、各種組成および構造の負極が公知であり、これら公知の負極を何ら限なく用いることが出来る。
正極はAu,Al,NiおよびCu等の材料を用いた各種構造が公知であり、これら公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。
メッキ基板31の分離についても先の素子分離あるいは基板21の剥離の場合と同様の手法を適用することができる。ここでメッキ基板31を分割して窒化物系半導体発光素子Aをメッキ基板31から素子単位で分離する際、絶縁性無機微粒子28を充填した部分は他の積層膜の部分に比べて切削やエッチング、レーザ切断による分離が容易であるので、メッキ基板31の分割も容易となる。
After the
Various structures using materials such as Au, Al, Ni, and Cu are known for the positive electrode, and these known materials can be used without any limitation.
For the separation of the plated
以上説明した工程を実施することにより、図1に示す断面構造の窒化物系半導体発光素子Aを製造することができるが、この窒化物系半導体発光素子Aにあっては、発光素子部5の周囲に光透過率の高い無機微粒子部6を設けているので、発光素子部5の周囲に向けて放射された光を遮ることなく出力光として利用できるので、光出力の高い窒化物系半導体発光素子Aとすることができる。また、特に無機微粒子部6が波長350nm〜550nmの範囲の光の透過率80%以上であるならば、可視光として認識できる波長範囲において短波長側の青色発光領域とその周辺波長域の光を減衰することなく発光できる。
By performing the steps described above, the nitride-based semiconductor light-emitting device A having the cross-sectional structure shown in FIG. 1 can be manufactured. In this nitride-based semiconductor light-emitting device A, Since the inorganic
以下、実施例を示して本発明の作用効果を明確にする。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
図1は本実施例で作成した窒化物系半導体の断面を示した模式図である。この図に示す断面構造の窒化物半導体発光素子を以下の実施例にて製造した。
サファイアからなる基板上に、AlNからなるバッファ層(厚さ10nm)を介して、厚さ5μmのSiドープn型GaNコンタクト層と、厚さ30nmのn型In0.1Ga0.9Nクラッド層と、厚さ30nmのSiドープGaN障壁層および厚さ2.5nmのIn0.2Ga0.8Nの井戸層を5回積層し、最後に障壁層を設けた多重井戸構造の発光層と、厚さ50nmのMgドープp型Al0.07Ga0.93Nのクラッド層、厚さ150nmのMgドープp型GaNコンタクト層を順に積層して窒化物半導体の積層膜を形成した。
Hereinafter, an example is shown and the operation effect of the present invention is clarified. However, the present invention is not limited to the following examples.
Example 1
FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a nitride-based semiconductor prepared in this example. The nitride semiconductor light emitting device having the cross-sectional structure shown in this figure was manufactured in the following examples.
On a substrate made of sapphire, a 5 μm thick Si-doped n-type GaN contact layer, a 30 nm thick n-type In0.1Ga0.9N cladding layer, and a thickness through a buffer layer (
次いで、ドライエッチングによりバッファ層に至るまで窒化物系半導体の積層膜を掘り図2に部分的に示すように各発光素子部に素子分割した。(なお、図2においては素子分割後の溝埋めや他の膜の積層がなされた後の状態を示すので、図2においてn型半導体層(本例ではn型GaNコンタクト層)1、発光層2、p型半導体層(本例ではp型GaNコンタクト層)3の両側に形成されている溝が素子分割溝に相当する。)
次に、分割した素子間の溝をシリカゾルを用いて溝埋めを実施した。シリカゾルには日産化学社製のシリカゾルMP−2040(SiO2 40%、平均粒子径200nm、水溶液)を用いて。塗布後300℃で30分間ベークした。
窒化物系半導体のp型コンタクト層上に厚さ1.5nmのPt層をオーミックコンタクト層として図2に示すようにスパッタ法により成膜した。その上に反射層としてAgを厚さ20nmになるようにスパッタ法により成膜した。シリカゾル、Pt、Agのパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。
Next, a nitride-based semiconductor laminated film was dug up to the buffer layer by dry etching, and the elements were divided into light emitting element portions as partially shown in FIG. (Note that FIG. 2 shows a state after trench filling after element splitting and lamination of other films, so in FIG. 2, n-type semiconductor layer (in this example, n-type GaN contact layer) 1, light emitting
Next, the groove between the divided elements was filled with silica sol. For silica sol, silica sol MP-2040 (SiO 2 40%, average particle size 200 nm, aqueous solution) manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. was used. After the application, it was baked at 300 ° C. for 30 minutes.
A 1.5-nm-thick Pt layer was formed as an ohmic contact layer on the nitride semiconductor p-type contact layer by sputtering as shown in FIG. On top of that, Ag was formed as a reflective layer by sputtering so as to have a thickness of 20 nm. A known photolithography technique and lift-off technique were used for the pattern of silica sol, Pt, and Ag.
その後、密着層としてCrを厚さ20nmになるようにスパッタ法により成膜し、その上にメッキ密着層としてNiP合金(Ni:80at%、P:20at%)を30nmの厚さになるようにスパッタ法により成膜した。
次いでこのNiP合金膜表面を硝酸水溶液(5N)に浸漬し、温度25℃、時間30秒処理し酸化皮膜を除去した。
次いで、メッキ浴(上村工業製、ニムデンHDX−7G)を用いて、NiP合金膜上に厚さ50μmのNiP合金からなる無電解メッキを形成し、メッキ金属基板を得た。この際の、処理条件はpH4.6、温度90℃、時間3時間とした。
次いで、このメッキ金属基板を水洗、乾燥した後、クリーンオーブンを用いて250℃の条件下で1時間処理した。
次いで、サファイア基板およびバッファー層をレーザリフトオフ法により剥離しn型半導体層を露出させた。
Thereafter, Cr is deposited as the adhesion layer by a sputtering method so as to have a thickness of 20 nm, and a NiP alloy (Ni: 80 at%, P: 20 at%) is deposited thereon as the plating adhesion layer so as to have a thickness of 30 nm. A film was formed by sputtering.
Next, the surface of this NiP alloy film was immersed in a nitric acid aqueous solution (5N) and treated at a temperature of 25 ° C. for 30 seconds to remove the oxide film.
Next, using a plating bath (Nimden HDX-7G, manufactured by Uemura Kogyo Co., Ltd.), an electroless plating made of a NiP alloy having a thickness of 50 μm was formed on the NiP alloy film to obtain a plated metal substrate. The treatment conditions at this time were pH 4.6, temperature 90 ° C., and
Next, the plated metal substrate was washed with water and dried, and then treated for 1 hour at 250 ° C. using a clean oven.
Next, the sapphire substrate and the buffer layer were peeled off by a laser lift-off method to expose the n-type semiconductor layer.
前述のn型半導体層表面にITO(SnO2:10wt%)を厚さ400nmになるように蒸着により成膜した。次いで、ITO表面上の中央部にCr(40nm)、Ti(100nm)、Au(1000nm)からなる負極を蒸着法により成膜した。負電極のパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。
p型半導体表面上にはAu(1000nm)からなる正極を蒸着法により成膜した。
ITO (SnO 2 : 10 wt%) was deposited on the surface of the n-type semiconductor layer by vapor deposition to a thickness of 400 nm. Next, a negative electrode made of Cr (40 nm), Ti (100 nm), and Au (1000 nm) was formed on the center of the ITO surface by vapor deposition. A known photolithography technique and lift-off technique were used for the negative electrode pattern.
A positive electrode made of Au (1000 nm) was formed on the p-type semiconductor surface by vapor deposition.
次いで、得られたメッキ金属基板上の各積層物をダイシングにより分割し350μm角の窒化物系半導体素子とした。
得られた窒化物半導体発光素子については、TO−18缶パッケージに実装してテスターによって印加電流20mAにおける、発光出力を測定した。
その結果、発光出力は18mWであった。
Next, each laminate on the plated metal substrate thus obtained was divided by dicing to obtain a 350 μm square nitride semiconductor device.
About the obtained nitride semiconductor light emitting element, it mounted in the TO-18 can package, and the light emission output in the applied current 20mA was measured with the tester.
As a result, the light emission output was 18 mW.
(実施例2)
メッキ密着層としてNiP合金膜の代わりにCuをスパッタ法より30nm成膜し、かつ、メッキとしてはNiP合金膜の代わりにCuを電解メッキで50μm成膜した以外は実施例1と同様の処理を施した。
Cuのメッキ条件としては、CuSO4:80g/L、硫酸:200g/L、レベリング剤(上村工業製ETN−1−A:1.0mL/L,ETN−1−B:1−mL/L)を使用し、電流密度2.5A/dm2で常温にてメッキを実施した。メッキ時間は3時間とし50μmのCu膜を成膜した。また陽極には含リン酸銅を使用した。
得られた素子については、TO−18缶パッケージに実装してテスターによって印加電流20mAにおける、発光出力を測定した。発光出力は18mWであった。
(Example 2)
The same treatment as in Example 1 was performed except that Cu was deposited as a plating adhesion layer by 30 nm instead of the NiP alloy film by sputtering, and Cu was deposited by electrolytic plating as a plating layer by 50 μm instead of the NiP alloy film. gave.
As Cu plating conditions, CuSO4: 80 g / L, sulfuric acid: 200 g / L, leveling agent (UTN-made ETN-1-A: 1.0 mL / L, ETN-1-B: 1-mL / L) The plating was carried out at room temperature at a current density of 2.5 A / dm2. The plating time was 3 hours, and a 50 μm Cu film was formed. Moreover, copper-containing copper phosphate was used for the anode.
About the obtained element, it mounted in the TO-18 can package, and the light emission output in 20 mA of applied currents was measured with the tester. The light emission output was 18 mW.
(比較例1)
前述の実施例1の製造工程において、溝埋めのためにシリカゾルを用いず、n型半導体層、発光層、p型半導体層側面をSiO2膜を用いて厚さ100nmになるように成膜し保護した。SiO2の成膜方法にはCVDを用いた。それ以外は実施例1と同様に処理を実施した。
得られた窒化物半導体発光素子については、TO−18缶パッケージに実装してテスターによって印加電流20mAにおける、発光出力を測定した。
その結果、発光出力は12mWであった。
比較例1の窒化物半導体発光素子は、n型半導体層、発光層、p型半導体層側面にメッキが入り込んでしまっているために側面側からの光取り出しが出来ない。このため出力が12mWと低くなっている。
一方、実施例1の窒化物半導体発光素子は、n型半導体層、発光層、p型半導体層側面に透光性のシリカゾル絶縁体を用いているために側面からの光取り出しが可能なり、発光出力が18mWとなり、高い出力が得られた。
また、メッキ金属基板にCuを用いた実施例2についても同様に18mWと高い出力が得られた。
(Comparative Example 1)
In the manufacturing process of Example 1 described above, the side surfaces of the n-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and the p-type semiconductor layer are formed using a SiO 2 film so as to have a thickness of 100 nm without using silica sol for filling the grooves. Protected. The SiO 2 film forming method using the CVD. Otherwise, the same treatment as in Example 1 was performed.
About the obtained nitride semiconductor light emitting element, it mounted in the TO-18 can package, and the light emission output in the applied current 20mA was measured with the tester.
As a result, the light emission output was 12 mW.
The nitride semiconductor light emitting device of Comparative Example 1 cannot extract light from the side surface side because the plating has entered the side surfaces of the n-type semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type semiconductor layer. For this reason, the output is as low as 12 mW.
On the other hand, the nitride semiconductor light-emitting device of Example 1 uses a light-transmitting silica sol insulator on the side surfaces of the n-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and the p-type semiconductor layer. The output was 18 mW, and a high output was obtained.
Similarly, a high output of 18 mW was obtained for Example 2 in which Cu was used for the plated metal substrate.
本発明によって提供され窒化物系半導体素子は、優れた特性と安定性を有し、発光ダイオードおよびランプ等の材料として有用である。 The nitride-based semiconductor device provided by the present invention has excellent characteristics and stability and is useful as a material for light-emitting diodes and lamps.
A 窒化物半導体発光素子
1 n型半導体層
2 発光層
3 p型半導体層
4 金属膜層
5 発光素子部
6 絶縁性無機微粒子部
7 オーミックコンタクト層
8 反射層
9 密着層
10 メッキ密着層
11 メッキ基板
12 負極
13 正極
DESCRIPTION OF SYMBOLS A Nitride semiconductor light emitting element 1 N
Claims (20)
基板上に少なくともバッファ層、n型半導体層、発光層、p型半導体層を積層し、これらの積層体を基板上で素子分割して発光素子部を形成し、これらの素子分割後にこれらの発光素子部間に光透過性の絶縁性無機微粒子を充填し、その後に前記の如く分割した発光素子部上と前記の如く充填した絶縁性無機微粒子上に金属薄膜、メッキ金属板を積層するとともに、
この後に前記基板とバッファ層を除去して前記n型半導体層表面を露出させ、前記発光素子部単位で前記金属薄膜と前記メッキ板を分割することを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。 At least an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked to form a light-emitting element portion. A light-transmitting insulating property is formed around the light-emitting element portion of the n-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and the p-type semiconductor layer. When manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device provided with an inorganic fine particle portion,
At least a buffer layer, an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked on the substrate, and the stacked body is divided into elements on the substrate to form a light-emitting element portion. The light-transmitting insulating inorganic fine particles are filled between the element portions, and then a metal thin film and a plated metal plate are laminated on the light-emitting element portions divided as described above and the insulating inorganic fine particles filled as described above,
Thereafter, the substrate and the buffer layer are removed to expose the surface of the n-type semiconductor layer, and the metal thin film and the plated plate are divided in units of the light emitting element portion. Method.
The negative electrode connected to the n-type semiconductor layer is formed after exposing the surface of the n-type semiconductor layer, and the positive electrode connected to the plating substrate is formed. A method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to claim 1.
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