JP2013207108A - Light-emitting diode element and manufacturing method of the same - Google Patents

Light-emitting diode element and manufacturing method of the same Download PDF

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隆秀 城市
Susumu Hiraoka
晋 平岡
Yoshiki Kobayashi
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Kenji Shimoyama
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for improving light-extraction efficiency of a nitride-based LED element which has a light-emission structure obtained by homoepitaxial growth using a nitride semiconductor substrate on a holding substrate.SOLUTION: A light-emitting diode element 1A comprises: a nitride semiconductor laminate 20 including a nitride semiconductor substrate 15, and a nitride semiconductor epitaxial layer 13 which grows on the nitride semiconductor substrate 15 and includes a light-emission structure; a holding substrate 11 bonded to the nitride semiconductor laminate 20; and a reflection structure 17 provided between the nitride semiconductor laminate 20 and the holding substrate 11, for reflecting light emitted from the light-emission structure. A thickness of the nitride semiconductor laminate 20 is 14 μm-70 μm.

Description

本発明は、窒化物半導体で形成された発光構造を有する窒化物系発光ダイオード素子（以下、窒化物系ＬＥＤ素子ともいう）に関する。窒化物半導体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎなどの一般式で表される化合物半導体であり、III族窒化物系化合物半導体、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体などとも呼ばれる。 The present invention relates to a nitride-based light-emitting diode element (hereinafter also referred to as a nitride-based LED element) having a light-emitting structure formed of a nitride semiconductor. The nitride semiconductor is represented by a general formula such as Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), (Al, Ga, In) N. Compound semiconductors, which are also called Group III nitride compound semiconductors, gallium nitride (GaN) semiconductors, and the like.

ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮのような窒化物半導体を用いた半導体デバイスが実用化されている。代表的なデバイスは、窒化物半導体でダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を構成した、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子である。特に、Ｃ面サファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長した発光構造を有する窒化物系ＬＥＤ素子は、バックライトや照明のための光源として大量に生産されている。   Semiconductor devices using nitride semiconductors such as GaN, GaInN, AlGaN, and AlGaInN have been put into practical use. A typical device is a light emitting element such as a light emitting diode or a laser diode, in which a double hetero pn junction type light emitting structure is formed of a nitride semiconductor. In particular, a nitride LED element having a light emitting structure heteroepitaxially grown on a C-plane sapphire substrate is produced in large quantities as a light source for backlight or illumination.

サファイア基板上に発光構造を有する窒化物系ＬＥＤ素子は、ヘテロエピタキシャル成長に起因して、発光構造中に結晶欠陥を高濃度に含有するものとなる。この問題を解決するために、サファイア基板に換えてＧａＮ基板を使用し、ホモエピタキシャル成長により発光構造を形成した窒化物系ＬＥＤ素子が開発されている。更には、窒化物半導体基板上にホモエピタキシャル成長した結晶品質の良好な発光構造を、レーザリフトオフ、化学リフトオフなどの方法によって窒化物半導体基板から取り外し、保持基板上に移した窒化物系ＬＥＤ素子が提案されている（特許文献１、２）。   A nitride-based LED element having a light-emitting structure on a sapphire substrate contains crystal defects at a high concentration in the light-emitting structure due to heteroepitaxial growth. In order to solve this problem, a nitride LED element using a GaN substrate instead of a sapphire substrate and forming a light emitting structure by homoepitaxial growth has been developed. Furthermore, a nitride-based LED device is proposed in which a light-emitting structure of good crystal quality homoepitaxially grown on a nitride semiconductor substrate is removed from the nitride semiconductor substrate by a method such as laser lift-off or chemical lift-off and transferred to a holding substrate. (Patent Documents 1 and 2).

サファイア基板上に発光構造を有する窒化物系ＬＥＤ素子においては、また、発光構造からの発光が薄いエピタキシャル層の上部界面および下部界面の間で多重反射され、反射された光が発光構造により吸収されるために、光取出し効率が低くなるという問題がある（特許文献３）。   In nitride-based LED elements having a light emitting structure on a sapphire substrate, light emitted from the light emitting structure is reflected multiple times between the upper and lower interfaces of the thin epitaxial layer, and the reflected light is absorbed by the light emitting structure. Therefore, there is a problem that the light extraction efficiency is lowered (Patent Document 3).

特開２００５−９３９８８号公報JP 2005-93988 A 特開２００６−３３２６８１号公報JP 2006-326881 A 特開平６−２９１３６６号公報JP-A-6-291366

特許文献１、２に記載された窒化物系ＬＥＤ素子では、サファイア基板上に発光構造を有する窒化物系ＬＥＤ素子と同様に、保持基板上に移されるエピタキシャル層の厚さが薄いので（特許文献２では０．５μｍ）、多重反射により光取出し効率が低下する問題があると考えられる。   In the nitride-based LED elements described in Patent Documents 1 and 2, as in the nitride-based LED element having a light-emitting structure on the sapphire substrate, the thickness of the epitaxial layer transferred onto the holding substrate is thin (patent document 2 is 0.5 μm), and it is considered that there is a problem that the light extraction efficiency decreases due to multiple reflection.

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その主たる目的は、窒化物半導体基板を用いたホモエピタキシャル成長により得られる発光構造を保持基板上に有する窒化物系ＬＥＤ素子の、光取出し効率を改善するための技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the main object of the present invention is to provide a light emitting device for nitride-based LED elements having a light-emitting structure obtained by homoepitaxial growth using a nitride semiconductor substrate on a holding substrate. The object is to provide a technique for improving the extraction efficiency.

本発明の一側面によれば、下記実施形態に係る発光ダイオード素子が提供される。
（Ａ１）窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に成長した、発光構造を備える窒化物半導体エピタキシャル層と、を含む窒化物半導体積層体と、
該窒化物半導体積層体に接合された保持基板とを有し、
該窒化物半導体積層体と該保持基板との間には該発光構造が発する光を反射させる反射構造が設けられ、
該窒化物半導体積層体の厚さが１４μｍ〜７０μｍである、
発光ダイオード素子。
（Ａ２）上記窒化物半導体積層体の面積が５００μｍ×５００μｍの正方形と同等以下であり、上記窒化物半導体積層体の厚さが２０μｍ〜５０μｍである、上記（Ａ１）の発光ダイオード素子。
（Ａ３）上記窒化物半導体積層体の面積が５００μｍ×５００μｍの正方形より大きく、かつ、２ｍｍ×２ｍｍの正方形と同等以下であり、上記窒化物半導体積層体の厚さが２５μｍ〜５０μｍである、上記（Ａ１）の発光ダイオード素子。
（Ａ４）上記窒化物半導体基板と上記窒化物半導体エピタキシャル層との界面領域には、上記発光構造が発する光を拡散させる拡散構造が設けられている、上記（Ａ１）〜（Ａ３）のいずれかの発光ダイオード素子。
（Ａ５）上記拡散構造が、パターニングされた誘電体膜である、上記（Ａ４）の発光ダイオード素子。
（Ａ６）上記誘電体膜の屈折率は、上記窒化物半導体基板の屈折率および上記窒化物半導体エピタキシャル層の上記誘電体膜に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、上記（Ａ５）の発光ダイオード素子。
（Ａ７）上記誘電体膜が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物で形成されている、上記（Ａ５）または（Ａ６）の発光ダイオード素子。
（Ａ８）上記拡散構造が、上記窒化物半導体基板の表面に設けられた窪みである、上記（Ａ４）の発光ダイオード素子。
（Ａ９）上記窪みの内壁を誘電体からなるマスクが覆っている、上記（Ａ８）の発光ダイオード素子。
（Ａ１０）上記窪みの内側が誘電体で埋め込まれている、上記（Ａ８）の発光ダイオード素子。
（Ａ１１）上記誘電体の屈折率は、上記窒化物半導体基板の屈折率および上記窒化物半導体エピタキシャル層の上記誘電体に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、上記（Ａ１０）の発光ダイオード素子。
（Ａ１２）上記誘電体が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物である、上記（Ａ１０）または（Ａ１１）の発光ダイオード素子。
（Ａ１３）上記保持基板が導電性を有し、上記窒化物半導体積層体は上記保持基板側からｐ型層、ｎ型層および上記窒化物半導体基板をこの順に含み、ｎ側電極が上記ｐ型層に設けられた貫通孔を通して上記保持基板と上記ｎ型層とを接続しており、上記保持基板と該ｐ型層とは絶縁層によって絶縁されており、該ｐ型層と該絶縁層との間に配置され該ｐ型層に接続された導電層の一部が上記窒化物半導体積層体の一部除去によって上記保持基板側とは反対側に露出しており、該導電層の該露出した部分にｐ側電極が設けられている、上記（Ａ１）〜（Ａ１２）のいずれかの発光ダイオード素子。
（Ａ１４）上記ｎ側電極が２個以上設けられている、上記（Ａ１３）の発光ダイオード素子。
（Ａ１５）上記ｐ側電極が２個以上設けられている、上記（Ａ１３）または（Ａ１４）の発光ダイオード素子。 According to one aspect of the present invention, a light emitting diode device according to the following embodiment is provided.
(A1) a nitride semiconductor laminate including a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor epitaxial layer having a light emitting structure grown on the nitride semiconductor substrate;
A holding substrate bonded to the nitride semiconductor laminate,
A reflection structure for reflecting light emitted from the light emitting structure is provided between the nitride semiconductor laminate and the holding substrate,
The nitride semiconductor laminate has a thickness of 14 μm to 70 μm.
Light emitting diode element.
(A2) The light-emitting diode element according to (A1), wherein the area of the nitride semiconductor multilayer body is equal to or less than a square of 500 μm × 500 μm, and the thickness of the nitride semiconductor multilayer body is 20 μm to 50 μm.
(A3) The area of the nitride semiconductor multilayer body is larger than a square of 500 μm × 500 μm and equal to or smaller than a square of 2 mm × 2 mm, and the thickness of the nitride semiconductor multilayer body is 25 μm to 50 μm, The light emitting diode element of (A1).
(A4) Any of (A1) to (A3) above, wherein a diffusion structure for diffusing light emitted from the light emitting structure is provided in an interface region between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor epitaxial layer. Light emitting diode element.
(A5) The light-emitting diode element according to (A4), wherein the diffusion structure is a patterned dielectric film.
(A6) The light emission according to (A5), wherein the refractive index of the dielectric film is lower than both the refractive index of the nitride semiconductor substrate and the refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric film. Diode element.
(A7) The light-emitting diode element according to (A5) or (A6), wherein the dielectric film is formed of a metal oxide, nitride, or oxynitride.
(A8) The light-emitting diode element according to (A4), wherein the diffusion structure is a depression provided on the surface of the nitride semiconductor substrate.
(A9) The light-emitting diode element according to (A8), wherein an inner wall of the recess is covered with a mask made of a dielectric.
(A10) The light-emitting diode element according to (A8), wherein the inside of the depression is embedded with a dielectric.
(A11) The light emitting diode element according to (A10), wherein a refractive index of the dielectric is lower than both a refractive index of the nitride semiconductor substrate and a refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric. .
(A12) The light-emitting diode element according to (A10) or (A11), wherein the dielectric is a metal oxide, nitride, or oxynitride.
(A13) The holding substrate has conductivity, and the nitride semiconductor laminate includes a p-type layer, an n-type layer, and the nitride semiconductor substrate in this order from the holding substrate side, and an n-side electrode is the p-type The holding substrate and the n-type layer are connected through a through hole provided in the layer, the holding substrate and the p-type layer are insulated by an insulating layer, and the p-type layer and the insulating layer are A portion of the conductive layer disposed between and connected to the p-type layer is exposed on the side opposite to the holding substrate side by partial removal of the nitride semiconductor multilayer body, and the exposure of the conductive layer The light-emitting diode element according to any one of the above (A1) to (A12), wherein a p-side electrode is provided in the part.
(A14) The light-emitting diode element according to (A13), wherein two or more n-side electrodes are provided.
(A15) The light-emitting diode element according to (A13) or (A14), wherein two or more p-side electrodes are provided.

本発明の他の一側面によれば、下記実施形態に係る発光ダイオード素子が提供される。
（Ｂ１）窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に成長した、発光構造を備える窒化物半導体エピタキシャル層と、を含む厚さ１４μｍ〜７０μｍの窒化物半導体積層体と、
該窒化物半導体積層体に接合された保持基板とを有し、
該窒化物半導体積層体と該保持基板との間には該発光構造が発する光を反射させる反射構造が設けられ、
該窒化物半導体基板と該窒化物半導体エピタキシャル層との界面領域には該発光構造が発する光を拡散させる拡散構造が設けられている、
発光ダイオード素子。
（Ｂ２）上記拡散構造が、パターニングされた誘電体膜である、上記（Ｂ１）の発光ダイオード素子。
（Ｂ３）上記誘電体膜の屈折率は、上記窒化物半導体基板の屈折率および上記窒化物半導体エピタキシャル層の上記誘電体膜に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、上記（Ｂ２）の発光ダイオード素子。
（Ｂ４）上記誘電体膜が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物で形成されている、上記（Ｂ２）または（Ｂ３）の発光ダイオード素子。
（Ｂ５）上記拡散構造が、上記窒化物半導体基板の表面に設けられた窪みである、上記（Ｂ１）の発光ダイオード素子。
（Ｂ６）上記窪みの内壁を誘電体からなるマスクが覆っている、上記（Ｂ５）の発光ダイオード素子。
（Ｂ７）上記窪みの内側が誘電体で埋め込まれている、上記（Ｂ５）の発光ダイオード素子。
（Ｂ８）上記誘電体の屈折率は、上記窒化物半導体基板の屈折率および上記窒化物半導体エピタキシャル層の上記誘電体に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、上記（Ｂ７）の発光ダイオード素子。
（Ｂ９）上記誘電体が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物である、上記（Ｂ７）または（Ｂ８）の発光ダイオード素子。
（Ｂ１０）上記保持基板が導電性を有し、上記窒化物半導体積層体は上記保持基板側からｐ型層、ｎ型層および上記窒化物半導体基板をこの順に含み、ｎ側電極が上記ｐ型層に設けられた貫通孔を通して上記保持基板と上記ｎ型層とを接続しており、上記保持基板と該ｐ型層とは絶縁層によって絶縁されており、該ｐ型層と該絶縁層との間に配置され該ｐ型層に接続された導電層の一部が上記窒化物半導体積層体の一部除去によって上記保持基板側とは反対側に露出しており、該導電層の該露出した部分にｐ側電極が設けられている、上記（Ｂ１）〜（Ｂ９）のいずれかの発光ダイオード素子。
（Ｂ１１）上記ｎ側電極が２個以上設けられている、上記（Ｂ１０）の発光ダイオード素子。
（Ｂ１２）上記ｐ側電極が２個以上設けられている、上記（Ｂ１０）または（Ｂ１１）の発光ダイオード素子。 According to another aspect of the present invention, a light emitting diode device according to the following embodiment is provided.
(B1) a nitride semiconductor stacked body having a thickness of 14 μm to 70 μm, including a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor epitaxial layer having a light emitting structure grown on the nitride semiconductor substrate;
A holding substrate bonded to the nitride semiconductor laminate,
A reflection structure for reflecting light emitted from the light emitting structure is provided between the nitride semiconductor laminate and the holding substrate,
A diffusion structure for diffusing light emitted from the light emitting structure is provided in an interface region between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor epitaxial layer.
Light emitting diode element.
(B2) The light-emitting diode element according to (B1), wherein the diffusion structure is a patterned dielectric film.
(B3) The light emission according to (B2), wherein the refractive index of the dielectric film is lower than both the refractive index of the nitride semiconductor substrate and the refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric film. Diode element.
(B4) The light-emitting diode element according to (B2) or (B3), wherein the dielectric film is formed of a metal oxide, nitride, or oxynitride.
(B5) The light-emitting diode element according to (B1), wherein the diffusion structure is a depression provided on the surface of the nitride semiconductor substrate.
(B6) The light-emitting diode element according to (B5), wherein a mask made of a dielectric covers the inner wall of the depression.
(B7) The light-emitting diode element according to (B5), wherein the inside of the depression is embedded with a dielectric.
(B8) The light-emitting diode element according to (B7), wherein a refractive index of the dielectric is lower than both a refractive index of the nitride semiconductor substrate and a refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric. .
(B9) The light-emitting diode element according to (B7) or (B8), wherein the dielectric is a metal oxide, nitride, or oxynitride.
(B10) The holding substrate has conductivity, and the nitride semiconductor laminate includes a p-type layer, an n-type layer, and the nitride semiconductor substrate in this order from the holding substrate side, and an n-side electrode is the p-type The holding substrate and the n-type layer are connected through a through hole provided in the layer, the holding substrate and the p-type layer are insulated by an insulating layer, and the p-type layer and the insulating layer are A portion of the conductive layer disposed between and connected to the p-type layer is exposed on the side opposite to the holding substrate side by partial removal of the nitride semiconductor multilayer body, and the exposure of the conductive layer The light-emitting diode device according to any one of (B1) to (B9), wherein a p-side electrode is provided in the part.
(B11) The light-emitting diode element according to (B10), wherein two or more n-side electrodes are provided.
(B12) The light-emitting diode element according to (B10) or (B11), wherein two or more p-side electrodes are provided.

本発明の他の一側面によれば、下記実施形態に係る発光ダイオード素子の製造方法が提供される。
（Ｃ１）発光ダイオード素子の製造方法であって、
２００μｍ〜６００μｍの厚さを有するウェハサイズの窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に成長した、発光構造を備える窒化物半導体エピタキシャル層と、を含む窒化物半導体積層体を準備する第１ステップと、
該窒化物半導体積層体に、該発光構造が発する光を反射させる反射構造を介して、保持基板を接合する第２ステップと、
該窒化物半導体積層体の厚さが１４μｍ〜７０μｍとなるように、該窒化物半導体基板の厚さを１０μｍ〜６０μｍに減じる第３ステップと、
を含む発光ダイオード素子の製造方法。
（Ｃ２）上記第３ステップでは上記窒化物半導体積層体の厚さが２０μｍ〜５０μｍとなるように上記窒化物半導体基板の厚さを減じ、更に、上記第３ステップの後に、上記窒化物半導体積層体の面積が５００μｍ×５００μｍの正方形と同等以下となるように上記窒化物半導体積層体を分断するステップを有する、上記（Ｃ１）の製造方法。
（Ｃ３）上記第３ステップでは上記窒化物半導体積層体の厚さが２５μｍ〜５０μｍとなるように上記窒化物半導体基板の厚さを減じ、更に、上記第３ステップの後に、上記窒化物半導体積層体の面積が５００μｍ×５００μｍの正方形より大きく、かつ、２ｍｍ×２ｍｍの正方形と同等以下となるように、上記窒化物半導体積層体を分断するステップを有する、上記（Ｃ１）の製造方法。
（Ｃ４）上記窒化物半導体積層体が、上記窒化物半導体基板と上記窒化物半導体エピタキシャル層との界面領域に設けられ、上記発光構造が発する光を拡散させる拡散構造を有する、上記（Ｃ１）〜（Ｃ３）のいずれかの製造方法。
（Ｃ５）上記拡散構造が、パターニングされた誘電体膜である、上記（Ｃ４）の製造方法。
（Ｃ６）上記誘電体膜の屈折率は、上記窒化物半導体基板の屈折率および上記窒化物半導体エピタキシャル層の上記誘電体膜に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、上記（Ｃ５）の製造方法。
（Ｃ７）上記誘電体膜が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物で形成されている、上記（Ｃ５）または（Ｃ６）の製造方法。
（Ｃ８）上記拡散構造が、上記窒化物半導体基板の表面に設けられた窪みである、上記（Ｃ４）の製造方法。
（Ｃ９）上記窪みの内壁を誘電体からなるマスクが覆っている、上記（Ｃ８）の製造方法。
（Ｃ１０）上記窪みの内側が誘電体で埋め込まれている、上記（Ｃ９）の製造方法。
（Ｃ１１）上記誘電体の屈折率は、上記窒化物半導体基板の屈折率および上記窒化物半導体エピタキシャル層の上記誘電体に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、上記（Ｃ１０）の製造方法。
（Ｃ１２）上記誘電体が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物である、上記（Ｃ１０）または（Ｃ１１）の製造方法。 According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a light emitting diode device according to the following embodiment is provided.
(C1) A method of manufacturing a light emitting diode element,
First preparing a nitride semiconductor stacked body including a wafer-sized nitride semiconductor substrate having a thickness of 200 μm to 600 μm and a nitride semiconductor epitaxial layer having a light emitting structure grown on the nitride semiconductor substrate. Steps,
A second step of bonding a holding substrate to the nitride semiconductor multilayer body via a reflecting structure that reflects light emitted by the light emitting structure;
A third step of reducing the thickness of the nitride semiconductor substrate to 10 μm to 60 μm so that the thickness of the nitride semiconductor laminate becomes 14 μm to 70 μm;
The manufacturing method of the light emitting diode element containing this.
(C2) In the third step, the thickness of the nitride semiconductor substrate is reduced so that the thickness of the nitride semiconductor stacked body becomes 20 μm to 50 μm, and further, after the third step, the nitride semiconductor stacked layer The manufacturing method according to (C1), including a step of dividing the nitride semiconductor multilayer body so that the area of the body is equal to or less than a square of 500 μm × 500 μm.
(C3) In the third step, the thickness of the nitride semiconductor substrate is reduced so that the thickness of the nitride semiconductor stacked body becomes 25 μm to 50 μm, and further, after the third step, the nitride semiconductor stacked layer The manufacturing method according to (C1), including a step of dividing the nitride semiconductor multilayer body so that the area of the body is larger than a square of 500 μm × 500 μm and equal to or less than a square of 2 mm × 2 mm.
(C4) The nitride semiconductor stacked body is provided in an interface region between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor epitaxial layer, and has a diffusion structure that diffuses light emitted from the light emitting structure. The manufacturing method in any one of (C3).
(C5) The manufacturing method of (C4), wherein the diffusion structure is a patterned dielectric film.
(C6) The manufacturing method according to (C5), wherein a refractive index of the dielectric film is lower than both a refractive index of the nitride semiconductor substrate and a refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric film. Method.
(C7) The method according to (C5) or (C6), wherein the dielectric film is formed of a metal oxide, nitride, or oxynitride.
(C8) The manufacturing method according to (C4), wherein the diffusion structure is a depression provided on a surface of the nitride semiconductor substrate.
(C9) The manufacturing method according to (C8) above, wherein a mask made of a dielectric covers the inner wall of the depression.
(C10) The manufacturing method of (C9), wherein the inside of the recess is embedded with a dielectric.
(C11) The manufacturing method according to (C10), wherein a refractive index of the dielectric is lower than a refractive index of the nitride semiconductor substrate and a refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric.
(C12) The method according to (C10) or (C11), wherein the dielectric is a metal oxide, nitride, or oxynitride.

本発明の他の一側面によれば、下記実施形態に係る発光ダイオード素子の製造方法が提供される。
（Ｄ１）発光ダイオード素子の製造方法であって
２００μｍ〜６００μｍの厚さを有するウェハサイズの窒化物半導体基板上に、発光構造を備える窒化物半導体エピタキシャル層を成長させて、窒化物半導体積層体を得るステップと、
該窒化物半導体積層体に、該発光構造が発する光を反射させる反射構造を介して、保持基板を接合するステップと、
該窒化物半導体基板の厚さを減じるステップと、
上記窒化物半導体積層体を得るステップにおいて、上記窒化物半導体基板と上記窒化物半導体エピタキシャル層との界面領域に、上記発光構造が発する光を拡散させる拡散構造を設けるステップと、
を含む発光ダイオード素子の製造方法。
（Ｄ２）上記拡散構造が、パターニングされた誘電体膜である、上記（Ｄ１）の製造方法。
（Ｄ３）上記誘電体膜の屈折率は、上記窒化物半導体基板の屈折率および上記窒化物半導体エピタキシャル層の上記誘電体膜に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、上記（Ｄ２）の製造方法。
（Ｄ４）上記誘電体膜が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物で形成されている、上記（Ｄ２）または（Ｄ３）の製造方法。
（Ｄ５）上記拡散構造が、上記窒化物半導体基板の表面に設けられた窪みである、上記（Ｄ１）の製造方法。
（Ｄ６）上記窪みの内壁を誘電体からなるマスクが覆っている、上記（Ｄ５）の製造方法。
（Ｄ７）上記窪みの内側が誘電体で埋め込まれている、上記（Ｄ５）の製造方法。
（Ｄ８）上記誘電体の屈折率は、上記窒化物半導体基板の屈折率および上記窒化物半導体エピタキシャル層の上記誘電体に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、上記（Ｄ７）の製造方法。
（Ｄ９）上記誘電体が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物である、上記（Ｄ７）または（Ｄ８）の製造方法。 According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a light emitting diode device according to the following embodiment is provided.
(D1) A method for manufacturing a light-emitting diode element, wherein a nitride semiconductor epitaxial layer having a light-emitting structure is grown on a wafer-sized nitride semiconductor substrate having a thickness of 200 μm to 600 μm to form a nitride semiconductor laminate. Obtaining step;
Bonding a holding substrate to the nitride semiconductor multilayer body via a reflecting structure that reflects light emitted from the light emitting structure;
Reducing the thickness of the nitride semiconductor substrate;
Providing the diffusion structure for diffusing light emitted from the light emitting structure in an interface region between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor epitaxial layer in the step of obtaining the nitride semiconductor stacked body;
The manufacturing method of the light emitting diode element containing this.
(D2) The manufacturing method of (D1), wherein the diffusion structure is a patterned dielectric film.
(D3) The manufacturing method according to (D2), wherein the refractive index of the dielectric film is lower than both the refractive index of the nitride semiconductor substrate and the refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric film. Method.
(D4) The method according to (D2) or (D3), wherein the dielectric film is formed of a metal oxide, nitride, or oxynitride.
(D5) The manufacturing method according to (D1), wherein the diffusion structure is a depression provided on a surface of the nitride semiconductor substrate.
(D6) The manufacturing method according to (D5), wherein an inner wall of the depression is covered with a mask made of a dielectric.
(D7) The manufacturing method of (D5), wherein the inside of the recess is embedded with a dielectric.
(D8) The manufacturing method according to (D7), wherein the refractive index of the dielectric is lower than both the refractive index of the nitride semiconductor substrate and the refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric.
(D9) The method according to (D7) or (D8), wherein the dielectric is a metal oxide, nitride, or oxynitride.

本発明によれば、窒化物半導体基板を用いたホモエピタキシャル成長により得られる発光構造を保持基板上に有する窒化物系ＬＥＤ素子の、光取出し効率を好ましく改善することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light extraction efficiency of the nitride type LED element which has the light emission structure obtained by the homoepitaxial growth using a nitride semiconductor substrate on a holding substrate can be improved preferably.

実施形態１の窒化物系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride-based LED element according to Embodiment 1. FIG. 実施形態２の窒化物系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a structure of a nitride-based LED element according to Embodiment 2. FIG. 実施形態３の窒化物系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a structure of a nitride-based LED element according to Embodiment 3. FIG. 実施形態３の変形例１の窒化物系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride-based LED element according to Modification 1 of Embodiment 3. FIG. 実施形態３の変形例２の窒化物系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride-based LED element according to Modification 2 of Embodiment 3. FIG. 実施形態４の窒化物系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a structure of a nitride-based LED element according to Embodiment 4. FIG. 実施形態４の変形例１の窒化物系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride-based LED element of Modification 1 of Embodiment 4. FIG. 実施形態５の窒化物系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride-based LED element according to Embodiment 5. FIG. 実施形態５の変形例１の窒化物系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride-based LED element according to Modification 1 of Embodiment 5. FIG.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、説明を簡略化するために、同様の構成要素には同じ符号を付し重複する説明は省略するものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to simplify the description, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

[発光ダイオード素子]
（実施形態１）
図１の窒化物系ＬＥＤ素子１Ａは、窒化物半導体基板１５と、その窒化物半導体基板１５の一方の主面上にホモエピタキシャル成長した窒化物半導体エピタキシャル層１３と、窒化物半導体基板１５の他方の主面に反射構造１７を介して接合された保持基板１１と、を備えている。ここでいうホモエピタキシャル成長とは、窒化物半導体からなる基板上への、窒化物半導体のエピタキシャル成長を意味しており、基板を構成する窒化物半導体の結晶組成と、エピタキシャル成長する窒化物半導体の結晶組成とが同一でない場合を含んでいる。 [Light emitting diode element]
(Embodiment 1)
A nitride-based LED element 1A of FIG. 1 includes a nitride semiconductor substrate 15, a nitride semiconductor epitaxial layer 13 homoepitaxially grown on one main surface of the nitride semiconductor substrate 15, and the other of the nitride semiconductor substrate 15. And a holding substrate 11 bonded to the main surface via a reflecting structure 17. Homoepitaxial growth here means epitaxial growth of a nitride semiconductor on a substrate made of a nitride semiconductor. The crystal composition of the nitride semiconductor constituting the substrate, and the crystal composition of the nitride semiconductor to be epitaxially grown Is included.

図１において窒化物半導体積層体２０は、窒化物半導体基板１５と窒化物半導体エピタキシャル層１３とからなる積層体である。   In FIG. 1, a nitride semiconductor stacked body 20 is a stacked body including a nitride semiconductor substrate 15 and a nitride semiconductor epitaxial layer 13.

窒化物半導体エピタキシャル層１３は、窒化物半導体基板１５側からｎ型層１３−１、発光層１３−２、およびｐ型層１３−３をこの順に含んでいる。ｎ型層１３−１、発光層１３−２、およびｐ型層１３−３はそれぞれ窒化物半導体で形成されており、この３つの層１３−１〜１３―３によりダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造が構成されている。   The nitride semiconductor epitaxial layer 13 includes an n-type layer 13-1, a light emitting layer 13-2, and a p-type layer 13-3 in this order from the nitride semiconductor substrate 15 side. The n-type layer 13-1, the light-emitting layer 13-2, and the p-type layer 13-3 are each formed of a nitride semiconductor, and these three layers 13-1 to 13-3 are used for light emission of a double hetero pn junction type. The structure is structured.

ｎ型層１３−１、発光層１３−２、およびｐ型層１３−３のそれぞれは、半導体結晶の組成や不純物濃度が厚さ方向に一定である必要はなく、例えば、多層構造を有していてもよい。また、窒化物半導体基板１５とｎ型層１３−１の間、ｎ型層１３−１と発光層１３−２の間、発光層１３−２とｐ型層１３−３の間には、公知技術を参照して、様々な機能を有する窒化物半導体層を挿入することができる。例えば、欠陥低減層、歪緩和層、キャリアブロック層などである。   Each of the n-type layer 13-1, the light-emitting layer 13-2, and the p-type layer 13-3 does not have to have a constant semiconductor crystal composition or impurity concentration in the thickness direction. It may be. Further, there are known between the nitride semiconductor substrate 15 and the n-type layer 13-1, between the n-type layer 13-1 and the light-emitting layer 13-2, and between the light-emitting layer 13-2 and the p-type layer 13-3. With reference to the technology, nitride semiconductor layers having various functions can be inserted. For example, a defect reduction layer, a strain relaxation layer, a carrier block layer, and the like.

ｎ型層１３−１としては、ｎ型不純物でドープした窒化物半導体を用いることができる。ｐ型層１３−３には、ｐ型不純物でドープした窒化物半導体を用いることができる。発光層１３−２の構造は特に限定されるものではなく、従来から公知の構造を採用することができる。代表的なものとして、ＩｎＧａＮからなる井戸層とＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮからなる障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ（多重量子井戸）構造を挙げることができる。   As the n-type layer 13-1, a nitride semiconductor doped with an n-type impurity can be used. A nitride semiconductor doped with p-type impurities can be used for the p-type layer 13-3. The structure of the light emitting layer 13-2 is not particularly limited, and a conventionally known structure can be employed. A typical example is an MQW (multiple quantum well) structure in which well layers made of InGaN and barrier layers made of GaN, InGaN, AlGaN, or AlGaInN are alternately stacked.

窒化物半導体エピタキシャル層１３の厚さは通常、１μｍ〜１０μｍである。１０μｍより厚くすると製造効率が低下する。１μｍより薄くすることもできるが、発光層１３−２の特性が安定しない可能性がある。発光層１３−２の特性を安定化させるためには、ｎ型層１３−１の厚さを好ましくは１μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上とする。窒化物系ＬＥＤ素子１Ａの場合には、ｎ型層１３−１をコンタクト層（ｎ側電極Ｅ１が設けられる層）として利用するので、この層のキャリア濃度を５×１０１８ｃｍ−３以上とすることが好ましい。 The thickness of the nitride semiconductor epitaxial layer 13 is usually 1 μm to 10 μm. If it is thicker than 10 μm, the production efficiency decreases. Although it can be made thinner than 1 μm, the characteristics of the light emitting layer 13-2 may not be stabilized. In order to stabilize the characteristics of the light emitting layer 13-2, the thickness of the n-type layer 13-1 is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more. In the case of the nitride-based LED element 1A, since the n-type layer 13-1 is used as a contact layer (a layer on which the n-side electrode E1 is provided), the carrier concentration of this layer is 5 × 10 18 cm −3 or more. It is preferable to do.

窒化物半導体エピタキシャル層１３上には、ｎ側電極Ｅ１およびｐ側電極Ｅ２が設けられている。ｎ側電極Ｅ１は、窒化物半導体エピタキシャル層１３の一部を除去して露出したｎ型層１３−１上の一部に形成されている。ｐ側電極Ｅ２は、ｐ型層１３−３上に形成された透光性電極Ｅ２ａと、その上に形成された電極パッドＥ２ｂとを有している。   On the nitride semiconductor epitaxial layer 13, an n-side electrode E1 and a p-side electrode E2 are provided. The n-side electrode E1 is formed on a part of the n-type layer 13-1 exposed by removing a part of the nitride semiconductor epitaxial layer 13. The p-side electrode E2 has a translucent electrode E2a formed on the p-type layer 13-3 and an electrode pad E2b formed thereon.

窒化物半導体基板１５としては、例えばＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＮ基板などを用いることができる。窒化物半導体基板１５は、導電性を備えていてもいなくてもよいが、導電性を備えている場合には、この窒化物半導体基板１５が電流経路となるので、ラテラル方向（基板の主面に平行な方向）に電流を十分に拡散させることが可能となる。この場合、窒化物系ＬＥＤ素子の発光が均一化する、劣化の進み方が均一化する、ドループが抑制される等の効果を得ることができる。他方、導電性を備えていない場合（つまり基板の不純物濃度が低い場合）、一般に不純物濃度が低い基板は結晶性が良いので、熱伝導率が良好となる。   As the nitride semiconductor substrate 15, for example, a GaN substrate, an AlGaN substrate, an AlN substrate, or the like can be used. The nitride semiconductor substrate 15 may or may not have conductivity. However, if the nitride semiconductor substrate 15 has conductivity, the nitride semiconductor substrate 15 serves as a current path. It is possible to sufficiently diffuse the current in the direction parallel to In this case, it is possible to obtain effects such as uniform light emission of the nitride LED element, uniform progress of deterioration, and suppression of droop. On the other hand, when the substrate is not conductive (that is, when the impurity concentration of the substrate is low), a substrate having a low impurity concentration generally has good crystallinity, and thus has good thermal conductivity.

窒化物半導体基板１５は、エピタキシャル層１３の形成に使用する時点で一例として４００μｍ以上の厚さを有するものであって、その後、裏面を例えばグラインディング加工、ラッピング加工、またはポリッシング加工することより厚さが減じられたものである。
機械加工によって窒化物半導体基板１５の厚さを減じる場合、近紫外〜可視波長の光を吸収する変質層が被加工面に形成される可能性がある。かかる変質層が最終的に窒化物系ＬＥＤ素子に含まれる窒化物半導体基板１５に残留しないように、該加工の最終工程ではポリッシングレートを低くした化学機械的ポリッシング（ＣＭＰ）を行うことが望ましい。また、機械加工により形成された変質層を除去するためのエッチング加工を行ってもよい。 The nitride semiconductor substrate 15 has a thickness of 400 μm or more as an example at the time of use for forming the epitaxial layer 13, and is then thickened by, for example, grinding, lapping, or polishing the back surface. Is reduced.
When the thickness of the nitride semiconductor substrate 15 is reduced by machining, a deteriorated layer that absorbs light of near ultraviolet to visible wavelengths may be formed on the surface to be processed. It is desirable to perform chemical mechanical polishing (CMP) with a low polishing rate in the final step of the processing so that the altered layer does not remain on the nitride semiconductor substrate 15 included in the nitride-based LED element. Moreover, you may perform the etching process for removing the deteriorated layer formed by machining.

厚さを減じる加工後の窒化物半導体基板１５の厚さは、１０μｍ〜６０μｍとすることができる。   The thickness of the nitride semiconductor substrate 15 after processing to reduce the thickness can be 10 μm to 60 μm.

（ｉ）窒化物半導体基板１５の厚さが１０μｍ〜６０μｍの場合、窒化物半導体エピタキシャル層１３の厚さを適宜設定する（例えば、１μｍ〜１０μｍ）ことによって、図１に示すように、窒化物半導体積層体２０の厚さを１４μｍ〜７０μｍとすることができる。したがって、窒化物半導体積層体２０の内部を伝播する光が、該積層体の端面から効率的に外部に取り出される。 (I) When the thickness of the nitride semiconductor substrate 15 is 10 μm to 60 μm, by appropriately setting the thickness of the nitride semiconductor epitaxial layer 13 (for example, 1 μm to 10 μm), as shown in FIG. The thickness of the semiconductor stacked body 20 can be set to 14 μm to 70 μm. Therefore, the light propagating inside the nitride semiconductor multilayer body 20 is efficiently extracted to the outside from the end face of the multilayer body.

窒化物系ＬＥＤ素子１Ａを平面視したときの窒化物半導体積層体２０のサイズが比較的小さい場合、例えば、その面積が５００μｍ×５００μｍの正方形と同等以下である場合には、光取出し効率を改善するうえで好ましい窒化物半導体積層体２０の厚さは２０μｍ以上、より好ましくは２５μｍ以上である。従って、窒化物半導体基板１５の厚さは好ましくは１５μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上である。窒化物半導体積層体２０の面積がこれより大きい場合には、窒化物半導体積層体２０の厚さは好ましくは２５μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上であり、ゆえに、窒化物半導体基板１５の厚さは好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは２５μｍ以上である。窒化物半導体積層体２０の面積に特に上限はないが、実用上は、２ｍｍ×２ｍｍの正方形と同等以下とすることが好ましい。   When the size of the nitride semiconductor multilayer body 20 when the nitride LED element 1A is viewed in plan is relatively small, for example, when the area is equal to or smaller than a square of 500 μm × 500 μm, the light extraction efficiency is improved. In view of this, the thickness of the nitride semiconductor multilayer body 20 is preferably 20 μm or more, more preferably 25 μm or more. Therefore, the thickness of the nitride semiconductor substrate 15 is preferably 15 μm or more, and preferably 20 μm or more. When the area of the nitride semiconductor multilayer body 20 is larger than this, the thickness of the nitride semiconductor multilayer body 20 is preferably 25 μm or more, more preferably 30 μm or more. Therefore, the thickness of the nitride semiconductor substrate 15 is Preferably it is 20 micrometers or more, More preferably, it is 25 micrometers or more. Although there is no upper limit in particular in the area of the nitride semiconductor laminated body 20, it is preferable to set it as the same or less than a square of 2 mm x 2 mm practically.

窒化物半導体積層体２０を厚くし過ぎると、窒化物系ＬＥＤ素子１Ａを製造する過程で、ウェハ上に形成された複数のＬＥＤ素子を切り離すための加工に要する時間やエネルギーが大きくなり、製造コストが高くなる。この観点から、窒化物半導体積層体２０の厚さは好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下であり、ゆえに、窒化物半導体基板１５の厚さは好ましくは４５μｍ以下であり、より好ましくは３５μｍ以下である。   If the nitride semiconductor laminate 20 is made too thick, in the process of manufacturing the nitride-based LED element 1A, the time and energy required for processing to separate a plurality of LED elements formed on the wafer increase, resulting in a manufacturing cost. Becomes higher. From this viewpoint, the thickness of the nitride semiconductor stacked body 20 is preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less. Therefore, the thickness of the nitride semiconductor substrate 15 is preferably 45 μm or less, more preferably 35 μm or less. It is.

（ｉｉ）窒化物系ＬＥＤ素子１Ａに含まれる反射構造１７および保持基板は、熱伝導性の良好な金属材料を主体として構成することができる。そうした場合、発光層１３−２で生じる熱を、反射構造１７および保持基板１１を通して効率よく実装部材（保持基板が接合されるパッケージや回路基板）に逃がすことができる。厚さが減じられることによって窒化物半導体基板１５の厚さ方向の熱抵抗が低くなっているからである。このことは、窒化物半導体基板１５が不純物濃度の高い基板（導電性基板）である場合に有利に働く。かかる基板はフォノン伝導性が低いため、熱伝導性が悪くなる傾向があるためである。 (Ii) The reflection structure 17 and the holding substrate included in the nitride-based LED element 1A can be mainly composed of a metal material having good thermal conductivity. In such a case, heat generated in the light emitting layer 13-2 can be efficiently released to the mounting member (a package or a circuit board to which the holding board is bonded) through the reflecting structure 17 and the holding board 11. This is because the thermal resistance in the thickness direction of the nitride semiconductor substrate 15 is lowered by reducing the thickness. This is advantageous when the nitride semiconductor substrate 15 is a substrate (conductive substrate) having a high impurity concentration. This is because such a substrate has a low phonon conductivity and tends to have a poor thermal conductivity.

窒化物半導体基板１５は、特に限定されるものではないが、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、酸素（Ｏ）のようなｎ型不純物でドープすることができ、そのキャリア濃度（≒不純物濃度）は２．５×１０１７ｃｍ−３以上、好ましくは５×１０１７ｃｍ−３以上としてもよい。このようなキャリア濃度を有する基板を用いると、基板が良好な電流経路として働くので、ＬＥＤの順方向電圧の上昇を招くことなくｎ側電極Ｅ１の面積を小さくすることができる。 The nitride semiconductor substrate 15 is not particularly limited, but can be doped with n-type impurities such as silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), and oxygen (O), and its carriers. The concentration (≈impurity concentration) may be 2.5 × 10 17 cm −3 or more, preferably 5 × 10 17 cm −3 or more. When a substrate having such a carrier concentration is used, the substrate serves as a good current path, and thus the area of the n-side electrode E1 can be reduced without causing an increase in the forward voltage of the LED.

一方、エピタキシャル成長のベースであることを考慮すると、窒化物半導体基板のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３以下、更には１×１０１８ｃｍ−３以下に抑えることが望ましい。不純物の過剰な添加は結晶性を低下させるからである。結晶性を低下させないことは、基板の熱伝導率を低下させないためにも重要である。 On the other hand, considering that it is a base for epitaxial growth, the carrier concentration of the nitride semiconductor substrate is desirably 5 × 10 18 cm −3 or less, more preferably 1 × 10 18 cm −3 or less. This is because excessive addition of impurities reduces crystallinity. It is important not to lower the crystallinity in order not to lower the thermal conductivity of the substrate.

窒化物半導体基板１５の光吸収係数は、発光層１３−２で生じる光のピーク波長において５ｃｍ−1以下であることが好ましく、１ｃｍ−1以下であることがより好ましい。 The light absorption coefficient of the nitride semiconductor substrate 15 is preferably 5 cm −1 or less, more preferably 1 cm −1 or less, at the peak wavelength of light generated in the light emitting layer 13-2.

反射構造１７は、発光層１３−２で生成される光を反射させる機能を有する。反射構造１７は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ（これらを主成分とする合金でもよい）のような近紫外〜可視波長域における反射率の高い金属からなる金属ミラーを含むことが好ましい。金属ミラーと窒化物半導体基板１５との間には、窒化物半導体基板１５より低い屈折率を有する透明な誘電体層を設けることが好ましい。あるいは、誘電体多層膜反射層を設けてもよい。反射構造１７は、発光層１３−２で生じる光のピーク波長と同じ波長を有する垂直入射光に対する反射率が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。   The reflection structure 17 has a function of reflecting light generated by the light emitting layer 13-2. The reflection structure 17 preferably includes a metal mirror made of a metal having high reflectivity in the near ultraviolet to visible wavelength region, such as Al, Ag, and Rh (which may be an alloy containing these as a main component). A transparent dielectric layer having a lower refractive index than that of the nitride semiconductor substrate 15 is preferably provided between the metal mirror and the nitride semiconductor substrate 15. Alternatively, a dielectric multilayer film reflective layer may be provided. The reflection structure 17 preferably has a reflectance of 80% or more, more preferably 90% or more, with respect to vertically incident light having the same wavelength as the peak wavelength of light generated in the light emitting layer 13-2.

保持基板１１は、例えば、金属基板（Ｃｕ基板など）であってもよいし、Ｓｉ基板のような半導体基板でもよい。保持基板１１と反射構造１７とは、例えば、熱伝導性の良好な接着剤で接合することができ、好ましい接着剤としては、ハンダ（ＡｕＳｎハンダのような共晶ハンダを含む）または、Ａｇペーストのような導電性ペーストが挙げられる。
保持基板１１は、金属のメッキにより形成することもできる。メッキは乾式メッキでも湿式メッキでもよい。湿式メッキ（電解メッキ、無電解メッキ）は、反射構造１７の表面にメッキ下地層となる薄い金属層を乾式メッキで形成したうえで行う。 The holding substrate 11 may be, for example, a metal substrate (such as a Cu substrate) or a semiconductor substrate such as a Si substrate. The holding substrate 11 and the reflecting structure 17 can be bonded with, for example, an adhesive having good thermal conductivity. As a preferable adhesive, solder (including eutectic solder such as AuSn solder) or Ag paste is used. Examples of such conductive pastes.
The holding substrate 11 can also be formed by metal plating. The plating may be dry plating or wet plating. Wet plating (electrolytic plating, electroless plating) is performed after a thin metal layer serving as a plating base layer is formed on the surface of the reflective structure 17 by dry plating.

また、電極パッドＥ２ｂの直下における透光性電極Ｅ２ａからｐ型層１３−３へのキャリア注入が妨害されるように、ＳｉＯ２などからなる絶縁性の電流ブロック層を設けることが好ましい。好適例では、透光性電極Ｅ２ａとｐ型層１３−３の間に電流ブロック層（不図示）を設ける。 In addition, it is preferable to provide an insulating current blocking layer made of SiO 2 or the like so that carrier injection from the translucent electrode E2a immediately below the electrode pad E2b to the p-type layer 13-3 is obstructed. In a preferred example, a current blocking layer (not shown) is provided between the translucent electrode E2a and the p-type layer 13-3.

以下、本発明の他の実施形態についてさらに説明する。なお、以下の実施形態２〜５において、窒化物半導体基板、窒化物半導体エピタキシャル層、ｎ側電極、ｐ側電極、反射構造および保持基板等ついては、上述した実施形態１のものと同様の材質および構成を採用しうる。   Hereinafter, other embodiments of the present invention will be further described. In the following second to fifth embodiments, the nitride semiconductor substrate, the nitride semiconductor epitaxial layer, the n-side electrode, the p-side electrode, the reflective structure, the holding substrate, and the like are the same as those in the first embodiment described above. A configuration may be employed.

（実施形態２）
図２の窒化物系ＬＥＤ素子１Ｂは実施形態２に係るものであり、基本的な構成は図１のものと同様であるが、保持基板１１′がｎ側電極Ｅ１の代わりとされている点で相違する。保持基板１１′が半導体基板の場合、該基板１１′の裏面にメタル電極（不図示）を形成することが好ましい。図２の構成では、窒化物半導体基板１５および反射構造１７が導電性を有している。 (Embodiment 2)
The nitride-based LED element 1B of FIG. 2 is according to the second embodiment, and the basic configuration is the same as that of FIG. 1, but the holding substrate 11 ′ is substituted for the n-side electrode E1. Is different. When the holding substrate 11 ′ is a semiconductor substrate, it is preferable to form a metal electrode (not shown) on the back surface of the substrate 11 ′. In the configuration of FIG. 2, the nitride semiconductor substrate 15 and the reflecting structure 17 have conductivity.

図２の構成において、反射構造１７中に誘電体層（不図示）を設けてもよく、この場合、上下方向の電気伝導が妨げられないように該誘電体層に開口部（不図示）が設けられていることが好ましい。   In the configuration of FIG. 2, a dielectric layer (not shown) may be provided in the reflecting structure 17, and in this case, an opening (not shown) is formed in the dielectric layer so as not to hinder vertical conduction. It is preferable to be provided.

（実施形態３）
図３の窒化物系ＬＥＤ素子１Ｃは実施形態３に係るものであり、基本的な構成は上記実施形態のものと同様であるが、窒化物半導体積層体２０が上記実施形態とは上下逆向きとなっている点で相違する。具体的には、窒化物半導体積層体２０は、保持基板１１′側に窒化物半導体エピタキシャル層１３が位置し、素子上面側に窒化物半導体基板１５が位置するように配置されている。 (Embodiment 3)
The nitride-based LED element 1C of FIG. 3 relates to the third embodiment, and the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, but the nitride semiconductor stacked body 20 is upside down with respect to the above-described embodiment. It is different in that. Specifically, the nitride semiconductor multilayer body 20 is disposed such that the nitride semiconductor epitaxial layer 13 is located on the holding substrate 11 ′ side and the nitride semiconductor substrate 15 is located on the element upper surface side.

窒化物半導体積層体２０は、ｐ型層１３−３の表面に形成された透光性電極２１（一例としてＩＴＯ膜）およびその透光性電極２１の表面に形成された反射構造１７を介して、保持基板１１′に接合されている。なお、透光性電極２１を省略し、反射構造１７中の金属ミラーにｐ型層１３−３に対するオーミック電極を兼用させてもよい。   The nitride semiconductor multilayer body 20 is formed through a translucent electrode 21 (ITO film as an example) formed on the surface of the p-type layer 13-3 and a reflective structure 17 formed on the surface of the translucent electrode 21. , Bonded to the holding substrate 11 ′. The translucent electrode 21 may be omitted, and the metal mirror in the reflection structure 17 may be used as an ohmic electrode for the p-type layer 13-3.

図３の構成では、窒化物半導体基板１５の裏面の一部にｎ側電極Ｅ１が形成されるとともに、保持基板１１′がｐ側電極としての機能を兼ねている。ＬＥＤ素子を平面視したときのｎ側電極Ｅ１のパターンは、ボンディングワイヤが接合される円形（あるいは多角形）のパッド部と、該パッド部から延伸するひとつまたは複数のライン部を有するパターンとすることが好ましい。そうすることによって、ボンディングワイヤからパッド部に流れる電流を、ライン部を通してラテラル方向に拡散させたうえで、窒化物半導体基板１５に注入することができる。   In the configuration of FIG. 3, the n-side electrode E1 is formed on a part of the back surface of the nitride semiconductor substrate 15, and the holding substrate 11 ′ also functions as a p-side electrode. The pattern of the n-side electrode E1 when the LED element is viewed in plan is a pattern having a circular (or polygonal) pad portion to which a bonding wire is bonded and one or a plurality of line portions extending from the pad portion. It is preferable. By doing so, the current flowing from the bonding wire to the pad portion can be diffused in the lateral direction through the line portion and then injected into the nitride semiconductor substrate 15.

光取出し効率を高めるために、窒化物半導体基板１５の裏面を粗化してもよい。粗化は、ＫＯＨを用いたウエットエッチングあるいはＰＥＣ（Photo-Enhanced Chemical）エッチングによって、あるいは、エッチングマスクを用いたドライエッチングによって粗化することができる。電極Ｅ１が形成される領域については、そのような加工を行わず平坦面のままとしてもよい。   In order to increase the light extraction efficiency, the back surface of the nitride semiconductor substrate 15 may be roughened. The roughening can be roughened by wet etching using KOH or PEC (Photo-Enhanced Chemical) etching, or by dry etching using an etching mask. The region where the electrode E1 is formed may be left flat without performing such processing.

窒化物半導体基板１５の裏面は、アイランド構造を有する透明な無機薄膜を形成する方法によって粗くすることもできる。かかる無機薄膜の形成方法のひとつとして、低温でアイランド構造の金属アルミニウム薄膜を形成した後、ＮＨ３プラズマに暴露して窒化する方法が挙げられる。ＮＨ３プラズマに代えて酸素プラズマを使用し、酸化アルミニウムの薄膜を得ることも可能である。窒化物半導体基板１５の裏面をエッチング加工により粗化したうえで、更に、このようなアイランド構造の無機薄膜をその粗化された裏面上に設けることもできる。 The back surface of the nitride semiconductor substrate 15 can be roughened by a method of forming a transparent inorganic thin film having an island structure. One method for forming such an inorganic thin film is to form a metal aluminum thin film having an island structure at a low temperature and then nitriding by exposing to NH 3 plasma. It is also possible to obtain an aluminum oxide thin film by using oxygen plasma instead of NH 3 plasma. After the back surface of the nitride semiconductor substrate 15 is roughened by etching, an inorganic thin film having such an island structure can be provided on the roughened back surface.

（実施形態３の変形１）
図４の窒化物系ＬＥＤ素子１Ｄは、基本的な構成は図３のものと同様であるが、窒化物半導体基板１５の裏面の略全面に透光性電極２２を形成し、その電極２２上にｎ側電極Ｅ１を設けている点で相違する。透光性電極２２と窒化物半導体基板１５の間の、ｎ側電極Ｅ１の下方となる領域に、ＳｉＯ２などからなる絶縁性の電流ブロック層２５が形成されている。なお、電流ブロック層１５は発光効率を改善するうえで好ましい構成ではあるが、必須の構成ではなく省略してもよい。 (Modification 1 of Embodiment 3)
The nitride-based LED element 1D of FIG. 4 has the same basic configuration as that of FIG. 3, but a translucent electrode 22 is formed on substantially the entire back surface of the nitride semiconductor substrate 15, and the nitride 22 Is different in that an n-side electrode E1 is provided. An insulating current blocking layer 25 made of SiO 2 or the like is formed in a region below the n-side electrode E1 between the translucent electrode 22 and the nitride semiconductor substrate 15. Although the current blocking layer 15 is a preferable configuration for improving the light emission efficiency, it is not an essential configuration and may be omitted.

図４の構成においても、光取出し効率を高めるために、窒化物半導体基板１５の裏面（透光性電極２２が形成された面）をエッチング加工等により粗化してもよい。ただし、ｎ側電極Ｅ１の直下は平坦とされている方が好ましい。   Also in the configuration of FIG. 4, in order to increase the light extraction efficiency, the back surface of the nitride semiconductor substrate 15 (the surface on which the translucent electrode 22 is formed) may be roughened by etching or the like. However, it is preferable that the portion directly below the n-side electrode E1 is flat.

（実施形態３の変形２）
図５は、実施形態３の更なる変形例を示す断面図であり、図示するように、この窒化物系ＬＥＤ素子１Ｅは、基本的な構成は図３のものと同様であるが、電極Ｅ１、Ｅ２の配置等が変更されている点で相違する。具体的には、保持基板１１側に開口するよう窒化物半導体エピタキシャル層１３に設けられた凹部の底にｎ型層１３−１が露出し、ｎ側電極Ｅ１が、この露出したｎ型層１３−１と保持基板１１とを電気的に接続するように形成されている。また、ｐ側電極Ｅ２は、窒化物半導体積層体２０が一部除去された部分に露出した反射構造１７の表面に形成されている。反射構造１７と保持基板１１との間には絶縁層２６が設けられている。 (Modification 2 of Embodiment 3)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a further modification of the third embodiment. As shown, this nitride LED element 1E has the same basic configuration as that of FIG. , E2 is different in that the arrangement and the like are changed. Specifically, the n-type layer 13-1 is exposed at the bottom of the recess provided in the nitride semiconductor epitaxial layer 13 so as to open toward the holding substrate 11, and the n-side electrode E1 is exposed to the exposed n-type layer 13. -1 and the holding substrate 11 are electrically connected. The p-side electrode E2 is formed on the surface of the reflection structure 17 exposed at a portion where the nitride semiconductor multilayer body 20 is partially removed. An insulating layer 26 is provided between the reflecting structure 17 and the holding substrate 11.

図５の窒化物系ＬＥＤ素子１Ｅではｎ側電極Ｅ１およびｐ側電極Ｅ２の個数がいずれもひとつであるが、限定されるものではなく、素子サイズに応じて、ｎ側電極Ｅ１およびｐ側電極Ｅ２の一方または両方の個数を２以上とすることができる。   In the nitride-based LED element 1E of FIG. 5, the number of the n-side electrode E1 and the p-side electrode E2 is one, but the number is not limited, and the n-side electrode E1 and the p-side electrode depend on the element size. The number of one or both of E2 can be 2 or more.

反射構造１７は、ｐ型層１３−３に対するオーミック電極を兼用する金属ミラーを含むものであってもよいし、透光性電極にミラーを積層したものであってもよい。透光性電極に積層されるミラーは、金属ミラーであってもよいし誘電体ミラーであってもよく、あるいは、金属ミラーと誘電体ミラーを積層したものであってもよい。   The reflective structure 17 may include a metal mirror that also serves as an ohmic electrode for the p-type layer 13-3, or may be a laminate of a mirror on a translucent electrode. The mirror laminated on the translucent electrode may be a metal mirror, a dielectric mirror, or a laminate of a metal mirror and a dielectric mirror.

図５に示す窒化物系ＬＥＤ素子１Ｅは、発光層１３−２の上方に金属を含む電極を有さないので、光取出し効率が極めて良好である。   Since the nitride LED element 1E shown in FIG. 5 does not have an electrode containing a metal above the light emitting layer 13-2, the light extraction efficiency is extremely good.

（実施形態４）
図６、図７に示すように、窒化物半導体基板１５とｎ型層１３−１との界面に、発光層１３−２で生じる光を拡散させる構造（一例として、パターニングされた誘電体膜１９ａ）が設けられていてもよい。図６の窒化物系ＬＥＤ素子１Ａ′は図１のタイプの素子構造であり、図７の窒化物系ＬＥＤ素子１Ｂ′は図２のタイプの素子構造である。 (Embodiment 4)
As shown in FIGS. 6 and 7, a structure for diffusing light generated in the light emitting layer 13-2 at the interface between the nitride semiconductor substrate 15 and the n-type layer 13-1 (as an example, a patterned dielectric film 19a ) May be provided. The nitride-based LED element 1A ′ in FIG. 6 has an element structure of the type shown in FIG. 1, and the nitride-based LED element 1B ′ in FIG. 7 has an element structure of the type in FIG.

パターニングされた誘電体膜１９ａは、ｎ型層１３−１を窒化物半導体基板１５上にエピタキシャル成長させる前に設けられる。誘電体膜１９ａのパターンとしては、特に限定されるものではないが、ドットパターン、ネットパターン、ストライプパターンなど、種々のパターンであり得る。   The patterned dielectric film 19 a is provided before the n-type layer 13-1 is epitaxially grown on the nitride semiconductor substrate 15. The pattern of the dielectric film 19a is not particularly limited, but may be various patterns such as a dot pattern, a net pattern, and a stripe pattern.

ここで、ドットパターンとは、ドットが分散したパターンである。ネットパターンとは、誘電体膜にドット状の開口部が多数形成されたパターンである。ストライプパターンとは、誘電体膜にライン状の開口部が多数平行に形成されたパターンである。これらのパターンは周期的パターンであることが好ましい。   Here, the dot pattern is a pattern in which dots are dispersed. A net pattern is a pattern in which a large number of dot-like openings are formed in a dielectric film. A stripe pattern is a pattern in which a large number of line-shaped openings are formed in parallel in a dielectric film. These patterns are preferably periodic patterns.

誘電体膜１９ａの厚さおよびパターンの周期は、発光層１３−２で生じる光の窒化物半導体基板１５内における波長と同等以上であればよい。よって、窒化物系ＬＥＤ素子１Ａ′の発光波長（大気中の波長）が４００ｎｍ、窒化物半導体基板１５がＧａＮ基板の場合であれば、１６０ｎｍ以上であればよい。   The thickness of the dielectric film 19a and the period of the pattern may be equal to or greater than the wavelength of the light generated in the light emitting layer 13-2 in the nitride semiconductor substrate 15. Therefore, if the emission wavelength (wavelength in the atmosphere) of the nitride LED element 1A ′ is 400 nm and the nitride semiconductor substrate 15 is a GaN substrate, it may be 160 nm or more.

好適例では、該誘電体膜を０．５μｍ〜２μｍ程度の厚さに形成したうえで、エッチング加工によってドットパターンにパターニングするにあたり、個々のドットを円錐、角錐、円錘台、各錘台のような斜面を有する形状に成形することにより、好ましい光拡散効果を得ることができる。同じ理由から、該誘電体膜をネットパターンやストライプパターンとする場合においても、該誘電体膜に形成する開口部の壁面を斜面にすることが好ましい。   In a preferred example, after forming the dielectric film to a thickness of about 0.5 μm to 2 μm and patterning it into a dot pattern by etching, each dot is formed into a cone, a pyramid, a frustum, and each frustum. A preferable light diffusion effect can be obtained by forming into a shape having such a slope. For the same reason, even when the dielectric film is a net pattern or a stripe pattern, the wall surface of the opening formed in the dielectric film is preferably a slope.

誘電体膜１９ａは、窒化物半導体基板１５およびｎ型層１３−１の少なくとも一方と異なる屈折率を有する材料で形成される。好ましくは、誘電体膜１９ａは、窒化物半導体基板１５およびｎ型層１３−１よりも低屈折率の材料で形成される。これにより、誘電体膜１９ａ中への光の閉じ込めが防止できるためである。   Dielectric film 19a is formed of a material having a refractive index different from that of at least one of nitride semiconductor substrate 15 and n-type layer 13-1. Preferably, dielectric film 19a is formed of a material having a lower refractive index than nitride semiconductor substrate 15 and n-type layer 13-1. This is because the confinement of light in the dielectric film 19a can be prevented.

誘電体膜１９ａの材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮｘのようなケイ素の酸化物、窒化物または酸窒化物が好ましく例示される。これらの材料を用いると、ｎ型層１３−１を成長させる際に窒化物半導体のＥＬＯ（Epitaxial lateral Overgrowth）が発生し、ｎ型層１３−１の欠陥が減少する効果も期待できる。誘電体膜１９ａの材料としてはＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮｘ、ＡｌＯＮｘのような、アルミニウムの酸化物、酸窒化物または窒化物を使用することもできる。 Preferred examples of the material of the dielectric film 19a include silicon oxides, nitrides, and oxynitrides such as SiO 2 , SiN x , and SiON x . When these materials are used, an ELO (Epitaxial lateral Overgrowth) of a nitride semiconductor is generated when the n-type layer 13-1 is grown, and an effect of reducing defects in the n-type layer 13-1 can be expected. As the material of the dielectric film 19a, an aluminum oxide, oxynitride, or nitride such as Al 2 O 3 , AlN x , and AlON x may be used.

誘電体膜１９ａは、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫などをベースとする透明導電性酸化物からなる無機膜に置き換えることができる。その場合、透明導電性酸化物の耐熱性が誘電体と比べて劣ることから、窒化物半導体エピタキシャル膜１３の成長はＰＸＤ法やＭＢＥ法を用いて７００℃以下の温度で行うことが望ましい。また透明導電性酸化物は誘電体と比べて透明性に劣るので、その厚さは０．５μｍを超えないようにすることが望ましい。   The dielectric film 19a can be replaced with an inorganic film made of a transparent conductive oxide based on indium oxide, zinc oxide, tin oxide or the like. In that case, since the heat resistance of the transparent conductive oxide is inferior to that of the dielectric, the growth of the nitride semiconductor epitaxial film 13 is desirably performed at a temperature of 700 ° C. or lower using the PXD method or the MBE method. In addition, since the transparent conductive oxide is inferior in transparency as compared with the dielectric, it is desirable that the thickness does not exceed 0.5 μm.

図６、図７のような構成によれば、パターニングされた誘電体膜１９ａによって光が拡散されるために、素子内の多重反射が防止され、光取出し効率が改善される。保持基板１１、１１′に接合する窒化物半導体積層体２０が窒化物半導体基板１５を含むように構成するが故に、上記のような光拡散構造を設けることができる。   6 and 7, since light is diffused by the patterned dielectric film 19a, multiple reflection in the element is prevented, and light extraction efficiency is improved. Since the nitride semiconductor stacked body 20 bonded to the holding substrates 11 and 11 ′ is configured to include the nitride semiconductor substrate 15, the light diffusion structure as described above can be provided.

誘電体膜１９ａは、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮｘのようなアモルファス材料で形成した場合、熱伝導性が窒化物半導体結晶よりも相対的に低いので、図６のような構成で光拡散構造を設ける場合には放熱面で不利となるとも考えられる。しかし、図７のような構成で光拡散構造を設ける場合には、発熱が生じるのは主として発光層であることから、放熱面で不利になることはない。 When the dielectric film 19a is formed of an amorphous material such as SiO 2 , SiN x , or SiON x , the thermal conductivity is relatively lower than that of the nitride semiconductor crystal. It is also considered that it is disadvantageous in terms of heat dissipation in the case where it is provided. However, when the light diffusing structure is provided as shown in FIG. 7, heat is generated mainly in the light emitting layer, so that there is no disadvantage in terms of heat dissipation.

（実施形態５）
図８、図９に示すように、窒化物半導体基板１５とｎ型層１３−１との界面に、発光層１３−２で生じる光を拡散させる光拡散構造が、空洞１９ｂとして設けられていてもよい。図８の窒化物系ＬＥＤ素子１Ｄ′は図４のタイプの素子構造であり、図９の窒化物系ＬＥＤ素子１Ｅ′は図５のタイプの素子構造である。 (Embodiment 5)
As shown in FIGS. 8 and 9, a light diffusion structure for diffusing light generated in the light emitting layer 13-2 is provided as a cavity 19b at the interface between the nitride semiconductor substrate 15 and the n-type layer 13-1. Also good. The nitride-based LED element 1D ′ in FIG. 8 has an element structure of the type shown in FIG. 4, and the nitride-based LED element 1E ′ in FIG. 9 has an element structure of the type in FIG.

空洞１９ｂと、窒化物半導体基板１５およびｎ型層１３−１とは屈折率差が大きいので、大きな光拡散効果が得られ、したがって光取出し効率の改善効果が高くなる。   Since the cavity 19b, the nitride semiconductor substrate 15 and the n-type layer 13-1 have a large difference in refractive index, a large light diffusion effect can be obtained, and thus the effect of improving the light extraction efficiency is increased.

空洞１９ｂは、予め窒化物半導体基板１５の表面に多数の窪み（ピット、溝など）を加工したうえで、ｎ型層１３−１を成長させることにより形成可能である。空洞１９ｂを確実に形成するには、窪みの内壁を誘電体からなるマスク（その表面では窒化物半導体結晶の成長が起こり難い材料）で覆うことが望ましい。   The cavity 19b can be formed by growing a number of depressions (pits, grooves, etc.) on the surface of the nitride semiconductor substrate 15 in advance and growing the n-type layer 13-1. In order to reliably form the cavity 19b, it is desirable to cover the inner wall of the depression with a mask made of a dielectric (a material on which the nitride semiconductor crystal does not easily grow).

窪みの深さおよび幅は、発光層１３−２で生じる光の窒化物半導体基板１５内における波長と同等以上であればよい。好適例では、窪みの深さを０．５μｍ〜２μｍ程度とするとともに、その側壁を傾斜面とすることにより、好ましい光拡散効果を得ることができる。   The depth and width of the recess may be equal to or greater than the wavelength of light generated in the light emitting layer 13-2 in the nitride semiconductor substrate 15. In a suitable example, while making the depth of a hollow into about 0.5 micrometer-2 micrometers, the preferable light-diffusion effect can be acquired by making the side wall into an inclined surface.

窪みの内部を空洞１９ｂとしないで、窒化物半導体基板１５およびｎ型層１３−１の少なくとも一方と異なる屈折率を有する誘電体で埋め込むこともできる。この誘電体は、窒化物半導体基板１５およびｎ型層１３−１よりも低屈折率であることが好ましい。これにより、誘電体中への光の閉じ込めが防止できるためである。この誘電体は、好ましくは、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮｘなどである。 The inside of the recess may be filled with a dielectric having a refractive index different from that of at least one of the nitride semiconductor substrate 15 and the n-type layer 13-1, without forming the cavity 19b. This dielectric preferably has a lower refractive index than the nitride semiconductor substrate 15 and the n-type layer 13-1. This is because light confinement in the dielectric can be prevented. This dielectric is preferably SiO 2 , SiN x , SiON x or the like.

誘電体膜１９ａ（実施形態４）あるいは空洞１９ｂ（実施形態５）を設けることにより、ｎ型層１３−１と窒化物半導体基板１５の間の熱抵抗が高くなる。よって、これらの光拡散構造は、ｐ型層１３−３側に保持基板１１を接合する実施形態で採用することが好ましい。また、誘電体膜１９ａあるいは空洞１９ｂの形成により、ｎ型層１３−１と窒化物半導体基板１５の間の電気抵抗が高くなるが、この問題を避けるには、図９の構造を採用する方がよい。   By providing the dielectric film 19a (Embodiment 4) or the cavity 19b (Embodiment 5), the thermal resistance between the n-type layer 13-1 and the nitride semiconductor substrate 15 is increased. Therefore, these light diffusion structures are preferably employed in the embodiment in which the holding substrate 11 is bonded to the p-type layer 13-3 side. Further, the formation of the dielectric film 19a or the cavity 19b increases the electrical resistance between the n-type layer 13-1 and the nitride semiconductor substrate 15. To avoid this problem, the structure shown in FIG. 9 is employed. Is good.

好適例では、図７に示す窒化物系ＬＥＤ素子１Ｃ′において、窒化物半導体基板１５とｎ型層１３−１との界面における誘電体膜１９ａの面積密度を、ｎ側電極Ｅ１の直下の領域において相対的に高くし、他の領域では相対的に低くすることによって、ｎ側電極Ｅ１の直下への電流集中を防止する電流ブロック構造を構成することができる。   In the preferred example, in the nitride-based LED element 1C ′ shown in FIG. 7, the area density of the dielectric film 19a at the interface between the nitride semiconductor substrate 15 and the n-type layer 13-1 is set to a region immediately below the n-side electrode E1. The current block structure can be configured to prevent current concentration directly below the n-side electrode E1 by making the height relatively higher in FIG.

また、図８に示す窒化物系ＬＥＤ素子１Ｄ′において、窒化物半導体基板１５とｎ型層１３−１との界面における空洞１９ｂの面積密度を、ｎ側電極Ｅ１の直下の領域において相対的に高くし、他の領域では相対的に低くすることによって、同様の電流ブロック構造を構成することができる。   Further, in the nitride-based LED element 1D ′ shown in FIG. 8, the area density of the cavities 19b at the interface between the nitride semiconductor substrate 15 and the n-type layer 13-1 is relatively low in the region immediately below the n-side electrode E1. The same current block structure can be formed by increasing the height and lowering it in other regions.

［実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ素子の製造方法］
次に、前述の実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ素子の製造方法を説明する。 [Manufacturing Method of Nitride-Based LED Element According to Embodiment 1]
Next, a method for manufacturing the nitride LED element according to the first embodiment will be described.

まず、成長基板として２００μｍ〜６００μｍの厚さを有するウェハサイズ（例えば直径２インチの円板）の窒化物半導体基板１５を用意する。窒化物半導体基板１５としては、例えば、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＮ基板などを好ましく用いることができる。   First, a nitride semiconductor substrate 15 having a wafer size (for example, a 2 inch diameter disc) having a thickness of 200 μm to 600 μm is prepared as a growth substrate. As the nitride semiconductor substrate 15, for example, a GaN substrate, an AlGaN substrate, an AlN substrate, or the like can be preferably used.

窒化物半導体基板１５は、任意の結晶成長方法を用いて製造されたものを用いることができる。窒化物半導体基板の製造に用いられる代表的な結晶成長方法としては、ＨＶＰＥ法のような気相法、Ｎａフラックス法のような液相法、アモノサーマル法のような超臨界法などが例示される。窒化物半導体基板１５は、これらの方法で製造されたバルク窒化物半導体結晶の表面に、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、後述のＰＸＤ（パルス励起堆積；Pulsed Excitation Deposition）法などを用いてエピタキシャル成長させた窒化物半導体薄膜を有するテンプレートであってもよい。   The nitride semiconductor substrate 15 can be manufactured using any crystal growth method. Typical crystal growth methods used in the manufacture of nitride semiconductor substrates include gas phase methods such as the HVPE method, liquid phase methods such as the Na flux method, and supercritical methods such as the ammonothermal method. Is done. The nitride semiconductor substrate 15 is nitrided by epitaxial growth on the surface of the bulk nitride semiconductor crystal manufactured by these methods using the MOVPE method, MBE method, PXD (Pulsed Excitation Deposition) method described later, or the like. A template having a physical semiconductor thin film may be used.

次いで、窒化物半導体基板１５上に、気相エピタキシャル成長法により該基板側からｎ型層１３−１、発光層１３−２、ｐ型層１３−３をこの順に含む窒化物半導体エピタキシャル層１３を形成して、ウェハサイズの窒化物半導体積層体２０を得る。   Next, the nitride semiconductor epitaxial layer 13 including the n-type layer 13-1, the light emitting layer 13-2, and the p-type layer 13-3 in this order is formed on the nitride semiconductor substrate 15 from the substrate side by vapor phase epitaxial growth. Thus, a wafer size nitride semiconductor multilayer body 20 is obtained.

気相エピタキシャル成長法としては、ＭＯＶＰＥ法やＨＶＰＥ法の他、ＰＬＤ（パルスレーザ蒸着：Pulsed Laser Deposition）法、ＰＳＤ（パルススパッタ堆積；Pulsed
Sputtering Deposition）法、ＰＥＤ（パルス電子ビーム蒸着；Pulsed Electron-beam Deposition）法などのいわゆるＰＸＤ（パルス励起堆積；Pulsed
Excitation Deposition）法を好ましく用いることができる。 Vapor phase epitaxial growth methods include MOVPE and HVPE, PLD (Pulsed Laser Deposition), PSD (Pulsed Sputter Deposition; Pulsed)
So-called PXD (pulse excitation deposition) such as Sputtering Deposition (PED) method, PED (Pulsed Electron-Beam Deposition) method, etc.
Excitation Deposition) method can be preferably used.

ｎ型層１３−１の形成時には、Ｓｉ、Ｇｅなどのｎ型不純物を添加することが好ましい。ｐ型層１３−３の形成時には、Ｍｇ、Ｚｎなどのｐ型不純物を添加する。ｐ型層１３−３の形成後、添加したｐ型不純物の活性化を促進させるために、アニーリング処理、電子線照射処理などを行うことができる。発光層１３−２は、その導電型により限定されるものではなく、例えば、不純物無添加の層であってもよいし、不純物の添加によってｎ型またはｐ型の導電性を付与した層であってもよいし、ｎ型導電性層とｐ型導電性層が混在した積層体であってもよい。   When forming the n-type layer 13-1, it is preferable to add an n-type impurity such as Si or Ge. When the p-type layer 13-3 is formed, a p-type impurity such as Mg or Zn is added. After the formation of the p-type layer 13-3, annealing treatment, electron beam irradiation treatment, or the like can be performed in order to promote activation of the added p-type impurity. The light emitting layer 13-2 is not limited by its conductivity type, and may be, for example, a layer with no added impurities, or a layer imparted with n-type or p-type conductivity by the addition of impurities. Alternatively, a laminated body in which an n-type conductive layer and a p-type conductive layer are mixed may be used.

ｎ型層、発光層、ｐ型層を構成する窒化物半導体の組成に限定はなく、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど、任意の組成を有する窒化物半導体を用いて構成することができる。好ましくは、ダブルヘテロ構造が形成されるように、発光層とそれを挟む層を構成する窒化物半導体の組成を選択する。発光層は、量子井戸構造とすることが好ましく、特に、障壁層と井戸層を交互に積層した多重量子井戸構造とすることが好ましい。ｎ型層、発光層、ｐ型層のそれぞれは、厚さ方向に均質である必要はなく、各層の内部において、不純物濃度、結晶組成などが厚さ方向に連続的または不連続的に変化していてもよい。また、各層の間に付加的な層を設けることもできる。   There is no limitation on the composition of the nitride semiconductor constituting the n-type layer, the light emitting layer, and the p-type layer, and the nitride semiconductor having an arbitrary composition such as GaN, AlGaN, InGaN, or AlInGaN can be used. Preferably, the composition of the nitride semiconductor constituting the light emitting layer and the layers sandwiching the light emitting layer is selected so that a double heterostructure is formed. The light emitting layer preferably has a quantum well structure, and particularly preferably has a multiple quantum well structure in which barrier layers and well layers are alternately stacked. Each of the n-type layer, the light emitting layer, and the p-type layer does not need to be uniform in the thickness direction, and the impurity concentration, crystal composition, and the like change continuously or discontinuously in the thickness direction inside each layer. It may be. Moreover, an additional layer can also be provided between each layer.

ｎ側電極Ｅ１は、公知のＲＩＥ（反応性イオンエッチング）技法を用い、ｐ型層１３−１および発光層１３−２を部分的に除去し、それによって露出するｎ型層１３−３の表面に形成することができる。ｎ側電極Ｅ１の材料や形成方法については、公知技術を参照することができる。ｐ側電極Ｅ２を構成する透光性電極Ｅ２ａおよび電極パッドＥ２ｂについても、従来公知の方法により、ｐ型層上にそれぞれ形成することができる。   The n-side electrode E1 is a surface of the n-type layer 13-3 exposed by partially removing the p-type layer 13-1 and the light-emitting layer 13-2 using a known RIE (reactive ion etching) technique. Can be formed. For the material and the formation method of the n-side electrode E1, known techniques can be referred to. The translucent electrode E2a and the electrode pad E2b constituting the p-side electrode E2 can also be formed on the p-type layer by a conventionally known method.

次いで、ワックス等を用いて、ウェハサイズの窒化物半導体積層体２０の窒化物半導体エピタキシャル層１３側に一時的な支持部材として一時基板を接合したうえで、窒化物半導体基板１５の裏面にグラインディング、ラッピングまたはポリッシングなどの加工を施し、該基板の厚さを減じる。   Next, a temporary substrate is bonded as a temporary support member to the nitride semiconductor epitaxial layer 13 side of the wafer-sized nitride semiconductor multilayer body 20 using wax or the like, and then ground on the back surface of the nitride semiconductor substrate 15. Then, processing such as lapping or polishing is performed to reduce the thickness of the substrate.

次いで、窒化物半導体基板１５の加工面をラッピングまたはポリッシング（好ましくはＣＭＰ）で平滑に仕上げたうえで、反射構造１７を形成する。
反射構造１７を構成する金属ミラー、誘電体層などの構造は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤなど、公知の薄膜形成技術を用いて形成することができる。 Next, the processed surface of the nitride semiconductor substrate 15 is smoothed by lapping or polishing (preferably CMP), and then the reflective structure 17 is formed.
Structures such as a metal mirror and a dielectric layer constituting the reflection structure 17 can be formed using a known thin film forming technique such as vapor deposition, sputtering, or CVD.

次いで、別途準備されるウェハサイズの保持基板１１を、反射構造１７を介して窒化物半導体積層体２０に接合する。保持基板１１は接着剤を用いて反射構造１７に接合することができる。接着剤は熱伝導性が良好であることが望ましいので、ハンダや、導電性微粒子がバインダ樹脂中に高密度に分散された導電性ペーストが好適例として挙げられる。
一例では、保持基板１１を金属のメッキにより形成することもできる。メッキは乾式メッキでも湿式メッキでもよい。湿式メッキ（電解メッキ、無電解メッキ）は、反射構造１７の表面にメッキ下地層となる薄い金属層を乾式メッキで形成したうえで行う。 Next, a separately prepared wafer-sized holding substrate 11 is bonded to the nitride semiconductor stacked body 20 via the reflecting structure 17. The holding substrate 11 can be bonded to the reflection structure 17 using an adhesive. Since it is desirable that the adhesive has good thermal conductivity, preferred examples include solder and conductive paste in which conductive fine particles are dispersed in a binder resin at high density.
In one example, the holding substrate 11 can be formed by metal plating. The plating may be dry plating or wet plating. Wet plating (electrolytic plating, electroless plating) is performed after a thin metal layer serving as a plating base layer is formed on the surface of the reflective structure 17 by dry plating.

窒化物半導体積層体２０への保持基板１１の接合が完了したら、先の工程で窒化物半導体積層体２０に接合した一時基板を取り外す。
最後に、ダイシングソーを用いて保持基板１１および窒化物半導体積層体２０を切断することによってＬＥＤ素子をチップ状に切り出す。好ましくは、この工程の前に、レーザ加工とエッチングのいずれか、または両方の手段を用いて保持基板１１上の窒化物半導体積層体２０を切断し、該窒化物半導体積層体２０を素子毎に孤立させるとともに、該切断によって露出する発光層１３−２の端面上に保護膜として透光性かつ絶縁性の無機薄膜を設けておく。 When the bonding of the holding substrate 11 to the nitride semiconductor stacked body 20 is completed, the temporary substrate bonded to the nitride semiconductor stacked body 20 in the previous step is removed.
Finally, the LED substrate is cut into chips by cutting the holding substrate 11 and the nitride semiconductor multilayer body 20 using a dicing saw. Preferably, before this step, the nitride semiconductor multilayer body 20 on the holding substrate 11 is cut using either or both of laser processing and etching, and the nitride semiconductor multilayer body 20 is separated for each element. In addition to being isolated, a light-transmitting and insulating inorganic thin film is provided as a protective film on the end face of the light emitting layer 13-2 exposed by the cutting.

以上一連の工程により、実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ素子を製造することができる。   Through the series of steps described above, the nitride-based LED element according to Embodiment 1 can be manufactured.

［実施形態３に係る窒化物系ＬＥＤ素子の製造方法］
次に、前述の実施形態３に係る窒化物系ＬＥＤ素子の製造方法を説明する。 [Manufacturing Method of Nitride-Based LED Element According to Embodiment 3]
Next, a method for manufacturing the nitride LED element according to the third embodiment will be described.

まず、実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ素子を製造する場合と同様に、ウェハサイズの窒化物半導体基板１５を成長基板に用いて、その上に該基板側からｎ型層１３−１、発光層１３−２、ｐ型層１３−３をこの順に含む窒化物半導体エピタキシャル層１３を成長させて、ウェハサイズの窒化物半導体積層体２０を得る。   First, as in the case of manufacturing the nitride-based LED element according to the first embodiment, a wafer-sized nitride semiconductor substrate 15 is used as a growth substrate, and an n-type layer 13-1 and light emission are formed thereon from the substrate side. The nitride semiconductor epitaxial layer 13 including the layer 13-2 and the p-type layer 13-3 in this order is grown to obtain a wafer-sized nitride semiconductor stacked body 20.

次いで、窒化物半導体エピタキシャル層１３に対してメサエッチングを行い、窒化物半導体基板１５上で発光層１３−２およびｐ型層１３−３を素子毎に孤立させる。メサエッチングの深さを窒化物半導体エピタキシャル層１３の厚さより大きくして、ｐ型層１３−３からｎ型層１３−１までを素子毎に孤立させることもできる。   Next, mesa etching is performed on the nitride semiconductor epitaxial layer 13, and the light emitting layer 13-2 and the p-type layer 13-3 are isolated for each element on the nitride semiconductor substrate 15. The depth of the mesa etching can be made larger than the thickness of the nitride semiconductor epitaxial layer 13, and the p-type layer 13-3 to the n-type layer 13-1 can be isolated for each element.

メサエッチング後、各メサの上面（ｐ型層１３−３の上面）に透光性電極２１と反射構造１７の積層体を形成するとともに、各メサの側面に露出する発光層１３−２の端面上に保護膜として透光性かつ絶縁性の無機薄膜（図示せず）を設ける。   After the mesa etching, a laminated body of the translucent electrode 21 and the reflection structure 17 is formed on the upper surface of each mesa (upper surface of the p-type layer 13-3), and the end surface of the light emitting layer 13-2 exposed on the side surface of each mesa A translucent and insulating inorganic thin film (not shown) is provided as a protective film.

次いで、導電性を有する接着剤を用いて、導電性材料（金属または半導体）からなるウェハサイズの保持基板１１′を、窒化物半導体積層体２０の窒化物半導体エピタキシャル層１３側に接合させる。一例では、保持基板１１′を金属のメッキにより形成することもできる。   Next, a wafer-sized holding substrate 11 ′ made of a conductive material (metal or semiconductor) is bonded to the nitride semiconductor epitaxial layer 13 side of the nitride semiconductor multilayer body 20 using a conductive adhesive. In one example, the holding substrate 11 'can be formed by metal plating.

保持基板１１′の接合後、窒化物半導体基板１５の裏面にグラインディング、ラッピングまたはポリッシングなどの加工を施し、その厚さを減じる。
次いで、窒化物半導体基板１５の加工面をラッピングまたはポリッシング（好ましくはＣＭＰ）で平滑に仕上げたうえで、その一部にｎ側電極Ｅ１を形成する。 After the holding substrate 11 ′ is bonded, the back surface of the nitride semiconductor substrate 15 is subjected to processing such as grinding, lapping or polishing to reduce its thickness.
Next, the processed surface of the nitride semiconductor substrate 15 is smoothed by lapping or polishing (preferably CMP), and the n-side electrode E1 is formed on a part thereof.

次いで、レーザ加工とエッチングのいずれか、または両方の手段を用いて保持基板１１′上の窒化物半導体積層体２０を切断し、該窒化物半導体積層体２０を素子毎に孤立させる。
最後に、ダイシングソーを用いて保持基板１１を切断することによってＬＥＤ素子をチップ状に切り出す。ダイシングソーで切断する代わりに、レーザ加工により保持基板１１を切断することもできる。 Next, the nitride semiconductor multilayer body 20 on the holding substrate 11 ′ is cut using either or both of laser processing and etching, and the nitride semiconductor multilayer body 20 is isolated for each element.
Finally, the LED element is cut into chips by cutting the holding substrate 11 using a dicing saw. Instead of cutting with a dicing saw, the holding substrate 11 can also be cut by laser processing.

以上一連の工程により、実施形態３に係る窒化物系ＬＥＤ素子を製造することができる。   The nitride LED element according to Embodiment 3 can be manufactured through the series of steps described above.

［実施形態３の変形２に係る窒化物系ＬＥＤ素子の製造方法］
次に、前述の実施形態３の変形２に係る窒化物系ＬＥＤ素子の製造方法を説明する。 [Method of Manufacturing Nitride-Based LED Element According to Modification 2 of Embodiment 3]
Next, a method for manufacturing a nitride-based LED element according to Modification 2 of Embodiment 3 described above will be described.

まず、実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ素子を製造する場合と同様に、ウェハサイズの窒化物半導体基板１５を成長基板に用いて、その上に該基板側からｎ型層１３−１、発光層１３−２、ｐ型層１３−３をこの順に含む窒化物半導体エピタキシャル層１３を成長させて、ウェハサイズの窒化物半導体積層体２０を得る。   First, as in the case of manufacturing the nitride-based LED element according to the first embodiment, a wafer-sized nitride semiconductor substrate 15 is used as a growth substrate, and an n-type layer 13-1 and light emission are formed thereon from the substrate side. The nitride semiconductor epitaxial layer 13 including the layer 13-2 and the p-type layer 13-3 in this order is grown to obtain a wafer-sized nitride semiconductor stacked body 20.

次いで、窒化物半導体エピタキシャル層１３に対してメサエッチングを行い、窒化物半導体基板１５上で発光層１３−２およびｐ型層１３−３を素子毎に孤立させる。このエッチング工程では、後の工程でｎ側電極Ｅ１を形成する場所となるｎ型層１３−３の露出面を同時に形成する。   Next, mesa etching is performed on the nitride semiconductor epitaxial layer 13, and the light emitting layer 13-2 and the p-type layer 13-3 are isolated for each element on the nitride semiconductor substrate 15. In this etching step, an exposed surface of the n-type layer 13-3, which is a place where the n-side electrode E1 is formed in a later step, is formed at the same time.

メサエッチング後、各メサの上面（ｐ型層１３−３の上面）にオーミック電極を含む反射構造１７を形成するとともに、各メサの側面に露出する発光層１３−２の端面上に保護膜として透光性かつ絶縁性の無機薄膜（図示せず）を設ける。また、ｎ型層１３−３の表面にはｎ側電極Ｅ１を形成する。   After the mesa etching, a reflection structure 17 including an ohmic electrode is formed on the upper surface of each mesa (upper surface of the p-type layer 13-3), and a protective film is formed on the end surface of the light emitting layer 13-2 exposed on the side surface of each mesa. A translucent and insulating inorganic thin film (not shown) is provided. An n-side electrode E1 is formed on the surface of the n-type layer 13-3.

次いで、導電性を有する材料（金属または半導体）からなるウェハサイズの保持基板１１を、窒化物半導体積層体２０の窒化物半導体エピタキシャル層１３側に、接着剤を用いて接合させる。このとき、保持基板１１とｎ側電極Ｅ１とは導通となり、保持基板１１とｐ側電極Ｅ２とは非導通となるようにする。そのために、該接合工程の前に、絶縁層２６を反射構造１７の表面に予め設けておく。この絶縁層２６は、ｐ側電極Ｅ２の表面に設ける代わりに、保持基板１１の表面の反射構造１７と対向することになる部分に設けてもよい。   Next, the wafer-sized holding substrate 11 made of a conductive material (metal or semiconductor) is bonded to the nitride semiconductor epitaxial layer 13 side of the nitride semiconductor multilayer body 20 using an adhesive. At this time, the holding substrate 11 and the n-side electrode E1 are made conductive, and the holding substrate 11 and the p-side electrode E2 are made non-conductive. Therefore, an insulating layer 26 is provided in advance on the surface of the reflecting structure 17 before the bonding step. The insulating layer 26 may be provided on the surface of the holding substrate 11 facing the reflecting structure 17 instead of being provided on the surface of the p-side electrode E2.

一例では、保持基板１１の表面に絶縁層２６を設けるだけでなく、その絶縁層２６の上に、窒化物半導体積層体２０に保持基板１１を接合したときに反射構造１７と一体となって導電層を構成する導体層（例えば金属層）を設けておくこともできる。
保持基板１１とｎ側電極Ｅ１との接合には、導電性を有する接着剤を用いる必要がある。 In one example, not only the insulating layer 26 is provided on the surface of the holding substrate 11, but also conductive with the reflective structure 17 when the holding substrate 11 is bonded to the nitride semiconductor multilayer body 20 on the insulating layer 26. A conductor layer (for example, a metal layer) constituting the layer may be provided.
For bonding the holding substrate 11 and the n-side electrode E1, it is necessary to use a conductive adhesive.

保持基板１１の接合後、窒化物半導体基板１５の裏面にグラインディング、ラッピングまたはポリッシングなどの加工を施し、その厚さを減じる。
次いで、窒化物半導体基板１５の加工面側から窒化物半導体積層体２０の一部をエッチング除去することによって反射構造１７を露出させ、ｐ側電極Ｅ２をその露出した反射構造１７上に形成する。前述の、保持基板１１の表面に絶縁層２６を介して導体層を設ける態様では、窒化物半導体積層体２０をエッチングしてこの導体層を露出させ、その表面にｐ側電極Ｅ２を形成することもできる。 After the holding substrate 11 is bonded, the back surface of the nitride semiconductor substrate 15 is subjected to processing such as grinding, lapping, or polishing to reduce its thickness.
Next, the reflective structure 17 is exposed by etching away a part of the nitride semiconductor multilayer body 20 from the processed surface side of the nitride semiconductor substrate 15, and the p-side electrode E <b> 2 is formed on the exposed reflective structure 17. In the embodiment in which the conductor layer is provided on the surface of the holding substrate 11 via the insulating layer 26, the nitride semiconductor multilayer body 20 is etched to expose the conductor layer, and the p-side electrode E2 is formed on the surface. You can also.

次いで、レーザ加工とエッチングのいずれか、または両方の手段を用いて保持基板１１上の窒化物半導体積層体２０を切断し、該窒化物半導体積層体２０を素子毎に孤立させる。
最後に、ダイシングソーを用いて保持基板１１を切断する、あるいはレーザ加工により保持基板１１を切断することによって、ＬＥＤ素子をチップ状に切り出す。 Next, the nitride semiconductor multilayer body 20 on the holding substrate 11 is cut using either or both of laser processing and etching, and the nitride semiconductor multilayer body 20 is isolated for each element.
Finally, the holding substrate 11 is cut using a dicing saw, or the holding substrate 11 is cut by laser processing to cut out the LED elements into chips.

以上一連の工程により、実施形態３の変形２に係る窒化物系ＬＥＤ素子を製造することができる   Through the above-described series of steps, the nitride-based LED element according to Modification 2 of Embodiment 3 can be manufactured.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲内で、種々の変形が可能である。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

１Ａ〜１Ｅ、１Ａ′、１Ｃ′、１Ｄ′、１Ｅ′ 窒化物系ＬＥＤ素子
１１、１１′ 保持基板
１３−１ ｎ型層
１３−２ 発光層
１３−３ ｐ型層
１３ 窒化物半導体エピタキシャル層
１５ 窒化物半導体基板
１７ 反射構造
２０ 窒化物半導体積層体
２１、２２ 透光性電極
２５ 電流ブロック層
２６ 絶縁層
Ｅ１ ｐ側電極
Ｅ２ ｎ側電極 1A to 1E, 1A ', 1C', 1D ', 1E' Nitride-based LED elements 11, 11 'Holding substrate 13-1 N-type layer 13-2 Light-emitting layer 13-3 P-type layer 13 Nitride semiconductor epitaxial layer 15 Nitride semiconductor substrate 17 Reflective structure 20 Nitride semiconductor laminates 21, 22 Translucent electrode 25 Current blocking layer 26 Insulating layer E1 p-side electrode E2 n-side electrode

Claims (27)

窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に成長した、発光構造を備える窒化物半導体エピタキシャル層と、を含む窒化物半導体積層体と、
該窒化物半導体積層体に接合された保持基板とを有し、
該窒化物半導体積層体と該保持基板との間には該発光構造が発する光を反射させる反射構造が設けられ、
該窒化物半導体積層体の厚さが１４μｍ〜７０μｍである、
発光ダイオード素子。 A nitride semiconductor stack including a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor epitaxial layer having a light emitting structure grown on the nitride semiconductor substrate;
A holding substrate bonded to the nitride semiconductor laminate,
A reflection structure for reflecting light emitted from the light emitting structure is provided between the nitride semiconductor laminate and the holding substrate,
The nitride semiconductor laminate has a thickness of 14 μm to 70 μm.
Light emitting diode element. 前記窒化物半導体積層体の面積が５００μｍ×５００μｍの正方形と同等以下であり、前記窒化物半導体積層体の厚さが２０μｍ〜５０μｍである、請求項１の発光ダイオード素子。   2. The light-emitting diode device according to claim 1, wherein an area of the nitride semiconductor multilayer body is equal to or less than a square of 500 μm × 500 μm, and a thickness of the nitride semiconductor multilayer body is 20 μm to 50 μm. 前記窒化物半導体積層体の面積が５００μｍ×５００μｍの正方形より大きく、かつ、２ｍｍ×２ｍｍの正方形と同等以下であり、前記窒化物半導体積層体の厚さが２５μｍ〜５０μｍである、請求項１の発光ダイオード素子。   The area of the nitride semiconductor multilayer body is larger than a square of 500 μm × 500 μm and equal to or less than a square of 2 mm × 2 mm, and the thickness of the nitride semiconductor multilayer body is 25 μm to 50 μm. Light emitting diode element. 前記窒化物半導体基板と前記窒化物半導体エピタキシャル層との界面領域には、前記発光構造が発する光を拡散させる拡散構造が設けられている、請求項１〜３のいずれかの発光ダイオード素子。   The light emitting diode element according to claim 1, wherein a diffusion structure for diffusing light emitted from the light emitting structure is provided in an interface region between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor epitaxial layer. 前記拡散構造が、パターニングされた誘電体膜である、請求項４の発光ダイオード素子。   The light-emitting diode device according to claim 4, wherein the diffusion structure is a patterned dielectric film. 前記誘電体膜の屈折率は、前記窒化物半導体基板の屈折率および前記窒化物半導体エピタキシャル層の前記誘電体膜に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、請求項５の発光ダイオード素子。   The light emitting diode element according to claim 5, wherein a refractive index of the dielectric film is lower than any of a refractive index of the nitride semiconductor substrate and a refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric film. 前記誘電体膜が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物で形成されている、請求項５または６の発光ダイオード素子。   The light emitting diode device according to claim 5 or 6, wherein the dielectric film is formed of a metal oxide, nitride, or oxynitride. 前記拡散構造が、前記窒化物半導体基板の表面に設けられた窪みである、請求項４の発光ダイオード素子。   The light-emitting diode element according to claim 4, wherein the diffusion structure is a depression provided on a surface of the nitride semiconductor substrate. 前記窪みの内壁を誘電体からなるマスクが覆っている、請求項８の発光ダイオード素子。   The light emitting diode device according to claim 8, wherein a mask made of a dielectric covers the inner wall of the recess. 前記窪みの内側が誘電体で埋め込まれている、請求項８の発光ダイオード素子。   The light emitting diode element according to claim 8, wherein an inner side of the recess is embedded with a dielectric. 前記誘電体の屈折率は、前記窒化物半導体基板の屈折率および前記窒化物半導体エピタキシャル層の前記誘電体に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、請求項１０の発光ダイオード素子。   The light emitting diode element according to claim 10, wherein a refractive index of the dielectric is lower than any of a refractive index of the nitride semiconductor substrate and a refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric. 前記誘電体が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物である、請求項１０または１１の発光ダイオード素子。   The light emitting diode device according to claim 10 or 11, wherein the dielectric is a metal oxide, nitride, or oxynitride. 前記保持基板が導電性を有し、前記窒化物半導体積層体は前記保持基板側からｐ型層、ｎ型層および前記窒化物半導体基板をこの順に含み、ｎ側電極が前記ｐ型層に設けられた貫通孔を通して前記保持基板と前記ｎ型層とを接続しており、前記保持基板と該ｐ型層とは絶縁層によって絶縁されており、該ｐ型層と該絶縁層との間に配置され該ｐ型層に接続された導電層の一部が前記窒化物半導体積層体の一部除去によって前記保持基板側とは反対側に露出しており、該導電層の該露出した部分にｐ側電極が設けられている、請求項１〜１２のいずれかの発光ダイオード素子。   The holding substrate has conductivity, and the nitride semiconductor stacked body includes a p-type layer, an n-type layer, and the nitride semiconductor substrate in this order from the holding substrate side, and an n-side electrode is provided on the p-type layer. The holding substrate and the n-type layer are connected through the formed through hole, the holding substrate and the p-type layer are insulated by an insulating layer, and the p-type layer and the insulating layer are interposed between the holding substrate and the n-type layer. A part of the conductive layer disposed and connected to the p-type layer is exposed on the side opposite to the holding substrate side by partial removal of the nitride semiconductor multilayer body, and the exposed part of the conductive layer is exposed to the exposed part. The light-emitting diode element according to claim 1, wherein a p-side electrode is provided. 前記ｎ側電極が２個以上設けられている、請求項１３の発光ダイオード素子。   The light emitting diode element according to claim 13, wherein two or more n-side electrodes are provided. 前記ｐ側電極が２個以上設けられている、請求項１３または１４の発光ダイオード素子。   The light-emitting diode element according to claim 13 or 14, wherein two or more p-side electrodes are provided. 発光ダイオード素子の製造方法であって、
２００μｍ〜６００μｍの厚さを有するウェハサイズの窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に成長した、発光構造を備える窒化物半導体エピタキシャル層と、を含む窒化物半導体積層体を準備する第１ステップと、
該窒化物半導体積層体に、該発光構造が発する光を反射させる反射構造を介して、保持基板を接合する第２ステップと、
該窒化物半導体積層体の厚さが１４μｍ〜７０μｍとなるように、該窒化物半導体基板の厚さを１０μｍ〜６０μｍに減じる第３ステップと、
を含む発光ダイオード素子の製造方法。 A method for manufacturing a light-emitting diode element, comprising:
First preparing a nitride semiconductor stacked body including a wafer-sized nitride semiconductor substrate having a thickness of 200 μm to 600 μm and a nitride semiconductor epitaxial layer having a light emitting structure grown on the nitride semiconductor substrate. Steps,
A second step of bonding a holding substrate to the nitride semiconductor multilayer body via a reflecting structure that reflects light emitted by the light emitting structure;
A third step of reducing the thickness of the nitride semiconductor substrate to 10 μm to 60 μm so that the thickness of the nitride semiconductor laminate becomes 14 μm to 70 μm;
The manufacturing method of the light emitting diode element containing this. 前記第３ステップでは前記窒化物半導体積層体の厚さが２０μｍ〜５０μｍとなるように前記窒化物半導体基板の厚さを減じ、更に、前記第３ステップの後に、前記窒化物半導体積層体の面積が５００μｍ×５００μｍの正方形と同等以下となるように前記窒化物半導体積層体を分断するステップを有する、請求項１６の製造方法。   In the third step, the thickness of the nitride semiconductor substrate is reduced so that the thickness of the nitride semiconductor multilayer body becomes 20 μm to 50 μm, and after the third step, the area of the nitride semiconductor multilayer body is reduced. The manufacturing method according to claim 16, further comprising a step of dividing the nitride semiconductor multilayer body so that the size becomes equal to or less than a square of 500 μm × 500 μm. 前記第３ステップでは前記窒化物半導体積層体の厚さが２５μｍ〜５０μｍとなるように前記窒化物半導体基板の厚さを減じ、更に、前記第３ステップの後に、前記窒化物半導体積層体の面積が５００μｍ×５００μｍの正方形より大きく、かつ、２ｍｍ×２ｍｍの正方形と同等以下となるように、前記窒化物半導体積層体を分断するステップを有する、請求項１６の製造方法。   In the third step, the thickness of the nitride semiconductor substrate is reduced so that the thickness of the nitride semiconductor multilayer body is 25 μm to 50 μm. Further, after the third step, the area of the nitride semiconductor multilayer body is reduced. The manufacturing method according to claim 16, further comprising a step of dividing the nitride semiconductor stacked body so that is larger than a square of 500 μm × 500 μm and equal to or less than a square of 2 mm × 2 mm. 前記窒化物半導体積層体が、前記窒化物半導体基板と前記窒化物半導体エピタキシャル層との界面領域に設けられ、前記発光構造が発する光を拡散させる拡散構造を有する、請求項１６〜１８のいずれかの製造方法。   The said nitride semiconductor laminated body is provided in the interface region of the said nitride semiconductor substrate and the said nitride semiconductor epitaxial layer, and has the diffusion structure which diffuses the light which the said light emitting structure emits. Manufacturing method. 前記拡散構造が、パターニングされた誘電体膜である、請求項１９の製造方法。   The manufacturing method according to claim 19, wherein the diffusion structure is a patterned dielectric film. 前記誘電体膜の屈折率は、前記窒化物半導体基板の屈折率および前記窒化物半導体エピタキシャル層の前記誘電体膜に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、請求項２０の製造方法。   21. The manufacturing method according to claim 20, wherein a refractive index of the dielectric film is lower than any of a refractive index of the nitride semiconductor substrate and a refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric film. 前記誘電体膜が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物で形成されている、請求項２０または２１の製造方法。   The method according to claim 20 or 21, wherein the dielectric film is formed of a metal oxide, nitride, or oxynitride. 前記拡散構造が、前記窒化物半導体基板の表面に設けられた窪みである、請求項１９の製造方法。   The manufacturing method according to claim 19, wherein the diffusion structure is a depression provided on a surface of the nitride semiconductor substrate. 前記窪みの内壁を誘電体からなるマスクが覆っている、請求項２３の製造方法。   The manufacturing method according to claim 23, wherein a mask made of a dielectric covers the inner wall of the recess. 前記窪みの内側が誘電体で埋め込まれている、請求項２４の製造方法。   The manufacturing method according to claim 24, wherein the inside of the recess is embedded with a dielectric. 前記誘電体の屈折率は、前記窒化物半導体基板の屈折率および前記窒化物半導体エピタキシャル層の前記誘電体に接する部分の屈折率のいずれよりも低い、請求項２５の製造方法。   26. The manufacturing method according to claim 25, wherein a refractive index of the dielectric is lower than any of a refractive index of the nitride semiconductor substrate and a refractive index of a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer in contact with the dielectric. 前記誘電体が金属の酸化物、窒化物または酸窒化物である、請求項２５または２６の製造方法。   27. The method according to claim 25 or 26, wherein the dielectric is a metal oxide, nitride, or oxynitride.
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