JP5030398B2 - Gallium nitride compound semiconductor light emitting device - Google Patents
Gallium nitride compound semiconductor light emitting device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5030398B2 JP5030398B2 JP2005195095A JP2005195095A JP5030398B2 JP 5030398 B2 JP5030398 B2 JP 5030398B2 JP 2005195095 A JP2005195095 A JP 2005195095A JP 2005195095 A JP2005195095 A JP 2005195095A JP 5030398 B2 JP5030398 B2 JP 5030398B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gallium nitride
- compound semiconductor
- transparent material
- semiconductor light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関し、特に光取り出し効率に優れた反射型の正極を備えたフリップチップ型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device, and more particularly, to a flip-chip gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device including a reflective positive electrode excellent in light extraction efficiency.
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始めとして、種々の酸化物や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。 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 oxides and III-V compounds as substrates, and metalorganic vapor phase chemical reaction method (MOCVD method) or molecular beam epitaxy method (MBE method). And so on.
ＧａＮ系化合物半導体材料の特性として、横方向への電流拡散が小さいことがある。そのために、電極直下の半導体にしか電流が注入されず、発光層で発光した光は電極に遮られて外部に取り出されない。そこで、この系の発光素子の正極としては、一つには透明電極が用いられ、正極を通して光が取り出される。一方、フリップチップと呼ばれる、反射型の正極を用いて発光した光を基板側から取り出す方式も採用されている。 A characteristic of the GaN-based compound semiconductor material is that current diffusion in the lateral direction is small. Therefore, current is injected only into the semiconductor directly under the electrode, and light emitted from the light emitting layer is blocked by the electrode and is not extracted outside. Therefore, a transparent electrode is used as a positive electrode of this type of light emitting element, and light is extracted through the positive electrode. On the other hand, a method called a flip chip, in which light emitted from a reflective positive electrode is taken out from the substrate side, is also employed.
従来のフリップチップ型素子用の正極は、ＰｔやＮｉなどのコンタクト金属とＲｈ、Ａｇなどの反射金属を組み合わせた層構造（例えば特許文献１参照）であった。 A conventional positive electrode for a flip chip type element has a layer structure in which a contact metal such as Pt or Ni and a reflective metal such as Rh or Ag are combined (for example, see Patent Document 1).
一方、発光素子の外部量子効率は、光取出し効率と内部量子効率を掛け合わせたものとして表される。内部量子効率とは、素子に注入した電流のエネルギーのうち、光に変換される割合である。一方の光取り出し効率とは、半導体結晶内部で発生した光の内、外部へ取り出すことのできる割合である。 On the other hand, the external quantum efficiency of the light emitting element is expressed as the product of the light extraction efficiency and the internal quantum efficiency. Internal quantum efficiency is the ratio of energy converted to light in the energy of current injected into the device. One light extraction efficiency is the proportion of light generated inside the semiconductor crystal that can be extracted outside.
透明電極を用いた方式において、半導体結晶から大気中への光取出し効率を増大させる手法として、半導体の光取り出し面に凹凸加工を施す技術がある。半導体面にこのような加工を施すには、ドライエッチング、ウエットエッチングによる方法や、ダイシング、ダイヤモンド針によるスクライビング、レーザスクライビングなどによる方法が採られる。しかし半導体材料に加工を施すことは、半導体層に負荷を掛けダメージを残すため、光取出し効率を向上させても、内部量子効率を減少させてしまい、発光強度の増大が得られなかった。さらに、場合によってはリーク電流の発生など発光素子の破壊を伴って、発光素子の歩留まりが低下することがあった。 In a method using a transparent electrode, as a technique for increasing the light extraction efficiency from the semiconductor crystal to the atmosphere, there is a technique of performing uneven processing on the light extraction surface of the semiconductor. In order to perform such processing on the semiconductor surface, a method using dry etching or wet etching, a method using dicing, scribing with a diamond needle, laser scribing, or the like is employed. However, processing the semiconductor material places a load on the semiconductor layer and leaves damage. Therefore, even if the light extraction efficiency is improved, the internal quantum efficiency is decreased, and the emission intensity cannot be increased. Further, in some cases, the yield of the light-emitting elements may be reduced due to destruction of the light-emitting elements such as generation of leakage current.
そこで、光取り出し効率を増大させるための凹凸を設ける層を半導体層上に形成し、光取出し効率を向上させる技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。この技術によれば、半導体層そのものに凹凸加工を施すのではなく、半導体層上の透明の材料からなる層に凹凸加工を施すので、半導体にダメージを与えることなく光取り出し効率の増大を図ることができる。しかしながら、この特許文献２は、あくまでも透光性電極を使用した型の素子についての発明である。また、この特許文献２には、凹凸を設ける層を構成する透明材料として、ポリカーボネイト、窒化シリコン、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化アンチモン、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタン、硫化亜鉛および酸化ビスマスなどが開示されている。
Therefore, a technique for improving the light extraction efficiency by forming a layer having unevenness for increasing the light extraction efficiency on the semiconductor layer has been proposed (see, for example, Patent Document 2). According to this technology, the semiconductor layer itself is not roughened, but the layer made of a transparent material on the semiconductor layer is roughened, so that the light extraction efficiency can be increased without damaging the semiconductor. Can do. However, this
また、一般的な半導体素子のような、薄膜の積層構造の場合、光取り出し効率を下げている要因の一つには多重反射がある。基板の表面・裏面、誘電率の異なる層の界面、および反射膜を形成した面等で多重反射が生じ、発光が透明材料内を往復する間に、材料による吸収などで減衰してしまう。 In the case of a thin film laminated structure such as a general semiconductor element, multiple reflection is one of the factors that reduce the light extraction efficiency. Multiple reflections occur on the front and back surfaces of the substrate, the interface between layers having different dielectric constants, the surface on which the reflective film is formed, etc., and light emission attenuates due to absorption by the material while reciprocating in the transparent material.
フリップチップの場合、反射型の電極と半導体／基板の界面で多重反射が生じて、光取り出し効率を下げている。そこでいずれかの反射面を凹凸とし、多重反射を回避する構造を作製することが望まれる。 In the case of a flip chip, multiple reflection occurs at the interface between the reflective electrode and the semiconductor / substrate, reducing the light extraction efficiency. Therefore, it is desirable to make a structure that makes any of the reflecting surfaces uneven and avoids multiple reflections.
方法の一つは、結晶を成長させる基板を凹凸の表面とし、基板と半導体の界面を凹凸面とする方法である（例えば特許文献３参照）。しかし、この方法では結晶成長の基板を凹凸としなければならないため、安定してウエーハ内で均一に、ミラー状の綺麗な結晶膜を得ることが難しくなる。反対に、反射電極面を凹凸とする方法もある（例えば特許文献４参照）。しかし、従来のフリップチップ電極では、コンタクト金属が反射金属を兼ねているか、またはコンタクト金属がごく薄いために、反射電極面を凹凸にするためには、半導体の表面に加工を施す必要があった。半導体表面に加工を施すことは、前述したように内部量子効率へのダメージが生じて、思うように発光の出力は上がらない。 One of the methods is a method in which a substrate on which a crystal is grown is an uneven surface, and an interface between the substrate and the semiconductor is an uneven surface (see, for example, Patent Document 3). However, in this method, since the substrate for crystal growth must be uneven, it becomes difficult to obtain a beautiful mirror-like crystal film stably and uniformly in the wafer. On the contrary, there is also a method of making the reflective electrode surface uneven (see, for example, Patent Document 4). However, in the conventional flip chip electrode, since the contact metal also serves as the reflective metal or the contact metal is very thin, it is necessary to process the surface of the semiconductor in order to make the reflective electrode surface uneven. . Processing the semiconductor surface causes damage to the internal quantum efficiency as described above, and the output of light emission does not increase as expected.
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、光取り出し効率に優れた反射型正極を備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することである。
本発明において透明あるいは透光性とは、３００〜６００ｎｍの波長領域における光に対して透光性であることを意味する。
An object of the present invention is to provide a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device including a reflective positive electrode that solves the above-described problems and is excellent in light extraction efficiency.
In the present invention, the term “transparent or translucent” means being translucent to light in the wavelength region of 300 to 600 nm.
本発明は、下記の発明を提供する。
（１）基板上にｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層からなる窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造体を有する発光素子において、ｐ型半導体層上に設けられた正極が透明材料層および該透明材料層上に設けられた反射性金属層からなる反射型正極であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
The present invention provides the following inventions.
(1) In a light-emitting element having a stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor including an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer on a substrate, the positive electrode provided on the p-type semiconductor layer is a transparent material layer and A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element, which is a reflective positive electrode made of a reflective metal layer provided on the transparent material layer.
（２）透明材料層が導電性材料を含む上記１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(2) The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to the
（３）透明材料層が非導電性材料を含む上記１または２項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(3) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the
（４）透明材料層がｐ型半導体と接触しており、正極コンタクト層として機能している上記２項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(4) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the
（５）透明材料層とｐ型半導体との間に、正極コンタクト層を有する上記１〜３項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(5) The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to any one of the
（６）透明材料層が、ＩＴＯ、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｎＡｌＯおよびＳｎＯ2からなる群より選ばれた少なくとも一種の材料からなる上記２〜５項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(6) The transparent material layer, ITO, TiO 2, ZnO, ZnS, Bi 2
（７）透明材料層が、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＺｎＡｌＯおよびＳｎＯ2からなる群より選ばれた少なくとも一種の材料からなる上記６項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(7) The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to the
（８）反射性金属層が、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属、またはこれらの金属の少なくとも一種を含む合金からなる上記１〜７項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 (8) The reflective metal layer is at least one metal selected from the group consisting of Ag, Al, Fe, Cr, Ti, Co, Ni, Pd, Os, Ru, Pt, Rh and Ir, or these metals The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to any one of 1 to 7 above, which is made of an alloy containing at least one of the above.
（９）反射性金属層が、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属、またはこれらの金属の少なくとも一種を含む合金からなる上記８項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(9) The reflective metal layer according to the
（１０）反射性金属層が、ＡｇまたはＡｌから選ばれた少なくとも一種の金属、またはこれらの金属の少なくとも一種を含む合金からなる上記９項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 (10) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the above item 9, wherein the reflective metal layer is made of at least one metal selected from Ag or Al, or an alloy containing at least one of these metals.
（１１）反射性金属層の透明材料層側の表面が凹凸を有する上記１〜１０項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(11) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to any one of the
（１２）透明材料層の反射性金属層側の表面が凹凸を有する上記１１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(12) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the
（１３）凹凸の形状がストライプ状である上記１１または１２項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(13) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the
（１４）凹凸の形状がドット状または格子状である上記１１または１２項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(14) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the
（１５）凹凸の形状がランダム状である上記１１または１２項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(15) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the
（１６）凹凸が曲面で構成されている上記１１〜１５項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(16) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to any one of the
（１７）凹凸が基板面に対して傾斜した平面で構成されている上記１１〜１５項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 (17) The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to any one of the above 11 to 15, wherein the unevenness is configured by a plane inclined with respect to the substrate surface.
（１８）傾斜した平面が、基板面に対して５度から８５度の角度を成す上記１７項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 (18) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the above item 17, wherein the inclined plane forms an angle of 5 to 85 degrees with respect to the substrate surface.
（１９）凹凸の高低差が０．０１〜１０μｍである上記１１〜１８項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
(19) The gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to any one of the
（２０）上記１〜１９項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
(20) A lamp comprising the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to any one of
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、半導体層の結晶性が良好であり、かつ、発光層で発光した光が素子内で多重反射することなく効率よく外部に取り出され、光取り出し効率に優れているので、極めて大きな発光出力を有する。 The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the present invention has good crystallinity of the semiconductor layer, and light emitted from the light-emitting layer is efficiently extracted outside without multiple reflection in the device, thereby improving light extraction efficiency. Since it is excellent, it has a very large light output.
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、フリップチップタイプの素子構造であり、正極は透明材料層と反射性金属層からなっている。透明材料層には、ＩＴＯおよびＺｎＯなどの導電性透明酸化物を使用できる。また、透明材料層には、ＳｉＯ2およびＳｉＮなどの非導電性透明材料を用いることもでき、その場合は、半導体に接して形成され、半導体と電気的に接触する正極コンタクト層が必須となる。 The gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention has a flip chip type device structure, and the positive electrode is composed of a transparent material layer and a reflective metal layer. A conductive transparent oxide such as ITO and ZnO can be used for the transparent material layer. In addition, a non-conductive transparent material such as SiO 2 and SiN can be used for the transparent material layer. In this case, a positive electrode contact layer that is formed in contact with the semiconductor and is in electrical contact with the semiconductor is essential. .
また、該透明材料層の半導体とは反対側に反射性金属層が形成されていて、透明材料層の表面に施された凹凸の加工によって、反射性金属層の光反射面は凹凸の形状を持っている。即ち、半導体層自体ではなく、半導体層または正極コンタクト層上に形成された透明材料層に凹凸加工を施した上で反射性金属層を形成することにより、内部量子効率をさげることなく、光取出し効率を向上することが可能となった。 In addition, a reflective metal layer is formed on the opposite side of the transparent material layer from the semiconductor, and the light reflecting surface of the reflective metal layer has a concavo-convex shape by processing the concavo-convex formed on the surface of the transparent material layer. have. That is, light extraction without reducing internal quantum efficiency by forming a reflective metal layer on the transparent material layer formed on the semiconductor layer or the positive electrode contact layer instead of the semiconductor layer itself, and forming a reflective metal layer It became possible to improve efficiency.
加工を施すための透明材料層は、正極コンタクト層を兼ねることもできる。重要なことは、透明材料層が、充分な透光性を有しており、ある程度の膜厚を有していて、多重反射を回避することができるような凹凸を形成できることである。透明材料層の膜厚としては、５０ｎｍから１０μｍあることが望ましい。 The transparent material layer for processing can also serve as the positive electrode contact layer. What is important is that the transparent material layer has sufficient translucency, has a certain film thickness, and can form irregularities that can avoid multiple reflections. The thickness of the transparent material layer is desirably 50 nm to 10 μm.
本明細書で用いる透明および透光性という用語は、必ずしも１００％の光透過率を全波長域で発揮することを意味するものではなく、半導体内部で発生した光を外部に取り出す機能を有することを意味する。従って、発光波長における光透過率にして５０％以上であるように、材料と膜厚を制御して作製した膜に対して、この用語を使用する。 The terms “transparent” and “translucent” used in this specification do not necessarily mean that 100% light transmittance is exhibited in the entire wavelength region, but has a function of extracting light generated inside the semiconductor to the outside. Means. Therefore, this term is used for a film manufactured by controlling the material and the film thickness so that the light transmittance at the emission wavelength is 50% or more.
図１は、実施例１で作製された本発明のフリップチップ型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示した模式図である。１０がフリップチップ用の正極であり、正極コンタクト層を兼ねた透明材料層１２、反射性金属層１３、オーバーコート層１４およびボンディング層１５から構成されている。導電性の透明材料（実施例１ではＩＴＯ）からなる正極コンタクト層を兼ねた透明材料層１２の最表面に凹凸加工処理が施されている。１は基板である。２はＧａＮ系化合物半導体層であり、ｎ型半導体層３、発光層４およびｐ型半導体層５から構成される。６はバッファ層であり、２０は負極である。
FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a flip chip type gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention produced in Example 1. FIG.
この場合の透明材料層１２を構成する材料は、導電性の透明材料であればどのようなものを用いても良い。例えば、前記特許文献２に列挙されたものも使用出来る（特許文献２には、凹凸を設ける層を構成する透明材料として、ポリカーボネイト、窒化シリコン、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化アンチモン、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタン、硫化亜鉛および酸化ビスマスなどが開示されている）。中でも、導電率の高い透明材料、例えばＩＴＯ、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｎＡｌＯおよびＳｎＯ2などが望ましい。さらに好ましくは、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＺｎＡｌＯおよびＳｎＯ2である。特に、ＩＴＯおよびＺｎＯは優れた透明性と導電率を持つ安価な材料であり、本発明に用いるのに適した材料である。
Any material may be used for the
透明材料層の厚さは、５０ｎｍから１０μｍであることが好ましい。５０ｎｍ未満では、光取り出し効率の向上に有効な凹凸加工ができない。１０μｍを超えると、光透過性の低下が著しく発光出力の低下が危惧される。１００ｎｍ〜５μｍがさらに好ましい。 The thickness of the transparent material layer is preferably 50 nm to 10 μm. If it is less than 50 nm, the uneven | corrugated process effective for the improvement of light extraction efficiency cannot be performed. If it exceeds 10 μm, the light transmittance is remarkably lowered, and the light emission output is likely to be lowered. More preferably, it is 100 nm-5 micrometers.
図１１は、透明材料層が非導電性の材料から場合である実施例２で作製された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示した模式図である。図１と同様に、１０が正極であり、正極コンタクト層１１、透明材料層１２、反射性金属層１３、オーバーコート層１４およびボンディング層１５から構成されている。１は基板である。２はＧａＮ系化合物半導体層であり、ｎ型半導体層３、発光層４およびｐ型半導体層５から構成される。６はバッファ層であり、２０は負極である。透明材料層１２の最表面に凹凸加工処理が施されている。
FIG. 11 is a schematic view showing a cross section of the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device manufactured in Example 2 where the transparent material layer is made of a non-conductive material. As in FIG. 1,
図１１に示したように、透明材料層１２が非導電性の場合、導電性材料からなる透明な正極コンタクト層１１が必須となる。そして、透明材料層は連続した層ではなく、正極コンタクト層１１がむき出しになった領域が含まれ、その領域で反射性金属層１３と正極コンタクト層１１が接触している方が、駆動電圧を低減させる目的から望ましい。ボンディング層１５から電極に注入された電流を正極コンタクト層１１に均一に流すには、絶縁体である透明材料層１２が正極コンタクト層１１の全面を覆うのではなく、反射性金属層１３がとところどころで正極コンタクト層１１と接触する構造とした方が望ましい。
As shown in FIG. 11, when the
透明材料層を構成する非導電性の材料としては、非導電性の透明材料であればどのようなものを用いても良い。例えば、前記特許文献２に列挙されたものも使用出来る。中でも、導電率の低い透明材料、例えばＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4およびＣａＦ2などが好ましい。
一般的に、より透明性の高い材料は非導電性であることが多く、このような材料を使いたい場合、正極コンタクト層を設けることで、発光出力を上げることができる。
As the non-conductive material constituting the transparent material layer, any non-conductive transparent material may be used. For example, those listed in
In general, a material having higher transparency is often non-conductive. When such a material is desired to be used, a light emitting output can be increased by providing a positive electrode contact layer.
非導電性の透明材料層の厚さは、導電性の透明材料層と同様に、１０ｎｍから１０μｍであることが好ましい。１０ｎｍ未満では、光取り出し効率の向上に有効な凹凸加工ができない。１０μｍを超えると、光透過性の低下が著しく発光出力の低下が危惧される。１００ｎｍ〜５μｍがさらに好ましい。 The thickness of the non-conductive transparent material layer is preferably 10 nm to 10 μm, similarly to the conductive transparent material layer. If the thickness is less than 10 nm, uneven processing effective for improving light extraction efficiency cannot be performed. If it exceeds 10 μm, the light transmittance is remarkably lowered, and the light emission output is likely to be lowered. More preferably, it is 100 nm-5 micrometers.
透明材料層の表面に凹凸を設けるには、一旦平坦な表面を有する透明材料層を成膜した後、透明材料層の一部を削除して凹部を形成する方法と透光性膜を部分的にさらに積層して凸部を形成する方法がある。また、透明材料層を形成する際の成膜条件を制御することで凹凸を形成することも可能である。これらの中でも、一旦平坦な表面を有する透明材料層を成膜した後、透明材料層の一部を削除して凹部を形成する方法が、形状を制御しやすいため、好ましい。 In order to provide unevenness on the surface of the transparent material layer, after forming a transparent material layer having a flat surface once, a method of forming a recess by partially removing the transparent material layer and a translucent film partially Further, there is a method of forming a convex portion by further laminating. It is also possible to form irregularities by controlling the film forming conditions when forming the transparent material layer. Among these, a method of forming a recess by removing a part of the transparent material layer after forming a transparent material layer having a flat surface is preferable because the shape can be easily controlled.
本発明において、凹凸は基板面に対して垂直の面のみで構成されていても構わないし、基板面に対して傾斜した平面から構成される凹凸であっても構わない。しかしながら、多重反射を回避する効果は、基板面に対して傾斜した平面から構成される凹凸を含む方が望ましい。「基板面に対して傾斜した平面から構成される凹凸」とは、凹部または凸部を構成する透明材料層表面の少なくとも一部が基板面に対して傾斜した平面であることをいう。 In the present invention, the unevenness may be constituted only by a surface perpendicular to the substrate surface, or may be an unevenness constituted by a plane inclined with respect to the substrate surface. However, it is desirable that the effect of avoiding multiple reflections includes unevenness constituted by a plane inclined with respect to the substrate surface. “Unevenness constituted by a plane inclined with respect to the substrate surface” means that at least a part of the surface of the transparent material layer constituting the concave portion or the convex portion is a flat surface inclined with respect to the substrate surface.
例えば、透明材料層の表面に存在する凹凸が、図４（平面図）および図５（図４のＸＹ切断断面図）に示したように凸部がストライプ状に存在しているパターンの場合、凸部を構成する透明材料層の表面Ａ、ＢおよびＣのうちＡおよびＣが基板面に対して傾斜した平面となっている。勿論、基板面に平行な面Ｂが存在せず、凸部がＡおよびＣ面のみで構成されていてもよいし、ＡおよびＣ面のうちどちらかが基板面に対して垂直であってもよい。凸部を構成する全ての面が基板面に対して傾斜した平面であることが、多重反射を効率よく回避し、光取り出し効率の向上にとって好ましい。 For example, in the case where the unevenness present on the surface of the transparent material layer is a pattern in which convex portions are present in a stripe shape as shown in FIG. 4 (plan view) and FIG. 5 (XY cut sectional view of FIG. 4), Of the surfaces A, B, and C of the transparent material layer constituting the convex portion, A and C are flat surfaces inclined with respect to the substrate surface. Of course, the surface B parallel to the substrate surface does not exist, and the convex portion may be composed only of the A and C surfaces, or either of the A and C surfaces is perpendicular to the substrate surface. Good. It is preferable for improving the light extraction efficiency by efficiently avoiding multiple reflections so that all the surfaces constituting the convex portion are inclined planes with respect to the substrate surface.
基板面に対して傾斜した平面の角度は基板面に対して５度から８５度の範囲であることが好ましい。５度未満または８５度を超えると光取り出し効率が向上し難い。好ましくは１５度から７５度の範囲であり、特に好ましくは３０度から６０度の範囲である。 The angle of the plane inclined with respect to the substrate surface is preferably in the range of 5 to 85 degrees with respect to the substrate surface. If it is less than 5 degrees or exceeds 85 degrees, it is difficult to improve the light extraction efficiency. The range is preferably 15 to 75 degrees, and particularly preferably 30 to 60 degrees.
透明材料層の表面に存在する凹凸はどのようなパターンを取る事も可能である。中でも、上述したストライプ状とすることは、加工のしやすさの面から望ましい。その際、ストライプ状の凹部または凸部の幅はその最大部で１μｍ〜５００μｍが好ましい。１μｍ以下では加工が難しくなり、５００μｍ以上では各チップ面内に充分な数のストライプを作りこむことができない。さらに好ましくは、１０μｍ〜１００μｍである。ピッチは１μｍ〜５００μｍが好ましい。１μｍ以下では加工が難しくなり、５００μｍ以上では各チップ面内に充分な数のストライプを作りこむことができない。さらに好ましくは、１０μｍ〜１００μｍである。 The unevenness present on the surface of the transparent material layer can take any pattern. Among these, the stripe shape described above is desirable from the viewpoint of ease of processing. At that time, the width of the stripe-shaped concave portion or convex portion is preferably 1 μm to 500 μm at the maximum portion. If it is 1 μm or less, processing becomes difficult, and if it is 500 μm or more, a sufficient number of stripes cannot be formed in each chip surface. More preferably, it is 10 micrometers-100 micrometers. The pitch is preferably 1 μm to 500 μm. If it is 1 μm or less, processing becomes difficult, and if it is 500 μm or more, a sufficient number of stripes cannot be formed in each chip surface. More preferably, it is 10 micrometers-100 micrometers.
一方、凹凸の形状を図６（平面図）および図７（図６のＸＹ切断断面図）に示したようなドット状の凸部とすることは、多重反射を効率よく回避し、かつ、光を発光素子の周囲のどの方向からも均等に取り出すことができるため、配光均一性の面から好ましい。上記のストライプ状では、ストライプに平行な方向と直角な方向で、取り出される光の強度が異なるため、配光均一性ではドット状に劣る。 On the other hand, by forming the concave and convex shapes as dot-shaped convex portions as shown in FIG. 6 (plan view) and FIG. 7 (XY cut cross-sectional view of FIG. 6), multiple reflections can be efficiently avoided and light Can be taken out evenly from any direction around the light emitting element, which is preferable in terms of light distribution uniformity. In the above stripe shape, the intensity of the extracted light is different in a direction perpendicular to the direction parallel to the stripe, so that the light distribution uniformity is inferior to the dot shape.
ドット状の凸部の幅および長さは、その最大部で１μｍ〜５００μｍが好ましい。１μｍ以下では加工が難しくなり、５００μｍ以上では各チップ面内に充分な数のドットを作りこむことができない。さらに好ましくは、１０μｍ〜１００μｍである。ピッチは１μｍ〜５００μｍが好ましい。１μｍ以下では加工が難しくなり、５００μｍ以上では各チップ面内に充分な数のドットを作りこむことができない。さらに好ましくは、１０μｍ〜１００μｍである。 The width and length of the dot-shaped convex part is preferably 1 μm to 500 μm at the maximum part. If it is 1 μm or less, processing becomes difficult, and if it is 500 μm or more, a sufficient number of dots cannot be formed in each chip surface. More preferably, it is 10 micrometers-100 micrometers. The pitch is preferably 1 μm to 500 μm. If it is 1 μm or less, processing becomes difficult, and if it is 500 μm or more, a sufficient number of dots cannot be formed in each chip surface. More preferably, it is 10 micrometers-100 micrometers.
さらに、凹凸の形状を図８（平面図）および図９（図８のＸＹ切断断面図）に示したような格子状の凸部とすることは、多重反射を効率よく回避し、かつ、凹凸加工のし易さと配光均一性の両方を兼ね備えさせることができるので、最も望ましい。その際、凸部の幅はその最大部で１μｍ〜５００μｍが好ましい。１μｍ以下では加工が難しくなり、５００μｍ以上では各チップ面内に充分な数の凸部を作りこむことができない。さらに好ましくは、１０μｍ〜１００μｍである。ピッチは１μｍ〜５００μｍが好ましい。１μｍ以下では加工が難しくなり、５００μｍ以上では各チップ面内に充分な数の凸部を作りこむことができない。さらに好ましくは、１０μｍ〜１００μｍである。 Furthermore, by making the uneven shape into a lattice-shaped convex portion as shown in FIG. 8 (plan view) and FIG. 9 (XY cut cross-sectional view in FIG. 8), multiple reflections can be efficiently avoided, and the uneven shape This is the most desirable because it can have both ease of processing and light distribution uniformity. At that time, the maximum width of the convex portion is preferably 1 μm to 500 μm. If it is 1 μm or less, processing becomes difficult, and if it is 500 μm or more, a sufficient number of convex portions cannot be formed in each chip surface. More preferably, it is 10 micrometers-100 micrometers. The pitch is preferably 1 μm to 500 μm. If it is 1 μm or less, processing becomes difficult, and if it is 500 μm or more, a sufficient number of convex portions cannot be formed in each chip surface. More preferably, it is 10 micrometers-100 micrometers.
透明材料層の表面に形成される凹凸の形状としては、ランダムな形状であっても良い。その場合は、大きさ、幅、深さおよび斜面の角度などが様々な値を持つ凹凸が形成される。凹部または凸部の平面形状も、様々である。
このような形状を作製するには、先述の膜を形成する場合の条件を制御する方法のほか、ドライエッチングやウェットエッチングなどを用いて最表面をランダムに加工する方法を用いることもできる。
The uneven shape formed on the surface of the transparent material layer may be a random shape. In that case, irregularities having various values such as size, width, depth and angle of the slope are formed. The planar shape of the concave portion or the convex portion is also various.
In order to produce such a shape, in addition to the method for controlling the conditions for forming the above-described film, a method for randomly processing the outermost surface using dry etching, wet etching, or the like can be used.
透明材料層の表面に存在する凹凸の断面形状は、どのような形状を持つこともできる。最も一般的なのは、単一の角度の面で形成される、三角形或いはＶ字型の形状であるが、その他、２種類の角度の面で形成される五角形、３種類の角度の面で形成される七角形の形状であっても良い。しかしながら、多種類の角度で形成される形状を取る断面は形成することが難しく、収率を落とすことが多い。最も有効なのは、三角形或いはＶ字型の形状である。また、三角形或いはＶ字型の先端部が切り落とされて基板面に対して平行な面となった台形でもよい。 The cross-sectional shape of the unevenness present on the surface of the transparent material layer can have any shape. The most common is a triangular or V-shaped shape formed by a single angle surface, but also a pentagon formed by two types of angle surfaces and three types of angle surfaces. It may be a heptagonal shape. However, it is difficult to form a cross section having a shape formed at various angles, and the yield is often lowered. The most effective is a triangular or V-shaped shape. Moreover, the trapezoid which the triangle or V-shaped front-end | tip part was cut off and became a surface parallel to a substrate surface may be sufficient.
透明材料層の表面に形成される凹凸の形状としては、断面形状に曲面を含む形状であっても良い。その場合には、曲面を含んでさえいれば、大きさ、幅、深さおよび斜面の角度などは、様々な値を持つ凹凸が形成されても良い。中でも、レンズ形状および球状形状などの、完全に曲面から形成される形状とすることは、多重反射を防止する目的で、もっとも望ましい。 The shape of the irregularities formed on the surface of the transparent material layer may be a shape including a curved surface in the cross-sectional shape. In that case, as long as the curved surface is included, irregularities having various values such as size, width, depth, and angle of the slope may be formed. Among them, it is most desirable to form a lens having a completely curved surface, such as a lens shape and a spherical shape, for the purpose of preventing multiple reflections.
また、凹凸の高低差は透明材料層の膜の厚さの範囲内で任意に決めればよく、１０ｎｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、１００ｎｍ〜５μｍの範囲がさらに好ましく、２００ｎｍ〜１μｍの範囲が特に好ましい。１０ｎｍ未満では、光取り出し効率が十分改良されない。一方、あまり高低差を大きくすると、加工コストが増大する。 Further, the height difference of the irregularities may be arbitrarily determined within the range of the thickness of the transparent material layer, preferably in the range of 10 nm to 10 μm, more preferably in the range of 100 nm to 5 μm, and particularly preferably in the range of 200 nm to 1 μm. . If it is less than 10 nm, the light extraction efficiency is not sufficiently improved. On the other hand, if the height difference is too large, the processing cost increases.
透明材料層の表面に凹凸を形成するための凹凸加工は、別に制限されず、どのような方法を用いてもよい。例えば、フォトリソグラフィーとして知られる方法を用いてパターニングし、その後ドライエッチングまたはウエットエッチングを用いて凹部を形成し、残った部分を凸部とすることができる。また、ダイヤモンド針を押し付けて線を引くスクライブや、レーザ光を当てて熱を発生させることで加工を施すレーザースクライブの手法を応用しても良い。 The uneven processing for forming the unevenness on the surface of the transparent material layer is not particularly limited, and any method may be used. For example, patterning can be performed using a method known as photolithography, and then a concave portion can be formed using dry etching or wet etching, and the remaining portion can be used as a convex portion. Further, a scribing method in which a diamond needle is pressed to draw a line, or a laser scribing method in which processing is performed by generating heat by applying laser light may be applied.
以下に、斜めの面を持つ格子形状の凹凸加工の方法の一例を示す。凹凸加工の方法としては、前述のように従来あるどのような手法を用いても良く、これらの例に限定されるものではない。 Below, an example of the method of the uneven | corrugated processing of the grid | lattice shape which has a diagonal surface is shown. As described above, any conventional method may be used as the method for forming the unevenness, and the method is not limited to these examples.
まず、窒化ガリウム系化合物半導体積層体のｐ型半導体層上に導電性透明材料、例えばＩＴＯの膜を一様な膜厚で形成する。その後、全面にレジストを塗布し、形成したいパターンに露光する。この際、露光のための光として平行光でない光束を使用する。平行光でない光は、パターンの縁から内側に少量入り込むことができるので、この現象を利用して、露光した光量に応じて、レジスト膜のパターンの縁にテーパーを形成することが可能である。平行光でない光束は、露光装置の光源の位置や試料の位置をずらすことによって、いわゆる「ピントが合っていない」状態にすることで実現できる。 First, a conductive transparent material, for example, an ITO film is formed with a uniform thickness on the p-type semiconductor layer of the gallium nitride-based compound semiconductor stack. Thereafter, a resist is applied to the entire surface and exposed to a pattern to be formed. At this time, a light beam that is not parallel light is used as light for exposure. Since a small amount of light that is not parallel light can enter from the edge of the pattern to the inside, it is possible to form a taper at the edge of the pattern of the resist film in accordance with the amount of light exposed using this phenomenon. A light beam that is not parallel light can be realized by shifting the position of the light source of the exposure apparatus or the position of the sample to make a so-called “out of focus” state.
他に、レジストを塗布する際に、レジストを通常よりも厚く形成することで、レジストが感光する光の量がパターンの縁において不十分となり、レジスト膜のパターンの縁にテーパーを形成するなどの方法もある。同様のことは、感光時の光の量を減量したり、感光時間を短くすることによっても実現することが可能である。 In addition, when the resist is applied, by forming the resist thicker than usual, the amount of light that the resist sensitizes becomes insufficient at the edge of the pattern, and a taper is formed at the edge of the pattern of the resist film. There is also a method. The same thing can be realized by reducing the amount of light at the time of exposure or shortening the exposure time.
このような縁部にテーパーが形成されたレジスト膜を保護膜としてドライエッチングを施すと、エッチングによってレジスト膜も膜厚を減少させるので、形成された凹部の縁にもテーパーが形成される。図１０はこの工程を経時的に示した図である。このような方法で、基板面に対して傾斜した平面からなる凹部（残された部分から見ると凸部）を形成することが可能である。 When dry etching is performed using a resist film having a taper at such an edge as a protective film, the thickness of the resist film is also reduced by etching, so that a taper is also formed at the edge of the formed recess. FIG. 10 shows this process over time. By such a method, it is possible to form a concave portion (a convex portion when viewed from the remaining portion) composed of a plane inclined with respect to the substrate surface.
同様に、レジスト膜を保護膜として、ウエットエッチングによってパターンを形成することもできる。ウエットエッチングのためのエッチング液としては、既存のものを、パターニングしたい材料に合わせて選ぶことができる。 Similarly, a pattern can be formed by wet etching using a resist film as a protective film. As an etchant for wet etching, an existing one can be selected according to the material to be patterned.
また、凹凸加工にはスクライブと呼ばれる方法を用いることもできる。透明材料層として形成したＩＴＯやＳｉＯ2などの膜の表面を、先端を希望するテーパーの形状としたダイヤモンド針で縦方向および／または横方向にけがく事で、ストライプ状または格子状の例えばＶ字型をした凹部（残された部分から見るとストライプ状またはドット状の凸部）を透明材料層の表面に形成することが可能である。 Further, a method called scribing can be used for the uneven processing. The surface of a film such as ITO or SiO 2 formed as a transparent material layer is scratched in a longitudinal direction and / or a lateral direction with a diamond needle having a desired tapered shape at the tip, for example, a stripe-like or lattice-like V It is possible to form a letter-shaped depression (a stripe-shaped or dot-shaped protrusion when viewed from the remaining portion) on the surface of the transparent material layer.
同様の形状の凹凸加工は、レーザを照射することで透明材料層の表面を融解して溝を穿つ、レーザースクライブという方法を用いることでも可能である。 The uneven processing of the same shape can also be performed by using a method called laser scribing, in which the surface of the transparent material layer is melted by laser irradiation to form a groove.
反射性金属層は透明材料層上に設けられる。従って、反射性金属層の少なくとも透明材料層側は、透明材料層と同じような凹凸を有する表面となる。この凹凸面で発光層からの光が反射されるので、多重反射が回避される。 The reflective metal layer is provided on the transparent material layer. Therefore, at least the transparent material layer side of the reflective metal layer is a surface having irregularities similar to the transparent material layer. Since the light from the light emitting layer is reflected by this uneven surface, multiple reflection is avoided.
反射性金属層は、反射率の高い金属であればどのような金属を用いても良い。また、加工を施された透明材料との密着性が良好であることも必要である。反射率の良い金属とは、反射率にして８０％以上である金属を指すものとする。例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属、またはこれらの少なくとも一種を含む合金が好ましい。中でも、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属、またはこれらの少なくとも一種を含む合金がさらに好ましい。Ａｇ、Ａｌまたはこれらの少なくとも一種を含む合金が特に好ましい。 Any metal may be used for the reflective metal layer as long as it has a high reflectance. It is also necessary that the adhesiveness with the processed transparent material is good. A metal having good reflectivity refers to a metal having a reflectivity of 80% or more. For example, at least one metal selected from the group consisting of Ag, Al, Fe, Cr, Ti, Co, Ni, Pd, Os, Ru, Pt, Rh, and Ir, or an alloy containing at least one of these is preferable. Among these, at least one metal selected from the group consisting of Ag, Al, Fe, Pt, Rh, and Ir, or an alloy containing at least one of these is more preferable. Ag, Al, or an alloy containing at least one of these is particularly preferable.
反射性金属層は、加工を施された透明材料層の全面を覆っていることが望ましく、そのため、反射性金属層はある程度の膜厚を有することが望ましい。具体的には、１０ｎｍ以上であることが望ましく、更に望ましくは５０ｎｍ以上である。また、あまり厚過ぎてもいたずらに工程が長くなるばかりなので、１００μｍ以下が好ましい。さらに好ましくは１０μｍ以下である。 The reflective metal layer desirably covers the entire surface of the processed transparent material layer. Therefore, the reflective metal layer desirably has a certain thickness. Specifically, it is preferably 10 nm or more, and more preferably 50 nm or more. Further, since the process is unnecessarily long even if it is too thick, it is preferably 100 μm or less. More preferably, it is 10 μm or less.
また、反射性金属層としてＡｇなどのエレクトロマイグレーションを起こしやすい金属を使用する場合は、反射性金属層上にオーバーコート層を形成することが好ましい。オーバーコート層は、反射性金属層よりも一回り大きく、反射性金属層を完全に覆うような形状であることが望ましい。オーバーコート層には、エレクトロマイグレーションを防止できるような材料であれば、どのような材料を用いてもよい。ＲｈやＰｔなどの導電性の金属を用いることが好ましい。ＳｉＯ2などの非導電性材料を用いることもできるが、その上に設けられるボンディング層と反射性金属層との電気的接触形成のために部分的に金属にしておくか、エレクトロマイグレーションに影響を与えない程度にボンディング層と反射性金属層とを接触させておく必要がある。 When a metal that easily causes electromigration such as Ag is used as the reflective metal layer, it is preferable to form an overcoat layer on the reflective metal layer. The overcoat layer is desirably slightly larger than the reflective metal layer and has a shape that completely covers the reflective metal layer. Any material may be used for the overcoat layer as long as it can prevent electromigration. It is preferable to use a conductive metal such as Rh or Pt. A non-conductive material such as SiO 2 can be used, but it may be partially metalized to form an electrical contact between the bonding layer and the reflective metal layer provided thereon, or it may affect electromigration. It is necessary to keep the bonding layer and the reflective metal layer in contact with each other to the extent that it is not applied.
本発明における正極には、透明材料層と半導体との間に、電気的なコンタクトを取る目的で、半導体（ｐ型半導体層）表面と接触する導電性材料からなる透明な正極コンタクト層を設けることができる。前述したように、透明材料層が非導電性材料で形成される場合は、この正極コンタクト層が必須である。正極コンタクト層に要求される性能としては、ｐ型半導体層との接触抵抗が小さいことと、光透過性が良いことである。 The positive electrode in the present invention is provided with a transparent positive electrode contact layer made of a conductive material in contact with the surface of the semiconductor (p-type semiconductor layer) for the purpose of making electrical contact between the transparent material layer and the semiconductor. Can do. As described above, when the transparent material layer is formed of a non-conductive material, this positive electrode contact layer is essential. The performance required for the positive electrode contact layer is that the contact resistance with the p-type semiconductor layer is small and the light transmittance is good.
正極コンタクト層の材料には、導電性の透明材料層を構成するために挙げた前述の導電性透明材料を用いることができる。しかし、ｐ型半導体層との接触抵抗の観点から、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）およびクロム（Ｃｒ）等の金属またはそれらを含む合金が好ましい。これらの中でもＰｔは、仕事関数が高く、高温熱処理を施さなくとも、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体層に対して良好なオーミック接触を得ることが可能なので、特に好ましい。 As the material for the positive electrode contact layer, the conductive transparent material described above for forming the conductive transparent material layer can be used. However, from the viewpoint of contact resistance with the p-type semiconductor layer, nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt), ruthenium (Ru), osmium (Os), rhodium (Rh), iridium (Ir), palladium Metals such as (Pd), cobalt (Co) and chromium (Cr) or alloys containing them are preferred. Among these, Pt is particularly preferable because it has a high work function and can obtain good ohmic contact with the p-type GaN-based compound semiconductor layer without performing high-temperature heat treatment.
正極コンタクト層に上記の金属を用いる場合の膜厚としては、０．１〜７．５ｎｍの範囲が好ましい。０．１ｎｍ未満では安定した薄層が得られ難い。７．５ｎｍを超えると透光性が低下する。０．１〜５ｎｍがさらに好ましい。また、その後の透明材料層の積層による透光性の低下と成膜の安定性を考慮すると、０．５〜２．５ｎｍの範囲が特に好ましい。 The film thickness when using the above metal for the positive electrode contact layer is preferably in the range of 0.1 to 7.5 nm. If it is less than 0.1 nm, it is difficult to obtain a stable thin layer. If it exceeds 7.5 nm, the translucency decreases. More preferably, it is 0.1-5 nm. In consideration of the decrease in translucency due to the subsequent lamination of the transparent material layer and the stability of film formation, the range of 0.5 to 2.5 nm is particularly preferable.
また、正極コンタクト層を格子状としたり、ボールアップによって飛び飛びの島状としたりすることもできる。このように正極コンタクト層に薄い領域と厚い領域を形成することにより、光透過率の高い薄い領域を形成することができる。 Further, the positive electrode contact layer can be formed into a lattice shape or can be formed into a flying island shape by ball-up. Thus, by forming a thin region and a thick region in the positive electrode contact layer, a thin region having a high light transmittance can be formed.
反射性金属層またはオーバーコート層の上には、ワイヤ、リードフレームおよびサブマウンドなど、電流を流すための回路を接続するためのボンディング層を形成することができる。 On the reflective metal layer or the overcoat layer, a bonding layer for connecting a circuit for passing a current, such as a wire, a lead frame, and a submound, can be formed.
ボンディング層を構成する材料については、各種の材料を用いた各種の構造のものが知られており、これら周知のものを特に制限されることなく用いることが出来る。但し、反射性金属層またはオーバーコート層との密着性の良い材料を用いることが望ましく、厚さはボンディング時の応力に対して電極あるいは半導体層へダメージを与えないよう十分厚くする必要がある。また最表層は接続する相手との密着性の良い材料とすることが望ましい。例えば、Ａｕである。 As materials constituting the bonding layer, those having various structures using various materials are known, and these well-known materials can be used without particular limitation. However, it is desirable to use a material having good adhesion to the reflective metal layer or the overcoat layer, and the thickness needs to be sufficiently thick so as not to damage the electrode or the semiconductor layer due to stress during bonding. Further, it is desirable that the outermost layer be made of a material having good adhesion with the partner to be connected. For example, Au.
ボンディング層の最表面には、透明材料層に施した凹凸が現れていないことが望ましい。ボンディング層を厚く形成することにより凹凸を目立たなくすることが可能であるので、ボンディング層の膜厚は、例えば４００ｎｍ以上とすることが望ましい。 It is desirable that the unevenness applied to the transparent material layer does not appear on the outermost surface of the bonding layer. Since the unevenness can be made inconspicuous by forming the bonding layer thick, the film thickness of the bonding layer is preferably 400 nm or more, for example.
しかしながら、ボンディング層の表面に微小な凹凸が生じていたとしても、条件や方法によって結線することは可能であるので、凹凸が生じていることは必ずしも不良と言うわけではない。 However, even if minute irregularities are generated on the surface of the bonding layer, it is possible to connect according to conditions and methods. Therefore, the irregularities are not necessarily defective.
正極コンタクト層、透明材料層、反射性金属層、オーバーコート層およびボンディング層など、各層を構成する膜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真空蒸着法やスパッタ法を用いることができる。真空蒸着には加熱方法に抵抗加熱方式や電子線過熱方式などがあるが、金属以外の材料の蒸着には、電子線加熱方式が適している。また、原料となる化合物を液状とし、これを表面に塗布した後然るべき処理により酸化物膜とする方法も用いることができる。また、一旦金属の膜を形成しておいて、これを酸化することで酸化材料膜とする方法も用いることができる。 There are no particular restrictions on the film forming method of each layer, such as the positive electrode contact layer, transparent material layer, reflective metal layer, overcoat layer, and bonding layer, and a known vacuum deposition method or sputtering method is used. be able to. There are a resistance heating method and an electron beam overheating method as a heating method for vacuum deposition, but an electron beam heating method is suitable for the deposition of materials other than metal. Alternatively, a method can be used in which the compound as a raw material is made liquid and applied to the surface to form an oxide film by appropriate treatment. Alternatively, a method of forming an oxide material film by forming a metal film once and oxidizing it can also be used.
上述の正極を設ける、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した積層構造体は、図１に示したような、基板上にバッファ層を介して窒化ガリウム系化合物半導体を積層し、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を形成した積層構造体が従来より多数知られており、これら周知の窒化ガリウム系化合物半導体積層構造体を含めて、発光素子に適した窒化ガリウム系化合物半導体積層構造体であれば何ら制限無く用いることができる。 The stacked structure in which the above-described positive electrode is provided and a gallium nitride compound semiconductor layer is stacked on a substrate is formed by stacking a gallium nitride compound semiconductor on a substrate via a buffer layer as shown in FIG. A large number of laminated structures in which a semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer are formed have been known, and gallium nitride compound semiconductors suitable for light emitting devices including these well-known gallium nitride compound semiconductor laminated structures are known. Any laminated structure can be used without any limitation.
基板には、サファイア単結晶（Ａｌ2Ｏ3；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ2単結晶、ＬｉＧａＯ2単結晶、ＭｇＯ単結晶およびＧａ2Ｏ3単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶ならびにＺｒＢ2などのホウ化物単結晶などの公知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。基板を通して光を取り出したい場合には透明の基板であることが必要であるが、基板を剥離してフリップチップ型素子を成すことも可能であるため、基板は必ずしも透明である必要はない。なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。 For the substrate, sapphire single crystal (Al 2 O 3 ; A plane, C plane, M plane, R plane), spinel single crystal (MgAl 2 O 4 ), ZnO single crystal, LiAlO 2 single crystal, LiGaO 2 single crystal, Known substrates such as oxide single crystals such as MgO single crystal and Ga 2 O 3 single crystal, Si single crystal, SiC single crystal, GaAs single crystal, AlN single crystal, GaN single crystal and boride single crystals such as ZrB 2 The material can be used without any limitation. When light is to be extracted through the substrate, the substrate needs to be a transparent substrate. However, the substrate is not necessarily transparent because the substrate can be peeled to form a flip chip type element. The plane orientation of the substrate is not particularly limited. Moreover, a just board | substrate may be sufficient and the board | substrate which provided the off angle may be sufficient.
基板にも、光取出し効率を増進するための凹凸加工を施すことができる。
一つには、結晶成長を行う面に予め凹凸加工を施しておき、その上に半導体結晶を作製することができる。この場合には、安定的にミラー状の綺麗な結晶面を得ることが難しいが、良好な結晶面を得ることができれば、反射型電極の反射面に施した凹凸との相乗効果により、より大きな光取出し効率を実現できる。
The substrate can also be subjected to concavo-convex processing for improving the light extraction efficiency.
For example, it is possible to prepare a semiconductor crystal on a surface on which crystal growth is performed in advance by performing uneven processing. In this case, it is difficult to stably obtain a beautiful crystal surface in the form of a mirror, but if a good crystal surface can be obtained, a larger synergistic effect with the unevenness formed on the reflective surface of the reflective electrode causes a larger Light extraction efficiency can be realized.
また、基板の裏面（フリップチップとした場合に光取り出し面となる面を裏面と呼ぶ）に凹凸加工を施すこともできる。この場合にもハンドリングが困難であり、収率を落とす可能性があるが、反射型電極の反射面に施した凹凸との相乗効果により、より大きな光取出し効率を実現できる。 Further, the back surface of the substrate (the surface that becomes the light extraction surface in the case of a flip chip is referred to as the back surface) can be subjected to uneven processing. Also in this case, handling is difficult and the yield may be reduced, but a greater light extraction efficiency can be realized by a synergistic effect with the unevenness formed on the reflective surface of the reflective electrode.
ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層は各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。 The n-type semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type semiconductor layer are well known in various structures, and these well-known layers can be used without any limitation.
それらを構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体が周知であり、本発明におけるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。 As the gallium nitride compound semiconductors constituting them, semiconductors having various compositions represented by the general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1) are used. As a well-known gallium nitride compound semiconductor constituting the n-type semiconductor layer, the light emitting layer and the p-type semiconductor layer in the present invention, the general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 ≦ Semiconductors having various compositions represented by y <1, 0 ≦ x + y <1) can be used without any limitation.
これらの窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、などＩＩＩ族窒化物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）または有機ゲルマニウム化合物を用い、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。 The growth method of these gallium nitride-based compound semiconductors is not particularly limited. Group III nitride semiconductors such as MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy), etc. All methods known to grow can be applied. A preferable 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 an In source, ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), or the like as an N source that is a group V source. In addition, as a dopant, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as an Si raw material for n-type, germane (GeH 4 ) or an organic germanium compound is used as a Ge raw material, and Mg raw material is used for a p-type. For example, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) or bisethylcyclopentadienyl magnesium ((EtCp) 2 Mg) is used.
基板上にｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層が順次積層された窒化ガリウム系化合物半導体のｎ型半導体層に接して負極を形成するために、発光層およびｐ型半導体層の一部を除去して、ｎ型半導体層を露出させる。その後残したｐ型半導体層上に上述の反射型正極を形成し、露出させたｎ型半導体層上に負極を形成する。負極としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を含め、各種組成および構造の負極を何ら制限無く用いることができる。 In order to form a negative electrode in contact with an n-type semiconductor layer of a gallium nitride compound semiconductor in which an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate, a part of the light-emitting layer and the p-type semiconductor layer To remove the n-type semiconductor layer. Thereafter, the above-described reflective positive electrode is formed on the remaining p-type semiconductor layer, and the negative electrode is formed on the exposed n-type semiconductor layer. As the negative electrode, negative electrodes having various compositions and structures are well known, and negative electrodes having various compositions and structures including these known negative electrodes can be used without any limitation.
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited only to these Examples.
（実施例１）
図１は本実施例で作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示した模式図であり、図２はその平面を示した模式図である。サファイアからなる基板（１）上に、ＡｌＮからなるバッファ層（６）を介して、窒化ガリウム系化合物半導体層（２）を積層した。窒化ガリウム系化合物半導体層（２）は、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層、厚さ２μｍのＧｅドープｎ型ＧａＮコンタクト層および厚さ０．０２μｍのＳｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層がこの順序で積層されたｎ型半導体層（３）、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層（４）、および厚さ０．０１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層と厚さ０．１８μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層がこの順序で積層されたｐ型半導体層（５）からなっている。ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に、厚さ５００ｎｍのＩＴＯからなる透明材料層（１２）、厚さ１００ｎｍのＡｇからなる反射性金属層（１３）、厚さ５００ｎｍのＲｈからなるオーバーコート層（１４）およびＡｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ５層構造（厚さはそれぞれ５０／２０／１０／１００／２００ｎｍ）のボンディング層（１５）よりなる正極（１０）を形成した。透明材料層（１２）の表面には、図４にその平面図を示したようなドット状パターンの斜め面を有する凸部（１６）を設けた。ｎ型ＧａＮコンタクト層上にＴｉ／Ａｕの二層構造の負極（２０）を形成した。光取り出し面は基板側とした。
Example 1
FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device manufactured in this example, and FIG. 2 is a schematic view showing the plane thereof. On the substrate (1) made of sapphire, a gallium nitride compound semiconductor layer (2) was laminated via a buffer layer (6) made of AlN. The gallium nitride-based compound semiconductor layer (2) includes an underlayer made of undoped GaN having a thickness of 8 μm, a Ge-doped n-type GaN contact layer having a thickness of 2 μm, and a Si-doped n-type In 0.1 Ga 0.9 N clad having a thickness of 0.02 μm. An n-type semiconductor layer (3) in which layers are stacked in this order, a Si-doped GaN barrier layer having a thickness of 16 nm, and an In 0.06 Ga 0.94 N well layer having a thickness of 2.5 nm are stacked five times. The provided multi-quantum well light emitting layer (4), 0.01 μm thick Mg-doped p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer and 0.18 μm thick Mg-doped p-type Al 0.02 Ga 0.98 N contact layer It consists of p-type semiconductor layers (5) stacked in this order. A transparent material layer (12) made of ITO having a thickness of 500 nm, a reflective metal layer (13) made of Ag having a thickness of 100 nm, and an overcoat layer (14) made of Rh having a thickness of 500 nm on the p-type AlGaN contact layer. And the positive electrode (10) which consists of a bonding layer (15) of Au / Ti / Al / Ti /
この構造において、ｎ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3であり、ｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層のＳｉドープ量は１×１０18cm-3であり、ＧａＮ障壁層のＳｉドープ量は１×１０17ｃｍ-3であり、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3であり、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＭｇドープ量は５×１０19ｃｍ-3であった。
In this structure, the n-type GaN contact layer has a carrier concentration of 1 × 10 19 cm −3 , the n-type In 0.1 Ga 0.9 N cladding layer has a Si doping amount of 1 × 10 18 cm −3 , and the GaN barrier layer of Si doping amount is 1 × 10 17 cm -3, p-type carrier concentration of the AlGaN contact layer is 5 × 10 18 cm -3, p-type AlGaN Mg doping amount of
窒化ガリウム系化合物半導体層の積層（図１の３〜６）は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。また、正極および負極は次の手順で形成した。 Lamination of the gallium nitride compound semiconductor layers (3 to 6 in FIG. 1) was performed by MOCVD under normal conditions well known in the technical field. Moreover, the positive electrode and the negative electrode were formed in the following procedure.
初めに反応性イオンエッチング法によって負極を形成する部分のｎ型ＧａＮコンタクト層を下記手順により露出させた。 First, the n-type GaN contact layer for forming the negative electrode by the reactive ion etching method was exposed by the following procedure.
まず、エッチングマスクをｐ型半導体層上に形成した。形成手順は以下の通りである。レジストを全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、正極領域からレジストを除去した。真空蒸着装置内にセットして、圧力４×１０-4Ｐａ以下でＮｉおよびＴｉをエレクトロンビーム法により膜厚がそれぞれ約５０ｎｍおよび３００ｎｍとなるように積層した。その後リフトオフ技術により、正極領域以外の金属膜をレジストとともに除去した。 First, an etching mask was formed on the p-type semiconductor layer. The formation procedure is as follows. After uniformly applying the resist to the entire surface, the resist was removed from the positive electrode region using a known lithography technique. It was set in a vacuum deposition apparatus, and Ni and Ti were laminated by an electron beam method at a pressure of 4 × 10 −4 Pa or less so that the film thicknesses were about 50 nm and 300 nm, respectively. Thereafter, the metal film other than the positive electrode region was removed together with the resist by a lift-off technique.
次いで、反応性イオンエッチング装置のエッチング室内の電極上に半導体積層基板を載置し、エッチング室を１０-4Ｐａに減圧した後、エッチングガスとしてＣｌ2を供給してｎ型ＧａＮコンタクト層が露出するまでエッチングした。エッチング後、反応性イオンエッチング装置より取り出し、上記エッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去した。 Next, the semiconductor laminated substrate is placed on the electrode in the etching chamber of the reactive ion etching apparatus, the pressure in the etching chamber is reduced to 10 −4 Pa, and then Cl 2 is supplied as an etching gas to expose the n-type GaN contact layer. Etched until After the etching, it was taken out from the reactive ion etching apparatus, and the etching mask was removed with nitric acid and hydrofluoric acid.
次に、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上の正極を形成する領域にのみ、ＩＴＯからなる透明材料層（１２）を形成した。透明材料層の形成では、基板を真空スパッタ装置内に導入し、ＩＴＯ膜を５００ｎｍ積層した。 Next, a transparent material layer (12) made of ITO was formed only in a region where the positive electrode on the p-type AlGaN contact layer was formed using a known photolithography technique and lift-off technique. In the formation of the transparent material layer, the substrate was introduced into a vacuum sputtering apparatus, and an ITO film was laminated to 500 nm.
真空室から取り出した後、引き続き、透明材料層の表面に凹凸加工を施した。
まず、公知のフォトリソグラフィーの技術を用いてドット状のパターンのレジスト膜を透明材料層上に形成した。レジストはポジ型と呼ばれる露光部分が現像処理で溶け出すものを使用し、レジストへの露光の時間を通常用いるよりも短くして、マスクパターンの縁の部分に露光不足の領域を作り出した。これを露光することにより、斜めの縁を有するレジストパターンを作製した。
After removing from the vacuum chamber, the surface of the transparent material layer was subsequently subjected to uneven processing.
First, a resist film having a dot pattern was formed on the transparent material layer using a known photolithography technique. The resist used was a positive-type resist in which the exposed portion was melted by the development process, and the exposure time for the resist was made shorter than usual to create an underexposed region at the edge of the mask pattern. By exposing this, a resist pattern having oblique edges was produced.
このようにして作製したレジストパターンつきの透明材料層に、ドライエッチングを用いて、基板に対して斜めの面を有するドット状の凸部を形成した。ドット状の凸部は、四角錐の頂上を切ったような形状で、台形の断面を持っていて、上面は一辺が２μｍ下面は一辺が３μｍの四角形で形成されている。高さは２９０ｎｍ程度であり、５μｍの間隔でチップの辺に平行に並んでいる。ドット状の凸部を構成する斜めの面の基板に対してなす角度は約３０度であった。 In the transparent material layer with a resist pattern produced in this way, dot-shaped convex portions having an oblique surface with respect to the substrate were formed using dry etching. The dot-shaped convex part has a trapezoidal cross-sectional shape that is cut off from the top of a quadrangular pyramid, and is formed as a quadrangle whose upper side is 2 μm on the lower side and whose lower side is 3 μm. The height is about 290 nm, and they are arranged in parallel with the sides of the chip at intervals of 5 μm. The angle formed with respect to the substrate on the oblique surface constituting the dot-shaped convex portion was about 30 degrees.
その後、通常リフトオフと呼ばれる周知の手順に則って処理し、さらに同様な手法で透明材料層を完全に覆うようにして、Ａｇからなる反射性金属層（１４）を積層した。反射性金属層は蒸着装置を用いて積層し、膜厚は１００ｎｍとした。 Then, it processed in accordance with the well-known procedure called normal lift-off, and also the reflective metal layer (14) which consists of Ag was laminated | stacked so that the transparent material layer might be covered completely by the same method. The reflective metal layer was laminated using a vapor deposition apparatus, and the film thickness was 100 nm.
さらにその後、通常リフトオフと呼ばれる周知の手順に則って処理し、反射性金属層の領域を完全に覆うようにしてＲｈからなるオーバーコート層（１４）を形成した。オーバーコート層は蒸着装置を用いて積層し、膜厚は、５００ｎｍとした。 After that, an overcoat layer (14) made of Rh was formed so as to completely cover the region of the reflective metal layer by processing in accordance with a well-known procedure called normal lift-off. The overcoat layer was laminated using a vapor deposition apparatus, and the film thickness was 500 nm.
その後、通常リフトオフと呼ばれる周知の手順に則って処理し、さらに同様な手法でオーバーコート層の上にＡｕからなる第１の層、Ｔｉからなる第２の層、Ａｌからなる第３の層、Ｔｉからなる第４の層、Ａｕからなる第５の層を順に積層し、ボンディング層（１５）を形成した。このようにしてｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に正極を形成した。ボンディング層は蒸着装置を用いて積層した。 Thereafter, it is processed in accordance with a well-known procedure called normal lift-off, and a first layer made of Au, a second layer made of Ti, and a third layer made of Al on the overcoat layer in a similar manner. A fourth layer made of Ti and a fifth layer made of Au were sequentially laminated to form a bonding layer (15). In this way, a positive electrode was formed on the p-type AlGaN contact layer. The bonding layer was laminated using a vapor deposition apparatus.
次に、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に負極を以下の手順により形成した。レジストを全面に一様に塗布した後、公知リソグラフィー技術を用いて、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上の負極形成部分からレジストを除去して、通常用いられる真空蒸着法で半導体側から順にＴｉが１００ｎｍ、Ａｕが２００ｎｍからなる負極を形成した。その後レジストを公知の方法で除去した。 Next, a negative electrode was formed on the exposed n-type GaN contact layer by the following procedure. After uniformly applying the resist to the entire surface, the resist is removed from the negative electrode forming portion on the exposed n-type GaN contact layer using a known lithography technique, and Ti is sequentially applied from the semiconductor side by a commonly used vacuum deposition method. A negative electrode having a thickness of 100 nm and Au of 200 nm was formed. Thereafter, the resist was removed by a known method.
このようにして正極および負極を形成したウエーハを、基板裏面を研削・研磨することにより８０μｍまで基板の板厚を薄くして、レーザスクライバを用いて半導体積層側から罫書き線を入れたあと、押し割って、３５０μｍ角のチップに切断した。続いてこれらのチップをプローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧の測定をしたところ３．３Ｖであった。 The wafer in which the positive electrode and the negative electrode were formed in this way was thinned and polished to a substrate thickness of 80 μm by grinding and polishing the back surface of the substrate, and a ruled line was entered from the semiconductor lamination side using a laser scriber. It was cut and cut into 350 μm square chips. Subsequently, when these chips were energized with a probe needle and the forward voltage was measured at a current application value of 20 mA, it was 3.3 V.
その後、このチップを、サファイア基板面を上にしてサブマウントと呼ぶ基板上に実装し、このチップの乗ったサブマウントを、ＴＯ−１８缶パッケージに実装してテスターによって発光出力を計測したところ印加電流２０ｍＡにおける発光出力は１８ｍＷを示した。 Then, this chip was mounted on a substrate called a submount with the sapphire substrate surface facing up, and the submount on which this chip was mounted was mounted on a TO-18 can package and the light output was measured by a tester. The light emission output at a current of 20 mA was 18 mW.
（比較例１）
透明材料層に凹凸加工を施さないことを除いて、実施例１と同様に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。この発光素子を実施例１と同様に評価したところ、順方向電圧は３．３Ｖと同じであったが、発光出力は８ｍＷであった。
(Comparative Example 1)
A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element was produced in the same manner as in Example 1 except that the transparent material layer was not subjected to uneven processing. When this light emitting device was evaluated in the same manner as in Example 1, the forward voltage was the same as 3.3 V, but the light emission output was 8 mW.
（実施例２）
図１１は、本実施例で作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示した模式図であり、その平面を示した模式図は実施例と同様に図２である。サファイアからなる基板（１）上に、実施例１と同様に、ＡｌＮからなるバッファ層（６）を介して、窒化ガリウム系化合物半導体層（２）を積層した。
(Example 2)
FIG. 11 is a schematic view showing a cross section of the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device manufactured in this example, and the schematic diagram showing the plane is FIG. 2 as in the example. On the substrate (1) made of sapphire, a gallium nitride compound semiconductor layer (2) was laminated via a buffer layer (6) made of AlN, as in Example 1.
本実施例における正極構造は以下のとおりである。ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に、厚さ２０ｎｍのＩＴＯからなる正極コンタクト層（１１）、厚さ１８０ｎｍのＳｉＯ2からなる透明材料層（１２）、厚さ１００ｎｍのＡｇからなる反射性金属層（１３）、厚さ５００ｎｍのＲｈからなるオーバーコート層（１４）およびＡｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ５層構造（厚さはそれぞれ５０／２０／１０／１００／２００ｎｍ）のボンディング層（１５）からなる正極（１０）を形成した。ＳｉＯ2からなる透明材料層（１２）には、実施例１と同様に、図４に示されるようなドット状パターンの斜め面を有する凸部を設け、凸部の高さは１８０ｎｍとし、ドット状の凸部以外の部分は正極コンタクト層（１１）が露出して反射性金属層（１３）と接触するようにした。 The positive electrode structure in the present example is as follows. On the p-type AlGaN contact layer, a positive electrode contact layer (11) made of ITO having a thickness of 20 nm, a transparent material layer (12) made of SiO 2 having a thickness of 180 nm, and a reflective metal layer made of Ag having a thickness of 100 nm (13 ), An overcoat layer (14) made of Rh having a thickness of 500 nm and a bonding layer (15) having a Au / Ti / Al / Ti / Au5 layer structure (thickness is 50/20/10/100/200 nm, respectively) A positive electrode (10) was formed. As in Example 1, the transparent material layer (12) made of SiO 2 is provided with a convex portion having an oblique surface of a dot-like pattern as shown in FIG. 4, and the height of the convex portion is 180 nm. The positive electrode contact layer (11) was exposed at portions other than the convex portions so as to be in contact with the reflective metal layer (13).
ｎ型ＧａＮコンタクト層上には、実施例１と同様に、Ｔｉ／Ａｕの二層構造の負極（２０）を形成した。光取り出し面は基板側とした。 On the n-type GaN contact layer, a negative electrode (20) having a two-layer structure of Ti / Au was formed in the same manner as in Example 1. The light extraction surface was the substrate side.
正極は次の手順で形成した。初めに反応性イオンエッチング法によって負極を形成する部分のｎ型ＧａＮコンタクト層を実施例１と同様の手順により露出させた。 The positive electrode was formed by the following procedure. First, the n-type GaN contact layer for forming the negative electrode by the reactive ion etching method was exposed by the same procedure as in Example 1.
次に、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上の正極を形成する領域にのみ、ＩＴＯからなる正極コンタクト層（１１）およびＳｉＯ2からなる透明材料層（１２）を形成した。正極コンタクト層および透明材料層の形成では、基板を真空スパッタ装置内に導入し、ＩＴＯ膜を２０ｎｍ積層後、引き続きＳｉＯ2膜を１８０ｎｍ積層した。 Next, the positive electrode contact layer (11) made of ITO and the transparent material layer (12) made of SiO 2 are formed only in a region where the positive electrode is formed on the p-type AlGaN contact layer using a known photolithography technique and lift-off technique. Formed. In the formation of the positive electrode contact layer and the transparent material layer, the substrate was introduced into a vacuum sputtering apparatus, the ITO film was laminated to 20 nm, and then the SiO 2 film was laminated to 180 nm.
真空室から取り出した後、引き続き、透明材料層に凹凸加工を施した。
まず、公知のフォトリソグラフィーの技術を用いてドット状のパターンのレジスト膜を形成した。レジストはポジ型と呼ばれる露光部分が現像処理で溶け出すものを使用し、レジストへの露光の時間を通常用いるよりも短くして、マスクパターンの縁の部分に露光不足の領域を作り出した。これを露光することにより、斜めの縁を有するレジストパターンを作製した。
After taking out from the vacuum chamber, the transparent material layer was subsequently subjected to uneven processing.
First, a resist film having a dot pattern was formed using a known photolithography technique. The resist used was a positive-type resist in which the exposed portion was melted by the development process, and the exposure time for the resist was made shorter than usual to create an underexposed region at the edge of the mask pattern. By exposing this, a resist pattern having oblique edges was produced.
このようにして作製したレジストパターンつきの透明材料層に、ドライエッチングを用いて、基板に対して斜めの面を有するドット状の凸部を形成した。ドット状の凸部は、四角錐の頂上を切ったような形状で、台形の断面を持っていて、上面は一辺が２μｍ下面は一辺が２．２μｍの四角形で形成されている。高さは１８０ｎｍ程度であり、凸部以外の部分にはＳｉＯ2からなる透明材料層が存在せず、ＩＴＯからなる正極コンタクト層を露出させるような構造とした。凸部は５μｍの間隔でチップの辺に平行に並んでいる。ドット状の凸部を構成する斜めの面の基板に対してなす角度は約６０度であった。 In the transparent material layer with a resist pattern produced in this way, dot-shaped convex portions having an oblique surface with respect to the substrate were formed using dry etching. The dot-shaped convex part has a trapezoidal cross-sectional shape that is formed by cutting the top of a quadrangular pyramid, and is formed as a quadrangle with an upper surface of 2 μm on one side and a bottom of 2.2 μm on one side. The height is about 180 nm, and the transparent material layer made of SiO 2 does not exist in the portion other than the convex portion, and the positive electrode contact layer made of ITO is exposed. The convex portions are arranged in parallel with the sides of the chip at intervals of 5 μm. The angle formed with respect to the substrate on the oblique surface constituting the dot-shaped convex portion was about 60 degrees.
その後、通常リフトオフと呼ばれる周知の手順に則って処理し、さらに同様な手法で透明材料層および露出した正極コンタクト層を完全に覆うようにして、Ａｇからなる反射性金属層（１３）を積層した。反射性金属層は蒸着装置を用いて積層し、膜厚は５０ｎｍとした。
その後、実施例１と同様に、オーバーコート層およびボンディングパッド層を形成した。このようにしてｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に正極（１０）を形成した。
After that, a reflective metal layer (13) made of Ag was laminated so as to cover the transparent material layer and the exposed positive electrode contact layer in a similar manner, in accordance with a well-known procedure generally called lift-off. . The reflective metal layer was laminated using a vapor deposition apparatus, and the film thickness was 50 nm.
Thereafter, as in Example 1, an overcoat layer and a bonding pad layer were formed. In this way, a positive electrode (10) was formed on the p-type AlGaN contact layer.
次に、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に負極を実施１と同様の手順により形成した。このようにして正極および負極を形成したウエーハを、基板裏面を研削・研磨することにより８５μｍまで基板の板厚を薄くして、レーザスクライバを用いて半導体積層側から罫書き線を入れたあと、押し割って、３５０μｍ角のチップに切断した。
得られたチップを実施例１と同様に評価したところ、電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧は３．４Ｖであり、発光出力は１９．５ｍＷを示した。
Next, a negative electrode was formed on the exposed n-type GaN contact layer by the same procedure as in Example 1. The wafer in which the positive electrode and the negative electrode were formed in this way was thinned and polished to a substrate thickness of 85 μm by grinding and polishing the back surface of the substrate, and then a ruled line was entered from the semiconductor lamination side using a laser scriber. It was cut and cut into 350 μm square chips.
When the obtained chip was evaluated in the same manner as in Example 1, the forward voltage at a current application value of 20 mA was 3.4 V, and the light emission output was 19.5 mW.
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は優れた光取出し効率を有するので、この発光素子から高輝度のＬＥＤランプを作製することができ、照明用途、ディスプレイ用途およびバックライト用途として有用である。 Since the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the present invention has excellent light extraction efficiency, a high-intensity LED lamp can be produced from this light-emitting device, and is useful for illumination use, display use, and backlight use.
１ 基板
２ ＧａＮ系化合物半導体層
３ ｎ型半導体層
４ 発光層
５ ｐ型半導体層
６ バッファ層
１０ 正極
１１ 正極コンタクト層
１２ 透明材料層
１３ 反射性金属層
１４ オーバーコート層
１５ ボンディング層
２０ 負極
DESCRIPTION OF
Claims (13)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005195095A JP5030398B2 (en) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device |
| KR1020107002559A KR20100020532A (en) | 2005-07-04 | 2006-06-30 | Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device |
| PCT/JP2006/313515 WO2007004701A1 (en) | 2005-07-04 | 2006-06-30 | Gallium nitride-based compound semiconductor lihgt-emitting device |
| KR1020087000313A KR100967841B1 (en) | 2005-07-04 | 2006-06-30 | Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device |
| CNB2006800241764A CN100568561C (en) | 2005-07-04 | 2006-06-30 | Gallium-nitride-based compound semiconductor light emitting element |
| US11/994,549 US7759690B2 (en) | 2005-07-04 | 2006-06-30 | Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device |
| TW95124089A TWI334650B (en) | 2005-07-04 | 2006-07-03 | Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005195095A JP5030398B2 (en) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007013045A JP2007013045A (en) | 2007-01-18 |
| JP5030398B2 true JP5030398B2 (en) | 2012-09-19 |
Family
ID=37751113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005195095A Active JP5030398B2 (en) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5030398B2 (en) |
| KR (2) | KR100967841B1 (en) |
| CN (1) | CN100568561C (en) |
| TW (1) | TWI334650B (en) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4867223B2 (en) * | 2005-07-25 | 2012-02-01 | パナソニック株式会社 | Semiconductor light emitting device and lighting device using the same |
| US8026527B2 (en) * | 2007-12-06 | 2011-09-27 | Bridgelux, Inc. | LED structure |
| KR100980649B1 (en) * | 2008-05-20 | 2010-09-08 | 고려대학교 산학협력단 | Light emitting diode and manufacturing method of the same |
| US20100327300A1 (en) | 2009-06-25 | 2010-12-30 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Contact for a semiconductor light emitting device |
| KR101039886B1 (en) * | 2009-10-21 | 2011-06-09 | 엘지이노텍 주식회사 | Light emitting device and method for fabricating the same |
| JP2011199119A (en) * | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Panasonic Corp | Light emitting element, and light emitting device |
| JP5849215B2 (en) * | 2010-06-21 | 2016-01-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Ultraviolet semiconductor light emitting device |
| US9178116B2 (en) | 2010-06-25 | 2015-11-03 | Toyoda Gosei Co. Ltd. | Semiconductor light-emitting element |
| KR101145891B1 (en) * | 2010-08-04 | 2012-05-15 | 한국광기술원 | Led with retroreflector and the manufacturing method thereof |
| KR101138951B1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-04-25 | 서울옵토디바이스주식회사 | Light emitting diode |
| JP5633057B2 (en) * | 2011-02-09 | 2014-12-03 | 豊田合成株式会社 | Semiconductor light emitting device and semiconductor light emitting device |
| JP5582054B2 (en) | 2011-02-09 | 2014-09-03 | 豊田合成株式会社 | Semiconductor light emitting device |
| JP5949294B2 (en) * | 2011-08-31 | 2016-07-06 | 日亜化学工業株式会社 | Semiconductor light emitting device |
| JP6063220B2 (en) * | 2012-11-21 | 2017-01-18 | スタンレー電気株式会社 | Light emitting element |
| KR102185689B1 (en) | 2014-06-12 | 2020-12-02 | 엘지이노텍 주식회사 | Light emitting device and light emitting device package including the same |
| CN105118905B (en) * | 2015-09-07 | 2017-10-10 | 湘能华磊光电股份有限公司 | A kind of LED core plate electrode and preparation method thereof |
| KR102443694B1 (en) | 2016-03-11 | 2022-09-15 | 삼성전자주식회사 | Light emitting diode(LED) device for improving current spread characteristics and light extraction efficiency |
| CN107845711A (en) * | 2017-11-03 | 2018-03-27 | 江苏新广联半导体有限公司 | LED flip chip of motor current extension uniformity and preparation method thereof |
| CN116960253B (en) * | 2023-09-19 | 2023-12-19 | 江西兆驰半导体有限公司 | Flip light-emitting diode chip and preparation method thereof |
| CN116936711B (en) * | 2023-09-19 | 2023-12-15 | 江西兆驰半导体有限公司 | Vertical light emitting diode, preparation method thereof and LED lamp panel |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11220171A (en) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Toyoda Gosei Co Ltd | Gallium nitride compound semiconductor device |
| JP3736181B2 (en) * | 1998-05-13 | 2006-01-18 | 豊田合成株式会社 | Group III nitride compound semiconductor light emitting device |
| JP2003243705A (en) * | 2002-02-07 | 2003-08-29 | Lumileds Lighting Us Llc | Light emitting semiconductor method and device |
| JP4123828B2 (en) * | 2002-05-27 | 2008-07-23 | 豊田合成株式会社 | Semiconductor light emitting device |
| JP2004356237A (en) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Matsushita Electric Works Ltd | Semiconductor light emitting element |
| JP3818297B2 (en) * | 2003-05-27 | 2006-09-06 | 松下電工株式会社 | Semiconductor light emitting device |
| JP4604488B2 (en) * | 2003-12-26 | 2011-01-05 | 日亜化学工業株式会社 | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
| KR100631840B1 (en) * | 2004-06-03 | 2006-10-09 | 삼성전기주식회사 | Nitride semiconductor light emitting device for flip chip |
-
2005
- 2005-07-04 JP JP2005195095A patent/JP5030398B2/en active Active
-
2006
- 2006-06-30 CN CNB2006800241764A patent/CN100568561C/en active Active
- 2006-06-30 KR KR1020087000313A patent/KR100967841B1/en active IP Right Grant
- 2006-06-30 KR KR1020107002559A patent/KR20100020532A/en not_active Application Discontinuation
- 2006-07-03 TW TW95124089A patent/TWI334650B/en active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI334650B (en) | 2010-12-11 |
| KR20100020532A (en) | 2010-02-22 |
| KR20080015922A (en) | 2008-02-20 |
| KR100967841B1 (en) | 2010-07-05 |
| CN101213678A (en) | 2008-07-02 |
| TW200717863A (en) | 2007-05-01 |
| CN100568561C (en) | 2009-12-09 |
| JP2007013045A (en) | 2007-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5030398B2 (en) | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device | |
| US7759690B2 (en) | Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device | |
| JP5533675B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| JP2006294907A (en) | Nitride gallium based compound semiconductor luminous element | |
| US8158994B2 (en) | GaN LED element and light emitting device having a structure to reduce light absorption by a pad electrode included therein | |
| EP2296199B1 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
| TWI425664B (en) | Semiconductor light-emitting device and method for producing the same | |
| US9006792B2 (en) | Light emitting diode element | |
| JP5276959B2 (en) | LIGHT EMITTING DIODE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LAMP | |
| JP2006066903A (en) | Positive electrode for semiconductor light-emitting element | |
| JP2005317931A (en) | Semiconductor light emitting diode | |
| JP2006074019A (en) | Transparent electrode for semiconductor light-emitting device | |
| TW564556B (en) | Semiconductor light-emitting element, image display device as well as illuminator and its manufacturing method | |
| JP2008218878A (en) | GaN BASED LED ELEMENT AND LIGHT-EMITTING DEVICE | |
| JP2007281037A (en) | Semiconductor light emitting element, and its manufacturing method | |
| JP5077068B2 (en) | Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| KR20090027220A (en) | Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same | |
| JP2009117744A (en) | METHOD OF MANUFACTURING ZnO-BASED SEMICONDUCTOR DEVICE | |
| US20070096123A1 (en) | Nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method thereof | |
| JP2007073789A (en) | Electrodes for semiconductor light emitting device | |
| JPWO2009102032A1 (en) | GaN-based LED element and manufacturing method thereof | |
| JP6040769B2 (en) | Light emitting device and manufacturing method thereof | |
| JP2009094108A (en) | MANUFACTURING METHOD OF GaN-BASED LED DEVICE | |
| JP2008124411A (en) | Nitride semiconductor light-emitting diode element | |
| JP5625725B2 (en) | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080612 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110719 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110809 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120117 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120328 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20120411 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120529 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120626 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5030398 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150706 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150706 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150706 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |