JP5165633B2 - Compound semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、化合物半導体発光素子及びその製造方法に関するものであり、より詳細には、Ｓｉ−Ａｌ合金基板の表面に保護層を設けた化合物半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a compound semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a compound semiconductor light emitting device in which a protective layer is provided on the surface of a Si—Al alloy substrate and a method for manufacturing the same.
青色または緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子に使われる化合物半導体物質は、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるＧａＮ系半導体であり、青色、紫外線領域の発光に適した化合物半導体物質である。一般的に使われるＧａＮ系ＬＥＤは、サファイア基板上に順に成長させたｎ型ＧａＮ系半導体層、活性層及びｐ型ＧａＮ系半導体層と、２つの電極（ｎ側電極及びｐ側電極）とを備えて構成される。成長用基板として使われるサファイア基板は絶縁性物質であるため、この２つの電極は水平に配置される。 The compound semiconductor material used for blue or green light emitting diode (LED) devices is Al x Ga y In (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). It is a GaN-based semiconductor expressed and is a compound semiconductor material suitable for light emission in the blue and ultraviolet regions. A commonly used GaN-based LED includes an n-type GaN-based semiconductor layer, an active layer, and a p-type GaN-based semiconductor layer grown sequentially on a sapphire substrate, and two electrodes (an n-side electrode and a p-side electrode). It is prepared for. Since the sapphire substrate used as the growth substrate is an insulating material, the two electrodes are arranged horizontally.
このような水平構造ＧａＮ系ＬＥＤにおいては、２つの電極の全てが素子の上部に配置されているため、ＬＥＤ素子の面積が広くならなければならない。また、電流拡散のための透明電極とｎ側電極とが近くに位置しているため、静電気による欠陥に対して脆弱である。 In such a horizontal structure GaN-based LED, since all of the two electrodes are arranged on the upper part of the element, the area of the LED element must be increased. Further, since the transparent electrode for current diffusion and the n-side electrode are located close to each other, they are vulnerable to defects caused by static electricity.
上記のような短所を有する水平構造ＧａＮ系ＬＥＤの代わりに、最近では、ＧａＮ系半導体成長用基板として、導電性ＳｉＣ基板を用いた垂直構造ＧａＮ系ＬＥＤが使われ始めている。しかしながら、この場合においては高価なＳｉＣ基板を用いなければならないという不都合がある。 Instead of the horizontal structure GaN-based LED having the above disadvantages, a vertical structure GaN-based LED using a conductive SiC substrate has recently begun to be used as a substrate for GaN-based semiconductor growth. However, in this case, there is a disadvantage that an expensive SiC substrate must be used.
他の形態の垂直構造ＧａＮ系ＬＥＤは、導電性基板の接合工程とサファイア基板の分離工程とによって製造される。例えば、特許文献１には、導電性接着層によりＧａＮ系半導体層に接合されたＳｉ基板などの導電性基板を含む垂直構造ＧａＮ系ＬＥＤが示されている。 Another type of vertical structure GaN-based LED is manufactured by a conductive substrate bonding step and a sapphire substrate separation step. For example, Patent Document 1 discloses a vertical structure GaN-based LED including a conductive substrate such as a Si substrate bonded to a GaN-based semiconductor layer by a conductive adhesive layer.
しかしながら、前述のように、Ｓｉ基板などの導電性基板の接合工程とサファイア基板の分離工程とを経る既存の垂直構造ＧａＮ系ＬＥＤの場合、レーザ照射によるサファイア基板の分離の際、ＧａＮ系半導体層にクラックなどの欠陥が生じるようになる。これは、導電性基板の材料であるＳｉの熱膨張係数（約２．６ｐｐｍ／Ｋ）がサファイア基板の熱膨張係数（６〜７ｐｐｍ／Ｋ）より遥かに小さいのに起因している。 However, as described above, in the case of an existing vertical structure GaN-based LED that has undergone a bonding process of a conductive substrate such as a Si substrate and a separation process of a sapphire substrate, the GaN-based semiconductor layer is separated when the sapphire substrate is separated by laser irradiation. Defects such as cracks are generated. This is because the thermal expansion coefficient (about 2.6 ppm / K) of Si, which is a material of the conductive substrate, is much smaller than the thermal expansion coefficient (6 to 7 ppm / K) of the sapphire substrate.
詳述すると、約２００〜４００℃の温度でＳｉ材質の導電性基板をＧａＮ系半導体層に接合した後、常温で冷却させれば、該導電性基板は少しだけ収縮するのに対して、サファイア基板はたくさん収縮することになる。したがって、該サファイア基板には大きい引張応力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ）が加えられ、このことによって、導電性基板とサファイア基板は歪んだ状態となる。このように引張応力により歪んだ状態で、レーザ照射によってサファイア基板を分離すると、該サファイア基板とＧａＮ系半導体層との間の界面に機械的衝撃が加えられ、該ＧａＮ系半導体層上に多くのクラックが生じてしまうことになる。 More specifically, when a conductive substrate made of Si is bonded to a GaN-based semiconductor layer at a temperature of about 200 to 400 ° C. and then cooled at room temperature, the conductive substrate shrinks slightly, whereas sapphire The substrate will shrink a lot. Accordingly, a large tensile stress is applied to the sapphire substrate, which causes the conductive substrate and the sapphire substrate to be distorted. When the sapphire substrate is separated by laser irradiation in a state distorted by the tensile stress in this way, a mechanical impact is applied to the interface between the sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer, and many GaN-based semiconductor layers are formed on the GaN-based semiconductor layer. Cracks will occur.
そのため、最近では、導電性基板としてＳｉ基板の代わりに、サファイア基板と熱膨張係数が類似するＳｉ−Ａｌ合金基板を用いることによって、クラック発生の少ない高品質な垂直構造半導体発光素子を得ることができるようになった。 Therefore, recently, by using a Si-Al alloy substrate having a thermal expansion coefficient similar to that of the sapphire substrate instead of the Si substrate as the conductive substrate, it is possible to obtain a high-quality vertical structure semiconductor light emitting device with less cracking. I can do it now.
しかしながら、このＳｉ−Ａｌ合金基板を用いる場合、発光素子の製造工程で使われる化学物質中の酸、アルカリなどの化学的侵食により、Ｓｉ−Ａｌ合金基板のＡｌ金属がエッチングされ易く、Ｓｉ−Ａｌ合金基板の表面にたくさんの凹凸が生じ、これによってＳｉ−Ａｌ合金基板上に接合されるＧａＮ系半導体層が剥離してしまうという不都合があった。 However, when this Si-Al alloy substrate is used, the Al metal of the Si-Al alloy substrate is easily etched due to chemical erosion of acid, alkali, etc. in the chemical substance used in the manufacturing process of the light emitting device, and Si-Al There was a problem that a lot of irregularities were generated on the surface of the alloy substrate, which caused the GaN-based semiconductor layer to be bonded on the Si—Al alloy substrate to peel off.
従って、本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、本発明は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板の表面に酸、アルカリなどの化学的侵食を防ぐような保護層を更に設け、Ｓｉ−Ａｌ合金基板のＡｌ金属が化学物質によりエッチングされることを防止することができる、化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することをその目的の一つとする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the present invention further includes a protective layer for preventing chemical erosion such as acid and alkali on the surface of the Si-Al alloy substrate, It is an object of the present invention to provide a compound semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same that can prevent the Al metal of the Si—Al alloy substrate from being etched by a chemical substance.
また、本発明は、該Ｓｉ−Ａｌ合金基板表面の粗さを改善することのできる化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することをその目的の一つとする。 Another object of the present invention is to provide a compound semiconductor light emitting device capable of improving the roughness of the surface of the Si—Al alloy substrate and a manufacturing method thereof.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一実施の形態による化合物半導体発光素子は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板と、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面及び下面に設けられた保護層と、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に設けられた前記保護層上に順に積層されているｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層とを含むことができる。 In order to solve the above problems and achieve the object, a compound semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a Si—Al alloy substrate, and protective layers provided on the upper and lower surfaces of the Si—Al alloy substrate. And a p-type semiconductor layer, an active layer, and an n-type semiconductor layer that are sequentially stacked on the protective layer provided on the upper surface of the Si—Al alloy substrate.
ここで、前記保護層は、金属または伝導性誘電体で構成することができる。また、前記金属は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔｉ及びＴａのうちのいずれか一つ、またはこれら金属群のうち少なくとも二つの合金から構成することができる。 Here, the protective layer may be made of a metal or a conductive dielectric. The metal may be made of any one of Ni, Au, Cu, W, Cr, Mo, Pt, Ru, Rh, Ti, and Ta, or an alloy of at least two of these metals. it can.
また、前記伝導性誘電体は、ＩＴＯ、ＩＺＯ及びＣＩＯによって構成された群より選ばれるいずれか一つからなることができる。また、前記保護層は、０．０１μｍ以上２０μｍ以下の厚さを有して設けられてもよい。 The conductive dielectric may be any one selected from the group consisting of ITO, IZO, and CIO. The protective layer may be provided with a thickness of 0.01 μm to 20 μm.
また、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に設けられた前記保護層と前記ｐ型半導体層との間に設けられた接合金属層を、さらに含むことができる。また、前記接合金属層と前記ｐ型半導体層との間に設けられた反射金属層を、さらに含むことができる。 In addition, a bonding metal layer provided between the protective layer provided on the upper surface of the Si—Al alloy substrate and the p-type semiconductor layer may be further included. In addition, a reflective metal layer provided between the bonding metal layer and the p-type semiconductor layer can be further included.
また、上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の他の実施の形態による化合物半導体発光素子の製造方法は、成長用基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を順に設けるステップと、保護層が表面に設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板を備えるステップと、前記ｐ型半導体層上に、前記保護層が表面に設けられた前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合するステップと、前記成長用基板を前記ｎ型半導体層から分離するステップと、前記ｎ型半導体層上にｎ側電極を複数設けるステップと、前記ｎ側電極間の前記ｎ型半導体層、前記活性層、前記ｐ型半導体層、前記保護層及び前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板をダイシングし、チップ単位に分離するステップと、を含むことができる。 In order to solve the above problems and achieve the object, a method of manufacturing a compound semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention includes an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer on a growth substrate. A step of providing a Si-Al alloy substrate having a protective layer provided on the surface, and bonding the Si-Al alloy substrate having the protective layer provided on the surface to the p-type semiconductor layer. Separating the growth substrate from the n-type semiconductor layer, providing a plurality of n-side electrodes on the n-type semiconductor layer, the n-type semiconductor layer between the n-side electrodes, and the active layer Dicing the p-type semiconductor layer, the protective layer, and the Si—Al alloy substrate, and separating them into chips.
また、前記保護層が表面に設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板を備えるステップにおいて、該保護層は、金属または伝導性誘電体を用いて設けることができる。 In the step of providing the Si—Al alloy substrate having the protective layer provided on the surface, the protective layer can be provided using a metal or a conductive dielectric.
また、前記保護層が金属によって設けられる場合、該金属は無電解メッキ、金属蒸着、スパッタリング及びＣＶＤのうちのいずれか一つの方式で設けることができる。また、前記保護層が伝導性誘電体によって設けられる場合、その伝導性誘電体は、蒸着またはスパッタリング方式で設けることができる。 When the protective layer is provided by a metal, the metal can be provided by any one of electroless plating, metal deposition, sputtering, and CVD. Further, when the protective layer is provided by a conductive dielectric, the conductive dielectric can be provided by vapor deposition or sputtering.
また、前記保護層は、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の表面に０．０１μｍ以上２０μｍ以下の厚さで設けることができる。また、前記保護層が表面に設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板を備えるステップの後に、前記保護層の表面をＣＭＰ処理するステップを、さらに含むことができる。 The protective layer may be provided on the surface of the Si—Al alloy substrate with a thickness of 0.01 μm or more and 20 μm or less. In addition, the method may further include performing a CMP process on the surface of the protective layer after the step of providing the Si—Al alloy substrate having the protective layer provided on the surface.
また、前記保護層が表面に設けられた前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合するステップは、前記保護層が表面に設けられた前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を前記ｐ型半導体層上に直接接合することによって実施されることができる。 Further, the step of bonding the Si—Al alloy substrate having the protective layer provided on the surface includes directly bonding the Si—Al alloy substrate provided with the protective layer on the surface of the p-type semiconductor layer. Can be implemented.
また、前記保護層が表面に設けられた前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合するステップは、接合金属層を用いて前記ｐ型半導体層上に、前記保護層が表面に設けられた前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合することによって実施されることができる。また、前記ｐ型半導体層を設けるステップの後に、前記ｐ型半導体層上に反射金属層を設けるステップを、さらに含むことができる。 In addition, the step of bonding the Si—Al alloy substrate having the protective layer provided on the surface may include the step of bonding the Si—Al having the protective layer provided on the surface on the p-type semiconductor layer using a bonding metal layer. It can be implemented by bonding an alloy substrate. Further, after the step of providing the p-type semiconductor layer, a step of providing a reflective metal layer on the p-type semiconductor layer may be further included.
また、上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明のさらに他の実施の形態による化合物半導体発光素子は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板と、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に該Ｓｉ−Ａｌ合金基板の一部を露出するように設けられた保護層と、前記保護層を含む前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に設けられた導電層と、前記導電層上に順に積層されているｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層と、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の下面に設けられたコンタクト金属層とを含むことができる。ここで、前記保護層は、絶縁材によって設けることができる。 In order to solve the above problems and achieve the object, a compound semiconductor light emitting device according to still another embodiment of the present invention includes a Si—Al alloy substrate and a Si—Al alloy substrate on the top surface of the Si—Al alloy substrate. A protective layer provided so as to expose a part of the Al alloy substrate, a conductive layer provided on the upper surface of the Si-Al alloy substrate including the protective layer, and p sequentially stacked on the conductive layer And a contact metal layer provided on the lower surface of the Si-Al alloy substrate. Here, the protective layer can be provided by an insulating material.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明のさらに他の実施の形態による化合物半導体発光素子の製造方法は、成長用基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を順に設けるステップと、上面一部を除いた残りの部分上に保護層が設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板を備えるステップと、前記保護層を含む前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に導電層を設けるステップと、前記ｐ型半導体層上に、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に設けられた前記導電層を接合するステップと、前記成長用基板を前記ｎ型半導体層から分離するステップと、前記ｎ型半導体層上にｎ側電極を複数設けるステップと、前記保護層を含む前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の下面をラッピングするステップと、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の下面にコンタクト金属層を設けるステップと、前記ｎ側電極間の前記ｎ型半導体層、前記活性層、前記ｐ型半導体層、前記導電層、前記保護層、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板及び前記コンタクト金属層をダイシングし、チップ単位に分離するステップとを含むことができる。 In order to solve the above problems and achieve the object, a method of manufacturing a compound semiconductor light emitting device according to still another embodiment of the present invention includes an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer on a growth substrate. A step of providing, a step of providing a Si—Al alloy substrate provided with a protective layer on the remaining portion except for a part of the upper surface, and a conductive layer provided on the upper surface of the Si—Al alloy substrate including the protective layer Bonding the conductive layer provided on the upper surface of the Si-Al alloy substrate on the p-type semiconductor layer, separating the growth substrate from the n-type semiconductor layer, and n Providing a plurality of n-side electrodes on the semiconductor layer, wrapping the lower surface of the Si-Al alloy substrate including the protective layer, and providing a contact metal layer on the lower surface of the Si-Al alloy substrate Dicing the n-type semiconductor layer, the active layer, the p-type semiconductor layer, the conductive layer, the protective layer, the Si-Al alloy substrate, and the contact metal layer between the n-side electrode and the chip unit Separating.
ここで、前記上面の一部を除いた残りの部分上に保護層が設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板を備えるステップは、該Ｓｉ−Ａｌ合金基板の全体表面に保護層を設けるステップと、前記保護層の一部を除去し、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面一部を露出するステップとを含むことができる。 Here, the step of providing a Si-Al alloy substrate provided with a protective layer on the remaining portion excluding a part of the upper surface includes providing a protective layer on the entire surface of the Si-Al alloy substrate; Removing a part of the protective layer and exposing a part of the upper surface of the Si-Al alloy substrate.
また、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の全体表面に保護層を設けるステップにおいて、該保護層は、絶縁材によって設けることができる。 In the step of providing a protective layer on the entire surface of the Si—Al alloy substrate, the protective layer can be provided by an insulating material.
前述のように、本発明による化合物半導体発光素子及びその製造方法によれば、Ｓｉ−Ａｌ合金基板の表面に酸、アルカリなどの化学的侵食を防ぐような保護層を更に設け、該Ｓｉ−Ａｌ合金基板のＡｌ金属がケミカル的にエッチングされることを防止することができる。従って、該Ｓｉ−Ａｌ合金基板の表面に凹凸が生じてしまうことを防止し、該Ｓｉ−Ａｌ合金基板上に接合される発光構造物が剥離してしまうという不良の発生を防止することができるという効果を奏する。 As described above, according to the compound semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the present invention, a protective layer is further provided on the surface of the Si—Al alloy substrate to prevent chemical erosion such as acid and alkali, and the Si—Al It is possible to prevent the Al metal of the alloy substrate from being chemically etched. Therefore, it is possible to prevent the surface of the Si—Al alloy substrate from being uneven, and to prevent the occurrence of a defect in which the light emitting structure bonded on the Si—Al alloy substrate is peeled off. There is an effect.
また、本発明によれば、Ｓｉ−Ａｌ合金基板の表面に設けられる保護層として金属を用いる場合、該金属材質の保護層により表面の粗さを改善することができ、該Ｓｉ−Ａｌ合金基板と発光構造物との間の接合を堅固にし、接合の歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。 Further, according to the present invention, when a metal is used as the protective layer provided on the surface of the Si—Al alloy substrate, the surface roughness can be improved by the protective layer of the metal material, and the Si—Al alloy substrate. As a result, the bonding between the light emitting structure and the light emitting structure can be made firm, and the yield of the bonding can be improved.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態による化合物半導体発光素子及びその製造方法について説明する。また、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付すこととし、繰り返しとなる説明は省略することがある。 Hereinafter, a compound semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same according to preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.
＜第１の実施の形態＞
まず、第１の実施の形態による化合物半導体発光素子の構造について図１を参照して説明する。
<First Embodiment>
First, the structure of the compound semiconductor light emitting device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態による化合物半導体発光素子に対して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態による化合物半導体発光素子の構造を示す断面図である。 A compound semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a compound semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
図１に示したように、本発明の第１の実施の形態による化合物半導体発光素子１００は、ＳｉとＡｌとの合金から成る基板（以下、「Ｓｉ−Ａｌ合金基板」という）１０１と、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面及び下面に設けられた保護層１２０とを含む。
As shown in FIG. 1, the compound semiconductor
Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面に設けられた保護層１２０上には、接合金属層１０２、反射金属層１０３、ｐ型半導体層１０４、活性層１０５及びｎ型半導体層１０６が順に積層されている。
On the
ｐ型半導体層１０４及びｎ型半導体層１０６と活性層１０５とは、ＧａＮ系半導体、即ちＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料などで構成することができ、発光構造物をなす。ｎ型半導体層１０６上には、ｎ側電極１０７が設けられている。
The p-
接合金属層１０２とｐ型半導体層１０４との間に介在する反射金属層１０３は、半導体層から入射した光を上方向に反射させることによって、化合物半導体発光素子１００の輝度をより増加させる。
The
反射金属層１０３は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈのような高反射率の金属、及びこれらのうち二つ以上の合金によって構成された群より選ばれる金属などで構成することができる。しかしながら、反射金属層１０３は、必要に応じて設けられない場合もある。
The
接合金属層１０２は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を発光構造物に接合させる役割をする。接合金属層１０２としては、Ａｕなどを用いることができる。
The
ここで、本発明の第１の実施の形態では、化合物半導体発光素子１００が接合金属層１０２を含んでいるが、接合金属層１０２ではなく、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１がｐ型半導体層１０４上に直接接合されていてもよい。
Here, in the first embodiment of the present invention, the compound semiconductor
そして、本発明の第１の実施の形態による化合物半導体発光素子１００は、前述したようにＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を導電性基板として用いる。このようなＳｉ−Ａｌ合金は、熱膨張係数、熱伝導性、機械的加工性及び値段の面から有利になるという長所がある。
The compound semiconductor
即ち、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の熱膨張係数は、サファイア基板（図２中の符号１５０参照）の熱膨張係数（約６〜７ｐｐｍ／Ｋ）と類似する。そのため、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を用いて化合物半導体発光素子１００を製造する場合、既存のＳｉから成る導電性基板の接合工程とレーザ照射によるサファイア基板の分離工程との際に発生した、基板の反り現象と発光構造物でのクラック発生現象とを大幅減少させ、欠陥の少ない高品質な化合物半導体発光素子１００を得ることができるという長所がある。
That is, the thermal expansion coefficient of the Si—
また、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の熱伝導度は、約１２０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋで熱放出特性に優れると共に、高圧でＳｉとＡｌとを溶融させることによってＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を容易に製造することができ、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を低費用で容易に得ることができる。
Further, the thermal conductivity of the Si—
特に、本発明の第１の実施の形態による化合物半導体発光素子１００において、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上下面には、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１への化学的侵食（ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｔｔａｃｋ）を止める保護層１２０が更に設けられている。
In particular, in the compound semiconductor
ここで、保護層１２０は、金属または伝導性誘電体などから成ることができる。この時、保護層１２０が金属からなる場合、該金属はＮｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔｉ及びＴａのうちのいずれか一つ、または該金属群のうち少なくとも二つの合金から成ることができる。
Here, the
また、保護層１２０が伝導性誘電体からなる場合、該伝導性誘電体はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、またはＣＩＯ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）などから成ることができる。
When the
保護層１２０が金属から成る場合、保護層１２０は無電解メッキ方式により設けられてもよい。ここで、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１と金属材質の保護層１２０との間には保護層１２０のメッキ工程でシード（ｓｅｅｄ）の役割をするシード金属層１１０がさらに設けられる。シード金属層１１０はＴｉ／Ａｕなどで形成することができる。
When the
ここで、金属材質の保護層１２０は、前述のような無電解メッキ方式の他に、金属蒸着、スパッタリング、またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式などにより設けられたものであってもよい。
Here, the
また、保護層１２０が伝導性誘電体からなる場合、該伝導性誘電体材質の保護層１２０は、蒸着またはスパッタリング方式などにより設けられたものでもよい。このような保護層１２０は、０．０１μｍ以上２０μｍ以下の厚さで設けられることが望ましく、１μｍ以上１０μｍ以下の厚さで設けられることがより望ましい。
Further, when the
次に、本発明の第１の実施の形態による化合物半導体発光素子の製造方法について、図２〜図９を参照して詳細に説明する。図２〜図９は、本発明の第１の実施の形態による化合物半導体発光素子の製造方法を順に示した工程断面図である。 Next, a method for manufacturing the compound semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 9 are process cross-sectional views sequentially illustrating a method for manufacturing the compound semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
まず、図２に示すように、成長用基板としてサファイア基板１５０を備え、その後、図３に示すように、サファイア基板１５０上にｎ型半導体層１０６、活性層１０５及びｐ型半導体層１０４を順に設ける。
First, as shown in FIG. 2, a
次に、図４に示すように、ｐ型半導体層１０４上にＡｕ、Ａｌ、Ａｇ又はＲｈなどの高反射率の金属材料を用いて、反射金属層１０３を設ける。ここで、反射金属層１０３は必要に応じて設けられないこともある。
Next, as shown in FIG. 4, a
続いて、図５に示すように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に保護層１２０を設ける。保護層１２０は、金属または伝導性誘電体を用いて設けることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 5, a
ここで、保護層１２０が金属によって設けられる場合、保護層１２０はＮｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔｉ及びＴａのうちのいずれか一つ、またはこれら金属群のうち少なくとも二つの合金から成るものとすることができ、無電解メッキ、金属蒸着、スパッタリング、またはＣＶＤなどの方式で設けることができる。
Here, when the
ここで、金属材質の保護層１２０が無電解メッキ方式で設けられる場合、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に保護層１２０を設ける前に、保護層１２０のメッキ工程で、シード層の役割をするシード金属層１１０を更に設けることができる。
Here, when the
また、保護層１２０が伝導性誘電体によって設けられる場合には、保護層１２０はＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＣＩＯなどから成ることができ、蒸着またはスパッタリング方式などで設けることができる。
When the
保護層１２０は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面全体に亘って０．０１μｍ以上２０μｍ以下の厚さで設けることが望ましく、１μｍ以上１０μｍ以下の厚さで設けることがより望ましい。
The
保護層１２０が０．０１μｍより薄く設けられる場合、保護層１２０が後述するＨＣｌ、ＨＦ、ＫＯＨなどによる化学的侵食を防ぐ役割を適切に行うことは難しく、２０μｍより厚く設けられる場合、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の熱膨張係数が変化することがあり、保護層１２０は上記範囲の厚さで設けることが望ましい。
When the
ここで、図に示されていないが、保護層１２０を設けた後、保護層１２０の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理して表面粗さを改善することもできる。
Here, although not shown in the drawing, after the
前述したように、保護層１２０が表面に設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を備えた後、図６に示すように、接合金属層１０２を用いて反射金属層１０３上に、保護層１２０が表面に設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を接合する。
As described above, after the Si—
ここで前述したように、接合金属層１０２を用いてＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を接合することもできるが、接合金属層１０２を用いることなく、保護層１２０が表面に設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を反射金属層１０３上に直接接合してもよい。
Here, as described above, the Si—
続いて、図７に示すように、レーザリフトオフ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ：ＬＬＯ）工程でサファイア基板１５０をｎ型半導体層１０６から分離する。サファイア基板１５０の分離後は、ＨＣｌ、ＨＦ及びＫＯＨなどの化合物を用いたクリーニング工程が行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the
その後、図８に示すように、サファイア基板１５０の分離により露出したｎ型半導体層１０６上に、複数のｎ側電極１０７を設ける。
Thereafter, as shown in FIG. 8, a plurality of n-
ここで、ｎ側電極１０７を設ける前に、素子の光取出し効率を向上させるために、ｎ型半導体層１０６の表面にＫＯＨなどを用いたテクスチャリング工程を行うことができる。
Here, before the n-
続いて、図９に示すように、ｎ側電極１０７間のｎ型半導体層１０６、活性層１０５、ｐ型半導体層１０４、反射金属層１０３、接合金属層１０２、保護層１２０、シード金属層１１０及びＳｉ−Ａｌ合金基板１０１をダイシングし、チップ単位に分離する。これにより、本発明の第１の実施の形態による化合物半導体発光素子１００が得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 9, the n-
このように、本発明の第１の実施の形態では、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面にＮｉのような保護層１２０を更に設けることによって、サファイア基板１５０の分離後に行われるクリーニング工程で使われるＨＣｌ、ＨＦ、ＫＯＨなどのケミカル、またはｎ型半導体層１０６の表面テクスチャリング工程で使われるＫＯＨなどにより、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１のＡｌ金属がエッチングされることを防止することができるという効果を奏する。従って、本発明の第１の実施の形態によれば、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に凹凸が生じることを防いで、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１上に接合される発光構造物が剥離するような不良の発生を防止することができるという効果を奏する。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the
また、保護層１２０としてＮｉなどのような金属を用いる場合、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面粗さを改善し、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１と発光構造物との間を堅固に接合することができるという利点がある。
Further, when a metal such as Ni is used as the
つまり、従来的には、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１が接合金属層１０２の形成前に自然酸化膜除去のために酸などの化学物質を用いたクリーニング工程を経て、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面のＡｌ金属がエッチングされながら平均２００〜５００ｎｍの表面凹凸が設けられたが、本発明の第１の実施の形態でのように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に保護層１２０としてＮｉなどの金属層を設けた後、Ｎｉ ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を行うと、表面凹凸が５ｎｍ以下に減少して、鏡面のように表面粗さが改善される。
That is, conventionally, the surface of the Si—
このように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面粗さが改善されることによって、Ｓｉ−Ａｌ合金基板と発光構造物との間を堅固に接合し、接合歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
Thus, by improving the surface roughness of the Si—
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態による化合物半導体発光素子の構造について説明する。図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態による化合物半導体発光素子に対して詳細に説明する。ただし、第２の実施の形態の構成において、第１の実施の形態と同一の構成を有する部分についての説明は省略し、異なる構成に対してのみ詳述することにする。
<Second Embodiment>
The structure of the compound semiconductor light emitting device according to the second embodiment will be described. A compound semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. However, in the configuration of the second embodiment, the description of the part having the same configuration as that of the first embodiment is omitted, and only the different configuration will be described in detail.
図１０は、本発明の第２の実施の形態による化合物半導体発光素子の構造を示す断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a compound semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention.
同図のように、本発明の第２の実施の形態による化合物半導体発光素子１００は、保護層１２０はＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面及び下面全体に設けられずに、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面に保護層１２０がＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の一部を露出するように設けられており、これら保護層１２０及び保護層１２０により露出されたＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面には、導電層１２２がさらに設けられており、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の下面には、コンタクト金属層１２３が設けられている。これらの点を除き、第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構成を有する。
As shown in the figure, in the compound semiconductor
特に、本発明の第２の実施の形態による化合物半導体発光素子において、保護層１２０は、金属や伝導性誘電体でなく絶縁材からなることが望ましい。
In particular, in the compound semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, the
即ち、本発明の第２の実施の形態による化合物半導体発光素子は、保護層１２０が金属や伝導性誘電体でなく絶縁材からなる代わりに、保護層１２０が設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板１０１と保護層１２０上部の発光構造物との間の通電のために、保護層１２０がＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面一部を露出するように設けられ、保護層１２０を含むＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面に導電層１２２が更に設けられるものである。ここで、導電層１２２は、金属などから構成することができる。
That is, in the compound semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, the Si—
以下、本発明の第２の実施の形態による化合物半導体発光素子の製造方法について、詳細に説明する。ただし、第２の実施の形態における構成のうち、第１の実施の形態と同一の部分についての説明は省略し、異なる構成に対してのみ詳述する。 Hereinafter, the manufacturing method of the compound semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention will be described in detail. However, in the configuration of the second embodiment, the description of the same part as that of the first embodiment is omitted, and only the different configuration will be described in detail.
まず、前述した図２〜図４に示すように、サファイア基板１５０上にｎ型半導体層１０６、活性層１０５、ｐ型半導体層１０４及び反射金属層１０３を順に設ける。ここで、反射金属層１０３は必要に応じて設けられないこともある。
First, as shown in FIGS. 2 to 4 described above, an n-
続いて、図１１に示すように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面全体に保護層１２０が設けられる。
Subsequently, as shown in FIG. 11, a
ここで、保護層１２０は絶縁材で形成することができる。絶縁材からなる保護層１２０は、ＣＶＤまたはコーティング方式などにより０．０１μｍ以上１μｍ以下の厚さで設けることができる。
Here, the
ここで、図示されていないが、保護層１２０を設けた後、保護層１２０の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理することができる。
Here, although not shown, after the
次に、図１２に示すように、保護層１２０の一部をエッチング方式などにより除去し、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面一部を露出する。
Next, as shown in FIG. 12, a part of the
続いて、図１３に示すように、保護層１２０を含むＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面に導電層１２２を設ける。
Subsequently, as shown in FIG. 13, a
続いて、図１４に示すように、接合金属層１０２を用いて反射金属層１０３上に、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面に設けられた導電層１２２を接合する。
Subsequently, as shown in FIG. 14, the
しかる後、図１５に示すように、レーザリフトオフ工程でサファイア基板１５０をｎ型半導体層１０６から分離する。
Thereafter, as shown in FIG. 15, the
ここで、サファイア基板１５０の分離後は、ＨＣｌ、ＨＦ及びＫＯＨなどの化合物を用いたクリーニング工程が行われる。本発明の第２の実施の形態によれば、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に保護層１２０及び導電層１２２が設けられているため、該クリーニング工程で使われる化学物質により、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１のＡｌ金属がエッチングされるのを防止することができる。
Here, after the
その後、図１６に示すように、サファイア基板１５０の分離により露出したｎ型半導体層１０６上に、複数のｎ側電極１０７を設ける。
Thereafter, as shown in FIG. 16, a plurality of n-
ここで、ｎ側電極１０７を設ける前に、半導体発光素子の光取出し効率を向上するために、ｎ型半導体層１０６の表面にＫＯＨなどを用いたテクスチャリング工程を行うことができる。本実施の形態によれば、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に保護層１２０及び導電層１２２が設けられているため、該テクスチャリング工程で使われる化学物質により、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１のＡｌ金属がエッチングされることを防止することができる。
Here, before the n-
続いて、図１７に示すように、ラッピング工程によって、保護層１２０を含むＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の下面を一定の厚さ分除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 17, the lower surface of the Si—
続いて、図１８に示すように、前記ラッピング工程により露出したＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の下面に、コンタクト金属層１２３を設ける。
Subsequently, as shown in FIG. 18, a
その後、図１９に示すように、ｎ側電極１０７間のｎ型半導体層１０６、活性層１０５、ｐ型半導体層１０４、反射金属層１０３、接合金属層１０２、導電層１２２、保護層１２０、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１及びコンタクト金属層１２３をダイシングし、チップ単位に分離する。これにより、本発明の第２の実施の形態による化合物半導体発光素子１００が得られる。
After that, as shown in FIG. 19, the n-
この本発明の第２の実施の形態による化合物半導体発光素子の製造方法によれば、第１の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。 According to the manufacturing method of the compound semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
今回開示された実施の形態は例示にすぎず、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明によるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内におけるすべての変更が含まれる。 It should be considered that the embodiments disclosed herein are merely examples and are not limiting. The scope of the present invention is not based on the above description of the embodiments, but is defined by the scope of claims for patent, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
１００ 化合物半導体発光素子
１０１ Ｓｉ−Ａｌ合金基板
１０２ 接合金属層
１０３ 反射金属層
１０４ ｐ型半導体層
１０５ 活性層
１０６ ｎ型半導体層
１０７ ｎ側電極
１１０ シード金属層
１２０ 保護層
１２２ 導電層
１２３ コンタクト金属層
１５０ サファイア基板
DESCRIPTION OF
Claims (21)
前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面及び下面に設けられた保護層と、
前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に設けられた前記保護層上に順に積層されているｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層と、
を含むことを特徴とする化合物半導体発光素子。 A Si-Al alloy substrate;
Protective layers provided on the upper and lower surfaces of the Si-Al alloy substrate;
A p-type semiconductor layer, an active layer, and an n-type semiconductor layer sequentially stacked on the protective layer provided on the upper surface of the Si-Al alloy substrate;
A compound semiconductor light emitting device comprising:
前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の一部を露出するように設けられた保護層と、
前記保護層を含む前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に設けられた導電層と、
前記導電層上に順に積層されているｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層と、
前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の下面に設けられたコンタクト金属層と、
を含むことを特徴とする化合物半導体発光素子。 A Si-Al alloy substrate;
A protective layer provided on the upper surface of the Si-Al alloy substrate so as to expose a part of the Si-Al alloy substrate;
A conductive layer provided on the upper surface of the Si-Al alloy substrate including the protective layer;
A p-type semiconductor layer, an active layer, and an n-type semiconductor layer sequentially stacked on the conductive layer;
A contact metal layer provided on the lower surface of the Si-Al alloy substrate;
A compound semiconductor light emitting device comprising:
保護層が全面に設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板を備えるステップと、
前記ｐ型半導体層上に、前記保護層が全面に設けられた前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合するステップと、
前記成長用基板を前記ｎ型半導体層から分離するステップと、
前記ｎ型半導体層上にｎ側電極を複数設けるステップと、
前記ｎ側電極間の前記ｎ型半導体層、前記活性層、前記ｐ型半導体層、前記保護層及び前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板をダイシングし、チップ単位に分離するステップと、
を含むことを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。 Providing an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer in this order on a growth substrate;
Providing a Si-Al alloy substrate provided with a protective layer on the entire surface ;
Bonding the Si-Al alloy substrate provided with the protective layer over the entire surface on the p-type semiconductor layer;
Separating the growth substrate from the n-type semiconductor layer;
Providing a plurality of n-side electrodes on the n-type semiconductor layer;
Dicing the n-type semiconductor layer between the n-side electrodes, the active layer, the p-type semiconductor layer, the protective layer, and the Si-Al alloy substrate, and separating them into chips;
The manufacturing method of the compound semiconductor light-emitting device characterized by including this.
前記保護層は、金属または伝導性誘電体を用いて設けられることを特徴とする請求項１０に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。 In the step of providing the Si-Al alloy substrate provided with the protective layer on the entire surface ,
The method of manufacturing a compound semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein the protective layer is provided using a metal or a conductive dielectric.
上面一部を除いた全面に、保護層が設けられたＳｉ−Ａｌ合金基板を備えるステップと、
前記保護層を含む前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に導電層を設けるステップと、
前記ｐ型半導体層上に、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面に設けられた前記導電層を接合するステップと、
前記成長用基板を前記ｎ型半導体層から分離するステップと、
前記ｎ型半導体層上にｎ側電極を複数設けるステップと、
前記保護層を含む前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の下面をラッピングするステップと、
前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の下面にコンタクト金属層を設けるステップと、
前記ｎ側電極間の前記ｎ型半導体層、前記活性層、前記ｐ型半導体層、前記導電層、前記保護層、前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板及び前記コンタクト金属層をダイシングし、チップ単位に分離するステップと、
を含むことを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。 Providing an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer in this order on a growth substrate;
A step of providing a Si-Al alloy substrate provided with a protective layer on the entire surface excluding a part of the upper surface;
Providing a conductive layer on the upper surface of the Si-Al alloy substrate including the protective layer;
Bonding the conductive layer provided on the upper surface of the Si-Al alloy substrate on the p-type semiconductor layer;
Separating the growth substrate from the n-type semiconductor layer;
Providing a plurality of n-side electrodes on the n-type semiconductor layer;
Wrapping a lower surface of the Si-Al alloy substrate including the protective layer;
Providing a contact metal layer on the lower surface of the Si-Al alloy substrate;
The n-type semiconductor layer, the active layer, the p-type semiconductor layer, the conductive layer, the protective layer, the Si-Al alloy substrate, and the contact metal layer between the n-side electrodes are diced and separated into chips. Steps,
The manufacturing method of the compound semiconductor light-emitting device characterized by including this.
前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の全体表面に保護層を設けるステップと、
前記保護層の一部を除去して前記Ｓｉ−Ａｌ合金基板の上面一部を露出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１９に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。 The step of providing a Si-Al alloy substrate provided with a protective layer on the entire surface excluding a part of the upper surface,
Providing a protective layer on the entire surface of the Si-Al alloy substrate;
Removing a part of the protective layer to expose a part of the upper surface of the Si-Al alloy substrate;
The method for producing a compound semiconductor light-emitting element according to claim 19, comprising:
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