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WO2007117035A1 - 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 Download PDF

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WO2007117035A1
WO2007117035A1 PCT/JP2007/058071 JP2007058071W WO2007117035A1 WO 2007117035 A1 WO2007117035 A1 WO 2007117035A1 JP 2007058071 W JP2007058071 W JP 2007058071W WO 2007117035 A1 WO2007117035 A1 WO 2007117035A1
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WO
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nitride semiconductor
layer
semiconductor layer
electrode
light emitting
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Application number
PCT/JP2007/058071
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mitsuhiko Sakai
Original Assignee
Rohm Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co., Ltd. filed Critical Rohm Co., Ltd.
Priority to US12/225,924 priority Critical patent/US7786502B2/en
Priority to EP07741507A priority patent/EP2006922A1/en
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    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN

Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device having a support substrate and a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device having a support substrate.
  • a white LED which combines a blue LED (Light Emitting Diode) using a nitride semiconductor light emitting element with a yellow wavelength phosphor, is used worldwide as a backlight source applied to liquid crystal displays in mobile phones.
  • the product has sales of ⁇ 100 billion.
  • white LEDs are characterized by low power consumption and long life compared to fluorescent and incandescent lamps. Therefore, white LEDs are actively researched and developed as light sources to replace fluorescent and incandescent lamps.
  • the nitride semiconductor light-emitting device includes an n-type nitride semiconductor layer 220, an MQW active layer 230, and a p-type nitride semiconductor layer 240 in this order on a growth substrate 210. It has been.
  • Such a nitride semiconductor light emitting device is a type of nitride semiconductor light emitting device that emits light in all directions from the MQW active layer 230. For example, by rotating the nitride semiconductor light emitting device up and down by 180 ° C. and providing the p-type nitride semiconductor layer 240 on the lower side, light is transmitted from the MQW active layer 230 toward the p-type nitride semiconductor layer 240. It can also be used as a flip-chip type nitride semiconductor light emitting device that emits.
  • the nitride semiconductor light-emitting device has an n-type nitride semiconductor layer 220, MQW active without using the growth substrate 210.
  • a path through which current flows between the layer 230 and the p-type nitride semiconductor layer 240 (hereinafter, the n-type nitride semiconductor layer 220, the MQW active layer 230, and the p-type nitride semiconductor layer 240 are referred to as nitride semiconductor layers). If you don't secure it,
  • the p-type nitride semiconductor layer 240 side force is also partially etched until the n-type nitride semiconductor layer 220 is exposed, and the n-type Nitriding
  • a nitride semiconductor light emitting device is formed.
  • the nitride semiconductor light emitting device can ensure conduction without the growth substrate 210 being interposed.
  • the n electrode 260 and the p electrode 250 are paired on the side of the growth substrate 210 that includes the nitride semiconductor layer. It is formed to be located diagonally at the corner of If the resistance value is the same, the current tends to flow through a short distance. Due to the nature of the current, the current is concentrated from the p-electrode 250 to the n-electrode 260 at the corresponding portion of the nitride semiconductor layer on the direct force line and spread evenly. There is no problem.
  • such a nitride semiconductor light emitting device has a problem that electrostatic breakdown is likely to occur in the applied portion due to the voltage concentrated on the corresponding portion on the direct force line from the p electrode 250 to the n electrode 260. .
  • a conductive growth substrate is provided. Further, a p-electrode is formed on one end of the nitride semiconductor layer, and on the opposite side of the nitride semiconductor layer.
  • a nitride semiconductor light emitting device having an n-electrode on the other end across a long substrate was studied. However, since SiC or the like serving as a conductive growth substrate is expensive, there is a problem that the manufacturing cost of the nitride semiconductor light emitting device is increased.
  • an excimer laser beam having a wavelength of about 300 nm or less is formed after forming a nitride semiconductor layer on a growth substrate and bonding a support substrate on the nitride semiconductor layer.
  • the nitride semiconductor layer near the interface between the growth substrate and the nitride semiconductor layer is thermally decomposed by irradiating the growth substrate side force at several lOOmJ / cm 2 to peel the nitride semiconductor layer from the growth substrate 210.
  • a manufacturing method is disclosed (for example, see the publication of Japanese Patent Laid-Open No. 2004-512688).
  • a nitride semiconductor light emitting device as shown in FIG. 7 is manufactured by a powerful manufacturing method.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes a support substrate 370 on the p-type nitride semiconductor layer 340 side of the nitride semiconductor layer, and an n electrode 360 on the n-type nitride semiconductor layer 320.
  • n electrode 360 Is bonded to the wire and supplies electrons to the n-type nitride semiconductor layer 320.
  • the support substrate 370 functions as a p-electrode and allows holes to flow over the entire surface of the p-type nitride semiconductor layer 340. This improves the uniformity of the current that can flow through the nitride semiconductor light-emitting device.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes a reflective mirror film 350 between the support substrate 370 and the nitride semiconductor layer, so that the MQW active layer and the n-type nitride semiconductor layer 320 are directed. A lot of light can be emitted.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes an n-electrode 360 that also has a metal force.
  • a light transmissive electrode such as ZnO or ITO
  • the light transmissive electrode realizes ohmic contact with the n-type nitride semiconductor layer 320. This is not possible.
  • the n electrode 360 is a pad electrode that is bonded to a wire and needs to be aligned during wire bonding.
  • the diameter of 360 is larger than a predetermined size (eg 100 m).
  • the n electrode 360 since the n electrode 360 does not have optical transparency, it absorbs light emitted from the MQW active layer 330 toward the n-type nitride semiconductor layer 320. As a result, the amount of light emitted from the nitride semiconductor light emitting device is reduced by the ratio of the area of the n electrode 360 to the area of the surface of the n type nitride semiconductor layer.
  • an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device that can improve light extraction efficiency.
  • the nitride semiconductor light emitting device is characterized by a support substrate, a p-type nitride semiconductor layer provided on the support substrate, and an active layer provided on the p-type nitride semiconductor layer.
  • a nitride semiconductor layer having an n-type nitride semiconductor layer provided on the active layer, a contact electrode provided on the n-type nitride semiconductor layer, and a contact electrode on the n-type nitride semiconductor layer.
  • a light transmissive transparent electrode provided on the pole and a transparent electrode provided on the support substrate And a pad electrode projected onto the projection surface, which is a plane parallel to the main surface of the active layer. The gist is that it does not overlap with the domain.
  • the area on which the active layer is projected and the area on which the pad electrode is projected do not overlap on the projection plane which is a plane parallel to the main surface of the active layer.
  • light generated in the active layer and emitted from the active layer toward the n-type nitride semiconductor layer is emitted from the nitride semiconductor light emitting device without being absorbed by the pad electrode.
  • the contact electrode is provided on the n-type nitride semiconductor layer, so that electrons can be supplied to the n-type nitride semiconductor layer. That is, the contact electrode can make an ohmic contact with the n-type nitride semiconductor layer.
  • the area of the region where the contact electrode is projected may be smaller than the area of the region where the pad electrode is projected.
  • the area of the contact electrode can be reduced on the projection plane as compared to the area of the nod electrode joined to the wire, so that the pad electrode is on the n-type nitride semiconductor layer.
  • the light extraction efficiency can be improved as compared with the nitride semiconductor device provided in FIG.
  • the transparent electrode extends along the side surface of the nitride semiconductor layer, and includes the transparent electrode and the side surface of the nitride semiconductor layer.
  • An insulating film may be provided between them.
  • the current is transmitted to the nitride semiconductor layer (active layer and p-type nitride semiconductor layer). It can prevent leakage.
  • a feature of the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device is that a nitride semiconductor layer composed of an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer is sequentially formed on a growth substrate.
  • a step of bonding a support substrate on the p-type nitride semiconductor layer, a step of peeling the n-type nitride semiconductor layer from the growth substrate, and an n exposed by peeling the growth substrate Forming a contact electrode on the type nitride semiconductor layer, forming a light-transmissive transparent electrode on the contact electrode, and forming a pad electrode electrically connected to the transparent electrode on the support substrate
  • the pad electrode is a projection plane that is a plane parallel to the main surface of the active layer, and the region where the main surface of the active layer is projected overlaps the region where the pad electrode is projected. It is characterized by being shaped like a nara.
  • a nitride semiconductor light emitting device capable of improving the light extraction efficiency compared to a nitride semiconductor light emitting device having a pad electrode on the surface of the n-type nitride semiconductor layer is provided. Obtainable.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an AA ′ cross-sectional structure of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a manufacturing flow of a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the prior art.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the prior art.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • the nitride semiconductor light emitting device has a structure in which a p-type nitride semiconductor layer 140, an MQW active layer 130, and an n-type nitride semiconductor layer 120 are provided in this order on a support substrate 170.
  • the nitride semiconductor layer 100 is provided.
  • the nitride semiconductor light-emitting element is provided on a contact electrode 161 provided on the n-type nitride semiconductor layer 120, a light-transmissive second transparent electrode 165 provided on the contact electrode 161, and a support substrate 170.
  • a second pad electrode 166 electrically connected to the second transparent electrode.
  • the n-type nitride semiconductor layer 120 has a structure in which an n-type superlattice layer 123 and an n-type contact layer 122 are sequentially provided.
  • the n-type contact layer 122 is formed of GaN doped with Si.
  • the n-type contact layer 122 is in ohmic contact with the contact electrode 161.
  • the n-type superlattice layer 123 includes an InGaN layer formed of Si-doped InGaN.
  • It has a superlattice structure in which GaN layers formed of GaN doped with Si are alternately stacked.
  • the MQW active layer 130 has a multiple quantum well structure (MQW structure: Multi Quantum Well) formed of a nitride semiconductor containing In.
  • MQW structure Multi Quantum Well
  • the MQW active layer 130 is formed of In GaN having a thickness of 3 nm.
  • It has an MQW structure in which a well layer and a barrier layer made of undoped GaN having a thickness of lOnm are alternately stacked eight times.
  • the p-type nitride semiconductor layer 140 has a structure in which a p-type contact layer 142 and a p-type cladding layer 141 are provided in this order.
  • the p-type cladding layer 141 is made of undoped GaN or In GaN containing about 1% In.
  • the p-type contact layer 142 is formed of GaN doped with Mg.
  • the p-type contact layer 142 is in ohmic contact with the first transparent electrode 151.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes an n-type contact layer 122 to a p-type contact layer 142, a side surface 100B of the nitride semiconductor layer 100, a side surface of the first transparent electrode 151, the first transparent electrode 151, and a reflection mirror.
  • a first insulating film 152 is provided between the film 154 and the film 154.
  • the first insulating film 152 is made of SiN, SiO, SiON, Al 2 O, or the like.
  • the first insulating film 152 is the first insulating film 152
  • a first contact hole 153 is provided to contact the first transparent electrode 151 and the reflection mirror film 154 with the insulating film 152 interposed therebetween.
  • Such a nitride semiconductor light emitting device includes a reflective mirror film 154, a first bonding layer 155, and a second junction between the support substrate 170 and the first insulating film 152 from the first insulating film 152 side.
  • Layer 156 is provided in this order.
  • the reflection mirror film 154 ensures a path for current to flow through the first transparent electrode 151 by contacting the first transparent electrode 151 from the first contact hole 153.
  • the reflective mirror film 154 is a conductive metal layer having a structure in which an A1 layer, a Ti layer, and an Au layer are sequentially provided from the surface of the first insulating film 152 provided on the surface of the first transparent electrode 151. It is.
  • the reflective mirror film 154 may be formed of a silver-white conductive metal layer such as an Ag layer, for example, instead of the A1 layer. Further, the reflection mirror film 154 may be formed of an alloy layer of Au and Sn instead of the Au layer. Further, the reflecting mirror film 154 may be formed with an Au layer subsequent to the A1 layer without using the Ti layer. The reflective mirror film 154 improves the light extraction efficiency extracted from the n-type contact layer 122 by reflecting light emitted from the p-type contact layer 142 by a silver-white conductive metal layer such as the A1 layer. be able to.
  • the first bonding layer 155 includes only an Au layer or an alloy layer provided in the order of Au, Sn, and force S from the surface of the reflective mirror film 154.
  • the second bonding layer 156 is bonded to the first bonding layer 155 and, like the first bonding layer 155, has only an Au layer or an alloy layer force of Au and Sn.
  • Such a nitride semiconductor light emitting device includes a contact electrode 161 provided on the n-type nitride semiconductor layer 120.
  • the contact electrode 161 includes a Ti layer and an A1 layer in order from the surface of the n-type contact layer 122. This is an electrode having a structured. Note that the contact electrode 161 may be formed of only the A1 layer without using the Ti layer. The contact electrode 161 is in ohmic contact with the n-type contact layer 122.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes the second insulating film 162 on the surface of the n-type contact layer 122 and part of the surface of the contact electrode 161.
  • the second insulating film 162 is made of SiN, SiO, S
  • the second insulating film 162 is interposed between the second insulating film 162.
  • a second contact hole 164 is provided to make the second transparent electrode 165 and the contact electrode 161 in ohmic contact with each other.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes a light transmissive second transparent electrode 165 provided on the contact electrode 161.
  • the second transparent electrode 165 is provided on the surface of the contact electrode 161 exposed from the second contact hole 164 and the surface of the second insulating film 162.
  • the second transparent electrode 165 includes a part of the surface of the first insulating film 152 formed on the side surface 100B of the nitride semiconductor layer 100 between the contact electrode 161 and the second pad electrode 166, and the third transparent electrode 165. It is continuously provided on the surface of the insulating film 163.
  • the second transparent electrode 165 is formed on the surface of the second insulating film 162 with Ga force S-doped ZnO, ITO or the like, and is in ohmic contact with the contact electrode 161 from the second contact hole 164 provided in the second insulating film 162. is doing.
  • the second transparent electrode 165 is formed on the side surface of the nitride semiconductor layer with the first insulating film 152 interposed therebetween, and is joined to the second pad electrode 166.
  • Such a nitride semiconductor light emitting device includes a second pad electrode 166 provided on the support substrate 170 and electrically connected to the second transparent electrode 165.
  • the second pad electrode 166 is provided on the support substrate 170 with the third insulating film 163 interposed therebetween, and is connected to the second transparent electrode 165.
  • the support substrate 170 is bonded to the nitride semiconductor layer with the first bonding layer 155 and the second bonding layer 156 interposed therebetween.
  • the support substrate 170 also has a high thermal conductivity material such as Cu and A1N.
  • FIG. 2 is a projection obtained by projecting the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 from the A direction, and is parallel to the main surface of the MQW active layer 130.
  • 3 is a diagram showing a projection plane S.
  • FIG. 2 shows the first pad electrode 157, The contact electrode 161, the second transparent electrode 165, the second pad electrode 166, the third insulating film 163, and the support substrate 170 are omitted and shown.
  • the second pad electrode 166 is not provided in the region 130S where the MQW active layer is projected, but is provided on the surface of the third insulating film 163 for insulating from the support substrate 170, Bonded with the second transparent electrode 165.
  • the second pad electrode 166 supplies current to the nitride semiconductor layer via the second transparent electrode 165 and the contact electrode 161.
  • the diameter of the second pad electrode 166 is, for example, 100 m or more.
  • the first pad electrode 157 is provided in any region on the surface of the support substrate 170.
  • the first pad electrode 157 supplies current to the nitride semiconductor layer via the support substrate 170, the second bonding layer 156, the first bonding layer 155, the reflection mirror film 154, and the first transparent electrode 151.
  • the first pad electrode 157 and the second pad electrode 166 are electrodes having a structure in which the surface force of the support substrate 170 is also provided with a Ti layer and an A 1 layer in this order.
  • step S101 a stacking process for forming a nitride semiconductor layer on the growth substrate 110 made of sapphire is performed.
  • the growth substrate 110 is placed in a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus, and the temperature is raised to about 1050 ° C while flowing hydrogen gas. Then, the growth substrate 110 is thermally cleaned.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • the temperature in the MOCVD apparatus is lowered to about 600 ° C, and the n-type buffer layer 121 having Ga N force is grown on the growth substrate 110 by epitaxial growth (hereinafter, simply referred to as “crystal growth”). Designated as crystal growth).
  • the temperature in the MOCVD apparatus is raised to about 1000 ° C., and the n-type buffer layer 121 is Then, an n-type contact layer 122 having a GaN force doped with Si is crystal-grown.
  • an InGaN layer made of InGaN doped with Si and a GaN layer made of GaN with Si doped are alternately stacked to form an n-type having a superlattice structure. Crystal growth of super lattice layer 123 occurs.
  • An MQW active layer 130 having an MQW structure is grown by laminating eight undoped GaN force barrier layers each having a force lOnm.
  • Crystal growth of p-type cladding layer 141 which also has GaN layer strength.
  • the nitride semiconductor layer is grown by crystal-growing the p-type contact layer 142 having a GaN force doped with Mg on the p-type cladding layer 141 while further raising the temperature in the MOCVD apparatus.
  • Electrode 151 is formed on the p-type contact layer 142.
  • step S102 a support substrate bonding step of bonding the support substrate 170 onto the ⁇ -type nitride semiconductor layer 140 is performed.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the nitride semiconductor light emitting device after such a support substrate bonding step has been performed.
  • the first transparent electrode 151 is exposed from the first transparent electrode 151 until the n-type buffer layer 121 is exposed by, for example, ICP (Inductively Coupled Plasma) method.
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • a kerf that divides the nitride semiconductor layer into the size of the nitride semiconductor light emitting element is formed.
  • the first transparent electrode 151 and the first insulating film 152 that also has an SiN isotropic force on the exposed surface such as the side surface of the nitride semiconductor layer.
  • the first insulating film 152 is formed on the first transparent electrode 151 using a CF-based gas.
  • the first contact hole 153 is formed by dry etching the first insulating film 152. To do.
  • an A1 layer, a Ti layer, and an Au layer are sequentially stacked on the first transparent electrode 151 and the first insulating film 152 exposed from the first contact hole 153 by vapor deposition.
  • a reflection mirror film 154 is formed.
  • A1 layer instead of the A1 layer, other silver-white metal layers such as an Ag layer may be used. Further, instead of the Au layer, an alloy layer of Au and Sn may be used. Also, without using the Ti layer, it is possible to stack the V and Au layers following the A1 layer.
  • a first bonding layer 155 made of an alloy layer of Au and Sn or only an Au layer is formed on the reflection mirror film 154.
  • an Au and Sn alloy layer or a second bonding layer 156 that has a force only for the Au layer is formed on the support substrate 170.
  • step S103 a peeling process for peeling the n-type nitride semiconductor layer from the growth substrate 110 is performed.
  • step S104 a contact electrode forming process is performed.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the nitride semiconductor light emitting device after the contact electrode forming step and the contact electrode forming step are performed.
  • the growth substrate 110 is exposed by the ICP method in the cut groove where the n-type buffer layer 121 is exposed. Etch further until. In the intensive etching, the nitride semiconductor layer is protected by the already formed first insulating film 152, so that unnecessary damage is not caused.
  • first bonding layer 155 and the second bonding layer 156 are bonded by applying pressure to the first bonding layer 155 and the second bonding layer 156 at the temperature of the eutectic point.
  • the growth substrate 110 is irradiated by irradiating a nitride semiconductor layer from the growth substrate 110 side with KrF laser light having a wavelength of about 248 nm with an irradiation energy of about 300 to 700 mjZcm- 2.
  • the n-type buffer layer 121 near the interface between the The long substrate 110 is peeled from the nitride semiconductor layer.
  • the KrF laser light is almost completely transmitted through the growth substrate 110 made of sapphire and is almost completely absorbed by the n-type buffer layer 121 made of GaN force. As a result, the temperature of the n-type buffer layer 121 near the interface between the growth substrate 110 and the n-type buffer layer 121 rises rapidly, and the n-type buffer layer 121 is thermally decomposed.
  • N gas generated during intense thermal decomposition is generated in the voids between the nitride semiconductor layers.
  • step S104 a contact electrode forming step is performed in which a contact electrode is formed on the surface of the n-type nitride semiconductor layer exposed by peeling off the growth substrate 110.
  • the contact electrode formation step first, Ga remaining on the surface of the n-type contact layer 122 is removed by etching with acid, alkali, or the like. More preferably, the n-type contact layer 122 is etched by further dry etching after etching with alkali or the like. Thereby, the omic characteristics of the n-type contact layer 122 and the contact electrode 161 are further improved.
  • a Ti layer and an A1 layer are stacked in this order to form a contact electrode 161 that is in ohmic contact with the n-type contact layer 122.
  • the contact electrode 161 may be laminated only by the A1 layer without using the Ti layer.
  • the second insulating film 162 having SiN, SiO, SiON, Al 2 O and the like on the surface of the contact electrode 161 and the exposed surface of the n- type contact layer 122 is used.
  • a third insulating film 163 having the same strength as SiON, Al 2 O 3 is formed.
  • step S105 a transparent electrode forming step of forming a light transmissive second transparent electrode 165 on the surface of the contact electrode 161 is performed.
  • the CF-based gas is applied to the second insulating film 162.
  • step S106 a pad electrode forming step for forming the first pad electrode 157 and the second pad electrode 166 is performed.
  • a Ti layer and an A1 layer are sequentially laminated on the surface of the support substrate 170 in an arbitrary region of the surface of the support substrate 170, and the diameter is about 100 m.
  • a first pad electrode 157 is formed.
  • a Ti layer and an A1 layer are sequentially stacked so as to be formed on the surface of the third insulating film 163 formed on the surface of the support substrate 170 and to be bonded to the second transparent electrode 165.
  • a second pad electrode 166 having a diameter of about 100 m is formed.
  • the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 1 is manufactured.
  • the region where the MQW active layer 130 is projected and the second node electrode 166 are The projected area does not overlap.
  • the light generated in the MQW active layer 130 and emitted from the MQW active layer 130 in the direction of the n-type nitride semiconductor layer 120 is emitted from the nitride semiconductor light emitting device that is not absorbed by the second pad electrode 166. Released.
  • nitride semiconductor light emitting device capable of improving the light extraction efficiency as compared with the nitride semiconductor light emitting device including the second pad electrode 166 on the surface of the n-type nitride semiconductor layer 120.
  • Contact electrode 161 is provided on n-type nitride semiconductor layer 120, so that electrons can be supplied to the n-type nitride semiconductor layer. That is, the contact electrode 161 can make ohmic contact with the n-type nitride semiconductor layer 120. Further, even if the contact electrode 161 is formed to have a small surface area in contact with the n-type contact layer 122 in order to suppress light absorption, the contact electrode 161 does not cause a problem of voltage drop. Electrons can be supplied.
  • the contact resistance between the contact electrode 161 and the n-type nitride semiconductor layer 120 is set to 7.42 ⁇ 10 _5 ⁇ ⁇
  • the voltage drop is as low as 19 mV.
  • the diameter of the circle is 50 m
  • the voltage drop shows a sufficiently low value of 76 mV, and the voltage change of several hundred mV is not a problem.
  • the second pad electrode 166 is an n-type nitride semiconductor layer. Compared with the nitride semiconductor device provided on 120, the light extraction efficiency can be improved.
  • the nitride semiconductor element including the second transparent electrode 165 on the side surface 100B of the nitride semiconductor layer 100 is illustrated, but the present invention is not limited to this, for example, by a conductor made of metal An electrode on the side surface 100B may be formed.
  • the second transparent electrode 165 on the upper surface 100A of the nitride semiconductor layer 100 and the second pad electrode 166 need only be electrically connected.
  • only the second transparent electrode 165 is formed on the upper surface 100A, and a conductor or the like having a metal force is not formed. This is because the second transparent electrode 165 does not absorb light, but a metal conductor or the like absorbs light, thereby reducing the light extraction efficiency of the nitride semiconductor light emitting device.
  • Cu is used as the conductive metal for the support substrate 170.
  • the present invention is not limited to this, and a support substrate made of a non-conductive material may be used. .
  • the first pad electrode 157 cannot supply electrons to the p-type nitride semiconductor layer 140 through the support substrate, the second bonding layer 156, the first bonding layer 155, the reflection mirror, and the like. It is necessary to be electrically connected to the film 154 and the like.
  • the first pad electrode 157 is
  • the second bonding layer 156 is provided adjacent to the second bonding layer 156.
  • the method of manufacturing a light-emitting diode or a semiconductor laser that mainly uses light emitted from the MQW active layer 130 of the nitride semiconductor layer has been illustrated, but the present invention is not limited thereto, and these The present invention can also be used in a method for manufacturing a light-emitting element that combines a phosphor that uses light emitted from a light-emitting element as excitation light.
  • the MOCVD method is used to describe the crystal growth of the nitride semiconductor layer.
  • the present invention is not limited to this, and the HVPE method, the gas source MBE method, etc.
  • the semiconductor layer may be crystal-grown.
  • the crystal structure of the nitride semiconductor layer may be a wurtzite type or a zinc blende type structure.
  • the plane orientation of crystal growth is [0

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Abstract

　本発明に係る窒化物半導体発光素子は、支持基板１７０と、支持基板１７０上に設けられたｐ型窒化物半導体層１４０と、該ｐ型窒化物半導体層１４０上に設けられたＭＱＷ活性層１３０と、該ＭＱＷ活性層１３０上に設けられたｎ型窒化物半導体層１２０とからなる窒化物半導体層１００と、ｎ型窒化物半導体層１２０上に設けられたコンタクト電極１６１と、コンタクト電極１６１上に設けられた光透過性の第２透明電極１６５と、支持基板１７０上に設けられ、第２透明電極１６５と電気的に接続されている第２パッド電極１６６とを備え、ＭＱＷ活性層１３０の主面に対して平行な面である投影面Ｓにおいて、ＭＱＷ活性層１３０の主面が投影された領域と第２パッド電極１６６が投影された領域とが重ならない。

Description

明 細 書
窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 技術分野
[0001] 本発明は、支持基板を有する窒化物半導体発光素子及び支持基板を有する窒化 物半導体発光素子の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 窒化物半導体発光素子を用いた青色 LED(Light Emitting Diode)に黄色波 長の蛍光体を組み合わせた白色 LEDは、携帯電話の液晶ディスプレイに適用され るバックライトの光源として、全世界で 1000億円もの売り上げを持つ商品となってい る。また、白色 LEDは、蛍光灯、白熱灯に比べて低消費電力、長寿命という特性を 有するため、蛍光灯、白熱灯に変わる光源として、盛んに研究され、開発されている
[0003] 図 6に示すように、窒化物半導体発光素子は、成長基板 210の上に n型窒化物半 導体層 220、 MQW活性層 230、 p型窒化物半導体層 240を順に備えるように構成さ れている。
[0004] かかる窒化物半導体発光素子は、 MQW活性層 230からあらゆる方向に光を放出 するタイプの窒化物半導体発光素子である。例えば、かかる窒化物半導体発光素子 を 180°C上下に回転させて、 p型窒化物半導体層 240を下側に備えることにより、 M QW活性層 230から p型窒化物半導体層 240の方向へ光を放出するフリップチップ タイプの窒化物半導体発光素子として用いることもできる。
[0005] 成長基板 210には、導電性のない基板 (例えば、サファイア基板等）を用いるため、 窒化物半導体発光素子は、成長基板 210を介さずに n型窒化物半導体層 220、 M QW活性層 230、 p型窒化物半導体層 240 (以下、 n型窒化物半導体層 220、 MQW 活性層 230、 p型窒化物半導体層 240を窒化物半導体層とする）の間で電流が流れ る経路を確保しなければ 、けな 、。
[0006] 具体的には、成長基板 210上に窒化物半導体層を形成した後、 p型窒化物半導体 層 240側力も n型窒化物半導体層 220が露出するまで一部をエッチングし、 n型窒化 物半導体層 220の露出した面に n電極 260を形成することにより、窒化物半導体発 光素子は、形成される。これにより、窒化物半導体発光素子は、成長基板 210を介さ ずに、導通を確保することができる。
[0007] し力しながら、従来用いられて!/、る窒化物半導体発光素子にぉ 、て、 n電極 260及 び p電極 250は、成長基板 210における窒化物半導体層を備える側で 1対の隅部に 対角に位置するように形成される。抵抗値が同じであれば短い距離を流れようとする 電流の性質により、電流は、 p電極 250から n電極 260に向力 直線上に該当する窒 化物半導体層の部位に集中し、均等に行き渡らないという問題点がある。
[0008] 力かる窒化物半導体発光素子において、 p電極 250力ら n電極 260に向力う直線上 に集中する電流により、 MQW活性層 230から均等に発光させることが難しくなるとい う問題点がある。
[0009] また、かかる窒化物半導体発光素子は、 p電極 250から n電極 260に向力 直線上 に該当する部位に集中する電圧により、力かる部位で静電破壊を生じやすいという 問題点がある。
[0010] 力かる問題点を解決するための窒化物半導体発光素子として、導電性の成長基板 を備え、更に、窒化物半導体層の一端に p電極と、窒化物半導体層の反対側で、成 長基板を挟んだ他端に n電極とを備えた窒化物半導体発光素子が検討された。しか し、導電性の成長基板となる SiC等は、高価であるため、窒化物半導体発光素子の 製造コストは、高くなるという問題点があった。
[0011] この問題点を解決するための製造方法として、成長基板上に窒化物半導体層を形 成し、窒化物半導体層上に支持基板を接合した後に、 300nm以下程度の波長のェ キシマレーザ光を数 lOOmJ/cm2で成長基板側力も照射し、成長基板と窒化物半導 体層との界面付近の窒化物半導体層を熱分解させて、成長基板 210から窒化物半 導体層を剥離する製造方法が開示されている（例えば、特開 2004— 512688号公 報参照)。
[0012] 力かる製造方法により、例えば、図 7に示すような窒化物半導体発光素子が作製さ れる。窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体層の p型窒化物半導体層 340側に 支持基板 370を備え、 n型窒化物半導体層 320上に n電極 360を備える。 n電極 360 は、ワイヤーと接合され、 n型窒化物半導体層 320へ電子を供給する。
[0013] かかる窒化物半導体発光素子にお!ヽて、支持基板 370は、 p電極として機能し、 p 型窒化物半導体層 340の面全体に正孔を流す。これにより、窒化物半導体発光素 子を流れえる電流の均一性は、向上する。
[0014] 更に、窒化物半導体発光素子は、支持基板 370と、窒化物半導体層との間に反射 ミラー膜 350を備えることにより、 MQW活性層カゝら n型窒化物半導体層 320の方向 へ多くの光を放出することができる。
[0015] ところで、窒化物半導体発光素子は、金属力もなる n電極 360を備えて 、る。窒化 物半導体発光素子において、 n電極 360として、 ZnO、 ITO等の光透過性電極を用 いた場合、光透過性電極は、 n型窒化物半導体層 320との間で、ォーミックコンタクト を実現できな 、ためである。
発明の開示
[0016] し力しながら、かかる窒化物半導体発光素子にお!、て、 n電極 360はワイヤーと接 合されるパッド電極であり、ワイヤーボンディングの際に位置合わせが必要となるため 、 n電極 360の直径は、所定のサイズ（例えば 100 m)よりも大きい。また、 n電極 36 0は、光透過性を有していないため、 MQW活性層 330から n型窒化物半導体層 32 0の方向へ放出される光を吸収してしまう。その結果、窒化物半導体発光素子の発 光量は、 n型窒化物半導体層の表面の面積に対する n電極 360の面積の割合だけ 減少する。
[0017] すなわち、窒化物半導体発光素子の光の取り出し効率が、低下するという問題点 かあつた。
[0018] そこで、本発明は、光の取り出し効率を向上することができる窒化物半導体発光素 子及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
[0019] 本発明に係る窒化物半導体発光素子の特徴は、支持基板と、支持基板上に設け られた p型窒化物半導体層と、該 p型窒化物半導体層上に設けられた活性層と、該 活性層上に設けられた n型窒化物半導体層とを有する窒化物半導体層と、 n型窒化 物半導体層上に設けられたコンタクト電極と、 n型窒化物半導体層上で、コンタクト電 極上に設けられた光透過性の透明電極と、支持基板上に設けられ、透明電極と電気 的に接続されているパッド電極とを備え、活性層の主面に対して平行な面である投 影面にお ヽて、活性層の主面が投影された領域とパッド電極が投影された領域とが 重ならないことを要旨とする。
[0020] 力かる特徴によれば、活性層の主面に対して平行な面である投影面において、活 性層が投影された領域とパッド電極が投影された領域とが重ならない。その結果、活 性層で生じて、活性層から n型窒化物半導体層の方向に放出された光は、パッド電 極に吸収されることなぐ窒化物半導体発光素子から放出される。これにより、 n型窒 化物半導体層の表面にパッド電極を備える窒化物半導体発光素子と比べて、光の 取り出し効率を向上することができる窒化物半導体発光素子を得ることができる。
[0021] コンタクト電極は、 n型窒化物半導体層上に設けられることで、 n型窒化物半導体層 に電子を供給することができる。つまり、コンタクト電極は、 n型窒化物半導体層とォ 一ミック接触することができる。
[0022] 本発明に係る窒化物半導体発光素子の特徴の投影面において、コンタクト電極が 投影された領域の面積は、パッド電極が投影された領域の面積よりも小さくてもよい。
[0023] 力かる特徴によれば、投影面上において、ワイヤーと接合されるノッド電極の面積 と比べて、コンタクト電極の面積を小さくすることができるため、パッド電極が n型窒化 物半導体層上に設けられた窒化物半導体素子と比べて、光の取り出し効率を向上 することができる。
[0024] 本発明に係る窒化物半導体発光素子の特徴にぉ 、て、透明電極は、窒化物半導 体層の側面に沿って延設され、透明電極と、窒化物半導体層の側面との間に絶縁 膜を備えてもよい。
[0025] 力かる特徴によれば、透明電極と、窒化物半導体層の側面との間に絶縁膜を備え ることにより、電流が、窒化物半導体層 (活性層及び p型窒化物半導体層）〖こ漏れるこ とを防止できる。
[0026] 本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の特徴は、成長基板上に n型窒 化物半導体層、活性層、 p型窒化物半導体層からなる窒化欝半導体層を順番に形 成する工程と、 p型窒化物半導体層上に支持基板を接合する工程と、成長基板から 、 n型窒化物半導体層を剥離する工程と、成長基板を剥離することにより露出する n 型窒化物半導体層上にコンタクト電極を形成する工程と、コンタクト電極上に光透過 性の透明電極を形成する工程と、支持基板上に、透明電極と電気的に接続されてい るパッド電極を形成する工程とを備え、パッド電極は、活性層の主面に対して平行な 面である投影面において、活性層の主面が投影された領域と、パッド電極が投影さ れた領域とが重ならな ヽように形成されることを特徴とする。
[0027] 力かる特徴によれば、 n型窒化物半導体層の表面にパッド電極を備える窒化物半 導体発光素子と比べて、光の取り出し効率を向上することができる窒化物半導体発 光素子を得ることができる。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造を示す 図である。
[図 2]図 2は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の AA'断面構造 を示す図である。
[図 3]図 3は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の製 造フローを示す。
[図 4]図 4は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を示す
[図 5]図 5は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を示す
[図 6]図 6は、従来技術に係る窒化物半導体発光素子の断面構造を示す。
[図 7]図 7は、従来技術に係る窒化物半導体発光素子の断面構造を示す。
発明を実施するための最良の形態
[0029] 次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記 載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただ し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留 意するべきである。
[0030] したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また 、図面相互間にお 、ても互 、の寸法の関係や比率が異なる部分が含まれて!/、ること は勿論である。
[0031] (本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成）
図 1及び図 2を参照して、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子につい て説明する。図 1は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造 を示す。
[0032] 本実施形態に係る窒化物半導体発光素子は、 p型窒化物半導体層 140と、 MQW 活性層 130と、 n型窒化物半導体層 120とを支持基板 170上に順に設けた構造を有 する窒化物半導体層 100を備えている。窒化物半導体発光素子は、 n型窒化物半 導体層 120上に設けられたコンタクト電極 161と、コンタクト電極 161上に設けられた 光透過性の第 2透明電極 165と、支持基板 170上に設けられ、第 2透明電極と電気 的に接続されて 、る第 2パッド電極 166とを備えて 、る。
[0033] 力かる窒化物半導体発光素子を構成する構成要素について、更に説明する。
[0034] n型窒化物半導体層 120は、 n型超格子層 123と、 n型コンタクト層 122とを順に設 けた構造を有する。
[0035] n型コンタクト層 122は、 Siがドープされた GaNによって形成されている。なお、 n型 コンタクト層 122は、コンタクト電極 161にォーミック接触して 、る。
[0036] n型超格子層 123は、 Siがドープされた InGaNによって形成されている InGaN層と
、 Siがドープされた GaNによって形成されている GaN層とを交互にそれぞれ積層し た超格子構造を有する。
[0037] MQW活性層 130は、 Inを含む窒化物半導体によって形成されている多重量子井 戸構造（MQW構造： Multi Quantum Well)を有する。
[0038] 例えば、 MQW活性層 130は、厚み力 3nmの In GaNによって形成されている
0.17
井戸層と、厚みが、 lOnmのアンドープ GaNによって形成されているバリア層とを交 互にそれぞれ 8回積層した MQW構造を有する。
[0039] p型窒化物半導体層 140は、 p型コンタクト層 142と、 p型クラッド層 141とを順に設 けた構造を有する。
[0040] p型クラッド層 141は、アンドープ GaN、又は、 1%程度の Inを含む In GaNによつ
0.01 て形成されている。 [0041] p型コンタクト層 142は、 Mgがドープされた GaNによって形成されている。なお、 p 型コンタクト層 142は、第 1透明電極 151にォーミック接触して 、る。
[0042] 窒化物半導体発光素子は、 n型コンタクト層 122乃至 p型コンタクト層 142からなる 窒化物半導体層 100の側面 100B及び第 1透明電極 151の側面と、該第 1透明電極 151と反射ミラー膜 154との間とに、第 1絶縁膜 152を備えている。第 1絶縁膜 152は 、 SiN、 SiO、 SiON、 Al O等によって形成されている。第 1絶縁膜 152は、該第 1
2 2 3
絶縁膜 152を間に挟んで第 1透明電極 151と、反射ミラー膜 154とをコンタクトさせる ために、第 1コンタクトホール 153を備える。
[0043] かかる窒化物半導体発光素子は、支持基板 170と、第 1絶縁膜 152との間に、第 1 絶縁膜 152側から、反射ミラー膜 154と、第 1接合層 155と、第 2接合層 156とを順に 備えている。
[0044] 反射ミラー膜 154は、第 1コンタクトホール 153から第 1透明電極 151に接触するこ とにより、第 1透明電極 151に電流を流す経路を確保する。反射ミラー膜 154は、第 1 透明電極 151の表面に設けられた第 1絶縁膜 152の表面から、 A1層と、 Ti層と、 Au 層とが順に設けられた構造を有する導電性の金属層である。
[0045] なお、反射ミラー膜 154は、 A1層の代わりに、例えば、 Ag層等の銀白系の導電性 の金属層によって形成されてもよい。また、反射ミラー膜 154は、 Au層の代わりに、 A uと Snとの合金層によって形成されてもよい。また、反射ミラー膜 154は、 Ti層を用い ずに、 A1層に続いて Au層が形成されてもよい。反射ミラー膜 154は、 A1層等の銀白 系の導電性の金属層が、 p型コンタクト層 142から放出される光を反射することで、 n 型コンタクト層 122から取り出される光取り出し効率を向上することができる。
[0046] 第 1接合層 155は、反射ミラー膜 154の表面から、 Au層のみ、又は、 Auと Snと力 S 順に設けられた合金層からなる。
[0047] 第 2接合層 156は、第 1接合層 155と接合され、且つ、第 1接合層 155と同様に、 A u層のみ、又は、 Auと Snとの合金層力らなる。
[0048] かかる窒化物半導体発光素子は、 n型窒化物半導体層 120上に設けられたコンタ タト電極 161を備えている。
[0049] コンタクト電極 161は、 n型コンタクト層 122の表面から Ti層と、 A1層とを順に設けら れた構造を有する電極である。なお、コンタクト電極 161は、 Ti層を用いずに A1層の みによって形成されてもよい。コンタクト電極 161は、 n型コンタクト層 122にォーミック 接触している。
[0050] また、窒化物半導体発光素子は、 n型コンタクト層 122の表面と、コンタクト電極 161 の表面の一部とに、第 2絶縁膜 162を備えている。第 2絶縁膜 162は、 SiN、 SiO、 S
2 iON、 Al O等によって形成されている。第 2絶縁膜 162は、該第 2絶縁膜 162を間
2 3
に挟んで第 2透明電極 165と、コンタクト電極 161とをォーミック接触させるために、第 2コンタクトホール 164を備える。
[0051] かかる窒化物半導体発光素子は、コンタクト電極 161上に設けられた光透過性の 第 2透明電極 165を備えている。具体的には、第 2透明電極 165は、第 2コンタクトホ ール 164より露出するコンタクト電極 161の表面と、第 2絶縁膜 162の表面とに、設け られている。また、第 2透明電極 165は、コンタクト電極 161から第 2パッド電極 166と の間にある、窒化物半導体層 100の側面 100Bに形成される第 1絶縁膜 152の表面 の一部と、第 3絶縁膜 163の表面とに連続的に設けられる。第 2透明電極 165は、 Ga 力 Sドープされた ZnO、 ITO等によって第 2絶縁膜 162の表面に形成され、第 2絶縁膜 162に設けられた第 2コンタクトホール 164からコンタクト電極 161にォーミック接触し ている。また、第 2透明電極 165は、第 1絶縁膜 152を間に挟んで、窒化物半導体層 の側面に形成され、第 2パッド電極 166に接合されている。
[0052] かかる窒化物半導体発光素子は、支持基板 170上に設けられ、第 2透明電極 165 と電気的に接続されている第 2パッド電極 166を備えている。具体的には、第 2パッド 電極 166は、支持基板 170上に第 3絶縁膜 163を間に挟んで設けられ、第 2透明電 極 165と接続されている。
[0053] 支持基板 170は、第 1接合層 155及び第 2接合層 156を間に挟んで、窒化物半導 体層に接合される。支持基板 170は、 Cu、 A1N等の高熱伝導材料力もなる。
[0054] 窒化物半導体層に電流を供給するワイヤーと接合されるノ^ド電極について、図 2 を用いて更に説明する。図 2は、図 1に示された本発明の実施形態に係る窒化物半 導体発光素子を A方向より投影することにより得た投影図であり、 MQW活性層 130 の主面に対して平行な投影面 Sを示す図である。なお、図 2は、第 1パッド電極 157、 コンタクト電極 161、第 2透明電極 165、第 2パッド電極 166、第 3絶縁膜 163、支持 基板 170以外を省略して、示している。
[0055] 図 2に示すように、 MQW活性層 130の主面に対して平行な面である投影面 Sにお いて、 MQW活性層が投影された領域 130Sと第 2パッド電極 166が投影された領域 166Sとが重ならない。
[0056] 具体的には、第 2パッド電極 166は、 MQW活性層が投影された領域 130Sには、 設けられず、支持基板 170と絶縁するための第 3絶縁膜 163の表面に設けられ、第 2 透明電極 165と接合される。第 2パッド電極 166は、第 2透明電極 165、コンタクト電 極 161を介して、窒化物半導体層に電流を供給する。第 2パッド電極 166の直径は、 例えば、 100 m以上である。
[0057] 第 1パッド電極 157は、支持基板 170の表面の任意の領域に設けられる。第 1パッ ド電極 157は、支持基板 170、第 2接合層 156、第 1接合層 155、反射ミラー膜 154、 第 1透明電極 151を介して、窒化物半導体層に電流を供給する。
[0058] 第 1パッド電極 157及び第 2パッド電極 166は、支持基板 170の表面力も Ti層と、 A 1層とを順に設けられた構造を有する電極である。
[0059] (本発明の第 1実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法）
以下、図 3乃至図 5を参照して、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造 方法にお 、て行われる工程にっ 、て説明する。
[0060] 図 3に示すように、ステップ S101において、サファイアからなる成長基板 110上に、 窒化物半導体層を形成する積層工程を行う。
[0061] 具体的には、窒化物半導体積層工程において、第 1に、 MOCVD (Metal Orga nic Chemical Vapor Deposition)装置に成長基板 110を入れて、水素ガスを 流しながら 1050°C程度まで温度を上げて、成長基板 110をサーマルクリーニングす る。
[0062] 第 2に、 600°C程度まで MOCVD装置内の温度を下げて、成長基板 110上に、 Ga N力もなる n型バッファ層 121をェピタキシャル成長することにより結晶成長（以下、単 に結晶成長と示す)する。
[0063] 第 3に、 1000°C程度まで MOCVD装置内の温度を上げて、 n型バッファ層 121上 に、 Siをドープした GaN力もなる n型コンタクト層 122を結晶成長する。
[0064] 第 4に、 n型コンタクト層 122上に、 Siをドープした InGaNからなる InGaN層と、 Siを ドープした GaN力 なる GaN層とを交互に積層して、超格子構造を有する n型超格 子層 123を結晶成長する。
[0065] 第 5に、 n型超格子層 123上に、厚み力 3nmの In GaNからなる井戸層と、厚み
0.17
力 lOnmのアンドープ GaN力もなるバリア層とをそれぞれ 8回積層して MQW構造 を有する MQW活性層 130を結晶成長する。
[0066] 第 6に、 MQW活性層 130上に、アンドープ GaN層、又は、 1%程度の In組成の In
GaN層力もなる p型クラッド層 141を結晶成長する。
[0067] 第 7に、 MOCVD装置内の温度を更に上げながら、 p型クラッド層 141上に、 Mgを ドープした GaN力もなる p型コンタクト層 142を結晶成長することにより、窒化物半導 体層を形成する。
[0068] 第 8に、 p型コンタクト層 142上に、分子線エピタキシー法を用いて、約 2 X 10_4 Ω · cm程度の低抵抗率を有する Gaドープの ΖηΟ、 ΙΤΟ等力もなる第 1透明電極 151を 形成する。
[0069] 図 4に示すように、ステップ S102において、 ρ型窒化物半導体層 140上に支持基 板 170を接合する支持基板接合工程を行う。図 4は、かかる支持基板接合工程が行 われた後の窒化物半導体発光素子の断面図を示す。
[0070] 具体的には、支持基板接合工程において、第 1に、 SiO等からなる誘電体膜、又
2
は、レジストによるマスクを第 1透明電極 151上に形成させた後、例えば、 ICP (Indue tively Coupled Plasma)方式によって、第 1透明電極 151から n型バッファ層 121 が露出するまで第 1透明電極 151及び窒化物半導体層をエッチングすることにより、 窒化物半導体層を窒化物半導体発光素子の大きさに分割する切り溝を形成する。
[0071] 第 2に、 P— CVD (Plasma Chemical Vapor Deposition)やスパッタリング等を 用いて、第 1透明電極 151及び窒化物半導体層の側面などの露出する面に SiN等 力もなる第 1絶縁膜 152を形成する。
[0072] 第 3に、第 1絶縁膜 152に CF系のガスを用いて、第 1透明電極 151上に形成され
4
た第 1絶縁膜 152をドライエッチングすることにより、第 1コンタクトホール 153を形成 する。
[0073] なお、力かるドライエッチングは、 ZnO、 ITO等からなる第 1透明電極 151のエッチ ングレートが遅いため、第 1絶縁膜 152のみをエッチングすることができる。これにより
、他の層を保護することができる。
[0074] 第 4に、蒸着法を用いて、第 1コンタクトホール 153から露出する第 1透明電極 151 上及び第 1絶縁膜 152上に、 A1層、 Ti層、 Au層を順に積層して、反射ミラー膜 154 を形成する。
[0075] なお、 A1層の代わりに Ag層等の銀白系の他の金属層を用いてもよい。また、 Au層 の代わりに、 Au及び Snの合金層を用いてもよい。また、 Ti層は、用いずに A1層に続 V、て Au層を積層してもょ ヽ。
[0076] 第 5に、反射ミラー膜 154上に、 Au及び Snの合金層、又は、 Au層のみからなる第 1接合層 155を形成する。
[0077] 第 6に、上述した工程と別に、支持基板 170上に、 Au及び Snの合金層、又は、 Au 層のみ力もなる第 2接合層 156を形成する。
[0078] ステップ S103において、成長基板 110から、 n型窒化物半導体層を剥離する剥離 工程を行う。また、ステップ S 104において、コンタクト電極形成工程を行う。図 5に、 力かるコンタクト電極形成工程、コンタクト電極形成工程が行われた後の窒化物半導 体発光素子の断面図を示す。
[0079] 具体的には、剥離工程において、第 1に、支持基板接合工程の第 1のエッチングと 同様に、 ICP方式によって、 n型バッファ層 121が露出した切り溝を成長基板 110が 露出するまで更にエッチングする。なお、力かるエッチングにおいて、窒化物半導体 層は、既に形成された第 1絶縁膜 152により保護されているため、不必要なダメージ をうけることはない。
[0080] 第 2に、第 1接合層 155及び第 2接合層 156の共晶点の温度で、第 1接合層 155及 び第 2接合層 156に圧力を加えて接合する。
[0081] 第 3に、波長が 248nm程度の KrFレーザ光を 300〜700mjZcm— 2程度の照射ェ ネルギ一で、成長基板 110側から窒化物半導体層に向けて照射することにより、成 長基板 110と n型バッファ層 121との界面付近の n型バッファ層 121を熱分解して、成 長基板 110を窒化物半導体層から剥離する。
[0082] KrFレーザ光は、サファイアからなる成長基板 110をほぼ完全に透過して、 GaN力 らなる n型バッファ層 121にほぼ完全に吸収される。これにより、成長基板 110と、 n型 バッファ層 121との界面付近の n型バッファ層 121は、急速に温度が上昇し、 n型バッ ファ層 121が熱分解する。
[0083] なお、力かる熱分解の際に発生する Nガスは、窒化物半導体層の間にある空隙に
2
流れ、窒化物半導体層に圧力を加えることがないため、窒化物半導体層にクラックを 発生させる等の問題を起こすことはない。
[0084] ステップ S104において、成長基板 110を剥離することにより露出する n型窒化物半 導体層の表面にコンタクト電極を形成するコンタクト電極形成工程を行う。
[0085] 具体的には、コンタクト電極形成工程において、第 1に、 n型コンタクト層 122の表面 に残った Gaを酸やアルカリ等によるエッチングによって除去する。アルカリ等によるェ ツチングの後にドライエッチングを更に施し、 n型コンタクト層 122をエッチングしてお くことがより好ましい。これにより、 n型コンタクト層 122と、コンタクト電極 161とのォーミ ック特性が更に向上する。
[0086] 第 2に、 n型コンタクト層 122の表面に、 Ti層、 A1層の順に積層して、 n型コンタクト 層 122とォーミック接触するコンタクト電極 161を形成する。なお、コンタクト電極 161 は、 Ti層を用いずに A1層のみによって積層されてもよい。
[0087] 第 3に、 P— CVDやスパッタリング等を用いて、コンタクト電極 161の表面及び露出す る n型コンタクト層 122の表面に SiN、 SiO、 SiON、 Al O等力もなる第 2絶縁膜 162
2 2 3
を形成する。また、 P— CVDやスパッタリング等を用いて、反射ミラー膜 154、第 1接 合層 155、第 2接合層 156からなる層の側面の一部と、支持基板 170との一部に SiN 、 SiO、 SiON、 Al O等力 なる第 3絶縁膜 163を形成する。
2 2 3
[0088] ステップ S105において、コンタクト電極 161の表面に光透過性の第 2透明電極 165 を形成する透明電極形成工程を行う。
[0089] 具体的には、透明電極形成工程において、第 1に、第 2絶縁膜 162に CF系のガス
4 を用いて、コンタクト電極 161上に形成された第 2絶縁膜 162をドライエッチングする ことにより、第 2コンタクトホール 164を形成する。 [0090] 第 2に、第 2コンタクトホール 164から露出する第 2透明電極 165の表面、第 2絶縁 膜 162の表面、第 3絶縁膜 163の表面、第 1絶縁膜 152の側面に、分子線ェピタキ シ一法を用いて、約 2 X 10_4 Ω «η程度の低抵抗率を有する Gaドープの ZnO、 ITO 等からなる第 2透明電極 165を形成する。
[0091] ステップ S106において、第 1パッド電極 157及び第 2パッド電極 166を形成するパ ッド電極形成工程を行う。
[0092] 具体的には、パッド電極形成工程において、第 1に、支持基板 170の表面の任意 の領域に支持基板 170の表面に Ti層、 A1層を順に積層して、直径 100 m程の第 1 パッド電極 157を形成する。
[0093] 第 2に、支持基板 170の表面に形成された第 3絶縁膜 163の表面に形成され、第 2 透明電極 165と接合されるように、 Ti層、 A1層を順に積層して、直径 100 m程の第 2パッド電極 166を形成する。
[0094] これにより、図 1に示す、窒化物半導体発光素子が製造される。
[0095] (本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の作用'効果）
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子によれば、 MQW活性層 130の主面に 対して平行な面である投影面 Sにおいて、 MQW活性層 130が投影された領域と第 2 ノッド電極 166が投影された領域とが重ならない。その結果、 MQW活性層 130で生 じて、 MQW活性層 130から n型窒化物半導体層 120の方向に放出された光は、第 2パッド電極 166に吸収されることなぐ窒化物半導体発光素子から放出される。これ により、 n型窒化物半導体層 120の表面に第 2パッド電極 166を備える窒化物半導体 発光素子と比べて、光の取り出し効率を向上することができる窒化物半導体発光素 子を得ることができる。
[0096] コンタクト電極 161は、 n型窒化物半導体層 120上に設けられることで、 n型窒化物 半導体層に電子を供給することができる。つまり、コンタクト電極 161は、 n型窒化物 半導体層 120とォーミック接触することができる。また、コンタクト電極 161は、光の吸 収を抑制するために n型コンタクト層 122と接触するの面の面積を小さく形成されても 、電圧降下の問題を生じずに、 n型コンタクト層 122に電子を供給することができる。
[0097] 例えば、コンタクト電極 161と n型窒化物半導体層 120との間の接触抵抗を、 7. 42 Χ 10_5 Ω ·«η程度、 20mAの電流が流され、 Alからなり、 100 mの直径の円から なるコンタクト電極 161を用いた場合、電圧降下は、 19mVと低い。それに対して、同 条件で、 50 mの直径の円カゝらなる場合、電圧降下は、 76mVと十分に低い値を示 し、問題となる数百 mVの電圧変化には至らな 、。
[0098] 投影面上において、ワイヤーと接合される第 2パッド電極 166の面積と比べて、コン タクト電極 161の面積を小さくすることができるため、第 2パッド電極 166が n型窒化物 半導体層 120上に設けられた窒化物半導体素子と比べて、光の取り出し効率を向上 することができる。
[0099] 第 2透明電極 165と、窒化物半導体層 100の側面 100Bとの間に第 1絶縁膜 152を 備えることにより、電流が、 MQW活性層 130及び p型窒化物半導体層 140に漏れる ことを防止できる。
[0100] (その他の変形例）
本発明は上記の実施形態によって記載した力 この開示の一部をなす論述及び図 面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には 様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
[0101] 例えば、実施形態では、窒化物半導体層 100の側面 100Bに第 2透明電極 165を 備える窒化物半導体素子について例示したが、本発明はこれに限られず、例えば金 属からなる導体によって、側面 100B上の電極が形成されてもよい。つまり、窒化物半 導体層 100の上面 100Aの第 2透明電極 165と、第 2パッド電極 166と力 電気的に 接続されていればよい。但し、上面 100A上には、第 2透明電極 165のみが形成され 、金属力もなる導体等は、形成されない。第 2透明電極 165は、光を吸収しないが、 金属からなる導体等は、光を吸収してしまうため、窒化物半導体発光素子の光の取り 出し効率を低減してしまうからである。
[0102] また、実施形態では、支持基板 170として、導電性の金属として Cuを用いたが、本 発明は、これに限らず、非導電性の材料カゝらなる支持基板を用いてもよい。この場合 、第 2パッド電極 166と、支持基板との間で絶縁を確保する第 3絶縁膜 163を形成す る必要がない。また、第 1パッド電極 157は、支持基板を介して、 p型窒化物半導体層 140に電子を供給することができないため、第 2接合層 156、第 1接合層 155、反射ミ ラー膜 154等と電気的に接続される必要がある。具体的には、第 1パッド電極 157は
、第 2接合層 156に隣接するように設けられる。
[0103] また、実施形態では、主として、窒化物半導体層の MQW活性層 130から放出され る光を利用する発光ダイオードや半導体レーザの製造方法について例示したが、本 発明はこれに限られず、これら発光素子力 の放出光を励起光とする蛍光体とを組 み合わせた発光素子の製造方法にも利用可能である。
[0104] また、実施形態では、 MOCVD法を用いて、窒化物半導体層を結晶成長する説明 をしたが、本発明はこれに限られず、 HVPE法やガスソース MBE法などを用いて、 窒化物半導体層を結晶成長してもよい。また、窒化物半導体層の結晶構造として、ゥ ルツ鉱型であっても閃亜鉛鉱型構造であってもよい。また、結晶成長の面方位は、 [0
001]に限るものではなく、[11— 20]や [1 - 100]でもよ!/ヽ。
[0105] このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論 である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明力も妥当な特許請求の範囲 に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
産業上の利用可能性
[0106] 本発明によれば、光の取り出し効率を向上することができる窒化物半導体発光素 子及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 支持基板と、
前記支持基板上に設けられた P型窒化物半導体層と、該 P型窒化物半導体層上に 設けられた活性層と、該活性層上に設けられた n型窒化物半導体層とを有する窒化 物半導体層と、
前記 n型窒化物半導体層上に設けられたコンタクト電極と、
前記コンタクト電極上に設けられた光透過性の透明電極と、
前記支持基板上に設けられ、前記透明電極と電気的に接続されているパッド電極 とを備え、
前記活性層の主面に対して平行な面である投影面において、前記活性層が投影さ れた領域と前記パッド電極が投影された領域とが重ならないことを特徴とする窒化物 半導体発光素子。
[2] 前記投影面において、前記コンタクト電極が投影された領域の面積は、前記パッド 電極が投影された領域の面積よりも小さ!ヽことを特徴とする請求項 1に記載の窒化物 半導体発光素子。
[3] 前記透明電極は、前記窒化物半導体層の側面に沿って延設され、
前記透明電極と、前記窒化物半導体層の側面との間に絶縁膜を備えることを特徴 とする請求項 1又は請求項 2に記載の窒化物半導体発光素子。
[4] 成長基板上に n型窒化物半導体層、活性層、 p型窒化物半導体層からなる窒化欝 半導体層を順番に形成する工程と、
前記 P型窒化物半導体層上に支持基板を接合する工程と、
前記成長基板から、前記 n型窒化物半導体層を剥離する工程と、
前記成長基板を剥離することにより露出する前記 n型窒化物半導体層上にコンタク ト電極を形成する工程と、
前記コンタクト電極上に光透過性の透明電極を形成する工程と、
前記支持基板上に、前記透明電極と電気的に接続されているパッド電極を形成す る工程とを備え、
前記パッド電極は、前記活性層の主面に対して平行な面である投影面にぉ ヽて、 前記活性層の主面が投影された領域と、前記パッド電極が投影された領域とが重な らな ヽように形成されることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
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