JP2012178453A - GaN-BASED LED ELEMENT - Google Patents

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Takahide Shiroichi
隆秀 城市
Teruhisa Nakai
輝久 中井
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Abstract

【課題】GaN系半導体膜に形成された粗化面を有するGaN系LED素子において、電極として形成される金属膜の光吸収に基づく損失を低減するための素子構造を提供する。
【解決手段】上面が粗化された第一型導電層123と、該第一型導電層の下面側に配置された発光層122と、該第一型導電層とで該発光層を挟むように配置された第二型導電層121と、を含む積層部120を備えたGaN系半導体膜に、少なくとも該第一型導電層の一部を除去することによって平坦化領域123Bが形成され、TCO膜からなる透光性電極140が該平坦化領域上から上記積層部上にかけて連続するように設けられており、該平坦化領域の上方には、該透光性電極に接続された電極金属膜150と、上記発光層で生じる光に対して該電極金属膜よりも高い反射率を有する反射金属膜130とが、該透光性電極を挟んで対向するように配置されている。
【選択図】図1
An element structure for reducing loss due to light absorption of a metal film formed as an electrode in a GaN-based LED element having a roughened surface formed in a GaN-based semiconductor film is provided.
A first-type conductive layer having a roughened upper surface, a light-emitting layer arranged on the lower surface side of the first-type conductive layer, and the first-type conductive layer sandwich the light-emitting layer. The planarization region 123B is formed by removing at least a part of the first-type conductive layer in the GaN-based semiconductor film including the stacked portion 120 including the second-type conductive layer 121 disposed in A translucent electrode 140 made of a film is provided so as to be continuous from the flattened region to the laminated portion, and an electrode metal film connected to the translucent electrode is provided above the flattened region. 150 and a reflective metal film 130 having a higher reflectance than the electrode metal film with respect to the light generated in the light emitting layer are disposed so as to face each other with the translucent electrode interposed therebetween.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、GaN系半導体膜に粗化面(textured surface)を有するGaN系LED(発光ダイオード)素子に関する。   The present invention relates to a GaN-based LED (light-emitting diode) element having a textured surface on a GaN-based semiconductor film.

GaN系半導体は、一般式AlInGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)で表される化合物半導体であり、3族窒化物半導体、窒化物系半導体などとも呼ばれる。n型導電層とp型導電層とこれらの層の間に挟まれた発光層とからなるダブルヘテロpn接合型の発光構造を、GaN系半導体を用いて形成してなるGaN系LED素子は、近紫外〜緑の波長域の光を発生させることができる。GaN系LED素子と蛍光体とを組み合わせて構成した白色発光装置が、液晶ディスプレイのバックライトユニット用光源や室内照明用光源として実用化されている。 A GaN-based semiconductor is a compound semiconductor represented by the general formula Al a In b Ga 1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), and is a group III nitride It is also called a semiconductor or a nitride semiconductor. A GaN-based LED element formed by using a GaN-based semiconductor to form a double hetero pn junction light-emitting structure composed of an n-type conductive layer, a p-type conductive layer, and a light-emitting layer sandwiched between these layers, Light in the near ultraviolet to green wavelength range can be generated. A white light emitting device configured by combining a GaN-based LED element and a phosphor has been put into practical use as a light source for a backlight unit of a liquid crystal display or a light source for indoor illumination.

一般的なGaN系LED素子は、サファイア基板上にMOVPE法によりGaN系半導体膜をエピタキシャル成長させる工程を経て製造される。この工程では、サファイア基板上にバッファ層を介してn型導電層が形成され、そのn型導電層の上に発光層とp型導電層が順次形成される。このp型導電層を800℃程度の温度で成長させると、多数のピットが形成された粗化面(textured surface)が形成される(非特許文献1)。   A general GaN-based LED element is manufactured through a process of epitaxially growing a GaN-based semiconductor film on a sapphire substrate by the MOVPE method. In this step, an n-type conductive layer is formed on the sapphire substrate via a buffer layer, and a light emitting layer and a p-type conductive layer are sequentially formed on the n-type conductive layer. When this p-type conductive layer is grown at a temperature of about 800 ° C., a textured surface having a large number of pits is formed (Non-patent Document 1).

非特許文献2には、透明導電性酸化物(TCO:Transparent Conductive Oxide)であるITO(インジウム錫酸化物)からなる透光性電極をp型導電層上に有するGaN系LED素子において、低温成長によりp型導電層に粗化面を形成したときの方が、p型導電層の上面が鏡面の場合よりもフリップチップ実装時の出力が高くなったことが報告されている。このことは、粗化面の光散乱作用が光取出し効率の改善効果をもたらしていることを示唆している。かかる粗化面を有するGaN系半導体膜の透明性が低いのは、光を強く散乱していることの現れであると解される。   Non-Patent Document 2 discloses a GaN-based LED element having a transparent electrode made of ITO (indium tin oxide), which is a transparent conductive oxide (TCO), on a p-type conductive layer. Thus, it has been reported that when the roughened surface is formed on the p-type conductive layer, the output during flip-chip mounting is higher than when the upper surface of the p-type conductive layer is a mirror surface. This suggests that the light scattering action of the roughened surface has an effect of improving the light extraction efficiency. It is understood that the low transparency of the GaN-based semiconductor film having such a roughened surface is a manifestation of strong light scattering.

非特許文献3のFig.1に示された電子顕微鏡像によれば、低温で成長されたGaN系半導体の粗化面上に形成されたITO膜は、膜厚が不均一であり、その表面平滑性は極めて悪い。
特許文献1には、低温成長によりGaN系半導体膜に形成された粗化面を、エッチバック法によって部分的に平坦化する方法が開示されている。エッチバック法とは、簡単に説明すれば、粗い半導体表面を、該表面の起伏を完全に埋め込むマスク層で被覆したうえで、該マスク層と該半導体のエッチング速度が同等となる条件を用いて該マスク層の表面側から該マスク層が完全に除去されるまでエッチングを行うことによって、平坦な半導体表面を露出させるという平坦化方法である。
FIG. According to the electron microscope image shown in FIG. 1, the ITO film formed on the roughened surface of the GaN-based semiconductor grown at a low temperature has a non-uniform film thickness, and its surface smoothness is extremely poor.
Patent Document 1 discloses a method of partially planarizing a roughened surface formed on a GaN-based semiconductor film by low-temperature growth by an etch back method. In brief, the etch-back method is a method in which a rough semiconductor surface is covered with a mask layer that completely embeds the undulations on the surface, and the etching rate of the mask layer and the semiconductor is equal. In this planarization method, a flat semiconductor surface is exposed by etching until the mask layer is completely removed from the surface side of the mask layer.

特開2006−196692号公報JP 2006-196692 A 国際公開WO2010/150809号公報International Publication WO2010 / 150809

L.W. Wu et al., Solid-State Electronics, 47, 2027 (2003)L.W.Wu et al., Solid-State Electronics, 47, 2027 (2003) Chia-En Lee et al., IEEE Photonics Technology Letters, 20, 659 (2008)Chia-En Lee et al., IEEE Photonics Technology Letters, 20, 659 (2008) Yi-Jung Liu et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 13, H406 (2010)Yi-Jung Liu et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 13, H406 (2010)

非特許文献2に開示されたGaN系LED素子では、p型導電層の粗化面上にITO膜が形成され、そのITO膜の表面に金属製のボンディングパッドが形成されている。このボンディングパッドの裏面は、下地であるp型導電層およびITO膜の表面形状を反映することから、平滑性が極めて悪く、その反射率は著しく低い。反射率の低い金属表面は入射する光の多くの部分を吸収して熱に変換するので、LED素子の発光効率を大きく低下させる。   In the GaN-based LED element disclosed in Non-Patent Document 2, an ITO film is formed on the roughened surface of the p-type conductive layer, and a metal bonding pad is formed on the surface of the ITO film. Since the back surface of this bonding pad reflects the surface shapes of the p-type conductive layer and ITO film which are the base, the smoothness is extremely poor and the reflectance is remarkably low. A metal surface with low reflectance absorbs a large part of incident light and converts it into heat, so that the luminous efficiency of the LED element is greatly reduced.

非特許文献2の例に限らず、光取出し効率の改善の目的でGaN系半導体膜に粗化面を設ける試みの多くにおいて、粗化面上に電極金属膜が形成されている。しかし、かかる金属膜の光吸収が問題点として取り上げられることは、これまでなかったように思われる。本発明は、かかる事情に鑑みなされたものであり、低温成長などの方法でGaN系半導体膜に形成された粗化面を有するGaN系LED素子において、電極として形成される金属膜の光吸収に基づく損失を低減するための素子構造を提供することを主たる目的とするものである。   In many attempts to provide a roughened surface on a GaN-based semiconductor film for the purpose of improving the light extraction efficiency, the electrode metal film is formed on the roughened surface. However, it seems that the light absorption of such a metal film has not been taken up as a problem. The present invention has been made in view of such circumstances, and in a GaN-based LED element having a roughened surface formed on a GaN-based semiconductor film by a method such as low-temperature growth, it absorbs light of a metal film formed as an electrode. The main object is to provide an element structure for reducing the loss based on the above.

本発明によれば、次に挙げるGaN系LED素子が提供される。
(1)上面が粗化された第一型導電層と、該第一型導電層の下面側に配置された発光層と、該第一型導電層とで該発光層を挟むように配置された第二型導電層と、を含む積層部を備えたGaN系半導体膜に、少なくとも該第一型導電層の一部を除去することによって平坦化領域が形成され、TCO膜からなる透光性電極が該平坦化領域上から上記積層部上にかけて連続するように設けられており、該平坦化領域の上方には、該透光性電極に接続された電極金属膜と、上記発光層で生じる光に対して該電極金属膜よりも高い反射率を有する反射金属膜とが、該透光性電極を挟んで対向するように配置されているGaN系LED素子。
(2)前記発光層の上面に対する前記電極金属膜の正射影が、該上面に対する前記反射金属膜の正射影に包含される、前記(1)に記載のGaN系LED素子。
(3)前記反射金属膜がアルミニウムまたは銀からなる反射面を有する、前記(1)または(2)に記載のGaN系LED素子。
(4)前記反射金属膜と前記GaN系半導体膜との間に挟まれた誘電体反射膜を有する、前記(1)〜(3)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(5)前記透光性電極が開口部を有し、該開口部を通して前記反射金属膜と前記電極金属膜とが接している、前記(1)〜(4)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(6)前記平坦化領域が前記第一型導電層の表面に形成されている、前記(1)〜(5)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(7)前記第一型導電層がp型導電層であり、前記第二型導電層がn型導電層である、前記(1)〜(6)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(8)前記第一型導電層がn型導電層であり、前記第二型導電層がp型導電層である、前記(1)〜(6)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
According to the present invention, the following GaN-based LED elements are provided.
(1) The first-type conductive layer whose upper surface is roughened, the light-emitting layer disposed on the lower surface side of the first-type conductive layer, and the first-type conductive layer are disposed so as to sandwich the light-emitting layer. A planarization region is formed by removing at least a part of the first-type conductive layer in the GaN-based semiconductor film having a stacked portion including the second-type conductive layer, and a light-transmitting property including a TCO film An electrode is provided so as to be continuous from the flattened region to the stacked portion, and is formed above the flattened region by an electrode metal film connected to the light-transmitting electrode and the light emitting layer. A GaN-based LED element in which a reflective metal film having a higher reflectance than that of the electrode metal film is opposed to light with the translucent electrode interposed therebetween.
(2) The GaN-based LED element according to (1), wherein the orthogonal projection of the electrode metal film on the upper surface of the light emitting layer is included in the orthogonal projection of the reflective metal film on the upper surface.
(3) The GaN-based LED element according to (1) or (2), wherein the reflective metal film has a reflective surface made of aluminum or silver.
(4) The GaN-based LED element according to any one of (1) to (3), further including a dielectric reflective film sandwiched between the reflective metal film and the GaN-based semiconductor film.
(5) The GaN-based material according to any one of (1) to (4), wherein the translucent electrode has an opening, and the reflective metal film and the electrode metal film are in contact with each other through the opening. LED element.
(6) The GaN-based LED element according to any one of (1) to (5), wherein the planarized region is formed on a surface of the first type conductive layer.
(7) The GaN-based LED element according to any one of (1) to (6), wherein the first-type conductive layer is a p-type conductive layer and the second-type conductive layer is an n-type conductive layer.
(8) The GaN-based LED element according to any one of (1) to (6), wherein the first type conductive layer is an n-type conductive layer and the second type conductive layer is a p-type conductive layer.

本発明の実施形態に係る上記各GaN系LED素子では、第一型導電層の粗化された上面の作用により光取出し効率が良好となっており、さらに、発光層で生じる光に対する反射率が電極金属膜よりも高い反射金属膜が、少なくとも該第一導電型層の一部を除去することにより形成された平坦化領域上に形成されて、その上方に配置された該電極金属膜への該光の入射を妨げているので、該電極金属膜の光吸収に基づく損失が低減されている。   In each of the GaN-based LED elements according to the embodiment of the present invention, the light extraction efficiency is good due to the action of the roughened upper surface of the first-type conductive layer, and the reflectance for the light generated in the light emitting layer is high. A reflective metal film higher than the electrode metal film is formed on the planarization region formed by removing at least a part of the first conductivity type layer, and the electrode metal film disposed above the reflective metal film is formed. Since the incidence of the light is prevented, the loss due to the light absorption of the electrode metal film is reduced.

実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示しており、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のX−X線の位置における断面図である。The structure of the GaN-type LED element which concerns on embodiment is shown, Fig.1 (a) is a top view, FIG.1 (b) is sectional drawing in the position of the XX line of Fig.1 (a). 図1に示すGaN系LED素子に含まれる電極金属膜のみを表示する上面図である。It is a top view which displays only the electrode metal film contained in the GaN-type LED element shown in FIG. 平坦化領域を形成する方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the method to form a planarization area | region. 平坦化領域を形成する方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the method to form a planarization area | region. 好適な実施形態における、発光層の上面に対する反射金属膜の正射影と電極金属膜の正射影との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the orthogonal projection of the reflective metal film with respect to the upper surface of a light emitting layer, and the orthogonal projection of an electrode metal film in suitable embodiment. 実施形態に係るGaN系LED素子の断面図である。It is sectional drawing of the GaN-type LED element which concerns on embodiment. 反射金属膜の断面図である。It is sectional drawing of a reflective metal film. 実施形態に係るGaN系LED素子の断面図である。It is sectional drawing of the GaN-type LED element which concerns on embodiment. 実施形態に係るGaN系LED素子の断面図である。It is sectional drawing of the GaN-type LED element which concerns on embodiment. 実施形態に係るGaN系LED素子の断面図である。It is sectional drawing of the GaN-type LED element which concerns on embodiment.

実施形態に係るGaN系LED素子100の構造を図1に示す。図1(a)は平面図であり、図1(b)は図1(a)のX−X線の位置における断面図である。GaN系LED素子100は、透光性基板110上に積層されたGaN系半導体膜を有している。このGaN系半導体膜は、透光性基板110側からn型導電層121、発光層122およびp型導電層123が順次積層された積層部120を含んでいる。積層部120の最上部に設けられたp型導電層123の上面には、粗化領域123Aと、該p型導電層123の一部が除去されることにより形成された平坦化領域123Bとが設けられている。図1(a)では平坦化領域123Bの外縁を破線で表示している。粗化領域123Aにおいては、図1中の拡大図に示すように、断面がV字型を呈するピットがp型導電層123の表面に高密度に形成されている。   The structure of the GaN-based LED element 100 according to the embodiment is shown in FIG. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. The GaN-based LED element 100 has a GaN-based semiconductor film stacked on a light-transmitting substrate 110. The GaN-based semiconductor film includes a stacked portion 120 in which an n-type conductive layer 121, a light-emitting layer 122, and a p-type conductive layer 123 are sequentially stacked from the translucent substrate 110 side. On the upper surface of the p-type conductive layer 123 provided at the uppermost part of the stacked portion 120, a roughened region 123A and a planarized region 123B formed by removing a part of the p-type conductive layer 123 are provided. Is provided. In FIG. 1A, the outer edge of the flattened region 123B is indicated by a broken line. In the roughened region 123 </ b> A, as shown in the enlarged view in FIG. 1, pits having a V-shaped cross section are formed at a high density on the surface of the p-type conductive layer 123.

積層部120上には、p型導電層123の平坦化領域123Bに形成された反射金属膜130を挟んで、TCO膜からなる透光性電極140が形成されている。そして、該透光性電極140上の一部には電極金属膜150が、該透光性電極140を挟んで反射金属膜130と対向するように形成されている。反射金属膜130は、平坦化領域123B上に形成されているので、その裏面は比較的平坦である。反射金属膜130は電極金属膜150よりも発光層122で生じる光に対する反射率が高くなるように、その材料が選択されている。反射金属膜130と電極金属膜150とが対向するよう配置されているので、反射金属膜130によって、発光層122で生じる光の電極金属膜150の裏面への入射が効果的に防止されている。   On the stacked portion 120, a translucent electrode 140 made of a TCO film is formed with a reflective metal film 130 formed in the planarization region 123B of the p-type conductive layer 123 interposed therebetween. An electrode metal film 150 is formed on a part of the translucent electrode 140 so as to face the reflective metal film 130 with the translucent electrode 140 interposed therebetween. Since the reflective metal film 130 is formed on the planarization region 123B, the back surface thereof is relatively flat. The material of the reflective metal film 130 is selected so that the reflectance with respect to the light generated in the light emitting layer 122 is higher than that of the electrode metal film 150. Since the reflective metal film 130 and the electrode metal film 150 are disposed so as to face each other, the reflective metal film 130 effectively prevents light generated in the light emitting layer 122 from entering the back surface of the electrode metal film 150. .

積層部120に隣接して、n型導電層121の露出面であるn側電極形成面121Aが設けられている。このn側電極形成面121A上にはn側電極160が形成されている。n側電極160は金属膜のみからなるものであってもよいし、n型導電層121とオーミック接触するTCO膜とその上に積層された金属膜とからなる積層体であってもよい。GaN系LED素子では注入電流の増加とともに発光効率が減少する現象(ドループ現象)が不可避的に生じることを考慮すると、n側電極形成面121Aの面積をn側電極160の形成に必要な最小限度に抑えて、発光構造が含まれる部位である積層部120の面積をできるだけ大きくすることが好ましい。   An n-side electrode forming surface 121 </ b> A that is an exposed surface of the n-type conductive layer 121 is provided adjacent to the stacked unit 120. An n-side electrode 160 is formed on the n-side electrode formation surface 121A. The n-side electrode 160 may be composed only of a metal film, or may be a laminate composed of a TCO film that is in ohmic contact with the n-type conductive layer 121 and a metal film laminated thereon. Considering that a phenomenon (droop phenomenon) in which light emission efficiency decreases with an increase in injection current inevitably occurs in a GaN-based LED element, the area of the n-side electrode forming surface 121A is the minimum necessary for forming the n-side electrode 160. It is preferable to increase the area of the stacked portion 120, which is a portion including the light emitting structure, as much as possible.

素子の周縁領域には、n側電極形成面121Aと連続するn型導電層121の露出面である溝底121Bが、積層部120を取り囲むように設けられている。この溝底121Bは、ウェハサイズの基板を用いてGaN系半導体素子100を製造する過程で、素子分離
のためにGaN系半導体膜に形成された溝の底面にあたる。n側電極形成面121Aと溝底121Bとが連続する構成は必須ではなく、これらは離れていてもよい。
In the peripheral region of the element, a groove bottom 121B that is an exposed surface of the n-type conductive layer 121 that is continuous with the n-side electrode formation surface 121A is provided so as to surround the stacked portion 120. The groove bottom 121B corresponds to the bottom surface of a groove formed in the GaN-based semiconductor film for element isolation in the process of manufacturing the GaN-based semiconductor device 100 using a wafer-sized substrate. The configuration in which the n-side electrode forming surface 121A and the groove bottom 121B are continuous is not essential, and they may be separated.

図2は電極金属膜150のみを抜き出して表示した上面図である。電極金属膜150は、ボンディングパッド部151と、該ボンディングパッド部から延びる延長部152とを有している。ボンディングパッド部151は、ボンディングワイヤあるいは導電性接合材を接合するための部位である。導電性接合材が使用されるのはフリップチップ実装の場合であり、ハンダ、銀ペースト、金属バンプなどが導電性接合材の具体例として挙げられる。延長部152は電流を発光層122に平行な方向に効率よく広げるために設けられており、発光層122で生じる光をできるだけ吸収または遮蔽しないように、細長い形状とされている。図1(a)に示すように、GaN系LED素子100では、n側電極160もボンディングパッド部と延長部とを有している。電極金属膜150やn側電極160に設けるボンディングパッド部の平面形状は矩形に限定されるものではなく、円形、楕円形などであってもよい。   FIG. 2 is a top view showing only the electrode metal film 150 extracted. The electrode metal film 150 includes a bonding pad portion 151 and an extension portion 152 extending from the bonding pad portion. The bonding pad 151 is a part for bonding a bonding wire or a conductive bonding material. The conductive bonding material is used in the case of flip chip mounting. Specific examples of the conductive bonding material include solder, silver paste, and metal bumps. The extension 152 is provided to efficiently spread the current in a direction parallel to the light emitting layer 122, and has an elongated shape so as not to absorb or shield light generated in the light emitting layer 122 as much as possible. As shown in FIG. 1A, in the GaN-based LED element 100, the n-side electrode 160 also has a bonding pad portion and an extension portion. The planar shape of the bonding pad provided on the electrode metal film 150 or the n-side electrode 160 is not limited to a rectangle, and may be a circle, an ellipse, or the like.

電極金属膜および/またはn側電極にボンディングパッド部と延長部を設ける構成は、サイズの大きなGaN系LED素子において特に有用である。GaN系LED素子の形状およびサイズ、ならびにボンディングパッド部の配置に応じて、ひとつのボンディングパッド部から延びる延長部の数は1本にすることもできるし、3本以上とすることもできる。また、延長部が途中で枝分かれする構成や、異なるボンディングパッド部から延びる延長部同士が繋がっている構成なども、適宜採用することができる。なお電極金属膜およびn側電極のいずれも、ボンディングパッド部を有することが必須であるが、延長部を有することは必須ではない。   The configuration in which the bonding pad portion and the extension portion are provided on the electrode metal film and / or the n-side electrode is particularly useful in a GaN-based LED element having a large size. Depending on the shape and size of the GaN-based LED element and the arrangement of the bonding pad portions, the number of extensions extending from one bonding pad portion can be one, or three or more. Also, a configuration in which the extension portion branches in the middle, a configuration in which the extension portions extending from different bonding pad portions are connected, and the like can be appropriately employed. Note that both the electrode metal film and the n-side electrode have a bonding pad portion, but it is not essential to have an extension portion.

GaN系LED素子100は次に説明する手順により製造することができる。
まず、GaN系半導体のエピタキシャル成長に使用可能なウェハサイズ(例えば、直径2インチ)の透光性基板110を準備する。例えば、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、GaN、AlGaN、AlN、NGO(NdGaO)、LGO(LiGaO)、LAO(LaAlO)などからなる単結晶基板が使用可能である。サファイア基板は好ましい透光性基板のひとつであるが、中でも、GaN系半導体を成長させるべき表面に、光散乱を発生させるための凸部または凹部がエッチング加工により形成されたPSS(Patterned Sapphire Substrate)は、特に好適である。そのPSSの中でも特に好適なのは、凸部が円錐状または半球状に形成されたものである。
The GaN-based LED element 100 can be manufactured by the procedure described below.
First, a translucent substrate 110 having a wafer size (for example, 2 inches in diameter) that can be used for epitaxial growth of a GaN-based semiconductor is prepared. For example, a single crystal substrate made of sapphire, spinel, silicon carbide, zinc oxide, magnesium oxide, GaN, AlGaN, AlN, NGO (NdGaO 3 ), LGO (LiGaO 2 ), LAO (LaAlO 3 ), or the like can be used. A sapphire substrate is one of the preferred translucent substrates. Among them, a PSS (Patterned Sapphire Substrate) in which convex portions or concave portions for generating light scattering are formed by etching on the surface on which a GaN-based semiconductor is to be grown. Is particularly preferred. Particularly suitable among the PSSs are those having convex portions formed in a conical or hemispherical shape.

次に、準備した透光性基板110上に、気相エピタキシャル成長法によってn型導電層121、発光層122、p型導電層123を順次成長させる。エピタキシャル成長法としては、MOVPE法、HVPE法、MBE法、スパッタリング法、反応性スパッタ法、その他の公知の方法を適宜用いることができる。サファイア基板のようにGaN系半導体との格子定数差の大きな透光性基板を用いる場合には、透光性基板110上にバッファ層を形成してからn型導電層121を成長させる。   Next, the n-type conductive layer 121, the light emitting layer 122, and the p-type conductive layer 123 are sequentially grown on the prepared translucent substrate 110 by vapor phase epitaxial growth. As the epitaxial growth method, a MOVPE method, an HVPE method, an MBE method, a sputtering method, a reactive sputtering method, and other known methods can be appropriately used. When a translucent substrate having a large lattice constant difference from the GaN-based semiconductor, such as a sapphire substrate, is used, the n-type conductive layer 121 is grown after forming a buffer layer on the translucent substrate 110.

GaN系半導体にn型導電性またはp型導電性を付与するために添加することのできる不純物の種類については、公知技術を参照することができる。n型導電層121は、好ましくは、Si(ケイ素)を3×1018〜5×1019cm−3の濃度で添加したAlGa1−xN(0≦x≦0.05)で、2〜6μmの厚さに形成する。発光層122は、好ましくは、InGa1−xN(0<x)井戸層とInGa1−yN(0≦y<x)障壁層とを交互に積層した多重量子井戸層とする。井戸層および障壁層のそれぞれに添加することのできる不純物の種類および濃度については、公知技術を参照することができる。p型導電層123は、好ましくは、Mg(マグネシウム)を5×1019〜1×1021cm−3の濃度で添加したAlGa1−xN(0≦x≦0.05)で、0.3〜2μ
mの厚さに形成する。p型導電層の膜厚が小さ過ぎる場合、その上面を粗化しても十分な光散乱作用を発生させることができないので注意を要する。
For the types of impurities that can be added to impart n-type conductivity or p-type conductivity to the GaN-based semiconductor, known techniques can be referred to. The n-type conductive layer 121 is preferably Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.05) to which Si (silicon) is added at a concentration of 3 × 10 18 to 5 × 10 19 cm −3 . It is formed to a thickness of 2 to 6 μm. The light emitting layer 122 is preferably a multiple quantum well layer in which In x Ga 1-x N (0 <x) well layers and In y Ga 1-y N (0 ≦ y <x) barrier layers are alternately stacked. To do. For the types and concentrations of impurities that can be added to each of the well layer and the barrier layer, known techniques can be referred to. The p-type conductive layer 123 is preferably Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.05) to which Mg (magnesium) is added at a concentration of 5 × 10 19 to 1 × 10 21 cm −3 . 0.3-2μ
It is formed to a thickness of m. If the thickness of the p-type conductive layer is too small, care must be taken because sufficient light scattering action cannot be generated even if the upper surface is roughened.

透光性基板110とn型導電層121の間、n型導電層121と発光層122の間、発光層122とp型導電層123の間には、公知技術を参照して、様々な機能を有するGaN系半導体層を挿入することができる。例えば、欠陥低減層、歪緩和層、キャリアブロック層などである。挿入するGaN系半導体層は、超格子のように多層構造を有するものであってもよい。   Various functions are known between the light-transmitting substrate 110 and the n-type conductive layer 121, between the n-type conductive layer 121 and the light-emitting layer 122, and between the light-emitting layer 122 and the p-type conductive layer 123 with reference to known techniques. It is possible to insert a GaN-based semiconductor layer having For example, a defect reduction layer, a strain relaxation layer, a carrier block layer, and the like. The GaN-based semiconductor layer to be inserted may have a multilayer structure such as a superlattice.

p型導電層123の上面を粗化する方法は特に限定されない。MOVPE法を用いる場合、p型導電層123の成長温度を700〜900℃とすることによって、上面にピットを発生させることができる。好ましくは深さ0.3μm以上、より好ましくは深さ0.4μm以上のピットが形成されるように、p型導電層123の膜厚および成長条件を設定する。ピットの発生には貫通転位が関与していることから、p型導電層123の上面に好ましいサイズのピットを高密度に発生させるためには、貫通転位が約10/cmの密度で生じるよう、サファイア基板のようなGaN系半導体との間にある程度の格子定数差を有する透光性基板を用いることが好ましい。GaN基板のような窒化物半導体基板を用いる場合には、基板とp型導電層の間に、貫通転位密度を増加させる機能を有する層を設けることが好ましい。かかる機能を有する層については、特許文献2を参照することができる。
1000℃以上の成長温度で上面が平坦となるようにp型導電層123を形成した後、ナノマスクを用いたエッチングによって該上面を粗化することもできる。かかる技術については公知文献を適宜参照することができる。
A method for roughening the upper surface of the p-type conductive layer 123 is not particularly limited. When the MOVPE method is used, pits can be generated on the upper surface by setting the growth temperature of the p-type conductive layer 123 to 700 to 900 ° C. The film thickness and growth conditions of the p-type conductive layer 123 are set so that pits having a depth of 0.3 μm or more, more preferably 0.4 μm or more are formed. Since threading dislocations are involved in the generation of pits, threading dislocations are generated at a density of about 10 8 / cm 3 in order to generate pits having a preferable size on the upper surface of the p-type conductive layer 123 at a high density. Thus, it is preferable to use a translucent substrate having a certain lattice constant difference with a GaN-based semiconductor such as a sapphire substrate. When a nitride semiconductor substrate such as a GaN substrate is used, a layer having a function of increasing threading dislocation density is preferably provided between the substrate and the p-type conductive layer. Patent Document 2 can be referred to for a layer having such a function.
After forming the p-type conductive layer 123 so that the upper surface becomes flat at a growth temperature of 1000 ° C. or higher, the upper surface can be roughened by etching using a nanomask. For such techniques, publicly known documents can be referred to as appropriate.

次に、p型導電層123からその表層部の一部をドライエッチングによって除去することにより、その上面に平坦化領域123Bを形成する。この工程では、前述のエッチバック法を用いる。具体的には、まず、図3(a)に示すようにp型導電層123の粗化された上面全体に保護膜Pを形成する。保護膜Pは、金属あるいはSiOのような酸化物で形成することができる。次に、通常のフォトリソグラフィ技法を用いて、図3(b)に示すように、形成すべき平坦化領域の形状に応じた開口部を保護膜Pに形成する。開口部形成後、図3(c)に示すように、起伏を平坦に埋め込むマスク層Qでウェハ上面を覆う。マスク層Qはフォトレジストを用いて形成することができる。 Next, a part of the surface layer portion is removed from the p-type conductive layer 123 by dry etching, thereby forming a planarized region 123B on the upper surface thereof. In this step, the aforementioned etch back method is used. Specifically, first, as shown in FIG. 3A, a protective film P is formed on the entire roughened upper surface of the p-type conductive layer 123. Protective film P may be formed of an oxide such as a metal or SiO 2. Next, using an ordinary photolithography technique, an opening corresponding to the shape of the planarized region to be formed is formed in the protective film P as shown in FIG. After forming the opening, as shown in FIG. 3C, the upper surface of the wafer is covered with a mask layer Q in which the undulations are embedded flat. The mask layer Q can be formed using a photoresist.

次に、マスク層Qの上からウェハをドライエッチする。このとき、保護膜Pのエッチング速度がマスク層Qのエッチング速度よりも小さくなるように、かつ、マスク層QとGaN系半導体(p型導電層123)のエッチング速度が同等となるように、ドライエッチング条件を設定する。かかる条件を用いると、図4(d)に示すように、保護膜Pが形成された領域では、保護膜Pが露出したところでエッチングが止まる。一方、保護膜Pに開口部が形成された領域では、マスク層Qとp型導電層123とが同じ速度でエッチングされる結果、図4(e)に示すように、マスク層Qが完全に除去された時点で、p型導電層123の露出面が平坦となる。その後、図4(f)に示すように、適当なエッチャントを用いて保護膜Pを除去する。以上の手順により、平坦化領域123Bを所望の平面形状に形成することができる。   Next, the wafer is dry-etched from above the mask layer Q. At this time, dry etching is performed so that the etching rate of the protective film P is smaller than the etching rate of the mask layer Q, and the etching rate of the mask layer Q and the GaN-based semiconductor (p-type conductive layer 123) is equal. Etching conditions are set. When such a condition is used, as shown in FIG. 4D, in the region where the protective film P is formed, etching stops when the protective film P is exposed. On the other hand, in the region where the opening is formed in the protective film P, the mask layer Q and the p-type conductive layer 123 are etched at the same rate. As a result, as shown in FIG. When removed, the exposed surface of the p-type conductive layer 123 becomes flat. Thereafter, as shown in FIG. 4F, the protective film P is removed using an appropriate etchant. Through the above procedure, the planarized region 123B can be formed in a desired planar shape.

平坦化領域123Bの形成後、該平坦化領域上に反射金属膜130を形成する。反射金属膜130の厚さは、50nm〜1μmとすることができる。反射金属膜130は平坦化領域123Bからはみ出さないように形成することが重要である。反射金属膜130が粗化領域123A上にはみ出した場合、そのはみ出した部分では、その反射面の平滑性の悪化によって反射率が著しく低下するためである。   After the formation of the planarization region 123B, a reflective metal film 130 is formed on the planarization region. The thickness of the reflective metal film 130 can be 50 nm to 1 μm. It is important to form the reflective metal film 130 so as not to protrude from the planarization region 123B. This is because when the reflective metal film 130 protrudes over the roughened region 123A, the reflectance is remarkably reduced in the protruding portion due to the deterioration of the smoothness of the reflection surface.

反射金属膜130は、その裏面側(p型導電層123側)に入射する光を反射させる反射面を、発光層122で生じる光に対する反射率の高い金属で形成する。GaN系LED素子の典型的な発光波長は360〜500nmであることから、好ましい金属としては、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、Rh(ロジウム)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)などが例示される。中でも特に好ましいのはAlとAgである。Alからなる反射面は、Al単体を用いて形成することができる他、耐熱性その他を改善するために、Ti、Nd(ネオジム)、Si(ケイ素)、Cu(銅)、Mg(マグネシウム)、Mn(マンガン)、Crなどの元素を添加したAl合金を用いて形成することができる。Agからなる反射面は、Ag単体を用いて形成することができる他、耐熱性、化学的安定性その他の改善やマイグレーション防止のために、Cu、Au(金)、Pd、Nd、Si、Ir、Ni、W、Zn(亜鉛)、Ga(ガリウム)、Ti、Mg、Y(イットリウム)、In(インジウム)、Sn(スズ)などの元素を添加したAg合金を用いて形成することができる。   The reflective metal film 130 is formed of a metal having a high reflectivity with respect to the light generated in the light emitting layer 122, which reflects light incident on the back surface side (p-type conductive layer 123 side). Since the typical emission wavelength of the GaN-based LED element is 360 to 500 nm, preferable metals include Al (aluminum), Ag (silver), Rh (rhodium), Pt (platinum), Pd (palladium), and the like. Illustrated. Of these, Al and Ag are particularly preferable. The reflective surface made of Al can be formed using Al alone, and in order to improve heat resistance and the like, Ti, Nd (neodymium), Si (silicon), Cu (copper), Mg (magnesium), It can be formed using an Al alloy to which an element such as Mn (manganese) or Cr is added. The reflecting surface made of Ag can be formed by using Ag alone, and in order to improve heat resistance, chemical stability, etc. and to prevent migration, Cu, Au (gold), Pd, Nd, Si, Ir , Ni, W, Zn (zinc), Ga (gallium), Ti, Mg, Y (yttrium), In (indium), Sn (tin), and the like, and can be formed using an Ag alloy.

反射金属膜130の形成後、該反射金属膜を間に挟んで、p型導電層123上の略全面を覆う透光性電極140を形成する。透光性電極140の材料には、ITO、IZO(インジウム亜鉛酸化物)などの酸化インジウムベースのTCO、AZO(アルミニウム亜鉛酸化物)、GZO(ガリウム亜鉛酸化物)などの酸化亜鉛ベースのTCO、FTO(フッ素ドープ酸化錫)などの酸化錫ベースのTCOを好ましく用いることができる。透光性電極140の形成方法に限定はなく、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、CVD法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法など、公知の方法を適宜用いることができる。気相法を用いる場合は、平坦面上に成膜した場合の膜厚が0.1〜0.5μm、好ましくは0.15〜0.25μmとなるように、成膜条件およびデポジション時間を設定することができる。粗化面上に気相法で形成されるTCO膜は、厚さの不均一性が大きくなる傾向がある。   After the reflective metal film 130 is formed, a translucent electrode 140 that covers substantially the entire surface of the p-type conductive layer 123 is formed with the reflective metal film interposed therebetween. The material of the transparent electrode 140 includes indium oxide-based TCO such as ITO and IZO (indium zinc oxide), zinc oxide-based TCO such as AZO (aluminum zinc oxide) and GZO (gallium zinc oxide), A tin oxide-based TCO such as FTO (fluorine-doped tin oxide) can be preferably used. There is no limitation on the method of forming the translucent electrode 140, sputtering method, reactive sputtering method, vacuum deposition method, ion beam assisted deposition method, ion plating method, laser ablation method, CVD method, spray method, spin coating method, A known method such as a dip method can be used as appropriate. When the vapor phase method is used, the film formation conditions and the deposition time are set so that the film thickness when the film is formed on a flat surface is 0.1 to 0.5 μm, preferably 0.15 to 0.25 μm. Can be set. A TCO film formed on a roughened surface by a vapor phase method tends to have a large thickness non-uniformity.

透光性電極141は、サブトラクティブな方法とアディティブな方法(リフトオフ法)のいずれによってパターニングしてもよい。パターニングの前または後に熱処理を行うことによって、透光性電極141の電気特性、接触抵抗、透明性などが改善される場合がある。メカニズムは明らかでないが、透光性電極141をITOで形成する場合には、窒素雰囲気中、500〜600℃(好ましくは540〜580℃)で10〜20分間の熱処理を行うことにより、GaN系LED素子100の出力を改善することができる。   The translucent electrode 141 may be patterned by either a subtractive method or an additive method (lift-off method). By performing heat treatment before or after patterning, the electrical characteristics, contact resistance, transparency, and the like of the light-transmitting electrode 141 may be improved. Although the mechanism is not clear, when the translucent electrode 141 is formed of ITO, GaN-based heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 500 to 600 ° C. (preferably 540 to 580 ° C.) for 10 to 20 minutes. The output of the LED element 100 can be improved.

透光性電極140の形成後、電極金属膜150を形成する。電極金属膜150の厚さは、0.2〜2μmとすることができる。電極金属膜150は、透光性電極140と接する部分を、TCOに対する密着性の良好な金属で形成することが好ましい。かかる金属としては、Cr(クロム)、Ti(チタン)、Ni(ニッケル)、W(タングステン)、Zr(ジルコニウム)などの単体や、これらの金属元素を含む合金が例示される。Cr、Ti、Ni、WおよびZrは、GaN系LED素子100が発する360〜500nmという波長の光に対する反射率が低いが、反射金属膜140によって電極金属膜150の裏面への該光の入射が妨げられているので、これらの金属を電極金属膜150に用いることに起因する発光効率の低下は小さい。電極金属膜150の表層部分はAu、Ptなどで形成できる他、ボンディングに使用されることが予定されているハンダに成分として含まれる金属を用いて形成することができる。   After forming the translucent electrode 140, an electrode metal film 150 is formed. The thickness of the electrode metal film 150 can be set to 0.2 to 2 μm. The electrode metal film 150 is preferably formed with a metal having good adhesion to the TCO at a portion in contact with the translucent electrode 140. Examples of such metals include simple substances such as Cr (chromium), Ti (titanium), Ni (nickel), W (tungsten), Zr (zirconium), and alloys containing these metal elements. Cr, Ti, Ni, W, and Zr have low reflectivity with respect to light with a wavelength of 360 to 500 nm emitted from the GaN-based LED element 100, but the light is incident on the back surface of the electrode metal film 150 by the reflective metal film 140. Therefore, the decrease in luminous efficiency due to the use of these metals for the electrode metal film 150 is small. The surface layer portion of the electrode metal film 150 can be formed of Au, Pt, or the like, or can be formed using a metal contained as a component in solder that is scheduled to be used for bonding.

反射金属膜130および電極金属膜150の平面形状と面積は同一としてもよいが、その場合、製造工程で両者の平面配置が僅かにずれただけで、反射金属膜130の効果が著しく低下する。そこで、図5に示すように、発光層122の上面に対する反射金属膜130の正射影が、電極金属膜150の正射影を包含するように、反射金属膜130の面積を電極金属膜142よりもやや大きくすることが望ましい。例えば、反射金属膜130の面
積を電極金属膜150の面積の120〜150%とすることができる。
The planar shape and the area of the reflective metal film 130 and the electrode metal film 150 may be the same, but in that case, the effect of the reflective metal film 130 is significantly reduced if the planar arrangement of both is slightly shifted in the manufacturing process. Therefore, as shown in FIG. 5, the area of the reflective metal film 130 is larger than that of the electrode metal film 142 so that the orthogonal projection of the reflective metal film 130 on the upper surface of the light emitting layer 122 includes the orthogonal projection of the electrode metal film 150. A slightly larger size is desirable. For example, the area of the reflective metal film 130 can be 120 to 150% of the area of the electrode metal film 150.

次に、GaN系半導体膜からドライエッチングによってp型導電層123および発光層122を部分的に除去することにより、n側電極形成面121Aを形成する。この工程で前述のエッチバック法を用いることにより、n側電極形成面121Aの全域を平坦面とすることができる。エッチバック法を用いない場合、n側電極形成面121Aは、p型導電層の粗化領域123Aと類似した表面形状を呈することになる。   Next, the p-type conductive layer 123 and the light emitting layer 122 are partially removed from the GaN-based semiconductor film by dry etching, thereby forming the n-side electrode formation surface 121A. By using the above-described etch back method in this step, the entire region of the n-side electrode formation surface 121A can be made flat. When the etch back method is not used, the n-side electrode formation surface 121A exhibits a surface shape similar to the roughened region 123A of the p-type conductive layer.

n側電極形成面121A上に設けるn側電極160は、少なくともn型導電層121に接する部分を、n型GaN系半導体と良好なオーミック接触を形成する材料で形成する。かかる材料として、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、W(タングステン)、Ni(ニッケル)、Cr(クロム)もしくはV(バナジウム)の単体、または、これらから選ばれる1種以上の金属を含む合金が挙げられる。中でも、350〜500nmの波長域における反射率が高いことから、AlおよびAl合金は特に好ましい材料である。Al合金としては、Ti、Nd(ネオジム)、Si(ケイ素)、Cu(銅)、Mg(マグネシウム)、Mn(マンガン)、Crなどの添加元素を含むものが例示される。n側電極130は、n型導電層121に接する部分にTCO膜、すなわち、酸化インジウム、ITO、IZO、酸化亜鉛、AZO、GZO、酸化錫、FTOなどからなる透光性膜を有していてもよい。   The n-side electrode 160 provided on the n-side electrode formation surface 121A is formed of a material that forms good ohmic contact with the n-type GaN-based semiconductor at least at a portion in contact with the n-type conductive layer 121. As such a material, Al (aluminum), Ti (titanium), W (tungsten), Ni (nickel), Cr (chromium) or V (vanadium) alone, or an alloy containing one or more metals selected from these. Is mentioned. Among these, Al and Al alloys are particularly preferable materials because of their high reflectance in the wavelength region of 350 to 500 nm. Examples of the Al alloy include those containing additive elements such as Ti, Nd (neodymium), Si (silicon), Cu (copper), Mg (magnesium), Mn (manganese), and Cr. The n-side electrode 130 has a TCO film, that is, a translucent film made of indium oxide, ITO, IZO, zinc oxide, AZO, GZO, tin oxide, FTO, or the like, at a portion in contact with the n-type conductive layer 121. Also good.

n側電極130の表層部分は金属で形成する。ボンディングワイヤとして多用されるAuワイヤのボンダビリティを高くするには、n側電極130の表層部分をAuで形成することが好ましい。該表層部分をAu、Ptのような酸化し難い金属で形成した場合には、ハンダによる濡れ性が良好となる。該表層部分は、ボンディングに使用されることが予定されているハンダに成分として含まれる金属を用いて形成してもよい。該表層部分に用ける金属層と、その下方に設ける金属層との間には、これらの層の間で所望しない合金化反応が生じることのないように、高融点金属からなるバリア層を設けることができる。   The surface layer portion of the n-side electrode 130 is made of metal. In order to increase the bondability of an Au wire frequently used as a bonding wire, it is preferable to form the surface layer portion of the n-side electrode 130 with Au. When the surface layer portion is formed of a metal that is difficult to oxidize, such as Au or Pt, the wettability by solder is good. The surface layer portion may be formed using a metal contained as a component in solder that is scheduled to be used for bonding. A barrier layer made of a refractory metal is provided between the metal layer used for the surface layer portion and the metal layer provided therebelow so as not to cause an undesirable alloying reaction between these layers. be able to.

通常は、ウェハを分断してGaN系LED素子100をチップ(ダイともいう)にするダイシング工程の前に、ウェハ上の各素子を電気的に分離させる。具体的には、各LED素子が有する積層部120が電気的に孤立するように、エッチングによってGaN系半導体膜にn型導電層121に達する素子分離溝を形成する。ダイシング工程ではこの素子分離溝の位置でウェハを分割するので、結果として、チップ化されたGaN系LED素子100は、周縁部にこの素子分離溝の底部であった溝底121Bを有することになる。素子分離溝の形成工程は、n側電極形成面121Aを形成する工程と同時であってもよいし、別途の工程であってもよい。好適例では、n側電極形成面121Aはエッチバック法を用いて平坦に形成し、素子分離溝は溝底121Bが粗面となるように別途工程で形成することができる。溝底121Bを粗面とすることにより、GaN系LED素子100の光取出し効率が改善される。   Usually, each element on the wafer is electrically separated before a dicing process in which the wafer is divided to make the GaN-based LED element 100 into a chip (also referred to as a die). Specifically, an element isolation groove reaching the n-type conductive layer 121 is formed in the GaN-based semiconductor film by etching so that the stacked portion 120 included in each LED element is electrically isolated. In the dicing process, the wafer is divided at the position of the element isolation groove. As a result, the GaN-based LED element 100 formed into a chip has a groove bottom 121B that is the bottom of the element isolation groove at the peripheral edge. . The step of forming the element isolation trench may be simultaneous with the step of forming the n-side electrode formation surface 121A or may be a separate step. In a preferred example, the n-side electrode formation surface 121A can be formed flat using an etch back method, and the element isolation groove can be formed in a separate process so that the groove bottom 121B becomes a rough surface. By making the groove bottom 121B rough, the light extraction efficiency of the GaN-based LED element 100 is improved.

ダイシング工程の前に、素子分離工程で露出した発光層122の端面や、薄いTCO膜からなる透光性電極140の表面を保護するために、電極金属膜150およびn側電極160の表面を除くウェハの表面を覆うパッシベーション膜を形成することが好ましい。パッシベーション膜は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、PSG(Phospho−Silicate−Glass)、BPSG(Boro−Phospho−Silicate−Glass)、スピンオングラスなどで形成することができる。   Before the dicing process, the surface of the electrode metal film 150 and the n-side electrode 160 is removed to protect the end face of the light emitting layer 122 exposed in the element isolation process and the surface of the translucent electrode 140 made of a thin TCO film. It is preferable to form a passivation film that covers the surface of the wafer. The passivation film can be formed using silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, PSG (phospho-silicate-glass), BPSG (boro-phospho-silicate-glass), spin-on glass, or the like.

ダイシング工程では、ウェハを分断する前に、透光性基板110の裏面にグラインディング加工またはラッピング加工を行い、その膜厚を低減させてもよい。LEDチップはダイシングブレードを備えたダイサーを用いてウェハから切り出してもよいし、あるいは、
ダイヤモンペンでウェハ表面にスクライブ線を形成し、このスクライブ線を起点にしてウェハを割ってチップにしてもよい。スクライブ線の代わりに、レーザ加工によりウェハ表面に形成した溝、あるいは、ウェハ内部に形成した改質領域を起点として、ウェハを割ることも可能である。
In the dicing process, before the wafer is divided, the back surface of the light-transmitting substrate 110 may be subjected to a grinding process or a lapping process to reduce the film thickness. The LED chip may be cut out from the wafer using a dicer equipped with a dicing blade, or
A scribe line may be formed on the wafer surface with a diamond pen, and the wafer may be divided into chips by using the scribe line as a starting point. Instead of the scribe line, the wafer can be divided starting from a groove formed on the wafer surface by laser processing or a modified region formed inside the wafer.

上記の手順で得たGaN系LED素子100を実装するときには、LEDチップを固定すべき部材に対し、当該LEDチップが透光性基板110側の面を向けるように固定してもよいし、その反対に、LEDチップを固定すべき部材に対し、当該LEDチップがGaN系半導体膜側の面を向けるように固定してもよい(フリップチップ実装)。フリップチップ実装する場合には、固定用部材にLEDチップを固定した後で、レーザリフトオフ技法を用いてGaN系半導体膜から透光性基板110を分離させることができる。   When mounting the GaN-based LED element 100 obtained by the above procedure, the LED chip may be fixed to the member to which the LED chip is fixed so that the surface of the translucent substrate 110 is directed, Conversely, the LED chip may be fixed to the member to which the LED chip is to be fixed so that the surface of the GaN-based semiconductor film is directed (flip chip mounting). In the case of flip chip mounting, after the LED chip is fixed to the fixing member, the translucent substrate 110 can be separated from the GaN-based semiconductor film by using a laser lift-off technique.

以上に説明したGaN系LED素子100の製造手順は一例であり、いくつかの工程については順序を入れ換えることができる。例えば、n側電極形成面121Aを形成する工程は、平坦化領域123Bを形成する工程の前に行っても構わない。また、n側電極160の最下層をTCO膜で形成する場合、このTCO膜と透光性電極140とは同一の材料を用いて、同時に形成することができる。あるいは、電極金属膜150と、n側電極160に含まれる金属層とを、同一の材料を用いて同時に形成することができる。   The manufacturing procedure of the GaN-based LED element 100 described above is an example, and the order of some processes can be changed. For example, the step of forming the n-side electrode formation surface 121A may be performed before the step of forming the planarization region 123B. Further, when the lowermost layer of the n-side electrode 160 is formed of a TCO film, the TCO film and the translucent electrode 140 can be simultaneously formed using the same material. Alternatively, the electrode metal film 150 and the metal layer included in the n-side electrode 160 can be formed simultaneously using the same material.

次に、変形例について説明する。
一例では、図6に示すように、反射金属膜130とp型導電層123との間に誘電体反射膜170を設けることができる。金属表面での反射に伴う損失は一般に誘電体ミラーの反射損失よりも大きいので、できるだけ多くの光を反射金属膜130に到達する前に誘電体反射膜170によって反射させることが望ましい。
Next, a modified example will be described.
In one example, as shown in FIG. 6, a dielectric reflection film 170 can be provided between the reflection metal film 130 and the p-type conductive layer 123. Since the loss due to reflection on the metal surface is generally larger than the reflection loss of the dielectric mirror, it is desirable to reflect as much light as possible by the dielectric reflection film 170 before reaching the reflection metal film 130.

誘電体反射膜170の一例は、p型導電層123との界面で全反射を発生させる低屈折率膜である。この低屈折率膜はp型導電層123よりも低い屈折率を有する誘電体、例えば、フッ化マグネシウム、フッ化リチウムのような金属フッ化物、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、スピネル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムのような金属酸化物、PSG、BPSG、スピンオングラスのようなガラス系材料を用いて形成することができる。好ましくは、低屈折率膜の膜厚は垂直入射光に対して高反射条件が成立するように、すなわち、発光層122で生じる光の波長の(2n−1)/4倍(nは自然数)となるように設定する。   An example of the dielectric reflection film 170 is a low refractive index film that generates total reflection at the interface with the p-type conductive layer 123. This low refractive index film is a dielectric having a refractive index lower than that of the p-type conductive layer 123, for example, a metal fluoride such as magnesium fluoride or lithium fluoride, silicon oxide, magnesium oxide, spinel, aluminum oxide, zirconium oxide. It can be formed using a glass-based material such as a metal oxide such as PSG, BPSG, or spin-on glass. Preferably, the film thickness of the low refractive index film is such that a high reflection condition is established for vertically incident light, that is, (2n-1) / 4 times the wavelength of light generated in the light emitting layer 122 (n is a natural number). Set to be.

誘電体反射膜170の他の一例は、ブラッグ反射膜である。この反射膜はDBR、誘電体多層膜ミラーなどとも呼ばれるものであり、特定波長の垂直入射光を100%に近い反射率で反射させることができる。よく知られているように、多層膜を構成する各層の膜厚を適切に設計することによって、上記特定波長を発光層122で生じる光の波長に合わせることが可能である。誘電体反射膜170を、p型導電性層123の直上に形成される低屈折率膜と、その上に積層されるブラッグ反射膜とから構成することもできる。この場合、大きな入射角で入射する光は低屈折率膜による全反射を受け、小さな入射角で入射する光はブラッグ反射膜で反射されることになる。   Another example of the dielectric reflection film 170 is a Bragg reflection film. This reflection film is also called DBR, dielectric multilayer mirror, etc., and can reflect normal incident light of a specific wavelength with a reflectance close to 100%. As is well known, the specific wavelength can be adjusted to the wavelength of light generated in the light emitting layer 122 by appropriately designing the thickness of each layer constituting the multilayer film. The dielectric reflecting film 170 can also be constituted by a low refractive index film formed immediately above the p-type conductive layer 123 and a Bragg reflecting film laminated thereon. In this case, light incident at a large incident angle is totally reflected by the low refractive index film, and light incident at a small incident angle is reflected by the Bragg reflection film.

誘電体反射膜170には、p型導電層123と反射金属膜130との間を確実に絶縁する働きもある。p型導電層123と反射金属膜130との間を確実に絶縁することにより、反射金属膜130の直下における発光層122での発光を確実に抑制することができる。反射金属膜130の直下で生じる光は、他の領域で生じる光と比べて反射金属膜130による遮蔽または吸収を強く受けることから、これを発生させないようにした方がGaN系LED素子100の発光効率を高めるうえで好ましいのである。   The dielectric reflective film 170 also has a function of reliably insulating between the p-type conductive layer 123 and the reflective metal film 130. By reliably insulating between the p-type conductive layer 123 and the reflective metal film 130, light emission in the light emitting layer 122 immediately below the reflective metal film 130 can be reliably suppressed. Light generated directly below the reflective metal film 130 is strongly shielded or absorbed by the reflective metal film 130 as compared to light generated in other regions, so that the light emission of the GaN-based LED element 100 is less likely to occur. It is preferable for increasing the efficiency.

反射金属膜130と透光性電極140との間で所望しない化学反応が生じ、そのために反射金属膜130の反射率が低下することを防ぐために、図3に示すように、反射金属膜130を反射面形成層131およびバリア層132を含む積層膜とすることができる。ここで、反射面形成層131は、好ましくはAl、Agなどで形成される。バリア層132は反射面形成層131に対して透光性電極140側に形成される層であり、Cr、Ti、Ni、W、Zrなどの単体や合金を用いて形成することができる。同様の目的のために、反射金属膜130と透光性電極140との間に、シリカなどの不活性な酸化物からなる薄膜を挿入することもできる。   In order to prevent an undesired chemical reaction between the reflective metal film 130 and the translucent electrode 140 and thus the reflectivity of the reflective metal film 130 decreases, as shown in FIG. A laminated film including the reflective surface forming layer 131 and the barrier layer 132 can be formed. Here, the reflective surface forming layer 131 is preferably formed of Al, Ag, or the like. The barrier layer 132 is a layer formed on the translucent electrode 140 side with respect to the reflective surface forming layer 131, and can be formed using a single substance or alloy such as Cr, Ti, Ni, W, Zr. For the same purpose, a thin film made of an inert oxide such as silica may be inserted between the reflective metal film 130 and the translucent electrode 140.

前述のように、電極金属膜150はボンディングパッド部を有する。該部位にボンディングワイヤが接合される際に与えられる強いストレスに耐え得るように、電極金属膜150はp型導電層123に対し強固に固定されていなくてはならない。また、GaN系LED素子100がフリップチップ実装される場合には、電極金属膜150に対して、導電材であると同時に機械的保持部材である接合材(例えば、ハンダ)が接合されるので、やはり、p型導電層123と電極金属膜150との間の結合は強固でなくてはならない。   As described above, the electrode metal film 150 has a bonding pad portion. The electrode metal film 150 must be firmly fixed to the p-type conductive layer 123 so as to withstand strong stress applied when a bonding wire is bonded to the portion. When the GaN-based LED element 100 is flip-chip mounted, a bonding material (for example, solder) that is a mechanical holding member at the same time as the conductive material is bonded to the electrode metal film 150. Again, the bond between the p-type conductive layer 123 and the electrode metal film 150 must be strong.

そこで、一例では、図8に示すように、反射金属膜130上の透光性電極140に貫通孔を設け、この貫通孔を通して反射金属膜130と電極金属膜150とを直に接合させる。それによって、p型導電層123と電極金属膜150との間に存在する異種材料間の界面の数が減少するので、両者間の結合強度が改善される。
図9に示す例では、エッチバック法を用いることによって、n型導電層121に平坦化露出面121Bを形成し、その上に反射金属膜130と電極金属膜150とが、透光性電極140を挟んで対向する構造を形成している。誘電体反射膜170が平坦化露出面121B上から積層部120の端面上に連続するように形成されており、それによって、平坦化露出面121Bに臨むn型導電層121および発光層122の端面と、透光性電極140との間が絶縁されている。この構造によれば、反射金属膜130の下方に発光層122が存在しないために、発光効率が改善される。
Therefore, in one example, as shown in FIG. 8, a through hole is provided in the translucent electrode 140 on the reflective metal film 130, and the reflective metal film 130 and the electrode metal film 150 are directly bonded through the through hole. As a result, the number of interfaces between different materials existing between the p-type conductive layer 123 and the electrode metal film 150 is reduced, so that the bonding strength between the two is improved.
In the example shown in FIG. 9, the planarization exposed surface 121 </ b> B is formed on the n-type conductive layer 121 by using the etch back method, and the reflective metal film 130 and the electrode metal film 150 are formed on the transparent electrode 140. The structure which opposes on both sides of is formed. Dielectric reflection film 170 is formed so as to be continuous from the planarization exposed surface 121B to the end surface of the stacked portion 120, whereby the end surfaces of the n-type conductive layer 121 and the light emitting layer 122 facing the planarization exposed surface 121B. And the translucent electrode 140 are insulated. According to this structure, since the light emitting layer 122 does not exist below the reflective metal film 130, the light emission efficiency is improved.

図10に示すGaN系LED素子200では、p型導電層223、発光層222およびn型導電層221が順次積層された積層部220を含むGaN系半導体膜が、n型導電層221の発光層222側とは反対側の表面に、粗化領域221Aと平坦化領域221Bとを有している。そして、積層部220上には、n型導電層221の平坦化領域221Bに形成された反射金属膜230を挟んで、TCO膜からなる透光性電極240が形成されている。そして、該透光性電極膜240上の一部には電極金属膜250が、該透光性電極240を挟んで反射金属膜230と対向するように形成されている。反射金属膜230は、平坦化領域221B上に形成されているので、その裏面は比較的平坦である。反射金属膜230は電極金属膜250よりも発光層222で生じる光に対する反射率が高くなるように、その材料が選択されている。反射金属膜230と電極金属膜250とが対向するよう配置されているので、反射金属膜230によって、発光層222で生じる光の電極金属膜250の裏面への入射が効果的に防止されている。   In the GaN-based LED element 200 shown in FIG. 10, the GaN-based semiconductor film including the stacked portion 220 in which the p-type conductive layer 223, the light-emitting layer 222, and the n-type conductive layer 221 are sequentially stacked is the light-emitting layer of the n-type conductive layer 221. A roughened region 221A and a flattened region 221B are provided on the surface opposite to the 222 side. On the stacked portion 220, a translucent electrode 240 made of a TCO film is formed with a reflective metal film 230 formed in the planarized region 221B of the n-type conductive layer 221 interposed therebetween. An electrode metal film 250 is formed on a part of the translucent electrode film 240 so as to face the reflective metal film 230 with the translucent electrode 240 interposed therebetween. Since the reflective metal film 230 is formed on the planarization region 221B, the back surface thereof is relatively flat. The material of the reflective metal film 230 is selected so that the reflectance with respect to the light generated in the light emitting layer 222 is higher than that of the electrode metal film 250. Since the reflective metal film 230 and the electrode metal film 250 are disposed so as to face each other, the reflective metal film 230 effectively prevents light generated in the light emitting layer 222 from entering the back surface of the electrode metal film 250. .

100 GaN系LED素子
110 透光性基板
120 積層体
121 n型導電層
121A n側電極形成面
121B 溝底
122 発光層
123 p型導電層
130 n側電極
131 反射面形成層
132 バリア層
140 透光性電極
150 電極金属膜
151 ボンディングパッド部
152 延長部
160 n側電極
170 誘電体反射膜
P 保護膜
Q マスク層
100 GaN-based LED element 110 Translucent substrate 120 Laminated body 121 n-type conductive layer 121A n-side electrode forming surface 121B groove bottom 122 light-emitting layer 123 p-type conductive layer 130 n-side electrode 131 reflecting surface forming layer 132 barrier layer 140 light-transmitting Electrode 150 metal electrode 151 bonding pad 152 extension 160 n-side electrode 170 dielectric reflection film P protective film Q mask layer

Claims (8)

上面が粗化された第一型導電層と、該第一型導電層の下面側に配置された発光層と、該第一型導電層とで該発光層を挟むように配置された第二型導電層と、を含む積層部を備えたGaN系半導体膜に、少なくとも該第一型導電層の一部を除去することによって平坦化領域が形成され、TCO膜からなる透光性電極が該平坦化領域上から上記積層部上にかけて連続するように設けられており、該平坦化領域の上方には、該透光性電極に接続された電極金属膜と、上記発光層で生じる光に対して該電極金属膜よりも高い反射率を有する反射金属膜とが、該透光性電極を挟んで対向するように配置されているGaN系LED素子。   A first-type conductive layer having a roughened upper surface, a light-emitting layer disposed on the lower surface side of the first-type conductive layer, and a second layer disposed so as to sandwich the light-emitting layer between the first-type conductive layer A planarized region is formed by removing at least a part of the first-type conductive layer in the GaN-based semiconductor film including a stacked portion including the conductive layer, and the translucent electrode made of a TCO film is formed on the GaN-based semiconductor film. It is provided so as to continue from the flattened region to the laminated portion. Above the flattened region, an electrode metal film connected to the translucent electrode and the light generated in the light emitting layer are provided. A GaN-based LED element in which a reflective metal film having a higher reflectance than the electrode metal film is disposed so as to face each other with the translucent electrode interposed therebetween. 前記発光層の上面に対する前記電極金属膜の正射影が、該上面に対する前記反射金属膜の正射影に包含される、請求項1に記載のGaN系LED素子。   2. The GaN-based LED element according to claim 1, wherein the orthogonal projection of the electrode metal film on the upper surface of the light emitting layer is included in the orthogonal projection of the reflective metal film on the upper surface. 前記反射金属膜がアルミニウムまたは銀からなる反射面を有する、請求項1または2に記載のGaN系LED素子。   The GaN-based LED element according to claim 1, wherein the reflective metal film has a reflective surface made of aluminum or silver. 前記反射金属膜と前記GaN系半導体膜との間に挟まれた誘電体反射膜を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のGaN系LED素子。   The GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 3, further comprising a dielectric reflective film sandwiched between the reflective metal film and the GaN-based semiconductor film. 前記透光性電極が開口部を有し、該開口部を通して前記反射金属膜と前記電極金属膜とが接している、請求項1〜5のいずれかに記載のGaN系LED素子。   The GaN-based LED element according to claim 1, wherein the translucent electrode has an opening, and the reflective metal film and the electrode metal film are in contact with each other through the opening. 前記平坦化領域が前記第一型導電層の表面に形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のGaN系LED素子。   The GaN-based LED element according to claim 1, wherein the planarization region is formed on a surface of the first type conductive layer. 前記第一型導電層がp型導電層であり、前記第二型導電層がn型導電層である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のGaN系LED素子。   The GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 6, wherein the first-type conductive layer is a p-type conductive layer and the second-type conductive layer is an n-type conductive layer. 前記第一型導電層がn型導電層であり、前記第二型導電層がp型導電層である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のGaN系LED素子。   The GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 6, wherein the first-type conductive layer is an n-type conductive layer and the second-type conductive layer is a p-type conductive layer.
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