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JP2019204969A - Light-emitting element, light-emitting element package and method for manufacturing light-emitting element - Google Patents

Light-emitting element, light-emitting element package and method for manufacturing light-emitting element Download PDF

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JP2019204969A
JP2019204969A JP2019143257A JP2019143257A JP2019204969A JP 2019204969 A JP2019204969 A JP 2019204969A JP 2019143257 A JP2019143257 A JP 2019143257A JP 2019143257 A JP2019143257 A JP 2019143257A JP 2019204969 A JP2019204969 A JP 2019204969A
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layer
ito
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semiconductor layer
ito layer
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敬雄 藤盛
Takao Fujimori
敬雄 藤盛
宣明 松井
Nobuaki Matsui
宣明 松井
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

To provide: a light-emitting element which can simplify a manufacturing process and which can endure the manufacturing process; a light-emitting element package including the light-emitting element; and a method for manufacturing the light-emitting element.SOLUTION: A light-emitting element comprises: a first semiconductor layer; a first ITO layer formed in a first region of a surface of the first semiconductor layer; a first metal layer formed on the first ITO layer; a luminescent layer formed in a second region other than the first region in the surface of the first semiconductor layer; a second semiconductor layer formed on the luminescent layer; a second ITO layer formed on the second semiconductor layer; and a second metal layer formed on the second ITO layer. The first metal layer includes: a first Cr layer laminated on the first ITO layer; and a first Au layer laminated on the first Cr layer. The second metal layer includes: a second Cr layer laminated on the second ITO layer; and a second Au layer laminated on the second Cr layer. The first and second ITO layers contain Cr.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、発光素子、これを含む発光素子パッケージおよび発光素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a light emitting device, a light emitting device package including the light emitting device, and a method for manufacturing the light emitting device.

1つの先行技術に係る半導体発光素子が特許文献1に開示されている。この半導体発光素子では、サファイア基板上に、低温バッファ層、高温バッファ層、n形層、超格子層、活性層、p形層、透光性導電層が、サファイア基板側からこの順番で積層されている。透光性導電層は、ZnOからなり、その上の一部に、TiとAuとの積層構造によるp側電極が形成されている。また、n形層において露出した部分には、AlとNiとAuとの積層構造によるn側電極が形成されている。   A semiconductor light emitting device according to one prior art is disclosed in Patent Document 1. In this semiconductor light emitting device, a low-temperature buffer layer, a high-temperature buffer layer, an n-type layer, a superlattice layer, an active layer, a p-type layer, and a light-transmitting conductive layer are laminated in this order from the sapphire substrate side. ing. The translucent conductive layer is made of ZnO, and a p-side electrode having a laminated structure of Ti and Au is formed on a part of the transparent conductive layer. An n-side electrode having a laminated structure of Al, Ni, and Au is formed on the exposed portion of the n-type layer.

特開2005−354040号公報JP 2005-354040 A

本発明の目的は、製造工程を簡略化できる発光素子、これを含む発光素子パッケージおよび発光素子の製造方法を提供する。
また、本発明の別の目的は、製造工程に耐え得る発光素子、これを含む発光素子パッケージおよび発光素子の製造方法を提供する。
An object of the present invention is to provide a light emitting device capable of simplifying the manufacturing process, a light emitting device package including the light emitting device, and a method for manufacturing the light emitting device.
Another object of the present invention is to provide a light emitting device that can withstand a manufacturing process, a light emitting device package including the light emitting device, and a method for manufacturing the light emitting device.

請求項1記載の発明は、基板と、前記基板上に形成された第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層の表面の第1領域に形成された第1ITO層と、前記第1ITO層上に形成された第1メタル層と、前記第1ITO層から離間して前記第1半導体層の表面における前記第1領域以外の第2領域に形成された発光層と、前記発光層上に形成され、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層上に形成された第2ITO層と、前記第2ITO層上に形成された第2メタル層とを含み、前記第1メタル層は、前記第1ITO層上に積層された第1Cr層と、前記第1Cr層上に積層された第1Au層とを含み、前記第2メタル層は、前記第2ITO層上に積層された第2Cr層と、前記第2Cr層上に積層された第2Au層とを含み、前記第1ITO層および第2ITO層は、Crを含む、発光素子である。   The invention according to claim 1 is a substrate, a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the substrate, a first ITO layer formed in a first region on the surface of the first semiconductor layer, A first metal layer formed on the first ITO layer; a light-emitting layer formed in a second region other than the first region on the surface of the first semiconductor layer apart from the first ITO layer; and the light-emitting layer A second semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type, a second ITO layer formed on the second semiconductor layer, and a second ITO layer formed on the second ITO layer. The first metal layer includes a first Cr layer stacked on the first ITO layer, and a first Au layer stacked on the first Cr layer, and the second metal layer includes: A second Cr layer laminated on the second ITO layer, and a second Cr layer laminated on the second Cr layer; And and a second 2Au layer, said first 1ITO layer and the 2ITO layer comprises Cr, which is a light-emitting element.

請求項2記載の発明は、前記第1ITO層は、前記第1半導体層にオーミック接触していて、前記第2ITO層は、前記第2半導体層にオーミック接触している、請求項1に記載の発光素子である。請求項3記載の発明は、前記第1ITO層と、前記第2ITO層とは、同じ厚さを有する、請求項1または2に記載の発光素子である。請求項4記載の発明は、前記第1メタル層と、前記第2メタル層とは、同一構造を有する、請求項3に記載の発光素子である。請求項5記載の発明は、前記第1Cr層と前記第2Cr層とは同じ厚さを有し、前記第1Au層と前記第2Au層とは同じ厚さを有する、請求項4に記載の発光素子である。請求項6記載の発明は、前記第1ITO層は、前記発光層よりも前記基板側に位置している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光素子である。請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光素子と、前記発光素子を覆うパッケージとを含む、発光素子パッケージである。   According to a second aspect of the present invention, the first ITO layer is in ohmic contact with the first semiconductor layer, and the second ITO layer is in ohmic contact with the second semiconductor layer. It is a light emitting element. The invention according to claim 3 is the light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the first ITO layer and the second ITO layer have the same thickness. The invention according to claim 4 is the light emitting device according to claim 3, wherein the first metal layer and the second metal layer have the same structure. The invention according to claim 5 is the light emitting device according to claim 4, wherein the first Cr layer and the second Cr layer have the same thickness, and the first Au layer and the second Au layer have the same thickness. It is an element. A sixth aspect of the present invention is the light emitting element according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first ITO layer is located closer to the substrate than the light emitting layer. The invention according to claim 7 is a light emitting element package including the light emitting element according to any one of claims 1 to 6 and a package covering the light emitting element.

請求項8記載の発明は、基板上に第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層上に発光層を形成する工程と、前記発光層上に第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、前記発光層および前記第2半導体層の一部を除去して、前記第1半導体層を露出させる工程と、前記第1半導体層上および前記第2半導体層上にそれぞれ第1ITO層および第2ITO層を形成する工程と、前記第1ITO層および前記第2ITO層の形成後に、前記第1ITO層および前記第2ITO層に対して、第1加熱温度による第1加熱処理を施す工程と、前記第1ITO層上および前記第2ITO層上にそれぞれ第1メタル層および第2メタル層を形成する工程と、前記第1メタル層および前記第2メタル層の形成後に、前記第1メタル層、前記第2メタル層、前記第1ITO層および前記第2ITO層に対して、前記第1加熱温度よりも低い第2加熱温度による第2加熱処理を施す工程とを含み、前記第1メタル層を形成する工程は、前記第1ITO層上に第1Cr層を形成する工程と、前記第1Cr層上に第1Au層を形成する工程とを含み、前記第2メタル層を形成する工程は、前記第2ITO層上に第2Cr層を形成する工程と、前記第2Cr層上に第2Au層を形成する工程とを含み、前記第2加熱処理を施す工程は、前記第1Cr層、前記第2Cr層、前記第1Au層、前記第2Au層、前記第1ITO層および前記第2ITO層に対して、前記第2加熱温度として300℃以上350℃以下の温度で前記第2加熱処理を施す工程を含む、発光素子の製造方法である。請求項9記載の発明は、前記第2加熱温度は、330℃以上である、請求項8に記載の発光素子の製造方法である。請求項10記載の発明は、前記第1加熱温度は、600℃以上700℃以下である、請求項8または9に記載の発光素子の製造方法である。   The invention according to claim 8 is a step of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on a substrate, a step of forming a light emitting layer on the first semiconductor layer, and a second conductivity type on the light emitting layer. Forming a second semiconductor layer, removing a part of the light emitting layer and the second semiconductor layer to expose the first semiconductor layer, and on the first semiconductor layer and the second semiconductor Forming a first ITO layer and a second ITO layer on the layers, respectively, and forming the first ITO layer and the second ITO layer with a first heating temperature after forming the first ITO layer and the second ITO layer. A step of performing a heat treatment, a step of forming a first metal layer and a second metal layer on the first ITO layer and the second ITO layer, respectively, and after forming the first metal layer and the second metal layer, The first metal layer Performing a second heat treatment on the second metal layer, the first ITO layer, and the second ITO layer at a second heating temperature lower than the first heating temperature, and forming the first metal layer The step of forming includes a step of forming a first Cr layer on the first ITO layer and a step of forming a first Au layer on the first Cr layer, and the step of forming the second metal layer includes the step of forming the second ITO layer. Including a step of forming a second Cr layer on the layer and a step of forming a second Au layer on the second Cr layer, and the step of performing the second heat treatment includes the first Cr layer, the second Cr layer, And a step of performing a second heat treatment on the first Au layer, the second Au layer, the first ITO layer, and the second ITO layer at a temperature of 300 ° C. to 350 ° C. as the second heating temperature. Is a manufacturing methodThe invention according to claim 9 is the method for manufacturing a light emitting element according to claim 8, wherein the second heating temperature is 330 ° C. or higher. The invention according to claim 10 is the method for manufacturing a light emitting element according to claim 8 or 9, wherein the first heating temperature is not lower than 600 ° C and not higher than 700 ° C.

図1は、本発明の一実施形態に係る発光素子の模式的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の切断面線II−IIにおける断面図である。2 is a cross-sectional view taken along section line II-II in FIG. 図3は、発光素子パッケージの構造を図解的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the light emitting device package. 図4は、発光素子の製造方法を示したフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a light emitting device. 図5Aは、図2に示す発光素子の製造方法を示す図解的な断面図である。FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 図5Bは、図5Aの次の工程を示す図解的な断面図である。FIG. 5B is an illustrative sectional view showing a step subsequent to FIG. 5A. 図5Cは、図5Bの次の工程を示す図解的な断面図である。FIG. 5C is an illustrative sectional view showing a step subsequent to FIG. 5B. 図5Dは、図5Cの次の工程を示す図解的な断面図である。FIG. 5D is an illustrative sectional view showing a step subsequent to FIG. 5C. 図5Eは、図5Dの次の工程を示す図解的な断面図である。FIG. 5E is an illustrative sectional view showing a step subsequent to FIG. 5D. 図6は、第1加熱温度と発光素子1の電気的特性との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the first heating temperature and the electrical characteristics of the light-emitting element 1. 図7は、第2加熱温度と発光素子1の電気的特性との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the second heating temperature and the electrical characteristics of the light emitting element 1. 図8は、第2加熱温度と発光素子1の電気的特性との別の関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing another relationship between the second heating temperature and the electrical characteristics of the light emitting element 1. 図9は、第2加熱温度と発光素子1(発光素子パッケージ50)の強度との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the second heating temperature and the strength of the light emitting element 1 (light emitting element package 50).

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る発光素子の模式的な平面図である。図2は、図1の切断面線II−IIにおける断面図である。
図2を参照して、この発光素子1は、基板2と、第1導電型半導体層3と、発光層4と、第2導電型半導体層5と、第1ITO層6と、第2ITO層7と、第1メタル層8と、第2メタル層9とを含んでいる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along section line II-II in FIG.
Referring to FIG. 2, the light emitting device 1 includes a substrate 2, a first conductive type semiconductor layer 3, a light emitting layer 4, a second conductive type semiconductor layer 5, a first ITO layer 6, and a second ITO layer 7. And a first metal layer 8 and a second metal layer 9.

基板2は、発光層4の発光波長(たとえば450nm)に対して透明な材料(たとえばサファイア、GaNまたはSiCであり、この実施形態ではサファイア)からなる。「発光波長に対して透明」とは、具体的には、たとえば、発光波長の透過率が60%以上の場合をいう。基板2の厚さ方向(以下では、単に「厚さ方向」という)から見た平面視(以下では、単に「平面視」という)における基板2の形状は、矩形状(この実施形態では略正方形状)である(図1参照)。基板2の厚さは、たとえば、100μmである。基板2では、図2における上面が表面2Aであり、図2における下面が裏面2Bである。表面2Aは、基板2における第1導電型半導体層3との接合面である。表面2Aには、第1導電型半導体層3側へ突出する凸部17が複数形成されている。複数の凸部17は、離散配置されている。具体的には、複数の凸部17は、表面2Aにおいて、互いに間隔を空けて行列状に配置されていてもよいし、千鳥状に配置されていてもよい。各凸部17は、SiNで形成されていてもよい。   The substrate 2 is made of a material (for example, sapphire, GaN, or SiC, in this embodiment, sapphire) that is transparent to the emission wavelength (for example, 450 nm) of the light emitting layer 4. Specifically, “transparent to the emission wavelength” means, for example, a case where the transmittance of the emission wavelength is 60% or more. The shape of the substrate 2 in a plan view (hereinafter simply referred to as “plan view”) viewed from the thickness direction of the substrate 2 (hereinafter simply referred to as “thickness direction”) is a rectangular shape (substantially square in this embodiment). (See FIG. 1). The thickness of the substrate 2 is, for example, 100 μm. In the substrate 2, the upper surface in FIG. 2 is the front surface 2A, and the lower surface in FIG. 2 is the back surface 2B. The front surface 2 </ b> A is a bonding surface with the first conductivity type semiconductor layer 3 in the substrate 2. A plurality of convex portions 17 projecting toward the first conductivity type semiconductor layer 3 are formed on the surface 2A. The plurality of convex portions 17 are discretely arranged. Specifically, the plurality of convex portions 17 may be arranged in a matrix at intervals on the surface 2A, or may be arranged in a staggered manner. Each convex part 17 may be formed of SiN.

第1導電型半導体層3は、基板2上に積層されている。第1導電型半導体層3は、基板2の表面2Aの全域を覆っている。第1導電型半導体層3は、n型のGaN(n−GaN)からなり、発光層4の発光波長に対して透明である。第1導電型半導体層3について、図2において基板2の裏面2Bを覆う下面を裏面3Aといい、裏面3Aとは反対側の上面を表面3Bということにする。表面3Bでは、図2における左側の領域が部分的に突出しており、これにより、表面3Bには、厚さ方向に沿う段差3Cが形成されている。表面3Bにおいて、図2で段差3Cより右側にあり、裏面3A側へ向かって低くなった領域を、第1領域3Dといい、図2で段差3Cより左側の突出した領域を、第2領域3Eということにする。平面視において、第1領域3Dは、表面3Bの略4分の1を占めていて、第2領域3Eは、表面3Bの略4分の3を占める略L字形状をなしている(図1参照)。   The first conductivity type semiconductor layer 3 is stacked on the substrate 2. The first conductivity type semiconductor layer 3 covers the entire surface 2 </ b> A of the substrate 2. The first conductivity type semiconductor layer 3 is made of n-type GaN (n-GaN) and is transparent to the emission wavelength of the light emitting layer 4. Regarding the first conductivity type semiconductor layer 3, a lower surface covering the back surface 2B of the substrate 2 in FIG. 2 is referred to as a back surface 3A, and an upper surface opposite to the back surface 3A is referred to as a front surface 3B. On the surface 3B, the region on the left side in FIG. 2 partially protrudes, whereby a step 3C along the thickness direction is formed on the surface 3B. In the front surface 3B, a region that is on the right side of the step 3C in FIG. 2 and is lowered toward the back surface 3A side is referred to as a first region 3D, and a region that protrudes to the left of the step 3C in FIG. I will say. In plan view, the first region 3D occupies approximately a quarter of the surface 3B, and the second region 3E has a substantially L shape occupying approximately three-quarters of the surface 3B (FIG. 1). reference).

発光層4は、第1導電型半導体層3の第2領域3E上に積層されている。発光層4は、第1導電型半導体層3の表面3Bにおける第2領域3Eの全域を覆っている。そのため、平面視において、発光層4と第2領域3Eとは一致している。発光層4は、Inを含む窒化物半導体(たとえばInGaN)からなる。
第2導電型半導体層5は、発光層4上に積層されている。これにより、発光層4は、第1導電型半導体層3と第2導電型半導体層5とによって厚さ方向から挟まれている。第2導電型半導体層5は、p型のGaN(p−GaN)からなり、発光層4の発光波長に対して透明である。第2導電型半導体層5は、発光層4における第1導電型半導体層3側とは反対側(図2における上側)の表面の全域を覆っており、平面視において、第2導電型半導体層5と発光層4とは一致している。第2導電型半導体層5において、発光層4側とは反対側(図2における上側)の側面を表面5Aということにする。
The light emitting layer 4 is stacked on the second region 3 </ b> E of the first conductivity type semiconductor layer 3. The light emitting layer 4 covers the entire second region 3E on the surface 3B of the first conductivity type semiconductor layer 3. Therefore, the light emitting layer 4 and the second region 3E coincide with each other in plan view. The light emitting layer 4 is made of a nitride semiconductor containing In (for example, InGaN).
The second conductivity type semiconductor layer 5 is stacked on the light emitting layer 4. Thus, the light emitting layer 4 is sandwiched between the first conductive semiconductor layer 3 and the second conductive semiconductor layer 5 from the thickness direction. The second conductivity type semiconductor layer 5 is made of p-type GaN (p-GaN) and is transparent to the emission wavelength of the light emitting layer 4. The second conductivity type semiconductor layer 5 covers the entire surface of the light emitting layer 4 on the side opposite to the first conductivity type semiconductor layer 3 side (upper side in FIG. 2). 5 and the light emitting layer 4 coincide with each other. In the second conductivity type semiconductor layer 5, the side surface opposite to the light emitting layer 4 side (upper side in FIG. 2) is referred to as a surface 5A.

ここで、第1導電型半導体層3、発光層4および第2導電型半導体層5の積層体は、半導体積層構造部90を構成している。
第1ITO層6は、ITO(酸化インジウム錫)からなり、発光層4の発光波長に対して透明である。第1ITO層6の厚さは、たとえば、1000Å〜2000Åである。第1ITO層6は、第1導電型半導体層3の表面3Bの第1領域3D(第1導電型半導体層3において発光層4が積層された第2領域3E以外の領域)に積層されている。第1導電型半導体層3が基板2上に積層されていることから、第1ITO層6は、第1導電型半導体層3に対して基板2とは反対側に積層されている。第1ITO層6は、第1領域3Dの一部の領域に形成されていることから、第1領域3Dの全域を覆っていない。詳しくは、第1ITO層6は、平面視において、第1領域3Dと相似する形状あり、第1領域3Dの輪郭の内側に位置している(図1も参照)。第1ITO層6において、第1導電型半導体層3側とは反対側(図2における上側)の側面を表面6Aということにする。
Here, the stacked body of the first conductive type semiconductor layer 3, the light emitting layer 4, and the second conductive type semiconductor layer 5 constitutes a semiconductor stacked structure portion 90.
The first ITO layer 6 is made of ITO (indium tin oxide) and is transparent to the emission wavelength of the light emitting layer 4. The thickness of the first ITO layer 6 is, for example, 1000 to 2000 mm. The first ITO layer 6 is stacked in the first region 3D (the region other than the second region 3E in which the light emitting layer 4 is stacked in the first conductive semiconductor layer 3) on the surface 3B of the first conductive semiconductor layer 3. . Since the first conductivity type semiconductor layer 3 is laminated on the substrate 2, the first ITO layer 6 is laminated on the side opposite to the substrate 2 with respect to the first conductivity type semiconductor layer 3. Since the first ITO layer 6 is formed in a partial region of the first region 3D, it does not cover the entire region of the first region 3D. Specifically, the first ITO layer 6 has a shape similar to the first region 3D in plan view, and is located inside the outline of the first region 3D (see also FIG. 1). In the first ITO layer 6, the side surface on the opposite side (the upper side in FIG. 2) to the first conductive semiconductor layer 3 side is referred to as a surface 6A.

第2ITO層7は、第1ITO層6と同じ材料(ITO)からなり、第1ITO層6と同じ厚さを有する。第2ITO層7は、第2導電型半導体層5の表面5Aに積層されている。第2導電型半導体層5が第1導電型半導体層3および発光層4を介して基板2上に積層されていることから、第2ITO層7は、第2導電型半導体層5に対して基板2とは反対側に積層されている。第2ITO層7は、第2導電型半導体層5の表面5Aの一部の領域に形成されていることから、表面5Aの全域を覆っていない。詳しくは、第2ITO層7は、平面視において、第2導電型半導体層5と相似する形状(換言すれば、第2領域3Eと相似する略L字形状)あり、表面5Aの輪郭の内側に位置している(図1も参照)。第2ITO層7において、第2導電型半導体層5側とは反対側(図2における上側)の側面を表面7Aということにする。   The second ITO layer 7 is made of the same material (ITO) as the first ITO layer 6 and has the same thickness as the first ITO layer 6. The second ITO layer 7 is laminated on the surface 5 </ b> A of the second conductivity type semiconductor layer 5. Since the second conductivity type semiconductor layer 5 is laminated on the substrate 2 via the first conductivity type semiconductor layer 3 and the light emitting layer 4, the second ITO layer 7 is a substrate with respect to the second conductivity type semiconductor layer 5. 2 is laminated on the opposite side. Since the second ITO layer 7 is formed in a partial region of the surface 5A of the second conductivity type semiconductor layer 5, it does not cover the entire surface 5A. Specifically, the second ITO layer 7 has a shape similar to the second conductivity type semiconductor layer 5 (in other words, a substantially L-shape similar to the second region 3E) in plan view, and is inside the contour of the surface 5A. Located (see also FIG. 1). In the second ITO layer 7, the side surface opposite to the second conductivity type semiconductor layer 5 side (upper side in FIG. 2) is referred to as a surface 7A.

第1メタル層8および第2メタル層9は、いわゆるパッドメタルである。第1メタル層8は、第1ITO層6上(第1ITO層6の表面6A)に積層されており、第2メタル層9は、第2ITO層7上(第2ITO層7の表面7A)に積層されている。第1メタル層8と、第2メタル層9とは、同一構造を有している。具体的には、第1メタル層8および第2メタル層9のそれぞれは、第1ITO層6および第2ITO層7において対応するITO層(第1メタル層8の場合は第1ITO層6であり、第2メタル層9の場合は第2ITO層7である)上に積層されたCr層10と、Cr層10上に積層されたAu層11とを含んでいる。つまり、第1メタル層8および第2メタル層9のそれぞれでは、Cr層10が、対応するITO層に接触している。   The first metal layer 8 and the second metal layer 9 are so-called pad metals. The first metal layer 8 is laminated on the first ITO layer 6 (surface 6A of the first ITO layer 6), and the second metal layer 9 is laminated on the second ITO layer 7 (surface 7A of the second ITO layer 7). Has been. The first metal layer 8 and the second metal layer 9 have the same structure. Specifically, each of the first metal layer 8 and the second metal layer 9 is an ITO layer corresponding to the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7 (in the case of the first metal layer 8, the first ITO layer 6, In the case of the second metal layer 9, the second ITO layer 7) includes a Cr layer 10 stacked on the Cr layer 10, and an Au layer 11 stacked on the Cr layer 10. That is, in each of the first metal layer 8 and the second metal layer 9, the Cr layer 10 is in contact with the corresponding ITO layer.

Cr層10は、Cr(クロム)からなる。Au層11は、Au(金)からなる。第1メタル層8と第2メタル層9とにおいて、Cr層10同士は同じ厚さを有し、Au層11同士は同じ厚さを有する。この実施形態では、Cr層10の厚さが、たとえば300Åであって、Au層11の厚さが、たとえば2μmと比較的厚いことから、Cr層10のCrがAu層11表面に移動することが防止されている。   The Cr layer 10 is made of Cr (chromium). The Au layer 11 is made of Au (gold). In the first metal layer 8 and the second metal layer 9, the Cr layers 10 have the same thickness, and the Au layers 11 have the same thickness. In this embodiment, since the thickness of the Cr layer 10 is 300 mm, for example, and the thickness of the Au layer 11 is relatively thick, for example, 2 μm, the Cr of the Cr layer 10 moves to the surface of the Au layer 11. Is prevented.

平面視において、第1メタル層8は、第1ITO層6の輪郭の内側にあり、第2メタル層9は、第2ITO層7の輪郭の内側にある(図1も参照)。また、第1メタル層8および第2メタル層9のそれぞれにおいて、Cr層10とAu層11とは、平面視で大きさが一致する円形状である(図1も参照)。
ここで、第1メタル層8および第2メタル層9のそれぞれのAu層11において、Cr層10側とは反対側(図2における上側)の側面を表面11Aということにする。また、Cr層10に接触している第1ITO層6および第2ITO層7は、Cr層10のCrを含んでいてもよい。
In plan view, the first metal layer 8 is inside the outline of the first ITO layer 6 and the second metal layer 9 is inside the outline of the second ITO layer 7 (see also FIG. 1). Further, in each of the first metal layer 8 and the second metal layer 9, the Cr layer 10 and the Au layer 11 have a circular shape having the same size in plan view (see also FIG. 1).
Here, in each Au layer 11 of the first metal layer 8 and the second metal layer 9, the side surface opposite to the Cr layer 10 side (upper side in FIG. 2) is referred to as a surface 11A. Further, the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7 that are in contact with the Cr layer 10 may contain Cr of the Cr layer 10.

そして、第1ITO層6および第1メタル層8は、第1電極21を構成している。また、第2ITO層7および第2メタル層9は、第2電極22を構成している。前述したように、第1ITO層6と第2ITO層7とが同じ材料で形成されていて同じ厚さを有し、第1メタル層8と第2メタル層9とが同一構造を有していることから、第1電極21と第2電極22とは同一構造を有している。   The first ITO layer 6 and the first metal layer 8 constitute the first electrode 21. Further, the second ITO layer 7 and the second metal layer 9 constitute a second electrode 22. As described above, the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7 are formed of the same material and have the same thickness, and the first metal layer 8 and the second metal layer 9 have the same structure. Therefore, the first electrode 21 and the second electrode 22 have the same structure.

図3は、発光素子パッケージの構造を図解的に示す断面図である。
図3に示す発光素子パッケージ50は、前述した発光素子1と、支持基板51と、パッケージ52とを含んでいる。
支持基板51は、絶縁性材料で形成された絶縁基板53と、絶縁基板53の両端から露出するように設けられて、発光素子1と外部とを電気的に接続する金属製の一対のリード54とを有している。絶縁基板53は、たとえば平面視矩形に形成されており、その対向する一対の辺に沿って一対のリード54がそれぞれ帯状に形成されている。各リード54は、絶縁基板53の一対の端縁に沿っており、たとえば、上面から側面を渡って下面に至るように折り返され、横向きU字形断面を有するように形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the light emitting device package.
A light emitting device package 50 shown in FIG. 3 includes the light emitting device 1 described above, a support substrate 51, and a package 52.
The support substrate 51 is provided so as to be exposed from both ends of the insulating substrate 53 made of an insulating material, and a pair of metal leads 54 that electrically connect the light emitting element 1 and the outside. And have. The insulating substrate 53 is formed, for example, in a rectangular shape in plan view, and a pair of leads 54 is formed in a strip shape along a pair of opposing sides. Each lead 54 extends along a pair of edges of the insulating substrate 53. For example, each lead 54 is folded back from the upper surface to the lower surface across the side surface, and has a lateral U-shaped cross section.

発光素子1では、基板2の裏面2Bが、Ag(銀)や半田等(この実施形態ではAg)のペーストからなる接合層60を介して、支持基板51の主面51Aに接合される。発光素子1の第1電極21および第2電極22のそれぞれは、最寄りのリード54に対してボンディングワイヤ61を介して電気的に接続されている。ボンディングワイヤ61は、第1電極21および第2電極22のそれぞれにおけるAu層11の表面11Aに接続されている。   In the light emitting element 1, the back surface 2 </ b> B of the substrate 2 is bonded to the main surface 51 </ b> A of the support substrate 51 through a bonding layer 60 made of a paste of Ag (silver) or solder (Ag in this embodiment). Each of the first electrode 21 and the second electrode 22 of the light emitting element 1 is electrically connected to the nearest lead 54 via a bonding wire 61. The bonding wire 61 is connected to the surface 11 </ b> A of the Au layer 11 in each of the first electrode 21 and the second electrode 22.

パッケージ52は、樹脂が充填されたリング状のケースであり、その内側に発光素子1を収容して(覆って)側方から包囲して保護した状態で、支持基板51に固定されている。この状態で、発光素子1では、光取出し側となる第1電極21および第2電極22がパッケージ52の外部へ露出されている。パッケージ52の内壁面は、発光素子1から出射された光を反射させて外部へ取り出すための反射面52Aを形成している。この実施形態では、反射面52Aは、内方に向かうに従って支持基板51に近づくように傾斜した傾斜面からなり、発光素子1からの光を光取り出し方向(基板2の厚さ方向)に向かって反射するように構成されている。   The package 52 is a ring-shaped case filled with resin. The light-emitting element 1 is accommodated (covered) inside the package 52 and is fixed to the support substrate 51 in a state of being surrounded and protected from the side. In this state, in the light emitting element 1, the first electrode 21 and the second electrode 22 on the light extraction side are exposed to the outside of the package 52. The inner wall surface of the package 52 forms a reflection surface 52A for reflecting the light emitted from the light emitting element 1 and taking it out to the outside. In this embodiment, the reflecting surface 52A is an inclined surface that is inclined so as to approach the support substrate 51 as it goes inward, and the light from the light emitting element 1 is directed toward the light extraction direction (thickness direction of the substrate 2). It is configured to reflect.

この発光素子パッケージ50において、発光素子1では、各リード54に通電して第1電極21(第1メタル層8)と第2電極22(第2メタル層9)との間に順方向電圧を印加すると、第2電極22から第1電極21へ向かって電流が流れる。電流は、第2ITO層7において平面視における全域に広がり、その後、第2導電型半導体層5、発光層4、第1導電型半導体層3および第1ITO層6を、この順番で流れる。このように電流が流れることによって、第1導電型半導体層3から発光層4に電子が注入され、第2導電型半導体層5から発光層4に正孔が注入され、これらの正孔および電子が発光層4で再結合することにより、波長440nm〜460nmの青色の光が発生する。この光は、第2導電型半導体層5の表面5Aや、第2ITO層7の表面7A等からパッケージ52の外部に取り出される。なお、図3では、外部へ光が向かう方向が白抜き矢印で示されている。   In the light emitting element package 50, in the light emitting element 1, a forward voltage is applied between the first electrode 21 (first metal layer 8) and the second electrode 22 (second metal layer 9) by energizing each lead 54. When applied, a current flows from the second electrode 22 toward the first electrode 21. The current spreads in the second ITO layer 7 over the entire area in plan view, and then flows through the second conductive semiconductor layer 5, the light emitting layer 4, the first conductive semiconductor layer 3 and the first ITO layer 6 in this order. When the current flows in this manner, electrons are injected from the first conductive type semiconductor layer 3 into the light emitting layer 4, and holes are injected from the second conductive type semiconductor layer 5 into the light emitting layer 4. Are recombined in the light emitting layer 4 to generate blue light having a wavelength of 440 nm to 460 nm. This light is extracted outside the package 52 from the surface 5A of the second conductive semiconductor layer 5, the surface 7A of the second ITO layer 7, and the like. In FIG. 3, the direction in which light travels to the outside is indicated by white arrows.

この際、発光層4から第1導電型半導体層3側に向かう光も存在し、この光は、第1導電型半導体層3および基板2をこの順で透過する。そして、この光は、基板2と接合層60との界面で反射され、基板2および第1導電型半導体層3を透過した後、第1導電型半導体層3の表面3B(第1領域3D)や、第2導電型半導体層5の表面5Aや、第1ITO層6の表面6Aや、第2ITO層7の表面7A等から外部に取り出される。ここで、基板2の表面2Aに形成された複数の凸部17は、基板2から第1導電型半導体層3へ向かって様々な角度から第1導電型半導体層3の裏面3Aに入射される光が裏面3Aで基板2側へ全反射することを抑制できる。また、各凸部17は、基板2内で乱反射することでとどまっている光を第1導電型半導体層3側へ導くこともできる。よって、光の取り出し効率が向上する。   At this time, there is also light traveling from the light emitting layer 4 toward the first conductive semiconductor layer 3, and this light passes through the first conductive semiconductor layer 3 and the substrate 2 in this order. Then, this light is reflected at the interface between the substrate 2 and the bonding layer 60, passes through the substrate 2 and the first conductive type semiconductor layer 3, and then the surface 3B (first region 3D) of the first conductive type semiconductor layer 3 Or, it is taken out from the surface 5A of the second conductivity type semiconductor layer 5, the surface 6A of the first ITO layer 6, the surface 7A of the second ITO layer 7, or the like. Here, the plurality of convex portions 17 formed on the front surface 2 </ b> A of the substrate 2 are incident on the back surface 3 </ b> A of the first conductive type semiconductor layer 3 from various angles toward the first conductive type semiconductor layer 3 from the substrate 2. It is possible to suppress the total reflection of light on the back surface 3A toward the substrate 2 side. Moreover, each convex part 17 can also guide the light staying by irregular reflection within the substrate 2 to the first conductivity type semiconductor layer 3 side. Therefore, the light extraction efficiency is improved.

なお、リング状のパッケージ52の内側には、封止樹脂62を充填してもよい。封止樹脂62は、発光素子1の発光波長に対して透明な透明樹脂(たとえば、シリコーンやエポキシなど)からなり、発光素子1およびボンディングワイヤ61などを封止している。また、封止樹脂62を構成する樹脂には、蛍光体や反射剤が含有されているものがある。例えば発光素子1が青色光を発光する場合、当該樹脂に黄色蛍光体を含有させることで発光素子パッケージ50は白色光を発光することができる。   The sealing resin 62 may be filled inside the ring-shaped package 52. The sealing resin 62 is made of a transparent resin (for example, silicone or epoxy) that is transparent with respect to the emission wavelength of the light emitting element 1 and seals the light emitting element 1 and the bonding wire 61. Some of the resins constituting the sealing resin 62 contain a phosphor or a reflective agent. For example, when the light emitting element 1 emits blue light, the light emitting element package 50 can emit white light by including a yellow phosphor in the resin.

なお、発光素子パッケージ50は、多数が集まることによって、電球などの照明機材に用いることもでき、また液晶テレビのバックライトや自動車等のヘッドランプに用いることもできる。
図4は、発光素子の製造方法を示したフローチャートである。図5A〜図5Eは、図2に示す発光素子の製造方法を示す図解的な断面図である。
Note that a large number of the light emitting element packages 50 can be used for lighting equipment such as a light bulb, and can also be used for a backlight of a liquid crystal television or a headlamp of an automobile or the like.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a light emitting device. 5A to 5E are schematic sectional views showing a method for manufacturing the light emitting device shown in FIG.

次に、図4および図5A〜図5Eを参照しながら、図2に示す発光素子の製造方法を説明する。
まず、図5Aに示すように、基板2(厳密には、基板2の元となるウエハ)を作製する。
次いで、基板2の表面2Aに、SiNからなる層(SiN層)を形成し、レジストパターン(図示せず)をマスクとするエッチングにより、このSiN層を、図5Bに示すように、複数の凸部17に分離する。
Next, a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 4 and 5A to 5E.
First, as shown in FIG. 5A, a substrate 2 (strictly speaking, a wafer from which the substrate 2 is based) is manufactured.
Next, a SiN layer (SiN layer) is formed on the surface 2A of the substrate 2, and this SiN layer is etched into a plurality of protrusions as shown in FIG. 5B by etching using a resist pattern (not shown) as a mask. Separated into part 17.

次いで、基板2の表面2A上に、前述した半導体積層構造部90(第1導電型半導体層3、発光層4および第2導電型半導体層5の積層体)を形成する(図4のステップS1)。具体的には、図5Bに示すように、基板2の表面2A上に、n型のGaNからなる層(n−GaN層)を形成する。n−GaN層は、第1導電型半導体層3となって基板2上に積層され、全ての凸部17を覆う。次に、図5Cに示すように、第1導電型半導体層3の表面3B上に、Inを含む窒化物半導体層(たとえばInGa1−XN層)を形成する。このInGa1−XN層が、第1導電型半導体層3上に積層される発光層4になる。発光層4における発光の波長は、InおよびGaの組成を調整することで、440nm〜460nmに制御される。次に、図5Cに示すように、発光層4上に、第2導電型半導体層5として、p型のGaNからなる層(p−GaN層)を形成する。 Next, the above-described semiconductor laminated structure 90 (laminated body of the first conductive type semiconductor layer 3, the light emitting layer 4, and the second conductive type semiconductor layer 5) is formed on the surface 2A of the substrate 2 (step S1 in FIG. 4). ). Specifically, as shown in FIG. 5B, an n-type GaN layer (n-GaN layer) is formed on the surface 2 </ b> A of the substrate 2. The n-GaN layer is stacked on the substrate 2 as the first conductivity type semiconductor layer 3 and covers all the protrusions 17. Next, as illustrated in FIG. 5C, a nitride semiconductor layer containing In (for example, an In x Ga 1-X N layer) is formed on the surface 3B of the first conductivity type semiconductor layer 3. This In x Ga 1-X N layer becomes the light emitting layer 4 laminated on the first conductivity type semiconductor layer 3. The wavelength of light emission in the light emitting layer 4 is controlled to 440 nm to 460 nm by adjusting the composition of In and Ga. Next, as shown in FIG. 5C, a layer made of p-type GaN (p-GaN layer) is formed as the second conductive semiconductor layer 5 on the light emitting layer 4.

次いで、メサ部(第1導電型半導体層3を露出させるための段差3C)を形成する(図4のステップS2)。具体的には、レジストパターン(図示せず)をマスクとするエッチングにより、図5Dに示すように、第1導電型半導体層3の表面3Bの第1領域3Dが露出されるように、第1導電型半導体層3、発光層4および第2導電型半導体層5のそれぞれの一部を選択的に除去する。メサ部が完成すると、半導体積層構造部90が完成する。   Next, a mesa portion (step 3C for exposing the first conductivity type semiconductor layer 3) is formed (step S2 in FIG. 4). Specifically, the first region 3D of the surface 3B of the first conductivity type semiconductor layer 3 is exposed by etching using a resist pattern (not shown) as a mask, as shown in FIG. 5D. A part of each of the conductive semiconductor layer 3, the light emitting layer 4, and the second conductive semiconductor layer 5 is selectively removed. When the mesa portion is completed, the semiconductor multilayer structure portion 90 is completed.

次いで、完成した半導体積層構造部90上(つまり、第1導電型半導体層3および第2導電型半導体層5に対して基板2とは反対側)に、ITOからなる層(ITO層)を形成する(図4のステップS3)。ITO層は、第1導電型半導体層3の表面3Bの第1領域3Dと、第2導電型半導体層5の表面5Aと、第1導電型半導体層3の段差3Cにおける第1導電型半導体層3、発光層4および第2導電型半導体層5のそれぞれの端面とを連続して覆っている。   Next, an ITO layer (ITO layer) is formed on the completed semiconductor laminated structure 90 (that is, on the side opposite to the substrate 2 with respect to the first conductive semiconductor layer 3 and the second conductive semiconductor layer 5). (Step S3 in FIG. 4). The ITO layer includes a first region 3D on the surface 3B of the first conductivity type semiconductor layer 3, a surface 5A of the second conductivity type semiconductor layer 5, and a first conductivity type semiconductor layer in a step 3C of the first conductivity type semiconductor layer 3. 3, each of the light emitting layer 4 and the end surface of the second conductivity type semiconductor layer 5 is continuously covered.

次いで、たとえばエッチオフ法により、ITO層を、図5Eに示すように、第1導電型半導体層3の第1領域3D上の第1ITO層6と、第2導電型半導体層5上の第2ITO層7とに分離する(図4のステップS4)。
次いで、少なくとも第1ITO層6および第2ITO層7に対して、第1加熱温度(600℃から700℃であり、ここでは650℃)による第1加熱処理を施す(図4のステップS5)。なお、ステップS5は、ステップS4よりも先に行われてもよい。要は、ITO層を形成した後に、ITO層(分離後であれば第1ITO層6および第2ITO層7)に対して第1加熱処理を施せばよい。ここでの第1加熱処理によって、第1導電型半導体層3および第2導電型半導体層5の少なくとも一方(特に、p型の第2導電型半導体層5)とITO層(特に、第2ITO層7)との間におけるオーミック特性を向上することができる。ここでのオーミック特性の向上を確認するため、第1加熱温度を変更したウエハ(発光素子1が形成されたウエハであり、以下同じ)を複数準備した。そして、異なる第1加熱温度毎のウエハ面内において、周期的に並んでいる発光素子1のチップを等間隔で抜き取り、個々のチップに20mAを通電して、各チップにおける順方向電圧(VF)を測定した。各第1加熱温度における個々の発光素子1におけるVFの測定結果は、図6のグラフに示されている。このグラフでは、各第1加熱温度におけるVFの分布(範囲)が縦線で示されており、各第1加熱温度におけるVFの平均値が菱形のドットで示されている。VFが低いほど、オーミック特性が良好であることを示している。このグラフより、第1加熱温度が600℃から700℃の間(600℃以上700℃以下)であれば、600℃未満の場合に比べて、VFが低下し、オーミック特性が向上していることが分かる。
Next, the ITO layer is formed by, for example, an etch-off method, as shown in FIG. 5E, the first ITO layer 6 on the first region 3D of the first conductivity type semiconductor layer 3 and the second ITO on the second conductivity type semiconductor layer 5. The layer 7 is separated (step S4 in FIG. 4).
Next, at least the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7 are subjected to a first heat treatment at a first heating temperature (600 ° C. to 700 ° C., here, 650 ° C.) (step S5 in FIG. 4). Step S5 may be performed before step S4. In short, after the ITO layer is formed, the first heat treatment may be performed on the ITO layer (the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7 if separated). By the first heat treatment here, at least one of the first conductive semiconductor layer 3 and the second conductive semiconductor layer 5 (particularly, the p-type second conductive semiconductor layer 5) and the ITO layer (particularly the second ITO layer). 7) can be improved in ohmic characteristics. In order to confirm the improvement of the ohmic characteristics here, a plurality of wafers with different first heating temperatures (wafers on which the light emitting element 1 was formed, the same applies hereinafter) were prepared. Then, the chips of the light emitting elements 1 that are periodically arranged on the wafer surface for each different first heating temperature are extracted at equal intervals, and 20 mA is energized to each chip, so that the forward voltage (VF) in each chip is obtained. Was measured. The measurement result of VF in each light emitting element 1 at each first heating temperature is shown in the graph of FIG. In this graph, the distribution (range) of VF at each first heating temperature is indicated by vertical lines, and the average value of VF at each first heating temperature is indicated by rhombus dots. It shows that the lower the VF, the better the ohmic characteristics. From this graph, when the first heating temperature is between 600 ° C. and 700 ° C. (600 ° C. or more and 700 ° C. or less), VF is lowered and ohmic characteristics are improved as compared with the case where it is less than 600 ° C. I understand.

次いで、たとえばリフトオフ法により、Crからなる層(Cr層)と、Auからなる層(Au層)とを、この順番で、半導体積層構造部90上に形成する。具体的には、第1ITO層6および第2ITO層7の上部で開口したレジストパターニングの後に、Cr層およびAu層の成膜を行い、レジストパターンを除去すると、残ったCr層およびAu層によって、図2に示すように、第1メタル層8と第2メタル層9とが同時に形成される(図4のステップS6)。つまり、第1ITO層6上および第2ITO層7上のそれぞれにメタル層(第1メタル層8と第2メタル層9)が同時に形成され、第1電極21と第2電極22とが同時に完成する。   Next, a layer made of Cr (Cr layer) and a layer made of Au (Au layer) are formed on the semiconductor multilayer structure 90 in this order by, for example, a lift-off method. Specifically, after resist patterning opened at the top of the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7, the Cr layer and the Au layer are formed, and when the resist pattern is removed, the remaining Cr layer and Au layer As shown in FIG. 2, the first metal layer 8 and the second metal layer 9 are formed simultaneously (step S6 in FIG. 4). That is, the metal layers (the first metal layer 8 and the second metal layer 9) are simultaneously formed on the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7, respectively, and the first electrode 21 and the second electrode 22 are completed simultaneously. .

次いで、第1電極21(第1ITO層6および第1メタル層8)と第2電極22(第2ITO層7および第2メタル層9)とに対して、第1加熱温度よりも低い第2加熱温度(300℃から350℃であり、ここでは350℃)による第2加熱処理を施す(図4のステップS7)。ここでの第2加熱処理によって、第1ITO層6と第1導電型半導体層3との界面の電気特性が向上するので、n型の第1導電型半導体層3と第1ITO層6との間におけるオーミック特性を向上することができる。ここでのオーミック特性の向上を確認するため、第1加熱温度の場合と同様に、第2加熱温度を変更したウエハを複数準備した。そして、異なる第2加熱温度毎のウエハ面内において、周期的に並んでいる発光素子1のチップを等間隔で抜き取り、個々のチップに20mAを通電して、各チップにおけるVFを測定した。各第2加熱温度における個々の発光素子1におけるVFの測定結果は、図7のグラフに示されている。このグラフでは、各第2加熱温度におけるVFの分布(範囲)が縦線で示されており、各第2加熱温度におけるVFの平均値が菱形のドットで示されている。VFが低いほど、オーミック特性が良好であることを示している。このグラフより、第2加熱温度が300℃から350℃の間であれば、300℃未満(特に250℃未満)の場合に比べて、VFが低下し、オーミック特性が向上していることが分かる。   Next, the second heating lower than the first heating temperature is applied to the first electrode 21 (first ITO layer 6 and first metal layer 8) and the second electrode 22 (second ITO layer 7 and second metal layer 9). A second heat treatment is performed at a temperature (from 300 ° C. to 350 ° C., here 350 ° C.) (step S7 in FIG. 4). The electrical characteristics at the interface between the first ITO layer 6 and the first conductive type semiconductor layer 3 are improved by the second heat treatment here, so that the n-type first conductive type semiconductor layer 3 and the first ITO layer 6 are connected to each other. The ohmic characteristics in can be improved. In order to confirm the improvement of the ohmic characteristics here, a plurality of wafers with different second heating temperatures were prepared as in the case of the first heating temperature. Then, periodically arranged chips of the light-emitting elements 1 were taken out at equal intervals in the wafer surface for each different second heating temperature, and 20 mA was applied to each chip to measure VF in each chip. The measurement result of VF in each light emitting element 1 at each second heating temperature is shown in the graph of FIG. In this graph, the distribution (range) of VF at each second heating temperature is indicated by vertical lines, and the average value of VF at each second heating temperature is indicated by rhombus dots. It shows that the lower the VF, the better the ohmic characteristics. From this graph, it can be seen that when the second heating temperature is between 300 ° C. and 350 ° C., the VF is reduced and the ohmic characteristics are improved as compared with the case of less than 300 ° C. (especially less than 250 ° C.). .

また、第2加熱温度に関するオーミック特性の向上を確認するため、別の評価も実施した。第2加熱温度に関するオーミック特性について、第1電極21と第1導電型半導体層3との界面でのVF上昇が懸念される。そこで、ウエハ上で隣り合う(分離前の)2つの発光素子1の第1電極21(図2参照)同士の間に通電した場合における電気特性(I−Vカーブ)を、異なる第2加熱温度毎に測定した。その結果が、図8に示されている。図8のグラフでは、第2加熱処理を行う前の場合(点線参照)、第2加熱温度が200℃である場合(1点鎖線参照)、第2加熱温度が250℃である場合(2点鎖線参照)のそれぞれでは、第1電極21と第1導電型半導体層3とがショットキー接触しており、抵抗が高いことが分かる。一方、第2加熱温度が300℃である場合(実線参照)では、第1電極21と第1導電型半導体層3とがオーミック接触しており、抵抗が急激に低下していることが分かる。つまり、第2加熱温度が300℃以上の第2加熱処理を行うことにより、第1電極21と第1導電型半導体層3との接触がショットキー接触からオーミック接触へと変化し、抵抗値が飛躍的に低下することが分かる。   In addition, another evaluation was performed in order to confirm the improvement of the ohmic characteristics related to the second heating temperature. Regarding the ohmic characteristics related to the second heating temperature, there is a concern about an increase in VF at the interface between the first electrode 21 and the first conductivity type semiconductor layer 3. Therefore, the electrical characteristics (IV curve) when energized between the first electrodes 21 (see FIG. 2) of two light emitting elements 1 adjacent (before separation) on the wafer are different from each other at the second heating temperature. Measured every time. The result is shown in FIG. In the graph of FIG. 8, the case before performing the second heat treatment (see the dotted line), the case where the second heating temperature is 200 ° C. (see the one-dot chain line), and the case where the second heating temperature is 250 ° C. (two points). In each of the dotted lines), the first electrode 21 and the first conductivity type semiconductor layer 3 are in Schottky contact, and it can be seen that the resistance is high. On the other hand, when the second heating temperature is 300 ° C. (see the solid line), it can be seen that the first electrode 21 and the first conductivity type semiconductor layer 3 are in ohmic contact, and the resistance rapidly decreases. That is, by performing the second heat treatment in which the second heating temperature is 300 ° C. or more, the contact between the first electrode 21 and the first conductivity type semiconductor layer 3 is changed from the Schottky contact to the ohmic contact, and the resistance value is increased. It turns out that it falls dramatically.

なお、第2加熱温度の(前述した)350℃という値は、第1ITO層6と第1メタル層8との密着性、第2ITO層7と第2メタル層9との密着性、第1ITO層6と第1導電型半導体層3との密着性、および、第2ITO層7と第2導電型半導体層5との密着性に影響を与えないように考慮して設定されている。また、第2加熱処理によって、第1メタル層8におけるCr層10のCrが第1ITO層6に混入したり、第2メタル層9におけるCr層10のCrが第2ITO層7に混入したりするので、前述したように第1ITO層6および第2ITO層7がCrを含むことになる。なお、第1ITO層6や第2ITO層7におけるCrの有無は、透過電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)を用いた元素分析によって判別できる。   Note that the value of the second heating temperature of 350 ° C. (described above) indicates the adhesion between the first ITO layer 6 and the first metal layer 8, the adhesion between the second ITO layer 7 and the second metal layer 9, and the first ITO layer. 6 and the first conductivity type semiconductor layer 3 and the adhesion between the second ITO layer 7 and the second conductivity type semiconductor layer 5 are set so as not to affect the adhesion. In addition, Cr of the Cr layer 10 in the first metal layer 8 is mixed into the first ITO layer 6 or Cr of the Cr layer 10 in the second metal layer 9 is mixed into the second ITO layer 7 by the second heat treatment. Therefore, as described above, the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7 contain Cr. The presence or absence of Cr in the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7 can be determined by elemental analysis using a transmission electron microscope (TEM).

第1ITO層6および第2ITO層7に含まれるITOは、本来オーミック特性が良好ではないのだが、このように第1加熱処理および第2加熱処理を施すことによって、オーミック特性を劇的に向上させることができる。
以上により、図2に示す構造が形成される。最後に、図2の構造が周期配列で形成されている基板2のウエハをダイシングまたはへき開することで、個々の発光素子1が形成される。
The ITO contained in the first ITO layer 6 and the second ITO layer 7 is not originally good in ohmic characteristics, but the ohmic characteristics are dramatically improved by performing the first heat treatment and the second heat treatment in this way. be able to.
Thus, the structure shown in FIG. 2 is formed. Finally, each light emitting element 1 is formed by dicing or cleaving the wafer of the substrate 2 on which the structure of FIG. 2 is formed in a periodic arrangement.

この発光素子1では、第1導電型半導体層3および第2導電型半導体層5のそれぞれにおける電極部分(第1電極21および第2電極22)は、いずれも、ITO層上にメタル層を積層した同じ構成になっているので、これらの電極部分は同時に形成できる(前述したステップS6)。これにより、発光素子1の製造工程を簡略化できる。
また、第1電極21および第2電極22のそれぞれにおいて、メタル層(第1メタル層8および第2メタル層9)は、ITO層側のCr層10と、Cr層10に積層されたAu層11とを有している。これにより、第1電極21および第2電極22のそれぞれにおいて、ITO層とメタル層との間の密着性を向上させることができるので、メタル層に対してワイヤ(前述したボンディングワイヤ61)をボンディングする場合にITO層からメタル層が剥がれることを防止できる。このことを実証するために、ボンディング後のボンディングワイヤ61を意図的に引っ張る試験を行った。ITO層とメタル層との間の密着性に問題がなければ、ITO層とメタル層とが剥がれることはなく、代わりに、最も強度が弱いボンディングワイヤ61が切れる結果となる。第2加熱温度を変更した発光素子パッケージ50(ボンディングワイヤ61をボンディングしただけの発光素子1でも構わない)を、第2加熱温度毎に複数(準備数と呼ぶこととし、たとえば100〜140個程度)準備し、各発光素子パッケージ50について試験した。そして、第2加熱温度毎において、準備数のうち、第1電極21および第2電極22の少なくともいずれかでITO層とメタル層とが剥がれた発光素子パッケージ50が占める割合(パッドメタル剥れ発生割合と呼ぶことにする)を調べたところ、図9に示す結果が得られた。図9より、第2加熱温度が300℃から500℃の間では、パッドメタル剥れ発生割合が1%未満と極めて低く、さらに、第2加熱温度が330℃から450℃の間では、パッドメタル剥れが全く発生しないことが分かる。前述したオーミック特性の向上と密着性の向上とを両立させる場合には、第2加熱温度が300℃から350℃(300℃以上350℃以下)にあることが望ましい。
In the light emitting element 1, each of the electrode portions (the first electrode 21 and the second electrode 22) in each of the first conductive semiconductor layer 3 and the second conductive semiconductor layer 5 has a metal layer stacked on the ITO layer. Thus, these electrode portions can be formed simultaneously (step S6 described above). Thereby, the manufacturing process of the light emitting element 1 can be simplified.
In each of the first electrode 21 and the second electrode 22, the metal layer (the first metal layer 8 and the second metal layer 9) includes a Cr layer 10 on the ITO layer side and an Au layer laminated on the Cr layer 10. 11. As a result, in each of the first electrode 21 and the second electrode 22, the adhesion between the ITO layer and the metal layer can be improved, so that a wire (the above-described bonding wire 61) is bonded to the metal layer. In this case, the metal layer can be prevented from peeling off from the ITO layer. In order to prove this, a test of intentionally pulling the bonding wire 61 after bonding was performed. If there is no problem in the adhesion between the ITO layer and the metal layer, the ITO layer and the metal layer are not peeled off, and instead, the bonding wire 61 having the weakest strength is cut. A plurality of light emitting device packages 50 (the light emitting device 1 in which the bonding wires 61 are simply bonded) whose second heating temperature is changed may be referred to as the number of preparations for each second heating temperature (for example, about 100 to 140). ) Each light emitting device package 50 was prepared and tested. The ratio of the light emitting element package 50 in which the ITO layer and the metal layer are peeled by at least one of the first electrode 21 and the second electrode 22 in the number of preparations at each second heating temperature (pad metal peeling occurs) The result shown in FIG. 9 was obtained. From FIG. 9, when the second heating temperature is between 300 ° C. and 500 ° C., the rate of occurrence of pad metal peeling is extremely low at less than 1%, and when the second heating temperature is between 330 ° C. and 450 ° C. It can be seen that no peeling occurs. In order to achieve both the improvement of the ohmic characteristics and the improvement of adhesion, the second heating temperature is desirably 300 ° C. to 350 ° C. (300 ° C. or more and 350 ° C. or less).

また、前述した第1加熱処理(前述したステップS5)や第2加熱処理(前述したステップS7)によって、第1導電型半導体層3および第2導電型半導体層5のそれぞれとITO層との間の密着性を向上できるので、ワイヤボンディングにおいて第1導電型半導体層3および第2導電型半導体層5のそれぞれからITO層が剥がれることも防止できる。
よって、製造工程(具体的には、ワイヤボンディングの工程)に耐え得る発光素子1を提供することができる。
In addition, the first conductive semiconductor layer 3 and the second conductive semiconductor layer 5 and the ITO layer are separated by the first heat treatment (step S5 described above) and the second heat treatment (step S7 described above). Therefore, it is possible to prevent the ITO layer from being peeled off from each of the first conductive type semiconductor layer 3 and the second conductive type semiconductor layer 5 in wire bonding.
Therefore, the light emitting element 1 that can withstand the manufacturing process (specifically, the wire bonding process) can be provided.

以上の他にも、この発明は、様々な形態での実施が可能であり、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
たとえば、SiO等からなる透明な絶縁膜(パッシベーション)によって、第1導電型半導体層3の表面3B(露出されている部分)、第2導電型半導体層5の表面5A、第1ITO層6の表面6Aおよび第2ITO層7の表面7Aを保護のために被覆してもよい。ただし、当該絶縁膜は、第1メタル層8および第2メタル層9にかからない(載らない)ようにすることが好ましい。
In addition to the above, the present invention can be implemented in various forms, and various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
For example, the surface 3B (exposed portion) of the first conductive type semiconductor layer 3, the surface 5A of the second conductive type semiconductor layer 5, and the first ITO layer 6 are formed by a transparent insulating film (passivation) made of SiO 2 or the like. The surface 6A and the surface 7A of the second ITO layer 7 may be coated for protection. However, it is preferable that the insulating film does not cover (do not mount) the first metal layer 8 and the second metal layer 9.

たとえば、SiNからなる凸部17を形成しない構造でもよい。
たとえば、前述の実施形態では、第1導電型がn型で、第2導電型がp型の例について説明したが、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型として発光素子を構成してもよい。すなわち、前述の実施形態において、導電型をp型とn型とで反転した構造も、この発明の一つの実施形態である。また、前述の実施形態では、第1導電型半導体層3および第2導電型半導体層5を構成する窒化物半導体としてGaNを例示したが、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)などの他の窒化物半導体が用いられてもよい。窒化物半導体は、一般には、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)と表わすことができる。また、窒化物半導体に限らず、GaAs等の他の化合物半導体や、化合物半導体以外の半導体材料(たとえばダイヤモンド)を用いた発光素子にこの発明を適用してもよい。
For example, the structure which does not form the convex part 17 which consists of SiN may be sufficient.
For example, in the above-described embodiment, an example in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described. However, the first conductivity type is p-type, and the second conductivity type is n-type. May be configured. That is, the structure in which the conductivity type is inverted between the p-type and the n-type in the above-described embodiment is also an embodiment of the present invention. In the above-described embodiment, GaN is exemplified as the nitride semiconductor constituting the first conductive semiconductor layer 3 and the second conductive semiconductor layer 5. However, other examples such as aluminum nitride (AlN) and indium nitride (InN) are used. Nitride semiconductors may be used. A nitride semiconductor can be generally expressed as Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). In addition, the present invention may be applied not only to a nitride semiconductor but also to a light emitting element using another compound semiconductor such as GaAs or a semiconductor material other than the compound semiconductor (for example, diamond).

1 発光素子
2 基板
2D 第1領域
2E 第2領域
3 第1導電型半導体層
4 発光層
5 第2導電型半導体層
6 第1ITO層
7 第2ITO層
8 第1メタル層
9 第2メタル層
10 Cr層
11 Au層
50 発光素子パッケージ
52 パッケージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting element 2 Substrate 2D 1st area | region 2E 2nd area | region 3 1st conductivity type semiconductor layer 4 Light emitting layer 5 2nd conductivity type semiconductor layer 6 1st ITO layer 7 2nd ITO layer 8 1st metal layer 9 2nd metal layer 10 Cr Layer 11 Au layer 50 Light emitting device package 52 Package

Claims (10)

基板と、
前記基板上に形成された第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の表面の第1領域に形成された第1ITO層と、
前記第1ITO層上に形成された第1メタル層と、
前記第1ITO層から離間して前記第1半導体層の表面における前記第1領域以外の第2領域に形成された発光層と、
前記発光層上に形成され、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層上に形成された第2ITO層と、
前記第2ITO層上に形成された第2メタル層とを含み、
前記第1メタル層は、前記第1ITO層上に積層された第1Cr層と、前記第1Cr層上に積層された第1Au層とを含み、
前記第2メタル層は、前記第2ITO層上に積層された第2Cr層と、前記第2Cr層上に積層された第2Au層とを含み、
前記第1ITO層および第2ITO層は、Crを含む、発光素子。
A substrate,
A first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the substrate;
A first ITO layer formed in a first region of the surface of the first semiconductor layer;
A first metal layer formed on the first ITO layer;
A light emitting layer formed in a second region other than the first region on the surface of the first semiconductor layer apart from the first ITO layer;
A second semiconductor layer formed on the light emitting layer and having a second conductivity type different from the first conductivity type;
A second ITO layer formed on the second semiconductor layer;
A second metal layer formed on the second ITO layer,
The first metal layer includes a first Cr layer laminated on the first ITO layer, and a first Au layer laminated on the first Cr layer,
The second metal layer includes a second Cr layer stacked on the second ITO layer, and a second Au layer stacked on the second Cr layer,
The light emitting device, wherein the first ITO layer and the second ITO layer contain Cr.
前記第1ITO層は、前記第1半導体層にオーミック接触していて、
前記第2ITO層は、前記第2半導体層にオーミック接触している、請求項1に記載の発光素子。
The first ITO layer is in ohmic contact with the first semiconductor layer;
The light emitting device according to claim 1, wherein the second ITO layer is in ohmic contact with the second semiconductor layer.
前記第1ITO層と、前記第2ITO層とは、同じ厚さを有する、請求項1または2に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the first ITO layer and the second ITO layer have the same thickness. 前記第1メタル層と、前記第2メタル層とは、同一構造を有する、請求項3に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 3, wherein the first metal layer and the second metal layer have the same structure. 前記第1Cr層と前記第2Cr層とは同じ厚さを有し、前記第1Au層と前記第2Au層とは同じ厚さを有する、請求項4に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 4, wherein the first Cr layer and the second Cr layer have the same thickness, and the first Au layer and the second Au layer have the same thickness. 前記第1ITO層は、前記発光層よりも前記基板側に位置している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 1, wherein the first ITO layer is located closer to the substrate than the light emitting layer. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光素子と、
前記発光素子を覆うパッケージとを含む、発光素子パッケージ。
The light emitting device according to any one of claims 1 to 6,
A light emitting device package including a package covering the light emitting device.
基板上に第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層上に発光層を形成する工程と、
前記発光層上に第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、
前記発光層および前記第2半導体層の一部を除去して、前記第1半導体層を露出させる工程と、
前記第1半導体層上および前記第2半導体層上にそれぞれ第1ITO層および第2ITO層を形成する工程と、
前記第1ITO層および前記第2ITO層の形成後に、前記第1ITO層および前記第2ITO層に対して、第1加熱温度による第1加熱処理を施す工程と、
前記第1ITO層上および前記第2ITO層上にそれぞれ第1メタル層および第2メタル層を形成する工程と、
前記第1メタル層および前記第2メタル層の形成後に、前記第1メタル層、前記第2メタル層、前記第1ITO層および前記第2ITO層に対して、前記第1加熱温度よりも低い第2加熱温度による第2加熱処理を施す工程とを含み、
前記第1メタル層を形成する工程は、前記第1ITO層上に第1Cr層を形成する工程と、前記第1Cr層上に第1Au層を形成する工程とを含み、
前記第2メタル層を形成する工程は、前記第2ITO層上に第2Cr層を形成する工程と、前記第2Cr層上に第2Au層を形成する工程とを含み、
前記第2加熱処理を施す工程は、前記第1Cr層、前記第2Cr層、前記第1Au層、前記第2Au層、前記第1ITO層および前記第2ITO層に対して、前記第2加熱温度として300℃以上350℃以下の温度で前記第2加熱処理を施す工程を含む、発光素子の製造方法。
Forming a first conductivity type first semiconductor layer on a substrate;
Forming a light emitting layer on the first semiconductor layer;
Forming a second conductive type second semiconductor layer on the light emitting layer;
Removing a part of the light emitting layer and the second semiconductor layer to expose the first semiconductor layer;
Forming a first ITO layer and a second ITO layer on the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, respectively;
Performing a first heat treatment at a first heating temperature on the first ITO layer and the second ITO layer after the formation of the first ITO layer and the second ITO layer;
Forming a first metal layer and a second metal layer on the first ITO layer and the second ITO layer, respectively;
After the first metal layer and the second metal layer are formed, the second metal layer, the second metal layer, the first ITO layer, and the second ITO layer have a second temperature lower than the first heating temperature. Performing a second heat treatment at a heating temperature,
The step of forming the first metal layer includes a step of forming a first Cr layer on the first ITO layer, and a step of forming a first Au layer on the first Cr layer,
Forming the second metal layer includes forming a second Cr layer on the second ITO layer; and forming a second Au layer on the second Cr layer;
The step of performing the second heat treatment is performed by using 300% as the second heating temperature for the first Cr layer, the second Cr layer, the first Au layer, the second Au layer, the first ITO layer, and the second ITO layer. The manufacturing method of a light emitting element including the process of performing the said 2nd heat processing at the temperature below 350 degreeC.
前記第2加熱温度は、330℃以上である、請求項8に記載の発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 8, wherein the second heating temperature is 330 ° C. or higher. 前記第1加熱温度は、600℃以上700℃以下である、請求項8または9に記載の発光素子の製造方法。   The method of manufacturing a light emitting element according to claim 8 or 9, wherein the first heating temperature is 600 ° C or higher and 700 ° C or lower.
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