WO2018163713A1 - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a light emitting element and a manufacturing method thereof.
- an ultra-small display with a long side of about 1 to 2 cm ⁇ is essential and a display with high brightness is required.
- a monochrome display with a pixel size as described above can be realized by using a wafer to which a semiconductor process can be applied, as disclosed by CEA-LETI (France).
- CEA-LETI the technology disclosed in CEA-LETI is monochromatic, and there is no proposal for a multicolored technology. This is because, in an InGaN-based epitaxial wafer that realizes blue-green light emission and an AlGaInP-based material that realizes yellow-red light emission, the optimum temperature range for forming the wafer (800-1000 ° C. for InGaN system, 500-700 ° C. for AlGaInP system) ) And a substrate (a sapphire substrate in an InGaN system, and a GaAs substrate in an AlGaInP system) are very difficult to form simultaneously on a wafer by a technique such as epitaxial growth.
- a wafer having a function of different emission wavelengths on one wafer is realized, a device array with a narrow pitch is manufactured by a semiconductor process, and a display is formed. It is desirable to realize.
- the present invention has been made in view of the above problems, and a plurality of light-emitting portions having different emission wavelengths are formed in one light-emitting element, and a light-emitting element suitable for a light-emitting element array having a narrow pitch and the manufacture of such a light-emitting element. It aims to provide a method.
- a light emitting device comprising a window layer / support substrate and a plurality of light emitting portions having different emission wavelengths provided on the window layer / support substrate,
- Each of the light emitting portions has a structure in which a second conductive type second semiconductor layer, an active layer, and a first conductive type first semiconductor layer are formed in this order, and the first semiconductor layer or the first conductive layer A removed portion from which the two semiconductor layers and the active layer have been removed; a non-removed portion other than the removed portion; and a first ohmic electrode provided in the non-removed portion; and provided in the removed portion
- a light emitting device having the second ohmic electrode formed.
- a plurality of light emitting portions having different emission wavelengths are formed in one light emitting element, and the light emitting element is suitable for a light emitting element array with a narrow pitch.
- one of the plurality of light emitting units is composed of an epitaxial layer directly formed on the window layer / supporting substrate, and the other light emitting unit is bonded onto the epitaxial layer. It is preferable.
- Such a light-emitting element can emit light having a plurality of wavelengths to the outside without interfering with each other while maintaining high luminance.
- the light emitting portion joined onto the epitaxial layer and the window layer and the support epitaxial layer formed directly on the substrate it is preferable that the have a benzocyclobutene film or SiO 2 film.
- the junction between the epitaxial layer directly formed on the window layer / supporting substrate and the light emitting portion joined on the epitaxial layer becomes mechanically stronger.
- the plurality of light emitting portions may include a light emitting portion made of a blue-green InGaN-based material and a light emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material.
- the light-emitting element of the present invention can be a light-emitting element including a plurality of light-emitting portions having different emission wavelengths such as blue-green and red-yellow.
- a method for manufacturing a light-emitting element comprising: a first epitaxial substrate on which an epitaxial layer that emits light of a first wavelength is grown on a first substrate; and a second substrate.
- a step of preparing a second epitaxial substrate on which an epitaxial layer that emits light of the second wavelength is grown is bonded to the epitaxial layer of the first epitaxial substrate and the epitaxial layer of the second epitaxial substrate.
- a method for manufacturing a light-emitting element which includes a step and a step of removing the first substrate or the second substrate from the bonded epitaxial substrate.
- each can be grown under optimum crystal growth conditions.
- a highly efficient light emitting layer (light emitting element region) can be obtained. Accordingly, it is possible to easily manufacture a light emitting element that includes a plurality of light emitting units having different emission wavelengths and can emit light to the outside while maintaining high luminance without causing light of a plurality of wavelengths to interfere with each other.
- the epitaxial layer that emits light of the first wavelength can be an InGaN-based material
- the epitaxial layer that emits light of the second wavelength can be an AlGaInP-based material
- a light emitting element including a plurality of light emitting portions having different emission wavelengths such as blue-green and red yellow.
- the second conductive type second semiconductor layer, the active layer, and the first conductive type first epitaxial layer that emits light of the first wavelength and the epitaxial layer that emits light of the second wavelength It is preferable to form an epitaxial layer having a structure in which the semiconductor layers are formed in this order.
- the manufacturing method of the present invention is suitable for a method of forming a light emitting part having a double hetero structure.
- a first ohmic electrode is provided in the non-removed portion, and the removed portion is provided. It is preferable to have the process of providing a 2nd ohmic electrode.
- an ohmic electrode can be provided in a light emission part by such a process.
- the epitaxial layer of the first epitaxial substrate and the epitaxial layer of the second epitaxial substrate are bonded.
- a benzocyclobutene film is formed on at least one, and then the epitaxial layer of the first epitaxial substrate and the epitaxial layer of the second epitaxial substrate are bonded together via the benzocyclobutene film.
- the epitaxial layer of the first epitaxial substrate and the epitaxial layer of the second epitaxial substrate are bonded.
- an SiO 2 film is formed on at least one of the layers, and then the epitaxial layer of the first epitaxial substrate and the epitaxial layer of the second epitaxial substrate are bonded together via the SiO 2 film.
- the light emitting device of the present invention a plurality of light emitting portions having different emission wavelengths are formed in one light emitting device, so that, for example, two or more colors of blue to green and yellow to red are used.
- a light-emitting element that can display and can emit light to the outside while maintaining high luminance without interfering light of a plurality of wavelengths with each other. Therefore, the light emitting device of the present invention is particularly suitable for a light emitting device array with a narrow pitch. Further, according to the method for manufacturing a light emitting element of the present invention, since light emitting portions having two types of light emission wavelengths are separately formed and then joined, each can be grown under optimum crystal growth conditions.
- a light-emitting layer (light-emitting element region) that is highly efficient with respect to the wavelength can be obtained. Accordingly, a light-emitting element suitable for a light-emitting element array having a narrow pitch and having a plurality of light-emitting portions having different emission wavelengths and capable of radiating to the outside while maintaining high luminance without causing light of a plurality of wavelengths to interfere with each other Can be easily manufactured.
- a plurality of light emitting portions having different emission wavelengths are formed in one light emitting element, and it has been demanded to develop a light emitting element suitable for a narrow pitch light emitting element array and a method for manufacturing such a light emitting element.
- the present inventors can grow each of them under optimum crystal growth conditions as long as the light-emitting portions having two types of emission wavelengths are separately formed and then joined. Therefore, it was found that a light-emitting element in which a plurality of light-emitting portions having different emission wavelengths are formed in one light-emitting element can be easily manufactured, and the present invention has been completed.
- the present invention is a light emitting device comprising a window layer / support substrate and a plurality of light emitting portions with different emission wavelengths provided on the window layer / support substrate, wherein the plurality of light emitting portions are all
- the second conductivity type second semiconductor layer, the active layer, and the first conductivity type first semiconductor layer have a structure formed in this order, and the first semiconductor layer or the second semiconductor layer and the active A first ohmic electrode provided on the non-removable portion, and a second ohmic electrode provided on the removed portion. It is a light emitting element which has these.
- the light emitting device 12 in the first embodiment of the present invention includes a sapphire substrate 155 which is a window layer and supporting substrate, and a blue-green InGaN system provided on the sapphire substrate 155.
- a light-emitting element including a light-emitting portion made of a material and a light-emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material.
- the light emitting portion made of a blue-green InGaN material includes an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 151 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1), In s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) and a P-type cladding layer (first semiconductor layer) 153 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) are formed in this order.
- the P-type cladding layer 153 and the active layer 152 are removed, and a non-removable portion 160 other than the removed portion 170 is provided. It has a third electrode (first ohmic electrode) 161 that is in contact, and a fourth electrode (second ohmic electrode) 171 that is provided in the removal portion 170 and is in contact with the N-type cladding layer 151.
- the light emitting part made of a red-yellow AlGaInP material is a P-type cladding layer made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) (First semiconductor layer) 103, active layer 102 made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6), and (Al x Ga) 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) and an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 101 are formed in this order.
- the N-type cladding layer 101 and the active layer 102 are removed, and a non-removable portion 110 other than the removed portion 120 is provided.
- the light emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material is bonded on an epitaxial layer made of a blue-green InGaN-based material.
- Both of the two light emitting portions are covered with an insulating layer 115, and a bump 140 is formed on the first electrode 111, the second electrode 121, the third electrode 161, and the fourth electrode 171. Yes.
- an N-type layer made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) is formed on a sapphire substrate 155 by, eg, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
- MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
- an InGaN-based epitaxial wafer 150 which is a blue / green light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- Active layer 102 made of 4 ⁇ y ⁇ 0.6
- P-type cladding made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6)
- the AlGaInP-based epitaxial wafer 100 that is a red / yellow light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- MBE molecular beam epitaxy
- CBE actinic beam epitaxy
- the InGaN epitaxial wafer 150 and the AlGaInP epitaxial wafer 100 are bonded.
- both the AlGaInP epitaxial wafer 100 and the InGaN epitaxial wafer 150 are immersed in an alkaline solution (KOH aqueous solution or NaOH aqueous solution) to alkali-treat the surface, and the epitaxial surfaces of the AlGaInP epitaxial wafer 100 and the InGaN epitaxial wafer 150 are treated.
- KOH aqueous solution or NaOH aqueous solution alkaline solution
- the two wafers were bonded together by bringing them into contact with each other (P-type cladding layer 103 and P-type cladding layer 153) in a vacuum, pressing them together at a pressure of 500 N or higher, and holding them at a temperature of 500 ° C. or higher.
- the bonded wafer 10 can be formed.
- the GaAs substrate thickness of the AlGaInP-based epitaxial wafer 100 may be processed to a thickness of about 50 to 100 ⁇ m by etching or grinding.
- the AlGaInP-based epitaxial wafer 100 is easily deformed during bonding, and there is an effect of increasing the yield after bonding.
- a wafer 11 is formed by removing the GaAs substrate 105 of the AlGaInP epitaxial wafer 100 by chemical etching.
- the chemical etchant preferably has an etching selectivity with respect to the AlGaInP-based material, and is generally removed with an ammonia-containing etchant.
- the substrate to be processed or removed may be a sapphire substrate 155.
- a part of the N-type clad layer 101 and the active layer 102 is removed from the epitaxial layer made of an AlGaInP-based material, thereby forming a removal part 120 and a non-removal part 110. .
- the removal at this time can be performed by etching with the non-removal part 110 as a mask, for example.
- a first electrode (first ohmic electrode) 111 is formed on the N-type cladding layer 101 (non-removed portion 110) of the AlGaInP-based epitaxial wafer 100, and a part of the N-type cladding layer 101 and the active layer 102 is cut away.
- a second electrode (second ohmic electrode) 121 is formed in a part of the removed region (removal part) 120.
- the P-type cladding layer 153 and the active layer are activated.
- a part of the layer 152 is removed to form a removal part 170 and a non-removal part 160.
- the removal at this time is performed by, for example, an ICP etching method in an atmosphere containing a Cl-based gas (Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 ) while masking the non-removed portion 160 and the light emitting portion made of an AlGaInP-based material. it can.
- a third electrode (first ohmic electrode) 161 is formed on a part (non-removed portion 160) of the P-type cladding layer 153 of the exposed InGaN-based epitaxial wafer 150,
- a fourth electrode (second ohmic electrode) 171 is formed in a part of the region (removal part) 170 in which a part of the P-type cladding layer 153 and the active layer 152 is cut out.
- bumps 140 are formed on the first electrode 111, the second electrode 121, the third electrode 161, and the fourth electrode 171 to produce the light emitting wafer (light emitting element) 12.
- the bumps may be formed of studs or plated.
- the light-emitting element 22 in the second embodiment of the present invention includes a sapphire substrate 255 that is a window layer and supporting substrate, and a blue-green InGaN system provided on the sapphire substrate 255.
- a light-emitting element including a light-emitting portion made of a material and a light-emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material.
- the light emitting portion made of a blue-green InGaN material includes an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 251 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1), In s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) and a P-type cladding layer (first semiconductor layer) 253 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) are formed in this order.
- the P-type cladding layer 253 and the active layer 252 are removed, and a non-removable portion 260 other than the removed portion 270 is provided. It has a third electrode (first ohmic electrode) 261 that is in contact, and a fourth electrode (second ohmic electrode) 271 that is provided in the removal portion 270 and is in contact with the second semiconductor layer 251.
- the light emitting part made of a red-yellow AlGaInP material is a P-type cladding layer made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) (First semiconductor layer) 203, active layer 202 made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6), and (Al x Ga) 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) and an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 201 formed in this order.
- the N-type cladding layer 201 and the active layer 202 are removed, and a non-removal portion 210 other than the removal portion 220 is provided.
- a first electrode (first ohmic electrode) 211 in contact with the P-type cladding layer 03 and in contact with that second electrode and a (second ohmic electrode) 221.
- the light emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material is bonded via an benzocyclobutene film 204 on an epitaxial layer made of a blue-green InGaN-based material.
- Each of the two light emitting portions is covered with an insulating layer 215, and a bump 240 is formed on the first electrode 211, the second electrode 221, the third electrode 261, and the fourth electrode 271. Yes.
- an N type made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) is formed on a sapphire substrate 255 by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOVPE).
- MOVPE metal organic chemical vapor deposition
- cladding layer (second semiconductor layer) 251 In s Ga 1- s N (0 ⁇ s ⁇ 1) active layer 252, Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) P -type cladding layer consisting of consisting of
- first semiconductor layer By sequentially laminating (first semiconductor layer) 253, an InGaN-based epitaxial wafer 250 that is a blue / green light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- MBE molecular beam epitaxy
- CBE actinic beam epitaxy
- (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x) is formed on the GaAs substrate 205 by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOVPE).
- MOVPE metal organic chemical vapor deposition
- an AlGaInP-based epitaxial wafer 200 which is a red / yellow light emitting material, is produced.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- BCB benzocyclobutene
- the BCB coated surface of the AlGaInP-based epitaxial wafer 200 is brought into contact with the epitaxial surface (P-type cladding layer 253) of the InGaN-based epitaxial wafer 250 at a pressure of 500 N or more.
- the BCB film may be formed on only one of the first epitaxial substrate and the second epitaxial substrate, or on both.
- the thickness of the GaAs substrate of the AlGaInP-based epitaxial wafer 200 may be processed to a thickness of about 50 to 100 ⁇ m by etching or grinding.
- the AlGaInP-based epitaxial wafer 200 is easily deformed during bonding, and there is an effect of increasing the yield after bonding.
- a wafer 21 is formed by removing the GaAs substrate 205 of the AlGaInP epitaxial wafer 200 by chemical etching.
- the chemical etchant preferably has an etching selectivity with respect to the AlGaInP-based material, and is generally removed with an ammonia-containing etchant.
- the substrate to be processed or removed may be a sapphire substrate 255.
- a part of the N-type cladding layer 201 and the active layer 202 is removed to form a removal part 220 and a non-removal part 210.
- the removal at this time can be performed by etching with the non-removal part 210 as a mask, for example.
- a first electrode (first ohmic electrode) 211 is formed on the N-type cladding layer 201 (non-removed portion 210) of the AlGaInP-based epitaxial wafer 200, and a part of the N-type cladding layer 201 and the active layer 202 is cut away.
- a second electrode (second ohmic electrode) 221 is formed in part of the region (removal portion) 220 that has been removed.
- the F-based gas (CF 4 ,
- the BCB film 204 is removed by ICP etching in an atmosphere containing CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , NF 3 , SF 4 , SF 6 ), and the surface of the InGaN-based epitaxial wafer (P-type cladding) Layer 253) is exposed. Then, a part of the P-type cladding layer 253 and the active layer 252 is removed to form a removal part 270 and a non-removal part 260.
- the removal at this time is performed by, for example, an ICP etching method in an atmosphere containing a Cl-based gas (Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 ) while masking the non-removed portion 260 and the light emitting portion made of an AlGaInP-based material. it can.
- a Cl-based gas Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4
- a third electrode (first ohmic electrode) 261 is formed on a part (non-removed portion 260) of the P-type cladding layer 253 of the exposed InGaN-based epitaxial wafer 250,
- a fourth electrode (second ohmic electrode) 271 is formed in a part of the region (removal part) 270 where a part of the P-type cladding layer 253 and the active layer 252 is cut out.
- bumps 240 are formed on the first electrode 211, the second electrode 221, the third electrode 261, and the fourth electrode 271 to produce the light emitting wafer (light emitting element) 22.
- the bumps may be formed of studs or plated.
- the light emitting device 32 in the third embodiment of the present invention includes a sapphire substrate 355 that is a window layer and supporting substrate, and a blue-green InGaN system provided on the sapphire substrate 355.
- a light-emitting element including a light-emitting portion made of a material and a light-emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material.
- the light emitting portion made of a blue-green InGaN material includes an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 351 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1), In s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) and a P-type cladding layer (first semiconductor layer) 353 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) are formed in this order.
- the P-type cladding layer 353 and the active layer 352 are removed, and a non-removal portion 360 other than the removal portion 370 is provided.
- the non-removal portion 360 is further provided with a P-type cladding layer 353. It has a third electrode (first ohmic electrode) 361 that is in contact, and a fourth electrode (second ohmic electrode) 371 that is provided in the removal portion 370 and is in contact with the N-type cladding layer 351.
- the light emitting part made of a red-yellow AlGaInP material is a P-type cladding layer made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) (First semiconductor layer) 303, active layer 302 made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6), and (Al x Ga) 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) and an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 301 are formed in this order.
- the N-type cladding layer 301 and the active layer 302 are removed, and a non-removal portion 310 other than the removal portion 320 is provided.
- a first electrode (first ohmic electrode) 311 in contact with the P-type cladding layer 03 and in contact with that second electrode and a (second ohmic electrode) 321.
- the light emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material is bonded to the epitaxial layer made of a blue-green InGaN-based material via two SiO 2 films 306 and 356.
- Each of the two light emitting portions is covered with an insulating layer 315, and a bump 340 is formed on the first electrode 311, the second electrode 321, the third electrode 361, and the fourth electrode 371. Yes.
- an N-type layer made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) is formed on a sapphire substrate 355 by, eg, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
- MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
- cladding layer (second semiconductor layer) 351 In s Ga 1- s N (0 ⁇ s ⁇ 1) active layer 352, Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) P -type cladding layer consisting of consisting of By sequentially laminating (first semiconductor layer) 353, an InGaN-based epitaxial wafer 350 that is a blue / green light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- MBE molecular beam epitaxy
- CBE actinic beam epitaxy
- (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x) is formed on the GaAs substrate 305 by, eg, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
- MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
- an AlGaInP-based epitaxial wafer 300 that is a red / yellow light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- MBE molecular beam epitaxy
- CBE actinic beam epitaxy
- an SiO 2 film 306 is formed on the P-type cladding layer 303.
- the SiO 2 film may be formed on only one of the first epitaxial substrate and the second epitaxial substrate, or may be formed on both.
- the InGaN epitaxial wafer 350 and the AlGaInP epitaxial wafer 300 are bonded.
- both the AlGaInP-based epitaxial wafer 300 and the InGaN-based epitaxial wafer 350 are immersed in an alkaline solution (KOH aqueous solution or NaOH aqueous solution) to alkali-treat the surface, and the SiO 2 of the AlGaInP-based epitaxial wafer 300 and the InGaN-based epitaxial wafer 350 is treated.
- an alkaline solution KOH aqueous solution or NaOH aqueous solution
- a wafer 31 is formed by removing the GaAs substrate 305 of the AlGaInP epitaxial wafer 300 by chemical etching.
- the chemical etchant preferably has an etching selectivity with respect to the AlGaInP-based material, and is generally removed with an ammonia-containing etchant.
- the substrate to be processed or removed may be a sapphire substrate 355.
- a part of the N-type cladding layer 301 and the active layer 302 is removed to form a removal portion 320 and a non-removal portion 310. .
- the removal at this time can be performed, for example, by etching with the non-removal portion 310 masked.
- a first electrode (first ohmic electrode) 311 is formed on the N-type cladding layer 301 (non-removed portion 310) of the AlGaInP-based epitaxial wafer 300, and a part of the N-type cladding layer 301 and the active layer 302 is cut away.
- a second electrode (second ohmic electrode) 321 is formed in part of the region (removal part) 320 that has been removed.
- the F-based gas (CF 4 ,
- the SiO 2 films 306 and 356 are removed by an ICP etching method in an atmosphere containing CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , NF 3 , SF 4 , SF 6 ), and the surface of the InGaN-based epitaxial wafer ( The P-type cladding layer 353) is exposed. Then, a part of the P-type cladding layer 353 and the active layer 352 is removed to form a removal part 370 and a non-removal part 360.
- the removal at this time is performed by, for example, an ICP etching method in an atmosphere containing a Cl-based gas (Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 ) while masking the non-removed portion 360 and the light emitting portion made of an AlGaInP-based material. it can.
- a Cl-based gas Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4
- a third electrode (first ohmic electrode) 361 is formed on a part (non-removed portion 360) of the P-type cladding layer 353 of the exposed InGaN-based epitaxial wafer 350,
- a fourth electrode (second ohmic electrode) 371 is formed in a part of a region (removal part) 370 where a part of the P-type cladding layer 353 and the active layer 352 is cut out.
- bumps 340 are formed on the first electrode 311, the second electrode 321, the third electrode 361, and the fourth electrode 371, and the light emitting wafer (light emitting element) 32 is manufactured.
- the bumps may be formed of studs or plated.
- the light emitting device 42 includes a sapphire substrate 455 which is a window layer and supporting substrate, and a blue-green InGaN system provided on the sapphire substrate 455.
- a light-emitting element including a light-emitting portion made of a material and a light-emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material.
- the light emitting portion made of a blue-green InGaN material includes an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 451 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1), In s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) and a P-type cladding layer (first semiconductor layer) 453 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) in this order.
- the P-type cladding layer 453 and the active layer 452 are removed, and a non-removal portion 460 other than the removal portion 470 is provided. It has a third electrode (first ohmic electrode) 461 that is in contact, and a fourth electrode (second ohmic electrode) 471 that is provided in the removal portion 470 and is in contact with the N-type cladding layer 451.
- the light emitting part made of a red-yellow AlGaInP material is a P-type cladding layer made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) (First semiconductor layer) 403, active layer 402 made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6), and (Al x Ga) 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) and an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 401 are formed in this order.
- the N-type cladding layer 401 and the active layer 402 are removed, and a non-removal portion 410 other than the removal portion 420 is provided.
- a first electrode (first ohmic electrode) 411 that is in contact with the P-type clad layer 03 and in contact with that second electrode and a (second ohmic electrode) 421.
- the light emitting portion made of a red-yellow AlGaInP material is an epitaxial layer (an N-type cladding layer 451, an active layer 452, and a P-type cladding layer 453) that constitutes a light emitting portion made of a blue-green InGaN material. ).
- Each of the two light emitting portions is covered with an insulating layer 415, and a bump 440 is formed on the first electrode 411, the second electrode 421, the third electrode 461, and the fourth electrode 471. Yes.
- an N-type layer made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) is formed on a sapphire substrate 455, for example, by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
- MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
- an InGaN-based epitaxial wafer 450 that is a blue / green light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x) is formed on the GaAs substrate 405 by, for example, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
- MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
- an AlGaInP-based epitaxial wafer 400 that is a red / yellow light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- the InGaN epitaxial wafer 450 and the AlGaInP epitaxial wafer 400 are bonded.
- both the AlGaInP-based epitaxial wafer 400 and the InGaN-based epitaxial wafer 450 are immersed in an alkaline solution (KOH aqueous solution or NaOH aqueous solution) to treat the surfaces with alkali, and the epitaxial surfaces of the AlGaInP-based epitaxial wafer 400 and the InGaN-based epitaxial wafer 450 are treated.
- KOH aqueous solution or NaOH aqueous solution an alkaline solution
- the two wafers were bonded together by bringing them into contact with each other (P-type cladding layer 403 and P-type cladding layer 453) in a vacuum, pressing them together at a pressure of 500 N or higher, and holding them at a temperature of 500 ° C. or higher.
- a bonded wafer 40 can be formed.
- the thickness of the GaAs substrate of the AlGaInP-based epitaxial wafer 400 may be processed to a thickness of about 50 to 100 ⁇ m by etching or grinding.
- the AlGaInP-based epitaxial wafer 400 is easily deformed during bonding, and there is an effect of increasing the yield after bonding.
- a wafer 41 is formed by removing the GaAs substrate 405 of the AlGaInP epitaxial wafer 400 by chemical etching.
- the chemical etchant preferably has an etching selectivity with respect to the AlGaInP-based material, and is generally removed with an ammonia-containing etchant.
- the substrate to be processed or removed may be a sapphire substrate 455.
- a first electrode (first ohmic electrode) 411 is formed on the N-type cladding layer 401 (non-removed portion 410) of the AlGaInP-based epitaxial wafer 400, and in a region 420 A hole or groove-like shape reaching the P-type cladding layer 403 is formed (that is, the N-type cladding layer 401 and the active layer 402 are removed to provide a removal portion), and the bottom of the region 420 is in contact with the P-type cladding layer 403.
- Two electrodes (second ohmic electrode) 421 are formed.
- a part of the region 430 where the first electrode 411 and the second electrode 421 are not formed is removed from the epitaxial layer made of the AlGaInP-based material.
- an ICP etching method in an atmosphere containing a Cl-based gas (Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 ) is used to expose the surface of the InGaN-based epitaxial wafer (P-type cladding layer 453).
- a third electrode (first ohmic electrode) 461 is formed on a part (non-removed portion 460) of the P-type cladding layer 453 of the exposed InGaN-based epitaxial wafer 450, A hole or groove-like shape reaching the N-type cladding layer 451 is opened in the region 470 (that is, the P-type cladding layer 453 and the active layer 452 are removed to provide a removal portion), and the N-type cladding layer is formed at the bottom of the region 470 A fourth electrode (second ohmic electrode) 471 in contact with 451 is formed.
- bumps 440 are formed on the first electrode 411, the second electrode 421, the third electrode 461, and the fourth electrode 471, and the light emitting wafer (light emitting element) 42 is manufactured. To do. Note that the bumps may be formed of studs or plated.
- a light emitting device 52 includes a sapphire substrate 555 that is a window layer and supporting substrate, and a blue-green InGaN system provided on the sapphire substrate 555.
- a light-emitting element including a light-emitting portion made of a material and a light-emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material.
- the light emitting portion made of a blue-green InGaN material includes an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 551 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1), In s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) and a P-type cladding layer (first semiconductor layer) 553 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) in this order.
- the P-type cladding layer 553 and the active layer 552 are removed, and a non-removal portion 560 other than the removal portion 570 is provided. It has a third electrode (first ohmic electrode) 561 that is in contact, and a fourth electrode (second ohmic electrode) 571 that is provided in the removal portion 570 and is in contact with the N-type cladding layer 551.
- the light emitting part made of a red-yellow AlGaInP material is a P-type cladding layer made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) (First semiconductor layer) 503, active layer 502 made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6), and (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) and an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 501 is formed in this order.
- the N-type cladding layer 501 and the active layer 502 are removed, and a non-removal portion 510 other than the removal portion 520 is provided.
- the N-type cladding layer 501 is provided in the non-removal portion 510.
- the light emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material is an epitaxial layer (N-type cladding layer 551, active layer 552, and P-type cladding layer 553) constituting the light-emitting portion made of a blue-green InGaN-based material. ) Through a benzocyclobutene film 504.
- Each of the two light emitting portions is covered with an insulating layer 515, and a bump 540 is formed on the first electrode 511, the second electrode 521, the third electrode 561, and the fourth electrode 571. Yes.
- an N-type layer made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) is formed on a sapphire substrate 555 by, eg, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
- MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
- an InGaN-based epitaxial wafer 550 that is a blue / green light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x) is formed on the GaAs substrate 505 by, for example, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
- MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
- an AlGaInP-based epitaxial wafer 500 that is a red / yellow light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- BCB benzocyclobutene
- the BCB coated surface of the AlGaInP-based epitaxial wafer 500 is brought into contact with the epitaxial surface (P-type cladding layer 553) of the InGaN-based epitaxial wafer 550 at a pressure of 500 N or more.
- the BCB film may be formed on only one of the first epitaxial substrate and the second epitaxial substrate, or on both.
- the thickness of the GaAs substrate of the AlGaInP-based epitaxial wafer 500 may be processed to a thickness of about 50 to 100 ⁇ m by etching or grinding.
- the AlGaInP-based epitaxial wafer 500 is easily deformed during bonding, and there is an effect of increasing the yield after bonding.
- a wafer 51 is formed by removing the GaAs substrate 505 of the AlGaInP epitaxial wafer 500 by chemical etching.
- the chemical etchant preferably has an etching selectivity with respect to the AlGaInP-based material, and is generally removed with an ammonia-containing etchant.
- the substrate to be processed or removed may be a sapphire substrate 555.
- a first electrode (first ohmic electrode) 511 is formed on the N-type cladding layer 501 (non-removed portion 510) of the AlGaInP-based epitaxial wafer 500, and in a region 520 A hole or groove-like shape reaching the P-type cladding layer 503 is formed (that is, the N-type cladding layer 501 and the active layer 502 are removed to provide a removal portion), and the bottom of the region 520 is in contact with the P-type cladding layer 503.
- Two electrodes (second ohmic electrode) 521 are formed.
- a part of the region 530 where the first electrode 511 and the second electrode 521 are not formed is removed from the epitaxial layer made of the AlGaInP-based material.
- an ICP etching method in an atmosphere containing a Cl-based gas (Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 ) is used to expose the BCB film 504 on the surface of the InGaN-based epitaxial wafer.
- the BCB film 504 is removed by ICP etching in an atmosphere containing an F-based gas (CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , NF 3 , SF 4 , SF 6 ), and the InGaN
- an F-based gas CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , NF 3 , SF 4 , SF 6
- the surface (P-type cladding layer 553) of the system epitaxial wafer is exposed.
- a third electrode (first ohmic electrode) 561 is formed on a part (non-removed portion 560) of the P-type cladding layer 553 of the exposed InGaN-based epitaxial wafer 550, A hole or groove-like shape reaching the N-type cladding layer 551 is opened in the region 570 (that is, a removal portion is provided by removing the P-type cladding layer 553 and the active layer 552), and the N-type cladding layer is formed at the bottom of the region 570 A fourth electrode (second ohmic electrode) 571 in contact with 551 is formed.
- bumps 540 are formed on the first electrode 511, the second electrode 521, the third electrode 561, and the fourth electrode 571, thereby producing a light emitting wafer (light emitting element) 52.
- the bumps may be formed of studs or plated.
- the light emitting device 62 in the sixth embodiment of the present invention includes a sapphire substrate 655 that is a window layer and supporting substrate, and a blue-green InGaN system provided on the sapphire substrate 655.
- a light-emitting element including a light-emitting portion made of a material and a light-emitting portion made of a red-yellow AlGaInP-based material.
- the light emitting portion made of a blue-green InGaN material includes an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 651 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1), In s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) and a P-type cladding layer (first semiconductor layer) 653 made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) in this order.
- the P-type cladding layer 653 and the active layer 652 are removed, and a non-removal portion 660 other than the removal portion 670 is provided. Further, the P-type clad layer 653 is provided in the non-removal portion 660.
- a third electrode (first ohmic electrode) 661 that is in contact with the electrode and a fourth electrode (second ohmic electrode) 671 that is provided in the removal portion 670 and is in contact with the N-type cladding layer 651 are provided.
- the light emitting part made of a red-yellow AlGaInP material is a P-type cladding layer made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) (First semiconductor layer) 603, active layer 602 made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6), and (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6) and an N-type cladding layer (second semiconductor layer) 601 is formed in this order.
- the N-type cladding layer 601 and the active layer 602 are removed, and a non-removal portion 610 other than the removal portion 620 is provided.
- the N-type cladding layer 601 is provided in the non-removal portion 610.
- a first electrode (first ohmic electrode) 611 in contact with the P-type cladding layer 03 and in contact with that second electrode and a (second ohmic electrode) 621.
- the light emitting portion made of a red-yellow AlGaInP material is an epitaxial layer (N-type cladding layer 651, active layer 652, and P-type cladding layer 653) constituting the light emitting portion made of a blue-green InGaN material. ) Are joined via two layers of SiO 2 films 606 and 656.
- Each of the two light emitting portions is covered with an insulating layer 615, and a bump 640 is formed on the first electrode 611, the second electrode 621, the third electrode 661, and the fourth electrode 671. Yes.
- an N-type layer made of Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) is formed on a sapphire substrate 655 by, eg, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
- MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
- cladding layer (second semiconductor layer) 651 In s Ga 1- s N (0 ⁇ s ⁇ 1) active layer 652, Al s Ga 1-s N (0 ⁇ s ⁇ 1) P -type cladding layer consisting of consisting of By sequentially laminating (first semiconductor layer) 653, an InGaN-based epitaxial wafer 650 which is a blue / green light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- MBE molecular beam epitaxy
- CBE actinic beam epitaxy
- (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x) is formed on the GaAs substrate 605 by, for example, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
- MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
- N-type cladding layer (second semiconductor layer) 601 (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1,0,.
- Active layer 602 made of 4 ⁇ y ⁇ 0.6
- P-type cladding made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0.4 ⁇ y ⁇ 0.6)
- an AlGaInP-based epitaxial wafer 600 that is a red / yellow light emitting material is manufactured.
- the manufacturing method is not limited to MOVPE, and may be manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE) method or an actinic beam epitaxy (CBE) method.
- MBE molecular beam epitaxy
- CBE actinic beam epitaxy
- an SiO 2 film 606 is formed on the P-type cladding layer 603.
- the SiO 2 film may be formed on only one of the first epitaxial substrate and the second epitaxial substrate, or may be formed on both.
- the InGaN-based epitaxial wafer 650 and the AlGaInP-based epitaxial wafer 600 are bonded.
- both the AlGaInP-based epitaxial wafer 600 and the InGaN-based epitaxial wafer 650 are immersed in an alkali solution (KOH aqueous solution or NaOH aqueous solution) to treat the surfaces with alkali, and the SiO 2 of the AlGaInP-based epitaxial wafer 600 and the InGaN-based epitaxial wafer 650 is treated.
- an alkali solution KOH aqueous solution or NaOH aqueous solution
- a wafer 61 is formed by removing the GaAs substrate 605 of the AlGaInP epitaxial wafer 600 by chemical etching.
- the chemical etchant preferably has an etching selectivity with respect to the AlGaInP-based material, and is generally removed with an ammonia-containing etchant.
- the substrate to be processed or removed may be a sapphire substrate 655.
- a first electrode (first ohmic electrode) 611 is formed on the N-type cladding layer 601 (non-removed portion 610) of the AlGaInP-based epitaxial wafer 600, and in a region 620.
- a hole or groove-like shape reaching the P-type cladding layer 603 is formed (that is, the N-type cladding layer 601 and the active layer 602 are removed to provide a removal portion), and the bottom of the region 620 is in contact with the P-type cladding layer 603.
- Two electrodes (second ohmic electrode) 621 are formed.
- a part of the region 630 where the first electrode 611 and the second electrode 621 are not formed is removed from the epitaxial layer made of the AlGaInP-based material.
- the removal of the region 630 uses an ICP etching method in an atmosphere containing a Cl-based gas (Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 ) to expose the SiO 2 film 606 formed on the InGaN-based epitaxial wafer.
- the SiO 2 films 606 and 656 are removed by an ICP etching method in an atmosphere containing an F-based gas (CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , NF 3 , SF 4 , SF 6 ).
- the surface (P-type cladding layer 653) of the InGaN-based epitaxial wafer is exposed.
- a third electrode (first ohmic electrode) 661 is formed on a part (non-removed portion 660) of the P-type cladding layer 653 of the exposed InGaN-based epitaxial wafer 650, A hole or groove-like shape reaching the N-type cladding layer 651 is opened in the region 670 (that is, the removal portion is provided by removing the P-type cladding layer 653 and the active layer 652), and the N-type cladding layer is formed at the bottom of the region 670.
- a fourth electrode (second ohmic electrode) 671 in contact with 651 is formed.
- bumps 640 are formed on the first electrode 611, the second electrode 621, the third electrode 661, and the fourth electrode 671, and the light emitting wafer (light emitting element) 62 is manufactured. To do. Note that the bumps may be formed of studs or plated.
- the light-emitting portion made of a blue-green InGaN-based material has an N-type cladding from the sapphire substrate (window layer / support substrate) side.
- a light emitting portion formed of a red-yellow AlGaInP-based material is formed in this order from a layer (second semiconductor layer), an active layer, and a P-type cladding layer (first semiconductor layer) from the sapphire substrate (window layer / support substrate) side.
- the P-type cladding layer (first semiconductor layer), the active layer, and the N-type cladding layer (second semiconductor layer) are formed in this order, but the present invention is not limited to this.
- the second semiconductor layer and the first semiconductor layer are formed when the first epitaxial substrate or the second epitaxial substrate is manufactured. Change the order.
- the junction surface between the light emitting portion made of a red-yellow AlGaInP material and the epitaxial layer made of a blue-green InGaN material has a high resistance, so that the light emitting portion made of a red-yellow AlGaInP material was energized. At this time, current is not supplied to the epitaxial layer made of a blue-green InGaN material underneath.
- a blue / green light emitting element FET control unit 701 and a yellow / red light emitting element FET control unit 751 are provided on a Si wafer 700.
- the FET controllers 701 and 751 each have a source electrode (711, 761), a drain electrode (712, 762), a gate oxide film (713, 763), a gate electrode (714, 764), and an inversion region (715, 765).
- the drain electrodes (712, 762) are connected to the source lines (741, 791) via the wirings (740, 790).
- a pad electrode part (731, 732, 781, 782) is provided on a part of the wiring part (721, 722, 771, 772), and the drive circuit wafer 800 is formed.
- a drive circuit wafer 800 ′ shown in FIG. 8 may be used instead of the drive circuit wafer 800 shown in FIG. 7.
- the drive circuit wafer 800 ′ includes an FET control unit (701 ′, 751 ′), a wiring unit (721 ′, 722 ′, 771 ′, 772 ′) and a pad electrode in the Si wafer 700 ′. It is not formed on the same surface as the portions (731 ′, 732 ′, 781 ′, 782 ′) but on the opposite surface via vias (745 ′, 795 ′).
- the source electrode (711 ′, 761 ′), the drain electrode (712 ′, 762 ′), the gate oxide film (713 ′, 763 ′), the gate electrode (714 ′, 764 ′), the inversion region (715 ′, 765). '), Wirings (740', 790 '), and source lines (741', 791 ') are formed in the same manner as the drive circuit wafer 800 described above.
- the light emitting wafer (12, 22, 32, 42, 52, 62) and the drive circuit wafer 800 are overlapped and bonded, and the first embodiment will be described as an example.
- the bump 140 on the light emitting wafer 12 and the pad electrode portions (731, 732, 781, 782) on the drive circuit wafer 800 are overlapped with each other, and a pressure of 10 N or more and an ultrasonic wave are applied.
- the bumps 140 and the pad electrode portions (731, 732, 781, 782) are combined to obtain the light emitting element array substrate 900.
- GaN has a refractive index of 2.4 with respect to red to yellow emission wavelengths
- AlGaInP has a refractive index of 3.4.
- the total reflection angle at this time can obtain a wide light distribution angle of 40 degrees.
- the refractive index of the SiO 2 film is 1.5 and the refractive index of AlGaInP is 3.4.
- the total reflection angle at this time is 24 degrees and the light distribution angle is narrower than that of the first embodiment, but a mechanically stronger joint can be obtained as compared with the first embodiment.
- the light emitting layer is not cut out, but a via is formed to make ohmic contact with the lower layer, so that the area of the light emitting layer can be increased, and one element It is possible to realize a light emitting element array in which the hit brightness is increased.
- the light emitting elements having different emission wavelengths are arranged in the plane direction in order to form one pixel.
- in the fourth to sixth embodiments in the light extraction direction.
- a plurality of light emitting elements having a plurality of wavelengths can be provided in a stacked manner, and can be realized only by having an area of one pixel having a minimum area necessary for contact. Therefore, it is possible to design a large element per pixel, and by increasing the element area, characteristic variation per element can be reduced.
- the light emitting part made of a blue-green InGaN-based material and the light emitting part made of a red-yellow AlGaInP-based material are used as the plurality of light emitting parts having different emission wavelengths.
- the light emitting portion in the present invention is not limited to these, and is of any conventionally known light emission wavelength (material), for example, other than the above materials, ZnSe-based, ZnO-based, GaO-based, etc. The material can be used.
- the epitaxial substrate which has a desired light emission wavelength is prepared as a 1st epitaxial substrate and a 2nd epitaxial substrate, These are joined, The light emission part of several desired light emission wavelength is obtained.
- a combined light-emitting element can be easily manufactured.
- the light emitting device of the present invention a plurality of light emitting portions having different emission wavelengths are formed in one light emitting device, so that, for example, two or more colors of blue to green and yellow to red are used.
- a light-emitting element that can display and can emit light to the outside while maintaining high luminance without interfering light of a plurality of wavelengths with each other. Therefore, the light emitting device of the present invention is particularly suitable for a light emitting device array with a narrow pitch. Further, according to the method for manufacturing a light emitting element of the present invention, since light emitting portions having two types of light emission wavelengths are separately formed and then joined, each can be grown under optimum crystal growth conditions.
- a light-emitting layer (light-emitting element region) that is highly efficient with respect to the wavelength can be obtained. Accordingly, a light-emitting element suitable for a light-emitting element array having a narrow pitch and having a plurality of light-emitting portions having different emission wavelengths and capable of radiating to the outside while maintaining high luminance without causing light of a plurality of wavelengths to interfere with each other Can be easily manufactured.
- the present invention is not limited to the above embodiment.
- the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
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Abstract
本発明は、窓層兼支持基板と、前記窓層兼支持基板上に設けられた発光波長の異なる複数の発光部を備えた発光素子であって、前記複数の発光部は、いずれも、第二導電型の第二半導体層、活性層、及び第一導電型の第一半導体層とがこの順に形成された構造を有し、前記第一半導体層又は前記第二半導体層と前記活性層とが除去された除去部と、前記除去部以外の非除去部とを有し、さらに、前記非除去部に設けられた第一オーミック電極と、前記除去部に設けられた第二オーミック電極とを有するものである発光素子である。これにより、発光波長の異なる複数の発光部が一つの発光素子に形成され、狭ピッチの発光素子アレイに好適な発光素子が提供される。
Description
本発明は、発光素子及びその製造方法に関する。
AR(拡張現実)、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)においては、長辺が1~2cm□程度の超小型ディスプレイが必須であり、かつ、明度が高いディスプレイが必要である。
長辺が1~2cm□程度でフルHD規格のディスプレイを作製する場合、1920×1080ピクセルの画素が必要であるため、1ピクセルのサイズは5.2μm~10.4μm□程度のピッチで実現する必要がある。
このような超小型発光体では、1素子の単位面積あたりにおいて高い輝度が必要であり、特許文献1のようなLCDや特許文献2のような有機ELディスプレイよりも自発光型の発光素子が理想的である。
また、高いプロセス精度も要求されるため、半導体プロセスに適用できる材料を選択することが適切である。
上記のようなピクセルサイズのモノクロディスプレイは、CEA-LETI(フランス国)が技術を開示しているように、半導体プロセスを適用可能なウェーハを使用すれば、実現可能である。
しかし、CEA-LETIに開示された技術は単色のものであり、多色化された技術の提案はない。なぜなら、青~緑色の発光を実現するInGaN系エピタキシャルウェーハと黄~赤色発光を実現するAlGaInP系材料では、ウェーハを形成する最適温度帯(InGaN系では800~1000℃、AlGaInP系では500~700℃)及び基板(InGaN系ではサファイア基板、AlGaInP系ではGaAs基板)が異なり、1ウェーハ上に同時にエピタキシャル成長等の手法で形成することが極めて困難だからである。
非常に小さい発光素子をダイス化し、駆動基板に移載することで、ディスプレイを実現することは技術的に可能であるが、1920×1080ピクセルのディスプレイにおいて例えば2色発光を実現させようとした場合、0.2秒/個のタクトで移載したとして、約240日の製造時間を要し、現実的ではない。
狭ピッチ(小サイズ)の発光素子アレイを高密度に実現するためには、1ウェーハ上に異なる発光波長の機能を有するウェーハを実現し、半導体プロセスによって狭ピッチの素子アレイを作製し、ディスプレイを実現することが望ましい。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、発光波長の異なる複数の発光部が一つの発光素子に形成され、狭ピッチの発光素子アレイに好適な発光素子及びこのような発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を達成するために、本発明では、窓層兼支持基板と、前記窓層兼支持基板上に設けられた発光波長の異なる複数の発光部を備えた発光素子であって、前記複数の発光部は、いずれも、第二導電型の第二半導体層、活性層、及び第一導電型の第一半導体層とがこの順に形成された構造を有し、前記第一半導体層又は前記第二半導体層と前記活性層とが除去された除去部と、前記除去部以外の非除去部とを有し、さらに、前記非除去部に設けられた第一オーミック電極と、前記除去部に設けられた第二オーミック電極とを有するものである発光素子を提供する。
このような発光素子であれば、発光波長の異なる複数の発光部が一つの発光素子に形成され、狭ピッチの発光素子アレイに好適な発光素子となる。
また、前記複数の発光部のうち一つの発光部は、前記窓層兼支持基板上に直接形成されたエピタキシャル層からなるものであり、他の発光部は、前記エピタキシャル層の上に接合されたものであることが好ましい。
このような発光素子であれば、複数の波長の光をお互い干渉させることなく、高輝度を維持したまま外部に放射することができるものとなる。
また、前記窓層兼支持基板上に直接形成されたエピタキシャル層と前記エピタキシャル層の上に接合された発光部の間に、ベンゾシクロブテン膜又はSiO2膜を有するものであることが好ましい。
このような発光素子であれば、窓層兼支持基板上に直接形成されたエピタキシャル層とエピタキシャル層の上に接合された発光部との接合がより機械的に強固なものとなる。
また、前記複数の発光部は、青緑系のInGaN系材料からなる発光部と、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を含むものとすることができる。
このように、本発明の発光素子であれば、例えば青緑系と赤黄系などの発光波長の異なる複数の発光部を備えた発光素子とすることができる。
また、本発明では、発光素子を製造する方法であって、第一の基板上に第一の波長の光を発光させるエピタキシャル層を成長させた第一のエピタキシャル基板と、第二の基板上に第二の波長の光を発光させるエピタキシャル層を成長させた第二のエピタキシャル基板とを準備する工程と、前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせる工程と、該貼り合わせたエピタキシャル基板から、前記第一の基板又は前記第二の基板を除去する工程と、を有する発光素子の製造方法を提供する。
このような製造方法であれば、2種類以上の発光波長の発光部を別々に形成してから接合するため、各々を最適な結晶成長条件で成長することができ、各々の発光波長に対して高効率の発光層(発光素子領域)を得ることができる。従って、発光波長の異なる複数の発光部を備え、かつ複数の波長の光をお互い干渉させることなく、高輝度を維持したまま外部に放射することができる発光素子を容易に製造することができる。
また、前記第一の波長の光を発光させるエピタキシャル層を、InGaN系材料とし、前記第二の波長の光を発光させるエピタキシャル層を、AlGaInP系材料とすることができる。
このように、本発明の製造方法であれば、例えば青緑系と赤黄系などの発光波長の異なる複数の発光部を備えた発光素子を容易に製造することができる。
また、前記第一の波長の光を発光させるエピタキシャル層及び前記第二の波長の光を発光させるエピタキシャル層として、第二導電型の第二半導体層、活性層、及び第一導電型の第一半導体層とがこの順に形成された構造を有するエピタキシャル層を形成することが好ましい。
このように、本発明の製造方法であれば、ダブルヘテロ構造の発光部を形成する方法に好適である。
また、前記第一の基板又は前記第二の基板を除去する工程の後、前記第一の波長の光を発光させるエピタキシャル層及び前記第二の波長の光を発光させるエピタキシャル層のそれぞれにおいて、前記第一半導体層又は前記第二半導体層と前記活性層とを除去した除去部と前記除去部以外の非除去部とを形成し、前記非除去部に第一オーミック電極を設け、前記除去部に第二オーミック電極を設ける工程を有することが好ましい。
本発明の製造方法であれば、このような工程によって、発光部にオーミック電極を設けることができる。
また、前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせる工程の前に、前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層及び前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層の少なくとも一方の上にベンゾシクロブテン膜を形成し、その後、該ベンゾシクロブテン膜を介して前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせることが好ましい。
また、前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせる工程の前に、前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層及び前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層の少なくとも一方の上にSiO2膜を形成し、その後、該SiO2膜を介して前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせることが好ましい。
このようにベンゾシクロブテン膜やSiO2膜を介して第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせることで、エピタキシャル層同士の接合をより機械的に強固なものとすることができる。
以上のように、本発明の発光素子であれば、発光波長の異なる複数の発光部が一つの発光素子に形成されることで、例えば、青~緑色系と黄~赤色系の2色以上の表示が可能であり、かつ、複数の波長の光をお互い干渉させることなく、高輝度を維持したまま外部に放射することができる発光素子となる。従って、本発明の発光素子であれば、狭ピッチの発光素子アレイに特に好適なものとなる。また、本発明の発光素子の製造方法であれば、2種類の発光波長の発光部を別々に形成してから接合するため、各々を最適な結晶成長条件で成長することができ、各々の発光波長に対して高効率の発光層(発光素子領域)を得ることができる。従って、発光波長の異なる複数の発光部を備え、かつ複数の波長の光をお互い干渉させることなく、高輝度を維持したまま外部に放射することができる狭ピッチの発光素子アレイに好適な発光素子を容易に製造することができる。
上述のように、発光波長の異なる複数の発光部が一つの発光素子に形成され、狭ピッチの発光素子アレイに好適な発光素子及びこのような発光素子の製造方法の開発が求められていた。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、2種類の発光波長の発光部を別々に形成してから接合する方法であれば、各々を最適な結晶成長条件で成長することができるため、発光波長の異なる複数の発光部が一つの発光素子に形成された発光素子を容易に製造できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、窓層兼支持基板と、前記窓層兼支持基板上に設けられた発光波長の異なる複数の発光部を備えた発光素子であって、前記複数の発光部は、いずれも、第二導電型の第二半導体層、活性層、及び第一導電型の第一半導体層とがこの順に形成された構造を有し、前記第一半導体層又は前記第二半導体層と前記活性層とが除去された除去部と、前記除去部以外の非除去部とを有し、さらに、前記非除去部に設けられた第一オーミック電極と、前記除去部に設けられた第二オーミック電極とを有するものである発光素子である。
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(第一の実施形態)
本発明の発光素子の第一の実施形態について、図1(h)を参照して説明する。図1(h)に示すように、本発明の第一の実施形態における発光素子12は、窓層兼支持基板であるサファイア基板155と、サファイア基板155上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
本発明の発光素子の第一の実施形態について、図1(h)を参照して説明する。図1(h)に示すように、本発明の第一の実施形態における発光素子12は、窓層兼支持基板であるサファイア基板155と、サファイア基板155上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
青緑系のInGaN系材料からなる発光部は、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)151、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層152、及びAlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)153とがこの順に形成された構造を有し、P型クラッド層153と活性層152とが除去された除去部170と、除去部170以外の非除去部160とを有し、さらに、非除去部160に設けられ、P型クラッド層153と接している第三電極(第一オーミック電極)161と、除去部170に設けられ、N型クラッド層151と接している第四電極(第二オーミック電極)171とを有する。
赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)103、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層102、及び(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)101とがこの順に形成された構造を有し、N型クラッド層101と活性層102とが除去された除去部120と、除去部120以外の非除去部110とを有し、さらに、非除去部110に設けられ、N型クラッド層101と接している第一電極(第一オーミック電極)111と、除去部120に設けられ、P型クラッド層103と接している第二電極(第二オーミック電極)121とを有する。また、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、青緑系のInGaN系材料からなるエピタキシャル層の上に接合されている。
また、2つの発光部は、いずれも、絶縁層115で被覆されており、第一電極111、第二電極121、第三電極161、第四電極171の上には、バンプ140が形成されている。
次に、本発明の第一の実施形態における発光素子の製造方法について、図1(a)~(h)を参照して説明する。まず、図1(a)に示すように、サファイア基板155上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)151、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層152、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)153を順次積層することで、青・緑色発光材料であるInGaN系エピタキシャルウェーハ150を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。
また、図1(b)に示すように、GaAs基板105上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)101、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層102、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)103を順次積層することで、赤・黄色発光材料であるAlGaInP系エピタキシャルウェーハ100を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。
次に、図1(c)に示すように、InGaN系エピタキシャルウェーハ150とAlGaInP系エピタキシャルウェーハ100を接合する。このとき、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ100とInGaN系エピタキシャルウェーハ150の両者をアルカリ溶液(KOH水溶液あるいはNaOH水溶液など)に浸して表面をアルカリ処理し、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ100とInGaN系エピタキシャルウェーハ150のエピタキシャル面同士(P型クラッド層103とP型クラッド層153)を真空中で接触させ、500N以上の圧力で両者を圧着し、かつ、500℃以上の温度に保持することで、両者のウェーハを接合した接合ウェーハ10を形成することができる。
また、接合前に、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ100のGaAs基板厚をエッチングあるいは研削により50~100μm程度の厚さまで薄膜加工してもよい。薄膜加工により、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ100が接合中に変形しやすくなり、接合後の歩留まりを上げる効果がある。
次に、図1(d)に示すように、化学的エッチングによりAlGaInP系エピタキシャルウェーハ100のGaAs基板105を除去したウェーハ11を形成する。化学的エッチング液は、AlGaInP系材料とエッチング選択性があるものが好ましく、一般にはアンモニア含有エッチャントで除去する。この場合、薄膜加工や除去する基板はサファイア基板155としてもよい。
次に、図1(e)に示すように、AlGaInP系材料からなるエピタキシャル層において、N型クラッド層101及び活性層102の一部を除去して、除去部120及び非除去部110を形成する。このときの除去は、例えば、非除去部110をマスクして、エッチングにより行うことができる。そして、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ100のN型クラッド層101(非除去部110)上に第一電極(第一オーミック電極)111を形成し、N型クラッド層101及び活性層102の一部を切り欠いた領域(除去部)120の一部に第二電極(第二オーミック電極)121を形成する。
次に、図1(f)、(g)に示すように、InGaN系材料からなるエピタキシャル層の第一電極111及び第二電極121が形成されていない領域130において、P型クラッド層153及び活性層152の一部を除去して、除去部170及び非除去部160を形成する。このときの除去は、例えば、非除去部160及びAlGaInP系材料からなる発光部をマスクして、Cl系ガス(Cl2,BCl3,SiCl4)を含有する雰囲気のICPエッチング法により行うことができる。
次に、図1(g)に示すように、露出したInGaN系エピタキシャルウェーハ150のP型クラッド層153の一部(非除去部160)に第三電極(第一オーミック電極)161を形成し、P型クラッド層153及び活性層152の一部を切り欠いた領域(除去部)170の一部に第四電極(第二オーミック電極)171を形成する。
次に、図1(h)に示すように、第一電極111、第二電極121、第三電極161、第四電極171の上にバンプ140を形成し、発光ウェーハ(発光素子)12を作製する。なお、バンプはスタッドにて形成してもよく、鍍金にて形成してもよい。
(第二の実施形態)
本発明の発光素子の第二の実施形態について、図2(h)を参照して説明する。図2(h)に示すように、本発明の第二の実施形態における発光素子22は、窓層兼支持基板であるサファイア基板255と、サファイア基板255上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
本発明の発光素子の第二の実施形態について、図2(h)を参照して説明する。図2(h)に示すように、本発明の第二の実施形態における発光素子22は、窓層兼支持基板であるサファイア基板255と、サファイア基板255上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
青緑系のInGaN系材料からなる発光部は、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)251、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層252、及びAlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)253とがこの順に形成された構造を有し、P型クラッド層253と活性層252とが除去された除去部270と、除去部270以外の非除去部260とを有し、さらに、非除去部260に設けられ、P型クラッド層253と接している第三電極(第一オーミック電極)261と、除去部270に設けられ、第二半導体層251と接している第四電極(第二オーミック電極)271とを有する。
赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)203、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層202、及び(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)201とがこの順に形成された構造を有し、N型クラッド層201と活性層202とが除去された除去部220と、除去部220以外の非除去部210とを有し、さらに、非除去部210に設けられ、N型クラッド層201と接している第一電極(第一オーミック電極)211と、除去部220に設けられ、P型クラッド層203と接している第二電極(第二オーミック電極)221とを有する。また、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、青緑系のInGaN系材料からなるエピタキシャル層の上にベンゾシクロブテン膜204を介して接合されている。
また、2つの発光部は、いずれも、絶縁層215で被覆されており、第一電極211、第二電極221、第三電極261、第四電極271の上には、バンプ240が形成されている。
次に、本発明の第二の実施形態における発光素子の製造方法について、図2(a)~(h)を参照して説明する。まず、図2(a)に示すように、サファイア基板255上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)251、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層252、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)253を順次積層することで青・緑色発光材料であるInGaN系エピタキシャルウェーハ250を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。
また、図2(b)に示すように、GaAs基板205上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)201、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層202、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)203を順次積層することで、赤・黄色発光材料であるAlGaInP系エピタキシャルウェーハ200を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。
次に、ベンゾシクロブテン(BCB)を、回転数3,000rpm以上にてAlGaInP系エピタキシャルウェーハ200のエピタキシャル面(P型クラッド層203上)に塗布して、1μm前後の膜厚のBCB膜204を形成する。そして、図2(c)に示すように、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ200のBCB塗布面を、InGaN系エピタキシャルウェーハ250のエピタキシャル面(P型クラッド層253)に対向させて接触させ、500N以上の圧力で両者を圧着し、かつ、150℃以上の温度に保持することで、両者のウェーハを接合した接合ウェーハ20を形成することができる。なお、BCB膜は、第一のエピタキシャル基板、第二のエピタキシャル基板のいずれか一方だけに形成してもよいし、両方に形成してもよい。
また、接合前に、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ200のGaAs基板厚をエッチングあるいは研削により50~100μm程度の厚さまで薄膜加工してもよい。薄膜加工により、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ200が接合中に変形しやすくなり、接合後の歩留まりを上げる効果がある。
次に、図2(d)に示すように、化学的エッチングによりAlGaInP系エピタキシャルウェーハ200のGaAs基板205を除去したウェーハ21を形成する。化学的エッチング液は、AlGaInP系材料とエッチング選択性があるものが好ましく、一般にはアンモニア含有エッチャントで除去する。この場合、薄膜加工や除去する基板はサファイア基板255としてもよい。
次に、図2(e)に示すように、AlGaInP系材料からなるエピタキシャル層において、N型クラッド層201及び活性層202の一部を除去して、除去部220及び非除去部210を形成する。このときの除去は、例えば、非除去部210をマスクして、エッチングにより行うことができる。そして、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ200のN型クラッド層201(非除去部210)上に第一電極(第一オーミック電極)211を形成し、N型クラッド層201及び活性層202の一部を切り欠いた領域(除去部)220の一部に第二電極(第二オーミック電極)221を形成する。
次に、図2(f)、(g)に示すように、InGaN系材料からなるエピタキシャル層の第一電極211及び第二電極221が形成されていない領域230において、F系ガス(CF4,CHF3,C2F6,C3F8,NF3,SF4,SF6)を含有する雰囲気のICPエッチング法にて、BCB膜204を除去し、InGaN系エピタキシャルウェーハの表面(P型クラッド層253)を露出させる。そして、P型クラッド層253及び活性層252の一部を除去して、除去部270及び非除去部260を形成する。このときの除去は、例えば、非除去部260及びAlGaInP系材料からなる発光部をマスクして、Cl系ガス(Cl2,BCl3,SiCl4)を含有する雰囲気のICPエッチング法により行うことができる。
次に、図2(g)に示すように、露出したInGaN系エピタキシャルウェーハ250のP型クラッド層253の一部(非除去部260)に第三電極(第一オーミック電極)261を形成し、P型クラッド層253及び活性層252の一部を切り欠いた領域(除去部)270の一部に第四電極(第二オーミック電極)271を形成する。
次に、図2(h)に示すように、第一電極211、第二電極221、第三電極261、第四電極271の上にバンプ240を形成し、発光ウェーハ(発光素子)22を作製する。なお、バンプはスタッドにて形成してもよく、鍍金にて形成してもよい。
(第三の実施形態)
本発明の発光素子の第三の実施形態について、図3(h)を参照して説明する。図3(h)に示すように、本発明の第三の実施形態における発光素子32は、窓層兼支持基板であるサファイア基板355と、サファイア基板355上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
本発明の発光素子の第三の実施形態について、図3(h)を参照して説明する。図3(h)に示すように、本発明の第三の実施形態における発光素子32は、窓層兼支持基板であるサファイア基板355と、サファイア基板355上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
青緑系のInGaN系材料からなる発光部は、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)351、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層352、及びAlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)353とがこの順に形成された構造を有し、P型クラッド層353と活性層352とが除去された除去部370と、除去部370以外の非除去部360とを有し、さらに、非除去部360に設けられ、P型クラッド層353と接している第三電極(第一オーミック電極)361と、除去部370に設けられ、N型クラッド層351と接している第四電極(第二オーミック電極)371とを有する。
赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)303、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層302、及び(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)301とがこの順に形成された構造を有し、N型クラッド層301と活性層302とが除去された除去部320と、除去部320以外の非除去部310とを有し、さらに、非除去部310に設けられ、N型クラッド層301と接している第一電極(第一オーミック電極)311と、除去部320に設けられ、P型クラッド層303と接している第二電極(第二オーミック電極)321とを有する。また、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、青緑系のInGaN系材料からなるエピタキシャル層の上に2層のSiO2膜306、356を介して接合されている。
また、2つの発光部は、いずれも、絶縁層315で被覆されており、第一電極311、第二電極321、第三電極361、第四電極371の上には、バンプ340が形成されている。
次に、本発明の第三の実施形態における発光素子の製造方法について、図3(a)~(h)を参照して説明する。まず、図3(a)に示すように、サファイア基板355上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)351、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層352、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)353を順次積層することで、青・緑色発光材料であるInGaN系エピタキシャルウェーハ350を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。そして、P型クラッド層353上に、SiO2膜356を形成する。
また、図3(b)に示すように、GaAs基板305上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)301、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層302、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)303を順次積層することで、赤・黄色発光材料であるAlGaInP系エピタキシャルウェーハ300を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。そして、P型クラッド層303上に、SiO2膜306を形成する。なお、SiO2膜は、第一のエピタキシャル基板、第二のエピタキシャル基板のいずれか一方だけに形成してもよいし、両方に形成してもよい。
次に、図3(c)に示すように、InGaN系エピタキシャルウェーハ350とAlGaInP系エピタキシャルウェーハ300を接合する。このとき、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ300とInGaN系エピタキシャルウェーハ350の両者をアルカリ溶液(KOH水溶液あるいはNaOH水溶液など)に浸して表面をアルカリ処理し、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ300とInGaN系エピタキシャルウェーハ350のSiO2膜同士を真空中で接触させ、500N以上の圧力で両者を圧着し、かつ、700℃以上の温度に保持することで、両者のウェーハを接合した接合ウェーハ30を形成することができる。
次に、図3(d)に示すように、化学的エッチングによりAlGaInP系エピタキシャルウェーハ300のGaAs基板305を除去したウェーハ31を形成する。化学的エッチング液は、AlGaInP系材料とエッチング選択性があるものが好ましく、一般にはアンモニア含有エッチャントで除去する。この場合、薄膜加工や除去する基板はサファイア基板355としてもよい。
次に、図3(e)に示すように、AlGaInP系材料からなるエピタキシャル層において、N型クラッド層301及び活性層302の一部を除去して、除去部320及び非除去部310を形成する。このときの除去は、例えば、非除去部310をマスクして、エッチングにより行うことができる。そして、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ300のN型クラッド層301(非除去部310)上に第一電極(第一オーミック電極)311を形成し、N型クラッド層301及び活性層302の一部を切り欠いた領域(除去部)320の一部に第二電極(第二オーミック電極)321を形成する。
次に、図3(f)、(g)に示すように、InGaN系材料からなるエピタキシャル層の第一電極311及び第二電極321が形成されていない領域330において、F系ガス(CF4,CHF3,C2F6,C3F8,NF3,SF4,SF6)を含有する雰囲気のICPエッチング法にて、SiO2膜306,356を除去し、InGaN系エピタキシャルウェーハの表面(P型クラッド層353)を露出させる。そして、P型クラッド層353及び活性層352の一部を除去して、除去部370及び非除去部360を形成する。このときの除去は、例えば、非除去部360及びAlGaInP系材料からなる発光部をマスクして、Cl系ガス(Cl2,BCl3,SiCl4)を含有する雰囲気のICPエッチング法により行うことができる。
次に、図3(g)に示すように、露出したInGaN系エピタキシャルウェーハ350のP型クラッド層353の一部(非除去部360)に第三電極(第一オーミック電極)361を形成し、P型クラッド層353及び活性層352の一部を切り欠いた領域(除去部)370の一部に第四電極(第二オーミック電極)371を形成する。
次に、図3(h)に示すように、第一電極311、第二電極321、第三電極361、第四電極371の上にバンプ340を形成し、発光ウェーハ(発光素子)32を作製する。なお、バンプはスタッドにて形成してもよく、鍍金にて形成してもよい。
(第四の実施形態)
本発明の発光素子の第四の実施形態について、図4(h)を参照して説明する。図4(h)に示すように、本発明の第四の実施形態における発光素子42は、窓層兼支持基板であるサファイア基板455と、サファイア基板455上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
本発明の発光素子の第四の実施形態について、図4(h)を参照して説明する。図4(h)に示すように、本発明の第四の実施形態における発光素子42は、窓層兼支持基板であるサファイア基板455と、サファイア基板455上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
青緑系のInGaN系材料からなる発光部は、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)451、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層452、及びAlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)453とがこの順に形成された構造を有し、P型クラッド層453と活性層452とが除去された除去部470と、除去部470以外の非除去部460とを有し、さらに、非除去部460に設けられ、P型クラッド層453と接している第三電極(第一オーミック電極)461と、除去部470に設けられ、N型クラッド層451と接している第四電極(第二オーミック電極)471とを有する。
赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)403、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層402、及び(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)401とがこの順に形成された構造を有し、N型クラッド層401と活性層402とが除去された除去部420と、除去部420以外の非除去部410とを有し、さらに、非除去部410に設けられ、N型クラッド層401と接している第一電極(第一オーミック電極)411と、除去部420に設けられ、P型クラッド層403と接している第二電極(第二オーミック電極)421とを有する。また、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、青緑系のInGaN系材料からなる発光部を構成しているエピタキシャル層(N型クラッド層451、活性層452、及びP型クラッド層453)の上に接合されている。
また、2つの発光部は、いずれも、絶縁層415で被覆されており、第一電極411、第二電極421、第三電極461、第四電極471の上には、バンプ440が形成されている。
次に、本発明の第四の実施形態における発光素子の製造方法について、図4(a)~(h)を参照して説明する。まず、図4(a)に示すように、サファイア基板455上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)451、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層452、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)453を順次積層することで、青・緑色発光材料であるInGaN系エピタキシャルウェーハ450を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。
また、図4(b)に示すように、GaAs基板405上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)401、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層402、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)403を順次積層することで、赤・黄色発光材料であるAlGaInP系エピタキシャルウェーハ400を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。
次に、図4(c)に示すように、InGaN系エピタキシャルウェーハ450とAlGaInP系エピタキシャルウェーハ400を接合する。このとき、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ400とInGaN系エピタキシャルウェーハ450の両者をアルカリ溶液(KOH水溶液あるいはNaOH水溶液など)に浸して表面をアルカリ処理し、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ400とInGaN系エピタキシャルウェーハ450のエピタキシャル面同士(P型クラッド層403とP型クラッド層453)を真空中で接触させ、500N以上の圧力で両者を圧着し、かつ、500℃以上の温度に保持することで、両者のウェーハを接合した接合ウェーハ40を形成することができる。
また、接合前に、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ400のGaAs基板厚をエッチングあるいは研削により50~100μm程度の厚さまで薄膜加工してもよい。薄膜加工により、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ400が接合中に変形しやすくなり、接合後の歩留まりを上げる効果がある。
次に、図4(d)に示すように、化学的エッチングによりAlGaInP系エピタキシャルウェーハ400のGaAs基板405を除去したウェーハ41を形成する。化学的エッチング液は、AlGaInP系材料とエッチング選択性があるものが好ましく、一般にはアンモニア含有エッチャントで除去する。この場合、薄膜加工や除去する基板はサファイア基板455としてもよい。
次に、図4(e)に示すように、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ400のN型クラッド層401(非除去部410)上に第一電極(第一オーミック電極)411を形成し、領域420にてP型クラッド層403に達する穴もしくは溝状の形状を開け(即ち、N型クラッド層401及び活性層402を除去して除去部を設け)、領域420の底部にP型クラッド層403に接する第二電極(第二オーミック電極)421を形成する。
次に、図4(f)に示すように、AlGaInP系材料からなるエピタキシャル層において、第一電極411及び第二電極421が形成されていない領域430の一部を除去する。領域430の除去には、Cl系ガス(Cl2,BCl3,SiCl4)を含有する雰囲気のICPエッチング法を用い、InGaN系エピタキシャルウェーハの表面(P型クラッド層453)を露出させる。
次に、図4(g)に示すように、露出したInGaN系エピタキシャルウェーハ450のP型クラッド層453の一部(非除去部460)に第三電極(第一オーミック電極)461を形成し、領域470にてN型クラッド層451に達する穴もしくは溝状の形状を開け(即ち、P型クラッド層453及び活性層452を除去して除去部を設け)、領域470の底部にN型クラッド層451に接する第四電極(第二オーミック電極)471を形成する。
次に、図4(h)に示すように、第一電極411、第二電極421、第三電極461、第四電極471の上にバンプ440を形成し、発光ウェーハ(発光素子)42を作製する。なお、バンプはスタッドにて形成してもよく、鍍金にて形成してもよい。
(第五の実施形態)
本発明の発光素子の第五の実施形態について、図5(h)を参照して説明する。図5(h)に示すように、本発明の第五の実施形態における発光素子52は、窓層兼支持基板であるサファイア基板555と、サファイア基板555上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
本発明の発光素子の第五の実施形態について、図5(h)を参照して説明する。図5(h)に示すように、本発明の第五の実施形態における発光素子52は、窓層兼支持基板であるサファイア基板555と、サファイア基板555上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
青緑系のInGaN系材料からなる発光部は、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)551、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層552、及びAlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)553とがこの順に形成された構造を有し、P型クラッド層553と活性層552とが除去された除去部570と、除去部570以外の非除去部560とを有し、さらに、非除去部560に設けられ、P型クラッド層553と接している第三電極(第一オーミック電極)561と、除去部570に設けられ、N型クラッド層551と接している第四電極(第二オーミック電極)571とを有する。
赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)503、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層502、及び(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)501とがこの順に形成された構造を有し、N型クラッド層501と活性層502とが除去された除去部520と、除去部520以外の非除去部510とを有し、さらに、非除去部510に設けられ、N型クラッド層501と接している第一電極(第一オーミック電極)511と、除去部520に設けられ、P型クラッド層503と接している第二電極(第二オーミック電極)521とを有する。また、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、青緑系のInGaN系材料からなる発光部を構成しているエピタキシャル層(N型クラッド層551、活性層552、及びP型クラッド層553)の上にベンゾシクロブテン膜504を介して接合されている。
また、2つの発光部は、いずれも、絶縁層515で被覆されており、第一電極511、第二電極521、第三電極561、第四電極571の上には、バンプ540が形成されている。
次に、本発明の第五の実施形態における発光素子の製造方法について、図5(a)~(h)を参照して説明する。まず、図5(a)に示すように、サファイア基板555上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)551、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層552、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)553を順次積層することで、青・緑色発光材料であるInGaN系エピタキシャルウェーハ550を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。
また、図5(b)に示すように、GaAs基板505上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)501、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層502、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)503を順次積層することで、赤・黄色発光材料であるAlGaInP系エピタキシャルウェーハ500を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。
次に、ベンゾシクロブテン(BCB)を、回転数3,000rpm以上にてAlGaInP系エピタキシャルウェーハ500のエピタキシャル面(P型クラッド層503上)に塗布して、1μm前後の膜厚のBCB膜504を形成する。そして、図5(c)に示すように、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ500のBCB塗布面を、InGaN系エピタキシャルウェーハ550のエピタキシャル面(P型クラッド層553)に対向させて接触させ、500N以上の圧力で両者を圧着し、かつ、150℃以上の温度に保持することで、両者のウェーハを接合した接合ウェーハ50を形成することができる。なお、BCB膜は、第一のエピタキシャル基板、第二のエピタキシャル基板のいずれか一方だけに形成してもよいし、両方に形成してもよい。
また、接合前に、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ500のGaAs基板厚をエッチングあるいは研削により50~100μm程度の厚さまで薄膜加工してもよい。薄膜加工により、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ500が接合中に変形しやすくなり、接合後の歩留まりを上げる効果がある。
次に、図5(d)に示すように、化学的エッチングによりAlGaInP系エピタキシャルウェーハ500のGaAs基板505を除去したウェーハ51を形成する。化学的エッチング液は、AlGaInP系材料とエッチング選択性があるものが好ましく、一般にはアンモニア含有エッチャントで除去する。この場合、薄膜加工や除去する基板はサファイア基板555としてもよい。
次に、図5(e)に示すように、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ500のN型クラッド層501(非除去部510)上に第一電極(第一オーミック電極)511を形成し、領域520にてP型クラッド層503に達する穴もしくは溝状の形状を開け(即ち、N型クラッド層501及び活性層502を除去して除去部を設け)、領域520の底部にP型クラッド層503に接する第二電極(第二オーミック電極)521を形成する。
次に、図5(f)に示すように、AlGaInP系材料からなるエピタキシャル層において、第一電極511及び第二電極521が形成されていない領域530の一部を除去する。領域530の除去には、Cl系ガス(Cl2,BCl3,SiCl4)を含有する雰囲気のICPエッチング法を用い、InGaN系エピタキシャルウェーハ表面のBCB膜504を露出させる。そして、F系ガス(CF4,CHF3,C2F6,C3F8,NF3,SF4,SF6)を含有する雰囲気のICPエッチング法にて、BCB膜504を除去し、InGaN系エピタキシャルウェーハの表面(P型クラッド層553)を露出させる。
次に、図5(g)に示すように、露出したInGaN系エピタキシャルウェーハ550のP型クラッド層553の一部(非除去部560)に第三電極(第一オーミック電極)561を形成し、領域570にてN型クラッド層551に達する穴もしくは溝状の形状を開け(即ち、P型クラッド層553及び活性層552を除去して除去部を設け)、領域570の底部にN型クラッド層551に接する第四電極(第二オーミック電極)571を形成する。
次に、図5(h)に示すように、第一電極511、第二電極521、第三電極561、第四電極571の上にバンプ540を形成し、発光ウェーハ(発光素子)52を作製する。なお、バンプはスタッドにて形成してもよく、鍍金にて形成してもよい。
(第六の実施形態)
本発明の発光素子の第六の実施形態について、図6(h)を参照して説明する。図6(h)に示すように、本発明の第六の実施形態における発光素子62は、窓層兼支持基板であるサファイア基板655と、サファイア基板655上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
本発明の発光素子の第六の実施形態について、図6(h)を参照して説明する。図6(h)に示すように、本発明の第六の実施形態における発光素子62は、窓層兼支持基板であるサファイア基板655と、サファイア基板655上に設けられた青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を備えた発光素子である。
青緑系のInGaN系材料からなる発光部は、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)651、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層652、及びAlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)653とがこの順に形成された構造を有し、P型クラッド層653と活性層652とが除去された除去部670と、除去部670以外の非除去部660とを有し、さらに、非除去部660に設けられ、P型クラッド層653と接している第三電極(第一オーミック電極)661と、除去部670に設けられ、N型クラッド層651と接している第四電極(第二オーミック電極)671とを有する。
赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)603、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層602、及び(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)601とがこの順に形成された構造を有し、N型クラッド層601と活性層602とが除去された除去部620と、除去部620以外の非除去部610とを有し、さらに、非除去部610に設けられ、N型クラッド層601と接している第一電極(第一オーミック電極)611と、除去部620に設けられ、P型クラッド層603と接している第二電極(第二オーミック電極)621とを有する。また、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部は、青緑系のInGaN系材料からなる発光部を構成しているエピタキシャル層(N型クラッド層651、活性層652、及びP型クラッド層653)の上に2層のSiO2膜606、656を介して接合されている。
また、2つの発光部は、いずれも、絶縁層615で被覆されており、第一電極611、第二電極621、第三電極661、第四電極671の上には、バンプ640が形成されている。
次に、本発明の第六の実施形態における発光素子の製造方法について、図6(a)~(h)を参照して説明する。まず、図6(a)に示すように、サファイア基板655上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるN型クラッド層(第二半導体層)651、InsGa1-sN(0≦s≦1)からなる活性層652、AlsGa1-sN(0≦s≦1)からなるP型クラッド層(第一半導体層)653を順次積層することで、青・緑色発光材料であるInGaN系エピタキシャルウェーハ650を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。そして、P型クラッド層653上に、SiO2膜656を形成する。
また、図6(b)に示すように、GaAs基板605上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)法にて、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるN型クラッド層(第二半導体層)601、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなる活性層602、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1,0.4≦y≦0.6)からなるP型クラッド層(第一半導体層)603を順次積層することで、赤・黄色発光材料であるAlGaInP系エピタキシャルウェーハ600を作製する。なお、作製方法はMOVPEに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法や、化学線エピタキシー(CBE)法で作製してもよい。そして、P型クラッド層603上に、SiO2膜606を形成する。なお、SiO2膜は、第一のエピタキシャル基板、第二のエピタキシャル基板のいずれか一方だけに形成してもよいし、両方に形成してもよい。
次に、図6(c)に示すように、InGaN系エピタキシャルウェーハ650とAlGaInP系エピタキシャルウェーハ600を接合する。このとき、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ600とInGaN系エピタキシャルウェーハ650の両者をアルカリ溶液(KOH水溶液あるいはNaOH水溶液など)に浸して表面をアルカリ処理し、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ600とInGaN系エピタキシャルウェーハ650のSiO2膜同士を真空中で接触させ、500N以上の圧力で両者を圧着し、かつ、700℃以上の温度に保持することで、両者のウェーハを接合した接合ウェーハ60を形成することができる。
次に、図6(d)に示すように、化学的エッチングによりAlGaInP系エピタキシャルウェーハ600のGaAs基板605を除去したウェーハ61を形成する。化学的エッチング液は、AlGaInP系材料とエッチング選択性があるものが好ましく、一般にはアンモニア含有エッチャントで除去する。この場合、薄膜加工や除去する基板はサファイア基板655としてもよい。
次に、図6(e)に示すように、AlGaInP系エピタキシャルウェーハ600のN型クラッド層601(非除去部610)上に第一電極(第一オーミック電極)611を形成し、領域620にてP型クラッド層603に達する穴もしくは溝状の形状を開け(即ち、N型クラッド層601及び活性層602を除去して除去部を設け)、領域620の底部にP型クラッド層603に接する第二電極(第二オーミック電極)621を形成する。
次に、図6(f)に示すように、AlGaInP系材料からなるエピタキシャル層において、第一電極611及び第二電極621が形成されていない領域630の一部を除去する。領域630の除去には、Cl系ガス(Cl2,BCl3,SiCl4)を含有する雰囲気のICPエッチング法を用い、InGaN系エピタキシャルウェーハ上に形成されているSiO2膜606を露出させる。そして、F系ガス(CF4,CHF3,C2F6,C3F8,NF3,SF4,SF6)を含有する雰囲気のICPエッチング法にて、SiO2膜606,656を除去し、InGaN系エピタキシャルウェーハの表面(P型クラッド層653)を露出させる。
次に、図6(g)に示すように、露出したInGaN系エピタキシャルウェーハ650のP型クラッド層653の一部(非除去部660)に第三電極(第一オーミック電極)661を形成し、領域670にてN型クラッド層651に達する穴もしくは溝状の形状を開け(即ち、P型クラッド層653及び活性層652を除去して除去部を設け)、領域670の底部にN型クラッド層651に接する第四電極(第二オーミック電極)671を形成する。
次に、図6(h)に示すように、第一電極611、第二電極621、第三電極661、第四電極671の上にバンプ640を形成し、発光ウェーハ(発光素子)62を作製する。なお、バンプはスタッドにて形成してもよく、鍍金にて形成してもよい。
なお、上記の第一から第六の実施形態で製造される発光素子は、いずれも、青緑系のInGaN系材料からなる発光部が、サファイア基板(窓層兼支持基板)側からN型クラッド層(第二半導体層)、活性層、P型クラッド層(第一半導体層)の順に形成され、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部が、サファイア基板(窓層兼支持基板)側からP型クラッド層(第一半導体層)、活性層、N型クラッド層(第二半導体層)の順に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。各発光部における第二半導体層と第一半導体層の順番を変える場合には、第一のエピタキシャル基板あるいは第二のエピタキシャル基板を作製する際に、第二半導体層と第一半導体層を形成する順番を変えればよい。
また、第一から第六の実施形態に示されるように、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を、青緑系のInGaN系材料からなるエピタキシャル層の上に接合した場合であっても、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部と青緑系のInGaN系材料からなるエピタキシャル層との接合面は高抵抗であるため、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を通電させた際に、その下部にある青緑系のInGaN系材料からなるエピタキシャル層まで通電されることはない。
(発光素子アレイ基板の製造方法)
次に、上記の第一から第六の実施形態により製造された発光素子を配線基板に実装して発光素子アレイ基板を製造する方法の一例について、図7~9を参照しながら説明する。
次に、上記の第一から第六の実施形態により製造された発光素子を配線基板に実装して発光素子アレイ基板を製造する方法の一例について、図7~9を参照しながら説明する。
最初に、図7に示すように、Siウェーハ700上に、青・緑系発光素子用FET制御部701と黄・赤系発光素子用FET制御部751を設ける。FET制御部701、751はそれぞれソース電極(711,761)、ドレイン電極(712,762)、ゲート酸化膜(713,763)、ゲート電極(714,764)、反転領域(715,765)を有する。ドレイン電極(712,762)は、配線(740,790)を介して、ソースライン(741,791)につながっている。配線部(721,722,771,772)上の一部には、パッド電極部(731,732,781,782)を設け、駆動回路ウェーハ800を形成する。
なお、図7に示される駆動回路ウェーハ800の代わりに、図8に示される駆動回路ウェーハ800’を使用してもよい。駆動回路ウェーハ800’は、図8に示すように、Siウェーハ700’において、FET制御部(701’,751’)が、配線部(721’,722’,771’,772’)及びパッド電極部(731’,732’,781’,782’)と同じ面ではなく、ビア(745’,795’)を介して反対面に形成されたものである。なお、ソース電極(711’,761’)、ドレイン電極(712’,762’)、ゲート酸化膜(713’,763’)、ゲート電極(714’,764’)、反転領域(715’,765’)、配線(740’,790’)、ソースライン(741’,791’)は、上記の駆動回路ウェーハ800と同様に形成されている。
次に発光ウェーハ(12,22,32,42,52,62)と駆動回路ウェーハ800を重ねて接合するが、第一の実施形態を例に説明する。図9に示すように、発光ウェーハ12上のバンプ140と駆動回路ウェーハ800上のパッド電極部(731,732,781,782)が重なるように合わせ、10N以上の圧力と超音波を印加し、バンプ140とパッド電極部(731,732,781,782)を結合させ、発光素子アレイ基板900を得る。
なお、第一の実施形態において、GaNは赤~黄色発光波長に対して屈折率2.4、であり、AlGaInPの屈折率は3.4である。このときの全反射角は、40度と広い配光角を得ることができる。
また、第二及び第三の実施形態においては、BCB膜及びSiO2膜を介して接合するため、SiO2膜の屈折率は1.5、AlGaInPの屈折率は3.4である。このときの全反射角は、24度で第一の実施形態より配光角は狭いが、第一の実施形態に比較して機械的に強固な接合を得られる。
また、第四から六の実施形態においては、発光層を切り欠くのではなく、ビアを形成して下部層とオーミックコンタクトを取るので、発光層の面積を広く取ることが可能であり、1素子当たりの輝度を増加させた発光素子アレイを実現することができる。
また、第一から第三の実施形態においては、1ピクセルを形成するため、異なる発光波長の発光素子を平面方向に配置しているが、第四から六の実施形態においては、光取り出し方向に複数の波長の発光素子を積層して設けることが可能であり、1ピクセルの面積がコンタクトに必要な最低限の面積を有するのみで実現可能である。従って、1ピクセル当たりの素子を大きく設計することが可能であり、素子面積を大きくすることにより、1素子当たりの特性ばらつきを小さくすることができる。
なお、上記の第一から第六の実施形態では、発光波長の異なる複数の発光部として、青緑系のInGaN系材料からなる発光部と赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を用いた例を示したが、本発明における発光部は、これらに限定されるものではなく、従来公知のあらゆる発光波長(材料)のもの、例えば前記の材料の他、ZnSe系、ZnO系、GaO系などの材料を使用することができる。そして、発光素子の製造において、第一のエピタキシャル基板及び第二のエピタキシャル基板として、所望の発光波長を有するエピタキシャル基板を準備し、これらを接合することで、複数の所望の発光波長の発光部を組み合わせた発光素子を容易に製造することができる。
以上のように、本発明の発光素子であれば、発光波長の異なる複数の発光部が一つの発光素子に形成されることで、例えば、青~緑色系と黄~赤色系の2色以上の表示が可能であり、かつ、複数の波長の光をお互い干渉させることなく、高輝度を維持したまま外部に放射することができる発光素子となる。従って、本発明の発光素子であれば、狭ピッチの発光素子アレイに特に好適なものとなる。また、本発明の発光素子の製造方法であれば、2種類の発光波長の発光部を別々に形成してから接合するため、各々を最適な結晶成長条件で成長することができ、各々の発光波長に対して高効率の発光層(発光素子領域)を得ることができる。従って、発光波長の異なる複数の発光部を備え、かつ複数の波長の光をお互い干渉させることなく、高輝度を維持したまま外部に放射することができる狭ピッチの発光素子アレイに好適な発光素子を容易に製造することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
Claims (10)
- 窓層兼支持基板と、前記窓層兼支持基板上に設けられた発光波長の異なる複数の発光部を備えた発光素子であって、
前記複数の発光部は、いずれも、第二導電型の第二半導体層、活性層、及び第一導電型の第一半導体層とがこの順に形成された構造を有し、前記第一半導体層又は前記第二半導体層と前記活性層とが除去された除去部と、前記除去部以外の非除去部とを有し、さらに、前記非除去部に設けられた第一オーミック電極と、前記除去部に設けられた第二オーミック電極とを有するものであることを特徴とする発光素子。 - 前記複数の発光部のうち一つの発光部は、前記窓層兼支持基板上に直接形成されたエピタキシャル層からなるものであり、他の発光部は、前記エピタキシャル層の上に接合されたものであることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記窓層兼支持基板上に直接形成されたエピタキシャル層と前記エピタキシャル層の上に接合された発光部の間に、ベンゾシクロブテン膜又はSiO2膜を有するものであることを特徴とする請求項2に記載の発光素子。
- 前記複数の発光部は、青緑系のInGaN系材料からなる発光部と、赤黄系のAlGaInP系材料からなる発光部を含むものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発光素子。
- 発光素子を製造する方法であって、
第一の基板上に第一の波長の光を発光させるエピタキシャル層を成長させた第一のエピタキシャル基板と、第二の基板上に第二の波長の光を発光させるエピタキシャル層を成長させた第二のエピタキシャル基板とを準備する工程と、
前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせる工程と、
該貼り合わせたエピタキシャル基板から、前記第一の基板又は前記第二の基板を除去する工程と、
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記第一の波長の光を発光させるエピタキシャル層を、InGaN系材料とし、前記第二の波長の光を発光させるエピタキシャル層を、AlGaInP系材料とすることを特徴とする請求項5に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第一の波長の光を発光させるエピタキシャル層及び前記第二の波長の光を発光させるエピタキシャル層として、第二導電型の第二半導体層、活性層、及び第一導電型の第一半導体層とがこの順に形成された構造を有するエピタキシャル層を形成することを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第一の基板又は前記第二の基板を除去する工程の後、前記第一の波長の光を発光させるエピタキシャル層及び前記第二の波長の光を発光させるエピタキシャル層のそれぞれにおいて、前記第一半導体層又は前記第二半導体層と前記活性層とを除去した除去部と前記除去部以外の非除去部とを形成し、前記非除去部に第一オーミック電極を設け、前記除去部に第二オーミック電極を設ける工程を有することを特徴とする請求項7に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせる工程の前に、前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層及び前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層の少なくとも一方の上にベンゾシクロブテン膜を形成し、その後、該ベンゾシクロブテン膜を介して前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせることを特徴とする請求項5から請求項8のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせる工程の前に、前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層及び前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層の少なくとも一方の上にSiO2膜を形成し、その後、該SiO2膜を介して前記第一のエピタキシャル基板のエピタキシャル層と前記第二のエピタキシャル基板のエピタキシャル層とを貼り合わせることを特徴とする請求項5から請求項8のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法。
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