光半導体装置及びその製造方法
【課題】光取り出し効率の向上と、均一な電流拡散、つまり電流−輝度特性の飽和電流値の向上との両方の特性の向上を満足させる。
【解決手段】ｎ型AlGaInP層の光取り出し面側の凸部構造ＳはAlGaInP半導体層の面方位［１１０］方向に沿う平行四辺形セルＣよりなり、各平行四辺形セルＣのＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線は、Ｖ字形溝、Ｕ字形溝をなしている。平行四辺形セルＣの各頂点は隣合う平行四辺形セルＣの頂点と一致せず、各平行四辺形セルＣで平行にずれている。平行四辺形セルＣのＶ字形溝が分断され、平行四辺形セルＣのエッジが連続した光取り出し面を形成する。［１１０］方向に対しては平行四辺形セルＣのエッジで連続しており、平行四辺形セルＣ単位で結合、分岐を繰返して電流拡散が促進され、実線矢印Ｊで示す［１１０］方向に流れる電流は阻害されない。
【解決手段】ｎ型AlGaInP層の光取り出し面側の凸部構造ＳはAlGaInP半導体層の面方位［１１０］方向に沿う平行四辺形セルＣよりなり、各平行四辺形セルＣのＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線は、Ｖ字形溝、Ｕ字形溝をなしている。平行四辺形セルＣの各頂点は隣合う平行四辺形セルＣの頂点と一致せず、各平行四辺形セルＣで平行にずれている。平行四辺形セルＣのＶ字形溝が分断され、平行四辺形セルＣのエッジが連続した光取り出し面を形成する。［１１０］方向に対しては平行四辺形セルＣのエッジで連続しており、平行四辺形セルＣ単位で結合、分岐を繰返して電流拡散が促進され、実線矢印Ｊで示す［１１０］方向に流れる電流は阻害されない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（LED）等の光半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光半導体装置として、GaAs成長基板上にGaAsと格子整合するAlGaInP発光層及びその上にGaAsと格子不整合のGaInPコンタクト層をエピタキシャル成長させ、さらにその上に反射層を化学的気相成長（CVD）法、スパッタリング法等によって形成した半導体積層体を得、次いで、この半導体積層体に支持基板を貼り合わせ、最後に、発光波長の可視光を吸収するGaAs成長基板を除去するものがある（参照：特許文献１、２）。このように、可視光吸収のGaAs成長基板の除去と共に、発光層から反射層へ放射された光は反射層で正反射されて光取り出し面に向かい、その光の一部が光取り出し面から取り出されるので、光の取り出し効率が向上する。
【０００３】
上述の従来の光半導体装置を図１４を参照して詳述する。
【０００４】
図１４の光半導体装置は、半導体積層体１、支持体２、半導体積層体１と支持体２とを接合する接合層３、ｎ側電極４及びボンディングパッド５よりなる。
【０００５】
半導体積層体１は、GaAs成長基板（図示せず）上に有機金属化学気相成長（MOCVD）法によりエピタキシャル成長させたｎ型AlGaInP層１１、AlGaInP活性層１２、ｐ型AlGaInP層１３及びGaInPコンタクト層１４を有する。この場合、ｎ型AlGaInP層１１、AlGaInP活性層１２及びｐ型AlGaInP層１３はダブルヘテロ構造の発光層を形成する。また、ｎ型AlGaInP層１１、AlGaInP活性層１２及びｐ型AlGaInP層１３はGaAsと格子整合し、（AlzGa1-z）1-xInxP（0≦z≦1、0≦x≦1）で表され、他方、GaInPコンタクト層１４はGaAsと格子整合せず、Ga1-xInxP（0≦x≦1）で表される。
【０００６】
また、半導体積層体１は、GaInPコンタクト層１４下にCVD法等により形成されパターン化された酸化シリコン（SiO2）層１５及びその下にスパッタリング法等により形成されGaInPコンタクト層１４とのオーミック接合のためのAuZn反射電極層（ｐ側電極）１６を有する。この場合、酸化シリコン層１５及び反射電極層１６は一体となって反射層として機能する。ｐ側電極１６との良好なオーミック接合を得るためにGaInPコンタクト層１４が設けられている。さらに、半導体積層体１は、反射電極層１６の材料の外方拡散を防止すると同時に、後工程での共晶材料が反射電極層１６へ侵入拡散するのを防止するバリア層１７を有する。バリア層１７はスパッタリング法等により形成されたTa、Ti、W等の高融点金属もしくはその窒化物よりなる。
【０００７】
このように、半導体積層体１は、エピタキシャル成長の半導体層１１〜１４以外に、酸化シリコン層１５、反射電極層１６及びバリア層１７を有する。
【０００８】
支持体２は、たとえばボロンドープドシリコンよりなる導電性支持基板２１、導電性支持基板２１の一方の面に設けられた裏面電極層２２、及び導電性支持基板２１の他方の面に設けられた中間電極層２３及び密着信頼性を高める密着層２４を有する。
【０００９】
接合層３は半導体積層体１及び支持体２を接合させるためのものであり、たとえば、Au、AuSnの接着層を有する。接合層３については、特許文献１、２を参照されたし。
【００１０】
半導体層１１〜１４の周囲はメサエッチングされ、全体が樹脂モールド（図示せず）されている。
【００１１】
ｎ側電極４はｎ型AlGaInP層１１とのオーミック接合のためにたとえばAuGeNiよりなり、また、ボンディングパッド５はたとえばAuよりなる。図１５に示すごとく、ｎ側電極４は電流を拡散するために周辺部に位置し、他方、ボンディングパッド５は電流を中央部から供給するために中央部かつｎ側電極４の一部の上部に位置してｎ側電極４に電気的に接続されている。また、反射電極層１６はボンディングパッド５以外の領域に分散して設けられており、これにより、反射電極層（ｐ側電極）１６からｎ側電極４への電場が分散し、矢印Ｊに示すごとく、電流拡散する。
【００１２】
図１４の光半導体装置においては、発光層（１１，１２，１３）より上方もしくは下方へ放射され光取り出し面（上面）において臨界角外で放射される光Pは光取り出し面（上面）及び反射層の反射面において光取り出し面（上面）及び反射面で多重反射を繰返して横方向つまり半導体積層体１内部を伝播し続けて最終的に半導体積層体１に吸収されて光取り出し面（上面）より取り出すことができない。
【００１３】
他方、図１４の光半導体装置においては、発光層（１１，１２，１３）から光取り出し面（上面）へ直接放射もしくは反射面（酸化シリコン層１５、反射電極層１６）から正反射される光Qは臨界角より小さい入射角を有すればフレネル反射成分Q1を除き成分Q2が光取り出し面から取り出される。たとえば、光半導体装置の光取り出し面がエポキシ樹脂（n=1.5）で包まれていれば、AlGaInPの屈折率nが3.3であるので、臨界角は27°となり、従って、光Qの光取り出し面での反射率は15%程度となり、この光Qの光取り出し効率は4.5%程度と低い。
【００１４】
上述の正反射及びフレネル反射を抑制して光取り出し効率を向上させるために、半導体層の光取り出し面側を２次元周期構造とすることが既に知られている。たとえば、図１６に示すごとく、半導体層の光取り出し面側に２次元周期凹部１０１を形成し（参照：特許文献３の図７の（ｃ））、また、図１７に示すごとく、２次元周期円錐状凸部１０２を形成する（参照：特許文献４）。これにより、正反射成分の光を散乱、回折、屈折等させて臨界角内光に変換して半導体層の光取り出し面の外で取り出すようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−８６２０８号公報
【特許文献２】特開２００８−９８３３６号公報
【特許文献３】特開２００５−５６７９号公報
【特許文献４】特開２００８−０８４９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述の従来の半導体層の光取り出し面側を２次元周期構造とした場合、図１８に示すごとく、２次元周期構造がない場合に比較して光取り出し効率は向上する。しかしながら、図１６に示す２次元周期凹部構造は、大きな全反射性の平坦部１０１ａを有する分、図１７に示す２次元周期円錐状凸部構造に比較して、光取り出し効率は低い。
【００１７】
他方、上述の半導体層の光取り出し面は電流を拡散させ、活性層１２に電流を均一に注入させる作用をする。この場合、図１６に示す２次元周期凹部構造は、凹部１０１の周辺が分離されず連続しているので、光取り出し面側の半導体層の膜厚は実質的に変化せず、従って、電流拡散に与える影響は少なく、活性層１２に均一な電流注入が行える。この結果、図１９に示すごとく、電流−輝度特性の順方向電流に対して輝度が飽和する飽和電流値は半導体層表面に加工を施さない場合に比較して、ほとんど低下しない。しかしながら、図１７に示す２次元周期円錐状凸部構造は、円錐状凸部１０２同士が分離されているので、光取り出し面側の半導体層の膜厚が実効的に減少する。この結果、電流拡散が不十分となり、活性層１２に均一な電流注入が行えなくなり、図１９に示すごとく、電流−輝度特性の飽和電流値が、図１６に示す２次元周期凹部構造に比較して低下する。尚、光半導体装置の発光効率は活性層１２に注入する電流密度に依存し、電流拡散が不十分で電流密度が高くなって活性層１２に注入されたキャリアがオーバフローして電流−輝度特性の飽和電流値が低下する、つまり、発光に寄与するキャリアが減少して発光効率が低下する。
【００１８】
このように、従来は、光取り出し効率の向上と均一な電流拡散つまり電流−輝度特性の飽和電流値の向上とはトレードオフの関係があり、両方の特性の向上を満足させることができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の課題を解決するために、本発明に係る光半導体装置は、支持基板と、支持基板上方に設けられ、発光層を含む（AlzGa1-z）xIn1-xP（0≦z≦1、0≦x≦1）半導体層と、半導体層の支持基板側に設けられた第１のオーミック電極と、半導体層上に設けられた第２のオーミック電極と、半導体層の前記第２のオーミック電極が配置される側の表面に形成され、上面視において略平行四辺形状の複数のセルからなる凸部構造とを具備し、第１のオーミック電極は、半導体層の厚さ方向において、第２のオーミック電極と重ならない位置において半導体層と接触し、第１のオーミック電極の半導体層との接触部及び第２のオーミック電極は、相互に平行に配置された線状部を有し、凸部構造は、各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なりかつセルの長手側の対角線が線状部に対して直交する方向に沿うように、形成されているものである。これにより、平坦部は減少して全反射成分を有効に臨界角内光に変換して抑制すると共に、電流拡散も促進する。
【００２０】
また、本発明に係る光半導体装置の製造方法は、(a) （AlzGa1-z）xIn1-xP（0≦z≦1、0≦x≦1）よりなるn型層、発光層、p型層を含む半導体層を形成する工程と、(b)半導体層のp型層側の主面に第１のオーミック電極を形成する工程と、(c)半導体層のn型層側の主面に複数の円孔を形成する工程と、(d)円孔の形成された半導体層に、異方性ウェットエッチング法により上面視において平行四辺形状の複数のセルからなる凸部構造を形成する工程と、(e)半導体層のn型層側の主面の一部に第２のオーミック電極を形成する工程とを具備し、(b)工程と(e)工程において、第１のオーミック電極は、半導体層の厚さ方向において、第２のオーミック電極と重ならない位置において半導体層と接触するよう形成し、第１のオーミック電極の半導体層との接触部と第２のオーミック電極は上面視において相互に平行に配置された線状部を有するように形成し、(d)工程において、凸部構造は、各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なるとともに、セルの長手側の対角線が、線状部に対して直交する方向に沿うように形成されるものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、光取り出し効率の向上及び電流−輝度特性の飽和電流値の向上の両方を満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る光半導体装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る光半導体装置の実施の形態を示す断面図である。
【図３】図１、図２の反射電極層、ｎ側電極及びボンディングパッドを示す平面図である。
【図４】図１、図２のｎ型AlGaInP層の２次元周期メッシュ状凸部構造を示す平面図である。
【図５】図４の平行四辺形状セルの形状を説明する図である。
【図６】図１、図２のｎ型AlGaInP層の結晶格子を示す図である。
【図７】図１、図２の光半導体装置の製造方法を説明するための平面図及び断面図である。
【図８】図７の（Ｂ）のドライエッチング後のｎ型AlGaInP層を示す走査型電子顕微鏡（SEM）写真を示す図である。
【図９】図７の（Ｃ）の異方性ウェットエッチング後のｎ型AlGaInP層を示す走査型電子顕微鏡（SEM）写真を示す図である。
【図１０】本発明の光半導体装置の光取り出し効率を説明するグラフである。
【図１１】本発明の光半導体装置の電流−輝度特性の飽和電流値を説明するグラフである。
【図１２】図３の変更例を示す平面図である。
【図１３】図１、図２の２次元周期メッシュ状凸部構造の傾きを説明するためのグラフである。
【図１４】従来の光半導体装置を示す断面図である。
【図１５】図１４の反射電極層、ｎ側電極及びボンディングパッドを示す平面図である。
【図１６】従来の２次元周期凹部構造を示す図である。
【図１７】従来の２次元周期円錐状凸部構造を示す図である。
【図１８】従来の光半導体装置の光取り出し効率を説明するグラフである。
【図１９】従来の光半導体装置の電流−輝度特性の飽和電流値を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１、図２は本発明に係る光半導体装置の実施の形態を示す断面図、図３は図１、図２のAuZn反射電極層、ｎ側電極及びボンディングパッドを示す平面図である。尚、図１、図２は、それぞれ、図３のI-I線、II-II線の断面図である。また、図１、図２、図３の光半導体装置のチップサイズはたとえば300μm×300μmである。
【００２４】
図１、図２、図３においては、図１５のｎ型AlGaInP層１１、酸化シリコン層１５、AuZn反射電極層１６及びｎ側電極４の代りに、ｎ型AlGaInP層１１’、酸化シリコン層１５’、AuZn反射電極層１６’及びｎ側電極４’を設けてある。
【００２５】
図１、図２、図３におけるｎ型AlGaInP層１１’の光取り出し面は凸部構造Ｓをなしており、これにより、正反射及びフレネル反射を抑制して光取り出し効率を向上させている。
【００２６】
ｎ型AlGaInP層１１’の光取り出し面の凸部構造は、上面視において略平行四辺形状のセルが複数配列した構造となっている。具体的には、各セルが突縁を有し、突縁が上面視において平行四辺形となっている。各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なった構造となっている。
【００２７】
各セルの突縁が形成する平行四辺形は、隣接する頂角が異なる。つまり、本発明の光半導体装置における各セルの突縁が形成する平行四辺形は、頂角が90度のものを含まない。また、各セルの突縁が形成する平行四辺形の形状および大きさは等しく、隣接するセル同士は突縁を共有している。さらに、各セルは、１つのセルに対し６つのセルが隣接し、１組の対辺に沿ったセル列を形成している。
【００２８】
本発明の実施の形態のように、一組の対辺方向においては、セル列を形成し、もう一方の対辺方向においては、セルをずらして配置している。これにより、光の横方向の導波を抑制することができ、光取り出し効率を向上する効果があると考えられる。所望の電流拡散状態と光出力に応じて、任意にセル配列のずらし量を決めることができる。
尚、本発明の実施の形態においては、各セルを２組の対辺に沿ってセル列を形成してもよい。
【００２９】
反射電極層（ｐ側電極）１６’の半導体層との接触部は、ライン状部１６’ａ及びドット状部１６’ｂで形成されている。反射電極層（ｐ側電極）１６’は、ライン状部１６’ａ及びドット状部で、半導体層とオーミック接触を得ている。また、ｎ側電極４’は、ｐ側電極１６’のライン状部１６’ａに、上面視において平行な線状に形成され、半導体層とオーミック接触を得ている。ｐ側電極の半導体層との接触部１６’ａ、１６’ｂは、ｎ側電極４’と、半導体層の厚さ方向において重複しないように配置されている。つまり、Ｐ側電極の半導体層との接触部とｎ側電極４’は、相互に平行な線状部を有している。言い換えると、ｐ側電極の半導体層との接触部とｎ側電極４’を、半導体層の主面（特にｐ側電極が接する側の主面）と平行な同一平面に投影した場合において、ｐ側電極の半導体層との接触部とｎ側電極４’は、それぞれ、相互に平行な線状部を有している。そのため、図３の矢印Ｊに示す反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａからｎ側電極４’への電流が主となる。従って、電流は、反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａおよびｎ側電極４’に直交する方向に流れる。
【００３０】
電極と凸部構造は、各セルの突縁が形成する平行四辺形の長手側の対角線（角度の小さい方の一組の対角にある頂点を結ぶ対角線）が、反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａおよびｎ側電極４’に直交するよう形成されている。つまり、各セルの突縁が形成する平行四辺形の長手側の対角線が電流の方向に沿うよう配置されている。この結果、各セルの突縁を利用して、長手側の対角線に沿う方向で電流を流すことができ、半導体層表面に凹凸を形成した場合にも、電流経路を遮断して電流拡散を阻害する影響が少なく、活性層１２に均一な電流注入を行うことができる。そのため、電流―輝度特性における飽和電流値（輝度が飽和した場合の電流値）が、表面に凹凸を形成しない場合と比較してほとんど低下することがない。
【００３１】
このように、光取り出し効率の向上及び電流−輝度特性の飽和電流値の向上の両方を同時に達成することができる。
【００３２】
各セルの突縁が形成する平行四辺形の長手側の対角線は、AlGaInP半導体層の面方位「１１０」方向となっている。
【００３３】
また、ｎ側電極４’およびｐ側電極１６’のライン状部１６’ａは、AlGaInP半導体層の面方位「１１０」方向に対して垂直に配置されている。
【００３４】
尚、図３における反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａの線幅はたとえば5μmであり、ドット状部１６’ｂの直径はたとえば5μmである。このドット状部１６’ｂは面内の均一な電流拡散のために任意に配置されるものであり、特に、半導体層が薄い場合、たとえば約6μm 以下の場合に、部分的な電流集中を防止して電流拡散効果を発揮する。また、ｎ側電極４’の線幅はたとえば5μmである。さらに、ボンディングパッド５の直径はたとえば100μmである。
【００３５】
図４は図１、図２のｎ型AlGaInP層１１’の凸部構造Ｓを示す上面図、図５は図４の凸部構造ＳのＡ−Ａ線形状及びＢ−Ｂ線の断面形状を示す。
【００３６】
図４において、ｎ型AlGaInP層１１’の凸部構造ＳはAlGaInP半導体層の面方位［１１０］方向に沿う平行四辺形セルＣよりなり、各平行四辺形セルＣのＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線は、図５に示すごとく、Ｖ字形溝、Ｕ字形溝をなしている。この場合、Ｖ字形溝の面は（１１１）Ａ面が支配的な面で構成されている。平行四辺形セルＣの周期Lは、
λ/n ≦ L ≦ 3.0μm
但し、λは真空中の発光波長、
nはｎ型AlGaInP層１１’の屈折率（=3.3）
で表される。ここで、周期Lが光学波長λ/n以上でないと、幾何学的反射の効果がなくなり、全反射成分を有効に臨界角内光に変換できない。また、MOCVD法で成長できるｎ型AlGaInP層１１’の最大厚さは3μm程度であるので、周期Lの最大厚さは3.0μm程度となる。好ましくは、上述の周期Lは、
λ/n ≦ L ≦ 1.2μm
で表される。たとえば、L=0.6μmである。また、Ｖ字形溝の深さもたとえば0.6μmである。
【００３７】
平行四辺形セルＣの頂点は、一組の対辺で隣接する平行四辺形セルＣの頂点と一致せず、もう一組の対辺で隣接する平行四辺形セルＣの頂点と一致する。頂点の一致する平行四辺形セルＣは、セル列を形成し、各セル列は、隣接する列とずれて形成される。この結果、平行四辺形セルの一組の対辺に相当する突縁が、隣接するセルの突縁と直線上に位置することがなくなり、半導体層の凸部構造の水平方向の光の導波を抑制して、光取り出しに有利な構成となっている。
【００３８】
上述のごとく、本発明による凸部構造Ｓの幾何学的効果によれば、断面がＶ字形溝及びＵ字形溝であるので、点状矢印で示す伝播光Ｐである臨界角外光はＶ字形溝及びＵ字形溝内で伝播角を変化させて反射を繰返す。これにより、1回の反射では臨界角内光として取り出せなかった光成分の一部が光取り出し面側で取り出され、この結果、光取り出し効率を向上できる。
【００３９】
また、上述のごとく、本発明による凸部構造Ｓは［１１０］方向に対しては平行四辺形セルＣのエッジで連続しており、平行四辺形セルＣ単位で結合、分岐を繰返して電流拡散が促進される。従って、実線矢印Ｊで示す［１１０］方向に流れる電流は阻害されない。
【００４０】
次に、図１、図２、図３の光半導体装置の製造方法を説明する。
【００４１】
始めに、たとえば15°オフ角の厚さ300μmのｎ型GaAs成長基板（図示せず）の（１００）面上に、3.0μm厚さのｎ型（Al0.7Ga0.3）0.5In0.5P層１１’、0.5μm厚さの活性層１２及び1.0μm厚さのｐ型（Al0.7Ga0.3）0.5In0.5P層１３をMOCVD法により順次エピタキシャル成長させる。活性層１２は多重量子井戸構造（MQW）、単一量子井戸構造（SQW）あるいは単層でもよい。この場合、ｎ型層１１’、活性層１２及びｐ型層１３はGaAs成長基板と格子整合する。多重量子井戸構造としては、（AlzGa1-z）0.5In0.5Pの組成をz=0.10、厚さ20nmの井戸層、z=0.56、厚さ10nmのバリア層とし、15ペアの井戸層、バリア層で構成する。尚、井戸層のAl組成zは発光波長に合せて0≦z≦0.4の範囲で調整される。また、ｎ型AlGaInP層１１’ 及びｐ型AlGaInP層１３のAl組成zは0.4≦z≦1.0の範囲で調整される。尚、ｎ型AlGaInP層１１’及びｐ型AlGaInP層１３は、それぞれ異なる組成の層が複数層積層されていてもよい。次いで、1.5μm厚さのGa1-xInxPコンタクト層１４（x=0.1）をMOCVD法によりエピタキシャル成長させる。この場合、Ga1-xInxPコンタクト層１４の組成比xは発光層の光を吸収しないことを条件に定められる。
【００４２】
GaAs成長基板のオフ角は、GaAs成長基板の（１００）面がどの程度傾いているかを示す角度であり、AlGaInPを成長する場合、製造容易性や安定性の観点から一般的に0〜15°のオフ角の基板が用いられている。本発明は、上記オフ角に限定されることなく、0〜25°のオフ角のGaAs成長基板を好適に用いることができる。
【００４３】
次に、Ga1-xInxPコンタクト層１４上に電子ビーム（EB）法、スパッタリング法、あるいはCVD法により酸化シリコン（SiO2）層１５’を形成する。この酸化シリコン層１５’の厚さdは
d = (λ/(4n))・m
但し、λは真空中の発光波長、
nはSiO2の屈折率、
mは正の整数
で与えられ、λ=625nm、n=1.45、m=3とすれば、d=320nmである。次いで、フォトリソグラフィ／エッチング法により酸化シリコン（SiO2）層１５’の一部を除去し、さらに、Ga1-xInxPコンタクト層１４及び 酸化シリコン層１５’上に抵抗加熱蒸着法、EB蒸着法あるいはスパッタリング法により厚さ約300nmのAuZnよりなる反射電極層１６’を形成する。酸化シリコン層１５’のエッチングはバッファードフッ酸（BHF）を用いたウェットエッチングあるいは他のドライエッチングでもよい。この場合、酸化シリコン層１５’がパターン化されるのはGa1-xInxPコンタクト層１４とAuZn反射電極層１６’とのオーミック接続をとるためである。酸化シリコン層１５’及び反射電極層１６’が一体となって活性層１２から出射される光のうち光取り出し面と反対側に向う光を反射して光取り出し効率を向上させるための反射層として機能する。尚、酸化シリコン層１５’は他の透明な誘電体材料たとえばSi3N4、Al2O3でもよく、また、反射電極層１６’は他の高反射性金属でもよい。
【００４４】
尚、反射層を反射電極層１６’のみで構成すると、オーミック接触を得るための後述の窒素、アニール合金工程において、Ga1-xInxPコンタクト層１４と反射電極層１６’との界面における合金層形成によるモフォロジの悪化または反射電極層１６’の拡散によって反射率が低下する。
【００４５】
次に、反射電極層１６’の保護及び密着性を確保するために、Ta、Ti、W等の高融点金属またはこれらの窒化物よりなるバリア層１７及びNi、Au等の接着層（図示せず）を抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、EB蒸着法等によって形成する。
【００４６】
バリア層１７は、たとえば、厚さ100nmのTaN、TiW、TaNを順次積層したものである。バリア層１７は反射電極層１６’の材料たとえばZnの外方拡散を防止すると共に、後工程で共晶材料が反射電極層１６’へ侵入（拡散）するのを防止する。バリア層１７が存在しないと、後工程の熱影響による順方向電圧Vfの上昇等の電気特性の劣化及び反射ミラー（１５’、１６’）の反射率の低下を招き、光半導体装置の輝度も低下する。
【００４７】
酸化シリコン層１５’の開口部において、GaInPコンタクト層１４と反射電極層１６’との間は約500℃の窒素アニールの合金工程によって良好なオーミック接合となっている。
【００４８】
また、半導体積層体１側の接着層（図示せず）は厚さ約300nmのNi、厚さ30nmのAuをEB蒸着法、抵抗加熱蒸着法もしくはスパッタリング法により形成する。接着層は後述の熱圧着工程において、支持体２の共晶接合層との濡れ性をよくして接合層３を形成するためのものである。
【００４９】
他方、支持基板２１の両面に中間電極層２２及び裏面電極層２３を形成し、中間電極層２２上にスパッタリング法、電子ビーム蒸着法等によりAuSnよりなる密着層２４、接着層（図示せず）及び共晶接合層（図示せず）を形成する。
【００５０】
導電性支持基板２１はたとえばSi、Al、Cu等たとえばｐ型不純物を高濃度にドープしたシリコンよりなる。尚、導電性支持基板としては、導電性かつ熱伝導性のSi、Al、Cu、Ge、GaAs等からも構成することができる。
【００５１】
裏面電極層２２及び中間電極層２３はｐ型不純物をドープしたシリコンよりなる導電性支持基板２１上に形成された厚さたとえば100〜300nmのオーミック金属層であり、後述の熱圧着工程により導電性支持基板２１への密着性が向上する。尚、オーミック金属層はPt、Au、Ni、Ti等であり、Si等との良好なオーミック接合のために窒素雰囲気下での合金化処理を適宜行う。
【００５２】
密着層２４は中間電極層２３と半導体積層体１側の接着層との密着信頼性を高めるためのものであり、厚さ100〜300nmたとえば150nmのTi及び厚さ50〜150nmたとえば100nmのNiよりなる。
【００５３】
支持体２の接着層は後述の接合層３を形成する熱圧着工程における共晶接合層との濡れ性を良くするためのものであり、厚さ50〜150nmたとえば100nmのNi、NiV、Pt等よりなる。また、共晶接合層は厚さ300〜3000nmのAuSnたとえば厚さ600nmのAu:Sn=80wt%:20wt%（=70at%:30at%）により抵抗加熱蒸着法、EB蒸着法あるいはスパッタリング法によって構成される。この場合、AuSnを主成分として適当な添加物を加えてもよい。
【００５４】
次に、半導体積層体１側に形成された接着層と支持体２側に形成された接着層及び共晶接合層とを熱圧着して接合する。これにより、半導体積層体１と支持体２との間には、NiAu接着層及びAuSn共晶接合層等により新たにAuSnNiよりなる接合層３が新たに形成されることになる。この場合、熱圧着工程は、窒素雰囲気下の接合圧力約1MPaを接合温度330℃を10分間保持することにより行われる。尚、接合材料、接合時の雰囲気、接合温度及び接合時間は使用する共晶材料が溶融し、その特性に変化（例えば、酸化等による接合強度の劣化）を及ぼすことがなく、半導体積層体１と支持体２とが接合されるのに十分な材料、雰囲気、接合温度及び接合時間であればよく、上記の材料、雰囲気、接合温度及び接合時間に限定するものではない。
【００５５】
次に、GaAs成長基板をアンモニア、過酸化水素よりなるエッチャントを用いたウェットエッチング法により除去する。尚、ウェットエッチング法の代りに、ドライエッチング法、機械研磨法、化学機械研磨（CMP）法、あるいはこれらの組合せを用いてもよい。
【００５６】
次に、ｎ型AlGaInP層１１’の凸部構造Ｓを形成する。まず、ｎ型AlGaInP層１１’の異方性エッチング特性について図７を参照して説明する。
【００５７】
始めに、ｎ型AlGaInP層１１’の結晶格子を示す図６を説明する。図６において、（１１１）Ａ面は最表面がIII族元素Al、Ga、Inで構成された面、（１１１）Ｂ面は最表面がV族元素Pで構成された面を示す。この場合、エッチャントを硝酸系たとえば硝酸（HNO3）を酢酸（CH3COOH）もしくは水（H2O）で希釈したものあるいは塩酸系たとえば塩酸（HCl）を酢酸（CH3COOH）もしくは水（H2O）で希釈したものを用いて異方性ウェットエッチングを行うと、（１１１）Ｂ面のエッチングレート＞（１１１）Ａ面のエッチングレートとなる。従って、（１００）面、（０１０）面あるいは（００１）面を上記エッチャントを用いてウェットエッチングを行うと、図６に示すように、（１１１）Ｂ面が早くエッチングされ、結果として、（１１１）Ａ面が表面に現れる。尚、（１１１）面は（１−１１）面、（１１−１）面、…等の集合を示す。
【００５８】
次に、図７の（Ａ）を参照すると、２次元周期の円孔の形成のために、レジストパターン層１１２によるマスクパターンをフォトリソグラフィ、電子線リソグラフィ、電子線（EB）描画装置、ナノインプリント、レーザ露光法等を用いて形成する。図７の（Ａ）においては、セルの周期Lが上述のλ/n≦L≦3.0μmの範囲のマスクパターンであり、周期Lの最大値はMOCVD法で成長できるｎ型AlGaInP層１１’の最大値3.0μmより小さいのが現実的である。
【００５９】
次に、図７の（Ｂ）を参照すると、図７の（Ａ）のレジストパターン層１１２のマスクパターンを用いてドライエッチング法によりエッチングし、これにより、深さ0.6μmの２次元周期の円孔１１３をｎ型AlGaInP層１１’に形成する。このとき、実際に得られた円孔１１３の走査型電子顕微鏡（SEM）写真を図８に示す。円孔１１３は後述のAlGaInPの（１１１）Ａ面を形成するために必要であり、L=0.6μmに対し、0.7〜1.5倍たとえば0.6μmである。また、後述の平行四辺形セルおよびセル列の配列は、円孔の配列により制御することができる。
【００６０】
次に、図７の（Ｃ）を参照すると、エッチングレートが（１１１）Ｂ＞（１１１）Ａとなるような硝酸系もしくは塩酸系のエッチャントを用いて異方性エッチングを行う。中途段階においても、エッチングレートが小さい（１１１）Ａ面が斜面となっている。上述の異方性エッチングが進むと、（１１１）Ａ面のエッチングレートが大きいので、円孔は平行四辺形セルの対角線である［１１０］方向に延びる。他方、（１１１）Ｂ面のエッチングレートは小さいので、［１１−０］方向のエッチングはほとんど進行しない。このとき、実際に得られた凸部構造Ｓの走査型電子顕微鏡（SEM）写真を図９に示す。各平行四辺形セルは、「１１０」方向の谷底とその両側に形成された（１１１）A面が支配的な傾斜面から構成される。平行四辺形セルは、短手側の対角線に沿って切断した断面において、略Ｖ字型溝を示す。また、平行四辺形セルの一対の対角は約65°、もう一対の対角は約115°であった。
【００６１】
尚、凸部構造Ｓを形成する際には、後述のｎ側電極４’及びボンディングパッド５が形成される領域に保護マスクを適宜形成してもよい。
【００６２】
次に、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム（EB）蒸着法、スパッタリング法等及びリフトオフ法を用いることにより、ｎ型AlGaInPクラッド層１１’上にAlGaInPとオーミック接合するAuGeNiよりなるｎ側電極４’を形成し、次いで、ショッキー接合する厚さ50〜300μmのTa、Ti、W及びこれらの合金、窒化膜、及びこの上の厚さ1.5μmのAuよりなるボンディングパッド５を形成する。AuGeNiの代りに、AuGe、AuSn、AuSnNi等を用いてもよい。次いで、窒素雰囲気下で約400℃のアニールにより良好なオーミック接合の合金化を行う。
【００６３】
次に、メサエッチング法により半導体層１１〜１４をチップ毎に区画する溝を形成する。
【００６４】
最後に、支持体２をエッチング、ダイシングレーザスクライブ等によりチップ毎に切断し、必要に応じて半導体層１１〜１４全体を樹脂モールドする。
【００６５】
図１０は、本発明のメッシュ状凸部構造を有する光半導体装置と、比較例の表面加工をしない光半導体装置、２次元周期凹部構造を有する光半導体装置、円錐状凸部構造を有する光半導体装置のそれぞれの光取り出し効率を測定し、表面加工を施さない光半導体装置を基準として示した結果である。すなわち、本発明に係る半導体層の光取り出し面側を２次元周期メッシュ状凸部構造とした場合、図１０に示すごとく、図１７に示す２次元周期円錐状凸部構造と同様に光取り出し効率は高い。
【００６６】
図１１は、本発明のメッシュ状凸部構造を有する光半導体装置と、比較例の表面加工をしない光半導体装置、２次元周期凹部構造を有する光半導体装置、円錐状凸部構造を有する光半導体装置のそれぞれの電流―輝度特性を測定し、輝度が飽和したときの電流値（飽和電流値）を、表面加工をしない光半導体装置を基準として示した結果である。すなわち、本発明に係る半導体層の光取り出し面のメッシュ状凸部構造Ｓは、表面加工を施さない光半導体装置からの飽和電流値の低下は小さく、図１６に示す２次元周期凹部構造と同等の飽和電流値を示した。本発明に係る半導体層の光取り出し面のメッシュ状凸部構造Ｓは、各平行四辺形セルの突縁部から構成される尾根がメッシュ状に連続していること、電極配置により規定される電流の方向に応じたセル配置をとることによりセルの突縁を電流拡散経路として有効に利用できること、により電流拡散を阻害する影響が少ない結果、活性層１２に均一な電流注入が行えたものと考えられる。
【００６７】
このように、本発明に係る光半導体装置によれば、電流拡散特性を大きく低下させることなく（飽和電流値を大きく低下させることなく）、高い光取り出し効率を得ることができる。
【００６８】
上述のごとく、本発明に係るメッシュ状の凸部構造Ｓの平行四辺形セルＣの長手側の対角線が半導体層の［１１０］方向となっており、かつ反射電極層（ｐ側電極）１６’からｎ側電極４’へ流れる電流の方向がやはり半導体層の［１１０］方向となっているので、電流−輝度特性の飽和電流値の低下がない。つまり、本発明に係る凸部構造Ｓの平行四辺形セルＣの方向と反射電極層（ｐ側電極）１６’からｎ側電極４’へ流れる電流の方向との角度θとすると、図１３に示すごとく、θ=0〜15°の範囲であれば、電流−輝度特性の飽和電流値の低下がない。
【００６９】
図１３は、メッシュ状凸部構造Ｓの平行四辺形セルＣの長手側の対角線とライン状電極１６’aと線状のｎ側電極４’と直行する線（反射電極層（ｐ側電極）１６’からｎ側電極４’へ流れる主な電流の方向）との成す角度をθとした場合の、θ=2°、15°、88°としたときの飽和電流値を測定した結果を、θ=2°を基準として示したものである。各サンプルとも電極およびメッシュ状凸部構造の位置関係のみが異なり、その他の構成は同じである。この結果、θ=15°においては、θ=2°と同等の飽和電流値を示した。一方、θ=88°においては、飽和電流値が低下した。つまり、少なくとも、メッシュ状凸部構造Ｓの平行四辺形セルＣの長手側の対角線とライン状電極１６’aと線状のｎ側電極４’と直行する線との成す角度が15°以下（θ=0〜±15°）であれば、表面加工を施さない光半導体装置と比較して飽和電流値の低下の小さい光半導体装置を得ることができると考えられる。また、θ=88°のとき、すなわち、平行四辺形セルの長手側の対角線がライン状電極１６’aおよび線状のｎ側電極４’と平行に配置される場合には、飽和電流値が低下してしまうことが確認できた。
【００７０】
尚、図３においては、１つのボンディングパッド５に対して３つの平行なｎ側電極４’を設けているが、ｎ側電極４’の数は図１２の（Ａ）に示すごとく、他の数になし得る。また、図３においては、１つのボンディングパッド５を設けているが、図１２の（Ｂ）、（Ｃ）に示すごとく、他の数になし得る。図１２の（Ａ）（Ｂ）、（Ｃ）のいずれにおいても、反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａはｎ側電極４’間に平行に配置される。
【００７１】
上述の実施の形態においては、ｎ型AlGaInP層１１’に凸部構造Ｓを形成した後に、その上にｎ側電極４’及びボンディングパッド５を形成しているが、ｎ側電極４’及びボンディングパッド５を形成した後に、ｎ型AlGaInP層１１’に凸部構造Ｓを形成してよい。この場合には、ｎ側電極４’及びボンディングパッド５はｎ型AlGaInP層１１’の平坦部上に形成される。
【符号の説明】
【００７２】
１：半導体積層体
２：支持体
３：接合層
４、４’：ｎ側電極
１１，１１’：ｎ型AlGaInP層
１２：活性層
１３：ｐ型AlGaInP層
１４：GaInPコンタクト層
１５、１５’：SiO2層
１６、１６’：反射電極層（ｐ側電極）
１６’ａ：ライン状部
１６’ｂ：ドット状部
１７：バリア層
２１：導電性支持基板
２２：中間電極層
２３：裏面電極層
２４：密着層
１０１：凸部
１０１ａ：平坦部
１０２：円錐状凸部
１１２：レジストパターン層
１１３：円孔
Ｓ：２次元周期メッシュ状凸部構造
Ｃ：平行四辺形セル
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（LED）等の光半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光半導体装置として、GaAs成長基板上にGaAsと格子整合するAlGaInP発光層及びその上にGaAsと格子不整合のGaInPコンタクト層をエピタキシャル成長させ、さらにその上に反射層を化学的気相成長（CVD）法、スパッタリング法等によって形成した半導体積層体を得、次いで、この半導体積層体に支持基板を貼り合わせ、最後に、発光波長の可視光を吸収するGaAs成長基板を除去するものがある（参照：特許文献１、２）。このように、可視光吸収のGaAs成長基板の除去と共に、発光層から反射層へ放射された光は反射層で正反射されて光取り出し面に向かい、その光の一部が光取り出し面から取り出されるので、光の取り出し効率が向上する。
【０００３】
上述の従来の光半導体装置を図１４を参照して詳述する。
【０００４】
図１４の光半導体装置は、半導体積層体１、支持体２、半導体積層体１と支持体２とを接合する接合層３、ｎ側電極４及びボンディングパッド５よりなる。
【０００５】
半導体積層体１は、GaAs成長基板（図示せず）上に有機金属化学気相成長（MOCVD）法によりエピタキシャル成長させたｎ型AlGaInP層１１、AlGaInP活性層１２、ｐ型AlGaInP層１３及びGaInPコンタクト層１４を有する。この場合、ｎ型AlGaInP層１１、AlGaInP活性層１２及びｐ型AlGaInP層１３はダブルヘテロ構造の発光層を形成する。また、ｎ型AlGaInP層１１、AlGaInP活性層１２及びｐ型AlGaInP層１３はGaAsと格子整合し、（AlzGa1-z）1-xInxP（0≦z≦1、0≦x≦1）で表され、他方、GaInPコンタクト層１４はGaAsと格子整合せず、Ga1-xInxP（0≦x≦1）で表される。
【０００６】
また、半導体積層体１は、GaInPコンタクト層１４下にCVD法等により形成されパターン化された酸化シリコン（SiO2）層１５及びその下にスパッタリング法等により形成されGaInPコンタクト層１４とのオーミック接合のためのAuZn反射電極層（ｐ側電極）１６を有する。この場合、酸化シリコン層１５及び反射電極層１６は一体となって反射層として機能する。ｐ側電極１６との良好なオーミック接合を得るためにGaInPコンタクト層１４が設けられている。さらに、半導体積層体１は、反射電極層１６の材料の外方拡散を防止すると同時に、後工程での共晶材料が反射電極層１６へ侵入拡散するのを防止するバリア層１７を有する。バリア層１７はスパッタリング法等により形成されたTa、Ti、W等の高融点金属もしくはその窒化物よりなる。
【０００７】
このように、半導体積層体１は、エピタキシャル成長の半導体層１１〜１４以外に、酸化シリコン層１５、反射電極層１６及びバリア層１７を有する。
【０００８】
支持体２は、たとえばボロンドープドシリコンよりなる導電性支持基板２１、導電性支持基板２１の一方の面に設けられた裏面電極層２２、及び導電性支持基板２１の他方の面に設けられた中間電極層２３及び密着信頼性を高める密着層２４を有する。
【０００９】
接合層３は半導体積層体１及び支持体２を接合させるためのものであり、たとえば、Au、AuSnの接着層を有する。接合層３については、特許文献１、２を参照されたし。
【００１０】
半導体層１１〜１４の周囲はメサエッチングされ、全体が樹脂モールド（図示せず）されている。
【００１１】
ｎ側電極４はｎ型AlGaInP層１１とのオーミック接合のためにたとえばAuGeNiよりなり、また、ボンディングパッド５はたとえばAuよりなる。図１５に示すごとく、ｎ側電極４は電流を拡散するために周辺部に位置し、他方、ボンディングパッド５は電流を中央部から供給するために中央部かつｎ側電極４の一部の上部に位置してｎ側電極４に電気的に接続されている。また、反射電極層１６はボンディングパッド５以外の領域に分散して設けられており、これにより、反射電極層（ｐ側電極）１６からｎ側電極４への電場が分散し、矢印Ｊに示すごとく、電流拡散する。
【００１２】
図１４の光半導体装置においては、発光層（１１，１２，１３）より上方もしくは下方へ放射され光取り出し面（上面）において臨界角外で放射される光Pは光取り出し面（上面）及び反射層の反射面において光取り出し面（上面）及び反射面で多重反射を繰返して横方向つまり半導体積層体１内部を伝播し続けて最終的に半導体積層体１に吸収されて光取り出し面（上面）より取り出すことができない。
【００１３】
他方、図１４の光半導体装置においては、発光層（１１，１２，１３）から光取り出し面（上面）へ直接放射もしくは反射面（酸化シリコン層１５、反射電極層１６）から正反射される光Qは臨界角より小さい入射角を有すればフレネル反射成分Q1を除き成分Q2が光取り出し面から取り出される。たとえば、光半導体装置の光取り出し面がエポキシ樹脂（n=1.5）で包まれていれば、AlGaInPの屈折率nが3.3であるので、臨界角は27°となり、従って、光Qの光取り出し面での反射率は15%程度となり、この光Qの光取り出し効率は4.5%程度と低い。
【００１４】
上述の正反射及びフレネル反射を抑制して光取り出し効率を向上させるために、半導体層の光取り出し面側を２次元周期構造とすることが既に知られている。たとえば、図１６に示すごとく、半導体層の光取り出し面側に２次元周期凹部１０１を形成し（参照：特許文献３の図７の（ｃ））、また、図１７に示すごとく、２次元周期円錐状凸部１０２を形成する（参照：特許文献４）。これにより、正反射成分の光を散乱、回折、屈折等させて臨界角内光に変換して半導体層の光取り出し面の外で取り出すようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−８６２０８号公報
【特許文献２】特開２００８−９８３３６号公報
【特許文献３】特開２００５−５６７９号公報
【特許文献４】特開２００８−０８４９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述の従来の半導体層の光取り出し面側を２次元周期構造とした場合、図１８に示すごとく、２次元周期構造がない場合に比較して光取り出し効率は向上する。しかしながら、図１６に示す２次元周期凹部構造は、大きな全反射性の平坦部１０１ａを有する分、図１７に示す２次元周期円錐状凸部構造に比較して、光取り出し効率は低い。
【００１７】
他方、上述の半導体層の光取り出し面は電流を拡散させ、活性層１２に電流を均一に注入させる作用をする。この場合、図１６に示す２次元周期凹部構造は、凹部１０１の周辺が分離されず連続しているので、光取り出し面側の半導体層の膜厚は実質的に変化せず、従って、電流拡散に与える影響は少なく、活性層１２に均一な電流注入が行える。この結果、図１９に示すごとく、電流−輝度特性の順方向電流に対して輝度が飽和する飽和電流値は半導体層表面に加工を施さない場合に比較して、ほとんど低下しない。しかしながら、図１７に示す２次元周期円錐状凸部構造は、円錐状凸部１０２同士が分離されているので、光取り出し面側の半導体層の膜厚が実効的に減少する。この結果、電流拡散が不十分となり、活性層１２に均一な電流注入が行えなくなり、図１９に示すごとく、電流−輝度特性の飽和電流値が、図１６に示す２次元周期凹部構造に比較して低下する。尚、光半導体装置の発光効率は活性層１２に注入する電流密度に依存し、電流拡散が不十分で電流密度が高くなって活性層１２に注入されたキャリアがオーバフローして電流−輝度特性の飽和電流値が低下する、つまり、発光に寄与するキャリアが減少して発光効率が低下する。
【００１８】
このように、従来は、光取り出し効率の向上と均一な電流拡散つまり電流−輝度特性の飽和電流値の向上とはトレードオフの関係があり、両方の特性の向上を満足させることができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の課題を解決するために、本発明に係る光半導体装置は、支持基板と、支持基板上方に設けられ、発光層を含む（AlzGa1-z）xIn1-xP（0≦z≦1、0≦x≦1）半導体層と、半導体層の支持基板側に設けられた第１のオーミック電極と、半導体層上に設けられた第２のオーミック電極と、半導体層の前記第２のオーミック電極が配置される側の表面に形成され、上面視において略平行四辺形状の複数のセルからなる凸部構造とを具備し、第１のオーミック電極は、半導体層の厚さ方向において、第２のオーミック電極と重ならない位置において半導体層と接触し、第１のオーミック電極の半導体層との接触部及び第２のオーミック電極は、相互に平行に配置された線状部を有し、凸部構造は、各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なりかつセルの長手側の対角線が線状部に対して直交する方向に沿うように、形成されているものである。これにより、平坦部は減少して全反射成分を有効に臨界角内光に変換して抑制すると共に、電流拡散も促進する。
【００２０】
また、本発明に係る光半導体装置の製造方法は、(a) （AlzGa1-z）xIn1-xP（0≦z≦1、0≦x≦1）よりなるn型層、発光層、p型層を含む半導体層を形成する工程と、(b)半導体層のp型層側の主面に第１のオーミック電極を形成する工程と、(c)半導体層のn型層側の主面に複数の円孔を形成する工程と、(d)円孔の形成された半導体層に、異方性ウェットエッチング法により上面視において平行四辺形状の複数のセルからなる凸部構造を形成する工程と、(e)半導体層のn型層側の主面の一部に第２のオーミック電極を形成する工程とを具備し、(b)工程と(e)工程において、第１のオーミック電極は、半導体層の厚さ方向において、第２のオーミック電極と重ならない位置において半導体層と接触するよう形成し、第１のオーミック電極の半導体層との接触部と第２のオーミック電極は上面視において相互に平行に配置された線状部を有するように形成し、(d)工程において、凸部構造は、各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なるとともに、セルの長手側の対角線が、線状部に対して直交する方向に沿うように形成されるものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、光取り出し効率の向上及び電流−輝度特性の飽和電流値の向上の両方を満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る光半導体装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る光半導体装置の実施の形態を示す断面図である。
【図３】図１、図２の反射電極層、ｎ側電極及びボンディングパッドを示す平面図である。
【図４】図１、図２のｎ型AlGaInP層の２次元周期メッシュ状凸部構造を示す平面図である。
【図５】図４の平行四辺形状セルの形状を説明する図である。
【図６】図１、図２のｎ型AlGaInP層の結晶格子を示す図である。
【図７】図１、図２の光半導体装置の製造方法を説明するための平面図及び断面図である。
【図８】図７の（Ｂ）のドライエッチング後のｎ型AlGaInP層を示す走査型電子顕微鏡（SEM）写真を示す図である。
【図９】図７の（Ｃ）の異方性ウェットエッチング後のｎ型AlGaInP層を示す走査型電子顕微鏡（SEM）写真を示す図である。
【図１０】本発明の光半導体装置の光取り出し効率を説明するグラフである。
【図１１】本発明の光半導体装置の電流−輝度特性の飽和電流値を説明するグラフである。
【図１２】図３の変更例を示す平面図である。
【図１３】図１、図２の２次元周期メッシュ状凸部構造の傾きを説明するためのグラフである。
【図１４】従来の光半導体装置を示す断面図である。
【図１５】図１４の反射電極層、ｎ側電極及びボンディングパッドを示す平面図である。
【図１６】従来の２次元周期凹部構造を示す図である。
【図１７】従来の２次元周期円錐状凸部構造を示す図である。
【図１８】従来の光半導体装置の光取り出し効率を説明するグラフである。
【図１９】従来の光半導体装置の電流−輝度特性の飽和電流値を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１、図２は本発明に係る光半導体装置の実施の形態を示す断面図、図３は図１、図２のAuZn反射電極層、ｎ側電極及びボンディングパッドを示す平面図である。尚、図１、図２は、それぞれ、図３のI-I線、II-II線の断面図である。また、図１、図２、図３の光半導体装置のチップサイズはたとえば300μm×300μmである。
【００２４】
図１、図２、図３においては、図１５のｎ型AlGaInP層１１、酸化シリコン層１５、AuZn反射電極層１６及びｎ側電極４の代りに、ｎ型AlGaInP層１１’、酸化シリコン層１５’、AuZn反射電極層１６’及びｎ側電極４’を設けてある。
【００２５】
図１、図２、図３におけるｎ型AlGaInP層１１’の光取り出し面は凸部構造Ｓをなしており、これにより、正反射及びフレネル反射を抑制して光取り出し効率を向上させている。
【００２６】
ｎ型AlGaInP層１１’の光取り出し面の凸部構造は、上面視において略平行四辺形状のセルが複数配列した構造となっている。具体的には、各セルが突縁を有し、突縁が上面視において平行四辺形となっている。各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なった構造となっている。
【００２７】
各セルの突縁が形成する平行四辺形は、隣接する頂角が異なる。つまり、本発明の光半導体装置における各セルの突縁が形成する平行四辺形は、頂角が90度のものを含まない。また、各セルの突縁が形成する平行四辺形の形状および大きさは等しく、隣接するセル同士は突縁を共有している。さらに、各セルは、１つのセルに対し６つのセルが隣接し、１組の対辺に沿ったセル列を形成している。
【００２８】
本発明の実施の形態のように、一組の対辺方向においては、セル列を形成し、もう一方の対辺方向においては、セルをずらして配置している。これにより、光の横方向の導波を抑制することができ、光取り出し効率を向上する効果があると考えられる。所望の電流拡散状態と光出力に応じて、任意にセル配列のずらし量を決めることができる。
尚、本発明の実施の形態においては、各セルを２組の対辺に沿ってセル列を形成してもよい。
【００２９】
反射電極層（ｐ側電極）１６’の半導体層との接触部は、ライン状部１６’ａ及びドット状部１６’ｂで形成されている。反射電極層（ｐ側電極）１６’は、ライン状部１６’ａ及びドット状部で、半導体層とオーミック接触を得ている。また、ｎ側電極４’は、ｐ側電極１６’のライン状部１６’ａに、上面視において平行な線状に形成され、半導体層とオーミック接触を得ている。ｐ側電極の半導体層との接触部１６’ａ、１６’ｂは、ｎ側電極４’と、半導体層の厚さ方向において重複しないように配置されている。つまり、Ｐ側電極の半導体層との接触部とｎ側電極４’は、相互に平行な線状部を有している。言い換えると、ｐ側電極の半導体層との接触部とｎ側電極４’を、半導体層の主面（特にｐ側電極が接する側の主面）と平行な同一平面に投影した場合において、ｐ側電極の半導体層との接触部とｎ側電極４’は、それぞれ、相互に平行な線状部を有している。そのため、図３の矢印Ｊに示す反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａからｎ側電極４’への電流が主となる。従って、電流は、反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａおよびｎ側電極４’に直交する方向に流れる。
【００３０】
電極と凸部構造は、各セルの突縁が形成する平行四辺形の長手側の対角線（角度の小さい方の一組の対角にある頂点を結ぶ対角線）が、反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａおよびｎ側電極４’に直交するよう形成されている。つまり、各セルの突縁が形成する平行四辺形の長手側の対角線が電流の方向に沿うよう配置されている。この結果、各セルの突縁を利用して、長手側の対角線に沿う方向で電流を流すことができ、半導体層表面に凹凸を形成した場合にも、電流経路を遮断して電流拡散を阻害する影響が少なく、活性層１２に均一な電流注入を行うことができる。そのため、電流―輝度特性における飽和電流値（輝度が飽和した場合の電流値）が、表面に凹凸を形成しない場合と比較してほとんど低下することがない。
【００３１】
このように、光取り出し効率の向上及び電流−輝度特性の飽和電流値の向上の両方を同時に達成することができる。
【００３２】
各セルの突縁が形成する平行四辺形の長手側の対角線は、AlGaInP半導体層の面方位「１１０」方向となっている。
【００３３】
また、ｎ側電極４’およびｐ側電極１６’のライン状部１６’ａは、AlGaInP半導体層の面方位「１１０」方向に対して垂直に配置されている。
【００３４】
尚、図３における反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａの線幅はたとえば5μmであり、ドット状部１６’ｂの直径はたとえば5μmである。このドット状部１６’ｂは面内の均一な電流拡散のために任意に配置されるものであり、特に、半導体層が薄い場合、たとえば約6μm 以下の場合に、部分的な電流集中を防止して電流拡散効果を発揮する。また、ｎ側電極４’の線幅はたとえば5μmである。さらに、ボンディングパッド５の直径はたとえば100μmである。
【００３５】
図４は図１、図２のｎ型AlGaInP層１１’の凸部構造Ｓを示す上面図、図５は図４の凸部構造ＳのＡ−Ａ線形状及びＢ−Ｂ線の断面形状を示す。
【００３６】
図４において、ｎ型AlGaInP層１１’の凸部構造ＳはAlGaInP半導体層の面方位［１１０］方向に沿う平行四辺形セルＣよりなり、各平行四辺形セルＣのＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線は、図５に示すごとく、Ｖ字形溝、Ｕ字形溝をなしている。この場合、Ｖ字形溝の面は（１１１）Ａ面が支配的な面で構成されている。平行四辺形セルＣの周期Lは、
λ/n ≦ L ≦ 3.0μm
但し、λは真空中の発光波長、
nはｎ型AlGaInP層１１’の屈折率（=3.3）
で表される。ここで、周期Lが光学波長λ/n以上でないと、幾何学的反射の効果がなくなり、全反射成分を有効に臨界角内光に変換できない。また、MOCVD法で成長できるｎ型AlGaInP層１１’の最大厚さは3μm程度であるので、周期Lの最大厚さは3.0μm程度となる。好ましくは、上述の周期Lは、
λ/n ≦ L ≦ 1.2μm
で表される。たとえば、L=0.6μmである。また、Ｖ字形溝の深さもたとえば0.6μmである。
【００３７】
平行四辺形セルＣの頂点は、一組の対辺で隣接する平行四辺形セルＣの頂点と一致せず、もう一組の対辺で隣接する平行四辺形セルＣの頂点と一致する。頂点の一致する平行四辺形セルＣは、セル列を形成し、各セル列は、隣接する列とずれて形成される。この結果、平行四辺形セルの一組の対辺に相当する突縁が、隣接するセルの突縁と直線上に位置することがなくなり、半導体層の凸部構造の水平方向の光の導波を抑制して、光取り出しに有利な構成となっている。
【００３８】
上述のごとく、本発明による凸部構造Ｓの幾何学的効果によれば、断面がＶ字形溝及びＵ字形溝であるので、点状矢印で示す伝播光Ｐである臨界角外光はＶ字形溝及びＵ字形溝内で伝播角を変化させて反射を繰返す。これにより、1回の反射では臨界角内光として取り出せなかった光成分の一部が光取り出し面側で取り出され、この結果、光取り出し効率を向上できる。
【００３９】
また、上述のごとく、本発明による凸部構造Ｓは［１１０］方向に対しては平行四辺形セルＣのエッジで連続しており、平行四辺形セルＣ単位で結合、分岐を繰返して電流拡散が促進される。従って、実線矢印Ｊで示す［１１０］方向に流れる電流は阻害されない。
【００４０】
次に、図１、図２、図３の光半導体装置の製造方法を説明する。
【００４１】
始めに、たとえば15°オフ角の厚さ300μmのｎ型GaAs成長基板（図示せず）の（１００）面上に、3.0μm厚さのｎ型（Al0.7Ga0.3）0.5In0.5P層１１’、0.5μm厚さの活性層１２及び1.0μm厚さのｐ型（Al0.7Ga0.3）0.5In0.5P層１３をMOCVD法により順次エピタキシャル成長させる。活性層１２は多重量子井戸構造（MQW）、単一量子井戸構造（SQW）あるいは単層でもよい。この場合、ｎ型層１１’、活性層１２及びｐ型層１３はGaAs成長基板と格子整合する。多重量子井戸構造としては、（AlzGa1-z）0.5In0.5Pの組成をz=0.10、厚さ20nmの井戸層、z=0.56、厚さ10nmのバリア層とし、15ペアの井戸層、バリア層で構成する。尚、井戸層のAl組成zは発光波長に合せて0≦z≦0.4の範囲で調整される。また、ｎ型AlGaInP層１１’ 及びｐ型AlGaInP層１３のAl組成zは0.4≦z≦1.0の範囲で調整される。尚、ｎ型AlGaInP層１１’及びｐ型AlGaInP層１３は、それぞれ異なる組成の層が複数層積層されていてもよい。次いで、1.5μm厚さのGa1-xInxPコンタクト層１４（x=0.1）をMOCVD法によりエピタキシャル成長させる。この場合、Ga1-xInxPコンタクト層１４の組成比xは発光層の光を吸収しないことを条件に定められる。
【００４２】
GaAs成長基板のオフ角は、GaAs成長基板の（１００）面がどの程度傾いているかを示す角度であり、AlGaInPを成長する場合、製造容易性や安定性の観点から一般的に0〜15°のオフ角の基板が用いられている。本発明は、上記オフ角に限定されることなく、0〜25°のオフ角のGaAs成長基板を好適に用いることができる。
【００４３】
次に、Ga1-xInxPコンタクト層１４上に電子ビーム（EB）法、スパッタリング法、あるいはCVD法により酸化シリコン（SiO2）層１５’を形成する。この酸化シリコン層１５’の厚さdは
d = (λ/(4n))・m
但し、λは真空中の発光波長、
nはSiO2の屈折率、
mは正の整数
で与えられ、λ=625nm、n=1.45、m=3とすれば、d=320nmである。次いで、フォトリソグラフィ／エッチング法により酸化シリコン（SiO2）層１５’の一部を除去し、さらに、Ga1-xInxPコンタクト層１４及び 酸化シリコン層１５’上に抵抗加熱蒸着法、EB蒸着法あるいはスパッタリング法により厚さ約300nmのAuZnよりなる反射電極層１６’を形成する。酸化シリコン層１５’のエッチングはバッファードフッ酸（BHF）を用いたウェットエッチングあるいは他のドライエッチングでもよい。この場合、酸化シリコン層１５’がパターン化されるのはGa1-xInxPコンタクト層１４とAuZn反射電極層１６’とのオーミック接続をとるためである。酸化シリコン層１５’及び反射電極層１６’が一体となって活性層１２から出射される光のうち光取り出し面と反対側に向う光を反射して光取り出し効率を向上させるための反射層として機能する。尚、酸化シリコン層１５’は他の透明な誘電体材料たとえばSi3N4、Al2O3でもよく、また、反射電極層１６’は他の高反射性金属でもよい。
【００４４】
尚、反射層を反射電極層１６’のみで構成すると、オーミック接触を得るための後述の窒素、アニール合金工程において、Ga1-xInxPコンタクト層１４と反射電極層１６’との界面における合金層形成によるモフォロジの悪化または反射電極層１６’の拡散によって反射率が低下する。
【００４５】
次に、反射電極層１６’の保護及び密着性を確保するために、Ta、Ti、W等の高融点金属またはこれらの窒化物よりなるバリア層１７及びNi、Au等の接着層（図示せず）を抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、EB蒸着法等によって形成する。
【００４６】
バリア層１７は、たとえば、厚さ100nmのTaN、TiW、TaNを順次積層したものである。バリア層１７は反射電極層１６’の材料たとえばZnの外方拡散を防止すると共に、後工程で共晶材料が反射電極層１６’へ侵入（拡散）するのを防止する。バリア層１７が存在しないと、後工程の熱影響による順方向電圧Vfの上昇等の電気特性の劣化及び反射ミラー（１５’、１６’）の反射率の低下を招き、光半導体装置の輝度も低下する。
【００４７】
酸化シリコン層１５’の開口部において、GaInPコンタクト層１４と反射電極層１６’との間は約500℃の窒素アニールの合金工程によって良好なオーミック接合となっている。
【００４８】
また、半導体積層体１側の接着層（図示せず）は厚さ約300nmのNi、厚さ30nmのAuをEB蒸着法、抵抗加熱蒸着法もしくはスパッタリング法により形成する。接着層は後述の熱圧着工程において、支持体２の共晶接合層との濡れ性をよくして接合層３を形成するためのものである。
【００４９】
他方、支持基板２１の両面に中間電極層２２及び裏面電極層２３を形成し、中間電極層２２上にスパッタリング法、電子ビーム蒸着法等によりAuSnよりなる密着層２４、接着層（図示せず）及び共晶接合層（図示せず）を形成する。
【００５０】
導電性支持基板２１はたとえばSi、Al、Cu等たとえばｐ型不純物を高濃度にドープしたシリコンよりなる。尚、導電性支持基板としては、導電性かつ熱伝導性のSi、Al、Cu、Ge、GaAs等からも構成することができる。
【００５１】
裏面電極層２２及び中間電極層２３はｐ型不純物をドープしたシリコンよりなる導電性支持基板２１上に形成された厚さたとえば100〜300nmのオーミック金属層であり、後述の熱圧着工程により導電性支持基板２１への密着性が向上する。尚、オーミック金属層はPt、Au、Ni、Ti等であり、Si等との良好なオーミック接合のために窒素雰囲気下での合金化処理を適宜行う。
【００５２】
密着層２４は中間電極層２３と半導体積層体１側の接着層との密着信頼性を高めるためのものであり、厚さ100〜300nmたとえば150nmのTi及び厚さ50〜150nmたとえば100nmのNiよりなる。
【００５３】
支持体２の接着層は後述の接合層３を形成する熱圧着工程における共晶接合層との濡れ性を良くするためのものであり、厚さ50〜150nmたとえば100nmのNi、NiV、Pt等よりなる。また、共晶接合層は厚さ300〜3000nmのAuSnたとえば厚さ600nmのAu:Sn=80wt%:20wt%（=70at%:30at%）により抵抗加熱蒸着法、EB蒸着法あるいはスパッタリング法によって構成される。この場合、AuSnを主成分として適当な添加物を加えてもよい。
【００５４】
次に、半導体積層体１側に形成された接着層と支持体２側に形成された接着層及び共晶接合層とを熱圧着して接合する。これにより、半導体積層体１と支持体２との間には、NiAu接着層及びAuSn共晶接合層等により新たにAuSnNiよりなる接合層３が新たに形成されることになる。この場合、熱圧着工程は、窒素雰囲気下の接合圧力約1MPaを接合温度330℃を10分間保持することにより行われる。尚、接合材料、接合時の雰囲気、接合温度及び接合時間は使用する共晶材料が溶融し、その特性に変化（例えば、酸化等による接合強度の劣化）を及ぼすことがなく、半導体積層体１と支持体２とが接合されるのに十分な材料、雰囲気、接合温度及び接合時間であればよく、上記の材料、雰囲気、接合温度及び接合時間に限定するものではない。
【００５５】
次に、GaAs成長基板をアンモニア、過酸化水素よりなるエッチャントを用いたウェットエッチング法により除去する。尚、ウェットエッチング法の代りに、ドライエッチング法、機械研磨法、化学機械研磨（CMP）法、あるいはこれらの組合せを用いてもよい。
【００５６】
次に、ｎ型AlGaInP層１１’の凸部構造Ｓを形成する。まず、ｎ型AlGaInP層１１’の異方性エッチング特性について図７を参照して説明する。
【００５７】
始めに、ｎ型AlGaInP層１１’の結晶格子を示す図６を説明する。図６において、（１１１）Ａ面は最表面がIII族元素Al、Ga、Inで構成された面、（１１１）Ｂ面は最表面がV族元素Pで構成された面を示す。この場合、エッチャントを硝酸系たとえば硝酸（HNO3）を酢酸（CH3COOH）もしくは水（H2O）で希釈したものあるいは塩酸系たとえば塩酸（HCl）を酢酸（CH3COOH）もしくは水（H2O）で希釈したものを用いて異方性ウェットエッチングを行うと、（１１１）Ｂ面のエッチングレート＞（１１１）Ａ面のエッチングレートとなる。従って、（１００）面、（０１０）面あるいは（００１）面を上記エッチャントを用いてウェットエッチングを行うと、図６に示すように、（１１１）Ｂ面が早くエッチングされ、結果として、（１１１）Ａ面が表面に現れる。尚、（１１１）面は（１−１１）面、（１１−１）面、…等の集合を示す。
【００５８】
次に、図７の（Ａ）を参照すると、２次元周期の円孔の形成のために、レジストパターン層１１２によるマスクパターンをフォトリソグラフィ、電子線リソグラフィ、電子線（EB）描画装置、ナノインプリント、レーザ露光法等を用いて形成する。図７の（Ａ）においては、セルの周期Lが上述のλ/n≦L≦3.0μmの範囲のマスクパターンであり、周期Lの最大値はMOCVD法で成長できるｎ型AlGaInP層１１’の最大値3.0μmより小さいのが現実的である。
【００５９】
次に、図７の（Ｂ）を参照すると、図７の（Ａ）のレジストパターン層１１２のマスクパターンを用いてドライエッチング法によりエッチングし、これにより、深さ0.6μmの２次元周期の円孔１１３をｎ型AlGaInP層１１’に形成する。このとき、実際に得られた円孔１１３の走査型電子顕微鏡（SEM）写真を図８に示す。円孔１１３は後述のAlGaInPの（１１１）Ａ面を形成するために必要であり、L=0.6μmに対し、0.7〜1.5倍たとえば0.6μmである。また、後述の平行四辺形セルおよびセル列の配列は、円孔の配列により制御することができる。
【００６０】
次に、図７の（Ｃ）を参照すると、エッチングレートが（１１１）Ｂ＞（１１１）Ａとなるような硝酸系もしくは塩酸系のエッチャントを用いて異方性エッチングを行う。中途段階においても、エッチングレートが小さい（１１１）Ａ面が斜面となっている。上述の異方性エッチングが進むと、（１１１）Ａ面のエッチングレートが大きいので、円孔は平行四辺形セルの対角線である［１１０］方向に延びる。他方、（１１１）Ｂ面のエッチングレートは小さいので、［１１−０］方向のエッチングはほとんど進行しない。このとき、実際に得られた凸部構造Ｓの走査型電子顕微鏡（SEM）写真を図９に示す。各平行四辺形セルは、「１１０」方向の谷底とその両側に形成された（１１１）A面が支配的な傾斜面から構成される。平行四辺形セルは、短手側の対角線に沿って切断した断面において、略Ｖ字型溝を示す。また、平行四辺形セルの一対の対角は約65°、もう一対の対角は約115°であった。
【００６１】
尚、凸部構造Ｓを形成する際には、後述のｎ側電極４’及びボンディングパッド５が形成される領域に保護マスクを適宜形成してもよい。
【００６２】
次に、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム（EB）蒸着法、スパッタリング法等及びリフトオフ法を用いることにより、ｎ型AlGaInPクラッド層１１’上にAlGaInPとオーミック接合するAuGeNiよりなるｎ側電極４’を形成し、次いで、ショッキー接合する厚さ50〜300μmのTa、Ti、W及びこれらの合金、窒化膜、及びこの上の厚さ1.5μmのAuよりなるボンディングパッド５を形成する。AuGeNiの代りに、AuGe、AuSn、AuSnNi等を用いてもよい。次いで、窒素雰囲気下で約400℃のアニールにより良好なオーミック接合の合金化を行う。
【００６３】
次に、メサエッチング法により半導体層１１〜１４をチップ毎に区画する溝を形成する。
【００６４】
最後に、支持体２をエッチング、ダイシングレーザスクライブ等によりチップ毎に切断し、必要に応じて半導体層１１〜１４全体を樹脂モールドする。
【００６５】
図１０は、本発明のメッシュ状凸部構造を有する光半導体装置と、比較例の表面加工をしない光半導体装置、２次元周期凹部構造を有する光半導体装置、円錐状凸部構造を有する光半導体装置のそれぞれの光取り出し効率を測定し、表面加工を施さない光半導体装置を基準として示した結果である。すなわち、本発明に係る半導体層の光取り出し面側を２次元周期メッシュ状凸部構造とした場合、図１０に示すごとく、図１７に示す２次元周期円錐状凸部構造と同様に光取り出し効率は高い。
【００６６】
図１１は、本発明のメッシュ状凸部構造を有する光半導体装置と、比較例の表面加工をしない光半導体装置、２次元周期凹部構造を有する光半導体装置、円錐状凸部構造を有する光半導体装置のそれぞれの電流―輝度特性を測定し、輝度が飽和したときの電流値（飽和電流値）を、表面加工をしない光半導体装置を基準として示した結果である。すなわち、本発明に係る半導体層の光取り出し面のメッシュ状凸部構造Ｓは、表面加工を施さない光半導体装置からの飽和電流値の低下は小さく、図１６に示す２次元周期凹部構造と同等の飽和電流値を示した。本発明に係る半導体層の光取り出し面のメッシュ状凸部構造Ｓは、各平行四辺形セルの突縁部から構成される尾根がメッシュ状に連続していること、電極配置により規定される電流の方向に応じたセル配置をとることによりセルの突縁を電流拡散経路として有効に利用できること、により電流拡散を阻害する影響が少ない結果、活性層１２に均一な電流注入が行えたものと考えられる。
【００６７】
このように、本発明に係る光半導体装置によれば、電流拡散特性を大きく低下させることなく（飽和電流値を大きく低下させることなく）、高い光取り出し効率を得ることができる。
【００６８】
上述のごとく、本発明に係るメッシュ状の凸部構造Ｓの平行四辺形セルＣの長手側の対角線が半導体層の［１１０］方向となっており、かつ反射電極層（ｐ側電極）１６’からｎ側電極４’へ流れる電流の方向がやはり半導体層の［１１０］方向となっているので、電流−輝度特性の飽和電流値の低下がない。つまり、本発明に係る凸部構造Ｓの平行四辺形セルＣの方向と反射電極層（ｐ側電極）１６’からｎ側電極４’へ流れる電流の方向との角度θとすると、図１３に示すごとく、θ=0〜15°の範囲であれば、電流−輝度特性の飽和電流値の低下がない。
【００６９】
図１３は、メッシュ状凸部構造Ｓの平行四辺形セルＣの長手側の対角線とライン状電極１６’aと線状のｎ側電極４’と直行する線（反射電極層（ｐ側電極）１６’からｎ側電極４’へ流れる主な電流の方向）との成す角度をθとした場合の、θ=2°、15°、88°としたときの飽和電流値を測定した結果を、θ=2°を基準として示したものである。各サンプルとも電極およびメッシュ状凸部構造の位置関係のみが異なり、その他の構成は同じである。この結果、θ=15°においては、θ=2°と同等の飽和電流値を示した。一方、θ=88°においては、飽和電流値が低下した。つまり、少なくとも、メッシュ状凸部構造Ｓの平行四辺形セルＣの長手側の対角線とライン状電極１６’aと線状のｎ側電極４’と直行する線との成す角度が15°以下（θ=0〜±15°）であれば、表面加工を施さない光半導体装置と比較して飽和電流値の低下の小さい光半導体装置を得ることができると考えられる。また、θ=88°のとき、すなわち、平行四辺形セルの長手側の対角線がライン状電極１６’aおよび線状のｎ側電極４’と平行に配置される場合には、飽和電流値が低下してしまうことが確認できた。
【００７０】
尚、図３においては、１つのボンディングパッド５に対して３つの平行なｎ側電極４’を設けているが、ｎ側電極４’の数は図１２の（Ａ）に示すごとく、他の数になし得る。また、図３においては、１つのボンディングパッド５を設けているが、図１２の（Ｂ）、（Ｃ）に示すごとく、他の数になし得る。図１２の（Ａ）（Ｂ）、（Ｃ）のいずれにおいても、反射電極層（ｐ側電極）１６’のライン状部１６’ａはｎ側電極４’間に平行に配置される。
【００７１】
上述の実施の形態においては、ｎ型AlGaInP層１１’に凸部構造Ｓを形成した後に、その上にｎ側電極４’及びボンディングパッド５を形成しているが、ｎ側電極４’及びボンディングパッド５を形成した後に、ｎ型AlGaInP層１１’に凸部構造Ｓを形成してよい。この場合には、ｎ側電極４’及びボンディングパッド５はｎ型AlGaInP層１１’の平坦部上に形成される。
【符号の説明】
【００７２】
１：半導体積層体
２：支持体
３：接合層
４、４’：ｎ側電極
１１，１１’：ｎ型AlGaInP層
１２：活性層
１３：ｐ型AlGaInP層
１４：GaInPコンタクト層
１５、１５’：SiO2層
１６、１６’：反射電極層（ｐ側電極）
１６’ａ：ライン状部
１６’ｂ：ドット状部
１７：バリア層
２１：導電性支持基板
２２：中間電極層
２３：裏面電極層
２４：密着層
１０１：凸部
１０１ａ：平坦部
１０２：円錐状凸部
１１２：レジストパターン層
１１３：円孔
Ｓ：２次元周期メッシュ状凸部構造
Ｃ：平行四辺形セル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
該支持基板上方に設けられ、発光層を含む（AlzGa1-z）xIn1-xP（0≦z≦1、0≦x≦1）半導体層と、
該半導体層の支持基板側に設けられた第１のオーミック電極と、
前記半導体層上に設けられた第２のオーミック電極と、
前記半導体層の前記第２のオーミック電極が配置される側の表面に形成され、上面視において略平行四辺形状の複数のセルからなる凸部構造と
を具備し、
前記第１のオーミック電極は、前記半導体層の厚さ方向において、前記第２のオーミック電極と重ならない位置において前記半導体層と接触し、
前記第１のオーミック電極の前記半導体層との接触部及び前記第２のオーミック電極は、相互に平行に配置された線状部を有し、
前記凸部構造は、前記各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なりかつ前記セルの長手側の対角線が前記線状部に対して直交する方向に沿うように、形成されている光半導体装置。
【請求項２】
前記セルの長手側の対角線と、前記線状部との成す角度は１５度以下である請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記セルにおける対向する２つの頂角は６５度以下である請求項１または請求項２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記セルの長手側の対角線は前記半導体層の［１１０］方向である請求項１から請求項３までのいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項５】
(a) （AlzGa1-z）xIn1-xP（0≦z≦1、0≦x≦1）よりなるn型層、発光層、p型層を含む半導体層を形成する工程と、
(b)前記半導体層のp型層側の主面に第１のオーミック電極を形成する工程と、
(c)前記半導体層のn型層側の主面に複数の円孔を形成する工程と、
(d)前記円孔の形成された前記半導体層に、異方性ウェットエッチング法により上面視において平行四辺形状の複数のセルからなる凸部構造を形成する工程と、
(e)前記半導体層のn型層側の主面の一部に第２のオーミック電極を形成する工程と
を具備し、
前記(b)工程と前記(e)工程において、前記第１のオーミック電極は、前記半導体層の厚さ方向において、前記第２のオーミック電極と重ならない位置において前記半導体層と接触するよう形成し、前記第１のオーミック電極の前記半導体層との接触部と前記第２のオーミック電極は上面視において相互に平行に配置された線状部を有するように形成し、
前記(d)工程において、前記凸部構造は、前記各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なるとともに、前記セルの長手側の対角線が、前記線状部に対して直交する方向に沿うように形成される光半導体装置の製造方法。
【請求項１】
支持基板と、
該支持基板上方に設けられ、発光層を含む（AlzGa1-z）xIn1-xP（0≦z≦1、0≦x≦1）半導体層と、
該半導体層の支持基板側に設けられた第１のオーミック電極と、
前記半導体層上に設けられた第２のオーミック電極と、
前記半導体層の前記第２のオーミック電極が配置される側の表面に形成され、上面視において略平行四辺形状の複数のセルからなる凸部構造と
を具備し、
前記第１のオーミック電極は、前記半導体層の厚さ方向において、前記第２のオーミック電極と重ならない位置において前記半導体層と接触し、
前記第１のオーミック電極の前記半導体層との接触部及び前記第２のオーミック電極は、相互に平行に配置された線状部を有し、
前記凸部構造は、前記各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なりかつ前記セルの長手側の対角線が前記線状部に対して直交する方向に沿うように、形成されている光半導体装置。
【請求項２】
前記セルの長手側の対角線と、前記線状部との成す角度は１５度以下である請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記セルにおける対向する２つの頂角は６５度以下である請求項１または請求項２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記セルの長手側の対角線は前記半導体層の［１１０］方向である請求項１から請求項３までのいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項５】
(a) （AlzGa1-z）xIn1-xP（0≦z≦1、0≦x≦1）よりなるn型層、発光層、p型層を含む半導体層を形成する工程と、
(b)前記半導体層のp型層側の主面に第１のオーミック電極を形成する工程と、
(c)前記半導体層のn型層側の主面に複数の円孔を形成する工程と、
(d)前記円孔の形成された前記半導体層に、異方性ウェットエッチング法により上面視において平行四辺形状の複数のセルからなる凸部構造を形成する工程と、
(e)前記半導体層のn型層側の主面の一部に第２のオーミック電極を形成する工程と
を具備し、
前記(b)工程と前記(e)工程において、前記第１のオーミック電極は、前記半導体層の厚さ方向において、前記第２のオーミック電極と重ならない位置において前記半導体層と接触するよう形成し、前記第１のオーミック電極の前記半導体層との接触部と前記第２のオーミック電極は上面視において相互に平行に配置された線状部を有するように形成し、
前記(d)工程において、前記凸部構造は、前記各セルの突縁から構成される尾根がメッシュ状に連なるとともに、前記セルの長手側の対角線が、前記線状部に対して直交する方向に沿うように形成される光半導体装置の製造方法。
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１９９１１１（Ｐ２０１１−１９９１１１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５９７５（Ｐ２０１０−６５９７５）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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