半導体発光素子およびその製造方法
【課題】発光層から裏面に向かう光を有効に反射させることで光取り出し効率を向上させ、かつ、発光層からの熱の放熱性を向上させることにより、高光出力性能を有することができる半導体発光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】支持基板の上面の側に、下側クラッド層、発光層、上側クラッド層および第１電極層を有し、前記支持基板の下面の側に第２電極層を有する半導体発光素子において、前記支持基板と前記下側クラッド層との間に、光反射層と、該光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることを特徴とする。
【解決手段】支持基板の上面の側に、下側クラッド層、発光層、上側クラッド層および第１電極層を有し、前記支持基板の下面の側に第２電極層を有する半導体発光素子において、前記支持基板と前記下側クラッド層との間に、光反射層と、該光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関するものであって、特に高光出力性能を有する半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のヘッドランプやブレーキランプ、または信号機への応用など、ＬＥＤ（半導体発光素子）の用途の多様化と共に、ＬＥＤの光出力の向上が求められている。
【０００３】
一般に、表面電極と裏面電極との間に、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、およびこれら半導体層間に設けられた発光層を具える構造を有するＬＥＤにおいて、前記発光層で発生した光は、ＬＥＤの表面だけではなく裏面にも等方的に向かうこととなる。前記発光層で発生した光のうち、ＬＥＤの外に出てくる光の割合のことを光取り出し効率というが、ＬＥＤの裏面に向かった光は前記裏面電極に反射または吸収されるため、この裏面電極の反射率が、前記光取り出し効率に影響を与えることとなる。
【０００４】
従来、ＬＰＥ法により形成された厚膜の半導体層を有するＬＥＤにおいて、裏面電極として、ＬＥＤの裏面全体にオーミック電極を設け、このオーミック電極が、電極としてだけではなく、発光層からＬＥＤの裏面へ向かう光を反射させる反射膜としての機能を兼ね備えるような技術が知られている。しかしながら、前記オーミック電極の反射率が低いものであっため、発光層からＬＥＤの裏面に向かった光を有効に取り出すことがでないという問題があった。
【０００５】
このため、特許文献１には、ＬＥＤの裏面に、一部窓開けしてオーミック電極を備えたＳｉＯ２膜と、このＳｉＯ２膜上のＡｕ、ＡｇまたはＡｌ膜とを反射材として設けることにより、裏面電極の反射率を高め、発光層からＬＥＤの裏面に向かった光の取り出し効率を向上させる技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５２−３７７８３号公報
【０００７】
ところで、一般に、前述したようなＬＰＥ法を用いる方法に比べ、ＭＯＣＶＤ等の薄膜結晶成長技術を用いて結晶層を成長させるほうが、ＬＥＤの内部量子効率を高めることができるということが知られている。
【０００８】
薄厚のＬＥＤを製造する場合、ＭＯＣＶＤ法等を用いて成長基板上に複数の結晶層を成長させることとなるが、前記成長基板が発光層で発生した光の吸収体として働くため、この成長基板側に裏面電極を形成した場合、裏面電極に向かう光自体が減少してしまう。そこで、この成長基板を除去し、光に対して透明な前記結晶層の一部を支持基板として使用することで、この支持基板側に形成された裏面電極へ向かう光の減少を防ぎ、結果として、ＬＥＤの光取り出し効率を向上させるような技術が知られている。しかしながら、前記結晶層の一部を支持基板として使用するためには、層厚が２００μｍ以上であることが必要となり、ＭＯＣＶＤ法等の薄膜成長法を用いるこの技術において、結晶成長時間が異常に長くかかってしまうという問題があった。
【０００９】
このため、特許文献２には、成長基板上に複数の結晶層を成長させ、その後、結晶層の最上層に新たな基板としてＳｉ支持基板を接合した後、前記成長用基板を除去する技術が開示されている。これによれば、前記結晶層を厚く形成するために長い結晶成長時間を費やす必要はなくなる。さらに、特許文献２には、成長基板上に複数の結晶層を成長させ、これら結晶層上にオーミックコンタクトを形成し、その最上層にＡｕが露出するようにした後、このオーミックコンタクト上にＳｉ支持基板を置き、加熱することにより前記ＡｕとＳｉとを合金化させ、前記結晶層と前記Ｓｉ支持基板とをＡｕ−Ｓｉ合金層を介して接着することで、前記Ａｕ−Ｓｉ合金層を反射層として機能させ、ＬＥＤの光取り出し効率を向上させる技術が開示されている。また、新たな基板として用いたＳｉ支持基板は、熱伝導性が高いため、発光層で発生した熱を効果的に放熱することができ、熱によるＬＥＤの発光波長の変化を避けることができる。
【００１０】
【特許文献２】特開平４−２９３７４号公報
【００１１】
しかしながら、特許文献２に記載されたＡｕ層は、Ｓｉとの合金化により、反射率が低下してしまい、ＬＥＤの光取り出し効率を有効に向上させることはできないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１ではＳｉＯ２膜の熱伝導率が低いものの問題視されず、他の材料が適応されなかった。高い透明度と高い熱伝導率とを有する材料を素子に影響の無い低温で形成することは容易ではないため、ＳｉＯ２以外の材料を組み合わせることは従来困難と思われていた。本発明の目的は、発光層から裏面に向かう光を有効に反射させることで光取り出し効率を向上させ、かつ、発光層からの熱の放熱性を向上させることにより、高光出力性能を有することができる半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）支持基板の上面の側に、下側クラッド層、発光層、上側クラッド層および第１電極層を有し、前記支持基板の下面の側に第２電極層を有する半導体発光素子において、前記支持基板と前記下側クラッド層との間に、光反射層と、該光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることを特徴とする半導体発光素子。
【００１４】
（２）前記半導体発光素子は、前記支持基板と前記光反射層との間に導電性を有する接着層と、該接着層と前記下側クラッド層との間で、前記光反射層および前記光透過層を貫通して設けられるオーミックコンタクトとをさらに具える上記（１）に記載の半導体発光デバイス。
【００１５】
（３）前記オーミックコンタクトは、前記第１電極層側から透視した場合に、前記第１電極層の中心位置を軸線として対称になるよう設けられる上記（２）に記載の半導体発光デバイス。
【００１６】
（４）前記光反射層は、Ａｕ、Ａｌ若しくはＡｇまたはこれらの１種以上の合金材料からなる上記（１）、（２）または（３）に記載の半導体発光素子。
【００１７】
（５）前記光透過層は、ＡｌＮ材料からなる上記（１）〜（４）のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【００１８】
（６）前記支持基板は、Ｓｉ材料またはＧａＡｓ材料からなる上記（１）〜（５）のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【００１９】
（７）結晶成長基板の上面の側に、上側クラッド層、発光層、下側クラッド層を順次形成する工程と、前記下側クラッド層の上方に、高熱伝導率を有する光透過層を形成する工程と、該光透過層上に、光反射層を形成する工程と、該光反射層の上方に、支持基板を接合する工程と、前記結晶成長基板を除去する工程とを具えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【００２０】
（８）前記支持基板接合工程前に、さらにオーミックコンタクトを形成する工程を具える上記（７）に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００２１】
（９）前記オーミックコンタクト形成工程は、前記光反射層の表面から、該光反射層および前記光透過層の所定位置をエッチングにより除去して凹部を形成した後、該凹部内にオーミックコンタクトを形成することを含む上記（８）に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００２２】
（１０）前記支持基板接合工程は、接着層を介して前記支持基板を接合することを含む上記（７）、（８）または（９）に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００２３】
（１１）前記オーミックコンタクトは、上面からの透視にて、チップ面積に対する存在割合が０．５〜５０．０％である上記（８）、（９）または（１０）に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の半導体発光素子は、支持基板と下側クラッド層との間に、光反射層と、この光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることにより、光出力性能を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、下側クラッド層の上方に、高熱伝導率を有する光透過層を形成する工程と、この光透過層上に、光反射層を形成する工程と具えることにより、半導体発光素子の光出力性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の半導導体発光素子の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明に従う半導体発光素子の断面構造を模式的に示したものである。
【００２７】
図１に示す半導体発光素子１は、支持基板２の上面２aの側に、下側クラッド層３、発光層４、上側クラッド層５および第１電極層６を有し、前記支持基板２の下面２ｂの側に第２電極層７を有し、前記支持基板２と前記下側クラッド層３との間に、光反射層８と、この光反射層８の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層９とを具え、このような構成を採用することにより、前記発光層４で発生した光を前記光透過層９で減衰させることなく前記光反射層８で反射させ、かつ、前記発光層４で発生した熱を前記光透過層９で効果的に放熱させることで、半導体発光素子１の光出力性能を向上させることを可能にしたものである。また、前記光透過層９を前記光反射層８の上に設けることで、前記光反射層８が前記下側クラッド層３と合金化するのを防ぎ、前記光反射層８の反射率低下を回避することができる。なお、図中のハッチングは、説明のため、便宜上施したものである。
【００２８】
前記支持基板２を構成する好適な材料としては、例えばＳｉ材料、ＧａＡｓ材料、ＳｉＣ材料のほか、ＡｌやＣｕなどの金属またはその合金材料等が挙げられ、また、前記各層３〜５を構成する好適な材料としては、例えば下側クラッド層３をＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等、発光層４をＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等、上側クラッド層５をＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等とする場合が挙げられる。さらに、前記光反射層８を構成する好適な材料としては、例えば金（Ａｕ）または金合金材料、白金（Ｐｔ）、アルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）の単体若しくはそれを構成元素とした合金またはそれらの積層体等が挙げられ、前記光透過層９を構成する好適な材料としては、例えば、単結晶またはセラミクスにおいて熱伝導率１７０Ｗ／ｍＫ以上を有するＡｌＮ材料、ＳｉＣ材料等が挙げられる。
【００２９】
また、前記基板２は、好適には５０〜１０００μｍの厚さを有し、前記各層３〜５は、好適には合計で１．０〜２０．０μｍの厚さを有するのが好ましい。さらに、前記光反射層８および前記光透過層９は、好適にはそれぞれ０．０１〜１．００μｍ、５〜５００ｎｍの厚さを有するのが好ましい。
【００３０】
前記半導体発光素子１は、前記支持基板２と前記光反射層８との間に導電性を有する接着層１０と、この接着層１０と前記下側クラッド層３との間で、前記光反射層８および前記光透過層９を貫通して設けられるオーミックコンタクト１１とをさらに具えるのが好ましい。前記接着層１０を設けることにより、前記支持基板２と前記オーミックコンタクト１１とを効果的に接合することができ、また、前記オーミックコンタクト１１を設けることにより、前記下側クラッド層３と前記接着層１０との障壁（電気的な抵抗）を小さくすることができる。
【００３１】
前記接着層１０を構成する好適な材料としては、例えばＡｕ等が挙げられ、また、前記オーミックコンタクト１１を構成する好適な材料としては、例えばＡｕＺｎ系材料、ＡｕＢｅ系材料等が挙げられる。
【００３２】
また、前記接着層１０は、好適には０．１〜３．０μｍの厚さを有し、前記オーミックコンタクト１１は、前記光反射層８および前記光透過層９を貫通して設けられるオーミックコンタクトの部分１１ａが少なくとも設けられていればよいが、図１に示すように、前記光反射層８と前記接着層１０との間に存在する部分１１ｂを有してもよい。この場合、前記部分１１ｂは、好適には２．０μｍ以下の厚さを有するのが好ましい。
【００３３】
図２に一実施形態として示すように、前記オーミックコンタクト１１（厳密には、オーミックコンタクトの部分１１ａ）は、前記第１電極層６側から透視した場合に、前記第１電極層６の中心位置Ｏを軸線として対称になるよう設けられるのが好ましい。電流が半導体結晶内で均一に分布し、電流の広がりを均一にするためである。
【００３４】
次に、本発明の半導体発光素子の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図３および図４は、この発明に従う半導体発光素子の製造方法における主な工程をそれぞれ示したものである。
【００３５】
図３(ａ)に示すように、結晶成長基板１２の上面１２ａの側に、上側クラッド層５、発光層４、下側クラッド層３を順次形成する。これら各層３〜５は、例えばＭＯＣＶＤ法等の薄膜成長法により形成されるのが好ましい。前記結晶成長基板１２を構成する好適な材料としては、例えばＧａＡｓ材料等が挙げられ、また、前記各層３〜５を構成する好適な材料としては、例えば下側クラッド層３をＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ材料等、発光層４をＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等、上側クラッド層５をＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等とする場合が挙げられる。また、前記結晶成長基板１２は、好適には２５０〜４００μｍの厚さを有し、前記各層３〜５は、好適には合計で１．０〜２０．０μｍの厚さを有するのが好ましい。
【００３６】
その後、図３(ｂ)に示すように、前記下側クラッド層３の上方に光透過層９を、この光透過層９の上方に光反射層８を形成した後、図３(ｅ)に示すように、この光反射層８の上方に、支持基板２を接合する。前記光透過層９を形成する温度は、半導体発光素子に影響の無い温度である必要がある。例えば主にＡｌＧａＡｓ系材料である場合、圧力にもよるが前記光透過層９は９００℃よりも十分低い温度（好ましくは６００℃以下）で形成したほうが良い。本発明に好適な透明度と熱伝導率とを有するＡｌＮ材料、ＳｉＣ材料等を低温で形成するために、前記光透過層９は、例えば高周波スパッタ装置を用いるＰＶＤ法等により形成されるのが好ましい。また、前記光反射層８は、例えば電子ビーム蒸着法またはスパッタにより形成されるのが好ましい。前記光反射層８を構成する好適な材料としては、例えば金（Ａｕ）または金合金材料、白金（Ｐｔ）、アルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）の単体若しくはそれらを構成元素とした合金またはそれらの積層体等が挙げられ、前記光透過層９を構成する好適な材料としては、例えば、単結晶またはセラミクスにおいて熱伝導率１７０Ｗ／ｍＫ以上を有するＡｌＮ材料、ＳｉＣ材料等が挙げられる。また、前記光反射層８および前記光透過層９は、好適にはそれぞれ０．０１〜１．００μｍ、５〜５００ｎｍの厚さを有するのが好ましい。前記光透過層９は、エッチングを制御できれば薄い方が好ましく、より好ましくは５〜２００ｎｍである。
【００３７】
その後、図３(ｆ)に示すように、例えば、所定のエッチング液を用いたウェットエッチング法により前記結晶成長基板１２を除去する。
【００３８】
また、前記支持基板２を接合する前に、さらにオーミックコンタクト１１を形成するのが好ましい。オーミックコンタクト１１の形成方法は、例えば、図３(ｃ)に示すように、前記光反射層８の表面から、この光反射層８および前記光透過層９の所定位置を、例えば所定のエッチング液を用いたウェットエッチングまたは所定のガスを用いたドライエッチングにより除去して凹部１３を形成した後、図３（ｄ）に示すように、前記凹部１３内にオーミックコンタクト１１を形成するのが好ましい。前記オーミックコンタクト１１を構成する好適な材料としては、例えばＡｕＺｎ系、ＡｕＢｅ系等が挙げられ、前記オーミックコンタクト１１は、例えばボート加熱式法により蒸着した後、所定の温度で急速加熱することにより形成される。
【００３９】
また、前記オーミックコンタクト１１は、前記凹部１３内に形成される部分１１ａに加え、前記光反射層８上に存在する部分１１ｂを有してもよい。この場合、前記光反射層８上に存在する部分１１ｂは、好適には２．０μｍ以下の厚さを有するのが好ましい。
【００４０】
前記支持基板２を接合する際、図３(ｅ)および図３(ｆ)に示すように、接着層１０を介して前記支持基板２を接合するのが好ましい。また、前記接着層１０は、一実施形態として示す図３(ｄ)〜図３(ｆ)において、前記オーミックコンタクト１１上に設けられた接着材料１０ｂと、前記支持基板２の上面２ａ上に予め設けられた接着材料１０ａとを加熱圧着することにより形成されるのが好ましい。前記接着層１０を構成する好適な材料としては、例えばＡｕ等が挙げられ、前記接着層１０の前記接着材料１０ａおよび１０ｂは、いずれも好適には０．０５〜２．９５μｍの厚さを有し、合計で３．０μｍ未満の厚さするのが好ましい。また、図中には示されないが、前記支持基板２と前記接着材料１０ａとの間にさらなるオーミックコンタクト層を設けるのが好ましい。
【００４１】
前記結晶成長基板１２を除去した後、前記上側クラッド層５上に第１電極層６を、前記支持基板２の下面２ｂの側に第２電極層７を形成し、ダイシングすることにより、図４に示す本発明に従う半導体発光素子１をチップ化するのが好ましい。なお、前記結晶成長基板１２を除去した後、前記電極層の形成前に、研削・研磨工程を行ってもよい。
【００４２】
図２に一実施形態として示すように、前記オーミックコンタクト１１（厳密には、オーミックコンタクトの部分１１ａ）は、上面からの透視にて、チップ面積に対する存在割合が０．５〜５０％であるのが好ましい。オーミックコンタクト１１の部分は発光層からの光を光反射層８で反射する効果が得られないため、オーミックコンタクト１１の存在割合が多いと光反射による出力の向上が十分に得られない。逆に存在割合が少ないと電力集中が起こりやすくなりチップの電気抵抗が高くなるおそれがある。したがって、クラッド層の抵抗値や厚さによる電流の広がりを考慮しつつオーミックコンタクトの存在割合を上記範囲内で調整するのが好ましい。なお、図２に一実施形態として示された半導体発光素子１は、一辺の長さＬ１、Ｌ２がいずれも３５０．０μｍ、第１電極層６の直径Ｄ１が１００．０μｍ、オーミックコンタクト１１の内径Ｄ２が２４５．０μｍ、外径Ｄ３が２７０．０μｍ、オーミックコンタクト１１の開口部面積Ｓが１０，１１２μｍ２、チップ面積に対する存在割合が８．３％の場合を示したものである。
【００４３】
なお、図１〜４は、代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
ＳｉドープＧａＡｓ結晶成長基板（厚さ：３５０μｍ）の上面の側に、ｎ−上側クラッド層（Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層、厚さ：５μｍ）、発光層（Ｉｎ0.05ＧａＡｓ井戸層（厚さ：８ｎｍ）をＡｌ0.3ＧａＡｓバリア層（厚さ：５ｎｍ）で挟んだ計７層からなる積層体、総厚：４４ｎｍ）、ｐ−上側クラッド層（Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層、厚さ：５μｍ）をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
【００４５】
その後、前記上側クラッド層の上方にＡｌＮ光透過層（厚さ：５ｎｍ）を高周波スパッタ装置を用いてＰＶＤ法により成長させた。成長条件は次のとおりである。
成長条件
ターゲット：ＡｌＮ
スパッタキャリアガス：Ａｒ＋Ｎ２の混合ガス
温度：３５０〜５５０℃
【００４６】
その後、前記光透過層の上方にＡｕ光反射層（厚さ：１００ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により形成した。
【００４７】
前記光反射層に、フォトリソグラフィ工程によりホールパターン（開口部面積１０１１２μｍ２）を形成した後、前記光反射層に対しゴールドエッチング液を用いてウェットエッチングを行い、さらに、前記光透過層に対し６０℃に加温したＴＭＡＨ(tetramethylammonium-hydroxide)水溶液中にてウェットエッチングを行って、凹部を形成した。その後、この凹部内および前記光反射層上に、蒸着法によりＡｕＺｎ膜（光反射層上の厚さ：１００ｎｍ）を蒸着した。その後、急速加熱により熱処理を施し、オーミックコンタクトを形成した。熱処理条件は次のとおりである。
熱処理条件
温度：４６０℃
雰囲気：Ｎ２
【００４８】
次に、前記オーミックコンタクト上に、Ａｕ接着材料を電子ビーム蒸着により蒸着し、接着層（厚さ：１μｍ）を形成した。
【００４９】
一方、ＺｎドープＧａＡｓ支持基板上には、蒸着によりＡｕＺｎ膜（厚さ：１００ｎｍ）を蒸着した。
原料：９５質量％Ａｕ−５質量％Ｚｎ含有材料
その後、急速加熱により熱処理を施した。熱処理条件は次のとおりである。
熱処理条件
温度：４６０℃
雰囲気：Ｎ２
【００５０】
前記ＡｕＺｎ膜上に、電子ビーム蒸着により接着層（厚さ：Ｔｉ５０ｎｍ、Ａｕ１μｍ）を蒸着した。
【００５１】
前記オーミックコンタクトと前記支持基板とを、加熱圧着することにより接合した。接合条件は次のとおりである。
接合条件
接合圧力：２．２ＭＰａ
接合温度：３５０℃
保持時間：４０分
【００５２】
次に、上述したように構成された構造物に対し、室温のアンモニア水：過酸化水素水：水＝１：１２：１８（体積比）の液中にて２時間揺動することによりウェットエッチングを行い、前記結晶成長基板を除去した。その後、前記ｎ−上側クラッド層上に、ボート加熱式蒸着法によりＡｕＧｅ膜（厚さ：１００ｎｍ）およびＴｉ／Ａｕ膜（厚さ：Ｔｉ５０ｎｍ，Ａｕ１μｍ）を蒸着し、フォトリソグラフィ法により円形パターン（直径：１１０μｍ）形成後、前記Ｔｉ／Ａｕ膜に対しては１％ＨＦ水溶液およびゴールドエッチング液、前記ＡｕＧｅ膜に対してはゴールドエッチング液を用いてウェットエッチングを行った後、急速加熱により熱処理を施して第１電極層を形成した。
一方、前記支持基板上に、電子ビーム蒸着によりＴｉ／Ａｕ膜（厚さ：Ｔｉ下層５０ｎｍ，Ａｕ上層１μｍ）を蒸着し、第２電極層を形成した。
最後に、ダイサーを用いてダイシングすることにより３５０μｍ角の正方形チップを製造した。
【００５３】
（実施例２）
前記光透過層の厚さを１０ｎｍとすること以外は、実施例１と同様の半導体発光素子を作製した。
【００５４】
（実施例３）
前記光透過層の厚さを１１０ｎｍとし、この光透過層に対し８０℃に加温したＫＯＨ水溶液中にて２時間ウェットエッチングを行うこと以外は、実施例１と同様の半導体発光素子を作製した。
【００５５】
（実施例４）
前記支持基板の材料をＢドープＳｉ基板とし、この基板上にＡｕＺｎ膜を蒸着しないこと以外は、実施例２と同様の半導体発光素子を作製した。
【００５６】
（比較例１）
特許文献１と同様な方法により半導体発光素子を作製した。
【００５７】
（比較例２）
特許文献２と同様な方法により半導体発光素子を作製した。
【００５８】
（比較例３）
光透過層の材料を低熱伝導率のＳｉＯ２とすること以外は、実施例４と同様の半導体発光素子を作製した。
【００５９】
上記実施例１〜４および比較例１〜３の半導体発光素子に１００ｍＡの順方向電流を流した場合の光出力（ｍＷ）および発光ピーク波長（ｎｍ）を測定した結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１に示すように、実施例１〜４は比較例１〜３のいずれに比べても光出力が向上していることが分かる。また、発熱が十分小さいものとした場合の発光ピーク波長：８８０ｎｍに対して、実施例１〜４は波長の変動率が約０．８〜０．９％であるのに対し、比較例１〜３の変動率は約１．１〜１．５％であることがわかる。同条件で測定しているにもかかわらず、実施例１〜４に比べて比較例１〜３の発光波長が長波長側にシフトしているのは定常状態でのチップ温度が上昇しているためである。文献S.Adach,J.Appl.Phys.58(3），1 August 1985などに記載のGaAsおよびAlGaAsのバンドギャップの温度依存性を元に、波長がシフトした量から計算したチップのジャンクション部分（発光部）の温度を表１に示した。放熱性が向上すればジャンクション温度は下がり、波長のシフト量は小さくなる。したがって、本発明に従う半導体発光素子は、発光層からの熱の放熱性も向上していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、支持基板と下側クラッド層との間に、光反射層と、この光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることにより、光出力性能を向上させることができる半導体発光素子を提供することができる。
【００６３】
また、本発明は、下側クラッド層の上方に、高熱伝導率を有する光透過層を形成する工程と、この光透過層上に、光反射層を形成する工程と具えることにより、半導体発光素子の光出力性能を向上させることができるの半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に従う半導体発光素子の断面構造を示す模式図である。
【図２】本発明に従う半導体発光素子の上面からの透視図である。
【図３】本発明に従う半導体発光素子の製造方法における各工程を示す模式図である。
【図４】本発明に従う半導体発光素子の断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 半導体発光素子
２ 支持基板
２ａ 上面
２ｂ 下面
３ 下側クラッド層
４ 発光層
５ 上側クラッド層
６ 第１電極
７ 第２電極
８ 光反射層
９ 光透過層
１０ 接着層
１１ オーミックコンタクト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関するものであって、特に高光出力性能を有する半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のヘッドランプやブレーキランプ、または信号機への応用など、ＬＥＤ（半導体発光素子）の用途の多様化と共に、ＬＥＤの光出力の向上が求められている。
【０００３】
一般に、表面電極と裏面電極との間に、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、およびこれら半導体層間に設けられた発光層を具える構造を有するＬＥＤにおいて、前記発光層で発生した光は、ＬＥＤの表面だけではなく裏面にも等方的に向かうこととなる。前記発光層で発生した光のうち、ＬＥＤの外に出てくる光の割合のことを光取り出し効率というが、ＬＥＤの裏面に向かった光は前記裏面電極に反射または吸収されるため、この裏面電極の反射率が、前記光取り出し効率に影響を与えることとなる。
【０００４】
従来、ＬＰＥ法により形成された厚膜の半導体層を有するＬＥＤにおいて、裏面電極として、ＬＥＤの裏面全体にオーミック電極を設け、このオーミック電極が、電極としてだけではなく、発光層からＬＥＤの裏面へ向かう光を反射させる反射膜としての機能を兼ね備えるような技術が知られている。しかしながら、前記オーミック電極の反射率が低いものであっため、発光層からＬＥＤの裏面に向かった光を有効に取り出すことがでないという問題があった。
【０００５】
このため、特許文献１には、ＬＥＤの裏面に、一部窓開けしてオーミック電極を備えたＳｉＯ２膜と、このＳｉＯ２膜上のＡｕ、ＡｇまたはＡｌ膜とを反射材として設けることにより、裏面電極の反射率を高め、発光層からＬＥＤの裏面に向かった光の取り出し効率を向上させる技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５２−３７７８３号公報
【０００７】
ところで、一般に、前述したようなＬＰＥ法を用いる方法に比べ、ＭＯＣＶＤ等の薄膜結晶成長技術を用いて結晶層を成長させるほうが、ＬＥＤの内部量子効率を高めることができるということが知られている。
【０００８】
薄厚のＬＥＤを製造する場合、ＭＯＣＶＤ法等を用いて成長基板上に複数の結晶層を成長させることとなるが、前記成長基板が発光層で発生した光の吸収体として働くため、この成長基板側に裏面電極を形成した場合、裏面電極に向かう光自体が減少してしまう。そこで、この成長基板を除去し、光に対して透明な前記結晶層の一部を支持基板として使用することで、この支持基板側に形成された裏面電極へ向かう光の減少を防ぎ、結果として、ＬＥＤの光取り出し効率を向上させるような技術が知られている。しかしながら、前記結晶層の一部を支持基板として使用するためには、層厚が２００μｍ以上であることが必要となり、ＭＯＣＶＤ法等の薄膜成長法を用いるこの技術において、結晶成長時間が異常に長くかかってしまうという問題があった。
【０００９】
このため、特許文献２には、成長基板上に複数の結晶層を成長させ、その後、結晶層の最上層に新たな基板としてＳｉ支持基板を接合した後、前記成長用基板を除去する技術が開示されている。これによれば、前記結晶層を厚く形成するために長い結晶成長時間を費やす必要はなくなる。さらに、特許文献２には、成長基板上に複数の結晶層を成長させ、これら結晶層上にオーミックコンタクトを形成し、その最上層にＡｕが露出するようにした後、このオーミックコンタクト上にＳｉ支持基板を置き、加熱することにより前記ＡｕとＳｉとを合金化させ、前記結晶層と前記Ｓｉ支持基板とをＡｕ−Ｓｉ合金層を介して接着することで、前記Ａｕ−Ｓｉ合金層を反射層として機能させ、ＬＥＤの光取り出し効率を向上させる技術が開示されている。また、新たな基板として用いたＳｉ支持基板は、熱伝導性が高いため、発光層で発生した熱を効果的に放熱することができ、熱によるＬＥＤの発光波長の変化を避けることができる。
【００１０】
【特許文献２】特開平４−２９３７４号公報
【００１１】
しかしながら、特許文献２に記載されたＡｕ層は、Ｓｉとの合金化により、反射率が低下してしまい、ＬＥＤの光取り出し効率を有効に向上させることはできないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１ではＳｉＯ２膜の熱伝導率が低いものの問題視されず、他の材料が適応されなかった。高い透明度と高い熱伝導率とを有する材料を素子に影響の無い低温で形成することは容易ではないため、ＳｉＯ２以外の材料を組み合わせることは従来困難と思われていた。本発明の目的は、発光層から裏面に向かう光を有効に反射させることで光取り出し効率を向上させ、かつ、発光層からの熱の放熱性を向上させることにより、高光出力性能を有することができる半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）支持基板の上面の側に、下側クラッド層、発光層、上側クラッド層および第１電極層を有し、前記支持基板の下面の側に第２電極層を有する半導体発光素子において、前記支持基板と前記下側クラッド層との間に、光反射層と、該光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることを特徴とする半導体発光素子。
【００１４】
（２）前記半導体発光素子は、前記支持基板と前記光反射層との間に導電性を有する接着層と、該接着層と前記下側クラッド層との間で、前記光反射層および前記光透過層を貫通して設けられるオーミックコンタクトとをさらに具える上記（１）に記載の半導体発光デバイス。
【００１５】
（３）前記オーミックコンタクトは、前記第１電極層側から透視した場合に、前記第１電極層の中心位置を軸線として対称になるよう設けられる上記（２）に記載の半導体発光デバイス。
【００１６】
（４）前記光反射層は、Ａｕ、Ａｌ若しくはＡｇまたはこれらの１種以上の合金材料からなる上記（１）、（２）または（３）に記載の半導体発光素子。
【００１７】
（５）前記光透過層は、ＡｌＮ材料からなる上記（１）〜（４）のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【００１８】
（６）前記支持基板は、Ｓｉ材料またはＧａＡｓ材料からなる上記（１）〜（５）のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【００１９】
（７）結晶成長基板の上面の側に、上側クラッド層、発光層、下側クラッド層を順次形成する工程と、前記下側クラッド層の上方に、高熱伝導率を有する光透過層を形成する工程と、該光透過層上に、光反射層を形成する工程と、該光反射層の上方に、支持基板を接合する工程と、前記結晶成長基板を除去する工程とを具えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【００２０】
（８）前記支持基板接合工程前に、さらにオーミックコンタクトを形成する工程を具える上記（７）に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００２１】
（９）前記オーミックコンタクト形成工程は、前記光反射層の表面から、該光反射層および前記光透過層の所定位置をエッチングにより除去して凹部を形成した後、該凹部内にオーミックコンタクトを形成することを含む上記（８）に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００２２】
（１０）前記支持基板接合工程は、接着層を介して前記支持基板を接合することを含む上記（７）、（８）または（９）に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００２３】
（１１）前記オーミックコンタクトは、上面からの透視にて、チップ面積に対する存在割合が０．５〜５０．０％である上記（８）、（９）または（１０）に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の半導体発光素子は、支持基板と下側クラッド層との間に、光反射層と、この光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることにより、光出力性能を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、下側クラッド層の上方に、高熱伝導率を有する光透過層を形成する工程と、この光透過層上に、光反射層を形成する工程と具えることにより、半導体発光素子の光出力性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の半導導体発光素子の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明に従う半導体発光素子の断面構造を模式的に示したものである。
【００２７】
図１に示す半導体発光素子１は、支持基板２の上面２aの側に、下側クラッド層３、発光層４、上側クラッド層５および第１電極層６を有し、前記支持基板２の下面２ｂの側に第２電極層７を有し、前記支持基板２と前記下側クラッド層３との間に、光反射層８と、この光反射層８の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層９とを具え、このような構成を採用することにより、前記発光層４で発生した光を前記光透過層９で減衰させることなく前記光反射層８で反射させ、かつ、前記発光層４で発生した熱を前記光透過層９で効果的に放熱させることで、半導体発光素子１の光出力性能を向上させることを可能にしたものである。また、前記光透過層９を前記光反射層８の上に設けることで、前記光反射層８が前記下側クラッド層３と合金化するのを防ぎ、前記光反射層８の反射率低下を回避することができる。なお、図中のハッチングは、説明のため、便宜上施したものである。
【００２８】
前記支持基板２を構成する好適な材料としては、例えばＳｉ材料、ＧａＡｓ材料、ＳｉＣ材料のほか、ＡｌやＣｕなどの金属またはその合金材料等が挙げられ、また、前記各層３〜５を構成する好適な材料としては、例えば下側クラッド層３をＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等、発光層４をＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等、上側クラッド層５をＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等とする場合が挙げられる。さらに、前記光反射層８を構成する好適な材料としては、例えば金（Ａｕ）または金合金材料、白金（Ｐｔ）、アルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）の単体若しくはそれを構成元素とした合金またはそれらの積層体等が挙げられ、前記光透過層９を構成する好適な材料としては、例えば、単結晶またはセラミクスにおいて熱伝導率１７０Ｗ／ｍＫ以上を有するＡｌＮ材料、ＳｉＣ材料等が挙げられる。
【００２９】
また、前記基板２は、好適には５０〜１０００μｍの厚さを有し、前記各層３〜５は、好適には合計で１．０〜２０．０μｍの厚さを有するのが好ましい。さらに、前記光反射層８および前記光透過層９は、好適にはそれぞれ０．０１〜１．００μｍ、５〜５００ｎｍの厚さを有するのが好ましい。
【００３０】
前記半導体発光素子１は、前記支持基板２と前記光反射層８との間に導電性を有する接着層１０と、この接着層１０と前記下側クラッド層３との間で、前記光反射層８および前記光透過層９を貫通して設けられるオーミックコンタクト１１とをさらに具えるのが好ましい。前記接着層１０を設けることにより、前記支持基板２と前記オーミックコンタクト１１とを効果的に接合することができ、また、前記オーミックコンタクト１１を設けることにより、前記下側クラッド層３と前記接着層１０との障壁（電気的な抵抗）を小さくすることができる。
【００３１】
前記接着層１０を構成する好適な材料としては、例えばＡｕ等が挙げられ、また、前記オーミックコンタクト１１を構成する好適な材料としては、例えばＡｕＺｎ系材料、ＡｕＢｅ系材料等が挙げられる。
【００３２】
また、前記接着層１０は、好適には０．１〜３．０μｍの厚さを有し、前記オーミックコンタクト１１は、前記光反射層８および前記光透過層９を貫通して設けられるオーミックコンタクトの部分１１ａが少なくとも設けられていればよいが、図１に示すように、前記光反射層８と前記接着層１０との間に存在する部分１１ｂを有してもよい。この場合、前記部分１１ｂは、好適には２．０μｍ以下の厚さを有するのが好ましい。
【００３３】
図２に一実施形態として示すように、前記オーミックコンタクト１１（厳密には、オーミックコンタクトの部分１１ａ）は、前記第１電極層６側から透視した場合に、前記第１電極層６の中心位置Ｏを軸線として対称になるよう設けられるのが好ましい。電流が半導体結晶内で均一に分布し、電流の広がりを均一にするためである。
【００３４】
次に、本発明の半導体発光素子の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図３および図４は、この発明に従う半導体発光素子の製造方法における主な工程をそれぞれ示したものである。
【００３５】
図３(ａ)に示すように、結晶成長基板１２の上面１２ａの側に、上側クラッド層５、発光層４、下側クラッド層３を順次形成する。これら各層３〜５は、例えばＭＯＣＶＤ法等の薄膜成長法により形成されるのが好ましい。前記結晶成長基板１２を構成する好適な材料としては、例えばＧａＡｓ材料等が挙げられ、また、前記各層３〜５を構成する好適な材料としては、例えば下側クラッド層３をＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ材料等、発光層４をＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等、上側クラッド層５をＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料等とする場合が挙げられる。また、前記結晶成長基板１２は、好適には２５０〜４００μｍの厚さを有し、前記各層３〜５は、好適には合計で１．０〜２０．０μｍの厚さを有するのが好ましい。
【００３６】
その後、図３(ｂ)に示すように、前記下側クラッド層３の上方に光透過層９を、この光透過層９の上方に光反射層８を形成した後、図３(ｅ)に示すように、この光反射層８の上方に、支持基板２を接合する。前記光透過層９を形成する温度は、半導体発光素子に影響の無い温度である必要がある。例えば主にＡｌＧａＡｓ系材料である場合、圧力にもよるが前記光透過層９は９００℃よりも十分低い温度（好ましくは６００℃以下）で形成したほうが良い。本発明に好適な透明度と熱伝導率とを有するＡｌＮ材料、ＳｉＣ材料等を低温で形成するために、前記光透過層９は、例えば高周波スパッタ装置を用いるＰＶＤ法等により形成されるのが好ましい。また、前記光反射層８は、例えば電子ビーム蒸着法またはスパッタにより形成されるのが好ましい。前記光反射層８を構成する好適な材料としては、例えば金（Ａｕ）または金合金材料、白金（Ｐｔ）、アルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）の単体若しくはそれらを構成元素とした合金またはそれらの積層体等が挙げられ、前記光透過層９を構成する好適な材料としては、例えば、単結晶またはセラミクスにおいて熱伝導率１７０Ｗ／ｍＫ以上を有するＡｌＮ材料、ＳｉＣ材料等が挙げられる。また、前記光反射層８および前記光透過層９は、好適にはそれぞれ０．０１〜１．００μｍ、５〜５００ｎｍの厚さを有するのが好ましい。前記光透過層９は、エッチングを制御できれば薄い方が好ましく、より好ましくは５〜２００ｎｍである。
【００３７】
その後、図３(ｆ)に示すように、例えば、所定のエッチング液を用いたウェットエッチング法により前記結晶成長基板１２を除去する。
【００３８】
また、前記支持基板２を接合する前に、さらにオーミックコンタクト１１を形成するのが好ましい。オーミックコンタクト１１の形成方法は、例えば、図３(ｃ)に示すように、前記光反射層８の表面から、この光反射層８および前記光透過層９の所定位置を、例えば所定のエッチング液を用いたウェットエッチングまたは所定のガスを用いたドライエッチングにより除去して凹部１３を形成した後、図３（ｄ）に示すように、前記凹部１３内にオーミックコンタクト１１を形成するのが好ましい。前記オーミックコンタクト１１を構成する好適な材料としては、例えばＡｕＺｎ系、ＡｕＢｅ系等が挙げられ、前記オーミックコンタクト１１は、例えばボート加熱式法により蒸着した後、所定の温度で急速加熱することにより形成される。
【００３９】
また、前記オーミックコンタクト１１は、前記凹部１３内に形成される部分１１ａに加え、前記光反射層８上に存在する部分１１ｂを有してもよい。この場合、前記光反射層８上に存在する部分１１ｂは、好適には２．０μｍ以下の厚さを有するのが好ましい。
【００４０】
前記支持基板２を接合する際、図３(ｅ)および図３(ｆ)に示すように、接着層１０を介して前記支持基板２を接合するのが好ましい。また、前記接着層１０は、一実施形態として示す図３(ｄ)〜図３(ｆ)において、前記オーミックコンタクト１１上に設けられた接着材料１０ｂと、前記支持基板２の上面２ａ上に予め設けられた接着材料１０ａとを加熱圧着することにより形成されるのが好ましい。前記接着層１０を構成する好適な材料としては、例えばＡｕ等が挙げられ、前記接着層１０の前記接着材料１０ａおよび１０ｂは、いずれも好適には０．０５〜２．９５μｍの厚さを有し、合計で３．０μｍ未満の厚さするのが好ましい。また、図中には示されないが、前記支持基板２と前記接着材料１０ａとの間にさらなるオーミックコンタクト層を設けるのが好ましい。
【００４１】
前記結晶成長基板１２を除去した後、前記上側クラッド層５上に第１電極層６を、前記支持基板２の下面２ｂの側に第２電極層７を形成し、ダイシングすることにより、図４に示す本発明に従う半導体発光素子１をチップ化するのが好ましい。なお、前記結晶成長基板１２を除去した後、前記電極層の形成前に、研削・研磨工程を行ってもよい。
【００４２】
図２に一実施形態として示すように、前記オーミックコンタクト１１（厳密には、オーミックコンタクトの部分１１ａ）は、上面からの透視にて、チップ面積に対する存在割合が０．５〜５０％であるのが好ましい。オーミックコンタクト１１の部分は発光層からの光を光反射層８で反射する効果が得られないため、オーミックコンタクト１１の存在割合が多いと光反射による出力の向上が十分に得られない。逆に存在割合が少ないと電力集中が起こりやすくなりチップの電気抵抗が高くなるおそれがある。したがって、クラッド層の抵抗値や厚さによる電流の広がりを考慮しつつオーミックコンタクトの存在割合を上記範囲内で調整するのが好ましい。なお、図２に一実施形態として示された半導体発光素子１は、一辺の長さＬ１、Ｌ２がいずれも３５０．０μｍ、第１電極層６の直径Ｄ１が１００．０μｍ、オーミックコンタクト１１の内径Ｄ２が２４５．０μｍ、外径Ｄ３が２７０．０μｍ、オーミックコンタクト１１の開口部面積Ｓが１０，１１２μｍ２、チップ面積に対する存在割合が８．３％の場合を示したものである。
【００４３】
なお、図１〜４は、代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
ＳｉドープＧａＡｓ結晶成長基板（厚さ：３５０μｍ）の上面の側に、ｎ−上側クラッド層（Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層、厚さ：５μｍ）、発光層（Ｉｎ0.05ＧａＡｓ井戸層（厚さ：８ｎｍ）をＡｌ0.3ＧａＡｓバリア層（厚さ：５ｎｍ）で挟んだ計７層からなる積層体、総厚：４４ｎｍ）、ｐ−上側クラッド層（Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層、厚さ：５μｍ）をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
【００４５】
その後、前記上側クラッド層の上方にＡｌＮ光透過層（厚さ：５ｎｍ）を高周波スパッタ装置を用いてＰＶＤ法により成長させた。成長条件は次のとおりである。
成長条件
ターゲット：ＡｌＮ
スパッタキャリアガス：Ａｒ＋Ｎ２の混合ガス
温度：３５０〜５５０℃
【００４６】
その後、前記光透過層の上方にＡｕ光反射層（厚さ：１００ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により形成した。
【００４７】
前記光反射層に、フォトリソグラフィ工程によりホールパターン（開口部面積１０１１２μｍ２）を形成した後、前記光反射層に対しゴールドエッチング液を用いてウェットエッチングを行い、さらに、前記光透過層に対し６０℃に加温したＴＭＡＨ(tetramethylammonium-hydroxide)水溶液中にてウェットエッチングを行って、凹部を形成した。その後、この凹部内および前記光反射層上に、蒸着法によりＡｕＺｎ膜（光反射層上の厚さ：１００ｎｍ）を蒸着した。その後、急速加熱により熱処理を施し、オーミックコンタクトを形成した。熱処理条件は次のとおりである。
熱処理条件
温度：４６０℃
雰囲気：Ｎ２
【００４８】
次に、前記オーミックコンタクト上に、Ａｕ接着材料を電子ビーム蒸着により蒸着し、接着層（厚さ：１μｍ）を形成した。
【００４９】
一方、ＺｎドープＧａＡｓ支持基板上には、蒸着によりＡｕＺｎ膜（厚さ：１００ｎｍ）を蒸着した。
原料：９５質量％Ａｕ−５質量％Ｚｎ含有材料
その後、急速加熱により熱処理を施した。熱処理条件は次のとおりである。
熱処理条件
温度：４６０℃
雰囲気：Ｎ２
【００５０】
前記ＡｕＺｎ膜上に、電子ビーム蒸着により接着層（厚さ：Ｔｉ５０ｎｍ、Ａｕ１μｍ）を蒸着した。
【００５１】
前記オーミックコンタクトと前記支持基板とを、加熱圧着することにより接合した。接合条件は次のとおりである。
接合条件
接合圧力：２．２ＭＰａ
接合温度：３５０℃
保持時間：４０分
【００５２】
次に、上述したように構成された構造物に対し、室温のアンモニア水：過酸化水素水：水＝１：１２：１８（体積比）の液中にて２時間揺動することによりウェットエッチングを行い、前記結晶成長基板を除去した。その後、前記ｎ−上側クラッド層上に、ボート加熱式蒸着法によりＡｕＧｅ膜（厚さ：１００ｎｍ）およびＴｉ／Ａｕ膜（厚さ：Ｔｉ５０ｎｍ，Ａｕ１μｍ）を蒸着し、フォトリソグラフィ法により円形パターン（直径：１１０μｍ）形成後、前記Ｔｉ／Ａｕ膜に対しては１％ＨＦ水溶液およびゴールドエッチング液、前記ＡｕＧｅ膜に対してはゴールドエッチング液を用いてウェットエッチングを行った後、急速加熱により熱処理を施して第１電極層を形成した。
一方、前記支持基板上に、電子ビーム蒸着によりＴｉ／Ａｕ膜（厚さ：Ｔｉ下層５０ｎｍ，Ａｕ上層１μｍ）を蒸着し、第２電極層を形成した。
最後に、ダイサーを用いてダイシングすることにより３５０μｍ角の正方形チップを製造した。
【００５３】
（実施例２）
前記光透過層の厚さを１０ｎｍとすること以外は、実施例１と同様の半導体発光素子を作製した。
【００５４】
（実施例３）
前記光透過層の厚さを１１０ｎｍとし、この光透過層に対し８０℃に加温したＫＯＨ水溶液中にて２時間ウェットエッチングを行うこと以外は、実施例１と同様の半導体発光素子を作製した。
【００５５】
（実施例４）
前記支持基板の材料をＢドープＳｉ基板とし、この基板上にＡｕＺｎ膜を蒸着しないこと以外は、実施例２と同様の半導体発光素子を作製した。
【００５６】
（比較例１）
特許文献１と同様な方法により半導体発光素子を作製した。
【００５７】
（比較例２）
特許文献２と同様な方法により半導体発光素子を作製した。
【００５８】
（比較例３）
光透過層の材料を低熱伝導率のＳｉＯ２とすること以外は、実施例４と同様の半導体発光素子を作製した。
【００５９】
上記実施例１〜４および比較例１〜３の半導体発光素子に１００ｍＡの順方向電流を流した場合の光出力（ｍＷ）および発光ピーク波長（ｎｍ）を測定した結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１に示すように、実施例１〜４は比較例１〜３のいずれに比べても光出力が向上していることが分かる。また、発熱が十分小さいものとした場合の発光ピーク波長：８８０ｎｍに対して、実施例１〜４は波長の変動率が約０．８〜０．９％であるのに対し、比較例１〜３の変動率は約１．１〜１．５％であることがわかる。同条件で測定しているにもかかわらず、実施例１〜４に比べて比較例１〜３の発光波長が長波長側にシフトしているのは定常状態でのチップ温度が上昇しているためである。文献S.Adach,J.Appl.Phys.58(3），1 August 1985などに記載のGaAsおよびAlGaAsのバンドギャップの温度依存性を元に、波長がシフトした量から計算したチップのジャンクション部分（発光部）の温度を表１に示した。放熱性が向上すればジャンクション温度は下がり、波長のシフト量は小さくなる。したがって、本発明に従う半導体発光素子は、発光層からの熱の放熱性も向上していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、支持基板と下側クラッド層との間に、光反射層と、この光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることにより、光出力性能を向上させることができる半導体発光素子を提供することができる。
【００６３】
また、本発明は、下側クラッド層の上方に、高熱伝導率を有する光透過層を形成する工程と、この光透過層上に、光反射層を形成する工程と具えることにより、半導体発光素子の光出力性能を向上させることができるの半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に従う半導体発光素子の断面構造を示す模式図である。
【図２】本発明に従う半導体発光素子の上面からの透視図である。
【図３】本発明に従う半導体発光素子の製造方法における各工程を示す模式図である。
【図４】本発明に従う半導体発光素子の断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 半導体発光素子
２ 支持基板
２ａ 上面
２ｂ 下面
３ 下側クラッド層
４ 発光層
５ 上側クラッド層
６ 第１電極
７ 第２電極
８ 光反射層
９ 光透過層
１０ 接着層
１１ オーミックコンタクト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板の上面の側に、下側クラッド層、発光層、上側クラッド層および第１電極層を有し、前記支持基板の下面の側に第２電極層を有する半導体発光素子において、
前記支持基板と前記下側クラッド層との間に、光反射層と、該光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体発光素子は、前記支持基板と前記光反射層との間に導電性を有する接着層と、該接着層と前記下側クラッド層との間で、前記光反射層および前記光透過層を貫通して設けられるオーミックコンタクトとをさらに具える請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３】
前記オーミックコンタクトは、前記第１電極層側から透視した場合に、前記第１電極層の中心位置を軸線として対称になるよう設けられる請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４】
前記光反射層は、Ａｕ、Ａｌ若しくはＡｇまたはこれらの１種以上の合金材料からなる請求項１、２または３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記光透過層は、ＡｌＮ材料からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記支持基板は、Ｓｉ材料またはＧａＡｓ材料からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
結晶成長基板の上面の側に、上側クラッド層、発光層、下側クラッド層を順次形成する工程と、
前記下側クラッド層の上方に、高熱伝導率を有する光透過層を形成する工程と、
該光透過層上に、光反射層を形成する工程と、
該光反射層の上方に、支持基板を接合する工程と、
前記結晶成長基板を除去する工程と
を具えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記支持基板接合工程前に、さらにオーミックコンタクトを形成する工程を具える請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記オーミックコンタクト形成工程は、前記光反射層の表面から、該光反射層および前記光透過層の所定位置をエッチングにより除去して凹部を形成した後、該凹部内にオーミックコンタクトを形成することを含む請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記支持基板接合工程は、接着層を介して前記支持基板を接合することを含む請求項７、８または９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記オーミックコンタクトは、上面からの透視にて、チップ面積に対する存在割合が０．５〜５０．０％である請求項８、９または１０に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
支持基板の上面の側に、下側クラッド層、発光層、上側クラッド層および第１電極層を有し、前記支持基板の下面の側に第２電極層を有する半導体発光素子において、
前記支持基板と前記下側クラッド層との間に、光反射層と、該光反射層の上に設けられ、高熱伝導率を有する光透過層とを具えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体発光素子は、前記支持基板と前記光反射層との間に導電性を有する接着層と、該接着層と前記下側クラッド層との間で、前記光反射層および前記光透過層を貫通して設けられるオーミックコンタクトとをさらに具える請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３】
前記オーミックコンタクトは、前記第１電極層側から透視した場合に、前記第１電極層の中心位置を軸線として対称になるよう設けられる請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４】
前記光反射層は、Ａｕ、Ａｌ若しくはＡｇまたはこれらの１種以上の合金材料からなる請求項１、２または３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記光透過層は、ＡｌＮ材料からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記支持基板は、Ｓｉ材料またはＧａＡｓ材料からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
結晶成長基板の上面の側に、上側クラッド層、発光層、下側クラッド層を順次形成する工程と、
前記下側クラッド層の上方に、高熱伝導率を有する光透過層を形成する工程と、
該光透過層上に、光反射層を形成する工程と、
該光反射層の上方に、支持基板を接合する工程と、
前記結晶成長基板を除去する工程と
を具えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記支持基板接合工程前に、さらにオーミックコンタクトを形成する工程を具える請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記オーミックコンタクト形成工程は、前記光反射層の表面から、該光反射層および前記光透過層の所定位置をエッチングにより除去して凹部を形成した後、該凹部内にオーミックコンタクトを形成することを含む請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記支持基板接合工程は、接着層を介して前記支持基板を接合することを含む請求項７、８または９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記オーミックコンタクトは、上面からの透視にて、チップ面積に対する存在割合が０．５〜５０．０％である請求項８、９または１０に記載の半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２３１３２３（Ｐ２００９−２３１３２３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７１３６１（Ｐ２００８−７１３６１）
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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