半導体発光素子及びその製造方法
【課題】発光効率を高めることができて、しかも製造コストを低減できる半導体発光素子及びその製造方法を提供する
【解決手段】、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４上には、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２及びｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３が形成されている一方、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４下には、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６、ｐ型ＧａＰコンタクト層７及びｐ型ＧａＰ透光性半導体層８が形成されている。ｐ型ＧａＰコンタクト層７のキャリア濃度はｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度よりも大きい。
【解決手段】、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４上には、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２及びｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３が形成されている一方、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４下には、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６、ｐ型ＧａＰコンタクト層７及びｐ型ＧａＰ透光性半導体層８が形成されている。ｐ型ＧａＰコンタクト層７のキャリア濃度はｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度よりも大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば通信装置、道路・線路・案内表示板装置、広告表示装置、携帯電話、ディスプレイのバックライト、照明器具等に使用される発光体である半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子の一つである半導体発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と言う。）の製造技術が急速に進歩し、特に青色のＬＥＤが開発されて以降は、光の３原色のＬＥＤが揃ったことから、その３原色のＬＥＤの組み合わせによりあらゆる波長の光を作り出すことが可能となった。その結果、ＬＥＤの適用範囲は急速に広まっており、中でも照明の分野では環境・エネルギー問題への意識の向上と相まって電球、蛍光灯に変わる自然光・白色光源として注目されているところである。
【０００３】
しかしながら、現状のＬＥＤは電球や蛍光灯と比較して投入されるエネルギーに対する光の変換効率が劣っており、より変換効率の高い、より輝度の高いＬＥＤを目指した研究開発が波長を問わず進められている。
【０００４】
一昔前までは高輝度化技術開発の中心はエピタキシャル成長技術にあったが、その技術が成熟した近年ではプロセス技術を中心とした開発へと移行しつつある。
【０００５】
プロセス技術による輝度の向上とは外部量子効率（内部量子効率×外部取出し効率）の向上であり、素子の形状微細加工技術、反射膜、透明電極等が挙げられる。これらの中でもウェハボンディングによる手法は赤色、青色発光のＬＥＤにおいていくつかの手法が確立されており、高輝度タイプのＬＥＤが発明され市場に登場してきた。
【０００６】
ウェハボンディングによる手法の１つに、発光層の出射光を透過する基板、例えばガラスやサファイアやＧａＰ等をエピタキシャル層に直接貼り付ける手法がある。
【０００７】
図１に、その手法が用いられたＬＥＤの概略断面図を示す。
【０００８】
図１において、２０１はウィンド層、２０２，２０４はエピタキシャル層、２０３は発光層、２０５は透明基板、２０６，２０７は電極である。
【０００９】
図１のＬＥＤでは、発光層２０３から出射された光が矢印で示すように透明基板２０５で吸収されずに透過する。
【００１０】
特に、上記透明基板２０５をエピタキシャル層２０４に直接貼り付ける手法は、発光層２０３から出射された光が再び発光層２０３を通過すること無く、つまり、発光層２０３から出射された光が発光層２０３に吸収されること無く、ＬＥＤのほぼ全面より光を外部へ取り出すことが可能であり、より変換効率（取り出し効率）の高いＬＥＤの開発が可能である。
【００１１】
従来、透明基板をエピタキシャル層に貼り付ける手法としては、特許第３２３０６３８号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この特許第３２３０６３８号公報では、４元系のＬＥＤを作製するために、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）系の半導体層にＧａＰ（ガリウム・リン）透明基板を直接貼り付けている。
【００１２】
ところが、上述したような透明基板をエピタキシャル層に直接貼り付ける手法においては、基板濃度が高くなると、透明基板内でフリーキャリアによる光の吸収が起こり、充分に発光光が取り出せない問題があることが判った。この問題を解決するために、ドーパント原子の貼付界面への偏析を基板濃度低で抑えて、光吸収層の形成を防止し発光効率を低下させない方法や、透明基板のキャリア濃度減で、透明基板内でのフリーキャリアによる光の吸収を減らして発光効率を低下させない方法が、提案されている。
【００１３】
これらの方法であれば、図２に示すように、ドーパント原子が透明基板３０４の貼付界面に偏析するのを抑えて、透明基板３０４の貼付界面における光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００１４】
さらに、上記方法であれば、透明基板３０４のキャリア濃度が高くならないから、透明基板３０４内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を低下させない。
【００１５】
しかしながら、上記方法のように、透明基板３０４のキャリア濃度を限定することは、透明基板３０４の収率（歩留まり）を下げることになり、製造コストが上昇するという問題が生じてしまう。
【００１６】
また、図２において、３０１はエピタキシャル層、３０２は発光層である。
【特許文献１】特許第３２３０６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、本発明の課題は、発光効率を高めることができて、しかも製造コストを低減できる半導体発光素子及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】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明の半導体発光素子は、
第１導電型の半導体層と、
上記第１導電型の半導体層上に形成された発光層と、
上記発光層上に形成された第２導電型の半導体層と、
上記第２導電型の半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体層と
を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴としている。
【００１９】
本明細書において、第１導電型とは、ｐ型またはｎ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がｐ型の場合はｎ型、ｎ型の場合はｐ型を意味する。
【００２０】
上記構成の半導体発光素子によれば、図３に示すように、上記第２導電型の半導体層４０３のキャリア濃度が透過性半導体層４０４のキャリア濃度よりも大きいことによって、透過性半導体層４０４から第２導電型の半導体層４０３へのキャリアの拡散が抑制されるから、透過性半導体層４０４の発光層４０２側のドーパント原子の偏析が抑えられ、透過性半導体層４０４の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００２１】
また、仮に、上記透過性半導体層４０４を形成するための透過性半導体基板４０５のキャリア濃度が比較的高くても、透過性半導体基板４０５と第２導電型の半導体層４０３との間にある透過性半導体層４０４のキャリア濃度を低く抑制することで透過性半導体層４０４内におけるフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００２２】
したがって、上記半導体発光素子の発光効率の低下を防ぐために、透過性半導体基板４０５のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、透過性半導体基板４０５の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【００２３】
なお、上記透過性半導体基板４０５は、第１導電型の半導体層４０１、発光層４０２、第２導電型の半導体層４０３および透過性半導体層４０４を形成した後、除去してもよい。つまり、本発明の半導体発光素子は、透過性半導体基板４０５を備えていてもよいし、透過性半導体基板４０５を備えてなくてもよい。
【００２４】
上記透過性半導体層４０４は、第２導電型の半導体層４０３に直接貼り付けてもよいし、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層４０３に間接的に貼り付けてもよい。
【００２５】
上記透過性半導体層４０４を、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層４０３に間接的に貼り付けた場合も、フリーキャリアによる光吸収を抑制することができる。
【００２６】
言うまでもないが、上記接着剤・金属・酸化物・窒化物などは、少なくとも一部が発光層４０２からの光を透過するものである。
【００２７】
また、上記透過性半導体層４０４と第２導電型の半導体層４０３との間に設ける層の数は単数であっても複数であってもよい。
【００２８】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体基板のキャリア濃度以上である。
【００２９】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１８ｃｍ−３以下である。
【００３０】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１８ｃｍ−３以下であるから、フリーキャリアの光吸収を低く抑えることができる。
【００３１】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３の範囲内である。
【００３２】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３の範囲内であるから、上述した透過性半導体層の光透過率の低下の防止効果により、発光効率の向上効果を確実に得ることができる。
【００３３】
なお、上記透過性半導体層のキャリア濃度の下限は、素子化のプロセスで電極形成の時にオーミックコンタクトが取れる濃度で決まる。
【００３４】
図４Ａに、上記透過性半導体層の一例であるキャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＧａＰ半導体層についての実験結果を示す。また、図４Ｂに、上記透過性半導体層の一例であるキャリア濃度１．５×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＰ半導体層についての実験結果を示す。なお、図４Ａ，図４Ｂのｐ型ＧａＰ半導体層は、ｐ型ＧａＩｎＰ半導体層に貼り付けられ、亜鉛ドープされている。
【００３５】
図４Ａ，図４Ｂから判るように、ｐ型ＧａＰ半導体層のキャリア濃度を高くするよりも、ｐ型ＧａＰ半導体層のキャリア濃度を低くした方が、ｐ型ＧａＰ半導体層とｐ型ＧａＩｎＰ半導体層との貼付界面に偏析するＺｎを低減させることができる。すなわち、上記貼付界面での吸収を低減させることができるのである。
【００３６】
図５に、上記ｐ型ＧａＰ半導体層の単体での光透過率を示す。ここでは、上記ｐ型ＧａＰ半導体層に入射する光の各界面での反射を考慮していないため、ｐ型ＧａＰ半導体層のバンドギャップより低エネルギー側の光透過率は５０％前後の値となる（実際の光透過率はほぼ９０％以上）。
【００３７】
図５から判るように、ｐ型ＧａＰ半導体層に入射する光の波長が約５５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内においては、ｐ型ＧａＰ半導体層のキャリア濃度を高くするよりも、ｐ型ＧａＰ半導体層のキャリア濃度を低くした方が、光透過率を大きく向上させることができる。
【００３８】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記発光層と上記第２導電型の半導体層との間に形成された第２導電型の中間層を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記第２導電型の中間層のキャリア濃度よりも大きい。
【００３９】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が第２導電型の中間層のキャリア濃度よりも大きいから、第２導電型の半導体層よりも発光層に近い第２導電型の中間層のキャリア濃度が低濃度になり、発光層へのキャリアの拡散を防ぐことができる。
【００４０】
さらに、上記中間層と発光層との間にキャリア拡散防止層を設けてもよく、キャリア拡散防止層を設けた場合、発光層へのキャリアの拡散を防ぐ効果を高めることができる。
【００４１】
上記キャリア拡散防止層のキャリア濃度は中間層のキャリア濃度より小さくしてもよい。
【００４２】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層の厚みが０．５μｍ以上である。
【００４３】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層の厚みが０．５μｍ以上あるから、透過性半導体層およびこれを形成するための例えば透過性半導体基板を高温加熱処理しても、透過性半導体基板のドーパント原子が透過性半導体層を通過するのを防ぐことができる。
【００４４】
実際には、上記透過性半導体層の厚み最小値は、透過性半導体基板および透過性半導体層に行う熱処理の温度や時間、透過性半導体基板および透過性半導体層のキャリア濃度で決まる。
【００４５】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層と上記透過性半導体基板とのうちの少なくとも一方は第１導電型の半導体からなる。
【００４６】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層は第２導電型の半導体からなる。
【００４７】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層は第２導電型の半導体からなるから、第２導電型の半導体層と同一極性になり、第２導電型の半導体層と電気的に接続することができる。
【００４８】
したがって、上記発光層を発光させるための電極を透過性半導体層に形成することができる。
【００４９】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体基板は第１導電型の半導体からなる。
【００５０】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記第１導電型の半導体層、上記発光層及び上記第２導電型の半導体層は、それぞれ、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素、酸素のうちの少なくとも２つを含む。
【００５１】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第１導電型の半導体層、上記発光層及び上記第２導電型の半導体層は、それぞれ、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素、酸素のうちの少なくとも２つを含むから、発光層の発光波長を赤外領域から近紫外領域までの広い範囲から選択することできる。
【００５２】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層の厚みが７０μｍ以上である。
【００５３】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層の厚みが７０μｍ以上であるから、透過性半導体層を形成するための例えば透過性半導体基板を除去しても、透過性半導体層のみで強度を保つことができる。
【００５４】
また、上記透過性半導体基板が高濃度であれば、透過性半導体基板を完全除去することで光の吸収を最低限に抑え光取り出し効率が良い素子を作製することができる。
【００５５】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層の導電型は上記透過性半導体基板の導電型と異なる。
【００５６】
つまり、上記実施形態の半導体発光素子では、上記透過性半導体層の導電型は第１導電型であり、かつ、上記透過性半導体基板の導電型が第２導電型である、または、上記透過性半導体層の導電型は第２導電型であり、かつ、上記透過性半導体基板の導電型が第１導電型である。
【００５７】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、透過性半導体基板の導電型をｐ型・ｎ型・ノンドープ等選択肢が拡がれば、製造コストが安い導電型の基板を透過性半導体基板として用いることが可能になるメリットがある。この際、上記製造コストが安い導電型の基板がたとえ透過性半導体層と逆極性の成長基板であったとしても、素子化のプロセスでその基板は除去され無くなるので問題はない。
【００５８】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層を積層して、上記第１導電型の半導体基板、第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層からなる第１のウエハを作製する工程と、
上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板上に、上記発光層からの光を透過する透過性半導体層を積層して、上記透過性半導体基板と上記透過性半導体層とからなる第２のウエハを作製する工程と、
上記透過性半導体層が上記第２導電型の半導体層に対向するように、上記第１のウエハ上に上記第２のウエハを載せて、上記第２のウエハを上記第１のウエハへ向けて加圧しつつ、上記第１，第２のウエハを加熱することにより、上記第２のウエハを上記第１のウエハに接合した後、上記第１導電型の半導体基板を除去する工程と
を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴としている。
【００５９】
上記構成の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことによって、透過性半導体層から第２導電型の半導体層へのキャリアの拡散が抑制されるから、透過性半導体層の発光層側の表面においてドーパント原子の偏析が抑えられ、透過性半導体層の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００６０】
また、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいから、つまり、透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、透過性半導体層内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を高めることができる。
【００６１】
また、仮に、上記透過性半導体基板のキャリア濃度が比較的高くても、透過性半導体基板と第２導電型の半導体層との間にある透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００６２】
したがって、上記半導体発光素子の発光効率の低下を防ぐために、透過性半導体基板のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、透過性半導体基板の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【００６３】
また、上記透過性半導体基板は導電型を選ばないので、より安価な半導体基板を透過性半導体基板として用いることができる。
【００６４】
上記透過性半導体層は、第２導電型の半導体層に直接貼り付けてもよいし、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層に間接的に貼り付けてもよい。
【００６５】
言うまでもないが、上記接着剤・金属・酸化物・窒化物などは、少なくとも一部が発光層からの光を透過するものである。
【００６６】
また、上記透過性半導体層と第２導電型の半導体層との間に設ける層の数は単数であっても複数であってもよい。
【００６７】
上記透過性半導体層の厚みは、半導体発光素子の材料や製造プロセスで最適化される。
【００６８】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記第２のウエハを上記第１のウエハに接合した後に、上記透過性半導体基板を除去する。
【００６９】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記透過性半導体層は液相エピタキシャル法またはＣＶＤ（化学気相堆積）法で作製する。
【００７０】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記透過性半導体層は液相エピタキシャル法またはＣＶＤ法で作製するから、厚い半導体層を形成するのに適している。
【００７１】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記透過性半導体層はＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法で作製される。
【００７２】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記透過性半導体層はＭＯＣＶＤ法で作製されるから、透過性半導体層のキャリア濃度を制御しやすいので、安定した特性の素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００７３】
本発明の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことによって、透過性半導体層から第２導電型の半導体層へのキャリアの拡散が抑制されるから、透過性半導体層の発光層側の表面においてドーパント原子の偏析が抑えられ、透過性半導体層の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００７４】
また、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいから、つまり、透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、透過性半導体層内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を高めることができる。
【００７５】
また、仮に、上記透過性半導体層を形成するための例えば透過性半導体基板のキャリア濃度が比較的高くても、透過性半導体基板と第２導電型の半導体層との間にある透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００７６】
したがって、上記半導体発光素子の発光効率の低下を防ぐために、透過性半導体基板のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、透過性半導体基板の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【００７７】
上記透過性半導体層は、第２導電型の半導体層に直接貼り付けてもよいし、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層に間接的に貼り付けてもよい。
【００７８】
言うまでもないが、上記接着剤・金属・酸化物・窒化物などは、少なくとも一部が発光層からの光を透過するものである。
【００７９】
また、上記透過性半導体層と第２導電型の半導体層との間に設ける層の数は単数であっても複数であってもよい。
【００８０】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことによって、透過性半導体層から第２導電型の半導体層へのキャリアの拡散が抑制されるから、透過性半導体層の発光層側の表面においてドーパント原子の偏析が抑えられ、透過性半導体層の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００８１】
また、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいから、つまり、透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、透過性半導体層内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を高めることができる。
【００８２】
また、仮に、上記透過性半導体基板のキャリア濃度が比較的高くても、透過性半導体基板と第２導電型の半導体層との間にある透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００８３】
したがって、上記半導体発光素子の発光効率の低下を防ぐために、透過性半導体基板のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、透過性半導体基板の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【００８４】
上記透過性半導体層は、第２導電型の半導体層に直接貼り付けてもよいし、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層に間接的に貼り付けてもよい。
【００８５】
言うまでもないが、上記接着剤・金属・酸化物・窒化物などは、少なくとも一部が発光層からの光を透過するものである。
【００８６】
また、上記透過性半導体層と第２導電型の半導体層との間に設ける層の数は単数であっても複数であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８７】
以下、本発明の半導体発光素子を図示の実施の形態で説明する。
【００８８】
（第１実施形態）
図６Ａに、本発明の第１実施形態のＬＥＤの概略断面図です。
【００８９】
上記ＬＥＤは、赤色の発光波長となる４元系のＡｌＧａＩｎＰ活性層４を備えている。このＡｌＧａＩｎＰ活性層４が発光層の一例である。
【００９０】
また、上記ＬＥＤは、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４上に、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２及びｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３を備えている一方、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４下に、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６、ｐ型ＧａＰコンタクト層７、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８及びｐ型ＧａＰ透光性基板９を備えている。このｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２は第１導電型の半導体層の一例であり、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６は中間層の一例であり、ｐ型ＧａＰコンタクト層７は第２導電型の半導体層の一例であり、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８は透光性半導体層の一例であり、ｐ型ＧａＰ透光性基板９は透光性半導体基板の一例である。
【００９１】
上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８及びｐ型ＧａＰ透光性基板９はｐ型ＧａＰコンタクト層７に貼り付けられたものである。
【００９２】
上記ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２上には電極１１が形成されている一方、ｐ型ＧａＰ透光性基板９下には電極１０が形成されている。上記電極１１はｎ型ＧａＡｓ基板１を除去した後、露出したｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２の表面に形成される。
【００９３】
以下、上記ＬＥＤの製造方法について説明する。
【００９４】
先ず、ＭＯＣＶＤ法により、図７Ａに示すように、上記ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６及びｐ型ＧａＰコンタクト層７をこの順で積層してなるＬＥＤ構造ウエハ２０を作成する。このＬＥＤ構造ウエハ２０が第１のウエハの一例である。
【００９５】
上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層４は量子井戸構造を有している。より詳しくは、上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層４は（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ井戸層と（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層とを交互に積層することで形成されている。そして、上記井戸層と上記バリア層とのペア数は１０ペアとなっている。
【００９６】
上記基板または各層の厚みは、ｎ型ＧａＡｓ基板１：２５０μｍ、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２：５．０μｍ、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３：１．０μｍ、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４：０．５μｍ、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５：１．０μｍ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６：１．０μｍ、ｐ型ＧａＰコンタクト層７：４．０μｍである。
【００９７】
上記基板または各層において、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる一方、ｐ型ドーパントとしてはＺｎを用いている。
【００９８】
上記基板または各層のキャリア濃度は、ｎ型ＧａＡｓ基板１：１．０×１０１８ｃｍ−３、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２：１．０×１０１８ｃｍ−３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３：５×１０１７ｃｍ−３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４：ノンドープ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５：５×１０１７ｃｍ−３、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６：１．０×１０１８ｃｍ−３、ｐ型ＧａＰコンタクト層７：２．０×１０１８ｃｍ−３とした。
【００９９】
次に、上記ＬＥＤ構造ウエハ２０のエピタキシャル面に、ハーフダイシングにより所定のピッチでハーフダイシング溝を形成する。このとき、上記ハーフダイシング溝の深さとしては１０〜５０μｍ程度がＬＥＤ構造ウェハ２０の強度を維持する点で適当である。
【０１００】
次に、図７Ｂに示すように、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９上に、液相エピタキシャル成長法によりｐ型ＧａＰエピタキシャル層を１０μｍ以上積層して、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８を形成する。つまり、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９とｐ型ＧａＰ透光性半導体層８とからなる透光性ウエハ３０を作製する。この透光性ウエハ３０が第２のウエハの一例である。
【０１０１】
上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みは１００μｍであり、ｐ型ＧａＰ透光性基板９の厚みは２８０μｍである。
【０１０２】
上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度は５．０×１０１７ｃｍ−３であり、ｐ型ＧａＰ透光性基板９のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３である。
【０１０３】
次に、図８に示す治具５０を用いて、上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８がｐ型ＧａＰコンタクト層７に接触するように、透光性ウエハ３０をＬＥＤ構造ウエハ２０に直接接合する。
【０１０４】
上記治具５０は石英からなり、ウエハを支持する下台５１と、ｐ型ＧａＰ透光性基板９の図８において上側の面を覆う押さえ板５２と、所定の大きさの力を受けて押さえ板５２を押圧する押圧部５３とを有している。
【０１０５】
上記押圧部５３は、正面から見て概略コ字状を有する枠体５４によって上下方向に案内されるようになっている。上記枠体５４は下台５１に係合して、この下台５１と押圧部５３との間に位置する押さえ板５２に力を適切に伝達するようになっている。
【０１０６】
上記下台５１とＬＥＤ構造ウエハ２０との間にはカーボンシート２４を配置すると共に、押さえ板５２と透光性ウエハ３０との間にはカーボンシート２５，ＰＢＮ（熱分解チッ化ホウ素：パイロリティックボロンナイトライド）板２９を配置する。
【０１０７】
このような治具５０を用いて、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８をｐ型ＧａＰコンタクト層７に接触させ、押圧部５３に例えば０．３〜０．８Ｎ・ｍの力を加えて、ｐ型ＧａＰコンタクト層７とｐ型ＧａＰ透光性半導体層８との接触面に圧縮力を作用させる。この状態で、上記ＬＥＤ構造ウエハ２０に透光性ウエハ３０を、治具５０と共に加熱炉にセットして、水素雰囲気下において８００℃前後で３０分加熱する。そうすると、上記透光性ウエハ３０がＬＥＤ構造ウエハ２０に直接接合する。
【０１０８】
次に、上記ＬＥＤ構造ウエハ２０及び透光性ウエハ３０を冷却した後、加熱炉から取り出して、アンモニア水と過酸化水素と水との混合液により、ｎ型ＧａＡｓ基板１を溶解除去する。
【０１０９】
次に、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９の図８において下側の面にｐ型用電極１０を形成すると共に、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２の図８において上側の面にｎ型用電極１１を形成した後、上記ハーフダイシング溝に沿ってダイシングし、チップ分割を行うと、図８に示すようなＬＥＤが得られる。
【０１１０】
ここでは、上記電極１０の材料としてＡｎＢｅ／Ａｕを選択し、電極１１の材料としてＡｕＳｉ／Ａｕを選択し、これらの材料を積層してフォトリソグラフィ法、ウェットエッチングにより任意の形状に加工することにより、電極１０，１１で形成している。
【０１１１】
以上のようにして得たＬＥＤによれば、上記ｐ型ＧａＰコンタクト層７のキャリア濃度がｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度よりも大きいことによって、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８からｐ型ＧａＰコンタクト層７へのキャリアの拡散が抑制されるから、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のＡｌＧａＩｎＰ活性層４側の表面においてドーパント原子の偏析が抑えられ、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【０１１２】
また、上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を高めることができる。
【０１１３】
また、仮に、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９のキャリア濃度が比較的高くても、ｐ型ＧａＰ透光性基板９とｐ型ＧａＰコンタクト層７との間にあるｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度がｐ型ＧａＰコンタクト層７のキャリア濃度よりも低いから、発光効率の低下を防ぐことができる。
【０１１４】
したがって、上記ＬＥＤの発光効率の低下を防ぐために、ｐ型ＧａＰ透光性基板９のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、ｐ型ＧａＰ透光性基板９の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【０１１５】
上記第１実施形態では、ｎ型ＧａＡｓ基板１がＡｌＧａＩｎＰ発光層４からの光を吸収するため、ｎ型ＧａＡｓ基板１を除去したが、ＡｌＧａＩｎＰ発光層４からの光を吸収しない材料からなるｎ型基板であれば除去しなくてもよい。
【０１１６】
上記第１実施形態では、キャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＧａＰ透光性半導体層８を用いていたが、本発明に用いるｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度は５．０×１０１７ｃｍ−３に限定されない。つまり、本発明には、キャリア濃度２．５×１０１８ｃｍ−３以下のｐ型ＧａＰ透光性半導体層を用いることができる。
【０１１７】
上記キャリア濃度２．５×１０１８ｃｍ−３以下のｐ型ＧａＰ透光性半導体層を用いる場合、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層のキャリア濃度が、５．０×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３の範囲内だと好ましい。
【０１１８】
上記第１実施形態では、キャリア濃度２．０×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＰコンタクト層７を用いていたが、本発明に用いるｐ型ＧａＰコンタクト層のキャリア濃度は２．０×１０１８ｃｍ−３に限定されない。つまり、本発明には、キャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３〜５．０×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＰコンタクト層を用いることができる。
【０１１９】
上記キャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３〜５．０×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＰコンタクト層を用いる場合でも、このｐ型ＧａＰコンタクト層のキャリア濃度は接触するｐ型ＧａＰ透光性半導体層のキャリア濃度よりも高くする。
【０１２０】
上記第１実施形態では、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５とｐ型ＧａＰコンタクト層７との間にｐ型ＧａＩｎＰ中間層６を設けていたが、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５とｐ型ＧａＰコンタクト層７との間に何も設けず、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５がｐ型ＧａＰコンタクト層７に接触するようにしてもよい。
【０１２１】
上記第１実施形態では、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みは１００μｍであったが、本発明に用いるｐ型ＧａＰ透光性半導体層の厚みは１００μｍに限定されない。つまり、本発明には、厚み０．５μｍ以上であるｐ型ＧａＰ透光性半導体層を用いることができる。
【０１２２】
上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みが１００μｍと厚いので、ＬＥＤ構造ウェハ２０に透光性ウエハ３０を直接接合した後、ｐ型ＧａＰ透光性基板９を完全に除去して、図６Ｂに示すようなＬＥＤを作成してもよい。
【０１２３】
このように、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９を除去することによって、光の吸収を最低限に抑え、光取り出し効率を高めることができる。
【０１２４】
また、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９を完全に除去できるのは、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みが７０μｍ以上のときである。これは、上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みが７０μｍ以上であると、ｐ型ＧａＰ透光性基板９を完全に除去しても、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のみで強度を保つことができるからである。
【０１２５】
上記第１実施形態では、ｐ型ＧａＰ透光性基板９の厚みは２８０であったが、本発明に用いるｐ型ＧａＰ透光性基板の厚みは２８０μｍに限定されない。
【０１２６】
上記第１実施形態において、ｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２との間に何も設けていなかったが、ｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２との間にバッファ層を設けてもよい。
【０１２７】
（第２実施形態）
図９に、本発明の第２実施形態のＬＥＤの概略断面図である。図９において、図６に示した上記第１実施形態の構成部と同一材料かつ同一導電型の構成部は、図６における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。したがって、図６と図９とにおいて、同一参照番号を付していても、形状が異なるものがある。
【０１２８】
上記ＬＥＤは、厚み７０μｍのｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８と厚み２００μｍのｎ型ＧａＰ透光性基板１０９を備えている点が上記第１実施形態とは異なっている。このｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８は透光性半導体層の一例であり、ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９は透光性半導体基板の一例である。
【０１２９】
上記ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９はＡｌＧａＩｎＰ発光層５からの光を透過する。つまり、上記ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９は、ＡｌＧａＩｎＰ発光層５の発光波長に対して透明な半導体材料からなっている。
【０１３０】
上記ｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８のｐ型ＧａＩｎＰ中間層６側の表面の一部が露出しており、この一部上には電極１０が形成されている。また、上記ｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８の厚みはｎ型ＧａＰ透光性基板１０９が高濃度である場合は厚ければ厚い程光の吸収されないので発光効率が高くなる。このｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８は上記第１実施形態のｐ型ＧａＰ透光性半導体層８と形状および導電型のみが異なるだけである。
【０１３１】
上記構成のＬＥＤも、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができると共に、ｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８とｎ型ＧａＰ透光性基板１０９を備えているから、ｐ型ＧａＰコンタクト層７の一部を露出させ、この一部上に電極１０を形成することができる。
【０１３２】
このように、上記一部上に電極を形成すると共に、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２上に電極１１を形成することにより、ワイヤボンディングを電極１０，１１に簡単に行うことができる。
【０１３３】
上記ＬＥＤの製造方法では、ｎ型ＧａＡｓ基板１（図６参照）を除去した後、エピタキシャル層の一部をエッチング除去し、ｐ型ＧａＰコンタクト層８の一部を露出させて、この露出したｐ型ＧａＰコンタクト層８にｐ型用電極１０に形成する点が第１実施形態とは異なっている。
【０１３４】
上記第２実施形態では、ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９を用いていたが、ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９と同形状であってノンドープの透光性基板を用いてもよいし、ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９と同形状であってｐ型透光性基板を用いてもよい。
【０１３５】
上記第２実施形態では、上記第１実施形態と同様の貼り付ける手法を用いている。
【０１３６】
上記第１，第２実施形態において各層および基板の導電型を逆にしてもよい。
【０１３７】
上記第１実施形態と上記第２実施形態とを適宜組み合わせて本発明としてもよい。
【０１３８】
上記第１，第２実施形態ではＬＥＤについて説明したが、本発明がＬＥＤに限定されないのは言うまでもない。
【０１３９】
本発明は、４元系のＡｌＧａＩｎＰ発光層を有する発光ダイオードに限ったものではなく、半導体結晶によりなる発光層を有する半導体発光素子であれば適用できることは言うまでもない。
【０１４０】
また、本発明は、上記第１，第２実施形態の材料・手法に限定されるものではなく、あらゆる材料・手法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】図１は従来のＬＥＤの概略断面図である。
【図２】図２は上記従来のＬＥＤの問題を解決できるＬＥＤの概念図である。
【図３】図３は本発明の一実施の形態のＬＥＤの概念図である。
【図４Ａ】図４Ａは低キャリア濃度のＧａＰ半導体層の貼付界面における亜鉛濃度の深さ方向の分布を示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは高キャリア濃度のＧａＰ半導体層の貼付界面における亜鉛濃度の深さ方向の分布を示すグラフである。
【図５】図５はＧａＰ基板への入射する光の波長とＧａＰ基板の光透過率との関係を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは本発明の第１実施形態のＬＥＤの概略断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは上記第１実施形態のＬＥＤの変形例の概略断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは上記第１実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは上記第１実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【図８】図８は本発明の第１，第２実施形態のＬＥＤの製造に用いる治具の概略断面図である。
【図９】図９は本発明の第２実施形態のＬＥＤの概略断面図である。
【符号の説明】
【０１４２】
２ ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層
４ ＡｌＧａＩｎＰ活性層
６ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
７ ｐ型ＧａＰコンタクト層
８ ｐ型ＧａＰ透光性半導体層
９ ｐ型ＧａＰ透光性基板
２０ ＬＥＤ構造ウエハ２０
３０ 透光性ウエハ
１０８ ｎ型ＧａＰ透光性半導体層
１０９ ｎ型ＧａＰ透光性基板
第１導電型の半導体層と、
４０１ 第１導電型の半導体層
４０２ 発光層
４０３ 第２導電型の半導体層
４０４ 透過性半導体層
４０５ 透過性半導体基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば通信装置、道路・線路・案内表示板装置、広告表示装置、携帯電話、ディスプレイのバックライト、照明器具等に使用される発光体である半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子の一つである半導体発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と言う。）の製造技術が急速に進歩し、特に青色のＬＥＤが開発されて以降は、光の３原色のＬＥＤが揃ったことから、その３原色のＬＥＤの組み合わせによりあらゆる波長の光を作り出すことが可能となった。その結果、ＬＥＤの適用範囲は急速に広まっており、中でも照明の分野では環境・エネルギー問題への意識の向上と相まって電球、蛍光灯に変わる自然光・白色光源として注目されているところである。
【０００３】
しかしながら、現状のＬＥＤは電球や蛍光灯と比較して投入されるエネルギーに対する光の変換効率が劣っており、より変換効率の高い、より輝度の高いＬＥＤを目指した研究開発が波長を問わず進められている。
【０００４】
一昔前までは高輝度化技術開発の中心はエピタキシャル成長技術にあったが、その技術が成熟した近年ではプロセス技術を中心とした開発へと移行しつつある。
【０００５】
プロセス技術による輝度の向上とは外部量子効率（内部量子効率×外部取出し効率）の向上であり、素子の形状微細加工技術、反射膜、透明電極等が挙げられる。これらの中でもウェハボンディングによる手法は赤色、青色発光のＬＥＤにおいていくつかの手法が確立されており、高輝度タイプのＬＥＤが発明され市場に登場してきた。
【０００６】
ウェハボンディングによる手法の１つに、発光層の出射光を透過する基板、例えばガラスやサファイアやＧａＰ等をエピタキシャル層に直接貼り付ける手法がある。
【０００７】
図１に、その手法が用いられたＬＥＤの概略断面図を示す。
【０００８】
図１において、２０１はウィンド層、２０２，２０４はエピタキシャル層、２０３は発光層、２０５は透明基板、２０６，２０７は電極である。
【０００９】
図１のＬＥＤでは、発光層２０３から出射された光が矢印で示すように透明基板２０５で吸収されずに透過する。
【００１０】
特に、上記透明基板２０５をエピタキシャル層２０４に直接貼り付ける手法は、発光層２０３から出射された光が再び発光層２０３を通過すること無く、つまり、発光層２０３から出射された光が発光層２０３に吸収されること無く、ＬＥＤのほぼ全面より光を外部へ取り出すことが可能であり、より変換効率（取り出し効率）の高いＬＥＤの開発が可能である。
【００１１】
従来、透明基板をエピタキシャル層に貼り付ける手法としては、特許第３２３０６３８号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この特許第３２３０６３８号公報では、４元系のＬＥＤを作製するために、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）系の半導体層にＧａＰ（ガリウム・リン）透明基板を直接貼り付けている。
【００１２】
ところが、上述したような透明基板をエピタキシャル層に直接貼り付ける手法においては、基板濃度が高くなると、透明基板内でフリーキャリアによる光の吸収が起こり、充分に発光光が取り出せない問題があることが判った。この問題を解決するために、ドーパント原子の貼付界面への偏析を基板濃度低で抑えて、光吸収層の形成を防止し発光効率を低下させない方法や、透明基板のキャリア濃度減で、透明基板内でのフリーキャリアによる光の吸収を減らして発光効率を低下させない方法が、提案されている。
【００１３】
これらの方法であれば、図２に示すように、ドーパント原子が透明基板３０４の貼付界面に偏析するのを抑えて、透明基板３０４の貼付界面における光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００１４】
さらに、上記方法であれば、透明基板３０４のキャリア濃度が高くならないから、透明基板３０４内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を低下させない。
【００１５】
しかしながら、上記方法のように、透明基板３０４のキャリア濃度を限定することは、透明基板３０４の収率（歩留まり）を下げることになり、製造コストが上昇するという問題が生じてしまう。
【００１６】
また、図２において、３０１はエピタキシャル層、３０２は発光層である。
【特許文献１】特許第３２３０６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、本発明の課題は、発光効率を高めることができて、しかも製造コストを低減できる半導体発光素子及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】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明の半導体発光素子は、
第１導電型の半導体層と、
上記第１導電型の半導体層上に形成された発光層と、
上記発光層上に形成された第２導電型の半導体層と、
上記第２導電型の半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体層と
を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴としている。
【００１９】
本明細書において、第１導電型とは、ｐ型またはｎ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がｐ型の場合はｎ型、ｎ型の場合はｐ型を意味する。
【００２０】
上記構成の半導体発光素子によれば、図３に示すように、上記第２導電型の半導体層４０３のキャリア濃度が透過性半導体層４０４のキャリア濃度よりも大きいことによって、透過性半導体層４０４から第２導電型の半導体層４０３へのキャリアの拡散が抑制されるから、透過性半導体層４０４の発光層４０２側のドーパント原子の偏析が抑えられ、透過性半導体層４０４の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００２１】
また、仮に、上記透過性半導体層４０４を形成するための透過性半導体基板４０５のキャリア濃度が比較的高くても、透過性半導体基板４０５と第２導電型の半導体層４０３との間にある透過性半導体層４０４のキャリア濃度を低く抑制することで透過性半導体層４０４内におけるフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００２２】
したがって、上記半導体発光素子の発光効率の低下を防ぐために、透過性半導体基板４０５のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、透過性半導体基板４０５の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【００２３】
なお、上記透過性半導体基板４０５は、第１導電型の半導体層４０１、発光層４０２、第２導電型の半導体層４０３および透過性半導体層４０４を形成した後、除去してもよい。つまり、本発明の半導体発光素子は、透過性半導体基板４０５を備えていてもよいし、透過性半導体基板４０５を備えてなくてもよい。
【００２４】
上記透過性半導体層４０４は、第２導電型の半導体層４０３に直接貼り付けてもよいし、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層４０３に間接的に貼り付けてもよい。
【００２５】
上記透過性半導体層４０４を、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層４０３に間接的に貼り付けた場合も、フリーキャリアによる光吸収を抑制することができる。
【００２６】
言うまでもないが、上記接着剤・金属・酸化物・窒化物などは、少なくとも一部が発光層４０２からの光を透過するものである。
【００２７】
また、上記透過性半導体層４０４と第２導電型の半導体層４０３との間に設ける層の数は単数であっても複数であってもよい。
【００２８】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体基板のキャリア濃度以上である。
【００２９】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１８ｃｍ−３以下である。
【００３０】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１８ｃｍ−３以下であるから、フリーキャリアの光吸収を低く抑えることができる。
【００３１】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３の範囲内である。
【００３２】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３の範囲内であるから、上述した透過性半導体層の光透過率の低下の防止効果により、発光効率の向上効果を確実に得ることができる。
【００３３】
なお、上記透過性半導体層のキャリア濃度の下限は、素子化のプロセスで電極形成の時にオーミックコンタクトが取れる濃度で決まる。
【００３４】
図４Ａに、上記透過性半導体層の一例であるキャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＧａＰ半導体層についての実験結果を示す。また、図４Ｂに、上記透過性半導体層の一例であるキャリア濃度１．５×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＰ半導体層についての実験結果を示す。なお、図４Ａ，図４Ｂのｐ型ＧａＰ半導体層は、ｐ型ＧａＩｎＰ半導体層に貼り付けられ、亜鉛ドープされている。
【００３５】
図４Ａ，図４Ｂから判るように、ｐ型ＧａＰ半導体層のキャリア濃度を高くするよりも、ｐ型ＧａＰ半導体層のキャリア濃度を低くした方が、ｐ型ＧａＰ半導体層とｐ型ＧａＩｎＰ半導体層との貼付界面に偏析するＺｎを低減させることができる。すなわち、上記貼付界面での吸収を低減させることができるのである。
【００３６】
図５に、上記ｐ型ＧａＰ半導体層の単体での光透過率を示す。ここでは、上記ｐ型ＧａＰ半導体層に入射する光の各界面での反射を考慮していないため、ｐ型ＧａＰ半導体層のバンドギャップより低エネルギー側の光透過率は５０％前後の値となる（実際の光透過率はほぼ９０％以上）。
【００３７】
図５から判るように、ｐ型ＧａＰ半導体層に入射する光の波長が約５５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内においては、ｐ型ＧａＰ半導体層のキャリア濃度を高くするよりも、ｐ型ＧａＰ半導体層のキャリア濃度を低くした方が、光透過率を大きく向上させることができる。
【００３８】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記発光層と上記第２導電型の半導体層との間に形成された第２導電型の中間層を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記第２導電型の中間層のキャリア濃度よりも大きい。
【００３９】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が第２導電型の中間層のキャリア濃度よりも大きいから、第２導電型の半導体層よりも発光層に近い第２導電型の中間層のキャリア濃度が低濃度になり、発光層へのキャリアの拡散を防ぐことができる。
【００４０】
さらに、上記中間層と発光層との間にキャリア拡散防止層を設けてもよく、キャリア拡散防止層を設けた場合、発光層へのキャリアの拡散を防ぐ効果を高めることができる。
【００４１】
上記キャリア拡散防止層のキャリア濃度は中間層のキャリア濃度より小さくしてもよい。
【００４２】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層の厚みが０．５μｍ以上である。
【００４３】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層の厚みが０．５μｍ以上あるから、透過性半導体層およびこれを形成するための例えば透過性半導体基板を高温加熱処理しても、透過性半導体基板のドーパント原子が透過性半導体層を通過するのを防ぐことができる。
【００４４】
実際には、上記透過性半導体層の厚み最小値は、透過性半導体基板および透過性半導体層に行う熱処理の温度や時間、透過性半導体基板および透過性半導体層のキャリア濃度で決まる。
【００４５】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層と上記透過性半導体基板とのうちの少なくとも一方は第１導電型の半導体からなる。
【００４６】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層は第２導電型の半導体からなる。
【００４７】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層は第２導電型の半導体からなるから、第２導電型の半導体層と同一極性になり、第２導電型の半導体層と電気的に接続することができる。
【００４８】
したがって、上記発光層を発光させるための電極を透過性半導体層に形成することができる。
【００４９】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体基板は第１導電型の半導体からなる。
【００５０】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記第１導電型の半導体層、上記発光層及び上記第２導電型の半導体層は、それぞれ、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素、酸素のうちの少なくとも２つを含む。
【００５１】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第１導電型の半導体層、上記発光層及び上記第２導電型の半導体層は、それぞれ、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素、酸素のうちの少なくとも２つを含むから、発光層の発光波長を赤外領域から近紫外領域までの広い範囲から選択することできる。
【００５２】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層の厚みが７０μｍ以上である。
【００５３】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記透過性半導体層の厚みが７０μｍ以上であるから、透過性半導体層を形成するための例えば透過性半導体基板を除去しても、透過性半導体層のみで強度を保つことができる。
【００５４】
また、上記透過性半導体基板が高濃度であれば、透過性半導体基板を完全除去することで光の吸収を最低限に抑え光取り出し効率が良い素子を作製することができる。
【００５５】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層の導電型は上記透過性半導体基板の導電型と異なる。
【００５６】
つまり、上記実施形態の半導体発光素子では、上記透過性半導体層の導電型は第１導電型であり、かつ、上記透過性半導体基板の導電型が第２導電型である、または、上記透過性半導体層の導電型は第２導電型であり、かつ、上記透過性半導体基板の導電型が第１導電型である。
【００５７】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、透過性半導体基板の導電型をｐ型・ｎ型・ノンドープ等選択肢が拡がれば、製造コストが安い導電型の基板を透過性半導体基板として用いることが可能になるメリットがある。この際、上記製造コストが安い導電型の基板がたとえ透過性半導体層と逆極性の成長基板であったとしても、素子化のプロセスでその基板は除去され無くなるので問題はない。
【００５８】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層を積層して、上記第１導電型の半導体基板、第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層からなる第１のウエハを作製する工程と、
上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板上に、上記発光層からの光を透過する透過性半導体層を積層して、上記透過性半導体基板と上記透過性半導体層とからなる第２のウエハを作製する工程と、
上記透過性半導体層が上記第２導電型の半導体層に対向するように、上記第１のウエハ上に上記第２のウエハを載せて、上記第２のウエハを上記第１のウエハへ向けて加圧しつつ、上記第１，第２のウエハを加熱することにより、上記第２のウエハを上記第１のウエハに接合した後、上記第１導電型の半導体基板を除去する工程と
を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴としている。
【００５９】
上記構成の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことによって、透過性半導体層から第２導電型の半導体層へのキャリアの拡散が抑制されるから、透過性半導体層の発光層側の表面においてドーパント原子の偏析が抑えられ、透過性半導体層の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００６０】
また、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいから、つまり、透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、透過性半導体層内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を高めることができる。
【００６１】
また、仮に、上記透過性半導体基板のキャリア濃度が比較的高くても、透過性半導体基板と第２導電型の半導体層との間にある透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００６２】
したがって、上記半導体発光素子の発光効率の低下を防ぐために、透過性半導体基板のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、透過性半導体基板の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【００６３】
また、上記透過性半導体基板は導電型を選ばないので、より安価な半導体基板を透過性半導体基板として用いることができる。
【００６４】
上記透過性半導体層は、第２導電型の半導体層に直接貼り付けてもよいし、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層に間接的に貼り付けてもよい。
【００６５】
言うまでもないが、上記接着剤・金属・酸化物・窒化物などは、少なくとも一部が発光層からの光を透過するものである。
【００６６】
また、上記透過性半導体層と第２導電型の半導体層との間に設ける層の数は単数であっても複数であってもよい。
【００６７】
上記透過性半導体層の厚みは、半導体発光素子の材料や製造プロセスで最適化される。
【００６８】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記第２のウエハを上記第１のウエハに接合した後に、上記透過性半導体基板を除去する。
【００６９】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記透過性半導体層は液相エピタキシャル法またはＣＶＤ（化学気相堆積）法で作製する。
【００７０】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記透過性半導体層は液相エピタキシャル法またはＣＶＤ法で作製するから、厚い半導体層を形成するのに適している。
【００７１】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記透過性半導体層はＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法で作製される。
【００７２】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記透過性半導体層はＭＯＣＶＤ法で作製されるから、透過性半導体層のキャリア濃度を制御しやすいので、安定した特性の素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００７３】
本発明の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことによって、透過性半導体層から第２導電型の半導体層へのキャリアの拡散が抑制されるから、透過性半導体層の発光層側の表面においてドーパント原子の偏析が抑えられ、透過性半導体層の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００７４】
また、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいから、つまり、透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、透過性半導体層内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を高めることができる。
【００７５】
また、仮に、上記透過性半導体層を形成するための例えば透過性半導体基板のキャリア濃度が比較的高くても、透過性半導体基板と第２導電型の半導体層との間にある透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００７６】
したがって、上記半導体発光素子の発光効率の低下を防ぐために、透過性半導体基板のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、透過性半導体基板の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【００７７】
上記透過性半導体層は、第２導電型の半導体層に直接貼り付けてもよいし、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層に間接的に貼り付けてもよい。
【００７８】
言うまでもないが、上記接着剤・金属・酸化物・窒化物などは、少なくとも一部が発光層からの光を透過するものである。
【００７９】
また、上記透過性半導体層と第２導電型の半導体層との間に設ける層の数は単数であっても複数であってもよい。
【００８０】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことによって、透過性半導体層から第２導電型の半導体層へのキャリアの拡散が抑制されるから、透過性半導体層の発光層側の表面においてドーパント原子の偏析が抑えられ、透過性半導体層の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【００８１】
また、上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいから、つまり、透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、透過性半導体層内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を高めることができる。
【００８２】
また、仮に、上記透過性半導体基板のキャリア濃度が比較的高くても、透過性半導体基板と第２導電型の半導体層との間にある透過性半導体層のキャリア濃度が第２導電型の半導体層のキャリア濃度よりも低いから、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００８３】
したがって、上記半導体発光素子の発光効率の低下を防ぐために、透過性半導体基板のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、透過性半導体基板の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【００８４】
上記透過性半導体層は、第２導電型の半導体層に直接貼り付けてもよいし、接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介して、第２導電型の半導体層に間接的に貼り付けてもよい。
【００８５】
言うまでもないが、上記接着剤・金属・酸化物・窒化物などは、少なくとも一部が発光層からの光を透過するものである。
【００８６】
また、上記透過性半導体層と第２導電型の半導体層との間に設ける層の数は単数であっても複数であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８７】
以下、本発明の半導体発光素子を図示の実施の形態で説明する。
【００８８】
（第１実施形態）
図６Ａに、本発明の第１実施形態のＬＥＤの概略断面図です。
【００８９】
上記ＬＥＤは、赤色の発光波長となる４元系のＡｌＧａＩｎＰ活性層４を備えている。このＡｌＧａＩｎＰ活性層４が発光層の一例である。
【００９０】
また、上記ＬＥＤは、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４上に、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２及びｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３を備えている一方、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４下に、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６、ｐ型ＧａＰコンタクト層７、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８及びｐ型ＧａＰ透光性基板９を備えている。このｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２は第１導電型の半導体層の一例であり、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６は中間層の一例であり、ｐ型ＧａＰコンタクト層７は第２導電型の半導体層の一例であり、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８は透光性半導体層の一例であり、ｐ型ＧａＰ透光性基板９は透光性半導体基板の一例である。
【００９１】
上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８及びｐ型ＧａＰ透光性基板９はｐ型ＧａＰコンタクト層７に貼り付けられたものである。
【００９２】
上記ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２上には電極１１が形成されている一方、ｐ型ＧａＰ透光性基板９下には電極１０が形成されている。上記電極１１はｎ型ＧａＡｓ基板１を除去した後、露出したｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２の表面に形成される。
【００９３】
以下、上記ＬＥＤの製造方法について説明する。
【００９４】
先ず、ＭＯＣＶＤ法により、図７Ａに示すように、上記ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６及びｐ型ＧａＰコンタクト層７をこの順で積層してなるＬＥＤ構造ウエハ２０を作成する。このＬＥＤ構造ウエハ２０が第１のウエハの一例である。
【００９５】
上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層４は量子井戸構造を有している。より詳しくは、上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層４は（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ井戸層と（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層とを交互に積層することで形成されている。そして、上記井戸層と上記バリア層とのペア数は１０ペアとなっている。
【００９６】
上記基板または各層の厚みは、ｎ型ＧａＡｓ基板１：２５０μｍ、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２：５．０μｍ、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３：１．０μｍ、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４：０．５μｍ、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５：１．０μｍ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６：１．０μｍ、ｐ型ＧａＰコンタクト層７：４．０μｍである。
【００９７】
上記基板または各層において、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる一方、ｐ型ドーパントとしてはＺｎを用いている。
【００９８】
上記基板または各層のキャリア濃度は、ｎ型ＧａＡｓ基板１：１．０×１０１８ｃｍ−３、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２：１．０×１０１８ｃｍ−３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３：５×１０１７ｃｍ−３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４：ノンドープ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５：５×１０１７ｃｍ−３、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６：１．０×１０１８ｃｍ−３、ｐ型ＧａＰコンタクト層７：２．０×１０１８ｃｍ−３とした。
【００９９】
次に、上記ＬＥＤ構造ウエハ２０のエピタキシャル面に、ハーフダイシングにより所定のピッチでハーフダイシング溝を形成する。このとき、上記ハーフダイシング溝の深さとしては１０〜５０μｍ程度がＬＥＤ構造ウェハ２０の強度を維持する点で適当である。
【０１００】
次に、図７Ｂに示すように、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９上に、液相エピタキシャル成長法によりｐ型ＧａＰエピタキシャル層を１０μｍ以上積層して、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８を形成する。つまり、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９とｐ型ＧａＰ透光性半導体層８とからなる透光性ウエハ３０を作製する。この透光性ウエハ３０が第２のウエハの一例である。
【０１０１】
上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みは１００μｍであり、ｐ型ＧａＰ透光性基板９の厚みは２８０μｍである。
【０１０２】
上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度は５．０×１０１７ｃｍ−３であり、ｐ型ＧａＰ透光性基板９のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３である。
【０１０３】
次に、図８に示す治具５０を用いて、上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８がｐ型ＧａＰコンタクト層７に接触するように、透光性ウエハ３０をＬＥＤ構造ウエハ２０に直接接合する。
【０１０４】
上記治具５０は石英からなり、ウエハを支持する下台５１と、ｐ型ＧａＰ透光性基板９の図８において上側の面を覆う押さえ板５２と、所定の大きさの力を受けて押さえ板５２を押圧する押圧部５３とを有している。
【０１０５】
上記押圧部５３は、正面から見て概略コ字状を有する枠体５４によって上下方向に案内されるようになっている。上記枠体５４は下台５１に係合して、この下台５１と押圧部５３との間に位置する押さえ板５２に力を適切に伝達するようになっている。
【０１０６】
上記下台５１とＬＥＤ構造ウエハ２０との間にはカーボンシート２４を配置すると共に、押さえ板５２と透光性ウエハ３０との間にはカーボンシート２５，ＰＢＮ（熱分解チッ化ホウ素：パイロリティックボロンナイトライド）板２９を配置する。
【０１０７】
このような治具５０を用いて、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８をｐ型ＧａＰコンタクト層７に接触させ、押圧部５３に例えば０．３〜０．８Ｎ・ｍの力を加えて、ｐ型ＧａＰコンタクト層７とｐ型ＧａＰ透光性半導体層８との接触面に圧縮力を作用させる。この状態で、上記ＬＥＤ構造ウエハ２０に透光性ウエハ３０を、治具５０と共に加熱炉にセットして、水素雰囲気下において８００℃前後で３０分加熱する。そうすると、上記透光性ウエハ３０がＬＥＤ構造ウエハ２０に直接接合する。
【０１０８】
次に、上記ＬＥＤ構造ウエハ２０及び透光性ウエハ３０を冷却した後、加熱炉から取り出して、アンモニア水と過酸化水素と水との混合液により、ｎ型ＧａＡｓ基板１を溶解除去する。
【０１０９】
次に、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９の図８において下側の面にｐ型用電極１０を形成すると共に、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２の図８において上側の面にｎ型用電極１１を形成した後、上記ハーフダイシング溝に沿ってダイシングし、チップ分割を行うと、図８に示すようなＬＥＤが得られる。
【０１１０】
ここでは、上記電極１０の材料としてＡｎＢｅ／Ａｕを選択し、電極１１の材料としてＡｕＳｉ／Ａｕを選択し、これらの材料を積層してフォトリソグラフィ法、ウェットエッチングにより任意の形状に加工することにより、電極１０，１１で形成している。
【０１１１】
以上のようにして得たＬＥＤによれば、上記ｐ型ＧａＰコンタクト層７のキャリア濃度がｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度よりも大きいことによって、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８からｐ型ＧａＰコンタクト層７へのキャリアの拡散が抑制されるから、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のＡｌＧａＩｎＰ活性層４側の表面においてドーパント原子の偏析が抑えられ、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の光透過率が低下するのを防ぐことができる。
【０１１２】
また、上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８内においてフリーキャリアによる光の吸収が減り、発光効率を高めることができる。
【０１１３】
また、仮に、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９のキャリア濃度が比較的高くても、ｐ型ＧａＰ透光性基板９とｐ型ＧａＰコンタクト層７との間にあるｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度がｐ型ＧａＰコンタクト層７のキャリア濃度よりも低いから、発光効率の低下を防ぐことができる。
【０１１４】
したがって、上記ＬＥＤの発光効率の低下を防ぐために、ｐ型ＧａＰ透光性基板９のキャリア濃度を限定しなくてもよいから、ｐ型ＧａＰ透光性基板９の収率が下がらず、製造コストを低減できる。
【０１１５】
上記第１実施形態では、ｎ型ＧａＡｓ基板１がＡｌＧａＩｎＰ発光層４からの光を吸収するため、ｎ型ＧａＡｓ基板１を除去したが、ＡｌＧａＩｎＰ発光層４からの光を吸収しない材料からなるｎ型基板であれば除去しなくてもよい。
【０１１６】
上記第１実施形態では、キャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＧａＰ透光性半導体層８を用いていたが、本発明に用いるｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のキャリア濃度は５．０×１０１７ｃｍ−３に限定されない。つまり、本発明には、キャリア濃度２．５×１０１８ｃｍ−３以下のｐ型ＧａＰ透光性半導体層を用いることができる。
【０１１７】
上記キャリア濃度２．５×１０１８ｃｍ−３以下のｐ型ＧａＰ透光性半導体層を用いる場合、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層のキャリア濃度が、５．０×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３の範囲内だと好ましい。
【０１１８】
上記第１実施形態では、キャリア濃度２．０×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＰコンタクト層７を用いていたが、本発明に用いるｐ型ＧａＰコンタクト層のキャリア濃度は２．０×１０１８ｃｍ−３に限定されない。つまり、本発明には、キャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３〜５．０×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＰコンタクト層を用いることができる。
【０１１９】
上記キャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３〜５．０×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＰコンタクト層を用いる場合でも、このｐ型ＧａＰコンタクト層のキャリア濃度は接触するｐ型ＧａＰ透光性半導体層のキャリア濃度よりも高くする。
【０１２０】
上記第１実施形態では、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５とｐ型ＧａＰコンタクト層７との間にｐ型ＧａＩｎＰ中間層６を設けていたが、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５とｐ型ＧａＰコンタクト層７との間に何も設けず、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５がｐ型ＧａＰコンタクト層７に接触するようにしてもよい。
【０１２１】
上記第１実施形態では、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みは１００μｍであったが、本発明に用いるｐ型ＧａＰ透光性半導体層の厚みは１００μｍに限定されない。つまり、本発明には、厚み０．５μｍ以上であるｐ型ＧａＰ透光性半導体層を用いることができる。
【０１２２】
上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みが１００μｍと厚いので、ＬＥＤ構造ウェハ２０に透光性ウエハ３０を直接接合した後、ｐ型ＧａＰ透光性基板９を完全に除去して、図６Ｂに示すようなＬＥＤを作成してもよい。
【０１２３】
このように、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９を除去することによって、光の吸収を最低限に抑え、光取り出し効率を高めることができる。
【０１２４】
また、上記ｐ型ＧａＰ透光性基板９を完全に除去できるのは、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みが７０μｍ以上のときである。これは、上記ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８の厚みが７０μｍ以上であると、ｐ型ＧａＰ透光性基板９を完全に除去しても、ｐ型ＧａＰ透光性半導体層８のみで強度を保つことができるからである。
【０１２５】
上記第１実施形態では、ｐ型ＧａＰ透光性基板９の厚みは２８０であったが、本発明に用いるｐ型ＧａＰ透光性基板の厚みは２８０μｍに限定されない。
【０１２６】
上記第１実施形態において、ｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２との間に何も設けていなかったが、ｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２との間にバッファ層を設けてもよい。
【０１２７】
（第２実施形態）
図９に、本発明の第２実施形態のＬＥＤの概略断面図である。図９において、図６に示した上記第１実施形態の構成部と同一材料かつ同一導電型の構成部は、図６における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。したがって、図６と図９とにおいて、同一参照番号を付していても、形状が異なるものがある。
【０１２８】
上記ＬＥＤは、厚み７０μｍのｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８と厚み２００μｍのｎ型ＧａＰ透光性基板１０９を備えている点が上記第１実施形態とは異なっている。このｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８は透光性半導体層の一例であり、ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９は透光性半導体基板の一例である。
【０１２９】
上記ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９はＡｌＧａＩｎＰ発光層５からの光を透過する。つまり、上記ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９は、ＡｌＧａＩｎＰ発光層５の発光波長に対して透明な半導体材料からなっている。
【０１３０】
上記ｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８のｐ型ＧａＩｎＰ中間層６側の表面の一部が露出しており、この一部上には電極１０が形成されている。また、上記ｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８の厚みはｎ型ＧａＰ透光性基板１０９が高濃度である場合は厚ければ厚い程光の吸収されないので発光効率が高くなる。このｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８は上記第１実施形態のｐ型ＧａＰ透光性半導体層８と形状および導電型のみが異なるだけである。
【０１３１】
上記構成のＬＥＤも、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができると共に、ｎ型ＧａＰ透光性半導体層１０８とｎ型ＧａＰ透光性基板１０９を備えているから、ｐ型ＧａＰコンタクト層７の一部を露出させ、この一部上に電極１０を形成することができる。
【０１３２】
このように、上記一部上に電極を形成すると共に、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層２上に電極１１を形成することにより、ワイヤボンディングを電極１０，１１に簡単に行うことができる。
【０１３３】
上記ＬＥＤの製造方法では、ｎ型ＧａＡｓ基板１（図６参照）を除去した後、エピタキシャル層の一部をエッチング除去し、ｐ型ＧａＰコンタクト層８の一部を露出させて、この露出したｐ型ＧａＰコンタクト層８にｐ型用電極１０に形成する点が第１実施形態とは異なっている。
【０１３４】
上記第２実施形態では、ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９を用いていたが、ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９と同形状であってノンドープの透光性基板を用いてもよいし、ｎ型ＧａＰ透光性基板１０９と同形状であってｐ型透光性基板を用いてもよい。
【０１３５】
上記第２実施形態では、上記第１実施形態と同様の貼り付ける手法を用いている。
【０１３６】
上記第１，第２実施形態において各層および基板の導電型を逆にしてもよい。
【０１３７】
上記第１実施形態と上記第２実施形態とを適宜組み合わせて本発明としてもよい。
【０１３８】
上記第１，第２実施形態ではＬＥＤについて説明したが、本発明がＬＥＤに限定されないのは言うまでもない。
【０１３９】
本発明は、４元系のＡｌＧａＩｎＰ発光層を有する発光ダイオードに限ったものではなく、半導体結晶によりなる発光層を有する半導体発光素子であれば適用できることは言うまでもない。
【０１４０】
また、本発明は、上記第１，第２実施形態の材料・手法に限定されるものではなく、あらゆる材料・手法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】図１は従来のＬＥＤの概略断面図である。
【図２】図２は上記従来のＬＥＤの問題を解決できるＬＥＤの概念図である。
【図３】図３は本発明の一実施の形態のＬＥＤの概念図である。
【図４Ａ】図４Ａは低キャリア濃度のＧａＰ半導体層の貼付界面における亜鉛濃度の深さ方向の分布を示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは高キャリア濃度のＧａＰ半導体層の貼付界面における亜鉛濃度の深さ方向の分布を示すグラフである。
【図５】図５はＧａＰ基板への入射する光の波長とＧａＰ基板の光透過率との関係を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは本発明の第１実施形態のＬＥＤの概略断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは上記第１実施形態のＬＥＤの変形例の概略断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは上記第１実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは上記第１実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【図８】図８は本発明の第１，第２実施形態のＬＥＤの製造に用いる治具の概略断面図である。
【図９】図９は本発明の第２実施形態のＬＥＤの概略断面図である。
【符号の説明】
【０１４２】
２ ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層
４ ＡｌＧａＩｎＰ活性層
６ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
７ ｐ型ＧａＰコンタクト層
８ ｐ型ＧａＰ透光性半導体層
９ ｐ型ＧａＰ透光性基板
２０ ＬＥＤ構造ウエハ２０
３０ 透光性ウエハ
１０８ ｎ型ＧａＰ透光性半導体層
１０９ ｎ型ＧａＰ透光性基板
第１導電型の半導体層と、
４０１ 第１導電型の半導体層
４０２ 発光層
４０３ 第２導電型の半導体層
４０４ 透過性半導体層
４０５ 透過性半導体基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体層と、
上記第１導電型の半導体層上に形成された発光層と、
上記発光層上に形成された第２導電型の半導体層と、
上記第２導電型の半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体層と
を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１８ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３の範囲内であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記発光層と上記第２導電型の半導体層との間に形成された第２導電型の中間層を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記第２導電型の中間層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層の厚みが０．５μｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層と上記透過性半導体基板とのうちの少なくとも一方は第１導電型の半導体からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記第１導電型の半導体層、上記発光層及び上記第２導電型の半導体層は、それぞれ、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素、酸素のうちの少なくとも２つを含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層の厚みが７０μｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層の導電型は上記透過性半導体基板の導電型と異なることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層を積層して、上記第１導電型の半導体基板、第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層からなる第１のウエハを作製する工程と、
上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板上に、上記発光層からの光を透過する透過性半導体層を積層して、上記透過性半導体基板と上記透過性半導体層とからなる第２のウエハを作製する工程と、
上記透過性半導体層が上記第２導電型の半導体層に対向するように、上記第１のウエハ上に上記第２のウエハを載せて、上記第２のウエハを上記第１のウエハへ向けて加圧しつつ、上記第１，第２のウエハを加熱することにより、上記第２のウエハを上記第１のウエハに接合した後、上記第１導電型の半導体基板を除去する工程と
を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法において、
上記第２のウエハを上記第１のウエハに接合した後に、上記透過性半導体基板を除去することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層は液相エピタキシャル法またはＣＶＤ法で作製することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
第１導電型の半導体層と、
上記第１導電型の半導体層上に形成された発光層と、
上記発光層上に形成された第２導電型の半導体層と、
上記第２導電型の半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体層と
を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１８ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層のキャリア濃度が２．５×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３の範囲内であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記発光層と上記第２導電型の半導体層との間に形成された第２導電型の中間層を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記第２導電型の中間層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層の厚みが０．５μｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層と上記透過性半導体基板とのうちの少なくとも一方は第１導電型の半導体からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記第１導電型の半導体層、上記発光層及び上記第２導電型の半導体層は、それぞれ、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素、酸素のうちの少なくとも２つを含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層の厚みが７０μｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層上に形成され、上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板を備え、
上記透過性半導体層の導電型は上記透過性半導体基板の導電型と異なることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層を積層して、上記第１導電型の半導体基板、第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層からなる第１のウエハを作製する工程と、
上記発光層からの光を透過する透過性半導体基板上に、上記発光層からの光を透過する透過性半導体層を積層して、上記透過性半導体基板と上記透過性半導体層とからなる第２のウエハを作製する工程と、
上記透過性半導体層が上記第２導電型の半導体層に対向するように、上記第１のウエハ上に上記第２のウエハを載せて、上記第２のウエハを上記第１のウエハへ向けて加圧しつつ、上記第１，第２のウエハを加熱することにより、上記第２のウエハを上記第１のウエハに接合した後、上記第１導電型の半導体基板を除去する工程と
を備え、
上記第２導電型の半導体層のキャリア濃度が上記透過性半導体層のキャリア濃度よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法において、
上記第２のウエハを上記第１のウエハに接合した後に、上記透過性半導体基板を除去することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体発光素子において、
上記透過性半導体層は液相エピタキシャル法またはＣＶＤ法で作製することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２９９８４６（Ｐ２００７−２９９８４６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２５１６９（Ｐ２００６−１２５１６９）
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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