半導体発光素子及びその製造方法
【課題】電極パッドによる光吸収を低減した半導体発光素子を提供する。
【解決手段】一対の主表面間に複数の化合物半導体層を備える化合物半導体発光ユニットＵと、一方の主表面１１上の表面電極２８１と電気的に導通する電極パッドＥ２を支持基板Ｓ上に並設する。これにより、電極パッドＥ２の直下に化合物半導体発光ユニットＵの発光層として機能する活性層２３２が存在しない構成を実現している。
【解決手段】一対の主表面間に複数の化合物半導体層を備える化合物半導体発光ユニットＵと、一方の主表面１１上の表面電極２８１と電気的に導通する電極パッドＥ２を支持基板Ｓ上に並設する。これにより、電極パッドＥ２の直下に化合物半導体発光ユニットＵの発光層として機能する活性層２３２が存在しない構成を実現している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化合物半導体を用いた半導体発光素子及びその製造方法に関するもので、特に光取り出し効率の高い半導体発光素子構造及びその製造方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子である発光ダイオード（以下ＬＥＤと称す）は、近年、ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の高品質結晶を有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と称す）で成長出来ることから、青色、緑色、橙色、黄色及び赤色の高輝度ＬＥＤが製作出来るようになった。そして、ＬＥＤの高輝度化に伴いその用途は、自動車のブレーキランプや液晶ディスプレイのバックライト等へ広がり、その需要は年々増加している。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法によって高品質の結晶が成長可能になったことにより、現在、半導体発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし、半導体発光素子からの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上させることが重要な課題になっている。例えば、高輝度赤色ＬＥＤはＡｌＧａＩｎＰ系の材料で形成され、導電性のＧａＡｓ基板上に格子整合する組成のＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層とそれらに挟まれたＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる発光領域として機能する活性層を有するダブルヘテロ構造となっている。しかしながら、ＧａＡｓ基板のバンドギャップは活性層のバンドギャップよりも狭いために、活性層からの光の多くがＧａＡｓ基板に吸収され、光の取り出し効率が著しく低下する。活性層とＧａＡｓ基板の間に、屈折率の異なる半導体層からなる多層反射膜構造を形成することによってＧａＡｓ基板での光の吸収を低減し、光取り出し効率を向上させる方法もある。しかし、この方法では多層反射膜構造へ限定された入射角を持つ光しか反射することが出来ない。そこで、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなるダブルヘテロ構造を反射率の高い金属膜を介して、ＧａＡｓ基板よりも熱伝導率の高いＳｉ支持基板に貼り付け、その後成長用として使用したＧａＡｓ基板を除去する方法が提案されている（特許文献１）。この方法を用いた場合、反射膜として金属膜を用いているため、金属膜への光の入射角を選ばずに高い反射が可能になり、ＬＥＤの高輝度化が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７５４６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術によって貼り合わせ型のＬＥＤチップの高輝度化が実現できた結果、従来のＬＥＤチップに比較してより小型チップで同程度以上の発光出力が得られるようになった。チップを小形化することによって、ウエハ当りのチップ所得数が増加するため、ＬＥＤチップのコスト低減効果も大きい。一般に、ＬＥＤにおいては、外部より電流注入するために直径８０μｍ程度以上の電極パッドが必要となる。この電極パッドは発光層に対して光取り出し面側に存在するため、光吸収領域として機能し、発光出力の向上を妨げる要因になる。特に、小型チップにおいては、発光層面積に対して電極パッド面積の比が大きくなり、小型チップにおいて発光出力を高くすることに限界がある。
【０００６】
本発明の１つの目的は、高発光出力の半導体発光素子を提供することにある。
本発明の別の目的は、電極パッドによる光吸収を低減した半導体発光素子を提供することにある。
本発明の他の目的は、高発光出力の半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は実施例の説明から明らかになろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成する本発明半導体発光素子の特徴とするところは、表面上に反射金属膜、裏面上に裏面電極が設けられ、反射金属膜上に設けられた透明誘電体膜に少なくとも反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極を備える導電性の支持基板と、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、第一の主表面と第二の主表面が、第一の導電型層、活性層及び第二の導電型層が露出し、第一の主表面となす角度が第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットと、化合物半導体発光ユニットの第一の主表面にオーミック接合した櫛歯状の表面電極と、表面電極に電気的に導通する電極パッドとを具備し、化合物半導体発光ユニットと電極パッドは、支持基板の上方の同一面に化合物半導体発光ユニットは電気的導通状態を有して、電極パッドは絶縁状態を有して並設されている点にある。
【０００８】
上述の目的を達成する本発明半導体発光素子の他の特徴とするところは、表面上に反射金属膜及び透明誘電体膜が順に設けられ、この透明誘電体膜に少なくとも反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極が設けられた導電性の支持基板と、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、第一の主表面と第二の主表面が、第一の導電型層、活性層及び第二の導電型層が露出し、第一の主表面となす角度が第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットと、化合物半導体発光ユニットの第一の主表面にオーミック接合した櫛歯状の表面電極と、表面電極に電気的に導通する第一の電極パッドと、界面電極に電気的に導通する第二の電極パッドとを具備し、化合物半導体発光ユニット、第一及び第二の電極パッドは、支持基板の上方の同一面に化合物半導体発光ユニット及び第二の電極パッドは電気的導通状態を有して、第一の電極パッドは絶縁状態を有して並設されている点にある。
【０００９】
上述の本発明半導体発光素子は、表面電極及び／又は界面電極をドット状の集合体で形成することが好ましい。また、表面電極と界面電極は第一の主表面または第二の主表面に投影した場合に重ならないように構成するのが好ましい。
【００１０】
上述の目的を達成する本発明半導体発光素子の製造方法の特徴とするところは、表面上に反射金属膜をそれぞれ有する支持基板を準備する工程と、反射金属膜上に、少なくとも反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極が設けられ透明誘電体膜を形成する工程と、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、第一の主表面と第二の主表面が、第一の導電型層、活性層及び第二の導電型層が露出し、第一の主表面となす角度が第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットを準備する工程と、化合物半導体発光ユニットを支持基板の透明誘電体膜及び界面電極上に載置接着する工程と、化合物半導体発光ユニットの第一の主表面において第一の導電型層にオミックコンタクトする表面電極を形成する工程と、支持基板の透明誘電体膜上に電極パッドを形成する工程と、側面上に透明絶縁膜を介して表面電極と電極パッドを電気的に接続する透明導電膜を形成する工程と、界面電極に電気的に導通する電極手段を形成する工程とを具備する点にある。電極手段としては支持基板上に形成した裏面電極、支持基板の上方の面に化合物半導体発光ユニットと並設した電極パッドを意味する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、化合物半導体発光ユニットと電極パッドが、支持基板の上方の同一面に化合物半導体発光ユニットは電気的導通状態を有して、電極パッドは絶縁状態を有して並設されているため、電極パッドの直下に化合物半導体発光ユニットが存在せず、換言すれば電極パッドの直下に発光領域として機能する活性層が存在しない構成になっているため、活性層から一方の主表面側に向かう光及び活性層から反射金属膜側に向かい反射金属膜側で反射されて一方の主表面側に向かう光が電極パッドによって吸収されることなく効率よく外部に放出される。これによって、高発光出力の半導体発光素子を実現できる。更に、表面電極及び／又は界面電極をドット状の集合体で形成することにより、表面電極及び／又は界面電極による光吸収の確立を低減でき、高発光出力の半導体発光素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明半導体発光素子の一実施例を示す概略平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う概略断面図である。
【図３】図２に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図である。
【図４】図３に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図である。
【図６】本発明半導体発光素子の他の実施例を示す概略平面図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿う概略断面図である。
【図８】図７に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図である。
【図９】図８に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図である。
【図１０】図１及び図２に示す半導体発光素子を製造する場合の出発材料としてのＬＥＤ用エピタキシャルウエハの概略断面図である。
【図１１】ＬＥＤ用エピタキシャルウエハに界面電極を形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１２】ＬＥＤ用エピタキシャルウエハに支持基板を貼り合わせる工程を説明する概略断面図である。
【図１３】ＬＥＤ用エピタキシャルウエハからＧａＡｓ基板を除去する工程を説明する概略断面図である。
【図１４】ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層表面に表面電極を形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１５】ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の表面にテクスチャ構造を構成する工程を説明する概略断面図である。
【図１６】化合物半導体発光ユニットを形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１７】化合物半導体発光ユニットの第一の主表面及び側面に透明誘電体膜を形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１８】支持基板の裏面に裏面電極を形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１９】ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層表面に電極パッドを形成する工程を説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の最良の実施形態は、化合物半導体発光ユニットと電極パッドが、支持基板の上方の同一面に並設されている。具体的には、化合物半導体発光ユニットは電気的導通状態を有して、電極パッドは絶縁状態を有して支持基板上の反射金属膜より上方の同一面に並設されている。
【００１４】
化合物半導体発光ユニットは、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接するｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層、第二の主表面に隣接するｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層及びｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層とｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層に隣接するアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層（発光領域）を有し、第一の主表面と第二の主表面が、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層及びｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層が露出し、第一の主表面となす角度が第二の主表面１２となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された構成を有している。
【００１５】
支持基板は大面積の導電性Ｓｉからなり、その表面に反射金属膜が、裏面に裏面電極が形成されている。反射金属膜は発光波長に対して８０％以上の反射率を有する金属膜からなる。具体的にはＡｕ、Ａｇ、Ａｌの何れか又はその合金からなることが好ましい。裏面電極は、これに代わって電極パッドを化合物半導体発光ユニットと同一面に並設する場合には省略される。
【００１６】
活性層を含む化合物半導体発光ユニットと反射金属膜との間に活性層で発生する光に対して透明な誘電体膜を挟んでおり、その膜厚は発光波長λ、透明誘電体膜の屈折率をｎとした場合、（２×λ）／（４×ｎ）以上の厚さであることが好ましい。また、具体的には透明誘電体膜はその加工性からＳｉＯ２、ＳｉＮであることが好ましい。この透明誘電体膜には界面電極が形成されている。具体的には、透明誘電体膜に貫通孔が形成され、その貫通孔に電極材料が埋設された構造、又は透明誘電体膜に化合物半導体発光ユニット側に開口する凹部が形成され、その凹部に電極材料が埋設された構造を有している。貫通孔または凹部は幅の狭い櫛歯形状が好ましく、それをドット状の集合体で構成するのが更にこのましい。
【００１７】
化合物半導体発光ユニットと電極パッドを並設する面は、反射金属膜上に形成される透明誘電体膜の表面、または透明誘電体膜上に形成された化合物半導体からなるコンタクト層の表面になる。裏面電極の代わりに電極パッドを設ける場合も同じ面に設けられる。
【００１８】
化合物半導体発光ユニットの表面に設けられる表面電極と電極パッドとは透明導電膜により電気的に接続される。
以下、本発明半導体発光素子及びその製造方法を図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１から図５は本発明半導体発光素子の一実施例を示している。
図１及び図２は本発明半導体発光素子の一実施例の基本構成を示す概略平面図及び概略断面図で、図において、Ｓは導電性シリコン（Ｓｉ）からなる支持基板、２６は支持基板Ｓの表面側に金属密着層２７を介して形成された反射金属膜、２５１は反射金属膜２６上に形成され貫通孔を有する透明誘電体膜、２４２は透明誘電体膜２５１の貫通孔に充填して形成された界面電極、Ｅ１は支持基板Ｓの裏面側に形成された裏面電極である。Ｕは、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面１１及び第二の主表面１２間に、第一の主表面１１に隣接するｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、第二の主表面１２に隣接するｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３及びｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１とｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３に隣接するアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層（発光領域）２３２を有し、第一の主表面１１と第二の主表面１２が、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層２３２及びｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３が露出し、第一の主表面１１となす角度が第二の主表面１２となす角度より大きくなるように傾斜した側面１３で連結された化合物半導体発光ユニットである。２８１は第一の主表面１１の一部においてｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１にｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２を介してオーミック接合する表面電極、２３１Ｒはｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１の第一の主表面１１の残部に微細凹凸を形成したテクスチャ構造部である。２４１はｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３と界面電極２４２を結合するｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層である。２５２は第一の主表面１１の表面電極２８１を形成した部分を除く面、側面１３及びｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１上に形成された透明誘電体膜、Ｅ２はｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１上に透明誘電体膜を介して形成された電極パッド、２８２は透明誘電体膜２５２上に形成され、表面電極２８１と電極パッドＥ２を電気的に接続する透明導電膜である。電極パッドＥ２を形成する面は化合物半導体発光ユニットＵを一部エッチング除去することにより形成されている。換言すれば、化合物半導体発光ユニットＵと電極パッドＥ２は、支持基板Ｓの上方の同一面即ちｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１の表面上に、化合物半導体発光ユニットＵは直接（電気的導通状態を有して）、電極パッドＥ２は透明誘電体膜２５２を介して並設された構造になっている。透明導電膜２８２は電極パッドＥ２と透明誘電体膜２５２の間に伸びていること、表面電極２８１上に伸びていることが接続抵抗を小さくする点で好ましい。界面電極２４２は図面上でＹ軸と平行をなす部分２４２Ｙと、部分２４２ＹからＸ軸方向に伸びる複数の直線状の部分２４２Ｘとによって櫛歯状に形成されている。表面電極２８１はＸ軸方向に伸びる複数の直線状の部分２８１Ｘを備えている。表面電極２８１と界面電極２４２は両者をそれらと平行な同一面に投影した時に重ならないように形成されている。これによって、表面電極２８１の下方に活性層２３２が存在しても、界面電極２４２が存在しないため、表面電極２８１の直下の活性層２３２に電流が流れず発光が生じない構成になっている。
【００２０】
図１及び図２に示す構造の半導体発光素子は、まず、界面電極２４２と電極パッドＥ２間に活性層が存在しない構成になっているため、活性層で発生した光が電極パッドＥ２で吸収される可能性がなくなり、光取り出し効率が向上する。また、第一の主表面１１の表面電極２８１を形成しない面にはテクスチャ構造部が形成されているため、平面にした場合に比較して反射する角度が多種類存在し、第一の主表面１１に向かった光を取り出せる確立が高くできる効果がある。更に、化合物半導体発光ユニットＵの側面が傾斜面になっているため、発光点から放射状に発光する光に対して側面部分における臨界角以下の割合を大きくなり、外部に光を取り出せる確立が高くなる。更にまた。支持基板Ｓ側に反射金属膜２６が存在するため、活性層から支持基板側に向かった光が光取り出し面側に反射され、光が取り出せる確立が高くなる。これら理由から、光取り出し効率の高い半導体発光素子を実現できる。
【００２１】
図３は図１及び図２に示す本発明半導体発光素子の一実施例の変形例を示す概略断面図で、表面電極２８１をドット状にした点が図２と相違している。ドット状の表面電極２８１はｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２に図１の複数個の貫通孔２２１を設け、この貫通孔２２１に表面電極２８１を形成した点で図１及び図２の半導体発光素子と相違している。平面図は図２と同一であり、省略してある。この構成にすることにより、導電性金属からなる表面電極２８１が第一の主表面１１側から見るとドット状になっており、活性領域から第一の主表面１１側に向かう光に対して吸収領域が少なくなり、光取り出し効率を向上することが出来る。
【００２２】
図４及び図５は図３に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略平面図及び概略断面図で、界面電極２４２を複数個のドット状の集合体で形成した点で図３の半導体発光素子と相違している。この構成にすることにより、活性層から支持基板Ｓ側に向かった光が反射金属膜２６で第一の主表面１１側に反射される光に対する吸収領域が少なくなり、図３の半導体発光素子より光取り出し効率を向上することが出来る。図では表面電極２８１及び界面電極２４２の双方をドット状にしているが、界面電極２４２のみをドット状にしてもよい。
【００２３】
図１及び図２、図３、図４及び図５に示す半導体発光素子の初期特性を表１に示す。初期特性は半導体発光素子に２０ｍＡ通電した時の特性である。表１から、界面電極２４２及び表面電極２８１をドット状にすることで発光出力が増加していることが判る。順方向電圧については構造の違いに基づく顕著な相違は見られなかった。
【表１】
【００２４】
図１及び図２、図３、図４及び図５に示す半導体発光素子の信頼性試験の結果を表２に示す。信頼性試験は２５℃の環境下で７０ｍＡを１０００時間通電した後の特性変化である。表２から、素子構造に関係なく発光出力の低下及び順方向電圧の増加も僅かであり、良好な結果が得られた。
【表２】
【実施例２】
【００２５】
図６及び図７は本発明半導体発光素子の異なる実施例を示す概略平面図及び概略断面図で、界面電極２４２に電気的に連らなる電極パッドＥ３をｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１上にｐ型オーミック層（例えばｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層）Ｅ３１を介して形成すると共に支持基板Ｓの裏面に形成した裏面電極Ｅ１を除去した点を特徴としている。具体的には、化合物半導体発光ユニットＵを一部エッチング除去することにより、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１を露出し、この露出面に直接またはコンタクト層Ｅ３１を介して電極パッドＥ３を形成すると共に透明誘電体膜２５１のｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１側に電極パッドＥ３と略同形状の界面電極２４２を埋設している。換言すれば、化合物半導体発光ユニットＵ、電極パッドＥ２及び電極パッドＥ３は、支持基板Ｓの上方の同一面即ちｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１の表面上に、化合物半導体発光ユニットＵ及び電極パッドＥ３は直接（電気的導通状態を有して）、電極パッドＥ２は透明誘電体膜２５２を介して並設された構造になっている。露出面は電極パッドＥ２を形成した側とは反対側に形成するのが、界面電極２４２との導通上好ましい。この実施例においても、界面電極２４２は図面でＹ軸と平行をなす部分２４２Ｙと、部分２４２ＹからＸ軸方向に伸びる複数の直線状の部分２４２Ｘとによって櫛歯状に形成されている。また、表面電極２８１はＸ軸方向に伸びる複数の直線状の部分２８１Ｘを備えている。
【００２６】
図８は図６及び図７に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図で、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１をｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３に合わせてエッチング除去して透明誘電体膜２５１を露出し、この露出面上に透明誘電体膜２５２を介して電極パッドＥ２を、露出面に露出した界面電極２４２上に電極パッドＥ３をそれぞれ形成した点で図６及び図７の半導体発光素子と相違している。平面図は図６と同一であり、省略してある。
【００２７】
図９は図８に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図で、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２に複数個の貫通孔を設け、この貫通孔に表面電極２８１を形成した点で図８の半導体発光素子と相違している。平面図は図６と同一であり、省略してある。この構成にすることにより、導電性金属からなる表面電極２８１が第一の主表面１１側から見るとドット状になっており、活性領域から第一の主表面１１側に向かう光に対して吸収領域が少なくなり、光取り出し効率を向上することが出来る。
【００２８】
図６及び図７、図８、図９に示す半導体発光素子の初期特性を表３に示す。初期特性は半導体発光素子に２０ｍＡ通電した時の特性である。表３から、界面電極２４２及び表面電極２８１をドット状にすることで発光出力が増加していることが判る。順方向電圧については構造の違いに基づく顕著な相違は見られなかった。
【表３】
【００２９】
図６及び図７、図８、図９に示す半導体発光素子の信頼性試験の結果を表４に示す。信頼性試験は２５℃の環境下で７０ｍＡを１０００時間通電した後の特性変化である。表４から、素子構造に関係なく発光出力の低下及び順方向電圧の増加も僅かであり、良好な結果が得られた。
【表４】
【実施例３】
【００３０】
図１０〜図１９は図１及び図２に示す本発明半導体発光素子の製造方法を説明する概略工程図である。図１０は発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハである。このウエハは大面積を有するものであるが、図では１個の半導体発光素子に対応する大きさで示してある。赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハは次の方法で製造される。ｎ型ＧａＡｓ（単結晶）基板２１１上にＭＯＶＰＥ法でアンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層２１２、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層２３２、ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１を順次成長させた。ＭＯＶＰＥ法における成長温度は６５０℃とし、成長雰囲気の圧力は５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓｅｃ、Ｖ／III比は約２００前後とした。因みにここでいうＶ／III比とは分母をＴＭＧａ（トリメチルガリウム）やＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）などのIII族原料のモル数とし、分子をＡｓＨ３（アルシン）、ＰＨ３（ホスフィン）などのＶ族原料のモル数とした場合の比率（商）を指す。ＭＯＶＰＥ法において用いる原料としては、例えばＴＭＧａ、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）等も有機金属や、ＡｓＨ３、ＰＨ３などの水素化物ガスを用いた。ｎ型半導体層の添加物原料としてはＳｉ２Ｈ４（ジシラン）を使用した。ｐ型半導体層の導電型決定不純物の添加物原料としては、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いた。その他にも、ｎ型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、Ｈ２Ｓｅ（セレン化水素）、ＳｉＨ４、ＤＥＴｅ（ジエチルテルル）を用いることが出来る。また、ｐ型層のｐ型添加物原料として、ＤＭＺｎ（ジメチルジンク）、ＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を用いることも出来る。
【００３１】
図１１は界面電極２４２を形成する工程を示している。図１０に示すＬＥＤ用エピタキシャルウエハをＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、プラズマＣＶＤ装置に搬入してｐ型ＧａＰコンタクト層２４１表面に透明誘電体膜としてのＳｉＯ２膜２５１を成膜し、レジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を駆使し、フッ酸系エッチング液でＳｉＯ２膜２５１に平面図で櫛歯状を有する貫通孔を形成し、その貫通孔に真空蒸着法によって単一からなるオーミック接合部となる界面電極２４２を形成する。オーミック接合部を形成する材料としてはＡｕＺｎ合金を用いた。また、界面電極２４２は後で形成する表面電極２８１の直下以外の領域に位置するように配置されている。
【００３２】
図１２はＬＥＤ用エピタキシャルウエハに支持基板Ｓを貼り合わせる工程を示している。図１１で得られた界面電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハ上に反射金属膜２６としてＡｌ、Ｔｉ、Ａｕをそれぞれ順に蒸着した積層金属層を形成する。反射金属膜２６のＡｌが反射膜、Ｔｉが拡散防止バリア層、Ａｕが接合層としてそれぞれ機能する。支持基板Ｓとして準備した導電性Ｓｉからなる支持基板Ｓの表面上にＴｉ、Ｐｔ，Ａｕを順に蒸着して金属密着層２７を形成する。金属密着層２７のＴｉがオーミックコンタクト層、Ｐｔｇａ拡散防止バリア層、Ａｕが接合層としてそれぞれ機能する。次に、界面電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハと支持基板Ｓを反射金属膜２６と金属密着層２７を接触させた状態で、圧力０．０１Ｔｏｒｒ雰囲気で３０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を負荷した状態で、温度３５０℃で３０分間保持することによって貼り合わせている。
【００３３】
図１３はＬＥＤ用エピタキシャルウエハからＧａＡｓ基板２１１を除去する工程を示している。まず、支持基板Ｓを貼り合わせたＬＥＤ用エピタキシャルウエハをアンモニア水と過酸化水素水の混合液に浸漬して、ＧａＡｓ基板２１１をエッチング除去し、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層２１２を露出する。次に、塩酸でエッチングストップ層２１２を除去し、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２を露出する。
【００３４】
図１４はｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２表面に表面電極２８１を形成する工程を示している。図１３の工程で露出されたｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２表面にレジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を駆使し、真空蒸着法によって幅１０μｍの線状で櫛歯状に配置された表面電極２８１を形成する。この表面電極２８１はＡｕＧａ合金層、Ｔｉ層、Ａｕ層を順に蒸着して形成される。表面電極２８１形成後、硫酸と過酸化水素水と水の混合液からなるエッチング液を用いて、表面電極２８１直下以外のｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２をエッチング除去し、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１を露出する。
【００３５】
図１５は図１４で露出したｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１の表面にテクスチャ構造部２３１Ｒを構成する工程を示している。ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１の露出表面にフォトリソグラフィー技術を用いて１．０μｍ〜３．０μｍ周期のパターニングを行い、ウエットエッチング法で微細な凹凸を形成する。
【００３６】
図１６は化合物半導体発光ユニットＵを形成すると共にｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１表面に電極パッドＥ２を形成する領域を形成する工程を示している。フォトリソグラフィー技術を用いてｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層２３２及びｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３を第一主表面１１側から塩酸系のウエットエッチング液でエッチングする。これによって、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１表面に電極パッドＥ２を載置する領域が形成されると共に、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面１１及び第二の主表面１２間に、第一の主表面１１に隣接するｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、第二の主表面１２に隣接するｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３及びｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１とｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３に隣接するアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層（発光領域）２３２を有し、第一の主表面１１と第二の主表面１２が、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層２３２及びｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３が露出し、第一の主表面１１となす角度が第二の主表面１２となす角度より大きくなるように傾斜した側面１３で連結された化合物半導体発光ユニットＵが形成される。図では１個の化合物半導体発光ユニットＵを示しているが、実際の製造工程では大面積の支持基板上に多数の化合物半導体発光ユニットＵが並設される方式が採用される。
【００３７】
図１７は化合物半導体発光ユニットＵの第一の主表面１１及び側面１３に透明誘電体膜２５２を形成する工程を示している。プラズマＣＶＤ装置で化合物半導体発光ユニットＵの表面に透明誘電体膜としてのＳｉＯ２膜２５２を成膜し、レジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を駆使してＳｉＯ２膜２５２を選択的にエッチングして表面電極２８１を露出する。
【００３８】
図１８は支持基板Ｓの裏面に裏面電極Ｅ１を形成する工程を示している。支持基板Ｓの裏面側即ち化合物半導体発光ユニットＵを形成した側とは反対側の表面に真空蒸着法によって外部接続電極として機能する裏面電極Ｅ１を形成する。この裏面電極Ｅ１はＴｉ、Ａｕをそれぞれ順に蒸着し、窒素ガス雰囲気中にて４００℃に加熱して、５分間維持することで合金処理をしている。
【００３９】
図１９はｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１表面に電極パッドＥ２を形成する工程を示している。ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１の露出表面にフォトリソグラフィー技術及び真空蒸着法によってＴ１，Ａｕをそれぞれ順に蒸着して電極パッドＥ２を形成する。電極パッドＥ２と表面電極２８１は化合物半導体発光ユニットＵの側面１３に形成された透明誘電体膜２５２上に形成される透明導電膜２８２によって電気的に導通状態にされる。透明導電膜２８２としては例えばはＩＴＯ膜が使用され、スパッタリング装置により成膜し、レジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を駆使してＩＴＯ膜を選択的にエッチングして成形される。透明誘電体膜２５２は表面電極２８１上に成膜すること、及び電極パッドＥ２の直下に形成するのが接続抵抗を低減する点で好ましい。ＩＴＯ原料ターゲットとしてはＳｎ濃度が重量％濃度において５％のものを使用した。装置はＲＦマグネトロンスパッタ装置であり、ＲＦの投入電力は５０Ｗ、酸素ガス導入なし、チャンバー内圧力０．０５Ｐａ、成膜時間３０分で成膜した。この時得られたＩＴＯ膜の厚さを同時バッチに投入したダミー基板サンプルを分光エリプソメトリにて評価した結果、ＩＴＯ膜の膜厚は５００ｎｍ、屈折率１．９８であった。
【００４０】
本発明を代表的な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような変形が可能である。
１．本実施例では支持基板としてＳｉ基板を用いているが、ＬＥＤ素子プロセスに耐え得る支持基板であれば用いることが可能である。具体的には、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、その他のメタル基板が使用できる。
２．本実施例では活性層をバルク層としているが、多重量子井戸等でもその効果は同等である。
３．本発明はＬＥＤの発光波長に依存せずにその効果が得られるので、発光波長に関係なく適用できる。
４．本実施例においては、光取り出し面側をｎ型ドーピング層としているが、ｐ型ドーピング層構造としても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４１】
Ｓ 支持基板
Ｕ 化合物半導体発光ユニット
Ｅ１ 裏面電極
Ｅ２、Ｅ３ 電極パッド
２１１ ＧａＡｓ基板
２１２ アンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層
２２ ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層
２３１ ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
２３２ アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層
２３３ ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
２４１ ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層
２４２ 界面電極
２５１，２５２ 透明誘電体膜（ＳｉＯ２膜）
２６ 反射金属膜
２７ 金属密着層
２８１ 表面電極
２８２ 透明導電膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は化合物半導体を用いた半導体発光素子及びその製造方法に関するもので、特に光取り出し効率の高い半導体発光素子構造及びその製造方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子である発光ダイオード（以下ＬＥＤと称す）は、近年、ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の高品質結晶を有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と称す）で成長出来ることから、青色、緑色、橙色、黄色及び赤色の高輝度ＬＥＤが製作出来るようになった。そして、ＬＥＤの高輝度化に伴いその用途は、自動車のブレーキランプや液晶ディスプレイのバックライト等へ広がり、その需要は年々増加している。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法によって高品質の結晶が成長可能になったことにより、現在、半導体発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし、半導体発光素子からの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上させることが重要な課題になっている。例えば、高輝度赤色ＬＥＤはＡｌＧａＩｎＰ系の材料で形成され、導電性のＧａＡｓ基板上に格子整合する組成のＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層とそれらに挟まれたＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる発光領域として機能する活性層を有するダブルヘテロ構造となっている。しかしながら、ＧａＡｓ基板のバンドギャップは活性層のバンドギャップよりも狭いために、活性層からの光の多くがＧａＡｓ基板に吸収され、光の取り出し効率が著しく低下する。活性層とＧａＡｓ基板の間に、屈折率の異なる半導体層からなる多層反射膜構造を形成することによってＧａＡｓ基板での光の吸収を低減し、光取り出し効率を向上させる方法もある。しかし、この方法では多層反射膜構造へ限定された入射角を持つ光しか反射することが出来ない。そこで、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなるダブルヘテロ構造を反射率の高い金属膜を介して、ＧａＡｓ基板よりも熱伝導率の高いＳｉ支持基板に貼り付け、その後成長用として使用したＧａＡｓ基板を除去する方法が提案されている（特許文献１）。この方法を用いた場合、反射膜として金属膜を用いているため、金属膜への光の入射角を選ばずに高い反射が可能になり、ＬＥＤの高輝度化が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７５４６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術によって貼り合わせ型のＬＥＤチップの高輝度化が実現できた結果、従来のＬＥＤチップに比較してより小型チップで同程度以上の発光出力が得られるようになった。チップを小形化することによって、ウエハ当りのチップ所得数が増加するため、ＬＥＤチップのコスト低減効果も大きい。一般に、ＬＥＤにおいては、外部より電流注入するために直径８０μｍ程度以上の電極パッドが必要となる。この電極パッドは発光層に対して光取り出し面側に存在するため、光吸収領域として機能し、発光出力の向上を妨げる要因になる。特に、小型チップにおいては、発光層面積に対して電極パッド面積の比が大きくなり、小型チップにおいて発光出力を高くすることに限界がある。
【０００６】
本発明の１つの目的は、高発光出力の半導体発光素子を提供することにある。
本発明の別の目的は、電極パッドによる光吸収を低減した半導体発光素子を提供することにある。
本発明の他の目的は、高発光出力の半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は実施例の説明から明らかになろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成する本発明半導体発光素子の特徴とするところは、表面上に反射金属膜、裏面上に裏面電極が設けられ、反射金属膜上に設けられた透明誘電体膜に少なくとも反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極を備える導電性の支持基板と、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、第一の主表面と第二の主表面が、第一の導電型層、活性層及び第二の導電型層が露出し、第一の主表面となす角度が第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットと、化合物半導体発光ユニットの第一の主表面にオーミック接合した櫛歯状の表面電極と、表面電極に電気的に導通する電極パッドとを具備し、化合物半導体発光ユニットと電極パッドは、支持基板の上方の同一面に化合物半導体発光ユニットは電気的導通状態を有して、電極パッドは絶縁状態を有して並設されている点にある。
【０００８】
上述の目的を達成する本発明半導体発光素子の他の特徴とするところは、表面上に反射金属膜及び透明誘電体膜が順に設けられ、この透明誘電体膜に少なくとも反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極が設けられた導電性の支持基板と、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、第一の主表面と第二の主表面が、第一の導電型層、活性層及び第二の導電型層が露出し、第一の主表面となす角度が第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットと、化合物半導体発光ユニットの第一の主表面にオーミック接合した櫛歯状の表面電極と、表面電極に電気的に導通する第一の電極パッドと、界面電極に電気的に導通する第二の電極パッドとを具備し、化合物半導体発光ユニット、第一及び第二の電極パッドは、支持基板の上方の同一面に化合物半導体発光ユニット及び第二の電極パッドは電気的導通状態を有して、第一の電極パッドは絶縁状態を有して並設されている点にある。
【０００９】
上述の本発明半導体発光素子は、表面電極及び／又は界面電極をドット状の集合体で形成することが好ましい。また、表面電極と界面電極は第一の主表面または第二の主表面に投影した場合に重ならないように構成するのが好ましい。
【００１０】
上述の目的を達成する本発明半導体発光素子の製造方法の特徴とするところは、表面上に反射金属膜をそれぞれ有する支持基板を準備する工程と、反射金属膜上に、少なくとも反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極が設けられ透明誘電体膜を形成する工程と、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、第一の主表面と第二の主表面が、第一の導電型層、活性層及び第二の導電型層が露出し、第一の主表面となす角度が第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットを準備する工程と、化合物半導体発光ユニットを支持基板の透明誘電体膜及び界面電極上に載置接着する工程と、化合物半導体発光ユニットの第一の主表面において第一の導電型層にオミックコンタクトする表面電極を形成する工程と、支持基板の透明誘電体膜上に電極パッドを形成する工程と、側面上に透明絶縁膜を介して表面電極と電極パッドを電気的に接続する透明導電膜を形成する工程と、界面電極に電気的に導通する電極手段を形成する工程とを具備する点にある。電極手段としては支持基板上に形成した裏面電極、支持基板の上方の面に化合物半導体発光ユニットと並設した電極パッドを意味する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、化合物半導体発光ユニットと電極パッドが、支持基板の上方の同一面に化合物半導体発光ユニットは電気的導通状態を有して、電極パッドは絶縁状態を有して並設されているため、電極パッドの直下に化合物半導体発光ユニットが存在せず、換言すれば電極パッドの直下に発光領域として機能する活性層が存在しない構成になっているため、活性層から一方の主表面側に向かう光及び活性層から反射金属膜側に向かい反射金属膜側で反射されて一方の主表面側に向かう光が電極パッドによって吸収されることなく効率よく外部に放出される。これによって、高発光出力の半導体発光素子を実現できる。更に、表面電極及び／又は界面電極をドット状の集合体で形成することにより、表面電極及び／又は界面電極による光吸収の確立を低減でき、高発光出力の半導体発光素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明半導体発光素子の一実施例を示す概略平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う概略断面図である。
【図３】図２に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図である。
【図４】図３に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図である。
【図６】本発明半導体発光素子の他の実施例を示す概略平面図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿う概略断面図である。
【図８】図７に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図である。
【図９】図８に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図である。
【図１０】図１及び図２に示す半導体発光素子を製造する場合の出発材料としてのＬＥＤ用エピタキシャルウエハの概略断面図である。
【図１１】ＬＥＤ用エピタキシャルウエハに界面電極を形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１２】ＬＥＤ用エピタキシャルウエハに支持基板を貼り合わせる工程を説明する概略断面図である。
【図１３】ＬＥＤ用エピタキシャルウエハからＧａＡｓ基板を除去する工程を説明する概略断面図である。
【図１４】ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層表面に表面電極を形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１５】ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の表面にテクスチャ構造を構成する工程を説明する概略断面図である。
【図１６】化合物半導体発光ユニットを形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１７】化合物半導体発光ユニットの第一の主表面及び側面に透明誘電体膜を形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１８】支持基板の裏面に裏面電極を形成する工程を説明する概略断面図である。
【図１９】ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層表面に電極パッドを形成する工程を説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の最良の実施形態は、化合物半導体発光ユニットと電極パッドが、支持基板の上方の同一面に並設されている。具体的には、化合物半導体発光ユニットは電気的導通状態を有して、電極パッドは絶縁状態を有して支持基板上の反射金属膜より上方の同一面に並設されている。
【００１４】
化合物半導体発光ユニットは、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接するｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層、第二の主表面に隣接するｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層及びｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層とｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層に隣接するアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層（発光領域）を有し、第一の主表面と第二の主表面が、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層及びｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層が露出し、第一の主表面となす角度が第二の主表面１２となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された構成を有している。
【００１５】
支持基板は大面積の導電性Ｓｉからなり、その表面に反射金属膜が、裏面に裏面電極が形成されている。反射金属膜は発光波長に対して８０％以上の反射率を有する金属膜からなる。具体的にはＡｕ、Ａｇ、Ａｌの何れか又はその合金からなることが好ましい。裏面電極は、これに代わって電極パッドを化合物半導体発光ユニットと同一面に並設する場合には省略される。
【００１６】
活性層を含む化合物半導体発光ユニットと反射金属膜との間に活性層で発生する光に対して透明な誘電体膜を挟んでおり、その膜厚は発光波長λ、透明誘電体膜の屈折率をｎとした場合、（２×λ）／（４×ｎ）以上の厚さであることが好ましい。また、具体的には透明誘電体膜はその加工性からＳｉＯ２、ＳｉＮであることが好ましい。この透明誘電体膜には界面電極が形成されている。具体的には、透明誘電体膜に貫通孔が形成され、その貫通孔に電極材料が埋設された構造、又は透明誘電体膜に化合物半導体発光ユニット側に開口する凹部が形成され、その凹部に電極材料が埋設された構造を有している。貫通孔または凹部は幅の狭い櫛歯形状が好ましく、それをドット状の集合体で構成するのが更にこのましい。
【００１７】
化合物半導体発光ユニットと電極パッドを並設する面は、反射金属膜上に形成される透明誘電体膜の表面、または透明誘電体膜上に形成された化合物半導体からなるコンタクト層の表面になる。裏面電極の代わりに電極パッドを設ける場合も同じ面に設けられる。
【００１８】
化合物半導体発光ユニットの表面に設けられる表面電極と電極パッドとは透明導電膜により電気的に接続される。
以下、本発明半導体発光素子及びその製造方法を図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１から図５は本発明半導体発光素子の一実施例を示している。
図１及び図２は本発明半導体発光素子の一実施例の基本構成を示す概略平面図及び概略断面図で、図において、Ｓは導電性シリコン（Ｓｉ）からなる支持基板、２６は支持基板Ｓの表面側に金属密着層２７を介して形成された反射金属膜、２５１は反射金属膜２６上に形成され貫通孔を有する透明誘電体膜、２４２は透明誘電体膜２５１の貫通孔に充填して形成された界面電極、Ｅ１は支持基板Ｓの裏面側に形成された裏面電極である。Ｕは、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面１１及び第二の主表面１２間に、第一の主表面１１に隣接するｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、第二の主表面１２に隣接するｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３及びｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１とｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３に隣接するアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層（発光領域）２３２を有し、第一の主表面１１と第二の主表面１２が、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層２３２及びｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３が露出し、第一の主表面１１となす角度が第二の主表面１２となす角度より大きくなるように傾斜した側面１３で連結された化合物半導体発光ユニットである。２８１は第一の主表面１１の一部においてｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１にｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２を介してオーミック接合する表面電極、２３１Ｒはｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１の第一の主表面１１の残部に微細凹凸を形成したテクスチャ構造部である。２４１はｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３と界面電極２４２を結合するｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層である。２５２は第一の主表面１１の表面電極２８１を形成した部分を除く面、側面１３及びｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１上に形成された透明誘電体膜、Ｅ２はｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１上に透明誘電体膜を介して形成された電極パッド、２８２は透明誘電体膜２５２上に形成され、表面電極２８１と電極パッドＥ２を電気的に接続する透明導電膜である。電極パッドＥ２を形成する面は化合物半導体発光ユニットＵを一部エッチング除去することにより形成されている。換言すれば、化合物半導体発光ユニットＵと電極パッドＥ２は、支持基板Ｓの上方の同一面即ちｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１の表面上に、化合物半導体発光ユニットＵは直接（電気的導通状態を有して）、電極パッドＥ２は透明誘電体膜２５２を介して並設された構造になっている。透明導電膜２８２は電極パッドＥ２と透明誘電体膜２５２の間に伸びていること、表面電極２８１上に伸びていることが接続抵抗を小さくする点で好ましい。界面電極２４２は図面上でＹ軸と平行をなす部分２４２Ｙと、部分２４２ＹからＸ軸方向に伸びる複数の直線状の部分２４２Ｘとによって櫛歯状に形成されている。表面電極２８１はＸ軸方向に伸びる複数の直線状の部分２８１Ｘを備えている。表面電極２８１と界面電極２４２は両者をそれらと平行な同一面に投影した時に重ならないように形成されている。これによって、表面電極２８１の下方に活性層２３２が存在しても、界面電極２４２が存在しないため、表面電極２８１の直下の活性層２３２に電流が流れず発光が生じない構成になっている。
【００２０】
図１及び図２に示す構造の半導体発光素子は、まず、界面電極２４２と電極パッドＥ２間に活性層が存在しない構成になっているため、活性層で発生した光が電極パッドＥ２で吸収される可能性がなくなり、光取り出し効率が向上する。また、第一の主表面１１の表面電極２８１を形成しない面にはテクスチャ構造部が形成されているため、平面にした場合に比較して反射する角度が多種類存在し、第一の主表面１１に向かった光を取り出せる確立が高くできる効果がある。更に、化合物半導体発光ユニットＵの側面が傾斜面になっているため、発光点から放射状に発光する光に対して側面部分における臨界角以下の割合を大きくなり、外部に光を取り出せる確立が高くなる。更にまた。支持基板Ｓ側に反射金属膜２６が存在するため、活性層から支持基板側に向かった光が光取り出し面側に反射され、光が取り出せる確立が高くなる。これら理由から、光取り出し効率の高い半導体発光素子を実現できる。
【００２１】
図３は図１及び図２に示す本発明半導体発光素子の一実施例の変形例を示す概略断面図で、表面電極２８１をドット状にした点が図２と相違している。ドット状の表面電極２８１はｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２に図１の複数個の貫通孔２２１を設け、この貫通孔２２１に表面電極２８１を形成した点で図１及び図２の半導体発光素子と相違している。平面図は図２と同一であり、省略してある。この構成にすることにより、導電性金属からなる表面電極２８１が第一の主表面１１側から見るとドット状になっており、活性領域から第一の主表面１１側に向かう光に対して吸収領域が少なくなり、光取り出し効率を向上することが出来る。
【００２２】
図４及び図５は図３に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略平面図及び概略断面図で、界面電極２４２を複数個のドット状の集合体で形成した点で図３の半導体発光素子と相違している。この構成にすることにより、活性層から支持基板Ｓ側に向かった光が反射金属膜２６で第一の主表面１１側に反射される光に対する吸収領域が少なくなり、図３の半導体発光素子より光取り出し効率を向上することが出来る。図では表面電極２８１及び界面電極２４２の双方をドット状にしているが、界面電極２４２のみをドット状にしてもよい。
【００２３】
図１及び図２、図３、図４及び図５に示す半導体発光素子の初期特性を表１に示す。初期特性は半導体発光素子に２０ｍＡ通電した時の特性である。表１から、界面電極２４２及び表面電極２８１をドット状にすることで発光出力が増加していることが判る。順方向電圧については構造の違いに基づく顕著な相違は見られなかった。
【表１】
【００２４】
図１及び図２、図３、図４及び図５に示す半導体発光素子の信頼性試験の結果を表２に示す。信頼性試験は２５℃の環境下で７０ｍＡを１０００時間通電した後の特性変化である。表２から、素子構造に関係なく発光出力の低下及び順方向電圧の増加も僅かであり、良好な結果が得られた。
【表２】
【実施例２】
【００２５】
図６及び図７は本発明半導体発光素子の異なる実施例を示す概略平面図及び概略断面図で、界面電極２４２に電気的に連らなる電極パッドＥ３をｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１上にｐ型オーミック層（例えばｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層）Ｅ３１を介して形成すると共に支持基板Ｓの裏面に形成した裏面電極Ｅ１を除去した点を特徴としている。具体的には、化合物半導体発光ユニットＵを一部エッチング除去することにより、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１を露出し、この露出面に直接またはコンタクト層Ｅ３１を介して電極パッドＥ３を形成すると共に透明誘電体膜２５１のｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１側に電極パッドＥ３と略同形状の界面電極２４２を埋設している。換言すれば、化合物半導体発光ユニットＵ、電極パッドＥ２及び電極パッドＥ３は、支持基板Ｓの上方の同一面即ちｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１の表面上に、化合物半導体発光ユニットＵ及び電極パッドＥ３は直接（電気的導通状態を有して）、電極パッドＥ２は透明誘電体膜２５２を介して並設された構造になっている。露出面は電極パッドＥ２を形成した側とは反対側に形成するのが、界面電極２４２との導通上好ましい。この実施例においても、界面電極２４２は図面でＹ軸と平行をなす部分２４２Ｙと、部分２４２ＹからＸ軸方向に伸びる複数の直線状の部分２４２Ｘとによって櫛歯状に形成されている。また、表面電極２８１はＸ軸方向に伸びる複数の直線状の部分２８１Ｘを備えている。
【００２６】
図８は図６及び図７に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図で、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１をｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３に合わせてエッチング除去して透明誘電体膜２５１を露出し、この露出面上に透明誘電体膜２５２を介して電極パッドＥ２を、露出面に露出した界面電極２４２上に電極パッドＥ３をそれぞれ形成した点で図６及び図７の半導体発光素子と相違している。平面図は図６と同一であり、省略してある。
【００２７】
図９は図８に示す本発明半導体発光素子の変形例を示す概略断面図で、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２に複数個の貫通孔を設け、この貫通孔に表面電極２８１を形成した点で図８の半導体発光素子と相違している。平面図は図６と同一であり、省略してある。この構成にすることにより、導電性金属からなる表面電極２８１が第一の主表面１１側から見るとドット状になっており、活性領域から第一の主表面１１側に向かう光に対して吸収領域が少なくなり、光取り出し効率を向上することが出来る。
【００２８】
図６及び図７、図８、図９に示す半導体発光素子の初期特性を表３に示す。初期特性は半導体発光素子に２０ｍＡ通電した時の特性である。表３から、界面電極２４２及び表面電極２８１をドット状にすることで発光出力が増加していることが判る。順方向電圧については構造の違いに基づく顕著な相違は見られなかった。
【表３】
【００２９】
図６及び図７、図８、図９に示す半導体発光素子の信頼性試験の結果を表４に示す。信頼性試験は２５℃の環境下で７０ｍＡを１０００時間通電した後の特性変化である。表４から、素子構造に関係なく発光出力の低下及び順方向電圧の増加も僅かであり、良好な結果が得られた。
【表４】
【実施例３】
【００３０】
図１０〜図１９は図１及び図２に示す本発明半導体発光素子の製造方法を説明する概略工程図である。図１０は発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハである。このウエハは大面積を有するものであるが、図では１個の半導体発光素子に対応する大きさで示してある。赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハは次の方法で製造される。ｎ型ＧａＡｓ（単結晶）基板２１１上にＭＯＶＰＥ法でアンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層２１２、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層２３２、ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１を順次成長させた。ＭＯＶＰＥ法における成長温度は６５０℃とし、成長雰囲気の圧力は５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓｅｃ、Ｖ／III比は約２００前後とした。因みにここでいうＶ／III比とは分母をＴＭＧａ（トリメチルガリウム）やＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）などのIII族原料のモル数とし、分子をＡｓＨ３（アルシン）、ＰＨ３（ホスフィン）などのＶ族原料のモル数とした場合の比率（商）を指す。ＭＯＶＰＥ法において用いる原料としては、例えばＴＭＧａ、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）等も有機金属や、ＡｓＨ３、ＰＨ３などの水素化物ガスを用いた。ｎ型半導体層の添加物原料としてはＳｉ２Ｈ４（ジシラン）を使用した。ｐ型半導体層の導電型決定不純物の添加物原料としては、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いた。その他にも、ｎ型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、Ｈ２Ｓｅ（セレン化水素）、ＳｉＨ４、ＤＥＴｅ（ジエチルテルル）を用いることが出来る。また、ｐ型層のｐ型添加物原料として、ＤＭＺｎ（ジメチルジンク）、ＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を用いることも出来る。
【００３１】
図１１は界面電極２４２を形成する工程を示している。図１０に示すＬＥＤ用エピタキシャルウエハをＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、プラズマＣＶＤ装置に搬入してｐ型ＧａＰコンタクト層２４１表面に透明誘電体膜としてのＳｉＯ２膜２５１を成膜し、レジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を駆使し、フッ酸系エッチング液でＳｉＯ２膜２５１に平面図で櫛歯状を有する貫通孔を形成し、その貫通孔に真空蒸着法によって単一からなるオーミック接合部となる界面電極２４２を形成する。オーミック接合部を形成する材料としてはＡｕＺｎ合金を用いた。また、界面電極２４２は後で形成する表面電極２８１の直下以外の領域に位置するように配置されている。
【００３２】
図１２はＬＥＤ用エピタキシャルウエハに支持基板Ｓを貼り合わせる工程を示している。図１１で得られた界面電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハ上に反射金属膜２６としてＡｌ、Ｔｉ、Ａｕをそれぞれ順に蒸着した積層金属層を形成する。反射金属膜２６のＡｌが反射膜、Ｔｉが拡散防止バリア層、Ａｕが接合層としてそれぞれ機能する。支持基板Ｓとして準備した導電性Ｓｉからなる支持基板Ｓの表面上にＴｉ、Ｐｔ，Ａｕを順に蒸着して金属密着層２７を形成する。金属密着層２７のＴｉがオーミックコンタクト層、Ｐｔｇａ拡散防止バリア層、Ａｕが接合層としてそれぞれ機能する。次に、界面電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハと支持基板Ｓを反射金属膜２６と金属密着層２７を接触させた状態で、圧力０．０１Ｔｏｒｒ雰囲気で３０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を負荷した状態で、温度３５０℃で３０分間保持することによって貼り合わせている。
【００３３】
図１３はＬＥＤ用エピタキシャルウエハからＧａＡｓ基板２１１を除去する工程を示している。まず、支持基板Ｓを貼り合わせたＬＥＤ用エピタキシャルウエハをアンモニア水と過酸化水素水の混合液に浸漬して、ＧａＡｓ基板２１１をエッチング除去し、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層２１２を露出する。次に、塩酸でエッチングストップ層２１２を除去し、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２を露出する。
【００３４】
図１４はｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２表面に表面電極２８１を形成する工程を示している。図１３の工程で露出されたｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２表面にレジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を駆使し、真空蒸着法によって幅１０μｍの線状で櫛歯状に配置された表面電極２８１を形成する。この表面電極２８１はＡｕＧａ合金層、Ｔｉ層、Ａｕ層を順に蒸着して形成される。表面電極２８１形成後、硫酸と過酸化水素水と水の混合液からなるエッチング液を用いて、表面電極２８１直下以外のｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層２２をエッチング除去し、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１を露出する。
【００３５】
図１５は図１４で露出したｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１の表面にテクスチャ構造部２３１Ｒを構成する工程を示している。ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１の露出表面にフォトリソグラフィー技術を用いて１．０μｍ〜３．０μｍ周期のパターニングを行い、ウエットエッチング法で微細な凹凸を形成する。
【００３６】
図１６は化合物半導体発光ユニットＵを形成すると共にｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１表面に電極パッドＥ２を形成する領域を形成する工程を示している。フォトリソグラフィー技術を用いてｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層２３２及びｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３を第一主表面１１側から塩酸系のウエットエッチング液でエッチングする。これによって、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１表面に電極パッドＥ２を載置する領域が形成されると共に、互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面１１及び第二の主表面１２間に、第一の主表面１１に隣接するｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、第二の主表面１２に隣接するｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３及びｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１とｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３に隣接するアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層（発光領域）２３２を有し、第一の主表面１１と第二の主表面１２が、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３１、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層２３２及びｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２３３が露出し、第一の主表面１１となす角度が第二の主表面１２となす角度より大きくなるように傾斜した側面１３で連結された化合物半導体発光ユニットＵが形成される。図では１個の化合物半導体発光ユニットＵを示しているが、実際の製造工程では大面積の支持基板上に多数の化合物半導体発光ユニットＵが並設される方式が採用される。
【００３７】
図１７は化合物半導体発光ユニットＵの第一の主表面１１及び側面１３に透明誘電体膜２５２を形成する工程を示している。プラズマＣＶＤ装置で化合物半導体発光ユニットＵの表面に透明誘電体膜としてのＳｉＯ２膜２５２を成膜し、レジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を駆使してＳｉＯ２膜２５２を選択的にエッチングして表面電極２８１を露出する。
【００３８】
図１８は支持基板Ｓの裏面に裏面電極Ｅ１を形成する工程を示している。支持基板Ｓの裏面側即ち化合物半導体発光ユニットＵを形成した側とは反対側の表面に真空蒸着法によって外部接続電極として機能する裏面電極Ｅ１を形成する。この裏面電極Ｅ１はＴｉ、Ａｕをそれぞれ順に蒸着し、窒素ガス雰囲気中にて４００℃に加熱して、５分間維持することで合金処理をしている。
【００３９】
図１９はｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１表面に電極パッドＥ２を形成する工程を示している。ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層２４１の露出表面にフォトリソグラフィー技術及び真空蒸着法によってＴ１，Ａｕをそれぞれ順に蒸着して電極パッドＥ２を形成する。電極パッドＥ２と表面電極２８１は化合物半導体発光ユニットＵの側面１３に形成された透明誘電体膜２５２上に形成される透明導電膜２８２によって電気的に導通状態にされる。透明導電膜２８２としては例えばはＩＴＯ膜が使用され、スパッタリング装置により成膜し、レジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を駆使してＩＴＯ膜を選択的にエッチングして成形される。透明誘電体膜２５２は表面電極２８１上に成膜すること、及び電極パッドＥ２の直下に形成するのが接続抵抗を低減する点で好ましい。ＩＴＯ原料ターゲットとしてはＳｎ濃度が重量％濃度において５％のものを使用した。装置はＲＦマグネトロンスパッタ装置であり、ＲＦの投入電力は５０Ｗ、酸素ガス導入なし、チャンバー内圧力０．０５Ｐａ、成膜時間３０分で成膜した。この時得られたＩＴＯ膜の厚さを同時バッチに投入したダミー基板サンプルを分光エリプソメトリにて評価した結果、ＩＴＯ膜の膜厚は５００ｎｍ、屈折率１．９８であった。
【００４０】
本発明を代表的な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような変形が可能である。
１．本実施例では支持基板としてＳｉ基板を用いているが、ＬＥＤ素子プロセスに耐え得る支持基板であれば用いることが可能である。具体的には、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、その他のメタル基板が使用できる。
２．本実施例では活性層をバルク層としているが、多重量子井戸等でもその効果は同等である。
３．本発明はＬＥＤの発光波長に依存せずにその効果が得られるので、発光波長に関係なく適用できる。
４．本実施例においては、光取り出し面側をｎ型ドーピング層としているが、ｐ型ドーピング層構造としても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４１】
Ｓ 支持基板
Ｕ 化合物半導体発光ユニット
Ｅ１ 裏面電極
Ｅ２、Ｅ３ 電極パッド
２１１ ＧａＡｓ基板
２１２ アンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層
２２ ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層
２３１ ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
２３２ アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層
２３３ ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
２４１ ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層
２４２ 界面電極
２５１，２５２ 透明誘電体膜（ＳｉＯ２膜）
２６ 反射金属膜
２７ 金属密着層
２８１ 表面電極
２８２ 透明導電膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面上に反射金属膜、裏面上に裏面電極が設けられ、前記反射金属膜上に設けられた透明誘電体膜に少なくとも前記反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極を備える導電性の支持基板と、
互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、前記第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、前記第一の主表面と前記第二の主表面が、前記第一の導電型層、前記活性層及び前記第二の導電型層が露出し、前記第一の主表面となす角度が前記第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットと、
前記化合物半導体発光ユニットの前記第一の主表面にオーミック接合した櫛歯状の表面電極と、
前記表面電極に電気的に導通する電極パッドを具備し、
前記化合物半導体発光ユニットと前記電極パッドは、前記支持基板の上方の同一面に前記化合物半導体発光ユニットは電気的導通状態を有して、前記電極パッドは絶縁状態を有して並設されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記表面電極と前記界面電極は前記第二の主表面に投影した時に重なり合わないように形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記表面電極がドットの集合で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記界面電極がドットの集合で構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
表面上に反射金属膜及び透明誘電体膜が順に設けられ、前記透明誘電体膜に少なくとも前記反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極が設けられた導電性の支持基板と、
互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、前記第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、前記第一の主表面と前記第二の主表面が、前記第一の導電型層、前記活性層及び前記第二の導電型層が露出し、前記第一の主表面となす角度が前記第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットと、
前記化合物半導体発光ユニットの前記第一の主表面にオーミック接合した櫛歯状の表面電極と、
前記表面電極に電気的に導通する第一の電極パッドと、
前記界面電極に電気的に導通する第二の電極パッドを具備し、
前記化合物半導体発光ユニット、前記第一及び第二の電極パッドは、前記支持基板の上方の同一面に前記化合物半導体発光ユニット及び前記第二の電極パッドは電気的導通状態を有して、前記第一の電極パッドは絶縁状態を有して並設されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
前記表面電極と前記界面電極は前記第二の主表面に投影した時に重なり合わないように形成されていることを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記表面電極がドットの集合で構成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記界面電極がドットの集合で構成されていることを特徴とする請求項５、６又は７記載の半導体発光素子。
【請求項９】
表面上に反射金属膜を有する支持基板を準備する工程と、
前記反射金属膜上に、少なくとも前記反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面 電極が設けられ透明誘電体膜を形成する工程と、
互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、前記第一の主表面と前記第二の主表面が、前記第一の導電型層、前記活性層及び前記第二の導電型層が露出し、前記第一の主表面となす角度が前記第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットを準備する工程と、
前記化合物半導体発光ユニットを前記支持基板の前記透明誘電体膜及び前記界面電極上に載置接着する工程と、
前記化合物半導体発光ユニットの前記第一の主表面において前記第一の導電型層にオミックコンタクトする表面電極を形成する工程と、
前記支持基板上方の前記透明誘電体膜上に電極パッドを形成する工程と、
前記側面上に透明絶縁膜を介して前記表面電極と前記電極パッドを電気的に接続する透明導電膜を形成する工程と、
前記界面電極に電気的に導通する電極手段を形成する工程と、
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
表面上に反射金属膜、裏面上に裏面電極が設けられ、前記反射金属膜上に設けられた透明誘電体膜に少なくとも前記反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極を備える導電性の支持基板と、
互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、前記第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、前記第一の主表面と前記第二の主表面が、前記第一の導電型層、前記活性層及び前記第二の導電型層が露出し、前記第一の主表面となす角度が前記第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットと、
前記化合物半導体発光ユニットの前記第一の主表面にオーミック接合した櫛歯状の表面電極と、
前記表面電極に電気的に導通する電極パッドを具備し、
前記化合物半導体発光ユニットと前記電極パッドは、前記支持基板の上方の同一面に前記化合物半導体発光ユニットは電気的導通状態を有して、前記電極パッドは絶縁状態を有して並設されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記表面電極と前記界面電極は前記第二の主表面に投影した時に重なり合わないように形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記表面電極がドットの集合で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記界面電極がドットの集合で構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
表面上に反射金属膜及び透明誘電体膜が順に設けられ、前記透明誘電体膜に少なくとも前記反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面電極が設けられた導電性の支持基板と、
互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、前記第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、前記第一の主表面と前記第二の主表面が、前記第一の導電型層、前記活性層及び前記第二の導電型層が露出し、前記第一の主表面となす角度が前記第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットと、
前記化合物半導体発光ユニットの前記第一の主表面にオーミック接合した櫛歯状の表面電極と、
前記表面電極に電気的に導通する第一の電極パッドと、
前記界面電極に電気的に導通する第二の電極パッドを具備し、
前記化合物半導体発光ユニット、前記第一及び第二の電極パッドは、前記支持基板の上方の同一面に前記化合物半導体発光ユニット及び前記第二の電極パッドは電気的導通状態を有して、前記第一の電極パッドは絶縁状態を有して並設されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
前記表面電極と前記界面電極は前記第二の主表面に投影した時に重なり合わないように形成されていることを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記表面電極がドットの集合で構成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記界面電極がドットの集合で構成されていることを特徴とする請求項５、６又は７記載の半導体発光素子。
【請求項９】
表面上に反射金属膜を有する支持基板を準備する工程と、
前記反射金属膜上に、少なくとも前記反射金属膜とは反対側に露出する櫛歯形状の界面 電極が設けられ透明誘電体膜を形成する工程と、
互いに反対側に位置し略平行をなす第一の主表面及び第二の主表面間に、第一の主表面に隣接する第一の導電型層、前記第一の導電型層に隣接する発光領域として機能する活性層、前記活性層に隣接する第二の導電型層を有し、前記第一の主表面と前記第二の主表面が、前記第一の導電型層、前記活性層及び前記第二の導電型層が露出し、前記第一の主表面となす角度が前記第二の主表面となす角度より大きくなるように傾斜した側面で連結された化合物半導体発光ユニットを準備する工程と、
前記化合物半導体発光ユニットを前記支持基板の前記透明誘電体膜及び前記界面電極上に載置接着する工程と、
前記化合物半導体発光ユニットの前記第一の主表面において前記第一の導電型層にオミックコンタクトする表面電極を形成する工程と、
前記支持基板上方の前記透明誘電体膜上に電極パッドを形成する工程と、
前記側面上に透明絶縁膜を介して前記表面電極と前記電極パッドを電気的に接続する透明導電膜を形成する工程と、
前記界面電極に電気的に導通する電極手段を形成する工程と、
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２】
【図３】
【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】
【公開番号】特開２０１２−１３４２８０（Ｐ２０１２−１３４２８０Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８４２５７（Ｐ２０１０−２８４２５７）
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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