半導体発光素子及びその製造方法
【課題】光取り出し効率の高い半導体発光素子を実現する。
【解決手段】一つの実施形態によれば、半導体発光素子は、基板、導電性反射膜、活性領域、第１電極、透明導電膜、及び第２電極が設けられる。導電性反射膜は基板上に設けられる。活性領域は、第１導電型透明電極、第１導電型コンタクト層、発光層、第２導電型コンタクト層、及び第２導電型透明電極が導電性反射膜上に積層形成される。第１電極は活性領域と離間し、導電性反射膜上に設けられる。透明導電膜は、一端が第２導電型透明電極上部を覆うように設けられ、他端が絶縁膜を介して記導電性反射膜上に設けられ、活性領域の側面とは絶縁膜を介して接する。第２電極は、透明導電膜の他端上に設けられる。
【解決手段】一つの実施形態によれば、半導体発光素子は、基板、導電性反射膜、活性領域、第１電極、透明導電膜、及び第２電極が設けられる。導電性反射膜は基板上に設けられる。活性領域は、第１導電型透明電極、第１導電型コンタクト層、発光層、第２導電型コンタクト層、及び第２導電型透明電極が導電性反射膜上に積層形成される。第１電極は活性領域と離間し、導電性反射膜上に設けられる。透明導電膜は、一端が第２導電型透明電極上部を覆うように設けられ、他端が絶縁膜を介して記導電性反射膜上に設けられ、活性領域の側面とは絶縁膜を介して接する。第２電極は、透明導電膜の他端上に設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系半導体発光素子には、絶縁性を有するサファイア基板や導電性を有するＧａＮ（窒化ガリウム）基板などが使用されている。サファイア基板を窒化物系半導体発光素子に適用した場合、第１の外部端子に接続される第１のボンディングワイヤと接合するアノード電極と、第２の外部端子に接続される第２のボンディングワイヤと接合するカソード電極とが同一面に形成される。
【０００３】
このため、内部で発生した光がアノード電極で反射され光取り出し効率が低下するという問題点がある。また、アノード電極やカソード電極が窒化物系半導体発光素子の非活性領域上に形成されるので、比較的高価な窒化物系半導体発光素子のチップサイズを縮小することができないという問題点がある。
【０００４】
導電性を有するＧａＮ（窒化ガリウム）基板を窒化物系半導体発光素子に適用した場合、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板が高価なので、窒化物系半導体発光素子のチップコストを低減することが困難であるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、光取り出し効率を向上することが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】
【０００７】
一つの実施形態によれば、半導体発光素子は、基板、導電性反射膜、活性領域、第１電極、透明導電膜、及び第２電極が設けられる。導電性反射膜は基板上に設けられる。活性領域は、第１導電型透明電極、第１導電型コンタクト層、発光層、第２導電型コンタクト層、及び第２導電型透明電極が導電性反射膜上に積層形成される。第１電極は活性領域と離間し、導電性反射膜上に設けられる。透明導電膜は、一端が第２導電型透明電極上部を覆うように設けられ、他端が絶縁膜を介して導電性反射膜上に設けられ、活性領域の側面とは絶縁膜を介して接する。第２電極は、透明導電膜の他端上に設けられる。
【０００８】
他の実施形態によれば、半導体発光素子の製造方法は、第１乃至１０の工程を有する。第１の工程では、第１の基板上にエピタキシャル成長法を用いてＮ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、及びＰ型コンタクト層を積層形成する。第２の工程では、Ｐ型コンタクト層上にＰ型透明電極及び粘着シートを積層形成する。第３の工程では、第１の基板の裏面からＮ型コンタクト層側にレーザ光を照射して、第１の基板とＮ型コンタクト層の間に剥離界面を生成して第１の基板を剥離する。第４の工程では、Ｎ型コンタクト層上にＮ型透明電極を形成する。第５の工程では、Ｎ型透明電極、Ｎ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、Ｐ型コンタクト層、及びＰ型透明電極が積層形成される活性領域を個片化してチップにする。第６の工程では、第２の基板上に導電性反射膜を形成する。第７の工程では、チップにされた活性領域を導電性反射膜上に載置し、チップにされた活性領域を導電性反射膜及び第２の基板に接着する。第８の工程では、導電性反射膜上及びチップにされた活性領域の側面に絶縁膜を形成する。第９の工程では、Ｐ型透明電極の上部、絶縁膜の側面及び上部を覆うように形成され、Ｎ型透明電極、Ｎ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、及びＰ型コンタクト層とは絶縁膜で分離される透明導電膜を形成する。第１０の工程では、露呈される導電性反射膜上にカソード電極と、第２の基板、導電性反射膜、絶縁膜、透明導電膜が積層形成される領域の透明導電膜上にアノード電極とを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１１】変形例の半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図１２】変形例の半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図１３】第２の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１６】第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１７】第３の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図１８】第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１９】第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について、図面を参照して説明する。図１は半導体発光素子を示す概略平面図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。本実施形態では、導電性反射膜上に活性領域を構成するＮ型透明電極、Ｎ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、Ｐ型コンタクト層、及びＰ型透明電極を積層形成し、Ｐ型透明電極の上面を覆うように透明導電膜を形成し、活性領域と離間して導電性反射膜及び絶縁膜を介して透明導電膜上にアノード電極を設けることにより光取り出し効率を向上させている。
【００１２】
図１に示すように、半導体発光素子９０は、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０が設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０の上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０に設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０の上面にはアノード電極１０が設けられていない。
【００１３】
半導体発光素子９０は、基板１に廉価なシリコン基板を用いたＧａＮ ＬＥＤ（light emitting diode）である。半導体発光素子９０は組立工程で封止されたとき、アノード電極１０は第１のボンディングワイヤ（図示しない）を介して第１の外部端子（図示しない）に接続される。カソード電極１１は第２のボンディングワイヤ（図示しない）を介して第２の外部端子（図示しない）に接続される。封止された半導体発光素子９０は、屋内外の表示灯、屋内外の照明、自動車のヘッドライト・ストップランプ、道路標識、交通信号及び簡易照明等に使用される。
【００１４】
図２に示すように、基板１の第１主面上に導電性反射膜２が設けられる。導電性反射膜２は、活性領域８０で生成された光を反射し、基板１側にこの光を透過させないように機能する。導電性反射膜２には、例えばＡｇ（銀）合金反射膜が使用される。ここではＡｇ（銀）合金反射膜に、Ａｇ（銀）−Ｐｄ（パラジウム）−Ｃｕ（銅）−Ｇｅ（ゲルマニウム）系銀合金を使用しているが、代わりにＡｇ（銀）−Ｇｅ（ゲルマニウム）系銀合金、或いはＡｇ（銀）−Ａｕ（金）−Ｓｎ（錫）系銀合金などを用いてもよい。
【００１５】
導電性反射膜２の第１主面上（図中左端部）にカソード電極１１が設けられる。カソード電極１１は、例えばＮｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）から構成される。
【００１６】
導電性反射膜２の第１主面上（図中中央部）に活性領域８０が設けられる。活性領域８０は、アノード電極１０及びカソード電極１１に電圧が印加されると発光する。活性領域８０は、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成される。ＭＱＷ（multiple quantum well）とは複数の量子井戸層と障壁層からなる構造である。
【００１７】
ここで、Ｎ型透明電極３及びＰ型透明電極７にはＩＴＯ（indium thin oxide）膜を用いている。ＩＴＯ膜は、例えば透過率が９５％、抵抗率が５×１０４Ω／ｃｍ２以下の値を有する。なお、ＩＴＯ膜の代わりにＺｎＯ膜、ＡＺＯ膜（ＺｎＯにＡｌ２Ｏ３を添加したもの）、或いはＧＺＯ（ＺｎＯにＧａ２Ｏ３を添加したもの）などを用いてもよい。Ｎ型コンタクト層４にはＳｉをドープしたＮ型ＧａＮ層を用いているが、Ａｌ×Ｇａ１−×Ｎ層（０≦×≦０．５）を用いてもよい。ＭＱＷ発光層５には、アンドープＧａＮ層からなる障壁層２１と、障壁層２１に挟まれたＧａＮに格子整合されたＩｎＡｌＧａＮ層からなる井戸層２２とが複数回繰り返し設けられる。Ｐ型コンタクト層６にはＭｇをドープしたＧａＮ層を用いているが、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ層（０≦Ｙ≦０．５）を用いてもよい。なお、ＭＱＷ発光層５の代わりにＳＱＷ（single quantum well）発光層を用いてもよい。
【００１８】
活性領域８０の右端及び導電性反射膜２の第１主面上（図中右端部）には、絶縁膜８が設けられる。絶縁膜８には、ＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）を用いているがＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）などを用いてもよい。なお、図示していないが活性領域８０の左端部にも絶縁膜が設けられ、活性領域８０は絶縁膜で周囲を覆われている。
【００１９】
Ｐ型透明電極７の上面、絶縁膜８の上面及び側面には、Ｐ型透明電極７を覆うように透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９には、ＩＴＯ膜を用いているが、代わりにＺｎＯ膜、ＡＺＯ膜、或いはＧＺＯなどを用いてもよい。
【００２０】
半導体発光素子９０では、ＭＱＷ発光層５で発生した光は、ＩＴＯ膜からなる下面に配置されるＮ型透明電極３、上面に配置されるＰ型透明電極７、及び上面及び側面に配置される透明導電膜９から放射される。また、活性領域８０の上面にはアノード電極が形成されていないので光取り出し効率を大幅に向上できる。ＭＱＷ発光層５の井戸層２２にＧａＮに格子整合されるＩｎＡｌＧａＮ層を用いているので、格子不整歪にて発生するピエゾ電界を抑制でき、低動作電圧することができる。発光層となる井戸層の格子定数と障壁層及びコンタクト層の格子定数を整合することで、本構造の効果が適用できるため、コンタクト層及び障壁層が井戸層と組成の異なるＩｎＡｌＧａＮ層でもよい。
【００２１】
更に、半導体発光素子９０では、非活性領域となるアノード電極１０及びカソード電極１１を基板１／導電性反射膜２上に形成し、基板１に廉価なシリコン基板を用い、活性領域８０部分だけをＧａＮ系半導体層で形成しているので、比較的高価な窒化物系半導体発光素子のチップサイズを縮小することができる。このため、半導体発光素子９０のコストを低減することができる。
【００２２】
次に、半導体発光素子の製造方法について図３乃至１０を参照して説明する。図３乃至１０は半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【００２３】
図３に示すように、まずサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板３１を用意する。基板３１の第１主面上に、エピタキシャル成長法であるＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法を用いて、組成の異なるエピタキシャル層であるＮ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、及びＰコンタクト層６を連続的に積層形成する。なお、ＭＯＣＶＤ法の代わりにＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法を用いてもよい。
【００２４】
Ｎ型コンタクト層４は、例えば成長温度が１０００℃から１２００℃の範囲に設定され、膜厚が３〜１２μの範囲に設定される。ＭＱＷ発光層５は、例えば障壁層２１の成長温度が８００℃から１１００℃の範囲に設定され、井戸層２２の成長温度が７００℃から９００℃の範囲に設定される。Ｐコンタクト層６は、例えば成長温度が１０００℃から１２００℃の範囲に設定され、膜厚が０．４〜２μの範囲に設定される。
【００２５】
次に、図４に示すように、Ｐコンタクト層６の第１主面上に、例えばスパッタ法を用いて、ＩＴＯ膜からなるＰ型透明電極７を形成する。このＩＴＯ膜は、例えばＳｎＯ２（酸化錫）が１０ｗｔ％含まれるＩｎ２Ｏ３（酸化インジウム）である。なお、スパッタ法の代わりに蒸着法を用いてＰ型透明電極７を形成してもよい。Ｐ型透明電極７形成後、Ｐ型透明電極７の第１主面上に、有機膜からなる粘着シート３２を貼り付ける。
【００２６】
続いて、図５に示すように、基板３１の第１主面と相対向する第２主面側（裏面側）からレーザ光を照射する。レーザ光は、Ｎ型コンタクト層４を含む活性領域８０から基板３１を剥離するレーザリフト法に適用される。レーザ光は、例えばチタンサファイアレーザを用い、波長８００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓの条件を採用している。
【００２７】
サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板３１はレーザ光を透過するので、基板３１の界面側のＧａＮからなるＮ型コンタクト層４がレーザ光により金属Ｇａ（ガリウム）とＮ２（窒素）ガスに分解する。それとともに発生した熱によりサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板３１もＮ型コンタクト層４の界面側の一部が溶融する。その結果、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板３１に変質領域が発生して剥離界面が形成される。
【００２８】
そして、図６に示すように、例えば加熱及び急冷却を行って剥離界面でＮ型コンタクト層４を含む活性領域８０から基板３１を剥離する。ここでは、レーザリフトオフ法により基板３１を剥離しているが、基板３１をエッチング除去してもよい。
【００２９】
次に、図７に示すように、Ｎ型コンタクト層４の第１主面上に、スパッタ法を用いて、ＩＴＯ膜からなるＮ型透明電極３を形成する。このＩＴＯ膜は、例えばＳｎＯ２（酸化錫）が１０ｗｔ％含まれるＩｎ２Ｏ３（酸化インジウム）である。なお、スパッタ法の代わりに蒸着法を用いてＮ型透明電極３を形成してもよい。Ｎ型透明電極３形成後、Ｎ型透明電極３側からスクライブ及びブレーキング処理、或いはブレードダイシング処理を行い、粘着シート３２を引き伸ばして活性領域８０を個片化し、粘着シート３２を剥離して活性領域８０をチップ状態にする。
【００３０】
続いて、図８に示すように、シリコンからなる基板１の第１主面上にＡｇ（銀）合金からなる導電性反射膜２を、例えばスパッタ法を用いて形成する。チップ化された活性領域８０を導電性反射膜２が形成された基板１の第１主面上に載置して接着する。
【００３１】
そして、図９に示すように、活性領域８０の上面及び側面、及び導電性反射膜２上に、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法を用いてＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜８を形成する。
【００３２】
次に、図１０に示すように、図示しない第１のレジスト膜をマスクにして絶縁膜８をエッチングする。第１のレジスト膜を除去後、活性領域８０の上面及び側面、絶縁膜８の上面及び側面、導電性反射膜２上に、スパッタ法を用いて、ＩＴＯ膜からなる透明導電膜９を形成する。このＩＴＯ膜は、例えばＳｎＯ２（酸化錫）が１０ｗｔ％含まれるＩｎ２Ｏ３（酸化インジウム）である。なお、スパッタ法の代わりに蒸着法を用いて透明導電膜９を形成してもよい。透明導電膜９形成後、図示しない第２のレジスト膜をマスクに透明導電膜９をエッチングする。第２のレジスト膜を除去以降、周知の技術を用いてアノード電極１０、カソード電極１１などが形成され、半導体発光素子９０が完成する。
【００３３】
上述したように、本実施形態の半導体発光素子及びその製造方法では、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０が設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０の上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０に設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０は、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成される。ＭＱＷ発光層５で発生した光は、ＩＴＯ膜からなる下面に配置されるＮ型透明電極３、上面に配置されるＰ型透明電極７、及び上面及び側面に配置される透明導電膜９から放射される。積層形成されるＮ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、及びＰ型コンタクト層６は、基板３１上にＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。基板３１はレーザリフト法を用いて分離される。
【００３４】
このため、活性領域８０の上面にはアノード電極が形成されていないので光取り出し効率を大幅に向上できる。非活性領域となるアノード電極１０及びカソード電極１１を基板１／導電性反射膜２上に形成し、基板１に廉価なシリコン基板を用い、活性領域８０部分だけをＧａＮ系半導体層で形成しているので、発光素子として動作する活性領域８０のチップサイズを縮小することができ、半導体発光素子９０のコストを大幅に低減することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、Ｐ型コンタクト層６上にＰ型透明電極７及び透明導電膜９を積層形成しているが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図１１に示す変形例の半導体発光素子９０ａのようにＰ型透明電極７を省いて、Ｐ型コンタクト層６上に直接透明導電膜９を形成してもよい。また、結晶成長に用いた基板をＳｉ基板とすることで、大口径化が可能となり、さらなるコスト低減ができる。レーザ光による基板剥離の際、遠赤外光を用いることで、Ｓｉ基板側からのレーザ照射が可能となる。
【００３６】
また、図１２に示す変形例の半導体発光素子９０ｂのようにＮ型透明電極３とＭＱＷ発光層５の間にＮクラッド層４１を設け、ＭＱＷ発光層５とＰ型コンタクト層６の間にＰクラッド層４２を設けてもよい。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について、図面を参照して説明する。図１３は半導体発光素子を示す概略平面図である。図１４は図１３のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。本実施形態では、活性領域を底面が上面よりも広い台形形状にし、活性領域の側面の傾きを緩和して透明導電膜のステップカバレッジを改善している。
【００３８】
以下、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００３９】
図１３に示すように、半導体発光素子９１は、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０ａが設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０ａの上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０ａに設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０ａの上面にはノード電極１０が設けられていない。
【００４０】
半導体発光素子９１は、基板１に廉価なシリコン基板を用いたＧａＮ ＬＥＤである。半導体発光素子９１は組立工程で封止されたとき、アノード電極１０は第１のボンディングワイヤ（図示しない）を介して第１の外部端子（図示しない）に接続される。カソード電極１１は第２のボンディングワイヤ（図示しない）を介して第２の外部端子（図示しない）に接続される。封止された半導体発光素子９１は、屋内外の表示灯、屋内外の照明、自動車のヘッドライト・ストップランプ、道路標識、交通信号及び簡易照明等に使用される。
【００４１】
図１４に示すように、導電性反射膜２は、活性領域８０ａで生成された光を反射し、基板１側にこの光を透過させないように機能する。導電性反射膜２の第１主面上（図中中央部）に活性領域８０ａが設けられる。活性領域８０ａは、底面が上面よりも広い断面形状を有する。活性領域８０ａは、第１の実施形態の活性領域８０とは形状が異なるが同じ構造を有する。
【００４２】
半導体発光素子９１では、活性領域８０ａの両端部が垂直形状ではなく、順テーパー形状を有している。このため、Ｐ型透明電極７上、活性領域８０ａの側面、及び絶縁膜８上に設けられる透明導電膜９の膜厚を均一化することができ、抵抗率や透過率を安定化することができる。透明導電膜９を被覆性の劣るスパッタ法を用いて形成した場合でもステップカバレッジが悪化しない。
【００４３】
次に、半導体発光素子の製造方法について図１５及び図１６を参照して説明する。図１５及び図１６は半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【００４４】
図１５に示すように、Ｎ型透明電極３形成後、Ｎ型透明電極３側から幅が広く先端が鋭角なブレードを用いて活性領域８０を個片化してチップにする。
【００４５】
次に、図１６に示すように、チップ化され、底面が上面よりも広い断面形状を有する活性領域８０ａを導電性反射膜２が形成された基板１の第１主面上に載置して接着する。これ以降は第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００４６】
上述したように、本実施形態の半導体発光素子及びその製造方法では、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０ａが設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０ａの上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０ａに設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０ａは、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成され、底面が上面よりも広い断面形状を有する。
【００４７】
このため、第１の実施形態と同様な効果の他に、透明導電膜９の膜厚を均一化することができ、抵抗率や透過率を安定化することができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について、図面を参照して説明する。図１７は半導体発光素子を示す概略断面図である。本実施形態では、活性領域に分離層を設け、活性領域の側面と透明電極膜の間を分離層で分離している。
【００４９】
以下、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００５０】
図１７に示すように、半導体発光素子９２には、導電性反射膜２の第１主面上（図中中央部）に活性領域８０ｂが設けられる。活性領域８０ｂは、アノード電極１０及びカソード電極１１に電圧が印加されると発光する。活性領域８０ｂは、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成され、図中右端に分離層５１が設けられる。Ｎ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、及びＰ型コンタクト層６と、透明導電膜９とは分離層５１で絶縁分離される。ここで、分離層５１には絶縁膜が溝５２に埋設されたトレンチアイソレーションを用いているがインプラアイソレーションなどを用いてもよい。
【００５１】
基板１／導電性反射膜２上に設けられる絶縁膜８は、図中左端部が分離層５１と接する。
【００５２】
次に、半導体発光素子の製造方法について図１８及び図１９を参照して説明する。図１８及び図１９は半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【００５３】
図１８に示すように、支持材５３上に積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成される活性領域８０ｂに、例えば図示しないマスク材をマスクにして、ＲＩＥ（reactive ion etching）法を用いて溝５２を形成する。
【００５４】
次に、図１９に示すように、マスク材を除去後、溝５２を覆うように溝５２及びＰ型透明電極７上に絶縁膜を形成する。例えばＣＭＰ（chemical mechanical polishing）法を用いて絶縁膜を平坦研磨して分離層５１を形成する。これ以降は第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００５５】
半導体発光素子９２では、ＭＱＷ発光層５で発生した光は、ＩＴＯ膜からなる下面に配置されるＮ型透明電極３、上面に配置されるＰ型透明電極７、及び上面及び側面に配置される透明導電膜９から放射される。また、活性領域８０ｂの上面にはアノード電極が形成されていないので光取り出し効率を大幅に向上できる。
【００５６】
更に、半導体発光素子９２では、非活性領域となるアノード電極１０及びカソード電極１１を基板１／導電性反射膜２上に形成し、基板１に廉価なシリコン基板を用い、活性領域８０ｂ部分だけをＧａＮ系半導体層で形成しているので、比較的高価な窒化物系半導体発光素子のチップサイズを縮小することができる。
【００５７】
上述したように、本実施形態の半導体発光素子及びその製造方法では、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０ｂが設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０ｂの上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０ｂに設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０ｂは、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７と、その側面に設けられる分離層５１とから構成される。ＭＱＷ発光層５で発生した光は、ＩＴＯ膜からなる下面に配置されるＮ型透明電極３、上面に配置されるＰ型透明電極７、及び上面及び側面に配置される透明導電膜９から放射される。
【００５８】
このため、活性領域８０ｂの上面にはアノード電極が形成されていないので光取り出し効率を大幅に向上できる。非活性領域となるアノード電極１０及びカソード電極１１を基板１／導電性反射膜２上に形成し、基板１に廉価なシリコン基板を用い、活性領域８０ｂ部分だけをＧａＮ系半導体層で形成しているので、発光素子として動作する活性領域８０ｂのチップサイズを縮小することができ、半導体発光素子９２のコストを大幅に低減することができる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 基板
２ 導電性反射膜
３ Ｎ型透明電極
４ Ｎ型コンタクト層
５ ＭＱＷ発光層
６ Ｐ型コンタクト層
８ 絶縁膜
９ 透明導電膜
１０ アノード電極
１１ カソード電極
２１ 障壁層
２２ 井戸層
３１ 基板
３２ 粘着シート
４１ Ｎクラッド層
４２ Ｐクラッド層
５１ 分離層
５２ 溝
５３ 支持材
８０、８０ａ、８０ｂ 活性領域
９０、９０ａ、９０ｂ、９１、９２ 半導体発光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系半導体発光素子には、絶縁性を有するサファイア基板や導電性を有するＧａＮ（窒化ガリウム）基板などが使用されている。サファイア基板を窒化物系半導体発光素子に適用した場合、第１の外部端子に接続される第１のボンディングワイヤと接合するアノード電極と、第２の外部端子に接続される第２のボンディングワイヤと接合するカソード電極とが同一面に形成される。
【０００３】
このため、内部で発生した光がアノード電極で反射され光取り出し効率が低下するという問題点がある。また、アノード電極やカソード電極が窒化物系半導体発光素子の非活性領域上に形成されるので、比較的高価な窒化物系半導体発光素子のチップサイズを縮小することができないという問題点がある。
【０００４】
導電性を有するＧａＮ（窒化ガリウム）基板を窒化物系半導体発光素子に適用した場合、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板が高価なので、窒化物系半導体発光素子のチップコストを低減することが困難であるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、光取り出し効率を向上することが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】
【０００７】
一つの実施形態によれば、半導体発光素子は、基板、導電性反射膜、活性領域、第１電極、透明導電膜、及び第２電極が設けられる。導電性反射膜は基板上に設けられる。活性領域は、第１導電型透明電極、第１導電型コンタクト層、発光層、第２導電型コンタクト層、及び第２導電型透明電極が導電性反射膜上に積層形成される。第１電極は活性領域と離間し、導電性反射膜上に設けられる。透明導電膜は、一端が第２導電型透明電極上部を覆うように設けられ、他端が絶縁膜を介して導電性反射膜上に設けられ、活性領域の側面とは絶縁膜を介して接する。第２電極は、透明導電膜の他端上に設けられる。
【０００８】
他の実施形態によれば、半導体発光素子の製造方法は、第１乃至１０の工程を有する。第１の工程では、第１の基板上にエピタキシャル成長法を用いてＮ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、及びＰ型コンタクト層を積層形成する。第２の工程では、Ｐ型コンタクト層上にＰ型透明電極及び粘着シートを積層形成する。第３の工程では、第１の基板の裏面からＮ型コンタクト層側にレーザ光を照射して、第１の基板とＮ型コンタクト層の間に剥離界面を生成して第１の基板を剥離する。第４の工程では、Ｎ型コンタクト層上にＮ型透明電極を形成する。第５の工程では、Ｎ型透明電極、Ｎ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、Ｐ型コンタクト層、及びＰ型透明電極が積層形成される活性領域を個片化してチップにする。第６の工程では、第２の基板上に導電性反射膜を形成する。第７の工程では、チップにされた活性領域を導電性反射膜上に載置し、チップにされた活性領域を導電性反射膜及び第２の基板に接着する。第８の工程では、導電性反射膜上及びチップにされた活性領域の側面に絶縁膜を形成する。第９の工程では、Ｐ型透明電極の上部、絶縁膜の側面及び上部を覆うように形成され、Ｎ型透明電極、Ｎ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、及びＰ型コンタクト層とは絶縁膜で分離される透明導電膜を形成する。第１０の工程では、露呈される導電性反射膜上にカソード電極と、第２の基板、導電性反射膜、絶縁膜、透明導電膜が積層形成される領域の透明導電膜上にアノード電極とを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１１】変形例の半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図１２】変形例の半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図１３】第２の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１６】第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１７】第３の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図１８】第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１９】第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について、図面を参照して説明する。図１は半導体発光素子を示す概略平面図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。本実施形態では、導電性反射膜上に活性領域を構成するＮ型透明電極、Ｎ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、Ｐ型コンタクト層、及びＰ型透明電極を積層形成し、Ｐ型透明電極の上面を覆うように透明導電膜を形成し、活性領域と離間して導電性反射膜及び絶縁膜を介して透明導電膜上にアノード電極を設けることにより光取り出し効率を向上させている。
【００１２】
図１に示すように、半導体発光素子９０は、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０が設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０の上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０に設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０の上面にはアノード電極１０が設けられていない。
【００１３】
半導体発光素子９０は、基板１に廉価なシリコン基板を用いたＧａＮ ＬＥＤ（light emitting diode）である。半導体発光素子９０は組立工程で封止されたとき、アノード電極１０は第１のボンディングワイヤ（図示しない）を介して第１の外部端子（図示しない）に接続される。カソード電極１１は第２のボンディングワイヤ（図示しない）を介して第２の外部端子（図示しない）に接続される。封止された半導体発光素子９０は、屋内外の表示灯、屋内外の照明、自動車のヘッドライト・ストップランプ、道路標識、交通信号及び簡易照明等に使用される。
【００１４】
図２に示すように、基板１の第１主面上に導電性反射膜２が設けられる。導電性反射膜２は、活性領域８０で生成された光を反射し、基板１側にこの光を透過させないように機能する。導電性反射膜２には、例えばＡｇ（銀）合金反射膜が使用される。ここではＡｇ（銀）合金反射膜に、Ａｇ（銀）−Ｐｄ（パラジウム）−Ｃｕ（銅）−Ｇｅ（ゲルマニウム）系銀合金を使用しているが、代わりにＡｇ（銀）−Ｇｅ（ゲルマニウム）系銀合金、或いはＡｇ（銀）−Ａｕ（金）−Ｓｎ（錫）系銀合金などを用いてもよい。
【００１５】
導電性反射膜２の第１主面上（図中左端部）にカソード電極１１が設けられる。カソード電極１１は、例えばＮｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）から構成される。
【００１６】
導電性反射膜２の第１主面上（図中中央部）に活性領域８０が設けられる。活性領域８０は、アノード電極１０及びカソード電極１１に電圧が印加されると発光する。活性領域８０は、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成される。ＭＱＷ（multiple quantum well）とは複数の量子井戸層と障壁層からなる構造である。
【００１７】
ここで、Ｎ型透明電極３及びＰ型透明電極７にはＩＴＯ（indium thin oxide）膜を用いている。ＩＴＯ膜は、例えば透過率が９５％、抵抗率が５×１０４Ω／ｃｍ２以下の値を有する。なお、ＩＴＯ膜の代わりにＺｎＯ膜、ＡＺＯ膜（ＺｎＯにＡｌ２Ｏ３を添加したもの）、或いはＧＺＯ（ＺｎＯにＧａ２Ｏ３を添加したもの）などを用いてもよい。Ｎ型コンタクト層４にはＳｉをドープしたＮ型ＧａＮ層を用いているが、Ａｌ×Ｇａ１−×Ｎ層（０≦×≦０．５）を用いてもよい。ＭＱＷ発光層５には、アンドープＧａＮ層からなる障壁層２１と、障壁層２１に挟まれたＧａＮに格子整合されたＩｎＡｌＧａＮ層からなる井戸層２２とが複数回繰り返し設けられる。Ｐ型コンタクト層６にはＭｇをドープしたＧａＮ層を用いているが、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ層（０≦Ｙ≦０．５）を用いてもよい。なお、ＭＱＷ発光層５の代わりにＳＱＷ（single quantum well）発光層を用いてもよい。
【００１８】
活性領域８０の右端及び導電性反射膜２の第１主面上（図中右端部）には、絶縁膜８が設けられる。絶縁膜８には、ＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）を用いているがＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）などを用いてもよい。なお、図示していないが活性領域８０の左端部にも絶縁膜が設けられ、活性領域８０は絶縁膜で周囲を覆われている。
【００１９】
Ｐ型透明電極７の上面、絶縁膜８の上面及び側面には、Ｐ型透明電極７を覆うように透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９には、ＩＴＯ膜を用いているが、代わりにＺｎＯ膜、ＡＺＯ膜、或いはＧＺＯなどを用いてもよい。
【００２０】
半導体発光素子９０では、ＭＱＷ発光層５で発生した光は、ＩＴＯ膜からなる下面に配置されるＮ型透明電極３、上面に配置されるＰ型透明電極７、及び上面及び側面に配置される透明導電膜９から放射される。また、活性領域８０の上面にはアノード電極が形成されていないので光取り出し効率を大幅に向上できる。ＭＱＷ発光層５の井戸層２２にＧａＮに格子整合されるＩｎＡｌＧａＮ層を用いているので、格子不整歪にて発生するピエゾ電界を抑制でき、低動作電圧することができる。発光層となる井戸層の格子定数と障壁層及びコンタクト層の格子定数を整合することで、本構造の効果が適用できるため、コンタクト層及び障壁層が井戸層と組成の異なるＩｎＡｌＧａＮ層でもよい。
【００２１】
更に、半導体発光素子９０では、非活性領域となるアノード電極１０及びカソード電極１１を基板１／導電性反射膜２上に形成し、基板１に廉価なシリコン基板を用い、活性領域８０部分だけをＧａＮ系半導体層で形成しているので、比較的高価な窒化物系半導体発光素子のチップサイズを縮小することができる。このため、半導体発光素子９０のコストを低減することができる。
【００２２】
次に、半導体発光素子の製造方法について図３乃至１０を参照して説明する。図３乃至１０は半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【００２３】
図３に示すように、まずサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板３１を用意する。基板３１の第１主面上に、エピタキシャル成長法であるＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法を用いて、組成の異なるエピタキシャル層であるＮ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、及びＰコンタクト層６を連続的に積層形成する。なお、ＭＯＣＶＤ法の代わりにＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法を用いてもよい。
【００２４】
Ｎ型コンタクト層４は、例えば成長温度が１０００℃から１２００℃の範囲に設定され、膜厚が３〜１２μの範囲に設定される。ＭＱＷ発光層５は、例えば障壁層２１の成長温度が８００℃から１１００℃の範囲に設定され、井戸層２２の成長温度が７００℃から９００℃の範囲に設定される。Ｐコンタクト層６は、例えば成長温度が１０００℃から１２００℃の範囲に設定され、膜厚が０．４〜２μの範囲に設定される。
【００２５】
次に、図４に示すように、Ｐコンタクト層６の第１主面上に、例えばスパッタ法を用いて、ＩＴＯ膜からなるＰ型透明電極７を形成する。このＩＴＯ膜は、例えばＳｎＯ２（酸化錫）が１０ｗｔ％含まれるＩｎ２Ｏ３（酸化インジウム）である。なお、スパッタ法の代わりに蒸着法を用いてＰ型透明電極７を形成してもよい。Ｐ型透明電極７形成後、Ｐ型透明電極７の第１主面上に、有機膜からなる粘着シート３２を貼り付ける。
【００２６】
続いて、図５に示すように、基板３１の第１主面と相対向する第２主面側（裏面側）からレーザ光を照射する。レーザ光は、Ｎ型コンタクト層４を含む活性領域８０から基板３１を剥離するレーザリフト法に適用される。レーザ光は、例えばチタンサファイアレーザを用い、波長８００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓの条件を採用している。
【００２７】
サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板３１はレーザ光を透過するので、基板３１の界面側のＧａＮからなるＮ型コンタクト層４がレーザ光により金属Ｇａ（ガリウム）とＮ２（窒素）ガスに分解する。それとともに発生した熱によりサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板３１もＮ型コンタクト層４の界面側の一部が溶融する。その結果、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板３１に変質領域が発生して剥離界面が形成される。
【００２８】
そして、図６に示すように、例えば加熱及び急冷却を行って剥離界面でＮ型コンタクト層４を含む活性領域８０から基板３１を剥離する。ここでは、レーザリフトオフ法により基板３１を剥離しているが、基板３１をエッチング除去してもよい。
【００２９】
次に、図７に示すように、Ｎ型コンタクト層４の第１主面上に、スパッタ法を用いて、ＩＴＯ膜からなるＮ型透明電極３を形成する。このＩＴＯ膜は、例えばＳｎＯ２（酸化錫）が１０ｗｔ％含まれるＩｎ２Ｏ３（酸化インジウム）である。なお、スパッタ法の代わりに蒸着法を用いてＮ型透明電極３を形成してもよい。Ｎ型透明電極３形成後、Ｎ型透明電極３側からスクライブ及びブレーキング処理、或いはブレードダイシング処理を行い、粘着シート３２を引き伸ばして活性領域８０を個片化し、粘着シート３２を剥離して活性領域８０をチップ状態にする。
【００３０】
続いて、図８に示すように、シリコンからなる基板１の第１主面上にＡｇ（銀）合金からなる導電性反射膜２を、例えばスパッタ法を用いて形成する。チップ化された活性領域８０を導電性反射膜２が形成された基板１の第１主面上に載置して接着する。
【００３１】
そして、図９に示すように、活性領域８０の上面及び側面、及び導電性反射膜２上に、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法を用いてＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜８を形成する。
【００３２】
次に、図１０に示すように、図示しない第１のレジスト膜をマスクにして絶縁膜８をエッチングする。第１のレジスト膜を除去後、活性領域８０の上面及び側面、絶縁膜８の上面及び側面、導電性反射膜２上に、スパッタ法を用いて、ＩＴＯ膜からなる透明導電膜９を形成する。このＩＴＯ膜は、例えばＳｎＯ２（酸化錫）が１０ｗｔ％含まれるＩｎ２Ｏ３（酸化インジウム）である。なお、スパッタ法の代わりに蒸着法を用いて透明導電膜９を形成してもよい。透明導電膜９形成後、図示しない第２のレジスト膜をマスクに透明導電膜９をエッチングする。第２のレジスト膜を除去以降、周知の技術を用いてアノード電極１０、カソード電極１１などが形成され、半導体発光素子９０が完成する。
【００３３】
上述したように、本実施形態の半導体発光素子及びその製造方法では、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０が設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０の上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０に設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０は、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成される。ＭＱＷ発光層５で発生した光は、ＩＴＯ膜からなる下面に配置されるＮ型透明電極３、上面に配置されるＰ型透明電極７、及び上面及び側面に配置される透明導電膜９から放射される。積層形成されるＮ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、及びＰ型コンタクト層６は、基板３１上にＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。基板３１はレーザリフト法を用いて分離される。
【００３４】
このため、活性領域８０の上面にはアノード電極が形成されていないので光取り出し効率を大幅に向上できる。非活性領域となるアノード電極１０及びカソード電極１１を基板１／導電性反射膜２上に形成し、基板１に廉価なシリコン基板を用い、活性領域８０部分だけをＧａＮ系半導体層で形成しているので、発光素子として動作する活性領域８０のチップサイズを縮小することができ、半導体発光素子９０のコストを大幅に低減することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、Ｐ型コンタクト層６上にＰ型透明電極７及び透明導電膜９を積層形成しているが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図１１に示す変形例の半導体発光素子９０ａのようにＰ型透明電極７を省いて、Ｐ型コンタクト層６上に直接透明導電膜９を形成してもよい。また、結晶成長に用いた基板をＳｉ基板とすることで、大口径化が可能となり、さらなるコスト低減ができる。レーザ光による基板剥離の際、遠赤外光を用いることで、Ｓｉ基板側からのレーザ照射が可能となる。
【００３６】
また、図１２に示す変形例の半導体発光素子９０ｂのようにＮ型透明電極３とＭＱＷ発光層５の間にＮクラッド層４１を設け、ＭＱＷ発光層５とＰ型コンタクト層６の間にＰクラッド層４２を設けてもよい。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について、図面を参照して説明する。図１３は半導体発光素子を示す概略平面図である。図１４は図１３のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。本実施形態では、活性領域を底面が上面よりも広い台形形状にし、活性領域の側面の傾きを緩和して透明導電膜のステップカバレッジを改善している。
【００３８】
以下、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００３９】
図１３に示すように、半導体発光素子９１は、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０ａが設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０ａの上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０ａに設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０ａの上面にはノード電極１０が設けられていない。
【００４０】
半導体発光素子９１は、基板１に廉価なシリコン基板を用いたＧａＮ ＬＥＤである。半導体発光素子９１は組立工程で封止されたとき、アノード電極１０は第１のボンディングワイヤ（図示しない）を介して第１の外部端子（図示しない）に接続される。カソード電極１１は第２のボンディングワイヤ（図示しない）を介して第２の外部端子（図示しない）に接続される。封止された半導体発光素子９１は、屋内外の表示灯、屋内外の照明、自動車のヘッドライト・ストップランプ、道路標識、交通信号及び簡易照明等に使用される。
【００４１】
図１４に示すように、導電性反射膜２は、活性領域８０ａで生成された光を反射し、基板１側にこの光を透過させないように機能する。導電性反射膜２の第１主面上（図中中央部）に活性領域８０ａが設けられる。活性領域８０ａは、底面が上面よりも広い断面形状を有する。活性領域８０ａは、第１の実施形態の活性領域８０とは形状が異なるが同じ構造を有する。
【００４２】
半導体発光素子９１では、活性領域８０ａの両端部が垂直形状ではなく、順テーパー形状を有している。このため、Ｐ型透明電極７上、活性領域８０ａの側面、及び絶縁膜８上に設けられる透明導電膜９の膜厚を均一化することができ、抵抗率や透過率を安定化することができる。透明導電膜９を被覆性の劣るスパッタ法を用いて形成した場合でもステップカバレッジが悪化しない。
【００４３】
次に、半導体発光素子の製造方法について図１５及び図１６を参照して説明する。図１５及び図１６は半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【００４４】
図１５に示すように、Ｎ型透明電極３形成後、Ｎ型透明電極３側から幅が広く先端が鋭角なブレードを用いて活性領域８０を個片化してチップにする。
【００４５】
次に、図１６に示すように、チップ化され、底面が上面よりも広い断面形状を有する活性領域８０ａを導電性反射膜２が形成された基板１の第１主面上に載置して接着する。これ以降は第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００４６】
上述したように、本実施形態の半導体発光素子及びその製造方法では、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０ａが設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０ａの上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０ａに設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０ａは、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成され、底面が上面よりも広い断面形状を有する。
【００４７】
このため、第１の実施形態と同様な効果の他に、透明導電膜９の膜厚を均一化することができ、抵抗率や透過率を安定化することができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について、図面を参照して説明する。図１７は半導体発光素子を示す概略断面図である。本実施形態では、活性領域に分離層を設け、活性領域の側面と透明電極膜の間を分離層で分離している。
【００４９】
以下、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００５０】
図１７に示すように、半導体発光素子９２には、導電性反射膜２の第１主面上（図中中央部）に活性領域８０ｂが設けられる。活性領域８０ｂは、アノード電極１０及びカソード電極１１に電圧が印加されると発光する。活性領域８０ｂは、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成され、図中右端に分離層５１が設けられる。Ｎ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、及びＰ型コンタクト層６と、透明導電膜９とは分離層５１で絶縁分離される。ここで、分離層５１には絶縁膜が溝５２に埋設されたトレンチアイソレーションを用いているがインプラアイソレーションなどを用いてもよい。
【００５１】
基板１／導電性反射膜２上に設けられる絶縁膜８は、図中左端部が分離層５１と接する。
【００５２】
次に、半導体発光素子の製造方法について図１８及び図１９を参照して説明する。図１８及び図１９は半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【００５３】
図１８に示すように、支持材５３上に積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７から構成される活性領域８０ｂに、例えば図示しないマスク材をマスクにして、ＲＩＥ（reactive ion etching）法を用いて溝５２を形成する。
【００５４】
次に、図１９に示すように、マスク材を除去後、溝５２を覆うように溝５２及びＰ型透明電極７上に絶縁膜を形成する。例えばＣＭＰ（chemical mechanical polishing）法を用いて絶縁膜を平坦研磨して分離層５１を形成する。これ以降は第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００５５】
半導体発光素子９２では、ＭＱＷ発光層５で発生した光は、ＩＴＯ膜からなる下面に配置されるＮ型透明電極３、上面に配置されるＰ型透明電極７、及び上面及び側面に配置される透明導電膜９から放射される。また、活性領域８０ｂの上面にはアノード電極が形成されていないので光取り出し効率を大幅に向上できる。
【００５６】
更に、半導体発光素子９２では、非活性領域となるアノード電極１０及びカソード電極１１を基板１／導電性反射膜２上に形成し、基板１に廉価なシリコン基板を用い、活性領域８０ｂ部分だけをＧａＮ系半導体層で形成しているので、比較的高価な窒化物系半導体発光素子のチップサイズを縮小することができる。
【００５７】
上述したように、本実施形態の半導体発光素子及びその製造方法では、基板１／導電性反射膜２上にカソード電極１１及び活性領域８０ｂが設けられ、透明導電膜９上にアノード電極１０が設けられる。活性領域８０ｂの上面には透明導電膜９が設けられる。透明導電膜９は、活性領域８０ｂに設けられるＰ型透明電極とアノード電極１０を接続する。活性領域８０ｂは、積層形成されるＮ型透明電極３、Ｎ型コンタクト層４、ＭＱＷ発光層５、Ｐ型コンタクト層６、及びＰ型透明電極７と、その側面に設けられる分離層５１とから構成される。ＭＱＷ発光層５で発生した光は、ＩＴＯ膜からなる下面に配置されるＮ型透明電極３、上面に配置されるＰ型透明電極７、及び上面及び側面に配置される透明導電膜９から放射される。
【００５８】
このため、活性領域８０ｂの上面にはアノード電極が形成されていないので光取り出し効率を大幅に向上できる。非活性領域となるアノード電極１０及びカソード電極１１を基板１／導電性反射膜２上に形成し、基板１に廉価なシリコン基板を用い、活性領域８０ｂ部分だけをＧａＮ系半導体層で形成しているので、発光素子として動作する活性領域８０ｂのチップサイズを縮小することができ、半導体発光素子９２のコストを大幅に低減することができる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 基板
２ 導電性反射膜
３ Ｎ型透明電極
４ Ｎ型コンタクト層
５ ＭＱＷ発光層
６ Ｐ型コンタクト層
８ 絶縁膜
９ 透明導電膜
１０ アノード電極
１１ カソード電極
２１ 障壁層
２２ 井戸層
３１ 基板
３２ 粘着シート
４１ Ｎクラッド層
４２ Ｐクラッド層
５１ 分離層
５２ 溝
５３ 支持材
８０、８０ａ、８０ｂ 活性領域
９０、９０ａ、９０ｂ、９１、９２ 半導体発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられる導電性反射膜と、
第１導電型透明電極、第１導電型コンタクト層、発光層、第２導電型コンタクト層、及び第２導電型透明電極が前記導電性反射膜上に積層形成される活性領域と、
前記活性領域と離間し、前記導電性反射膜上に設けられる第１電極と、
一端が前記第２導電型透明電極上部を覆うように設けられ、他端が絶縁膜を介して前記導電性反射膜上に設けられ、前記活性領域の側面とは前記絶縁膜を介して接する透明導電膜と、
前記透明導電膜の他端上に設けられる第２電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１導電型透明電極、前記第２導電型透明電極、及び前記透明導電膜は、ＩＴＯ膜、ＺｎＯ膜、ＡＺＯ膜、或いはＧＺＯ膜から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
基板上に設けられる導電性反射膜と、
第１導電型透明電極、第１導電型コンタクト層、発光層、及び第２導電型コンタクト層が前記導電性反射膜上に積層形成される活性領域と、
前記活性領域と離間し、前記導電性反射膜上に設けられる第１電極と、
一端が前記第２導電型コンタクト層上部を覆うように設けられ、他端が絶縁膜を介して前記導電性反射膜上に設けられ、前記活性領域の側面とは前記絶縁膜を介して接する第２導電型透明電極と、
前記第２導電型透明電極の他端上に設けられる第２電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１導電型コンタクト層と前記発光層の間に設けられる第１導電型クラッド層と、
前記発光層と前記第２導電型コンタクト層の間に設けられる第２導電型クラッド層と、
を更に具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記活性領域は、底面が上面よりも広い台形形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記発光層は、障壁層と井戸層が交互に繰り返して設けられるＭＱＷ構造、或いは前記井戸層が前記障壁層で挟まれるＳＱＷ構造を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
第１の基板上にエピタキシャル成長法を用いてＮ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、及びＰ型コンタクト層を積層形成する工程と、
前記Ｐ型コンタクト層上にＰ型透明電極及び粘着シートを積層形成する工程と、
前記第１の基板の裏面から前記Ｎ型コンタクト層側にレーザ光を照射して、前記第１の基板と前記Ｎ型コンタクト層の間に剥離界面を生成して前記第１の基板を剥離する工程と、
前記Ｎ型コンタクト層上にＮ型透明電極を形成する工程と、
前記Ｎ型透明電極、前記Ｎ型コンタクト層、前記ＭＱＷ発光層、前記Ｐ型コンタクト層、及び前記Ｐ型透明電極が積層形成される活性領域を個片化してチップにする工程と、
第２の基板上に導電性反射膜を形成する工程と、
チップにされた前記活性領域を前記導電性反射膜上に載置し、チップにされた前記活性領域を前記導電性反射膜及び前記第２の基板に接着する工程と、
前記導電性反射膜上及びチップにされた前記活性領域の側面に絶縁膜を形成する工程と、
前記Ｐ型透明電極の上部、前記絶縁膜の側面及び上部を覆うように形成され、前記Ｎ型透明電極、前記Ｎ型コンタクト層、前記ＭＱＷ発光層、及び前記Ｐ型コンタクト層とは前記絶縁膜で分離される透明導電膜を形成する工程と、
露呈される前記導電性反射膜上にカソード電極と、前記第２の基板、前記導電性反射膜、前記絶縁膜、前記透明導電膜が積層形成される領域の前記透明導電膜上にアノード電極とを形成する工程と、
を具備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】
基板上に設けられる導電性反射膜と、
第１導電型透明電極、第１導電型コンタクト層、発光層、第２導電型コンタクト層、及び第２導電型透明電極が前記導電性反射膜上に積層形成される活性領域と、
前記活性領域と離間し、前記導電性反射膜上に設けられる第１電極と、
一端が前記第２導電型透明電極上部を覆うように設けられ、他端が絶縁膜を介して前記導電性反射膜上に設けられ、前記活性領域の側面とは前記絶縁膜を介して接する透明導電膜と、
前記透明導電膜の他端上に設けられる第２電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１導電型透明電極、前記第２導電型透明電極、及び前記透明導電膜は、ＩＴＯ膜、ＺｎＯ膜、ＡＺＯ膜、或いはＧＺＯ膜から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
基板上に設けられる導電性反射膜と、
第１導電型透明電極、第１導電型コンタクト層、発光層、及び第２導電型コンタクト層が前記導電性反射膜上に積層形成される活性領域と、
前記活性領域と離間し、前記導電性反射膜上に設けられる第１電極と、
一端が前記第２導電型コンタクト層上部を覆うように設けられ、他端が絶縁膜を介して前記導電性反射膜上に設けられ、前記活性領域の側面とは前記絶縁膜を介して接する第２導電型透明電極と、
前記第２導電型透明電極の他端上に設けられる第２電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１導電型コンタクト層と前記発光層の間に設けられる第１導電型クラッド層と、
前記発光層と前記第２導電型コンタクト層の間に設けられる第２導電型クラッド層と、
を更に具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記活性領域は、底面が上面よりも広い台形形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記発光層は、障壁層と井戸層が交互に繰り返して設けられるＭＱＷ構造、或いは前記井戸層が前記障壁層で挟まれるＳＱＷ構造を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
第１の基板上にエピタキシャル成長法を用いてＮ型コンタクト層、ＭＱＷ発光層、及びＰ型コンタクト層を積層形成する工程と、
前記Ｐ型コンタクト層上にＰ型透明電極及び粘着シートを積層形成する工程と、
前記第１の基板の裏面から前記Ｎ型コンタクト層側にレーザ光を照射して、前記第１の基板と前記Ｎ型コンタクト層の間に剥離界面を生成して前記第１の基板を剥離する工程と、
前記Ｎ型コンタクト層上にＮ型透明電極を形成する工程と、
前記Ｎ型透明電極、前記Ｎ型コンタクト層、前記ＭＱＷ発光層、前記Ｐ型コンタクト層、及び前記Ｐ型透明電極が積層形成される活性領域を個片化してチップにする工程と、
第２の基板上に導電性反射膜を形成する工程と、
チップにされた前記活性領域を前記導電性反射膜上に載置し、チップにされた前記活性領域を前記導電性反射膜及び前記第２の基板に接着する工程と、
前記導電性反射膜上及びチップにされた前記活性領域の側面に絶縁膜を形成する工程と、
前記Ｐ型透明電極の上部、前記絶縁膜の側面及び上部を覆うように形成され、前記Ｎ型透明電極、前記Ｎ型コンタクト層、前記ＭＱＷ発光層、及び前記Ｐ型コンタクト層とは前記絶縁膜で分離される透明導電膜を形成する工程と、
露呈される前記導電性反射膜上にカソード電極と、前記第２の基板、前記導電性反射膜、前記絶縁膜、前記透明導電膜が積層形成される領域の前記透明導電膜上にアノード電極とを形成する工程と、
を具備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２０１３−８８１７（Ｐ２０１３−８８１７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０２４４（Ｐ２０１１−１４０２４４）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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