半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法
【課題】半導体膜に対するコンタクト層として機能するＩＴＯ膜を有する半導体発光装置において、ＩＴＯ膜と半導体膜との接触の増大を抑制することができる半導体発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】
半導体発光装置１は、発光層を含む半導体膜２０と、半導体膜上に設けられたＩＴＯ膜３０と、ＩＴＯ膜３０の上面の一部および側面を覆う酸素吸着性を有する酸素吸着部８０と、ＩＴＯ膜３０の上面に設けられた光反射性を有する反射電極４０と、ＩＴＯ膜３０、酸素吸着部８０および反射電極４０からなる積層体を覆うキャップ層５０と、キャップ層５０上に接合層６１を介して接合された支持基板６０と、を含む。
【解決手段】
半導体発光装置１は、発光層を含む半導体膜２０と、半導体膜上に設けられたＩＴＯ膜３０と、ＩＴＯ膜３０の上面の一部および側面を覆う酸素吸着性を有する酸素吸着部８０と、ＩＴＯ膜３０の上面に設けられた光反射性を有する反射電極４０と、ＩＴＯ膜３０、酸素吸着部８０および反射電極４０からなる積層体を覆うキャップ層５０と、キャップ層５０上に接合層６１を介して接合された支持基板６０と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光装置に関し、特に半導体膜に対するコンタクト層として機能するＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）膜を有する半導体発光装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ等の半導体発光装置は、近年の技術の進歩により高効率、高出力化されている。しかし、高出力化に伴って発光素子から発せられる熱量も増加し、これによる信頼性の低下が問題となっている。これを解決するために結晶成長に用いられる比較的熱伝導率の低い成長用基板を除去し、これに代えて比較的熱伝導率の高い部材で半導体層を支持する所謂thin-film構造のＬＥＤが提案されている。Thin-film構造によれば、発光素子の放熱性が改善される他、成長用基板を除去することにより光取り出し効率の向上も期待できる。例えば、ＧａＮ系半導体結晶を含む半導体層から成長用基板を剥離する方法として成長用基板の裏面側からレーザを照射してＧａＮを分解するレーザリフトオフ（ＬＬＯ）法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５１６４１５号公報
【特許文献２】特開２０００−２２８５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、従来のthin-film構造を有する半導体発光装置の構成を示す断面図である。ＧａＮ等のIII族窒化物半導体からなる半導体膜２０は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によりサファイア基板等の成長用基板（図示せず）上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次積層することにより形成される。半導体膜２０（ｐ型半導体層）上には、半導体膜２０に対して電気的コンタクトをとるためにＩＴＯ膜３０が形成される。ＩＴＯ膜３０を成膜した後に酸素雰囲気下においてアニール処理を行うことによりＩＴＯ膜３０は、半導体膜２０との間でオーミック性接触を形成する。続いて、ＩＴＯ膜３０の表面を覆うように、高反射率を有するＡｇ等からなる反射電極４０が形成される。次に、ＩＴＯ膜３０と反射電極４０からなる積層体を覆うようにキャップ層５０を形成する。キャップ層５０は、支持基板６０と半導体膜２０とを接合するためのＡｕＳｎ等の共晶接合材の反射電極４０への拡散を防止する役割を担う。次に、キャップ層５０の表面を接合面として、支持基板６０と半導体膜２０とを共晶接合する。支持基板６０として、例えば熱伝導性が良好なＳｉ基板を用いることができる。次に、レーザリフトオフ法などにより成長用基板を除去する。その後、成長用基板を除去することにより表出した半導体膜２０（ｎ型半導体層）の表面にｎ電極７０を形成する。
【０００５】
上記の構造を有する従来の半導体発光装置において、半導体発光装置が、酸素存在下において高温環境に曝されると、ＩＴＯ膜３０の半導体膜２０に対する接触抵抗が増加することが明らかとなった。本発明者らの調査により、ＩＴＯ膜３０の接触抵抗の増加は、キャップ層５０に生じる空隙（クラック）（図１参照）に起因するものであることが判明した。
【０００６】
キャップ層５０に空隙（クラック）が生じる理由は、ＩＴＯ膜３０と反射電極４０からなる積層体の側面近傍、すなわち段差部におけるキャップ層５０のカバレージ性が良好ではないためである。ＩＴＯ膜３０および反射電極４０は、それぞれコンタクト層および反射層としての機能を確保するために一定以上の厚さが必要とされる故、段差部をなくすことは困難であり、従って、キャップ層５０の空隙（クラック）の発生を完全に排除することは困難である。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、半導体膜に対するコンタクト層として機能するＩＴＯ膜を有する半導体発光装置において、ＩＴＯ膜と半導体膜との接触の増大を抑制することができる半導体発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体発光装置は、発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜上に設けられたＩＴＯ膜と、前記ＩＴＯ膜の上面の一部および側面を覆う酸素吸着性を有する酸素吸着部と、前記ＩＴＯ膜の上面に設けられた光反射性を有する反射電極と、前記ＩＴＯ膜、前記酸素吸着部および前記反射電極からなる積層体を覆うキャップ層と、前記キャップ層上に接合層を介して接合された支持基板と、を含むことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、成長用基板上に発光層を含む半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上にＩＴＯ膜を形成する工程と、前記ＩＴＯ膜の外縁部において前記ＩＴＯ膜の上面および側面を覆うように酸素吸着性を有する酸素吸着部を形成する工程と、前記ＩＴＯ膜の上面に光反射性を有する反射電極を形成する工程と、前記ＩＴＯ膜、前記酸素吸着部および前記反射電極からなる積層体を覆うようにキャップ層を形成する工程と、前記キャップ層上に接合層を介して支持基板を接合する工程と、を含み、前記キャップ層は、前記ＩＴＯ膜に対して非接触であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光装置によれば、ＩＴＯ膜とキャップ層との間には酸素吸着部が介在しているので、キャップ層に空隙（クラック）が生じた場合でも、この空隙（クラック）がＩＴＯ膜に達することはない。キャップ層に生じた空隙（クラック）を介して進入した酸素は、ＩＴＯ膜に達する前に酸素吸着部によって吸着されるので、ＩＴＯ膜が酸素に曝されることが防止される。従って、ＩＴＯ膜における酸素欠損ドナーの減少を抑制することができ、ＩＴＯ膜の半導体膜に対する接触抵抗の増大を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来のthin-film構造を有する半導体発光装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係る酸素吸着部の形成まで完了したウエハの一部を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
はじめに、本発明者らによって推定された、キャップ層５０に生じた空隙（クラック）によりＩＴＯ膜３０の接触抵抗が増加する理由を以下に示す。ＩＴＯ膜３０は、ｎ型の導電型を有し、そのドナーはＩｎの位置を置換してイオン化したＳｎ４＋と、Ｉｎ２Ｏ３から酸素が欠損した酸素欠損ドナーの２つからなる。ＩＴＯ膜３０と半導体膜２０との間でオーミック性接触を形成するためのアニール処理を行った後に、更に酸素雰囲気下でアニール処理を行うと、ＩＴＯ膜３０の結晶性が向上して酸素欠損ドナーが減少する。これにより、ＩＴＯ膜３０と半導体膜２０との接触抵抗が増大する。キャップ層５０は、共晶接合材の拡散防止機能に加え、ＩＴＯ膜３０と酸素との接触を抑制する機能を有するところ、キャップ層５０にクラックが生じると、このクラックを介して酸素が進入する。従って、キャップ層５０にクラックが生じた状態において、ＩＴＯ膜３０が高温環境に曝されるとＩＴＯ膜３０の酸素欠損ドナーが減少してＩＴＯ膜３０の半導体膜２０に対する接触抵抗が増大する。ＩＴＯ膜３０が高温環境に曝される場合としては、例えば、半導体膜２０と支持基板６０との接合時、半導体発光装置の基板への実装時、発光動作時などが挙げられる。
【００１３】
表１は、図１に示す構成の半導体発光装置において、半導体膜２０と支持基板６０との接合を大気中および真空中で行った場合のＩＴＯ膜３０と半導体膜２０との接触抵抗を測定した結果である。いずれも設定温度は３４０℃とした。測定に使用したサンプルは各条件につき３個ずつである。半導体膜２０と支持基板６０との接合を大気中で行うと、真空中で行う場合よりも接触抵抗が１０倍程度高くなることが明らかとなった。すなわち、上記したＩＴＯ膜３０の接触抵抗増大のメカニズムを裏付ける結果が得られた。
【００１４】
【表１】
【００１５】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
【００１６】
図２は、本発明の実施例に係る半導体発光装置１の構成を示す断面図である。半導体発光装置１は、半導体膜２０が、その結晶成長に用いられる成長用基板とは異なる支持基板６０によって支持されるthin-film構造のＬＥＤである。半導体膜２０は、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて構成され、ｎ型半導体層の表面が光取り出し面となっている。ｎ型半導体層の表面には、ｎ電極７０が形成されている。
【００１７】
半導体膜２０の光取り出し面とは反対側の面（すなわち、ｐ型半導体層の表面）には、半導体膜２０に対して電気的なコンタクトをとるためのＩＴＯ膜３０が形成されている。すなわち、ＩＴＯ膜３０は、半導体膜２０との間でオーミック性接触を形成している。ＩＴＯ膜３０は、半導体膜２０表面の比較的広い範囲を覆うように形成され、正方向、長方形などの形状にパターニングされている。
【００１８】
酸素吸着部８０は、ＩＴＯ膜３０の外縁部を覆うように形成されている。すなわち、酸素吸着部８０は、ＩＴＯ膜３０の各辺に沿った矩形環状パターンを有し、ＩＴＯ膜の上面の一部と側面とを覆っている。ＩＴＯ膜３０の上面は、その外縁部が酸素吸着部８０で覆われているものの、大部分は後述する反射電極４０で覆われている。酸素吸着部８０は、半導体発光装置１の内部に存在する酸素を吸着する機能を有する材料により構成される。酸素吸着部８０は、イオン化傾向が比較的高く、酸化しやすい被酸化性金属、例えば、Ｎｉ、Ａｌなどにより構成されえる。特に水素よりもイオン化傾向が高い材料が好ましい。また、酸素に対してゲッタリング効果を有するＴｉ等により酸素吸着部８０を構成することも可能である。「酸素に対してゲッタリング効果を有する」とは、酸素吸着部８０が、半導体発光装置内部に侵入した酸素を捕捉する機能を持つことを意味する。
【００１９】
ＩＴＯ膜３０の表面には、Ａｇなどの高反射率を有する金属からなる反射電極４０が設けられている。反射電極４０は、ＩＴＯ膜３０との界面において光反射面を形成し、発光層から発せられた光を光取り出し面に向けて反射させる。ＩＴＯ膜３０の上面および側面は、酸素吸着部８０および反射電極４０によって完全に覆われている。
【００２０】
キャップ層５０は、ＩＴＯ膜３０、酸素吸着部８０および反射電極４０からなる積層体を全体的に覆うように設けられている。キャップ層５０は、ＡｕＳｎ等の共晶接合材に対してバリア機能を持つＴｉＷ層およびＴｉ層を含んでいる。また、キャップ層５０を設けることによりＩＴＯ膜３０と酸素との接触が抑制される。ＩＴＯ膜３０の上面および側面は、酸素吸着部８０および反射電極４０によって完全に覆われている為、ＩＴＯ膜３０とキャップ層５０とは非接触となっている。
【００２１】
支持基板６０は、Ｓｉ基板等により構成され、ＡｕＳｎ等の共晶接合材からなる共晶メタル層６１を介してキャップ層５０に接合されている。
【００２２】
上記した構成を有する半導体発光装置１の製造方法について以下に説明する。図３（ａ）〜（ｅ）および図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【００２３】
（半導体層形成工程）
半導体結晶の成長を行うための成長用基板としてサファイア基板１０を用意する。サファイア基板１０を水素雰囲気中で１０００℃、１０分間加熱してサファイア基板１０のサーマルクリーニングを行う。次にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によりサファイア基板１０上に低温バッファ層、下地ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮ層からなる半導体膜２０を形成する。具体的には、基板温度を５００℃とし、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）（流量10.4μmol/min）およびＮＨ３（流量3.3LM）を約３分間供給してＧａＮからなる低温バッファ層をサファイア基板１０上に形成する。その後、基板温度を１０００℃まで昇温し、約３０秒間保持することで低温バッファ層を結晶化させる。続いて、基板温度を１０００℃に保持したままＴＭＧ（流量45μmol/min）およびＮＨ３（流量4.4LM）を約２０分間供給し、厚さ約１μｍの下地ＧａＮ層を形成する。次に、基板温度１０００℃にてＴＭＧ（流量45μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）およびドーパントガスとしてＳｉＨ４（流量2.7×10-9mol/min）を約１００分間供給し、厚さ約５μｍのｎ型ＧａＮ層を形成する。続いて、ｎ型ＧａＮ層の上に発光層を形成する。本実施例では、発光層としてInGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を適用した。すなわち、InGaN/GaNを１周期として５周期の成長を行う。具体的には、基板温度を７００℃とし、ＴＭＧ（流量3.6μmol/min）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）（流量10μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）を約３３秒間供給し、厚さ約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を形成し、続いてＴＭＧ（流量3.6μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）を約３２０秒間供給して厚さ約１５ｎｍのＧａＮ障壁層を形成する。かかる処理を５周期分繰り返すことにより発光層が形成される。次に、基板温度を８７０℃まで昇温し、ＴＭＧ（流量8.1μmol/min）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）（流量7.5μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）およびドーパントとしてＣｐ２Ｍｇ（bis-cyclopentadienyl Mg）（流量2.9×10-7μmol/min）を約５分間供給し、厚さ約４０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を形成する。続いて、基板温度を保持したまま、ＴＭＧ（流量18μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）およびドーパントとしてＣｐ２Ｍｇ（流量2.9×10-7μmol/min）を約７分間供給し、厚さ約１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を形成する。サファイア基板１０上には、これらの各層によって構成される半導体膜２０が形成される（図３（ａ））。
【００２４】
（ｐ型ＧａＮ層活性化工程）
ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ｐ型ＧａＮ層の活性化を行う。成長過程において、ｐ型ＧａＮ層の層内にはキャリアガスの原料である水素が混入しており、Ｍｇ−Ｈ結合が形成されている。このような状態では、ドープされたＭｇはドーパントとしての機能を果たすことができず、ｐ型ＧａＮ層は高抵抗化している。この為、ｐ型ＧａＮ層内に混入している水素を脱離させる活性化工程が必要となる。具体的には、４００℃の不活性ガス雰囲気中でウエハの熱処理を行ってｐ型ＧａＮ層を活性化させる。
【００２５】
（ＩＴＯ膜形成工程）
半導体膜２０のｐ型ＧａＮ層の表面を洗浄した後、基板温度を約２００℃とし、スパッタ法によりｐ型ＧａＮ層の表面に厚さ約４０ｎｍのＩＴＯ膜３０を形成する。次に、ＩＴＯ膜３０上に、半導体発光装置の１区画を画定する分割ラインに沿った格子状の開口パターンを有するレジストマスク（図示せず）を形成し、このレジストマスクを介してＩＴＯ膜３０を硝酸と塩酸の混合液を用いたウェットエッチングにより除去してＩＴＯ膜３０にパターニングを施す。このウェットエッチングによりＩＴＯ膜３０には上記分割ラインに沿った格子状の溝が形成され、ＩＴＯ膜３０は、ウエハ内に形成される複数の発光素子毎に分割される。分割されたＩＴＯ膜３０の個片の各々が正方形または長方形となるようにパターニングされる。レジストマスクを除去した後、４５０℃の酸素を含む雰囲気中にウエハを投入し、１分間の熱処理を行う。この熱処理によりＩＴＯ膜３０と半導体膜２０との間にオーミック性接触が形成され、接触抵抗が大幅に低減される（図３（ｂ））。
【００２６】
（酸素吸着部形成工程）
正方形または長方形にパターニングされたＩＴＯ膜３０の外縁部を覆うように酸素吸着部８０を形成する。具体的には、ＩＴＯ膜３０が形成されたウエハ上にＩＴＯ膜３０のエッジ部周辺に開口を有するレジストを形成した後、ＥＢ蒸着法などにより厚さ２０ｎｍ程度のＮｉをウエハ上に成膜する。その後、不要部分のＮｉをレジストと共に除去することにより酸素吸着部８０を形成する（図３（ｃ））。酸素吸着部８０は、イオン化傾向の比較的高く、酸化しやすい金属により構成することができ、Ｎｉ以外にはＡｌなどが候補材料として挙げられる。また、酸素に対してゲッタリング効果を有するＴｉ等により酸素吸着部８０を構成することも可能である。
【００２７】
図５は、酸素吸着部８０の形成まで完了したウエハの一部を示す上面図である。酸素吸着部８０は、ＩＴＯ膜３０の外縁を囲むように形成され、ＩＴＯ３０膜の上面の一部と側面を覆う。酸素吸着部８０がＩＴＯ膜３０の上面を覆う範囲は、例えばＩＴＯ膜３０の各辺から約５μｍの範囲とすることができる。酸素吸着部８０がＩＴＯ膜３０の上面を被覆する面積が大きくなりすぎると、酸素吸着部８０を構成する金属による光吸収の影響が大きくなり光取り出し効率が低下する。酸素吸着部８０がＩＴＯ膜３０の上面を覆う範囲は、パターンずれ等の影響をも考慮してＩＴＯ膜３０の各辺から２μｍ以上２０μｍ以下の範囲に設定することが好ましい。また、酸素吸着部８０は、ＩＴＯ膜３０の外側にもＩＴＯ膜３０の各辺から約５μｍ程度の範囲に延在していることが好ましい。尚、酸素吸着部８０がＩＴＯ膜の外側に延在する範囲は、上記と同様の理由によりＩＴＯ膜３０の各辺から２μｍ以上２０μｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
【００２８】
ＩＴＯ膜３０は、比較的小さい膜厚で形成される為、ＩＴＯ膜３０側面、すなわち段差部を覆う酸素吸着部８０のカバレージ性は良好であり、酸素吸着部８０に空隙やクラックが生じることはない。尚、酸素吸着部８０の厚さは１ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。酸素吸着部８０の厚さが大きくなりすぎると、半導体膜２０と支持基板６０との接合面に形成される段差が大きくなり好ましくない。一方、酸素吸着部８０の厚さが小さくなりすぎると、酸素吸着部８０による酸素吸着機能が低下する。
【００２９】
（反射電極形成工程）
ＩＴＯ膜３０上に開口部を有するレジスト（図示せず）を形成した後、逆スパッタ法によりＩＴＯ膜３０の表面を浄化する。次に、スパッタ法によりウエハ全面に厚さ１５０ｎｍ程度のＡｇ膜を形成した後、不要部分のＡｇ膜を上記のレジストと供に除去することによりＡｇ膜のパターニングを行って、反射電極４０を形成する（図３（ｄ））。反射電極４０は、ＩＴＯ膜３０の表面を覆うと共にＩＴＯ膜３０の上面を部分的に覆う酸素吸着部８０をも覆うように形成される。ＩＴＯ膜３０の上面および側面は、露出部分が生じないように酸素吸着部８０および反射電極４０によって完全に覆われている。
【００３０】
（キャップ層形成工程）
ＩＴＯ膜３０の形成領域に対応する部分に開口部を有するレジスト（図示せず）を形成する。次に、ＩＴＯ膜３０、酸素吸着部８０および反射電極４０からなる積層体を全体的に覆うようにスパッタ法などによりＴｉＷ（厚さ４００ｎｍ）、Ｔｉ（厚さ１００ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ２００ｎｍ）、Ａｕ（厚さ２００ｎｍ）を順次堆積した後、不要部分を上記のレジストと供に除去することによりパターニングを行って、キャップ層５０を形成する（図３（ｅ））。キャップ層５０を形成する上記の金属のうち、ＴｉＷ層およびＴｉ層は、共晶メタル層６１を構成するＡｕＳｎの反射電極４０への拡散を防止するバリア層として機能する。Ｐｔ層およびＡｕ層は、ＡｕＳｎに対する濡れ性を向上させるための層である。ＩＴＯ膜３０の上面および側面は、酸素吸着部８０および反射電極４０によって完全に覆われている為、ＩＴＯ膜３０とキャップ層５０は非接触となっている。
【００３１】
（素子分割溝形成工程）
半導体膜２０に半導体発光装置の１区画を画定する素子分割溝２２を形成する。具体的には、半導体膜２０の表面に素子分割溝２２のパターンに対応した格子状パターンのレジスト（図示せず）を形成する。次に、ウエハをＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に投入し、Ｃｌ２プラズマによるドライエッチングにより上記レジストの開口部において露出している半導体膜２０をエッチングする。これにより半導体膜２０には、サファイア基板１０に達する格子状の素子分割溝２２が形成される。素子分割溝２２の形成により、半導体膜２０は例えば一辺が１０００μｍの個片（チップ）に分割される（図４（ａ））。
【００３２】
（支持基板接合工程）
半導体膜２０を支持するための支持基板６０を用意する。支持基板６０は、例えば熱伝導率がサファイア基板１０よりも高く、半導体膜２０を支持するのに十分な機械的強度を有する部材が好ましい。支持基板６０として、例えばシリコン基板、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、金属基板などを用いることが可能である。支持基板６０の表面には、共晶接合材であるＡｕＳｎなどからなる共晶メタル層６１が形成されている。共晶メタル層６１と、キャップ層５０とを密着させ真空中でこれらを熱圧着することにより、半導体膜２０と支持基板６０とを接合する（図４（ｂ））。
【００３３】
（成長用基板除去工程）
サファイア基板１０を半導体膜２０から剥離する。サファイア基板１０の剥離には、レーザリフトオフ法を用いることができる。具体的には、サファイア基板１０の裏面（半導体膜２０の形成面とは反対側の面）からエキシマレーザを照射する。これによりサファイア基板１０との界面近傍におけるＧａＮ結晶がＧａとＮ２ガスに分解し、サファイア基板１０が半導体膜２０から剥離する。
【００３４】
（ｎ電極形成工程）
サファイア基板１０を除去することにより表出した半導体膜２０のｎ型ＧａＮ層の表面にＴｉおよびＡｌを順次蒸着した後、これをエッチングまたはリフトオフなどによりパターニングしてｎ電極７０を形成する。尚、ｎ電極７０を形成する前に、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ溶液を用いた表面処理を行うことにより、ｎ型ＧａＮ層の表面に凹凸を形成することとしてもよい。これにより、半導体発光装置の光取り出し効率の向上を図ることができる（図４（ｃ））。以上の各工程を経ることにより、半導体発光装置１が完成する。
【００３５】
本発明の実施例に係る半導体発光装置１において、ＩＴＯ膜３０、酸素吸着部８０および反射電極４０からなる積層体の厚さは比較的大きい故、キャップ層５０には依然として空隙（クラック）が生じ得る。キャップ層５０に空隙（クラック）が生じると、空隙（クラック）を介して酸素が進入することが考えられる。キャップ層５０とＩＴＯ膜３０の間には酸素吸着部８０が介在している故、キャップ層５０に生じた空隙（クラック）は、ＩＴＯ膜３０に達することはない。キャップ層５０に生じた空隙（クラック）を介して進入した酸素は、ＩＴＯ膜３０に達する前に酸素吸着部８０によって吸着されるので、ＩＴＯ膜３０が酸素に曝されることが防止される。すなわち、キャップ層５０に生じた空隙（クラック）を介して進入した酸素は、酸素吸着部８０を酸化させるために消費されるか、または酸素吸着部８０によるゲッタリング効果によって捕捉される。これにより、キャップ層５０に空隙（クラック）が生じている状態において、半導体発光装置１が高温環境に曝されても、ＩＴＯ膜３０における酸素欠損ドナーの減少を抑制することができ、ＩＴＯ膜３０の半導体膜２０に対する接触抵抗の増大を防止することが可能となる。酸素吸着部８０をＩＴＯ膜３０の側面のみならず上面の一部をも覆うように形成することで、ＩＴＯ膜３０と酸素との接触をより確実に防ぐことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 半導体発光装置
１０ サファイア基板
２０ 半導体膜
３０ ＩＴＯ膜
４０ 反射電極
５０ キャップ層
６０ 支持基板
８０ 酸素吸着部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光装置に関し、特に半導体膜に対するコンタクト層として機能するＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）膜を有する半導体発光装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ等の半導体発光装置は、近年の技術の進歩により高効率、高出力化されている。しかし、高出力化に伴って発光素子から発せられる熱量も増加し、これによる信頼性の低下が問題となっている。これを解決するために結晶成長に用いられる比較的熱伝導率の低い成長用基板を除去し、これに代えて比較的熱伝導率の高い部材で半導体層を支持する所謂thin-film構造のＬＥＤが提案されている。Thin-film構造によれば、発光素子の放熱性が改善される他、成長用基板を除去することにより光取り出し効率の向上も期待できる。例えば、ＧａＮ系半導体結晶を含む半導体層から成長用基板を剥離する方法として成長用基板の裏面側からレーザを照射してＧａＮを分解するレーザリフトオフ（ＬＬＯ）法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５１６４１５号公報
【特許文献２】特開２０００−２２８５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、従来のthin-film構造を有する半導体発光装置の構成を示す断面図である。ＧａＮ等のIII族窒化物半導体からなる半導体膜２０は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によりサファイア基板等の成長用基板（図示せず）上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次積層することにより形成される。半導体膜２０（ｐ型半導体層）上には、半導体膜２０に対して電気的コンタクトをとるためにＩＴＯ膜３０が形成される。ＩＴＯ膜３０を成膜した後に酸素雰囲気下においてアニール処理を行うことによりＩＴＯ膜３０は、半導体膜２０との間でオーミック性接触を形成する。続いて、ＩＴＯ膜３０の表面を覆うように、高反射率を有するＡｇ等からなる反射電極４０が形成される。次に、ＩＴＯ膜３０と反射電極４０からなる積層体を覆うようにキャップ層５０を形成する。キャップ層５０は、支持基板６０と半導体膜２０とを接合するためのＡｕＳｎ等の共晶接合材の反射電極４０への拡散を防止する役割を担う。次に、キャップ層５０の表面を接合面として、支持基板６０と半導体膜２０とを共晶接合する。支持基板６０として、例えば熱伝導性が良好なＳｉ基板を用いることができる。次に、レーザリフトオフ法などにより成長用基板を除去する。その後、成長用基板を除去することにより表出した半導体膜２０（ｎ型半導体層）の表面にｎ電極７０を形成する。
【０００５】
上記の構造を有する従来の半導体発光装置において、半導体発光装置が、酸素存在下において高温環境に曝されると、ＩＴＯ膜３０の半導体膜２０に対する接触抵抗が増加することが明らかとなった。本発明者らの調査により、ＩＴＯ膜３０の接触抵抗の増加は、キャップ層５０に生じる空隙（クラック）（図１参照）に起因するものであることが判明した。
【０００６】
キャップ層５０に空隙（クラック）が生じる理由は、ＩＴＯ膜３０と反射電極４０からなる積層体の側面近傍、すなわち段差部におけるキャップ層５０のカバレージ性が良好ではないためである。ＩＴＯ膜３０および反射電極４０は、それぞれコンタクト層および反射層としての機能を確保するために一定以上の厚さが必要とされる故、段差部をなくすことは困難であり、従って、キャップ層５０の空隙（クラック）の発生を完全に排除することは困難である。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、半導体膜に対するコンタクト層として機能するＩＴＯ膜を有する半導体発光装置において、ＩＴＯ膜と半導体膜との接触の増大を抑制することができる半導体発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体発光装置は、発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜上に設けられたＩＴＯ膜と、前記ＩＴＯ膜の上面の一部および側面を覆う酸素吸着性を有する酸素吸着部と、前記ＩＴＯ膜の上面に設けられた光反射性を有する反射電極と、前記ＩＴＯ膜、前記酸素吸着部および前記反射電極からなる積層体を覆うキャップ層と、前記キャップ層上に接合層を介して接合された支持基板と、を含むことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、成長用基板上に発光層を含む半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上にＩＴＯ膜を形成する工程と、前記ＩＴＯ膜の外縁部において前記ＩＴＯ膜の上面および側面を覆うように酸素吸着性を有する酸素吸着部を形成する工程と、前記ＩＴＯ膜の上面に光反射性を有する反射電極を形成する工程と、前記ＩＴＯ膜、前記酸素吸着部および前記反射電極からなる積層体を覆うようにキャップ層を形成する工程と、前記キャップ層上に接合層を介して支持基板を接合する工程と、を含み、前記キャップ層は、前記ＩＴＯ膜に対して非接触であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光装置によれば、ＩＴＯ膜とキャップ層との間には酸素吸着部が介在しているので、キャップ層に空隙（クラック）が生じた場合でも、この空隙（クラック）がＩＴＯ膜に達することはない。キャップ層に生じた空隙（クラック）を介して進入した酸素は、ＩＴＯ膜に達する前に酸素吸着部によって吸着されるので、ＩＴＯ膜が酸素に曝されることが防止される。従って、ＩＴＯ膜における酸素欠損ドナーの減少を抑制することができ、ＩＴＯ膜の半導体膜に対する接触抵抗の増大を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来のthin-film構造を有する半導体発光装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係る酸素吸着部の形成まで完了したウエハの一部を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
はじめに、本発明者らによって推定された、キャップ層５０に生じた空隙（クラック）によりＩＴＯ膜３０の接触抵抗が増加する理由を以下に示す。ＩＴＯ膜３０は、ｎ型の導電型を有し、そのドナーはＩｎの位置を置換してイオン化したＳｎ４＋と、Ｉｎ２Ｏ３から酸素が欠損した酸素欠損ドナーの２つからなる。ＩＴＯ膜３０と半導体膜２０との間でオーミック性接触を形成するためのアニール処理を行った後に、更に酸素雰囲気下でアニール処理を行うと、ＩＴＯ膜３０の結晶性が向上して酸素欠損ドナーが減少する。これにより、ＩＴＯ膜３０と半導体膜２０との接触抵抗が増大する。キャップ層５０は、共晶接合材の拡散防止機能に加え、ＩＴＯ膜３０と酸素との接触を抑制する機能を有するところ、キャップ層５０にクラックが生じると、このクラックを介して酸素が進入する。従って、キャップ層５０にクラックが生じた状態において、ＩＴＯ膜３０が高温環境に曝されるとＩＴＯ膜３０の酸素欠損ドナーが減少してＩＴＯ膜３０の半導体膜２０に対する接触抵抗が増大する。ＩＴＯ膜３０が高温環境に曝される場合としては、例えば、半導体膜２０と支持基板６０との接合時、半導体発光装置の基板への実装時、発光動作時などが挙げられる。
【００１３】
表１は、図１に示す構成の半導体発光装置において、半導体膜２０と支持基板６０との接合を大気中および真空中で行った場合のＩＴＯ膜３０と半導体膜２０との接触抵抗を測定した結果である。いずれも設定温度は３４０℃とした。測定に使用したサンプルは各条件につき３個ずつである。半導体膜２０と支持基板６０との接合を大気中で行うと、真空中で行う場合よりも接触抵抗が１０倍程度高くなることが明らかとなった。すなわち、上記したＩＴＯ膜３０の接触抵抗増大のメカニズムを裏付ける結果が得られた。
【００１４】
【表１】
【００１５】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
【００１６】
図２は、本発明の実施例に係る半導体発光装置１の構成を示す断面図である。半導体発光装置１は、半導体膜２０が、その結晶成長に用いられる成長用基板とは異なる支持基板６０によって支持されるthin-film構造のＬＥＤである。半導体膜２０は、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて構成され、ｎ型半導体層の表面が光取り出し面となっている。ｎ型半導体層の表面には、ｎ電極７０が形成されている。
【００１７】
半導体膜２０の光取り出し面とは反対側の面（すなわち、ｐ型半導体層の表面）には、半導体膜２０に対して電気的なコンタクトをとるためのＩＴＯ膜３０が形成されている。すなわち、ＩＴＯ膜３０は、半導体膜２０との間でオーミック性接触を形成している。ＩＴＯ膜３０は、半導体膜２０表面の比較的広い範囲を覆うように形成され、正方向、長方形などの形状にパターニングされている。
【００１８】
酸素吸着部８０は、ＩＴＯ膜３０の外縁部を覆うように形成されている。すなわち、酸素吸着部８０は、ＩＴＯ膜３０の各辺に沿った矩形環状パターンを有し、ＩＴＯ膜の上面の一部と側面とを覆っている。ＩＴＯ膜３０の上面は、その外縁部が酸素吸着部８０で覆われているものの、大部分は後述する反射電極４０で覆われている。酸素吸着部８０は、半導体発光装置１の内部に存在する酸素を吸着する機能を有する材料により構成される。酸素吸着部８０は、イオン化傾向が比較的高く、酸化しやすい被酸化性金属、例えば、Ｎｉ、Ａｌなどにより構成されえる。特に水素よりもイオン化傾向が高い材料が好ましい。また、酸素に対してゲッタリング効果を有するＴｉ等により酸素吸着部８０を構成することも可能である。「酸素に対してゲッタリング効果を有する」とは、酸素吸着部８０が、半導体発光装置内部に侵入した酸素を捕捉する機能を持つことを意味する。
【００１９】
ＩＴＯ膜３０の表面には、Ａｇなどの高反射率を有する金属からなる反射電極４０が設けられている。反射電極４０は、ＩＴＯ膜３０との界面において光反射面を形成し、発光層から発せられた光を光取り出し面に向けて反射させる。ＩＴＯ膜３０の上面および側面は、酸素吸着部８０および反射電極４０によって完全に覆われている。
【００２０】
キャップ層５０は、ＩＴＯ膜３０、酸素吸着部８０および反射電極４０からなる積層体を全体的に覆うように設けられている。キャップ層５０は、ＡｕＳｎ等の共晶接合材に対してバリア機能を持つＴｉＷ層およびＴｉ層を含んでいる。また、キャップ層５０を設けることによりＩＴＯ膜３０と酸素との接触が抑制される。ＩＴＯ膜３０の上面および側面は、酸素吸着部８０および反射電極４０によって完全に覆われている為、ＩＴＯ膜３０とキャップ層５０とは非接触となっている。
【００２１】
支持基板６０は、Ｓｉ基板等により構成され、ＡｕＳｎ等の共晶接合材からなる共晶メタル層６１を介してキャップ層５０に接合されている。
【００２２】
上記した構成を有する半導体発光装置１の製造方法について以下に説明する。図３（ａ）〜（ｅ）および図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【００２３】
（半導体層形成工程）
半導体結晶の成長を行うための成長用基板としてサファイア基板１０を用意する。サファイア基板１０を水素雰囲気中で１０００℃、１０分間加熱してサファイア基板１０のサーマルクリーニングを行う。次にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によりサファイア基板１０上に低温バッファ層、下地ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮ層からなる半導体膜２０を形成する。具体的には、基板温度を５００℃とし、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）（流量10.4μmol/min）およびＮＨ３（流量3.3LM）を約３分間供給してＧａＮからなる低温バッファ層をサファイア基板１０上に形成する。その後、基板温度を１０００℃まで昇温し、約３０秒間保持することで低温バッファ層を結晶化させる。続いて、基板温度を１０００℃に保持したままＴＭＧ（流量45μmol/min）およびＮＨ３（流量4.4LM）を約２０分間供給し、厚さ約１μｍの下地ＧａＮ層を形成する。次に、基板温度１０００℃にてＴＭＧ（流量45μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）およびドーパントガスとしてＳｉＨ４（流量2.7×10-9mol/min）を約１００分間供給し、厚さ約５μｍのｎ型ＧａＮ層を形成する。続いて、ｎ型ＧａＮ層の上に発光層を形成する。本実施例では、発光層としてInGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を適用した。すなわち、InGaN/GaNを１周期として５周期の成長を行う。具体的には、基板温度を７００℃とし、ＴＭＧ（流量3.6μmol/min）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）（流量10μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）を約３３秒間供給し、厚さ約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を形成し、続いてＴＭＧ（流量3.6μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）を約３２０秒間供給して厚さ約１５ｎｍのＧａＮ障壁層を形成する。かかる処理を５周期分繰り返すことにより発光層が形成される。次に、基板温度を８７０℃まで昇温し、ＴＭＧ（流量8.1μmol/min）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）（流量7.5μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）およびドーパントとしてＣｐ２Ｍｇ（bis-cyclopentadienyl Mg）（流量2.9×10-7μmol/min）を約５分間供給し、厚さ約４０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を形成する。続いて、基板温度を保持したまま、ＴＭＧ（流量18μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）およびドーパントとしてＣｐ２Ｍｇ（流量2.9×10-7μmol/min）を約７分間供給し、厚さ約１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を形成する。サファイア基板１０上には、これらの各層によって構成される半導体膜２０が形成される（図３（ａ））。
【００２４】
（ｐ型ＧａＮ層活性化工程）
ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ｐ型ＧａＮ層の活性化を行う。成長過程において、ｐ型ＧａＮ層の層内にはキャリアガスの原料である水素が混入しており、Ｍｇ−Ｈ結合が形成されている。このような状態では、ドープされたＭｇはドーパントとしての機能を果たすことができず、ｐ型ＧａＮ層は高抵抗化している。この為、ｐ型ＧａＮ層内に混入している水素を脱離させる活性化工程が必要となる。具体的には、４００℃の不活性ガス雰囲気中でウエハの熱処理を行ってｐ型ＧａＮ層を活性化させる。
【００２５】
（ＩＴＯ膜形成工程）
半導体膜２０のｐ型ＧａＮ層の表面を洗浄した後、基板温度を約２００℃とし、スパッタ法によりｐ型ＧａＮ層の表面に厚さ約４０ｎｍのＩＴＯ膜３０を形成する。次に、ＩＴＯ膜３０上に、半導体発光装置の１区画を画定する分割ラインに沿った格子状の開口パターンを有するレジストマスク（図示せず）を形成し、このレジストマスクを介してＩＴＯ膜３０を硝酸と塩酸の混合液を用いたウェットエッチングにより除去してＩＴＯ膜３０にパターニングを施す。このウェットエッチングによりＩＴＯ膜３０には上記分割ラインに沿った格子状の溝が形成され、ＩＴＯ膜３０は、ウエハ内に形成される複数の発光素子毎に分割される。分割されたＩＴＯ膜３０の個片の各々が正方形または長方形となるようにパターニングされる。レジストマスクを除去した後、４５０℃の酸素を含む雰囲気中にウエハを投入し、１分間の熱処理を行う。この熱処理によりＩＴＯ膜３０と半導体膜２０との間にオーミック性接触が形成され、接触抵抗が大幅に低減される（図３（ｂ））。
【００２６】
（酸素吸着部形成工程）
正方形または長方形にパターニングされたＩＴＯ膜３０の外縁部を覆うように酸素吸着部８０を形成する。具体的には、ＩＴＯ膜３０が形成されたウエハ上にＩＴＯ膜３０のエッジ部周辺に開口を有するレジストを形成した後、ＥＢ蒸着法などにより厚さ２０ｎｍ程度のＮｉをウエハ上に成膜する。その後、不要部分のＮｉをレジストと共に除去することにより酸素吸着部８０を形成する（図３（ｃ））。酸素吸着部８０は、イオン化傾向の比較的高く、酸化しやすい金属により構成することができ、Ｎｉ以外にはＡｌなどが候補材料として挙げられる。また、酸素に対してゲッタリング効果を有するＴｉ等により酸素吸着部８０を構成することも可能である。
【００２７】
図５は、酸素吸着部８０の形成まで完了したウエハの一部を示す上面図である。酸素吸着部８０は、ＩＴＯ膜３０の外縁を囲むように形成され、ＩＴＯ３０膜の上面の一部と側面を覆う。酸素吸着部８０がＩＴＯ膜３０の上面を覆う範囲は、例えばＩＴＯ膜３０の各辺から約５μｍの範囲とすることができる。酸素吸着部８０がＩＴＯ膜３０の上面を被覆する面積が大きくなりすぎると、酸素吸着部８０を構成する金属による光吸収の影響が大きくなり光取り出し効率が低下する。酸素吸着部８０がＩＴＯ膜３０の上面を覆う範囲は、パターンずれ等の影響をも考慮してＩＴＯ膜３０の各辺から２μｍ以上２０μｍ以下の範囲に設定することが好ましい。また、酸素吸着部８０は、ＩＴＯ膜３０の外側にもＩＴＯ膜３０の各辺から約５μｍ程度の範囲に延在していることが好ましい。尚、酸素吸着部８０がＩＴＯ膜の外側に延在する範囲は、上記と同様の理由によりＩＴＯ膜３０の各辺から２μｍ以上２０μｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
【００２８】
ＩＴＯ膜３０は、比較的小さい膜厚で形成される為、ＩＴＯ膜３０側面、すなわち段差部を覆う酸素吸着部８０のカバレージ性は良好であり、酸素吸着部８０に空隙やクラックが生じることはない。尚、酸素吸着部８０の厚さは１ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。酸素吸着部８０の厚さが大きくなりすぎると、半導体膜２０と支持基板６０との接合面に形成される段差が大きくなり好ましくない。一方、酸素吸着部８０の厚さが小さくなりすぎると、酸素吸着部８０による酸素吸着機能が低下する。
【００２９】
（反射電極形成工程）
ＩＴＯ膜３０上に開口部を有するレジスト（図示せず）を形成した後、逆スパッタ法によりＩＴＯ膜３０の表面を浄化する。次に、スパッタ法によりウエハ全面に厚さ１５０ｎｍ程度のＡｇ膜を形成した後、不要部分のＡｇ膜を上記のレジストと供に除去することによりＡｇ膜のパターニングを行って、反射電極４０を形成する（図３（ｄ））。反射電極４０は、ＩＴＯ膜３０の表面を覆うと共にＩＴＯ膜３０の上面を部分的に覆う酸素吸着部８０をも覆うように形成される。ＩＴＯ膜３０の上面および側面は、露出部分が生じないように酸素吸着部８０および反射電極４０によって完全に覆われている。
【００３０】
（キャップ層形成工程）
ＩＴＯ膜３０の形成領域に対応する部分に開口部を有するレジスト（図示せず）を形成する。次に、ＩＴＯ膜３０、酸素吸着部８０および反射電極４０からなる積層体を全体的に覆うようにスパッタ法などによりＴｉＷ（厚さ４００ｎｍ）、Ｔｉ（厚さ１００ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ２００ｎｍ）、Ａｕ（厚さ２００ｎｍ）を順次堆積した後、不要部分を上記のレジストと供に除去することによりパターニングを行って、キャップ層５０を形成する（図３（ｅ））。キャップ層５０を形成する上記の金属のうち、ＴｉＷ層およびＴｉ層は、共晶メタル層６１を構成するＡｕＳｎの反射電極４０への拡散を防止するバリア層として機能する。Ｐｔ層およびＡｕ層は、ＡｕＳｎに対する濡れ性を向上させるための層である。ＩＴＯ膜３０の上面および側面は、酸素吸着部８０および反射電極４０によって完全に覆われている為、ＩＴＯ膜３０とキャップ層５０は非接触となっている。
【００３１】
（素子分割溝形成工程）
半導体膜２０に半導体発光装置の１区画を画定する素子分割溝２２を形成する。具体的には、半導体膜２０の表面に素子分割溝２２のパターンに対応した格子状パターンのレジスト（図示せず）を形成する。次に、ウエハをＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に投入し、Ｃｌ２プラズマによるドライエッチングにより上記レジストの開口部において露出している半導体膜２０をエッチングする。これにより半導体膜２０には、サファイア基板１０に達する格子状の素子分割溝２２が形成される。素子分割溝２２の形成により、半導体膜２０は例えば一辺が１０００μｍの個片（チップ）に分割される（図４（ａ））。
【００３２】
（支持基板接合工程）
半導体膜２０を支持するための支持基板６０を用意する。支持基板６０は、例えば熱伝導率がサファイア基板１０よりも高く、半導体膜２０を支持するのに十分な機械的強度を有する部材が好ましい。支持基板６０として、例えばシリコン基板、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、金属基板などを用いることが可能である。支持基板６０の表面には、共晶接合材であるＡｕＳｎなどからなる共晶メタル層６１が形成されている。共晶メタル層６１と、キャップ層５０とを密着させ真空中でこれらを熱圧着することにより、半導体膜２０と支持基板６０とを接合する（図４（ｂ））。
【００３３】
（成長用基板除去工程）
サファイア基板１０を半導体膜２０から剥離する。サファイア基板１０の剥離には、レーザリフトオフ法を用いることができる。具体的には、サファイア基板１０の裏面（半導体膜２０の形成面とは反対側の面）からエキシマレーザを照射する。これによりサファイア基板１０との界面近傍におけるＧａＮ結晶がＧａとＮ２ガスに分解し、サファイア基板１０が半導体膜２０から剥離する。
【００３４】
（ｎ電極形成工程）
サファイア基板１０を除去することにより表出した半導体膜２０のｎ型ＧａＮ層の表面にＴｉおよびＡｌを順次蒸着した後、これをエッチングまたはリフトオフなどによりパターニングしてｎ電極７０を形成する。尚、ｎ電極７０を形成する前に、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ溶液を用いた表面処理を行うことにより、ｎ型ＧａＮ層の表面に凹凸を形成することとしてもよい。これにより、半導体発光装置の光取り出し効率の向上を図ることができる（図４（ｃ））。以上の各工程を経ることにより、半導体発光装置１が完成する。
【００３５】
本発明の実施例に係る半導体発光装置１において、ＩＴＯ膜３０、酸素吸着部８０および反射電極４０からなる積層体の厚さは比較的大きい故、キャップ層５０には依然として空隙（クラック）が生じ得る。キャップ層５０に空隙（クラック）が生じると、空隙（クラック）を介して酸素が進入することが考えられる。キャップ層５０とＩＴＯ膜３０の間には酸素吸着部８０が介在している故、キャップ層５０に生じた空隙（クラック）は、ＩＴＯ膜３０に達することはない。キャップ層５０に生じた空隙（クラック）を介して進入した酸素は、ＩＴＯ膜３０に達する前に酸素吸着部８０によって吸着されるので、ＩＴＯ膜３０が酸素に曝されることが防止される。すなわち、キャップ層５０に生じた空隙（クラック）を介して進入した酸素は、酸素吸着部８０を酸化させるために消費されるか、または酸素吸着部８０によるゲッタリング効果によって捕捉される。これにより、キャップ層５０に空隙（クラック）が生じている状態において、半導体発光装置１が高温環境に曝されても、ＩＴＯ膜３０における酸素欠損ドナーの減少を抑制することができ、ＩＴＯ膜３０の半導体膜２０に対する接触抵抗の増大を防止することが可能となる。酸素吸着部８０をＩＴＯ膜３０の側面のみならず上面の一部をも覆うように形成することで、ＩＴＯ膜３０と酸素との接触をより確実に防ぐことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 半導体発光装置
１０ サファイア基板
２０ 半導体膜
３０ ＩＴＯ膜
４０ 反射電極
５０ キャップ層
６０ 支持基板
８０ 酸素吸着部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を含む半導体膜と、
前記半導体膜上に設けられたＩＴＯ膜と、
前記ＩＴＯ膜の上面の一部および側面を覆う酸素吸着性を有する酸素吸着部と、
前記ＩＴＯ膜の上面に設けられた光反射性を有する反射電極と、
前記ＩＴＯ膜、前記酸素吸着部および前記反射電極からなる積層体を覆うキャップ層と、
前記キャップ層上に接合層を介して接合された支持基板と、を含むことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記酸素吸着部は、前記ＩＴＯ膜の外縁部を覆うように設けられ、
前記キャップ層は、前記ＩＴＯ膜に対して非接触であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記酸素吸着部は、被酸化性を有する金属からなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記酸素吸着部は、ＮｉまたはＡｌを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記酸素吸着部は、酸素を捕捉する金属からなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記酸素吸着部は、Ｔｉを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記反射電極はＡｇを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項８】
成長用基板上に発光層を含む半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜上にＩＴＯ膜を形成する工程と、
前記ＩＴＯ膜の外縁部において前記ＩＴＯ膜の上面および側面を覆うように酸素吸着性を有する酸素吸着部を形成する工程と、
前記ＩＴＯ膜の上面に光反射性を有する反射電極を形成する工程と、
前記ＩＴＯ膜、前記酸素吸着部および前記反射電極からなる積層体を覆うようにキャップ層を形成する工程と、
前記キャップ層上に接合層を介して支持基板を接合する工程と、を含み、
前記キャップ層は、前記ＩＴＯ膜に対して非接触であることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１】
発光層を含む半導体膜と、
前記半導体膜上に設けられたＩＴＯ膜と、
前記ＩＴＯ膜の上面の一部および側面を覆う酸素吸着性を有する酸素吸着部と、
前記ＩＴＯ膜の上面に設けられた光反射性を有する反射電極と、
前記ＩＴＯ膜、前記酸素吸着部および前記反射電極からなる積層体を覆うキャップ層と、
前記キャップ層上に接合層を介して接合された支持基板と、を含むことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記酸素吸着部は、前記ＩＴＯ膜の外縁部を覆うように設けられ、
前記キャップ層は、前記ＩＴＯ膜に対して非接触であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記酸素吸着部は、被酸化性を有する金属からなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記酸素吸着部は、ＮｉまたはＡｌを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記酸素吸着部は、酸素を捕捉する金属からなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記酸素吸着部は、Ｔｉを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記反射電極はＡｇを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項８】
成長用基板上に発光層を含む半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜上にＩＴＯ膜を形成する工程と、
前記ＩＴＯ膜の外縁部において前記ＩＴＯ膜の上面および側面を覆うように酸素吸着性を有する酸素吸着部を形成する工程と、
前記ＩＴＯ膜の上面に光反射性を有する反射電極を形成する工程と、
前記ＩＴＯ膜、前記酸素吸着部および前記反射電極からなる積層体を覆うようにキャップ層を形成する工程と、
前記キャップ層上に接合層を介して支持基板を接合する工程と、を含み、
前記キャップ層は、前記ＩＴＯ膜に対して非接触であることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９８５１６（Ｐ２０１３−９８５１６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３１９７（Ｐ２０１１−２４３１９７）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]