CN105518880A

CN105518880A - 半导体发光元件

Info

Publication number: CN105518880A
Application number: CN201480047832.7A
Authority: CN
Inventors: 杉山彻; 月原政志; 三好晃平; 南部纱织
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2016-04-20
Also published as: TW201517311A; KR20160027168A; JP2015050293A; WO2015029727A1

Abstract

本发明提供一种一边确保在发光层流动的电流向水平方向扩展一边进一步提高光提取效率的半导体发光元件。半导体发光元件为在支承基板上具有n型半导体层、p型半导体层以及形成在n型半导体层以及p型半导体层之间的发光层的结构，其具备：n侧电极，形成为底面与n型半导体层的上表面接触；反射电极，上表面与p型半导体层的底面接触，并形成在包含n侧电极形成部位的正下位置的区域；以及第1绝缘层，在n侧电极形成部位的正下位置，形成为上表面与反射电极的底面接触。

Description

半导体发光元件

技术领域

本发明涉及在支承基板上具有n型半导体层、p型半导体层以及形成在它们之间的发光层的半导体发光元件。

背景技术

以往，在使用氮化物半导体的发光元件中主要使用GaN。此时，从晶格匹配的观点出发，通过在蓝宝石基板上外延成长而形成缺陷少的GaN膜，来形成由氮化物半导体构成的发光元件。这里，由于蓝宝石基板为绝缘材，因此，在向GaN系的发光元件供电时，削去p型半导体层的一部分从而使n型半导体层露出，并在p型半导体层以及n型半导体层的各半导体层上形成供电用电极。这样，将供电用电极被配置成相同朝向的结构的发光元件称为“横型结构”，例如在下记的专利文献1中公开了这种技术。

另一方面，以改善发光元件的发光效率以及提高光提取效率为目的，在正被面配置p型半导体层和n型半导体层并进行供电，即“纵型结构”的发光元件的开发正在被推进。在制造该纵型结构的发光元件时，在蓝宝石基板上从下依次配置n型半导体层、发光层(也称为“活性层”。)、p型半导体层，在该p型半导体层侧结合由Si或CuW构成的支承基板后，除去蓝宝石基板。此时，元件表面成为n型半导体层，在该n型半导体侧设置电极(n侧电极)，通过将供电线即引线与该n侧电极连接来进行电压供给。

在纵型的结构中，在向p型半导体层侧的电极(以下称为“p侧电极”。)与n侧电极之间施加电压时，电流从p侧电极经由发光层流向n侧电极。通过在发光层内流过电流，发光层发光。

p侧电极和n侧电极被配置成在铅直方向上对置的位置关系。因此，在对两电极间施加电压时，从p侧电极向n侧电极形成几乎以最短距离前往的铅直方向的电流经路。此时，大部分电流流过位于n侧电极正下的发光层内，其他发光层内电流几乎不流过，存在发光区域被限定且发光效率低的问题。

针对上述课题，下述专利文件2中公开了如下结构，以使电流在与支承基板的基板面平行的方向扩展为目的将绝缘层设置在n侧电极的正下位置。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2976951号说明书

专利文献2：日本专利第4207781号说明书

发明内容

发明所要解决的技术问题

图9是模式地表示专利文献2中所公开的半导体发光元件的截面图。以往的半导体发光元件90在支承基板91上具备导电层92、反射膜93、绝缘层94、反射电极95、半导体层99以及n侧电极100而构成。半导体层99从下依次层叠有p型半导体层96、发光层97以及n型半导体层98而构成。反射电极95为与前述的“p侧电极”对应的电极。

绝缘层94被形成在包含形成有n侧电极100的位置的正下位置的区域。在绝缘层94的下层形成有由金属材料构成的反射膜93，但该反射膜93不会作为不具有欧姆特性的电极发挥作用。另一方面，反射电极95由金属材料构成，p型半导体层96之间通过实现欧姆接触而作为电极(p侧电极)发挥作用。

支承基板91与n侧电极100之间被施加电压时，由于n侧电极100的正下位置设置有绝缘层94，因此能够防止在n侧电极100的正下位置大部分电流沿铅直方向在发光层97内流动。即，电流通过反射电极95后，向与支承基板91的基板面平行的方向(水平方向)一边扩展一边向n侧电极100流动。由此，能够得到使在发光层97内流动的电流向水平方向扩展的效果，发光层97内的发光区域向水平方向扩展。

反射电极95使由发光层97发光的光中、朝向支承基板91的方向(图面朝下)放射的光反射而提取到n侧半导体层98侧(图面朝上)，由此兼顾提高光提取效率的目的。反射膜93也以相同的目的形成，使通过未形成反射电极95的部位而朝下行进的光反射，从而向n侧半导体层98侧改变行进方向，由此提高光提取效率。

但是，从发光层97朝下放射的光通过反射膜93反射而朝上提取时，该光通过反射膜93反射前和反射后两次通过绝缘膜94内。专利文献2中，作为绝缘膜94的材料，可以举出SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂等材料。通过这些材料形成绝缘膜94时，绝缘膜94以透明膜构成，但光通过该绝缘膜94内时百分之几的光被绝缘膜94吸收。更详细地讲，从发光层97通过绝缘膜94而到达反射膜93之前，3-4％左右的光被吸收，进而，通过反射膜93反射后的光通过绝缘膜94而被提取到n型半导体层98侧的外部之前，还有3-4％的光被吸收。

即，在以往的构成中，使从发光层97放射的光中朝下放射的光反射而提高提取效率，但一部分光在绝缘膜94内被吸收，因此，并不能说提取效率被充分提高。

本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的是提供一种一边确保在发光层流动的电流向水平方向扩展，一边进一步提高光提取效率的半导体发光元件。

解决问题的手段

本发明的半导体发光元件，在支承基板上具有n型半导体层、p型半导体层、形成在上述n型半导体层以及上述p型半导体层之间的发光层，所述半导体发光元件的特征在于，具备：n侧电极，形成为底面与上述n型半导体层的上表面接触；反射电极，上表面与上述p型半导体层的底面接触，并形成在包含上述n侧电极形成部位的正下位置的区域；以及第1绝缘层，在上述n侧电极形成部位的正下位置，形成为上表面与反射电极的底面接触。

根据该结构，反射电极形成到n侧电极的正下位置为止，但在该位置，在底面上形成有第1绝缘层，因此在n侧电极的正下位置电流不会流过相比反射电极的底面靠下方。电流路径形成在没有形成第1绝缘层的区域，根据上述结构，即使反射电极与n侧电极为在铅直方向上对置的位置关系，也不会出现仅在被反射电极和n侧电极夹着的区域的发光层内大部分电流流过的情况。即，即使在上述结构中，也能得到使在发光层内流动的电流在与支承基板的基板面平行的方向(水平方向)扩展的效果。

如果是参照图9说明的以往的结构，通过在反射膜93的上层所形成的绝缘层94，实现了使在发光层97内流动的电流向水平方向扩展的效果。并且，通过在该反射膜93的上层设置绝缘层94，从发光层97放射的光被反射膜93反射而被提取为止的期间，在绝缘层94内不得不通过两次，在该绝缘层94内百分之几的光被吸收。

如果是上述结构，通过设置在反射电极的下层的第1绝缘层能够实现使在发光层内流动的电流向水平方向扩展的效果。由此，反射电极的上层上并非一定设置绝缘层。其结果，从发光层向支承基板侧放射的光通过反射电极被反射而被提取到n型半导体层侧的外部之前，由于不会出现由绝缘层吸收的情况，因此，相比以往能够提高提取效率。

另外，在图9所示的以往的半导体发光元件90中，绝缘层94被形成为与反射电极95的底面的一部分接触，在反射电极95的上表面形成p型氮化物层96。因此，对于从发光层97朝下(支承基板91侧)放射的光中被反射电极95反射的光，不会被绝缘层94吸收。但是，图9的结构中，在n侧电极100的正下位置没有形成反射电极95，而形成绝缘层94。因此，对于从发光层97放射的光中朝下通过位于n侧电极100的正下区域内的光，不会被反射电极95反射，因此成为在绝缘层94的底面设置反射膜93的结构。但是，通过该反射膜93反射的光被提取到外部之前，一部分在绝缘层94被吸收这一点如上所述。

图9所示的半导体发光元件90中，设成在n侧电极100的正下位置没有形成反射电极95的结构，可以考虑到，当在铅直方向上使n侧电极100和反射电极95对置时，仅位于其间的发光层97的区域重点流过电流，可想而知发光层97内的发光区域被限定。但是，“具体实施方式”中如后所述，通过本发明发明人的专心研究发现，即使在n侧电极的正下位置形成反射电极，通过在n侧电极的正下位置且在反射电极的底面形成绝缘层(第1绝缘层)，也能够实现使在发光层流动的电流向水平方向扩展的效果。本发明即是基于此事实而做成的。

特别是，在上述结构中能够构成为，上述反射电极能够在整个上表面与上述p型半导体层的底面接触。

通过这样的结构，从发光层朝下放射的光通过反射电极反射而被向n型半导体层的上方提取之前，不会被绝缘层吸收。因此，与以往结构相比能够使光提取效率大大提高。

并且，作为其他结构能够构成为，

在上述n侧电极形成部位的正下位置，具备在由上述反射电极和上述p型半导体层夹着的位置所形成的第2绝缘层，

上述第2绝缘层的与上述支承基板的基板面平行的方向的宽度比位于该第2绝缘层的正上的上述n侧电极窄。

上述结构时，由于在反射电极的上表面形成第2绝缘层，因此，对于通过第2绝缘层内的光，通过该第2绝缘层一部分的光被吸收。但是，如上所述，本发明的结构中，通过形成在反射电极的底面的第1绝缘层能够实现使在发光层内流动的电流向水平方向扩展的效果。因此，在反射电极的上表面形成绝缘层(第2绝缘层)时，能够使该第2绝缘层的宽度变窄。即，即使将第2绝缘层的宽度设为比n侧电极窄，在发光层内流动的电流通过第1绝缘层也能向水平方向扩展。并且，这样由于能够使第2绝缘层的宽度变窄，由此即使在反射电极的上表面形成该第2绝缘层，也能够限定从发光层朝下放射而通过反射电极反射的光中、通过该第2绝缘层内的光。因此，根据该结构相比以往也能够提高光提取效率。

并且，在上述结构中，能够构成如下结构，

上述反射电极在上表面除去形成上述第2绝缘层的区域，上表面的全部均与上述p型半导体层的底面接触。

并且，本发明的半导体发光元件能够以将上述n型半导体层、上述p型半导体层以及上述发光层的全部用氮化物半导体层形成的氮化物半导体发光元件实现。

发明的效果

根据本发明的半导体发光元件，能够确保在发光层流动的电流向水平方向的扩展，并且相比以往能够进一步提高光提取效率。

附图说明

图1A为模式地表示半导体发光元件的第1实施方式的结构的截面图。

图1B为模式地表示半导体发光元件的第1实施方式的结构的平面图。

图2A为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图2B为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图2C为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图2D为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图2E为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图2F为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图2G为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图2H为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图2I为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图2J为半导体发光元件的第1实施方式的工序截面图的一部分。

图3为模式地表示半导体发光元件的第2实施方式的结构的截面图。

图4A为半导体发光元件的第2实施方式的工序截面图的一部分。

图4B为半导体发光元件的第2实施方式的工序截面图的一部分。

图5为模式地表示作为比较例形成的半导体发光元件的结构的截面图。

图6表示对实施例1、实施例2以及比较例的各元件施加电压时的、流动的电流值与电压值之间的关系(I-V特性)的图表。

图7表示对实施例1、实施例2以及比较例的各元件供给电流时得到的发光输出与电流值之间的关系的图表。

图8为模式地表示半导体发光元件的其他实施方式的结构的截面图。

图9为模式地表示以往的半导体发光元件的结构的截面图。

具体实施方式

关于本发明的半导体发光元件，参照图进行说明。另外，在各图中图面的尺寸比与实际的尺寸比不一定一致。并且，在本说明书中，“第1层位于第2层的正下”是指在与支承基板的基板面垂直的方向上，第2层位于第1层的下方。

第1实施方式

对本发明的半导体发光元件的第1实施方式的结构进行说明。

结构

图1A是模式地表示第1实施方式的半导体发光元件的结构的截面图。半导体发光元件1构成为，包括支承基板11、导电层20、绝缘层21、半导体层30以及n侧电极(42，43)。半导体层30从下依次层叠p型半导体层(32，31)、发光层33以及n型半导体层35而形成。另外，图1B为从上面观察半导体发光元件1时的模式平面图，图1A与图1B中的A-A线截面图对应。

(支承基板11)

支承基板11例如由CuW、W、Mo等导电性基板或者Si等半导体基板构成。

(导电层20)

在支承基板11的上层形成有由多层构造构成的导电层20。该导电层20在本实施方式中包括焊锡层13、焊锡层15、保护层17以及反射电极19。

焊锡层13以及焊锡层15例如由Au-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、Sn等构成。如后所述，这些焊锡层13和焊锡层15是使形成在支承基板11上的焊锡层13与形成在另一块基板(后述的蓝宝石基板61)上的焊锡层15对置后，通过将两者贴合而形成。

保护层17例如通过Pt系的金属(Ti和Pt的合金)、W、Mo、Ni等构成。如后所述，在经由焊锡层贴合时，构成焊锡的材料向后述的反射电极19侧扩散，起到防止因反射率降低而引起的发光效率降低的作用。

反射电极19例如由Ag系金属(Ni和Ag的合金)、Al、Rh等构成。设想半导体发光元件1将从发光层33放射出的光向图1A的上方(n型半导体层35侧)提取的情况，反射电极19通过使从发光层33朝下放射的光朝上反射从而起到提高发光效率的作用。另外，图1A中朝上的箭头表示光提取方向。

反射电极19形成在包括n侧电极(42，43)的正下位置的p型半导体层(31，32)的下层。特别是，如图1A所示，本实施方式中反射电极19的上表面形成为整体与p型半导体层32接触。并且，在对支承基板11与n侧电极(42，43)之间施加电压时，形成经由支承基板11、焊锡层(13，15)、保护层17、反射电极19、半导体层30向n侧电极(42，43)流动的电流路径。

(绝缘层21)

绝缘层21例如由SiO₂、SiN、Zr₂O₃、AlN、Al₂O₃等构成。该绝缘层21与“第1绝缘层”对应。

绝缘层21形成在n侧电极(42，43)的正下位置，绝缘层21的上表面与反射电极19的底面接触。该绝缘层21起到将在发光层33流动的电流向与支承基板11的基板面平行的方向(水平方向)扩展的作用。进而，在半导体层30的外侧位置也形成绝缘层21，工艺流程方面如后所述，绝缘层21在元件分离时作为蚀刻阻挡层起作用。

(半导体层30)

如上所述半导体层30从下依次层叠p型半导体层32、p型半导体层31、发光层33以及n型半导体层35而成。

p型半导体层32例如由GaN构成。并且，p型半导体层31由例如Al_mGa_1-mN(0≤m＜1)构成。任一层中均掺杂有Mg、Be、Zn或C等p型杂质。另外，相比p型半导体层31，p型半导体层32的杂质浓度为高浓度，并形成接触层。

发光层33例如通过具有通过重复由InGaN构成的阱层和由AlGaN构成的阻挡层而成的多量子阱结构的半导体层而形成。这些层可以为未掺杂、也可以为掺杂成p型或n型。

n型半导体层35以包含例如由Al_nGa_1-nN(0≤n＜1)构成的层(电子供给层)和由GaN构成的层(保护层)的多层结构构成。至少在保护层中掺杂Si、Ge、S、Se、Sn、或Te等n型杂质。

(n侧电极42，n侧电极43)

n侧电极(42，43)为n型半导体层35的上层，在图1A所示的截面图中形成在n型半导体层35的端部附近区域和中央近旁区域，例如由Cr-Au构成。在端部附近区域形成的对应于n侧电极43、在中央近旁区域形成的对应于n侧电极42。并且，在n侧电极43上，例如在区域43a以及43b中，连接有由Au、Cu等构成的引线45，该引线45的另一方与配置有半导体发光元件1的基板(支承基板11)的供电图案等连接(未图示)。即，n侧电极43作为半导体发光元件1的供电端子起作用。另外，图1A以及图1B，构成为n侧电极42形成于中央近旁的一处，但也可以通过形成多个该n侧电极42而配置成格子状。进而，也可以将n侧电极42彼此交叉而配置成网格状。

并且，也如图1B所示，n侧电极42与n侧电极43在半导体层30的上面连结，起到在半导体层30的平面上扩展电流路径的作用。即，n型半导体层35的上表面中、在与构成供电端子的n侧电极43不同的部位与n型半导体层35的上表面接触，由此，在通电时在水平方向上，n型半导体层35的较宽的范围内流动电流，由此，以在发光层33内的较宽的范围内流动电流为目的形成。

另外，虽然未图示，也可以在半导体层30的侧面形成绝缘层作为保护膜。另外，作为该保护膜的绝缘层优选通过具有透光性的材料(例如SiO₂等)构成。并且，在上述实施方式中，将构成p型半导体层31的一材料记为Al_mGa_1-mN(0≤m＜1)，将构成n型半导体层35的一材料记为Al_nGa_1-nN(0≤n＜1)，但它们也可以为相同材料。

并且，以进一步提高光提取效率为目的，可以在n型半导体层35的上表面形成微小的凹凸(台面结构)。

根据图1A所示的结构，虽然反射电极19形成在包括n侧电极(42，43)的正下位置的区域，但在n侧电极(42，43)的正下位置绝缘层21形成在反射电极19的底面，因此在n侧电极(42，43)的正下位置，相比反射电极19的底面还靠下方电流不会流过。电流路径形成在没有形成绝缘层21的区域，因此，根据上述结构，即使反射电极19与n侧电极(42，43)处于在铅直方向上对置的位置关系，也不会出现大部分电流仅流过被反射电极19和n侧电极(42，43)夹着的区域的发光层33内的情况。即，根据如图1A所示的半导体发光元件1，即使不在反射电极19的上层设置绝缘层，也能得到使在发光层33内流动的电流向与支承基板11的基板面平行的方向(水平方向)扩展的效果。

其结果，从发光层33向支承基板11侧放射的光通过反射电极19反射而被提取到n型半导体层35侧之前，不会被绝缘层吸收，相比以往提取效率提高。

对于根据本实施方式的半导体发光元件1既能实现与以往结构同等的低电压驱动又能相比以往结构提高光提取效率的内容，在说明完第2实施方式的结构后，参照基于实施例以及比较例的元件的结果表示。

〈制造方法〉

接着，对半导体发光元件1的制造方法的一例参照图2A～图2J所示的工序截面图进行说明。另外，以下说明的制造条件以及膜厚等寸法仅是举出一例，并不受这些数值限定。

(步骤S1)

如图2A所示，在蓝宝石基板61上形成有外延层40。该步骤S1例如通过以下的顺序进行。

(准备蓝宝石基板61)

首先，进行C面蓝宝石基板61的清洗。具体而言，该清洗如下进行，例如在MOCVD(MetalOrGanicChemicalVaporDeposition：金属有机化学气相沉积)装置的处理炉内配置c面蓝宝石基板61，在处理炉内一边流动流量为10slm的氢气一边将炉内温度升高至例如1150℃。

(未掺杂层36的形成)

接着，在C面蓝宝石基板61的表面形成由GaN构成的低温缓冲层，进而在其上层形成由GaN构成的基底层。这些低温缓冲层以及基底层与未掺杂层36对应。

未掺杂层36的更具体的形成方法例如如下。首先，将MOCVD装置的炉内压力设为100kPa、将炉内温度设为480℃。并且，在处理炉内，作为载气流动流量分别为5slm的氮气以及氢气，作为原料气体，向处理炉内供给68秒流量为50μmol/min的三甲基镓(TMG)以及流量为250000μmol/min的氨。由此，在C面蓝宝石基板61的表面形成厚度为20nm的由GaN构成的低温缓冲层。

接着，将MOCVD装置的炉内温度升温至1150℃。并且，一边作为载气在处理炉内流动流量为20slm的氮气以及流量为15slm的氢气，一边作为原料气体向处理炉内供给30分钟流量为100μmol/min的TMG以及流量为250000μmol/min的氨。由此，在低温缓冲层的表面形成厚度为1.7μm的由GaN构成的基底层。

〈n型半导体层35的形成〉

接着，在未掺杂层36的上层形成由Al_nGa_1-nN(0≤n≤1)组分构成的n型半导体层35。

n型半导体层35的进一步具体形成方法例如如下所述。首先，继续将炉内温度设为1150℃的状态下，将MOCVD装置的炉内压力设为30kPa。并且，一边作为载气在处理炉内流动流量为20slm的氮气以及流量为15slm的氢气，一边作为原料气体，向处理炉内供给60分钟的供给流量为94μmol/min的TMG、流量为6μmol/min的三甲基铝(TMA)、流量为250000μmol/min的氨以及流量为0.025μmol/min的四乙基硅烷。由此，在未掺杂层36的上层形成例如具有Al_0.06Ga_0.94N组分，Si浓度为3×10¹⁹/cm³、厚度为2μm的n型半导体层35。

另外，之后停止供给TMA的同时供给6秒其它原料气体，由此也可以在n-AlGaN层的上层实现具有厚度为5nm的由n型GaN构成的保护层的n型半导体层35。

上述说明中，对将n型半导体层35中所包含的n型杂质设为Si时进行了说明，但作为n型杂质，能够使用Si以外的Ge、S、Se、Sn或Te等。

〈发光层33的形成〉

接着，在n型半导体层35的上层形成具有多量子阱结构的发光层33，多量子阱结构是周期性地反复由InGaN构成的阱层以及由n型AlGaN构成的阻挡层而成的。

具体而言，首先将MOCVD装置的炉内压力设为100kPa、将炉内温度设为830℃。并且，进行如下步骤，一边作为载气在处理炉内流动流量为15slm的氮气以及流量为1slm的氢气，一边作为原料气体向处理炉内供给48秒流量为10μmol/min的TMG、流量为12μmol/min三甲基铟(TMI)以及流量为300000μmol/min的氨。之后进行向处理炉内供给120秒流量为10μmol/min的TMG、流量为1.6μmol/min的TMA、0.002μmol/min的四乙基硅烷以及流量为300000μmol/min的氨。以下，通过反复这两个步骤，在n型半导体层35的上层形成具有基于厚度为2nm的由InGaN构成的阱层以及厚度为7nm的由n型AlGaN构成的阻挡层的15周期的多量子阱结构的发光层33。

〈p型半导体层31的形成〉

接着，在发光层33的上层形成由Al_mGa_1-mN(0≤m≤1)构成的p型半导体层31。

具体而言，将MOCVD装置的炉内压力维持在100kPa，在处理炉内一边作为载气流动流量为15slm的氮气以及流量为25slm的氢气，一边将炉内温度升温至1025℃。之后，作为原料气体，向处理炉内供给60秒流量为35μmol/min的TMG、流量为20μmol/min的TMA、流量为250000μmol/min的氨以及用于掺杂p型杂质的流量为0.1μmol/min的双环戊二烯基镁(CP₂Mg)。由此，在发光层33的表面形成具有厚度为20nm的Al_0.3Ga_0.7N组分的空穴供给层。之后，通过将TMA的流量变更为4μmol/min而供给360秒的原料气体，形成厚度为120nm的具有Al_0.13Ga_0.87N组分的空穴供给层。通过这些空穴供给层形成p型半导体层31。该p型半导体层31的p型杂质浓度为例如3×10¹⁹/cm³左右。

〈p型半导体层32的形成〉

进而，其后在停止TMA供给的同时，将CP₂Mg的流量变更为0.2mol/min而供给20秒原料气体，由此形成厚度为5nm左右、p型杂质浓度为1×10²⁰/cm³左右的由p⁺GaN构成的p型半导体层32。

这样，在蓝宝石基板61上形成由未掺杂层36、n型半导体层35、发光层33、p型半导体层31以及p型半导体层32构成的外延层40。

(步骤S2)

接着，对通过步骤S1得到的晶片进行活性化处理。更具体而言，使用RTA(RapidThermalAnneal：急速加热)装置在氮气氛下以650℃进行15分钟的活性化处理。

(步骤S3)

接着，如图2B所示，在p型半导体层32的上表面的预定部位形成反射电极19。这里表示在相比p型半导体层32的形成区域靠内侧且在p型半导体层32的大致整个区域形成反射电极19的情况。更具体而言，包含位于在后工序中形成作为供电端子的n侧电极42的区域的正下的部位地形成反射电极19。

作为一例，通过溅射装置在p型半导体层32的上表面成膜膜厚为0.7nm的Ni以及膜厚为150nm的Ag后，利用RTA装置在干空气气氛中400℃下进行两分钟的接触式退火来形成反射电极19。另外，这里，作为反射电极19的材料采用Ni和Ag的合金，但也能够通过Al以及Rh来形成反射电极19。

(步骤S4)

接着，如图2C所示，在反射电极19的上层的预定部位形成绝缘层21。特别是，在位于后工序中形成n侧电极(42，43)的区域的下方的部位形成绝缘层21。此时，如图2C所示，绝缘层21的一部分能够形成为覆盖反射电极19的侧面。

更具体而言，掩蔽与绝缘层21的非形成区域相关的反射电极19的上层，例如通过溅射法将SiO₂成膜为膜厚200nm左右。另外，进行成膜的材料可以是绝缘性材料，例如可以为SiN、Al₂O₃。

(步骤S5)

如图2D所示，形成保护层17以及焊锡层15，已覆盖金属电极19以及绝缘层21的上表面。

更详细地讲，通过3周期成膜膜厚为100nm的Ti和膜厚为200nm的Pt来形成保护层17，以通过电子束蒸镀装置(EB装置)覆盖金属电极19以及绝缘层21的上表面。进而之后，在保护层17的上表面(Pt表面)蒸镀膜厚为10nm的Ti后，蒸镀膜厚为3μm的由Au80％Sn20％构成的Au-Sn焊锡，从而形成焊锡层15。

另外，在该焊锡层15的形成步骤中，也可以为在与蓝宝石基板61另行准备的支承基板11的上表面形成焊锡层13(参照图2E)。该焊锡层13可以通过与焊锡层15相同的材料构成，在接下来的步骤中通过与焊锡层13结合来贴合蓝宝石基板61与支承基板11。作为该支承基板11，构造如前所述，例如使用CuW。

进一步，在该图2E中，可以在支承基板11上用与保护层17相同的材料形成用来防止焊锡层13的材料扩散的保护层，并且也可以在该保护层的上层形成焊锡层13。

(步骤S6)

接着，如图2F所示，贴合蓝宝石基板61和支承基板11。更具体而言，在280℃的温度、0.2MPa的压力下，将焊锡层15与形成在支承基板11的上层的焊锡层13贴合。

(步骤S7)

接着，如图2G所示，剥离蓝宝石基板61。更具体而言，在使蓝宝石基板61朝上、支承基板11朝下的状态下，从蓝宝石基板61侧照射KrF准分子激光，通过分解蓝宝石基板61与外延层40的界面来剥离蓝宝石基板61。蓝宝石61通过激光而其下层的GaN(未掺杂层36)吸收激光，因此该界面高温化而分解GaN。由此能够剥离蓝宝石基板61。

之后，如图2H所示，将晶片上残存的GaN(未掺杂层36)通过利用盐酸等的湿法刻蚀、或利用ICP装置的干法蚀刻除去，从而使n型半导体层35露出。另外，在本步骤S7中除去未掺杂层36而残存从下依次层叠p型半导体层32、p型半导体层31、发光层33以及n型半导体层35的半导体层30。

(步骤S8)

接着，如图2I所示，分离邻接的元件彼此。具体而言，对邻接元件之间的边界区域(境界区域)使用lCP装置进行半导体层30的蚀刻，直至绝缘层21的上表面露出。如上所述，此时绝缘层21也作为蚀刻时的阻挡层起作用。

(步骤S9)

接着，如图2J所示，在n型半导体层35的上表面中、在形成有绝缘层21的部位的正上位置形成n侧电极(42，43)。具体而言，在形成由膜厚为100nm的Cr和膜厚为3μm的Au构成的电极之后，在氮气氛中以250℃进行一分钟的烧结。

并且，例如通过激光切割装置分离各元件彼此，通过例如银膏将支承基板11的背面与封装接合，对作为供电端子的n侧电极43进行引线结合。例如，以50g的载荷将由Au构成的引线45连结在Φ100μm的结合区域，由此进行引线结合。从而形成图1A所示的氮化物半导体发光元件1。

另外，在步骤S8与步骤S9之间，也可以通过浸渍KOH等碱溶液而在n型半导体层35的表面形成凹凸(台面结构)。并且，也可以在n型半导体层35的上表面形成n侧电极(42，43)之后，形成绝缘层以覆盖半导体层30的侧面。

[第2实施方式]

对本发明的半导体发光元件的第2实施方式的结构进行说明。另外，对于与第1实施方式相同的结构标注相同的符号并省略其说明。

〈结构〉

图3是模式地表示第2实施方式的半导体发光元件的结构的截面图。半导体发光元件1a与第1实施方式的半导体发光元件1相比，还具备绝缘层22(与“第2绝缘层”对应)。该绝缘层22与绝缘层21同样由SiO₂、SiN、Zr₂O₃、AlN、Al₂O₃等构成。

更详细地讲，该绝缘层22被形成在n侧电极(42，43)的形成部位的正下位置且被反射电极19和p型半导体层32夹着的位置。进而，该绝缘层22优选为与支承基板11的基板面平行的方向的宽度比n侧电极(42，43)窄。

第1实施方式中，反射电极19的上表面整体与p型半导体层32接触。而第2实施方式中，为如下结构，反射电极19的上表面中，一部分与绝缘层22接触，之外的部位与p型半导体层32接触。并且，该绝缘层22形成在n侧电极(42，43)的形成部位的正下位置。

根据该结构，由于在反射电极19的上表面的一部分的部位形成绝缘层22，因此从发光层33朝下放射的光中，一部分光通过该绝缘层22内而到达反射电极19，进而通过反射电极19反射后通过绝缘层22内而被导出到n型半导体层35侧。此时，光的一部分被绝缘层22吸收，因此，与第1实施方式中说明的半导体发光元件1相比确实光提取效率稍微下降。

但是，在第1实施方式中如上所述，在本实施方式中也能够通过形成在反射电极19的底面的绝缘层21实现使在发光层33内流动的电流向水平方向扩展的效果。因此，能够实现形成于反射电极19的上表面的绝缘层22的宽度比以往结构窄。由此，本实施方式的半导体发光元件1a在反射电极19的上表面具有绝缘层22，但从发光层33朝下放射而通过反射电极19反射的光中，通过该绝缘层22内的光相比以往能够被显著限定。因此，相比以往机构能够提高光提取效率。

〈制造方法〉

以下仅对本实施方式的半导体发光元件1a的制造方法中与第1实施方式不同的地方进行说明。

通过与第1实施方式相同的方法执行步骤S1以及S2。

(步骤S3A)

接着，如图4A所示，在p型半导体层32的上层的预定部位形成绝缘层22。特别是，在位于后工序中形成n侧电极(42，43)的区域的下方的部位，水平方向的宽度比n侧电极(42，43)还窄地形成绝缘层22。

(步骤S3B)

接着，如图4B所示，在p型半导体层32的上表面的预定部位形成反射电极19。此时，形成反射电极19以覆盖绝缘层22的上层。

以后，与第1实施方式相同，通过执行步骤S4～S9来形成图3所示的半导体发光元件1a。

[实施例]

将通过上述方法制造的第1实施方式的半导体发光元件1作为实施例1，将第2实施方式的半导体发光元件1a作为实施例2，将图5所示的半导体发光元件50作为比较例，来对比电流电压特性和发光特性。

图5是模式地表示作为比较例形成的半导体发光元件的结构的截面图。与半导体发光元件1相比，具有设置在反射电极19的上表面的绝缘层23来代替形成在反射电极19的底面的绝缘层21。该绝缘层23以形成在n侧电极(42，43)的正下位置、由此使在发光层33流动的电流向水平方向扩展为目的形成。另外，构成其他层的材料以及尺寸共通。

图6是表示对实施例1、实施例2以及比较例的各元件施加电压时的、流动电流值与电压值之间的关系(I-V特性)的图表。根据图6可知，实施例1、实施例2的各元件与比较例相比，为了流动相同电流值所需的电压值几乎相同，能够实现与比较例的结构相同的低电压驱动。

图7是表示对实施例1、实施例2以及比较例的各元件供给电流时可得到的发光输出与电流值之间的关系的图表。根据图7可知，与比较例的元件相比，实施例1以及实施例2的两元件发光输出均提高。并且可知，相比实施例2，实施例1的元件的发光输出更高。

由该结果可知，比较例的构成中，通过形成在反射电极19的上层的绝缘层23，一部分的光被吸收，但是实施例1的元件中，设成在反射电极19的上层没有设置绝缘层的结构，因此不存在光吸收，所以光提取效率提高。并且可知，实施例2的元件中，由于在反射电极19的上层设置绝缘层22，因此相比实施例1光提取效率低，但由于将绝缘层22形成得比n侧电极(42，43)的宽度窄，因此相比比较例，光提取效率提高。

另外，在比较例的结构中，通过绝缘层23实现使电流向水平方向扩展的效果，因此不能使绝缘层23的水平方向宽度比n侧电极(42，43)窄。假设使绝缘层23的水平方向宽度比n侧电极(42，43)窄的情况下，由于反射电极19位于n侧电极42的正下，且在其正下形成导电性的保护层19、焊锡层(13，15)，因此在未形成绝缘层23的区域，在n侧电极(42，43)和位于其正下的反射电极19之间，在铅直方向上形成电流路径。结果，很多电流流过该区域的发光层33，不能得到使发光层33向水平方向整体发光的效果，发光效率降低。

[其他实施方式]

在上述实施方式中，作为半导体发光元件(1，1a)采用由氮化物半导体构成的发光元件进行了说明。但是，本发明的结构也能够适用于由其他半导体构成的发光元件。

图8是模式地表示半导体发光元件的其他实施方式的结构的一例的截面图。在该图8所示的半导体发光元件1b中，发光层33通过具有多量子阱结构的半导体层形成，该多量子阱结构是反复InGaP阱层和AlGalnP阻挡层而构成的。

图8所示的半导体发光元件1b与上述的第1实施方式的结构同样，在支承基板11上从下依次层叠p型半导体层31、发光层33以及n侧半导体层35。并且，半导体发光元件1b具备：底面与n型半导体层35的上表面接触而形成的n侧电极(42，43)；上表面与p型半导体层31的底面接触，且形成在包含n侧电极(42，43)的形成部位的正下位置的区域的反射电极19；以及在n侧电极(42，43)的形成部位的正下位置，上表面与反射电极19的底面接触而形成的绝缘层21。

更详细地讲，在支承基板11上形成有包括由Ni/Au构成的接合层14、由TaN/TiW/TaN构成的保护层17以及由AuSn构成的反射电极19的导电层20。并且，p型半导体层31具备：p型杂质浓度为高浓度(例如3×10¹⁸/cm³左右)的由GaP构成的扩展层61；相比扩展层62，p型杂质浓度为低浓度(例如1×10¹⁸/cm³左右)的由AlGaInP构成的中间层62；以及相比中间层62，p型杂质浓度为低浓度(例如3×10¹⁷/cm³左右)的由AlGaInP构成的p-包覆层63。

并且，n型半导体层35具备：由反复层叠n型InGaP和n型AllnP而构成的多层结构构成的缓和层64；和由AlGalnP构成的n-包覆层65。

在图8所示的半导体发光元件1b中，在n侧电极(42，43)的正下位置，为了避免大部分电流在发光层33内向延伸方向流动，即以使电流向与支承基板11的基板面平行的方向(水平方向)扩展为目的、在n侧电极(42，43)的正下位置形成绝缘层21。并且，该绝缘层21并未形成在反射电极19与p型半导体层31之间，而是形成在反射电极19与保护层17之间，即上表面与反射电极19的底面接触。

在这样的结构中，与上述第1实施方式的结构相同，从发光层33放射的光中，向支承基板11行进的光被反射电极19反射后，使行进方向朝上(n型半导体层35侧)变化，从而被向外部提取。此时，上述的光到达反射电极19之前以及到达后被反射而向外部提取之前的期间，不通过绝缘层21内。因此，与上述的第1实施方式以及第2实施方式的元件同样，光不会被绝缘层21吸收，与以往相比能够得到提高光提取效率的效果。

另外，在图8中，与第2实施方式的结构相同，可以在n侧电极(42，43)形成位置的正下位置，且在反射电极19与p型半导体层31之间形成以比n侧电极(42，43)的宽度窄的宽度形成的第2绝缘层。此时，虽然相比图8的元件1b光提取效率降低，但相比以往的元件能够提高提取效率。

符号说明

1：第1实施方式的半导体发光元件

1a：第2实施方式的半导体发光元件

1b：其他实施方式的半导体发光元件

11：支承基板

13：焊锡层

14：接合层

15：焊锡层

17：保护层

19：反射电极

20：导电层

21：绝缘层(第1绝缘层)

22：绝缘层(第2绝缘层)

23：绝缘层

30：半导体层

31：p型半导体层

32：p型半导体层

33：发光层

35：n型半导体层

36：未掺杂层

40：外延层

42：n侧电极

43：n侧电极(供电端子)

43a，43b：n侧电极上的引线联络区域

45：引线

61：扩展层

62：中间层

63：p-包覆层

64：缓和层

65：n-包覆层

90：以往的半导体发光元件

91：支承基板

92：导电层

93：反射膜

94：绝缘层

95：反射电极

96：p型半导体层

97：发光层

98：n型半导体层

99：半导体层

100:n侧电极

Claims

1.一种半导体发光元件，在支承基板上具有n型半导体层、p型半导体层、形成在上述n型半导体层以及上述p型半导体层之间的发光层，所述半导体发光元件的特征在于，具备：

n侧电极，形成为底面与上述n型半导体层的上表面接触；

反射电极，上表面与上述p型半导体层的底面接触，并形成在包含上述n侧电极形成部位的正下位置的区域；以及

第1绝缘层，在上述n侧电极形成部位的正下位置，形成为上表面与上述反射电极的底面接触。

2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，

上述反射电极的上表面的全部与上述p型半导体层的底面接触。

3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，

在上述n侧电极形成部位的正下位置具备形成在由上述反射电极和上述p型半导体层夹着的位置的第2绝缘层，

上述第2绝缘层与位于该第2绝缘层的正上的上述n侧电极相比，在与上述支承基板的基板面平行的方向上宽度窄。

4.如权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于，

上述反射电极在上表面除了形成有上述第2绝缘层的区域，上表面的全部均与上述p型半导体层的底面接触。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的半导体发光元件，其特征在于，

上述n型半导体层、上述p型半导体层以及上述发光层均由氮化物半导体层形成。