JP2013197339A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体構造層から光取り出し方向とは反対方向へ進行した光を光取り出し方向に反射する反射金属膜のＡｇ拡散を良好に防止し、拡散防止膜のクラックの発生を防止しかつ光出射効率の向上を図った半導体発光素子を提供する。
【解決手段】 第１導電型を有する第１半導体層、活性層、及び第２導電型を有する第２半導体層がその順に積層された半導体構造層と、銀又は銀を含む合金からなり、第２半導体層上の第２半導体層の縁端より内側に積層された光反射金属膜と、光反射金属膜の表面中央部を除く表面を覆うアモルファス層と、アモルファス層上に積層された結晶層との２層構造からなり、導電性金属酸化物から構成される透光性拡散防止膜と、透光性拡散防止膜上に形成され、第１屈折率を有する第１酸化物層と第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第２酸化物層とが交互に積層された光学多層膜と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオード等の半導体発光素子に関する。

窒化物半導体発光素子の製造では、一般に、成長基板上にＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法を用いて半導体結晶層であるｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を順次積層して半導体構造層としてのエピタキシャル層が形成される。そのエピタキシャル層の形成後に、例えば、真空蒸着法によりｐ型半導体層上にｐ電極層が形成される。

窒化物半導体発光素子の成長基板としては、一般にサファイア基板が用いられているが、サファイアは熱伝導性が低いため放熱性が悪い。そこで、それを改善するためにサファイア基板側を光取り出し側としたフリップチップ構造の発光素子が知られている。フリップチップ構造では光取り出しにおいて、光取り出し側のサファイア基板の裏面で反射する光があるため光取り出し効率が低い。そのため、サファイア基板上に成長した半導体構造体を別の支持体に貼り付けた後、レーザーリフトオフや研磨でサファイア基板を除去した構造の発光素子の製造手法も提案されている。

更に、ｐ電極にはＡｇ，Ａｇ系合金などからなる反射金属膜を用いて支持体側に出力される光を光取り出し側に反射して高出力化を実現することも行われている。しかしながら、ＡｇやＡｇ系合金は熱や電気によってマイグレーションが起こるため、発光素子内におけるリーク電流の発生や発光素子自身の品質に大きな影響を与えるという問題があった。

そこで、反射金属膜のＡｇの拡散を防止するために、反射金属膜上を拡散防止膜で覆った構造の発光素子がある。例えば、特許文献１に開示されたフリップチップ構造の発光素子においては、半導体構造層のｐ型半導体層上にｐ電極である透明導電膜、そして反射金属膜が順に積層形成され、更に反射金属膜上に拡散防止膜が積層されている。拡散防止膜の材料としてはアモルファス状のＩＺＯ等の酸化物やＮｉ，Ｔｉ等の金属が用いられている。また、特許文献１の発光素子では、それらの透明導電膜、反射金属膜及び拡散防止膜の積層部分を覆うようにボンディング層が形成され、更に、ボンディング層上の中央部を除いてボンディング層（側部を含む）上を密着層を介して光学多層膜が覆う構造となっている。光学多層膜は低屈折率層と高屈折率層を交互に積層して構成されており、反射金属膜で反射されなかった光を光取り出し側に反射する機能を有している。

特開２０１１−３５３２４号公報

しかしながら、従来技術のように反射金属膜のＡｇの拡散防止を目的とした拡散防止膜が金属である場合には、支持体との接合工程や、フリップチップ実装等の発光素子の基板への実装における発光素子の貼り付け工程において熱応力が発生し、拡散防止膜にクラックが生じることがある。また、拡散防止膜は一般的に厚膜であるので、拡散防止膜自身の内部応力も存在し、その膜厚が厚くなるほど大きくなる故、成長基板剥離の際のレーザーリフトオフ工程の衝撃で拡散防止膜にクラックが生じることがある。

また、特許文献１の発光素子では、拡散防止膜の材料としてＴｉやＮｉ等の金属が用いられた場合に、耐薬品性が低く、表面処理やエッチングに必要な酸類を用いることができない。

更に、特許文献１の発光素子において、酸化物の拡散防止膜の場合には、拡散膜にピンホール等の欠陥が生じることがある。特に、アモルファス状の拡散防止膜ではその表面の粗さが大きいために欠陥が増える。そのような欠陥が生じると、Ａｇが漏れ出してリーク電流の発生等の不良につながるため、拡散防止機能を持たなくなることが起きる。

また、拡散防止膜は反射金属膜を完全に包み込むように反射金属膜よりも大きいサイズが必要となるので、拡散防止膜が金属材料からなる場合には、発光の際に拡散防止層に当たった光は十分な反射特性を持たないため、吸収が大きくなり、出力低下の要因になる。

そこで、本発明の目的は、かかる点を鑑みてなされたものであり、半導体構造層から光取り出し方向とは反対方向へ進行した光を光取り出し方向に反射する反射金属膜のＡｇ拡散を良好に防止し、拡散防止膜のクラックの発生を防止しかつ光出射効率の向上を図った半導体発光素子を提供することである。

本発明の半導体発光素子は、第１導電型を有する第１半導体層、活性層、及び第２導電型を有する第２半導体層がその順に積層された半導体構造層と、銀又は銀を含む合金からなり、前記第２半導体層上の前記第２半導体層の縁端より内側に積層された光反射金属膜と、前記光反射金属膜の表面中央部を除く表面を覆うアモルファス層と、前記アモルファス層上に積層された結晶層との２層構造からなり、導電性金属酸化物から構成される透光性拡散防止膜と、前記透光性拡散防止膜上に形成され、第１屈折率を有する第１酸化物層と前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第２酸化物層とが交互に積層された光学多層膜と、を備えることを特徴としている。

本発明の半導体発光素子によれば、導電性金属酸化物から構成される透光性拡散防止膜が、光反射金属膜の表面中央部を除く表面を覆うアモルファス層と、アモルファス層上に積層された結晶層との２層構造からなり、透光性拡散防止膜の結晶層上に、第１屈折率を有する第１酸化物層と第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第２酸化物層とが交互に積層された光学多層膜が形成されているので、アモルファス層、結晶層及び光学多層膜からなる多層構造により良好なＡｇの拡散防止効果を得ることができる。透光性拡散防止膜は薄膜として形成され、光学多層膜は互いに屈折率が異なる第１酸化物層及び第２酸化物層を交互に配置した多層積層構造からなるので、光学多層膜内で応力が相殺され、熱やレーザの衝撃による透光性拡散防止膜のクラックの発生を抑制することができる。また、透光性拡散防止膜内で光が吸収されず、また、光反射金属膜の外側を通過して透光性拡散防止膜に入射する光を光取り出し方向に反射することができるので、光出射効率の向上を図ることができる。

本発明の実施例１の半導体発光素子を示す断面図である。 図１の発光素子の製造工程を示すフローチャートである。 図１の発光素子の半導体構造層形成工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子の透明電極形成工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子の光反射金属膜形成工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子の透光性拡散防止膜形成工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子の光学多層膜形成工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子の導電パターン形成工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子の素子分離エッチング工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子の支持基板接合工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子の成長基板剥離工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子のマイクロコーン形成工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子の保護膜形成工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子のｎ電極形成工程の状態を示す断面図である。 図１の発光素子のチップ化工程の状態を示す断面図である。 本発明の実施例２の半導体発光素子を示す断面図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１の半導体発光素子の断面を示している。実施例１の半導体発光素子は支持基板１１上に、接合層１２、共晶層１３、光反射金属膜１４、透明電極膜１５、ｐ型半導体層１６（第１半導体層）、活性層１７、ｎ型半導体層１８（第２半導体層）、及び保護膜１９がその順に積層されている。ｎ型半導体層１８の保護膜１９との界面はマイクロコーン１８ａと称される凹凸形状にされている。そのマイクロコーン１８ａ形成面上にはｎ電極２０が配置されている。保護膜１９はｎ電極２０の配置部分を除いてマイクロコーン１８ａの形成面上を覆っている。

光反射金属膜１４は透明電極膜１５のサイズより小さく、透明電極膜１５の縁端部の光反射金属膜１４側主面と光反射金属膜１４の側面とにより段差部２１が形成されている。光反射金属膜１４の縁端部の共晶層１３側主面から段差部２１までの上には２層構造の透光性拡散防止膜２２が配置されている。透光性拡散防止膜２２の表面は段差を伴っている。共晶層１３は透光性拡散防止膜２２より内側の光反射金属膜１４上と透光性拡散防止膜２２の縁端部上に配置されている。透光性拡散防止膜２２の表面には光学多層膜２３が共晶層１３の側面に接触した状態で配置されている。

透光性拡散防止膜２２はアモルファス層２２ａと結晶層２２ｂとの２層構成で光反射金属膜１４のＡｇの拡散を防止するために設けられている。

光学多層膜２３は、光反射金属膜１４の形成領域から、その外側の光反射金属膜１４の非形成領域にかけて、透光性拡散防止膜２２上に形成されている。光学多層膜２３は、透光性拡散防止膜２２と併せて光反射金属膜１４のＡｇの拡散を防止すると共に、光反射金属膜１４の外側領域において、活性層１７からの発光を光取り出し面側に反射するために設けられている。

この半導体発光素子を製造する工程は、図２に示すように、半導体構造層形成工程（Ｓ１）、透明電極形成工程（Ｓ２）、光反射金属膜形成工程（Ｓ３）、透光性拡散防止膜形成工程（Ｓ４）、光学多層膜形成工程（Ｓ５）、導電パターン形成工程（Ｓ６）、素子分離エッチング工程（Ｓ７）、支持基板接合工程（Ｓ８）、成長基板剥離工程（Ｓ９）、マイクロコーン形成工程（Ｓ１０）、保護膜形成工程（Ｓ１１）、ｎ電極形成工程（Ｓ１２）、そしてチップ化工程（Ｓ１３）を含んでいる。

次に、この工程順に実施例１の半導体発光素子の各構成要素について説明する。

＜半導体構造層＞
半導体構造層形成工程（Ｓ１）では、成長基板３１が用意され、成長基板３１上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法を用いて窒化物系半導体からなるエピタキシャル層が形成される。エピタキシャル層は、図３に示すように、成長基板３１側から、ｎ型半導体層１８、活性層１７、そしてｐ型半導体層１６がその順に積層された半導体構造層である。成長基板３１としてはＭＯＣＶＤ法にてＡｌ_xＩｎ_yＧａＮ_z（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を成長可能なＣ面サファイア基板が用意される。

エピタキシャル層の具体的な形成方法としては、先ず、成長基板３１がＭＯＣＶＤ装置に搬入され、１０００℃の水素雰囲気中で約１０分程度の加熱処理が施される。続いて、雰囲気温度が約５００℃に調整され、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）（流量：10.4μmol/min）及びＮＨ₃（流量：3.3LM）が約３分間供給されることで、低温バッファ層（図示せず）が形成される。その後、雰囲気温度が約１０００℃まで昇温され、かかる状態が約３０秒間保持されることで低温バッファ層が結晶化される。続いて、雰囲気温度が約１０００℃の状態に保持されたままで、ＴＭＧ（流量：45μmol/min）及びＮＨ₃（流量：4.4LM）が約２０分間供給されることにより、膜厚約１μｍ程度の下地ＧａＮ層（図示せず）が形成される。次に、雰囲気温度が約１０００℃の状態において、ＴＭＧ（流量：45μmol/min）、ＮＨ₃（流量：4.4LM）及びドーパントガスとしてＳｉＨ₄（流量：2.7×10^-9mol/min）が約１００分間供給されることにより、膜厚約５μｍ程度のｎ型ＧａＮ層がｎ型半導体層１８として形成される。

続いて、ｎ型ＧａＮ層１８上に活性層である多重量子井戸構造のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層１７が形成される。ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層１７ではInGaN/GaNを１周期として５周期の成長が行われる。具体的には、雰囲気温度が約７００℃の状態において、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）が約３３秒間供給されることにより、膜厚約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層が形成される。続いて、ＴＭＧ（流量：3.6μmol/min）、ＮＨ₃（流量：4.4LM）が約３２０秒間供給されることにより、膜厚約１５ｎｍのＧａＮ障壁層が形成される。かかる処理を５周期分繰り返すことにより、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層１７が形成される。

次に、雰囲気温度が約８７０℃まで昇温され、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）及びドーパントとしてＣｐ₂Ｍｇ（ビスシクロペンタディエニルマグネシウム：bis-cyclopentadienyl Mg）（流量：2.9×10^-7μmol/min）が約５分間供給されることにより、膜厚約４０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（図示せず）が形成される。続いて、雰囲気温度が約８７０℃の状態に保持されたままで、ＴＭＧ（流量：18μmol/min）、ＮＨ₃（流量：4.4LM）及びドーパントとしてＣｐ₂Ｍｇ（流量：2.9×10^-7μmol/min）が約７分間供給されることにより、膜厚約１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層がＰ型半導体層１６として形成される。

＜透明電極膜＞
透明電極形成工程（Ｓ２）では、スパッタ法を用いて、図４に示すように、ｐ型半導体層１６の露出した主面上にＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電膜材料を成膜し、更にフォトリソグラフィ法によりパターニングを行うことにより透明電極膜１５が形成される。透明電極膜１５のパターンは素子分離パターン位置により５μm以上内側にある。例として透明導電膜材料としてのＩＴＯを用いてスパッタ装置にて膜厚１５ｎｍの形成をＡｒ流量５０sccm、Ｏ₂流量０．５sccm、圧力０．５Paで行った。透明電極膜１５はｐ型半導体層１６のコンタクト層として寄与する。

なお、本実施例においては、コンタクト層として透明電極膜１５が形成されているが、透明電極膜１５の代わりに、コンタクト層としてｐ型半導体層１６とオーミック接触可能な他の金属膜を形成しても良い。また、後述の光反射金属膜１４をｐ型半導体層１６とオーミック接触可能な材料から構成すれば、透明電極膜１５は形成しなくても良い。

＜光反射金属膜＞
光反射金属膜形成工程（Ｓ３）では、電子ビーム蒸着法を用いて、図５に示すように、透明電極膜１５の露出面の所定領域に材料であるＡｇを塗布して膜厚１５０ｎｍの光反射金属膜１４が形成される。フォトリソグラフィ法によるパターニングによって光反射金属膜１４のサイズは透明電極膜１５のサイズよりも少なくとも５μm以上内側に小さくされる。これは上記した段差部２１を形成して透光性拡散防止膜２２及び光学多層膜２３を成膜するためである。

なお、透明電極膜１５及び光反射金属膜１４各々の形成は、素子分割工程前に電極形成を行ったが、素子分割工程後にそれらを形成しても良い。

＜透光性拡散防止膜＞
透光性拡散防止膜形成工程（Ｓ４）では、スパッタ法や電子ビーム蒸着法等を用いて透光性拡散防止膜２２の材料が段差部２１上及び光反射金属膜１４の縁端部上に形成され、また、フォトリソグラフィ法によってパターニングして、図６に示すように、透光性拡散防止膜２２が形成される。透光性拡散防止膜２２の材料としてはＩＴＯ（インジウム−錫複合酸化物）、酸化インジウム、酸化亜鉛、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛複合酸化物）等の導電性の金属酸化物が用いられる。透光性拡散防止膜２２は、いわゆる透明導電膜から構成される。透光性拡散防止膜２２は上記したようにアモルファス層２２ａと結晶層２２ｂとの２層構成で光反射金属膜１４のＡｇの拡散を防止するために設けられている。また、透光性拡散防止膜２２は透明電極形成工程（Ｓ２）の透明電極材料とは膜質において異なる。アモルファス層２２ａは光反射金属膜１４及び透明電極膜１５に接している部分に配置され、特に光反射金属膜１４のＡｇ表面に均一に成膜するためにアモルファス状の層として形成されている。結晶層２２ｂはアモルファス層２２ａ上に配置され、アモルファス層２２ａの凹凸面を埋めると共に、Ａｇの拡散を抑制するために良好な膜質である結晶質の膜として形成されている。特に、結晶層２２ｂは、アモルファス層２２ａの表面を平坦化することにより、後工程の光学多層膜形成工程（Ｓ５）で形成される光学多層膜２３に生じる酸化物に特有のピンホール等の膜欠陥を低減するために形成されている。なお、結晶層２２ｂは単結晶及び多結晶のいずれであっても良く、アモルファス層２２ａの凹凸面を埋めることができる程度に結晶性を有していれば良い。つまり、結晶層２２ｂの光学多層膜２３側の表面粗さは、アモルファス層２２ａの結晶層２２ｂ側表面における表面粗さより小さい。

以下、透光性拡散防止膜２２の例として、アモルファス層２２ａ及び結晶層２２ｂのいずれもＩＴＯ膜で構成した場合について説明する。

アモルファス層２２ａの膜厚としては１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下が好ましい。アモルファス層２２ａは１０ｎｍより薄膜であると均一な膜として成膜されず拡散防止としての機能を果たさない。また、１００ｎｍより厚膜であると膜吸収の影響が大きく、素子の出力低下につながる。結晶層２２ｂの膜厚は１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下とされる。結晶層２２ｂは１０ｎｍより薄膜であるとアモルファス層２２ａの凹凸を十分に緩和しきれず、１００ｎｍより厚膜であると膜吸収の影響が出てしまうからである。表面粗さは、Ｒｍｓとしてはアモルファス層２２ａでは１ｎｍ以上で５ｎｍ以下とされ、結晶層２２ｂでは１ｎｍ以下とされる。ＡＦＭ測定による実測としてはアモルファス層２２ａ(膜厚１０ｎｍ)では３．４０８ｎｍ、結晶層２２ｂ(膜厚１０ｎｍ)では０．７５ｎｍであった。なお、ＡＦＭ測定は半導体層に透光性拡散防止膜を成膜し、１μｍ範囲での平均値を測定した。

アモルファス層２２ａ及び結晶層２２ｂの成膜の際の異なるパラメータとしては、成膜温度、Ｏ₂流量、熱処理温度が挙げられる。例えば、スバッタ法においてＡｒ流量５０sccm、Ｏ₂流量０sccm、圧力０．５Paでアモルファス層２２ａのために膜厚１５ｎｍのＩＴＯ膜を形成し、続けてＡｒ流量５０sccm、Ｏ₂流量２sccm、圧力０．５Paで結晶層２２ｂのために膜厚３０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。リフトオフ又はエッチングでパターン形成した後、６００℃で１minにて透明化熱処理を行った。また、透光性拡散防止膜２２のアモルファス層２２ａ及び結晶層２２ｂ各々の端部は光反射金属膜１４の端部から５μｍ以上外側にあり、素子分離エッチングパターン位置より内側である。

透光性拡散防止膜２２は光反射金属膜１４のＡｇ拡散防止効果を有しかつ、光反射金属膜１４の端部より外側の光反射金属膜１４がない部分に全反射角以上で照射され光を反射させる役割も持つため、各発光素子の形成範囲にできる限り覆うパターンを形成するのが望ましい。

なお、透光性拡散防止膜２２の膜厚は一般的な拡散防止層（例えば、特許文献１に示されたもの）よりも薄いが、拡散防止用透明膜２２は光学多層膜形成工程（Ｓ５）で形成する光学多層膜２３と合わせて拡散防止効果を持たせるため薄膜による拡散防止効果の低下が生じないようにしている。

＜光学多層膜＞
光学多層膜形成工程（Ｓ５）では、スパッタ法や電子ビーム蒸着法等の成膜方法とフォトリソグラフィ法を用いて図７に示すように、光学多層膜２３が透光性拡散防止膜２２上に形成される。光学多層膜２３は高屈折率材料（第１酸化物層）及び低屈折率材料（第２酸化物層）を交互に配置した多層積層構造からなる。高屈折率材料としてはＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₃等が用いられ、低屈折率材料としてはＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等が用いられる。

光学多層膜２３は金属反射と異なり、光入射角度に対して角度依存性を有している。従って、例えば、青色光を発する発光素子の場合に屈折率２．４の半導体層及び屈折率２．０のＩＴＯの透明電極膜１５からの全反射角５６度以下の入射角に対して、発光波長４３０〜４６０ｎｍの光を反射するような設計が行われる。一例としては屈折率１．４のＳｉＯ₂を低屈折率材料、屈折率２．１のＴｉＯ₂を高屈折率材料とした合計２０層の交互積層として光学多層膜２３の設計を行った。最適化により１層当たりのＳｉＯ₂の物理膜厚を７５ｎｍ、ＴｉＯ₂の物理膜厚を５５ｎｍとした。膜設計は一般的な設計ソフトを用いた。この設計に基づいて電子ビーム蒸着法を用いて光学多層膜２３の成膜を行った。

また、光学多層膜２３は、電極膜１５への導通経路の確保及び後の接合工程のため、光反射金属膜１４の中央部に達しないパターン、すなわち光反射金属膜１４の中央表面を開口したパターンにされている。素子分割部分には光学多層膜２３は形成され、素子分離エッチング工程において素子分割部分で光学多層膜２３を半導体構造層と共にエッチングし、素子パターンと光学多層膜２３の外周寸法を同じにすることにより光出力の向上が図られている。例えば、光反射金属膜１４のＡｇパターンより縦横共に１０μｍ大きいサイズで拡散防止層を形成した場合、ＴｉＷ等の金属膜で拡散防止層を形成した場合と比較して素子部の６％の領域の出力を向上することができる(なお、ＴｉＷの反射率４０％、光学多層膜の反射率９８％)。

なお、上記の高屈折率材料及び低屈折率材料の膜設計や材料を変えることにより赤色や緑色領域の反射を高めるように光学多層膜２３を形成することができるので、発光波長は青色に限定する必要はなく、他の発光波長の発光素子に対応した角度依存性を有することができる。

光学多層膜２３は透光性拡散防止膜２２と比較すると一層当たりの膜厚が厚く、膜の内部応力が発生する。しかしながら、膜材料の応力方向の性質と膜厚との組み合わせにより光学多層膜２３内で応力を緩和することができる。例えば、真空蒸着法で成膜したＴｉＯ₂は引っ張り応力が大きいので、圧縮応力を有するＳｉＯ₂の膜厚よりも一層当たり１０ｎｍ以上薄膜に設定することにより光学多層膜２３内で内部応力を緩和することができる。このため、金属膜で拡散防止層を形成する場合と比較して光学多層膜２３では応力を減少させることができる。また上記した材料の中でＳｉＯ₂のみが圧縮応力が発生するものであるので低屈折率材料としてＳｉＯ₂を使用し、高屈折率材料の引っ張り応力の強さに応じてＳｉＯ₂の膜厚が調整される。例えば、Ｔａ₂Ｏ₅の場合、その引っ張り応力はＳｉＯ₂の圧縮応力よりも小さいため一層当たりのＳｉＯ₂の膜厚は１０ｎｍ以上薄くするように設計が行われる。

＜共晶層＞
導電パターン形成工程（Ｓ６）では、スパッタ法や電子ビーム蒸着法等の成膜方法とフォトリソグラフィ法を用いて、図８に示すように、共晶層１３が光学多層膜２３で囲まれた光反射金属膜１４及び拡散防止透明膜２２上に形成される。共晶層１３の膜厚は支持体である支持基板１１側との接合のために光学多層膜２３の総膜厚よりも厚くする必要がある。例としては電子ビーム蒸着法を用いてＴｉ（膜厚５０ｎｍ）/Ｐｔ（膜厚２００ｎｍ）/Ａｕ（膜厚１２００ｎｍ）をその順に成膜した。

素子分離エッチング工程（Ｓ７）では、レジストマスク及び塩素ガスを用いたドライエッチング法を用いることにより、半導体構造層に成長基板３１まで達する素子分離溝４１が形成される。

先ず、レジストの塗布では半導体構造層上の発光素子領域にレジストが残るようパターニングが行われる。次に、ドライエッチング装置にて発光素子領域以外のレジストが存在しない部分の半導体構造層を除去し、この結果、図９に示すように、個々の半導体発光素子分に区画することが行われる。素子分離溝４１で分離された半導体構造層側面は成長基板３１に向けて順テーパとなる。なお、レジストの厚みは半導体構造層の層厚に応じて選択することができる。

なお、素子分離エッチング工程（Ｓ７）は必ずしも導電パターン形成工程（Ｓ６）後に行う必要はなく、半導体構造層形成工程（Ｓ１）〜導電パターン形成工程（Ｓ６）のいずれの間に行っても良い。

＜支持基板＞
支持基板接合工程（Ｓ８）では、Ｓｉ等の導電性の支持基板１１が用意され、支持基板１１上には抵抗加熱蒸着法を用いてＡｕとＳｎとの交互積層の接合層１２が形成されている。図１０は支持基板１１側の接合層１２と成長基板３１側の共晶層１３とを接合させる直前の支持基板接合工程の状態を示しており、例えば、成長基板３１側が矢印Ａで示す方向に移動され、共晶層１３と支持基板１１上の接合層１２とが接合される。例えば、張り合わせ装置を用いて接合層１２と共晶層１３とを接触させ、圧力３MPaで加圧した状態で３００℃に加熱して１０分間保持した後、室温まで冷却することにより融着接合が行われる。つまり、融着接合可能な金属材料からなる接合層１２と共晶層１３の混合拡散により、金属膜を介して貼り合わされる。

成長基板剥離工程（Ｓ９）では、レーザーリフトオフ法を用いて成長基板３１が図１１に矢印Ｂで示すように剥離される。レーザーには波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーが用いられ、そのレーザのパワーエネルギーは約８００ｍＪ/ｃｍ²である。具体的な剥離法としては、そのエキシマレーザーの光を成長基板３１の裏面側から照射し、基板３１との界面近傍の半導体ス構造層を加熱分解することにより、成長基板３１が剥離される。

マイクロコーン形成工程（Ｓ１０）では、成長基板３１の剥離によって残った半導体構造層の表面であるｎ型半導体層１８の表面に光取り出しを向上させるために図１２に示すように、マイクロコーン１８ａが形成される。マイクロコーン１８ａの凹凸の形成には、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）等のアルカリ水溶液を用いた薬液処理、フォトリソグラフィ、ＲＩＥ(反応性ドライエッチング)等が用いられる。一列としてはＴＭＡＨを７０℃で５min処理することで１μｍ程度のマイクロコーン１８ａを形成した。

＜保護膜＞
保護膜形成工程（Ｓ１１）では、図１３に示すように、マイクロコーン１８ａが形成されたｎ型半導体層１８の表面にｎ電極２０の形成領域を除くように保護膜１９が生成される。スパッタ法や電子ビーム蒸着法等を用いて保護膜１９の材料であるＳｉＯ₂が塗布され、その際にフォトリソグラフィ法を用いてｎ電極２０の形成領域を除くパターンの保護膜１９が形成される。一例としてはスパッタ法を用いてＳｉＯ₂を３００ｎｍの膜厚で形成した。

＜ｎ電極＞
ｎ電極形成工程（Ｓ１２）では、フォトリソグラフィ法などを用いて、保護膜１９上にｎ電極２０の形成領域に対応した開口部を有するレジストマスクを形成し、電子ビーム蒸着法等を用いて、図１４に示すように、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ電極２０を形成することが行われる。また、別の例としてはＴｉ(膜厚１ｎｍ)/Ａｌ(膜厚２００ｎｍ)/Ｔｉ(膜厚１００ｎｍ１００)/Ｐｔ(膜厚２００ｎｍ)/Ａｕ(膜厚２５００ｎｍ)を順に保護膜１９上に蒸着した後、リフトオフにより所望のパターンのｎ電極２０が形成される。

チップ化工程（Ｓ１３）では、レーザスクライブやダイシング等を用いて、図１５に示すように、支持基板１１と接合層１２とからなる支持体を素子単位で切断することにより素子分離が行われる。

このように、実施例１の発光素子においては、透光性拡散防止膜２２がアモルファス層２２ａと結晶層２２ｂとの２層構造であるので、光反射金属膜１４のＡｇ上にアモルファス層２２ａを形成して光反射金属膜１４と密着させて均一な成膜が行われ、結晶膜２２ｂによってアモルファス層２２ａの表面の平坦化を図ることが行われる。また、透光性拡散防止膜２２の平坦な結晶膜２２ｂ上に配置された厚膜の光学多層膜２３がＡｇの拡散防止効果を更に向上させている。すなわち、アモルファス層２２ａ、結晶層２２ｂ及び光学多層膜２３の多層構造により良好なＡｇの拡散防止効果を得ることができる。

また、平坦な結晶膜２２ｂに光学多層膜２３が接触しているので、アモルファス層２２ａ上に光学多層膜２３が形成される場合と比較して、ピンホール等の膜欠陥を低減することができる。つまり、従来のようにアモルファス状の拡散防止膜が光学多層膜に接触している構成では膜欠陥が多く拡散防止効果を得ることができなかったが、実施例１の発光素子では光学多層膜２３の膜欠陥を低減することができ、これにより拡散防止効果を得ることができる。

透光性拡散防止膜２２は薄膜であり、光学多層膜２３は高屈折率材料及び低屈折率材料を交互に配置した多層積層構造からなるので、光学多層膜２３内で応力が相殺され、熱やレーザの衝撃による透光性拡散防止膜２２のクラックの発生を抑制することができる。

更に、透光性拡散防止膜２２が薄膜であるので、透光性拡散防止膜２２内で光が吸収されず、また、光反射金属膜１４の外側を通過して透光性拡散防止膜２２に入射する光を光取り出し方向に反射することができるので、光出射効率の向上を図ることができる。

なお、実施例１の発光素子においては、共晶層１３が光学多層膜２３より突出し、支持基板１１と接合層１２を介して接合しているが、図１６に示すように、光反射金属膜１４の中央表面上の透光性拡散防止膜２２及び光学多層膜２３で囲まれた部分を共晶層３５（第１金属共晶層）で埋め、更に、共晶層３５上に更に共晶層３６を積層して共晶層３６が支持基板１１と接合層１２を介して接合する構成しても良い。この場合に、共晶層３５上に共晶層３６を積層することにより共晶層３６は光学多層膜２３の積層方向の表面を覆うようにされ、共晶層３６の表面の面積が多くすることができるので、支持体側との接合密着性を向上させることができる。例えば、電子ビーム蒸着法を用いてＴｉ/Ｐｔ/Ａｕをその順に成膜して共晶層３５が形成され、その後、Ｔｉ/Ａｕをその順に成膜して共晶層３６が形成される。

上記した各実施例においては、ＧａＮ系半導体構造層を有する発光素子が示されたが、本発明はＧａＮ系半導体構造層に限定されず、他の結晶系、例えば、ＧａＡｓ系等の他の結晶系の半導体構造層を有する発光素子にも適用することができる。また、上記した各実施例においては、第１導電型をｎ型とし、その第１導電型とは反対導電型の第２導電型をｐ型としたが、本発明は第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型とした半導体構造層にも適用することができる。

また、上記した各実施例においては、ｐ電極用の透明電極膜１５上に反射金属膜１４が形成されているが、透明電極膜１５を設けずに反射金属膜１４をｐ電極膜と共用しても良い。

１１ 支持基板
１２ 接合層
１３，３５，３６ 共晶層
１４ 光反射金属膜
１５ 透明電極膜
１６ ｐ型半導体層
１７ 活性層
１８ ｎ型半導体層
１９ 保護膜
２２ 透光性拡散防止膜
２３ 光学多層膜

Claims (6)

1. 第１導電型を有する第１半導体層、活性層、及び第２導電型を有する第２半導体層がその順に積層された半導体構造層と、
   銀又は銀を含む合金からなり、前記第２半導体層上の前記第２半導体層の縁端より内側に積層された光反射金属膜と、
   前記光反射金属膜の表面中央部を除く表面を覆うアモルファス層と、前記アモルファス層上に積層された結晶層との２層構造からなり、導電性金属酸化物から構成される透光性拡散防止膜と、
   前記透光性拡散防止膜上に形成され、第１屈折率を有する第１酸化物層と前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第２酸化物層とが交互に積層された光学多層膜と、を備えることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記光学多層膜は、前記光反射金属膜の縁端より外側を覆うように前記透光性拡散防止膜上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。
3. 前記結晶層の前記光学多層膜側の表面粗さは、前記アモルファス層の前記結晶層側表面における表面粗さより小さい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。
4. 前記透光性拡散防止膜は、ＩＴＯから構成され、
   前記アモルファス層は１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の層厚を有し、前記結晶層は１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の層厚を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１記載の半導体発光素子。
5. 前記光反射金属膜の前記表面中央部上の前記透光性拡散防止膜及び前記光学多層膜で囲まれた部分を埋める金属共晶層と、
   支持基板と、を含み、
   前記金属共晶層は前記光学多層膜より突出し、前記支持基板と接合層を介して接合していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載の半導体発光素子。
6. 前記光反射金属膜の前記表面中央部上の前記透光性拡散防止膜及び前記光学多層膜で囲まれた部分を埋めて前記光学多層膜の積層方向の表面位置と同一の位置まで形成された第１金属共晶層と、
   前記第１金属共晶層上に積層されかつ前記光学多層膜の積層方向の表面を覆う第２金属共晶層と、
   支持基板と、を含み、
   前記第２金属共晶層は前記支持基板と接合層を介して接合していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１記載の半導体発光素子。

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