JP4894411B2

JP4894411B2 - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP4894411B2
Application number: JP2006226402A
Authority: JP
Inventors: 和幸飯塚; 泰一郎今野; 優洋新井; 克弥秋元; 恒弘海野
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2008053344A

Description

本発明は、光取り出し効率が向上する半導体発光素子に関する。

半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）は、近年、ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の高品質結晶をＭＯＶＰＥ法で成長させることができるようになったことから、青色、緑色、橙色、黄色、赤色等の高輝度ＬＥＤが製造できるようになった。ＬＥＤの高輝度化に伴い、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に用途が広がり、需要が年々増加している。

ＭＯＶＰＥ法によって高品質結晶が成長可能となって以来、発光素子の内部における発光効率は理論値の限界値に近付きつつある。しかし、発光素子から外部への光取り出し効率は未だ低く、光取り出し効率の向上が望まれている。

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、これらに挟まれたＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる発光層（活性層）を有するダブルへテロ構造となっている。このとき、ＧａＡｓ基板のバンドギャップが発光層のバンドギャップよりも狭いために、発光層からの光の多くがＧａＡｓ基板に吸収され、光取り出し効率が低下する。

この対策として、発光層とＧａＡｓ基板との間に屈折率の異なる半導体からなる多層反射膜構造の層を形成することによってＧａＡｓ基板に向かう光を反射させることでＧａＡｓ基板での光の吸収を減少させ、光取り出し効率を向上させる方法がある。しかし、この方法では、多層反射膜構造層に対して限定された入射角を持つ光しか反射しない。

そこで、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなるダブルへテロ構造の層を反射率の高い金属の層を介してＳｉやＧａＡｓ等の支持基板に貼り付け、その後、成長に用いたＧａＡｓ基板を除去する方法が特許文献１に開示されている。この方法を用いれば、反射層として金属を用いているので、反射層に対する入射角を選ばずに高い反射率の反射が可能となる。

図１１に従来の半導体発光素子の構造を示す。図示のように、従来の半導体発光素子１１１は、発光層２を含む複数の層を積層形成してなる半導体３と、半導体３の一方の主表面Ｓ２側を覆う反射金属層４と、この反射金属層４と半導体３との界面に形成され反射金属層４の面に離散させて配置されたオーミックコンタクト接合部５と、反射金属層４より外側で半導体３の一方の主表面Ｓ２側を覆う裏面電極８と、半導体３の他方の主表面（光取り出し面）Ｓ１を部分的に覆う表面電極９と、裏面電極８から表面電極９までの全体を支持する支持基板１５とを備える。

特開２００２−２１７４５０号公報

ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなるダブルへテロ構造の層（半導体３）と支持基板１５との間に設ける反射金属層４は、高い反射率を有することは当然ながら、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる半導体３とオーミックコンタクトが取れなければならない。しかし、ＡｌＧａＩｎＰ系発光層２からの光の発光波長に対して高い反射率を有するＡｇ，Ａｌ，Ａｕ等の金属ではＡｌＧａＩｎＰ系の材料と直接オーミックコンタクトを取ることが困難である。そのため、反射金属層４と半導体３との間に、部分的にオーミックコンタクト接合部５を配置する必要がある。部分的に配置するとは、反射金属層４の面を全面的に覆うのではなく、その面に離散させて配置することである。

オーミックコンタクト接合部５は、オーミックコンタクトを取るために反射金属層４と半導体３との間に配置されており、反射金属層４と比べると反射率が低い。また、オーミックコンタクトを取るために半導体３上（反射金属層４中）にオーミックコンタクト接合部５を形成した後に、熱処理を行う必要がある。その熱処理の際に半導体３とオーミックコンタクト接合部５との間に合金化反応が生じ、オーミックコンタクト接合部５に接する半導体３の部分において光吸収率が増加する。このため、発光層２中のオーミックコンタクト接合部５に重なる箇所で発生した光は、それ以外の箇所で発生した光と比較して、光吸収が大きい。

このように、オーミックコンタクト接合部５の反射率が低く、光吸収が大きいことの結果として、従来の半導体発光素子１１１は、発光素子全体の光取り出し効率が低下する。

オーミックコンタクト接合部５の面積を極力小さくすることによってオーミックコンタクト接合部５による光吸収を少なくして光取り出し効率を上げることはできるが、低電圧で半導体発光素子を駆動するには、ある程度以上の面積のオーミックコンタクト接合部５が必要となる。従って、オーミックコンタクト接合部５の面積を小さくすることには限界がある。

また、従来の半導体発光素子１１１は、表面電極９が光取り出し面Ｓ１に重なっている。このため、発光層２中の表面電極９に重なる箇所で生じた光は表面電極９に遮られ、取り出すことができない。このため、発光素子全体の光取り出し効率が低下する。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光取り出し効率が向上する半導体発光素子を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、発光層を含む複数の層を積層形成してなる半導体と、該半導体の一方の主表面側を覆う反射金属層と、この反射金属層と上記半導体との界面に形成され上記反射金属層の面に離散させて配置されたオーミックコンタクト接合部と、上記発光層中の上記オーミックコンタクト接合部に重なる箇所に形成された空隙とを備えたものである。

上記反射金属層と上記半導体とに挟み込まれた反応抑制層を有し、上記オーミックコンタクト接合部が上記反応抑制層を貫通して上記反射金属層から上記半導体に至るまで形成されてもよい。

上記空隙が上記半導体に他方の主表面側から穴を開けて形成されてもよい。

上記半導体が上記オーミックコンタクト接合部に接する導電層とこの導電層に上記オーミックコンタクト接合部の反対側から接する別の半導体層とを有してもよい。

上記半導体に上記発光層を挟む第１の導電層と第２の導電層が含まれ、これら第１の導電層と第２の導電層のうち、反射金属層とは反対側の主表面側に位置する導電層のほうが抵抗が低くてもよい。

上記半導体の他方の主表面にこの主表面を部分的に覆う電極が配置され、この電極に重ならない箇所に上記オーミックコンタクト接合部が配置されてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）光取り出し効率が向上する。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるように、本発明に係る半導体発光素子１は、発光層２を含む複数の層を積層形成してなる半導体３と、該半導体３の一方の主表面側Ｓ２を覆う反射金属層４と、この反射金属層４と半導体３との界面に形成され反射金属層４の面に離散させて配置されたオーミックコンタクト接合部５と、発光層２中のオーミックコンタクト接合部５に重なる箇所に形成された空隙６とを備えたものである。

さらに、半導体発光素子１は、反射金属層４より外側で半導体３の一方の主表面Ｓ２を覆う裏面電極８と、半導体３の他方の主表面を部分的に覆う表面電極９とを備える。

半導体３は、III−Ｖ族化合物半導体であり、例えば、Ｍｇ−ＧａＰコンタクト層１０、Ｍｇ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１、ＡｌＧａＩｎＰ活性層（発光層）２、Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、Ｓｉ−ＧａＡｓコンタクト層１３を備える。Ｓｉ−ＧａＡｓコンタクト層１３は、全面的に形成された後、エッチングにより部分的に除去して、表面電極９に重なる箇所のみに残されている。Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２の主表面をこの半導体の第１の主表面Ｓ１とする。第１の主表面Ｓ１は、光取り出し面である。Ｍｇ−ＧａＰコンタクト層１０の主表面をこの半導体の第２の主表面Ｓ２とする。第２の主表面Ｓ２は、反射金属層４に覆われた反射面である。

さらに、半導体発光素子１は、反射金属層４と裏面電極８との間に、金属密着層１４、Ｓｉ−ＧａＡｓ支持基板１５を備える。

図１（ａ）に示されるように、光取り出し面Ｓ１から見ると、半導体３はほぼ正方形に形成され、表面電極９は、主として光取り出し面の中心部に丸く集中し、その中心部から放射状に延びた複数の枝を有する。

オーミックコンタクト接合部５は、反射金属層４の面に縦横に規則的な間隔で複数箇所に配置され、各々が小さな円形に形成されている。発光層２には、各々のオーミックコンタクト接合部５にぴったり重なるように小さな円形の空隙６が形成されている。この実施形態では、光取り出し面である第１の主表面Ｓ１側から第２の主表面Ｓ２に向けてＭｇ−ＧａＰコンタクト層１０の直前まで穴１６が開けられ、Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、発光層２、Ｍｇ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１を穴１６が貫通していることで発光層２に空隙６が形成されている。これにより、第１の主表面Ｓ１の一部が凹状に凹んでいる形状となる。この穴１６は、例えば、エッチングにより形成される。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示した半導体発光素子１によれば、発光層２中のオーミックコンタクト接合部５に重なる箇所には空隙６が形成されているので、裏面電極８からオーミックコンタクト接合部５を介して半導体３に注入された電流は、空隙６を避けて発光層２の充実部分に集中する。発光層２において充実部分のみに電流が流れて発光に寄与するので、第２の主表面Ｓ２に向かう光はオーミックコンタクト接合部５を通ることなく反射金属層４に達する。反射金属層４からの反射光も同様にオーミックコンタクト接合部５を通ることなく半導体３に戻り、第１の主表面Ｓ１に向かう。

このように、発光層２中のオーミックコンタクト接合部５に重ならない箇所（充実部分）のみに電流が流れるようにしたので、その電流によって発光した光がオーミックコンタクト接合部５を通らない。このため、オーミックコンタクト接合部５における光吸収が回避され、半導体３に注入された電流から生じた光が効率よく第１の主表面Ｓ１から出射されることになり、発光素子全体の光取り出し効率が向上する。この結果、高効率、高輝度な発光素子が実現される。

次に、他の実施形態を説明する。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示した半導体発光素子２１は、基本的に図１（ａ）、図１（ｂ）に示した半導体発光素子１と同じであるが、相違点として、反射金属層４と半導体３とに挟み込まれた反応抑制層２２を有する。そして、その反応抑制層２２を貫通してオーミックコンタクト接合部２３が反射金属層４から半導体３のＭｇ−ＧａＰコンタクト層１０に至るまで形成されている。反応抑制層２２は、ＳｉＯ₂、ＳｉＮといった低反応でかつ透明な材料からなり、発光波長において透明であることはもちろん、半導体発光素子２２を製造する過程の熱処理工程において反射金属層４と半導体３との反応を抑制する機能を持つ。これにより、反射金属層４の反射率が熱処理工程の後にも高く維持され、光取り出し効率が向上する。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示した半導体発光素子３１は、基本的に図２（ａ）、図２（ｂ）に示した半導体発光素子２１と同じであるが、相違点として、オーミックコンタクト接合部５が第１の主表面Ｓ１に設けられた表面電極９に重なる箇所には配置されていない。言い換えると、表面電極９に重ならない箇所のみにオーミックコンタクト接合部５が配置されている。これに伴い、発光層２の空隙６も表面電極９に重なる箇所には配置されない。つまり、この半導体発光素子３１は、図２（ｂ）に細線で示したオーミックコンタクト接合部５、空隙６が形成されない。

この半導体発光素子３１は、表面電極９に重なる箇所にはオーミックコンタクト接合部５が形成されないので、発光層２においては表面電極９に重なる箇所に流れる電流が少なくなり、その箇所では発光が抑制される。逆に、表面電極９に重ならない箇所に流れる電流が多くなり、そこで生じた光は表面電極９に妨げられることなく取り出される。その結果、発光素子全体の光取り出し効率が向上する。

なお、発光層２において表面電極９に重なる箇所に流れる電流が少なくなる効果は、発光層２よりも光取り出し面（第１の主表面Ｓ１）側に位置するｎ型クラッド層（Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２）での電流分散効果が大きいために生じる。これは、ｎ型クラッド層のほうがｐ型クラッド層（Ｍｇ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１）よりも抵抗が低いために起きる現象である。このように、発光層２を挟む第１の導電層と第２の導電層のうち、反射金属層４とは反対側の主表面Ｓ１側に位置する導電層であるＳｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２のほうが抵抗が低いことにより、Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２での電流分散効果が得られ、光取り出し効率の向上に寄与する。

ここまでの実施形態では、ＡｌＧａＩｎＰ活性層（発光層）２はアンドープのバルク層としたが、活性層を多重量子井戸または歪み量子井戸とした場合でも本発明の効果が得られる。

半導体発光素子１，１１，２１は、例えば、発光波長６３０ｎｍの赤色ＬＥＤである。同様のＡｌＧａＩｎＰ系材料で作製される発光波長５６０ｎｍ〜６６０ｎｍのＬＥＤにおいても、各層の材料、キャリア濃度、コンタクト層を周知慣用のとおり適切に決めればよく、このような場合でも本発明の効果が得られる。

表面電極９の形状は、円形やその円形に放射状の枝を加えた形状に限らず、四角形、菱形、多角形、その他の異形状やこれらに任意形状の枝を加えた形状であっても本発明の効果が得られる。

支持基板は、Ｓｉ−ＧａＡｓ支持基板１５に限らない。Ｇｅ支持基板、Ｓｉ支持基板、あるいは金属支持基板を用いた半導体発光素子であっても本発明の効果が得られる。

なお、図１の半導体発光素子１において、半導体３と反射金属層４との電気的導通は、オーミックコンタクト接合部５によってなされている。そのため、仮に空隙６がオーミックコンタクト接合部５にまで至ると、半導体３と反射金属層４との電気的導通が悪くなる。従って、空隙６を形成しても、オーミックコンタクト接合部５の直上にオーミックコンタクト接合部５に接する導電層が残るようにしなければならない。この導電層がＭｇ−ＧａＰコンタクト層１０である。

一方、空隙６の形成には選択性エッチングを用いるので、選択性エッチング可能となるよう上記導電層とは組成を異ならせた半導体層として、Ｍｇ−ＧａＰコンタクト層１０にオーミックコンタクト接合部５の反対側から接する別の半導体層が必要となる。図１の半導体発光素子１では、Ｍｇ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１がその別の半導体層としての役割を持つ。これにより、空隙６の形成をＭｇ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１までで止め、Ｍｇ−ＧａＰコンタクト層１０には空隙６が及ばないようにすることができる。

このように、半導体３の発光層２よりもオーミックコンタクト接合部５側に二層以上の組成が異なる半導体層があることにより、オーミックコンタクト接合部５に接する導電層であるＭｇ−ＧａＰコンタクト層１０を残して空隙６をエッチングで形成することが容易になる。

（実施例１）
図４に示した構造を有する発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製し、これをもとに図１の本発明に係る半導体発光素子１をＬＥＤ素子として作製した。その間のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、各層の厚さ、反射金属層及びオーミックコンタクト接合部の形成方法、支持基板への張り替え方法、電極形成方法、空隙の形成方法、ＬＥＤ素子作製方法は、以下の通りである。

図４に示されるように、ｎ型ＧａＡｓ基板（Ｓｉ−ＧａＡｓ基板）４１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐエッチングストップ層（Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層；厚さ２００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³）４２、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層（Ｓｉ−ＧａＡｓコンタクト層；厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³）４３、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層；厚さ２０００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³）４４、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（ＡｌＧａＩｎＰ活性層；厚さ９００ｎｍ）４５、ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（Ｍｇ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層；厚さ４００ｎｍ、キャリア濃度１．２×１０¹⁸／ｃｍ³）４６、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層（Ｍｇ−ＧａＰコンタクト層；厚さ３００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³）４７を順次成長させて赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ４０を得た。

ＭＯＶＰＥ法における成長温度は、６５０℃とし、成長圧力６６６６Ｐａ、各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓｅｃ、Ｖ／III比は約２００とした。Ｖ／III比とは、分母をトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）などのIII族原料のモル数とし、分子をＡｓＨ₃、ＰＨ₃などのＶ族原料のモル数とした場合の比率（商）を指す。

ＭＯＶＰＥ法に用いる原料としては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属や、アルシン（ＡｓＨ₃）、ホスフィン（ＰＨ₃）等の水素化物ガスなどがあり、この実施例においては、ＴＭＧａ、ＴＭＡ、ＴＭＩｎ、ＰＨ₃、ＡｓＨ₃を用いた。これら原料にIII族元素のＡｌ、Ｇａ、ＩｎとＶ族元素のＰ、Ａｓとが含まれるにより、III−Ｖ族化合物半導体を形成することができる。

ｎ型半導体層の導電型決定添加物には、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を用いた。この他に、ｎ型半導体層の導電型決定添加物として、セレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）、モノシラン（ＳｉＨ₄）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いてもよい。

ｐ型半導体層の導電型決定添加物には、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を用いた。この他に、ｐ型半導体層の導電型決定添加物として、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いてもよい。

図４の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ４０をＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、図５に示すように、Ｍｇ−ＧａＰコンタクト層４７の表面に、レジストとマスクアライナによる一般的なフォトリソグラフィ技術と真空蒸着法とを用いてオーミックコンタクト接合部５１を形成した。オーミックコンタクト接合部５１には金・亜鉛（ＡｕＺｎ）合金を用いた。オーミックコンタクト接合部５１の大きさ・形状は、主表面から見て直径１５μｍの円形状とし、厚さは５０ｎｍに形成した。オーミックコンタクト接合部５１の配置は、縦横に３０μｍピッチとした。その後、オーミックコンタクト接合部５の合金化であるアロイ工程を行った。アロイ工程では、窒素ガス雰囲気中にて４００℃に加熱し、５分間熱処理した。

次に、図６に示すように、オーミックコンタクト接合部５１を覆う反射金属層６１を形成した。反射金属層６１は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）をこの順序でそれぞれ２００ｎｍ，２００ｎｍ，５００ｎｍの厚さに蒸着して形成した。

次に、図７に示すように、支持基板７１のために、Ｓｉ−ＧａＡｓ基板７２を用意し、このＳｉ−ＧａＡｓ基板７２に金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）をこの順序でそれぞれ２００ｎｍ，２００ｎｍ，５００ｎｍの厚さに蒸着することで、金属密着層７３を形成し、支持基板７１を得た。

次に、図６の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ４０と図７の支持基板７１とを貼り合わせた。具体的には、図８に示されるように、赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ４０の反射金属層６１の表面と支持基板７１の金属密着層７３のＡｕ表面とを貼り合わせて貼り合わせ品８１を得た。張り合わせは、圧力１．３Ｐａ雰囲気で加重を３０Ｋｇｆ／ｃｍ²負荷した状態で温度３５０℃で６０分間保持することによって行った。

次に、この貼り合わせ品８１に対し、支持基板７１のＳｉ−ＧａＡｓ基板７２の表面をレジストで保護した後、赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ４０のＳｉ−ＧａＡｓ基板４１をアンモニア水と過酸化水素水の混合液によってエッチング除去し、Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層４２を露出させた。次いで、このＳｉ−ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層４２を塩酸で除去し、Ｓｉ−ＧａＡｓコンタクト層４３を露出させた。その後、アセトン及びメタノールを用いてＳｉ−ＧａＡｓ基板７２のレジストを除去した。

次に、図９に示されるように、Ｓｉ−ＧａＡｓコンタクト層４３に対してレジストとマスクアライナによる一般的なフォトリソグラフィ技術と真空蒸着法とを用い、直径１００μｍの円形状の中心部と、その中心部から放射状に幅１０μｍの枝が伸びた表面電極９１を形成した。表面電極９１は、金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）をこの順序でそれぞれ１００ｎｍ，１００ｎｍ，５００ｎｍの厚さに蒸着して形成した。

この表面電極９１を形成後、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、表面電極９１をマスクとして、Ｓｉ−ＧａＡｓコンタクト層４３をエッチングした。このエッチングにより、表面電極９１が重なっているＳｉ−ＧａＡｓコンタクト層４３が選択的に残され、表面電極９１が重なっていないＳｉ−ＧａＡｓコンタクト層４３が除去されてＳｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４４が露出する。

次に、図１０に示されるように、Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４４の表面にフォトリソグラフィーの技術により、オーミックコンタクト接合部５１に重なる箇所に直径１５μｍの開口を有するパターンのレジストを施した。塩酸系のエッチャントを用いてレジストの開口のみ選択的にエッチングし、Ｍｇ−ＧａＰコンタクト層４７が露出するまでこのエッチングを行った。つまり、塩酸エッチングにより、Ｓｉ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４４、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４５、Ｍｇ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４６を連続して開口の部分１０１のみエッチングしたことになる。その後、レジストをアセトン、メタノールを用いて除去した。

次に、図１０に示されるように、Ｓｉ−ＧａＡｓ基板７２の全面に裏面電極１０２を真空蒸着法により形成した。裏面電極９２は、金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）をこの順序でそれぞれ６０ｎｍ，１０ｎｍ，５００ｎｍの厚さに蒸着し、その後、裏面電極９２を合金化するアロイ工程を行った。アロイ工程では、窒素ガス雰囲気中にて４００℃に加熱し、５分間熱処理した。

以上により、図１０に示す半導体発光素子１００を得た。これは図１の半導体発光素子１が多数集合したウエハに他ならない。

この半導体発光素子１を１素子ごとに分離するべく、ダイシング装置を用いて表面電極９の中央部が中心になるようにチップサイズ３００μｍ角に切断してＬＥＤベアチップとした。そのＬＥＤベアチップを図示しないＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）した。その後、そのＬＥＤベアチップにワイヤボンディングを行い、図示しないＬＥＤ素子を得た。

このＬＥＤ素子の初期特性を評価した結果、２０ｍＡ通電時（評価時）の発光出力３．６０ｍＷ、動作電圧１．９４Ｖという初期特性であった。

このように、実施例１のＬＥＤ素子は、発光層２のオーミックコンタクト接合部５に重なる箇所が空隙６となっているので、ＬＥＤ素子に注入された電流が発光層２の充実部分に流れ、発光した光がオーミックコンタクト接合部５を通らないので、光取り出し効率が向上する。
（実施例２）
図４に示した構造を有する発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ４０を作製し、これをもとに図２の本発明に係る半導体発光素子２１をＬＥＤ素子として作製した。その間のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、各層の厚さ、反射金属層の形成方法、支持基板への張り替え方法、電極形成方法、空隙の形成方法、ＬＥＤ素子作製方法は実施例１と同じであるが、反応抑制層を形成してそこへオーミックコンタクト接合部を埋め込む点が異なるので、その方法を詳細に説明する。

図４の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ４０のＭｇ−ＧａＰコンタクト層４７の表面に、プラズマＣＶＤ法によって反応抑制層（図示せず）として厚さ１００ｎｍのＳｉＯ₂膜を形成した。その反応抑制層の表面に、レジストとマスクアライナによる一般的なフォトリソグラフィーの技術により、開口径１５μｍの円形開口を有するレジストを３０μｍピッチで形成し、フッ素系のエッチャントを用いて開口内のＳｉＯ₂を除去することにより、穴を開けてＭｇ−ＧａＰコンタクト層４７を露出させた。

Ｍｇ−ＧａＰコンタクト層４７が露出した反応抑制層の穴内に、真空蒸着法によってオーミックコンタクト接合部を厚さ１００ｎｍ、つまり、反応抑制層と同じ厚さに形成した。オーミックコンタクト接合部には、金・亜鉛（ＡｕＺｎ）合金を用いた。

この後、実施例１と同様に反射金属層６１（図６）を形成するので、実施例２では、反射金属層６１と半導体（赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ４０）とに挟み込まれた反応抑制層を有し、オーミックコンタクト接合部が反応抑制層を貫通して反射金属層から半導体に至るまで形成されたことになる。その後は、実施例１と同様に図６以降の工程を行って図２の半導体発光素子２１を得た後、図示しないＬＥＤ素子を得た。

このＬＥＤ素子の初期特性を評価した結果、２０ｍＡ通電時（評価時）の発光出力３．８５ｍＷ、動作電圧１．９７Ｖという初期特性であった。

この実施例２では、半導体３と反射金属層４との間に反応抑制層２２を設けたことにより、反射金属層４とＳｉ−ＧａＡｓ支持基板１５との貼り付け工程や電極アロイ工程における熱処理工程において反射金属層４とＳｉ−ＧａＡｓ支持基板１５との反応を抑制する効果が得られる。これにより、反射金属層４の反射率が熱処理工程の後にも高く維持され、光取り出し効率が向上する。
（実施例３）
図４に示した構造を有する発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ４０を作製し、これをもとに図３の本発明に係る半導体発光素子３１をＬＥＤ素子として作製した。その間のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、各層の厚さ、反射金属層、反応抑制層、オーミックコンタクト接合部の形成方法、支持基板への張り替え方法、電極形成方法、空隙の形成方法、ＬＥＤ素子作製方法は実施例２と同じであるが、オーミックコンタクト接合部５を表面電極９に重なる箇所に形成しないようにした点が異なる。

このようにして、図３の半導体発光素子３１を得た後、図示しないＬＥＤ素子を得た。

このＬＥＤ素子の初期特性を評価した結果、２０ｍＡ通電時（評価時）の発光出力４．１０ｍＷ、動作電圧１．９７Ｖという初期特性であった。

この実施例３では、表面電極９に重ならない箇所のみにオーミックコンタクト接合部５が配置されたことにより、発光層２において表面電極９に重ならない箇所に流れる電流が多くなり、そこで生じた光は表面電極９に妨げられることなく取り出されるので、光取り出し効率が向上する。
（従来例）
図４に示した構造を有する発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製し、これをもとに図１１の従来の半導体発光素子１１１をＬＥＤ素子として作製した。その間のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、各層の厚さ、反射金属層及びオーミックコンタクト接合部の形成方法、支持基板への張り替え方法、電極形成方法、ＬＥＤ素子作製方法は、実施例１と同じであり、空隙を形成しない点だけが異なる。

このＬＥＤ素子の初期特性を評価した結果、２０ｍＡ通電時（評価時）の発光出力２．３５ｍＷ、動作電圧１．９２Ｖという初期特性であった。この初期特性は、実施例１〜３のいずれと比べても発光出力が小さい。

本発明の一実施形態を示す半導体発光素子の図であり、（ａ）は光取り出し面から見た平面図、（ｂ）はその平面図の一点鎖線に沿った断面図である。本発明の一実施形態を示す半導体発光素子の図であり、（ａ）は光取り出し面から見た平面図、（ｂ）はその平面図の一点鎖線に沿った断面図である。本発明の一実施形態を示す半導体発光素子の図であり、（ａ）は光取り出し面から見た平面図、（ｂ）はその平面図の一点鎖線に沿った断面図である。実施例で作製した赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面図である。実施例でオーミックコンタクト接合部を形成した赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面図である。実施例で反射金属層を形成した赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面図である。実施例で作製した支持基板の断面図である。実施例で作製した貼り合わせ品の断面図である。実施例で表面電極を形成しエッチングした貼り合わせ品の断面図である。実施例で貼り合わせ品に裏面電極を形成して得られた半導体発光素子の断面図である。従来の半導体発光素子の断面図である。

符号の説明

１，１１，２１半導体発光素子
２発光層
３半導体
４反射金属層
５オーミックコンタクト接合部
６空隙
８裏面電極
９表面電極

Claims

発光層を含む複数の層を積層形成してなる半導体と、該半導体の一方の主表面側を覆う反射金属層と、この反射金属層と上記半導体との界面に形成され上記反射金属層の面に離散させて配置されたオーミックコンタクト接合部と、上記発光層中の上記オーミックコンタクト接合部に重なる箇所に形成された空隙とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。
上記反射金属層と上記半導体とに挟み込まれた反応抑制層を有し、上記オーミックコンタクト接合部が上記反応抑制層を貫通して上記反射金属層から上記半導体に至るまで形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
上記空隙が上記半導体に他方の主表面側から穴を開けて形成された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。
上記半導体が上記オーミックコンタクト接合部に接する導電層とこの導電層に上記オーミックコンタクト接合部の反対側から接する別の半導体層とを有することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の半導体発光素子。
上記半導体に上記発光層を挟む第１の導電層と第２の導電層が含まれ、これら第１の導電層と第２の導電層のうち、反射金属層とは反対側の主表面側に位置する導電層のほうが抵抗が低いことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の半導体発光素子。
上記半導体の他方の主表面にこの主表面を部分的に覆う電極が配置され、この電極に重ならない箇所に上記オーミックコンタクト接合部が配置されたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の半導体発光素子。