JP5024247B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子に関する。特に、本発明は、高輝度、大電流対応の発光素子に関する。
高輝度の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を実現するには、発光効率の向上のみならず、大電流を供給できる構造を実現することが要求される。アンペアオーダーの大電流が供給されるＬＥＤは、チップサイズが大きく、チップ全体に電流を均一に供給することを目的として、ＬＥＤの表面に細線電極を形成することがある。
従来、基板と、基板の上に設けられた発光層と、発光層の上に設けられた電極と、発光層と電極との間に選択的に設けられたコンタクト層とを備え、発光層の上に設けられた電極に細線電極を接続した発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１に記載の発光素子等、従来の発光素子は、大電流を供給する場合、細線電極の断面積が小さいことに起因して発生する熱によって細線電極が焼損する場合がある。また、細線電極の焼損を防止することを目的として、細線電極の幅を大きくすると、細線電極と半導体とのオーミック接合部分によって光が吸収され、発光効率が低下する場合がある。
したがって、本発明の目的は、高輝度、大電流対応の発光素子を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、第１導電型の第１半導体層と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層とに挟まれる活性層とを有する半導体積層構造と、第１半導体層の上方の一部の領域に設けられ、外部からの電流を半導体積層構造に供給する電流供給部と、電流供給部に隣接して設けられ、活性層が発する光を反射する光反射部とを有する細線電極と、細線電極に電気的に接続して設けられ、光を透過する透過層を介して第１半導体層の上方に設けられる表面中心電極部とを備える発光素子が提供される。
また、上記発光素子は、表面中心電極部は、透過層と表面中心電極部との界面で光を反射してもよい。また、電流供給部は、半導体積層構造の一部にオーミック接合する金属層と、金属層の半導体積層構造の一部の反対側に設けられる細線電極用金属層とを含んで設けられてもよい。また、光反射部は、活性層の光を透過すると共に、電流供給部の抵抗率よりも高い抵抗率を有する透過部と、細線電極用金属層とを含み、透過部と細線電極用金属層との界面で光を反射してもよい。
また、上記発光素子は、活性層が発する光を反射する反射層を有する支持基板と、反射層と半導体積層構造との間に設けられる透明層と、透明層の一部を貫通した領域を充填して設けられるコンタクト部とを更に備え、半導体積層構造は、透明層を介して支持基板に支持され、コンタクト部は、半導体積層構造と反射層とを電気的に接続してもよい。
また、上記発光素子は、表面中心電極部は、ワイヤーが接続されるパッド部と、パッド部に接続され、活性層の水平方向に沿って伸びる線状電極とを含み、線状電極は、細線電極よりも広い幅を有して形成されてもよい。
また、上記発光素子は、透過層及び透過部は、光を透過する絶縁材料から形成してもよい。あるいは、透過層及び透過部は、光を透過する導電性材料から形成してもよい。若しくは、透過層及び透過部は、光を透過する半導体材料から形成してもよい。
本発明に係る発光素子によれば、高輝度、大電流対応の発光素子を提供できる。
［第１の実施の形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な上面を示す。また、図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面を示し、図１Ｃは、発光素子の部分的な拡大縦断面を示す。具体的に、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面における発光素子１の縦断面図であり、図１Ｃは、図１ＡのＢ−Ｂ断面における発光素子１の部分的な縦断面図である。
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な上面を示す。また、図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面を示し、図１Ｃは、発光素子の部分的な拡大縦断面を示す。具体的に、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面における発光素子１の縦断面図であり、図１Ｃは、図１ＡのＢ−Ｂ断面における発光素子１の部分的な縦断面図である。
（発光素子１の構造の概要）
図１Ａを参照すると、第１の実施の形態に係る発光素子１は、上面視にて略正方形に形成される。一例として、発光素子１は、厚さが約２００μｍであると共に、上面視において２ｍｍ×２ｍｍ角のチップサイズに形成される大電流供給用（大電流対応）の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。発光素子１には、例えば、１Ａ（アンペア）等のアンペアクラスの大電流が供給される。そして、発光素子１は、発光素子１が発する光が発光素子１の外部に取り出される面である光取り出し面１０３ａに、ワイヤーが接続されるパッド部１１２及びパッド部１１２から発光素子１の外縁に向かって伸びる線状電極１１４を有する表面中心電極部１１０と、表面中心電極部１１０に電気的に接続して設けられる複数の細線電極１１６とを備える。
図１Ａを参照すると、第１の実施の形態に係る発光素子１は、上面視にて略正方形に形成される。一例として、発光素子１は、厚さが約２００μｍであると共に、上面視において２ｍｍ×２ｍｍ角のチップサイズに形成される大電流供給用（大電流対応）の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。発光素子１には、例えば、１Ａ（アンペア）等のアンペアクラスの大電流が供給される。そして、発光素子１は、発光素子１が発する光が発光素子１の外部に取り出される面である光取り出し面１０３ａに、ワイヤーが接続されるパッド部１１２及びパッド部１１２から発光素子１の外縁に向かって伸びる線状電極１１４を有する表面中心電極部１１０と、表面中心電極部１１０に電気的に接続して設けられる複数の細線電極１１６とを備える。
まず、図１Ｂ及び図１Ｃを参照して、発光素子１の構造の概要を説明する。発光素子１は、所定の波長の光を発する活性層１０５を有する半導体積層構造１０と、半導体積層構造１０の一方の表面の一部の領域と電気的に接続する細線電極１１６と、半導体積層構造１０の他方の表面の一部にオーミック接触するコンタクト部１２０と、コンタクト部１２０が設けられている領域を除く半導体積層構造１０の他方の表面に接して設けられる透明層１４０と、コンタクト部１２０及び透明層１４０の半導体積層構造１０に接する面の反対側の表面に設けられる反射部１３０とを備える。
なお、図１Ｂを参照すると、パッド部１１２及び線状電極１１４は、半導体積層構造１０に、活性層１０５が発する光を透過する透過層１４２を介して設けられる。なお、透過層１４２は、透過層１４２の上に設けられるパッド部１１２及び線状電極１１４を構成する材料より高い抵抗率を有する材料から形成される。一例として、透過層１４２は、実質的に電気絶縁性の材料から形成される。また、図１Ｃを参照すると、細線電極１１６は、半導体積層構造１０の一方の表面の一部の領域にオーミック接触する金属層１１７を介して半導体積層構造１０に設けられる。
更に、図１Ｂを参照すると、発光素子１は、反射部１３０のコンタクト部１２０及び透明層１４０に接する面の反対側に設けられる電気導電性を有する密着層２００と、密着層２００の反射部１３０に接する面の反対側に設けられる電気導電性を有する支持基板２０とを備える。そして、支持基板２０は、密着層２０と接する面の反対側の面（すなわち、支持基板２０の裏面）に裏面電極２１０を有する。
また、本実施形態に係る発光素子１の半導体積層構造１０は、コンタクト部１２０及び透明層１４０に接して設けられるｐ型コンタクト層１０９と、ｐ型コンタクト層１０９の透明層１４０に接している面の反対側に設けられる第２導電型の第２半導体層としてのｐ型クラッド層１０７と、ｐ型クラッド層１０７のｐ型コンタクト層１０９に接している面の反対側に設けられる活性層１０５と、活性層１０５のｐ型クラッド層１０７に接している面の反対側に設けられる第１導電型の第１半導体層としてのｎ型クラッド層１０３と、ｎ型クラッド層１０３の活性層１０５に接している面の反対側の一部の領域に設けられるｎ型コンタクト層１０１とを有する。なお、ｎ型コンタクト層１０１は、細線電極１１６の直下の領域の一部に設けられる。
半導体積層構造１０の透明層１４０に接している側の反対側の表面は、本実施の形態に係る発光素子１の光取出し面１０３ａとなる。具体的には、ｎ型クラッド層１０３の活性層１０５に接している面の反対側の表面の一部（すなわち、表面中心電極部１１０及び細線電極１１６直下の領域を除く部分）が光取出し面１０３ａとなる。光取り出し面１０３ａは、光取り出し効率を向上させることを目的として、ミクロンオーダーの凹凸部を有して形成することもできる。凹凸部は、マトリックス状、ハニカム状等の規則性を有した配列で光取り出し面１０３ａ上に設けることができる。また、凹凸部は、不規則な配列で光取り出し面１０３ａ上に設けることもできる。なお、光取り出し面１０３ａによって反射された光の一部は、活性層１０５側に戻る過程において熱に変化する。したがって、凹凸部を設けることにより、活性層１０５側に反射された光の一部によって生じる熱を低減できる。
更に、反射部１３０は、コンタクト部１２０及び透明層１４０に接して設けられる反射層１３２と、反射層１３２のコンタクト部１２０及び透明層１４０に接する面の反対側で反射層１３２に接して設けられるバリア層１３４と、バリア層１３４の反射層１３２に接する面の反対側でバリア層１３４に接して設けられる接合層１３６とを有する。そして、密着層２００は、反射部１３０の接合層１３６に対して電気的、機械的に接合する接合層２０２と、接合層２０２の反射部１３０に接する面の反対側に設けられるコンタクト電極２０４とを有する。そして、裏面電極２１０は、支持基板２０の裏面にオーミック接触して設けられる。
（細線電極１１６の詳細な構造）
ここで図１Ｃを参照する。本実施の形態に係る細線電極１１６は、外部からの電流を半導体積層構造１０に供給する電流供給部１１６ａと、電流供給部１１６ａに隣接して設けられる光反射部１１６ｂとを有して設けられる。電流供給部１１６ａは、ｎ型クラッド層１０３の上方の一部の領域に設けられたｎ型コンタクト層１０１の表面にオーミック接合して設けられる金属層１１７と、金属層１１７のｎ型コンタクト層１０１に接している面の反対側の面に電気的に接触して設けられる細線電極用金属層１１８とを含んで設けられる。
ここで図１Ｃを参照する。本実施の形態に係る細線電極１１６は、外部からの電流を半導体積層構造１０に供給する電流供給部１１６ａと、電流供給部１１６ａに隣接して設けられる光反射部１１６ｂとを有して設けられる。電流供給部１１６ａは、ｎ型クラッド層１０３の上方の一部の領域に設けられたｎ型コンタクト層１０１の表面にオーミック接合して設けられる金属層１１７と、金属層１１７のｎ型コンタクト層１０１に接している面の反対側の面に電気的に接触して設けられる細線電極用金属層１１８とを含んで設けられる。
また、光反射部１１６ｂは、ｎ型クラッド層１０３の表面の法線方向においてｎ型クラッド層１０３に隣接して設けられ、活性層１０５が発する光を透過する透過部１４４と、透過部１４４のｎ型クラッド層１０３に接している面の反対側の面に接して設けられる細線電極用金属層１１８とを含んで設けられる。なお、細線電極用金属層１１８は、金属層１１７及び透過部１４４のそれぞれの表面に接しており、金属層１１７に接している部分と、透過部１４４に接している部分とは一体に設けられる。
本実施の形態において、ｎ型コンタクト層１０１及び金属層１１７は、上面視にて細線の線形状に設けられる。そして、一の細線電極１１６は、２つの電流供給部１１６ａを有しており、２つの電流供給部１１６ａは、光反射部１１６ｂを挟んで対向して設けられる。電流供給部１１６ａはそれぞれ、金属層１１７と、金属層１１７に電気的に接触する細線電極用金属層１１８から形成される。そして、光反射部１１６ｂは、透過部１４４と透過部１４４に接触する細線電極用金属層１１８から形成される。
そして、例えば図１Ａを参照すると、複数の細線電極１１６はそれぞれ、発光素子１の上面視にて、互いに略平行に設けられる。また、複数の細線電極１１６の上面視における幅は、線状電極１１４の上面視における幅より狭く形成される。一例として、線状電極１１４の上面視における幅は５０μｍに形成され、複数の細線電極１１６それぞれの上面視における幅は１０μｍに形成される。また、ｎ型コンタクト層１０１及び金属層１１７の上面視における幅（すなわち、一の電流供給部１１６ａの幅）は、一例として、１．５μｍ程度に形成され、光反射部１１６ｂの上面視における幅は、一例として、７μｍ程度に形成される。
（表面中心電極部１１０及び細線電極１１６の機能の詳細）
本実施の形態において、表面中心電極部１１０は、例えば、アンペアクラスの大電流が供給された場合でも焼損しない断面積を有して形成される。そして、図１Ａを参照すると、パッド部１１２に供給された電流は、パッド部１１２に接続している線状電極１１４を伝導する。パッド部１１２及び線状電極１１４の直下には実質的に絶縁性の透過層１４２が設けられているので、表面中心電極部１１０から半導体積層構造１０に直接に当該電流は供給されない。当該電流は、線状電極１１４に電気的に接続している細線電極１１６、具体的には、図１Ｃに示すように、細線電極１１６と電気的に接続する細線電極用金属層１１８に伝導する。続いて、当該電流は、細線電極用金属層１１８に電気的に接続している金属層１１８に伝導する。そして、当該電流は、金属層１１８から活性層１０５を含む半導体積層構造１０にｎ型コンタクト層１０１を介して供給される。
本実施の形態において、表面中心電極部１１０は、例えば、アンペアクラスの大電流が供給された場合でも焼損しない断面積を有して形成される。そして、図１Ａを参照すると、パッド部１１２に供給された電流は、パッド部１１２に接続している線状電極１１４を伝導する。パッド部１１２及び線状電極１１４の直下には実質的に絶縁性の透過層１４２が設けられているので、表面中心電極部１１０から半導体積層構造１０に直接に当該電流は供給されない。当該電流は、線状電極１１４に電気的に接続している細線電極１１６、具体的には、図１Ｃに示すように、細線電極１１６と電気的に接続する細線電極用金属層１１８に伝導する。続いて、当該電流は、細線電極用金属層１１８に電気的に接続している金属層１１８に伝導する。そして、当該電流は、金属層１１８から活性層１０５を含む半導体積層構造１０にｎ型コンタクト層１０１を介して供給される。
また、図１Ｂに示すように、表面中心電極部１１０のパッド部１１２及び線状電極１１４は、透過層１４２を介してｎ型クラッド層１０３上に設けられる。表面中心電極部１１０は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料からなる層、又はこれらの層が複数積層された積層構造を有して形成することができる。表面中心電極部１１０は、例えば、透過層１４２と接する側に、透過層１４２と表面中心電極部１１０との密着性を向上させる薄膜密着層を介して形成される。薄膜密着層は、活性層１０５が発する光を実質的に吸収しない厚さを有して形成される。例えば、薄膜密着層は、Ｎｉ、Ａｌ等の金属材料から形成することができる。そして、表面中心電極部１１０は、当該光に対して高い反射率を有する金属材料から形成される。本実施の形態において、活性層１０５は赤色光を放射するので、表面中心電極部１１０は、例えば赤色領域の光に対して高い反射率を有するＡｕから形成することができる。
透過層１４２は、活性層１０５が発した光を透過すると共に、電気絶縁性の材料から形成される。すなわち、透過層１４２は、当該光に対して実質的に透明であり、実質的に電気絶縁性の材料から形成される。一例として、透過層１４２は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成することができる。そして、透過層１４２とパッド部１１２及び線状電極１１４との界面１１０ａは、界面１１０ａに入射した活性層１０５から放射された光を、活性層１０５の側に反射する。また、細線電極１１６の透過部１４４も、活性層１０５が発する光を透過すると共に、電気絶縁性を有する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成することができる。
ここで図１Ｃを参照する。細線電極１１６の金属層１１７は、ｎ型コンタクト層１０１とオーミック接触する金属材料から形成される。例えば、金属層１１７は、Ａｕ、Ｇｅ等の金属材料を含む合金材料、又はこれらの合金材料と、Ａｕ、Ｎｉ等の金属材料からなる層の積層構造から形成することができる。一例として、金属層１１７は、ｎ型コンタクト層１０１側からＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの順で形成される。また、細線電極用金属層１１８は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料からなる層、又はこれらの層が複数積層された積層構造を有して形成することができる。例えば、細線電極用金属層１１８は、赤色領域の光に対して高い反射率を有するＡｕから形成することができる。そして、細線電極用金属層１１８と透過部１４４との界面１４４ａは、界面１４４ａに入射した活性層１０５から放射された光を、活性層１０５の側に反射する。
なお、表面中心電極部１１０及び細線電極用金属層１１８はそれぞれ、同一材料から形成することもできる。この場合、表面中心電極部１１０及び細線電極用金属層１１８は、一体として形成できる。また、細線電極用金属層１１８と透過部１４４との間には、細線電極用金属層１１８の透過部１４４に対する密着性を向上させることを目的として、薄膜密着層を設けることができる。この薄膜密着層は、表面中心電極部１１０と透過層１４２との間に設けることのできる薄膜密着層と同様の材料から同様の機能を有して形成される。
すなわち、本実施の形態において、表面中心電極部１１０は、主として発光素子１に供給された電流を細線電極１１６に供給する機能を有すると共に、活性層１０５から放射された光を反射する機能を有する。一方、細線電極１１６は、表面中心電極部１１０から細線電極１１６に供給された電流を半導体積層構造１０に供給する機能と、活性層１０５から放射された光を反射する機能を併せ持つ。具体的に、細線電極１１６は、電流供給部１１６ａが、表面中心電極部１１０から細線電極１１６に供給された電流を半導体積層構造１０に供給する機能を有しており、光反射部１１６ｂが、活性層１０５から放射された光を反射する機能を有する。
（表面中心電極部１１０及び細線電極１１６の配置）
図１Ａを参照すると、本実施の形態において、表面中心電極部１１０のパッド部１１２は、上面視にて発光素子１の略中央に設けられる。パッド部１１２は、一例として、略円形状に形成される。そして、線状電極１１４は、パッド部１１２の外縁から半導体積層構造１０（例えば、活性層１０５）の面の水平方向に沿って、発光素子１の外縁に向かって伸びて形成される。例えば、線状電極１１４は、パッド部１１２の側から発光素子１の外縁に向かって略一定の幅を有して伸びる線状の電極である。
図１Ａを参照すると、本実施の形態において、表面中心電極部１１０のパッド部１１２は、上面視にて発光素子１の略中央に設けられる。パッド部１１２は、一例として、略円形状に形成される。そして、線状電極１１４は、パッド部１１２の外縁から半導体積層構造１０（例えば、活性層１０５）の面の水平方向に沿って、発光素子１の外縁に向かって伸びて形成される。例えば、線状電極１１４は、パッド部１１２の側から発光素子１の外縁に向かって略一定の幅を有して伸びる線状の電極である。
複数の細線電極１１６はそれぞれ、半導体積層構造１０の面の水平方向に沿って伸びると共に、線状電極１１４が伸びる方向に対して略垂直方向に伸びて形成される。複数の細線電極１１６はそれぞれ、線状電極１１４の外縁、又はパッド部１１２の外縁に電気的に接続して設けられる。また、複数の細線電極１１６は、一の細線電極１１６と一の細線電極１１６に隣接する他の細線電極１１６との間隔が、略一定の間隔を有して設けられる。
なお、パッド部１１２は、パッド部１１２に接続されるＡｕ等からなるワイヤーがワイヤーボンディングされる場合に、ワイヤーの端部に形成されるボールが接続することができる大きさを有する限り、その上面視における形状は円形に限られない。例えば、パッド部１１２は、上面視にて四角状等の多角形状、楕円状等に形成できる。また、線状電極１１４は、本実施の形態において、略同一の幅を有して形成されるが、パッド部１１２近傍から離れるにしたがって、徐々に幅を狭めた形状を有して形成することもできる。更に、細線電極１１６は、本実施の形態において、略同一の幅を有して形成されるが、線状電極１１４近傍から離れるにしたがって、徐々に幅を狭めた形状を有して形成することもできる。
（半導体積層構造１０）
図１Ｂを参照すると、本実施形態に係る半導体積層構造１０は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体を有して形成される。例えば、半導体積層構造１０は、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体の量子井戸構造を含んで形成される活性層１０５を、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｎ型クラッド層１０３と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｐ型クラッド層１０７とで挟んだ構成を有する。
図１Ｂを参照すると、本実施形態に係る半導体積層構造１０は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体を有して形成される。例えば、半導体積層構造１０は、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体の量子井戸構造を含んで形成される活性層１０５を、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｎ型クラッド層１０３と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｐ型クラッド層１０７とで挟んだ構成を有する。
活性層１０５は、外部から電流が供給されると所定の波長の光を発する。例えば、活性層１０５は、波長が６３０ｎｍ付近の赤色光を発する量子井戸構造を有して形成される。なお、量子井戸構造は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又は歪み多重量子井戸構造のいずれの構造からも形成することができる。また、ｎ型クラッド層１０３は、Ｓｉ、Ｓｅ等のｎ型のドーパントを所定の濃度含む。一例として、ｎ型クラッド層１０３は、Ｓｉがドープされたｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層から形成される。更に、ｐ型クラッド層１０７は、Ｚｎ、Ｍｇ等のｐ型のドーパントを所定の濃度含む。一例として、ｐ型クラッド層１０７は、Ｍｇがドープされたｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層から形成される。
更に、半導体積層構造１０が有するｐ型コンタクト層１０９は、一例として、高濃度のＭｇがドープされたｐ型のＧａＰ層から形成される。そして、ｎ型コンタクト層１０１は、一例として、高濃度のＳｉがドープされたＧａＡｓ層から形成される。ここで、ｎ型コンタクト層１０１は、ｎ型クラッド層１０３の上面において、金属層１１７が形成される領域に設けられる。
（コンタクト部１２０）
コンタクト部１２０は、ｐ型コンタクト層１０９の表面の一部に設けられる。コンタクト部１２０は、ｐ型コンタクト層１０９とオーミック接触する材料から形成され、一例として、Ａｕ及びＢｅ、又はＡｕ及びＺｎを含む金属合金材料から形成される。コンタクト部１２０の上面視における形状は、表面中心電極部１１０から細線電極１１６を介して供給された電流が活性層１０５の略全面に供給される形状、例えば、櫛形形状を有して形成される。なお、本実施の形態に係るコンタクト部１２０は、表面中心電極部１１０及び細線電極１１６の直下にも形成されているが、本実施の形態の変形例では、表面中心電極部１１０及び細線電極１１６の直下を除く領域にコンタクト部１２０を形成することもできる。
コンタクト部１２０は、ｐ型コンタクト層１０９の表面の一部に設けられる。コンタクト部１２０は、ｐ型コンタクト層１０９とオーミック接触する材料から形成され、一例として、Ａｕ及びＢｅ、又はＡｕ及びＺｎを含む金属合金材料から形成される。コンタクト部１２０の上面視における形状は、表面中心電極部１１０から細線電極１１６を介して供給された電流が活性層１０５の略全面に供給される形状、例えば、櫛形形状を有して形成される。なお、本実施の形態に係るコンタクト部１２０は、表面中心電極部１１０及び細線電極１１６の直下にも形成されているが、本実施の形態の変形例では、表面中心電極部１１０及び細線電極１１６の直下を除く領域にコンタクト部１２０を形成することもできる。
（透明層１４０）
透明層１４０は、反射部１３２の表面（又はｐ型コンタクト層１０９の表面）であって、コンタクト部１２０が設けられていない領域に設けられる。透明層１４０は、活性層１０５が発する波長の光を透過する材料で形成され、一例として、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＮｘ等の透明誘電体層から形成される。また、透明層１４０は、透明層１４０が設けられている部分においては電流を伝搬させない電流阻止層としての機能を有する。発光素子１に供給された電流は、電流素子層としての透明層１４０を伝搬せずに、コンタクト部１２０を介して半導体積層構造１０及び支持基板２０へと伝搬する。
透明層１４０は、反射部１３２の表面（又はｐ型コンタクト層１０９の表面）であって、コンタクト部１２０が設けられていない領域に設けられる。透明層１４０は、活性層１０５が発する波長の光を透過する材料で形成され、一例として、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＮｘ等の透明誘電体層から形成される。また、透明層１４０は、透明層１４０が設けられている部分においては電流を伝搬させない電流阻止層としての機能を有する。発光素子１に供給された電流は、電流素子層としての透明層１４０を伝搬せずに、コンタクト部１２０を介して半導体積層構造１０及び支持基板２０へと伝搬する。
（反射部１３０）
反射部１３０の反射層１３２は、活性層１０５が発する光に対して高い反射率を有する導電性材料から形成される。一例として、反射層１３２は、当該光に対して８０％以上の反射率を有する導電性材料から形成する。反射層１３２は、活性層１０５が発した光のうち、反射層１３２に達した光を活性層１０５側に向けて反射する。すなわち、反射層１３２は、反射層１３２と透明層１４０との界面で光を反射する。反射層１３２は、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料、又は、これらの金属材料から選択される少なくとも１つの金属材料を含む合金から形成される。一例として、反射層１３２は、所定膜厚のＡｕから形成される。更に、反射層１３０は、コンタクト部１２０に電気的に接続する。
反射部１３０の反射層１３２は、活性層１０５が発する光に対して高い反射率を有する導電性材料から形成される。一例として、反射層１３２は、当該光に対して８０％以上の反射率を有する導電性材料から形成する。反射層１３２は、活性層１０５が発した光のうち、反射層１３２に達した光を活性層１０５側に向けて反射する。すなわち、反射層１３２は、反射層１３２と透明層１４０との界面で光を反射する。反射層１３２は、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料、又は、これらの金属材料から選択される少なくとも１つの金属材料を含む合金から形成される。一例として、反射層１３２は、所定膜厚のＡｕから形成される。更に、反射層１３０は、コンタクト部１２０に電気的に接続する。
また、反射部１３０のバリア層１３４はＴｉ、Ｐｔ等の金属材料から形成され、一例として、所定膜厚のＴｉから形成される。バリア層１３４は、接合層１３６を構成する材料が反射層１３２に伝搬することを抑制する。また、接合層１３６は、密着層２００の接合層２０２と電気的及び機械的に接合する材料から形成され、一例として、所定厚のＡｕから形成される。
（支持基板２０）
支持基板２０は、導電性を有する材料から形成される。例えば、支持基板２０は、ｐ型又はｎ型の導電性Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板等の半導体基板、若しくはＣｕ等の金属材料からなる金属基板から形成することができる。一例として、本実施形態においては、高キャリア濃度を有することにより低抵抗を示す導電性Ｓｉ基板を支持基板２０として用いる。
支持基板２０は、導電性を有する材料から形成される。例えば、支持基板２０は、ｐ型又はｎ型の導電性Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板等の半導体基板、若しくはＣｕ等の金属材料からなる金属基板から形成することができる。一例として、本実施形態においては、高キャリア濃度を有することにより低抵抗を示す導電性Ｓｉ基板を支持基板２０として用いる。
そして、密着層２００の接合層２０２は、反射部１３０の接合層１３６と同様に、所定厚のＡｕから形成することができる。また、コンタクト電極２０４は、支持基板２０との間でオーミック接合するＴｉ等の金属材料から形成される。そして、支持基板２０の裏面に設けられる裏面電極は、支持基板２０とオーミック接合するＡｌ、Ｔｉ等の金属材料から形成される。
なお、発光素子１は、支持基板２０の裏面（すなわち、裏面電極２１０の露出面）を下に向けて、Ａｇペースト等の導電性の接合材料、又はＡｕＳｎ等の共晶材料を用いてＣｕ等の金属から形成されるステムの所定の位置に搭載される。ステムに搭載された発光素子１は、パッド部１１２とステムの所定の領域とがＡｕ等のワイヤーで接続されると共に、発光素子１及びワイヤーの全体をエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透明樹脂により覆われることにより、発光装置として提供することができる。
（変形例）
本実施形態に係る発光素子１は、波長が６３０ｎｍの赤色を含む光を発するが、発光素子１が発する光の波長はこの波長に限定されない。半導体積層構造１０の活性層１０５の構造を制御して、所定の波長範囲の光を発する発光素子１を形成することもできる。活性層１０５が発する光としては、例えば、橙色光、黄色光、又は緑色光等の波長範囲の光が挙げられる。また、発光素子１が備える半導体積層構造１０は、紫外領域、紫色領域、若しくは青色領域の光を発する活性層１０５を含むＧａＮ系の化合物半導体から形成することもできる。更に、半導体積層構造１０は、赤外領域の光を発する活性層１０５を含むＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体から形成することもできる。
本実施形態に係る発光素子１は、波長が６３０ｎｍの赤色を含む光を発するが、発光素子１が発する光の波長はこの波長に限定されない。半導体積層構造１０の活性層１０５の構造を制御して、所定の波長範囲の光を発する発光素子１を形成することもできる。活性層１０５が発する光としては、例えば、橙色光、黄色光、又は緑色光等の波長範囲の光が挙げられる。また、発光素子１が備える半導体積層構造１０は、紫外領域、紫色領域、若しくは青色領域の光を発する活性層１０５を含むＧａＮ系の化合物半導体から形成することもできる。更に、半導体積層構造１０は、赤外領域の光を発する活性層１０５を含むＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体から形成することもできる。
また、発光素子１が備える表面中心電極部１１０及び細線電極用金属層１１８は、活性層１０５が発する光の波長に応じて、当該波長の光に対する反射率が高い材料から形成できる。例えば、活性層１０５が発する光が青色領域の光の場合、表面中心電極部１１０及び細線電極用金属層１１８は、Ａｌ又はＡｇから形成することができる。更に、表面中心電極部１１０の直下の透過層１４２の一部に、表面中心電極部１１０と半導体積層構造１０（例えば、ｎ型クラッド層１０３）とを電気的に接続する領域を形成することもできる。
透過層１４２及び透過部１４４はそれぞれ、ＳｉＯ２以外の材料から形成することできる。例えば、透過層１４２及び透過部１４４は、活性層１０５が発する光を透過すると共に電気絶縁性を有する酸化チタン（ＴｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ）、ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｄｏｐｅｄ ｓｐｉｎ−ｏｎ ｇｌａｓｓ（ＰＳＧ）等の透明材料から形成することができる。また、透過層１４２及び透過部１４４は、表面中心電極部１１０、細線電極用金属層１１８、及び金属層１１８を構成する材料の抵抗率より高い抵抗率を有する透明導電材料から形成することができる。透明導電材料は、例えば、ＩＴＯ、酸化スズ、ＺｎＯ等を用いることができる。
なお、透過層１４２を透明導電材料から形成した場合であっても、透過層１４２の抵抗は表面中心電極部１１０の抵抗より高いので、表面中心電極部１１０に供給された電流は主として線状電極１１４を介して細線電極１１６に供給される。したがって、透明導電材料から形成される透過層１４２から半導体積層構造１０へ電流は供給されない。また、透過層１４２及び透過部１４４を透明導電材料から形成した場合、表面中心電極部１１０に供給された電流は、透過層１４２及び透過部１４４に分散する。
更に、透過層１４２及び透過部１４４は、活性層１０５が発する光を透過する半導体材料から形成することができる。例えば、活性層１０５が発する光が赤色領域の光の場合、赤色領域の光に対して透明なＺｎＳｅ、ＺｎＳ等のワイドバンドギャップ半導体材料から、透過層１４２及び透過部１４４を形成することができる。ここで、透過層１４２及び透過部１４４を半導体から形成する場合、活性層１０５が発する光に対して実質的に透明である限り、この半導体は単結晶、多結晶のいずれからも形成できる。なお、当該半導体としてＺｎＳを採用する場合、溶液法を用いて透過層１４２及び透過部１４４を形成することもできる。
細線電極１１６は、複数の電流供給部１１６ａを有して形成することもできる。例えば、３つの電流供給部１１６ａと、電流供給部１１６ａに挟まれた領域に設けられる２つの光反射部１１６ｂを有して形成することもできる。また、複数の電流供給部１１６ａを、部分的に接続して形成することもできる。例えば、２つの電流供給部１１６ａを有する細線電極１１６において、一方の電流供給部１１６ａと、一方の電流供給部１１６ａに対向する他方の電流供給部１１６ａとの間に電気的に接続する領域を部分的に設け、上面視においてラダー状の電流供給部を形成することもできる。
本実施形態に係る発光素子１は上面視にて略正方形に形成されるが、上面視における縦寸法と横寸法とを異ならせることもできる。この場合、発光素子１の上面視における形状は、長方形となる。また、発光素子１の上面視における寸法は、２ｍｍ×２ｍｍよりも大型のチップサイズにすることもできる。
更に、発光素子１が備える半導体積層構造１０は、半導体積層構造１０を構成する化合物半導体層の導電型を、第１の実施の形態の反対にすることもできる。例えば、ｎ型コンタクト層１０１及びｎ型クラッド層１０３の導電型をｐ型にすると共に、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０９の導電型をｎ型にすることもできる。
（発光素子１の製造方法）
図２Ａから図２Ｒは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す。
図２Ａから図２Ｒは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す。
まず、図２Ａ（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上に、例えば、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ法）によって複数の化合物半導体層を含むＡｌＧａＩｎＰ系の半導体積層構造１１を形成する。本実施の形態においては、少なくとも、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、エッチングストップ層１０２と、ｎ型クラッド層１０３と、活性層１０５と、Ｐ型クラッド層１０７とを含む半導体積層構造１１を形成する。
一例として、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上に、ＧａＩｎＰを有するエッチングストップ層１０２と、ｎ型のＧａＡｓを有するｎ型コンタクト層１０１と、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰを有するｎ型クラッド層１０３と、ＡｌＧａＩｎＰからなる量子井戸型の活性層１０５と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰを有するｐ型クラッド層１０７と、ｐ型のＧａＰを有するｐ型コンタクト層１０９とをＭＯＣＶＤ法を用いてこの順に形成する。これにより、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に半導体積層構造１１が形成されたエピタキシャルウエハが形成される。なお、ｎ型コンタクト層１０１及びｐ型コンタクト層１０９を設けることにより、金属層１１７とｎ型コンタクト層１０１との間、及びｐ型コンタクト層１０９とコンタクト部１２０との間の良好な電気的接合が取りやすくなる。
なお、ＭＯＣＶＤ法において用いる原料は、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（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物、及びアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスを用いることができる。更に、ｎ型のドーパントの原料は、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いることができる。そして、ｐ型のドーパントの原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。
また、ｎ型のドーパントの原料として、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、又はジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。そして、ｐ型のドーパントの原料として、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）又はジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。
なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上の半導体積層構造１１は、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）を用いて形成できる。また、ＧａＮ系の半導体積層構造１１を形成する場合等には、ハライド気相エピタキシー法（Ｈａｌｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）を用いて形成することもできる。
次に、図２Ａ（ｂ）に示すように、図２Ａ（ａ）において形成したエピタキシャルウエハをＭＯＣＶＤ装置から搬出した後、ｐ型コンタクト層１０９の表面に透明層１４０を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて、透明層１４０としてのＳｉＯ２膜をｐ型コンタクト層１０９の表面に形成する。なお、透明層１４０は、真空蒸着法により形成することもできる。
次に、図２Ｂ（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、透明層１４０に開口１４０ａを形成する。例えば、開口１４０ａを形成すべき領域に溝を有するフォトレジストパターンを、透明層１４０上に形成する。開口１４０ａは、透明層１４０の表面からｐ型コンタクト層１０９と透明層１４０との界面までを貫通して形成される。具体的には、純水で希釈したフッ酸系のエッチャントを用いて、フォトレジストパターンが形成されていない領域の透明層１４０を除去することにより、透明層１４０に開口１４０ａを形成する。なお、開口１４０ａは、コンタクト部１２０が設けられる領域に形成する。
続いて、図２Ｂ（ｄ）に示すように、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて、開口１４０ａ内にコンタクト部１２０を構成する材料であるＡｕＺｎ合金を形成する。例えば、開口１４０ａを形成する際に用いるフォトレジストパターンをマスクとして、ＡｕＺｎを開口１４０ａ内に真空蒸着することにより、コンタクト部１２０を形成する。
次に、図２Ｃ（ｅ）に示すように、真空蒸着法又はスパッタ法を用いて、反射層１３２としてのＡｕ層と、バリア層１３４としてのＴｉ層と、接合層１３６としてのＡｕ層とを透明層１４０及びコンタクト部１２０上に形成する。これにより、半導体積層構造体１ａが形成される。なお、バリア層１３４は、接合層１３６を構成する材料が反射層１３２に伝搬することを抑制することができる限り、Ｔｉ層、Ｐｔ層等の高融点材料からなる層を積層させて形成することもできる。なお、透明層１４０と反射層１３２との間に、透明層１４０に対する反射層１３２の密着性を向上させる密着薄膜を更に設けることもできる。この密着薄膜は、活性層１０５が発する光を実質的に吸収しない厚さを有して形成する。また、反射層１３２は、活性層１０５が発する光の波長に応じて、高い反射率を有する材料を選択する。
そして、図２Ｄ（ｆ）に示すように、支持基板２０としてのＳｉ基板上に、コンタクト電極２０４としてのＴｉと、接合層２０２としてのＡｕとをこの順に真空蒸着法を用いて形成する。これにより、支持構造体２０ａが形成される。続いて、半導体積層構造体１ａの接合層１３６の表面である接合面１３６ａと、支持構造体２０ａの接合層２０２の表面である接合面２０２ａとを対向させて重ね、この状態をカーボン等から形成される冶具で保持する。
続いて、半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとが重なり合った状態を保持している冶具を、ウエハ貼合わせ装置（例えば、マイクロマシーン用のウエハ貼り合わせ装置）内に導入する。そして、ウエハ貼合わせ装置内を所定の圧力まで減圧する。続いて、互いに重なり合っている半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとに冶具を介して略均一に圧力を加える。次に、冶具を所定温度まで所定の昇温速度で加熱する。
具体的には、冶具の温度を３５０℃まで加熱する。そして、冶具の温度が３５０℃程度に達した後、冶具を当該温度で約１時間保持する。その後、冶具を徐冷する。冶具の温度を、例えば室温まで十分に低下させる。冶具の温度が低下した後、冶具に加わっている圧力を開放する。そして、ウエハ貼合わせ装置内の圧力を大気圧にして冶具を取り出す。これにより、図２Ｄ（ｇ）に示すように、半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとが接合層１３６と接合層２０２との間において機械的に接合した接合構造体１ｂが形成される。
なお、本実施形態においては、半導体積層構造体１ａは、バリア層１３４を有している。したがって、半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとを接合面１３６ａと接合面２０２ａとで接合させた場合であっても、接合層１３６及び接合層２０２を形成する材料が反射層１３２に拡散することを抑制して、反射層１３２の反射特性が劣化することを抑制できる。
次に、研磨装置の冶具に貼り付け用ワックスで接合構造体１ｂを貼り付ける。具体的に、支持基板２０側を当該冶具に貼り付ける。そして、接合構造体１ｂのｎ型ＧａＡｓ基板１００を所定の厚さになるまで研磨する。一例として、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の残りの厚さが３０μｍ程度になるまで、ｎ型ＧａＡｓ基板１００を研磨する。続いて、研磨後の接合構造体１ｂを研磨装置の冶具から取り外して、支持基板２０の表面に付着しているワックスを洗浄除去する。そして、図２Ｅ（ｈ）に示すように、ＧａＡｓエッチング用のエッチャントを用いて、研磨後の接合構造体１ｂからｎ型ＧａＡｓ基板１００を選択的に完全に除去してエッチングストップ層１０２が露出した接合構造体１ｃを形成する。ＧａＡｓエッチング用のエッチャントとしては、例えば、アンモニア水と過酸化水素水との混合液が挙げられる。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１００を研磨せずに、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の全てをエッチングにより除去することもできる。
続いて、図２Ｅ（ｉ）に示すように、接合構造体１ｃからエッチングストップ層１０２を所定のエッチャントを用いてエッチングにより除去する。これにより、エッチングストップ層１０２が除去された接合構造体１ｄが形成される。エッチングストップ層１０２がＧａＩｎＰから形成されている場合、所定のエッチャントとしては、塩酸を含むエッチャントを用いることができる。これによりｎ型コンタクト層１０１の表面が外部に露出する。
次に、図２Ｆに示すように、ｎ型コンタクト層１０１の表面に、フォトリソグラフィー法を用いてマスクパターン３０を形成する。マスクパターン３０は、金属層１１７を形成すべき領域上に形成する。具体的には、図１Ａに示した細線電極１１６が形成される領域であって、図１Ｃに示す金属層１１７が形成される領域に対応する部分にマスクパターン３０を形成する。これにより、発光素子１が形成される領域である素子領域５０のそれぞれにマスクパターン３０が形成された積層構造体１ｅが形成される。また、図２Ｇに、図２ＦのＣ−Ｃ断面図を示す。図２Ｇに示すように、積層構造体１ｅの複数のマスクパターン３０はそれぞれ、本実施の形態の発光素子１が備えるｎ型クラッド層１０３上に形成されるべき複数の細線状のｎ型クラッド層１０１に対応する領域に形成される。すなわち、マスクパターン３０は、図１Ｃに示すように、発光素子１が備えることになる電流供給部１１６ａに対応させて形成される。
続いて、マスクパターン３０をマスクとして、ｎ型コンタクト層１０１に硫酸と過酸化水素水と水との混合液を用いてエッチング処理を施す。これにより、マスクパターン３０が形成されていない領域のｎ型コンタクト層１０１が除去される。ｎ型コンタクト層１０１のエッチング終了後、マスクパターン３０を除去する。これにより、図２Ｈに示すように、後述する金属層１１７が形成されるべきｎ型クラッド層１０３上の領域に、ｎ型コンタクト層１０１が残存した状態の積層構造体１ｆが形成される。なお、当該混合液を用いることにより、ＧａＡｓから形成されるｎ型コンタクト層１０１を、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰから形成されるｎ型クラッド層１０３に対して選択的にエッチングできる。したがって、接合構造体１ｆにおいては、ｎ型クラッド層１０３の表面が外部に露出することとなる。
次に、積層構造体１ｆの表面の全面に、透過材料膜４０を形成する。これにより、図２Ｉに示すような積層構造体１ｇが形成される。具体的には、積層構造体１ｆが備えるｎ型コンタクト層１０１を被覆する厚さを有すると共に、活性層１０５が発する光を透過する材料からなる透過材料膜４０を、ＣＶＤ法等の成膜法により形成する。例えば、透過材料膜４０は、ＣＶＤ法で形成されるＳｉＯ２膜である。図２Ｊは、図２ＩのＤ−Ｄ断面を示す。図２Ｊに示すように、積層構造体１ｇが備えるｎ型コンタクト層１０１は、透過材料膜４０によって覆われる。
続いて、透過材料膜４０を残存させるべき領域上に、フォトリソグラフィー法を用いてマスクパターンを形成する。マスクパターンは、図１Ａに示す表面中心電極部１１０と図１Ｃに示す光反射部１１６ｂとが形成されるべき領域に形成される。これにより、マスクパターンが形成された領域を除く領域は外部に露出する。次に、外部に露出している透過材料膜４０をエッチング除去する。表面中心電極部１１０と光反射部１１６ｂとが形成されるべき領域を除く領域の透過材料膜４０を除去した後、マスクパターンを除去する。これにより、図２Ｋに示すような積層構造体１ｈが形成される。
図２Ｌは、図２ＫのＥ−Ｅ断面を示す。積層構造体１ｈにおいては、細線電極１１６が形成されるべき領域の直下に対応する一方のｎ型コンタクト層１０１と一方のｎ型コンタクト層１０１に対向する他方のｎ型コンタクト層１０１との間に、透過材料膜４０が残存する形態となる。なお、透過材料膜４０の厚さは、ｎ型コンタクト層１０１の厚さよりも厚く形成する。また、図２Ｍは、図２ＫのＦ−Ｆ断面を示す。積層構造体１ｈにおいては、表面中心電極部１１０が形成されるべき領域の直下に対応するｎ型クラッド層１０３上に、透過材料膜４０が形成される。
次に、フォトリソグラフィー法を用いてｎ型コンタクト層１０１の表面が露出するマスクパターンを形成する。すなわち、ｎ型コンタクト層１０１の表面を除く領域にマスクパターンを形成する。そして、真空蒸着法を用いてｎ型コンタクト層１０１上に金属材料を蒸着する。金属材料は、例えば、ＡｕＧｅ合金とＮｉとＡｕとをこの順にｎ型コンタクト層１０１上に蒸着することにより形成される。続いて、マスクパターンを除去した後、金属材料が形成された積層構造体１ｈに、合金処理（アロイ処理）を施す。一例として、不活性雰囲気としての窒素雰囲気下、４００℃程度の温度でのアロイ処理を接合構造体１ｈに施す。このアロイ処理により、金属材料がｎ型コンタクト層１０１にオーミック接合して金属層１１７となる。これにより、図２Ｎに示すような金属層１１７がｎ型コンタクト層１０１上に形成された積層構造体１ｉが形成される。
続いて、フォトリソグラフィー法を用いて、表面中心電極部１１０及び細線電極用金属層１１８が形成されるべき領域に開口を有するマスクパターンを形成する。すなわち、表面中心電極部１１０が形成されるべき領域に設けられている透過材料膜４０の表面と、細線電極１１６が形成されるべき領域に設けられている透過材料膜４０及び金属層１１７の表面が露出する開口を有するマスクパターンを形成する。次に、真空蒸着法又はスパッタ法等を用い、表面中心電極部１１０（すなわち、パッド部１１２及び線状電極１１４）、及び細線電極用金属層１１８を形成する。表面中心電極部１１０及び細線電極用金属層１１８は、一例として、下部金属層（例えば、Ａｌ）と最表面金属層（例えば、Ａｕ）とから形成される。なお、最表面金属層は、下部金属層の厚さより厚く形成することができる。これにより、図２Ｏに示すような、積層構造体１ｊが形成される。
次に、支持基板２０の裏面に真空蒸着法又はスパッタ法を用いて、裏面電極２１０を形成する。そして、裏面電極２１０と支持基板２０との間でオーミック接合させることを目的として、例えば、不活性雰囲気下で所定温度の合金処理を施す。これにより、図２Ｐに示すような、裏面電極２１０を備える積層構造体１ｋが形成される。
なお、この合金処理の前、又は後において、光取り出し効率を向上させることを目的として、外部に露出しているｎ型クラッド層１０３の表面に凹凸部を形成することもできる。凹凸部は、例えば、以下のように形成する。まず、フォトリソグラフィー法を用いてミクロンオーダーの開口が規則的又は不規則に配列しているマスクパターンをｎ型クラッド層１０３上に形成する。そして、このマスクパターンをマスクとして、ｎ型クラッド層１０３の表面にエッチング処理を施すことにより、ｎ型クラッド層１０３の表面に微細な凹凸部を形成することができる。
続いて、フォトリソグラフィー法を用いて発光素子間を分離するマスクパターンを接合構造体１ｋの表面に形成する。すなわち、接合構造体１ｋのｎ型クラッド層１０３の表面に発光素子間分離用のマスクパターンを形成する。そして、マスクパターンをマスクとして、ｎ型クラッド層１０３の表面側からｐ型コンタクト層１０９までをウェットエッチング法で除去することにより発光素子をそれぞれ分離する。これにより、図２Ｑに示すように、複数の発光素子間が分離された接合構造体１ｌが形成される。
そして、ダイシングブレードを有するダイシング装置を用いて、接合構造体１ｌを素子分離する。これにより、図２Ｒに示すように、本実施の形態に係る複数の発光素子１が形成される。この場合、接合構造体１ｌは、活性層１０５を含む半導体層についてはウェットエッチングにより素子分離されているので、ダイシング装置を用いた素子分離によって活性層１０５を含む半導体層に機械的な欠陥が入ることを抑制できる。
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１は、表面中心電極部１１０と細線電極１１６の光反射部１１６ｂとによって活性層１０５が発した光を反射する構造にすることにより、表面中心電極部１１０及び光反射部１１６ｂによって光を反射させることができるので、表面中心電極部１１０及び細線電極１１６による光吸収損失を低減でき、光取り出し効率を大幅に向上させることができる。
本実施の形態に係る発光素子１は、表面中心電極部１１０と細線電極１１６の光反射部１１６ｂとによって活性層１０５が発した光を反射する構造にすることにより、表面中心電極部１１０及び光反射部１１６ｂによって光を反射させることができるので、表面中心電極部１１０及び細線電極１１６による光吸収損失を低減でき、光取り出し効率を大幅に向上させることができる。
また、発光素子１は、アンペアクラスの大電流を供給しても焼損しない断面積を有する表面中心電極部１１０と、表面中心電極部１１０に供給された電流を半導体積層構造１０に供給する電流供給部１１６ａを有する細線電極１１６とによって電極を構成したので、細線電極１１６が大電流によって焼損することを抑制できる。これにより、大電流の供給に備えて細線電極１１６の幅を太くすることを要さないので、細線電極１１６の電流供給部１１６ａによる光吸収を最小限に抑えることができる。
また、発光素子１において、大電流が供給される表面中心電極部１１０は、細線電極１１６に電流を供給する機能を除けば、主として、光を反射させる機能を発揮する。したがって、大電流の供給に備えて表面中心電極部１１０の線状電極１１４の幅を太くした場合であっても、表面中心電極部１１０による光吸収は実質的に無視できるので、光取り出し効率を大幅に向上させることができる。
なお、本実施の形態に係る発光素子１は、チップサイズが大きく、かつ、１つの発光素子１だけで高輝度発光するので、複数個の発光素子を並列することにより構成される照明装置において、本実施の形態に係る発光素子１で発光素子を構成することにより、照明装置の消費電力を大幅に低減できる。また、本実施の形態に係る発光素子１は、交通信号、ビル照明等に適用することもできる。
［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の部分断面の概要を示す。
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の部分断面の概要を示す。
本発明の第２の実施の形態に係る発光素子は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子１とは、細線電極１１６の構造が異なる点を除き、発光素子１と略同一の構成を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
第２の実施の形態に係る発光素子の細線電極１１６は、電流供給部１１６ａが２つの光反射部１１６ｂによって挟まれた構成を有する。第２の実施の形態に係る発光素子においては、一の細線電極１１６が有する２つの光反射部１１６ｂによって、活性層１０５が発した光を反射することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る発光素子１の構造に基づいて、実施例に係る発光素子を製造した。具体的には、以下の構成を備える発光素子を製造した。
まず、半導体積層構造は、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０３と、量子井戸構造からなる活性層１０５と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１０７とから形成した。そして、透明層１４０は、ＳｉＯ２層から形成した。反射部１３０の反射層１３２としてはＡｕ層を用い、接合層１３６としてはＡｕ層を用いた。更に、接合層２０２としてはＡｕ層を用いた。また、支持基板２０としては、低抵抗の導電性Ｓｉ基板を用いた。透過層１４２及び透過部１４４はそれぞれ、３００ｎｍ厚のＳｉＯ２から形成した。
そして、金属層１１７はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕから形成すると共に、表面中心電極部１１０及び細線電極用金属層１１８は５０ｎｍ厚のＡｌと２μｍ厚のＡｕから形成した。なお、パッド部１１２は上面視にて円形に形成すると共に、その直径を２００μｍに形成した。また、線状電極１１４の幅は５０μｍに形成すると共に、細線電極１１６の幅は１０μｍに形成した。更に、細線電極１１６は、合計１６本とした（線状電極１１４を対称軸として１６本の細線電極１１６を対向させた）。また、光反射部１１６ｂの上面視における幅は７μｍに形成した。発光素子１のチップサイズは２ｍｍ×２ｍｍである。なお、光取り出し面１０３ａには、ミクロンオーダーの微細な凹凸加工を施した。
この実施例に係る発光素子をＴＯ−４６ステムに共晶合金を用いて搭載した。そして、パッド部１１２とＴＯ−４６ステムの電流注入部をワイヤーにより接続した。続いて、シリコーンで樹脂モールドした。そして、発光素子を搭載したＴＯ−４６ステムを、放熱冶具に固定した。この発光装置の特性を評価したところ、以下のような結果が得られた。
すなわち、実施例に係る発光素子に２Ａ（アンペア）の電流を供給して、発光波長、発光出力、及び順方向電圧を測定した。その結果、発光波長は６３０ｎｍであり、発光出力は２．１Ｗであり、順方向電圧は２．５Ｖであった。
（比較例）
また、実施例に係る発光素子の比較として、光を反射する機能を有さない表面中心電極部及び細線電極を備える発光素子を形成した。
また、実施例に係る発光素子の比較として、光を反射する機能を有さない表面中心電極部及び細線電極を備える発光素子を形成した。
図４は、比較例に係る発光素子の模式的な縦断面を示す。
比較例に係る発光素子は、表面中心電極部１１０の直下に透過層１４２の代わりにｎ型クラッド層１０３とオーミック接触するオーミック電極１９０を設けた。また、細線電極の直下には、光反射部を設けず、全面を電流供給部とした。その他の構成は、実施例に係る発光素子と同様である。
実施例と同様に、比較例に係る発光素子をＴＯ−４６ステムに搭載して、樹脂封止した。そして、比較例に係る発光素子の特性を評価した。比較例に係る発光素子に２Ａの電流を供給したところ、順方向電圧は２．４Ｖと実施例に係る発光素子より低い値であったものの、発光出力は１．４ｍＷであった。すなわち、比較例に係る発光素子の発光出力は、実施例に係る発光素子の発光出力の３分の２程度であった。これは、比較例に係る発光素子においては、表面中心電極部及び細線部における光吸収損失が大きいことに起因すると考えられ、本実施例に係る発光素子の優位性が示された。
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１、２ 発光素子
１ａ 半導体積層構造体
１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｌ 接合構造体
１０、１０ａ 半導体積層構造
１１ 半導体積層構造
２０ 支持基板
２０ａ 支持構造体
３０ マスクパターン
４０ 透過材料膜
５０ 素子領域
１００ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０１ ｎ型コンタクト層
１０２ エッチングストップ層
１０３ ｎ型クラッド層
１０３ａ 光取り出し面
１０５ 活性層
１０７ ｐ型クラッド層
１０９ ｐ型コンタクト層
１１０ 表面中心電極部
１１０ａ 界面
１１２ パッド部
１１４ 線状電極
１１６ 細線電極
１１６ａ 電流供給部
１１６ｂ 光反射部
１１７ 金属層
１１８ 細線電極用金属層
１２０ コンタクト部
１３０ 反射部
１３２ 反射層
１３４ 合金化抑止層
１３６、２０２ 接合層
１３６ａ、２０２ａ 接合面
１４０ 透明層
１４０ａ 開口
１４２ 透過層
１４４ 透過部
１４４ａ 界面
２００ 密着層
２０４ コンタクト電極
２１０ 裏面電極
１ａ 半導体積層構造体
１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｌ 接合構造体
１０、１０ａ 半導体積層構造
１１ 半導体積層構造
２０ 支持基板
２０ａ 支持構造体
３０ マスクパターン
４０ 透過材料膜
５０ 素子領域
１００ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０１ ｎ型コンタクト層
１０２ エッチングストップ層
１０３ ｎ型クラッド層
１０３ａ 光取り出し面
１０５ 活性層
１０７ ｐ型クラッド層
１０９ ｐ型コンタクト層
１１０ 表面中心電極部
１１０ａ 界面
１１２ パッド部
１１４ 線状電極
１１６ 細線電極
１１６ａ 電流供給部
１１６ｂ 光反射部
１１７ 金属層
１１８ 細線電極用金属層
１２０ コンタクト部
１３０ 反射部
１３２ 反射層
１３４ 合金化抑止層
１３６、２０２ 接合層
１３６ａ、２０２ａ 接合面
１４０ 透明層
１４０ａ 開口
１４２ 透過層
１４４ 透過部
１４４ａ 界面
２００ 密着層
２０４ コンタクト電極
２１０ 裏面電極
Claims (9)
- 第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層とに挟まれる活性層とを有する半導体積層構造と、
前記第１半導体層の上方の一部の領域に設けられ、外部からの電流を前記半導体積層構造に供給する電流供給部と、前記電流供給部に隣接して設けられ、前記活性層が発する光を反射する光反射部とを有する細線電極と、
前記細線電極に電気的に接続して設けられ、前記光を透過する透過層を介して前記第１半導体層の上方に設けられる表面中心電極部と
を備える発光素子。 - 前記表面中心電極部は、前記透過層と前記表面中心電極部との界面で前記光を反射する請求項１に記載の発光素子。
- 前記電流供給部は、前記半導体積層構造の一部にオーミック接合する金属層と、前記金属層の前記半導体積層構造の一部の反対側に設けられる細線電極用金属層とを含んで設けられる請求項２に記載の発光素子。
- 前記光反射部は、前記活性層の光を透過すると共に、前記電流供給部の抵抗率よりも高い抵抗率を有する透過部と、前記細線電極用金属層とを含み、前記透過部と前記細線電極用金属層との界面で前記光を反射する請求項３に記載の発光素子。
- 前記活性層が発する光を反射する反射層を有する支持基板と、
前記反射層と前記半導体積層構造との間に設けられる透明層と、
前記透明層の一部を貫通した領域を充填して設けられるコンタクト部と
を更に備え、
前記半導体積層構造は、前記透明層を介して前記支持基板に支持され、
前記コンタクト部は、前記半導体積層構造と前記反射層とを電気的に接続する請求項４に記載の発光素子。 - 前記表面中心電極部は、ワイヤーが接続されるパッド部と、前記パッド部に接続され、前記活性層の水平方向に沿って伸びる線状電極とを含み、
前記線状電極は、前記細線電極よりも広い幅を有して形成される請求項５に記載の発光素子。 - 前記透過層及び前記透過部は、前記光を透過する絶縁材料からなる請求項６に記載の発光素子。
- 前記透過層及び前記透過部は、前記光を透過する導電性材料からなる請求項６に記載の発光素子。
- 前記透過層及び前記透過部は、前記光を透過する半導体材料からなる請求項６に記載の発光素子。
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