CN1717812A - 半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是，在由发光半导体基板2的AlGaInP构成的n型半导体层11的表面上经过渡金属层设置Au层。通过在比Ga与Au的共晶点低的温度下的热处理，使Au经过渡金属层17扩散到n型半导体层11中，形成具有20～1000埃的厚度并且光吸收率小的欧姆接触区4。除去过渡金属层和Au层，在n型半导体层11和欧姆接触区4的表面上形成由Al构成的具有导电性的光反射层5。将由掺了杂质的Si构成的导电性支撑基板8经第1和第2结合金属层6、7，贴合到光反射层5上。

Description

半导体发光元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有Ga系化合物半导体的半导体发光元件，详细地说，涉及可改善发光效率的半导体发光元件。

背景技术

现有的典型的半导体发光元件由下述部分构成：由具有导电性的GaAs等构成的支撑基板、n型包层、有源层、p型包层、与p型包层的一部分连接阳极电极、与支撑基板连接的阴极电极。再有，以下将n型包层、有源层和p型包层称为发光半导体区。在该半导体发光元件中，在有源层内发出的光经p型包层，向上表面一侧发射，与此同时，也向n型包层一侧，即下表面一侧发射。由于半导体发光元件的光取出面在上表面一侧，故为了提高发光效率，重要的是如何使从有源层向下表面一侧发射的光向上表面一侧反射。

为了使从有源层向下表面一侧发射的光向上表面一侧反射，已知在上述的基本结构的半导体发光元件的支撑基板与发光半导体区之间有配置布喇格(Bragg)反射膜的结构。布喇格反射膜与发光半导体区同样地，具有可用一系列外延生长工序形成的优点。但是，布喇格反射膜对光谱波段宽的光没有足够的反射率。

作为提高光反射率的另一方法，已知在上述的基本结构的半导体发光元件中，在发光半导体区的外延生长工序后除去GaAs等支撑基板，将光透射性基板贴附在发光半导体区上，进而在该光透射性基板的下表面形成具有光反射性的电极。但是，设置该光透射性基板和光反射性电极的结构具有因发光半导体区与光透射性基板的界面上的电阻而引起的、阳极电极与阴极电极之间的正向电压较大的缺点。

解决上述缺点用的方法在本案申请人的日本特开2002-217450号公报(以下，称为专利文献1)中予以公布。在该专利文献1中，公布了：在发光半导体区的下表面一侧分散地形成AuGeGa合金层，用Al等的金属反射层覆盖AuGeGa合金层和未被它覆盖的发光半导体区的下表面，进而将导电性支撑基板贴附在反射层上。AuGeGa合金层对例如AlGaInP等的发光半导体区形成比较良好的欧姆接触。从而，按照该结构，可降低阳极电极与阴极电极之间的正向电压。

可是，上述专利文献1的AuGeGa合金层由于较厚并且包含Ge(锗)，故光吸收率较大。从而，由AuGeGa合金层和光反射层构成的复合层的反射率约为30％，比较小。因此，用上述专利文献1的技术得到具有高发光效率的半导体发光元件是困难的。另外，AuGeGa合金层的表面形貌(surface morphology)即AuGeGa合金层的表面的平坦性差。因此，在具有AuGeGa合金层的发光半导体区上无法容易且良好地贴合导电性支撑基板。

发明内容

因此，本发明的目的在于：提供可提高发光效率或可降低正向电压的半导体发光元件。

现参照表示实施形态的附图的符号说明为达到上述目的的本发明。再有，权利要求的范围和此处的参考符号是为了帮助对本申请发明的理解而标注的，对本申请发明不作限定。

本发明的半导体发光元件包括：

半导体基板2，具有取出光用的一方的主面15和与该方的主面15相反一侧的另一方的主面16，在上述一方的主面15与上述另一方的主面16之间具有发光用的多个化合物半导体层，而且露出于上述多个化合物半导体层内的上述另一方的主面16的化合物半导体层11用含镓(Ga)的化合物半导体形成；

电极3，与上述半导体基板2的一方的主面15连接；

欧姆接触区4，对露出于上述半导体基板2的上述另一方的主面16的化合物半导体层11的至少一部分形成欧姆接触，而且由金属材料和镓(Ga)的混合层构成；以及

光反射层5，覆盖露出于上述半导体基板2的上述另一方的主面16的化合物半导体层11和上述欧姆接触区4中的某一方或双方，而且具有导电性。

再有，希望上述欧姆接触区4由Ga和Au的混合层构成。

希望上述欧姆接触区4具有20～1000埃的厚度。

希望露出于上述半导体基板2的上述另一方的主面16的化合物半导体层11是将决定导电类型的杂质掺入从下述化合物半导体中选择出的1种的化合物半导体层：

由Al_xGa_yIn_1-x-yP构成的第1化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值；

由Al_xGa_yIn_1-x-yAs构成的第2化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值；以及

由Al_xGa_yIn_1-x-yN构成的第3化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值。

希望上述光反射层5为其反射率比上述欧姆接触区4大的金属层。

希望上述光反射层为铝层。

此外，希望具有与上述光反射层5结合了的导电性支撑基板8。

希望上述导电性支撑基板8是含杂质的硅支撑基板，还希望具有与上述硅支撑基板连接的另外的电极9。

希望上述欧姆接触区4仅被设置在上述半导体基板2的另一方的主面16的一部分上，希望上述光反射层5覆盖上述欧姆接触区4和上述半导体基板2的上述另一方的主面16的未形成上述欧姆接触区4的部分双方。

希望上述半导体基板2包括由第1导电类型的Ga系化合物半导体构成的第1导电类型半导体层11、在上述第1导电类型半导体区11上配置的由Ga系化合物半导体构成的有源层12和在上述有源层12上配置的由与第1导电类型相反的第2导电类型的Ga系化合物半导体构成的第2导电类型半导体层13。

希望半导体发光元件的优选制造方法包括下述工序：

准备具有取出光用的一方的主面15和与该方的主面15相反一侧的另一方的主面16，在上述一方的主面15与上述另一方的主面16之间具有发光用的多个化合物半导体层，而且露出于上述多个化合物半导体层内的上述另一方的主面16的化合物半导体层11用含镓(Ga)的化合物半导体形成的半导体基板2的工序；

形成将过渡金属包含在上述半导体基板2的上述另一方的主面16的至少一部分中的辅助层17的工序；

在上述辅助层17上形成包含可经上述辅助层17扩散到上述半导体基板2的上述含镓的化合物半导体层11的金属材料的层18的工序；

对伴随上述辅助层17和包含上述金属材料的层18的上述半导体基板2，进行比构成上述含镓的化合物半导体层11的元素与上述金属材料的共晶点低的温度的加热处理，经上述辅助层17将上述金属材料导入上述含镓的化合物半导体层11以形成由构成上述含镓的化合物半导体层11的元素与上述金属材料的混合层构成的欧姆接触区4的工序；

除去上述辅助层17和包含上述金属材料的层18的工序；以及

形成覆盖露出于上述半导体基板2的上述另一方的主面16的化合物半导体层11和上述欧姆接触区4中的某一方或双方，而且具有导电性的光反射层5的工序。

希望形成上述辅助层17和包含上述金属材料的层18，使之仅覆盖上述半导体基板2的上述另一方的主面16的一部分。

希望形成上述光反射层5，使之覆盖上述欧姆接触区4和上述半导体基板2的上述另一方的主面16的未形成上述欧姆接触区4的部分双方。

希望露出于上述半导体基板2的上述另一方的主面16的化合物半导体层11是将决定导电类型的杂质掺入从下述化合物半导体中选择出的1种的化合物半导体层：

由Al_xGa_yIn_1-x-yP构成的第1化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值；

由Al_xGa_yIn_1-x-yAs构成的第2化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值；以及

由Al_xGa_yIn_1-x-yN构成的第3化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值。

希望露出于上述半导体基板2的上述另一方的主面16的化合物半导体层11是将决定导电类型的杂质掺入由Al_xGa_yIn_1-x-yP构成的化合物半导体中，其中，x、y为满足0＜x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值的化合物半导体，上述x的值为0.4或大于0.4，而且上述决定导电类型的杂质的浓度为10¹⁸cm^-3或大于10¹⁸cm^-3。

希望上述辅助层是从

从Cr、Ti、Ni、Sc、V、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Be中选择出的包含至少1种的层；

Au层、Cr层和Au层的复合层；

Cr层、Ni层和Au层的复合层；以及

Cr层、AuSi层和Au层的复合层中选择出的1种。

希望包含上述金属材料的层18是从

金(Au)层；

Au层、Cr层和Au层的复合层；

Cr层、Ni层和Au层的复合层；以及

Cr层、AuSi层和Au层的复合层中选择出的1种。

本发明的欧姆接触区4的光吸收率比由现有的AuGeGa构成的欧姆接触区的低。因此，欧姆接触区4中的光吸收受到抑制，可使在半导体基板2中发生并且在半导体基板2的另一方的主面16方向所发射的光的多数在欧姆接触区4与Ga系化合物半导体层11的界面处反射。另外，在欧姆接触区4薄薄地形成时，在半导体基板2中发生并且在半导体基板2的另一方的主面16方向所发射的光的一部分通过欧姆接触区4，其后在反射层5处被反射，返回到半导体基板2的一方的主面15一侧，形成有效的光输出。因此，可实现半导体发光元件的输出光量的增大，提高发光效率。

另外，按照本发明的优选实施形态，在欧姆接触区4被设置在半导体基板2的另一方的主面16的一部分，并且输出光量可与以往相同的情况下，可使欧姆接触区4的面积增大欧姆接触区4与光反射层5的界面处的反射量增多的部分。换言之，即使欧姆接触区4的面积增大，也可使输出光量与以往相同。这样，当使欧姆接触区4的面积增大时，发光时的电流通路的电阻减小，正向电压降低，功率损耗减小，发光效率提高。

按照本发明的优选实施形态，具有光透射性的欧姆接触区4较薄地形成至20～1000埃时，欧姆接触区4中的光吸收减少，欧姆接触区4与光反射层5的复合部分的反射率增大。

另外，按照本发明的制造方法，可通过辅助层17的工作，以良好、容易而且高生产率形成所希望的欧姆接触区4。即，由于过渡金属具有使构成化合物半导体的元素发生固相分解的功能和使半导体表面净化的功能，所以当经包含过渡金属的辅助层17加热半导体层和金属材料层时，在较低的温度(共晶温度以下)下半导体材料与金属材料发生固相扩散。通过该低温的固相扩散所形成的欧姆接触区4有较薄的厚度而且不包含妨碍光透过的金属材料(例如Ge)。因此，得到了光吸收少的欧姆接触区4。

附图的简单说明

图1是示出本发明第1实施形态的半导体发光元件的剖面图。

图2是图1的半导体发光元件的A-A线剖面图。

图3是说明图1的半导体发光元件的制造工序用的发光半导体基板的剖面图。

图4是示出将过渡金属层和金层设置在图3的发光半导体基板上的结构的剖面图。

图5是示出对图4所示的发光半导体基板进行热处理以形成欧姆接触区的结构的剖面图。

图6是示出从图5除去了过渡金属层和金层的结构的剖面图。

图7是示出将光反射层和第1结合金属层层设置在图6的发光半导体基板上的结构的剖面图。

图8是示出将导电性硅支撑基板贴合到图7的结构上的结构的剖面图。

图9是示出形成欧姆接触区时的热处理温度与本发明和现有例的欧姆接触区跟光反射层的复合层的反射率的关系的图。

图10是与图1同样地示出本发明第2实施形态的半导体发光元件的剖面图。

实施发明用的最佳形态

第1实施形态

接着，参照图1～图9说明本发明第1实施形态的半导体发光元件1即发光二极管及其制造方法。

如图1中概略示出的那样，本发明的半导体发光元件1由作为发光半导体区的发光半导体基板2、作为第1电极的阳极电极3、本发明的欧姆接触区4、光反射层5、第1和第2结合金属层6、7、作为导电性支撑基板的硅支撑基板8、作为第2电极的阴极电极9和电流阻挡层10构成。

发光半导体基板2由使作为第1导电类型半导体层的n型半导体层11、有源层12、作为第2导电类型半导体层的p型半导体层13、由p型化合物半导体构成的电流扩散层14依次外延生长的结构构成。发光半导体基板2具有光取出一侧的一方的主面15和与之相反一侧的另一方的主面16。在有源层12中发生了的光通过p型半导体层13和电流扩散层14从一方的主面15取出。

可称之为n型包层的n型半导体层11由

将n型杂质(例如Si)掺入由化学式Al_xGa_yIn_1-x-yP构成的Ga系化合物半导体(其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值)的结构构成。此处，Al的比例x最好为0.15～0.45，如为0.2～0.4则更好。另外，Ga的比例y最好为0.15～0.35，如为0.4～0.6则更好。希望n型半导体层11的n型杂质的浓度为5×10¹⁷cm^-3以上。该n型半导体层11中所含的Ga有助于形成欧姆接触区4。如所周知，n型半导体层11具有比有源层12大的带隙。

再有，在图1的n型半导体层11的位置处，设置由可用Al_xGa_yIn_1-x-yP表示的3-5族化合物半导体构成的n型接触层，可在该n型接触层与有源层12之间设置n型包层即n型半导体层。在设置n型接触层和n型包层双方时，也可将这些层合起来称为第1导电类型半导体层。在设置上述n型接触层时，可使n型包层的材料与n型接触层不同。

在n型半导体层11上配置的有源层12也可称之为发光层，由化学式Al_xGa_yIn_1-x-yP构成的p型3-5族化合物半导体构成，其中，x、y为满足0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的数值。再有，希望x为0.1以上。在本实施形态中，虽然导电型杂质未被故意地掺入有源层12中，但以比p型半导体层13低的浓度掺p型杂质，以比n型半导体层11低的浓度掺n型杂质也是可能的。图1示出了单一的有源层12，可使之形成熟知的多重量子阱(MQW)结构，或单一量子阱(SQW)结构。

在有源层12上所形成的p型半导体层13也可称之为p型包层，

可由用化学式Al_xGa_yIn_1-x-yP(其中，x、y为满足0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的数值)所示的p型3-5族化合物半导体构成。Al的比例x最好被设定在0.15～0.45的范围内。p型包层13的p型杂质(例如Zn)的浓度被决定为例如5×10¹⁷cm^-3以上。如所周知，P型半导体层13具有比有源层12大的带隙。

在p型半导体层13上配置的电流扩散层14具有提高流过发光半导体基板2的正向电流的分布均匀性的作用、可形成阳极电极3的欧姆接触的作用和将有源层12中发出的光导出元件的外部的作用，例如由GaP、Ga_yIn_1-xP或Al_xGa_1-xAs等p型3-5族化合物半导体构成。该电流扩散层14的p型杂质浓度被设定得比p型半导体层13高。再有，在电流扩散层14上还可设置p型接触层。

在电流扩散层14的中央上部配置的电流阻挡层10由绝缘层10构成。该电流阻挡层10防止正向电流集中地流到发光半导体基板2的中央部。

阳极电极3例如由Cr层与Au层的复合层构成，被配置在电流扩散层14和电流阻挡层10上，与电流扩散层14形成欧姆接触。另外，为了均匀地流过正向电流，从对基板2的主面15垂直的方向看时，阳极电极3被形成为网格状或栅格状。再有，也可将阳极电极3作为光透过性电极。

本发明的欧姆接触区4被分散配置在发光半导体基板2的另一方的主面16上。即，从发光半导体基板2的另一方的主面16看时，在以岛状埋入n型半导体层11中的状态下形成各欧姆接触区4。从而，在发光半导体基板2的另一方的主面16上露出各欧姆接触区4和这些区之间的n型半导体层11双方。

各欧姆区4实质上由只是Ga和Au的混合层或合金层构成，对n型半导体层11和光反射层5形成欧姆接触。由GaAu混合层构成的各欧姆接触区4最好被形成为20～1000埃的厚度。当欧姆接触区4的厚度薄于20埃时，不能良好地形成欧姆接触，而其厚度超过1000埃时，欧姆接触区4的光透射性变差。

由AuGa混合层构成的欧姆接触区4的光吸收率比上述专利文献1的AuGeGa合金层的光吸收率小，由AuGa合金层构成的欧姆接触区4的光透射率比上述专利文献1的AuGeGa合金层的光透射率大。即，上述专利文献1的AuGeGa合金层由于具有阻碍光透过的含Ge(锗)而且具有2000埃以上的厚度，故在上述专利文献1的欧姆接触区内，多数光被欧姆接触区吸收，透过欧姆接触区的光几乎没有。与此相对照，本实施形态的欧姆接触区4由于由不含Ge的AuGa混合层构成而且具有20～1000埃的较薄的厚度，故光透射率比现有的AuGeGa的大。

用光反射层5覆盖欧姆接触区4的表面和n型半导体层11的表面。光反射层5的表面的反射率比欧姆接触区4与n型半导体层11的界面的反射率大。从有源层12发射到发光半导体基板2的另一方的主面16一侧的光的一部分在欧姆接触区4相互间的n型半导体层11与光反射层5的界面处被反射，返回到发光半导体基板2的一方的主面15一侧，光的另一部分在n型半导体层11与欧姆接触区4的界面处被反射，返回到发光半导体基板2的一方的主面15一侧，光的又一部分在通过欧姆接触区4后在欧姆接触区4与光反射层5的界面处被反射，返回到发光半导体基板2的一方的主面15一侧。在本实施形态中，对从有源层12发射到欧姆接触区4一侧的光的欧姆接触区4与光反射层5的复合层的光反射率，即n型半导体层11与欧姆接触区4的界面的光反射率跟欧姆接触区4与光反射层5的界面的光反射率的总计光反射率约为60％。由于由上述专利文献1的AuGeGa构成的欧姆接触区与光反射层的复合层的光反射率约为30％，故大幅度地改善了本发明的欧姆接触区4与光反射层5的复合层的光反射率。本发明的光反射率的改善借助于欧姆接触区4不含Ge、实质上仅由AuGa构成，以及欧姆接触区4极薄且薄至20～1000埃而实现。

第1结合金属层6由Au构成，在光反射层5的整个下表面上形成。第2结合金属层7由Au构成，在具有导电性的硅支撑基板8的一方的表面上形成。第1和第2结合金属层6、7用热压焊法相互结合在一起。

作为导电性支撑基板的硅支撑基板8是将杂质导入硅的支撑基板，具有发光半导体基板2的机械的支撑功能、作为散热体的功能和作为电流通路的功能。

阴极电极9在硅支撑基板8的整个下表面上形成。当设置金属支撑基板以代替硅支撑基板8时，由于这形成阴极电极，故可省去图1的阴极电极9。

在制造图1的半导体发光元件1时，首先准备图3的发光半导体基板2。图3的发光半导体基板2例如通过用熟知的MOCVD(金属有机化学气相淀积)法在GaAs基板(未图示)上依次外延生长n型半导体层11、有源层12、p型半导体层13和电流扩散层14，并在其后除去上述GaAs基板而得到。

接着，在发光半导体基板2的另一方的主面16，即n型半导体层11的表面上例如用真空蒸镀法依次形成由Cr构成的过渡金属层和Au(金)层而形成。接着，用熟知的光刻技术在金层上按规定图形形成刻蚀掩模，使用该掩模，用刻蚀法按规定图形除去金层和过渡金属层，得到如图4所示的过渡金属层17和金层18。由此，发光半导体基板2的另一方的主面16的一部分露出。再有，为了按图4的图形形成过渡金属层17和金层18，在发光半导体基板2的另一方的主面16上可形成具有开口的抗蚀剂层，在该开口中和抗蚀剂层上可用真空蒸镀法形成过渡金属层17和金层18，然后，也可除去抗蚀剂层及其上的过渡金属层17和金层18。图4的过渡金属层17的厚度被定为10～500埃，金层18的厚度被定为200～10000埃左右。

接着，对于伴随图4所示的过渡金属层17和金层18的发光半导体基板2，在比n型半导体层11中的Ga(镓)与金层18的Au(金)的共晶点即共熔点(345℃)低的温度下，而且在借助于过渡金属层17可使Au(金)或与之类似的金属扩散到n型半导体层11中的温度(例如300℃)下进行加热处理(退火)。由此，金层18的Au经过渡金属层17扩散到n型半导体层11中，生成由Ga和Au的混合层构成的欧姆接触区4。也可将该欧姆接触区4称为金层18的Au或与之类似的金属的扩散层。

上述的加热处理的温度和时间被定为将欧姆接触区4的厚度限制在20～1000埃的范围内。另外，热处理温度被定为可得到具有薄且均匀的厚度、具有低的电阻、且对n型半导体层11具有良好的欧姆接触特性的欧姆接触区4的任意值。即，该热处理温度被定为比Ga(镓)与Au(金)的共晶点即共熔点(345℃)低的任意的温度。

图9的特性线A表示本发明的欧姆接触区4与光反射层5的复合部分的反射率随热处理温度的变化而变化，特性线B表示上述专利文献1的AuGeGa欧姆接触区与光反射层的复合部分的反射率随形成由AuGeGa构成的欧姆接触区时的热处理温度的变化而变化。此处的反射率的测量用波长650nm的红色光进行。

在特性线B所示的现有的含Ge(锗)的欧姆接触区的情况下，通过300℃的热处理，反射率约为30％，在特性线A的不含本发明的Ge的情况下，通过300℃的热处理，反射率约为60％。从而，按照本发明，可使欧姆接触区4与光反射层5的复合部分的反射率提高30％。按照图9的特性线A，热处理温度越低，反射率变得越高。但是，如热处理温度过低，则欧姆接触区4与n型半导体层11之间的接触电阻增大。为了将该接触电阻抑制在2×10^-4Ωcm²以下，最好使热处理温度为250～340℃，如为290～330℃则更好。

过渡金属层17在热处理时将构成n型半导体层11的AlGaInP分解为各元素，具有使各元素容易移动的作用以及使n型半导体层11的表面净化的作用。按照过渡金属层17的上述作用，通过在比Ga与Au的共晶点低的温度下进行热处理，Au扩散到n型半导体层11中，形成极薄的由Ga与Au的混合层或合金层构成的欧姆接触区4。

接着，通过刻蚀除去图5的热处理后的过渡金属层17和金层18，得到图6的伴随欧姆接触区4的发光半导体基板2。通过在比Au与Ga的共晶点低的温度下的热处理得到的由Au与Ga的混合层构成的欧姆接触区4的表面形貌比起通过上述专利文献1的共晶点以上的热处理得到的由AuGeGa构成的欧姆接触区的表面形貌有大幅度改善。从而，包含图6的欧姆接触区4的发光半导体基板2的另一方的主面16的平坦性良好。

接着，如图7所示，用真空蒸镀法形成厚度为1～10μm左右的由Al层构成的光反射层5，使之覆盖发光半导体基板2的另一方的主面16，即n型半导体层11的露出表面和欧姆接触区4的表面双方，并用红外灯等进行短时间的热处理。由此，具有导电性的光反射层5与欧姆接触区4进行欧姆结合，而且也与n型半导体层11进行结合。由于由Al构成的光反射层5对n型半导体层11形成萧特基接触，故半导体发光元件1的正向电流不从n型半导体层11向光反射层5流动。由于与光反射层5邻接的欧姆接触区4的表面形貌良好，故光反射层6的平坦性良好。

接着，在光反射层5上通过Au的真空蒸镀形成第1结合金属层6。

接着，通过在图8所示的由含杂质的Si基板构成的导电性基板8的一方的主面上准备真空蒸镀由Au构成的第2结合金属层7的镀层，使第1和第2金属结合层6、7加压接触，进行300℃以下的温度的热处理，使Au相互扩散，将第1和第2金属结合层6、7贴合，使发光半导体基板2与具有导电性的硅支撑基板8一体化。

接着，如图1所示，在发光半导体基板2的一方的表面15上形成电流阻挡层10和阳极电极3，在导电性支撑基板8的下表面形成阴极电极9，完成半导体发光元件1。

本实施形态具有下面的效果。

(1)由于欧姆接触区4不含光吸收性大的Ge而且形成得极薄，故欧姆接触区4与光反射层5的复合层的光反射率具有高的值(例如60％)。因此，从有源层12发射到光反射层5一侧的光的多数返回到发光半导体基板2的一方的表面15一侧，发光效率得到提高。

(2)由于欧姆接触区4与光反射层5的复合层的光反射率增大，故在得到规定的光输出时发光半导体基板2的另一方的主面16的面积中所占据的欧姆接触区4的面积的比例可比现有情形增大。如欧姆接触区4的面积增大，则半导体发光元件1的正向电阻减少，正向电压降和功率损耗降低，发光效率提高。本实施形态的红色发光二极管的最大发光效率在电流容量为40A/cm2时，为47lm/W(流明/瓦)。

(3)通过经过渡金属层17、Au从Au层18扩散到n型半导体层11，在比共晶点低的温度下可很容易形成由AuGa构成的欧姆接触区4。

(4)由于欧姆接触区4的表面形貌良好，故可良好地完成导电性硅支撑基板8的贴合。

第2实施形态

接着，参照图10说明第2实施形态的半导体发光元件1a。但是，在图10中，对与图1共同的部分标以同一参考符号而省略其说明。

图10的半导体发光元件1a中的欧姆接触区4在发光半导体基板2的另一方的整个主面16上形成。即使欧姆接触区4如此形成，由于欧姆接触区4与光反射层5的复合层的反射率较高，约为60％，故得到较高的发光效率。另外，与图1相比，在欧姆接触区4的面积扩展了的部分，正向电流通路的电阻减小，功率损耗减少。

在图10中，用金属支撑基板8a代替图1的硅支撑基板8，与光反射层5热压焊。从而，金属支撑基板8a具有发光半导体基板2的支撑功能和作为阴极电极的功能。

图10的欧姆接触区4用与图1中用同一符号表示的结构相同的方法形成，而且具有同一组成和厚度。从而，即使利用图10的半导体发光元件1a，也可得到与图1的半导体发光元件1相同的效果。

本发明不限定于上述实施形态，例如也可以是下面的变例。

(1)在发光半导体基板2的机械强度充分的情况下，可省去图1的硅支撑基板8和图10的金属支撑基板8a。此时，导电性光反射层5具有作为阴极电极的功能。

(2)在图2中，欧姆接触区4的从平面上看的分布图形呈方形的岛状，但也可变形为圆形岛状或者栅格状。

(3)虽然欧姆接触区4与n型半导体层11接触，但也可代之以在n型半导体层11与光反射层5之间设置由AlGaInP构成的n型接触层或n型的缓冲层或其双方，可使欧姆接触区4与之接触。

(4)即使欧姆接触区4是由AuGa以外的AuGeGa等其它的材料构成的情形，如果它具有光透射性，通过将该厚度限制在20～1000埃，则可使欧姆接触区4与光反射层5的复合层的光反射率有较高的增加，使发光效率提高。

(5)可将金层18定为与Au以外的Ga进行合金化以形成欧姆接触的材料。

工业上的可利用性

从上述情况可知，本发明可用于半导体发光元件。

Claims (23)

1.一种半导体发光元件，其特征在于，包括：

半导体基板(2)，具有取出光用的一方的主面(15)和与该方的主面(15)相反一侧的另一方的主面(16)，在上述一方的主面(15)与上述另一方的主面(16)之间具有发光用的多个化合物半导体层，而且露出于上述多个化合物半导体层内的上述另一方的主面(16)的化合物半导体层(11)用含镓(Ga)的化合物半导体形成；

电极(3)，与上述半导体基板(2)的一方的主面(15)连接；

欧姆接触区(4)，对露出于上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的化合物半导体层(11)的至少一部分形成欧姆接触，而且由金属材料和镓(Ga)的混合层构成；以及

光反射层(5)，覆盖露出于上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的化合物半导体层(11)和上述欧姆接触区(4)中的某一方或双方，而且具有导电性。

2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：

上述欧姆接触区(4)由Ga和Au的混合层构成。

3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：

上述欧姆接触区(4)的厚度为20～1000埃。

4.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：

露出于上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的化合物半导体层(11)是将决定导电类型的杂质掺入从下述化合物半导体中选择出的1种的化合物半导体层：

由Al_xGa_yIn_1-x-yP构成的第1化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值；

由Al_xGa_yIn_1-x-yAs构成的第2化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值；以及

由Al_xGa_yIn_1-x-yN构成的第3化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值。

5.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：

上述光反射层(5)为其反射率比上述欧姆接触区(4)大的金属层。

6.如权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于：

上述金属层为铝层。

7.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：

还具有与上述光反射层(5)结合了的导电性支撑基板(8)。

8.如权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于：

上述导电性支撑基板(8)是含杂质的硅支撑基板，还具有与上述硅支撑基板连接的另外的电极(9)。

9.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：

上述欧姆接触区(4)仅被设置在上述半导体基板(2)的另一方的主面(16)的一部分上，上述光反射层(5)覆盖上述欧姆接触区(4)和上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的未形成上述欧姆接触区(4)的部分双方。

10.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：

上述半导体基板(2)包括：

由第1导电类型的Ga系化合物半导体构成的第1导电类型半导体层(11)；

在上述第1导电类型半导体区(11)上配置的由Ga系化合物半导体构成的有源层(12)；以及

在上述有源层(12)上配置的由与第1导电类型相反的第2导电类型的Ga系化合物半导体构成的第2导电类型半导体层(13)。

11.一种制造半导体发光元件的方法，其特征在于，包括下述工序：

准备具有取出光用的一方的主面(15)和与该方的主面(15)相反一侧的另一方的主面(16)，在上述一方的主面(15)与上述另一方的主面(16)之间具有发光用的多个化合物半导体层，而且露出于上述多个化合物半导体层内的上述另一方的主面(16)的化合物半导体层(11)用含镓(Ga)的化合物半导体形成的半导体基板(2)的工序；

形成将过渡金属包含在上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的至少一部分中的辅助层(17)的工序；

在上述辅助层(17)上形成包含可经上述辅助层(17)扩散到上述半导体基板(2)的上述含镓的化合物半导体层(11)中的金属材料的层(18)的工序；

对伴随上述辅助层(17)和包含上述金属材料的层(18)的上述半导体基板(2)，在比构成上述含镓的化合物半导体层(11)的元素与上述金属材料的共晶点低的温度下进行加热处理，经上述辅助层(17)将上述金属材料导入上述含镓的化合物半导体层(11)以形成由构成上述含镓的化合物半导体层(11)的元素与上述金属材料的混合层构成的欧姆接触区(4)的工序；

除去上述辅助层(17)和包含上述金属材料的层(18)的工序；以及

形成具有导电性的光反射层(5)，使之覆盖露出于上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的化合物半导体层(11)和上述欧姆接触区(4)中的某一方或双方的工序。

12.如权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

形成上述辅助层(17)和包含上述金属材料的层(18)，使之仅覆盖上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的一部分。

13.如权利要求12所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

形成上述光反射层(5)，使之覆盖上述欧姆接触区(4)和上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的未形成上述欧姆接触区(4)的部分双方。

14.如权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

露出于上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的化合物半导体层(11)是将决定导电类型的杂质掺入从下述化合物半导体中选择出的1种的化合物半导体层：

由Al_xGa_yIn_1-x-yP构成的第1化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值；

由Al_xGa_yIn_1-x-yAs构成的第2化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值；以及

由Al_xGa_yIn_1-x-yN构成的第3化合物半导体，其中，x、y为满足0≤x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值。

15.如权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

露出于上述半导体基板(2)的上述另一方的主面(16)的化合物半导体层(11)是将决定导电类型的杂质掺入由Al_xGa_yIn_1-x-yP构成的化合物半导体中，其中，x、y为满足0＜x＜1、0＜y≤1、0＜x+y≤1的数值的化合物半导体层，上述x的值为0.4或大于0.4，而且上述决定导电类型的杂质的浓度为10¹⁸cm^-3或大于10¹⁸cm^-3。

16.如权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

上述辅助层是从

从Cr、Ti、Ni、Sc、V、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Be中选择出的包含至少1种的层；

Au层、Cr层和Au层的复合层；

Cr层、Ni层和Au层的复合层；以及

Cr层、AuSi层和Au层的复合层

中选择出的1种。

17.如权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

包含上述金属材料的层(18)是从

金(Au)层；

Au层、Cr层和Au层的复合层；

Cr层、Ni层和Au层的复合层；以及

Cr层、AuSi层和Au层的复合层

中选择出的1种。

18.如权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

上述欧姆接触区(4)由Ga与Au的合金层构成。

19.如权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

上述欧姆接触区(4)的厚度为20～1000埃。

20.如权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

上述光反射层(5)为其反射率比上述欧姆接触区(4)大的金属层。

21.如权利要求20所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

上述金属层为铝层。

22.如权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

还具有使上述光反射层(5)与导电性支撑基板(8)结合起来的工序。

23.如权利要求22所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

上述导电性支撑基板(8)是含杂质的硅支撑基板，还具有使电极(9)与上述硅支撑基板连接起来的工序。

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