JP2005175462A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体発光素子の発光効率を高めることが困難であった。
【解決手段】 半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１５と活性層１６とｐ型半導体層１７と第１、第２及び第３の補助層１３，１４，１８とオーミックコンタクト層１９とを含む半導体領域２を有する。半導体領域２の光取り出し面として機能する一方の主面１１の中央にカソード電極８が接続されている。半導体領域２の他方の主面１２に導電性を有する光透過膜３を介して金属光反射膜４が結合されている。金属反射膜４には第１及び第２の接合金属層５，６を介してシリコン支持基板７が結合されている。シリコン支持基板７にアノード電極９が接続されている。光透過膜３は金属光反射膜４と半導体領域２との間の合金化を抑制する。これにより、金属光反射膜４の反射率が良好に保たれ且つカソード電極８とアノード電極９との間の順方向電圧が低くなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＮ系等の半導体から成る発光層を含む半導体発光素子及びその製造方法に関する。

ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体によって発光層即ち活性層が形成されている従来の典型的な半導体発光素子は、ＧａＡｓから成る支持基板と、この支持基板上に配置された発光のために必要な複数のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層を含む主半導体領域とを有する。ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体はＧａＡｓ支持基板に対して比較的良好にエピタキシャル成長させることができる。

しかしながら、ＧａＡｓ支持基板は、主半導体領域に含まれている発光層から発光された光の波長帯域での光吸収係数が極めて高い。このため、発光層から支持基板側に放出された光の多くはＧａＡｓ支持基板に吸収されてしまい、高い発光効率を有する発光素子を得ることが出来なかった。

上記のＧａＡｓ支持基板による光吸収を防いで発光効率を高める方法として、前述の基本構造の半導体発光素子においてＧａＡｓ等の支持基板上に発光層を含む主半導体領域をエピタキシャル成長させた後にＧａＡｓ支持基板を除去し、発光層を含む主半導体領域に例えばＧａＰから成る光透過性基板を貼着し、更にこの光透過性基板の下面に光反射性を有する電極を形成する方法が知られている。しかし、この光透過性基板と光反射性電極とを設ける構造は、発光層を含む主半導体領域と光透過性基板との界面における抵抗によってアノード電極とカソード電極との間の順方向電圧が比較的大きくなるという欠点を有する。

上記欠点を解決するための方法が、特開２００２−２１７４５０号公報（以下特許文献１と言う。）開示されている。即ち、前記特許文献１には、発光層を含む主半導体領域の下面側にオーミック性が優れている反面、反射性が低いＡｕＧｅＧａ合金層を分散的に形成し、ＡｕＧｅＧａ合金層の下面及びこれによって覆われていない発光層を含む主半導体領域の下面の両方を反射性が優れているＡｌ等の金属反射膜で覆い、更に、この金属反射膜に例えば導電性を有するシリコンから成る導電性支持基板を貼着することが開示されている。Ａｌから成る金属反射膜の半導体領域に対するオーミック接触性は悪い。しかし、ＡｕＧｅＧａ合金層は例えばＡｌＧａＩｎＰ等の半導体領域及び光反射膜に対して比較的良好にオーミック接触する。従って、この構造によると、アノード電極とカソード電極との間の順方向電圧を低下させることができる。
また、発光層から導電性支持基板側に放出された光をＡｌから成る金属反射膜によって良好に反射させることができる。

しかし、前記特許文献１に記載の発光素子では、製造プロセス中の種々の熱処理工程を経る過程において、金属反射膜及びＡｕＧｅＧａ合金層とこれに隣接する主半導体領域との間に反応が生じ、その界面における反射率が低下することがあった。このため、期待されたほどには、発光効率の高い半導体発光素子を歩留り良く生産することができなかった。また、オーミックコンタクト用のＡｕＧｅＧａ合金属が主半導体領域の下面に対して分散的に形成されているので、発光効率と順方向電圧の両方を十分に満足させることができなかった。即ち、半導体領域の下面に対するオーミックコンタクト用のＡｕＧｅＧａの割合を大きくすると、順方向電圧は低下する反面、Ａｌ反射膜の面積の減少によって反射量が低下し、発光効率の低下を招く。従って、従来技術では、発光効率と順方向電圧との両方を同時に改善することが困難であった。
特開２００２−２１７４５０号公報

そこで、本発明の課題は、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができないことである。

上記課題を解決するための本発明は、
発光のための複数の半導体層を有し且つ光を取り出すための一方の主面とこの一方の主面と反対側の他方の主面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域の一方の主面側の半導体層に電気的に接続された第１の電極と、
前記半導体領域の他方の主面にオーミック接触し且つ導電性を有し且つ前記半導体領域で発生した光に対する透過性を有している光透過膜と、
前記光透過膜を覆うように配置され且つ前記半導体領域で発生した光を反射する機能を有している金属光反射膜と、
前記光透過膜又は前記金属光反射膜に対して電気的に接続された第２の電極と
備えていることを特徴とする半導体発光素子に係わるものである。
本発明における半導体発光素子は、完成した発光素子のみでなく、中間製品としての発光チップであってもよい。

前記半導体領域は３−５族化合物半導体から成ることが望ましい。
また、前記半導体領域の前記他方の主面に露出する半導体層はヒ素（As）を含む化合物半導体から成ることが望ましい。ガリウムヒ素（GaAs）、アルミニウムガリウムヒ素（AlGaAs）等のAsを含む化合物半導体は、光透過膜と良好に低抵抗性接触する。この結果、低い動作電圧をより確実に得ることができる。
前記光透過膜は光透過性を有する金属酸化物からなることが望ましい。
前記光透過膜は、In₂O₃即ち酸化インジウム又は三酸化二インジウムとSnO₂即ち酸化錫又は酸化第二錫との混合物（以下、ITOと言う。）、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）（以下、AZOと言う。）、フッ素がドープされた酸化錫（ＳｎＯ₂）（以下、FTOと言う。）、ZnO即ち酸化亜鉛、SnO即ち酸化錫又は酸化第一錫、ZnSe即ち亜鉛セレン、及びGaO即ち酸化ガリウムから選択された少なくとも１つから成ることが望ましい。これらの材料から成る光透過膜は金属反射膜及び半導体領域と良好に低抵抗性接触すると共に、光透過性に優れ、光の減衰を抑制して半導体領域で発生した光を金属光反射膜側及びこれとは逆の方向に良好に導くことができ、且つ金属光反射膜の金属の半導体領域側への拡散を良好に抑制する機能を有する。
前記光透過膜は、１０ｎｍ〜１μｍの厚みを有していることが望ましい。１０nm以上の厚みを有する光透過膜は、金属光反射膜と半導体領域との反応即ち半導体と金属との相互拡散を抑制する機能を有し、これらの界面に光吸収の大きい合金層が形成されることを防止する。また、前記光透過膜の厚みを１μm以下に制限すると、前記光透過膜における光の減衰が少なくなり、外部量子効率を向上することができる。
前記金属光反射膜は、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、金（Au）、及び銅（Cu）から選択された少なくとも１つを含む層であることが望ましい。これ等の金属膜で形成された金属光反射膜は、光透過膜との界面に良好な光反射面を形成する。即ち、Al膜及びＡｇ膜から成る金属光反射膜は、短波長から長波長までの比較的広い波長領域の可視光に対して良好な反射特性を有する。また、Cu膜及びＡｕ膜から成る金属光反射膜は、比較的長波長の可視光に対し良好な反射特性を有する。
前記半導体発光素子は、更に、前記金属光反射膜に結合された導電性支持基板を有していることが望ましい。前記半導体発光素子が導電性支持基板を有していると、前記半導体領域、前記光透過膜及び前記金属光反射膜の安定的な機械的支持が達成される。
前記第２の電極は前記導電性支持基板に結合され、前記導電性支持基板と前記金属光反射膜とを介して前記光透過膜に電気的に接続されていることが望ましい。これにより、前記第２の電極の形成が容易になる。
前記半導体領域は前記他方の主面に露出するコンタクト層を有していることが望ましい。また、前記コンタクト層の厚みＴ及び屈折率ｎ₁が
Ｔ＝（２ｍ＋１）×（λ／４ｎ₁）±λ／８ｎ₁
ｎ₁＝（ｎ₂×ｎ₃）^1/2×０．８〜（ｎ₂×ｎ₃）^1/2×１．２
ここで、ｍは０又は１又は２のいずれかの値、
ｎ₂は前記光透過膜の屈折率、
ｎ₃は前記半導体領域において前記コンタクト層に接している層の屈折率、
λは前記半導体領域から発生する光の波長、
に決定されていることが望ましい。なお、上記コンタクト層の屈折率ｎ₁を示す式は、屈折率ｎ₁が（ｎ₂×ｎ₃）^1/2×０．８から０．８〜（ｎ₂×ｎ₃）^1/2×１．２の範囲であることが望ましいことを意味している。コンタクト層の厚みＴと屈折率ｎ₁とをこのように設定すると、光透過膜と金属光反射膜との間で反射した光がコンタクト層と光透過膜との界面で全反射することを防止できる。この結果、光透過膜と金属光反射膜との界面で反射した光を半導体領域の一方の主面側に良好に導くことができる。
前記半導体発光素子を製造するための方法は、
半導体基板を用意する工程と、
半導体基板上に発光のための複数の半導体層を有し且つ光を取り出すための一方の主面とこの一方の主面と反対側の他方の主面とを有する半導体領域を形成する工程と、
前記半導体領域の他方の主面にオーミック接触し且つ導電性を有し且つ前記半導体領域で発生した光に対する透過性を有している光透過膜を形成する工程と、
前記半導体領域で発生した光を反射する機能を有している金属光反射膜を前記光透過膜の上に形成する工程と、
導電性を有している支持基板を前記金属光反射膜に接合する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記半導体領域の一方の主面側の半導体層に接続された第１の電極を形成する工程と、
前記支持基板に第２の電極を形成する工程と
を有していることが望ましい。これにより、前記半導体発光素子を容易に形成することができる。

本発明に従う半導体発光素子において、前記半導体領域と前記金属光反射膜との間に配置された導電性を有する光透過膜は、前記半導体領域及び前記金属光反射膜の両方にオーミック接触し且つ前記半導体領域と前記金属光反射膜との合金化を抑制するので、従来の金属光反射膜を半導体領域に直接に接触させる場合よりも優れた光反射面を構成することができる。また、光透過膜における光の吸収が従来のＡｕＧｅＧａ合金属よりも少ない。このため、半導体領域から金属光反射膜側に放射された光を半導体領域の一方の主面側に良好に戻すことができ、外部発光効率を増大させることができる。
また、前記特許文献１の半導体発光素子に比べて、金属光反射膜がオーミックコンタクトしている領域の面積を増大させることができる。このようにオーミックコンタクト領域の面積を増大させると、発光時における電流通路の抵抗が小さくなり、順方向電圧が低下し、電力損失が小さくなり、発光効率が向上する。

次に、図１〜図３を参照して本発明の実施形態に従う半導体発光素子即ち発光ダイオード及びその製造方法を説明する。

本発明の実施例１に従うダブルヘテロ接合型半導体発光素子１は、図１に概略的に示すように、発光のために必要な半導体領域２と、本発明に従う光透過膜３と、金属光反射膜４と、第１及び第２の接合金属層５、６と、導電性シリコン支持基板７と、第１の電極としてのカソード電極８と、第２の電極としてのアノード電極９とから成る。

半導体領域２は、P（リン）又はN（窒素）又はAs（砒素）等の５族の元素と、Al（アルミニウム）、Ga（ガリウム）、In（インジウム）、B（ホウ素）等から選択された１つ又は複数の３族の元素との化合物半導体から成り、主半導体領域又は発光半導体基板と呼ぶこともできるものである。図１の実施例の半導体領域２は、一方の主面１１と他方の主面１２とを有し、一方の主面１１から他方の主面１２に向かって順次に配置されたｎ型（第１導電型）の第１の補助層１３と、ｎ型の第２の補助層１４と、ｎ型クラッド層又は第１導電型半導体層とも呼ぶことができるｎ型半導体層１５と、発光層と呼ぶこともできる活性層１６と、ｐ型（第２導電型）クラッド層又は第２導電型半導体層と呼ぶこともできるｐ型半導体層１７と、ｐ型の第３の補助層１８と、ｐ型コンタクト層１９とを有する。
ダブルヘテロ接合型発光ダイオードのための半導体領域２において発光のために最も重要な部分はｎ型半導体層１５と活性層１６とｐ型半導体層１７である。従って、半導体領域２のｎ型の第１の補助層１３とｎ型の第２の補助層１４とｐ型の第３の補助層１８とｐ型コンタクト層１９との全て又は一部を省略することができる。また、ダブルヘテロ接合型としない場合には活性層１６を省くこともできる。従って、半導体領域２は少なくともｎ型半導体層１５とｐ型半導体層１７とを含むものであれば良い。
この発光素子１は、活性層１６から放射された光を半導体領域２の一方の主面１１側から取り出すように構成されている。
次に、発光素子１の各部を詳しく説明する。

ｎ型半導体層１５とｐ型半導体層１７との間に配置された活性層１６は、３−５族化合物半導体から成る。この３−５族化合物半導体は、化学式
Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ
ここで、ｘ，ｙは０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、
０≦ｘ＋ｙ≦１を満足する数値、
で示すことができる材料であることが望ましい。しかし、活性層１６をＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ等の別の３−５族化合物半導体で構成することもできる。
この実施形態では、活性層１６に、導電型決定不純物が添加されていない。しかし、活性層１６にｐ型クラッド層１７よりも低い濃度でｐ型不純物を添加すること、又はｎ型半導体層１５よりも低い濃度でｎ型不純物を添加することも可能である。また、図１では図示を簡略化するために活性層１６が単一の層で示されているが、実際には、周知の多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum-Well）構造、又は単一量子井戸（ＳＱＷ：Single-Quantum-Well ）構造を有する。

活性層１６の一方の側に配置されたｎ型半導体層１５は、ｎ型不純物（例えばＳｉ）が添加された３−５族化合物半導体から成る。この３−５族化合物半導体は、例えば化学式
Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｐ
ここで、ｘ，ｙは０≦ｘ＜１、
０≦ｙ≦１、
０≦ｘ＋ｙ≦１を満足する数値、
で示すことができる材料であることが望ましい。活性層１６で発生した光を外部に良好に取り出すためにｎ型半導体層１５のＡｌの割合ｘは活性層１６のＡｌの割合ｘよりも大きい値を有し、好ましくは０．１５〜０．４５、より好ましくは０．２〜０．４である。また、Ｇａの割合ｙは好ましくは０.０５〜０．３５、より好ましくは０．１〜０．３である。ｎ型半導体層１５のｎ型不純物の濃度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であることが望ましい。ｎ型半導体層１５のバンドギャップは活性層１６のバンドギャップよりも大きい。
なお、ｎ型半導体層１５をＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ等の別の３−５族化合物半導体で構成することもできる。

活性層１２の他方の側に配置されたｐ型半導体層１７は、ｐ型不純物（例えばＺｎ）が添加された３−５族化合物半導体から成る。この３−５族化合物半導体は、例えば化学式
Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-y Ｐ
ここでｘ，ｙは０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、
０≦ｘ＋ｙ≦１を満足する数値、
で示すことができる材料であることが望ましい。活性層１６で発生した光を外部に良好に取り出すためにｐ型半導体層１７のＡｌの割合ｘは活性層１６のＡｌの割合ｘよりも大きい値を有し、好ましくは０．１５〜０.５の範囲に設定される。ｐ型半導体層１７のｐ型不純物の濃度は例えば５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上に決定される。ｐ型半導体層１７のバンドギャップは活性層１６のバンドギャップよりも大きい。
なお、ｐ型半導体層１７をＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ等の別の３−５族化合物半導体で構成することもできる。

ｎ型半導体層１５の上に配置された第２の補助層１４は電流拡散層又はバッファ層と呼ぶこともできるものであって、主として順方向電流の分布の均一性を高める働きを有する。即ち、第２の補助層１４は半導体領域２の一方の主面１１に対して垂直な方向から見て、カソード電極８の外周側に電流を広げる働きを有する。また、この第２の補助層１４は、活性層１６で発生した光を素子の外周側に広げて取り出す働きを有する。この実施例１の第２の補助層１４はｎ型ＧａＡｓから成る。しかし、第２の補助層１４を例えばＧａＡｓ以外の例えばＧａＰ、又はＧａ_xＩｎ_1-x Ｐ、又はＡｌ_xＧａ_1-x Ａｓ、又はＧａＮ、又はＧａ_xＩｎ_1-xＮ、又はＡｌ_xＧａ_1-xN等のｎ型の別の３−５族化合物半導体で構成することができる。

第２の補助層１４の上に配置されたｎ型の第１の補助層１３はｎ型コンタクト層と呼ぶこともできるものであって、主としてカソード電極８のオーミックコンタクトを良好にする機能を有し、更に、後述する発光素子の製造工程におけるエッチングのストッパとしての機能も有する。この第１の補助層１３は、例えば化学式
Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ
ここで、ｘ，ｙは０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、
０≦ｘ＋ｙ≦１を満足する数値、
で示すことができる３−５族化合物半導体にｎ型不純物を添加したものから成る。
なお、第１の補助層１３をＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ等の別の３−５族化合物半導体で構成することもできる。

ｐ型半導体層１７に隣接配置された第３の補助層１８は、電流拡散層又はバッファ層と呼ぶこともできるものであって、主として順方向電流の分布の均一性を高める働きを有する。即ち、第３の補助層１８は半導体領域２の一方の主面１１に対して垂直な方向から見て、カソード電極８の外周側に電流を広げる働きを有する。第３の補助層１８はｐ型ＧａＰ（ガリウム リン）又はｐ型ＧａＮ等の別の３−５族化合物半導体で構成される。

第３の補助層１８に隣接配置されたｐ型コンタクト層１９は半導体領域２の他方の主面１２に露出する半導体層であって、本発明に従う光透過膜３の良好のオーミック接触を得るため設けられている。このｐ型コンタクト層１９はAsを含む３−５族化合物半導体から成ることが望ましい。この実施例ではｐ型ＧａＡｓ（ガリウム 砒素）が使用されているが、これに限らずｐ型AlGaAs、ｐ型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ等の別の３−５族化合物半導体を使用することができる。
コンタクト層１９の厚みをＴ、屈折率をｎ₁、光透過膜３の屈折率をｎ₂、第３の補助層１８の屈折率をｎ₃、活性層１６から発生する光の波長をλとした時、コンタクト層１９の厚みＴ及び屈折率をｎ₁を次の条件を満足するように決定することが望ましい。
Ｔ＝（２ｍ＋１）×（λ／４ｎ₁）±λ／８ｎ₁
ここで、ｍは０又は１又は２のいずれかの値である。
ｎ₁＝（ｎ₂×ｎ₃）^1/2×０．８〜（ｎ₂×ｎ₃）^1/2×１．２
コンタクト層１９の厚みＴと屈折率ｎ₁とをこのように設定すると、光透過膜３と金属光反射膜４との間で反射した光がコンタクト層１９と光透過膜３との界面で全反射することを防止できる。この結果、光透過膜３と金属光反射膜４との界面で反射した光を半導体領域２の一方の主面１１側に良好に導くことができる。

光透過膜３は導電性を有し且つ半導体領域２で発生した光に対する透過性を有しており、半導体領域２の他方の主面１２即ちｐ型コンタクト層１９の全体にオーミック接触している。この光透過膜３は半導体領域２で発生した光に対する透過率が半導体領域２の透過率よりも大きい材料で形成される。この光透過膜３の透過率は６０％以上であることが望ましい。光透過膜３は半導体領域２及び金属光反射膜４との間に合金化部分又は相互拡散部分が生じない又は僅かしか生じない材料及び方法で形成される。光透過膜３の好ましい材料は金属酸化物又は金属化合物であり、より好ましい材料は例えば、ITO、AZO、FTO、ZnO、SnO、ZnSe、及びGaOから選択された少なくとも１つであり、最も好ましい材料はITOである。また、光透過膜３の好ましい形成方法はスパッタリング又ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又は蒸着である。
光透過膜３の厚みは１０ｎｍ〜１μｍであることが望ましい。光透過膜３の厚みを１０nm以上にすると、金属光反射膜４と半導体領域２との合金化を良好に抑制することができる。また、光透過膜３の厚みを１μm以下に制限すると、光透過膜３における光の減衰が少なくなり、外部量子効率を向上することができる。光透過膜３は半導体領域２の他方の主面１２の全面に形成することが最も望ましいが、しかし他方の主面１２の５０〜１００％の範囲に形成することもできる。

金属光反射膜４は半導体領域２で発生した光を反射する機能を有し、光透過膜３の全面を覆うように配置されている。この金属光反射膜４を、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、金（Au）、及び銅（Cu）から選択された少なくとも１つ金属、又はアルミニウム（Al）、銀（Ag）、金（Au）、及び銅（Cu）から選択された少なくとも１つ金属を含む合金で形成することが望ましい。この実施例ではコストの点で有利なアルミニウム（Al）で金属光反射膜４が形成されている。金属光反射膜４は光透過膜３の全面に形成することが最も望ましいが、光透過膜３又は他方の主面１２の５０〜１００％の範囲に形成することもできる。十分な光反射機能を得るために金属光反射膜４は好ましくは０．０５μm〜１μm厚さに形成される。

半導体領域２、光透過膜３、及び金属光反射膜４を機械的に保護し且つ支持するために導電性支持基板７が第１及び第２の接合金属層５，６を介して金属光反射膜４に結合されている。第１の接合金属層５は例えば金（Ａｕ）から成り、金属光反射膜４を覆うように形成されている。第２の接合金属層６は例えば金（Ａｕ）から成り、導電性支持基板７を覆うように形成されている。第１及び第２の接合金属層５，６は熱圧着法によって相互に結合されている。この実施例では、導電性支持基板７として導電型決定不純物が添加され且つ３００μｍの厚さを有するシリコン基板が使用されている。シリコン基板は安価且つ加工が容易であるという特長を有する。

第１の電極としてのカソード電極８は金属層から成り、半導体領域２の一方の主面１１即ち第１の補助層１３の中央にオーミック接触している。従って、半導体領域２の一方の主面１１のカソード電極８が形成されていない部分が光取り出し面となる。なお、カソード電極８をＩＴＯ等の光透過性電極とボンディングパッド電極との組み合せで構成することもできる。また、カソード電極８をｎ型の第１の補助層１３と第２の補助層１４とｎ型半導体層１５から選択された１つの任意の位置に接続することもできる。

第２の電極としてのアノード電極９はシリコン支持基板７の下面全体に形成されている。シリコン支持基板７の代わりに金属支持基板を設ける場合には、これがカソード電極となるので、図１のカソード電極９を省くことができる。

図１の半導体発光素子１を製造する時には、まず半導体領域２を形成する。即ち、図２に示す例えばGaAsから成る半導体基板１０を用意し、周知のMＯCVD( Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置を使用して、GaAs半導体基板１０の上にｎ型の第１の補助層１３と、ｎ型の第２の補助層１４と、ｎ型半導体層１５と、活性層１６と、ｐ型半導体層１７と、ｐ型の第３の補助層１８と、ｐ型コンタクト層１９とを順次にエピタキシャル成長させ、半導体領域２を得る。

次に、スパッタリング又ＣＶＤ又は蒸着等によって、ｐ型コンタクト層１９の露出主面全体にＩＴＯを被着させて光透過膜３を形成し、次に、光透過膜３の上にＡｌから成る金属光反射膜４を形成し、更に、Ａｕから成る第１の接合金属層５を形成する。

次に、図２に示す不純物を含むSi基板から成る支持基板７の一方の主面にAuから成る第２の接合金属層６を真空蒸着したものを用意し、第１及び第２の金属接合層５、６を加圧接触させ、３００℃以下の温度の熱処理を施してAuを相互に拡散させることによって第１及び第２の金属接合層５、６を貼り合わせて、光透過膜３、金属光反射膜４、及び第１の接合金属層５を伴った半導体領域２と第２の接合金属層６を伴った支持基板７とを一体化する。

次に、GaAsから成る半導体基板１０をエッチングで除去する。これにより、光透過膜３、金属光反射膜４、及び第１の接合金属層５を伴った半導体領域２が得られる。なお、GaAsから成る半導体基板１０の除去を、第２の接合金属層６を伴った支持基板７を第１の接合金属層５に結合する前に行うこともできる。

しかる後、図１のカソード電極８及びアノード電極９を形成して半導体発光素子を完成させる。

本実施例は次の効果を有する。
（１） 金属光反射膜４と半導体領域２との間に導電性を有する光透過膜３が形成されているため、製造プロセス中の種々の熱処理工程において金属反射膜４と半導体領域２との間に生じる合金化反応を阻止又は抑制することができる。もし、合金化部分が生じると、反射率が低下するが、本実施形態ではこのような問題が生じない。このため、高い発光効率を有する発光素子を、容易に且つ高い歩留まりで生産することができる。
（２）光透過膜３はスパッタリング又ＣＶＤ又は蒸着等によって金属酸化物を被着させることによって形成されているので、金属光反射膜４及び半導体領域２に対して合金化反応が抑制又は阻止された状態でオーミック接触する。従って、光透過膜３のオーミック接触部分における光吸収が少なくなり且つ抵抗が小さくなり、発光効率の低減及び動作電圧の増大を抑制することができる。
（３） 光透過膜３及び金属光反射膜４は半導体領域２の他方の主面１２の実質的に全部に対向しているのでオーミック接触面積が大きくなり、半導体発光素子１に順方向電圧が印加された時のアノード電極９とカソード電極８との間の抵抗を減少させることができる。
（４）コンタクト層１９を半導体領域２の他方の主面１２の実質的に全部に設けるので、コンタクト層１９を部分的に設ける前記特許文献１の半導体発光素子に比べて半導体領域２の他方の主面１２の平坦性が良くなり、シリコン支持基板７の貼り合せを良好に達成することができる。
（５）コンタクト層１９を部分的に設けることが不要になるので、コンタクト層１９を部分的に設けるためのパターニングが不要になり、製造工程が簡素化される。

次に、図３を参照して実施例２に従う半導体発光素子１ａを説明する。但し、図３において図１及び図２と共通する部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図３の半導体発光素子１ａは、変形された半導体領域２ａと変形された支持基板７ａとを設け、且つアノード電極９の接続位置を変えた他は、図１と同一に形成したものである。図３の変形された半導体領域２ａは、図１の半導体領域１から第１及び第３の補助層１３，１８とｐ型コンタクト層１９を省いたものに相当する。従って、第１の電極としてのカソード電極８が図１の第２の補助層１４と同一の構成の電流拡散層１４の主面に接続されている。支持基板７ａ及び光透過膜３及び金属光反射膜４は半導体領域２ａから横方向に突出する部分を有するように形成されている。アノード電極９は光透過膜３に直接に接続されている。また、金属光反射膜４は支持基板７ａに直接に結合されている。支持基板７ａは放熱性を高めるために熱伝導性の良い金属材料で形成されている。

図３の半導体発光素子１ａにおいても半導体領域２ａの他方の主面１２に対して光透過膜３を介して金属光反射膜４が結合されているので、図１の実施例１と同一の効果を得ることができる。

本発明は上記の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） 半導体領域２又は２ａの機械的強度が十分な場合は、図１及び図３の支持基板７又は７ａを省くことができる。この場合には金属光反射層４がカソード電極として機能する。
（２）半導体領域２又は２ａの各層１３，１４，１５，１７，１８，１９の導電型を実施例と逆にすることができる。

本発明の実施例１に従う半導体発光素子を示す断面図である。 図１の半導体発光素子の製造段階の状態を示す断面図である。 本発明の実施例２に従う半導体発光素子を示す断面図である。

符号の説明

１，１ａ 半導体発光素子
２，２ａ 半導体領域
３ 光透過膜
４ 金属光反射層
５，６ 第１及び第２の接合金属層
７ シリコン支持基板
８ カソード電極
９ アノード電極
１５ ｎ型半導体層
１６ 活性層
１７ ｐ型半導体層
１３，１４，１８ 第１、第２及び第３の補助層
１９ オーミックコンタクト層

Claims (10)

1. 発光のための複数の半導体層を有し且つ光を取り出すための一方の主面とこの一方の主面と反対側の他方の主面とを有する半導体領域と、
   前記半導体領域の一方の主面側に配置された半導体層に電気的に接続された第１の電極と、
   前記半導体領域の他方の主面にオーミック接触し且つ導電性を有し且つ前記半導体領域で発生した光に対する透過性を有している光透過膜と、
   前記光透過膜を覆うように配置され且つ前記半導体領域で発生した光を反射する機能を有している金属光反射膜と、
   前記光透過膜又は前記金属光反射膜に対して電気的に接続された第２の電極と
   備えていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記半導体領域の前記他方の主面に露出する半導体層はAsを含む化合物半導体から成ることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記光透過膜は光透過性を有する金属酸化物から成ることを特徴する請求項１又は２記載の半導体発光素子。
4. 前記光透過膜は、酸化インジウムと酸化錫との混合物（ITO）、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛（AZO）、フッ素がドープされた酸化錫（FTO）、ZnO、SnO、ZnSe、及びGaOから選択された少なくとも１つから成る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。
5. 前記光透過膜は、１０ｎｍ〜１μｍの厚みを有していることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載の半導体発光素子。
6. 前記金属光反射膜は、Al、Ag、Au、及びCuから選択された少なくとも１つを含む層であることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５記載の半導体発光素子。
7. 更に、前記金属光反射膜に結合された導電性支持基板を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体発光素子。
8. 前記第２の電極は前記導電性支持基板に結合され、前記導電性支持基板と前記金属光反射膜とを介して前記光透過膜に電気的に接続されていることを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子。
9. 前記半導体領域は前記他方の主面に露出するコンタクト層を有し、
   前記コンタクト層の厚みＴ及び屈折率をｎ₁が
   Ｔ＝（２ｍ＋１）×（λ／４ｎ₁）±λ／８ｎ₁
   ｎ₁＝（ｎ₂×ｎ₃）^1/2×０．８〜（ｎ₂×ｎ₃）^1/2×１．２
   ここで、ｍは０又は１又は２のいずれかの値、
   ｎ₂は前記光透過膜の屈折率、
   ｎ₃は前記半導体領域において前記コンタクト層に接している層の屈折率、
   λは前記半導体領域から発生する光の波長、
   に決定されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体発光素子。
10. 半導体基板を用意する工程と、
    半導体基板上に発光のための複数の半導体層を有し且つ光を取り出すための一方の主面とこの一方の主面と反対側の他方の主面とを有する半導体領域を形成する工程と、
    前記半導体領域の他方の主面にオーミック接触し且つ導電性を有し且つ前記半導体領域で発生した光に対する透過性を有している光透過膜を形成する工程と、
    前記半導体領域で発生した光を反射する機能を有している金属光反射膜を前記光透過膜の上に形成する工程と、
    導電性を有している支持基板を前記金属光反射膜に接合する工程と、
    前記半導体基板を除去する工程と、
    前記半導体領域の一方の主面側の半導体層に接続された第１の電極を形成する工程と、
    前記支持基板に第２の電極を形成する工程と、
    を備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

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