JP2006066518A - 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光吸収に起因する輝度の低下を防止できる半導体発光素子を提供すること。
【解決手段】 ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流拡散層３、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層４、量子井戸活性層５、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ中間層７およびｐ型ＧａＩｎＰ貼付コンタクト層８と、この貼付コンタクト層８に直接接合されたｐ型ＧａＰ基板１０を備える。ｐ型ＧａＰ基板１０は、量子井戸活性層５と反対側に傾斜面１０ａを有する。量子井戸活性層５で生成され、このＬＥＤ内の反射面で全反射した光を、傾斜面１０ａから外部に出射させることができるので、ＬＥＤの輝度を向上できる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、光通信機器、情報表示パネル、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ補助光源、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）バックライト、あるいは、照明機器等に用いられる半導体発光素子に関する。

近年、光通信機器、情報表示パネル、ＣＣＤカメラ補助光源、ＬＣＤバックライト、あるいは、照明機器等に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が広く用いられている。これらの用途のＬＥＤは高輝度であることが重要である。特に最近、照明機器用としてＬＥＤが使用され始め、高輝度化に対するニーズはいっそう高まってきている。高輝度を得るための一つの方法はＬＥＤの効率を高くすることである。ＬＥＤの効率は内部量子効率と外部出射効率によって決まり、このうち、外部出射効率は素子構造に大きく影響される。

ＬＥＤの外部出射効率を向上させる方法としては、発光波長に対して透明な基板を使用することがある。ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）系のＬＥＤについて、発光波長に対して透明な基板を有するＬＥＤの製造方法としては、従来、図９に示すようなものがある（特許文献１：特開平６−３０２８５７号公報参照）。このＬＥＤの製造方法は、発光波長に対して不透明なＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）基板１０１上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光層１０２をエピタキシャル成長し、その上に、ＧａＰ電流拡散層１０３を数１０μｍ成長する。続いて、発光波長に対して不透明な上記ＧａＡｓ基板１０１を除去し、この除去した面に、ＧａＰ基板１０５を熱処理によって直接接合する。図９において、１０６は基板側電極であり、１０７は表面電極である。

このＬＥＤの製造方法では、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光層１０２は、ＧａＰに対して格子整合しないので、一旦ＧａＡｓ基板１０１上に成長した後、このＧａＡｓ基板１０１を除去して、ＧａＰ基板を接合している。上記発光層１０２上に成長するＧａＰ電流拡散層１０３は、成長時間とＧａＡｓ基板１０１を除去した後のウエハーの機械的強度との兼ね合いで、５０〜１００μｍ程度に設定されている。上記ＧａＰ電流拡散層１０３の層厚が５０μｍ以下であると、ウエハーを取り扱う時に非常に割れやすい一方、上記層厚が１００μｍ以上であると、成長時間が長くなってＬＥＤのコストが高くなるからである。

しかしながら、上記ＧａＰ電流拡散層１０３の層厚を５０〜１００μｍとしても、機械的強度は十分とはいえず、ウエハーの取り扱い時にウエハーが割れてしまう問題は解決されていない。

そこで、上記問題を解決するため、ＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤの他の製造方法として、図１０に示すようなものがある（特許文献２：特許第３２３０６３８号参照）。このＬＥＤの製造方法は、発光波長に対して不透明なＧａＡｓ基板１１１上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光層１１２をエピタキシャル成長し、この上にＧａＰ層１１３を形成する。そして、このＧａＰ層１１３上に、発光波長に対して透明なＧａＰ基板１１３を配置して熱処理を施すことによって直接接合する。この後、発光波長に対して不透明なＧａＡｓ基板１１１を除去している。図１０において、１１６は基板側電極であり、１１７は表面電極である。

このＬＥＤの製造方法は、５０〜１００μｍの厚さのウエハーを取り扱う必要が無いので、製造過程においてウエハーが割れるという問題を解決することができる。

ところで、ＬＥＤにおいて高輝度を得るための他の方法には、ＬＥＤに注入する電流を大きくすることがある。

ＬＥＤに注入する電流を大きくするときに発生する問題点としては、発光層での発熱による熱飽和がある。注入電流の増大に伴い、発光層の発熱量が、主にダイボンド部を介して外部に放出される熱量を超えるので、上記発光層の温度が上昇して、キャリアがオーバーフローして、光出力が飽和するのである。

この問題を解決するため、従来、図１１に示すようなＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤが提案されている（非特許文献１：日経エレクトロニクス、株式会社日経ビーピー、２００２年１０月２１日参照）。このＬＥＤでは、従来使用されていたＧａＡｓ基板よりも熱伝導率が約３倍高いＳｉ（シリコン）基板１２１を、金属層１２２を介して、発光層１２４に連なる半導体層１２３に貼り付けている。このＬＥＤは、ＧａＡｓ基板上に発光層１２４をエピタキシャル成長し、Ｓｉ基板１２１を貼り付けた後、上記ＧａＡｓ基板を除去している。図１１において、１２６は基板側電極であり、１２７は表面電極であり、１２８は電流ブロック層である。

このＬＥＤは、ＧａＡｓ基板による比較的大きい熱抵抗が無いので、放熱のロスを大幅に低減することが可能となる。

しかしながら、図９乃至１１に示した従来のＬＥＤは、他の原因により、輝度の低下が生じるという問題がある。

すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体は屈折率が３〜３．５程度である一方、空気は屈折率が１であり、樹脂は１．５程度である。したがって、空気および樹脂と、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層との間には、２から２．５、および、１．５から２の屈折率差がそれぞれ存在する。この屈折率差によって、ＬＥＤチップ内で発生した光のうち、チップの表面に全反射角以上の角度で入射した光は全反射される。上記全反射角は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層から空気に入射する場合は約１７°であり、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層から樹脂に入射する場合は約２５°である。

したがって、図９および１０のＧａＰ基板１０５，１１５を直接接合した従来のＬＥＤでは、チップ形状が略直方体であるため、活性層で生成した光のうち、チップ表面で全反射される光の割合が比較的多い。この全反射された光は、図１２に模式的に示すように、チップ内部で多重反射して、活性層１３１を複数回通過し、また、複数の電極１３２で反射される。このとき、多重反射光は、上記活性層１３１および電極１３２に吸収される。図１２において、多重反射光が活性層１３１および電極１３２で吸収される位置を、符号Ａで示している。このように、複数の位置で光が吸収される結果、ＬＥＤの輝度が低下するのである。

また、図９のＳｉ基板１２１を貼り付けた従来のＬＥＤでは、出射光に対して透明な半導体層１２３、発光層１２４および半導体層１２５が、ＬＥＤ全体に対して比較的薄いので、多重反射する光の割合が、図９および１０のＬＥＤよりも更に多くなる。したがって、活性層で生成された光は、活性層を通過する回数と電極で反射される回数が更に多くなり、この活性層および電極での吸収量が多くなって、ＬＥＤの輝度の低下が大きくなる。
特開平６−３０２８５７号公報 特許第３２３０６３８号 日経エレクトロニクス、株式会社日経ビーピー、２００２年１０月２１日

そこで、本発明の課題は、光吸収に起因する輝度の低下を防止できる半導体発光素子を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の半導体発光素子は、
ダイボンディングされる側から順に、第１導電型の第１半導体層と、発光層と、第２導電型の第２半導体層と、上記発光層からの光に対して透明であると共に上記第２半導体層に直接接合された第２導電型の透明基板とを備え、
上記透明基板は、上記発光層と反対側に、上記発光層と略平行な平行面と、この平行面に連なると共にこの平行面に対して傾斜した傾斜面とを有することを特徴としている。

上記構成によれば、上記発光層で生成された光のうち、この半導体発光素子内の反射面に全反射角以上の角度で入射した光は、全反射して半導体発光素子内を進む。ここで、上記透明基板は、上記発光層と略平行な平行面と、この平行面に対して傾斜した傾斜面とを有する。例えば上記平行面で全反射した光や、上記透明基板の側面で全反射した光が、上記傾斜面に全反射角よりも小さい角度で入射して、半導体発光素子の外に出射される。したがって、この半導体発光素子内を全反射し続ける多重反射光が、従来よりも少なくなる。その結果、この半導体発光素子から外に出射される光量が従来よりも多くなって、この半導体発光素子の輝度が増大する。

一実施形態の半導体発光素子は、上記傾斜面と平行面との間の峰は、平面視において、上記透明基板の側面から内側に２０μｍ以上隔てられており、かつ、上記傾斜面と上記透明基板の側面との間の峰は、側面視において、上記透明基板の平行面から発光層側に２０μｍ以上隔てられている。

上記実施形態によれば、上記透明基板の反射面から、上記発光層で生成された光を効果的に半導体発光素子の外に出射することができる。したがって、この半導体発光素子の外部量子効率が向上する。

一実施形態の半導体発光素子は、上記発光層は、（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_ｚＩｎ_１−ｚＰ（０≦ｙ≦１、０＜ｚ＜１）で形成された層を少なくとも１つ有する。

上記実施形態によれば、上記発光層によって、緑色から赤色に相当する波長域の光を生成でき、この波長域の光を高輝度で出射できる半導体発光素子が得られる。

一実施形態の半導体発光素子は、上記第１半導体層の上記発光層と反対側の面に、平面視において円形状の第１電極を備える。

上記実施形態によれば、この半導体発光素子の製造工程において、上記第１電極を用いて容易に検査を行うことができる。

一実施形態の半導体発光素子は、上記第１電極は、直径が８０μｍ以上である。

上記実施形態によれば、上記第１電極に容易に電力を供給して容易に検査を行うことができる。

一実施形態の半導体発光素子は、上記第１電極は、上記第１半導体層に非オーミック接触しており、
上記第１半導体層の上記第１電極が形成された面に、平面視において上記第１電極の周りに位置すると共に、この第１電極に電気的に接続され、かつ、上記第１半導体層にオーミック接触した第２電極を備える。

上記実施形態によれば、上記第１電極は、上記第１半導体層に非オーミック接触しているので、この第１半導体層と第１電極との間に、合金化層や、不純物濃度が比較的高いコンタクト層等を設ける必要が無い。したがって、上記第１電極に関して、上記合金化層やコンタクト層等による光の吸収を防止できるので、この半導体発光素子の発光輝度を増大できる。

また、上記第２電極は、上記第１半導体層にオーミック接触しているが、平面視において上記第１電極の周りに位置するので、例えば平面視において発光層の中央部分が発光領域である場合等に、光の吸収量を少なくできる。また、上記第２電極は第１電極に接続されているので、この第２電極を介して比較的低インピーダンスで電力供給を行うことができる。

一実施形態の半導体発光素子は、上記第２電極は、平面視において枝形状を有する。

上記実施形態によれば、上記発光層に効率良く電流を注入できる。

一実施形態の半導体発光素子は、上記第１電極は、上記発光層で生成される光に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、この反射層は、上記第１半導体層に接触している。

上記実施形態によれば、上記発光層で生成されて上記反射層に入射した光は、光量の９０％以上が反射される。したがって、上記反射層による光の吸収が効果的に防止されるので、この半導体発光素子の光量の低減を効果的に防止できて、輝度を効果的に増大できる。

一実施形態の半導体発光素子は、上記反射層は、少なくともＡｌ、ＡｇまたはＡｕを含む。

上記実施形態によれば、上記第１半導体層に接触する反射層を、容易に形成することができる。

一実施形態の半導体発光素子は、平面視において上記発光層の上記第１電極と略同じ位置に発光領域を定義するための電流狭窄部を備える。

上記実施形態によれば、上記電流狭窄部によって、上記発光層に、上記第１電極と略同じ位置に発光領域が定義されるので、この発光領域で生成された光は、上記透明基板の上記平行面および傾斜面から効率良く出射される。したがって、上記発光層の発光領域で生成された光のうちの比較的大きい割合の光が、半導体発光素子の外に出射されるので、この半導体発光素子の輝度が増大する。

本発明の半導体発光素子の製造方法は、
第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、
上記第１半導体層上に、発光層を形成する工程と、
上記発光層上に、第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、
上記第２半導体層の表面に、上記発光層からの光に対して透明な第２導電型の透明基板を直接接合する工程と、
上記透明基板の上記発光層と反対側の面に、断面Ｖ字形の第１溝を形成する工程と、
平面視において上記透明基板に形成される第１溝の底と略同じ位置に、上記第１半導体層から少なくとも上記発光層に達する第２溝を形成する工程と、
上記第１半導体層の上記発光層と反対側の面に、第１電極を形成する工程と、
上記第１電極に電力を供給して検査を行う工程と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、第１導電型の第１半導体層が形成され、この第１半導体層上に発光層が形成され、この発光層上に第２導電型の第２半導体層が形成される。この第２半導体層の表面に、透明基板が直接接合される。この透明基板の表面に、断面Ｖ字形の第１溝が形成される。このＶ字形の第１溝は、上記第１半導体層、発光層、第２半導体層および透明基板がチップ状に分割されたときに、上記透明基板の上記発光層と略平行な平行面に連なる傾斜面となる。平面視において上記第１溝の底と略同じ位置に、上記第１半導体層から少なくとも上記発光層に達する第２溝が形成される。上記第１半導体層の上記発光層と反対側の面に、第１電極が形成される。この第１電極に電力が供給されて検査が行われる。上記第２溝によって、少なくとも上記発光層が、半導体発光素子となる部分毎に隔てられているので、上記第１半導体層、発光層、第２半導体層および透明基板をチップ状に分割する前のウエハーの状態で、検査を行うことができる。したがって、チップ状の半導体発光素子毎に検査を行うよりも、少ない手間で効率良く検査を行うことができる。その結果、半導体発光素子の製造効率が向上する。

以上のように、本発明の半導体発光素子は、ダイボンディングされる側から順に、第１導電型の半導体層と、発光層と、第２導電型の第２半導体層と、上記発光層からの光に対して透明であると共に上記第２半導体層に直接接合された第２導電型の透明基板とを備え、上記透明基板は、上記発光層と反対側に、上記発光層と略平行な平行面と、この平行面に連なると共にこの平行面に対して傾斜した傾斜面とを有するので、上記発光層で生成された光のうち、例えば上記平行面や透明基板の側面で全反射した光を、上記傾斜面から外部に出射させることができる。したがって、この半導体発光素子内の多重反射光を従来よりも少なくできるので、この半導体発光素子の輝度を増大できる。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、本発明の第１実施形態の半導体発光素子としてのＬＥＤを示す断面図、平面図および底面図である。

このＬＥＤは、第１半導体層としてのｎ型Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５Ａｓ電流拡散層３、ｎ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４、バリア層が（Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐで井戸層がＧａＩｎＰである発光層としての量子井戸活性層５、ｐ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層６、ｐ型（Ａｌ_０.２Ｇａ_０.８）_０.７７Ｉｎ_０.２３Ｐ中間層７、第２半導体層としてのｐ型Ｇａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層８および透明基板としてのｐ型ＧａＰ基板１０を備える。このｐ型ＧａＰ基板１０上にはＡｕＢｅ/Ｍｏ/Ａｕからなるボンディングパッド１１が形成されており、上記電流拡散層３の下面には、ＡｕＳｉからなる９個のｎ型電極１２が形成されている。このｎ型電極１２を介してＬＥＤがダイボンディングされるようになっている。

上記ＧａＰ基板１０は、上記量子井戸活性層５と反対側に、４つの傾斜面１０ａを有する。この傾斜面１０ａは、上記量子井戸活性層５と略平行の平行面１０ｂに連なると共に、上記平行面１０ｂに対して約１３０°の角度で傾斜している。上記平行面１０ｂは、ボンディングパッド１１が形成された面である。上記傾斜面１０ａと平行面１０ｂとの間の峰は、平面視において、このＧａＰ基板の側面１０ｃから内側に５０μｍ隔てて形成されている。また、上記傾斜面１０ａと側面１０ｃとの間の峰は、側面視において、上記平行面１０ｂから量子井戸活性層５側に６０μｍ隔てて形成されている。

このＬＥＤは、以下のようにして製造される。

まず、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、層厚１μｍのｎ型のＧａＡｓバッファー層２、層厚３μｍのｎ型Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５Ａｓ電流拡散層３、層厚１μｍのｎ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４、バリア層が（Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐで井戸層がＧａＩｎＰである量子井戸活性層５、層厚１μｍのｐ型のＡｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層６、層厚が０．１５μｍのｐ型（Ａｌ_０.２Ｇａ_０.８）_０.７７Ｉｎ_０.２３Ｐ中間層７、層厚５μｍのｐ型Ｇａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層８、および、層厚０．０１μｍのノンドープＧａＡｓキャップ層９を、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）により積層する。成長方法としては、ＭＯＣＶＤ法以外に、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル法）やＭＯＭＢＥ法（有機金属分子線エピタキシャル法）等の他の方法が利用可能である。

各層の成長時において、ｐ型ドーパントにはＺｎを用いる一方、ｎ型ドーパントにはＳｉを用いる。

また、ｐ型のＧａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層８のキャリア濃度は２.５×１０^１８ｃｍ^−３とする。

この後、図３に示すように、ノンドープＧａＡｓキャップ層９を除去すると共に、ｐ型Ｇａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層８をポリッシュし、表面を鏡面に加工した後、エッチャントで表面処理して酸化膜を除去する。また、表面が鏡面であるｐ型のＧａＰ基板１０を用意し、エッチャントで表面処理して酸化膜を除去する。その後、十分に洗浄、乾燥した後、上記ＧａＰ基板１０を貼付コンタクト層８に加圧状態で密着させて、真空中で７５０℃の温度で０.５時間熱処理する。これにより、上記貼付コンタクト層８にＧａＰ基板１０が直接接合される。上記熱処理は、水素雰囲気で行ってもよい。

その後、図４に示すように、アンモニア：過酸化水素系エッチャントにより、ｎ型ＧａＡｓ基板１及びｎ型ＧａＡｓバッファー層２をエッチング除去する。その後、ｐ型ＧａＰ基板１０の上側面を研磨して、このｐ型ＧａＰ基板１０を２８０μｍの厚さにする。このｐ型ＧａＰ基板１０の研磨面に、３００μｍピッチで直径１００μｍのＡｕＢｅ/Ｍｏ/Ａｕからなるボンディングパッド１１を形成する。また、ｎ型のＡｌ_０.５Ｇａ_０.５Ａｓ電流拡散層３の表面に、ＡｕＳｉからなる直径４０μmの円形状のｎ型電極１２を形成する。このｎ型電極１２は、１つのＬＥＤチップに９個づつ分配されるように形成する。

その後、上記ｐ型ＧａＰ基板１０の表面に、先端の角度が８０°の断面Ｖ字形のブレードによって、７０μｍの深さを有する断面Ｖ字形の溝を形成する。

上記Ｖ字形の溝を形成する面が、ｐ形ＧａＰ基板の傾斜面１０ａとなる。

さらに、２０μｍ厚の平板のブレードにより、上記Ｖ字形の溝の底から電流拡散層３の下端近傍に至る溝を形成してダイシングする。その後、ダイシングによるダメージ層をエッチングにより除去して、チップ毎に分割する。

このようにして得られた半導体発光素子は、図５に示すようなｐ形ＧａＰ基板１０に傾斜面を設けない比較例のＬＥＤの外部量子効率が１４％であったのに対して、外部量子効率が１８％と約１.３倍に向上した。なお、図５のＬＥＤは、ｐ形ＧａＰ基板１０に傾斜面を形成しない以外は、図１ＡのＬＥＤと同様の構成部分を有する。

これは、上記ｐ形ＧａＰ基板の傾斜面１０ａにより、チップ内部で多重反射する光が減少したことを示している。

本実施形態では、ボンディングパッド１１の縁と、上記傾斜面１０の縁との間の最も近い距離が９０μｍ程度である。また、上記傾斜面１０ａと上記平行面１０ｂとの間の峰を、平面視において、上記ｐ型ＧａＰ基板の側面１０ｃから内側に５０μｍ隔てた位置に形成している。この傾斜面１０は、チップとボンディングパッド１１の寸法に応じて種々の寸法および位置に形成できる。少なくとも、上記傾斜面１０ａと平行面１０ｂとの間の峰を、平面視において、上記側面１０ｃから内側に２０μｍ以上隔てた位置に形成すればよい。また、上記傾斜面１０ａと側面１０ｃとの間の峰を、側面視において、上記平行面１０ｂから量子井戸活性層５側に２０μｍ以上隔てた位置に形成すればよい。このような寸法および位置に形成された傾斜面１０ａにより、ＬＥＤの外部量子効率を向上させる効果が得られる。上記傾斜面１０ａと平行面１０ｂとの間の峰を、平面視において、上記側面１０ｃから内側に２０μｍ隔てた位置に形成し、上記傾斜面１０ａと側面１０ｃとの間の峰を、側面視において、上記平行面１０ｂから量子井戸活性層５側に２０μｍ隔てた位置に形成した場合、外部量子効率は、図５のＬＥＤと比べて約１.１倍に向上した。

電流−光出力特性は、図１１に示すような透明基板１２１側をダイボンドする従来のＬＥＤでは、周期１秒、デューティ比３％のパルス駆動を行った場合、２００ｍＡ程度で熱飽和が生じた。これに対して、本実施形態のＬＥＤは、同じ条件でパルス駆動を行った場合、８００ｍＡ以上となるまで熱飽和は生じなかった。これは、本実施形態の方が発光層である量子井戸活性層５がダイボンド面に近いため、放熱性が大幅に向上したからであると考えられる。

本実施形態では、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料で量子井戸活性層５を形成したが、発光層の材料および形式はこれに限定されるものではなく、ＡｌＧａＡｓ系等の他の材料系でもよく、また、単層のものでもよい。

また、透明基板としてＧａＰ基板１０を用いたが、これに限定されるものではなく、発光層で生成される光に対して透明であれば、ＧａＮ、ＳｉＣ等の他の半導体基板でもよい。さらに、サファイアやガラス等の絶縁性の基板でもよい。この場合は、ダイボンディングされる側の半導体層にｐ型およびｎ型の両方の電極を形成し、この電極をバンプによりダイボンドすればよい。また、透明基板が直接接合される層は、コンタクト層以外のクラッド層等であってもよい。

（第２実施形態）
図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、本発明の第２実施形態の半導体発光素子としてのＬＥＤを示す断面図、平面図および底面図である。

本実施形態のＬＥＤは、第１半導体層としてのｎ型Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５Ａｓ電流拡散層３、ｎ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４、バリア層が（Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐで井戸層がＧａＩｎＰである発光層としての量子井戸活性層５、ｐ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層６、ｐ型（Ａｌ_０.２Ｇａ_０.８）_０.７７Ｉｎ_０.２３Ｐ中間層７、第２半導体層としてのｐ型Ｇａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層８および透明基板としてのｐ型ＧａＰ基板２０を備える。

上記ｐ型ＧａＰ基板２０上には、ＡｕＢｅ/Ｍｏ/Ａｕからなるボンディングパッド１１が形成されている。また、上記ｐ型ＧａＰ基板２０の貼付コンタクト層８に接する側の境界部分には、電流狭窄部としてのＺｎ拡散部２５が形成されている。また、上記ｐ型ＧａＰ基板２０の量子井戸活性層５と反対側に、この量子井戸活性層５と略平行な平行面２０ｂと、この平行面２０ｂに対して傾斜した傾斜面２０ａとを備える。

上記電流拡散層３の下側面には、円形状のＡｌ電極２２を配置している。上記ボンディングパッド１１、Ｚｎ拡散部２５およびＡｌ電極２２は、互いに略同じ寸法に形成されていると共に、平面視において、互いに略同じ位置に形成されている。また、上記電流拡散層３の下側面には、上記Ａｌ電極２２に接続すると共に、このＡｌ電極２２の周りを囲む枝形状のｎ型電極２１が設けられている。このｎ型電極２１およびＡｌ電極２２が形成された面で、このＬＥＤがダイボンディングされるようになっている。

本実施形態のＬＥＤは、以下のようにして製造する。

まず、第１実施形態のＬＥＤと同様に、ＭＯＣＶＤ法等により以下の各層を積層する。すなわち、図２と同様に、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、層厚１μｍのｎ型ＧａＡｓバッファー層２、層厚３μｍのｎ型Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５Ａｓ電流拡散層３、層厚１μｍのｎ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４、バリア層が（Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐで井戸層がＧａＩｎＰである量子井戸活性層５、層厚が１μｍのｐ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層６、層厚が０．１５μｍのｐ型（Ａｌ_０.２Ｇａ_０.８）_０.７７Ｉｎ_０.２３Ｐ中間層７、層厚が５μｍのｐ型Ｇａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層８、層厚が０．０１μｍのノンドープＧａＡｓキャップ層９を積層する。成長方法としてはＭＯＣＶＤ法の他にＭＢＥ法、ＭＯＭＢＥ法等の種々の方法が利用可能である。

この時、ｐ型ドーパントにはＺｎを用いると共に、ｎ型ドーパントにはＳｉを用いる。

また、ｐ型のＧａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層８のキャリア濃度は、５×１０^１７cm^−３とする。

この後、図７に示すように、ノンドープＧａＡｓキャップ層９を除去すると共に、ｐ型Ｇａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層８の表面をポリッシュして鏡面に加工する。この貼付コンタクト層８の表面に、ｐ型ＧａＰ基板２０を直接接合する。

上記ｐ型ＧａＰ基板２０の直接接合する表面には、直径１００μｍの円形状にＺｎを拡散して、キャリア濃度が５×１０^１８cm^−３のＺｎ拡散部２５を形成する。このＺｎ拡散部２５は、ダイシング前のｐ型ＧａＰ基板２０の表面に、３００μｍピッチで形成する。

その後、このｐ型ＧａＰ基板２０の表面と、上記貼付コンタクト層８の表面とをエッチャントで表面処理し、酸化膜を除去する。その後、十分に洗浄、乾燥した後、上記ｐ型ＧａＰ基板２０の表面と上記貼付コンタクト層８の表面とを加圧状態で密着させて、真空中で０.５時間にわたって、７５０℃で熱処理する。これにより、上記貼付コンタクト層８にｐ型ＧａＰ基板２０が直接接合される。２４は、上記貼付コンタクト層８とｐ型ＧａＰ基板２０との接合面である。

このとき、ｐ型ＧａＰ基板２０のＺｎ拡散部２５が貼付コンタクト層８に接合する部分はオーミック接合となるが、その他の貼付コンタクト層８とｐ型ＧａＰ基板２０とは、いずれのキャリア濃度も低いためオーミック接合にならない。したがって、上記Ｚｎ拡散部２５による直径１００μｍの円形状のチャンネルが形成され、この部分にのみ電流が流れる構造になる。

この後、図８に示すように、アンモニア：過酸化水素系エッチャントによってｎ型ＧａＡｓ基板１及びｎ型ＧａＡｓバッファー層２をエッチングする。その後、ｐ型ＧａＰ基板２０の表面を研磨して、このｐ型ＧａＰ基板２０を２８０μmの厚さにし、この研磨した表面に直径１００μｍのＡｕＢｅ/Ｍｏ/Ａｕからなるボンディングパッド１１を形成する。このボンディングパッド１１は、ダイシング前の状態で、ｐ型ＧａＰ基板２０の表面に３００μｍピッチで形成する。

そして、ｎ型のＡｌ_０.５Ｇａ_０.５Ａｓ電流拡散層３の下側面に、ＡｕＳｉからなる幅１０μｍのｎ型電極２１を形成する。このｎ型電極２１は、平面視において上記Ｚｎ拡散部２５と重ならない位置に形成する。すなわち、上記Ｚｎ拡散部２５と平面視において略同じ位置に形成する下記のＡｌ電極２２の周りを囲むように、かつ、平面視において枝形状に形成する。このｎ型電極２２は、上記ｎ型電流拡散層３にオーミック接触するように形成する。

この後、直径１００μｍの円形状のＡｌ電極２２を、平面視において上記Ｚｎ拡散部２５と重なる位置に形成する。上記ｎ型電極２１と、Ａｌ電極２２とは、互いに重なり合うように形成して電気的に接続する。上記Ａｌ電極２２は、プロ−ビング（検査）用の電極として機能する。このＡｌ電極２２は、上記ｎ型電流拡散層３に非オーミック接触するように形成する。

続いて、ｎ型Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５Ａｓ電流拡散層３、ｎ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４、量子井戸活性層５、ｐ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層６、ｐ型（Ａｌ_０.２Ｇａ_０.８）_０.７７Ｉｎ_０.２３Ｐ中間層７を、ｐ型Ｇａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層８に達するまでエッチングして、第２溝としてのアイソレーション溝を形成する。

続いて、刃の先端部分が断面において８０°の角度を有するＶ字形のブレードによって、ｐ型ＧａＰ基板２０に、平面視において上記アイソレーション溝と略同じ位置に、７０μｍの深さのダイシング溝を形成する。そして、ダイシングによるダメージ部分をエッチングにより除去する。このＶ字形のブレードにより形成されたダイシング溝の内側面が、ｐ型ＧａＰ基板の傾斜面２０ａになる。この傾斜面２０ａの寸法は、チップ分割後に、以下のようになる。すなわち、この傾斜面２０ａと上記平行面２０ｂとの間の峰が、平面視において、上記ｐ型ＧａＰ基板の側面２０ｃから内側に約６０μｍ隔てられ、また、上記傾斜面２０ａと側面２０ｃとの間の峰が、側面視において、上記平行面２０ｂから量子井戸活性層５側に約７０μｍ隔てられる。

この後、チップに分割する前のウエハー状態で、ＬＥＤの特性検査を実行する。

第１実施形態では、隣接するチップになる部分が電気的にアイソレーションできていないので、個々のチップに分割する前には特性検査ができない。これに対して、本実施形態のＬＥＤは、上記アイソレーション溝によって、チップになる部分が互いに絶縁されているので、チップに分割する前に特性検査が可能である。したがって、取り扱いがチップよりも容易であるウエハーの状態で特性検査ができるので、検査工程の効率を大幅に向上させることができる。

検査工程の後、２０μｍ厚の平板のブレードにより、Ｖ字形の溝の底とアイソレーション溝とを貫通させることにより、フルダイシングを行う。この後、ダイシングによるダメージ部をエッチングする。

本実施形態のＬＥＤの発光波長はピーク波長が６３６ｎｍの赤色である。この波長に対するＡｌの反射率は約９１％である。したがって、上記Ａｌ電極２２は、それ自体、上記発光波長の光に対する反射膜として機能する。なお、反射膜はＡｌに限られず、ＡｕやＡｇ等で形成してもよい。Ａｕは６３６ｎｍの波長に対して約９６％、Ａｇは約９８％の反射率がある。発光波長が５８０ｎｍから５９０ｎｍの黄色の場合には、この光に対するＡｕの反射率は９０％未満になるため、ＡｌやＡｇを反射膜として使用することが望ましい。この波長域の光に対するＡｌの反射率は約９１％であり、Ａｇの反射率は約９８％である。また、反射膜が第１電極であってもよく、また、ボンディング用の膜と反射膜とで第１電極を形成してもよい。

本実施形態では、Ａｌ電極２２は直径１００μｍの寸法に形成した。一般的に、正確な特性検査を行うためには、プローブ電極は直径８０μｍ以上の寸法が必要であり、本実施形態では問題なく特性検査を行うことができた。

以上のようにして製造された第２実施形態のＬＥＤは、第１実施形態のＬＥＤの外部量子効率が１８％であったのに対して、外部量子効率が２３％と約１．３倍に増大した。これは、Ｚｎ拡散部２５による電流狭窄構造を採用することにより、平面視においてチップの中心部近傍のみで発光させるようにしたことによって、ｐ型ＧａＰ基板２０の傾斜面２０ａからの出射光を増大できたからであると考えられる。また、上記ｎ形電極２１を、上記Ｚｎ拡散部２５と重ならない位置に形成したことにより、このｎ形電極２１のオーミック接続部で生じる光吸収の影響を削減できたからであると考えられる。さらに、上記量子井戸活性層５で生成された光に対する反射率が９０％以上であるＡｌ電極２２によって、上記光をｐ型ＧａＰ基板２０側に効果的に反射できたからであると考えられる。

本実施形態のＬＥＤは、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料で量子井戸活性層５を形成したが、これに限定されるものではなく、ＡｌＧａＡｓ系等の他の材料を用いてもよい。また、貼付コンタクト層８に直接接合する透明基板としてＧａＰ基板２０を用いたが、これに限定されるものではなく、発光光に対して透明であれば、ＧａＮ、ＳｉＣ等の他の半導体基板でもよい。さらにサファイア、ガラス等の発光光に対して透明な絶縁性の基板でもよい。この場合は、ｎ型電流拡散層３の下側面に、ｎ型およびｐ型の２つの電極を形成し、バンプによりダイボンドすればよい。また、透明基板が直接接合される層は、コンタクト層以外のクラッド層等であってもよい。

また、上記各実施形態において、本発明をＬＥＤに適用した例を示したが、ＬＥＤ以外のレーザ等の他の発光素子にも本発明は適用可能である。

第１実施形態のＬＥＤを示す断面図である。 第１実施形態のＬＥＤを示す平面図である。 第１実施形態のＬＥＤを示す底面図である。 第１実施形態のＬＥＤの製造工程のうちの１工程を示す図である。 貼付コンタクト層に、ｐ型ＧａＰ基板を直接接合する様子を示す図である。 ｎ型ＧａＡｓ基板およびｎ型ＧａＡｓバッファー層を除去した様子を示す図である。 比較例のＬＥＤを示す図である。 第２実施形態のＬＥＤを示す断面図である。 第２実施形態のＬＥＤを示す平面図である。 第２実施形態のＬＥＤを示す底面図である。 貼付コンタクト層に、ｐ型ＧａＰ基板を直接接合する工程を示す図である。 貼付コンタクト層に、ｐ型ＧａＰ基板が直接接合された様子を示す図である。 従来のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの製造方法を示す図である。 従来のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの製造方法を示す図である。 従来のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの製造方法を示す図である。 従来のＬＥＤにおける多重反射の様子を示す模式図である。

符号の説明

１ ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ｎ型ＧａＡｓバッファー層
３ ｎ型Ａｌ_０.５Ｇａ_０.５Ａｓ電流拡散層
４ ｎ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層
５ 量子井戸活性層
６ ｐ型Ａｌ_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層
７ ｐ型（Ａｌ_０.２Ｇａ_０.８）_０.７７Ｉｎ_０.２３Ｐ中間層
８ ｐ型Ｇａ_{０.９１５}Ｉｎ_{０.０８５}Ｐ貼付コンタクト層
９ ノンドープＧａＡｓキャップ層９
１０ ｐ型ＧａＰ基板
１０ａ ｐ型ＧａＰ基板の傾斜面
１０ｂ ｐ型ＧａＰ基板の平行面
１０ｃ ｐ型ＧａＰ基板の側面
１１ ボンディングパッド
１２ ｎ型電極

Claims (11)

1. ダイボンディングされる側から順に、第１導電型の第１半導体層と、発光層と、第２導電型の第２半導体層と、上記発光層からの光に対して透明であると共に上記第２半導体層に直接接合された第２導電型の透明基板とを備え、
   上記透明基板は、上記発光層と反対側に、上記発光層と略平行な平行面と、この平行面に連なると共にこの平行面に対して傾斜した傾斜面とを有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 請求項１に記載の半導体発光素子において、
   上記傾斜面と平行面との間の峰は、平面視において、上記透明基板の側面から内側に２０μｍ以上隔てられており、かつ、上記傾斜面と上記透明基板の側面との間の峰は、側面視において、上記透明基板の平行面から発光層側に２０μｍ以上隔てられていることを特徴とする半導体発光素子。
3. 請求項１または２に記載の半導体発光素子において、
   上記発光層は、（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_ｚＩｎ_１−ｚＰ（０≦ｙ≦１、０＜ｚ＜１）で形成された層を少なくとも１つ有することを特徴とする半導体発光素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光素子において、
   上記第１半導体層の上記発光層と反対側の面に、平面視において円形状の第１電極を備えることを特徴とする半導体発光素子。
5. 請求項４に記載の半導体発光素子において、
   上記第１電極は、直径が８０μｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
6. 請求項４または５に記載の半導体発光素子において、
   上記第１電極は、上記第１半導体層に非オーミック接触しており、
   上記第１半導体層の上記第１電極が形成された面に、平面視において上記第１電極の周りに位置すると共に、この第１電極に電気的に接続され、かつ、上記第１半導体層にオーミック接触した第２電極を備えることを特徴とする半導体発光素子。
7. 請求項６に記載の半導体発光素子において、
   上記第２電極は、平面視において枝形状を有することを特徴とする半導体発光素子。
8. 請求項４乃至７のいずれか１つに記載の半導体発光素子において、
   上記第１電極は、上記発光層で生成される光に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、この反射層は、上記第１半導体層に接触していることを特徴とする半導体発光素子。
9. 請求項８に記載の半導体発光素子において、
   上記反射層は、少なくともＡｌ、ＡｇまたはＡｕを含むことを特徴とする半導体発光素子。
10. 請求項４乃至９のいずれか１つに記載の半導体発光素子において、
    平面視において上記発光層の上記第１電極と略同じ位置に発光領域を定義するための電流狭窄部を備えることを特徴とする半導体発光素子。
11. 第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、
    上記第１半導体層上に、発光層を形成する工程と、
    上記発光層上に、第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、
    上記第２半導体層の表面に、上記発光層からの光に対して透明な第２導電型の透明基板を直接接合する工程と、
    上記透明基板の表面に、断面Ｖ字形の第１溝を形成する工程と、
    平面視において上記透明基板に形成される第１溝の底と略同じ位置に、上記第１半導体層から少なくとも上記発光層に達する第２溝を形成する工程と、
    上記第１半導体層の上記発光層と反対側の面に、第１電極を形成する工程と、
    上記第１電極に電力を供給して検査を行う工程と
    を備え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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