JP2006100500A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 発光効率と信頼性との両方が高い半導体発光素子を提供することが困難であった。
【解決手段】 ｎ型半導体層６と活性層７とｐ型半導体層８とｐ型補助半導体層９とを有する発光機能を有する半導体領域３と導電性を有する支持基板１との間にＡｇ又はＡｇ合金から光反射層２を設ける。光反射層２は半導体領域３の一方の主面に形成したＡｇ又はＡｇ合金から成る第１の貼合せ層と支持基板１の一方の主面に形成したＡｇ又はＡｇ合金から成る第２の貼合せ層との接合によって形成する。光反射層２の側面２２と半導体領域３の側面２３とのいずれか一方又は両方を保護層６で覆ってマイグレーションを抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示器又はランプ等に使用するための半導体発光素子及びその製造方法に関する。
半導体発光素子の発光機能を有する半導体領域は、一般にｎ型クラッド層と呼ばれているｎ型半導体層と、活性層と、一般にｐ型クラッド層と呼ばれているｐ型半導体層とを有している。一般的な半導体発光素子においては、発光機能を有する半導体領域の対の主面の内の一方の側が光取り出し面となる。ところで、活性層から半導体領域の一方の主面側のみでなく、他方の主面側にも光が放射される。従って、半導体発光素子の光の取り出し効率を高めるために、活性層から他方の主面側に放射された光を一方の主面側に反射させることが重要になる。
上記の光の反射を実現するために半導体領域を支持している基板の底面に光反射層を設けることが知られている。しかし、この基板の底面に光反射層を設けた半導体発光素子は、基板における光吸収のために光取り出し効率の大幅な向上が困難であるという問題、及び半導体領域と基板との間の電気抵抗が比較的高くなるという問題を有する。後者の問題を有する半導体発光素子において、基板を半導体発光素子の電流通路として使用し、基板の底面側に例えばカソード電極を設けた時には、アノード電極とカソード電極との間の順方向電圧が大きくなり、半導体発光素子での電力損失が大きくなる。
上記の問題を解決するために、発光機能を有する半導体領域と支持基板との間に光反射層を設けることが特開２００２−２１７４５０号公報（以下、特許文献１と言う。）に開示されている。即ち、前記特許文献１には、発光機能を有する半導体領域の下面側にオーミック接触用の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機能を有する半導体領域の下面の両方をＡｌ等の金属反射層で覆い、更に、この金属反射層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。ＡｕＧｅＧａ合金層は例えばＡｌＧａＩｎＰ等の３−５族化合物半導体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、発光機能を有する半導体領域から導電性支持基板側に放出された光を金属反射層によって反射させることができるので、高い発光効率を得ることができる。
しかし、前記特許文献１に記載の発光素子において、ＡｕＧｅＧａ合金層は、化合物半導体に対しての低抵抗性接触は比較的良好に得られるものの、光反射率は低いという性質を有し、一方、金属反射層は良好な反射率を有するが、化合物半導体に対して低抵抗性接触できないという性質を有する。このため、低い順方向電圧と高い発光効率とを同時に得ることが難しかった。
ＡｕＧｅＧａ合金層及びＡｌ反射層の代りにＡｇ（銀）層又はＡｇ合金層を発光半導体領域と支持基板との間に配置することが考えられる。Ａｇ層及びＡｇ合金層は発光半導体領域に対するオーミック接触性と光反射性との両方においてＡｌよりも優れている。
ところで、光反射率が比較的高いＡｇ、Ａｇ合金、Ａｌは時間の経過又は温度変化又はこれらの両方に従ってマイグレーション（migration ）即ち移動を起し易い。マイグレーションによって金属が発光半導体領域の側面におけるｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に付着すると、両者間が短絡状態となり、半導体発光素子を定電流駆動している時にはアノード・カソード間電圧が低下し且つ光出力が低下する。
また、従来の半導体発光素子には発光半導体領域の側面が光の取り出しにさほど有効に利用されていないという問題がある。
特開２００２−２１７４５０号公報
そこで、本発明の課題は、発光効率及び信頼性の高い半導体発光素子を容易に得ることができないことである。
上記の課題を解決するための本発明は、支持基板と、前記支持基板の一方の主面に配置され且つ金属又は合金で形成されている導電体層と、前記導電体層に電気的に接続された一方の主面と光を取り出すための他方の主面とを有し且つ前記一方の主面側に配置された第１導電型半導体層と前記他方の主面側に配置された第２導電型半導体層とを含んでいる発光用半導体領域と、前記半導体領域の前記第２導電型半導体層に接続された電極と、前記導電体層に含まれている金属のマイグレーションによる前記発光用半導体領域の特性劣化を抑制するためのものであって、前記導電体層の側面と前記半導体領域の側面とのいずれか一方又は両方を覆い且つ前記導電体層及び前記半導体領域よりも高い抵抗率を有している保護層とを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。
なお、本発明における光は、前記半導体領域から放射された光を意味している。
前記保護層は無機化合物から成ることが望ましい。
前記保護層は、前記導電体層を構成する元素を含む絶縁物質層、又は前記半導体領域を構成する元素を含み且つ前記半導体領域よりも高い抵抗率を有している高抵抗層であることが望ましい。
前記保護層を、前記導電体層を構成する元素を含む絶縁物質層又は前記半導体領域を構成する元素を含み且つ前記半導体領域よりも高い抵抗率を有する高抵抗層から成る第１の層と、前記第１の層の少なくとも一部を覆う無機化合物又は有機化合物から成る第２の層とで構成することができる。
前記保護層は光透過性を有していることが望ましい。
前記導電体層は導電率が前記半導体領域よりも大きい金属又は合金であって、銀又は銀合金又はアルミニウム又はアルミニウム合金から成ることが望ましい。
前記導電体層は、前記半導体領域の一方の主面に配置された金属又は合金から成る第１の層と前記支持基板の一方の主面に配置された金属又は合金から成る第２の層とを貼合せたものから成ることが望ましい。
前記半導体領域の他方の主面は前記一方の主面よりも広い表面積を有し、前記半導体領域の側面は傾斜を有し、前記保護層は光反射性を有していることができる。
前記半導体発光素子は、半導体を成長させるための成長用基板を用意する工程と、前記成長用基板の一方の主面上に少なくとも第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とを含む半導体領域を気相成長方法によって形成する工程と、支持基板を用意する工程と、前記半導体領域の一方の主面と前記支持基板の一方の主面との内の少なくとも一方に金属又は合金から成る導電体層を形成する工程と、前記支持基板の一方の主面と前記半導体領域の一方の主面とを前記導電体層を介して貼付ける工程と、前記貼付け工程の前又は後に前記成長用基板を除去する工程と、前記半導体領域の他方の主面側の半導体層に電極を形成する工程と、前記導電体層に含まれている金属のマイグレーションによる前記発光用半導体領域の特性劣化を抑制するために、前記導電体層の側面と前記半導体領域の側面とのいずれか一方又は両方に前記導電体層及び前記半導体領域よりも高い抵抗率を有している保護層を形成する工程とによって製造することが望ましい。
本発明によれば、半導体領域と導電体層とのいずれか一方又は両方の側面が保護層で覆われるので、半導体領域の側面における漏れ電流を抑制することができる。即ち、半導体領域の側面が保護層で覆われている場合には、導電体層の金属のマイグレーションが生じても、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間の短絡が保護層で阻止される。また、導電体層の側面が保護層で覆われている場合には、導電体層の金属のマイグレーションが保護層で抑制され、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間の短絡が阻止される。また、半導体領域の側面と導電層の側面との両方が保護層で覆われている場合には、金属のマイグレーションによる短絡をより良好に阻止することができる。
次に、図１〜図１４を参照して本発明の実施形態に係わる半導体発光素子を説明する。
図１に示す本発明の実施例１に従う半導体発光素子としての発光ダイオードは、大別して導電性を有する支持基板１と、導電体層から成る光反射層２と、発光機能を有している半導体領域３と、第１の電極４と、第２の電極５と、保護層６と、取付台７と、リード部材８と、ワイヤ９と、樹脂包囲体１０とから成る。半導体領域３はダブルヘテロ接合構造の発光ダイオードを構成するために、一般にｎ型クラッド層と呼ばれているｎ型半導体層１１と、活性層１２と、一般にｐ型クラッド層と呼ばれているｐ型半導体層１３と、ｐ型補助半導体層１４とを有している。半導体領域３の詳細は後述する。
支持基板１は、一方の主面１５と他方の主面１６とを有する導電性シリコン半導体から成り、５×１０18ｃｍ-3〜５×１０19ｃｍ-3のｎ型不純物濃度を有し、且つ０．０００１〜０．０１Ω・ｃｍの抵抗率を有し、第１及び第２の電極４、５間の電流通路として機能する。この支持基板１は、光反射層２、半導体領域３及び第１及び第２の電極４、５を機械的に支持することが可能な厚み、好ましくは３００〜１０００μｍ、を有する。なお、支持基板１の不純物をｐ型不純物とすることもできる。
支持基板１の一方の主面１５と半導体領域３の一方の主面１７との間に配置された導電体から成る光反射層２は、半導体領域３で発生した例えば４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光に対して９０％以上の反射率を有し且つ支持基板１の一方の主面１５と半導体領域３の一方の主面１７との両方にオーミック接触している。
光反射層２は、導電率が半導体領域３よりも大きい導電材料からなり、光反射性とオーミック性との両方を満足させることができる金属又は合金から成ることが望ましい。この条件を満足する材料は例えばＡｇ（銀）、又はＡｇ合金である。
前記Ａｇ合金は、
Ａｇ ９０〜９９．５重量％
添加元素 ０．５〜１０重量％
から成るＡｇを主成分とする合金であることが望ましい。
前記添加元素は、合金元素とも呼ばれるものであって、好ましくは、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｇａ（ガリウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｉｎ（インジウム）、及びＳｎ（スズ）から選択された１つ又は複数から成ることが望ましい。
前記添加元素は、Ａｇ又はＡｇ合金から成る光反射層２の酸化を抑制する機能、光反射層２の硫化を抑制する機能、及び光反射層２と半導体領域３との間の合金化を抑制する機能の内の少なくとも１つを有する。光反射層２の酸化を抑制するためには特にＣｕ、Ａｕが有利である。光反射層２の硫化を抑制するためには特にＺｎ、Ｓｎが有利である。もし、Ａｇ又はＡｇ合金から成る光反射層２の酸化又は硫化が生じると、光反射層２と半導体領域３及び支持基板１との間のオーミック接触が悪くなり、且つ反射率が低下する。また、光反射層２と半導体領域３との間に厚い合金化領域が生じると、光反射層２の反射率が低下する。図１の光反射層２は、後述から明らかになるように支持基板１に対する半導体領域３の貼付けに使用されている。もし、Ａｇ又はＡｇ合金から成る光反射層２に酸化又は硫化が生じていると、光反射層２を介した支持基板１と半導体領域３の良好な貼付けを達成できなくなる。
光反射層２をＡｇ合金で構成する場合において、Ａｇに対する添加元素の割合を増大させるに従ってＡｇ又はＡｇ合金の酸化又は硫化の抑制効果が増大する反面、光反射率が低下する。前記特許文献１のＡｌ反射層よりも高い反射率及びオーミック性を得るために、Ａｇに対する添加元素の割合を０．５〜１０重量％にすることが望ましい。添加元素の割合が０．５重量％よりも少なくなると、所望の酸化又は硫化の抑制効果を得ることが困難になり、１０重量％よりも大きくなると所望の反射率を得ることが困難になる。添加元素のより好ましい割合は１．５〜５重量％である。
光反射層２は、ここでの光の透過を阻止するために５０ｎｍ以上の厚さを有することが望ましい。また、支持基板１に対する半導体領域３の貼付け機能を良好に得るために光反射層２の厚みを８０ｎｍ以上にすることが望ましい。しかし、光反射層２の厚さが１５００ｎｍを越えると光反射層２を構成するＡｇ層又はＡｇ合金層にクラックが発生する。従って、光反射層２の好ましい厚みは５０〜１５００ｎｍ、より好ましい厚みは８０〜１０００ｎｍである。
ダブルヘテロ接合構造の発光ダイオードを構成するための半導体領域３は積層状態に配置された第１導電型半導体層としてのｎ型半導体層１１と、活性層１２と、第２導電型半導体層としてのｐ型半導体層１３及びｐ型補助半導体層１４とを含む。半導体領域３の各層１１〜１４は周知の窒化物半導体等の３−５族化合物半導体から成ることが望ましい。この実施例ではダブルヘテロ接合型発光ダイオードが形成されているが、この代りに活性層１２を省き、ｎ型半導体層１１にｐ型半導体層１３を直接に接触させることもできる。また、ｐ型補助半導体層１４を省くこともできる。この半導体領域３の一方の主面１７に対向している他方の主面１８は活性層１２から放射された光を外部に取り出すための面として機能する。
半導体領域３の最も下に配置されたｎ型半導体層１１の材料は、不純物を無視して次の化学式で示される窒化物半導体であることが望ましい。
Ａｌx Ｉｎy Ｇａ1-x-y Ｎ、
ここで、ｘ及びｙは０≦ｘ＜１、
０≦ｙ＜１、を満足する数値である。
この式においてｘ及びｙの値が零の時の材料はＧａＮである。
ｎ型半導体層１１の上の活性層１２は、例えば、
化学式 Ａｌx Ｉｎy Ｇａ1-x-y Ｎ、
ここで、ｘ及びｙは０≦ｘ＜１、
０≦ｙ＜１、を満足する数値、
で示される不純物非ドープの窒化物半導体であることが望ましく、ＩｎＧａＮであることがより望ましい。なお、図１では活性層１２が１つの層で概略的に示されているが、実際には周知の多重子井戸構造を有している。勿論、活性層１２を１つの層で構成することもできる。また、この実施例では活性層１２に導電型決定不純物がドーピングされていないが、ｐ型又はｎ型不純物をドーピングすることもできる。
活性層１２の上に配置されたｐ型半導体層１３は、例えば、
化学式 Ａｌx Ｉｎy Ｇａ1-x-y Ｎ、
ここで、ｘ及びｙは０≦ｘ＜１、
０≦ｙ＜１、を満足する数値、
で示される窒化物半導体にｐ型不純物をドーピングしたものであることが望ましく、ｐ型ＧａＮであることがより望ましい。
ｐ型半導体層１３の上に配置されたｐ型補助半導体層１４は、電流拡散機能及びオーミックコンタクト機能を有するものであって、例えば、ｐ型半導体層１３と同一の窒化物半導体材料にｐ型半導体層１３よりも高い濃度にｐ型不純物をドープしたＧａＮから成る。
ｐ型補助半導体層１４を複数の第１及び第２の層の積層体から成る多層構造に変形することができる。この多層構造の補助半導体層はＡｌを第１の割合で含むｐ型窒化物半導体から成る第１の層とＡｌを含まない又はＡｌを第１の割合よりも小さい第２の割合で含むｐ型窒化物半導体から成る第２の層との対の複数を有することが望ましい。前記第１の層は、不純物を無視して次の化学式で示される材料から成ることが望ましい。
Ａｌx Ｍy Ｇａ1-x-y Ｎ、
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ｘ及びｙは、０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１、
ａ＜ｘ
を満足する数値である。
前記第２の層は、不純物を無視して次の化学式で示される材料から成ることが望ましい。
Ａｌa Ｍb Ｇａ1-a-b Ｎ、
ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１、
ａ＜ｘ
を満足させる数値である。
また、前記多層構造バッファ領域の第１の層は０．５〜１０ｎｍの厚さを有し、前記第２の層は１〜１００ｎｍの厚さを有していることが望ましい。
アノード電極としての第１の電極４はｐ型補助半導体層９の主面即ち半導体領域３の他方の主面１８の中央一部の上に配置され、ここに電気的に接続されている。この第１の電極４は、ワイヤ等の接続部材９をボンディングするためのボンディングパッド部分としての機能を有し、光非透過性に形成されている。カソード電極としての第２の電極５は支持基板１の他方の主面１６の全体にオーミック接触している。
第２の電極５は、金属製取付台７に導電性接合材１９で固着されている。取付台７は凹部２０を有し、この凹部２０の中に支持基板１及び半導体領域３等から成る発光ダイオードチップが配置されている。取付台７の凹部２０の壁面２１は光反射面であり、壁面２１に向って光が入射した時には、この光が外部に取り出すことができる方向に反射される。図１では図示の都合上、壁面２１が急な角度で示されているが、実際にはこれよりも緩い角度に設定される。
第１の電極４はワイヤ９によってリード部材８に接続されている。
光透過性樹脂から成る包囲体１０は、支持基板１、光反射層２、半導体領域３、第１及び第２の電極４、５、保護層６、ワイヤ９、取付台７の一部、リード部材８の一部を囲むように配置されている。包囲体１０を構成する樹脂は絶縁性を有しているので、これによって取付台７とリード部材８とが電気的に分離されている。
本発明に従う保護層６は、光反射層２の金属のマイグレーションによる発光素子の特性低下を抑制するための膜であって、光反射層２の側面２２、半導体領域３の側面２３、及び支持基板１の側面２４を覆っている。
保護層６は図１に示すように光反射層２の側面２２、半導体領域３の側面２３及び支持基板１の側面２４を覆うことが最も好ましいが、これに限定されるものでなく、次のように変形できる。
（１） 保護層６を、光反射層２の側面２２のみを覆うように形成することができる。
（２）保護層６を、光反射層２に直接に電気的に接続されているｎ型半導体層１１の側面には配置しないで、活性層１２、ｐ型半導体層１３及びｐ型補助半導体層１４の側面のみに配置することができる。
（３） 上記（１）の形態と上記（２）の形態との両方を含むように保護層６を２箇所に分けて形成することができる。
（４） 光反射層２の側面２２の全部と半導体領域３の側面２３の全部とを覆うように保護層６を形成することができる。
（５） 保護層６を半導体領域３の他方の主面１８に延在させることができる。
（６） 保護層６を支持基板１の側面２４の全部に延在させることができる。
光反射層２及び半導体領域３に対する密着性が光透過性包囲体１０よりも優れ且つ半導体領域３よりも大きな抵抗率を有する絶縁体又は半導体材料で保護層６を形成することが望ましい。また、半導体領域３の側面２３が図１に示すように実質的に垂直の場合、及び図１０に示すように半導体領域３の側面２３が他方の主面１８から一方の主面１７に向って末広がりに傾斜している正レベルの場合には保護層６が光透過性を有していることが望ましい。上述の密着性及び光透過性を得るために、保護層６を酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、又は窒化シリコン（ＳｉＮ4 ）、又は酸化チタン（ＴｉＯ2 ）等で形成することが望ましい。
保護層６の厚み及び屈折率を、半導体領域３と保護層６との界面、及び保護層６と光透過性包囲体１０との界面における光の全反射を良好に抑制することができる値に設定することが望ましい。上記２つの界面における全反射が抑制されると、活性層１２から発光された光を保護層６と光透過性包囲体１０を介して外部に効率よく取り出すことができる。
即ち、半導体領域３と保護層６との界面、及び保護層６と光透過性包囲体１０との界面における光の全反射を抑制するために、保護層６の屈折率をｎ2、半導体領域３の屈折率をｎ1、光透過性包囲体１０の屈折率をｎ3、保護層６の厚みをＴ、活性層１２が放射する光の波長をλとした時、保護層６の屈折率ｎ2を、
（ｎ1×ｎ3）1/2×０．８ から（ｎ１×ｎ３）1/2×１．２の範囲の値に設定し、且つ、保護層６の厚みＴを、次式を満足するように設定することが望ましい。
Ｔ＝｛（２ｍ＋１）×λ／４ｎ2｝±（λ／８ｎ2）
ここで、ｍは０又は１又は２のいずれかを示す。
また、光透過性包囲体１０を形成しない発光素子の場合には、半導体領域３と保護層６との界面における光の全反射を抑制するために、保護層６の屈折率をｎ2、半導体領域３の屈折率をｎ1、空気層の屈折率をｎ4、保護層６の厚みをＴ、活性層１２が放射した光の波長をλとした時、保護層６の屈折率ｎ2を、
（ｎ1×ｎ4）1/2×０．８から（ｎ1×ｎ4）1/2×１．２の範囲の値に設定し、且つ保護層６の厚みＴを、次式を満足するように設定することが望ましい。
Ｔ＝{（２ｍ＋１）×λ／４ｎ2}±（λ／８ｎ2）
ここでｍは０又は１又は２のいずれかを示す。
なお、保護層６の厚みＴを上記の式に示す値に設定しないで、保護層６の屈折率ｎ2のみを、上記の条件を満足するように設定した場合でも、それなりに全反射を抑制することができる。全反射が抑制されて光取り出し効率が大きくなると、
輝度が向上する。
保護層６はスパッタリング、又は蒸着、又は塗布等によって形成される。この保護層６の形成は、半導体領域３を伴なった支持基板１を取付台７に固着する工程よりも前に行われる。
図１の半導体発光素子を製造する時には、まず、図２に示す成長用基板３０を用意する。成長用基板３０は、この上に半導体領域３を気相成長させることができるものであればどのようなものでもよく、例えば、ＧａＡｓ等の３−５族半導体、又はシリコン、又はサファイア等から選択される。この実施例では、低コスト化のために成長用基板３０がシリコンで形成されている。
次に、成長用基板３０の上に図１に示したｐ型補助半導体層１４とｐ型半導体層１３と活性層１２とｎ型半導体層１１とを順次に周知の気相成長法で形成して発光機能を有する半導体領域３を得る。この気相成長時にｐ型半導体層１４はｐ型半導体層１３、活性層１２、ｎ型半導体層１１のバッファ層として機能する。
次に、図３に示すように半導体領域３の一方の主面１７上にＡｇ又はＡｇ合金から成る第１の貼合せ層２ａを周知のスパッタリング方法で形成する。勿論、第１の貼合せ層２ａをスパッタリング方法以外の別の蒸着方法等で形成することもできる。この第１の貼合せ層２ａの厚さは図１に示した完成後の光反射層２の約半分の厚さであることが望ましい。
次に、図４に示すように図１と同一構成の導電性を有するシリコンから成る支持基板１を用意し、この一方の主面１５上にＡｇ又はＡｇ合金から成る第２の貼合せ層２ｂを周知のスパッタリング方法で形成する。
次に、図５に示すように支持基板１上の第２の貼合せ層２ｂに対して図３に示した半導体領域３の一方の主面１７上の第１の貼合せ層２ａを重ね合せ、且つ互いに加圧接触させて例えば２１０〜４００℃の熱処理を施してＡｇ又はＡｇ合金材料を相互に拡散させて第１及び第２の貼合せ層２ａ、２ｂを一体化して光反射層２を得る。この種の接合は一般に拡散接合又は熱圧着と呼ばれている。第１及び第２の貼合せ層２ａ、２ｂがＡｇの場合には表面をエッチングして酸化又は硫化膜を除去した後に貼合せるのが望ましい。Ａｇ又はＡｇ合金から成る光版車窓２は支持基板１及び半導体領域３に良好にオーミック接触し且つＡｌよりも大きい反射率を有する。
次に、成長用基板３０を切削又はエッチングで除去して図６に示す半導体基体を得る。なお、図３の貼付け工程前の状態で成長用基板３０を除去し、半導体領域３のみを第１及び第２の貼合せ層２ａ、２ｂを介して支持基板１に貼付けることもできる。
次に、図１に示す保護層６を形成し、しかる後第１及び第２の電極４、５を形成する。
第１及び第２の電極４、５間に順方向電圧を印加すると、活性層１２から光が放射される。活性層１２から半導体領域３の他方の主面１８側に放射された光は、他方の主面１８の第１の電極４が形成されていない部分から外部に取り出される。また、活性層１２から一方の主面１７側に放射された光は光反射層２で反射して他方の主面１８側に戻され、外部に取り出される。また、半導体領域３の側面２３に入射した光の多くは、保護層６を通過して取付台７の凹部２０の壁面２１で反射して有効に利用される。
本実施例は次の効果を有する。
（１） 半導体領域３と支持基板１との間に配置された光反射層２の金属は半導体発光素子の製造工程中又は後にマイグレーションによって半導体領域３の側面２３上に付着し易い。この種の問題は、半導体領域３の側面２３をウェットエッチング処理することによって光反射層２が半導体領域３の側面２３から僅かに突出した時に特に起り易い。もし、保護層６が無い状態で光反射層２が半導体領域３の側面２３から突出すると、第１及び第２の電極４、５間に電圧を印加した時に光反射層２の突出部分に電界が集中し、これをきっかけに光反射層２の金属のマイグレーションが進み、もし活性層１２の表面に金属が付着すると、ｎ型半導体層１１とｐ型半導体層１３との間が短絡状態となり、定電流駆動している場合には図７で点線Ｂで示すように所定通電時間Ｔx 後に電圧低下及び光出力の低下が生じる。これに対して、図１に示すように光反射層２の側面２２及び半導体領域３の側面２３を覆うように保護層６を設けると、ウェットエッチング後に光反射層２が半導体領域３の側面２３から僅かに突出したとしても、これが絶縁性を有する保護層６によって覆われるので、ここへの電界集中が緩和され、マイグレーションが防止される。また、光反射層２が半導体領域３の側面２３から突出しない状態で光反射層２の金属のマイグレーションが生じる可能性がある場合においても、保護層６でマイグレーションを防止できる。また、製造工程中又はその後に光反射層２の伸張が生じ、光反射層２が保護層６を貫通するような事態が生じ、光反射層２の金属がマイグレーションによって保護層６の表面に付着しても、保護層６は図６に示す活性層１２の露出面の幅Ｔa よりも大きな幅に形成されているので、ｎ型半導体層１１とｐ型半導体層１３との間の短絡の発生確率が低減する。これにより、図７の実線Ａで示すように本実施例の半導体発光素子を長時間通電状態に保っても電圧の低下及び光出力の低下がほとんど生じない。従って、本実施例によれば信頼性の高い半導体発光素子を提供することができる。
（２） 図２〜図６に示すように成長用基板３０を使用して半導体領域３を形成し、その後に支持基板１を貼合せる方法を採用することによって、図６に示すようにｐ型半導体層１３とｐ型補助半導体層１４との合計の厚みＴ2 よりもｎ型半導体層１１の厚みＴ1 が小さく、活性層１２と光反射層２との間の距離が短い場合であっても、保護層６の働きによって活性層１２の表面での短絡等の特性低下を抑制することができる。
（３） 保護層６によって半導体領域３の側面２３が覆われているので、半導体領域３の側面の耐湿性及び絶縁性が向上し、静電気等による過電圧破壊を抑制することができる。
（４） 光反射層２を第１及び第２の貼合せ層２ａ、２ｂの貼合せで形成するので、半導体領域３と支持基板１との間に光反射層２を容易に形成できる。
（５） 光反射層２はＡｇ又はＡｇ合金から成るので、半導体領域３及びシリコン支持基板１との両方に良好にオーミック接触する。従って、前記特許文献１に示すようにＡｌ反射層の他にオーミックコンタクト層を設けることが不要になり、製造工程が簡略化されるのみでなく、光反射量の増大、及び順方向電圧の低減即ち電力損失の低減を図ることができる。
（６） 保護層６は半導体領域３と包囲体１０又は空気との中間の屈折率を有し、半導体領域３から側面２３方向に向う光に対して透過性を有するので、半導体領域３の側面２３からも光が取り出され、光の取り出し効率が向上する。
次に、図８に示す実施例２の半導体発光素子を説明する。但し、図８及び後述する実施例３〜８を示す図９〜図１４において図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。なお、図８〜図１４に示す半導体発光素子も図１の取付台２４、リード端子８、ワイヤ９、及び包囲体１０と同様なものを有するが、図８〜図１４では図示を簡略化するためにこれ等が省かれている。
図８の実施例２の半導体発光素子は変形された保護層６ａを除いて図１と同一に形成されている。図８の保護層６ａは光反射層２の露出面及び半導体領域３の露出側面を高抵抗化即ち絶縁化させたものから成る。この絶縁化保護層６ａは、イオンを光反射層２及び半導体領域３に打ち込むことによって形成できる。光反射層２に対してはこれを構成するＡｇ等の金属に酸素イオン打ち込み、マイブレーションを抑制できるように金属酸化物に変質させる。半導体領域３に対してはイオン打ち込みによって水素又は酸素等を導入して絶縁化する。
図８のイオン打ち込みで形成された保護層６ａによっても図１の絶縁性無機物質の被着によって形成された保護層６と同様な効果を得ることができる。なお、図８の保護層６ａの形成範囲を、図１の保護層６と同様に必要に応じて変えることができる。
図９に示す実施例３の半導体発光素子は、変形された保護層６ｂ及び電流ブロック層３１の他は図１と同一に構成されている。
図９の保護層６ｂは光反射層２の側面２２を覆う第１の保護層６ｂ1とこの上を覆う第２の保護層６ｂ2とから成る。第１の保護層６ｂ1は図８の保護層６ａと同様にイオン打ち込みによって形成されている。第２の保護層６ｂ2は図１の保護層６と同様に絶縁性無機物質の被着によって形成され、第１の保護層６ｂ1を覆う他に、半導体領域３の側面２３及び他方の主面１８及び基板１の側面の一部を覆っている。図９では光反射層２の側面２２が第１及び第２の保護層６ｂ1、６ｂ2で２重に覆われているので、図１及び図８の実施例よりもマイブレーションの抑制効果が大きくなる。
絶縁物から成る電流ブロック層３１は半導体領域３の一方の主面１７の第１の電極４の対向領域の少なくとも一部を覆うように配置されている。従って、図９の実施例３では光反射層２は電流ブロック層３１よりも外側のみに配置されている。電流ブロック層３１は活性層１２の第１の電極４に対向する領域の電流を低減させ、これよりも外側の電流を増大させ、発光効率を高める作用を有する。なお、図９の電流ブロック層３１と同様なものを図１、図８、及び図１０〜図１４に示す別の実施例の半導体発光素子にも設けることができる。
図１０に示す実施例４の半導体発光素子は、半導体領域３の側面２３を他方の主面１８から一方の主面１７に向って末広がりに傾斜させた正ベベル構造とし、且つ第２の電極５を基板１の上側に配置した他は図１と同様に形成したものである。
図１０の基板１の一方の主面１５は半導体領域３の一方の主面１７よりも大きな面積を有し、その一方が半導体領域３の一方の主面１７から外側に突出している。第２の電極５は第２の貼合せ層２ｂの上に配置されている。なお、第２の貼合せ層２ｂが電極機能を有している時には第２の電極５を設けることが不要である。また、第２の貼合せ層２ｂを第２の電極５の下まで延在させないで、第１の貼合せ層２ａと同様にその側面を保護層６で覆うことができる。この場合には第２の電極５を基板１の一方の主面１５に直接に接触させる。
図１０の実施例４は図１と同様効果を有する他に、半導体領域３の側面２３が傾斜していることによって側面の保護が更に良好に達成されるという効果を有する。
なお、図１０の保護層６を図８及び図９の保護層６ａ、６ｂに変形することもできる。
図１１の実施例５の半導体発光素子は、半導体領域３の側面２３を一方の主面１７から他方の主面１８に末広がりに傾斜させた負ベベル構造とし、且つ反射性を有する多層構造保護層６ｃを設けた他は図１と同一に形成したものである。
図１１の保護層６ｃは屈折率の異なる第１及び第２の層６ｃ1、６ｃ2を積層したものから成り、半導体領域３の内部側から入射した光を他方の主面１８方向に反射する働きを有する。これにより、光の取り出し効率が向上する。
図１２の実施例６の半導体発光素子は、光反射層２の側面２２に限定的に保護層６ｂを設け且つ半導体領域３の他方の主面１８に有する光透過性電極４０を設け、この他は図１と同様に形成したものである。
図６の保護層６ｄは図８と同様にイオン打ち込みで形成された第１の層６ｄ1と図１と同様に絶縁性無機物質の被着で形成された第２の層６ｄ2との積層体から成る。
光透過性電極４０は半導体領域３の他方の主面１８の実質的に全体に形成され、ここにボンディングパッド機能を有する第１の電極４が接続されている。
この図１２の実施例６は図９の実施例３と同様な効果を有し、更に光透過性電極４０による電流分布の均一の効果を有する。なお、図１２による保護層６ｄ又は光透過性電極４０を図８〜図１１の半導体発光素子に適用することができる。
図１３の実施例７の半導体発光素子は変形された保護層６ｅを除いて図１２の実施例６と同一に形成されている。図１３の保護層６ｅは、図１２の第１及び第２の層６ｄ1、６ｄ2と同一材料から成る第１及び第２の層６ｅ1、６ｅ2の積層体であって、半導体領域３の側面２３のみに配置されている。この図１３の実施例７によっても図１２の実施例６と同様にマイブレーションによる特性劣化を抑制することができる。また、耐湿性を向上させることができる。なお、図１３の保護層６ｅを図１、図９〜図１１に示す半導体発光素子に適用することができる。
図１４に示す実施例８の半導体発光素子は、半導体領域３の一方の主面１７側に分散させてオーミックコンタクト層４１を設け、このオーミックコンタクト層４１を覆うように光反射層２を設け、この他は図１と同一に形成したものである。
図１４の光反射層２はＡｌ（アルミニウム）から成るので、ｎ型半導体層１１に対するオーミック性が悪い。しかし、オーミックコンタクト層４１はｎ型半導体層１１と光反射層２との両方にオーミック接触しているので光反射層２とｎ型半導体層１１との電気的接続が良好に保たれている。
図１４の保護層６は図１と同一に形成されているので、図１４の実施例８によっても図１の実施例１と同一の効果を得ることができる。
なお、図１４のオーミックコンタクト層４１に相当するものを、図８〜図１３の半導体発光素子にも設けることができる。
本発明は上述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） 保護層６を絶縁性有機物質で形成することができる。この場合には、包囲体１０の機能よりも半導体領域３に対する密着性が優れた材料を使用する。
（２） 半導体領域３の一方の主面１７の全面にオーミックコンタクト層を設けることができる。
（３） 半導体領域３を窒化物半導体以外のＡｌＧａＩｎＰ系半導体等の別の半導体で形成することができる。
（４） 光反射層２とｎ型半導体層１１との間にＡｌＩｎＧａＮ等から成るバッファ層を介在させることができる。
（５） 半導体領域３の他方の主面１８に光の取り出し効率の増大に寄与する多数の凹凸を形成することができる。
（６） 第１の電極４を半導体領域３の他方の主面１８に形成せずに、ｐ型半導体層１３又はｐ型補助半導体層１４の任意の箇所に接続することができる。
（７） 支持基板１を金属基板とすることができる。この場合には、これを電極として使用して第２の電極５を省くことができる。
（８） 半導体領域３の各層の導電型を図１の実施例と逆にすることができる。
（９） 支持基板１を半導体で形成する場合にはここにダイオード等の半導体素子を形成することができる。
（１０） 図１２及び図１３の光透過性電極４０を有する場合に、半導体領域３の他方の主面１８側に電流ブロック層を設けることができる。
（１１） 図３の第１の貼合せ層２ａ又は第２の貼合せ層２ｂを省き、１つの貼合せ層を使用して基板１と半導体領域３とを接合することができる。
（１２） 成長用半導体基板３０をサファイア等の絶縁基板とすることができる。
（１３） 半導体領域３の表面や保護膜６の表面に凹凸加工を施しても良い。このようにすることによって、光取り出し面の表面積を増加することができ、光取り出し効率を増大させることができる。
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における成長用半導体基板と半導体領域とを示す断面図である。 図２の半導体領域の主面に第１の貼合せ層を設けたものを示す断面図である。 第２の貼合せ層を伴なった支持基板を示す断面図である。 支持基板に半導体領域を貼付けたものを示す断面図である。 図５から成長用半導体基板を除去した後の支持基板と半導体領域とを示す断面図である。 本発明の実施例及び従来例の半導体発光素子の通電時間と光出力及び電圧との関係を示す図である。 第２の実施例の半導体発光素子を示す断面図である。 第３の実施例の半導体発光素子を示す断面図である。 第４の実施例の半導体発光素子を示す断面図である。 第５の実施例の半導体発光素子を示す断面図である。 第６の実施例の半導体発光素子を示す断面図である。 第７の実施例の半導体発光素子を示す断面図である。 第８の実施例の半導体発光素子を示す断面図である。
符号の説明
１ 支持基板
２ 光反射層
３ 半導体領域
４ 第１の電極
５ 第２の電極
６ 保護層

Claims (9)

  1. 支持基板と、
    前記支持基板の一方の主面に配置され且つ金属又は合金で形成されている導電体層と、
    前記導電体層に電気的に接続された一方の主面と光を取り出すための他方の主面とを有し且つ前記一方の主面側に配置された第１導電型半導体層と前記他方の主面側に配置された第２導電型半導体層とを含んでいる発光用半導体領域と、
    前記半導体領域の前記第２導電型半導体層に接続された電極と、
    前記導電体層に含まれている金属のマイグレーションによる前記発光用半導体領域の特性劣化を抑制するためのものであって、前記導電体層の側面と前記半導体領域の側面とのいずれか一方又は両方を覆い且つ前記導電体層及び前記半導体領域よりも高い抵抗率を有している保護層と
    を備えていることを特徴とする半導体発光素子。
  2. 前記保護層は無機化合物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. 前記保護層は、前記導電体層を構成する元素を含む絶縁物質層、又は前記半導体領域を構成する元素を含み且つ前記半導体領域よりも高い抵抗率を有している高抵抗層であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  4. 前記保護層は、前記導電体層を構成する元素を含む絶縁物質層又は前記半導体領域を構成する元素を含み且つ前記半導体領域よりも高い抵抗率を有する高抵抗層から成る第１の層と、前記第１の層の少なくとも一部を覆う無機化合物又は有機化合物から成る第２の層と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。
  5. 前記保護層は光透過性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. 前記導電体層は銀又は銀合金又はアルミニウム又はアルミニウム合金から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体発光素子。
  7. 前記導電体層は、前記半導体領域の一方の主面に配置された金属又は合金から成る第１の層と前記支持基板の一方の主面に配置された金属又は合金から成る第２の層とを貼合せたものから成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. 前記半導体領域の他方の主面は前記一方の主面よりも広い表面積を有し、前記半導体領域の側面は傾斜を有し、前記保護層は光反射性を有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体発光素子。
  9. 半導体を成長させるための成長用基板を用意する工程と、
    前記成長用基板の一方の主面上に少なくとも第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とを含む半導体領域を気相成長方法によって形成する工程と、
    支持基板を用意する工程と、
    前記半導体領域の一方の主面と前記支持基板の一方の主面との内の少なくとも一方に金属又は合金から成る導電体層を形成する工程と、
    前記支持基板の一方の主面と前記半導体領域の一方の主面とを前記導電体層を介して貼付ける工程と、
    前記貼付け工程の前又は後に前記成長用基板を除去する工程と、
    前記半導体領域の他方の主面側の半導体層に電極を形成する工程と、
    前記導電体層に含まれている金属のマイグレーションによる前記発光用半導体領域の特性劣化を抑制するために、前記導電体層の側面と前記半導体領域の側面とのいずれか一方又は両方に前記導電体層及び前記半導体領域よりも高い抵抗率を有している保護層を形成する工程と
    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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