JP2012248795A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い信頼性を保ちつつ輝度が高められた半導体発光素子および量産性に富むその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体発光素子は、発光層を含む半導体積層体と、反射層と、支持基板と、第１接合電極と、第２接合電極と、を有する。前記反射層は、前記半導体積層体の側の第１の面および前記第１の面の反対の側の第２の面を有し、金属からなる。前記第１接合電極は、前記第２の面と前記支持基板との間に設けられ、前記支持基板の側に突出した凸部と、平面視で前記凸部の周囲に設けられた底部と、を有する。前記第２接合電極は、前記第１接合電極の前記凸部と嵌合する凹部を有し、前記支持基板と、前記第１接合電極と、を接合することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体発光素子およびその製造方法に関する。

照明装置、表示装置、信号機などに用いる発光素子に対して、高輝度化が益々要求されている。

発光層の下方に金属反射層を設けると、発光層から下方に向かう放出光が反射され、上方での光取り出し効率を高め高輝度化が容易となる。この場合、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板と、発光層を含む半導体基板と、をウェーハ接着したのち、結晶成長基板を除去した薄膜積層型発光素子とすると、高い量産性とすることが容易となる。

金属膜の反射率は、可視光の波長が短くなるに応じて低下する。特に安定な電極金属であるＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの光反射率は、４５０ｎｍにおいて６０％以下に低下する。このため、高い光取り出し効率を得ることが困難となる。

これに対して、ＡｇやＡｌの光反射率は、４５０ｎｍで９０％以上と高くできる。しかしながら、ＡｇやＡｌではマイグレーションを生じやすく信頼性が低下する問題がある。

特開２００７−３３５７９３号公報

高い信頼性を保ちつつ輝度が高められた半導体発光素子および量産性に富むその製造方法を提供する。

実施形態にかかる半導体発光素子は、発光層を含む半導体積層体と、反射層と、支持基板と、第１接合電極と、第２接合電極と、を有する。前記反射層は、前記半導体積層体の側の第１の面および前記第１の面の反対の側の第２の面を有し、金属からなる。前記第１接合電極は、前記第２の面と前記支持基板との間に設けられ、前記支持基板の側に突出した凸部と、平面視で前記凸部の周囲に設けられた底部と、を有する。前記第２接合電極は、前記第１接合電極の前記凸部と嵌合する凹部を有し、前記支持基板と、前記第１接合電極と、を接合することを特徴とする。

図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体発光素子の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。 図２（ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態にかかる半導体発光素子の製造方法の工程断面図である。 図３（ａ）は熱処理前の反射層のＡｇ含有率の分布を示すグラフ図、図３（ｂ）は熱処理後の反射層のＡｇ含有率の分布を示すグラフ図、である。 比較例にかかる半導体発光素子の模式断面図である。 図５（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施形態にかかる半導体発光素子の変形例の製造方法の工程断面図、である。 図６（ａ）は熱処理前の反射層のＡｇ含有率の分布を示すグラフ図、図６（ｂ）は熱処理後の反射層のＡｇ含有率の分布を示すグラフ図、である。 第２の実施形態にかかる半導体発光素子の模式断面図である。 波長に対する金属の光反射率の依存性を示すグラフ図である。 第３の実施形態にかかる半導体発光素子の模式断面図である。 図１０（ａ）〜（ｆ）は、第３の実施形態にかかる半導体発光素子の製造方法の工程断面図である。 第３の実施形態にかかる変形例の模式断面図である。 比較例にかかる半導体発光素子ウェーハの模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体発光素子の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
半導体発光素子は、放出光を放出可能な発光層２２を含む半導体積層体３０と、半導体積層体３０の第１の面３０ａの側に設けられた反射層４４と、第１接合電極４８と、導電性ＳｉやＧｅなどからなる支持基板１０と、支持基板１０に設けられた第２接合電極１２と、を有する。半導体積層体３０と、反射層４４と、の間に、透明導電膜４２を設けてもよい。

半導体積層体３０は、Ｉｎ_ｘ（Ｇａ_ｙＡｌ_１−ｙ）_１−ｘＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる組成式で表すＩｎＧａＡｌＰ系またはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．６）なる組成式で表すＡｌＧａＡｓ系の材料を含むものとする。

反射層４４は、中央に設けられた内部領域４４ｂと、平面視で内部領域４４ｂの周囲に設けられた外部領域４４ａと、を有する。本具体例においては、外部領域４４ａは、平面視で内部領域４４ｂを囲むように設けられている。外部領域４４ａの（合金後の）厚さＴ２は、内部領域４４ｂの（合金後の）厚さＴ１よりも小さい。また、反射層４４の第１の面４４ｃは放出光を反射する。反射層４４の第１の面４４ｃの反対側の第２の面４４ｄは、外部領域４４ａと、内部領域４４ｂと、の間に段差Ｔ３（＝Ｔ１−Ｔ２）を有する。

もし、半導体積層体３０がＡｕやＡｇなどの反射層４４に直接に接すると、合金層が形成され光損失が大きくなる場合がある。また、半導体積層体３０と、反射層４４と、の間に透明導電膜４２を設けると、半導体積層体３０と、透明導電膜４２と、の間で合金層を形成しにくい。このため、光損失を低減することができるのでより好ましい。

第１接合電極４８は、反射層４４の第２の面４４ｄの段差Ｔ３を覆うように設けられる。すなわち、第１接合電極４８は、反射層４４の内部領域４４ｂに設けられた凸部４８ｅと、内部領域４４ｂの周囲の外部領域４４ａに設けられた底部４８ｆと、を有する。この結果、第１接合電極４８には、段差Ｔ４を生じる。また、第２接合電極１２を金属半田材とし、金属半田材を溶融すると、第１接合電極４８の段差Ｔ４をうめつつ、第１接合電極４８と支持基板１０とを接合することができる。すなわち、第２接合電極１２は、第１接合電極４８の凸部４８ｅと嵌合した凹部を有する。金属半田材が凝固することにより、ウェーハ間の接着強度を高めることができる。なお、第２電極６２は、導電性を有する支持基板１０の裏面に設けられる。

半導体積層体３０がＩｎＧａＡｌＰ系からなるものとする。この場合、発光層２２は、緑〜赤色波長範囲の光を放出できる。図１（ｂ）において、半導体積層体３０は、透明導電膜４２の側から、第２導電形のコンタクト層２６、第２導電形の第２の層２４、発光層２２、第１導電形の第１の層２０、をこの順序で有している。さらに、ＧａＰなどからなるコンタクト層２６の表面には、開口部４０ａを有するＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４などからなる絶縁層４０を設けてもよい。このようにすると、電流は絶縁層４０によりブロックされ、開口部４２ａを通って、第１電極６０と第１接合電極４８との間を流れる。このため、開口部４２ａの上方の発光領域ＥＲが発光する。例えば、発光領域ＥＲから上方へ向かう光Ｇ１、発光領域ＥＲから下方へ向かい反射層４４により反射された光Ｇ２、などを上方において取り出すことができる。

第２接合電極１２は、支持基板１０に設けられた金属半田材とすることができる。なお、支持基板１０の表面に、例えばＴｉ／Ｐｔ／ＡｕやＣｒ／Ａｕを設け、その上に第２接合電極１２を設けてもよい。溶融した金属半田材は、段差Ｔ４をうめつつ、第１接合電極４８と、支持基板１０と、を接合する。第２接合電極１２の表面をＡｕとする場合、第１接合電極４８の表面もＡｕとすると、加熱加圧により熱圧着モードでも接合可能である。なお、図１（ｂ）において、内部領域４４ｂは矩形であるが、形状はこれに限定されず、例えば円形であってもよい。

図２（ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態にかかる半導体発光素子の製造方法の工程断面図である。
なお、図２（ａ）〜（ｆ）は、図１（ｂ）において端部ＯＲ（破線）を示している。図２（ａ）の模式図において、結晶成長基板５０の上に、半導体積層体３０が形成される。なお、結晶成長基板５０は、ＧａＡｓからなるものとするが本発明はこれに限定されない。半導体積層体３０は、結晶成長基板５０の側から、第１導電形の第１の層２０、発光層２２、第２導電形の第２の層２４、光損失が少ない第２導電形ＧａＰなどからなるコンタクト層２６を有する。第１の層２０および第２の層２４は、発光層４０を両側から挟んで、縦方向に光を閉じ込めるクラッド層を含むことができる。コンタクト層２６の上に、ＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４などからなる絶縁層４０を形成する。

絶縁層４０の厚さは、例えば５０〜２００ｎｍの範囲が好ましい。絶縁層４０には開口部が設けられるが、端部ＯＲには図示されない。絶縁層４０およびその開口部に露出したコンタクト層２６を覆うように、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide)、酸化亜鉛、酸化錫などからなる透明導電膜４２が設けられる。透明導電膜４２は、可視光の一部を吸収するので、半導体積層体３０と反射層４４との合金を抑制できる範囲内で、例えば５０〜２００ｎｍと薄くすることが好ましい。

透明導電膜４２の第２の面４２ｂに第１金属からなる第１の膜４５を形成する。第１金属は、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌなどとする。また、第１の膜４５の厚さは、反射率を高く保つことが可能な範囲で薄く、例えば５０〜４００ｎｍの範囲とすることが好ましい。

図２（ｂ）の模式図において、フォトレジストを用いて第１の膜４５のパターニングを行う。Ａｇの場合、例えば燐酸を含む溶液エッチング法またはドライエッチング法を用いることができる。

図２（ｃ）の模式図において、パターニングされた第１の膜４５の上面および第１の膜４５が除去された透明導電膜４２の領域を覆うように第２金属からなる第２の膜４６を形成する。第２金属は、Ａｕであるものとするが、材質はＰｄ、Ｐｔなどであってもよい。第２の膜４６と透明導電膜４２との密着強度は、第１の膜４５と透明導電膜４２との密着強度よりも高くできる。このようにすると、ダイシングプロセスなどに必要な密着強度を高く保つことが容易となる。

図２（ｄ）の模式図において、第２の膜４６の上に、第１接合電極４８を形成する。第１接合電極４８は、例えば第２の膜４６の側から、チタニウム（Ｔｉ）４８ａ、白金（Ｐｔ）４８ｂなどのバリア金属、金（Ａｕ）４８ｃなどの金属をこの順序で含む。また、バリア金属としてタングステン（Ｗ）／ニッケル（Ｎｉ）などを用いることもできる。なお、第１接合電極４８は、パターニングプロセスを必要としないので製造プロセスを簡素化できる。すなわち、フォトリソグラフィープロセスやパターニングプロセスの回数を低減でき、量産性の高い製造方法とすることができる。第１接合電極４８は、内部領域４４ｂｂの上の凸部４８ｅと、外部領域４４ａの上の底部４９ｆと、を有する。

他方、支持基板１０の上に、金属半田材などからなる第２接合電極１２を形成する。金属半田材としては、例えば、ＡｕＩｎ、ＡｕＳｎ（共晶温度：約２８０℃）、ＡｕＧｅ（共晶温度：約３５０℃）、ＡｕＳｉ（共晶温度：約３８０℃）などの共晶やＩｎなどを用い、その厚さを１〜５μｍなどとすることができる。

図２（ｅ）の模式図のように第１接合電極４８と、第２接合電極１２とを重ね合わせ加圧し、金属半田材の融点以上に加熱する。金属半田材の融点は、その材質によって、例えば１５０〜４００℃の温度範囲内とすることができる。溶融した金属半田材は、第１接合電極４８の段差Ｔ４を埋め、隙間を生じないようにウェーハ接着を行うので、支持基板１０と、半導体積層体３０と、の接着強度を高めることができる。なお、段差Ｔ４は、外縁部近傍における凸部４８ｅの表面と、底部４８ｆの表面と、の間で測るものとする。

さらに、ウェーハ接着プロセスの熱処理の温度により、第１の膜４５と第２の膜４６との界面近傍から合金化が進みやすい。熱処理プロセスの温度および時間を変化することにより、合金の組成比を制御できる。この結果、第１の膜４５と、第２の膜４６と、の間の接合強度が高められる。なお、内部領域４４ｂの透明導電膜４２の側は、第１の膜４５であるので、合金化しても外部領域４４ａの光反射率よりも高い光反射率とすることが容易である。

図３（ａ）は熱処理前の反射層のＡｇ含有率の分布を示すグラフ図、図３（ｂ）は熱処理後の反射層のＡｇ含有率の分布を示すグラフ図、である。
縦軸は内部領域４４ｂのＡｇ含有率（at％：原子数百分率）、横軸はウェーハ縦方向の位置、を表す。なお、熱処理プロセスは、ウェーハ接着プロセスであってもよいし、別プロセスとしてもよい。

図３（ａ）は、図２（ｅ）のＢ−Ｂ線に沿ったウェーハ縦方向のＡｇ含有率の分布を示す。熱処理前では、第１の膜４５はＡｇが１００％、第２の膜４６はＡｇがゼロ％、である。図３（ｂ）は、図２（ｆ）のＢ−Ｂ線に沿ったＡｇ含有率の分布を示す。熱処理後では、ＡｇおよびＡｕが相互に拡散し合い曲線Ａから曲線Ｂのように合金化が進行する。第１の膜（Ａｇ）４５の厚さが、第２の膜（Ａｕ）４６の厚さよりも大きいので、ＡｇはＡｕに容易に入り込む。逆にＡｇもＡｕに入り込むが、透明導電膜４２と接する側で、Ａｇ含有率を９５％以上に保つようにする。なお、図１（ａ）において、外部領域４４ａの幅を内部領域４４ｂの幅よりも十分に小さくしても、Ａｇのマイグレーションを抑制することができる。

発明者らの実験によれば、Ａｇからなる第１の膜４５の厚さをＡｕからなる第２の膜４６の厚さの約２０倍とし、融解した金属半田材により３５０℃においてウェーハ接着を行った場合、透明導電膜４２と接する内部領域４４ｂのＡｇ含有率は９５（at％）以上とすることができた。この結果、内部領域４４ｂの透明導電膜４２側の光反射率は、Ａｇの光反射率からの低下は２％以下とできることが判明した。すなわち、例えば、Ａｇからなる第１の膜４５の厚さを約２００ｎｍ、Ａｕからなる第２の膜４６の厚さを約１０ｎｍ、などとすればよい。

また、外部領域４４ａには、主として横方向からＡｇが拡散されて合金層が形成される。合金化前にはＡｕ膜であった外部領域４４ａの光反射率は、Ａｇが拡散して合金化しても、透明導電膜４２と接する面の内部領域４４ｂの光反射率よりも低くなる。

最後に、図２（ｆ）の模式図のように、結晶成長基板５０を除去する。この場合、アンモニアと過酸化水素との混合溶液などを用いることができるが、除去プロセスはこれに限定されない。

このあと、外部領域４４ａの上方をダイシングラインとしてチップへの分離プロセスを行う。このようのすると、チップの端面に第１金属が露出せず、Ａｇなどのマイグレーションによるｐｎ接合の短絡やＡｇの硫化などを抑制することができ、信頼性を高めることができる。

図４は比較例にかかる半導体発光素子の模式断面図である。
発光層１２２を含み、ＩｎＡｌＧａＰ系材料からなる半導体積層体１３０の下方には絶縁膜１４０が設けられている。絶縁膜１４０に設けられた開口部１４０ａにおいて、半導体積層体１３０と透明導電膜１４２とが接触している。透明導電膜１４２の下面の中央の領域には、Ａｇ膜１４４が設けられている。さらに、外部領域となる透明導電膜１４２の下面には、Ａｇ膜１４４よりも厚いＡｕ膜１４５が設けられている。Ａｇ膜１４４の表面とＡｕ膜１４５の表面とを覆うようにＴｉ、Ｐｔなどのバリアメタルからなる接合電極１１２が設けられている。Ｓｉ基板１１０と、接合電極１１２と、は、ＡｕＩｎ系の合金半田により接合されている。

ＡｇおよびＡｌの反射率はＡｕよりも高いので、開口部１４０ａの上方の発光領域から下方へ向かう放出光はＡｇ膜１４４により、上方へ効率よく反射される。しかしながら、ＡｇおよびＡｌはマイグレーションを生じやすいので素子の端面まで延在すると、移動したＡｇ粒子によりｐｎ接合の短絡などを生じる。厚いＡｕ膜１４５は、このＡｇのマイグレーションを抑制することができる。しかしながら、Ａｇ膜１４４のパターニングプロセスと、Ａｕ膜１４５のパターニングプロセスと、がそれぞれ必要となる。このため、透明導電膜１４２の下面において、Ａｇ膜１４４と、Ａｕ膜１４５と、の境界には空隙部１５０を生じやすい。ＡｇやＡｇ合金は、Ａｕなどと比較して透明導電膜１４２との接着強度が十分とは言えない。このため、空隙部１５０の近傍から、Ａｇ膜１４４の剥離が生じやすい。

これに対して、第１の実施形態では、図２（ｃ）のように、第２の膜４６は、第１の膜４５の表面および側面、透明導電膜４２の表面を、隙間なく覆うように設けられる。このため、第１の膜４５の剥離を抑制しつつ、チップ端面へのＡｇのマイグレーションが抑制できる。また、第１の実施形態では、第２の膜４６のパターニングプロセスは不要である。さらに、第２の膜４６と第１接合電極４８と、は、連続したプロセスで形成できるので、金属膜形成プロセスの回数を低減できる。

図５（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施形態の変形例にかかる半導体発光素子製造方法の工程断面図、である。
図５（ａ）の模式図において、半導体積層体３０のコンタクト層２６の上に、ＳｉＯ２やＳｉＮなどからなる絶縁膜４０、ＩＴＯなどからなる透明導電膜４２、をこの順序で形成する。絶縁膜４０の厚さは、例えば５０〜２００ｎｍの範囲が好ましい。また、透明導電膜４２は、例えば５０〜２００ｎｍと薄くすることが好ましい。さらに、透明導電膜４２の面４２ｂにＡｕからなる第２の膜４６を形成する。

図５（ｂ）において、第２の膜４６に、Ａｇからなる第１の膜４５を形成し、パターニングを行う。第１の膜４５の厚さは、反射率を高く保つことが可能な範囲で薄く、例えば５０〜４００ｎｍの範囲とすることが好ましい。

図５（ｃ）の模式図のように、パターニングされた第１の膜４５の上面および第１の膜４５が除去された領域に露出した第２の膜４６を覆うように第１接合金属４８を形成する。第１接合電極４８は、例えば第２の膜４６の側から、Ｔｉ／Ｐｔなどのバリア金属、およびＡｕなどの金属をこの順序で含む。

図５（ｄ）の模式図のように第１接合電極４８と、第２接合電極１２とを重ね合わせ加圧し、金属半田材の融点以上に加熱する。溶融した金属半田材は、第１接合電極４８と支持基板１０との間に隙間を生じないように段差を埋めつつ、ウェーハ接合を行う。

最後に、図５（ｅ）の模式図のように、結晶成長基板５０を除去する。この場合、アンモニアと過酸化水素との混合溶液などを用いることができるが、除去プロセスはこれに限定されない。また、ウェーハ接着温度が３５０℃近傍であると、第２の膜４６と第１の膜４５との界面領域が合金化される。すなわち、ＡｕとＡｇとの合金層からなる反射層４４が形成される。この場合、内部領域４４ｂの透明導電膜４２の側は第２の膜４６であったので、熱処理により光反射率が高い第１金属の組成比を高め、外部領域４４ａの光反射率よりも高くする。

反射層４４は、厚さの大きい内部領域４４ｂと、内部領域４４ｂのまわりの外部領域４４ａ、を含み、放出光を上方に向かって反射する。この変形例において、第１の膜４５の側面は、第２の膜４６と第１接合金属４８とに囲まれるのでＡｇからなる第１の膜４５の剥離やマイグレーションが抑制される。

図６（ａ）は変形例にかかる半導体発光素子の熱処理前の反射層４４のＡｇ含有率の分布を示すグラフ図、図６（ｂ）は熱処理後の反射層４４のＡｇ含有率の分布を示すグラフ図、である。
図６（ａ）は、図５（ｄ）のＣ−Ｃ線に沿ったウェーハ縦方向のＡｇ含有率の分布を示す。熱処理前には、第２の膜４６が透明導電膜４２と接して設けられている。図６（ｂ）は、図５（ｅ）のＣ−Ｃ線に沿ったＡｇ含有率の分布を示す。熱処理後には、Ａｇが薄いＡｕへ拡散されるので、透明導電膜４２の側の内部領域４４ｂのＡｇ含有率が高くなる。熱処理温度と時間を変化させることにより、透明導電膜４２と接する面のＡｇ含有率を９５ａｔ％以上とする。すなわち、Ａｇ含有率は第１接合電極４８に向かって高くなる。また、外部領域４４ａには、主として横方向からＡｇが拡散されて合金層が形成される。合金化前にはＡｕ膜であった外部領域４４ａの光反射率は、透明導電膜４２と接する面の内部領域４４ｂの光反射率よりも低くできる。

図７は、第２の実施形態にかかる半導体発光素子の模式断面図である。
半導体積層体９０は、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）なる組成式で表される窒化物系材料からなるものとする。また、その放出光は紫外〜緑色の波長範囲であるものとする。積層体９０は、Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎなどからなる第２クラッド層９２、第２クラッド層９２の上に設けられた発光層９３、発光層９３の上に設けられ第１導電形のＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎなどからなる第１クラッド層９４、第１クラッド層９４の上に設けられ第１導電形の電流拡散層９５、を有する。半導体積層体９０の断面構造はこれらに限定されず、例えばコンタクト層や光ガイド層などを有していてもよい。図７のように、発光領域ＥＲから上方へ向かう光Ｇ１、発光領域ＥＲから下方へ向かい反射層４４により反射された光Ｇ２、などを上方において取り出すことができる。

図８は、波長に対する金属の反射率の依存性を示すグラフ図である。
縦軸は金属の光反射率（％）、横軸は入射光の波長（μｍ）、である。青色光のような短い波長範囲では、金属の光反射率が低下することがある。図８に示すように、ＡｇやＡｌの反射率は、４５０ｎｍ以上の波長範囲において９０％以上と高い。他方、４５０ｎｍにおいて、Ａｕの反射率は約４８％、Ｐｔの反射率は約５７％、と低い。すなわち、青色から緑色の波長範囲の光を放出する半導体発光素子の内部に設ける金属反射層は、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌなどを含むことが好ましい。

第２の実施形態においても、ＡｇとＡｕとを含む反射層４４のうち、内部領域４４ｂｂはＡｇを多く含み、内部領域４４ｂのまわりの外部領域４４ａのＡｇ組成比は内部領域４４ｂのＡｇ組成比よりも低いようにする。このようにすると、４５０ｎｍにおいて、発光強度が高い領域での反射率をＡｇの反射率である９０％近傍とし、発光強度の低い外部領域で約５０％とすることができる。すなわち、外部領域４４ａの幅ＷＯを１０μｍなどとすれば、端面へのＡｇのマイグレーションを抑制しかつ密着性を保ちつつ、高い反射率を有する反射層とすることができる。

図９は、第３の実施形態にかかる半導体発光素子の模式断面図である。
半導体発光素子は、放出光を放出可能な発光層２２を含む半導体積層体３０と、半導体積層体３０の第１の面３０ａの側に設けられた反射層４４と、第１接合電極４８と、導電性ＳｉやＧｅなどからなる支持基板１０と、支持基板１０に設けられた第２接合電極１２と、を有する。

反射層４４は、平面視において、半導体積層体３０よりも小さい。すなわち、反射層４４の外縁４４Ｓは、半導体発光素子の側面ＳＳよりも内部にある。反射層４４の外縁４４ｓおよび表面には、第１接合電極４９が設けられている。第１接合電極４９は、例えば、チタニウム（Ｔｉ）４９ａ、白金（Ｐｔ）４９ｂ、チタニウム（Ｔｉ）４９ｃを含む。金属半田材４９ｄをさらに含んでいてもよい。反射層４４が、例えばＡｇなどを含んでいる場合、側面ＳＳにＡｇが露出しないので、マイグレーションや硫化が抑制できる。

また、本図のように、半導体積層体３０と、反射層４４と、の間に透明導電膜４２を設けてもよい。この場合、透明導電膜４２の外縁４２ｓは、側面ＳＳよりも内部とする。すなわち、側面ＳＳ近傍において、第１接合電極４９と、絶縁層４０と、の密着強度は、第１接合電極４９と透明導電膜４２との密着強度よりも高くすることが容易である。このため、ダイシング工程などにおいて、密着強度が高いことが好ましい。

図１０（ａ）〜（ｆ）は、第３の実施形態にかかる半導体発光素子の製造方法の工程断面図である。
なお、図１０（ａ）〜（ｆ）は、ウェーハの断面において、図９の半導体素子の２分の１のサイズを示す。図１０（ａ）において、結晶成長基板５０の上に、半導体積層体３０が形成される。なお、結晶成長基板５０は、ＧａＡｓからなるものとする。半導体積層体３０は、結晶成長基板５０の側から、第１導電形の第１の層２０、発光層２２、第２導電形の第２の層２４、光損失が少ない第２導電形ＧａＰなどからなるコンタクト層２６を有する。第１の層２０および第２の層２４は、発光層２２を両側から挟んで、縦方向に光を閉じ込めるクラッド層を含むことができる。コンタクト層２６の上に、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などからなる絶縁層４０を形成する。

絶縁層４０の厚さは、例えば５０ｎｍとする。絶縁層４０には開口部が設けられる。図１０（ｂ）のように、絶縁層４０およびその開口部に露出したコンタクト層２６を覆うように、透明導電膜４２が設けられる。透明導電膜４２は、例えば６０ｎｍとする。透明導電膜４２の第２の面４２ｂに、Ａｇ合金層などからなる反射層４４（例えば、厚さ２００ｎｍ）を形成する。

図１０（ｃ）のように、チップの側面近傍（ダイシングライン近傍）の反射層４４および透明導電膜４２を除去する。

続いて、図１０（ｄ）のように、反射層４４および透明導電膜４２が除去され露出した絶縁膜４０および反射層４４の上に、第１接合電極４９を形成する。第１接合電極４９は、例えば、チタニウム４９ａ、白金４９ｂ、チタニウム４９ｃ、ＡｕＩｎなどからなる金属半田材４９ｄを含む。第１接合電極４９は、反射層４４の上に凸部４９ｅと、絶縁膜４０の上に底部４９ｆと、を有する。

この結果、図１０（ｅ）のように、第１接合電極４９は、反射層４４の上において凸部４９ｅ、絶縁層４０の上において底部４９ｆを有し、段差Ｔ５を生じる。他方、支持基板１０の上に、ＡｕＩｎなどからなる金属半田材からなる第２接合電極１２を形成する。さらに、第１接合電極４８と、第２接合電極１２とを重ね合わせ加圧し、半田材の融点以上に加熱する。溶融した半田材は、第１接合電極４９の段差Ｔ５を埋め、隙間を生じないようにウェーハ接着を行うので、支持基板１０と、半導体積層体３０と、の接着強度を高めることができる。なお、第１接合電極４９および第２接合電極１２が半田材を含んでいると、互いに溶融したのち境界（破線）が判然とは残らない。なお、第２接合電極１２のみが半田材を含んでいても、段差Ｔ５を埋めることができる。

続いて、図１０（ｆ）のように、結晶成長基板５０を除去し、第１電極６０および第２電極６２を形成する。こののち、ダイシングラインとする領域に溝部３０ｓを形成し、溝部３０ｂにブレードダイシングなどを行いチップに分離する。

図１１は、第３の実施形態にかかる変形例の模式断面図である。
透明導電膜４２の外縁４２ｓが、側面ＳＳに露出してもよい。ダイシングラインとする領域に段差を生じても、第２接合電極１２が半田材を含んでいるので、半田材が溶融することにより段差Ｔ５を埋め空洞部の発生が抑制される。

図１２は、比較例にかかる半導体発光素子ウェーハの模式断面図である。
ダイシングラインには、例えばスクライビングなどによる溝部１３０ｓが設けられている。ダイシングライン近傍には、反射層および透明導電膜を設けず、チップへ分離した後の側面にはこれらが露出しない。第１接合電極１４９および第２接合電極１１２が、ともに半田材を含まない比較例の場合、段差が埋められず、ウェーハ接着後のダイシングラインの下方に空洞部Ｃ１、Ｃ２を生じる。このうち空洞部Ｃ１が生じると、空洞部Ｃ１の近傍にブレード９９を回転して切断するダイシング工程などでチップの割れや欠けなどを生じやすい。これに対して第３の実施形態にかかる半導体発光素子によれば、ダイシングライン近傍に空洞部を生じることなく、チップの割れや欠けを抑制抑制できる。

第１〜第３の実施形態にかかる半導体発光素子では、支持基板１０と、反射層４４と、半導体積層体３０と、を含む積層構造の接着強度が高められ、高い信頼性を保ちつつ、輝度を高めることができる。また、接合電極を形成するプロセスが簡素となり、量産性が高められた製造方法とすることができる。本実施形態にかかる半導体発光素子は、照明装置、表示装置、信号機などに広く用いることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 支持基板、１２ 第２接合電極、２２、９３ 発光層、３０、９０ 半導体積層体、４２ 透明導電膜、４４ 反射層、４４ａ 内部領域、４４ｂ 外部領域、４４ｃ 第１の面、４４ｄ 第２の面、４５ 第１の膜、４６ 第２の膜、４８、４９ 第１接合電極、４８ｅ、４９ｅ 凸部、４８ｆ、４９ｆ 底部、５０ 結晶成長基板、Ｔ１ （反射層の）内部領域の厚さ、Ｔ２ （反射層の）外部領域の厚さ、Ｔ３ 反射層の段差、Ｔ４、Ｔ５ 第１接合電極の段差、ＥＲ 発光領域、ＯＲ 端部

Claims (12)

1. 発光層を含む半導体積層体と、
   前記半導体積層体の側の第１の面および前記第１の面の反対の側の第２の面を有し、金属からなる反射層と、
   支持基板と、
   前記第２の面と前記支持基板との間に設けられ、前記支持基板の側に突出した凸部と、平面視で前記凸部の周囲に設けられた底部と、を有する第１接合電極と、
   前記第１接合電極の前記凸部と嵌合する凹部を有し、前記支持基板と、前記第１接合電極と、を接合可能な第２接合電極と、
   を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記反射層は、第１金属および前記第１金属の光反射率よりも低い光反射率を有する第２金属からなる合金を含み、内部領域と、平面視で前記内部領域の周囲に設けられ前記内部領域の厚さよりも小さい厚さを有する外部領域と、を有し、
   前記内部領域の前記第１の面における光反射率は、前記外部領域の前記第１の面における光反射率よりも高く、
   前記第１接合電極の前記凸部は、前記内部領域を覆うように設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記反射層は、前記凸部と前記半導体積層体との間に設けられるが、前記底部と前記前記半導体層との間には設けられないことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
4. 前記半導体積層体と、前記反射層と、の間に設けられた透明導電膜をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに半導体発光素子。
5. 前記反射層は、Ａｇを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
6. 前記第２接合電極は、半田材からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
7. 結晶成長基板の上に、発光層を含む半導体積層体を形成する工程と、
   前記半導体積層体の上に反射層を形成する工程と、
   前記反射層を覆い、凸部と前記凸部の周囲の設けられた底部とを有する第１接合電極を形成する工程と、
   支持基板に半田材からなる第２接合電極を形成する工程と、
   前記第１接合電極と前記第２接合電極とを重ね合わせ、前記半田材の融点以上に加熱しかつ加圧しつつ、 前記第１接合電極の前記凸部と前記底部との段差をうめ、前記第１接合電極と前記支持基板とを接合する工程と、
   前記結晶成長基板を除去する工程と、
   を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
8. 前記反射層は、第１金属および前記第１金属の光反射率よりも低い光反射率を有する第２金属からなる合金を含み、内部領域と、平面視で前記内部領域の周囲に設けられ前記内部領域の厚さよりも小さい厚さを有する外部領域と、を有し、前記内部領域の前記第１の面における光反射率は、前記外部領域の前記第１の面における光反射率よりも高く、
   前記凸部は、前記内部領域を覆うように形成されることを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子の製造方法。
9. 前記反射層を形成する工程は、前記第１金属からなる第１の膜を選択的に形成し、前記第１の膜および前記第１の膜が除去された領域に前記第２金属からなる第２の膜を形成する工程を含み、
   前記第１金属は、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌのいずれかであり、
   前記第２金属は、Ａｕ，Ｐｔ、Ｐｄのいずれかであることを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子の製造方法。
10. 前記反射層を形成する工程は、前記第２金属からなる第２の膜を形成し、前記第２の膜の上に前記第１金属からなる第１の膜を選択的に形成する工程を含み、
    前記第１金属は、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌのいずれかであり、
    前記第２金属は、Ａｕ，Ｐｔ、Ｐｄのいずれかであることを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子の製造方法。
11. 前記反射層を形成する工程は、平面視で前記半導体積層体よりも小さいＡｇを含む膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子の製造方法。
12. 前記反射層を形成する工程は、前記半導体積層体の表面に透明導電膜を形成し、前記透明導電膜の表面に前記反射層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。

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