JP2016018836A

JP2016018836A - 半導体発光素子

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Publication number: JP2016018836A
Application number: JP2014139421A
Authority: JP
Inventors: 謙次郎上杉; Kenjiro Uesugi; 純平田島; Junpei Tajima; 浩志大野; Hiroshi Ono; 俊秀伊藤; Toshihide Ito; 重哉木村; Shigeya Kimura; 布上　真也; Shinya Nunoue; 真也布上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-02-01
Also published as: KR20160005643A; US9231160B1; US20160005927A1; KR101604211B1

Abstract

【課題】高効率の半導体発光素子を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体発光素子は、金属層と、第１半導体層と、発光層と、第２半導体層と、第１電極と、第２電極と、絶縁層と、を含む。第１半導体層は、金属層と第１方向に離間し、第１方向と交差する第２方向に並ぶ第１領域と第２領域と第３領域とを含む。発光層は、第２領域と金属層との間に設けられ第２方向と交差する第１側面を含む。第２半導体層は、発光層と金属層との間に設けられ第２方向と交差する第２側面を含む。第１電極は、第１領域と金属層との間に設けられ第１領域と金属層とに電気的に接続される。第２電極は、第２半導体層と電気的に接続され、第３領域と金属層との間に設けられた第１部分と第１部分と連続した第２部分とを含む。絶縁層は、第１部分と第３領域との間と、第２電極と第１側面との間と、に設けられ、第２電極と金属層との間と、第２電極と第１電極との間と、に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：Light-Emitting Diode)などの半導体発光素子において、効率が高いことが求められている。

特開２００９−１０５３７６号公報

本発明の実施形態は、高効率の半導体発光素子を提供する。

本発明の実施形態によれば、半導体発光素子は、金属層と、第１半導体層と、発光層と、第２半導体層と、第１電極と、第２電極と、絶縁層と、を含む。前記第１半導体層は、前記金属層と第１方向に離間した第１導電形の第１半導体層であって、第１領域と、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１領域と離間した第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む。前記発光層は、前記第２領域と前記金属層との間に設けられ前記第２方向と交差する第１側面を含む。前記第２半導体層は、第２導電形の第２半導体層であって、前記発光層と前記金属層との間に設けられ前記第２方向と交差する第２側面を含む。前記第１電極は、前記第１領域と前記金属層との間に設けられ前記第１領域と前記金属層とに電気的に接続される。前記第２電極は、前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極であって、前記第３領域と前記金属層との間に設けられた第１部分と、前記第２領域と前記金属層との間に設けられ前記第１部分と連続した第２部分と、を含む。前記絶縁層は、前記第１部分と前記第３領域との間と、前記第２電極と前記第１側面との間と、に設けられた第１絶縁部分と、前記第２電極と前記金属層との間と、前記第２電極と前記第１電極との間と、に設けられた第２絶縁部分と、を含む。

第１の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。第２の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。第３の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。第４の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。第５の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。第５の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、積層体１００と、第１電極４０と、第２電極５０と、金属層６０と、絶縁層８０と、を含む。積層体１００は、第１半導体層１０と、第２半導体層２０と、発光層３０と、を含む。

第１半導体層１０は、金属層６０と第１方向Ｄ１において離間する。

第１方向Ｄ１をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの軸をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な軸をＹ軸方向とする。

第１半導体層１０は、第１領域ｒ１と、第２領域ｒ２と、第３領域ｒ３と、を含む。第２領域ｒ２は、第２方向Ｄ２において第１領域ｒ１と離間する。第２方向Ｄ２は、第１方向と交差する。第２方向Ｄ２は、例えば、Ｘ軸方向としても良い。第２方向Ｄ２は、Ｘ軸方向から若干傾斜しても良い。第３領域ｒ３は、第１領域ｒ１と第２領域ｒ２との間に設けられる。

第１半導体層１０は、第１導電形である。一方、第２半導体層２０は、第２導電形である。例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でもよい。以下の例においては、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形である。

発光層３０は、光（発光光）を放出する。発光層３０は、第２領域ｒ２と、金属層６０と、の間に設けられる。発光層３０は、第２方向Ｄ２と交差する第１側面３１を含む。

第２半導体層２０は、発光層３０と、金属層６０と、の間に設けられる。第２半導体層２０は、第２方向Ｄ２と交差する第２側面２１を含む。

第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０には、例えば、窒化物半導体が用いられる。

第１半導体層１０として、例えば、ｎ形不純物を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料が用いられる。ｎ形不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｎの少なくともいずれかが用いられる。第２半導体層２０としては、例えば、ｐ形不純物を含むＧａＮ系材料が用いられる。ｐ形不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣの少なくともいずれかが用いられる。

第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０を含む積層体１００は、例えば、エピタキシャル成長により形成される。成長用基板には、例えば、シリコン基板が用いられる。成長用基板には、ＳｉＯ_２、石英、サファイア、ＧａＮ、ＳｉＣ及びＧａＡsのいずれかを用いても良い。成長用基板の面方位は任意である。

第１電極４０は、第１領域ｒ１と、金属層６０と、の間に設けられる。第１電極４０は、第１領域ｒ１と金属層６０とに電気的に接続される。第１電極４０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含む。第１電極４０の少なくとも第１領域ｒ１に対向する面４０ａは、光反射性である。

第２電極５０は、第２半導体層２０と電気的に接続される。第２電極５０は、第３領域ｒ３と金属層６０との間に設けられた第１部分５１と、第２領域ｒ２と金属層６０との間に設けられ第１部分５１と連続した第２部分５２と、を含む。第２電極５０は、例えば、銀（Ａｇ）を含む。第２電極の少なくとも第２半導体層２０に対向する面５０ａは、光反射性である。

第２電極５０は、例えば、リフトオフ法を用いて形成される。第２電極５０としては、例えば、ＡｇまたはＡｇ系合金の膜が、蒸着法を用いて、約２００ｎｍ程度形成される。第２電極５０は、リフトオフ後に、約３００℃の窒素雰囲気下で１分間、または、約３００℃の酸素窒素混合雰囲気下で１分間熱処理することで、第２電極５０と第２半導体層２０との間のコンタクト抵抗が減少する。

第１電極４０は、第１領域ｒ１と電気的に接続される第１導電部分４１を含む。第１電極４０は、第１導電部分４１と金属層６０との間に設けられた第２導電部分４２を含む。第２導電部分４２は、金属層６０と電気的に接続される。本例の場合、第１導電部分４１を第１方向Ｄ１に対して垂直な平面（例えばＸＹ平面）に投影したときの投影像の外縁が、第２導電部分４２をＸＹ平面に投影したときの投影像の外縁と重なる。第１導電部分４１と第２導電部分４２とは一体的に形成されていてもよい。

具体的には、第２半導体層２０と発光層３０の一部を、例えば、ドライエッチング法を用いて除去し、第１半導体層１０を露出させる。第１半導体層１０が露出した領域（第１領域ｒ１）に、第１電極４０の第１導電部分４１を、例えば、リフトオフ法を用いて形成する。第１導電部分４１としては、例えば、Ａｌ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉの積層膜が、蒸着法を用いて、約３００ｎｍ程度形成される。第１導電部分４１は、リフトオフ後に、例えば、約４００℃の窒素雰囲気下で１分間熱処理することで、第１導電部分４１と第１半導体層１０との間のコンタクト抵抗が減少する。

第２導電部分４２は、例えば、リフトオフ法を用いて、第１導電部分４１に対して連続的に形成される。第２導電部分４２としては、例えば、Ｔｉ／Ａｌの積層膜が、蒸着法を用いて、約７００ｎｍ程度形成される。

絶縁層８０は、第１部分５１と第３領域ｒ３との間と、第２電極５０と第１側面３１との間と、に設けられた第１絶縁部分８１を含む。絶縁層８０は、第２電極５０と金属層６０との間と、第２電極５０と第１電極４０との間と、に設けられた第２絶縁部分８２を含む。絶縁層８０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２など）を含む。

第１絶縁部分８１としては、例えば、ＳｉＯ_２の膜が、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法を用いて、約４００ｎｍ程度形成される。第２絶縁部分８２は、例えば、ＳｉＯ_２の膜が、プラズマＣＶＤ法を用いて、約６００ｎｍ程度形成される。

第２半導体層２０は、第２電極５０と電気的に接続された接続部分２２と、接続部分２２と第２方向Ｄ２に並ぶ非接続部分２３と、を含む。非接続部分２３は、第１方向Ｄ１に対して垂直な平面（例えばＸＹ平面）に投影したときに、接続部分２２と第３領域ｒ３との間に設けられる。図１に表すように、第１絶縁部分８１は、第２電極５０と、非接続部分２３と、の間に延在していてもよい。

上記において、第１領域ｒ１と第３領域ｒ３とは隣接している。第１領域ｒ１には、第１電極４０が配置される。第３領域ｒ３には、第２電極５０の第１部分５１が配置される。これを図１のＺＸ断面で見ると、第２電極５０は第１電極４０の側面近傍に延在している。

金属層６０は、接合金属層である。金属層６０としては、例えば、金-すず（Ａｕ-Ｓｕ）系のはんだが用いられる。

図１の例において、積層体１００にはメサ形の凹部１１が形成されている。凹部１１は、第２半導体層２０から第１半導体層１０に向けて形成されている。凹部１１により露出した第１半導体層１０の領域には、第１電極４０が電気的に接続される。第２電極５０は、凹部１１に形成された第１半導体層１０の側面に沿って第１電極４０の側面近傍に延在する。

ここで、第１電極４０の第１領域ｒ１に対向する面４０ａの光反射率は、第２電極５０の第２半導体層２０に対向する面５０ａの光反射率よりも低い。面４０ａを含む部分は例えばＡｌまたはＡｌ系合金である。面５０ａを含む部分は例えばＡｇまたはＡｇ系合金である。一般に、Ａｌの光反射率は、Ａｇの光反射率よりも低い。なお、第２電極５０の第１絶縁部分８１に対向する面を含む部分についても、面５０ａを含む部分と同様にＡｇまたはＡｇ系合金であることが望ましい。このように、発光層３０から放出される発光光に対して、比較的高反射のＡｇ面を多く配置する。これにより、高効率にすることが可能となる。

半導体発光素子１１０は、金属膜９０をさらに備えていてもよい。金属膜９０は、第２電極５０と、第２絶縁部分８２と、の間に設けられる。金属膜９０は、例えば、保護金属層（バリアメタル）ともいう。金属膜９０は、第２絶縁部分８２を形成するときに第２電極５０の反射特性を損なわないために形成される。金属膜９０は、第２電極５０と第２半導体層２０との間のオーミック性を損なわないために形成される。金属膜９０は、例えば、チタン（Ｔｉ）及びタングステン（Ｗ）の少なくともいずれかを含む。

発光層３０から放出される発光光のピーク波長に対する金属膜９０の光反射率は、ピーク波長に対する第２電極５０の光反射率よりも低い。ピーク波長とは、発光光のエネルギー最大のときの波長である。また、金属膜９０は、例えば、リフトオフ法を用いて形成される。金属膜９０としては、例えば、ＴｉＷ／Ｐｔ／ＴｉＷ／Ｐｔの積層膜を、例えば、スパッタ法を用いて約３００ｎｍ程度形成するようにしてもよい。

半導体発光素子１１０は、基体７０をさらに備えていてもよい。金属層６０は、第１半導体層１０と基体７０との間に配置される。基体７０は、例えば、導電性である。基体７０は、絶縁性であってもよい。基体７０としては、例えば、厚さが６２５μｍのシリコン（Ｓｉ）基板が用いられる。

なお、本明細書において、電気的に接続された状態は、複数の導体が直接する状態を含む。電気的に接続された状態は、複数の導体の間に別の導体が配置されその複数の導体の間に電流が流れる状態を含む。

第１参考例として、例えば、第２電極５０に第１部分５１が設けられない構造がある。反射性の第２電極５０は、第２半導体層２０と金属層６０との間にだけ設けられる。この場合には、第１電極４０と第２電極５０との間に位置する領域に反射層が存在しない。このため、発光層３０から放出された発光光において、光取り出し効率が低い。

第２参考例として、第１電極４０を絶縁層８０を介して第２電極５０の側面まで延在させる構造がある。このとき、半導体層とのコンタクト抵抗を考慮して、第１電極４０としてＡｌを用い、第２電極５０としてＡｇを用いる。Ａｌの反射率はＡｇの反射率よりも低いため、第２参考例においては、光取り出し効率の点で不十分である。

本実施形態では、第１電極４０よりも高反射の第２電極５０を第１電極４０の側面近傍まで延在させている。これにより、光反射率の高いＡｇの面積が拡大できる。実施形態によれば、高効率の半導体発光素子を提供できる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
図２に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１１は、積層体１００と、第１電極４３と、第２電極５０と、金属層６０と、絶縁層８０と、金属膜９０と、を含む。積層体１００は、第１導電形の第１半導体層１０と、第２導電形の第２半導体層２０と、発光層３０と、を含む。

第１電極４３の少なくとも第１領域ｒ１に対向する面４３ａは、光反射性である。第１電極４３は、第１導電部分４４を含む。第１電極４３は、第１導電部分４４と金属層６０との間に設けられた第２導電部分４５を含む。第１導電部分４４を第１方向Ｄ１に対して垂直な平面（例えばＸＹ平面）に投影したときの外縁は、第２導電部分４５をＸＹ平面に投影したときの外縁の外に位置する。より具体的には、第１電極４３は、図２のＺＸ断面が「Ｔ」の字の形状になっており、第１導電部分４４が第１領域ｒ１及び第３領域ｒ３に電気的に接続される。

第１の実施形態と同様に、第１電極４３の第１領域ｒ１に対向する面４３ａの光反射率は、第２電極５０の第２半導体層２０に対向する面５０ａの光反射率よりも低い。面４３ａを含む部分は例えばＡｌまたはＡｌ系合金である。面５０ａを含む部分は例えばＡｇまたはＡｇ系合金である。第２電極５０の第１絶縁部分８１に対向する面を含む部分についても、面５０ａを含む部分と同様にＡｇまたはＡｇ系合金であることが望ましい。このように、発光層３０から放出される発光光に対して、比較的高反射のＡｇ面を多く配置する。これにより、高効率にすることが可能となる。

前述の参考例１、２において、第２電極５０の端部（側面）を覆う金属膜（バリアメタル）９０は、素子表面側に露出した状態となる。このため、露出した金属膜９０により発光層３０から放出される発光光が吸収され、光反射率を低減させてしまう可能性がある。

本実施形態において、第２電極５０は、第１部分５１と連続した第３部分５３をさらに含む。第３部分５３と第２部分５２との間に第１部分５１が配置される。第３部分５３は、第１導電部分４４と金属層６０との間に延在する。図２に表すように、第１導電部分４４をＸＹ平面に投影したときの投影像が、第２電極５０の第３部分５３をＸＹ平面に投影したときの投影像と重なる。つまり、本実施形態では、第２電極５０の第３部分５３を覆う金属膜９０が露出しないように、第１方向Ｄ１に対して、第１電極４３の第１導電部分４４が第２電極５０の第３部分５３に重なるように形成されている。

このように、本実施形態によれば、比較的高反射の第２電極を第１電極の側面近傍まで延在させ、さらに、第１電極により金属膜（バリアメタル）の露出を防止することができる。これにより、光反射率を高め、さらに光吸収を抑制することができる。これにより、より高効率な半導体発光素子を提供することができる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
本実施形態に係る半導体発光素子１１１ａは、第１電極４６と、金属層６０と、を含む。金属層６０は、面状部分６１を含む。金属層６０は、面状部分６１から延在し第１電極４６に電気的に接続される中間部分６２を含む。面状部分６１は、第１方向Ｄ１に対して垂直な面（例えばＸＹ平面）に沿って配置される。中間部分６２は、面状部分６１と第１電極４６との間に設けられ、第１方向Ｄ１を含む平面に投影したときに第１半導体層１０の一部と重なる。

図２の例では、第１導電部分４４及び第２導電部分４５を含む第１電極４３を用いた。第１電極４３は、断面「Ｔ」の字の形状としている。本例では、平板状の第１電極４６を用いる。第１電極４６の材料及び形状は、例えば、第１導電部分４４の材料及び形状と同じとしてもよい。第１電極４６は、例えば、Ａｌを含み、少なくとも第１領域ｒ１に対向する面４６ａが反射性とされる。

第１電極４６と、中間部分６２とが電気的に接続される。中間部分６２は、面状部分６１と一体的に設けてもよい。面状部分６１及び中間部分６２は、同じ材料、あるいは、略同特性の材料を用いることが好ましい。また、第１電極４６の材料と中間部分６２の材料とが異なる場合、第１電極４６の保護のためにバリアメタル層(図示せず)を設けることが好ましい。

（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
図４は、第２の実施形態において基体７０が絶縁性の場合の構造を示す。

本実施形態に係る半導体発光素子１１２は、第１電極４３と電気的に接続される第１パッド６３をさらに備える。第１パッド６３を第１方向Ｄ１に対して垂直な平面（例えばＸＹ平面）に投影したときに、第１パッド６３の投影像は、金属層６０をＸＹ平面に投影したときの投影像と重なり、第１半導体層１０をＸＹ平面に投影したときの投影像とは重ならない。すなわち、第１パッド６３は、積層体１００の外側に配置され、金属層６０を介して第１電極４３と電気的に接続される。

具体的には、絶縁層８０の一部を除去し、金属層６０を露出させる。露出させた金属層６０の上に第１パッド６３を、例えば、リフトオフ法を用いて形成する。第１パッド６３としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層体が、蒸着法を用いて、約５００ｎｍ程度形成される。

半導体発光素子１１２は、第２電極５０と電気的に接続される第２パッド９１をさらに備える。第２パッド９１を第１方向Ｄ１に対して垂直な平面（例えばＸＹ平面）に投影したときに、第２パッド９１の投影像は、金属層６０をＸＹ平面に投影したときの投影像と重なり、第１半導体層１０をＸＹ平面に投影したときの投影像とは重ならない。すなわち、第２パッド９１は、積層体１００の外側に配置され、金属膜９０を介して第２電極５０と接続される。

具体的には、絶縁層８０の一部を除去し、金属膜９０を露出させる。露出させた金属膜９０の上に第２パッド９１を、例えば、リフトオフ法を用いて形成する。第２パッド９１としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層体が、蒸着法を用いて、約５００ｎｍ程度形成される。

第２パッド９１の形状は、例えば、多角形（四角形以上）、円形、または、扁平円などである。第２パッド９１には、例えば、ボンディングワイヤが接続される。

第１半導体層１０は、発光層３０の側の第１面１３と、第１面１３とは反対側の第２面１４と、第２面１４に設けられた凹凸１２と、を有していてもよい。凹凸１２の凸部の第２方向Ｄ２の幅Ｗは、発光層３０から放出される発光光のピーク波長以上である。発光光のピーク波長は、例えば、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。但し、実施形態において、ピーク波長は任意である。

なお、積層体１００の側壁１５には、保護膜である側壁絶縁層８３が形成される。側壁絶縁層８３としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２など）の膜が、スパッタ法を用いて形成される。

（第５の実施形態）
図５は、第５の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
図５は、第２の実施形態において基体７０が導電性の場合の構造を示す。

本実施形態に係る半導体発光素子１１３は、第３電極７１をさらに備える。基体７０は、金属層６０と第３電極７１との間に配置される。第１電極４３（図２）は、金属層６０及び導電性の基体７０を介して第３電極７１に電気的に接続される。

半導体発光素子１１３は、第２電極５０と電気的に接続される第２パッド９１をさらに備える。第２パッド９１を第１方向Ｄ１に対して垂直な平面（例えばＸＹ平面）に投影したときに、第２パッド９１の投影像は、金属層６０をＸＹ平面に投影したときの投影像と重なり、第１半導体層１０をＸＹ平面に投影したときの投影像とは重ならない。すなわち、第２パッド９１は、積層体１００の外側に配置され、金属膜９０を介して第２電極５０と接続される。

基体７０を研削して、例えば、厚さを約２００μｍとする。基体７０の研削面に第３電極７１が形成される。第３電極７１としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜が、蒸着法を用いて、約５００ｎｍ程度形成される。

第１半導体層１０は、発光層３０の側の第１面１３と、第１面１３とは反対側の第２面１４と、第２面１４に設けられた凹凸１２と、を有していてもよい。凹凸１２の凸部の第２方向Ｄ２の幅Ｗは、発光層３０から放出される発光光のピーク波長以上である。

ここで、図４及び図５において、第１半導体層１０は、第２方向Ｄ２において第１領域ｒ１と離間した第４領域ｒ４と、第１領域ｒ１と第４領域ｒ４との間に設けられた第５領域ｒ５と、をさらに含んでいてもよい。第１領域ｒ１は、第３領域ｒ３と第５領域ｒ５との間に設けられる。つまり、第１半導体層１０は、第２方向Ｄ２に並ぶ第４領域ｒ４と第５領域ｒ５とをさらに含む。第１領域ｒ１は、第３領域ｒ３と第５領域ｒ５との間に設けられる。第５領域ｒ５は、第１領域ｒ１と第４領域ｒ４との間に設けられる。

発光層３０は、第４領域ｒ４と金属層６０との間に設けられ第２方向Ｄ２と交差する第３側面３２を含む。第２半導体層２０は、発光層３０と金属層６０との間に設けられ第２方向Ｄ２と交差する第４側面２４を含む。

第２電極５０は、第５領域ｒ５と金属層６０との間に設けられた第４部分５４と、第４領域ｒ４と金属層６０との間に設けられ第４部分５４と連続した第５部分５５と、を含む。

絶縁層８０は、第４部分５４と第５領域ｒ５との間と、第２電極５０と第３側面３２との間と、に設けられた第３絶縁部分８４と、第２電極５０と金属層６０との間と、第２電極５０と第１電極４０との間と、に設けられた第４絶縁部分８５と、を含む。

すなわち、第１領域ｒ１を中心として、第２領域ｒ２及び第３領域ｒ３を含む積層構造と、第４領域ｒ４及び第５領域ｒ５を含む積層構造とが対称に配置される。

第３領域ｒ３は、第２方向Ｄ２に対して傾斜する第５側面１００ａを含む。第５領域ｒ５は、第２方向Ｄ２に対して傾斜する第６側面１００ｂを含む。すなわち、積層体１００にはメサ形の凹部１１が形成され、凹部１１に対して、絶縁層８０、第１電極４３、第２電極５０、金属膜９０、金属層６０及び基体７０が形成される。

以下、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の例について説明する。

図６は、第５の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
成長用基板１０１の上に、バッファ層（図示せず）を形成し、バッファ層の上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０がこの順で順次形成される(ステップＳ１)。これらの層の形成には、例えば、有機金属気相堆積（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition: ＭＯＣＶＤ）法、有機金属気相成長（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法、及び、ハライド気相エピタキシー法(ＨＶＰＥ)法などを用いることができる。これらの層は、エピタキシャル成長される。成長用基板１０１には、例えば、シリコン、サファイア、スピネル、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＯ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣなどの基板が用いられる。なお、以下のステップでは、成長用基板１０１の記載を省略する。

第１半導体層１０の一部と、発光層３０の一部と、第２半導体層２０の一部と、をメサ形に除去し凹部１１を形成する。これにより、メサ形の凹部１１が設けられた積層体１００が形成される。この除去の加工においては、例えば、ドライエッチングの一つであるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）が用いられる。このＲＩＥにおいては、例えば、塩素を含むガスが用いられる。第１半導体層１０の露出した一部領域には、第１電極４３の第１導電部分４４が、例えば、リフトオフ法を用いて形成される（ステップＳ２）。第１導電部分４４としては、例えば、Ａｌ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉの積層膜が、蒸着法を用いて、約３００ｎｍ程度形成される。第１導電部分４４は、リフトオフ後に、例えば、約４００℃程度の窒素雰囲気下で１分間熱処理することで、第１導電部分４４と第１半導体層１０との間のコンタクト抵抗が減少する。

第１導電部分４４が形成された積層体１００に対して、絶縁層８０の第１絶縁部分８１が形成される（ステップＳ３）。第１絶縁部分８１は、例えば、熱ＣＶＤ法、スパッタ法、または、ＳＯＧ（Spin On Glass）法などを用いて、凹部１１を含む全面に形成される。第１絶縁部分８１は、例えば、ＳｉＯ_２の膜により形成される。膜の厚さは、例えば、約４００ｎｍである。第１絶縁部分８１の一部８１ａを除去し、第２半導体層２０の一部領域を露出させる。

第１絶縁部分８１に対して、第２電極５０が形成される（ステップＳ４）。このとき、第２半導体層２０の露出した一部領域と、第２電極５０とを電気的に接続する。第２電極５０は、例えば、リフトオフ法により形成される。第２電極５０としては、例えば、ＡｇまたはＡｇ系合金の膜が、蒸着法を用いて、約２００ｎｍ程度形成される。第２電極５０は、リフトオフ後に、約３００℃の窒素雰囲気下で１分間、または、約３００℃の酸素窒素混合雰囲気下で１分間熱処理することで、第２電極５０と第２半導体層２０との間のコンタクト抵抗が減少する。

第２電極５０に対して、金属膜９０が形成される（ステップＳ５）。金属膜９０は、例えば、リフトオフ法を用いて形成される。金属膜９０としては、例えば、ＴｉＷ／Ｐｔ／ＴｉＷ／Ｐｔの積層膜が、スパッタ法を用いて、約３００ｎｍ程度形成される。

金属膜９０に対して、絶縁層８０の第２絶縁部分８２が形成される（ステップＳ６）。第２絶縁部分８２は、例えば、プラズマＣＶＤ法などを用いて、凹部１１を含む全面に形成される。第２絶縁部分８２は、例えば、ＳｉＯ_２の膜により形成される。膜の厚さは、例えば、約６００ｎｍである。第２絶縁部分８２の一部と、第１絶縁部分８１の一部とを含む部分８２ａを除去し、第１導電部分４４の一部領域を露出させる。

第１導電部分４４の露出した一部領域に対して、第１電極４３の第２導電部分４５が形成される（ステップＳ７）。第２導電部分４５は、例えば、リフトオフ法により形成される。第２導電部分４５としては、例えば、Ｔｉ／Ａｌの積層膜が、蒸着法を用いて、約７００ｎｍ程度形成される。このとき、図示しない第１中間金属層として、例えば、Ｔｉ／Ａｕの積層膜が、蒸着法を用いて、第２導電部分４５と第２絶縁部分８２を含む全面に約１５０ｎｍ程度形成され、加工体１０２とされる。

加工体１０２に対して、図示しない第２中間金属層が設けられた基体７０が接合される（ステップＳ８）。これら第１中間金属層と第２中間金属層とが接合されて金属層６０とされる。基体７０には、例えば、厚さが約６２５μｍ程度のＳｉ基板が用いられる。第２中間金属層には、例えば、Ａｕ-Ｓｎ系のはんだが用いられる。加工体１０２の第１中間金属層と、基体７０の第２中間金属層とを対向させ、これらの中間金属層により基体７０と加工体１０２とを接合する。接合は、例えば、熱圧着により行われる。

成長用基板１０１（図示せず）を除去し、素子を分離する（ステップＳ９）。成長用基板１０１として、サファイア基板を用いる場合には、例えば、レーザリフトオフ法が用いられる。成長用基板１０１として、Ｓｉ基板が用いる場合には、例えば、研削及びドライエッチングにより除去する。これらの方法を組み合わせて実施しても良い。例えば、レーザリフトオフ法を用いる場合、レーザ光を照射して半導体層のＧａＮの一部を分解し、成長用基板１０１と半導体層（素子）とを分離する。

第１半導体層１０の第２面（表面）１４には、例えば、ドライエッチング法を用いて、凹凸１２が形成される（ステップＳ１０）。

ステップＳ１０において、積層体１００の第２面１４及び側壁１５には、側壁保護膜である側壁絶縁層８３が、例えば、スパッタ法を用いて形成される。側壁絶縁層８３の一部を除去し、第１半導体層１０の第２面１４を露出させる。露出した第２面１４に凹凸１２が形成される。

また、側壁絶縁層８３の一部と、絶縁層８０（第１絶縁部分８１）の一部と、を除去し金属膜９０を露出させる。露出した金属膜９０の上に、第２パッド９１が、例えば、リフトオフ法を用いて形成される。第２パッド９１としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層体が、蒸着法を用いて、約５００ｎｍ程度形成される。

基体７０を研削して、例えば、厚みを約２００μｍとする。基体７０の研削面に第３電極７１が形成される。第３電極７１は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜が、蒸着法を用いて、約５００ｎｍ程度形成される。

以上により、第５の実施形態（図５）に係る半導体発光素子１１３が製造される。なお、第４の実施形態に係る半導体発光素子１１２の製造方法についても基本的な流れは同様である。

図７は、第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
本実施形態では、図３に表した第１電極４６及び金属層６０の構造を採用した。本実施形態において、図６のステップＳ１〜ステップＳ５までは同じ工程であるため、記載を省略する。なお、第１電極４６は、図３に表したように、例えば、平板状である。第１電極４６は、例えば、Ａｌを含み、少なくとも第１半導体層１０に対向する面４６ａが反射性とされる。

金属膜９０に対して、絶縁層８０の第２絶縁部分８２が形成される（ステップＳ１１）。第２絶縁部分８２は、例えば、プラズマＣＶＤ法などを用いて、凹部１１を含む全面に形成される。第２絶縁部分８２は、例えば、ＳｉＯ_２の膜により形成される。膜の厚さは、例えば、約６００ｎｍである。

第２絶縁部分８２の一部と、第１絶縁部分８１の一部とを含む部分８２ａを除去し、第１電極４６の一部領域を露出させる（ステップＳ１２）。

第１電極４６の露出した一部領域を含む第２絶縁部分８２に対して、金属層６０が形成される（ステップＳ１３）。金属層６０は、図３に表したように、面状部分６１と中間部分６２とを含む。第１電極４６と中間部分６２とが電気的に接続される。

以下、図６の例と同様であるが、成長用基板１０１（図示せず）を除去し、素子を分離する（ステップＳ１４）。例えば、レーザリフトオフ法を用いる場合、レーザ光を照射して半導体層のＧａＮの一部を分解し、成長用基板１０１と半導体層（素子）とを分離する。

第１半導体層１０の第２面（表面）１４には、例えば、ドライエッチング法を用いて、凹凸１２が形成される（ステップＳ１５）。

ステップＳ１５において、積層体１００の第２面１４及び側壁１５には、側壁保護膜である側壁絶縁層８３が、例えば、スパッタ法を用いて形成される。側壁絶縁層８３の一部を除去し、第１半導体層１０の第２面１４を露出させる。露出した第２面１４に凹凸１２が形成される。

実施形態によれば、高効率な半導体発光素子が提供できる。

本明細書において「窒化物半導体」とは、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、第１半導体層、発光層、第２半導体層、第１電極、第２電極及び絶縁層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した具体例を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

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…第１半導体層、１１…凹部、１２…凹凸、１３…第１面、１４…第２面、１５…側壁、２０…第２半導体層、２１…第２側面、２２…接続部分、２３…非接続部分、２４…第４側面、３０…発光層、３１…第１側面、３２…第３側面、４０、４３、４６…第１電極、４０ａ、４３ａ、４６ａ、５０ａ…面、４１、４４…第１導電部分、４２、４５…第２導電部分、５０…第２電極、５１〜５５…第１〜第５部分、６０…金属層、６１…面状部分、６２…中間部分、６３…第１パッド、７１…第３電極、７０…基体、８０…絶縁層、８１…第１絶縁部分、８１ａ…一部、８２…第２絶縁部分、８２ａ…部分、８３…側壁絶縁層、８４…第３絶縁部分、８５…第４絶縁部分、９０…金属膜、９１…第２パッド、１００…積層体、１００ａ…第５側面、１００ｂ…第６側面、１０１…成長用基板、１０２…加工体、１１０、１１１、１１１ａ、１１２、１１３…半導体発光素子

Claims

金属層と、
前記金属層と第１方向に離間した第１導電形の第１半導体層であって、
第１領域と、
前記第１方向と交差する第２方向において前記第１領域と離間した第２領域と、
前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、
を含む第１半導体層と、
前記第２領域と前記金属層との間に設けられ前記第２方向と交差する第１側面を含む発光層と、
前記発光層と前記金属層との間に設けられ前記第２方向と交差する第２側面を含む第２導電形の第２半導体層と、
前記第１領域と前記金属層との間に設けられ前記第１領域と前記金属層とに電気的に接続された第１電極と、
前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極であって、
前記第３領域と前記金属層との間に設けられた第１部分と、
前記第２領域と前記金属層との間に設けられ前記第１部分と連続した第２部分と、
を含む第２電極と、
絶縁層であって、
前記第１部分と前記第３領域との間と、前記第２電極と前記第１側面との間と、に設けられた第１絶縁部分と、
前記第２電極と前記金属層との間と、前記第２電極と前記第１電極との間と、に設けられた第２絶縁部分と、
を含む絶縁層と、
を備えた半導体発光素子。
前記第１電極は、前記第１領域に対向する面を有し、
前記第２電極は、前記第２半導体層に対向する面を有し、
前記第２電極の前記面の光反射率は、前記第１電極の前記面の光反射率よりも高い請求項１記載の半導体発光素子。
前記第１電極の前記面を含む部分は、アルミニウムを含み、
前記第２電極の前記面を含む部分は、銀を含む請求項２記載の半導体発光素子。
前記第２電極と前記第２絶縁部分との間に設けられた金属膜をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
前記発光層から放出される発光光のピーク波長に対する前記第２電極の光反射率は、前記ピーク波長に対する前記金属膜の光反射率よりも高い請求項４記載の半導体発光素子。
前記金属膜は、チタン及びタングステンの少なくともいずれかを含む請求項４または５に記載の半導体発光素子。
前記第２半導体層は、
接続部分と、
前記第１方向に対して垂直な平面に投影したときに、前記接続部分と前記第３領域との間に設けられる非接続部分と、
を含み、
前記第１絶縁部分は、前記第２電極と前記第２部分との間に延在する請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
前記第１電極は、
第１導電部分と、
前記第１導電部分と前記金属層との間に設けられた第２導電部分と、
を含み、
前記第１方向に対して垂直な平面に投影したときの前記第１導電部分の外縁は、前記平面に投影したときに前記第２導電部分の外縁と重なる請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
前記第１電極は、
第１導電部分と、
前記第１導電部分と前記金属層との間に設けられた第２導電部分と、
を含み、
前記第１方向に対して垂直な平面に投影したときの前記第１導電部分の外縁は、前記平面に投影したときの前記第２導電部分の外縁の外に位置する請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
前記第２電極は、前記第１部分と連続した第３部分をさらに含み、
前記第３部分と前記第２部分との間に前記第１部分が配置され、
前記第３部分は、前記第１導電部分と前記金属層との間に延在する請求項９記載の半導体発光素子。
前記金属層は、
前記第１方向に対して垂直な面に沿う面状部分と、
前記面状部分と前記第１電極との間に設けられ前記第１方向を含む平面に投影したときに前記第１半導体層の一部と重なる中間部分と、
を含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
基体をさらに備え、
前記第１半導体層と前記基体との間に前記金属層が配置される請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
前記第１電極と電気的に接続される第１パッドをさらに備え、
前記第１方向に対して垂直な平面に投影したときに、前記第１パッドは、前記金属層と重なり、前記第１半導体層と重ならない請求項１２記載の半導体発光素子。
前記第２電極と電気的に接続される第２パッドをさらに備え、
前記平面に投影したときに、前記第２パッドは、前記金属層と重なり、前記第１半導体層と重ならない請求項１３記載の半導体発光素子。
第３電極をさらに備え、
前記金属層と前記第３電極との間に前記基体が配置され、
前記基体は、導電性であり、
前記第１電極は、前記金属層及び前記基体を介して前記第３電極に電気的に接続されている請求項１２記載の半導体発光素子。
前記第２電極と電気的に接続される第２パッドをさらに備え、
前記第１方向に対して垂直な平面に投影したときに、前記第２パッドは、前記金属層と重なり、前記第１半導体層と重ならない請求項１５記載の半導体発光素子。
前記第１半導体層は、
前記第２方向において前記第１領域と離間した第４領域と、
前記第１領域と前記第４領域との間に設けられた第５領域と、
をさらに含み、
前記第３領域と前記第５領域との間に前記第１領域が設けられ、
前記発光層は、前記第４領域と前記金属層との間に設けられ前記第２方向と交差する第３側面を含み、
前記第２半導体層は、前記発光層と前記金属層との間に設けられ前記第２方向と交差する第４側面を含み、
前記第２電極は、
前記第５領域と前記金属層との間に設けられた第４部分と、
前記第４領域と前記金属層との間に設けられ前記第４部分と連続した第５部分と、
を含み、
前記絶縁層は、
前記第４部分と前記第５領域との間と、前記第２電極と前記第３側面との間と、に設けられた第３絶縁部分と、
前記第２電極と前記金属層との間と、前記第２電極と前記第１電極との間と、に設けられた第４絶縁部分と、
を含む請求項１〜１６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
前記第３領域は、前記第１方向に対して傾斜したる第５側面を含み、
前記第５領域は、前記第１方向に対して傾斜した第６側面を含む請求項１７記載の半導体発光素子。
前記第１半導体層は、
前記発光層に対向する第１面と、
前記第１面とは反対側の第２面と、
前記第２面に設けられた凹凸と、
を有し、
前記凹凸の凸部の前記第２方向の幅は、前記発光層から放出される発光光のピーク波長以上である請求項１〜１８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
前記絶縁層は、酸化シリコンを含む請求項１〜１９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。