JP2017055092A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光取り出し効率の高い半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体発光素子１１０は、金属層２０と、第１〜第３半導体層１１〜１３と、第１電極５１と、第１絶縁層６０とを含む。第１半導体層１１は、第１〜第３半導体領域１１ａ、１１ｂ、１１ｃを含む。第１電極５１は、第１、第２電極部分５１ａ、５１ｂを含む。第１絶縁層６０は、第２電極部分５１ｂと第３半導体領域１１ｃとの間に設けられた第１絶縁部分６０ａを含む。第１電極部分５１ａの第１厚さｔ１は、第２電極部分５１ｂの第２厚さｔ２よりも厚い。第１電極部分５１ａは、金属層２０に対向する第１面ｓ１を含む。第２電極部分５１ｂは、第１面ｓ1と連続し金属層２０に対向する第２面ｓ２を含む。金属層２０は、第１面ｓ１及び第２面ｓ２に対向する第３面ｓ３を含む。第１面ｓ１及び第２面ｓ２のそれぞれは、第３面ｓ３に対して平行である。
【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、光取り出し効率の向上が求められている。

特開２０１４−４１８８６号公報

本発明の実施形態は、光取り出し効率の高い半導体発光素子を提供する。

本発明の実施形態によれば、金属層と、第１半導体層と、第２半導体層と、第３半導体層と、第１電極と、第１絶縁層と、を含む半導体発光素子が提供される。前記第１半導体層は、第１導電形である。前記第１半導体層は、前記金属層と第１方向に離間する。前記第１半導体層は、第１半導体領域と、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１半導体領域と並ぶ第２半導体領域と、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間の第３半導体領域と、を含む。前記第２半導体層は、第２導電形である。前記第２半導体層は、前記第２半導体領域と前記金属層との間に設けられる。前記第３半導体層は、前記第２半導体領域と前記第２半導体層との間に設けられる。前記第１電極は、前記金属層と前記第１半導体領域との間、及び、前記金属層と前記第３半導体領域との間に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続される。前記第１電極は、第１電極部分と、第２電極部分と、を含む。前記第１電極部分は、前記第１方向において前記第１半導体領域と重なる。前記第２電極部分は、前記第１方向において前記第３半導体領域と重なる。前記第１絶縁層は、第１絶縁部分を含む。前記第１絶縁部分は、前記第２電極部分と前記第３半導体領域との間に設けられる。前記第１電極部分の第１厚さは、前記第２電極部分の第２厚さよりも厚い。前記第１電極部分は、前記金属層に対向する第１面を含む。前記第２電極部分は、前記第１面と連続し前記金属層に対向する第２面を含む。前記金属層は、前記第１面及び前記第２面に対向する第３面を含む。前記第１面及び前記第２面のそれぞれは、前記第３面に対して平行である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の一部を例示する模式的断面図である。 参考例に係る半導体発光素子の一部を例示する模式的断面図である。 図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第２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。 図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第２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。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２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（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の一部を例示する模式的断面図である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部ＡＰを拡大して示している。

本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、金属層２０と、基体３０と、第１半導体層１１と、第２半導体層１２と、第３半導体層１３と、第１電極５１と、第２電極５２と、第１絶縁層６０と、第２絶縁層７０と、を含む。
この例においては、ｐ側パッド及びｎ側パッドの図示を省略する。

基体３０としては、シリコン（Ｓｉ）またはサファイアなどの半導体基板が用いられる。基体３０は、例えば、導電性である。金属層２０は、基体３０の上に設けられる。金属層２０には、例えば、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫と金を含む合金、または、錫とニッケルを含む合金などが用いられる。

第１半導体層１１は、第１導電形である。第１半導体層１１は、第１方向において金属層２０と離間する。第１半導体層１１は、第１半導体領域１１ａと、第１方向と交差する第２方向において第１半導体領域１１ａと並ぶ第２半導体領域１１ｂと、第１半導体領域１１ａと第２半導体領域１１ｂとの間の第３半導体領域１１ｃと、を含む。

第２半導体層１２は、第２導電形である。第２半導体層１２は、第２半導体領域１１ｂと金属層２０との間に設けられる。

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形でも良い。以下の例では、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形とする。

第１方向は、例えば、Ｚ軸方向とする。Ｚ軸方向は、第２半導体層１２と第１半導体層１１とが積層される方向である。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。第２方向は、例えば、Ｘ軸方向である。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な１つの方向をＹ軸方向とする。

第３半導体層１３は、第２半導体領域１１ｂと第２半導体層１２との間に設けられる。第３半導体層１３は、例えば、活性層を含む。第３半導体層１３は、例えば、発光部である。

第１半導体層１１、第２半導体層１２及び第３半導体層１３は、積層体１０に含まれる。積層体１０は、Ｘ−Ｙ平面に広がっている。積層体１０は、メサ形状の凸部１０ａを含む。凸部１０ａは、第２半導体領域１１ｂの一部、第３半導体層１３及び第２半導体層１２を含む。積層体１０には、Ｘ軸方向において凸部１０ａと並ぶ凹部１０ｂが設けられている。これらの凸部１０ａ及び凹部１０ｂは、メサの段差構造を構成する。

第１半導体層１１、第２半導体層１２及び第３半導体層１３は、例えば、窒化物半導体を含む。第１半導体層１１には、例えば、ｎ形不純物を含むＧａＮ層が用いられる。ｎ形不純物には、Ｓｉ、Ｏ、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｎの少なくともいずれかが用いられる。第１半導体層１１は、例えば、ｎ側コンタクト層を含む。第２半導体層１２には、例えば、ｐ形不純物を含むＧａＮ層が用いられる。ｐ形不純物には、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣの少なくともいずれかが用いられる。第２半導体層１２は、例えば、ｐ側コンタクト層を含む。

第１電極５１は、金属層２０と第１半導体領域１１ａとの間、及び、金属層２０と第３半導体領域１１ｃとの間に設けられる。第１電極５１は、第１半導体領域１１ａと電気的に接続される。第１電極５１は、第１電極部分５１ａと、第２電極部分５１ｂと、を含む。第１電極部分５１ａは、Ｚ軸方向において第１半導体領域１１ａと重なる。第２電極部分５１ｂは、Ｚ軸方向において第３半導体領域１１ｃと重なる。重なるとは、例えば、Ｚ軸方向と直交する平面に投影したときに、少なくとも一部が重なる状態をいう。第１電極５１は、例えば、ｎ電極である。第１電極５１には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム系合金及びこれら金属を含む積層構造膜などの光反射性の材料が用いられる。

第２電極５２は、第２半導体層１２と金属層２０との間に設けられている。第２電極５２は、第２半導体層１２と電気的に接続される。第２電極５２は、金属層２０と電気的に接続される。第２電極５２は、例えば、ｐ電極である。第２電極５２には、例えば、銀（Ａｇ）または銀系合金などの光反射性の材料が用いられる。

第１電極５１の光反射率は、金属層２０の光反射率よりも高い。第２電極５２の光反射率は、金属層２０の光反射率よりも高い。光反射率とは、例えば、第３半導体層１３から放出される発光光のピーク波長における光反射率である。ピーク波長とは、光強度が最大となるときの波長である。

本明細書において、電気的に接続されている状態は、第１導体と第２導体とが直接接している状態を含む。さらに、電気的に接続されている状態は、第１導体と第２導体との間に第３導体が挿入されて、第３導体を介して第１導体と第２導体の間に電流が流れる状態を含む。重なる状態は、Ｚ軸方向と直交する平面（Ｘ−Ｙ平面）上に投影したときに、少なくとも一部が重なる状態を含む。

第１絶縁層６０は、第１絶縁部分６０ａを含む。第１絶縁部分６０ａは、第２電極部分５１ｂと第３半導体領域１１ｃとの間に設けられる。第１絶縁層６０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、または、酸窒化シリコンなどを含む。

第２絶縁層７０は、第１電極５１と金属層２０との間に設けられている。第２絶縁層７０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、または、酸窒化シリコンなどを含む。

第２絶縁層７０と金属層２０との間、及び、第２電極５２と金属層２０との間にバリアメタル８０が設けられる。バリアメタル８０は、光反射性であることが好ましい。バリアメタル８０には、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、チタンと白金を含む合金、銀、または、銀系合金などが用いられる。

基体３０は、バリアメタル８０及び金属層２０を介して第２電極５２と電気的に接続される。基体３０は、金属層２０と裏面電極４０との間に設けられている。裏面電極４０は、基体３０、金属層２０及びバリアメタル８０を介して第２電極５２と電気的に接続される。

半導体発光素子１１０は、ＬＥＤである。第３半導体層１３から放出された光（発光光）は、半導体発光素子１１０の外部に出射される。第３半導体層１３の発光光は、第２電極５２及び第１電極５１で反射される。第１半導体層１１の表面が、光出射面となる。

上記において、基体３０は、裏面電極４０の上に設けられる。金属層２０は、基体３０の上に設けられる。バリアメタル８０は、金属層２０の上に設けられる。第２絶縁層７０及び第２電極５２のそれぞれは、バリアメタル８０の上に設けられる。第１電極５１は、第２絶縁層７０の上に設けられる。第１電極５１は、第１電極部分５１ａと、第２電極部分５１ｂと、を含む。第１絶縁層６０は、第２電極部分５１ｂの上に設けられる。第２半導体層１２は、第２電極５２の上に設けられる。第３半導体層１３は、第２半導体層１２の上に設けられる。第１半導体層１１は、第３半導体層１３の上と、第１絶縁層６０の上と、第１電極部分５１ａの上と、にそれぞれ設けられる。

実施形態においては、第１絶縁層６０の第１絶縁部分６０ａは、第３半導体領域１１ｃと第２電極部分５１ｂとの間に設けられている。第１電極５１は、凹部１０ｂの略全体に渡って設けられている。第１電極部分５１ａの第１厚さｔ１は、第２電極部分５１ｂの第２厚さｔ２よりも厚い。

第１電極５１は、金属層２０に対向する面ＢＳ１を含む。面ＢＳ１は、例えば、第１電極５１の下面である。第１電極部分５１ａは、第１面ｓ１を含む。第１面ｓ１は、金属層２０に対向する。第２電極部分５１ｂは、第２面ｓ２を含む。第２面ｓ２は、第１面ｓ１と連続し、金属層２０に対向する。面ＢＳ１は、第１面ｓ１及び第２面ｓ２を含む。金属層２０は、第３面ｓ３を含む。第３面ｓ３は、第１面ｓ１及び第２面ｓ２に対向する。第１面ｓ１及び第２面ｓ２のそれぞれは、第３面ｓ３に対して平行である。

第３面ｓ３の上には、バリアメタル８０及び第２絶縁層７０が設けられる。これらバリアメタル８０及び第２絶縁層７０は、第３面ｓ３に対して平行である。第１電極部分５１ａ及び第２電極部分５１ｂは、第２絶縁層７０の上に設けられている。第１面ｓ１及び第２面ｓ２のそれぞれは、第３面ｓ３に対して平行となる。ここで、平行とは、厳密な平行だけではなく、例えば、製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に平行であれば良い。

すなわち、第１面ｓ１と第２面ｓ２とは面一である。ここで、面一とは、厳密な面一だけではなく、例えば、製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に面一であれば良い。

例えば、第１厚さｔ１と第２厚さｔ２との差の絶対値は、第１絶縁部分６０ａの第３厚さｔ３の０．８倍以上１．２倍以下である。第２厚さｔ２は、第３厚さｔ３よりも厚い。

メサ深さが、例えば、１．５マイクロメートル（μｍ）の場合、第１厚さｔ１は、例えば、１．５マイクロメートル（μｍ）以上２．５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、第１厚さｔ１は、約２．０μｍである。
第２厚さｔ２は、例えば、１．０μｍ以上、２．０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、例えば、１．２μｍ以上、１．６μ以下である。
第３厚さｔ３は、例えば、０．２μｍ以上、１．０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、例えば、０．４μｍ以上、０．８μｍ以下である。

実施形態においては、第１距離ｄ１は、第１電極部分５１ａと金属層２０との間のＺ軸方向に沿った距離である。第２距離ｄ２は、第２電極部分５１ｂと金属層２０との間のＺ軸方向に沿った距離である。より具体的には、第１距離ｄ１は、金属層２０の面ＢＳ２（例えば、金属層２０の下面）から第１電極部分５１ａの第１面ｓ１までの距離である。第２距離ｄ２は、金属層２０の面ＢＳ２から第２電極部分５１ｂの第２面ｓ２までの距離である。

第１距離ｄ１は、例えば、第２距離ｄ２の０．８倍以上、１．２倍以下である。第１距離ｄ１は、例えば、第２距離ｄ２と実質的に等しいことが好ましい。第１距離ｄ１を第２距離ｄ２の０．８倍以上１．２倍以下とすることで、密着性の向上を図ることが可能となる。

第１電極５１は、第１半導体領域１１ａに対向する第４面ｓ４を含む。第４面ｓ４は、例えば、第１電極５１の上面である。第４面ｓ４は、例えば、第１半導体領域１１ａと接する面である。第４面ｓ４の反対の側には、面ＢＳ１、すなわち、第１面ｓ１及び第２面ｓ２が設けられている。第１面ｓ１及び第２面ｓ２は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理などにより、平坦化されている。

第１面ｓ１及び第２面ｓ２は、第２絶縁層７０に対して、実質的に平行であり、凹凸の少ない平坦（スムーズ）な面である。すなわち、第１面ｓ１と第２面ｓ２とは実質的に面一である。このため、第１電極５１と第２絶縁層７０との間において段差を低減することができる。

実施形態においては、第１半導体層１１は、さらに、第２半導体領域１１ｂと第３半導体領域１１ｃとの間の第４半導体領域１１ｄを含む。第２電極部分５１ｂは、Ｚ軸方向において第４半導体領域１１ｄと重なる。すなわち、第１電極５１が第２半導体層１２の下まで延在している。このため、第３半導体層１３の発光光をロスなく反射させることができる。

より具体的には、第２半導体層１２は、第１延在部１２ａを含む。第１延在部１２ａは、第４半導体領域１１ｄと金属層２０との間に延在する。第３半導体層１３は、第２延在部１３ａを含む。第２延在部１３ａは、第４半導体領域１１ｄと第１延在部１２ａとの間に延在する。第２電極部分５１ｂは、Ｚ軸方向において第２半導体層１２と重なる。第１絶縁層６０は、第２絶縁部分６０ｂをさらに含む。第２絶縁部分６０ｂは、第２電極部分５１ｂと第１延在部１２ａとの間、及び、第２電極部分５１ｂと第２延在部１３ａとの間に設けられている。

第１延在部１２ａは、第１側面ｓｓ１を含む。第１側面ｓｓ１は、Ｚ軸方向に対して傾斜する。第２電極部分５１ｂは、第２側面ｓｓ２を含む。第２側面ｓｓ２は、Ｚ軸方向に対して傾斜する。第２絶縁部分６０ｂは、第１側面ｓｓ１と第２側面ｓｓ２との間に設けられている。第２側面ｓｓ２は、第２絶縁部分６０ｂを介して第１側面ｓｓ１に対向している。

さらに、第２絶縁部分６０ｂは、第２電極部分５１ｂと第４半導体領域１１ｄとの間に延在してもよい。

さらに、第２絶縁部分６０ｂは、第１絶縁部分６０ａと連続していてもよい。

図２は、参考例に係る半導体発光素子の一部を例示する模式的断面図である。
参考例に係る半導体発光素子１９９は、凹部１０ｂの一部に、ｎ電極として、厚さ２μｍ程度の第１電極５８が設けられている。この第１電極５８により、凹部１０ｂの表面に大きな段差が生じる。段差を有する表面に第２絶縁層７９及びバリアメタル８９が形成される。第２絶縁層７９とバリアメタル８９とが形成された段差部において品質の悪い界面が生じる。このような界面においては、密着性が悪く、剥離などが発生し易くなる。これにより、光取り出し効率を低下させる場合がある。

また、第１電極５８による大きな段差は、第２絶縁層７９及びバリアメタル８９に、スリット及びボイドを発生させる。スリット及びボイドによってリークパスＬｐ１が形成される。金属層２９の金属（Ｓｎなど）が、リークパスＬｐ１を介して、第２絶縁層７９、バリアメタル８９、または第２電極５９に拡散することがある。

例えば、バリアメタル８９及び第２電極５９に、銀または銀系合金が用いられている場合には、金属層２９から拡散された金属が、銀を変質させる。銀の変質は、光取り出し効率を低下させる場合がある。

すなわち、第１電極５８による段差は、光取り出し効率を低下させる原因となる。

これに対して、本実施形態（図１）によれば、第１絶縁部分６０ａは、第３半導体領域１１ｃと第２電極部分５１ｂとの間に設けられている。第１電極部分５１ａの第１厚さｔ１は、第２電極部分５１ｂの第２厚さｔ２よりも厚い。第１電極部分５１ａは、第１面ｓ１を含む。第１面ｓ１は、金属層２０に対向する。第２電極部分５１ｂは、第２面ｓ２を含む。第２面ｓ２は、第１面ｓ１と連続し、金属層２０に対向する。金属層２０は、第３面ｓ３を含む。第３面ｓ３は、第１面ｓ１及び第２面ｓ２に対向する。第１面ｓ１及び第２面ｓ２のそれぞれは、第３面ｓ３に対して実質的に平行である。第１面ｓ１と第２面ｓ２とは実質的に面一である。これにより、第１電極５１の面ＢＳ１が平坦化される。

すなわち、第１電極５１は、凹部１０ｂの略全体に渡って設けられている。第１電極５１の面ＢＳ１が第２絶縁層７０及びバリアメタル８０に対して平坦化されている。これにより、第１電極５１の段差が低減される。このため、第２絶縁層７０及びバリアメタル８０の密着性が良好となり、剥離などの発生を抑制することができる。第２絶縁層７０及びバリアメタル８０のそれぞれにおけるリークパスＬｐ１の発生を抑制することができる。

これにより、光取り出し効率を向上させることができる。

さらに、参考例の半導体発光素子１９９の場合、第１電極５８による大きさ段差は、接合後の金属層２９においてボイドＢｄ１を発生させることがある。ボイドＢｄ１の発生は、例えば、金属層２９における接合剥がれなどを発生させ、歩留まりを低下させる。すなわち、第１電極５８による大きな段差は、歩留まりを低下させ、生産性を悪化させる原因ともなる。

これに対して、本実施形態によれば、上記のように第１電極５１による段差が低減される。このため、金属層２０におけるボイドの発生を抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させ、生産性を高めることができる。

さらに、参考例の半導体発光素子１９９の場合、第１電極５８と第２電極５９との間には、加工合わせ精度の関係で、数μｍ程度の間隔ｃ１が必要となる。この間隔ｃ１には、第１電極５８が存在しない。このため、間隔ｃ１では第３半導体層１３の発光光を反射させることができず、間隔ｃ１に入射する発光光はロスになっている。このため、光取り出し効率が低下してしまう。

これに対して、本実施形態においては、第１半導体層１１は、さらに、第２半導体領域１１ｂと第３半導体領域１１ｃとの間の第４半導体領域１１ｄを含む。第２電極部分５１ｂは、Ｚ軸方向において第４半導体領域１１ｄと重なる。つまり、第１電極５１が第２半導体層１２の下まで延在している。図２の参考例と比べ、第２電極部分５１ｂと第２電極５２との間のＸ軸方向における距離ｄ３が短くなっている。距離ｄ３は、例えば、０．５μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。第１電極５１で反射させた反射光Ｌ１は、第１半導体層１１の上部から取り出すことができる。

すなわち、第２半導体層１２は、第４半導体領域１１ｄに延在する第１延在部１２ａを含む。第１延在部１２ａは、第１側面ｓｓ１を含む。第１側面ｓｓ１は、Ｚ軸方向に対して傾斜する。第２電極部分５１ｂは、第２側面ｓｓ２を含む。第２側面ｓｓ２は、Ｚ軸方向に対して傾斜し、第２絶縁部分６０ｂを介して第１側面ｓｓ１に対向している。このように、第２電極部分５１ｂの第２側面ｓｓ２を傾斜させることで、第３半導体層１３の発光光を、第２側面ｓｓ２で効率的に反射させることができる。

これにより、第３半導体層１３の発光光を、第１電極５１でロスなく反射させることができる。これにより、光取り出し効率をより高めることができる。

さらに、第１電極５１を凹部１０ｂの略全体に渡って設けることで、第１電極５１と第２電極５２との間における位置合わせを行う必要がなくなる。

なお、第１電極５１による段差を低減するためには、第１電極５１の厚さを薄くすることが考えられる。しかし、この場合、第１電極５１における電流密度が低くなるため、好ましくない。

これに対して、本実施形態においては、第１電極５１の厚さを薄くすることなく、第１電極５１の面積を大きくしている。これにより、第１電極５１における電流密度を高めることができる。

第１の実施形態の別の例について説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第２電極５２は、第２半導体層１２に対向する第５面ｓ５と、金属層２０に対向する第６面ｓ６と、を有する。

第１電極部分５１ａと金属層２０との間のＺ軸方向に沿った第１距離ｄ１は、第２電極５２と金属層２０との間のＺ軸方向に沿った距離ｄ４の０．８倍以上１．２倍以下である。第１距離ｄ１は、例えば、第１電極部分５１ａの第１面ｓ１と金属層２０の面ＢＳ２との間の距離である。距離ｄ４は、例えば、第２電極５２の第６面ｓ６と金属層２０の面ＢＳ２との間の距離である。

第２電極部分５１ｂと金属層２０との間のＺ軸方向に沿った第２距離ｄ２は、第２電極５２と金属層２０との間のＺ軸方向に沿った距離ｄ４の０．８倍以上１．２倍以下である。第２距離ｄ２は、例えば、第２電極部分５１ｂの第２面ｓ２と金属層２０の面ＢＳ２との間の距離である。

第１電極５１の第１面ｓ１及び第２面ｓ２と、第２電極５２の第６面ｓ６と、が実質的に面一であることが好ましい。これにより、第１電極５１と第２電極５２との間においても段差が低減される。

上記において、第５面ｓ５の面積を、第４面ｓ４の面積よりも大きくすることがより好ましい。第４面ｓ４を含む部分には、例えば、アルミニウムが用いられる。第５面ｓ５を含む部分には、例えば、銀が用いられる。一般に、銀の光反射率は、アルミニウムの光反射率よりも高い。このため、第５面ｓ５の面積を大きくすることで、光取り出し効率をより高めることができる。

（第２の実施形態）
図３（ａ）〜図３（ｄ）、図４（ａ）〜図４（ｄ）、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２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。

図３（ａ）に示すように、成長用基板９０の下に、バッファ層（図示せず）を形成し、バッファ層の上（図３（ａ）では下）に、第１半導体層１１となる第１半導体膜１１ｆを形成する。第１半導体膜１１ｆの上（図３（ａ）では下）に、第３半導体層１３となる第３半導体膜１３ｆを形成する。第３半導体膜１３ｆの上（図３（ａ）では下）に、第２半導体層１２となる第２半導体膜１２ｆを形成する。これにより、積層膜１０ｆが得られる。

これらの膜の形成においては、例えば、エピタキシャル結晶成長が行われる。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（Halide Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）法などが用いられる。

成長用基板９０には、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＡｌＯ_２、石英、サファイア、ＧａＮ、ＳｉＣ及びＧａＡsのいずれかの基板が用いられる。成長用基板９０には、それらを組み合わせた基板を用いても良い。成長用基板９０の面方位は任意である。

図３（ｂ）に示すように、積層膜１０ｆに、メサ形状の積層体１０を形成する。第２半導体膜１２ｆの一部と、第３半導体膜１３ｆの一部と、第１半導体膜１１ｆの一部と、を除去して、積層体１０を形成する。積層体１０は、第１半導体層１１、第２半導体層１２及び第３半導体層１３を含む。この除去の加工においては、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などが用いられる。このＲＩＥにおいては、例えば、塩素を含むガスが用いられる。積層体１０は、凸部１０ａ及び凹部１０ｂを含む。凸部１０ａは、第２半導体領域１１ｂの一部、第２半導体層１２及び第３半導体層１３を含む。凹部１０ｂには、第１半導体領域１１ａが含まれる。これにより、メサ段差構造の積層体１０が形成される。

図３（ｃ）に示すように、積層体１０の上（図３（ｃ）では下）に、第１絶縁層６０となる第１絶縁膜６０ｆを形成する。第１絶縁膜６０ｆとしては、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法、または、ＳＯＧ（Spin On Glass）法などが用いられる。第１絶縁膜６０ｆには、例えば、ＳｉＯ_２などの酸化シリコンが用いられる。

図３（ｄ）に示すように、第１絶縁膜６０ｆの一部が除去されて露出した第１半導体層１１の上（図３（ｄ）では下）に、ｎ側の第１電極５１を形成する。第１電極５１は、凹部１０ｂの略全体に渡って形成される。第１電極５１の面ＢＳ１（下面）には、例えば、ＣＭＰ処理などを行う。研磨剤、添加物、研磨剤の含有量、及び、添加物の濃度などが適切に設定される。このＣＭＰ処理により、第１電極５１の面ＢＳ１を平坦にすることができる。

図４（ａ）に示すように、第１電極５１が形成された積層体１０の上（図４（ａ）では下）に、第２絶縁層７０となる第２絶縁膜７０ｆが形成される。第２絶縁膜７０ｆとしては、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、または、ＳＯＧ法などが用いられる。第２絶縁膜７０ｆには、例えば、ＳｉＯ_２などの酸化シリコンが用いられる。

図４（ｂ）に示すように、第２絶縁膜７０ｆの一部が除去されて露出した第２半導体層１２の上（図４（ｂ）では下）に、ｐ側の第２電極５２を形成する。そしてさらに、第２電極５２及び第２絶縁層７０の上（図４（ｂ）では下）に、バリアメタル８０を形成する。バリアメタル８０には、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉの積層膜が用いられる。

図４（ｃ）に示すように、バリアメタル８０の上（図４（ｃ）では下）に、第１金属膜２０ａを形成する。また、予め準備された基体３０の上に、第２金属膜２０ｂを形成する。基体３０は、例えば、Ｓｉなどの支持基板である。第１金属膜２０ａと第２金属膜２０ｂとが接合されて金属層２０が形成される。第１金属膜２０ａ及び第２金属膜２０ｂのそれぞれには、ＡｕＳｎ合金、ＮｉＳｎ合金などが用いられる。

図４（ｄ）に示すように、第１半導体層１１から成長用基板９０が除去される。例えば、成長用基板９０がシリコン基板の場合は、除去には、研削及びドライエッチング（例えばＲＩＥ）などが用いられる。例えば、成長用基板９０がサファイア基板の場合は、除去には、ＬＬＯ（Laser Lift Off）などが用いられる。この例では、第１半導体層１１の表面が露出する。

図５（ａ）に示すように、第１半導体層１１の上面に、凹凸１１ｐを形成する。なお、凹凸１１ｐを設けることで、積層体１０から効率良く光を取り出すことができる。凹凸１１ｐの高さ（深さ）は、例えば、ピーク波長の０．５倍以上３０倍以下である。Ｚ軸方向に対して垂直な方向（例えばＸ軸方向でもよい）における凹凸１１ｐの凸の幅は、例えば、ピーク波長の０．５倍以上３０倍以下である。第３半導体層１３から放出される光の強度は、ピーク波長において実質的にピーク（最高）となる。

図５（ｂ）に示すように、積層体１０の分離処理（アイソレーション）を実施する。そしてさらに、凹凸１１ｐが形成された第１半導体層１１の上に、透明膜１０ｃを形成する。

図５（ｃ）に示すように、透明膜１０ｃの一部と、第１絶縁層６０の一部とを除去して第１電極５１の一部を露出させる。第２絶縁層７０及びバリアメタル８０の一部を除去して金属層２０を露出させる。そしてさらに、除去により露出した第１電極５１の領域の上に、ｎ側パッド５３を形成する。第１電極５１とｎ側パッド５３とは、電気的に接続される。除去により露出した金属層２０の領域の上に、ｐ側パッド５４を形成する。第２電極５２とｐ側パッド５４とは、金属層２０及びバリアメタル８０を介して電気的に接続される。

図５（ｄ）に示すように、基体３０（例えば、シリコン基板）の厚さを薄くする処理を行う。例えば、研削などの処理により基体３０の厚さを薄くする。これにより、熱容量を縮小することができる。そしてさらに、基体３０の下に、裏面電極４０を形成する。そしてさらに、ウェーハを所定の形状に分断する。これにより、半導体発光素子１１０が得られる。
上記の製造工程において、技術的に可能な範囲で、処理の順序を入れ替えても良い。適宜、アニール処理を行っても良い。

実施形態によれば、光取り出し効率の高い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、導電形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、金属層、第１半導体層、第２半導体層、第３半導体層、第１電極及び第１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半導体発光素子を基にして、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…積層体、 １０ａ…凸部、 １０ｂ…凹部、 １０ｃ…透明膜、 １１…第１半導体層、 １１ａ…第１半導体領域、 １１ｂ…第２半導体領域、 １１ｃ…第３半導体領域、 １１ｄ…第４半導体領域、 １１ｐ…凹凸、 １２…第２半導体層、 １２ａ…第１延在部、 １３…第３半導体層、 １３ａ…第２延在部、 ２０…金属層、 ２０ａ…第１金属膜、 ２０ｂ…第２金属膜、 ３０…基体、 ４０…裏面電極、 ５１…第１電極、 ５１ａ…第１電極部分、 ５１ｂ…第２電極部分、 ５２…第２電極、 ５３…ｎ側パッド、 ５４…ｐ側パッド、 ６０…第１絶縁層、 ６０ａ…第１絶縁部分、 ６０ｂ…第２絶縁部分、 ７０…第２絶縁層、 ８０…バリアメタル、 ９０…成長用基板、 １１０、１９９…半導体発光素子、 Ｌ１…反射光、 Ｌｐ１…リークパス、 Ｂｄ１…ボイド、 ＢＳ１、ＢＳ２…面、 ｃ１…間隔、 ｄ１、ｄ２…第１、第２距離、 ｄ３、ｄ４…距離、 ｓ１〜ｓ６…第１〜第６面、 ｔ１〜ｔ３…第１〜第３厚さ

Claims (20)

1. 金属層と、
   前記金属層と第１方向に離間し、第１半導体領域と、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１半導体領域と並ぶ第２半導体領域と、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間の第３半導体領域と、を含む第１導電形の第１半導体層と、
   前記第２半導体領域と前記金属層との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、
   前記第２半導体領域と前記第２半導体層との間に設けられた第３半導体層と、
   前記金属層と前記第１半導体領域との間、及び、前記金属層と前記第３半導体領域との間に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された第１電極であって、前記第１方向において前記第１半導体領域と重なる第１電極部分と、前記第１方向において前記第３半導体領域と重なる第２電極部分と、を含む第１電極と、
   前記第２電極部分と前記第３半導体領域との間に設けられた第１絶縁部分を含む第１絶縁層と、
   を備え、
   前記第１電極部分の第１厚さは、前記第２電極部分の第２厚さよりも厚く、
   前記第１電極部分は、前記金属層に対向する第１面を含み、
   前記第２電極部分は、前記第１面と連続し前記金属層に対向する第２面を含み、
   前記金属層は、前記第１面及び前記第２面に対向する第３面を含み、
   前記第１面及び前記第２面のそれぞれは、前記第３面に対して平行である、半導体発光素子。
2. 前記第１面と前記第２面とは面一である、請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記第１厚さと前記第２厚さとの差の絶対値は、前記第１絶縁部分の第３厚さの０．８倍以上１．２倍以下である、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
4. 前記第２厚さは、前記第３厚さよりも厚い、請求項３記載の半導体発光素子。
5. 前記第１厚さは、１．５マイクロメートル以上２．５マイクロメートル以下である、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厚さは、１．０マイクロメートル以上２．０マイクロメートル以下である、請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
7. 前記第３厚さは、０．２マイクロメートル以上１．０マイクロメートル以下である、請求項３または４に記載の半導体発光素子。
8. 前記第２半導体層と前記金属層との間に設けられ前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極をさらに備え、
   前記第１電極部分と前記金属層との間の前記第１方向に沿った第１距離は、前記第２電極と前記金属層との間の前記第１方向に沿った距離の０．８倍以上１．２倍以下である、請求項１記載の半導体発光素子。
9. 前記第２半導体層と前記金属層との間に設けられ前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極をさらに備え、
   前記第２電極部分と前記金属層との間の前記第１方向に沿った第２距離は、前記第２電極と前記金属層との間の前記第１方向に沿った距離の０．８倍以上１．２倍以下である、請求項１記載の半導体発光素子。
10. 前記第１電極は、前記第１半導体領域に対向する第４面を含み、
    前記第２電極は、前記第２半導体層に対向する第５面を含み、
    前記第５面の面積は、前記第４面の面積よりも大きい請求項８または９に記載の半導体発光素子。
11. 前記第２電極は、前記金属層と電気的に接続されている、請求項８〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
12. 前記第２電極の光反射率は、前記金属層の光反射率よりも高い、請求項８〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
13. 前記第１半導体層は、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との間の第４半導体領域をさらに含み、
    前記第２電極部分は、前記第１方向において前記第４半導体領域と重なる、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
14. 前記第１半導体層は、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との間の第４半導体領域をさらに含み、
    前記第２半導体層は、前記第４半導体領域と前記金属層との間に延在する第１延在部を含み、
    前記第３半導体層は、前記第４半導体領域と前記第１延在部との間に延在する第２延在部を含み、
    前記第２電極部分は、前記第１方向において前記第２半導体層と重なり、
    前記第１絶縁層は、前記第２電極部分と前記第１延在部との間、及び、前記第２電極部分と前記第２延在部との間に設けられた第２絶縁部分をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
15. 前記第１延在部は、前記第１方向に対して傾斜する第１側面を含み、
    前記第２電極部分は、前記第１方向に対して傾斜する第２側面を含み、
    前記第２絶縁部分は、前記第１側面と第２側面との間に設けられている、請求項１４記載の半導体発光素子。
16. 前記第２絶縁部分は、前記第２電極部分と前記第４半導体領域との間に延在する、請求項１５記載の半導体発光素子。
17. 前記第２絶縁部分は、前記第１絶縁部分と連続している、請求項１５または１６に記載の半導体発光素子。
18. 前記第１電極と前記金属層との間に設けられた第２絶縁層をさらに備えた請求項１〜１７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
19. 前記第１電極の光反射率は、前記金属層の光反射率よりも高い、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
20. 金属層と、
    前記金属層と第１方向に離間し、第１半導体領域と、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１半導体領域と並ぶ第２半導体領域と、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間の第３半導体領域と、を含む第１導電形の第１半導体層と、
    前記第２半導体領域と前記金属層との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、
    前記第２半導体領域と前記第２半導体層との間に設けられた第３半導体層と、
    前記金属層と前記第１半導体領域との間、及び、前記金属層と前記第３半導体領域との間に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された第１電極であって、前記第１方向において前記第１半導体領域と重なる第１電極部分と、前記第１方向において前記第３半導体領域と重なる第２電極部分と、を含む第１電極と、
    前記第２電極部分と前記第３半導体領域との間に設けられた第１絶縁部分を含む第１絶縁層と、
    を備え、
    前記第１電極部分の第１厚さは、前記第２電極部分の第２厚さよりも厚く、
    前記第１電極部分は、前記金属層と対向する第１面を含み、
    前記第２電極部分は、前記金属層と対向する第２面を含み、
    前記第１面と前記第２面とは面一である、半導体発光素子。
    

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