JP2019079979A - 半導体発光素子とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 多重反射膜が半導体発光素子から剥離しにくい半導体発光素子とその製造方法を提供することである。【解決手段】 発光素子１００は、第１面１１０ａに凹凸形状部１１１を有する凹凸基板１１０と、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の上の第１導電型の第１半導体層１３０と、第１半導体層１３０の上の発光層１４０と、発光層１４０の上の第２導電型の第２半導体層１５０と、第１半導体層１３０と発光層１４０と第２半導体層１５０との少なくとも一部を覆う第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３と、を有する。発光素子１００はフリップチップである。凹凸基板１１０の外周部では、凹凸形状部１１１が第１半導体層１３０に覆われずに露出する露出部を有する。第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３が凹凸形状部１１１の露出部の少なくとも一部を覆っている。【選択図】図３
Description
本明細書の技術分野は、フリップチップ型の半導体発光素子とその製造方法に関する。
半導体発光素子では、発光層の井戸層で電子と正孔とが再結合し、光が放出される。発光層から発せられた光は、基板の側の方向と、基板の反対側の方向と、その他の方向と、に向かって進行する。そのため、半導体発光素子には、基板の反対側に光取り出し面を有するフェイスアップ型の発光素子と、透光性基板の側に光取り出し面を有するフリップチップ型の発光素子と、がある。
フリップチップ型の発光素子のうちには、基板の反対側の面に反射層を有するものがある。基板の反対側の面に向かう光を基板の側に反射させるためである。例えば特許文献１では、透明電極５の上に多重反射膜８が設けられたフリップチップ型の半導体発光素子が開示されている（特許文献１の図２参照）。
このような多重反射膜（分布ブラッグ反射膜：ＤＢＲ）は、透明電極またはｐ型半導体層の上に形成されることが多い。しかし、このような多重反射膜は、半導体発光素子から剥がれてしまうおそれがある。
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。本明細書の技術が解決しようとする課題は、多重反射膜が半導体発光素子から剥離しにくい半導体発光素子とその製造方法を提供することである。
第１の態様における半導体発光素子は、第１面に凹凸形状部を有する凹凸基板と、凹凸基板の凹凸形状部の上の第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の上の発光層と、発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、第１半導体層と発光層と第２半導体層との少なくとも一部を覆う分布ブラッグ反射膜と、を有する。半導体発光素子はフリップチップである。凹凸基板の外周部では、凹凸形状部が第１半導体層に覆われずに露出する露出部を有する。分布ブラッグ反射膜が凹凸形状部の露出部の少なくとも一部を覆っている。
この半導体発光素子では、分布ブラッグ反射膜が半導体発光素子から剥離しにくい。分布ブラッグ反射膜が、凹凸基板の凹凸形状部の一部を覆っているからである。分布ブラッグ反射膜は、アンカー効果により凹凸基板の凹凸形状部に強く密着している。また、この半導体発光素子の光取り出し効率は高い。多重反射膜がｎ型半導体層の側面を覆っているためである。
本明細書では、多重反射膜が半導体発光素子から剥離しにくい半導体発光素子とその製造方法が提供されている。
以下、具体的な実施形態について、半導体発光素子とその製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本明細書の技術はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体発光素子の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みの比は、概念的に示したものであり、実際の厚みの比を示しているわけではない。
（第１の実施形態）
１．半導体発光素子
本実施形態の発光素子１００の概略構成を図１に示す。発光素子１００は、フリップチップ型の半導体発光素子である。
１．半導体発光素子
本実施形態の発光素子１００の概略構成を図１に示す。発光素子１００は、フリップチップ型の半導体発光素子である。
図１に示すように、発光素子１００は、凹凸基板１１０と、下地層１２０と、第１半導体層１３０と、発光層１４０と、第２半導体層１５０と、透明電極ＴＥ１と、ｐコンタクト電極Ｐ１と、第１のｐ配線電極Ｐ２と、第２のｐ配線電極Ｐ３と、ｐパッド電極ＰＡと、ｎコンタクト電極Ｎ１と、ｎ配線電極Ｎ２と、ｎパッド電極ＮＡと、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１と、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２と、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３と、を有する。
凹凸基板１１０は、第１面１１０ａと第２面１１０ｂとを有する。第１面１１０ａは、半導体層を形成するための主面である。第２面１１０ｂは、発光素子１００から外部に光を取り出すための光取り出し面である。凹凸基板１１０の第１面１１０ａは、凹凸形状部１１１を有する。凹凸形状部１１１の上には、半導体層が形成されている。第２面１１０ｂにも凹凸形状が形成されていてもよい。
下地層１２０は、凹凸基板１１０の第１面１１０ａの凹凸形状部１１１の上に形成された半導体層である。下地層１２０は、例えば、ｉ−ＧａＮである。下地層１２０は、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の上のバッファ層を含んでもよい。また、下地層１２０は、平坦な表面を有する。しかし、下地層１２０は、凹凸のある表面を有していてもよい。
第１半導体層１３０は、第１導電型の半導体層である。第１半導体層１３０は、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１より上層に配置されている。第１半導体層１３０は、例えば、ｎ型コンタクト層と、ｎ側静電耐圧層と、ｎ側超格子層と、を含む。ｎ型コンタクト層は、ｎコンタクト電極Ｎ１と接触している層である。第１半導体層１３０は、上記以外の構造であってもよい。例えば、ノンドープの半導体層を含んでもよい。
発光層１４０は、正孔と電子とが再結合することにより発光する半導体層である。発光層１４０は、第１半導体層１３０の上に形成されている。発光層１４０は、井戸層と障壁層とを有する。発光層１４０は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造である。
第２半導体層１５０は、第２導電型の半導体層である。第２半導体層１５０は、発光層１４０の上に形成されている。第２半導体層１５０は、例えば、ｐ側超格子層と、ｐ型コンタクト層と、を含む。ｐ型コンタクト層は、ｐコンタクト電極Ｐ１と電気的に接続されている層である。第２半導体層１５０は、上記以外の構造であってもよい。例えば、ノンドープの半導体層を含んでもよい。
透明電極ＴＥ１は、第２半導体層１５０のｐ型コンタクト層の上に形成されている。透明電極ＴＥ１の材質は、ＩＴＯである。また、ＩＴＯの他に、ＩＺＯ、ＩＣＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 等の透明な導電性酸化物を用いることができる。
ｐコンタクト電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１の上に形成されている。ｐコンタクト電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１を介して第２半導体層１５０のｐ型コンタクト層と電気的に接続されている。ｐコンタクト電極Ｐ１は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｉｎ等の金属を１層以上含む金属電極である。
第１のｐ配線電極Ｐ２は、ｐコンタクト電極Ｐ１の上に形成されている。第１のｐ配線電極Ｐ２は、透明電極ＴＥ１を介して第２半導体層１５０のｐ型コンタクト層と電気的に接続されている。第１のｐ配線電極Ｐ２は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｉｎ等の金属を１層以上含む金属電極である。
第２のｐ配線電極Ｐ３は、第１のｐ配線電極Ｐ２の上に形成されている。第２のｐ配線電極Ｐ３は、透明電極ＴＥ１を介して第２半導体層１５０のｐ型コンタクト層と電気的に接続されている。第２のｐ配線電極Ｐ３は、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｉｎ等の金属を１層以上含む金属電極である。
ｐパッド電極ＰＡは、第２のｐ配線電極Ｐ３の上に形成されている。ｐパッド電極ＰＡは、透明電極ＴＥ１等を介して第２半導体層１５０のｐ型コンタクト層と電気的に接続されている。ｐパッド電極ＰＡは、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｉｎ等の金属を１層以上含む金属電極である。
ｎコンタクト電極Ｎ１は、第１半導体層１３０の上に形成されている。ｎコンタクト電極Ｎ１は、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層と接触している。そのためもちろん、ｎコンタクト電極Ｎ１は、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層と電気的に接続されている。ｎコンタクト電極Ｎ１は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｉｎ等の金属を１層以上含む金属電極である。
ｎ配線電極Ｎ２は、ｎコンタクト電極Ｎ１の上に形成されている。ｎ配線電極Ｎ２は、ｎコンタクト電極Ｎ１と接触している。そのため、ｎ配線電極Ｎ２は、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層と電気的に接続されている。ｎ配線電極Ｎ２は、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｉｎ等の金属を１層以上含む金属電極である。
ｎパッド電極ＮＡは、ｎ配線電極Ｎ２の上に形成されている。ｎパッド電極ＮＡは、ｎ配線電極Ｎ２と接触している。そのため、ｎパッド電極ＮＡは、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層と電気的に接続されている。ｎパッド電極ＮＡは、例えば、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｉｎ等の金属を１層以上含む金属電極である。
第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１と、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２と、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３とについては、後述する。
２．分布ブラッグ反射膜
２−１．分布ブラッグ反射膜の構造
第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１と、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２と、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３とは、もちろん、発光層１４０から発せられた光を反射する分布ブラッグ反射膜である。第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１と、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２と、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３とは、例えば、ＳｉＯ2 とＴｉＯ2 とを繰り返し成膜した絶縁性多層膜である。材質については、上記以外のものであってもよい。
２−１．分布ブラッグ反射膜の構造
第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１と、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２と、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３とは、もちろん、発光層１４０から発せられた光を反射する分布ブラッグ反射膜である。第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１と、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２と、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３とは、例えば、ＳｉＯ2 とＴｉＯ2 とを繰り返し成膜した絶縁性多層膜である。材質については、上記以外のものであってもよい。
第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、透明電極ＴＥ１とｐコンタクト電極Ｐ１との間の接触箇所を除いて、透明電極ＴＥ１および各半導体層を覆っている。具体的には、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、透明電極ＴＥ１の表面と、下地層１２０と第１半導体層１３０と発光層１４０と第２半導体層１５０との側面と、を覆っている。もちろん、上記以外の箇所を覆ってもよい。つまり、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、下地層１２０と第１半導体層１３０と発光層１４０と第２半導体層１５０との少なくとも一部を覆っている。ただし、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、凹凸基板１１０の側面１１０ｃを覆っていない。
第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２は、ｐコンタクト電極Ｐ１とｎコンタクト電極Ｎ１とを絶縁するためのものである。そのため、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２は、ｐコンタクト電極Ｐ１と第１のｐ配線電極Ｐ２との間の接触箇所を除いて、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１およびｐコンタクト電極Ｐ１を覆っている。つまり、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２は、下地層１２０と第１半導体層１３０と発光層１４０と第２半導体層１５０との少なくとも一部を覆っている。ただし、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２は、凹凸基板１１０の側面１１０ｃを覆っていない。
第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、第１のｐ配線電極Ｐ２および第２のｐ配線電極Ｐ３と、ｎ配線電極Ｎ２と、を絶縁するためのものである。そのため、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、第１の配線電極Ｐ２と第２の配線電極Ｐ３との間の接触箇所と、ｎコンタクト電極Ｎ１とｎ配線電極Ｎ２との間の接触箇所と、を除いて、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２と第１の配線電極Ｐ２とｎコンタクト電極Ｎ１とを覆っている。つまり、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、下地層１２０と第１半導体層１３０と発光層１４０と第２半導体層１５０との少なくとも一部を覆っている。ただし、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、凹凸基板１１０の側面１１０ｃを覆っていない。
図２は、発光素子１００を電極側から視た図である。図２に示すように、凹凸基板１１０の第１面１１０ａの外周部Ｏ１では、凹凸形状部１１１が半導体層に覆われていない。そして、凹凸基板１１０の外周部Ｏ１では、凹凸形状部１１１が第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３に覆われている。
図３は、発光素子１００における凹凸基板１１０の周辺を示す断面図である。図３に示すように、凹凸基板１１０の外周部Ｏ１では、凹凸形状部１１１が下地層１２０に覆われずに露出している。凹凸形状部１１１は、外周部Ｏ１に半導体層に覆われずに露出する露出部Ｅ１を有する。第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の露出部Ｅ１の少なくとも一部を覆っている。つまり実際には、露出部Ｅ１は、半導体層には覆われていないが、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３には覆われている。第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、凹凸形状部１１１の凹凸に沿う形状で形成されている。
凹凸形状部１１１の凸部のピッチ間隔は、例えば、１μｍ以上５μｍ以下である。凹凸形状部１１１の凸部の高さは、例えば、１μｍ以上５μｍ以下である。外周部Ｏ１の幅は、例えば、５μｍ以上１５μｍ以下である。外周部Ｏ１の幅は、凹凸形状部１１１の凸部のピッチ間隔の２倍以上１０倍以下であるとよい。第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３と凹凸形状部１１１との間の密着性が高いからである。第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３の膜厚は、例えば、１μｍ以上５μｍ以下である。
２−２．分布ブラッグ反射膜の効果
第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１を覆っている。第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、凹凸形状部１１１の箇所でアンカー効果を得ている。そのため、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、凹凸基板１１０に緊密に密着している。したがって、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３が凹凸基板１１０から剥離するおそれはほとんどない。
第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１を覆っている。第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、凹凸形状部１１１の箇所でアンカー効果を得ている。そのため、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３は、凹凸基板１１０に緊密に密着している。したがって、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３が凹凸基板１１０から剥離するおそれはほとんどない。
また、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３が凹凸基板１１０を除く素子側面を覆っている。そのため、発光層１４０から発せられた光は、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３を含む分布ブラッグ反射膜により反射される。そのため、光取り出し面である第２面１１０ｂから、より多くの光が取り出される。
また、発光素子１００は、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を有する。第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、発光層１４０から発せられた光がｐコンタクト電極Ｐ１等の金属電極に吸収される前に、発光層１４０から発せられた光を第２面１１０ｂ（光取り出し面）の側に反射する。したがって、発光素子１００は、十分に明るい。
３．半導体発光素子の製造方法
この製造方法は、第１面に凹凸形状部を有する凹凸基板を準備する工程と、凹凸基板の凹凸形状部の上に第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、第１半導体層の上に発光層を形成する工程と、発光層の上に第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、第１半導体層と発光層と第２半導体層との少なくとも一部を覆う分布ブラッグ反射膜を形成する工程と、を有する。
この製造方法は、第１面に凹凸形状部を有する凹凸基板を準備する工程と、凹凸基板の凹凸形状部の上に第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、第１半導体層の上に発光層を形成する工程と、発光層の上に第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、第１半導体層と発光層と第２半導体層との少なくとも一部を覆う分布ブラッグ反射膜を形成する工程と、を有する。
ここで用いるキャリアガスとして、水素（Ｈ2 ）もしくは窒素（Ｎ2 ）もしくは水素と窒素との混合気体（Ｈ2 ＋Ｎ2 ）が挙げられる。後述する各工程において、特に言及がない場合には、これらのいずれを用いてもよい。窒素源として、アンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いる。Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＧ」）を用いる。Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＡ」）を用いる。Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＩ」）を用いる。ｎ型ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）を用いる。ｐ型ドーパントガスとして、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）を用いる。
３−１．基板準備工程
まず、凹凸基板１１０を準備する。凹凸基板１１０は、第１面１１０ａと第２面１１０ｂとを有する。凹凸基板１１０の第１面１１０ａには、凹凸形状部１１１が形成されている。そして、例えば、ＭＯＣＶＤ炉のチャンバーの内部のサセプターに凹凸基板１１０を配置する。
まず、凹凸基板１１０を準備する。凹凸基板１１０は、第１面１１０ａと第２面１１０ｂとを有する。凹凸基板１１０の第１面１１０ａには、凹凸形状部１１１が形成されている。そして、例えば、ＭＯＣＶＤ炉のチャンバーの内部のサセプターに凹凸基板１１０を配置する。
３−２．基板洗浄工程
次に、基板温度を１０００℃以上に加熱する。そして、水素ガスをチャンバーの内部に供給する。これにより、凹凸基板１１０の第１面１１０ａは洗浄されるとともに還元される。
次に、基板温度を１０００℃以上に加熱する。そして、水素ガスをチャンバーの内部に供給する。これにより、凹凸基板１１０の第１面１１０ａは洗浄されるとともに還元される。
３−３．下地層形成工程
次に、凹凸基板１１０の第１面１１０ａの上にバッファ層を形成する。そして、そのバッファ層の上に下地層１２０を形成する。下地層１２０は、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１を埋める。下地層１２０の表面は比較的平坦である。バッファ層は、例えば、低温ＡｌＮ層または低温ＧａＮ層である。下地層１２０は、例えば、ｉ−ＧａＮ層である。上記は例示であり、これ以外であってもよい。
次に、凹凸基板１１０の第１面１１０ａの上にバッファ層を形成する。そして、そのバッファ層の上に下地層１２０を形成する。下地層１２０は、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１を埋める。下地層１２０の表面は比較的平坦である。バッファ層は、例えば、低温ＡｌＮ層または低温ＧａＮ層である。下地層１２０は、例えば、ｉ−ＧａＮ層である。上記は例示であり、これ以外であってもよい。
３−４．第１半導体層形成工程
次に、下地層１２０の上に第１半導体層１３０を形成する。つまり、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の上に第１導電型の第１半導体層１３０を形成する。例えば、下地層１２０の上から、ｎ型コンタクト層、ｎ側静電耐圧層、ｎ側超格子層の順で半導体層を形成する。このときの基板温度は、９００℃以上１２００℃以下の範囲内である。
次に、下地層１２０の上に第１半導体層１３０を形成する。つまり、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の上に第１導電型の第１半導体層１３０を形成する。例えば、下地層１２０の上から、ｎ型コンタクト層、ｎ側静電耐圧層、ｎ側超格子層の順で半導体層を形成する。このときの基板温度は、９００℃以上１２００℃以下の範囲内である。
３−５．発光層形成工程
次に、第１半導体層１３０の上に発光層１４０を形成する。その際に、障壁層と井戸層とを交互に積層する。基板温度は、９００℃以上１２００℃以下の範囲内である。
次に、第１半導体層１３０の上に発光層１４０を形成する。その際に、障壁層と井戸層とを交互に積層する。基板温度は、９００℃以上１２００℃以下の範囲内である。
３−６．第２半導体層形成工程
次に、発光層１４０の上に第２導電型の第２半導体層１５０を形成する。例えば、発光層１４０から、ｐ側超格子層、ｐ型コンタクト層の順で半導体層を形成する。このときの基板温度は、８００℃以上１２００℃以下の範囲内である。
次に、発光層１４０の上に第２導電型の第２半導体層１５０を形成する。例えば、発光層１４０から、ｐ側超格子層、ｐ型コンタクト層の順で半導体層を形成する。このときの基板温度は、８００℃以上１２００℃以下の範囲内である。
３−７．透明電極形成工程
次に、第２半導体層１５０の上に透明電極ＴＥ１を形成する。具体的には、第２半導体層１５０のｐ型コンタクト層の上に透明電極ＴＥ１を形成する。その際、スパッタリング技術を用いてもよいし、蒸着技術を用いてもよい。
次に、第２半導体層１５０の上に透明電極ＴＥ１を形成する。具体的には、第２半導体層１５０のｐ型コンタクト層の上に透明電極ＴＥ１を形成する。その際、スパッタリング技術を用いてもよいし、蒸着技術を用いてもよい。
３−８．凹部形成工程
次に、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層の一部を露出させる。この露出箇所は、ｎコンタクト電極Ｎ１を形成するためのものである。
次に、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層の一部を露出させる。この露出箇所は、ｎコンタクト電極Ｎ１を形成するためのものである。
３−９．第１の分布ブラッグ反射膜形成工程（第１の絶縁膜形成工程）
次に、透明電極ＴＥ１の上に第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を形成する。その際、スパッタリング技術を用いてもよいし、蒸着技術を用いてもよい。
次に、透明電極ＴＥ１の上に第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を形成する。その際、スパッタリング技術を用いてもよいし、蒸着技術を用いてもよい。
３−１０．ｐコンタクト電極形成工程
次に、透明電極ＴＥ１の上にｐコンタクト電極Ｐ１を形成する。この段階では、透明電極ＴＥ１の表面を第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１が覆っている。そのため、マスクを用いたエッチング等により、ｐコンタクト電極Ｐ１の形成領域に凹部を形成する。そして、透明電極ＴＥ１の一部を露出させる。そして、透明電極ＴＥ１の露出箇所の上にｐコンタクト電極Ｐ１を形成する。
次に、透明電極ＴＥ１の上にｐコンタクト電極Ｐ１を形成する。この段階では、透明電極ＴＥ１の表面を第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１が覆っている。そのため、マスクを用いたエッチング等により、ｐコンタクト電極Ｐ１の形成領域に凹部を形成する。そして、透明電極ＴＥ１の一部を露出させる。そして、透明電極ＴＥ１の露出箇所の上にｐコンタクト電極Ｐ１を形成する。
３−１１．第２の分布ブラッグ反射膜形成工程（第２の絶縁膜形成工程）
次に、ｐコンタクト電極Ｐ１の上に第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２を形成する。その際、スパッタリング技術を用いてもよいし、蒸着技術を用いてもよい。
次に、ｐコンタクト電極Ｐ１の上に第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２を形成する。その際、スパッタリング技術を用いてもよいし、蒸着技術を用いてもよい。
３−１２．ｎコンタクト電極形成工程
次に、第１半導体層１３０の上にｎコンタクト電極Ｎ１を形成する。この段階では、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１および第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２が、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層の表面を覆っている。そこで、マスクを用いたエッチング等により、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の一部および第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２の一部を除去する。これにより、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層を露出させる。そして、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層の上にｎコンタクト電極Ｎ１を形成する。
次に、第１半導体層１３０の上にｎコンタクト電極Ｎ１を形成する。この段階では、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１および第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２が、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層の表面を覆っている。そこで、マスクを用いたエッチング等により、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の一部および第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２の一部を除去する。これにより、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層を露出させる。そして、第１半導体層１３０のｎ型コンタクト層の上にｎコンタクト電極Ｎ１を形成する。
３−１３．第１の配線電極形成工程
次に、ｐコンタクト電極Ｐ１の上に第１のｐ配線電極Ｐ２を形成する。そのために、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２の一部を除去して、ｐコンタクト電極Ｐ１を露出させる。上記のｎコンタクト電極形成工程の際に、第１のｐ配線電極Ｐ２の形成領域における第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２を除去してもよい。そして、露出させたｐコンタクト電極Ｐ１の上に第１のｐ配線電極Ｐ２を形成する。
次に、ｐコンタクト電極Ｐ１の上に第１のｐ配線電極Ｐ２を形成する。そのために、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２の一部を除去して、ｐコンタクト電極Ｐ１を露出させる。上記のｎコンタクト電極形成工程の際に、第１のｐ配線電極Ｐ２の形成領域における第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２を除去してもよい。そして、露出させたｐコンタクト電極Ｐ１の上に第１のｐ配線電極Ｐ２を形成する。
３−１４．素子区画工程（凹凸形状部露出工程）
次に、凹凸基板１１０の上の半導体層をチップサイズに区画する。そのために、エッチング技術等を用いるとよい。そして、下地層１２０と第１半導体層１３０と発光層１４０と第２半導体層１５０の一部を除去して凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１を露出させる。これにより、凹凸基板１１０の外周部Ｏ１において、凹凸形状部１１１の一部が露出する。つまり、露出部Ｅ１が露出する。
次に、凹凸基板１１０の上の半導体層をチップサイズに区画する。そのために、エッチング技術等を用いるとよい。そして、下地層１２０と第１半導体層１３０と発光層１４０と第２半導体層１５０の一部を除去して凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１を露出させる。これにより、凹凸基板１１０の外周部Ｏ１において、凹凸形状部１１１の一部が露出する。つまり、露出部Ｅ１が露出する。
３−１５．第３の分布ブラッグ反射膜形成工程（第３の絶縁膜形成工程）
次に、ｎコンタクト電極Ｎ１および第１のｐ配線電極Ｐ２の上に第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３を形成する。その際、スパッタリング技術を用いてもよいし、蒸着技術を用いてもよい。この工程では、下地層１２０と第１半導体層１３０と発光層１４０と第２半導体層１５０との少なくとも一部を覆う第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３を形成する。そして、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の露出部Ｅ１の少なくとも一部を覆うように第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３を形成する。なお、この工程においては、凹凸基板１１０の側面１１０ｃを第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３で覆わない。
次に、ｎコンタクト電極Ｎ１および第１のｐ配線電極Ｐ２の上に第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３を形成する。その際、スパッタリング技術を用いてもよいし、蒸着技術を用いてもよい。この工程では、下地層１２０と第１半導体層１３０と発光層１４０と第２半導体層１５０との少なくとも一部を覆う第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３を形成する。そして、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の露出部Ｅ１の少なくとも一部を覆うように第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３を形成する。なお、この工程においては、凹凸基板１１０の側面１１０ｃを第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３で覆わない。
３−１６．第２の配線電極形成工程
次に、第１のｐ配線電極Ｐ２の上に第２のｐ配線電極Ｐ３を形成する。また、ｎコンタクト電極Ｎ１の上にｎ配線電極Ｎ２を形成する。そのために、マスクを用いたエッチング等により、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３の一部を除去して、第１のｐ配線電極Ｐ２およびｎコンタクト電極Ｎ１を露出させる。そして、第１のｐ配線電極Ｐ２の上に第２のｐ配線電極Ｐ３を形成する。また、ｎコンタクト電極Ｎ１の上にｎ配線電極Ｎ２を形成する。
次に、第１のｐ配線電極Ｐ２の上に第２のｐ配線電極Ｐ３を形成する。また、ｎコンタクト電極Ｎ１の上にｎ配線電極Ｎ２を形成する。そのために、マスクを用いたエッチング等により、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３の一部を除去して、第１のｐ配線電極Ｐ２およびｎコンタクト電極Ｎ１を露出させる。そして、第１のｐ配線電極Ｐ２の上に第２のｐ配線電極Ｐ３を形成する。また、ｎコンタクト電極Ｎ１の上にｎ配線電極Ｎ２を形成する。
３−１７．パッド電極形成工程
次に、第２のｐ配線電極Ｐ３の上にｐパッド電極ＰＡを形成する。また、ｎ配線電極Ｎ２の上にｎパッド電極ＮＡを形成する。
次に、第２のｐ配線電極Ｐ３の上にｐパッド電極ＰＡを形成する。また、ｎ配線電極Ｎ２の上にｎパッド電極ＮＡを形成する。
３−１８．その他の工程
また、上記の工程の他、熱処理工程等、その他の工程を実施してもよい。以上により、図１の発光素子１００が製造される。
また、上記の工程の他、熱処理工程等、その他の工程を実施してもよい。以上により、図１の発光素子１００が製造される。
４．本実施形態の発光素子の明るさ
表１は、本実施形態の凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の一部を分布ブラッグ反射膜が覆っているか否かで明るさがどう変化するかを示している。表１の実施例１は、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３を有する発光素子１００の全放射束を示す。
表１は、本実施形態の凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の一部を分布ブラッグ反射膜が覆っているか否かで明るさがどう変化するかを示している。表１の実施例１は、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３を有する発光素子１００の全放射束を示す。
表１の実施例２は、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１が凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１を覆っている発光素子の全放射束を示す。実施例２では、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３に相当する膜は、分布ブラッグ反射膜ではない単なる絶縁性多層膜である。
表１の比較例では、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３に相当する膜が、すべて分布ブラッグ反射膜ではない単なる絶縁性多層膜である。
表１に示すように、いずれかの分布ブラッグ反射膜が、半導体層を覆うとともに凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１で固定されている場合には、発光素子の全放射束Ｐｏは、４％程度向上する。つまり、凹凸基板１１０の側面１１０ｃを除く素子側面をいずれかの分布ブラッグ反射膜が覆っていれば、全放射束Ｐｏは向上する。
［表１］
全放射束Ｐｏ
実施例１ １．０４
実施例２ １．０４
比較例 １．００
全放射束Ｐｏ
実施例１ １．０４
実施例２ １．０４
比較例 １．００
５．変形例
５−１．単なる絶縁性多層膜
本実施形態の発光素子１００は、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３の３層の分布ブラッグ反射膜を有する。しかし、３層の絶縁層のうち少なくとも１層が半導体層を覆う分布ブラッグ反射膜であり、その分布ブラッグ反射膜が凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の上に形成されていればよい。これにより、分布ブラッグ反射膜と凹凸基板１１０との間の密着性は向上し、発光素子の明るさも向上するからである。
５−１．単なる絶縁性多層膜
本実施形態の発光素子１００は、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１、第２の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ２、第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３の３層の分布ブラッグ反射膜を有する。しかし、３層の絶縁層のうち少なくとも１層が半導体層を覆う分布ブラッグ反射膜であり、その分布ブラッグ反射膜が凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の上に形成されていればよい。これにより、分布ブラッグ反射膜と凹凸基板１１０との間の密着性は向上し、発光素子の明るさも向上するからである。
５−２．絶縁性多層膜の積層構造
本実施形態では、絶縁性多層膜は３層ある。しかし、絶縁性多層膜は１層または２層であってもよい。また、４層以上であってもよい。その場合であっても、絶縁性多層膜のうちの少なくとも１層は、分布ブラッグ反射膜である。そして、その分布ブラッグ反射膜は、半導体層を覆うとともに外周部Ｏ１の凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１を覆っている。これにより、分布ブラッグ反射膜と凹凸基板１１０との間の密着性は向上し、発光素子の明るさも向上する。
本実施形態では、絶縁性多層膜は３層ある。しかし、絶縁性多層膜は１層または２層であってもよい。また、４層以上であってもよい。その場合であっても、絶縁性多層膜のうちの少なくとも１層は、分布ブラッグ反射膜である。そして、その分布ブラッグ反射膜は、半導体層を覆うとともに外周部Ｏ１の凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１を覆っている。これにより、分布ブラッグ反射膜と凹凸基板１１０との間の密着性は向上し、発光素子の明るさも向上する。
５−３．分布ブラッグ反射膜の膜厚
第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の総膜厚を第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３の総膜厚よりも厚くするとよい。つまり、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の総数を第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３の総数よりも多くするとよい。光が電極に吸収されることを好適に抑制できるからである。また、発光層１４０からの光をより効果的に反射することができるからである。
第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の総膜厚を第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３の総膜厚よりも厚くするとよい。つまり、第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の総数を第３の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ３の総数よりも多くするとよい。光が電極に吸収されることを好適に抑制できるからである。また、発光層１４０からの光をより効果的に反射することができるからである。
５−４．分布ブラッグ反射膜の積層順序
第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１等について、ＳｉＯ2 とＴｉＯ2 とを繰り返し積層する場合には、ＳｉＯ2 から先に形成するとよい。ＳｉＯ2 の屈折率が、ＴｉＯ2 の屈折率よりも小さいからである。
第１の分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１等について、ＳｉＯ2 とＴｉＯ2 とを繰り返し積層する場合には、ＳｉＯ2 から先に形成するとよい。ＳｉＯ2 の屈折率が、ＴｉＯ2 の屈折率よりも小さいからである。
５−５．半導体層の種類
本実施形態では、一例としてIII-V 族窒化物半導体を挙げて説明した。しかし、半導体層の種類は、III-V 族窒化物半導体に限らない。その他の種類の半導体材料であってもよい。
本実施形態では、一例としてIII-V 族窒化物半導体を挙げて説明した。しかし、半導体層の種類は、III-V 族窒化物半導体に限らない。その他の種類の半導体材料であってもよい。
５−６．積層構造
下地層１２０を形成することなく、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の上に第１導電型の第１半導体層１３０を直接形成してもよい。この場合であっても、凹凸基板１１０と発光層１４０との間に第１導電型の第１半導体層１３０が位置することに変わりない。
下地層１２０を形成することなく、凹凸基板１１０の凹凸形状部１１１の上に第１導電型の第１半導体層１３０を直接形成してもよい。この場合であっても、凹凸基板１１０と発光層１４０との間に第１導電型の第１半導体層１３０が位置することに変わりない。
５−７．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
６．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子１００は、フリップチップである。そして、少なくとも１層の分布ブラッグ反射膜が、少なくとも一部の半導体層を覆うとともに、凹凸基板１１０の外周部Ｏ１の凹凸形状部１１１を覆っている。そのため、その分布ブラッグ反射膜は、凹凸基板１１０から剥離しにくい。また、この発光素子１００は、従来の発光素子に比べて明るい。
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子１００は、フリップチップである。そして、少なくとも１層の分布ブラッグ反射膜が、少なくとも一部の半導体層を覆うとともに、凹凸基板１１０の外周部Ｏ１の凹凸形状部１１１を覆っている。そのため、その分布ブラッグ反射膜は、凹凸基板１１０から剥離しにくい。また、この発光素子１００は、従来の発光素子に比べて明るい。
Ａ．付記
第１の態様における半導体発光素子は、第１面に凹凸形状部を有する凹凸基板と、凹凸基板の凹凸形状部の上の第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の上の発光層と、発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、第１半導体層と発光層と第２半導体層との少なくとも一部を覆う分布ブラッグ反射膜と、を有する。半導体発光素子はフリップチップである。凹凸基板の外周部では、凹凸形状部が第１半導体層に覆われずに露出する露出部を有する。分布ブラッグ反射膜が凹凸形状部の露出部の少なくとも一部を覆っている。
第１の態様における半導体発光素子は、第１面に凹凸形状部を有する凹凸基板と、凹凸基板の凹凸形状部の上の第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の上の発光層と、発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、第１半導体層と発光層と第２半導体層との少なくとも一部を覆う分布ブラッグ反射膜と、を有する。半導体発光素子はフリップチップである。凹凸基板の外周部では、凹凸形状部が第１半導体層に覆われずに露出する露出部を有する。分布ブラッグ反射膜が凹凸形状部の露出部の少なくとも一部を覆っている。
第２の態様における半導体発光素子においては、分布ブラッグ反射膜は、凹凸基板の側面を覆っていない。
第３の態様における半導体発光素子の製造方法は、第１面に凹凸形状部を有する凹凸基板を準備する工程と、凹凸基板の凹凸形状部の上に第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、第１半導体層の上に発光層を形成する工程と、発光層の上に第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、第１半導体層と発光層と第２半導体層との少なくとも一部を覆う分布ブラッグ反射膜を形成する工程と、を有する。半導体発光素子はフリップチップである。この製造方法は、第１半導体層と発光層と第２半導体層の一部を除去して凹凸基板の凹凸形状部を露出させる工程を有する。分布ブラッグ反射膜を形成する工程では、凹凸基板の凹凸形状部の露出部の少なくとも一部を覆うように分布ブラッグ反射膜を形成する。
第４の態様における半導体発光素子の製造方法においては、分布ブラッグ反射膜を形成する工程では、凹凸基板の側面を覆わずに分布ブラッグ反射膜を形成する。
１００…発光素子
１１０…凹凸基板
１１０ａ…第１面
１１０ｂ…第２面
１１１…凹凸形状部
１２０…下地層
１３０…第１半導体層
１４０…発光層
１５０…第２半導体層
ＴＥ１…透明電極
ＤＢＲ１…第１の分布ブラッグ反射膜
ＤＢＲ２…第２の分布ブラッグ反射膜
ＤＢＲ３…第３の分布ブラッグ反射膜
Ｎ１…ｎコンタクト電極
Ｎ２…ｎ配線電極
ＮＡ…ｎパッド電極
Ｐ１…ｐコンタクト電極
Ｐ２…第１のｐ配線電極
Ｐ３…第２のｐ配線電極
ＰＡ…ｐパッド電極
１１０…凹凸基板
１１０ａ…第１面
１１０ｂ…第２面
１１１…凹凸形状部
１２０…下地層
１３０…第１半導体層
１４０…発光層
１５０…第２半導体層
ＴＥ１…透明電極
ＤＢＲ１…第１の分布ブラッグ反射膜
ＤＢＲ２…第２の分布ブラッグ反射膜
ＤＢＲ３…第３の分布ブラッグ反射膜
Ｎ１…ｎコンタクト電極
Ｎ２…ｎ配線電極
ＮＡ…ｎパッド電極
Ｐ１…ｐコンタクト電極
Ｐ２…第１のｐ配線電極
Ｐ３…第２のｐ配線電極
ＰＡ…ｐパッド電極
Claims (4)
- 第１面に凹凸形状部を有する凹凸基板と、
前記凹凸基板の前記凹凸形状部の上の第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層の上の発光層と、
前記発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記発光層と前記第２半導体層との少なくとも一部を覆う分布ブラッグ反射膜と、
を有する半導体発光素子において、
前記半導体発光素子はフリップチップであり、
前記凹凸基板の外周部では、
前記凹凸形状部が前記第１半導体層に覆われずに露出する露出部を有し、
前記分布ブラッグ反射膜が
前記凹凸形状部の前記露出部の少なくとも一部を覆っていること
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項１に記載の半導体発光素子において、
前記分布ブラッグ反射膜は、
前記凹凸基板の側面を覆っていないこと
を特徴とする半導体発光素子。 - 第１面に凹凸形状部を有する凹凸基板を準備する工程と、
前記凹凸基板の前記凹凸形状部の上に第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層の上に発光層を形成する工程と、
前記発光層の上に第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層と前記発光層と前記第２半導体層との少なくとも一部を覆う分布ブラッグ反射膜を形成する工程と、
を有する半導体発光素子の製造方法において、
前記半導体発光素子はフリップチップであり、
前記第１半導体層と前記発光層と前記第２半導体層の一部を除去して前記凹凸基板の前記凹凸形状部を露出させる工程を有し、
前記分布ブラッグ反射膜を形成する工程では、
前記凹凸基板の前記凹凸形状部の露出部の少なくとも一部を覆うように前記分布ブラッグ反射膜を形成すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 請求項３に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記分布ブラッグ反射膜を形成する工程では、
前記凹凸基板の側面を覆わずに前記分布ブラッグ反射膜を形成すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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2017
- 2017-10-26 JP JP2017206868A patent/JP2019079979A/ja active Pending
-
2018
- 2018-10-24 US US16/169,721 patent/US10804451B2/en active Active
- 2018-10-24 CN CN201811245220.5A patent/CN109713102A/zh active Pending
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