JP3874701B2 - 半導体発光素子及び半導体発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の半導体発光素子の一例を示す。この半導体発光素子は、特開平３−３５５６８号公報に記載されたものである。これは、オーミック電極３４、３５間に、発光波長に対して透明な接着基板３１、発光ダイオード層３２、シリカ層３３を挟んだ構成を有する。この半導体発光素子の製造方法について簡単に説明すると以下の通りである。
【０００３】
まず、図示しない不透明な基板上に発光ダイオード層３２を成長させる。基板上の発光ダイオード層３２に、発光ダイオード層３２において発せられた光の波長に対して透明な接着基板３１を接着する。この後、上記図示しない不透明基板を除去することによって、接着基板３１上に発光ダイオード層３２が形成された中間半導体装置を得る。次に、図９から分かるように、発光ダイオード層３２の中心部に電流を集中させるためのシリカ層３３を発光ダイオード層３２上に形成する。次に、図９から分かるように、透明基板３１上に、通電用のオーミック電極３４を形成し、さらに、発光ダイオード層３２及びシリカ層３３上にも、通電用のオーミック電極３５を形成する。そして、ダイシングその他の工程を経て、最終的に、図９に示されるような擬似半球状の形状を有する半導体発光素子とする。
【０００４】
図１０は、従来の別の半導体発光素子を示す。この半導体発光素子は、特開平４−９６３８１号公報に記載されたものである。図１０に示すように、ＡｌＧａＡｓ厚膜基板３７、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８、ＡｌＧａＡｓ活性層３９、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４０を有する。また、この半導体発光素子は、半導体多層反射膜４１、キャップ層４２、Ｚｎ拡散部４３、ｐ電極４４、ｎ電極４５を有する。
【０００５】
図１０から分かるように、この半導体発光素子においては、ＡｌＧａＡｓ活性層３９において発せられた光を効率よく取り出すべく、半球状のドームの中心部において発光が起こるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９に示される半導体発光素子においては、発光ダイオード層３２において発せられた光が、光の取り出し側に設けられているオーミック電極３４により遮られるために、発光を効率よく取り出すことができなかった。
【０００７】
一方、図１０に示される半導体発光素子の製造工程においては、図１０から分かるように、ｐ電極４４及びｎ電極４５の間を分離するための溝を形成する必要があった。また、図１０から分かるように、ｐ電極４４とｎ電極４５の両電極を同一面上に形成するために，Ｚｎ拡散等のプロセスが必要とされていた。また、この半導体発光素子のマウントに当たっては、マウント時に、マウント材としてのバンプ半田の広がりによって、ｐ電極４４及びｎ電極４５間が短絡するのを防ぐため、両電極を、マウント用のステムに形成された電極に対して正確に位置決めする必要があった。さらに、図１０に示される半導体発光素子においては、ドームの中心部における発光部に対して横側から電流が注入されるので、発光強度が部分的に偏って、全面的に均一に光らせることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高効率で発光を取り出すことができるとともに均一に発光可能な半導体発光素子を簡単に製造できるものとして提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光素子は、
互いに向かい合う第１の表面と第２の表面を有し、波長λの光に対して透光性を有する透明第１導電型基板と、
前記基板の前記第１の表面上の一部に、直接的に、または、バッファ層を介して前記基板と電気的に接続して形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、を有する半導体エピ層と、
前記半導体エピ層の前記基板と反対側の面上の一部に、前記半導体エピ層の前記第２導電型半導体層と電気的に接続して形成された第１の電極と、
前記基板の前記第２の表面上の一部に、前記基板に電気的に接続して形成され、前記第１の電極と向かい合う位置に対してずらした位置に形成された第２の電極と、
前記基板の前記第２の表面から前記第１の表面に向けて形成され、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ間の位置に設けられた溝であって、前記第１の電極側の第１の面と前記第２の電極側の第２の面とを有し、前記第１の面は前記活性層からの前記波長λの光を外部に通過させて通過光となし、前記第２の面は前記通過光のうちの入射するものを反射させて前記透明第１導電型基板への流入を阻止するものとして構成されている、溝と、
を備えるものとして構成される。
さらに、本発明の半導体発光装置は、
半導体発光素子と、反射板と、前記半導体発光素子を前記反射板上にマウントする導電性マウント材と、を備え、
前記半導体発光素子が、
互いに向かい合う第１の表面と第２の表面を有し、波長λの光に対して透光性を有する透明第１導電型基板と、
前記基板の前記第１の表面上の一部に、直接的に、または、バッファ層を介して前記基板と電気的に接続して形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、を有する半導体エピ層と、
前記半導体エピ層の前記基板と反対側の面上の一部に、前記半導体エピ層の前記第２導電型半導体層と電気的に接続して形成され、前記反射板上に前記導電性マウント材によってマウントされた第１の電極と、
前記基板の前記第２の表面上の一部に、前記基板に電気的に接続して形成され、前記第１の電極と向かい合う位置に対してずらした位置に形成された第２の電極と、
前記基板の前記第２の表面から前記第１の表面に向けて形成され、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ間の位置に設けられた溝であって、前記第１の電極側の第１の面と前記第２の電極側の第２の面とを有し、前記第１の面は前記活性層からの前記波長λの光を外部に通過させて通過光となし、前記第２の面は前記通過光のうちの入射するものを反射させて前記透明第１導電型基板への流入を阻止するものとして構成されている、溝と、
を有するものとして構成される。
さらに、本発明の半導体発光装置は、
半導体発光素子と、反射板と、前記半導体発光素を前記反射板上にマウントする導電性マウント材と、を備え、
互いに向かい合う第１の表面と第２の表面を有し、第１導電型であり、波長λの光に対して透光性を有するＧａＰ基板と、
前記ＧａＰ基板の前記第１の表面上の一部に、ＧａＰ系半導体からなるバッファ層を介して前記ＧａＰ基板と電気的に接続して接着された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層上に形成され波長λの光を反射する第２導電型の光反射層と、前記反射層上に形成された第２導電型のコンタクト層と、を有し、前記第１導電型半導体層、前記活性層、および前記第２導電型半導体層はＩｎＧａAｌＰ系半導体からなり前記ＧａＰ基板とは格子定数および材質が異なり、前記第２導電型コンタクト層はＧａＡｓ系半導体からなる、半導体エピ層と、
前記第２導電型コンタクト層上の一部に、前記第２導電型コンタクト層と電気的に接続して形成され前記反射板上に前記導電性マウント材によってマウントされた第１の電極と、
前記基板の前記第２の表面上の一部に前記基板に電気的に接続して形成され、前記第１の電極と向かい合う位置に対してずらした位置に形成された第２の電極と、
前記基板の前記第２の表面から前記第１の表面に向けて形成され、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ間の位置に設けられた溝であって、前記第１の電極側の第１の面と前記第２の電極側の第２の面とを有し、前記第１の面は前記活性層からの前記波長λの光を外部に通過させて通過光となし、前記第２の面は前記通過光のうちの入射するものを反射させて前記透明第１導電型基板への流入を阻止するものとして構成されている、溝と、
を有するものとして構成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の実施形態としての半導体発光素子１を示す断面図である。図１（ｂ）は、半導体発光素子１における半導体エピ層４を具体的に示す断面図である。
【００１１】
図１（ａ）から分かるように、半導体発光素子１は、上部電極としてのｐ電極６から、下部電極としてのｎ電極５に電流を流すことによって、発光層１４（図１（ｂ）参照）が発した光を、ｐ−ＧａＰ透明基板２の上面から外部に効率よく取り出そうとするものである。
【００１２】
まず、半導体発光素子１の構造について説明する。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、発光層１４からの光の波長に対して透明なｐ−ＧａＰ透明基板２は、光の取り出し側となるものである。このｐ−ＧａＰ透明基板２の図中下側に、バッファ層としての高濃度ｐ−ＧａＰ層３が形成されている。高濃度ｐ−ＧａＰ層３の下側の一部分に、発光層１４を含む半導体エピ層４が接着状態に形成されている。半導体エピ層４の構造について詳しく述べると以下の通りである。
【００１４】
即ち、図１（ｂ）に示すように、ｎ電極５（図１（ａ）参照）とのコンタクト層としてのｎ−ＧａＡｓコンタクト層７が設けられている。ｎ−ＧａＡＳコンタクト層７上に、ＩｎＡｌＰ層とＧａＡｌＡｓ層とを交互に配置して形成したＩｎＡｌＰ/ＧａＡｌＡｓ光反射層８が設けられている。ＩｎＡｌＰ/ＧａＡｌＡｓ光反射層８は、発光層１４から図中下方向に発せられた光を、光の取り出し側としての図中上方に反射させるためのものである。ＩｎＡｌＰ/ＧａＡｌＡｓ光反射層８上には、ｎ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層９、ＩｎＧａＡｌＰ-ＭＱＷ活性層１０（発光層本体）及びｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層１１からなる発光層１４が形成されている。ｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層１１上には、ｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層１１への電流を図中横方向（左右）に拡散した状態で発光層１４に供給するためのｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１２が形成されている。ｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１２上には、高濃度ｐ−ＧａＰ層３（図１（ａ）参照）との接着層としてのｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層１３が形成されている。
【００１５】
次に、図１（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＰ透明基板２の図中左上部にはオーミック電極としてのｐ電極６が形成されている。また、ｐ−ＧａＰ透明基板２の図中右下側に設けられている半導体エピ層４上にもオーミック電極としてのｎ電極５が同様に形成されている。つまり、ｐ電極６及びｎ電極５は、発光層１４及びｐ−ＧａＰ透明基板２を挟んで互いに斜めに向かい合う位置関係に設けられている。
【００１６】
次に、図１（ａ）から分かるように、発光層１４（図１（ｂ）参照）に電流を図中横方向に広く注入して、発光層１４の発光が広く均一に起こるようにするために、紙面と平行な方向に沿って素子１（ワンチップ）を平面的に見たときにおけるｐ電極６とｎ電極５との距離をできるだけ長くとってある。
【００１７】
さて、図１（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＰ透明基板２の上側外表面には、その外表面から内部へ向けて、第１の面８ａ（１）及び第２の面８ａ（２）の２つの面から作られるくさび状（Ｖ字状）の溝８ａが設けられている。具体的には、図１（ａ）から分かるように、ｐ−ＧａＰ透明基板２を紙面と平行な方向に沿って平面的に見たときに、ｐ電極６とｎ電極５（発光層１４（図１（ｂ）参照））との間の位置に８ａ（１）及び８ａ（２）が設けられている。２つの電極６、５はこの溝８ａによって光学的に分離される。一般に、ｐ電極６の下面に入り込んだ光は、ｐ電極６の下面において反射し、その一部は、反射を繰り返すなどして次第に衰えてしまい、効率よく取り出すことができない。そこで、ｐ電極６の下面方向への光を、効率よく取り出すべく、くさび形（Ｖ字形）の溝８ａを設けた。より詳しくは以下の通りである。
【００１８】
図２（ａ）は、溝８ａの構造を具体的に示す。まず、図２（ａ）に示すように、第１の面８ａ（１）を、発光層１４からの光が全反射するのを防ぐべく、中心軸ＣＡ１に対して傾けている。具体的には、第１の面８ａ（１）は中心軸ＣＡ１に対して略３０°傾けられている。また、第２の面８ａ（２）も、第１の面８ａ（１）から射出して第２の面８ａ（２）の外表面へ入射した光を図中上方へ反射させるべく、第１の面８ａ（１）と逆向きに、中心軸ＣＡ１に対して略３０°傾けている。つまり、第２の面８ａ（２）は、第１の面８ａ（１）から射出した光が、再び半導体発光素子１の内部に、特にｐ電極６の下面に入り込むのを防ぐようになっている。さらに、図２（ａ）に示すように、溝８ａをできるだけ深くすることで、可及的に多くの光を外部に出させて、光の取り出し効率の向上を図るようになっている。つまり、溝８ａを深くして、第１の面８ａ（１）と第２の面８ａ（２）とが交わる稜線部分Ｐにおける透明基板２の厚さＤ１が薄くなるようにしている。つまり、溝８ａによって、ｐ電極６及びｎ電極５（発光層１４）間は光学的に分離されているといえる。
【００１９】
なお、図２（ａ）に示すように、斜面８ｂは、発光層１４からの光が全反射をすることなく外部に射出するようにするため、中心軸ＣＡ２に対して略３０°傾けたものとして構成されている。
【００２０】
次に、図２（ａ）に示すように、第２の面８ａ（１）の表面には、発光層１４からの光がここで反射するのを確実に防ぐための反射防止膜としての酸化物（絶縁酸化物）７ａが形成されている。同様の理由で、第１の面８ａ（２）、斜面８ｂ、図中第２の面８ａ（１）と斜面８ｂとの間における導電性透明基板２の表面、にも酸化物７ａが形成されている。また、後述から分かるように、ボンディング（マウント）時に用いられるペースト１６ａによって、例えば半導体エピ層４を構成するｐ層、ｎ層のｐｎ接合部が短絡するのを防ぐための酸化物（絶縁膜）７ｂが、半導体発光素子１の下面及び側面において形成されている。具体的には、図２（ａ）に示すように、半導体エピ層４、高濃度ｐ−ＧａＰ層３及びｐ−ＧａＰ透明基板２の、下面及び側面に酸化物７ｂが形成されている。ｎ電極５の下面には酸化物７ｂは形成されていないのは当然である。酸化物７ａ及び酸化物７ｂは、光の波長に対して透明な、ＳｉＯ２あるいはＡｌ２Ｏ３などにより構成されている。これら酸化物７ａ及び酸化物７ｂの厚さは、発光に対する透過率を高めるべく、光の波長λ、酸化物７ａの屈折率ｎに対して、λ／４ｎの奇数倍の厚さを有するものとして構成されている。ここで、図２（ａ）から分かるように、第１の面８ａ（１）から射出されて、第２の面８ａ（２）へ入射する光を、第２の面８ａ（２）で効率よく反射させるために、電極材等による反射性物質を、さらに第２の面８ａ（２）に酸化物７ａ上に形成してもよい。
【００２１】
図３は、上述の半導体発光素子１を反射板にマウントした状態の装置を示す。
【００２２】
図３に示すように、半導体発光素子１は、半導体エピ層４における発光層１４から図中横方向に射出された光を有効利用すべく、この横方向の光を半導体発光素子１の図中上方向に反射させるための反射板１５にマウントされている。より詳しくは、半導体発光素子１は、下部電極としてのｎ電極５において、銀などによるペースト１６ａによって反射板１５上にマウントされている。また、半導体発光素子１は、上部電極としてのｐ電極６に、電源（図示せず）につながる配線１７が、ペースト１６ｂによってボンディングされている。
【００２３】
このように半導体発光素子１がマウントされた装置において、図３に示すように、電源（図示せず）からの電流Ｉをｐ電極６からｎ電極５へ流すと、発光層１４（図１（ｂ）参照）が発光する。光は、図３に示すように、例えば光Ｌ１〜Ｌ４として取り出される。
【００２４】
即ち、光Ｌ１は、発光層１４の図中上方から、光Ｌ２は、斜面８ｂから取り出される。また、光Ｌ３は、発光層１４（図１（ｂ）参照）の横方向に射出された後、反射板１５にて反射して、半導体発光素子１の図中上方へ取り出される。ｐ電極６の下面方向に向かう光Ｌ４は、上記したように、第１の面８ａ（１）及び酸化膜７ａを通過した後、向かい側の第２の面８ａ（２）の表面上の酸化膜７ａあるいは第１の面８ａ（１）で反射して、半導体発光素子１の外部上方へ取り出される。つまり、発光層１４からｐ電極６へ向かう光Ｌ４は、ｐ電極６で遮られることなく、外部に取り出される。なお、発光層１４から、図中下方へ射出された光（図示せず）の一部は、酸化物７ｂを透過し、ペースト１６ａにて反射して、図中上方に向かう。そして、再び半導体発光素子１の内部を通過して、半導体発光素子１の図中上方から外部に取り出される。
【００２５】
上記した例では、溝８ａをＶ字状としたが、この形に代えて、例えば、図２（ｂ）に示すように、図１に示される第１の面８ａ（１）及び第２の面８ａ（２）をそれぞれ湾曲した面８ｃ（１）及び面８ｃ（２）から構成される形としてもよい。なお、図２（ｂ）において、図２（ａ）に示されるのと同等部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図４〜図８は、上述の半導体発光素子１の製造工程を示す製造工程断面図である。
【００２７】
以下、図４〜図８に基づいて、半導体発光素子１の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、図４（ａ）に示すように、250μｍ厚のｎ−ＧａＡｓ基板２０上に0.5μｍの厚さのｎ−ＧａＡｓバッファー層２１を成長させる（以上がダミー基板となる）。この後、0.2μｍ厚のＩｎＧａＰエッチングストップ層２３、0.1μｍ厚のｎ−ＧａＡｓ層コンタクト層７，0.7μｍ厚のＩｎＡｌＰ/ＧａＡｌＡｓ光反射層８， 1.0μｍ厚のｎ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層９、 1.0μｍ厚のＩｎＧａＡｌＰ-ＭＱＷ活性層１０、 １．０μｍ厚のｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層１１、1.5μｍ厚のｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１２、0.05μｍ厚のｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層１３を順次成長させる。これを第１の中間半導体装置と呼ぶ。
【００２９】
一方、図４（ｂ）に示すように、ｐ−ＧａＰ透明基板２（略250μｍ厚）上に、高濃度ｐ−ＧａＰ層３を0.2μｍエピタキシャル成長させたものを用意する。これを第２の中間半導体装置と呼ぶ。
【００３０】
次に、図４（ａ）に示される第１の中間半導体装置と、図４（ｂ）に示される第２の中間半導体装置とをそれぞれ水洗して乾燥する。この後、図４（ｃ）から分かるように、水洗い及び乾燥された第１の中間半導体装置のｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層１３と、水洗い及び乾燥された第２の中間半導体装置の高濃度ｐ−ＧａＰ層３とを重ね合わせる。この状態で第１、第２の中間半導体装置を、あまり高くない温度、例えば400℃にて熱処理することにより、第１の中間半導体装置と第２の中間半導体装置とを仮接着する。
【００３１】
次に、図４（ｃ）に示す仮接着した第１、第２の中間半導体装置をアンモニア系のエッチング液でエッチングすることにより、図５（ａ）から分かるように、ｎ−ＧａＡｓ基板２０とｎ−ＧａＡｓバッファー層２１とからなるダミー基板を、ＩｎＧａＰエッチングストップ層２３の手前まで選択的に除去する。
【００３２】
次に、図５（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＰエッチングストップ層２３を塩酸系のエッチング液を用いて除去する。続いて、770℃程度までに加熱して熱処理し、ｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層１３と高濃度ｐ−ＧａＰ層３との上記仮接着をより強固な接着状態にする。このときの中間半導体装置を図６（ａ）に示す。但し、図６（ａ）に示される中間半導体装置は、より実際のものに沿わせるべく、図４及び図５に示される中間半導体装置における縦横の比率を変えて、縦方向の長さ（厚さ）を短くしたものとして示したものである。また、図６（ａ）に示すように、このときの中間半導体装置の厚さＷは２５０μｍである。
【００３３】
次に、図６（ｂ）に示すように、半導体エピ層４をフォトリソグラフィー技術を用いて所定のパターンに形成する。そして、このパターニングされた半導体エピ層４上に、通電用のオーミック電極（ｎ電極）５をフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。また、ｐ−ＧａＰ透明基板２の上側外表面にも、通電用のオーミック電極（ｐ電極）６をフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。
【００３４】
次に、図６（ｃ）に示すように、６０°の角度を有するＶ字状（くさび形状）のダイシングソーを用いて、ｐ−ＧａＰ透明基板２の上側外表面をカッティングし、Ｖ字形の溝部を形成する。Ｖ字形の溝部の表面における破砕層（図示せず）を、塩酸系のエッチング液によって取り除く。この後、さらに、光の取り出し効率を高めるために、このエッチング液と同様の塩酸系のエッチング液を用いて、上記Ｖ字形の溝部にフロスト処理を行う。これらによって、図６（ｃ）に示すように、溝８ａが形成される。図６（ｃ）に示すように、溝８ａの深さＡは２００μｍであり、溝８ａにより形成される開口部の幅Ｂは２３０μｍである。溝８ａの稜線部の左右の幅Ｂ１はそれぞれ１１５μｍである。その他、図６（ｃ）から分かるように、幅Ｃは５０μｍ、幅Ｄは５０μｍである。なお、溝８ａは、図６（ｃ）に示される紙面に垂直な方向のみならず、紙面に沿った方向（図７（ｂ）−２参照）においても形成される。
【００３５】
次に、図６（ｄ）に示すように、半導体エピ層４、高濃度ｐ−ＧａＰ層３、ｐ−ＧａＰ透明基板２を、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングして、溝２５及び溝２６を形成する。
【００３６】
次に、図７（ａ）に示すように、半導体エピ層４、高濃度ｐ−ＧａＰ層３、ｐ−ＧａＰ透明基板２の図中下面及び側面に、酢酸及び酸等を含む溶液を用いて、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等からなる酸化物７ｂを形成する。このとき、図７（ａ）から分かるように、ｎ電極部５の下面には、酸化物７ｂを形成しない。また、同様にして、図７（ａ）に示すように、溝８ａ、斜面８ｂ等の表面にも、酸化物（絶縁膜）７ａを形成する。
【００３７】
次に、図７（ｂ）−１及び図７（ｂ）−２に示すように、図７（ａ）に示される中間半導体装置を、ばらばらになるのを防ぐための粘着シート上において、Ａ−Ａ線に沿ってカットする。図７（ｂ）−２に示すように、このときのカット幅Ｅは４９５μｍであり、ｐ電極６の幅Ｆは１００μｍである。ここに、図７（ｂ）−２は、図７（ｂ）−１に示される中間半導体装置の平面図である。次いで、図７（ｂ）−２に示すように、Ａ−Ａ線に沿ってカットされた中間半導体装置を、さらに、Ｂ−Ｂ線に沿ってカットして複数のチップ（半導体発光素子）とする。このときのカット幅Ｇは、図７（ｂ）−２に示すように、３３０μｍである。この状態では、複数のチップはシート上に保持され、ばらばらにはならない。
【００３８】
最後に、図８（ｂ）−１及び図８（ｂ）−２から分かるように、この中間半導体装置が搭載されたシートを引き延ばして、カットにより形成された複数の半導体素子の間隔をあけた後、粘着シートから取り外す。
【００３９】
以上のように、本発明の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００４０】
ｐ−ＧａＰ透明基板にＶ字状の溝を形成して、このＶ字状の溝によって、これを挟んで形成される光路を光学的に図中左右に分離したので、溝の右側における発光層から射出された光が、溝の左側におけるｐ電極の下面方向へ入り込むのを防いで、この光を素子の外部に効率よく取り出すことができる。即ち、ｐ電極の下面方向への光を、Ｖ字状の溝の一方の面から一旦空気中に射出させるとともに、Ｖ字状の溝の他方の面にて図中上方に反射させて、素子の外部に取り出すことができる。つまり、発光層からの光を効率よく利用することができる。また、このＶ字状の溝の上記他方の面に反射物質を設けて、この面の反射能力を高めたので、上記光をより一層効率よく取り出すことができる。
【００４１】
また、本発明の実施形態において、ｐ電極とｎ電極の２つの電極を、同一面に設けず、発光層を挟んで互いに対する位置関係に設けた形態を採用したので、図１０に示した従来技術のように、素子分離のための溝を形成したり、電極形成のためのＺｎ拡散を行ったり、マウントのための正確な位置合わせをしたりする必要もないのは当然である。
【００４２】
また、本発明の実施形態において、上部電極としてのｐ電極６と、下部電極としてのｎ電極５との距離が、１つのチップにおいてできるだけ離れるようにすれば、発光層の光強度を平面的に可及的に均一にすることがでる。つまり、ｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層の光拡散の効果をより確実なものとすることができる。
【００４３】
また、本発明の実施形態によれば、半導体エピ層の側面を酸化物で覆うようにしたので、当該素子を反射板上等にマウントしたものにおいて、半導体エピ層の側面において、活性層（発光層本体）を挟むｐ層とｎ層とが、ダイマウント材により短絡しないようにして、素子を確実に動作させることができる。
【００４４】
また、本発明の実施形態においては、素子の図中下面（半導体エピ層におけるｎ電極で覆われた部分以外の部分と、バッファ層としてのｐ−ＧａＡｓ層の外表面）に酸化物を形成している。そして、この膜厚を、光の発光波長λ、酸化物の屈折率ｎに対して、λ／４ｎの奇数倍の厚さを有するものとしたので、素子の下面方向への光を、上記酸化物にて効率よく透過させたあと、ダイマウント材にて反射させて、素子の上面方向から取り出すことができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、発光層で発せられた光のうち、導電性透明基板を通って反対側の電極へ向かう光を、導電性透明基板の表面に形成した溝によって最終的に外部に取り出せるようにしたので、導電性の透明基板から直接外部に射出する光と協働させて、発光層から射出される光を効率よく外部に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施形態としての半導体発光素子を示す断面図である。
図１（ｂ）は、半導体発光素子における半導体エピ層を具体的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示される半導体発光素子に設けられた溝の構造を具体的に示す。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示される溝の変形例を示す。
【図３】図３は、図１に示される半導体発光素子がマウントされた装置を示す。
【図４】図４は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図５】図５は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図６】図６は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図７】図７は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図８】図８は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図９】図９は、従来の半導体発光素子を示す断面図である。
【図１０】図１０は、従来の別の半導体発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体発光素子
２ ｐ−ＧａＰ透明基板（導電性透明基板）
３ 高濃度ｐ−ＧａＰ層（バッファ層）
４ 半導体エピ層
５ ｎ電極（第１の電極）
６ ｐ電極（第２の電極）
７ ｎ−ＧａＡｓコンタクト層
７ａ、７ｂ 酸化物（絶縁性物質）
８ ＩｎＡｌＰ／ＧａＡｌＡｓ光反射層８
８ａ 溝
８ａ（１） 第１の面（通過面部分）
８ａ（２） 第２の面（反射面部分）
８ｂ 斜面
９ ｎ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層
１０ ＩｎＧａＡｌＰ-ＭＱＷ活性層（発光層本体）
１１ ｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層
１２ ｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層
１３ ｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層
１４ 発光層
１５ 反射板
１６ａ、１６ｂ ペースト
１７ 配線
２０ ｎ−ＧａＡｓ基板
２１ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
２３ ＩｎＧａＰエッチングストップ層
２５、２６ 溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の半導体発光素子の一例を示す。この半導体発光素子は、特開平３−３５５６８号公報に記載されたものである。これは、オーミック電極３４、３５間に、発光波長に対して透明な接着基板３１、発光ダイオード層３２、シリカ層３３を挟んだ構成を有する。この半導体発光素子の製造方法について簡単に説明すると以下の通りである。
【０００３】
まず、図示しない不透明な基板上に発光ダイオード層３２を成長させる。基板上の発光ダイオード層３２に、発光ダイオード層３２において発せられた光の波長に対して透明な接着基板３１を接着する。この後、上記図示しない不透明基板を除去することによって、接着基板３１上に発光ダイオード層３２が形成された中間半導体装置を得る。次に、図９から分かるように、発光ダイオード層３２の中心部に電流を集中させるためのシリカ層３３を発光ダイオード層３２上に形成する。次に、図９から分かるように、透明基板３１上に、通電用のオーミック電極３４を形成し、さらに、発光ダイオード層３２及びシリカ層３３上にも、通電用のオーミック電極３５を形成する。そして、ダイシングその他の工程を経て、最終的に、図９に示されるような擬似半球状の形状を有する半導体発光素子とする。
【０００４】
図１０は、従来の別の半導体発光素子を示す。この半導体発光素子は、特開平４−９６３８１号公報に記載されたものである。図１０に示すように、ＡｌＧａＡｓ厚膜基板３７、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８、ＡｌＧａＡｓ活性層３９、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４０を有する。また、この半導体発光素子は、半導体多層反射膜４１、キャップ層４２、Ｚｎ拡散部４３、ｐ電極４４、ｎ電極４５を有する。
【０００５】
図１０から分かるように、この半導体発光素子においては、ＡｌＧａＡｓ活性層３９において発せられた光を効率よく取り出すべく、半球状のドームの中心部において発光が起こるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９に示される半導体発光素子においては、発光ダイオード層３２において発せられた光が、光の取り出し側に設けられているオーミック電極３４により遮られるために、発光を効率よく取り出すことができなかった。
【０００７】
一方、図１０に示される半導体発光素子の製造工程においては、図１０から分かるように、ｐ電極４４及びｎ電極４５の間を分離するための溝を形成する必要があった。また、図１０から分かるように、ｐ電極４４とｎ電極４５の両電極を同一面上に形成するために，Ｚｎ拡散等のプロセスが必要とされていた。また、この半導体発光素子のマウントに当たっては、マウント時に、マウント材としてのバンプ半田の広がりによって、ｐ電極４４及びｎ電極４５間が短絡するのを防ぐため、両電極を、マウント用のステムに形成された電極に対して正確に位置決めする必要があった。さらに、図１０に示される半導体発光素子においては、ドームの中心部における発光部に対して横側から電流が注入されるので、発光強度が部分的に偏って、全面的に均一に光らせることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高効率で発光を取り出すことができるとともに均一に発光可能な半導体発光素子を簡単に製造できるものとして提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光素子は、
互いに向かい合う第１の表面と第２の表面を有し、波長λの光に対して透光性を有する透明第１導電型基板と、
前記基板の前記第１の表面上の一部に、直接的に、または、バッファ層を介して前記基板と電気的に接続して形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、を有する半導体エピ層と、
前記半導体エピ層の前記基板と反対側の面上の一部に、前記半導体エピ層の前記第２導電型半導体層と電気的に接続して形成された第１の電極と、
前記基板の前記第２の表面上の一部に、前記基板に電気的に接続して形成され、前記第１の電極と向かい合う位置に対してずらした位置に形成された第２の電極と、
前記基板の前記第２の表面から前記第１の表面に向けて形成され、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ間の位置に設けられた溝であって、前記第１の電極側の第１の面と前記第２の電極側の第２の面とを有し、前記第１の面は前記活性層からの前記波長λの光を外部に通過させて通過光となし、前記第２の面は前記通過光のうちの入射するものを反射させて前記透明第１導電型基板への流入を阻止するものとして構成されている、溝と、
を備えるものとして構成される。
さらに、本発明の半導体発光装置は、
半導体発光素子と、反射板と、前記半導体発光素子を前記反射板上にマウントする導電性マウント材と、を備え、
前記半導体発光素子が、
互いに向かい合う第１の表面と第２の表面を有し、波長λの光に対して透光性を有する透明第１導電型基板と、
前記基板の前記第１の表面上の一部に、直接的に、または、バッファ層を介して前記基板と電気的に接続して形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、を有する半導体エピ層と、
前記半導体エピ層の前記基板と反対側の面上の一部に、前記半導体エピ層の前記第２導電型半導体層と電気的に接続して形成され、前記反射板上に前記導電性マウント材によってマウントされた第１の電極と、
前記基板の前記第２の表面上の一部に、前記基板に電気的に接続して形成され、前記第１の電極と向かい合う位置に対してずらした位置に形成された第２の電極と、
前記基板の前記第２の表面から前記第１の表面に向けて形成され、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ間の位置に設けられた溝であって、前記第１の電極側の第１の面と前記第２の電極側の第２の面とを有し、前記第１の面は前記活性層からの前記波長λの光を外部に通過させて通過光となし、前記第２の面は前記通過光のうちの入射するものを反射させて前記透明第１導電型基板への流入を阻止するものとして構成されている、溝と、
を有するものとして構成される。
さらに、本発明の半導体発光装置は、
半導体発光素子と、反射板と、前記半導体発光素を前記反射板上にマウントする導電性マウント材と、を備え、
互いに向かい合う第１の表面と第２の表面を有し、第１導電型であり、波長λの光に対して透光性を有するＧａＰ基板と、
前記ＧａＰ基板の前記第１の表面上の一部に、ＧａＰ系半導体からなるバッファ層を介して前記ＧａＰ基板と電気的に接続して接着された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層上に形成され波長λの光を反射する第２導電型の光反射層と、前記反射層上に形成された第２導電型のコンタクト層と、を有し、前記第１導電型半導体層、前記活性層、および前記第２導電型半導体層はＩｎＧａAｌＰ系半導体からなり前記ＧａＰ基板とは格子定数および材質が異なり、前記第２導電型コンタクト層はＧａＡｓ系半導体からなる、半導体エピ層と、
前記第２導電型コンタクト層上の一部に、前記第２導電型コンタクト層と電気的に接続して形成され前記反射板上に前記導電性マウント材によってマウントされた第１の電極と、
前記基板の前記第２の表面上の一部に前記基板に電気的に接続して形成され、前記第１の電極と向かい合う位置に対してずらした位置に形成された第２の電極と、
前記基板の前記第２の表面から前記第１の表面に向けて形成され、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ間の位置に設けられた溝であって、前記第１の電極側の第１の面と前記第２の電極側の第２の面とを有し、前記第１の面は前記活性層からの前記波長λの光を外部に通過させて通過光となし、前記第２の面は前記通過光のうちの入射するものを反射させて前記透明第１導電型基板への流入を阻止するものとして構成されている、溝と、
を有するものとして構成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の実施形態としての半導体発光素子１を示す断面図である。図１（ｂ）は、半導体発光素子１における半導体エピ層４を具体的に示す断面図である。
【００１１】
図１（ａ）から分かるように、半導体発光素子１は、上部電極としてのｐ電極６から、下部電極としてのｎ電極５に電流を流すことによって、発光層１４（図１（ｂ）参照）が発した光を、ｐ−ＧａＰ透明基板２の上面から外部に効率よく取り出そうとするものである。
【００１２】
まず、半導体発光素子１の構造について説明する。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、発光層１４からの光の波長に対して透明なｐ−ＧａＰ透明基板２は、光の取り出し側となるものである。このｐ−ＧａＰ透明基板２の図中下側に、バッファ層としての高濃度ｐ−ＧａＰ層３が形成されている。高濃度ｐ−ＧａＰ層３の下側の一部分に、発光層１４を含む半導体エピ層４が接着状態に形成されている。半導体エピ層４の構造について詳しく述べると以下の通りである。
【００１４】
即ち、図１（ｂ）に示すように、ｎ電極５（図１（ａ）参照）とのコンタクト層としてのｎ−ＧａＡｓコンタクト層７が設けられている。ｎ−ＧａＡＳコンタクト層７上に、ＩｎＡｌＰ層とＧａＡｌＡｓ層とを交互に配置して形成したＩｎＡｌＰ/ＧａＡｌＡｓ光反射層８が設けられている。ＩｎＡｌＰ/ＧａＡｌＡｓ光反射層８は、発光層１４から図中下方向に発せられた光を、光の取り出し側としての図中上方に反射させるためのものである。ＩｎＡｌＰ/ＧａＡｌＡｓ光反射層８上には、ｎ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層９、ＩｎＧａＡｌＰ-ＭＱＷ活性層１０（発光層本体）及びｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層１１からなる発光層１４が形成されている。ｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層１１上には、ｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層１１への電流を図中横方向（左右）に拡散した状態で発光層１４に供給するためのｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１２が形成されている。ｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１２上には、高濃度ｐ−ＧａＰ層３（図１（ａ）参照）との接着層としてのｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層１３が形成されている。
【００１５】
次に、図１（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＰ透明基板２の図中左上部にはオーミック電極としてのｐ電極６が形成されている。また、ｐ−ＧａＰ透明基板２の図中右下側に設けられている半導体エピ層４上にもオーミック電極としてのｎ電極５が同様に形成されている。つまり、ｐ電極６及びｎ電極５は、発光層１４及びｐ−ＧａＰ透明基板２を挟んで互いに斜めに向かい合う位置関係に設けられている。
【００１６】
次に、図１（ａ）から分かるように、発光層１４（図１（ｂ）参照）に電流を図中横方向に広く注入して、発光層１４の発光が広く均一に起こるようにするために、紙面と平行な方向に沿って素子１（ワンチップ）を平面的に見たときにおけるｐ電極６とｎ電極５との距離をできるだけ長くとってある。
【００１７】
さて、図１（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＰ透明基板２の上側外表面には、その外表面から内部へ向けて、第１の面８ａ（１）及び第２の面８ａ（２）の２つの面から作られるくさび状（Ｖ字状）の溝８ａが設けられている。具体的には、図１（ａ）から分かるように、ｐ−ＧａＰ透明基板２を紙面と平行な方向に沿って平面的に見たときに、ｐ電極６とｎ電極５（発光層１４（図１（ｂ）参照））との間の位置に８ａ（１）及び８ａ（２）が設けられている。２つの電極６、５はこの溝８ａによって光学的に分離される。一般に、ｐ電極６の下面に入り込んだ光は、ｐ電極６の下面において反射し、その一部は、反射を繰り返すなどして次第に衰えてしまい、効率よく取り出すことができない。そこで、ｐ電極６の下面方向への光を、効率よく取り出すべく、くさび形（Ｖ字形）の溝８ａを設けた。より詳しくは以下の通りである。
【００１８】
図２（ａ）は、溝８ａの構造を具体的に示す。まず、図２（ａ）に示すように、第１の面８ａ（１）を、発光層１４からの光が全反射するのを防ぐべく、中心軸ＣＡ１に対して傾けている。具体的には、第１の面８ａ（１）は中心軸ＣＡ１に対して略３０°傾けられている。また、第２の面８ａ（２）も、第１の面８ａ（１）から射出して第２の面８ａ（２）の外表面へ入射した光を図中上方へ反射させるべく、第１の面８ａ（１）と逆向きに、中心軸ＣＡ１に対して略３０°傾けている。つまり、第２の面８ａ（２）は、第１の面８ａ（１）から射出した光が、再び半導体発光素子１の内部に、特にｐ電極６の下面に入り込むのを防ぐようになっている。さらに、図２（ａ）に示すように、溝８ａをできるだけ深くすることで、可及的に多くの光を外部に出させて、光の取り出し効率の向上を図るようになっている。つまり、溝８ａを深くして、第１の面８ａ（１）と第２の面８ａ（２）とが交わる稜線部分Ｐにおける透明基板２の厚さＤ１が薄くなるようにしている。つまり、溝８ａによって、ｐ電極６及びｎ電極５（発光層１４）間は光学的に分離されているといえる。
【００１９】
なお、図２（ａ）に示すように、斜面８ｂは、発光層１４からの光が全反射をすることなく外部に射出するようにするため、中心軸ＣＡ２に対して略３０°傾けたものとして構成されている。
【００２０】
次に、図２（ａ）に示すように、第２の面８ａ（１）の表面には、発光層１４からの光がここで反射するのを確実に防ぐための反射防止膜としての酸化物（絶縁酸化物）７ａが形成されている。同様の理由で、第１の面８ａ（２）、斜面８ｂ、図中第２の面８ａ（１）と斜面８ｂとの間における導電性透明基板２の表面、にも酸化物７ａが形成されている。また、後述から分かるように、ボンディング（マウント）時に用いられるペースト１６ａによって、例えば半導体エピ層４を構成するｐ層、ｎ層のｐｎ接合部が短絡するのを防ぐための酸化物（絶縁膜）７ｂが、半導体発光素子１の下面及び側面において形成されている。具体的には、図２（ａ）に示すように、半導体エピ層４、高濃度ｐ−ＧａＰ層３及びｐ−ＧａＰ透明基板２の、下面及び側面に酸化物７ｂが形成されている。ｎ電極５の下面には酸化物７ｂは形成されていないのは当然である。酸化物７ａ及び酸化物７ｂは、光の波長に対して透明な、ＳｉＯ２あるいはＡｌ２Ｏ３などにより構成されている。これら酸化物７ａ及び酸化物７ｂの厚さは、発光に対する透過率を高めるべく、光の波長λ、酸化物７ａの屈折率ｎに対して、λ／４ｎの奇数倍の厚さを有するものとして構成されている。ここで、図２（ａ）から分かるように、第１の面８ａ（１）から射出されて、第２の面８ａ（２）へ入射する光を、第２の面８ａ（２）で効率よく反射させるために、電極材等による反射性物質を、さらに第２の面８ａ（２）に酸化物７ａ上に形成してもよい。
【００２１】
図３は、上述の半導体発光素子１を反射板にマウントした状態の装置を示す。
【００２２】
図３に示すように、半導体発光素子１は、半導体エピ層４における発光層１４から図中横方向に射出された光を有効利用すべく、この横方向の光を半導体発光素子１の図中上方向に反射させるための反射板１５にマウントされている。より詳しくは、半導体発光素子１は、下部電極としてのｎ電極５において、銀などによるペースト１６ａによって反射板１５上にマウントされている。また、半導体発光素子１は、上部電極としてのｐ電極６に、電源（図示せず）につながる配線１７が、ペースト１６ｂによってボンディングされている。
【００２３】
このように半導体発光素子１がマウントされた装置において、図３に示すように、電源（図示せず）からの電流Ｉをｐ電極６からｎ電極５へ流すと、発光層１４（図１（ｂ）参照）が発光する。光は、図３に示すように、例えば光Ｌ１〜Ｌ４として取り出される。
【００２４】
即ち、光Ｌ１は、発光層１４の図中上方から、光Ｌ２は、斜面８ｂから取り出される。また、光Ｌ３は、発光層１４（図１（ｂ）参照）の横方向に射出された後、反射板１５にて反射して、半導体発光素子１の図中上方へ取り出される。ｐ電極６の下面方向に向かう光Ｌ４は、上記したように、第１の面８ａ（１）及び酸化膜７ａを通過した後、向かい側の第２の面８ａ（２）の表面上の酸化膜７ａあるいは第１の面８ａ（１）で反射して、半導体発光素子１の外部上方へ取り出される。つまり、発光層１４からｐ電極６へ向かう光Ｌ４は、ｐ電極６で遮られることなく、外部に取り出される。なお、発光層１４から、図中下方へ射出された光（図示せず）の一部は、酸化物７ｂを透過し、ペースト１６ａにて反射して、図中上方に向かう。そして、再び半導体発光素子１の内部を通過して、半導体発光素子１の図中上方から外部に取り出される。
【００２５】
上記した例では、溝８ａをＶ字状としたが、この形に代えて、例えば、図２（ｂ）に示すように、図１に示される第１の面８ａ（１）及び第２の面８ａ（２）をそれぞれ湾曲した面８ｃ（１）及び面８ｃ（２）から構成される形としてもよい。なお、図２（ｂ）において、図２（ａ）に示されるのと同等部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図４〜図８は、上述の半導体発光素子１の製造工程を示す製造工程断面図である。
【００２７】
以下、図４〜図８に基づいて、半導体発光素子１の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、図４（ａ）に示すように、250μｍ厚のｎ−ＧａＡｓ基板２０上に0.5μｍの厚さのｎ−ＧａＡｓバッファー層２１を成長させる（以上がダミー基板となる）。この後、0.2μｍ厚のＩｎＧａＰエッチングストップ層２３、0.1μｍ厚のｎ−ＧａＡｓ層コンタクト層７，0.7μｍ厚のＩｎＡｌＰ/ＧａＡｌＡｓ光反射層８， 1.0μｍ厚のｎ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層９、 1.0μｍ厚のＩｎＧａＡｌＰ-ＭＱＷ活性層１０、 １．０μｍ厚のｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層１１、1.5μｍ厚のｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１２、0.05μｍ厚のｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層１３を順次成長させる。これを第１の中間半導体装置と呼ぶ。
【００２９】
一方、図４（ｂ）に示すように、ｐ−ＧａＰ透明基板２（略250μｍ厚）上に、高濃度ｐ−ＧａＰ層３を0.2μｍエピタキシャル成長させたものを用意する。これを第２の中間半導体装置と呼ぶ。
【００３０】
次に、図４（ａ）に示される第１の中間半導体装置と、図４（ｂ）に示される第２の中間半導体装置とをそれぞれ水洗して乾燥する。この後、図４（ｃ）から分かるように、水洗い及び乾燥された第１の中間半導体装置のｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層１３と、水洗い及び乾燥された第２の中間半導体装置の高濃度ｐ−ＧａＰ層３とを重ね合わせる。この状態で第１、第２の中間半導体装置を、あまり高くない温度、例えば400℃にて熱処理することにより、第１の中間半導体装置と第２の中間半導体装置とを仮接着する。
【００３１】
次に、図４（ｃ）に示す仮接着した第１、第２の中間半導体装置をアンモニア系のエッチング液でエッチングすることにより、図５（ａ）から分かるように、ｎ−ＧａＡｓ基板２０とｎ−ＧａＡｓバッファー層２１とからなるダミー基板を、ＩｎＧａＰエッチングストップ層２３の手前まで選択的に除去する。
【００３２】
次に、図５（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＰエッチングストップ層２３を塩酸系のエッチング液を用いて除去する。続いて、770℃程度までに加熱して熱処理し、ｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層１３と高濃度ｐ−ＧａＰ層３との上記仮接着をより強固な接着状態にする。このときの中間半導体装置を図６（ａ）に示す。但し、図６（ａ）に示される中間半導体装置は、より実際のものに沿わせるべく、図４及び図５に示される中間半導体装置における縦横の比率を変えて、縦方向の長さ（厚さ）を短くしたものとして示したものである。また、図６（ａ）に示すように、このときの中間半導体装置の厚さＷは２５０μｍである。
【００３３】
次に、図６（ｂ）に示すように、半導体エピ層４をフォトリソグラフィー技術を用いて所定のパターンに形成する。そして、このパターニングされた半導体エピ層４上に、通電用のオーミック電極（ｎ電極）５をフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。また、ｐ−ＧａＰ透明基板２の上側外表面にも、通電用のオーミック電極（ｐ電極）６をフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。
【００３４】
次に、図６（ｃ）に示すように、６０°の角度を有するＶ字状（くさび形状）のダイシングソーを用いて、ｐ−ＧａＰ透明基板２の上側外表面をカッティングし、Ｖ字形の溝部を形成する。Ｖ字形の溝部の表面における破砕層（図示せず）を、塩酸系のエッチング液によって取り除く。この後、さらに、光の取り出し効率を高めるために、このエッチング液と同様の塩酸系のエッチング液を用いて、上記Ｖ字形の溝部にフロスト処理を行う。これらによって、図６（ｃ）に示すように、溝８ａが形成される。図６（ｃ）に示すように、溝８ａの深さＡは２００μｍであり、溝８ａにより形成される開口部の幅Ｂは２３０μｍである。溝８ａの稜線部の左右の幅Ｂ１はそれぞれ１１５μｍである。その他、図６（ｃ）から分かるように、幅Ｃは５０μｍ、幅Ｄは５０μｍである。なお、溝８ａは、図６（ｃ）に示される紙面に垂直な方向のみならず、紙面に沿った方向（図７（ｂ）−２参照）においても形成される。
【００３５】
次に、図６（ｄ）に示すように、半導体エピ層４、高濃度ｐ−ＧａＰ層３、ｐ−ＧａＰ透明基板２を、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングして、溝２５及び溝２６を形成する。
【００３６】
次に、図７（ａ）に示すように、半導体エピ層４、高濃度ｐ−ＧａＰ層３、ｐ−ＧａＰ透明基板２の図中下面及び側面に、酢酸及び酸等を含む溶液を用いて、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等からなる酸化物７ｂを形成する。このとき、図７（ａ）から分かるように、ｎ電極部５の下面には、酸化物７ｂを形成しない。また、同様にして、図７（ａ）に示すように、溝８ａ、斜面８ｂ等の表面にも、酸化物（絶縁膜）７ａを形成する。
【００３７】
次に、図７（ｂ）−１及び図７（ｂ）−２に示すように、図７（ａ）に示される中間半導体装置を、ばらばらになるのを防ぐための粘着シート上において、Ａ−Ａ線に沿ってカットする。図７（ｂ）−２に示すように、このときのカット幅Ｅは４９５μｍであり、ｐ電極６の幅Ｆは１００μｍである。ここに、図７（ｂ）−２は、図７（ｂ）−１に示される中間半導体装置の平面図である。次いで、図７（ｂ）−２に示すように、Ａ−Ａ線に沿ってカットされた中間半導体装置を、さらに、Ｂ−Ｂ線に沿ってカットして複数のチップ（半導体発光素子）とする。このときのカット幅Ｇは、図７（ｂ）−２に示すように、３３０μｍである。この状態では、複数のチップはシート上に保持され、ばらばらにはならない。
【００３８】
最後に、図８（ｂ）−１及び図８（ｂ）−２から分かるように、この中間半導体装置が搭載されたシートを引き延ばして、カットにより形成された複数の半導体素子の間隔をあけた後、粘着シートから取り外す。
【００３９】
以上のように、本発明の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００４０】
ｐ−ＧａＰ透明基板にＶ字状の溝を形成して、このＶ字状の溝によって、これを挟んで形成される光路を光学的に図中左右に分離したので、溝の右側における発光層から射出された光が、溝の左側におけるｐ電極の下面方向へ入り込むのを防いで、この光を素子の外部に効率よく取り出すことができる。即ち、ｐ電極の下面方向への光を、Ｖ字状の溝の一方の面から一旦空気中に射出させるとともに、Ｖ字状の溝の他方の面にて図中上方に反射させて、素子の外部に取り出すことができる。つまり、発光層からの光を効率よく利用することができる。また、このＶ字状の溝の上記他方の面に反射物質を設けて、この面の反射能力を高めたので、上記光をより一層効率よく取り出すことができる。
【００４１】
また、本発明の実施形態において、ｐ電極とｎ電極の２つの電極を、同一面に設けず、発光層を挟んで互いに対する位置関係に設けた形態を採用したので、図１０に示した従来技術のように、素子分離のための溝を形成したり、電極形成のためのＺｎ拡散を行ったり、マウントのための正確な位置合わせをしたりする必要もないのは当然である。
【００４２】
また、本発明の実施形態において、上部電極としてのｐ電極６と、下部電極としてのｎ電極５との距離が、１つのチップにおいてできるだけ離れるようにすれば、発光層の光強度を平面的に可及的に均一にすることがでる。つまり、ｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層の光拡散の効果をより確実なものとすることができる。
【００４３】
また、本発明の実施形態によれば、半導体エピ層の側面を酸化物で覆うようにしたので、当該素子を反射板上等にマウントしたものにおいて、半導体エピ層の側面において、活性層（発光層本体）を挟むｐ層とｎ層とが、ダイマウント材により短絡しないようにして、素子を確実に動作させることができる。
【００４４】
また、本発明の実施形態においては、素子の図中下面（半導体エピ層におけるｎ電極で覆われた部分以外の部分と、バッファ層としてのｐ−ＧａＡｓ層の外表面）に酸化物を形成している。そして、この膜厚を、光の発光波長λ、酸化物の屈折率ｎに対して、λ／４ｎの奇数倍の厚さを有するものとしたので、素子の下面方向への光を、上記酸化物にて効率よく透過させたあと、ダイマウント材にて反射させて、素子の上面方向から取り出すことができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、発光層で発せられた光のうち、導電性透明基板を通って反対側の電極へ向かう光を、導電性透明基板の表面に形成した溝によって最終的に外部に取り出せるようにしたので、導電性の透明基板から直接外部に射出する光と協働させて、発光層から射出される光を効率よく外部に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施形態としての半導体発光素子を示す断面図である。
図１（ｂ）は、半導体発光素子における半導体エピ層を具体的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示される半導体発光素子に設けられた溝の構造を具体的に示す。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示される溝の変形例を示す。
【図３】図３は、図１に示される半導体発光素子がマウントされた装置を示す。
【図４】図４は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図５】図５は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図６】図６は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図７】図７は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図８】図８は、図１に示される半導体発光素子の製造工程を示す製造工程断面図である。
【図９】図９は、従来の半導体発光素子を示す断面図である。
【図１０】図１０は、従来の別の半導体発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体発光素子
２ ｐ−ＧａＰ透明基板（導電性透明基板）
３ 高濃度ｐ−ＧａＰ層（バッファ層）
４ 半導体エピ層
５ ｎ電極（第１の電極）
６ ｐ電極（第２の電極）
７ ｎ−ＧａＡｓコンタクト層
７ａ、７ｂ 酸化物（絶縁性物質）
８ ＩｎＡｌＰ／ＧａＡｌＡｓ光反射層８
８ａ 溝
８ａ（１） 第１の面（通過面部分）
８ａ（２） 第２の面（反射面部分）
８ｂ 斜面
９ ｎ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層
１０ ＩｎＧａＡｌＰ-ＭＱＷ活性層（発光層本体）
１１ ｐ−Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層
１２ ｐ-ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層
１３ ｐ−ＩｎＧａＰウェハー接着層
１４ 発光層
１５ 反射板
１６ａ、１６ｂ ペースト
１７ 配線
２０ ｎ−ＧａＡｓ基板
２１ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
２３ ＩｎＧａＰエッチングストップ層
２５、２６ 溝
Claims (7)
- 互いに向かい合う第１の表面と第２の表面を有し、波長λの光に対して透光性を有する透明第１導電型基板と、
前記基板の前記第１の表面上の一部に、直接的に、または、バッファ層を介して前記基板と電気的に接続して形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、を有する半導体エピ層と、
前記半導体エピ層の前記基板と反対側の面上の一部に、前記半導体エピ層の前記第２導電型半導体層と電気的に接続して形成された第１の電極と、
前記基板の前記第２の表面上の一部に、前記基板に電気的に接続して形成され、前記第１の電極と向かい合う位置に対してずらした位置に形成された第２の電極と、
前記基板の前記第２の表面から前記第１の表面に向けて形成され、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ間の位置に設けられた溝であって、前記第１の電極側の第１の面と前記第２の電極側の第２の面とを有し、前記第１の面は前記活性層からの前記波長λの光を外部に通過させて通過光となし、前記第２の面は前記通過光のうちの入射するものを反射させて前記透明第１導電型基板への流入を阻止するものとして構成されている、溝と、
を備えることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記半導体エピ層の前記第１導電型半導体層、前記活性層、および前記第２導電型半導体層がＩｎＧａＡｌＰ系材料からなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
- 前記基板がＧａＰ基板であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
- 半導体発光素子と、反射板と、前記半導体発光素子を前記反射板上にマウントする導電性マウント材と、を備え、
前記半導体発光素子が、
互いに向かい合う第１の表面と第２の表面を有し、波長λの光に対して透光性を有する透明第１導電型基板と、
前記基板の前記第１の表面上の一部に、直接的に、または、バッファ層を介して前記基板と電気的に接続して形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、を有する半導体エピ層と、
前記半導体エピ層の前記基板と反対側の面上の一部に、前記半導体エピ層の前記第２導電型半導体層と電気的に接続して形成され、前記反射板上に前記導電性マウント材によってマウントされた第１の電極と、
前記基板の前記第２の表面上の一部に、前記基板に電気的に接続して形成され、前記第１の電極と向かい合う位置に対してずらした位置に形成された第２の電極と、
前記基板の前記第２の表面から前記第１の表面に向けて形成され、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ間の位置に設けられた溝であって、前記第１の電極側の第１の面と前記第２の電極側の第２の面とを有し、前記第１の面は前記活性層からの前記波長λの光を外部に通過させて通過光となし、前記第２の面は前記通過光のうちの入射するものを反射させて前記透明第１導電型基板への流入を阻止するものとして構成されている、溝と、
を有することを特徴とする半導体発光装置。 - 前記半導体エピ層の前記第１導電型半導体層、前記活性層、および前記第２導電型半導体層がＩｎＧａＡｌＰ系材料からなることを特徴とする請求項４記載の半導体発光装置。
- 前記基板がＧａＰ基板であることを特徴とする請求項４又は５記載の半導体発光装置。
- 半導体発光素子と、反射板と、前記半導体発光素を前記反射板上にマウントする導電性マウント材と、を備え、
互いに向かい合う第１の表面と第２の表面を有し、第１導電型であり、波長λの光に対して透光性を有するＧａＰ基板と、
前記ＧａＰ基板の前記第１の表面上の一部に、ＧａＰ系半導体からなるバッファ層を介して前記ＧａＰ基板と電気的に接続して接着された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層上に形成され波長λの光を反射する第２導電型の光反射層と、前記反射層上に形成された第２導電型のコンタクト層と、を有し、前記第１導電型半導体層、前記活性層、および前記第２導電型半導体層はＩｎＧａAｌＰ系半導体からなり前記ＧａＰ基板とは格子定数および材質が異なり、前記第２導電型コンタクト層はＧａＡｓ系半導体からなる、半導体エピ層と、
前記第２導電型コンタクト層上の一部に、前記第２導電型コンタクト層と電気的に接続して形成され前記反射板上に前記導電性マウント材によってマウントされた第１の電極と、
前記基板の前記第２の表面上の一部に前記基板に電気的に接続して形成され、前記第１の電極と向かい合う位置に対してずらした位置に形成された第２の電極と、
前記基板の前記第２の表面から前記第１の表面に向けて形成され、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ間の位置に設けられた溝であって、前記第１の電極側の第１の面と前記第２の電極側の第２の面とを有し、前記第１の面は前記活性層からの前記波長λの光を外部に通過させて通過光となし、前記第２の面は前記通過光のうちの入射するものを反射させて前記透明第１導電型基板への流入を阻止するものとして構成されている、溝と、
を有することを特徴とする半導体発光装置。
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