JP4332407B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。

近年、半導体発光素子の中で、光通信、情報表示パネル、ＣＣＤカメラ補助光源およびＬＣＤバックライト等に発光ダイオード（ＬＥＤ）が広く用いられている。これらの発光ダイオードは高輝度であることが重要であるが、発光ダイオードの輝度は、流す電子の個数と外部に出射される光子の個数の比、すなわち外部量子効率に依存する。この外部量子効率は、流す電子と発光ダイオードの発光層で発生する光子の比である内部量子効率と、発生した光子が素子の外部に出射される割合である外部出射効率とによって決まる。このうち外部出射効率は素子構造に大きく影響される。

発光ダイオードでは、外部出射効率を向上させることを目的として、発光波長に対して透明な透明基板を用いることが有効である。発光波長に対して不透明な基板を用いた場合には上面への出射光しか利用できないのに対し、透明基板を用いた場合には上面だけでなく側面からも光を取り出すことができるからである。また、下面における反射光も上面および側面から出射させることが可能となる。この方法はInGaAsP系の半導体材料を用いた赤外発光ダイオード、AlGaAs系の半導体材料を用いた赤色、赤外発光ダイオード、GaAsP系の半導体材料を用いた黄色発光ダイオードおよびGaP系の半導体材料を用いた緑色発光ダイオード等に適用されている。

図９は、従来の技術によるAlGaInP系の発光ダイオード８１を示す。発光ダイオード８１は、発光波長に対して透明なGaP透明基板８２の上に発光層８３を有している。この発光層８３は、AlGaInP中間層８４、AlInP第１クラッド層８５、AlGaInPバリア層とAlGaInP井戸層からなる活性層８６およびAlInP第２クラッド層８７で構成されている。さらに、発光ダイオード８１は、発光層８３の上にAlGaAs電流拡散層８８と、透明基板８２の下に複数のAuSi電極８９と、電流拡散層８８の上にAuZn/Mo/Auボンディングパッド（電極）９０とを有している。電極８９とボンディングパッド９０の間に電圧を印下して、発光ダイオード８１に電流を流すと発光層８３で発光し、上面の電流拡散層８８からだけでなく、透明基板の側面からも光が出射する。

GaP透明基板８２は、AlGaInP中間層８４に格子整合しないので、通常の層成長法では、透明基板８２の上に発光層８３を結晶性よく形成することができない。そこで、このような、発光層に対して格子整合しない透明基板を用いた半導体発光素子を製造する方法がいくつか提案され、以下の特許文献に開示されている。
特開平６−３０２８５７号公報 特開平６−２９６０４０号公報 特開２０００−１９６１３９号公報 特開２００１−１４４３２２号公報

特許文献１には、発光波長に対して不透明なGaAs基板上に発光層をエピタキシャル成長法により形成し、その上にGaP電流拡散層をエピタキシャル成長法により数１０μｍ形成した後、発光波長に対して不透明なGaAs基板を除去し、GaAs基板を除去した面にGaP透明基板を置き熱処理を施すことによって直接接合する半導体発光素子の製造方法が開示されている。発光層上に成形するGaP電流拡散層の厚さは、成長時間とGaAs基板を除去した後のウェハの機械的強度との兼ね合いで５０〜１００μm程度である。５０μｍ以下であるとウェハを取り扱う時に割れやすく、１００μｍ以上であると成長時間が長くなり発光ダイオードのコストが高くなるからである。

特許文献２には、発光波長に対して不透明なGaAs基板上に発光層をエピタキシャル成長法により形成し、この発光層の上に発光波長に対して透明なGaP透明基板を置いて熱処理を施すことによって直接接合した後に、発光波長に対して不透明なGaAs基板を除去する半導体発光素子の製造方法が開示されている。

また、特許文献３には、アンドープまたはｎ型のGaAs基板上に電流拡散層として機能するｐ型の半導体層を形成し、その上に発光層を形成して、その上にｎ型のGaP接着層を形成し、さらに、このｎ型GaP接着層とｎ型のGaP透明基板とを熱処理して接合した後、GaAs基板を除去する半導体発光素子の製造方法が開示されている。

さらに、特許文献４にも、発光層の上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってｎ型GaP接着層を形成し、このｎ型GaP接着層とｎ型のGaP透明基板とを熱処理して接合する半導体発光素子の製造方法が開示されている。

上記の半導体発光素子の製造方法では、GaP透明基板は、発光層の中間層または発光層の中間層の上に設けたGaP接着層と直接接合している。この直接接合を行うためには両者の接合面を平滑化して隙間なく合わせることが重要である。しかしながら、発光層の中間層は薄く、ヒロックが発生した場合にはポリッシュなどで平滑化することは望めない。また、GaP接着層は、発光層に格子整合しないため表面が平滑な鏡面にならないだけでなく、凸形状の結晶欠陥であるヒロックが発生しやすい。ヒロックが発生してしまうと表面を平滑化するためにポリッシュしても、完全に平滑化することは困難であるため、その周辺が直接接合されずボイドとなり、歩留まりを低下させていた。

そこで、本発明は、発光層で発生した光をチップの上面だけでなく側面からも取り出すことができる高輝度の半導体発光素子を安価で歩留まり良く製造、提供することを課題とする。

具体的には、半導体発光素子の製造において、GaP透明基板を直接接合する時のボイドによる歩留まり低下を抑制することである。

本発明による半導体発光素子は、発光層と、該発光層からの発光波長に対して透明な透明基板との間に(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP（0≦y≦1、0＜z＜1）からなるコンタクト層を備え、前記コンタクト層は、In組成比が７％〜１２％、好ましくは８％〜１０％であるAlGaInP系の半導体発光素子とする。

この構成によれば、前記コンタクト層の表面を平滑化できるので前記透明基板を接合してもボイドの発生を抑制することができる。そして、前記コンタクト層のIn組成比が７％以上であれば前記コンタクト層は、ヒロックが２００ｎｍ以下の凸型となり、In組成比が８％以上であれば前記コンタクト層は、ほぼヒロックがない平滑な面または凹型となる。このため、表面を容易に平滑化することができ、前記透明基板の接合不良を防止できる。よって、半導体発光素子の歩留まりを向上させることができる。

また、本発明の半導体発光素子において、前記透明基板は、GaPであってもよい。

この構成によれば、GaP基板が緑色から赤色の波長に対して透明であるため、緑色から赤色の高輝度の半導体発光素子を提供できる。

また、本発明の半導体発光素子において、前記コンタクト層は、Ga_zIn_1-zP（0.5＜z＜1）であってもよい。

この構成によれば、前記コンタクト層は、酸化されにくいので、ポリッシュにより接合面を平滑化した後にも接合面の品質を保持でき、前記基板を良好に接合できる。

また、本発明の半導体発光素子において、前記透明基板と前記コンタクト層は、直接接合により貼り付けられてもよい。

この構成によれば、層成長法に比べて安価に前記透明基板を前記発光層に形成できる。

また、本発明の半導体発光素子において、前記コンタクト層は、厚さが８μｍ以下、好ましくは３μｍ以下であってもよい。

この構成によれば、前記コンタクト層表面のヒロックの高さが小さい場合には、前記コンタクト層表面を少ないポリッシュにより平滑化できる。よって、製造の誤差も小さくなるため、ポリッシュ後の前記コンタクト層の厚さを薄く設定することができる。そして、前記コンタクト層を薄くすることで良好な特性の半導体発光素子を安価に提供できる。

また、本発明の半導体発光素子において、前記コンタクト層は、キャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３以上、好ましくは４×１０^１８ｃｍ^−３以上であってもよい。

この構成によれば、直接接合界面に発生する界面準位による障壁を、トンネル効果により電子を通過させることができるので、動作電圧の低い半導体発光素子を提供できる。

また、本発明の半導体発光素子において、前記コンタクト層および前記透明基板は、ともにｐ型であってもよい。

上記構成によれば、直接接合界面の界面準位によりバンド構造が変形したときにも、ｐ型であればキャリアに対して障壁になりにくい。このため、電圧降下を小さくすることができるので、動作電圧の低い半導体発光素子を提供できる。

また、本発明の半導体発光素子において、前記コンタクト層は、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３以上、好ましくは２×１０^１８ｃｍ^−３以上であるとよい。

上記構成によれば、キャリア濃度が高く接合面のわずかな結晶欠陥がキャリアの障壁とならないので、動作電圧の低い半導体発光素子を提供できる。

また、本発明の半導体発光素子において、前記発光層の上に、発光波長の光線透過率が高い透明電極を備えてもよい。

この構成によれば、電流拡散が良好になりボンディングパッド直下での発光を減少させることができるので、高輝度の半導体発光素子を提供できる。

本発明による半導体発光素子の製造方法は、AlGaInPに格子整合する材質の成長基板上にAlGaInP系の発光層を形成し、前記発光層上に(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP（0≦y≦1、0＜z＜1）からなり、In組成比が７％〜１２％、好ましくは８％〜１０％のコンタクト層を形成し、前記コンタクト層の表面を平滑化し、前記コンタクト層の表面に透明な透明基板を直接接合し、前記成長基板を除去する方法とする。

この方法によれば、前記コンタクト層の表面を平滑化でき、前記コンタクト層に格子整合しない前記透明基板を接合してもボイドの発生を抑制することができる。そして、前記コンタクト層のIn組成比が７％以上であれば前記コンタクト層は、ヒロックが２００ｎｍ以下の凸型となり、In組成比が８％以上であれば前記コンタクト層は、ほぼヒロックがない平滑な面または凹型となる。このため、表面を容易に平滑化することができ、前記透明基板の接合不良を防止できる。よって、半導体発光素子の歩留まりを向上させることができる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記成長基板は、GaAsであってもよい。

この方法によれば、GaAs基板に格子整合する結晶性の良い(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP（0≦y≦1、0≦z≦1）発光層を形成できる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記透明基板は、GaPであってもよい。

この方法によれば、GaP基板が緑色から赤色の波長に対して透明であるため、緑色から赤色の高輝度の半導体発光素子を製造できる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記コンタクト層は、Ga_zIn_1-zP（0≦y≦1、0.5＜z＜1）であってもよい。

この方法によれば、前記コンタクト層は、酸化されにくいので、ポリッシュにより接合面を平滑化した後にも界面の品質を保持でき、前記基板を良好に接合できる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記コンタクト層は、In組成比が前記コンタクト層表面のヒロックの高さが２００ｎｍ以下になる比率であってもよい。

この方法によれば、前記コンタクト層の表面を数μｍのポリッシュで容易に平滑化することができ、前記透明基板の接合不良を防止できる。このため半導体発光素子の歩留まりを向上させることができる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記コンタクト層は、成形時において厚さが１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下であってもよい。

この方法によれば、成形時の前記コンタクト層を薄くすることにより、コンタクト層を形成するための時間とコストを低減でき、良好な特性の半導体発光素子を安価に製造できる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記コンタクト層は、キャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３以上、好ましくは４×１０^１８ｃｍ^−３以上であってもよい。

この方法によれば、直接接合界面に発生する界面準位による障壁を、トンネル効果により電子を通過させることができるので、動作電圧の低い半導体発光素子を製造できる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記コンタクト層および前記透明基板は、ともにｐ型であってもよい。

この方法によれば、直接接合界面の界面準位によりバンド構造が変形したときにも、ｐ型であるのでキャリアに対して障壁になりにくい。このため、電圧降下を小さくすることができるので、動作電圧の低い半導体発光素子を製造できる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記コンタクト層は、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３以上であってもよく、好ましくは２×１０^１８ｃｍ^−３以上であるとよい。

この方法によれば、キャリア濃度が高く接合面のわずかな結晶欠陥がキャリアの障壁とならないので、動作電圧の低い半導体発光素子を製造できる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記発光層の上に、発光波長の光線透過率が高い透明電極を形成してもよい。

この方法によれば、電流拡散が良好になりボンディングパッド直下での発光を減少させることができるので、高輝度の半導体発光素子を製造できる。

以上のように、本発明によれば、発光波長に対して透明な透明基板を直接接合するコンタクト層を(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP（0≦y≦1、0＜z＜1）で構成し、Inを含有させることによりコンタクト層のヒロック高さを低く、または、凹形状にすることができる。その結果、数μｍのポリッシュ厚で表面を完全に平滑化できるので、ボイドのない良好な特性の半導体発光素子を得られ、歩留まりを向上させることもできる。

（第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態の代表的な半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）１の側面図である。発光ダイオード１は、発光波長に対して透明なｎ型のGaPからなる透明基板２とAlGaInP系の発光層３を有している。この発光層３は、ｎ型の（Al_0.2Ga_0.8）_0.77In_0.23Pからなる中間層４、ｎ型のAl_0.5In_0.5Pからなる第１クラッド層５、バリア層が（Al_0.6Ga_0.4）_0.5In_0.5Pで井戸層が（Al_0.2Ga_0.8）_0.5In_0.5Pである活性層６およびｐ型のAl_0.5In_0.5Pからなる第２クラッド層７により構成された公知の構造である。そして、発光ダイオード１は、透明基板２と発光層３の間にｎ型の（Al_0.1Ga_0.9）_0.93In_0.07Pからなるコンタクト層８を有している。さらに、発光ダイオード１は、発光層３の上にｐ型のAl_0.7Ga_0.3Asからなる電流拡散層９と、透明基板２の下に複数のｎ型AuSiからなる電極１０と、電流拡散層９の上にAuZn/Mo/Auからなるボンディングパッド（電極）１１とを有している。

図２から６は、発光ダイオード１の製造工程を示す。先ず、図２に示すように、AlInPと格子整合するｎ型のGaAsからなる成長基板１２上に、ｐ型のGaAsからなる厚さ１μｍのｐ型バッファー層１３を形成して、このバッファー層１３の上に、以下に説明するように発光ダイオードを形成する。また、ここでは、ｐ型ドーパントにはZnを、ｎ型ドーパントにはSiを使用する。図２は、図１と上下が反対であるので、バッファー層１３の上には、最後に設ける電極であるボンディングパッド１１を除いて、ｐ型電流拡散層９から順に各層を形成する。電流拡散層９の上に厚さ１μｍのｐ型第２クラッド層７を形成し、その上に、活性層６、厚さ１μｍのｎ型第１クラッド層５および厚さ０．１５μｍのｎ型中間層４を形成して発光層３を構成する。そして、この発光層３の上に厚さ１０μｍのｎ型コンタクト層８を形成し、さらに厚さ０．０１μｍのキャップ層１４を形成する。上記の各層は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により積層するが、他にもＭＢＥ法やＭＯＭＢＥ法などの様々な方法が適用可能である。また、本実施形態において、コンタクト層８のIn組成比は７％であり、キャリア濃度は４×１０^１８ｃｍ^−３である。

次に、図３に示すように、キャップ層１４の表面から５μｍポリッシュによりコンタクト層８の表面を平滑化してからエッチャントで処理する。また、別に用意したｎ型のGaPからなる透明基板２の表面も、同様にエッチャントで処理して酸化膜を除去する。洗浄・乾燥してからコンタクト層８表面に透明基板２のエッチャントで処理した面を密着させ、真空中において、８００℃で１時間加熱する。これにより、図４に示すように、コンタクト層８と透明基板２を直接接合できる。

さらに、図２から４とは再び上下反対の図５に示すように、アンモニア・過酸化水素水エッチャントでエッチングして、成長基板１２およびバッファ層１３を除去する。そして透明基板２の下面を所定の厚さに研磨する。さらに透明基板の下面に電極１０と、電流拡散層９の上面にボンディングパッド１１を設けることで、図１に示す発光ダイオード１ができる。

図６に示すように、コンタクト層８の表面に発生するヒロックの形状は、Inの組成比に依存している。Inを含まない場合には、ヒロックは凸型となり、その高さは約１．６μｍとなる。このようなヒロックが発生すると、数μｍ程度の厚さをポリッシュしてもコンタクト層８の表面を完全に平滑にすることはできない。完全に平滑化されていないコンタクト層８に透明基板２を加熱接合すれば、当然にボイドが発生して歩留まりが低下し、悪くすると、ヒロックの凸部のみが接合して透明基板２の大部分が接合されないこともある。

発光ダイオード１のコンタクト層８は、（Al_0.1Ga_0.9）_0.93In_0.07Pからなっており、Inを７％含有している。このとき、コンタクト層８のヒロックは、高さは約２００ｎｍの凸型となり、コンタクト層８を約５μｍポリッシュすれば十分にその表面を平滑化できる。これにより、コンタクト層８に透明基板２を加熱接合する際の歩留まりが大きく向上する。さらに、コンタクト層８を厚くポリッシュする必要がないので、条件の変化や製造の誤差なども小さくて済むことから、ポリッシュ後に残すコンタクト層８の厚さを８μｍ以下（本実施形態では５μｍ）に小さく設定できる。こうして、成形時のコンタクト層８は、本実施形態のように１０μｍと薄いものでも十分である。このように、ヒロックが低いことは、コンタクト層８の成形および平滑化に要する製造コストの削減にも寄与する。

また、コンタクト層８のIn組成比をさらに大きくしていくと、Inが８％程度でヒロックの高さはほぼ０になり、さらにInの組成比を大きくすると、ヒロックは凹型になるとともにコンタクト層８と透明基板２の熱膨張率の差が大きくなってくる。In組成比が１２％を超えると、ＭＯＣＶＤ成長後に冷却したときに、この熱膨張率の差によって、成長基板１２とコンタクト層８を含む各層とからなるウェハに反りが発生する。この反りは、後のポリッシュ工程でウェハが割れる原因となり好ましくない。好ましくは、In組成比を１０％以下とすれば、このような反りは問題ないレベルまで小さくなる。

本発明による発光ダイオード１は、２０ｍＡでの外部量子効率が５．５％であった。これに対し、発光波長に対して透明でないGaAs基板に同じ構造の発光層、ＤＢＲ、電流拡散層および電極を設けた発光ダイオードは、外部量子効率が２．３％程度でしかない。この差が透明基板２の寄与分である。

また、２０ｍＡでの動作電圧は２．３Ｖであった。これはｎ型のコンタクト層８のキャリア濃度が４×10¹⁸cm^-3と十分高いことによる。通常、ｎ型のコンタクト層８とｎ型のGaP透明基板１２の接合界面には界面準位が発生し、電子に対して障壁になるようにバンド構造を変形させる。ｎ型の（Al_0.1Ga_0.9）_0.93In_0.07Pからなっているコンタクト層８のキャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３よりも高い場合には、この障壁をトンネル効果により通過することができるため動作電圧上昇を抑制できる。キャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３のときの動作電圧は２．５Ｖであるが、２×１０^１８ｃｍ^−３未満の場合には障壁による動作電圧の上昇が顕著である。

（実施形態２）図７は、本発明の第２実施形態である発光ダイオード２１を示す。発光ダイオード２１は、発光波長に対して透明なｐ型のGaPからなる透明基板２２とAlGaInP系の発光層２３を有している。この発光層２３は、ｐ型の（Al_0.2Ga_0.8）_0.77In_0.23Pからなる中間層２４、ｐ型のAl_0.5In_0.5Pからなる第１クラッド層２５、バリア層が（Al_0.5Ga_0.5）_0.5In_0.5Pで井戸層がGa_0.5In_0.5Pである活性層２６およびｎ型のAl_0.5In_0.5Pからなる第２クラッド層２７により構成されている。そして、発光ダイオード２１は、透明基板２２と発光層２３の間にｐ型の（Al_0.1Ga_0.9）_0.915In_0.085Pからなるコンタクト層２８を有している。さらに、発光ダイオード２１は、発光層２３の上にｎ型のAl_0.5Ga_0.5Asからなる電流拡散層２９と、透明基板２２の下に複数のｐ型AuBeからなる直径４０μｍの円形の電極３０と、電流拡散層２９の上にAuSi/Mo/Auからなるボンディングパッド３１とを有している。この発光ダイオード２１の、上述の第１実施形態との違いは、ｐ／ｎの型が反対である（これに伴って電極の材質も異なる）ことと、コンタクト層２８は、In組成比が８．５％とやや高く、キャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３と低く、厚さが薄いことである。

発光ダイオード２１の製造工程は、上述の発光ダイオード１の製造工程とほぼ同じである。しかし、ウェハ上に形成したときの（ポリッシュ前の）コンタクト層２８の厚さは半分の５μｍであり、透明基板２２を接合する前にコンタクト層２８の表面を平滑化する工程でポリッシュする厚さは約２．５μｍと少なくてよい。

本実施形態では、コンタクト層２８のIn組成比を８．５％としているため、発生するヒロックは約２００ｎｍの凹型である。ポリッシュによる平滑化では、微小な突起部のみを削り取ることはできず、ヒロックが凸型の場合には、コンタクト層２８全体を研磨しながら平滑な面に近づけていくことになるが、ヒロックが凹型の場合には、コンタクト層２８全体を削り取る際にヒロックの凹部はほとんど削られない。ヒロックが凹型の場合には、平滑化のためのポリッシュが少なくて済む。よって、本実施形態では、２．５μｍのポリッシュでも十分である。ポリッシュする厚さが小さいので、製造の誤差や条件の変化を考慮して最終的に残すべきコンタクト層２８の厚さも３μｍ以下に小さく設定できる。このため、発光ダイオード２１のコンタクト層２８は、最初から５μｍ以下に薄く形成してもよい。このことから、コンタクト層２８は、ヒロックの高さがほぼ０または凹型となるように、In組成比を８％以上とすることが好ましい。これは、当然に、歩留まり向上や、コストの削減に寄与する。

この発光ダイオード２１は、２０ｍＡでの動作電圧が２．１Ｖであった。これは、コンタクト層２８および透明基板２２がｐ型であるため、界面準位によりバンド構造が変形したときにも、キャリアに対しては障壁になりにくいためである。このため、ｎ型の場合よりもキャリア濃度が低くともこの接合面を通過でき、動作電圧が顕著に高くなるのはキャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３未満になったときである。この実施形態では、キャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３と十分に高いため、このように低い動作電圧が実現可能である。

また、発光ダイオード２１は、２０ｍＡでの外部量子効率が１５％であった。これに対して、ｐ型GaAs基板に同じ構造の発光層、ＤＢＲ、電流拡散層および電極を設けた発光ダイオードは、外部量子効率が７．８％程度でしかない。この結果は、透明基板の効果を示すとともに、上述の第１実施形態の外部量子効率が５．５％であったこととの対比から、透明基板２２とコンタクト層２８との接合部をｐ型にすることの優位性を明確に示すものである。

（実施形態３）図８は、本発明の第３実施形態である発光ダイオード４１を示す。発光ダイオード４１は、発光波長に対して透明なｐ型のGaPからなる透明基板４２とAlGaInP系の発光層４３を有している。この発光層４３は、ｐ型の（Al_0.2Ga_0.8）_0.77In_0.23Pからなる中間層４４、ｐ型のAl_0.5In_0.5Pからなる第１クラッド層４５、バリア層が（Al_0.5Ga_0.5）_0.5In_0.5Pで井戸層がGa_0.5In_0.5Pである活性層４６およびｎ型のAl_0.5In_0.5Pからなる第２クラッド層４７により構成されている。そして、発光ダイオード４１は、透明基板４２と発光層４３の間にキャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３でｐ型のGa_0.915In_0.085Pからなるコンタクト層４８を有している。さらに、発光ダイオード４１は、発光層４３の上にｎ型の（Al_0.15Ga_0.85）_0.5In_0.5Pからなる電極接合層４９と、ガリウムを含有した酸化亜鉛（GaZnO）からなる透明電極５０を有している。また、透明基板４２の下に複数の電極５１と透明電極５０の上にボンディングパッド５２とを有している。

この発光ダイオードは、２０ｍＡでの外部量子効率が１７％であった。上述の第２実施形態の発光ダイオード２１に比べて約１割高効率である。透明電極５０を構成するGaZnOは、発光波長の光線透過率が９０％程度で完全に透明ではないが、AlGaAsからなる電流拡散層よりも電流の拡散が良好である。このため、ボンディングパッド５２直下での発光の割合を減らしてボンディングパッド５２による光の反射や吸収を抑えることができるので、結果として、外部出射効率が向上している。また、この半導体発光素子は、Asを含有していないため、環境に対する負荷も小さい。

以上のように、本発明によれば、発光層と透明基板の間に設けたコンタクト層によって、安価で歩留まりがよく、高輝度の半導体発光素子を提供できる。

本発明の第１実施形態である半導体発光素子の側面図である。 図１の半導体発光素子の製造工程を示す側面図である。 図１の半導体発光素子の製造工程を示す側面図である。 図１の半導体発光素子の製造工程を示す側面図である。 図１の半導体発光素子の製造工程を示す側面図である。 ヒロック高さとIn組成比の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態である半導体発光素子の側面図である。 本発明の第３実施形態である半導体発光素子の側面図である。 従来の半導体発光素子の側面図である。

符号の説明

１ 発光ダイオード（半導体発光素子）
２ 透明基板
３ 発光層
８ コンタクト層
１２ 成長基板
２１ 発光ダイオード（半導体発光素子）
２２ 透明基板
２３ 発光層
２８ コンタクト層
４１ 発光ダイオード（半導体発光素子）
４２ 透明基板
４３ 発光層
４８ コンタクト層
５０ 透明電極

Claims (27)

1. 発光層と、該発光層からの発光波長に対して透明な透明基板との間に(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP（0≦y≦1、0＜z＜1）からなるコンタクト層を備え、前記コンタクト層は、In組成比が７％〜１２％であることを特徴とするAlGaInP系の半導体発光素子。
2. 発光層と、該発光層からの発光波長に対して透明な透明基板との間に(Al _y Ga _1-y ) _z In _1-z P（0≦y≦1、0＜z＜1）からなるコンタクト層を備え、前記コンタクト層は、In組成比が８％〜１０％であることを特徴とするAlGaInP系の半導体発光素子。
3. 前記コンタクト層は、厚さが８μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
4. 前記コンタクト層は、厚さが３μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
5. 前記透明基板は、GaPであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光素子。
6. 前記コンタクト層は、Ga_zIn_1-zP（0.5＜z＜1）であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体発光素子。
7. 前記透明基板と前記コンタクト層は、直接接合により貼り付けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体発光素子。
8. 前記コンタクト層は、キャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３ 以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体発光素子。
9. 前記コンタクト層は、キャリア濃度が４×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体発光素子。
10. 前記コンタクト層および前記透明基板は、ともにｐ型であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体発光素子。
11. 前記コンタクト層は、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３ 以上であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
12. 前記コンタクト層は、キャリア濃度が２×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
13. 前記発光層の上に、発光波長の光線透過率が高い透明電極を備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
14. AlGaInPに格子整合する材質の成長基板上にAlGaInP系の発光層を形成し、
    前記発光層上に(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP（0≦y≦1、0＜z＜1）からなり、In組成比が７％〜１２％のコンタクト層を形成し、
    前記コンタクト層の表面を平滑化し、
    前記コンタクト層の表面に発光波長に対して透明な透明基板を直接接合し、
    前記成長基板を除去することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
15. AlGaInPに格子整合する材質の成長基板上にAlGaInP系の発光層を形成し、
    前記発光層上に(Al _y Ga _1-y ) _z In _1-z P（0≦y≦1、0＜z＜1）からなり、In組成比が８％〜１０％のコンタクト層を形成し、
    前記コンタクト層の表面を平滑化し、
    前記コンタクト層の表面に発光波長に対して透明な透明基板を直接接合し、
    前記成長基板を除去することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
16. 前記コンタクト層は、厚さが８μｍ以下であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の半導体発光素子の製造方法。
17. 前記コンタクト層は、厚さが３μｍ以下であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。
18. 前記成長基板は、GaAsであることを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
19. 前記透明基板は、GaPであることを特徴とする請求項１４から１８のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
20. 前記コンタクト層は、Ga_zIn_1-zP（0.5＜z＜1）であることを特徴とする請求項１４から１９のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
21. 前記コンタクト層は、表面のヒロックの高さが２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４から２０のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
22. 前記コンタクト層は、キャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３以上であることを特徴とする請求項１４から２１のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
23. 前記コンタクト層は、キャリア濃度が４×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上であることを特徴とする請求項１４から２１のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
24. 前記コンタクト層および前記透明基板は、ともにｐ型であることを特徴とする請求項１４から２１のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
25. 前記コンタクト層は、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３以上であることを特徴とする請求項２４に記載の半導体発光素子の製造方法。
26. 前記コンタクト層は、キャリア濃度が２×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上であることを特徴とする請求項２４に記載の半導体発光素子の製造方法。
27. 前記発光層の上に、発光波長の光線透過率が高い透明な透明電極を形成することを特徴とする請求項１４から２６のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。

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