JP5065936B2

JP5065936B2 - 半導体発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP5065936B2
Application number: JP2008044239A
Authority: JP
Inventors: 秀文安田; 夕子加藤; 保晴菅原; 俊幸寺田; 和由古川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP2009065109A

Description

本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。

従来、成長用基板上に成長させた発光層を含む半導体層を、金属層を介して支持基板に貼り替え、光取り出し面の反対方向に放出された光を金属層で反射させて光取り出し面に導くようにした構造が知られている（例えば特許文献１）。このような反射型半導体発光素子においては、反射構造部分での反射率が、輝度を向上させるための要因の一つであり、その反射率をより高めることが求められる。
特開２００４−１０４０８６号公報

本発明は、輝度の向上が図れる半導体発光素子及びその製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、支持基板と、発光層を含み、第１の面とその反対側の第２の面を有する半導体層と、前記第２の面に選択的に設けられたコンタクト層と、前記第２の面に前記コンタクト層と離間して設けられ、前記コンタクト層よりも厚く形成された絶縁膜と、前記コンタクト層と前記絶縁膜との間に設けられた高反射材料層と、前記コンタクト層、前記絶縁膜、及び前記高反射材料層と、前記支持基板との間に設けられた金属層と、を備え、前記高反射材料層は、前記金属層における前記絶縁膜側の部分よりも、前記発光層から放出される光に対する反射率が高いことを特徴とする半導体発光素子が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、基板上に設けられた発光層を含む半導体層の表面上に、半導体を含むコンタクト層を選択的に形成する工程と、前記半導体層の表面上に、前記コンタクト層を覆って絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を選択的に除去し、前記コンタクト層を露出させ、前記コンタクト層の周囲の前記半導体層の表面を露出させる工程と、前記コンタクト層の周囲の前記半導体層の表面上に、高反射材料層を形成する工程と、前記絶縁膜と前記コンタクト層と前記高反射材料層を覆う金属層を形成する工程と、前記金属層に支持体を貼り合わせた後、前記基板を除去する工程と、を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法が提供される。

本発明によれば、輝度の向上が図れる半導体発光素子及びその製造方法が提供される。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の断面構造を模式的に示す断面図である。図２は、図１におけるＡ部の拡大図である。

本実施形態に係る半導体発光素子は、発光層（活性層）４ｂを含む半導体層と、支持基板１２とを、金属層１１、１３を介して貼り合わせた構造を有する。この半導体発光素子においては、支持基板１２とは反対側の、図１において上側から光が取り出される。

発光層４ｂとしては、例えばＩｎＧａＡｌＰ系の多重量子井戸構造を用いることができる。発光層４ｂは、これよりもバンドギャップの大きいｎ型クラッド層４ａ及びｐ型クラッド層４ｃで挟まれている。

ｎ型クラッド層４ａの上には上部電流拡散層３が設けられ、ｐ型クラッド層４ｃの下には下部電流拡散層５が設けられている。上部電流拡散層３及び下部電流拡散層５は、例えばＩｎＧａＡｌＰからなり、ボンディングパッド１５及び支持基板１２の裏面に形成された裏面電極（ｐ側電極）１４を介して供給される電流を面方向に拡散させる機能を有する。

上部電流拡散層３の上には、例えばｎ型ＧａＡｓを含むコンタクト層２を介して、金属材料を含むボンディングパッド１５が設けられている。ボンディングパッド１５には、図示しない外部回路と接続するためのワイヤが接続される。

下部電流拡散層５と金属層１１との間には、コンタクト層６と絶縁膜８が設けられている。図３に、コンタクト層６と絶縁膜８との平面レイアウトの一例を示す。

下部電流拡散層５の下面（ｐ型クラッド層４ｃとの界面とは反対側の面）は略平坦な面であり、その面に複数のコンタクト層６が選択的に形成されている。絶縁膜８は、下部電流拡散層５の下面におけるコンタクト層６に重ならない位置に形成されている。すなわち、発光層４ｂを含む半導体層における、コンタクト層６及び絶縁膜８が形成された面は略平坦である。

図３に示すように、絶縁膜８には選択的に複数の開口８ａが形成され、その各開口８ａ内に１つのコンタクト層６が位置している。なお、図３に示す例では、各コンタクト層６の平面形状は四角形であるが、これに限らず、例えば円形状、多角形形状などであってもよい。

コンタクト層６は、例えばＧａＡｓからなり、下部電流拡散層５及び金属層１１に接し、それら両者間の電気的接続にオーミック性を持たせる。

絶縁膜８は、発光層４ｂから上部電流拡散層３側の光取り出し面とは反対側に放出された光を光取り出し面側に反射させる反射層として機能し、その絶縁膜８としては、発光層４ｂを含む半導体層よりも屈折率の低い、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜などを用いることができる。

支持基板１２において、金属層１１に貼り合わせられる側の主面上には金属層１３が形成され、その金属層１３と金属層１１とが貼り合わせられる。

支持基板１２は、ボンディングパッド１５と裏面電極１４との間の導通を確保するため導電性を有する。例えば、支持基板１２として、安価で加工も容易なシリコン基板を用いることができる。ここで、他の代替可能な基板材料として、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣなどが挙げられる。

ボンディングパッド１５及び裏面電極１４を介して、発光層４ｂに電流を注入すると発光層４ｂから光が放出される。発光層４ｂから、光取り出し面側に放出された光は光取り出し面から素子外部に取り出される。発光層４ｂから、光取り出し面の反対側に向けて放出された光は、半導体層（下部電流拡散層５）と絶縁膜８との界面で、光取り出し面側に反射されて素子外部に取り出される。

次に、図４〜６を参照して、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例について説明する。なお、図４〜６では、図１に示す発光層４ｂ、クラッド層４ａ及び４ｃをまとめて発光層４として示している。

まず、図４（ａ）に表すように、基板１上に、コンタクト層２、電流拡散層３、発光層４、電流拡散層５、コンタクト層６を順にエピタキシャル成長させる。基板１は、上記各層の良好なエピタキシャル成長に適したものが用いられ、例えば、ＩｎＧａＡｌＰ系発光素子の場合には、ＧａＡｓを用いることができ、ＧａＮ系発光素子の場合には、サファイアやＳｉＣを用いることができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、コンタクト層６の上に形成した例えばシリコン酸化膜などのマスク７を用いて、コンタクト層６を選択的にエッチングし、これにより、図４（ｃ）に示すように、コンタクト層６が島状にパターニングされる。同図では１つのコンタクト層６しか図示していないが、電流拡散層５上には複数の島状のコンタクト層６が所定ピッチで残される。電流拡散層５はエッチングされないため、コンタクト層６のパターニングにより電流拡散は阻害されない。

次に、図５（ａ）に示すように、コンタクト層６を覆うように電流拡散層５上に絶縁膜８を形成した後、マスク９を用いてコンタクト層６上の絶縁膜８をエッチング除去し、図５（ｂ）に示すように、コンタクト層６を露出させる。この絶縁膜８のエッチングにより形成される開口８ａが、図３に示す開口８ａに対応する。

絶縁膜８は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で形成されたシリコン酸化膜である。あるいは、他の代替可能な絶縁膜材料として、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜などを用いることもできる。また、絶縁膜８は、蒸着法、スパッタリング法などでも形成することができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、コンタクト層６及び絶縁膜８を覆うように、金属層１１を形成する。コンタクト層６と、金属層１１とがオーミック接続する。このようにして得られた構造体に対して支持体が貼り合わせられる。

支持体は、図６（ａ）に示すように、支持基板１２とこの一方の面に形成された金属層１３とを有する。また、金属層１１、金属層１３は金（Ａｕ）を含む材料からなることが望ましい。

この後、発光層４を含む半導体層のエピタキシャル成長に用いた基板１を、例えばウェットエッチングにより除去する（図６（ｂ））。本実施形態のようにＩｎＧａＡｌＰなど四元系の場合は、通常、発光層４を含む半導体層のエピタキシャル成長に好適な基板（例えばＧａＡｓ基板）は、発光層４から放出される光に対する吸収が大きく、そのような基板が光取り出し面側から除去されることで、素子外部への光取り出し効率が向上する。

この後、図６（ｃ）に示すように、光取り出し面側の電流拡散層３の表面に形成されたコンタクト層２を選択的にエッチング除去してパターニングし、残されたコンタクト層２の上にボンディングパッド１５を形成し、さらに、支持基板１２の裏面に裏面電極１４を形成する。

発光層から放出された光を絶縁膜で全反射させる構造を有する反射型半導体発光素子において、比較例としての図１１（ａ）に示すように、発光層を含む半導体層２５の全面にわたってコンタクト層６を設けた後、コンタクト層６をパターニングせずに全面に残したまま、その上に絶縁膜８を形成することも考えられる。この場合も、コンタクト層６と金属層１１とのオーミック接続を確保しなければならないため、図１１（ｂ）に示すように絶縁膜８に開口を形成してコンタクト層６を選択的に露出させる。

この比較例の構造では、発光層を含む半導体層２５と絶縁膜８との間の、面方向にわたる全面にコンタクト層６が存在しているため、発光層から絶縁膜８側に放出された光は、図１１（ｂ）において経路ａで示すように、コンタクト層６を透過してから絶縁膜８で反射し、再度コンタクト層６を透過して光取り出し面側に向かう。このため、絶縁膜８で反射される光はコンタクト層６を２回通過することになる。

発光層を含む半導体層２５と金属層１１との良好なオーミック接続を確保するために好適なコンタクト層６の材料は、一般に、発光層から放出される光に対する吸収が大きい。例えば、発光層としてＩｎＧａＡｌＰ、コンタクト層６としてＧａＡｓを用い、発光層から波長６３０（ｎｍ）の光が発光される場合、その波長での吸収係数は、発光層では３１９（ｍｍ^−１）であるのに対して、コンタクト層６では２８２３（ｍｍ^−１）と大きいため、比較例のように半導体層２５と絶縁膜８との間の全面にコンタクト層６があると、絶縁膜８側に放出された光はコンタクト層６での吸収が支配的となり、このコンタクト層６での光吸収により輝度が低下してしまう。

これに対して、上述した本実施形態に係る半導体発光素子では、コンタクト層６を選択的に形成し、そのコンタクト層６に重ならない位置に絶縁膜８を形成することで、絶縁膜８と半導体層（電流拡散層５）との間に、発光層から放出される光に対する吸収が大きいコンタクト層６が存在しない構造となっている。

発光層への電流注入効率を考えると、最小限必要なコンタクト層６の全面積が決定され、そのコンタクト面積を確保しつつ、それ以外の部分に絶縁膜８を設けることで、コンタクト層６での光吸収を極力抑えつつ、コンタクト層６を介しない絶縁膜８での反射面積を増大させて反射効率を高め、結果として輝度を向上させることができる。

反射層として絶縁膜を用いると、金属を用いた場合よりも光の反射率を高くすることができる。例えばシリコン酸化膜を絶縁膜８とすることにより、全反射を得ることができ、光線入射半球体積割合９０％の領域では理論的には１００％の反射率を得ることができる。

比較例のようにコンタクト層６を全面に形成した場合に対する、コンタクト層６の面積比が６％となるように本実施形態の構造を有するサンプル品（コンタクト層６と絶縁膜８の開口内縁端との間隔は２．５（μｍ））を試作し、比較例と輝度の比較をしたところ、本実施形態の構造を有するサンプル品では、比較例に対して約２倍の輝度が得られた。

発光層の全面にわたって均一に効率的な電流注入を行うために、コンタクト層６は面方向に均一に存在することが望ましい。ただし、ボンディングパッド１５の下は光取り出し面として機能せず、その下の発光層への電流注入効率を高めても光取り出し効率、すなわち輝度にはそれほど貢献しないため、図１に示す例では、ボンディングパッド１５の下にはコンタクト層６を設けていない。

上記で説明した実施形態では、コンタクト層６と電流拡散層５との界面、および絶縁膜８と電流拡散層５との界面は略面一であり、絶縁膜８はコンタクト層６よりも厚いため、絶縁膜８はコンタクト層６よりも金属層１１側に突出している。しかし、この構造に限らず、図７に示すように、コンタクト層６が絶縁膜８よりも厚く、コンタクト層６の方が絶縁膜８よりも金属層１１側に突出していてもよい。

金属層１１は、コンタクト層６と絶縁膜８を形成した後、それら両者を覆って形成されるため、金属層１１はコンタクト層６と絶縁膜８との段差を反映させた形状に形成される。図１及び図２に示すように、コンタクト層６が絶縁膜８に対して凹んでいると、金属層１１において、コンタクト層６の下の部分はコンタクト層６側に凹み、絶縁膜８の下の部分は金属層１３側に突出する。逆に、図７に示すように、コンタクト層６が絶縁膜８に対して突出していると、金属層１１は、コンタクト層６の部分で金属層１３側に突出する。

なお、コンタクト層６と絶縁膜８との膜厚を同じとした場合には金属層１１にはほとんど凹凸が形成されず、金属層１１と金属層１３とを広い面積で良好に貼り合わせることができるが、コンタクト層６と絶縁膜８とを同じ半導体層表面上における重ならない位置に同じ膜厚で形成するには高精度なプロセスの制御性が要求される。これに対して、コンタクト層６に対して絶縁膜８を突出させた構造とすれば、簡易なプロセスでもって良好な圧着状態を得ることができる。また、絶縁膜８をコンタクト層６に対して突出させた構造とした場合、貼り合わせ時の圧力が絶縁膜８を介してウェーハに伝わるため、ウェーハにかかる圧力を緩和することができる。

次に、図８及び図９は、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の他の具体例を示す。

この具体例では、電流拡散層５の全面にコンタクト層６を形成した後、そのコンタクト層６の全面にさらにキャップ層２１を形成し、その後、同じマスクを用いてコンタクト層６及びキャップ層２１を選択的にエッチングする、もしくはキャップ層２１を選択的にエッチングした後にキャップ層２１をマスクにコンタクト層６を選択的にエッチングすることにより、図８（ａ）に示すようにパターニングされたコンタクト層６の上にキャップ層２１が設けられた構造が得られる。

キャップ層２１は、コンタクト層６及び絶縁膜８に対してエッチング選択性を有し、例えば、コンタクト層６がＧａＡｓ、絶縁膜８がシリコン酸化膜の場合には、キャップ層２１としてシリコン窒化膜、ＩｎＧａＰなどを用いることができる。

次に、図８（ｂ）に示すように、キャップ層２１ごとコンタクト層６を覆うように、電流拡散層５上に絶縁膜８を形成した後、図８（ｃ）に示すように、絶縁膜８をキャップ層２１の途中までエッチバックする。この時、キャップ層２１と絶縁膜８とがほぼ同じエッチングレートで加工されることが重要である。例えば、絶縁膜８がシリコン酸化膜、キャップ層２１がシリコン窒化膜の場合、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３、Ｏ_２などのガス系を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）加工が有効である。

その後、キャップ層２１を選択的に除去することで、図９（ａ）に示すように、絶縁層８よりもコンタクト層６が凹んだ状態でコンタクト層６上面が露出された構造が得られる。

その後、図９（ｂ）に示すように、コンタクト層６及び絶縁膜８を覆うように金属層１１を形成した後、図９（ｃ）に示すように、金属層１１と金属層１３とを貼り合わせる。その後、前述した図６（ｂ）以降と同様の工程が行われていく。

また、本具体例では、絶縁膜８はその全面を単にエッチバックするだけであり、絶縁膜８のパターニングは行っていない。したがって、絶縁膜８のパターニング時に用いるエッチングマスクの位置ずれに起因するコンタクト層６側面と絶縁膜８との間のクリアランスをゼロにすることができる。

コンタクト層６側面と絶縁膜８との間のクリアランスには、図６（ｃ）に示すように金属層１１が設けられ、その部分では絶縁膜８ではなく金属層１１が反射層として機能する。コンタクト層６側面と絶縁膜８との間にクリアランスが無い場合とある場合とでコンタクト層６の面積を同じとした場合は、そのクリアランスの存在は、実質的に絶縁膜８の面積を縮小することになるため、そのクリアランスが小さいほど、金属層１１よりも高い反射率が得られる絶縁膜８での反射面積を大きくして輝度を向上させることが期待できる。

コンタクト層６のパターニング時、エッチング面方位依存性に起因して、一般にコンタクト層６の断面形状は図１０に示すようにメサ形状になる傾向にある。図５（ａ）、（ｂ）のプロセスによれば、絶縁膜８は、そのコンタクト層６を覆って形成された後、その絶縁膜８におけるコンタクト層６の上の部分が選択的に除去されてコンタクト層６が露出されるが、このとき、図１０において１点鎖線で示す位置Ａにまでしか絶縁膜８が除去されず、コンタクト層６のテーパ面６ａ上の絶縁膜８が残ってしまうと、絶縁膜８の上面に突起５０が形成されてしまう。この突起５０があると、絶縁膜８の上に形成される金属層１１と、支持基板１２に形成された金属層１３との貼り合わせ不良を発生させる要因となり、好ましくない。

したがって、絶縁膜８がコンタクト層６のテーパ面６ａ上に残らないように、絶縁膜８を、コンタクト層６のテーパ下端より広く、例えば図１０において２点鎖線で示す位置Ｂまでエッチングする必要がある。

コンタクト層６とその周囲を囲む絶縁膜８との間隔（クリアランス）の必要幅は、コンタクト層６のエッチング形状にて規定される。図１０のようにコンタクト層６がメサ形状に形成される場合では、前述したようにテーパ面６ａ上に絶縁膜８が残るのは望ましくないことから、コンタクト層６のテーパ面６ａの幅（テーパ上端とテーパ下端との間の面方向距離）が上記クリアランスの最低必要幅である。コンタクト層６の側面が下地層の主面に対して略垂直となる形状の場合には、絶縁膜８の面積をより大きくして反射率を高める観点から、上記クリアランスはゼロとするのが望ましい。実際の製造では、プロセス制御性、バラツキなども考慮して上記クリアランスを決定する必要があり、本発明者等が検討した結果、クリアランスの最低必要幅は０以上１０マイクロメートル以下にすればよいとの知見を得るに至った。

また、本発明者等は、前述したコンタクト層６を選択的に形成したデバイス構造での電流分布シミュレーションを行ったところ、発光層においてコンタクト層６の直上部分（コンタクト層６に対向する部分）で電流密度が高くなるとの結果が得られた。具体的には、コンタクト層６直上の発光層を中心として、コンタクト層幅の１．８５倍程度の範囲において、発光層の電流密度が、他領域より高い結果となった。

電流密度の高い領域は発光量が大きい領域である。その発光量が大きい領域を図１２において主発光領域１００として模式的に示す。その主発光領域１００から絶縁膜８側に放出された光が、絶縁膜８と半導体層（電流拡散層５）との界面で全反射する条件は、例えば、絶縁膜８がＳｉＯ_２、電流拡散層５がＩｎＧａＡｌＰの場合、上記界面に対する光の入射角が２６°（臨界角）以上の場合である。

その臨界角以上の入射角で上記界面に入射した光はその界面で全反射するが、主発光領域１００からの光に対して、上記界面のすべての部分で全反射が得られるとは限らない。すなわち、主発光領域１００から放出された光で、最短経路にて絶縁膜８に到達する光成分は、上記界面に対して垂直な光成分であることから、絶縁膜８においてコンタクト層６に近い部分（主発光領域１００に対向する部分）では、臨界角より小さい角度での入射となる光成分が多くなる。その臨界角より小さい角度で絶縁膜８に入射した光は、図１２において矢印で模式的に示すように、絶縁膜８を透過して絶縁膜８の下に設けられた金属層１１で反射する。すなわち、コンタクト層６の周辺部分では、主発光領域１００から放出された光は絶縁膜８で全反射せず、絶縁膜８を透過してその下の金属層１１で反射することになり、反射効率の低下による輝度低下が懸念される。

そこで、図１３に示す本発明の第２の実施形態では、主発光領域１００から放出された光を全反射しにくい、コンタクト層６の周辺部分には絶縁膜８を形成せずに、その部分に高反射材料３１を設けている。図１３（ａ）はコンタクト層６及びその周辺部分の断面構造を示し、図１３（ｂ）はコンタクト層６と高反射材料３１との平面配置関係を示す。

ここで、金属層１１は、発光層４を含む半導体構造部分を支持基板に貼り合わせる際の接着を担い、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを積層した構造を有する。その金属層１１において絶縁膜８との接着面側には、絶縁膜８との良好な密着性を確保するため例えばＴｉが用いられる。一方、金属層１１において、前述した図６（ａ）の工程にて支持基板１２側の金属層１３と圧着される部分には、その金属層１３との間でＡｕどうしの接合を行うためＡｕが用いられる。

コンタクト層６の周辺部分に絶縁膜８を形成しないことで、コンタクト層６と絶縁膜８との間にはクリアランスが形成される。したがって、前述した図５（ｃ）の工程にて絶縁膜８及びコンタクト層６を覆うように金属層１１を形成すると、上記クリアランスに金属層１１が入り込んで形成される。このとき、前述した構造の金属層１１を形成すると絶縁膜８側にＴｉが用いられることから、金属層１１において電流拡散層５と接する部分はＴｉとなる。

Ｔｉは絶縁膜８および半導体層との密着性は良好である。しかし、Ｔｉは、例えばＩｎＧａＡｌＰ系の発光層４から放出される波長６３０〜６４０ｎｍ程度の光に対する反射率は０．３３３と低い。

そこで、本実施形態では、絶縁膜８とコンタクト層６間のクリアランス部分に高反射材料３１を設けている。高反射材料３１は少なくとも電流拡散層５に接する。この高反射材料３１は、金属層１１において絶縁膜８（の裏面８ｂ）に接する部分（Ｔｉ）よりも、発光層４から放出される光に対する反射率が高い材料から形成されている。高反射材料３１としては、ＡｕＺｎ（発光層４から放出される光に対する反射率は０．８９６）、Ａｕ（発光層４から放出される光に対する反射率は０．９７）、ＩＴＯをはじめとする透明電極材料などを一例として挙げることができる。

このように本実施形態によれば、主発光領域１００から、光取出面の反対側に放出された光は、コンタクト層６の周辺部分では高反射材料３１によって反射され、入射角が臨界角以上となる光成分の到達が多くなる部分では絶縁膜８によって全反射される。この結果、発光量が大きい領域である主発光領域１００から放出された光の、光取出面側への光反射量を増大させて、輝度を向上できる。

コンタクト層６と絶縁膜８との間に形成するクリアランスの幅、すなわち絶縁膜８がなく高反射材料３１を設ける範囲は適切に設計する必要がある。絶縁膜８での全反射が得られる領域にまで必要以上に高反射材料３１を形成することは、反射光量の低減につながる。したがって、高反射材料３１は、絶縁膜８での全反射の効果が期待できない必要最小限の領域（幅）にとどめる必要がある。

本発明者等が検討した結果、コンタクト層６を中心としてその周囲に高反射材料３１を形成する範囲（高反射材料３１の幅）ｂは、コンタクト層６の幅ａの２倍以下であれば、絶縁膜８での全反射が得られない部分での光反射を高反射材料３１で補いつつ、反射面全体の大部分の面積を占める絶縁膜８での全反射効果を最大限に利用して、輝度の向上に効果的であるとの知見を得るに至った。より具体的には、現状のデバイス設計、プロセス制御性、バラツキなどを考慮して、高反射材料３１の幅（コンタクト層６と絶縁膜８との間のクリアランス幅）は、１０マイクロメートル以下とするのが望ましいとの知見を得るに至った。

次に、図１４は、図１３に示す構造の製造方法の一例を示す。

本実施形態においても、前述した図４（ａ）〜図５（ａ）の工程を経て、コンタクト層６を覆うように電流拡散層５上に絶縁膜８を形成した後、図１４（ａ）に示すように、マスク９を用いて絶縁膜８を選択的にエッチング除去し、コンタクト層６を露出させる。さらに、このエッチングにより、コンタクト層６周辺部分の絶縁膜８も除去されて、コンタクト層６と絶縁膜８との間にクリアランスｃが形成される。

次に、絶縁膜８上にマスク９を形成した状態のまま、例えば蒸着法にて高反射材料３１を形成する。これにより、図１４（ｂ）に示すように、マスク９上、コンタクト層６上、およびクリアランスｃに露出している電流拡散層５上に高反射材料３１が形成される。

次に、マスク９をその上に形成された高反射材料３１と共に絶縁膜８上から除去する（リフトオフ）。高反射材料３１は、図１４（ｃ）に示すように、絶縁膜８とコンタクト層６との間（クリアランスｃ）における電流拡散層５上の部分、およびコンタクト層６上の部分に残される。なお、図１４に示す例では、コンタクト層６上の高反射材料３１はそのまま残しているが、例えばエッチングにより除去してもよい。

次に、図１４（ｄ）に示すように、絶縁膜８、高反射材料３１およびコンタクト層６を覆うように、金属層１１を形成する。以降、図６を参照して前述した実施形態と同様、金属層１１と金属層１３との圧着により支持基板１２が貼り合わせられた後、発光層４を含む半導体層のエピタキシャル成長に用いた基板１を除去する。さらに、光取出面側のコンタクト層２の加工や、ボンディングパッド１５の形成、支持基板１２の裏面に裏面電極１４を形成する工程等が行われて本実施形態に係る半導体発光素子が得られる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

各構成要素の材料は上記で挙げたものに限定されるものではなく、他の材料を用いてもよい。例えば、発光層としてはＧａＮ系材料を用いてもよく、また、発光層の材料に応じて、コンタクト層もＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなどを適宜選択して用いることができる。

ｐ側電極としては、支持基板１２の裏面に裏面電極１４を設ける代わりに、金属層１３の上に絶縁膜８や発光層を含む半導体層を設けない領域を設け、その領域における金属層１３上にボンディングパッドを設けてもよい。この場合、支持基板１２は導電性を有していなくてもよい。また、発光層を含む半導体層に上部電流拡散層及び下部電流拡散層を必ずしも設けなくてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の断面構造を模式的に示す断面図。図１におけるＡ部の拡大図。同実施形態に係る半導体発光素子におけるコンタクト層と絶縁膜との平面レイアウトの一例を示す拡大模式平面図。本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す模式図。図４に続く工程を示す模式図。図５に続く工程を示す模式図。本実施形態に係る半導体発光素子において絶縁膜よりもコンタクト層の方が厚い具体例を示す模式図。本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の他の具体例を示す模式図。図８に続く工程を示す模式図。コンタクト層と、絶縁膜の開口内縁端との位置関係を説明するための模式図。コンタクト層が全面にわたって形成された比較例に係る半導体発光素子の要部断面を模式的に示す拡大断面図。コンタクト層直上の主発光領域から放出された光に対しては、コンタクト層周辺の絶縁膜での全反射が起こりにくいことを説明するための模式図。本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の要部構造を示す模式図。図１３に示す半導体発光素子の製造方法の一例を示す模式図。

符号の説明

１…基板、３…電流拡散層、４ａ，４ｃ…クラッド層、４ｂ…発光層、５…電流拡散層、６…コンタクト層、８…絶縁膜、８ａ…開口、１１…金属層、１２…支持基板、１３…金属層、２１…キャップ層、３１…高反射材料

Claims

支持基板と、
発光層を含み、第１の面とその反対側の第２の面を有する半導体層と、
前記第２の面に選択的に設けられたコンタクト層と、
前記第２の面に前記コンタクト層と離間して設けられ、前記コンタクト層よりも厚く形成された絶縁膜と、
前記コンタクト層と前記絶縁膜との間に設けられた高反射材料層と、
前記コンタクト層、前記絶縁膜、及び前記高反射材料層と、前記支持基板との間に設けられた金属層と、
を備え、
前記高反射材料層は、前記金属層における前記絶縁膜側の部分よりも、前記発光層から放出される光に対する反射率が高いことを特徴とする半導体発光素子。
前記絶縁膜は前記コンタクト層よりも厚く且つ前記金属層側に突出していることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
前記開口部の幅と前記コンタクト層の幅の和は、前記コンタクト層の幅の２倍以下であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の半導体発光素子。
前記高反射材料層は、ＡｕＺｎ、ＡｕおよびＩＴＯの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
前記金属層は、
前記コンタクト層と前記絶縁膜と前記高反射材料層と接し、これらを覆う第１の金属層と、
前記第１の金属層の上に設けられた第２の金属層と、を有し、
前記第１の金属層は、前記コンタクト層と前記絶縁膜と前記高反射材料層が設けられた側からＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを順に積層した積層構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
基板上に設けられた発光層を含む半導体層の表面上に、半導体を含むコンタクト層を選択的に形成する工程と、
前記半導体層の表面上に、前記コンタクト層を覆って絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を選択的に除去し、前記コンタクト層を露出させ、前記コンタクト層の周囲の前記半導体層の表面を露出させる工程と、
前記コンタクト層の周囲の前記半導体層の表面上に、高反射材料層を形成する工程と、
前記絶縁膜と前記コンタクト層と前記高反射材料層を覆う金属層を形成する工程と、
前記金属層に支持体を貼り合わせた後、前記基板を除去する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。