JP5974808B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
図1を参照して、第1実施形態の半導体発光素子100の構成について説明する。
透光性基板1は、半導体層20を形成するための部材であり、少なくとも半導体層20が発光する光の波長に対して透光性を有する材料、例えばサファイアやSiCなどの材料から選択される。
半導体層20は、少なくとも発光層3を有し、より好適には透光性基板1の第1主面上に第1導電型半導体、発光層3及び第2導電型半導体がこの順に形成される。本実施形態における半導体層20は、透光性基板1側から順に、n型半導体層2、発光層3及びp型半導体層4が積層された構成を有する。ただし、半導体発光素子100として機能する構成であれば、例えば、第1導電型半導体をp型半導体とし、第2導電型半導体としてn型半導体とするなど、他のどのような構成を採用してもよい。
第1実施形態においては、n側電極5はn型半導体層2と接触して形成され、p側全面電極6はp型半導体層4と接触して形成される。n側電極5は、半導体層20の上層の一部が除去されたn型半導体層2の露出面上に形成される。n側電極5は、半導体発光素子100に電流を供給するために、AuやAgなどからなる導電性ワイヤが接続されるパッド電極であり、例えばn型半導体層2の露出面側から順にW、Pt、Auが積層されてなる。なお、n側電極5を構成する材料は、n型半導体層2とオーミック接触することができる材料であれば、他の金属を組み合わせた積層物、合金等、他の材料を用いることもできる。
本発明の第1実施形態の半導体発光素子100において、透光性基板1の第2主面上には、第1金属層8と、第1金属層被覆層12と、第2金属層9と、中間層10と、第3金属層11とが順次積層された積層構造30が設けられている。
図1及び図2を参照して、本発明の第1実施形態の半導体発光素子100の製造方法について説明する。なお、第1実施形態では、図1に示す半導体発光素子100が二次元的に配列されたウエハ状態で各工程が実施され、チップ状に分割された半導体発光素子100が得られる。
半導体層20を形成する工程は、透光性基板1の第1主面上に、半導体の積層構造である半導体層20を形成する工程と、半導体層20に電極を形成する工程とを含む。
まず、透光性基板1の第1主面上に、MOCVD法等により、下地層を介して、SiをドープしたGaNからなるn型半導体層2、InGaNからなる発光層3、MgをドープしたGaNからなるp型半導体層4を順次積層して、半導体層20を形成する。
まず、エッチング等により、n側電極5を設けるための半導体層20のn型半導体層2を露出させた凹部を形成する。次に、この凹部の底面であるn型半導体層2の露出面にn側電極5を形成する。そして、p型半導体層4上にp側全面電極6を形成し、さらにp側全面電極6の一部にp側パッド電極7を形成する。
第1主面上に半導体層20を形成した後、裏面である第2主面上に第1金属層8を含む積層構造30を形成する。
図1及び図2に戻って、説明を続ける。透光性基板1の第1主面上に半導体層20が形成され、第2主面上に第1金属層8、第1金属層被覆層12、第2金属層9、中間層10及び第3金属層11を含む積層構造30が形成されると、レーザー光44を照射した切断部を切断し、個々の半導体発光素子100をチップ状に分割する。
図4を参照して、本発明の第2実施形態の半導体発光素子100の構成について説明する。例えば図4に示すように、第2実施形態における半導体発光素子100は、図1に示した第1実施形態の半導体発光素子100と比べ、第2金属層9が、密着部9a及び被覆部9bの二つの部分からなることが異なる。
図4及び図5を参照して、本発明の半導体発光素子100の第2実施形態の製造方法について説明する。なお、第2実施形態でも、図4に示す半導体発光素子100が二次元的に配列されたウエハ状態で各工程が実施され、チップ状に分割された半導体発光素子100が得られる。
半導体層20を形成する工程は、透光性基板1の第1主面上に、半導体層20を形成する工程と、半導体層20に電極を形成する工程とを含む。半導体層20及びその電極は、第1実施形態の製造方法と同様な方法により形成することができる。
第1主面上に半導体層20が形成されると、裏面である第2主面上に第1金属層8を含む積層構造30を形成する。第1金属層8及び第1金属層被覆層12は、第1実施形態の製造方法と同様な方法により、形成することができる。
図6を参照して、本発明の第3実施形態の半導体発光素子100の構成について説明する。例えば図6に示すように、第3実施形態における半導体発光素子100は、図1に示した第1実施形態の半導体発光素子100に対して、第1金属層8が、第2主面の全面に形成され、第2金属層9が、側面1aに接して形成されることが異なる。
図6、図7及び図8を参照して、本発明の半導体発光素子100の第3実施形態の製造方法について説明する。第3実施形態の製造方法は、図7に示す第一例及び図8に示す第二例の、二つの製造方法を例示することができる。
図7を参照して、本発明の半導体発光素子100の第3実施形態の第一例の製造方法について説明する。本発明の半導体発光素子100の第3実施形態の第一例の製造方法において、半導体層20を形成する工程は、透光性基板1の第1主面上に、半導体層20を形成する工程と、半導体層20に電極を形成する工程とを含む。半導体層20及びその電極は、第1実施形態の製造方法と同様な方法により形成することができる。
第3実施形態の半導体発光素子100は、図8に示すような、第二例の製造方法によって製造することもできる。
図9及び図10を参照して、本発明の第4実施形態の半導体発光素子100の構成について説明する。例えば図9及び図10に示すように、第4実施形態における半導体発光素子100は、図1に示した第1実施形態の半導体発光素子100と比べ、第2金属層9の代わりに、誘電体多層膜19を用いることが異なる。
本発明の半導体発光素子100の第4実施形態の製造方法について説明する。なお、第4実施形態でも、図9及び図10に示す半導体発光素子100が二次元的に配列されたウエハ状態で各工程が実施され、チップ状に分割された半導体発光素子100が得られる。
半導体層20を形成する工程は、透光性基板1の第1主面上に、半導体層20を形成する工程と、半導体層20に電極を形成する工程とを含む。半導体層20及びその電極は、第1実施形態の製造方法と同様な方法により形成することができる。
第1主面上に半導体層20が形成されると、裏面である第2主面上に第1金属層8を含む積層構造30を形成する。第1金属層8及び第1金属層被覆層12は、第1実施形態の製造方法と同様な方法により形成することができる。
サファイアからなるウエハ(透光性基板1)の主面上にn型窒化物半導体層、InGaNを含む活性層(発光層3)、p型窒化物半導体層を積層し、n側電極5を形成する領域のp型窒化物半導体層と活性層とn型窒化物半導体層の一部とを除去する。露出されたn型窒化物半導体層上にn側電極5を、p型窒化物半導体層上の全面に、ITOからなる透光性のp側全面電極6を設け、さらに、透光性のp側全面電極6上の一部にp側パッド電極7を設ける。
実施例2の半導体発光素子100の製造工程では、Agによる第2金属層9の代わりに、図4に示すように密着部9a及び被覆部9bを形成した以外は、実施例1と同様にして、第2実施形態である実施例2の半導体発光素子100を製造した。なお、密着部9aは、Al、Al合金又はAg合金を材料として用い、第1金属層8(膜厚120nm)及び第1金属層被覆層12(膜厚100nm)の合計膜厚220nmとなるように形成した。また、被覆部9bとしては、Alを300nmの膜厚で積層した。これによって、図4に示した第2実施形態である実施例2の半導体発光素子100を得ることができた。
実施例3の半導体発光素子100の製造は、図7に示す製造工程により行った。すなわち、まず、実施例1と同様に、サファイアからなる透光性基板1の第1主面に、窒化物半導体層を積層した。次に、チップ化する際の切断部を焦点46とするように、レーザー光44を透光性基板1に対して照射した(図7(a))。次に、レーザー光44を照射した切断部を切断し、個々の半導体発光素子100を積層構造30が形成する前の半導体発光素子100bをチップ状に分割した(図7(b))。
実施例4の製造工程では、Agによる第2金属層9の代わりに、図9に示すように誘電体多層膜19を形成した以外は、実施例1と同様にして、第4実施形態である実施例4の半導体発光素子100を製造した。なお、誘電体多層膜19としては、Nb2O3とSiO2との積層膜を用いた。また、第一中間層15は、Tiを3〜10nm、第二中間層16は、Pt又はRhを200nmの膜厚となるように積層して、中間層10を形成した。
実施例5の製造工程では、誘電体多層膜19の形成後、中間層10の形成前に、Alからなる第4金属層17を形成した以外は、実施例4と同様にして、第4実施形態である実施例5の半導体発光素子100を製造した。なお、実施例5の第一中間層15は、Wを700nm、第二中間層16は、Ptを200nmの膜厚となるように積層して、中間層10を形成した。
比較例1の製造工程では、第1金属層8を第2主面の全面に形成した以外は、実施例1と同様にして、比較例1の半導体発光素子100を製造した。すなわち、比較例1の半導体発光素子100の場合には、第2金属層9が透光性基板1に接していない。
1a 側面
1c 露出面
2 n型半導体層
3 発光層
4 p型半導体層
5 n側電極
6 p側全面電極
7 p側パッド電極
8 第1金属層
9 第2金属層
9a 密着部
9b 被覆部
10 中間層
11 第3金属層
12 第1金属層被覆層
15 第一中間層
16 第二中間層
17 第4金属層
19 誘電体多層膜
20 半導体層
30 積層構造
44 レーザー光
46 レーザー光の焦点
50 レジスト膜
51 第1レジスト
52 第2レジスト
52a 先細り部
52b 開口部
54 溝
100、100b 半導体発光素子
Claims (19)
- 第1主面と、第2主面と、前記第1主面及び前記第2主面に接する側面とを備え、かつサファイアからなる透光性基板と、前記透光性基板の第1主面側に形成される半導体層と、を有する半導体発光素子であって、
前記透光性基板の第2主面に接して形成され、かつAgからなる第1金属層と、
前記第1金属層の周囲において、少なくとも前記透光性基板の第2主面又は側面に接して形成される第2金属層と、
前記第2金属層上に形成される第3金属層と、を有し、
前記第1金属層は、前記第2金属層よりも前記発光層の発光ピーク波長に対する反射率が高く、
前記第2金属層は、前記透光性基板との密着力が、前記第1金属層と前記透光性基板との密着力より大きいことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第2金属層が、前記透光性基板の表面のうち、第2主面のみに接して形成される、請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記第2金属層が、前記第2主面と前記第1金属層の上面とを連続して覆うように形成されている、請求項2に記載の半導体発光素子。
- 前記第2金属層が、前記第2主面に接している部分のみに形成される密着部と、前記第1金属層の上面全体に接して形成される被覆部とからなり、前記密着部及び前記被覆部の材料が異なる材料である、請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
- 前記第1金属層が、前記第2主面の全面に形成され、
前記第2金属層が、前記側面に接して形成される、請求項1に記載の半導体発光素子。 - 第1主面と、第2主面と、前記第1主面及び前記第2主面に接する側面とを備える透光性基板と、前記透光性基板の第1主面側に形成される半導体層と、を有する半導体発光素子であって、
前記透光性基板の第2主面に接して形成される第1金属層と、
前記第1金属層の周囲において、少なくとも前記透光性基板の第2主面又は側面に接して形成される第2金属層と、
前記第2金属層上に形成される第3金属層と、を有し、
前記第1金属層は、前記第2金属層よりも前記発光層の発光ピーク波長に対する反射率が高く、
前記第2金属層は、前記透光性基板との密着力が、前記第1金属層と前記透光性基板との密着力より大きく、
前記第2金属層は、前記第2主面に接している部分のみに形成される密着部と、前記第1金属層の上面全体に接して形成される被覆部とからなり、前記密着部及び前記被覆部の材料が異なる材料であることを特徴とする半導体発光素子。 - 第1主面と、第2主面と、前記第1主面及び前記第2主面に接する側面とを備える透光性基板と、前記透光性基板の第1主面側に形成される半導体層と、を有する半導体発光素子であって、
前記透光性基板の第2主面の全面に接して形成される第1金属層と、
前記第1金属層の周囲において、少なくとも前記透光性基板の側面に接して形成される第2金属層と、
前記第2金属層上に形成される第3金属層と、を有し、
前記第1金属層は、前記第2金属層よりも前記発光層の発光ピーク波長に対する反射率が高く、
前記第2金属層は、前記透光性基板との密着力が、前記第1金属層と前記透光性基板との密着力より大きいことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第1金属層が、Ag、Ag合金、Rh及びPtから選択されるいずれか1種からなる、請求項6又は7に記載の半導体発光素子。
- 前記第1金属層がAgからなり、前記透光性基板がサファイアからなる、請求項6〜8のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第2金属層が、Al、Ni、Ti、又はAl合金からなる、請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 第1主面と、第2主面と、前記第1主面及び前記第2主面に接する側面とを備える透光性基板と、前記透光性基板の第1主面側に形成される半導体層と、を有する半導体発光素子であって、
前記透光性基板の第2主面に接して形成される第1金属層と、
前記第1金属層の周囲において、少なくとも前記透光性基板の第2主面又は側面に接して形成される誘電体多層膜と、
前記誘電体多層膜上に形成される第3金属層と、を有し、
前記誘電体多層膜は、前記透光性基板との密着力が、前記第1金属層と前記透光性基板との密着力より大きいことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記誘電体多層膜が、前記第1金属層の上面を覆うように形成されている、請求項11に記載の半導体発光素子。
- 前記誘電体多層膜の上面に接して形成される第4金属層をさらに含む、請求項11又は12に記載の半導体発光素子。
- 前記第3金属層が、Au−Sn又はPd−Snからなる、請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1金属層と、前記第2金属層又は前記誘電体多層膜との間に、前記第1金属層を構成する材料が、前記前記第2金属層又は前記誘電体多層膜側に拡散することを防止するための第1金属層被覆層を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1金属層被覆層が、Niからなる、請求項15に記載の半導体発光素子。
- 前記第2金属層と前記第3金属層との間に、前記第3金属層の材料が前記第1金属層へ拡散することを防止するための中間層を有する、請求項1〜16のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記中間層が、前記第3金属層と接するように形成される第二中間層を含み、前記第二中間層が、Pt、Rh及びそれらの合金から選択される1種を含む材料からなる、請求項17に記載の半導体発光素子。
- 前記中間層が、前記第二中間層と、前記第2金属層との間に配置される第一中間層をさらに含み、前記第一中間層が、Ti、W及びそれらの合金から選択される1種を含む材料からなる、請求項18に記載の半導体発光素子。
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