WO2004051758A1

WO2004051758A1 - 半導体発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: WO2004051758A1
Application number: PCT/JP2003/014890
Authority: WO
Inventors: Hitoshi Murofushi; Shiro Takeda
Original assignee: Sanken Electric Co., Ltd.
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2004-06-17
Also published as: TWI230472B; JPWO2004051758A1; CN100521261C; CN1717812A; TW200425537A

Abstract

発光半導体基板2のAlGaInPから成るn型半導体層11の表面に遷移金属層を介してAu層を設ける。GaとAuとの共晶点よりも低い温度の熱処理によってAuを遷移金属層17を介してn型半導体層11に拡散させ、20～1000オングストロームの厚みを有し且つ光吸収率の小さいオーミックコンタクト領域4を形成する。遷移金属層及びAu層を除去し、n型半導体層11及びオーミックコンタクト領域4の表面にA1から成る導電性を有する光反射層5を形成する。光反射層5に第1及び第2の接合金属層6,7を介して不純物がドープされたSiから成る導電性支持基板8を貼り合せる。

Description

明細書半導体発光素子及びその製造方法

技術分野

本発明は G a系化合物半導体を有する半導体発光素子に関し、詳細は発光効率を改善することができる半導体発光素子に関する。

背景技術

従来の典型的な半導体発光素子は、導電性を有する G a A s等から成る支持基板と、 n型クラッド層と、活性層と、 p型クラッド層と、 p型クラッド層の一部に接続されたァノード電極と、支持基板に接続された力ソード電極とから成る。なお、以下、 n型クラッド層と活性層と _P型クラッド層とを発光半導体領域と呼ぶことにする。この半導体発光素子では、活性層で発生した光は p型クラッド層を介して上面側に放射されると共に n型クラッド層側即ち下面側にも放射される。半導体発光素子の光取り出し面は上面側であるので、発光効率を向上させるために活性層から下面側に放射された光をいかに上面側に反射させるかが重要でめる。

活性層から下面側に放射した光を上面側に反射させるために、前述の基本構造の半導体発光素子の支持基板と発光半導体領域との間に、ブラッグ（Bragg) 反射膜を配置する構造が知られている。ブラッグ反射膜は発光半導体領域と同様に一連のェピタキシャル成長工程で形成できるという利点を有する。しかし、プラッグ反射膜は波長のスペクトル帯域の広い光に対して十分な反射率を有さない。

光反射率を向上させる別の方法として、前述の基本構造の半導体発光素子において発光半導体領域のェピタキシャル成長工程後に G a A s 等の支持基板を除去し、発光半導体領域に光透過性基板を貼着し、更にこの光透過性基板の下面に光反射性を有する電極を形成することが知られている。しかし、この光透過性基板と光反射性電極とを設ける構造は、発光半導体領域と光透過性基板との界面における抵抗が起因してァノ一ド電極と力ソード電極との間の順方向電圧が比較的大きくなるという欠点を有する。

上記欠点を解決するための方法が本件出願人に係わる日本の特開 2 0 0 2— 2 1 7 4 5 0号公報（以下、特許文献 1 と言う.。）に開示されている。この特許文献 1には、発光半導体領域の下面側に A u G e G a 合金層を分散的に形成し、 A u G e G a合金層及びこれによつて覆われていない発光半導体領域の下面を A 1等の金属反射層で覆い、更に、反射層に導電性支持基板を貼着することが開示されている。 Au G e G a 合金層は例えば A 1 G a I n P等の発光半導体領域に対して比較的良好にォーミック接触する。従って、この構造によると、アノード電極とカソード電極との間の順方向電圧を低下させることができる。

ところで、上記特許文献 1の Au G e G a合金層は比較的厚く且つ G e (ゲルマニウム）を含んでいるので、比較的光吸収率が大きい。従つて、 A u G e G a合金層と光反射層とから成る複合層の反射率は約 3 0 %であって比較的小さい。このため、上記特許文献 1の技術によって高い発光効率を有する半導体発光素子を得ることが困難であった。また、 A u G e G a合金層の表面モフォロジー（surface morphology) 即ち A u G e G a合金層の表面の平坦性が悪い。このため、導電性支持基板を A u G e G a合金層を有する発光半導体領域に容易且つ良好に貼り合せることができなかった。発明の開示

そこで、本発明の目的は、発光効率の向上又は順方向電圧の低減が可能な半導体発光素子を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明を、実施形態を示す図面の符号を参照して説明する。なお、請求の範囲及びここでの参照符号は、本願発明の理解を助けるために付されており、本願発明を限定するものではない。本発明に従う半導体発光素子は、

光を取り出すための一方の主面 1 5 とこの一方の主面 1 5 と反対側の他方の主面 1 6とを有し、且つ前記一方の主面 1 5と前記他方の主面 1 6 との間に発光のための複数の化合物半導体層を有し、且つ前記複数の化合物半導体層の内の前記他方の主面 1 6に露出している化合物半導体層 1 1がガリウム（Ga) を含む化合物半導体で形成されている半導体基板 2と、

前記半導体基板 2の一方の主面 1 5に接続された電極 3 と、

前記半導体基板 2の前記他方の主面 1 6に露出している化合物半導体層 1 1の少なくとも一部にォーミック接触しており、且つ金属材料とガリウム（G a ) との混合層から成るォーミックコンタクト領域 4と、前記半導体基板 2の前記他方の主面 1 6に露出している化合物半導体層 1 1 と前記ォーミツタコンタクト領域 4とのいずれか一方又は両方を覆っており且つ導電性を有している光反射層 5と

備えている。

なお、前記ォーミックコンタクト領域 4は G a と Auとの混合層から成ることが望ましい。

前記ォ一ミツタコンタクト領域 4は 2 0〜 1 0 0 0オングストロームの厚さを有していることが望ましい。

前記半導体基板 2の前記他方の主面 1 6に露出している化合物半導体層 1 1は、

A l _x G a _y I n ₁ __x__y P, ここで、 x， yは 0≤ χ < 1、 0 < y≤ 1、 0 < x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 1の化合物半導体、

A l _x G a _y I n

s , ここで、 x， yは 0≤ χ < 1、 0 < y ≤ 1、 0 < x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 2の化合物半導体、及び

A l _x G a _y I n ₁— _x__y N、ここで、 x , yは 0≤ χ < 1、 0 < y≤ 1、 0 < x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 3の化合物半導体から選択された 1つに導電型決定不純物が添加されたものであることが望ましい。

前記光反射層 5は、前記ォーミツタコンタクト領域 4よりも反射率の大きい金属層であることが望ましい。

前記光反射層は、アルミニウム層であることが望ましい。

更に、前記光反射層 5に結合された導電性支持基板 8を有していることが望ましい。

前記導電性支持基板 8は不純物を含むシリコン支持基板であり、更に. 前記シリコン支持基板に接続された別の電極 9を有することが望ましレ、。

前記ォーミックコンタクト領域 4は前記半導体基板 2の他方の主面 1 6の一部のみに設けられ、前記光反射層 5は前記ォーミツタコンタクト領域 4 と前記半導体基板 2の前記他方の主面 1 6の前記ォーミックコンタクト領域 4が形成されていない部分との両方を覆っていることが望ましい。

前記半導体基板 2は、第 1導電型の G a系化合物半導体から成る第 1 導電型半導体層 1 1 と、前記第 1導電型半導体領域 1 1上に配置された G a系化合物半導体から成る活性層 1 2と、前記活性層 1 2上に配置された第 1導電型と反対の第 2導電型の G a系化合物半導体から成る第 2導電型半導体層 1 3とを備えていることが望ましい。

半導体発光素子の好ましい製造方法は、

光を取り出すための一方の主面 1 5 とこの一方の主面 1 5 と反対側の他方の主面 1 6 とを有し、且つ前記一方の主面 1 5と前記他方の主面 1 6 との間に発光のための複数の化合物半導体層を有し、且つ前記複数の化合物半導体層の内の前記他方の主面 1 6に露出している化合物半導体層 1 1がガリウム（Ga) を含む化合物半導体で形成されている半導体基板 2を用意する工程と、

前記半導体基板 2の前記他方の主面 1 6の少なくとも一部に遷移金属を含む補助層 1 7を形成する工程と、

前記半導体基板 2の前記ガリゥムを含む化合物半導体層 1 1に前記補助層 1 7を介して拡散させることが可能な金属材料を含む層 1 8を前記補助層 1 7の上に形成する工程と、前記捕助層 1 7及び前記金属材料を含む層 1 8を伴なつた前記半導体基板 2に、前記ガリゥムを含む化合物半導体層 1 1を構成する元素と前記金属材料との共晶点よりも低い温度の加熱処理を施して前記金属材料を前記補助層 1 7を介して前記ガリゥムを含む化合物半導体層 1 1に導入して前記ガリゥムを含む化合物半導体層 1 1を構成する元素と前記金属材料との混合層から成るォーミッタコンタクト領域 4を形成する工程と、

前記補助層 1 7及び前記金属材料を含む層 1 8を除去する工程と、前記半導体基板 2の前記他方の主面 1 6に露出している化合物半導体層 1 1 と前記ォーミックコンタクト領域 4 とのいずれか一方又は両方を覆っており且つ導電性を有している光反射層 5を形成する工程とを備えていることが望ましい。

前記捕助層 1 7及び前記金属材料を含む層 1 8を、前記半導体基板 2 の前記他方の主面 1 6の一部のみを覆うように形成することが望ましレ、。

前記光反射層 5を、前記ォーミッタコンタクト領域 4と前記半導体基板 2の前記他方の主面 1 6の前記ォーミツタコンタクト領域 4が形成されていない部分との両方を覆うように形成することが望ましい。

A l _x G a _y I n ₁— _x―„ P、ここで、 x， yは 0≤ χ < 1、 0 < y≤ 1、 0く x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 1の化合物半導体、

A 1 _x G a _y I n , _x— _yA s、ここで、 x , yは 0≤ x < l、 0 < y ≤ 1、 0 < x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 2の化合物半導体、及ぴ

A 1 _x G a _y I n _x _ _x N、ここで、 x， yは 0≤ x < l、 0 < y≤ 1、 0く x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 3の化合物半導体から選択された 1つに導電型決定不純物が添加されたものであることが望ましい。前記半導体基板 2の前記他方の主面 1 6に露出している化合物半導体層 1 1は、 A l x G a y l n — _x__y P、ここで、 x， yは 0く xく 1、 0 < y≤ 1 , 0 < x + y≤ 1を満足する数値、から成る化合物半導体に導電型決定不純物が添加されたものであり、且つ前記 Xの値が 0. 4又はこれよりも大きく、且つ前記導電型決定不純物の濃度が 1 0^{1 8} c m一³又はこれよりも大きいものであることが望ましい。 .

前記捕助層は、

C r、 T i 、 N i、 S c、 V、 Mn、 F e、 C o、 C u、 Z n、 B e から選択された少なくとも 1種を含む層、

A u層と C r層と A u層との複合層、

C r層と N i層と A u層との複合層、及び

C r層と Au S i層と A u層との複合層

から選択された 1つであることが望ましい。

前記金属材料を含む層 1 8は、

金（Au) 層、

Au層と C r層と Au層との複合層、

C r層と N i層と A u層との複合層、及ぴ

C r層と A u S i層と A u層との複合層

から選択された 1つであることが望ましい。

本発明に従うォーミッタコンタクト領域 4は、従来の A u G e G aから成るォーミックコンタクト領域よりも光吸収率が低い。このため、ォ —ミツタコンタクト領域 4での光吸収が抑制され、半導体基板 2中で発生し且つ半導体基板 2の他方の主面 1 6方向に放射した光の多くをォ一ミツタコンタクト領域 4 と G a系化合物半導体層 1 1 との界面で反射させることができる。また、ォーミックコンタクト領域 4が薄く形成されている時には、半導体基板 2の中で発生し且つ半導体基板 2の他方の主面 1 6方向に放射された光の一部がォーミッタコンタクト領域 4 を通過し、その後反射層 5で反射されて半導体基板 2の一方の主面 1 5 側に戻り、有効な光出力となる。このため、半導体発光素子の出力光量の増大を図り、発光効率を高めることができる。

また、本発明の好ましい実施形態に従って、ォーミックコンタクト領域 4を半導体基板 2の他方の主面 1 6の一部に設ける場合において、出力光量が従来と同一で良い場合には、ォーミッタコンタクト領域 4と光反射層 5 との界面における反射量が多くなる分だけ、ォーミックコンタクト領域 4の面積を増大させることができる。換言すれば、ォーミックコンタクト領域 4の面積を増大しても、出力光量を従来と同一にすることができる。このようにォーミツタコンタクト領域 4の面積を増大させると、発光時における電流通路の抵抗が小さくなり、順方向電圧が低下し、電力損失が小さくなり、発光効率が向上する。

本発明の好ましい実施形態に従って、光透過性を有するォーミックコンタクト領域 4が 2 0〜 1 0 0 0オングストロームと比較的薄く形成されている時には、ォ一ミックコンタクト領域 4での光吸収が少なくなり、ォーミツタコンタクト領域 4と光反射層 5との複合部分の反射率が大きくなる。

また、本発明に従う製造方法によれば、補助層 1 7の働きによって所望のォーミツタコンタクト領域 4を良好且つ容易且つ生産性良く形成することができる。即ち、遷移金属は化合物半導体を構成する元素を固相分解する機能及び半導体表面を清浄化する機能を有するため、遷移金属を含む捕助層 1 7を介して半導体層と金属材料層とを加熱すると、比較的低温（共晶温度以下）で半導体材料と金属材料が固相拡散する。この低温の固相拡散によって形成されたォーミツタコンタクト領域 4は比較的薄い厚みを有し且つ光透過を妨害する金属材料（例えば、 G e ) を含まない。このため、光吸収の少ないォ一ミックコンタクト領域 4が得られる。図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の実施形態に従う半導体発光素子を示す断面図である。図 2は図 1の半導体発光素子の A— A線断面図である。

図 3は図 1の半導体発光素子の製造工程を説明するための発光半導体基板の断面図である。

図 4は図 3の発光半導体基板に遷移金属層と金層とを設けたものを示す断面図である。

図 5は図 4に示す発光半導体基板に熱処理を施してォーミックコンタクト領域を形成したものを示す断面図である。

図 6は図 5から遷移金属層と金層を除去したものを示す断面図である。

図 7は図 6の発光半導体基板に光反射層と第 1の接合金属層を設けたものを示す断面図である。

図 8図 7のものに導電性シリコン支持基板を貼り合せたものを示す断面図である。

図 9はォーミックコンタクト領域を形成する時の熱処理温度と本発明及ぴ従来例に従うォーミツタコンタクト領域と光反射層との複合層の反射率との関係を示す図である。

図 1 0は本発明に従う第 2の実施形態の半導体発光素子を図 1 と同様に示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

第 1の実施形態

次に、図 1〜図 9を参照して本発明の第 1の実施形態に従う半導体発光素子 1即ち発光ダイォード及ぴその製造方法を説明する。

本発明に従う半導体発光素子 1は、図 1に概略的に示すように、発光半導体領域としての発光半導体基板 2と、第 1の電極としてのアノード電極 3 と、本発明に従うォ一ミッタコンタクト領域 4と、光反射層 5 と、第 1及び第 2の接合金属層 6、 7と、導電性支持基板としてのシリコン支持基板 8 と、第 2の電極としての力ソード電極 9と、電流ブロック層 1 0とから成る。発光半導体基板 2は、第 1導電型半導体層としての n型半導体層 1 1 と、活性層 1 2と、第 2導電型半導体層としての p型半導体層 1 3 と、 P型化合物半導体から成る電流拡散層 1 4とを順次にェピタキシャル成長させたものから成る。発光半導体基板 2は、光取り出し側の一方の主面 1 5 とこれと反対側の他方の主面 1 6とを有する。活性層 1 2で発生した光は p型半導体層 1 3 と電流拡散層 1 4とを通って一方の主面 1 5力ら取り出される。

n型クラッド層と呼ぶこともできる n型半導体層 1 1は、

化学式 A 1 G a _y I n ₁— _x― _y P、

ここで、 ¾:, は0≤ く 1、 0 < y≤ l、 0く x + y≤ lを満足する数値、

から成る G a系化合物半導体に n型不純物（例えば S i ) をドーピングしたものから成る。ここで、 A 1 の割合 Xは好ましくは 0. 1 5〜 0. 4 5、より好ましくは 0. 2〜0. 4である。また、 G aの割合 yは好ましくは 0.1 5〜0. 3 5、より好ましくは 0. 4〜0. 6である。 n 型半導体層 1 1の n型不純物の濃度は 5 X 1 0 ^{l 7}c m一以上であることが望ましい。この n型半導体層 1 1に含まれる G aはォーミックコンタクト領域 4の形成に寄与する。 n型半導体層 1 1は周知のように活性層 1 2よりも大きいパンドギヤップを有する。

なお、図 1の n型半導体層 1 1の位置に A l _x G a _y I _{n i}— _x— _y Pで示すことができる 3— 5族化合物半導体から成る n型コンタクト層を設け、この n型コンタクト層と活性層 1 2との間に n型クラッド層即ち n型半導体層を設けることができる。 n型コンタクト層と n型クラッド層との両方が設けられる時には、これ等を合わせて第 1導電型半導体層と呼ぶこともできる。上記の n型コンタクト層を設ける時には、 n型クラッド層の材料を n型コンタクト層と別にすることができる。

n型半導体層 1 1の上に配置された活性層 1 2は、発光層とも呼ぶことができるもあであり、化学式で A l _x G a _y I n ₁— _x— _y P、ここで、 x， yは 0≤ χ≤ 1、 0≤ y≤ 1 , 0 x + y≤ 1を満足する数値、力、ら成る p型の 3— 5族化合物半導体から成る。なお、 Xは 0. 1以上であることが望ましい。この実施形態では、活性層 1 2に導電型不純物が故意にドープされていないが、 p型半導体層 1 3よりも低い濃度で p型不純物をドープすること、 n型半導体層 1 1よりも低い濃度で n型不純物をドープすることも可能である。図 1には単一の活性層 1 2が示されているが、これを周知の多重量子井戸（MQW： Multi-Quantum-Well) 構造、又は単一量子井戸（ S QW ： Single-Quantum-Well ) 構造にすることができる。

活性層 1 2の上に形成された p型半導体層 1 3は、 p型クラッド層と呼ぶこともできるものであって

化学式 A l x G a y l ii i— _χ— _y P、

ここで x， yは 0≤ χ≤ 1、 0≤ y≤ 1 , 0≤ x + y≤ 1

を満足する数値、

で示すことができる p型の 3— 5族化合物半導体から成る。 A 1 の割合 Xは好ましくは 0. 1 5〜 0. 4 5の範囲に設定される。 p型クラッド層 1 3の : p型不純物（例えば Z n ) の濃度は例えば 5 X 1 0 ¹ ( c m一

³以上に決定される。 p型半導体層 1 3は周知のように活性層 1 2よりも大きいバンドギヤップを有する。

P型半導体層 1 3の上に配置された電流拡散層 1 4は発光半導体基板 2に流れる順方向電流の分布の均一性を高める働きと、ァノード電極 3のォーミック接触を可能にする働きと、活性層 1 2で発光した光を素子の外部に導出する働きを有し、例えば G a P、又は G a _x I n — _χ P 又は A l _x G _{a i}— _x A s等の p型の 3— 5族化合物半導体から成る。この電流拡散層 1 4の p型不純物濃度は p型半導体層 1 3よりも高く設定されている。なお、電流拡散層 1 4の上に更に p型コンタクト層を設けることもできる。

電流拡散層 1 4の中央上部に配置された電流プロック層 1 0は絶縁層から成る。この電流プロック層 1 0は発光半導体基板 2の中央部に順方向電流が集中して流れることを防止する。アノード電極 3は例えば、 C r層と A u層との複合層から成り、電流拡散層 1 4と電流プロック層 1 0との上に配置され、電流拡散層 1 4にォーミック接触している。また、アノード電極 3は順方向電流を均一に流すために基板 2の主面 1 5に対して垂直な方向から見て網目又は格子状に形成されている。なお、アノード電極 3を光透過性電極とすることもできる。

本発明に係わるォーミッタコンタクト領域 4は発光半導体基板 2の他方の主面 1 6に分散配置されている。即ち、発光半導体基板 2の他方の主面 1 6から見て n型半導体層 1 1に島状に埋め込まれた状態に各ォーミッタコンタクト領域 4が形成されている。従って、発光半導体基板 2の他方の主面 1 6には、各ォーミッタコンタクト領域 4とこれ等の間の n型半導体層 1 1 との両方が露出する。

各ォ一ミツタコンタクト領域 4は実質的に G a と A uのみの混合層又は合金層から成り、 n型半導体層 1 1及び光反射層 5に対してォーミック接触している。 G a A u混合層から成る各ォーミッタコンタクト領域 4は、好ましくは 2 0〜 1 0 0 0オングストロームの厚さに形成される。ォーミツタコンタクト領域 4の厚みが 2 0オングストロームよりも薄くなると、良好にォーミック接触をとることができなくなり、その厚みが 1 0 0 0オングストロームを越えると、ォーミッタコンタクト領域 4の光透過性が悪くなる。

A u G a混合層から成るォ一ミッタコンタクト領域 4の光吸収率は、前記特許文献 1の A u G e G a合金層の光吸収率よりも小さく、 A u G a合金層から成るォーミツタコンタクト領域 4の光透過率は、前記特許文献 1の A u G e G a合金層の光透過率よりも大きい。即ち、前記特許文献 1の A u G e G a合金層は、光透過を阻害する G e (ゲルマニウム）を含み且つ 2 0 0 0オングストローム以上の厚さを有するので、前記特許文献 1のォーミッタコンタクト領域では、ォーミツタコンタクト領域によって多くの光が吸収され、ォ一ミツタコンタクト領域を透過する光もほとんどない。これに対して、本実施形態のォーミッタコンタクト領域 4は G eを含まない A u G a混合層から成り且つ 2 0〜 1 0 0 0ォングストロームの比較的薄い厚さを有するので、光透過率が従来の A u G e G aよりも大きくなる。 - ォーミツタコンタクト領域 4の表面及ぴ n型半導体層 1 1の表面は光反射層 5で覆われている。光反射層 5の表面の反射率は、ォーミックコンタクト領域 4と n型半導体層 1 1 との界面の反射率よりも大きレ、。活性層 1 2から発光半導体基板 2の他方の主面 1 6側に放射された光の一部はォーミッタコンタクト領域 4の相互間の n型半導体層 1 1 と光反射層 5 との界面で反射して発光半導体基板 2の一方の主面 1 5側に戻され、光の別の一部は n型半導体層 1 1 とォ一ミックコンタクト領域 4 との界面で反射して発光半導体基板 2の一方の主面 1 5側に戻され、光の更に別の一部はォーミックコンタクト領域 4を通過した後にォ一ミツタコンタクト領域 4と光反射層 5 との界面で反射して発光半導体基板 2の一方の主面 1 5側に戻される。本実施形態では、活性層 1 2 からォーミッタコンタクト領域 4側に放射した光に対するォーミックコンタクト領域 4と光反射層 5との複合層の光反射率、即ち、 n型半導体層 1 1 とォーミツタコンタクト領域 4 との界面の光反射率とォーミッタコンタクト領域 4 と光反射層 5 との界面の光反射率との合計の光反射率が約 6 0 %である。前述の特許文献 1の A u G e G aから成るォ一ミツタコンタクト領域と光反射層との複合層の光反射率は約 3 0 % であるので、本発明に従うォーミッタコンタクト領域 4と光反射層 5 との複合層の光反射率は大幅に改善される。本発明に従う光反射率の改善は、ォーミッタコンタクト領域 4が G eを含まず実質的に A u G aのみから成ること、及ぴォーミツタコンタクト領域 4が 2 0〜 1 0 0 0オンダストロームと極く薄いことによって達成されている。

第 1の接合金属層 6は Auから成り、光反射層 5の下面全体に形成されている。第 2の接合金属層 7は Auから成り、導電性を有するシリコン支持基板 8の一方の表面に形成されている。第 1及び第 2の接合金属層 6， 7は熱圧着法によって相互に結合されている。導電性支持基板としてのシリコン支持基板 8は、シリコンに不純物を導入したものであり、発光半導体基板 2の機械的支持機能と放熱体としての機能と電流通路としての機能とを有する。

カソード電極 9はシリコン支持基板 8の下面全体に形成されている。シリコン支持基板 8の代わりに金属支持基板を設ける場合には、これがカソード電極となるので、図 1のカソード電極 9を省くことができる。図 1の半導体発光素子 1を製造する時には、まず図 3の発光半導体基板 2を用意する。図 3の発光半導体基板 2は、例えば GaAs基板（図示せず）上に周知の M O CVD( Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によって n型半導体層 1 1、活性層 1 2、 P型半導体層 1 3、及ぴ電流拡散層 1 4を順次にェピタモシャル成長させ、その後に前述の GaAs基板を除去することによって得る。

次に、発光半導体基板 2の他方の主面 1 6即ち n型半導体層 1 1の表面上に例えば Crかち成る遷移金属層と Au (金.）層とを真空蒸着法によつて順次に形成する。次に、周知のフォトリソグラフィ技術によって金層上に所定パターンにエッチングマスクを形成し、このマスクを使用して金層及ぴ遷移金属層を所定パターンにエッチングで除去し、図 4に示す遷移金属層 1 7及び金層 1 8を得る。これにより、発光半導体基板 2 の他方の主面 1 6の一部が露出する。なお、図 4のパターンに遷移金属層 1 7及ぴ金層 1 8を形成するために、発光半導体基板 2の他方の主面 1 6に開口を有するレジスト層を形成し、この開口の中及ぴレジスト層の上に遷移金属層 1 7と金層 1 8とを真空蒸着で形成し、しかる後、レジスト層及ぴこの上の遷移金属層 1 7 と金層 1 8 とを除去することもできる。図 4の遷移金属層 1 7の厚みは 1 0〜 5 0 0オングストローム，金層 1 8の厚みは 2 0 0〜 1 0 0 0 0オングストローム程度に決定される。

次に、図 4に示す遷移金属層 1 7と金層 1 8とを伴なつた発光半導体基板 2に対して n型半導体層 1 1の中の Ga (ガリウム）と金層 1 8の Au (金）との共晶点即ち共融点（3 4 5 °C ) よりも低い温度であり且つ遷移金属層 1 7の助けを借りて Au (金）又はこれに類似の金属を n型半導体層 1 1に拡散することができる温度（例えば 3 0 0 °C ) の加熱処理（ァニール）を施す。これにより、金層 1 8の Auが遷移金属層 1 7 を介して n型半導体層 1 1に拡散し、 Gaと Auとの混合層から成るォーミツタコンタクト領域 4が生じる。このォーミツタコンタクト領域 4を金層 1 8の Au又はこれに類似の金属の拡散層と呼ぶこともできる。上述の加熱処理の温度と時間は，ォーミツタコンタクト領域 4の厚みを 2 0 ~ 1 0 0 0オーダストロームの範囲に制限するように決定される c また、熱処理温度は、薄く且つ均一な厚みを有し且つ低い抵抗を有し且つ n型半導体層 1 1に対して良好にォーミック接触する特性を有するォーミツタコンタクト領域 4を得ることが可能な任意の値に決定される。即ち、この熱処理温度は、 Ga (ガリウム）と Au (金）との共晶点即ち共融点（ 3 4 5 °C ) よりも低い任意の温度に決定される。

図 9の特性線 Aは本発明に従う熱処理温度の変化に対するォーミックコンタクト領域 4と光反射層 5との複合部分の反射率の変化を示し、特性線 B は前述の特許文献 1の AuGeGaから成るォーミックコンタクト領域を形成する時の熱処理温度の変化に対する AuGeGa ォーミックコンタクト領域と光反射層との複合部分の反射率の変化を示す。ここでの反射率の測定は波長 6 5 0 n mの赤色光で行われている。

特性線 B に示す従来の Ge (ゲルェニゥム）が含まれているォーミツタコンタクト領域の場合には、 3 0 0 °Cの熱処理で反射率が約 3 0 %であり、特性線 Aの本発明に従う Geを含まない場合には、 3 0 0 °Cの熱処理で反射率が約 6 0 %である。従って、本発明によってォーミックコンタクト領域 4と光反射層 5 との複合部分の反射率を 3 0 %向上させることができる。図 9の特性線 Aによれば熱処理温度が低いほど反射率が高くなつている。しかし、熱処理温度が低くなり過ぎると、ォーミツタコンタクト領域 4と n型半導体層 1 1 との間の接触抵抗が大きくなる。この接触抵抗を 2 X 1 0— ⁴ Ω c m ²以下に抑えるためには、熱処理温度を好ましくは 2 5 0〜 3 4 0 °C、より好ましくは 2 9 0〜 3 3 0 °C とする。

遷移金属層 1 7は、熱処理時に n型半導体層 1 1 を構成している AlGalnPを各元素に分解し、各元素を動き易くする作用及び n型半導体層 1 1の表面を清浄化する作用を有する。遷移金属層 1 7の上記作用によって Gaと Auとの共晶点よりも低い温度の熱処理によって Auが n型半導体層 1 1に拡散し、 Gaと Auとの混合層又は合金層から成るォーミッタコンタクト領域 4が極薄く形成される。

次に、図 5の熱処理後の遷移金属層 1 7及ぴ金層 1 8をエッチングで除去して図 6のォーミツタコンタクト領域 4を伴なつた発光半導体基板 2を得る。 Auと Gaとの共晶点よりも低い温度の熱処理で得た Auと Ga との混合層から成るォーミッタコンタクト領域 4の表面モホロジーは前記特許文献 1の共晶点以上の熱処理による AuGeGa から成るォーミッタコンタクト領域の表面モホロジ一よりも大幅に改善される。従つて、図 6のォーミツタコンタクト領域 4を含む発光半導体基板 2の他方の主面 1 6の平坦性が良い。

次に、図 7に示すように発光半導体基板 2の他方の主面 1 6、即ち n 型半導体層 1 1の露出表面とォーミツタコンタクト領域 4の表面との両方を覆うように厚み 1〜 1 0 μ m程度 A1 層から成る光反射層 5を真空蒸着法で形成し、赤外線ランプ等で短時間の熱処理を施す。これにより、導電性を有する光反射層 5がォーミッタコンタクト領域 4にォーミックに接合され且つ n型半導体層 1 1にも接合する。 A1から成る光反射層 5は n型半導体層 1 1に対してショットキ接触するので、半導体発光素子 1 の順方向電流は n型半導体層 1 1から光反射層 5に向かって流れない。光反射層 5に隣接するォーミッタコンタクト領域 4の表面モォロジ一が良いので、光反射層 6の平坦性が良い。

次に、光反射層 5の上に Auの真空蒸着によって第 1の接合金属層 6 を形成する。

次に、図 8に示す不純物を含む Si基板から成る導電性基板 8の一方の主面に Auから成る第 2の接合金属層 7を真空蒸着したものを用意し、第 1及ぴ第 2の金属接合層 6， 7を加圧接触させ、 3 0 0 °C以下の温度の熱処理を施して Auを相互に拡散させることによって第 1及ぴ第 2の金属接合層 6 , 7を貼り合わせて発光半導体基板 2と導電性を有するシリコン支持基板 8とを一体化する。

次に、図 1に示すように発光半導体基板 2の一方の表面 1 5上に電流プロック層 1 0及ぴァノード電極 3を形成し、導電性支持基板 8の下面にカソート電極 9形成して半導体発光素子 1を完成させる。

本実施形態は次の効果を有する。

( 1 ) ォーミッタコンタクト領域 4は光吸収性の大きい G eを含まず且つ極めて薄く形成されているので、ォーミックコンタクト領域 4と光反射層 5との複合層の光反射率が高い値（例えば 6 0 % ) を有する。このため、活性層 1 2から光反射層 5側に放出された光の多くが発光半導体基板 2の一方の表面 1 5側に戻され、発光効率が高くなる。

( 2 ) ォーミックコンタクト領域 4と光反射層 5との複合層による光反射率が大きくなるので、所定の光出力を得る時に発光半導体基板 2の他方の主面 1 6の面積に占めるォーミツタコンタクト領域 4の面積の割合を従来よりも増大することができる。ォーミックコンタクト領域 4 の面積が増大すると、半導体発光素子 1の順方向抵抗が減少し、順方向電圧降下及び電力損失が低減し、発光効率が向上する。本実施形態に従う赤色発光ダイォードの最大発光効率は、電流容度 4 0 A , c m ² において、 4 7 1 m /W (ルーメン /ワット）であった。

( 3 ) 遷移金属層 1 7を介して A u層 1 8から A uを n型半導体層 1 1に拡散することによって、共晶点よりも低い温度で A u G aから成るォーミッタコンタクト領域 4を容易に形成することができる。

( 4 ) ォーミツタコンタクト領域 4の表面モフォロジ一が良くなるので、導電性シリコン支持基板 8の貼り合せを良好に達成することができる。第 2の実施形態次に、図 1 0を参照して第 2の実施形態の半導体発光素子 1 aを説明する。伹し、図 1 0において図 1 と共通する部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図 1 0の半導体発光素子 1 aにおけるォーミックコンタクト領域 4 は発光半導体基板 2の他方の主面 1 6の全体に形成されている。ォーミッタコンタクト領域 4をこのように形成しても、ォーミッタコンタクト領域 4と光反射層 5 との複合層の反射率が比較的高い約 6 0 %であるので、比較的高い発光効率が得られる。また、図 1に比べてォーミックコンタクト領域 4の面積が広くなった分だけ、順方向電流通路の抵抗が小さくなり、電力損失が少なくなる。

図 1 0では図 1 のシリコン支持基板 8の代りに金属支持基板 8 aが光反射層 5に熱圧着されている。従って、金属支持基板 8 aが発光半導体基板 2の支持機能とカソード電極としての機能を有する。

図 1 0のォーミックコンタクト領域 4は図 1において同一符号で示すものと同一の方法で形成され、且つ同一の組成及び厚みを有する。従つて、図 1 0の半導体発光素子 1 aによっても図 1の半導体発光素子 1 と同一の効果を得ることができる。本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。

( 1 ) 発光半導体基板 2の機械的強度が十分な場合は、図 1のシリコン支持基板 8及ぴ図 1 0の金属支持基板 8 aを省くことができる。この場合には導電性光反射層 5がカソード電極として機能する。

( 2 ) 図 2においてォーミックコンタクト領域 4の平面的に見た分布パターンを四角形の島状にしたが、円形島状、又は格子状等に変形することができる。

( 3 ) 才ーミツタコンタクト領域 4は n型半導体層 1 1に接触しているが、この代りに n型半導体層 1 1 と光反射層 5との間に A 1 G a I n Pから成る n型コンタクト層又は n型パッファ層又はこれ等の両方を設け、これに対してォーミックコンタクト領域 4を接触させることができる。

( 4 ) ォーミッタコンタクト領域 4が A u G a以外の A u G e G a等の別の材料から成る場合であっても、これが光透過性を有すればこの厚さを 2 0〜 1 0 0 0オーダストロームに制限することによって、ォーミッタコンタクト領域 4 と光反射層 5 との複合層の光反射率が比較的高くなり、発光効率を向上させることができる。

( 5 ) 金層 18 を A u以外の G a と合金化してォ一ミツタコンタクトを形成する材料とすることができる。産業上の利用可能性

上述から明らかなように、本発明は半導体発光素子に利用することができる。

Claims

請求の範囲

1. 光を取り出すための一方の主面（ 1 5) とこの一方の主面（ 1 5) と反対側の他方の主面（ 1 6) とを有し、且つ前記一方の主面（ 1 5) と前記他方の主面（ 1 6) との間に発光のための複数の化合物半導体層を有し、且つ前記複数の化合物半導体層の内の前記他方の主面（ 1 6) に露出している化合物半導体層（ 1 1) がガリウム（Ga) を含む化合物半導体で形成されている半導体基板（2) と、

前記半導体基板（2) の一方の主面（ 1 5) に接続された電極（3) と、

前記半導体基板（ 2) の前記他方の主面（ 1 6) に露出している化合物半導体層（ 1 1 ) の少なくとも一部にォーミック接触しており、且つ金属材料とガリウム（G a ) との混合層から成るォーミックコンタクト領域（4) と、

前記半導体基板（2) の前記他方の主面（ 1 6) に露出している化合物半導体層（ 1 1 ) と前記ォーミッタコンタクト領域（4) とのいずれか一方又は両方を覆っており且つ導電性を有している光反射層（ 5) と備えていることを特徴とする半導体発光素子。

2. 前記ォーミッタコンタクト領域（4) は G a と Auとの混合層から成ることを特徴とする請求項 1記載の半導体発光素子。

3. 前記ォーミッタコンタクト領域（4) の厚みは 20〜 1 000ォングストロームであることを特徴とする請求項 1記載の半導体発光素子。

4. 前記半導体基板（2) の前記他方の主面（ 1 6) に露出している化合物半導体層（ 1 1 ) は、

A l x G a y l ii i— _χ一 _y P、ここで、 x, yは 0≤ χ < 1、 0 < y≤ 1、 0 < x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 1の化合物半導体、

A l x G a y l ii i— x _y A s、ここで、 x , yは 0 ≤ xく 1、 0 < y l、 0 < x + y ≤ 1を満足する数値、から成る第 2の化合物半導体、及び

A l x G a y l ii i _y N、ここで、 x， yは 0 ≤ χ < 1、 0 < y≤ 1、 0 < _X + y≤ 1を満足する数値、から成る第 3の化合物半導体から選択された 1つに導電型決定不純物が添加されたものであることを特徴とする請求項 1記載の半導体発光素子。

5. 前記光反射層（ 5 ) は、前記ォーミッタコンタクト領域（4 ) よりも反射率の大きい金属層であることを特徴とする請求項 1記載の半導体発光素子。

6. 前記金属層はアルミニウム層であることを特徴とする請求項 5記載の半導体発光素子。

7. 更に、前記光反射層（ 5 ) に結合された導電性支持基板（8 ) を有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。

8. 前記導電性支持基板（8 ) は不純物を含むシリコン支持基板であり、更に、前記シリコン支持基板に接続された別の電極（ 9 ) を有することを特徴とする請求項 7記載の半導体発光素子。

9. 前記ォーミッタコンタクト領域（4 ) は前記半導体基板（2 ) の他方の主面（ 1 6 ) の一部のみに設けられ、前記光反射層（ 5 ) は前記ォーミッタコンタクト領域（4 ) と前記半導体基板（ 2 ) の前記他方の主面（ 1 6 ) の前記ォーミッタコンタクト領域（4 ) が形成されていない部分との両方を覆っ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。 -

1 0. 前記半導体基板（ 2) は、

第 1導電型の G a系化合物半導体から成る第 1導電型半導体層（ 1 1 ) と、

前記第 1導電型半導体領域（ 1 1 ) 上に配置された G a系化合物半導体から成る活性層（ 1 2) と、

前記活性層（ 1 2) 上に配置された第 1導電型と反対の第 2導電型の G a系化合物半導体から成る第 2導電型半導体層（ 1 3 ) と

を備え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。

1 1. 半導体発光素子を製造する方法であって、

光を取り出すための一方の主面（ 1 5 ) とこの一方の主面（ 1 5 ) と反対側の他方の主面（ 1 6) とを有し、且つ前記一方の主面（ 1 5) と前記他方の主面（ 1 6 ) との間に発光のための複数の化合物半導体層を有し、且つ前記複数の化合物半導体層の内の前記他方の主面（ 1 6) に露出している化合物半導体層（ 1 1 ) がガリウム（Ga) を含む化合物半導体で形成されている半導体基板（ 2) を用意する工程と、

前記半導体基板（2) の前記他方の主面（ 1 6 ) の少なくとも一部に遷移金属を含む捕助層（ 1 7 ) を形成する工程と、

前記半導体基板（2) の前記ガリウムを含む化合物半導体層（ 1 1 ) に前記捕助層（ 1 7) を介して拡散させることが可能な金属材料を含む層（ 1 8 ) を前記捕助層（ 1 7) の上に形成する工程と、

前記捕助層（ 1 7) 及び前記金属材料を含む層（ 1 8 ) を伴なつた前記半導体基板（2) に、前記ガリウムを含む化合物半導体層（ 1 1 ) を構成する元素と前記金属材料との共晶点よりも低い温度の加熱処理を施して前記金属材料を前記補助層（ 1 7) を介して前記ガリウムを含む化合物半導体層（ 1 1 ) に導入して前記ガリウムを含む化合物半導体層 ( 1 1 ) を構成する元素と前記金属材料との混合層から成るォーミックコンタクト領域（4) を形成する工程と、前記補助層（ 1 7) 及ぴ前記金属材料を含む層（ 1 8 ) を除去するェ程と、

前記半導体基板（2) の前記他方の主面（ 1 6 ) に露出している化合物半導体層（ 1 1 ) と前記ォーミッタコンタクト領域（4) とのいずれか一方又は両方を覆うように導電性を有する光反射層（ 5) を形成する工程と

を備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

1 2. 前記捕助層（ 1 7) 及び前記金属材料を含む層（ 1 8 ) を、前記半導体基板（2) の前記他方の主面（ 1 6 ) の一部のみを覆うように形成することを特徴とする請求項 1 1記載の半導体発光素子の製造方法。

1 3. 前記光反射層（5) を、前記ォーミッタコンタクト領域（4) と前記半導体基板（2) の前記他方の主面（ 1 6 ) の前記ォーミックコンタクト領域（4) が形成されていない部分との両方を覆うように形成することを特徴とする請求項 1 2記載の半導体発光素子の製造方法。

1 4. 前記半導体基板（2) の前記他方の主面（ 1 6 ) に露出している化合物半導体層（ 1 1 ) は、

A l x G a y l n — _x— _y P、ここで、 x, yは 0≤ χ < 1、 0 < y≤ 1、 0 < x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 1の化合物半導体、

A l _x G a _y I n _t__x__yA s , ここで、 x， yは 0≤ χ < 1、 0 < y ≤ 1、 0 < x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 2の化合物半導体、及ぴ

A l _x G a _y I n ₁— _x__y N、ここで、 x， yは 0≤ χ < 1、 0く y≤ 1、 0く x + y≤ 1を満足する数値、から成る第 3の化合物半導体から選択された 1つに導電型決定不純物が添加されたものであることを特徴とする請求項 1 1記載の半導体発光素子の製造方法。

1 5. 前記半導体基板（2) の前記他方の主面（ 1 6) に露出している化合物半導体層（ 1 1 ) は、 A 1 _x G a _y I nェ _y P、ここで、 x， yは 0 < xく 1、 0 < y≤ 1 0く x + y≤ 1を満足する数値、から成る化合物半導体に導電型決定不純物が添加されたものであり、且つ前記 Xの値が 0. 4又はこれよりも大きく、且つ前記導電型決定不純物の濃度が 1 0¹⁸ c m— ³又はこれよりも大きいことを特徴とする請求項 1 1 記載の半導体発光素子の製造方法。

1 6. 前記捕助層は、

C r、 T i、 N i、 S c、 V、 Mn、 F e、 C o、 C u、 Z n、 B e から選択された少なくとも 1種を含む層、

Au層と C r層と Au層との複合層、

C r層と N i層と A u層との複合層、及び

C r層と Au S i層と Au層との複合層

から選択された 1つであることを特徴とする請求項 1 1記載の半導体発光素子の製造方法。

1 . 前記金属材料を含む層（ 1 8) は、

金 ( A u ) 層、

Au層と C r層と Au層との複合層、

C r層と N i層と A u層との複合層、及ぴ

C r層と Au S i層と Au層との複合層

1 8. 前記ォーミックコンタクト領域（4) は G a と Auとの合金層から成ることを特徴とする請求項 1 1記載の半導体発光素子の製造方法。

1 9. 前記ォーミッタコンタクト領域（4 ) 厚みは 2 0〜： L 00 0ォングストロームであることを特徴とする請求項 1 1記載の半導体発光素子の製造方法。

2 0. 前記光反射層（ 5) は、前記ォーミッタコンタクト領域（4) よりも反射率の大きい金属層であることを特徴とする請求項 1 1記載の半導体発光素子の製造方法。

2 1. 前記金属層はアルミニウム層であることを特徴とする請求項 2 0記載の半導体発光素子の製造方法。

2 2. 更に、前記光反射層（5) に導電性支持基板（8 ) を結合させる工程を有していることを特徴とする請求項 1 1記載の半導体発光素子の製造方法。

2 3. 前記導電性支持基板（8) は不純物を含むシリコン支持基板であり、更に、前記シリコン支持基板に電極（ 9) を接続させる工程を有していることを特徴とする請求項 2 2記載の半導体発光素子の製造方法。