WO2004082033A1 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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WO2004082033A1
WO2004082033A1 PCT/JP2004/002834 JP2004002834W WO2004082033A1 WO 2004082033 A1 WO2004082033 A1 WO 2004082033A1 JP 2004002834 W JP2004002834 W JP 2004002834W WO 2004082033 A1 WO2004082033 A1 WO 2004082033A1
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WO
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layer
light
semiconductor
semiconductor substrate
metal
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/002834
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hitoshi Murofushi
Hidekazu Aoyagi
Shiro Takeda
Yoshihiko Uchida
Original Assignee
Sanken Electric Co., Ltd.
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/405—Reflective materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor light-emitting device having a high luminous efficiency, in which a compound semiconductor such as an AlGaAs-based, AlGaInP-based, or GaN-based semiconductor is used for a light-emitting layer, and a method of manufacturing the same About.
  • a compound semiconductor such as an AlGaAs-based, AlGaInP-based, or GaN-based semiconductor is used for a light-emitting layer
  • a typical conventional semiconductor light-emitting device has a support substrate made of GaAs and a plurality of semiconductor layers formed on the support substrate and contributing to light emission.
  • Each of the plurality of semiconductor layers contributing to light emission is made of an A 1 G a In P compound semiconductor. Since the A1GaInP-based compound semiconductor is relatively well lattice-bonded to the GaAs support substrate, the semiconductor having relatively good crystallinity is formed on the GaAs support substrate. A body layer can be obtained.
  • the GaAs support substrate serves as a support for the light emitted from the light-emitting layer, that is, the light-emitting layer included in the plurality of semiconductor layers contributing to light emission composed of the AlGaInP-based compound semiconductor.
  • the light absorption coefficient in the wavelength band is extremely high. For this reason, most of the light emitted from the light emitting layer to the support substrate side is absorbed by the GaAs support substrate, and a semiconductor light emitting device having high luminous efficiency could not be obtained.
  • a plurality of semiconductor layers contributing to light emission are formed on the GaAs supporting substrate in the same manner as in the formation of the semiconductor light emitting device described above. Is grown epitaxially, and then the GaAs support substrate is removed.
  • a plurality of semiconductor layers (hereinafter, referred to as semiconductor substrates) contributing to light emission may be subjected to, for example, G a.
  • a method is known in which a light-transmitting substrate made of P is adhered, and an electrode having light reflectivity is formed on the lower surface of the light-transmitting substrate.
  • the resistance at the interface between the semiconductor substrate including the light emitting layer and the light transmissive substrate becomes relatively large. It has the disadvantage that the forward voltage between the source electrode and the source electrode becomes relatively large.
  • a light-emitting layer is disclosed in Japanese Patent Application Publication No. JP-A-2002-218750 (referred to as Reference 1) relating to the present applicant.
  • An AuGeGa alloy layer is dispersedly formed on the lower surface side of the semiconductor substrate including the AuGeGa alloy layer and the lower surface of the semiconductor substrate not covered by the AuGeGa alloy layer is formed of a metal such as A1.
  • a method of covering with a reflective layer, and attaching a conductive support substrate made of, for example, silicon having conductivity to the metal reflective layer is disclosed.
  • the AuGeGa alloy layer makes relatively good ohmic contact with a semiconductor substrate such as AlGaInP. Therefore, according to this structure, the forward voltage between the anode electrode and the cathode electrode can be reduced.
  • an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of improving luminous efficiency and a method for manufacturing the same.
  • the semiconductor light-emitting device has a plurality of compound semiconductor layers 11, 12, and 13 contributing to light emission, and has one main surface 15 for extracting light and one main surface 15.
  • An electrode 3 connected to one main surface 15 of the semiconductor substrate 2 and a part of the other main surface 16 of the semiconductor substrate 2 are in ohmic contact with the semiconductor substrate 2.
  • the light emitted from the semiconductor substrate 2 is disposed on at least a part of the other main surface 16 of the semiconductor substrate 2 where the ohmic contact region 4 is not disposed.
  • a light transmitting layer 20 having a function of transmitting light and a function of preventing or suppressing a reaction between the semiconductor substrate 2 and a metal;
  • a metal light reflecting layer 5 disposed so as to cover the ohmic contact area 4 and the light transmitting layer 20 and having a function of reflecting light generated from the semiconductor substrate 2;
  • the semiconductor light emitting device in the present invention may be not only a completed light emitting device but also a light emitting chip as an intermediate product.
  • the light transmitting layer 20 is a film having electrical insulation. Further, the light transmission layer 20 is made of SiO 2 , SiO 2 , MgO, In
  • OZ r O. 2 from the S ⁇ ni O 2, A 1 2 O a, T i O 2, Z n O ⁇ Pi T a O 1 or more inorganic oxides selected from, or translucent Porii Mi de resin It is desirable to consist of
  • the light transmitting layer 20 has a thickness of 3 ⁇ ! It is desirable to have a thickness in the range of ⁇ .
  • the light transmitting layer 20 has a thickness capable of obtaining a quantum mechanical tunnel effect.
  • the limiter contact region 4 is composed of a large number of island-like portions, a lattice-like region, or a stripe-like region distributed on the other main surface 16 of the semiconductor substrate 2. This is desirable.
  • the semiconductor substrate 2 has a Ga-based compound semiconductor layer 11 exposed on the other main surface 16, and the limiter contact region 4 is an alloy of a metal material and Ga. It is desirable to consist of layers.
  • the Ga-based compound semiconductor layer 11 contains conductivity-type determining impurities.
  • the metal light reflecting layer 5 is a metal layer having a higher reflectance than the omic contact region 4. Further, it is desirable that the metal light reflection layer 5 is an aluminum layer.
  • the semiconductor light emitting device further includes a conductive support substrate 8 bonded to the metal light reflection layer 5.
  • the conductive support substrate 8 is a silicon support substrate containing impurities, and it is desirable to have another electrode 9 connected to the silicon support substrate.
  • the semiconductor light emitting device includes:
  • An limiter contact region 4 is formed on a part of the other main surface 16 of the semiconductor substrate 2, and at least a part of the remaining part of the other main surface 16 of the semiconductor substrate 2 is formed.
  • a first step of preparing the semiconductor substrate 2 includes:
  • the semiconductor substrate 2 has a Ga-based compound semiconductor layer 11 exposed on the other main surface 16, and the second step includes: Forming a transition metal layer 17 on a part of the other main surface 16 of the semiconductor substrate 2;
  • the semiconductor substrate 2 having the transition metal layer 17 and the layer 18 containing the metal material has a lower eutectic point than the eutectic point of the element constituting the Ga-based compound semiconductor layer 11 and the metal material.
  • An element constituting the Ga-based compound semiconductor layer 11 by introducing the metal material into the Ga-based compound semiconductor layer (11) via the transition metal layer 17 by performing a heat treatment at a temperature; Forming an ohmic contact region 4 made of an alloy layer with the metal material and having a thickness capable of transmitting light;
  • the method for manufacturing a semiconductor light emitting device further includes a step of bonding a conductive support substrate to the metal light reflecting layer.
  • the semiconductor light emitting device according to the present invention has a light emitting function. Between the semiconductor substrate 2 and the metal light-reflective layer 5 having a light-transmitting layer 20 having a light-transmitting property and having a function of preventing or suppressing the reaction between the semiconductor and the metal. The reaction between the metal light reflection layer 5 and the semiconductor substrate 2 in the various heat treatment steps is prevented or suppressed, and a decrease in the reflectance of the metal light reflection layer 5 can be prevented.
  • the limiter contact region 4 is made of a metal material having a lower light absorption than the conventional contact region composed of a conventional AuGeGa force. It consists of an alloy layer with G a. For this reason, light absorption in the semiconductor contact region 4 is suppressed, and much of the light generated in the semiconductor substrate 2 and emitted in the direction of the other main surface 16 of the semiconductor substrate 2 is reduced. The light can be reflected at the interface between the one-mick contact region 4 and the Ga-based compound semiconductor layer 11.
  • the ohmic contact region 4 is formed to be thin, a part of light generated in the semiconductor substrate 2 and emitted in the direction of the other main surface 16 of the semiconductor substrate 2 is ohmic.
  • the light passes through the contact region 4, is reflected by the metal light reflecting layer 5, travels to the one main surface 15 side of the semiconductor substrate 2, and has an effective light output. Therefore, the output light quantity of the semiconductor light emitting element can be increased, and the light emission efficiency can be increased.
  • the output light amount is the same as the conventional one, the amount of reflection at the interface between the omic contact region 4 and the metal light reflecting layer 5 increases, so that the amount of light contact increases.
  • the area of the gate region 4 can be increased. In other words, even if the area of the contact area 4 is increased, the output light quantity can be made the same as before.
  • the area of the limiter contact region 4 is increased in this way, the resistance of the current path at the time of light emission is reduced, the forward voltage is reduced, the power loss is reduced, and the luminous efficiency is improved. I do.
  • the desired ohmic contact region 4 can be formed with good, easy and high productivity by the function of the transition metal layer 17. That is, since the transition metal layer 17 has a function of solid-phase decomposition of the elements constituting the compound semiconductor and a function of cleaning the semiconductor surface, the semiconductor substrate 2 and the metal material layer 18 are connected via the transition metal layer 17. When semiconductors are heated, semiconductor and metal materials undergo solid-phase diffusion at relatively low temperatures (below the eutectic temperature). You. According to this low-temperature solid-phase diffusion, a thin metal contact region 4 is formed, and a metal material (eg, G) having an action of liquefying the metal light reflection layer 5 and promoting alloying with the semiconductor material is formed. e) A contact area 4 that does not include (1) is obtained. For this reason, light absorption in the omic contact region 4 is reduced.
  • a metal material eg, G
  • Figure 1 is a cross-sectional view outcome 0 of a semiconductor light-emitting device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the semiconductor light emitting device of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a light-emitting semiconductor substrate for describing a manufacturing process of the semiconductor light-emitting device of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the light emitting semiconductor substrate of FIG. 3 provided with a transition metal layer and a gold (A n) layer.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the light emitting semiconductor substrate shown in FIG. 4 in which heat treatment is performed to form an limiter contact region.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where the transition metal layer and the gold layer are removed from FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the light emitting semiconductor substrate of FIG. 6 provided with a light reflecting layer and a first bonding metal layer.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state where a conductive silicon support substrate is bonded to the structure shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the heat treatment temperature when forming the limiter contact region and the reflectance of the composite layer of the limiter contact region and the light reflecting layer according to the present invention and the conventional example.
  • FIG. 10 is a sectional view showing a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention in the same manner as FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 10 taken along line BB.
  • a semiconductor light-emitting device 1 that is, a light-emitting diode and a method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS.
  • the semiconductor light emitting element 1 constitutes a light emitting diode, and as schematically shown in FIG. 1, a light emitting semiconductor substrate 2 including a plurality of compound semiconductor layers contributing to light emission and a first electrode.
  • the light emitting semiconductor substrate 2 can be called a main semiconductor region or a light emitting functional region.
  • the light emitting semiconductor substrate 2 includes an n-type clad layer 11 as a first compound semiconductor layer having a first conductivity type, an active layer 12, and a second compound semiconductor having a second conductivity type.
  • the p-type cladding layer 13 as a layer and the current diffusion layer 14 made of a type compound semiconductor are sequentially grown by epitaxy. Note that a portion including the n-type cladding layer 11, the active layer 12, and the p-type cladding layer 13 can be called a light emitting semiconductor region. Further, the active layer 12 can be called a light emitting layer.
  • the light emitting semiconductor substrate 2 has one main surface 15 on the light extraction side and the other main surface 16 on the opposite side.
  • the n-type cladding layer 11 be a Ga-based compound semiconductor layer.
  • an n-type impurity for example, Si
  • the ratio X of A 1 (aluminum) is preferably from 0.15 to 0.45, more preferably from 0.2 to 0.4.
  • the ratio y of G a (gallium) is preferably 0.15 to 0.35, more preferably 0.4 to 0.6.
  • the group III-V compound semiconductor according to the above chemical formula contains at least Ga (gallium) and P (lin), and optionally contains In (indium).
  • n-type click la head layer 1 1 of concentration of n-type impurity is 5 X 1 0 1 'cm- 3 or more at which this and the desired arbitrary.
  • the Ga contained in the n-type cladding layer 11 contributes to the formation of the ohmic contact region 4.
  • a contact layer can be provided, and an n-type cladding layer can be provided between the n-type contact layer and the active layer 12.
  • both the n-type contact layer and the n-type clad layer are provided, both of them function as the first compound semiconductor layer.
  • the material of the n-type cladding layer can be different from the material of the n-type contact layer.
  • the active layer 12 is doped with a p-type impurity at a lower concentration than the p-type clad layer 13.
  • the active layer 12 may be doped with an n-type impurity or may not be doped with a conductivity-type determining impurity.
  • FIG. 1 shows a light emitting region having a double heterojunction structure composed of an n-type cladding layer 11, an active layer 12, and a p-type cladding layer 13.
  • the active layer 12 is shown as a single layer, the well-known multiple quantum well (MQW: Multi-Quantum-Well) structure or a single An active layer having a quantum well (SQW: Single-Quantum-Well) structure can be provided.
  • MQW Multi-Quantum-Well
  • SQW Single-Quantum-Well
  • the ratio 2 ⁇ of A 1 in the above chemical formula is preferably set in the range of 0.15 to 0.5.
  • the concentration of ⁇ -type click la head layer 1 3 of ⁇ -type impurity e.g. Zeta eta
  • Zeta eta is determined, for example, 5 X 1 0 1 'cm- 3 or more.
  • the current spreading layer 14 disposed on the p-type cladding layer 13 enhances the uniformity of the distribution of the forward current flowing through the light emitting semiconductor substrate 2 and reduces the ohmic contact of the anode electrode 3. and serves to allow, has a function of deriving the light emitted from the active layer 1 2 to the outside of the light-emitting element, if example embodiment G a P, or G a x I! ! Ye? Or a p-type 3-5 group compound semiconductor such as Al x G ai — x A s.
  • the p-type impurity concentration of this current diffusion layer 14 is! ) Is set higher than that of the type cladding layer 13.
  • a p-type compound semiconductor composed of a p-type compound semiconductor A contact layer can be provided.
  • the current block layer 10 arranged at the upper center of the current spreading layer 14 is made of an insulating layer.
  • the current block layer 10 prevents a forward current from intensively flowing in the central portion of the light emitting semiconductor substrate 2.
  • the anode electrode 3 is composed of, for example, a composite layer of a Cr (chromium) layer and an Au (gold) layer, and is disposed on the current diffusion layer 14 and the current block layer 10 to form a current diffusion layer. Ohmic contact with layer 14.
  • the anode electrode 3 is formed in a mesh or lattice shape when viewed from a direction perpendicular to the main surface 15 of the substrate 2 in order to allow a forward current to flow uniformly. Note that the anode electrode 3 may be a light transmitting electrode.
  • the limiter contact region 4 is dispersedly arranged on the other main surface 16 of the light emitting semiconductor substrate 2. That is, each limiter contact region 4 is formed in a state of being embedded in the n-type cladding layer 11 in an island shape when viewed from the other main surface 16 of the light emitting semiconductor substrate 2. Therefore, on the other main surface 16 of the light emitting semiconductor substrate 2, both the ohmic contact regions 4 and the n-type cladding layer 11 between them are exposed.
  • Each of the emitter contact regions 4 is composed of an alloy layer or a mixed layer consisting essentially of only Ga and Au, and is formed with respect to the n-type cladding layer 11 and the light reflecting layer 5. Ohmic contact.
  • Each ohmic contact region 4 made of the GaAu alloy layer is preferably formed to have a thickness of 20 to 100 ⁇ . If the thickness of the ohmic contact area 4 becomes thinner than 20 angstrom, it becomes impossible to make good omic contact and the thickness becomes 100 angstrom. Beyond the ROHM, the light transmittance of the limiter contact area 4 deteriorates.
  • the light absorptance of the ohmic contact area 4 composed of the AuGa alloy layer is smaller than the optical absorptivity of the AuGeGa alloy layer of the aforementioned document 1, and is composed of the AuGa alloy layer.
  • the light transmittance of the ohmic contact area 4 is It is larger than the light transmittance of the AuGeGa alloy layer. That is, since the AuGeGa alloy layer of Document 1 contains Ge (germanium) that inhibits light transmission and has a thickness of 2000 ⁇ or more, the limiter contactor of Document 1 is used.
  • the limiter contact region 4 of the present embodiment has a Ge
  • the light transmittance is larger than that of the conventional AuGeGa because it is made of an AuGa alloy layer containing no Au and has a relatively small thickness of 20 to 100 angstroms.
  • the light transmittance, light absorptance and light reflectivity in the present application are for light emitted from the active layer 12.
  • the surface of the n-type cladding layer 11 is covered with the metallic light reflecting layer 5 via the omic contact region 4 and the light transmitting layer 20 according to the present invention.
  • the insulating light-transmitting layer 20 according to the present invention disposed between the n-type cladding layer 11 and the metal light-reflecting layer 5 is composed of the metal light-reflecting layer 5 and the n-type cladding layer 11. During the reaction, ie, alloying. Therefore, even after various heat treatment steps during the manufacturing process, the metal light reflection layer 5 maintains a high reflectance.
  • the reflectance of the surface of the metal light reflecting layer 5 is higher than the reflectance of the interface between the ohmic contact region 4 and the n-type cladding layer 11.
  • the metal light reflecting layer 5 is brought into direct contact with the n-type cladding layer 11 in the same manner as in Reference 1, if the metal light reflecting layer 5 and the n-type cladding layer 1 are heated by a heat treatment during the manufacturing process. A light absorbing layer is generated at the interface with 1. For this reason, the light reflectance of the metal light reflection layer 5 decreases.
  • the insulating light-transmitting layer 20 according to the present invention has a property that a light-absorbing layer is generated at the interface between the metal light-reflecting layer 5 and the n-type cladding layer 11 by heat treatment during the manufacturing process. To prevent. For this reason, the light reflectance of the metal light reflecting layer 5 with the insulating light transmitting layer 20 according to the present invention is higher than the light reflectance of the metal light reflecting layer with the light absorbing layer of Document 1 described above. Also increase by about 20%. That is, most of the light incident on the light transmitting layer 20 from the light emitting semiconductor substrate 2 side in FIG. 1 reaches the metal light reflecting layer 5 via the light transmitting layer 20 and is reflected by the metal light reflecting layer 5 to emit light. The semiconductor substrate 2 is returned to one main surface side. Thereby, the light extraction efficiency of the light emitting element is improved.
  • the conformal contact region 4 does not include Ge and is substantially composed of only AuGa, and is formed to be as thin as about 20 to 100 angstroms. I have. Therefore, a part of the light incident on the emitter contact area 4 from the light emitting semiconductor substrate 2 side passes through the ohmic contact area 4 to the metal light reflecting layer 5 and is reflected by the metal light reflecting layer 5 to emit the light emitting semiconductor. The substrate 2 is returned to the one main surface side. For this reason, the light reflectance of the composite layer of the ohmic contact region 4 and the metal light reflecting layer 5 in FIG. 1 is larger than the light reflectance of the composite layer of the ohmic contact region and the metal light reflecting layer of the aforementioned document 1. .
  • the insulating light transmitting layer 20 is formed on the surface of the n-type cladding layer 11 in a lattice or net shape.
  • the plane pattern of the light transmitting layer 20 is not limited to a grid or a net, and may be, for example, a pattern in which a large number of island-shaped portions are dispersedly arranged or a striped pattern.
  • the light transmitting layer 20 has a function of preventing or suppressing an alloying reaction between the semiconductor substrate 2 and the metal light reflecting layer 5 and transmits light emitted from the active layer 12 to the metal light reflecting layer 5 side.
  • Selected from materials having the function of causing Light transmitting layer 2 0 is made of silicon oxide (Si0 2) in the present embodiment.
  • the light transmittance of the light transmitting layer 20 with respect to the light emitted from the active layer 12 is larger than the light transmittance of the emitter contact region 4.
  • the light transmitting layer 20 has a thickness capable of preventing or suppressing the alloying reaction, for example, a thickness in the range of 3 nm (3 OA) to 1 ⁇ .
  • a more preferable thickness of the light transmitting layer 20 is a thickness at which a quantum mechanical tunnel effect can be obtained, for example, a thickness in a range of 3 to 10 nm.
  • the first bonding metal layer 6 is made of Au (gold), and is formed on the entire lower surface of the metal light reflecting layer 5.
  • the second bonding metal layer 7 is made of Au (gold) and is formed on one surface of a conductive silicon supporting substrate 8.
  • the first and second joining metal layers 6, 7 are connected to each other by a thermocompression bonding method.
  • the silicon support substrate 8 as the conductive support substrate is obtained by introducing impurities into silicon, and has a mechanical support function of the light emitting semiconductor substrate 2, a function as a radiator, and a function as a current path.
  • the force source electrode 9 is formed on the entire lower surface of the silicon supporting substrate 8.
  • a metal supporting substrate is provided instead of the silicon supporting substrate 8, this serves as a cathode electrode, so that the cathode electrode 9 in FIG. 1 can be omitted.
  • a compound semiconductor substrate 30 made of, for example, GaAs as shown in FIG. 3A is prepared.
  • an n-type cladding layer 11, an active layer 12, a p-type cladding layer 13, and current diffusion are formed on the compound semiconductor substrate 30 by a well-known MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. Layers 14 are sequentially grown epitaxially.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • the n-type cladding layer 11, the active layer 12, the p-type cladding layer 13, and the current spreading layer 14 are called a light emitting semiconductor substrate 2. Since the light emitting semiconductor substrate 2 is made of a compound semiconductor, the light emitting semiconductor substrate 2 with few dislocations and defects can be formed on the compound semiconductor substrate 30. Next, the compound semiconductor substrate 30 is removed, and the light emitting semiconductor substrate 2 shown in FIG. 3 (B) remains. In FIG. 3 (A), the compound semiconductor substrate 30 is arranged on the other main surface 16 side of the light emitting semiconductor substrate 2, but instead, the light emitting semiconductor The compound semiconductor substrate 30 can be arranged on one main surface 15 side of the body substrate 2. In this case, removal of compound semiconductor substrate 30 can be performed in a step subsequent to FIG.
  • a silicon oxide film is formed on the other main surface 16 of the light emitting semiconductor substrate 2, that is, on the surface of the n-type cladding layer 11 by depositing silicon oxide by well-known sputtering or plasma CVD. .
  • a part of the silicon oxide film is removed by photolithography technology, and an insulating light transmitting layer 20 made of a reticulated silicon oxide film shown in FIG. Formed on the main surface 16.
  • an insulating light transmitting layer 20 made of a reticulated silicon oxide film shown in FIG. Formed on the main surface 16.
  • a transition metal made of, for example, Cr (Cu) is formed on the surface of the n-type cladding layer 11 exposed like an island between the light transmitting layers 20.
  • the layer 17 and the Au (gold) layer 18 are sequentially formed by a vacuum evaporation method.
  • the thickness of the transition metal layer 17 is determined to be about 10 to 500 angstroms
  • the thickness of the gold layer 18 is determined to be about 200 to 1000 angstroms.
  • Ga (gallium) in the n-type cladding layer 11 and the gold layer 18 A heat treatment (anneal) at a temperature lower than the eutectic point of Au (gold), that is, lower than the eutectic point (345 ° C) (for example, 300 ° C) is performed.
  • Au of the gold layer 18 diffuses into the n-type cladding layer 11 via the transition metal layer 17, and the limiter contact region 4 composed of an alloy layer of Ga and Au is generated.
  • the temperature and time of the above-described heat treatment are determined so as to limit the thickness of the ohmic contactor region 4 to a range of 20 to 100 order.
  • the temperature of the above-mentioned heat treatment is set so that a eutectic of Ga (gallium) and Au (gold) is obtained in order to obtain an limiter contact region 4 having a thin and uniform thickness and a low resistance. It is determined to be a point or any temperature below the eutectic point.
  • a plurality of light emitting devices are formed by changing the heat treatment temperature when forming the contact region 4 in a plurality of steps, and the limiter contact region 4 and the metal light reflecting layer 5 in each light emitting device are regarded as one reflecting portion. Then, the reflectance of this reflection part when the light was reflected was measured. This measurement result is shown by the characteristic line A in FIG. Here, the measurement of the reflectance is performed with red light having a wavelength of 650 nm.
  • a plurality of light emitting elements were formed by changing the heat treatment temperature when forming the ohmic contact region made of AuGeGa of the above-mentioned Document 1 in multiple steps, and the ohmic contactor in each light emitting element was formed.
  • the area and the metal light reflecting layer were regarded as one reflecting portion, the reflectance of this reflecting portion was measured. This measurement result is shown by the characteristic line B in FIG.
  • the reflectivity is about 30% by the heat treatment at 300 ° C.
  • the reflectance is about 60% by a heat treatment at 300 ° C. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the reflectivity of the composite reflection portion composed of the emitter contact region 4 and the metal light reflection layer 5 is improved by about 30%.
  • characteristic line A in FIG. 9 the reflectance increases as the heat treatment temperature decreases.
  • the heat treatment temperature is preferably set to 250 to 34 ° C., more preferably to 290 to 330 ° C.
  • the transition metal layer 17 decomposes the AlGalnP constituting the n-type cladding layer 11 into each element during heat treatment, thereby making each element easy to move, and cleaning the surface of the n-type cladding layer 11. It has the effect of becoming Due to the above-described operation of the transition metal layer 17, Au diffuses into the n-type cladding layer 11 by heat treatment at a temperature lower than the eutectic point of Ga and Au, and from the alloyed or mixed layer of Ga and Au. The resulting limiter contact region 4 is formed extremely thin.
  • the transition metal layer 17 and the gold layer 18 after the heat treatment in FIG. 5 are removed by etching, and the limiter contact region 4 and the light transmitting layer 20 in FIG.
  • a light emitting semiconductor substrate 2 is obtained.
  • the surface morphology of the ohmic contact region 11 composed of an alloy layer of Au and Ga obtained by heat treatment at a temperature lower than the eutectic point of Au and Ga is higher than the eutectic point of Reference 1 described above. This is a significant improvement over the surface morphology (morpho 1 ogy) of the heat-treated AuGeGa contact region. Therefore, the other main surface 16 of the light emitting semiconductor substrate 2 including the ohmic contact region 4 in FIG. 6 has good flatness.
  • the other main surface 16 of the light emitting semiconductor substrate 2, that is, the thickness 1 to 1 covers both the exposed surface of the n-type cladding layer 11 and the surface of the ohmic contact region 4.
  • a metal light reflecting layer 5 composed of an A1 layer of about 10 m is formed by a vacuum evaporation method, and is subjected to a short-time heat treatment using an infrared lamp or the like.
  • the conductive metal light reflecting layer 5 is ohmically joined to the limiter contact area 4 and also joined to the light transmitting layer 20 adjacent to the n-type cladding layer 11. .
  • the metal light-reflecting layer 5 made of A1 is joined to the n-type cladding layer 11 via the insulating light-transmitting layer 20, the forward current of the semiconductor light emitting device 1 is n-type cladding layer. It does not flow from 11 to the metal light reflection layer 5. Since the surface morphology of the limiter contact region 4 adjacent to the metal light reflection layer 5 is good, the metal light reflection layer 5 has good flatness.
  • a first bonding metal layer 6 is formed on the light reflecting layer 5 by vacuum deposition of Au.
  • a second bonding metal layer 7 made of Au was vacuum-deposited on one main surface of a conductive substrate 8 made of a Si substrate containing impurities shown in FIG. 8, and the first and second conductive layers were prepared.
  • the first and second metal bonding layers 6 and 7 are bonded together by bringing the metal bonding layers 6 and 7 into pressure contact and performing a heat treatment at a temperature of 300 ° C. or less to diffuse Au mutually.
  • the light emitting semiconductor substrate 2 and the conductive silicon support substrate 8 are integrated.
  • a current block layer 10 for blocking a current and a cathode electrode 3 are formed on one surface 15 of the light emitting semiconductor substrate 2, and a conductive support substrate 8 is formed.
  • a power sort electrode 9 is formed on the lower surface of the semiconductor light emitting device 1 Finalize.
  • This embodiment has the following effects.
  • the insulating light-transmitting layer 20 is formed between the metal light-reflecting layer 5 and the light-emitting semiconductor substrate 2, the light-emitting layer 5 and the light-emitting layer 5 emit light during various heat treatment steps in the manufacturing process.
  • An alloying reaction occurring between the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 2 can be prevented or suppressed. If an alloyed portion occurs, the reflectivity of the metal reflective layer 5 decreases, but such a problem does not occur in the present embodiment. For this reason, a light emitting element having a high luminous efficiency calculated based on the logical reflectance of the metal light reflecting layer 5 can be easily produced at a high yield.
  • the ohmic contact area 4 does not contain Ge having high light absorption and is formed extremely thin, the light reflection of the reflecting portion composed of the ohmic contact area 4 and the metal light reflecting layer 5 is performed.
  • the rate has a high value (eg 60%). For this reason, much of the light emitted from the active layer 12 to the metal light reflecting layer 5 side is returned to the one surface 15 side of the light emitting semiconductor substrate 2, and the luminous efficiency is increased.
  • the occupancy of the other main surface 16 of the light emitting semiconductor substrate 2 in obtaining a predetermined light output is increased.
  • the ratio of the area of the ivy contact area 4 can be increased as compared with the conventional case.
  • the maximum luminous efficiency of the red light-emitting diode according to the present embodiment was 471 m / W (lumens / pet) at a current capacity of 40 A / cm 2.
  • the miter contact region 4 can be easily formed.
  • FIG. 10 and FIG. 11 portions common to FIG. 1 and FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the semiconductor light emitting device 1a shown in FIGS. 10 and 11 is formed by modifying the arrangement of the insulating light transmitting layer 20 and otherwise forming the same as FIGS. 1 and 2 ( this second embodiment).
  • the n-type cladding layer 11 is provided with a net-like or lattice-like concave portion, a part of the light transmitting layer 20 in the thickness direction is disposed in the ⁇ portion, and the remainder is an ⁇ -type portion. It protrudes from the cladding layer 11.
  • the same effect as the semiconductor light emitting device 1 of Fig. 1 can also be obtained by the semiconductor light emitting device 1a of Fig. 10 and Fig. 11. Modifications
  • the silicon support substrate 8 shown in FIGS. 1 and 10 can be omitted.
  • the metal light reflection layer 5 functions as a cathode electrode.
  • the distribution pattern of the limiter contact area 4 in plan view is a quadrangular island, but it can be deformed into a circular island, grid, strip, etc. it can.
  • the ohmic contact area 4 is deformed into a lattice shape, the ohmic contact area 4 is arranged in a lattice shape instead of the n-type cladding layer 11 in FIG. 2, and the ohmic contact area 4 in FIG. Instead, the n-type cladding layer 11 is arranged in an island shape.
  • n-type cladding layer 11 Between the emitter contact region 4 and the n-type cladding layer 11 and between the light transmitting layer 20 and the n-type cladding layer 11 are composed of AlGaInP.
  • An n- type contact layer, an n-type buffer layer, or both Can be.
  • the ohmic contact area 4 can be formed of another material such as AuGeGa other than AuGa. If this other material is light-transmitting, by limiting this thickness to the order of 20 to 10 Q0, the reflecting portion consisting of the ohmic contact area 4 and the metal light reflecting layer 5 is formed. The light reflectance becomes relatively high, and the luminous efficiency can be improved.
  • the gold layer 18 can be another metal layer. This other metal is selected from materials that can be alloyed with G a.
  • a metal supporting substrate can be provided instead of the silicon supporting substrate 8.
  • the transition metal layer (17) layer is selected from Ti, Ni, Sc, V, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, and Be other than Cr.
  • a layer containing at least one kind, a composite layer of an Au layer, a Cr layer, and an Au layer, a composite layer of a Cr layer, a Ni layer, and an Au layer, and a Cr layer and Au It can be one selected from the composite layer of the Si layer and the Au layer.
  • the present invention can be used for a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode.

Abstract

半導体発光素子は、発光機能を有する半導体基板(2)とアノード電極(3)とオーミックコンタクト領域(4)と合金化阻止用の光透過層(20)と金属光反射層(5)と導電性支持基板(8)とを有する。前記光透過層(20)は絶縁性を有する材料から成り、前記半導体基板(2)と前記金属光反射層(5)との合金化を阻止する機能を有する。オーミックコンタクト領域(4)は光透過可能な厚みに形成される。前記半導体基板(2)から発生した光は前記光透過層(20)を通って前記金属光反射層(5)で反射し、且つ前記オーミックコンタクト領域(4)を通って前記金属光反射層(5)で反射する。この結果、半導体発光素子の発光効率が高くなる。

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、 例えば A l G a A s 系、 A l G a I n P系、 G a N 系等の化合物半導体等が発光層に使用 されている高発光効率の 半導体発光素子及びその製造方法に関する。 背景技術
従来の典型的な半導体発光素子は、 G a A s から成る支持基板 と、 この支持基板上に形成された発光に寄与する複数の半導体層 と を有する。 前記発光に寄与する複数の半導体層はそれぞれは、 A 1 G a I n P系化合物半導体から成る。 この A 1 G a I n P系 化合物半導体は、 G a A s 支持基板に対して比較的良好に格子結 合されるため、 G a A s 支持基板上に比較的結晶性の良好な半導 体層を得るこ とができる。
しカゝしながら、 G a A s 支持基板は、 A l G a I n P系化合物 半導体から成る発光に寄与する複数の半導体層に含まれている 発光層即ち活性層から発光された光の波長帯域での光吸収係数 が極めて高い。 このため、 発光層から支持基板側に放出された光 の多く は G a A s 支持基板に吸収されてしまい、 高い発光効率を 有する半導体発光素子を得るこ とが出来なかった。
上記の G a A s 支持基板による光吸収の問題を解決するため の方法と して、 前述の半導体発光素子の形成と同様に G a A s 支 持基板上に発光に寄与する複数の半導体層をェピタキシャル成 長させ、 その後に G a A s 支持基板を除去し、 発光に寄与する複 数の半導体層 （以下、 半導体基板と言う。 ） に対して例えば G a Pから成る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方法が知られている。 しかし この方法に従う光透過性基板と光反射性電極と を有する構造は、 発光層を含む半導体基板と光透過性基板との界面における抵抗 が比較的大き く なり 、 この抵抗によってアノー 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と して、 本件出願人に係わる 日 本の特許出願公開公報 特開 2 0 0 2 — 2 1 7 4 5 0号 （文献 1 と言う。 ） に、 発光層を含む半導体基板の下面側に A u G e G a 合金層を分散的に形成し、 A u G e G a合金層及ぴこれによつて 覆われていない半導体基板の下面を A 1 等の金属反射層で覆い、 更に、 この金属反射層に例えば導電性を有するシリ コ ンから成る 導電性支持基板を貼着する方法が開示されている。 この方法にお ける、 前記 A u G e G a合金層は例えば A l G a I n P等の半導 体基板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、 ァノー 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。
また、 発光層から支持基板側に放出された光を金属反射膜によ つて反射させるこ とができるので、 高い発光効率を得る こ とがで きる。
しかし、 前記文献 1 に記載の半導体発光素子では、 複数の製造 プロセス中の種々の熱処理に起因して、 金属反射膜と これに隣接 する半導体基板との間に反応が生じ、 その界面における反射率が 低下するこ とがあった。 このため、 期待されたほどには、 発光効 率の高い半導体発光素子を歩留 り 良く 生産する こ とができなか つた o 発明の開示
そこで、 本発明の目的は、 発光効率の向上が可能な半導体発光 素子及びその製造方法を提供するこ 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、 本発明の説明及ぴ特許請求の範囲での参照 符号は、 本発明の理解を助けるためのものであって、 本発明を限定す るものではない。
本発明に従う半導体発光素子は、 発光に寄与する複数の化合物 半導体層 1 1 , 1 2， 1 3 を有し、 且つ光を取り 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 を有する半導体基板 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 の他方の主面 1 6 の一部に配置され且つ前 記半導体基板 2 にォーミ ック接触しているォーミ ッ タ コ ンタ ク ト領域 4 と、
前記半導体基板 2 の他方の主面 1 6 における前記ォー ミ ッ ク コ ンタ ク ト領域 4が配置されていない部分の少なく と も一部に 配置され、 且つ前記半導体基板 2で発光した光を透過させる機能 を有し且つ前記半導体基板 2 と金属 と の反応を阻止又は抑制す る機能を有している光透過層 2 0 と、
前記ォーミ ッ タ コ ンタ ク ト領域 4及び前記光透過層 2 0 を覆 う よ う に配置され且つ前記半導体基板 2 から発生した光を反射 する機能を有している金属光反射層 5 と
備えている。
本発明における半導体発光素子は、 完成した発光素子のみでな く 、 中間製品と しての発光チップであってもよい。
なお、 前記光透過層 2 0は、 電気絶縁性を有する膜であるこ と が望ま しい。 また、 前記光透過層 2 0 は、 S i O 2 , S i O , M g O , I n
O Z r O。 2， , S ^ ni O 2 , A 1 2 O a , T i O 2, Z n O及ぴ T a Oから選択された 1種以上の無機系酸化物、 又は透光性ポリイ ミ ド樹脂から成るこ とが望ま しい。
また、 前記光透過層 2 0 は、 3 η π！〜 の範囲の厚みを有する こ とが望ま しい。
また、 光透過層 2 0は、 量子力学的トンネル効果を得ることができる 厚みを有することが望ましい。
また、 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 に分散配置された多数の島状部分、 又は格子状領 域、 又はス トライプ状領域から成るこ と こ とが望ま しい。
また、 前記半導体基板 2 はこの他方の主面 1 6 に露出している G a系化合物半導体層 1 1 を有し、 前記ォーミ ッタ コ ンタク ト領 域 4は金属材料と G a との合金層から成るこ とが望ま しい。 なお 前記 G a系化合物半導体層 1 1 は、 導電型決定不純物をそれぞれ 含む、
A 1 G a y I n 1. x . ,r P , こ こで、 2ε， y は 0 ≤ χ < 1、 0 く y ≥ 1 0 < χ + y ≤ 1 を満足する数値、 から成る化合物半導体 層、
A 1 G a „ I n x _ x _ y A s , こ こで、 ， y は 0 ≤ x < 1 、 0 < y 1、 0 < x + y ≤ l を満足する数値、 から成る化合物半 導体層 及ぴ
A 1 G a y I η , _ N、 こ こで、 x， y は 0 ≤ χ < 1 、 0 < y ≤ 、 0 < x + y . を満足する数値、 から成る化合物半導 体
から選択された 1 つであるこ と こ とが望ま しい。
また、 前記金属光反射層 5 は、 前記ォーミ ック 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。 また、 前記金属光反射層 5 はアルミニウム層であるこ とが望ま しい。
また、 前記半導体発光素子は、 更に、 前記金属光反射層 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。
また、 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 しい。
また、 前記半導体発光素子は、
発光に寄与する複数の化合物半導体層 1 1 , 1 2， 1 3 を有し、 且つ光を取り 出すための一方の主面 1 5 と この一方の主面と反 対側の他方の主面 1 6 と を有する半導体基板 2 を用意する第 1 の工程と、
前記半導体基板 2 の他方の主面 1 6 の一部にォーミ ッタ コ ン タ ク ト領域 4 を形成し、 且つ前記半導体基板 2の他方の主面 1 6 の残部の少なく と も一部に光透過性を有し且つ前記半導体基板 2 と金属 と の反応を阻止又は抑制する機能を有している光透過 層 2 0 を形成する第 2 の工程と、
前記ォーミ ッタ コ ンタ ク ト領域 4及び前記光透過層 2 0 を覆 う よ う に光反射性を有する金属光反射層 5 を形成する第 3 のェ 程と
を備えて製造する こ とが望ま しい。
また、 前記半導体基板 2 を用意する第 1 の工程は、
化合物半導体基板 3 0 を用意する工程と、
前記化合物半導体基板 3 0 の上に発光に寄与する複数の化合 物半導体層 1 1， 1 2 , 1 3 をェピタキシャル成長させる工程と、 前記化合物半導体基板 3 0 を除去する工程と
を有しているこ とが望ま しい。
また、 前記半導体基板 2はこの他方の主面 1 6に露出している G a系 化合物半導体層 1 1を有し、 且つ前記第 2の工程は、 前記半導体基板 2の前記他方の主面 1 6の一部に遷移金属層 1 7 を 形成する工程と、
前記半導体基板 2の前記 G a系化合物半導体層 1 1に前記遷移金属 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 遷移金属層 1 7の上に形成する工程と、
前記遷移金属層 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 G a系化合物半導体層 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 を前記遷移金属層 1 7を介して前記 G a系化合物半導体層 （ 1 1 ) に導 入して前記 G a系化合物半導体層 1 1を構成する元素と前記金属材料 との合金層から成り且つ光を透過させることが可能な厚みを有してい るォーミックコンタク ト領域 4を形成する工程と、
前記遷移金属層 1 7及び前記金属材料を含む層 1 8を除去する工程 と
を有しているこ とが望ましい。
また、 前記半導体発光素子の製造方法は、 更に、 前記金属光反 射層に導電性支持基板を結合させる工程を有している こ と が望 ましい 本発明に従う半導体発光素子は、 発光機能を有する半導体基板 2 と金属光反射層 5 と の間に、 光透過性を有し且つ半導体と金属 と の反応を阻止又は抑制する機能を有する光透過層 2 0 を備え ているので、 製造プロセス中の種々の熱処理工程における金属光 反射層 5 と半導体基板 2 と の間の反応が阻止又は抑制され、 金属 光反射層 5 の反射率の低下を防止するこ とができる。 このため、 金属光反射層 5 の論理的な反射率に基づいて算出される高い発 光効率を有する半導体発光素子を、 容易且つ高い歩留ま り で生産 するこ とができる。 本発明の好ま しい実施形態に従 う ォーミ ッタ コ ンタ ク ト領域 4は、 従来の A u G e G a 力、ら成るォーミ ック コンタク ト領域よ り も光吸収率が低い金属材料と G a と の合金層から成る。 このた め、 ォ一ミ ック 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、 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 ック 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、 ォ一ミ ック コ ンタク ト領域 4 が薄く形成されているので、 半導体基板 2 の中 で発生し、 半導体基板 2の他方の主面 1 6方向に放射した光の一 部がォーミ ック コ ンタク ト領域 4 を通過し、 金属光反射層 5 で反 射されて半導体基板 2の一方の主面 1 5側に進み、 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、 出力光量が従来と同一で良い場合には、 ォーミ ック コ ン タ ク ト領域 4 と金属光反射層 5 と の界面における反射量が多く なる分だけ、 才ーミ 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、 才ーミ ツタ 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 ッタ 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。
また、 本発明の好ま しい実施形態に従う製造方法によれば、 遷 稜金属層 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、 遷移金属層 1 7 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、 遷移金属層 1 7 を介して半導体基板 2 と金属材料層 1 8 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れば、 ォ一ミ ック コンタク ト領域 4 が薄く 形成され且つ金属光反射層 5 を液化して半導体材料と の 合金化を促す作用を有する金属材料 （例えば、 G e ) を含まない ォ一ミ ック コンタク ト領域 4が得られる。 このため、 ォ一 ミ ック コンタク ト領域 4 の光吸収が少なく なる。 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 でめ 0
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 ( A n ) 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タコン 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 o
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は、 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、 ォーミッタコンタク 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 ッタコンタク 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。
図 1 1は、 図 1 0の半導体素子の B— B線断面図である。 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 即ち発光ダイオー ド及びその製造方法を説明す る。
半導体発光素子 1 は、 発光ダイォー ドを構成するものであって 図 1 に概略的に示すよ う に、 発光に寄与する複数の化合物半導体 層を含む発光半導体基板 2 と、 第 1 の電極と してのァノー ド電極 3 と、 ォーミ ック コンタク ト領域 4 と、 金属光反射層 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 してのカ ソー ド電極 9 と、 電流ブ ロ ッ ク層 1 0 と、 本発明に従う光透過層 2 0 とから成る。 なお、 前記発光半導体基板 2 を主半導体領域又は発光機能領域と呼ぶ こ とができる。
発光半導体基板 2 は、 第 1導電型を有する第 1 の化合物半導体 層と しての n型ク ラ ッ ド層 1 1 と、 活性層 1 2 と、 第 2導電型を 有する第 2 の化合物半導体層と しての p型ク ラ ッ ド層 1 3 と、 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。 なお、 n型ク ラッ ド層 1 1 、 活性 層 1 2及び p型ク ラ ッ ド層 1 3 から成る部分を発光半導体領域 と呼ぶこ とができる。 また、 活性層 1 2 を発光層と呼ぶこ とがで きる。 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。
n型ク ラ ッ ド層 1 1 は、 Ga系化合物半導体層であるこ とが望ま しいく は、 例えば
ィ匕学式 A 1 x G a y I 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 3 — 5族化合物半導体に n型不純物 （例えば S i ) を ド 一ビングしたものである こ とが望ま しい。 上記化学式における、 A 1 (アルミ ニウム） 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 (ガリ ウム） 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。 上記化学式に従う 3 — 5族化合物半導体は少な く と も G a (ガリ ゥム） と P (リ ン） と を含み、 必要に応じて I n (イ ンジウム） を含む。 n型ク ラ ッ ド層 1 1 の n型不純物の濃 度は 5 X 1 0 1 ' c m— 3以上である こ とが望ま しい。 この n型ク ラ ッ ド層 1 1 に含まれる G a はォー ミ ッ タ コ ンタ ク ト領域 4 の 形成に寄与する。
なお、 図 1 の n型ク ラ ッ ド層 1 1 の位置に化学式 A 1 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 の両方を設ける時には、 これ等の両方が第 1 の化合物半導体層と して機能する。 なお、 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 ト層の材料 と別にする こ とができ る。
n型ク ラ ッ ド層 1 1 の上に配置された活性層 1 2 は、
ィ匕学式 A l x G a y l ii i 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 p型の 3 — 5族化合物半導体から成る。 この実施形態で は、 活性層 1 2 に、 p型ク ラッ ド層 1 3 よ り も低い濃度で p型不 純物が ドープされている。 しかし、 活性層 1 2 に n型不純物を ド ープするこ と、 又は導電型決定不純物を ドープしないこ と も可能 である。 図 1 には n型クラ ッ ド層 1 1 と活性層 1 2 と p型クラ ッ ド層 1 3 と からなるダブルへテロ接合構造の発光領域が示され ている。 従って、 活性層 1 2が単一の層で示されているが、 この 単一の活性層 1 2の代わり に周知の多重量子井戸 （M QW : Mult i - Quantum - Well) 構造、 又は単一量子井戸 ( S Q W ： Single-Qua ntum-Well ) 構造の活性層を設けるこ とができる。
活性層 1 2の上に形成された p型クラ ッ ド層 1 3 は、
化学式 A l x G a y I n i y P、
こ こで x， y は 0 ≤ χ ≤ 1 、
0 ≤ y ≤ 1 ,
0 ^ x + y ¾ 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 こ と が望 ま しい。 上記化学式における A 1 の割合 2εは好ま しく は 0 . 1 5 〜 0 .5 の範囲に設定される。 ρ型ク ラ ッ ド層 1 3 の ρ型不純物 (例えば Ζ η ) の濃度は例えば 5 X 1 0 1 ' c m— 3以上に決定 される。
p型ク ラ ッ ド層 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、 アノー 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で発光した光を発光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 ！！ ェ— ？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！）型ク ラ ッ ド層 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型化合物半導体から成る p型 コンタク ト層を設けるこ とができる。
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。 この電流ブロ 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 (ク ロム） 層と A u (金） 層と の複合層から成り 、 電流拡散層 1 4 と電流ブロ 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、 ァノー 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、ァノー ド電極 3 を光透過性電極とするこ と もできる。
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型ク ラ ッ ド層 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 ツタ コ ンタク ト領域 4 と これ等の間の n型ク ラ ッ ド層 1 1 との両方が露出す o
各ォー ミ ツ タ コ ンタ ク ト領域 4 は実質的に G a と A u のみか ら成る合金層即ち混合層から成り 、 n型ク ラ ッ ド層 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合金層から成 る各ォーミ ック 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 ック 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 一ミ 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ォ 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合金層から成るォーミツタコンタク ト領域 4の光吸収率は、 前記文献 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、 前記文献 1のォー ミッタコンタク ト領域では、 ォ一ミツタコンタク ト領域によって多くの 光が吸収され、 ォーミツタコンタク 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合金層から成り且つ 2 0〜 1 0 0 0オングス 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。 なお、 本願での光透過率、 光吸収率及び光反射率は活性層 1 2から放射された光に対するものである。
n型クラッ ド層 1 1の表面はォーミ ックコンタク ト領域 4及ぴ本発 明に従う光透過層 2 0を介して金属光反射層 5で覆われている。 n型ク ラッ ド層 1 1 と金属光反射層 5 との間に配置された本発明に係わる絶 縁性の光透過層 2 0は、 金属光反射層 5と n型クラッ ド層 1 1 との間の 反応即ち合金化を抑制する。 このため、 製造プロセス中の種々の熱処理 工程を経た後においても、 金属光反射層 5は高い反射率を維持する。 金 属光反射層 5の表面の反射率は、 ォーミックコンタク ト領域 4と n型ク ラッ ド層 1 1 との界面の反射率よりも大きい。 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本発明に従う光 透過層 2 0を通って金属光反射層 5の表面に至り、 この光反射層 5の表 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。 もし、 前記文献 1 と同様に金属光反射層 5を n型クラッ ド層 1 1に直接に接 触させれば、 製造工程中の加熱処理によって金属光反射層 5と n型クラ ッ ド層 1 1 との界面に光吸収層が生成される。 このために、 金属光反射 層 5における光反射率が低下する。 これに対して本発明に従う絶縁性の 光透過層 2 0は、 製造工程中の加熱処理によって金属光反射層 5 と n型 クラッ ド層 1 1 との界面に光吸収層が生成されることを防止する。 この ため、 本発明に従う絶縁性の光透過層 2 0を伴った金属光反射層 5の光 反射率は前記文献 1の光吸収層を伴った金属光反射層の光反射率より も 2 0 %程度高くなる。 即ち、 図 1の発光半導体基板 2側から光透過層 2 0に入射した光の大部分が光透過層 2 0を介して金属光反射層 5に 至り、 金属光反射層 5で反射して発光半導体基板 2の一方の主面側に戻 される。 これにより、 発光素子の光の取り出し効率が向上する。
また、 本実施形態に従ぅォーミックコンタク ト領域 4は G eを含まず 実質的に A u G aのみから成り、 且つ 2 0〜 1 0 0 0オングス トローム 程度に極く薄く形成されている。 従って、 発光半導体基板 2側からォー ミ ツタコンタク ト領域 4に入射した光の一部はォーミ ツタコンタク ト 領域 4を通って金属光反射層 5に至り、 金属光反射層 5で反射して発光 半導体基板 2の一方の主面側に戻される。 このため、 図 1のォーミック コンタク ト領域 4と金属光反射層 5 との複合層の光反射率は前記文献 1 のォーミ ツタコンタク ト領域と金属光反射層との複合層の光反射率 より も大きい。
上述から明らかなように、 金属光反射層 5の光透過層 2 0を伴った部分 及ぴォーミ ッタコンタク ト領域 4を伴った部分のいずれにおいても 光反射率が改善されている。 これにより、 発光素子の光の取り出し効率 が前記文献 1よりも向上する。
絶縁性の光透過層 2 0は、 n型クラッ ド層 1 1の表面に格子状又は網 状に形成されている。 しかし、 光透過層 2 0の平面パターンは格子状又 は網状に限定されるものではなく、 例えば多数の島状部分を分散配置し たパターン又はス トライプ状パターンであってもよい。 光透過層 2 0は- 半導体基板 2 と金属光反射層 5 との合金化反応を阻止又は抑制する機 能を有し且つ活性層 12 から金属光反射層 5側に放射された光を通過さ せる機能を有する材料から選択される。 本実施形態では光透過層 2 0が シリコン酸化物 （Si02) から成る。 しかし、 光透過層 2 0を、 S i O 2
(二酸化珪素）， S i O (—酸化珪素）， M g O (酸化マグネシウム）， I n 2 O 3 (酸化インジウム）， Z r O 2 (酸化ジルコニウム）， S n O 2
(酸化スズ）， A 1 2 O 3 (酸化アルミニウム）， T i O 2 (酸化チタン）， Z n O (酸化亜鉛） 及ぴ T a O (酸化タンタル） から選択された 1種以 上の無機系酸化物、 又は透光性ポリイミ ド樹脂で形成することができる。 活性層 1 2から放射された光に対する光透過層 2 0の光透過率はォー ミツタコンタク ト領域 4の光透過率よりも大きい。 光透過層 2 0は、 合 金化反応を阻止又は抑制できる厚み、 例えば 3 n m ( 3 O A ) 〜 1 μ πι の範囲の厚みを有する。 この光透過層 2 0のより好ましい厚みは、 量子 力学的トンネル効果を得ることができる厚み、 例えば 3〜 1 0 n mの範 囲の厚みである。
第 1の接合金属層 6は Au (金） から成り、 金属光反射層 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 (金） 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。
力ソード電極 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 ( A ) に示す例 えば G a A sからなる化合物半導体基板 3 0を用意する。 次に、 化合物 半導体基板 3 0の上に、 周知の M O CVD( Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によって n型クラッ ド層 1 1、 活性層 1 2、 p 型クラッ ド層 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 せる。 本実施形態では、 n型クラッ ド層 1 1、 活性層 1 2、 p型クラッ ド層 1 3、 及び電流拡散層 1 4が発光半導体基板 2とよばれている。 発 光半導体基板 2は化合物半導体から成るので、 化合物半導体基板 3 0の 上に転位及び欠陥の少ない発光半導体基板 2を形成することができる。 次に、 化合物半導体基板 3 0を除去して、 図 3 ( B ) に示す発光半導 体基板 2を残存させる。 図 3 ( A ) では、 発光半導体基板 2の他方の主 面 1 6側に化合物半導体基板 3 0を配置したが、 この代わり、 発光半導 体基板 2の一方の主面 1 5側に化合物半導体基板 3 0を配置すること ができる。 この場合には、 化合物半導体基板 3 0の除去を図 3よりも後 の工程で実行することができる。
次に、 発光半導体基板 2の他方の主面 1 6即ち n型クラッ ド層 1 1の 表面上に、 シリコン酸化物を周知のスパッタリング又はプラズマ C V D 等によって被着させることによってシリコン酸化膜を形成する。 続いて、 このシリ コン酸化膜の一部をホトリ ソグラフィ一技術によって除去し、 図 3 ( B ) に示す網状のシリ コン酸化膜から成る絶縁性の光透過層 2 0 を発光半導体基板 2の他方の主面 1 6に形成する。 これにより、 発光半 導体基板 2の他方の主面 1 6の一部が絶縁性の光透過層 2 0で覆われ、 残部が露出する。
次に、 発光半導体基板 2の他方の主面 1 6において、 光透過層 2 0の 間に島状に露出した n型クラッド層 1 1の表面上に例えば Cr (ク口ム） から成る遷移金属層 1 7と Au (金） 層 1 8 とを真空蒸着法によって順 次に形成する。 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型クラッ ド層 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 （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型クラッ ド層 1 1に拡散し、 Ga と Au との合金層から成るォーミッタコンタク ト領域 4が生じる。
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。 また、 上述の加熱処理の温度は、 薄く且つ均一な厚みを有し且つ低い抵 抗を有するォーミッタコンタク ト領域 4を得るために、 Ga (ガリ ウム） と Au (金） との共晶点即ち共融点よりも低い任意の温度に決定される。 上述の加熱処理の温度の好ましい範囲を調べるために、 ォーミックコ ンタク ト領域 4を形成する時の熱処理温度を複数段階に変化させて複 数の発光素子を形成し、 各発光素子におけるォーミ ッタコンタク ト領域 4と金属光反射層 5 とを 1つの反射部分とみなした時のこの反射部分 の反射率を測定した。 この測定結果が図 9の特性線 Aで示されている。 なお、 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。 比較のために、前記文献 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を複数段階に変化させて複数の発光素子 を形成し、 各発光素子におけるォーミッタコンタク ト領域と金属光反射 層とを 1つの反射部分とみなした時のこの反射部分の反射率を測定し た。 この測定結果が図 9の特性線 Bで示されている。
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ッ 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の本発明の実施形態に従う 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、 本発明の実施形態 によってォーミツタコンタク ト領域 4と金属光反射層 5 とからなる複 合化された反射部分の反射率が約 3 0 %向上している。 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型クラッ ド層 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型クラッ ド層 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型クラ ッ ド層 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型クラッ ド層 1 1に拡散し、 Gaと Auとの合金化層又は混合層から成 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 ッタコンタク ト領域 4 と光透過層 2 0 とを伴な 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 との合金層から成るォーミックコンタク ト領域 1 1 の表面モホロジ一は、 前記文献 1 の共晶点以上の熱処理による AuGeGaから成るォーミツタコンタク ト領域の表面モホロジー （m o r p h o 1 o g y ) よりも大幅に改善される。 従って、 図 6のォーミック 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 型クラッ ド層 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 m程度の A1 層から成る金属光反射 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、 導電性を有する金属光反射層 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型クラッ ド層 1 1に隣接する光透 過層 2 0にも接合される。 A1から成る金属光反射層 5は n型クラッ ド層 1 1に対して絶縁性の光透過層 2 0を介して接合されるので、 半導体発 光素子 1 の順方向電流は n型クラッ ド層 1 1から金属光反射層 5に向 かって流れない。 金属光反射層 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、 金属光反射層 5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 を阻止するための電流プロック層 1 0及ぴァノ一ド電極 3を形成し、 導 電性支持基板 8の下面に力ソート電極 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 ) 金属光反射層 5と発光半導体基板 2 との間に絶縁性の光透過層 2 0が形成されているため、 製造プロセス中の種々の熱処理工程を経る 過程において金属反射層 5 と発光半導体基板 2 との間に生じる合金化 反応を阻止又は抑制することができる。 もし、 合金化部分が生じると、 金属反射層 5における反射率が低下するが、 本実施形態ではこのような 問題が生じない。 このため、 金属光反射層 5の論理的な反射率に基づい て算出される高い発光効率を有する発光素子を、 容易に且つ高い歩留ま りで生産することができる。
( 2 ) ォーミツタコンタク 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 と金 属光反射層 5 とから成る反射部分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から金属光反射層 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。
( 3 ) ォーミ ックコンタク ト領域 4 と光反射層 5 とから成る反射部分 の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 /ヮッ ト） であった。
( 4 ) 遷移金属層 1 7を介して A u層 1 8から A uを n型クラッ ド層 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 るォーミツタコンタク ト領域 4を容易に形成することができる。
( 5 ) 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及び図 1 1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。 但し、 図 1 0及び図 1 1において図 1及び図 2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及ぴ図 1 1の半導体発光素子 1 aは、 絶縁性の光透過層 2 0の 配置形態を変形し、 この他は図 1及び図 2と同一に形成したものである ( この第 2の実施形態では、 n型クラッ ド層 1 1に網状又は格子状の凹部 が設けられ、 光透過層 2 0の厚み方向における一部が上記 ω部の中に配 置され、 残部は η型クラッ ド層 1 1から突出している。 図 1 0及び図 1 1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。 変形例
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及び図 1 0のシリコン支持基板 8を省く ことができる。 この場合には金属光反射 層 5がカソード電極として機能する。
( 2 ) 図 2においてォーミッタコンタク 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、 又はス トラ ィプ状等に変形することができる。 ォーミツタコンタク ト領域 4を格子 状に変形する時には、 図 2の n型クラッ ド層 1 1の代わりにォーミック コンタク ト領域 4を格子状に配置し、 図 2のォーミツタコンタク ト領域 4の代わりに n型クラッ ド層 1 1を島状に配置する。
( 3 ) ォーミツタコンタク ト領域 4と n型クラッ ド層 1 1 との間及ぴ 光透過層 2 0と n型クラッ ド層 1 1 との間に、 A l G a I n Pから成る n型コンタク ト層、 又は n型バッファ層、 又はこれ等の両方を設けるこ とができる。
( 4 ) ォーミ ツタコンタク ト領域 4を A u G a以外の A u G e G a等 の別の材料で形成することができる。 この別の材料が光透過性を有すれ ばこの厚さを 2 0〜 1 0 Q 0オーダス トロームに制限することによつ て、 ォーミ ツタコンタク ト領域 4と金属光反射層 5 とから成る反射部分 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 を別の金属の層とすることができる。 この別の金属は G a と合金化することが可能材料から選ばれる。
( 6 ) シリ コン支持基板 8の代りに金属支持基板を設けることができ る。
( 7 ) 前記遷移金属層 （ 1 7 ) 層を C r 以外の、 T i 、 N i 、 S c 、 V、 M n、 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、本発明は発光ダイオー ド等の半導体発光 素子に利用する こ と ができ る。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 発光に寄与する複数の化合物半導体層 （ 1 1， 1 2， 1 3 ) を有し、 且つ光を取り 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 ) とを有する半導体 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 ) の他方の主面 （ 1 6 ) の一部に配置され 且つ前記半導体基板 （ 2 ) にォーミ ック接触しているォーミ ック コ ンタク ト領域 （ 4 ) と、
前記半導体基板 （ 2 ) の他方の主面 （ 1 6 ) における前記ォー ミ ツ タ コ ンタ ク ト領域 （ 4 ) が配置されていない部分の少なく と も一部に配置され、 且つ前記半導体基板 ( 2 ) で発光した光を透 過させる機能を有し且つ前記半導体基板 （ 2 ) と金属との反応を 阻止又は抑制する機能を有している光透過層 ( 2 0 ) と、
前記ォーミ ッ ク コ ンタ ク ト領域 （ 4 ) 及び前記光透過層 （ 2 0 ) を覆う よ う に配置され且つ前記半導体基板 （ 2 ) から発生した光 を反射する機能を有している金属光反射層 ( 5 ) と
備えているこ とを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記光透過層 （ 2 0 ) は、 電気絶縁性を有する膜であるこ と を特徴とする請求項 1 に従う半導体発光素子。
3 . 前記光透過層 （ 2 0 ) は、 S i 〇 2， S i O， M g O , I n 2 O 3 , Z r O 2 , S n O 2 , A 1 2 O 3 , T i O 2, Z n O及ぴ T a Oから選択された 1種以上の無機系酸化物、 又は透光性ポリ イ ミ ド樹脂から成る こ と を特徴とする請求項 1 に従う 半導体発 光素子。
4 . 前記光透過層 （ 2 0 ) は、 3 η πι〜 1 μ πιの範囲の厚みを有す るこ とを特徴とする請求項 1 に従う半導体発光素子。
5. 光透過層 （ 2 0) は、 量子力学的トンネル効果を得ることができる 厚みを有することを特徴とする請求項 1に従う半導体発光素子。
6 . 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 ) に分散配置された多数の島状部分、 又は格 子状領域から成る こ と を特徴とする請求項 1 に従う 半導体発光 素子。
7 . 前記半導体基板 （ 2 ) はこの他方の主面 （ 1 6 ) に露出し ている G a 系化合物半導体層 （ 1 1 ) を有し、 前記ォーミ ック コ ンタク ト領域 （ 4 ) は金属材料と G a との合金層から成るこ とを 特徴とする請求項 1 に従う半導体発光素子。
8 . 前記 G a系化合物半導体層 （ 1 1 ) は、
化学式 A 1 x G a y I 11 !_x_y P、
こ こで、 x， y は 0 ≤ x < 1、
0 < y ≤ 1 ,
0 < x + y ≤ 1 を満足する数値、
から成る 3 — 5族化合物半導体に導電型決定不純物を ドーピン グしたものである こ と を特徴とする請求項 4 に従 う 半導体発光 素子。
9 . 前記金属光反射層 （ 5 ) は、 前記ォーミ ック 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 に従う半導体発光素子。
1 0. 前記金属光反射層 （ 5 ) はアルミニウム層であるこ と を 特徴とする請求項 6 に従う半導体発光素子。
1 1 . 更に、 前記金属光反射層 （ 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 に従う半導体 発光素子。
1 2. 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 1 1 に従う 半導体発光素 子。
1 3. 発光に寄与する複数の化合物半導体層 （ 1 1 ， 1 2 , 1
3 ) を有し、 且つ光を取り 出すための一方の主面 ( 1 5 ) と この 一方の主面と反対側の他方の主面 ( 1 6 ) とを有する半導体基板 ( 2 ) を用意する第 1 の工程と、
前記半導体.基板 （ 2 ) の他方の主面 ( 1 6 ) の一部にォーミ ツ ク コンタク ト領域 （ 4 ) を形成し、 且つ前記半導体基板 ( 2 ) の 他方の主面 ( 1 6 ) の残部の少なく と も一部に光透過性を有し且 つ前記半導体基板 （ 2 ) と金属との反応を阻止又は抑制する機能 を有している光透過層 （ 2 0 ) を形成する第 2の工程と、
前記ォーミ ッタ コンタク ト領域 （ 4 )'及ぴ前記光透過層 （ 2 0 ) を覆う よ う に光反射性を有する金属光反射層 （ 5 ) を形成する第 3 の工程と
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 4 . 前記半導体基板 （ 2 ) を用意する第 1 の工程は、 化合物半導体基板 （ 3 0 ) を用意する工程と、
前記化合物半導体基板 （ 3 0 ) の上に発光に寄与する複数の化 合物半導体層 （ 1 1 , 1 2， 1 3 ) をェピタキシャル成長させる 工程と、
前記化合物半導体基板 （ 3 0 ) を除去する工程と
を有している こ と を特徴とする請求項 1 3 に従 う 半導体発光 素子の製造方法。
1 5. 前記半導体基板 （ 2) はこの他方の主面 （ 1 6 ) に露出してい る G a系化合物半導体層 ( 1 1 ) を有し、
前記第 2の工程は、
前記半導体基板 （2) の前記他方の主面 （ 1 6 ) の一部に遷移金属層 ( 1 7 ) を形成する工程と、
前記半導体基板 （2) の前記 G a系化合物半導体層 （ 1 1 ) に前記遷 移金属層（ 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 ) を前記遷移金属層 ( 1 7 ) の上に形成する工程と、
前記遷移金属層 （ 1 7) 及ぴ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 G a系化合物半導体層 ( 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遷移金属層 ( 1 7 ) を介して前記 G a系化合物半 導体層 （ 1 1 ) に導入して前記 G a系化合物半導体層 （ 1 1 ) を構成す る元素と前記金属材料との合金層から成り、 且つ光を透過させることが 可能な厚みを有しているォーミックコンタク ト領域 （4) を形成するェ 程と、
前記遷移金属層 （ 1 7) 及ぴ前記金属材料を含む層 （ 1 8) を除去す る工程と を有している こ と を特徴とする請求項 1 3 に従う 半導体発光素 子の製造方法。
1 6 . 更に、 前記金属光反射層に導電性支持基板を結合させるェ 程を有しているこ と を特徴とする請求項 1 3 に従う 半導体発光 素子の製造方法。
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