(57)【要約】【課題】  新規な構造の電流ブロック層を含む半導体発光素子を提供する。【解決手段】  当該半導体発光素子は、第１の電極と、前記第１の電極上に配置される、発光性を有する光半導体積層と、前記光半導体積層上に配置され、Ａｌ組成比が相対的に低いＡｌＧａＡｓから主になる低Ａｌ組成層と、前記低Ａｌ組成層上に選択的に配置され、Ａｌ組成比が相対的に高いＡｌＧａＡｓから主になり、表面が酸化している高Ａｌ組成層と、前記低Ａｌ組成層上および前記高Ａｌ組成層上に選択的に配置され、少なくとも該低Ａｌ組成層の一部を露出する第２の電極と、を有する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
前記第１の電極上に配置される、発光性を有する光半導体積層と、
前記光半導体積層上に配置され、Ａｌ組成比が相対的に低いＡｌＧａＡｓから主になる低Ａｌ組成層と、
前記低Ａｌ組成層上に選択的に配置され、Ａｌ組成比が相対的に高いＡｌＧａＡｓから主になり、表面が酸化している高Ａｌ組成層と、
前記低Ａｌ組成層上および前記高Ａｌ組成層上に選択的に配置され、少なくとも該低Ａｌ組成層の一部を露出する第２の電極と、
を有する半導体発光素子。
【請求項２】
工程ａ）Ａｌ組成比が相対的に高いＡｌＧａＡｓから主になる高Ａｌ組成層、および、Ａｌ組成比が相対的に低いＡｌＧａＡｓから主になる低Ａｌ組成層、が積層してなる支持層を準備する工程と、
工程ｂ）前記支持層の低Ａｌ組成層側の面に、発光性を有する光半導体積層、および、第１の電極、を形成する工程と、
工程ｃ）前記支持層の高Ａｌ組成層側の面に、第２の電極を形成する工程と、
を有し、
前記工程ｃ）は、
サブ工程ｃ１）前記支持層において、前記高Ａｌ組成層をパターニングして、該高Ａｌ組成層を除去した領域に前記低Ａｌ組成層を露出させるサブ工程と、
サブ工程ｃ２）パターニングされた前記高Ａｌ組成層の表面を自然酸化させるサブ工程と、
サブ工程ｃ３）前記サブ工程ｃ２）のあとに、パターニングされた前記高Ａｌ組成層の表面および露出した前記低Ａｌ組成層の表面に、少なくとも該低Ａｌ組成層の一部を露出して、前記第２の電極を形成するサブ工程と、
を含む、
半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記工程ａ）は、
サブ工程ａ１）ＧａＡｓから主になる仮基板の表面に、前記高Ａｌ組成層および前記低Ａｌ組成層を順番に積層するサブ工程と、
サブ工程ａ２）前記高Ａｌ組成層をエッチストッパとして、前記仮基板をエッチング除去するサブ工程と、
を含む請求項２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記工程ａ）において、前記高Ａｌ組成層のＡｌ組成比を３０％よりも高くし、前記低Ａｌ組成層のＡｌ組成比を３０％以下にする請求項２または３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記工程ｂ）において、前記光半導体積層を、少なくとも、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層を井戸層とし、ＡｌＧａＡｓ層を障壁層とした量子井戸層、および、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層、が積層した構造とする請求項２〜４いずれか１項記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
工程ｄ）前記第２の電極の、パターニングした前記高Ａｌ組成層に対応する位置に、配線を接続する工程と、をさらに有する請求項２〜５いずれか１項記載の半導体発光素子の製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流ブロック層を含む半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンを用いたフォトダイオードの受光感度が高い赤外波長領域（波長９２０ｎｍ以下の赤外領域）の光を出力する素子として、ＺｎドープのＧａＡｓ層をＡｌＧａＡｓ層で挟んだダブルへテロ型発光ダイオードが知られている。このダブルへテロ構造は、通常ＧａＡｓ基板上に形成される。ＧａＡｓの発光層で発光した光は、ＧａＡｓ基板でほとんどが吸収されてしまう。従って、基板側に光を取り出す際、光損失は大きい。
【０００３】
特許文献１には、ＧａＡｓ仮基板上に、ＡｌＧａＡｓを含む支持層を液相エピタキシャル成長法により形成し、その後ＧａＡｓ仮基板をエッチング等により除去して、支持層を残す技術が開示されている。この支持層（成長基板）上に、ＡｌＧａＡｓクラッド層やＩｎＧａＡｓ活性層（発光層）などを形成することにより、支持層側に光を有効に取り出すことができる、とする。
【０００４】
なお、一般に、発光ダイオードは、外部量子効率（＝素子外部に取り出される光の強度／発光層内部において放出される光の強度）が高いことが望まれる。外部量子効率を向上させるために、発光層に注入する電流を一部制限する電流ブロック層を設けることがある（たとえば特許文献２〜５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３５００９号公報
【特許文献２】特開２００２−０１６２８７号公報
【特許文献３】特開２０１３−０９３４１２号公報
【特許文献４】特開２００９−１５８５５０号公報
【特許文献５】特開２０１５−００５５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、新規な構造を有する半導体発光素子、特に、新規な構造の電流ブロック層を含む半導体発光素子、および、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の主な観点によれば、第１の電極と、前記第１の電極上に配置される、発光性を有する光半導体積層と、前記光半導体積層上に配置され、Ａｌ組成比が相対的に低いＡｌＧａＡｓから主になる低Ａｌ組成層と、前記低Ａｌ組成層上に選択的に配置され、Ａｌ組成比が相対的に高いＡｌＧａＡｓから主になり、表面が酸化している高Ａｌ組成層と、前記低Ａｌ組成層上および前記高Ａｌ組成層上に選択的に配置され、少なくとも該低Ａｌ組成層の一部を露出する第２の電極と、を有する半導体発光素子、が提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によれば、工程ａ）Ａｌ組成比が相対的に高いＡｌＧａＡｓから主になる高Ａｌ組成層、および、Ａｌ組成比が相対的に低いＡｌＧａＡｓから主になる低Ａｌ組成層、が積層してなる支持層を準備する工程と、工程ｂ）前記支持層の低Ａｌ組成層側の面に、発光性を有する光半導体積層、および、第１の電極、を形成する工程と、工程ｃ）前記支持層の高Ａｌ組成層側の面に、第２の電極を形成する工程と、を有し、前記工程ｃ）は、サブ工程ｃ１）前記支持層において、前記高Ａｌ組成層をパターニングして、該高Ａｌ組成層を除去した領域に前記低Ａｌ組成層を露出させるサブ工程と、サブ工程ｃ２）パターニングされた前記高Ａｌ組成層の表面を自然酸化させるサブ工程と、サブ工程ｃ３）前記サブ工程ｃ２）のあとに、パターニングされた前記高Ａｌ組成層の表面および露出した前記低Ａｌ組成層の表面に、少なくとも該低Ａｌ組成層の一部を露出して、前記第２の電極を形成するサブ工程と、を含む、半導体発光素子の製造方法、が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
新規な構造の電流ブロック層を含む半導体発光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂは、支持層を準備する様子を示す断面図である。
【図２】支持層の一方の面に、光半導体積層および第１の電極を形成する様子を示す断面図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、支持層の他方の面に、第２の電極を形成する様子を示す断面図である。
【図４】電流ブロック層や第２の電極などの形状を示す平面図である。
【図５】作製した半導体発光素子を実装・パッケージ化する様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１〜図３を参照して、実施例による半導体発光素子（ＬＥＤチップ）の製造方法について説明する。実施例によるＬＥＤチップは、支持層を準備し（図１）、支持層の一方の面に光半導体積層および第１の電極を形成し（図２）、支持層の他方の面に第２の電極を形成する（図３）ことにより、作製される。
【００１２】
図１Ａおよび図１Ｂは、支持層を作製する様子を示す断面図である。
【００１３】
図１Ａに示すように、ＧａＡｓからなる仮の基板１を準備する。仮の基板１の主面は、ＧａＡｓの（１００）面である。また、仮の基板１にはＳｉがドープされてｎ型導電性が付与されており、その濃度は約１×１０１８ｃｍ−３である。
【００１４】
仮の基板１の主面上に、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）により、厚さ１０μｍのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層２、および、厚さ２５０μｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層３を順番に成長させる。この２層を支持層（支持基板）４と呼ぶこととする。
【００１５】
ＡｌＧａＡｓ層２の、ＩＩＩ族元素におけるＡｌの組成比は、ＡｌＧａＡｓ層３のそれよりも高い。Ａｌ組成比が相対的に高いＡｌＧａＡｓ層２を、高Ａｌ組成層と呼ぶことがある。また、Ａｌ組成比が相対的に低いＡｌＧａＡｓ層３を、低Ａｌ組成層と呼ぶことがある。高Ａｌ組成層２のＡｌ組成比は３０％よりも高く、低Ａｌ組成層３のＡｌ組成比は３０％以下であることが望ましい。
【００１６】
ＬＰＥには、主として温度差法と徐冷法がある。ここでは、後に説明するように、温度差法を採用する。成長装置として、例えばスライドボート型のものを用いることができる。ＡｌＧａＡｓ層２，３には、それぞれＴｅ濃度が１０１７ｃｍ−３および１０１８ｃｍ−３になるように、成長中にＴｅがドープされる。
【００１７】
用いた成長用溶液は、Ｇａ溶媒中にＧａＡｓ、Ａｌ及びＴｅを溶解させたものである。メルト槽内に満たされた成長用溶液の上下方向の温度勾配は、約５℃／ｃｍであり、種結晶が接触する成長用溶液下部の温度が８５０〜９５０℃である。なお、成長用溶液下部の温度及び温度勾配は、成長中ほぼ一定に保持される。
【００１８】
図１Ｂに示すように、ＧａＡｓからなる仮の基板１をエッチングして除去する。これにより支持層４のみが残る。
【００１９】
ＧａＡｓからなる仮の基板１は、アンモニア水と過酸化水素水とを体積比で１：２０に混合したエッチング液を用いてエッチングすることができる。なお、このとき、Ａｌ組成比が高いＡｌＧａＡｓ層２が、エッチストッパとして機能する。
【００２０】
次に、ＡｌＧａＡｓ層３の表面を研削し、凹凸を少なくする。さらに、研削された表面を研磨して加工ダメージを除去した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）による最終仕上げを行う。一般に、温度差法で成長させた半導体層は、徐冷法で成長させた半導体に比べて、表面の平坦性が悪い。ＣＭＰによる最終仕上げを行うことにより、表面の平坦性を高めることができる。
【００２１】
以上により、支持層（支持基板，成長基板）４が完成する。なお、Ａｌ組成比が高い（３０％よりも高い）ＡｌＧａＡｓ層２は、酸素雰囲気下において、容易に酸化される。ＡｌＧａＡｓ層２が大気に曝されると、その表面は瞬時に酸化（自然酸化）される。
【００２２】
図２は、支持層の、Ａｌ組成比が相対的に低いＡｌＧａＡｓ層側の面に、光半導体積層および第１の電極（ｐ側電極）を形成する様子を示す断面図である。
【００２３】
低Ａｌ組成層３の上に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）により、ｎ型電流拡散層５，ｎ型クラッド層６，第１のキャリア閉込層７，多重量子井戸構造を有する活性層８，第２のキャリア閉込層９，ｐ型クラッド層１０，ｐ型電流拡散層１１，ｐ型コンタクト層１２、を順番に成長させる。ｎ型電流拡散層５からｐ型コンタクト層１２までの積層構造を光半導体積層１３と呼ぶこととする。光半導体積層は、少なくとも、ｎ型導電性が付与された半導体層、発光性を有する活性層（発光層）、および、ｐ型導電性が付与された半導体層、が積層した構造を有する。
【００２４】
ｎ型電流拡散層５は、Ｔｅがドープされたｎ型のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓで形成され、その厚さは約２μｍ、そのＴｅ濃度は約２×１０１８ｃｍ−３である。ｎ型クラッド層６は、Ｔｅがドープされたｎ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓで形成され、その厚さは約０．５μｍ、そのＴｅ濃度は約２×１０１８ｃｍ−３である。
【００２５】
第１のキャリア閉込層７は、不純物を意図的にドープしていないＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓで形成され、その厚さは５００ｎｍである。なお、第１のキャリア閉込層７のＴｅのバックグラウンド濃度は２×１０１６ｃｍ−３以下である。
【００２６】
活性層８は、ＩｎＧａＡｓをウェル（井戸）層とし、ＡｌＧａＡｓをバリア（障壁）層とする多重量子井戸構造を有する。バリア層がウェル層を挟み込む構造を１周期としたとき、たとえば２周期分積み重ねて構成される。ウェル層の厚みは１１ｎｍ程度であり、バリア層の厚みは１１ｎｍ程度である。
【００２７】
第２のキャリア閉込層９は、不純物を意図的にドープしていないＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓで形成され、その厚さは５００ｎｍである。第２のキャリア閉込層９のＣのバックグラウンド濃度は２×１０１６ｃｍ−３以下である。
【００２８】
ｐ型クラッド層１０は、Ｃがドープされたｐ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓで形成され、その厚さは約１μｍ、そのＣ濃度は約２×１０１８ｃｍ−３である。ｐ型電流拡散層１１は、Ｃがドープされたｐ型のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓで形成され、その厚さは約１μｍ、そのＣ濃度は約２×１０１８ｃｍ−３である。ｐ型コンタクト層１２は、Ｃがドープされたｐ型のＧａＡｓで形成され、その厚さは約０．１μｍ、そのＣ濃度は約４×１０１８ｃｍ−３である。
【００２９】
コンタクト層１２の上に、下から順番に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層／Ａｇ層／ＴｉＷ層／Ｔｉ層／Ａｕ層、が積層されたｐ側電極１５を形成する。ｐ側電極１５は、ウェットエッチングおよびリフトオフ法により、たとえば、コンタクト層１２のほぼ全面に形成される。
【００３０】
以上により、Ａｌ組成比が相対的に低いＡｌＧａＡｓ層（低Ａｌ組成層）の表面に、光半導体積層および第１の電極が形成される。
【００３１】
図３Ａおよび図３Ｂは、支持層の、Ａｌ組成比が相対的に高いＡｌＧａＡｓ層側の面に、第２の電極（ｎ側電極）を形成する様子を示す断面図である。以降では、高Ａｌ組成層２からｐ側電極１５の配置（積層）関係を上下反転して示す。
【００３２】
図３Ａに示すように、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる高Ａｌ組成層２の一部をエッチングして除去する。これにより、低Ａｌ組成層３の一部が露出し、所望の形状にパターニングされた高Ａｌ組成層の一部２ａが残る。
【００３３】
高Ａｌ組成層２は、レジストパターンをマスクとして用いたウェットエッチングにより、後述する形状（図４）とされる。Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる高Ａｌ組成層２は、リン酸：過酸化水素水が１：１のエッチング液を用いてエッチングすることができる。
【００３４】
高Ａｌ組成層２は、酸素雰囲気下において、容易に酸化される。パターンニングされた高Ａｌ組成層２ａが大気に曝されると、その表面（特にパターニングにより露わとなった側面）は瞬時に酸化（自然酸化）される。表面（上面および側面）が酸化された高Ａｌ組成層２ａは、電気的に絶縁体として機能する。
【００３５】
ここで、便宜のため、光半導体積層１３において、パターンニングされた高Ａｌ組成層２ａに対応する領域を第１領域１３ａと呼ぶこととする。また、第１領域１３ａを除く周囲の領域を第２領域１３ｂと呼ぶこととする。
【００３６】
図３Ｂに示すように、高Ａｌ組成層２ａ上および低Ａｌ組成層３上に、下から順番にＮｉ層、Ｇｅ層、およびＡｕ層が積層されたｎ側電極１６を形成する。ｎ側電極１６は、リフトオフ法により、後述する形状（図４）とされる。
【００３７】
以上により、Ａｌ組成比が相対的に高いＡｌＧａＡｓ層（高Ａｌ組成層）の表面に、第２の電極が形成される。そして、実施例によるＬＥＤチップが完成する。
【００３８】
図４は、高Ａｌ組成層２ａおよびｎ側電極１６の形状を示す平面図である。なお、実施例によるＬＥＤチップ（ないし低Ａｌ組成層３）の平面形状は、たとえば一辺１ｍｍの正方形である。
【００３９】
パターニングされた高Ａｌ組成層２ａは、たとえば、低Ａｌ組成層３上のほぼ中央に設けられる。また、高Ａｌ組成層２ａの平面形状は、たとえば円形である。なお、パターニングされた高Ａｌ組成層は、矩形であってもかまわないし、相互に離隔する複数のパターンにより構成されてもよい。
【００４０】
ｎ側電極１６は、高Ａｌ組成層２ａ上および低Ａｌ組成層３上に跨って形成されており、たとえば、高Ａｌ組成層２上に配置される主部１６ａと、主部１６ａと連続し、放射状に延在する枝部１６ｂと、を含む。ｎ側電極１６は、少なくとも低Ａｌ組成層３の一部を露出して、形成される。
【００４１】
図５は、実施例によるＬＥＤチップを実装・パッケージ化する様子を示す断面図である。
【００４２】
固定電極（実装基板）１８に、ＬＥＤチップのｐ側電極１５をダイボンドする。このダイボンディングにより、固定電極１８とｐ側電極１５とが、電気的かつ機械的に接合される。
【００４３】
また、図示しない電極とＬＥＤチップのｎ側電極１６とを、ボンディングワイヤ１９でワイヤボンディングして、相互を電気的に接続する。ボンディングワイヤ１９は、ｎ側電極１６の、高Ａｌ組成層２ａに対応する位置（図４でいうところのｎ側電極の主部１６ａ）に、接合される。
【００４４】
固定電極１８とボンディングワイヤ１９（それに接続する図示しない電極）とを介して、ｐ側電極１５とｎ側電極１６との間に順方向バイアスを印加し、活性層８にキャリアを注入する（電流を流す）ことにより、赤外領域（波長９５０ｎｍ）の発光を生じさせる。活性層（発光層）８から放出される光は、主に、低Ａｌ組成層３の、ｎ側電極１６が形成されていない領域（低Ａｌ組成層３が露出している領域）から出射される（図４参照）。
【００４５】
高Ａｌ組成層２ａは、表面が酸化されており、電気的に絶縁体として機能する。ここで、高Ａｌ組成層２ａは、電流ブロック層として機能する。つまり、高Ａｌ組成層２ａは、ボンディングワイヤ１９の下方に位置する光半導体積層１３（図３Ａでいうところの第１領域１３ａ）に電流が集中して流れることを抑制し、その周囲に位置する光半導体積層１３（図３Ａでいうところの第２領域１３ｂ）に電流がより流れるように誘引する。
【００４６】
一般に、ボンディングワイヤは遮光性（吸光性）を有する。ボンディングワイヤの下方に位置する発光層（図３Ａでいうところの第１領域１３ａに含まれる活性層８）での発光を抑制し、その周囲に位置する発光層（図３Ａでいうところの第２領域１３ｂに含まれる活性層８）の発光を促進することで、発光層で生じたより多くの光を、ボンディングワイに吸収されることなく、素子外部に出射させることができる。すなわち、ＬＥＤチップの外部量子効率（光取り出し効率）を向上させることができる。
【００４７】
高Ａｌ組成層は、ＧａＡｌからなる仮の基板をエッチング除去する際に、エッチストッパとして機能する（図１Ｂ参照）。また、所望の形状にパターニングした後に、その表面を自然酸化させることで、電流ブロック層としても機能する。実施例によるＬＥＤチップは、電流ブロック層を設けるために、別途に、絶縁層や導電層（ショットキーバリア層）等を形成する必要がない。
【００４８】
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【符号の説明】
【００４９】
１…仮基板、２…高Ａｌ組成層、３…低Ａｌ組成層、４…支持層（支持基板）、５…ｎ型電流拡散層、６…ｎ型クラッド層、７…第１のキャリア閉込層、８…活性層（量子井戸構造層）、９…第２のキャリア閉込層、１０…ｐ型クラッド層、１１…ｐ型電流拡散層、１２…ｐ型コンタクト層、１３…光半導体積層、１５…ｐ側電極、１６…ｎ側電極、１８…固定電極（実装基板）、１９…ボンディングワイヤ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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