(57)【要約】【課題】薄型でかつ発光効率の高い半導体発光素子及びＬＥＤランプ、並びに半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】ＡｌＧａＩｎＰ系あるいはＡｌＧａＡｓ系の活性層を含む半導体積層部と、半導体積層部の第一の面側を光取り出し面とし、半導体積層部の第二の面側に形成され、活性層からの光を反射させる金属反射層と、半導体積層部に金属反射層を介して結合された支持基板と、半導体積層部と金属反射層とに挟まれる透明誘電体層と、透明誘電体層を貫通し透明誘電体層の一部分に配置されたオーミックコンタクト接合部と、半導体積層部の第一の面側に形成された第一電極と、金属反射層に対して第一電極と同一面側に、半導体積層部と非接触に形成され、オーミックコンタクト接合部に電気的に接続する第二電極と、を備え、支持基板は厚さ６０μｍ以上１２０μｍ以下である。【選択図】図１Ｂ
2011142231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の導電型の第一クラッド層、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる活性層、前記第一クラッド層とは異なる第二の導電型の第二クラッド層を有する、発光波長が５６０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の発光構造体を含む半導体積層部と、
前記半導体積層部の第一の面側を光取り出し面とし、前記半導体積層部の第二の面側に形成され、前記活性層からの光を前記第一の面側へと反射させる金属反射層と、
前記半導体積層部に前記金属反射層を介して結合された支持基板と、
前記半導体積層部と前記金属反射層とに挟まれる透明誘電体層と、
前記透明誘電体層を貫通して前記透明誘電体層の一部分に配置され、前記半導体積層部にオーミックコンタクト接合するオーミックコンタクト接合部と、
前記半導体積層部の第一の面側に形成された第一電極と、
前記金属反射層に対して前記第一電極と同一面側に、前記半導体積層部と非接触に形成され、前記オーミックコンタクト接合部に電気的に接続する第二電極と、を備え、
前記支持基板は厚さ６０μｍ以上１２０μｍ以下である
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子において、前記第二電極が、前記半導体積層部の一部が除去されて露出した前記オーミックコンタクト接合部の部分、または前記半導体積層部及び透明誘電体層の一部が除去されて露出した前記金属反射層の部分であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体発光素子において、前記第一電極は、前記半導体積層部の第一の面側の一部分に分散状に配置され、前記オーミックコンタクト接合部は、前記光取り出し面側からみて前記第一電極の直下から外れる位置に分散状に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記透明誘電体層が、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記支持基板が、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板のいずれかであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子を実装して作製されるＬＥＤランプにおいて、前記半導体発光素子は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる活性層を有するIII族窒化物半導体発光素子と同一のパッケ
ージに、前記III族窒化物半導体発光素子に高さを合わせて実装されていることを特徴と
するＬＥＤランプ。
【請求項７】
ＧａＡｓ基板上に、第一の導電型の第一クラッド層、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる活性層、前記第一クラッド層とは異なる第二の導電型の第二クラッド層を有する、発光波長が５６０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の発光構造体を含む半導体積層部を形成する工程と、
前記半導体積層部の第一の面側を光取り出し面とし、前記半導体積層部の第二の面側に透明誘電体層を形成する工程と、
前記透明誘電体層の一部分に貫通して形成された開口に、前記半導体積層部にオーミックコンタクト接合するオーミックコンタクト接合部を形成する工程と、
前記半導体積層部の第二の面側に、前記透明誘電体層を挟んで金属反射層を形成する工程と、
前記ＧａＡｓ基板の前記金属反射層に、１２０μｍを超える厚さの支持基板を貼り合わせて、貼り合わせ基板を形成する工程と、
前記貼り合わせ基板から前記ＧａＡｓ基板を除去する工程と、
前記半導体積層部の第一の面側に第一電極を形成する工程と、
前記金属反射層に対して前記第一電極と同一面側に、前記半導体積層部と非接触に、前記オーミックコンタクト接合部に電気的に接続する第二電極を形成する工程と、
前記第一電極を形成する工程と前記第二電極を形成する工程が終了した後、前記支持基板を、貼り合わせ面とは反対側の面から、厚さ６０μｍ以上１２０μｍ以下に薄化する工程と
を有する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、半導体発光素子及びＬＥＤランプ、並びに半導体発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ＧａＮ系や、ＡｌＧａＩｎＰ系の高品質結晶を有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法で成長する技術の発達によって、青色、緑色、橙色、黄色、赤色の高輝度ＬＥＤが
製作できるようになった。そしてＬＥＤの高輝度化に伴い、その用途は自動車のブレーキランプや液晶ディスプレイのバックライト等へ広がり、その需要は年々増加している。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法によって高品質の結晶が成長可能となってから、発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし、発光素子からの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上することが重要となっている。例えば、高輝度赤色ＬＥＤは、ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる発光層（活性層）を含む多層構造の半導体層を形成してなるが、ＧａＡｓ基板のバンドギャップは、発光層のバンドギャップよりも狭いために、発光層からの光の多くがＧａＡｓ基板に吸収され、光の取り出し効率が著しく低下する。
【０００４】
そこで、ＧａＡｓ基板への光の吸収を回避するため、ＧａＡｓ基板上に発光層を含むエピタキシャル層を積層させた半導体層に、反射率の高い金属反射膜を介して導電性Ｓｉ基板（支持基板）を接合した後、ＧａＡｓ基板を除去する基板貼替の技術が知られている。この基板貼替の発光素子では、発光層で発生した光は、金属反射膜によって効率よく光取り出し面へと反射される。基板貼替の半導体発光素子において、半導体層と金属反射膜との間の合金化を抑えるため、半導体層と金属反射膜との間に導電性を有する光透過膜を設ける方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
Ｓｉ基板貼替の発光素子における電極形成は、カソード電極を半導体層上に設け、アノード電極をＳｉ基板裏面に設ける構造が一般的であるが、アノード電極を、カソード電極と同一の面側である、半導体層を有するＳｉ基板表面側に設ける構造とすることも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７５４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、Ｓｉ基板に貼り替えられた発光素子において、アノード電極をＳｉ基板裏面に設ける電極構造では、近年求められているような発光素子の薄型化が困難である。薄型化するには、裏面側からＳｉ基板を研磨して薄くする薄化加工を施した後、Ｓｉ基板裏面の研磨面にアノード電極を形成することになるが、Ｓｉ基板の厚さが薄く、例えば１２０μｍ以下の薄さになると、アノード電極の製作工程においてＳｉ基板（ウェハ）の割れや欠けが生じ、発光素子の歩留まりが著しく低下してしまうからである。
【０００８】
一方、従来のＳｉ基板貼替の発光素子において、アノード電極をカソード電極と同一面側に形成する電極構造とした場合、Ｓｉ基板の薄化加工性は向上するものの、発光効率が
低下するという問題が生じる。この電極構造では、アノード電極は半導体層との接触を避けるべく半導体層を取り除いた領域に形成する必要があり、半導体層上のカソード電極直下の位置から離れた、金属反射膜や導電性光透過膜上にアノード電極が位置するため、発光層を流れる電流分布の偏りが大きくなって発光効率が低減してしまうからである。
【０００９】
また、結晶品質及び材料物性の観点から、ＧａＮ系ＬＥＤが紫色から緑色の波長帯域に用いられるのに対して、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤは黄色から赤色の波長帯域に、ＡｌＧａＡｓ系ＬＥＤは赤色から赤外帯域に用いられる。照明用として最も期待される高輝度の白色ＬＥＤを実現する際には、青色、緑色、赤色の３原色のＬＥＤを組み合わせて使用することが一般的であり、青色及び緑色のＧａＮ系ＬＥＤと赤色のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤとを組み合わせて白色ＬＥＤランプとしている。携帯電話などの小型電子機器にＬＥＤが使われるようになり、ＬＥＤチップの小型化が盛んに行われている。ＧａＮ系ＬＥＤは強度の大きいサファイア基板を用いて結晶成長するために、ＬＥＤチップの機械的強度が高く、チップの小型化・薄型化が比較的容易である。また、白色ＬＥＤランプの光学的設計や実装を考えると、赤色ＬＥＤにもＧａＮ系ＬＥＤと同様の高さの薄型化チップが要求される。しかし、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系の赤色ＬＥＤチップで使用される基板（Ｓｉ等の支持基板）は、機械的強度が大きくないため、薄化加工を含むプロセス中に半導体ウェハが割れてしまうといった問題点があり、チップ高さの薄型化が困難であった。
【００１０】
本発明の目的は、薄型でかつ発光効率の高い半導体発光素子及びＬＥＤランプ、並びに半導体発光素子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】
【００１１】
本発明の第１の態様は、第一の導電型の第一クラッド層、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる活性層、前記第一クラッド層とは異なる第二の導電型の第二クラッド層を有する、発光波長が５６０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の発光構造体を含む半導体積層部と、前記半導体積層部の第一の面側を光取り出し面とし、前記半導体積層部の第二の面側に形成され、前記活性層からの光を前記第一の面側へと反射させる金属反射層と、前記半導体積層部に前記金属反射層を介して結合された支持基板と、前記半導体積層部と前記金属反射層とに挟まれる透明誘電体層と、前記透明誘電体層を貫通して前記透明誘電体層の一部分に配置され、前記半導体積層部にオーミックコンタクト接合するオーミックコンタクト接合部と、前記半導体積層部の第一の面側に形成された第一電極と、前記金属反射層に対して前記第一電極と同一面側に、前記半導体積層部と非接触に形成され、前記オーミックコンタクト接合部に電気的に接続する第二電極と、を備え、前記支持基板は厚さ６０μｍ以上１２０μｍ以下であることを特徴とする半導体発光素子である。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様の半導体発光素子において、前記第二電極が、前記半導体積層部の一部が除去されて露出した前記オーミックコンタクト接合部の部分、または前記半導体積層部及び透明誘電体層の一部が除去されて露出した前記金属反射層の部分であることを特徴とする半導体発光素子である。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様の半導体発光素子において、前記第一電極は、前記半導体積層部の第一の面側の一部分に分散状に配置され、前記オーミックコンタクト接合部は、前記光取り出し面側からみて前記第一電極の直下から外れる位置に分散状に配置されていることを特徴とする半導体発光素子である。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記透明誘電体層が、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなることを特徴とする半導体発光素子である。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記支持基板が、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板のいずれかであることを特徴とする半導体発光素子である。
【００１６】
本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様のいずれかに記載の半導体発光素子を実装して作製されるＬＥＤランプにおいて、前記半導体発光素子は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる活性層を有するIII族窒化物半
導体発光素子と同一のパッケージに、前記III族窒化物半導体発光素子に高さを合わせて
実装されていることを特徴とするＬＥＤランプである。
【００１７】
本発明の第７の態様は、ＧａＡｓ基板上に、第一の導電型の第一クラッド層、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる活性層、前記第一クラッド層とは異なる第二の導電型の第二クラッド層を有する、発光波長が５６０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の発光構造体を含む半導体積層部を形成する工程と、前記半導体積層部の第一の面側を光取り出し面とし、前記半導体積層部の第二の面側に透明誘電体層を形成する工程と、前記透明誘電体層の一部分に貫通して形成された開口に、前記半導体積層部にオーミックコンタクト接合するオーミックコンタクト接合部を形成する工程と、前記半導体積層部の第二の面側に、前記透明誘電体層を挟んで金属反射層を形成する工程と、前記ＧａＡｓ基板の前記金属反射層に、１２０μｍを超える厚さの支持基板を貼り合わせて、貼り合わせ基板を形成する工程と、前記貼り合わせ基板から前記ＧａＡｓ基板を除去する工程と、前記半導体積層部の第一の面側に第一電極を形成する工程と、前記金属反射層に対して前記第一電極と同一面側に、前記半導体積層部と非接触に、前記オーミックコンタクト接合部に電気的に接続する第二電極を形成する工程と、前記第一電極を形成する工程と前記第二電極を形成する工程が終了した後、前記支持基板を、貼り合わせ面とは反対側の面から、厚さ６０μｍ以上１２０μｍ以下に薄化する工程とを有する半導体発光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体発光素子、ＬＥＤランプによれば、薄型でかつ発光効率の高い半導体発光素子、ＬＥＤランプが得られる。また、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、薄型でかつ発光効率の高い半導体発光素子を、高い歩留まりで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の構造を示す平面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す平面図である。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す平面図である。
【図５Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す平面図である。
【図６Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す平面図である。
【図７Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図８Ａ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す平面図である。
【図８Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図１０Ａ】比較例１の半導体発光素子の構造を示す平面図である。
【図１０Ｂ】比較例１の半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図１１Ａ】比較例１の半導体発光素子の製造工程を示す平面図である。
【図１１Ｂ】比較例１の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
（半導体発光素子の構造）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の構造を、図１Ａおよび図１Ｂに示す。ここで、図１Ａは半導体発光素子１を光取り出し面側からみた平面図（上面図）であり、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ断面図である。
【００２２】
半導体発光素子１は、半導体エピタキシャル層が積層された半導体積層部１０と、半導体積層部１０の光取り出し面とは反対側の面に形成された透明誘電体層１０８と、透明誘電体層１０８を貫通して透明誘電体層１０８の一部分に配置され、半導体積層部１０にオーミックコンタクト接合するオーミックコンタクト接合部１０９と、オーミックコンタクト接合部１０９が配置された透明誘電体層１０８に結合された金属反射層１１０と、金属反射層１１０に金属密着層２０２を介して結合されたＳｉ支持基板２０１とを有する。半導体積層部１０は素子間分離され、透明誘電体層１０８が一部領域で露出した状態となっており、この露出した部分のオーミックコンタクト接合部１０９が第二電極（下部表面電極）１１２となり、半導体積層部１０の上面に第一電極（上部表面電極）１１１が形成されている。
【００２３】
半導体積層部１０は、ＡｌＧａＩｎＰ系あるいはＡｌＧａＡｓ系の活性層（発光層）１０５を有する。活性層１０５の材料には、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）、またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）が用いられ、発光波長が５６０〜１０００ｎｍの発光素子が作製される。活性層１０５は、第一導電型の第一クラッド層１０４と第二導電型の第二クラッド層１０６との間に設けられ、第一クラッド層１０４、活性層１０５および第二クラッド層１０６によりダブルへテロ構造の発光構造体が構成されている。第一クラッド層１０４側が光取り出し面（第一の面）となり、第一クラッド層１０４上には第一導電型の第一コンタクト層１０３が形成されている。また、第二クラッド層１０６の光取り出し面側とは反対側の面（第二の面）には第二導電型の第二コンタクト層１０７が形成されている。
【００２４】
半導体積層部１０は、例えば、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０３と、ｎ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１０４と、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１０５と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６と、ｐ型ＧａＰコンタクト層１０７とからなる。そして、半導体積層部１０の光取り出し面となるｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４の表面１０４ａには、光取り出し効率を向上させるため、凹凸形状が形成されている。なお、活性層１０５は、単層構造ではなく多重量子井戸構造としてもよい。また、上下の各クラッド層とコンタクト層の導電型（ｎ型、ｐ型）を逆にして、光取り出し面側をｐ型としてもよい。
【００２５】
光取り出し面側のｎ型ＧａＡｓコンタクト層（第一コンタクト層）１０３上には、第一電極１１１が形成されている。ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０３及び第一電極１１１は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、円形部分と円形部分より櫛歯状に延びた櫛歯状部分とからなる連続した単一形状をしている。円形部分の第一電極１１１上には、第一電極パッド１１３が形成されている。円形部分は、矩形断面の発光素子１のコーナー部付近に位置し、円形部分より延出された櫛歯状部分は、光取り出し面となるｎ型クラッド層１０４の全域に分散して配置されている。第一電極１１１は、例えばＡｕＧｅ合金層と、Ｔｉ層と、Ａｕ層との積層構造とする。第一電極パッド１１３は、例えば、Ｔｉ、Ａｕが積層された構造となっている。
【００２６】
半導体積層部１０の光取り出し面とは反対の側に形成された透明誘電体層１０８は、半導体積層部１０と金属反射層１１０との直接接触による合金化を防止する。透明誘電体層１０８には、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮを用いることができる。また、透明誘電体層１０８の層厚は、透明誘電体層１０８での光吸収を防止するために、発光波長（ピーク波長）をλ、透明誘電体層１０８の屈折率をｎとした場合に、（２×λ）／（４×ｎ）よりも大きくすることが好ましい。
【００２７】
透明誘電体層１０８の一部分には、透明誘電体層１０８を貫通して、オーミックコンタクト接合部１０９が形成されている。オーミックコンタクト接合部１０９は、例えばＡｕＺｎ合金等の材料を用いた単一層構造としても、或いは積層構造としてもよい。オーミックコンタクト接合部１０９は、例えば図１Ａに破線で示すように、第一電極１１１と同様に、円形部分と円形部分より櫛歯状に延びた櫛歯状部分とからなる連続した単一形状をしている。円形部分は、半導体積層部１０が一部除去されて透明誘電体層１０８が露出した領域に設けられている。オーミックコンタクト接合部１０９の円形部分は、第一電極１１１の円形部分に対して矩形断面の発光素子１の対角線（Ａ−Ａ線）上の対角配置となる、発光素子１のコーナー部付近に設けられている。露出したオーミックコンタクト接合部１０９の部分（円形部分及びその近傍の櫛歯状部分）は、第二電極１１２となる。第二電極１１２の円形部分の上には、第二電極パッド１１４が形成される。第二電極パッド１１４は、第一電極パッド１１３と同一の材料、例えばＴｉ、Ａｕの積層構造により形成することができる。オーミックコンタクト接合部１０９の円形部分より延出された櫛歯状部分は、透明誘電体層１０８の全域に分散して配置されている。また、オーミックコンタクト接合部１０９は、半導体積層部１０の光取り出し面側からみて、第一電極１１１とは上下に重ならないように、第一電極１１１の直下から外れた位置に形成されている。
【００２８】
第一電極１１１とオーミックコンタクト接合部１０９とを分散状に配置することで、第二電極パッド１１４、露出したオーミックコンタクト接合部１０９の部分である第二電極１１２から供給された電流を、オーミックコンタクト接合部１０９の櫛歯状部分を通じて半導体積層部１０の活性層１０５のほぼ全域に拡散させることができる。これにより、活性層１０５における電流の偏りが改善され、発光効率が向上する。さらに電流は、オーミックコンタクト接合部１０９の櫛歯状部分と第一電極１１１とが上下に重ならないように配置されているため、活性層１０５で発生した光が第一電極１１１によって、あまり遮られることなく、第一クラッド層１０４の光取り出し面から放射され、光取り出し効率がよい。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、第一電極１１１とオーミックコンタクト接合部１０９は互いに位置ずれさせた櫛歯状部分を有するが、この櫛歯状の形状に限られることなく、第一電極１１１とオーミックコンタクト接合部１０９の形状を、例えば円形部分から線状部分が放射線状に配置されたものとしてもよい。第一電極１１１とオーミックコンタクト接合部１０９の円形部分も、例えば四角形やその他の形状としてもよい。また、第一電極パッド１１３が形成される第一電極１１１の円形部分は、半導体発光素子１のコーナー部等の周縁部ではなく中央部に設けてもよい。また、オーミックコンタクト接合部１０９は、上記実施の形態のように、全てが一体的に結合した単一構造となっている必要は無く、例えば、線状あるいはドット状等のオーミックコンタクト接合部が透明誘電体層１０８全面に点在して配置され、それらが互いに分離されていてもよい。この場合、第二電極パッド１１４に印加された電流は、第二電極１１２から金属反射層１１０を通じて透明誘電体層１０８中に点在する各オーミックコンタクト接合部に流れる。
【００３０】
金属反射層１１０は、活性層１０５からＳｉ支持基板２０１側へ向かう光を、光取り出し面側へ反射させるもので、これによって発光素子１の光取り出し効率を上げることができる。金属反射層１１０には、発光素子の発光波長に対して８０％以上の反射率を有する金属を用いることが好ましく、具体的にはＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、あるいはこれらの合金からなる材料で形成するのがよい。さらに、Ａｕ等からなる反射層に、Ｔｉ等からなる拡散防止バリア層、Ａｕ等からなる接合層を有する積層構造としてもよい。
【００３１】
金属反射層１１０には、Ｓｉ支持基板２０１上に形成された金属密着層２０２を介してＳｉ支持基板２０１が貼り合わせられている。Ｓｉ支持基板２０１は、張り合わされた後に、厚さ６０μｍ以上１２０μｍ以下に薄化されている。これは、第一電極１１１と第二電極１１２を金属反射層１１０に対して同一面側に形成する構造をとることで、後の薄化工程が容易となって実現されたものである。なお、支持基板としては、発光素子１を支えるに充分な機械的強度が得られる部材であれば、Ｓｉ以外の材料を用いることも可能である。具体的には、Ｓｉ基板の代わりにＧｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板等を用いることもできる。また、Ｓｉ支持基板２０１上に形成する金属密着層２０２は、金属反射層１１０側の接合層と同一の部材であるＡｕ等を用いることができる。また、例えば、金属密着層２０２を、Ｓｉ支持基板２０１側から、Ｔｉ等からなるオーミックコンタクト金属層と、Ｐｔ等からなる拡散防止バリア層と、Ａｕ層との積層構造としてもよい。
【００３２】
（半導体発光素子の製造方法）
以下に、図１Ａおよび図１Ｂに示した第１の実施の形態に係る半導体発光素子１の製造方法について述べる。
【００３３】
まず、図２に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ＡｌＧａＩｎＰ系などのエピタキシャル層を積層して化合物半導体エピタキシャルウェハを作製する。一例としては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、アンドープＡｌＧａＩｎＰエッチストップ層１０２、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６、ｐ型ＧａＰコンタクト層１０７を順次形成し、化合物半導体エピタキシャルウェハを作製する。
【００３４】
これらエピタキシャル層の成長にＭＯＶＰＥ法を用いる場合、例えば、成長時の基板温度を６５０℃、圧力を約６６６６Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）、各エピタキシャル層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓｅｃ、Ｖ／III比は約２００前後などとすることができる。こ
こでＶ／III比とは、分母をIII族原料ガスのモル数とし、分子をＶ族原料ガスのモル数としたときの比率である。III族有機金属原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ
ａ：Ｇａ（ＣＨ3）3）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ：Ｇａ（Ｃ2Ｈ５）3）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ：Ａｌ（ＣＨ3）3）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ：Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）3）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ：Ｉｎ（ＣＨ3）3）、トリエチル
インジウム（ＴＥＩｎ：Ｉｎ（Ｃ2Ｈ５）3）等を用い、Ｖ族原料ガスとしては、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等を用いる。また、ｎ型半導体層添加物原料にはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ：（ＣＨ3）２Ｔｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ：（Ｃ2Ｈ５）２Ｔｅ）等を、ｐ型半導体層添加物原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ：（ＣＨ3）２Ｚｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ：（
Ｃ2Ｈ５）２Ｚｎ）等を使用することができる。
【００３５】
なお、エピタキシャルウェハの作製は、ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長に限らず、他の成長方法、例えば分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）等を用いて成長させてもよい。
【００３６】
次に、この化合物半導体エピタキシャルウェハをＭＯＶＰＥ装置から搬出し、図３Ｂに示すように、ｐ型ＧａＰコンタクト層１０７上に、例えばプラズマＣＶＤ装置でＳｉＯ２層を成膜して透明誘電体層１０８を形成する。
【００３７】
続いて、例えばレジストやマスクアライナー等による一般的なフォトリソグラフィー技術を用いたフッ酸系エッチングで、透明誘電体層１０８に貫通させて開口部１０８ａを設ける。そして開口部１０８ａに、例えば真空蒸着法によって、ＡｕＺｎ合金よりなるオーミックコンタクト接合部１０９を形成する。図３Ａは透明誘電体層１０８側からみた平面図、図３Ｂは図３ＡのＢ−Ｂ断面図である。オーミックコンタクト接合部１０９は、図３Ａに示すように、櫛歯状部分と円形部分とからなる。
【００３８】
このようにオーミックコンタクト接合部１０９を形成した透明誘電体層１０８上に、図４に示すように、金属反射層１１０を形成する。金属反射層１１０としては、例えば基板１０１側から順にＡｌ、Ｔｉ、Ａｕをそれぞれ蒸着する。ここで、Ａｌが反射層、Ｔｉが拡散防止バリア層、Ａｕが接合層となる。
【００３９】
一方、発光素子を支える支持基板として、例えば厚さ２００μｍのＳｉ支持基板２０１を用意し、このＳｉ支持基板２０１上に、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを順に蒸着して、金属密着層２０２を形成する。ここで、Ｔｉがオーミックコンタクト金属層、Ｐｔが拡散防止バリア層、Ａｕが接合層となる。そして図４のように、ＧａＡｓ基板１０１側の金属反射層１１０とＳｉ支持基板２０１側の金属密着層２０２を対向させて密着し、金属反射層１１０と金属密着層２０２とのＡｕ接合層を接合して貼り合わせる。貼り合わせは、例えば、圧力１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）で荷重を３０ｋｇｆ／ｃｍ２負荷した状態にて、温度を３５０℃で３０分間保持することによって行なうことができる。このようにして、ＧａＡｓ基板１０１とＳｉ支持基板２０１を貼り合わせた貼り合わせウェハが得られる。
【００４０】
次に、この貼り合わせウェハから、ＧａＡｓ基板１０１とＡｌＧａＩｎＰエッチストップ層１０２を除去し、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０３を露出させる。ＧａＡｓ基板１０１の除去には、例えばアンモニア水と過酸化水素水の混合液を使用し、ＡｌＧａＩｎＰエッチストップ層１０２の除去には、例えば塩酸を使用する。そして、露出したｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０３上に第一電極（上部表面電極）１１１を形成する。第一電極１１１は、フォトリソグラフィー技術によりパターニングを行ない、真空蒸着法によりＡｕＧｅ合金、Ｔｉ、Ａｕを順に蒸着した後、リフトオフにより形成することができる。この第一電極１１１は櫛歯状部分と円形部分とからなっており、図５Ａに示すとおり、透明誘電体
層１０８に形成したオーミックコンタクト接合部１０９とは上下に重ならない位置に形成されている。図５Ａは、光取り出し面側からウェハをみた平面図であり、下層に位置するオーミックコンタクト接合部１０９は破線で示してある。この後、第一電極１１１をマスクとして、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０３を、例えば硫酸と過酸化水素水と水の混合液で一部エッチング除去し、図５Ｂに示すように、ｎ型クラッド層１０４を一部露出させる。図５Ｂは、図５ＡのＣ−Ｃ断面図である。
【００４１】
続いて、光取り出し面となるｎ型クラッド層１０４上に、例えばフォトリソグラフィー技術により１．０〜３．０μｍ周期のパターニングを行ない、ウェットエッチングを施して、図６Ｂに示すように、ｎ型クラッド層１０４の表面１０４ａを凹凸形状にする。ｎ型クラッド層１０４の表面１０４ａを凹凸形状とすることにより、光取り出し効率を高めることができる。
【００４２】
次にフォトリソグラフィー技術により、素子間分離のためのパターニングを行ない、図７Ｂに示すように、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４からｐ型ＧａＰコンタクト層１０７までを除去し、透明誘電体層１０８の一部領域を露出させる。このとき、図７Ａの平面図に示すとおり、先に形成したオーミックコンタクト接合部１０９の円形部分及びその近傍の櫛歯状部分も露出させておく。この露出したオーミックコンタクト接合部１０９が第二電極１１２となる。なお、図７Ｂは、図７ＡのＥ−Ｅ断面図である。
【００４３】
さらに、第一電極１１１およびオーミックコンタクト接合部１０９を合金化する。具体的にはアロイ工程を用いて、窒素ガス雰囲気中にてウェハを、例えば４００℃に加熱し、５分間熱処理を行なう。その後、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、例えばフォトリソグラフィー技術および真空蒸着法によって、第一電極１１１の円形部分にＴｉ、Ａｕからなる第一電極パッド１１３を、オーミックコンタクト接合部１０９が露出した第二電極１１２の円形部分にＴｉ、Ａｕからなる第二電極パッド１１４を、それぞれ形成する。ここで、図８Ａは発光素子を光取り出し面側からみた平面図であり、図８Ｂは図８ＡのＦ−Ｆ断面図である。
【００４４】
このように、半導体発光素子１の第一電極パッド１１３と第二電極パッド１１４を両方とも光取り出し面側に設けたため、次に述べる半導体発光素子１のＳｉ支持基板２０１の薄化加工の前に、第一電極パッド１１３及び第二電極パッド１１４を形成するウェハプロセスを終了させることができ、発光素子の歩留まりを飛躍的に向上させることができる。これに対して、Ｓｉ支持基板の裏面に裏面電極を有する従来構造の半導体発光素子にあっては、Ｓｉ支持基板の薄化加工後に裏面電極を形成するので、薄く割れやすくなったＳｉ支持基板をハンドリングして、電極形成のためにフォトリソグラフィーや蒸着等の工程を実施する必要があり、発光素子の歩留まりの低下が避けられない。
【００４５】
最後に、Ｓｉ支持基板２０１を所定の厚さ、例えば６０μｍ以上１２０μｍ以下の厚さに薄化加工する。支持基板の薄化には、例えばバックラップ装置を用いた研磨を用いる。すなわち、Ｓｉ支持基板２０１側を上にして、発光素子構造が形成されたウェハを、バックラップ装置の治具に貼り付け用ワックスで貼り付ける。そしてＳｉ支持基板２０１をその裏面側から所定の厚さになるまで研磨した後、バックラップ装置の治具から取り外す。残ったワックスは、洗浄して除去する。このとき、Ｓｉ支持基板２０１の薄化加工は、ドライプロセスを用いたバックサイドエッチングや、フッ酸等の溶剤を用いたウェットエッチング等により行なってもよい。Ｓｉ支持基板２０１を薄化したウェハはダイシング装置を用いて切断し、所定のサイズのベアチップを作製する。このベアチップをＴＯ−１８ステム上にマウントし、ワイヤーボンディングを施して樹脂による封止を行ない、ＬＥＤランプ（発光素子）を作製する。
【００４６】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子２の構造を、図９に示す。ここで、半導体積層部１０、オーミックコンタクト接合部１０９を備える透明誘電体層１０８、金属反射層１１０、金属反射層１１０と金属密着層２０２を介して貼り合わされたＳｉ支持基板２０１等、半導体発光素子２の基本構造は第１の実施の形態で示した半導体発光素子１と同様である。またその作製方法も、第１の実施の形態の半導体発光素子１の製造方法とほぼ共通している。以下には、半導体発光素子２の構造、作製方法について、半導体発光素子１とは異なる点について説明を行なう。
【００４７】
半導体発光素子２では、半導体積層部１０及び透明誘電体層１０８の一部が除去されて露出した金属反射層１１０の部分が第二電極１１２となり、この金属反射層１１０が露出した部分の第二電極１１２上に第二電極パッド１１４が直接に形成されている点が半導体発光素子１とは異なる。この場合、第二電極パッド１１４に印加された電流は、金属反射層１１０を介してオーミックコンタクト接合部１０９の櫛歯状部分に流れ、更に、この櫛歯状部分から半導体積層部１０の活性層１０５のほぼ全域に拡散して流れる。これにより、第２の実施の形態に係る半導体発光素子２においても、活性層１０５における電流の偏りが改善され、発光効率が向上する。
【００４８】
なお、本実施の形態に係る半導体発光素子２を形成するには、除去される透明誘電体層１０８の領域にはオーミックコンタクト接合部を形成せずに、除去されずに半導体積層部１０に接する透明誘電体層１０８の領域に分散状にオーミックコンタクト接合部１０９を形成すればよい。透明誘電体層１０８に分散状に配置されるオーミックコンタクト接合部１０９は、櫛歯状の形状に限られず、例えば、線状あるいはドット状等のオーミックコンタクト接合部が透明誘電体層１０８全面に点在し、且つ第一電極１１１とは上下に重ならないように配置してもよい。また、線状、ドット状等の各オーミックコンタクト接合部が互いに分離されていてもよい。
【００４９】
［ＬＥＤランプ］
上記第１、第２の実施の形態で得られたＳｉ支持基板２０１を薄化したウェハをダイシング装置で切断して、所定のサイズのベアチップを作製し、このベアチップをＴＯ−１８ステム上にマウントし、ワイヤーボンディングした後に樹脂封止することで、ＬＥＤランプを作製することができる。上記第１、第２の実施の形態の発光素子（ベアチップ）では、Ｓｉ等の支持基板２０１の薄化が容易であり、基板厚さが１２０μｍ以下のＧａＮ系発光素子と同等の薄型化されたＡｌＧａＩｎＰ系およびＡｌＧａＡｓ系の発光素子を歩留まりよく製造できる。
【００５０】
従って、上記第１または第２の実施の形態で得られた発光素子（ベアチップ）と、発光波長の異なる（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる活性層を有するIII族窒化物半導体発光素子（ベアチップ）とを同一パッケージ
の載置面上に発光素子の高さをほぼ揃えて実装すれば、薄型の白色ＬＥＤランプや多色発光ＬＥＤランプを得ることができる。白色ＬＥＤランプを作製する場合、例えば、上記第１または第２の実施の形態で得られたＡｌＧａＩｎＰ系の赤色発光素子と、青色と緑色のＧａＮ系の発光素子とを同一パッケージに実装すればよい。
【００５１】
従来、機械的強度の高いサファイア基板上で結晶成長させるＧａＮ系の発光素子と比べ、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系の発光素子はチップの小型化・薄型化が困難であった。このため、上述のように三原色の組み合わせによる白色ＬＥＤランプを小型化する場合においては、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系の発光素子のチップ高さがネックとなっていた。しかし、上記実施の形態によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系の発光素子の薄型化を実現でき、ＧａＮ系の発光素子に匹敵するチップ高さが得られるので、小
型・薄型の白色ＬＥＤランプに好適である。
【実施例】
【００５２】
以下に、本発明の具体的な実施例を説明する。
【００５３】
［実施例１］
図１Ａおよび図１Ｂに示す上記第１の実施の形態と同じ構成で、６３０ｎｍ付近の発光波長を持つ半導体発光素子を形成した。図１Ｂを用いて説明する。半導体積層部１０は、光取り出し面側からＳｉドープのｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０３と、Ｓｉドープのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１０４と、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層１０５と、Ｍｇドープのｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１０６と、Ｍｇドープのｐ型ＧａＰコンタクト層１０７という構成である。光取り出し面側の第一電極１１１には、ＡｕＧｅ合金、Ｔｉ、Ａｕの積層構造を用いた。第一電極１１１上の第一電極パッド１１３は、Ｔｉ、Ａｕの積層構造とした。透明誘電体層１０８はＳｉＯ２であり、オーミックコンタクト接合部１０９はＡｕＺｎ合金の単一層構造である。オーミックコンタクト接合部１０９上の第二電極パッド１１４には、第一電極パッド１１３と同一の材料、Ｔｉ、Ａｕの積層構造を用いた。透明誘電体層１０８を介して光取り出し面とは反対側に位置する金属反射層１１０は、Ａｕ接合層、Ｔｉ拡散防止バリア層，Ａｌ反射層からなる積層構造とした。半導体発光素子１の最下層には、Ｔｉオーミックコンタクト金属層、Ｐｔ拡散防止バリア層、接合層Ａｕの積層構造からなる金属密着層２０２を介して、Ｓｉ支持基板２０１が貼り合わされている。このＳｉ支持基板２０１は、貼り合わせ時の２００μｍのＳｉ基板をバックラップ装置を用いて厚さ１００μｍまで研磨したものである。
【００５４】
実施例１の発光素子ウェハのウェハ歩留まりは、９８％（サンプル数ｎ＝１００）であった。ここで、ウェハ歩留まり＝（割れや欠けのない完成ウェハ枚数／投入ウェハ枚数）×１００である。
【００５５】
その後、発光素子構造が形成されたウェハをダイシングして２００μｍ角のチップを作製し、このチップをＴ−１８ステム上に実装し、更にワイヤボンディングを行ってＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子の初期特性を評価したところ、２０ｍＡ通電時の発光出力が７．２０ｍＷ、順方向電圧が２．１５Ｖであった。また、２５℃の環境下で５０ｍＡを１０００時間通電した後の特性変化をみると、発光出力が＋２．０％、順方向電圧が＋０．２５％であった。
【００５６】
［実施例２］
実施例１の変形例として、Ｓｉ支持基板２０１の厚さを８０μｍまで研磨したものを作製した。その他の部材の材料、組成、組み合わせ等は、すべて実施例１と同様とした。実施例２の発光素子ウェハのウェハ歩留まりは、９２％（サンプル数ｎ＝２５）であった。
【００５７】
［比較例１］
比較例１の発光素子３の構造を、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す。比較例１では、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、Ｓｉ支持基板２０１を研磨した後に、裏面電極１２２をＳｉ支持基板２０１裏面に形成する半導体発光素子３を作製した。ここでは、発光素子３の構造において実施例１、実施例２とは異なる点、および発光素子３の制作方法において第１の実施の形態とは異なる点について説明を行なう。
【００５８】
図１０Ａは半導体発光素子３を光取り出し面側からみた平面図であり、図１０Ｂは図１０ＡのＧ−Ｇ断面図である。実施例１、実施例２との大まかな構造上の相違点は、表面電極１２１、表面電極パッド１２３、裏面電極１２２およびオーミックコンタクト接合部１
２９の形状と配置が異なる点である。すなわち発光素子３において、ｎ型コンタクト層１０３、表面電極１２１および表面電極パッド１２３は概略正方形に成形され、素子間分離された半導体積層部１０の光取り出し面のほぼ中央に位置する。そして裏面電極１２２は、Ｓｉ支持基板２０１裏面の全体に設けられている。また、オーミックコンタクト接合部１２９は、素子間分離された半導体積層部１０の周縁部近傍に、光取り出し面側からみて表面電極１２１、表面電極パッド１２３を取り巻くように枠状に形成されている。  
【００５９】
このような構造を持つ発光素子３の製作において、素子間分離までは第１の実施の形態で述べた製作工程と同様の工程を経た。素子間分離終了後、図１１Ｂに示すように、バックラップ装置にて厚さ２００μｍのＳｉ支持基板２０１を厚さ８０μまで研磨した。そしてＳｉ支持基板２０１の研磨面に、ＡｕＧｅ合金と、Ｔｉ、Ａｕを順次積層していき裏面電極１２２を形成した。続いて、表面電極１２１、裏面電極１２２、オーミックコンタクト接合部１２９を合金化するため、アロイ工程を用いて、窒素ガス雰囲気中にてウェハを４００℃に加熱し、５分間熱処理を行なった。最後にＴｉ、Ａｕを積層して、表面電極１２１上に表面電極パッド１２３を形成した。
【００６０】
以上の比較例１の発光素子ウェハのウェハ歩留まりは、１０％（サンプル数ｎ＝２０）であった。特に、不良となったウェハのうち８８％は、Ｓｉ支持基板２０１研磨後の表面電極パッド形成に伴うフォトリソグラフィーや蒸着等の工程において割れが発生した。また、工程内の製造条件を種々に変更したが、歩留まりを高めることができなかった。
【符号の説明】
【００６１】
１  第１の実施の形態に係る半導体発光素子
２  第２の実施の形態に係る半導体発光素子
３  比較例１に係る半導体発光素子
１０  半導体積層部
１０１  ＧａＡｓ基板
１０２  アンドープエッチストップ層
１０３  ｎ型コンタクト層（第一コンタクト層）
１０４  ｎ型クラッド層（第一クラッド層）
１０５  活性層
１０６  ｐ型クラッド層（第二クラッド層）
１０７  ｐ型コンタクト層（第二コンタクト層）
１０８  透明誘電体層
１０９  オーミックコンタクト接合部
１１０  金属反射層
１１１  第一電極（上部表面電極）
１１２  第二電極（下部表面電極）
１１３  第一電極パッド
１１４  第二電極パッド
２０１  Ｓｉ支持基板
２０２  金属密着層
【図１Ａ】
2011142231.tif 000003
【図１Ｂ】
2011142231.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2011142231.tif 000010
【図６Ａ】
2011142231.tif 000011
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
2011142231.tif 000013
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2011142231.tif 000016
【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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