(57)【要約】【課題】透過性基板を用いて、光取り出し効率を高めることができる半導体発光素子及びその製造方法並びに化合物半導体発光ダイオードを提供する。【解決手段】本体１７０５は、ｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２、ｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１７０４、ｐ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０５、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１７０６及びｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７から成っている。本体１７５０下にはｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１が設置され、本体１７５０上にはｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８が設置されている。ｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１およびｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＰ発光層１７０５の出射光に対して透過性を有している。【選択図】図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体層と、上記第１導電型半導体層上に設けられた発光層と、上記発光層上に設けられた第２導電型半導体層とを有する本体と、
上記本体下に直接または間接に設置され、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第１透過性基板と、
上記本体上に直接または間接に設置され、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第２透過性基板と
を備えた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、
上記第１透過性基板は第１導電型半導体からなり、かつ、上記第２透過性基板は第２導電型半導体からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記第１透過性基板の導電型が第２導電型、
または、上記第２透過性基板の導電型が第１導電型、
または、上記第１透過性基板の導電型が第２導電型であり、かつ、上記第２透過性基板の導電型が第１導電型であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項２または３に記載の半導体発光素子において、
上記第１透過性基板と上記第２透過性基板とのうちの少なくとも一方は、キャリア濃度が２．５×１０１８ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記第１透過性基板と上記第２透過性基板とのうちの少なくとも一方は絶縁体からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記第１透過性基板と上記第２透過性基板とのうちの少なくとも一方は、上記発光層の上面に対して傾斜する傾斜面を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
断面視で上記本体の発光領域が上記本体の中心付近に位置することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
断面視で上記本体の発光領域を上記本体の中心付近に位置させるための電流狭窄構造を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記発光層が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素及び酸素のうちの２つ以上の元素から構成される半導体結晶を積層した構造を持つことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
第１導電型半導体基板上に、第１導電型半導体層、発光層及び第２導電型半導体層を順次積層する積層工程と、
上記第２導電型半導体層の上面に、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第２透過性基板を接合する第２透過性基板接合工程と、
上記第２透過性基板接合工程後に、上記第１導電型半導体基板を除去して、上記第１導電型半導体層の下面に、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第１透過性基板を接合する第１透過性基板接合工程と
を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法において、
上記第２透過性基板接合工程では、上記第２導電型半導体層の上面に上記第２透過性基板を加熱加圧処理で直接接合することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の半導体発光素子の製造方法において、
上記第１透過性基板接合工程では、上記第１導電型半導体層の下面に上記第１透過性基板を加熱加圧処理で直接接合することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法において、
上記第２透過性基板接合工程では、上記第２導電型半導体層の上面に、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第２透過性材料層を介して上記第２透過性基板を接合することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０、１１、１３のうちのいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法において、
上記第１透過性基板接合工程では、上記第１導電型半導体層の下面に、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第１透過性材料層を介して上記第１透過性基板を接合することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法において、
上記第２透過性基板接合工程では、上記第２導電型半導体層の上面に、任意の形状の第２金属材料層を介して上記第２透過性基板を接合することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０、１１、１３、１５のうちのいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法において、
上記第１透過性基板接合工程では、上記第１導電型半導体層の下面に、任意の形状の第１金属材料層を介して上記第１透過性基板を接合することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１１乃至１６のうちのいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法において、
上記第１透過性基板接合工程と上記第２透過性基板接合工程とでは接合方法が互いに異なることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１０に記載された半導体発光素子の製造方法を用いて製造される化合物半導体発光ダイオードであって、
上記発光層が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素及び酸素のうちの２つ以上の元素から構成される半導体結晶を積層した構造を持つことを特徴とする化合物半導体発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信用や道路・線路・案内表示板或は広告表示、携帯電話、ディスプレイのバックライトや照明器具などに必要な発光体である半導体発光素子及びその製造方法並びに化合物半導体発光ダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子の一つである半導体発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と言う。）の製造技術が急速に進歩し、特に青色のＬＥＤが開発されて以降は、光の３原色のＬＥＤが揃ったことから、その３原色のＬＥＤの組み合わせにより、あらゆる波長の光を作り出すことが可能となった。
【０００３】
したがって、ＬＥＤの適用範囲は急速に広まっており、中でも照明の分野では環境・エネルギー問題への意識の向上と相まって電球、蛍光灯に変わる自然光・白色光源として注目されているところである。
【０００４】
しかしながら、現状のＬＥＤは電球や蛍光灯と比較して投入されるエネルギーに対する光の変換効率が劣っており、より変換効率の高い、より輝度の高いＬＥＤを目指した研究開発が波長を問わず進められている。
【０００５】
以前は、ＬＥＤの高輝度化技術開発の中心はエピタキシャル成長技術にあったが、多重量子井戸構造などのバンド構造最適化などにより結晶内部での発光の効率（内部量子効率）が十分高くなり、エピタキシャル成長技術に関しては成熟しつつある。こうした背景から、近年ではＬＥＤの高輝度化技術開発の中心はプロセス技術へと移行しつつある。
【０００６】
プロセス技術による輝度の向上とはつまり外部取出し効率の向上であり、素子の形状微細加工技術、反射膜、透明電極などが挙げられる。これらの中でもウェハボンディングによる手法は赤色、青色発光のＬＥＤにおいていくつかの手法が確立されており、高輝度タイプのＬＥＤが発明されて市場に登場してきた。
【０００７】
このウェハボンディングによる高輝度化の手法は大きく分けて２種類ある。１つはエピタキシャル層にシリコンやゲルマニウムなどの不透明な基板を直接或は金属層を介して貼り付ける手法、もう１つは発光波長の光に対して透明な基板、例えばガラスやサファイア、ＧａＰなどをエピタキシャル層に直接或は接着層を介して貼り付ける手法である。
【０００８】
前者では貼り付けた基板或は金属層が反射層として機能し、これまでエピタキシャル成長用の基板に吸収されていた光を吸収する前に外部へ反射させる効果から輝度向上させるものであり、後者は透明基板を介して光を外部へ取り出すことで、光の外部取り出し効率を上げるものである。
【０００９】
図１は前者の一例の半導体発光素子の概略断面図であり、１０１はシリコン基板、１０２は反射用金属、１０３は発光層、１０４，１０５は電極である。
【００１０】
図２は後者の一例の半導体発光素子の概略断面図であり、２０１は透明基板、２０２は発光層、２０３はウィンドウ層、２０４，２０５は電極である。
【００１１】
特に後者の手法、つまり、透明基板を貼り付ける手法は、反射を利用していないため、光が発光層を再度通過することない。これにより、上記光が発光層を再度通過するときに発光層に吸収されることが無い。
【００１２】
したがって、上記透明基板を貼り付ける手法は、半導体発光素子のほぼ全面より外部へ取り出すことを可能とし、より変換効率（取り出し効率）の高いＬＥＤの開発が可能である。
【００１３】
透明基板を貼り付ける従来の手法が用いられた４元系のＬＥＤとしては、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）系の半導体層に、ＧａＰ（ガリウム・リン）透明基板を直接貼り付けたものがあり、特許第３２３０６３８号（特許文献１）や特許第３７０５７９１号（特許文献２）などに記載されている。
【００１４】
しかしながら、上記透明基板を貼り付ける従来の手法の場合、通常は半導体積層構造のうち、一方の面にのみ透明基板が貼り付けられ、他方の面には電流拡散層やウィンドウ層のようなエピタキシャル成長層が形成される。
【００１５】
しかし、上記半導体積層構造の一方の面にのみ透明基板を貼り付けた場合、透明基板層側からの光の取り出し効率は向上するが、透明基板層側とは反対側ではエピタキシャル成長層により発光層の出射光が吸収されるため、透明基板層側とは反対側からの光の取出し効率が低いという問題がある。
【００１６】
また、透明基板側から光取出しが行われる場合においても、エピタキシャル成長層自体が多層構造であるため、その多層構造の層間における屈折率差により内部への反射が起こる結果、エピタキシャル層間で反射を繰り返すうち内に光が減衰していくなどの問題がある。
【００１７】
また、透明基板を設置した側においても、透明基板の全面から光が放出されるわけではなく、透明基板と空気との界面、または、透明基板を樹脂モールドした場合には透明基板と樹脂の界面において光が反射されるため、半導体層或いは透明基板内で反射を繰り返し、光は減衰する。
【００１８】
また、製造方法に関して言えば、例えば電流拡散層の十分な厚みの確保が困難であること（エピタキシャル成長によるため）によりコストがかかるという問題がある。
【特許文献１】特許第３２３０６３８号公報
【特許文献２】特許第３７０５７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
そこで、本発明の課題は、透過性基板を用いて、光取り出し効率を高めることができる半導体発光素子及びその製造方法並びに化合物半導体発光ダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明の半導体発光素子は、
第１導電型半導体層と、上記第１導電型半導体層上に設けられた発光層と、上記発光層上に設けられた第２導電型半導体層とを有する本体と、
上記本体下に直接または間接に設置され、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第１透過性基板と、
上記本体上に直接または間接に設置され、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第２透過性基板と
を備えたことを特徴としている。
【００２１】
ここで、第１導電型とは、ｐ型またはｎ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がｐ型の場合はｎ型、ｎ型の場合はｐ型を意味する。
【００２２】
上記構成の半導体発光素子によれば、上記本体下に、発光層の出射光に対して透過性がある第１透過性基板を直接または間接に設置すると共に、本体上に、発光層の出射光に対して透過性がある第２透過性基板を直接または間接に設置することにより、第１透過性基板及び第２透過性基板を介して光を効率よく外部に取り出すことができる。すなわち、光取り出し効率を高めることができる。
【００２３】
このとき、上記第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を例えばクラッド層とし、発光層の構造を例えば多重量子井戸構造とすることにより、本体を構成する層の数を必要最小限とすることができる。
【００２４】
したがって、上記本体を構成する層の数を減らして、内部での反射を繰り返しを防げるので、第１，第２透過性基板を介して光を外部にさらに効率良く取り出すことができる。
【００２５】
また、上記第１透過性基板及び第２透過性基板を設置する方法は透過性基板界面を光が全部または一部透過することが可能であれば直接貼付でも接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介した間接貼付でもよい。
【００２６】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記第１透過性基板は第１導電型半導体からなり、かつ、上記第２透過性基板は第２導電型半導体からなる。
【００２７】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第１透過性基板を第１導電型半導体層に電気的に接続し、第２透過性基板を第２導電型半導体層に電気的に接続する場合、第１透過性基板は第１導電型半導体からなり、かつ、第２透過性基板は第２導電型半導体からなることにより、第１透過性基板及び第２透過性基板のそれぞれに電極を形成し、この電極への通電で発光が得られる。
【００２８】
上記実施形態の半導体発光素子においても、上記第１透過性基板及び第２透過性基板を設置する方法は、透過性基板界面を光が全部または一部透過することが可能であれば直接貼付でも接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介した間接貼付でもよい。
【００２９】
図３は上記実施形態の半導体発光素子の直接接合の一例の概略断面図であり、３０１はｐ型ＧａＰ透過性基板、３０２はｐ型ＧａＰコンタクト層、３０３はｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層、３０４はＡｌＧａＩｎＰ活性層、３０５はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層、３０６はｎ型ＧａＰコンタクト層、３０７はｎ型ＧａＰ透過性基板、３０８，３０９は電極である。
【００３０】
図４は上記実施形態の半導体発光素子の間接接合の一例の概略図であり、４０１はｐ型ＧａＰ透過性基板、４０２はｐ型ＧａＰコンタクト層、４０３はｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層、４０４はＡｌＧａＩｎＰ活性層、４０５はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層、４０６はｎ型ＧａＰコンタクト層、４０７はｎ型ＧａＰ透過性基板、４０８，４０９は電極、４１０，４１１はコンタクト層である。このコンタクト層４１０，４１１が、接着剤、金属、酸化物、窒化物などのうちの少なくとも１つを用いて形成されている。
【００３１】
なお、図３，図４では、発光層がＧａＡｌＩｎＰからなり、透過性基板がＧａＰからなるが、本発明の発光層はＧａＡｌＩｎＰ以外の材料からなってもよいし、本発明の透過性基板はＧａＰ以外の材料からなってもよい。
【００３２】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記第１透過性基板の導電型が第２導電型、
または、上記第２透過性基板の導電型が第１導電型、
または、上記第１透過性基板の導電型が第２導電型であり、かつ、上記第２透過性基板の導電型が第１導電型である。
【００３３】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第１透過性基板の導電型が第２導電型、または、第２透過性基板の導電型が第１導電型、または、第１透過性基板の導電型が第２導電型であり、かつ、第２透過性基板の導電型が第１導電型であることにより、第１透過性基板と第２透過性基板とのうちの少なくとも一方が電気的に接続されなくなる。つまり、上記第１透過性基板と第２透過性基板とのうちの少なくとも一方がｐｎ接合を形成する。このｐｎ接合を有する界面では極性として中性な領域（空乏層）が形成され、一定の電圧をかけない限り電流が流れることは無い。
【００３４】
したがって、上記第１透過性基板と第２透過性基板とのうちの一方に電極を形成すると共に、第１透過性基板および第２透過性基板以外の部分に電極を形成することにより、２ワイヤータイプまたはフリップタイプ（表面実装型）の半導体発光素子の作成が可能となる。
【００３５】
上記実施形態の半導体発光素子においては、上記第１透過性基板及び第２透過性基板のうち電気的に接続される基板を設置する方法は、基板界面を光が全部または一部透過することが可能であれば、直接貼付でも接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介した間接貼付でもよい。また、上記第１透過性基板及び第２透過性基板のうちｐｎ接合を形成する基板を設置する方法は、基板界面を光が全部または一部透過することが可能であれば、直接貼付でも接着剤・酸化物・窒化物などを介した間接貼付でもよい。
【００３６】
すなわち、上記実施形態の半導体発光素子においても、上記第１透過性基板及び第２透過性基板を設置する方法は、透過性基板界面を光が全部または一部透過することが可能であれば直接貼付でも接着剤・金属・酸化物・窒化物などを介した間接貼付でもよい。
【００３７】
図５は上記実施形態の半導体発光素子の一例の概略構成図であり、５０１はｎ型ＧａＰ透過性基板、５０２はｐ型ＧａＰコンタクト層、５０３はｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層、５０４はＡｌＧａＩｎＰ活性層、５０５はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層、５０６はｎ型ＧａＰコンタクト層、５０７はｎ型ＧａＰ透過性基板、５０８，５０９は電極である。
【００３８】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記第１透過性基板と上記第２透過性基板とのうちの少なくとも一方は、キャリア濃度が２．５×１０１８ｃｍ−３以下である。
【００３９】
図６、図７に、上記第１透過性基板または第２透過性基板の一例となるｐ型（亜鉛ドープ）ＧａＰ基板のキャリア濃度（１）１．５×１０１８ｃｍ−３、（２）５．０×１０１７ｃｍ−３についての実験結果を示した。
【００４０】
図６は、上記第１透過性基板または第２透過性基板の一例であるＧａＰ透過性基板単体の透過率の結果である。このＧａＰ透過性基板に入射する光の各界面での反射を考慮していないため、バンドギャップより低エネルギー側の透過率は５０％前後の値となる（実際の透過率はほぼ９０％以上）。
【００４１】
上記ＧａＰ透過性基板自体の厚みが非常に薄い（約２５０μｍ）ため、キャリア濃度（１）のＧａＰ透過性基板とキャリア濃度（２）のＧａＰ透過性基板とでは透過率が数パーセント異なるのみである。この結果と、一般式、
透過率＝Ｉ／Ｉ０＝ｅｘｐ(−αｄ)
Ｉ０：初期光量
Ｉ：透過光量
ｄ：厚み
とに基づいて、波長６４０ｎｍの光に関して吸収係数αを算出すると、ＧａＰのキャリア濃度それぞれについて
（１）１．５×１０１８ｃｍ−３の場合のＧａＰ透過性基板の吸収係数は３．３０ｃｍ−１
（２）５．０×１０１７ｃｍ−３の場合のＧａＰ透過性基板の吸収係数は５．４６×１０−２ｃｍ−１
であった。
【００４２】
次に、上記（１），（２）の場合の吸収係数を持った基板内を光が通った場合の透過率の厚み依存性を計算すると図７のようになり、当然長い距離を通るほど光が減衰する。
【００４３】
透過性基板を設置した場合、発光層から放出された光は直接外部に取り出される成分と、基板結晶・材料−外部との界面で反射される成分が有り、多くは光が透過性基板内で反射を繰り返すことになる。
【００４４】
したがって、上記透過性基板の厚み以上の距離を光が通ることは明らかであり、光のパスが長くなればなるほど減衰し、外部取り出し効率は低下する。
【００４５】
このような減衰を可能な限り低下させることが本発明のキャリア濃度の設定によって可能となる。なお、光を吸収、減衰させる要因は主にフリーキャリアであるから、基板、ドーパントなどの種類によらずあらゆる結晶、化合物、材料に適用可能である。
【００４６】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記第１透過性基板と上記第２透過性基板とのうちの少なくとも一方は絶縁体からなる。
【００４７】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第１透過性基板と第２透過性基板とのうちの少なくとも一方が絶縁体からなることにより、実装する際に、実装面と絶縁を取ることができ、空気やモールド樹脂などの相性を高めるための低屈折率材料を取り扱うことが可能となる。
【００４８】
なお、上記絶縁体としては例えばガラスやサファイアなどがあり、上記実施形態の半導体発光素子の構成として図５の構成を用いることができる。
【００４９】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記第１透過性基板と上記第２透過性基板とのうちの少なくとも一方は、上記発光層の上面に対して傾斜する傾斜面を有する。
【００５０】
図８は上記実施形態の半導体発光素子の一例の概略断面図であり、８０１はｐ型ＧａＰ透過性基板、８０２はｐ型ＧａＰコンタクト層、８０３はｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層、８０４はＡｌＧａＩｎＰ活性層、８０５はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層、８０６はｎ型ＧａＰコンタクト層、８０７はｎ型ＧａＰ透過性基板、８０８，８０９は電極である。
【００５１】
一般的に、光を半導体発光素子の外部へ取り出すためには、外部例えば空気や樹脂との界面で反射しないような条件で入射させる必要がある。つまり、それら界面への入射角が垂直であれば界面において反射は起こらず外部へと放出される。したがって、あらゆる光放出方向に対して上記条件を満たすためには界面の形状は丸型（球形状）になっていることが理想である。つまり、上記界面の断面形状は円弧形状となっていることが理想である。
【００５２】
図９は円弧形状の界面を有する半導体発光素子の一例の要部の模式図である。ここで、上記半導体発光素子の発光源は点光源としている。
【００５３】
本発明においては、第１，第２透過性基板が球形に加工されていることが理想であるが、このときは発光層も点光源となっていることが必要である。
【００５４】
発光層が点光源であることを仮定して本発明における透過性基板の形状を加工した例を図１０に示した。
【００５５】
図１０では、発光層はＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層、発光波長は赤色６４０ｎｍと仮定している。また、上記透過性基板をＧａＰとして、発光層と透過性基板との一方のみを示している。ＧａＰと空気の屈折率差により透過性基板と空気の界面に入射する光の入射角が１７．６°以上になると光は全反射して内部に向かうことを考慮すると、透過性基板の形状加工の最適例は図１０のようになる。
【００５６】
一方、半導体発光素子が樹脂にモールドされている場合などは屈折率差を考慮した場合図１１のようになり、入射角が３０°前後で全反射するため透過性基板の形状加工方法は図１１の形状に限らず、図１２に示したような単純な斜面状とすることもできる。
【００５７】
図１０〜図１２に示すような形状や加工方法は材料が変われば当然変わるものであり、本発明はあらゆる材料において同様の考えを適応させることを含むものである。
【００５８】
一方、技術にもっとも容易に加工できる形状は図１２に示したような単純な斜面形状であろうから、このことを考慮すると半導体発光素子に全体の高さ（透過性基板の厚み）も最適な範囲がある。
【００５９】
単純な斜面を形成することができる半導体発光素子の大きさと透過性基板の高さ（厚み）の関係は図１３に示すようになり、他の材料においても同様に最適範囲があり、本発明はそれら他の材料の範囲も含むものである。
【００６０】
しかしながら、実際の半導体発光素子において、発光源を完全に点状にすることは技術的に困難である。また、仮にできたとしても注入電流の密度が上がり発光層で効率よく光を生成することはできない（注入電流のオーバーフローなどによる）だけでなく発熱量や抵抗が上昇するという問題が発生する。
【００６１】
したがって、実際には発光層がある広がりを持った面状となる。このとき透過性基板の形状を厳密に加工することは特に必要は無いため、斜面状に加工されている部分が存在すれば外部への光取り出し効率は十分向上する。
【００６２】
一実施形態の半導体発光素子では、
断面視で上記本体の発光領域が上記本体の中心付近に位置する。
【００６３】
このことは前述において考察された結果に基づくものである。つまり、透過性基板の高さ（厚み）は最適な範囲が存在し、必然的に発光層は設置された透過性基板の光放出面からほぼ等しい距離にあることが最適範囲になる。
【００６４】
図１４は上記実施形態の半導体発光素子の一例の概略断面図であり、１４０１はｐ型ＧａＰ透過性基板、１４０２はｐ型ＧａＰコンタクト層、１４０３はｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層、１４０４はＡｌＧａＩｎＰ活性層、１４０５はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層、１４０６はｎ型ＧａＰコンタクト層、１４０７はｎ型ＧａＰ透過性基板、１４０８，１４０９は電極、１４１０は発光領域である。
【００６５】
上記発光領域１４１０は最適な透過性基板の厚みと電流を注入する電極の配置により限定することができる。
【００６６】
また、上記発光領域１４１０が本体の中心付近に位置していれば、ｐ型ＧａＰ透過性基板１４０１及びｎ型ＧａＰ透過性基板１４０７の形状加工の有無によるものではないが、ｐ型ＧａＰ透過性基板１４０１及びｎ型ＧａＰ透過性基板１４０７は斜面状に形状加工されているほうが望ましく、より効果が大きい。
【００６７】
一実施形態の半導体発光素子では、
断面視で上記本体の発光領域を上記本体の中心付近に位置させるための電流狭窄構造を備える。
【００６８】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記本体の端面の発光領域を本体の端面の中心付近に位置させる方法として、発光層付近の半導体層によって電流狭窄を形成し、発光領域を限定している。
【００６９】
このような電流狭窄構造を適用することによって、発光領域として最適な大きさを容易に設計することが可能となる。
【００７０】
図１５は上記実施形態の半導体発光素子の一例の概略断面図であり、１５０１はｐ型ＧａＰ透過性基板、１５０２はｐ型ＧａＰコンタクト層、１５０３はｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層、１５０４はＡｌＧａＩｎＰ活性層、１５０５はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層、１５０６はｎ型ＧａＰコンタクト層、１５０７はｎ型ＧａＰ透過性基板、１５０８，１５０９は電極、１５１０はｐ型ＧａＰ電流ブロック層である。
【００７１】
図１６Ａは上記実施形態の半導体発光素子の他の一例の概略断面図であり、１６０１はｐ型ＧａＰ透過性基板、１６０２はｐ型ＧａＰコンタクト層、１６０３はｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層、１６０４はＡｌＧａＩｎＰ活性層、１６０５はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層、１６０６はｎ型ＧａＰコンタクト層、１６０７はｎ型ＧａＰ透過性基板、１６０８，１６０９は電極、１６１０はｐ型ＧａＰ電流ブロック層である。また、図１６Ｂは上記他の一例の概略斜視図である。
【００７２】
図１５、図１６Ａ及び図１６Ｂにおいては、発光領域は電流狭窄により限定され、それに適した透過性基板の形状加工がなされている。もちろん、このような構成は本例のＧａＰに限定されるものではなく、あらゆる材料において同様の設計が可能であり、発明の範囲も材料で限定されることは無い。
【００７３】
一実施形態の半導体発光素子では、
上記発光層が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素及び酸素のうちの２つ以上の元素から構成される半導体結晶を積層した構造を持つ。
【００７４】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記発光層が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素及び酸素のうちの２つ以上の元素から構成される半導体結晶を積層した構造を持つことにより、発光層の出射光の波長として赤外領域から近紫外領域までの広い範囲から選択することができる。
【００７５】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、
第１導電型半導体基板上に、第１導電型半導体層、発光層及び第２導電型半導体層を順次積層する積層工程と、
上記第２導電型半導体層の上面に、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第２透過性基板を接合する第２透過性基板接合工程と、
上記第２透過性基板接合工程後に、上記第１導電型半導体基板を除去して、上記第１導電型半導体層の下面に、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第１透過性基板を接合する第１透過性基板接合工程と
を備えたことを特徴としている。
【００７６】
ここで、第１導電型とは、ｐ型またはｎ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がｐ型の場合はｎ型、ｎ型の場合はｐ型を意味する。
【００７７】
上記構成の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第１導電型半導体層の下面に、発光層の出射光に対して透過性を有する第１透過性基板を接合すると共に、第２導電型半導体層の上面に、発光層の出射光に対して透過性を有する第２透過性基板を接合することにより、第１透過性基板及び第２透過性基板を介して光を効率よく外部に取り出すことができる。すなわち、光取り出し効率を高めることができる。
【００７８】
このとき、上記第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を例えばクラッド層とし、発光層の構造を例えば多重量子井戸構造とすることにより、本体を構成する層の数を必要最小限とすることができる。
【００７９】
したがって、上記本体を構成する層の数を減らして、内部での反射を繰り返しを防げるので、第１，第２透過性基板を介して光を外部にさらに効率良く取り出すことができる。
【００８０】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記第２透過性基板接合工程では、上記第２導電型半導体層の上面に上記第２透過性基板を加熱加圧処理で直接接合する。
【００８１】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第２透過性基板を第２導電型半導体層の上面に接合する際に、第２透過性基板と第２導電型半導体層とを貼りあわせ、加圧、加熱することによって接合する。
【００８２】
したがって、例えば接着剤を用いなくても、上記第２導電型半導体層の上面に対して第２透過性基板を容易に直接接合することができる。
【００８３】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記第１透過性基板接合工程では、上記第１導電型半導体層の下面に上記第１透過性基板を加熱加圧処理で直接接合する。
【００８４】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第１透過性基板を第１導電型半導体層の下面に接合する際に、第１透過性基板と第１導電型半導体層とを貼りあわせ、加圧、加熱することによって接合する。
【００８５】
したがって、例えば接着剤を用いなくても、上記第１導電型半導体層の下面に対して第１透過性基板を容易に直接接合することができる。
【００８６】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記第２透過性基板接合工程では、上記第２導電型半導体層の上面に、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第２透過性材料層を介して上記第２透過性基板を接合する。
【００８７】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第２透過性基板を第２導電型半導体層の上面に接合する際、第２透過性基板の接合面（第２導電型半導体層に対向すべき面）または第２導電型半導体層の上面に第２透過性材料層を形成して、この第２透過性材料層を介して第２透過性基板と第２導電型半導体層とを接合する。
【００８８】
このように、上記第２透過性基板の接合に第２透過性材料層を使用することによって、第２透過性基板を第２導電型半導体層の上面に直接接合する場合に比べて、加熱時の温度の低温度化が図れると共に、最適な抵抗率の第２透過性材料層を選択することにより、第２導電型半導体層の貼り付け界面の抵抗値を下げることが可能である。
【００８９】
また、上記第２透過性材料層の屈折率を選択することで、発光層からの光を鉛直方向に存在する電極からそらすことができ、より取り出し効率の高い半導体発光素子の製造が可能となる。
【００９０】
上記第２透過性材料としては、接着用の透過性材料、例えば導電体であれば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などがある。
【００９１】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記第１透過性基板接合工程では、上記第１導電型半導体層の下面に、上記発光層の出射光に対して透過性を有する第１透過性材料層を介して上記第１透過性基板を接合する。
【００９２】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第１透過性基板を第１導電型半導体層の下面に接合する際、第１透過性基板の接合面（第１導電型半導体層に対向すべき面）または第１導電型半導体層の下面に第１透過性材料層を形成して、この第１透過性材料層を介して第１透過性基板と第１導電型半導体層とを接合する。
【００９３】
このように、上記第１透過性基板の接合に第１透過性材料層を使用することによって、第１透過性基板を第１導電型半導体層の下面に直接接合する場合に比べて、加熱時の温度の低温度化が図れると共に、最適な抵抗率の第１透過性材料層を選択することにより、第２導電型半導体層の貼り付け界面の抵抗値を下げることが可能である。
【００９４】
また、上記第１透過性材料層の屈折率を選択することで、発光層からの光を鉛直方向に存在する電極からそらすことができ、より取り出し効率の高い半導体発光素子の製造が可能となる。
【００９５】
上記第１透過性材料としては、接着用の透過性材料、例えば導電体であれば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などがある。
【００９６】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記第２透過性基板接合工程では、上記第２導電型半導体層の上面に、任意の形状の第２金属材料層を介して上記第２透過性基板を接合する。
【００９７】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第２透過性基板を第２導電型半導体層の上面に接合する際、第２透過性基板の接合面（第２導電型半導体層に対向すべき面）または第２導電型半導体層の上面に第２金属材料層の材料を積層して任意の形状に加工することにより、第２透過性基板の接合面または第２導電型半導体層の上面に任意の形状の第２金属材料層を形成して、この第２金属材料層を介して第２透過性基板と第２導電型半導体層とを接合する。
【００９８】
このように、上記第２透過性基板の接合に第２金属材料層を使用することによって、第２透過性基板を第２導電型半導体層の上面に直接接合する場合に比べて、加熱時の温度の低温度化が図れると共に、第２導電型半導体層の貼り付け界面の抵抗値を下げることが可能である。
【００９９】
また、上記第２導電型半導体層の界面抵抗を下げることができるので、第２導電型半導体層のキャリア濃度を第２透過性基板のキャリア濃度よりも低くすることができ、第２導電型半導体層の透過率がより上がり、光の取り出し効率もより向上する。
【０１００】
上記第２金属材料層は広い波長域において反射率が高いものを選択することが望ましく、例えばＡｇを選択した場合、近赤外域から紫外域の広い波長域に渡って高い反射率を有するため、発光層からの光を反射する効果を持ち、発光層で発生した光を吸収などによって損失させることも無い。
【０１０１】
また、上記第２透過性基板内に光を入射させるために金属材料層は５０ｎｍ以下とするか、任意の形状に加工し、極一部の光のみが反射または吸収されるよう選択することも可能である。
【０１０２】
上記第２金属材料層の材料としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏなどがあげられる。
【０１０３】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記第１透過性基板接合工程では、上記第１導電型半導体層の下面に、任意の形状の第１金属材料層を介して上記第１透過性基板を接合する。
【０１０４】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第１透過性基板を第１導電型半導体層の下面に接合する際、第１透過性基板の接合面（第１導電型半導体層に対向すべき面）または第１導電型半導体層の下面に第１金属材料層の材料を積層して任意の形状に加工することにより、第１透過性基板の接合面または第１導電型半導体層の下面に任意の形状の第１金属材料層を形成して、この第１金属材料層を介して第１透過性基板と第２導電型半導体層とを接合する。
【０１０５】
このように、上記第１透過性基板の接合に第１金属材料層を使用することによって、第１透過性基板を第１導電型半導体層の下面に直接接合する場合に比べて、加熱時の温度の低温度化が図れると共に、第１導電型半導体層の貼り付け界面の抵抗値を下げることが可能である。
【０１０６】
また、上記第１導電型半導体層の界面抵抗を下げられるため、第１導電型半導体層のキャリア濃度を第１透過性基板のキャリア濃度よりも低くすることができ、第１導電型半導体層の透過率がより上がり、光の取り出し効率も向上する。
【０１０７】
上記第１金属材料層は広い波長域において反射率が高いものを選択することが望ましく、例えばＡｇを選択した場合、近赤外域から紫外域の広い波長域に渡って高い反射率を有するため、発光層からの光を反射する効果を持ち、発光層で発生した光を吸収などによって損失させることも無い。
【０１０８】
また、上記第１透過性基板内に光を入射させるために金属材料層は５０ｎｍ以下とするか、任意の形状に加工し、極一部の光のみが反射または吸収されるよう選択することも可能である。
【０１０９】
一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、
上記第１透過性基板接合工程と上記第２透過性基板接合工程とでは接合方法が互いに異なる。
【０１１０】
上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記第１透過性基板接合工程と第２透過性基板接合工程とでは接合方法が互いに異なることにより、第１，第２透過性基板の各接合を適切に行うことができる。
【０１１１】
例えば、接合界面における光の透過率としては直接接合が最も適当であるが、両面に直接接合を施した場合、熱履歴によって、素子活性層の構造や結晶性が悪化する可能性がある。
【０１１２】
したがって、直接接合と材料を介した接合を組み合わせることによって熱履歴を最小限とすることが可能となる。
【０１１３】
本発明の化合物半導体発光ダイオードは、
本発明の半導体発光素子の製造方法を用いて製造される化合物半導体発光ダイオードであって、
上記発光層が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素及び酸素のうちの２つ以上の元素から構成される半導体結晶を積層した構造を持つことを特徴としている。
【０１１４】
上記構成の化合物半導体発光ダイオードによれば、上記発光層が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素及び酸素のうちの２つ以上の元素から構成される半導体結晶を積層した構造を持つことにより、発光層の出射光の波長として赤外領域から近紫外領域までの広い範囲から選択することができる。
【発明の効果】
【０１１５】
本発明の半導体発光素子によれば、本体下に第１透過性基板を設置し、かつ、本体上に第２透過性基板を設置することにより、光の外部取り出し効率を向上させることができる。
【０１１６】
また、上記光の外部取り出し効率は、第１，第２透過性基板を斜面状に加工することでより向上させることができる。
【０１１７】
また、上記本体の上下に第１，第２透過性基板を設置することにより、厚いエピタキシャル層からなるウィンドウ層の形成が必要無くなるため、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１８】
以下、本発明の半導体発光素子及びその製造方法並びに化合物半導体発光ダイオードを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【０１１９】
（第１実施形態）
図１７に、本発明の第１実施形態のＬＥＤの概略断面図を示す。
【０１２０】
上記ＬＥＤは、本体１７５０と、この本体１７５０下に設置されたｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１と、その本体１７５０上に設置されたｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８とを備えている。なお、上記ｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１は第１透過性基板の一例であり、ｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８は第２透過性基板の一例である。
【０１２１】
上記本体１７０５は、ｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２、ｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１７０４、ｐ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０５、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１７０６及びｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７から成っている。なお、上記ＡｌＧａＩｎＰ発光層１７０５は発光層の一例である。また、上記ｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２とｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０３とが第１導電型半導体層の一例を構成している。そして、上記ｐ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０５、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１７０６及びｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７が第２導電型半導体層の一例を構成している。
【０１２２】
上記ＡｌＧａＩｎＰ発光層１７０５は赤色の発光波長の光を出射する４元系発光層である。このＡｌＧａＩｎＰ発光層１７０５の出射光に対して、ｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１及びｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８が透過性を有している。
【０１２３】
上記ｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１下には電極１７０９が形成されている一方、ｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８上には電極１７１０が形成されている。
【０１２４】
以下、上記ＬＥＤの製造方法について説明する。
【０１２５】
先ず、ＭＯＣＶＤ法により、図１８に示すように、第１導電型半導体基板の一例としてのｎ−ＧａＡｓ基板１８０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１８０２、ｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２、ｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１７０４、ｐ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０５、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１７０６及びｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７をこの順で積層して、ＬＥＤ構造ウエハ１８５０を作成する。
【０１２６】
上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層１７０４は量子井戸構造を有している。より詳しくは、上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層１７０４は、（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ井戸層と（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層とを交互に積層することで形成されている。そして、上記（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ井戸層と（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層とのペア数は８ぺアとしている。
【０１２７】
上記基板または各層の厚みは、ｎ−ＧａＡｓ基板１８０１：２５０μｍ、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１８０２：１．０μｍ、ｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２：５．０μｍ、ｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０３：１．０μｍ、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１７０４：０．５μｍ、ｐ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０５：１．０μｍ、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１７０６：１．０μｍ、ｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７：４．０μｍである。
【０１２８】
上記基板または各層においては、ｎ型ドーパントとしてＴｅを用いる一方、ｐ型ドーパントとしてはＭｇを用いている。
【０１２９】
上記基板または各層のキャリア濃度は、ｎ−ＧａＡｓ基板１８０１：１．０×１０１８ｃｍ−３、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１８０２：５×１０１７ｃｍ−３、ｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２：１．０×１０１８ｃｍ−３、ｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０３：５×１０１７ｃｍ−３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１７０４：ノンドープ、ｐ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７０５：５×１０１７ｃｍ−３、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１７０６：１．０×１０１８ｃｍ−３、ｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７：２．０×１０１８ｃｍ−３としている。
【０１３０】
次に、上記ウェハ２０のエピタキシャル面に、ハーフダイシングにより所定のピッチでハーフダイシング溝を形成する。このとき、上記ハーフダイシング溝の深さとしては１０〜５０μｍ程度がＬＥＤ構造ウェハの強度を維持する点で適当である。
【０１３１】
次に、図１９に示す石英製貼り付け用治具１９５０を用いて、上記ＬＥＤ構造ウエハ１８５０のエピタキシャル面（ｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７の上面）にｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８を直接接合する。このｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８のキャリア濃度は５．０×１０１７ｃｍ−３としている。
【０１３２】
上記治具１９５０は、ウエハを支持する第１石英板１９５１と、この第１石英板１９５１上に位置する第２石英板１９５２と、所定の大きさの力を受けて第２石英板１９５２を押圧する押圧部１９５３とを有している。
【０１３３】
上記押圧部１９５３は、正面から見て概略コ字状を有する枠体１９５４によって上下方向に案内されるようになっている。上記枠体１９５４は第１石英板１９５１に係合して、この第１石英板１９５１と押圧部１９５３との間に位置する第２石英板１９５２に力を適切に伝達するようになっている。
【０１３４】
上記第１石英板１９５１とＬＥＤ構造ウエハ１８５０との間にはカーボンシート１９５５を配置すると共に、第２石英板１９５２とｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８との間にはカーボンシート１９５６，ＰＢＮ（熱分解チッ化ホウ素：パイロリティックボロンナイトライド）板１９５７を配置する。
【０１３５】
このような治具１９５０を用いて、ｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８をｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７に接触させ、押圧部１９５３に例えば０．３〜０．８Ｎ・ｍの力を加えて、ｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８とｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７との接触面に圧縮力を作用させる。この状態の治具１９５０を加熱炉にセットして、水素雰囲気下において８００℃前後でおよそ３０分加熱する。そうすると、上記ｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８がＬＥＤ構造ウエハ１８５０に直接接合する。
【０１３６】
次に、上記ＬＥＤ構造ウエハ１８５０及びｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８を冷却した後、治具１９５０を加熱炉から取りだして、アンモニア水と過酸化水素水と水との混合液により、ｎ−ＧａＡｓ基板１８０１及びｎ−ＧａＡｓバッファ層１８０２を溶解除去する。
【０１３７】
次に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板１８０１及びｎ−ＧａＡｓバッファ層１８０２を除去した面（ＡｌＧａＡｓ面）にｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１を直接接合する。このｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１の接合は、ｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８と同様に加圧加熱処理で行う。また、上記ｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１のキャリア濃度は５．０×１０１７ｃｍ−３としている。
【０１３８】
以降は、一般的な半導体発光素子の製造方法である電極形成及びチップ化プロセスを行うと、図１７に示す発光波長６４０ｎｍの赤色高輝度ＬＥＤが完成する。
【０１３９】
上記ＬＥＤによれば、上記本体１７５０下に、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１７０４の出射光に対して透過性があるｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１を設置すると共に、本体１７５０上に、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１７０４の出射光に対して透過性があるｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８を設置することにより、ｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１及びｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８を介して光を効率よく外部に取り出すことができる。すなわち、光取り出し効率を高めることができる。
【０１４０】
本実施形態では、電極１７０９の材料として電極材料としてＡｕＳｉ／Ａｕを選択し、電極１７１０の材料としてＡｎＢｅ／Ａｎを選択している。つまり、本実施形態では、ＡｕＳｉ／Ａｕ層及びＡｎＢｅ／Ａｎ層をフォトリソグラフィー法、ウェットエッチングにより任意の形状に加工して電極１７０９，１７１０を得ている。
【０１４１】
また、上記電極１７０９，１７１０の形成後には、所定のチップサイズへとセパレートするためのハーフダイシングを行っている。このとき、べべリング可能なダイシングブレードを選択することにより、素子側面は容易に斜面状に加工することができる。その結果、上記ｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１及びｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８の一方の側面を所定の斜面形状とすることが可能である。
【０１４２】
上記べべリング可能なダイシングブレードのプロセスを今度は先のハーフダイシングを施した面と逆の面に行うことにより、ｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１及びｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８の他方の側面を所定の斜面形状とすることが可能である。
【０１４３】
上記選択される材料・手法は限定されるものではなく、あらゆる材料・手法、例えばウェットエッチやドライエッチングを選択可能であるが、材料を選択しない（依存しない）点でダイシングによる手法が適当であると思われる。
【０１４４】
本実施形態の製造プロセスは、ＡｌＧａＩｎＰからなる４元系発光層を有するＬＥＤに限ったものではなく、発光層が半導体結晶により形成されていればよい。
【０１４５】
（第２実施形態）
図２０に、本発明の第２実施形態のＬＥＤの概略断面図を示す。また、図２０において、図１７に示した第１実施形形態のＬＥＤの構成部と同一構成部は、図１７における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
【０１４６】
本実施形態では、本体１７５０に金属を介してｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１，ｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８を貼り付ける。
【０１４７】
つまり、本実施形態のＬＥＤは、ｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２下に形成された第１金属薄膜２００１と、ｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７上に形成された第２金属薄膜２００２とを備えている。なお、上記第１金属薄膜２００１が第１金属材料層の一例であり、第２金属薄膜２００２が第２金属材料層の一例である。
【０１４８】
以下、上記ＬＥＤの製造方法について説明する。
【０１４９】
先ず、上記第１実施形態と同様にＬＥＤ構造ウエハ１８５０を作成する。本実施形態の場合、ＬＥＤ構造ウエハ１８５０にあらかじめ溝を形成する必要は無い。
【０１５０】
次に、上記ＬＥＤ構造ウエハ１８５０のエピタキシャル面（ｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７の上面）またはｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８の貼り付け面（ＬＥＤ構造ウエハ１８５０に対向させるべき面）に、蒸着法またはスパッタリング法で薄膜を形成する。
【０１５１】
上記薄膜は、金、銀、アルミ、チタンのいずれで構成されたものでもよいし、金、銀、アルミ、チタンの化合物であってもよいし、金、銀、アルミ、チタンのうちの少なくとも１つを含む合金であってもよい。
【０１５２】
次に、上記薄膜をフォトリソグラフィー法、ウェットエッチングにより任意の形状に加工して、第２金属薄膜２００２を形成する。このとき、上記第２金属薄膜２００２の面積は素子化した際の素子面積の１０％以下とすることで、貼り付け界面での光の損失を最小限に抑えることができる。
【０１５３】
次に、上記第１実施形態と同様に治具１９５０（図１９参照）を用いて、ｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７とｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８とを接合する。このとき、上記ｐ−ＧａＰコンタクト層１７０７とｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８とは、水素雰囲気下における４００〜５００℃前後のおよそ３０分の加熱処理で接合することができる。
【０１５４】
次に、上記第１実施形態と同様に基板及びバッファ層除去を行った後、ｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２の下面またはｎ−ＧａＰ透過性基板１７０２の貼り付け面（ＬＥＤ構造ウエハ１８５０に対向させるべき面）に、第２金属薄膜２００２と同様に第１金属薄膜２００１を形成する。
【０１５５】
以降は、上記ｐ−ＧａＰ透過性基板１７０８と同様にｎ−ＧａＰ透過性基板１７０２の貼り付けを行った後、一般的な半導体発光素子の製造方法である電極形成及びチップ化プロセスを行うと、本実施形態のＬＥＤが完成する。
【０１５６】
（第３実施形態）
図２１は本発明の第３実施形態のＬＥＤの概略断面図である。
【０１５７】
本実施形態のＬＥＤは、２つの透過性基板の一方が絶縁体からなる場合にあたる。つまり、本実施形態のＬＥＤは、本体２１５０と、この本体２１５０下に設置されたガラス基板２１０１と、その本体２１５０上に設置されたｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７とを備えている。なお、上記ガラス基板２１０１は第１透過性基板の一例であり、ｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７は第１透過性基板の一例である。
【０１５８】
上記本体２１５０は、ｐ−ＧａＰコンタクト層２１０２、ｐ−ＡｌＩｎＰクラッド層２１０３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層２１０４、ｎ−ＡｌＩｎＰクラッド層２１０５及びｎ−ＧａＰコンタクト層２１０６から成っている。なお、上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層２１０４は発光層の一例である。また、上記ｐ−ＧａＰコンタクト層２１０２とｐ−ＡｌＩｎＰクラッド層２１０３とが第１導電型半導体層の一例を構成している。そして、上記ｎ−ＡｌＩｎＰクラッド層２１０５とｎ−ＧａＰコンタクト層２１０６とが第２導電型半導体層の一例を構成している。
【０１５９】
上記ｐ−ＡｌＩｎＰクラッド層２１０３は一部が露出しており、電極２１０８がその一部上に形成されている。また、上記ｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７上には電極２１０９が形成されている。
【０１６０】
以下、上記ＬＥＤの製造方法について説明する。
【０１６１】
先ず、ＭＯＣＶＤ法により、図２２Ａに示すように、第１導電型半導体基板の一例としてのｐ−ＧａＡｓ基板２１１１上に、ｐ−ＧａＰコンタクト層２１０２、ｐ−ＡｌＩｎＰクラッド層２１０３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層２１０４、ｎ−ＡｌＩｎＰクラッド層２１０５及びｎ−ＧａＰコンタクト層２１０６をこの順で積層して、ＬＥＤ構造ウエハ２２５０を作成する。
【０１６２】
次に、上記ＬＥＤ構造ウエハ２２５０のエピタキシャル面（ｎ−ＧａＰコンタクト層２１０５の上面）にｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７を直接接合する。つまり、上記ｎ−ＧａＰ透過性基板の接合を接着剤などを用いないで行う。
【０１６３】
上記ｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７の直接接合は上記第１実施形態と同様の方法で行うことができる。
【０１６４】
上記ｎ−ＧａＰ透過性基板の表面にはあらかじめ所定のチップ形状になるようにフォトリソグラフィー法（マスクは例えばＳｉＯ２などの酸化膜を用いる）、ウェットエッチング（王水あるいは硫酸、過酸化水素水混合液など）によりにパターン加工が施されている。
【０１６５】
次に、上記ｐ−ＧａＡｓ基板２１１１を除去して、図２示すような状態にした後、図２２Ｃに示すように、ＧａＡｓ基板除去面（ｐ−ＧａＰコンタクト層２１０２の下面）にガラス基板２１０１を例えばエポキシ樹脂で接合する。
【０１６６】
次に、上記ｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７のパターンに沿ってハーフダイシングを行って、図２２Ｄに示すように、ｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７の側面を斜面状にする。
【０１６７】
上記ハーフダイシングをべべリング可能なブレードで行うことにより、ｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７の側面は斜面状に形成することができる。
【０１６８】
次に、パターニングされたｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７をマスクとして、燐酸と硫酸と過酸化水素水と水との混合液を用いてｐ−ＧａＰコンタクト層２１０２が露出するまでエッチングを行う。
【０１６９】
次に、図２１に示すように、上記ｐ−ＡｌＩｎＰクラッド層２１０３の露出部上に電極２１０８を形成すると共に、ｎ−ＧａＰ透過性基板２１０７上に電極２１９を形成した後、ガラス基板２１０１を下面側からダイシングすると、本実施形態のＬＥＤが完成する。
【０１７０】
本実施形態のＬＥＤと同様のものとしては、透過性基板とこれを貼り付ける半導体層とが互いに導電型が異なる場合であって透過性基板と半導体層との間に電気的な接続がなされていないＬＥＤがある。
【０１７１】
このＬＥＤは、上記第１実施形態においてｎ−ＧａＰ透過性基板１７０１をｐ−ＧａＰ透過性基板に代えたものである。
【０１７２】
つまり、上記ＬＥＤは、上記第１実施形態において、ｎ−ＧａＡｓ基板１８０１の除去で露出したｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２に例えばｐ−ＧａＰ透過性基板（キャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３）を第１透過性基板の一例として直接接合すれば得ることができる。
【０１７３】
上記ｐ−ＧａＰ透過性基板とｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１７０２との間は通常のＬＥＤ駆動電圧（１０Ｖ以下）において電気的に接続されることは無い。
【０１７４】
以上、本発明の第１〜第３実施形態について説明したが、本発明は４元ＬＥＤの場合に限らずあらゆる半導体発光素子に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】図１は従来の半導体発光素子の概略断面図である。
【図２】図２は他の従来の半導体発光素子の概略断面図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図４】図４は本発明の一実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図５】図５は本発明の一実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図６】図６は高濃度ＧａＰ基板の光透過率と低濃度高濃度ＧａＰ基板の光透過率との比較結果を示す図である。
【図７】図７は光路長の変化に対する高濃度ＧａＰ基板，低濃度ＧａＰ基板の透過率の変化を示す図である。
【図８】図８は本発明の一実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図９】図９は本発明の一実施形態の半導体発光素子の要部の模式図である。
【図１０】図１０は本発明の一実施形態の半導体発光素子の要部の模式図である。
【図１１】図１１は本発明の一実施形態の半導体発光素子の要部の模式図である。
【図１２】図１２は本発明の一実施形態の半導体発光素子の要部の模式図である。
【図１３】図１３は透過性基板厚み（高さ）最適値のチップサイズ依存性を示す図である。
【図１４】図１４は本発明の一実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図１５】図１５は本発明の一実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは本発明の一実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは図１６Ａの半導体発光素子の概略斜視図である。
【図１７】図１７は本発明の第１実施形態のＬＥＤの概略断面図である。
【図１８】図１８は上記第１実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【図１９】図１９は上記第１実施形態のＬＥＤの製造に用いる治具の概略断面図である。
【図２０】図２０は本発明の第２実施形態のＬＥＤの概略断面図である。
【図２１】図２１は本発明の第３実施形態のＬＥＤの概略断面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは上記第３実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは上記第３実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは上記第３実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【図２２Ｄ】図２２Ｄは上記第３実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【図２２Ｅ】図２２Ｅは上記第３実施形態のＬＥＤの製造方法の一工程図である。
【符号の説明】
【０１７６】
１７０１  ｎ−ＧａＰ透過性基板
１７０８  ｐ−ＧａＰ透過性基板
１７０２  ｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層
１７０３  ｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
１７０４  ＡｌＧａＩｎＰ活性層
１７０５  ｐ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
１７０６  ｐ−ＧａＩｎＰ中間層
１７０７ｐ−ＧａＰコンタクト層
１７５０  本体
１８０１  ｎ−ＧａＡｓ基板
２００１  第１金属薄膜
２００２  第２金属薄膜
２１５０  本体
２１０１  ガラス基板
２１０２  ｐ−ＧａＰコンタクト層
２１０３ｐ−ＡｌＩｎＰクラッド層
２１０４  ＡｌＧａＩｎＰ活性層
２１０５  ｎ−ＡｌＩｎＰクラッド層
２１０６  ｎ−ＧａＰコンタクト層
２１０７  ｎ−ＧａＰ透過性基板
２１１１  ｐ−ＧａＡｓ基板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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