(57)【要約】      （修正有）【課題】  発光層部が反射部で覆われた構造を有しつつも、反射部をなす金属層を介してシリコン基板などの素子基板を発光層部に貼り合わせる工程が本質的に不要であり、しかも製造時のハンドリングに耐える十分な剛性も容易に確保できる発光素子を提供する。【解決手段】  発光素子１００は、発光層部２４を有した化合物半導体層４０が光吸収性化合物半導体基板の第一主表面上にエピタキシャル成長されている。そして、化合物半導体層４０の第一主表面側に光取出面ＥＡが形成されるとともに、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための電極９が光取出面ＥＡの一部を覆うように形成されている。そして、光吸収性化合物半導体基板を一部切り欠く形で該光吸収性化合物半導体基板の第二主表面に開口する開口部１ｊが形成され、該開口部１ｊの周縁に残された基板部分が発光層部２４への通電経路として機能する通電支持基板部１とされている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層部を有した化合物半導体層が光吸収性化合物半導体基板の第一主表面上にエピタキシャル成長され、該化合物半導体層の第一主表面側に光取出面が形成されるとともに、前記発光層部に発光駆動電圧を印加するための電極が前記光取出面の一部を覆う形で形成された発光素子において、
前記光吸収性化合物半導体基板を一部切り欠く形で該光吸収性化合物半導体基板の第二主表面に開口する開口部が形成され、該開口部の周縁に残された基板部分が前記発光層部への通電経路として機能する通電支持基板部とされ、
前記開口部の内部に、前記発光層部からの発光光束を反射させる反射部が設けられ、その反射光束を前記発光層部からの直接光束と重畳させて前記光取出面から取り出すようにしたことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記開口部は前記光吸収性化合物半導体基板を厚さ方向に貫通して形成され、前記化合物半導体層の第二主表面が前記開口部に露出してなることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記開口部が、前記光取出面の直下領域と重なる形で形成され、該開口部内にて前記反射部が、前記光取出面の直下領域と重なる形で設けられていることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記開口部が前記電極の直下領域と重なる形で形成され、該開口部内にて前記反射部が、前記電極の直下領域と重なる形で設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光層部と前記電極との間に電流拡散層が設けられており、前記光取出面が該電流拡散層の第一主表面周縁に沿って前記電極を取り囲む形態で形成され、前記通電支持基板部が前記化合物半導体層の第二主表面の周縁に沿って枠状に形成され、当該枠状の通電支持基板部の内側に前記開口部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記電極の前記化合物半導体層の第二主表面への投影外形線が、前記枠状の通電支持基板部の内側に位置してなり、かつ、前記開口部において、該前記枠状の通電支持基板部の内縁と前記電極の前記投影外形線との間に位置する領域が前記反射部にて覆われてなることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
前記電極の直下領域において、前記化合物半導体層と前記反射部とのコンタクト抵抗が、前記化合物半導体層と前記通電支持基板部とのコンタクト抵抗よりも高いことを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記反射部は金属反射部であり、前記電極の直下領域において該金属反射部は、前記開口部の底面をなす化合物半導体部に対し、コンタクト用合金化層を介することなく、直接接して配置されている請求項７記載の発光素子。
【請求項９】
前記開口部が、前記光取出面の直下領域と重なる形で形成され、前記金属反射部が、前記開口部の底面をなす化合物半導体部に対し、前記光取出面の直下領域に分散形成されたコンタクト用合金化層を介して接している請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記反射部が、前記開口部内に充填された金属ペースト層であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記通電支持基板部の第二主表面が、前記開口部内を充填する前記金属ペースト層の第二主表面とともに放熱用金属部材により覆われていることを特徴とする請求項１０記載の発光素子。
【請求項１２】
前記金属ペースト層の外周縁部に一体化される形で、前記通電支持基板部の第二主表面を覆う導通経路ペースト層が形成され、前記通電支持基板部の第二主表面には、前記導通経路ペースト層とのコンタクト抵抗を減ずるコンタクト用合金化層が形成されてなることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記反射部が、前記開口部の底面をなす化合物半導体部上に成膜された反射金属層であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記化合物半導体層は前記通電支持基板部との境界位置に、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させるＤＢＲ層を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記化合物半導体層よりも前記通電支持基板部の厚さが小であることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記発光層部がＡｌＧａＩｎＰからなり、前記通電支持基板部がＧａＡｓよりなることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００１−３３９１００号公報
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００２年１０月２１日号１２４頁〜１３２頁
【０００３】
発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子に使用される材料及び素子構造は、長年にわたる進歩の結果、素子内部における光電変換効率が理論上の限界に次第に近づきつつある。従って、一層高輝度の素子を得ようとした場合、素子からの光取出し効率が極めて重要となる。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ混晶により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ（あるいはＧａＩｎＰ）活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。このようなＡｌＧａＩｎＰダブルへテロ構造は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶がＧａＡｓと格子整合することを利用して、ＧａＡｓ単結晶基板上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる各層をエピタキシャル成長させることにより形成できる。そして、これを発光素子として利用する際には、通常、ＧａＡｓ単結晶基板をそのまま素子基板として利用することも多い。しかしながら、発光層部を構成するＡｌＧａＩｎＰ混晶はＧａＡｓよりもバンドギャップが大きいため、発光した光がＧａＡｓ基板に吸収されて十分な光取出し効率が得られにくい難点がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、成長用のＧａＡｓ基板を剥離する一方、補強用の素子基板（導電性を有するもの）を、反射用のＡｕ層を介して剥離面に貼り合わせる技術が開示されている。また、非特許文献１には、反射率の波長依存性がＡｕよりも小さいＡｌにて反射層を構成することにより、反射強度を高めるようにした発光素子が開示されている。該非特許文献１の素子構造においては、発光層部とシリコン基板からなる素子基板との間にＡｌ反射層が配置され、さらに、Ａｌ反射層とシリコン基板との間には、シリコン基板と発光層部との貼り合わせ接合を容易にするために、Ａｕ層を介在させている。具体的には、発光層部側に形成したＡｌ反射層を覆うようにＡｕ層を形成し、他方シリコン基板側にもＡｕ層を形成して、それらＡｕ層同士を密着させて貼り合わせを行なうようにしている。特許文献１及び非特許文献１のいずれの構成においても、発光層部から成長用の基板を除去した状態では発光素子チップの強度を確保できず、また、ダイシング前のウェーハの状態ではウェーハが極度に薄くなってハンドリングが非常に困難になるので、補強用の素子基板を発光層部に結合することが必須である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１及び非特許文献１の構成には次のような欠点がある。
(1)ＧａＡｓからなる成長用の基板を発光層部から除去したあと、Ａｕ層を介してシリコン基板を発光層部に貼り合せる工程が必要であり、製造工数が多くコストアップを招きやすい。
(2)シリコン基板と発光層部との間に十分な貼り合わせ強度を確保するためには、加熱しながら貼り合わせを行なう必要がある。しかし、Ａｕ層を介在させた状態で加熱を行なうと、シリコン基板あるいは反射層をなすＡｌ層と該Ａｕ層とが共晶反応や拡散合金化などの冶金的反応を起し、反射率が低下しやすくなる。
【０００６】
本発明の課題は、発光層部が反射部で覆われた構造を有しつつも、反射部をなす金属層を介してシリコン基板などの素子基板を発光層部に貼り合わせる工程が本質的に不要であり、しかも製造時のハンドリングに耐える十分な剛性も容易に確保できる発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の発光素子は、発光層部を有した化合物半導体層が光吸収性化合物半導体基板の第一主表面上にエピタキシャル成長され、該化合物半導体層の第一主表面側に光取出面が形成されるとともに、発光層部に発光駆動電圧を印加するための電極が光取出面の一部を覆う形で形成された発光素子において、上記の課題を解決するために、
光吸収性化合物半導体基板を一部切り欠く形で該光吸収性化合物半導体基板の第二主表面に開口する開口部が形成され、該開口部の周縁に残された基板部分が発光層部への通電経路として機能する通電支持基板部とされ、
開口部の内部に、発光層部からの発光光束を反射させる反射部が設けられ、その反射光束を発光層部からの直接光束と重畳させて光取出面から取り出すようにしたことを特徴とする。発光層部が例えばＡｌＧａＩｎＰにて構成される場合、そのエピタキシャル成長に使用する光吸収性化合物半導体基板（ひいては通電支持基板部）としては、ＧａＡｓ基板を使用することができる。
【０００８】
本発明の発光素子においては、発光層部（を含む化合物半導体層）のエピタキシャル成長に用いる光吸収性化合物半導体基板を、該発光層部の成長後に全て除去するのではなく、その一部を切り欠く形で該光吸収性化合物半導体基板の第二主表面に開口部を形成し、その開口部の内側に、発光層部からの発光光束を反射させる反射部を設ける。そして、開口部形成に関与しない基板部分は通電支持基板部として活用する。成長用の光吸収性化合物半導体基板の一部が発光層部への剛性付与の機能を果たせば、発光層部の第二主表面側にはシリコン基板などの導電性基板を補強目的で新たに貼り合せる必要がなくなる。特許文献１や非特許文献１と比較して、工数削減に寄与することは明らかである。そして、反射部自体は形成された開口部内に基板貼り合わせを前提とせずに配置すればよく、当然、貼り合わせ熱処理も不要なので、反射部が冶金的反応等により反射率を落とす心配もない。かくして、本発明の採用により、発光層部が反射部で覆われた構造を有しつつも、反射部をなす金属層を介してシリコン基板などの素子基板を発光層部に貼り合わせる工程が本質的に不要であり、しかも製造時のハンドリングに耐える十分な剛性も容易に確保できる発光素子が実現する。
【０００９】
開口部を形成する際には、厚さが小さければ、光吸収性化合物半導体基板の一部が開口部の底位置に残留していても差し支えない。しかし、反射率を可及的に高める観点においては、基板に由来した光吸収性の化合物半導体がなるべく開口部の底に残留していないこと、つまり、開口部が光吸収性化合物半導体基板を厚さ方向に貫通して形成され、（基板よりも光吸収性の小さい）化合物半導体層の第二主表面を開口部に露出させることが望ましい。
【００１０】
本発明の発光素子は、光取出し効率を高めるために、次のように構成することが有効である。すなわち、開口部を、光取出面の直下領域と重なる形で形成し、該開口部内にて反射部を、光取出面の直下領域と重なる形で設ける。このようにすると、光取出面の直下位置に反射部を望ませることができ、反射光束をより効率的に取り出すことができるので、発光素子全体のさらなる発光強度増加に寄与する。
【００１１】
一方、開口部を電極の直下領域と重なる形で形成し、該開口部内にて反射部を、該電極の直下領域と重なる形で設けることもできる。電極の直下領域に設けた反射部は、直上方向への反射光は電極に遮られるものの、電極外形線を見込む角度よりも小さな角度で斜めに反射される光は、電極外側の光取出領域から外部に取り出すことができ、反射光束のより効率的な取り出しに寄与する。なお、光取出面の直下領域に加え、さらに電極の直下領域にも反射部を設けることで反射光束の取出効率が一層高められることは、いうまでもない。
【００１２】
素子の発光強度を高めるには、光取出面に臨む発光層部領域に電流を一様に供給することが重要であり、特に、電極から離れた領域にも十分な電流を供給するには、発光層部と電極との間に電流拡散層を設けておくことが有効である。電流拡散層は、発光層部よりもドーパント濃度を高めた化合物半導体層として形成することができるほか、ＩＴＯ(Indiumu Tin Oxide）などの導電性酸化物層として形成することもできる。
【００１３】
上記のような電流拡散層を設ける場合、光取出面を該電流拡散層の第一主表面周縁に沿って電極を取り囲む形態で形成することができる。このようにすると、電極の周囲領域に電流を一様に供給することができ、光取出効率向上に寄与する。この場合、発光層部への通電経路を構成する通電支持基板部を、該発光層部を含む化合物半導体層の第二主表面の周縁に沿って枠状に形成し、当該枠状の通電支持基板部の内側に前記の開口部を形成することができる。枠状の通電支持基板部を設けることで、電極を取り囲む光取出面に電流を集中させることができ、発光層部を光取出に有利な領域で優先的に発光させることができるので、光取出し効率を一層向上させることができる。
【００１４】
上記の構成においては、電極の化合物半導体層の第二主表面への投影外形線を、枠状の通電支持基板部の内側に位置させることができる。そして、開口部において、該枠状の通電支持基板部の内縁と電極の投影外形線との間に位置する領域を反射部にて覆うことができる。この構造によると、電極を取り囲む光取出領域と枠状の通電支持基板部との間に形成される一定幅の領域において、反射部による反射光束を効果的に取り出すことができ、光取出し効率の更なる向上に寄与する。
【００１５】
また、電極の直下領域においては、化合物半導体層と反射部とのコンタクト抵抗を、化合物半導体層と通電支持基板部とのコンタクト抵抗よりも高くすることができる。電極の直下領域では、発光層部をいくら光らせても発光光束の多くが電極に遮られ、外部に効率よく取り出すことができない。従って、電極の直下領域で通電電流を大きくすることは得策でない。そこで上記のように、開口部により電極の直下領域に反射部を配置し、かつ、該反射部と化合物半導体層とのコンタクト抵抗を、通電支持基板部と化合物半導体層とのコンタクト抵抗よりも高くすることで、電極の直下領域に分配される通電電流を少なくすることができ、その分、光取出面の直下に位置する通電支持基板部側の発光層部領域に電流を優先的に流すことができるので、光取出効率を大幅に増加させることができる。
【００１６】
また、反射部は金属反射部とすることができる。この場合、電極の直下領域において該金属反射部を、開口部の底面をなす化合物半導体部に対し、コンタクト用合金化層を介することなく、直接接して配置することができる。電極の直下領域からコンタクト用合金化層を排除することで、化合物半導体層と反射部とのコンタクト抵抗を効果的に高めることができ、発光光束が遮光されやすい電極直下領域での発光を抑制して光取出し効率の更なる向上に寄与する。なお、開口部が、光取出面の直下領域と重なる形で形成される場合は、金属反射部の全体に対してコンタクト用合金化層を排除する構成としてもよいが、光取出面の直下領域にはコンタクト用合金化層を分散形成するようにしてもよい。この場合、金属反射部は、開口部の底面をなす化合物半導体部に対し、光取出面の直下領域においてはコンタクト用合金化層を介して接することになり、光取出面の直下領域において発光層部を、金属反射部を介して通電発光させることができる。これにより、光取出し効率がより向上する。
【００１７】
以上の構成において反射部は、開口部内に充填された金属ペースト層とすることができる。この方法によると、Ａｇペースト等の金属ペーストを塗布することにより開口部内に反射部を簡単に形成することができる。さらに、開口部の内側空間を、伝熱性の高い金属ペーストで充填することにより、発光層部の放熱を促進でき、通電による発光層部の温度上昇が抑制されるので、素子の長寿命化を図ることができる。この場合、通電支持基板部の第二主表面を、開口部内を充填する金属ペースト層の第二主表面とともに放熱用金属部材により覆うことができる。放熱用金属部材を設けることにより発光層部の放熱をさらに促進することができる。また、金属ペースト層を結合剤に兼用させることで、放熱用金属部材の発光層部（化合物半導体層）への結合を、反射部を兼ねた金属ペースト層による貼り合わせにより簡単に行なうことができる。放熱用金属部材は、熱伝導率がなるべく高い金属で構成することが望ましく、具体的にはＡｌ又はＣｕのいずれかを主成分（５０質量％以上；１００質量％含む）とする金属で構成するとよい。具体的には、Ａｌ金属板ないしＣｕ金属板を用いることで、高性能の放熱用金属部材を安価に構成することができる。また、Ｃｕ−Ｗ合金は熱容量も高く、放熱性に特に優れた効果を発揮する。
【００１８】
また、金属ペースト層の外周縁部に一体化される形で、通電支持基板部の第二主表面を覆う導通経路ペースト層を形成し、通電支持基板部の第二主表面には、導通経路ペースト層とのコンタクト抵抗を減ずるコンタクト用合金化層を形成することができる。この構成によると、開口部が形成された化合物半導体層の第二主表面側に金属ペースト層を、通電支持基板部の形成領域とともに一括して塗付すればよく、反射部を兼ねた金属ペースト層の形成をより簡便に行なうことができる（導通経路ペースト層は開口部を充填する金属ペーストと同一の金属ペーストで形成される）。しかも、通電支持基板部の第二主表面にはコンタクト用合金化層が形成され、該コンタクト用合金化層を覆うように金属ペースト層の導通経路ペースト層が形成されるので、通電支持基板部と放熱用金属部材との間で、コンタクト用合金化層と導通経路ペースト層とを介して容易に通電でき、素子の直列抵抗の低減にも寄与する。
【００１９】
他方、反射部は、開口部の底面をなす化合物半導体部上に成膜された反射金属層とすることができる。この構成は、蒸着やスパッタなどの成膜工程が必要になるが、反射金属層の平滑性が高められるので、より反射率の高い反射部を得ることができる。
【００２０】
また、化合物半導体層は通電支持基板部との境界位置には、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層を設けることもできる。ＤＢＲ層は通電支持基板部上にエピタキシャル成長可能であり、光取出面直下に位置する発光層部のうち、光吸収性の通電支持基板部直上に位置する領域であっても、反射光束を効果的に発生させることができ、ひいては光取出し効率をさらに高めることが可能となる。
【００２１】
なお、通電支持基板部は化合物半導体層よりも厚さを小とすることにより、発光素子のチップ部分の低背化を図ることができ、ひいては素子の小型化に寄与する。また、通電支持基板部の厚みが減じられることで、開口部形成により通電断面積が減少しているにもかかわらず、素子の直列抵抗が増加しにくくなり、発光効率向上に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態である発光素子１００を模式的に示すものである。発光素子１００は、発光層部２４を有した化合物半導体層４０が光吸収性化合物半導体基板１の第一主表面上にエピタキシャル成長されている。そして、化合物半導体層４０の第一主表面側に光取出面ＥＡが形成されるとともに、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための電極９が光取出面ＥＡの一部を覆うように形成されている。そして、光吸収性化合物半導体基板１を一部切り欠く形で該光吸収性化合物半導体基板１の第二主表面に開口する開口部１ｊが形成され、該開口部１ｊの周縁に残された基板部分が発光層部２４への通電経路として機能する通電支持基板部とされている（以下、通電支持基板部１という）。そして、開口部１ｊの内部に、発光層部２４からの発光光束を反射させる反射部１７ｂが設けられ、その反射光束ＲＢが発光層部２４からの直接光束ＤＢと重畳させて光取出面ＥＡから取り出される。
【００２３】
発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、第一導電型クラッド層、本実施形態ではｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層６と、前記第一導電型クラッド層とは異なる第二導電型クラッド層、本実施形態ではｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層４とにより挟んだ構造を有し、活性層５の組成に応じて、発光波長を、緑色から赤色領域（発光波長（ピーク発光波長）が５５０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下）にて調整できる。発光素子１００においては、電極９にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、通電支持基板部１側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、通電極性は電極９が正である。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。また、通電支持基板部１はＧａＡｓ単結晶からなる。
【００２４】
また、化合物半導体層４０においては、発光層部２４の第一主表面上に、ＧａＰ（あるいはＧａＡｓＰやＡｌＧａＡｓでもよい）よりなる電流拡散層２０が形成され、該電流拡散層２０の第一主表面の略中央に前述の電極９（例えばＡｕ電極）が形成されている。電流拡散層２０は、発光層部２４（ｐ型クラッド層６）よりも有効キャリア濃度（従って、ｐ型ドーパント濃度）が高められている。電流拡散層２０の第一主表面における、電極９の周囲の領域が光取出面ＥＡをなす。他方、通電支持基板部１側においては、開口部１ｊが該基板部１を厚さ方向に貫通して形成され、化合物半導体層４０の第二主表面、ここでは発光層部２４（ｎ型クラッド層４）の第二主表面が開口部１ｊに露出している。
【００２５】
上記の開口部１ｊは、電極９の直下領域ＳＡと重なる形で形成されている。本実施形態では、電極９の直下領域ＳＡが開口部１ｊの内側に包含され、直下領域ＳＡの全体が開口部１ｊの領域と重なっている。そして、該直下領域ＳＡにおいて、化合物半導体層４０と反射部１７ｂとのコンタクト抵抗が、化合物半導体層４０と通電支持基板部１とのコンタクト抵抗よりも高く設定されている。
【００２６】
本実施形態においては、反射部１７ｂは金属反射部とされている（以下、金属反射部１７ｂという）。そして、電極９の直下領域ＳＡにおいて該金属反射部１７ｂが、開口部１ｊの底面をなす化合物半導体部（ここでは、発光層部２４のｎ型クラッド層４）に対し、コンタクト用合金化層を介することなく、直接接して配置されている。電極９の直下領域ＳＡからコンタクト用合金化層を排除することで、化合物半導体層４０と反射部１７ｂとのコンタクト抵抗が高められている。図１において反射部１７ｂは、開口部１ｊ内に充填された金属ペースト層（以下、金属ペースト層１７ｂという）である。そして、通電支持基板部１の第二主表面は、開口部１ｊ内を充填する金属ペースト層１７ｂの第二主表面とともに放熱用金属部材１９（例えばＣｕ板ないしＡｌ板）により覆われている。金属ペースト層１７ｂは、放熱用金属部材１９を発光層部２４（化合物半導体層４０）に結合する結合層と、反射部とに兼用されるものであり、Ａｇ等の金属粉末を結合用の樹脂及び溶剤からなるビヒクル中に分散させた金属ペーストを塗付後、乾燥させることにより形成されるものである。
【００２７】
金属ペースト層１７ｂの外周縁部には、これと一体化される形で、通電支持基板部１の第二主表面を覆う導通経路ペースト層（金属ペーストからなる）１７ａが形成されている。そして、通電支持基板部１の第二主表面には、導通経路ペースト層１７ａとのコンタクト抵抗を減ずるコンタクト用合金化層１６が形成されている。コンタクト用合金化層は、Ａｕ又はＡｇを主成分として（５０質量％以上）、これに、コンタクト先となる半導体の種別及び導電型に応じ、オーミックコンタクトを取るためのコンタクト用合金成分を適量配合したコンタクト用金属を半導体表面上に膜形成した後、合金化熱処理（いわゆるシンター処理）を施すことにより形成されたものである。本実施形態では、ｎ型ＧａＡｓからなる通電支持基板部１上に、ＡｕＧｅＮｉ合金（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％、残部Ａｕ）を用いたコンタクト用合金化層１６が形成されている。
【００２８】
また、本実施形態において開口部１ｊは、光取出面ＥＡの直下領域ＰＡとも重なりを有しており、該開口部１ｊ内に金属反射部（金属ペースト層）１７ｂが、光取出面ＥＡの直下領域ＰＡと重なる形で設けられている。前述のごとく、発光層部２４と電極９との間には電流拡散層２０が設けられており、光取出面ＥＡは、該電流拡散層２０の第一主表面周縁に沿って電極９を取り囲む形態で形成されている。そして、発光層部２４への通電経路を構成する通電支持基板部１は、該発光層部２４を含む化合物半導体層４０の第二主表面の周縁に沿って枠状に形成され、当該枠状の通電支持基板部１の内側に開口部１ｊが形成されている。また、電極９の化合物半導体層４０の第二主表面への投影外形線ＫＬは、枠状の通電支持基板部１の内側に位置するように、電極９と開口部１ｊとの形成位置及び領域寸法が定められている。そして、開口部１ｊにおいて、該枠状の通電支持基板部１の内縁と電極９の投影外形線ＫＬとの間に位置する領域ＰＡが、金属反射部（金属ペースト層）１７ｂにて覆われている。なお、図５及び図６に示すように、開口部１ｊの内側には、枠状の通電支持基板部１をさらに補強するための、補助通電支持基板部１ｗを設けることができる。本実施形態では、補助通電支持基板部１ｗを、開口部１ｊを複数個に仕切る形で直線状に形成している。図５は、補助通電支持基板部１ｗを、通電支持基板部１の対辺間をつなぐ十字状に形成した例であり、図６は、同じく通電支持基板部１の対角間をつなぐＸ字状に形成した例である。
【００２９】
開口部１ｊ内においては、コンタクト用合金化層を完全に排除する構成としてもよいし、光取出面ＥＡの直下領域ＰＡにはコンタクト用合金化層２１を分散形成するようにしてもよい（コンタクト用合金化層１６と材質は同じである）。この場合、金属反射部１７ｂは、開口部１ｊの底面をなす化合物半導体部４に対し、光取出面ＥＡの直下領域ＰＡにおいてはコンタクト用合金化層２１を介して接することになり、光取出面ＥＡの直下領域ＰＡにおいて発光層部２４を、金属反射部１７ｂを介して通電発光させることができる。他方、通電支持基板部１の第二主表面に形成されるコンタクト用合金化層１６は、光反射にあまり寄与しないため、導通経路ペースト層１７ａとのコンタクト抵抗低減を優先して、通電支持基板部１の第二主表面の全面を覆うように形成される。他方、開口部１ｊ内における光取出面ＥＡの直下領域ＰＡにコンタクト用合金化層２１を形成する場合は、コンタクト用合金化層２１の反射率が比較的低いため、該領域での反射光束を増加させる効果と、コンタクト用合金化層２１とのコンタクト抵抗を低減する効果とのバランスを考慮し、領域ＰＡの全面積に対するコンタクト用合金化層２１の形成面積の比率を１％以上２５％以下に調整することが望ましい。
【００３０】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図２の工程１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ単結晶からなる成長用基板１０を用意する。そして、工程２に示すように、その成長用基板１０の第一主表面上にＧａＡｓバッファ層２を成長し、さらに、発光層部２４として、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、ＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）５、及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６を、この順序にて周知のＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法によりエピタキシャル成長させる。続いて工程３に進み、電流拡散層２０（厚さ：５０μｍ以上２００μｍ以下（例えば１００μｍ））を、例えばハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method：ＨＶＰＥ）あるいはＭＯＶＰＥ法を用いてエピタキシャル成長する。特に、ＧａＰないしＧａＡｓＰからなる電流拡散層２０は、ＨＶＰＥ法により良質のものを高速成長しやすい利点がある。
【００３１】
そして、工程４に進み、成長用基板１０の厚さを減ずる処理を行なう。本実施形態では該処理を、成長用基板１０の第二主表面側部分１”を研削により除去し、残った基板部分を基板本体部１’としている。その後、図３の工程５に進み、基板本体部１’の第二主表面側に残留している加工変質層を化学エッチングにより除去する。
【００３２】
工程６に進み、基板本体部１’の第二主表面の通電支持基板部１として予定された領域に、ＡｕＧｅＮｉ合金からなるコンタクト金属層１６’を形成する。また、電流拡散層２０の第一主表面には、電極９を形成する。コンタクト金属層１６’は、開口部１ｊを形成するためのエッチングマスクの役割を兼用しており、蒸着あるいはスパッタリングにより周知のフォトリソグラフィー技術を用いて形成される。ただし、コンタクト金属層１６’の表面を、感光性樹脂からなるエッチングレジスト層にて覆うようにしてもよい。次いで、工程７に示すように、ＧａＡｓからなる基板本体部１’の該コンタクト金属層１６’の内側に露出する部分およびＧａＡｓバッファ層２をエッチングすることにより開口部１ｊを形成する。該開口部１ｊの形成により、基板本体部１’は枠状の通電支持基板部１となり、発光層部２４は露出面１８を開口部１ｊ内に形成する。そして、３５０℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、コンタクト金属層１６’を通電支持基板部１と合金化してコンタクト合金化層１６とし、発光素子チップ３０ｃが得られる。
【００３３】
ここで、開口部１ｊの内側（工程７で生ずる露出面１８）において、電極９の直下領域ＳＡにはコンタクト用合金化層２１を形成しない。また、枠状の通電支持基板部１の直上領域と、電極９の直下領域ＳＡとの間に挟まれた領域ＰＡには、コンタクト用合金化層２１を例えば散点状に分散形成することができる。
【００３４】
図４に示すように、成長用基板１０上には、上記開口部１ｊすなわち発光素子チップ３０ｃが複数個マトリックス状に配列した形で一括形成される。このとき、通電支持基板部１は、隣接した発光素子チップ３０ｃ同士のものが一体化されているので、その幅方向中央位置に設定された切断線ＣＬに沿って切断することにより、個々の発光素子チップ３０ｃに分離される。そして、分離後の発光素子チップ３０ｃの第二主表面側には、開口部１ｊが充填され、かつ通電支持基板部１の第二主表面が覆われるように金属ペーストが塗付され、金属ペースト層１７ｂと導通経路ペースト層１７ａとが一括形成される。そして、図３の工程８に示すように、それら金属ペースト層１７ｂと導通経路ペースト層１７ａとを介して放熱用金属部材１９を貼り合わせれば、図１の発光素子１００が得られる。
【００３５】
上記発光素子１００の成長用基板１０は、光吸収性化合物半導体であるＧａＡｓにて要部が構成されるが、これを発光層部２４の成長後に全て除去するのではなく、厚さを減じて基板本体部１’とした後に、その一部切り欠く形で開口部１ｊを形成し、その開口部１ｊ内を、反射部をなす金属ペースト層１７ｂにて充填する。そして、開口部１ｊ形成に関与しない基板部分は通電支持基板部１となり、発光層部２４への剛性付与の機能を果たす。従って、特許文献１や非特許文献１のように、発光層部２４の第二主表面側にはシリコン基板などの導電性基板を補強目的で新たに貼り合せる必要がなくなる。また、金属ペースト層１７ｂを形成後には、シンター熱処理等の高温熱処理が実施されないので、金属ペースト層１７ｂが冶金的反応等により反射率を落とす心配もない。
【００３６】
また、本実施形態では、電極９を取り囲む形態で光取出面ＥＡを形成し、通電支持基板部１を光取出面ＥＡに対応した枠状に形成しているので、電極９を取り囲む光取出面ＥＡに電流を集中させることができ、発光層部２４を光取出に有利な領域で優先的に発光させることができる。また、電極９と枠状の通電支持基板部１との間に形成される一定幅の領域ＰＡに金属ペースト層１７ｂを臨ませてあり、該領域ＰＡが存在するので反射光束ＲＢが電極９により遮られることが効果的に防止される。さらに、電極９の直下領域ＳＡからは、コンタクト用合金化層が排除されており、化合物半導体層４０と反射部１７ｂとのコンタクト抵抗が高められるので、発光光束が遮光されやすい電極９の直下領域ＳＡでの発光が抑制され、光取出し効率の更なる向上に寄与している。さらに、通電支持基板部１の第二主表面には、金属ペースト層１７ｂを介して放熱用金属部材１９により覆われており、通電による発光層部２４の温度上昇が抑制される。
【００３７】
以下、本発明の発光素子の変形例について説明する（図１の発光素子との共通部分には同一の符号を付与して詳細な説明は省略する）。まず、図９は、コンタクト用合金化層２１を電極９の該直下領域ＳＡにも配置した例である。電極９の直下での発光光束は、電極９にて一部遮られるが、直下領域ＳＡに存在する反射部（金属ペースト層１７ｂ）での斜め方向への反射光を大きくできる場合（例えば電流拡散層２０をある程度厚く形成した場合など）には、素子全体としての光取出し効率を向上できる場合がある。他方、図１０のように、開口部１ｊ内の領域にコンタクト用合金化層を全く形成しない構成も可能である。この場合は、通電支持基板部１の領域が主たる電流通路を構成するが、電流拡散層２０がある程度厚ければ、発光層部２４において通電支持基板部１の内側、つまり開口部１ｊの領域（特に、光取出面ＥＡの直下領域ＰＡ）への回りこみ電流の発生も期待できる。コンタクト用合金化層の表面は反射率が多少低下するが、図１０のように、前記コンタクト用用合金化層が光取出面ＥＡの直下領域ＰＡから省略されていれば、該領域での反射効率をより高めることができ、素子全体としての光取出し効率を向上できる場合がある。
【００３８】
次に、図７の発光素子２００においては、反射部が、開口部１ｊの底面をなす化合物半導体部上、ここでは発光層部２４（ｎ型クラッド層４）上に成膜された反射金属層３１（例えば、Ａｕ、ＡｇあるいはＡｌのいずれかを主成分とするものである）とされている。なお、通電支持基板部１の第二主表面側は、コンタクト用合金化層１６を介して裏面電極３２にて覆われているが、これを反射金属層３１と同材質（例えばＡｕ）とすることで、裏面電極３２と反射金属層３１とを一括形成できる利点がある。一方、図８の発光素子３００のように、発光層部２４と通電支持基板部１との境界位置に、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させるＤＢＲ層３０が設けられている（ＤＢＲ層３０が設けられている以外は、図７と同じ構成である）。ＤＢＲ層３０は通電支持基板部１上にエピタキシャル成長可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の発光素子の第一実施形態を示す断面模式図及び平面投影図。
【図２】図１の発光素子の製造方法の一例を示す工程説明図。
【図３】図２に続く工程説明図。
【図４】発光素子チップの切断線の設定例を示す模式図。
【図５】補助通電支持基板部の第一の形成形態を示す模式図。
【図６】補助通電支持基板部の第二の形成形態を示す模式図。
【図７】本発明の発光素子の第二実施形態を示す断面模式図。
【図８】本発明の発光素子の第三実施形態を示す断面模式図。
【図９】本発明の発光素子の第四実施形態を示す断面模式図。
【図１０】本発明の発光素子の第五実施形態を示す断面模式図。
【符号の説明】
【００４０】
１００，２００，３００  発光素子
ＥＡ  光取出面
１  通電支持基板部
１ｊ  開口部
１６  コンタクト用合金化層
１７ａ  導通経路ペースト層
１７ｂ  金属ペースト層（反射部）
１９  放熱用金属部材
２０  電流拡散層
２４  発光層部
４０  化合物半導体層
【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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