(57)【要約】【課題】ワイヤーボンディングをすることなくパッケージングが可能な半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に順次に積層された第１電極層、第１絶縁層、第２電極層、第２半導体層、活性層及び第１半導体層と、基板を貫通して、第１電極層と電気的に接続する第１コンタクトと、基板、第１電極層及び第１絶縁層を貫通して、第２電極層と電気的に接続する第２コンタクトと、を備え、第２電極層、第２半導体層及び活性層を貫通するコンタクトホールが形成され、第１電極層は、コンタクトホールを介して、第１半導体層と電気的に連結される半導体発光素子を提供する。【選択図】図１Ａ
2012019217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に順次に積層された第１電極層、第１絶縁層、第２電極層、第２半導体層、活性層及び第１半導体層と、
前記基板を貫通して、前記第１電極層と電気的に接続する第１コンタクトと、
前記基板、前記第１電極層及び前記第１絶縁層を貫通して、前記第２電極層と電気的に接続する第２コンタクトと、
を備え、
前記第２電極層、前記第２半導体層及び前記活性層を貫通するコンタクトホールが形成され、
前記第１電極層は、前記コンタクトホールを介して、前記第１半導体層と電気的に連結される半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２コンタクトと前記第１電極層とを絶縁する絶縁層を更に備え、
前記第１絶縁層は、前記コンタクトホールの内部と、前記第２電極層、前記第２半導体層及び前記活性層とを更に絶縁する
請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記コンタクトホールを複数備え、
前記第１電極層は、前記基板の上面全体に渡って形成され、
前記第２電極層は、前記第１絶縁層の上面全体に渡って形成される
請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記コンタクトホールの内部において、前記第１半導体層及び前記第１電極層を電気的に接続する、前記コンタクトホールの底面よりも直径の小さい柱状のコンタクト層を更に備え、
前記コンタクト層および前記コンタクトホールの側壁の間に絶縁材料が充填される
請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記コンタクトホールは、前記第１半導体層側の開口の直径が、前記第１電極層側の直径よりも小さいテーパー形状を有する
請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１電極層は、前記コンタクト層と接続する接続部分を有し、
前記コンタクト層および前記接続部分の境界において、前記コンタクト層の直径は、前記接続部分の直径よりも小さい
請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２コンタクトは、前記第１電極層および前記基板の間に延伸する
請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第２電極層は、前記活性層から発生した光を反射させる反射層であることを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第２電極層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ｓｎ、それらの酸化物またはそれらの混合物で構成されたグループから選択された少なくともいずれか一つの物質で形成されていることを特徴とする請求項３から８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記基板は、アルミナ、窒化アルミニウム、サファイア及びポリマーのうちのいずれか一つの物質で形成された非導電性基板であることを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記基板は導電性基板であり、前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトが形成された貫通ホールの内周面に第３絶縁層が形成されたことを特徴とする請求項３から１０のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記基板は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＡｌ含有Ｓｉから選択されたいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記コンタクトホールは、前記第１電極層の上面全体に渡って、一定間隔で形成される
請求項３から１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
第１半導体層、活性層、第２半導体層を順次に形成するステップと、
前記第２半導体層および前記活性層を貫通し、前記第１半導体層を露出させるコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールに、前記第１半導体層と連結されるように、コンタクト層を形成するステップと、
前記第２半導体層上に、前記コンタクトホールを取り囲み、且つ、前記コンタクト層と絶縁された第２電極層を形成するステップと、
前記第２電極層上に、第１絶縁層を形成するステップと、
前記第１絶縁層を貫通する部分を有し、前記コンタクト層と連結された第１電極層を形成するステップと、
基板を前記第１電極層上に接合するステップと
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記コンタクト層を形成するステップにおいて、複数の前記コンタクトホールおよび前記コンタクト層を形成し、
前記第２電極層を形成するステップにおいて、前記第２半導体層の上面全体に渡って前記第２電極層を形成し、
前記第１電極層を形成するステップにおいて、前記第１絶縁層の上面全体に渡って前記第１電極層を形成する
請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記コンタクトホールの形成ステップは、
前記コンタクトホールの内面に第２絶縁層を形成するステップと、
前記コンタクトホールの底部の前記第２絶縁層をエッチングして、前記第１半導体層を露出させるステップと、をさらに含み、
前記コンタクト層の形成ステップは、前記露出された第１半導体層上に、前記コンタクト層を形成するステップであることを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第２電極層を形成するステップは、
前記第２半導体層上に第３絶縁層を形成するステップと、
前記コンタクトホール以外の領域における前記第３絶縁層を除去して、前記第２半導体層を露出させるステップと、
前記露出された第２半導体層上に、前記第２電極層を形成するステップと、を含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１電極層の形成ステップは、
前記コンタクト層を露出させるように、前記第１絶縁層をエッチングするステップと、
露出された前記コンタクト層を覆うように、前記第１電極層を形成するステップと、を含むことを特徴とする請求項１５から１７のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記基板の露出面から前記第１電極層と連結される第１貫通ホール、及び前記第２電極層と連結される第２貫通ホールを形成するステップと、
前記第１貫通ホールと前記第２貫通ホールに、前記第１電極層と前記第２電極層とにそれぞれ連結される第１コンタクト及び第２コンタクトを形成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項１５から１８のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記基板を前記第１電極層上に接合するステップの前に、
前記基板に、前記第１電極層と連結される第１貫通ホール、及び前記第２電極層と連結される第２貫通ホールを形成するステップと、
前記第１貫通ホールと前記第２貫通ホールとをそれぞれメタルで満たして、前記第１電極層と前記第２電極層とにそれぞれ連結される第１コンタクト及び第２コンタクトを形成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項１５から１８のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第２貫通ホールを形成するステップは、
前記第２貫通ホールの内周に第４絶縁層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の複数の半導体発光素子と、
前記複数の半導体発光素子が実装された回路基板と、
前記回路基板を介して前記半導体発光素子に電力を供給する配線部と
を備える照明装置。
【請求項２３】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の複数の半導体発光素子と、
前記複数の半導体発光素子が照射する光が内部に入射され、当該光を光射出面から出射する導光板と
を備えるバックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、照明装置及びバックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード等の半導体発光素子は、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層及び活性層を有し、活性層における電子と正孔との再結合により発光する。発光ダイオードは、外部回路から電子及び正孔を活性層に供給する複数の電極を有する（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１  特開２００９−８８５２１号公報
特許文献２  特開平６−１５１９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プリント基板等にフリップチップ実装される発光素子は、複数の電極が半導体発光素子の同一面上に設けられる。具体的には、ｐ型半導体層および活性層をエッチングした領域にｎ型電極を設け、エッチングしないｐ型半導体層にｐ型電極を設ける。つまり、ｎ型電極およびｐ型電極は、それぞれ重ならないように異なる領域に形成される。このため、ｎ型電極およびｐ型電極を設ける位置が制限される。
【０００４】
ここで、ｎ型電極を複数設けて、ｎ型半導体層における電流拡散を均等化することが考えられる。しかし、ｎ型電極を設ける位置が制限されるので、ｎ型半導体層における電流拡散を均等化することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様においては、基板上に順次に積層された第１電極層、第１絶縁層、第２電極層、第２半導体層、活性層及び第１半導体層と、基板を貫通して、第１電極層と電気的に接続する第１コンタクトと、基板、第１電極層及び第１絶縁層を貫通して、第２電極層と電気的に接続する第２コンタクトと、を備え、第２電極層、第２半導体層及び活性層を貫通するコンタクトホールが形成され、第１電極層は、コンタクトホールを介して、第１半導体層と電気的に連結される半導体発光素子を提供する。
【０００６】
本発明の第２の態様においては、基板上に順次に積層された第１電極層、第１絶縁層、第２電極層、第２半導体層、活性層及び第１半導体層と、基板を貫通して、第１電極層と電気的に接続する第１コンタクトと、基板、第１電極層及び第１絶縁層を貫通して、第２電極層と電気的に接続する第２コンタクトと、を備え、第１電極層は、第２電極層、第２半導体層及び活性層を貫通するコンタクトホールを介して第１半導体層と電気的に連結され、第１絶縁層は、コンタクトホールを取り囲み、第１電極層を第２電極層から絶縁することを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【０００７】
上記の半導体発光素子は、コンタクトホールを複数備え、複数のコンタクトホールのそれぞれは、第１電極層で満たされていてもよい。半導体発光素子は、例えば、第２コンタクトの外周に、少なくとも第２コンタクトと第１電極層とを絶縁する第２絶縁層をさらに備える。第２電極層は、例えば、活性層から発生した光を反射させる反射層である。一例として、第２電極層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ｓｎ、それらの酸化物またはそれらの混合物で構成されたグループから選択された少なくともいずれか一つの物質で形成されている。
【０００８】
上記の基板は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、サファイア及びポリマーのうちのいずれか一つの物質で形成された非導電性基板である。基板が導電性基板であり、第１コンタクト及び第２コンタクトが形成された貫通ホールの内周面に第３絶縁層が形成されていてもよい。この場合には、例えば、基板は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＡｌ含有Ｓｉから選択されたいずれか一つを含む。
【０００９】
本発明の第３の態様においては、基板上に順次に積層された第１電極層、第１絶縁層、第２電極層、第２半導体層、活性層及び第１半導体層と、第１電極層の一部の領域上に形成された第１電極パッドと、第１電極層の残りの領域上に形成された第２絶縁層と、第２電極層、及び、第２絶縁層における第１電極層に接する面以外の面に接する第２電極パッドと、基板を貫通して、第１電極パッドと電気的に連結された第１コンタクトと、基板を貫通して、第２電極層と通電する第２コンタクトと、を備え、第１電極層は、第２電極層、第２半導体層及び活性層を貫通するコンタクトホールを満たして、第１半導体層と電気的に連結され、第１絶縁層は、コンタクトホールを取り囲み、第１電極層を第２電極層から絶縁することを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【００１０】
上記の半導体発光素子は、コンタクトホールを複数備え、複数のコンタクトホールのそれぞれは、第１電極層で満たされていてよい。第２電極層は、例えば、活性層から発生した光を反射させる反射層である。一例として、第２電極層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ｓｎ、それらの酸化物またはそれらの混合物で構成されたグループから選択された少なくともいずれか一つの物質で形成されている。
【００１１】
上記の基板は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、サファイア及びポリマーのうちのいずれか一つの物質で形成された非導電性基板である。基板が導電性基板であり、第１コンタクト及び第２コンタクトが形成された貫通ホールの内周面に第３絶縁層が形成されていてもよい。この場合には、例えば、基板は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＡｌ含有Ｓｉから選択されたいずれか一つを含む。
【００１２】
本発明の第４の態様においては、第１基板上に、第１半導体層、活性層、第２半導体層を順次に形成するステップと、第２半導体層を貫通し、第１半導体層を露出させるコンタクトホールを形成し、コンタクトホールに、第１半導体層と連結されるように、コンタクト層を形成するステップと、第２半導体層上に、コンタクトホールを取り囲む第２電極層を形成するステップと、第２電極層上に、第１絶縁層を形成するステップと、第１絶縁層上に、コンタクト層と連結された第１電極層を形成するステップと、第２基板を第１電極層上に接合し、第１基板を除去するステップと、第２基板の露出面から第１電極層と連結される第１貫通ホール、及び第２電極層と連結される第２貫通ホールを形成するステップと、第１貫通ホールと第２貫通ホールとをそれぞれメタルで満たして、第１電極層と第２電極層とにそれぞれ連結される第１コンタクト及び第２コンタクトを形成するステップと、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００１３】
一例として、コンタクトホールの形成ステップは、コンタクトホールの内面に、第１コンタクトと第２半導体層とを絶縁する第２絶縁層を形成するステップと、コンタクトホールの底部の第２絶縁層をエッチングして、第１半導体層を露出させるステップと、をさらに含み、コンタクト層の形成ステップは、露出された第１半導体層上に、コンタクト層を形成するステップである。コンタクトホール及びコンタクト層の形成ステップは、複数のコンタクトホールと複数のコンタクト層とを形成するステップであってもよい。
【００１４】
第２電極層を形成するステップは、例えば、第２半導体層上に第３絶縁層を形成するステップと、コンタクトホール以外の領域における第３絶縁層を除去して、第２半導体層を露出させるステップと、露出された第２半導体層上に、第２電極層を形成するステップと、を含む。第１電極層の形成ステップは、例えば、コンタクト層を露出させるように、第１絶縁層をエッチングするステップと、露出されたコンタクト層を覆うように、第１電極層を形成するステップと、を含む。第２貫通ホールを形成するステップは、第２貫通ホールの内周に第４絶縁層を形成するステップをさらに含んでもよい。
【００１５】
本発明の第５の態様においては、第１基板上に、第１半導体層、活性層、第２半導体層を順次に積層するステップと、第２半導体層を貫通し、第１半導体層を露出させるコンタクトホールを形成し、コンタクトホールに、第１半導体層と連結されるように、コンタクト層を形成するステップと、第２半導体層上に、コンタクトホールを取り囲む第２電極層を形成するステップと、第２電極層上に第１絶縁層を形成するステップと、第１絶縁層上に、コンタクト層と連結された第１電極層を形成するステップと、第２基板に、第１電極層と連結される第１貫通ホール、及び第２電極層と連結される第２貫通ホールを形成するステップと、第１貫通ホールと第２貫通ホールとをそれぞれメタルで満たして、第１電極層と第２電極層とにそれぞれ連結される第１コンタクト及び第２コンタクトを形成するステップと、第１電極層の露出された表面において、第１電極層から絶縁され、第２電極層に連結される第３コンタクトを形成するステップと、第３コンタクトと第２コンタクトとが接触するように、第２基板を第１電極層上に接合するステップと、第１基板を除去するステップと、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００１６】
コンタクトホールの形成ステップは、例えば、コンタクトホールを覆う第３絶縁層を形成するステップと、コンタクトホールの底部の第３絶縁層をエッチングして、第１半導体層を露出させるステップと、をさらに含み、コンタクト層の形成ステップは、露出された第１半導体層上にコンタクト層を形成するステップである。コンタクトホール及びコンタクト層の形成ステップは、例えば、複数のコンタクトホールと複数のコンタクト層とを形成するステップである。
【００１７】
第２電極層の形成ステップは、第２半導体層上に第４絶縁層を形成するステップと、コンタクトホールを取り囲む第４絶縁層を除去して、第２半導体層を露出させるステップと、露出された第２半導体層上に、第２電極層を形成するステップと、を含んでよい。第１電極層の形成ステップは、コンタクト層を露出させるように、第１絶縁層をエッチングするステップと、露出されたコンタクト層を覆うように、第１電極層を形成するステップと、を含んでもよい。
【００１８】
本発明の第６の態様においては、第１基板上に、第１半導体層、活性層、第２半導体層、第２電極層を順次に形成するステップと、第２電極層から第１半導体層を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、第２電極層上に、コンタクトホールを覆う第１絶縁層を形成するステップと、コンタクトホールの底部の第１絶縁層をエッチングして、第１半導体層を露出させるステップと、露出された第１半導体層と接触する第１電極層を形成するステップと、第２基板を第１電極層上に接合し、第１基板を除去するステップと、第２基板の露出面から第１電極層と連結される第１貫通ホール、及び第２電極層と連結される第２貫通ホールを形成するステップと、第１貫通ホールと第２貫通ホールとをそれぞれメタルで満たして、第１電極層と第２電極層とにそれぞれ連結される第１コンタクト及び第２コンタクトを形成するステップと、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００１９】
本発明の第７の態様においては、第１基板上に、第１半導体層、活性層、第２半導体層を順次に形成するステップと、第２半導体層及び活性層を貫通して第１半導体層を露出させるコンタクトホールを形成し、コンタクトホールに、第１半導体層と連結されるコンタクト層を形成するステップと、第２半導体層上に、コンタクトホールを取り囲む第２電極層を形成するステップと、第２電極層上に第１絶縁層を形成するステップと、第１絶縁層上における、第２電極層上の第１領域を除く第２領域に、コンタクト層と連結された第１電極層を形成するステップと、第１電極層の少なくとも一部を覆う第２絶縁層を形成するステップと、第２電極層上の第１領域において第２電極層と連結され、かつ、第２絶縁層上に延伸する第２電極パッドを形成するステップと、第２電極パッドと離隔され、かつ、第１電極層と連結される第１電極パッドを形成するステップと、第２基板に互いに離隔された貫通ホールをメタルで満たして、第１コンタクト及び第２コンタクトを形成するステップと、第２基板を、第１コンタクト及び第２コンタクトがそれぞれ第１電極パッド及び第２電極パッドと連結されるように接合するステップと、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００２０】
上記の製造方法において、コンタクトホールの形成ステップは、コンタクトホールを覆う第４絶縁層を形成するステップと、コンタクトホールの底部の第４絶縁層をエッチングして、第１半導体層を露出させるステップと、をさらに含み、コンタクト層の形成ステップは、露出された第１半導体層上に、コンタクト層を形成するステップであってもよい。２電極層の形成ステップは、第２半導体層上に第５絶縁層を形成するステップと、コンタクトホールを取り囲む第５絶縁層を除去して、第２半導体層を露出させるステップと、露出された第２半導体層上に、第２電極層を形成するステップと、を含んでもよい。第１電極層の形成ステップは、コンタクト層を露出させるように、第１絶縁層をエッチングするステップと、露出されたコンタクト層を覆うように、第１電極層を形成するステップと、を含んでもよい。
【００２１】
本発明の第８の態様においては、第１基板上に、第１半導体層、活性層、第２半導体層、第２電極層を順次に形成するステップと、第２電極層、第２半導体層及び活性層を貫通し、第１半導体層を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、第２電極層上に、コンタクトホールの内周を覆う第１絶縁層を形成するステップと、コンタクトホールの底部の第１絶縁層をエッチングして、第１半導体層を露出させるステップと、第１絶縁層上における、第２電極層上の第１領域を除く第２領域に、第１半導体層と連結された第１電極層を形成するステップと、第１電極層の少なくとも一部を覆う第２絶縁層を形成するステップと、第２電極層上の第１領域において第２電極層と連結され、かつ、第２絶縁層上に延伸する第２電極パッドを形成するステップと、第２電極パッドと離隔され、かつ、第１電極層と連結される第１電極パッドを形成するステップと、第２基板に互いに離隔された貫通ホールをメタルで満たして、第１コンタクト及び第２コンタクトを形成するステップと、第２基板を、第１コンタクト及び第２コンタクトがそれぞれ第１電極パッド及び第２電極パッドと連結されるように接合するステップと、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００２２】
本発明の第９の態様においては、複数の上記の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子が実装された回路基板と、回路基板を介して半導体発光素子に電力を供給する配線部とを備える照明装置を提供する。
【００２３】
本発明の第１０の態様においては、複数の上記の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子が照射する光が内部に入射され、当該光を光射出面から出射する導光板とを備えるバックライトを提供する。
【００２４】
本発明の第１１の態様においては、第１伝導型の不純物がドープされた第１半導体層と、第１半導体層上に設けられている活性層と、活性層上に設けられている、第１伝導型と反対の伝導型である第２伝導型の不純物がドープされた第２半導体層と、第２半導体層及び活性層を貫通して、第１半導体層に電気的に結合された第１導電体と、第２半導体層と電気的に結合された第２導電体と、第１導電体に接する領域を有する第１導電性接合層と、第２導電体に接する領域を有する第２導電性接合層と、第１導電性接合層に接する第１導電性基板と、第２導電性接合層に接する第２導電性基板と、第１導電性基板を貫通して第１導電性接合層に接する第１電極と、第２導電性基板を貫通して第２導電性接合層に接する第２電極と、第１導電性基板と第２導電性基板とを絶縁し、かつ、第１導電性接合層と第２導電性接合層とを絶縁する絶縁隔壁とを備える半導体発光素子を提供する。
【００２５】
当該絶縁隔壁は、例えば、第１導電性接合層と第２導電性接合層とを絶縁する。当該発光素子において、第１電極の面積は第１導電体の面積よりも大きく、第２電極の面積は第２導電体の面積よりも大きくてよい。第１導電性接合層の面積は、第１導電体の面積及び第１電極の面積よりも大きく、第２導電性接合層の面積は、第２導電体の面積及び第２電極の面積よりも大きくてよい。第２導電体が第２半導体層に接する面積は、第１導電体が第１半導体層に接する面積よりも大きくてよい。
【００２６】
当該発光素子は、第１導電体の側面の少なくとも一部の領域に接して設けられ、第１導電体と第２導電体とを絶縁する絶縁層をさらに備えてもよい。絶縁層は、例えば、第１導電体と、第２半導体層及び活性層との間に設けられている。第１半導体層及び活性層の積層方向に垂直な水平方向における絶縁隔壁の幅は、絶縁層が第２半導体層に接する領域の幅よりも小さくてよい。
【００２７】
当該発光素子は、第１半導体層上に等間隔に設けられた複数の第１導電体を備えてもよい。当該発光素子においては、たとえば、第１半導体層にはｎ型不純物がドープされており、第２半導体層にはｐ型不純物がドープされている。第１半導体層、活性層及び第２半導体層は、例えば窒化ガリウム系化合物半導体である。
【００２８】
本発明の第１２の態様においては、成長基板上に、第１伝導型の不純物を含む第１半導体層を形成する段階と、第１半導体層上に、活性層を形成する段階と、活性層上に、第１伝導型の不純物と反対の伝導型である第２伝導型の不純物がドープされた第２半導体層を形成する段階と、第２半導体層及び活性層を貫通し、第１半導体層の一部を露出する第１開口部を形成する段階と、第１開口部に第１導電体を形成する段階と、第２半導体層上に第２導電体を形成する段階と、第１導電体上に第１導電性接合層を形成する段階と、第２導電体上に第２導電性接合層を形成する段階と、導電性基板を準備する段階と、導電性基板に、導電性基板を貫通し、かつ、第１導電性接合層に電気的に結合される第１電極と、第２導電性接合層に電気的に結合される第２電極とを形成する電極形成段階と、第１導電性接合層及び第２導電性接合層に導電性基板を接合する基板接合段階と、成長基板を除去する段階とを備える半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００２９】
当該製造方法は、基板接合段階の後に、第１導電性接合層と第２導電性接合層とを絶縁する絶縁隔壁を形成する段階をさらに備えてもよい。当該製造方法は、第１導電体と第２導電体との間を絶縁する絶縁層を形成する段階をさらに備えてもよい。絶縁隔壁を形成する段階は、導電性基板を貫通して絶縁層を露出する第２開口部を導電性基板に形成する段階と、第２開口部に絶縁物質を充填する段階とを有してよい。
【００３０】
電極形成段階において、第１電極の面積を第１導電体の面積よりも大きくしてよい。第１導電体を形成する段階は、第２半導体層の表面及び第１開口部の内面に保護層を形成する段階と、第１開口部の底部の保護層を除去して第１半導体層の一部の領域を露出する段階と、露出する段階において露出した第１半導体層に第１導電体を設ける段階とを有し、第２導電体を形成する段階は、第２半導体層の表面に形成された保護層の少なくとも一部を除去する段階と、保護層の少なくとも一部が除去された第２半導体層上に第２導電体を設ける段階とを有してよい。
【００３１】
当該製造方法において、絶縁層を形成する段階は、第１導電体、第２導電体、第１半導体層、活性層及び第２半導体層の露出された面に、絶縁物質層を塗布する段階と、絶縁物質層を塗布する段階の後に、絶縁物質層のうち、第１導電体上の領域の一部及び第２導電体上の領域の一部を除去する絶縁物質層除去段階とを有してもよい。当該製造方法は、第１電極、第２電極及び絶縁隔壁の表面を平坦化する段階をさらに備えてもよい。
【００３２】
本発明の第１３の態様においては、第１伝導型の不純物がドープされた第１半導体層、第１半導体層上に設けられている活性層、及び、活性層上に設けられている、第１伝導型と反対の伝導型である第２伝導型の不純物がドープされた第２半導体層とを備える半導体構造物と、第２半導体層上に設けられ、第１半導体層及び第２半導体層それぞれに電気的に結合される第１導電体及び第２導電体と、半導体構造物から、第１導電体及び第２導電体を絶縁する第１絶縁層と、第１導電体上を含む第１領域で第１導電体と結合された第１金属層と、第２導電体上を含む第２領域で第２導電体と結合された第２金属層と、第１絶縁層上に設けられ、かつ、第１金属層と第２金属層とを絶縁する第２絶縁層と、第１金属層上に設けられた第１電極と、第２金属層上に設けられた第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられた絶縁隔壁と、を備える半導体発光素子を提供する。
【００３３】
一例として、第１導電体は、第２半導体層及び活性層を貫通し、第１半導体層に達する少なくとも一つのコンタクトホールを通じて、第１半導体層に電気的に結合され、第１金属層は、第１導電体と電気的に結合している。第１絶縁層は、少なくとも一つのコンタクトホールの側壁に形成され、第１導電体と第２半導体層との間を絶縁してよい。
【００３４】
本発明の第１４の態様においては、成長基板上に、第１伝導型の不純物を含む第１半導体層を形成する段階と、第１半導体層上に、活性層を形成する段階と、活性層上に、第１伝導型の不純物と反対の伝導型である第２伝導型の不純物がドープされた第２半導体層を形成する段階と、第１半導体層に電気的に結合される第１導電体を形成する段階と、第２半導体層に電気的に結合される第２導電体を形成する段階と、第１導電体上の第１電極領域及び第２導電体上の第２電極領域との間に絶縁層を形成する段階と、第１電極領域における第１導電体上に第１電極を形成する段階と、第２電極領域における第２導電体上に第２電極を形成する段階と、第１電極と第２電極との間に絶縁隔壁を形成する段階と、成長基板を除去する段階と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００３５】
第１導電体及び第２導電体を形成する段階は、第２半導体層及び活性層を貫通し、第１半導体層に達する少なくとも一つのコンタクトホールを形成する段階と、第２半導体層及び少なくとも一つのコンタクトホールに保護層を形成する段階と、少なくとも一つのコンタクトホールの底部に形成された保護層を除去して、第１半導体層を露出させる段階と、第１半導体層の露出された領域に第１導電体を形成する段階と、第２半導体層の第１導電体を取り囲んだ領域を除いた残りの領域の保護層を除去する段階と、第２半導体層の保護層が除去されて露出された領域に第２導電体を形成する段階とを含んでよい。絶縁層を形成する段階は、第１導電体、第２導電体、第１半導体層、活性層及び第２半導体層の露出された面に絶縁層を塗布する段階と、絶縁層のうち、第１導電体及び第２導電体が位置した領域の一部を除去する段階とを含んでよい。
【００３６】
上記の半導体発光素子の製造方法は、第１電極を形成する段階、及び、第２電極を形成する段階は、第１電極領域と第２電極領域との間の領域にフォトレジストを形成する段階と、フォトレジストに隣接する領域に、第１電極及び第２電極を形成する段階と、フォトレジストを除去する段階とを含んでもよい。当該製造方法は、第１電極を形成する段階、及び、第２電極を形成する段階は、第１電極領域と第２電極領域とにメッキのためのシード層を形成する段階をさらに含んでもよい。当該製造方法は、第１電極、第２電極及び絶縁隔壁の上面を平坦化する段階をさらに含んでもよい。
【００３７】
本発明の第１５の態様においては、成長基板上に、第１伝導型の不純物を含む第１半導体層を形成する段階と、第１半導体層上に、活性層を形成する段階と、活性層上に、第１伝導型の不純物と反対の伝導型である第２伝導型の不純物がドープされた第２半導体層を形成する段階と、第１半導体層及び第２半導体層にそれぞれ電気的に結合される第１導電体及び第２導電体を形成する段階と、第１導電体と第２導電体とを絶縁する第１絶縁層を形成する段階と、第１絶縁層、第１導電体及び第２導電体を覆う第２絶縁層を形成する段階と、第２絶縁層をエッチングして、第１導電体の一部である第１電極領域と、第２導電体の第２電極領域とを露出させる段階と、第１電極領域及び第２電極領域にそれぞれ第１金属層と第２金属層とを形成する段階と、第１金属層上に第１電極を形成する段階と、第２金属層上に第２電極を形成する段階と、第１電極と第２電極との間の領域に絶縁物質を充填して、絶縁隔壁を形成する段階と、成長基板を除去する段階と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００３８】
上記の半導体発光素子の製造方法は、第１導電体及び第２導電体を形成する段階は、第２半導体層から第１半導体層まで少なくとも一つのコンタクトホールを形成する段階と、第２半導体層及び少なくとも一つのコンタクトホールに保護層を形成する段階と、少なくとも一つのコンタクトホールの底部に形成された保護層を除去して、第１半導体層を露出させる段階と、第１半導体層の露出された領域に第１導電体を形成する段階と、第２半導体層の第１導電体を取り囲んだ領域を除いた残りの領域の保護層を除去する段階と、第２半導体層の保護層が除去されて、露出された領域に第２導電体を形成する段階とを含んでもよい。
【００３９】
本発明の第１６の態様においては、複数の上記半導体発光素子と、半導体発光素子に電源電力を伝送する電力伝送部とを備える照明装置を提供する。本発明の第７の態様においては、複数の上記半導体発光素子と、複数の半導体発光素子が照射する光が内部に入射され、当該光を光射出面から出射する導光板とを備えるバックライトを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による半導体発光素子の概略的な断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの変形例の断面図である。
【図２】図１ＡのＩＩ−ＩＩ'線の断面図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｃ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｄ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｅ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｆ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｇ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｈ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｉ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｊ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ａ】本発明のさらに他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｂ】本発明のさらに他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｃ】本発明のさらに他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】他の実施形態による半導体発光素子の概略的な断面図である。
【図６Ａ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための図面である。
【図６Ｂ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための図面である。
【図６Ｃ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための図面である。
【図６Ｄ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための図面である。
【図６Ｅ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための図面である。
【図６Ｆ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための図面である。
【図６Ｇ】本発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための図面である。
【図７Ａ】本発明のさらに他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７Ｂ】本発明のさらに他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７Ｃ】本発明のさらに他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図８Ａ】半導体発光素子１０００の概略断面図である。
【図８Ｂ】半導体発光素子１０００をプリント基板１０１０に搭載した場合の概略断面図である。
【図９】半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ａ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｂ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｃ】製造工程における半導体発光素子２０００の電極パターンの一例を示す平面図である。
【図１０Ｄ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｅ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｆ】第２導電体１１４０を形成した後の半導体発光素子２０００の平面図である。
【図１０Ｇ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｈ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｉ】絶縁物質層１１２２の一部の領域をエッチングした後の半導体発光素子２０００の平面図である。
【図１０Ｊ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｋ】第１電極領域１１５１と第２電極領域１１５２との関係を示す半導体発光素子２０００の平面図である。
【図１０Ｌ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｍ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｎ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｏ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１０Ｐ】製造工程における半導体発光素子２０００の概略断面図である。
【図１１Ａ】製造工程における半導体発光素子１０００の概略断面図である。
【図１１Ｂ】製造工程における半導体発光素子１０００の概略断面図である。
【図１１Ｃ】製造工程における半導体発光素子１０００の概略断面図である。
【図１１Ｄ】製造工程における半導体発光素子１０００の概略断面図である。
【図１１Ｅ】製造工程における半導体発光素子１０００の概略断面図である。
【図１２】半導体発光素子２５００の概略的な断面図である。
【図１３Ａ】製造工程における半導体発光素子２５００の概略断面図である。
【図１３Ｂ】製造工程における半導体発光素子２５００の概略断面図である。
【図１３Ｃ】製造工程における半導体発光素子２５００の概略断面図である。
【図１３Ｄ】製造工程における半導体発光素子２５００の概略断面図である。
【図１３Ｅ】製造工程における半導体発光素子２５００の概略断面図である。
【図１３Ｆ】製造工程における半導体発光素子２５００の概略断面図である。
【図１３Ｇ】製造工程における半導体発光素子２５００の概略断面図である。
【図１４Ａ】製造工程における半導体発光素子２５００の電極パターンの一例を示す平面図である。
【図１４Ｂ】製造工程における半導体発光素子２５００の電極パターンの一例を示す平面図である。
【図１４Ｃ】製造工程における半導体発光素子２５００の電極パターンの一例を示す平面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る照明装置８００の概略断面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態に係るバックライト９００の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。この過程で、図面に示した層および領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して示している。明細書を通じて、実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。
【００４２】
図１Ａは、本発明の一実施形態による半導体発光素子１００の概略的な断面図である。図１Ｂは、図１Ａの変形例である。図２は、図１ＡのＩＩ−ＩＩ'線の断面図である。本実施形態の半導体発光素子１００は、半導体構造物１１０と、半導体構造物１１０の一面に設けられた電極構造物と、電極構造物を支持する基板（本例では非導電性基板１５０）とを備える。電極構造物は、第２電極層１２０、絶縁層１３０及び第１電極層１４０を有する。
【００４３】
半導体構造物１１０は、例えば、サファイア基板上で結晶成長して順次に形成された第１半導体層１１１、活性層１１２及び第２半導体層１１３を備える。サファイア基板は製造工程で除去されるので、図１Ａには示されていない。
【００４４】
半導体構造物１１０は、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ又はＡｌＮのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体で形成される。サファイア基板は、これらの窒化物半導体との格子構造が近似するので、結晶成長のための基板として使われる。第１半導体層１１１はｎ型導電性を有し、第２半導体層１１３はｐ型導電性を有する。第１半導体層１１１がｐ型導電性を有し、第２半導体層１１３がｎ型導電性を有してもよい。
【００４５】
活性層１１２は、第１半導体層１１１と第２半導体層１１３との間に設けられる。活性層１１２は、例えば、多重量子ウェル構造を有する。多重量子ウェル構造は、複数の量子ウェル層と、それらの間に形成された複数の量子障壁層とからなる。
【００４６】
一例として、半導体構造物１１０が窒化ガリウム系発光ダイオードである場合、第１半導体層１１１は、ｎ型不純物でドーピングされたＧａＮで形成され、第２半導体層１１３は、ｐ型不純物でドーピングされたＧａＮで形成され、活性層１１２は、ＩｎＧａＮからなる多重ウェル層と、ＧａＮからなる量子障壁層とが交互に積層されて形成される。第１半導体層１１１と第２半導体層１１３とを通じて注入された電子及び正孔は、活性層１１２で結合して光Ｌを放出する。放出された光Ｌは、半導体構造物１１０の第１半導体層１１１を通じて放出される。
【００４７】
第２半導体層１１３の下部には、第２電極層１２０、絶縁層１３０、第１電極層１４０及び非導電性基板１５０が順次に配置される。第１電極層１４０は、非導電性基板１５０の上面全体に渡って形成される。つまり、第１電極層１４０の下面の外形は、非導電性基板１５０の上面の外形と略同一であってよい。
【００４８】
また、絶縁層１３０は、第１電極層１４０の上面全体に渡って形成される。ただし、コンタクトホール１８０が設けられる領域には、絶縁層１３０が形成されない。第２電極層１２０は、絶縁層１３０の上面全体に渡って形成される。
【００４９】
第１電極層１４０は、コンタクトホール１８０を介して第１半導体層１１１と電気的に接続される。コンタクトホール１８０は、絶縁層１３０、第２電極層１２０、第２半導体層１１３及び活性層１１２を貫通し、第１半導体層１１１の一部の領域に到達して形成される。第１電極層１４０は、コンタクトホール１８０の内部に充填された充填部を有してよい。コンタクトホール１８０は、図２に示すように複数形成される。複数のコンタクトホール１８０に形成された複数の充填部を有する第１電極層１４０は、電流を第１半導体層１１１に速く拡散して供給できる。
【００５０】
コンタクトホール１８０は、電流拡散及び光抽出効率を均一にするために、マトリックスに配列される。マトリックス配列は、縦方向及び横方向のうち少なくとも一方向に等間隔を有した配列であってよい。必要に応じて、間隔がそれぞれ異なるランダムな配列であってもよい。またコンタクトホール１８０は、第１電極層１４０の端部から所定の距離だけ離間して形成されてよい。本例のコンタクトホール１８０は、半導体発光素子１００の側面に表出しない。
【００５１】
コンタクトホール１８０は、直径０．１μｍ以上５００μｍ以下の大きさに形成され、望ましくは、５μｍ以上３００μｍ以下でありうる。本実施形態では、３０μｍ以上１００μｍ以下のコンタクトホールを使用した。
【００５２】
コンタクトホール１８０の第１半導体層１１１と接触する部分の面積は、コンタクトホールを備える第１半導体層１１１の面積の０．０１％以上３０％以下であり、望ましくは、０．９％以上１０．４％以下であり、さらに望ましくは、約２．６％である。約２．６％とは、例えば１．６％から３．６％程度を指す。コンタクトホール１８０の面積が０．０１％より小さい場合、動作電圧の上昇によって、光効率が低下し、消費電力が大きくなる。逆にコンタクトホール１８０の面積が３０％より大きい場合、相対的に発光有効面積が小さくなる。
【００５３】
本実施形態では、縦横それぞれ１１００μｍ大きさの正方形のチップを使用し、第１半導体層１１１と接触するコンタクトホール１８０の面積がそれぞれ１１３００μｍ２（チップ面積に比べて０．９％）、３１４００μｍ２（チップ面積に比べて２．６％）、１２６０００μｍ２（チップ面積に比べて１０．４％）である場合の３種類の発光素子の光効率を比較した。光効率は、コンタクトホールの面積が３１４００μｍ２（チップ面積に比べて２．６％）であるチップが最も良好であり、残りの二つのサンプルは、約１０％光効率が低下した。
【００５４】
コンタクトホール１８０の底部の平面（第１半導体層１１１）に対するホールの側面傾斜角αは、０°より大きく、９０°より小さく形成される。望ましくは、約３０から６０°である。傾斜角が９０°以上であれば、傾斜面にコンタクトホール１８０上に絶縁層１３０の形成が困難であり、第１電極層１４０の工程が困難である。コンタクトホール１８０の傾斜面は、光抽出効率の向上のために階段状に形成されてもよく、傾斜面に凹凸が形成されてもよい。また、傾斜面上の一部または全面に反射物質をコーティングすることもできる。反射物質としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ｓｎ、それらの酸化物またはそれらの混合物のうち少なくとも一つを含んで形成され、単層あるいは複層で形成される。反射物質は、光を外部に抽出する効率を向上させる。
【００５５】
第１電極層１４０と第２電極層１２０との間には、第１電極層１４０と活性層１１２及び第２半導体層１１３との間を電気的に絶縁させるための絶縁層１３０が形成されている。絶縁層１３０は、コンタクトホール１８０を取り囲む。絶縁層１３０は、第１電極層１４０と第２電極層１２０との間だけでなく、コンタクトホール１８０により露出される第２電極層１２０、第２半導体層１１３及び活性層１１２の側面と第１電極層１４０との間にも形成される。また、コンタクトホール１８０が接する第１半導体層１１１の一部の領域の側面にも、絶縁層１３０が形成される。
【００５６】
第２電極層１２０は、第２半導体層１１３と接する。第２電極層１２０は、第２半導体層１１３との接触抵抗を最小化するとともに、活性層１１２から生成された光を反射させて外部に向かわせて発光効率を向上させる反射層として機能する物質で形成される。例えば、第２電極層１２０は、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ｓｎ、それらの酸化物またはそれらの混合物で構成された物質を少なくとも一つ含んで形成され、単層あるいは複層で形成される。
【００５７】
各層の厚さは、それぞれ０．１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下に形成される。望ましくは、２ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。本実施形態では、第２電極層１２０は、Ａｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／ＴｉＮの４層構造に形成し、それぞれを１５０ｎｍ／５０ｎｍ／５０ｎｍ／４００ｎｍの厚さに蒸着した。第２電極層１２０のＡｇ（１５０ｎｍ）層の厚さは、４０ｎｍより薄いと反射度が低下して光出力が減少し、１５０ｎｍより厚いと、材料コスト及び工程時間が増加するので、１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲が適切である。
【００５８】
第２電極層１２０の形成後、オーミックコンタクトの形成のために熱処理を行う。本実施形態では、熱処理としてＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法を使用して、３５０℃で６０秒間実施して、良好なオーミック特性を得た。熱処理の温度及び時間は、オーミック電極の材料によって異なるが、３００℃以上８００℃以下で、約５秒以上５０００秒以下の間行われる。適切には、３００℃以上６００℃以下で３０秒以上１８０秒以下が望ましい。
【００５９】
非導電性基板１５０には、第１電極層１４０に電流を供給する第１コンタクト１５３が満たされた第１貫通ホール１５１と、第２電極層１２０に電流を供給する第２コンタクト１５４が満たされた第２貫通ホール１５２とが形成されている。第２貫通ホール１５２は、第１電極層１４０を貫通する。第２貫通ホール１５２の内周には、第２コンタクト１５４を第１電極層１４０と電気的に分離させる絶縁層１５６がさらに形成されている。第１コンタクト１５３は、非導電性基板１５０を貫通して、第１電極層１４０と電気的に接続される。第２コンタクト１５４は、非導電性基板１５０、第１電極層１４０及び絶縁層１３０を貫通して、第２電極層１２０と電気的に接続される。
【００６０】
第２コンタクト１５４の数は、コンタクトホール１８０の数よりも少なくてよい。例えば第２コンタクト１５４の数は１である。第１コンタクト１５３の数は、コンタクトホール１８０の数よりも少なくてよい。例えば第１コンタクト１５３の数は１である。
【００６１】
非導電性基板１５０は、窒化物系（ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）、アルミニウム酸化物系（サファイア、アルミナなど）、ダイヤモンド、シリコン系（Ｓｉなど）、Ｇａ酸化物系（Ｇａ２Ｏ３、ＬｉＧａＯ２など）、Ｚｎ酸化物系（ＺｎＯなど）の物質、セラミック、ポリマーのうちいずれか一つの物質を含む。
【００６２】
上記の実施形態では、非導電性基板１５０に、第１コンタクト１５３及び第２コンタクト１５４が形成されている例を説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、導電性基板（図４Ｂ）に貫通ホールを形成し、貫通ホールの内周及び導電性基板の表面に絶縁層４６０（図４Ｂ）を形成し、その内部にメタルを満たして、第１コンタクト４５３（図４Ｂ）と第２コンタクト４５４（図４Ｂ）とを形成した構造を有してもよい。導電性基板は、Ｓｉ系、Ｇｅ系、アルミニウム含有Ｓｉ系、窒化物系（ＧａＮなど）の物質で形成される。
【００６３】
本発明の実施形態による半導体発光素子１００は、前述したように、第１半導体層と第２半導体層とに連結された電極を発光素子の下部面に有することで、発光面積の損失が減少するように電極が形成されているので、発光効率を極大化できる。また、半導体発光素子１００においては、電極が非導電性基板１５０の下部面に形成されるので、ワイヤーボンディングすることなく、基板に直接パッケージダイボンディングをすることができる。
【００６４】
そして、コンタクトホール１８０が、第２電極層１２０を貫通して形成されるので、第１半導体層１１１および第１電極層１４０を接続する充填部の配置の自由度を向上することができる。このため、第１半導体層１１１における電流拡散を均一化することができる。また、第１電極層１４０が、基板の上面全体に渡って形成されるので、充填部の配置の自由度を向上させ、且つ、複数のコンタクトホール１８０に形成した充填部を電気的に接続することができる。そして、第１電極層１４０を貫通する第２コンタクト１５４を設けることで、第２電極層１２０を外部に接続することができる。
【００６５】
図１Ｂは、図１Ａの変形例である半導体発光素子１００′を概略的に示す断面図である。図１Ａの構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。
【００６６】
半導体発光素子１００′は、半導体構造物１１０の第１半導体層１１１上にサファイア基板１０２が配置される。サファイア基板１０２は、半導体構造物１１０の成長基板である。サファイア基板１０２の表面には、凹凸部が形成される。凹凸部は、半導体発光素子１００′の光抽出効率を向上させることができる。半導体発光素子１００′の他の構成要素は、半導体発光素子１００と実質的に同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００６７】
図３Ａから図３Ｊは、半導体発光素子１００の製造方法を説明するための断面図である。図３Ａから図３Ｊは、説明の便宜上、一つの発光素子を製造する工程を示したが、複数の発光素子をウェーハ上に一体に形成した後、それぞれ切断して個別発光素子としたり、複数の発光素子を一体に形成した発光素子としたりしてもよい。また、図３Ａから図３Ｊに示す各構成において、符号の下二桁が図１Ａから図２に示した符号の下二桁と一致するものは、図１Ａから図２に示した構成要素に対応する。
【００６８】
図３Ａに示すように、基板２０２の上面に、第１半導体層２１１、活性層２１２及び第２半導体層２１３を順次に結晶成長させて、半導体構造物２１０を形成する。基板２０２は、結晶成長させようとする半導体に適したものを選択できる。例えば、窒化物半導体単結晶を成長させる場合、基板２０２は、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板及びＡｌＮ基板から選択できる。
【００６９】
基板２０２は、サイズによって約３００μｍ以上１２００μｍ以下の厚さを有する。基板２０２は、上面に結晶成長させる物質の種類（熱膨張係数差）によって、基板２０２の表面または背面に複数の形態のパターンを形成することもできる。当該パターンは、結晶成長時の結晶欠陥を減らす役割も担うと共に、熱膨脹によるストレス緩和の役割も担う。当該パターンにより、光の外部抽出効率を向上させることもできる。
【００７０】
パターンの形状は、平面上に円形または多角形（三角形、四角形、五角形、六角形、八角形など）に形成され、断面形状としては、半球形、円錐または多角形（三角形、台形などの四角形、五角形、六角形など）などに形成される。基板２０２は、結晶成長後にレーザービームまたは化学的エッチングなどにより、全体または一部が除去されてもよい。基板２０２は、約５０μｍ以上３００μｍ以下の厚みを有してよく、表面に凹凸パターンを有してもよい。
【００７１】
図３Ａには示していないが、基板２０２と第１半導体層２１１との間に、バッファ層がさらに形成されてもよい。バッファ層は、第１半導体層２１１と基板２０２との間の格子整合を向上させるための層である。窒化物半導体の単結晶を成長させる場合、バッファ層は、例えば、ＳｉＣ、窒化物（ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど）、Ｚｎ酸化物、Ｓｉ酸化物またはそれらの組み合わせからなる物質のうち一つを含む。
【００７２】
バッファ層は、４００℃以上８００℃以下で２ｎｍ以上８００ｎｍ以下の厚さに単一層あるいは多層で形成され、非晶質または多結晶またはそれらの混合物で形成される。バッファ層の上面には、単結晶の半導体層が形成される。例えば、５００℃以上６００℃以下で非晶質または多結晶の混合物ＧａＮバッファ層を形成し、次いで、１０００℃以上１２００℃以下で単結晶のＧａＮ層を形成する。この過程で、上記の非晶質または多結晶の混合物ＧａＮバッファ層の少なくとも一部が単結晶化される。
【００７３】
半導体構造物２１０は、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体を結晶成長させて形成する。一例として、半導体構造物２１０が窒化ガリウム系発光ダイオードである場合、第１半導体層２１１、活性層２１２及び第２半導体層２１３は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎの組成（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有する半導体物質であり、有機金属化学気相蒸着（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）設備を利用したエピタキシャル成長方法などで形成される。すなわち、第１半導体層２１１は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎのような第１導電型不純物がドーピングされるか、またはノンドーピングまたはそれらの組み合わせからなる窒化物半導体層（ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮまたはそれらの組み合わせ）で形成される。
【００７４】
活性層２１２は、多重量子ウェル構造（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ／ＡｌＩｎＧａＮ層またはそれらの組み合わせ）で形成されるか、または一つの量子ウェル層またはダブルヘテロ構造でも形成される。第２半導体層２１３は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅのような第２導電型不純物がドーピングされるか、あるいはノンドーピングまたはそれらの組み合わせからなる窒化物半導体層（ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮまたはそれらの組み合わせ）で形成される。第１半導体層２１１、活性層２１２、第２半導体層２１３は、各層の役割によって、多様な厚さ（１ｎｍから１００００ｎｍ）または不純物濃度（１×１０１５／ｃｍ３から１×１０２２／ｃｍ３）を有する。
【００７５】
図３Ｂを参照すれば、第２半導体層２１３から所定の深さ（０．５μｍ以上２０μｍ以下）にドライエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ方法など）及び／またはウェットエッチングを利用して、第１半導体層２１１の一部の深さまでエッチングしたコンタクトホール２１０ａを形成する。コンタクトホール２１０ａのエッチングの深さは、少なくとも第１半導体層２１１の表面が露出されるように、第２半導体層２１３及び活性層２１２を除去する。第１半導体層２１１の一部も、所定の深さ（０．１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下）にエッチングでき、必要に応じて貫通ホールを形成してもよい。
【００７６】
コンタクトホール２１０ａの大きさ（直径）は、０．１μｍ以上５００μｍ以下に形成され、望ましくは、５μｍから３００μｍが適当である。コンタクトホール２１０ａは、複数形成され、第１半導体層２１１と接触する部分のコンタクトホール２１０ａの面積は、コンタクトホール２１０ａを含む第１半導体層２１１の面積に比べて０．０１％以上３０％以下であり、望ましくは、０．９％以上１０．４％以下であり、さらに望ましくは、約２．６％である。
【００７７】
コンタクトホール２１０ａの底部の平面（第１半導体層２１１）に対するコンタクトホール２１０ａの側面傾斜角αは、０°より大きく、９０°より小さく形成する。望ましくは、約３０から６０°である。傾斜角が９０°より大きければ、傾斜面に絶縁層２２１の形成が困難であり、後述する第１電極層の形成が困難である。コンタクトホール２１０ａの傾斜面は、光抽出効率を向上させるべく、階段状に形成されてもよく、傾斜面に凹凸が形成されてもよい。また、傾斜面上の一部または全面に、反射物質をコーティングすることもできる。反射物質としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ｓｎ、それらの酸化物またはそれらの混合物のうち少なくとも一つを含んで形成され、単層あるいは複層で形成される。反射物質は、光の外部抽出を向上させる。
【００７８】
コンタクトホール２１０ａを含む半導体構造物２１０の上部面全域に絶縁層２２１を、蒸着方法を利用して塗布する。例えば、絶縁層２２１は、プラズマ化学蒸着（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）を利用して、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘを蒸着して形成できる。絶縁層２２１は、０．００１μｍ以上５０μｍ以下の厚さに形成される。望ましくは、０．３μｍ以上１．２μｍ以下の厚さに形成される。
【００７９】
図３Ｃを参照すれば、絶縁層２２１のうちコンタクトホール２１０ａの底部に形成された部分をエッチングして、第１半導体層２１１を露出させる。かかるエッチングは、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）ドライエッチングまたはＢＯＥ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｃｈａｎｔ）を利用したウェットエッチング方法からなる。
【００８０】
第１半導体層２１１の露出された領域にコンタクト層２３１を形成する。コンタクト層２３１は、第１半導体層２１１とオーミックコンタクトを形成できる物質で形成するが、反射度に優れた物質が望ましい。例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、ＴｉＮ、Ａｕ、Ｓｎ及びそれら混合物のうち少なくとも一つを含む物質からなる単層あるいは相異なる複層で構成される。各層の厚さは、それぞれ０．１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。例えば、本実施形態では、Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ層を２００ｎｍ／３００ｎｍ／１００ｎｍ／２ｎｍの厚さに蒸着して形成した。
【００８１】
コンタクト層２３１の上端は、第２半導体層２１３の上面よりも突出してよい。コンタクト層２３１は、柱状であってよい。つまり、コンタクト層２３１と、絶縁層２２１との間には隙間があってよい。コンタクト層２３１の底面の面積は、コンタクトホール２１０ａの底面の面積よりも小さい。
【００８２】
コンタクト層２３１は複数の層に形成されて、第１半導体層２１１への電流拡散を向上させる。複数のコンタクト層２３１は、マトリックス状に配列される。コンタクト層２３１の形成後には、オーミックコンタクトの形成のための熱処理を行う。本実施形態において、ＲＴＡ法により５５０℃で６０秒間の熱処理を実施して、良好なオーミック特性を得た。熱処理の温度及び時間は、オーミック電極の材料によって異なるが、３００℃以上８００℃以下で約５秒以上５０００秒以下の間行われる。適切には、３００℃以上６００℃以下で３０秒以上１８０秒以下が望ましい。
【００８３】
続いて、第２半導体層２１３、コンタクト層２３１および絶縁層２２１上に絶縁層２２２を形成して、コンタクトホール２１０ａで、絶縁層２２１とコンタクト層２３１との間を絶縁層２２２で満たす。絶縁層２２２は、絶縁層２２１と同じ物質で形成される。絶縁層２２２は、コンタクト層２３１を覆って形成される。
【００８４】
図３Ｄを参照すれば、コンタクトホール２１０ａを取り囲む領域を除いた残りの領域の絶縁層２２１及び絶縁層２２２をエッチングして、第２半導体層２１３を露出させる。ＲＩＥドライエッチングまたはＢＯＥを利用したウェットエッチングを使用できる。以下では、絶縁層２２１及び絶縁層２２２を合わせた絶縁層を絶縁層２２０とも称する。絶縁層２２０は、第２半導体層２１３の上面よりも突出して形成される。
【００８５】
図３Ｅを参照すれば、露出された第２半導体層２１３の上面全体に渡って、コンタクトホール２１０ａ（または絶縁層２２０）を取り囲む第２電極層２４０を形成する。第２電極層２４０の上面の位置は、絶縁層２２０の上面の位置と略一致することが好ましい。第２電極層２４０を形成した後、絶縁層２２０および第２電極層２４０の上面が一致するまで、絶縁層２２０および第２電極層２４０を研磨してもよい。なお、絶縁層２２０でコンタクト層２３１を覆っているので、第２電極層２４０がコンタクト層２３１に接続されるのを防ぐことができる。
【００８６】
第２電極層２４０は、オーミック特性と光反射特性とを同時に有した金属で形成して、反射膜の役割を行うか、またはオーミック特性と光反射特性とをそれぞれ有した金属が順次に積層されて形成された多重層で形成できる。第２電極層２４０は、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ｓｎ、それらの酸化物またはそれらの混合物のうち少なくとも一つを含んで形成され、単層あるいは複層で形成される。それらの物質は、光の外部抽出を向上させる。第２電極層２４０上に所定の厚さに絶縁層２２３を形成する。絶縁層２２３は、例えば、ＰＥＣＶＤを利用してＳｉＯ２を蒸着して形成できる。
【００８７】
図３Ｆを参照すれば、絶縁層２２０および絶縁層２２３をエッチングして、コンタクト層２３１を露出させる。絶縁層２２０の上面全体に金属物質を塗布して、露出されたコンタクト層２３１と連結される第１電極層２３０を形成する。第１電極層２３０は、略平面上の平面部分と、コンタクト層２３１に接続する接続部分とを有する。第１電極層２３０は、Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ｎｉ（１００ｎｍ）構成の層を４回反復して積層した後、Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ａｕ（１５００ｎｍ）／Ｓｎ（１４００ｎｍ）／Ａｕ（１０ｎｍ）層をさらに積層した。
【００８８】
このような処理により、金属の第２電極層２４０を貫通して形成され、且つ、絶縁材料で覆われた配線を形成することができる。当該配線は、コンタクト層２３１および第１電極層２３０との境界において、直径が変化してよい。例えば、コンタクト層２３１の当該境界における接続部分の直径は、当該境界における第１電極層２３０の直径よりも小さい。これにより、テーパー状のコンタクトホール２１０ａの底面よりも面積が小さいコンタクト層２３１を用いることが容易となり、且つ、コンタクト層２３１および第１電極層２３０の接続信頼性を向上させることができる。
【００８９】
図３Ｇを参照すれば、第１電極層２３０上に非導電性基板２５０をボンディングする。非導電性基板２５０としては、アルミナ基板、ＡｌＮ基板、サファイア基板、セラミック基板、ポリマー基板などを使用できる。非導電性基板２５０を第１電極層２３０上に接合するために、それらの間に導電性の接着物質または非導電性の接着物質を媒介体として使用できる。導電性の接着物質としては、ＡｕＳｎ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｓｎ、ＴｉＳｎまたはそれらの混合物のうち少なくとも一つを含む物質の単層または多層で使われる。非導電性の接着物質としては、ＳＯＧ、ポリマーなどが使われる。
【００９０】
図３Ｈを参照すれば、第１半導体層２１１から基板２０２を除去する。例えば、基板２０２上にレーザー光を照射して、基板２０２と第１半導体層２１１との間の物質層（図示せず）で熱的反応を起こして、材料分離を起こす。基板２０２を第１半導体層２１１からリフトオフして除去する。基板２０２を、化学的エッチングまたは化学機械的研磨方法を行って除去することもできる。
【００９１】
図３Ｉを参照すれば、非導電性基板２５０の露出された表面から、第１電極層２３０及び第２電極層２４０とそれぞれ連結された第１貫通ホール２５１及び第２貫通ホール２５２を形成する。第２貫通ホール２５２は、非導電性基板２５０、第１電極層２３０及び絶縁層２２３を貫通する。
【００９２】
非導電性基板２５０の厚さは、５０μｍ以上３００μｍ以下となり、１００μｍ以上２００μｍ以下が望ましい。非導電性基板２５０の厚みが大き過ぎると、第１貫通ホール２５１及び第２貫通ホール２５２の形成に時間がかかるという工程上問題点が生じる。非導電性基板２５０の厚みが小さ過ぎると、支持基板としての役割を十分に果たせない。
【００９３】
第１貫通ホール２５１及び第２貫通ホール２５２の大きさ（直径）は、０．１μｍ以上５００μｍ以下であり、望ましくは、５μｍ以上３００μｍ以下である。第１貫通ホール２５１及び第２貫通ホール２５２は、単数あるいは複数形成される。第１貫通ホール２５１及び第２貫通ホール２５２の面積は、非導電性基板２５０の底面２５０ａの約０．０１％以上３０％以下でありうる。第１貫通ホール２５１及び第２貫通ホール２５２は、底面２５０ａを基準として階段状またはテーパー状に傾斜して形成できる。
【００９４】
図３Ｊを参照すれば、第２貫通ホール２５２の側面には、絶縁層２５６を形成する。この時、第１貫通ホール２５１の側面にも、絶縁層（図示せず）が絶縁層２５６と共に形成される。第１貫通ホール２５１及び第２貫通ホール２５２に、それぞれメタルで形成された第１コンタクト２５３と第２コンタクト２５４とを形成する。第１貫通ホール２５１及び第２貫通ホール２５２は、レーザードリリング、ドライエッチング方法、またはウェットエッチング方法により形成できる。
【００９５】
図４Ａから図４Ｃは、本発明のさらに他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。図４Ａから図４Ｃに示す工程は、図３Ａから図３Ｆの工程に続いて行われる。
【００９６】
図４Ａを参照すれば、図３Ａから図３Ｆの工程による結果物において、第１電極層２３０の露出された表面から、第２電極層２４０と連結された貫通ホール４４１を形成する。貫通ホール４４１の側面には、絶縁層４４２を形成する。貫通ホール４４１にメタルで形成されたコンタクト４４３を形成する。貫通ホール４４１は、レーザードリリング、ドライエッチング方法などを使用して形成できる。
【００９７】
第１電極層２３０の厚さは、０．１μｍ以上３００μｍ以下であり、０．５μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。３００μｍより厚ければ、貫通ホール４４１の形成に時間がかかり、コストが上昇するなどの工程上問題点があり、０．１μｍより薄ければ、接合層としての役割を十分に行えない。
【００９８】
貫通ホール４４１の大きさ（直径）は、０．１μｍ以上５００μｍ以下であり、望ましくは、５μｍ以上３００μｍ以下である。本実施形態では、３０μｍ以上１００μｍ以下の大きさに貫通ホール４４１を形成した。貫通ホール４４１は、単数あるいは複数形成される。貫通ホール４４１の面積は、第１電極層２３０の面積に比べて０．０１％以上３０％以下でありうる。貫通ホール４４１は、第１電極層２３０の上面２３０ａを基準として階段状またはテーパー状に傾斜して形成できる。
【００９９】
絶縁層４４２は、０．００１以上５０μｍ以下の厚さに形成され、貫通ホール４４１の直径に比べて、絶縁層４４２の厚さは、約０．０１％以上３０％以下が適当である。本実施形態において、絶縁層４４２の厚さは、０．０１μｍ以上０．９μｍ以下の範囲で形成した。
【０１００】
図４Ｂを参照すれば、導電性基板４５０に第１貫通ホール４５１と第２貫通ホール４５２とを形成する。第２貫通ホール４５２は、貫通ホール４４１と対応して形成し、第１貫通ホール４５１は、第２貫通ホール４５２と離隔して形成する。導電性基板は、Ｓｉ、Ｇｅ、金属含有シリコン（例えば、Ａｌ含有シリコン）で形成される。
【０１０１】
導電性基板４５０において、第１貫通ホール４５１と第２貫通ホール４５２との内周面を含む表面に絶縁層４６０を形成する。第１貫通ホール４５１と第２貫通ホール４５２とをメタルで満たして、それぞれ第１コンタクト４５３と第２コンタクト４５４とを形成する。
【０１０２】
コンタクト４４３および第２コンタクト４５４の境界におけるそれぞれの直径は異なっていてよい。当該境界において、コンタクト４４３の直径は、第２コンタクト４５４の直径よりも大きくてよい。これにより、第２コンタクト４５４の位置がずれても、第２コンタクト４５４と第１電極層２３０とが接触するのを防ぐことができる。
【０１０３】
図４Ｃを参照すれば、導電性基板４５０の第２コンタクト４５４がコンタクト４４３と接触するように、導電性基板４５０を第１電極層２３０上にボンディングする。導電性基板４５０を第１電極層２３０上に接合するために、第１コンタクト４５３及び第２コンタクト４５４上に導電性の接着物質（図示せず）を形成し、他の部分に非導電性の接着物質（図示せず）を媒介体として使用できる。導電性の接着物質としては、ＡｕＳｎ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｓｎ、ＴｉＳｎまたはそれらの混合物のうち少なくとも一種類の物質を含み、単層または複層で形成される。非導電性の接着物質としては、ＳＯＧ、ポリマーなどが使われる。
【０１０４】
続いて、第１半導体層２１１から基板２０２を除去する。例えば、基板２０２上にレーザー光を照射して、基板２０２と第１半導体層２１１との間の物質層（図示せず）で熱的反応を起こして、材料分離を起こす。基板２０２を第１半導体層２１１からリフトオフして除去する。基板２０２を、化学的エッチングまたは化学機械的研磨方法を行って除去してもよい。基板２０２の厚さを薄くするか、または基板２０２の表面に凹凸を形成して、基板２０２を除去することなく使用してもよい。
【０１０５】
図４Ａから図４Ｃの製造方法では、導電性基板４５０を使用したが、非導電性基板２５０を使用する方法にも適用でき、詳細な説明は省略する。
【０１０６】
図５は、他の実施形態による半導体発光素子５００の概略的な断面図である。図５を参照すれば、本実施形態の半導体発光素子５００は、半導体構造物５１０と、半導体構造物５１０の一面に設けられた電極構造物と、電極構造物を支持する基板５６０とを備える。
【０１０７】
半導体構造物５１０は、例えばサファイア基板上に結晶成長して順次に形成された第１半導体層５１１、活性層５１２、第２半導体層５１３を備える。サファイア基板は、製造工程で除去されるので、図５には示していない。
【０１０８】
半導体構造物５１０は、例えば、窒化ガリウム系（ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮまたはそれらの組み合わせ）のようなＩＩＩ−Ｖ族半導体で形成され、サファイア基板は、それらの窒化物半導体との格子構造が類似して、結晶成長のための基板として使われる。第１半導体層５１１は、ｎ型導電性を有し、第２半導体層５１３は、ｐ型導電性を有する。または、第１半導体層５１１がｐ型導電性を有し、第２半導体層５１３がｎ型導電性を有してもよい。
【０１０９】
第１半導体層５１１と第２半導体層５１３との間には、活性層５１２が形成されている。活性層５１２は、例えば、単一または多重量子ウェル構造を有する。第１半導体層５１１と第２半導体層５１３とを通じて注入された電子及び正孔は、活性層５１２で結合して光Ｌを放出する。放出された光Ｌは、半導体構造物５１０の第１半導体層５１１を通じて放出される。
【０１１０】
第２半導体層５１３の下部には、第２電極層５２０、絶縁層５３０、第１電極層５４０及び基板５６０が順次に配置される。第２電極層５２０は、第２半導体層５１３の下面全体に渡って形成される。
【０１１１】
第１電極層５４０は、コンタクトホール５８０を介して第１半導体層５１１と電気的に接続される。コンタクトホール５８０は、絶縁層５３０、第２電極層５２０、第２半導体層５１３及び活性層５１２を貫通する。第１電極層５４０は、第１半導体層５１１に到達するコンタクトホール５８０に充填された充填部を有する。コンタクトホール５８０は、複数形成される（例えば図２参照）。複数のコンタクトホール５８０を満たした第１電極層５４０は、電流を第１半導体層５１１に速く拡散させて供給できる。
【０１１２】
コンタクトホール５８０のエッチングの深さが、少なくとも第１半導体層５１１の表面が露出される深さになるように、第２半導体層５１３及び活性層５１２を除去する。第１半導体層５１１の一部も、所定の深さ（０．１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下）にエッチングでき、必要に応じては貫通ホールを形成してもよい。コンタクトホール５８０は、０．１μｍ以上５００μｍ以下の大きさ（直径）であり、望ましくは、５μｍ以上３００μｍ以下である。コンタクトホール５８０は、複数形成され、第１半導体層２１１と接触する部分のコンタクトホール５８０の面積は、コンタクトホール５８０を含む第１半導体層２１１の面積に比べて０．０１％以上３０％以下であり、望ましくは、０．９％以上１０．４％以下であり、さらに望ましくは、約２．６％である。
【０１１３】
コンタクトホール５８０の底部には、凹凸が形成される。コンタクトホール５８０の底部の平面（第１半導体層５１１）に対するコンタクトホール５８０の側面傾斜角αは、０°より大きく、９０°より小さく形成する。望ましくは、約３０から６０°である。傾斜角が９０°より大きければ、傾斜面に絶縁層５３０の形成が困難であり、第１電極層５４０の形成が困難である。コンタクトホール５８０の傾斜面は、光抽出効率を向上させるべく、階段状に形成されてもよく、傾斜面に凹凸が形成されてもよい。また、傾斜面上の一部または全面に反射物質をコーティングしてもよい。反射物質としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ｓｎ、それらの酸化物またはそれらの混合物のうち少なくとも一つを含んで形成され、単層あるいは複層で形成される。反射物質は、光を外部に抽出する効率を向上させる。
【０１１４】
第１電極層５４０と第２電極層５２０との間には、第１電極層５４０と第１半導体層５１１を除いた他の層とを電気的に絶縁させるための絶縁層５３０が形成されている。絶縁層５３０は、第１電極層５４０と第２電極層５２０との間だけでなく、コンタクトホール５８０により露出される第２電極層５２０、第２半導体層５１３及び活性層５１２の側面と第１電極層５４０との間にも形成される。また、コンタクトホール５８０が貫通した第１半導体層５１１の一定領域の側面にも、絶縁層５３０が形成される。絶縁層５３０は、０．００１以上５０μｍ以下の厚さに形成され、コンタクトホール５８０の直径に比べて、絶縁層５３０の厚さは、約０．００１％以上３０％以下が適当である。本実施形態において、絶縁層５３０の厚さは、０．０１以上０．９μｍ以下の範囲で形成した。
【０１１５】
第２電極層５２０は、第２半導体層５１３と接触する。コンタクトホール５８０が貫通する一定領域には、第２電極層５２０が存在しない。第２電極層５２０が第２半導体層５１３と電気的に接触するため、第２半導体層５１３との接触抵抗を最小化しつつも、活性層５１２で生成された光を反射させて外部に向かわせて、発光効率を向上させる反射機能を有する物質で形成される。第２電極層５２０は、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ｓｎ、それらの酸化物またはそれらの混合物で構成された物質のうち少なくとも一つを含んで形成される。
【０１１６】
第１電極層５４０の一部の領域の下部には、第１電極パッド５５１が形成されている。第１電極層５４０における第１電極パッド５５１に接していない領域には、絶縁層５３４が形成されている。絶縁層５３４は、絶縁層５３０の一部の領域と接してもよい。
【０１１７】
第２電極層５２０の下部において、絶縁層５３０が形成されていない領域には、第２電極パッド５５２が形成されている。第２電極パッド５５２は、第２電極層５２０と電気的に接続される。つまり、本例においては、第１電極層５４０を貫通し、第２電極層５２０を外部と接続する第２電極パッド５５２が、半導体発光素子５００の端部に形成される。第２電極パッド５５２は、半導体発光素子５００の側面に表出してよい。
【０１１８】
第２電極パッド５５２は、基板５６０と第１電極層５４０との間に延伸して形成される。絶縁層５３４は、少なくとも第１電極層５４０および第２電極パッド５５２に挟まれる領域に形成される。
【０１１９】
第２電極パッド５５２は、空間５５４により第１電極パッド５５１と離隔される。空間５５４は、第２電極パッド５５２が基板５６０と第１電極層５４０との間に延伸して形成された端部と、第１電極パッド５５１の端部との間に形成される。絶縁層５３４は、空間５５４に対応する領域まで延伸してよい。つまり、絶縁層５３４の端部は、空間５５４において第１電極パッド５５１と接してよい。空間５５４には絶縁材料が充填されてもよい。空間５５４は、絶縁層５３４で充填されてよい。第２電極パッド５５２は、第１電極パッド５５１と離隔され、かつ、第２電極パッド５５２の一部は、積層方向において第１電極パッド５５１と同じ高さに形成される。第２電極パッド５５２及び第１電極パッド５５１の面積は、任意の大きさであってよい。
【０１２０】
第１電極パッド５５１及び第２電極パッド５５２としては、ＡｕＳｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｓｎ、ＴｉＳｎまたはそれらの混合物のうち少なくとも一つを含む物質で形成される。第１電極パッド５５１及び第２電極パッド５５２は、単層または相異なる物質の層の複層で形成される。第１電極パッド５５１及び第２電極パッド５５２の厚さは、０．１以上５００μｍ以下でありうる。第１電極パッド５５１が第２電極パッド５５２より大きいか、または第２電極パッド５５２と同じ面積であるかは、必要とされる放熱特性に基づいて定めてよい。空間５５４は、絶縁物質（図示せず）で満たされていてもよい。
【０１２１】
第１電極パッド５５１及び第２電極パッド５５２の下部には、基板５６０が付着される。基板５６０には、離隔された第１貫通ホール５６１及び第２貫通ホール５６２が形成されている。第１貫通ホール５６１及び第２貫通ホール５６２には、それぞれ第１コンタクト５６３と第２コンタクト５６４とが形成されている。第１コンタクト５６３及び第２コンタクト５６４は、それぞれ第１電極パッド５５１及び第２電極パッド５５２と連結される。基板５６０が導電性基板である場合、基板５６０を第１コンタクト５６３、第２コンタクト５６４、第１電極パッド５５１及び第２電極パッド５５２と絶縁するように、絶縁層５７０がさらに形成される。第２電極パッド５５２及び第２コンタクト５６４が、図１Ａから図２に示した第２コンタクト１５４に対応する。
【０１２２】
半導体発光素子５００には、第２コンタクト５６４と接触する第２電極パッド５５２の領域が広く形成されているので、容易に基板５６０を電極パッドにボンディングすることができる。また、コンタクトが形成された基板との接続のために、容易に第１電極パッド５５１及び第２電極パッド５５２の位置及び面積を変更できる。第２電極パッド５５２と第２コンタクト５６４との接触を容易にするために、第２電極パッド５５２の面積は、第２コンタクト５６４の面積より少なくとも１．２倍以上になるように形成する。第１電極パッド５５１及び第１コンタクト５６３も同様に、相互接触を容易にするべく、第１電極パッド５５１の面積が第１コンタクト５６３の面積より少なくとも１．２倍以上にすることが望ましい。
【０１２３】
図６Ａから図６Ｇは、半導体発光素子５００の製造方法を説明するための図面である。図６Ａから図６Ｇに示す工程は、図３Ａから図３Ｅの工程に続いて行われ、同じ部材に対して同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。
【０１２４】
図６Ａには、便宜上、２のコンタクト層２３１を示した。図６Ａを参照すれば、絶縁層２２３をエッチングして、コンタクト層２３１を露出させる。絶縁層２２３上で、第２電極層２４０の第１領域Ａ１上にフォトレジスト６３２を形成し、フォトレジスト６３２に露出された第２領域Ａ２に金属物質を塗布して、露出されたコンタクト層２３１と連結される第１電極層６３０を形成する。
【０１２５】
図６Ｂを参照すれば、フォトレジスト６３２を除去した後、絶縁層２２３上に、第１電極層６３０を覆う絶縁層６３４を形成する。
【０１２６】
図６Ｃを参照すれば、第１領域Ａ１の絶縁層６３４及び絶縁層２２３をパターニングして第２電極層２４０を露出させた後、露出された第２電極層２４０と連結された第２電極パッド６５２を形成する。第２電極パッド６５２は、第２領域Ａ２の一部の絶縁層６３４を覆うように形成して、第２電極パッド６５２の形成領域を増加させる。
【０１２７】
図６Ｄを参照すれば、第２領域Ａ２の絶縁層６３４の一部をエッチングして、第２電極パッド６５２と離隔されるように第１電極層６３０を露出させた後、露出された第１電極層６３０上に、第１電極パッド６５１を形成する。第１電極パッド６５１の表面及び第２電極パッド６５２の表面が水平に形成される。
【０１２８】
図６Ｅは、図６Ｄの結果物の平面図である。図６Ｅを参照すれば、第１電極パッド６５１と第２電極パッド６５２とは互いに離隔される。第１電極パッド６５１及び第２電極パッド６５２は、第１電極層６３０及び第２電極層２４０の面積と関係なく容易に設計できる。したがって、後述するあらかじめ設けられた基板に形成された電極との電気的接続を容易にする。
【０１２９】
図６Ｆを参照すれば、基板６６０に、第１貫通ホール６６１と第２貫通ホール６６２とを形成する。第１貫通ホール６６１と第２貫通ホール６６２とは、それぞれ第１電極パッド６５１及び第２電極パッド６５２と対応して形成する。
【０１３０】
第２基板は、Ｓｉ、Ｇｅ、金属を含有するシリコン（例えば、Ａｌ含有シリコン）などの導電性物質で形成される。導電性基板４５０において、第１貫通ホール６６１と第２貫通ホール６６２との内周面を含む表面に絶縁層６７０を形成する。第２基板６６０が非導電性基板、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、サファイアなどの非導電性物質で形成される場合、絶縁層６７０の形成工程を省略しうる。第１貫通ホール６６１と第２貫通ホール６６２とをメタルで満たして、それぞれ第１コンタクト６６３と第２コンタクト６６４とを形成する。
【０１３１】
図６Ｇを参照すれば、第２基板６６０の第１コンタクト６６３と第２コンタクト６６４とが、それぞれ第１電極パッド６５１及び第２電極パッド６５２と接触してボンディングする。次いで、第１半導体層２１１から基板２０２を除去する。第１電極パッド６５１と第２電極パッド６５２とは、空間６５４により離隔されている。空間６５４は、絶縁層（図示せず）で満たされることもある。半導体層の物質／構造、電極材料／サイズなどは、前述した他の実施形態の構造と同じ部分は説明を省略する。
【０１３２】
図７Ａから図７Ｃは、本発明のさらに他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。図７Ａを参照すれば、基板７０２の上面に、第１半導体層７１１、活性層７１２及び第２半導体層７１３を順次に結晶成長させて、半導体構造物７１０を形成する。基板７０２は、結晶成長させようとする半導体に適したものを選択できる。例えば、窒化物半導体単結晶を成長させる場合、基板７０２は、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板などから選択できる。次いで、第２半導体層７１３上に第２電極層７４０を形成する。
【０１３３】
図７Ｂを参照すれば、第２電極層７４０から所定の深さにＩＣＰ−ＲＩＥ方法を利用して、第１半導体層７１１の一部の深さまでエッチングしたコンタクトホール７１０ａを形成する。コンタクトホール７１０ａを含む半導体構造物７１０の上部面の全域に絶縁層７２１を、蒸着方法を利用して塗布する。例えば、絶縁層７２１は、ＰＥＣＶＤ法を利用して、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘを蒸着して形成できる。詳細な製造方法は、前述した部分と同一である。
【０１３４】
図７Ｃを参照すれば、絶縁層７２１のうちコンタクトホール７１０ａの底部に形成された部分をエッチングして、第１半導体層７１１を露出させる。かかるエッチングは、例えば、ＲＩＥドライエッチングまたはＢＯＥを利用したウェットエッチング方法からなる。
【０１３５】
次に、絶縁層７２１上に、第１半導体層７１１の露出された領域を覆う第１電極層７３０を形成する。第１電極層７３０上に他の基板を形成し、基板７０２を除去するステップと、上記の他の基板に第１電極層及び第２電極層と連結される第１コンタクト及び第２コンタクトを形成するステップとは、非導電性基板を使用する製造工程（図３Ｇから図３Ｊ）、または導電性基板を使用する製造工程（図４Ａから図４Ｃ）を参照すればわかるので、詳細な説明は省略する。また、第１電極層７３０上に電極パッドを形成した後、他の基板を形成する工程は、図６Ａから図６Ｇを参照すれば分かるので、詳細な説明は省略する。
【０１３６】
図８Ａは、半導体発光素子１０００の概略断面図である。半導体発光素子１０００は、半導体構造物１１１０、第１導電体１１３０、第２導電体１１４０、絶縁層１１２０、第１導電性接合層１２６０−１、第２導電性接合層１２６０−２、第１導電性基板１２７０−１、第２導電性基板１２７０−２、第１電極１２７１、第２電極１２７２及び絶縁隔壁１２８１を備える。半導体構造物１１１０は、第１半導体層１１１１、活性層１１１２及び第２半導体層１１１３を有する。活性層１１１２は、第１半導体層１１１１と第２半導体層１１１３との間に設けられる。
【０１３７】
半導体構造物１１１０は、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で結晶成長された窒化物系半導体ダイオードである。半導体構造物１１１０は、一例として、成長基板上に第１半導体層１１１１、活性層１１１２、第２半導体層１１１３を結晶成長させることにより、形成される。第１半導体層１１１１、活性層１１１２、第２半導体層１１１３が結晶成長した後で成長基板を除去してもよい。
【０１３８】
成長基板は、結晶成長させる化合物半導体に適した材料で形成された基板である。例えば、窒化物系半導体結晶を成長させる場合には、成長基板として、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板又はＡｌＮ基板を用いることができる。成長基板と第１半導体層１１１１との間に、バッファ層を形成してもよい。バッファ層は、成長基板の格子定数と第１半導体層１１１１の格子定数との間の格子定数を有することで、成長基板と第１半導体層１１１１とを擬似的に格子整合させる。例えば、窒化物系半導体結晶を成長させる場合には、バッファ層はＡｌＮ／ＧａＮで形成される。
【０１３９】
第１半導体層１１１１及び第２半導体層１１１３は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を有する。第１半導体層１１１１及び第２半導体層１１１３は、ＧａＡｓ系半導体又はＧａＰ系半導体であってもよい。
【０１４０】
第１半導体層１１１１には、第１伝導型の不純物がドープされている。第１伝導型の不純物は、例えばｎ型の不純物である。一例として、第１半導体層１１１１がＧａＮである場合に、第１半導体層１１１１にはＳｉ、Ｇｅ又はＳｎが不純物としてドープされている。
【０１４１】
第２半導体層１１１３には、第１伝導型と反対の伝導型である第２伝導型の不純物がドープされている。第１伝導型がｎ型である場合には、第２伝導型はｐ型である。一例として、第２半導体層１１１３がＧａＮである場合に、第２半導体層１１１３にはＺｎ又はＭｇが不純物としてドープされている。
【０１４２】
活性層１１１２は、例えば多重量子井戸構造を有する。多重量子井戸構造は、多数の量子井戸層、及び、それぞれの量子井戸層の間に形成された多数の量子障壁層を有する。第１半導体層１１１１及び第２半導体層１１１３がＧａＮである場合、活性層１１１２はＩｎＧａＮからなる複数の多重井戸層、及び、ＧａＮからなる複数の量子障壁層が積層された層である。
【０１４３】
第１半導体層１１１１及び第２半導体層１１１３を通して注入された電子及び正孔は活性層１１１２で再結合し、光Ｌを放出する。放出された光Ｌは半導体構造物１１１０の発光面１１１０ｃから放出される。ここで、発光面１１１０ｃは、第１半導体層１１１１が有する面のうち、活性層１１１２に接する面と反対側の面である。
【０１４４】
第１導電体１１３０は、第２半導体層１１１３及び活性層１１１２を貫通し、かつ、第１半導体層１１１１、第２半導体層１１１３及び活性層１１１２に囲まれた開口を介して、第１半導体層１１１１に電気的に結合する。一例として、図８Ａにおける第１導電体１１３０は、第２半導体層１１１３の表面から第１半導体層１１１１まで貫通したビアホール１１１０ａを介して、第１半導体層１１１１に電気的に結合されている。
【０１４５】
ビアホール１１１０ａは、例えば、公知の方法で第２半導体層１１１３及び活性層１１１２をエッチングすることにより形成される。半導体構造物１１１０は、一つまたは複数のビアホール１１１０ａ及び第１導電体１１３０を有する。半導体構造物１１１０が複数の第１導電体１１３０を有する場合には、より効果的に電流を拡散することができる。
【０１４６】
ビアホール１１１０ａは、テーパーを有してよい。例えば、ビアホール１１１０ａは、側面が、第１導電体１１３０は、第１半導体層１１１１、第２半導体層１１１３及び活性層１１１２の積層方向に対して傾斜している。ビアホール１１１０ａは、第１半導体層１１１１に接する側面が上記の積層方向に形成されており、第２半導体層１１１３及び活性層１１１２に接する側面が上記の積層方向に対して傾斜していてもよい。
【０１４７】
第２導電体１１４０は、第２半導体層１１１３上に設けられ、第２半導体層１１１３と電気的に結合する。一例として、積層方向における第１導電体１１３０の表面の位置において、第２導電体１１４０の面積は、第１導電体１１３０の面積よりも大きい。第２導電体１１４０は、例えば、第２半導体層１１１３におけるビアホール１１１０ａが形成されていない領域に形成される。
【０１４８】
第２導電体１１４０が第２半導体層１１１３に接する面積は、第１導電体１１３０が第１半導体層１１１１に接する面積よりも大きいことが好ましい。第２半導体層１１１３がｐ型不純物を含む場合には、第２導電体１１４０が第２半導体層１１１３に接する面積が大きい方が、電流拡散をより大きくすることができるので、発光効率を高めることができる。
【０１４９】
なお、第１半導体層１１１１がｐ型不純物を含む場合には、半導体発光素子１０００は、第１半導体層１１１１の底面を覆う透明電極をさらに有してよい。この場合、第１導電体１１３０は第１半導体層１１１１を貫通して、透明電極に接続される。
【０１５０】
第１導電性接合層１２６０−１は、絶縁層１１２０及び第１導電体１１３０に接合する。第２導電性接合層１２６０−２は、絶縁層１１２０及び第２導電体１１４０に接合する。第１導電性接合層１２６０−１は、絶縁層１１２０及び第１導電体１１３０に接合する面と反対の面において、第１導電性基板１２７０−１と接合する。第２導電性接合層１２６０−２は、絶縁層１１２０及び第２導電体１１４０に接合する面と反対の面において、第２導電性基板１２７０−２と接合する。
【０１５１】
第１導電性基板１２７０−１は第１電極１２７１を有する。第２導電性基板１２７０−２は第２電極１２７２を有する。第１電極１２７１は、第１導電性基板１２７０−１を貫通して、第１導電性接合層１２６０−１に接合する。第２電極１２７２は、第２導電性基板１２７０−２を貫通して、第２導電性接合層１２６０−２に接合する。第１電極１２７１は、第１導電性接合層１２６０−１を介して第１導電体１１３０に電流を供給する。第２電極１２７２は、第２導電性接合層１２６０−２を介して第２導電体１１４０に電流を供給する。
【０１５２】
第１導電性接合層１２６０−１及び第２導電性接合層１２６０−２は、導電性基板１２７０−１及び導電性基板１２７０−２の表面に塗布され、所定温度及び圧力が加えられることにより、絶縁層１１２０、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０の表面と導電性基板１２７０とを接合する。第１導電性接合層１２６０−１の面積は、第１導電体１１３０の面積及び第１電極１２７１の面積よりも大きい。第２導電性接合層１２６０−２の面積は、第２導電体１１４０の面積及び第２電極１２７２の面積よりも大きい。
【０１５３】
したがって、半導体構造物１１１０の積層方向と垂直な方向における第１導電体１１３０の位置及び第１電極１２７１の位置が一致しない場合であっても、第１導電体１１３０及び第１電極１２７１は電気的に結合する。同様に、半導体構造物１１１０の積層方向と垂直な方向における第２導電体１１４０の位置及び第２電極１２７２の位置が一致しない場合であっても、第２導電体１１４０及び第２電極１２７２は電気的に結合する。
【０１５４】
第１電極１２７１の面積は、第１導電体１１３０の面積よりも大きい。第２電極１２７２の面積は、第２導電体１１４０の面積よりも大きい。第１電極１２７１及び第２電極１２７２は、半導体発光素子１０００の側面に露出していてもよい。
【０１５５】
絶縁隔壁１２８１は、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０が導電性接合層１２６０によって電気的に結合されることを防ぐ。絶縁隔壁１２８１は、導電性接合層１２６０−１と、導電性接合層１２６０−２との間の開口１２８０内に設けられている。絶縁隔壁１２８１は、公知の絶縁性物質、例えばポリイミドなどの物質で形成される。絶縁隔壁１２８１の幅ｗは、第１導電体１１３０と第２導電体１１４０の間の絶縁層１１２０の幅Ｗよりも小さくてよい。
【０１５６】
図８Ｂは、半導体発光素子１０００をプリント基板１０１０に搭載した場合の概略断面図である。プリント基板１０１０は、導電性接合部１０３０、導電性接合部１０４０、金属配線１０５０及び金属配線１０６０を備える。半導体発光素子１０００は、例えば、半田などの導電性材料により、プリント基板１０１０に接合される。
【０１５７】
具体的には、第１電極１２７１は導電性接合部１０３０に接合される。第２電極１２７２は導電性接合部１０４０に接合される。導電性接合部１０３０の面積は、第１電極１２７１の面積よりも大きい。導電性接合部１０４０の面積は、第２電極１２７２の面積よりも大きい。
【０１５８】
導電性接合部１０３０は、第１導電性基板１２７０−１の一部の領域と接合してもよい。導電性接合部１０４０は、第２導電性基板１２７０−２の一部の領域と接合してもよい。導電性接合部１０３０が、第１電極１２７１及び第１導電性基板１２７０−１の両方に接合することにより、導電性接合部１０３０と第１導電体１１３０との間のインピーダンスが小さくなる。同様に、導電性接合部１０４０が、第２電極１２７２及び第２導電性基板１２７０−２の両方に接合することにより、導電性接合部１０４０と第２導電体１１４０との間のインピーダンスが小さくなる。
【０１５９】
また、半導体構造物１１１０の積層方向と垂直な方向における第１電極１２７１の位置が導電性接合部１０３０の位置と一致していない場合であっても、導電性接合部１０３０及び第１導電体１１３０を電気的に結合させることができる。同様に、半導体構造物１１１０の積層方向と垂直な方向における第２電極１２７２の位置が導電性接合部１０４０の位置と一致していない場合であっても、導電性接合部１０４０及び第２導電体１１４０を電気的に結合させることができる。
【０１６０】
図９は、半導体発光素子２０００の概略断面図である。半導体発光素子２０００は、図８Ａに示した半導体発光素子１０００の第１導電性基板１２７０−１及び第１電極１２７１の代わりに第１電極１１７１を有し、第２導電性基板１２７０−２及び第２電極１２７２の代わりに第２電極１１７２を有する。第１電極１１７１及び第２電極１１７２は、メッキ電極層１１７０を構成する。半導体発光素子２０００は、第１導電性接合層１２６０−１の代わりにシード層１１５０−１を有し、第２導電性接合層１２６０−２の代わりにシード層１１５０−２を有する。半導体発光素子２０００における絶縁層１１２０は、保護層１１２１及び絶縁物質層１１２２を有する。
【０１６１】
保護層１１２１は、半導体発光素子２０００の製造工程において、第１導電体１１３０の金属原子が活性層１１１２及び第２半導体層１１１３に拡散することを防ぐ。保護層１１２１は、例えばＳｉＯ２である。
【０１６２】
保護層１１２１は、第１導電体１１３０と、活性層１１１２及び第２半導体層１１１３との間に設けられる。保護層１１２１は、第２半導体層１１１３の側面及び第２半導体層１１１３の表面の一部に接してよい。さらに、保護層１１２１は、第２導電体１１４０の側面に接してもよい。
【０１６３】
第２導電体１１４０は、第２半導体層１１１３の表面において、保護層１１２１が形成される領域以外の領域を覆う。第２導電体１１４０の面積は、第１導電体１１３０の面積より大きくてよい。また、第１導電体１１３０が複数設けられる場合、第２導電体１１４０の面積は、複数の第１導電体１１３０の面積の和より大きくてよい。
【０１６４】
絶縁物質層１１２２は、第１導電体１１３０と第２導電体１１４０とを絶縁する。絶縁物質層１１２２は、第１導電体１１３０と、活性層１１１２及び第２半導体層１１１３とをさらに絶縁してもよい。絶縁物質層１１２２は、保護層１１２１と第１導電体１１３０の間に設けられる。また、絶縁物質層１１２２は、第１導電体１１３０と活性層１１１２及び第２半導体層１１１３との間に設けられている。
【０１６５】
絶縁物質層１１２２は、第１導電体１１３０の側面の少なくとも一部の領域に接する。絶縁物質層１１２２は、第１導電体１１３０の側面に沿って、ビアホール内に形成されるとともに、第１導電体１１３０の表面付近において屈曲して、第２導電体１１４０の表面上にさらに延伸されている。絶縁物質層１１２２は、第２導電体１１４０における半導体構造物１１１０と接していない側の面の一部の領域に接して設けられる。
【０１６６】
絶縁物質層１１２２は、例えば、ＳｉＯ２である。保護層１１２１及び絶縁物質層１１２２は絶縁層１１２０を形成し、第１導電体１１３０と、第２導電体１１４０、活性層１１１２及び第２半導体層１１１３とを絶縁する。絶縁物質層１１２２は、第２導電体１１４０の表面の半分以上を覆って設けられる。ただし絶縁物質層１１２２には、第２導電体１１４０の一部が露出するように開口が形成される。
【０１６７】
絶縁層１１２０は、半導体構造物１１１０の表面において、第１導電体１１３０が設けられた領域及び第２導電体１１４０が設けられた領域の一部を除く領域に設けられてもよい。例えば、絶縁層１１２０は、第２導電体１１４０における半導体構造物１１１０と接していない側の面の一部の領域に接して設けられる。
【０１６８】
金属層１１３５は、第１導電体１１３０を第１電極１１７１と接続する。金属層１１４５は、第２導電体１１４０を第２電極１１７２と接続する。金属層１１３５及び金属層１１４５は、銅、ニッケル、クロム等の金属である。金属層１１４５は、絶縁物質層１１２２に設けられた開口内に形成される。金属層１１４５の面積は、第２導電体１１４０の面積より小さい。例えば金属層１１４５の面積は、第２導電体１１４０の面積の半分以下である。また、第２導電体１１４０は、半導体構造物１１１０の上面の半分以上を覆ってよい。
【０１６９】
シード層１１５０−１及びシード層１１５０−２は、第１電極１１７１及び第２電極１１７２をメッキ法により形成する場合にメッキを容易にするシードとして機能する。シード層１１５０−１及びシード層１１５０−２は、金属層１１３５と第１電極１１７１との間、及び、金属層１１４５と第２電極１１７２との間に設けられる。シード層１１５０は、第１電極１１７１及び第２電極１１７２と同じ種類の金属である。
【０１７０】
シード層１１５０−１の面積は、第１導電体１１３０の面積より大きい。また、シード層１１５０−２の面積は、金属層１１４５の面積より大きい。また、シード層１１５０−１の面積は、シード層１１５０−２の面積より大きい。シード層１１５０−１の面積は、半導体構造物１１１０の面積の半分より大きくてよい。シード層１１５０−２の面積は、半導体構造物１１１０の面積の半分より小さくてよい。
【０１７１】
メッキ電極層１１７０は、第１電極１１７１及び第２電極１１７２を有する。メッキ電極層１１７０は、第１電極１１７１と第２電極１１７２との間に、絶縁隔壁１１８０を有する。絶縁隔壁１１８０は、第１電極１１７１と第２電極１１７２とを絶縁する。絶縁隔壁１１８０は、ポリイミドなどの絶縁材料で形成される。
【０１７２】
第１電極１１７１は、第１導電体１１３０の上方に設けられ、第１導電体１１３０と電気的に結合する。第２電極１１７２は、第２導電体１１４０の上方に設けられ、第２導電体１１４０と電気的に結合する。第１電極１１７１及び第２電極１１７２は、それぞれ導電性材料を介して第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０と電気的に結合してもよい。
【０１７３】
一例として、第１半導体層１１１１及び活性層１１１２の積層方向に垂直な水平方向における第１電極１１７１の面積は、第１導電体１１３０の水平方向の面積よりも大きい。さらに、第１電極１１７１の少なくとも一部の領域が、第２導電体１１４０の上方に設けられていてもよい。この場合、第１電極１１７１及び第２導電体１１４０は、絶縁層１１２０により絶縁される。このように第１電極１１７１の面積が第１導電体１１３０の面積に比べて十分に大きい場合には、外部回路と第１電極１１７１とを接続することが容易になる。
【０１７４】
第２電極１１７２の面積は、第２導電体１１４０の面積より小さくてもよい。第２電極１１７２は、第２導電体１１４０の上方における領域の一部の領域に形成されてよい。
【０１７５】
絶縁隔壁１１８０は、第１電極１１７１と第２電極１１７２との間を絶縁する。絶縁隔壁１１８０の面積は、絶縁層１１２０が第２導電体１１４０に接する面積よりも小さい。絶縁隔壁１１８０は、第１電極１１７１と第２電極１１７２との間において、絶縁層１１２０上に設けられている。絶縁隔壁１１８０は、第２導電体１１４０の一部の領域を覆う絶縁層１１２０に接してもよい。つまり、絶縁隔壁１１８０は、第２導電体１１４０の上方に形成されてよい。
【０１７６】
メッキ電極層１１７０は、例えば、銅、ニッケル、クロムなどの金属である。メッキ電極層１１７０は、例えば数十μｍの厚みのメッキによって形成される。
【０１７７】
本実施形態に係る半導体発光素子２０００は、メッキ電極層１１７０が半導体構造物１１１０に接続する電気的配線として機能するとともに、物理的な支持機能を有する。例えば、第１電極１１７１は、第２半導体層１１１３及び活性層１１１２を貫通して形成されている第１導電体１１３０と電気的に結合されている。その結果、半導体発光素子２０００は、活性層１１１２の面積を十分に確保することにより発光効率を向上することができるとともに、十分な強度及び大きさを有する電極を備えることができる。
【０１７８】
図１０Ａから図１０Ｐは半導体発光素子２０００の製造方法を示す図である。図１０Ａから図１０Ｐにおいては、説明の便宜上、一つの発光素子を製造する工程を図示したが、複数個の発光素子をウェハー上に一体で形成した後に、それぞれの発光素子に切断することにより、単体の発光素子を製造してもよい。
【０１７９】
まず、図１０Ａに示すように、成長基板１１００の表面に第１半導体層１１１１、活性層１１１２及び第２半導体層１１１３を順次結晶成長させて半導体構造物１１１０を形成する。
【０１８０】
第１半導体層１１１１、活性層１１１２及び第２半導体層１１１３は、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition、ＭＯＣＶＤ)を利用したエピタキシャル成長法等により形成することができる。具体的には、第１半導体層１１１１上に、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎなどのｎ型の第１伝導型不純物がドープされたＧａＮまたはＧａＮ／ＡｌＧａＮ層を有する活性層１１１２を形成する。
【０１８１】
活性層１１１２は、例えば、多重量子井戸（Multi-Quantum Well）構造のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層として形成される。活性層１１１２は、一つの量子井戸層であってもよい。活性層１１１２は、ダブルヘテロ構造を有してもよい。第２半導体層１１１３は、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅと同じｐ型の第２伝導型不純物がドープされたＧａＮ層またはＧａＮ／ＡｌＧａＮ層により形成することができる。
【０１８２】
続いて、図１０Ｂに示すように、第１導電体１１３０が形成される半導体構造物１１１０の領域を、第２半導体層１１１３及び活性層１１１２を貫通して第１半導体層１１１１に達する深さまでエッチングしてビアホール１１１０ａを形成し、第１半導体層１１１１の一部を露出させる。ビアホール１１１０ａは、例えば、内壁面が傾斜しているメサ形状を有する。ビアホール１１１０ａは、内壁面が垂直な形状であってもよい。
【０１８３】
次に、ビアホール１１１０ａを含む半導体構造物１１１０の上面全域に、公知の蒸着方法を利用して保護層１１２１を塗布する。例えば、保護層１１２１は、プラズマ化学蒸着法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition、ＰＥＣＶＤ）により、約１０６０００Åの厚さにＳｉＯ２を蒸着して形成することができる。半導体発光素子２０００の製造工程においては、半導体構造物１１１０上に複数の第１導電体１１３０を形成してもよい。
【０１８４】
図１０Ｃは、製造工程における半導体発光素子２０００の電極パターンの一例を示す平面図である。半導体発光素子２０００は、一例として、等間隔に配置された複数の第１導電体１１３０を有する。それぞれの第１導電体１１３０は、図１０Ｂに示したビアホール１１１０ａの底面をエッチングした領域に形成される。半導体発光素子２０００は、それぞれの第１導電体１１３０に対応する複数のビアホール１１１０ａを有する。
【０１８５】
複数の第１導電体１１３０のうちの少なくとも一部の第１導電体１１３０は、格子状に配置されていてもよい。また、少なくとも一部の第１導電体１１３０は、半導体発光素子２０００の側面から第１導電体１１３０の直径以上の距離だけ離れた位置に配置されていてもよい。半導体発光素子２０００は、複数の第１導電体１１３０を有することにより、効果的に電流を拡散することができる。
【０１８６】
図１０Ｄは、図１０Ｂの次の工程を示す。図１０Ｄに示すように、保護層１１２１のうち、ビアホール１１１０ａの底部に形成された部分をエッチングすることにより第１半導体層１１１１を露出させる。例えば、ＲＩＥ法（Reactive Ion Etching）及びＢＯＥ法（Buffered Oxide Etching）により、保護層１１２１をエッチングすることができる。第１導電体１１３０は、ビアホール１１１０ａ内を満たすように形成されてもよい。
【０１８７】
続いて、第１半導体層１１１１が露出した領域に第１導電体１１３０を形成する。例えば、第１導電体１１３０は、Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ層を２００ｎｍ／１１２００ｎｍ／２０ｎｍの厚さで蒸着することにより形成することができる。
【０１８８】
次に、図１０Ｅに示すように、第１導電体１１３０を囲む領域以外の保護層１１２１をエッチングすることにより、第２半導体層１１１３を露出させる。当該エッチングにおいては、ＲＩＥ法及びＢＯＥ法を利用することができる。当該エッチングにおいては、少なくとも第２半導体層１１１３の表面の半分以上を露出させる。
【０１８９】
続いて、露出した第２半導体層１１１３上に第２導電体１１４０を形成する。第２導電体１１４０は、一例として、オーミック特性及び光反射特性を有する金属で形成されることにより、反射膜として機能する。第２導電体１１４０は、オーミック特性及び光反射特性をそれぞれ有する金属が順次積層した複数の層により形成することもできる。例えば、第２導電体１１４０は、Ｎｉ／Ａｇ／Ｐt／Ｔｉ／Ｐｔ層をそれぞれ０．５ｎｍ／２５０ｎｍ／５０ｎｍ／３００ｎｍ／５０ｎｍの厚さで蒸着することにより形成される。
【０１９０】
図１０Ｆは、第２導電体１１４０を形成した後の半導体発光素子２０００の平面図である。第２導電体１１４０は、第１導電体１１３０の周囲を取り囲むように形成されている。第１導電体１１３０と第２導電体１１４０との間には、保護層１１２１が形成されている。当該平面において、保護層１１２１の面積は、第１導電対１１３０の面積より小さい。
【０１９１】
次に、図１０Ｇに示すように、半導体構造物１１１０の上方に、予め定められた厚さの絶縁物質層１１２２を塗布する。例えば、絶縁物質層１１２２の厚さは、第１導電体１１３０と第２導電体１１４０との間で必要とされる絶縁耐圧の大きさに応じて定められる。絶縁物質層１１２２は、第１導電体１１３０、第２導電体１１４０及び保護層１１２１を含む全領域上に塗布される。絶縁物質層１１２２は、例えば、ＰＥＣＶＤ法を利用して約８０００Åの厚さでＳｉＯ２を蒸着して形成することができる。
【０１９２】
次に、図１０Ｈに示すように、絶縁物質層１１２２の一部の領域をエッチングすることにより、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０を露出させる。複数の第１導電体１１３０を形成する場合には、すべての第１導電体１１３０を露出させる。これに対して、第２導電体１１４０は、予め定められた一部の領域を露出させる。第２導電体１１４０を露出させる面積は、第２導電体１１４０全体の半分以下である。その結果、第２導電体１１４０のうちの一部の領域上には絶縁物質層１１２２が形成された状態になる。露出した第１導電体１１３０及び露出した第２導電体１１４０の上方における、絶縁物質層１１２２を除去した領域には銅、ニッケル、クロム等の金属層１１３５及び金属層１１４５を充填してよい。
【０１９３】
図１０Ｉは、絶縁物質層１１２２の一部の領域をエッチングした後の半導体発光素子２０００の平面図である。図１０Ｉが示すように、絶縁物質層１１２２の面積は、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０が露出する面積よりも大きい。また、第１導電体１１３０と第２導電体１１４０との間の距離は、第１導電体１１３０の直径又は第２導電体１１４０が露出している領域の辺の長さよりも大きい。このように、絶縁物質層１１２２の面積が十分に大きいことにより、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０の上方に、それぞれ第１電極１１７１及び第２電極１１７２を形成した場合に、第１電極１１７１と第２電極１１７２とを絶縁する絶縁隔壁１１８０を容易に形成することができる。
【０１９４】
次に、図１０Ｊに示すように、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０上に、メッキ工程で用いるシード層１１５０を、第１電極領域１１５１及び第２電極領域１１５２に形成する。第１電極領域１１５１は、第１導電体１１３０の表面を含む領域である。半導体発光素子２０００が複数の第１導電体１１３０を有する場合には、第１電極領域１１５１は、複数の第１導電体１１３０を含む領域である。第１電極領域１１５１には、第１電極１１７１が形成される。
【０１９５】
第２電極領域１１５２は、第２導電体１１４０の一部が露出した領域を含む領域である。第２電極領域１１５２には、第２電極１１７２が形成される。第１電極１１７１と第２電極１１７２が短絡することを防ぐべく、第１電極領域１１５１と第２電極領域１１５２との間には、第１電極１１７１及び第２電極１１７２間で必要とされる絶縁耐圧に応じて定められた距離が確保されている。
【０１９６】
図１０Ｋは、第１電極領域１１５１と第２電極領域１１５２との関係を示す半導体発光素子２０００の平面図である。図１０Ｋが示すように、第１電極領域１１５１と第２電極領域１１５２との間には、境界領域が設けられ、絶縁層１１２０が露出している。境界領域に絶縁隔壁１１８０を形成することにより、第１電極１１７１と第２電極１１７２との間の絶縁耐圧を確保することができる。図１０Ｋに示すように、第２電極領域１１５２は、発光素子のいずれかの辺に接して、且つ、当該辺より短い長さで形成される。絶縁隔壁１１８０は、発光素子の当該辺以外において、第２電極領域１１５２を囲んで形成される。
【０１９７】
図１０Ｌは、境界領域にフォトレジスト１１６０を形成した状態を示す。図１０Ｌに図示されるように、シード層１１５０の境界領域１１５０ａにフォトレジスト１１６０を形成する。フォトレジスト１１６０は、シード層１１５０の表面に形成したレジストをパターニングして形成してよい。続いて、図１０Ｍに示すように、第１電極領域１１５１及び第２電極領域１１５２のそれぞれにおいて、公知のメッキ法により、フォトレジスト１１６０の両側に第１電極１１７１及び第２電極１１７２を形成する。第１電極１１７１及び第２電極１１７２は、銀、ニッケル、クロムなどの金属により数十μｍの厚さで形成することができる。
【０１９８】
次に、図１０Ｎに示すようにフォトレジスト１１６０を除去して、第１電極１１７１及び第２電極１１７２の間の開口１１７０ａを形成する。続いて、図１０Ｏに示すように、フォトレジスト１１６０が設けられていた開口１１７０ａに絶縁物質を満たして絶縁隔壁１１８０を形成する。絶縁隔壁１１８０を形成した後、ＣＭＰ法（Chemical Mechanical Polishing)のような研磨法により、メッキ電極層１１７０の表面を平坦化させることができる。最後に、図１０Ｐに示すように、結晶成長の基礎になった成長基板１１００をレーザーリフトオフ等の方法により除去する。
【０１９９】
本実施形態に係る半導体発光素子２０００は、メッキ法によりメッキ電極層１１７０を形成するので、発光素子のほかに電極を形成する電極基板を準備する必要がなく、半導体構造物１１１０を電極基板に接合する必要もない。したがって、本実施形態に係る発光素子の製造方法は、コストが低く、大量生産及び大面積化に適している。
【０２００】
また、第１電極１１７１及び第２電極１１７２を半導体構造物１１１０の片方の面に形成するので、フリップチップ工程においてチップレベルでパッケージングすることができる。さらに、第１電極１１７１及び第２電極１１７２は熱伝導度が良好な金属で形成されるので、半導体発光素子２０００は、放熱効率が高く、長時間動作をさせることができるとともに、高い信頼性を有する。
【０２０１】
図１１Ａから図１１Ｅは、図８Ａに示した半導体発光素子１０００の製造方法を示す。半導体発光素子１０００の製造方法においては、半導体発光素子２０００の製造方法における図１０Ａから図１０Ｅまでの工程の後に、図１１Ａに示すように、導電性基板１２７０に、第１ビアホール１２７０ａ及び第２ビアホール１２７０ｂを形成する。第１ビアホール１２７０ａ及び第２ビアホール１２７０ｂは、導電性基板１２７０を貫通する。続いて、第１ビアホール１２７０ａと第２ビアホール１２７０ｂのそれぞれに銅、ニッケル、クロム等の金属を充填することにより、第１電極１２７１及び第２電極１２７２を形成する。
【０２０２】
第１ビアホール１２７０ａ及び第２ビアホール１２７０ｂの位置は、それぞれ第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０の位置に対応する。導電性基板１２７０が第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０の上方に重ね合わされた場合に、第１ビアホール１２７０ａは第１導電体１１３０の少なくとも一部の領域の上方に位置し、第２ビアホール１２７０ｂは第２導電体１１４０の少なくとも一部の領域の上方に位置する。
【０２０３】
次に、図１１Ｂに示すように、絶縁層１１２０をエッチングすることにより、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０を露出させる。続いて、導電性基板１２７０の上側に導電性接合層１２６０を塗布した後、第１導電体１１３０、第２導電体１１４０及び絶縁層１１２０に予め定められた温度と圧力を加えて導電性基板１２７０を接合させる。例えば、導電性接合層１２６０に３００℃以上の温度及び予め定められた圧力を加えて、導電性接合層１２６０に導電性基板１２７０を接合する。
【０２０４】
導電性基板１２７０は、半導体発光素子１０００の支持層として機能する。導電性基板１２７０は、接合するときに３００℃以上の温度が加えられるので、熱膨張係数が成長基板１１００の熱膨張係数と類似する基板を用いることが望ましい。導電性基板１２７０は、例えば、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板又はＧｅ基板である。
【０２０５】
次に、図１１Ｃに示すように、導電性基板１２７０及び導電性接合層１２６０をエッチングすることにより、開口１２８０を形成する。開口１２８０は、機械的加工、超音波加工、レーザー加工、サンドブラスティング、又は、乾式エッチングなどの多様な方法、又は、これらの方法を組み合わせることにより形成することができる。開口１２８０は、第１導電体１１３０と第２導電体１１４０との間に形成された絶縁層１１２０が露出するまで、導電性基板１２７０及び導電性接合層１２６０を貫通することにより形成される。開口１２８０は、導電性基板１２７０を第１電極１２７１側の領域と第２電極１２７２側の領域とに分離するように形成される。
【０２０６】
次に、図１１Ｄに示すように、開口１２８０に、スパッタリング又は化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）などの方法を用いて絶縁物質を満たして絶縁隔壁１２８１を形成する。絶縁物質としては、広く知られたポリマー系材料を使用することができる。
【０２０７】
次に、図１１Ｅに示すように、半導体構造物１１１０から成長基板１１００を除去する。半導体構造物１１１０の表面１１１０ｃから光が放出されるので、成長基板１１００を除去することにより、光取り出し効率が向上する。また、半導体構造物１１１０の表面１１１０ｃに表面凹凸構造を形成することにより、光取り出し効率を上げることもできる。
【０２０８】
図１２は、他の実施形態による半導体発光素子２５００の概略的な断面図である。図１２を参照すれば、本実施形態の半導体発光素子２５００は、半導体構造物１１１０と、半導体構造物１１１０の一面１１１０ｂに設けられた電極構造物とを備える。半導体発光素子２５００は、図９から図１０Ｐに関連して説明した半導体発光素子２０００の構成に対して、第３金属層１１９３および第４金属層１１９４を更に備える。他の構成は、半導体発光素子２０００と同一であってよい。
【０２０９】
半導体構造物１１１０は、所定の成長基板１１００（図１３Ａ）上に結晶成長して形成された第１半導体層１１１１、活性層１１１２及び第２半導体層１１１３を備える。結晶成長の基礎となった成長基板１１００は、後述するように除去される。
【０２１０】
電極構造物は、第２半導体層１１１３側に設けられた第１導電体１１３０、第２導電体１１４０、第１金属層１１９１、第２金属層１１９２、第３金属層１１９３、第４金属層１１９４、第１電極１１７１及び第２導電体１１４０を備える。第１金属層１１９１および第２金属層１１９２は、図１０Ｊに関連して説明した第１電極領域１１５１および第２電極領域１１５２に対応する。
【０２１１】
第１導電体１１３０は、第２半導体層１１１３及び活性層１１１２を貫通して、第１半導体層１１１１に達するコンタクトホール１１１０ａを介して、第１半導体層１１１１に電気的に結合される。コンタクトホール１１１０ａは、側壁が積層方向に対して傾斜したメサ形状又は側壁が積層方向に対して垂直な形状にエッチングされて形成される。コンタクトホール１１１０ａは、複数個設けられる。複数の第１導電体１１３０が形成されて、電流拡散を効果的に具現できる。
【０２１２】
第２導電体１１４０は、第２半導体層１１１３上に設けられて、第２半導体層１１１３に電気的に結合される。第２導電体１１４０は、第２半導体層１１１３におけるコンタクトホール１１１０ａが形成されていない領域に設けられる。
【０２１３】
絶縁層１１２０は、半導体構造物１１１０から、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０を絶縁する。絶縁層１１２０は、活性層１１１２、第２半導体層１１１３及び第２導電体１１４０から第１導電体１１３０を絶縁する。絶縁層１１２０は、半導体構造物１１１０の上面で、第１導電体１１３０が位置した領域及び第２導電体１１４０が位置した領域の一部を除いた残りの領域に塗布されている。
【０２１４】
絶縁層１１２０上には、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０とそれぞれ結合される第１金属層１１９１及び第２金属層１１９２が形成される。第１金属層１１９１は、複数の第１導電体１１３０と結合されるように形成され、第２導電体１１４０の一部の領域にのみ形成される第２金属層１１９２よりも面積が大きい。半導体発光素子２５００の大きさによって異なるが、第１金属層１１９１の面積は、第２金属層１１９２の面積より３倍以上であることが望ましい。
【０２１５】
第３金属層１１９３は、第１金属層１１９１と電気的に結合している。例えば、第３金属層１１９３は、第１金属層１１９１の一部の領域に設けられている。第４金属層１１９４は、第２金属層１１９２と電気的に結合している。例えば、第４金属層１１９４は、第２金属層１１９２の全面を覆うように設けられている。第３金属層１１９３の面積は、第１金属層１１９１の面積よりも小さい。第４金属層１１９４の面積は、第２金属層１１９２の面積と略等しくてよく、大きくてもよい。
【０２１６】
絶縁層１１９６は、第１金属層１１９１と第２金属層１１９２との間の空間、及び第３金属層１１９３と第４金属層１１９４との間の空間を満たして、第１金属層１１９１と第２金属層１１９２との間を絶縁する。絶縁層１１９６は、第３金属層１１９３と第４金属層１１９４との間も絶縁する。
【０２１７】
絶縁層１１９６上には、絶縁隔壁１１８０が形成されている。絶縁隔壁１１８０の両側には、それぞれ第３金属層１１９３及び第４金属層１１９４と結合された第１シード層１１５０−１と第２シード層１１５０−２とが形成されている。第１シード層１１５０−１及び第２シード層１１５０−２上には、それぞれ第１電極１１７１と第２電極１１７２とが形成されている。第１電極１１７１及び第２電極１１７２は、例えば、メッキ工程で形成される。
【０２１８】
第１電極１１７１及び第２電極１１７２のメッキ厚さは、１５μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。第１電極１１７１及び第２電極１１７２は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、ＴｉＮ、Ａｕ、Ｓｎ及びそれらの混合物のうち少なくとも一つを含む。第１電極１１７１及び第２電極１１７２の厚みが１５μｍより小さいと、半導体構造物１１１０を支持する強度が不足する。第１電極１１７１及び第２電極１１７２の厚みが５００μｍより大きいと、メッキ工程時間が長くなり、製造コストが上昇するという問題がある。
【０２１９】
絶縁隔壁１１８０の幅（第１電極１１７１と第２電極１１７２との間隔）は、約１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。絶縁隔壁１１８０の幅が１μｍ以下の場合には、第１電極１１７１及び第２電極１１７２間に絶縁隔壁１１８０を形成することが困難である。絶縁隔壁１１８０の幅が５００μｍ以上の場合には、第１電極１１７１及び第２電極１１７２の大きさが相対的に小さくなるので、半導体発光素子２５００で発生する熱を効果的に放出することができない。その結果、半導体発光素子２５００の温度が上昇して、半導体発光素子２５００の輝度が低下する。
【０２２０】
本実施形態の半導体発光素子２５００は、第１導電体１１３０と第１シード層１１５０−１との間、及び、第２導電体１１４０と第２シード層１１５０−２との間に、第１金属層１１９１、第２金属層１１９２、第３金属層１１９３、第４金属層１１９４及び絶縁層１１９６を形成することによって、第２電極１１７２の面積を大きくすることができる。したがって、半導体発光素子２５００は、コンタクトが形成された基板におけるコンタクトの位置に応じた面積の第１電極１１７１及び第２電極１１７２を有することができる。
【０２２１】
次に、他の実施形態による半導体発光素子２５００の製造方法を説明する。図１３Ａないし図１３Ｇは、本発明のさらに他の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するために順次に示す工程断面図であり、図１０Ｈに続く工程である。図１４Ａないし図１４Ｃは、本発明の一実施形態による半導体発光素子の製造工程の段階で、電極パターンの一例を示す平面図である。
【０２２２】
図１３Ａを参照すれば、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０上に金属層（図示せず）を形成した後、金属層をパターニングして、第１導電体１１３０及び第２導電体１１４０とそれぞれ結合された第１金属層１１９１及び第２金属層１１９２を形成する。
【０２２３】
図１４Ａを参照すれば、第１金属層１１９１は、複数の第１導電体１１３０と結合されるので、面積が広く、第２金属層１１９２は、第２導電体１１４０の一部の領域にのみ形成される。第１金属層１１９１及び第２金属層１１９２の形成は、先工程である図１０Ｈの工程における金属層１１３５及び金属層１１４５の形成と共に行ってもよい。続いて、絶縁層１１２０上に、第１金属層１１９１及び第２金属層１１９２を覆う絶縁層１１９６を形成する。次いで、絶縁層１１９６をパターニングして、第１金属層１１９１及び第２金属層１１９２をそれぞれ露出する。
【０２２４】
次に、図１３Ｂに示すように、第１金属層１１９１及び第２金属層１１９２における露出された領域に、それぞれ第１金属層１１９１及び第２金属層１１９２と結合されるように、第３金属層１１９３及び第４金属層１１９４を形成する。図１４Ａ及び図１４Ｂを共に参照すれば、第３金属層１１９３は、第１金属層１１９１の領域より狭く形成され、第４金属層１１９４は、第２金属層１１９２の領域の０．５倍以上３倍以下の面積を占めるように形成する。第３金属層１１９３および第４金属層１１９４は、半導体発光素子２５００の上面を２分した領域の一方ずつに設けられる。つまり、第３金属層１１９３の面積は、半導体発光素子２５００の上面面積の半分より小さい。また、第４金属層１１９４は、第３金属層１１９３より小さい。絶縁層１１９６は、第３金属層１１９３および第４金属層１１９４が設けられる領域以外の、半導体発光素子２５００の上面全体を覆う。
【０２２５】
図１３Ｃを参照すれば、絶縁層１１９６上に、第３金属層１１９３及び第４金属層１１９４を覆うメッキのためのシード層１１５０を形成する。次いで、シード層１１５０上に、シード層１１５０を二つに分けるフォトレジスト１１６０を形成する。図１４Ｃを参照すれば、フォトレジスト１１６０により分けられる第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とは、それぞれ第３金属層１１９３及び第４金属層１１９４が設けられる領域である。第２領域Ａ２は、第４金属層１１９４の１倍以上５倍以下の面積で形成される。第１領域Ａ１および第２領域Ａ２は、同一の面積であってよい。
【０２２６】
図１３Ｄを参照すれば、フォトレジスト１１６０を挟んで、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２のそれぞれに、第１電極１１７１と第２電極１１７２とをメッキ工程で形成する。第１電極１１７１と第２電極１１７２とは、銅、ニッケル、クロムなどの金属で１５μｍ以上５００μｍ以下の厚さに形成できる。
【０２２７】
図１３Ｅを参照すれば、フォトレジスト１１６０を除去して、第１電極１１７１と第２電極１１７２との間の空間１１７０ａを確保する。空間１１７０ａの幅（第１電極１１７１と第２電極１１７２との間隔）は、約１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。空間１１７０ａの幅が１μｍ以下であれば、両側の第１電極１１７１と第２電極１１７２との間の絶縁不良が発生しうる。空間１１７０ａの幅が５００μｍ以上であれば、第１電極１１７１及び第２電極１１７２が占める面積が相対的に小さくなって、半導体発光素子２５００で発生する熱が効果的に放出されず、半導体発光素子２５００の温度が上昇するので、半導体発光素子２５００の輝度が低下する。
【０２２８】
図１３Ｆを参照すれば、フォトレジスト１１６０があった空間１１７０ａに露出されたシード層１１５０をエッチングして、第１シード層１１５０−１と第２シード層１１５０−２とに分離する。次いで、空間１１７０ａと、第１シード層１１５０−１及び第２シード層１１５０−２のエッチングされた領域とを満たして、絶縁隔壁１１８０を形成する。絶縁隔壁１１８０を形成した後、ＣＭＰのような工程を通じて、第１電極１１７１と第２電極１１７２との表面を平坦化させることができる。
【０２２９】
図１３Ｇを参照すれば、結晶成長の基礎となった成長基板１１００を、レーザーリフトオフ工程などを通じて除去する。上記の実施形態によれば、前述したようにメッキ工程で電極パッドを形成でき、電極パッドの形成領域を容易に設計できるので、製造された半導体発光素子２５００を他のコンタクトが形成された基板に容易に設置できる。
【０２３０】
図１５は、本発明の他の実施形態に係る照明装置８００の概略断面図である。照明装置８００は、半導体発光素子１００、バルブ８１０、端子８２０、配線８３０及び基板８４０を備える。基板８４０は、複数の半導体発光素子１００と複数の端子８２０とを接続する複数のスルーホール８５０を有する。なお、半導体発光素子１００に代えて、図８Ａから図１４Ｃに関連して説明したいずれかの半導体発光素子を有してもよい。
【０２３１】
照明装置８００は、配線８３０、端子８２０及びスルーホール８５０を介して、商用電源から取得した電力を半導体発光素子１００に供給する。半導体発光素子１００は、電力の供給を受けてバルブ８１０に向けて発光する。
【０２３２】
基板８４０は、半導体発光素子１００が設けられた面と同一の面上に、半導体発光素子１００に流れる電流を調整する抵抗などの半導体発光素子１００を駆動する回路を有してもよい。半導体発光素子１００は、複数の電極が下面に露出しているので、半導体発光素子１００を駆動する回路及び半導体発光素子１００を容易にプリント基板の同一面に実装することができる。
【０２３３】
図１６は、本発明の他の実施形態に係るバックライト９００の構成例を示す。バックライト９００は、複数の半導体発光素子１００が１次元または２次元に配列されたデバイスアレイ９２０と、導光板９１０とを備える。なお、半導体発光素子１００に代えて、図８Ａから図１４Ｃに関連して説明したいずれかの半導体発光素子を有してもよい。また、バックライト９００は、導光板９１０の光射出面に対向する位置に設けられた、拡散シートおよびレンズシート等の光学シートを更に備えてよい。
【０２３４】
デバイスアレイ９２０は、導光板９１０の各長辺に対向して設けられてよい。それぞれの半導体発光素子１００は、導光板９１０の側面から、導光板９１０の内部に光を射出する。導光板９１０は、入射された光を、所定の光射出面から射出する。また、デバイスアレイ９２０は、導光板９１０の光射出面とは逆側の面に対向して設けられてよい。つまり、バックライト９００は、直下型であってもよい。当該バックライトは、テレビ等の液晶モニタ、携帯電話の液晶画面等に用いることができる。
【０２３５】
なお、図１Ａに関連して説明した半導体発光素子１００は、更に多様な用途に用いることができる。例えば半導体発光素子１００は、自動二輪車、自動四輪車のヘッドライトの光源として使用することもできる。この場合、ヘッドライトは、１または複数の半導体発光素子１００と、半導体発光素子１００の射出光を車外に照射するレンズとを有する。
【０２３６】
また、半導体発光素子１００は、蛍光灯の光源として使用することもできる。この場合、蛍光灯は、一次元に配列された複数の半導体発光素子１００と、複数の半導体発光素子１００を格納し、半導体発光素子１００の射出光を外部に照射するチューブとを有する。
【０２３７】
また、半導体発光素子１００は、情報表示装置の画素として使用することもできる。この場合、情報表示装置は、二次元に配列された複数の半導体発光素子１００と、それぞれの半導体発光素子１００を駆動する駆動回路とを有する。複数の半導体発光素子１００には、緑色光、青色光または赤色光をそれぞれ射出する複数種類のデバイスが含まれてよい。
【０２３８】
また、半導体発光素子１００は、信号機の光源として使用することもできる。信号機は、それぞれ異なる色を射出する少なくとも２種類の半導体発光素子１００と、それぞれの半導体発光素子１００を駆動する駆動回路とを有する。信号機は、色ごとに半導体発光素子１００を複数有してよい。
【０２３９】
また、半導体発光素子１００は、電気機器の動作状態を示す表示灯の光源として使用することもできる。表示灯は、例えばテレビまたはノートパソコンの電源の状態等を示す表示灯であって、半導体発光素子１００と、半導体発光素子１００を駆動する駆動回路とを有する。
【０２４０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０２４１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０２４２】
１００  半導体発光素子、１０２  サファイア基板、１１０  半導体構造物、１１１  第１半導体層、１１２  活性層、１１３  第２半導体層、１２０  第２電極層、１３０  絶縁層、１４０  第１電極層、１５０  非導電性基板、１５１  第１貫通ホール、１５２  第２貫通ホール、１５３  第１コンタクト、１５４  第２コンタクト、１５６  絶縁層、１８０  コンタクトホール、２０２  基板、２１０  半導体構造物、２１０ａ  コンタクトホール、２１１  第１半導体層、２１２  活性層、２１３  第２半導体層、２２０  絶縁層、２２１  絶縁層、２２２  絶縁層、２２３  絶縁層、２３０  第１電極層、２３０ａ  上面、２３１  コンタクト層、２４０  第２電極層、２５０  非導電性基板、２５０ａ  底面、２５１  第１貫通ホール、２５２  第２貫通ホール、２５３  第１コンタクト、２５４  第２コンタクト、２５６  絶縁層、４４１  貫通ホール、４４２  絶縁層、４４３  コンタクト、４５０  導電性基板、４５１  第１貫通ホール、４５２  第２貫通ホール、４５３  第１コンタクト、４５４  第２コンタクト、４６０  絶縁層、５００  半導体発光素子、５１０  半導体構造物、５１１  第１半導体層、５１２  活性層、５１３  第２半導体層、５２０  第２電極層、５３０  絶縁層、５３４  絶縁層、５４０  第１電極層、５５１  第１電極パッド、５５２  第２電極パッド、５５４  空間、５６０  基板、５６１  第１貫通ホール、５６２  第２貫通ホール、５６３  第１コンタクト、５６４  第２コンタクト、５７０  絶縁層、５８０  コンタクトホール、６３０  第１電極層、６３２  フォトレジスト、６３４  絶縁層、６５１  第１電極パッド、６５２  第２電極パッド、６５４  空間、６６０  基板、６６１  第１貫通ホール、６６２  第２貫通ホール、６６３  第１コンタクト、６６４  第２コンタクト、６７０  絶縁層、７０２  基板、７１０  半導体構造物、７１０ａ  コンタクトホール、７１１  第１半導体層、７１２  活性層、７１３  第２半導体層、７２１  絶縁層、７３０  第１電極層、７４０  第２電極層、８００  照明装置、８１０  バルブ、８２０  端子、８３０  配線、８４０  基板、８５０  スルーホール、９００  バックライト、９１０  導光板、９２０  デバイスアレイ、１０００  半導体発光素子、１０１０  プリント基板、１０３０  導電性接合部、１０４０  導電性接合部、１０５０  金属配線、１０６０  金属配線、１１００  成長基板、１１１０  半導体構造物、１１１０ａ  ビアホール、１１１０ｃ  発光面、１１１１  第１半導体層、１１１２  活性層、１１１３  第２半導体層、１１２０  絶縁層、１１２１  保護層、１１２２  絶縁物質層、１１３０  第１導電体、１１３５  金属層、１１４０  第２導電体、１１４５  金属層、１１５０  シード層、１１５１  第１電極領域、１１５２  第２電極領域、１１６０  フォトレジスト、１１７０  メッキ電極層、１１７０ａ  開口、１１７１  第１電極、１１７２  第２電極、１１８０  絶縁隔壁、１１９１  第１金属層、１１９２  第２金属層、１１９３  第３金属層、１１９４  第４金属層、１１９６  絶縁層、１２７０  導電性基板、１２７０ａ  ビアホール、１２７０ｂ  ビアホール、１２７１  第１電極、１２７２  第２電極、１２６０  導電性接合層、１２８０  開口、１２８１  絶縁隔壁、２０００  半導体発光素子、２５００  半導体発光素子
【図１Ａ】
2012019217.tif 000003
【図１Ｂ】
2012019217.tif 000004
【図２】
2012019217.tif 000005
【図３Ａ】
2012019217.tif 000006
【図３Ｂ】
2012019217.tif 000007
【図３Ｃ】
2012019217.tif 000008
【図３Ｄ】
2012019217.tif 000009
【図３Ｅ】
2012019217.tif 000010
【図３Ｆ】
2012019217.tif 000011
【図３Ｇ】
2012019217.tif 000012
【図３Ｈ】
2012019217.tif 000013
【図３Ｉ】
2012019217.tif 000014
【図３Ｊ】
2012019217.tif 000015
【図４Ａ】
2012019217.tif 000016
【図４Ｂ】
2012019217.tif 000017
【図４Ｃ】
2012019217.tif 000018
【図５】
2012019217.tif 000019
【図６Ａ】
2012019217.tif 000020
【図６Ｂ】
2012019217.tif 000021
【図６Ｃ】
2012019217.tif 000022
【図６Ｄ】
2012019217.tif 000023
【図６Ｅ】
2012019217.tif 000024
【図６Ｆ】
2012019217.tif 000025
【図６Ｇ】
2012019217.tif 000026
【図７Ａ】
2012019217.tif 000027
【図７Ｂ】
2012019217.tif 000028
【図７Ｃ】
2012019217.tif 000029
【図８Ａ】
2012019217.tif 000030
【図８Ｂ】
2012019217.tif 000031
【図９】
2012019217.tif 000032
【図１０Ａ】
2012019217.tif 000033
【図１０Ｂ】
2012019217.tif 000034
【図１０Ｃ】
2012019217.tif 000035
【図１０Ｄ】
2012019217.tif 000036
【図１０Ｅ】
2012019217.tif 000037
【図１０Ｆ】
2012019217.tif 000038
【図１０Ｇ】
2012019217.tif 000039
【図１０Ｈ】
2012019217.tif 000040
【図１０Ｉ】
2012019217.tif 000041
【図１０Ｊ】
2012019217.tif 000042
【図１０Ｋ】
2012019217.tif 000043
【図１０Ｌ】
2012019217.tif 000044
【図１０Ｍ】
2012019217.tif 000045
【図１０Ｎ】
2012019217.tif 000046
【図１０Ｏ】
2012019217.tif 000047
【図１０Ｐ】
2012019217.tif 000048
【図１１Ａ】
2012019217.tif 000049
【図１１Ｂ】
2012019217.tif 000050
【図１１Ｃ】
2012019217.tif 000051
【図１１Ｄ】
2012019217.tif 000052
【図１１Ｅ】
2012019217.tif 000053
【図１２】
2012019217.tif 000054
【図１３Ａ】
2012019217.tif 000055
【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
2012019217.tif 000060
【図１３Ｇ】
2012019217.tif 000061
【図１４Ａ】
2012019217.tif 000062
【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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