(57)【要約】【課題】高出力であり、高効率で動作電圧が低い半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子は、少なくとも支持基板１０、及び発光層５を含む半導体層１４と、金属反射層９と、誘電体層１５と、界面電極８と、絶縁性保護膜２４と、透明導電膜２１と、金属分配電極１２と、第一電極１３と、第二電極１７とを有している。界面電極８の深さ方向における直上の領域において、半導体層１４はエッチングによって除去され、界面電極８と接する半導体層１４の第二主表面の半導体層を残し、界面電極８上には発光層５が形成されていない。【選択図】図１５
2012104730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
発光層を含む半導体層と、
前記支持基板と前記発光層との間に設けられる金属反射層と、
前記半導体層の第一主表面上に形成される絶縁性保護膜と、
前記絶縁性保護膜の第一主表面上に形成される透明導電膜と、
前記半導体層と前記透明導電膜との間に、前記絶縁性保護膜を貫通して設けられる分配電極と、
前記金属反射層と前記半導体層の第二主表面とを電気的に接続する界面電極とを有し、
前記分配電極の深さ方向における直下の領域には前記界面電極が設けられておらず、前記界面電極の深さ方向における直上の領域には前記半導体層の前記発光層が設けられていないことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記絶縁性保護膜は、前記半導体層の第一主表面上において前記分配電極の形成される領域のみがエッチングによって除去され、前記半導体層の第一主表面以外の露出した側面部を覆うように形成されており、
前記透明導電膜は、前記分配電極又は前記半導体層の第一主表面、もしくはその両方と接していることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記透明導電膜上に表面電極が形成され、
前記界面電極の深さ方向における直下の領域には前記分配電極が設けられないことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記界面電極は、前記第二電極の深さ方向における直下の領域においても形成されておらず、前記第二電極、前記分配電極、及び前記界面電極の全てが深さ方向における同一軸線上に互いに干渉していないことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記半導体層の第二主表面と前記分配電極との間にＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（但し、０≦Ｘ≦０．３）からなるコンタクト層が形成され、当該コンタクト層は、前記分配電極直下の領域以外の面に形成されていないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体層の前記透明導電膜と接する第二主表面は、前記第二電極及び前記分配電極の形成される領域以外の面において凹凸の形状を有する粗面となっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記誘電体層と前記金属反射層との間に誘電体層が設けられ、
前記界面電極は前記誘電体層を貫通して設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に係り、特に、基板貼り替え型構造を有する発光素子に好適に利用できる半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子である発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、ＧａＮ系やＡｌＧａｌｎＰ系の高品質結晶をＭＯＶＰＥ法で成長できるようになったことから、青色、緑色、橙色、黄色、赤色の高輝度ＬＥＤが製作できるようになった。そして、ＬＥＤの高輝度化に伴い、その用途は、自動車のブレーキランプや液晶ディスプレイのバックライト等へ広がり、その需要は年々増加している。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法によって高品質の結晶が成長可能となってから、ＬＥＤの内部効率は理論値限界値に近づきつつある。しかしながら、ＬＥＤからの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上することが重要となっている。この種の高輝度赤色ＬＥＤは、例えばＡｌＧａｌｎＰ系の材料で形成され、導電性のＧａＡｓ基板上に格子整合する組成のＡｌＧａｌｎＰ系の材料からなるｎ型ＡｌＧａｌｎＰ層、及びｐ型ＡｌＧａｌｎＰ層と、それらに挟まれたＡｌＧａｌｎＰ又はＧａｌｎＰからなる発光層（活性層）を有するダブルヘテロ構造となっている。しかしながら、このＧａＡｓ基板のバンドギャップは、発光層のバンドギャップよりも狭いため、発光層からの光の多くがＧａＡｓ基板に吸収され、光の取り出し効率が著しく低下するという問題があった。
【０００４】
発光層とＧａＡｓ基板との間に、屈折率の異なる半導体層からなる多層反射膜構造を形成することによってＧａＡｓ基板での光の吸収を低減し、光取り出し効率を向上させた方法がある。しかしながら、この方法では、多層反射膜構造へ限定された入射角を持つ光しか反射することはできない。
【０００５】
そこで、ＡｌＧａｌｎＰ系の材料からなるダブルヘテロ構造を反射率の高い金属膜を介してＧａＡｓ基板よりも熱伝導率のよいＳｉ支持基板に貼り付け、その後、成長用のＧａＡｓ基板を除去する方法が提案されている（特許文献１参照）。この従来の方法によれば、反射膜として金属膜を用いているため、金属膜への光の入射角を選ばずに高い反射が可能となり、ＬＥＤの高輝度化が実現できる。
【０００６】
一方、従来のＬＥＤチップでは活性層とＳｉ支持基板との間に金属反射層を挟んだＬＥＤ素子構造が採用されている。しかしながら、ＬＥＤチップを製造するにあたり、レアメタルを含む有機金属原料を使用する半導体エピタキシー成長における原材料費が大きい。そのため、半導体結晶の層を薄くする必要がある。しかしながら、ＬＥＤチップでは、薄い半導体層のみによる電流分散効果で電気をチップ内の活性層に面内均一に注入することは困難である。
【０００７】
そこで、図１９に示したＬＥＤチップのように金属からなる表面電極をチップ全体に張り巡らせて、チップ面内においてより均一に電流を流し、より高信頼性で、かつ、最大印加電流値の高いチップを実現している。電流をチップ面内に均一に流すことによって駆動時の順方向電圧を低減し、実効的に高効率とすることが可能である。
【０００８】
しかしながら、チップ面内に電流を広げる表面電極は、活性層で発光した光をチップの外部に取り出す際に、吸収要因として大きく作用し（影になってしまう）、発光出力が小さくなってしまうという問題があった。
【０００９】
このような問題に対して、電流を金属電極ではなく、透明導電膜を利用してチップ全体に電流を広げる方法が提案されている（特許文献２、及び特許文献３参照）。
【００１０】
しかしながら、活性層とＳｉ支持基板との間に金属反射層を有する、いわゆる基板貼り替え型のＬＥＤチップは、図２０に示すようにエピタキシー成長における最初の導電型が基板貼り替え後の最終的なＬＥＤチップの光取り出し面側となる。化合物半導体において、ｐ型のドーパント（Ｚｎ、Ｍｇなど）はｎ型のドーパントに対して拡散し易いことが一般的に知られている。そのため、エピタキシー成長時には、ドーパントが拡散しにくいｎ型層を最初に成長させ、その後、ドーパントが拡散し易いｐ型層をエピタキシー成長させることが望ましい。そのため、貼り合わせタイプのＬＥＤチップは、光取り出し面側にｎ型層を採用している。しかしながら、このｎ型層は、ドーピング濃度に限界があるのが一般的であり、透明導電膜と電気的にオーミック接合、またはトンネル接合させることは困難である。
【００１１】
一方、ｐ型層ではドーピング濃度を高くすることが可能であるため、例えばＩＴＯに代表される透明導電膜とＺｎドープのＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ層など電気的にオーミックに近い接合が可能となっている。
【００１２】
また一方で、透明導電膜と半導体層とのオーミック性接触を、金属電極を用いて得る方法が提案されている（特許文献４参照）。
【００１３】
この特許文献４記載の方法では、透明導電膜とオーミック性接触の関係を持つ比較的薄い透過性の金属電極を素子面内に満遍なく形成する構造となっており、その構造から電流は主に金属電極の直下に流入する。従って、たとえ金属電極を薄く、透過性を持たせた構造としても、発光した光の大部分は、その金属電極を通過してＬＥＤチップの外部へ放射されることになるため、大幅な発光出力の増大は望めない構造であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−１７５４６２号公報
【特許文献２】特開２００２−３２９８８９号公報
【特許文献３】特許第４２５５７１０号公報
【特許文献４】特開２００６−１００５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、高出力であり、高効率で動作電圧が低い半導体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】
【００１６】
［１］本発明は、支持基板と、発光層を含む半導体層と、前記支持基板と前記発光層との間に設けられる金属反射層と、前記半導体層の第一主表面上に形成される絶縁性保護膜と、前記絶縁性保護膜の第一主表面上に形成される透明導電膜と、前記半導体層と前記透明導電膜との間に、前記絶縁性保護膜を貫通して設けられる分配電極と、前記金属反射層と前記半導体層の第二主表面とを電気的に接続する界面電極とを有し、前記分配電極の深さ方向における直下の領域には前記界面電極が設けられておらず、前記界面電極の深さ方向における直上の領域には前記半導体層の前記発光層が設けられていないことを特徴とする半導体発光素子にある。
【００１７】
［２］上記［１］記載の発明にあって、前記絶縁性保護膜は、前記半導体層の第一主表面上において前記分配電極の形成される領域のみがエッチングによって除去され、前記半導体層の第一主表面以外の露出した側面部を覆うように形成されており、前記透明導電膜は、前記分配電極又は前記半導体層の第一主表面、もしくはその両方と接していることを特徴とする。
【００１８】
［３］上記［１］又は［２］記載の発明にあって、前記透明導電膜上に表面電極が形成され、前記界面電極の深さ方向における直下の領域には前記分配電極が設けられないことを特徴とする。
【００１９】
［４］上記［１］又は［２］記載の発明にあって、前記界面電極は、前記第二電極の深さ方向における直下の領域においても形成されておらず、前記第二電極、前記分配電極、及び前記界面電極の全てが深さ方向における同一軸線上に互いに干渉していないことを特徴とする。
【００２０】
［５］上記［１］〜［４］のいずれかに記載の発明にあって、前記半導体層の第二主表面と前記分配電極との間にＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（但し、０≦Ｘ≦０．３）からなるコンタクト層が形成され、当該コンタクト層は、前記分配電極直下の領域以外の面に形成されていないことを特徴とする。
【００２１】
［６］上記［１］〜［５］のいずれかに記載の発明にあって、前記半導体層の前記透明導電膜と接する第二主表面は、前記第二電極及び前記分配電極の形成される領域以外の面において凹凸の形状を有する粗面となっていることを特徴とする。
【００２２】
［７］上記［１］〜［６］のいずれかに記載の発明にあって、前記誘電体層と前記金属反射層との間に誘電体層が設けられ、前記界面電極は前記誘電体層を貫通して設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、高出力、高効率、低動作電圧を実現した半導体発光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の代表的な実施例１に係る基板貼り替え型の半導体発光素子の製造工程を説明するための図である。
【図２】図１の次の工程を説明するための図である。
【図３】図２の次の工程を説明するための図である。
【図４】図３の次の工程を説明するための図である。
【図５】図４の次の工程を説明するための図である。
【図６】図５の次の工程を説明するための図である。
【図７】図６の次の工程を説明するための図である。
【図８】図７の次の工程を説明するための図である。
【図９】図８の次の工程を説明するための図である。
【図１０】図９の次の工程を説明するための図である。
【図１１】図１０の次の工程を説明するための図である。
【図１２】図１１の次の工程を説明するための図である。
【図１３】図１２の次の工程を説明するための図である。
【図１４】図１３の次の工程を説明するための図である。
【図１５】図１４の次の工程を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施例１におけるＬＥＤ素子の上面外観図である。
【図１７】本発明の実施例１における透明導電膜の透過率測定結果である。
【図１８】本発明の実施例３におけるＬＥＤ素子の動作電圧評価結果である。
【図１９】比較例１におけるＬＥＤ素子の上面外観図である。
【図２０】比較例１におけるＬＥＤ素子の断面Ａの線上における断面図である。
【図２１】比較例２におけるＬＥＤ素子の断面Ａの線上における断面図である。
【図２２】比較例２におけるＬＥＤ素子の上面外観図である。
【図２３】誘電体層に屈折率１．４５の材料を用いた場合の反射層における平均反射率の計算結果である。
【図２４】誘電体層に屈折率２．０の材料を用いた場合の反射層における平均反射率の計算結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施の形態として、実施例及び比較例を挙げて、添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この実施例において、図１〜図１５に示す製造工程を以下順に第１工程〜第１５工程という。
【００２６】
［実施例１］
（第１工程）
図１において、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、５×１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層２を１００ｎｍ、８×１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｎ型ＧａＡｓコンタクト層３を１００ｎｍ、５×１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４を１０００ｎｍ、アンドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐとアンドープ（Ａｌ０．６Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐとのペアによる多重量子井戸構造の発光層（活性層）５を４ｎｍと８ｎｍのそれぞれ厚さで３０ペア繰り返し、合計３６０ｎｍ、８×１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６を１０００ｎｍ、５×１０１８／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型ＧａＰコンタクト層７を１００ｎｍ、ＭＯＶＰＥ法により順次積層成長させ、化合物半導体層１４を得た。この化合物半導体層１４の発光層５から生ずる光の波長は、発光ピーク波長において、約６３０ｎｍの赤色となるように設計している。
【００２７】
ＭＯＶＰＥ成長での成長温度は、ｎ型エッチングストップ層２からｐ型ＧａＰコンタクト層７までを６５０℃とした。成長圧力は、約６６６６Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）とした。各層の成長速度は、約０．３〜１．１ｎｍ／ｓｅｃとし、Ｖ／ＩＩＩ比は、約１５０で行った。ここで、Ｖ／ＩＩＩ比とは、分母をＴＭＧａやＴＭＡＩなどのＩＩＩ族原料のモル数とし、分子をＡｓＨ３、ＰＨ３などのＶ族原料のモル数とした場合の比率（商）を指す。
【００２８】
ＭＯＶＰＥ成長において用いる原料としては、例えばＧａの場合はトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、又はトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ａｌの場合はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、Ｉｎの場合はトリメチルインジウム（ＴＭＡｌｎ）等の有機金属を用いた。その他に、Ａｓ源としてはアルシン（ＡｓＨ３）、Ｐ源としてはホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスを用いた。
【００２９】
ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層２のようなｎ型層の添加物原料としては、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いた。ｎ型層の他の添加物原料としては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。
【００３０】
ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６、及びｐ型ＧａＰコンククト層７のようなｐ型層の添加物原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。ｐ型層の他の添加物原料としては、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。ここでは、ドーパント拡散の起こりにくいＭｇをｐ型ドーパントとして採用した。
【００３１】
（第２工程）
次に、図２に示すように、このＬＥＤ用エピタキシャルウェハ（以下、ＬＥＤウェハという。）をＭＯＣＶＤ装置から搬出した後、プラズマＣＶＤ装置を用い、ｐ型ＧａＰコンタクト層７の表面に誘電体層１５としてのＳｉＯ２膜を約３４０ｎｍで成膜した。
【００３２】
（第３工程）
次に、図３に示すように、レジスト塗布装置やマスクアライナーなどの一般的なフォトリソグラフィ装置と製法技術を駆使するとともに、純水で希釈したフッ酸エッチング液を用いてＳｉＯ２膜に開口部を形成し、その開口部に界面電極８を真空蒸着法によって形成した。
【００３３】
この界面電極８は、図１５に示すように、ｐ型ＧａＰコンタクト層７と接する側から、ＡｕＢｅ合金（金・ベリリウム合金、Ａｕ：９９ｗｔ％／Ｂｅ：１ｗｔ％）を３４０ｎｍの膜厚で形成した。この界面電極８しては、第８工程で形成される分配電極（金属分配電極）１２、及び最終の第１５工程で形成される表面電極パッド１７の直下以外の領域に配置されるように設計することが肝要である。本実施例１のＬＥＤ素子の電極パターンを図１６に示す。
【００３４】
図１６を参照すると、図１６には環状の界面電極８、ドット状の金属分配電極１２、及び表面電極パッド１７の配置関係が模式的に示されている。同図において、界面電極８は円環状に形成されている。この円環状の界面電極８は、複数のドット状の金属分配電極１２の周囲を囲むように互いに密に配置されており、円環状界面電極８とドット状金属分配電極１２との距離は、一定の距離間隔に保たれている。円環状界面電極８の線幅は約２μｍに設定されている。円環状の界面電極８とドット状の金属分配電極１２のペアとしては、上面から見て、円形に形成することが好適である。四角形や六角形などの矩形形状では、角部に電流集中が生じる可能性があるので好ましくない。
【００３５】
この円環状界面電極８とドット状金属分配電極１２とのペアは、図１６に示すように、表面電極パッド１７の周辺部に密集して正方格子状に配列されている。これらの電極８，１２が密集して配列されることにより、半導体層の領域を有効に利用することが可能であり、発光に寄与しない無駄な領域を少なくすることができる。この表面電極パッド１７の形状は、直径１００μｍの円形状に形成されている。この円形状の表面電極パッド１７と、円環状の面電極８、及びドット状の金属分配電極１２のペアとしては、ＬＥＤ素子の光取り出し面である第一主表面から深さ方向における軸線上で互いに重ならないように配置されることが肝要である。なお、この実施例では、円形の電極８，１２のペアが正方格子状に配列した一例を示したが、図示例に限定されるものではなく、電極８，１２のペア配列としては、例えば千鳥格子状などの他の形態としてもよい。
【００３６】
この界面電極８のサイズとしては、界面電極８と金属分配電極１２との間の電流経路が長くなり過ぎないように形成することが好適である。その電流経路が長いと、エピ層の抵抗によりＬＥＤ動作電圧が高くなってしまうので好ましくない。サイズが小さい複数の界面電極８を形成すると、金属分配電極１２の配置個数も増加することとなり、これらの電極が遮蔽物となり、ＬＥＤ素子の光取り出し効率が低下するので好ましくない。従って、界面電極８のサイズとしては、エピ層の厚み、素子サイズ等により決定することが好ましく、要求する動作電圧、出力等によって適宜設計することが好ましい。
【００３７】
（第４工程）
次に、図４に示すように、誘電体層１５としてのＳｉＯ２膜、及び界面電極８を有するエピタキシャルウェハ上に金属反射層９としてのＡｕ（金）を、４００ｎｍの膜厚でスパッタ法により形成した。その金属反射層９上に合金化バリア層１６としてのＴｉ（チタン）を１００ｎｍの膜厚で、金属接合層１１ａとしてのＡｕ（金）を５００ｎｍの膜厚で順次形成した。
【００３８】
（第５工程）
一方では、図５に示すように、Ｓｉ支持基板１０として用意した導電性ｐ型Ｓｉ基板の表面にＴｉ（チタン）、及びＡｕ（金）を、それぞれ３００ｎｍ、及び５００ｎｍの膜厚で順次形成した。Ｔｉがオーミックコンタクト金属を兼ねる合金化防止バリア層１８となり、Ａｕが金属接合層１１ｂとなる。このときのＳｉ支持基板１０の面方位に関しては特に不問であり、後に完成するＬＥＤ素子の特性を左右するものではない。
【００３９】
このＳｉ支持基板１０としては、以下に示す２つの理由により、抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以下のものを使用するのが好ましく、更に好ましくは、抵抗率が０．００５Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
このＳｉ支持基板１０に低抵抗のＳｉを用いる第一の理由は、Ｓｉ支持基板に対する電極の良好なオーミック性接触を得るためである。例えば０．０２Ω・ｃｍ以上の比較的高い抵抗率を有するＳｉ支持基板に対してオーミック性接触を得るには裏面電極などにＡｌ（アルミニウム）などを形成し、４００℃以上の温度で熱処理することが必要である。しかし、４００℃以上の高温に曝しつつ、ＬＥＤ素子の特性に影響を与えないようにするのは、高効率、及び高信頼性のＬＥＤ素子を作製する上で技術的に難しい。また、Ａｌは難削材であるため、ＬＥＤウェハの裏面電極に純Ａｌなどを形成した場合には、素子化するダイシング工程において、裏面チッピングなどの欠けを抑制することが技術的に難しい。
【００４１】
第二の理由は、ＬＥＤ素子に大きな電流を流して使用する際の動作電圧の低減のためである。基板貼り替え型のＬＥＤ素子では、Ｓｉ支持基板１０の熱伝導率が元の出発基板よりも高いものを選択し、大電流駆動を可能とする目的がある。ＬＥＤ素子の定格電流は、約３００μｍ角のもので７０ｍＡ、約８００μｍ角のもので３５０ｍＡ、約１０００μｍ角のもので７００ｍＡなどと、従来のＧａＡｓを基板としたＬＥＤ素子に比べ、圧倒的に大きな電流を流す用途が多くある。そのため、基板の持つ直列抵抗によって発生する電圧も要因的に大きなものとなり、抵抗率の差が数百ｍＶの差を分ける域となっている。従って、Ｓｉ支持基板１０の抵抗率は極力低い方が好ましい。
【００４２】
（第６工程）
次に、図６に示すように、図１〜図５のように作製したＬＥＤ用エピタキシャルウェハ側の表面の金属接合層１１ａとＳｉ支持基板１０側の表面の金属接合層１１ｂとをそれぞれＡｕ層面が接合するように重ね合わせた後、熱圧着法によって張り合わせた。この張り合わせは、圧力が約１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）の雰囲気中において、ＬＥＤウェハに約１．５ＭＰａ（１５Ｋｇｆ／ｃｍ２）の圧力を負荷した状態で、３５０℃の温度に加熱し、その状態で３０分間保持することによって貼り合わせウェハを得た。
【００４３】
（第７工程）
次に、図７に示すように、Ｓｉ支持基板１０に貼り合わせたＬＥＤウェハの基板材であるｎ型ＧａＡｓ基板１をアンモニア水と過酸化水素水との混合エッチャントを用いてウェットエッチングにより除去し、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層２を露出させた。次いで、そのエッチングストップ層２を、塩酸を用いてウェットエッチングにより除去し、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３を露出させた。
【００４４】
（第８工程）
次に、図８に示すように、レジスト塗布装置、マスクアライナー、及び現像装置などを用い、露出したｎ型ＧａＡｓコンタクト層３の表面にドット形状の金属分配電極パターニングを行い、更には真空蒸着装置を用いて電極構造を蒸着することで、金属分配電極１２を形成した。この金属分配電極１２の構造は、ＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム合金）、Ｎｉ（ニッケル）、及びＡｕ（金）を、それぞれ５０ｎｍ、１０ｎｍ、及び５０ｎｍの膜厚で順次形成した。
【００４５】
この金属分配電極１２を形成した後、硫酸と過酸化水素水と水との混合エッチャントを用いて、先に形成した金属分配電極１２をマスク材とし、金属分配電極１２の直下以外のｎ型ＧａＡｓコンタクト層３をウェットエッチングにより除去し、この選択性エッチングによってｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４を露出させた。この状態を図９に示す。
【００４６】
（第９工程）
図９に示すように、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４を露出させた後、フォトリソグラフィ技術を用いてＬＥＤウェハ表面全域に直径φ１μｍの周期的ドットパターンを形成した。各ドットのピッチは２μｍであり、配置規則は正方格子状になっている。但し、前述した円形状表面電極パッド１７を形成する領域の部分（座標）には、このドットパターンが形成されていない。このドット状開ロ部が形成されたＬＥＤウェハを、純水で希釈した塩酸に浸し、半導体層の最上層であるｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４のドット状部分エッチング、いわゆる粗面化エッチングを行った。このときのエッチング時間は約３０秒程度であり、エッチング深さは最も深い所で約１μｍとなっている。この粗面化エッチングにより、半導体層の第一主表面に乱反射を起こす粗面構造２２が形成される。粗面化エッチング後、マスクとして用いたフォトレジスト膜を有機洗浄にて除去した。
【００４７】
（第１０工程）
次に、図１０に示すように、ＬＥＤ素子のエピタキシー層の部分だけをウェハ状態で意図的に素子分離し、界面電極８上のｎ型クラッド層４、活性層５、及びｐ型クラッド層６を除去するためのレジストマスク２０をフォトリソグラフィにより形成した。そのレジストマスク２０は、設計上の素子の中心位置と、約２８０μｍ角形状のレジストマスクの中心位置とが一致するように形成されており、その角形状のマスク部の中に、界面電極８のパターンと同じ設計の開ロ部が形成されたものである。
【００４８】
（第１１工程）
レジストマスク形成後、図１１に示すように、半導体層であるｎ型クラッド層４、活性層５、及びｐ型クラッド層６をエッチングするため、レジストマスクを保持したまま、純水で希釈した塩酸に浸し、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体で形成されている３層の側面部を除去した。ｐ型ＧａＰコンタクト層７はエッチングせずにレジストマスクをアッシングによって除去した。これにより、約２８０μｍ角の素子状にエピ層が分離され、界面電極８の直上領域における半導体層を、ｐ型ＧａＰコンタクト層７を残して除去することができた。
【００４９】
（第１２工程）
次に、図１２に示すように、プラズマＣＶＤ装置を用い、図１〜図１１のようにプロセスしてきたＬＥＤウェハの表面に、絶縁性保護膜であるＳｉＮ膜２４を成膜した。このＳｉＮ膜２４の成膜は、ＳｉＨ４ガス（モノシラン）とＮ２Ｏガス（亜酸化窒素）をプラズマＣＶＤ内に供給し、成膜圧力約３９９９７Ｐａ（３００Ｔｏｒｒ）、ウェハ温度約３００℃、及びＲＦ投入電力１００Ｗで行った。
【００５０】
成膜したＳｉＮ膜２４の膜厚を走査電子顕微鏡で測定したところ、半導体層の光取出し面上における膜厚は約２５０ｎｍであった。また、ＬＥＤ素子の側面にあたる、半導体層の露出した側面上に堆積したＳｉＯ２絶縁性保護膜の厚みは、光取出し面上に比べて薄く、最も薄いところで約１１０ｎｍであることが確認された。更に、同時バッチでセットしたモニター用のＳｉ支持基板１０のＳｉＮ膜２４を、分光エリプソメトリを用いて測定したところ、その屈折率は２．２２であることが確認された。
【００５１】
（第１３工程）
次に、ＳｉＮ膜２４を部分的に除去して開口させるため、金属分配電極形成で使用したフォトマスクのクロムマスク部が反転したフォトマスクを用い、ポジ型フォトレジストを使用したレジストマスクを形成した。そのレジストマスク形成後、ＬＥＤウェハをバッファードフッ酸に１０分間浸し、金属分配電極１２が露出するまでＳｉＮ膜２４をエッチング除去した。このエッチング後の状態を図１３に示す。
【００５２】
（第１４工程）
次に、図１４に示すように、スパッタ装置を用い、金属分配電極１２を露出させたＬＥＤウェハの表面にＩＴＯ透明導電膜２１を形成した。ＩＴＯ膜のスパッタリングターゲットは、Ｓｎ濃度が重量パーセント濃度において５％のものを使用した。ＩＴＯ透明導電膜２１は、金属分配電極１２に対してオーミック接触するように形成されることが好ましい。ＩＴＯ透明導電膜２１を半導体層１４の一方の表面（第一主表面）に対して接触させる構成、例えば絶縁性保護膜２４をＬＥＤウェハの表面の一部にのみ設ける構成を採用する場合は、透明導電膜２１は、半導体層１４の一方の表面に対してショットキー接触するように形成されることが好ましい。
【００５３】
スパッタ装置としてはＲＦマグネトロンスパッタ装置を用い、ＲＦの投入電力５０Ｗ、酸素ガス導入なし、チャンバー圧力０．５Ｐａ、成膜時間３０分で成膜した。得られたＩＴＯ膜の厚さについては、同時バッチに投入したＳｉダミー基板サンプルを分光エリプソメトリにより評価した結果、ＩＴＯ膜の膜厚は約８０μｍ、屈折率１．９８であった。ＩＴＯ膜の抵抗率をパウ法により評価した結果、その抵抗率は４．５×１０−４／ｃｍ３であった。
【００５４】
更に、反射率測定装置を用い、ＩＴＯ膜単体の透過率を評価したところ、可視光６３０ｎｍの波長において、９７．３％の良好な透過率を有することが確認できた。ＩＴＯ透明導電膜２１の透過率測定結果を図１７に示す。
【００５５】
次に、ＬＥＤ素子のダイシングストリート部となるＩＴＯ透明導電膜２１を除去するためのレジストマスクをフォトリソグラフィにより形成した。そのレジストマスクは、設計上の素子の中心位置と、約２８０μｍ角形状のレジストマスクの中心位置とが一致するように形成されている。
【００５６】
レジストマスク形成後、ＩＴＯ透明導電膜２１をエッチングするため、市販のＩＴＯエッチング液（関東化学株式会社製ＩＴＯ−０７Ｎ）に浸し、化合物半導体層１４が露出するまでＩＴＯ透明導電膜２１をエッチングした。
【００５７】
（第１５工程）
次に、図１５に示すように、Ｓｉ支持基板１０の第二主表面の全面に裏面電極１３を真空蒸着法によって形成した。この裏面電極１３は、Ｔｉ（チタン）、及びＡｕ（金）を、それぞれ１０ｎｍ、及び３００ｎｍの膜厚で順次形成した。その後、電極の合金化処理であるアロイ工程を、上下独立ヒータを備えたアロイ装置で行った。アロイ条件は、窒素ガス雰囲気中で４００℃の温度まで加熱し、その状態で５分間熱処理することとした。ＬＥＤウェハは、グラファイト製のトレー上に載せ、それを下部ヒータの組み込まれた下部プレート上に設置した。
【００５８】
アロイ処理を行う前の裏面電極１３は、外観上、金属光沢を帯びた金色をしていたが、アロイ処理後の外観では、金属光沢が程なく無くなり、クリーム色に近いような色に変色し、Ｓｉ支持基板１０とＡｕとの合金化が見て取ることができた。Ｔｉは、電極にアロイ処理を施すことで凝集し、合金化された裏面電極１３にＴｉ凝集体として部分的に存在する状態となる。
【００５９】
更に、アロイ処理後、再度、フォトリソグラフィ技術と真空蒸着技術を用いて、円形状表面電極パッドパターニングを行い、次いで、表面電極パッド１７を形成した。
【００６０】
この表面電極パッド１７の構造は、ＩＴＯ透明導電膜２１側からＴｉ（チタン）、及びＡｕ（金）となっており、それぞれの膜厚は３０ｎｍ、及び１０００ｎｍとなっている。なお、この表面電極パッド１７の形成後は、アロイ処理を行わず、ＬＥＤ素子が完成するまでノンアロイ状態となっていることがワイヤボンディング工程を行ううえで肝要である。
【００６１】
上記のように形成された基板貼り替え型のＬＥＤウェハを表面電極パッド１７の円形パッド部が略中央に配置されるようにダイシング装置を用いて素子化を行う。ＬＥＤ素子のチップサイズは、表面電極などを形成する際に使用するフォトリソグラフィ用のフォトマスクにおけるマスクピッチに依存しており、この実施例１で作製したＬＥＤ素子のチップピッチは約３３０μｍとなっている。
【００６２】
次に、ダイシング工程によって加工されたＬＥＤチップをＴＯ−１８ステムと呼ばれるリードフレームにＡｇ（銀）エポキシ樹脂を用いて実装した。更に、形成した表面電極パッド１７とステムのリードにワイヤボンディングを行い、ＬＥＤ素子を発光可能な状態に作製した。
【００６３】
完成したＬＥＤ素子の２０ｍＡ駆動時のＬＥＤ特性を評価したところ、発光出力１２．２ｍＷ、動作電圧１．９８Ｖであり、得られた光出力／投入電力で規定した発光効率は３０．８％となり、基板貼り替え型の高出力ＬＥＤ素子において動作電圧の低い高効率の赤色ＬＥＤ素子を得ることができた。
【００６４】
［実施例２］
この実施例２は、発光波長８５０ｎｍの赤外ＬＥＤ素子の一例を例示する。
【００６５】
上記実施例１と異なるところは、半導体層の材料構成にある。上記実施例１では、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層２、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４、アンドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐとアンドープ（Ａｌ０．６Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐとのペアによる多重量子井戸構造の活性層５、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６、ｐ型ＧａＰコンタクト層７を順次成長させたＬＥＤ構造であったものを、この実施例２では、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層、アンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８ＡｓとアンドープＧａＡｓとのペアによる多重量子井戸構造の活性層、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層、ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓコンタクト層を順次成長させたＬＥＤ構造とした点にある。なお、各ｎ型層、及びｐ型層のドーパントは上記実施例１と同様である。
【００６６】
このような半導体層を用いたＬＥＤ素子の製造方法は、上記実施例１と比べ半導体材料がＶ族にＰ（リン）を用いたものから、Ｖ族にＡｓ（砒素）を用いたものに変わっていることから、以下のエッチング材が変更となっている。即ち、この実施例２では、上記実施例１に記載した粗面化エッチングの溶液、及び素子分離と界面電極上の半導体層のエッチング液には、酒石酸水溶液と過酸化水素水と純水の混酸を用いた。
【００６７】
なお、半導体層のエッチングの際は、ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓコンタクト層を完全に除去しないようにエッチング時間を最適化して作業を行った。
【００６８】
残余の構成は、上記実施例１と同一の構成及び製法により作製した。ＬＥＤ素子の２０ｍＡ駆動時のＬＥＤ特性を評価したところ、実施例２のＬＥＤ素子は、発光出力１１．５ｍＷ、動作電圧１．４５Ｖであり、得られた光出力／投入電力で規定した発光効率は３９．７％となり、高発光効率の赤外ＬＥＤ素子を得ることができた。
【００６９】
以上より、図１５に示すように、ｎ型コンタクト層３、活性層５、界面電極８、金属分配電極１２、及び表面電極パッド１７を少なくとも有しており、これらの半導体層のうち、ｎ型コンタクト層３及び金属分配電極１２を除く活性層５、界面電極８、及び表面電極パッド１７が積層方向の同一軸線上に互いに重ならない（干渉しない）配置位置関係となる設計を満たしていれば、赤色などの可視光、又は赤外光などの発光素子において、波長に依存することなく、本発明の初期の目的とする高出力、高効率、及び低動作電圧のＬＥＤ素子が得られることが分かる。
【００７０】
［実施例３］
この実施例３では、ｎ型コンタクト層の材料を変えたＬＥＤ素子の一例を例示する。
【００７１】
上記実施例１と異なるところは、上記実施例１においてはｎ型コンタクト層３がＧａＡｓであったものを、この実施例３ではｎ型コンタクト層の材料をＡｌＧａＡｓとした点にある。そのＡｌＧａＡｓのＡｌ組成は、０．１、０．２、０．３、及び０．４の４種類とした。それぞれのＡｌＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度は、上記実施例１記載のｎ型ＧａＡｓコンタクト層３と同様に８×１０１７／ｃｍ３のキャリア濃度となるように、適宜Ｈ２Ｓｅの流量設定を変えて作製した。残余の構成及び製法は、上記実施例１と同様である。作製したＬＥＤ素子の２０ｍＡ駆動時のＬＥＤ特性評価結果を下記の表１にまとめて示す。ＬＥＤ素子の動作電圧評価結果を図１７に示す。
【００７２】
【表１】
2012104730.tif 000003
【００７３】
表１及び図１７から明らかなように、ｎ型ＡｌＧａＡｓコンタクト層のＡｌ組成が大きくなるに伴い、動作電圧が高くなっていることが分かる。ｎ型ＡｌＧａＡｓコンタクト層のＡｌ組成が大きくなると、半導体のバンドギャップエネルギーが高くなり、金属分配電極によるオーミック性接触が得難くなり、接触抵抗が増大すると考えられる。そして、動作電圧の上昇へとつながったと考えられる。
【００７４】
Ａｌ組成０．４のｎ型ＡｌＧａＡｓコンタクト層を用いたＬＥＤ素子の電圧は、表１に示すように、２．３３Ｖとなっており、発光効率は２５．８％であった。この発光効率は、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層を用いた上記実施例１と比べて、４％程度低い値となっており、Ａｌ組成の増大によってＬＥＤ素子の効率が低下するということが分かる。また、ＬＥＤ素子の動作電圧が定格電流２０ｍＡにおいて２．３３Ｖであり、この実施例３で作製した素子サイズの一般的なＬＥＤ素子の電圧仕様範囲である２．２Ｖ前後に対して高い値となっている。
【００７５】
ＬＥＤ素子の電圧は、素子の電極構成などによって変化するものであるが、表１に示すように、Ａｌ組成の増大に伴い、電圧が増加することと、電圧の増加とともに次第に上昇する電圧の値が大きくなっていることから顧みて、Ａｌ組成の増大は、ある電極に対して次第にオーミック性接触が得にくくなっているという傾向が見て取れる。
【００７６】
高出力、及び低動作電圧という高い発光効率を得るためには、好適には半導体コンタクト層の材料としてＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（ただし、０≦Ｘ≦０．３）の範囲で選択される材料が好ましい。より好適にはＡｌＧａＡｓのコンタクト層を採用する場合に、そのＡｌ組成は０．２程度に抑えることが望ましい。
【００７７】
以上より、ｎ型コンタクト層３、活性層５、界面電極８、金属分配電極１２、及び表面電極パッド１７を少なくとも有しており、これらの半導体層のうち、ｎ型コンタクト層３及び金属分配電極１２を除く活性層５、界面電極８、及び表面電極パッド１７が積層方向の同一軸線上に互いに重ならない（干渉しない）配置位置関係となる設計を満たしていれば、上記実施例１と同様に、赤色などの可視光、又は赤外光などの発光素子において、波長に依存することなく、本発明の初期の目的とする高出力、高効率、及び低動作電圧のＬＥＤ素子が得られることは容易に推考できる。
【００７８】
［実施例４］
この実施例４においては、絶縁性保護膜の材料を変えたＬＥＤ素子の一例を例示する。
【００７９】
上記実施例１と異なるところは、上記実施例１では絶縁性保護膜の材料がＳｉＮであったものを、この実施例４においては、絶縁性保護膜の材料をＳｉＯ２とした点にある。この膜厚は、上記実施例１のＳｉＮ膜厚寸法と同様とした。ＳｉＯ２は、バッファードフッ酸などによるエッチング速度がＳｉＮに比べて速いため、金属分配電極を露出させる際のエッチング時間は、４分間とした。残余の構成及び製法は、上記実施例１と同じである。
【００８０】
この実施例４において、成膜したＳｉＯ２膜の屈折率を分光エリプソメトリにより測定したところ、約１．４５であることが確認できた。更に、ＬＥＤ素子の２０ｍＡ駆動時のＬＥＤ特性を評価したところ、発光出力１１．５ｍＷ、動作電圧１．９８Ｖであり、得られた光出力／投入電力で規定した発光効率は２９．０％であり、上記実施例１と比べると、やや劣るものの、高発光効率の赤色ＬＥＤ素子を得ることができた。
【００８１】
上記実施例１のＳｉＮを用いたＬＥＤ素子と比べて、発光出力が低いのは、半導体層の第一主表面以外の側面部から空気層へと光が導出される過程における屈折率ｎが、半導体層（ｎ＝約３．６）＞ＳｉＯ２層（ｎ＝約１．４５）＜ＩＴＯ層（ｎ＝約１．９８）＞空気（ｎ＝１）の関係となってしまい、ＳｉＯ２層からＩＴＯ層にかけたところで屈折率が大きくなったからである。これは、半導体層から放出される光が空気層へと取り出される過程において、半導体層側へと反射されてしまう光が増えているためであると考えられる。
【００８２】
よって、好ましくは、以下のように屈折率が半導体層から空気層まで順次小さくなるように、ＳｉＮ層などを透明導電膜よりも屈折率の高い材料で形成することが好ましい。
半導体層（ｎ＝約３．６）＞ＳｉＮ層（ｎ＝約２．２２）＞ＩＴＯ層（ｎ＝約１．９８）＞空気（ｎ＝１）
【００８３】
［実施例５］
この実施例５では、上記実施例１とは異なり、半導体層の光取出し面側を粗面化しない構造とした一例を例示する。
【００８４】
上記実施例１と異なるところは、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層を露出させた後の粗面化エッチング工程を一切行っていない点のみにある。残余の構成及び製法は、上記実施例１と同様である。
【００８５】
この実施例５のＬＥＤ素子におけるＬＥＤ素子の２０ｍＡ駆動時のＬＥＤ特性を評価したところ、発光出力６．１ｍＷ、動作電圧１．９５Ｖであり、得られた光出力／投入電力で規定した発光効率は１５．６％であった。
【００８６】
このように、ＬＥＤ素子の光取出し面の粗面化工程は、ＬＥＤ素子の発光出力を著しく向上させる効果があり、この粗面化加工の有無によってＬＥＤ素子の特性は大幅に変化する。粗面加工の方法によっては、その出力向上率は様々であるが、無加工状態の平面状の光取出し面のＬＥＤ素子と比較すれば、粗面加工の重要性は明白であると考えられる。
【００８７】
以上より、ｎ型コンタクト層３、活性層５、界面電極８、金属分配電極１２、及び表面電極パッド１７を少なくとも有しており、これらの半導体層のうち、ｎ型コンタクト層３及び金属分配電極１２を除く活性層５、界面電極８、及び表面電極パッド１７が積層方向の同一軸線上に互いに重ならない（干渉しない）配置位置関係となる設計を満たしていれば、例えば粗面加工なしとしたＬＥＤ素子と比べると、発光効率を向上させる効果があるものと推考できるが、上記実施例１と比較すると、高効率のＬＥＤ素子を得るという観点においてのみ見た場合は、発光出力に乏しく、効率が高いとは言い難い。従って、好適なＬＥＤ素子としては、ＬＥＤ素子の光取出し面側における半導体層の粗面加工がなされていることが好ましい。
【００８８】
［実施例６］
この実施例６にあっては、透明導電膜の材料を変えたＬＥＤ素子の一例を例示する。
【００８９】
上記実施例１では透明導電膜２１にＩＴＯを用いた例を示したが、この実施例６にあっては、透明導電膜の材料にＳｎＯ２（酸化錫）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＡＺＯ（アルミニウムドープ酸化亜鉛）、ＧＺＯ（ガリウムドープ酸化亜鉛）、又はＩＺＯ（インジウムドープ酸化亜鉛）のいずれかを用いた各種のＬＥＤ素子を作製した。
【００９０】
上記透明導電膜の製造方法は、いずれもＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて成膜したものである。その膜厚は約８０ｎｍを狙って成膜した。透明導電膜の材料を変えたことと、ＺｎＯ系材料の素子分離工程時のエッチング液にリン酸、及び塩酸の混酸を用いた以外の製造方法は、上記実施例１と同様である。
【００９１】
作製したＬＥＤ素子の２０ｍＡ通電時の特性評価結果と、各種のＬＥＤ素子の透明導電膜における抵抗率、及び透過率を下記の表２にまとめて示す。
【００９２】
【表２】
2012104730.tif 000004
【００９３】
表２から明らかなように、いずれの透明導電膜材料においても高効率のＬＥＤ素子が得られた。このことから、ｎ型コンタクト層３、活性層５、界面電極８、金属分配電極１２、及び表面電極パッド１７を少なくとも有しており、これらの半導体層のうち、ｎ型コンタクト層３及び金属分配電極１２を除く活性層５、界面電極８、及び表面電極パッド１７が積層方向の同一軸線上に互いに重ならない（干渉しない）配置位置関係となる設計を満たしていれば、透明導電膜の材料による影響は特にない。重要なのは、その透明導電膜の膜厚と抵抗率、及びその透過率であると言える。
【００９４】
次に、図１９〜図２２を参照しながら、比較例を説明する。なお、図１９〜図２２において、上記実施例１と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、上記実施例１と実質的に同じ部材に関する詳細な説明は省略する。
【００９５】
［比較例１］
この比較例１では、金属分配電極、及び透明導電膜を有しない従来のＬＥＤ素子の一例を例示する。比較例１のＬＥＤ素子は、金属分配電極、及び透明導電膜を有してない。比較例１にあっては、透明導電膜を有していないことによって、ＬＥＤ素子の界面電極、及び表面電極パターンが上記実施例１とは異なっている。
【００９６】
比較例１のＬＥＤ素子では、図１９及び図２０に示すように、界面電極８は、複数ではなく、単一櫛形状に形成されている。この櫛形状界面電極８とオーミック表面電極２３との距離は、概ね一定の距離間隔に保たれている。櫛形状界面電極８の線幅は２μｍに設計した。
【００９７】
このオーミック表面電極２３は、図１９及び図２０に示すように、櫛形状界面電極８と相対するような形状に形成されており、直径φ１００μｍの中央の円から四方に細線を伸ばし、その細線から枝分かれするように細線を更に伸ばし、素子面内に満遍なく均一に電流が注入されるようになっている。この細線電極としては、中央の円から横方向に延伸した細線の太さが１５μｍであり、素子の縦方向に延伸している４本の細線の太さがそれぞれ１０μｍとなっている。
【００９８】
このオーミック表面電極２３と界面電極８は、図１９及び図２０に示すように、素子の光取り出し面である第一主表面から深さ方向における軸上で互いに重ならないように配置されている。ワイヤボンディング用の表面電極パッドは、オーミック表面電極２３の中央の円部分に重なるように配置されている。
【００９９】
オーミック表面電極２３は、上記実施例１の金属分配電極１２と同様に、半導体層とのオーミック接触を得ることが必要である。このため、その電極構造は、半導体層側からＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム合金）、Ｎｉ（ニッケル）、及びＡｕ（金）をそれぞれ５０ｎｍ、１０ｎｍ、及び５００ｎｍの膜厚で順次形成されている。この比較例１のＬＥＤ素子は、上記実施例１の金属分配電極及び透明導電膜の製造方法と電極パターンなど以外はほぼ同様である。
【０１００】
このような構成で作製された比較例１のＬＥＤ素子のＬＥＤ特性は、発光出力７．９ｍＷ、動作電圧１．９６Ｖであり、上記実施例１のＬＥＤ素子と比較して、特に発光出力が約２ｍＷも低い結果となった。得られた光出力／投入電力で規定した発光効率は２０．２％であり、上記実施例１のＬＥＤ素子と比べて発光効率が６％も低下している。
【０１０１】
これは、ＬＥＤ素子の発光面積に対し、光を透過できない表面電極の面積が多くなったことによって、活性層で発光した光が表面電極に吸収されてしまうロスが増えたことが原因であると考えられる。
【０１０２】
［比較例２］
この比較例２にあっては、比較例１のＬＥＤ素子において、上記実施例１のように表面電極面積が小さい形態のＬＥＤ素子を作製した。この比較例２に示すＬＥＤ素子、及びその電極パターンを図２１及び図２２にそれぞれ示す。
【０１０３】
比較例２の界面電極８は、図２１及び図２２に示すように、単一の円環状に形成されている。この円環状界面電極８とオーミック表面電極２３との距離は、概ね一定の距離間隔に保たれている。界面電極８の線幅は２μｍである。
【０１０４】
一方のオーミック表面電極２３は、図２１及び図２２に示すように、直径φ１００μｍの円形に形成されている。この形状は、上記実施例１の表面電極パッド１７の形状と同じである。このオーミック表面電極２３と界面電極８とは、素子の光取り出し面である第一主表面から深さ方向における軸上で互いに重ならないように配置されている。ワイヤボンディング用の表面電極パッドは、オーミック表面電極２３と重なるように配置されている。比較例２のオーミック表面電極２３にあっても、比較例１と同様に、半導体層とオーミック性接触を得ることが必要であることから、比較例１と同じ表面電極構造とされている。残余の構成及び製法は、上記実施例１と同様である。
【０１０５】
このような構成で作製された比較例２のＬＥＤ素子のＬＥＤ特性は、発光出力８．３ｍＷ、動作電圧２．６５Ｖであり、上記実施例１のＬＥＤ素子と比較して、特に発光出力が約２ｍＷ低くなり、特に、動作電圧が６００ｍＶ以上も高い結果となった。得られた光出力／投入電力で規定した発光効率は１５．５％であり、上記実施例１と比べて、約１０％も低下している。
【０１０６】
比較例２のＬＥＤ素子の出力が比較例１に比して高くなった原因は、表面電極による光を遮蔽する効果がやや低くなったと考えられるが、それほど高くはなっていない。動作電圧が高くなった原因は、上記実施例１や比較例１に比べて、素子の発光面の一部にしか電流が注入されないために、発光面積あたりの電流密度が増大し、電流印加による抵抗成分が高くなった結果、このような動作電圧の上昇になったと考えられる。更に、このように動作電圧の上昇によって素子の温度が高くなり、発光出力があまり高くならないという結果になったと考えられる。
【０１０７】
この比較例２の結果から、ＬＥＤ素子の発光効率（投入電力に対する発光量）を高めるためには、ＬＥＤ素子面内に均一に電流注入を行い、素子の動作電圧を低減することが肝要であるということが分かる。
【０１０８】
以上の説明からも明らかなように、本発明の半導体発光素子を上記実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例及び図示例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。本発明にあっては、次に示すような変形例も可能である。
【０１０９】
［変形例１］
上記実施例に係る表面電極パッド１７、及び裏面電極１３の材料や厚みなどは限定されるものではない。本発明の初期の目的とする構成には特に影響しないため、表面電極パッド１７、及び裏面電極１３の材料や厚みなどを適宜に変更することができる。
【０１１０】
［変形例２］
上記実施例においては、赤色、及び赤外光のＬＥＤ素子について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば発光波長６１０ｎｍの橙色、発光波長５９５ｎｍの黄色などの短波長ＬＥＤ素子であってもよい。
【０１１１】
［変形例３］
上記実施例にあっては、円形の表面電極パッド１７としたが、これに限定されるものではなく、例えば四角、菱形、多角形等などの各種の形状に形成してもよい。界面電極８や金属分配電極１２にあっても、各種の形状に形成することができる。
【０１１２】
［変形例４］
上記実施例においては、金属反射層９の材料は一様にＡｕとしたが、これに限定されるものではない。金属反射層９の材料としては、例えばわずかに異種金属が含まれて高純度なＡｕの反射率よりも多少劣る反射率を有していたとしても、本発明の初期の目的とする構成においては特に関係がなく、同様の効果が得られることは容易に推考できる。Ａｕは、半導体層の発光層から放射される赤色や赤外光に対して優れた反射率を有することから、反射層の材料として好ましい。反射率の優れた材料としては、その他にもＡｇやＡｌといった材料があるが、ＡｇはＬＥＤ素子を製造する上での酸やアルカリの薬液に対して特に脆い耐性であり、反射層の異常なエッチングによって素子製造が困難になる問題があるので実用的には馴染まない。
【０１１３】
また、Ａｇは、ＬＥＤ素子に電流通電することによってエレクトロマイグレーションが発生し、素子内で短絡してしまう問題が発生する場合があり、この点でも好ましくない。Ａｌは、界面電極８のＡｕ系の材料と容易に合金化してしまうため、ＬＥＤ素子の界面電極部における接触抵抗の増大が問題となり、高効率ＬＥＤ素子を得ることが難しい。これらのことから、金属反射層９にはＡｕ、もしくは不可避的に混入する異種金属を含む主成分としてＡｕである材料で形成されることが好ましい。
【０１１４】
［変形例５］
上記実施例においては、支持基板１０の材料として、一様にＳｉを用いた例を示した。この支持基板の材料としては、例えばＧｅやＧａＰといった材料を用いたとしても、本発明の意図する効果を得ることができる。しかし、Ｓｉのメリットは、他の基板材料に比べて特に安価であり、容易に入手できる材料としては優れた熱伝導性を有していることである。例えばＧｅやＧａＰといった材料よりも熱伝導率は優れているし、当然のことながら出発基板であるＧａＡｓよりも勿論優れている。基板が安価であることはＬＥＤ素子のコストに直結し、価格競争力に対し重要なことは明白である。また、支持基板の熱伝導性は、定格電流の大きな大電流駆動のＬＥＤ素子などに対して特に影響が強く、これもまた重要である。以上より、支持基板の材料にはＳｉが好ましい。
【０１１５】
［変形例６］
上記実施例によると、誘電体層１５の材料にＳｉＯ２を用いた例を例示したが、これに限定されるものではない。誘電体層１５の材料としては、例えば誘電体層の屈折率が２．２前後のＳｉＮなどに置き換えることも可能である。しかしながら、金属反射層９と発光層５との間に設けられる誘電体層１５は、その屈折率の大小によって光を光取出し面側へと反射する反射率に影響がある。
【０１１６】
図２３には、誘電体層１５に屈折率１．４５の材料を用いた場合の金属反射層９における平均反射率の計算結果を示す。また、図２４には誘電体層１５に屈折率２．０の材料を用いた場合の金属反射層９における平均反射率の計算結果を示す。なお、図２３、及び図２４は、ＬＥＤ素子の光取出し面が粗面化されている場合と、粗面化されていない平滑面の場合についての計算結果をそれぞれ示している。更に、金属反射層９がＡｕ以外の材料を用いた場合においても計算を行っている。
【０１１７】
この計算の結果から明らかなように、誘電体層１５の屈折率が高くなると、金属反射層９の平均反射率は屈折率１．４５の場合に比べて低くなっている。この反射率は、ＬＥＤ素子の発光出力と密接な関係にあるので、誘電体層１５の材料の屈折率は、できるだけ低いことが好ましい。
【０１１８】
また、製造面においてもＳｉＮなどの材料に比べ、ＳｉＯ２は成膜が容易で、成膜速度も速い。また、エッチングなどの加工が容易で、パターニング精度が良好である。更には、ＳｉＯ２は可視光、並びに近赤外光における吸収損失が極めて低いことからも、高出力ＬＥＤ素子が得やすいという利点もある。これらの理由から、誘電体層１５の材料にはＳｉＯ２が好ましい。
【符号の説明】
【０１１９】
１                ｎ型ＧａＡｓ基板
２                ｎ型エッチングストップ層
３                ｎ型コンタクト層
４                ｎ型クラッド層
５                発光層（活性層）
６                ｐ型クラッド層
７                ｐ型コンタクト層
８                界面電極
９                金属反射層
１０              支持基板
１１ａ，１１ｂ    金属接合層
１２              金属分配電極
１３              裏面電極
１４              化合物半導体層
１５              誘電体層
１６              合金化バリア層
１７              表面電極パッド
１８              合金化防止バリア層
２０              レジストマスク
２１              透明導電膜
２２              粗面構造
２３              オーミック表面電極
２４              絶縁性保護膜
【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１６】
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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２２】
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【図２３】
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【図２４】
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