專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)如下，即在具有發(fā) 光層的IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層與支撐襯底之間夾持有歐姆接觸接合部以及金屬反射 膜，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)了提高光取出效率的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
歷來(lái)，作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光二極管(LED :Light Emitting Diode)，近年來(lái) 由于可以通過(guò)MOVPE法(有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法)生長(zhǎng)GaN系或AlGaInP系的高品質(zhì)晶體， 進(jìn)而能夠制備藍(lán)色、綠色、橙色、黃色、紅色的高亮度LED。而且伴隨著LED的高亮度化，其用 途在汽車的剎車燈或液晶顯示器的背燈上得到推廣，對(duì)其需求在逐年增加?，F(xiàn)在，由于通過(guò)MOVPE法生長(zhǎng)高品質(zhì)晶體已變?yōu)榭赡?，發(fā)光元件的內(nèi)部效率漸漸 接近理論值的極限值。但是，從發(fā)光元件的光取出效率還依舊較低，因此提高光取出效率變 得重要。例如，高亮度紅色LED，由AlGaInP系材料形成，其發(fā)光部為雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述雙異 質(zhì)結(jié)構(gòu)在導(dǎo)電性GaAs襯底上具有由晶格匹配組成的AlGaInP系材料形成的η型AlGaInP 層、ρ型AlGaInP層以及上述兩者之間所夾持的由AlGaInP或GaInP所形成的發(fā)光層(活 性層)。然而，由于GaAs襯底帶隙比發(fā)光層帶隙窄，來(lái)自發(fā)光層的光大多被GaAs襯底所吸 收，光取出效率顯著降低。對(duì)此，為了減少由于GaAs襯底的光吸收，以往采用下述方法。已知有下述方法，即通過(guò)在發(fā)光層與GaAs襯底之間，形成多層反射膜結(jié)構(gòu)，所述 多層反射膜結(jié)構(gòu)由折射率不同的半導(dǎo)體層形成，降低由GaAs襯底的光吸收，從而提高光的 取出效率。然而，該方法只能夠發(fā)射具有由多層反射膜結(jié)構(gòu)所限定的入射角的光。另外，提出了將由AlGaInP系材料所形成的雙異質(zhì)機(jī)構(gòu)造隔著反射率高的金屬反 射膜而貼合在比GaAs襯底的熱導(dǎo)率優(yōu)異的Si支撐襯底上，此后，用除去半導(dǎo)體生長(zhǎng)使用的 GaAs襯底的方法(例如參考專利文獻(xiàn)1)。該方法所使用的金屬反射膜，由于無(wú)論射向金屬 反射膜的光的入射角如何而能夠強(qiáng)反射，實(shí)現(xiàn)了 LED的高亮度化。在發(fā)光層和Si支撐襯底之間夾持金屬反射膜的上述LED結(jié)構(gòu)中，作為金屬反射膜 如果使用反射率高的金屬，具體而言如果使用Al、Au、Ag，則不能和化合物半導(dǎo)體進(jìn)行電的 歐姆連接，因此將金屬反射膜的一部分作為歐姆接觸接合部。因此，引入到LED元件中的電 子或空穴，從形成于發(fā)光部上部的表面電極經(jīng)過(guò)歐姆接觸接合部而流向Si支撐襯底。此 時(shí)，存在于表面電極與歐姆接觸接合部之間的活性層進(jìn)行發(fā)光。所發(fā)出的光由發(fā)光部上部 的半導(dǎo)體層表面(光取出面)而被取出至發(fā)光元件外部。專利文獻(xiàn)1 特開(kāi)2005-175462號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在發(fā)光層與Si支撐襯底之間夾持著歐姆接觸接合部以及金屬反射膜的上 述現(xiàn)有的LED結(jié)構(gòu)，所發(fā)出的光的一部分在光取出面與金屬反射膜之間被多次反射，當(dāng)光到達(dá)歐姆接觸接合部以及表面電極的情況下，由于不管是歐姆接觸接合部還是表面電極都 對(duì)所發(fā)出的光的吸收較高，而不能將光取出至發(fā)光元件外部。特別是，由于相比于歐姆接觸 部表面電極面積較大，從而成為發(fā)光元件整體較大吸收的主要原因。因此，必需減小表面電 極的面積。但是，對(duì)單純的圓形形狀等表面電極來(lái)說(shuō)，如果面積減小則電流分散性變差。對(duì)此，為了使電流均勻分散于發(fā)光元件內(nèi)，對(duì)使表面電極從圓形的中心部開(kāi)始將 電極延伸為線狀形狀(例如參考圖10)等各種各樣的表面電極形狀進(jìn)行了研究，不僅意在 提高光的取出效率，也意在降低正向電壓等特性的提高。然而，為了減少由于表面電極的光吸收，對(duì)于在表面電極正下方以外的區(qū)域配置 有歐姆接觸接合部的電流狹窄結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件來(lái)說(shuō)，在發(fā)光元件的芯片尺寸較小的情況 下，諸如呈線狀延伸的電極的復(fù)雜形狀的表面電極，其結(jié)果導(dǎo)致表面電極面積的增加、光取 出效率降低。本發(fā)明的目的在于解決上述課題，提供能實(shí)現(xiàn)提高光取出效率的半導(dǎo)體發(fā)光元 件。為了解決上述課題，如下所述構(gòu)成本發(fā)明。本發(fā)明的第1方式為半導(dǎo)體發(fā)光元件，具備具有發(fā)光層的IIIA-VA族化合物半導(dǎo) 體層，在上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層的第一主表面?zhèn)刃纬晒馊〕雒?，在第二主表面?zhèn)?形成金屬反射膜，將來(lái)自上述發(fā)光層的光反射至上述光取出面?zhèn)龋鲜鯥IIA-VA族化合物 半導(dǎo)體層與支撐襯底隔著上述金屬反射膜而被接合，上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層的第 一主表面上具有表面電極，上述金屬反射膜的上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層側(cè)的面的一 部分上在上述表面電極的正下方以外的區(qū)域配置有歐姆接觸接合部，其特征在于，在上述 表面電極的上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層側(cè)形成有在IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層上形成 的表面?zhèn)冉佑|部以及透明介電體反射部，上述半導(dǎo)體發(fā)光元件為邊長(zhǎng)320 μ m以下的四邊 形，上述表面電極由多邊形或圓形形成，上述表面電極的外周的長(zhǎng)度為235 μ m以上700 μ m 以下，上述歐姆接觸接合部配置于上述半導(dǎo)體發(fā)光元件的外周部側(cè)，從上述表面電極側(cè)看 上述歐姆接觸接合部時(shí)，上述歐姆接觸接合部以包圍上述表面電極的方式而形成，且以從 上述表面電極的外緣部的各位置至最近的上述歐姆接觸接合部的距離相等的方式而配置。本發(fā)明的第2方式為如第1方式所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，上述IIIA-VA族化 合物半導(dǎo)體層與上述金屬反射膜之間設(shè)置有透明介電體膜，上述透明介電體膜的一部分上 形成有上述歐姆接觸接合部，所述歐姆接觸接合部貫通上述透明介電體膜。另外，本發(fā)明在上述半導(dǎo)體發(fā)光元件中，形成上述表面電極的表面?zhèn)冉佑|部及透 明介電體反射部，還可以為上述表面?zhèn)冉佑|部形成于外周5 μ m以上30 μ m以下的區(qū)域，在 上述表面電極用接觸部的內(nèi)側(cè)形成上述透明介電體反射部。另外，本發(fā)明的上述半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述透明介電體反射部可以由Si02、SiN、 ITO的任意一種形成，上述透明介電體反射部可以形成為折射率在2. 3以下。進(jìn)而，本發(fā)明的上述半導(dǎo)體發(fā)光元件中，作為光取出面的上述IIIA-VA族化合物 半導(dǎo)體層的表面，可以形成為高度IOOnm以上的凹凸形狀，上述歐姆接觸接合部可以形成 為與上述表面電極的多邊形或圓形為相似形狀的多邊形或圓形的線狀，且從上述表面電極 側(cè)看歐姆接觸接合部時(shí)，其配置為與上述表面電極同心，上述凹凸形狀的光取出面可以覆 蓋有透明膜。
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根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于芯片尺寸較小的半導(dǎo)體發(fā)光元件能夠有效地提高光取出效率。


圖1為表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造工序的剖面圖。圖2為表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造工序的圖，圖2(a)為俯視圖，圖 2(b)為圖2(a)的2B-2B剖視圖。圖3為表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造工藝的剖面圖。圖4為表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造工藝的剖面圖。圖5為表示實(shí)施例1半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造工藝的圖，圖5(a)為俯視圖，圖5 (b) 為圖5(a)的5B-5B剖視圖。圖6為表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造工藝的圖，圖6(a)為俯視圖，圖 6(b)為圖6(a)的6B-6B剖視圖。圖7為表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造工藝的圖，圖7(a)為俯視圖，圖 7(b)為圖7(a)的7B-7B剖視圖。圖8為具有圓形表面電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖。圖9為具有角部經(jīng)倒角的四邊形表面電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖。圖10為現(xiàn)有的芯片尺寸較大的半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖。圖11為在實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)中，表示表面?zhèn)冉佑|層的寬度與發(fā)光輸出的關(guān)系的圖。圖12為在實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)中，表示表面電極中接觸層與正向電壓的關(guān)系的圖。圖13為比較例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。圖14為變形例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中光取出面的部分放大剖面圖。圖15為在具有四邊形表面電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)中，表示表面電極的外 周長(zhǎng)度與發(fā)光輸出的關(guān)系的圖。圖16為在具有圓形表面電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)中，表示表面電極的外周 長(zhǎng)度與發(fā)光輸出的關(guān)系的圖。符號(hào)說(shuō)明
1生長(zhǎng)用GaAs襯底
2AlGaInP蝕刻終止層
3η型GaAs接觸層
3a透明介電體反射部
3b表面?zhèn)冉佑|部
4η型AlGaInP包覆層
4a光取出面
5AlGaInP活性層
6P型AlGaInP包覆層
7P型GaP接觸層
8SiO2
9歐姆接觸接合部
10金屬反射層
11Si襯底
12金屬S合層
13表面電極
14背面電極
15電極盤
17透明膜
18透明膜
20發(fā)光元件
30發(fā)光元件
31表面電極
32歐姆接觸接合部
40發(fā)光元件
41表面電極
42歐姆接觸接合部
具體實(shí)施例方式以下，說(shuō)明本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)實(shí)施方式。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件，具備具有發(fā)光層的IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層， 在上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層的第一主表面?zhèn)刃纬捎泄馊〕雒妫诘诙鞅砻鎮(zhèn)刃?成有金屬反射膜，所述金屬反射膜將來(lái)自上述發(fā)光層的光反射至上述光取出面?zhèn)?，上?IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層與支撐襯底隔著上述金屬反射膜而接合。在支撐襯底上形成有 背面電極。金屬反射膜(至少第二主表面?zhèn)鹊牟糠纸饘俜瓷淠?，優(yōu)選由對(duì)發(fā)光波長(zhǎng)具有 80%以上的反射率的金屬、具體而言由Au、Ag、Al的任一種或其合金形成。為了提高光取出效率，優(yōu)選使光取出面為表面的高度(為表面粗糙度的最大高 度)在IOOnm以上的凹凸形狀。上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層的第一主表面上形成有表面電極，上述金屬反射 膜的上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層側(cè)一面的一部分上為了減少接觸電阻而在上述表面 電極的正下方以外的區(qū)域配置有歐姆接觸接合部。即，歐姆接觸接合部與表面電極，從光取 出面?zhèn)瓤磿r(shí)以相互不重疊的方式來(lái)配置而成為電流狹窄結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，在上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層與上述金屬反射膜之間，設(shè) 置有由對(duì)從發(fā)光層所發(fā)出的光為透明的材料所形成的透明介電體膜，上述透明介電體膜的 一部分上形成有上述歐姆接觸接合部，所述歐姆接觸接合部貫通透明介電體膜。以發(fā)光波長(zhǎng)為λ、透明介電體膜的折射率為n時(shí)，透明介電體膜的膜厚優(yōu)選為 (2Χ λ)/(4Χη)以上的厚度。另外，透明介電體膜的材料，例如優(yōu)選使用Si02、SiN。上述半導(dǎo)體發(fā)光元件的芯片尺寸為邊長(zhǎng)320 μ m以下的四邊形，上述表面電極由 四邊形、五邊形等多邊形或圓形、橢圓形等圓形形成。即，本實(shí)施方式的表面電極，不是諸如 從圓形等的中心部(成為電極盤的形成部分)呈線狀延伸而突出的復(fù)雜形狀的表面電極 (例如圖10的表面電極111、121)，而是單純的圓形(例如圖8的圓形表面電極31)或多邊形(例如圖9的四邊形表面電極41)。換句話說(shuō)，表面電極形狀沒(méi)有線狀延伸的部分，而是 較小的整齊的形狀。上述表面電極的外周的長(zhǎng)度為235 μ m以上700 μ m以下。需要說(shuō)明的 是，表面電極的形狀，例如，如圖9的表面電極41那樣，將四邊形的角部通過(guò)曲面或直線而 平滑倒角的形狀也能夠得到相同的效果。另外，在上述表面電極上通常設(shè)置有與表面電極 相同形狀、相同尺寸的電極盤。上述歐姆接觸接合部配置于上述半導(dǎo)體發(fā)光元件的外周部側(cè)，從上述表面電極側(cè) 看上述歐姆接觸接合部時(shí)，上述歐姆接觸接合部形成為包圍上述表面電極的線狀等，且配 置為使從上述表面電極的外緣部的各位置至最近的上述歐姆接觸接合部的距離(例如，參 考圖7的距離(最短距離)L)相等。具體而言，表面電極，在上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層的第一主表面的中央部 形成為多邊形(例如正方形)或圓形(例如圓形)；歐姆接觸接合部，從表面電極側(cè)看歐姆 接觸接合部時(shí)，以包圍上述表面電極且與表面電極相似的多邊形或圓形狀的線狀等同心配置。需要說(shuō)明的是，歐姆接觸接合部，只要設(shè)置為從表面電極側(cè)看時(shí)包圍表面電極即 可，歐姆接觸接合部不限于多邊形或圓形的線狀等單一封閉形狀，也可以配置為以多個(gè)分 割的線狀等包圍表面電極，作為整體為多邊形或圓形?；?，歐姆接觸接合部也可不包圍整個(gè) 表面電極外周，例如將四邊形的表面電極不是配置于發(fā)光元件芯片的中央部而是配置于靠 近發(fā)光元件芯片的一邊，歐姆接觸接合部設(shè)置為包圍四邊狀表面電極的三邊的“二”字狀。另外，雖然使從表面電極的外緣部的各位置至最近歐姆接觸接合部的距離相等的 方式配置，但也可以配置為存在部分上述距離不相等的位置。在半導(dǎo)體發(fā)光元件上施加正向電壓時(shí)，電流從表面電極流經(jīng)歐姆接觸接合部流向 支撐襯底。此時(shí)，從位于表面電極與歐姆接觸接合部之間的發(fā)光層發(fā)出光。所發(fā)出的光，從 光取出面或IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層的側(cè)面等被取至發(fā)光元件的外部。在發(fā)光元件的芯片尺寸較大的情況下，從圓形等中心部以線狀延伸的復(fù)雜形狀的 表面電極為電流分散性良好、且光的吸收量、遮光量也不太大、優(yōu)異的表面電極形狀。然而， 最近，制作了較小的芯片尺寸的發(fā)光元件，如果芯片尺寸減小為邊長(zhǎng)小于320 μ m時(shí)，具有 以線狀延伸的部分的復(fù)雜形狀表面電極，使得表面電極面積在發(fā)光元件芯片上面所占有的 面積比例增大，相對(duì)于提高電流分散性而言，光的吸收量增加成為問(wèn)題，從而降低光取出效 率。對(duì)此，本實(shí)施方式中，表面電極為單純的多邊形或圓形的較小的整體形狀，從表面 電極側(cè)看歐姆接觸接合部時(shí)，以包圍表面電極、且從表面電極以一定距離間隔而在半導(dǎo)體 發(fā)光元件的外周側(cè)配置歐姆接觸接合部。這是由于根據(jù)歐姆接觸接合部與表面電極之間的距離(特別是，從表面電極側(cè)看 歐姆接觸接合部時(shí)，歐姆接觸接合部與表面電極之間的水平距離引起光取出效率發(fā)生很大 變化，距離大時(shí)發(fā)光輸出變高。由于表面電極變大的話必然導(dǎo)致上述距離變小，因此降低發(fā) 光輸出。為了以良好的成品率而使導(dǎo)線連接成為可能，表面電極(或電極盤)，通過(guò)表面電 極中心的直線的橫切表面電極的長(zhǎng)度、尺寸必需為在最小75 μ m以上。能夠確保該最小長(zhǎng) 度75 μ m、并能夠使外周長(zhǎng)度最短的表面電極(或電極盤)的形狀為直徑75μπι的圓形，直
7徑75 μ m的圓形的外周長(zhǎng)度為235 μ m。因此，優(yōu)選表面電極的外周長(zhǎng)度為235 μ m以上。另一方面，發(fā)光元件的芯片尺寸的一邊小于320 μ m的情況下，如果單純圓形或多 邊形的表面電極的外周長(zhǎng)度長(zhǎng)于700 μ m，則由于表面電極的光吸收而降低光取出效率，發(fā) 光輸出顯著降低。(圖15表示正方形表面電極的外周長(zhǎng)度與發(fā)光輸出的關(guān)系，圖16表示圓 形表面電極的外周長(zhǎng)度與發(fā)光輸出的關(guān)系。需要說(shuō)明的是，元件形狀如圖13所示，而不是 在表面電極與IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層之間具有透明介電體透明部的結(jié)構(gòu)。)在如上述的小尺寸芯片中優(yōu)選使表面電極的外周長(zhǎng)度為700 μ m以下。另外，雖然 連接步驟中要求精度，但通過(guò)形成為480 μ m以下，能夠進(jìn)一步提高發(fā)光輸出。在芯片的一邊大于320 μ m的情況下，表面電極為具有從單純圓形狀或四邊形的 表面電極(電極盤)以線狀延伸的部分的表面電極，使電流在芯片內(nèi)分散而擴(kuò)散的話提高 發(fā)光輸出。相反，對(duì)于芯片的一邊為320μπι以下的比較小的芯片而言，如果從單純圓形或 多邊形的表面電極(電極盤)以線狀延伸電極的話，可以認(rèn)為相對(duì)于電流在整個(gè)芯片的擴(kuò) 散效果而言光吸收要素發(fā)揮更大作用，不能增加發(fā)光輸出。根據(jù)上述理由在本發(fā)明中規(guī)定芯片尺寸，進(jìn)而為了抑制由于設(shè)置于表面電極下層 的η型接觸層引起的光吸收，而將設(shè)置于具有發(fā)光層的IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層上的η 型接觸層的一部分變成為透明介電體反射部。具體而言，在IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層上，形成由折射率為2. 3以下的透明介電 體材料形成的透明介電體反射部，在其周圍有用于與IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層呈歐姆接 觸的表面?zhèn)冉佑|部。進(jìn)而，在透明介電體反射部及表面?zhèn)冉佑|部上形成表面電極。作為IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層與表面電極之間的一部分，通過(guò)設(shè)置折射率低的 透明介電體反射部，即使來(lái)自發(fā)光層的光入射至表面電極區(qū)域，在IIIA-VA族化合物半導(dǎo) 體層與透明介電體反射部之間，也能夠反射所入射的光的一部分。另外，通過(guò)由反射率高的 金屬形成表面電極，對(duì)透過(guò)透明介電體反射部的光能夠由表面電極進(jìn)行反射。由此，抑制對(duì)入射至表面電極區(qū)域的光的吸收、使反射至金屬反射膜側(cè)、能夠進(jìn)一 步增加從半導(dǎo)體發(fā)光元件所取出的光量。需要說(shuō)明的是，作為表面電極材料可以舉出Al、 Ag、Au 等。
實(shí)施例接下來(lái)，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。實(shí)施例1圖7示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件。圖1 圖6中示出該實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā) 光元件的制造方法的各工序。需要說(shuō)明的是，為了使圖面簡(jiǎn)單化，在圖1 圖6中示出二個(gè) 發(fā)光元件20并列而制作的狀況。首先，制備圖1所示結(jié)構(gòu)的發(fā)光波長(zhǎng)630nm付近的紅色LED用外延晶片。外延生 長(zhǎng)方法、外延結(jié)構(gòu)、電極形成方法及LED元件制備方法如下所述。所謂外延生長(zhǎng)是在η型GaAs襯底1上采用MOVPE法依次層疊生長(zhǎng)未摻 雜(Ala7Gaa3)a5Ina5P蝕刻終止層2、η型(Si摻雜)GaAs接觸層3、η型(Si摻雜) (Ala7Gaa3)a5Ina5P包覆層4、未摻雜(AlaiGaa9)a5Ina5P活性層(發(fā)光層)5、ρ型(Mg摻雜) (Al0.7Ga0.3) ο. 5In0.5P包覆層6、以及ρ型(Mg摻雜)GaP接觸層7。
MOVPE生長(zhǎng)的生長(zhǎng)溫度為650°C，在生長(zhǎng)壓力為50Torr (約6666Pa)、各層的生長(zhǎng) 速度為0. 3 1. Onm/sec, VA/IIIA比為大約200左右下進(jìn)行。需要說(shuō)明的是，此處所說(shuō)的 VA/IIIA比指，以TMGa或TMAl等IIIA族原料的摩爾數(shù)為分母，以AsH3、PH3等V族原料的 摩爾數(shù)為分子情況下的比率(商)。作為MOVPE生長(zhǎng)所用的原料，使用例如三甲基鎵(TMGa)或三乙基鎵(TEGa)、三甲 基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)等有機(jī)金屬或砷化氫(AsH3)、膦(PH3)等氫化物氣體。作為 決定η型半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型的不純物的添加物原料，使用二硅烷(Si2H 6)。另外，作為決定 P型半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型的不純物的添加物原料，使用二茂鎂(Cp2Mg)。此外，作為決定η型層的導(dǎo)電型的不純物的添加物原料，可以使用硒化氫(H2Se)、 硅烷(SiH4)、二乙基碲(DETe)、二甲基碲(DMTe)。此外，作為ρ型層的ρ型添加物原料，可 以使用二甲基鋅(DMZn)、二乙基鋅(DEZn)。進(jìn)一步，將該LED用外延晶片從MOCVD裝置搬出后，在ρ型GaP接觸層7表面上通 過(guò)等離子CVD裝置成膜作為透明介電體膜的SiO2膜8，采用抗蝕劑或掩模定位儀等一般的 光刻技術(shù)，由氟酸系蝕刻液于SiO2膜8上形成開(kāi)口部(正方形的線狀開(kāi)口部)，在該開(kāi)口部 通過(guò)真空蒸鍍法形成線狀的正方形歐姆接觸接合部9(圖2)。圖2(a)為俯視圖，圖2(b)為 圖2(a)的2Β-2Β剖視圖。歐姆接觸接合部9使用AuZn(金鋅)合金。另外，歐姆接觸接合 部9以位于此后所形成的表面電極13正下方以外的區(qū)域的方式而配置。接著，在上述帶有歐姆接觸接合部的LED用外延晶片上，作為金屬反射膜10依次 蒸鍍Al (鋁)層、Ti (鈦)層、Au (金)層(圖3)。Al層成為反射層(反射膜)，Ti成為防 擴(kuò)散阻擋層，Au成為接合層。另一方面，在作為支撐襯底而準(zhǔn)備的導(dǎo)電性Si襯底11表面，依次蒸鍍Ti (鈦)層、 Pt (鉬)層、Au (金)層，形成金屬密合層12 (圖3)。Ti層成為歐姆接觸金屬層，Pt成為防 擴(kuò)散阻擋層，Au成為接合層。將如上所述制備的LED外延晶片表面的Au接合層與Si襯底11表面的Au接合層 貼合(圖3)。在壓力0. OlTorr (約1. 33Pa)氣氛、30KGf/cm2荷重的狀態(tài)、溫度350°C下保 持30分鐘進(jìn)行貼合。接著，通過(guò)氨水和雙氧水的混合液除去貼合有Si襯底11的LED外延晶片的GaAs 襯底1，使未摻雜(Ala7Ga0.3) ο. 51% 5P蝕刻終止層2露出。進(jìn)而，由鹽酸除去蝕刻終止層2使 η型GaAs接觸層3露出(圖4)。接著，在η型接觸層3的表面采用光刻法形成四邊環(huán)狀掩模圖案。掩模圖案形成 于表面?zhèn)冉佑|部3b應(yīng)該形成的區(qū)域。由此，在形成發(fā)光元件的區(qū)域的各元件區(qū)域形成掩模 圖案。接著，以掩模圖案作為掩模，對(duì)η型接觸層使用硫酸與雙氧水以及水的混合液進(jìn) 行蝕刻處理。由此，在沒(méi)有形成掩模圖案的區(qū)域的η型接觸層被除去，僅在成為表面?zhèn)冉佑| 部的部位殘存η型接觸層，同時(shí)露出η型(Ala7Gaa3)a5Ina5P包覆層4(圖5)。接著，在設(shè)置有以四邊環(huán)狀而殘存的η型接觸部的晶片表面，形成成為透明介電 體反射部3a的透明材料膜。具體而言，通過(guò)CVD法以具有覆蓋在晶片表面設(shè)置的殘存η型 接觸層的厚度的方式形成Si02。此后，在透明材料膜應(yīng)該殘存的區(qū)域，采用光刻法形成掩模 圖案。掩模圖案設(shè)置為，使成為透明介電體反射部3a的位于四邊環(huán)狀而殘存的η型接觸層
9(表面?zhèn)冉佑|部3b)的內(nèi)側(cè)的透明材料膜殘存。接著，進(jìn)行晶片表面的粗化。具體而言，在成為光取出面4a的η型 (Ala7Gaa3)a5Ina5P包覆層4上采用光刻技術(shù)進(jìn)行1. 0 μ m 3. 0 μ m周期的印刻圖形，通過(guò) 濕式蝕刻法在η型(Ala7Gaa3)a5Ina5P包覆層4表面形成凹凸形狀(圖6)。接著，采用光刻技術(shù)進(jìn)行用于元件間分離的印刻圖形，從而通過(guò)由蝕刻法除去從η 型包覆層4表面至ρ型包覆層6來(lái)進(jìn)行元件間分離(圖6)。ρ型接觸層以下的層，通過(guò)下 述沖切而被元件分離。在Si襯底11的背面，通過(guò)真空蒸鍍法形成由Ti(鈦)層、Au(金)層構(gòu)成的背面 電極14后，在氮?dú)鈿夥罩屑訜嶂?00°C、熱處理5分鐘以進(jìn)行電極合金化的合金化步驟。接著，在表面電極13上通過(guò)光刻技術(shù)以及真空蒸鍍法形成由Ti (鈦)層、Au (金) 層形成的導(dǎo)線連接用表面電極盤15。此后，采用沖切裝置將形成有如上所述構(gòu)成電極的LED用襯底切斷，制備芯片尺 寸300 μ m見(jiàn)方的LED裸芯片(圖7)。接著，將上述LED裸芯片安裝于(模連接)T0-18底 座上，此后，進(jìn)一步在被安裝的上述LED裸芯片上進(jìn)行導(dǎo)線連接，制備LED元件。比較例1作為比較例1，制作圖13所示機(jī)構(gòu)的發(fā)光波長(zhǎng)630nm付近的替代型紅色發(fā)光元 件。在比較例1中，外延生長(zhǎng)方法、外延層膜厚、外延層結(jié)構(gòu)、金屬反射膜、替換支撐襯底的 方法、蝕刻方法等工藝步驟或LED元件制備方法，基本上與上述實(shí)施例1相同。與上述實(shí)施例1不同點(diǎn)在于，在比較例1中，表面電極以不具有透明介電體反射部 的方式而構(gòu)成。將如上所述而制備的實(shí)施例的LED元件以環(huán)氧樹(shù)脂制成模塊后，進(jìn)行20mA通電從 而研究LED特性。相對(duì)于比較例1的發(fā)光輸出為11. 3mW、正向電壓(Vf)為2. 10V，實(shí)施例1的發(fā)光 輸出為13. 2mW、正向電壓(Vf)為2. 13V，通過(guò)在IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層與表面電極之 間的一部分上設(shè)置透明介電體反射部，提高了發(fā)光輸出。進(jìn)而，對(duì)由η型接觸層形成的四邊環(huán)狀表面?zhèn)冉佑|部的寬度與發(fā)光輸出以及正向 電壓的關(guān)系進(jìn)行研究的結(jié)果示于圖11、圖12。如果表面接觸部3b的寬度變窄則光吸收降 低、發(fā)光輸出增加。另外，如果表面接觸部3b的寬度變窄，電流的流路變窄，電阻以指數(shù)關(guān) 系增加。變形例變形例的結(jié)構(gòu)如下，即在上述實(shí)施例的發(fā)光元件中，由透明膜17、18覆蓋形成為 凹凸形狀的光取出面4a。首先，通過(guò)在凹凸形狀的光取出面4a上進(jìn)行反復(fù)涂布來(lái)填充光取出面4a的凹部， 從而形成透明膜17，所述透明膜17具有對(duì)應(yīng)于光取出面4a的凹凸形狀的波形形狀的表面。 進(jìn)而，由濺射在透明膜17上形成具有平坦表面的透明膜18。通過(guò)由濺射來(lái)形成透明膜18， 能夠以較好結(jié)晶性形成透明膜18，從而能夠防止來(lái)自外部的水分等的入侵。另外，由于在本 發(fā)明中表面電極為單純的多邊形或圓形，用于形成透明膜17、18的涂布、濺射能夠容易地 實(shí)施。通過(guò)以透明膜17、18覆蓋凹凸形狀的光取出面4a，能夠保護(hù)光取出面4a的凹凸部。另外，通過(guò)使透明膜17的折射率為小于具有光取出面4a的半導(dǎo)體層4的折射率(3. 5 3. 6左右)，能夠抑制由光取出面4a的反射。進(jìn)而，優(yōu)選使透明膜18的折射率為小于透明 膜17的折射率的折射率，由此，能夠抑制透明膜17與透明膜18的界面的反射。另外，由于 透明膜17的表面為波形的曲面，由于透鏡效果可期待光取出提高。透明膜17、18可以使用導(dǎo)電性材料、絕緣性材料的任意一種。具體而言，可以舉出 IT0、Si02、Si3N4等。另外，例如，可以使半導(dǎo)體層4側(cè)的透明膜17為導(dǎo)電性材料，表面?zhèn)鹊?透明膜18為絕緣性材料。另外，還可以省略透明膜18，僅為透明膜17。需要說(shuō)明的是，用 于透明膜17、18的材料或制法、發(fā)光元件的制造工藝中的透明膜17、18的形成順序等，考慮 發(fā)光元件的特性、生產(chǎn)性、成本等而能夠適當(dāng)?shù)貨Q定。其他的實(shí)施例在上述實(shí)施例中，作為支撐襯底使用Si襯底11，但是只要是能夠耐得住發(fā)光元件 的制造工藝的支撐襯底即可，可以使用Si襯底以外的襯底。具體而言，可以舉出Ge襯底、 GaAs襯底、GaP襯底、其他金屬襯底等。另外，在上述實(shí)施例中，使活性層(發(fā)光層)5為整塊層(bulk layer)或?yàn)槎嘀亓?子阱等其效果也相同，進(jìn)而，在上述實(shí)施例中對(duì)發(fā)光波長(zhǎng)630nm付近的紅色發(fā)光元件進(jìn)行 了闡述，但本發(fā)明不依賴于LED的發(fā)光波長(zhǎng)，均能得到提高發(fā)光輸出的效果。另外，在上述實(shí)施例中，使光取出面4a側(cè)為η型摻雜層，但是毋庸置疑，使η型層 與P層相反也能夠得到同樣的效果。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具備具有發(fā)光層的IIIA VA族化合物半導(dǎo)體層，在所述IIIA VA族化合物半導(dǎo)體層的第一主表面?zhèn)刃纬晒馊〕雒?，在第二主表面?zhèn)刃纬山饘俜瓷淠?，將?lái)自所述發(fā)光層的光反射至所述光取出面?zhèn)?，所述IIIA VA族化合物半導(dǎo)體層與支撐襯底隔著所述金屬反射膜而被接合，所述IIIA VA族化合物半導(dǎo)體層的第一主表面上具有表面電極，所述金屬反射膜的上述IIIA VA族化合物半導(dǎo)體層側(cè)的面的一部分上在所述表面電極的正下方以外的區(qū)域配置有歐姆接觸接合部，其特征在于，在所述表面電極的所述IIIA VA族化合物半導(dǎo)體層側(cè)，形成有在IIIA VA族化合物半導(dǎo)體層上形成的表面?zhèn)冉佑|部以及透明介電體反射部，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件為邊長(zhǎng)320μm以下的四邊形，所述表面電極由多邊形或圓形形成，所述表面電極的外周的長(zhǎng)度為235μm以上、700μm以下，所述歐姆接觸接合部配置于所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的外周部側(cè)，從所述表面電極側(cè)看所述歐姆接觸接合部時(shí)，所述歐姆接觸接合部以包圍上述表面電極的方式而形成，且以從所述表面電極的外緣部的各位置至最近的所述歐姆接觸接合部的距離相等的方式而配置。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體 層與所述金屬反射膜之間設(shè)置有透明介電體膜，所述透明介電體膜的一部分中形成有所述 歐姆接觸接合部，所述歐姆接觸接合部貫通所述透明介電體膜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，形成所述表面電極的表面?zhèn)?接觸部以及透明介電體反射部中，所述表面?zhèn)冉佑|部形成于外周5 μ m以上30 μ m以下的區(qū) 域，在所述表面電極用接觸部的內(nèi)側(cè)形成所述透明介電體反射部。
4.如權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述透明介電體反 射部由Si02、SiN, ITO的任意一種形成。
5.如權(quán)利要求1 4的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述透明介電體反 射部的折射率為2.3以下。
6.如權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，作為所述光取出面 的上述IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層的表面為高度IOOnm以上的凹凸形狀。
7.如權(quán)利要求1 6的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述歐姆接觸接合 部形成為與上述表面電極的多邊形或圓形為相似形狀的多邊形或圓形的線狀，且從上述表 面電極側(cè)看歐姆接觸接合部時(shí)，配置為與上述表面電極同心。
8.如權(quán)利要求6或7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述凹凸形狀的光取出面覆 蓋有透明膜。
全文摘要
本發(fā)明提供半導(dǎo)體發(fā)光元件，能實(shí)現(xiàn)提高光取出效率。該半導(dǎo)體發(fā)光元件(20)具備IIIA-VA族化合物半導(dǎo)體層(21)的第二主表面?zhèn)刃纬山饘俜瓷淠?10)，半導(dǎo)體層(21)與支撐襯底(11)隔著金屬反射膜(10)被接合，在半導(dǎo)體層(21)第一主表面上形成表面電極(13)，金屬反射膜(10)在表面電極(13)的正下方以外的區(qū)域配置有歐姆接觸接合部(9)，表面電極(13)具有表面?zhèn)冉佑|部以及透明介電體反射部，半導(dǎo)體發(fā)光元件(20)的一邊為320μm以下，表面電極(13)由多邊形或圓形形成，表面電極(13)的外周長(zhǎng)度為235μm～700μm，歐姆接觸接合部配置于發(fā)光元件的外周部側(cè)，歐姆接觸接合部(9)以包圍表面電極(13)、以從表面電極(13)的外緣部的各位置至最近的歐姆接觸接合部(9)的距離相等的方式而配置。
文檔編號(hào)H01L33/38GK101901862SQ20101019230
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者渡邊優(yōu)洋, 飯塚和幸 申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社