专利名称：半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及例如通信装置；道路、线路、指示显示板装置；广告显示装置；移动电话；显示器的背光源；以及照明器具等所使用的作为发光体的半导体发光元件及其制造方法。
背景技术：
近年来，由于作为半导体发光元件的一种的半导体发光二极管(以下称为“LED”)的制造技术迅速进步，特别是在开射出蓝色LED以后，聚齐了光三原色的LED，所以通过组合该三原色的LED可以制造出所有波长的光。其结果，LED的适用范围迅速扩大，其中在照明领域中随着环境、能源问题意识的提高，作为替换电灯泡、荧光灯的自然光、白色光源受到关注。
然而，现有的LED与电灯泡或荧光灯相比较，相对于投入的能量来说光转换效率很差，因此正在进行以转换效率更高、辉度更高的LED为目标的研究开发，而不局限于波长。
截止到十年前，高辉度化技术研发的中心变为外延生长技术，在该技术已经成熟的近几年里，正向以工艺技术为中心的开发转移。
通过工艺技术提高辉度就是提高外部量子效率(内部量子效率×外部导出率)，作为其具体技术可以列举出元件形状精细加工技术、反射膜、透明电极的形成技术等。这些技术中晶片粘合的方法对于红色、蓝色发光LED确定了几种方法，发明出高辉度类型的LED并推向市场。
这种晶片粘合的高辉度化的方法大体分为两种。一种方法是在外延层上直接粘贴或者介由金属层粘贴硅或锗等不透明衬底的方法。另一种方法是在外延层上直接粘贴或介由粘接层粘贴例如玻璃或蓝宝石、GaP等的相对于发光波长透明的衬底。
图1表示使用前一种方法的LED的简要剖面图。此外，图2表示使用后一种方法的LED的简要剖面图。
在图1中，101、103为外延层，102为发光层，104为反射用金属层，105为硅衬底，106、107为电极。
在图1的LED中，从发光层102射出的光L如箭头所示在被硅衬底105吸收之前由反射用金属层104反射到外部。
在图2中，201为窗层，202、204为外延层，203为发光层，205为透明衬底，206、207为电极。
在图2的LED中，从发光层203射出的光L如箭头所示透过透明衬底205而没有被其吸收。
特别地，在外延层204上粘贴上述透明衬底205的方法，从发光203射出的光并没有再次通过发光层203，即，从发光层203射出的光没有被发光层203吸收，而是可以由LED的大致整个表面导出到外部，从而能够开发出转换效率(导出率)更高的LED。
在现有技术中，作为在外延层上粘贴透明衬底的方法有JP 3230638 B2中所记载的方法。在该JP 3230638 B2中，为了制作四元类LED，在AlGaInP(铝镓铟磷)类半导体层上直接粘贴GaP(镓磷)透明衬底。
据此，上述的在外延层上粘贴透明衬底的方法，为了获得良好的透光性，直接粘贴透明衬底。在这种情况下，由于上述透明衬底和外延层的界面即粘贴界面的电阻高，所以存在LED的驱动电压升高这样的问题。
作为解决该问题的方法，考虑到提高上述透明衬底的载体浓度来降低粘贴界面的电阻，但当使透明衬底的载体浓度变高时，在载体浓度高的透明衬底中容易引起光的吸收和衰减。
其结果，在上述透明衬底的载体浓度变高的LED中，产生光导出率降低这样的问题。此时产生的光吸收主要是由自由载体进行的吸收，在晶体的能带隙等中引起基本不相关的吸收。
而且，当使上述透明衬底的载体浓度变高时，当然会使透明衬底内的杂质或缺陷密度升高，从而由于这些杂质或缺陷会使光被吸收或者衰减。
此外，在将上述透明衬底粘贴在外延层上的方法中，为了将透明衬底粘贴在外延层上而实施加热处理，但由于这种加热处理温度非常高，所以引起作为掺杂剂的原子的扩散，从而使作为掺杂剂的原子向粘贴界面、晶体界面、发光层等偏析。
在上述作为掺杂剂的原子偏析到粘贴界面、晶体界面的情况下，或导致粘贴界面、晶体界面中的透光率降低，此外，在作为掺杂剂的原子偏析到发光层的情况下，会导致发光层的发光效率降低。
此外，在出于使上述粘贴界面的电阻降低这一目的而在该粘贴界面上设置金属层的情况下也同样，当为了使金属层本身不透过普通光，并且在为了使金属与晶体的界面接触良好而实施加热处理等时，界面的合金层(黑化现象)成为光吸收层，结果是光的外部导出率并不像期待的那样得到提高。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供能够提高光导出率的半导体发光元件及其制造方法。
为了解决上述课题，本发明的一方面所涉及的半导体发光元件，其特征在于，具有第一导电型半导体层；形成在上述第一导电型半导体层上的发光层；形成在上述发光层上的第二导电型半导体层；以及形成在上述第二导电型半导体层上并且使来自上述发光层的光透过的透过性衬底，上述第二导电型半导体层和上述透过性衬底分别具有载体浓度，上述透过性衬底的载体浓度低于上述第二导电型半导体层的载体浓度。
在该说明书中，第一导电型是指p型或n型。此外，在第一导电型为p型的情况下，第二导电型是指n型，在第一导电型为n型的情况下，第二导电型是指p型。
作为设置上述透过型衬底的一般方法有例如加热处理。在为了设置上述透过性衬底而进行加热处理时，当透过性衬底的载体浓度高于第二导电型半导体层的载体浓度时，则透过性衬底中的载体向第二导电型半导体层扩散，掺杂剂向透过性衬底、第二导电型半导体层的界面和发光层等偏析。在上述掺杂剂偏析到透过性衬底、第二导电型半导体层的界面的情况下，该界面中的透光率降低。而且，在上述掺杂剂偏析到发光层的情况下，发光层的发光效率降低。
图3A、图3B表示在将作为透过性衬底的一例的GaP衬底粘贴在GaAlInP的LED构造上的情况下所确定的GaP衬底的粘贴界面的掺杂剂的偏析所涉及的SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy次级离子质谱)分析结果。图3A是表示载体浓度为1.5×1018cm-3的高浓度GaP衬底的粘贴界面的锌浓度的深度方向分布的曲线图，图3B是表示载体浓度为5.0×1017cm-3的低浓度GaP衬底的粘贴界面的锌浓度的深度方向分布的曲线图。
从图3A、图3B可以看出，偏析到粘贴界面的掺杂剂的量依赖于GaP衬底的载体浓度，当GaP衬底的载体浓度为高浓度时，掺杂剂的偏析明显。
因此，通过使上述透过性衬底的载体浓度低于第二导电型半导体层的载体浓度，能够抑制掺杂剂从透过性衬底向第二导电型半导体层扩散(由热力学稳定性可以得知从高浓度侧向低浓度侧扩散)，从而提高光导出率。
其结果，由于消除了上述半导体发光元件的辉度降低的主要原因，所以可以实现半导体发光元件的高辉度化。
而且，设置上述透过性衬底的方法，只要能够使来自发光层的光通过透过性衬底的界面的全部或一部分，可以将透过性衬底直接粘贴在第二导电型半导体层上，也可以将透过性衬底介由粘接剂、金属、氧化物、氮化物等间接地粘贴在第二导电型半导体层上。
在一种实施方式中，上述透过性衬底的载体浓度为2.5×1018cm-3以下。
根据上述实施方式，能够防止驱动电压的上升。
图4、图5表示载体浓度为1.5×1018cm-3、5.0×1017cm-3的p型GaP衬底(图4、图5中分别表示为高浓度GaP衬底和低浓度GaP衬底)的实验结果。另外，上述p型GaP衬底为锌掺杂衬底。
在图4中表示上述p型GaP衬底的单体的透光率结果。在此，由于没有考虑入射光在各界面的反射，所以比能带隙低能量一侧的透光率值为50％左右的值(实际的透光率大致为90％以上)。
上述载体浓度为1.5×1018cm-3的p型GaP衬底和载体浓度为5.0×1017cm-3的p型GaP衬底，由于两衬底自身的厚度为大约250μm，非常薄，所以透光率仅差百分之几。其结果，基于如下的求出透光率的通式I/I0＝exp(-αd)，其中，I0初始光量I透光量d厚度α吸收系数，考虑波长为640nm的光的二次反射计算出吸收系数α，载体浓度为1.5×1019cm-3的p型GaP衬底的吸收系数α为3.299cm-1，载体浓度为5.0×1017cm-3的p型GaP衬底的吸收系数α为5.46×10-2cm-1。
接着，计算光通过上述吸收系数α为3.299cm-1、5.46×10-2cm-1的衬底内时的透光率的厚度依赖性，如图5所示，光通过的距离越长则光衰减越大。
在发光层上设置上述p型GaP衬底的情况下，虽然从发光层射出的光一部分被直接导出到外部，此外，上述光的另一部分由衬底晶体、材料与外部的界面被反射，但上述光的大部分在p型GaP衬底内被反复反射。
因此，可以看出上述光的大部分通过了p型GaP衬底的厚度以上的距离，光的路径越多就越衰减，从而使外部导出率降低。
通过本发明对载体浓度的设定，能够尽可能地降低这种衰减。
此外，由于使上述光被吸收、衰减的主要原因主要是自由载体，所以本发明对载体浓度的设定可以适用于各种晶体、化合物、材料，而不用考虑衬底、掺杂剂等的种类。
并且，在半导体层上直接粘贴上述载体浓度为1.5×1018cm-3的p型GaP衬底，由此制得波长为640nm的红色半导体发光元件，在半导体层上直接粘贴载体浓度为5.0×1017cm-3的p型GaP衬底，由此制得波长为640nm的红色半导体发光元件。
包含上述载体浓度为5.0×1017cm-3的p型GaP衬底的红色半导体发光元件与包含载体浓度为1.5×1018cm-3的p型GaP衬底的红色半导体发光元件相比，得到大概1.5倍的光输出。
具体而言，包含上述载体浓度为5.0×1017cm-3的p型GaP衬底的红色半导体发光元件的光输出为5.6mW(波长为640nm，主波长为626nm)，另一方面，包含载体浓度为1.5×1018cm-3的p型GaP衬底的红色半导体发光元件的光输出为3.8mW(波长为640nm，主波长为626nm)。
此外，确定了上述各元件的发射图案，如图6A、图6B中表示的样子。图6A表示包含高载体浓度的GaP衬底的红色半导体发光元件的发射图案，图6B表示包含低载体浓度的GaP衬底的红色半导体发光元件的发射图案。根据这些图，可以确定与包含载体浓度为1.5×1018cm-3的p型GaP衬底的红色半导体发光元件(图6A)相比，包含载体浓度为5.0×1017cm-3的p型GaP衬底的红色半导体发光元件(图6B)从元件横向(p型GaP衬底)射出的光放出成分增加。
在一种实施方式中，上述第二导电型半导体层的载体浓度在5.0×1017cm-3～5.0×1018cm-3的范围内。
根据上述实施方式，能够提高光导出率。
上述第二导电型半导体层的载体浓度可以是在比所选择的透过性衬底的载体浓度更低的浓度范围内并且是在上述5.0×1017cm-3～5.0×1018cm-3的范围内任意选择。
在一种实施方式中，上述透过性衬底的至少一部分由第二导电型半导体或者第二导电型导电体构成。
根据上述实施例，上述透过性衬底与第二导电型半导体层电连接。此外，上述透过性衬底与第二导电型半导体层具有同一极性。因此，可以在透过性衬底上形成用于使上述发光层发光的电极。
在一种实施方式中，上述透过性衬底的至少一部分由第一导电型半导体或第一导电型导电体构成。
根据上述实施例，上述透过性衬底没有与第二导电型半导体层电连接。在此，当上述透过性衬底直接粘贴在第二导电型半导体层上时，透过性衬底与第二导电型半导体层的界面为pn接合界面。由于在该pn接合界面中形成了中性区域(耗尽层)，所以在没有一定的电压的情况下，没有电流流过。
因此，例如通过在透过性衬底与第二导电型半导体层之间形成接触层，在该接触层上形成电极，从而可以使发光层发光。
在一种实施方式中，上述透过性衬底由绝缘体构成。
根据上述实施方式，上述透过性衬底没有与第二导电型半导体层电连接。
因此，例如通过在透过性衬底和第二导电型半导体层之间形成接触层，在该接触层上形成电极，从而可以使发光层发光。
上述第一导电型半导体层、发光层以及第二导电型半导体层可以分别包含镓、铝、铟、磷、砷、锌、碲、硫、氮、硅、碳、氧、镁、硒中的至少两种。
在该情况下，发光层的发光波长可以从红外区域到接近紫外区域的宽范围中选择。
本发明的另一个方面涉及一种半导体发光元件的制造方法，所述半导体发光元件具有第一导电型半导体层、形成在上述第一导电型半导体层上的发光层、形成在上述发光层上的第二导电型半导体层、以及形成在上述第二导电型半导体层上并且使来自上述发光层的光透过的透过性衬底，上述第二导电型半导体层和上述透过性衬底分别具有载体浓度，上述透过性衬底的载体浓度低于上述第二导电型半导体层的载体浓度，所述半导体发光元件的制造方法的特征在于，其包括在第一导电型半导体层上层叠上述第一导电型半导体层、发光层和第二导电型半导体层的工序；通过在将上述透过性衬底朝向上述第二导电型半导体层加压的同时对上述透过性衬底进行加热，而将上述透过性衬底直接或者介由粘接用材料层接合在上述第二导电型半导体层上的工序；以及除去上述第一导电型半导体衬底的工序。
在将上述透过性衬底直接接合在上述第二导电型半导体层上的情况下，上述透过性衬底与第二导电型半导体层的界面电阻会左右半导体发光元件的驱动电压。因此，上述透过性衬底的载体浓度优选为2.5×1018cm-3以下，更优选为5.0×1017cm-3～10.0×1017cm-3。
在将上述透过性衬底的载体浓度设定在2.5×1018cm-3以下的情况下，可以降低上述透过性衬底与第二导电型半导体层的界面电阻，并且可以提高透过性衬底的透光率。
另一方面，在介由粘接用材料层将上述透过性衬底接合在上述第二导电型半导体层上的情况下，与将透过性衬底直接接合在第二导电型半导体层上的情况相比，可以降低加热处理的温度。
上述粘接用材料层可以是透过性材料层。
如果上述透过性材料层由例如ITO(Indium Tin oxide氧化铟锡)形成，则可以降低透过性材料层与透过性衬底的界面电阻，并且可以使用载体浓度更低的透过性衬底。
此外，可以是在上述第二导电型半导体层上层叠粘接用透过性材料层之后，介由粘接用透过性材料层将透过性衬底接合在第二导电型半导体层上，或者也可以在透过性衬底上层叠粘接用透过性材料层之后，介由粘接用透过性材料层将透过性衬底接合在第二导电型半导体层上。即，在进行透过性衬底的接合之前，可以在第二导电型半导体层以及透过性衬底中的任何一个上层叠上述透过性材料层。
此外，上述透过性材料层的至少一部分可以使来自发光层的光透过。
上述粘接用材料层可以是金属材料层。
在该情况下，由于介由粘接用金属材料层将透过性衬底接合在上述第二导电型半导体层上，所以可以降低金属材料层与透过性衬底的界面电阻，并且可以使用载体浓度更低的透过性衬底。
此外，为了使来自上述发光层的光射入到透过性衬底内，可以使金属材料层的厚度为50nm以下，或者可以设定金属材料层的形状以使其不覆盖透过性衬底中发光层侧的整个表面。
通过下述详细说明和附图可以充分理解本发明。附图只是用于说明，并不是对本发明进行限制。
图1是现有的LED的简要剖面图。
图2是其他现有的LED的简要剖面图。
图3A是表示高载体浓度的GaP衬底的粘贴界面中锌浓度的深度方向分布的曲线图。
图3B是表示低载体浓度的GaP衬底的粘贴界面中锌浓度的深度方向分布的曲线图。
图4是表示向GaP衬底入射的光的波长与GaP衬底的透光率的关系的曲线图。
图5是表示Gap衬底的透光率与光路长度的关系的曲线图。
图6A是表示包含高载体浓度的GaP衬底的红色半导体发光元件的发射图案的图。
图6B是表示包含低载体浓度的GaP衬底的红色半导体发光元件的发射图案的图。
图7是制造本发明的第一至第三实施例的半导体发光元件所使用的夹具的简要剖面图。
图8是第一实施例的半导体发光元件的简要剖面图。
图9是第二实施例的半导体发光元件的简要剖面图。
图10是第三实施例的半导体发光元件的简要剖面图。
具体实施例方式
(第一实施例)图8表示本发明第一实施例的半导体发光元件的简要剖面图。
上述半导体发光元件具有成为红色发光波长的四元类AlGaInP发光层5。该AlGaInP发光层5是发光层的一例。
此外，上述半导体发光元件具有位于AlGaInP发光层5的图中上侧的n型Al0.6Ga0.4As电流扩散层(以下称为n型AlGaAs电流扩散层)3以及n型Al0.5In0.5P包层(以下称为n型AlInP包层)4。该n型AlGaAs电流扩散层3和n型AlInP包层4是第一导电型半导体层的一例。
此外，上述半导体发光元件具有位于AlGaInP发光层5的图中下侧的p型Al0.5In0.5P包层(以下称为AlInP包层)6、p型GaInP中间层7以及p型GaP接触层8。该p型GaP接触层8为第二导电型半导体的一例。
此外，上述半导体发光元件具有粘贴在p型GaP接触层8上的p型GaP透光性衬底9。该p型GaP透光性衬底9是透过性衬底的一例。当然，本发明中使用的透光性衬底并不局限于GaP衬底，可以是至少一部分由例如BN、AlP、AlN、AlAs、AlSb、GaN、SiC、ZnSe、ZnTe、CdS、ZnS、ITO、ZnO等半导体材料或导电性材料形成的衬底，或者也可以是至少一部分由这些半导体材料或导电性材料的混合晶体构成的三元类以上的半导体材料或导电性材料形成的衬底。
下面，对上述半导体发光元件的制造方法进行说明。
首先，利用MOCVD法，在n型GaAs衬底1上依次层叠n型GaAs缓冲层2、n型AlGaAs电流扩散层3、n型AlInP包层4、AlGaInP活性层5、p型AlInP包层6、p型GaInP中间层7以及p型GaP接触层8，而制成如此构成的LED结构晶片20(参照图7)。
上述AlGaInP活性层5具有量子阱构造。更详细地，上述AlGaInP活性层5由(Al0.05Ga0.95)0.5In0.5P阱层和(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P势垒层交替层叠形成。而且，上述阱层和上述势垒层的对的数量为10对。
上述各层的厚度是，n型GaAs衬底1为250μm，n型GaAs缓冲层2为1.0μm，AlGaAs电流扩散层3为5.0μm，n型AlInP包层4为1.0μm，AlGaInP活性层5为0.5μm，p型AlInP包层6为1.0μm，p型GaInP中间层7为1.0μm，p型GaP接触层8为4.0μm。
在上述各层中，一方面使用Si作为n型掺杂剂，另一方面使用Zn作为p型掺杂剂。此时，作为上述各层中的n型掺杂剂，除了Si之外还可以使用例如Se等。而且，作为上述各层中的p型掺杂剂，除了Zn之外还可以使用例如Mg或碳等。即，上述各层的n型掺杂剂并不局限于Si，此外，各层的p型掺杂剂并不局限于Zn。
上述各层的载体浓度是，n型GaAs衬底1为1.0×1018cm-3，n型GaAs缓冲层2为2.5×1017cm-3，n型AlGaAs电流扩散层3为1.0×1018cm-3，n型AlInP包层4为5×1017cm-3，AlGaInP活性层5为非掺杂，p型AlInP包层6为5×1017cm-3，p型GaInP中间层7为1.0×1018cm-3，p型GaP接触层8为2.0×1018cm-3。
接着，在上述晶片20的外延面上通过半切割(ハ-フダイシング)以规定的间隙形成半切割槽。此时，作为上述半切割槽的深度10～50μm左右来维持LED结构晶体的强度是适当的。
接着，使用图7中所示的夹具50，在上述晶片20上直接接合载体浓度为5.0×1017cm-3的p型GaP透光性衬底9。
上述夹具50由石英构成，其具有支承晶片20的下台51、覆盖图7中p型GaP透光性衬底9上侧的面的压板52以及承受规定大小的力并对压板52进行按压的按压部53。
上述按压部53由从正面看具有大致コ字形状的框体54在上下方向上引导。上述框体54与下台51卡合，由此将力适当地传递到位于该下台51与按压部53之间的压板52上。
在上述下台51与晶片20之间配置碳片24，并且在压板52与p型GaP透光性衬底9之间配置碳片25、PBN(热分解氮化硼pyrolytic boronnitride)板29。
使用这种夹具50，使晶片20和p型GaP透光性衬底9接触，对按压部53施加例如0.3～0.8N·m的力，从而使压缩力作用在晶片20与p型GaP透光性衬底9的接触面上。在该状态下，将上述晶片20以及p型GaP透光性衬底9连同夹具50一起放置在加热炉中，在氧气氛围下以800℃左右温度进行加热30分钟。由此，将p型GaP透光性衬底9直接接合在上述晶片20上。
接着，在将上述晶片20以及p型GaP透光性衬底9冷却之后，将晶片20以及p型GaP透光性衬底9从加热炉中取出，利用氨水、过氧化氢、水的混和液将n型GaAs衬底1和n型GaAs缓冲层2溶解除去。此时，作为除去n型GaAs衬底1的其他方法，有利用机械研磨除去n型GaAs衬底1的方法；或者通过向n型GaAs衬底1和n型GaAs缓冲层2的界面照射激光等而从n型GaAs缓冲层2上剥离n型GaAs衬底1以除去n型GaAs衬底1的方法。
接着，在上述p型GaP透光性衬底9上形成p型用电极10并且在n型AlGaAs电流扩散层3上形成n型用电极11之后，沿着上述半切割槽进行切割而进行芯片分割后，得到如图8所示的半导体发光元件。
选择AuBe/Au作为上述p型用电极10的材料，选择AuSi/Au作为n型用电极11的材料，并通过层叠这些材料，然后利用光刻法、湿式蚀刻法加工成任意形状，由此得到p型用电极10和n型用电极11。
根据如上这样得到的半导体发光元件，由于p型GaP透光性衬底9的载体浓度为5.0×1017cm-3，所以p型GaP透光性衬底9与p型GaP接触层8的界面电阻不会增高，从而能够防止驱动电压上升。
此外，由于上述p型GaP透光性衬底9的载体浓度为5.0×1017cm-3，所以在p型GaP透光性衬底9和p型GaP接触层8的界面中作为掺杂剂的Zn没有偏析，从而能够提高光导出率。
在上述第一实施例中，虽然由于n型GaAs衬底1和GaAs缓冲层2吸收来自AlGaInP发光层5的光，所以将n型GaAs衬底1以及n型GaAs缓冲层2除去，但如果是n型衬底和n型缓冲层由不吸收来自AlGaInP发光层5的光的材料构成，则也可以不除去。
在上述第一实施例中，虽然使用的是载体浓度为5.0×1017cm-3的p型GaP透光性衬底9，但本发明使用的p型GaP透光性衬底的载体浓度并不局限于5.0×1017cm-3。即，在本发明中可以使用载体浓度为2.5×1018cm-3以下的p型GaP透光性衬底。
另外，在2.5×1018cm-3以下的p型GaP透光性衬底的优选的载体浓度范围内，特别优选5.0×1017cm-3～10.0×1017cm-3的载体浓度范围。
在上述第一实施例中，虽然使用载体浓度为2.0×1018cm-3的p型GaP接触层8，但本发明使用的p型GaP接触层的载体浓度并不局限于2.0×1018cm-3。即，在本发明中可以使用载体浓度为5.0×1017cm-3～5.0×1018cm-3的p型GaP接触层。
(第二实施例)图9是本发明第二实施例的半导体发光元件的简要剖面图。图9中，对由与图8中表示的第一实施例相同的材料组成的构成部分附加与图8的构成部分相同的附图标记。
上述半导体发光元件与上述第一实施例的不同之处在于，p型GaP透光性衬底9的载体浓度低于5.0×1017cm-3以及在p型GaP透光性衬底9与p型GaP接触层8之间形成金属层21。
在制造上述半导体发光元件的情况下，虽然与上述第一实施例一样准备上述晶片20，但不需要在该晶片20上预先形成半切割槽。
上述半导体发光元件的制造方法是，首先在晶片20的外延面(成为p型GaP透光性衬底9侧的面)或者p型GaP透光性衬底9的粘贴面上通过蒸镀法或溅射法形成100nm的金、银、铝、钛或它们的化合物或者包含它们的合金的薄膜。
接着，通过利用光刻法、湿蚀刻法将上述薄膜加工成规定形状，得到金属层21。而且，如果金属层21的层厚在50nm以下，以致于来自发光层的光能够通过金属层21而入射到p型GaP透光性衬底9内，那么金属层21可以设置在p型GaP透光性衬底9的整个粘贴面上，在该情况下，可以省略金属层21的图案形成工序。
上述金属层21的AlGaInP发光层5侧的表面面积设定为p型GaP透光性衬底9的AlGaInP发光层5侧的表面面积的10％以下。由此，能够将p型GaP透光性衬底的AlGaInP发光层5侧的表面上光的损耗抑制在最小限度。另外，上述金属层21是粘接用金属材料层的一例。
接着，与上述第一实施例一样，进行p型GaP透光性衬底9的粘贴、衬底1和缓冲层2的除去(参照图8)、芯片的分割，从而得到如图9中所示的半导体发光元件。
如本实施例所述，在介由金属层21将p型GaP接触层8接合在p型GaP透光性衬底9上的情况下，通过在氢气氛围下以500℃左右进行30分钟的加热处理，能够介由金属层21将p型GaP接触层8接合在p型GaP透光性衬底9上。
(第三实施例)图10是本发明第三实施例的半导体发光元件的简要剖面图。图10中，对由与图8中所示的第一实施例相同的材料组成的构成部分附加与图8的构成部分相同的附图标记。
上述半导体发光元件与上述第一实施例的不同之处在于，其具有由绝缘体构成的透光性衬底31。作为绝缘体材料，可以使用Al2O3、SiO2、玻璃或者绝缘性半导体SiC、GaP、ZnO、TiO2、SnO2等。
上述透光性衬底31透过来自AlGaInP发光层5的光。即，上述透光性衬底31由对于AlGaInP发光层5的发光波长来说是透明的绝缘材料构成。而且，上述透光性衬底31为透过性衬底的一例。
上述半导体发光元件的制造方法与第一实施例的不同之处在于，在除去衬底1和缓冲层2之后，蚀刻除去外延层的一部分，使p型GaP接触层8的一部分露出，在该露出的p型GaP接触层8上形成p型用电极10。
通过在上述p型GaP接触层8上形成p型用电极10，可以使电流只在外延层中流过。
在上述第三实施例中，虽然作为透过性衬底的一例使用由绝缘体构成的透光性衬底31，但也可以代替该透光性衬底31，作为透过性衬底的一例使用载体浓度低于5.0×1017cm-3的n型GaP衬底，例如载体浓度为5.0×1016cm-3的n型GaP衬底。
在使用上述载体浓度为5.0×1016cm-3的n型GaP衬底的情况下，在通常的LED驱动电压(10V以下)下，外延面与n型GaP衬底之间不会发生电连接。
在上述第三实施例中，虽然作为透过性衬底的一例使用由绝缘体构成的透光性衬底31，但也可以代替该透光性衬底31，作为透过性衬底的一例使用由透过来自AlGaInP发光层5的光的半导体或者导电体构成的p型透光性衬底。
本发明对于导电型与上述第一实施例～第三实施例相反的半导体发光元件来说也能够适用。
本发明不限于具有四元类AlGaInP发光层的发光二极管，主要是具有由半导体晶体构成的发光层的半导体发光元件，不言而喻本发明都能够适用。
此外，本发明不限于上述第一实施例～第三实施例的材料、方法，能够应用各种材料、方法。
如上所述，虽然对本发明的实施例进行了说明，但可以理解能够对其进行各种变更。但这种变更不能认为是超出了本发明的思想和范围，本领域技术人员能够自身理解而进行的变更都包含在本发明所要求保护的技术方案的范围内。
权利要求
1.一种半导体发光元件，其特征在于，具有第一导电型半导体层；形成在上述第一导电型半导体层上的发光层；形成在上述发光层上的第二导电型半导体层；以及形成在上述第二导电型半导体层上并且使来自上述发光层的光透过的透过性衬底，上述第二导电型半导体层和上述透过性衬底分别具有载体浓度，上述透过性衬底的载体浓度低于上述第二导电型半导体层的载体浓度。
2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，上述透过性衬底的载体浓度为2.5×1018cm-3以下。
3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第二导电型半导体层的载体浓度在5.0×1017cm-3～5.0×1018cm-3的范围内。
4.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，上述透过性衬底的至少一部分由第二导电型半导体或者第二导电型导电体构成。
5.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，上述透过性衬底的至少一部分由第一导电型半导体或者第一导电型导电体构成。
6.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，上述透过性衬底由绝缘体构成。
7.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第一导电型半导体层、发光层和第二导电型半导体层分别包含镓、铝、铟、磷、砷、锌、碲、硫、氮、硅、碳、氧、镁、硒中的至少两种。
8.一种半导体发光元件的制造方法，所述半导体发光元件具有第一导电型半导体层、形成在上述第一导电型半导体层上的发光层、形成在上述发光层上的第二导电型半导体层、以及形成在上述第二导电型半导体层上并且使来自上述发光层的光透过的透过性衬底，上述第二导电型半导体层和上述透过性衬底分别具有载体浓度，上述透过性衬底的载体浓度低于上述第二导电型半导体层的载体浓度，所述半导体发光元件的制造方法的特征在于，其包括在第一导电型半导体衬底上层叠上述第一导电型半导体层、发光层和第二导电型半导体层的工序；通过在将上述透过性衬底朝向上述第二导电型半导体层加压的同时对上述透过性衬底进行加热，而将上述透过性衬底直接或者介由粘接用材料层接合在上述第二导电型半导体层上的工序；以及除去上述第一导电型半导体衬底的工序。
9.如权利要求8所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，上述透过性衬底介由作为上述粘接用材料层的透过性材料层被接合在上述第二导电型半导体层上。
10.如权利要求8所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，上述透过性衬底介由作为上述粘接用材料层的金属材料层被接合在上述第二导电型半导体层上。
全文摘要
本发明涉及半导体发光元件及其制造方法。半导体发光元件具有第一导电型半导体层(3、4)、形成在上述第一导电型半导体层上的发光层(5)、形成在上述发光层上的第二导电型半导体层(8)、设置在上述第二导电型半导体层(8)上并且使来自上述发光层(5)的光透过的透过性衬底(9)。上述透过性衬底(9)的载体浓度低于上述第二导电型半导体层(8)的载体浓度。
文档编号H01L33/00GK1909259SQ20061015938
公开日2007年2月7日 申请日期2006年7月26日 优先权日2005年7月26日
发明者渡边信幸, 井口缘, 村上哲朗 申请人:夏普株式会社