半导体发光元件及其制造方法

专利名称：半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光元件及其制造方法，特别涉及一种特征在于
利用晶片接合技术(wafer bonding))将具有金属反射层的发光二极管和不透 明衬底层粘贴而形成的半导体发光元件及其制造方法。
背景技术：
为了实现发光二极管(LED : Light Emitting Diode )的高亮度化，作为 光的反射层，提出有在衬底和由多量子阱(MQW: Multi-Quantum Well)层 构成的活性层之间形成金属反射层的结构。作为形成这样的金属反射层的方 法，例如公开有发光二极管层的衬底的晶片接合(贴合)技术(例如，参照 专利文献1及专利文献2)。
专利文献1及专利文献2的目的在于提供一种制造发光二极管的制造方 法，该发光二极管具有所需的机械特性和透光性、且能够使透明层和生长层 之间的分界面的电阻率达到最小限度，该制造方法的特征在于，在临时生长 衬底上使发光二极管层依次生长，形成较薄层的发光二极管结构后，除去临 时生长衬底，代替临时生长衬底在其位置上在作为下层的緩沖层的发光二极 管层上将导电性、透光性衬底进行晶片接合，来制造发光二极管。在专利文 献l及专利文献2中，GaP及蓝宝石等适用于贴合用衬底。
图1至图3表示利用晶片接合技术形成的现有半导体发光元件的示意性 剖面结构。
例如，如图1所示，现有的半导体发光元件具有配置于GaAs衬底15 上的Au-Sn合金层14、配置于Au-Sn合金层14上的势垒金属层13、配置于 势垒金属层13上的p型包覆层10、配置于p型包覆层10上的MQW层9、 配置于MQW层9上的n型包覆层8、配置于n型包覆层8上的窗层7。
图1所示的现有的半导体发光元件，用来贴合的金属是Au-Sn合金。由 于该Au-Sn合金熔点低，因此能够在低温下将用于构成LED的外延生长层 一侧的Au-Sn合金和GaAs村底15 —侧的Au-Sn合金熔化并贴合。但是，在使用Au-Sn合金层14的情况下，由于会引起Sn的热扩散，因此为防止Sn的扩散，如图1所示，需要加入势垒金属层13。另外，Au-Sn合金层14存在光反射率差的问题。
例如，现有的其他半导体发光元件，如图2所示，具有配置于GaAs村底15上的金属反射层16、配置于金属反射层16上的p型包覆层10、配置于p型包覆层10上的MQW层9、配置于MQW层9上的n型包覆层8、配置于n型包覆层8上的窗层7。图2所示的现有的半导体发光元件，如果是贴合GaAs衬底15制作而成的金属反射层16，会存在在金属与半导体的界面发生光的吸收从而不能有效地反射光的问题。即，存在在p型包覆层10与金属反射层16的界面发生光的吸收的问题。
为了将半导体发光元件(led)实现高亮度化，还有在GaAs衬底与活
性层(MQW)之间加入分布布拉格反射(DBR: Distributed Bragg Reflector)层作为光反射层的方法。如果是没有加入DBR的结构的LED,由MQW层发出的光会被GaAs衬底吸收，从而导致变暗。因此，为了将使用GaAs衬底的LED实现高亮度化，例如， 一般使用DBR作为光的反射层。
即，现有的另外的其他半导体发光元件，如图3所示，具有配置于GaAs衬底15上的DBR层19、配置于DBR层19上的p型包覆层10、配置于p型包覆层10上的MQW层9、配置于MQW层9上的n型包覆层8、配置于n型包覆层8上的窗层7。图3所示的现有的半导体发光元件，虽然在GaAs衬底15与MQW层9之间使用了 DBR层19作为光的反射层，但是DBR层19只反射从某一方向入射的光， 一旦改变入射角，DBR层就不能反射光，就存在从此方向以外的其他方向入射的光无法被DBR层19反射从而透过DBR层19的问题。因此，存在透过的光会被GaAs衬底15吸收从而降低半导体发光元件(LED)的发光亮度的问题。
利用晶片接合技术形成的现有的半导体发光元件，在使用Au，Sn合金层作为用于贴合的金属的时候，为防止Sn的热扩散，需要加入势垒金属层。另外，Au-Sn合金层的光反射率差。
另外，即使通过贴合衬底形成金属反射层，仍会导致在金属与半导体的界面发生光吸收，从而不能有效地反射光。
另外，使用DBR层作为反射层的时候，如上所述，DBR层只反射从某一方向入射的光， 一旦改变入射角就不会被DBR层反射，而是透过DBR层，
8被GaAs衬底吸收，从而降低LED的发光亮度。
而且，利用晶片接合技术形成的现有的半导体发光元件，当贴合半导体衬底、绝缘膜、金属层的时候，由于存在热膨胀系数的差异及紧密结合性问题，因而存在高温下就会剥落的问题。
而且，还公开了代替晶片结合技术而使用贴合剂将半导体村底与半导体发光元件的层积体贴合的半导体发光元件及其制造结构(例如，参照专利文献3)。
专利文献l:特开平6-302857号公报专利文献2:美国专利第5, 376， 580号说明书专利文献3:特开2005-223207号公报

发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种高亮度的半导体发光元件及其制造方法，其使用GaAs或Si等不透明半导体衬底，利用晶片接合技术，紧密结合性良好地进行衬底的贴合，形成金属反射层。
另外，本发明的目的在于提供一种高亮度的半导体发光元件及其制造方法，通过在金属与半导体之间加入透明的绝缘膜，避免半导体与金属的接触，防止在半导体与金属的界面发生光的吸收，从而形成反射率良好的金属反射层。
另外，本发明的目的在于提供一种高亮度的半导体发光元件及其制造方法，其使用金属层而不是DBR作为光反射层，从而能够反射任何角度的光。解决技术问题所采用的手段
根据用于达成上述目的的本发明的一实施方式，提供一种半导体发光元件，其由GaAs村底结构和发光二极管结构构成，所述GaAs衬底结构具有表面形成有多个沟槽部的GaAs层、配置在所述GaAs层的所述表面、所述沟槽部的侧壁及所述沟槽部的底面的第一金属緩沖层、配置于所述第一金属緩冲层上的第一金属层、配置于所述GaAs层的背面的第二金属緩沖层、配置于所述第二金属緩沖层的与所迷GaAs层相对一侧的表面上的第二金属层；所述发光二极管结构配置于所述GaAs衬底结构上，其具有第三金属层、配置于所迷第三金属层上的金属接触层、配置于所述金属接触层上的p型包覆层、配置于所述p型包覆层的多量子阱层、配置于所述多量子阱层上
的n型包覆层、配置于所述n型包覆层上的窗层；使用配置在所述GaAs层的所述表面的所述第一金属层及所述第三金属层，将所述发光二极管结构与所述GaAs衬底结构贴合，同时在所述沟槽部的所述第一金属层和所述第三金属层之间存在气隙。
根据本发明的其他实施方式，提供一种半导体发光元件，其由表面形成有多个沟槽部的GaAs衬底和发光二极管结构构成，所述发光二极管结构具有在所述GaAs衬底的所述表面、所述沟槽部的侧壁及所述沟槽部的底面配置的金属层、配置于所述GaAs衬底的所述表面上的金属层上且被构图的金属接触层及绝缘层、配置于被构图的所述金属接触层上的p型包覆层(10 )、配置于所述p型包覆层的多量子阱层、配置于所述多量子阱层上的n型包覆层、配置于所述n型包覆层上的窗层；使用配置在所述GaAs衬底的所述表面上的所述金属层，将所述发光二极管结构与所述GaAs衬底贴合，同时在所述沟槽部的金属层和所述发光二极管结构之间存在气隙。
根据本发明的其他实施方式，提供一种半导体发光元件，其由GaAs衬底结构和发光二极管结构构成，所述GaAs衬底结构具有表面形成有多个沟槽部的GaAs衬底；配置在所述GaAs衬底的所述表面、所迷沟槽部的侧壁及所述沟槽部的底面上的第一金属层；所述发光二极管结构配置于所述GaAs衬底结构上，其具有第二金属层、配置于所述第二金属层上的p型包覆层、配置于所述p型包覆层上的多量子阱层、配置于所述多量子阱层上的n型包覆层、配置于所迷n型包覆层上的窗层；使用所述GaAs衬底的所述表面上的所述第一金属层及所述第二金属层，将所述发光二极管结构与所迷GaAs衬底结构贴合，同时在所述沟槽部的所述第一金属层和所述发光二极管结构之间存在气隙。
根据本发明的其他实施方式，提供一种半导体发光元件，其具有硅衬底结构和LED结构，所述硅衬底结构具有表面形成有多个沟槽部的硅衬底；配置在所述硅衬底的所述表面、所述沟槽部的侧壁及所述沟槽部的底面上的钛层；配置于钛层上的第一金属层；所述LED结构具有配置于所述第一金属层上的第二金属层；配置于所述第二金属层上且被构图的金属接触层及绝缘层；配置于被构图的金属接触层及所述绝缘层上且在露出的表面具有粗糙化处理区域的外延生长层；配置于所述外延生长层上且被构图的n型GaAs层；配置于所迷n型GaAs层上且被构图的表面电极层；使用所述硅衬底的 所述表面上的所述第一金属层及所述第二金属层，将所迷发光二极管结构与 所述硅衬底结构贴合，同时在所述沟槽部的所述第一金属层和所述LED结
构之间存在气隙。
根据本发明的其他方式，提供一种半导体发光元件，其具有GaAs衬底 结构和LED结构，所述GaAs衬底结构具有表面形成有多个沟槽部的GaAs 衬底，配置在所述GaAs衬底的所述表面、所迷沟槽部的侧壁及所述沟槽部 的底面上的金属緩沖层，配置于所述金属緩沖层上的第一金属层；所迷LED 结构具有配置于所述第一金属层上的第二金属层，配置于所述笫二金属层 上且被构图的金属接触层及绝缘层，配置于被构图的所述金属接触层及所述 绝缘层上且在露出的表面具有粗糙化处理区域的外延生长层，配置于所述外 延生长层上且被构图的n型GaAs层，配置于所述n型GaAs层且被构图的 表面电极层；使用所述GaAs衬底的所述表面上的所述第一金属层及所述第 二金属层，将所述发光二极管结构与所述GaAs衬底结构贴合，同时在所述 沟槽部的所述第一金属层上配置的第二金属层和所迷LED结构之间存在气 隙。
根据本发明的其他方式，提供一种半导体发光元件的制造方法，其包括
准备贴合用半导体村底结构及贴合用发光二极管结构的步骤；在所述半导体 衬底结构中，在半导体村底的表面形成多个沟槽部后，在所述半导体衬底上
形成第一金属层的步骤；在所述发光二极管结构中，在GaAs村底上依次形 成AlInGaP层、n型GaAs层、外延生长层的步骤；在所述外延生长层上， 相对被构图的绝缘层，形成金属接触层及第二金属层的步骤；使用所述半导 体衬底的所述表面上的所述第一金属层，通过热压接技术将所述贴合用LED 结构与所述半导体村底贴合，同肘在所述沟槽部的所述第一金属层和所述 LED结构之间形成气隙的步骤；通过蚀刻除去所述GaAs衬底的步骤；除去 所述AIInGaP层的步骤；将表面电极层构图的步骤；实施粗糙化处理，将所 述表面电极层的正下方的所述n型GaAs层以外的所述n型GaAs层除去的 步骤。
发明效果 根据本发明的半导体发光元件及其制造方法，为了解决Au，Sn合金层导 致的Sn扩散的问题，使用由Au构成的金属层，利用晶片接合技术将外延生长层和半导体衬底紧密结合性良好地贴合，由此，可以不需要势垒金属而通
过使用由Au构成的金属层，在LED —侧的结构中形成光反射率良好的金属 反射层，因此可以追求LED的高亮度化。
根据本发明的半导体发光元件及其制造方法，通过在金属反射层与半导 体层之间加入透明绝缘膜，能够避免半导体与金属反射层接触，防止在半导 体层与金属反射层之间的界面发生光的吸收，能够形成反射率良好的金属反 射层，因此能够追求LED的高亮度化。
根据本发明的半导体发光元件及其制造方法，为了防止向GaAs衬底入 射的光被吸收，使用金属作为反射层使光发生全反射，从而能够防止向GaAs 衬底入射的光被吸收，可以反射任何角度的光，因此能够追求LED的高亮 度化。


图l是现有的半导体发光元件的剖面结构示意图。
图2是现有的半导体发光元件的其他剖面结构示意图。
图3是现有的半导体发光元件的其他剖面结构示意图。
图，(a)是GaAs衬底的剖面结构示意图，(b)是晶片接合后的剖面结构示 意图，(c)是芯片化后的剖面结构示意图。
图5是适用于本发明的第一实施方式的半导体发光元件及其制造方法的 p型GaAs衬底的剖面结构示意图。
图6是适用于本发明的第一实施方式的半导体发光元件及其制造方法的 n型GaAs衬底的剖面结构示意图。
图7是适用于本发明的第一实施方式的半导体发光元件及其制造方法的 LED的剖面结构示意图。
图8是本发明的第 一实施方式的半导体发光元件的剖面结构示意图。
图9是适用于本发明的第二实施方式的半导体发光元件及其制造方法的 LED的剖面结构示意图。
图10是适用于本发明的第二实施方式的变形例的半导体发光元件及其 制造方法的LED的剖面结构示意图。
图11是本发明的第二实施方式的半导体发光元件的剖面结构示意图。
12图12是适用于本发明的第三实施方式的半导体发光元件及其制造方法 的GaAs衬底的剖面结构示意图。
图13是适用于本发明的第三实施方式的半导体发光元件及其制造方法
的LED的剖面结构示意图。
图14是本发明的第三实施方式的半导体发光元件的剖面结构示意图。
图15是适用于本发明的第四实施方式的半导体发光元件及其制造方法 的Si衬底的剖面结构示意图。
图16是适用于本发明的第四实施方式的半导体发光元件及其制造方法 的LED的剖面结构示意图。
图17是适用于本发明的第四实施方式的半导体发光元件及其制造方法 的LED的平面构图结构示意图。
图18是适用于本发明的第四实施方式的半导体发光元件及其制造方法 的LED的其他平面构图结构示意图。
图19是说明本发明的第四实施方式的半导体发光元件制造方法的一个 步骤的剖面结构示意图。
图20是说明本发明的第四实施方式的半导体发光元件制造方法的一个 步骤的剖面结构示意图。
图21是说明本发明的第四实施方式的半导体发光元件制造方法的一个 步骤的剖面结构示意图。
图22是说明本发明的第四实施方式的半导体发光无件制逸方法的一个 步骤的剖面结构示意图。
图23是说明本发明的第四实施方式的半导体发光元件制造方法的一个 步骤的剖面结构示意图。
图24是说明本发明的第四实施方式的半导体发光元件制造方法的一个 步骤的剖面结构示意图。
图25是说明本发明的第四实施方式的变形例的半导体发光元件制造方 法的 一 个步骤的剖面结构示意图。
图26是说明本发明的第四实施方式的其他变形例的半导体发光元件制 造方法的一个步骤的剖面结构示意图。
附图标记说明
1、 5、 12、 20、 33 金属层(Au层)2、 4、 1§金属緩沖羼 3 p型GaAs层 6 n型GaAs层
/ 囪辰
8 n型包覆层
9 多量子阱(MQW)层
10p型包覆层
11金属接触层(AuBe-Ni合金)
15、23 GaAs村底
17绝缘层
21硅(Si)层
22、27 钛(Ti)层
24AlfoGaP慕
25n型GaAs层
26外延生长屡
29表面电极层
30粗糙化处理区域
31阻止层
32、34金属緩冲层(AuGe-Ni合金)
28、35 背面电极层
40气隙
具体实施例方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。下述的关于附图的记载中，
对于相同或类似的部分使用相同或类似的附图标记。其中，应注意的是附 图是示意性的，其与现实物体之间存在差异。另外，各附图之间当然也存在 尺寸关系或比例彼此不同的部分。
另外，下面表示的实施方式是对用于将本发明的技术构思具体化的装置 或方法的一种例示，本发明的实施方式中，各构成部件的配置等并不限于下 述的配置。本发明的实施方式在权利要求书中能够加入各种变更。 (第一实施方式)(元件结构)
如图4 (a)所示，适用于本发明的第一实施方式的半导体发光元件及其 制造方法的p型或n型GaAs衬底具有p型或n型GaAs层(3、 6 )和金 属层l，金属层1配置在形成有间距L、宽度W的条紋状沟槽的p型或n型 GaAs层(3、 6)的表面。条紋状沟槽的宽度W，例如约10jim、约30/am、 或约60jum，间距L,例如约lOOnm、 200|am、 410jum、 lOOOum、或2000 yra左右。另外，沟槽部并不限定于条紋状，也可以是格子状、点状、凝涡 状、六角形图案状等。另外，沟槽部的深度形成为与条紋的宽度W相同、或 比条紋的宽度W浅。
图4 (b)表示利用晶片接合技术将LED与图4 ( a)所示的GaAs衬底 彼此贴合而形成的半导体发光元件的示意性的剖面结构。LED—侧，表示出 了例如由外延生长形成的p型包覆层10和形成于p型包覆层10上的金属层 12,其他的活性层等省略图示。使用在GaAs层(3、 6)的表面配置的金属 1,将LED与GaAs衬底贴合，同时在沟槽部的金属1和金属层12之间存在 气隙40。
即,利用晶片接合技术将LED贴合于GaAs衬底的时候，通过在GaAs 衬底表面形成这样的沟槽部，能够形成空气逸出通道，进而能够緩和在高温 加热时由于热膨胀产生的应力。其结果是能够防止半导体衬底、绝缘膜、金 属层的膨胀系数的差异导致的各层间的剥落。
图4 (c)进而表示芯片化后的示意性剖面结构图。在形成于p型或n型 GaAs衬底的表面的条紋状的沟槽部中形成的气隙40包含在完成的芯片内。 在间距L大的时候，也存在气隙40不包含在芯片内的情况。
作为适用于第一实施方式的半导体发光元件及其制造方法的GaAs衬底 的导电型，p型或n型都能够适用。图5表示本发明的第一实施方式的半导 体发光元件及其制造方法的p型GaAs衬底的示意性剖面结构，图6表示n 型GaAs衬底的示意性剖面结构。另外，图7表示适用于本发明的第一实施 方式的半导体发光元件及其制造方法的LED的示意性剖面结构。
图8表示涉及利用晶片接合技术将图7所示的LED与图5及图6所示 的p型或n型GaAs衬底彼此贴合而形成的第一实施方式的半导体发光元件 的示意性剖面结构。
如图5所示，适用于第一实施方式的半导体发光元件及其制造方法的p
15型GaAs衬底，具有表面形成有多个沟槽部的n型GaAs层3、在p型GaAs 层3的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的金属緩冲层2、配置于金 属緩沖层2上的金属层1、配置于p型GaAs层3的背面的金属緩冲层4、配 置于金属緩沖层4的与p型GaAs层3相对一侧的表面上的金属层5。
如图6所示，适用于第一实施方式的半导体发光元件及其制造方法的n 型GaAs衬底，具有:表面形成有多个沟槽部的n型GaAs层6、在n型GaAs 层6的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的金属緩冲层2、配置于金 属緩沖层2上的金属层1、配置于n型GaAs层6的背面的金属緩沖层4、配 置于金属緩冲层4的与n型GaAs层6相对一侧的表面上的金属层5。
在图5的结构中，金属层l、 5都是由Au层形成，金属緩沖层2、 4由 于与p型GaAs层3接触，例如可以由AuBe层形成。另外，在图6的结构 中，金属层l、 5都是由Au层形成，金属緩沖层2、 4由于与n型GaAs层 6接触，例如可以由AuGe层形成。
如图7所示，适用于本发明的第一实施方式的半导体发光元件及其制造 方法的LED的示意性剖面结构，具有:金属层12、配置于金属层12上的金 属接触层ll、配置于金属接触层11上的p型包覆层10、配置于p型包覆层 10的MQW层9、配置于MQW层9上的n型包覆层8、配置于n型包覆层 8上的窗层7。
在图7的结构中，金属层12例如由Au层形成。另外，金属接触层11 例如由AuBe层或AuBe与Ni的合金层等形成。P型包覆层10例如由AlGaAs 层或导电型为p-型的AlGaAs层和导电型为p+型的AlGaAs层的多层结构形 成，厚度约为0.1 pm左右。MQW层9例如由将大约IOO对由GaAs/GaAlAs 层构成的异质结对进行层积而成的MQW结构构成，厚度例如约为1.6 ium 左右。n型包覆层8例如由n型AlGaAs层形成，厚度例如约为0,1 jum左右。 窗层7例如由AlGaAs层的多层结构和在该AlGaAs层的多层结构上形成的 GaAs层构成，整体的厚度约为0.95nm左右。
如图8所示，第一实施方式的半导体发光元件，利用晶片接合技术将图 7所示的LED结构与图5及图6所示的p型乃至n型GaAs衬底彼此贴合而 成。
即，如團8所录，第一实施方式的半导体发光元件，由p (n)型GaA§ 村底结构和LED结构构成，p (n)型GaAs衬底结构具有表面形成有多个沟槽部的p (n)型GaAs层3 (6)，在p (n)型GaAs层3 (6)的表面、 沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的金属緩冲层2,配置于金属緩冲层2上 的金属层l，配置于p (n)型GaAs层3 (6)的背面的金属緩沖层4，配置 于金属緩沖层4的与p ( n )型GaAs层3 ( 6 )相对一侧的表面上的金属层5; LED结构配置于该p (n)型GaAs衬底上，其具有金属层12，配置于金 属层12上的金属接触层11，配置于金属接触层11上的p型包覆层10，配 置于p型包覆层10上的MQW层9,配置于MQW层9上的n型包覆层8， 配置于n型包覆层8上的窗层7。
使用配置于p (n)型GaAs层3 (6)的表面的金属层1及金属层12， 将由外延生长层构成的LED结构与p (n)型GaAs衬底结构贴合，同时在 沟槽部的第一金属层和金属层12之间存在气隙40，由此，能够保持配置于 p (n )型GaAs层3 ( 6 )的表面上的金属层1和金属层12之间的良好的紧 密结合性，不需要势垒金属而能够形成反射率良好的金属反射层。因此，也 就不存在来自于Au-Sn合金层的Sn扩散的问题。
金属反射层由预先配置于LED结构一侧的金属层12形成。由于通过p 型包覆层10与金属层12的界面形成镜面，因而来自LED的放射光会在该 界面上被反射。金属接触层11是用于得到金属层12与p型包覆层之间的欧 姆接触的层，其存在于金属层12与p型包覆层IO之间的界面，从而形成镜 面的一部分。
如图8所示，第一实施方式的半导体发光无件，通过由Au层同时形成 金属层1及金属层12,能够利用热压接技术将由外延生长层构成的LED结 构一侧的金属层12与GaAs衬底一侧的金属层1贴合。
贴合的条件为，例如大约250'C 7O(TC，优选30(TC 40(TC，热压接 的压力为，例如大约10MPa 20MPa左右。通过设置气隙40,相较于整个面 都紧密结合的结构，金属层1与金属层12的接触面积减少。通过设置气隙 40,其结果是使上记热压接的压力向接触面积相对减少的金属层1与金属层 12的接触面积加压，在对金属层1与金属层12进行热压接时，贴合强度增 大。因此，将由外延生长层构成的LED结构与p (n)型GaAs衬底贴合的 时候，由于存在气隙40，能够保持配置于p (n) GaAs层3 (6)的表面上的 金属层1和金属层12之间的良好的紧密结合性。
根据第一实施方式的半导体发光元件，能够保持金属层1与金属层12之间的紧密结合性；同时通过使用由Au构威的金属层12，在LED —侧的 结构中形成光反射率良好的金属反射层，因此能够追求LED的高亮度化。
(第二实施例)
(元件结构)
如图9所示，透用于第二实施方式的半导体发光元件及其制造方法的 LED，具有金属层12、配置于金属层12上且被构图的金属接触层11及绝 缘层17、配置于被构图的金属接触层11及绝缘层17上的p型包覆层10、 配置于p型包覆层10的MQW层9、配置于MQW层9上的n型包覆层g、 配置于n型包覆层8上的窗层7。
在图9的结构中，金属层12例如由Au层形成，厚度例如约为2.5 5 nm左右。另外，金属接触层11例如由AuBe层或AuBe与Ni的合金层等 形成，厚度例如与绝缘层H同等程度，大约为450nm左右。绝缘层17例如 由氧化硅膜、氮化硅膜、SiON膜、SK)xNy膜、或这些膜的多层膜等形成。 p型包覆层10例如由AlGaAs层或导电型为p-型的AlGaAs层和导电型为 p+型的AlGaAs层的多层结构形成，厚度约为0.1nm左右。MQW层9例如 由将大约IOO对由GaAs/GaAlAs层构成的异质结对进^f亍层积的MQW结构 构成，厚度例如约为1.6jam左右。n型包覆层8例如由n型AlGaAs层形成， 厚度例如约为0.1 um左右。窗层7例如由AlGaAs层的多层结构和在该 AlGaAs层的多层结构上形成的GaAs层构成，整体的厚度约为0.95 w m左右。 (第二实施方式的变形例)
如图10所示，适用于第二实施方式的变形例的半导体发光元件及其制 造方法的LED，具有金属层12、配置于金属层12上且被构图的金属緩冲 层18、配置于緩沖层18上且被构图的金属接触层11及绝缘层17，配置于 被构图的金属接触层11及绝缘层17上的p型包覆层10、配置于p型包覆层 10上的MQW层9、配置于MQW层9上的n型包覆层8、配置于n型包覆 层8上的窗层7。
在图10的结构中，金属緩冲层18例如由Ag、 Al、 Ni、 Cr或W层形成。 由于Au形成的金属层12吸收蓝色光、紫外光，因而为了反射这样的短波长 侧的光，优选具有由Ag、 Al等构成的金属緩冲层18。在图IO的结构中， 金属緩沖层18以外的各层的结构与图9的结构相同，因而省略其说明。
如图11所示，第二实施方式的半导体发光元件为利用晶片接合技术将GaAs衬底15与闺9及S 10所示的LW结构彼此贴会而形成。图11表示利用晶片接合技术将p型或n型的GaAs衬底15与图10所示 的LED结构彼此贴合而形成的第二实施方式的变形例的半导体发光元件的示 意性剖面结构。另外，在图11中，省略了在GaAs衬底15上配置的例如由 Au层构成的金属层的图示。或者，另外也可能不在GaAs衬底15上配置Au 层等金属层,可以仅利用金属层12贴合GaAs衬底15与LED结构。即，如图11所示，第二实施方式的变形例的半导体发光元件,由GaAs 衬底15和LED结构构成，LED结构配置于GaAs衬底15上，具有金属层12、 配置于金属层12上的金属緩沖层18、配置于金属緩沖层18上且被构图的金 属接触层11及绝缘层17、配置于被构图的金属接触层11及绝缘层17上的 p型包覆层10、配置于p型包覆层10上的MQW层9、配置于MQW层9 上的n型包覆层8、配置于n型包覆层8上的窗层7。通过使用金属层12，将由外延生长层构成的LED结构与GaAs衬底15 贴合，能够形成反射率良好的金属反射层。金属反射层由预先配置在LED 结构一侧的金属层12构成。由于通过绝缘层17与金属层12或金属緩冲层 18的之间界面形成镜面，因而来自LED的放射光会在该镜面被反射。金属 接触层11是用于实现金属层12或金属緩冲层18与p型包覆层IO之间的欧 姆接触的层，其存在于金属层12与p型包覆层IO之间的界面，具有与绝缘 层17相同程度的厚度。当金属接触层11的构图宽度宽的时候，由于实质的发光区域被限制， 因而面积效率降低且发光效率减少。另一方面，当金属接触层11的构图宽 度窄的时候，由于金属接触层11的面积电阻增大、LED的顺时针方向电压 Vf上升，因而存在最合适的构图宽度及构图结构。在几种构图例中，存在 以六角形为基础的蜂窝状构图结构或以圆形以基础的点构图结构。关于这些 构图形状，将结合第四实施方式，在图17及图18中进行说明。第二实施方式及其变形例中的半导体发光元件，与图8所示的第一实施 方式相同，通过使配置予GaAs衬底上的金属层及配置LED —侧的金属层 12都由Au层形成，能够利用热压接技术将由外延生长层构成的LED结构 一侧的金属层12与GaAs衬底一侧的金属层(图示略)贴合。贴合的条件例如为大约25(TC 70(TC，优选30(TC 40(TC，热压接的 压力例如为大约10MPa 20 MPa左右。根据第二实施方式及其变形例中的半导体发光元件，通过在成为金属反射层的金属层12或金属緩沖层18与p型包覆层10等半导体层之间形成透 明的绝缘层17,能够避免p型包覆层IO等半导体层与金属层12接触，防止 光的吸收，从而形成反射率良好的金属反射层。为了将透明绝缘层17构图并实现欧姆接触，利用剥离技术蒸镀由AuBe 等构成的金属接触层11。其后，蒸镀用于在绝缘膜17上贴合GaAs衬底15的Au层，从而形成 金属层12。根据第二实施方式及其变形例的半导体发光元件，通过使透明绝缘膜17 存在于金属反射层与半导体之间，能够避免p型包覆层10等半导体层与金 属层12的接触，防止光的吸收,从而形成反射率良好的金属反射层，因此 可以追求LED的高亮度化。另外，根据第二实施方式及其变形例的半导体发光元件，通过在绝缘膜 17与金属层12之间形成由Ag或Al等构成的金属緩沖层18，可以利用Au 有效地反射反射率低的紫外线等短波长光，从而能够追求LED的高亮度化。另夕卜，根据第二实施方式及其变形例的半导体发光元件，由于在p型包 覆层与金属反射层的界面上光不被吸收，因而能够追求LED的高亮度化。 (第三实施方式) (元件結构)如團12所承，适用予第王实施方式的半导体发光无件及其制造方法的p 型或n型GaAs衬底结构具有表面形成有多个沟槽部的GaAs衬底15和在 n型GaAs衬底15的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的金属层20。在图12的结构中，金属层20例如由Au层形成。如图13所示，适用于本发明的第三实施方式的半导体发光元件及其制 造方法的LED的示意性剖面结构，具有金属层12、配置于金属层12上的 p型包覆层10、配置于p型包覆层10的MQW层9、配置于MQW层9上 的n型包覆层8、配置于n型包覆层8上的窗层7。在图13的结构中，金属层12例如由Au层形成，厚度例如约为ljam 左右。另外，p型包覆层10例如由AlGaAs层或导电型为p-型的AlGaAs 层和导电型为p+型的AlGaAs层的多层结构形成，整体厚度例如约为0.1 iam 左右。MQW层9例如由将大约80 100对由GaAs/GaAlAs层构成的异质结对进行层积而成的MQW结构构成，整体厚度例如约为1.6jum左右。n型 包覆层8例如由n型AlGaAs层形成，厚度例如约为0.1 jam左右。窗层7例 如由AlGaAs层的多层结构和在该AlGaAs层的多层结构上形成的GaAs层 构成，整体的厚度约为0.95pm左右。如图14所示，第三实施方式的半导体发光元件，利用晶片接合技术将 图13所示的LED结构与图12所示的p型或n型GaAs衬底彼此贴合而形成。 沟槽部的金属层20与金属层12之间存在气隙40。即，如图14所示，第三实施方式的半导体发光元件，由GaAs衬底结构 和LED结构构成，GaAs衬底结构具有表面形成有多个沟槽部的GaAs 衬底15、在GaAs村底15的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的金 属层20; LED结构配置于该GaAs衬底结构上，其具有金属层12、配置 于金属层12上的p型包覆层10、配置于p型包覆层10上的MQW层9、配 置于MQW层9上的n型包覆层8、配置于n型包覆层8上的窗层7。在形 成于GaAs衬底15的表面的条紋状的沟槽部中形成的气隙40包含在制成的 芯片内。在沟槽的间距大的时候，也存在气隙40不包含在制成的芯片内的 情况。金属反射层由预先配置于LED結构一侧的金属层12形成。由于通过p 型包覆层10与金属层12之间的界面形成镜面，因而来自LED的放射光会 在该镜面被反射。如图14所示，第三实施方式的半导体发光无件中，金属层20及金属层 12都由Au层形成，由此能够利用热压接技术将由外延生长层构成的LED 结构一侧的金属层12与GaAs衬底一侧的金属层20贴合。由于在沟槽部的 金属层20和金属层12之间存在气隙40,因而能够保持配置于GaAs衬底15 的表面上的金属层20和金属层12之间的良好的紧密结合性,从而不需要势 垒金属而能够形成反射率良好的金属反射层。贴合的条件例如为大约25(TC 7O0。C,优选30(TC 40(TC，热压接的 压力例如为大约10MPa 20MPa左右。通过设置气隙40，相比于整个面紧密 结合的结构，金属层20与金属层12的接触面积减少。通过设置气隙40,其 结果是，使上记热压接的压力施加在接触面积相对减少的金属层20与金属 层12的接触面积上，在金属层20与金属层12进行热压接的时候，贴合强 度增大。因此，将由外延生长层构成的LED结构与GaAs衬底结构贴合的时21候，由于存在气隙40,因而能够保持配置于GaAs衬底15的表面上的金属 层20和金属层12之间的良好的紧密结合性。根据第三实施方式的半导体发光元件及其制造方法，为了防止向GaAs 衬底入射的光被吸收，作为反射层使用金属使光全反射，从而能够防止向 GaAs衬底入射的光被吸收。作为贴合用半导体衬底的材料，使用GaAs、 Si 等不透明的半导体衬底材料。使用Au层作为GaAs衬底15 —侧的金属层20，也使用Au层作为具有 外延生长层的LED —侧的金属层12,使金属层20与金属层12结合，将用 于结合的金属层12作为金属反射层从而形成光的反射层。根据第三实施方式的半导体发光元件及其制造方法，为了防止向GaAs 衬底入射的光被吸收，作为反射层使用金属使光全反射，从而能够防止向 GaAs衬底入射的光被吸收，能够反射任何角度的光，因此能够追求LED的 高亮度化。(第四实施方式) (元件结构)如图15所示，适用于第四实施方式的半导体发光元件及其制造方法的 硅衬底结构，具有:表面形成有多个沟槽部的硅衬底21 、在硅衬底21的表 面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的钛(Ti)层22、和在钛(Ti)层22 的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的金属层20。在图15的结构中，硅衬底21的厚度例如约为130um左右，金属层20， 例如由Au层形成，厚度约为2Jnm左右。如图16所示，适用于本发明的第四实施方式的半导体发光元件及其制 逸方法的LED具有；GaAs村底B、配置于GaAs衬底23上的AlInGaP层 24、配置于AlInGaP层24上的n型GaAs层25、配置于n型GaAs层25上 的外延生长层26、配置于外延生长层26上且被构图的金属接触层11及绝缘 层17、配置于被构图的金属接触层11及绝缘层17上的金属层12。在图16的结构中，GaAs衬底23的厚度例如约为300 n ra左右；AlInGaP 层24的厚度例如约为350rnn左右；n型GaAs层25经由AlInGaP层24作为 GaAs衬底23与外延生长层26之间的接触层发挥作用，其厚度例如约为 500nm左右；外延生长层26具有由AlGaAs层构成的n型窗层及n型包覆层、 由多个GaAs/AlGaAs的异质结对构成的MQW层、和由AlGaAs层构成的n型包覆层及由AKkAs层/GaP层构成的p型窗层。MQW层例如由将大 约100对由GaAs/GaAlAs层构成的异质结对进行层积而形成的MQW结构 构成，其厚度例如大约为1.6mm左右。另外，金属接触层11例如由AuBe层或AuBe与Ni的合金层等形成， 厚度例如与绝緣层17同等程度，约为4S0腿左右。金属接触层11也可以形成为例如Au/AuBe-Ni合金/Au等的层积结 构。绝缘层17例如由氧化硅膜、氮化硅膜、SiON膜、SiOx Ny膜、或这些 膜的多层膜等形成。金属层12例如由Au层形成，厚度例如约为2,5 5lum左右，外延生长 层26内的p型包覆层，例如由AlGaAs层或导电型为p-型的AlGaAs层和导 电型为p+型的AlGaAs层的多层结构形成，厚度例如约为0.1 jam左右。外 延生长层26内的n型包覆层例如由n型AlGaAs层形成，厚度例如约为0.1 ia ra左右。n型窗层例如由AlGaAs层的多层结构和在AlGaAs层的多层结构 上形成的GaAs层构成，整体的厚度例如约为0.95 jam左右。P型窗层例如 由AKkAs层的多层结构和在AlGaAs层的多层结构上形成的GaP层构成， 整体的厚度例如约为0.32 M ra左右如图19 图24所示，第四实施方式的半导体发光元件，利用晶片接合 技术将图16所示的LED结构与图15所示的硅衬底相互贴合而形成。沟槽部 的金属层20与金属层12之间存在气隙40。即，如图24所示，第四实施方式的半导体发光元件具有硅衬底結构和 LED结构，硅衬底结构具有表面形成有多个沟槽部的硅衬底21，在硅衬 底21的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的钛(Ti)层22，和在钛 (Ti)层22的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的金属层20; LED 结构具有配置于金属层20上的金属层12,配置于金属层12上且被构图的 金属接触层11及绝缘层17,配置于被构图的金属接触层11及绝缘层17上 且在露出的表面具有粗糙化处理区域30 (将露出的n型GaAs层25进行粗 糙化处理而形成的区域)的外延生长层26,配置于外延生长层26上且净皮构 图的n型GaAs层25，和配置于n型GaAs层25上且同样被构图的表面电 极层29。在形成于硅衬底21的表面上的条紋状的沟槽部中形成的气隙40 包含在制成的芯片内。在沟槽的间距大的时候，也存在气隙40不包含在制 成的芯片内的情况。此外，在砝衬底結枸申，在硅村底21的背面配置有钛层27和背面电极层28。另外，在外延生长层26和n型GaAs层2S之间，如后迷的图26所示， 还可以配置用于防止电流集中的阻止层31。作为这种情况下的阻止层31的 材料可以使用GaAs,其厚度例如约为300nm左右。如图24所示，在第四实施方式的半导体发光元件中，通过使用金属层 12将由外延生长层构成的LED结构与硅衬底结构贴合，能够形成反射率良 好的金属反射层。金属反射层由预先配置在LED结构一侧的金属层12形成。 由于通过绝缘层17与金属层12之间的界面形成镜面，因而来自LED的放 射光会在该镜面上被反射。金属接触层11是用于实现金属层12与外延生长 层26之间的欧姆接触的层，其存在于金属层12与外延生长层26之间的界 面，具有与绝缘层17相同程度的厚度。如图19 图24所示，第四实施方式的半导体发光元件中，由于金属层 20及金属层12都由Au层形成，能够利用热压接技术将由外延生长层构成 的LED结构一侧的金属层12与硅村底21 —侧的金属层20贴合。由于在沟 槽部的金属层20和金属层12之间存在气隙40，园而能够保持配置于硅衬底 21的表面上的金属层20和金属层12之间的良好的紧密结合性，从而不需要势垒金属而能够形成反射率良好的金属反射层。贴合的条件例如为大约25(TC 70(TC，优选30CTC 4O(TC，热压接的 压力例如为大约10MPa 20MPa左右。通过设置气隙40,相比于整个面紧密 结合的结构，使金属层20与金属层12的接触面积减少。通过设置气隙40， 其结果是使上记热压接的压力变成向接触面积相对减少的金属层20与金属 层12的接触面积加压，在金属层20与金属层12进行热压接的时候，贴合 强度增大。因此，将由外延生长层构成的LED结构与硅衬底贴合的时候， 由于存在气隙40，能够保持配置于硅衬底21的表面上的金属层20和金属层 12之间的良好的紧密结合性。 (平面构图結构)当金属接触羼U的构圑宽度很宽的时候，由于实质的l光区域被限制， 因而面积效率降低且发光效率减少。另一方面，当金属接触屋11的构图宽 度窄的时候，由于金属接触层U的面积电阻增大、LED的顺向电压Vf上升。 因此，存在最合适的构图宽度W及构图间距D1。在几种构图例中，存在以24六角形为基础的蜂窝状构图結构或以圃点以基础的圆点构图结构。
如图17所示，适用于本发明的第四实施方式的半导体发光元件及其制
造方法的LED的示意性平面构图结构，存在以六角形为基础结构的蜂窝状 构图。在图17中，用宽W表示的形状部分表示图16中的、例如由AuBe 层或AuBe和Ni的合金层等形成的金属接触层11的构图，具有宽度Dl的 六角形构图相当于绝缘层17的部分、表示对来自LED的放射光进行导光的 区域。宽D1例如约为lOOjam左右，线宽度W为约5 um 约11 iam左右。
如图18所示，适用于本发明的第四实施方式的半导体发光元件及其制 造方法的LED的其他示意性平面构图结构，具有以圆形为基础的点状构图。 在图18中，用宽度d表示的形状部分表示图16中的、例如由AuBe层或 AuBe和Ni的合金层等形成的金属接触层11的构图，以幅度为D2构图间距 配置。在图18中，宽度为d、构图间距为D2的圆形构图部分以外的区域相 当于绝缘层17的部分，表示对来自LED的放射光进行导光的区域。构图间 隔D2例如约为100um左右，宽度d约为5jam 约llum左右。
另夕卜，适用于本发明的第四实施方式的半导体发光元件及其制造方法的 LED的示意性平面构图结构，不限于六角形蜂窝状构图、圆点状构图，而且 能够适用将三角形构图、矩形构图、六角形构图、AJl形构图、圆形点状构 图等随机配置的随机构图。
适用于第四实施方式的半导体发光无件的LED的示意性平面构图结构， 只要将金属配线构图的宽度确定为确保导光区域的面积而不降低来自LED 的发光亮度，且也可以确保使LED的顺向电压Vf不上升的程度即可。 (制造方法)
下面说明涉及第四实施方式的半导体发光元件的制逡方法。
图15 图16及图19 图24表示说明第四实施方式的半导体发光元件的
制造方法的一个步骤的示意性剖面结构。
(a)首先，如图15所示，准备贴合用的硅村底结构，及如图16所示
准备贴合用的LED结构。
在硅衬底结构中，使用溅射法、真空蒸镀法等依次在表面形成有多个沟
槽部的硅衬底21的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面上形成钛(Ti)层
22，在钛(Ti)层22的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面上形成由Au等
构成的金属层20。在LED结构中，使用分子束外延生长法(MBE:Molecular Beam Epitaxy )、 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法等依次形成GaAs #■ 底23上的AlInGaP层24、 n型GaAs层25、外延生长层26。然后，使用剝 离法在外延生长层26上，相对被构图的绝缘层17，形成金属接触层11及金 属层12.
(b) 然后，如图19所示，将图15所示的贴合用硅衬底结构及图16所 示的贴合用LED结构贴合在一起。在贴合步骤中，例如，在热压接温度约 34(TC左右、热压接压力约18MPa左右、热压接时间约为10分钟左右的条件 下，使用压机实施贴合。
(c) 然后，如图20所示，对于硅衬底21的背面，利用溅射法、真空 蒸镀法等依次形成钛层27及由Au构成的背面电极层28。在不使钛层27介 于Au层和硅衬底21之间的时候，如果为了实现欧姆接触而实施烧结，则硅 衬底21与Au层的接合部的Au会变成AuSi硅化物，导致反射率降低。因 此，钛层27具有作为用于将硅衬底21与背面电极层28的Au层的结合的结 合用金属的作用。为防止Au层生成AuSi硅化物，需要钨(W)来作为势垒金 属，作为此时的结构，需要从村底一方由硅衬底/Ti/W/Au形成金属层。
(d) 然后，如图21所示，利用抗蚀剂等保护背面电极层28后，通过 蚀刻除去GaAs衬底23。例如使用氨水/过氧化水构成的蚀刻液，蚀刻时间 大约65 85分钟左右。这里，AlInGaP层24作为蚀刻停止层发挥重要作用。
(e) 然后，如图22所示，使用盐酸系的蚀刻液，除去AlInGaP层24。 蚀刻时间例如大约1分半左右。
(f) 然后，如困23所示，利用溅射法、真空蒸镀法等形成表面电极层 29后，进行构图。使表面电极层29的图案与金属接触层11的图案大体一致。 作为表面电极层29的材料，可以使用例如Au/ AuGe-Ni合金/ Au构成的 层积结构。这里，n型GaAs层25具有防止表面电极层29剥落的功能。
(g) 然后，如图24所示，实施粗糙化处理，除去表面电极层29正下 方的n型GaAs层25以外的n型GaAs层25。作为粗糙化处理的条件，例 如可以在大约3(TC 50。C、时间约为5sec 15sec左右的条件下，使用硝酸-硫酸系的蚀刻液进行蚀刻。此外，作为粗糙化处理的前处理，可以使用氢氟 酸的稀薄溶液蚀刻n型GaAs层25,从而除去形成于表面的Ga02膜。蚀刻 时间例如大约3分钟左右。
26此外，作为钬,晷22及钛层27的替代物，可以使用例如鴒(W)势垒金 属、铂(Pt)势垒金属等。
根椐以上说明，如图24所示，制作完成使用硅衬底21的、本发明的第 四实施方式的半导体发光元件。 (第四实施方式的变形例)
图25表示说明第四实施方式变形例的半导体发光元件的制造方法的一 个步骤的示意性剖面结构。另外，图26表示说明第四实施方式其他变形例 的半导体发光元件的制造方法的一个步骤的示意性剖面结构。
如图25所示，第四实施方式的变形例的半导体发光元件，利用晶片接 合技术将图16所示的LED结构与具有与图15相同结构的GaAs衬底彼此贴 合而形成9沟槽部的金属层33与金属层12之间存在气隙40。
即，如图25所示，第四实施方式的变形例的半导体发光元件，具有GaAs 衬底结构和LED结构，GaAs衬底结构具有；表面形成有多个沟槽部的GaAs 村底15,在GaAs衬底15的表面、沟槽部的侧壁及沟槽部的底面配置的金属 緩沖层(AuGe，Ni合金层)32，和在金属緩沖层32的表面、沟槽部的侧壁 及沟槽部的底面配置的金属层(Au层)33; LED结构具有配置于金属层 33上的金属层12，配置于金属层12上且被构图的金属接触层11及绝缘层 17,配置于被构图的金属接触层11及绝缘层17上且在露出的表面具有粗糙 化处理区域30 (将露出的n型GaAs层25进行粗糙化处理而形成的区域) 的外延生长层26，配置于外延生长层26上且被构图的n型GaAs层25,和 配置于n型GaAs层25上且同样被构图的表面电极层29。在形成于GaAs 衬底15的表面上的条紋状的沟槽部中形成的气隙40包含在制成的芯片内。 在沟槽的间距大的时候，也存在气隙40不包含在制成的芯片内的情况。
此外，在GaAs衬底结构中，在GaAs衬底15的背面配置有金属緩冲层 (AuGe-Ni合金层)34和背面电极层35。
另外，如图26所示，在外延生长层26和n型GaAs层25之间，还可以 配置用于防止电流集中的阻止层31。作为这种情况下的阻止层的材料，能够 适用GaAs，其厚度例如约为500nm左右。
如图25所示，在第四实施方式的变形例的半导体发光元件中，通过使 用金属层12将由外延生长层构成的LED结构与GaAs衬底结构贴合，能够 形成反射率良好的金属反射层。金属反射层由预先配置在LED结构一侧的金属层12形成8由于通过绝緣层17与金属层12之间的界面形成镜面，園 而来自LED的放射光会在该镜面上被反射。金属接触层11是用于实现金属 层12与外延生长层26之间的欧姆接触的层，其存在于金属层12与外延生 长层26的界面，具有与绝缘层17相同程度的厚度。
如图25及图26所示，第四实施方式的变形例及其他变形例的半导体发 光元件中，金属层33及金属层12都由Au层形成，因此能够利用热压接技 术将由外延生长层构成的LED结构一侧的金属层12与GaAs衬底15 —侧的 金属层33贴合。由于在沟槽部的金属层B和金属层12之间存在气隙40, 因而能够保持配置于GaAs衬底15的表面上的金属层33和金属层12之间的 良好的紧密结合性，从而不需要势垒金属而能够形成反射率良好的金属反射 层。
贴合的奈件为例如大约2509C 70(TC，优逸30(TC 邻(TC，热压接的 压力为例如大约10MPa 20MPa左右。通过:&置气隙40，相比于全整个面都 紧密结合的结构，使金属层33与金属层12之间的接触面积减少。通过设置 气隙40，其结果是使上记热压接的压力向接触面积相对减少的金属层33与 金属层12的接触面积加压，在金属层33与金属层12进行热压接的时候， 贴合强度增大。因此，将由外延生长层构成的LED结构与GaAs衬底结构贴 合的时候，由于存在气隙40，能够保持配置于GaAs衬底15的表面上的金 属层33和金属层12之间的良好的紧密结合性。
在图25及图26的结构中，形成于GaAs衬底15的背面的金属緩冲层 34例如由AuGe-Ni合金层形成，厚度例如约为IOO咖左右。另外，背面电 极层35由Au层形成，厚度约为500nm左右。形成于GaAs衬底15的背面的 金属緩沖层32,例如由AuGe-Ni合金层形成，厚度例如约为100nm左右。 而且，金属层33由Au层形成，厚度约为lnm左右。
图15~图16反图19~图24所示的第四实施方式的半导体发光无件的 制造方法的各个步骤与第四实施方式变形例的半导体发光元件的制造方法 相同，因而省略其说明。
适用于本发明的第四实施方式变形例的半导体发光无件及其制造方法 的LED的示意性平面构图结构，也可以适用与图n或图lg相同的构造。
另外，在第二实施方式的变形例的半导体发光无件中说明了在绝缘膜17 与金属层12之间形成由Ag或Al等构成的金属緩冲层18 (参照图10)，在第四实施方式及其变形例的半导体发光元件申这一点也同样有效。圜为通过
形成由Ag或Al等构成的金属緩冲层18,可以利用Au有效地反射反射率低
的紫外线等短波长光。
根据第四实施方式及其变形例的半导体发光无件及其制造方法，通过使
透明绝缘膜17存在于金属层与半导体层之间，能够避免外延生长层26与金 属层12接触，防止光的吸收，从而形成反射率良好的金属反射层，因此可 以追求LED的高亮度化0
另外，根据第四实施方式及其变形例的半导体发光无件及其制造方法， 通过在绝缘膜17与金属层12、20之间形成由Ag或Al等构成的金属緩冲层， 可以利用Au有效地反射反射率低的紫外线等短波长的光，从而能够追求 LED的高亮度化。
另外，根据第四实施方式及其变形例的半导体发光元件及其制造方法， 由于避免外延生长层26与金属层12接触，光不能够在外延生长层26与金 属反射层的界面上被吸收，因而能够追求LED的高亮度化。
根据第四实施方式及其变形例的半导体发光元件及其制造方法，为了防 止向硅衬底或GaAs衬底入射的光被吸收，在反射层使用金属使光发生全反 射，从而防止向硅衬底或GaAs衬底入射的光被吸收，能够反射任何角度的 光，因此能够追求LED的高亮度化。 (其他的实施方式)
如上所迷，通过第一^第域实施方式记载了本发明，构成此公开的一部 分的论述及附图不应该被理解为限定本发明的内容。通过该公开，本领域的 技术人员能够明确了解各种替代实施方式、实施例及运用技术。
在本发明的第一至第四实施方式的半导体发光元件及其制造方法中，作 为半导体衬底，主要以硅衬底、GaAs衬底为例进行了说明，但是也可以充 分利用Ge、 SiGe、 SiC、 GaN衬底或SiC上的GaN外延衬底等。
作为本发明第一~第四实施方式的半导体发光元件，主要以LED为例 进行了说明，但是也可以构成激光二极管(LD: Laser Diode )，在这种情况 下，也可以构成分布反4贵型(DFB: Distributed Feedback) LD、分布布4立格反 射型(DBR)LD、面发光LD等。
这样一来，本发明包括这里所没有记载的各种实施方式。
工业实用性
29关于本发明的半导体发光元件，能够普遍利用具有GaAs衬底、Si衬底 等不透明衬底的LED元件、LD元件等半导体元件。
权利要求
1、一种半导体发光元件，其特征在于，由GaAs衬底结构和发光二极管结构构成，所述GaAs衬底结构具有表面形成有多个沟槽部的GaAs层、配置在所述GaAs层的所述表面、所述沟槽部的侧壁及所述沟槽部的底面的第一金属缓冲层、配置于所述第一金属缓冲层上的第一金属层、配置于所述GaAs层的背面的第二金属缓冲层、配置于所述第二金属缓冲层的与所述GaAs层相反一侧表面上的第二金属层；所述发光二极管结构配置于所述GaAs衬底结构上，其具有第三金属层、配置于所述第三金属层上的金属接触层、配置于所述金属接触层上的p型包层、配置于所述p型包层的多量子阱层、配置于所述多量子阱层上的n型包层、配置于所述n型包层上的窗层；使用配置在所述GaAs层的所述表面的所述第一金属层及所述第三金属层，将所述发光二极管结构与所述GaAs衬底结构粘合，并且在所述槽部的所述第一金属层和所述第三金属层之间存在气隙。
2、 根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于， 所述GaAs层的导电型为p型。
3、 根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于， 所述GaAs层的导电型为n型。
4、 根据权利要求1~3中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于， 利用预先配置在所述发光二极管结构侧的所述第三金属层，形成金属反射层。
5、 根据权利要求1 ~4中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于， 通过利用热压接技术将配置在所述GaAs层的所迷表面的所述第一金属层及所述第三金属层粘合，使所述发光二极管结构与所述GaAs衬底结构粘合。
6、 一种半导体发光元件，其特征在于，由表面形成有多个沟槽部的GaAs衬底，和发光二极管结构构成， 其中，所述发光二极管结构具有配置在所述GaAs衬底的所述表面、所述沟槽部的侧壁及所述沟槽部的 底面的金属层，配置于所述GaAs衬底的所述表面上的金属层上且被构图的金属接触层 及绝缘层、配置于被构图的所述金属接触层和所述绝缘层上的p型包层(10 )、 配置于所述p型包层上的多量子阱层、 配置于所述多量子阱层上的n型包层、 配置于所述n型包层上的窗层；使用在所述GaAs衬底的所述表面上配置的所述金属层，将所迷发光二 极管结构与所述GaAs衬底粘合，并且在所述沟槽部的金属层和所述发光二 极管结构之间存在气隙。
7、 根据权利要求6所述的半导体发光元件，其特征在于， 还具有金属緩冲层，其配置在所述金属层上，位于所述金属层与被构图的所述金属接触层及所述绝缘层之间。
8、 根据权利要求6或7所述的半导体发光元件，其特征在于，述GaAs衬底粘合，将所述发光二极管结构与所述GaAs村底结构粘合。
9、 一种半导体发光元件，其特征在于，由GaAs衬底结构和发光二极管结构构成， 所述GaAs衬底结构具有: 表面形成有多个沟槽部的GaAs衬底、配置在所述GaAs衬底的所述表面、所述沟槽部的侧壁及所述沟槽部的 底面上的第一金属层；所述发光二极管结构配置于所述GaAs衬底结构上，其具有---■^^"■v^/zS"、配置于所述第二金属层上的p型包层、配置于所述p型包层上的多量子阱层、配置于所述多量子阱层上的n型包层、 配置于所述n型包层上的窗层；使用所述GaAs衬底的所述表面上的所述第一金属层及所迷第二金属 层，将所述发光二极管结构与所述GaAs衬底粘合，并且，在所述沟槽部的 所述第一金属层和所述发光二极管结构之间存在气隙。
10、 根据权利要求9所述的半导体发光元件，其特征在于， 通过利用热压接技术将所述GaAs衬底的所述表面上的所述第一金属层及所述第二金属层粘合，由此使所述发光二极管结构与所述GaAs衬底结构 粘合。
11、 一种半导体发光元件，其特征在于， 具有硅衬底结构和LED结构，所述硅衬底结构由表面形成有多个沟槽部的硅衬底、配置在所述硅衬底 的所述表面、所述沟槽部的侧壁及所述沟槽部的底面的钛层、配置于钛层上 的第一金属层构成；所述LED结构由配置于所述第一金属层上的第二金属层、配置于所述 第二金属层上且被构图的金属接触层及绝缘层、配置于被构图的金属接触层 及绝缘层上且在露出的表面具有粗糙化区域的外延生长层、配置于外延生长 层上且被构图的n型GaAs层、配置于所述n型GaAs层且被构图的表面电 极层构成；使用所述硅衬底的所述表面上的所述第 一金属层及所述第二金属层，将 所述发光二极管结构与所述硅村底结构粘合，并且在所述沟槽部的所述第一 金属层和所述LED结构之间存在气隙。
12、 根据权利要求11所述的半导体发光元件，其特征在于， 所述硅衬底结构中，在所述硅衬底的背面配置有背面电极层，在所述外延生长层与所述n型GaAs层之间配置用于防止电流集中的阻止层。
13、 根据权利要求12所述的半导体发光元件，其特征在于, 所述阻止层是由GaAs形成的。
14、 根据权利要求11 ~ 13中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，通过利用热压接技术将所迷硅衬底的所述表面上的所迷第一金属层及所述第二金属层粘合，使所述发光二极管结构与所述硅村底结构粘合。
15、 一种半导体发光元件，其特征在于， 具有GaAs衬底结构和LED结构，所述GaAs衬底结构由表面形成有多个沟槽部的GaAs衬底，配置在所 述GaAs衬底的所述表面、所述沟槽部的侧壁及所述沟槽部的底面上的金属 緩沖层，配置于所述金属緩沖层上的第一金属层构成；所述LED结构由配置于所述第一金属层上的第二金属层、配置于所述 第二金属层上且被构图的金属接触层及绝缘层、配置于被构图的所述金属接 触层及所述绝缘层上且在露出的表面具有粗糙化区域的外延生长层、配置于 外延生长层上且被构图的n型GaAs层、配置于所述n型GaAs层且被构图 的表面电极层构成；使用所述GaAs衬底的所述表面上的所述第一金属层及所述第二金属 层，将所述发光二极管结构与所述GaAs衬底结构粘合，并且，在所述沟槽 部的所述第 一金属层上配置的第二金属层和所述LED结构之间存在气隙。
16、 根据权利要求15所述的半导体发光元件，其特征在于，所述GaAs衬底结构中，在所述GaAs衬底的背面配置有背面电极层， 在所述外延生长层与所述n型GaAs层之间配置有用于防止电流集中的阻止 层。
17、 根据权利要求15或16所述的半导体发光元件，其特征在于，及第二金属层粘合，使所述发光二极管结构与所述GaAs衬底结构粘合。
18、 根据权利要求15-17中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，还具有金属緩冲层，其配置在所述金属层上，位于所述金属层与被构图 的所述金属接触层及所述绝缘层之间。
19、 一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于,其包括: 准备用于粘合的半导体村底结构及用于粘合的发光二极管结构的工序； 在所述半导体衬底结构中，在半导体衬底的表面形成多个沟槽部后，在所述半导体衬底上形成第 一金属层的工序；在所述发光二极管结构中，在GaAs村底上依次形成AlInGaP层、n型 GaAs层、外延生长层的工序；在所述外延生长层上，针对被构图的绝缘层，形成金属接触层及第二金 属层的工序；使用所述半导体衬底的所述表面上的所述第一金属层，通过热压接技术将所述用于粘合的LED结构与所述半导体衬底粘合，并且在所述沟槽部的 所述第一金属层和所述LED结构之间形成气隙的工序；通过蚀刻除去所述GaAs衬底的工序；除去所述AlInGaP层的工序；在表面电极层形成构图的工序；实施粗糙化处理，将所述表面电极层的正下方的所述n型GaAs层以外的所述n型GaAs层除去的工序。
20、根据权利要求19所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于， 在除去所述AlInGaP层的工序之后，且在所述表面电极层形成构图的工序之前，还具有形成用于阻止电流集中的阻止层的工序。
全文摘要
本发明提供一种半导体发光元件及其制造方法。该半导体发光元件使用不透明的半导体衬底形成金属反射层且具有高亮度。该半导体发光元件由GaAs衬底结构和发光二极管结构构成。所述GaAs衬底结构具有GaAs层(3)、配置在GaAs层的表面的第一金属缓冲层(2)、配置于第一金属缓冲层上的第一金属层(1)、配置于GaAs层的背面的第二金属缓冲层(4)和第二金属层(5)；所述发光二极管结构配置于所述GaAs衬底结构上，其具有第三金属层(12)、配置于第三金属层上的金属接触层(11)、配置于金属接触层上的p型包层(10)、配置于p型包层的多量子阱层(9)、配置于多量子阱层上的n型包层(8)、配置于n型包层上的窗层(7)；使用第一金属层(1)及第三金属层(12)，将发光二极管结构与GaAs衬底结构粘合在一起。
文档编号H01L33/10GK101681970SQ200880019938
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月6日 优先权日2007年6月13日
发明者中田俊次, 酒井光彦, 高尾将和 申请人:罗姆股份有限公司