半导体发光元件和半导体发光元件的制造方法

专利名称：半导体发光元件和半导体发光元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光元件和半导体发光元件的制造方法。本申请基于在2007年10月1日在日本申请的专利申请2007-257234号要求优选 权，将其内容援引到本发明中。
背景技术：
迄今，作为发出红色、橙色、黄色或黄绿色的可见光的发光二极管(英文简称 LED)，例如，已知具有包含磷化铝镓铟(组成式(AlxGai_x)yIni_yP ；0≤x≤1，0 < y≤1)的 发光层的化合物半导体LED。在这样的LED中，具有包含(AlxGai_x)y Ini_yP(0 ≤x≤1,0 <y ≤ 1)的发光层的发光部，一般地形成于对从发光层射出的发光在光学上不透明、并且 在机械学上强度不那么高的砷化镓(GaAs)等的基板材料上。为此，在最近，为了得到更高辉度的可视LED，并且以进一步提高元件的机械强度 为目的，公开了下述技术除去对从包含发光层的化合物半导体层发出的光不透明的基板 材料，然后，使能够透过发光、且机械强度比以前更优异的透明材料构成的支持体层(透明 基板)与化合物半导体层重新接合，并且在上述接合界面附近设置反射层，构成改善了光 取出效率的接合型LED (例如参照专利文献1 5)。另外，在使化合物半导体层与作为支持体层的金属基板接合的场合，为了将金属 基板作为取出电极使用，一般地在化合物半导体层的金属基板侧的面上形成欧姆电极，谋 求该欧姆电极与金属基板的导通。再者，为了确保与金属基板的接合强度，优选形成了欧姆电极的半导体面是平坦
专利文献1 日本专利第3230638号公报 专利文献2 日本特开平6-302857号公报 专利文献3 日本特开2002-246640号公报 专利文献4 日本专利第2588849号公报 专利文献5 日本特开2001-57441号公报

发明内容
然而，由于在欧姆电极与化合物半导体层的界面处光的吸收高，因此在化合物半 导体层的全面上设置欧姆电极时光取出效率会降低。因此，过去就采用将欧姆电极呈岛状 地配置在化合物半导体层上的结构，但由于化合物半导体层的与金属基板的接合面设置有 欧姆电极，因此接合面不平坦而成为凹凸面，结果存在化合物半导体层与金属基板的接合 强度降低的问题。另外，在化合物半导体层与金属基板接合时，如果使用透明树脂粘合剂，则粘合界 面是绝缘性，不能够通过接合界面流通电流，而且存在在元件化工艺的加热处理中树脂粘 合剂发生热改性的问题。
另外，上述接合若采用焊料金属接合，则在接合时需要加热处理，在热膨胀系数不 同的材料之间接合时，存在产生裂纹等不良情况的问题。本发明是为了解决上述的课题而完成的研究，其目的是提供光取出效率高且高辉 度，放热性能优异且机械强度也优异的半导体发光元件。另外，本发明的目的是提高抑制了由半导体材料与金属基板的热膨胀差所导致的 不良情况的合格率高的半导体发光元件的制造方法。为了达到上述的目的，本发明采用以下的构成。(1) 一种半导体发光元件，其特征在于，具有化合物半导体层，该化合物半导体层是至少层叠包含III “ V族化合物半导体的第 1传导型的第1覆层、作为第1或与第1相反的传导型的第2传导型的包含III- V族化合物 半导体的发光层、和包含III - V族化合物半导体的第2传导型的第2覆层而成的；在上述第1覆层上形成的多个第1欧姆电极；在上述第2覆层上形成的多个第2欧姆电极；形成于上述化合物半导体层的上述第1覆层上，并与上述第1欧姆电极导通的透 明导电膜；在上述透明导电膜上形成的接合电极；和配置在上述化合物半导体层的上述第2覆层侧，并与上述第2欧姆电极导通的支 持板，上述第1欧姆电极分散地配置在上述第1覆层的表面上，在上述第2覆层的上述支持板侧的接合面上设置有多个凹部，并且在上述凹部的 底部配置有上述第2欧姆电极，在上述化合物半导体层上以被覆上述第2覆层的上述接合面和上述凹部内的上 述第2欧姆电极的表面以及上述凹部的侧部的方式设置有电流扩散层，上述支持板与上述电流扩散层接合。(2)根据上述(1)所述的半导体发光元件，其特征在于，上述电流扩散层的与上述 第2覆层接触的表面，由与构成上述第2覆层的III - V族化合物半导体材料不共晶的金属 材料构成。(3)根据上述(1)或(2)所述的半导体发光元件，其特征在于，将被上述电流扩散 层和上述支持板围绕的由来于上述凹部的空隙作为空洞。(4)根据上述(3)所述的半导体发光元件，其特征在于，上述空隙设置在上述第1 欧姆电极的铅直下方向的投影位置。(5) 一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有化合物半导体层形成工序，该工序在基板上至少依次形成包含III “ V族化合物半 导体的第1传导型的第1覆层、作为第1或与第1相反的传导型的第2传导型的包含III - V 族化合物的发光层、和第2传导型的第2覆层；凹部形成工序，该工序在上述第2覆层的上面形成多个凹部；第2欧姆电极形成工序，该工序在上述凹部的底部形成第2欧姆电极；电流扩散层形成工序，该工序以用电流扩散层被覆上述凹部内的上述第2欧姆电 极的表面以及上述凹部的侧部和上述凹部以外的区域的上述第2覆层的表面的方式形成电流扩散层；支持板接合工序，该工序使上述凹部残存空隙并且使上述电流扩散层和用与上述电流扩散层相同的构成材料被覆了与上述电流扩散层接合的接合面的支持板接合；除去上述基板的基板除去工序；第1欧姆电极形成工序，该工序在上述第1覆层的上面分散地形成第1欧姆电极； 禾口接合电极形成工序，该工序用透明导电膜被覆上述第1欧姆电极的周围，并且在 上述透明导电膜的上面形成接合电极。(6)根据上述(5)所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，上述电流扩散 层形成工序，采用包含与构成上述第2覆层的III - V族化合物半导体层不共晶的金属材料 的上述电流扩散层进行被覆。(7)根据上述(5)或(6)所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，上述电 流扩散层形成工序，使上述凹部残存空洞而用上述电流扩散层进行被覆。(8)根据上述(7)所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，上述第1欧姆 电极形成工序，在上述第1覆层的上面的、上述空隙的铅直上方向的投影位置形成上述第1 欧姆电极。如以上说明，根据本发明的半导体发光元件，在设置于化合物半导体层的与支持 板接合的接合面的凹部的底部配置有第2欧姆电极，因此上述接合面变得平滑，因此化合 物半导体层与支持板的接合强度提高，半导体发光元件的机械强度优异。另外，由于由来于凹部的空隙的存在，覆盖上述接合面和凹部的电流扩散层的表 面积增加，在半导体界面形成高反射率结构的金属层，因此光取出效率提高，成为高辉度的 半导体发光元件。此外，由于第1欧姆电极和第2欧姆电极配置在隔着化合物半导体层而相互重合 的位置，因此光取出效率提高。另外，根据本发明的半导体发光元件的制造方法，使化合物半导体层的与支持板 的接合面平滑，因此化合物半导体层与支持板的接合强度提高，并且合格率提高。


图1是本发明的第1实施方式的半导体发光元件的平面图。图2是表示沿图1的线A-A‘的剖面的图。图3是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示化 合物半导体层形成工序的部面模式图。图4是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示化 合物半导体层形成工序的剖面模式图。图5是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示凹 部形成工序的剖面模式图。图6是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示电 流扩散层形成工序的剖面模式图。图7是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示电流扩散层形成工序的剖面模式图。图8是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示金 属基板接合工序的剖面模式图。图9是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示金 属基板接合工序的剖面模式图。
图10是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示 金属基板接合工序的剖面模式图。图11是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示 半导体基板除去工序的剖面模式图。图12是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示 电极形成工序的剖面模式图。图13是用于说明本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，是表示 电极形成工序的剖面模式图。图14是本发明的第2实施方式的半导体发光元件的平面图。图15是沿图14的线B-B'的剖面模式图。附图标记说明10,20...半导体发光元件、11...支持板(金属基板)、12...溅射叠层膜、12a、 12b...溅射单层膜、13...化合物半导体层、130...基板(半导体基板)、131...第1覆层、 131a...第1覆层的上面、132...发光层、133...第2覆层、133a...第2覆层的接合面、 133b...第2覆层的上面、14...电流扩散层、15...第2欧姆电极、16...第1欧姆电极、 17...凹部、17a...凹部的底部、17b...凹部的侧部、18...空隙、19...化合物半导体基板、 21...透明导电膜、22...接合电极
具体实施例方式<第1实施方式>以下根据附图对本发明的第1实施方式详细地进行说明。图1和图2是模式地表示本发明的第1实施方式的半导体发光元件的概略构成的 图，图1是其平面图，图2是表示沿图1的线A-A'的剖面的图。再者，为了在后面的附图上以能够辨认的程度的大小表示各层和各部件的大小， 各层和各部件的各方向的缩尺是变化的。另外，以下说明中例举的材料是一例，本发明未必 限于这些材料，可以在不变更其要旨的范围适当地进行变更来实施。如图1和图2所示，本发明的第1实施方式的半导体发光元件10，以化合物半导体 层13和接合于化合物半导体层13的金属基板(支持板)11为主体而构成。化合物半导体层13是至少层叠第1覆层131、发光层132和第2覆层133而构成。 在化合物半导体层13的金属基板11侧的面133a形成有第2欧姆电极15和兼作为反射层 的电流扩散层14，该电流扩散层14与金属基板11接合。另外，第2欧姆电极15、电流扩散层14和金属基板11导通，金属基板11成为一个 端子电极。另一方面，在第1覆层131的上面131a有第1欧姆电极16，而且在第1欧姆电 极16上形成有透明导电膜21和接合电极22。该接合电极22成为另一个取出电极。
本实施方式的半导体发光元件的平面结构，如图1所示，在构成半导体发光元件 10的第1覆层131上，分散地配置有第1欧姆电极16，进而在其上形成有透明导电膜21和 接合电极22。另外，本实施方式的半导体发光元件10的剖面结构，如图2所示，形成有成为发光 部的化合物半导体层13，化合物半导体层13为第1覆层131和第2覆层133相对地配置在 发光层132的两侧的构成。在成为化合物半导体层13的与金属基板11的接合面的第2覆层133的接合面 133a上形成有多个凹部17，在凹部17的底部17a形成有第2欧姆电极15。另外，以覆盖第2覆层133的接合面133a、形成于凹部17的底部17a的第2欧姆 电极15、和凹部17的侧部17b的方式形成有电流扩散层14。并且，电流扩散层14与金属 基板11通过包括溅射单层膜12a和12b的溅射叠层膜12进行接合。再者，电流扩散层14 与金属基板11不在全面接合，而在溅射单层膜12a与12b的接合界面上存在由来于上述凹 部17的空隙18。此外，在化合物半导体层13的第1覆层131的上面131a，形成有与第2欧姆电极 15构成对电极的第1欧姆电极16。并且，第1欧姆电极16配置在其和第2欧姆电极15隔 着化合物半导体层13而相互重合的位置。本实施方式的半导体发光元件10，光的取出方向是设置了第1欧姆电极16的第1 覆层131的上面131a的方向。本实施方式涉及的化合物半导体层13，是至少层叠包含III - V族化合物半导体的 第1传导型的第1覆(clad)层131、作为第1或与第1相反的传导型的第2传导型的包含 III _ V族化合物半导体的发光层132、和包含III _ V族化合物半导体的第2传导型的第2覆 层133而构成。S卩，是包含发光层132的具有pn结的化合物半导体叠层结构体。发光层132也可 以由n型或p型中的任一种的传导类型的化合物半导体构成。该化合物半导体优选是由 通式(AlxGai_x)yIni_yP(0彡x彡1，0 < y彡1)表示的化合物半导体。成为发光部的化合物 半导体层13，也可以是双异质、单一(single)量子阱(英文简称SQW)或多(multi)量子 阱(英文简称MQW)中的任一种的结构，但为了得到单色性优异的发光，优选为MQW结构。 构成量子阱(英文简称QW)结构的势垒(barrier)层和构成阱(well)层的(AlxGai_x)y Ini_yP(0 ^x^ l,0<y^ 1)的组成，以在阱层内形成归结所希望的发光波长的量子能级 的方式来决定。化合物半导体层13，在获得高强度的发光方面，最优选为包含上述的发光层132、 和为了将造成放射再结合的载体(carrier)和发光「封闭」在发光层中而相对地配置在 发光层132两侧的覆层131、133的所谓双异质(英文简称DH)结构。覆层131、133优选 由禁带宽度比构成发光层132的化合物半导体宽、并且折射率高的半导体材料构成。例 如，对于由发出波长为约570nm的黄绿色的(AluG^Ur^P构成的发光层，可以举出由 (Ala7Ga(1.3)Q.5In(1.5P构成覆层。也可以在发光层132与覆层131、133之间，设置用于使两层 间的带(band)不连续性平缓地变化的中间层。该场合，优选中间层由具有发光层132与覆 层131、133的中间的禁带宽度的半导体材料构成。本实施方式中的凹部17，可举出圆形、正方形、长方形的形状、或配线形状，没有特别的限定。凹部17可以设置1个或2个以上，在构成化合物半导体层13的第2覆层133 的接合面133a的位置以及配置也没有特别的限定，但为了设置后述的欧姆电极15，优选均 等地分散配置在上述接合面133a上。例如，如图1的欧姆电极16那样，可以将凹部17均 等地配置成飞石状，或者，也可以将不独立的放射状、环状、螺旋状、框状、格子状或枝状的 电极均等地分散配置在发光面上。
再者，所谓在构成叠层半导体层13的第2覆层133的接合面133a上分散地形成 凹部17，是指以能够不偏地配置欧姆电极15的方式配置凹部17，使得通向使用形成于凹部 17的底部17a的欧姆电极15的半导体发光元件的工作电流扩展到元件的全面。在凹部17为圆形的场合，一个圆点尺寸优选直径为5 30μπι，特别优选直径为 10 20μπι。另外，构成化合物半导体层13的第2覆层133的接合面上的凹部17的底部 17a的占有面积，根据与后述的欧姆电极15的面积的关系，优选是5 30%。凹部17的深度没有特别的限定，但优选在形成欧姆电极15后，在化合物半导体层 13与金属基板11接合时，第2覆层133的接合面133a是平滑的，优选比第2欧姆电极15 的厚度深地形成。特别优选形成高低差为0. 15μπι ΙΟμπι范围内的凹部。第2欧姆电极15与第2覆层133之间的接触电阻，根据按照作为电极的金属的种 类与接合的半导体晶体的种类进行的组合以及第2欧姆电极15的面积而不同，第2欧姆电 极15整体与第2覆层133之间的接触电阻优选为约50 Ω以下。第2欧姆电极15的面积过 于小时，接触电阻增大，产生半导体发光元件的正向电压(Vf)变大的不良情况。因此，第2 欧姆电极15的整体的面积优选为发光面的面积的5%以上。相反，第2欧姆电极15的面积 过大时，来自发光部的发光被作为第2欧姆电极15而形成的金属层吸收而不向外部取出， 发光强度降低。因此，第2欧姆电极15的面积优选为发光面的面积的30%以下。对于第2欧姆电极15的材料，在形成第2欧姆电极15的化合物半导体层13的第 2覆层133为ρ型层的场合，可以使用AuZn合金、AuBe合金等，而在第2覆层133为η型层 的场合，可以使用AuGeNi合金、AuSi合金等公知的技术。再者，第2欧姆电极15的厚度， 0. 05 1. 0 μ m左右是适当的，优选比凹部17的深度小。本实施方式中，为了对分散配置的第2欧姆电极15供给来自外部电路的输入电 力，由电流扩散层14覆盖第2欧姆电极15的表面、第2覆层133的接合面133a和凹部17 的侧部17b的全面以使得连接上述第2欧姆电极15。作为电流扩散层14使用的金属，可以利用导电率好的金属，例如金(Au)、银(Ag)、 铝(Al)、镍(Ni)、锌(Zn)、铬(Cr)、钼(Pt)或钛(Ti)、钽(Ta)或者这些金属的合金等。另 夕卜，在金属之中，优选难腐蚀的金、金合金以及与半导体的粘附性好的金属即高熔点金属， 例如优选铬、钼或钛。若充分利用这些金属的优点形成多层膜，则可以形成更稳定的电流扩 散层14。另外，本实施方式中，为了使电流扩散层14兼有作为从发光层132反射的光的反 射层的功能，特别优选Al、Ag、Au、Pt等的高反射率金属。此外，电流扩散层14，优选是构成设置它的第2覆层133的III _ V族化合物半导体 材料，例如与(AlxGa1Jy IrvyP(0彡x彡1，0 < y彡1)不产生共晶化反应的金属。其中， 优选由导电率高的高反射率金属构成。特别是可优选地利用Cr、Pt、Ti和Ta等。本实施方式中，支持板(金属基板)11可以作为半导体发光元件的支持体层、放热板和端子电极使用。金属基板11的大小没有特别的限定，但优选具有与作为与化合物半导体层13的 接合面的第2覆层133的接合面133a同等以上的面积。另外，有关金属基板11的厚度也 没有特别的限定，可以选择满足机械强度、放热特性的必要的厚度。另外，金属基板11的金属种类没有特别的限定，可以选择满足机械强度、放热特 性这些必要的功能的金属。例如在使机械强度提高的场合，可举出SUS、Al、Cu等。溅射叠层膜12，用于被电流扩散层14被覆的第2覆层133的接合面133a与金属 基板11的接合。本实施方式中，第2欧姆电极15在设置于上述接合面133a上的凹部17的底部 17a形成，由于成为与金属基板11的接合面的上述接合面133a是平滑的，因此介有溅射叠 层膜12的接合成为可能。介有溅射叠层膜12的接合时，被覆上述接合面133a的电流扩散层14、金属基板 11以及溅射叠层膜12的金属种类的组合没有特别的限定，只要是能够确保溅射材料与电 流扩散层14或金属基板11的被接合面的粘附力的组合即可。为此，可以全部使用同种的 金属，也可以全部使用不同的金属。因此，当使层叠在电流扩散层14上的溅射单层膜12a与层叠在金属基板11上的 溅射单层膜12b接触时，在溅射单层膜12a与12b之间的界面上产生金属的自扩散，从而形 成溅射叠层膜12。可以利用该溅射叠层膜12的形成，在无加热、无加压下将化合物半导体 层13与金属基板11进行接合。再者，本实施方式中，为了使上述的电流扩散层14作为从发光层132发出的光的 反射层而发挥作用，最优选Al、Ag、Au、Pt等的高反射率金属。本实施方式中，空隙18位于构成作为层叠在化合物半导体层13上的电流扩散层 14与金属基板11之间的接合界面的溅射叠层膜12的、层叠在电流扩散层14上的溅射单层 膜12a和层叠在金属基板11上的溅射单层膜12b的接合界面上。并且，优选空隙18设置 在第1欧姆电极的铅直下方向的投影位置上。空隙18的形状，与设置在第2覆层133上的凹部17的形状近似。另外，关于空隙 18的深度和容积也根据凹部17的深度、第2欧姆电极15和层叠的电流扩散层14的膜厚来决定。再者，空隙18的内部，优选是例如由惰性气体等填充的或真空的状态(空洞)。本实施方式中，第1欧姆电极16在构成化合物半导体层13的第1覆层131的上 面131a上形成。第1欧姆电极16为从外部供给电力的一个电极，因此优选上述表面131a 的一部分确保接触电阻为约50 Q以下的面积。第1欧姆电极16的材质没有特别的限定， 可以使用AuGeNi、AuBe等。另外，第1欧姆电极16的个数没有特别的限定，可以如后述的第2实施方式那样 设置一个，也可以设置多个。再者，本实施方式中，为了在成为光取出面的第1覆层131的 上面131a形成第1欧姆电极16，优选在第1覆层131的上面131a配置成岛状，并且将第1 欧姆电极16和第2欧姆电极15配置在隔着化合物半导体层13而相互重合的位置上。此外，在配置成岛状的第1欧姆电极16以及第1覆层131的上面131a的全面上 形成有透明导电膜21，成为透明导电膜结构。作为透明导电膜21的材料，可以使用IT0，但不受此特别的限定。此外，还在透明导电膜21上形成有接合电极22。作为接合电极21的材料，可以使 用Au，但不受此特别的限定。如以上说明，根据本实施方式的半导体发光元件10，第2欧姆电极15配置在设置 于化合物半导体层13与金属基板11的接合面133a上的凹部17的底部17a，因此上述接合 面133a变得平滑，化合物半导体层13与金属基板11的接合强度提高，机械强度提高。另外，通过利用溅射叠层膜12 将化合物半导体层13与金属基板11接合，导通第 2欧姆电极15和金属基板11，发光效率提高，变成高辉度，并且放热性能也优异。此外，通过设置由来于凹部17的空隙18，在兼作为反射层的电流扩散层14的表 面上形成凹凸。利用成为该高反射率结构的金属层的电流扩散层14封闭在半导体发光元 件10内部的光进行漫反射，向半导体发光元件10的外部的光取出效率提高，因此成为高辉 度。此外，在真空的溅射装置内接合的空隙18，在从溅射装置取出返回到大气压环境 中时，由于大气压作用而导致空隙18收缩，因此化合物半导体层13与金属基板11的粘附 强度提高。另外，通过将第2欧姆电极15和第1欧姆电极16配置在隔着化合物半导体层13 而相互重合的位置上，光取出效率提高，成为高辉度的半导体发光元件。根据上述的本实施方式的半导体发光元件10，可提供光取出效率高、高辉度、放热 性优异并且机械强度也优异的半导体发光元件。接着参照附图对本发明的第1实施方式的半导体发光元件的制造方法进行说明。 图3 图13是用于说明本实施方式的半导体发光元件的制造方法的图，图3 图4是表示 化合物半导体层形成工序的剖面模式图，图5是表示凹部形成工序的剖面模式图，图6是表 示第2欧姆电极形成工序的剖面模式图，图7是表示电流扩散层形成工序的剖面模式图，图 8 图10是表示支持板(金属基板)接合工序的剖面模式图，图11是表示基板除去工序的 剖面模式图，图12是表示第1欧姆电极形成工序的剖面模式图，图13是表示接合电极形成 工序的剖面模式图。再者，图3 图13是与图1 图2同样地用于说明本实施方式的半导体发光元件 的制造方法的图，图示的各部分的大小、厚度、尺寸等，有时与实际的半导体发光元件的尺 寸关系不同。本实施方式的半导体发光元件10的制造方法，由化合物半导体层形成工序、凹部 形成工序、第2欧姆电极形成工序、电流扩散层形成工序、支持板(金属基板)接合工序、基 板除去工序、第1欧姆电极形成工序和接合电极形成工序概略构成。以下，对各工序依次进 行说明。首先，化合物半导体层形成工序，如图3所示，准备半导体基板(基板)130，接着， 如图4所示，在半导体基板130上至少依次层叠第1覆层131、发光层132和第2覆层133， 形成化合物半导体层13。例如，作为半导体基板130，若使用极一般的GaAs基板，则能够容易地与AlGaInP 外延层进行晶格匹配，能够得到结晶性优异的AlGaInP外延层。另外，化合物半导体层13的形成方法没有特别的限定，可举出液相外延生长法、气相外延生长法(VPE)，但作为膜厚控制方面和如DH结构的AlInGaP那样的发光效率高的 发光部的形成方法，M0CVD法最适宜。接着，凹部形成工序，如图5所示，在第2覆层133的上面133b形成凹部17。再者，第2覆层133的上面133b，在作为上述的本发明的实施方式的半导体发光元 件10的剖面图的图2中，与第2覆层133的接合面133a相对应。凹部17的形成方法没有特别的限定，但本实施方式中优选光刻法或激光法，特别 优选凹部17的形状、尺寸的控制容易、并且在加工后凹部17的底部17a和侧部17b的表面 容易变为平滑面的光刻法。接着，第2欧姆电极形成工序，如图6所示，在凹部17的底部17a形成第2欧姆电 极15。第2欧姆电极15的形成方法没有特别的限定，但优选采用蒸镀法、溅射法形成金 属薄膜后，图形化成设定的形状的方法。另外，在金属薄膜的形状加工后，通过热处理形成 第2欧姆电极15。接着，电流扩散层形成工序，如图7所示，以被覆第2覆层133的上面133b、第2欧 姆电极15的表面和凹部17的侧部17b的方式形成电流扩散层14。电流扩散层14的形成方法没有特别的限定，但优选蒸镀法、溅射法，在本实施方 式的制造方法中，最优选溅射法。这样地操作，制造形成了电流扩散层14的化合物半导体基板19。接着，支持板(金属基板)接合工序，如图8所示，在溅射装置内保持化合物半导 体基板19和金属基板11，在形成于化合物半导体基板19上的电流扩散层14上形成溅射单 层膜12a，并在金属基板11上形成溅射单层膜12b。溅射单层膜12a和12b是由同种的金 属同时地形成。接着，如图9所示，在溅射装置内，使层叠在化合物半导体基板19上的溅射单层膜 12a和层叠在金属基板11上的溅射单层膜12b接触。溅射膜成膜后的溅射单层膜12a和 12b活性非常高，在使溅射单层膜彼此接触的界面上产生金属的自扩散。其结果，如图10所 示，通过形成溅射叠层膜12，化合物半导体基板19与金属基板11接合。再者，化合物半导体基板19与金属基板11的接合方法没有特别的限定，也可以选 择采用焊料的接合、使用氩中性束、氩离子束等的表面活化接合技术。接着，基板(半导体基板)除去工序，如图11所示，除去半导体基板130。半导体 基板130的除去方法没有特别的限定，但优选采用蚀刻进行除去。例如，对于半导体基板130，使用GaAs基板的场合，由于对来自发光层132的发光， 半导体基板130作为吸收层而作用，因此为了能够将放射到GaAs基板侧的光有效地向外部 取出，优选进行除去。接着，第1欧姆电极形成工序，首先如图12所示，在通过半导体基板130的除去而 露出的第1覆层131的上面131a形成第1欧姆电极16。第1欧姆电极16的形成方法没有 特别的限定，但优选利用蒸镀法、溅射法等形成金属膜的方法。最后，接合电极形成工序，如图13所示，在第1欧姆电极16的上面和不形成第1 欧姆电极16的第1覆层131的上面131a，全面地形成透明导电膜21。透明导电膜21的形 成方法没有特别的限定，但优选利用蒸镀法、溅射法等形成的方法。
此外，在透明导电膜21的上面形成接合电极22。接合电极22的形成方法没有特 别的限定，但优选利用蒸镀法、溅射法等形成的方法。如以上所述地制造如图1 图2表示的半导体发光元件。如以上说明，根据本实施方式的半导体发光元件10的制造方法，由于成为化合物 半导体层13与金属基板11的接合面的第2覆层133的上面133b变得平滑，因此化合物半 导体层13与金属基板11的接合强度提高，能够合格率高地制造半导体发光元件10。另外，由于上述上面133b平滑，因此化合物半导体层13与金属基板11的接合能 够选择利用了溅射叠层膜12的接合方法，由于上述接合方法是无加热、无加压，因此能够 抑制化合物半导体层13与金属基板11的热膨胀差所引起的不良情况，能够合格率高地制 造半导体发光元件10。〈第2实施方式〉图14和图15表示本发明的第2实施方式。图14表示本发明的第2实施方式的 半导体发光元件的平面图，图15表示沿图14的线B-B'的剖面模式图。将本实施方式的半导体发光元件20与第1实施方式的半导体发光元件10进行比 较，如图14所示，只形成一个第1欧姆电极16这一点不同，其他的构成为与第1实施方式 相同的构成。因此，以下对第2实施方式的与第1实施方式不同的方面进行说明，对与第1 实施方式相同的构成的部分省略说明。如图15所示，在构成化合物半导体层13的第1覆层131的上面131a只形成一个 本实施方式的第1欧姆电极16。第1欧姆电极16为从外部供给电力的一个电极，因此优选 在上述表面131a的一部分确保接触电阻为约50 Q以下的面积。第1欧姆电极16的材质 没有特别的限定，可以使用AUGeNi、AUBe等。另外，在第1欧姆电极16上形成有接合电极22。作为接合电极21的材料，可以使 用Au，但不受此特别的限定。如以上说明，根据本实施方式的半导体发光元件20，能够得到与第1实施方式的 半导体发光元件10同样的效果。此外，在作为光取出面的第1覆层131的上面131a，作为 光的吸收层发挥作用的第1欧姆电极16只有一个，因此半导体发光元件20向外部的光取 出效率提高，成为高辉度。接着，对本实施方式的半导体发光元件20的制造方法，只说明与第1实施方式不 同的工序，对相同工序省略说明。在本实施方式中，直到第1实施方式的半导体基板除去工序为相同工序，在第2实 施方式的第1欧姆电极形成工序中，首先，在通过半导体基板130的除去而露出的第1覆层 131的上面131a上形成第1欧姆电极16。关于第1欧姆电极16形成方法，与第1实施方 式同样。接着，在接合电极形成工序中，在第1欧姆电极16的上面，不形成透明导电膜而形 成接合电极22。关于接合电极22的形成方法，与第1实施方式同样。如以上所述地制造如图14 图15所示的半导体发光元件20。如以上说明，根据本实施方式的半导体发光元件20的制造方法，能够得到与第1 实施方式同样的效果。另外，由于不使用透明导电膜，因此能够简便且廉价地制造半导体发 光元件20。本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”均包括本数。
权利要求
一种半导体发光元件，其特征在于，具有化合物半导体层，该化合物半导体层是至少层叠包含Ⅲ-V族化合物半导体的第1传导型的第1覆层、作为第1或与第1相反的传导型的第2传导型的包含Ⅲ-V族化合物半导体的发光层、和包含Ⅲ-V族化合物半导体的第2传导型的第2覆层而成的；在所述第1覆层上形成的多个第1欧姆电极；在所述第2覆层上形成的多个第2欧姆电极；形成于所述化合物半导体层的所述第1覆层上，并与所述第1欧姆电极导通的透明导电膜；在所述透明导电膜上形成的接合电极；和配置在所述化合物半导体层的所述第2覆层侧，并与所述第2欧姆电极导通的支持板，所述第1欧姆电极分散地配置在所述第1覆层的表面上，在所述第2覆层的所述支持板侧的接合面上设置有多个凹部，并且在所述凹部的底部配置有所述第2欧姆电极，在所述化合物半导体层上以被覆所述第2覆层的所述接合面和所述凹部内的所述第2欧姆电极的表面以及所述凹部的侧部的方式设置有电流扩散层，所述支持板与所述电流扩散层接合。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述电流扩散层的与所述第2 覆层接触的表面，由与构成所述第2覆层的III-V族化合物半导体材料不共晶的金属材料构 成。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，将被所述电流扩散层和所 述支持板围绕的由来于所述凹部的空隙作为空洞。
4.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于，所述空隙设置在所述第1欧姆 电极的铅直下方向的投影位置。
5.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有化合物半导体层形成工序，该工序在基板上至少依次形成包含III -V族化合物半导体 的第1传导型的第1覆层、作为第1或与第1相反的传导型的第2传导型的包含III -V族化 合物的发光层、和第2传导型的第2覆层；凹部形成工序，该工序在所述第2覆层的上面形成多个凹部； 第2欧姆电极形成工序，该工序在所述凹部的底部形成第2欧姆电极； 电流扩散层形成工序，该工序以用电流扩散层被覆所述凹部内的所述第2欧姆电极的 表面以及所述凹部的侧部和所述凹部以外的区域的所述第2覆层的表面的方式形成电流 扩散层；支持板接合工序，该工序使所述凹部残存空隙并且使所述电流扩散层和用与所述电流 扩散层相同的构成材料被覆了与所述电流扩散层接合的接合面的支持板接合； 除去所述基板的基板除去工序；第1欧姆电极形成工序，该工序在所述第1覆层的上面分散地形成第1欧姆电极；和 接合电极形成工序，该工序用透明导电膜被覆所述第1欧姆电极的周围，并且在所述 透明导电膜的上面形成接合电极。
6.根据权利要求5所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述电流扩散层形成工序，采用包含与构成所述第2覆层的III-V族化合物半导体层不共晶的金属材料的所 述电流扩散层进行被覆。
7.根据权利要求5或6所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述电流扩散 层形成工序，使所述凹部残存空洞而用所述电流扩散层进行被覆。
8.根据权利要求7所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述第1欧姆电极 形成工序，在所述第1覆层的上面的、所述空隙的铅直上方向的投影位置形成所述第1欧姆 电极。
全文摘要
本发明提供一种半导体发光元件，其具有层叠第1覆层、发光层和第2覆层而成的化合物半导体层；在第1覆层上形成的多个第1欧姆电极；在第2覆层上形成的多个第2欧姆电极；形成于化合物半导体层的第1覆层上并与第1欧姆电极导通的透明导电膜；在透明导电膜上形成的接合电极；和配置在化合物半导体层的第2覆层侧并与第2欧姆电极导通的支持板。
文档编号H01L33/00GK101878541SQ20088011821
公开日2010年11月3日 申请日期2008年9月29日 优先权日2007年10月1日
发明者渡边隆史 申请人:昭和电工株式会社