半导体发光元件的制作方法

本发明涉及一种半导体发光元件。

背景技术：

专利文献1的发光二极管具有半导体层，并且具有odr(omnidirectionalreflector，全向反射器)构造，所述半导体层是在支撑基板的一面依序积层欧姆接触层、第2金属层、第1金属层、绝缘层、p型接触层、p型包层、mqw(multiplequantumwell：多量子阱)活性层、n型包层及n型接触层而得。也就是说，在p型接触层与第1金属层之间的绝缘层的一部分区域埋设接触部，由此，使第1金属层与p型接触层电连接。在支撑基板的背面设置p侧电极，另外，在n型接触层上设置环状的n侧电极。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2007-221029号公报

技术实现要素：

[发明要解决的问题]

本发明的目的在于提供一种能够利用简单的构成，比以往提高光提取效率的半导体发光元件。

[解决问题的技术手段]

本发明的一实施方式的半导体发光元件包含：基板；所述基板上的金属层；所述金属层上的透光导电层；所述透光导电层上的绝缘层；以及半导体层，形成在所述绝缘层上，包含发光层、相对于所述发光层配置在所述基板侧的第1导电型层、及相对于所述发光层配置在所述基板的相反侧的第2导电型层；且所述第1导电型层的折射率n1、所述绝缘层的折射率n2及所述透光导电层的折射率n3满足关系式：n1＞n2＜n3。

根据该构成，绝缘层的折射率n2与透光导电层的折射率n3的关系为n2＜n3，所以能够抑制绝缘层/透光导电层界面(第1界面)上的光的反射。由此，能够使在第1导电型层/绝缘层界面(第2界面)上未被反射而向透光导电层入射的光到达金属层，且在金属层高效率地反射。结果，能够提高光提取效率。

另外，只要适当地设计第1导电型层、绝缘层及透光导电层的折射率即可，所以构造自身也是简单便可。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述透光导电层与所述绝缘层的光学膜厚的合计厚度t为λ/4(λ为发光波长)的奇数倍。

根据该构成，由于绝缘层与透光导电层的光学膜厚的合计厚度t为λ/4(λ为发光波长)的奇数倍，所以能够有效地降低绝缘层/透光导电层界面(第1界面)上的反射率。由此，能够使透过该第1界面的光量增加，所以能够使金属层上的光的反射量增加。进而，由于只要适当地设计绝缘层与透光导电层的光学膜厚的合计厚度t即可，所以构造自身也是简单便可。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述第1导电型层与所述绝缘层的界面上的全反射的临界角为30°以下。

根据该构成，能够使第1导电型层/绝缘层界面(第2界面)上的全反射光增加，所以能够进一步提高光提取效率。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述折射率n1与所述折射率n2的差为1.7以上。

根据该构成，由于能够使第1导电型层/绝缘层界面(第2界面)上的全反射的临界角变小，由此能够使该第2界面上的全反射光增加，从而能够进一步提高光提取效率。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述折射率n1为3.0～3.5，所述折射率n2为1.3～1.6，所述折射率n3为1.7～2.0。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述第1导电型层包含p型gap，所述绝缘层包含sio2，所述透光导电层包含ito(氧化铟锡)。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述发光波长λ为560nm～660nm，所述光学膜厚的合计厚度t为1.25λ。

根据该构成，能够使绝缘层/透光导电层界面(第1界面)上的反射率小于50％。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述绝缘层具有选择性地使所述第1导电型层露出的接触孔，在所述接触孔配置着与所述第1导电型层电连接的接触金属，所述透光导电层的端缘朝比所述接触孔的周缘更靠所述绝缘层上的区域侧后退而配置。

根据该构成，由于能够提高绝缘层及透光导电层的边缘部分(端缘部)的阶梯覆盖性(阶梯覆膜性)，所以能够在利用金属层的一部分良好地被覆该边缘部分的状态下，将金属层与接触金属连接。由此，能够减少金属层与接触金属之间的断线不良。结果，能够使接触金属与金属层的接触电阻变小，且能够抑制正向电压的上升。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，在所述接触孔的周缘与所述接触金属的端缘之间形成有空间，所述空间被所述金属层填满。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述金属层包含au。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述基板包含硅基板。

本发明的一实施方式的半导体发光元件也可包含所述半导体层上的正面电极。

本发明的一实施方式的半导体发光元件也可包含所述基板的背面上的背面电极。

本发明的一实施方式的半导体发光元件中，也可为，所述半导体层的表面形成为微细的凹凸形状。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的半导体发光元件的俯视图。

图2是沿着图1的ii-ii线的剖视图。

图3a及图3b是图2的半导体发光元件的主要部分放大图。

图4a是表示图2的半导体发光元件的制造步骤的一部分的图。

图4b是表示图4a的下一步骤的图。

图4c是表示图4b的下一步骤的图。

图4d是表示图4c的下一步骤的图。

图4e是表示图4d的下一步骤的图。

图4f是表示图4e的下一步骤的图。

图4g是表示图4f的下一步骤的图。

图4h是表示图4g的下一步骤的图。

图4i是表示图4h的下一步骤的图。

图4j是表示图4i的下一步骤的图。

图4k是表示图4j的下一步骤的图。

图4l是表示图4k的下一步骤的图。

图4m是表示图4l的下一步骤的图。

图5是表示实施例及参考例的半导体发光元件的发光波长与ito/sio2界面上的反射率的关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的一实施方式的半导体发光元件1的俯视图。图2是沿着图1的ii-ii线的剖视图。

该半导体发光元件1包含：基板2；基板2上的金属层3；金属层3上的透光导电层4；透光导电层4上的绝缘层30；绝缘层30上的作为本发明的半导体层的一例的iii-v族半导体构造5；p侧电极6(背面电极)，以与基板2的背面(与iii-v族半导体构造5为相反侧的表面)接触的方式形成；以及n侧电极7(正面电极)，以与iii-v族半导体构造5的表面接触的方式形成。

本实施方式中，基板2由硅基板构成。当然，基板2例如也可由gaas(砷化镓)、gap(磷化镓)等半导体基板构成。本实施方式中，基板2像图1所示那样形成为俯视大致正方形，但基板2的平面形状并无特别限制，例如也可为俯视长方形。另外，基板2的厚度例如可为150μm左右。

本实施方式中，金属层3由au或含有au的合金构成。金属层3既可为au层及au合金层各自的单层，也可为将这些层及其他金属层积层多层所得的层。在金属层3为多层积层构造的情况下，优选为，至少与透光导电层4的接触面由au层或au合金层(例如aubeni等)构成。作为一例，可列举(透光导电层4侧)au/ti(基板2侧)所示的积层构造。进而，金属层3也可构成为在构成金属层3的多种金属材料间未形成清晰的边界，该多种金属材料例如从基板2侧起依序分布。另一方面，本实施方式中，如下所述，金属层3是通过生长基板24(下文所述)与基板2的贴合而使得第1金属层26(下文所述)与第2金属层27(下文所述)接合而形成。因此，图2中，为方便起见，表示出第1金属层26与第2金属层27的边界(贴合面)，但该边界也可为无法清晰地视认。

金属层3是以覆盖基板2的表面整个区域的方式形成。另外，金属层3的(总)厚度也可为例如左右。iii-v族半导体构造5包含发光层8、作为本发明的第1导电型层的一例的p型半导体层9及作为本发明的第2导电型层的一例的n型半导体层10。p型半导体层9相对于发光层8配置在基板2侧，n型半导体层10相对于发光层8配置在n侧电极7侧。这样一来，发光层8被p型半导体层9及n型半导体层10夹持，形成双异质接面。对于发光层8，从n型半导体层10注入电子，从p型半导体层9注入空穴。这些电子及空穴在发光层8再结合，由此产生光。

p型半导体层9是从基板2侧依序积层p型gap接触层11(例如厚度为0.3μm)、p型gap窗口层12(例如厚度为1.0μm)及p型alinp包层13(例如厚度为0.8μm)而构成。另一方面，n型半导体层10是在发光层8之上依序积层n型alinp包层14(例如厚度为0.8μm)、n型alingap窗口层15(例如厚度为1.8μm)及n型gaas接触层16(例如厚度为0.3μm)而构成。

p型gap接触层11及n型gaas接触层16分别为用来获得与p侧接触金属32及n侧电极7的欧姆接触的低电阻层。p型gap接触层11是通过在gap中高浓度地掺杂例如作为p型掺杂剂的c(碳)而形成为p型半导体。另外，n型gaas接触层16是通过在gaas中高浓度地掺杂例如作为n型掺杂剂的si而形成为n型半导体层。

p型gap窗口层12是通过在gap中掺杂例如作为p型掺杂剂的mg而形成为p型半导体。另一方面，n型alingap窗口层15是通过在alingap中掺杂例如作为n型掺杂剂的si而形成为n型半导体层。

p型alinp包层13是通过在alinp中掺杂例如作为p型掺杂剂的mg而形成为p型半导体。另一方面，n型alinp包层14是通过在alinp中掺杂作为n型掺杂剂的si而形成为n型半导体层。

发光层8具有例如包含ingap的mqw(multiple-quantumwell)构造(多量子阱构造)，该发光层8是用来通过使电子与空穴再结合而产生光，并使该产生的光放大的层。

本实施方式中，发光层8具有多量子阱(mqw：multiple-quantumwell)构造，该多量子阱构造是使包含alx1ingap层的量子阱层(例如厚度为5nm)与包含alx2ingap层的障壁层(例如厚度为5nm)(其中x1＜x2)交替地重复多个周期地积层而构成。该情况下，包含alx1ingap的量子阱层是通过将in的组成比设为5％以上，而使得带隙比较小，包含alx2ingap的障壁层的带隙比较大。例如，量子阱层(alx1ingap)与障壁层(alx2ingap)是交替地重复2～50个周期而积层，由此，构成多量子阱构造的发光层8。发光波长对应于量子阱层的带隙，带隙的调整能够通过调整in或al的组成比来进行。in的组成比越大，或al的组成比越小，则带隙越小且发光波长越长。本实施方式中，发光波长是通过调整量子阱层(alx1ingap层)中的in及al的组成，而成为560nm～660nm(例如625nm)。

如图1及图2所示，通过去除半导体发光元件1的一部分而形成台面部17。更具体来说，从iii-v族半导体构造5的表面，遍及iii-v族半导体构造5的全周蚀刻去除n型半导体层10、发光层8及p型半导体层9，形成横截面大致四边形的台面部17。台面部17的形状并不限定于剖视大致四边形，也可为例如梯形。由此，绝缘层30构成被从台面部17朝横向引出的引出部18。如图1所示，俯视时，台面部17被引出部18包围。

在台面部17的表面，形成有微细的凹凸形状19。利用该微细的凹凸形状19，能够使从iii-v族半导体构造5提取的光扩散。本实施方式中，如下文所述，通过根据n侧电极7的形状选择性地去除n型gaas接触层16，而使n型alingap窗口层15露出，在该露出面形成有微细的凹凸形状19。此外，图1中，为了清晰而省略了微细的凹凸形状19。

本实施方式中，作为背面电极的p侧电极6是由au或含有au的合金构成。具体来说，也可为(基板2侧)ti/au所示的积层构造。另外，p侧电极6是以覆盖基板2的背面整个区域的方式形成。

本实施方式中，作为正面电极的n侧电极7是由au或含有au的合金构成。具体来说，也可为(iii-v族半导体构造5侧)augeni/au所示的积层构造。

另外，n侧电极7一体地包含焊垫电极部20及枝状电极部21，该枝状电极部21是以在该焊垫电极部20的周围划分固定区域的方式从焊垫电极部20选择性地呈枝状延伸。本实施方式中，俯视时，焊垫电极部20配置在台面部17的大致中央，以在该焊垫电极部20与台面部17的4个角的每一个角之间划分包围区域22a、22b、22c、22d的方式形成枝状电极部21。各包围区域22a～22d由枝状电极部21a、枝状电极部21b及焊垫电极部20包围，所述枝状电极部21a从焊垫电极部20朝向台面部17的各周缘呈十字状延伸，所述枝状电极部21b与该十字型的枝状电极部21交叉并沿着台面部17的各周缘延伸。另一方面，除包围区域22a～22d以外的枝状电极部21b的外侧区域成为台面部17的外周区域23。

而且，本实施方式中，n型gaas接触层16具有与n侧电极7相同的形状，所以n型alingap窗口层15在包围区域22a～22d及外周区域23露出。

图3a及图3b是图2的半导体发光元件1的主要部分放大图。参照图3a及图3b，对半导体发光元件1的特征进行说明。

关于iii-v族半导体构造5、绝缘层30、透光导电层4及金属层3的积层方式，首先，绝缘层30形成在p型gap接触层11的背面11a上。在绝缘层30，形成有选择性地使p型gap接触层11露出的接触孔31。接触孔31既可如图3a所示，形成为接触孔31的直径朝向p型gap接触层11变窄的锥状，也可如图3b所示，以接触孔31的直径遍及其厚度方向整体而固定的方式形成。

在接触孔31内，以与p型gap接触层11的背面11a相接的方式配置着p侧接触金属32。p侧接触金属32例如由au或含有au的合金构成。p侧接触金属32也可如图3a及图3b所示，具有与绝缘层30相同的厚度。p侧接触金属32形成为比接触孔31的开口尺寸小，在接触孔31的周缘与p侧接触金属32的端缘32b之间形成有空间33。

透光导电层4形成在绝缘层30的背面30a上。透光导电层4既可如图3a所示形成得比绝缘层30小，也可如图3b所示形成得比绝缘层30大，但优选为图3a的构造。具体来说，优选为，如图3a所示，透光导电层4以其端缘4b朝比接触孔31的周缘更靠绝缘层30的背面30a上的区域侧后退而配置的方式，形成得比绝缘层30小。

由此，如图3a所示，能够提高绝缘层30及透光导电层4的边缘部分34(例如，由图3a的虚线包围的部分)的阶梯覆盖性(阶梯覆膜性)。因此，能够在利用金属层3填满空间33，并利用金属层3的一部分良好地被覆该边缘部分34的状态下，将金属层3与p侧接触金属32连接。由此，能够减少金属层3与p侧接触金属32之间的断线不良。结果，能够使p侧接触金属32与金属层3的接触电阻变小，且能够抑制正向电压的上升。

另一方面，如果为如图3b所示透光导电层4的端缘4b朝接触孔31内突出的构成，那么绝缘层30及透光导电层4的边缘部分34的阶梯覆盖性不高。因此，在形成金属层3后，在该边缘部分34附近(例如，空间33内)形成不存在金属层3的空腔35，有些情况下存在因该空腔35而导致p侧接触金属32与金属层3之间断线的情况。

金属层3是以覆盖透光导电层4及p侧接触金属32的方式形成，且与p侧接触金属32电连接。金属层3在和接触孔31的周缘与p侧接触金属32的端缘32b之间的空间33对向的部分具有空腔36。

接下来，关于iii-v族半导体构造5、绝缘层30及透光导电层4的折射率，在半导体发光元件1中，p型gap接触层11的折射率n1、绝缘层30的折射率n2及透光导电层4的折射率n3满足关系式：n1＞n2＜n3。

例如，也可为，折射率n1为3.0～3.5，折射率n2为1.3～1.6，折射率n3为1.7～2.0。这些范围终究为一例，关于折射率n1及折射率n2，优选为p型gap接触层11与绝缘层30的界面上的全反射的临界角θc为30°以下，且优选为以成为27°以下的方式设定差(n1－n2)。例如，折射率n1与折射率n2的差优选为1.7以上。

通过像这样决定折射率n1及折射率n2，能够使p型gap接触层11/绝缘层30界面上的全反射光增加，所以能够提高光提取效率。例如，只要将包含sio2的绝缘层30(n2＝1.46)与p型gap接触层11(n1＝3.32)组合，就能够使临界角θc为约26°。另一方面，当将包含sin的绝缘层30(n2＝2.10)与p型gap接触层11(n1＝3.32)组合时，临界角θc成为约37°。如果将该两者加以比较，那么在使用sio2作为绝缘层30的情况下，与使用sin的情况相比，能够谋求约18％的光度提升。

此外，作为与p型gap接触层11组合的优选的绝缘层30的材料，除sio2以外，能够使用例如mgf2(n2＝1.38)等。另外，作为透光导电层4的材料，能够使用例如ito(n3＝1.81)、zno(n3＝2.0)、izo(n3＝2.1)等。

另一方面，关于透过p型gap接触层11/绝缘层30界面的光，与在绝缘层30/透光导电层4界面反射相比，在金属层3反射更有效。因此，本实施方式中，为了降低绝缘层30/透光导电层4界面上的反射率，提供以下条件。

即，本实施方式中，绝缘层30与透光导电层4的光学膜厚的合计厚度t为λ/4(λ为发光波长)的奇数倍。各光学膜厚t能够利用t＝物理性膜厚(nm)×折射率的式子求出，本实施方式中，t＝(绝缘层30的厚度t2)×(折射率n2)+(透光导电层4的厚度t3)×(折射率n3)。更具体来说，在半导体发光元件1的发光波长λ为560nm～660nm的情况下，光学膜厚的合计厚度t优选为1.25λ。表1是表示发光波长λ为590nm、605nm、618nm及625nm时的优选的光学膜厚的合计厚度t(＝1.25λ)的一例。

[表1]

表1

如上所述，由于折射率n2＜折射率n3，所以能够抑制绝缘层30/透光导电层4界面上的光的反射，除此以外，绝缘层30与透光导电层4的光学膜厚的合计厚度t为λ/4(λ为发光波长)的奇数倍。因此，能够有效地降低绝缘层30/透光导电层4界面上的反射率。由此，能够使在p型gap接触层11/绝缘层30界面未被反射而朝向透光导电层4入射的光到达金属层3，并在金属层3高效率地反射。结果，能够提高光提取效率。

也就是说，利用以下两种构成的组合，能够使光以2个阶段高效率地反射，因此相比以往能够提高光提取效率，第一种构成是在p型gap接触层11/绝缘层30界面缩小临界角而使该界面上的全反射光增加，第二种构成是在绝缘层30/透光导电层4界面降低反射率而在金属层3高效率地反射。

另外，只要适当地设计p型gap接触层11、绝缘层30及透光导电层4的折射率n1～n3、以及绝缘层30与透光导电层4的光学膜厚的合计厚度t即可，所以构造自身也简单便可。

图4a～图4m是按照步骤顺序表示图2的半导体发光元件1的制造步骤的图。

为了制造半导体发光元件1，例如，如图4a所示，在由gaas等构成的生长基板24上通过外延生长而形成iii-v族半导体构造5及绝缘层30。iii-v族半导体构造5的生长方法能够应用例如分子线外延生长法、有机金属气相生长法等公知的生长方法。该阶段中，iii-v族半导体构造5从生长基板24侧起依序包含n型alingap蚀刻终止层25、n型gaas接触层16、n型alingap窗口层15、n型alinp包层14、发光层8、p型alinp包层13、p型gap窗口层12及p型gap接触层11。

接下来，如图4b所示，通过选择性地蚀刻绝缘层30而形成接触孔31。

接下来，如图4c所示，例如利用蒸镀法使金属材料沉积在绝缘层30上，并将该金属材料图案化，由此在接触孔31内形成p侧接触金属32。

接下来，如图4d所示，例如利用蒸镀法在绝缘层30上形成透光导电层4。透光导电层4进入接触孔31，并覆盖p侧接触金属32。

接下来，如图4e所示，形成选择性地覆盖透光导电层4的掩模37，如图4f所示，介隔该掩模37去除透光导电层4的多余部分。由此，在朝比接触孔31的周缘更靠绝缘层30的背面30a上的区域侧后退的位置，划分形成透光导电层4的端缘4b(参照图3a)。

接下来，如图4g所示，例如利用蒸镀法在透光导电层4上形成第1金属层26。第1金属层26由au或含有au的合金构成，且至少最表面由au层构成。

接下来的步骤是生长基板24与基板2的贴合步骤。贴合步骤中，将生长基板24上的第1金属层26与基板2上的第2金属层27接合。第2金属层27由au或含有au的合金构成，且至少最表面由au层构成。该第2金属层27是在贴合前通过例如蒸镀法形成在基板2的表面(上文所述的形成着p侧电极6的面的相反面)。

更具体来说，如图4h所示，在使第1及第2金属层26、27彼此相向的状态下使生长基板24与基板2重合，从而接合第1及第2金属层26、27。第1及第2金属层26、27的接合也可通过例如热压接来进行。热压接的条件也可为例如温度为250℃～700℃，优选为约300℃～400℃，压力为10mpa～20mpa。通过该接合，如图4i所示，第1及第2金属层26、27一并形成金属层3。

接下来，如图4i所示，通过例如湿式蚀刻而去除生长基板24。这里，由于在iii-v族半导体构造5的最表面形成有n型alingap蚀刻终止层25，所以在该湿式蚀刻时，不会对有助于半导体发光元件1的特性的n型gaas接触层16或n型alingap窗口层15等带来影响。之后，n型alingap蚀刻终止层25也被去除。

接下来的步骤是n侧电极7的形成步骤。本实施方式中，利用剥离法形成n侧电极7。更具体来说，如图4j所示，首先，在n型gaas接触层16上形成具有与n侧电极7的电极图案为相同图案的开口的抗蚀剂28。接下来，例如利用蒸镀法在iii-v族半导体构造5上积层电极材料膜29。

接下来，如图4k所示，将抗蚀剂28上的电极材料膜29与抗蚀剂28一并去除。由此，形成由残留在n型gaas接触层16上的电极材料膜29构成的n侧电极7。之后，通过蚀刻来去除从n侧电极7露出的n型gaas接触层16。由此，n型alingap窗口层15会在除n侧电极7以外的部分露出。

接下来，如图4l所示，例如通过磨砂处理(湿式蚀刻)等在n型alingap窗口层15的表面形成微细的凹凸形状19。此外，磨砂处理也可通过干式蚀刻进行。接下来，通过选择性地去除iii-v族半导体构造5的周缘部，而形成台面部17及引出部18。台面部17及引出部18的形成例如也可通过湿式蚀刻来进行。

接下来，如图4m所示，例如通过蒸镀法在基板2的背面形成p侧电极6。经过以上步骤，获得半导体发光元件1。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明也能够以其他方式实施。

例如，上文所述的实施方式中，主要以如下内容为前提进行了说明，即，p型半导体层9中的与绝缘层30接触的层为p型gap接触层11，绝缘层30为sio2膜，透光导电层4为ito，但这些内容能够从满足所述关系式n1＞n2＜n3的材料中适当变更。例如，在除p型gap接触层11以外还存在与绝缘层30接触的p型层的情况下，也可采用该p型层的折射率作为本发明的折射率n1。

此外，能够在权利要求书所记载的事项的范围内实施各种设计变更。

[实施例]

接下来，基于实施例来说明本发明，但本发明并不受下述实施例限定。

本申请的发明者等人对如下内容进行了研究：通过像上文所述的表1所示那样使光学膜厚的合计厚度t为1.25λ(λ为发光波长)，能够使绝缘层30/透光导电层4界面上的反射率降低何种程度。为了进行比较，作为参考例，也对光学膜厚的合计厚度t为1λ的情况下的反射率进行了测定。将结果示于图5。

如图5所示，在参考例(t＝1λ)中，在560nm～660nm左右的范围内反射率为约80％，与此相对，实施例(t＝1.25λ)中，能够在相同的范围内将反射率降低至约小于50％。

[符号的说明]

1半导体发光元件

2基板

3金属层

4透光导电层

5iii-v族半导体构造

6p侧电极

7n侧电极

8发光层

9p型半导体层

10n型半导体层

11p型gap接触层

19微细的凹凸形状

30绝缘层

31接触孔

32p侧接触金属