專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含例如由AlGaAs系、AlGaInP系、GaN系、AlGaInN系等構(gòu)成的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
用AlGaInP系化合物半導(dǎo)體形成發(fā)光層即活性層的傳統(tǒng)的典型的半導(dǎo)體發(fā)光元件，設(shè)有GaAs的支撐襯底和設(shè)于該支撐襯底上的包含用于發(fā)光的多個(gè)AlGaInP系化合物半導(dǎo)體層的主半導(dǎo)體區(qū)。AlGaInP系化合物半導(dǎo)體可在GaAs支撐襯底上比較良好地外延生長。
但是，GaAs支撐襯底對從主半導(dǎo)體區(qū)所包含的發(fā)光層發(fā)光的光波段的光吸收系數(shù)極高。因此，從發(fā)光層向支撐襯底側(cè)發(fā)光的光往往被GaAs支撐襯底吸收，得不到具有高發(fā)光效率的發(fā)光元件。
作為防止上述的GaAs支撐襯底的光吸收而提高發(fā)光效率的方法，公知有這樣的方法如在上述基本結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件中在GaAs等的支撐襯底上將包含發(fā)光層的主半導(dǎo)體區(qū)外延生長，然后除去GaAs支撐襯底，在包含發(fā)光層的主半導(dǎo)體區(qū)上粘貼例如由GaP構(gòu)成的光透射性襯底，并在該光透射性襯底的下面形成具有光反射性的電極的方法。但是，設(shè)有這種光透射性襯底和光反射性電極的結(jié)構(gòu)存在這樣的缺點(diǎn)因包含發(fā)光層的主半導(dǎo)體區(qū)和光透射性襯底的界面的電阻使陽電極和陰電極之間的正向電壓變得較大。
克服上述缺點(diǎn)的方法公開于日本的特許公開公報(bào)2002-217450號(以下稱為專利文獻(xiàn)1)。即，所述專利文獻(xiàn)1中公開了在包含發(fā)光層的主半導(dǎo)體區(qū)的下面?zhèn)入x散地形成AuGeGa合金層，將AuGeGa合金層和包含未被該合金層覆蓋的發(fā)光層的主半導(dǎo)體區(qū)的下面這兩部分，用Al等的金屬反射膜覆蓋，并且，在該金屬反射膜上粘合例如由具有導(dǎo)電性的硅構(gòu)成的導(dǎo)電性支撐襯底。AuGeGa合金層例如與AlGaInP等的半導(dǎo)體襯底比較良好地歐姆接觸。因而，依據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠降低陽電極和陰電極之間的正向電壓。
另外，由于金屬反射膜能夠?qū)陌l(fā)光層向?qū)щ娦灾我r底側(cè)發(fā)出的光反射，因此可得到高的發(fā)光效率。
但是，在所述專利文獻(xiàn)1中記載的發(fā)光元件在經(jīng)過其制造工序中的各種熱處理工序的過程中，金屬反射膜和AuGeGa合金層與相鄰的主半導(dǎo)體區(qū)之間產(chǎn)生反應(yīng)，存在該界面上的反射率降低的情況。因此，不能高成品率地生產(chǎn)具有預(yù)期效果的發(fā)光效率高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
在日本的特許公開公報(bào)2003-224297號(以下稱為專利文獻(xiàn)2)中公開了在金屬反射膜和歐姆電極之間配置絕緣膜，并在絕緣膜上設(shè)置開口，通過該開口將金屬反射膜和歐姆電極電連接的情況。但是，該結(jié)構(gòu)中，由于開口處發(fā)生金屬反射膜和歐姆電極的合金化，因此反射率低。
作為提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光效率的方法，例如如日本的特許公開公報(bào)11-4020號(以下稱為專利文獻(xiàn)3)所示那樣公知有在發(fā)光半導(dǎo)體區(qū)的焊盤電極下側(cè)的光透射性電極和p型歐姆接觸層之間設(shè)置由n型半導(dǎo)體構(gòu)成的電流截?cái)?block)層的方法。若設(shè)置該電流截?cái)鄬樱瑒t能夠降低發(fā)光半導(dǎo)體區(qū)中對光取出無貢獻(xiàn)部分的電流，增大發(fā)光效率。但是，需要用以設(shè)置電流截?cái)鄬拥奶貏e工序，這必然會提高成本。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的課題是解決不容易得到發(fā)光效率高的半導(dǎo)體發(fā)光元件的問題。
為此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，該半導(dǎo)體發(fā)光元件中設(shè)有發(fā)光用半導(dǎo)體區(qū)，其中包括用作光取出面的一個(gè)主面和該一個(gè)主面對側(cè)的另一主面，且至少包含配置于所述一個(gè)主面?zhèn)鹊牡谝粚?dǎo)電型半導(dǎo)體層和配置于所述另一主面?zhèn)鹊牡诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層；與所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接的電極；與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的至少一部分歐姆接觸且可透光地形成的歐姆接觸層；與所述歐姆接觸層重疊而配置且可透光地形成的擴(kuò)散抑制膜；以及為使透過所述歐姆接觸層和所述擴(kuò)散抑制膜的光在所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面?zhèn)确瓷涠c所述擴(kuò)散抑制膜重疊配置的導(dǎo)電性光反射層。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件不僅僅是完成的發(fā)光元件，可為半成品的發(fā)光芯片。另外，本發(fā)明中的光指的是從所述半導(dǎo)體區(qū)發(fā)出的光。另外，本發(fā)明中的所述擴(kuò)散抑制膜指的是抑制所述歐姆接觸層的元素和所述光反射層的元素的相互擴(kuò)散的膜。
所述半導(dǎo)體區(qū)最好由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
所述歐姆接觸層最好由從Ni、Au、Cr、V、Ti、Co、Pd、Ir、Os、Ru、Pt、Al和Cu中選擇的至少1種金屬，或包含從Ni、Au、Cr、V、Ti、Co、Pd、Ir、Os、Ru、Pt、Al和Cu中選擇的至少1種金屬的合金，或AlGeGa合金，或III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
所述擴(kuò)散抑制膜最好是由能夠抑制所述歐姆接觸層的元素和所述光反射層的元素的相互擴(kuò)散的材料形成的絕緣膜或具有導(dǎo)電性的膜。所述絕緣膜最好形成為能得到量子力學(xué)隧道效應(yīng)的厚度。
所述絕緣膜最好是從SiO2、TiO2、MgO、NiO、ZnO、AlN和SiN中選擇的至少1種絕緣物。具有所述導(dǎo)電性的膜最好是從氧化銦(In2O3)和氧化錫(SnO2)的混合物(以下稱為ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鋅(ZnO)和氧化鎳(NiO)中選擇的光透射性導(dǎo)電膜。另外，光透射性導(dǎo)電膜最好形成為能得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)厚度。
所述光反射層最好是由從Al、Ag、Rh、Au和Cu中選擇的至少1種金屬，或包含從Al、Ag、Rh、Au和Cu選擇的至少1種金屬的合金構(gòu)成。
最好，所述電極配置于所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面的一部分上且不可透光地形成；所述歐姆接觸層未在與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分上設(shè)置，或以第一密度設(shè)置且在不與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分上以比所述第一密度大的第二密度設(shè)置。如此，歐姆接觸層不與半導(dǎo)體區(qū)的另一主面上的電極對置部分的全部或一部分接觸的結(jié)構(gòu)，具有與傳統(tǒng)的電流截?cái)鄬油瑯拥墓δ埽拱l(fā)光效率提高。
最好，在所述電極配置于所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面的一部分上且不可透光地形成時(shí)，所述擴(kuò)散抑制膜包括覆蓋所述歐姆接觸層的部分和將與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分覆蓋的部分。這時(shí)，所述擴(kuò)散抑制膜最好為絕緣膜。
在所述電極配置于所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面的一部分上且不可透光地形成時(shí)，能夠在與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分上設(shè)有非歐姆接觸的合金層。所述合金層最好是包含形成所述光反射層的金屬的合金。
在所述電極配置于所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面的一部分上且不可透光地形成時(shí)，能夠設(shè)置配置于與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分的歐姆接觸防止用絕緣層。這時(shí)，所述歐姆接觸層最好包括覆蓋所述歐姆接觸防止用絕緣層的部分。
最好將支撐襯底接合在所述光反射層上。
所述支撐襯底最好是具有導(dǎo)電性的襯底。
最好設(shè)置與所述支撐襯底接合的其它電極。
能夠設(shè)置配置于所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面且與所述電極連接的光透射性電極。
為制造所述半導(dǎo)體發(fā)光元件，最好包括以下工序準(zhǔn)備生長用襯底的工序；用氣相生長方法在所述生長用襯底上形成發(fā)光用的半導(dǎo)體區(qū)的工序，該半導(dǎo)體區(qū)至少包含具有可取出光的一個(gè)主面和該一個(gè)主面對側(cè)的另一主面且配置于所述一個(gè)主面?zhèn)鹊牡谝粚?dǎo)電型半導(dǎo)體層和配置于所述另一主面?zhèn)鹊牡诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層；形成與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面歐姆接觸且具有可透光的厚度的歐姆接觸層的工序；與所述歐姆接觸層重疊地形成可透光的擴(kuò)散抑制膜的工序；與所述擴(kuò)散抑制膜重疊地形成具有將透過所述歐姆接觸層和所述擴(kuò)散抑制膜的光反射的功能的導(dǎo)電性光反射層的工序；將支撐襯底與所述光反射層接合的工序；除去所述生長用襯底的工序；以及形成與所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接的電極的工序。
本發(fā)明的可透光的擴(kuò)散抑制膜可抑制歐姆接觸層的元素和光反射層的元素的相互擴(kuò)散，防止在歐姆接觸層和光反射層之間形成合金層。因而，依據(jù)本發(fā)明，能夠得到優(yōu)于將傳統(tǒng)的金屬光反射膜與歐姆接觸層直接接合時(shí)的光反射面。因此，能夠使從半導(dǎo)體區(qū)向光反射層側(cè)發(fā)出的光良好地返回到半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面?zhèn)?，并能增大外部發(fā)光效率。
另外，在以能得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度形成了用作擴(kuò)散抑制膜的絕緣膜或光透射性導(dǎo)電膜時(shí)，能夠使電流經(jīng)由擴(kuò)散抑制膜流過，無需設(shè)置將歐姆接觸層和光反射層電連接的特別的連接部件，可使半導(dǎo)體發(fā)光元件的成本降低。若設(shè)置特別的連接部件，則因此會降低光反射量，其外部發(fā)光效率變低，還需要增加形成連接部件的特別的工序，因而提高了半導(dǎo)體發(fā)光元件的成本。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖2是表示圖1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造階段的狀態(tài)的剖視圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖5是表示圖4的A-A線上的半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的平面圖。
圖6是表示圖4的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造階段的狀態(tài)的剖視圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施例5的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施例6的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施例7的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
1、1a 半導(dǎo)體發(fā)光元件；2、2a 半導(dǎo)體區(qū)；3 絕緣膜；4 光反射層；5、6 第一和第二接合金屬層；7 硅支撐襯底；8 陰電極；9 陽電極；11 一個(gè)主面；12 另一主面；15 n型半導(dǎo)體層；16 活性層；17 p型半導(dǎo)體層；13、14、18 第一、第二和第三輔助層；19 歐姆接觸層；22 開口。
具體實(shí)施例方式
以下參照圖1～圖10就本發(fā)明的實(shí)施方式的作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其制造方法進(jìn)行說明。
實(shí)施例1如圖1概略所示，本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件1由以下部分構(gòu)成用于發(fā)光的半導(dǎo)體區(qū)2、可稱為歐姆電極層的歐姆接觸層19、本發(fā)明的光透射性絕緣膜3、導(dǎo)電性光反射層4、第一和第二接合金屬層5、6、導(dǎo)電性硅支撐襯底7、作為第一電極的陰電極8以及作為第二電極的陽電極9。
半導(dǎo)體區(qū)2可稱為主半導(dǎo)體區(qū)或發(fā)光半導(dǎo)體區(qū)或發(fā)光半導(dǎo)體襯底，包括一個(gè)主面11和另一主面12，從一個(gè)主面11向另一主面12依次設(shè)有n型(第一導(dǎo)電型)的第一輔助層13、n型的第二輔助層14、n型包層或可稱為第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的n型半導(dǎo)體層15、可稱為發(fā)光層的活性層16、p型包層或可稱為第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的p型半導(dǎo)體層17以及p型的第三輔助層18。半導(dǎo)體區(qū)2的各層13～18是III-V族化合物半導(dǎo)體，最好由P(磷)或N(氮)或As(砷)等V族元素和Al(鋁)、Ga(鎵)和In(銦)內(nèi)的1種或多個(gè)III族元素的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
在半導(dǎo)體區(qū)2中用于發(fā)光的最重要的部分是n型半導(dǎo)體層15、活性層16和p型半導(dǎo)體層17。因而，能夠全部省略半導(dǎo)體區(qū)2中的n型的第一輔助層13、n型的第二輔助層14和p型的第三輔助層18等或省略其中的一部分。另外，可根據(jù)情況，節(jié)省用于形成雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的活性層16，并可使n型半導(dǎo)體層15與p型半導(dǎo)體層17直接接觸?？傊雽?dǎo)體區(qū)2至少包含n型半導(dǎo)體層15和p型半導(dǎo)體層17時(shí)，可得發(fā)光功能。還有，用半導(dǎo)體構(gòu)成歐姆接觸層19時(shí)，可將歐姆接觸層19看作半導(dǎo)體區(qū)2的一部分。該半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面11作為從活性層16發(fā)出的光的取出面起作用。以下，就發(fā)光元件1的各部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
在n型半導(dǎo)體層15和p型半導(dǎo)體層17之間配置的活性層16，由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。該III-V族化合物半導(dǎo)體最好是由化學(xué)式AlxGayIn1-x-yP(其中，x和y是滿足0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的數(shù)值)表示的材料。本實(shí)施例的活性層16由未添加導(dǎo)電型確定雜質(zhì)的AlGaInP構(gòu)成。但是，對活性層16可添加比p型半導(dǎo)體層17低濃度的p型雜質(zhì)，或添加比n型半導(dǎo)體層15低濃度的n型雜質(zhì)。另外，圖1中為簡化圖示該活性層16由一層顯示，但實(shí)際上具有公知的多重量子阱(MQWMulti-Quantum-Well)結(jié)構(gòu)或單一量子阱(SQWSingle-Quantum-Well)結(jié)構(gòu)。
另外，活性層16可由化學(xué)式AlxGayIn1-x-yN(其中，x和y是滿足0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的數(shù)值)表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。
在活性層16的一側(cè)配置的n型半導(dǎo)體層15由添加了n型雜質(zhì)(例如Si)的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。該n型半導(dǎo)體層15的III-V族化合物半導(dǎo)體是最好由化學(xué)式AlxGayIn1-x-yP(其中，x和y是滿足0≤x＜1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的數(shù)值)表示的材料。為了將活性層16上發(fā)生的光向外部良好地取出，n型半導(dǎo)體層15的Al的比例x具有大于活性層16的Al的比例x的值，最好為0.15～0.45，若為0.2～0.4則更好。另外，Ga的比例y最好為0.15～0.35，若為0.4～0.6則更好。n型半導(dǎo)體層15的n型雜質(zhì)的濃度最好為5×1017cm-3以上。n型半導(dǎo)體層15的帶隙(band gap)大于活性層16的帶隙。
該n型半導(dǎo)體層15可由化學(xué)式AlxGayIn1-x-yN(其中，x和y是滿足0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的數(shù)值)表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。
在活性層12的另一側(cè)配置的p型半導(dǎo)體層17由添加了p型雜質(zhì)(例如Zn)的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。該III-V族化合物半導(dǎo)體最好是由化學(xué)式AlxGayIn1-x-yP(其中，x和y是滿足0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的數(shù)值)表示的材料。為了將從活性層16發(fā)生的光向外部良好地取出，p型半導(dǎo)體層17的Al的比例x具有大于活性層16的Al的比例x的值，最好設(shè)定為0.15～0.5的范圍。p型半導(dǎo)體層17的p型雜質(zhì)的濃度例如確定為5×1017cm-3以上。p型半導(dǎo)體層17的帶隙大于活性層16的帶隙。
另外，p型半導(dǎo)體層17可由化學(xué)式AlxGayIn1-x-yN(其中，x和y是滿足0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的數(shù)值)表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。
在n型半導(dǎo)體層15上配置的第二輔助層14還可稱為電流分散層或緩沖層，主要具有提高正向電流分布的均勻性的作用。即，第二輔助層14在平面地觀看時(shí)，即在對半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面11垂直的方向看時(shí)，具有擴(kuò)大陰電極8的外圍側(cè)電流的作用。另外，該第二輔助層14具有將從活性層16發(fā)生的光擴(kuò)展到元件的外圍側(cè)而取出的作用。本實(shí)施例1的第二輔助層14由n型GaAs構(gòu)成。但是，第二輔助層14例如可用GaAs以外的例如GaP、或GaxIn1-xP或AlxGa1-xAs或AlxGayIn1-x-yN等的n型的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
在第二輔助層14上配置的n型的第一輔助層13還可稱為n型接觸層，主要具有使陰電極8的歐姆接觸良好的功能，并且，具有停止后述的發(fā)光元件的制造工序中的蝕刻的功能。該第一輔助層13，例如由在用化學(xué)式AlxGayIn1-x-yP(其中，x和y是滿足0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的數(shù)值)表示的材料或化學(xué)式AlxGayIn1-x-yN(其中，x和y是滿足0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1的數(shù)值)表示的材料上添加n型雜質(zhì)的物質(zhì)構(gòu)成。
鄰接p型半導(dǎo)體層17而配置的第三輔助層18，還可稱為電流分散層或緩沖層，主要具有提高正向電流分布的均勻性的作用。即，第三輔助層18在對半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面11垂直的方向看時(shí)，具有擴(kuò)大陰電極8的外圍側(cè)電流的作用。第三輔助層18例如由p型GaP(磷化鎵)或p型GaN(氮化鎵)或別的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
鄰接第三輔助層18而配置的歐姆接觸層19與半導(dǎo)體區(qū)2的另一主面12歐姆接觸，為將半導(dǎo)體區(qū)2與光反射層4的良好地電連接而設(shè)置。該歐姆接觸層19為獲得歐姆電極層的功能，例如由從Ni(鎳)、Au(金)、Cr(鉻)、V(釩)、Ti(鈦)、Co(鈷)、Pd(鈀)、Ir(銥)、Os(鋨)、Ru(釕)和Pt(白金)中選擇的至少1種金屬，或包含從Ni、Au、Cr、V、Ti、Co、Pd、Ir、Os、Ru、Pt、Al和Cu中選擇的至少1種金屬的合金，或AlGeGa合金，或III-V族化合物半導(dǎo)體形成。本實(shí)施例1中歐姆接觸層19由NiAu合金形成。還有，為了讓從半導(dǎo)體區(qū)2發(fā)生的例如350～550nm波長的光透過，歐姆接觸層19最好以0.5～20nm的厚度形成。
作為擴(kuò)散抑制膜的絕緣膜3具有可將從半導(dǎo)體區(qū)2發(fā)出的光透過且可得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度，與歐姆接觸層19重疊地配置。歐姆接觸層19和光反射層4由絕緣膜3分離，因此絕緣膜3具有抑制歐姆接觸層19和光反射層4之間的各元素的相互擴(kuò)散或合金化的功能。該絕緣膜3，例如可以由從SiO2(硅氧化物)、TiO2(鈦氧化物)、MgO(鎂氧化物)、NiO(鎳氧化物)、ZnO(鋅氧化物)、AlN(氮化鋁)和SiN(氮化硅)中選擇的至少1種材料形成。該絕緣膜3最好用濺鍍法或CVD(Chemical Vapor Deposition)法或蒸鍍法形成。
絕緣膜3的厚度最好為0.2nm～10nm，但為了獲得良好的擴(kuò)散抑制功能和量子力學(xué)的隧道效應(yīng)則最好是0.5nm～5nm。即，絕緣膜3的厚度在0.5nm以上時(shí)，能夠良好地抑制具有導(dǎo)電性的光反射層4和歐姆接觸層19的合金化。另外，絕緣膜3的厚度在5nm以下時(shí)，因隧道效應(yīng)而使光反射層4和歐姆接觸層19之間等效地連接，發(fā)光元件的電流經(jīng)由絕緣膜3流過。
具有導(dǎo)電性的光反射層4具有反射從半導(dǎo)體區(qū)2發(fā)出的光的功能，在圖1中與絕緣膜3重疊地配置，覆蓋絕緣膜3的整個(gè)面。該光反射層4最好由從鋁(Al)、銀(Ag)、Ru(釕)、金(Au)和銅(Cu)中選擇的至少1種金屬，或包含從鋁(Al)、銀(Ag)、Ru(釕)、金(Au)和銅(Cu)中選擇的至少1種金屬的合金形成。本實(shí)施例中采用對成本有利的鋁(Al)形成光反射層4。還有，光反射層4并不間隔特別的連接部件與歐姆接觸層19連接。因而，光反射層4的幾乎全部都用作高反射率的光反射面。為獲得充分的光反射功能，光反射層4最好以0.05μm～1μm的厚度形成。
為了對半導(dǎo)體區(qū)2、歐姆接觸層19、絕緣膜3和光反射層4在機(jī)械上進(jìn)行保護(hù)并支撐，導(dǎo)電性支撐襯底7間隔第一和第二接合金屬層5、6與光反射層4接合。第一接合金屬層5例如由金(Au)構(gòu)成，覆蓋光反射層4。第二接合金屬層6例如由金(Au)構(gòu)成，覆蓋導(dǎo)電性支撐襯底7。第一和第二接合金屬層5、6用熱壓接法相互接合。本實(shí)施例中，作為導(dǎo)電性支撐襯底7使用添加導(dǎo)電型確定雜質(zhì)且具有300μm厚度的硅襯底。硅襯底具有低價(jià)、加工容易且熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)。支撐襯底7為硅襯底時(shí)，硅襯底的理想厚度是200～1000μm。
作為第一電極的陰電極8由Al或Ni等的金屬層構(gòu)成，與半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面11即第一輔助層13中央的一部分歐姆接觸。陰電極8作為用以與導(dǎo)線(未圖示)等構(gòu)成的金屬連接部件連接的焊盤起作用，且不透光。因而，半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面11的未形成陰電極8的部分成為光取出面。第一電極不僅用具有焊盤功能的陰電極8形成，如圖4的點(diǎn)劃線所示，還在半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面11上形成光透射性電極23，在此可以連接陰電極8。光透射性電極23，例如由氧化銦(In2O3)和氧化錫(SnO2)的合金(ITO膜)、或5～20nm左右的Ag或Ag合金等形成。
作為第二電極的陽電極9在硅支撐襯底7的整個(gè)下面形成。取代硅支撐襯底7而設(shè)置金屬支撐襯底時(shí)，由于該金屬支撐襯底成為陽電極，因此能夠省去圖1的陽電極9。
在制造圖1的半導(dǎo)體發(fā)光元件1時(shí)，首先，準(zhǔn)備圖2所示的例如由GaAs構(gòu)成的生長用襯底10。接著，通過公知的有機(jī)金屬化學(xué)氣相生長即MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor DepoSition)方法，在生長用襯底10上依次外延生長n型的第一輔助層13、n型的第二輔助層14、n型半導(dǎo)體層15、活性層16、p型半導(dǎo)體層17和p型的第三輔助層18，于是得到半導(dǎo)體區(qū)2。
接著，對各材料進(jìn)行濺鍍或CVD或蒸鍍處理，依次形成歐姆接觸層19、絕緣膜3和光反射層4，并且，形成由Au構(gòu)成的第一接合金屬層5。在形成這些層時(shí)能夠根據(jù)需要進(jìn)行熱處理。
接著，用蝕刻法除去由GaAs構(gòu)成的生長用襯底10。從而，得到與歐姆接觸層19、絕緣膜3、金屬光反射層4和第一接合金屬層5相伴的半導(dǎo)體區(qū)2。還有，也可在將與第二接合金屬層6相伴的支撐襯底7與第一接合金屬層5接合后，除去由GaAs構(gòu)成的生長用襯底10。
接著，準(zhǔn)備在由含雜質(zhì)的Si襯底構(gòu)成的支撐襯底7的一個(gè)主面上真空蒸鍍由Au構(gòu)成的第二接合金屬層6，通過將第一和第二金屬接合層5、6加壓接觸，例如在200℃～300℃范圍的溫度下進(jìn)行熱處理而使Au相互擴(kuò)散，粘合第一和第二金屬接合層5、6，將與歐姆接觸層19、絕緣膜3、金屬光反射層4和第一接合金屬層5相伴的半導(dǎo)體區(qū)2和與第二接合金屬層6相伴的支撐襯底7一體化。該粘合工序中的熱處理對接觸層19、光反射層4的穩(wěn)定化有利。
從而，形成圖1的陰電極8和陽電極9后完成半導(dǎo)體發(fā)光元件。
本實(shí)施例具有如下的效果。
(1)由于在光反射層4和歐姆接觸層19之間形成具有隧道效應(yīng)的絕緣膜3，能夠阻止或抑制制造工序中的各種熱處理工序中基于光反射層4和歐姆接觸層19之間產(chǎn)生的相互擴(kuò)散的合金化反應(yīng)。若產(chǎn)生合金化部分，則反射率降低，但本實(shí)施例中不會產(chǎn)生這樣的問題。因此，能夠容易且高成品率地生產(chǎn)具有高發(fā)光效率的發(fā)光元件。
(2)絕緣膜3具有隧道效應(yīng)，因此不需要在光反射層4和歐姆接觸層19之間設(shè)置特別的連接部位，對光反射層4的光反射有貢獻(xiàn)的部分的面積變得大，反射量增大且發(fā)光效率提高。
(3)通過濺鍍或CVD或蒸鍍等的鍍覆絕緣材料的方法形成絕緣膜3，因此能夠抑制或阻止光反射膜4和歐姆接觸層19的合金化反應(yīng)良好。
(4)基本上在半導(dǎo)體區(qū)2的另一主面12的整個(gè)面上設(shè)置歐姆接觸層19，因此與局部設(shè)置歐姆接觸層19的所述專利文獻(xiàn)1的半導(dǎo)體發(fā)光元件相比半導(dǎo)體區(qū)2的另一主面12的平坦性良好，可良好地粘合硅支撐襯底7。
(5)由于不需要局部設(shè)置歐姆接觸層19，將不需要為局部設(shè)置歐姆接觸層19的圖案，可簡化制造工序。
(6)由于在活性層16和一個(gè)主面11之間配置了n型半導(dǎo)體層15、n型的第一和第二輔助層13、14，可良好地得到電流分散作用。即，與p型半導(dǎo)體相比，半導(dǎo)體區(qū)2中的橫向電流更易在n型半導(dǎo)體中流過。因此，從陰電極8到活性層16外圍側(cè)的電流擴(kuò)散優(yōu)于傳統(tǒng)的將p型半導(dǎo)體層作為光取出面的情況，發(fā)光效率提高。另外，本實(shí)施例1中，由于一個(gè)主面11和活性層16之間的n型半導(dǎo)體層15、n型的第一和第二輔助層13、14的合計(jì)厚度大于活性層16和歐姆接觸層19之間的p型半導(dǎo)體層17和p型的第三輔助層18的合計(jì)厚度，因此從陰電極8到活性層16外圍側(cè)的電流擴(kuò)散良好，并提高了發(fā)光效率。
實(shí)施例2接著，參照圖3就實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件1a進(jìn)行說明。在圖3以及表示后述的實(shí)施例3～7的圖4～圖10中與圖1和圖2共同的部分采用同一參考符號，省略其說明。
除了設(shè)有變形的半導(dǎo)體區(qū)2a和變形的支撐襯底7a以及改變了陽電極9的連接位置以外，圖3的半導(dǎo)體發(fā)光元件1a與圖1相同。圖3的變形的半導(dǎo)體區(qū)2a相當(dāng)于從圖1的半導(dǎo)體區(qū)1省去了第一和第三輔助層13、18。因而，作為第一電極的陰電極8連接到與圖1的第二輔助層14相同結(jié)構(gòu)的n型的電流擴(kuò)散層14的主面。另外，歐姆接觸層19與p型半導(dǎo)體區(qū)17歐姆接觸。支撐襯底7a和光反射層4形成為具有從半導(dǎo)體區(qū)2a橫向突出的部分。陽電極9與由金屬構(gòu)成的光反射層4直接連接。還有，精簡陽電極9，接合到光反射層4或支撐襯底7a，另外，光反射層4通過接合材料(圖示省略)與支撐襯底7a接合。為提高放熱性支撐襯底7a由熱導(dǎo)性良好的金屬材料形成。
在圖3的半導(dǎo)體發(fā)光元件1a中半導(dǎo)體區(qū)2a的另一主面12也隔著歐姆接觸層19和絕緣膜3與金屬光反射膜4接合，因此能夠得到與圖1的實(shí)施例3與圖1的不同點(diǎn)在于圖4～圖6所示的實(shí)施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件1b在歐姆接觸層19的中央形成有用以得到電流截?cái)喙δ艿拈_口22，其它結(jié)構(gòu)與圖1基本相同。還有與圖2同樣，圖6表示圖4的半導(dǎo)體發(fā)光元件1b的制造工序的狀態(tài)。
圖4所示的實(shí)施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件1b的歐姆接觸層19在其中央設(shè)有用以得到電流截?cái)喙δ艿拈_口22。因而，歐姆接觸層19僅覆蓋半導(dǎo)體區(qū)2的另一主面12的外圍側(cè)部分12a。即，另一主面12中的在圖4中由2條點(diǎn)劃線20、21劃分表示，且圖5中用點(diǎn)劃線劃分表示的電極8的對置區(qū)域12b不與歐姆接觸層19接觸。圖4的實(shí)施例3中，不在半導(dǎo)體區(qū)2的另一主面12的電極對置部分12b形成歐姆接觸層19而在整個(gè)外圍側(cè)部分12a上形成，但也可代之以，在外圍側(cè)部分12a上以第一密度形成歐姆接觸層19，并在電極對置部分12b上以比第一密度小的第二密度形成。這里的第一密度即該外圍側(cè)部分的歐姆接觸層19形成區(qū)域的面積對外圍側(cè)部分12a的表面積之比，最好為0.7～1.0(80～100％)。另外，第二密度即該電極對置部分12b中歐姆接觸層19的形成區(qū)域的面積對電極對置部分12b的表面積之比，最好為0～0.3(0～30％)。為獲得充分的電流截?cái)喙δ芎碗娏鲾U(kuò)散功能，最好第一密度為1.0(100％)、第二密度為0(0％)。
絕緣膜3配置在歐姆接觸層19和光反射層4之間，以及半導(dǎo)體區(qū)2的另一主面12的電極對置部分12b即歐姆接觸層19的開口22中。圖4中光反射層4埋入歐姆接觸層19的開口22地形成，且在與第一接合金屬層5相對的一側(cè)設(shè)有平坦的表面。但是，在光反射層4的表面上形成與歐姆接觸層19的開口22對應(yīng)的凹部也無妨。
圖4的半導(dǎo)體發(fā)光元件1b的制造過程包含圖6所示的粘合工序。歐姆接觸層19的開口22以預(yù)定的圖案被覆歐姆接觸層19用材料，或在被覆后按預(yù)定的圖案蝕刻而獲得。
圖4的實(shí)施例3除了具有與實(shí)施例1相同的效果以外，還具有提高發(fā)光效率的效果。即，圖4中歐姆接觸層19不在半導(dǎo)體區(qū)2的另一主面12的電極對置部分12b上形成，因此能夠限制活性層16的中央部分的電流，能使電流流入另一主面12的外圍部分12a，從而能與公知的電流截?cái)鄬右粯拥靥岣甙l(fā)光效率。另外，通過在歐姆接觸層19上設(shè)置開口2的簡單的工序，能夠得到電極對置部分12b的電流截?cái)嗟墓δ?，并能抑制成本的上升?br> 還有，在圖4的半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面11上，附加如點(diǎn)劃線所示的光透射性電極23，能夠?qū)⒃摴馔干湫噪姌O23與陰電極8連接。
實(shí)施例4除了設(shè)有與圖3同樣變形的半導(dǎo)體區(qū)2a和變形的支撐襯底7a并改變陽電極9的連接位置以外，圖7的半導(dǎo)體發(fā)光元件1c與圖4的相同。
圖7的半導(dǎo)體發(fā)光元件1c中歐姆接觸層19也設(shè)有與圖4相同的開口22，因此通過圖7的半導(dǎo)體發(fā)光元件1c也能得到圖4的半導(dǎo)體發(fā)光元件1b相同的效果。
實(shí)施例5
圖8的實(shí)施例5的半導(dǎo)體發(fā)光元件1d，在與圖4的歐姆接觸層19的開口22相當(dāng)?shù)牟糠稚显O(shè)有非歐姆性合金層25，且在與絕緣膜3的陰電極8相對的部分上設(shè)有開口24，其余的與圖4相同地形成。
合金層25由歐姆接觸層19的材料和光反射層4的材料的合金構(gòu)成。首先，形成歐姆接觸層19以覆蓋另一主面12的外圍側(cè)部分12a和電極對置部分12b兩部分，接著形成具有開口24的絕緣膜3，接著，形成金屬光反射層4，然后經(jīng)熱處理得到該合金層25。合金層25具有比半導(dǎo)體區(qū)2高的電阻并與之接觸，因此作為電流截?cái)鄬悠鹱饔?，能得到與圖4的實(shí)施例3同樣的效果。還有，圖8的實(shí)施例5中，能夠?qū)﹃栯姌O9的配置和半導(dǎo)體區(qū)2進(jìn)行與圖7的實(shí)施例4同樣的變形，并可設(shè)置光透射性電極23。
實(shí)施例6圖9的實(shí)施例4的半導(dǎo)體發(fā)光元件1e，在半導(dǎo)體區(qū)2的另一主面12的電極對置部分12b上設(shè)有歐姆接觸防止用絕緣層26，以取代圖4的實(shí)施例3的歐姆接觸層19的開口22，其它結(jié)構(gòu)與圖4的相同。
圖9的歐姆接觸層19不與半導(dǎo)體區(qū)2的另一主面12的電極對置部分12b直接接觸，而是隔著歐姆接觸防止用絕緣層26相對，因此歐姆接觸防止用絕緣層26作為電流截?cái)鄬悠鹱饔?，能夠得到與圖4的實(shí)施例3同樣的效果。
實(shí)施例7圖10的實(shí)施例7的半導(dǎo)體發(fā)光元件1f設(shè)有光透射性導(dǎo)電膜3a，以取代圖1的實(shí)施例1的絕緣膜3，其它結(jié)構(gòu)與圖1相同。光透射性導(dǎo)電膜3a最好是從氧化銦(In2O3)和氧化錫(SnO2)的混合物(ITO)、InO(氧化銦)、SnO(氧化錫)、ZnO(氧化鋅)和NiO(氧化鎳)中選擇的光透射性導(dǎo)電膜。另外，光透射性導(dǎo)電膜3a最好以可獲得量子力學(xué)隧道效應(yīng)的厚度形成。
與圖1的絕緣膜3同樣，光透射性導(dǎo)電膜3a抑制歐姆接觸層19的元素和光反射層4的元素的相互擴(kuò)散，防止在歐姆接觸層19和光反射層4之間形成使光反射率降低的合金層。因而，圖10的實(shí)施例7具有與圖1的實(shí)施例1同樣的效果。
還有，可設(shè)置圖10的光透射性導(dǎo)電膜3a，取代圖3、圖4和圖6～圖9的絕緣膜3。
本發(fā)明并不以上述的實(shí)施例為限，例如可作如下變形。
(1)若半導(dǎo)體區(qū)2或2a的機(jī)械強(qiáng)度充分，則可省去圖1、圖4、圖8、圖9的支撐襯底7和圖3、圖4的支撐襯底7a。這時(shí)光反射層4作為陽電極起作用。
(2)半導(dǎo)體區(qū)2或2a的各層13、14、15、17、18、19的導(dǎo)電型可與各實(shí)施例的相反。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于設(shè)有發(fā)光用半導(dǎo)體區(qū)，其中包括可取出光的一個(gè)主面和該一個(gè)主面對側(cè)的另一主面，且至少包含配置于所述一個(gè)主面?zhèn)鹊牡谝粚?dǎo)電型半導(dǎo)體層和配置于所述另一主面?zhèn)鹊牡诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層；與所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接的電極；與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的至少一部分歐姆接觸且可透光地形成的歐姆接觸層；與所述歐姆接觸層重疊地配置且可透光地形成的擴(kuò)散抑制膜；以及為使透過所述歐姆接觸層和所述擴(kuò)散抑制膜的光在所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面?zhèn)确瓷涠c所述擴(kuò)散抑制膜重疊配置的導(dǎo)電性光反射層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述歐姆接觸層由從Ni、Au、Cr、V、Ti、Co、Pd、Ir、Os、Ru、Pt、Al和Cu中選擇的至少1種金屬，或包含從Ni、Au、Cr、V、Ti、Co、Pd、Ir、Os、Ru、Pt、Al和Cu中選擇的至少1種金屬的合金，或AlGeGa合金，或III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述擴(kuò)散抑制膜是具有能得到量子力學(xué)隧道效應(yīng)的厚度的絕緣膜。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述絕緣膜是由從SiO2、TiO2、MgO、NiO、ZnO、AlN和SiN中選擇的至少1種構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述擴(kuò)散抑制膜是從氧化銦和氧化錫的混合物、氧化銦、氧化錫、氧化鋅和氧化鎳中選擇的具有導(dǎo)電性的膜。
6.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述光反射層是由從Al、Ag、Rh、Au和Cu中選擇的至少1種金屬，或包含從Al、Ag、Rh、Au和Cu中選擇的至少1種金屬的合金構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述電極配置于所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面的一部分上且不可透光地形成；所述歐姆接觸層未在與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分上設(shè)置，或以第一密度設(shè)置且在不與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分上以比所述第一密度大的第二密度設(shè)置。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述擴(kuò)散抑制膜包括覆蓋所述歐姆接觸層的部分和將與所述半導(dǎo)體區(qū)另一主面的所述電極相對的部分覆蓋的部分。
9.如權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于在與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分上還設(shè)有非歐姆接觸的合金層，所述合金層是包含形成所述光反射層的金屬的合金。
10.如權(quán)利要求7或權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于還設(shè)有配置于與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分的歐姆接觸防止用絕緣層，所述歐姆接觸層包括覆蓋所述歐姆接觸防止用絕緣層的部分。
11.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求10中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于還設(shè)有與所述光反射層接合的支撐襯底。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述支撐襯底是具有導(dǎo)電性的襯底。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于還設(shè)有與所述支撐襯底接合的其它電極。
14.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求13中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于設(shè)有配置于所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面且與所述電極連接的光透射性電極。
15.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于包括準(zhǔn)備生長用襯底的工序；用氣相生長方法在所述生長用襯底上形成發(fā)光用的半導(dǎo)體區(qū)的工序，該半導(dǎo)體區(qū)至少包含具有可取出光的一個(gè)主面和該一個(gè)主面對側(cè)的另一主面且配置于所述一個(gè)主面?zhèn)鹊牡谝粚?dǎo)電型半導(dǎo)體層和配置于所述另一主面?zhèn)鹊牡诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層；形成與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面歐姆接觸且具有可透光的厚度的歐姆接觸層的工序；與所述歐姆接觸層重疊地形成可透光的擴(kuò)散抑制膜的工序；與所述擴(kuò)散抑制膜重疊地形成具有將透過所述歐姆接觸層和所述擴(kuò)散抑制膜的光反射的功能的導(dǎo)電性光反射層的工序；將支撐襯底與所述光反射層接合的工序；除去所述生長用襯底的工序；以及形成與所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接的電極的工序。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于所述電極配置于所述半導(dǎo)體區(qū)的一個(gè)主面的一部分上且不可透光地形成；所述歐姆接觸層未在與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分上設(shè)置，或以第一密度設(shè)置且在不與所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面的所述電極相對的部分上以比所述第一密度大的第二密度設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明旨在提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光效率。半導(dǎo)體發(fā)光元件(1)設(shè)有包含n型半導(dǎo)體層(15)、活性層(16)、p型半導(dǎo)體層(17)、第一、第二和第三輔助層(13、14、18)的半導(dǎo)體區(qū)(2)。在用作半導(dǎo)體區(qū)2的光取出面的一個(gè)主面(11)的中央連接有陰電極(8)。在半導(dǎo)體區(qū)(2)的另一主面(12)隔著包括歐姆接觸層(19)和具有隧道效應(yīng)的絕緣膜(3)與光反射層(4)接合。反射層(4)隔著第一和第二接合金屬層(5、6)與硅支撐襯底(7)接合。絕緣膜(3)抑制光反射層(4)和歐姆接觸層(19)之間的合金化。從而，確保光反射層(4)的良好的反射率。
文檔編號H01L29/22GK1661826SQ200510052909
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者田島未來雄, 佐藤雅裕, 青柳秀和, 松尾哲二 申請人:三墾電氣株式會社