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CN104969365B - 半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

半导体发光元件及其制造方法 Download PDF

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CN104969365B CN201380072345.1A CN201380072345A CN104969365B CN 104969365 B CN104969365 B CN 104969365B CN 201380072345 A CN201380072345 A CN 201380072345A CN 104969365 B CN104969365 B CN 104969365B
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Abstract

本发明抑制或防止在后续工序的清洗处理或蚀刻处理等中对DBR膜表面进行侵蚀(膜厚减少)、从DRB膜表面吸收水分、或者在DBR膜表面产生裂缝的问题。DBR膜(7D)的DBR膜构造将蒸镀SiO2膜和蒸镀TiO2膜重复形成1对或多对，本来为了得到高反射率而使最上层为蒸镀SiO2膜，但为了维持高反射率并且防止侵蚀，将最上层设为膜厚为1～13nm的高折射率膜(例如蒸镀TiO2膜)的薄膜，并且使用剥离工艺手法，通过蒸镀成膜将DBR端部设为锥形形状(坡形形状，这里锥形角度为15～45度)。在其上设置第1层的金属反射膜(8D)。

Description

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等半导体装置及其制造方法，该半导体发光元件是具有分布布拉格反射膜的发光二极管元件或半导体激光元件等。
背景技术
作为用于改善作为这种现有的半导体发光元件的、发光二极管芯片的光取出效率的研究之一，广泛地研究了在蓝宝石(sapphire)这样的透明基板的下部面上形成金属反射膜或分布布拉格反射膜(DBR膜：Distributed Bragg Reflector)的技术。
图12是用于说明专利文献1中公开的现有的具有分布布拉格反射膜的发光二极管芯片的剖视图。图13是对图12的分布布拉格反射膜进行放大表示的剖视图。
如图12所示，现有的发光二极管芯片100具有：基板101、在基板101的表面侧设置的缓冲层102、缓冲层102上的发光构造体103、光构造体103上的透明电极104、透明电极104的一部分上的p-电极焊盘105、在光构造体103的第1导电型半导体层103a的部分露出面的一部分上设置的n-电极焊盘106，并且具有：在基板101的背面侧设置的分布布拉格反射膜107、分布布拉格反射膜107上的反射金属层108、以及反射金属层108上的保护层109。
基板101只要是透明基板即可，不作特别限定，例如可以是蓝宝石或SiC基板。另外，基板101也可以如在上部面即整个面上进行了图案化的蓝宝石基板(PSS)那样，具有规定的凹凸图案。另一方面，基板101的面积决定芯片的整体面积。随着发光二极管芯片100的面积相对增大，则反射效果增加。
发光构造体103具有：第1导电型半导体层103a、第2导电型半导体层103b、以及配置在上述第1导电型半导体层103a与第2导电型半导体层103b之间的活性层103c。在此，第1导电型半导体层103a和第2导电型半导体层103b具有相反的导电型，可以是第1导电型为n型且第2导电型为p型，或者它们也可以是相反的导电型。
上述第1导电型半导体层103a、活性层103c、以及第2导电型半导体层103b也可以由氮化镓系列的化合物半导体物质即(Al、In、Ga)N形成。对活性层103c的组成元素以及组成比进行决定，从而射出所要求的波长的光，例如紫外线或蓝色光。第1导电型半导体层103a及/或第2导电型半导体层103b既可以如图所示形成为单一层，也能够由多层构造形成。另外，活性层103c也可以形成为单一量子阱构造或多重量子阱构造。另外，在基板101与第1导电型半导体层103a之间配置有缓冲层102，但也可以不具有缓冲层102。
半导体层103a～103c既可以分别使用MOCVD(metal-organic chemical vapordeposition，金属有机化合物化学气相淀积)或MBE(molecular beam epitaxy，分子束外延)技术形成，也可以使用光刻以及蚀刻工序进行图案化使得第1导电型半导体层103a的部分区域露出。
另一方面，透明电极层104可以在第2导电型半导体层103b上例如由ITO或Ni/Au形成。透明电极层104与第2导电型半导体层103b相比电阻率较低，因此具有使电流分散至芯片整体的作用。在透明电极层104的一部分上形成有p-电极焊盘105，在第1导电型半导体层103a的中途露出的露出面的一部分上形成有n-电极焊盘106。如图所示，p-电极焊盘105经由透明电极层104与第2导电型半导体层103b电连接。
另外，在基板101的下部，即在基板101的背面侧设置有分布布拉格反射膜107。分布布拉格反射膜107具有第1分布布拉格反射膜111和第2分布布拉格反射膜112。
如图13所示，第1分布布拉格反射膜111由第1材料层111a和第2材料层111b的对重复多对而形成，第2分布布拉格反射膜112由第3材料层112a和第4材料层112b的对重复多对而形成。与蓝色波长区域的光相比，第1材料层111a和第2材料层111b的多个对对红色波长区域的光例如550nm或630nm的光的反射率可以相对较高，与红色或绿色波长区域的光相比，第2分布布拉格反射膜112对蓝色波长区域的光例如460nm的光的反射率可以相对较高。此时，第1分布布拉格反射膜111内的材料层i1ia、111b的光学膜厚比第2分布布拉格反射膜112内的材料层112a、112b的光学膜厚更厚，但并不限定于此，也可以是相反的情况。
第1材料层111a可以具有与第3材料层112a相同的材料即相同的折射率，第2材料层111b可以具有与第4材料层112b相同的材料即相同的折射率。例如，第1材料层111a以及第3材料层112a可以由TiO2膜(折射率n约为2.5)形成，第2材料层111b以及第4材料层112b可以由SiO2膜(折射率n约为1.5)形成。总之，通过这里将高折射率的膜和低折射率的膜重复48层，从而在波长宽带中具有高反射率性能。
另一方面，第1材料层111a的光学膜厚(折射率×厚度)与第2材料层111b的光学膜厚可以实质上具有整数倍的关系，优选它们的光学膜厚实质上相同。另外，第3材料层112a的光学膜厚与第4材料层112b的光学膜厚可以实质上具有整数倍的关系，优选它们的光学膜厚实质上相同。
另外，也可以将第1材料层111a的光学膜厚设得比第3材料层112a的光学膜厚更厚，将第2材料层111b的光学膜厚设得比第4材料层112b的光学膜厚更厚。第1～第4材料层111a、111b、112a、112b的光学膜厚能够调节各材料层的折射率及/或实际厚度而进行控制。
在分布布拉格反射膜107的下部，也可以形成有Al、Ag或Rh等反射金属层108、以及用于保护分布布拉格反射膜107的保护层109。保护层109例如可以由从Ti、Cr、Ni、Pt、Ta、以及Au中选择的任一种金属的金属层或它们的合金形成。反射金属层108或保护层109能够保护分布布拉格反射膜107不受外部的冲击或污染的损坏。例如，在将发光二极管芯片100安装在发光二极管封装件中时，反射金属层108或保护层109能够防止由于粘合剂这样的物质而使分布布拉格反射膜107发生变形。
另外，反射金属层108能够对透过分布布拉格反射膜107的光进行反射，因此能够相对减少分布布拉格反射膜107的厚度。分布布拉格反射膜107虽然表现出相对较高的反射率，但是对于入射角较大的光，有时会使长波长区域的可见光透过。因此，通过在分布布拉格反射膜107的下部配置反射金属层108，从而能够利用反射金属层108对透过分布布拉格反射膜107的光进行反射，因此能够进一步提高发光利用效率。
此外，通过将第1分布布拉格反射膜111配置得比第2分布布拉格反射膜112更靠近基板101，从而与进行相反配置的情况相比，能够减少分布布拉格反射膜107内的光损失。
根据以上所述，能够得到作为面朝上(face up)光出射方式的现有半导体发光元件的、发光二极管芯片100，在该发光二极管芯片100中，使由活性层103c发出的光向p-电极焊盘105以及n-电极焊盘106侧的上方全部射出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-166146号
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1公开的上述现有的具有分布布拉格反射膜107的发光二极管芯片100中，在基板101的背面侧，形成有分布布拉格反射膜107(DBR膜)，该膜将从包含内部活性层103c的发光构造体射出的光向上侧进行反射，在该分布布拉格反射膜107上还形成有反射金属层108。利用该分布布拉格反射膜107及其上的反射金属层108，对蓝色波长、绿色波长、以及红色波长光具有90％以上的反射率。
但是，虽然在基板101上作为DBR膜(反射膜)，利用SiO2和TiO2进行交替层叠，总计形成约40层(从反射率的观点出发，最终层为SiO2)，在波长宽带中表现出高反射率性能，但是具有如下问题，即，如果后续工序中的清洗处理时的氢氟酸等对DBR膜表面进行侵蚀(膜厚减少)、或者从DRB膜表面吸收水分、或者进而在DBR膜表面产生裂缝等，则DBR膜的光学特性发生变化。
本发明是为了解决上述现有问题而提出的，其目的在于提供一种半导体装置及其制造方法，其能够抑制或防止在后续工序的清洗处理或蚀刻处理等中对DBR膜表面进行侵蚀(膜厚减少)、从DRB膜表面吸收水分、或者在DBR膜表面产生裂缝的问题。
用于解决课题的手段
本发明的半导体装置在作为反射膜的DBR膜结构中，在低折射率膜上将1对或多对的高折射率膜和该低折射率膜的对进行重复成膜后得到的、该低折射率膜上，为了防止侵蚀，将该高折射率膜作为最终膜进行连续成膜，由此实现上述目的。
另外，优选的是，本发明的半导体装置中的低折射率膜是SiO2膜，所述高折射率膜是TiO2膜，所述最终膜的TiO2膜的膜厚是1～13nm。
此外，优选的是，本发明的半导体装置中的最终膜的TiO2膜的膜厚是1～10nm或1～5nm。
此外，优选的是，本发明的半导体装置中的DBR膜结构的图案边缘部的形状成为具有角度为15～45度的截面锥形角的、越靠近前端侧则膜厚越薄的坡形形状。
此外，优选的是，本发明的半导体装置中的DBR膜结构的多层反射膜具有4层～50层的范围内的层数。
此外，优选的是，在本发明的半导体装置中的DBR膜结构(DBR膜)上及其基底层上具备金属膜(金属反射膜)。
此外，优选的是，作为本发明的半导体装置中的金属膜，使用Al膜。
此外，优选的是，在本发明的半导体装置中，作为最终膜的高折射率膜和所述金属膜的密接层，使用Ni膜，或者在该最终膜的高折射率膜上直接使用该金属膜。
此外，优选的是，在本发明的半导体装置中，在光波长为400～600nm的频带范围中，对于所述DBR膜结构，光的垂直方向的反射率为80％以上。
本发明的半导体装置的制造方法是制造本发明的上述半导体装置的方法，该半导体装置的制造方法具有剥离工艺，在该剥离工艺中，将抗蚀剂图案形成为截面檐形之后，利用DBR蒸镀处理在该抗蚀剂图案的檐周围形成所述DBR膜结构的坡形形状，除去该抗蚀剂图案，由此实现上述目的。
另外，优选的是，在本发明的半导体装置的制造方法中，在对DBR膜结构进行蒸镀形成前以及形成过程中，使用离子枪进行等离子体清洗以及所述DBR蒸镀处理。
此外，优选的是，在本发明的半导体装置的制造方法中，使用剥离工艺形成所述DBR膜结构的坡形形状之后，进一步使用该剥离工艺，通过金属膜蒸镀在该DBR膜结构及其基底层上形成金属膜。
根据上述结构，下面对本发明的作用进行说明。
在本发明中，在作为反射膜的DBR膜结构中，在低折射率膜上将1对或多对的高折射率膜和该低折射率膜的对进行重复成膜后得到的、该低折射率膜上，为了防止侵蚀，将该高折射率膜作为最终膜进行连续成膜。
由此，最终膜是用于防止侵蚀的高折射率膜，因而用于防止侵蚀的高折射率膜对DBR膜结构自身进行覆盖并保护内部，因此能够抑制或防止在后续工序的清洗处理或蚀刻处理等中对DBR膜表面进行侵蚀(膜厚减少)、从DRB膜表面吸收水分、或者在DBR膜表面产生裂缝的问题。
另外，在DBR膜上形成金属反射膜时，如果不是在DBR膜平面上，则难以进行蒸镀形成，在DBR膜的图案边缘部的蒸镀形成中，蒸镀膜的覆盖性较差，产生阶段断裂等。对此，DBR膜结构的图案边缘部(端部)的形状成为具有角度为15～45度的截面锥形角的、越靠近前端侧则膜厚越薄的坡形形状，因而DBR膜的图案边缘部(端部)的蒸镀膜(金属反射膜)的覆盖性变得良好，防止阶段断裂的产生。
此外，在作为专利文献1公开的现有的半导体发光元件的、发光二极管芯片100中，采用面朝上光出射方式，由活性层103c发出的光被p-电极焊盘105以及n-电极焊盘106阻挡，光出射效率降低。与此相对，在将全部光向与p-电极焊盘以及n-电极焊盘侧的相反侧的下方射出的、面朝下方式的下一代型的半导体发光元件(倒装芯片)中，光不会被p-电极焊盘以及n-电极焊盘阻挡，因而能够防止光出射效率的降低。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够抑制或防止在后续工序的清洗处理或蚀刻处理等中对DBR膜表面进行侵蚀(膜厚减少)、从DRB膜表面吸收水分、或者在DBR膜表面产生裂缝的问题。
另外，DBR膜结构的图案边缘部的形状成为具有角度为15～45度的截面锥形角的、越靠近前端侧则膜厚越薄的坡形形状，因此DBR膜的图案边缘部的蒸镀膜的覆盖性变得良好，能够防止阶段断裂的产生。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的面朝下(face down)光出射方式的半导体发光元件的主要部分结构例的纵剖视图。
图2是表示本发明的实施方式2的面朝上(face up)光出射方式的半导体发光元件的主要部分结构例的纵剖视图。
图3是表示构成本发明的实施方式3的半导体激光元件的、半导体发光元件的主要部分结构例的纵剖视图。
图4是表示本发明的实施方式4的面朝下光出射方式的半导体发光元件的主要部分结构例的纵剖视图。
图5(a)是用于说明本实施方式4的半导体发光元件的DBR膜用光致抗蚀剂图案形成工序的主要部分剖视图，图5(b)是用于说明该半导体发光元件的DBR膜蒸镀工序的主要部分剖视图，图5(c)是用于说明该半导体发光元件的光致抗蚀剂剥离工序的主要部分剖视图，图5(d)是用于说明该半导体发光元件的金属反射膜用光致抗蚀剂图案形成工序的主要部分剖视图，图5(e)是用于说明该半导体发光元件的金属反射膜蒸镀工序的主要部分剖视图。
图6(a)是用于说明现有的半导体发光元件的DBR膜或金属反射膜用光致抗蚀剂图案形成工序的主要部分剖视图，(b)是用于说明该DBR膜或金属反射膜蒸镀工序的主要部分剖视图，(c)是用于说明该半导体发光元件的光致抗蚀剂剥离工序的主要部分剖视图。
图7是本实施方式5的半导体发光元件中的DBR膜的端部的坡形形状部的放大剖视图。
图8是表示利用本实施方式6的各半导体发光元件的DBR膜和各金属反射膜的各2层反射膜构造，进行反射率的测定试验的情况下的反射率测定试验用样本的层叠状态的示意图。
图9是表示在图8的反射率测定试验中，在1st金属反射膜的下层Ni膜厚为0nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以5nm进行试验的情况(曲线C)和以比5nm厚1个周期的膜厚88nm进行试验的情况(曲线E)下的、对测定波长的反射率的图。
图10是表示在图8的反射率测定试验中，在1st金属反射膜的下层Ni膜厚为3nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以5nm进行试验的情况(曲线D)和以比5nm厚1个周期的膜厚88nm进行试验的情况(曲线F)下的、对测定波长的反射率的图。
图11是表示在金属反射膜的单层反射膜构造和本实施方式6的各半导体发光元件的DBR膜及金属反射膜的2层反射膜构造中，对测定波长的反射率分布图的图。
图12是用于说明专利文献1中公开的现有的具有分布布拉格反射膜的发光二极管芯片的剖视图。
图13是对图12的分布布拉格反射膜进行放大表示的剖视图。
符号说明
1、1A～1E、1E’ 半导体发光元件
2 透明绝缘体基板
3、3C、3D 发光构造体
31 第1导电型半导体层31(N型覆层)
32 第2导电型半导体层32(P型覆层)
33 活性层
4 透明电极膜
5、5A p-电极焊盘
6、6A n-电极焊盘
7、7A～7E DBR膜
8、8D、8E、8E’ 金属反射膜(例如金属(Al)反射膜)
9 DBR膜的开口部
10 DBR膜用的光致抗蚀剂
10A、11 金属反射膜用的光致抗蚀剂
12 N型半导体基板
13 发光构造体
131 第1导电型半导体层131(N型覆层)
132 第2导电型半导体层132(P型覆层)
133 活性层
14 DBR膜或金属反射膜
15 上部P电极膜
16 下部N电极膜
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明将本发明的半导体装置及其制造方法对半导体发光元件及其制造方法的实施方式1～6进行适用的情况。此外，各图中的结构部件各自的厚度、长度等是从制图的观点出发的，并不限定于图示的结构。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1的面朝下(face down)光出射方式的半导体发光元件的主要部分结构例的纵剖视图。
在图1中，将发光二极管元件作为本实施方式1的半导体装置，由半导体发光元件1构成该发光二极管元件，该半导体发光元件1在面朝下光出射方式的下一代型的倒装芯片中，作为分布布拉格反射膜，采用了最上层为高折射率膜(TiO2膜)的DBR膜7(反射膜结构)。
本实施方式1的半导体发光元件1例如在蓝宝石等透明绝缘体基板2上设置有发光构造体3。发光构造体3在第1导电型半导体层31(N型覆层)与第2导电型半导体层32(P型覆层)之间设置有发光的活性层33。发光构造体3的表面部构成为凹凸状，在凸侧的平坦部表面，设置有由ITO膜构成的透明电极膜4。在该透明电极膜4的一部分表面上设置有p-电极焊盘5，在发光构造体3的第1导电型半导体层31的部分露出面(凹部)的一部分上设置有n-电极焊盘6。在上述的除p-电极焊盘5以外的透明电极膜4上、从透明电极膜4上至第1导电型半导体层31的部分露出面的侧面上、以及n-电极焊盘6以外的第1导电型半导体层31的部分露出面上，形成有构成分布布拉格反射膜的反射膜结构的DBR膜7。
在上述p-电极焊盘5与n-电极焊盘6之间，将p-电极焊盘5作为+极，将n-电极焊盘6作为一极，施加规定电压，从而对发光构造体3施加规定电压，由发光构造体3的活性层33发出的光从活性层33透过透明绝缘体基板2从基板背面侧作为发光A射出，并且从活性层33由DBR膜7反射而透过透明绝缘体基板2从基板背面侧作为反射光B射出，大致全部发光从透明绝缘体基板2的背面向下方射出。
在此，在本实施方式1中，由于高折射率膜(TiO2膜)基本上不被BHF蚀刻而膜不减少，具有耐酸性和耐水性(不使水分通过内部)，所以如果将TiO2膜用作DBR膜7的最终膜，则利用TiO2膜保护内部的SiO2膜不受酸或水分等的破坏。
DBR膜7的膜结构将第1材料层的低折射率膜和第2材料层的高折射率膜的对重复多对而形成。如低折射率膜(蒸镀SiO2膜)/高折射率膜(蒸镀TiO2膜)/低折射率膜(蒸镀SiO2膜)这样，在低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上将1对或多对的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)和低折射率膜(蒸镀SiO2膜)的对进行重复成膜后得到的、最上方的低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上，进一步，为了防止侵蚀，将高折射率膜(蒸镀TiO2膜)作为最终膜进行连续成膜。这具有4层～50层的范围内的层数。
因此，根据本实施方式1，在面朝下光出射方式的半导体发光元件1的、作为反射膜的DBR膜7的膜结构中，在低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上将1对或多对的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)和低折射率膜(蒸镀SiO2膜)的对进行重复成膜后得到的、低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上，为了防止侵蚀(保护内部)，将高折射率膜(蒸镀TiO2膜)作为最终膜进行连续成膜。
总之，在本来由因为酸而使膜减少的低折射率膜的蒸镀SiO2膜作为最上层进行终结的位置处，将作为高折射率膜的蒸镀TiO2膜进行追加连续成膜。用最终膜的蒸镀TiO2膜对DBR膜7的蒸镀SiO2膜的上表面进行覆盖，因而能够防止后续工序中的蚀刻加工、清洗处理等中的DBR最上层膜的侵蚀(膜厚减少)、水分吸收、以及裂缝。
此外，在本实施方式1中，说明了作为面朝下光出射方式的半导体发光元件1，在下一代型的倒装芯片中采用DBR膜7，在DBR膜7的最上层形成有高折射率膜(TiO2膜)的情况，但不限于此，在DBR膜7的最上层形成有高折射率膜(TiO2膜)的DBR膜结构也能够适用于面朝上光出射方式的半导体发光元件。在下面的实施方式2中对此详细进行说明。
(实施方式2)
图2是表示本发明的实施方式2的面朝上光出射方式的半导体发光元件的主要部分结构例的纵剖视图。
在图2中，将发光二极管元件作为本实施方式2的半导体装置，由半导体发光元件1A构成该发光二极管元件，该半导体发光元件1A作为面朝上光出射方式的半导体芯片，在基板背侧采用了最上层为高折射率膜(TiO2膜)的DBR膜7A。
本实施方式1的半导体发光元件1A例如在蓝宝石等透明绝缘体基板2上设置有发光构造体3。发光构造体3在第1导电型半导体层31(N型覆层)与第2导电型半导体层32(P型覆层)之间设置有发光的活性层33。发光构造体3的表面部以凹凸状构成，在凸侧的平坦部表面，设置有由ITO膜构成的透明电极膜4。在该透明电极膜4的一部分表面上，设置有底面包含有反射层的p-电极焊盘5A，在发光构造体3的第1导电型半导体层31的部分露出面的一部分上，设置有底面包含有反射层的n-电极焊盘6A。在透明绝缘体基板2的背面侧，形成有DBR膜7A。
在上述p-电极焊盘5A与n-电极焊盘6A之间，将p-电极焊盘5A作为+极，将n-电极焊盘6A作为一极，施加规定电压，从而对发光构造体3施加规定电压，由发光构造体3的活性层33发出的光从活性层33透过透明电极膜4从表面侧作为发光A射出，并且来自活性层33的光由透明绝缘体基板2的背面的DBR膜7A反射而从基板表面侧作为反射光B射出。除此以外的光利用p-电极焊盘5A以及n-电极焊盘6A的各底面的反射层反射至DBR膜7A侧，大致全部的活性层33的发光从基板表面侧向上方射出。
在此，在本实施方式2中，由于高折射率膜的TiO2膜基本上不被BHF蚀刻而膜不减少，具有耐酸性和耐水性(不使水分通过内部)，所以如果将TiO2膜用作DBR膜7A的最终膜，则利用TiO2膜保护内部的SiO2膜不受酸或水分等的破坏。
DBR膜7A的膜结构将第1材料层的低折射率膜和第2材料层的高折射率膜的对重复多对而形成。如低折射率膜(蒸镀SiO2膜)/高折射率膜(蒸镀TiO2膜)/低折射率膜(蒸镀SiO2膜)这样，在低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上将1对或多对的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)和低折射率膜(蒸镀SiO2膜)的对进行重复成膜后得到的、最上方的低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上，进一步，为了防止侵蚀，将高折射率膜(蒸镀TiO2膜)作为最终膜进行连续成膜。DBR膜7A的多层反射膜具有4层～50层的范围内的层数。
因此，根据本实施方式2，在面朝上光出射方式的半导体发光元件1A的DBR膜7A的膜结构中，在低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上将1对或多对的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)和低折射率膜(蒸镀SiO2膜)的对进行重复成膜后得到的、低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上，为了防止侵蚀，将高折射率膜(蒸镀TiO2膜)作为最终膜进行连续成膜。
总之，在本来由因为酸而使膜减少的低折射率膜的蒸镀SiO2膜作为最上层进行终结的位置处，将作为高折射率膜的蒸镀TiO2膜进行追加连续成膜。用最终膜的蒸镀TiO2膜对DBR膜7A的蒸镀SiO2膜的上表面进行覆盖，因而能够防止后续工序中的蚀刻加工、清洗处理等中的DBR最上层膜的侵蚀(膜厚减少)、水分吸收、以及裂缝。
另一方面，在作为上述现有的面朝上光出射方式的半导体发光元件的、现有的发光二极管芯片100中，由活性层103c发出的光被p-电极焊盘105以及n-电极焊盘106阻挡，光取出效率降低。对此，在本实施方式2的面朝上光出射方式的半导体发光元件1A中，虽然由活性层33发出的光被p-电极焊盘5A以及n-电极焊盘6A阻挡，但是p-电极焊盘5A以及n-电极焊盘6A在其底面含有反射层，因而由活性层33发出的光在其底面由反射层反射至DBR膜7A侧，进一步由DBR膜7A向器件上侧反射而从器件表面射出，因而光取出效率比上述现有元件更高。
另外，在上述实施方式1的面朝下光出射方式的半导体发光元件1中，由活性层33发出的光利用位于p-电极焊盘5和n-电极焊盘6侧的DBR膜7进行反射而从器件背面射出，因而光不会被p-电极焊盘5以及n-电极焊盘6阻挡。在使光全部向器件的下方射出的面朝下方式的下一代型的半导体发光元件1(倒装芯片)中，与面朝上光出射方式的上述现有的发光二极管芯片100和本实施方式2的面朝上光出射方式的半导体发光元件1A相比，光不会被p-电极焊盘5、5A以及n-电极焊盘6、6A阻挡，因而能够提高光取出效率。此外，如果在上述实施方式1的面朝下方式的下一代型的半导体发光元件1中，使用在p-电极焊盘5和n-电极焊盘6的底面侧具有反射膜的p-电极焊盘5A和n-电极焊盘6A，则由p-电极焊盘5A和n-电极焊盘6A的底面将光向器件背面侧反射，与此对应地也能够提高光取出效率。
此外，在上述实施方式1中说明了在面朝下光出射方式的半导体发光元件1中采用DBR膜7，在本实施方式2中说明了在面朝上光出射方式的半导体发光元件1A中采用DBR膜7A，在DBR膜7、7A(反射膜)的最上层形成有高折射率膜(TiO2膜)的情况，但不限于此，在DBR膜7、7A(反射膜)的最上层形成有高折射率膜(TiO2膜)的DBR膜结构除了能够适用于作为半导体发光元件的、上述实施方式1、2的发光二极管元件以外，也能够适用于半导体激光元件。在下面的实施方式3中对此详细进行说明。
(实施方式3)
图3是表示构成本发明的实施方式3的半导体激光元件的、半导体发光元件的主要部分结构例的纵剖视图。
在图3中，将半导体激光元件作为本实施方式3的半导体装置，由半导体发光元件1B构成该半导体激光元件，该半导体发光元件1B在活性层133的侧面采用了最上层为高折射率膜(TiO2膜)的DBR膜7B。
本实施方式3的半导体发光元件1B在N型半导体基板12上设置有发光构造体13。发光构造体13在第1导电型半导体层131(N型覆层)与第2导电型半导体层132(P型覆层)之间设置有发光的活性层133。在第2导电型半导体层132(P型覆层)上设置有上部P电极膜15，在N型半导体基板12的背面侧设置有下部N电极膜16。在活性层133的4个侧面，形成有DBR膜7B。此外，在该活性层133的4个侧面中，仅激光出射面的DBR膜7B的反射膜构成及其构成膜厚与其他侧面不同，从而使激光易于射出。
在上述上部P电极膜15与下部N电极膜16之间，将上部P电极膜15作为+极，将下部N电极膜16作为-极，施加规定电压，从而对发光构造体13施加规定电压，由发光构造体13的活性层133发出的光在活性层133内的相向DBR膜7B之间进行共振之后，从激光出射面侧的DBR膜7B作为激光射出。
在此，在本实施方式3中，由于高折射率膜的TiO2膜基本上不被BHF蚀刻而膜不减少，具有耐酸性和耐水性(不使水分通过内部)，所以如果将TiO2膜用作DBR膜7B的最终膜，则利用TiO2膜保护内部的SiO2膜不受酸或水分等的破坏。
DBR膜7B的膜结构将第1材料层的低折射率膜和第2材料层的高折射率膜的对重复多对而形成。如低折射率膜(蒸镀SiO2膜)/高折射率膜(蒸镀TiO2膜)/低折射率膜(蒸镀SiO2膜)这样，在低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上将1对或多对的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)和低折射率膜(蒸镀SiO2膜)的对进行重复成膜后得到的、最上方的低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上，进一步，为了防止侵蚀，将高折射率膜(蒸镀TiO2膜)作为最终膜进行连续成膜。DBR膜7B的多层反射膜具有4层～50层的范围内的层数。
因此，根据本实施方式3，在构成半导体激光元件的半导体发光元件1B的活性层133的侧面的DBR膜7B的膜结构中，在低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上将1对或多对的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)和低折射率膜(蒸镀SiO2膜)的对进行重复成膜后得到的、低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上，为了防止侵蚀，将高折射率膜(蒸镀TiO2膜)作为最终膜进行连续成膜。
总之，在本来由因为酸而使膜减少的低折射率膜的蒸镀SiO2膜作为最上层进行终结的位置处，将作为高折射率膜的蒸镀TiO2膜进行追加连续成膜。用最终膜的蒸镀TiO2膜对DBR膜7B内的蒸镀SiO2膜的上表面进行覆盖，因而能够防止后续工序中的蚀刻加工、清洗处理等中的DBR最上层膜的侵蚀(膜厚减少)、水分吸收、以及裂缝。
此外，在上述实施方式1～3中，说明了在作为半导体发光元件的发光二极管元件或半导体激光元件中，为了耐水和耐酸(防止侵蚀)而适用了在最上层形成有高折射率膜(TiO2膜)的DBR膜7、7A或7B的情况，但不限于此，也可以在DBR膜7、7A或7B上进一步设置Al膜等后述的金属反射膜8，以进一步提高反射效率。在下面的实施方式4中对此详细进行说明。
(实施方式4)
在本实施方式4中，说明下述情况，即，如上述实施方式1的DBR膜7(反射膜)这样在最上层形成高折射率膜(TiO2膜)，并且在DBR膜7上形成金属反射膜，利用DBR膜7和金属反射膜的2层反射膜构造得到高反射特性。
该具有高反射特性的DBR膜7和金属反射膜的2层反射膜构造能够如前所述适用于上述实施方式1～3，从而能够得到高反射特性。即，在上述实施方式1～3的DBR膜7、7A或7B上进一步设置Al膜等金属反射膜而采用2层反射膜构造，进一步提高反射效率。
在此，特别地，下面对如下情况进行详细说明，即，在上述实施方式1的面朝下光出射方式的半导体发光元件1中适用DBR膜7和金属反射膜的2层反射膜构造时，为了防止DBR膜7的端部上的金属反射膜的阶段断裂，在使用剥离工艺手法通过蒸镀成膜将DBR膜7的端部设为锥形形状(坡形形状)的、利用图4后述的DBR膜7C上，形成后述的金属反射膜8。
图4是表示本发明的实施方式4的面朝下光出射方式的半导体发光元件的主要部分结构例的纵剖视图。
在图4中，将发光二极管元件作为本实施方式4的半导体装置，由半导体发光元件1C构成该发光二极管元件，该半导体发光元件1C在面朝下光出射方式的下一代型的倒装芯片中，采用了最上层使用高折射率膜(TiO2膜)的DBR膜7C以及其上的Al膜等金属反射膜8。
在本实施方式4的半导体发光元件1C的发光构造体3C以及透明电极膜4上，使用剥离工艺手法将DBR膜7C的图案端部形成为锥形。在此情况下，DBR膜结构的图案边缘部(端部)的形状成为具有角度为15～45度的截面锥形角的、越靠近前端侧则膜厚越薄的坡形形状。
如上述所示，通过将由剥离工艺形成的DBR图案边缘部设为具有规定的锥形角的缓的坡形形状，从而使在发光构造体3C以及透明电极膜4上形成的DBR膜7C上的、以及该发光构造体3C以及透明电极膜4上的金属反射膜8中不会具有由膜厚造成的急剧变化，能够防止在金属反射膜8的变化位置处产生阶段断裂。
如上述所示，与现有的DBR膜或金属反射膜的单层反射膜构造相比，采用本实施方式4的DBR膜7C和金属反射膜8的2层反射膜构造，能够得到高反射特性。
在对DBR膜7C的DBR膜结构进行蒸镀形成之前以及形成过程中，使用离子枪进行基底膜(发光构造体3C以及透明电极膜4)的等离子体清洗。
在DBR膜7C上利用金属蒸镀形成金属反射膜8时，实施蒸镀表面预处理，现在，通过将DBR膜7C的最上层膜设为TiO2膜，从而对使用等离子体或湿法蚀刻的蒸镀表面处理具有耐性。
由Al材料等构成的金属反射膜8经由DBR膜7C的开口部9与发光构造体3C、透明电极膜4进行电连接。此外，在DBR膜7C的开口部9上的金属反射膜8上，此处不图示的p-电极焊盘5以及n-电极焊盘6A等电极部以规定形状形成，该p-电极焊盘5以及n-电极焊盘6A经由金属反射膜8与发光构造体3C、透明电极膜4进行电连接。
下面，详细说明本实施方式4的面朝下光出射方式的半导体发光元件1C的制造方法，即DBR膜7C及其上的金属反射膜8的2层反射膜构造的制造方法。
图5(a)是用于说明本实施方式4的半导体发光元件1C的DBR膜用光致抗蚀剂图案形成工序的主要部分剖视图，图5(b)是用于说明该半导体发光元件1C的DBR膜蒸镀工序的主要部分剖视图，图5(c)是用于说明该半导体发光元件1C的光致抗蚀剂剥离工序的主要部分剖视图，图5(d)是用于说明该半导体发光元件1C的金属反射膜用光致抗蚀剂图案形成工序的主要部分剖视图，图5(e)是用于说明该半导体发光元件1C的金属反射膜蒸镀工序的主要部分剖视图。
首先，如图5(a)的DBR膜用光致抗蚀剂图案形成工序所示，在发光构造体3C以及透明电极膜4上全面涂敷光致抗蚀剂之后进行图案化，从而将其形成为用于DBR膜7C的蒸镀的、下部内侧带有锥形的檐形截面形状。
接着，如图5(b)的DBR膜蒸镀工序所示，将该进行了图案化的光致抗蚀剂10作为掩膜，形成具有反射功能的多层膜的DBR膜7C。此时，在光致抗蚀剂10上也形成多层膜的DBR膜。DBR膜7C将第1材料层的蒸镀SiO2膜和第2材料层的蒸镀TiO2膜的对重复多对而形成。在此情况下，作为DBR膜7C的最上层(CAP层)，为了防止侵蚀而对蒸镀TiO2膜进行连续蒸镀成膜。此时，DBR膜7C的端部分形成为越靠近端部则膜厚变得越薄的、具有缓的锥形角的坡形形状。该截面锥形角的角度为15～45度左右。
此外，在对DBR膜7C进行蒸镀形成之前以及形成过程中，使用离子枪进行基底膜(发光构造体3C以及透明电极膜4)的等离子体清洗。
如上述所示，在利用剥离工艺将整个面的抗蚀剂图案形成为截面檐形之后，利用DBR蒸镀处理在光致抗蚀剂10的檐周围将DBR膜7C的端部形成为坡形形状，然后，如图5(c)的光致抗蚀剂剥离工序所示，除去光致抗蚀剂10，能够使该光致抗蚀剂10下的发光构造体3C、透明电极膜4的一部分露出。
接着，在发光构造体3C、透明电极膜4、以及DBR膜7C上的整个表面上涂敷光致抗蚀剂之后，如图5(d)的金属反射膜用的图案化用的光刻工序所示，对该涂敷的光致抗蚀剂进行图案化，从而形成用于金属反射膜蒸镀的、下部内侧带有锥形的檐形截面形状，以形成光致抗蚀剂10A。然后，作为金属反射膜8的蒸镀前的工艺，进行使用湿法工艺或等离子体照射工艺的表面处理。
接下来，如图5(e)的金属反射膜蒸镀工序所示，将图案化为用于金属反射膜的、下部内侧带有锥形的檐形截面形状的光致抗蚀剂10A作为掩膜，在发光构造体3C以及透明电极膜4上对金属反射膜8进行蒸镀成膜。
此时，在光致抗蚀剂10A上也形成金属反射膜8。在此情况下，由于DBR膜7C具有越靠近端部则膜厚变得越薄的坡形形状，所以能够防止从发光构造体3C或透明电极膜4上向DBR膜7C上的、金属反射膜8中产生的阶段断裂。
DBR膜7C的锥形角度15～45度比有可能发生阶段断裂的锥形角度60度小，因而即使在DBR膜7C的坡形形状上形成金属反射膜8，也不会产生阶段断裂。
如上述所示，利用剥离工艺，将整个面的抗蚀剂图案形成为截面檐形，在DBR膜7C的前端部形成坡形形状之后，进一步使用剥离工艺，通过金属膜蒸镀，在DBR膜7C及其基底层的发光构造体3C以及透明电极膜4上形成金属反射膜8。然后，如图4的光致抗蚀剂剥离工序所示，除去光致抗蚀剂10A。此外，所谓剥离工艺是指，在基底层上，将带有檐的光致抗蚀剂10、10A作为掩膜对蒸镀膜进行蒸镀之后，除去光致抗蚀剂10、10A，露出曾经存在有该光致抗蚀剂10、10A的基底膜。
在此，进一步说明使用剥离工艺手法的、在对DBR膜7C进行蒸镀形成前以及形成过程中使用离子枪进行等离子体清洗以及DBR蒸镀处理的制造方法。
DBR膜成膜方法具有：等离子体清洗工序，在对DBR膜7C进行蒸镀形成之前，作为使用离子等离子体区的情况，使用离子枪对发光构造体3C以及透明电极膜4的表面进行等离子体清洗；以及DBR蒸镀膜形成工序，对使用离子枪进行了等离子体清洗的发光构造体3C以及透明电极膜4的表面，形成DBR膜7C。如上述所示，在利用等离子体清洗将发光构造体3C以及透明电极膜4的表面上的有机物、水分、其他污染物质从该表面除去之后，在发光构造体3C以及透明电极膜4的表面上形成DBR膜7C。
如以上所述，半导体发光元件1C构成面朝下光出射方式的发光二极管元件而作为本实施方式4的半导体装置，该半导体发光元件1C的制造方法具有剥离工艺，在该剥离工艺中，将抗蚀剂图案10形成为截面檐形之后，在DBR膜7C的端部，利用DBR蒸镀处理在抗蚀剂图案10的檐周围形成截面锥形角度为15～45度的坡形形状，并除去抗蚀剂图案10。并且，在使用剥离工艺形成DBR膜7C的坡形形状之后，进一步使用剥离工艺，通过金属膜蒸镀，在DBR膜结构及其基底层(发光构造体3C以及透明电极膜4)上形成Al膜等金属反射膜8，成为DBR膜7C和金属反射膜8的2层反射膜构造。
如上述所示，能够制造面朝下方式的下一代型的半导体发光元件1C(倒装芯片)，在该半导体发光元件1C中，由发光构造体3C的活性层发出的光利用DBR膜7C及其上的金属反射膜8全部向下方反射。
如以上所述，根据本实施方式4，作为DBR膜7C的最上层，形成高折射率膜(TiO2膜)，利用高折射率膜(TiO2膜)使DBR膜7C自身具有耐酸性和耐湿性。
如上述所示，在DBR膜7C的成膜构造中，在由于反射特性的关系而本来在最上层由SiO2膜进行终结的位置处，如前所述，作为高折射率膜进行TiO2膜的连续追加成膜(Cap_TiO2成膜)，由此，能够防止后续工序中的蚀刻加工或清洗处理等中的DBR最上层的侵蚀(膜厚减少)、水分吸收以及裂缝。
另外，在器件上形成DBR膜7C(反射膜)的图案时，利用基于剥离工艺手法的蒸镀成膜，将DBR膜7C的DBR端部形成为低锥度的坡形形状。该情况下的截面锥形角度，成为角度15～45度的越靠近前端侧则膜厚越薄的坡形形状。
如上述所示，通过将由剥离工艺形成的DBR膜7C的图案边缘(端部)设为截面锥形角度为15～45度的、具有规定的缓锥形角的坡形形状，从而在其上层的金属反射膜8中不会产生阶段断裂。由此，能够容易地形成DBR图案和其上的金属反射膜8的多层构造。由此，与现有的DBR膜或金属反射膜的单层反射膜构造相比，采用本实施方式4的DBR膜7C和金属反射膜8的2层反射膜构造，能够得到高反射特性。
图6(a)是用于说明现有的半导体发光元件的DBR膜或金属反射膜用光致抗蚀剂图案形成工序的主要部分剖视图，图6(b)是用于说明该DBR膜或金属反射膜蒸镀工序的主要部分剖视图，图6(c)是用于说明该半导体发光元件的光致抗蚀剂剥离工序的主要部分剖视图。
如图6(a)～图6(c)所示，利用剥离工艺，将在发光构造体3C以及透明电极膜4的表面上的整个面进行成膜的抗蚀剂图案形成为截面檐形，以形成DBR膜或金属反射膜用的光致抗蚀剂11之后，将其作为掩膜，利用蒸镀处理在光致抗蚀剂11的檐周围将DBR膜或金属反射膜14的端部形成为坡形形状，然后，在光致抗蚀剂剥离工序中除去光致抗蚀剂11，能够使该光致抗蚀剂11下的发光构造体3C、透明电极膜4等的基底膜表面露出。如上述所示，以往采用DBR膜或金属反射膜14的单层反射膜构造。与此相比，如本实施方式4这样采用DBR膜7C和金属反射膜8的2层反射膜构造，能够得到高反射特性。
另外，以往，利用剥离工艺将DBR膜或金属反射膜14的端部以坡形形状进行蒸镀成膜，但其截面锥形角度为60度以上，这样，在其上层对金属反射膜8进行成膜时，金属反射膜8产生阶段断裂。与此相对，在本实施方式4中，通过使用剥离工艺将DBR膜7C的端部的坡形形状的截面锥形角度设为15～45度，从而成为比有可能发生阶段断裂的锥形角度60度更缓的形状。由此，能够可靠地防止DBR膜7C的端部上层的金属反射膜8的阶段断裂。因此，能够如本实施方式4这样质量较高地、容易地形成DBR膜7C和金属反射膜8的2层反射膜构造，通过该2层反射膜构造，能够得到更高的反射特性。
(实施方式5)
在上述实施方式4中，说明了在DBR膜7C(反射膜)的最上层形成高折射率膜(TiO2膜)，并且在DBR膜7上形成金属反射膜8，利用DBR膜7和金属反射膜8的2层反射膜构造得到高反射特性的情况，而在本实施方式5中说明下述情况，即，DBR膜的DBR膜构造将1对或多对蒸镀SiO2膜和蒸镀TiO2膜进行重复而形成，本来为了得到高反射率，最上层是蒸镀SiO2膜，但为了维持高反射率并且防止侵蚀，将最上层的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)的膜厚限定为1～13nm的薄膜。
图7是本实施方式5的半导体发光元件1D中的DBR膜7D的端部的坡形形状部的放大剖视图。
如图7所示，在本实施方式5的半导体发光元件1D中，在发光构造体3D以及透明电极膜4上，作为DBR膜7D，蒸镀SiO2膜以100～600nm的膜厚形成为越靠近前端部则越薄的锥形形状，在该蒸镀SiO2膜上，蒸镀TiO2膜以30～90nm的膜厚形成为越靠近前端部则越薄的锥形形状，在该蒸镀TiO2膜上，蒸镀SiO2膜以30～90nm的膜厚形成为越靠近前端部则越薄的锥形形状，在该蒸镀SiO2膜上，蒸镀TiO2膜以30～90nm的膜厚形成为越靠近前端部则越薄的锥形形状，在该蒸镀TiO2膜上，蒸镀SiO2膜以30～90nm的膜厚形成为越靠近前端部则越薄的锥形形状，作为最终膜，在该蒸镀SiO2膜上，蒸镀TiO2膜以1nm～13nm的规定的较薄的膜厚形成为越靠近前端部则越薄的锥形形状，总的锥形角度为15～45度。
如上述所示，反射膜结构的DBR膜7D在将低折射率膜(蒸镀SiO2膜)/高折射率膜(蒸镀TiO2膜)/低折射率膜(蒸镀SiO2膜)的、1对或多对的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)和低折射率膜(蒸镀SiO2膜)的对进行重复成膜后得到的、最上方的低折射率膜(蒸镀SiO2膜)上，作为最终膜，为了防止侵蚀，进一步将高折射率膜(蒸镀TiO2膜)进行连续蒸镀成膜。
在DBR膜7D的结构中，将耐湿性和耐酸性优于SiO2膜、不易被HF或BHF等蚀刻液侵蚀的高折射率膜的TiO2膜在DBR膜7D的最上层进行成膜。此时，为了使反射率特性与现有的膜结构相比不发生劣化，将TiO2膜以薄膜(膜厚为1～13nm)进行成膜。
以往，为了使反射率更高，DBR膜7D的最终膜使用了SiO2膜，但在本实施方式5中，对下述事项进行了验证，即，在维持反射率的状态下具有耐酸性、耐水性的高折射率膜的TiO2膜的膜厚能够为多大。
即，在DBR膜7D的SiO2膜/TiO2膜/SiO2膜/TiO2膜/SiO2膜的5层或更多层的膜厚与以往的膜厚相比不发生变化，在其上追加TiO2膜而成为6层或更多层的层数的情况下，对反射率不发生变化的追加的TiO2膜的膜厚进行了验证。
作为其验证结果，在最上层的追加的TiO2膜的膜厚为1～5nm的情况(膜厚0相当于追加的TiO2膜不存在的情况)下，垂直方向以及倾斜方向(角度为15度)的反射率均为95％以上，是最良好的。另外，在最上层的追加的TiO2膜的膜厚为5～10nm的情况下，垂直方向以及倾斜方向的反射率均为92％以上，是良好的，但与TiO2膜的膜厚为1～5nm的情况相比，反射率稍微降低。此外，在最上层的追加的TiO2膜的膜厚为10～13nm的情况下，垂直方向以及倾斜方向的反射率均为90％以上，是良好的，但与TiO2膜的膜厚为5～10nm的情况相比，反射率进一步稍微降低。此外，如果最上层的追加的TiO2膜的膜厚超过14nm，则垂直方向以及倾斜方向的反射率均低于90％，最上层的追加的TiO2膜的膜厚从15nm起反射率急剧下降。
因此，为了得到良好的反射率，将最上层的追加的TiO2膜的膜厚范围设为1～13nm，则反射率达到90％以上。最上层的追加的TiO2膜的膜厚为5nm时，反射率为95％左右，最上层的追加的TiO2膜的膜厚即使为1nm，反射率也为95％，没有很大变化。因此，在此将追加的TiO2膜的膜厚设为5nm左右(±1nm)。如果将TiO2膜的膜厚设定为5nm左右、下一个周期的88nm左右、再下一个周期的188nm左右，则能够将反射率设定为95％左右。TiO2膜的膜厚越厚，则越多地吸收光，因而最薄的膜厚5nm是最好的，次薄的膜厚88nm左右是较好的。总之，如果将DBR6层或更多层数的最上层的TiO2膜的膜厚设定为5nm左右(±1nm)、下一个周期的88nm左右、再下一个周期的188nm左右，则能够在维持高反射率的状态下最好地实现侵蚀防止(耐酸性)。
如上所述，根据本实施方式5，DBR膜7D的DBR膜构造将蒸镀SiO2膜和蒸镀TiO2膜重复形成1对或多对，本来为了得到高反射率而使最上层为蒸镀SiO2膜，但为了维持高反射率并且防止侵蚀，将最上层设为膜厚为1～13nm的高折射率膜(例如蒸镀TiO2膜)的薄膜，并且使用剥离工艺手法，通过蒸镀成膜将DBR端部设为锥形形状(坡形形状，并且此处截面锥形角度为15～45度)。在其上设置有作为金属反射膜兼电极配线膜的第1层的金属反射膜8。
总之，在DBR膜7D的最上层，形成高折射率的蒸镀TiO2膜的薄膜(膜厚为1～13nm)，以高水平保持DBR膜7D所需的反射率特性，并且使DBR膜7D自身具有耐酸性和耐湿性。另外，在器件上形成DBR膜7D的图案时，使用剥离工艺手法，通过蒸镀成膜将DBR端部形成为低锥度的坡形形状(截面锥形角度为15～45度)。并且，在其上对金属反射膜8D以不会阶段断裂的方式进行成膜，得到高反射特性。
如上述所示，在DBR膜7D的成膜构造中，在由于反射特性的关系而本来在最上层由SiO2膜进行终结的位置处，作为高折射率的薄膜(膜厚为1～13nm)对TiO2膜进行成膜，由此，能够以高水平保持本来的DBR膜7D的光学特性(反射率)，并且防止后续工序中的蚀刻加工或清洗处理等中的DBR最上层膜的侵蚀(膜厚减少)、水分吸收以及裂缝。
另外，通过将由剥离工艺形成的DBR膜7D的图案边缘(端部)设为具有截面角度为15～45度的锥形角的缓的坡形形状，从而在其上层的金属反射膜8D中不会产生阶段断裂。由此，能够容易地形成DBR膜7D和其上的金属反射膜8D的多层构造。
此外，在上述实施方式5中，说明了下述情况，即，为了得到高反射率，将DBR膜7D的最上层设为膜厚为1～13nm的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)的薄膜，并且为了使其上的金属反射膜8D不产生阶段断裂，在最上的TiO2膜的端部形成坡形(截面锥形角度为15～45度)，但本发明并不限定于此，在如上述实施方式1以外的上述实施方式2、3这样在最上的TiO2膜的端部处无坡形形状的情况下，且在DBR膜7D上设置金属反射膜8D的情况或者在DBR膜7D上不设置金属反射膜8D的情况下，也能够将上述实施方式5的DBR膜的最上层限定为膜厚为1～13nm的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)的薄膜，以维持高反射率。
(实施方式6)
在上述实施方式5中，说明将DBR膜7D的最上层设为膜厚为1～13nm的高折射率膜(蒸镀TiO2膜)的薄膜的情况，说明了蒸镀TiO2膜的膜厚为最薄的5nm左右较好，其次厚的下一个周期的88nm左右较好，而在本实施方式6中，说明DBR膜7E和具有下层Ni膜的金属反射膜8E的2层反射膜构造、以及DBR膜7E和不具有下层Ni膜的金属反射膜8E’的2层反射膜构造。
下面，在将1st金属反射膜8E、8E’的下层Ni膜的有无、DBR膜7E的最上层的蒸镀TiO2膜的膜厚1～13nm、其下一个周期的较厚的膜厚这4个条件进行组合的情况下，进一步详细地比较并说明上述情况下的对测定波长的反射率。
图8是表示利用本实施方式6的各半导体发光元件1E、1E’的DBR膜7E和各金属反射膜8E、8E’的各2层反射膜构造，进行反射率的测定试验的情况下的反射率测定试验用样本的层叠状态的示意图。
在图8中，本实施方式6的半导体发光元件1E的2层反射膜构造的反射率测定试验用的样本具有：在透明蓝宝石基板上设置的、SiO2膜/TiO2膜/SiO2膜/TiO2膜/SiO2膜/…TiO2膜的DBR 6层或更多层数的DBR膜7E；以及在DBR膜7E上设置的1st金属反射膜8E(Ni，1～10nm(此处是3nm))。
另外，本实施方式6的半导体发光元件1E’的2层反射膜构造的反射率测定试验用的样本具有：在透明蓝宝石基板上设置的、SiO2膜/TiO2膜/SiO2膜/TiO2膜/SiO2膜/…TiO2膜的DBR 6层或更多层数的DBR膜7E；以及在DBR膜7E上设置的1st金属反射膜8E’(Ni，0nm/Al，30～100nm的层叠)。
在从上述透明蓝宝石基板的背面侧使入射角度为5度的光入射，由DBR膜7E和金属反射膜8E、DBR膜7E和金属反射膜8E’进行反射的情况下，使用反射率测定器(分光光度计)测定了上述情况下的对测定波长的反射率。
如上述所示，在半导体发光元件1E中，为了使DBR膜7E和金属反射膜8E的密接性更好，作为金属反射膜8E的第1层，设置有薄的Ni膜。另外，在半导体发光元件1E’中，具有DBR膜7E和金属反射膜8E’，该金属反射膜8E’未设置薄的Ni膜，仅设置有第2层的Al层。
在进行该反射率测定之前，在DBR膜7E上不存在金属反射膜8E的情况(DBR处理后)下，例如在将DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚设为1～13nm中的此处的5nm的情况(曲线A)和设为比5nm厚1个周期的膜厚88nm的情况(曲线B)下，在对测定波长的反射率中，在将最上层的TiO2膜的膜厚设为1～13nm中的5nm的情况(曲线A)下，虽然在测定波长为450nm时反射率降低至40％以下，但在除此以外的测定波长为400～700nm的较宽范围内，反射率为40％～50％左右，与此相对，在将最上层的TiO2膜的膜厚设为比5nm厚1个周期的膜厚88nm的情况(曲线B)下，虽然在测定波长为450～550nm的较窄范围内反射率为70％～80％，但在测定波长为700nm前后时反射率大幅降低至10％以下。
图9是表示在图8的反射率测定试验中，在1st金属反射膜8E’的下层Ni膜厚为0nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以5nm进行试验的情况(曲线C)和以比5nm厚1个周期的膜厚88nm进行试验的情况(曲线E)下的、对测定波长的反射率的图。
如图9所示，在测定波长为600nm时，1st金属反射膜的下层Ni膜厚为0nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以比5nm厚1个周期的膜厚88nm进行试验的情况下的曲线E的反射率下滑至40％，而1st金属反射膜8E’的下层Ni膜厚为0nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以5nm进行试验的情况下的曲线C将此时的反射率改善至93％。因此，在1st金属反射膜的下层Ni膜厚为0nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以较薄的5nm进行试验的情况下，与该TiO2膜的膜厚以比5nm厚1个周期的膜厚88nm进行试验的情况相比，测定波长为600nm时的反射率大幅改善了52％，反射率为90％以上的波长带宽也大幅加宽至243nm。
图10是表示在图8的反射率测定试验中，在1st金属反射膜8E的下层Ni膜厚为3nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以5nm进行试验的情况(曲线D)和以比5nm厚1个周期的膜厚88nm进行试验的情况(曲线F)下的、对测定波长的反射率的图。
如图10所示，在测定波长为600nm时，1st金属反射膜的下层Ni膜厚为3nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以比5nm厚1个周期的膜厚88nm进行试验的情况下的曲线F的反射率下滑至27％，而1st金属反射膜8E的下层Ni膜厚为3nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以5nm进行试验的情况下的曲线D将此时的反射率改善至89％。因此，在1st金属反射膜8E的下层Ni膜厚为3nm、且DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以较薄的5nm进行试验的情况下，与该TiO2膜的膜厚以比5nm厚1个周期的膜厚88nm进行试验的情况相比，测定波长为600nm时的反射率大幅改善了62％，反射率为90％以上的波长带宽也大幅加宽至177nm。另外，在DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚为5nm和比5nm厚1个周期的膜厚88nm时，测定波长为450nm时的反射率为90％以上，大致相同。
根据图9以及图10的对测定波长的反射率的测定结果，最上层的TiO2膜的膜厚为5nm的DBR膜与最上层的TiO2膜的膜厚为比5nm厚1个周期的膜厚88nm的DBR膜相比，反射率为90％以上的波长带宽较宽，能够确保400～600nm的反射率为90％以上的波长带宽，在波长带宽方面更佳。当然，如通过图8也已说明的，金属反射膜8E、8E’自身不存在的情况下的反射率在最上层的TiO2膜的膜厚为5nm的情况下是50％左右，因此如果在DBR膜7E上未配置有金属反射膜8E、8E’，则无法确保高的反射率。
在测定波长例如为450nm时，DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以5nm进行试验、且1st金属反射膜8E’的下层Ni膜厚以0nm进行试验的情况下的曲线C，与DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以5nm进行试验、且1st金属反射膜8E的下层Ni膜厚以3nm进行试验的情况下的曲线D相比，反射率改善了3.6％。总之，下层Ni膜厚不存在时，反射率较好。
另外，在测定波长例如为450nm时，DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以88nm进行试验、且1st金属反射膜的下层Ni膜厚以0nm进行试验的情况下的曲线E，与DBR 6层的最上层的TiO2膜的膜厚以88nm进行试验、且1st金属反射膜的下层Ni膜厚以3nm进行试验的情况下的曲线F相比，反射率也改善了3.2％。在此情况下，下层Ni膜厚不存在时，反射率也较好。另外，如前所述，在测定波长为600nm时，上述曲线E、F的反射率下滑至27％、41％。
根据该对测定波长的反射率的测定结果，在1st金属反射膜的下层Ni膜厚以0nm进行试验的情况下(曲线C、E)，与下层Ni膜厚以3nm进行试验的情况(曲线D、F)相比，反射率更高(测定波长为450nm时，高3％～4％左右)，并且，反射率为90％以上的波长带宽也大幅加宽。
因此，在1st金属反射膜的下层Ni膜厚不存在的情况下反射特性较好，但在下层Ni膜厚存在时，DBR膜7E和1st金属反射膜8E的电极的密接性良好。虽然并非在下层Ni膜厚不存在就会发生电极脱落，但是在下层Ni膜厚存在时，电极的密接性具有较好的可靠性。
如上所述，根据本实施方式6，通过将DBR第6层(最上层)的TiO2膜的膜厚值从88nm变薄至5nm，从而得到以下效果。
(1)波长600nm时的反射率波形的下滑消失。在下层Ni膜厚为3nm时，反射率从27％提高至89％。
(2)与TiO2膜的膜厚为88nm时相比，高反射率的带宽加宽，在波长为415～592nm(下层Ni膜厚为3nm的情况)的频带中能够确保90％以上的反射率。
下面，通过将1st金属反射膜8E的最下层Ni膜的膜厚值从3nm变为0nm(1st金属反射膜8E’)，从而得到以下效果。
(1)在测定波长区域的大致整体中提高反射率，波长为450nm时的反射率从91.9％提高至95.5％，反射率提高了3.6％(DBR第6层的TiO2膜的膜厚为5nm的情况)。
(2)与最下层Ni膜的膜厚值为3nm的情况相比，在最下层Ni膜的膜厚值为0nm的情况下，反射率为90％以上的波长带宽得到了扩展。例如，在DBR第6层的TiO2膜的膜厚为5nm的情况下，波长频带415～592nm扩展至波长频带394～637nm。
此外，在上述实施方式1～6中，说明了半导体发光元件1、1A～1E、1E’及其制造方法，但不限于此，只要是半导体装置及其制造方法即可。总之，在该情况下，只要也是形成上述DBR膜7、7A～7E中的任一者，在其上至少形成第1层的金属反射膜8、8D、8E、8E’中的任一者的半导体装置及其制造方法即可。上述DBR膜7、7A～7E中的任一者与上述相同，在低折射率膜的SiO2膜上将1对或多对的高折射率膜的TiO2膜和低折射率膜的SiO2膜的对进行重复成膜后得到的、低折射率膜的SiO2膜上，为了防止侵蚀，将高折射率膜的TiO2膜作为最终膜进行连续成膜。在其上形成有与上述金属反射膜8、8D、8E、8E’中的任一者对应的第1层的金属反射膜。
此外，在上述实施方式6中，虽然未特别说明，但对金属(Al)反射膜的单层反射膜构造和上述DBR膜7E及金属(Al)反射膜的2层反射膜构造进行比较，通过在金属(Al)反射膜的单层反射膜构造下设置上述DBR膜7E，从而能够进一步提高对测定波长的反射率。
图11是表示在金属反射膜的单层反射膜构造和本实施方式6的各半导体发光元件的DBR膜7E及金属(Al)反射膜8E、8E’的2层反射膜构造中，对测定波长的反射率分布图的图。
如图11所示，与金属(Al)反射膜8E、8E’的单层反射膜构造的反射率相比，DBR膜7E及金属(Al)反射膜8E、8E’的各2层反射膜构造的反射率在测定波长约为380nm～660nm时较高，反射率为90％以上的带宽变宽至243nm(394nm～637nm)。因此，如果在金属(Al)反射膜8E、8E’的单层反射膜构造的基底层设置上述DBR膜7E，则能够得到反射率为90％以上的带宽可宽达243nm(394nm～637nm)的高反射率(％)。
此外，在上述实施方式4中，虽然未特别说明，但剥离工艺的光致抗蚀剂也可以是光致抗蚀膜，还包含有光致抗蚀剂的俯视形状的大小小于其厚度的无法称为膜的形状。
此外，在上述实施方式1～6中，说明了低折射率膜的材料为SiO2，高折射率膜的材料为TiO2的情况，但不限于此，作为低折射率膜的材料，能够使用SiO2或SiO，作为高折射率膜的材料，能够使用TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、ZrO2、TiO2ZrO2Nb2O5、Al2O3中的任一者。
如上述所示，使用本发明的优选实施方式1～6例示了本发明，但本发明不应限定于该实施方式1～6进行解释。应当理解，本发明应仅由权利要求书解释其范围。应当理解，本领域技术人员根据本发明的具体的优选实施方式1～6的记载，能够基于本发明的记载以及技术常识对等价的范围进行实施。应当理解，对于本说明书中引用的专利、专利申请、以及文献，应当与在本说明书中具体地记载了其内容本身同样地，作为对本说明书的参考而引用其内容。
产业上的可利用性
本发明应用于半导体发光元件等半导体装置及其制造方法的领域，该半导体发光元件是具有分布布拉格反射膜的发光二极管元件或半导体激光元件等，在本发明中，最终膜是用于防止侵蚀的高折射率膜，因而用于防止侵蚀的高折射率膜对DBR膜结构自身进行覆盖并保护，因此能够抑制或防止在后续工序的清洗处理或蚀刻处理等中对DBR膜表面进行侵蚀(膜厚减少)、从DRB膜表面吸收水分、或者在DBR膜表面产生裂缝的问题。

Claims (5)

1.一种半导体发光元件，其特征在于，
在作为反射膜的DBR膜结构中，在低折射率膜上将1对或多对的高折射率膜和该低折射率膜的对进行重复成膜后得到的、该低折射率膜上，为了防止侵蚀，将比该高折射率膜薄的高折射率的薄膜作为最终膜进行连续成膜。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
所述低折射率膜是SiO2膜，所述高折射率膜是TiO2膜，所述高折射率的薄膜是TiO2膜，该高折射率的薄膜的膜厚是1～13nm。
3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
所述DBR膜结构的图案边缘部的形状成为具有角度为15～45度的截面锥形角的、越靠近前端侧则膜厚越薄的坡形形状。
4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
在所述DBR膜结构上及所述半导体发光元件的基底层上具备金属膜。
5.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
该方法是制造权利要求3所述的半导体发光元件的方法，该方法具有剥离工艺，在该剥离工艺中，将抗蚀剂图案形成为截面檐形之后，利用DBR蒸镀处理在该抗蚀剂图案的檐周围形成所述DBR膜结构的坡形形状，除去该抗蚀剂图案。
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