JPWO2011122433A1 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
絶縁層による電流制御を可能としたまま、絶縁層と半導体層との密着性を向上させた半導体発光素子を提供する。本発明に係る半導体発光素子は、半導体層と、前記半導体層を挟んで設けられる第１電極および第２電極と、前記第２電極と同一面側で、前記第２電極の周囲を囲むように前記第１電極と対向して前記半導体層に設けられる絶縁層と、前記第２電極および前記絶縁層を覆う第１金属層と、を備え、前記半導体層と前記絶縁層との間に、前記第２電極の膜厚よりも薄い膜厚を有する第２金属層が設けられていることを特徴とする。
Description
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、電流の流れを制御可能な絶縁層を有する半導体発光素子に関する。
半導体発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）として、一般照明や信号機、大型ディスプレイ等の各種光源に幅広く利用されており、高い発光効率を有することが要求されている。このため、従来から半導体発光素子内部における電流の流れを制御可能な絶縁層を設け、半導体層に効果的に電流を注入させることにより、発光効率を向上させる技術が知られている。
例えば、このような半導体発光素子として、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を有する半導体積層部と、第１導電型半導体層に接続される第１導電側電極と、第２導電型半導体層に接続される第２導電側電極とを備えており、さらに第２導電側電極に隣接して、絶縁層が第２導電型半導体層に設けられている。そして、この半導体発光素子は、導電性基板が金属層を介して第２導電側電極や絶縁層に貼り合せられて構成されている（特許文献１参照）。
例えば、このような半導体発光素子として、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を有する半導体積層部と、第１導電型半導体層に接続される第１導電側電極と、第２導電型半導体層に接続される第２導電側電極とを備えており、さらに第２導電側電極に隣接して、絶縁層が第２導電型半導体層に設けられている。そして、この半導体発光素子は、導電性基板が金属層を介して第２導電側電極や絶縁層に貼り合せられて構成されている（特許文献１参照）。
しかしながら、導電性基板を貼り合わせたり、半導体発光素子を実装したりする際には必ず加熱処理が施される。このため、ＳｉＯ２等からなる絶縁層は、熱膨張に起因して密着力の比較的弱い半導体層との界面から剥離することがある。
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子内部における電流の流れを絶縁層で制御可能としたまま、絶縁層と半導体層との密着性を向上させた半導体発光素子を提供することを目的とする。
本発明によれば、前記課題は次の手段により解決される。
本発明に係る半導体発光素子は、半導体層と、前記半導体層を挟んで設けられる第１電極および第２電極と、前記第２電極と同一面側で、前記第２電極の周囲を囲むように前記第１電極と対向して前記半導体層に設けられる絶縁層と、前記第２電極および前記絶縁層を覆う第１金属層と、を備え、前記半導体層と前記絶縁層との間に、前記第２電極の膜厚よりも薄い膜厚を有する第２金属層が設けられている。
このように、前記半導体層と前記絶縁層との間に、前記第２電極の膜厚より薄い膜厚を有する第２電極を設けることにより、電流の流れを制御して半導体層に効果的に電流を注入させる絶縁層の機能を損なうことなく、絶縁層と半導体層との密着性を向上させることができる。
このように、前記半導体層と前記絶縁層との間に、前記第２電極の膜厚より薄い膜厚を有する第２電極を設けることにより、電流の流れを制御して半導体層に効果的に電流を注入させる絶縁層の機能を損なうことなく、絶縁層と半導体層との密着性を向上させることができる。
さらに、前記第２金属層の膜厚は５．０ｎｍ以下とするのが好ましい。これにより、効率良く電流の流れを絶縁層で制御することができると共に、第２金属層に光が吸収されることによって光出力が低下するのを抑制することができる。
また、前記第２金属層は島状であっても良く、さらに効率良く電流の流れを絶縁層で制御することができると共に、半導体層からの光を拡散反射させて光取り出し効率を向上さ
せることができる。
また、前記第２金属層は島状であっても良く、さらに効率良く電流の流れを絶縁層で制御することができると共に、半導体層からの光を拡散反射させて光取り出し効率を向上さ
せることができる。
本発明に係る半導体発光素子によれば、半導体発光素子内部における電流の流れを絶縁層で制御可能としたまま、絶縁層と半導体層との密着性を向上させた半導体発光素子を提供することができる。
以下、本発明に係る半導体発光素子の実施形態について詳細に説明する。ただし、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。
＜第一の実施の形態＞
図１は、第一の実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す平面図である。図２は、第一の実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す図１のＡ−Ａ’線における断面図である。図３ａは、第一の実施形態に係る半導体発光素子における電流の流れを模式的に示す断面図である。図３ｂは、第一の実施形態に対して、電流の流れを比較するための半導体発光素子を模式的に示す断面図である。
図１は、第一の実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す平面図である。図２は、第一の実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す図１のＡ−Ａ’線における断面図である。図３ａは、第一の実施形態に係る半導体発光素子における電流の流れを模式的に示す断面図である。図３ｂは、第一の実施形態に対して、電流の流れを比較するための半導体発光素子を模式的に示す断面図である。
第一の実施形態に係る半導体発光素子は、半導体層１０と、半導体層１０を挟んで設けられる第１電極２０および第２電極３０と、第２電極３０と同一面側で隣接し、かつ第１電極２０と対向して半導体層１０に設けられる絶縁層４２と、第２電極３０および絶縁層４２を覆う第１金属層５０と、を少なくとも備えている。そして、絶縁層４２は、半導体層１０と接する面に、第２電極３０の膜厚よりも薄い膜厚を有する第２金属層６０が設けられている。
より具体的には、本実施形態における半導体層１０は、半導体発光素子の光取り出し面側（上面側）から光反射面側（下面側）に向かって順に、第１導電型半導体層２、発光層４、第２導電型半導体層５を備えている。第１導電型半導体層２は、光取り出し面側（発光層に接する面と反対側）の面に、第１電極２０が接続されており、さらに第１電極２０の少なくとも一部が露出されるように保護層４０が設けられている。また、第２導電型半導体層５は、光反射面側（発光層に接する面と反対側）の面に、第２電極３０が接続されており、その第２電極３０の周囲を囲むように離間して絶縁層４２が設けられている。第１電極と、第２電極とは、半導体層を間に挟むように配置され、かつ半導体層を平面視した際に第１電極と第２電極とが相互に重なり合わないように配置されている。すなわち、半導体層を挟んで第１電極と対向する領域に第２電極の一部または全体が配置されないように配置されている。このようにすることで、第１電極２０の直下への電流の注入を抑制して、主として保護層４０の直下に電流を集中させることができ、第１電極２０に吸収される光を減らすことができる。本実施形態における保護層４０と絶縁層４２とは、同一部材からなり、半導体層１０の側面で界面無く連続して設けられている。絶縁層４２は、半導体層１０を挟んで第１電極２０と対向するように配置されており、半導体層１０と接する面（第２導電型半導体層５の下面）に、半導体層１０との密着力が絶縁層４２よりも高い第２金属層６０が設けられている。第２金属層６０の膜厚は、第２電極３０の膜厚よりも薄く、好ましくは１００ｎｍ以下であり、より好ましくは０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。このように第２金属層６０の膜厚を薄くすることにより、第２金属層６０の横方向の抵抗を大きくすることができ、第２電極における横方向の電流拡散を抑えることができる。特に、５ｎｍ以下とすることにより、効率良く電流を絶縁層で制御することができると共に、第２金属層６０に半導体層１０からの光が吸収されて光出力が低下するのを抑制することができる。また、第２電極３０および絶縁層４２の下面には、第１金属層５０が覆うように設けられ、第２電極３０と電気的に接続されている。さらに第１金属層５０は、絶縁層４２及び第２金属層６０と、第２電極３０との離間した部分を埋めるように設けられている。また、第１金属層５０の下面には、導電性基板７０およびメタライズ層８０が順に設けられている。
以上の構成を有する第一の実施形態に係る半導体発光素子は、絶縁層４２が第２金属層６０を介して半導体層１０に設けられているため、第２金属層６０と半導体層１０との間の密着性が高いことにより、絶縁層４２と半導体層１０との密着性を向上させることができる。
さらに、本実施形態に係る第２金属層６０は、第２電極３０の膜厚よりも薄い膜厚を有することによって、第２電極３０よりもシート抵抗を高くすることができる。このため、図３ｂに示すように、多くの電流が第２金属層６０に流れ込むことによって、第２金属層６０と第１電極２０との間で電流集中が発生するのでは無く、図３ａに示すように、第２金属層６０に流れ込む電流が軽減され、半導体層に効果的に電流を注入させることができる。さらにこれにより、第１電極２０の直下で発光が集中してしまうのが防止され、第１電極２０に吸収される光を減らすことができるため、半導体発光素子から外部に効率良く光を取り出すことができる。
したがって、第一の実施形態に係る半導体発光素子は、半導体発光素子内部における電流の流れを絶縁層４２で十分に制御可能としたまま、絶縁層４２と半導体層１０との密着性を向上させることができる。
さらに、本実施形態に係る第２金属層６０は、第２電極３０の膜厚よりも薄い膜厚を有することによって、第２電極３０よりもシート抵抗を高くすることができる。このため、図３ｂに示すように、多くの電流が第２金属層６０に流れ込むことによって、第２金属層６０と第１電極２０との間で電流集中が発生するのでは無く、図３ａに示すように、第２金属層６０に流れ込む電流が軽減され、半導体層に効果的に電流を注入させることができる。さらにこれにより、第１電極２０の直下で発光が集中してしまうのが防止され、第１電極２０に吸収される光を減らすことができるため、半導体発光素子から外部に効率良く光を取り出すことができる。
したがって、第一の実施形態に係る半導体発光素子は、半導体発光素子内部における電流の流れを絶縁層４２で十分に制御可能としたまま、絶縁層４２と半導体層１０との密着性を向上させることができる。
＜第二の実施の形態＞
図４は、第二の実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。
図４は、第二の実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。
第二の実施形態に係る半導体発光素子は、第２金属層の形状以外は、第一の実施形態と実質的に同じ構造を有している。なお、同じ構造については、説明を省略する部分もある。
本実施形態に係る半導体発光素子は、半導体層１０と、第１電極２０と、第２電極３０と、保護層４０と、絶縁層４２と、第１金属層５０と、第２金属層６０と、導電性基板７０と、メタライズ層８０とを少なくとも備える。
半導体層１０の上面には、第１電極２０が接続されており、さらに第１電極２０の一部が露出するように保護層４０が設けられている。半導体層１０の第１電極２０が設けられた面と反対側の面（下面）には、第２電極３０が接続されており、第２電極３０に隣接して絶縁層４２が設けられている。この絶縁層４２は、半導体層１０を挟んで第１電極２０と対向するように配置されている。保護層４０と絶縁層４２とは、同一部材からなり、半導体層１０の側面で連続している。また、絶縁層４２と半導体層１０との間には、半導体層１０との密着力が絶縁層４２よりも高い第２金属層６０が設けられており、絶縁層４２と半導体層１０とを接続している。第２金属層６０は、絶縁層４２での電流制御が損なわれないように、隣接する第２電極３０の膜厚よりも薄い膜厚を有している。特に本実施形態における第２金属層６０は、島状に設けられており、離間した各第２金属層の間を埋めるように絶縁層４２が配置されている。つまり、半導体層１０の下面は、第２金属層６０と絶縁層４２の両方が接した状態になっている。また、第２電極３０は、その側面及び下面に第１金属層５０が接続されている。この第１金属層５０は、絶縁層４２の下面まで覆うように延在している。そして第１金属層５０の下面には、導電性基板７０およびメタライズ層８０が順に設けられている。
半導体層１０の上面には、第１電極２０が接続されており、さらに第１電極２０の一部が露出するように保護層４０が設けられている。半導体層１０の第１電極２０が設けられた面と反対側の面（下面）には、第２電極３０が接続されており、第２電極３０に隣接して絶縁層４２が設けられている。この絶縁層４２は、半導体層１０を挟んで第１電極２０と対向するように配置されている。保護層４０と絶縁層４２とは、同一部材からなり、半導体層１０の側面で連続している。また、絶縁層４２と半導体層１０との間には、半導体層１０との密着力が絶縁層４２よりも高い第２金属層６０が設けられており、絶縁層４２と半導体層１０とを接続している。第２金属層６０は、絶縁層４２での電流制御が損なわれないように、隣接する第２電極３０の膜厚よりも薄い膜厚を有している。特に本実施形態における第２金属層６０は、島状に設けられており、離間した各第２金属層の間を埋めるように絶縁層４２が配置されている。つまり、半導体層１０の下面は、第２金属層６０と絶縁層４２の両方が接した状態になっている。また、第２電極３０は、その側面及び下面に第１金属層５０が接続されている。この第１金属層５０は、絶縁層４２の下面まで覆うように延在している。そして第１金属層５０の下面には、導電性基板７０およびメタライズ層８０が順に設けられている。
以上の構成を有する第二の実施形態に係る半導体発光素子は、第一の実施形態に係る半導体発光素子と同様に、絶縁層４２により制御された電流の流れを維持したまま、絶縁層４２と半導体層１０との密着性を向上させることができる。つまり、本実施形態に係る半導体発光素子では、島状に設けられた第２金属層６０の間に、絶縁層４２が配置されているため、第２金属層６０に流れ込む電流を軽減することができる。このため、第２金属層６０と第１電極２０との間で電流集中が発生するのをより抑制することができる。
さらに、本実施形態に係る半導体発光素子では、第２金属層６０が島状に設けられていることによって、半導体層１０からの光が第２金属層６０で拡散反射されるため、半導体発光素子からの光を効率良く外部に取り出すことができる。
さらに、本実施形態に係る半導体発光素子では、第２金属層６０が島状に設けられていることによって、半導体層１０からの光が第２金属層６０で拡散反射されるため、半導体発光素子からの光を効率良く外部に取り出すことができる。
以下、本発明に係る実施形態の各構成について詳述する。
（半導体層）
半導体層は、第１導電型半導体層と、発光層と、第２導電型半導体層とから少なくとも構成され、例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系の半導体材料が好適に用いられる。
第１導電型半導体層および第２導電型半導体層は、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ等の半導体材料からなる層にドーパントをドープして、ｎ型またはｐ型の半導体層として形成される。ｎ型ドーパントとしては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素が挙げられ、ｐ型ドーパントとしては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａ等が挙げられる。
また、発光層は、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層とから注入される正孔および電子の再結合に生成するエネルギーを光として放出する層である。このような発光層としては、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれを用いても良い。
半導体層は、第１導電型半導体層と、発光層と、第２導電型半導体層とから少なくとも構成され、例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系の半導体材料が好適に用いられる。
第１導電型半導体層および第２導電型半導体層は、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ等の半導体材料からなる層にドーパントをドープして、ｎ型またはｐ型の半導体層として形成される。ｎ型ドーパントとしては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素が挙げられ、ｐ型ドーパントとしては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａ等が挙げられる。
また、発光層は、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層とから注入される正孔および電子の再結合に生成するエネルギーを光として放出する層である。このような発光層としては、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれを用いても良い。
（第１電極および第２電極）
第１電極および第２電極は、半導体層に接して設けられ、半導体層に電流を供給するための部材である。
第１電極と、第２電極とは、半導体層を間に挟むように配置され、かつ半導体層を平面視した際に第１電極と第２電極とが相互に重なり合わないように配置されている。つまり、半導体層を平面視した際に、第１電極と第２電極とが交互に配置されている。これにより、第１電極と第２電極との間を流れる電流が、半導体層内部を最短で流れてしまうのを抑制し、過度な電流集中によって半導体発光素子が破壊するのを防止することができる。さらに、第２電極の面積は、第１電極の面積よりも大きくなるように設けられているのが好ましい。これにより、電流注入領域の面積を大きくすることができるため、発光効率を向上させることができる。また、半導体発光素子の駆動によって発生する熱も、効率良く放熱することができる。特に放熱性については、半導体発光素子を実装する側に、第２電極が配置されている場合に有効である。
このような第１電極としては、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｈｆ等の金属材料を用いることができ、これらの金属材料を複数用いて積層しても良い。例えば、第１導電型半導体層側から順に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、又は、Ｔｉ／Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ｒｕ／Ａｕ等のように設けることができるが、これに限定されない。
また、第２電極としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｒｈ等で形成され、特にＡｇ、Ａｌ、Ｒｈ等の光を反射する金属材料で構成することが、光取り出し効率の向上に有効である。第２電極は、第２導電型半導体層側から順に、Ａｇ／Ｔｉ／Ｐｔ、又は、Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ等のように複数の金属材料を積層して設けることもできる。このとき、第２導電型半導体層側に最も近い層としてＡｇ層を設けることで、発光層からの光を効率良く反射することができるため好ましい。
第１電極および第２電極は、半導体層に接して設けられ、半導体層に電流を供給するための部材である。
第１電極と、第２電極とは、半導体層を間に挟むように配置され、かつ半導体層を平面視した際に第１電極と第２電極とが相互に重なり合わないように配置されている。つまり、半導体層を平面視した際に、第１電極と第２電極とが交互に配置されている。これにより、第１電極と第２電極との間を流れる電流が、半導体層内部を最短で流れてしまうのを抑制し、過度な電流集中によって半導体発光素子が破壊するのを防止することができる。さらに、第２電極の面積は、第１電極の面積よりも大きくなるように設けられているのが好ましい。これにより、電流注入領域の面積を大きくすることができるため、発光効率を向上させることができる。また、半導体発光素子の駆動によって発生する熱も、効率良く放熱することができる。特に放熱性については、半導体発光素子を実装する側に、第２電極が配置されている場合に有効である。
このような第１電極としては、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｈｆ等の金属材料を用いることができ、これらの金属材料を複数用いて積層しても良い。例えば、第１導電型半導体層側から順に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、又は、Ｔｉ／Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ｒｕ／Ａｕ等のように設けることができるが、これに限定されない。
また、第２電極としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｒｈ等で形成され、特にＡｇ、Ａｌ、Ｒｈ等の光を反射する金属材料で構成することが、光取り出し効率の向上に有効である。第２電極は、第２導電型半導体層側から順に、Ａｇ／Ｔｉ／Ｐｔ、又は、Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ等のように複数の金属材料を積層して設けることもできる。このとき、第２導電型半導体層側に最も近い層としてＡｇ層を設けることで、発光層からの光を効率良く反射することができるため好ましい。
（保護層）
保護層は、半導体層の表面を被覆することによって、外部環境から主に半導体層を保護するためのものである。
具体的に保護層は、第１電極の一部、つまり電流を供給するワイヤ等の導電性部材が接続される領域を除いて形成される。保護層は、透光性の絶縁膜であるＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ等の酸化物からなり、蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができる。なお、保護層の膜厚は、特に限定されるものではないが、１００〜１０００ｎｍとすることが好ましい。
保護層は、半導体層の表面を被覆することによって、外部環境から主に半導体層を保護するためのものである。
具体的に保護層は、第１電極の一部、つまり電流を供給するワイヤ等の導電性部材が接続される領域を除いて形成される。保護層は、透光性の絶縁膜であるＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ等の酸化物からなり、蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができる。なお、保護層の膜厚は、特に限定されるものではないが、１００〜１０００ｎｍとすることが好ましい。
（絶縁層）
絶縁層は、半導体層に流れ込む電流の流れを制御し、半導体層内部を電流が最短で流れてしまうのを防止するための部材である。
絶縁層は、半導体層を間に挟んで第１電極と対向するように配置されており、さらに同一面側で隣接する第２電極の周囲を囲むように離間して配置されている。この第２電極と絶縁層との間（離間領域）には、後述する第１金属層を形成する金属材料または合金材料が充填されているが、これに限定されない。つまり、離間領域に空隙ができるように、第２金属層が第２電極と絶縁層の下面側を覆うように設けられても良い。これにより、絶縁層の熱膨張に起因した応力が生じたとしても、空隙でその応力を緩和することができるため、半導体層と絶縁層との密着性が低下するのを抑制することができる。さらに、第２電極と絶縁層との間隔は、広くしすぎると光の取り出し効率が悪くなるため、１０μｍ以下程度離間されるのが好ましい。
このような絶縁層としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２等の絶縁性材料を用いることができ、特にＴｉＯ２は発光層からの光を効率良く反射することができるため好ましい。さらに、絶縁層は、誘電体多層膜のように絶縁性材料を複数積層し、半導体層からの光を反射できるように各層の膜厚を設定しても良い。
本実施形態における保護層と絶縁層とは、同一部材からなり、半導体層の側面で界面無く連続して設けられているが、これに限らず別の部材で構成することもできる。
絶縁層は、半導体層に流れ込む電流の流れを制御し、半導体層内部を電流が最短で流れてしまうのを防止するための部材である。
絶縁層は、半導体層を間に挟んで第１電極と対向するように配置されており、さらに同一面側で隣接する第２電極の周囲を囲むように離間して配置されている。この第２電極と絶縁層との間（離間領域）には、後述する第１金属層を形成する金属材料または合金材料が充填されているが、これに限定されない。つまり、離間領域に空隙ができるように、第２金属層が第２電極と絶縁層の下面側を覆うように設けられても良い。これにより、絶縁層の熱膨張に起因した応力が生じたとしても、空隙でその応力を緩和することができるため、半導体層と絶縁層との密着性が低下するのを抑制することができる。さらに、第２電極と絶縁層との間隔は、広くしすぎると光の取り出し効率が悪くなるため、１０μｍ以下程度離間されるのが好ましい。
このような絶縁層としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２等の絶縁性材料を用いることができ、特にＴｉＯ２は発光層からの光を効率良く反射することができるため好ましい。さらに、絶縁層は、誘電体多層膜のように絶縁性材料を複数積層し、半導体層からの光を反射できるように各層の膜厚を設定しても良い。
本実施形態における保護層と絶縁層とは、同一部材からなり、半導体層の側面で界面無く連続して設けられているが、これに限らず別の部材で構成することもできる。
（第１金属層）
第１金属層は、第２電極および絶縁層と、後述する導電性基板と、を接合する（貼り合わせる）ための部材である。
第１金属層は、第２電極および絶縁層を覆うように連続して設けられている。特に、第２電極が複数に分離されている場合は、各第２電極を第１金属層によって電気的に接続することができる。
このような第１金属層としては、第２電極との密着性の他、第２電極と半導体層（特に第２導電型半導体層）との間のオーミック特性や第２電極の抵抗への影響を考慮することが好ましい。つまり、第１金属層の材料によっては、第２電極に拡散するなどして、オーミック特性の悪化や抵抗の増加を招くことがある。このため、第１金属層は、融点の高いＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ等を含むのが好ましい。特に、これらよりも融点の低いＴｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ等を第１金属層中に含む場合は、このような材料よりも第２電極側にＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ等を配置するのが好ましい。これにより、導電性基板等の接合時や素子駆動時などの高温条件下においても、第１金属層に含まれる金属材料が第２電極に拡散するのを抑えることができる。
第１金属層は、第２電極および絶縁層と、後述する導電性基板と、を接合する（貼り合わせる）ための部材である。
第１金属層は、第２電極および絶縁層を覆うように連続して設けられている。特に、第２電極が複数に分離されている場合は、各第２電極を第１金属層によって電気的に接続することができる。
このような第１金属層としては、第２電極との密着性の他、第２電極と半導体層（特に第２導電型半導体層）との間のオーミック特性や第２電極の抵抗への影響を考慮することが好ましい。つまり、第１金属層の材料によっては、第２電極に拡散するなどして、オーミック特性の悪化や抵抗の増加を招くことがある。このため、第１金属層は、融点の高いＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ等を含むのが好ましい。特に、これらよりも融点の低いＴｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ等を第１金属層中に含む場合は、このような材料よりも第２電極側にＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ等を配置するのが好ましい。これにより、導電性基板等の接合時や素子駆動時などの高温条件下においても、第１金属層に含まれる金属材料が第２電極に拡散するのを抑えることができる。
また、第１金属層と絶縁層との間には第３金属層を設けることもできる。このような第３金属層としては、絶縁層の材料を考慮して選択するのが好ましい。例えば、絶縁層がＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｎｂ２Ｏ５であれば、絶縁層と接する側にＴｉやＮｉを含む層とすると、密着性が高く、剥がれ難いものとすることができる。具体的には、絶縁層側から順に、Ｔｉ／Ｐｔ、又は、Ｔｉ／Ｒｈ、Ｔｉ／Ｉｒ、Ｎｉ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ｒｈ、Ｎｉ／Ｉｒ等のように合計膜厚数十〜数百ｎｍ程度で設けることができる。また、第３金属層は、絶縁層と共通する元素を含むこともでき、例えば絶縁層が酸化ニオブの場合にはＮｂ、酸化タンタルの場合にはＴａを含むのが好ましい。さらに、第３金属層は、第１金属層との密着性も考慮して選択することが好ましい。
（第２金属層）
第２金属層は、絶縁層により制御された電流の流れを維持したまま、絶縁層と半導体層との密着性を向上させるための部材である。
第２金属層は、絶縁層と半導体層とを接続するように設けられており、隣接する第２電極の膜厚よりも薄い膜厚を有している。特に、第２金属層の膜厚は、第２電極が複数の金属材料を積層して設けられている場合には、第２電極において最も半導体層側に近い層の膜厚よりも薄いのが好ましい。これにより、第２金属層に流れ込む電流をさらに軽減することができる。
また、絶縁層として半導体層に最も近い層にＴｉＯ２等の反射率の高い絶縁性材料が設けられる場合、第２金属層は透光性を有するのが好ましく、具体的には１．５ｎｍ以下とするのが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ以下である。これにより、第２金属層を透過した光が絶縁層で反射されるため、半導体発光素子として光取り出し効率を向上させることができる。
このような第２金属層としては、半導体層との密着性と絶縁層との密着性の両方に優れた材料が好ましく、例えばＴｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌ等の金属材料が挙げられる。さらに、第２金属層として、半導体層に対してショットキー接触である金属材料、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｃｏを用いても良い。これにより、第２金属層の膜厚に影響されることなく、第２金属層に流れ込む電流を軽減することができるが、さらに電流の流れ込みを軽減するために、上述したような第２金属層と第２電極との膜厚の関係を組み合わせても良い。
第２金属層は、絶縁層により制御された電流の流れを維持したまま、絶縁層と半導体層との密着性を向上させるための部材である。
第２金属層は、絶縁層と半導体層とを接続するように設けられており、隣接する第２電極の膜厚よりも薄い膜厚を有している。特に、第２金属層の膜厚は、第２電極が複数の金属材料を積層して設けられている場合には、第２電極において最も半導体層側に近い層の膜厚よりも薄いのが好ましい。これにより、第２金属層に流れ込む電流をさらに軽減することができる。
また、絶縁層として半導体層に最も近い層にＴｉＯ２等の反射率の高い絶縁性材料が設けられる場合、第２金属層は透光性を有するのが好ましく、具体的には１．５ｎｍ以下とするのが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ以下である。これにより、第２金属層を透過した光が絶縁層で反射されるため、半導体発光素子として光取り出し効率を向上させることができる。
このような第２金属層としては、半導体層との密着性と絶縁層との密着性の両方に優れた材料が好ましく、例えばＴｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌ等の金属材料が挙げられる。さらに、第２金属層として、半導体層に対してショットキー接触である金属材料、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｃｏを用いても良い。これにより、第２金属層の膜厚に影響されることなく、第２金属層に流れ込む電流を軽減することができるが、さらに電流の流れ込みを軽減するために、上述したような第２金属層と第２電極との膜厚の関係を組み合わせても良い。
（導電性基板）
導電性基板は、例えばシリコン（Ｓｉ）で構成される。また、Ｓｉのほか、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＯ等の半導体材料や、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料を用いることができる。また、導電性基板における半導体層側の面には、第１金属層との密着性を高めるために、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等からなる接合層を設けることもできる。さらに導電性基板における半導体層とは反対側の面（半導体発光素子の実装面）にも同様に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等からなるメタライズ層が設けられており、半導体発光素子を実装する際の密着性を高めることができる。
導電性基板は、例えばシリコン（Ｓｉ）で構成される。また、Ｓｉのほか、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＯ等の半導体材料や、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料を用いることができる。また、導電性基板における半導体層側の面には、第１金属層との密着性を高めるために、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等からなる接合層を設けることもできる。さらに導電性基板における半導体層とは反対側の面（半導体発光素子の実装面）にも同様に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等からなるメタライズ層が設けられており、半導体発光素子を実装する際の密着性を高めることができる。
（半導体発光素子の製造方法）
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を、図５および図６に示す工程を順に追って説明する。なお、図５および図６は、第一の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図である。
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を、図５および図６に示す工程を順に追って説明する。なお、図５および図６は、第一の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図である。
まず、図５に示すように、本実施形態における半導体発光素子では、サファイア等からなる成長用基板１００の上に、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層の順に成膜して半導体層１０を形成する。
次に、第２導電型半導体層の上表面に、レジストを用いて第２電極３０の配置に対応したフォトマスクを形成し、スパッタリング等によって、電極材料、例えば、ＡｇやＰｔ等を含む電極材料を積層することによって第２電極３０を形成する。その後、さらに第２電極３０の上にレジストを用いてフォトマスクを形成し、スパッタリング等によって、Ｔｉ等の金属材料を積層し、続けてＳｉＯ２等の絶縁性材料を積層した後、レジストを除去する。これによって、第２電極３０と、第２電極３０から離間して第２金属層６０および絶縁層４２が積層された構造を形成できる。また、第２導電型半導体層の表面全体にＳｉＯ２等の絶縁性材料を積層した後、その絶縁性材料の膜上に、絶縁層４２の配置に対応したフォトマスクを形成し、第２電極３０の配置に対応する部位をウェットエッチングして、エッチング部位にスパッタリング等によって電極材料を積層して第２電極３０を形成する方法によっても行うこともできる。
次に、絶縁層４２と第２電極３０の上部に、ＰｔやＡｕ、Ｓｎ等を含む第１金属層５０を形成することによって、絶縁層４２と第２電極３０との離間領域にも第１金属層５０が充填される。
一方、Ｓｉ等の導電性基板７０を用意し、導電性基板７０の上表面にはＰｔやＡｕ、Ｔｉ等を含む接合層７２を形成する。
一方、Ｓｉ等の導電性基板７０を用意し、導電性基板７０の上表面にはＰｔやＡｕ、Ｔｉ等を含む接合層７２を形成する。
次に、第１金属層５０と接合層７２とを貼り合わせ、１５０℃〜３５０℃程度で加熱して接合する。これにより、第１金属層５０の一部と接合層７２の一部が共晶を形成し、半導体層１０と導電性基板７０とが接着される。
次に、図６に示すように、成長用基板１００の側からレーザ照射もしくは研磨等を行って、成長用基板１００を除去した後、露出した半導体層１０（第１導電型半導体層）を化学研磨（ＣＭＰ）する。さらに、研磨面において、半導体層１０を挟んで絶縁層４２と対向し、かつ第２電極３０と重なり合わない部位に、第１電極２０が形成されるようにマスクを形成する。そして、スパッタリング等によって、電極材料を積層して、半導体層１０の上に第１電極２０を形成する。ここでマスクを設けた部分、つまり第１電極２０が形成されていない領域をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により穿孔して半導体層１０を露出させる。さらに、露出された半導体層１０に保護層４０を形成して、本実施形態における半導体発光素子を得ることができる。
半導体発光素子（実施例１〜４、比較例１）を作製し、絶縁層と半導体層との密着性、および、初期特性について評価する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
実施例１として、図５に示すように、第一の実施形態に係る半導体発光素子を以下の仕様で作製する。
＜実施例１＞
実施例１として、図５に示すように、第一の実施形態に係る半導体発光素子を以下の仕様で作製する。
実施例１に係る半導体発光素子は、半導体層１０と、第１電極（ｎ電極）２０と、第２電極（ｐ電極）３０と、保護層４０と、絶縁層４２と、第１金属層５０と、第２金属層６０と、第３金属層６２と、導電性基板７０と、接合層７２と、メタライズ層８０と、を少なくとも備える。
より具体的には、半導体層１０として窒化ガリウム系半導体、第１電極２０としてＴｉ（１５ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／Ａｕ（１０００ｎｍ）、第２電極３０としてＡｇ（１００ｎｍ）／Ｎｉ（１００ｎｍ）／Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）、保護層４０としてＳｉＯ２（４００ｎｍ）、絶縁層４２としてＳｉＯ２（３００ｎｍ）、第１金属層５０としてＰｔ（３００ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）／ＡｕＳｎ（２０００ｎｍ）、第２金属層６０としてＴｉ（０．５ｎｍ）、第３金属層６２としてＴｉ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（５０ｎｍ）、接合層７２としてＡｕ（５００ｎｍ）／Ｐｔ（３００ｎｍ）／ＴｉＳｉ２（５ｎｍ）、導電性基板７０としてＳｉ基板、メタライズ層８０としてＰｔ（２５０ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）が用いられる。
より具体的には、半導体層１０として窒化ガリウム系半導体、第１電極２０としてＴｉ（１５ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／Ａｕ（１０００ｎｍ）、第２電極３０としてＡｇ（１００ｎｍ）／Ｎｉ（１００ｎｍ）／Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）、保護層４０としてＳｉＯ２（４００ｎｍ）、絶縁層４２としてＳｉＯ２（３００ｎｍ）、第１金属層５０としてＰｔ（３００ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）／ＡｕＳｎ（２０００ｎｍ）、第２金属層６０としてＴｉ（０．５ｎｍ）、第３金属層６２としてＴｉ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（５０ｎｍ）、接合層７２としてＡｕ（５００ｎｍ）／Ｐｔ（３００ｎｍ）／ＴｉＳｉ２（５ｎｍ）、導電性基板７０としてＳｉ基板、メタライズ層８０としてＰｔ（２５０ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）が用いられる。
本実施例の半導体発光素子は、半導体層を平面視した際に、第１電極２０と第２電極３０とが重なり合わないように半導体層１０を挟んで設けられる。第１電極２０を有する側の半導体層表面（上面）には、保護層４０が設けられる。保護層４０は、ワイヤ等の導電性部材との接続を可能とするために、第１電極２０の一部が露出されるように配置される。また、第２電極３０を有する側の半導体層表面（下面）には、第２電極３０の近傍で離間して第２金属層６０が設けられる。さらに第２金属層６０は、半導体層１０を挟んで第１電極２０と対向するように配置される。このとき、第２金属層６０の膜厚は、第２電極３０の膜厚よりも薄くなるように設けられている。特に本実施例においては、第２金属層６０は、第２電極３０を構成する１層目（最も半導体層に近い層）のＡｇ層よりも薄い膜厚を有するため、第２金属層６０に流れ込む電流をより軽減することができる。第２金属層６０の下面には、絶縁層４２が積層されており、絶縁層４２と保護層４０とが半導体層１０の側面で連続している。絶縁層４２の下面には、第１金属層５０との密着性および絶縁層４２との密着性の両方に優れる第３金属層６２が積層される。第１金属層５０は、第３金属層６２の下面と接すると共に、第２電極３０の周囲（側面および下面）を覆うように接する。第１金属層５０には接合層７２を介して導電性基板７０が接合されており、さらに導電性基板７０の下面にはメタライズ層８０が設けられる。
以上のように、実施例１に係る半導体発光素子は、第一の実施形態とほぼ同様の効果を有することができる。
＜実施例２〜４＞
実施例２〜４の半導体発光素子は、それぞれ第２金属層の膜厚を、１．５ｎｍ、５ｎｍ、１００ｎｍとする以外は実施例１と同様にして作製する。
実施例２〜４の半導体発光素子は、それぞれ第２金属層の膜厚を、１．５ｎｍ、５ｎｍ、１００ｎｍとする以外は実施例１と同様にして作製する。
＜比較例１＞
比較例１の半導体発光素子は、絶縁層と半導体層との間に第２金属層を設けない以外は、実施例１と同様にして作製する。
比較例１の半導体発光素子は、絶縁層と半導体層との間に第２金属層を設けない以外は、実施例１と同様にして作製する。
以上、作製した半導体発光素子について評価する。なお、図８は、実施例１〜３および比較例１における絶縁層と半導体層との剥離強度を示すグラフである。図９は、実施例１〜３および比較例１におけるＰｏ（光出力）とＶｆ（順電圧）を示すグラフである。図１０は、実施例２および実施例４におけるＰｏ（光出力）比を示すグラフである。
（絶縁層と半導体層との密着性の評価）
実施例１〜３および比較例１において、ｍＥＬＴ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｅｄｇｅ Ｌｉｆｔｏｆｆ Ｔｅｓｔ、改良エッジ・リフトオフ・テスト）法を用いることによって、絶縁層と半導体層との剥離強度を測定した。ｍＥＬＴ法とは、測定試料にエポキシ樹脂を塗布してベーキングし、試料を１０ｍｍ角に割断した後に液体窒素で冷却し、膜が剥がれた温度から密着力を測定する方法である。即ち、剥離温度Ｔにおけるエポキシ樹脂の残留応力σ
、およびエポキシ樹脂の膜厚ｈに基づいて次式から剥離強度Ｋａｐｐ［ＭＰａ・ｍ１／２］を計算する。
Ｋａｐｐ＝σ・（ｈ／２）１／２
（絶縁層と半導体層との密着性の評価）
実施例１〜３および比較例１において、ｍＥＬＴ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｅｄｇｅ Ｌｉｆｔｏｆｆ Ｔｅｓｔ、改良エッジ・リフトオフ・テスト）法を用いることによって、絶縁層と半導体層との剥離強度を測定した。ｍＥＬＴ法とは、測定試料にエポキシ樹脂を塗布してベーキングし、試料を１０ｍｍ角に割断した後に液体窒素で冷却し、膜が剥がれた温度から密着力を測定する方法である。即ち、剥離温度Ｔにおけるエポキシ樹脂の残留応力σ
、およびエポキシ樹脂の膜厚ｈに基づいて次式から剥離強度Ｋａｐｐ［ＭＰａ・ｍ１／２］を計算する。
Ｋａｐｐ＝σ・（ｈ／２）１／２
サファイア上にＧａＮを成長させたサンプルに、上記実施例１と同様の方法で、第２金属としてＴｉ層、絶縁層としてＳｉＯ２層３００ｎｍ、第３金属層としてＴｉ層５０ｎｍおよびＰｔ層５０ｎｍを形成した。第２金属層としてのＴｉ層の膜厚を、比較例１および実施例１〜３における第２金属層の厚さに対応して０ｎｍ、０．５ｎｍ、１．５ｎｍ、５ｎｍとし、各々を比較例１および実施例１〜３の試料とした。このように作製した各試料の剥離強度Ｋａｐｐを測定した。結果を図８に示す。Ｔｉを形成しなかった比較例１の試料（Ｔｉ膜厚：０Å）の剥離強度が約０．１２［ＭＰａ・ｍ１／２］であったのに対し、０．５〜５ｎｍの膜厚でＴｉを形成した実施例１〜３の試料は剥離強度Ｋａｐｐが約０．３２〜０．４２［ＭＰａ・ｍ１／２］以上であり、剥離強度が約３倍に向上していた。以上の結果より、絶縁層と半導体層との密着性は、第２金属層を有することによって向上することが分かった。
（初期特性の評価）
次に、実施例１〜３および比較例１の初期特性を評価するために、Ｐｏ（光出力）およびＶｆ（順電圧）を測定した。なお、この測定に用いた電流値は４Ａである。
図９に示すように、実施例１〜３および比較例１のいずれにおいても、ＰｏやＶｆの値に殆ど差が見られなかった。つまり、実施例１〜３では、絶縁層により制御された電流の流れが第２金属層に阻害されておらず、比較例１と同様に十分に行なわれていることが分かる。さらに、実施例１〜３では、第２金属層の膜厚を５ｎｍ以下と比較的薄くしているため、第２金属層を構成する金属材料に、半導体層からの光が吸収されるのを軽減していることも分かる。
次に、実施例１〜３および比較例１の初期特性を評価するために、Ｐｏ（光出力）およびＶｆ（順電圧）を測定した。なお、この測定に用いた電流値は４Ａである。
図９に示すように、実施例１〜３および比較例１のいずれにおいても、ＰｏやＶｆの値に殆ど差が見られなかった。つまり、実施例１〜３では、絶縁層により制御された電流の流れが第２金属層に阻害されておらず、比較例１と同様に十分に行なわれていることが分かる。さらに、実施例１〜３では、第２金属層の膜厚を５ｎｍ以下と比較的薄くしているため、第２金属層を構成する金属材料に、半導体層からの光が吸収されるのを軽減していることも分かる。
次に、第２金属層の膜厚の依存性を評価するために、さらに実施例４のＰｏを測定して、実施例２と比較する。なお測定結果は、比較し易いように比較例１におけるＰｏを１として比で示す。
図１０に示すように、実施例４は、実施例２に比べてＰｏの低下が見られる。しかしながら、その差は０．０５以下と比較的小さいため、絶縁層により制御された電流の流れが変化したものでは無く、第２金属層の膜厚増加に伴って半導体層からの光が吸収される量が増加したものと推測される。このため、第２金属層の膜厚は、絶縁層で電流が制御可能な１００ｎｍよりも薄い方が好ましく、より好ましくは光吸収の少ない５ｎｍ以下であることが確認できた。
図１０に示すように、実施例４は、実施例２に比べてＰｏの低下が見られる。しかしながら、その差は０．０５以下と比較的小さいため、絶縁層により制御された電流の流れが変化したものでは無く、第２金属層の膜厚増加に伴って半導体層からの光が吸収される量が増加したものと推測される。このため、第２金属層の膜厚は、絶縁層で電流が制御可能な１００ｎｍよりも薄い方が好ましく、より好ましくは光吸収の少ない５ｎｍ以下であることが確認できた。
本発明の半導体発光素子は、一般照明の他に、カーナビのバックライトや、自動車のヘッドライト、信号機、大型ディスプレイ等の各種光源に利用することができる。
２ 第１導電型半導体層
４ 発光層
６ 第２導電型半導体層
１０ 半導体層
２０ 第１電極
３０ 第２電極
４０ 保護層
４２ 絶縁層
５０ 第１金属層
６０ 第２金属層
６２ 第３金属層
７０ 導電性基板
７２ 接合層
８０ メタライズ層
４ 発光層
６ 第２導電型半導体層
１０ 半導体層
２０ 第１電極
３０ 第２電極
４０ 保護層
４２ 絶縁層
５０ 第１金属層
６０ 第２金属層
６２ 第３金属層
７０ 導電性基板
７２ 接合層
８０ メタライズ層
本発明に係る半導体発光素子は、半導体層と、前記半導体層を挟んで設けられる第１電極および第２電極と、前記第２電極と同一面側で、前記第２電極の周囲を囲むように前記第１電極と対向して前記半導体層に設けられる絶縁層と、前記第２電極および前記絶縁層を覆う第１金属層と、を備え、前記半導体層と前記絶縁層との間に、前記第２電極の膜厚よりも薄い膜厚を有する第２金属層が設けられている。
このように、前記半導体層と前記絶縁層との間に、前記第２電極の膜厚より薄い膜厚を有する第２金属層を設けることにより、電流の流れを制御して半導体層に効果的に電流を注入させる絶縁層の機能を損なうことなく、絶縁層と半導体層との密着性を向上させることができる。
このように、前記半導体層と前記絶縁層との間に、前記第２電極の膜厚より薄い膜厚を有する第２金属層を設けることにより、電流の流れを制御して半導体層に効果的に電流を注入させる絶縁層の機能を損なうことなく、絶縁層と半導体層との密着性を向上させることができる。
（絶縁層）
絶縁層は、半導体層に流れ込む電流の流れを制御し、半導体層内部を電流が最短で流れてしまうのを防止するための部材である。
絶縁層は、半導体層を間に挟んで第１電極と対向するように配置されており、さらに同一面側で隣接する第２電極の周囲を囲むように離間して配置されている。この第２電極と絶縁層との間（離間領域）には、後述する第１金属層を形成する金属材料または合金材料が充填されているが、これに限定されない。つまり、離間領域に空隙ができるように、第１金属層が第２電極と絶縁層の下面側を覆うように設けられても良い。これにより、絶縁層の熱膨張に起因した応力が生じたとしても、空隙でその応力を緩和することができるため、半導体層と絶縁層との密着性が低下するのを抑制することができる。さらに、第２電極と絶縁層との間隔は、広くしすぎると光の取り出し効率が悪くなるため、１０μｍ以下程度離間されるのが好ましい。
このような絶縁層としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２等の絶縁性材料を用いることができ、特にＴｉＯ２は発光層からの光を効率良く反射することができるため好ましい。さらに、絶縁層は、誘電体多層膜のように絶縁性材料を複数積層し、半導体層からの光を反射できるように各層の膜厚を設定しても良い。
本実施形態における保護層と絶縁層とは、同一部材からなり、半導体層の側面で界面無く連続して設けられているが、これに限らず別の部材で構成することもできる。
絶縁層は、半導体層に流れ込む電流の流れを制御し、半導体層内部を電流が最短で流れてしまうのを防止するための部材である。
絶縁層は、半導体層を間に挟んで第１電極と対向するように配置されており、さらに同一面側で隣接する第２電極の周囲を囲むように離間して配置されている。この第２電極と絶縁層との間（離間領域）には、後述する第１金属層を形成する金属材料または合金材料が充填されているが、これに限定されない。つまり、離間領域に空隙ができるように、第１金属層が第２電極と絶縁層の下面側を覆うように設けられても良い。これにより、絶縁層の熱膨張に起因した応力が生じたとしても、空隙でその応力を緩和することができるため、半導体層と絶縁層との密着性が低下するのを抑制することができる。さらに、第２電極と絶縁層との間隔は、広くしすぎると光の取り出し効率が悪くなるため、１０μｍ以下程度離間されるのが好ましい。
このような絶縁層としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２等の絶縁性材料を用いることができ、特にＴｉＯ２は発光層からの光を効率良く反射することができるため好ましい。さらに、絶縁層は、誘電体多層膜のように絶縁性材料を複数積層し、半導体層からの光を反射できるように各層の膜厚を設定しても良い。
本実施形態における保護層と絶縁層とは、同一部材からなり、半導体層の側面で界面無く連続して設けられているが、これに限らず別の部材で構成することもできる。
（半導体発光素子の製造方法）
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を、図６および図７に示す工程を順に追って説明する。なお、図６および図７は、第一の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図である。
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を、図６および図７に示す工程を順に追って説明する。なお、図６および図７は、第一の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図である。
まず、図６に示すように、本実施形態における半導体発光素子では、サファイア等からなる成長用基板１００の上に、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層の順に成膜して半導体層１０を形成する。
次に、図７に示すように、成長用基板１００の側からレーザ照射もしくは研磨等を行って、成長用基板１００を除去した後、露出した半導体層１０（第１導電型半導体層）を化学研磨（ＣＭＰ）する。さらに、研磨面において、半導体層１０を挟んで絶縁層４２と対向し、かつ第２電極３０と重なり合わない部位に、第１電極２０が形成されるようにマスクを形成する。そして、スパッタリング等によって、電極材料を積層して、半導体層１０の上に第１電極２０を形成する。ここでマスクを設けた部分、つまり第１電極２０が形成されていない領域をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により穿孔して半導体層１０を露出させる。さらに、露出された半導体層１０に保護層４０を形成して、本実施形態における半導体発光素子を得ることができる。
２ 第１導電型半導体層
４ 発光層
５ 第２導電型半導体層
１０ 半導体層
２０ 第１電極
３０ 第２電極
４０ 保護層
４２ 絶縁層
５０ 第１金属層
６０ 第２金属層
６２ 第３金属層
７０ 導電性基板
７２ 接合層
８０ メタライズ層
４ 発光層
５ 第２導電型半導体層
１０ 半導体層
２０ 第１電極
３０ 第２電極
４０ 保護層
４２ 絶縁層
５０ 第１金属層
６０ 第２金属層
６２ 第３金属層
７０ 導電性基板
７２ 接合層
８０ メタライズ層
Claims (3)
- 半導体層と、
前記半導体層を挟んで設けられる第１電極および第２電極と、
前記第２電極と同一面側で、前記第２電極の周囲を囲むように前記第１電極と対向して前記半導体層に設けられる絶縁層と、
前記第２電極および前記絶縁層を覆う第１金属層と、を備え、
前記半導体層と前記絶縁層との間に、前記第２電極の膜厚よりも薄い膜厚を有する第２金属層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第２金属層の膜厚は、５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記第２金属層は、島状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
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-
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