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JP4894411B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description

本発明は、光取り出し効率が向上する半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device with improved light extraction efficiency.

半導体発光素子である発光ダイオード(LED)は、近年、GaN系やAlGaInP系の高品質結晶をMOVPE法で成長させることができるようになったことから、青色、緑色、橙色、黄色、赤色等の高輝度LEDが製造できるようになった。LEDの高輝度化に伴い、自動車のブレーキランプや液晶ディスプレイのバックライト等に用途が広がり、需要が年々増加している。   In recent years, light-emitting diodes (LEDs), which are semiconductor light-emitting elements, have been capable of growing GaN-based and AlGaInP-based high-quality crystals by the MOVPE method, so that blue, green, orange, yellow, red, etc. High brightness LED can be manufactured. Along with the increase in brightness of LEDs, the use is expanding to brake lamps for automobiles, backlights for liquid crystal displays, and the like, and demand is increasing year by year.

MOVPE法によって高品質結晶が成長可能となって以来、発光素子の内部における発光効率は理論値の限界値に近付きつつある。しかし、発光素子から外部への光取り出し効率は未だ低く、光取り出し効率の向上が望まれている。   Since high quality crystals can be grown by the MOVPE method, the luminous efficiency inside the light emitting element is approaching the limit value of the theoretical value. However, the light extraction efficiency from the light emitting element to the outside is still low, and improvement of the light extraction efficiency is desired.

例えば、高輝度赤色LEDは、AlGaInP系の材料で形成され、導電性のGaAs基板上に格子整合する組成のAlGaInP系の材料からなるn型AlGaInP層と、p型AlGaInP層と、これらに挟まれたAlGaInP又はGaInPからなる発光層(活性層)を有するダブルへテロ構造となっている。このとき、GaAs基板のバンドギャップが発光層のバンドギャップよりも狭いために、発光層からの光の多くがGaAs基板に吸収され、光取り出し効率が低下する。   For example, a high-brightness red LED is formed of an AlGaInP-based material and sandwiched between an n-type AlGaInP layer and a p-type AlGaInP layer made of an AlGaInP-based material having a lattice-matched composition on a conductive GaAs substrate. It has a double hetero structure having a light emitting layer (active layer) made of AlGaInP or GaInP. At this time, since the band gap of the GaAs substrate is narrower than the band gap of the light emitting layer, most of the light from the light emitting layer is absorbed by the GaAs substrate, and the light extraction efficiency decreases.

この対策として、発光層とGaAs基板との間に屈折率の異なる半導体からなる多層反射膜構造の層を形成することによってGaAs基板に向かう光を反射させることでGaAs基板での光の吸収を減少させ、光取り出し効率を向上させる方法がある。しかし、この方法では、多層反射膜構造層に対して限定された入射角を持つ光しか反射しない。   As a countermeasure, light absorption at the GaAs substrate is reduced by reflecting the light toward the GaAs substrate by forming a multilayer reflective film structure layer made of semiconductors having different refractive indexes between the light emitting layer and the GaAs substrate. There is a method for improving the light extraction efficiency. However, this method reflects only light having a limited incident angle with respect to the multilayer reflective film structure layer.

そこで、AlGaInP系の材料からなるダブルへテロ構造の層を反射率の高い金属の層を介してSiやGaAs等の支持基板に貼り付け、その後、成長に用いたGaAs基板を除去する方法が特許文献1に開示されている。この方法を用いれば、反射層として金属を用いているので、反射層に対する入射角を選ばずに高い反射率の反射が可能となる。   Therefore, there is a patent for a method in which a double heterostructure layer made of an AlGaInP-based material is attached to a support substrate such as Si or GaAs via a highly reflective metal layer, and then the GaAs substrate used for growth is removed. It is disclosed in Document 1. If this method is used, since a metal is used as the reflection layer, reflection with a high reflectance can be performed without selecting an incident angle with respect to the reflection layer.

図11に従来の半導体発光素子の構造を示す。図示のように、従来の半導体発光素子111は、発光層2を含む複数の層を積層形成してなる半導体3と、半導体3の一方の主表面S2側を覆う反射金属層4と、この反射金属層4と半導体3との界面に形成され反射金属層4の面に離散させて配置されたオーミックコンタクト接合部5と、反射金属層4より外側で半導体3の一方の主表面S2側を覆う裏面電極8と、半導体3の他方の主表面(光取り出し面)S1を部分的に覆う表面電極9と、裏面電極8から表面電極9までの全体を支持する支持基板15とを備える。   FIG. 11 shows the structure of a conventional semiconductor light emitting device. As shown in the figure, a conventional semiconductor light emitting device 111 includes a semiconductor 3 formed by laminating a plurality of layers including a light emitting layer 2, a reflective metal layer 4 covering one main surface S2 side of the semiconductor 3, and this reflection. The ohmic contact junction 5 formed at the interface between the metal layer 4 and the semiconductor 3 and arranged discretely on the surface of the reflective metal layer 4 and the one main surface S2 side of the semiconductor 3 outside the reflective metal layer 4 are covered. A back electrode 8, a front electrode 9 that partially covers the other main surface (light extraction surface) S1 of the semiconductor 3, and a support substrate 15 that supports the entire surface from the back electrode 8 to the front electrode 9 are provided.

特開2002−217450号公報JP 2002-217450 A

AlGaInP系の材料からなるダブルへテロ構造の層(半導体3)と支持基板15との間に設ける反射金属層4は、高い反射率を有することは当然ながら、AlGaInP系の材料からなる半導体3とオーミックコンタクトが取れなければならない。しかし、AlGaInP系発光層2からの光の発光波長に対して高い反射率を有するAg,Al,Au等の金属ではAlGaInP系の材料と直接オーミックコンタクトを取ることが困難である。そのため、反射金属層4と半導体3との間に、部分的にオーミックコンタクト接合部5を配置する必要がある。部分的に配置するとは、反射金属層4の面を全面的に覆うのではなく、その面に離散させて配置することである。   The reflective metal layer 4 provided between the double heterostructure layer (semiconductor 3) made of an AlGaInP-based material and the support substrate 15 naturally has a high reflectivity, and the semiconductor 3 made of an AlGaInP-based material Ohmic contact must be made. However, it is difficult to make an ohmic contact directly with an AlGaInP-based material using a metal such as Ag, Al, or Au having a high reflectance with respect to the light emission wavelength of light from the AlGaInP-based light emitting layer 2. Therefore, it is necessary to partially arrange the ohmic contact junction 5 between the reflective metal layer 4 and the semiconductor 3. The partial arrangement means not to cover the entire surface of the reflective metal layer 4 but to disperse it on the surface.

オーミックコンタクト接合部5は、オーミックコンタクトを取るために反射金属層4と半導体3との間に配置されており、反射金属層4と比べると反射率が低い。また、オーミックコンタクトを取るために半導体3上(反射金属層4中)にオーミックコンタクト接合部5を形成した後に、熱処理を行う必要がある。その熱処理の際に半導体3とオーミックコンタクト接合部5との間に合金化反応が生じ、オーミックコンタクト接合部5に接する半導体3の部分において光吸収率が増加する。このため、発光層2中のオーミックコンタクト接合部5に重なる箇所で発生した光は、それ以外の箇所で発生した光と比較して、光吸収が大きい。   The ohmic contact junction 5 is disposed between the reflective metal layer 4 and the semiconductor 3 in order to obtain an ohmic contact, and has a lower reflectance than the reflective metal layer 4. Further, in order to obtain ohmic contact, it is necessary to perform heat treatment after the ohmic contact junction 5 is formed on the semiconductor 3 (in the reflective metal layer 4). During the heat treatment, an alloying reaction occurs between the semiconductor 3 and the ohmic contact junction 5, and the light absorption rate increases in the portion of the semiconductor 3 that is in contact with the ohmic contact junction 5. For this reason, light generated at a location overlapping the ohmic contact junction 5 in the light emitting layer 2 has a larger light absorption than light generated at other locations.

このように、オーミックコンタクト接合部5の反射率が低く、光吸収が大きいことの結果として、従来の半導体発光素子111は、発光素子全体の光取り出し効率が低下する。   As described above, as a result of the low reflectance of the ohmic contact junction 5 and the large light absorption, the conventional semiconductor light emitting device 111 has a reduced light extraction efficiency of the entire light emitting device.

オーミックコンタクト接合部5の面積を極力小さくすることによってオーミックコンタクト接合部5による光吸収を少なくして光取り出し効率を上げることはできるが、低電圧で半導体発光素子を駆動するには、ある程度以上の面積のオーミックコンタクト接合部5が必要となる。従って、オーミックコンタクト接合部5の面積を小さくすることには限界がある。   By reducing the area of the ohmic contact junction 5 as much as possible, light absorption by the ohmic contact junction 5 can be reduced and light extraction efficiency can be increased. However, in order to drive a semiconductor light emitting device at a low voltage, a certain level or more is required. The area ohmic contact junction 5 is required. Therefore, there is a limit to reducing the area of the ohmic contact junction 5.

また、従来の半導体発光素子111は、表面電極9が光取り出し面S1に重なっている。このため、発光層2中の表面電極9に重なる箇所で生じた光は表面電極9に遮られ、取り出すことができない。このため、発光素子全体の光取り出し効率が低下する。   Further, in the conventional semiconductor light emitting device 111, the surface electrode 9 overlaps the light extraction surface S1. For this reason, the light produced in the part which overlaps with the surface electrode 9 in the light emitting layer 2 is interrupted by the surface electrode 9, and cannot be taken out. For this reason, the light extraction efficiency of the entire light emitting element is lowered.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光取り出し効率が向上する半導体発光素子を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that solves the above problems and improves the light extraction efficiency.

上記目的を達成するために本発明は、発光層を含む複数の層を積層形成してなる半導体と、該半導体の一方の主表面側を覆う反射金属層と、この反射金属層と上記半導体との界面に形成され上記反射金属層の面に離散させて配置されたオーミックコンタクト接合部と、上記発光層中の上記オーミックコンタクト接合部に重なる箇所に形成された空隙とを備えたものである。   To achieve the above object, the present invention provides a semiconductor formed by laminating a plurality of layers including a light emitting layer, a reflective metal layer covering one main surface side of the semiconductor, the reflective metal layer, and the semiconductor. And an ohmic contact junction formed discretely on the surface of the reflective metal layer, and a void formed at a location overlapping the ohmic contact junction in the light emitting layer.

上記反射金属層と上記半導体とに挟み込まれた反応抑制層を有し、上記オーミックコンタクト接合部が上記反応抑制層を貫通して上記反射金属層から上記半導体に至るまで形成されてもよい。   It may have a reaction suppression layer sandwiched between the reflective metal layer and the semiconductor, and the ohmic contact junction may be formed from the reflective metal layer to the semiconductor through the reaction suppression layer.

上記空隙が上記半導体に他方の主表面側から穴を開けて形成されてもよい。   The void may be formed by making a hole in the semiconductor from the other main surface side.

上記半導体が上記オーミックコンタクト接合部に接する導電層とこの導電層に上記オーミックコンタクト接合部の反対側から接する別の半導体層とを有してもよい。   The semiconductor may have a conductive layer in contact with the ohmic contact junction and another semiconductor layer in contact with the conductive layer from the opposite side of the ohmic contact junction.

上記半導体に上記発光層を挟む第1の導電層と第2の導電層が含まれ、これら第1の導電層と第2の導電層のうち、反射金属層とは反対側の主表面側に位置する導電層のほうが抵抗が低くてもよい。   The semiconductor includes a first conductive layer and a second conductive layer sandwiching the light emitting layer, and the first conductive layer and the second conductive layer on the main surface side opposite to the reflective metal layer. The positioned conductive layer may have a lower resistance.

上記半導体の他方の主表面にこの主表面を部分的に覆う電極が配置され、この電極に重ならない箇所に上記オーミックコンタクト接合部が配置されてもよい。   An electrode that partially covers the main surface may be disposed on the other main surface of the semiconductor, and the ohmic contact junction may be disposed at a location that does not overlap the electrode.

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。   The present invention exhibits the following excellent effects.

(1)光取り出し効率が向上する。   (1) The light extraction efficiency is improved.

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1(a)、図1(b)に示されるように、本発明に係る半導体発光素子1は、発光層2を含む複数の層を積層形成してなる半導体3と、該半導体3の一方の主表面側S2を覆う反射金属層4と、この反射金属層4と半導体3との界面に形成され反射金属層4の面に離散させて配置されたオーミックコンタクト接合部5と、発光層2中のオーミックコンタクト接合部5に重なる箇所に形成された空隙6とを備えたものである。   As shown in FIGS. 1A and 1B, a semiconductor light emitting device 1 according to the present invention includes a semiconductor 3 formed by laminating a plurality of layers including a light emitting layer 2, and one of the semiconductors 3. A reflective metal layer 4 covering the main surface side S2 of the substrate, an ohmic contact junction 5 formed discretely on the surface of the reflective metal layer 4 formed at the interface between the reflective metal layer 4 and the semiconductor 3, and the light emitting layer 2 And an air gap 6 formed at a location overlapping the ohmic contact junction 5 inside.

さらに、半導体発光素子1は、反射金属層4より外側で半導体3の一方の主表面S2を覆う裏面電極8と、半導体3の他方の主表面を部分的に覆う表面電極9とを備える。   Further, the semiconductor light emitting device 1 includes a back electrode 8 that covers one main surface S2 of the semiconductor 3 outside the reflective metal layer 4 and a surface electrode 9 that partially covers the other main surface of the semiconductor 3.

半導体3は、III−V族化合物半導体であり、例えば、Mg−GaPコンタクト層10、Mg−AlGaInPクラッド層11、AlGaInP活性層(発光層)2、Si−AlGaInPクラッド層12、Si−GaAsコンタクト層13を備える。Si−GaAsコンタクト層13は、全面的に形成された後、エッチングにより部分的に除去して、表面電極9に重なる箇所のみに残されている。Si−AlGaInPクラッド層12の主表面をこの半導体の第1の主表面S1とする。第1の主表面S1は、光取り出し面である。Mg−GaPコンタクト層10の主表面をこの半導体の第2の主表面S2とする。第2の主表面S2は、反射金属層4に覆われた反射面である。   The semiconductor 3 is a III-V group compound semiconductor. For example, the Mg-GaP contact layer 10, the Mg-AlGaInP cladding layer 11, the AlGaInP active layer (light emitting layer) 2, the Si-AlGaInP cladding layer 12, and the Si-GaAs contact layer. 13 is provided. After the Si-GaAs contact layer 13 is formed over the entire surface, it is partially removed by etching, and is left only at the portion overlapping the surface electrode 9. The main surface of the Si—AlGaInP cladding layer 12 is defined as a first main surface S1 of this semiconductor. The first main surface S1 is a light extraction surface. The main surface of the Mg—GaP contact layer 10 is defined as a second main surface S2 of this semiconductor. The second main surface S2 is a reflective surface covered with the reflective metal layer 4.

さらに、半導体発光素子1は、反射金属層4と裏面電極8との間に、金属密着層14、Si−GaAs支持基板15を備える。   Furthermore, the semiconductor light emitting device 1 includes a metal adhesion layer 14 and a Si—GaAs support substrate 15 between the reflective metal layer 4 and the back electrode 8.

図1(a)に示されるように、光取り出し面S1から見ると、半導体3はほぼ正方形に形成され、表面電極9は、主として光取り出し面の中心部に丸く集中し、その中心部から放射状に延びた複数の枝を有する。   As shown in FIG. 1A, when viewed from the light extraction surface S1, the semiconductor 3 is formed in a substantially square shape, and the surface electrode 9 is concentrated in a circle mainly at the central portion of the light extraction surface, and is radially formed from the central portion. And having a plurality of branches extending in the direction.

オーミックコンタクト接合部5は、反射金属層4の面に縦横に規則的な間隔で複数箇所に配置され、各々が小さな円形に形成されている。発光層2には、各々のオーミックコンタクト接合部5にぴったり重なるように小さな円形の空隙6が形成されている。この実施形態では、光取り出し面である第1の主表面S1側から第2の主表面S2に向けてMg−GaPコンタクト層10の直前まで穴16が開けられ、Si−AlGaInPクラッド層12、発光層2、Mg−AlGaInPクラッド層11を穴16が貫通していることで発光層2に空隙6が形成されている。これにより、第1の主表面S1の一部が凹状に凹んでいる形状となる。この穴16は、例えば、エッチングにより形成される。   The ohmic contact junctions 5 are arranged at a plurality of locations at regular intervals in the vertical and horizontal directions on the surface of the reflective metal layer 4, and each is formed in a small circle. In the light emitting layer 2, small circular gaps 6 are formed so as to exactly overlap the respective ohmic contact junctions 5. In this embodiment, a hole 16 is opened from the first main surface S1 side, which is a light extraction surface, to the second main surface S2 until just before the Mg—GaP contact layer 10, and the Si—AlGaInP clad layer 12 emits light. Since the hole 16 penetrates the layer 2 and the Mg—AlGaInP clad layer 11, the air gap 6 is formed in the light emitting layer 2. Thereby, it becomes the shape where a part of 1st main surface S1 is dented in concave shape. The hole 16 is formed by etching, for example.

図1(a)、図1(b)に示した半導体発光素子1によれば、発光層2中のオーミックコンタクト接合部5に重なる箇所には空隙6が形成されているので、裏面電極8からオーミックコンタクト接合部5を介して半導体3に注入された電流は、空隙6を避けて発光層2の充実部分に集中する。発光層2において充実部分のみに電流が流れて発光に寄与するので、第2の主表面S2に向かう光はオーミックコンタクト接合部5を通ることなく反射金属層4に達する。反射金属層4からの反射光も同様にオーミックコンタクト接合部5を通ることなく半導体3に戻り、第1の主表面S1に向かう。   According to the semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1A and FIG. 1B, the gap 6 is formed at a location overlapping the ohmic contact junction 5 in the light emitting layer 2. The current injected into the semiconductor 3 through the ohmic contact junction 5 is concentrated on the enriched portion of the light emitting layer 2 avoiding the gap 6. In the light emitting layer 2, current flows only in the enriched portion and contributes to light emission, so that the light traveling toward the second main surface S 2 reaches the reflective metal layer 4 without passing through the ohmic contact junction 5. Similarly, the reflected light from the reflective metal layer 4 returns to the semiconductor 3 without passing through the ohmic contact junction 5, and travels toward the first main surface S1.

このように、発光層2中のオーミックコンタクト接合部5に重ならない箇所(充実部分)のみに電流が流れるようにしたので、その電流によって発光した光がオーミックコンタクト接合部5を通らない。このため、オーミックコンタクト接合部5における光吸収が回避され、半導体3に注入された電流から生じた光が効率よく第1の主表面S1から出射されることになり、発光素子全体の光取り出し効率が向上する。この結果、高効率、高輝度な発光素子が実現される。   As described above, since the current flows only in the portion (solid portion) that does not overlap the ohmic contact junction 5 in the light emitting layer 2, the light emitted by the current does not pass through the ohmic contact junction 5. For this reason, light absorption in the ohmic contact junction 5 is avoided, and light generated from the current injected into the semiconductor 3 is efficiently emitted from the first main surface S1, and the light extraction efficiency of the entire light emitting element is increased. Will improve. As a result, a light-emitting element with high efficiency and high brightness is realized.

次に、他の実施形態を説明する。   Next, another embodiment will be described.

図2(a)、図2(b)に示した半導体発光素子21は、基本的に図1(a)、図1(b)に示した半導体発光素子1と同じであるが、相違点として、反射金属層4と半導体3とに挟み込まれた反応抑制層22を有する。そして、その反応抑制層22を貫通してオーミックコンタクト接合部23が反射金属層4から半導体3のMg−GaPコンタクト層10に至るまで形成されている。反応抑制層22は、SiO2、SiNといった低反応でかつ透明な材料からなり、発光波長において透明であることはもちろん、半導体発光素子22を製造する過程の熱処理工程において反射金属層4と半導体3との反応を抑制する機能を持つ。これにより、反射金属層4の反射率が熱処理工程の後にも高く維持され、光取り出し効率が向上する。 The semiconductor light emitting device 21 shown in FIGS. 2A and 2B is basically the same as the semiconductor light emitting device 1 shown in FIGS. 1A and 1B. The reaction suppression layer 22 is sandwiched between the reflective metal layer 4 and the semiconductor 3. An ohmic contact junction 23 is formed from the reflective metal layer 4 to the Mg—GaP contact layer 10 of the semiconductor 3 through the reaction suppression layer 22. The reaction suppression layer 22 is made of a low-reaction and transparent material such as SiO 2 or SiN, and is transparent at the emission wavelength. In addition, the reflective metal layer 4 and the semiconductor 3 are used in the heat treatment process in the process of manufacturing the semiconductor light-emitting element 22. It has the function to suppress the reaction with. Thereby, the reflectance of the reflective metal layer 4 is kept high even after the heat treatment step, and the light extraction efficiency is improved.

図3(a)、図3(b)に示した半導体発光素子31は、基本的に図2(a)、図2(b)に示した半導体発光素子21と同じであるが、相違点として、オーミックコンタクト接合部5が第1の主表面S1に設けられた表面電極9に重なる箇所には配置されていない。言い換えると、表面電極9に重ならない箇所のみにオーミックコンタクト接合部5が配置されている。これに伴い、発光層2の空隙6も表面電極9に重なる箇所には配置されない。つまり、この半導体発光素子31は、図2(b)に細線で示したオーミックコンタクト接合部5、空隙6が形成されない。   The semiconductor light emitting device 31 shown in FIGS. 3A and 3B is basically the same as the semiconductor light emitting device 21 shown in FIGS. 2A and 2B. The ohmic contact junction 5 is not disposed at a location overlapping the surface electrode 9 provided on the first main surface S1. In other words, the ohmic contact junction 5 is disposed only at a location that does not overlap the surface electrode 9. Along with this, the gap 6 of the light emitting layer 2 is not disposed at a location overlapping the surface electrode 9. That is, in the semiconductor light emitting element 31, the ohmic contact junction 5 and the gap 6 indicated by the thin lines in FIG. 2B are not formed.

この半導体発光素子31は、表面電極9に重なる箇所にはオーミックコンタクト接合部5が形成されないので、発光層2においては表面電極9に重なる箇所に流れる電流が少なくなり、その箇所では発光が抑制される。逆に、表面電極9に重ならない箇所に流れる電流が多くなり、そこで生じた光は表面電極9に妨げられることなく取り出される。その結果、発光素子全体の光取り出し効率が向上する。   In this semiconductor light emitting device 31, since the ohmic contact junction 5 is not formed at a location overlapping the surface electrode 9, the current flowing in the location overlapping the surface electrode 9 is reduced in the light emitting layer 2, and light emission is suppressed at that location. The On the contrary, the current flowing through the portion that does not overlap the surface electrode 9 increases, and the light generated there is taken out without being obstructed by the surface electrode 9. As a result, the light extraction efficiency of the entire light emitting element is improved.

なお、発光層2において表面電極9に重なる箇所に流れる電流が少なくなる効果は、発光層2よりも光取り出し面(第1の主表面S1)側に位置するn型クラッド層(Si−AlGaInPクラッド層12)での電流分散効果が大きいために生じる。これは、n型クラッド層のほうがp型クラッド層(Mg−AlGaInPクラッド層11)よりも抵抗が低いために起きる現象である。このように、発光層2を挟む第1の導電層と第2の導電層のうち、反射金属層4とは反対側の主表面S1側に位置する導電層であるSi−AlGaInPクラッド層12のほうが抵抗が低いことにより、Si−AlGaInPクラッド層12での電流分散効果が得られ、光取り出し効率の向上に寄与する。   Note that the effect of reducing the current flowing in the light emitting layer 2 where it overlaps the surface electrode 9 is that the n-type cladding layer (Si-AlGaInP cladding) located closer to the light extraction surface (first main surface S1) than the light emitting layer 2 is. This is due to the large current spreading effect in layer 12). This is a phenomenon that occurs because the resistance of the n-type cladding layer is lower than that of the p-type cladding layer (Mg—AlGaInP cladding layer 11). Thus, of the first conductive layer and the second conductive layer sandwiching the light emitting layer 2, the Si—AlGaInP cladding layer 12, which is a conductive layer located on the main surface S 1 side opposite to the reflective metal layer 4, is formed. Since the resistance is lower, a current dispersion effect in the Si—AlGaInP cladding layer 12 is obtained, which contributes to an improvement in light extraction efficiency.

ここまでの実施形態では、AlGaInP活性層(発光層)2はアンドープのバルク層としたが、活性層を多重量子井戸または歪み量子井戸とした場合でも本発明の効果が得られる。   In the embodiments so far, the AlGaInP active layer (light emitting layer) 2 is an undoped bulk layer, but the effect of the present invention can be obtained even when the active layer is a multiple quantum well or a strained quantum well.

半導体発光素子1,11,21は、例えば、発光波長630nmの赤色LEDである。同様のAlGaInP系材料で作製される発光波長560nm〜660nmのLEDにおいても、各層の材料、キャリア濃度、コンタクト層を周知慣用のとおり適切に決めればよく、このような場合でも本発明の効果が得られる。   The semiconductor light emitting elements 1, 11, 21 are, for example, red LEDs having an emission wavelength of 630 nm. Even in an LED having an emission wavelength of 560 nm to 660 nm made of the same AlGaInP-based material, the material, carrier concentration, and contact layer of each layer may be appropriately determined as is well-known and commonly used. Even in such a case, the effects of the present invention can be obtained. It is done.

表面電極9の形状は、円形やその円形に放射状の枝を加えた形状に限らず、四角形、菱形、多角形、その他の異形状やこれらに任意形状の枝を加えた形状であっても本発明の効果が得られる。   The shape of the surface electrode 9 is not limited to a circle or a shape obtained by adding a radial branch to the circle, but may be a quadrangle, a rhombus, a polygon, other different shapes, or a shape obtained by adding a branch of an arbitrary shape. The effects of the invention can be obtained.

支持基板は、Si−GaAs支持基板15に限らない。Ge支持基板、Si支持基板、あるいは金属支持基板を用いた半導体発光素子であっても本発明の効果が得られる。   The support substrate is not limited to the Si—GaAs support substrate 15. The effect of the present invention can be obtained even with a semiconductor light emitting device using a Ge support substrate, a Si support substrate, or a metal support substrate.

なお、図1の半導体発光素子1において、半導体3と反射金属層4との電気的導通は、オーミックコンタクト接合部5によってなされている。そのため、仮に空隙6がオーミックコンタクト接合部5にまで至ると、半導体3と反射金属層4との電気的導通が悪くなる。従って、空隙6を形成しても、オーミックコンタクト接合部5の直上にオーミックコンタクト接合部5に接する導電層が残るようにしなければならない。この導電層がMg−GaPコンタクト層10である。   In the semiconductor light emitting device 1 of FIG. 1, the electrical continuity between the semiconductor 3 and the reflective metal layer 4 is made by the ohmic contact junction 5. Therefore, if the gap 6 reaches the ohmic contact junction 5, the electrical continuity between the semiconductor 3 and the reflective metal layer 4 is deteriorated. Therefore, even if the gap 6 is formed, it is necessary to leave a conductive layer in contact with the ohmic contact junction 5 immediately above the ohmic contact junction 5. This conductive layer is the Mg—GaP contact layer 10.

一方、空隙6の形成には選択性エッチングを用いるので、選択性エッチング可能となるよう上記導電層とは組成を異ならせた半導体層として、Mg−GaPコンタクト層10にオーミックコンタクト接合部5の反対側から接する別の半導体層が必要となる。図1の半導体発光素子1では、Mg−AlGaInPクラッド層11がその別の半導体層としての役割を持つ。これにより、空隙6の形成をMg−AlGaInPクラッド層11までで止め、Mg−GaPコンタクト層10には空隙6が及ばないようにすることができる。   On the other hand, since the selective etching is used to form the void 6, the Mg-GaP contact layer 10 is opposite to the ohmic contact junction 5 as a semiconductor layer having a composition different from that of the conductive layer so that the selective etching is possible. Another semiconductor layer in contact with the side is required. In the semiconductor light emitting device 1 of FIG. 1, the Mg—AlGaInP clad layer 11 serves as another semiconductor layer. Thereby, the formation of the void 6 can be stopped up to the Mg—AlGaInP cladding layer 11, and the void 6 does not reach the Mg—GaP contact layer 10.

このように、半導体3の発光層2よりもオーミックコンタクト接合部5側に二層以上の組成が異なる半導体層があることにより、オーミックコンタクト接合部5に接する導電層であるMg−GaPコンタクト層10を残して空隙6をエッチングで形成することが容易になる。   As described above, since there are two or more semiconductor layers having different compositions on the ohmic contact junction 5 side of the light emitting layer 2 of the semiconductor 3, the Mg—GaP contact layer 10 which is a conductive layer in contact with the ohmic contact junction 5. It becomes easy to form the gap 6 by etching leaving

(実施例1)
図4に示した構造を有する発光波長630nm付近の赤色LED用エピタキシャルウエハを作製し、これをもとに図1の本発明に係る半導体発光素子1をLED素子として作製した。その間のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、各層の厚さ、反射金属層及びオーミックコンタクト接合部の形成方法、支持基板への張り替え方法、電極形成方法、空隙の形成方法、LED素子作製方法は、以下の通りである。
Example 1
A red LED epitaxial wafer having a structure shown in FIG. 4 and having an emission wavelength of about 630 nm was fabricated, and based on this, the semiconductor light emitting device 1 according to the present invention of FIG. 1 was fabricated as an LED device. The epitaxial growth method, the epitaxial layer structure, the thickness of each layer, the formation method of the reflective metal layer and the ohmic contact junction, the replacement method to the support substrate, the electrode formation method, the void formation method, and the LED element production method are as follows: Street.

図4に示されるように、n型GaAs基板(Si−GaAs基板)41上に、MOVPE法で、n型(Siドープ)(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pエッチングストップ層(Si−AlGaInPエッチングストップ層;厚さ200nm、キャリア濃度1×1018/cm3)42、n型(Siドープ)GaAsコンタクト層(Si−GaAsコンタクト層;厚さ100nm、キャリア濃度1×1018/cm3)43、n型(Siドープ)(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層(Si−AlGaInPクラッド層;厚さ2000nm、キャリア濃度1×1018/cm3)44、アンドープ(Al0.1Ga0.90.5In0.5P活性層(AlGaInP活性層;厚さ900nm)45、p型(Mgドープ)(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層(Mg−AlGaInPクラッド層;厚さ400nm、キャリア濃度1.2×1018/cm3)46、p型(Mgドープ)GaPコンタクト層(Mg−GaPコンタクト層;厚さ300nm、キャリア濃度1×1018/cm3)47を順次成長させて赤色LED用エピタキシャルウエハ40を得た。 As shown in FIG. 4, on an n-type GaAs substrate (Si-GaAs substrate) 41, the MOVPE method, n-type (Si-doped) (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P etching stop layer (Si-AlGaInP etching Stop layer: thickness 200 nm, carrier concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) 42, n-type (Si-doped) GaAs contact layer (Si-GaAs contact layer; thickness 100 nm, carrier concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) 43 N-type (Si doped) (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer (Si—AlGaInP clad layer; thickness 2000 nm, carrier concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) 44, undoped (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P active layer (AlGaInP active layer; thickness 900 nm) 45, p-type (Mg-doped) (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 Cladding layer (Mg-AlGaInP cladding layer; thickness of 400 nm, carrier concentration 1.2 × 10 18 / cm 3) 46, p -type (Mg-doped) GaP contact layer (Mg-GaP contact layer; thickness of 300 nm, a carrier concentration of 1 × 10 18 / cm 3 ) 47 were grown sequentially to obtain a red LED epitaxial wafer 40.

MOVPE法における成長温度は、650℃とし、成長圧力6666Pa、各層の成長速度は0.3〜1.0nm/sec、V/III比は約200とした。V/III比とは、分母をトリメチルガリウム(TMGa)やトリメチルアルミニウム(TMAl)などのIII族原料のモル数とし、分子をAsH3、PH3などのV族原料のモル数とした場合の比率(商)を指す。 The growth temperature in the MOVPE method was 650 ° C., the growth pressure was 6666 Pa, the growth rate of each layer was 0.3 to 1.0 nm / sec, and the V / III ratio was about 200. The V / III ratio is the ratio when the denominator is the number of moles of a group III material such as trimethylgallium (TMGa) or trimethylaluminum (TMAl) and the molecule is the number of moles of a group V material such as AsH 3 or PH 3. (Quotient).

MOVPE法に用いる原料としては、トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMIn)等の有機金属や、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)等の水素化物ガスなどがあり、この実施例においては、TMGa、TMA、TMIn、PH3、AsH3を用いた。これら原料にIII族元素のAl、Ga、InとV族元素のP、Asとが含まれるにより、III−V族化合物半導体を形成することができる。 As raw materials used in the MOVPE method, organic metals such as trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), trimethylaluminum (TMA), trimethylindium (TMIn), arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ), etc. It includes hydride gas, in this example, TMGa, TMA, TMIn, a PH 3, AsH 3 were used. The III-V group compound semiconductor can be formed by including the group III elements Al, Ga, In and the group V elements P, As in these raw materials.

n型半導体層の導電型決定添加物には、ジシラン(Si26)を用いた。この他に、n型半導体層の導電型決定添加物として、セレン化水素(H2Se)、モノシラン(SiH4)、ジエチルテルル(DETe)を用いてもよい。 Disilane (Si 2 H 6 ) was used as an additive for determining the conductivity type of the n-type semiconductor layer. In addition, hydrogen selenide (H 2 Se), monosilane (SiH 4 ), and diethyl tellurium (DETe) may be used as a conductivity type determining additive for the n-type semiconductor layer.

p型半導体層の導電型決定添加物には、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。この他に、p型半導体層の導電型決定添加物として、ジメチルジンク(DMZn)、ジエチルジンク(DEZn)を用いてもよい。 Biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) was used as the conductivity type determining additive of the p-type semiconductor layer. In addition, dimethyl zinc (DMZn) and diethyl zinc (DEZn) may be used as the conductivity type determining additive of the p-type semiconductor layer.

図4の赤色LED用エピタキシャルウエハ40をMOVPE装置から搬出した後、図5に示すように、Mg−GaPコンタクト層47の表面に、レジストとマスクアライナによる一般的なフォトリソグラフィ技術と真空蒸着法とを用いてオーミックコンタクト接合部51を形成した。オーミックコンタクト接合部51には金・亜鉛(AuZn)合金を用いた。オーミックコンタクト接合部51の大きさ・形状は、主表面から見て直径15μmの円形状とし、厚さは50nmに形成した。オーミックコンタクト接合部51の配置は、縦横に30μmピッチとした。その後、オーミックコンタクト接合部5の合金化であるアロイ工程を行った。アロイ工程では、窒素ガス雰囲気中にて400℃に加熱し、5分間熱処理した。   After carrying out the red LED epitaxial wafer 40 of FIG. 4 from the MOVPE apparatus, as shown in FIG. 5, a general photolithography technique and a vacuum evaporation method using a resist and a mask aligner are formed on the surface of the Mg—GaP contact layer 47. The ohmic contact junction 51 was formed using The ohmic contact junction 51 was made of a gold / zinc (AuZn) alloy. The size and shape of the ohmic contact junction 51 was a circle having a diameter of 15 μm when viewed from the main surface, and the thickness was 50 nm. The arrangement of the ohmic contact junctions 51 was 30 μm pitch vertically and horizontally. Then, the alloy process which is alloying of the ohmic contact junction part 5 was performed. In the alloy process, it was heated to 400 ° C. in a nitrogen gas atmosphere and heat-treated for 5 minutes.

次に、図6に示すように、オーミックコンタクト接合部51を覆う反射金属層61を形成した。反射金属層61は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、金(Au)をこの順序でそれぞれ200nm,200nm,500nmの厚さに蒸着して形成した。   Next, as shown in FIG. 6, a reflective metal layer 61 covering the ohmic contact junction 51 was formed. The reflective metal layer 61 was formed by evaporating aluminum (Al), titanium (Ti), and gold (Au) in this order to a thickness of 200 nm, 200 nm, and 500 nm, respectively.

次に、図7に示すように、支持基板71のために、Si−GaAs基板72を用意し、このSi−GaAs基板72に金・ゲルマニウム(AuGe)合金、チタン(Ti)、金(Au)をこの順序でそれぞれ200nm,200nm,500nmの厚さに蒸着することで、金属密着層73を形成し、支持基板71を得た。   Next, as shown in FIG. 7, a Si—GaAs substrate 72 is prepared for the support substrate 71, and a gold / germanium (AuGe) alloy, titanium (Ti), gold (Au) is added to the Si—GaAs substrate 72. Were deposited in this order to a thickness of 200 nm, 200 nm, and 500 nm, respectively, to form a metal adhesion layer 73 and obtain a support substrate 71.

次に、図6の赤色LED用エピタキシャルウエハ40と図7の支持基板71とを貼り合わせた。具体的には、図8に示されるように、赤色LED用エピタキシャルウエハ40の反射金属層61の表面と支持基板71の金属密着層73のAu表面とを貼り合わせて貼り合わせ品81を得た。張り合わせは、圧力1.3Pa雰囲気で加重を30Kgf/cm2負荷した状態で温度350℃で60分間保持することによって行った。 Next, the red LED epitaxial wafer 40 of FIG. 6 and the support substrate 71 of FIG. 7 were bonded together. Specifically, as shown in FIG. 8, the surface of the reflective metal layer 61 of the red LED epitaxial wafer 40 and the Au surface of the metal adhesion layer 73 of the support substrate 71 were bonded to obtain a bonded product 81. . The pasting was performed by holding at a temperature of 350 ° C. for 60 minutes under a pressure of 1.3 Pa and a load of 30 kgf / cm 2 .

次に、この貼り合わせ品81に対し、支持基板71のSi−GaAs基板72の表面をレジストで保護した後、赤色LED用エピタキシャルウエハ40のSi−GaAs基板41をアンモニア水と過酸化水素水の混合液によってエッチング除去し、Si−AlGaInPエッチングストップ層42を露出させた。次いで、このSi−AlGaInPエッチングストップ層42を塩酸で除去し、Si−GaAsコンタクト層43を露出させた。その後、アセトン及びメタノールを用いてSi−GaAs基板72のレジストを除去した。   Next, after the surface of the Si-GaAs substrate 72 of the support substrate 71 is protected with a resist for the bonded product 81, the Si-GaAs substrate 41 of the red LED epitaxial wafer 40 is replaced with ammonia water and hydrogen peroxide solution. The Si—AlGaInP etching stop layer 42 was exposed by etching with the mixed solution. Next, the Si—AlGaInP etching stop layer 42 was removed with hydrochloric acid to expose the Si—GaAs contact layer 43. Thereafter, the resist of the Si-GaAs substrate 72 was removed using acetone and methanol.

次に、図9に示されるように、Si−GaAsコンタクト層43に対してレジストとマスクアライナによる一般的なフォトリソグラフィ技術と真空蒸着法とを用い、直径100μmの円形状の中心部と、その中心部から放射状に幅10μmの枝が伸びた表面電極91を形成した。表面電極91は、金・ゲルマニウム(AuGe)合金、チタン(Ti)、金(Au)をこの順序でそれぞれ100nm,100nm,500nmの厚さに蒸着して形成した。   Next, as shown in FIG. 9, using a general photolithography technique and a vacuum deposition method using a resist and a mask aligner for the Si-GaAs contact layer 43, a circular central portion having a diameter of 100 μm, A surface electrode 91 having branches having a width of 10 μm extending radially from the center was formed. The surface electrode 91 was formed by evaporating gold / germanium (AuGe) alloy, titanium (Ti), and gold (Au) in this order to a thickness of 100 nm, 100 nm, and 500 nm, respectively.

この表面電極91を形成後、硫酸と過酸化水素水と水の混合液からなるエッチング液を用い、表面電極91をマスクとして、Si−GaAsコンタクト層43をエッチングした。このエッチングにより、表面電極91が重なっているSi−GaAsコンタクト層43が選択的に残され、表面電極91が重なっていないSi−GaAsコンタクト層43が除去されてSi−AlGaInPクラッド層44が露出する。   After the surface electrode 91 was formed, the Si-GaAs contact layer 43 was etched using an etchant composed of a mixture of sulfuric acid, hydrogen peroxide solution, and water, using the surface electrode 91 as a mask. By this etching, the Si-GaAs contact layer 43 on which the surface electrode 91 overlaps is selectively left, the Si-GaAs contact layer 43 on which the surface electrode 91 does not overlap is removed, and the Si-AlGaInP cladding layer 44 is exposed. .

次に、図10に示されるように、Si−AlGaInPクラッド層44の表面にフォトリソグラフィーの技術により、オーミックコンタクト接合部51に重なる箇所に直径15μmの開口を有するパターンのレジストを施した。塩酸系のエッチャントを用いてレジストの開口のみ選択的にエッチングし、Mg−GaPコンタクト層47が露出するまでこのエッチングを行った。つまり、塩酸エッチングにより、Si−AlGaInPクラッド層44、AlGaInP活性層45、Mg−AlGaInPクラッド層46を連続して開口の部分101のみエッチングしたことになる。その後、レジストをアセトン、メタノールを用いて除去した。   Next, as shown in FIG. 10, a resist having a pattern having an opening with a diameter of 15 μm was applied to the surface of the Si—AlGaInP cladding layer 44 by a photolithography technique at a location overlapping the ohmic contact junction 51. Only the opening of the resist was selectively etched using a hydrochloric acid-based etchant, and this etching was performed until the Mg—GaP contact layer 47 was exposed. That is, the Si—AlGaInP cladding layer 44, the AlGaInP active layer 45, and the Mg—AlGaInP cladding layer 46 are continuously etched only by the hydrochloric acid etching. Thereafter, the resist was removed using acetone and methanol.

次に、図10に示されるように、Si−GaAs基板72の全面に裏面電極102を真空蒸着法により形成した。裏面電極92は、金・ゲルマニウム(AuGe)合金、チタン(Ti)、金(Au)をこの順序でそれぞれ60nm,10nm,500nmの厚さに蒸着し、その後、裏面電極92を合金化するアロイ工程を行った。アロイ工程では、窒素ガス雰囲気中にて400℃に加熱し、5分間熱処理した。   Next, as shown in FIG. 10, the back electrode 102 was formed on the entire surface of the Si—GaAs substrate 72 by vacuum deposition. The back electrode 92 is an alloy process in which gold / germanium (AuGe) alloy, titanium (Ti), and gold (Au) are deposited in this order in thicknesses of 60 nm, 10 nm, and 500 nm, respectively, and then the back electrode 92 is alloyed. Went. In the alloy process, it was heated to 400 ° C. in a nitrogen gas atmosphere and heat-treated for 5 minutes.

以上により、図10に示す半導体発光素子100を得た。これは図1の半導体発光素子1が多数集合したウエハに他ならない。   Thus, the semiconductor light emitting device 100 shown in FIG. 10 was obtained. This is nothing but a wafer in which a large number of semiconductor light emitting devices 1 in FIG. 1 are assembled.

この半導体発光素子1を1素子ごとに分離するべく、ダイシング装置を用いて表面電極9の中央部が中心になるようにチップサイズ300μm角に切断してLEDベアチップとした。そのLEDベアチップを図示しないTO−18ステム上にマウント(ダイボンディング)した。その後、そのLEDベアチップにワイヤボンディングを行い、図示しないLED素子を得た。   In order to separate this semiconductor light emitting element 1 element by element, it was cut into a chip size of 300 μm square using a dicing apparatus so that the center part of the surface electrode 9 was at the center, thereby obtaining an LED bare chip. The LED bare chip was mounted (die bonding) on a TO-18 stem (not shown). Thereafter, wire bonding was performed on the LED bare chip to obtain an LED element (not shown).

このLED素子の初期特性を評価した結果、20mA通電時(評価時)の発光出力3.60mW、動作電圧1.94Vという初期特性であった。   As a result of evaluating the initial characteristics of the LED element, the initial characteristics were a light emission output of 3.60 mW and an operating voltage of 1.94 V when 20 mA was applied (evaluation).

このように、実施例1のLED素子は、発光層2のオーミックコンタクト接合部5に重なる箇所が空隙6となっているので、LED素子に注入された電流が発光層2の充実部分に流れ、発光した光がオーミックコンタクト接合部5を通らないので、光取り出し効率が向上する。
(実施例2)
図4に示した構造を有する発光波長630nm付近の赤色LED用エピタキシャルウエハ40を作製し、これをもとに図2の本発明に係る半導体発光素子21をLED素子として作製した。その間のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、各層の厚さ、反射金属層の形成方法、支持基板への張り替え方法、電極形成方法、空隙の形成方法、LED素子作製方法は実施例1と同じであるが、反応抑制層を形成してそこへオーミックコンタクト接合部を埋め込む点が異なるので、その方法を詳細に説明する。
Thus, the LED element of Example 1 has a gap 6 where it overlaps the ohmic contact junction 5 of the light emitting layer 2, so that the current injected into the LED element flows to the substantial part of the light emitting layer 2, Since the emitted light does not pass through the ohmic contact junction 5, the light extraction efficiency is improved.
(Example 2)
A red LED epitaxial wafer 40 having an emission wavelength of about 630 nm and having the structure shown in FIG. 4 was produced, and based on this, the semiconductor light emitting device 21 according to the present invention of FIG. 2 was produced as an LED device. The epitaxial growth method, the epitaxial layer structure, the thickness of each layer, the method of forming the reflective metal layer, the method of replacing the support substrate, the method of forming the electrode, the method of forming the air gap, and the method of manufacturing the LED element are the same as in Example 1. Since the reaction suppression layer is formed and the ohmic contact junction is embedded therein, the method will be described in detail.

図4の赤色LED用エピタキシャルウエハ40のMg−GaPコンタクト層47の表面に、プラズマCVD法によって反応抑制層(図示せず)として厚さ100nmのSiO2膜を形成した。その反応抑制層の表面に、レジストとマスクアライナによる一般的なフォトリソグラフィーの技術により、開口径15μmの円形開口を有するレジストを30μmピッチで形成し、フッ素系のエッチャントを用いて開口内のSiO2を除去することにより、穴を開けてMg−GaPコンタクト層47を露出させた。 A SiO 2 film having a thickness of 100 nm was formed as a reaction suppression layer (not shown) on the surface of the Mg—GaP contact layer 47 of the red LED epitaxial wafer 40 of FIG. 4 by a plasma CVD method. On the surface of the reaction suppression layer, a resist having a circular opening with an opening diameter of 15 μm is formed at a pitch of 30 μm by a general photolithography technique using a resist and a mask aligner, and SiO 2 in the opening is formed using a fluorine-based etchant. As a result, a hole was opened and the Mg—GaP contact layer 47 was exposed.

Mg−GaPコンタクト層47が露出した反応抑制層の穴内に、真空蒸着法によってオーミックコンタクト接合部を厚さ100nm、つまり、反応抑制層と同じ厚さに形成した。オーミックコンタクト接合部には、金・亜鉛(AuZn)合金を用いた。   In the hole of the reaction suppression layer where the Mg—GaP contact layer 47 was exposed, an ohmic contact junction was formed to a thickness of 100 nm, that is, the same thickness as the reaction suppression layer, by vacuum deposition. A gold / zinc (AuZn) alloy was used for the ohmic contact junction.

この後、実施例1と同様に反射金属層61(図6)を形成するので、実施例2では、反射金属層61と半導体(赤色LED用エピタキシャルウエハ40)とに挟み込まれた反応抑制層を有し、オーミックコンタクト接合部が反応抑制層を貫通して反射金属層から半導体に至るまで形成されたことになる。その後は、実施例1と同様に図6以降の工程を行って図2の半導体発光素子21を得た後、図示しないLED素子を得た。   Thereafter, the reflective metal layer 61 (FIG. 6) is formed in the same manner as in Example 1. Therefore, in Example 2, the reaction suppression layer sandwiched between the reflective metal layer 61 and the semiconductor (red LED epitaxial wafer 40) is formed. The ohmic contact junction is formed from the reflective metal layer to the semiconductor through the reaction suppression layer. After that, the steps after FIG. 6 were performed in the same manner as in Example 1 to obtain the semiconductor light emitting device 21 of FIG. 2, and then the LED device (not shown) was obtained.

このLED素子の初期特性を評価した結果、20mA通電時(評価時)の発光出力3.85mW、動作電圧1.97Vという初期特性であった。   As a result of evaluating the initial characteristics of the LED element, the initial characteristics were a light emission output of 3.85 mW and an operating voltage of 1.97 V when 20 mA was applied (evaluation).

この実施例2では、半導体3と反射金属層4との間に反応抑制層22を設けたことにより、反射金属層4とSi−GaAs支持基板15との貼り付け工程や電極アロイ工程における熱処理工程において反射金属層4とSi−GaAs支持基板15との反応を抑制する効果が得られる。これにより、反射金属層4の反射率が熱処理工程の後にも高く維持され、光取り出し効率が向上する。
(実施例3)
図4に示した構造を有する発光波長630nm付近の赤色LED用エピタキシャルウエハ40を作製し、これをもとに図3の本発明に係る半導体発光素子31をLED素子として作製した。その間のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、各層の厚さ、反射金属層、反応抑制層、オーミックコンタクト接合部の形成方法、支持基板への張り替え方法、電極形成方法、空隙の形成方法、LED素子作製方法は実施例2と同じであるが、オーミックコンタクト接合部5を表面電極9に重なる箇所に形成しないようにした点が異なる。
In the second embodiment, the reaction suppressing layer 22 is provided between the semiconductor 3 and the reflective metal layer 4, so that the process of attaching the reflective metal layer 4 and the Si-GaAs support substrate 15 or the heat treatment process in the electrode alloy process. The effect of suppressing the reaction between the reflective metal layer 4 and the Si-GaAs support substrate 15 is obtained. Thereby, the reflectance of the reflective metal layer 4 is kept high even after the heat treatment step, and the light extraction efficiency is improved.
(Example 3)
A red LED epitaxial wafer 40 having an emission wavelength of about 630 nm and having the structure shown in FIG. 4 was produced, and based on this, the semiconductor light emitting device 31 according to the present invention of FIG. 3 was produced as an LED device. Epitaxial growth method, epitaxial layer structure, thickness of each layer, reflective metal layer, reaction suppression layer, ohmic contact junction formation method, support substrate replacement method, electrode formation method, void formation method, LED element preparation method Is the same as in Example 2, except that the ohmic contact junction 5 is not formed at a location overlapping the surface electrode 9.

このようにして、図3の半導体発光素子31を得た後、図示しないLED素子を得た。   Thus, after obtaining the semiconductor light emitting element 31 of FIG. 3, the LED element which is not illustrated was obtained.

このLED素子の初期特性を評価した結果、20mA通電時(評価時)の発光出力4.10mW、動作電圧1.97Vという初期特性であった。   As a result of evaluating the initial characteristics of the LED element, the initial characteristics were a light emission output of 4.10 mW and an operating voltage of 1.97 V when 20 mA was applied (evaluation).

この実施例3では、表面電極9に重ならない箇所のみにオーミックコンタクト接合部5が配置されたことにより、発光層2において表面電極9に重ならない箇所に流れる電流が多くなり、そこで生じた光は表面電極9に妨げられることなく取り出されるので、光取り出し効率が向上する。
(従来例)
図4に示した構造を有する発光波長630nm付近の赤色LED用エピタキシャルウエハを作製し、これをもとに図11の従来の半導体発光素子111をLED素子として作製した。その間のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、各層の厚さ、反射金属層及びオーミックコンタクト接合部の形成方法、支持基板への張り替え方法、電極形成方法、LED素子作製方法は、実施例1と同じであり、空隙を形成しない点だけが異なる。
In Example 3, since the ohmic contact junction 5 is disposed only in a portion that does not overlap with the surface electrode 9, a large amount of current flows in a portion that does not overlap with the surface electrode 9 in the light emitting layer 2, and light generated there is Since the light is extracted without being obstructed by the surface electrode 9, the light extraction efficiency is improved.
(Conventional example)
A red LED epitaxial wafer having a structure as shown in FIG. 4 and an emission wavelength of around 630 nm was fabricated, and based on this, the conventional semiconductor light emitting device 111 of FIG. 11 was fabricated as an LED device. In the meantime, the epitaxial growth method, the epitaxial layer structure, the thickness of each layer, the formation method of the reflective metal layer and the ohmic contact junction, the replacement method to the support substrate, the electrode formation method, and the LED element production method are the same as in Example 1. The only difference is that no voids are formed.

このLED素子の初期特性を評価した結果、20mA通電時(評価時)の発光出力2.35mW、動作電圧1.92Vという初期特性であった。この初期特性は、実施例1〜3のいずれと比べても発光出力が小さい。   As a result of evaluating the initial characteristics of the LED element, the initial characteristics were a light emission output of 2.35 mW and an operating voltage of 1.92 V when 20 mA was applied (evaluation). As for this initial characteristic, light emission output is small compared with any of Examples 1-3.

本発明の一実施形態を示す半導体発光素子の図であり、(a)は光取り出し面から見た平面図、(b)はその平面図の一点鎖線に沿った断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure of the semiconductor light-emitting device which shows one Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the light extraction surface, (b) is sectional drawing along the dashed-dotted line of the top view. 本発明の一実施形態を示す半導体発光素子の図であり、(a)は光取り出し面から見た平面図、(b)はその平面図の一点鎖線に沿った断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure of the semiconductor light-emitting device which shows one Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the light extraction surface, (b) is sectional drawing along the dashed-dotted line of the top view. 本発明の一実施形態を示す半導体発光素子の図であり、(a)は光取り出し面から見た平面図、(b)はその平面図の一点鎖線に沿った断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure of the semiconductor light-emitting device which shows one Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the light extraction surface, (b) is sectional drawing along the dashed-dotted line of the top view. 実施例で作製した赤色LED用エピタキシャルウエハの断面図である。It is sectional drawing of the epitaxial wafer for red LEDs produced in the Example. 実施例でオーミックコンタクト接合部を形成した赤色LED用エピタキシャルウエハの断面図である。It is sectional drawing of the epitaxial wafer for red LEDs in which the ohmic contact junction part was formed in the Example. 実施例で反射金属層を形成した赤色LED用エピタキシャルウエハの断面図である。It is sectional drawing of the epitaxial wafer for red LEDs in which the reflective metal layer was formed in the Example. 実施例で作製した支持基板の断面図である。It is sectional drawing of the support substrate produced in the Example. 実施例で作製した貼り合わせ品の断面図である。It is sectional drawing of the bonded product produced in the Example. 実施例で表面電極を形成しエッチングした貼り合わせ品の断面図である。It is sectional drawing of the bonded product which formed the surface electrode and etched in the Example. 実施例で貼り合わせ品に裏面電極を形成して得られた半導体発光素子の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor light-emitting device obtained by forming a back surface electrode in a bonded article in the Example. 従来の半導体発光素子の断面図である。It is sectional drawing of the conventional semiconductor light-emitting device.

符号の説明Explanation of symbols

1,11,21 半導体発光素子
2 発光層
3 半導体
4 反射金属層
5 オーミックコンタクト接合部
6 空隙
8 裏面電極
9 表面電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11,21 Semiconductor light emitting element 2 Light emitting layer 3 Semiconductor 4 Reflective metal layer 5 Ohmic contact junction part 6 Space | gap 8 Back electrode 9 Surface electrode

Claims (6)

発光層を含む複数の層を積層形成してなる半導体と、該半導体の一方の主表面側を覆う反射金属層と、この反射金属層と上記半導体との界面に形成され上記反射金属層の面に離散させて配置されたオーミックコンタクト接合部と、上記発光層中の上記オーミックコンタクト接合部に重なる箇所に形成された空隙とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。   A semiconductor formed by laminating a plurality of layers including a light emitting layer, a reflective metal layer covering one main surface side of the semiconductor, and a surface of the reflective metal layer formed at the interface between the reflective metal layer and the semiconductor A semiconductor light emitting device comprising: ohmic contact junctions arranged in a discrete manner; and voids formed in portions of the light emitting layer overlapping the ohmic contact junctions. 上記反射金属層と上記半導体とに挟み込まれた反応抑制層を有し、上記オーミックコンタクト接合部が上記反応抑制層を貫通して上記反射金属層から上記半導体に至るまで形成されたことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。   It has a reaction suppression layer sandwiched between the reflective metal layer and the semiconductor, and the ohmic contact junction is formed from the reflective metal layer to the semiconductor through the reaction suppression layer. The semiconductor light emitting device according to claim 1. 上記空隙が上記半導体に他方の主表面側から穴を開けて形成されたことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体発光素子。   3. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the void is formed by making a hole in the semiconductor from the other main surface side. 上記半導体が上記オーミックコンタクト接合部に接する導電層とこの導電層に上記オーミックコンタクト接合部の反対側から接する別の半導体層とを有することを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の半導体発光素子。   4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor has a conductive layer in contact with the ohmic contact junction, and another semiconductor layer in contact with the conductive layer from the opposite side of the ohmic contact junction. element. 上記半導体に上記発光層を挟む第1の導電層と第2の導電層が含まれ、これら第1の導電層と第2の導電層のうち、反射金属層とは反対側の主表面側に位置する導電層のほうが抵抗が低いことを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の半導体発光素子。   The semiconductor includes a first conductive layer and a second conductive layer sandwiching the light emitting layer, and the first conductive layer and the second conductive layer on the main surface side opposite to the reflective metal layer. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the conductive layer located has a lower resistance. 上記半導体の他方の主表面にこの主表面を部分的に覆う電極が配置され、この電極に重ならない箇所に上記オーミックコンタクト接合部が配置されたことを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の半導体発光素子。
6. The electrode according to claim 1, wherein an electrode that partially covers the main surface is disposed on the other main surface of the semiconductor, and the ohmic contact junction is disposed at a location that does not overlap the electrode. Semiconductor light emitting device.
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