JP5405039B2 - 電流狭窄型発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に大電流にわたって内部量子効率ならびに光取り出し効率を向上させることができるとともに、高光出力性能の発光強度と信頼性を両立させた電流狭窄型発光素子およびその製造方法に関するものである。

近年、自動車のヘッドランプやブレーキランプ、または信号機への応用など、ＬＥＤ（半導体発光素子）の用途の多様化と共に、ＬＥＤの高出力化および大電流での使用が求められている。

一般に、ＬＥＤは、基板上に発光部を含む半導体層が積層され、その半導体層積層基板の下面および上面に第１電極層と下面に第２電極層がそれぞれ設けられ、その間に、ｐ型半導体層のような第１導電型半導体層、ｎ型半導体層のような第２導電型半導体層、およびこれらの半導体層間の活性層（発光部）を具える構造を有する。

ＬＥＤに電流を注入した場合、活性層で発生した光子は、全方位に進むが、そのうち第１電極層に達したものは、第１電極層の電極材料に吸収および反射され、ＬＥＤ外部へ光として出力されない。特にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより積層された薄膜の半導体層では、第１電極層の配設直下位置の活性層で発生した光の大部分が第１電極層に吸収および反射され、光取り出し効率が大幅に低下するという問題があった。

そこで、第１電極層での光の遮蔽による出力低下は、例えば第１電極層の配設直下位置に位置していない活性層により多くの電流を導くことで改善される。光子の発生位置である活性層が、第１電極層の配設直下位置から離れた位置にあるほど、発生した光の第１電極層による遮蔽の影響を少なくすることができる。

また、活性層の特定の領域のみに電流を集中させる電流狭窄領域は、そこに注入した電子とホールを集中することで、キャリアの再結合確率が上昇するため、内部量子効率を向上させることができる。

例えば、特許文献１には、ＧａＡｓ基板と、この基板上に第１導電型ＩｎＧａＡｌＰ層及び第２導電型ＩｎＧａＡｌＰ層を積層して形成された発光部と、この発光部上の一部に形成された電流狭窄のための電極とを具え、前記発光部の第１導電型層と基板との間に、基板よりもエネルギーギャップが大きく、且つ第１導電型層よりもエネルギーギャップが小さい第１導電型の中間エネルギーギャップ層を選択的に形成し、前記電極の下の少なくとも一部で第１導電型ＩｎＧａＡｌＰ層と基板とを直接接触させる技術が開示され、基板との接合部で、中間エネルギーギャップ層により多くの電流が流れることで、電流狭窄による内部量子効率の向上と、発生した光の取り出し効率の向上により高出力が図られている。

しかるに、特許文献１に記載の半導体層では、ＧａＡｓ基板を支持基板として用いるため、半導体層が薄くなり、横方向の電流の広がりが悪く、しばしば上部電極外周鉛直下近傍の活性層が強く発光し、光取り出し効率に改善の余地がある。

また、活性層から基板方向に向かった光を効率よく取り出すために、半導体層積層済み基板を、直接、もしくは接合層を介して他の基板と接合するウェハ接合技術があり、例えば特許文献２には、半導体層積層済み基板に、反射膜を含む接合層を介して他の基板を貼り合わせた後、半導体層積層に用いた基板を除去して発光素子を作成する技術が開示され、半導体層中の活性層で発生した光のうち、接合部側に向かった光が、高反射率の反射膜で反射されて接合部と対向する半導体層表面から取り出されることで、基板での光吸収を防ぎ、出力を向上させている。

さらに特許文献２に記載の構造では、接合部に、半導体層と接するように絶縁層が形成されており、上面電極鉛直下以外の領域の一部にのみ絶縁層の開口を作り、前述同様の電流狭窄による出力向上効果を得ることが開示されている。

しかるに、特許文献２記載の半導体層では、小さな開口部のある絶縁層で狭窄構造を形成した場合には、大電流通電時には局所的に電流の集中した部分での発熱量が増え、出力が低下するとともに発光素子としての信頼性にも悪い影響を与えるおそれがあった。
特許第２７６６３１１号公報 特開２００７−２２１０２９号公報

そこで、本発明の目的は、高出力の発光素子を得るとともに、大電流では、その電流密度の集中が緩和されることで出力の低下を低減でき、発光素子としての信頼性も併せ持った電流狭窄型発光素子を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）支持基板の上面側に、異種導電材料からなる２つの導電層からなる金属積層体、第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層および第１電極層を有し、前記支持基板の下面側に第２電極層を有する電流狭窄型発光素子において、前記金属積層体は、前記第１導電型半導体層に接触する凸部をもつ第１導電層と、該第１導電層の、凸部以外の第１表面の部分上に位置し、前記第１導電型半導体層に接触する第２表面をもつ第２導電層とで構成され、前記第１導電層は、前記第１導電型半導体層に対するコンタクト抵抗が、前記第２導電層に比べて低く、かつ前記凸部が、前記第１電極層の配設位置の鉛直下部からずらした位置に配設してなり、前記第２導電層と前記第１導電型半導体層との界面に、前記第１導電層よりも電流密度が低い電流が流れることを特徴とする電流狭窄型発光素子。
（２）前記第１導電層は、ＡｕもしくはＡｇからなる金属層、または、ＡｕもしくはＡｇを含む合金層である（１）記載の電流狭窄型発光素子。
（３）前記第２導電層は、ＡｌもしくはＡｇからなる金属層、または、Ａｌおよび／もしくはＡｇを含む合金層である（１）記載の電流狭窄型発光素子。
（４）第２導電型成長基板の上方に、第２導電型半導体層、活性層および第１導電型半導体層を順次形成する工程と、前記第１導電型半導体層の上方に、第２導電層を形成する工程と、該第２導電層に、凹部を形成する工程と、該凹部から露出した前記第１導電型半導体層の表面部分および前記第２導電層の上方に、第１導電層を形成する工程と、前記第１および第２導電層と、前記第１導電型半導体層とのコンタクト抵抗を下げる熱処理を行なう工程と、該熱処理の後に、該第１導電層の上方に、支持基板を接合する工程と、前記第２導電型成長基板を除去する工程と、前記第２導電型半導体層上に第１電極層を、前記支持基板の下面側に第２電極層を形成する工程と、を具え、上記（１）に記載の電流狭窄型発光素子を得ることを特徴とする電流狭窄型発光素子の製造方法。
（５）前記支持基板接合工程は、金属接合層を介して前記支持基板を接合することを含む（４）記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。

ここで、「コンタクト抵抗」とは、導電層と第１導電型半導体層の接触部でオーミック特性を示す狭義な抵抗成分のみではなく、接触部とその周辺を含めた部分での電圧降下等から見積もられる抵抗であり、例えば接触部とその周辺を含めた等価回路全体のインピーダンスなどで定義される特性のことをいうものとする。

本発明の半導体発光素子は、金属積層体が、第１導電型半導体層に接触する凸部をもつ第１導電層と、該第１導電層の、凸部以外の第１表面の部分上に位置し、前記第１導電型半導体層に接触する第２表面をもつ第２導電層とで構成されるとともに、第１導電層は、前記第１導電型半導体層に対するコンタクト抵抗が、前記第２導電層に比べて低く、かつ前記凸部が、前記第１電極層の配設位置の鉛直下部からずらした位置に配設され、前記第２導電層と前記前記第１導電型半導体層との界面に、前記第１導電層よりも電流密度が低い電流が流れることにより、大電流にわたって光取り出し効率を向上させることができるとともに、高光出力性能の発光強度と信頼性を両立させることができる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、第２導電層に、凹部を形成する工程と、該凹部から露出した第１導電型半導体層の表面部分および前記第２導電層の上方に、第１導電層を形成する工程と、前記第１および第２導電層と、前記第１導電型半導体層とのコンタクト抵抗を下げる熱処理を行なう工程と、を具えることにより、電流狭窄型発光素子の光出力性能を向上させることができる。

以下に、図面を参照しながら本発明の電流狭窄型発光素子の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電流狭窄型発光素子の実施形態を、半導体発光素子の一部の断面構造について模式的に示したものである。

図１に示す半導体発光素子１は、支持基板２の上面側に、金属積層体３、第１導電型半導体層４、活性層５、第２導電型半導体層６および第１電極層７を有し、支持基板２の下面側に第２電極層８を有する、いわゆる電流狭窄型発光素子である。

例えば、支持基板２を構成する好適な材料としては、例えばＳｉ材料、ＧａＡｓ材料、ＧａＰ材料、ＳｉＣ材料、他の半導体基板材料のほか、ＣｕやＡｌなどの金属基板等が挙げられ、第１導電型半導体層４を、Ａｌ_ａＧａ_{（１−ａ）}Ａｓ（０≦ａ≦１）で表されるｎ型半導体層、活性層５を、Ｉｎ_ｂＧａ_{（１−ｂ）}Ａｓ（０＜ｂ≦１）とＡｌ_ｃＧａ_{（１−ｃ）}Ａｓ（０≦ｃ≦１）からなる多重量子井戸層、第２導電型半導体層６を、Ａｌ_ｄＧａ_{（１−ｄ）}Ａｓ（０≦ｄ≦１）で表されるｐ型半導体層が挙げられる。
また、第１導電型半導体層４を、（Ａｌ_ｆＧａ_{（１−ｆ）}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層（０≦ｆ≦１）、活性層５を、Ｉｎ_ｇＧａ_{（１−ｇ）}Ｐ層（０＜ｇ≦１）とＡｌ_ｈＧａ_ｉＩｎ_{（１−ｈ−ｉ）}Ｐ層（０≦ｈ≦１、０≦ｉ≦１、かつ０≦ｈ＋ｉ≦１）からなる多重量子井戸層、第２導電型半導体層６を、（Ａｌ_ｊＧａ_{（１−ｊ）}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層（０≦ｊ≦１）とする場合も挙げられる。
第１電極層７は、第２導電型半導体層６上の一部で接合し、その界面で低コンタクト抵抗のオーミック接合をとる必要がある。第１導電型半導体層４がＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰの場合には、Ａｕ、Ａｇのほか、Ａｕ−Ｚｎ、Ａｕ−Ｓｂなどの合金が好ましい。
第２電極層８は、絶縁では無いが第１電極層７と比較して半導体層とのコンタクト抵抗が高い必要があり、また、半導体層と第１金属層７との密着性が良好であることが要件である。発光層からの光を反射する金属であることが発光効率向上の点でも好ましい。第１電極層と比較して半導体層とのコンタクト抵抗が高い金属として、半導体層とショットキー接続をとる金属が好適である。これらを総合的に考慮すると、Ａｌ、Ａｇもしくはそれらの成分を含む合金が挙げられるが、Ａｌが最も好ましい。

また、支持基板２は、好適には１００〜４００μｍの厚さ、第１導電型半導体層４は、好適には１〜２μｍの厚さ、第２導電型半導体層６は、好適には５〜１０μｍの厚さを有する。第１導電型半導体層４の厚みを薄くすることにより、厚くした場合と比較して同層内での横方向の電流拡散により活性層５での電流狭窄効果が薄れるためである。

半導体発光素子１は、支持基板２と金属積層体３との間に導電性を有する金属接合層９を具えるのが好ましい。金属接合層９を設けることにより、支持基板２と金属積層体３とを加熱圧着により接合することができる。
金属接合層９を構成する好適な材料としては、例えばＡｕ、Ｃｕ等が挙げられ、好適には１〜２μｍの厚さを有する。

そして、本発明に従う発光素子１の構成上の主な特徴は、金属積層体３を、第１導電型半導体層４に接触する凸部１０ａをもつ第１導電層１０と、第１導電層１０の、凸部１０ａ以外の第１表面１０ｂの部分上に位置し、第１導電型半導体層４に接触する第２表面１１ｂをもつ第２導電層１１とで構成するとともに、第１導電層１０は、第１導電型半導体層４に対するコンタクト抵抗が、第２導電層１１に比べて低く、かつ凸部１０ａが、第１電極層７の配設位置の鉛直下部からずらした位置に配設することである。

かかる構成を採用することにより、活性層５（発光部）での発光領域Ｓへの電流密度が上がり、発光領域Ｓでの発光分布が均一な光出力が得られるとともに、大電流の密度であっても、局所的な熱発生による出力低下を防ぎ信頼性の向上を両立させことができる。

すなわち、金属積層体３を、第１導電型半導体層４に接触する凸部１０ａをもつ第１導電層１０と、第１導電層１０の、凸部１０ａ以外の第１上面１０ｂの部分に位置し、第１導電型半導体層４に接触する第２上面１１ｂをもつ第２導電層１１とで構成することにより、活性層５の上部電極鉛直下から離れた位置に開口部を小さくして、局所的に電流密度が高い領域を形成することになり、内部量子効率ならびに光取り出し効率の大幅な向上が期待される。発光領域Ｓへの電流密度が上がり、発光強度を向上することができる。

また、第１導電層１０は、第１導電型半導体層４に対するコンタクト抵抗が、第２導電層１１に比べて低くすることで、第１導電層１０と第１導電型半導体層４との界面で、第１導電層１０に多くの電流が流れ、狭窄の効果が高まる。

そして、高い電流密度にわたって光取り出し効率を向上させることができるのは、電流を狭窄する手段が絶縁物や異種導電型の半導体狭窄層ではなく、ショットキー等の高抵抗部を有する第２導電層１１を用いるためである。絶縁物や前記狭窄層では全く電流が流れないが、第２導電層１１では第１導電層１０よりも電流密度が低い状態ではあるものの電流が流れるため、第１導電層１０の凸部１０ａを最大として第２導電層１１にも裾の広がる電流密度分布となり狭窄による出力向上効果を有したうえで、大電流での電流集中による出力や信頼性の低下を防ぐことができる。

第１導電層１０としてＡｕ、第２導電層１１としてアルミニウムＡｌ、第１導電型半導体層４としてｐ型ＡｌＧａＡｓを用いた場合の、各導電層と半導体層との電流―電圧（Ｉ−Ｖ）曲線の比較図を図２に示す。
第１導電型半導体層４はＣドープｐ型のＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓとし、厚さは５μｍ、キャリア濃度は１×１０^１８（ｃｍ^−３）とした。このｐ型ＡｌＧａＡｓ上にＡｕまたはＡｌを蒸着し、直径１１０μｍ、厚さ１００ｎｍのドットを中心間距離２７５μｍとなるように配置し、３８０℃で熱処理をした後に、隣り合う２つのドット間のＩ−Ｖ測定を行った。

図２より、Ａｕのｐ型ＡｌＧａＡｓに対するＩ−Ｖは直線的で、２電極間でのトータルの抵抗は約５０Ωが求められる（オーミックコンタクト）。Ａｌのｐ型ＡｌＧａＡｓに対するＩ−Ｖは非直線的であり、接触部での電圧降下が確認され、０〜１Ｖの範囲を直線近似した場合の２電極間でのトータルの抵抗は約４００Ωと近似できる。（ショットキーコンタクト）。

第１導電層１０と、第２導電層１１が、ともに第１導電型半導体層４とオーミックコンタクトを形成する場合は、ＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ）法などで求められる導電層と半導体層の接触部の狭義な抵抗成分を比較し、その抵抗成分の大小で、導電層の組み合わせを決めることもできる。

第１導電層１０と、第２導電層１１のどちらか一方、もしくは両方がショットキーコンタクトを形成する場合、高周波電源を用いた交流伝導度の測定などから、広義な抵抗成分を求めることができ、その大小で導電層の組み合わせを決めることもできる。
図２のようなＩ−Ｖ測定でショットキー、オーミックの判別を行うことができ、また定性的にそのコンタクト抵抗の大小を比較することが可能である。

そして、第１導電層１０の凸部１０ａが、第１電極層７の配設直下位置からずらした位置に配設することで、活性層５の、第１電極層７の下方に位置していない部分に多くの電流が集中するために、その発光領域Ｓの光が、第１電極層７に邪魔されないで発光領域Ｓから外部へ出力されるので、光の取り出し効率が向上することができる。

図３は、本発明の半導体発光素子の上面図を模式的に示したものである。
このような電流狭窄型発光素子おいて好ましくは、第１電極層７を、第２導電型半導体層６の上面外周部にリング状に設け、第１導電層１０の凸部１０ａは、第１電極層７で包囲された発光領域Ｓの中心位置Ｃに対応して設ける。このように、第１電極層７配設位置から離れた位置に第１導電層１０の凸部１０ａを形成することで、高い内部量子効率と光取り出し効率を得ることができる。また、第１電極層７の位置と第１導電層１０の凸部１０ａの位置との距離がチップ内で均一になるように配置することで、チップ内に１５箇所ある発光領域Ｓをすべて均等な強度で、個々の発光領域を偏りなく中心対称で発光させることができる。図３では凸部１０ａの形状は円形としたが方形でもよく、さらに第１電極層７の形状に応じて変更することができる。

第１導電層１０は、ＡｕもしくはＡｇからなる金属層、または、ＡｕもしくはＡｇを含む合金層であることが好ましく、第１導電型半導体層４と低コンタクト抵抗のオーミックコンタクトを形成するとともに、第２導電層１１よりも多くの電流が流れるようにすることで、内部量子効率を向上させることができる。

第２導電層１１は、ＡｌもしくはＡｇからなる金属層、または、Ａｌおよび／もしくはＡｇを含む合金層であることが好ましく、第１導電型半導体層４と高コンタクト抵抗のショットキーコンタクトを形成するとともに、反射効果で光取り出し効果を向上させることができる。

本発明において、第１導電層１０の凸部１０ａは、第１電極層７配設位置の直下部から、半導体層４〜６の総厚み以上に離れた位置にあることが好ましい。つまり、第１電極層７の鉛直下方向には凸部１０ａは配置されず、第１電極層７の端部の垂線に対して、第１電極層の端部と凸部１０ａの端部を結ぶ直線が長いことが好ましい。凸部１０ａの位置は第１電極層７の位置から最も離れたところにあることがさらに好ましい。これは、活性層５（発光部）での発光領域の中心を第１電極層から遠ざけ、第１電極層７での発光の遮蔽の影響をより少なくするためである。
また、第１導電層１０の凸部頂面１０ａ_１に関しては、アスペクト比などの観点から、その最小サイズが制限される。第２導電層１１の厚みにもよるが、凸部頂面１０ａ_１は、円形であれば直径１０μｍ以上であることが好ましい。

次に、本発明の電流狭窄型発光素子の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明に従う半導体発光素子の製造方法における主な工程をそれぞれ示したものである。

本発明の電流狭窄型発光素子の製造方法は、図４（ａ）に示すように、第２導電型成長基板１２の上方に、第２導電型半導体層６、活性層５および第１導電型半導体層４を順次形成する。これら各層４〜６は、例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相蒸着法）等の薄層成長法により１回のエピタキシャル成長で順次形成する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、第１導電型半導体層４の上方に、第２導電層１１を、例えば、電子ビーム共蒸着法または抵抗加熱により形成する。

その後、図４（ｃ）に示すように、第２導電層１１の一部、図では中央付近を、例えばＮａＯＨエッチング液を用いたウェットエッチングまたは所定のガスを用いたドライエッチングにより除去して凹部１１ａを形成する。
その後、図４（ｄ）に示すように、凹部１１ａから露出した第１導電型半導体層４の表面部分および第２導電層１１の上方に、第１導電層１０を形成し、第２導電層１１と第１導電型半導体層４のコンタクト抵抗を下げるための熱処理を施す。

そして、図４（ｅ）に示すように、この第１導電層１０の上方に支持基板２を接合する。

その後、図４（ｆ）に示すように、第２導電型成長基板１２を、例えば、所定のエッチング液を用いたウェットエッチング法により除去する。

本発明の製造方法は、半導体発光素子１を構成する支持基板２の上面側に、金属積層体３、第１導電型半導体層４、活性層５および第２導電型半導体層６の形成を、１回のエピタキシャル成長を行い、本発明の電流狭窄型発光素子を製造することができる。

支持基板２を接合する際、図４（ｅ）に示すように、金属接合層９を介して支持基板２を接合するのが好ましい。また、金属接合層９は、第１導電層１０の上面上に予め接合用金属材料、例えばＡｕやＣｕもしくは各種半田材料の接合層９ａと、支持基板２の上面上に予め接合用金属材料、例えばＡｕやＣｕもしくは各種半田材料の接合層９ｂとを蒸着により形成し、これらを加熱圧着することにより接合することが好ましい。これらの金属を介して接合することで、低温での基板接合が可能になり、半導体層の特性や構造を劣化させることなく接合することが可能である。

第２導電型成長基板１２を除去した後、第２導電型半導体層６上に第１電極層７を、支持基板２の下面側に第２電極層８を形成し、ダイシングすることにより、図４（ｆ）に示すような半導体発光素子１を形成することが好ましい。

上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

（実施例）
次に、第２導電型成長基板１２（ＧａＡｓ、厚さ：３５０μｍ）の上面側に、第２導電型半導体層６（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層、厚さ：５μｍ）、活性層５（ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの多重量子井戸構造、厚さ：５０ｎｍ）、第１導電型半導体層４（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層、厚さ：２μｍ）をＭＯＣＶＤ法により順次形成した。

その後、第１導電型半導体層４の上方に第２導電層１１（Ａｌ、厚さ：１００ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により蒸着した。

第２導電層１１に対し、フォトリソグラフィ工程により、ＮａＯＨエッチング液を用いてウェットエッチングを行い、凹部１１ａを形成した。その後、凹部１１ａから露出した第１導電型半導体層４の表面部分および第２導電層１１の上方に、抵抗加熱によりＡｕ第１導電層１０（厚さ：５００ｎｍ）を蒸着した。第１導電層１０の凸部頂面１０ａ_１の面積は４７００μｍ^２であった
その後、オーミックコンタクトをとるための熱処理を施し、その上に、電子ビーム蒸着法によりＡｕ接合層９ａ（厚さ：０．５〜１μｍ）を形成した。

一方、支持基板２上（ＧａＡｓ、厚さ：３５０μｍ）は、オーミックコンタクトを形成した後、その上に、電子ビーム蒸着法によりＡｕ接合層９ｂ（厚さ：０．５〜１μｍ）を形成した。

そして、接合層９ａと接合層９ｂの両者を、３５０℃で３０分間、加熱圧着することによりウェハ接合した。

次に、上述したように構成された構造物を、室温のアンモニア水：過酸化水素水：水＝１：１２：１８（体積比）の液中にて２時間揺動させることによりウェットエッチングを行い、第２導電型成長基板１２を除去した。

その後、支持基板２上にはボート加熱式蒸着法によりＡｕＺｎ／Ａｕからなる第２電極層８（厚さ：０．５〜１μｍ）を蒸着した。第２導電型半導体層６上には、ボート加熱式蒸着法によりＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ層（厚さ：０．５〜１μｍ）を蒸着して第１電極層７を形成した。
そして、抵抗加熱により、第１電極層７の上方Ｔｉ／Ａｕ層で上面パッドを形成し、フォトリソグラフィ工程後、燐酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして、メサ形成後、ダイサーを用いてダイシングすることにより５４０μｍ角の、図３に示すような構造の正方形チップを製造した。

なお、半導体発光素子１は、図３に示すような構造であり、発光領域Ｓの寸法は一辺の長さｓが９０μｍの正方形、凸部１０ａの直径ｄが２０μｍ、凸部頂面１０ａ_１の面積が４７００μｍ^２、および、チップ面積に対する凸部頂面１０ａ_１の存在割合が約１．６％である。

（比較例）
比較例は、実施例とほぼ同様の構造であるが、図５に示すように、ＳｉＮからなる絶縁層３２（厚さ２００ｎｍ）を、第２導電層３１と第１導電型半導体層２４の間に追加している。絶縁層３２を、第２導電層と同位置に同形状で配設したこと以外は実施例と同様な方法で半導体発光素子２１を得た。なお、第２導電層３１は、活性層２５からの光を反射させる効果を実施例と同等とするために、配置した。

上記実施例および比較例の半導体発光素子に、電流を流した場合の出力を測定した結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例は比較例に対して、電流が５０ｍＡ以上で光出力が顕著に向上した。

上記実施例および比較例の半導体発光素子に、電流を流した場合の凸部中心位置（点Ｃ）と第１電極層から５μｍ幅方向内側の点（点Ｅ）との発光プロファイルをＮｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ測定装置で、チップ上面に焦点を合わせ、凸部中心を通るチップの中心線で測定した。点Ｃでの発光強度に対する点Ｅでの発光強度の比の測定結果を表２および図６，７に示す。
なお、小電流領域を１〜２０ｍＡ、中電流領域を４０〜６０ｍＡ、大電流領域を８０〜１２０ｍＡとした。

表２および図６，７の結果から、実施例は、比較例に対して、５０ｍＡまでの小〜中電流領域では、幅広な発光強度（電流）を観測し、１００ｍＡの大電流領域では中心位置付近で発光の飽和が観測されなかった。すなわち、比較例では電流を上げる事で中心位置での電流集中による熱発生により、中心付近Ｃの発光強度が下がるのに対し、実施例では、比較例のような中心位置Ｃでの発光強度の飽和が見られず、電流集中の緩和により、大電流での更なる出力の伸びが確認された。

本発明の半導体発光素子は、金属積層体が、第１導電型半導体層に接触する凸部をもつ第１導電層と、該第１導電層の、凸部以外の第１上面の部分に位置し、前記第１導電型半導体層に接触する第２上面をもつ第２導電層とで構成されるとともに、第１金属層は、前記第１導電型半導体層に対するコンタクト抵抗が、前記第２導電層に比べて低く、かつ前記凸部が、前記第１電極層の配設直下位置に配設することにより、大電流にわたって光出力性能を向上させることができるとともに、信頼性を向上させることができる半導体発光素子を提供することができる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、第２導電層に、凹部を形成する工程と、該凹部から露出した第１導電型半導体層の表面部分および前記第２導電層の上方に、第１導電層を形成する工程と、前記第２導電層の上方に、第１導電層を形成する工程を具えることにより、電流狭窄型発光素子の光出力性能を向上させることができる半導体発光素子の製造方法を提供することができる。

本発明に係る電流狭窄型発光素子の実施形態を、半導体発光素子の一部の断面構造について模式的に示したものである。 第１導電層としてＡｕ、第２導電層としてＡｌ、第１導電型半導体層としてｐ型ＡｌＧａＡｓを用いた場合の、各導電層と半導体層との電流―電圧（Ｉ−Ｖ）曲線の比較図を示したものである。 本発明の半導体発光素子の上面図を模式的に示したものである。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明に従う半導体発光素子の製造方法における主な工程の概念図である。 比較例の電流狭窄型発光素子の一部の断面構造について模式的に示したものである。 実施例により発光プロファイルを測定した結果を示すものである。 実施例により測定した発光プロファイルを模式的に示すものである。

符号の説明

１，２１ 半導体発光素子
２，２２ 支持基板
３ 金属積層体
４，２４ 第１導電型半導体層
５，２５ 活性層
６，２６ 第２導電型半導体層
７，２７ 第１電極層
８，２８ 第２電極層
９，２９ 金属接合層
９ａ，９ｂ 接合層
１０，３０ 第１導電層
１０ａ 凸部
１０ｂ 第１表面
１１，３１ 第２導電層
１１ａ 凹部
１１ｂ 第２表面
１２ 第２導電型成長基板
３２ 絶縁層

Claims (5)

1. 支持基板の上面側に、異種導電材料からなる２つの導電層からなる金属積層体、第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層および第１電極層を有し、前記支持基板の下面側に第２電極層を有する電流狭窄型発光素子において、
   前記金属積層体は、
   前記第１導電型半導体層に接触する凸部をもつ第１導電層と、
   該第１導電層の、凸部以外の第１表面の部分上に位置し、前記第１導電型半導体層に接触する第２表面をもつ第２導電層とで構成され、
   前記第１導電層は、
   前記第１導電型半導体層に対するコンタクト抵抗が、前記第２導電層に比べて低く、かつ前記凸部が、前記第１電極層の配設位置の鉛直下部からずらした位置に配設してなり、
   前記第２導電層と前記第１導電型半導体層との界面に、前記第１導電層よりも電流密度が低い電流が流れることを特徴とする電流狭窄型発光素子。
2. 前記第１導電層は、ＡｕもしくはＡｇからなる金属層、または、ＡｕもしくはＡｇを含む合金層である請求項１記載の電流狭窄型発光素子。
3. 前記第２導電層は、ＡｌもしくはＡｇからなる金属層、または、Ａｌおよび／もしくはＡｇを含む合金層である請求項１記載の電流狭窄型発光素子。
4. 第２導電型成長基板の上方に、第２導電型半導体層、活性層および第１導電型半導体層を順次形成する工程と、
   前記第１導電型半導体層の上方に、第２導電層を形成する工程と、
   該第２導電層に、凹部を形成する工程と、
   該凹部から露出した前記第１導電型半導体層の表面部分および前記第２導電層の上方に、第１導電層を形成する工程と、
   前記第１および第２導電層と、前記第１導電型半導体層とのコンタクト抵抗を下げる熱処理を行なう工程と、
   該熱処理の後に、該第１導電層の上方に、支持基板を接合する工程と、
   前記第２導電型成長基板を除去する工程と、
   前記第２導電型半導体層上に第１電極層を、前記支持基板の下面側に第２電極層を形成する工程と、
   を具え、請求項１に記載の電流狭窄型発光素子を得ることを特徴とする電流狭窄型発光素子の製造方法。
5. 前記支持基板接合工程は、金属接合層を介して前記支持基板を接合することを含む請求項４記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。

Images