CN101183702A - 半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种半导体发光元件，其具有：n型DBR层(3)、n型包覆层(4)、有源层(5)、p型包覆层(6)、p型中间层(7)、p型接触层(8)、p型透明衬底(9)、欧姆电极(10、11)及反射层(12)。n型DBR层(3)相对于有源层(5)的发光波长具有反射性。

Description

半导体发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种例如在通信、道路/铁路/引导显示板或广告显示板、手机或显示器的背光灯、照明器具等中所使用的半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
近年来，作为一种半导体发光元件的半导体发光二极管(以下，称为“LED”)的制造技术快速进步，特别是自从蓝色的LED被开发以来，因光的三原色全部齐备，所以，通过其组合可制作出所有波长的光。因此，LED的适用范围快速扩展，其中，在照明领域，加上对环境/能源问题意识的提高，作为替代灯泡、荧光灯的自然光/白色光源受到关注。
但是，现阶段的LED与灯泡或荧光灯相比较，相对于输入的能量的光的转换效率差，正在进行以更高转换效率、更高亮度的LED为目标的研究开发。
以前的高亮度化技术开发的中心是外延生长技术，但通过多重量子阱结构等禁带结构最优化等，在结晶内部的发光效率(内部量子效率)变得很高，关于外延生长技术已经成熟，所以，近年来，LED的高亮度化方法逐渐向以工艺技术为中心的开发方向转移。
根据工艺技术的亮度提高是指提高外部取出效率，作为其具体技术可例举元件的形状微细加工技术、反射膜、透明电极的形成技术等。其中，根据晶片接合的方法在红色、蓝色发光的LED中已经确立了一些方法，作为高亮度型LED已经在市面上销售。
这种根据晶片接合的高亮度化的方法大体分为两类。
一种方法是将硅或锗等不透明的衬底直接或经由金属层粘贴在外延层上。另一种方法是将相对于发光波长透明的衬底例如玻璃或蓝宝石、GaP等，直接粘贴在外延层上或经由粘接层粘贴在该外延层上。
前者是将粘贴的衬底或金属层作为反射层起作用，在迄今为止被外延生长用衬底所吸收的光被吸收之前，使其向外部反射，根据这种效果来提高亮度。后者是经由透明衬底向外部取出光，从而提高光的外部取出效率。
图1是为前者一例的半导体发光元件的概略剖面图，101是硅衬底，102是反射用金属，103是发光层，104、105是电极，L是出射光。
图2是为后者一例的半导体发光元件的概略剖面图，201是透明衬底，202是发光层，203是窗口层，204、205是电极，L是出射光。
特别是将透明衬底粘贴在外延层的方法因没有利用反射，来自发光层的出射光不会再次通过发光层，所以，该光不会被发光层吸收。由此，上述出射光可通过元件的大约整个面向外部取出，从而可进行更高转换效率(光取出效率)的LED的开发。
作为将上述透明衬底粘贴到外延层的现有的方法，公开了这样的方法，即，在作为四元系LED构造部的AlGaInP(铝镓铟磷)系的半导体层上，直接粘贴GaP(磷化镓)透明衬底(例如，参照JP3230638B2、JP3532953B2、JP3477481B2)。
在使用将上述透明衬底粘贴在半导体层的方法时，虽然在透明衬底的非接合面上形成电极，但这种获得欧姆接触的电极的金属和透明衬底的界面通常是合金层。因该合金层变为透过透明衬底内的光的吸收层，所以，电极面积越大则光的损失越大。另外，若为了减少上述光的损失而将电极的面积减小，则衬底和透明衬底之间的电阻变大，在形成元件时，产生驱动电压升高的问题。
在将Si等不透明衬底经由金属与LED构造部粘接时，也产生与上述相同的问题。
在将上述不透明衬底经由金属粘贴到LED构造部时，可以在不透明衬底接合面的整个面上形成反射用金属，由于接合时的热处理等反射用金属和电连接金属反应，变为合金层而使反射率降低，或变为光吸收层。
因此，不管哪一种粘贴方法，由于电极或成为反射层的金属，光被吸收，都存在光取出效果降低的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可以提高光取出效率的半导体发光元件及其制造方法。
为了解决上述课题，本发明的半导体发光元件，其特征在于，具有：第一导电型的第一半导体层；形成于上述第一半导体层上的发光层；形成于上述发光层上的第二导电型的第二半导体层；第一反射层，该第一反射层形成于上述第一半导体层下，并且，由多个第一导电型的半导体层层积而构成，且至少一部分相对于上述发光层的发光波长具有反射性。
在本说明书中，第一导电型表示p型或n型。另外，第二导电型在第一导电型为p型时表示n型，第一导电型为n型时表示p型。
根据上述结构的半导体发光元件，通过在上述第一反射层下形成例如反射层电极，来自发光层的出射光，在被反射层电极吸收之前，被第一反射层反射，所以，可以防止光取出效率的降低。
因此，可以提高上述半导体发光元件的光取出效率。该提高效果通过进一步最优化上述第一反射层和形成于第一反射层下的反射层电极的配置，可以进一步提高。
在一实施例的半导体发光元件中，具有透过性衬底，其设置于上述第二半导体层上，且相对于上述发光层的发光波长具有透过性。
根据上述实施例的半导体发光元件，因在上述第二半导体层上设置有相对于发光层的发光波长具有透过性的透过性衬底，所以，可以从透过性衬底有效地取出发光层射出的出射光。
另外，即便在上述透过性衬底的、与第二半导体层侧相反侧的表面形成电极，通过将该电极设为图6B所示的反射层电极504，可以降低光向电极的入射量。
在将上述电极设为图6B所示的反射层电极504时，也可防止反射层电极504和透过性衬底之间的电阻增大。
另外，因将上述透过性衬底设置于第二半导体层上，所以，可以缩短芯片焊接半导体发光元件的芯片焊接面和发光层之间的距离。
因此，可以有效地将在上述发光层附近产生的热量向芯片焊接面散热，从而提高半导体发光元件的可靠性。
在一实施例的半导体发光元件中，上述透过性衬底由第二导电型的半导体层构成，在上述透过性衬底上形成有透过性衬底电极，在上述第一反射层下形成有反射层电极。
根据上述实施例的半导体发光元件，因来自上述发光层的出射光在被反射层电极吸收前，被第一反射层反射，所以，可以防止光取出效率的降低。
另外，通过在上述第一反射层的、与第一半导体层侧相反侧的整个表面上形成反射层电极，经由反射层电极可以有效地将在发光层附近产生的热量向外部散热，从而提高发光元件的可靠性。
在一实施例的半导体发光元件中，在上述第一反射层的、与上述第一半导体层侧相反侧的表面的一部分上，形成有反射层电极。
在一实施例的半导体发光元件中，在上述第一反射层的、与上述第一半导体层侧相反侧的表面中，在形成有上述反射层电极的面以外的面上，形成相对于上述发光层的发光波长具有反射性的第二反射层。
在一实施例的半导体发光元件中，上述第二反射层形成为覆盖上述第一反射层及上述反射层电极。
在一实施例的半导体发光元件中，上述第二反射层由单层或多层形成，该单层或多层由Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Zn、Bc、Cr、Se、Ni中至少一种以上的元素构成。
根据上述实施例的半导体发光元件，例如，从第一反射层的结晶面依次层积Au层、Mo层、AuSn层，则通过Au层可以反射透过第一反射层的光。
另外，上述AuSn层的一表面成为用于固定半导体发光元件的芯片焊接面，可适用于通过AuSn的共晶接合。
不言而喻，也可不用层积上述Au层、Mo层、AuSn层中的全部，即便是仅仅层积Au层，即设为Au单层，也可充分地确保导电性、发射性能。
通常的半导体发光元件是通过银膏或焊锡等膏状材料进行芯片焊接，但在该芯片焊接时，存在膏状材料沿元件侧面爬升而到达发光层侧面的情况。
这样，上述膏状材料到达发光层的侧面时，由于该材料产生电流通路，而导致产生电流泄漏。
如果利用AuSn的共晶，即可解决上述电流泄漏问题。但，为了产生共晶有必要进行数百度的加热，例如，从第一反射层的结晶面依次层积Au层、AuSn层时，具有反射功能的Au层和AuSn层合金化，并作为光吸收层开始起作用。
为了避免该合金化，在Au层和AuSn层之间设置Mo层即可。Mo不与Au或AuSn材料合金化，所以，具有作为合金化阻止层的功能。
作为其它例子，可以例举从第一反射层的结晶面依次层积Au层、W层、AuSn层，或从第一反射层的结晶面依次层积Al层、Ti层、AuSi层，或从第一反射层的结晶面依次层积Ag层、Ti层、AuGe层，或从第一反射层的结晶面依次层积Ag层、Ti层、Mo层、AuSi层，只要是Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Zn、Be、Cr、Se、Ni的组合，并不限定层数、材料，相对于发光波长和结晶材料可适当选择最佳材料。
在一实施例的半导体发光元件中，上述透过性衬底是含有Ga、Si、P、C、Zn、Se、Cd、Te、B、N、Al、In、Hg、S、O中至少两种以上元素的半导体层。
根据上述实施例的半导体发光元件，因上述透过性衬底是含有Ga、Si、P、C、Zn、Se、Cd、Te、B、N、Al、In、Hg、S、O中至少两种以上元素的半导体层，所以，可具有导电性，并且，相对于发光层的发光波长具有透过性。
作为上述透过性衬底的材料，可以选择，例如，GaP、SiC、ZeSe、ZeTe等，相对于发光元件的发光波长具有透过性，即带隙宽广的材料。
在一实施例的半导体发光元件中，具有设置于上述第一反射层下的支承衬底。
在一实施例的半导体发光元件中，上述支承衬底通过金属与上述第一反射层接合。
在一实施例的半导体发光元件中，上述金属由用于确保上述支承衬底和上述第一反射层的接合部的导电性的金属、和相对于上述发光层的发光波长用于确保反射性的金属构成。
在一实施例的半导体发光元件中，上述金属由单层或多层构成，该单层或多层由Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Zn、Be、Cr、Se、Ni中的至少一种以上的元素构成。
根据上述实施例的半导体发光元件，因上述金属由单层或多层构成，该单层或多层由Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Zn、Bc、Cr、Se、Ni中至少一种以上的元素构成，所以，可以形成例如用于电接合的AuSi合金层和作为金属反射层一个例子的Au层。
由于通过上述支承衬底发光层和芯片焊接面之间的距离足够远，所以，没有必要采取利用共晶接合等来应对电流泄漏的对策，作为支承衬底只要选择热传导性高的材料，也不会产生散热性的问题。
在一实施例的半导体发光元件中，上述支承衬底由含有Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Ga、Zn、Be、Cr、Se、Ni中至少一种以上元素的材料构成。
根据上述实施例的半导体发光元件，因上述支承衬底由含有Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Ga、Zn、Be、Cr、Se、Ni中至少一种以上元素的材料构成，所以，可以具有导电性。
例如，可以得到Ag、Al、Mo等单一金属衬底，或由AuAg、TiW合金等构成的导电性支承衬底，或具有金属的多层结构的导电性支承衬底。
另外，也可以得到，例如由AlGaAs、GaP、SiC等半导体构成的导电性支承衬底。
本发明的半导体发光元件的制造方法，是制造本发明一实施例的半导体发光元件的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括：在衬底上，层积上述第一反射层、第一半导体层、发光层及第二半导体的层积工序；在上述层积工序之后，在上述第二半导体层上直接或间接设置上述透过性衬底的衬底设置工序；在上述衬底设置工序之后，除去上述衬底而使上述第一反射层的、与上述第一半导体层侧相反侧的表面露出的衬底除去工序；在上述衬底除去工序之后，在上述第一反射层的、与上述第一半导体层侧相反侧的一部分或全部上述表面上，形成电极的电极形成工序。
本发明的半导体发光元件的制造方法，是制造本发明一实施例的半导体发光元件的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括：在衬底上，层积上述第二半导体层、发光层、第一半导体层及第一反射层的层积工序；在上述层积工序之后，在上述第一反射层的、与上述第一半导体层侧相反侧的表面上直接或间接设置上述支承衬底的衬底设置工序；在上述衬底设置工序之后，除去上述衬底而使上述第二半导体层的、与上述发光层侧相反侧的表面露出的衬底除去工序；在上述衬底除去工序之后，在上述支承衬底的、与上述第一反射层侧相反侧的全部或一部分表面上形成电极，并且在上述第二半导体层的、与上述发光层侧相反侧的全部或一部分上述表面上形成电极的电极形成工序。
附图说明
通过以下的详细说明和附图可以充分理解本发明。附图只是为了说明，并不限定本发明。
图1是现有的半导体发光元件的概略剖面图；
图2是其它的现有半导体发光元件的概略剖面图；
图3是本发明一实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图4是本发明一实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图5是本发明一实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图6A是表示图5的半导体发光元件的反射层电极形状的图；
图6B是表示图5的半导体发光元件的反射层电极形状的图；
图7是表示图5的半导体发光元件的DBR层的反射状态的图；
图8是本发明一实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图9是本发明一实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图10是本发明一实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图11是本发明一实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图12是本发明一实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图13是表示图12的半导体发光元件的出射光被反射的状态的图；
图14是本发明一实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图15A是上述第一实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图；
图15B是上述第一实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图；
图15C是上述第一实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图；
图15D是上述第一实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图；
图15E是上述第一实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图；
图16是本发明第二实施例的半导体发光元件的概略剖面图；
图17A是上述第二实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图；
图17B是上述第二实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图；
图17C是上述第二实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图；
图17D是上述第二实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图；
图17E是上述第二实施例的半导体发光元件的制造方法的一工序图。
具体实施方式
下面，通过图示的实施例详细说明本发明的半导体发光元件。
如上所述，本发明的半导体发光元件作为其基本构成要素，具有：第一导电型的第一半导体层；发光层，其形成于上述第一半导体层上；第二导电型的第二半导体层，其形成于上述发光层上；第一反射层，其形成于上述第一半导体层下，并且，由多个第一导电型的半导体层层积形成的、且至少一部分相对于上述发光层的发光波长具有反射性。如后所述，本发明的半导体发光元件可以具有各种追加的构成要素。
图3是具有相对于上述发光层的发光波长而具有透过性的透过性衬底的半导体发光元件的一例的概略剖面图，301是作为第一反射层一例的DBR(Distributed Bragg Reflector：分布布拉格反射镜)层，302是发光层，303是透过性衬底。
上述n型DBR层301由多个半导体外延层构成。另外，上述n型DBR层301和发光层302之间的层，以及，发光层302和透过性衬底303之间的层也是由半导体外延层构成。
另外，图4是表示在上述透过性衬底上形成透过性衬底电极、在上述第一反射层下形成反射层电极的半导体发光元件的一例的概略剖面图，401是作为第一反射层一例的DBR层，402是发光层，403是透过性衬底，404是反射层电极，405是透过性衬底电极。
上述DBR层401由多个半导体外延层构成。另外，上述DBR层401和发光层402之间的层，以及，发光层402和透过性衬底403之间的层也是由半导体外延层构成。
图5是上述第一反射层的、与上述第一半导体层侧相反侧的一部分表面上，形成反射层电极的半导体发光元件一例的概略剖面图，501是作为反射层一例的DBR层，502是发光层，503是透过性衬底，504是反射层电极，505是透过性衬底电极。
上述DBR层501由多个半导体外延层构成。另外，上述反射层电极504形成于DBR层501的、与发光层502侧相反侧的一部分表面上。即，由反射层电极504仅仅覆盖上述表面的一部分。
上述DBR层501一般相对于与DBR层501垂直的入射光具有大的反射效果。
但是，上述DBR层501并非具有100％的反射率，而是具有透过一部分光的性质。
另外，上述DBR层501相对于垂直之外的倾斜入射光几乎不具有反射效果。
因此，为了获得通过使光吸收减少而更大的效果，优选为减小反射层电极504的面积，所以，反射层电极504的形状优选为如图6A所示的圆点形状。
但是，如前所述，因电极面积减少则导致电阻成分增大，所以，为了进一步增大电流流过的面积，反射层电极504的形状优选为如图6B所示的圆点形状。
例如，如图6A所示，如果仅仅在元件中央部分上形成反射层电极504，因反射层电极504的位置和发光层502的发光位置大致相同，所以，仅发光层502的中心部发光，从发光层502向反射层电极504发出的光被DBR层501反射。另一方面，从上述发光层502向与电极方向不同的方向发出的光，在DBR层501一部分被发射，剩余的光成分向结晶外部暂时发射，通过例如用于支承元件的银膏或框材料被反射。
另外，上述DBR层501的、与发光层502侧相反侧的整个表面上形成反射层电极时，电流扩展到整个元件。
因此，上述发光层502的发光区域也增大，相对于第一反射层倾斜地入射的成分也增加，所以，导致被电极吸收的成分自然而然也增加，从而不能期望效率更高的光输出效果。
图7是表示DBR层701的反射状态的图，702是发光区域，703是发出光轨迹，704是反射层电极。
因此，为了同时实现发光区域的扩大和反射效果的提高，优选为将圆点状的反射层电极均匀地配置于第一反射层的、与第一半导体层侧相反侧的表面上。
另外，上述反射层电极也可加工成任意形状。
图8是半导体发光元件的一例的概略剖面图，图中，在上述第一反射层的、与上述第一半导体层侧相反侧的表面上，在形成有上述反射层电极的面以外的面上，形成有相对于上述发光层的发光波长而具有反射性的第二反射层，801是作为第一反射层一例的DBR层，802是发光层，803是透过性衬底，804是反射层电极，805是透过性衬底电极，806是第二反射层一例的反射金属。
上述DBR层801由多个半导体外延层构成。另外，上述反射层电极804的、与DBR层801侧相反侧的表面，未被反射金属806覆盖而是露出。更详细地，上述反射层电极804的、与DBR层801侧相反侧的表面，和反射金属806的、与DBR层801侧相反侧的表面大致共面。
如上所述，相对于上述DBR层801倾斜地入射的光，反射效果差。
为了更加确实地反射这样的光，优选设置反射金属806那样的金属反射层，如图8所示，如果进行反射层电极804和反射金属806之间的相互配置，则可获得更大的光反射效果。
图9是以覆盖上述第一反射层及上述反射层电极的方式形成上述第二反射层的半导体发光元件一例的概略剖面图，901是作为第一反射层一例的DBR层，902是发光层，903是透过性衬底，904是反射层电极，905是透过性衬底电极，906是作为第二反射层一例的反射金属。
上述DBR层901由多个半导体外延层构成。另外，上述反射层电极904的、与DBR层901侧相反侧的表面，被反射金属906覆盖而未露出。即，上述反射金属906形成于DBR层901下及反射层电极904下。
上述反射金属906覆盖DBR层901，并且，覆盖反射层电极904的、与DBR层901侧相反侧的整个表面，从而可获得更大的光反射效果，并且，不需要反射金属906的形状加工/构图工艺，可进一步简化制造工序。
图10是具有设置于上述第一反射层下的支承衬底的半导体发光元件一例的概略剖面图，1001是支承衬底，1002是DBR层，1003是发光层。
上述DBR层1002由多个半导体外延层构成。另外，上述DBR层1002和发光层1003之间的层，以及，发光层1003上的层也是由半导体外延层构成。
在层积多个半导体外延层之后，在半导体外延层的表面上层积DBR层1002，上述支承衬底1001设置于该DBR层1002的表面。此时，上述支承衬底1001和DBR层1002之间的接合被直接或间接地接合。即，使其它层不介于上述支承衬底1001和DBR层1002之间，或介于它们之间。
上述发光层1003发射的出射光由DBR层1002反射并被取出到外部。
因此，上述支承衬底1001没有必要具有透过性，设置成用于支承包含有发光层1003的半导体层积结构。
作为将上述支承衬底1001与DBR层1002接合的方法，可以是直接或经由金属等间接地接合的方法，但无论是哪种方法都有必要进行加热处理，加热处理时在接合界面形成合金层，即光吸收层。
即便在上述接合界面形成光吸收层，因在支承衬底1001和发光层1003之间形成DBR层1002，所以，发光层1003发射的出射光在到达上述光吸收层之前被DBR层1002反射。
因此，可以降低在上述光吸收层因光吸收而导致的光损失。
图11是上述支承衬底通过金属与上述第一反射层接合的半导体发光元件一例的概略剖面图，1101是支承衬底，1102是作为第一反射层的DBR层，1103是发光层，1104、1105是电极，1106是作为上述金属一例的连接电极。
上述DBR层1102由多个半导体外延层构成。另外，上述DBR层1102和发光层1103之间的层，以及，发光层1103上的层也是由半导体外延层构成。
设置上述连接电极1106的目的是，使电接合更加可靠，另一个目的是将倾斜入射到DBR层1102的光中、透过DBR层1102的成分更加确实地反射。
另外，通过使连接电极1106介于上述支承衬底1101和DBR层1102之间，在制造工序使用较低温度(例如400℃左右)即可将支承衬底1101与DBR层1102接合。
因此，可以降低以高温进行处理时所产生的半导体层中的扩散现象或合金化、位错生长等影响元件可靠性的现象。
并且，上述连接电极1106并不限于单层结构，也可是多层结构，另外，如果可以确保足够的接合强度，也可加工成任意的形状，例如，可进行如图6A、图6B所示的构图。
图12是半导体发光元件一例的概略剖面图，该半导体发光元件中，上述金属由用于确保上述支承衬底和上述第一反射层的接合部导电性的金属、和相对于上述发光层的发光波长用于确保反射性的金属构成，1201是支承衬底，1202是DBR层，1203是发光层，1204、1205是电极，1206是连接电极，1207是金属反射层。另外，上述连接电极1206是用于确保支承衬底和第一反射层接合部的导电性的金属的一例。上述金属反射层1207是相对于发光层的发光波长用于确保反射性的金属的一例。
上述DBR层1202由多个半导体外延层构成。另外，上述DBR层1202和发光层1203之间的层，以及，发光层1203上的层也是由半导体外延层构成。
如前所述，上述DBR层1202相对于垂直入射的光具有最大的反射效果。
因此，上述DBR层1202的、光垂直入射的位置(接合位置)上即便存在由光吸收层构成的合金层，也不会因吸收而导致光损失。
这样，通过仅在上述位置使用可电连接的金属材料，除该位置之外的接合面上设置反射用金属，从而，可进一步提高半导体发光元件的电气特性和光学特性。
更详细地，如图13所示，从发光区域1208发出的出射光中、相对于支承衬底1201的表面大致垂直地前进的光被连接电极1206反射。另外，上述反射光中、相对于支承衬底1201的表面倾斜地前进的光被金属反射层1207反射。图13的1209表示从发光区域1208发出的出射光的轨迹。
接着，详细地说明本发明的更加具体的实施例。
第一实施例
图14是表示本发明第一实施例的半导体发光元件的概略剖面图。
上述半导体发光元件具有：n型DBR层3、n型Al0.5In0.5P包覆层4、四元系AlGaInP有源层5、p型Al0.5In0.5P包覆层6、p型GaInP中间层7、p型GaP接触层8、p型GaP透明衬底9、欧姆电极10、11及反射层12。
上述n型DBR层3由20对n型AlAs光反射层和n型Al0.61Ga0.39As光反射层构成。另外，上述n型DBR层3相对于AlGaInP有源层5的发光波长具有反射性。
上述AlGaInP有源层5发射红光。另外，上述AlGaInP有源层5具有量子阱结构。更详细地，上述AlGaInP有源层5通过交互地层积(Al0.05Ga0.95)0.5In0.5P阱层和(Al0.50Ga0.50)0.5In0.5势垒层而形成。上述阱层和上述势垒层的对数为20对。
上述p型GaP透明衬底9相对于AlGaInP有源层5的发光波长具有透过性。
上述欧姆电极10形成为覆盖n型DBR层3的图14中下侧的部分表面。上述欧姆电极10由AuSi层和Au层构成。另外，上述欧姆电极10的图14中下侧表面被Au层13覆盖。上述欧姆电极10的形状优选为图6A、图6B所示的圆点形状。
上述欧姆电极11形成为覆盖p型GaP透明衬底9的图14中上侧的部分表面。上述欧姆电极11由AuBe层和Au层构成。
上述反射层12由Au层13、Mo层14及AuSn层15构成。该Au层13为了反射透过n型DBR层3的光而形成。上述Mo层14为了防止Au层13和AuSn层15的合金化而形成。上述AuSn层15为了相对于芯片焊接面进行共晶接合而形成。
在第一实施例中，上述n型DBR层3是第一反射层的一例，n型Al0.5In0.5P包覆层4是第一半导体层的一例，AlGaInP有源层5是发光层的一例，p型Al0.5In0.5P包覆层6是第二半导体层的一例，p型GaInP中间层7是第二半导体层的一例，p型GaP接触层8是第二半导体层的一例，p型GaP透明衬底9是透过性衬底的一例，欧姆电极10是反射层电极的一例，欧姆电极11是透过性衬底电极的一例，反射层12是第二反射层的一例。
根据上述构成的半导体发光元件，虽然在n型DBR层3下形成欧姆电极10，但是，因AlGaInP有源层5的出射光在被欧姆电极10吸收之前被n型DBR层3反射，所以，可以防止光取出效率的降低。
因此，可以提高上述半导体发光元件的光取出效率。
另外，因在上述p型GaP接触层8上，设置有相对于AlGaInP有源层5的发光波长而具有透过性的p型GaP透明衬底9，所以，可以从p型GaP透明衬底9有效地取出AlGaInP有源层5的出射光。
另外，虽然在上述p型GaP透明衬底9上形成有欧姆电极11，但是，因欧姆电极11仅仅覆盖p型GaP透明衬底9的图14中上侧的部分表面，所以，可以减少AlGaInP有源层5的出射光入射到欧姆电极11的量。
另外，因将上述p型GaP透明衬底9设置于p型GaP接触层8上，所以，可以缩短芯片焊接半导体发光元件的芯片焊接面和AlGaInP有源层5之间的距离。
因此，在上述AlGaInP有源层5附近产生的热量有效地向上述芯片焊接面散热，从而可以提高半导体发光元件的可靠性。
以下，参照图15A～图15E，说明半导体发光元件的制造方法。在该制造方法中，使用图15A所示的n型GaAs衬底1及p型GaP透明衬底9。
首先，如图15B所示，通过MOCVD法，在n型GaAs衬底1上，依次层积n型GaAs缓冲层2、n型DBR层3、n型Al0.5In0.5P包覆层4、AlGaInP有源层5、p型Al0.5In0.5P包覆层6、p型GaInP中间层7及p型GaP接触层8，从而形成具有LED结构的外延晶片。
在此，上述衬底及各层的厚度如下：n型GaAs衬底1为250μm，n型GaAs缓冲层2为1.0μm，n型DBR层3为2.0μm，n型Al0.5In0.5P包覆层4为1.0μm，AlGaInP有源层5为0.5μm，p型Al0.5In0.5P包覆层6为1.0μm，p型GaInP中间层7为1.0μm，p型GaP接触层8为4.0μm。
另外，在上述外延晶片的形成中，作为n型掺杂剂使用Si，作为p型掺杂剂使用Zn。不言而喻，用于形成上述外延晶片的掺杂剂并不限于Si或Zn，作为n型掺杂剂也可使用例如Te、Se，作为p型掺杂剂也可使用例如Mg或碳。
上述衬底及各层的载流子浓度如下：n型GaAs衬底1为1.0×1018cm-3，n型GaAs缓冲层2为5×1017cm-3，n型DBR层3为5×1017cm-3，n型Al0.5In0.5P包覆层4为5×1017cm-3，AlGaInP有源层5为非掺杂，p型Al0.5In0.5P包覆层6为5×1017cm-3，p型GaInP中间层7为1.0×1018cm-3，p型GaP接触层8为2.0×1018cm-3。
接着，在上述外延晶片的外延面上载置p型GaP透明衬底9。即，在上述p型GaP接触层8的图15B中上侧的表面直接载置p型GaP透明衬底9。
对上述外延晶片和p型GaP透明衬底9之间的接触面施加压缩力，并且，将上述接触面在800℃左右的氢气环境下加热大约30分钟，则如图15C所示，p型GaP透明衬底9与外延晶片接合。另外，上述加热是将外延晶片和p型GaP透明衬底9放入加热炉中而进行。
在此，上述p型GaP透明衬底9的载流子浓度为5.0×1017cm-3，但是，p型GaP透明衬底9的载流子浓度并不限于此，只要在可电导通的范围内即可。
接着，在冷却上述外延晶片后，从加热炉中取出外延晶片，通过氨水、过氧化氢水及水的混合液，如图15D所示，溶解除去n型GaAs衬底1及n型GaAs缓冲层2。由此，上述n型DBR层3的图15D中下侧的表面露出。该n型DBR层3因Al混晶比高，所以，也作为蚀刻停止层起作用。
在此，如果想要更加确实地阻止由于上述混合液引起的蚀刻，在n型GaAs缓冲层2和n型DBR层3之间例如形成AlGaAs层即可。
接着，如图15E所示，在上述n型DBR层3的露出面(n型AlAs光反射层或n型Al0.61Ga0.39As光反射层的一表面)形成欧姆电极10，并且，在p型GaP透明衬底9的图15E中上侧的表面上形成欧姆电极11。
在此，作为上述欧姆电极10的材料选择AuSi/Au，并且，作为欧姆电极11的材料选择AuBe/Au，通过光刻法、晶片蚀刻将各材料加工成任意形状。
此后，为了提高相对于上述AlGaInP有源层5的出射光的反射光效果，在形成有欧姆电极10的面，即，DBR层3的露出面形成Au/Mo/AuSn的多层膜构成的反射层12。该反射层12兼作由多层构成的反射层和接合电极。
接着，对形成上述欧姆电极10、11及反射层12的外延晶片，进行用于分割为规定的芯片尺寸的半切割。
在此，上述半切割可以通过所有的材料/方法进行，可选择例如湿式蚀刻或干式蚀刻。但，上述干式蚀刻在不选择(不依赖)分割的材料这一点上，相比湿式蚀刻更适合。另外，上述材料/方法并不限于第一实施例。
最后，将上述被半切割的外延晶片分割为规定的芯片尺寸，从而可获得多个半导体发光元件。该半导体发光元件是发光波长为640nm的红色高亮度发光元件。
以上制造工艺并不限于具有AlGaInP四元系发光层的发光二极管，也可适用于通过半导体结晶形成发光层的半导体发光元件。
在上述第一实施例中，欧姆电极10虽然形成为覆盖n型DBR层3的图14中下侧的部分表面，但也可形成为覆盖n型DBR层3的图14中下侧的整个表面。
在上述第一实施例中，使用覆盖欧姆电极10的图14中下侧表面的反射层12，但也可使用不覆盖欧姆电极10的图14中下侧表面的反射层。在形成该反射层时，欧姆电极10的图14中下侧的表面露出。另外，例如，上述反射层的一表面设为与欧姆电极10的图14中下侧的表面共面。
在上述第一实施例中，使用由Au层13、Mo层14及AuSn层15构成的反射层12，但也可使用仅由Au层13构成的反射层。
在上述第一实施例中，通过Au层13、Mo层14及AuSn层15构成反射层12，但也可由单层或多层构成，该单层或多层由Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Zn、Be、Cr、Se、Ni中的至少一种以上的元素构成。
在上述第一实施例中，也可代替p型GaP透明衬底9而使用含有Ga、Si、P、C、Zn、Se、Cd、Te、B、N、Al、In、Hg、S、O中至少两种以上元素的半导体层。但，上述半导体层必须相对于半导体发光元件的发光层的发光波长具有透过性。
在上述第一实施例中，也可将衬底及各层的导电型变为相反。此时，不是使用上述n型GaAs衬底，而是使用p型GaAs衬底来制造半导体发光元件。
(第二实施例)
相对于上述第一实施例，第二实施例是经由金属在DBR层上粘贴支承衬底时的实施例。
图16表示本发明第二实施例的半导体发光元件的概略剖面图。
半导体发光元件具有：n型Al0.6Ga0.4As电流扩散层23、n型Al0.5In0.5P包覆层24、AlGaInP有源层25、p型Al0.5In0.5P包覆层26、p型DBR层27、p型AlGaAs接触层28、欧姆电极29、35、36、反射层30及p型Si衬底34。
上述AlGaInP有源层25发射红光。另外，上述AlGaInP有源层25具有量子阱结构。更详细地，上述AlGaInP有源层25通过交互地层积(Al0.05Ga0.95)0.5In0.5P阱层和(Al0.50Ga0.50)0.5In0.5P势垒层而形成。上述阱层和上述势垒层的对数为20对。
上述p型DBR层27由20对p型AlAs光反射层和p型Al0.61Ga0.39As光反射层构成。另外，上述p型DBR层27相对于AlGaInP有源层25的发光波长具有反射性。
上述欧姆电极29形成为覆盖p型AlGaAs接触层28的图16中下侧的部分表面。上述欧姆电极29由AuBe层和Au层构成。另外，上述欧姆电极29的图16中下侧表面被Au层31覆盖。
上述反射层30由Au层31、Mo层32及Au层33构成。通过该Au层31，可以反射透过p型DBR层27的光。
在第二实施例中，n型Al0.6Ga0.4As电流扩散层23是第二半导体层的一例，n型Al0.5In0.5P包覆层24是第二半导体层的一例，AlGaInP有源层25是发光层的一例，p型Al0.5In0.5P包覆层26是第一半导体层的一例，p型DBR层27是第一反射层的一例，p型AlGaAs接触层28、欧姆电极29是将支承衬底与第一反射层接合的金属的一例，反射层30是将支承衬底与第一反射层接合的金属的一例，p型Si衬底34是支承衬底的一例。
根据上述构成的半导体发光元件，虽然在p型DBR层27下形成欧姆电极29，但是，因AlGaInP有源层25的出射光在被欧姆电极29吸收之前被p型DBR层27反射，所以，可以防止光取出效率的降低。
因此，可以提高上述半导体发光元件的光取出效率。
以下，参照图17A～17E说明半导体发光元件的制造方法。在该制造方法中，使用图17A所示的n型GaAs衬底21及p型Si衬底34。
首先，如图17B所示，通过MOCVD法，在n型GaAs衬底21上，依次层积n型GaAs缓冲层22、n型Al0.6Ga0.4As电流扩散层23、n型Al0.5In0.5P包覆层24、AlGaInP有源层25、p型Al0.5In0.5P包覆层26、p型DBR层27及p型AlGaAs接触层28，制成具有LED结构的外延晶片。
在此，上述衬底及各层的厚度如下：n型GaAs衬底21为250μm，n型GaAs缓冲层22为1.0μm，n型Al0.6Ga0.4As电流扩散层23为5.0μm，n型Al0.5In0.5P包覆层24为1.0μm，AlGaInP有源层25为0.5μm，p型Al0.5In0.5P包覆层26为1.0μm，p型DBR层27为2.0μm，p型AlGaAs接触层28为1μm。
另外，在上述外延晶片的形成中，作为n型掺杂剂使用Si，作为p型掺杂剂使用Zn。不言而喻，用于形成上述外延晶片的掺杂剂并不限于Si或Zn，作为n型掺杂剂也可使用例如Te、Se，作为p型掺杂剂也可使用例如Mg或碳。
上述衬底及各层的载流子浓度如下：n型GaAs衬底21为1.0×1018cm-3，n型GaAs缓冲层22为5×1017cm-3，n型Al0.6Ga0.4As电流扩散层23为1.0×1018cm-3，n型Al0.5In0.5P包覆层24为5×1017cm-3，AlGaInP有源层25为非掺杂，p型Al0.5In0.5P包覆层26为5×1017cm-3，p型DBR层27为5×1017cm-3，p型AlGaAs接触层28为5×1017cm-3。
接着，如图17C所示，在上述外延晶片的外延面的一部分形成欧姆电极29。即，在上述p型AlGaAs接触层28的图17B中上侧表面的一部分上形成欧姆电极29。
在此，作为上述欧姆电极29的材料选择AuBe/Au层，通过光刻法、湿式蚀刻将该材料加工成任意形状。
接着，在上述p型AlGaAs接触层28和欧姆电极29上，依次层积Au层31、Mo层32及Au层33，形成反射层30。
在上述反射层30的图17C中上侧表面载置p型Si衬底34。即，在上述Au层33的图17C中上侧表面直接载置p型Si衬底34。
接着，对上述外延晶片和p型Si衬底34之间的接触面施加压缩力，并且，将上述接触面在450℃左右的氢气环境下加热大约30分钟，则如图17D所示，p型Si衬底34与外延晶片接合。另外，上述加热是将外延晶片和p型Si衬底34放入加热炉中而进行。
在此，上述p型Si衬底34的载流子浓度为5.0×1017cm-3，但是，p型Si衬底34的载流子浓度并不限于此，只要在可电导通的范围内即可。另外，相对于上述反射层30，经由金属接合衬底时，该衬底的导电型可以是p型、n型中的任一种。
接着，在冷却上述外延晶片后，从加热炉中取出外延晶片，通过氨水、过氧化氢水及水的混合液，溶解除去n型GaAs衬底21及n型GaAs缓冲层22。由此，上述n型Al0.6Ga0.4As电流扩散层23的一表面露出。
如图1 7E所示，在上述n型Al0.6Ga0.4As电流扩散层23的图17E中上侧表面的一部分上形成欧姆电极35，并且，在p型Si衬底34的图17E中下侧的整个表面上形成欧姆电极36。另外，图17E与图17D上下颠倒。
接着，对形成上述欧姆电极35、36及反射层30的外延晶片，进行用于分割为规定的芯片尺寸的半切割。
在此，上述半切割可以通过所有的材料/方法进行，可选择例如湿式蚀刻或干式蚀刻。但，上述半切割在不选择(不依赖)分割的材料这一点上，干式蚀刻相比湿式蚀刻更为适合。另外，上述材料/方法并不限于第二实施例。
最后，将上述被半切割的外延晶片分割为规定的芯片尺寸，从而可获得多个半导体发光元件。该半导体发光元件是发光波长为640nm的红色高亮度发光元件。
以上制造工艺并不限于具有AlGaInP四元系发光层的发光二极管，也可适用于通过半导体结晶形成发光层的半导体发光元件。
在上述第二实施例中，使用由Au层31、Mo层32及Au层33构成的反射层30，但也可使用由单层或多层构成的反射层，该单层或多层由Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Zn、Be、Cr、Se、Ni中的至少一种以上的元素构成。上述反射层相对于AlGaInP有源层25的发光波长可以确保反射性。例如，也可代替由上述Au层31、Mo层32及Au层33构成的反射层30而使用仅由Au层31构成的反射层。
在上述第二实施例中，使用由AuBe层和Au层构成的欧姆电极29，但也可使用由单层或多层构成的欧姆电极，该单层或多层由Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Zn、Be、Cr、Se、Ni中的至少一种以上的元素构成。上述欧姆电极相对于p型DBR层27可以确保导电性。
在上述第二实施例中，使用p型Si衬底34，但也可使用由含有Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Ga、Zn、Be、Cr、Se、Ni中的至少一种以上元素的材料构成的衬底。
在上述第二实施例中，也可将衬底及各层的导电型变为相反。此时，不是使用上述n型GaAs衬底21，而是使用p型GaAs衬底来制造半导体发光元件。
本发明也可将上述第一实施例和第二实施例进行适当组合。
以上，虽然说明了本发明的实施例，但是，不言而喻，也可进行各种变更。这样的变更不应被认为脱离本发明的精神和范围，对本领域技术人员来说是自然而然的变更，都包含在权利要求保护的范围中。
该非临时申请，根据合众国法典第35篇119章(a)，基于2006年11月17日在日本申请的申请号为第2006-311646号的申请要求优先权。其公开的全部内容都编入了本文。

Claims (15)

1.一种半导体发光元件，其特征在于，具有：
第一导电型的第一半导体层；
形成于所述第一半导体层上的发光层；
形成于所述发光层上的第二导电型的第二半导体层；
第一反射层，该第一反射层形成于所述第一半导体层下，并且，由多个第一导电型的半导体层层积而构成，且至少一部分相对于所述发光层的发光波长具有反射性。
2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，还具有透过性衬底，该透过性衬底设置于所述第二半导体层上，且相对于所述发光层的发光波长具有透过性。
3.如权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述透过性衬底由第二导电型的半导体层构成，在所述透过性衬底上形成有透过性衬底电极，在所述第一反射层下形成有反射层电极。
4.如权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，在所述第一反射层的、与所述第一半导体层侧相反侧表面的一部分上形成反射层电极。
5.如权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于，在所述第一反射层的、与所述第一半导体层侧相反侧的表面上，在形成有所述反射层电极的面之外的面上，形成有相对于所述发光层的发光波长具有反射性的第二反射层。
6.如权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二反射层覆盖所述第一反射层及所述反射层电极而形成。
7.如权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二反射层由单层或多层形成，该单层或多层由Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Zn、Be、Cr、Se、Ni中的至少一种以上的元素构成。
8.如权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述透过性衬底是含有Ga、Si、P、C、Zn、Se、Cd、Te、B、N、Al、In、Hg、S、O中的至少两种以上元素的半导体层。
9.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，具有设置于所述第一反射层下的支承衬底。
10.如权利要求9所述的半导体发光元件，其特征在于，所述支承衬底通过金属与所述第一反射层接合。
11.如权利要求10所述的半导体发光元件，其特征在于，所述金属由用于确保所述支承衬底与所述第一反射层的接合部的导电性的金属、和相对于所述发光层的发光波长用于确保反射性的金属构成。
12.如权利要求11所述的半导体发光元件，其特征在于，所述金属由单层或多层构成，该单层或多层由Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Zn、Be、Cr、Se、Ni中至少一种以上的元素构成。
13.如权利要求9所述的半导体发光元件，其特征在于，所述支承衬底由含有Au、Ag、Al、Ti、Cu、Mo、Sn、W、Ta、Pt、Ge、Si、Ga、Zn、Bc、Cr、Se、Ni中的至少一种以上元素的材料构成。
14.一种半导体发光元件的制造方法，用于制造权利要求2中所述的半导体发光元件，其特征在于，包括：
在衬底上，层积所述第一反射层、第一半导体层、发光层及第二半导体的层积工序；
在所述层积工序之后，在所述第二半导体层上直接或间接设置所述透过性衬底的衬底设置工序；
在所述衬底设置工序之后，除去所述衬底而使所述第一反射层的、与所述第一半导体层侧相反侧的表面露出的衬底除去工序；
在所述衬底除去工序之后，在所述第一反射层的、与所述第一半导体层侧相反侧的一部分或全部所述表面上形成电极的电极形成工序。
15.一种半导体发光元件的制造方法，用于制造权利要求9中所述的半导体发光元件，其特征在于，包括：
在衬底上，层积所述第二半导体层、发光层、第一半导体层及第一反射层的层积工序；
在所述层积工序之后，在所述第一反射层的、与所述第一半导体层侧相反侧的表面上直接或间接设置所述支承衬底的衬底设置工序；
在所述衬底设置工序之后，除去所述衬底而使所述第二半导体层的、与所述发光层侧相反侧的表面露出的衬底除去工序；
在所述衬底除去工序之后，在所述支承衬底的、与所述第一反射层侧相反侧的全部或一部分表面上形成电极，并且在所述第二半导体层的、与所述发光层侧相反侧的全部或一部分所述表面上形成电极的电极形成工序。
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