JP2004297056A - 半導体発光素子、その製造方法および発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 ７００℃以下の低温、低圧力の接合条件においても接着力の高く、耐熱性に優れた接着層を見出し、接合時に発生するストレスを減少でき、安定生産できるようにする。
【解決手段】 この発明の半導体発光素子１００は、発光部２０ａを含む半導体層２０と、発光部２０ａの発光波長に対して透明な透明基板４０と、半導体層２０と透明基板４０とを接合する低融点ガラス層３０と、を含むことを特徴としている。
【選択図】 図４

Description

この発明は、透明基板を用いた半導体発光素子、その製造方法および発光ダイオードに関する。

従来、半導体発光素子（以下、単に「発光素子」という）の高輝度化や機械的強度の向上を目的として、半導体層を積層させたその不透明半導体基板を除去し透明基板を接着する技術が知られている。そして、半導体層の表面に透明基板を接合する方法は、技術的に難しく多種類の方法が考案され、例えば下記の特許文献１，２，３で知られている。

特許第３２３０６３８号公報 特開平６−３０２８５７号公報 特開２００２−２４６６４０号公報

特許文献１には、半導体層に透明な基板を高温下で圧力をかけながら直接接着する方法が記載され、特許文献２には、直接ウェーハボンディング法を利用して接着する方法が記載され、また特許文献３には、エポキシ樹脂などの透明粘着物質を利用して接着する方法が記載されている。

上記の特許文献１〜３のうち、特許文献１，２の直接接合法は、一般的に７００℃以上の高温・高圧力が必要となり、半導体層に大きなストレスがかかる。また、軟化しない固体同士の接合であるため、表面が平滑でないと接合が不均一となり、接合不良が多発する。さらに、高温での接合は、熱膨張係数の差による反りの発生や機械的応力によるストレスが大きくなり、冷却中に割れたり、クラックが入ることが多く、発光部の品質低下を招き、安定的に製造するには高度な技術および設備が必要である。

一方、特許文献３の接着方法では、低温で接合できるため、高温でのストレス、表面の荒れによる接合不良は改善されるが、樹脂系の材料は、高温に耐えられないため、接着後の工程に大きな制約を受けるという課題がある。例えば、接着後のオーミック電極形成では４００℃以上の熱処理が実施されるが、その際に樹脂系の材料が変質し、接着層が不透明となる問題点が発生する。

また、特許文献１，２におけるストレスの発生や、特許文献３における接着層の変質により、ダイシングやスクライブなどの素子分離工程で、接合部の剥がれやクラックが多発する。このため、低温、低ストレスで接着し、かつ耐熱性を満足する接着方法を両立するのが困難であった。

本発明は、上記の問題点に鑑み提案されたもので、７００℃以下の低温、低圧力の接合条件においても接着力の高く、耐熱性に優れた接着層を見出し、接合時に発生するストレスを減少でき、安定生産が可能となる高輝度の半導体発光素子、その製造方法および発光ダイオードを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、（１）半導体発光素子であって、発光部を含む半導体層と、前記発光部の発光波長に対して透明な透明基板と、前記半導体層と透明基板とを接合する低融点ガラス層と、を含むことを特徴としている。

また、本発明は、（２）上記した（１）に記載の発明の構成に加えて、前記低融点ガラス層は軟化点が５００℃以上７００℃以下であり、前記半導体層と透明基板とを接合する際の接着温度が５００℃以上７００℃以下である、ことを特徴としている。

また、本発明は、（３）上記した（１）または（２）に記載の発明の構成に加えて、前記低融点ガラス層は熱膨張係数が２〜９×１０^-6／Ｋである、ことを特徴としている。

また、本発明は、（４）上記した（１）乃至（３）に記載の発明の構成に加えて、前記低融点ガラス層は鉛を含まない、ことを特徴としている。

本発明は、（５）上記した（１）乃至（４）に記載の発明の構成に加えて、前記低融点ガラス層はＳｉＯ₂、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃を主成分とする、ことを特徴としている。

また、本発明は、（６）上記した（１）乃至（５）に記載の発明の構成に加えて、前記透明基板は熱膨張係数２〜９×１０^-6／Ｋのガラスからなる、ことを特徴としている。

また、本発明は、（７）上記した（１）乃至（６）に記載の発明の構成に加えて、前記透明基板はＧａＰからなる、ことを特徴としている。

さらに、本発明は、（８）上記した（１）乃至（７）に記載の発明の構成に加えて、前記透明基板は厚さが７０μｍ以上３００μｍ以下である、ことを特徴としている。

本発明は、（９）上記した（１）乃至（８）に記載の発明の構成に加えて、前記発光部はＡｌＧａＩｎＰからなる、ことを特徴としている。

また、本発明は、（１０）上記した（１）乃至（８）に記載の発明の構成に加えて、前記発光部はＧａＩｎＮ混晶を含む、ことを特徴としている。

また、本発明は、（１１）上記した（１）乃至（１０）に記載の発明の構成に加えて、前記発光部は、量子井戸構造を備えた、シングルへテロ構造またはダブルへテロ構造である、ことを特徴としている。

また、本発明は、（１２）上記した（１）乃至（１１）に記載の発明の構成に加えて、前記半導体層はＡｓを含まない、ことを特徴としている。

また、本発明は、（１３）上記した（１）乃至（１２）に記載の発明の構成に加えて、前記半導体層の第１の極性を有する表面に形成した第１のオーミック電極と、前記第１の極性を有する表面およびその表面に形成した第１のオーミック電極を覆う金属反射層と、前記半導体層の第２の極性を有する表面に形成した第２のオーミック電極と、を有することを特徴としている。

本発明は、（１４）半導体発光素子の製造法であって、発光波長に対して不透明な半導体基板上に発光部を含む半導体層を成長する工程と、前記発光部の発光波長に対して透明な基板の表面に形成した低融点ガラス層と前記半導体層の表面に形成した低融点ガラス層とを接合する工程と、前記不透明な半導体基板を除去する工程と、前記半導体基板の除去工程後の半導体層にオーミック電極を形成する工程とを含む、ことを特徴としている。

また、本発明は、（１５）上記した（１４）に記載の発明の構成に加えて、前記発光部の発光波長に対して透明な基板の表面への低融点ガラス層の形成、および前記半導体層の表面への低融点ガラス層の形成は、真空蒸着法またはスパッタリング法による、ことを特徴としている。

また、本発明は、（１６）上記した（１４）または（１５）に記載の発明の構成に加えて、前記半導体層はＭＯＣＶＤ法を用いて成長する、ことを特徴としている。

さらに、本発明は、（１７）上記した（１４）乃至（１６）に記載の発明の構成に加えて、前記半導体基板の除去工程に選択エッチング処理を含む、ことを特徴としている。

また、本発明は、（１８）請求項１乃至１３に記載の半導体発光素子を用いた発光ダイオードである。

この発明の半導体発光素子、その製造方法および発光ダイオードでは、半導体層と透明基板との接合を低融点ガラスを介在させて行うようにしたので、７００℃以下の低温、低圧力の接合条件においても強力に接着させることができ、半導体層へのストレスや熱膨張係数の差による反りを大幅に低減することができる。また、冷却中に割れたり、クラックが入るようなこともない。

また、耐熱性に優れた接着層を形成できるので、接着後のオーミック電極形成で４００℃以上の熱処理を施しても、接着層が変質したり不透明となるようなことも防止することができる。

したがって、割れ、剥がれがほとんど発生せず、高輝度、高品質の発光素子を安定して生産することができる。

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１はこの発明の半導体発光素子の製造工程を概略的に示す図で、（ａ）はその第１段階の積層構造を、（ｂ）は第２段階の積層構造を示している。なお、（ｂ）は、（ａ）に対して上下反転させて図示している。

この発明の半導体発光素子１０は、図１に示すような製造工程を経て形成される。すなわち、図１（ａ）に示す第１段階では、先ず発光波長に対して不透明な半導体基板１上に、発光部２ａを含む半導体層２を成長させ、その半導体層２の表面に低融点ガラス層３ａを形成する。また、発光部２ａの発光波長に対して透明な透明基板４の表面に低融点ガラス層３ｂを形成する。そして、図１（ｂ）に示す第２段階では、半導体層２の表面に形成した低融点ガラス層３ａと透明基板４の表面に形成した低融点ガラス層３ｂとを接合させて一体化するとともに、半導体層２から半導体基板１を除去する。このようにして、発光部２ａを含む半導体層２と、発光部２ａの発光波長に対して透明な透明基板４と、半導体層２と透明基板４とを接合する低融点ガラス層３（３ａ，３ｂ）とを含む、この発明に係る積層体１０が得られる。

上記の低融点ガラス層３を形成する低融点ガラスは、酸化鉛、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化珪素などが含まれるガラスであるが、環境負荷の点から鉛を含まない材質が望ましい。熱膨張係数、軟化点から、酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化珪素を主成分とする低融点ガラスが適する。低融点ガラスの形成方法は、印刷、蒸着、スパッタ法等があるが、膜厚が薄く制御しやすい、蒸着、スパッタ法が望ましい。特にスパッタ法は、表面状態が良好で最適である。低融点ガラスは、熱膨張係数が半導体層２および半導体基板１と近い、２〜９×１０^-6／Ｋの範囲が望ましい。熱膨張係数の差が大きいと半導体へのストレスや割れの原因となる。低融点ガラスは、軟化点付近の温度の熱処理で接着層として機能する。半導体層２の輝度低下の可能性があるため、この接着時の熱処理温度は、７００℃以下が望ましく、後工程の耐熱性を考慮すると５００℃以上が望ましい。

透明基板４の熱膨張係数は半導体層２および半導体基板１と近い、２〜９×１０^-6／Ｋの範囲が望ましい。熱膨張係数の差が大きいと半導体層２へのストレスや割れの原因となる。

透明基板４は、石英、ガラス、サファイア、ＧａＰ、ＳｉＣ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ等の発光波長に対し透明な材料や、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）等からなる透明導電膜の材料を選定すれば良いが、こららの材料のうち、安価で加工のしやすいガラス、ＧａＰ基板が望ましい。

透明基板４の厚さは、チップへの加工しやすさから３００μｍ以下が望ましく、透明基板４の半導体層２への接着時の割れの発生防止やダイボンドなどのチップ組立て工程のハンドリングの点から７０μｍ以上の厚さが望ましい。

半導体基板１は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、Ｓｉ等が使用できる。発光部２ａは、ＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、ＧａＡｌＡｓ混晶、ＧａＡｓＰ混晶、ＧａＩｎＮ混晶等の公知の発光素子で利用されている半導体を用いることができる。

発光部２ａは、シングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造、量子井戸構造など通常使用されている発光部の構造を利用できる。また、量子井戸構造を備えた、シングルへテロ構造またはダブルへテロ構造としてもよい。特に、厚膜化が困難で、格子整合の点から通常の構造では不透明なＧａＡｓ基板を用いるＡｌＧａＩｎＰからなる発光部２ａに対して、本発明は、半導体発光素子の高輝度化の効果が大きい。

高輝度の発光部２ａを得るには半導体基板１に対して、格子定数の整合した発光部２ａの材質を選定し、半導体層２を成長させることが望ましい。成長方法は、液相成長法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法等、公知の技術を使用できるが、量産性、品質面からＭＯＣＶＤ法が最も好ましい。半導体層２には、発光部２ａに加えて、従来技術で使用されている半導体基板１との緩衝層、ブラッグ反射層、選択エッチングの為のエッチングストップ層、オーミック電極の接触抵抗を下げるコンタクト層、電流拡散層、電流の流れる領域を制御する電流阻止層、電流狭窄層などを組み合わせることができる。これらの層は、製造方法、コスト、品質に応じて、必要な層を適切に組み合わせればよい。

透明基板４側の低融点ガラス層３ｂと半導体層２側の低融点ガラス層２ａとを重ね合わせて熱処理を行う方法は、オーブン、電気炉、赤外線ランプ、ホットプレートなどの公知の熱処理手段を利用できる。熱処理時に接合面がずれない程度の１ｇ／ｃｍ²以上の圧力を加えるとより接合の均一性、接着強度が向上するが、発光部２ａへのストレスの低減を考慮すると１００ｇ／ｃｍ²以下が望ましい。熱処理は、ストレスを低減し、発光部２ａの劣化を抑制するため７００℃未満で、冷却速度を制御して行うのが望ましい。

半導体基板１は、機械加工、研磨、化学的エッチング等の方法により除去できる。特に化学的エッチングの中で、材質によるエッチング速度の差を利用した選択エッチングが、量産性、再現性、均一性の面で最適な方法である。

上記の積層体１０から発光素子を構成するには、光取り出し面を透明基板４とし、半導体基板１を除去して露出させた第１の極性の半導体層２の表面に第１の電極を形成し、また半導体層２の一部を除去して露出させた第２の極性の半導体層２の表面に第２の電極を形成し、さらに第１の電極とその下地の半導体層２の表面とを覆う金属反射層を設けるようにする。この構造は所謂、フリップチップ型の素子構造であり、反射層で光の取り出し効率を向上させることができる。なお、この素子構造についての詳細は後述する。

その他の素子製造方法は、公知の発光素子の製造技術を利用でき、オーミック電極形成、素子分離、検査・評価工程を経て発光素子を製造する。さらに、発光素子をパッケージに組込んで発光ダイオード（ランプ）を製造できる。

次に実施例１として作製した、この発明の半導体発光素子の構成例を図２〜図６を用いて順に説明する。

図２は半導体発光素子に用いられる半導体エピタキシャルウェーハ（積層体）の層構造を示す図、図３および図４は図２の半導体エピタキシャルウェーハから作製したこの発明の半導体発光素子の構成例を示す図で、図３はその平面図、図４は図３のＩ−Ｉ線断面を示す図である。この実施例１で作製した半導体発光素子１００は赤色発光を行う。

半導体発光素子１００の製造に用いられる半導体エピタキシャルウェーハ１０Ａは、図２に示すように、Ｓｉをドープしたｎ形の（００１）面から１５°傾けた面を有するＧａＡｓ単結晶からなる半導体基板１１上に順次、Ｓｉをドープしたｎ形のＧａＡｓからなる緩衝層２１、Ｓｉをドープしたｎ形の（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなるエッチングストップ層２２、発光部２０ａ、およびＺｎをドープしたｐ型ＧａＰ層２６からなる半導体層２０を積層して構成されている。

上記の発光部２０ａは、ダブルヘテロ構造であり、Ｓｉをドープしたｎ形の（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる下部クラッド層２３、アンドープの（Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる発光層２４、およびＺｎをドープしたｐ形の（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる上部クラッド層２５から構成されている。

上記の半導体エピタキシャルウェーハ１０Ａを形成する際には、先ず、上記の半導体層２０の各層２１〜２６を、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）およびトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料に用いた、減圧の有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により、半導体基板１１上に積層した。Ｚｎのドーピング原料にはジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）を使用した。Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を使用した。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ₃）またはアルシン（ＡｓＨ₃）を用いた。半導体層２０を構成する各層２１〜２６の積層温度は７３０℃に統一した。

緩衝層２１は、キャリア濃度を約５×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、また層厚を約０．２μｍとした。エッチングストップ層２２は、キャリア濃度を約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚を約０．５μｍとした。下部クラッド層２３は、キャリア濃度を約８×１０¹⁷ｃｍ^-3、層厚を約１μｍとした。発光層２４は、アンドープで、層厚を０．５μｍとした。上部クラッド層２５は、キャリア濃度を約２×１０¹⁷ｃｍ^-3とし、層厚を１μｍとした。ＧａＰ層２６は、キャリア濃度を約５×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚を７μｍとした。

次に、半導体層２０の表面に、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂からなる低融点ガラス（軟化点６５０℃、熱膨張係数４×１０^-6／Ｋ）をスパッタリング法で、０．３μｍ形成し、低融点ガラス層３０ａとした。

一方、透明基板４０となる厚さ１５０μｍのホウケイ酸ガラス（熱膨張係数７×１０^-6／Ｋ）の表面に、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂からなる低融点ガラス（軟化点６５０℃、熱膨張係数４×１０^-6／Ｋ）をスパッタリング法で、０．３μｍ形成し、低融点ガラス層３０ｂとした。

低融点ガラス層３０ａ，３０ｂの各表面が接触するように、半導体層２０と透明基板４０とを重ね合わせ、５ｇ／ｃｍ²となる荷重をかけた状態で熱処理を行い、両者３０ａ，３０ｂを接着した。このときの接着温度条件は、６５０℃で３０分とし、４００℃までの冷却は、１℃／分の徐冷で行った。

次に、半導体基板１１および緩衝層２１をアンモニア系エッチャントにより選択的に除去した。

続いて、上記のようにして構成した半導体エピタキシャルウェーハ１０Ａに、電極等を形成して発光素子１００を作製した（図３、図４）。すなわち、ｎ形の極性を有するエッチングストップ層２２の表面に、第１の電極として、Ａｕ・Ｇｅ合金からなるｎ形電極５１を、厚さが０．３μｍとなるように真空蒸着法により形成した。このｎ形電極５１は、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、図３に示すような、幅を約２０μｍとする三角形の線状電極とした。

ｎ形電極５１の表面および半導体層２０（エッチングストップ層２２）の表面に、スパッタ法でＣｒを０．０５μｍ、次に金を約１μｍ積層させ、金属反射層５２を形成した。その後、半導体層２０を硫酸・過酸化水素系エッチャントでエッチングしてさらに除去し、ｐ形の極性を有するＧａＰ層２６を露出させ、半径１５０μｍの扇型領域とした。

上記のＧａＰ層２６上に、第２の電極を形成するために、半径１３０μｍ扇型の領域にパターンを形成し、先ず膜厚を０．５μｍとする金・ベリリウム合金と、膜厚を１μｍとする金とを、パターニングのレジスト表面に、一般的な真空蒸着法により被着させた。続けて、公知のリフトオフ法により、レジストを除去し、扇型のｐ型電極５３を形成した。

次に、上記のｎ形電極５１およびｐ型電極５３の形成後、窒素気流中において４８０℃で１５分間の合金化熱処理を施し、各電極５１，５３と半導体層２０との低抵抗オーミック接触を形成した。

上記のようにして、ｎ形電極５１、ｐ型電極５３および金属反射層５２を形成したエピタキシャルウェーハを通常のスクライブ法により素子の形状に裁断して個別に細分化し、半導体発光素子１００とした。この半導体発光素子１００は、図３に示すように、平面的に見て一辺を３００μｍとする正方形とし、厚さは約１６０μｍとした。

さらに、この半導体発光素子１００を用いて発光ダイオードを組み立てた。

図５はこの発明に係る発光ダイオードの平面図、図６は図５のＩＩ−ＩＩ線断面を示す図である。１個の発光素子１００を、基板６３に形成された第１の電極端子６４および第２の電極端子６２に金のボールバンプ６５を形成し、発光素子１００のｎ形電極５１と金属反射層５２とをボールバンプ６５に接触させ圧着し接続した。次に、透明なエポキシ樹脂６１で封止し、発光ダイオード（ＬＥＤ）６０を作製した。

上記のようにして作製したＬＥＤ６０の第１の電極端子６４と第２の電極端子６２に順方向に電流を流したところ、金属反射層５２で反射され、透明基板４０の表面および側面を介して、主波長を約６２０ｎｍとする赤色の光が出射された。順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ：２０ｍＡ当り）は、各電極５１，５３の良好なオーミック特性を反映し、約２．０ボルト（Ｖ）となった。このときの発光強度は、発光部２０ａの発光効率が高く、外部への取りだし効率も工夫されていることを反映し、１６０ｍｃｄの超高輝度であった。

なお、上記の実施例１ではｎ型の半導体基板１１を用いてＬＥＤ６０を作製したが、ｐ型の半導体基板を用いて作製したＬＥＤでも本発明の効果が得られる。

また、本発明の発光部２０ａは、ＡｌＧａＩｎＰのダブルヘテロ構造を用いたが、発光波長、構造、材質、ドーパント等において公知の技術を利用した発光部でも本発明の効果が得られる。

さらに上記の実施例１では、一般的なチップ型のＬＥＤ６０を示したが、形状の異なるいわゆる砲弾型やディスプレイ用のパッケージ、また、発光波長の異なる発光ダイオードでも同様の効果が得られる。

上記の実施例１では、熱膨張係数が４×１０^-6／Ｋの低融点ガラスを用いて接着温度を６５０℃としたが、実施例２では、熱膨張係数が８×１０^-6／Ｋの低融点ガラスを用いて接着温度を５００℃とした。その他の条件は実施例１と同じにして発光ダイオードを作製し、発光強度を測定した結果、１５０ｍｃｄで、実施例１と同様高輝度のものが得られた。

（比較例） 上記の実施例１、２と同様なプロセスを用い、低融点ガラスの熱膨張係数、接着温度、透明基板の熱膨張係数を変化させて、各種の発光素子を作製した。その比較例１〜６と実施例１，２の評価結果を表１に示す。

比較例１，２，４では、低融点ガラスの熱膨張係数が９×１０^-6／Ｋを超えており、また比較例３では、透明基板の熱膨張係数が２×１０^-6／Ｋを下回っており、半導体層の熱膨張係数、約５×１０^-6／Ｋとの差が大きくなるため、熱歪み等が発生し、プロセスの途中で割れや剥がれが発生して素子が作製できなかった。比較例５では、接着温度が７００℃を超えており、その熱で半導体層の品質が劣化し、低輝度であった。

比較例６は、基板除去、ガラス貼り付けを行わない、実施例と同じエピタキシャルウェーハを用いて一般的な構造で作製した３００μｍピッチの半導体発光素子を図７、図８に示す。

図７は比較例６で作製した半導体発光素子の平面図、図８は図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す図である。この半導体発光素子９０は、ＧａＡｓからなる半導体基板９１上に、半導体層９２、第１のオーミック電極９３を積層し、半導体基板９１の裏面に第２のオーミック電極９４を形成して構成されている。

比較例６では、上部の電極９３を金ワイヤボンディングで接続する。この第１の電極９３は、金・ベリリウム合金からなるｐ形オーミック電極を厚さが０．３μｍとなるように形成し、さらに、金を１μｍとなるように真空蒸着法により形成した。一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、直径を１３０μｍとする円形の第１の電極９３を形成した。

その後、実施例と同様に作製したＬＥＤの第１の電極端子と第２の電極端子に順方向に電流を通流したところ、半導体層９２の表面および側面を介して、波長を約６２０ｎｍとする赤色の光が出射された。順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ：２０ｍＡ当り）は、約２．０ボルト（Ｖ）で、実施例１，２と同等であった。このときの発光強度は、６０ｍｃｄであった。本発明の実施例１，２に対し半分以下の発光強度であった。これは、ＧａＡｓ半導体基板９１に発光が吸収されるため、外部への取りだし効率が低下したことによると考えられる。

以上述べたように、この発明では、半導体層と透明基板との接合を低融点ガラスを介在させて行うようにしたので、７００℃以下の低温、低圧力の接合条件においても強力に接着させることができ、半導体層へのストレスや熱膨張係数の差による反りを大幅に低減することができる。また、冷却中に割れたり、クラックが入るようなこともない。

また、耐熱性に優れた接着層を形成できるので、接着後のオーミック電極形成で４００℃以上の熱処理を施しても、接着層が変質したり不透明となるようなことも防止することができる。
したがって、割れ、剥がれがほとんど発生せず、高輝度、高品質の発光素子を安定して生産することができる。

また、半導体層の表面の一部にオーミック電極と金属反射層を設けるようにしたので、発光部の光を効率よく外部へ取り出すことができ、超高輝度化が達成された。

また、発光ダイオードをフリップチップ構造としたため、発光ダイオードの組み立てが容易で、ワイヤの断線がなくなり信頼性が向上する。

この発明の半導体発光素子の製造工程を概略的に示す図で、（ａ）はその第１段階の積層構造を、（ｂ）は第２段階の積層構造を示す。 半導体発光素子に用いられる半導体エピタキシャルウェーハ（積層体）の層構造を示す図である。 図２の半導体エピタキシャルウェーハから製造したこの発明の半導体発光素子の構成例を示す平面図である。、図４は図３のＩ−Ｉ線断面を示す図である。 図３のＩ−Ｉ線断面を示す図である。 この発明に係る発光ダイオードの平面図である。 図５のＩＩ−ＩＩ線断面を示す図である。 比較例６の半導体発光素子の平面図である。 図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を示す図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ 半導体層
２ａ 低融点ガラス層
２ａ 発光部
３ 低融点ガラス層
３ａ 低融点ガラス層
３ｂ 低融点ガラス層
４ 透明基板
１０ 積層体
１０ 半導体発光素子
１０Ａ 半導体エピタキシャルウェーハ
１１ 半導体基板
２０ 半導体層
２０ａ 発光部
２１ 緩衝層
２２ エッチングストップ層
２３ 下部クラッド層
２４ 発光層
２５ 上部クラッド層
２６ ＧａＰ層
３０ａ 低融点ガラス層
３０ｂ 低融点ガラス層
４０ 透明基板
５１ ｎ形電極
５２ 金属反射層
５３ ｐ型電極
６０ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
６１ エポキシ樹脂
６２ 第１の電極端子
６３ 基板
６４ 第２の電極端子
６５ ボールバンプ
９０ 半導体発光素子
９１ ＧａＡｓ基板
９２ 半導体層
９３ 第１の電極
９４ 第２の電極
１００ 半導体発光素子

Claims (18)

1. 発光部を含む半導体層と、
   前記発光部の発光波長に対して透明な透明基板と、
   前記半導体層と透明基板とを接合する低融点ガラス層と、
   を含むことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記低融点ガラス層は軟化点が５００℃以上７００℃以下であり、前記半導体層と透明基板とを接合する際の接着温度が５００℃以上７００℃以下である、請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記低融点ガラス層は熱膨張係数が２〜９×１０^-6／Ｋである、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
4. 前記低融点ガラス層は鉛を含まない、請求項１乃至３に記載の半導体発光素子。
5. 前記低融点ガラス層はＳｉＯ₂、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃を主成分とする、請求項１乃至４に記載の半導体発光素子。
6. 前記透明基板は熱膨張係数２〜９×１０^-6／Ｋのガラスからなる、請求項１乃至５に記載の半導体発光素子。
7. 前記透明基板はＧａＰからなる、請求項１乃至５に記載の半導体発光素子。
8. 前記透明基板は厚さが７０μｍ以上３００μｍ以下である、請求項１乃至７に記載の半導体発光素子。
9. 前記発光部はＡｌＧａＩｎＰからなる、請求項１乃至８に記載の半導体発光素子。
10. 前記発光部はＧａＩｎＮ混晶を含む、請求項１乃至８に記載の半導体発光素子。
11. 前記発光部は、量子井戸構造を備えた、シングルへテロ構造またはダブルへテロ構造である、請求項１乃至１０に記載の半導体発光素子。
12. 前記半導体層はＡｓを含まない、請求項１乃至１１に記載の半導体発光素子。
13. 前記半導体層の第１の極性を有する表面に形成した第１のオーミック電極と、
    前記第１の極性を有する表面およびその表面に形成した第１のオーミック電極を覆う金属反射層と、
    前記半導体層の第２の極性を有する表面に形成した第２のオーミック電極と、
    を有する請求項１乃至１２に記載の半導体発光素子。
14. 発光波長に対して不透明な半導体基板上に発光部を含む半導体層を成長する工程と、
    前記発光部の発光波長に対して透明な基板の表面に形成した低融点ガラス層と前記半導体層の表面に形成した低融点ガラス層とを接合する工程と、
    前記不透明な半導体基板を除去する工程と、
    前記半導体基板の除去工程後の半導体層にオーミック電極を形成する工程とを含む、
    ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
15. 前記発光部の発光波長に対して透明な基板の表面への低融点ガラス層の形成、および前記半導体層の表面への低融点ガラス層の形成は、真空蒸着法またはスパッタリング法による、請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
16. 前記半導体層はＭＯＣＶＤ法を用いて成長する、請求項１４乃至１５に記載の半導体発光素子の製造方法。
17. 前記半導体基板の除去工程に選択エッチング処理を含む、請求項１４乃至１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
18. 請求項１乃至１３に記載の半導体発光素子を用いた発光ダイオード。

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