JP2005079264A

JP2005079264A - 発光素子

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Publication number: JP2005079264A
Application number: JP2003306519A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Hagimoto; 和徳萩本
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP4697650B2

Abstract

【課題】発光層部を含む化合物半導体層をＡｌ系反射金属層で覆った発光素子において、Ａｌ系反射金属層と発光層部との間に配置された接触抵抗低減用の接合用合金化層からＡｌ系反射金属層への成分拡散による反射率の低下を効果的に防止できる発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子１００は、発光層部２４を有した化合物半導体層の第一主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の第二主表面側に、発光層部２４からの光を光取出面側に反射させる反射面を有したＡｌ系反射金属層１０ｃが形成される。そして、該Ａｌ系反射金属層１０ｃと化合物半導体層との間に、Ａｌを主成分として化合物半導体層との接触抵抗を低減する合金成分を含有したＡｌ系接合合金化層３２が、反射面の一部を覆う形で配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は発光素子に関する。

特開平７−６６４５５号公報特開２００１−３３９１００号公報日経エレクトロニクス２００２年１０月２１日号１２４頁〜１３２頁

発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子に使用される材料及び素子構造は、長年にわたる進歩の結果、素子内部における光電変換効率が理論上の限界に次第に近づきつつある。従って、一層高輝度の素子を得ようとした場合、素子からの光取出し効率が極めて重要となる。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ混晶により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ（あるいはＧａＩｎＰ）活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。このようなＡｌＧａＩｎＰダブルへテロ構造は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶がＧａＡｓと格子整合することを利用して、ＧａＡｓ単結晶基板上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる各層をエピタキシャル成長させることにより形成できる。そして、これを発光素子として利用する際には、通常、ＧａＡｓ単結晶基板をそのまま素子基板として利用することも多い。しかしながら、発光層部を構成するＡｌＧａＩｎＰ混晶はＧａＡｓよりもバンドギャップが大きいため、発光した光がＧａＡｓ基板に吸収されて十分な光取出し効率が得られにくい難点がある。この問題を解決するために、半導体多層膜からなる反射層を基板と発光素子との間に挿入する方法（例えば特許文献１）も提案されているが、積層された半導体層の屈折率の違いを利用するため、限られた角度で入射した光しか反射されず、光取出し効率の大幅な向上は原理的に期待できない。

そこで、特許文献２には、成長用のＧａＡｓ基板を剥離する一方、補強用の素子基板（導電性を有するもの）を、反射用のＡｕ層を介して剥離面に貼り合わせる技術が開示されている。このＡｕ層は反射率が高く、また、反射率の入射角依存性が小さい利点がある。しかし、Ａｕ層は、白色光下にて黄色に着色して見える事実からも明らかな通り、特定波長帯の光に対して吸収が大きく、ピーク波長が該波長域に設定された発光素子の場合、吸収による反射率の低下を生ずる問題がある。一方、非特許文献１には、反射率の波長依存性がＡｕよりも小さいＡｌにて反射層を構成することにより、反射強度を高めるようにした発光素子が開示されている。該非特許文献１の素子構造においては、発光層部とシリコン基板からなる素子基板との間にＡｌ反射層が配置され、さらに、Ａｌ反射層とシリコン基板との間には、シリコン基板と発光層部との貼り合わせ接合を容易にするために、Ａｕ層を介在させている。具体的には、発光層部側に形成したＡｌ反射層を覆うようにＡｕ層を形成し、他方シリコン基板側にもＡｕ層を形成して、それらＡｕ層同士を密着させて貼り合わせを行なうようにしている。

非特許文献１の構成では、Ａｌ層と発光層部との間に、両者の接触抵抗を低減するために、ＡｕＧｅＮｉコンタクト層（接合合金化層）を配置している。ＡｕＧｅＮｉコンタクト層はＡｕを主体に構成されているため、Ａｌ層や貼り合わせ用のＡｕ層を蒸着等により形成する際や、Ａｕ層を用いて素子基板を貼り合わせる際の熱履歴により、Ａｌ層にて形成された反射面に、ＡｕＧｅＮｉコンタクト層からのＡｕ成分が拡散する。このようなＡｕ成分の拡散により、Ａｌ層による銀白色の反射面は紫色に変色し、反射率が低下してしまう問題を生ずる。

本発明の課題は、発光層部を含む化合物半導体層をＡｌ系反射金属層で覆った発光素子において、Ａｌ系反射金属層と発光層部との間に配置された接触抵抗低減用の接合用合金化層からＡｌ系反射金属層への成分拡散による反射率の低下を効果的に防止でき、ひいてはＡｌ系反射金属層の反射効果を一層高めることができる発光素子を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、
発光層部を有した化合物半導体層の第一主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の第二主表面側に、発光層部からの光を光取出面側に反射させる反射面を有したＡｌを主成分とするＡｌ系反射金属層が形成され、該Ａｌ系反射金属層と化合物半導体層との間に、Ａｌを主成分として化合物半導体層との接触抵抗を低減するための含有したＡｌ系接合合金化層が、前記反射面の一部を覆う形で配置されてなることを特徴とする。なお、本明細書において「主成分」とは、最も質量含有率の高い成分のことをいう。

本発明の発光素子はＡｌ系反射金属層を有することにより、６５０ｎｍ以下の可視光域（特に６００ｎｍ以下）においても、Ａｕ系金属のような吸収が少なく、良好な反射率を達成できる。他方、該Ａｌ系反射金属層を形成する際や、該Ａｌ系反射金属層の第二主表面側に後述の素子基板貼り合わせのためのＡｕ層を形成する際の、蒸着ないしスパッタ等の熱履歴、さらには素子基板貼り合わせの熱処理により、接合合金化層から反射面に成分拡散が生じる場合がある。しかし、その拡散成分の主体が反射金属層の主成分と同じＡｌであり、反射率低下につながる成分拡散（前述のＡｕ等）が本質的に生じないので、Ａｌ系反射金属層の反射効果を一層高めることができる。

Ａｌ系接合合金化層の合金成分は、Ａｌ系接合合金化層と接する化合物半導体層がｎ型である場合（つまり、光取出面側がｐ型である場合）は、Ｇｅにて構成することが、接触抵抗低減効果がとりわけ大きい。具体的には、Ａｌ系接合合金化層は、ＡｌＧｅ合金もしくはＡｌＧｅＮｉ合金と化合物半導体層とが合金化したものとすることができる。特に、ＡｌＧｅＮｉ合金は、ＧｅのほかにＮｉを含有することにより、Ｎｉが化合物半導体層表面から酸化膜を除去する効果を有するため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる化合物半導体層との合金化反応がより促進され、接触抵抗低減効果をより高めることができる。ＡｌＧｅ合金を用いる場合の具体的な組成は、例えばＧｅ：１質量％以上５０質量％未満、残部Ａｌであり、この範囲外の組成では接触抵抗低減効果が十分に得られない場合がある。また、Ｎｉを含有させる場合は、ＡｌＧｅの一部をＮｉにより５質量％以上１５質量％以下の範囲で置換する。Ｎｉ含有量が５質量％未満ではＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体との合金化促進効果が顕著でなくなり、１５質量％を超えると接触抵抗低減効果が却って低下する場合がある。他方、Ａｌ系接合合金化層と接する化合物半導体層がｐ型である場合（つまり、光取出面側がｎ型である場合）は、コンタクト低減用合金成分をＢｅにて構成することができる。

Ａｌ系反射金属層は結合用金属層を介して素子基板と接合することができる。この場合、該結合用金属層とＡｌ系反射金属層の間には、結合用金属層の金属成分がＡｌ系反射金属層側に拡散することを阻止する反射金属層側拡散阻止層を介挿することができる。これにより、結合用金属層からＡｌ系反射金属層へ成分拡散が生ずること、ひいては、該成分拡散によるＡｌ系反射金属層の反射率低下を効果的に抑制でき、ひいては高輝度の発光素子を実現できる。

結合用金属層は、Ａｌ系反射金属層単独では素子基板との貼り合わせが比較的困難な場合に、Ａｌ系反射金属層と素子基板との間に介在して、その貼り合わせを補助する役割を果たすものであり、発光層部からの光に対する反射率そのものはＡｌ系反射金属層よりは劣っていることが多い。このように、発光層部からの光に対してＡｌ系反射金属層よりも反射率の低い金属が使用される場合、結合用金属層からの金属成分がＡｌ系反射金属層に拡散したとき、反射率低下の不具合が生じやすくなるのは当然であるといえる。そこで、本発明のごとく、結合用金属層とＡｌ系反射金属層との間に反射金属層側拡散阻止層を介挿しておけば、上記拡散による反射率低下を抑制する効果がとりわけ顕著である。

具体的には、結合用金属層を、Ａｕを主成分とするＡｕ系金属にて構成することができる。Ａｕは化学的に安定であり、貼り合わせを妨げる不働態被膜も形成されないので、結合用金属層の材質として好適である。特に、化合物半導体層の貼り合わせ側主表面に、該主表面側から金属反射層と反射金属層側拡散阻止層と第一Ａｕ系金属層とをこの順で形成する一方、素子基板の貼り合わせ側主表面に第二Ａｕ系金属層を形成し、それら第一Ａｕ系金属層と第二Ａｕ系金属層とを密着させて貼り合わせる方法を採用すると、Ａｕ系金属層同士の親和力が強いために、比較的低温でも十分な貼り合わせ強度を容易に得られる利点がある。

しかし、Ａｕは前述の通り、特定波長帯の光に対して強い吸収を示し、該波長帯の光に対する反射率は決して良好ではない。図３は、研磨した種々の金属表面における反射率を示すものであり、プロット点「△」がＡｕの反射率である。Ａｕは波長６７０ｎｍ以下の可視光域に強い吸収があることがわかる（特に６５０ｎｍ以下：６００ｎｍ以下ではさらに吸収が大きい）。一方、プロット点「◆」は、Ａｌ層（Ａｌ系反射金属層）の反射率の波長依存性を示すものであり、波長５５０ｎｍ未満の可視光域においても、Ａｕのような強い吸収はない。特に、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の青色から緑色にかけての発光波長域に対しては、Ａｕよりも反射率が良好であり、光取出し効率の向上にも寄与する。しかし、Ａｌ系反射金属層にＡｕ系結合用金属層が直接接して形成されていると、１１５℃程度までの比較的低温域においてもＡｕ系結合用金属層からＡｌ系反射金属層へのＡｕの拡散が顕著に進み、反射率の低下が著しくなること、特に波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の青色から緑色の発光波長域での反射率の低下が著しくなることが判明した。当然、Ａｌ系反射金属層と化合物半導体層との間にＡｕ系接合合金化層が介挿されている場合は、Ａｕ系接合合金化層からのＡｕの拡散も進行し、反射率低下に及ぼす影響は一層著しくなる。しかし、本発明のごとくＡｕ系接合合金化層に代えてＡｌ系接合合金化層を用い、かつ、反射金属層側拡散阻止層を介挿しておけば、接合合金化層及びＡｕ系結合用金属層の双方からのＡｕ拡散を防止でき、Ａｌ系反射金属層の反射率低下を効果的に抑制できる。

Ａｕ系結合金属層を用いる場合、反射金属層側拡散阻止層は、具体的には、Ｔｉ、Ｎｉ及びＣｒのいずれか一つを主成分とする金属層とすることができる。Ｔｉ、ＮｉないしＣｒを主成分とする金属は、Ａｕに対する拡散係数が小さく、Ａｌ系反射金属層へのＡｕ成分拡散を抑制する効果に優れているので、本発明に好適に採用できる。該反射金属層側拡散阻止層の厚さは、１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることが望ましい。厚さが１０ｎｍ未満では拡散防止効果が十分でなくなり、５μｍを超えると効果が飽和して、製造コストの無駄な高騰につながる。なお、反射金属層側拡散阻止層は具体的には工業用の純Ｔｉ、純Ｎｉないし純Ｃｒを採用することもできるが、Ａｕに対する拡散防止効果が損なわれない範囲にて、副成分を含有させることが可能である。例えば、適量のＰｄ添加は、Ｔｉ、ＮｉないしＣｒを主成分とする金属の耐食性を向上させる効果がある。また、ＴｉとＮｉ、Ｃｒとの合金を用いることもできる。

次に、本発明の発光素子は、素子基板と結合用金属層との間に、導電性材料にて構成され、かつ、素子基板に由来した成分の結合用金属層への拡散を阻止する基板側拡散阻止層を介挿することができる。該構造によると、素子基板から結合用金属層への成分拡散が基板側拡散阻止層によりブロックされ、ひいては該拡散による結合用金属層の変質を効果的に抑制することができる。その結果、結合用金属層と素子基板との密着強度低下や、さらにはＡｌ系反射金属層への素子基板の成分拡散による反射率低下などといった不具合が効果的に抑制される。

上記構成は、結合用金属層がＡｕを主成分とするＡｕ系金属層とされてなり、素子基板がＳｉ基板である場合に適用されたときに特に効果が大きい。すなわち、Ｓｉ基板はドーピングにより発光素子として十分な導電性を容易に確保することができ、しかも安価である。しかし、ＳｉとＡｕとは比較的低温で共晶反応を起こしやすく（Ａｕ−Ｓｉ二元系の共晶温度は３６３℃であるが、それ以外の合金成分が介在するとさらに共晶温度が低下することもありえる）、貼り合わせを熱処理により行なう場合は、基板側のＳｉのＡｕ系金属層側への拡散も進みやすい。その結果、金属層中のＡｕ系層は該Ｓｉ拡散による反射率低下を極めて招きやすい。しかしながら、Ａｕ系金属層とＳｉ基板との間に基板側拡散阻止層を設けておくと、Ａｕ系金属層へのＳｉの拡散を効果的に抑制することができる。

Ａｕ系金属層とＳｉ基板とを用いる場合、基板側拡散阻止層は、具体的には、Ｔｉ、Ｎｉ及びＣｒのいずれか一つを主成分とする金属層とすることができる。Ｔｉ、ＮｉないしＣｒを主成分とする金属は、Ａｕ系金属層へのＳｉの拡散抑制効果に特に優れているので、本発明に好適に採用できる。また、該基板側拡散阻止層の厚さは、１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることが望ましい。厚さが１０ｎｍ未満では拡散防止効果が十分でなくなり、５μｍを超えると効果が飽和して、製造コストの無駄な高騰につながる。なお、基板側拡散阻止層は具体的には工業用の純Ｔｉ、純Ｎｉないし純Ｃｒを採用することもできるが、Ａｕ系金属層へのＳｉの拡散防止効果が損なわれない範囲にて、Ｐｄなどの副成分を含有させることが可能であり、また、ＴｉとＮｉ、Ｃｒとの合金を用いることもできる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である発光素子１００を示す概念図である。発光素子１００は、素子基板をなす導電性基板であるｎ型Ｓｉ（シリコン）単結晶よりなるＳｉ基板７の第一主表面上に金属層１０を介して発光層部２４が貼り合わされた構造を有してなる。

発光層部２４は、ノンドープ（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、第一導電型クラッド層、本実施形態ではｐ型（Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層６と、前記第一導電型クラッド層とは異なる第二導電型クラッド層、本実施形態ではｎ型（Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層４とにより挟んだ構造を有し、活性層５の組成に応じて、発光波長を、緑色から赤色領域（発光波長（ピーク発光波長）が５５０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下）にて調整できる。発光素子１００においては、金属電極９側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、結合用金属層１０ｋ側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、通電極性は金属電極９側が正である。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０^１３〜１０^１６／ｃｍ^３程度を上限とする）をも排除するものではない。

また、発光層部２４の基板７に面しているのと反対側の主表面上には、ＡｌＧａＡｓよりなる電流拡散層２０が形成され、その主表面の略中央に、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための金属電極（例えばＡｕ電極）９が、該主表面の一部を覆うように形成されている。電流拡散層２０の主表面における、金属電極９の周囲の領域は、発光層部２４からの光取出領域をなす。また、Ｓｉ単結晶基板７の裏面にはその全体を覆うように金属電極（裏面電極：例えばＡｕ電極である）１５が形成されている。金属電極１５がＡｕ電極である場合、金属電極１５とＳｉ単結晶基板７との間には基板側接合合金化層として、ＡｕＳｂ接合合金化層１６が介挿される。なお、ＡｕＳｂ接合合金化層１６に代えてＡｕＳｎ接合合金化層を基板側接合合金化層として用いてもよい。

Ｓｉ単結晶基板７は、Ｓｉ単結晶インゴットをスライス・研磨して製造されたものであり、その厚みは例えば１００μｍ以上５００μｍ以下である。そして、発光層部２４に対し金属層１０を挟んで貼り合わされている。また、金属層１０は、発光層部２４側のＡｌ系反射金属層１０ｃと、発光層部２４側の結合用金属層１０ａと、Ｓｉ基板７側の結合用金属層１０ｂと、さらに、Ａｌ系反射金属層１０ｃと結合用金属層１０ａ，１０ｂ（＝１０ｋ）との間に介在する反射金属層側拡散阻止層１０ｆとからなる。Ａｌ系反射金属層１０ｃは、本実施形態ではＡｌ層であり、結合用金属層１０ａ，１０ｂ（＝１０ｋ）はＡｕ系金属層（たとえばＡｕ層）である。さらに、反射金属層側拡散阻止層１０ｆはＴｉ系金属層（例えばＴｉ層）であり、その厚さは１０ｎｍ以上５μｍ以下（本実施形態では２００ｎｍ）である。反射金属層側拡散阻止層１０ｆは、Ｔｉ系金属層に代えてＮｉ系金属層（例えばＮｉ層）あるいはＣｒ系金属層（例えばＣｒ層）としてもよい。

一方、発光層部２４とＡｌ系反射金属層１０ｃとの間には、Ａｌ系接合合金化層としてＡｌＧｅＮｉ接合合金化層３２（Ｇｅ：３５質量％、Ｎｉ：１０質量％、残部：Ａｌの組成からなるＡｌＧｅＮｉ合金（図２（工程２）：接合金属層３２’）が、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４をなす化合物半導体と合金化したものである）が形成されており、素子の直列抵抗低減に貢献している。ＡｌＧｅＮｉ接合合金化層３２は、Ａｌ系反射金属層１０ｃの主表面上に分散形成され、その形成面積率は１％以上２５％以下である。また、Ｓｉ単結晶基板７と結合用金属層１０ｋとの間には、Ｓｉ単結晶基板７の主表面と接する形で、基板側接合合金化層としてのＡｕＳｂ接合合金化層３１（例えばＳｂ：２質量％）が形成されている。なお、ＡｕＳｂ接合合金化層３１に代えてＡｕＳｎ接合合金化層を用いてもよい。

そして、該ＡｕＳｂ接合合金化層３１の全面が、Ｔｉ系金属層（例えばＴｉ層）からなる基板側拡散阻止層１０ｄにより覆われている。基板側拡散阻止層１０ｄの厚さは１０ｎｍ以上５μｍ以下（本実施形態では２００ｎｍ）である。なお、基板側拡散阻止層１０ｄはＴｉ系金属層に代えてＮｉ系金属層（例えばＮｉ層）あるいはＣｒ系金属層（例えばＣｒ層）としてもよい。そして、該基板側拡散阻止層１０ｄの全面を覆う形で、これと接するように結合用金属層１０ｋ（Ａｕ系金属層）が配置されている。

発光層部２４からの光は、光取出面側に直接放射される光に、Ａｌ系反射金属層１０ｃによる反射光が重畳される形で取り出される。Ａｌ系反射金属層１０ｃの厚さは、反射効果を十分に確保するため、８０ｎｍ以上とすることが望ましい。また、厚さの上限には制限は特にないが、反射効果が飽和するため、コストとの兼ね合いにより適当に定める（例えば１μｍ程度）。また、結合用金属層１０ｋの層厚は２００ｎｍ以上１０μｍ以下とする。

以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図２の工程１に示すように、発光層成長用基板をなす半導体単結晶基板であるＧａＡｓ単結晶基板１の主表面に、ｐ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍ、ＡｌＡｓからなる剥離層３を例えば０．５μｍ、さらにｐ型ＡｌＧａＡｓよりなる電流拡散層２０を例えば５μｍ、この順序にて周知のＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法等によりエピタキシャル成長させる。また、その後、発光層部２４として、１μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、０．６μｍのＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）５、及び１μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４を、この順序にエピタキシャル成長させる。

次に、工程２に示すように、発光層部２４の主表面に、ＡｌＧｅＮｉ接合金属層３２’を分散形成し、さらに３５０℃以上６６０℃以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、これをＡｌＧｅＮｉ接合合金化層３２とする。その後、該ＡｌＧｅＮｉ接合合金化層３２を覆うようにＡｌ系金属層からなるＡｌ系反射金属層１０ｃを形成し（厚さ例えば３００ｎｍ）、次いでＴｉ系金属層からなる反射金属層側拡散阻止層１０ｆ（厚さ：例えば２００ｎｍ）を形成する。そして、それらＡｌ系反射金属層１０ｃ及び反射金属層側拡散阻止層１０ｆをさらに覆う形で、結合金属層となる第一Ａｕ系金属層１０ａ（厚さ：例えば２μｍ）を形成する。このとき、Ａｌ系反射金属層１０ｃは発光層部２４の主表面の外周縁部を除く領域を覆うように形成し、第一Ａｕ系金属層１０ａを、Ａｌ系反射金属層１０ｃの外周縁よりも外側に張り出すように形成して、Ａｌ系反射金属層１０ｃの周側面を第一Ａｕ系金属層１０ａにより覆う。上記Ａｌ系反射金属層１０ｃ、反射金属層側拡散阻止層１０ｆ及び第一Ａｕ系金属層１０ａを蒸着形成する際の熱履歴が加わっても、ＡｌＧｅＮｉ接合合金化層３２からＡｌ系反射金属層１０ｃへは、反射面の変色を引き起こすような成分拡散はほとんど生じない。

他方、工程３に示すように、別途用意したＳｉ単結晶基板７（ｎ型）の両方の主表面に基板側接合合金化層となるＡｕＳｂ接合合金化層３１，１６（前述の通りＡｕＳｎ接合合金化層でもよい）を形成し、１００℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を行なう。そして、ＡｕＳｂ接合合金化層３１上には、Ｔｉ系金属層からなる基板側拡散阻止層１０ｄ（厚さ：例えば２００ｎｍ）及び第二Ａｕ系金属層１０ｂ（厚さ：例えば２μｍ）をこの順序にて形成する。また、ＡｕＳｂ接合合金化層１６上には裏面電極層１５（例えばＡｕ系金属層からなるもの）を形成する。以上の工程で各金属層は、スパッタリングあるいは真空蒸着等を用いて行なうことができる。

そして、工程４に示すように、Ｓｉ単結晶基板７側の第二Ａｕ系金属層１０ｂを、発光層部２４上に形成された第一Ａｕ系金属層１０ａに重ね合わせて圧迫して、１８０℃よりも高温かつ５００℃以下、例えば２５０℃にて貼り合せ熱処理することにより、基板貼り合わせ体５０を作る。Ｓｉ単結晶基板７は、第一Ａｕ系金属層１０ａ及び第二Ａｕ系金属層１０ｂを介して発光層部２４に貼り合わせられる。また、第一Ａｕ系金属層１０ａと第二Ａｕ系金属層１０ｂとは上記貼り合せ熱処理により一体化して結合用金属層１０ｋとなる。第一Ａｕ系金属層１０ａ及び第二Ａｕ系金属層１０ｂが、いずれも酸化しにくいＡｕを主体に構成されているため、上記貼り合せ熱処理は、例えば大気中でも問題なく行なうことができる。

ここで、第一Ａｕ系金属層１０ａとＡｌ系金属からなる金属反射層１０ｃとの間には、Ｔｉ系金属層からなる金属反射層側拡散阻止層１０ｆが介挿されている。金属反射層１０ｃがＡｌ系金属層の場合、もし金属反射層側拡散阻止層１０ｆが省略されていると、１１５℃前後の低温でも第一Ａｕ系金属層１０ａから金属反射層１０ｃへのＡｕ成分の拡散が著しく、これにより、金属反射層１０ｃの反射率が低下する不具合につながる（特に、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の青色から緑色にかけての発光波長域）。しかし、上記のように金属反射層側拡散阻止層１０ｆを設けると、貼り合わせ熱処理時の第一Ａｕ系金属層１０ａから金属反射層１０ｃへのＡｕ成分の拡散が効果的に抑制され、金属反射層１０ｃの反射率を良好に保つことができる。また、３６０℃までであれば、貼り合わせの熱処理温度を上昇させても、Ａｌ系金属からなる金属反射層１０ｃへのＡｕの拡散が顕著とならず、ひいては貼り合わせ温度を高めることで貼り合わせ強度を向上することができる。さらに、該貼り合わせ熱処理の熱履歴によりＡｌＧｅＮｉ接合合金化層３２からＡｌ系反射金属層１０ｃへは、反射面の変色を引き起こすような成分拡散はほとんど生じない。

また、第二Ａｕ系金属層１０ｂとＳｉ単結晶基板７（ＡｕＳｂ接合合金化層３１）との間には、Ｔｉ系金属層からなる基板側拡散阻止層１０ｄが介挿されている。上記貼り合せ熱処理時にＳｉ単結晶基板７から第二Ａｕ系金属層１０ｂに向けたＳｉ成分の拡散が上記基板側拡散阻止層１０ｄによりブロックされ、貼り合わせにより一体化した結合用金属層（第一Ａｕ系金属層／第二Ａｕ系金属層）１０ａ，１０ｂひいてはＡｌ系反射金属層１０ｃ側へのＳｉ成分の染み出しが効果的に抑制される。その結果、最終的に得られるＡｌ系反射金属層１０ｃの反射面が乱れたり、あるいは第二Ａｕ系金属層１０ｂが８０℃以上で大気に晒された際に、Ｓｉ成分により汚染されたりする不具合が防止され、良好な反射率を実現することができる。また、第二Ａｕ系金属層１０ｂ（結合用金属層）を蒸着等により形成したりする際の熱履歴により、Ｓｉ単結晶基板７からＡｕＳｂ接合合金化層３１を突き抜けてＳｉが拡散し、第二Ａｕ系金属層１０ｂの最表面にそのＳｉが湧き上がることがある。この沸き上がったＳｉが酸化されると、第二Ａｕ系金属層１０ｂ（結合用金属層）と第一Ａｕ系金属層１０ａ（結合用金属層）との貼り合わせが著しく阻害される場合がある。しかし、上記のように基板側拡散阻止層１０ｄを形成しておけば、該Ｓｉの湧き上がりひいては酸化が効果的に抑制され、結合用金属層１０ｋ（１０ａ＋１０ｂ）によるＳｉ単結晶基板７と発光層部（化合物半導体層）２４との貼り合せ強度をより高めることができる。

次に、工程５に進み、上記基板貼り合わせ体５０を、例えば１０％フッ酸水溶液からなるエッチング液に浸漬し、バッファ層２と発光層部２４との間に形成したＡｌＡｓ剥離層３を選択エッチングすることにより、ＧａＡｓ単結晶基板１（発光層部２４からの光に対して不透明である）を、発光層部２４とこれに接合されたＳｉ単結晶基板７との積層体５０ａから剥離する。なお、ＡｌＡｓ剥離層３に代えてＡｌＩｎＰよりなるエッチストップ層を形成しておき、ＧａＡｓに対して選択エッチング性を有する第一エッチング液（例えばアンモニア／過酸化水素混合液）を用いてＧａＡｓ単結晶基板１をＧａＡｓバッファ層２とともにエッチング除去し、次いでＡｌＩｎＰに対して選択エッチング性を有する第二エッチング液（例えば塩酸：Ａｌ酸化層除去用にフッ酸を添加してもよい）を用いてエッチストップ層をエッチング除去する工程を採用することもできる。

Ａｌ系金属層からなるＡｌ系反射金属層１０ｃは、第一Ａｕ系金属層１０ａに包まれる形となり、Ａｌ系反射金属層１０ｃの外周面が、耐食性の高い第一Ａｕ系金属層１０ａの外周縁部により保護されるので、工程５において、発光層成長用基板（ＧａＡｓ単結晶基板１）をエッチングしても、その影響がＡｌ系反射金属層１０ｃに及びにくくなる。ＧａＡｓ単結晶基板１を発光層成長用基板として用い、これをアンモニア／過酸化水素混合液をエッチング液として用いて溶解・除去する場合、Ａｌは該エッチング液に特に腐食されやすいが、上記の構造を採用すれば、問題なくＧａＡｓ単結晶基板１を溶解除去できる。

そして、工程６に示すように、ＧａＡｓ単結晶基板１の除去により露出した電流拡散層２０の主表面の一部を覆うように、ワイヤボンディング用の電極（ボンディングパッド：図１）を形成する。以下、通常の方法によりダイシングして半導体チップとし、これを支持体に固着してリード線のワイヤボンディング等を行なった後、樹脂封止をすることにより最終的な発光素子が得られる。

本発明の発光素子の第一実施形態を積層構造にて示す模式図。図１の発光素子の、製造工程の一例を示す説明図。種々の金属における反射率を示す図。

符号の説明

１ＧａＡｓ単結晶基板（発光層成長用基板）
４ｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
５活性層
６ｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
７Ｓｉ単結晶基板（素子基板）
９金属電極
１０ａ第一Ａｕ系金属層（結合金属層）
１０ｂ第二Ａｕ系金属層（結合金属層）
１０ｃＡｌ系反射金属層
１０ｄ基板側拡散阻止層（Ｔｉ系金属層）
１０ｆ反射金属層側拡散阻止層（Ｔｉ系金属層）
２４発光層部
３２ＡｌＧｅＮｉ接合合金化層（Ａｌ系接合合金化層）
１００発光素子

Claims

発光層部を有した化合物半導体層の第一主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の第二主表面側に、前記発光層部からの光を前記光取出面側に反射させる反射面を有したＡｌを主成分とするＡｌ系反射金属層が形成され、該Ａｌ系反射金属層と前記化合物半導体層との間に、Ａｌを主成分として前記化合物半導体層との接触抵抗を低減するための合金成分を含有したＡｌ系接合合金化層が、前記反射面の一部を覆う形で配置されてなることを特徴とする発光素子。
前記Ａｌ系接合合金化層の前記合金成分がＧｅにて構成されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
前記Ａｌ系接合合金化層は、ＡｌＧｅ合金もしくはＡｌＧｅＮｉ合金と前記化合物半導体層とが合金化したものであることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
前記Ａｌ系反射金属層は結合用金属層を介して素子基板と接合されてなり、さらに、該結合用金属層と前記Ａｌ系反射金属層の間には、前記結合用金属層の金属成分が前記Ａｌ系反射金属層側に拡散することを阻止する反射金属層側拡散阻止層が介挿されてなること特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
前記結合用金属層は、前記発光層部からの光に対して前記Ａｌ系反射金属層よりも反射率の低い金属が使用されることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
前記結合用金属層がＡｕを主成分とするＡｕ系金属層とされることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の発光素子。
前記反射金属層側拡散阻止層が、Ｔｉ、Ｎｉ及びＣｒのいずれか一つを主成分とする金属層であることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
前記反射金属層側拡散阻止層の厚さが１０ｎｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の発光素子。
前記素子基板と前記結合用金属層との間に、導電性材料にて構成され、かつ、前記素子基板に由来した成分の前記結合用金属層への拡散を阻止する基板側拡散阻止層が介挿されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。
前記結合用金属層がＡｕを主成分とするＡｕ系金属層とされてなり、前記素子基板がＳｉ基板であることを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
前記基板側拡散阻止層がＴｉ、Ｎｉ及びＣｒのいずれか一つを主成分とする金属層であることを特徴とする請求項９記載の発光素子。