JP2005079298A - 発光素子及び発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属層を介して発光層部とＳｉ基板とを貼り合せた構造を有し、かつ、貼り合せ強度や反射率の低下などが生じにくい発光素子を提供する。
【解決手段】 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金属層１０を介してＳｉ基板７が結合され、該金属層１０の化合物半導体層との接合面が反射面を形成する。そして、金属層１０が、Ｓｉ基板からのＳｉが反射面に拡散により沸きあがることを阻止するための、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ及びＧａの１種又は２種以上からなるＳｉ拡散阻止成分を含有したＡｕ又はＡｇを主成分とするＳｉ拡散阻止金属層１０ｄを有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は発光素子及びその製造方法に関する。

特開平７−６６４５５号公報 特開２００１−３３９１００号公報

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Ｓｉ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をはじめとする種々の公報には、成長用のＧａＡｓ基板を剥離する一方、補強用のＳｉ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。

しかしながら、上記の方法では、反射層をなすＡｕ層を発光層部に貼り合せる際に、剥離や反射率の低下といった不具合が生じやすい問題があった。本発明の課題は、金属層を介して発光層部とＳｉ基板とを貼り合せた構造を有し、かつ、貼り合せ強度や反射率の低下などが生じにくい構造の発光素子と、その製造方法と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金属層を介してＳｉ基板が結合され、該金属層の化合物半導体層との接合面が反射面を形成するとともに、金属層が、Ｓｉ基板からのＳｉが反射面に拡散により沸きあがることを阻止するための、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ及びＧａの１種又は２種以上からなるＳｉ拡散阻止成分を含有したＡｕ又はＡｇを主成分とするＳｉ拡散阻止金属層を有する。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。

また、本発明の発光素子の製造方法は、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金属層を介してＳｉ基板が結合され、該金属層の化合物半導体層との接合面が反射面を形成する発光素子の製造方法であって、
金属層を、Ｓｉ基板からのＳｉが反射面に拡散により沸きあがることを阻止するための、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ及びＧａの１種又は２種以上からなるＳｉ拡散阻止成分を含有したＡｕ又はＡｇを主成分とするＳｉ拡散阻止金属層を有するものとして形成し、該金属層を介してＳｉ基板と化合物半導体層とを貼り合わせることを特徴とする。

上記本発明の発光素子の構造によると、金属層を介してＳｉ基板と化合物半導体層とを貼り合せる際に、Ｓｉ基板から金属層へのＳｉ拡散がＳｉ拡散阻止層によりブロックされ、ひいてはＳｉ拡散による金属層の変質を効果的に阻止することができる。その結果、金属層が形成する反射面の反射率低下や、金属層と化合物半導体層との密着強度低下などといった不具合が効果的に阻止される。

Ｓｉ拡散阻止層はＡｕ又はＡｇを主成分とし、これにＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ及びＧａの１種又は２種以上からなるＳｉ拡散阻止成分を含有させたものである。Ｓｉ拡散阻止成分をなす上記の４元素は、固体状態ではＳｉ原子との間に強い斥力ポテンシャルを生じ、状態図からも明らかなようにＳｉへの固溶限もほとんどゼロに近く、Ｓｉ拡散を阻害する効果が顕著である。従って、Ａｕ又はＡｇの単体では、後述する貼り合わせ温度（１００℃以上５００℃以下）でのＳｉに対する拡散係数が比較的大きいにもかかわらず、上記Ｓｉ拡散阻止成分を適量添加することにより、Ｓｉの拡散係数を大幅に縮小することができる。

シリコン基板と化合物半導体層との結合力を強化したい場合は、シリコン基板と化合物半導体層とを金属層を介して重ね合わせ、その状態で貼り合わせ熱処理することが有効であるが、Ｓｉ拡散阻止層を設けておけば、このような熱処理を行った場合においても、Ｓｉ基板から金属層へのＳｉ拡散を効果的に阻止できる。

Ｓｉ拡散阻止層は、Ｓｉ拡散阻止成分の含有量が１質量％以上２０質量％以下であることが望ましい。Ｓｉ拡散阻止成分の含有量が１質量％未満ではＳｉ拡散阻止効果に乏しく、２０質量％を超えると効果が飽和する他、脆い金属間化合物の形成が顕著となり、シリコン基板と化合物半導体層との貼り合わせ強度の低下につながる場合がある。

なお、Ｓｉ拡散阻止層と前記Ｓｉ基板との間には、該Ｓｉ基板とＳｉ拡散阻止層との接合抵抗を低減するための基板側接合合金化層を介挿することができる。また、金属層には、化合物半導体層とＳｉ拡散阻止層との間に、Ｓｉ拡散阻止層よりもＳｉ拡散阻止成分の含有量が少ない主金属層を設けることができる。Ｓｉ拡散阻止成分の添加は、Ｓｉ基板からのＳｉ拡散阻止を目的としたものであり、例えば金属層を介したシリコン基板と化合物半導体層との貼り合わせ性や、金属層の反射率確保といった観点からは、Ｓｉ拡散阻止成分の添加量をより抑制した方が望ましい場合がある。そこで、Ｓｉ拡散阻止層とは別に、Ｓｉ拡散阻止成分の添加を阻止した主金属層を化合物半導体層側に設けることにより、Ｓｉ拡散阻止成分による貼り合わせ強度や反射率への弊害を排除することができる。

上記のような主金属層を設ける場合は、Ｓｉ拡散阻止層の厚さを５０ｎｍ以上５μｍ以下に調整することが望ましい。厚さが５０ｎｍ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。

Ｓｉ拡散阻止層を、Ａｕを主成分とするものとして構成する場合、上記の主金属層は、反射面を形成するＡｕを主成分とするＡｕ系主金属層とすることができる。Ａｕ系層は化学的に安定であり、酸化等による反射率劣化を生じにくいので、反射面の形成材質として好適である。しかし、ＳｉとＡｕとは比較的低温で共晶反応を起しやすく（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）、貼り合せ熱処理時における基板側のＳｉのＡｕ系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、本発明のごとく、反射面をなすＡｕ系主金属層とＳｉ基板との間にＳｉ拡散阻止層を設けておくと、Ａｕ系主金属層へのＳｉの拡散が阻止され、反射率低下を効果的に防止することができる。

一方、Ｓｉ拡散阻止層を、Ａｕを主成分とするものとし、主金属層の該Ｓｉ拡散阻止層と接する部分を、Ａｕを主成分とするＡｕ系結合層とし、反射面を形成する部分を、Ａｇを主成分とするＡｇ系反射層又はＡｌを主成分とするＡｌ系反射層とすることもできる。Ａｇ系層はＡｕ系層と比べて安価であり、しかも可視光の略全波長域（３５０ｎｍ以上７００ｎｍ）に渡って良好な反射率を示すので、反射率の波長依存性が小さい。その結果、素子の発光波長によらず高い光取出効率を実現できる。またＡｌのような金属と比較すれば、酸化皮膜等の形成による反射率低下も生じにくい。

図６は、鏡面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「■」はＡｇの反射率を、プロット点「△」はＡｕの反射率を、プロット点「◆」はＡｌの反射率（比較例）である。また、プロット点「×」はＡｇＰｄＣｕ合金である。Ａｇの反射率は、３５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下（また、それより長波長側の赤外域）、特に、３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下にて、可視光の反射率が特に良好である。

他方、Ａｕは有色金属であり、図６に示す反射率からも明らかなように、波長６７０ｎｍ以下の可視光域に強い吸収があり（特に６５０ｎｍ以下：６００ｎｍ以下ではさらに吸収が大きい）、発光層部のピーク発光波長が６７０ｎｍ以下に存在する場合に反射率低下が著しくなる。その結果、発光強度が低下しやすいほか、取り出される光のスペクトルが、吸収により本来の発光スペクトルとは異なるものとなり、発光色調の変化も招きやすくなる。しかしながら、Ａｇは、波長６７０ｎｍ以下の可視光域においても反射率は極めて良好である。すなわち、発光層部のピーク発光波長が６７０ｎｍ以下（特に６５０ｎｍ以下、さらには６００ｎｍ以下）である場合、Ａｕ系金属よりもはるかに高い光取出し効率を実現できる。他方、図６に示すように、Ａｌの反射率においても吸収ピークは生じないが、酸化皮膜形成による反射率低下があるため、可視光域での反射率は多少低い値（例えば８５〜９２％）に留まっている。しかし、Ａｇ系金属は酸化皮膜が形成されにくいため、Ａｌよりも高い反射率を可視光域に確保できる。具体的には、波長４００ｎｍ以上（特に４５０ｎｍ以上）においてＡｌよりも良好な反射率を示していることがわかる。上記のようなピーク発光波長を有する発光層部は、例えば（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）又はＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）により、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有するものとして構成することができる。

一方、金属層は、Ｓｉ拡散阻止層により反射面を形成することもできる。これにより、 Ｓｉ拡散阻止層とは別に主金属層を設ける構成と比較して、金属層全体の構成ひいては製造工程を大幅に簡略化することができる。特に、金属層の全体を単一のＳｉ拡散阻止層として構成すれば構造及び製造工程の簡略化効果はより顕著である。この場合、Ｓｉ拡散阻止層中のＳｉ拡散阻止成分の含有量が過剰になると、該Ｓｉ拡散阻止層により形成される反射面に反射率低下が著しくなるので、Ｓｉ拡散阻止成分の含有量は１０質量％以下であることが望ましい。

発明の実施の形態

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、Ｓｉ基板をなす導電性基板であるｎ型Ｓｉ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、金属層１０側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。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Ｓｉ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合金とＳｉとを合金化したＡｕＳｂ接合合金化層１６が介挿される。なお、接合合金化層はＳｉ基板との合金化により接触抵抗低減が可能なものであれば、特に材質は限定されない。例えば、Ｓｉ基板としてｐ型Ｓｉ基板を用いることも可能であるし、この場合は、ＡｕＢｅ接合合金化層等を用いるのがよい。また、ｎ型Ｓｉ基板を用いる場合も、接合合金化層の材質はＡｕＳｂ合金に限られるものではない。

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。金属層１０は、本実施形態では後述のＳｉ拡散抑制層１０ｄと主金属層１０ｍとからなる。

発光層部２４と金属層１０との間には、発光層部側接合合金化層としてＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３２（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％、残部ＡｕよりなるＡｕＧｅＮｉ接合金属層を発光層部２４側の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。ＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３２は、金属層１０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と金属層１０との間には、Ｓｉ単結晶基板７の第一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：５質量％、残部ＡｕよりなるＡｕＳｂ合金を、基板７をなすＳｉと合金化したものである）が形成されている。ここでも、接合合金化層の材質はＡｕＳｂ合金に限られるものではない。

そして、該ＡｕＳｂ接合合金化層３１の全面が、金属層１０の一部をなすＳｉ拡散阻止層１０ｄにより覆われている。該Ｓｉ拡散阻止層１０ｄは、Ａｕを主成分としてＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ及びＧａの１種又は２種以上からなるＳｉ拡散阻止成分を、１質量％以上２０質量％以下の範囲にて含有した合金層であり、厚さは５０ｎｍ以上５μｍ以下（本実施形態ではＡｕ−Ｓｎ合金（Ｓｎ含有量：例えば５質量％）であり、厚さは６００ｎｍ）である。そして、該Ｓｉ拡散阻止層１０ｄの全面を覆う形で、これと接するように主金属層１０ｍ（金属層１０の一部をなすものである）が配置されている。主金属層１０ｍは反射面を形成し、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、主金属層１０ｍによる反射光が重畳される形で取り出される。なお、本実施形態において主金属層１０ｍは、純ＡｕもしくはＡｕ含有率が９５質量％以上のＡｕ合金よりなるＡｕ系主金属層とされている。主金属層１０ｍ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、主金属層１０ｍの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１０μｍ程度）。

なお、Ｓｉ単結晶基板７と金属層１０との間、及びＳｉ単結晶基板７と裏面側の電極１５との間に設けられる接合合金化層３１，１６は、前述のごとくＡｕＳｂ合金に限られず、例えばＡｕＳｎ合金で構成することもできる。特に、金属層１０との間の接合合金化層３１をＡｕＳｎ合金で構成した場合、接合合金化層３１自体がＳｉ単結晶基板７側から金属層１０側へのＳｉ拡散を抑制する機能を発揮する場合がある。この場合、ＡｕＳｎ合金からなる接合合金化層３１とは別に、上記のようにＡｕＳｎ合金によるＳｉ拡散阻止層１０ｄを設けることで、金属層１０側へのＳｉ拡散抑制効果がさらに改善されることとなる。他方、接合合金化層３１がＡｕＳｂ合金などＳｎ（さらには、Ｉｎ、Ｇａ）を含有しない合金で構成される場合は、接合合金化層３１にＳｉ拡散抑制効果を期待することはできないので、Ｓｉ拡散阻止層１０ｄを新たに設けることが必須である（該Ｓｉ拡散阻止層１０ｄは、もちろん、ＡｕＳｎ合金で構成できる）。

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の第二主表面に、ＡｕＧｅＮｉ接合金属層を分散形成し、３５０℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を行なうことによりＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３２とする。該ＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３２を覆うように第一Ａｕ系層１０ａを形成する。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、例えばＡｕＳｂ接合金属層を形成し、１００℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、ＡｕＳｂ接合合金化層３１，１６とする。そして、ＡｕＳｂ接合合金化層３１上には、Ａｕ−Ｓｎ合金からなるＳｉ拡散阻止層１０ｄ（厚さ：例えば６００ｎｍ）及び第二Ａｕ系層１０ｂ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系金属よりなるもの）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系層１０ｂを、発光層部２４上に形成された第一Ａｕ系層１０ａに重ね合わせて圧迫して、１８０℃よりも高温かつ３６０℃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系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂを介して発光層部２４に貼り合わせられる。また、第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとは上記貼り合せ熱処理により一体化してＡｕ系主金属層１０ｍとなる。第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層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。

さらに、第二Ａｕ系層１０ｂとＳｉ単結晶基板７（ＡｕＳｂ接合合金化層３１）との間には、Ａｕ−Ｓｎ合金からなるＳｉ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系層１０ｂに向けたＳｉ成分の拡散が上記Ｓｉ拡散阻止層１０ｄによりブロックされ、第二Ａｕ系層１０ｂひいては貼り合わせにより一体化したＡｕ系金属層１０ｍ側へのＳｉ成分の染み出しが効果的に阻止される。その結果、最終的に得られるＡｕ系金属層１０ｍの反射面が、Ｓｉ成分拡散により汚染される不具合が防止される。また、第二Ａｕ系金属層１０ｂ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接合合金化金属層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と第一Ａｕ系金属層１０ａ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Ｓｉ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阻止され、両Ａｕ系金属層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・除去する。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。

そして、工程６に示すように、ＧａＡｓ単結晶基板１の剥離により露出した電流拡散層２０の第一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９（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。

以上の実施形態では、Ａｕ系Ｓｉ拡散阻止層１０ｄとは別に設けた、Ａｕ系金属層１０ｍをなす第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂにより貼り合わせを行なっていたが、図３に示す発光素子２００のように、第二Ａｕ系層１０ｂ’の全体をＡｕ系Ｓｉ拡散阻止層として構成し、Ｓｉ拡散阻止成分の含有量が該第二Ａｕ系層１０ｂ’よりも低い第一Ａｕ系層１０ａと貼り合せるようにしてもよい。この場合、第一Ａｕ系層１０ａのみが主金属層を形成することとなる。他方、図４に示す発光素子３００のように、第一Ａｕ系層１０ａ’もＡｕ系Ｓｉ拡散阻止層として形成し、Ａｕ系Ｓｉ拡散阻止層として形成された第二Ａｕ系層１０ｂ’と貼り合せるようにしてもよい。この場合、金属層１０の全体がＡｕ系Ｓｉ拡散阻止層として構成されることとなる。なお、金属層１０の反射面を含む部分をＳｉ拡散阻止層をなすＡｕＳｎ合金にて構成し、接合合金化層３１もＡｕＳｎ合金とする場合、接合合金化層３１側は接触抵抗低減のためＳｎの濃度を相対的に高くし、Ｓｉ拡散阻止層１０ｄ側は反射率低下抑制のためＳｎの濃度を相対的に低くすることができる。つまり、反射面に兼用されたＳｉ拡散阻止層１０ｄをなすＡｕＳｎ合金のＳｎ濃度を、接合合金化層３１をなすＡｕＳｎ合金のＳｎ濃度よりも低く設定することができる。また、金属層１０を構成する上記のＡｕ系層は全てＡｇ系層としても構成でき、これと接する接合合金化層は、Ａｕに代えてＡｇを主体する接合金属層を用いて形成することができる。

また、図１、図３及び図４の構成では、第一Ａｕ系層１０ａ（１０ａ’）が反射面を形成していたが、図５の発光素子４００のごとく、第一Ａｕ系層１０ａと発光層部２４との間にＡｇ系層又はＡｌ系層として構成された、主金属層１０の一部をなす反射層１０ｃを介挿することもできる。この場合、第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとはＡｕ系結合層をなす。また、発光層部側接合合金化層３２は、Ａｕ系接合合金化層に代え、反射層１０ｃがＡｇ系層の場合はＡｇ系接合合金化層（例えばＡｇＧｅＮｉ接合金属層を用いて形成したもの）を、また、反射層１０ｃがＡｌ系層の場合はＡｌ系接合合金化層（例えばＡｌＧｅＮｉ接合金属層を用いて形成したもの）にて構成する。反射層１０ｃをＡｌ系層あるいはＡｇ系層として構成する場合は、第一Ａｕ系層１０ａからのＡｕ拡散により反射面が汚染されないように、反射層１０ｃと第一Ａｕ系層１０ａとの間に、Ｔｉ，Ｎｉ及びＣｒのいずれかを主成分とする反射層側拡散阻止層１０ｆを設けておくことが望ましい。なお、図３〜図５において、図１の発光素子１００と同一の部分については共通の符号を付与して詳細な説明を省略している。

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。 本発明の発光素子の第二実施形態を積層構造にて示す模式図。 本発明の発光素子の第三実施形態を積層構造にて示す模式図。 本発明の発光素子の第四実施形態を積層構造にて示す模式図。 種々の金属における反射率を示す図。

符号の説明

１ ＧａＡｓ単結晶基板（発光層成長用基板）
４ ｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
７ Ｓｉ単結晶基板（Ｓｉ基板）
９ 金属電極
１０ 金属層
１０ａ 第一Ａｕ系層
１０ｂ 第二Ａｕ系層
１０ｃ 反射層
１０ｄ Ｓｉ拡散阻止層
１０ｍ 主金属層
２４ 発光層部
１００，２００，３００，４００ 発光素子

Claims (10)

1. 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金属層を介してＳｉ基板が結合され、該金属層の前記化合物半導体層との接合面が反射面を形成するとともに、前記金属層が、前記Ｓｉ基板からのＳｉが前記反射面に拡散により沸きあがることを阻止するための、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ及びＧａの１種又は２種以上からなるＳｉ拡散阻止成分を含有したＡｕ又はＡｇを主成分とするＳｉ拡散阻止金属層を有することを特徴とする発光素子。
2. 前記Ｓｉ拡散阻止層は、前記Ｓｉ拡散阻止成分の含有量が１質量％以上２０質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
3. 前記Ｓｉ拡散阻止層と前記Ｓｉ基板との間に、該Ｓｉ基板と前記Ｓｉ拡散阻止層との接合抵抗を低減するための基板側接合合金化層が介挿されてなる請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
4. 前記金属層において、前記化合物半導体層と前記Ｓｉ拡散阻止層との間に、前記Ｓｉ拡散阻止層よりもＳｉ拡散阻止成分の含有量が少ない主金属層が設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
5. 前記Ｓｉ拡散阻止層の厚さが５０ｎｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
6. 前記Ｓｉ拡散阻止層がＡｕを主成分とするものであり、前記主金属層は、前記反射面を形成するＡｕを主成分とするＡｕ系主金属層からな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。
7. 前記Ｓｉ拡散阻止層がＡｕを主成分とするものであり、前記主金属層の該Ｓｉ拡散阻止層と接する部分がＡｕを主成分とするＡｕ系結合層とされ、前記反射面を形成する部分が、Ａｇを主成分とするＡｇ系反射層又はＡｌを主成分とするＡｌ系反射層とされてなることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。
8. 前記Ｓｉ拡散阻止層により前記反射面が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
9. 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金属層を介してＳｉ基板が結合され、該金属層の前記化合物半導体層との接合面が反射面を形成する発光素子の製造方法であって、
   前記金属層を、前記Ｓｉ基板からのＳｉが前記反射面に拡散により沸きあがることを阻止するための、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ及びＧａの１種又は２種以上からなるＳｉ拡散阻止成分を含有したＡｕ又はＡｇを主成分とするＳｉ拡散阻止金属層を有するものとして形成し、該金属層を介して前記Ｓｉ基板と前記化合物半導体層とを貼り合わせることを特徴とする発光素子の製造方法。
10. 前記Ｓｉ基板と前記化合物半導体層とを前記金属層を介して重ね合わせ、その状態で貼り合わせ熱処理することにより、前記Ｓｉ基板と前記化合物半導体層とを貼り合わせることを特徴とする請求項９記載の発光素子の製造方法。
    
    

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