JP2005197296A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 成長用基板や加工ダメージ層を化学エッチングにより除去する際に、Ａｇ系金属層に腐食が生ずることを効果的に防止でき、ひいては製造歩留まりが良好で、反射による光取出し効率も高めることができる発光素子。
【解決手段】 化合物半導体よりなる発光層部２４の一方の主表面を光取出面とし、該発光層部２４の他方の主表面側に素子基板７が結合される。また、素子基板７と発光層部２４との間には、Ａｇを主成分として、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを含有するＡｇ系合金にて構成され、発光層部２４からの光を光取出面側に反射させるＡｇ系合金層１０が配置される。
【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 特開平１１−１９１６４１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、発光波長が緑色から赤色領域で、かつ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、基板と発光素子との間に反射層として、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層を挿入する方法（例えば特許文献１）が提案されているが、ＤＢＲ層は積層された半導体層の屈折率の違いを利用するものであるため、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、成長用のＧａＡｓ基板を剥離する一方、補強用の導電性基板を、反射層を兼ねたＡｕ層を介して剥離面に貼り合わせる技術が知られている。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、反射層としてＡｕ層を用いると、発光層部の波長によっては十分な反射効果が得られず、光取出し効率が思ったほど顕著には向上しない。その理由は、Ａｕは波長６７０ｎｍ以下の可視光域に強い吸収があり、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からである。その結果、総発光強度が低下しやすくなるほか、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問題も生ずる。

他方、反射金属層としてＡｇを使用する発光素子が特許文献２に開示されている。ＡｇはＡｕに比べて圧倒的に安価であり、しかも可視光の略全波長域（３５０ｎｍ以上７００ｎｍ）にわたってＡｕよりも良好な反射率を示し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し効率を実現できる利点がある。

しかしながら、Ａｇ層を用いる場合、次のような問題を生ずる懸念がある。まず、発光層部は多数の素子チップの母体となるウェーハの形で成長用基板の上にエピタキシャル成長される。発光層部がＡｌＧａＩｎＰの場合はＧａＡｓ基板が成長用基板として使用され、発光層部の一方の主表面に成長用基板を残した状態で他方の主表面にＡｇ層を形成し、これに補強用の素子基板（例えばＳｉ基板など）を貼り合わせた後、反対側のＧａＡｓ基板を化学エッチングにより除去する必要がある。しかし、このエッチングのときに、貼り合わせに用いているＡｇ層が周縁部からエッチングにより腐食され、腐食浸透によるチップ歩留まりの低下や基板剥離等の不具合を生ずる惧れがある。また、貼り合わせた後のウェーハはダイシングにより素子チップに分離する必要がある。このダイシングにより、切断面となる素子側面部には加工ダメージ層が形成される。該加工ダメージ層に含まれる多数の結晶欠陥は電流リークや散乱の原因となるため、ダイシング後に該加工ダメージ層を化学エッチングにより除去することが行なわれている。しかし、この加工ダメージ層除去用の化学エッチング時にもＡｇ層の腐食が同様に問題となりうる。

本発明の課題は、発光層部に対し、Ａｇ系金属よりなる反射層を介して素子基板が結合された構造を有する発光素子において、成長用基板や加工ダメージ層を化学エッチングにより除去する際に、Ａｇ系金属層に腐食が生ずることを効果的に防止でき、ひいては製造歩留まりが良好で、反射による光取出し効率も高めることができる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素子基板が結合されるとともに、該素子基板と化合物半導体層との間に、Ａｇを主成分として、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを含有するＡｇ系合金にて構成され、発光層部からの光を光取出面側に反射させるＡｇ系合金層を介在させたことを特徴とする。本発明において「主成分」とは、最も質量含有率の高い成分のことをいう。

上記本発明の発光素子は、化合物半導体層において、発光層部の第一主表面側に該発光層部よりも厚い電流拡散層が形成され、該化合物半導体層の側面部がＡｇ系合金層及び素子基板の側面部とともに、化学エッチングの施されたダイシング面とすることができる。

また、本発明の発光素子の製造方法の第一は、上記本発明の発光素子の製造方法であって、
発光層部を有した化合物半導体層の第二主表面と、素子基板の第一主表面との少なくともいずれかに、Ａｇを主成分として、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを含有するＡｇ系合金にて構成されるＡｇ系合金層を形成するＡｇ系合金層形成工程と、
該Ａｇ系合金層を介して素子基板と化合物半導体層との重ね合わせ体を作り、その状態で該重ね合わせ体を熱処理することにより、素子基板と化合物半導体層とをＡｇ系合金層を介して結合した貼り合わせウェーハを作る貼り合わせ工程と、
該貼り合わせウェーハを発光素子チップにダイシングするダイシング工程と、
発光素子チップにおいてダイシングにより化合物半導体層の側面に生じた加工ダメージ層を、該発光素子チップの側面にＡｇ系合金層を露出させた状態で化学エッチングすることにより除去する加工ダメージ層エッチング工程と、
がこの順序で実施されることを特徴とする。

また、本発明の発光素子においては、発光層部を、ＧａＡｓと格子整合するＡｌＧａＩｎＰ化合物により、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。本発明の発光素子の製造方法の第二は、該構成の発光素子を製造するための方法であって、
ＧａＡｓ基板上に電流拡散層とＡｌＧａＩｎＰ化合物からなる発光層部とをこの順序で有する化合物半導体層をエピタキシャル成長するエピタキシャル成長工程と、
発光層部を有した化合物半導体層の第二主表面と、素子基板の第一主表面との少なくともいずれかに、Ａｇを主成分として、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを含有するＡｇ系合金にて構成されるＡｇ系合金層を形成するＡｇ系合金層形成工程と、
該Ａｇ系合金層を介して素子基板と化合物半導体層との重ね合わせ体を作り、その状態で該重ね合わせ体を熱処理することにより、素子基板と化合物半導体層とをＡｇ系合金層を介して結合した貼り合わせウェーハを作る貼り合わせ工程と、
該貼り合わせウェーハの側面にＡｇ系合金層を露出させた状態で、ＧａＡｓ基板を化学エッチングにより除去する基板除去工程と、
がこの順序で実施される特徴とする。

そして、本発明の発光素子の製造方法の第二においては、さらに、
ＧａＡｓ基板を除去した後の貼り合わせウェーハを発光素子チップにダイシングするダイシング工程と、
発光素子チップにおいてダイシングにより化合物半導体層の側面に生じた加工ダメージ層を、該発光素子チップの側面にＡｇ系合金層を露出させた状態で化学エッチングすることにより除去する加工ダメージ層エッチング工程と、
をこの順序で実施することができる。

上記本発明の発光素子は、素子基板と化合物半導体層との間に、Ａｇを主成分として、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを含有するＡｇ系合金にて構成され、発光層部からの光を光取出面側に反射させるＡｇ系合金層を介在させている。Ａｇ系合金層はＡｕ系合金層と比べて圧倒的に安価であり、しかも可視光の略全波長域（３６０ｎｍ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。そして、金属層の全体がＡｇ系金属にて構成されると、Ａｕなどの高価な貴金属を介在させる必要がなくなり、素子全体を安価に構成できる。

また、主成分金属であるＡｇに対し、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを添加することにより、Ａｇ系合金層の化学エッチングに対する耐腐食性が格段に改善される。これによる発光素子製造上の効果は、次の２つの異なる発光素子の製造工程にて顕著に発揮される。
（１）化合物半導体層の第一主表面を光取出面として使用する場合、光取出側電極は、光取出領域を確保するため光取出面の一部のみを覆う形で形成される。このため、発光層部の全面に均一に電流を供給できるよう、発光層部と光取出側電極との間に化合物半導体からなる電流拡散層を配置する必要がある。この場合、電流拡散層及び発光層部を有する化合物半導体層にＡｇ系合金層を介して素子基板と化合物半導体層とを貼り合わせ、その貼り合わせウェーハを発光素子チップにダイシングするとともに、そのダイシングにより化合物半導体層の側面に生じた加工ダメージ層を化学エッチングにより除去する。ダイシングにより切り分けられた発光素子チップの側面にはＡｇ系合金層の側面も露出しており、化学エッチングを施すと化合物半導体層の側面だけでなくＡｇ系合金層もエッチングによるアタックを受ける。しかし、本発明においては、上記の副成分を含有するＡｇ系合金層を採用することで、該加工ダメージ層を除去する際の化学エッチングによる腐食を効果的に軽減でき、ひいてはチップからの素子基板の剥離等を生じにくくすることができる。

（２）ＧａＡｓと格子整合するＡｌＧａＩｎＰ化合物によりダブルへテロ構造を有する発光層部を形成する場合、この発光層部は電流拡散層とともにＧａＡｓ基板上へのエピタキシャル成長により形成される。具体的には、ＧａＡｓ基板上に電流拡散層をまず成長し、次いで発光層部を成長する（上面を第二主表面とする）。ＧａＡｓ基板は最終的には除去しなければならないが、電流拡散層と発光層部との合計厚さ、ひいては素子に組み込まれる化合物半導体層の厚さがそれほど大きくない場合、成長用基板を除去した後では、素子基板貼り合わせのためのハンドリングが困難になる。化合物半導体層の厚さが特に小さい場合（例えば１０μｍ以上３０μｍ以下）は、エッチング液中で成長用基板を除去するに伴い、支えを失った化合物半導体層の機械的強度が極度に小さいために、エッチング反応で発生した泡のアタックを受けて、液中で浮きながら藻屑のごとく粉々に破壊されてしまう問題がある。そこで、ＧａＡｓ基板を化合物半導体層の第一主表面に残した状態で、上記の副成分を含有するＡｇ系合金層を介して素子基板を貼り合わせて貼り合わせウェーハを作り、その後、ＧａＡｓ基板を化学エッチングにより除去する工程を採用すれば、貼り合わせ時の化合物半導体層のハンドリングは格段に容易となる。

しかし、貼り合わせウェーハの側面にはＡｇ系合金層の側面が露出しており、ＧａＡｓ基板を除去する際にＡｇ系合金層もエッチングによるアタックを受ける。本発明においては、そのＡｇ系合金層を上記副成分を含有するＡｇ系合金層で構成することで、ＧａＡｓ基板を除去する際の化学エッチングによる腐食を効果的に軽減でき、ひいてはＡｇ系合金層への腐食浸透によるチップ歩留まりの低下や基板剥離等を効果的に防止することができる。なお、ＧａＡｓ基板を除去した後の貼り合わせウェーハは（１）と同様に素子チップにダイシングされるので、加工ダメージ層除去のための化学エッチングが多くの場合必要である。また、上記のＡｇ系合金層の使用により、この加工ダメージ層除去の際の腐食も効果的に抑制できる。

また、本発明で使用するＡｇ系合金は、非貴金属系の第二群副成分を組み合わせることで、貴金属系の第一群副成分の添加量が比較的少量であってもＡｇ系金属の耐腐食性を格段に向上できる。従って、Ａｇよりも高価な第一群副成分の添加量を削減することができ、製造コスト削減に寄与する。また、第一群副成分と第二群副成分との合計含有量も削減でき、Ａｇ含有量を相対的に高めることができるから、合金元素配合による金属層の反射率低下も生じにくい。

具体的には、Ａｇ系合金は、Ａｇ含有量が９０質量％以上９９．８質量％以下であり、第一群副成分を０．１質量％以上５質量％以下、第二群副成分を０．１質量％以上５質量％以下の範囲にて含有することが望ましい。第一群副成分及び第二群副成分のいずれかが０．１質量％未満では、金属層の耐腐食性を十分に確保できなくなる。また、第一群副成分及び第二群副成分のいずれかが５質量％を超えると、金属層の耐腐食性は却って低下することにつながる。また、Ａｇ含有量が９０質量％未満では金属層の耐腐食性が確保できない上、反射率低下の懸念も生ずる。また、Ａｇ含有量が９９．８質量％を超えると、第一群副成分及び第二群副成分の含有量の下限値を担保できなくなり、金属層の耐腐食性を確保できなくなる。第一群副成分及び第二群副成分の各含有量は、それぞれ０．９質量％以上３質量％以下とすることがより望ましい。

Ａｇ系合金としては、ＡｇＰｄＣｕ合金、ＡｇＰｄＴｉ合金、ＡｇＰｄＣｒ合金、ＡｇＰａＴａ合金、ＡｇＰｄＭｏ合金、ＡｇＡｕＣｕ合金、ＡｇＡｕＴｉ合金、ＡｇＡｕＣｒ合金、ＡｇＡｕＴａ合金、ＡｇＡｕＭｏ合金、ＡｇＡｕＮｉ合金、ＡｇＡｕＡｌ合金、ＡｇＡｕＮｂ合金、ＡｇＲｕＣｕ合金、ＡｇＲｕＴｉ合金、ＡｇＲｕＣｒ合金、ＡｇＲｕＡｕＴａ合金、ＡｇＲｕＭｏ合金、ＡｇＲｕＮｉ合金、ＡｇＲｕＡｌ合金及びＡｇＲｕＮｂ合金を採用した場合に、上記本発明の効果が特に顕著に発揮される。これらのうちでも、特にＡｇＰｄＣｕ合金からなるＡｇＰｄＣｕ系合金層を本発明に好適に採用できる。

具体的には、ＡｇＰｄＣｕ系合金は、Ａｇ含有量が９０質量％以上９８．２質量％以下であり、Ｐｄを０．９質量％以上５質量％以下、Ｃｕを０．９質量％以上５質量％以下の範囲にて含有することが望ましい。Ｐｄの含有量は、０．９質量％以上１．５質量％以下とすることがより望ましく、Ｃｕの含有量は、０．９質量％以上１．１質量％以下とすることがより望ましい。また、反射率確保の観点からは、Ａｇ含有率がなるべく高いことが有利であり、Ｐｄ及びＣｕを除いた合金の残部（ただし、０．５質量％以下の不可避不純物を除く）をＡｇにて構成することがより望ましい。

なお、特許文献２には反射金属層をＡｇＰｄ合金で構成する素子態様が開示されているが、Ｐｄの含有量が１０質量％以上３０質量％以下と高く、しかもその目的はＡｇのマイグレーション防止であって本発明と全く異なる。このようにＰｄの含有量の高いＡｇ合金を用いた場合、エッチングに耐えうる耐食性をＡｇ系合金層に付与することはできないし、反射率低下も避け難くなる。また、高価なＰｄの含有量が増えることがコスト的に不利であることはいうまでもない。本発明のごとくＰｄ含有量を大幅に削減するためには、Ｃｕの共添加が必須である。また、特許文献２ではＡｇ系合金層が発光素子チップの主表面に露出しており、マイグレーションが生じやすい構成になっているが、本発明ではＡｇＰｄＣｕ系合金層を素子基板と発光層部の間でサンドイッチしているのでマイグレーションが本来的に生じにくく、従って、Ｐｄの含有量が５質量％以下と低い値であっても、それほど問題とはならないのである。

図３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Ａｇ−１質量％Ｐｄ−１質量％Ｃｕ合金である。Ａｇ−１質量％Ｐｄ−１質量％Ｃｕ合金の反射率は、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り、しかも、Ａｇ単体金属を用いた場合と比較しても、反射率低下をほとんど生じていないことがわかる。

本発明の発光素子は、化合物半導体層と素子基板とを結合する金属層の全体をＡｇ系合金層にて形成することができるが、化合物半導体層と素子基板とを結合する金属層の一部（つまり、反射面を含む部分）をＡｇ系合金層とし、該Ａｇ系合金層と同等又はこれよりも良好な耐食性を持つ補助金属層をさらに有する構成にすることもできる。補助金属層は、例えばＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＯｓあるいはＲｅなど、Ａｇよりも電気化学的に貴な金属にて構成することもできるし、ＴｉやＡｌなど、不動態酸化被膜を形成する金属にて構成することもでき、また、これらの層の組み合わせからなる複合層として構成することも可能である。特に、補助金属層を、Ａｇ系合金層と素子基板との間に設けられ、化合物半導体層と素子基板とを貼り合せる、Ａｕを主成分とするＡｕ系金属層を含むものとし、化合物半導体層側と素子基板側とにそれぞれ形成したＡｕ系金属層同士を貼り合わせるようにすれば、Ａｇ系金属層同士を貼り合せる場合と比較して、前述の貼り合わせ工程をより低温で行なうことができ、発光素子の製造が容易となる利点を生ずる。

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Ｓｉ基板７の第一主表面上に、Ａｇ系合金層１０を介して発光層部２４及び電流拡散層２０よりなる化合物半導体層５０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。図１の発光素子１００では、光取出側電極９側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、Ａｇ系合金層１０側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、通電極性は光取出側電極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の第一主表面上には、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は該主表面の一部を覆うように、接触抵抗低減用のＡｕＢｅ合金等からなる接合層９ａが形成され、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極９（例えばＡｕ電極）が、該接合層９ａを覆うように形成されている。光取出側電極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基板７の第二主表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基板７との間にはＡｕＳｂ接合層１６が介挿される。なお、ＡｕＳｂ接合層１６に代えてＡｕＳｎ接合層を用いてもよい。

Ｓｉ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５０μｍ以上５００μｍ以下である。そして、発光層部２４に対し、Ａｇ系合金層１０を挟んで貼り合わされている。また、Ｓｉ基板７とＡｇ系合金層１０との間には、基板側Ａｇ系接合層としてＡｇＳｂ層３１（例えばＳｂ：２質量％）が介挿されている。なお、ＡｇＳｂ接合層３１に代えてＡｇＳｎ接合層を用いてもよい。

化合物半導体層５０の側面部は、Ａｇ系合金層１０及びＳｉ基板７の側面部とともに、化学エッチングが施されたダイシング面とされている。Ａｇ系合金層１０を構成するＡｇ系合金は、Ａｇ含有量が９０質量％以上９８．２質量％以下であり、Ｐｄを０．９質量％以上５質量％以下（望ましくは０．９質量％以上１．５質量％以下）、Ｃｕを０．９質量％以上５質量％以下（望ましくは０．９質量％以上１．１質量％以下）の範囲にて含有する。また、反射率確保の観点から、Ｐｄ及びＣｕを除いた合金の残部（ただし、０．５質量％以下の不可避不純物を除く）は、Ａｇにて構成されている。

Ａｇ系合金層１０は、発光層部２４（化合物半導体層）側の第一Ａｇ系合金層１０ａと、Ｓｉ基板７側のＡｇ系合金層１０ｂとが拡散熱処理により貼り合わされたものとされている。Ａｇ系合金層１０は、Ａｇを主成分として、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを含有するＡｇ系合金からなる。本実施形態では、Ａｇ系合金として、Ａｇ含有量が９０質量％以上９８．２質量％以下であり、Ｐｄを０．９質量％以上５質量％以下、Ｃｕを０．９質量％以上５質量％以下の範囲にて含有するＡｇＰｄＣｕ合金が採用されている。

発光層部２４とＡｇ系合金層１０との間には、発光層部側Ａｇ系接合層としてＡｇＧｅＮｉ接合層３２（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）が形成されており、素子の直列抵抗低減に貢献している。ＡｇＧｅＮｉ接合層３２は、Ａｇ系合金層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。ＡｇＧｅＮｉ接合層３２はＡｕＧｅＮｉ接合層（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）で置き換えることもできる。なお、化合物半導体層５０と素子基板７との間には、基板側Ａｇ系接合層（図１の実施形態ではＡｇＳｂ層３１）、発光層部側Ａｇ系接合層（図１の実施形態ではＡｇＧｅＮｉ接合層３２）及びＡｇ系合金層１０が金属層４０として形成されている。

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、Ａｇ系合金層１０による反射光が重畳される形で取り出される。Ａｕ系反射金属層を用いた従来の発光素子は、ＡｌＧａＩｎＰを用いた発光層部の場合、発光波長が５５０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下のとき、Ａｕ系反射金属層による吸収が大きくなり、反射率が低下しやすい欠点がある。しかしながら、本実施形態の発光素子１００のようにＡｇ系合金層１０を用いると、上記のような発光波長の発光層部２４を形成した場合も反射率が低下せず、素子の光取出し効率を著しく高めることができる。

なお、Ａｇ系合金層１０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以下）。

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、成長用基板をなす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の主表面に、ＡｇＧｅＮｉ接合層３２（ＡｕＧｅＮｉ接合層でもよい）を分散形成する。ＡｇＧｅＮｉ接合層３２を形成後、次に、３５０℃以上５５０℃以下の温度域で合金化熱処理を行ない、その後、ＡｇＧｅＮｉ接合層３２を覆うように前述のＡｇＰｄＣｕ合金よりなる第一Ａｇ系合金層１０ａを形成する。発光層部２４とＡｇＧｅＮｉ接合層３２との間には、上記合金化熱処理により合金化層が形成され、直列抵抗が大幅に低減される。他方、工程３に示すように、別途用意したＳｉ基板７（ｎ型）の両方の主表面に基板側接合層となるＡｇＳｂ接合層３１，１６（前述の通りＡｇＳｎ接合層でもよい）を形成し、４８０℃以上９５０℃以下の温度域で合金化熱処理を行なう。そして、ＡｇＳｂ接合層３１上には同様のＡｇＰｄＣｕ合金よりなる第二Ａｇ系合金層１０ｂを、ＡｇＳｂ接合層１６上には裏面電極層１５（例えばＡｕ系金属よりなるもの）をそれぞれ形成する。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基板７の第二Ａｇ系合金層１０ｂを、発光層部２４上に形成された第一Ａｇ系合金層１０ａに重ね合わせて圧迫して、１００℃以上８４０℃未満、例えば１２０℃にて拡散熱処理することにより、貼り合わせウェーハ５０を作る。Ｓｉ基板７は、第一Ａｇ系合金層１０ａ及び第二Ａｇ系合金層１０ｂを介して発光層部２４に貼り合わせられる。また、第一Ａｇ系合金層１０ａと第二Ａｇ系合金層１０ｂとは一体化し、Ａｇ系合金層１０となる。

次に、工程５に進み、上記貼り合わせウェーハ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を選択的に化学エッチングすることにより、ＧａＡｓ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基板７との積層体５０ａから除去する。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。

上記の化学エッチング時には、貼り合わせウェーハ５０の全体がエッチング液に浸漬され、ＧａＡｓ基板１だけでなくＡｇＰｄＣｕ合金からなるＡｇ系合金層１０の側面もエッチング液によりアタックを受ける。しかし、ＡｇＰｄＣｕ合金はフッ酸水溶液やアンモニア／過酸化水素混合液などのエッチングに対する耐腐食性が高く、該ＡｇＰｄＣｕ合金にて構成したＡｇ系合金層１０に沿った腐食の浸透や基板剥離といった不具合を効果的に防止できる。

そして、工程６に示すように、ＧａＡｓ基板１の剥離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接合層９ａと光取出側電極９を形成する。次いで、通常の方法によりダイシングして発光素子チップとし、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１００が得られる。上記のダイシングにより、化合物半導体層５０の側面部には加工ダメージ層が形成される。該加工ダメージ層に含まれる多数の結晶欠陥は、発光通電時において電流リークや散乱の原因となるため、該加工ダメージ層を化学エッチングにより除去する。エッチング液としては硫酸−過酸化水素混合液を使用する。該水溶液としては、例えば硫酸：過酸化水素：水の重量配合比率が２０：１：１のものを使用でき、液温は３０℃以上６０℃以下に調整される。そして、ダイシングによりＡｇ系合金層１０は素子チップの側面に露出し、この化学エッチングに対してもエッチング液からのアタックを受ける。しかし、ＡｇＰｄＣｕ合金からなるＡｇ系合金層１０は硫酸−過酸化水素混合液に対する耐腐食性も高く、基板剥離などの不具合を効果的に防止できる。

なお、以上の実施形態では、ＧａＡｓ基板１上に電流拡散層２０及び発光層部２４の順で積層し、該発光層部２４の第二主表面にＡｇ系合金層１０を介してＳｉ基板７を貼り合わせていたが、発光層部２４と電流拡散層２０とからなる化合物半導体層５０の上下を反転し（この場合、発光層部２４と電流拡散層２０との成長順序は入れ換わる）、先にＧａＡｓ基板１を除去してから、それにより露出した発光層部２４の第二主表面にＡｇ系合金層１０を介してＳｉ基板７を貼り合わせることもできる。この場合、ＧａＡｓ基板１を除去後においても化合物半導体層５０のハンドリングが可能となるように、電流拡散層２０を一定以上に厚く（例えば５０μｍ以上２００μｍ以下）に形成するか、あるいは電流拡散層２０の厚さを小さく留める場合においても、ワックス等を介して補強用の仮支持基板を貼り合わせ、ハンドリング性を確保するようにする。この工程では、ＧａＡｓ基板１を化学エッチングで除去する際にＡｇ系合金層１０は未だ貼り合わされていないので、該工程での腐食は生じ得ない。また、青色系の発光層部としてＡｌＧａＩｎＮ混晶のダブルへテロ構造を採用することもできるが、この場合の成長用基板はＧａＡｓ基板ではなく、例えばサファイア基板であり、その除去はエキシマレーザー照射等によるバッファ層溶解など、物理的手段により行なわれるので、基板除去時の腐食は同様に問題とならない。しかし、いずれの場合も、ダイシング後の加工ダメージ層除去時にはエッチングによる腐食が問題となり、Ａｇ系合金層１０の採用によりこの腐食が抑制される効果は同様に達成される。

なお、上記の実施形態では、Ａｇ系合金層１０をＡｇＰｄＣｕ合金にて構成していたが、ＡｇＰｄＣｕ合金に変えて、ＡｇＰｄＴｉ合金、ＡｇＰｄＣｒ合金、ＡｇＰａＴａ合金、ＡｇＰｄＭｏ合金、ＡｇＡｕＣｕ合金、ＡｇＡｕＴｉ合金、ＡｇＡｕＣｒ合金、ＡｇＡｕＴａ合金、ＡｇＡｕＭｏ合金、ＡｇＡｕＮｉ合金、ＡｇＡｕＡｌ合金、ＡｇＡｕＮｂ合金、ＡｇＲｕＣｕ合金、ＡｇＲｕＴｉ合金、ＡｇＲｕＣｒ合金、ＡｇＲｕＡｕＴａ合金、ＡｇＲｕＭｏ合金、ＡｇＲｕＮｉ合金、ＡｇＲｕＡｌ合金あるいはＡｇＲｕＮｂ合金を採用することもできる。

さらに、発光層部２４とＳｉ基板（素子基板）７の貼り合せ面（接合合金化層を除く）をＡｇ系合金層１０ａ，１０ｂとして構成していたが、図４の発光素子２００のように、金属層４０のうち、反射面を形成する層領域のみをＡｇ系合金層１０として構成し、貼り合せ面をＡｇ系合金層よりも電気化学的に貴な金属からなる層、例えばＡｕ系金属層１１０ａ、１１０ｂ（Ａｕ含有量が９５質量％以上）にて構成することも可能である。該構造は、例えば、発光層部２４側にＡｇ系合金層１０、Ｔｉからなる拡散阻止層１１０ｃ及び第一Ａｕ系金属層１１０ａをこの順序で形成し、Ｓｉ基板（素子基板）７側にＴｉからなる拡散阻止層１１０ｄ及び第二Ａｕ系金属層１１０ｂを形成し、第一Ａｕ系金属層１１０ａと第二Ａｕ系金属層１１０ｂとを貼り合わせて得ることができる。拡散阻止層１１０ｃは、Ａｇ系合金層１０側に第一Ａｕ系金属層１１０ａからのＡｕ成分が拡散することを抑制し、ひいてはＡｇ系合金層１０の反射率低下を防止するものである。また、拡散阻止層１１０ｄは、Ｓｉ基板７からのＳｉ成分が第二Ａｕ系金属層１１０ｂ側に拡散により湧き上がり、第一Ａｕ系金属層１１０ａと第二Ａｕ系金属層１１０ｂとの貼り合せ面が、湧き上がったＳｉの酸化により汚染されることを防ぐ目的で配置されるものである。また、結果的にはそのＳｉ成分が第一Ａｕ系金属層１１０ａを経てＡｇ系合金層１０にまで沸きあがることを防止する機能も有している。なお、室温近傍の比較的低温で第一Ａｕ系金属層１１０ａと第二Ａｕ系金属層１１０ｂとを先に圧着しておき、その後昇温して貼り合わせを行なう場合など、仮にＳｉが湧き上がっても第一Ａｕ系金属層１１０ａと第二Ａｕ系金属層１１０ｂとの貼り合せ自体に懸念が生じない場合は、拡散阻止層１１０ｄを省略することも可能である。

上記の実施形態では、Ａｇ系合金層１０、拡散阻止層１１０ｃ、Ａｕ系金属層１１０ａ＋１１０ｂ及び拡散阻止層１１０ｄ、ならびに発光層部側Ａｇ系接合層３２及び基板側Ａｇ系接合層３１が金属層４０を形成している。そして、Ａｇ系合金層１０よりも電気化学的に貴な金属（Ａｕ系金属層１１０ａ＋１１０ｂ）と不動態酸化被膜を形成する金属（Ｔｉよりなる拡散阻止層１１０ｃ，１１０ｄ）が補助金属層を形成している。Ａｕ系金属層１１０ａ＋１１０ｂの前述のエッチング液に対する耐腐食性は、本発明で採用するＡｇ系合金層１０よりもさらに高いので、反射が確保できるのに必要十分な厚さ（例えば８０ｎｍ以上３μｍ以下）の範囲で、Ａｇ系合金層１０の厚さをＡｕ系金属層１１０ａ＋１１０ｂの厚さよりも小さく設定することが望ましい。

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。 本発明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。 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。

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（素子基板）
９ 金属電極
１０ Ａｇ系合金層（金属層）
４０ 金属層
１１０ａ，１１０ｂ Ａｕ系金属層（補助金属層）
１１０ｃ，１１０ｄ 拡散阻止層（補助金属層）
２４ 発光層部
１００，２００ 発光素子

Claims (12)

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素子基板が結合されるとともに、該素子基板と前記化合物半導体層との間に、Ａｇを主成分として、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを含有するＡｇ系合金にて構成され、前記発光層部からの光を前記光取出面側に反射させるＡｇ系合金層を介在させたことを特徴とする発光素子。
2. 前記化合物半導体層において、前記発光層部の第一主表面側に該発光層部よりも厚い電流拡散層が形成され、該化合物半導体層の側面部が前記Ａｇ系合金層及び素子基板の側面部とともに、化学エッチングの施されたダイシング面とされていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
3. 前記発光層部は、ＧａＡｓと格子整合するＡｌＧａＩｎＰ化合物により、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されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
4. 前記Ａｇ系合金は、Ａｇ含有量が９０質量％以上９９．８質量％以下であり、前記第一群副成分を０．１質量％以上５質量％以下、前記第二群副成分を０．１質量％以上５質量％以下の範囲で含有することを特徴とする請求項１記載の発光素子。
5. 前記Ａｇ系合金層は、前記Ａｇ系合金がＡｇＰｄＣｕ合金であるＡｇＰｄＣｕ系合金層とされたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
6. 前記ＡｇＰｄＣｕ系合金は、Ａｇ含有量が９０質量％以上９８．２質量％以下であり、Ｐｄを０．９質量％以上５質量％以下、Ｃｕを０．９質量％以上５質量％以下の範囲にて含有することを特徴とする請求項５記載の発光素子。
7. 前記ＡｇＰｄＣｕ系合金は、Ｐｄを０．９質量％以上１．５質量％以下、Ｃｕを０．９質量％以上１．１質量％以下の範囲にて含有し、残部Ａｇよりなることを特徴とする請求項６記載の発光素子。
8. 前記化合物半導体層と前記素子基板との間に形成される金属層の一部が前記Ａｇ系合金層とされるとともに、該Ａｇ系合金層と同等又はこれよりも良好な耐食性を持つ補助金属層を有することを特徴とする請求項７記載の発光素子。
9. 前記補助金属層は、前記Ａｇ系合金層と前記素子基板との間に設けられ、前記化合物半導体層と前記素子基板とを貼り合せる、Ａｕを主成分とするＡｕ系金属層を含むことを特徴とする請求項８記載の発光素子。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法であって、
    前記発光層部を有した前記化合物半導体層の第二主表面と、前記素子基板の第一主表面との少なくともいずれかに、Ａｇを主成分として、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを含有するＡｇ系合金にて構成されるＡｇ系合金層を形成するＡｇ系合金層形成工程と、
    該Ａｇ系合金層を介して前記素子基板と前記化合物半導体層との重ね合わせ体を作り、その状態で該重ね合わせ体を熱処理することにより、前記素子基板と前記化合物半導体層とを前記Ａｇ系合金層を介して結合した貼り合わせウェーハを作る貼り合わせ工程と、
    該貼り合わせウェーハを発光素子チップにダイシングするダイシング工程と、
    前記発光素子チップにおいて前記ダイシングにより前記化合物半導体層の側面に生じた加工ダメージ層を、該発光素子チップの側面に前記Ａｇ系合金層を露出させた状態で化学エッチングすることにより除去する加工ダメージ層エッチング工程と、
    がこの順序で実施されることを特徴とする発光素子の製造方法。
11. 請求項３ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法であって、
    ＧａＡｓ基板上に前記電流拡散層とＡｌＧａＩｎＰ化合物からなる前記発光層部とをこの順序で有する前記化合物半導体層をエピタキシャル成長するエピタキシャル成長工程と、
    前記化合物半導体層の第一主表面側に前記ＧａＡｓ基板を残した状態で、該化合物半導体層の第二主表面と、前記素子基板の第一主表面との少なくともいずれかに、Ａｇを主成分として、Ａｕ、Ｐｄ及びＲｕからなる第一群副成分の１種以上と、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＮｂからなる第二群副成分の１種以上とを含有するＡｇ系合金にて構成されるＡｇ系合金層を形成するＡｇ系合金層形成工程と、
    該Ａｇ系合金層を介して前記素子基板と前記化合物半導体層との重ね合わせ体を作り、その状態で該重ね合わせ体を熱処理することにより、前記素子基板と前記化合物半導体層とを前記Ａｇ系合金層を介して結合した貼り合わせウェーハを作る貼り合わせ工程と、
    該貼り合わせウェーハの側面に前記Ａｇ系合金層を露出させた状態で、前記ＧａＡｓ基板を化学エッチングにより除去する基板除去工程と、
    がこの順序で実施されることを特徴とする発光素子の製造方法。
12. 前記ＧａＡｓ基板を除去した後の前記貼り合わせウェーハを発光素子チップにダイシングするダイシング工程と、
    前記発光素子チップにおいて前記ダイシングにより前記化合物半導体層の側面に生じた加工ダメージ層を、該発光素子チップの側面に前記Ａｇ系合金層を露出させた状態で化学エッチングすることにより除去する加工ダメージ層エッチング工程と、
    がこの順序で実施されることを特徴とする請求項１１記載の発光素子の製造方法。

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