JP2005259912A - 発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光層部を有した化合物半導体層から成長用基板を除去しても、そのハンドリングを容易に行なうことができる発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 成長用基板の第一主表面上に化合物半導体層５０をエピタキシャル成長した後、化合物半導体層５０の第一主表面に仮支持基板１１０を、金属仮支持結合層２５を介して貼り合わせ、さらに、成長用基板を化学エッチング等により除去する。次いで化合物半導体層５０の第二主表面に透明導電性半導体基板７０を貼り合わせる。
【選択図】 図３

Description

この発明は発光素子の製造方法に関する。

特開２００１−６８７３１号公報 特開２００２−２０３９８７号公報

（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ混晶（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１；以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単にＡｌＧａＩｎＰとも記載する）により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ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。

ＡｌＧａＩｎＰ発光素子の場合、発光層部の成長基板としてＧａＡｓ基板が使用されるが、ＧａＡｓはＡｌＧａＩｎＰ発光層部の発光波長域において光吸収が大きい。そこで、特許文献１及び特許文献２には、一旦ＧａＡｓ基板を剥離し、ＧａＰ基板を新たに貼り合わせる方法が開示されている。

ところで、上記のような発光素子を製造する場合、発光層部のＧａＰ基板を貼り合わせるのと反対側の主表面にも、面内方向に電流を十分に拡げるための電流拡散層が必要である。発光層部が通常、発光効率向上のため非常に薄く形成される（例えば全厚で１０μｍ未満）ことを考慮すると、成長用のＧａＡｓ基板を除去した後の発光層部のハンドリング性改善のため、電流拡散層は少なくとも５０μｍ程度までは厚膜に成長させる必要がある。

しかし、しかも十分な厚さの電流拡散層を成長させるには非常な長時間を要するので、発光層部は該電流拡散層成長時の高温の熱履歴に長時間曝されることになり、ｐ−ｎ接合を形成するためのｐ型ドーパントやｎ型ドーパントの層厚方向の濃度プロファイルが熱拡散によって崩れ、発光層部の内部量子効率低下につながる問題を生ずる。特に、ダブルへテロ構造を採用した発光層部の場合、ノンドープにて形成した活性層に両側のクラッド層からのドーパントが拡散により浸透すると、電子／正孔の発光再結合の確率が減少し、発光強度の劣化が著しくなる。すなわち、発光層部に金属反射層を形成しても、発光層部自体の内部量子効率が劣化したのでは、素子全体の発光性能向上は望むべくもない。

当然、こうした問題が生じないよう、電流拡散層の厚みを減じた場合、該電流拡散層と発光層部とを含む化合物半導体層の全厚が小さくなり、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。

本発明の課題は、発光層部を有した化合物半導体層から成長用基板を除去しても、そのハンドリングを容易に行なうことができる発光素子の製造方法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

本発明の発光素子の製造方法は、発光層部を有したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる化合物半導体層の一方の主表面に、透明導電性半導体基板が貼り合わされた発光素子を製造するために、
成長用基板の第一主表面上に化合物半導体層をエピタキシャル成長する化合物半導体層成長工程と、
化合物半導体層の第二主表面側に成長用基板が付随した状態で、化合物半導体層の第一主表面側に、金属仮支持結合層を介して仮支持基板を貼り合わせ、その後、成長用基板を除去することにより、化合物半導体層と仮支持基板とが貼り合わされた仮支持貼り合わせ体を形成する仮支持貼り合わせ体形成工程と、
仮支持貼り合わせ体の状態で化合物半導体層をハンドリングしつつ、成長用基板の除去により露出した化合物半導体層の第二主表面に透明導電性半導体基板を貼り合わせた素子基板貼り合わせ体を作製する透明導電性半導体基板貼り合わせ工程と、
素子基板貼り合わせ体から仮支持基板及び金属仮支持結合層を除去する仮支持基板／結合層除去工程と、
がこの順序で実施されることを特徴とする。

上記本発明によると、成長用基板（例えばＧａＡｓ基板）の第一主表面上に化合物半導体層をエピタキシャル成長した後、該化合物半導体層の第一主表面に、仮支持基板を金属仮支持結合層を介して貼り合わせ、さらに、成長用基板を化学エッチング等により除去する。仮支持基板が貼り合わされていることにより、成長用基板が除去されても化合物半導体層には仮支持基板が補強体として随伴しているので、エッチング中の泡アタック等により化合物半導体層が破損する不具合を効果的に防止できる。また、本発明の仮支持貼り合わせ体を用いると、成長用基板を除去した後において、化合物半導体層を以降の貼り合わせ工程等に供する際にも、仮支持基板が貼り合わされていることで化合物半導体層のハンドリングが極めて容易になり、ハンドリング失敗による化合物半導体層の破損確率が減じられ、ひいては発光素子の製造歩留まり向上に寄与する。仮支持貼り合わせ体に組み込む化合物半導体層の全厚が７μｍ以上３０μｍ以下と薄い場合は、上記仮支持基板を用いる効果が特に顕著に発揮される。

例えばＡｌＧａＩｎＰからなるダブルへテロ構造の発光層部を形成する場合、これに貼り合わせるべき透明導電性半導体基板としては、ＧａＰ基板が光吸収性が小さいので好適に使用できる。この場合、透明導電性半導体基板貼り合わせ工程を、４００℃以上７００℃以下の貼り合わせ熱処理にて行なうのがよい。貼り合わせ熱処理温度が４００℃未満では貼り合わせ強度が不足して、素子チップにダイシングする際に透明導電性半導体基板の剥離などが生じやすくなる。他方、貼り合わせ熱処理温度が７００℃を超えると、発光層部のドーパントプロファイルが熱拡散によって崩れ、内部量子効率の低下等につながる。

本発明においては、金属仮支持結合層を用いるので、該仮支持結合層をワックス等の高分子材料で形成する場合と比較して、貼り合わせ熱処理時に仮支持結合層から蒸気等が発生しにくく、ひいては該蒸気による化合物半導体層の汚染や、仮支持基板からの層の浮き上がりあるいは割れ等の不具合を効果的に抑制することができる。この場合、透明導電性半導体基板の貼り合わせ熱処理は、金属仮支持結合層の沸点未満の温度で行なうことが必要である。換言すれば、設定される貼り合わせ熱処理温度に対し、それよりも沸点の高い金属を、金属仮支持結合層の材質として用いなければならない。

上記本発明の発光素子の製造方法においては、化合物半導体層の第一主表面上に、該化合物半導体層の第一主表面をなす化合物半導体とは異なる化合物半導体からなる仮支持補助層を形成し、金属仮支持結合層により該仮支持補助層と仮支持基板とを結合することが、最終的に発光素子に残す化合物半導体層を保護する観点において望ましい。この場合、仮支持基板／結合層除去工程の後、該仮支持補助層を除去する仮支持補助層除去工程を実施する必要がある。

仮支持補助層は、金属仮支持結合層からの金属成分が化合物半導体層側へ拡散することを防止する仮支持金属拡散防止層に兼用されていれば、該金属成分の拡散による化合物半導体層の汚染ひいては発光層部の性能劣化等を効果的に抑制できる。

仮支持基板／結合層除去工程は、金属仮支持結合層を加熱溶融させて、素子基板貼り合わせ体から仮支持基板を分離する仮支持基板分離工程を有するものとして実施できる。金属仮支持結合層を溶融させることにより、仮支持基板を化合物半導体層から容易に分離できる。ただし、金属仮支持結合層をなす金属は、液相線温度（固相と液相とが共存する温度域（合金組成によっては温度定点となる場合もある）の上限温度のことであり、純金属の場合は融点と一致する）が過度に高いものを使用すると、発光層部のドーパントプロファイルが熱拡散によって崩れ、内部量子効率の低下等につながる。

具体的には、金属仮支持結合層は、液相線温度が４０℃以上の合金で構成することが望ましい。液相線温度が４０℃未満では、ハンドリング中に少し温度が上昇しただけで金属仮支持結合層が溶融し、仮支持基板から化合物半導体層が脱落する惧れがあるためである。他方、金属仮支持結合層をなす合金の液相線温度の上限は、透明導電性半導体基板の貼り合わせ熱処理の温度に応じて適宜設定する必要があるが、ＧａＰ基板等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の貼り合わせを行なう場合は、金属仮支持結合層は液相線温度が５００℃以下の合金にて形成することが望ましい。

液相線温度が低く、かつ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体との接着力を確保しやすい金属仮支持結合層用の合金としては、ＩＩＩ族元素のうちでも特に低融点であるＧａ及びＩｎのいずれかを主成分としたＩＩＩ族金属同士の合金を使用することが望ましい。Ｇａは融点が２９．８℃、Ｉｎは融点が１５６℃といずれも低く、液相線温度が４０℃以上１５６℃以下のＩＩＩ族元素同士の合金を容易に得ることができる。

上記のようなＩＩＩ族金属同士の合金の具体例としては、Ａｌを４質量％以上４５質量％以下の範囲で含有するＧａＡｌ合金又はＧａを０質量％以上６５質量％以下の範囲で含有するＩｎＧａ合金を例示できる。上記合金は、液相線温度が４０℃以上５００℃以下と低く、多少の加熱により容易に液状化できる。そこで、上記液相線温度以上に昇温することにより液状となした該合金の塗布により金属仮支持結合層を簡単に形成することができる。

他方、ＩＩＩ族金属同士の合金として、Ａｌを０質量％以上４質量％以下の範囲で含有するＩｎＡｌ合金を使用することもできる。該合金の液相線温度は１５５℃以上５００℃以下と幾分高いが、Ｇａを主成分とする合金と比較すれば気化が容易であり、蒸着による金属仮支持結合層の形成が可能である。

なお、塗付ないし蒸着による金属仮支持結合層の形成は、化合物半導体層側で行なうようにしても、仮支持基板側で行なうようにしても、さらには両方で行なうようにしてもいずれでもよい。

Ｇａ及びＩｎのいずれかを主成分としたＩＩＩ族金属同士の合金にて金属仮支持結合層を形成する場合、仮支持補助層は、化合物半導体層の第一主表面に、該第一主表面をなすＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは異なる組成のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長することにより形成するとよい。これにより、上記の金属仮支持結合層との接着力が良好な仮支持補助層を容易に形成でき、また、化合物半導体層側と異なる化合物により仮支持補助層を形成することで、仮支持基板分離後には選択エッチング等により容易に除去することができる。

具体的には、化合物半導体層成長工程において、化合物半導体層の第一主表面がＧａＰ電流拡散層にて形成され、仮支持補助層を、該ＧａＰ電流拡散層の第一主表面上にエピタキシャル成長したＡｌＩｎＰ層又はＧａＩｎＰ層とすることができる。ＡｌＩｎＰ層又はＧａＩｎＰ層は、Ｇａ及びＩｎのいずれかを主成分としたＩＩＩ族金属同士の合金からなる金属仮支持結合層の接着力が良好であり、しかも該層からの金属成分が、化合物半導体層側へ拡散することを防止する仮支持金属拡散防止層としても有効に寄与する利点がある。

なお、ＧａＰ電流拡散層の第一主表面上にＧａＡｓ層をエピタキシャル成長し、仮支持補助層形成工程にてＧａＡｓ層の第一主表面にＡｌＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる仮支持補助層をエピタキシャル成長し、仮支持補助層除去工程において、ＡｌＩｎＰに対するエッチング活性がＧａＡｓに対するエッチング活性よりも高いエッチング液を用いて、素子基板貼り合わせ体から仮支持補助層を選択エッチングにより除去する工程を採用することもできる。化合物半導体層の第一主表面を含む表層部をＧａＡｓ層とすることで、該層上にＡｌＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる仮支持補助層をより容易にエピタキシャル成長することができる。また、ＡｌＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる仮支持補助層は、ＧａＡｓ層に対する選択エッチングが容易であり、仮支持基板分離後において仮支持補助層の除去を確実に行なうことができる。なお、ＧａＡｓ層はバンドギャップエネルギーが小さいので、吸収による光取出し効率低下を抑制するために、その厚みをなるべく小さくすること、具体的には５ｎｍ以上１０ｎｍ以下に設定することが望ましい。

仮支持補助層を除去するためのエッチング液は、仮支持基板を分離後の仮支持補助層の第一主表面上に残留した金属仮支持結合層を仮支持補助層とともにエッチング除去できるものとしておくことが、エッチング工程の簡略化を図る上で望ましい。そのようなエッチング液としては、塩酸を好適に使用できる。この場合、ＧａＡｓ層をＡｌＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる仮支持補助層の下地として形成しておけば、塩酸のような汎用のエッチング液により仮支持補助層を容易に選択エッチングでき、ＧａＡｓ層は、そのさらに下地をなすＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエッチングから保護するエッチストップ層として機能させることができる。

以下、本発明に係る発光素子の製造方法の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の適用対象となる発光素子の概念図である。該発光素子１００は、透明導電性半導体基板としてのＧａＰ基板７０（本実施形態ではｐ型であるがｎ型でもよい）の第一主表面上に、発光層部２４が直接貼り合わされた構造を有してなる。本実施形態において各層及び基板の主表面は、図１のごとく、発光素子１００の光取出面ＰＦを上側にした状態を正置状態として、該正置状態における図面上側に表れる面を第一主表面、下側に表れる面を第二主表面として統一的に記載する。従って、工程説明の都合上、上記正置状態に対し上下を反転した転置状態にて図示を行なう場合は、該図示における第一主表面と第二主表面の上下関係も反転する。

発光層部２４は、ノンドープの（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、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。

発光層部２４の第一主表面上には、ＧａＰ電流拡散層２０が形成され、発光層部２４とともに化合物半導体層５０を構成している。電流拡散層２０の第一主表面の略中央には、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための光取出面側電極９（例えばＡｕ電極）が形成されている。該光取出面側電極９とＧａＰ電流拡散層２０との間には、光取出側接合合金化層としてのＡｕＢｅ接合合金化層９ａ（例えばＢｅ：２質量％）が配置されている。そして、電流拡散層２０の第一主表面における光取出面側電極９の周囲の領域が、発光層部２４からの光取出領域ＰＦを形成している。なお、光取出面側電極９の全体をＡｕＢｅ合金にて構成することも可能である。また、本実施形態では、ｐ型クラッド層６が光取出面側に位置する積層形態としているが、ｎ型クラッド層４が光取出面側に位置する積層形態としてもよい（この場合、電流拡散層２０はｎ型にする必要があり、また、接合合金化層９ａはＡｕＧｅＮｉ等で構成する）。

ｎ型クラッド層４及びｐクラッド層６の厚さは、例えばそれぞれ０．８μｍ以上４μｍ
以下（望ましくは０．８μｍ以上２μｍ以下）であり、活性層５の厚さは例えば０．４μｍ以上２μｍ以下（望ましくは０．４μｍ以上１μｍ以下）である。発光層部２４全体の厚さは、例えば２μｍ以上１０μｍ以下（望ましくは２μｍ以上５μｍ以下）である。さらに、ＧａＰ電流拡散層２０の厚さは、例えば５μｍ以上２８μｍ以下（望ましくは８μｍ以上１５μｍ以下）である。従って、化合物半導体層５０の厚さは、例えば７μｍ以上３０μｍ以下（望ましくは５μｍ以上１５μｍ以下）である。ＧａＰ電流拡散層２０の厚さが５μｍ未満では面内の電流拡散効果が低下して光取出し効率の低下を招く場合がある。他方、電流拡散層２０の厚さが２８μｍを超えると、該ＧａＰ電流拡散層２０をエピタキシャル成長する際の熱履歴により発光層部２４の活性層５へのドーパント拡散が進み、発光効率の低下につながる場合がある。

ＧａＰ基板７０は、ＧａＰ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。該ＧａＰ基板７０の裏面には、基板側接合合金化層として、ＡｕＧｅＮｉ接合合金化層１６（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）が分散形成されている。接合合金化層１６は例えばＡｇペースト層などにより図示しない金属ステージに接着される。このとき、Ａｇペースト層は反射層として機能する。さらに、分散形成された接合合金化層１６を覆うように、反射用のＡｕないしＡｇを主成分とした金属層で覆うこともできる。

以下、上記発光素子１００の製造方法の具体例について説明する。
まず、図２の工程１に示すように、ＧａＡｓ基板をなすＧａＡｓ単結晶基板１の主表面に、ｎ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、この順序にてエピタキシャル成長させる。その後、発光層部２４として、ｎ型クラッド層４（厚さ：例えば１μｍ）、ＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）５（厚さ：例えば０．６μｍ）、及びｐ型クラッド層６（厚さ：例えば１μｍ）を、この順序にエピタキシャル成長させる。発光層部２４の全厚は２．６μｍである。また、さらにｐ型ＧａＰよりなる電流拡散層２０を例えば１７μｍエピタキシャル成長させる。そして、その電流拡散層２０の第一主表面の全面を覆うように、ＡｌＩｎＰ又はＧａＩｎＰのいずれか（本実施形態では、ＡｌＩｎＰ）よりなる仮支持補助層２３をエピタキシャル成長する。なお、図１に示すように、発光層部２４とＧａＰ電流拡散層２０及びＧａＰ基板７０との間には、Ｖｆ電気特性改善のために、ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＰあるいはＧａＩｎＰからなる補助層７，１７を介挿することもできる。

上記各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なうことができる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ及びＡｓの各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・Ａｌ源ガス；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など；
・Ｇａ源ガス；トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など；
・Ｉｎ源ガス；トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など。
・Ｐ源ガス；ターシャルブチルホスフィン（ＴＢＰ）、ホスフィン（ＰＨ_３）など。
・Ａｓ源ガス；ターシャルブチルアルシン（ＴＢＡ）、アルシン（ＡｓＨ_３）など。

また、ドーパントガスとしては、以下のようなものを使用できる；
（ｐ型ドーパント）
・Ｍｇ源：ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）など。
・Ｚｎ源：ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）など。
（ｎ型ドーパント）
・Ｓｉ源：モノシランなどのシリコン水素化物など。

これによって、ＧａＡｓ単結晶基板１上に発光層部２４及びＧａＰ電流拡散層２０からなる化合物半導体層５０と、仮支持補助層２３とが形成される。該化合物半導体層５０の厚さは１９．６μｍであり、ＧａＡｓ単結晶基板１を除去した場合、これを単独で無傷にハンドリングすることは事実上不可能である。

次に、工程２に示すように、仮支持補助層２３の第一主表面に金属仮支持結合層２５を形成する。金属仮支持結合層２５は、本実施形態では液相線温度が４０℃以上５００℃以下の、Ｇａ及びＩｎのいずれかを主成分としたＩＩＩ族金属同士の合金にて形成される。具体例としては、Ａｌを４質量％以上４５質量％以下の範囲で含有するＧａＡｌ合金（例えば、Ｇａ−９１質量％Ａｌ合金、液相線温度：１８０℃）、又はＧａを０質量％以上６５質量％以下の範囲で含有するＩｎＧａ合金（例えば、Ｉｎ−４８質量％Ｇａ合金、液相線温度：６０℃）を採用できる。これらＧａＡｌ合金又はＩｎＧａ合金は液相線温度以上に加熱して液状とし、印刷等により仮支持補助層２３の第一主表面にこれを塗布することにより形成できる。他方、Ａｌを０質量％以上４質量％以下の範囲で含有するＩｎＡｌ（例えば、Ｉｎ−９９質量％Ａｌ合金、液相線温度：４００℃）合金を使用することもできる。この合金は液相線温度がやや高く、溶融塗布により仮支持補助層２３を形成することも可能ではあるが、ＩｎはＧａよりも低沸点であり、蒸着により仮支持補助層２３を形成するほうが工程的には簡便である。

上記の仮支持補助層２３をなす合金は液相線温度が４０℃以上なので、層形成後に室温まで冷却すれば凝固する。そこで、工程３に示すように、再び仮支持補助層２３を液相線温度以上に加熱して溶融させ、その状態で、別途用意した仮支持基板１１０を重ね合わせて密着させ、その後冷却して該仮支持補助層２３を凝固させることにより、化合物半導体層５０と仮支持基板１１０とを仮支持補助層２３を介して貼り合わせた仮支持貼り合わせ体１２０を作製する。この時点では、化合物半導体層５０の第二主表面側には、ＧａＡｓ基板であるＧａＡｓ単結晶基板１が付随した状態となっている。

ＡｌＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる仮支持補助層２３は、金属仮支持結合層２５をなす上記の各合金とのぬれ性（親和性）が良好であり、接着強度を十分に確保できる。また、仮支持基板１１０の材質は、後述の貼り合わせ熱処理時においても剛性を保ち、かつ、ガス発生等が少ない材料で構成するのがよく、具体的には、シリコン基板や金属板等で構成することができる。その厚さは、例えば５０μｍ以上５００μｍ以下であるが、もっと厚くてもよい。特にシリコン基板や、金属板としてのＡｌ板などは、金属仮支持結合層２５をなす上記の各合金とのぬれ性が良好であり、接着強度を確保する観点において有効である。なお、金属仮支持結合層２５は仮支持基板１１０側に形成することもできる。

次に、図３の工程４に示すように、仮支持貼り合わせ体１２０に付随しているＧａＡｓ基板としてのＧａＡｓ単結晶基板１を除去する。該除去は、例えば仮支持貼り合わせ体１２０（工程３参照）をＧａＡｓ単結晶基板１とともにエッチング液（例えば１０％フッ酸水溶液）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、該ＧａＡｓ単結晶基板１を仮支持貼り合わせ体１２０から剥離する形で実施することができる。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。

このようにして、ＧａＡｓ単結晶基板１が除去された化合物半導体層５０は、金属仮支持結合層２５を介して仮支持基板１１０と貼り合わされ、仮支持貼り合わせ体１２０を形成している。従って、化合物半導体層５０がごく薄いにもかかわらず、ＧａＡｓ単結晶基板１のエッチング除去時に泡等の衝撃で破壊される不具合を生じにくく、かつ、ＧａＡｓ単結晶基板１の除去後も仮支持貼り合わせ体１２０の形で補強されているために、以降の工程に供する際のハンドリングを容易に行なうことが可能となる。

次に、工程５に示すように、上記仮支持貼り合わせ体１２０の状態で、ＧａＡｓ単結晶基板１の除去により露出した化合物半導体層５０の第二主表面に別途用意したｐ型ＧａＰ基板７０の第一主表面を重ね合わせて圧迫し、さらに４００℃以上７００℃以下に昇温して貼り合わせ熱処理を行なう。ここで、仮支持基板１１０を貼り合わせている金属仮支持結合層２５は、上記温度範囲では溶融はするものの蒸気圧は十分に低いので、金属仮支持結合層２５の急激な気化により化合物半導体層５０が破損する不具合を効果的に防止できる。また、化合物半導体層５０との間には、ＡｌＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる仮支持補助層２３が形成されているが、該仮支持補助層２３は、金属仮支持結合層２５からの金属成分が化合物半導体層５０側へ拡散することを防止する仮支持金属拡散防止層の役割も果たしている。なお、合金化熱処理中においては滑り防止のため、仮支持貼り合わせ体１２０を、化合物半導体層５０側を上側、仮支持基板１１０側を下側となるように（つまり、図３の工程５とは上下反対の状態）水平配置し、さらに、セラミック基板やシリコン基板などの荷重付与体を載置することが望ましい。

貼り合わせ熱処理が完了したら仮支持基板分離工程を行なう。仮支持基板分離工程は、図４の工程６に示すように、金属仮支持結合層２５を加熱・溶融させ、仮支持基板１１０を分離・除去する。なお、この分離は、貼り合わせ熱処理の際に同時に行なうことも可能である。その後、化合物半導体層５０の第一主表面上に残存している金属仮支持結合層２５を仮支持補助層２３をなすＡｌＩｎＰあるいはＧａＩｎＰとともに、塩酸からなるエッチング液によりエッチング除去する。

次いで、工程７に示すように、仮支持補助層２３の除去により露出した化合物半導体層５０の第一主表面、すなわち、ＧａＰ電流拡散層２０の第一主表面には、その一部を覆う形でＡｕＢｅ光取出側接合金属層を形成し、さらに、３００℃以上５００℃以下の温度で合金化熱処理を行なうことにより、ＡｕＢｅ接合合金化層（光取出側接合合金化層）９ａとする。そして、そのＡｕＢｅ接合合金化層９ａを覆うようにＡｕ等からなる光取出側電極９を形成する。また、ＧａＰ基板７０の第二主表面にはＡｕＧｅＮｉ接合金属層を蒸着により分散形成し、さらに、３００℃以上５００℃以下の温度で合金化熱処理を行なうことにより、ＡｕＧｅＮｉ接合合金化層（光取出側接合合金化層）１６とする。なお、ＡｕＢｅ接合合金化層９ａとＡｕＧｅＮｉ接合合金化層１６との合金化熱処理は同時に行なうこともできる。

以上においては、理解を容易にする便宜上、工程を素子単体の積層形態にて図示しつつ説明していたが、実際は、複数の素子チップがマトリックス状に配列した形で一括形成された貼り合わせウェーハが作製される。そして、この貼り合わせウェーハを通常の方法によりダイシングして素子チップとし、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。

なお、図１〜図３に一点鎖線で示すように、ＧａＰ電流拡散層２０の第一主表面を５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の薄いＧａＡｓ層２２にて覆うこともできる（ＧａＡｓ層２２は化合物半導体層５０に属するものとする）。この場合、図３の工程６においてＧａＡｓ層２２は、仮支持補助層２３をエッチングにより除去する際のエッチストップ層として機能するほか、光取出側接合合金化層９ａとの接触抵抗低減機能も有し、素子の順方向電圧を低減できる効果も発揮する。なお、光取出側接合合金化層９ａを形成後、その周囲に露出しているＧａＡｓ層２２をエッチングにより除去すれば、ＧａＡｓ層２２での光吸収が全く生じなくなるので、光取出し効率を高めることができる。ＧａＡｓ層２２の選択エッチングはアンモニア−過酸化水素水溶液からなるエッチング液を用いて行なうことができる。このとき、光取出側接合合金化層９ａをエッチングマスクとして活用することができる。他方、ＧａＡｓ層２２を厚膜化して仮支持補助層２３を省略し、該ＧａＡｓ層２２に仮支持補助層の役割を担わせることも可能である。この場合、ＧａＡｓ層２２は光取出側接合合金化層９ａの直下領域に残してもよいし、他方、光取出側接合合金化層９ａの形成前にＧａＡｓ層２２を全て除去することも可能である。

本発明の適用対象となる発光素子の一例を示す模式図。 本発明の発光素子の製造方法の一例を示す工程説明図。 図２に続く工程説明図。

符号の説明

１ ＧａＡｓ単結晶基板（ＧａＡｓ基板）
９ 光取出側電極
９ａ ＡｕＢｅ接合合金化層（光取出側接合合金化層）
２０ 電流拡散層
２３ 仮支持補助層
２４ 発光層部
２５ 金属仮支持結合層
５０ 化合物半導体層
７０ ＧａＰ基板（透明導電性半導体基板）
１００ 発光素子
１１０ 仮支持基板
１２０ 仮支持貼り合わせ体

Claims (12)

1. 発光層部を有したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる化合物半導体層の一方の主表面に、透明導電性半導体基板が貼り合わされた発光素子を製造するために、
   成長用基板の第一主表面上に前記化合物半導体層をエピタキシャル成長する化合物半導体層成長工程と、
   前記化合物半導体層の第二主表面側に前記成長用基板が付随した状態で、前記化合物半導体層の第一主表面側に、金属仮支持結合層を介して仮支持基板を貼り合わせ、その後、前記成長用基板を除去することにより、前記化合物半導体層と前記仮支持基板とが貼り合わされた仮支持貼り合わせ体を形成する仮支持貼り合わせ体形成工程と、
   前記仮支持貼り合わせ体の状態で前記化合物半導体層をハンドリングしつつ、前記成長用基板の除去により露出した前記化合物半導体層の第二主表面に透明導電性半導体基板を貼り合わせた素子基板貼り合わせ体を作製する透明導電性半導体基板貼り合わせ工程と、
   前記素子基板貼り合わせ体から前記仮支持基板及び前記金属仮支持結合層を除去する仮支持基板／結合層除去工程と、
   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。
2. 前記仮支持貼り合わせ体に組み込む前記化合物半導体層の全厚が７μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
3. 前記透明導電性半導体基板の貼り合わせ熱処理を、金属仮支持結合層の沸点未満の温度で行なうことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
4. 前記化合物半導体層はＡｌＧａＩｎＰからなるダブルへテロ構造の発光層部を有し、前記透明導電性半導体基板がＧａＰ基板であり、前記透明導電性半導体基板貼り合わせ工程を、４００℃以上７００℃以下の貼り合わせ熱処理にて行なうことを特徴とする請求項３に記載の発光素子の製造方法。
5. 前記化合物半導体層の第一主表面上に、該化合物半導体層の第一主表面をなす化合物半導体とは異なる化合物半導体からなる仮支持補助層を形成し、前記金属仮支持結合層により該仮支持補助層と前記仮支持基板とを結合するとともに、前記仮支持基板／結合層除去工程の後、該仮支持補助層を除去する仮支持補助層除去工程を実施する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の製造方法。
6. 前記仮支持補助層は、前記金属仮支持結合層からの金属成分が前記化合物半導体層側へ拡散することを防止する仮支持金属拡散防止層に兼用されていることを特徴とする請求項５記載の発光素子の製造方法。
7. 前記仮支持基板／結合層除去工程は、前記金属仮支持結合層を加熱溶融させて、前記素子基板貼り合わせ体から前記仮支持基板を分離する仮支持基板分離工程を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の発光素子の製造方法。
8. 前記金属仮支持結合層を、Ｇａ及びＩｎのいずれかを主成分とする液相線温度が４０℃以上５００℃以下のＩＩＩ族金属同士の合金にて形成することを特徴とする請求項７記載の発光素子の製造方法。
9. 前記ＩＩＩ族金属同士の合金として、Ａｌを４質量％以上４５質量％以下の範囲で含有するＧａＡｌ合金又はＧａを０質量％以上６５質量％以下の範囲で含有するＩｎＧａ合金を使用し、液相線温度に昇温することにより液状となした該合金の塗布により前記金属仮支持結合層を形成することを特徴とする請求項８記載の発光素子の製造方法。
10. 前記ＩＩＩ族金属同士の合金として、Ａｌを０質量％以上４質量％以下の範囲で含有するＩｎＡｌ合金を使用し、該合金の蒸着により前記金属仮支持結合層を形成することを特徴とする請求項８記載の発光素子の製造方法。
11. 前記仮支持補助層を、前記化合物半導体層の第一主表面に、該第一主表面をなすＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは異なる組成のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長することにより形成することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
12. 前記化合物半導体層の第一主表面がＧａＰ電流拡散層にて形成され、前記仮支持補助層を、該ＧａＰ電流拡散層の第一主表面上にエピタキシャル成長したＡｌＩｎＰ層又はＧａＩｎＰ層としたことを特徴とする請求項１１記載の発光素子の製造方法。
    

Images