JP2005347714A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属層を介して発光層部と素子基板とを貼り合わせた構造を有する発光素子において、貼り合わせ熱処理時における素子基板と金属層との冶金的な反応を効果的に防止でき、ひいては、該反応による貼り合わせ強度や反射率の低下などによる不良を生じにくい構造の発光素子を提供する。
【解決手段】 発光素子１００は、発光層部２４を有する化合物半導体層５０の、光取出面となる第一主表面の一部を覆う形で光取出面側電極９が形成される一方、該化合物半導体層５０の第二主表面に、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主金属層１０を介して素子基板が結合された構造を有する。主金属層１０の第二主表面側と、素子基板７の第一主表面側に、各々素子基板７から主金属層１０への成分拡散を抑制するセラミックからなる第一のバリア層１１ａと第二のバリア層１１ｂとが配置され、それら第一のバリア層１１ａと第二のバリア層１１ｂとが、主金属層１０をなす金属よりも低融点の金属からなる貼り合わせ金属層１２を介して貼り合わされている。
【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 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わせる際に、剥離等や反射率の低下等が生じやすかった。特に、貼り合わせ熱処理の際に、素子基板（特にＳｉ基板）とＡｕ層との冶金的な反応が生じやすい場合、上記の問題は一層顕著となる。

本発明の課題は、金属層を介して発光層部と素子基板とを貼り合わせた構造を有する発光素子において、貼り合わせ熱処理時における素子基板と金属層との冶金的な反応を効果的に防止でき、ひいては、該反応による貼り合わせ強度や反射率の低下などによる不良を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、
発光層部を有する化合物半導体層の、光取出面となる第一主表面の一部を覆う形で光取出面側電極が形成される一方、該化合物半導体層の第二主表面に、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主金属層を介して素子基板が結合された構造を有し、
主金属層の第二主表面側と、素子基板の第一主表面側に、各々素子基板から主金属層への成分拡散を抑制するセラミックからなる第一のバリア層と第二のバリア層とが配置され、それら第一のバリア層と第二のバリア層とが、主金属層をなす金属よりも低融点の金属からなる貼り合わせ金属層を介して貼り合わされていることを特徴とする。

また、本発明の発光素子の製造方法は、
発光層部を有する化合物半導体層の、光取出面となる第一主表面の一部を覆う形で光取出面側電極が形成される一方、該化合物半導体層の第二主表面に、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主金属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の製造方法であって、
主金属層の第二主表面側と、素子基板の第一主表面側に、各々素子基板から主金属層への成分拡散を抑制するセラミックからなる第一のバリア層と第二のバリア層とが第二の酸化物層をそれぞれ形成し、それら第一のバリア層と第二のバリア層とを、主金属層をなす金属よりも低融点の金属からなる貼り合わせ金属層を介して貼り合わせることを特徴とする。

なお、本明細書において「主金属層」とは、化合物半導体層と第一のバリア層との間に位置する金属層であって、反射面を形成するととともに、化合物半導体層と第一のバリア層とを結合する役割を担う金属層のことをいう。従って、化合物半導体層の第二主表面に形成される後述の接合金属層は主金属層には属さないものとする。また、主成分とは５０質量％以上を占める成分のことをいう。

上記本発明の発光素子の構造によると、主金属層を介して素子基板と化合物半導体層とを貼り合わせる際に、素子基板から主金属層へ向かおうとする成分拡散がセラミックからなるバリア層によりブロックされ、ひいては素子基板成分との反応（例えば、共晶などの冶金的な反応）による主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、主金属層が形成する反射面の反射率低下や、主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抑制され、また、これら不具合による発光素子の製品歩留まりの低下も生じにくい。また、化合物半導体層側と素子基板側とにそれぞれ第一のバリア層と第二のバリア層とを形成し、主金属層をなす金属よりも低融点の金属からなる貼り合わせ金属層を介して両バリア層を貼り合わせるようにしたから、貼り合わせ温度の低温化を図ることができ、ひいては素子基板と主金属層との反応を一層生じにくくなり、反射面の品質がより向上する。

この場合、第一のバリア層と第二のバリア層とにそれぞれ主金属層をなす金属よりも低融点の金属からなる第一の貼り合わせ金属層と第二の貼り合わせ金属層とを形成し、それら第一の貼り合わせ金属層と第二の貼り合わせ金属層とを貼り合わせるようにすれば、低温での貼り合わせをより確実に行なうことができ、貼り合わせの強度や均一性をより高めることができる。

また、化合物半導体層の第二主表面には、該化合物半導体層と主金属層との接触抵抗を低減するための接合合金化層を形成することができ、該接合合金化層を覆うように主金属層を形成することができる。この場合、第一の貼り合わせ金属層と第二の貼り合わせ金属層との貼り合わせを、接合合金化層を形成するための合金化熱処理温度よりも低温にて行うようにすれば、接合合金化層の成分が主金属層が作る反射面内に拡散することが抑制され、反射率の低下を防止することができる。

ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる化合物半導体層の場合、接合合金化層は、例えばＡｕ、ＡｇあるいはＡｌを主成分（５０質量％以上）とし、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｅ及びＺｎの１種又は２種以上を含有した金属を用いて形成することができる。ＡｕＧｅ、ＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｂはｎ型半導体層との接触抵抗低減効果に優れ、ＡｕＺｎ及びＡｕＢｅはｐ型半導体層との接触抵抗低減効果に優れる。具体的には、このような金属を化合物半導体層の第二主表面に蒸着等により形成し、３００℃以上４５０℃以下の温度で合金化熱処理を施す。合金化熱処理温度が３００℃未満では化合物半導体層と接合金属層との合金化が十分に進まず、接触抵抗増大につながる。他方、４５０℃より高温では合金化の効果は飽和し、むしろ、発光層部への合金成分拡散や発光層部内のドーパント濃度プロファイルの拡散劣化などを防止する観点からは、温度を不必要に高く設定することは得策でないので、合金化熱処理の温度の上限は４５０℃に設定するのがよい。

素子基板が導電性基板にて構成される場合、第一のバリア層と第二のバリア層とを導電性セラミックにて構成すれば、素子基板の第二主表面に電極形成することで、該素子基板を発光駆動の導通路として利用でき、かつ、素子基板の第一主表面の全面に発光層部を配置できるから、発光面積の増大を図ることが可能となる。

上記本発明は、主金属層がＡｕを主成分とするＡｕ系層とされてなり、素子基板がＳｉ基板である場合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、主金属層中のＡｕ系層は素子基板をなすＳｉと共晶反応して主金属層の反射面が乱れ、反射率の低下を極めて招きやすい。しかしながら、本発明のごとく、Ａｕ系層とＳｉ基板との間に上記バリア層を設けておくと、Ａｕ系層へのＳｉの拡散が抑制され、主金属層の反射面の反射率低下を効果的に防止することができる。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。

第一及び第二のバリア層は、具体的には導電性酸化物にて構成することが、高導電率が得やすく製造も比較的容易なので好適である。導電性酸化物層は、具体的には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）にて構成できる。ＩＴＯは、酸化スズをドープした酸化インジウム膜であり、酸化スズの含有量を１〜９質量％とすることで、電極層の抵抗率を５×１０^−４Ω・ｃｍ以下の十分低い値とすることができる。なお、ＩＴＯ以外では、ＺｎＯが高導電率であり、本発明に採用可能である。また、酸化アンチモンをドープした酸化スズ（いわゆるネサ）、Ｃｄ_２ＳｎＯ_４、Ｚｎ_２ＳｎＯ_４、ＺｎＳｎＯ_３、ＭｇＩｎ_２Ｏ_４、酸化イットリウム（Ｙ）をドープしたＣｄＳｂ_２Ｏ_６、酸化スズをドープしたＧａＩｎＯ_３なども導電性酸化物層の材質として使用することができる。また、酸化物以外の導電性セラミックとしては、炭化珪素などの採用も可能である。

貼り合わせ金属層の材質は、主金属層よりも低融点の金属であれば特に制限はないが、室温よりも高いものであれば融点のなるべく低いものを使用することが望ましい。特に、Ｉｎ又はＧａを主成分とする金属を採用した場合、貼り合わせ温度を低温化する効果をとりわけ顕著に達成できる。具体的には、ＩｎあるいはＧａの単体金属を用いることができるが、融点調整用にＡｌを配合することもできるし、Ｉｎを主成分として定め、Ｇａを副成分として添加したＩｎＧａ合金を使用することもできる。

なお、強固な貼り合わせ状態を得るには、貼り合わせ金属層を、貼り合わせの対象となるバリア層との親和性（ぬれ性）が良好な材質で構成する必要がある。バリア層をＩＴＯにて構成する場合、上記のＩｎ又はＧａを主成分とする金属は、ＩＴＯとの親和性も極めて良好であり、貼り合わせ温度の下限値を１６０℃まで低温化することが可能である。特に１６０℃以上４００℃以下（例えば１８０℃）の温度でも十分に強固な貼り合わせ状態が得られるが、該温度での貼り合わせを行なう限り、前述の接合合金化層（Ａｕ、ＡｇあるいはＡｌを主成分（５０質量％以上）とし、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｅ及びＺｎの１種又は２種以上を含有した金属を用いて形成されるもの）からの反射面内への成分拡散はほとんど生じず、良好な反射率を確保することができる。

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、素子基板としてのシリコン単結晶よりなるＳｉ基板７（本実施形態ではｎ型であるがｐ型でもよい）の第一主表面上に、金属層としてのＡｕ系金属層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。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、ＡｌＧａＡｓ（ＡｌＩｎＰあるいはＧａＩｎＰでもよい）からなる電流拡散層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、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。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。なお、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）。

他方、Ｓｉ基板７の裏面には、その全体を覆うように裏面電極（例えばＡｕ電極である）１５が形成されている。該裏面電極１５とＳｉ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が介挿されている。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の第二主表面には、反射面を形成する主金属層としてのＡｕ系金属層１０が配置されている。Ａｕ系金属層１０は純ＡｕもしくはＡｕ含有率が９５質量％以上のＡｕ合金よりなり、その第二主表面にはＩＴＯよりなる第一のバリア層１１ａが配置されている。他方、素子基板であるＳｉ基板７の第二主表面にはＩＴＯよりなる第二のバリア層１１ｂが配置されている。そして、これら第一のバリア層１１ａ及び第二のバリア層１１ｂは、Ｉｎ又はＧａを主成分とする金属、本実施形態ではＩｎからなる貼り合わせ金属層１２を介して貼り合わされている。

発光層部２４とＡｕ系金属層１０との間には、貼り合わせ側接合合金化層としてＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１（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。ＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１は、第一のＡｕ系金属層１０の第一主表面上に分散形成され、その形成面積率（Ａｕ系金属層１０の第一主表面全面積に対するＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１の合計面積の比率で表す）は１％以上２５％以下である。また、Ｓｉ基板７と第二のバリア層１１ｂとの間には、基板側接合合金化層としてＡｕＳｂ接合合金化層３２（例えばＳｂ：５質量％）が介挿されている。なお、ＡｕＳｂ接合合金化層３２に代えてＡｕＳｎ接合合金化層を用いてもよい。

金属層をなすＡｕ系金属層１０は、本実施形態では反射層も兼ねるものとなっている。発光層部２４からの光は、光取出面ＰＦ側に直接放射される光に、Ａｕ系金属層１０による反射光が重畳される形で取り出される。Ａｕ系金属層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）。なお、Ａｕ系金属層１０に代え、純ＡｇもしくはＡｇ含有率が９５質量％以上のＡｇ合金からなるＡｇ系金属層を用いてもよい。この場合、貼り合わせ側接合合金化層は、ＡｇＧｅＮｉなどのＡｇ系材料にて構成することもできる。

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、成長用基板をなす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ＡｌＧａＡｓよりなる電流拡散層２０を例えば５μｍエピタキシャル成長させる。これら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及び電流拡散層２０からなる化合物半導体層５０が形成される。該化合物半導体層５０の厚さは７．６μｍ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。なお、化合物半導体層５０の第一主表面には、この段階でＡｕＢｅ接合金属層９ａ’（光取出面側接合合金化層）とこれを覆う光取出面側電極９をパターニング形成する。このあと引き続き光取出側合金化熱処理を行ってＡｕＢｅ接合金属層９ａ’を接合合金化層９ａとしてもよいが、本実施形態では該光取出側合金化熱処理を、後述の第一の貼り合わせ金属層１２ａ側のＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１を形成する際の、貼り合わせ側合金化熱処理に兼用させている。

次に、工程２に示すように、化合物半導体層５０の第一主表面に高分子材料結合層１１１を、光取出面側電極９を覆う形態で塗付形成し、工程３に示すように、高分子材料結合層１１１を加熱軟化させた状態で、別途用意した仮支持基板１１０を重ね合わせて密着させ、その後冷却して該高分子材料結合層１１１を硬化させることにより、化合物半導体層５０と仮支持基板１１０とを高分子材料結合層１１１を介して貼り合わせた仮支持貼り合わせ体１２０を作成する（工程３）。この時点では、化合物半導体層５０の第二主表面側には、成長用基板であるＧａＡｓ単結晶基板１が付随した状態となっている。

仮支持基板１１０の材質は、後述の合金化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。具体的には、Ｓｉ基板やセラミック板（例えばアルミナ板）、あるいは金属板等で構成することができる。その厚さは、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下であるが、もっと厚くてもよい。他方、高分子材料結合層１１１としては、ホットメルト型接着剤やワックス類を用いることができる。

次に、図３の工程４に示すように、仮支持貼り合わせ体１２０に付随している成長用基板としての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。なお、高分子材料結合層１１１は、上記のエッチング液に対し耐腐食性を有したものを用いることが望ましく、前述の市販品は該耐腐食性の観点でも本発明に好適に採用可能である。

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、高分子材料結合層１１１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ＡｕＧｅＮｉ接合金属層を分散形成し、さらに該ＡｕＧｅＮｉ接合金属層をＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１とするための貼り合わせ側合金化熱処理を行なう。このとき、光取出面側電極９に対するＡｕＢｅ接合金属層９ａ’の合金化も同時に行なうことができる（つまり、光取出側合金化熱処理にも兼用されている）。

ＡｕＧｅＮｉ接合金属層の成膜は、真空雰囲気にてスパッタリングあるいは真空蒸着等により行なわれる。また、合金化熱処理は、３００℃以上４５０℃以下の温度の不活性ガス雰囲気下で実施され、具体的には、大気圧と同程度のＮ_２等の不活性ガス雰囲気下で行なうことができる。なお、合金化熱処理の上記温度は、高分子材料結合層１１１のガラス転移温度（８０〜９０℃程度）よりも高いので、処理中に高分子材料結合層１１１は軟化する。そこで、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Ｓｉ基板などの荷重付与体を載置することが望ましい。

次に、工程６に進み、仮支持貼り合わせ体１２０の状態で、化合物半導体層５０の第二主表面にＡｕ系金属層１０を蒸着により形成し、さらにＩｎ等からなる接合層を形成した後、ＩＴＯからなる第一のバリア層１１ａをスパッタリングにより形成する。他方、Ｓｉ基板７を別途用意し、その両主表面にＡｕＳｂ接合金属層を形成して、さらに２５０℃以上３６０℃以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、それぞれＡｕＳｂ接合合金化層３２，１６とする。そして、接合合金化層３２を覆うようにＩＴＯからなる第二のバリア層１１ｂをスパッタリングにより形成する。

そして、第一のバリア層１１ａの第二主表面にＩｎ又はＧａのいずれかを主成分とする金属からなる第一の貼り合わせ金属層１２ａを形成する。また、第二のバリア層１１ｂの第一主表面には同様の金属からなる第二の貼り合わせ金属層１２ｂを形成する。本実施形態では両貼り合わせ金属層１２ａ，１２ｂをＩｎ金属の蒸着により形成している。

そして、図４の工程７に示すように、化合物半導体層５０側に形成された第一の貼り合わせ金属層１２ａを、Ｓｉ基板７側に形成された第二の貼り合わせ金属層１２ｂに重ね合わせて圧迫し、１６０℃以上４００℃以下（前述の合金化熱処理よりも低温とする：本実施形態では３５０℃としている）にて貼り合わせ熱処理する。これにより、第一の貼り合わせ金属層１２ａと第二の貼り合わせ金属層１２ｂとが十分な強度にて貼り合わされ、一体の貼り合わせ金属層１２となる。また、化合物半導体層５０とＳｉ基板７とは、Ａｕ系金属層１０を介して貼り合わされ、貼り合わせ結合体１３０となる。

なお、第一の貼り合わせ金属層１２ａと第二の貼り合わせ金属層１２ｂとは、貼り合わせ強度が確保できる範囲でなるべく薄く形成することが望ましく、具体的にはそれぞれ０．０１μｍ以上５μｍ以下（本実施形態では０．１μｍ）とするのがよい。また、第一の貼り合わせ金属層１２ａと第二の貼り合わせ金属層１２ｂとは、第一のバリア層１１ａと第二のバリア層１１ｂとのそれぞれ全面に形成してもよいし、散点状に分散形成するようにしてもよい。また、貼り合わせを多少高く設定することにより、第一の貼り合わせ金属層１２ａと第二の貼り合わせ金属層１２ｂとの一方を省略して貼り合わせを行なうことも可能である。

第一の貼り合わせ金属層１２ａと第二の貼り合わせ金属層１２ｂとを貼り合わせる段階においては、既に光取出側及び貼り合わせ側の各合金化熱処理が既に終わっており、貼り合わせ熱処理がそれよりも低温で実施されることにより、接合合金化層からの合金成分がＡｕ系金属層１０からなる反射面の面内に拡散することが効果的に抑制され、ひいてはより反射率の高い反射面を得ることができる。また、非特許文献１に開示されているように、従来は貼り合わせ熱処理を低温化するために、Ｓｉ基板側と化合物半導体層側との双方にＡｕ系層を形成し、それらＡｕ系層同士を貼り合わせるようにしていたが、高価なＡｕ系層を２層も形成しなければならず、コストアップを招いていた。しかし、本発明では主金属層をＡｕ系層で構成する場合においても、該Ａｕ系層は貼り合わせには関与しないから１層のみの形成でよく、経済的である。

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８に示すように、高分子材料結合層１１１を加熱・軟化させ、仮支持基板１１０を分離・除去する。なお、この分離は、工程７の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、工程９に示すように、化合物半導体層５０の第一主表面上に残存している高分子材料結合層１１１を、トルエンやメチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤を用いて溶解・除去する。

以上においては、理解を容易にする便宜上、貼り合わせ結合体１３０を作る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成される。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、素子基板（Ｓｉ基板）７の第一主表面上の化合物半導体層５０の一部を切り欠いて主金属層（Ａｕ系層）１０を露出させ、これを電極として用いることもできる。この場合は、第一のバリア層１１ａと第二のバリア層１１ｂとの材質は導電性セラミックに限られるものではなくなり、例えば窒化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、二酸化珪素、酸化アルミニウムなどの絶縁性酸化物にて構成することも可能である。

また、発光層部２４は、活性層及びクラッド層が、ＩｎＡｌＧａＮあるいはＭｇＺｎＯにて構成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もできる。

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。 図３に続く工程説明図。

符号の説明

１ ＧａＡｓ単結晶基板（成長用基板）
７ Ｓｉ基板（素子基板）
９ 光取出側電極
１０ Ａｕ系金属層（主金属層）
１１ａ 第一のバリア層
１１ｂ 第二のバリア層
１２ 貼り合わせ金属層
１２ａ 第一貼り合わせ金属層
１２ｂ 第二貼り合わせ金属層
２４ 発光層部
３２ 接合合金化層
５０ 化合物半導体層
１００ 発光素子

Claims (11)

1. 発光層部を有する化合物半導体層の、光取出面となる第一主表面の一部を覆う形で光取出面側電極が形成される一方、該化合物半導体層の第二主表面に、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主金属層を介して素子基板が結合された構造を有し、
   前記主金属層の第二主表面側と、前記素子基板の第一主表面側に、各々前記素子基板から前記主金属層への成分拡散を抑制するセラミックからなる第一のバリア層と第二のバリア層とが配置され、それら第一のバリア層と第二のバリア層とが、前記主金属層をなす金属よりも低融点の金属からなる貼り合わせ金属層を介して貼り合わされていることを特徴とする発光素子。
2. 前記素子基板は導電性基板にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記導電性基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
4. 前記第一のバリア層と前記第二のバリア層は、導電性セラミックからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
5. 前記導電性セラミックは、ＩＴＯであることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
6. 前記主金属は、Ａｕを主成分とするＡｕ系金属層であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 前記低融点の金属は、Ｉｎ又はＧａのいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。
8. 発光層部を有する化合物半導体層の、光取出面となる第一主表面の一部を覆う形で光取出面側電極が形成される一方、該化合物半導体層の第二主表面に、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主金属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の製造方法であって、
   前記主金属層の第二主表面側と、前記素子基板の第一主表面側に、各々前記素子基板から前記主金属層への成分拡散を抑制するセラミックからなる第一のバリア層と第二のバリア層とが第二の酸化物層とをそれぞれ形成し、それら第一のバリア層と第二のバリア層とを、前記主金属層をなす金属よりも低融点の金属からなる貼り合わせ金属層を介して貼り合わせることを特徴とする発光素子の製造方法。
9. 前記第一のバリア層と前記第二のバリア層とにそれぞれ前記主金属層をなす金属よりも低融点の金属からなる第一の貼り合わせ金属層と第二の貼り合わせ金属層とを形成し、それら第一の貼り合わせ金属層と第二の貼り合わせ金属層とを貼り合わせることを特徴とする請求項８に記載の発光素子の製造方法。
10. 前記第一の貼り合わせ金属層と前記第二の貼り合わせ金属層とを、Ｉｎ又はＧａのいずれかを主成分とする金属にて形成することを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
11. 前記化合物半導体層の第二主表面に、該化合物半導体層と前記主金属層との接触抵抗を低減するための接合合金化層を形成し、該接合合金化層を覆うように前記主金属層を形成するとともに、前記第一の貼り合わせ金属層と前記第二の貼り合わせ金属層との貼り合わせを前記接合合金化層を形成するための合金化熱処理温度よりも低温にて行う請求項９又は請求項１０に記載の発光素子の製造方法。

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