JP2006332649A - 垂直構造半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、クラック発生が抑制された高品質の垂直構造半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による垂直構造半導体発光素子は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板と、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板上に順次積層されているｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、化合物半導体発光素子及びその製造方法に関するもので、特にクラックなどの欠陥発生が抑制された垂直構造ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。

Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるＧａＮ系半導体は、青色、紫外線領域の発光に好適な化合物半導体物質として、青色または緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子に用いられている。一般的に用いるＧａＮ系ＬＥＤは、サファイア基板上に順次成長されたｎ型ＧａＮ系半導体層、活性層及びｐ型ＧａＮ系半導体層と２個の電極（ｎ側電極及びｐ側電極）とを含む。成長用基板として用いられるサファイア基板は、絶縁性物質であるため、上記２個の電極は水平に配置する。このような水平構造ＧａＮ系ＬＥＤでは、２個の電極が両方とも素子の上部に配置されているため、ＬＥＤ素子の面積が広くなければならない。また、電流拡散のための透明電極とｎ側電極が互いに隣接して位置しているため、静電気による欠陥に脆弱である。

上記した短所を持つ水平構造ＧａＮ系ＬＥＤの代りに、最近ではＧａＮ系半導体成長用基板として、伝導性ＳｉＣ基板を用いた垂直構造ＧａＮ系ＬＥＤが使用されている。しかし、この場合、高価なＳｉＣ基板を使用せざるを得ないとの問題が生じる。さらに他の形態の垂直構造ＧａＮ系ＬＥＤは、伝導性基板の接合工程とサファイア基板の分離工程を通じて製造される。例えば、韓国公開特許公報１０−２００４−００５８４７９号では、導電性接着層によってＧａＮ系半導体層に接合されたＳｉ基板などの導電性基板を含む垂直構造ＧａＮ系ＬＥＤを開示している。

図１は、従来の垂直構造ＧａＮ系発光素子の一例を示す断面図である。図１を参照すれば、垂直構造ＧａＮ系発光素子１０は、ｎ側電極１７の下に形成されたｎ型ＧａＮ系半導体層１６、活性層１５、ｐ型ＧａＮ系半導体層１４及び金属反射層１３を含む。また、金属反射層１３の下には導電性接合層１２によって導電性基板１１が接合されている。該導電性基板には、熱伝導度が比較的優れたＳｉ基板を用いる。上記垂直構造ＧａＮ系発光素子１０は、水平構造ＧａＮ系発光素子に比べ、より改善された発光効率、放熱特性及び静電気耐性を示し、より小さいチップ面積を有する。かかる垂直構造ＧａＮ系発光素子１０を製造するためには、成長用基板であるサファイア基板（図示せず）上にＧａＮ系半導体層１４、１５、１６と金属反射層１３を形成した後、導電性接合層１２を利用して導電性基板１１を接合し、レーザーの照射によりサファイア基板を分離及び除去する工程を経る。

しかし、レーザーの照射によるサファイア基板分離（以下、レーザーリフトオフ（ｌａｓｅｒ ｌｉｆｔ ｏｆｆ）と呼ぶ）時、ＧａＮ系半導体層にクラックなどの過多な欠陥が発生してしまう。これは、導電性基板１１材料であるＳｉの熱膨脹係数（約２．６ｐｐｍ／Ｋ）がサファイア基板の熱膨張係数（６ないし７ｐｐｍ／Ｋ）よりはるかに小さいことに起因する。

具体的に説明すれば、約２００ないし４００℃の温度で導電性接合層１２を利用して導電性基板１１を金属反射層１３に接合した後、常温で冷却させれば、Ｓｉから成る導電性基板１１は小さく収縮するのに対し、サファイア基板は著しく収縮する。これにより、サファイア基板には大きな引張力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ）が加わり、導電性基板１１とサファイア基板は曲がってしまう。このように引張力により曲がった状態でレーザーの照射によってサファイア基板を分離してしまうと、サファイア基板とＧａＮ系半導体層間との界面に機械的衝撃が加えられＧａＮ系半導体層上に過多なクラックが生じるようになる。成長用基板の分離時に生じるクラック問題は、ＧａＮ系半導体ＬＥＤのみならず、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体またはＡｌＧａＡｓ系半導体などＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を使用した垂直構造発光素子の製造工程でも発生する。

本発明は、上記した問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、クラック発生が抑制された垂直構造半導体発光素子を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、成長用基板分離時のクラック発生を抑制することのできる垂直構造半導体発光素子の製造方法を提供することである。

上記した技術的課題を達成するために、本発明による垂直構造半導体発光素子は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板と、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板上に順次積層されているｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを含む。

好ましくは、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを５０ないし９０重量％含む。さらに好ましくは、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを６０ないし８０重量％含む。さらにまた好ましくは、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを７０ないし７５重量％含む。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板と上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との間には、導電性接合層がさらに含まれている。好ましくは、上記導電性接合層はＡｕから成っている。上記導電性接合層はＡｕ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｉｎ、Ａｕ／ＳｎまたはＰｂ／Ｓｎなどの共融金属（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｍｅｔａｌ）から成ることもできる。その他にも、上記導電性接合層は導電性有機物質から成っても良い。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記導電性接合層と上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との間に形成された金属反射層をさらに含んでいる。好ましくは、上記金属反射層はＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ及びいずれか２種以上の合金で構成された群より選択された金属から成ることができる。

本発明の一実施形態によれば、上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成る。他の実施形態によれば、上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成る。さらに他の実施形態によれば、上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ａｓ（０≦ｘ≦１）系半導体材料から成る。

本発明の他の目的を達成するために、本発明による垂直構造半導体発光素子の製造方法は、成長用基板上にｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層及びｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次形成する段階と、上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にＳｉ−Ａｌ合金基板を接合する段階と、上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から上記成長用基板を分離する段階とを含む。

好ましくは、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板はＳｉを５０ないし９０重量％含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を用いる。さらに好ましくは、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを６０ないし８０重量％含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を用いる。さらにまた好ましくは、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板はＳｉを７０ないし７５重量％含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を用いる。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合する段階は、導電性接合層を利用して上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合することにより行われる。この場合、上記導電性接合層はＡｕを用いることが好ましい。上記導電性接合層では、Ａｕ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｐｂ／Ｓｎなどの共融金属（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｍｅｔａｌ）を用いることができる。その他にも上記導電性接合層として導電性有機物質を使用しても良い。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する段階と導電性接合層を利用して上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合する段階の間に、上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に金属反射層を形成する段階をさらに含む。上記金属反射層は、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、又はＲｈなどから形成され得る。

別の方案として、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合する段階は、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に直接接合（ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄｉｎｇ）することにより行うこともできる。この場合、別の接合媒介層なしに上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が互いに接着される。

本発明の一実施形態によれば、上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成り、上記成長用基板ではサファイア基板を用いる。本発明の他の実施形態によれば、上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成り、上記成長用基板はＧａＡｓ基板を用いる。本発明のさらに他の実施形態によれば、上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ａｓ（０≦ｘ≦１）半導体材料から成り、上記成長用基板はＧａＡｓ基板を用いる。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記成長用基板を分離する段階は、レーザーリフトオフによって行われる。

本発明によれば、伝導性基板としてＳｉ−Ａｌ合金基板を用いることによって、クラック発生の少ない高品質の垂直構造半導体発光素子が得られる。これとともに、Ｓｉ−Ａｌ合金基板は優れた熱伝導度を有しているため、本発明の垂直構造半導体発光素子は優れた熱放出特性を示すようになる。

しかも、化合物半導体から成る発光構造物の熱膨脹係数とＳｉ−Ａｌ合金基板間の熱膨脹係数差が大きくないので、発光素子のパッケージ工程においてダイボンディングやワイヤボンディングのための温度要件が緩和される。これにより、発光素子のパッケージ歩留まりがさらに改善される。さらに、Ｓｉ−Ａｌ合金基板は低コストで容易に得ることができるので、発光素子製造のコストダウン効果を得ることができる。

以下、添付された図面を用いて本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるわけではない。本発明の実施形態は、当業界において平均的な知識を有する者にとって本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素等の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張されることができ、図面上の同一符号で表される要素は同じ要素である。

図２は、本発明の一実施形態による垂直構造半導体発光素子を示す断面図である。図２を参照すれば、垂直構造半導体発光素子１００は、ＳｉとＡｌの合金から成る基板（以下、‘Ｓｉ−Ａｌ合金基板’と呼ぶ）１０１を含む。Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１上には、導電性接合層１０２、金属反射層１０３、ｐ型半導体層１０４、活性層１０５及びｎ型半導体層１０６が順次積層されている。上記ｐ型及びｎ型半導体層１０４、１０６、並びに活性層１０５はＧａＮ系半導体、即ち、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成り、発光構造物を形成する。ｎ型半導体層１０６上には、ｎ側電極１０７が設けられている。

上記垂直構造半導体発光素子１００は、従来と異なって伝導性基板としてＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を用いる。このようなＳｉ−Ａｌ合金は、熱膨脹係数、熱伝導度、機械的加工性及び価格の側面において非常に有用な長所を提供する。即ち、下表１に表しているように、Ｓｉ−Ａｌ合金は合金内に含有されたＳｉとＡｌの造成比によって多様に調節され得る熱膨脹係数を示す。

上記表１に表しているように、Ｓｉ−Ａｌ合金が６０ないし８０重量％のＳｉを含む場合、Ｓｉ−Ａｌ合金の熱膨脹係数は２５℃で約５ないし９ｐｐｍ／Ｋ程度となる。このような熱膨脹係数は、サファイア基板の熱膨脹係数（約６ないし７ｐｐｍ／Ｋ）と非常に類似する。従って、６０ないし８０重量％のＳｉを含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を用いて垂直構造半導体発光素子を作製すれば、従来技術において伝導性基板の接合工程とレーザーの照射による、サファイア基板の分離工程時に発生した基板の曲がり現象と発光構造物におけるクラックの発生現象を、著しく抑制することができる。これにより、クラックなどの欠陥の少ない高品質の垂直構造半導体発光素子が得られる。

本発明者は、実験の結果、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１内に含有されたＳｉの含量が５０ないし９０重量％の場合でも、従来の垂直構造発光素子（図１参照）に比してクラックが非常に抑制された垂直構造半導体発光素子を得た。しかし、クラック発生をさらに抑制するためＳｉ−Ａｌ合金基板の熱膨脹係数は、サファイア基板の熱膨脹係数に近いほど良い。好ましくは、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１は、Ｓｉを６０ないし８０重量％含む。さらに好ましくは、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１はＳｉを７０ないし７５重量％含む。

また、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の熱伝導度は、１２０ないし１８０Ｗ／ｍ・Ｋであって、Ｓｉ基板のように熱放出特性が優れる。しかも、高圧でＳｉとＡｌを溶融させることにより、Ｓｉ−Ａｌ合金基板を容易に作製することができるので、Ｓｉ−Ａｌ合金基板を低コストで容易に得ることができる。これにより、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を用いて製造された垂直構造半導体発光素子１００は優れた熱放出特性を示し、その製造コストも従来に比べ低く収まる。さらに、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１とＧａＮ系半導体から成る発光構造物１０４、１０５、１０６間の熱膨脹係数の差が大きくないので、発光素子１００のパッケージ工程でダイボンディングやワイヤボンディング時に、２８０℃以上の温度で発光素子の基板接合面の損傷のない高温工程が可能である。これにより、ダイ接合工程の工程基準が緩和され、パッケージの歩留まりが向上する。

図２を参照すれば、導電性接合層１０２と上記ｐ型半導体層１０４との間に介在された金属反射層１０３は、半導体層から入射した光を上方向に反射させることにより輝度をさらに増加させる。好ましくは、上記金属反射層は、高反射率の金属、例えばＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ及びいずれか２種以上の合金で構成された群より選択された金属から成ることができる。しかし、上記金属反射層１０３は、本発明の必須要素ではなく、必要に応じて省略しても良い。

導電性接合層１０２は、後述するように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を発光構造物に接合させる役割を果たす。好ましくは、導電性接合層１０２ではＡｕ層を用いる。その他にも導電性接合層１０２として、Ａｕ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｐｂ／Ｓｎなどの共融金属（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｍｅｔａｌ）から成ることもできる。導電性接合層１０２として導電性有機物質を用いることもできる。

本実施形態では、発光素子１００が導電性接合層１０２を含んでいるが、別の方案として、導電性接合層１０２なしにＳｉ−Ａｌ合金基板１０１がｐ型半導体層１０４上に直接接合されることも可能である。

本実施形態では、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ半導体材料を用いてＧａＮ系半導体発光素子について説明したが、別のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を用いた垂直構造発光素子に対しても本発明が適用され得る。例えば、上記ｐ型及びｎ型半導体層１０４、１０６と活性層１０５は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成ることもできる。さらに他の実施形態として、上記ｐ型及びｎ型半導体層１０４、１０６と活性層１０５は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ａｓ（０≦ｘ≦１）半導体材料から成ることができる。いずれの実施形態でも本発明では伝導性基板としてＳｉ−Ａｌ合金基板を用いる。

以下、図３ないし図８を参照して、本発明の好ましい実施形態による垂直構造半導体発光素子の製造方法を説明する。先ず、図３を参照すれば、成長用基板としてサファイア基板１５０を用意する。その後、図４に示しているようにサファイア基板１５０上にＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ半導体材料から成るｎ型半導体層１０６、活性層１０５及びｐ型半導体層１０４を順次成長させる。

次に、図５に示しているように、ｐ型半導体層１０４上に金属反射層１０３を形成する。該金属反射層１０３は、高反射率の金属材料、例えばＡｕ、Ａｌ、Ａｇ、またはＲｈから形成され得る。

次に、図６に示しているように、導電性接合層１０２を利用して金属反射層１０３上にＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を接合する。上記導電性接合層１０２では、Ａｕを用いることが好ましい。導電性接合層１０２として、Ａｕ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｐｂ／Ｓｎなどの共融金属（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｍｅｔａｌ）を用いることもできる。その他にも導電性接合層１０２として導電性有機物質を用いても良い。Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の接合時の温度は、導電性接合層１０２の種類によって異なるが、例えばＡｕから成る導電性接合層１０２を用いる場合、３００ないし４００℃の高温でＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を接合することができる。

上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１は導電性基板として、後続のサファイア基板１５０の分離工程時、保持基板の役割を果たす。先述したように、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１では、Ｓｉを５０ないし９０重量％含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を用いる。さらに好ましくは、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１はＳｉを６０ないし８０重量％含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を使用する。さらにまた、好ましくは、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１はＳｉを７０ないし７５重量％含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を用いる。

本実施形態では、導電性接合層１０２を使用してＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を接合するが、別の方案として、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４上に直接接合（ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄｉｎｇ）することもできる。例えば、ｐ型半導体層１０４とＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を４００ないし５００℃で加熱した状態でＳｉ−Ａｌ合金基板１０１をｐ型半導体層１０４に押し当てることにより直接接合することができる。この場合、別の接合媒介層なしにＳｉ−Ａｌ合金基板１０１とｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４が互いに接着され得る。

このように、３００℃以上の高温でＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の接合工程を行っても、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の熱膨脹係数はサファイア基板１５０の熱膨脹係数とは大きな差がないので、従来のような基板の曲がり現象が発生しない。即ち、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の接合工程完了後、その結果物を常温で冷却させても、サファイア基板１５０には大きな引張力が加わらなくなる。

次に、図７に示してようにサファイア基板１５０とｎ型半導体層１０６との間に界面にレーザーを照射して（レーザーリフトオフを利用して）、サファイア基板１５０をｎ型半導体層１０６から分離する。先述したように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板接合後でも基板の曲がり現象は発生しないので、サファイア基板１５０を分離してもクラックなどの欠陥はほとんど発生しない。

次に、図８に示しているように、サファイア基板１５０の分離によって露出されたｎ型半導体層１０６上にｎ側電極１０７を設ける。これにより、本発明の好ましい実施形態による垂直構造半導体発光素子１００が得られる。本実施形態では、成長用基板としてサファイア基板１５０を用い、発光構造物としてＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料を使用したが、本発明がこれに限定されるわけではない。

例えば、本発明の他の実施形態として、サファイア基板１５０の代りにＧａＡｓ基板を用いて成長用基板を用意し、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料の代わりにＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料を用いて発光構造物（ｐ型及びｎ型半導体層と活性層）を形成することもできる。また、さらに他の実施形態として、サファイア基板１５０の代りにＧａＡｓ基板を用いて成長用基板を用意し、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）半導体材料を用いて発光構造物を形成することもできる。いずれの実施形態でも、本発明では発光構造物に接合される伝導性基板としてＳｉ−Ａｌ合金基板１０１を用いる。ＧａＡｓ基板の熱膨脹係数は、約６ないし７ｐｐｍ／Ｋであるので、伝導性基板として従来のＳｉ基板の代りに（ＧａＡｓ基板と類似する熱膨脹係数を有する）Ｓｉ−Ａｌ合金基板を用いることによって、基板接合工程時の基板の曲がり現象や基板分離工程時のクラックの発生現象を抑制することが可能となる。

本発明者は、本発明によるクラック発生の抑制効果を確認するために、Ｓｉ基板（図１の図面符号１１参照）の接合及びサファイア基板の分離工程（従来技術）を行う一方、Ｓｉ−Ａｌ合金基板（図２の図面符号１０１参照）の接合及びサファイア基板の分離工程（本発明）を行った。このような伝導性基板の接合及びサファイア基板の分離工程後のｎ型半導体層の表面写真が図９及び図１０に示されている。

図９は、本発明によって、ｐ型ＧａＮ層にＳｉ−Ａｌ合金基板を接合しサファイア基板を分離した後、露出されたｎ型ＧａＮ層１０６の表面の光学顕微鏡写真である。図１０は、従来技術に従って、ｐ型ＧａＮ層にＳｉ基板を接合してサファイア基板を分離した後、露出されたｎ型ＧａＮ層１６の表面の光学顕微鏡写真である。サファイア基板の分離は、全てレーザーリフトオフによって行われる。図９及び図１０に示しているように、ｎ型ＧａＮ層１０６、１６は個別素子別に分離されている状態にあり、ｎ型ＧａＮ層１０６、１６との周囲には個別素子別に分離されていない導電性接合層１０２、１２が示されている。

図９に示しているように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板を用いた場合には、ｎ型ＧａＮ層１０６にクラックがほとんど見つからなかった。その反面、図１０に示しているように、Ｓｉ基板を用いた場合にはｎ型ＧａＮ層１６に相当数のクラック等が見出された。特に、角部分において過多なクラックが発生することがより明らかとなった。このように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板を用いて基板接合及び基板分離工程を行われば、クラック発生を著しく減少させることが可能となる。

本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、添付された請求範囲によって限定する。また、本発明は請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは、当技術分野の通常の知識を有する者にとって自明であるであろう。

従来の垂直構造半導体発光素子の一例を示す断面図である。 本発明の一実施形態による垂直構造半導体発光素子を示す断面図である。 本発明の一実施形態による垂直構造半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による垂直構造半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による垂直構造半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による垂直構造半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による垂直構造半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による垂直構造半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による製造工程中、サファイア基板の除去によって露出されたｎ型ＧａＮ系半導体層の表面の光学顕微鏡写真である。 従来技術による製造工程中、サファイア基板の除去によって露出されたｎ型ＧａＮ系半導体層の表面の光学顕微鏡写真である。

符号の説明

１０１ Ｓｉ−Ａｌ合金基板
１０２ 導電性接合層
１０３ 金属反射層
１０４ ｐ型半導体層
１０５ 活性層
１０６ ｎ型半導体層
１０７ ｎ側電極

Claims (27)

1. Ｓｉ−Ａｌ合金基板と、
   上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板上に順次積層されているｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
   を含むことを特徴とする垂直構造半導体発光素子。
2. 上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを５０ないし９０重量％含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子。
3. 上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを６０ないし８０重量％含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子。
4. 上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを７０ないし７５重量％含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子。
5. 上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板と上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との間に、導電性接合層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子。
6. 上記導電性接合層は、Ａｕから成ることを特徴とする請求項５に記載の垂直構造半導体発光素子。
7. 上記導電性接合層は、Ａｕ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｉｎ、Ａｕ／ＳｎまたはＰｂ／Ｓｎから成ることを特徴とする請求項５に記載の垂直構造半導体発光素子。
8. 上記導電性接合層は、導電性有機物質から成ることを特徴とする請求項５に記載の垂直構造半導体発光素子。
9. 上記導電性接合層と上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との間に形成された金属反射層をさらに含んでいることを特徴とする請求項５に記載の垂直構造半導体発光素子。
10. 上記金属反射層は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ及びいずれか２種以上の合金で構成された群より選択された金属から成ることを特徴とする請求項９に記載の垂直構造半導体発光素子。
11. 上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子。
12. 上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子。
13. 上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ａｓ（０≦ｘ≦１）系半導体材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子。
14. 成長用基板上にｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層及びｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次形成する段階と、
    上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にＳｉ−Ａｌ合金基板を接合する段階と、
    上記成長用基板を上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から分離する段階と、
    を含むことを特徴とする垂直構造半導体発光素子の製造方法。
15. 上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを５０ないし９０重量％含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を用いることを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
16. 上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを６０ないし８０重量％含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を用いることを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
17. 上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板は、Ｓｉを７０ないし７５重量％含んだＳｉ−Ａｌ合金基板を用いることを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
18. 上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合する段階は、導電性接合層を利用して上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合することにより行われることを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
19. 上記導電性接合層は、Ａｕを用いることを特徴とする請求項１８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
20. 上記導電性接合層は、Ａｕ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｉｎ、Ａｕ／ＳｎまたはＰｂ／Ｓｎを用いることを特徴とする請求項１８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
21. 上記導電性接合層は、導電性有機物質を用いることを特徴とする請求項１８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
22. 上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する段階と、導電性接合層を利用して上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合する段階との間に、上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に金属反射層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
23. 上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を接合する段階は、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板を上記ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に直接接合することにより行われることを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
24. 上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成り、上記成長用基板ではサファイア基板を用いることを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
25. 上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料から成り、上記成長用基板ではＧａＡｓ基板を用いることを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
26. 上記ｐ型及びｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ａｓ（０≦ｘ≦１）半導体材料から成り、上記成長用基板ではＧａＡｓ基板を用いることを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
27. 上記成長用基板を分離する段階は、レーザーリフトオフによって行われることを特徴とする請求項１４に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。