JP2007042664A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光層部に透光性樹脂結合層を介して透光性素子基板を貼り合わせた発光素子において、その光取出効率をさらに向上させる。
【解決手段】 発光素子１は、発光層部２４を有した主化合物半導体層部１０と、主化合物半導体層部１０の一方の主表面を第一主表面、他方の主表面を第二主表面として、該主化合物半導体層部１０の第二主表面側に、透光性樹脂結合層７１を介して貼り合された透光性素子基板７０とを有する。透光性素子基板７０は化合物半導体からなり、該透光性素子基板７０の少なくとも側面に、異方性化学エッチングに基づく面粗し部ＳＦが形成されてなる。
【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２００２−２４６６４０号公報 特開２００２−１５８３７３号公報

発光素子の光取出効率を高めるために、ＧａＡｓなどの光吸収基板上に化合物半導体よりなる発光層部を成長し、その発光層部に透光性接着剤層を介して透光性素子基板を接着し、その後、光吸収基板を除去する製造方法が、特許文献１及び２に開示されている。透光性素子基板の材質としては、サファイアやガラスなどの絶縁性基板のほか、透光性を有する半導体基板も種々例示されている。しかし、半導体基板を用いる場合においても、発光層部には絶縁性の透光性接着剤層を介して貼り合わされるので、該半導体基板は発光層部への通電経路としては利用されず、その透光性のみが光取出効率改善のために活用される。

しかし、特許文献１及び２のいずれにおいても、透光性接着剤層（透光性樹脂結合層）を介して透光性素子基板を貼り合わせた発光素子ウェーハをダイシングして素子化した後の工程については言及されておらず、特に、透光性素子基板からの光取出効率をさらに向上させるための工夫等についても何ら開示等なされていない。

本発明の課題は、発光層部に透光性樹脂結合層を介して透光性素子基板を貼り合わせた発光素子において、その光取出効率をさらに向上させ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作用・効果

上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、
発光層部を有した主化合物半導体層部と、
主化合物半導体層部の一方の主表面を第一主表面、他方の主表面を第二主表面として、該主化合物半導体層部の第二主表面側に、透光性樹脂結合層を介して貼り合された透光性素子基板とを有し、
透光性素子基板は化合物半導体からなり、該透光性素子基板の少なくとも側面に、異方性化学エッチングに基づく面粗し部が形成されてな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、上記本発明の発光素子を製造するために、
化合物半導体単結晶よりなる成長用基板の一方の主表面上に主化合物半導体層部をエピタキシャル成長する主化合物半導体層部成長工程と、
成長された主化合物半導体層部から成長用基板を除去する成長用基板除去工程と、
主化合物半導体層部の、一方の主表面を第一主表面、他方の主表面を第二主表面として、該主化合物半導体層部の第二主表面側に、透光性樹脂結合層を介して透光性素子基板を貼り合わせて貼り合せウェーハを製造する貼り合せ工程と、
貼り合せウェーハを素子チップにダイシングするダイシング工程と、
ダイシングにより分離された素子チップをエッチング液に浸漬することにより、前透光性素子基板の側面に異方性化学エッチングを施して面粗し部を形成する面粗し工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法。

上記本発明によると、透光性樹脂結合層を介して貼り合された透光性素子基板を化合物半導体基板として構成し、素子化の際のダイシングにより露出するその側面に異方性化学エッチングを施して面粗し部を形成した。面粗し部の形成により、透光性素子基板の側面において発光光束が大角度入射する確率（ひいては、全反射により透光性素子基板内に戻ってしまう確率）が減じられ、光取出し効率を高めることができる。また、透光性素子基板を異方性化学エッチング可能な化合物半導体基板にて敢えて構成することにより、エッチング液にダイシング後の素子チップを浸漬するだけで面粗し部を簡単に形成できる。

前述の特許文献１及び特許文献２には、透光性素子基板が単結晶ウェーハである必要がないと記載され、多結晶基板やアモルファス基板の使用により製造コスト低減が可能となる旨謳われている。しかし、本発明においては、透光性素子基板の少なくとも側面に、異方性化学エッチングにより面粗し部を形成することが前提であり、異方性化学エッチング効果がより顕著となる単結晶基板を採用することが、面粗し部を有効形成する観点においてより望ましい。ただし、多結晶基板やアモルファス基板の使用を排除するものではない。

透光性素子基板を、閃亜鉛鉱型構造を有したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶基板にて構成する場合、該透光性素子基板の側面は｛１００｝面となっていることが望ましい。閃亜鉛鉱型結晶構造を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の場合、異方性化学エッチングによる容易エッチング面は｛１１１｝面であり、面粗しの対象面を｛１００｝面としておくと、異方性化学エッチングにより、傾斜角度の大きい４枚の｛１１１｝面で囲まれたピラミッド状の面粗し突起部を深く顕著に形成でき、光取出効率を一層高めることができる。なお、透光性素子基板のある面が｛１００｝面であるということは、狭義に該面の法線方向が、化合物半導体結晶の［１００］方向に一致していることを意味するが、本発明では、その面法線方向が［１００］方向に対し１゜以上２５゜以下傾けてあっても（つまり、オフアングルが付与されていても）、「該面が｛１００｝面である」概念に属するものとする。

上記のような透光性素子基板の材質としては、ＧａＰ基板を好適に採用できる。ＧａＰはバンドギャップエネルギーが大きいので透光性に優れ、面粗し部形成のための異方性化学エッチングも容易である。また、透光性素子基板を単結晶基板により構成する場合、ＧａＰは、液体カプセル法などの採用によりバルク単結晶の製造が容易である利点もある。

透光性素子基板の、主化合物半導体層部に貼り合わされている側の主表面を第一主表面、これと反対側の主表面を第二主表面としたとき、上記の構造では、発光層部の第一表面側は光遮蔽体となる２つの電極に覆われる一方、透光性素子基板の第二主表面には電極が形成されない。従って、光取出効率の向上を図る上では、透光性素子基板の第二主表面をどのように活用するか、という点も重要である。この場合、電極が非形成となる透光性素子基板の第二主表面を光取出面とすれば、当該第二主表面の全面から発光光束を取り出すことができ、光取出効率を高めることができる。透光性素子基板が化合物半導体にて構成されていることを考慮すれば、面粗し工程において、透光性素子基板の第二主表面にも異方性化学エッチングを施して面粗し部を形成することが可能である。透光性素子基板の第二主表面にも異方性化学エッチングによる面粗し部を形成することで、光取出効率の更なる向上が期待できる。この場合、透光性素子基板の側面と第二主表面への異方性化学エッチングを同時に行なうようにすれば、ダイシング後の素子チップをエッチング液に浸漬するだけで、２つの面への面粗し処理を非常に効率的に実施することができる。透光性素子基板が、閃亜鉛鉱型構造を有したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶基板にて構成される場合は、該第二主表面を｛１００｝面としておくことが、前述の側面の場合と同様に、面粗し部を顕著に形成する観点において有利である。

主化合物半導体層部へ電極形成する際には、電極と化合物半導体層との間の接触抵抗を減ずるために、接合合金化層を形成する必要がある。接合合金化層の形成には、原料となる金属層（接合金属層）を形成した後、化合物半導体層と合金化させるための合金化熱処理を実施する必要がある。本発明の発光素子の製造方法では、透光性素子基板と主化合物半導体層とを接着する透光性樹脂結合層の耐熱性を考慮して、以下のように実施することが望ましい、すなわち、主化合物半導体層部成長工程の終了後であって貼り合わせ工程よりも前に、主化合物半導体層部の電極形成面に接合金属層を形成する接合金属層形成工程と、接合金属層を、電極形成面をなす化合物半導体と合金化させて接合合金化層とする合金化熱処理と、をこの順序で実施する。つまり、この方法であると、透光性樹脂結合層の形成前に合金化熱処理が完了するので、合金化熱処理の高温履歴が透光性樹脂結合層に及ぶことがなく、形成した透光性樹脂結合層の熱による劣化を防止することができる。なお、成長用基板が除去されると、製品化される部分である主化合物半導体層部は該成長用基板による補強を失い、工程実施のためのハンドリングの難易度が高くなる場合がある。特に、合金化熱処理工程を実施するための基板ハンドリングを考慮すれば、合金化熱処理工程の終了後に成長用基板除去工程を実施することが望ましいといえる。

本発明の発光素子の製造方法においては、成長用基板除去工程と貼り合せ工程とはこの順に実施してもよいし、上記とは逆順にしてもよい。前者の場合は、成長用基板除去工程の実施後に、主化合物半導体層部の該成長用基板の除去により露出した主表面を第二主表面として、該主化合物半導体層部の第二主表面側に、透光性樹脂結合層を介して透光性素子基板を貼り合わせて貼り合せウェーハを製造する貼り合せ工程を実施する。また、後者の場合は、成長用基板除去工程の実施前に、主化合物半導体層部の該成長用基板が随伴していない第一主表面側に透光性樹脂結合層を介して透光性素子基板を貼り合わせ、その後、第二主表面側の成長用基板を除去する（成長用基板除去工程）。

ＧａＡｓ単結晶基板は、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子以外にも、古くからＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＡｓＰ系などの発光素子用成長基板として多用されてきた。ところで、ＧａＡｓ単結晶はＨＢ法、ＶＢ法、ＬＥＣ法、ＶＣＺ法などのバルク成長法を採用できるが、ＧａＡｓ融液の支持容器として石英製の容器が使用され、この石英容器からＧａＡｓ中ではｎ型ドーパントして振舞うＳｉが不可避的に混入する。従って、ｎ型のバルク単結晶は比較的安価に製造できるのに対し、ｐ型のバルク単結晶は、Ｓｉの混入量を抑えつつｐ型ドーパント（Ｚｎ等）でキャリア補償して製造しなければならないので、一般に高価である。従って、発光層部の成長用に大量に使用されてきたのはｎ型ＧａＡｓ単結晶基板であり、この場合は、成長される発光層部の上層側がｐ型層となる。

この種の発光素子は、発光層部に光吸収体となるｎ型ＧａＡｓ単結晶基板を随伴させたままの素子構造が、基本形として多用されていたこともあり、結果としてｐ型層を上側として電極形成する使用形態（以下、ｐサイドアップという）が、発光素子、特に発光ダイオードの分野では標準形として定着するに至った。また、複数種の発光ダイオードを組み合わせて使用する場合も、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板を用いて製造される主流となる発光ダイオードの構造がｐサイドアップであるため、ＧａＰ発光素子などＧａＡｓ単結晶基板を使用せずに製造されるものや、ＧａＡｓ単結晶基板の除去が前提となる素子構造を有するものも、発光駆動のための配線構造を複雑化させないために、習慣的にｐサイドアップ構造に統一しようとする傾向がある。

従って、成長用基板がｎ型であり、主化合物半導体層部が第一主表面側にｐ型層が位置するように成長される場合においては、主化合物半導体層部の該成長用基板の除去により露出した第二主表面側に、透光性樹脂結合層を介して透光性素子基板を貼り合わせて貼り合せウェーハを製造することで、上記のようなｐサイドアップの発光素子構造を容易に得ることができる。なお、成長用基板除去工程に先立って、主化合物半導体層部の第一主表面側にハンドリング用の仮支持基板を接着する仮支持基板接着工程を実施し、主化合物半導体層部に仮支持基板を接着した状態で成長用基板除去工程と貼り合わせ工程とをこの順序で実施し、その後、主化合物半導体層部から仮支持基板を除去するようにすれば、成長用基板除去工程と貼り合わせ工程とを実施する際に、主化合物半導体層部が仮支持基板で補強され、ハンドリングが容易になる。

他方、主化合物半導体層部が第一主表面側にｐ型層が位置するように成長される場合においても、最終的に得られる発光素子において、ｎ型層を上側として電極形成する使用形態（以下、ｎサイドアップという）が採用される場合は、主化合物半導体層部の該成長用基板が随伴していない第一主表面側に透光性樹脂結合層を介して透光性素子基板を貼り合わせ、その後、第二主表面側の成長用基板を除去する方法を採用できる。

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１を示す概念図である。発光素子１は、発光層部２４を有した主化合物半導体層部１０と、主化合物半導体層部１０の一方の主表面を第一主表面、他方の主表面を第二主表面として、該主化合物半導体層部１０の第二主表面側に、透光性樹脂結合層７１を介して貼り合された透光性素子基板７０とを有する。透光性素子基板７０は化合物半導体からなり、該透光性素子基板７０の少なくとも側面に、異方性化学エッチングに基づく面粗し部ＳＦが形成されてなる。面粗し部ＳＦの形成により、透光性素子基板７０の側面における光取出し効率を高めることができる。また、透光性素子基板７０が化合物半導体基板で構成され、異方性化学エッチングにより面粗し部ＳＦを簡単に形成できる。

上記の面粗し部ＳＦを形成するための面粗し工程は、後述のごとく、素子チップ１に対する異方性化学エッチングを、透光性樹脂結合層７１の側面がエッチング液と接触する状態にて行なうことが能率的である。この場合、透光性素子基板７０の側面だけでなく、透光性樹脂結合層７１にもエッチング液による腐食アタックの影響が及ぶ。透光性樹脂結合層７１が該腐食アタックに弱い材質であると、上記の異方性化学エッチング中に透光性樹脂結合層７１が侵食され、主化合物半導体層から透光性素子基板７０が剥離してしまう惧れがある。従って、透光性樹脂結合層７１の材質は、上記エッチング液に対する耐腐食性に優れたものを採用することが望ましく、具体的には、エポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂を採用することが望ましく、本実施形態ではエポキシ系樹脂を採用している。

また、透光性素子基板７０は、異方性化学エッチングにより面粗し部ＳＦを形成することが前提であり、異方性化学エッチング効果がより顕著となるように単結晶基板、ここではＧａＰ単結晶基板を採用している。ＧａＰは閃亜鉛鉱型構造を有したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、異方性化学エッチングによる容易エッチング面は｛１１１｝面である。後述のごとく、図１の構成では、透光性素子基板７０の側面とともに、第二主表面にも面粗し部ＭＦが形成されており、その双方が面粗しの対象面となっている。異方性化学エッチングによる面粗しの対象面は、｛１００｝面としておくことで、異方性化学エッチングにより傾斜角度の大きい４枚の｛１１１｝面で囲まれたピラミッド状の面粗し突起部を深く顕著に形成できる。図１の発光素子１に含まれる透光性素子基板７０は、側面と第二主表面（及び、第一主表面）の全てが｛１００｝面となるように、結晶主軸が［１００］のＧａＰ単結晶ウェーハが、主表面上で直交する２つの＜１００＞方向にダイシングされて形成されたものである。

発光層部２４は、組成式（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１：以下、ＡｌＧａＩｎＰとも略記する）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成されたｎ型クラッド層４、活性層５及びｐ型クラッド層６がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものとすることができる。このような構造の発光層部２４は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層５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、例えば緑色から赤色までの広い波長域にて高輝度の素子を実現できる。また、ＧａＡｓ単結晶上へのヘテロエピタキシャル成長により高品質の発光層部２４が容易に得られる。本実施形態では、透光性素子基板７０がＧａＰで構成され、ＧａＰのバンドギャップエネルギーが十分に大きいため、ＡｌＧａＩｎＰ発光層部２４からの発光光束に対する光透過率が良好である。

具体的には、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、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する。図１の発光素子１では、第一主表面側（図面上側）にｐ型クラッド層６が配置されており、第二主表面側（図面下側）にｎ型クラッド層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１×１０^１３〜１×１０^１６／ｃｍ^３程度を上限とする）をも排除するものではない。

本発明において、「ＧａＡｓと格子整合する化合物半導体」とは、応力による格子変位を生じていないバルク結晶状態にて見込まれる、当該の化合物半導体の格子定数をａ１、同じくＧａＡｓの格子定数をａ０として、｛｜ａ１−ａ０｜／ａ０｝×１００（％）にて表される格子不整合率が、１％以内に収まっている化合物半導体のことをいう。また、活性層５は、ＡｌＧａＩｎＰの単一層として構成してもよいし、互いに組成の異なるＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層と井戸層とを交互に積層した量子井戸層として構成してもよい（量子井戸層全体を、一層の活性層５とみなす）。

なお、発光層部２４への面内に均一に通電できるようにするため、主化合物半導体層部１０の第一主表面側には、透光性を有する化合物半導体単結晶（ここでは、ＧａＰ）からなる電流拡散層２０が形成されている。この電流拡散層２０も、その少なくとも側面に、異方性化学エッチングに基づく面粗し部ＳＦが形成され、光取出効率の更なる向上に寄与している。本実施形態では、電流拡散層２０の第一主表面（第一電極９の周囲領域）にも面粗し部ＭＦが形成されている。なお、ＧａＰからなる電流拡散層２０と、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部２４との間には、発光素子の順方向電圧を低減するために、ＧａＰと発光層部２４の対応する側のクラッド層をなすＡｌＧａＩｎＰ混晶との中間のバンドギャップエネルギーを有するコンタクト層（例えばＧａＩｎＰよりなる）２１が介挿されている。

次に、上記発光素子１においては、透光性樹脂結合層７１が絶縁性であり、透光性素子基板７０が化合物半導体により導電性を示すものの、発光層部２４との間に絶縁性の透光性樹脂結合層７１が介在するため、透光性素子基板７０の第二主表面側を通電用の電極形成面として使用できない。従って、主化合物半導体層部１０の第一主表面側に、発光層部２４を駆動するための互いに極性の異なる第一電極９と第二電極１５との双方が形成されている。具体的には、主化合物半導体層部１０において発光層部２４の第一主表面に第一電極９を形成し、発光層部２４の第二主表面側に電極取出用の補助化合物半導体層７を形成する。そして、発光層部２４の一部領域を切り欠かいて補助化合物半導体層７の第一主表面を露出させ、該補助化合物半導体層７の該露出した第一主表面領域に第二電極１５を形成する。

本実施形態において、補助化合物半導体層７は、第二電極１５と接する電流拡散層（ここでは、ＡｌＧａＡｓ層としているが、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰあるいはＩｎＧａＰなどで構成してもよい）であり、発光層部２４の自身と接している側の半導体層（ここではｎ型クラッド層４）と同一の導電型（つまり、ｎ型）を有するものとなるように、かつ発光層部２４側の層よりも多数キャリア濃度が高くなるようにドーピングされている。なお、補助化合物半導体層７の第二主表面に接して配置されているのは、ＡｌＧａＡｓからなる補助化合物半導体層７の、成長中あるいは成長用基板エッチオフ時のＡｌ成分の酸化を防止するキャップ層８であり、本実施形態ではＧａＡｓ層にて形成されている。なお、ＧａＡｓ層は光吸収性層であるため、その厚さは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下にごく薄く形成されている。

透光性素子基板７０の、主化合物半導体層部１０に貼り合わされている側の主表面を第一主表面、これと反対側の主表面を第二主表面としたとき、上記の構造では、主化合物半導体層部１０の第一表面側は光遮蔽体となる２つの電極９，１５に覆われる一方、透光性素子基板７０の第二主表面には電極が形成されない。従って、光取出効率の向上を図る上では、透光性素子基板７０の第二主表面をどのように活用するか、という点も重要である。図２に示すように、電極が非形成となる透光性素子基板７０の第二主表面を光取出面とすれば、当該第二主表面の全面から発光光束を取り出すことができ、光取出効率を高めることができる。図２においては、電極９，１５が下向きとなるように素子が配置され、それぞれ導電性ペースト８７を介して、通電用の端子８５，８６が接続された構造となっている。

第一電極９及び第二電極１５は、いずれも接合合金化層９ａ，１５ａを介して電極形成面を形成する化合物半導体層と電気的に接続されている。接合合金化層９ａ，１５ａは、Ａｕ又はＡｇを主成分として（５０質量％以上）、これに、接合先となる半導体の種別及び導電型に応じ、オーミックコンタクトを取るための合金成分を適量配合した接合金属層を半導体表面上に膜形成した後、合金化熱処理（いわゆるシンター処理）を施すことにより形成されたものである。接合合金化層９ａは、ｐ型層とのコンタクトを取るために、例えば接合金属層としてＡｕＢｅ合金を用いて形成可能である。また、接合合金化層１５ａは、ｎ型層とのコンタクトを取るために、例えば接合金属層としてＡｕＧｅＮｉ合金を用いて形成可能である。

また、透光性素子基板７０が化合物半導体にて構成されていることを考慮して、透光性素子基板７０の第二主表面にも異方性化学エッチングを施し、面粗し部ＭＦを形成している。透光性素子基板７０の第二主表面にも異方性化学エッチングによる面粗し部ＭＦを形成することで、光取出効率の更なる向上が期待できる。この場合、透光性素子基板７０の側面と第二主表面への異方性化学エッチングを同時に行なうようにすれば、ダイシング後の素子チップ１”をエッチング液に浸漬するだけで、２つの面への面粗し処理を非常に効率的に実施することができる。

本実施形態では、各層の厚さは以下のように調整可能である。
・電流拡散層２０：５μｍ以上２００μｍ以下（例えば４０μｍ）；
・コンタクト層２１：５０ｎｍ以上１μｍ以下（例えば１００ｎｍ）；
・ｐクラッド層６：０．８μｍ以上４μｍ以下（例えば１μｍ）；
・活性層５：０．４μｍ以上２μｍ以下（例えば０．６μｍ）；
・ｎ型クラッド層４：０．８μｍ以上４μｍ以下（例えば１μｍ）；
・発光層部２４全体の厚さ：２μｍ以上１０μｍ以下（例えば２．６μｍ）；
・補助電流拡散層７：１μｍ以上５０μｍ以下（例えば２μｍ）；
・キャップ層８：１ｎｍ以上２０ｎｍ以下（例えば１０ｎｍ）；
・透光性樹脂結合層７１：１μｍ以上１００μｍ以下（例えば２０μｍ）；
・透光性素子基板７０：５０μｍ以上５００μｍ以下（例えば２００μｍ）。
※キャップ層厚さは金属貼り合せの昔の出願を参考に記載しました。

以下、図１の発光素子１の製造方法について説明する。
まず、図３の工程１に示すように、成長用基板１００として、ｎ型のＧａＡｓ単結晶基板を用意する。次に、その基板１００の第一主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍエピタキシャル成長し、さらにＡｌＩｎＰなどからなるエッチストップ層３をエピタキシャル成長する。次いで、キャップ層８（ＧａＡｓ）、補助電流拡散層７（ＡｌＧａＡｓ）をエピタキシャル成長する。さらに、発光層部２４として、各々（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰよりなるｎ型クラッド層４（ｎ型ドーパントはＳｉ）、活性層（ノンドープ）５及びｐ型クラッド層６（ｐ型ドーパントはＭｇ：有機金属分子からのＣもｐ型ドーパントとして寄与しうる）をエピタキシャル成長させる。さらに、ｐ型クラッド層６上にコンタクト層２１をエピタキシャル成長する。

上記各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）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：トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ_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。

次に、ＧａＰからなる電流拡散層２０を、発光層部２４（コンタクト層２１）の第一主表面にＨＶＰＥ法により成長させる。ＨＶＰＥ法は、具体的には、容器内にてＩＩＩ族元素である金属Ｇａを所定の温度に加熱保持しながら、その金属Ｇａ上に塩化水素を導入することにより、下記（１）式の反応によりＧａＣｌを生成させ、キャリアガスであるＨ₂ガスとともに基板上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体） → ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ_２（気体）‥‥（１）
成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ_３をキャリアガスであるＨ₂とともに基板上に供給する。さらに、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ＤＭＺｎ（ジメチルＺｎ）の形で供給する。
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ_３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ₂（気体）‥‥（２）

電流拡散層２０の成長が終了したら、電流拡散層２０の第一主表面を一部覆うように、接合金属層９ａ’と第一電極（例えばＡｕ電極）９とを蒸着やスパッタリングによりパターニング形成する。次いで、工程２に示すように、第一電極９を形成した電流拡散層２０の第一主表面の全面をドライエッチング用のエッチングレジスト層５０で覆い、工程３に示すように、露光・現像により、第二電極の形成領域に対応したエッチングウィンドウを形成する。そして、図４の工程４に示すように、上記エッチングウィンドウの対応領域にて発光層部２４を、補助電流拡散層７の第一主表面が露出するまでドライエッチングして切り欠く。そして、その露出した補助電流拡散層７の第一主表面に、接合金属層１５ａ’と第二電極（例えばＡｕ電極）１５とを蒸着やスパッタリングによりパターニング形成する。

以上の工程が終了すれば、工程６に示すように、上記各層を成長用基板１００上にエピタキシャル成長し、さらに電極形成した中間製品ウェーハを熱処理炉内に挿入し、３００℃以上５００℃以下の温度範囲で合金化熱処理（いわゆるシンター処理）を行ない、接合金属層９ａ’，１５ａ’を接合合金化層９ａ，１５ａとする。

図５の工程７に進み、上記の中間製品ウェーハから、成長用基板１００をなすＧａＡｓ基板をバッファ層２とともに、アンモニア／過酸化水素混合液などのエッチング液を用いて化学エッチングすることにより除去し、その後、エッチストップ層３を塩酸などのエッチング液を用いて除去することにより、エピタキシャル成長された各層の積層体からなる主化合物半導体層１０の第二主表面が露出したウェーハを得る。このとき、キャップ層８は、ＡｌＧａＡｓからなる補助電流拡散層７において、エッチング液との接触によりＡｌ成分が酸化されることを防止する。

そして、工程８に示すように、別途用意した透光性素子基板７０をなすＧａＰ単結晶基板を、透光性樹脂結合層を形成するための接着剤層７１’を介して、上記の主化合物半導体層１０をなすウェーハの第二主表面に接着する。具体的には、未硬化のエポキシ樹脂系接着剤を透光性素子基板７０の第一主表面側（あるいは、主化合物半導体層１０をなすウェーハの第二主表面側でもよい）に塗布し、主化合物半導体層１０をなすウェーハの第二主表面側を重ね合わせ、その状態で加圧力１ｋＰａ以上４００ｋＰａ以下（ゲージ圧）にて加圧しつつ、常温で接着剤層７１’を硬化させるか、又は５０℃以上１５０℃以下に加熱する硬化処理を行なって貼り合せ工程を実施する。図３〜図５は、説明の便宜を図るため、単一の素子チップ部分で代表させた工程説明図としていたが、実際には上記貼り合せ工程の完了により、図６に示すように、複数の未分離素子チップ部分１’が集合した貼り合せウェーハＷが得られる。

その後、上記の貼り合せウェーハＷを、個々の素子チップ１”にダイシングにより分離する。具体的には、貼り合せウェーハＷの透光性素子基板７０（主表面（１００）のＧａＰ単結晶基板）の主表面上に表れる２つの＜１００＞方向に沿って、ウェーハＷの第一主表面側からダイシング刃ＤＢによりダイシングする。ダイシングの向きを＜１００＞方向とすることによって、透光性素子基板７０のダイシングにより形成される側面は｛１００｝面となり、後述の異方性化学エッチングによる面粗し部ＳＦを顕著に形成できる。また、チップ領域のエッジに沿った割れや欠けが生じ難くなる。なお、異方性化学エッチングに先立って、該ダイシングにより形成される加工ダメージ層を、ダメージ層除去用エッチング液を用いた化学エッチングにより除去することが望ましい。ダメージ層除去用エッチング液ＤＥＡとしては硫酸−過酸化水素水溶液を使用することができる。該水溶液としては、例えば硫酸：過酸化水素：水の質量配合比率が２０：１：１のものを使用でき、液温は３０℃以上７０℃以上に調整される。

続いて、素子チップ１”の全体を、異方性化学エッチング用のエッチング液に浸漬する。これにより、ＧａＰ単結晶で形成された層及び基板の外部露出面に異方性化学エッチングが施され、ピラミッド上の突起部が多数形成された面粗し部が形成される。面粗し部は、具体的には、透光性素子基板７０の側面（ＳＦ）及び第二主表面（ＭＦ）と、電流拡散層２０の側面（ＳＦ）及び第一主表面（ＭＦ）とにそれぞれ形成される。面粗し用エッチング液は、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素とを含有する水溶液であり、具体的には
酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ換算）：３７．４質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．４質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ_３換算）：１．３質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ_２換算）：０．１２質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上４５質量％以下のもの、より望ましくは、
酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ換算）：４５．８質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．５質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ_３換算）：１．６質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ_２換算）：０．１５質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上３２．７質量％以下のものを採用する。液温は４０℃以上６０℃以下が適当である。

異方性化学エッチングが終了したら、各素子チップを洗浄・乾燥して図１の発光素子１のチップとして完成する。これに、図２に示すように、各電極９，１５を通電用の端子８５，８６（フリップチップ型実装用のパッドでもよい）に接続し、樹脂モールド等を施して最終的な発光素子が完成する。

以下、種々の変形例について説明する。発光層部の形成材料は、上記のＡｌＧａＩｎＰ系のものに限らず、例えば窒化物系の発光層部、具体的にはノンドープＩｎ_ａＧａ_ｂＡｌ_{１−ａ−ｂ}Ｎ混晶からなる活性層を、ｐ型Ｉｎ_ａＧａ_ｂＡｌ_{１−ａ−ｂ}Ｎからなるｐ型クラッド層とｎ型Ｉｎ_ａＧａ_ｂＡｌ_{１−ａ−ｂ}Ｎからなるｎ型クラッド層とにより挟んだ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。このような発光層部は、次のようにして製造することができる。すなわち、サファイア単結晶基板の主表面上に、ＧａＮバッファ層を介してＭＯＶＰＥ法により上記窒化物系発光層部をヘテロエピタキシャル成長する。そして、サファイア基板の裏面側からエキシマレーザーを照射することによりＧａＮバッファ層を溶解すれば、サファイア基板を剥離除去することができる。以後、透光性樹脂結合層を用いた透光性素子基板の貼り合せ工程は、既に説明済の方法で同様に実施できる。

次に、図８に示すように、成長用基板除去工程に先立って、主化合物半導体層部１０の第一主表面側にハンドリング用の仮支持基板８０を接着する仮支持基板接着工程を実施することもできる。そして、主化合物半導体層部１０に仮支持基板８０を接着した状態で成長用基板除去工程と貼り合わせ工程とをこの順序で実施し、その後、主化合物半導体層部１０から仮支持基板８０を除去するようにすれば、成長用基板除去工程と貼り合わせ工程とを実施する際に、主化合物半導体層部１０が仮支持基板８０で補強され、ハンドリングが容易になる。仮支持基板８０は、例えばＳｉ単結晶基板にて構成できるが、平坦度が良好で一定以上の剛性を有するものであれば、これに限定されず、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も可能である。図８では、仮支持基板８０を、仮支持結合層８１を介して主化合物半導体層部１０の第一主表面側に接着している。仮支持結合層８１は、ホットメルト型接着剤やワックス類を用いて形成することができる。

一方、図９に示すように、発光素子１の主化合物半導体層部１０の第一主表面を光取出面とすることも可能である。具体的には、主化合物半導体層部１０の第一主表面を前述の第一電極９により部分的に覆う構成とし、その第一電極９の周囲に露出する主化合物半導体層部１０の第一主表面領域を光取出面として活用することができる。この場合、透光性素子基板７０の第二主表面を平滑面ＭＰ（例えば鏡面研磨面）としておき、かつ該平滑な第二主表面に接する形で金属反射層８９を形成しておけば、発光光束を透光性素子基板７０の第二主表面側で反射させて、光取出面をなす素子の側面や第一主表面側に導くことができ、光取出効率の向上に寄与する。本実施形態にて金属反射層８９は、透光性素子基板７０の第二主表面を金属ステージ８８に接着するための金属ペースト（例えばＡｇぺーすと）層であるが、蒸着やスパッタリングで形成された、Ａｕ、ＡｇあるいはＡｌを主成分（５０質量％以上）とする金属層とすることも可能である。なお、光取出面側の２つの電極９及び１５には、それぞれ通電用のワイヤＷがボンディングされている。

本発明の発光素子の第一例を積層構造にて示す模式図。 図１の発光素子の、使用形態の一例を示す断面図。 図１の発光素子の製造工程を示す説明図。 図３に続く説明図。 図４に続く説明図。 図５に続く説明図。 図６に続く説明図。 仮支持基板を用いた製造工程の一例を示す説明図。 本発明の発光素子の第二例を、その使用形態とともに積層構造にて示す模式図。

符号の説明

１ 発光素子
１” 素子チップ
４ ｎ型クラッド層
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層
７ 補助電流拡散層
９ 第一電極
９ａ’ 接合金属層
９ａ 接合合金化層
１０ 主化合物半導体層
２０ 電流拡散層
２４ 発光層部
１５ 第二電極
１５ａ’ 接合金属層
１５ａ 接合合金化層
７０ 透光性素子基板
７１ 透光性樹脂結合層
８０ 仮支持基板
８９ 金属反射層
１００ 成長用基板
ＳＦ，ＭＦ 面粗し部
Ｗ 貼り合せウェーハ

Claims (20)

1. 発光層部を有した主化合物半導体層部と、
   前記主化合物半導体層部の一方の主表面を第一主表面、他方の主表面を第二主表面として、該主化合物半導体層部の前記第二主表面側に、透光性樹脂結合層を介して貼り合された透光性素子基板とを有し、
   前記透光性素子基板は化合物半導体からなり、該透光性素子基板の少なくとも側面に、異方性化学エッチングに基づく面粗し部が形成されてなることを特徴とする発光素子。
2. 前記透光性樹脂結合層がエポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂よりなる請求項１記載の発光素子。
3. 前記透光性素子基板が単結晶基板からなる請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
4. 閃亜鉛鉱型構造を有したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶基板よりなる前記透光性素子基板の側面が｛１００｝面とされてなる請求項３記載の発光素子。
5. 前記透光性素子基板がＧａＰ基板である請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
6. 前記発光層部は、組成式（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものである請求項５に記載の発光素子。
7. 前記主化合物半導体層部の前記第一主表面側に、前記発光層部を駆動するための互いに極性の異なる第一電極と第二電極との双方が形成されてなる請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。
8. 前記主化合物半導体層部において前記発光層部の第一主表面に前記第一電極が形成される一方、前記発光層部の第二主表面側に電極取出用の補助化合物半導体層が形成され、前記発光層部の一部領域が切り欠かれて前記補助化合物半導体層の第一主表面が露出してなり、該補助化合物半導体層の該露出した第一主表面領域に前記第二電極が形成されてなる請求項７記載の発光素子。
9. 前記透光性素子基板の、前記主化合物半導体層部に貼り合わされている側の主表面を第一主表面、これと反対側の主表面を第二主表面として、該透光性素子基板の前記第二主表面が光取出面とされ、かつ該第二主表面にも前記面粗し部が形成されてなる請求項７又は請求項８に記載の発光素子。
10. 閃亜鉛鉱型構造を有したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶基板よりなる、前記透光性素子基板の前記第二主表面が｛１００｝面とされてなる請求項９記載の発光素子。
11. 前記主化合物半導体層部の前記第一主表面が光取出面とされ、前記透光性素子基板の、前記主化合物半導体層部に貼り合わされている側の主表面を第一主表面、これと反対側の主表面を第二主表面として、該透光性素子基板の前記第二主表面が平滑面とされ、かつ該平滑な第二主表面に接する形で金属反射層が形成されてなる請求項７又は請求項８に記載の発光素子。
12. 前記主化合物半導体層部の第一主表面側に、透光性を有する化合物半導体単結晶からなり、かつ、少なくともその側面に異方性化学エッチングに基づく面粗し部が形成されてなる電流拡散層が形成されてなる請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の発光素子。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法であって、
    化合物半導体単結晶よりなる成長用基板の一方の主表面上に前記主化合物半導体層部をエピタキシャル成長する主化合物半導体層部成長工程と、
    成長された前記主化合物半導体層部から前記成長用基板を除去する成長用基板除去工程と、
    前記主化合物半導体層部の、一方の主表面を第一主表面、他方の主表面を第二主表面として、該主化合物半導体層部の前記第二主表面側に、透光性樹脂結合層を介して透光性素子基板を貼り合わせて貼り合せウェーハを製造する貼り合せ工程と、
    前記貼り合せウェーハを素子チップにダイシングするダイシング工程と、
    ダイシングにより分離された前記素子チップをエッチング液に浸漬することにより、前記透光性素子基板の側面に前記異方性化学エッチングを施して前記面粗し部を形成する面粗し工程と、
    を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
14. 前記透光性樹脂結合層をエポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂にて形成するとともに、前記面粗し工程において、前記素子チップに対する前記異方性化学エッチングを、前記透光性樹脂結合層の側面が前記エッチング液と接触する状態にて行なう請求項１３記載の発光素子の製造方法。
15. 前記面粗し工程において、透光性素子基板の前記第二主表面にも前記異方性化学エッチングを施して前記面粗し部を形成する請求項１３又は請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
16. 前記主化合物半導体層部成長工程の終了後であって、前記貼り合わせ工程よりも前に、
    前記主化合物半導体層部の電極形成面に接合金属層を形成する接合金属層形成工程と、
    前記接合金属層を、前記電極形成面をなす化合物半導体と合金化させて接合合金化層とする合金化熱処理と、
    をこの順序で実施する請求項１３ないし請求項１５のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
17. 前記合金化熱処理工程の終了後に前記成長用基板除去工程を実施する請求項１６記載の発光素子の製造方法。
18. 前記成長用基板除去工程の実施後に、前記主化合物半導体層部の該成長用基板の除去により露出した主表面を前記第二主表面として、該主化合物半導体層部の前記第二主表面側に、透光性樹脂結合層を介して透光性素子基板を貼り合わせて貼り合せウェーハを製造する前記貼り合せ工程を実施する請求項１３ないし請求項１７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
19. 前記成長用基板がｎ型であり、前記主化合物半導体層部は前記第一主表面側にｐ型層が位置するように成長される請求項１８記載の発光素子の製造方法。
20. 前記成長用基板除去工程に先立って、前記主化合物半導体層部の第一主表面側にハンドリング用の仮支持基板を接着する仮支持基板接着工程を実施し、
    前記主化合物半導体層部に前記仮支持基板を接着した状態で前記成長用基板除去工程と前記貼り合わせ工程とをこの順序で実施し、その後、前記主化合物半導体層部から前記仮支持基板を除去する請求項１８又は請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
    

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