JP2010067889A

JP2010067889A - 発光素子

Info

Publication number: JP2010067889A
Application number: JP2008234744A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Arai; 優洋新井; Kazuyuki Iizuka; 和幸飯塚
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25
Also published as: US20100065870A1; CN101673798A

Abstract

【課題】発光素子の製造歩留りの高い発光素子発光素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る発光素子１は、第１導電型の第１半導体層と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層とに挟まれる活性層１０５とを有する半導体積層構造１０と、半導体積層構造１０の一方の面側に設けられ、活性層１０５が発する光を反射する反射層１３２と、反射層１３２の半導体積層構造１０側の反対側に金属接合層を介して半導体積層構造１０を支持する支持基板２０と、支持基板２０の金属接合層側の反対側の面に接して設けられる密着層２００と、密着層２００の支持基板２０に接している面の反対側の面に接して設けられ、密着層を介して支持基板２０との間で合金化している裏面電極２１０とを備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、発光素子に関する。特に、本発明は、高い歩留りで製造できる高光出力の発光素子に関する。

従来、アノード電極を一方の表面に有するシリコン支持基板と、シリコン支持基板の他方の表面に設けられる金属反射層と、金属反射層上に設けられ、金属反射層にオーミック接触する光透過膜と、光透過膜上に設けられ、光透過膜にオーミック接触するｐ型半導体層とｎ型半導体層とに挟まれた活性層を有する半導体積層構造と、半導体積層構造の上に設けられるカソード電極とを備える発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の発光素子は、半導体積層構造と金属反射層との間に導電性を有する光透過膜を配置して、半導体積層構造及び金属反射層の双方にオーミック接触すると共に、半導体積層構造と金属反射層との間の合金化を抑制するので、優れた光反射特性を有する金属反射層を構成することができ、発光効率を向上させた発光素子を提供することができる。

特開２００５−１７５４６２号公報

しかし、特許文献１に記載の発光素子は、その製造時において複数の発光素子のそれぞれをダイシング工程により分離するときに、シリコン支持基板の裏面において、シリコン支持基板の欠け、割れ等のいわゆる裏面チッピングが発生するので、発光素子の製造歩留り向上には限界がある。

したがって、本発明の目的は、発光素子の製造歩留りの高い発光素子を提供することにある。

第１導電型の第１半導体層と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層とに挟まれる活性層とを有する半導体積層構造と、半導体積層構造の一方の面側に設けられ、活性層が発する光を反射する反射層と、反射層の半導体積層構造側の反対側に金属接合層を介して半導体積層構造を支持する支持基板と、支持基板の金属接合層側の反対側の面に接して設けられる密着層と、密着層の支持基板に接している面の反対側の面に接して設けられ、複数の金属の合金からなる裏面電極とを備える発光素子が提供される。

また、上記発光素子は、半導体積層構造は、反射層と金属接合層との間に設けられる透明層を介して支持基板に支持され、透明層は、透明層を貫通して半導体積層構造と反射層とを電気的に接続する界面電極を有していてもよい。また、密着層は、支持基板と裏面電極とを固定するＴｉから形成されていてもよい。更に、裏面電極は、Ａｕの硬度より高い硬度を有していてもよい。そして、裏面電極は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、及びＧｅからなる群から選択される少なくとも１つの材料と、Ａｕとの合金から形成されていてもよい。

本発明に係る発光素子によれば、発光素子の製造歩留りの高い発光素子発光素子を提供できる。

［実施の形態］
図１Ａは、本発明の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面を示す。また、図１Ｂは、本発明の実施の形態に係る発光素子の模式的な上面を示す。

（発光素子１の構造の概要）
図１Ａを参照すると、実施の形態に係る発光素子１は、所定の波長の光を発する活性層１０５を有する半導体積層構造１０と、半導体積層構造１０の一方の表面の一部の領域と電気的に接続する表面電極１１０と、表面電極１１０の表面の一部に設けられるワイヤーボンディング用パッドとしてのパッド電極１１５と、半導体積層構造１０の他方の表面の一部に電気的に接続する界面電極としてのコンタクト部１２０と、コンタクト部１２０が設けられている領域を除く半導体積層構造１０の他方の表面に設けられる透明層１４０と、コンタクト部１２０及び透明層１４０の半導体積層構造１０に接する面の反対側の表面に設けられる反射部１３０とを備える。

更に、発光素子１は、反射部１３０のコンタクト部１２０及び透明層１４０に接する面の反対側に設けられる電気導電性を有する密着層２００と、密着層２００の反射部１３０に接する面の反対側に設けられる電気導電性を有する支持基板２０と、支持基板２０の密着層２００に接する面の反対側の面に密着層２１２を介して設けられる裏面電極２１０とを備える。裏面電極２１０は、複数の金属材料からなる合金材料を含んで形成される。裏面電極２１０は、金（Ａｕ）を含むと共に、Ａｕ単体の硬度より高い硬度を有する合金材料を含んで形成される。

また、本実施形態に係る発光素子１の半導体積層構造１０は、コンタクト部１２０及び透明層１４０に接して設けられるｐ型コンタクト層１０９と、ｐ型コンタクト層１０９の透明層１４０に接している面の反対側に設けられる第２導電型の第２半導体層としてのｐ型クラッド層１０７と、ｐ型クラッド層１０７のｐ型コンタクト層１０９に接している面の反対側に設けられる活性層１０５と、活性層１０５のｐ型クラッド層１０７に接している面の反対側に設けられる第１導電型の第１半導体層としてのｎ型クラッド層１０３と、ｎ型クラッド層１０３の活性層１０５に接している面の反対側の一部の領域に設けられるｎ型コンタクト層１０１とを有する。なお、半導体積層構造１０の透明層１４０に接している側の反対側の表面は、本実施の形態に係る発光素子１の光取出し面となる。具体的には、ｎ型クラッド層１０３の活性層１０５に接している面の反対側の表面の一部が光取出し面となる。

更に、反射部１３０は、コンタクト部１２０及び透明層１４０に接して設けられる反射層１３２と、反射層１３２のコンタクト部１２０及び透明層１４０に接する面の反対側で反射層１３２に接して設けられるバリア層１３４と、バリア層１３４の反射層１３２に接する面の反対側でバリア層１３４に接して設けられる一方の金属接合層としての接合層１３６とを有する。そして、密着層２００は、反射部１３０の接合層１３６に対して機械的及び電気的に接合する他方の金属接合層としての接合層２０２と、接合層２０２の反射部１３０に接する面の反対側に設けられるコンタクト電極２０４とを有する。

また、図１Ｂに示すように、本実施形態に係る発光素子１は上面視にて略正方形に形成される。一例として、発光素子１の平面寸法は、縦寸法及び横寸法がそれぞれ３３０μｍである。また、発光素子１の厚さは、２１０μｍ程度に形成される。なお、本実施の形態に係る発光素子１は、例えば、平面寸法が５００μｍ以上の大型のチップサイズを有する発光素子として構成することもできる。

（表面電極１１０とコンタクト部１２０との詳細）
表面電極１１０及びコンタクト部１２０の詳細を説明する。表面電極１１０は、ｎ型コンタクト層１０１上に設けられる円電極と複数の細線電極とから構成される。例えば、表面電極１１０は、上面視にて、略矩形に形成される発光素子１の一の辺に近接して当該一の辺に略水平に設けられる細線電極１１０ａと、当該一の辺の対辺に近接して当該対辺に略水平に設けられる細線電極１１０ｃと、細線電極１１０ａと細線電極１１０ｃとの間において、細線電極１１０ａと細線電極１１０ｃとの双方から略等しい位置に細線電極１１０ａ及び細線電極１１０ｃに対して略水平に設けられる細線電極１１０ｂとを有する。

そして、表面電極１１０は、細線電極１１０ａ、細線電極１１０ｂ、及び細線電極１１０ｃそれぞれの長手方向に対して略垂直な方向に延びると共に、これらの細線電極の略中間においてこれらの細線電極と接して設けられる細線電極１１０ｄを更に有する。また、表面電極１１０は、細線電極１１０ｂと細線電極１１０ｄとの交点を含む領域に円電極を有する。なお、図１Ｂおいて、円電極は、パッド電極１１５の直下に位置するので図示されていない。また、上面視にて、発光素子１の中心とパッド電極１１５の中心とが略一致する位置に、パッド電極１１５は設けられる。すなわち、パッド電極１１５は、円電極の直上に設けられる。

次に、コンタクト部１２０は、上面視にて、表面電極１１０の直下の透明層１４０の領域を除く部分に位置する開口内に、上面視にて切断されている部分のない単一の形状で設けられる。例えば、コンタクト部１２０は、上面視にて、発光素子１の外周に沿った形状を有する外周部１２０ａと、外周部１２０ａの一の辺から中心に向かって所定の長さを有して延びると共に、外周部１２０ａに一方の端部が接して設けられる細線部１２０ｂと、細線部１２０ｂに隣接すると共に、細線部１２０ｂよりもパッド電極１１５側に近い位置に設けられ、細線部１２０ｂよりも短い長さで形成される細線部１２０ｃとを有する。

更に、コンタクト部１２０は、細線電極１１０ｂの長手方向に向いている細線電極１１０ｂの中心線を対称軸（図示しない）として、細線部１２０ｂ及び細線部１２０ｃに対して対称の位置に設けられる細線部１２０ｄ及び細線部１２０ｅを有する。また、コンタクト部１２０は、細線電極１１０ｄの中心線を対象軸とした場合に、細線部１２０ｂないし細線部１２０ｅに対して対称の位置に設けられる複数の細線部を有する。

そして、上面視にて、表面電極１１０とコンタクト部１２０とは重ならない配置となる。例えば、細線電極１１０ａと細線電極１１０ｂとの間に、細線部１２０ｂ及び細線部１２０ｃが位置すると共に、細線部１２０ｂ及び細線部１２０ｃはそれぞれ、細線電極１１０ｄとは接しない長さを有して形成される。同様に、細線電極１１０ｂと細線電極１１０ｃとの間に、細線部１２０ｄ及び細線部１２０ｅが位置すると共に、細線部１２０ｄ及び細線部１２０ｅはそれぞれ、細線電極１１０ｄとは接しない長さを有して形成される。ここで、発光素子１の上面視にて、表面電極１１０の細線電極の外縁からコンタクト部１２０の外縁までの最短距離を「Ｗ」と定義すると、各Ｗはそれぞれ略等しい距離となる配置に、表面電極１１０及びコンタクト部１２０は設けられる。

なお、表面電極１１０の円電極は、円電極上に設けられるパッド電極１１５に接続されるＡｕ等の金属材料からなるワイヤーのボール部分の直径に応じて、少なくとも７５μｍ以上の直径を有して形成される。一例として、表面電極１１０の円電極は、直径が１００μｍの円形状に形成される。また、表面電極１１０の細線電極１１０ａないし１１０ｄは、幅が１０μｍの線状に形成される。更に、コンタクト部１２０は、表面電極１１０の直下の領域を除いたｐ型コンタクト層１０９の表面に設けられ、一例として、各細線部は５μｍ幅に形成される。具体的に、コンタクト部１２０は、透明層１４０を貫通して設けられる開口内に形成されることにより、半導体積層構造１０と反射層１３２とを電気的に接続する。一例として、コンタクト部１２０は、Ａｕ、Ｚｎを含む金属材料から形成される。

（半導体積層構造１０）
本実施形態に係る半導体積層構造１０は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体を有して形成される。具体的に、半導体積層構造１０は、不純物であるドーパントがドープされていないアンドープのＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体のバルクから形成される活性層１０５を、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｎ型クラッド層１０３と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｐ型クラッド層１０７とで挟んだ構成を有する。

活性層１０５は、外部から電流が供給されると所定の波長の光を発する。例えば、活性層１０５は、波長が６３０ｎｍ付近の赤色光を発する化合物半導体材料で形成される。活性層１０５は、一例として、アンドープの（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層から形成される。また、ｎ型クラッド層１０３は、Ｓｉ、Ｓｅ等のｎ型のドーパントを所定の濃度含む。一例として、ｎ型クラッド層１０３は、Ｓｉがドープされたｎ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層から形成される。更に、ｐ型クラッド層１０７は、Ｚｎ、Ｍｇ等のｐ型のドーパントを所定の濃度含む。一例として、ｐ型クラッド層１０７は、Ｍｇがドープされたｐ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層から形成される。

更に、半導体積層構造１０が有するｐ型コンタクト層１０９は、一例として、Ｍｇが所定の濃度ドープされたｐ型のＧａＰ層から形成される。そして、ｎ型コンタクト層１０１は、Ｓｉが所定の濃度ドープされたＧａＡｓ層から形成される。ここで、ｎ型コンタクト層１０１は、ｎ型クラッド層１０３の上面において、少なくとも表面電極１１０が設けられる領域に設けられる。

（透明層１４０）
透明層１４０は、ｐ型コンタクト層１０９の表面であって、コンタクト部１２０が設けられていない領域に設けられる。透明層１４０は、活性層１０５が発する光を透過する材料で形成される。例えば、透明層１４０は、活性層１０５が発する光に対して実質的に透明な材料から形成される。透明層１４０は、一例として、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ等の等の透明誘電体層から形成される。そして、透明層１４０のコンタクト部１２０が形成される所定の領域は厚さ方向に沿って貫通されており、貫通された部分に金属材料が充填されてコンタクト部１２０が形成される。

（反射部１３０）
反射部１３０の反射層１３２は、活性層１０５が発する光に対して高い反射率を有する導電性材料から形成される。一例として、反射層１３２は、当該光に対して８０％以上の反射率を有する導電性材料から形成する。反射層１３２は、活性層１０５が発した光のうち、反射層１３２に達した光を活性層１０５側に向けて反射する。反射層１３２は、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料、又は、これらの金属材料から選択される少なくとも１つの金属材料を含む合金から形成される。一例として、反射層１３２は、所定膜厚のＡｌから形成される。そして、反射部１３０のバリア層１３４はＴｉ、Ｐｔ等の金属材料から形成され、一例として、所定膜厚のＰｔから形成される。バリア層１３４は、接合層１３６を構成する材料が反射層１３２に伝搬することを抑制する。また、接合層１３６は、密着層２００の接合層２０２と電気的及び機械的に接合する材料から形成され、一例として、所定膜厚のＡｕから形成される。

（支持基板２０）
支持基板２０は導電性材料から形成される。具体的に、支持基板２０は、ｐ型又はｎ型の導電性Ｓｉ基板から形成する。本実施の形態においては、０．０１Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するＳｉ基板を用いる。なお、支持基板２０であるＳｉ基板の面方位は、いずれの面方位であってもよい。

密着層２００の接合層２０２は、反射部１３０の接合層１３６と同様に、所定膜厚のＡｕから形成することができる。また、コンタクト電極２０４は、支持基板２０と電気的に接合すると共に、接合層２０２を構成する材料が支持基板２０側に伝搬することを抑制する材料から形成される。例えば、コンタクト電極２０４は、所定膜厚のＴｉから形成される。

裏面電極２１０は、支持基板２０に電気的に接続する材料から形成されると共に、裏面電極２１０と支持基板２０との間に薄膜の密着層２１２を介して支持基板２０の裏面（すなわち、コンタクト電極２０４が設けられている面の反対側の面）に設けられる。裏面電極２１０は、例えば、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、又はＧｅと、Ａｕとの合金からなる合金層を含んで形成される。裏面電極２１０にＡｕを含ませることにより、酸化等に対する耐性が向上する。また、密着層２１２は、支持基板２０と合金化しにくい金属材料であって、支持基板２０との間の密着性が良好な金属材料から形成される。一例として、密着層２１２は、Ｔｉから形成される。なお、発光素子１は、裏面電極２１０の側を下に向けて、Ａｇペースト等の導電性の接合材料、又はＡｕＳｎ等の共晶材料を用いてＡｌ、Ｃｕ等の金属材料から形成されるステムの所定の位置に搭載される。

（変形例）
本実施形態に係る発光素子１は、波長が６３０ｎｍの赤色を含む光を発するが、発光素子１が発する光の波長はこの波長に限定されない。半導体積層構造１０の活性層１０５の構造を制御して、所定の波長範囲の光を発する発光素子１を形成することもできる。活性層１０５が発する光としては、例えば、橙色光、黄色光、又は緑色光等の波長範囲の光が挙げられる。

更に、発光素子１が備える半導体積層構造１０は、半導体積層構造１０を構成する化合物半導体層の導電型を、本実施の形態の反対にすることもできる。例えば、ｎ型コンタクト層１０１及びｎ型クラッド層１０３の導電型をｐ型にすると共に、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０９の導電型をｎ型にすることもできる。

また、表面電極１１０の上面視における形状は、本実施の形態に係る形状に限られず、上面視にて四角形、菱形、多角形等の形状にすることもできる。更に、コンタクト部１２０は、切断部のない単一な形状に形成されているが、変形例においては、コンタクト部１２０の一部に切断部を形成して、複数の領域からなるコンタクト部１２０を形成することもできる。例えば、コンタクト部１２０は、複数のドット状に形成することもできる。また、裏面電極２１０の最表面に数ｎｍ厚の純Ａｕ層、純Ｐｔ層等を設けることもできる。

また、発光素子１の平面寸法は上記の実施形態に限られない。例えば、発光素子１の平面寸法は、縦寸法及び横寸法がそれぞれ１ｍｍを超える寸法となるように設計することもできる。また、発光素子１の使用用途に応じて、縦寸法及び横寸法を適宜変更してすることができる。一例として、発光素子１の平面寸法を、縦寸法の方が横寸法より短くなるように設計すると、発光素子１の上面視における形状は、略長方形となる。

また、活性層１０５は量子井戸構造を有して形成することもできる。量子井戸構造は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又は歪み多重量子井戸構造のいずれの構造からも形成することができる。

（発光素子１の製造方法）
図２Ａから図２Ｊは、本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す。

まず、図２Ａ（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上に、例えば、有機金属気相成長法（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ法）によって複数の化合物半導体層を含むＡｌＧａＩｎＰ系の半導体積層構造１１を形成する。具体的には、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上に、アンドープの（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを有するエッチングストップ層１０２と、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＡｓを有するｎ型コンタクト層１０１と、Ｓｉがドープされたｎ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを有するｎ型クラッド層１０３と、アンドープの（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを有する活性層１０５と、Ｍｇがドープされたｐ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを有するｐ型クラッド層１０７と、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＰを有するｐ型コンタクト層１０９とをＭＯＶＰＥ法を用いてこの順に形成する。これにより、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に半導体積層構造１１が形成されたエピタキシャルウエハが形成される。

なお、ＭＯＶＰＥ法において用いる原料は、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物、及びアルシン（ＡｓＨ_３）、ホスフィン（ＰＨ_３）等の水素化物ガスを用いることができる。更に、ｎ型のドーパントの原料は、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を用いることができる。そして、ｐ型のドーパントの原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いることができる。

また、ｎ型のドーパントの原料として、セレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、又はジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。そして、ｐ型のドーパントの原料として、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）又はジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。

また、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上の半導体積層構造１１は、分子線エピタキシー法（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）又はハライド気相エピタキシー法（ＨａｌｉｄｅＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）等を用いて形成することもできる。

次に、図２Ａ（ｂ）に示すように、図２Ａ（ａ）において形成したエピタキシャルウエハをＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、ｐ型コンタクト層１０９の表面に透明層１４０を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて、透明層１４０としてのＳｉＯ_２膜をｐ型コンタクト層１０９の表面に形成する。なお、透明層１４０は、真空蒸着法により形成することもできる。

次に、図２Ｂ（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、透明層１４０に開口１４０ａを形成する。例えば、開口１４０ａを形成すべき領域に溝を有するフォトレジストパターンを、透明層１４０上に形成する。開口１４０ａは、透明層１４０の表面からｐ型コンタクト層１０９と透明層１４０との界面までを貫通して形成される。具体的には、フッ酸を純水で希釈したエッチャントを用いて、フォトレジストパターンが形成されていない領域の透明層１４０を除去することにより、透明層１４０に開口１４０ａを形成する。なお、開口１４０ａは、図１Ｂにおいて説明したコンタクト部１２０が設けられる領域に形成する。

続いて、図２Ｂ（ｄ）に示すように、真空蒸着法を用いて、開口１４０ａにコンタクト部１２０を構成する材料であるＡｕＺｎ合金（Ａｕ：Ｚｎ＝９５ｗｔ％：５ｗｔ％）を形成する。例えば、開口１４０ａを形成する際に用いるフォトレジストパターンをマスクとして、開口１４０ａ内にＡｕＺｎを真空蒸着することにより、コンタクト部１２０を形成する。これにより、図２Ｂ（ｄ）に示すように、透明層１４０にＡｕＺｎからなるコンタクト部１２０が形成される。なお、コンタクト部１２０の形状は、「（表面電極１１０とコンタクト部１２０との詳細）」において詳述したので説明を省略する。

次に、図２Ｃ（ｅ）に示すように、真空蒸着法又はスパッタ法を用いて、反射層１３２としてのＡｌ層と、バリア層１３４としてのＰｔ層と、接合層１３６としてのＡｕ層とを形成する。これにより、半導体積層構造体１ａが形成される。なお、反射層１３２は、活性層１０５が発する光の波長に応じて、当該光の波長に対する反射率が高い材料を選択することができる。

そして、図２Ｄ（ｆ）に示すように、支持基板２０としての導電性のＳｉ基板上に、バリア層としての機能を併せ持つコンタクト電極２０４としてのＴｉと、接合層２０２としてのＡｕとをこの順に真空蒸着法を用いて形成する。これにより、支持構造体２０ａが形成される。続いて、半導体積層構造体１ａの接合層１３６の表面である接合面１３６ａと、支持構造体２０ａの接合層２０２の表面である接合面２０２ａとを対向させて重ね、この状態をカーボン等から形成される冶具で保持する。

続いて、半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとが重なり合った状態を保持している冶具を、ウエハ貼合わせ装置内に導入する。そして、ウエハ貼合わせ装置内を所定圧力にする。一例として、１．３３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）の圧力に設定する。そして、互いに重なり合っている半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとに冶具を介して圧力を加える。一例として、１５ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力を加える。次に、冶具を所定温度まで所定の昇温速度で加熱する。

具体的には、冶具の温度を３５０℃まで加熱する。そして、冶具の温度が３５０℃程度に達した後、冶具を当該温度で約３０分保持する。その後、冶具を徐冷する。冶具の温度を、例えば室温まで十分に低下させる。冶具の温度が低下した後、冶具に加わっている圧力を開放する。そして、ウエハ貼合わせ装置内の圧力を大気圧にして冶具を取り出す。これにより、図２Ｄ（ｇ）に示すように、半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとが接合層１３６と接合層２０２との間において機械的・電気的に接合した接合構造体１ｂが形成される。

なお、本実施形態においては、半導体積層構造体１ａは、バリア層１３４を有している。したがって、半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとを接合面１３６ａと接合面２０２ａとで接合させた場合であっても、接合層１３６及び接合層２０２を形成する材料が反射層１３２に拡散することを抑制して、反射層１３２の反射特性が劣化することを抑制できる。

次に、研磨装置の冶具に貼り付け用ワックスで接合構造体１ｂを貼り付ける。具体的に、支持基板２０側を当該冶具に貼り付ける。そして、接合構造体１ｂのｎ型ＧａＡｓ基板１００を所定の厚さになるまで研磨する。続いて、研磨後の接合構造体１ｂを研磨装置の冶具から取り外して、支持基板２０の表面に付着しているワックスを洗浄除去する。そして、図２Ｅ（ｈ）に示すように、ＧａＡｓエッチング用のエッチャントを用いて、研磨後の接合構造体１ｂからｎ型ＧａＡｓ基板１００を選択的に完全に除去してエッチングストップ層１０２が露出した接合構造体１ｃを形成する。ＧａＡｓエッチング用のエッチャントとしては、例えば、アンモニア水と過酸化水素水との混合液が挙げられる。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１００を研磨せずに、全てのｎ型ＧａＡｓ基板１００をエッチングにより除去することもできる。

そして、図２Ｅ（ｉ）に示すように、接合構造体１ｃからエッチングストップ層１０２を、所定のエッチャントを用いてエッチングにより除去する。これにより、エッチングストップ層１０２が除去された接合構造体１ｄが形成される。エッチングストップ層１０２がＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体から形成されている場合、所定のエッチャントとしては、塩酸を含むエッチャントを用いることができる。これによりｎ型コンタクト層１０１の表面が外部に露出する。

続いて、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着法を用いて、ｎ型コンタクト層１０１の表面の所定の位置に、表面電極１１０を形成する。表面電極１１０は、直径が１００μｍの円電極と幅が１０μｍの複数の細線電極とから形成される。表面電極１１０は、例えば、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕをこの順にｎ型コンタクト層１０１上に蒸着することにより形成される。この場合に、表面電極１１０は、コンタクト部１２０の直上に位置しないように形成される。なお、表面電極１１０の形状の詳細は、「（表面電極１１０とコンタクト部１２０との詳細）」において説明したのでここでは省略する。これにより、図２Ｆに示すように、表面電極１１０を有する接合構造体１ｅが形成される。

次に、図２Ｇに示すように、図２Ｆにおいて形成した表面電極１１０をマスクとして、表面電極１１０の直下に対応するｎ型コンタクト層１０１を除くｎ型コンタクト層１０１を、硫酸と過酸化水素水と水との混合液を用いてエッチングして除去する。これにより、接合構造体１ｆが形成される。なお、当該混合液を用いることにより、ＧａＡｓから形成されるｎ型コンタクト層１０１を、ｎ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐから形成されるｎ型クラッド層１０３に対して選択的にエッチングできる。したがって、接合構造体１ｆにおいては、ｎ型クラッド層１０３の表面が外部に露出することとなる。

次に、図２Ｈに示すように、支持基板２０の裏面（支持基板２０のコンタクト電極２０４が設けられている面の反対側の面）に、真空蒸着法によって密着層２１２と、第１金属層２１４と、第２金属層２１６とをこの順で形成する。密着層２１２は、支持基板２０との間で良好な密着力を有する材料から形成され、例えば、Ｔｉから形成される。また、第１金属層２１４は、例えば、Ａｌから形成される。そして、第２金属層２１６は、例えば、Ａｕから形成される。これにより、支持基板２０の裏面に密着層２１２を介して第１金属層２１４及び第２金属層２１６が形成された接合構造体１ｇが形成される。

続いて、接合構造体１ｇにアロイ処理を施す。このアロイ処理により、第１金属層２１４と第２金属層２１６との間で合金反応が進行する。アロイ処理は、例えば、不活性雰囲気下である窒素ガス雰囲気下において、接合構造体１ｇを４００℃まで加熱して、４００℃の温度下で５分間保持することにより実施できる。具体的には、接合構造体１ｇをグラファイト製のトレー上に搭載して、接合構造体１ｇを搭載したトレーを、上部ヒータと上部ヒータから独立して存在する下部ヒータとを備え、４００℃程度まで加熱されたアロイ装置中に挿入して実施できる。このアロイ処理により第１金属層２１４と第２金属層２１６とが合金化して形成される合金層である裏面電極２１０が支持基板２０の裏面に形成され、図２Ｉに示すように、接合構造体１ｈが形成される。なお、密着層２１２は、アロイ処理後も密着層２１２として残存して、裏面電極２１０と支持基板２０とを密着させる。すなわち、本実施の形態においては、第１金属層２１４及び第２金属層２１６間で合金化反応が進行する一方で、第１金属層２１４及び第２金属層２１６と支持基板２０との間では、密着層２１２の存在により、実質的に合金化反応は生じない。

なお、本実施の形態において密着層２１２は、アロイ処理前は支持基板２０と第１金属層２１４及び第２金属層２１６との密着性を確保する機能を有する。そして、アロイ処理後において密着層２１２は、裏面電極２１０と支持基板２０とを密着させ、裏面電極２１０と共に電極として機能する。また、密着層２１２を第１金属層２１４と支持基板２０との間に設けることにより、第１金属層２１４及び第２金属層２１６のそれぞれを構成する金属材料が支持基板２０側に伝搬することが抑制される。これにより、第１金属層２１４と第２金属層２１６との間で優先的に合金化反応を進行させる。

続いて、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着法を用いて、表面電極１１０の表面の一部、具体的には円電極上に、パッド電極１１５を形成する。パッド電極１１５は、例えば、Ｔｉ、Ａｕをこの順に表面電極１１０の円電極の表面に蒸着することにより形成する。なお、パッド電極１１５に対しては、パッド電極１１５の表面と発光素子１に電力を供給するワイヤーとの接合強度を十分に確保することを目的として、アロイ処理を施さない。

そして、ダイシングブレードを有するダイシング装置を用いて、接合構造体１ｈを素子分離する。本実施の形態において素子分離工程は、厚さ方向において、接合構造体１ｈのｎ型クラッド層１０３の表面側から接合構造体１ｈの半分程度の深さまで切削するハーフカット工程と、ハーフカット工程後にハーフカット工程において残存した部分を完全に切削して発光素子１を形成するフルカット工程とを有する。すなわち、本実施の形態に係る素子分離工程は、２段階で素子を分離する。本実施の形態において、フルカット工程は、Ａｕの硬度より高い硬度を有する合金を含む裏面電極２１０を切削することとなる。これにより、図２Ｊに示すように、本実施の形態に係る複数の発光素子１が形成される。

図２Ａから図２Ｊの各工程を経て製造された発光素子１は、一例として、平面寸法が３３０μｍ角の略四角形状を有する素子サイズ（平面寸法）の発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。なお、設計上の上面視における平面寸法は３５０μｍであるが、ハーフカット工程及びフルカット工程を経ると、ダイシング装置が備えるダイシングソーの刃厚等の関係により、平面寸法は設計上の寸法よりも小さい寸法となる。

そして、この発光素子１をＴＯ−１８ステム等のステムに導電性の接合材料を用いてダイボンディングすると共に、表面電極１１０とＴＯ−１８ステムの所定の領域をＡｕ等のワイヤーで接続する。これにより、ワイヤーを介してパッド電極１１５に外部から電流を供給することにより、発光素子１の特性を評価することができる。

（製造方法の変形例）
本実施の形態に係る裏面電極２１０は、支持基板２０の裏面に密着層２１２と、第１金属層２１４及び第２金属層２１６とを形成した後、アロイ処理を施すことにより形成するが、例えば、第１金属層２１４を形成する材料と第２金属層２１６を形成する材料との合金材料から形成される金属層を、第１金属層２１４及び第２金属層２１６の代わりに密着層２１２上に形成することもできる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１は、第１金属層２１４と第２金属層２１６とから形成した合金層を裏面電極２１０として用い、この合金層はＡｕの硬度よりも高い硬度を有するので、ダイヤモンドブレードによる切削時において、ダイヤモンドブレードのダイヤモンド砥粒がＡｕ等の柔らかい金属材料によって目詰まりすることを低減できる。すなわち、本実施の形態に係る裏面電極２１０は、ダイシングによる切削が困難な難切削材とはならず、ダイヤモンドブレードによる切削力を高く維持できる。これにより、本実施の形態に係る発光素子１は、素子分離工程における裏面チッピングを大幅に低減することができるので、歩留りの高い発光素子１を提供できる。なお、密着層２１２をＴｉから形成した場合、密着層２１２も本実施の形態における難切削材とはならない。

また、本実施の形態に係る発光素子１は、裏面電極２１０にＡｕを含んだ合金を用いたので、空気中の酸素、水分等に対する耐性を高めた裏面電極２１０を備えた発光素子１を提供できる。

（実施例１）
実施例１においては、本発明の実施の形態に係る製造工程で製造した発光素子１と同様に図１Ａ及び図１Ｂに示した構造を備えると共に、以下の構造を有する発光素子を製造した。

まず、半導体積層構造１０は、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型コンタクト層１０１と、ｎ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるｎ型クラッド層１０３と、アンドープの（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる活性層１０５と、ｐ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるｐ型クラッド層１０７と、ｐ型のＧａＰからなるｐ型コンタクト層１０９とから形成した。そして、透明層１４０は、１１０ｎｍ厚のＳｉＯ_２層から形成した。そして、コンタクト部１２０は、ＡｕＺｎから形成した。なお、コンタクト部１２０の厚さも、透明層１４０の厚さと同様に１１０ｎｍ厚である。

また、支持基板２０としては、抵抗率が０．００５Ω・ｃｍのｐ型Ｓｉ基板を用い、コンタクト電極２０４としては５０ｎｍ厚のＴｉ層を、接合層２０２としては５００ｎｍ厚のＡｕ層を用いた。そして、反射部１３０の接合層１３６は５００ｎｍ厚のＡｕ層を用い、バリア層１３４は５０ｎｍ厚のＰｔ層を用い、反射層１３２は４００ｎｍ厚のＡｌ層を用いた。コンタクト部１２０の幅は、５μｍとした。また、表面電極１１０は、５０ｎｍ厚のＡｕＧｅ、１０ｎｍ厚のＮｉ、３００ｎｍ厚のＡｕをこの順に形成した。表面電極１１０の円電極の直径は１００μｍとすると共に、細線電極の幅は１０μｍとした。そして、パッド電極１１５は、３０ｎｍ厚のＴｉと、１０００ｎｍ厚のＡｕとをこの順に形成した。なお、素子サイズは、上面視にて３３０μｍ角である。

更に、裏面電極２１０は、支持基板２０の裏面に密着層２１２である４００ｎｍ厚のＴｉと、第１金属層２１４である１００ｎｍ厚のＡｌと、第２金属層２１６である３００ｎｍ厚のＡｕとをこの順で形成した後、上述したアロイ処理を施すことにより形成した。アロイ処理前の第２金属層２１６の表面は、目視にて金属光沢を帯びた金色であった。一方、アロイ処理後の裏面電極２１０の表面は、目視にて金属光沢が消滅して、曇った灰色様の色に変色した。これは、第１金属層２１４及び第２金属層２１６とが合金化したことを示す。

また、素子分離工程は、以下の２段階分離工程とした。具体的には、２台のダイシング装置を用いて素子分離工程を実施した。なお、接合構造体１ｈは、ダイシングシート表面に予め形成されている粘着層を介してダイシングシートに裏面電極２１０側を貼り付けて素子分離工程に投入した。

まず、第１段階目の素子分離工程であるハーフカット工程は、ダイシング装置として、１軸式セミオートマチックダイシングソー（ＤＡＤ５２２、（株）ディスコ社製）を用いた（以下、「第１のダイサー」ということがある）。ここで、ダイシングソーであるダイヤモンドブレードは、ＮＢＣ−ＺＨ２２７Ｊ−２７ＨＣＢＣ（（株）ディスコ社製）を用いた。このダイヤモンドブレードは、砥粒径が＃４０００であり、刃先出し量が略０．５６０ｍｍであり、刃厚が２９μｍ程度であった。ハーフカット工程の切削条件は、スピンドル回転数３５０００ｒｐｍ、送り速度５ｍｍ／ｓｅｃ、切削深さ１００μｍとした。接合構造体１ｈの厚さは略２１０μｍであるので、接合構造体１ｈの約半分の深さまで切削したこととなる。

ハーフカット工程終了後、ハーフカットした接合構造体１ｈを第１のダイサーから取り外した。そして、取り外した接合構造体１ｈを第２のダイサーにセットしてフルカット工程を実施した。第２のダイサーも第１のダイサーと同一の型式のダイシングソー（すなわち、ＤＡＤ５２２）を用いた。ただし、第２のダイサーに用いたダイヤモンドブレードは、ＮＢＣ−ＺＨ２２７Ｊ−２７ＨＣＡＡ（（株）ディスコ社製）を用いた。このダイヤモンドブレードは、砥粒径が＃４０００であり、刃先出し量が略０．４５０ｍｍであり、刃厚が１９μｍ程度であった。フルカット工程の切削条件は、スピンドル回転数３００００ｒｐｍ、送り速度５ｍｍ／ｓｅｃ、切削深さ２３０μｍとした。接合構造体１ｈの厚さは略２１０μｍであるので、ダイシングシートへの切り込みが２０μｍ程度の深さに達するように切削して、接合構造体１ｈを完全に切削した。これにより、上面視にて３３０μｍ角の発光素子１が得られた。

続いて、素子分離工程終了後に、ダイシングシートに貼り付けられている複数の発光素子１を、他のシートに転写して、他のシートを拡張した。すなわち、ダイシングシートの粘着層に裏面電極２１０を下にして貼り付いている複数の発光素子１のパッド電極１１５側に、他のシートを貼り付けた。そして、他のシートに複数の発光素子１を移し替えた後に、他のシートを等方的に引張り、拡張した。そして、複数の発光素子１の裏面チッピングの状態を観察した。

その結果、ウエハ面内における裏面チッピングの発生頻度は１％以下であった。そして、発生した裏面チッピングは、チッピング幅が１０μｍ以内の極めて小さなチッピング量であった。発光素子１の平面寸法が３３０μｍであるので、発光素子１の上面視における面積に対する裏面チッピング量の比率は、３％程度に抑制することができたこととなる。なお、実施例１に係る発光素子の順方向電圧は２．０Ｖ程度であり、良好な結果であった。

（実施例２）
実施例２に係る発光素子は、第１金属層２１４を構成する材料と第２金属層２１６を構成する材料とが実施例１に係る発光素子と異なる点を除き、実施例１に係る発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

実施例２においては、第１金属層２１４を構成する材料と第２金属層２１６を構成する材料とを、表１に示すようにそれぞれ代えて発光素子を製造した。表１には、裏面電極毎に、裏面チッピングを観察した観察結果、及び電気特性（順方向電圧）の評価結果を示す。

表１を参照すると分かるように、Ａｕを含む裏面電極２１０においてはいずれも、裏面チッピングの発生頻度が小さく、発光素子の順方向電圧が低い値であり良好であった。しかしながら、Ａｕを含まないＡｌ／Ｇｅ合金からなる裏面電極を備える発光素子（比較例１）においては、順方向電圧が実施例２に係る発光素子よりも高い値であった。これは、裏面電極を構成するＡｌ／Ｇｅ合金の少なくとも表面が酸化して、裏面電極の表面に酸化被膜が形成されたことに起因すると考えられた。したがって、裏面電極を構成する材料には、Ａｕを含むことが望ましいことが示された。

（比較例２）
比較例２に係る発光素子は、裏面電極と支持基板との間にＴｉからなる密着層を設けない構造である点を除き、実施例１に係る発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

比較例２においては、密着層を設けない接合構造体１ｈを２１枚製造した。そして、素子分離工程を実施するために、接合構造体１ｈをダイシングシートに貼り付けた。その結果、この貼り付け作業中に、Ａｕ／Ａｌ合金からなる裏面電極が剥離する試料が１０枚発生した。これは、ＡｕとＡｌとの間で起こる合金化反応が、Ａｕ及び／又はＡｌと支持基板２０であるＳｉとの間での合金化反応、又は拡散反応よりも優先的に進むことに起因すると考えられる。なお、裏面電極が剥離しなかった試料について素子分離工程を実施したところ、実施例１と同様に、良好な切削状態であることが確認できた。

ここで、裏面電極が剥離しなかった試料であって、適切に素子分離できた発光素子の電気的特性を評価した。その結果、実施例１と同様に順方向電圧は２．０３Ｖと良好な値を示した。これは、仮に、裏面電極が剥離しなかったならば実用上用いることができる発光素子が得られることを示している。しかしながら、比較例２においては密着層がないことに起因して裏面電極が剥離する割合が極めて高いので、支持基板２０の裏面に密着層を備えることが好ましいことが示された。

（実施例の変形例）
実施例１及び２においては、素子分離工程において２台の１軸式セミオートマチックダイシングソーを併用したが、２軸式ブレードダイサーを用いることもできる。また、ダイヤモンドブレードは、実施例において用いた型式に限られず、他の型式のダイヤモンドブレードを用いることもできる。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面図である。実施の形態に係る発光素子の模式的な上面図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。実施の形態に係る発光素子の製造工程の図である。

符号の説明

１発光素子
１ａ半導体積層構造体
１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ接合構造体
１０、１１半導体積層構造
２０支持基板
２０ａ支持構造体
１００ｎ型ＧａＡｓ基板
１０１ｎ型コンタクト層
１０２エッチングストップ層
１０３ｎ型クラッド層
１０５活性層
１０７ｐ型クラッド層
１０９ｐ型コンタクト層
１１０表面電極
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ細線電極
１１５パッド電極
１２０コンタクト部
１２０ａ外周部
１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ細線部
１３０反射部
１３２反射層
１３４バリア層
１３６、２０２接合層
１３６ａ、２０２ａ接合面
１４０透明層
１４０ａ開口
２００密着層
２０４コンタクト電極
２１０裏面電極
２１２密着層
２１４第１金属層
２１６第２金属層

Claims

第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層とに挟まれる活性層とを有する半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の一方の面側に設けられ、前記活性層が発する光を反射する反射層と、
前記反射層の前記半導体積層構造側の反対側に金属接合層を介して前記半導体積層構造を支持する支持基板と、
前記支持基板の前記金属接合層側の反対側の面に接して設けられる密着層と、
前記密着層の前記支持基板に接している面の反対側の面に接して設けられ、複数の金属の合金からなる裏面電極と
を備える発光素子。
前記半導体積層構造は、前記反射層と前記金属接合層との間に設けられる透明層を介して前記支持基板に支持され、
前記透明層は、前記透明層を貫通して前記半導体積層構造と前記反射層とを電気的に接続する界面電極を有する請求項１に記載の発光素子。
前記密着層は、前記支持基板と前記裏面電極とを固定するＴｉから形成される請求項２に記載の発光素子。
前記裏面電極は、Ａｕの硬度より高い硬度を有する請求項３に記載の発光素子。
前記裏面電極は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、及びＧｅからなる群から選択される少なくとも１つの材料と、Ａｕとの合金から形成される請求項４に記載の発光素子。