JP4140007B2 - 発光素子及び発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平７−６６４５５号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３９１００号公報
【０００３】
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。
【０００４】
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。いずれも、ダブルへテロ構造をなす発光層部の一方のクラッド層に、Ａｕ層が直接形成された構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反射用のＡｕ層を発光層部に導通確保した状態で接合するためには、Ａｕ層と発光層部との間にオーミックコンタクトを確保するために、コンタクト金属層を介挿する必要がある。具体的には、発光層部上にコンタクト金属層を蒸着等に形成した後、コンタクト抵抗を下げるために合金化の熱処理を行なう。例えば、発光素子の光取出面を発光層部のｐ型層側とする場合、Ａｕ層には発光層部のｎ型層側が結合される。発光層部をＡｌＧａＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成するときは、ｎ型層とのオーミックコンタクトを取るために、コンタクト金属層には通常Ｇｅ（ゲルマニウム）が配合される。
【０００６】
しかし、上記特許文献１あるいは特許文献２の構造では、コンタクト金属層にＧｅを配合すると、上記の合金化熱処理を行った際に、コンタクト金属層からのＧｅが発光層部をなすクラッド層に直接拡散することになる。このクラッド層は通常薄いので、該Ｇｅ拡散の影響が、クラッド層を超えてノンドープとされた活性層にまで及びやすくなり、発光強度を大幅に低下させてしまう問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、コンタクト金属層及び反射用の金属層を介して素子基板を発光層部に結合した発光素子において、コンタクト金属層の合金化熱処理を行っても、該コンタクト金属層からの成分拡散の影響が発光層部に及びにくく、ひいては発光層部の発光能力を十分に引き出す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。
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層部を有した化合物半導体層の第一主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の第二主表面側に、前記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発光素子であって、
前記化合物半導体層と前記主金属層との間には、該主金属層と化合物半導体層との接触抵抗を減ずるために、Ａｕを主成分としてＧｅとＮｉを含有するＡｕＧｅＮｉ合金からなるコンタクト金属層が配置されてなり、かつ、前記化合物半導体層の、前記コンタクト金属層と前記発光層部との間に位置する部分が、前記発光層部からの発光光束に対して透光性を有し、かつ、前記コンタクト金属層から前記発光層部への、該コンタクト金属層に含有されるＧｅの拡散を抑制するＡｌａＧａ１−ａＡｓ(０．４≦ａ≦１)からなる厚さ１μｍ以上５μｍ以下の拡散ブロック用半導体層とされ、
前記主金属層に対する前記コンタクト金属層の形成面積率は１％以上２５％以下とされ、前記コンタクト金属層は、前記拡散ブロック用半導体層の主表面に分散形成された後、３５０℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を施されたものであり、
前記発光層部が、導電型の異なる２つのクラッド層間に活性層を挟みこんだダブルへテロ構造を有する発光ダイオードとして構成され、前記拡散ブロック用半導体層が一方のクラッド層に接して配置されるとともに、該拡散ブロック用半導体層は前記活性層よりもバンドギャップが広くなるように混晶比ａが調整されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の発光素子によると、化合物半導体層の、コンタクト金属層と発光層部との間に位置する部分が、コンタクト金属層から発光層部への、コンタクト金属層からの成分拡散を抑制する拡散ブロック用半導体層とされている。これにより、コンタクト金属層から発光層部への成分拡散が拡散ブロック用半導体層により妨げられ、ひいては該拡散の影響が発光層部に及びにくくなる。また、拡散ブロック用半導体層は発光層部からの発光光束に対して透光性を有するので、反射に関与する光束が該拡散ブロック用半導体層での吸収により減衰する心配もない。従って、発光層部の発光能力を十分に引き出すことができ、主金属層の反射効果による光取出し効率も良好となって、発光強度が大幅に改善された発光素子が実現する。
【００１０】
また、本発明の発光素子の製造方法は、
発光層部を有した化合物半導体層の第一主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の第二主表面側に、コンタクト金属層を介して、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配置し、主金属層を介して素子基板が結合された発光素子の製造方法であって、
化合物半導体層を、発光層部と、該発光層部の前記第二主表面側に配置されるとともに、コンタクト金属層から発光層部への成分拡散を抑制する拡散ブロック用半導体層とを有するものとして形成し、
該拡散ブロック用半導体層の前記第二主表面側にコンタクト金属層を形成し、さらに該コンタクト金属層と拡散ブロック用半導体層とを合金化する合金化熱処理を行い、
コンタクト金属層が形成された拡散ブロック用半導体層の主表面、及び素子基板の主表面の少なくともいずれかに主金属層を形成し、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ことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の発光素子の製造方法によると、発光層部を有した化合物半導体層の第二主表面側に拡散ブロック用半導体層を形成し、さらに該拡散ブロック用半導体層の前記第二主表面側にコンタクト金属層を形成して、コンタクト金属層と拡散ブロック用半導体層とを合金化する合金化熱処理を行なう。これにより、合金化熱処理に伴うコンタクト金属層から発光層部への成分拡散が拡散ブロック用半導体層により妨げられ、ひいては該拡散の影響が発光層部に及びにくくなる。また、拡散ブロック用半導体層は発光層部からの発光光束に対して透光性を有するので、反射に関与する光束が該拡散ブロック用半導体層での吸収により減衰する心配もない。従って、発光層部の発光能力を十分に引き出すことができ、主金属層の反射効果による光取出し効率も良好となって、発光強度が大幅に改善された発光素子を製造することができる。
【００１２】
発光層部は、導電型の異なる２つのクラッド層間に活性層を挟みこ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ができ、拡散ブロック用半導体層が一方のクラッド層に接して配置されることが望ましい。ダブルへテロ構造の活性層は、発光再結合確率を向上させるために通常ノンドープにて構成され、コンタクト層からの成分拡散（特に、オーミック接触形成用のドーパント成分）による発光効率の低下を特に生じやすい。従って、拡散ブロック用半導体層を設けて、発光層部への拡散を抑制することが特に有効となる構造の一つである。また、クラッド層は、活性層へのドーパント拡散が過度に進まないよう、ドーピングの濃度は比較的低めに設定される。このため、クラッド層の厚さは、直列抵抗の増加を軽減するためなるべく薄く設定することが望ましいが、クラッド層を経た発光層部までの成分拡散距離が短くなるので、コンタクト層からの成分拡散の影響をより受けやすくなる。従って、本発明のように拡散ブロック用半導体層を設けることは、クラッド層厚さが薄くなる場合（例えば、０．３μｍ以上２μｍ未満）に、より顕著な効果を発揮する。
【００１３】
拡散ブロック用半導体層の厚さは１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。拡散ブロック用半導体層の厚さが１μｍ未満では、コンタクト層から発光層部へ向かう成分拡散を妨害する効果が不十分となる。他方、拡散ブロック用半導体層の厚さが５μｍを超えると効果が飽和し、不必要に厚い拡散ブロック用半導体層をエピタキシャル成長させることによる無駄が多くなる。
【００１４】
発光層部がＡｌＧａＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる場合、コンタクト金属層に含有されるＧｅ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｚｎ及びＢｅが特に発光層部への拡散を生じやすいので、拡散ブロック用半導体層は、これらの少なくともいずれかの拡散を抑制するものとして構成することが望ましい。
【００１５】
発光層部をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、コンタクト金属層をそのｎ型層側に形成する場合は、本発明の発光素子を次のように構成することができる。すなわち、拡散ブロック用半導体層をｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、発光層部を該拡散ブロック用半導体層と格子整合するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、かつそのｎ型層側を、該拡散ブロック用半導体層側に位置するように配置する。この場合、コンタクト金属層はＧｅを含有した合金にて構成することが、ｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と良好なオーミック接触を形成する上で有利である。そして、拡散ブロック用半導体層は、コンタクト金属層から発光層部へのＧｅ拡散を抑制するものとすれば、発光層部へのＧｅ拡散を阻止することができ、ひいてはＧｅ拡散による発光層部の発光効率低下を効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、発光層部をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、コンタクト金属層をそのｐ型層側に形成する場合は、本発明の発光素子を次のように構成することができる。すなわち、拡散ブロック用半導体層をｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、発光層部は拡散ブロック用半導体層と格子整合するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、かつそのｐ型層側が、該拡散ブロック用半導体層側に位置するように配置する。この場合、コンタクト金属層はＢｅを含有した合金にて構成することが、ｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と良好なオーミック接触を形成する上で有利である。そして、拡散ブロック用半導体層は、コンタクト金属層から発光層部へのＢｅ拡散を抑制するものとすれば、発光層部へのＢｅ拡散を阻止することができ、ひいてはＢｅ拡散による発光層部の発光効率低下を効果的に抑制することができる。
【００１７】
上記構成は、特に、発光層部がＡｌＧａＩｎＰからなるダブルへテロ構造を有するものとして構成され、その一方の（ｎ型又はｐ型）クラッド層側に拡散ブロック用半導体層が接して配置されている場合に、とりわけその効果が顕著である。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部は、一般にＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法により成長されることが多いが、結晶欠陥等の少ない良質なＡｌＧａＩｎＰをＭＯＶＰＥにより厚膜に成長させることは非常に難しい。従って、そのクラッド層も通常、０．３μｍ以上２μｍ以下と、相当薄膜に形成される。また、ＡｌＧａＩｎＰ中のＧｅ（ｎ型コンタクト用）あるいはＢｅ（ｐ型コンタクト用）の拡散速度は、合金化熱処理を行なう３５０℃以上６６０℃以下の温度域において比較的大きい。そのため、上記のようなＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層上にＧｅないしＢｅを含有したコンタクト金属層が直接形成されていると、ＡｌＧａＩｎＰ活性層へのＧｅないしＢｅの拡散が特に進みやすく、発光強度の低下を招きやすくなるが、本発明のようにコンタクト金属層とｎ型クラッド層との間に拡散ブロック用半導体層を配置することで、該不具合を効果的に防止ないし抑制することができる。この場合、拡散ブロック用半導体層を、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＰにて構成すると、ＧｅないしＢｅの拡散速度がＡｌＧａＩｎＰよりも小さく、かつ、ＡｌＧａＩｎＰ発光層部よりもバンドギャップが広いので、発光光束に対する透光性も良好であり、本発明に好適に採用することができる。
【００１８】
ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対するコンタクト金属層としては、合金化の容易性と、接触抵抗の低減効果との両立が容易であることから、Ａｕを主成分としてＧｅとＮｉとを含有するＡｕＧｅＮｉ合金、又はＡｇを主成分としてＧｅとＮｉとを含有するＡｇＧｅＮｉ合金を、本発明に効果的に採用することができる。ＡｕＧｅＮｉ合金あるいはＡｇＧｅＮｉ合金の具体的な組成は、例えばＧｅ：０．１質量％以上２５質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以上２０質量％以下、残部Ａｕ又はＡｇとする組成を例示でき、この範囲外の組成では接触抵抗低減効果が十分に得られない場合がある。この場合、ＧｅとともにＮｉやＡｕ（ＡｕＧｅＮｉ合金の場合のみ）も発光層部への拡散を生じやすく、拡散ブロック用半導体層は、ＧｅとともにＮｉないしＡｕの拡散をブロックするものとして構成しておくことが望ましい。前述のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＰからなる拡散ブロック用半導体層は、ＧｅとともにＡｕやＮｉの拡散をブロックする効果においても優れており、本発明に好適に採用できる。
【００１９】
他方、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対するコンタクト金属層としては、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の場合と同様の観点から、Ａｕを主成分としてＢｅを含有するＡｕＢｅ合金を、本発明に効果的に採用することができる。ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層合金の具体的な組成は、例えばＢｅ：０．１質量％以上２５質量％以下、残部Ａｕ又はＡｇとする組成を例示でき、この範囲外の組成では接触抵抗低減効果が十分に得られない場合がある。この場合、ＢｅとともにＡｕも発光層部への拡散を生じやすく、拡散ブロック用半導体層は、ＢｅとともにＡｕの拡散をブロックするものとして構成しておくことが望ましい。前述のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＰからなる拡散ブロック用半導体層は、ＢｅとともにＡｕの拡散をブロックする効果においても優れており、本発明に好適に採用できる。
【００２０】
主金属層の反射面を形成する部分は、Ａｕを主成分とするＡｕ系反射層とすることができる。Ａｕ系反射層は反射率が高く、また、反射率の入射角依存性が小さい利点がある。この場合、発光層部は、ピーク波長が５５０ｎｍ以上の可視光を発光するものであることが望ましい。図６にＡｕ層の反射率の波長依存性を示すが（プロット点「△」）、波長５５０ｎｍより短波長側の可視光域に強い吸収があることがわかる。そこで、発光層部のピーク波長が５５０ｎｍ以上とすることで、反射率低下を効果的に抑制でき、発光強度を向上させることができる。また、取り出される光のスペクトルが、吸収により本来の発光スペクトルとは異なるものとなったり、発光色調が変化したりする不具合も生じにくい。この観点で、発光層部の発光の望ましい色調とピーク波長域は、以下の通りである：
・黄緑系：５５０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満
・黄色系：５８０ｎｍ以上５９５ｎｍ未満
・アンバー系：５９５ｎｍ以上６１０ｎｍ未満
・オレンジ系：６１０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満
・赤色系：６３０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満
【００２１】
なお、図６から明らかなように、発光層部のピーク波長が、望ましくは５８０ｎｍ以上、より望ましくは６００ｎｍ以上のとき、より反射率が向上し、発光強度を高めることができる。この観点において、発光層部は、黄色系、アンバー系、オレンジ系あるいは赤色系のものを採用するとき、Ａｕ系層による反射率を特に高めることができ、発光強度向上効果が顕著となる。こうした色調の発光光束は、前述のＡｌＧａＩｎＰの混晶比調整により容易に実現できる。Ａｕ系反射層を用いる場合、コンタクト金属層は、例えばＡｕＧｅＮｉ合金にて構成することが、Ａｕ系反射層とコンタクト金属層との密着性を高める上で望ましい。
【００２２】
一方、主金属層の反射面を形成する部分は、Ａｌを主成分とするＡｌ系反射層とすることもできる。図６にはＡｌ層の反射率の波長依存性も示しているが（プロット点「◆」）、Ａｌの場合は波長５５０ｎｍ未満の可視光域においても、Ａｕのような強い吸収はなく、また、Ａｕに比べるとはるかに安価であり、汎用の反射層として本発明に好適に使用できる。特に、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の青色から緑色にかけての発光波長域に対しては、Ａｕよりも反射率が良好であり、光取出し効率の向上にも寄与する。この場合、コンタクト金属層は、例えばＡｕＧｅＮｉ合金又はＡｇＧｅＮｉ合金のいずれを採用することも可能であり、Ａｌ系反射層との密着性においても大きな差異は生じない。ただし、発光層部のピーク波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である場合は、吸収の少ないＡｇＧｅＮｉ合金を用いることがより有利である。
【００２３】
さらに、主金属層の反射面を形成する部分は、Ａｇを主成分とするＡｇ系反射層とすることもできる。Ａｇ系反射層は、Ａｕ系反射層と比べれば安価であり、しかも可視光の略全波長域（３５０ｎｍ以上７００ｎｍ）に渡ってＡｕ系金属よりも良好な反射率を示し反射率の波長依存性が小さい。その結果、素子の発光波長によらず高い光取出効率を実現できる。またＡｌ系反射層と比較した場合、青色から緑色の発光に対しても、酸化皮膜等の形成による反射率低下も生じにくい。図６のプロット点「■」はＡｇの反射率の波長依存性を示す。また、プロット点「×」はＡｇＰｄＣｕ合金である。Ａｇの反射率は、３５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下（また、それより長波長側の赤外域）、特に、３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下にて、可視光の反射率が特に良好である。当然、ピーク波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の青色から緑色の発光波長域においても良好な反射率が得られる。
【００２４】
なお、前述のＡｌ系反射層はＡｇ系反射層と比較しても安価であるが、酸化皮膜形成による反射率低下があるため、可視光域での反射率は多少低い値（例えば８５〜９２％）に留まっている。他方、Ａｇ系反射膜はＡｌ系反射層よりは酸化皮膜が形成されにくいため、Ａｌよりも高い反射率を可視光域に確保できる。なお、青色系のピーク波長を有する発光層部としては、例えばＩｎＧａＡｌＮ系発光層部を例示できる。なお、Ａｇ系反射層を用いる場合、コンタクト金属層はＡｇＧｅＮｉ合金を用いることが、Ａｇ系反射層との密着性も良好であり、本発明に好適である。
【００２５】
主金属層と拡散ブロック用半導体層との間に配置するコンタクト金属層は、主金属層の主表面上に分散する形で配置することが好ましい。コンタクト金属層はオーミック接合確保のために必要な合金成分を比較的多量に配合する必要があり、かつ、拡散ブロック用半導体層との合金化を伴うので反射率が若干劣る。そこで、コンタクト金属層を主金属層の主表面上に分散形成しておけば、コンタクト金属層の非形成領域で高い反射率を確保できる。なお、光取出効果を十分に高めるために、主金属層に対するコンタクト金属層の形成面積率（主金属層の全面積にてコンタクト金属層の形成面積を除した値である）は１％以上２５％以下とすることが望ましい。コンタクト金属層の形成面積率が１％未満では接触抵抗の低減効果が十分でなくなり、２５％を超えると反射強度が低下することにつながる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
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１００を示す概念図である。発光素子１００は、素子基板をなす導電性基板であるｎ型Ｓｉ（シリコン）単結晶よりなるＳｉ基板７の一方の主表面上に主金属層１０を介して、発光層部２４を含む化合物半導体層６０が貼り合わされた構造を有してなる。主金属層１０は反射面１０Ｒ全体がＡｕを主成分（最も質量含有率の高い成分）とするＡｕ系層として構成され、発光層部２４（化合物半導体層）上に形成された第一Ａｕ系層１０ａと、Ｓｉ基板７上に形成された第二Ａｕ系層１０ｂとが貼り合せ熱処理により貼り合わされたものである。本実施形態において第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂは、純ＡｕもしくはＡｕ含有率が９５質量％以上のＡｕ合金よりなる。
【００２７】
発光層部２４はＡｌＧａＩｎＰ、具体的には、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−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（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層６と、前記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（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−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を構成するＡｌＧａＩｎＰは、いずれもＧａＡｓと格子整合（格子定数差にて１％以内）するものである。発光素子１００においては、金属電極９側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、金属層１０側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、通電極性は金属電極９側が正である。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１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００２８】
また、発光層部２４の基板７に面しているのと反対側の主表面上には、ＡｌＧａＡｓよりなる電流拡散層２０が形成され、その主表面の略中央に、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための金属電極（例えばＡｕ電極）９が、該主表面の一部を覆うように形成されている。電流拡散層２０の主表面における、金属電極９の周囲の領域は、発光層部２４からの光取出領域をなす。また、Ｓｉ単結晶基板７の裏面にはその全体を覆うように金属電極（裏面電極：例えばＡｕ電極である）１５が形成されている。金属電極１５がＡｕ電極である場合、金属電極１５とＳｉ単結晶基板７との間には基板側接合層として、ＡｕＳｂ接合層１６が介挿される。なお、ＡｕＳｂ接合層１６に代えてＡｕＳｎ接合層を基板側接合層として用いてもよい。
【００２９】
他方、化合物半導体層６０と主金属層１０との間には、該主金属層１０と化合物半導体層６０との接触抵抗を減ずるためにコンタクト金属層３２が配置されている。そして、化合物半導体層６０の、コンタクト金属層３２と発光層部２４との間に位置する部分が、発光層部２４からの発光光束に対して透光性を有し、かつ、コンタクト金属層３２から発光層部２４への成分拡散を抑制する拡散ブロック用半導体層２５とされている。本実施形態において、コンタクト金属層３２はＡｕＧｅＮｉ層３２（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）であり、主金属層１０（第一Ａｕ系層１０ａ）の主表面上に分散形成され、その形成面積率は１％以上２５％以下である。また、拡散ブロック用半導体層２５は、ＡｌＧａＡｓ、具体的にはｎ型クラッド層４に格子整合し（格子定数差にて１％以内）、かつ、活性層５よりもバンドギャップが広くなるように、ＡｌａＧａ１−ａＡｓのＡｌＡｓ混晶比ａが０．４以上１以下に調整されたＡｌＧａＡｓよりなる。なお、拡散ブロック用半導体層２５の厚さｔは１μｍ以上５μｍ以下である。
【００３０】
発光層部２４からの光は、光取出面側に直接放射される光に、主金属層１０による反射光が重畳される形で取り出される。主金属層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）。
【００３１】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図２の工程１に示すように、発光層成長用基板をなす半導体単結晶基板であるＧａＡｓ単結晶基板１の主表面に、ｐ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、さらにｐ型ＡｌＧａＡｓよりなる電流拡散層２０を例えば５μｍ、この順序にてエピタキシャル成長させる。また、その後、発光層部２４として、１μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、０．６μｍのＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）５、及び１μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４を、さらに、５μｍのＡｌＧａＡｓよりなる拡散ブロック用半導体層２５を、この順序に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（ＰＨ３）など。
・Ａｓ源ガス；ターシャルブチルアルシン（ＴＢＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）など。
【００３２】
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（Ｃｐ２Ｍｇ）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。
【００３３】
次に、工程２に示すように、拡散ブロック用半導体層２５の主表面に、ＡｕＧｅＮｉ層３２を分散形成する。ＡｕＧｅＮｉ層３２を形成後、３５０℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を行ない、その後、ＡｕＧｅＮｉ層３２を覆うように第一Ａｕ系層１０ａを形成する。拡散ブロック用半導体層２５とＡｕＧｅＮｉ層３２との間には、上記合金化熱処理により合金化層が形成され、直列抵抗が大幅に低減される。また、該合金化熱処理時において、ＡｕＧｅＮｉ層３２から発光層部２４のｎ型クラッド層４を経て活性層５に向かう成分拡散、すなわち、Ｇｅ、Ａｕ及びＮｉ成分の拡散が、拡散ブロック用半導体層２５により妨げられ、活性層５がＧｅ、Ａｕ及びＮｉ成分によって汚染される不具合が効果的に抑制される。また、拡散ブロック用半導体層２５は活性層５からの発光光束に対して透光性を有するので、反射に関与する光束が該拡散ブロック用半導体層２５での吸収により減衰する心配もない。従って、発光層部２４の発光能力を十分に引き出すことができ、主金属層１０の反射効果による光取出し効率も良好となる。
【００３４】
図８は、上記ＡｕＧｅＮｉ層にて被覆したＡｌＧａＡｓ基板を４５０℃にて１０分熱処理したときの、Ａｕ、Ｇｅ及びＮｉの深さ方向の拡散プロファイルを、二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）により測定した結果を示すものである。これによると、ＡｌＧａＡｓ基板側にＧｅ、Ａｕ及びＮｉが多少拡散しているが、いずれも１μｍ前後の拡散深さで濃度が２桁程度減少しており、ＡｌＧａＡｓがこれらの元素に対する拡散ブロック層として有効であることがわかる。
【００３５】
次に、工程３に示すように、別途用意したＳｉ単結晶基板７（ｎ型）の両方の主表面に基板側接合層となるＡｕＳｂ接合層３１，１６（前述の通りＡｕＳｎ接合層でもよい）を形成し、２５０℃以上３５９℃以下の温度域で合金化熱処理を行なう。そして、ＡｕＳｂ接合層３１上には第二Ａｕ系層１０ｂを、ＡｕＳｂ接合層１６上には裏面電極層１５（例えばＡｕ系金属よりなるもの）をそれぞれ形成する。以上の工程で各金属層は、スパッタリングあるいは真空蒸着等を用いて行なうことができる。
【００３６】
そして、工程４に示すように、Ｓｉ単結晶基板７側の第二Ａｕ系層１０ｂを、発光層部２４上に形成された第一Ａｕ系層１０ａに重ね合わせて圧迫して、１８０℃よりも高温かつ３６０℃以下、例えば２５０℃にて貼り合せ熱処理することにより、基板貼り合わせ体５０を作る。Ｓｉ単結晶基板７は、第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂを介して発光層部２４に貼り合わせられる。また、第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとは、上記貼り合せ熱処理を採用することにより十分な強度にて結合され、ＡｕＳｂ接合層３１及びＡｕＧｅＮｉ層３２とともに金属層１０となる。第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂが、いずれも酸化しにくいＡｕを主体に構成されているため、上記貼り合せ熱処理は、例えば大気中でも問題なく行なうことができる。当然、この貼り合わせ熱処理時にもコンタクト金属層３２からＧｅ、Ａｕ及びＮｉが発光層部２４に向けて拡散する可能性があるが、拡散ブロック用半導体層２５を設けてあるので、該拡散の影響が発光層部２４に及ぶ不具合が生じにくい。
【００３７】
次に、工程５に進み、上記基板貼り合わせ体５０を、例えば１０％フッ酸水溶液からなるエッチング液に浸漬し、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、ＧａＡｓ単結晶基板１（発光層部２４からの光に対して不透明である）を、発光層部２４とこれに接合されたＳｉ単結晶基板７との積層体５０ａから除去する。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。
【００３８】
そして、工程６に示すように、ＧａＡｓ単結晶基板１の除去により露出した電流拡散層２０の主表面の一部を覆うように、ワイヤボンディング用の電極９（ボンディングパッド：図１）を形成する。以下、通常の方法によりダイシングして半導体チップとし、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なった後、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。
【００３９】
以下、本発明の発光素子の変形例について説明する。
図１の発光素子１００は、図３の発光素子２００のように、拡散ブロック用半導体層２５を、ｎ型ＡｌＧａＡｓに代えて、ｎ型ＡｌＩｎＰにより構成することもできる。この場合、ＡｌＧａＩｎＰよりなるｎ型クラッド層４に格子整合し（格子定数差にて１％以内）、かつ、活性層５よりもバンドギャップが広くなるように、ＡｌｂＩｎ１−ｂＰのＡｌＰ混晶比ｂを、０．５以上１以下に調整することが望ましい。
【００４０】
また、図４の発光素子３００は、主金属層１１０を、Ａｇを主成分とするＡｇ系金属層（例えば、Ａｇを９５質量％以上含有するもの：本実施形態では純Ａｇ）とした例であり、コンタクト金属層をＡｇＧｅＮｉ層１３２（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）として構成している。製造方法は、図２の工程と略同様であるが、工程２において第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂに代えて第一Ａｇ系層１１０ａ及び第二Ａｇ系層１１０ｂ（図４）を用い、ＡｕＧｅＮｉ層３２に代えてＡｇＧｅＮｉ層１３２（図４）を形成するようにする。合金化熱処理温度は例えば３５０℃以上５００℃以下である。また、第一Ａｇ系層１１０ａ及び第二Ａｇ系層１１０ｂの貼り合わせ熱処理温度は、Ａｕ系金属層の場合と略同じ温度域を採用できる。
【００４１】
また、図５の発光素子４００においては、主金属層１０のうち、反射面を形成する部分をＡｇ系層３０（例えば、Ａｇを９５質量％以上含有するもの：本実施形態では純Ａｇ）として形成し、残余の部分をＡｕ系層（１０ａ，１０ｂ）として構成した例である。コンタクト金属層はＡｇＧｅＮｉ層１３２により構成している。この場合の製造工程は、図２において、ＡｕＧｅＮｉ層３２に代えてＡｇＧｅＮｉ層１３２（図４）を形成し、これを覆うように先にＡｇ系層３０を形成した後、第一Ａｕ系層１０ａを形成する。以降の工程は、図２と全く同じである。なお、図５において、反射面を形成する層は、Ａｇ系層３０に代えて、Ａｌを主成分とするＡｌ系層（例えば、Ａｌを９５質量％以上含有するもの：本実施形態では純Ａｌ）を形成してもよい。
【００４２】
さらに、図７の発光素子５００は、発光層部２４におけるｐ型クラッド層６、活性層５及びｎ型クラッド層４の積層順序を図１とは逆順とし、拡散ブロック用半導体層２２５をｐ型ＡｌＧａＡｓ層とし、コンタクト金属層としてＡｕＢｅ層２３２を形成した例である。拡散ブロック用半導体層２２５は、ＡｕＢｅ層２３２からのＡｕないしＢｅがｐ型クラッド層６側に拡散することを抑制する働きをなす。なお、ＡｕＢｅ層２３２に代えてＡｕＺｎ層を用いた場合も同様の効果が得られる。
【００４３】
また、いずれの実施形態においても、素子基板としてＳｉ基板を使用する以外に、他の導電性基板、例えばＡｌ（合金含む）などの金属基板を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一実施形態を積層構造にて示す模式図。
【図２】本発明に係る発光素子の製造工程の一例を示す説明図。
【図３】本発明の発光素子の第一変形例を積層構造にて示す模式図。
【図４】本発明の発光素子の第二変形例を積層構造にて示す模式図。
【図５】本発明の発光素子の第三変形例を積層構造にて示す模式図。
【図６】種々の金属の反射スペクトルを示す図。
【図７】本発明の発光素子の第四変形例を積層構造にて示す模式図。
【図８】ＡｌＧａＡｓ基板へのＧｅ、Ａｕ及びＮｉの拡散プロファイルを示す図。
【符号の説明】
１ ＧａＡｓ単結晶基板（発光層成長用基板）
４ ｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
７ Ｓｉ単結晶基板（素子基板）
９ 金属電極
２５ 拡散ブロック用半導体層
２４ 発光層部
６０ 化合物半導体層
１０，１１０ 主金属層
１０ａ 第一Ａｕ系層
１０ｂ 第二Ａｕ系層
１１０ａ 第一Ａｇ系層
１１０ｂ 第二Ａｇ系層
３２ ＡｕＧｅＮｉ接合層（コンタクト金属層）
１３２ ＡｇＧｅＮｉ接合層（コンタクト金属層）
１００，２００，３００，４００，５００ 発光素子
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平７−６６４５５号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３９１００号公報
【０００３】
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。
【０００４】
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。いずれも、ダブルへテロ構造をなす発光層部の一方のクラッド層に、Ａｕ層が直接形成された構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反射用のＡｕ層を発光層部に導通確保した状態で接合するためには、Ａｕ層と発光層部との間にオーミックコンタクトを確保するために、コンタクト金属層を介挿する必要がある。具体的には、発光層部上にコンタクト金属層を蒸着等に形成した後、コンタクト抵抗を下げるために合金化の熱処理を行なう。例えば、発光素子の光取出面を発光層部のｐ型層側とする場合、Ａｕ層には発光層部のｎ型層側が結合される。発光層部をＡｌＧａＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成するときは、ｎ型層とのオーミックコンタクトを取るために、コンタクト金属層には通常Ｇｅ（ゲルマニウム）が配合される。
【０００６】
しかし、上記特許文献１あるいは特許文献２の構造では、コンタクト金属層にＧｅを配合すると、上記の合金化熱処理を行った際に、コンタクト金属層からのＧｅが発光層部をなすクラッド層に直接拡散することになる。このクラッド層は通常薄いので、該Ｇｅ拡散の影響が、クラッド層を超えてノンドープとされた活性層にまで及びやすくなり、発光強度を大幅に低下させてしまう問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、コンタクト金属層及び反射用の金属層を介して素子基板を発光層部に結合した発光素子において、コンタクト金属層の合金化熱処理を行っても、該コンタクト金属層からの成分拡散の影響が発光層部に及びにくく、ひいては発光層部の発光能力を十分に引き出す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。
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層部を有した化合物半導体層の第一主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の第二主表面側に、前記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発光素子であって、
前記化合物半導体層と前記主金属層との間には、該主金属層と化合物半導体層との接触抵抗を減ずるために、Ａｕを主成分としてＧｅとＮｉを含有するＡｕＧｅＮｉ合金からなるコンタクト金属層が配置されてなり、かつ、前記化合物半導体層の、前記コンタクト金属層と前記発光層部との間に位置する部分が、前記発光層部からの発光光束に対して透光性を有し、かつ、前記コンタクト金属層から前記発光層部への、該コンタクト金属層に含有されるＧｅの拡散を抑制するＡｌａＧａ１−ａＡｓ(０．４≦ａ≦１)からなる厚さ１μｍ以上５μｍ以下の拡散ブロック用半導体層とされ、
前記主金属層に対する前記コンタクト金属層の形成面積率は１％以上２５％以下とされ、前記コンタクト金属層は、前記拡散ブロック用半導体層の主表面に分散形成された後、３５０℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を施されたものであり、
前記発光層部が、導電型の異なる２つのクラッド層間に活性層を挟みこんだダブルへテロ構造を有する発光ダイオードとして構成され、前記拡散ブロック用半導体層が一方のクラッド層に接して配置されるとともに、該拡散ブロック用半導体層は前記活性層よりもバンドギャップが広くなるように混晶比ａが調整されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の発光素子によると、化合物半導体層の、コンタクト金属層と発光層部との間に位置する部分が、コンタクト金属層から発光層部への、コンタクト金属層からの成分拡散を抑制する拡散ブロック用半導体層とされている。これにより、コンタクト金属層から発光層部への成分拡散が拡散ブロック用半導体層により妨げられ、ひいては該拡散の影響が発光層部に及びにくくなる。また、拡散ブロック用半導体層は発光層部からの発光光束に対して透光性を有するので、反射に関与する光束が該拡散ブロック用半導体層での吸収により減衰する心配もない。従って、発光層部の発光能力を十分に引き出すことができ、主金属層の反射効果による光取出し効率も良好となって、発光強度が大幅に改善された発光素子が実現する。
【００１０】
また、本発明の発光素子の製造方法は、
発光層部を有した化合物半導体層の第一主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の第二主表面側に、コンタクト金属層を介して、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配置し、主金属層を介して素子基板が結合された発光素子の製造方法であって、
化合物半導体層を、発光層部と、該発光層部の前記第二主表面側に配置されるとともに、コンタクト金属層から発光層部への成分拡散を抑制する拡散ブロック用半導体層とを有するものとして形成し、
該拡散ブロック用半導体層の前記第二主表面側にコンタクト金属層を形成し、さらに該コンタクト金属層と拡散ブロック用半導体層とを合金化する合金化熱処理を行い、
コンタクト金属層が形成された拡散ブロック用半導体層の主表面、及び素子基板の主表面の少なくともいずれかに主金属層を形成し、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ことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の発光素子の製造方法によると、発光層部を有した化合物半導体層の第二主表面側に拡散ブロック用半導体層を形成し、さらに該拡散ブロック用半導体層の前記第二主表面側にコンタクト金属層を形成して、コンタクト金属層と拡散ブロック用半導体層とを合金化する合金化熱処理を行なう。これにより、合金化熱処理に伴うコンタクト金属層から発光層部への成分拡散が拡散ブロック用半導体層により妨げられ、ひいては該拡散の影響が発光層部に及びにくくなる。また、拡散ブロック用半導体層は発光層部からの発光光束に対して透光性を有するので、反射に関与する光束が該拡散ブロック用半導体層での吸収により減衰する心配もない。従って、発光層部の発光能力を十分に引き出すことができ、主金属層の反射効果による光取出し効率も良好となって、発光強度が大幅に改善された発光素子を製造することができる。
【００１２】
発光層部は、導電型の異なる２つのクラッド層間に活性層を挟みこ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ができ、拡散ブロック用半導体層が一方のクラッド層に接して配置されることが望ましい。ダブルへテロ構造の活性層は、発光再結合確率を向上させるために通常ノンドープにて構成され、コンタクト層からの成分拡散（特に、オーミック接触形成用のドーパント成分）による発光効率の低下を特に生じやすい。従って、拡散ブロック用半導体層を設けて、発光層部への拡散を抑制することが特に有効となる構造の一つである。また、クラッド層は、活性層へのドーパント拡散が過度に進まないよう、ドーピングの濃度は比較的低めに設定される。このため、クラッド層の厚さは、直列抵抗の増加を軽減するためなるべく薄く設定することが望ましいが、クラッド層を経た発光層部までの成分拡散距離が短くなるので、コンタクト層からの成分拡散の影響をより受けやすくなる。従って、本発明のように拡散ブロック用半導体層を設けることは、クラッド層厚さが薄くなる場合（例えば、０．３μｍ以上２μｍ未満）に、より顕著な効果を発揮する。
【００１３】
拡散ブロック用半導体層の厚さは１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。拡散ブロック用半導体層の厚さが１μｍ未満では、コンタクト層から発光層部へ向かう成分拡散を妨害する効果が不十分となる。他方、拡散ブロック用半導体層の厚さが５μｍを超えると効果が飽和し、不必要に厚い拡散ブロック用半導体層をエピタキシャル成長させることによる無駄が多くなる。
【００１４】
発光層部がＡｌＧａＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる場合、コンタクト金属層に含有されるＧｅ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｚｎ及びＢｅが特に発光層部への拡散を生じやすいので、拡散ブロック用半導体層は、これらの少なくともいずれかの拡散を抑制するものとして構成することが望ましい。
【００１５】
発光層部をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、コンタクト金属層をそのｎ型層側に形成する場合は、本発明の発光素子を次のように構成することができる。すなわち、拡散ブロック用半導体層をｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、発光層部を該拡散ブロック用半導体層と格子整合するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、かつそのｎ型層側を、該拡散ブロック用半導体層側に位置するように配置する。この場合、コンタクト金属層はＧｅを含有した合金にて構成することが、ｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と良好なオーミック接触を形成する上で有利である。そして、拡散ブロック用半導体層は、コンタクト金属層から発光層部へのＧｅ拡散を抑制するものとすれば、発光層部へのＧｅ拡散を阻止することができ、ひいてはＧｅ拡散による発光層部の発光効率低下を効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、発光層部をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、コンタクト金属層をそのｐ型層側に形成する場合は、本発明の発光素子を次のように構成することができる。すなわち、拡散ブロック用半導体層をｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、発光層部は拡散ブロック用半導体層と格子整合するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成し、かつそのｐ型層側が、該拡散ブロック用半導体層側に位置するように配置する。この場合、コンタクト金属層はＢｅを含有した合金にて構成することが、ｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と良好なオーミック接触を形成する上で有利である。そして、拡散ブロック用半導体層は、コンタクト金属層から発光層部へのＢｅ拡散を抑制するものとすれば、発光層部へのＢｅ拡散を阻止することができ、ひいてはＢｅ拡散による発光層部の発光効率低下を効果的に抑制することができる。
【００１７】
上記構成は、特に、発光層部がＡｌＧａＩｎＰからなるダブルへテロ構造を有するものとして構成され、その一方の（ｎ型又はｐ型）クラッド層側に拡散ブロック用半導体層が接して配置されている場合に、とりわけその効果が顕著である。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部は、一般にＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法により成長されることが多いが、結晶欠陥等の少ない良質なＡｌＧａＩｎＰをＭＯＶＰＥにより厚膜に成長させることは非常に難しい。従って、そのクラッド層も通常、０．３μｍ以上２μｍ以下と、相当薄膜に形成される。また、ＡｌＧａＩｎＰ中のＧｅ（ｎ型コンタクト用）あるいはＢｅ（ｐ型コンタクト用）の拡散速度は、合金化熱処理を行なう３５０℃以上６６０℃以下の温度域において比較的大きい。そのため、上記のようなＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層上にＧｅないしＢｅを含有したコンタクト金属層が直接形成されていると、ＡｌＧａＩｎＰ活性層へのＧｅないしＢｅの拡散が特に進みやすく、発光強度の低下を招きやすくなるが、本発明のようにコンタクト金属層とｎ型クラッド層との間に拡散ブロック用半導体層を配置することで、該不具合を効果的に防止ないし抑制することができる。この場合、拡散ブロック用半導体層を、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＰにて構成すると、ＧｅないしＢｅの拡散速度がＡｌＧａＩｎＰよりも小さく、かつ、ＡｌＧａＩｎＰ発光層部よりもバンドギャップが広いので、発光光束に対する透光性も良好であり、本発明に好適に採用することができる。
【００１８】
ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対するコンタクト金属層としては、合金化の容易性と、接触抵抗の低減効果との両立が容易であることから、Ａｕを主成分としてＧｅとＮｉとを含有するＡｕＧｅＮｉ合金、又はＡｇを主成分としてＧｅとＮｉとを含有するＡｇＧｅＮｉ合金を、本発明に効果的に採用することができる。ＡｕＧｅＮｉ合金あるいはＡｇＧｅＮｉ合金の具体的な組成は、例えばＧｅ：０．１質量％以上２５質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以上２０質量％以下、残部Ａｕ又はＡｇとする組成を例示でき、この範囲外の組成では接触抵抗低減効果が十分に得られない場合がある。この場合、ＧｅとともにＮｉやＡｕ（ＡｕＧｅＮｉ合金の場合のみ）も発光層部への拡散を生じやすく、拡散ブロック用半導体層は、ＧｅとともにＮｉないしＡｕの拡散をブロックするものとして構成しておくことが望ましい。前述のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＰからなる拡散ブロック用半導体層は、ＧｅとともにＡｕやＮｉの拡散をブロックする効果においても優れており、本発明に好適に採用できる。
【００１９】
他方、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対するコンタクト金属層としては、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の場合と同様の観点から、Ａｕを主成分としてＢｅを含有するＡｕＢｅ合金を、本発明に効果的に採用することができる。ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層合金の具体的な組成は、例えばＢｅ：０．１質量％以上２５質量％以下、残部Ａｕ又はＡｇとする組成を例示でき、この範囲外の組成では接触抵抗低減効果が十分に得られない場合がある。この場合、ＢｅとともにＡｕも発光層部への拡散を生じやすく、拡散ブロック用半導体層は、ＢｅとともにＡｕの拡散をブロックするものとして構成しておくことが望ましい。前述のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＰからなる拡散ブロック用半導体層は、ＢｅとともにＡｕの拡散をブロックする効果においても優れており、本発明に好適に採用できる。
【００２０】
主金属層の反射面を形成する部分は、Ａｕを主成分とするＡｕ系反射層とすることができる。Ａｕ系反射層は反射率が高く、また、反射率の入射角依存性が小さい利点がある。この場合、発光層部は、ピーク波長が５５０ｎｍ以上の可視光を発光するものであることが望ましい。図６にＡｕ層の反射率の波長依存性を示すが（プロット点「△」）、波長５５０ｎｍより短波長側の可視光域に強い吸収があることがわかる。そこで、発光層部のピーク波長が５５０ｎｍ以上とすることで、反射率低下を効果的に抑制でき、発光強度を向上させることができる。また、取り出される光のスペクトルが、吸収により本来の発光スペクトルとは異なるものとなったり、発光色調が変化したりする不具合も生じにくい。この観点で、発光層部の発光の望ましい色調とピーク波長域は、以下の通りである：
・黄緑系：５５０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満
・黄色系：５８０ｎｍ以上５９５ｎｍ未満
・アンバー系：５９５ｎｍ以上６１０ｎｍ未満
・オレンジ系：６１０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満
・赤色系：６３０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満
【００２１】
なお、図６から明らかなように、発光層部のピーク波長が、望ましくは５８０ｎｍ以上、より望ましくは６００ｎｍ以上のとき、より反射率が向上し、発光強度を高めることができる。この観点において、発光層部は、黄色系、アンバー系、オレンジ系あるいは赤色系のものを採用するとき、Ａｕ系層による反射率を特に高めることができ、発光強度向上効果が顕著となる。こうした色調の発光光束は、前述のＡｌＧａＩｎＰの混晶比調整により容易に実現できる。Ａｕ系反射層を用いる場合、コンタクト金属層は、例えばＡｕＧｅＮｉ合金にて構成することが、Ａｕ系反射層とコンタクト金属層との密着性を高める上で望ましい。
【００２２】
一方、主金属層の反射面を形成する部分は、Ａｌを主成分とするＡｌ系反射層とすることもできる。図６にはＡｌ層の反射率の波長依存性も示しているが（プロット点「◆」）、Ａｌの場合は波長５５０ｎｍ未満の可視光域においても、Ａｕのような強い吸収はなく、また、Ａｕに比べるとはるかに安価であり、汎用の反射層として本発明に好適に使用できる。特に、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の青色から緑色にかけての発光波長域に対しては、Ａｕよりも反射率が良好であり、光取出し効率の向上にも寄与する。この場合、コンタクト金属層は、例えばＡｕＧｅＮｉ合金又はＡｇＧｅＮｉ合金のいずれを採用することも可能であり、Ａｌ系反射層との密着性においても大きな差異は生じない。ただし、発光層部のピーク波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である場合は、吸収の少ないＡｇＧｅＮｉ合金を用いることがより有利である。
【００２３】
さらに、主金属層の反射面を形成する部分は、Ａｇを主成分とするＡｇ系反射層とすることもできる。Ａｇ系反射層は、Ａｕ系反射層と比べれば安価であり、しかも可視光の略全波長域（３５０ｎｍ以上７００ｎｍ）に渡ってＡｕ系金属よりも良好な反射率を示し反射率の波長依存性が小さい。その結果、素子の発光波長によらず高い光取出効率を実現できる。またＡｌ系反射層と比較した場合、青色から緑色の発光に対しても、酸化皮膜等の形成による反射率低下も生じにくい。図６のプロット点「■」はＡｇの反射率の波長依存性を示す。また、プロット点「×」はＡｇＰｄＣｕ合金である。Ａｇの反射率は、３５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下（また、それより長波長側の赤外域）、特に、３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下にて、可視光の反射率が特に良好である。当然、ピーク波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の青色から緑色の発光波長域においても良好な反射率が得られる。
【００２４】
なお、前述のＡｌ系反射層はＡｇ系反射層と比較しても安価であるが、酸化皮膜形成による反射率低下があるため、可視光域での反射率は多少低い値（例えば８５〜９２％）に留まっている。他方、Ａｇ系反射膜はＡｌ系反射層よりは酸化皮膜が形成されにくいため、Ａｌよりも高い反射率を可視光域に確保できる。なお、青色系のピーク波長を有する発光層部としては、例えばＩｎＧａＡｌＮ系発光層部を例示できる。なお、Ａｇ系反射層を用いる場合、コンタクト金属層はＡｇＧｅＮｉ合金を用いることが、Ａｇ系反射層との密着性も良好であり、本発明に好適である。
【００２５】
主金属層と拡散ブロック用半導体層との間に配置するコンタクト金属層は、主金属層の主表面上に分散する形で配置することが好ましい。コンタクト金属層はオーミック接合確保のために必要な合金成分を比較的多量に配合する必要があり、かつ、拡散ブロック用半導体層との合金化を伴うので反射率が若干劣る。そこで、コンタクト金属層を主金属層の主表面上に分散形成しておけば、コンタクト金属層の非形成領域で高い反射率を確保できる。なお、光取出効果を十分に高めるために、主金属層に対するコンタクト金属層の形成面積率（主金属層の全面積にてコンタクト金属層の形成面積を除した値である）は１％以上２５％以下とすることが望ましい。コンタクト金属層の形成面積率が１％未満では接触抵抗の低減効果が十分でなくなり、２５％を超えると反射強度が低下することにつながる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
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１００を示す概念図である。発光素子１００は、素子基板をなす導電性基板であるｎ型Ｓｉ（シリコン）単結晶よりなるＳｉ基板７の一方の主表面上に主金属層１０を介して、発光層部２４を含む化合物半導体層６０が貼り合わされた構造を有してなる。主金属層１０は反射面１０Ｒ全体がＡｕを主成分（最も質量含有率の高い成分）とするＡｕ系層として構成され、発光層部２４（化合物半導体層）上に形成された第一Ａｕ系層１０ａと、Ｓｉ基板７上に形成された第二Ａｕ系層１０ｂとが貼り合せ熱処理により貼り合わされたものである。本実施形態において第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂは、純ＡｕもしくはＡｕ含有率が９５質量％以上のＡｕ合金よりなる。
【００２７】
発光層部２４はＡｌＧａＩｎＰ、具体的には、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−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（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層６と、前記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（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−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を構成するＡｌＧａＩｎＰは、いずれもＧａＡｓと格子整合（格子定数差にて１％以内）するものである。発光素子１００においては、金属電極９側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、金属層１０側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、通電極性は金属電極９側が正である。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１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００２８】
また、発光層部２４の基板７に面しているのと反対側の主表面上には、ＡｌＧａＡｓよりなる電流拡散層２０が形成され、その主表面の略中央に、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための金属電極（例えばＡｕ電極）９が、該主表面の一部を覆うように形成されている。電流拡散層２０の主表面における、金属電極９の周囲の領域は、発光層部２４からの光取出領域をなす。また、Ｓｉ単結晶基板７の裏面にはその全体を覆うように金属電極（裏面電極：例えばＡｕ電極である）１５が形成されている。金属電極１５がＡｕ電極である場合、金属電極１５とＳｉ単結晶基板７との間には基板側接合層として、ＡｕＳｂ接合層１６が介挿される。なお、ＡｕＳｂ接合層１６に代えてＡｕＳｎ接合層を基板側接合層として用いてもよい。
【００２９】
他方、化合物半導体層６０と主金属層１０との間には、該主金属層１０と化合物半導体層６０との接触抵抗を減ずるためにコンタクト金属層３２が配置されている。そして、化合物半導体層６０の、コンタクト金属層３２と発光層部２４との間に位置する部分が、発光層部２４からの発光光束に対して透光性を有し、かつ、コンタクト金属層３２から発光層部２４への成分拡散を抑制する拡散ブロック用半導体層２５とされている。本実施形態において、コンタクト金属層３２はＡｕＧｅＮｉ層３２（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）であり、主金属層１０（第一Ａｕ系層１０ａ）の主表面上に分散形成され、その形成面積率は１％以上２５％以下である。また、拡散ブロック用半導体層２５は、ＡｌＧａＡｓ、具体的にはｎ型クラッド層４に格子整合し（格子定数差にて１％以内）、かつ、活性層５よりもバンドギャップが広くなるように、ＡｌａＧａ１−ａＡｓのＡｌＡｓ混晶比ａが０．４以上１以下に調整されたＡｌＧａＡｓよりなる。なお、拡散ブロック用半導体層２５の厚さｔは１μｍ以上５μｍ以下である。
【００３０】
発光層部２４からの光は、光取出面側に直接放射される光に、主金属層１０による反射光が重畳される形で取り出される。主金属層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）。
【００３１】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図２の工程１に示すように、発光層成長用基板をなす半導体単結晶基板であるＧａＡｓ単結晶基板１の主表面に、ｐ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、さらにｐ型ＡｌＧａＡｓよりなる電流拡散層２０を例えば５μｍ、この順序にてエピタキシャル成長させる。また、その後、発光層部２４として、１μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、０．６μｍのＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）５、及び１μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４を、さらに、５μｍのＡｌＧａＡｓよりなる拡散ブロック用半導体層２５を、この順序に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（ＰＨ３）など。
・Ａｓ源ガス；ターシャルブチルアルシン（ＴＢＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）など。
【００３２】
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（Ｃｐ２Ｍｇ）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。
【００３３】
次に、工程２に示すように、拡散ブロック用半導体層２５の主表面に、ＡｕＧｅＮｉ層３２を分散形成する。ＡｕＧｅＮｉ層３２を形成後、３５０℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を行ない、その後、ＡｕＧｅＮｉ層３２を覆うように第一Ａｕ系層１０ａを形成する。拡散ブロック用半導体層２５とＡｕＧｅＮｉ層３２との間には、上記合金化熱処理により合金化層が形成され、直列抵抗が大幅に低減される。また、該合金化熱処理時において、ＡｕＧｅＮｉ層３２から発光層部２４のｎ型クラッド層４を経て活性層５に向かう成分拡散、すなわち、Ｇｅ、Ａｕ及びＮｉ成分の拡散が、拡散ブロック用半導体層２５により妨げられ、活性層５がＧｅ、Ａｕ及びＮｉ成分によって汚染される不具合が効果的に抑制される。また、拡散ブロック用半導体層２５は活性層５からの発光光束に対して透光性を有するので、反射に関与する光束が該拡散ブロック用半導体層２５での吸収により減衰する心配もない。従って、発光層部２４の発光能力を十分に引き出すことができ、主金属層１０の反射効果による光取出し効率も良好となる。
【００３４】
図８は、上記ＡｕＧｅＮｉ層にて被覆したＡｌＧａＡｓ基板を４５０℃にて１０分熱処理したときの、Ａｕ、Ｇｅ及びＮｉの深さ方向の拡散プロファイルを、二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）により測定した結果を示すものである。これによると、ＡｌＧａＡｓ基板側にＧｅ、Ａｕ及びＮｉが多少拡散しているが、いずれも１μｍ前後の拡散深さで濃度が２桁程度減少しており、ＡｌＧａＡｓがこれらの元素に対する拡散ブロック層として有効であることがわかる。
【００３５】
次に、工程３に示すように、別途用意したＳｉ単結晶基板７（ｎ型）の両方の主表面に基板側接合層となるＡｕＳｂ接合層３１，１６（前述の通りＡｕＳｎ接合層でもよい）を形成し、２５０℃以上３５９℃以下の温度域で合金化熱処理を行なう。そして、ＡｕＳｂ接合層３１上には第二Ａｕ系層１０ｂを、ＡｕＳｂ接合層１６上には裏面電極層１５（例えばＡｕ系金属よりなるもの）をそれぞれ形成する。以上の工程で各金属層は、スパッタリングあるいは真空蒸着等を用いて行なうことができる。
【００３６】
そして、工程４に示すように、Ｓｉ単結晶基板７側の第二Ａｕ系層１０ｂを、発光層部２４上に形成された第一Ａｕ系層１０ａに重ね合わせて圧迫して、１８０℃よりも高温かつ３６０℃以下、例えば２５０℃にて貼り合せ熱処理することにより、基板貼り合わせ体５０を作る。Ｓｉ単結晶基板７は、第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂを介して発光層部２４に貼り合わせられる。また、第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとは、上記貼り合せ熱処理を採用することにより十分な強度にて結合され、ＡｕＳｂ接合層３１及びＡｕＧｅＮｉ層３２とともに金属層１０となる。第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂが、いずれも酸化しにくいＡｕを主体に構成されているため、上記貼り合せ熱処理は、例えば大気中でも問題なく行なうことができる。当然、この貼り合わせ熱処理時にもコンタクト金属層３２からＧｅ、Ａｕ及びＮｉが発光層部２４に向けて拡散する可能性があるが、拡散ブロック用半導体層２５を設けてあるので、該拡散の影響が発光層部２４に及ぶ不具合が生じにくい。
【００３７】
次に、工程５に進み、上記基板貼り合わせ体５０を、例えば１０％フッ酸水溶液からなるエッチング液に浸漬し、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、ＧａＡｓ単結晶基板１（発光層部２４からの光に対して不透明である）を、発光層部２４とこれに接合されたＳｉ単結晶基板７との積層体５０ａから除去する。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。
【００３８】
そして、工程６に示すように、ＧａＡｓ単結晶基板１の除去により露出した電流拡散層２０の主表面の一部を覆うように、ワイヤボンディング用の電極９（ボンディングパッド：図１）を形成する。以下、通常の方法によりダイシングして半導体チップとし、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なった後、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。
【００３９】
以下、本発明の発光素子の変形例について説明する。
図１の発光素子１００は、図３の発光素子２００のように、拡散ブロック用半導体層２５を、ｎ型ＡｌＧａＡｓに代えて、ｎ型ＡｌＩｎＰにより構成することもできる。この場合、ＡｌＧａＩｎＰよりなるｎ型クラッド層４に格子整合し（格子定数差にて１％以内）、かつ、活性層５よりもバンドギャップが広くなるように、ＡｌｂＩｎ１−ｂＰのＡｌＰ混晶比ｂを、０．５以上１以下に調整することが望ましい。
【００４０】
また、図４の発光素子３００は、主金属層１１０を、Ａｇを主成分とするＡｇ系金属層（例えば、Ａｇを９５質量％以上含有するもの：本実施形態では純Ａｇ）とした例であり、コンタクト金属層をＡｇＧｅＮｉ層１３２（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）として構成している。製造方法は、図２の工程と略同様であるが、工程２において第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂに代えて第一Ａｇ系層１１０ａ及び第二Ａｇ系層１１０ｂ（図４）を用い、ＡｕＧｅＮｉ層３２に代えてＡｇＧｅＮｉ層１３２（図４）を形成するようにする。合金化熱処理温度は例えば３５０℃以上５００℃以下である。また、第一Ａｇ系層１１０ａ及び第二Ａｇ系層１１０ｂの貼り合わせ熱処理温度は、Ａｕ系金属層の場合と略同じ温度域を採用できる。
【００４１】
また、図５の発光素子４００においては、主金属層１０のうち、反射面を形成する部分をＡｇ系層３０（例えば、Ａｇを９５質量％以上含有するもの：本実施形態では純Ａｇ）として形成し、残余の部分をＡｕ系層（１０ａ，１０ｂ）として構成した例である。コンタクト金属層はＡｇＧｅＮｉ層１３２により構成している。この場合の製造工程は、図２において、ＡｕＧｅＮｉ層３２に代えてＡｇＧｅＮｉ層１３２（図４）を形成し、これを覆うように先にＡｇ系層３０を形成した後、第一Ａｕ系層１０ａを形成する。以降の工程は、図２と全く同じである。なお、図５において、反射面を形成する層は、Ａｇ系層３０に代えて、Ａｌを主成分とするＡｌ系層（例えば、Ａｌを９５質量％以上含有するもの：本実施形態では純Ａｌ）を形成してもよい。
【００４２】
さらに、図７の発光素子５００は、発光層部２４におけるｐ型クラッド層６、活性層５及びｎ型クラッド層４の積層順序を図１とは逆順とし、拡散ブロック用半導体層２２５をｐ型ＡｌＧａＡｓ層とし、コンタクト金属層としてＡｕＢｅ層２３２を形成した例である。拡散ブロック用半導体層２２５は、ＡｕＢｅ層２３２からのＡｕないしＢｅがｐ型クラッド層６側に拡散することを抑制する働きをなす。なお、ＡｕＢｅ層２３２に代えてＡｕＺｎ層を用いた場合も同様の効果が得られる。
【００４３】
また、いずれの実施形態においても、素子基板としてＳｉ基板を使用する以外に、他の導電性基板、例えばＡｌ（合金含む）などの金属基板を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一実施形態を積層構造にて示す模式図。
【図２】本発明に係る発光素子の製造工程の一例を示す説明図。
【図３】本発明の発光素子の第一変形例を積層構造にて示す模式図。
【図４】本発明の発光素子の第二変形例を積層構造にて示す模式図。
【図５】本発明の発光素子の第三変形例を積層構造にて示す模式図。
【図６】種々の金属の反射スペクトルを示す図。
【図７】本発明の発光素子の第四変形例を積層構造にて示す模式図。
【図８】ＡｌＧａＡｓ基板へのＧｅ、Ａｕ及びＮｉの拡散プロファイルを示す図。
【符号の説明】
１ ＧａＡｓ単結晶基板（発光層成長用基板）
４ ｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
７ Ｓｉ単結晶基板（素子基板）
９ 金属電極
２５ 拡散ブロック用半導体層
２４ 発光層部
６０ 化合物半導体層
１０，１１０ 主金属層
１０ａ 第一Ａｕ系層
１０ｂ 第二Ａｕ系層
１１０ａ 第一Ａｇ系層
１１０ｂ 第二Ａｇ系層
３２ ＡｕＧｅＮｉ接合層（コンタクト金属層）
１３２ ＡｇＧｅＮｉ接合層（コンタクト金属層）
１００，２００，３００，４００，５００ 発光素子
Claims (7)
- ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層部を有した化合物半導体層の第一主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の第二主表面側に、前記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発光素子であって、
前記化合物半導体層と前記主金属層との間には、該主金属層と化合物半導体層との接触抵抗を減ずるために、Ａｕを主成分としてＧｅとＮｉを含有するＡｕＧｅＮｉ合金からなるコンタクト金属層が配置されてなり、かつ、前記化合物半導体層の、前記コンタクト金属層と前記発光層部との間に位置する部分が、前記発光層部からの発光光束に対して透光性を有し、かつ、前記コンタクト金属層から前記発光層部への、該コンタクト金属層に含有されるＧｅの拡散を抑制するＡｌａＧａ１−ａＡｓ(０．４≦ａ≦１)からなる厚さ１μｍ以上５μｍ以下の拡散ブロック用半導体層とされ、
前記主金属層に対する前記コンタクト金属層の形成面積率は１％以上２５％以下とされ、前記コンタクト金属層は、前記拡散ブロック用半導体層の主表面に分散形成された後、３５０℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を施されたものであり、
前記発光層部が、導電型の異なる２つのクラッド層間に活性層を挟みこんだダブルへテロ構造を有する発光ダイオードとして構成され、前記拡散ブロック用半導体層が一方のクラッド層に接して配置されるとともに、該拡散ブロック用半導体層は前記活性層よりもバンドギャップが広くなるように混晶比ａが調整されてなることを特徴とする発光素子。 - 前記発光層部は前記拡散ブロック用半導体層と格子整合するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成され、かつそのｎ型層側が、該拡散ブロック用半導体層側に位置するように配置されてなり、
前記コンタクト金属層はＧｅを含有した合金からなり、前記拡散ブロック用半導体層は、前記コンタクト金属層から前記発光層部へのＧｅ拡散を抑制するものであることを特徴とする請求項１記載の発光素子。 - 前記発光層部がＡｌＧａＩｎＰからなるダブルへテロ構造を有するものとして構成され、その一方のクラッド層側に前記拡散ブロック用半導体層が接して配置されていることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
- 前記主金属層の前記反射面を形成する部分がＡｕを主成分とするＡｕ系反射層であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記主金属層の前記反射面を形成する部分がＡｌを主成分とするＡｌ系反射層であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記主金属層の前記反射面を形成する部分がＡｇを主成分とするＡｇ系反射層であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
- 発光層部を有した化合物半導体層の第一主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の第二主表面側に、コンタクト金属層を介して、前記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配置し、主金属層を介して素子基板が結合された、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の製造方法であって、
前記化合物半導体層を、前記発光層部と、該発光層部の前記第二主表面側に配置されるとともに、前記コンタクト金属層から前記発光層部への成分拡散を抑制する拡散ブロック用半導体層とを有するものとして形成し、
該拡散ブロック用半導体層の前記第二主表面側に前記コンタクト金属層を形成し、さらに該コンタクト金属層と前記拡散ブロック用半導体層とを合金化する合金化熱処理を行い、
前記コンタクト金属層が形成された前記拡散ブロック用半導体層の主表面、及び前記素子基板の主表面の少なくともいずれかに前記主金属層を形成し、前記主金属層を介して前 記素子基板と前記化合物半導体層とを貼り合わせることを特徴とする発光素子の製造方法。
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