JP4666158B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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従来、光出力の増大要求に対しては、発光層を支持する基板を、発光波長に対して透明な材料に置き換えることにより、発光波長に対して不透明だった基板で吸収されていた光を外部へ取り出すことを可能とし、光取出効率を向上している(例えば、特許文献1参照)。
また、印加電流増大要求に対しては、発光層を支持する基板を、より熱伝導率が大きい材料に置き換えることにより、素子の放熱性を向上させ、より大電流の印加を可能としているものもある(例えば、特許文献2参照)。
赤色の発光層として広く用いられるアルミニウム・ガリウム・ヒ素(AlGaAs)系化合物半導体またはアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン(AlGaInP)系化合物半導体は、前述のGaP基板またはシリコン基板上へのエピタキシャル成長が困難である。そこで、エピタキシャル成長が容易なGaAs基板上に発光層を形成した後、機械的に基板の貼り替えを行うのである。
ここでは、実施例と比較例とを便宜上交互に説明した。その概要は次の通りである。出発基板であるp型GaAs基板上に発光層を含む半導体層を形成して、同等の特性をもつ2つのエピタキシャル基板を作製した。実施例のエピタキシャル基板には本発明に係る複数の溝を形成し、比較例のエピタキシャル基板には溝を形成しないようにした。これらに永久基板であるシリコン基板をそれぞれ貼り合せて比較例と実施例との2つの接合基板を作製した。これらの接合基板からGaAs基板を除去し、電極を形成し、さらにダイシングを行って、発光ダイオードを作製した。これら比較例と実施例の2つのエピタキシャル基板、接合基板、及び発光ダイオードを作製する毎に特性を比較した。以下、詳述する。
さらに、エピタキシャル基板Aに用いたGaAs基板1と同一ロットのGaAs基板上にエピタキシャル基板Aと全く同様のエピタキシャル成長を適用し、半導体エピタキシャル基板Bを得た。
さらに、エピタキシャル基板Aおよびエピタキシャル基板Bのエピタキシャル成長を行った側(Seドープn型GaAs保護層7側)に、厚さ50nmのAuGe合金膜、厚さ10nmのNi膜、及び厚さ300nmのAu膜を順次蒸着して、引き続き水素雰囲気中で500℃、5分間の熱処理を行い、合金化させたAuGe/Ni/Au合金層14を、接合膜としての第一の金属膜とした(図3(c))。
さらに、エピタキシャル基板Bのエピタキシャル成長を行った側に厚さ100nmの酸化シリコン膜をプラズマCVD(chemical vapor deposition)で成長して酸化シリコン保護膜15を形成した(図3(e))。これをエピタキシャル基板Beとした。一方、比較例となるエピタキシャル基板には溝形成工程を適用しなかった。したがって、実施例における図3(c)の段階でとどまり、これをエピタキシャル基板Aeとした。
各シリコン基板12の第一主面側となる片面には、厚さ50nmのAuCr膜、厚さ300nmのAu膜を順次蒸着して、引き続き水素雰囲気中で500℃、5分間の熱処理を行い、合金化させたAuCr/Au合金層13を接合膜である第二の金属膜とした(図4(b))。これらをシリコン基板Asおよびシリコン基板Bsとした。
なお、エピタキシャル基板と永久基板としてのシリコン基板を貼り合せる場合に、圧力および熱を印加した状態で行う。エピタキシャル基板とシリコン基板との熱膨張率に差があるため、特に貼合せの歩留まりが問題となるが、本実施例によれば、接合基板Bjの貼合せ面の複数の溝38が応力に起因する歪を吸収するため、貼合せの歩留まりに優れる。
接合基板Bjから、残ったGaAs基板1を除去するため、エッチング液に含浸した(図9(c))。また、接合基板Ajも、残りのGaAs基板1を除去するため、エッチング液に含浸した。エッチング液はアンモニア水と過酸化水素水を体積比1:20で混合したもので、恒温槽により常に30℃に保持されている。
また、接合膜に用いる金属膜やその合金膜構造は本実施例に限定されるものではなく、他の金属や他の合金を用いてもよい。さらに、必ずしも金属膜である必要はなく、導電性接着剤等を用いてもよい。また、温度、雰囲気等の接合条件についても本実施例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
2 Al0.7Ga0.3Asエッチングストップ層
3 Znドープp型GaAs保護層
4 Znドープp型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層
5 アンドープ (Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P活性層
6 Seドープn型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層
7 Seドープn型GaAs保護層
8 円形電極
9 ワイヤ
10 金属ステム
11 裏面電極
12 シリコン基板
13 AuCr/Au合金層(第二の金属膜)
14 AuGe/Ni/Au合金層(第一の金属膜)
15 酸化シリコン保護膜
16 未接合領域あるいは剥離
17 AlGaAs/GaAs DBR層
18 Siドープn型GaAs保護層
19 Siドープn型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層
20 アンドープ (Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P活性層
21 Znドープp型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層
22 Znドープn型GaPコンタクト層
23 酸化インジウム・錫化合物層
26 発光層部
27 LEDチップ
28 金シリコンはんだ
38 溝
40 半導体層
Claims (8)
- 出発基板の第一主表面側に少なくとも発光層を含む半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の第一主面側から前記出発基板の内部にかけて複数の溝を形成してエピタキシャル基板を形成する工程と、
前記エピタキシャルの前記半導体層の上面側に前記出発基板とは異なる材料で形成される永久基板を貼り合せて接合基板を形成する工程と、
前記接合基板から前記出発基板をエッチングにより除去する工程と
を有することを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記複数の溝を、当該溝の間隔が前記永久基板を後に切断して複数の半導体発光素子を得る際の切断間隔と同じになるよう形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記複数の溝を、前記半導体層を複数の半導体発光素子として互いに分離するよう形成することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記半導体層形成工程と前記エピタキシャル基板形成工程との間に、前記半導体層上に少なくとも一層以上の第一の金属膜を形成する工程を有し、
前記接合基板形成工程の前に、前記永久基板の第一主面側に少なくとも一層以上の第二の金属膜を形成する工程を有し、
前記接合基板形成工程は、前記エピタキシャル基板の第一の金属層側と、前記永久基板の第二の金属層側とを向い合せて貼り合せるようにしたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記接合基板形成工程が、少なくとも105Pa以上の圧力を、前記出発基板の第一主表面に対して垂直方向に印加した状態で行うことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記接合基板形成工程が、0.1Pa以下の真空雰囲気中で行われることを特徴とする請求項1ないし4に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記接合基板形成工程が、200℃以上の温度雰囲気中で行われることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記複数の溝を、直線状の互いに平行な少なくとも二本以上の第一の溝群と、前記第一の溝群と直交しかつ直線状の互いに平行な少なくとも二本以上の第二の溝群とから形成し、
前記第一の溝群及び前記第二の溝群の溝間隔が200μm以上5000μm以下、溝幅が10μm以上、かつ溝深さが前記半導体層と前記第一の金属層とを加えた厚さ以上となるよう形成することを特徴とする請求項4ないし7のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
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