JP6136717B2 - 発光素子、発光装置及び発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｓｉ基板を使用した、特定の金属層を有する発光素子、当該発光素子を使用した発光装置及び前記発光素子の製造方法に関する。
従来、ＧａＮ系半導体層を用いた発光素子で高効率なものとして、サファイア基板などの成長基板上に発光層を有する半導体層を成長させたウェハを、ＡｕＳｎなどのはんだ材料を用いて３００℃程度に加熱・加圧することによってＳｉ基板（支持基板）と貼り合わせた後に、成長基板を半導体層から剥離して形成される発光素子（貼合素子）が知られている。
この発光素子は、Ｓｉ基板上に形成された第１金属層（接合層）と半導体層とがＡｕＳｎ材料によって接合された構造を有し、さらにＳｉ基板の裏面には外部と電気的に接続するための電極として第２金属層（裏面メタライズ層）が形成されている。このような裏面メタライズ層には、Ｓｉ基板と密着性が良いこと、Ｓｉ基板と通電するためにＳｉとオーミック接触する金属材料から構成されていることが要求される。
また、接合層には、発光素子を良好に接合するためにＡｕＳｎに対して塗れ性があること、安定してオーミック接触を得るために、ＡｕやＳｎなどのはんだ材料が接合層を通してＳｉ基板側に拡散しないようにバリア性を有すること、が要求される。
また、この発光素子（貼合素子）については、ダイスの排熱性・実装性・パッケージの小型化などの観点から、Ｓｉ基板の膜厚が１００〜２００μｍ程度に薄いことが望ましい。しかし薄いＳｉ基板では半導体層と貼り合わせる際の熱応力で割れてしまったり、大きく反りかえってしまったりして後工程に支障をきたすことがある。
そのため、Ｓｉ基板と貼り合わせる際のＳｉ基板の厚みは厚くしておいて割れ・反りを抑え、ウェハをチップ化する前にＳｉ基板を裏面から研磨して薄くするなどの方法が取られる。こうした場合、研磨されたＳｉ基板面に裏面メタライズ層を形成する必要があるが、ここで形成する裏面メタライズ層は成膜直後もしくはごく低温での熱処理で上記の要求を満たす、つまりＳｉ基板と密着性が良く、オーミック接触することが望ましい。高温で熱処理を行ってしまうと薄くなったＳｉ基板の割れや、ＡｕＳｎはんだ接合部の再融解による剥がれが発生するためである。
そこで、例えば特許文献１では、シリコン基板に接して離散した島状に形成された、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉから選択された少なくとも１種とシリコンとを含む合金から成る第１金属層と、前記第１金属層の島同士の間から露出したシリコン基板に接して前記第１金属層を覆うよう形成された、白金族金属を含む第２金属層とを有する金属電極の構成を有する半導体素子が提案されている。前記第１金属層によってシリコン基板との良好な密着性が付与され、前記第２金属層によってシリコンとの良好なオーミック接触が達成される。
また特許文献２では、オーミックコンタクト接合電極を利用した半導体発光素子において、その製造工程においてオーミックコンタクト接合電極が酸化されてオーミック接触が維持できなくなる課題を解決すべく、オーミックコンタクト金属層上に白金や金などの酸化防止金属層を設けた構成とする技術が提案されている。なお、当該文献の実施例では、前記オーミックコンタクト接合電極の構成としたうえで、導電性支持基板であるシリコン基板表面上に、オーミックコンタクト金属層であるチタン層、拡散防止バリア層である白金層、そして接合層である金層が設けられている。
上記従来技術について、特許文献１の技術では島状に第１金属層を形成する必要があるため工程制御がシビアである。このため第１金属層を島状に形成することができずにシリコン基板面を覆ってしまうと、白金族金属を含む第２金属層がシリコン基板と接触できないためオーミック接触が維持できなくなってしまう。
特許文献２の技術についても、オーミックコンタクト接合電極は柱状に複数形成されていることから、工程制御がシビアである。またシリコン基板の方には拡散防止バリア層として白金層が設けられているが、白金は材料コストが非常に高い。
またこれら従来技術については、シリコン基板との密着性やさらなる電気的特性の改善の課題もある。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、シリコン基板を用いた発光素子において、シリコン基板と良好な密着性とオーミック接触性を両立し、かつシリコン基板と半導体層との貼り合わせに使用される材料等のシリコン基板側への拡散防止を担保することで電気特性と信頼性に優れ、しかも生産性も良好で安価な発光素子を提供することを課題とする。
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、シリコン基板との密着性に優れる特定の金属層、上記材料等の拡散を防止する特定の低コストなバリア層及び半導体層との接合に利用できる特定の接合層の金属積層体を利用することで、電気特性及び信頼性に優れ、かつ生産性も良好で安価な発光素子が得られることを見出し、本発明を完成するにいたった。
すなわち本発明に係る発光素子は、Ｓｉ基板と、該Ｓｉ基板の一方の面に設けられた第１金属層と、前記Ｓｉ基板の他方の面に設けられた第２金属層と、該第２金属層上に設けられた半導体層とを備える発光素子であって、前記第１金属層又は第２金属層の少なくとも一方は、前記Ｓｉ基板の側から、Ｃｏを含む層と、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ又はＩｒを含む層と、Ａｕを含む層とが順に積層されてなる金属積層体である、発光素子である。
また、本発明に係る発光素子は、例えば、成長基板上で結晶成長により半導体層を形成して、半導体層を得る工程Ａと、Ｓｉ基板の少なくとも一方の面に、Ｃｏを含む層と、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ又はＩｒを含む層と、Ａｕを含む層とをこの順に積層して金属積層Ｓｉ基板を得る工程Ｂと、前記工程Ａで得られた半導体層と前記工程Ｂで得られた金属積層Ｓｉ基板とを、Ａｕを介して貼り合わせる工程Ｃとを実施することで製造することができる。
本発明によれば、シリコン基板を用いた発光素子において、シリコン基板と良好な密着性とオーミック接触性を両立し、かつシリコン基板と半導体層との貼り合わせに使用される材料等のシリコン基板側への拡散防止を担保することで電気特性と信頼性に優れ、しかも生産性も良好で安価な発光素子が提供される。
以下、本発明の発光素子、当該素子の製造方法及び発光装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。必要に応じて具体的な実施例を示すが、それは本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明をそれらに限定するものではない。また、以下に記載する構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
また、本明細書において、層上などでいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。
［発光素子］
以下、図１を参照しながら本発明の発光素子について説明する。図１は本発明の発光素子の必須の構成を示す模式図である。本発明の発光素子１０は、Ｓｉ基板１２と、その一方の主表面に設けられた第１金属層１４と、前記Ｓｉ基板１２の他方の主表面に設けられた第２金属層１６と、当該第２金属層１６上に設けられた半導体層１８とを備え、前記第１金属層１４及び第２金属層１６の少なくとも一方が特定の金属積層体である構成をとっている。符号２０が付けられた部分には、電極や保護膜等、発光素子におけるその他の必要な構成要素が形成される。また後述する発光素子の具体的態様において説明する通り、符号２０が付けられた部分と半導体層１８とは必ずしも平坦な二つの層の積層構造とはならない場合もある。
以下、図１を参照しながら本発明の発光素子について説明する。図１は本発明の発光素子の必須の構成を示す模式図である。本発明の発光素子１０は、Ｓｉ基板１２と、その一方の主表面に設けられた第１金属層１４と、前記Ｓｉ基板１２の他方の主表面に設けられた第２金属層１６と、当該第２金属層１６上に設けられた半導体層１８とを備え、前記第１金属層１４及び第２金属層１６の少なくとも一方が特定の金属積層体である構成をとっている。符号２０が付けられた部分には、電極や保護膜等、発光素子におけるその他の必要な構成要素が形成される。また後述する発光素子の具体的態様において説明する通り、符号２０が付けられた部分と半導体層１８とは必ずしも平坦な二つの層の積層構造とはならない場合もある。
〔Ｓｉ基板〕
本発明においては、発光素子１０の支持基板としてＳｉ基板１２を使用する。Ｓｉ基板１２は抵抗率が０．０２Ω・ｃｍ以下と導電性に優れ、安価でチップ化しやすく、従来広く用いられている。Ｓｉ基板１２の厚みは特に制限されないが、チップの排熱性・実装性・パッケージの小型化などの観点から、通常５０〜４００μｍであり、好ましくは１００〜２００μｍである。
本発明においては、発光素子１０の支持基板としてＳｉ基板１２を使用する。Ｓｉ基板１２は抵抗率が０．０２Ω・ｃｍ以下と導電性に優れ、安価でチップ化しやすく、従来広く用いられている。Ｓｉ基板１２の厚みは特に制限されないが、チップの排熱性・実装性・パッケージの小型化などの観点から、通常５０〜４００μｍであり、好ましくは１００〜２００μｍである。
〔金属積層体〕
本発明の発光素子１０においては、前記Ｓｉ基板１２の積層方向の一方（例えば、積層方向における下方）の面に第１金属層１４が設けられ、そして他方（例えば、積層方向における上方）の面に第２金属層１６が設けられている。第１金属層１４は本発明の発光素子１０を発光装置パッケージとする際に基台に載置するときの、Ｓｉ基板１２と基台とを接合する役割などを果たす。第２金属層１６はＳｉ基板１２と半導体層１８とを接合する役割などを果たす。
本発明の発光素子１０においては、前記Ｓｉ基板１２の積層方向の一方（例えば、積層方向における下方）の面に第１金属層１４が設けられ、そして他方（例えば、積層方向における上方）の面に第２金属層１６が設けられている。第１金属層１４は本発明の発光素子１０を発光装置パッケージとする際に基台に載置するときの、Ｓｉ基板１２と基台とを接合する役割などを果たす。第２金属層１６はＳｉ基板１２と半導体層１８とを接合する役割などを果たす。
本発明においては、これら第１金属層１４及び第２金属層１６の少なくとも一方は、Ｓｉ基板１２の側から、Ｃｏを含む層と、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ又はＩｒを含む層と、Ａｕを含む層とが順に積層されてなる金属積層体である。
図２はＳｉ基板と金属積層体との積層構造の部分を示した模式図であり、以下この図２を参照して前記金属積層体について説明する。当該金属積層体において、前記Ｃｏを含む層（第一層２２）がＳｉ基板１２に積層されている。当該層２２はＳｉ基板１２との密着性が良好であり、オーミック接触も確保することができる。この第一層２２の存在により、Ｓｉ基板１２と半導体層１８とが（第２金属層１６が金属積層体の場合）、あるいは発光装置パッケージとする際にＳｉ基板１２と基台とが（第１金属層１４が金属積層体の場合）、強く接合される。第一層２２の厚みは、十分な密着性及びオーミック接触を確保する観点及びコストの観点から、好ましくは５〜２５０ｎｍであり、より好ましくは１０〜２５０ｎｍである。
そして前記第一層２２に、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ又はＩｒを含む層（第二層２４）が積層されている。これらのいずれか少なくとも一種の物質を含む層２４はバリア性に優れ、Ｓｉ基板１２を半導体層１８や基台と接合する際に、半導体層１８若しくは基台側の部材の構成材料や、貼り合わせ材料がＳｉ基板１２側に拡散するのを防止することができる。これによりＳｉ基板１２とのオーミック接触が担保される。これらの物質は特許文献２で使用されているようなＰｔに比べるとコストが低いが、十分なバリア性能を有している。バリア性能とコストのバランスの点からは、前記の金属の中でもＭｏが特に好ましい。第二層２４の厚みは、十分なバリア性を確保する観点及びコストの観点から、好ましくは５０〜２５０ｎｍであり、より好ましくは７５〜２５０ｎｍである。
さらに前記第二層２４に、Ａｕを含む層（第三層２６）が積層されている。Ａｕは、ＡｕやＡｕＳｎなどとの塗れ性に優れ、Ｓｉ基板１２と半導体層１８又は基台との接合に好適に利用することができる。後述する通り、本発明の発光素子の製造において、Ｓｉ基板１２と半導体層１８とをＡｕを介して貼り合わせる（接合する）が、その際例えばＳｉ基板上に前記第一層２２および第二層２４を形成し、さらに第二層２４上にＡｕを含む層を形成し、一方半導体層１８上にもＡｕを含む層を形成し、これら二つのＡｕを含む層が接するようにしてＳｉ基板１２と半導体層１８とを接合する。その結果上記金属積層体における第三層２６が形成される。第三層２６においては接合の方法によって、二つのＡｕを含む層の接合部界面が確認できる場合も確認できない場合もある。また接合にＡｕＳｎを使用した場合には、第三層２６にＳｎが含まれることもある。このような第三層２６の厚みは、Ｓｉ基板１２と半導体層１８又は基台との良好な接合性及びコストの観点から、好ましくは１００〜１０００ｎｍであり、より好ましくは３００〜７００ｎｍである。
本発明の発光素子１０においては上記第１金属層１４及び第２金属層１６の少なくとも一方が以上説明した金属積層体であり、この積層構造により、Ｓｉ基板１２と半導体層１８又は基台との良好な密着性及びオーミック接触が確保され、熱環境においても剥がれなどが無く良好な信頼性が確保され、さらに第二層２４は低コストで充分なバリア機能を発揮し、上記接合に使用される材料等のＳｉ基板１２側への拡散が良好に抑制され、オーミック接触が非常に阻害され難い。さらにＣｏを含む層はＳｉ基板との電気的相性がよいと考えられ、本発明においてこのような金属積層体の構成を採用することで、特許文献１に代表される従来技術に比較して、Ｓｉ基板上に効率よく電流注入ができ、そしてその上の半導体層に効率よく、かつ安定して電気を注入することができる。このような優れた効果を有していることから、上記第１金属層１４及び第２金属層１６の両方が前記金属積層体であることが好ましい。
なお、第１金属層１４又は第２金属層１６の一方が前記金属積層体である場合には、他方の層は従来公知の各種構成の金属層とすることができる。例えば第１金属層として公知の構成としては、ＴｉＳｉ２，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ａｕ，Ｓｎ，Ａｌなどの金属を含む層やその積層構造が挙げられる。なお、第１金属層は導電性金属フィラーを分散させた導電性樹脂材料で形成されていてもよい。また第２金属層として公知の構成としては、Ａｌ，Ａｌ合金，ＴｉＳｉ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｎなどの金属を含む層やその積層構造が挙げられる。
〔半導体層〕
本発明の発光素子１０においては、上記第２金属層１６の上に半導体層１８が設けられている。半導体層１８の構成は特に制限されず、従来公知の発光素子において採用されている種々の構成を採用することができる。
本発明の発光素子１０においては、上記第２金属層１６の上に半導体層１８が設けられている。半導体層１８の構成は特に制限されず、従来公知の発光素子において採用されている種々の構成を採用することができる。
図３は第２金属層１６及び半導体層１８の積層構造の部分を示した模式図であり、前記半導体層１８は通常、前記第２金属層１６の側から、第２半導体層２８と発光層３０と第１半導体層３２とが順に積層されてなる半導体積層体の構造をとる。通常第２半導体層２８はｐ型で、第１半導体層３２はｎ型であり、本発明の発光素子１０において半導体層１８は通常ｐｎ接合の発光構造を取る。なお、本発明において前記半導体層１８はまた、ｐ−ｉ−ｎ構造、ＭＩＳ構造など種々の発光構造をとることができる。また、第１半導体層３２側が光取り出し側になる。第１半導体層３２の上部（光取り出し側）は平坦な面を形成していてもよいが、光取り出し率向上のため、凹凸形状になっていてもよい。
このような半導体層１８（前記第１半導体層３２、発光層３０、及び第２半導体層２８）の材料としては、例えば、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体が挙げられる。具体的には、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系の半導体材料が挙げられ、特にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を用いることができる。
〔発光素子の具体的態様〕
本発明の発光素子は、以上説明した第１金属層１４、Ｓｉ基板１２、第２金属層１６及び半導体層１８を必須の構成として備え（第１及び第２金属層の少なくとも一方は上記金属積層体である）、その他の構成としては公知の各種のものを採用することができる。
本発明の発光素子は、以上説明した第１金属層１４、Ｓｉ基板１２、第２金属層１６及び半導体層１８を必須の構成として備え（第１及び第２金属層の少なくとも一方は上記金属積層体である）、その他の構成としては公知の各種のものを採用することができる。
例えば、第１半導体層３２に電気的に接続した第１電極を設け、また第２半導体層２８に電気的に接続した第２電極を設ける。これらの電極が基台の対応する電極と電気的に接続され、発光装置とすることができる。これら第１電極及び第２電極の構成としては従来各種の構成が公知であり、本発明においてはそのいずれもが採用可能であるが、以下では本発明において好ましい二つの態様を説明する。
＜態様１＞
本発明において好ましい態様の一つは、図４に示すように、第１電極及び第２電極を本発明の発光素子１０の積層方向との直交方向においてオフセット配置する態様である。これは、半導体層１８を挟んで形成された第１電極３４及び一対の第２電極３６が、光取り出し側からの平面視において、重畳領域を有しないように、互いに一致しない中心軸をもって配置されるものである。このような配置とすることで、電流拡散を促進でき、内部量子効率を向上させることができる。また、第１電極３４及び第２電極３６の電極形成面での電流均一性が高まると共に、光ムラの低減された出射光とすることができる。
本発明において好ましい態様の一つは、図４に示すように、第１電極及び第２電極を本発明の発光素子１０の積層方向との直交方向においてオフセット配置する態様である。これは、半導体層１８を挟んで形成された第１電極３４及び一対の第２電極３６が、光取り出し側からの平面視において、重畳領域を有しないように、互いに一致しない中心軸をもって配置されるものである。このような配置とすることで、電流拡散を促進でき、内部量子効率を向上させることができる。また、第１電極３４及び第２電極３６の電極形成面での電流均一性が高まると共に、光ムラの低減された出射光とすることができる。
この態様では、前記第１電極３４は発光層３０から見て光取り出し側にあるため、光取り出し効率向上のため、光反射率の高い材料で形成した電極又は透明電極であることが好ましい。また前記第２電極３６は発光層３０から見て光取り出し側と反対側に位置するので、光反射率の高い材料で形成することが好ましい。あるいは半導体層１８と第２金属層１６との間に、当該第２金属層１６に含まれる金属材料よりも光反射率の高い金属材料を含む光反射層を設けることも可能である。この光反射層の少なくとも一部を、前記第２電極３６が構成していてもよい。
そしてこの態様では、隣接する第２電極３６同士の離間領域及び一対の第２電極３６の外側で第２金属層１６の上方の領域には、保護膜３８が形成されて絶縁される。保護膜３８の厚さは特に限定されず、所望の特性に応じて適宜調整することができる。また、保護膜３８の具体例としては、例えばＳｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ａｌからなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜などが挙げられ、特に、ＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＳｉＯＣ，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮなどが挙げられる。また、保護膜３８は、単一の材料の単層膜または積層膜で構成してもよく、異なる材料の積層膜で構成してもよい。さらに、保護膜３８は、分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）膜で構成してもよい。
また、前記第１電極３４の具体例としては、例えばＮｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｌａ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｙ，Ａｌ，Ｓｉ，Ａｕなどの金属またはこれらの酸化物あるいはこれらの窒化物が挙げられ、その他にも、ＩＴＯ，ＺｎＯ，Ｉｎ２Ｏ３などの透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜または積層膜により形成することができる。また、図４の態様では第１電極３４は半導体層１８（の第１半導体層３２）と接しているため、半導体層１８とのオーミック性接触を考慮するとともに、半導体層１８から出た光を反射する材料を用いて形成することが好ましく、具体的には、前記半導体層１８側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造とすることができる。
前記第２電極３６は上記の通り光反射側であるため光反射率の高い材料で形成することが好ましいが、光透過する薄膜の密着層を介して、例えば密着層／反射層の順に積層した多層構造とすることもできる。第２電極３６の具体的な形成材料としては、Ｒｈ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、ＩＴＯが挙げられる。特に好ましい第２電極３６の構成としては、半導体層１８側からＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／ＰｔやＩＴＯ／Ａｇなどの積層構造が挙げられる。また、第２電極３６は、光取り出し側から見て、第１電極３４が形成される領域に対応する領域を除く半導体層１８のほぼ全領域に形成されると、電流注入の発光領域を大きくでき、好ましい。
なお、図４では光取り出し側からみた場合に、半導体層１８の中央部分に第１電極３４が配置され、その両側（の反対面）に第２電極３６が配置される構成となっているが、第１電極３４を半導体層１８の端に近い部分に配置し、第２電極３６がその反対側の端の部分を占めるように配置するなど、種々の変形が可能である。
さらに、図４の態様は、半導体層１８の上部（光取り出し側）に凹凸形状を設けて光取り出し効率を高めたものであるが、上部の部分は平坦であってもよい。その他、本態様の詳細は、例えば再公表特許ＷＯ２００９／０４１３１８号公報などに記載されている。
＜態様２＞
本発明において好ましい態様として、図５に示す態様が挙げられる。本態様では、Ｓｉ基板１２と半導体層１８との間に第１電極４２および第２電極４４を配設し、前記半導体層１８が、溝部４０によって複数の半導体ブロック（４６Ａ、４６Ｂ）に分離されている。前記第１電極４２は、前記複数の半導体ブロックのそれぞれにおいて、前記半導体層１８における第２半導体層２８および発光層３０を貫通して形成された貫通孔４２２内に挿通された保護膜３８の開口突出部４２３内に挿入され、第１半導体層３２と接続される突出部４２１を有する。前記第２電極４４は、外部接続部４４３と、前記半導体ブロック４６Ａ，４６Ｂ同士を接続し、前記外部接続部４４３と接続される配線部４４２と、前記配線部４４２と接続されるとともに半導体層１８の第２半導体層２８と接続される内部接続部４４１とから構成される。
本発明において好ましい態様として、図５に示す態様が挙げられる。本態様では、Ｓｉ基板１２と半導体層１８との間に第１電極４２および第２電極４４を配設し、前記半導体層１８が、溝部４０によって複数の半導体ブロック（４６Ａ、４６Ｂ）に分離されている。前記第１電極４２は、前記複数の半導体ブロックのそれぞれにおいて、前記半導体層１８における第２半導体層２８および発光層３０を貫通して形成された貫通孔４２２内に挿通された保護膜３８の開口突出部４２３内に挿入され、第１半導体層３２と接続される突出部４２１を有する。前記第２電極４４は、外部接続部４４３と、前記半導体ブロック４６Ａ，４６Ｂ同士を接続し、前記外部接続部４４３と接続される配線部４４２と、前記配線部４４２と接続されるとともに半導体層１８の第２半導体層２８と接続される内部接続部４４１とから構成される。
このような構成とすることで、半導体層１８を分離する溝部４０の底部、すなわち複数の半導体ブロックの間に外部接続部４４３が設けられているため、当該外部接続部４４３に電流が供給されると、各半導体ブロックに電流が均一に流れ、一部の半導体ブロックに対する電流集中が緩和される。また、半導体層１８が溝部４０によって分離されることで、当該溝部４０の位置で発光層３０が露出するため、当該発光層３０から放出された光が溝部４０からも出射し、光の取り出し効率が向上する。
また、前記第１電極４２の具体例としては、例えばＮｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｌａ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｙ，Ａｌ，Ｓｉ，Ａｕなどの金属またはこれらの酸化物あるいはこれらの窒化物により形成することができ、その他にも、ＩＴＯ，ＺｎＯ，Ｉｎ２Ｏ３などの透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜または積層膜により形成することができる。また、第１電極４２は、図５に示すように、先端の位置では第１半導体層３２と接し、また半導体層１８の下部の位置では保護膜３８を介して半導体層１８と隣接しているため、第１半導体層３２とのオーミック性接触を考慮するとともに、発光層３０から出た光を反射する材料を用いて形成することが好ましく、具体的にはＡｌ又はＡｌ合金（ＡｌＣｕなど）を用いて形成することが好ましい。
前記保護膜３８の厚さは特に限定されず、所望の特性に応じて適宜調整することができる。また、保護膜３８の具体例としては、例えばＳｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ａｌからなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜などで構成することができ、特に、ＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＳｉＯＣ，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮなどで構成することができる。また、保護膜３８は、単一の材料の単層膜または積層膜で構成してもよく、異なる材料の積層膜で構成してもよい。さらに、保護膜３８は、分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）膜で構成してもよい。
また上記の通り、第２電極４４は、内部接続部４４１、配線部４４２及び外部接続部４４３から構成されている。
内部接続部４４１は光取り出し側からみて発光層３０よりも下側にあるので、光反射率の高い材料で構成することが好ましい。そして半導体層１８とのオーミック接触性も考慮すると、内部接続部４４１は例えばＡｇ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｒｈ，Ｐｔ，ＩＴＯなどで構成することが好ましい。内部接続部４４１はこれらの単層膜であってもよいし、多層積層膜（例えば、ＩＴＯ／Ａｇなど）であってもよい。
内部接続部４４１を積層膜により形成する場合には、半導体層１８側がＡｇとなるようにし、Ｓｉ基板１２側から順に積層されたＰｔ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｇなどが挙げられる。なお、内部接続部４４１は、マイグレーション防止のために、カバー電極となる別の金属含有層で側面と下側（Ｓｉ基板１２側）が完全に被覆された構成であってもよい。
次に前記内部接続部４４１と接続され、外部接続部４４３と接続する配線部４４２について、これも光取り出し側からみて発光層３０よりも下側にあり、半導体層１８の下方であって前記内部接続部４４１によりカバーされない領域に形成されるので、こちらも光反射率の高い材料で形成することが好ましい。例えば、配線部４４２は、Ａｇ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｌ合金から選択される材料を含む構成とすることができる。
配線部４４２は、ここでは図示を省略したが、具体的には半導体層１８の底面積とほぼ同様の面積からなる板状の部材で構成されており、ただし、上記突出部４２１に対応する部分が開口した構造となっている。
そして前記配線部４４２と接続され、外部の電極と接続する外部接続部４４３は、複数の半導体ブロックの間の溝部４０にそれぞれ配置される。このため、溝部４０の一端および他端の位置から半導体層１８に電流が均等に注入される。
第２電極４４の配線部４４２および外部接続部４４３は、例えばＮｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｌａ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｙ，Ａｌ，Ｓｉ，Ａｕなどの金属またはこれらの酸化物あるいはこれらの窒化物により形成することができ、その他にも、ＩＴＯ，ＺｎＯ，Ｉｎ２Ｏ３などの透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜または積層膜により形成することができる。
続いて保護膜３８について、図５に示す通り、各種の必要な部位に保護膜３８が形成されて、適切な絶縁が行われる。これにより発光素子１０内の各種電極部材の短絡や、塵の付着などによる電流のショートや半導体層１８への物理的ダメージなどを防止することができる。
また保護膜３８は、絶縁部材として機能すると同時に、発光層３０から放出された光の一部を反射するための光反射部材として機能させることができ、例えば樹脂にＴｉＯ２などの光拡散材を含有させた白樹脂や、分布ブラッグ反射鏡膜などから構成することができる。また、保護膜３８として、光反射部材であるＳｉＯ２などの透光性絶縁膜を用いることもでき、透光性絶縁膜が形成された前記各部材との界面で光を反射することができる。また、保護膜３８の厚さは特に限定されず、所望の特性に応じて適宜調整することができる。
保護膜３８は公知の各種の材料から形成が可能であり、前記の樹脂の他、例えばＳｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ａｌからなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜などを、形成位置や付与すべき機能から適宜選択して構成することができ、特に、ＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＳｉＯＣ，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮなどで構成することができる。また、保護膜３８は、単一の材料の単層膜または積層膜で構成してもよく、異なる材料の積層膜で構成してもよい。
その他、本態様の詳細は、本願出願人による特許出願である、特願２０１２−２３４５３７の明細書等に記載されている。
［発光素子の製造方法］
本発明の発光素子の製造方法は、以上説明した発光素子の構成を実現できる方法であれば特に制限されないが、例えば以下の各工程Ａ〜Ｄを実施することで製造することができる。なお、上記で説明した態様２の場合の発光素子の製造工程については、工程Ａ〜Ｄとは異なるところがあるので、以下の工程Ｄの説明個所の後にてまとめて説明する。
本発明の発光素子の製造方法は、以上説明した発光素子の構成を実現できる方法であれば特に制限されないが、例えば以下の各工程Ａ〜Ｄを実施することで製造することができる。なお、上記で説明した態様２の場合の発光素子の製造工程については、工程Ａ〜Ｄとは異なるところがあるので、以下の工程Ｄの説明個所の後にてまとめて説明する。
＜半導体層の形成（工程Ａ）＞
成長基板上で結晶成長により半導体層を形成する。より具体的には、図６（ａ）に示すように、成長基板５０上に第１半導体層３２、発光層３０及び第２半導体層２８をこの順に形成する。半導体層はこれら３層の半導体積層体であってもよいし、その他の層を有していてもよい。成長基板は、各種半導体化合物（特にＧａＮ系半導体などの窒化物半導体）をエピタキシャル成長させることができる基板であればよく、成長基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。この成長基板としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓが挙げられる。また、ＧａＮやＡｌＮ等の窒化物半導体基板を用いることもできる。
成長基板上で結晶成長により半導体層を形成する。より具体的には、図６（ａ）に示すように、成長基板５０上に第１半導体層３２、発光層３０及び第２半導体層２８をこの順に形成する。半導体層はこれら３層の半導体積層体であってもよいし、その他の層を有していてもよい。成長基板は、各種半導体化合物（特にＧａＮ系半導体などの窒化物半導体）をエピタキシャル成長させることができる基板であればよく、成長基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。この成長基板としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓが挙げられる。また、ＧａＮやＡｌＮ等の窒化物半導体基板を用いることもできる。
そして、図６（ｂ）に示すように、半導体層１８の上面（光取り出し側と反対側の面）に第２電極３６を形成する。第２電極３６は前記上面の全面に形成してもよいし、上記で説明した発光素子の態様１のように、第１電極３４が形成される部分に対応する上面の位置には形成しないようにして、上面の一部に形成するようにしてもよい。第２電極３６はスパッタリング、蒸着など公知の方法で形成することができる。第２電極３６を半導体層１８の上面の一部に形成する場合には、残りの部分に保護膜３８を形成する。
さらに図６（ｃ）に示すように、第２電極３６（及び保護膜３８）の上面に、後記工程Ｃにおける金属積層Ｓｉ基板との貼り合わせのため、通常接着層５２を設ける。接着層５２は後述する金属積層Ｓｉ基板との良好な接着性を達成するため、金属積層Ｓｉ基板のＡｕを含む層との塗れ性に優れた材料で形成することが好ましく、そのような材料として例えば、Ａｕ、Ｓｎ、及びＳｎ合金（例えば、ＡｕＳｎやＡｇＳｎなど）が挙げられる。これらの中でも、良好な接着性・耐熱性を達成する観点から、Ａｕが特に好ましい。さらにこの接着層５２は多層積層膜で構成してもよく、より良好な接着性やオーミック接触を確保するため、Ｓｉ基板上に形成する第１金属層や第２金属層と同様に、第２電極３６側からＣｏを含む層、Ｍｏ等の特定の金属を含む層及びＡｕを含む層の金属積層体としてもよい。
＜金属積層Ｓｉ基板の製造（工程Ｂ）＞
工程Ｂとして、Ｓｉ基板の少なくとも一方の面に、上記で説明した金属積層体（図７において符号５４がつけられた層）を形成し、金属積層Ｓｉ基板を得る。図７は、本発明の発光素子の製造方法における工程Ｂ及び後述する工程Ｃを説明する模式図である。
工程Ｂとして、Ｓｉ基板の少なくとも一方の面に、上記で説明した金属積層体（図７において符号５４がつけられた層）を形成し、金属積層Ｓｉ基板を得る。図７は、本発明の発光素子の製造方法における工程Ｂ及び後述する工程Ｃを説明する模式図である。
工程Ｂにおいて、具体的には、Ｓｉ基板１２の表面にまずＣｏを含む層（第一層）を所定の厚みで積層し、続いて第一層にＭｏ等の特定の金属を含む層（第二層）を所定の厚みで積層し、さらに第二層にＡｕを含む層（第三層）を所定の厚みで積層する。それぞれの層は連続スパッタで形成してもよく、またスパッタリングや蒸着などを組み合わせて形成してもよいが、第一層は、Ｓｉ基板１２との密着性を得るためにスパッタリング法で積層することが好ましい。このようにして金属積層Ｓｉ基板５６を得る。なお、工程Ｂにおいては通常Ｓｉ基板１２の片面上に金属積層体５４を形成し、後述する工程Ｃの後に、Ｓｉ基板１２の他方の面上に金属積層体５４を形成する。
なお、Ｓｉ基板１２の他方の面には前記金属積層体５４以外の、発光装置とするための基台との接着層（基台と電気的に接続する）を形成してもよい。この場合には、Ａｌ，Ａｌ合金，ＴｉＳｉ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｎなどの金属を含む層で接着層を構成したり、又はそれらの積層構造で構成することができる。前記接着層の厚さは特に限定されず、所望の接合性および導電性に応じて適宜調整することができる。
＜半導体層と金属積層Ｓｉ基板の貼り合わせ（工程Ｃ）＞
工程Ｃとして、図７に示すように、上記工程Ａで得られた半導体層１８と工程Ｂで得られた金属積層Ｓｉ基板５６とを、Ａｕを介して貼り合わせる。具体的には、例えば上述の通り工程Ａにおいて半導体層１８上にＡｕを含む層５２（接着層５２）を形成しておき、前記半導体層１８と前記金属積層Ｓｉ基板５６とを、それぞれのＡｕを含む層（金属積層Ｓｉ基板５６においては、金属積層体５４における最上層）同士が接するようにして貼り合わせる。
工程Ｃとして、図７に示すように、上記工程Ａで得られた半導体層１８と工程Ｂで得られた金属積層Ｓｉ基板５６とを、Ａｕを介して貼り合わせる。具体的には、例えば上述の通り工程Ａにおいて半導体層１８上にＡｕを含む層５２（接着層５２）を形成しておき、前記半導体層１８と前記金属積層Ｓｉ基板５６とを、それぞれのＡｕを含む層（金属積層Ｓｉ基板５６においては、金属積層体５４における最上層）同士が接するようにして貼り合わせる。
Ａｕを含む層同士は互いに塗れ性に優れるので、半導体層１８と金属積層Ｓｉ基板５６とが良好に接着される。この貼り合わせは、例えば半導体層１８と金属積層Ｓｉ基板５６とを加熱した状態で圧着する方法、原子拡散接合法、水酸基接合法、及び表面活性化接合法などの常温接合法などによって実施される。
この貼り合わせによって、金属積層体５４及び接着層５２から第２金属層１６が形成される。なお、第２金属層１６においては二つのＡｕを含む層の接合部が確認できるものと考えられるが、例えば原子拡散接合法で貼り合わせを行った場合には、完全に二つのＡｕを含む層が一体化し、両者の界面が確認できなくなっていると考えられる。
さらに前記貼り合わせは、ＡｕＳｎはんだを利用して行うこともできる。具体的には、前記の金属積層体５４及び接着層５２の間にはんだを介在させ、これにより両者を接着する。金属積層体５４のはんだと接する面はＡｕを含む層で構成され、接着層５２のはんだと接する面は好ましくはＡｕを含む層で構成されており、これらの層ははんだとの塗れ性に優れ、この場合にも良好な接着性が達成される。
なお、Ａｕ−Ａｕ接合の方がＡｕＳｎはんだを使用した場合に比べて接合部の耐熱性が良いので、本発明では前記はんだを利用せずに、Ａｕを含む層同士を貼り合わせる方法が好適に採用される。
このような貼り合わせ工程や発光素子の製造におけるその他の工程、さらに発光装置パッケージとする工程などにおいて加熱下におかれても、Ｓｉ基板１２上に設けられた、金属積層体５４の最下層であるＣｏを含む層は密着性に優れ、剥がれが生じにくくオーミック接触も確保され、金属積層体５４の中間層であるＭｏ等の金属を含む層によって、当該層の上部に存在する層や貼り合わせに使用される材料などがＳｉ基板１２側に拡散することが防がれ、しかもこれらの金属はＰｔに比べると安価であり、金属積層体５４の最上層であるＡｕを含む層により、半導体層１８上の接着層５２との良好な接着が達成される。
なお、以上説明した貼り合わせ工程ではＳｉ基板１２の一方の面における金属積層体５４が使用されるので、通常Ｓｉ基板１２の反対側の面への金属積層体の積層や接着層の形成は、この工程Ｃの後に実施される。そして、この貼り合わせの際におけるＳｉ基板１２の厚みは厚くしておいて割れ・反りを抑え、その後のウェハをチップ化する際にＳｉ基板１２を裏面から研磨などして薄くし、そこに金属積層体５４や接着層を形成し、発光素子１０とすることができる。
＜成長基板の除去（工程Ｄ）＞
工程Ｃまで実施することで本発明の発光素子が得られるが、この状態では成長基板がＳｉ基板と反対側に残存している。青色系ＬＥＤの場合にはこの状態で使用可能であるが、発光素子をＵＶ系ＬＥＤとする場合で、成長基板がＧａＮ系の基板の場合には、成長基板を除去する。その他、上下電極を備えた垂直ＬＥＤにする場合にも、成長基板の除去を行う。
工程Ｃまで実施することで本発明の発光素子が得られるが、この状態では成長基板がＳｉ基板と反対側に残存している。青色系ＬＥＤの場合にはこの状態で使用可能であるが、発光素子をＵＶ系ＬＥＤとする場合で、成長基板がＧａＮ系の基板の場合には、成長基板を除去する。その他、上下電極を備えた垂直ＬＥＤにする場合にも、成長基板の除去を行う。
成長基板の除去は、レーザーリフトオフ法や研削により実施できる。成長基板を除去後、露出した第１半導体層の表面をＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシュ）処理することで所望の膜である第１半導体層を露出させる。このとき、発光素子の光に対し吸収率の高い下地層、例えば低温成長したＧａＮ層を除去、あるいは膜厚を低減することによって、紫外領域の発光波長を持つＬＥＤにおいても吸収の影響を低減することができる。
（態様２について）
なお、上述の態様２の場合の本発明の発光素子１０の製造方法について、図８〜１０を参照しながら以下に説明する。なお、以下で参照する図８〜図１０は、前記した図５と同様の断面図であり、貫通孔４２２、第１電極４２の突出部４２１および保護膜３８の開口突出部４２３をそれぞれ２個だけ図示し、その他を省略している。
なお、上述の態様２の場合の本発明の発光素子１０の製造方法について、図８〜１０を参照しながら以下に説明する。なお、以下で参照する図８〜図１０は、前記した図５と同様の断面図であり、貫通孔４２２、第１電極４２の突出部４２１および保護膜３８の開口突出部４２３をそれぞれ２個だけ図示し、その他を省略している。
まず図８（ａ）に示すように、成長基板５０上に第１半導体層３２、発光層３０および第２半導体層２８からなる半導体層１８を結晶成長させ、第２半導体層２８上の所定領域に、例えばスパッタリングを利用して第２電極４４の内部接続部４４１を形成する。次に、第２半導体層２８上における内部接続部４４１間に、例えばスパッタリングを利用して保護膜３８を形成する（図８（ｂ））。次に、内部接続部４４１上および保護膜３８上の所定領域に、例えばスパッタリングを利用して配線部４４２を形成する（図８（ｃ））。
次に、例えばドライエッチングによって保護膜３８、第２半導体層２８、発光層３０および第１半導体層３２を部分的に除去して複数の貫通孔４２２を形成する（図８（ｄ））。次に、配線部４４２上、保護膜３８上および貫通孔４２２内に、突出部４２１の輪郭を形成するように、例えばスパッタリングを利用して保護膜３８を形成する（図８（ｅ））。次に、例えばドライエッチングによって貫通孔４２２の底部に形成された保護膜３８を所定深さまで除去して第１半導体層３２を露出させる（図８（ｆ））。
次に、図９（ａ）に示すように、保護膜３８上および貫通孔４２２内に、例えばスパッタリングを利用して第１電極４２を厚めに形成する。次に、例えばＣＭＰなどの研磨によって第１電極４２を平坦化する（図９（ｂ））。
次に、上記工程Ｂ及びＣと同様にして、金属積層Ｓｉ基板５６を用意し、これの金属積層体５４と、第１電極４２上に形成した接着層５２とを貼り合わせる（図９（ｃ）〜（ｅ））。次に、工程Ｄと同様にして、レーザーリフトオフ法によって成長基板５０を剥離する（図９（ｆ））。
次に、図１０（ａ）に示すように、半導体層１８の中央領域を保護膜３８が露出するまで、例えばドライエッチングによってエッチングし、溝部４０を形成して、半導体層１８を複数の半導体ブロック４６Ａ，４６Ｂに分離する。また、ここでは周縁領域についても保護膜３８が露出するまでエッチングを行い、各半導体ブロック４６Ａ，４６Ｂの側面を順テーパ状に形成した態様としている。
光取り出し効率向上のため、各半導体ブロック４６Ａ，４６Ｂの上面は、例えばウェットエッチングによってエッチングして粗面化して凹凸部を形成してもよい（図１０（ｂ））。次に、中央領域に形成された保護膜３８を、例えばウェットエッチングによってエッチングして配線部４４２を露出させ、露出した配線部４４２上に外部接続部４４３を形成する（図１０（ｃ）及び（ｄ））。
次に、各半導体ブロック４６Ａ，４６Ｂの上面および側面に、例えばスパッタリングを利用して保護膜３８を形成する（図１０（ｅ））。そして、最後にＳｉ基板１２の下面に、例えばスパッタリングを利用して第１金属層１４を形成する（図１０（ｆ））。以上の工程により、態様２に係る本発明の発光素子１０を製造することができる。
［発光装置］
以上説明した本発明の発光素子を、例えば図１１に示すように半導体実装基板の基台６０に第１金属層１４を介して載置して、発光素子１０の第１電極３４及び第２電極３６を、対応する基台６０における電極と接続することで、半導体層１８における第１半導体層３２及び第２半導体層２８がそれぞれ基台６０における第１電極及び第２電極と電気的に接続された発光装置１００として、発光が可能となる。
以上説明した本発明の発光素子を、例えば図１１に示すように半導体実装基板の基台６０に第１金属層１４を介して載置して、発光素子１０の第１電極３４及び第２電極３６を、対応する基台６０における電極と接続することで、半導体層１８における第１半導体層３２及び第２半導体層２８がそれぞれ基台６０における第１電極及び第２電極と電気的に接続された発光装置１００として、発光が可能となる。
図１１は本発明の発光装置の代表的な構成を示しているが、これは、それぞれが基台の一対の電極（第２及び第１電極）と対応しているリード６２、６４を備えた基台６０を有する。基台６０上に載置された発光素子１０においては、Ｓｉ基板１２の半導体層１８側に形成されている外部接続用の第２電極３６と、基台６０の一方のリード６２とが前記第１金属層１４を介して電気的に接続されている。
また、発光素子１０の第１半導体層３２側に装着された第１電極３４は、他方のリード６４と導電性ワイヤ６６などにより電気的に接続されている。
なお、本発明の発光装置１００においては、発光素子が１つのみ載置されてもよいが、２つ以上の発光素子が載置されていてもよいし、発光素子の他に、例えばツェナーダイオード、コンデンサ等の保護素子と組み合わせられていてもよい。
また、発光装置１００には、側面を有する略凹形状のカップ６８が形成されており、上方に幅広な開口部７０を有する。さらに、発光装置１００の開口部７０の上部は、球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、楕円レンズ等のレンズ７２により閉塞されている。
また、開口部７０内は、発光素子１０を被覆する素子被覆部材７４により充填されている。素子被覆部材７４としては気体の他、透光性のあるシリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物等を使用することが好ましい。また、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の透光性を有する絶縁樹脂組成物を用いることができる。さらに、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂およびこれらの樹脂を少なくとも二種含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた樹脂も利用できる。また、有機物に限られず、ガラス、シリカゲル等の耐光性に優れた無機物を用いることもできる。
また、素子被覆部材７４内に、発光層３０からの出射光の少なくとも一部を吸収して波長変換を行う波長変換部材７６を含有させることができる。当該部材は、代表的には前記出射光によって励起され蛍光を発する蛍光物質である。波長変換部材７６を含有させることにより、光源の光を異なる波長の光に変換し、光源と波長変換部材７６で波長変換された光との混色光を外部に取り出すことが可能となる。なお、蛍光物質は、素子被覆部材７４中に一種類或いは二種類以上含有させてもよい。
さらに、素子被覆部材７４は、波長変換部材７６の他、粘度増量剤、顔料、フィラー及び拡散剤等、使用用途に応じて適切な部材を含有することができ、これによって良好な指向特性を有する発光装置が得られる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たせたフィルター材として各種着色剤を含有させることもできる。
以下実施例により本発明を説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。
［実施例１・比較例１］
実施例１として、Ｓｉ基板上に、Ｃｏ層、Ｍｏ層及びＡｕ層をスパッタリングにより、この順にそれぞれ厚さ２５０ｎｍ、２５０ｎｍ及び５００ｎｍで積層した。
実施例１として、Ｓｉ基板上に、Ｃｏ層、Ｍｏ層及びＡｕ層をスパッタリングにより、この順にそれぞれ厚さ２５０ｎｍ、２５０ｎｍ及び５００ｎｍで積層した。
比較例１として、Ｓｉ基板上にＭｏ層及びＡｕ層をスパッタリングにより、この順にそれぞれ厚さ２５０ｎｍ及び５００ｎｍで積層した。
以上のようにして得られた実施例１及び比較例１の金属積層Ｓｉ基板について、以下の条件でテープ試験を実施し、密着性を評価した。
＜評価条件＞
実施例１及び比較例１のサンプルをダイシングにより一辺１ｍｍの正方形にカットし、ダイシングされたサンプル（Ｓｉ基板側）をそのまま、固定用シートに貼り付け固定した。続いて、サンプルの金属層が成膜された面に、テープ試験用シート（前記固定用シートより粘着力が弱いシート）を貼り付けた後、手動にてテープ試験用シートを剥がし、サンプルの金属層に剥がれが生じているかを確認した。
実施例１及び比較例１のサンプルをダイシングにより一辺１ｍｍの正方形にカットし、ダイシングされたサンプル（Ｓｉ基板側）をそのまま、固定用シートに貼り付け固定した。続いて、サンプルの金属層が成膜された面に、テープ試験用シート（前記固定用シートより粘着力が弱いシート）を貼り付けた後、手動にてテープ試験用シートを剥がし、サンプルの金属層に剥がれが生じているかを確認した。
評価結果を図１２に示す。実施例１の金属積層Ｓｉ基板の場合（左側）には、Ｓｉ基板上のＣｏ層、Ｍｏ層及びＡｕ層の積層体が剥離することはなく、Ｓｉ基板ごと剥離した試験片があった。一方比較例１の金属積層Ｓｉ基板（右側）では、多くの試験片についてＳｉ基板上のＭｏ層及びＡｕ層の積層体のうち少なくとも一部が剥離し、Ｍｏ層以下の部分が露出してしまった。
［実施例２・比較例２］
実施例２として、まずＳｉ基板上にフォトリソグラフィにより複数のリング形状のフォトレジストを形成した。そしてこのフォトレジストが形成された部分を含めて、Ｓｉ基板上にＣｏ層、Ｍｏ層及びＡｕ層をスパッタリングにより、この順にそれぞれ厚さ２５０ｎｍ、２５０ｎｍ及び５００ｎｍで積層した。次にリフトオフによりフォトレジストを除去することで、リング形状にＳｉ基板が露出した部分を複数有する金属積層Ｓｉ基板を作製した。
実施例２として、まずＳｉ基板上にフォトリソグラフィにより複数のリング形状のフォトレジストを形成した。そしてこのフォトレジストが形成された部分を含めて、Ｓｉ基板上にＣｏ層、Ｍｏ層及びＡｕ層をスパッタリングにより、この順にそれぞれ厚さ２５０ｎｍ、２５０ｎｍ及び５００ｎｍで積層した。次にリフトオフによりフォトレジストを除去することで、リング形状にＳｉ基板が露出した部分を複数有する金属積層Ｓｉ基板を作製した。
比較例２として、実施例２と同様にして、Ｓｉ基板上に複数のリング形状のフォトレジストを形成し、続けてＣｏ層及びＡｕ層をスパッタリングにより、この順にそれぞれ厚さ２５０ｎｍ及び５００ｎｍで積層し、そしてフォトレジストを除去することで、リング形状にＳｉ基板が露出した部分を複数有する金属積層Ｓｉ基板を作製した。
以上のようにして得られた実施例２及び比較例２の金属積層Ｓｉ基板について、４００℃１０分間加熱の条件で耐熱試験を実施し、耐熱性を評価した。
結果を図１３に示す。左側が実施例２の金属積層Ｓｉ基板、右側が比較例２の金属積層Ｓｉ基板である。また両者においてリング形状になっている部分がＳｉ基板が露出している部分であり、それ以外の部分がＣｏ層などが設けられた部分である。
実施例２の金属積層Ｓｉ基板（左側）では加熱によるＡｕの拡散が防止され、Ｃｏ層、Ｍｏ層及びＡｕ層の金属積層構造に変化が起こっていないことがわかる。一方比較例２の金属積層Ｓｉ基板（右側）では、当初Ｃｏ層等を設けた部分に凹凸が発生し、さらにＡｕがＣｏ層に拡散した結果か、金属積層部分が変色していた。
［実施例３・比較例３］
実施例３として、Ｓｉ基板上に、Ｃｏ層、Ｍｏ層及びＡｕ層をスパッタリングにより、この順にそれぞれ厚さ２５０ｎｍ、２５０ｎｍ及び５００ｎｍで積層した。
実施例３として、Ｓｉ基板上に、Ｃｏ層、Ｍｏ層及びＡｕ層をスパッタリングにより、この順にそれぞれ厚さ２５０ｎｍ、２５０ｎｍ及び５００ｎｍで積層した。
比較例３として、Ｓｉ基板上にＴｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層をスパッタリングにより、この順にそれぞれ厚さ３ｎｍ、２００ｎｍ及び５００ｎｍで積層した。
得られた実施例３及び比較例３の金属積層Ｓｉ基板について電気特性（Ｉ−Ｖ特性）を評価した。結果を図１４に示す。なお、実施例３の金属積層Ｓｉ基板については所定の温度で加熱した後のＩ−Ｖ特性も評価した。
図１４より、実施例３の金属積層Ｓｉ基板は比較例３の金属積層Ｓｉ基板に比べて効率よく電流を注入できていることがわかる。これは、Ｓｉ基板上にＣｏ層を積層することが、Ｓｉ基板上にＴｉ層を形成することよりも電気的相性がよいためと考えられる。
さらに図１４の結果より、実施例３の金属積層Ｓｉ基板は、加熱を行っても良好な電気特性を維持することができたことがわかる。
１０ 発光素子
１２ Ｓｉ基板
１４ 第１金属層
１６ 第２金属層
１８ 半導体層
２２ 第一層
２４ 第二層
２６ 第三層
２８ 第２半導体層
３０ 発光層
３２ 第１半導体層
３４ 第１電極
３６ 第２電極
３８ 保護膜
４０ 溝部
４２ 第１電極
４２１ 突出部
４２２ 貫通孔
４２３ 開口突出部
４４ 第２電極
４４１ 内部接続部
４４２ 配線部
４４３ 外部接続部
４６Ａ、４６Ｂ 半導体ブロック
５０ 成長基板
５２ 接着層
５４ 金属積層体
５６ 金属積層Ｓｉ基板
６０ 基台
６２ リード（基台の第２電極に対応）
６４ リード（基台の第１電極に対応）
６６ 導電性ワイヤ
６８ カップ
７０ 開口部
７２ レンズ
７４ 素子被覆部材
７６ 波長変換部材
１００ 発光装置
１２ Ｓｉ基板
１４ 第１金属層
１６ 第２金属層
１８ 半導体層
２２ 第一層
２４ 第二層
２６ 第三層
２８ 第２半導体層
３０ 発光層
３２ 第１半導体層
３４ 第１電極
３６ 第２電極
３８ 保護膜
４０ 溝部
４２ 第１電極
４２１ 突出部
４２２ 貫通孔
４２３ 開口突出部
４４ 第２電極
４４１ 内部接続部
４４２ 配線部
４４３ 外部接続部
４６Ａ、４６Ｂ 半導体ブロック
５０ 成長基板
５２ 接着層
５４ 金属積層体
５６ 金属積層Ｓｉ基板
６０ 基台
６２ リード（基台の第２電極に対応）
６４ リード（基台の第１電極に対応）
６６ 導電性ワイヤ
６８ カップ
７０ 開口部
７２ レンズ
７４ 素子被覆部材
７６ 波長変換部材
１００ 発光装置
Claims (9)
- Ｓｉ基板と、該Ｓｉ基板の一方の面に設けられた第１金属層と、前記Ｓｉ基板の他方の面に設けられた第２金属層と、該第２金属層上に設けられた半導体層とを備える発光素子であって、
前記第１金属層又は第２金属層の少なくとも一方は、前記Ｓｉ基板の側から、Ｃｏを含む層と、Ｍｏを含む層と、Ａｕを含む層とが順に積層されてなる金属積層体である、発光素子。 - 前記第１金属層及び第２金属層の両方が前記金属積層体である、請求項１に記載の発光素子。
- 前記第２金属層と前記半導体層との間に、前記第２金属層に含まれる金属材料よりも光反射率の高い金属材料を含む光反射層が設けられている、請求項１又は２に記載の発光素子。
- 前記光反射層の少なくとも一部が、前記半導体層と電気的に接続した電極である、請求項３に記載の発光素子。
- 前記半導体層が、前記第２金属層の側から、III-V族又はII-VI族化合物半導体を含む第２半導体層とIII-V族又はII-VI族化合物半導体を含む発光層とIII-V族又はII-VI族化合物半導体を含む第１半導体層とが順に積層されてなる半導体積層体である、請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子。
- 第１電極及び第２電極を有する基台と、該基台上に載置された発光素子とを備える発光装置であって、
前記発光素子が、請求項５に記載の発光素子であって、該発光素子の第１金属層を介して前記基台に載置されており、
前記第１電極が前記第１半導体層と、前記第２電極が前記第２半導体層と、それぞれ電気的に接続している、発光装置。 - 前記発光素子が被覆部材により被覆されており、該被覆部材が、前記発光素子からの出射光の少なくとも一部を吸収して波長変換を行う波長変換部材を含む、請求項６に記載の発光装置。
- 成長基板上で結晶成長により半導体層を形成して、半導体層を得る工程Ａと、
Ｓｉ基板の少なくとも一方の面に、Ｃｏを含む層と、Ｍｏを含む層と、Ａｕを含む層とをこの順に積層して金属積層Ｓｉ基板を得る工程Ｂと、
前記工程Ａで得られた半導体層と前記工程Ｂで得られた金属積層Ｓｉ基板とを、Ａｕを介して貼り合わせる工程Ｃと
を有する、発光素子の製造方法。 - 前記工程Ａにおいて前記半導体層上にＡｕを含む層を形成し、
前記工程Ｃにおいて前記半導体層と金属積層Ｓｉ基板とを、該半導体層上のＡｕを含む層と該金属積層Ｓｉ基板のＡｕを含む層とが接するようにして貼り合わせる、請求項８に記載の発光素子の製造方法。
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