WO2005008793A1 - 発光素子及び発光素子の製造方法 - Google Patents

発光素子及び発光素子の製造方法 Download PDF

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layer
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light
bonding
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PCT/JP2004/009722
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Kazunori Hagimoto
Original Assignee
Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd.
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
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    • H01L33/405—Reflective materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate

Definitions

  • Light emitting device and method for manufacturing light emitting device are Light emitting device and method for manufacturing light emitting device
  • the present invention relates to a light emitting device and a method for manufacturing the same.
  • a light-emitting device in which a light-emitting layer is formed by AlGalnP mixed crystal has a thin AlGalnP (or GalnP) active layer, a bandgap larger than that, and an n-type AlGalnP cladding layer and a p-type AlGalnP cladding layer.
  • Such an AlGalnP double hetero structure can be formed by epitaxially growing each layer of the AlGalnP mixed crystal on a GaAs single crystal substrate, utilizing the fact that the AlGalnP mixed crystal lattice-matches with GaAs.
  • a GaAs single crystal substrate is often used as it is as an element substrate.
  • the AlGalnP mixed crystal constituting the light emitting layer has a larger band gap than GaAs, the emitted light is absorbed by the Ga As substrate and it is difficult to obtain sufficient light extraction efficiency.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-339100 discloses that while a GaAs substrate for growth is peeled off, an element substrate for reinforcement (having conductivity) is formed on the peeled surface via an Au layer for reflection. A bonding technique is disclosed.
  • This Au layer has the advantage that the reflectivity is high and the dependence of the reflectivity on the incident angle is small.
  • the peak wavelength at which absorption of light in a specific wavelength band is large is the peak wavelength. In the case of a light emitting element set in a long range, there is a problem that the reflectance is reduced by absorption.
  • Nikkei Electronics, October 21, 2002 pages 124-132 states that the reflection layer is made of A1, whose wavelength dependence of the reflectance is smaller than that of Au, to increase the reflection intensity.
  • An element is disclosed.
  • an A1 reflective layer is arranged between the light emitting layer portion and an element substrate composed of a silicon substrate.
  • An Au layer is interposed between the substrate and the substrate to facilitate the bonding between the silicon substrate and the light emitting layer.
  • an Au layer is formed so as to cover the A1 reflective layer formed on the light-emitting layer side, while an Au layer is also formed on the silicon substrate side, and these Au layers are adhered to each other for bonding. I am doing it.
  • An object of the present invention is to provide a light emitting element having a structure in which a light emitting layer portion is covered with a reflective metal layer, and the reflective metal layer is bonded to an element substrate via another bonding metal layer. It is an object of the present invention to provide a light emitting element which can effectively prevent the diffusion of components from the combined metal layer to the reflective metal layer, and which is less likely to cause a defect such as a decrease in reflectance due to the diffusion, and a method of manufacturing the same.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-66455
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-339100
  • Non-Patent Document 1 Nikkei Electronics Oct. 21, 2002, p. 124 p. 132
  • the first main surface of the compound semiconductor layer having the light emitting layer portion is a light extraction surface, and a reflection surface for reflecting light from the light emitting layer portion to the light extraction surface side is provided on the second main surface side of the compound semiconductor layer.
  • a reflective metal layer having a metal layer is formed, the reflective metal layer is bonded to the element substrate via the bonding metal layer, and the reflective metal layer and the bonding metal layer are interposed between the reflective metal layer and the bonding metal layer.
  • the component diffusion from the bonding metal layer to the reflecting metal layer is performed by interposing the reflection metal layer-side diffusion blocking layer between the reflecting metal layer and the bonding metal layer.
  • the method for manufacturing a light emitting device of the present invention includes:
  • the first main surface of the compound semiconductor layer having the light emitting layer portion is a light extraction surface, and a reflection surface for reflecting light from the light emitting layer portion to the light extraction surface side is provided on the second main surface side of the compound semiconductor layer.
  • a method for manufacturing a light-emitting element comprising: forming a reflective metal layer having a structure; and bonding the reflective metal layer to an element substrate via a bonding metal layer.
  • the bonding is performed with the reflective metal layer-side diffusion blocking layer interposed between the reflective metal layer and the bonding metal layer. It is possible to effectively suppress the diffusion of components from the bonding metal layer to the reflective metal layer after the alignment, and thereby effectively suppress the decrease in the reflectivity of the reflective metal layer due to the diffusion of the components, thereby easily realizing a high-luminance light emitting device. it can. In particular, when performing a heat treatment in which diffusion is likely to proceed during bonding, the effect of the present invention becomes more remarkable.
  • the bonding metal layer is interposed between the reflective metal layer and the element substrate to assist the bonding when it is relatively difficult to bond the reflective metal layer to the element substrate by itself.
  • the reflectance of the light from the light emitting layer portion itself is often inferior to that of the reflective metal layer.
  • a metal having a lower reflectance than the reflective metal layer is used for the light from the light emitting layer, the reflectance decreases when the metal component from the coupling metal layer is diffused into the reflective metal layer. It can be said that the problem described above easily occurs. Therefore, as in the present invention, a reflective metal layer-side diffusion blocking layer is provided between the bonding metal layer and the reflective metal layer. If interposed, the effect of suppressing a decrease in reflectance due to the diffusion is particularly remarkable.
  • the bonding metal layer is composed of an Au-based metal containing Au as a main component (in the present specification, the "main component” means the highest mass content. Component).
  • Au is suitable as a material for the metal layer for bonding because Au is chemically stable and hardly forms a thick and strong passive film such as A1.
  • a metal reflection layer, a reflection metal layer-side diffusion blocking layer, and a first Au-based metal layer are formed in this order from the main surface side, while the element substrate is formed.
  • the affinity between the Au-based metal layers will increase. Since it is strong, there is an advantage that a sufficient bonding strength can be easily obtained even at a relatively low temperature.
  • FIG. 4 shows the reflectance on various polished metal surfaces.
  • the plot point “ ⁇ ” is the reflectance of Au.
  • Au has strong absorption in the visible light region with a wavelength of 670 nm or less (especially 650 nm or less; the absorption is even greater at 600 nm or less).
  • the peak emission wavelength of is less than 670 nm, the reflectance is significantly reduced.
  • the emission intensity is easily reduced, and the spectrum of the extracted light is different from the original emission spectrum due to absorption, and the emission color tone is liable to change.
  • the diffusion blocking layer on the reflective metal layer side is interposed as in the present invention, the above-mentioned problems can be effectively suppressed.
  • the reflective metal layer can be composed of an A1-based metal whose main component is A1.
  • A1-based metal whose main component is A1.
  • the reflectance is better than that of Au, which also contributes to the improvement of light extraction efficiency.
  • the portion of the reflective metal layer that forms the reflective surface can be an Ag-based reflective layer containing Ag as a main component.
  • the Ag-based reflective metal layer exhibits better reflectivity than the Au-based metal over almost the entire visible light wavelength range (350 nm or more and 700 nm), and has a small wavelength dependence of the reflectivity. As a result, high light extraction efficiency can be realized regardless of the emission wavelength of the element. Also, as compared with the Au-based reflective metal layer, even for blue to green light emission, the reflectance is less likely to decrease due to the formation of the oxide film and the like.
  • the plot point “Kuni” in Fig. 4 shows the wavelength dependence of the reflectivity of Ag.
  • the plot point “X” is an AgPdCu alloy.
  • the reflectivity of visible light is particularly good when the reflectivity of Ag is 350 nm or more and 700 nm or less (and in the infrared region longer than that), particularly 380 nm or more and 700 nm or less. Naturally, good reflectance can be obtained even in the blue to green emission wavelength region having a peak wavelength of 400 nm or more and 550 nm or less.
  • the above-mentioned A1-based reflective metal layer is inexpensive compared to the Ag-based reflective metal layer, the reflectance in the visible light range is slightly lower due to the decrease in reflectance due to the formation of an oxide film ( For example, 85-92%).
  • the A beam can secure a high reflectance in the visible light region. If the diffusion blocking layer on the reflection metal layer side is interposed as in the present invention, the diffusion of the Au component from the Au-based bonding metal layer to the Ag-based reflection metal layer can be effectively suppressed.
  • the reflection blocking layer on the reflection metal layer side can be specifically a metal layer mainly containing any one of Ti, Ni and Cr.
  • Metals containing Ti, Ni or Cr as the main components are suitable for use in the present invention because they have an excellent effect of suppressing the diffusion of Au components into the reflective metal layer, which has a small diffusion coefficient for Au.
  • the thickness of the diffusion blocking layer on the reflection metal layer side is desirably not less than lnm and not more than 10 zm. If the thickness is less than lnm, the diffusion prevention effect will not be sufficient, and if it exceeds 10 xm, the effect will be saturated and the production cost will rise unnecessarily.
  • the reflective metal layer-side diffusion blocking layer may specifically be made of pure Ti, pure Ni or pure Cr for industrial use, but the diffusion preventing effect on Au is impaired. Subcomponents can be contained within a range that cannot be controlled. For example, an appropriate amount of Pd-added calo has an effect of improving the corrosion resistance of a metal mainly composed of Ti, Ni or Cr. Also, an alloy of Ti, Ni, and Cr can be used.
  • the light emitting device of the present invention is formed of a conductive material between the element substrate and the bonding metal layer, and diffuses a component derived from the element substrate into the bonding metal layer.
  • a substrate-side diffusion blocking layer for blocking can be provided. According to this structure, component diffusion from the element substrate to the bonding metal layer is blocked by the substrate-side diffusion blocking layer, so that the quality of the bonding metal layer due to the diffusion can be effectively suppressed. As a result, problems such as a decrease in the adhesion strength between the bonding metal layer and the device substrate and a decrease in the reflectance due to the diffusion of the component of the device substrate to the reflective metal layer are effectively suppressed. A decrease in the product yield of the element is unlikely to occur.
  • the bonding metal layer is made of an Au-based metal layer containing Au as a main component and the element substrate is a Si substrate.
  • the Si substrate can easily secure sufficient conductivity as a light emitting element by doping, and is inexpensive.
  • eutectic reaction easily occurs at relatively low temperatures between Si and Au (the eutectic temperature of the Au-Si binary system is 363 ° C, but the eutectic temperature further decreases when other alloy components are interposed.
  • the bonding is performed by heat treatment, the diffusion of Si on the substrate side to the Au-based metal layer side tends to proceed.
  • the Au-based layer in the metal layer tends to cause a decrease in reflectance due to the Si diffusion.
  • a substrate-side diffusion blocking layer is provided between the Au-based metal layer and the Si substrate, the diffusion of Si into the Au-based metal layer can be effectively suppressed.
  • the substrate-side diffusion blocking layer can be specifically a metal layer mainly containing any one of Ti, Ni and Cr. Metals containing Ti, Ni or Cr as the main components are particularly excellent in the effect of suppressing the diffusion of Si into the Au-based metal layer, and therefore can be suitably used in the present invention. Further, the thickness of the substrate-side diffusion blocking layer is desirably not less than lnm and not more than 10 ⁇ m. If the thickness is less than 1 nm, the diffusion preventing effect is not sufficient, and if it exceeds 10 zm, the effect is saturated, leading to a wasteful rise in manufacturing cost.
  • the substrate-side diffusion blocking layer may specifically be made of pure Ti, pure Ni, or pure industrial grade. As long as the effect of preventing the diffusion of Si into the Au-based metal layer is not impaired, it is possible to contain secondary components such as Pd, and alloys of Ti with Ni and Cr can also be used. . Brief Description of Drawings
  • FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a light emitting device of the present invention in a laminated structure.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing one example of a manufacturing process of the light emitting device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a second embodiment of the light emitting device of the present invention in a laminated structure.
  • FIG. 4 is a diagram showing reflectance of various metals.
  • Substrate side diffusion blocking layer Ti-based metal layer
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a light emitting device 100 according to one embodiment of the present invention.
  • the light emitting element 100 has a structure in which a light emitting layer portion 24 is bonded via a metal layer 10 on a first main surface of an Si substrate 7 made of n-type Si (silicon) single crystal, which is a conductive substrate forming an element substrate. I have it.
  • the light emitting layer section 24 is made of non-doped (Al Ga) In P (where 0 ⁇ x ⁇ 0.55, 0.45 ⁇ y ⁇ x1—xy1—y
  • the active layer 5 composed of a mixed crystal is formed as a first conductivity type clad layer, in this embodiment, a p-type (Al Ga z
  • the emission wavelength is from green to red (the emission wavelength (peak emission wavelength) is 550 nm or more and 670 nm or less) ) Can be adjusted.
  • the p-type AlGalnP cladding layer 6 is disposed on the metal electrode 9 side, and the n-type AlGalnP cladding layer 4 is disposed on the coupling metal layer 10k side. Therefore, the polarity of the conduction is positive on the metal electrode 9 side.
  • non-doped means “do not actively add a dopant”, and includes a dopant component unavoidably mixed in a normal manufacturing process (for example, 10 13 10 16 / cm 3 ) is not excluded.
  • a current diffusion layer 20 made of AlGaAs is formed on the main surface of the light emitting layer portion 24 opposite to the surface facing the substrate 7, and the light emitting layer portion is formed substantially at the center of the main surface.
  • a metal electrode (for example, an Au electrode) 9 for applying a light emission driving voltage to 24 is formed so as to cover a part of the main surface.
  • the area around the metal electrode 9 on the main surface of the current diffusion layer 20 forms a light extraction area from the light emitting layer section 24.
  • a metal electrode (back surface electrode: for example, an Au electrode) 15 is formed so as to cover the entire surface.
  • an AuSb contact metal layer 16 is interposed between the metal electrode 15 and the Si single crystal substrate 7 as a substrate-side contact metal layer.
  • an AuSn contact metal layer may be used as the substrate-side contact metal layer.
  • the reflective metal layer-side diffusion blocking layer 10f is a Ti-based metal layer (for example, a Ti layer), and has a thickness of lnm or more and 10 / im or less (200nm in the present embodiment).
  • the reflective metal layer-side diffusion blocking layer 10f may be a Ni-based metal layer (for example, a Ni layer) or a Cr-based metal layer (for example, a Cr layer) instead of the Ti-based metal layer.
  • an AuGeNi contact metal layer 32 (eg, Ge: 15% by mass, Ni: 10% by mass) is formed between the light emitting layer portion 24 and the reflective metal layer 10c as a light emitting layer portion side contact metal layer. This contributes to reducing the series resistance of the device.
  • the AuGeNi contact metal layer 32 is dispersedly formed on the main surface of the light emitting layer section 24, and the formation area ratio is 1% or more and 25% or less.
  • an AuSb contact metal layer 31 (for example, Sb: 5% by mass). Note that an AuSn contact metal layer may be used instead of the AuSb contact metal layer 31.
  • the AuSb contact metal layer 31 is covered with a substrate-side diffusion blocking layer 10d made of a Ti-based metal layer (eg, a Ti layer).
  • the thickness of the substrate-side diffusion blocking layer 10d is lnm or more and 10 / m or less (200 nm in this embodiment).
  • the substrate-side diffusion blocking layer 10d may be a Ni-based metal layer (for example, a Ni layer) or a Cr-based metal layer (for example, a Cr layer) instead of the Ti-based metal layer.
  • a coupling metal layer 10k Au-based metal layer
  • the thickness of the reflective metal layer 10c is 80 nm or more in order to ensure a sufficient reflection effect. There is no particular upper limit on the thickness, but the reflection effect is saturated, so that the thickness is appropriately determined in consideration of cost (for example, about l m).
  • the thickness of the coupling metal layer 10k is 200 nm or more and 10 x m or less.
  • a p-type GaAs buffer layer 2 is formed on a main surface of a GaAs single crystal substrate 1 which is a semiconductor single crystal substrate forming a substrate for emitting a light emitting layer, for example, with a thickness of 0.5 ⁇ m.
  • the release layer 3 made of AlAs is, for example, 0.5 zm
  • the current diffusion layer 20 made of p-type AlGaAs is, for example, 5 ⁇ m
  • MOVPE Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
  • a 1 / m p-type A IGalnP cladding layer 6 a 0.6 ⁇ m AlGalnP active layer (non-doped) 5, and a 1 ⁇ m ⁇ -type A IGalnP cladding layer 4 Epitaxial growth in this order.
  • an AuGeNi contact metal layer 32 is dispersedly formed on the main surface of the light emitting layer section 24.
  • an alloying heat treatment is performed in a temperature range of 350 ° C. or more and 500 ° C. or less.
  • An alloying layer is formed between the light emitting layer section 24 and the AuGeNi contact metal layer 32 by the above alloying heat treatment, and the series resistance is greatly reduced.
  • a reflective metal layer 10c made of an A1-based metal layer is formed (thickness of, for example, 300 nm) so as to cover the AuGeNi contact metal layer 32, and then a reflective metal layer-side diffusion blocking layer 10f made of a Ti-based metal layer (thickness: : For example, 200 nm).
  • a first Au-based metal layer 10a (thickness: 2 ⁇ m, for example) serving as a bonding metal layer is formed so as to further cover the reflective metal layer 10c and the reflective metal layer-side diffusion blocking layer 10f.
  • the A1-based reflective metal layer 10c is formed so as to cover an area other than the outer peripheral edge of the main surface of the light emitting layer portion 24, and the first Au-based metal layer 10a is located outside the outer peripheral edge of the reflective metal layer 10c.
  • the peripheral side surface of the A1-based reflective metal layer 10c is covered with the first Au-based metal layer 10a.
  • the AuSb contact metal layers 31 and 16 serving as the substrate-side contact metal layers 31 and 16 were formed on both main surfaces of the separately prepared Si single crystal substrate 7 (n-type). (Tact metal layer may be used) and perform alloying heat treatment in a temperature range of 100 ° C or more and 500 ° C or less. Then, on the AuSb contact metal layer 31, a substrate side diffusion blocking layer 10d (thickness: for example, 200 nm) composed of a Ti-based metal layer and a second Au-based metal layer 10b (thickness: for example, 2 ⁇ m) are arranged in this order. Formed at On the AuSb contact metal layer 16, a back electrode layer 15 (for example, one made of an Au-based metal layer) is formed. In the above steps, each metal layer can be formed by using sputtering, vacuum deposition, or the like.
  • the second Au-based metal layer 10b on the side of the Si single crystal substrate 7 is overlapped with the first Au-based metal layer 10a formed on the light emitting layer section 24 and pressed.
  • the bonded substrate is subjected to a bonding heat treatment at a temperature of 80 ° C. or more and 500 ° C. or less, for example, 200 ° C., to produce a bonded substrate 50.
  • the Si single crystal substrate 7 is bonded to the light emitting layer section 24 via the first Au-based metal layer 10a and the second Au-based metal layer 10b.
  • the first Au-based metal layer 10a and the second Au-based metal layer 10a b is integrated with the bonding heat treatment to form a bonding metal layer 10k. Since the first Au-based metal layer 10a and the second Au-based metal layer 10b are mainly composed of Au, which is hardly oxidized, the bonding heat treatment can be performed without any problem, for example, in the air. .
  • a metal reflection layer-side diffusion blocking layer 10f made of a Ti-based metal layer is interposed between the first Au-based metal layer 10a and the metal reflection layer 10c made of an A1-based metal.
  • the metal reflection layer 10c is an A1-based metal layer
  • the metal reflection layer-side diffusion blocking layer 10f is omitted, the Au from the first Au-based metal layer 10a to the metal reflection layer 10c even at a low temperature of around 115 ° C. This leads to a problem that the reflectance of the metal reflective layer 10c is lowered (especially in the emission wavelength range from blue to green having a wavelength of 400 nm or more and 550 nm or less).
  • the metal reflection layer side diffusion blocking layer 10f is provided as described above, diffusion of the Au component from the first Au-based metal layer 10a to the metal reflection layer 10c during the bonding heat treatment is effectively suppressed, and The reflectance of the reflection layer 10c can be kept good.
  • up to 360 ° C even if the heat treatment temperature for bonding is increased, diffusion of Au into the metal reflective layer 10c made of A1 metal does not become remarkable, and thus the bonding temperature can be increased. Can improve bonding strength.
  • a substrate-side diffusion blocking layer 10d serving as a Ti-based metal layer is interposed between the second Au-based metal layer 10b and the Si single crystal substrate 7 (AuSb contact metal layer 31).
  • the bonding metal layer (the (Au-based metal layer / second Au-based metal layer) Exudation of the Si component to the side of the reflective metal layer 10c is effectively suppressed.
  • the second Au-based metal layer 10b (bonding metal layer) by vapor deposition or the like
  • Si diffuses through the AuSb contact metal layer 31 from the Si single crystal substrate 7, and The Si may well on the outermost surface of the second Au-based metal layer 10b.
  • the bonding of the second Au-based metal layer (binding metal layer) 10b and the first Au-based metal layer (binding metal layer) 10a may be significantly inhibited. .
  • the substrate-side diffusion blocking layer 10d is formed as described above, Oxidation is effectively suppressed, and the bonding strength between the Si single crystal substrate 7 and the light emitting layer (compound semiconductor layer) 24 by the bonding metal layer 10k can be further increased.
  • the bonded substrate 50 is immersed in an etching solution composed of, for example, a 10% hydrofluoric acid aqueous solution to remove the AlAs formed between the buffer layer 2 and the current diffusion layer 20.
  • an etching solution composed of, for example, a 10% hydrofluoric acid aqueous solution to remove the AlAs formed between the buffer layer 2 and the current diffusion layer 20.
  • the GaAs single crystal substrate 1 which is opaque to light from the light emitting layer portion 24
  • the Si single crystal substrate 7 bonded thereto. Peel from body 50a.
  • an etch stop layer made of AllnP is formed instead of the AlAs peeling layer 3, and the GaAs is etched using a first etchant having a selective etching property to GaAs (for example, a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide).
  • the single crystal substrate 1 is removed by etching together with the GaAs buffer layer 2, and then a second etching solution having a selective etching property against ⁇ (for example, hydrochloric acid: by adding hydrofluoric acid to remove the A1 oxide layer) ) To remove the etch stop layer by etching.
  • a second etching solution having a selective etching property against ⁇ for example, hydrochloric acid: by adding hydrofluoric acid to remove the A1 oxide layer
  • the reflective metal layer 10c made of an A1-based metal layer is surrounded by the first Au-based metal layer 10a, and the outer peripheral surface of the A1-based reflective metal layer 10c is formed of the first Au-based metal layer 10a having high corrosion resistance. Since the light emitting layer is protected by the outer peripheral portion 10e, even if the light emitting layer growth substrate (GaAs single crystal substrate 1) is etched in the step 5, the effect is reduced to the A1-based reflective metal layer 10c.
  • GaAs single crystal substrate 1 is used as a substrate for growing a light emitting layer, and this is dissolved and removed using an ammonia / hydrogen peroxide mixed solution as an etchant, A1 is particularly susceptible to corrosion by the etchant. If GaAs is adopted, the GaAs single crystal substrate 1 can be dissolved and removed without any problem.
  • step 6 the current diffusion layer exposed by removing the GaAs single crystal substrate 1
  • a semiconductor chip is diced by an ordinary method, and the semiconductor chip is fixed to a support, wire-bonded to a lead wire, and then sealed with a resin, whereby a final light emitting element is obtained.
  • the reflection metal layer 10c made of an Ag-based metal can be used instead of the reflection metal layer 10c made of an A1-based metal.
  • AgGeNi for example, Ge: 15 mass%
  • Ni 10 (% By mass) of the Ag-based contact metal layer 132 is dispersedly formed.
  • the other parts are the same as those of the light emitting device 100 of FIG.

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Abstract

　発光素子１００は、発光層部２４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、発光層部２４からの光を光取出面側に反射させる反射面を有した反射金属層１０ｃが形成される。そして、該反射金属層１０ｃが結合用金属層１０ａ，１０ｂを介して素子基板７に結合されるとともに、反射金属層１０ｃと結合用金属層１０ａ，１０ｂとの間に、該結合用金属層１０ａ，１０ｂの金属成分が反射金属層１０ｃ側に拡散することを阻止する反射金属層側拡散阻止層１０ｆが介挿されてなる。これにより、発光層部を反射金属層で覆い、さらに、その反射金属層を、別の結合用金属層を介して素子基板と貼り合せた構造を有する発光素子において、結合用金属層から反射金属層への成分拡散を効果的に防止でき、ひいては、該拡散による反射率低下などの不良を生じにくい発光素子を提供する。

Description

明 細 書
発光素子及び発光素子の製造方法
技術分野
[0001] この発明は発光素子及びその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 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、 AlGalnP混晶により発光層部が形成さ れた発光素子は、薄い AlGalnP (あるいは GalnP)活性層を、それよりもバンドギヤッ プの大きレ、 n型 AlGalnPクラッド層と p型 AlGalnP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 AlGalnPダブルへテロ構造は、 AlGalnP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 AlGalnP混晶からなる各層をェ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。し力 ながら、発光層部を 構成する AlGalnP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 Ga As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 (例えば特開平 7-66455号公報)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。
[0003] そこで、特開 2001—339100号公報には、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層は反射率が高ぐまた、反射率の入射角 依存性が小さい利点がある。しかし、 Au層は、白色光下にて黄色に着色して見える 事実からも明らかな通り、特定波長帯の光に対して吸収が大きぐピーク波長が該波 長域に設定された発光素子の場合、吸収による反射率の低下を生ずる問題がある。 一方、 日経エレクトロニクス 2002年 10月 21日号 124頁一 132頁には、反射率の波 長依存性が Auよりも小さい A1にて反射層を構成することにより、反射強度を高めるよ うにした発光素子が開示されている。該日経エレクトロニクス 2002年 10月 21日号 12 4頁一 132頁の素子構造においては、発光層部とシリコン基板からなる素子基板との 間に A1反射層が配置され、さらに、 A1反射層とシリコン基板との間には、シリコン基板 と発光層部との貼り合わせ接合を容易にするために、 Au層を介在させている。具体 的には、発光層部側に形成した A1反射層を覆うように Au層を形成し、他方シリコン 基板側にも Au層を形成して、それら Au層同士を密着させて貼り合わせを行なうよう にしている。
[0004] しかし、 日経エレクトロニクス 2002年 10月 21日号 124頁一 132頁の構成では、 A1 層と Au層とが接触して形成されているが、貝占り合わせを比較的低温で行なっても、反 射層をなす A1層が Au層と拡散により合金化し、反射率が低下してしまう問題を生ず る。
[0005] 本発明の課題は、発光層部を反射金属層で覆い、さらに、その反射金属層を、別 の結合用金属層を介して素子基板と貼り合せた構造を有する発光素子において、結 合用金属層から反射金属層への成分拡散を効果的に防止でき、ひいては、該拡散 による反射率低下などの不良を生じにくい発光素子と、その製造方法とを提供するこ とにある。
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
非特許文献 1 :日経エレクトロニクス 2002年 10月 21曰号 124頁一 132頁
発明の開示
[0006] 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、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 した反射金属層が形成され、該反射金属層が結合用金属層を介して素子基板に結 合されるとともに、反射金属層と結合用金属層との間に、該結合用金属層の金属成 分が反射金属層側に拡散することを阻止する反射金属層側拡散阻止層が介挿され てなることを特徴とする。
[0007] 上記本発明の発光素子は、反射金属層と結合用金属層との間に反射金属層側拡 散阻止層を介揷することにより、結合用金属層から反射金属層へ成分拡散が生ずる こと、ひいては、該成分拡散による反射金属層の反射率低下を効果的に抑制でき、 ひレ、ては高輝度の発光素子を実現できる。
[0008] 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、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 した反射金属層が形成され、該反射金属層が結合用金属層を介して素子基板に結 合された発光素子の製造方法において、
化合物半導体層の貼り合わせ側主表面と、素子基板の貼り合わせ側主表面との間 に、反射金属層と、結合用金属層の金属成分が反射金属層側に拡散することを阻止 する反射金属層側拡散阻止層と、結合用金属層とが、化合物半導体層の側からこの 順序で積層された形で介在するように重ね合わせて貼り合せすることを特徴とする。
[0009] 上記本発明の発光素子の製造方法によると、反射金属層と結合用金属層との間に 反射金属層側拡散阻止層を介在させて貼り合せを行なうので、貼り合わせ時又は貼 り合わせ後に結合用金属層から反射金属層へ成分拡散が生ずること、引いては、該 成分拡散による反射金属層の反射率低下等を効果的に抑制でき、ひいては高輝度 の発光素子を容易に実現できる。特に、貼り合わせの際に、拡散の進行しやすい熱 処理を行なう場合は、本発明の効果は一層顕著となる。
[0010] 結合用金属層は、反射金属層単独では素子基板との貼り合わせが比較的困難な 場合に、反射金属層と素子基板との間に介在して、その貼り合わせを補助する役割 を果たすものであり、発光層部からの光に対する反射率そのものは反射金属層よりは 劣っていることが多い。このように、発光層部からの光に対して反射金属層よりも反射 率の低い金属が使用される場合、結合用金属層からの金属成分が反射金属層に拡 散したとき、反射率低下の不具合が生じやすくなるのは当然であるといえる。そこで、 本発明のごとぐ結合用金属層と反射金属層との間に反射金属層側拡散阻止層を 介挿しておけば、上記拡散による反射率低下を抑制する効果がとりわけ顕著である。
[0011] 具体的には、結合用金属層が Auを主成分とする Au系金属にて構成される場合で ある（なお、本明細書において「主成分」とは、最も質量含有率の高い成分のことをい う）。 Auは化学的に安定であり、しかも A1のような厚く強固な不働態被膜も形成され にくいので、結合用金属層の材質として好適である。特に、化合物半導体層の貼り合 わせ側主表面に、該主表面側から金属反射層と反射金属層側拡散阻止層と第一 A u系金属層とをこの順で形成する一方、素子基板の貼り合わせ側主表面に第二 Au 系金属層を形成し、それら第一 Au系金属層と第二 Au系金属層とを密着させて貼り 合わせる方法を採用すると、 Au系金属層同士の親和力が強いために、比較的低温 でも十分な貼り合わせ強度を容易に得られる利点がある。
[0012] しかし、 Auは前述の通り、特定波長帯の光に対して強い吸収を示し、該波長帯の 光に対する反射率は決して良好ではない。図 4は、研磨した種々の金属表面におけ る反射率を示すものであり、プロット点「△」が Auの反射率である。 Auは波長 670nm 以下の可視光域に強い吸収があり（特に 650nm以下： 600nm以下ではさらに吸収 が大きい）、 Au系結合用金属層から反射金属層への拡散が多量に生ずると、発光 層部のピーク発光波長が 670nm以下に存在する場合に反射率低下が著しくなる。 その結果、発光強度が低下しやすいほか、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り、発光色調の変化も招きやすくなる。しか し、本発明のごとく反射金属層側拡散阻止層を介挿しておけば、上記の不具合を効 果的に抑制できる。
[0013] 一方、反射金属層は、 A1を主成分とする A1系金属にて構成することができる。図 4 に示す A1層の反射率の波長依存性（プロット点「令」）によると、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ぐまた、 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 55 Onm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。
[0014] しかし、 A1系反射金属層に Au系結合用金属層が直接接して形成されていると、本 発明者が検討したところ、 115°C程度までの比較的低温域においても Au系結合用 金属層力 Al系反射金属層への Auの拡散が顕著に進み、反射率の低下が著しくな ること、特に波長 400nm以上 550nm以下の青色から緑色の発光波長域での反射 率の低下が著しくなることが判明した。しかし、本発明のごとく反射金属層側拡散阻 止層を介揷しておけば、該不具合を効果的に抑制できる。
[0015] また、反射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系反射金属層は、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 Au系反射金属 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 4のプロット点「國」は Agの反射率の波長依存性を示す。また 、プロット点「X」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。なお、前述の A1系反射金 属層は Ag系反射金属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系反射金属膜は A1系反射金属層よりは酸化皮膜が形成されにくいた め、 Aはりも高い反射率を可視光域に確保できる。そして、本発明のごとく反射金属 層側拡散阻止層を介挿しておけば、 Au系結合金属層から Ag系反射金属層への A u成分拡散を効果的に抑制できる。
[0016] Au系結合金属層を用いる場合、反射金属層側拡散阻止層は、具体的には、 Ti、 Ni及び Crのいずれか一つを主成分とする金属層とすることができる。 Ti、 Niないし C rを主成分とする金属は、 Auに対する拡散係数が小さぐ反射金属層への Au成分拡 散を抑制する効果に優れているので、本発明に好適に採用できる。該反射金属層側 拡散阻止層の厚さは、 lnm以上 10 z m以下とすることが望ましい。厚さが lnm未満 では拡散防止効果が十分でなくなり、 10 x mを超えると効果が飽和して、製造コスト の無駄な高騰につながる。なお、反射金属層側拡散阻止層は具体的には工業用の 純 Ti、純 Niないし純 Crを採用することもできるが、 Auに対する拡散防止効果が損な われない範囲にて、副成分を含有させることが可能である。例えば、適量の Pd添カロ は、 Ti、 Niないし Crを主成分とする金属の耐食性を向上させる効果がある。また、 Ti と Ni、 Crとの合金を用いることもできる。
[0017] 次に、本発明の発光素子は、素子基板と結合用金属層との間に、導電性材料にて 構成され、かつ、素子基板に由来した成分の結合用金属層への拡散を阻止する基 板側拡散阻止層を介揷することができる。該構造によると、素子基板から結合用金属 層への成分拡散が基板側拡散阻止層によりブロックされ、ひいては該拡散による結 合用金属層の変質を効果的に抑制することができる。その結果、結合用金属層と素 子基板との密着強度低下や、さらには反射金属層への素子基板の成分拡散による 反射率低下などといった不具合が効果的に抑制され、また、これら不具合による発光 素子の製品歩留まりの低下も生じにくい。
[0018] 上記構成は、結合用金属層が Auを主成分とする Au系金属層とされてなり、素子 基板が Si基板である場合に適用されたときに特に効果が大きい。すなわち、 Si基板 はドーピングにより発光素子として十分な導電性を容易に確保することができ、し力も 安価である。しかし、 Siと Auとは比較的低温で共晶反応を起こしやすく（Au— Si二元 系の共晶温度は 363°Cであるが、それ以外の合金成分が介在するとさらに共晶温度 が低下することもありえる）、貼り合わせを熱処理により行なう場合は、基板側の Siの Au系金属層側への拡散も進みやすい。その結果、金属層中の Au系層は該 Si拡散 による反射率低下を招きやすい。し力 ながら、 Au系金属層と Si基板との間に基板 側拡散阻止層を設けておくと、 Au系金属層への Siの拡散を効果的に抑制すること ができる。
[0019] Au系金属層と Si基板とを用いる場合、基板側拡散阻止層は、具体的には、 Ti、 Ni 及び Crのいずれか一つを主成分とする金属層とすることができる。 Ti、 Niないし Crを 主成分とする金属は、 Au系金属層への Siの拡散抑制効果に特に優れているので、 本発明に好適に採用できる。また、該基板側拡散阻止層の厚さは、 lnm以上 10 μ m以下とすることが望ましい。厚さが lnm未満では拡散防止効果が十分でなくなり、 10 z mを超えると効果が飽和して、製造コストの無駄な高騰につながる。なお、基板 側拡散阻止層は具体的には工業用の純 Ti、純 Niないし純 を採用することもできる 力 Au系金属層への Siの拡散防止効果が損なわれない範囲にて、 Pdなどの副成 分を含有させることが可能であり、また、 Tiと Ni、 Crとの合金を用いることもできる。 図面の簡単な説明
[0020] [図 1]図 1は、本発明の発光素子の第一実施形態を積層構造にて示す模式図。
[図 2]図 2は、図 1の発光素子の、製造工程の一例を示す説明図。
[図 3]図 3は、本発明の発光素子の第二実施形態を積層構造にて示す模式図。
[図 4]図 4は、種々の金属における反射率を示す図。
符号の説明
[0021] 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
10a 第一 Au系金属層（結合金属層）
10b 第二 Au系金属層（結合金属層）
10c 反射金属層（A1系金属層）
10g 反射金属層 (Ag系金属層）
10d 基板側拡散阻止層 (Ti系金属層）
10f 反射金属層側拡散阻止層 (Ti系金属層）
24 発光層部
100, 200 発光素子
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、本発明を実施するための最良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 の第一主表面上に金属層 10を介して発光層部 24が貼り合わされた構造を有してな る。 [0023] 発光層部 24は、ノンドープ（Al Ga ) In P (ただし、 0≤x≤0. 55, 0. 45≤y≤ x 1— x y 1— 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 (Al Ga z
) In P (ただし x< z≤l)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
1— z y 1— y
は異なる第二導電型クラッド層、本実施形態では n型 (Al Ga ) In P (ただし xく z z 1— z y 1— y
≤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。発光素子 100においては、金属電極 9側に p型 AlGalnPクラ ッド層 6が配置されており、結合用金属層 10k側に n型 AlGalnP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。
[0024] 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 1 5が Au電極である場合、金属電極 15と Si単結晶基板 7との間には基板側コンタクト 金属層として、 AuSbコンタクト金属層 16が介挿される。なお、 AuSbコンタクト金属層 16に代えて AuSnコンタクト金属層を基板側コンタクト金属層として用いてもよい。
[0025] Si単結晶基板 7は、 Si単結晶インゴットをスライス ·研磨して製造されたものであり、 その厚みは例えば 100 μ m以上 500 a m以下である。そして、発光層部 24に対し金 属層 10を挟んで貼り合わされている。また、金属層 10は、発光層部 24側の反射金 属層 10cと、発光層部 24側の結合用金属層 10aと、 Si基板 7側の結合用金属層 10b と、さらに、反射金属層 10cと結合用金属層 10a, 10b (= 10k)との間に介在する反 射金属層側拡散阻止層 10fとからなる。反射金属層 10cは、本実施形態では A1系金 属層（A1層）であり、結合用金属層 10a， 101) (= 101 は八11系金属層（たとぇば八11 層）である。さらに、反射金属層側拡散阻止層 10fは Ti系金属層（例えば Ti層）であり 、その厚さは lnm以上 10 /i m以下（本実施形態では 200nm)である。反射金属層 側拡散阻止層 10fは、 Ti系金属層に代えて Ni系金属層（例えば Ni層）あるいは Cr系 金属層（例えば Cr層）としてもよレヽ。
[0026] 一方、発光層部 24と反射金属層 10cとの間には、発光層部側コンタクト金属層とし て AuGeNiコンタクト金属層 32 (例えば Ge : 15質量％、 Ni: 10質量％)が形成されて おり、素子の直列抵抗低減に貢献している。 AuGeNiコンタクト金属層 32は、発光層 部 24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、 Si単結晶基板 7と結合用金属層 10kとの間には、 Si単結晶基板 7の主表面と接 する形で、基板側コンタクト金属層としての AuSbコンタクト金属層 31 (例えば Sb : 5 質量％)が形成されている。なお、 AuSbコンタクト金属層 31に代えて AuSnコンタク ト金属層を用いてもよい。
[0027] そして、該 AuSbコンタクト金属層 31の全面力 Ti系金属層（例えば Ti層）からなる 基板側拡散阻止層 10dにより覆われている。基板側拡散阻止層 10dの厚さは lnm 以上 10 / m以下（本実施形態では 200nm)である。なお、基板側拡散阻止層 10d は Ti系金属層に代えて Ni系金属層（例えば Ni層）あるいは Cr系金属層（例えば Cr 層）としてもよい。そして、該基板側拡散阻止層 10dの全面を覆う形で、これと接する ように結合用金属層 10k (Au系金属層）が配置されてレ、る。
[0028] 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、反射金属層 10cによ る反射光が重畳される形で取り出される。反射金属層 10c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、厚さの上限には制限は 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 l z m程度）。また、結合用金属層 10kの層厚は 200nm以上 10 x m以下とする。
[0029] 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. 5 μ m、 AlAs からなる剥離層 3を例えば 0. 5 z m、さらに p型 AlGaAsよりなる電流拡散層 20を例 えば 5 μ m、この順序にて周知の MOVPE (Meta卜 Organic Vapor Phase Epitaxy)法 等によりェピタキシャル成長させる。また、その後、発光層部 24として、 1 / mの p型 A IGalnPクラッド層 6、 0. 6 μ mの AlGalnP活性層（ノンドープ） 5、及び 1 μ mの η型 A IGalnPクラッド層 4を、この順序にェピタキシャル成長させる。
[0030] 次に、工程 2に示すように、発光層部 24の主表面に、 AuGeNiコンタクト金属層 32 を分散形成する。 AuGeNiコンタクト金属層 32を形成後、次に、 350°C以上 500°C 以下の温度域で合金化熱処理を行なう。発光層部 24と AuGeNiコンタクト金属層 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。その後、 AuGeNiコンタクト金属層 32を覆うように A1系金属層からなる反射金 属層 10cを形成し (厚さ例えば 300nm)、次いで Ti系金属層からなる反射金属層側 拡散阻止層 10f (厚さ：例えば 200nm)を形成する。そして、それら反射金属層 10c 及び反射金属層側拡散阻止層 10fをさらに覆う形で、結合金属層となる第一 Au系 金属層 10a (厚さ：例えば 2 μ m)を形成する。このとき、 A1系反射金属層 10cは発光 層部 24の主表面の外周縁部を除く領域を覆うように形成し、第一 Au系金属層 10aを 、反射金属層 10cの外周縁よりも外側に張り出すように形成して、 A1系反射金属層 1 0cの周側面を第一 Au系金属層 10aにより覆う。
[0031] 他方、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 基板側コンタクト金属層となる AuSbコンタクト金属層 31 , 16 (前述の通り AuSnコン タクト金属層でもよい）を形成し、 100°C以上 500°C以下の温度域で合金化熱処理を 行なう。そして、 AuSbコンタクト金属層 31上には、 Ti系金属層からなる基板側拡散 阻止層 10d (厚さ：例えば 200nm)及び第二 Au系金属層 10b (厚さ：例えば 2 μ m) をこの順序にて形成する。また、 AuSbコンタクト金属層 16上には裏面電極層 15 (例 えば Au系金属層からなるもの）を形成する。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レ、て行なうことができる。
[0032] そして、工程 4に示すように、 Si単結晶基板 7側の第二 Au系金属層 10bを、発光層 部 24上に形成された第一 Au系金属層 10aに重ね合わせて圧迫して、 80°C以上 50 0°C以下、例えば 200°C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系金属層 10a及び第二 Au系金属層 10bを介して 発光層部 24に貼り合わせられる。また、第一 Au系金属層 10aと第二 Au系金属層 10 bとは上記貼り合せ熱処理により一体化して結合用金属層 10kとなる。第一 Au系金 属層 10a及び第二 Au系金属層 10bが、レ、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。
[0033] ここで、第一 Au系金属層 10aと A1系金属からなる金属反射層 10cとの間には、 Ti 系金属層からなる金属反射層側拡散阻止層 10fが介揷されてレ、る。金属反射層 10c が A1系金属層の場合、もし金属反射層側拡散阻止層 10fが省略されていると、 115 °C前後の低温でも第一 Au系金属層 10aから金属反射層 10cへの Au成分の拡散が 著しぐこれにより、金属反射層 10cの反射率が低下する不具合につながる（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)。しかし、上 記のように金属反射層側拡散阻止層 10fを設けると、貼り合わせ熱処理時の第一 Au 系金属層 10aから金属反射層 10cへの Au成分の拡散が効果的に抑制され、金属反 射層 10cの反射率を良好に保つことができる。また、 360°Cまでであれば、貼り合わ せの熱処理温度を上昇させても、 A1系金属からなる金属反射層 10cへの Auの拡散 が顕著とならず、ひいては貼り合わせ温度を高めることで貼り合わせ強度を向上する こと力 Sできる。
[0034] また、第二 Au系金属層 10bと Si単結晶基板 7 (AuSbコンタクト金属層 31)との間に は、 Ti系金属層力 なる基板側拡散阻止層 10dが介挿されている。上記貼り合せ熱 処理時に Si単結晶基板 7から第二 Au系金属層 10bに向けた Si成分の拡散が上記 基板側拡散阻止層 10dによりブロックされ、貼り合わせにより一体化した結合用金属 層（第一 Au系金属層/第二 Au系金属層） 10a, 10bひいては反射金属層 10c側へ の Si成分の染み出しが効果的に抑制される。その結果、最終的に得られる反射金属 層 10cの反射面が S诚分により汚染される不具合が防止され、良好な反射率を実現 すること力 Sできる。また、第二 Au系金属層 10b (結合用金属層）を蒸着等により形成 したりする際の熱履歴により、 Si単結晶基板 7から AuSbコンタクト金属層 31を突き抜 けて Siが拡散し、第二 Au系金属層 10bの最表面にその Siが湧き上がることがある。 この沸き上がった Siが酸化されると、第二 Au系金属層（結合用金属層） 10bと第一 A u系金属層（結合用金属層） 10aとの貼り合わせが著しく阻害される場合がある。しか し、上記のように基板側拡散阻止層 10dを形成しておけば、該 Siの湧き上がりひいて は酸化が効果的に抑制され、結合用金属層 10kによる Si単結晶基板 7と発光層部（ 化合物半導体層） 24との貼り合せ強度をより高めることができる。
[0035] 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、ノ ッファ層 2と電流拡散層 20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から剥離する。なお、 AlAs剥離層 3に代えて AllnP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 モユア/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、次レ、で ΑΠηΡに対して選択エッチング性を有する第二エツチン グ液 (例えば塩酸: A1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。
[0036] A1系金属層からなる反射金属層 10cは、第一 Au系金属層 10aに包まれる形となり 、 A1系反射金属層 10cの外周面が、耐食性の高い第一 Au系金属層 10aの外周縁 部 10eにより保護されるので、工程 5において、発光層成長用基板（GaAs単結晶基 板 1)をエッチングしても、その影響が A1系反射金属層 10cに及びに《なる。 GaAs 単結晶基板 1を発光層成長用基板として用い、これをアンモニア/過酸化水素混合 液をエッチング液として用いて溶解 ·除去する場合、 A1は該エッチング液に特に腐食 されやすいが、上記の構造を採用すれば、問題なく GaAs単結晶基板 1を溶解除去 できる。
[0037] 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（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。
[0038] 以上の実施形態では、 A1系金属からなる反射金属層 10cを用いていた力 図 3の 発光素子 200のごとぐ Ag系金属からなる反射金属層 10gを用いることもできる。この 場合、発光層部側コンタクト金属層として、 AgGeNi (例えば Ge : 15質量％、 Ni : 10 質量％)よりなる Ag系コンタクト金属層 132を分散形成する。その他の部分について は、図 1の発光素子 100と同一である。

Claims

請求の範囲
[1] 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 射面を有した反射金属層が形成され、該反射金属層が結合用金属層を介して素子 基板に結合されるとともに、前記反射金属層と前記結合用金属層との間に、該結合 用金属層の金属成分が前記反射金属層側に拡散することを阻止する反射金属層側 拡散阻止層が介挿されてなることを特徴とする発光素子。
[2] 前記結合用金属層は、前記発光層部からの光に対して前記反射金属層よりも反射 率の低い金属が使用されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の発光素子。
[3] 前記結合用金属層が Auを主成分とする Au系金属層とされることを特徴とする請求 の範囲第 1項又は第 2項に記載の発光素子。
[4] 前記反射金属層が A1を主成分とする A1系金属とされることを特徴とする請求の範 囲第 3項に記載の発光素子。
[5] 前記反射金属層が Agを主成分とする Ag系金属とされることを特徴とする請求の範 囲第 3項に記載の発光素子。
[6] 前記反射金属層側拡散阻止層が、 Ti、 Ni及び Crのいずれか一つを主成分とする 金属層であることを特徴とする請求の範囲第 3項なレ、し第 5項のレ、ずれか 1項に記載 の発光素子。
[7] 前記反射金属層側拡散阻止層の厚さが lnm以上 10 μ m以下であることを特徴と する請求の範囲第 6項に記載の発光素子。
[8] 前記素子基板と前記結合用金属層との間に、導電性材料にて構成され、かつ、前 記素子基板に由来した成分の前記結合用金属層への拡散を阻止する基板側拡散 阻止層が介揷されてなることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 7項のいずれか
1項に記載の発光素子。
[9] 前記結合用金属層が Auを主成分とする Au系金属層とされてなり、前記素子基板 が Si基板であることを特徴とする請求の範囲第 8項に記載の発光素子。
[10] 前記基板側拡散阻止層が Ti、 Ni及び Crのいずれか一つを主成分とする金属層で あることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の発光素子。
[11] 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 射面を有した反射金属層が形成され、該反射金属層が結合用金属層を介して素子 基板に結合された発光素子の製造方法にぉレ、て、
前記化合物半導体層の貼り合わせ側主表面と、前記素子基板の貼り合わせ側主 表面との間に、前記反射金属層と、前記結合用金属層の金属成分が前記反射金属 層側に拡散することを阻止する反射金属層側拡散阻止層と、前記結合用金属層とが 、前記化合物半導体層の側からこの順序で積層された形で介在するように重ね合わ せて貼り合わせすることを特徴とする発光素子の製造方法。
[12] 前記貼り合わせの際に熱処理を行なうことを特徴とする請求の範囲第 11項に記載 の発光素子の製造方法。
[13] 前記化合物半導体層の前記貼り合わせ側主表面に、該主表面側から前記金属反 射層と前記反射金属層側拡散阻止層と第一 Au系金属層とをこの順で形成する一方 、前記素子基板の貼り合わせ側主表面に第二 Au系金属層を形成し、それら第一 Au 系金属層と第二 Au系金属層とを密着させて貼り合わせることを特徴とする請求の範 囲第 11項又は第 12項に記載の発光素子の製造方法。
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