JP2004266039A

JP2004266039A - 発光素子及び発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2004266039A
Application number: JP2003053690A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Hagimoto; 和徳萩本; Masahito Yamada; 雅人山田
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24
Also published as: TW200418208A; US20060145177A1; WO2004077579A1; CN100459182C; CN1754267A; TWI330411B

Abstract

【課題】本発明の課題は、金属層を介して発光層部と素子基板とを貼り合わせた構造を有する発光素子において、良好な導電性を有する発光素子と、その製造方法とを提供することにある。
【解決手段】本発明の発光素子１００では、
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、前記発光層部２４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１０を介して素子基板７が結合された発光素子であって、
前記素子基板７は、導電型がｐ型のＳｉ基板にて構成されるとともに、
前記素子基板７の前記主金属層１０側の主表面直上には、Ａｌを主成分とするコンタクト層３１が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
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層部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、半導体にて構成される補強のための素子基板を、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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発光素子では発光強度を得るため、発光層部にできるだけ大電流を流すことが望ましい。そのため、素子基板にはそれに耐え得る導電性が求められる。しかしながら、素子基板が半導体にて構成される場合、発光層部に大電流を流すのに十分な導電性を必ずしも有さない。
【０００６】
本発明の課題は、金属層を介して発光層部と半導体の素子基板とを貼り合わせた構造を有する発光素子において、良好な導電性を有する発光素子と、その製造方法とを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・発明の効果】
上記課題を解決するため、本発明の発光素子では、
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、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、
前記素子基板は、導電型がｐ型のＳｉ基板にて構成されるとともに、
前記素子基板の前記主金属層側の主表面直上には、Ａｌを主成分とするコンタクト層が形成されていることを特徴とする。
なお、本明細書において「主成分」及び「主体」とは、最も質量含有率の高い成分のことを意味する。また、本明細書において「主金属層」とは、化合物半導体層とコンタクト層との間に位置する金属層であって、反射面を形成するととともに、化合物半導体層とコンタクト層とを結合する役割を担う金属層のことをいう。従って、後述の拡散阻止層及び発光層部側接合金属層は主金属層には属さないものとする。
【０００８】
上記本発明の発光素子の構成によると、素子基板は、導電型がｐ型のシリコン（以下、ｐ型Ｓｉ又はｐ−Ｓｉともいう）基板にて構成されており、その主金属層側の主表面直上にはＡｌ（アルミニウム）を主成分とするコンタクト層が形成されている。Ａｌとｐ型Ｓｉとは良好なオーミック接合をなすため、特にｐ型Ｓｉの抵抗率が１／１０００Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下の範囲において、発光素子の直列抵抗ひいては順方向電圧の過度の上昇を効果的に抑制することができる。この場合、Ａｌとｐ型Ｓｉとの合金化熱処理は、例えば３００℃以上６５０℃以下にて行うことにより、接触抵抗の低減効果が高められる。
【０００９】
また上記発光素子では、前記発光層部は、前記光取出面側にｐ型化合物半導体層、前記主金属層側にｎ型化合物半導体層が位置するとともに、前記ｎ型化合物半導体層が前記主金属層を介して前記ｐ型のＳｉ基板に結合されるよう構成することができる。成長用基板に発光層を成長させたものを主体とする従来の発光素子では、発光層のうち、基板側に位置する層は基板が有する導電型と同一の導電型（例えば基板がｐ型であればｐ型）で、またそれとは反対側（光取出面側）に位置する層は基板が有する導電型とは異なる導電型（例えば基板がｐ型であればｎ型）で構成しなければならないといったように発光層の導電型の位置関係に制約があった。しかし、本発明の発光素子では化合物半導体層と素子基板とが主金属層を介して結合された構成であり、ｐ型Ｓｉ基板とｎ型化合物半導体層といった異なる導電型の組合せであっても、その間に主金属層を介すことにより通電を支障なく行うことが可能であるので、本発明の発光素子の構成にあっては上記のように発光層の導電型の位置関係が制約を受けることはない。したがって、素子基板がｐ型Ｓｉ基板にて構成されていても、発光層部においてｐ型Ｓｉ基板側（主金属層側）にｎ型化合物半導体層を、そして光取出面側にｐ型化合物半導体層を配することができる。
【００１０】
また、上記発光層部は、ｐ型化合物半導体層であるｐ型クラッド層と、ｎ型化合物半導体層であるｎ型クラッド層と、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との間に形成される活性層と、からなるダブルへテロ構造にて構成することができる。このような構造を採用することにより、両クラッド層から注入されたホールと電子とが活性層の狭い空間内に閉じ込めらる形で効率よく再結合するので、高輝度の素子を実現できる。なお、反射による光取出し効率を高めるために、ｎ型クラッド層と主金属層とは直接接して形成されているのがよい。ただし、動作電圧を下げるために、ｎ型クラッド層と主金属層との間に高濃度ドープの薄膜を挿入することも可能である。
【００１１】
次に、本発明の発光素子では、コンタクト層と主金属層との間に、導電性材料にて構成され、且つ、コンタクト層のＡｌ成分の主金属層への拡散を阻止する拡散阻止層が介挿された構成とすることができる。本発明の発光素子では、その製造工程において、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際、又はコンタクト層上に主金属層もしくはその一部を形成する際などに、コンタクト層の主成分であるＡｌ成分が主金属層へ拡散し、反応（例えば、共晶や金属間化合物の生成等の冶金的な反応）することで主金属層を変質させてしまう場合がある。そこで、上記の構成とすることで、コンタクト層から主金属層へ向かおうとするＡｌ成分の拡散が拡散阻止層によりブロックされ、ひいてはＡｌ成分との反応による主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、主金属層が形成する反射面の反射率低下や、主金属層と化合物半導体層との密着強度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。
【００１２】
主金属層の少なくとも拡散阻止層との界面を含む部分がＡｕを主成分とするＡｕ系層で構成されている場合、拡散阻止層は、具体的には、Ｔｉ及びＮｉのいずれかを主成分とする拡散阻止用金属層とすることができる。ＴｉないしＮｉを主成分とする金属は、Ａｕ系層へのＡｌ成分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、該拡散阻止用金属層の厚さは、１ｎｍ以上１０μｍ以下とすることが望ましい。厚さが１ｎｍ未満では拡散防止効果が十分でなく、１０μｍを超えると効果が飽和し、製造コストの無駄につながる。なお、拡散阻止用金属層は具体的には工業用の純Ｔｉないし純Ｎｉを採用することもできるが、Ａｕ系層へのＡｌ成分の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添加は、ＴｉないしＮｉ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との合金を用いることもできる。
【００１３】
次に、本発明の発光素子においては、上記Ａｕ系層により反射面を形成することができる。Ａｕ系層は化学的に安定であり、酸化等による反射率劣化を生じにくいので、反射面の形成材質として好適である。また、上記のごとく、コンタクト層とＡｕ系層との間の冶金的な反応が生じる惧れがある場合でも、コンタクト層とＡｕ系層との間に拡散阻止層を介挿させることで、良好な反射率の反射面をＡｕ系層により問題なく形成できる。
【００１４】
また、Ａｕ系層により反射面を形成する場合、Ａｕ系層と化合物半導体層との間に、Ａｕを主成分とする発光層部側接合金属層を、Ａｕ系層の主表面上に分散する形で配置することができる。Ａｕ系層は、発光層部への通電経路の一部をなす。しかし、Ａｕ系層を化合物半導体よりなる発光層部に直接接合すると、接触抵抗が高くなり、直列抵抗が増加して発光効率が低下する場合がある。Ａｕ系層を、Ａｕ系接合金属層を介して発光層部に接合することにより、接触抵抗の低減を図ることができる。ただし、Ａｕ系接合金属層は、コンタクト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、反射率が若干劣る。そこで、発光層部側接合金属層をＡｕ系層の主表面上に分散形成しておけば、発光層部側接合金属層の非形成領域ではＡｕ系層による高い反射率を確保できる。
【００１５】
発光層部側接合金属層としては、これと接する化合物半導体層をｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（例えば、前述の（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１））にて構成する場合、ＡｕＧｅＮｉ接合金属層を採用することにより接触抵抗の低減効果が特に高くなる。この場合、該化合物半導体層の貼り合わせ側主表面にＡｕＧｅＮｉ接合金属層を形成し、該ＡｕＧｅＮｉ接合金属層を覆うようにＡｕ系層を形成することができる。この場合、ＡｕＧｅＮｉ接合金属層と化合物半導体層との合金化熱処理は、例えば３５０℃以上５００℃以下にて行うことにより、接触抵抗の低減効果が高められる。
【００１６】
なお、光取出効果を十分に高めるために、Ａｕ系層に対する発光層部側接合金属層の形成面積率（Ａｕ系層の全面積にて発光層部側接合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。発光層部側接合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。また、Ａｕ系層は、発光層部側接合金属層よりもＡｕ含有率を高く設定しておくことで、発光層部側接合金属層の非形成領域において、Ａｕ系層の反射率を一層高めることができる。
【００１７】
一方、上記Ａｕ系層を有する発光素子においては、Ａｕ系層と化合物半導体層との間に介挿されたＡｇを主成分とするＡｇ系層により反射面を形成してもよい。Ａｇ系層はＡｕ系層と比べて、安価であり、しかも可視光の略全波長域（３５０ｎｍ以上７００ｎｍ）に渡って良好な反射率を示すので、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のような金属と比較すれば、酸化皮膜等の形成による反射率低下も生じにくい。
【００１８】
図６は、鏡面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「■」はＡｇの反射率、プロット点「△」はＡｕの反射率、プロット点「◆」はＡｌの反射率である。また、プロット点「×」はＡｇＰｄＣｕ合金のものである。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。
【００１９】
他方、Ａｕは有色金属であり、図６に示す反射率からも明らかなように、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）、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。しかしながら、Ａｇは、波長６７０ｎｍ以下の可視光域においても反射率は極めて良好である。すなわち、発光層部のピーク発光波長が６７０ｎｍ以下（特に６５０ｎｍ以下、さらには６００ｎｍ以下）である場合、Ａｇ系層の反射面はＡｕ系金属よりもはるかに高い光取出し効率を実現できる。
【００２０】
図６に示すように、Ａｌの場合、大きな反射率の低下は生じないが、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。しかし、Ａｇ系金属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。具体的には、波長４００ｎｍ以上（特に４５０ｎｍ以上）においてＡｌよりも良好な反射率を示していることがわかる。
【００２１】
なお、図６のＡｌの反射率は、機械研磨と化学研磨とにより、表面酸化皮膜の形成を抑制した状態で鏡面化したＡｌ表面について測定したものであり、実際には酸化皮膜が厚く形成されることにより、図６に示すデータよりもさらに反射率が低下する可能性がある。Ａｇの場合、図６においては、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の短波長域ではＡｌより反射率が劣っているが、酸化皮膜がＡｌよりはるかに形成されにくい。従って、実際に発光素子上に反射金属層として形成した場合は、Ａｇ系層の採用により、この波長域においてもＡｌを上回る反射率を達成することが可能である。また、この波長域でも、Ａｇの反射率はＡｕと比較すれば高い。
【００２２】
以上を総合すれば、Ａｇ系層は、３５０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下（望ましくは４００ｎｍ以上６７０ｎｍ以下、さらに望ましくは４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の波長域にピーク発光波長を有する発光層部の場合、光取出効率の改善効果がＡｌやＡｕに勝って特に顕著になるといえる。上記のようなピーク発光波長を有する発光層部は、例えば（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）又はＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）により、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層された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る。
【００２３】
Ａｇ系層を反射面形成に用いる場合は、Ａｇ系層と化合物半導体層との間に、発光層部側接合金属層として、Ａｇを主成分とするＡｇ系接合金属層をＡｇ系層の主表面上に分散する形で配置することができる。Ａｇ系接合金属層は、これと接する化合物半導体層をｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（例えば、前述の（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１））にて構成する場合、ＡｇＧｅＮｉ接合金属層を採用することにより接触抵抗の低減効果が特に高くなる。Ａｇ系層に対する発光層部側Ａｇ系接合金属層の形成面積率は、前述のＡｕ系接合金属層と同様、１％以上２５％以下とすることが望ましい。
【００２４】
次に、本発明の発光素子では、上記Ａｕ系層は、結合層を有するものとすることができる。このような発光素子は、
前記化合物半導体層の光取出面になるのと反対側の主表面を貼り合わせ側主表面として、該貼り合わせ側主表面上に、Ａｕを主成分とした、前記Ａｕ系層となるべき第一Ａｕ系層を配置し、
前記素子基板の、前記発光層部側に位置することが予定された主表面を貼り合わせ側主表面として、該貼り合わせ側主表面上に、Ａｕを主成分とした、前記Ａｕ系層となるべき第二Ａｕ系層を配置し、
それら第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層とを密着させて貼り合わせる方法で製造することができる。
【００２５】
また、素子基板と化合物半導体層とを貼り合わせる際には、素子基板と化合物半導体層とを、Ａｕ系層を介して重ね合わせ、その状態で貼り合わせ熱処理することにより行うことができる。
【００２６】
これら本発明の製造方法によると、化合物半導体層側と素子基板側に第一及び第二の各Ａｕ系層を振り分けて形成し、これらを相互に密着させて貼り合わせる。Ａｕ系層同士は比較的低温でも容易に一体化するので、貼り合わせの熱処理温度が低くとも十分な貼り合わせ強度が得られる。
【００２７】
なお、本発明において金属層の具体的な形成方法としては、真空蒸着やスパッタリングなどの気相成膜法のほか、無電解メッキあるいは電解メッキなどの電気化学的な成膜法を採用することもできる。
【００２８】
【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ｐ型Ｓｉ（シリコン）単結晶よりなるｐ−Ｓｉ基板７の第一主表面上に主金属層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。
【００２９】
発光層部２４は、ノンドープ（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−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（Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚ）_ｙＩｎ_１−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（Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚ）_ｙＩｎ_１−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、主金属層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１０^１３〜１０^１６／ｃｍ^３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００３０】
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。
【００３１】
ｐ−Ｓｉ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１００μｍ以上５００μｍ以下である。そして、発光層部２４に対し、主金属層１０を挟んで貼り合わされている。主金属層１０は全体がＡｕ系層として構成されている。
【００３２】
発光層部２４と主金属層１０との間には、発光層部側接合金属層としてＡｕＧｅＮｉ接合金属層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接合金属層３２は、主金属層１０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。
【００３３】
ｐ−Ｓｉ基板７と主金属層１０との間には、ｐ−Ｓｉ基板７の主表面と接する形で、基板側接合金属層としての第一Ａｌコンタクト層３１（例えばＡｌ：９９．９質量％）が形成されている。また、ｐ−Ｓｉ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とｐ−Ｓｉ基板７との間には、第二Ａｌコンタクト層１６（例えばＡｌ：９９．９質量％）が介挿される。
【００３４】
そして、前記第一Ａｌコンタクト層３１の全面が、拡散阻止層としてのチタン（Ｔｉ）層１１により覆われている。該Ｔｉ層の厚さは１ｎｍ以上１０μｍ以下（本実施形態では６００ｎｍ）である。なお、拡散阻止層はＴｉ層に代えてニッケル（Ｎｉ）層としてもよい。そして、該Ｔｉ層１１の全面を覆う形で、これと接するように主金属層１０（Ａｕ系層）が配置されている。なお、本実施形態においてＡｕ系層は、純ＡｕもしくはＡｕ含有率が９５質量％以上のＡｕ合金よりなる。
【００３５】
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１μｍ程度）。
【００３６】
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、この順序にエピタキシャル成長させる。
【００３７】
次に、工程２に示すように、発光層部２４の主表面に、ＡｕＧｅＮｉ接合金属層３２を分散形成する。ＡｕＧｅＮｉ接合金属層３２を形成後、次に、３５０℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を行なう。その後、ＡｕＧｅＮｉ接合金属層３２を覆うように第一Ａｕ系層１０ａを形成する。発光層部２４とＡｕＧｅＮｉ接合金属層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。他方、工程３に示すように、別途用意したｐ−Ｓｉ基板７（ボロンドープ、抵抗率約８Ω・ｃｍ）の両方の主表面に基板側接合金属層となる第一、第二Ａｌコンタクト層３１，１６を形成し、３００℃以上６５０℃以下の温度域で合金化熱処理を行う。そして、第一Ａｌコンタクト層３１上には、Ｔｉ層１１（厚さ：例えば６００ｎｍ）及び第二Ａｕ系層１０ｂをこの順序にて形成する。また、第二Ａｌコンタクト層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。
【００３８】
そして、工程４に示すように、ｐ−Ｓｉ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２００℃にて貼り合わせ熱処理することにより、基板貼り合わせ体５０を作る。ｐ−Ｓｉ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とは上記貼り合わせ熱処理により一体化して主金属層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、上記貼り合わせ熱処理は、例えば大気中でも問題なく行なうことができる。
【００３９】
さらに、第二Ａｕ系層１０ｂと第一Ａｌコンタクト層３１との間には、拡散阻止層として機能するＴｉ層１１が介挿されている。貼り合わせ熱処理時や、第二Ａｕ系層１０ｂの形成時に、第一Ａｌコンタクト層３１から第二Ａｕ系層１０ｂに向けたＡｌ成分の拡散が上記Ｔｉ層１１によりブロックされ、第二Ａｕ系層１０ｂひいては貼り合わせにより一体化した第一Ａｕ系層１０ａ側へのＡｌ成分の染み出しが効果的に抑制される。その結果、最終的に得られる主金属層１０の反射面が、Ａｌ成分により紫色に変色したりする不具合が防止され、良好な反射率を実現することができる。また、主金属層１０によるｐ−Ｓｉ基板７と発光層部（化合物半導体層）２４との貼り合わせ強度も高く維持できる。
【００４０】
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ｐ−Ｓｉ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。
【００４１】
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。
【００４２】
以上の実施形態では、第一Ａｕ系層１０ａが反射面を形成していたが、図３の発光素子２００のごとく、第一Ａｕ系層１０ａと発光層部２４との間にＡｇ系層１０ｃを介挿することもできる。この場合、発光層部側接合金属層は、Ａｕ系接合金属層に代えてＡｇＧｅＮｉ（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）よりなるＡｇ系接合金属層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。図４は、その製造工程の一例を示すものである。図２の製造工程との相違点は、工程２においてＡｕ系接合金属層３２に代えてＡｇ系接合金属層１３２を分散形成し、３５０℃以上６６０℃以下の温度域で合金化熱処理を行ない、その後、Ａｇ系層１０ｃ及び第一Ａｕ系層１０ａをこの順序で形成する点にある。これ以外は、基本的に図２と同じである。
【００４３】
なお、発光層成長用基板をエッチングにより除去する際に、そのエッチング液によりＡｇ系層１０ｃが腐食を受ける可能性がある場合は、次のようにするとよい。すなわち、工程３に示すように、Ａｇ系層１０ｃと接する第一Ａｕ系層１０ａを、第一Ａｕ系層１０ａの外周縁よりもＡｇ系層１０ｃの外周縁が内側に位置するように、Ａｇ系層１０ｃよりも大面積にて形成する。これにより、Ａｇ系層１０ｃは第一Ａｕ系層１０ａに包まれる形となり、Ａｇ系層１０ｃの外周面が、耐食性の高い第一Ａｕ系層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Ａｇ系層１０ｃに及びにくくなる。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、Ａｇ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。
【００４４】
また、発光層部２４の各層は、ＡｌＧａＩｎＮ混晶により形成することもできる。発光層部２４を成長させるための発光層成長用基板は、ＧａＡｓ単結晶基板に代えて、例えばサファイア基板（絶縁体）やＳｉＣ単結晶基板が使用される。また、発光層部２４の各層は、上記実施形態では、基板側からｎ型クラッド層４、活性層５及びｐ型クラッド層６の順になっていたが、これを反転させ、基板側からｐ型クラッド、活性層及びｎ型クラッド層の順に形成してもよい。
【００４５】
また、図５（工程３）に示すように、主金属層１０をｐ−Ｓｉ基板７（素子基板）と発光層部２４（化合物半導体層）とのいずれか一方の側（図５では発光層部２４側）にのみ形成して貼り合わせを行ってもよい。この場合、貼り合わせ熱処理温度（工程４）は、２００℃以上７００℃以下と、図２と比較して多少高く設定しなければならないが、拡散阻止層としてＴｉ層（あるいはＮｉ層）１１を配置することにより、主金属層１０へのＡｌの拡散は十分抑制できるので、問題なく貼り合わせを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用対象となる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１の発光素子の、製造工程の一例を示す説明図。
【図３】本発明の適用対象となる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３の発光素子の、製造工程の一例を示す説明図。
【図５】図１の発光素子の、製造工程の別例を示す説明図。
【図６】種々の金属における反射率を示す図。
【符号の説明】
１ＧａＡｓ単結晶基板（発光層成長用基板）
４ｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
５活性層
６ｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
７ｐ−Ｓｉ基板（素子基板）
９金属電極
１０主金属層
１０ａ第一Ａｕ系層
１０ｂ第二Ａｕ系層
１０ｃＡｇ系層
１１Ｔｉ層（拡散阻止層）
２４発光層部
３１第一Ａｌコンタクト層（基板側接合金属層）
３２ＡｕＧｅＮｉ接合金属層（発光層部側接合金属層）
１３２ＡｇＧｅＮｉ接合金属層（発光層部側接合金属層）
１００，２００発光素子

Claims

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、
前記素子基板は、導電型がｐ型のＳｉ基板にて構成されるとともに、
前記素子基板の前記主金属層側の主表面直上には、Ａｌを主成分とするコンタクト層が形成されていることを特徴とする発光素子。
前記発光層部は、前記光取出面側にｐ型化合物半導体層、前記主金属層側にｎ型化合物半導体層が位置するとともに、
前記ｎ型化合物半導体層が前記主金属層を介して前記ｐ型のＳｉ基板に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記発光層部は、前記ｐ型化合物半導体層であるｐ型クラッド層と、前記ｎ型化合物半導体層であるｎ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層との間に形成される活性層と、からなるダブルへテロ構造にて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
前記コンタクト層と前記主金属層との間に、導電性材料にて構成され、且つ、前記コンタクト層のＡｌ成分の前記主金属層への拡散を阻止する拡散阻止層が介挿されてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子。
前記主金属層の少なくとも前記拡散阻止層との界面を含む部分がＡｕを主成分とするＡｕ系層とされてなり、
前記拡散阻止層がＴｉ及びＮｉのいずれかを主成分とする拡散阻止用金属層であることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
前記Ａｕ系層が前記反射面を形成してなることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
前記Ａｕ系層と前記化合物半導体層との間に介挿されたＡｇを主成分とするＡｇ系層が前記反射面を形成してなることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
前記Ａｕ系層は、結合層を有することを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の半導体素子。
請求項８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の光取出面になるのと反対側の主表面を貼り合わせ側主表面として、該貼り合わせ側主表面上に、Ａｕを主成分とした、前記Ａｕ系層となるべき第一Ａｕ系層を配置し、
前記素子基板の、前記発光層部側に位置することが予定された主表面を貼り合わせ側主表面として、該貼り合わせ側主表面上に、Ａｕを主成分とした、前記Ａｕ系層となるべき第二Ａｕ系層を配置し、
それら第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層とを密着させて貼り合わせることを特徴とする発光素子の製造方法。
前記素子基板と前記化合物半導体層とを、前記Ａｕ系層を介して重ね合わせ、その状態で貼り合わせ熱処理することにより、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請求項９に記載の発光素子の製造方法。