JP2005123530A - 発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ａｕ系層からなる金属層を介して発光層部と素子基板とを貼り合せた構造を有する発光素子を製造するために、十分な貼り合せ強度が得られ、かつ、反射面の状態も良好に保つことができる発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 発光層部２４を有した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にＡｕ含有率が９５質量％以上の第一Ａｕ系層１０ａを配置する。また、Ｓｉ基板７の、発光層部２４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にＡｕ含有率が９５質量％以上の第二Ａｕ系層１０ｂを配置する。そして、それら第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとを重ね合わせて積層体５０となし、該積層体５０を８０℃未満の温度域にて積層方向に加圧し、その加圧状態にて積層体５０を８０℃以上に加熱することにより貼り合わせる。
【選択図】 図２

Description

この発明は発光素子の製造方法に関する。

特開平７−６６４５５号公報 特開２００１−３３９１００号公報

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。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、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。

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基板を除去する一方、補強用のＳｉ基板（導電性を有するもの）を、反射用のＡｕ層を介して除去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。

しかしながら、上記の方法では、反射層をなすＡｕ層を発光層部に貼り合せる際に、貼り合せ強度の確保が困難な場合があり、剥離等の不具合につながったり、良好な貼り合せ状態が得られないことによる反射率の低下が発生することがある。また、貼り合せ強度を高めるために、貼り合せの熱処理温度を高くすると、発光層や導電性基板（特にＳｉ基板）とＡｕ層との冶金的な反応が顕著となり、得られる反射面の状態が悪化して反射率の低下を一層招きやすくなる問題がある。

本発明の課題は、Ａｕ系層を介して発光層部とＳｉ基板とを貼り合せた構造を有する発光素子を製造するために、十分な貼り合せ強度が得られ、反射面の状態も良好に保つことができる発光素子の製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の発光素子の製造方法は、
発光層部を有する化合物半導体層の一方の主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の他方の主表面側に、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金属層を介してＳｉ基板が結合された発光素子を製造するために、
前記発光層部を有した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に、前記金属層の一部をなすＡｕ含有率が９５質量％以上の第一Ａｕ系層を配置し、
前記Ｓｉ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に、前記金属層の一部をなすＡｕ含有率が９５質量％以上の第二Ａｕ系層を配置し、
それら第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層とを重ね合わせて積層体となし、該積層体を８０℃未満の温度域にて積層方向に加圧し、その加圧状態にて前記積層体を８０℃以上に加熱することにより貼り合わせることを特徴とする。

本発明においては、素子基板としてＳｉ基板を用いる。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、しかも安価である。しかし、ＳｉはＡｕ中へ拡散を起こしやすく、また比較的低温で共晶等の反応を起こす。従って、貼り合わせの熱処理温度が過度に高くなると、反射面を形成するＡｕ系層へＳｉ基板からＳｉが拡散したり反応を起こしたりし、反射率の低下を極めて招きやすい。しかしながら本発明においては、化合物半導体層側とＳｉ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せるようにしている。第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層とは、いずれもＡｕ含有率が９５質量％以上となることで、低温の貼り合わせ熱処理温度でも容易に結合する。

そして、本発明においては、該第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層と重ね合わせて積層体とし、Ｓｉ基板との反応ないし拡散が比較的不活性となる８０℃未満の温度域にて、その積層体を加圧する。これにより、Ｓｉ基板側から第二Ａｕ系層主表面へのＳｉの拡散による湧き上がりがほとんど生ずることなく、第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層との清浄な主表面同士が互いに密着しあった状態とすることができる。そして、その状態で積層体を８０℃以上に加熱すると、密着しあった第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層との界面でＡｕ原子の相互拡散が短時間の加熱により速やかに進行し、Ｓｉ基板側から第二Ａｕ系層の主表面へ多量のＳｉが拡散してくる前に、第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層とが強固に結合しあった構造が得られる。

第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層とのＡｕ含有率が９５質量％未満では、貼り合わせ熱処理温度が高温化し、簡便な低温貼り合わせ処理が行なえなくなる。また、積層体の加熱温度が８０℃未満では十分な貼り合せ強度が得られない。なお、Ａｕ系層（ひいては、第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層）の材質としては、より具体的には純Ａｕ（ただし、１質量％以内であれば不可避不純物を含有してもよい）を採用することにより、上記の効果は一層高められる。なお、積層体の加熱温度は、より望ましくは１００℃以上に設定するのがよい。他方、積層体の加熱は、１８０℃以下の低温で行うことが、第二Ａｕ系層ひいてはこれに重ね合わされる第二Ａｕ系層へのＳｉ基板からのＳｉ拡散がより生じにくくなるので望ましい。ただし、第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層との結合力が十分確保できる範囲で加熱時間を短縮することにより、１８０℃よりも高温の加熱温度を採用することもできる。また、後述のごとく、Ａｇ系金属やＡｌ系金属など、Ａｕに比べてＳｉの拡散が生じにくい金属により反射面を形成できる場合にも、１８０℃以上での加熱温度を採用できる場合がある。この場合、加熱温度の上限は、ＳｉとＡｕとの共晶温度３６３℃よりも低温であるのがよく、望ましくは３５０℃以下であるのがよい。

本発明の効果がより顕著となるのは、第一Ａｕ系層により反射面を形成する場合である。すなわち、積層体の加熱時間が短くて済むことは、結合界面を超えてＡｕ系層にて構成される反射面にＳｉ拡散の影響が及びにくくなることを意味し、Ａｕ系層にて形成される反射面も良好な状態のものを容易に形成することができるようになる。また、反射面自体が耐食性の高いＡｕ系層にて構成されることで、発光素子の製造工程の途上で、後述の発光層成長用基板の除去処理や発光層部の面荒らし処理（いわゆるフロスト処理）など、腐食性の高い液を用いた化学的処理を化合物半導体層に施す場合でも、反射面に腐食が浸透する心配がないので製造工程の簡略化を図ることができ、かつ反射面の状態も損なわれにくい。

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７は、Ａｕ層の反射率の波長依存性を示すグラフであるが、波長５５０ｎｍ未満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

なお、図７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。

また、反射面をＡｕ系金属にて形成する場合、化合物半導体よりなる発光層成長用基板上に発光層部をエピタキシャル成長させ、発光層部の貼り合わせ側主表面に第一Ａｕ系層を形成し、他方、Ｓｉ基板の貼り合わせ側主表面に第二Ａｕ系層を形成し、第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層とを密着させて貼り合わせ、その貼り合わせ後に、発光層部から発光層成長用基板を化学エッチングにより除去する工程を採用することができる。

該工程によると、発光層成長用基板が一体化された状態において、発光層部の貼り合わせ側主表面の第一Ａｕ系層と、Ｓｉ基板の貼り合わせ側主表面の第二Ａｕ系層とを貼り合せるので、薄層として形成される発光層部を、発光層成長用基板による機械的な補強を伴った形で、貼り合わせのためのハンドリングを行なうことができる。その結果、例えば発光層部を貼り合わせ前に除去する工程を採用する場合と比較して、発光層部が割れたり欠けたりする不具合発生確率が大幅に低減され、工程も簡略化できる。この場合、貼り合わせ後に、発光層部から発光層成長用基板を化学エッチングにより除去することになるが、反射面をなす部分がＡｕ系層にて形成されているから、化学エッチングの影響が反射面に及ぶ不具合も極めて生じにくく、エッチング中における発光層の剥離等の懸念も生じない。

例えば、発光層部が（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）よりなり、発光層成長用基板がＧａＡｓ基板よりなる場合、化学エッチングを、アンモニア／過酸化水素混合液を用いてＧａＡｓ基板を溶解する形で行なうことができる。アンモニア／過酸化水素混合液は、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰに対するＧａＡｓ基板の選択腐食性に優れ、発光層部を該溶液に浸漬するだけでＧａＡｓ基板だけを迅速かつ確実に除去することができる。また、反射面を形成するＡｕ系層への腐食の心配もない。

他方、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）よりなる発光層部を、ＡｌＡｓ剥離層を介して発光層成長用基板をなすＧａＡｓ基板上に成長し、化学エッチングを、フッ酸を含有した溶液を用いてＡｌＡｓ剥離層を溶解する形で行なうこともできる。フッ酸を含有した溶液によりＡｌＡｓ剥離層を溶解すれば、ＧａＡｓ基板を発光層部から簡単に除去することができる。また、反射面を形成するＡｕ系層への腐食の心配もない。この場合、ＧａＡｓ基板は溶解されないので、次の発光層部の成長等に再利用することも可能である。

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層（以下、単に「Ａｕ系接合層」ということがある）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。

発光層部側接合層としては、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（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接合層を形成し、該ＡｕＧｅＮｉ接合層を覆うように前記の第一Ａｕ系層を形成することができる。ＡｕＧｅＮｉ接合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℃以下にて行なうことにより、接触抵抗の低減効果が高められる。

なお、光取出効果を十分に高めるために、Ａｕ系層（第一Ａｕ系層）に対する発光層部側接合層の形成面積率（Ａｕ系層の全面積にて発光層部側接合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。

Ａｕ系層は、発光層部側接合層よりも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。

他方、本発明の発光素子の製造方法においては、第一Ａｕ系層と発光層部との間に、Ａｕ以外の金属元素を主成分とする反射金属層を形成することもできる。前述の反射面は、この反射金属層によって形成される。このような反射金属層としては、発光層部からの発光光束のピーク波長における反射率が、Ａｕ系層よりも高いものを使用することが望ましい。特に、ピーク波長が５５０ｎｍ未満である場合は、Ａｇ又はＡｌを主成分（５０質量％以上：望ましくは９０質量％以上）とする金属にて反射金属層を形成することが望ましい。

なお、本発明においてＡｕ系層（及び反射金属層）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。

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、本発明を用いて製造可能な発光素子１００の一形態を示す概念図である。発光素子１００は、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、Ａｕを主成分とするＡｕ系層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。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。

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、黄緑色から赤色領域（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、Ａｕ系層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。

また、発光層部２４のＳｉ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。

発光層部２４と第一Ａｕ系層１０ａとの間には、発光層部側接合層としてＡｕＧｅＮｉ接合層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接合層３２は、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、Ｓｉ基板７と第二Ａｕ系層１０ｂとの間には、基板側接合層としてＡｕＳｂ接合層３１（例えばＳｂ：５質量％）が介挿されている。なお、ＡｕＳｂ接合層３１に代えてＡｕＳｎ接合層を用いてもよい。そして、第一Ａｕ系層１０ａ、第二Ａｕ系層１０ｂ、ＡｕＳｂ接合層３１及びＡｕＧｅＮｉ接合層３２がＡｕ系層１０を構成し、これが発光層部２４とＳｉ基板７とのいずれとも接する形で配置されている。

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、Ａｕ系層１０による反射光が重畳される形で取り出される。つまり、Ａｕ系層１０（第一Ａｕ系層１０ａ）が反射面ＲＰを形成している。Ａｕ系層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）。

以下、本発明の実施形態である発光素子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。

次に、工程２に示すように、発光層部２４の主表面に、ＡｕＧｅＮｉ接合層３２を分散形成する。ＡｕＧｅＮｉ接合層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接合層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Ｓｉ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。

そして、工程４に示すように、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に重ね合わせて積層体５０とする。次に、図３の工程４Ａに示すように、積層体５０を、抵抗発熱ヒータ４９が内蔵された加圧部材５１，５２の間に配置する。その状態で、８０℃未満（望ましくは５０℃未満）で、本実施形態では室温で（つまり、抵抗発熱ヒータ４９を発熱させずに）、両加圧部材５１，５２を油圧等の駆動機構により相対的に接近させて、積層体５０を加圧する。加圧力は、例えば０．６ＭＰａ以上３１ＭＰａ以下の範囲にて調整する。そして、工程４Ｂに示すごとく、上記の加圧状態を維持したままヒータ４９を発熱させ、積層体５０を８０℃以上１８０℃以下、例えば１４０℃に加熱する。この加熱により、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に貼り合わされる。

例えば、積層体５０を、予め加熱した加圧部材５２上に載置して、その後、両加圧部材５１，５２により挟圧して加圧する工程を採用すると、図５の状態Ａに示すように、２つのＡｕ系層１０ａ，１０ｂは密着せずにゆるく重なり合っているだけなので、貼り合わせの結合は進まない。そして、積層体５０は、加圧部材５２上へのセッティング等のため、非加圧状態で加圧部材５２上にて加熱される期間が必然的に長くなる。すると、第一Ａｕ系層１０ａと密着しない状態の第二Ａｕ系層１０ｂには、Ｓｉ基板７側からのＳｉ拡散がどんどん進行し、第二Ａｕ系層１０ｂの主表面には相当濃度のＳｉが沸きあがってしまうことになる。この状態で、状態Ｂに示すごとく加圧を行なっても、第二Ａｕ系層１０ｂの主表面が高濃度のＳｉにより汚染されているために、状態Ｃに示すように、貼り合せ不良による剥がれ等の不具合を生じやすくなる。他方、貼り合わせを確実にするために、加圧時間を長くしたり、あるいは加熱温度を高くしたりすると、状態Ｄに示すように、反射面ＲＰを形成する第一Ａｕ系層１０ａ側にまでＳｉが沸きあがり、反射率が大幅に低下することにつながる。

これに対し、本発明の方法では、図４の状態１に示すように、第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとを重ね合わせた積層体５０を、Ｓｉ基板７との反応ないし拡散が比較的不活性となる８０℃未満の温度域、本実施形態では室温にて先に加圧する。これにより、第二Ａｕ系層１０ｂの主表面にはＳｉ基板７側からのＳｉがほとんど湧き上がらず、第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとを清浄な主表面同士にて密着させることができる。次いで、状態２に示すように、積層体を８０℃以上に加熱すると、密着しあった第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとの界面では、Ａｕ原子の相互拡散が短時間の加熱により速やかに進行する。その結果、Ｓｉ基板７側から第二Ａｕ系層１０ｂ主表面へ多量のＳｉが拡散してくる前に、第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとが強固に拡散結合し、良好な貼り合せ状態が得られる。また、加熱時間が短くて済むので（例えば１０秒以上６０秒以下）、状態３に示すごとく、第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとの間に十分な結合状態が形成された後、Ｓｉ基板７からのＳｉが、第一Ａｕ系層１０ａが形成する反射面ＲＰ側にまで湧き上がる心配がなく、良好な反射率を維持することができる。なお、図３の工程４Ｂの加熱終了後は、加圧部材５１，５２による加圧を解除して貼り合せ後の積層体５０を回収し、次に、加圧部材５１，５２をファン冷却あるいは加圧部材５１，５２に内蔵された水冷機構により十分冷却した後、次の貼り合せに供するようにする。

図２に戻り、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。

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１００が得られる。

なお、図６に示すように、第一Ａｕ系層１０ａと発光層部２４との間には、Ａｕ以外の金属元素を主成分とする反射金属層１１を形成することもできる。反射金属層１１はＡｇ系層として形成でき、発光層部側接合層３２は、図１のＡｕＧｅＮｉ層に代えてＡｇＧｅＮｉ層を使用することができる。また、反射金属層１１はＡｌ系層とすることもできるが、この場合は、発光層部側接合層３２は、図１と同様にＡｕＧｅＮｉ層を採用できる。

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１の発光素子の製造工程の一例を示す説明図。 本発明の方式による図２の工程４の詳細を示す説明図。 本発明の方式による工程４の効果説明図。 加熱と加圧の順序を図４とは逆転させた場合の問題点を説明する図。 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。 Ａｕ層の反射率の波長依存性を示すグラフ。

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基板
９ 金属電極
１０ Ａｕ系層
１０ａ 第一Ａｕ系層
１０ｂ 第二Ａｕ系層
１１ 反射金属層
ＲＰ 反射面
２４ 発光層部
３１ ＡｕＳｂ層（基板側接合層）
３２ ＡｕＧｅＮｉ接合層（発光層部側接合層）
１００ 発光素子

Claims (8)

1. 発光層部を有する化合物半導体層の一方の主表面を光取出面とし、該化合物半導体層の他方の主表面側に、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金属層を介してＳｉ基板が結合された発光素子を製造するために、
   前記発光層部を有した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に、前記金属層の一部をなすＡｕ含有率が９５質量％以上の第一Ａｕ系層を配置し、
   前記Ｓｉ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に、前記金属層の一部をなすＡｕ含有率が９５質量％以上の第二Ａｕ系層を配置し、
   それら第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層とを重ね合わせて積層体となし、該積層体を８０℃未満の温度域にて積層方向に加圧し、その加圧状態にて前記積層体を８０℃以上に加熱することにより貼り合わせることを特徴とする発光素子の製造方法。
2. 前記積層体の加熱を１８０℃以下にて行なうことを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
3. 前記第一Ａｕ系層により前記反射面を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
4. 前記発光層部は、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を特徴とする請求項３記載の発光素子の製造方法。
5. 化合物半導体よりなる発光層成長用基板上に前記発光層部をエピタキシャル成長させ、
   前記発光層部の前記貼り合わせ側主表面に前記第一Ａｕ系層を形成し、
   他方、前記Ｓｉ基板の前記貼り合わせ側主表面に前記第二Ａｕ系層を形成し、
   前記第一Ａｕ系層と第二Ａｕ系層とを密着させて貼り合わせ、
   その貼り合わせ後に、前記発光層部から前記発光層成長用基板を化学エッチングにより除去することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の発光素子の製造方法。
6. 前記発光層部が（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）よりなり、前記発光層成長用基板がＧａＡｓ基板よりなり、
   前記化学エッチングを、アンモニア／過酸化水素混合液を用いて前記ＧａＡｓ基板を溶解する形で行なうことを特徴とする請求項５記載の発光素子の製造方法。
7. （Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）よりなる前記発光層部がＡｌＡｓ剥離層を介して前記発光層成長用基板をなすＧａＡｓ基板上に成長され、
   前記化学エッチングを、フッ酸を含有した溶液を用いて前記ＡｌＡｓ剥離層を溶解する形で行なうことを特徴とする請求項５記載の発光素子の製造方法。
8. 前記第一Ａｕ系層と前記発光層部との間に、Ａｕ以外の金属元素を主成分とする反射金属層を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。

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