JP5196288B2 - 発光素子の製造方法及び発光素子 - Google Patents
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Description
この発明は発光素子の製造方法及び発光素子に関する。
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基板を剥離する一方、補強用の素子基板（導電性を有するもの：例えばＳｉ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。
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、剥離や反射率の低下といった不具合が生じやすい問題があった。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せた構造を有し、かつ、貼り合せ強度や反射率の低下などが生じにくい構造の発光素子の製造方法と、それにより得られる発光素子とを提供することにある。
上記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金属層を介して素子基板が結合され、該金属層の化合物半導体層との接合面が反射面を形成する発光素子の製造方法であって、
化合物半導体層の第二主表面に反射面を形成する主金属層を形成し、さらに該主金属層を覆う形でＡｕＳｎ系ろう材からなる第一ろう材層を配置し、
他方、素子基板の第一主表面にＡｕＳｎ系ろう材からなる第二ろう材層を配置し、
第一ろう材層と第二ろう材層とを重ね合わせ、その状態で加圧しつつＡｕＳｎ系ろう材の融点よりも高く主金属層の融点よりも低い温度にて貼り合わせ熱処理することにより、それら第一ろう材層と第二ろう材層とを結合して貼り合せ、
素子基板がＳｉ基板であり、
Ｓｉ基板と第二ろう材層との間に、前記Ｓｉ基板の第一主表面と前記第二ろう材層の第二主表面とが接する形で、接合合金化層が形成されていることを特徴とする。
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金属層を介して素子基板が結合され、該金属層の化合物半導体層との接合面が反射面を形成する発光素子の製造方法であって、
化合物半導体層の第二主表面に反射面を形成する主金属層を形成し、さらに該主金属層を覆う形でＡｕＳｎ系ろう材からなる第一ろう材層を配置し、
他方、素子基板の第一主表面にＡｕＳｎ系ろう材からなる第二ろう材層を配置し、
第一ろう材層と第二ろう材層とを重ね合わせ、その状態で加圧しつつＡｕＳｎ系ろう材の融点よりも高く主金属層の融点よりも低い温度にて貼り合わせ熱処理することにより、それら第一ろう材層と第二ろう材層とを結合して貼り合せ、
素子基板がＳｉ基板であり、
Ｓｉ基板と第二ろう材層との間に、前記Ｓｉ基板の第一主表面と前記第二ろう材層の第二主表面とが接する形で、接合合金化層が形成されていることを特徴とする。
また、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金属層を介して素子基板が結合され、該金属層の化合物半導体層との接合面が反射面を形成する発光素子であって、
化合物半導体層の第二主表面に反射面を形成する主金属層が形成され、さらに該主金属層を覆う形でＡｕＳｎ系ろう材からなる第一ろう材層が配置され、
他方、素子基板の第一主表面にＡｕＳｎ系ろう材からなる第二ろう材層が配置され、
第一ろう材層と第二ろう材層とが溶融形態で貼り合せ結合されてなり、
素子基板がＳｉ基板であり、
Ｓｉ基板と第二ろう材層との間に、前記Ｓｉ基板の第一主表面と前記第二ろう材層の第二主表面とが接する形で、接合合金化層が形成されていることを特徴とする。
化合物半導体層の第二主表面に反射面を形成する主金属層が形成され、さらに該主金属層を覆う形でＡｕＳｎ系ろう材からなる第一ろう材層が配置され、
他方、素子基板の第一主表面にＡｕＳｎ系ろう材からなる第二ろう材層が配置され、
第一ろう材層と第二ろう材層とが溶融形態で貼り合せ結合されてなり、
素子基板がＳｉ基板であり、
Ｓｉ基板と第二ろう材層との間に、前記Ｓｉ基板の第一主表面と前記第二ろう材層の第二主表面とが接する形で、接合合金化層が形成されていることを特徴とする。
なお、本発明においてＡｕＳｎ系ろう材は、Ａｕ又はＳｎの一方を主成分（５０質量％以上）とし、他方を最も質量含有率の高い副成分としてなるろう材のことをいう。
金属層を介してＳｉ基板と化合物半導体層とを貼り合わせる際には、均一な貼り合わせ状態を得るために、金属層を介して素子基板と化合物半導体層とを重ね合わせた積層体を加圧しながら貼り合わせ熱処理することが有効である。しかし、加圧力が過度に高くなると、薄い化合物半導体層に割れやクラックなどを生じやすくなり、製品歩留まりが低下する問題を生じやすくなる。しかし、上記のように、ＡｕＳｎ系ろう材からなる第一ろう材層と第二ろう材層とを重ね合わせ、その状態でＡｕＳｎ系ろう材の融点よりも高い温度に貼り合わせ熱処理温度を設定して貼り合わせを行なえば、それほど高い圧力を付与せずとも比較的低温で均一な貼り合わせ状態を得ることができ、製品歩留まりの向上に寄与する。
本発明にて採用可能な素子基板は特に種別は限定されないが、特に貼り合わせ面の平坦性等を確保しやすく、かつ比較的安価な導電性基板として、Ｓｉ基板を本発明に好適に採用できる。なお、Ｓｉ基板に代えて、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板あるいはＳｉＣ基板など、他の半導体基板を採用することも可能である。さらに、素子基板を発光素子通電経路として使用する必要がない場合は、ガラス基板や石英基板等の絶縁性基板を使用することも可能である。
素子基板としてＳｉ基板を採用する場合、第一ろう材層と第二ろう材層とを構成するＡｕＳｎろう材の融点を３６４℃未満とすることが望ましい。この場合、貼り合わせ熱処理温度を３６４℃よりも低温に設定することで、ＡｕＳｎ系ろう材のＡｕ成分とＳｉ基板のＳｉ成分との共晶反応が抑制され、貼り合わせ熱処理時にＳｉ基板側から主金属層にＳｉが湧き上がって反射率を低下させる不具合も防止できる。
なお、第一ろう材層と第二ろう材層との一方を融点３６４℃未満の低温ＡｕＳｎ系ろう材とし、他方を融点３６４℃以上の高温ＡｕＳｎ系ろう材として、貼り合わせ熱処理温度を、低温ＡｕＳｎ系ろう材の融点を超え高温ＡｕＳｎ系ろう材の融点未満に設定して貼り合せを行なうことも可能である。このようにすると、高温ＡｕＳｎ系ろう材側の溶融は抑制されるが、低温ＡｕＳｎ系ろう材の溶融により問題なく貼り合わを行なうことができる。特に、主金属層がＡｕ系層とされる場合は、第一ろう材層を融点３６４℃以上の高温ＡｕＳｎ系ろう材とすることで、貼り合せ時に主金属層に接する側の第一ろう材層の溶融が抑制され、主金属層のろう材食われを抑制することができる。
融点を３６４℃未満に設定したい場合、ＡｕＳｎ系ろう材は、例えば、Ａｕを主成分（５０質量％以上）としてＳｎを１６質量％超２７質量％未満にて含有するものを使用することができる。Ｓｎの含有量が１６質量％以下になるか２７質量％以上になると、いずれもＡｕＳｎ系ろう材の融点がＡｕ−Ｓｉ共晶温度である３６４℃以上となり、ＡｕＳｎ系ろう材の溶融を前提とする貼り合わせ熱処理温度を該３６４℃未満に設定できなくなる場合がある。なお、ＡｕＳｎ系ろう材は、Ｓｎを主成分（５０質量％以上）とするものであってもよく、Ａｕ、Ｓｎ以外に、ＡｕＳｎ系ろう材の更なる低融点化のために、Ｐｂ、Ｇａ、Ｂｉなどの副成分を含有することも可能である。なお、前述のごとく、第一ろう材層と第二ろう材層との一方を融点３６４℃以上の高温ＡｕＳｎ系ろう材とする場合は、例えばＳｎを１０質量％以上１６質量％以下、あるいは２７質量％以上３５質量％以下の組成範囲に調整するとよい（残部Ａｕ）。
ＡｕＳｎ系ろう材をＡｕ−Ｓｎ二元系合金として上記組成を採用する場合、貼り合わせ熱処理は、望ましくは（ＡｕＳｎ系ろう材の融点以上であって）２８０℃以上３６０℃以下にて行なうのがよい。貼り合わせ熱処理温度が２８０℃未満では、上記組成のＡｕＳｎ系ろう材を溶融させることが不能となる。また、貼り合わせ熱処理温度を３６０℃以下とすることで、ＡｕＳｎ系ろう材へのＳｉ基板からのＳｉ拡散をより効果的に抑制できる。
主金属層は、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌのいずれかを９５質量％以上含有するものとすることで、ＡｕＳｎ系ろう材によるＳｉ拡散ブロック効果とも相俟って、反射率の非常に良好な反射面が得られ、得られる発光素子の光取出効率向上に寄与する。
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、素子基板としてｎ型Ｓｉ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。発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−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（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−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（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−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、金属層１０側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。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。
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、素子基板としてｎ型Ｓｉ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。発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−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（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−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（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−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、金属層１０側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。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。
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。発光層部２４と電流拡散層２０とが化合物半導体層５０を形成する。
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１５がＡｕ電極である場合、金属電極１５とＳｉ単結晶基板７との間には基板側接合合金化層として、ＡｕＳｂ合金とＳｉとを合金化したＡｕＳｂ接合合金化層１６が介挿される。なお、接合合金化層はＳｉ基板との合金化により接触抵抗低減が可能なものであれば、特に材質は限定されない。例えば、Ｓｉ基板としてｐ型Ｓｉ基板を用いることも可能であるし、この場合は、Ａｌ又はＡｌ合金からなる接合合金化層等を用いるのがよい。また、ｎ型Ｓｉ基板を用いる場合も、接合合金化層の材質はＡｕＳｂ合金に限られるものではない。
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１００μｍ以上５００μｍ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。金属層１０は、本実施形態では後述のＡｕＳｎ系ろう材層１０ｓと主金属層１０ｃとからなる。
発光層部２４と金属層１０との間には、発光層部側接合合金化層としてＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３２（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％、残部ＡｕよりなるＡｕＧｅＮｉ接合金属層を発光層部２４側の化合物半導体と合金化したものである）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接合合金化層３２は、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。また、Ｓｉ単結晶基板７と金属層１０との間には、Ｓｉ単結晶基板７の第一主表面と接する形で、基板側接合合金化層としてのＡｕＳｂ接合合金化層３１（例えばＳｂ：５質量％、残部ＡｕよりなるＡｕＳｂ合金を、基板７をなすＳｉと合金化したものである）が形成されている。ここでも、接合合金化層の材質はＡｕＳｂ合金に限られるものではない。
そして、該ＡｕＳｂ接合合金化層３１の全面が、金属層１０の一部をなすＡｕＳｎ系ろう材層１０ｓにより覆われている。該ＡｕＳｎ系ろう材層１０ｓは、Ａｕを主成分としてＳｎを１６質量％超２７質量％未満の範囲にて含有するものであり、厚さは５０ｎｍ以上５μｍ以下である（本実施形態ではＡｕ−Ｓｎ二元合金（Ｓｎ含有量：例えば２０質量％）、厚さは６００ｎｍ）である。そして、該ＡｕＳｎ系ろう材層１０ｓの全面を覆う形で、これと接するように主金属層１０ｃ（金属層１０の一部をなすものである）が配置されている。ＡｕＳｎ系ろう材層１０ｓは、主金属層１０ｃ及びＳｉ基板７側の接合合金化層３１とそれぞれ接して配置されている。このＡｕＳｎ系ろう材層１０ｓは、後述のごとく、第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２とが溶融形態で一体化したものである。
主金属層１０ｃはＡｕ、Ａｇ又はＡｌを主成分とする金属、具体的には、Ａｕ、Ａｇ又はＡｌの含有率が９５質量％以上の金属からなる。該主金属層１０ｃは反射面を形成し、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１０ｃによる反射光が重畳される形で取り出される。本実施形態において主金属層１０ｃ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Ａｕ系主金属層とされている。主金属層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、主金属層１０ｃの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１０μｍ程度）。
なお、Ｓｉ単結晶基板７と金属層１０との間、及びＳｉ単結晶基板７と裏面側の電極１５との間に設けられる接合合金化層３１，１６は、前述のごとくＡｕＳｂ合金に限られず、例えばＡｕＳｎ合金で構成することもできる。特に、金属層１０との間の接合合金化層３１をＡｕＳｎ合金で構成した場合、接合合金化層３１自体がＳｉ単結晶基板７側から金属層１０側へのＳｉ拡散を抑制する機能を発揮する場合がある。この場合、ＡｕＳｎ合金からなる接合合金化層３１とは別に、上記のようにＡｕＳｎろう材層１０ｓを設けることで、金属層１０側へのＳｉ拡散抑制効果がさらに改善されることとなる。
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。
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、接合合金化層３２を形成済みの発光層部２４を覆うように主金属層１０ｃを形成し、さらに該主金属層１０ｃを覆う形でＡｕＳｎ系ろう材からなる第一ろう材層１０ｓ１を蒸着ないしスパッタ等により形成する。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、例えばＡｕＳｂ接合金属層を形成し、１００℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、ＡｕＳｂ接合合金化層３１，１６とする。そして、ＡｕＳｂ接合合金化層３１上には、ＡｕＳｎ系ろう材からなる第二ろう材層１０ｓ２を蒸着ないしスパッタ等により形成する（第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２とは、いずれも融点３６４℃以下の同一組成のＡｕＳｎ二元系合金（Ｓｎ含有量：例えば２０質量％）からなる。また、各厚さは６００ｎｍである）。また、ＡｕＳｂ接合合金化層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。
そして、工程４に示すように、第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２とを重ね合わせて圧迫して、ろう材の融点以上であって温度３６４℃未満、望ましくは２８０℃以上３６０℃以下、例えば３００℃にて貼り合せ熱処理する。Ｓｉ単結晶基板７は、第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２とを介して発光層部２４に貼り合わせられる。また、第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２とは上記貼り合せ熱処理により一体化してＡｕＳｎ系ろう材層１０ｓとなる。
Ａｕ−Ｓｎ二元系ろう材の場合、Ｓｎ含有率が１６質量％超２７質量％未満の範囲で、融点がＡｕ−Ｓｉ二元共晶温度である３６４℃未満となり、Ｓｉ基板からのろう材中へのＳｉの拡散を抑制しつつ第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２とを溶融させて貼り合わせを行なうことが可能となり、低温・低圧で均一な貼り合わせ状態を容易に実現することができる。また、Ｓｉ単結晶基板７から主金属層１０ｃに向けたＳｉ成分の拡散が上記ＡｕＳｎ系ろう材層１０ｓによりブロックされ、主金属層１０ｃ側へのＳｉ成分の染み出しが効果的に阻止される。その結果、最終的に得られる主金属層１０ｃの反射面が、Ｓｉ成分拡散により汚染される不具合が防止される。
他方、ろう材が上記ＡｕＳｎ系ろう材でない場合は、第二ろう材層１０ｓ２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接合合金化金属層３１を突き抜けてＳｉが拡散し、第二ろう材層１０ｓ２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、第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２との貼り合わせが著しく阻害される場合がある。しかし、上記のようにろう材層をＡｕＳｎ系ろう材層とすることで、第二ろう材層１０ｓ２の形成時においても、その熱履歴による該Ｓｉの湧き上がりひいては酸化が効果的に阻止され、第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２とによる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。
また、上記工程では、第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２とを溶融させて貼り合せを行なうので、貼り合わせの加圧力は、５ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下で十分である。貼り合わせの加圧力をこのように低減できることで、貼り合せ処理時の発光層部２４への割れやクラックの発生、特に、主金属層１０ｃと発光層部２４との間に配置される散点状の接合金属層３２の周囲にクラックが発生する不具合を効果的に抑制でき、良好な発光特性を長期間にわたって維持することができる。
次に、工程５に進み、上記基板貼り合わせ体を、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単結晶基板７との積層体から剥離・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の剥離により露出した電流拡散層２０の第一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。
なお、第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２との一方を融点３６４℃未満の低温ＡｕＳｎ系ろう材とし、他方を融点３６４℃以上の高温ＡｕＳｎ系ろう材として、貼り合わせ熱処理温度を、低温ＡｕＳｎ系ろう材の融点を超え高温ＡｕＳｎ系ろう材の融点未満に設定して貼り合せを行なうことも可能である。得られる発光素子のＡｕＳｎ系ろう材層１０ｓは、第一ろう材層１０ｓ１と第二ろう材層１０ｓ２とが組成の異なるろう材層として識別されるが、その一方が溶融して貼り合された形態となることに変わりはない。
特に、第一ろう材層１０ｓ１を融点３６４℃以上の高温ＡｕＳｎ系ろう材とすることで、貼り合せ時に主金属層１０ｃに接する側の高温ＡｕＳｎ系ろう材からなる第一ろう材層１０ｓ１の溶融が抑制され、主金属層１０ｃのろう材食われを抑制することができる。高温ＡｕＳｎ系ろう材は、Ｓｎを１０質量％以上１６質量％以下、あるいは２７質量％以上３５質量％以下のいずれかの範囲で含有するＡｕ−Ｓｎ二元系ろう材で構成できる。特に、Ｓｎを２７質量％以上３５質量％以下(例えば３０質量％）を含有するものを用いれば、ろう材中のＡｕ含有量を低減でき、低コスト化を図ることができる。
また、素子基板は、Ｓｉ基板７に代えて、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板あるいはＳｉＣ基板など、他の半導体基板を採用することも可能である。さらに、素子基板を発光素子通電経路として使用する必要がない場合は、ガラス基板や石英基板等の絶縁性基板を使用することも可能である。
１ ＧａＡｓ単結晶基板（発光層成長用基板）
４ ｎ型クラッド層
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層
７ Ｓｉ単結晶基板（素子基板）
９ 金属電極
１０ 金属層
１０ｃ 主金属層
１０ｓ ＡｕＳｎ系ろう材層
１０ｓ１ 第一ろう材層
１０ｓ２ 第二ろう材層
２４ 発光層部
１００ 発光素子
４ ｎ型クラッド層
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層
７ Ｓｉ単結晶基板（素子基板）
９ 金属電極
１０ 金属層
１０ｃ 主金属層
１０ｓ ＡｕＳｎ系ろう材層
１０ｓ１ 第一ろう材層
１０ｓ２ 第二ろう材層
２４ 発光層部
１００ 発光素子
Claims (7)
- 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金属層を介して素子基板が結合され、該金属層の前記化合物半導体層との接合面が反射面を形成する発光素子の製造方法であって、
前記化合物半導体層の第二主表面に前記反射面を形成する主金属層を形成し、さらに該主金属層を覆う形でＡｕＳｎ系ろう材からなる第一ろう材層を配置し、
他方、前記素子基板の第一主表面にＡｕＳｎ系ろう材からなる第二ろう材層を配置し、
前記第一ろう材層と前記第二ろう材層とを重ね合わせ、その状態で加圧しつつ前記ＡｕＳｎ系ろう材の融点よりも高く前記主金属層の融点よりも低い温度にて貼り合わせ熱処理することにより、それら前記第一ろう材層と前記第二ろう材層とを結合して貼り合せ、
前記素子基板がＳｉ基板であり、
前記Ｓｉ基板と前記第二ろう材層との間に、前記Ｓｉ基板の第一主表面と前記第二ろう材層の第二主表面とが接する形で、接合合金化層が形成されていることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記第一ろう材層と前記第二ろう材層とを構成するＡｕＳｎ系ろう材の融点がいずれも３６４℃未満である請求項１記載の発光素子の製造方法。
- 前記ＡｕＳｎ系ろう材は、Ａｕを主成分としてＳｎを１６質量％超２７質量％未満にて含有するものを使用する請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
- 前記ＡｕＳｎ系ろう材はＡｕ−Ｓｎ二元合金からなり、前記貼り合わせ熱処理を２８０℃以上３６０℃以下にて行なう請求項３に記載の発光素子の製造方法。
- 前記主金属層は、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌのいずれかを９５質量％以上含有するものを使用する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
- 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金属層を介して素子基板が結合され、該金属層の前記化合物半導体層との接合面が反射面を形成する発光素子であって、
前記化合物半導体層の第二主表面に前記反射面を形成する主金属層が形成され、さらに該主金属層を覆う形でＡｕＳｎ系ろう材からなる第一ろう材層が配置され、
他方、前記素子基板の第一主表面にＡｕＳｎ系ろう材からなる第二ろう材層が配置され、
前記第一ろう材層と前記第二ろう材層とが溶融形態で貼り合せ結合されてなり、
前記素子基板がＳｉ基板であり、
前記Ｓｉ基板と前記第二ろう材層との間に、前記Ｓｉ基板の第一主表面と前記第二ろう材層の第二主表面とが接する形で、接合合金化層が形成されていることを特徴とする発光素子。 - 前記ＡｕＳｎ系ろう材は、Ａｕを主成分としてＳｎを１６質量％超２７質量％未満にて含有するものである請求項６に記載の発光素子。
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