(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に溝部を形成した基板と、
前記基板の前記溝部が形成された表面上に形成された第１金属層と、
前記第１金属層上に形成された第２金属層と、
前記第２金属層上に形成され、発光層を含む半導体層と
を備え、
前記溝部の前記第１金属層と前記第２金属層との間にはエアギャップが存在することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１金属層の表面は、前記溝部が形成された前記基板の前記表面の形状を反映した凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第２金属層の前記第１金属層側の表面は平面状であり、
前記第１金属層の前記凸部と前記第２金属層との接触面において接着されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１金属層および前記第２金属層は、熱圧着されていることを特徴とする請求項１〜３の内、いずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記溝部の幅は、１０μｍ以上約６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の内、いずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記溝部の深さは、前記溝部の幅以下であることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記溝部は、隣り合う複数の溝部からなり、前記隣り合う溝部の間隔は、１００μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする請求項１〜６の内、いずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記溝部のパターン形状は、ストライプ状、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状を含むことを特徴とする請求項１〜７の内、いずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記基板は、不透明な材料からなることを特徴とする請求項１〜８の内、いずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記基板は、ＧａＡｓまたはＳｉからなることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記基板は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、またはＧａＮを含むことを特徴とする請求項１〜８の内、いずれか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、金属反射層を備える発光ダイオードと不透明基板層をウェハボンディング技術によって、貼り付けて形成することを特徴とする半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を高輝度化するために、光の反射層として、基板と、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）層からなる活性層との間に金属反射層を形成する構造が提案されている。このような金属反射層を形成する方法として、例えば、発光ダイオード層の基板のウェハボンディング（貼付け）技術が開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
特許文献１および特許文献２は、所望の機械的特性と透光性を有する発光ダイオードを製造することができ、かつ透明層と成長層との境界面の抵抗率を最小限にすることができる発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とし、一時的成長基板上に発光ダイオード層を順次成長させ、比較的薄い層の発光ダイオード構造を形成後、一時的成長基板を除去し、一時的成長基板に代えてその位置に下層の緩衝層となる発光ダイオード層に導電性、透光性基板をウェハボンディングして発光ダイオードを製造することを特徴とする。特許文献１および特許文献２においては、貼付けに用いる基板にはＧａＰやサファイア等の透明なものを適用している。
【０００４】
図２４乃至図２６は、ウェハボンディング技術により形成した従来の半導体発光素子の模式的断面構造を示す。
【０００５】
例えば、従来の半導体発光素子は、図２４に示すように、ＧａＡｓ基板１５上に配置されたＡｕ-Ｓｎ合金層１４と、Ａｕ-Ｓｎ合金層１４上に配置されたバリアメタル層１３と、バリアメタル層１３上に配置されたｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されたＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されたｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されたウィンドウ層７とを備える。
【０００６】
図２４に示す従来の半導体発光素子は、貼付けに使われる金属は、Ａｕ−Ｓｎ合金である。このＡｕ−Ｓｎ合金は融点が低いため、低温でＬＥＤを構成するエピタキシャル成長層側のＡｕ−Ｓｎ合金とＧａＡｓ基板１５側のＡｕ−Ｓｎ合金が溶け、貼り付けることができる。
【０００７】
しかし、Ａｕ−Ｓｎ合金層１４を使用する場合、Ｓｎの熱拡散が起こるため、Ｓｎの拡散を防ぐために、図２４に示すように、バリアメタル層１３を入れる必要がある。また、Ａｕ−Ｓｎ合金層１４は光の反射率が悪いという問題点がある。
【０００８】
例えば、従来の別の半導体発光素子は、図２５に示すように、ＧａＡｓ基板１５上に配置された金属反射層１６と、金属反射層１６上に配置されたｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されたＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されたｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されたウィンドウ層７とを備える。図２５に示す従来の半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板１５を貼り付けて作った金属反射層１６では、金属と半導体との界面で光の吸収が起こり、効率よく光を反射することができないという問題点がある。すなわち、ｐ型クラッド層１０と金属反射層１６の界面で光の吸収が起こるという問題点がある。
【０００９】
半導体発光素子（ＬＥＤ）を高輝度化するには、光の反射層としてＧａＡｓ基板と活性層（ＭＱＷ）の間に分布ブラック反射（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）層を入れる方法もある。ＤＢＲを入れない構造のＬＥＤでは、ＭＱＷ層で発光した光がＧａＡｓ基板に吸収されてしまうために暗くなる。そのため、ＧａＡｓ基板を用いるＬＥＤを高輝度化するために、光の反射層としてＤＢＲが用いられている。
【００１０】
すなわち、従来の更に別の半導体発光素子は、図２６に示すように、ＧａＡｓ基板１５上に配置されたＤＢＲ層１９と、ＤＢＲ層１９上に配置されたｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されたＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されたｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されたウィンドウ層７とを備える。図２６に示す従来の半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板１５とＭＱＷ層９との間に光の反射層としてＤＢＲ層１９を用いているが、ＤＢＲ層１９はある一方向から入射した光のみ反射し、入射角が変わるとＤＢＲは光を反射せず、それ以外の角度から入射した光はＤＢＲ層１９で反射せず透過してしまうという問題点がある。そのため、透過した光はＧａＡｓ基板１５に吸収されてしまい、半導体発光素子（ＬＥＤ）の発光輝度が低下するという問題点がある。
【００１１】
ウェハボンディング技術により形成した従来の半導体発光素子は、貼付けに使われる金属としてＡｕ−Ｓｎ合金層を使用する場合、Ｓｎの熱拡散を防ぐために、バリアメタル層を入れる必要がある。また、Ａｕ−Ｓｎ合金層は光の反射率が悪い。
【００１２】
また、基板を貼り付けることによって金属反射層を形成したとしても、金属と半導体の界面で光の吸収が起こり、効率よく光を反射することができない。
【００１３】
また、反射層としてＤＢＲ層を用いている場合、ＤＢＲ層はある一方向から入射した光のみ反射し、入射角が変わるとＤＢＲ層で反射せず透過してしまい、ＧａＡｓ基板に吸収されてしまい、ＬＥＤの発光輝度が低下する。
【００１４】
さらに、ウェハボンディング技術により形成した従来の半導体発光素子は、半導体基板、絶縁膜、金属層を貼り付ける時に、熱膨張係数の違いや、密着性の問題があるために、高温にすると剥がれるという問題がある。
【００１５】
さらに、ウェハボンディング技術の代りに、接着剤を用いて、半導体発光素子の積層体と半導体基板を貼り付ける半導体発光素子およびその製造構造についても開示されている（たとえば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平６−３０２８５７号公報
【特許文献２】米国特許第５，３７６，５８０号明細書
【特許文献３】特開２００５−２２３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、ＧａＡｓやＳｉ等の不透明な半導体基板を用いて、ウェハボンディング技術を用いて、基板の貼付けを密着性良く行い、金属反射層を形成して高輝度の半導体発光素子を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の目的は、光の反射層にＤＢＲではなく、金属層を用いて、あらゆる角度の光を反射させることが可能となり、高輝度の半導体発光素子提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、表面に溝部を形成した基板と、前記基板の前記溝部が形成された表面上に形成された第１金属層と、前記第１金属層上に形成された第２金属層と、前記第２金属層上に形成され、発光層を含む半導体層とを備え、前記溝部の前記第１金属層と前記第２金属層との間にはエアギャップが存在することを特徴とする半導体発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半導体発光素子によれば、Ａｕ−Ｓｎ合金層によるＳｎ拡散の問題を解決するために、Ａｕからなる金属層を用いて、エピタキシャル成長層と半導体基板を、ウェハボンディング技術を用いて密着性良く貼り付けることにより、バリアメタルが不要となり、Ａｕからなる金属層を用いることで光の反射率の良い金属反射層をＬＥＤ側の構造に形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【００２１】
本発明の半導体発光素子によれば、ＧａＡｓ基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、ＧａＡｓ基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、ＬＥＤを高輝度化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法の原理説明図であって、（ａ）ＧａＡｓ基板の模式的断面構造図、（ｂ）ウェハボンディング後模式的断面構造図、（ｃ）チップ化後の模式的断面構造図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるｐ型ＧａＡｓ基板の模式的断面構造図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるｎ型ＧａＡｓ基板の模式的断面構造図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図７】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＧａＡｓ基板の模式的断面構造図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＳｉ基板の模式的断面構造図。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造図。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの別の模式的平面パターン構造図。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図１７】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図２１】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図２２】本発明の第４の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図２３】本発明の第４の実施の形態の別の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図２４】従来の半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図２５】従来の半導体発光素子の別の模式的断面構造図。
【図２６】従来の半導体発光素子の更に別の模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２４】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２５】
[第１の実施の形態] 
（素子構造）
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法の原理説明図である。図１（ａ）は、ＧａＡｓ基板の模式的断面構造図を示す。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ基板は、図１（ａ）に示すように、ｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ層（３、６）と、ピッチＬ，幅Ｗを有するストライプ状の溝が形成されたｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ層（３、６）の表面に配置された金属層１とを備える。ストライプ溝の幅Ｗは、例えば約１０μｍ，約３０μｍ，或いは約６０μｍ程度であり、ピッチＬは、例えば約１００μｍ，２００μｍ，４１０μｍ，１０００μｍ，或いは２０００μｍ程度である。尚、溝部は、ストライプ形状に限定されるものではなく、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状などであってもよい。また、溝部の深さは、ストライプの幅Ｗと同程度若しくは、浅く形成される。
【００２７】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したＧａＡｓ基板と、ＬＥＤをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した半導体発光素子の模式的断面構造を示す。ＬＥＤ側は、例えばエピタキシャル成長によって形成されたｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に形成された金属層１２で示されており、その他の活性層などは図示を省略している。ＧａＡｓ層（３，６）の表面に配置された金属層１を用いて、ＧａＡｓ基板と、ＬＥＤを貼り付けるとともに、溝部の金属層１と金属層１２との間にはエアギャップ（空隙）４０が存在する。
【００２８】
すなわち、このような溝部をＧａＡｓ基板表面に形成することによって、ＬＥＤをウェハボンディング技術によってＧａＡｓ基板に貼り付ける時に、空気の逃げ道を作り、さらに高温加熱時の熱膨張で生じる応力を緩和させることができる。結果として、半導体基板、絶縁膜、金属層の熱膨張係数の違いによる各層間の剥がれを防止することができる。
【００２９】
図１（ｃ）は、さらにチップ化後の模式的断面構造図を示す。ｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ基板の表面に形成したストライプ状の溝部に形成されたエアギャップ４０が完成したチップ内に含まれている。ピッチＬが大きい場合には、エアギャップ４０が完成したチップ内に含まれない場合もある。
【００３０】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＧａＡｓ基板の導電型としては、ｐ型、ｎ型のいずれにおいても適用可能である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるｐ型ＧａＡｓ基板の模式的断面構造を示し、図３は、ｎ型ＧａＡｓ基板の模式的断面構造を示す。また、図４は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造を示す。
【００３１】
図５は、図２乃至図３に示したｐ型乃至ｎ型ＧａＡｓ基板と、図４に示したＬＥＤをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造を示す。
【００３２】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるｐ型ＧａＡｓ基板は、図２に示すように、表面に複数の溝部を形成したｐ型ＧａＡｓ層３と、ｐ型ＧａＡｓ層３の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層２と、金属バッファ層２上に配置された金属層１と、ｐ型ＧａＡｓ層３の裏面に配置された金属バッファ層４と、金属バッファ層４のｐ型ＧａＡｓ層３と反対側の表面に配置された金属層５とを備える。
【００３３】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるｎ型ＧａＡｓ基板は、図３に示すように、表面に複数の溝部を形成したｎ型ＧａＡｓ層６と、ｎ型ＧａＡｓ層６の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層２と、金属バッファ層２上に配置された金属層１と、ｎ型ＧａＡｓ層６の裏面に配置された金属バッファ層４と、金属バッファ層４のｎ型ＧａＡｓ層６と反対側の表面に配置された金属層５とを備える。
【００３４】
図２の構造において、金属層１、５はいずれもＡｕ層によって形成され、金属バッファ層２、４は、ｐ型ＧａＡｓ層３とコンタクトを取るために、例えばＡｕＢｅ層によって形成可能である。また、図３の構造において、金属層１、５はいずれもＡｕ層によって形成され、金属バッファ層２、４は、ｎ型ＧａＡｓ層６とコンタクトを取るために、例えばＡｕＧｅ層によって形成可能である。
【００３５】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造は、図４に示すように、金属層１２と、金属層１２上に配置される金属コンタクト層１１と、金属コンタクト層１１上に配置されるｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されるＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されるｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されるウィンドウ層７を備える。
【００３６】
図４の構造において、金属層１２は、例えばＡｕ層で形成される。また、金属コンタクト層は、例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成される。ｐ型クラッド層１０は、例えばＡｌＧａＡｓ層若しくは導電型をｐ-型とするＡｌＧａＡｓ層と導電型をｐ+型とするＡｌＧａＡｓ層との多層構造によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ＭＱＷ層９は、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ層からなるヘテロ接合ペアを約１００ペア積層した多重量子井戸構造からなり、厚さは、例えば約１．６μｍ程度に形成される。ｎ型クラッド層８は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ウィンドウ層７は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＡｓ層からなり、全体の厚さは、約０．９５μｍ程度である。
【００３７】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図５に示すように、図２乃至図３に示したｐ型乃至ｎ型ＧａＡｓ基板と、図４に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【００３８】
すなわち、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図５に示すように、表面に複数の溝部を形成したｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）と、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層２と、金属バッファ層２上に配置された金属層１と、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の裏面に配置された金属バッファ層４と、金属バッファ層４のｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）と反対側の表面に配置された金属層５とを備えるｐ（ｎ）型ＧａＡｓ基板構造と、当該ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ基板上に配置され、金属層１２と、金属層１２上に配置される金属コンタクト層１１と、金属コンタクト層１１上に配置されるｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されるＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されるｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されるウィンドウ層７を備えるＬＥＤ構造とから構成される。
【００３９】
Ａｕ−Ｓｎ合金層からのＳｎ拡散の問題点を解決するために、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の表面に配置された金属層１および金属層１２を用いて、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けると共に、溝部の第１金属層１と金属層１２との間にはエアギャップ４０が存在することにより、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の表面に配置された金属層１と金属層１２との密着性を良好に保つことができ、バリアメタルが不要で、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。
【００４０】
金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１２によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、ｐ型クラッド層１０と、金属層１２との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は金属層１２とｐ型クラッド層１０とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１２とｐ型クラッド層１０との界面に介在し、ミラー面の一部を形成している。
【００４１】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図５に示すように、金属層１および金属層１２をともにＡｕ層によって形成することで、ＧａＡｓ基板側の金属層１とエピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造側の金属層１２を熱圧着によって貼り付けることができる。
【００４２】
貼付けの条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。エアギャップ４０を設けたことにより、金属層１と金属層１２の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。上記熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ４０を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層１と金属層１２の接触面積に加圧されることになり、金属層１と金属層１２の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けるに際して、エアギャップ４０が存在することにより、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の表面に配置された金属層１と金属層１２との密着性を良好に保つことができる。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてＧａＡｓ基板構造とＬＥＤ構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつ、Ａｕからなる金属層１２を用いることで光の反射率の良い金属反射層をＬＥＤ側の構造に形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【００４４】
[第２の実施の形態]
（素子構造）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造を示す。また、図７は、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造を示す。
【００４５】
図８は、ｐ型乃至ｎ型ＧａＡｓ基板１５と、図７に示したＬＥＤをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造を示す。尚、図８において、ＧａＡｓ基板１５上に配置される、例えばＡｕ層からなる金属層は、図示を省略している。或いはまた、ＧａＡｓ基板１５上にはＡｕ層などの金属層を配置せず、金属層１２のみでＧａＡｓ基板１５とＬＥＤ構造を貼り付けることも可能である。
【００４６】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤは、図６に示すように、金属層１２と、金属層１２上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置されるｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されるＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されるｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されるウィンドウ層７を備える。
【００４７】
図６の構造において、金属層１２は、例えばＡｕ層で形成され、例えば厚さは約２．５〜５μｍ程度である。また、金属コンタクト層１１は、例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成され、例えば厚さは、絶縁層１７と同程度であり、約４５０ｎｍ程度である。絶縁層１７は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。ｐ型クラッド層１０は、例えばＡｌＧａＡｓ層若しくは導電型をｐ-型とするＡｌＧａＡｓ層と導電型をｐ+型とするＡｌＧａＡｓ層との多層構造によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ＭＱＷ層９は、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ層からなるヘテロ接合ペアを約１００ペア積層した多重量子井戸構造からなり、厚さは、例えば約１．６μｍ程度に形成される。ｎ型クラッド層８は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ウィンドウ層７は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＡｓ層からなり、全体の厚さは、約０．９５μｍ程度である。
【００４８】
（第２の実施の形態の変形例）
本発明の第２の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤは、図７に示すように、金属層１２と、金属層１２上に配置される金属バッファ層１８と、金属バッファ層１８上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置されるｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されるＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されるｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されるウィンドウ層７を備える。
【００４９】
図７の構造において、金属バッファ層１８は、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ若しくはＷ層で形成される。Ａｕ層からなる金属層１２は青色光、紫外光を吸収するため、このような短波長側の光を反射するためには、Ａｇ、Ａｌなどからなる金属バッファ層１８を備えることが望ましい。図７の構造において、金属バッファ層１８以外の各層は、図６の構造と同様に形成されるため、説明を省略する。
【００５０】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子は、図８に示すように、図６乃至図７に示したＬＥＤ構造と、ＧａＡｓ基板１５をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【００５１】
すなわち、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子は、図８に示すように、ＧａＡｓ基板１５と、ＧａＡｓ基板１５上に配置される金属層１２と、金属層１２上に配置される金属バッファ層１８と、金属バッファ層１８上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置されるｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されるＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されるｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されるウィンドウ層７を備えるＬＥＤ構造とから構成される。
【００５２】
金属層１２を用いて、ＧａＡｓ基板１５と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けることにより、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１２によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と、金属層１２若しくは金属バッファ層１８との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は、金属層１２若しくは金属バッファ層１８とｐ型クラッド層１０とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１２とｐ型クラッド層１０との界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【００５３】
金属コンタクト層１１のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、金属コンタクト層１１のパターン幅が狭い場合には、金属コンタクト層１１の面積抵抗が増大し、ＬＥＤの順方向電圧Ｖfが上昇するため、最適なパターン幅およびパターン構造が存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形を基本とするドットパターン構造が存在する。これらのパターン形状については、第４の実施の形態に関連して、図１４および図１５において説明する。
【００５４】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子は、図５に示すように、ＧａＡｓ基板上に配置される金属層、およびＬＥＤ側に配置される金属層１２をともにＡｕ層によって形成することで、ＧａＡｓ基板側の金属層（図示省略）とエピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造側の金属層１２を熱圧着によって貼り付けることができる。
【００５５】
貼付けの条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。
【００５６】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、金属反射層となる金属層１２若しくは金属バッファ層１８と、ｐ型クラッド層１０などの半導体層との間に透明な絶縁層１７を形成することにより、ｐ型クラッド層１０などの半導体層と金属層１２との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができる。
【００５７】
透明な絶縁層１７をパターニング形成し、オーミックをとるために、ＡｕＢｅなどからなる金属コンタクト層１１をリフトオフによって蒸着する。
【００５８】
その後、絶縁層１７の上にＧａＡｓ基板１５と貼付けるために用いるＡｕ層を蒸着し、金属層１２を形成する。
【００５９】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、金属反射層と半導体層との間に透明な絶縁層１７を介在させることにより、ｐ型クラッド層１０などの半導体層と金属層１２との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【００６０】
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、絶縁層１７と金属層１２との間に、ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層１８を形成することで、Ａｕでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができ、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【００６１】
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ｐ型クラッド層と金属反射層の界面において光が吸収されないため、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【００６２】
[第３の実施の形態]
（素子構造）
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＧａＡｓ基板の模式的断面構造を示す。また、図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造を示す。
【００６３】
図１１は、図９に示した金属層２０を備えるＧａＡｓ基板１５と、図１０に示したＬＥＤをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造を示す。
【００６４】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ基板構造は、図９に示すように、表面に複数の溝部を形成したＧａＡｓ基板１５と、ＧａＡｓ基板１５の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属層２０を備える。
【００６５】
図９の構造において、金属層２０は、例えばＡｕ層によって形成される。
【００６６】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造は、図１０に示すように、金属層１２と、金属層１２上に配置されるｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されるＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されるｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されるウィンドウ層７を備える。
【００６７】
図１０の構造において、金属層１２は、例えばＡｕ層で形成され、厚さは例えば、約１μｍ程度である。また、ｐ型クラッド層１０は、例えばＡｌＧａＡｓ層若しくは導電型をｐ-型とするＡｌＧａＡｓ層と導電型をｐ+型とするＡｌＧａＡｓ層との多層構造によって形成され、全体の厚さは、例えば約０．１μｍ程度に形成される。ＭＱＷ層９は、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ層からなるヘテロ接合ペアを約８０〜１００ペア積層した多重量子井戸構造からなり、全体の厚さは、例えば約１．６μｍ程度に形成される。ｎ型クラッド層８は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ウィンドウ層７は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＡｓ層からなり、全体の全体の厚さは、約０．９５μｍ程度である。
【００６８】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１１に示すように、図９に示したｐ型乃至ｎ型ＧａＡｓ基板と、図１０に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【００６９】
すなわち、本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１１に示すように、表面に複数の溝部を形成したＧａＡｓ基板１５と、ＧａＡｓ基板１５の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属層２０とを備えるＧａＡｓ基板構造と、当該ＧａＡｓ基板構造上に配置され、金属層１２と、金属層１２上に配置されるｐ型クラッド層１０と、ｐ型クラッド層１０上に配置されるＭＱＷ層９と、ＭＱＷ層９上に配置されるｎ型クラッド層８と、ｎ型クラッド層８上に配置されるウィンドウ層７を備えるＬＥＤ構造とから構成される。
【００７０】
金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１２によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、ｐ型クラッド層１０と、金属層１２との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。
【００７１】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１１に示すように、金属層２０および金属層１２をともにＡｕ層によって形成することで、ＧａＡｓ基板側の金属層２０とエピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造側の金属層１２を熱圧着によって貼り付けると共に、溝部の金属層２０と金属層１２との間には、エアギャップ４０が存在する。
【００７２】
貼付けの条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。エアギャップ４０を設けたことにより、金属層２０と金属層１２の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。上記熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ４０を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層２０と金属層１２の接触面積に加圧されることになり、金属層２０と金属層１２の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、ＧａＡｓ基板と、ＬＥＤ構造を貼り付けるに際して、エアギャップ４０が存在することにより、ＧａＡｓ基板の表面に配置された金属層２０と金属層１２との密着性を良好に保つことができる。
【００７３】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、金属層２０と金属層１２との密着性を良好に保ちつつ、ＧａＡｓ基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、ＧａＡｓ基板への吸収を防ぐようにした点に特徴を有する。貼付ける半導体基板の材料としては、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの不透明な半導体基板材料を用いる。
【００７４】
ＧａＡｓ基板１５側の金属層２０としてＡｕ層を用い、エピタキシャル成長層を備えるＬＥＤ側の金属層１２としてもＡｕ層を用い、金属層２０と金属層１２を結合させ、結合に用いた金属層１２を金属反射層として光の反射層とする。
【００７５】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、ウェハボンディング技術を用いてＧａＡｓ基板構造とＬＥＤ構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつＧａＡｓ基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、ＧａＡｓ基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、ＬＥＤを高輝度化することができる。
【００７６】
[第４の実施の形態]
（素子構造）
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるシリコン基板の模式的断面構造を示す。また、図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的断面構造を示す。図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造を示し、図１５は、別の模式的平面パターン構造を示す。
【００７７】
本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるシリコン基板２１は、図１２に示すように、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板２１と、シリコン基板２１の表面,溝部の側壁および溝部の底面上に配置されたチタン（Ｔｉ）層２２と、チタン（Ｔｉ）層２２をの表面に配置された金属層２０を備える。
【００７８】
図１２の構造において、シリコン基板２１の厚さは、例えば約１３０μｍ程度であり、金属層２０は、例えばＡｕ層によって形成され、厚さは約２．５μｍ程度である。
【００７９】
本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤは、図１３に示すように、ＧａＡｓ基板２３と、ＧａＡｓ基板２３上に配置されるＡｌＩｎＧａＰ層２４と、ＡｌＩｎＧａＰ層２４上に配置されるｎ型ＧａＡｓ層２５と、ｎ型ＧａＡｓ層２５上に配置されるエピタキシャル成長層２６と、エピタキシャル成長層２６上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置される金属層１２とを備える。
【００８０】
図１３の構造において、ＧａＡｓ基板２３は、厚さは、例えば約３００μｍ程度であり、ＡｌＩｎＧａＰ層２４は、厚さは、例えば約３５０ｎｍ程度である。また、ｎ型ＧａＡｓ層２５は、ＡｌＩｎＧａＰ層２４を介して、ＧａＡｓ基板２３とエピタキシャル成長層２６との間のコンタクト層として働き、厚さは、例えば約５００ｎｍ程度である。エピタキシャル成長層２６は、ＡｌＧａＡｓ層からなるｎ型ウィンドウ層およびｎ型クラッド層、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのヘテロ接合の複数の対からなるＭＱＷ層と、ＡｌＧａＡｓ層からなるｎ型クラッド層およびＡｌＧａＡｓ層／ＧａＰ層からなるｐ型ウィンドウ層とを備える。ＭＱＷ層は、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ層からなるヘテロ接合ペアを約１００ペア積層した多重量子井戸構造からなり、厚さは、例えば約１．６μｍ程度に形成される。
【００８１】
また、金属コンタクト層１１は、例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成され、例えば厚さは、絶縁層１７と同程度であり、約４５０ｎｍ程度である。
【００８２】
金属コンタクト層１１は、例えばＡｕ／ＡｕＢｅ−Ｎｉ合金／Ａｕなどの積層構造として形成してもよい。絶縁層１７は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。
【００８３】
金属層１２は、例えばＡｕ層で形成され、例えば厚さは約２．５〜５μｍ程度である。エピタキシャル成長層２６内のｐ型クラッド層は、例えばＡｌＧａＡｓ層若しくは導電型をｐ-型とするＡｌＧａＡｓ層と導電型をｐ+型とするＡｌＧａＡｓ層との多層構造によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。エピタキシャル成長層２６内のｎ型クラッド層は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ｎ型ウィンドウ層は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＡｓ層からなり、全体の厚さは、例えば、約０．９５μｍ程度である。ｐ型ウィンドウ層は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＰ層からなり、全体の厚さは、例えば、約０．３２μｍ程度である。
【００８４】
本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子は、図２１に示すように、図１２に示したシリコン基板構造と、図１３に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【００８５】
すなわち、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子は、図２１に示すように、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板２１と、シリコン基板２１の表面,溝部の側壁および溝部の底面上に配置されるチタン層２２と、チタン層２２上に配置される金属層２０とから構成されるシリコン基板構造と、金属層２０上に配置される金属層１２と、金属層１２上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置され，露出された表面にフロスト処理領域３０（露出されたｎ型ＧａＡｓ層２５をフロスト処理して形成された領域）を有するエピタキシャル成長層２６と、エピタキシャル成長層２６上に配置され，パターニングされたｎ型ＧａＡｓ層２５と、ｎ型ＧａＡｓ層２５上に配置され，同様にパターニングされた表面電極層２９とから構成されるＬＥＤ構造を備える。尚、シリコン基板構造において、シリコン基板２１の裏面には、チタン層２７と、裏面電極層２８が配置される。また、エピタキシャル成長層２６とｎ型ＧａＡｓ層２５の間には、後述する図２２、図２３に示すように、電流集中を防止するための阻止層３１を配置しても良い。この場合の阻止層３１の材料としては、ＧａＡｓを適用することができ、厚さは、例えば約５００ｎｍ程度である。
【００８６】
本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子においても、図２１に示すように、金属層１２を用いて、シリコン基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けると共に、溝部の金属層２０と金属層１２との間にはエアギャップ４０が存在することにより、シリコン基板２１の表面に配置された金属層２０と金属層１２との密着性を良好に保つことができ、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。
【００８７】
エアギャップ４０を設けたことにより、金属層２０と金属層１２の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ４０を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層２０と金属層１２の接触面積に加圧されることになり、金属層２０と金属層１２の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、シリコン基板構造と、ＬＥＤ構造を貼り付けるに際して、エアギャップ４０が存在することにより、シリコン基板の表面に配置された金属層２０と金属層１２との密着性を良好に保つことができる。
【００８８】
本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてシリコン基板構造とＬＥＤ構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつＡｕからなる金属層１２を用いることで光の反射率の良い金属反射層をＬＥＤ側の構造に形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【００８９】
金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１２によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と金属層１２との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は、金属層１２とエピタキシャル成長層２６とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１２とエピタキシャル成長層２６との界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【００９０】
（平面パターン構造）
金属コンタクト層１１のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、金属コンタクト層１１のパターン幅が狭い場合には、金属コンタクト層１１の面積抵抗が増大し、ＬＥＤの順方向電圧Ｖfが上昇する。このため、最適なパターン幅ＷおよびパターンピッチＤ１が存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形ドット形状を基本構造とする円形ドットパターン構造が存在する。
【００９１】
本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造は、例えば図１４に示すように、六角形を基本構造とするハニカムパターン構造を有する。図１４において、幅Ｗで示される形状部分が図１３における例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成される金属コンタクト層１１のパターンを示し、幅Ｄ１を有する六角形パターンは、絶縁層１７の部分に相当し、ＬＥＤからの放射光が導光する領域を表す。幅Ｄ１は、例えば約１００μｍ程度であり、線幅Ｗは、約５μｍ〜約１１μｍ程度である。
【００９２】
本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの別の模式的平面パターン構造は、例えば図１５に示すように、円形を基本とするドットパターン構造を有する。図１５において、幅ｄで示される形状部分が図１３における例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成される金属コンタクト層１１のパターンを示し、幅Ｄ２を有するパターンピッチで配置されている。図１５において、幅ｄ、パターンピッチＤ２を有する円形のパターン部分以外の領域が、絶縁層１７の部分に相当し、ＬＥＤからの放射光が導光する領域を表す。パターンピッチＤ２は、例えば約１００μｍ程度であり、幅ｄは、約５μｍ〜約１１μｍ程度である。
【００９３】
また、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造は、六角形ハニカムパターン、円形ドットパターンに限定されるものではなく、三角形パターン、矩形パターン、六角形パターン、八角形パターン、円形ドットパターンなどをランダムに配置するランダムパターンを適用することもできる。
【００９４】
本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造は、導光領域の面積を確保してＬＥＤからの発光輝度を低下させず、かつをＬＥＤの順方向電圧Ｖfが上昇しない程度の金属配線パターン幅を確保できればよい。
【００９５】
（製造方法）
本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
【００９６】
図１２乃至図２１は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。
【００９７】
（ａ）まず、図１２に示すように、貼付け用のシリコン基板構造、および図１３に示すように、貼付け用のＬＥＤ構造を準備する。
【００９８】
まず、シリコン基板２１の表面に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）、もしくはウェットエッチングにより、ピッチＬ，幅Ｗを有するストライプ状の溝を形成する。ストライプ溝の幅Ｗは、例えば約１０μｍ，約３０μｍ，或いは約６０μｍ程度であり、ピッチＬは、例えば約１００μｍ，２００μｍ，４１０μｍ，１０００μｍ，或いは２０００μｍ程度である。尚、溝部は、ストライプ形状に限定されるものではなく、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状などであってもよい。また、溝部の深さは、ストライプの幅Ｗと同程度若しくは、浅くてもよい。上記エッチングの代りに、ＹＡＧレーザなどを用いて、レーザ光によるカッティング技術、ダイサーによるカッティング技術などを適用して、所定の深さに溝部をしてもよい。
【００９９】
シリコン基板構造においては、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板２１上にチタン層２２およびＡｕなどからなる金属層２０をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。
【０１００】
ＬＥＤ構造においては、ＧａＡｓ基板２３上のＡｌＩｎＧａＰ層２４、ｎ型ＧａＡｓ層２５、エピタキシャル成長層２６は、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などを用いて順次形成する。次に、エピタキシャル成長層２６上にリフトオフ法を用いて、パターニングされた絶縁層１７に対して、金属コンタクト層１１および金属層１２を形成する。
【０１０１】
（ｂ）次に、図１６に示すように、図１２に示す貼付け用のシリコン基板構造、および図１３に示す貼付け用のＬＥＤ構造を貼り付ける。貼り付け工程においては、例えばプレス機を用いて、熱圧着温度として約３４０℃程度、熱圧着の圧力として約１８ＭＰａ程度、熱圧着の時間として約１０分程度の条件で実施する。
【０１０２】
結果として、図１６に示すように、溝部の金属層２０と金属層１２との間には、エアギャップ４０が形成される。
【０１０３】
（ｃ）次に、図１７に示すように、シリコン基板２１の裏面に対して、チタン層２７およびＡｕなどからなる裏面電極層２８をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。チタン層２７をＡｕ層とシリコン基板２１との間に介在させない場合、オーミックコンタクトをとるためにシンタリングを実施するとシリコン基板２１とＡｕ層との接合部のＡｕがＡｕＳｉシリサイドとなり反射率が低下する。したがって、チタン層２７は、シリコン基板２１とＡｕ層との接着用の金属である。ＡｕＳｉシリサイド化を防ぐためには、バリアメタルとしてタングステン（Ｗ）が必要であり、そのときの構造として、基板側から、シリコン基板／Ｔｉ／Ｗ／Ａｕで金属層を形成する必要がある。
【０１０４】
（ｄ）次に、図１８に示すように、裏面電極層２８をレジストなどで保護した後、ＧａＡｓ基板２３をエッチングにより除去する。例えばアンモニア／過酸化水素水からなるエッチング液を用い、エッチング時間は、約６５〜８５分程度である。ここで、ＡｌＩｎＧａＰ層２４がエッチングストッパとして重要な働きをする。
【０１０５】
（ｅ）次に、図１９に示すように、塩酸系のエッチング液を用いて、ＡｌＩｎＧａＰ層２４を除去する。エッチング時間は、例えば約１分半程度である。
【０１０６】
（ｆ）次に、図２０に示すように、表面電極層２９をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成後、パターニングする。表面電極層２９のパターンは金属コンタクト層１１のパターンに略一致させている。表面電極層２９の材料としては、例えばＡｕ／ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金／Ａｕからなる積層構造を用いることができる。ここで、ｎ型ＧａＡｓ層２５は表面電極層２９の剥がれ防止機能を有する。
【０１０７】
（ｇ）次に、図２１に示すように、フロスト処理を実施して、表面電極層２９の直下のｎ型ＧａＡｓ層２５以外のｎ型ＧａＡｓ層２５の除去を行う。フロスト処理の条件としては、例えば硝酸―硫酸系のエッチング液を約３０℃〜５０℃，時間約５ｓｅｃ〜１５ｓｅｃ程度で行なうことができる。尚、フロスト処理の前処理としては、フッ酸の薄い液を用いてｎ型ＧａＡｓ層２５をエッチングして、表面に形成されたＧａＯ2膜を除去することができる。エッチング時間としては、例えば約３分程度である。
【０１０８】
尚、チタン層２２およびチタン層２７の代りとして、例えばタングステン（Ｗ）バリアメタル、白金（Ｐｔ）バリアメタルなどを用いることもできる。
【０１０９】
以上の説明により、  図２１に示すように、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板２１を用いた本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子が完成される。
【０１１０】
（第４の実施の形態の変形例）
図２２は、本発明の第４の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。また、図２３は、本発明の第４の実施の形態の別の変形例に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。
【０１１１】
本発明の第４の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子は、図２２に示すように、図１２に示したシリコン基板構造と同様の構造を有するＧａＡｓ基板構造と、図１３に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【０１１２】
すなわち、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子は、図２２に示すように、
表面に複数の溝部を形成したＧａＡｓ基板１５と、ＧａＡｓ基板１５の表面,溝部の側壁および溝部の底面上に配置される金属バッファ層（ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層）３２と、金属バッファ層３２上に配置される金属層（Ａｕ層）３３とから構成されるＧａＡｓ基板構造と、金属層３３上に配置される金属層１２と、金属層１２上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置され，露出された表面にフロスト処理領域３０（露出されたｎ型ＧａＡｓ層２５をフロスト処理して形成された領域）を有するエピタキシャル成長層２６と、エピタキシャル成長層２６上に配置され，パターニングされたｎ型ＧａＡｓ層２５と、ｎ型ＧａＡｓ層２５上に配置され，同様にパターニングされた表面電極層２９とから構成されるＬＥＤ構造を備える。
【０１１３】
尚、ＧａＡｓ基板構造において、ＧａＡｓ基板１５の裏面には、金属バッファ層（ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層）３４と、裏面電極層３５が配置される。また、エピタキシャル成長層２６とｎ型ＧａＡｓ層２５の間には、図２３に示すように、電流集中を防止するための阻止層３１を配置しても良い。この場合の阻止層３１の材料としては、ＧａＡｓを適用することができ、厚さは、例えば約５００ｎｍ程度である。
【０１１４】
本発明の第４の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子においても、図２２に示すように、ＧａＡｓ基板１５の表面上の金属層（Ａｕ層）３３と金属層１２を用いて、ＧａＡｓ基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けると共に、溝部の金属層３３と金属層１２との間にはエアギャップ４０が存在することにより、ＧａＡｓ基板１５の表面に配置された金属層３３と金属層１２との密着性を良好に保つことができ、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。エアギャップ４０を設けたことにより、金属層３３と金属層１２の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ４０を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層３３と金属層１２の接触面積に加圧されることになり、金属層３３と金属層１２の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。
【０１１５】
したがって、ＧａＡｓ基板構造と、ＬＥＤ構造を貼り付けるに際して、エアギャップ４０が存在することにより、ＧａＡｓ基板の表面に配置された金属層３３と金属層１２との密着性を良好に保つことができる。
【０１１６】
金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１２によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と金属層１２との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は、金属層１２とエピタキシャル成長層２６とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１２とエピタキシャル成長層２６との界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【０１１７】
図２２および図２３の構造において、ＧａＡｓ基板１５の裏面に形成される金属バッファ層３４は、例えばＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層で形成され、厚さは約１００ｎｍ程度である。また、裏面電極層３５は、Ａｕ層で形成され、厚さは約５００ｎｍ程度である。ＧａＡｓ基板１５の表面に形成される金属バッファ層３２は、例えばＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層で形成され、厚さは約１００ｎｍ程度である。さらに金属層３３は、Ａｕ層で形成され、厚さは約１μｍ程度である。
【０１１８】
図１２乃至図２１に示された本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の各工程は、本発明の第４の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の製造方法においても同様であるため説明を省略する。
【０１１９】
本発明の第４の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造も、図１４或いは図１５と同様の構造を適用可能である。
【０１２０】
本発明の第４の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてＧａＡｓ基板構造とＬＥＤ構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつＡｕからなる金属層１２を用いることで光の反射率の良い金属反射層をＬＥＤ側の構造に形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０１２１】
また、本発明の第４の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子においても第２の実施の形態の変形例において説明した、絶縁層１７と金属層１２との間に、ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層１８（図７参照）を形成することも有効である。ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層１８を形成することで、Ａｕでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができるからである。
【０１２２】
本発明の第４の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、金属反射層と半導体層との間に透明な絶縁層１７を介在させることにより、エピタキシャル成長層２６と金属層１２との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０１２３】
また、本発明の第４の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、絶縁層１７と金属層１２，２０との間に、ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層を形成することで、Ａｕでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができ、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０１２４】
また、本発明の第４の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、エピタキシャル成長層２６と金属層１２との接触を避け、エピタキシャル成長層２６と金属反射層の界面において光が吸収されないため、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０１２５】
本発明の第４の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、シリコン基板若しくはＧａＡｓ基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、シリコン基板若しくはＧａＡｓ基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、ＬＥＤを高輝度化することができる。
【０１２６】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１乃至第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１２７】
本発明の第１乃至第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法においては、半導体基板として主としてシリコン基板、ＧａＡｓ基板を例に説明したが、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＧａＮ基板、或いはＳｉＣ上のＧａＮエピタキシャル基板なども充分に利用可能である。
【０１２８】
本発明の第１乃至第４の実施の形態に係る半導体発光素子として、主としてＬＥＤを例に説明したが、レーザダイオード（ＬＤ:Laser Diode）を構成してもよく、その場合には、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）ＬＤ、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＬＤ、面発光ＬＤなどを構成しても良い。
【０１２９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法は、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板等の不透明基板を有するＬＥＤ素子,ＬＤ素子等の半導体発光素子全般に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３１】
１、５、１２、２０、３３…金属層（Ａｕ層）
２、４、１８…金属バッファ層
３…ｐ型ＧａＡｓ層
６…ｎ型ＧａＡｓ層
７…ウィンドウ層
８…ｎ型クラッド層
９…多重量子井戸（ＭＱＷ）層
１０…ｐ型クラッド層
１１…金属コンタクト層（ＡｕＢｅ−Ｎｉ合金）
１５、２３…ＧａＡｓ基板
１７…絶縁層
２１…シリコン（Ｓｉ）基板
２２、２７…チタン（Ｔｉ）層
２４…ＡｌＩｎＧａＰ層
２５…ｎ型ＧａＡｓ層
２６…エピタキシャル成長層
２９…表面電極層
３０…フロスト処理領域
３１…阻止層
３２、３４…金属バッファ層（ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金）
２８、３５…裏面電極層
４０…エアギャップ（空隙）
【図１】
0005396526.tif 000002
【図２】
0005396526.tif 000003
【図３】
0005396526.tif 000004
【図４】
0005396526.tif 000005
【図５】
0005396526.tif 000006
【図６】
0005396526.tif 000007
【図７】
0005396526.tif 000008
【図８】
0005396526.tif 000009
【図９】
0005396526.tif 000010
【図１０】
0005396526.tif 000011
【図１１】
0005396526.tif 000012
【図１２】
0005396526.tif 000013
【図１３】
0005396526.tif 000014
【図１４】
0005396526.tif 000015
【図１５】
0005396526.tif 000016
【図１６】
0005396526.tif 000017
【図１７】
0005396526.tif 000018
【図１８】
0005396526.tif 000019
【図１９】
0005396526.tif 000020
【図２０】
0005396526.tif 000021
【図２１】
0005396526.tif 000022
【図２２】
0005396526.tif 000023
【図２３】
0005396526.tif 000024
【図２４】
0005396526.tif 000025
【図２５】
0005396526.tif 000026
【図２６】
0005396526.tif 000027