(57)【要約】【課題】  クラックやボイドの発生を防止しつつ製造工程の簡略化を図ったIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。【解決手段】  発光素子１００は、成長基板を除去した基板リフトオフ型の半導体発光素子である。発光素子１００は、支持体１１０と、パッシベーション膜１２０と、カバー金属層１３０と、反射性ｐコンタクト電極１４０と、絶縁膜１５０と、ｎコンタクト電極１６０と、半導体層１７０と、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１とを有している。そして、支持体１１０は、セラミック溶射により形成されたセラミック溶射層である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層とｐ型半導体層とｎ型半導体層とを有する半導体層と、
前記半導体層を支持する支持体と、
前記ｐ型半導体層と導通するｐ電極と、
前記ｎ型半導体層と導通するｎ電極と、
を有し、
前記支持体は、
セラミックを溶射したセラミック溶射層であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記支持体に接合された少なくとも１以上の被接合層を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記被接合層は、
前記支持体に対向する面に凹凸形状部を有し、
前記支持体は、
前記被接合層に対向する面に前記凹凸形状部に対応する凹凸形状を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
請求項３に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｎ型半導体層と接触するｎコンタクト電極を有し、
前記被接合層の前記凹凸形状部は、
前記ｎコンタクト電極の形状に沿って形成されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記被接合層のうちの少なくとも一部は、
パッシベーション膜であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
請求項５に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記パッシベーション膜における前記支持体との接合面が、粗面化されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
２つの金属層を加熱して貼り合わせた貼付層と半田層とのいずれもが、前記支持体と前記半導体層との間に存在しないこと
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記支持体における前記半導体層の反対側の面の上に、金属層が形成されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｐ電極および前記ｎ電極は、
前記支持体の反対側の位置に露出しており、
光取り出し面が、
前記ｎ電極が露出している側にあること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
III 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
III 族窒化物半導体から成る半導体層を成長基板に成長させる半導体層形成工程と、
前記半導体層を含む基材に前記成長基板の反対側の位置からセラミックを溶射して支持体を形成するセラミック溶射工程と、
前記半導体層から前記成長基板を除去する成長基板除去工程と、
を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記半導体層はｐ型半導体層を有するものであり、
前記ｐ型半導体層にｐコンタクト電極を形成するｐコンタクト電極形成工程と、
前記ｐコンタクト電極にカバー金属層を形成するカバー金属層形成工程と、
前記カバー金属層にパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程と、
を有し、
前記セラミック溶射工程では、
前記パッシベーション膜にセラミックを溶射すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記半導体層はｎ型半導体層を有するものであり、
前記ｐ型半導体層から前記ｎ型半導体層まで達する非貫通孔を形成して前記ｎ型半導体層の一部を露出させ、その露出箇所にｎコンタクト電極を形成するｎコンタクト電極形成工程と、
前記ｎコンタクト電極を絶縁膜で覆う絶縁膜形成工程と、
を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記支持体における前記半導体層の反対側の面を平坦化する平坦化工程を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。さらに詳細には、製造工程の簡略化を図ったIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
III 族窒化物半導体発光素子には、成長基板の上に半導体層を成長させた後に、その成長基板を半導体層から除去する基板リフトオフ法により製造されるものがある。基板リフトオフ法には、レーザーを用いるレーザーリフトオフ法と、薬液を用いるケミカルリフトオフ法とがある。レーザーリフトオフ法では、半導体層と成長基板との間の界面にレーザーを照射することにより、半導体層から成長基板を除去する。ケミカルリフトオフ法では、所定の薬液に溶解可能な層を半導体層と成長基板との間に予め形成し、その薬液を用いて溶解可能な層を溶解させることにより、半導体層から成長基板を除去する。
【０００３】
このように成長基板を除去する半導体発光素子では、その機械的強度を高めるために、半導体層を何らかの支持基板に接合することが一般的である。例えば、特許文献１には、半導体層を有する積層体の第１の金属層と、支持基板を有する積層体の第２の金属層とを、１００〜２００℃の温度で加熱することにより、これらを貼り合わせて接着させる技術が開示されている（特許文献１の段落［００１５］−［００１９］および図２参照）。また、半導体層を有する積層体と支持基板を有する積層体との接合に、ＡｕＳｎ共晶半田を用いる技術が開示されている（特許文献１の段落［００３４］−［００３９］および図４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８６８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このように、金属層同士を貼り合わせたり、もしくは半田接合を行う場合には、次の工程を必要とする。すなわち、１）半導体層側および支持基板側の双方に金属層を設ける工程と、２）これらを加熱しつつ貼り合わせる、もしくは加熱溶融して接合する工程と、を実施する必要がある。これらの工程を有する半導体発光素子の製造方法では、工程数が多い。すなわち、サイクルタイムが長い。
【０００６】
また、２つの金属層を貼り合わせた貼付層の界面では、密着性が弱い。そのため、界面でクラックを生じるおそれがある。また、半田接合した半田層では、ボイドが生じるおそれがある。また、半田層の材料を用いるため、コストが高い。
【０００７】
本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、クラックやボイドの発生を防止しつつ製造工程の簡略化を図ったIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、発光層とｐ型半導体層とｎ型半導体層とを有する半導体層と、半導体層を支持する支持体と、ｐ型半導体層と導通するｐ電極と、ｎ型半導体層と導通するｎ電極と、を有する。そして、支持体は、セラミックを溶射したセラミック溶射層である。
【０００９】
このIII 族窒化物半導体発光素子は、セラミック溶射により形成した支持体を有している。セラミック溶射では、溶射される基材に溶融粒子が衝突する際に、溶融粒子の温度はそれほど高くなく、溶融粒子の熱容量も小さい。そのため、溶融粒子は、セラミック溶射層と接合される基材に、ほとんど熱を与えない。したがって、基材の熱膨張率とセラミックの熱膨張率との違いに起因する応力は、ほとんど発生しない。なお、断面写真を分析することにより、支持体が溶射により形成されたか否かを判別することができる。
【００１０】
第２の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、支持体に接合された少なくとも１以上の被接合層を有する。
【００１１】
第３の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、被接合層は、支持体に対向する面に凹凸形状部を有し、支持体は、被接合層に対向する面に凹凸形状部に対応する凹凸形状を有する。支持体はセラミック溶射層であるため、被接合層の凹凸形状部の凹凸を吸収するようにセラミック溶射層が形成される。
【００１２】
第４の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、ｎ型半導体層と接触するｎコンタクト電極を有する。そして、被接合層の凹凸形状部は、ｎコンタクト電極の形状に沿って形成されている。このとき支持体の凹凸形状は、この被接合層の凹凸形状部に対応する形状である。
【００１３】
第５の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、被接合層のうちの少なくとも一部は、パッシベーション膜である。このパッシベーション膜は、支持体との密着性を高める役割を担っている。また、金属から成る電極を保護する役割も担っている。
【００１４】
第６の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、パッシベーション膜における支持体との接合面が、粗面化されている。パッシベーション膜の表面が粗面化されているので、支持体とパッシベーション膜との接触面積が大きくなり、密着性はより強固なものとなる。
【００１５】
第７の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、２つの金属層を加熱して貼り合わせた貼付層と半田層とのいずれもが、支持体と半導体層との間に存在しない。そのため、貼付層や半田層にボイドが生じたり、クラックが入るおそれがない。
【００１６】
第８の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、支持体における半導体層の反対側の面の上に、金属層が形成されている。
【００１７】
第９の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、ｐ電極およびｎ電極は、支持体の反対側の位置に露出している。そして、光取り出し面が、ｎ電極が露出している側にある。
【００１８】
第１０の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、III 族窒化物半導体から成る半導体層を成長基板に成長させる半導体層形成工程と、半導体層を含む基材に成長基板の反対側の位置からセラミックを溶射して支持体を形成するセラミック溶射工程と、半導体層から成長基板を除去する成長基板除去工程と、を有する。
【００１９】
この半導体発光素子の製造方法では、セラミック溶射により支持体を形成する。そのため、従来のように、半導体層を含む積層体と、支持体を含む積層体とを接合する工程は、必要ない。そのため、この半導体発光素子の製造方法の工程数は、従来のものより少ない。また、サイクルタイムも短い。
【００２０】
第１１の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、半導体層はｐ型半導体層を有する。このIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、ｐ型半導体層にｐコンタクト電極を形成するｐコンタクト電極形成工程と、ｐコンタクト電極にパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程と、を有する。そして、セラミック溶射工程では、パッシベーション膜にセラミックを溶射する。
【００２１】
第１２の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、半導体層はｎ型半導体層を有する。このIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、ｐ型半導体層からｎ型半導体層まで達する非貫通孔を形成してｎ型半導体層の一部を露出させ、その露出箇所にｎコンタクト電極を形成するｎコンタクト電極形成工程と、ｎコンタクト電極を絶縁膜で覆う絶縁膜形成工程と、を有する。
【００２２】
第１３の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、支持体における半導体層の反対側の面を平坦化する平坦化工程を有する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、クラックやボイドの発生を防止しつつ製造工程の簡略化を図ったIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係る発光素子の上方から視た視図である。
【図２】図１のＡＡ断面を示す断面図である。
【図３】実施形態に係る発光素子のｎコンタクト電極の形状を示す図である。
【図４】実施形態に係る発光素子のｎ電極の積層構造を説明するための図である。
【図５】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図６】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図７】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図８】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図９】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その５）である。
【図１０】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その６）である。
【図１１】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その７）である。
【図１２】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その８）である。
【図１３】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その９）である。
【図１４】実施形態に係る発光素子の変形例を示す図である。
【図１５】実施形態に係る発光素子の製造方法の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、具体的な実施形態について、半導体発光素子を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本発明は、実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体発光素子の半導体層の積層構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。
【００２６】
１．半導体発光素子
図１は、本実施形態の発光素子１００を上方から視た図である。図２は、図１のＡＡ断面を示す断面図である。発光素子１００は、成長基板を除去した基板リフトオフ型の半導体発光素子である。発光素子１００は、支持体１１０と、パッシベーション膜１２０と、カバー金属層１３０と、反射性ｐコンタクト電極１４０と、絶縁膜１５０と、ｎコンタクト電極１６０と、半導体層１７０と、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１とを有している。
【００２７】
半導体層１７０は、III 族窒化物半導体から成る複数の層を有している。ここでIII 族窒化物半導体とは、Ａｌx Ｉｎy Ｇａz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される半導体である。半導体層１７０は、ｐ型半導体層１７１と、発光層１７２と、ｎ型半導体層１７３と、を有している。発光層１７２は、井戸層と障壁層とを有している。発光層１７２の構造は、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）であってもよいし、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）であってもよい。ｐ型半導体層１７１は、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とを有している。ｎ型半導体層１７３は、ｎ型クラッド層と、ｎ型コンタクト層とを有している。また、ｎ型半導体層１７３における発光層１７２の反対側の面は、粗面化された光取り出し面１７４である。このように、光取り出し面１７４は、ｎ電極Ｎ１が露出している側にある。これら半導体層１７０の積層構造は例示であり、これ以外の積層構造であってもよい。
【００２８】
支持体１１０は、半導体層１７０を支持し、発光素子１００の変形を防止するためのものである。支持体１１０は、後述するように、セラミック溶射により形成されたセラミック溶射層である。パッシベーション膜１２０は、カバー金属層１３０における支持体１１０側の面を覆うものである。そして、パッシベーション膜１２０は、支持体１１０に接合された被接合層である。パッシベーション膜１２０の材質は、例えば、ＳｉＯ2 やＳｉ3 Ｎ4 などである。
【００２９】
カバー金属層１３０は、エレクトロマイグレーションを防止するための層である。例えば、反射性ｐコンタクト電極１４０の金属が拡散するのを防止する。カバー金属層１３０の材質は、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗのうちのいずれかの金属、もしくはこれらの合金、またはこれらを積層構造としたものであってもよい。
【００３０】
反射性ｐコンタクト電極１４０は、ｐ型半導体層１７１と導通するためのものである。そして、反射性ｐコンタクト電極１４０は、ｐ型コンタクト層に接触している。また、反射性ｐコンタクト電極１４０は、半導体層１７０から発せられる光を反射するための反射層でもある。反射性ｐコンタクト電極１４０の材質は、例えば、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕやこれらの金属を主成分とする合金である。あるいは、ＩＴＯやＩＺＯといった透光性導電膜と、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈなどの高反射性金属層とを積層したものであってもよい。絶縁膜１５０は、ｎコンタクト電極１６０と、反射性ｐコンタクト電極１４０との導通を防止するための層である。絶縁層１５０の材質は、例えば、ＳｉＯ2 やＳｉ3 Ｎ4 などである。
【００３１】
ｐ電極Ｐ１は、ｐ型半導体層１７１と導通するパッド電極である。ｐ電極Ｐ１の材質は、カバー金属層１３０の側から、Ｔｉ、Ａｌの順に形成したもの（Ｔｉ／Ａｌ）を用いることができる。また、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの順に形成したものを用いてもよい。最表面の材質は、Ａｕであることが望ましい。
【００３２】
ｎコンタクト電極１６０は、ｎ型半導体層１７３と導通するためのものである。そして、ｎコンタクト電極１６０は、ｎ型コンタクト層に接触している。図３にｎコンタクト電極１６０の形状を示す。図３に示すように、ｎコンタクト電極１６０は、格子形状に近い形状をしている。すなわち、梁が平面的に張り巡らされて一体となった形状をしている。図４に示すように、ｎコンタクト電極１６０は、例えば、ｎ型半導体層１７３の側（図４中の上方）からＶ、Ａｌの順で形成したものである。
【００３３】
ｎ電極Ｎ１は、ｎ型半導体層１７３と導通するパッド電極である。ｎ電極Ｎ１の積層構造は、例えば、ｎコンタクト電極１６０の側（図４中の下方）から、Ｔｉ、Ａｕの順で形成したものである。このとき、ｎコンタクト電極１６０およびｎ電極Ｎ１の積層構造は、図４中の下方から、すなわち、支持体１１０の側からみて、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｕの順で形成された構造になっている。
【００３４】
ｎコンタクト電極１６０の積層構造は、前述したものの他に、ｎ型半導体層１７３の側（図４中の上方）から順にＴｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、もしくはＮｉ／Ａｕとしてもよい。ｎ電極Ｎ１の積層構造は、ｎコンタクト電極１６０と同じものを用いてもよい。また、ｎ電極Ｎ１の積層構造は、ｐ電極Ｐ１と同じものを用いることもできる。さらには、ｎ電極Ｎ１の積層構造とｐ電極Ｐ１の積層構造とを同じとし、これらを同時に形成することもできる。なお、図２に示すように、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１は、支持体１１０の反対側の位置に露出している。
【００３５】
２．支持体（セラミック溶射層）
支持体１１０は、前述したように、セラミック溶射により形成されたセラミック溶射層である。セラミック溶射層は、溶融した粒子が積み重なって形成されている。そのため、セラミック溶射層には、ある程度の酸化物が含まれており、粒界も顕著に表れる。また、セラミック溶射層には、微細な気孔や未溶融粒子が含まれている。セラミック溶射層は、上記のような特徴点を有するため、例えば、ＳＥＭ等の顕微鏡により断面を観察することで、セラミック溶射により製造されたか否かを判別することができる。
【００３６】
支持体１１０の材質は、例えば、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）である。溶射する支持体１１０ａの厚みは、１ｍｍ程度である。また、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内であってもよい。また、用いる材質やウエハの口径に応じて、支持体１１０の厚みを変えてもよい。ウエハから個々の素子に分離をする際の分離を容易とするために、支持体１１０を薄板化することができる。薄板化後の支持体１１０の厚みは０．５ｍｍ程度である。また、その厚みは、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内であってもよい。
【００３７】
図２に示すように、支持体１１０の露出面１１１は、平坦である。一方、支持体１１０の半導体層１７０の側の面１１２には、凹凸１１３が形成されている。この凹凸１１３の凹部は、ｎコンタクト電極１６０の形状に沿って形成されている。すなわち、凹凸１１３は、ｎコンタクト電極１６０の形状に沿って形成された溝部を有する。この凹凸１１３は、パッシベーション膜１２０の凹凸形状と噛み合う形状である。このように、パッシベーション膜１２０には、支持体１１０に対向する面に凹凸形状部がある。一方、支持体１１０には、パッシベーション膜１２０に対向する面に、パッシベーション膜１２０の凹凸形状部に対応する凹凸１１３がある。
【００３８】
３．半導体発光素子の製造方法
３−１．半導体層形成工程
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、III 族窒化物半導体から成る各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。図５に示すように、成長基板であるサファイア基板Ｓ１０の主面の上に、半導体層１７０を形成する。その形成順序は、サファイア基板Ｓ１０の側から、ｎ型半導体層１７３、発光層１７２、ｐ型半導体層１７１の順である。また、半導体層１７０を形成する前に低温バッファ層を形成するとよい。
【００３９】
３−２．ｎコンタクト電極形成工程
次に、ドライエッチングにより、半導体層１７０に凹部１７５を形成する。その際に、マスクとしてＳｉＯ2 を用いるとよい。図６に示すように、凹部１７５は、ｐ型半導体層１７１の側からｎ型半導体層１７３に達する非貫通孔である。凹部１７５の底部には、ｎ型半導体層１７３のうちのｎ型コンタクト層１７６が露出している。凹部１７５の形状は、図３に示したｎコンタクト電極１６０の形状に近い形状である。そして、図７に示すように、ｎ型コンタクト層１７６の上に、ｎコンタクト電極１６０を形成する。
【００４０】
３−３．絶縁膜形成工程
そして、図８に示すように、ｎコンタクト電極１６０と、表面１７１ａの一部と、ドライエッチングにより露出したｐ型半導体層１７１および発光層１７２およびｎ型半導体層１７３の露出箇所を覆うように絶縁膜１５０を形成する。これにより、ｎコンタクト電極１６０は、半導体層１７０のｎ型コンタクト層１７６と、絶縁膜１５０とにより覆われることとなる。このとき、絶縁膜１５０の箇所は、半導体層１７０の表面１７１ａから突出する凸部になっている。
【００４１】
３−４．ｐコンタクト電極形成工程
次に、スパッタリング法を用いて、ｐ型半導体層１７１のｐ型コンタクト層１７１ａの上に反射性ｐコンタクト電極１４０を形成する。また、反射性ｐコンタクト電極１４０の一部は、絶縁膜１５０を覆う。そして、反射性ｐコンタクト電極１４０のうち絶縁膜１５０を覆う箇所は、凸形状になっている。
【００４２】
３−５．カバー金属層形成工程
次に、反射性ｐコンタクト電極１４０の上に、カバー金属層１３０を形成する。ここで、カバー金属層１３０をウエハの全面にわたって形成する。カバー金属層１３０のうち、ｎコンタクト電極１６０に沿った箇所は、凸形状になっている。
【００４３】
３−６．パッシベーション膜形成工程
次に、図９に示すように、カバー金属層１３０の上に、パッシベーション膜１２０を形成する。ここで、パッシベーション膜１２０をウエハの全面にわたって形成する。このとき、パッシベーション膜１２０には、凹凸形状が形成されている。この凹凸形状は、ｎコンタクト電極１６０の形状に沿った凸部が形成されたものである。
【００４４】
３−７．セラミック溶射工程
次に、半導体層１７０を含む基材にサファイア基板Ｓ１０の反対側、すなわち、パッシベーション膜１２０の側の位置からセラミックを溶射する。ここでは、減圧プラズマ溶射法を用いる。その際に、Ａｒ、Ｎ2 等の不活性ガスを雰囲気ガスとして供給した減圧チャンバーの内部で溶射を行う。セラミック溶射時における成長基板の温度は、１０℃以上１５０℃以下の範囲内の程度である。この温度範囲はあくまで例示であり、この範囲に限らない。これにより、図１０に示すように、セラミック溶射層から成る支持体１１０ａが形成される。支持体１１０ａは、パッシベーション膜１２０に接合される。なお、この段階では素子分離を行っていないので、支持体１１０ａは、円板形状である。
【００４５】
３−８．成長基板除去工程
支持体１１０ａを形成した後に、半導体層１７０から成長基板であるサファイア基板Ｓ１０を取り除く。例えば、レーザーリフトオフにより、サファイア基板Ｓ１０を除去することができる。サファイア基板Ｓ１０を取り除いた後の様子を図１１に示す。
【００４６】
３−９．パッド電極形成工程
次に、サファイア基板Ｓ１０を除去して露出させたｎ型半導体層１７３の側から凹部１７７、１７８を形成する。これは、ドライエッチングにより行えばよい。凹部１７７の底部には、カバー金属層１３０が露出している。凹部１７８の底部には、ｎコンタクト電極１６０が露出している。すなわち、ドライエッチングによる凹部の形成は、カバー金属層１３０、ｎコンタクト電極１６０まで達し、これらの金属層の箇所で止まる。
【００４７】
そして、図１２に示すように、その凹部１７７のカバー金属層１３０の上にｐ電極Ｐ１を形成する。凹部１７８のｎコンタクト電極１６０の上にｎ電極Ｎ１を形成する。その後、光取り出し面となる面の粗面化処理や絶縁膜の形成を行うとよい。
【００４８】
３−１０．素子分離工程
ここで、図１３に示すように、ＹＡＧレーザーを用いて素子を分離する。もちろん、これ以外の方法で素子を分離してもよい。これにより、図２等に示した発光素子１００が製造される。なお、上記の製造工程において、適宜熱処理を行うとよい。また、素子分離を実施する前に、溶射した支持体１１０ａを研磨により薄板化することもできる。その場合における支持体１１０ａの表面は、もちろん平坦である。
【００４９】
４．従来の支持基板を用いた半導体発光素子との比較
４−１．支持体の作用効果
本実施形態の発光素子１００は、セラミック溶射層からなる支持体１１０を有している。この支持体１１０は、（Ａ）発光素子１００の機械的強度を高める役割を担うのはもちろん、（Ｂ）半導体層１７０を含む積層体との接合材の役割を果たすとともに、（Ｃ）半導体層を含む積層体の凹凸を吸収する機能を有する。従来の半導体発光素子の支持基板には、（Ｂ）、（Ｃ）の効果はない。
【００５０】
４−２．支持体の内部構造
前述のとおり、本実施形態の発光素子１００は、セラミック溶射層から成る支持体１１０を有している。セラミック溶射層では、溶融粒子が衝突して被膜化して堆積した構造になっている。そして、酸化物を含んでいる。また、支持体１１０には、微細な気孔や未溶融粒子が含まれている。したがって、支持体１１０の断面構造は、焼成により製造されたセラミック基板の断面構造とは異なっている。この違いは、ＳＥＭ等の顕微鏡を用いた断面写真等により観察することができる。
【００５１】
４−３．支持体の形状
従来では、半導体層を含む積層体と、支持基板を含む積層体とを半田接合により接合した。そのため、半導体層を含む積層体に凹凸が存在する場合には、支持基板と接合するにあたって、半田接合層（もしくはその他の層）がその凹凸を吸収した。つまり、半導体層を含む積層体の凹凸と対応する凹凸が、半田接合層等に形成されるのである。これに対し、本実施形態では、セラミック溶射層である支持体１１０自身が、その凹凸を吸収する。つまり、支持体１１０における半導体層１７０の側の面１１２には、凹凸１１３が形成されている。この凹凸１１３は、支持体１１０に接合される部材（パッシベーション膜１２０等）の凹凸に対応する形状である。一方、露出面１１１は、ほぼ平坦である。つまり、支持体１１０において、半導体層１７０の側の面１１２には凹凸１１３があり、その反対側の露出面１１１は平坦である。通常のセラミック基板では、接合面に対応する形状の凹凸形状を設けることは非常に困難である。
【００５２】
４−４．半田接合層等の有無
また、従来のセラミック基板を用いた発光素子では一般に、半田接合層を有する。成長基板の上に成長させた半導体層と支持基板とを接合するためである。本実施形態の発光素子１００では、この接合が必要無い。したがって、発光素子１００は、半田接合層を有していない。また、半田層の金属が拡散するのを防止する層も有していない。半田接合層そのものがないため、半田接合層の内部にボイドが生じることはない。したがって、本実施形態の半導体発光素子の製造方法では、初期不良の製品が少なく、歩留まりがよい。なお、従来、半田接合層の半田として、例えば、Ａｕ−Ｓｎ系の半田の他、その他の鉛フリーの半田が用いられる。また、２つの金属層を加熱して貼り合わせた貼付層も存在しない。また、金属ペーストや金属ナノ粒子を用いた接合層も存在しない。
【００５３】
４−５．接合工程
また、上記のように、本実施形態の半導体発光素子の製造方法では、半田接合工程と、２つの金属層を加熱して貼り合わせる接合工程とのいずれも実施しない。そのため、工程数は、従来の製造方法よりも少ない。つまり、サイクルタイムは短い。また、従来の金属層を加熱して貼り合わせる接合工程では、低くとも２００℃程度、一般的には３００℃近い高温で行った。そのため、基板と半導体層とでの熱膨張係数の差から、基板に反りが生じていた。これにより、内部の積層界面での剥離や、素子分離の際にラッピング欠け等が生じることがあった。これらが生じると、歩留まりは低下する。一方、本実施形態では、溶融粒子の温度が十分に低く、このような反りはほとんど生じない。したがって、歩留まりは従来に比べて十分に高い。
【００５４】
５．変形例
５−１．セラミックの種類
本実施形態では、支持体１１０の材質を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）とした。しかし、その他に、チタニア（ＴｉＯ2 ）、クロミア（Ｃｒ2 Ｏ3 ）、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）などの酸化物系のセラミックを用いることができる。また、これらの材質を複数用いることとしてもよい。また、セラミックは、上記の酸化物系のセラミックに限らず、水酸化物系、炭化物系、窒化物系、ハロゲン化物系、炭酸塩系、リン酸塩系のセラミックを含む。ただし、溶射することのできる材料に限られる。
【００５５】
例えば、ＡｌＮやＳｉＣといった熱伝導性の高いセラミックを溶射することもできる。ＡｌＮやＳｉＣの熱伝導率は高い。そのため、これらを溶射した支持体１１０を有する発光素子１００は、高い放熱性を備えている。
【００５６】
５−２．溶射方法の種類
本実施形態では、減圧プラズマ溶射法を用いた。しかし、これ以外の方法を用いてもよい。例えば、大気プラズマ溶射法と、高速フレーム溶射法と、溶棒式フレーム溶射法とのうち、いずれを用いてもよい。セラミック溶射を行うことできれば、上記以外の溶射法であってももちろん適用できる。
【００５７】
５−３．金属層の形成
また、支持体１１０における半導体層１７０の反対側の面、すなわち、露出面１１１に金属層２１０を形成してもよい。その発光素子２００を図１４に示す。この場合、支持体１１０と金属層２１０の合計の厚みを前述の０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内とすればよい。ただし、これはあくまで例示であり、この範囲に限らない。金属層２１０の形成に、スパッタリング法等を用いてもよい。また、溶射により形成してもよい。その場合には、発光素子２００は、セラミック溶射層から成る支持体１１０と、金属溶射層から成る金属層２１０とを有することとなる。熱伝導率の低い一般的なセラミックであるアルミナを薄く形成し、Ｃｕ等の熱伝導率の高い金属を厚く形成することにより、素子全体としての放熱性を向上させることもできる。また、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）と銅（Ｃｕ）とを、交互に溶射して積層してもよい。
【００５８】
５−４．発光素子の電極形状
本実施形態の発光素子１００では、反射性ｐコンタクト電極１４０の形状を板形状とし、ｎコンタクト電極１６０の形状を格子状に近い形状とした。しかし、これ以外の形状であってもよい。例えば、反射性ｐコンタクト電極とｎコンタクト電極とが櫛歯状で互いに噛み合う形状にしてもよい。また、その他の形状であってもよい。
【００５９】
５−５．パッシベーション膜
本実施形態では、パッシベーション膜１２０にセラミックを溶射して支持体１１０を形成することとした。しかし、パッシベーション膜１２０を必ずしも設けなくともよい。ただし、パッシベーション膜１２０は、支持体１１０との密着性を高めるための役割を担うとともに金属から成る電極を保護する役割も担っている。溶射したセラミック層は緻密な層ではなく、金属から成る電極を保護する能力は低いため、パッシベーション膜１２０を設けたほうがよい。そして、パッシベーション膜１２０にブラスト処理等の粗面化処理を施すことにより、パッシベーション膜１２０と支持体１１０との間の密着性は、より高いものとなる。
【００６０】
５−６．成長基板
本実施形態では、成長基板としてサファイア基板を用いた。しかし、Ｓｉ基板等、その他の基板を用いてもよい。また、その成長基板を除去する際に、レーザーリフトオフ法でなく、ケミカルリフトオフ法等、その他の方法を用いてもよい。
【００６１】
５−８．素子分離の際の切り代
本実施形態では、カバー金属層１３０をウエハ全面にわたって形成することとした。しかし、図１５に示すように、反射性ｐコンタクト電極１４０を覆うとともに、発光素子の端部となる箇所、すなわち、素子分離工程で分離される素子の切り代の部分を覆わないこととする。これにより、素子の切り代に金属層が存在しないようにできる。そのため、素子の分離が容易である。このとき、支持体１１０に接合される被接合層は、パッシベーション膜１２０および絶縁膜１５０である。
【００６２】
５−９．凹凸形状
本実施形態では、支持体１１０に凹凸１１３がある。しかし、ｎコンタクト電極１６０を、例えば、図２中の上下の幅を小さくするなどすることにより、その後に形成する各層を平坦にすることもできる。このように、凹凸形状がなくともよい。
【００６３】
６．本実施形態のまとめ
本実施形態の発光素子１００は、セラミック溶射層から成る支持体１１０を有する。セラミック溶射により支持体１１０を形成するため、半田接合層を有していない。そのため、半田を接合する際のボイドが生じない。また、半導体層１７０を含む積層体の凹凸形状と噛み合う凹凸形状が支持体１１０の半導体層１７０側の面に形成されている。
【００６４】
また、本実施形態の半導体発光素子の製造方法では、半田接合工程を有していない。このように製造工程が簡略化されるため、サイクルタイムは従来に比べて短い。また、Ａｕ−Ｓｎ半田を用いないため、材料費のコストダウンを図ることができる。また、この製造方法で製造される発光素子１００の支持体１１０には、反りがほとんど生じない。溶融粒子が衝突する際の温度がそれほど高くないため、発生する熱応力が小さいからである。そのため、歩留まりは高い。すなわち、製造コストはより低い。
【００６５】
なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。キャリアガスを用いて結晶を成長させる方法であれば、他の方法を用いてもよい。また、液相エピタキシー法、分子線エピタキシー法等、その他のエピタキシャル成長法により半導体層を形成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１００…発光素子
１１０…支持体
１２０…パッシベーション膜
１３０…カバー金属層
１４０…反射性ｐコンタクト電極
１５０…絶縁膜
１６０…ｎコンタクト電極
１７０…半導体層
１７１…ｐ型半導体層
１７２…発光層
１７３…ｎ型半導体層
Ｎ１…ｎ電極
Ｐ１…ｐ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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