(57)【要約】【課題】活性層で発生した熱をより効率的に放熱できる面発光型半導体発光素子の製造方法、面発光型半導体発光素子及びその実装方法並びに面発光型半導体発光素子用貼合ウェハを提供する。【解決手段】第一支持基板上に活性層を含む複数の化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、エピタキシャル成長させた複数の化合物半導体層上に上部電極を形成する工程と、上部電極上に接合金属層を介して第二支持基板を貼り付ける工程と、第一支持基板をエッチングで除去する工程と、第一支持基板をエッチングで除去した部分に下部電極を形成する工程と、第二支持基板を除去する工程と、を備える面発光型半導体発光素子の製造方法である。【選択図】図２０
2014044981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一支持基板上に活性層を含む複数の化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
エピタキシャル成長させた前記複数の化合物半導体層上に上部電極を形成する工程と、
前記上部電極上に接合金属層を介して第二支持基板を貼り付ける工程と、
前記第一支持基板をエッチングで除去する工程と、
前記第一支持基板をエッチングで除去した部分に下部電極を形成する工程と、
前記第二支持基板を除去する工程と、
を備えることを特徴とする面発光型半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第二支持基板を貼り付ける工程は、前記上部電極上に密着金属層を形成し、前記密着金属層上に第一支持基板側接合金属層を形成し、他方、前記第二支持基板上に第二支持基板側接合金属層を形成し、前記第一支持基板側接合金属層と前記第二支持基板側接合金属層とを向かい合わせると共に重ね合わせて熱処理を施すことで、前記第一支持基板側接合金属層と第二支持基板側接合金属層とからなる前記接合金属層を形成し、前記上部電極上に前記接合金属層を介して第二支持基板を貼り付ける請求項１に記載の面発光型半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
活性層と、
前記活性層上に形成された上部クラッド層と、
前記活性層下に形成された下部クラッド層と、
前記上部クラッド層上に形成された上部ＤＢＲ層と、
前記下部クラッド層下に形成された下部ＤＢＲ層と、
前記上部ＤＢＲ層上に形成された上部コンタクト層と、
前記下部ＤＢＲ層下に形成された下部コンタクト層と、
前記上部コンタクト層上に形成された上部電極と、
前記下部コンタクト層下に形成された下部電極と、
を備えることを特徴とする面発光型半導体発光素子。
【請求項４】
第一支持基板上に活性層を含む複数の化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
エピタキシャル成長させた前記複数の化合物半導体層上に上部電極を形成する工程と、
前記上部電極上に接合金属層を介して第二支持基板を貼り付ける工程と、
前記第一支持基板をエッチングで除去する工程と、
前記第一支持基板をエッチングで除去した部分に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極を実装面として実装基板に実装する工程と、
前記第二支持基板を除去する工程と、
を備えることを特徴とする面発光型半導体発光素子の実装方法。
【請求項５】
前記第二支持基板を貼り付ける工程は、前記上部電極上に密着金属層を形成し、前記密着金属層上に第一支持基板側接合金属層を形成し、他方、前記第二支持基板上に第二支持基板側接合金属層を形成し、前記第一支持基板側接合金属層と前記第二支持基板側接合金属層とを向かい合わせると共に重ね合わせて熱処理を施すことで、前記第一支持基板側接合金属層と第二支持基板側接合金属層とからなる前記接合金属層を形成し、前記上部電極上に前記接合金属層を介して第二支持基板を貼り付ける請求項４に記載の面発光型半導体発光素子の実装方法。
【請求項６】
活性層と、
前記活性層上に形成された上部クラッド層と、
前記活性層下に形成された下部クラッド層と、
前記上部クラッド層上に形成された上部ＤＢＲ層と、
前記下部クラッド層下に形成された下部ＤＢＲ層と、
前記上部ＤＢＲ層上に形成された上部コンタクト層と、
前記下部ＤＢＲ層下に形成された下部コンタクト層と、
前記上部コンタクト層上に形成された上部電極と、
前記上部電極上に接合金属層を介して取り外し可能に貼り付けられた第二支持基板と、
を備えることを特徴とする面発光型半導体発光素子用貼合ウェハ。
【請求項７】
前記下部コンタクト層下に該下部コンタクト層に接するように形成された下部電極をさらに備える請求項６に記載の面発光型半導体発光素子用貼合ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性層で発生した熱をより効率的に放熱できる面発光型半導体発光素子の製造方法、面発光型半導体発光素子及びその実装方法並びに面発光型半導体発光素子用貼合ウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子の一種である面発光型半導体発光素子（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）は、二つのミラー層によって挟まれたキャビティ内に活性層が設けられた複数の化合物半導体層を支持基板上に形成してなり、電流注入によって活性層で発光した光を閉じ込めてレーザ発振を得るものである。
【０００３】
従来、面発光型半導体発光素子のほとんどは、支持基板上に複数の化合物半導体層（化合物半導体薄膜）をエピタキシャル成長させて製造される。このとき、前述の活性層には多重量子井戸構造が用いられ、ミラー層には屈折率が異なる層を１／４波長の光学長で交互に積層した分布ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector；ＤＢＲ）層が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５８６８８号公報
【特許文献２】特開平６−１２０５６６号公報
【特許文献３】特開２００３−８６８９５号公報
【特許文献４】特開２０１１−６６４３４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ASM Handbook"Alloy Phase Diagrams"Vol.3,P Nash,A Nash,H Baker,H Okamoto in ASM International,Metals Park,Ohio(1992)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＤＢＲ層は熱伝導率が低いため、活性層で発生した熱を効率的に放熱できず、面発光型半導体発光素子の発光効率が低下するという問題が公知である（例えば、特許文献１参照）。発光効率の低下は、キャビティ内へ注入された電流がより多く熱に変換されるということであり、ひいては信頼性の低下といった問題も引き起こす。
【０００７】
そのため、従来の面発光型半導体発光素子では、支持基板を残すことを前提として、その支持基板による放熱への影響をいかに小さくするかが課題となっていた。
【０００８】
この課題を解決すべく、支持基板に銅や銅合金からなるヒートシンクを貼り付け、活性層で発生した熱を支持基板を介してヒートシンクから外部へ放熱することがなされている（例えば、特許文献２参照）。このとき、放熱性の指標となる熱コンダクタンスは、熱抵抗の逆数、即ち、熱伝導率×支持基板の断面積÷支持基板の厚さで定義されるため、厚さが薄い支持基板、熱伝導率が良い支持基板、又は断面積が大きい支持基板を用いた方が熱コンダクタンスが大きくなり、放熱性の観点からは有利になる。
【０００９】
しかし、究極的に言えば、活性層を含む複数の化合物半導体層とヒートシンクとの間には支持基板が存在しない方が良い。つまり、ヒートシンク上に活性層を含む複数の化合物半導体層を直接貼り付けた方が放熱性を良好にできるはずである。
【００１０】
特許文献３には、ＧａＡｓ基板上に活性層を含む複数の化合物半導体層を形成し、その複数の化合物半導体層上にｎ型ＧａＰ基板を貼り付けた後、ＧａＡｓ基板を除去すると共に、その除去した部分にｐ側電極を形成すると共にｎ型ＧａＰ基板上にｎ側電極を形成し、ｐ側電極をヒートシンクであるサブマウント上にはんだ材によって貼り付け、活性層からの熱をヒートシンクから効率的に放熱できるようにした垂直共振器型半導体発光素子が開示されている。
【００１１】
また、特許文献４には、サファイア基板からなる成長用基板上に複数の化合物半導体層を形成し、その複数の化合物半導体層上にＣｕ−Ｗからなる支持基板を貼り付けた後、成長用基板を除去すると共に、その除去した部分にｎ側電極を形成する半導体レーザ素子の製造方法が開示されている。
【００１２】
しかし、特許文献３又は４では、最終的にｎ型ＧａＰ基板や支持基板が残る。これら基板を削ってその厚さをゼロにすることも考えられるが、基板が薄くなるにつれて素子の強度が低下して粉砕されやすくなり、取り扱い性に支障を来すため、これら基板の厚さを物理的な切削によりゼロにするのは困難である。また、光射出側の面にｎ型ＧａＰ基板が残っていると、いくらｎ型ＧａＰ基板が発振波長に対して透明とはいえ、キャリアによる光吸収が起き、発熱源にもなるし、ミラー特性も悪化する。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、活性層で発生した熱をより効率的に放熱できる面発光型半導体発光素子の製造方法、面発光型半導体発光素子及びその実装方法並びに面発光型半導体発光素子用貼合ウェハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的を達成するために創案された本発明は、第一支持基板上に活性層を含む複数の化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、エピタキシャル成長させた前記複数の化合物半導体層上に上部電極を形成する工程と、前記上部電極上に接合金属層を介して第二支持基板を貼り付ける工程と、前記第一支持基板をエッチングで除去する工程と、前記第一支持基板をエッチングで除去した部分に下部電極を形成する工程と、前記第二支持基板を除去する工程と、を備える面発光型半導体発光素子の製造方法である。
【００１５】
前記第二支持基板を貼り付ける工程は、前記上部電極上に密着金属層を形成し、前記密着金属層上に第一支持基板側接合金属層を形成し、他方、前記第二支持基板上に第二支持基板側接合金属層を形成し、前記第一支持基板側接合金属層と前記第二支持基板側接合金属層とを向かい合わせると共に重ね合わせて熱処理を施すことで、前記第一支持基板側接合金属層と第二支持基板側接合金属層とからなる前記接合金属層を形成し、前記上部電極上に前記接合金属層を介して第二支持基板を貼り付けると良い。
【００１６】
また、本発明は、第一支持基板上に活性層を含む複数の化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、エピタキシャル成長させた前記複数の化合物半導体層上に上部電極を形成する工程と、前記上部電極上に接合金属層を介して第二支持基板を貼り付ける工程と、前記第一支持基板をエッチングで除去する工程と、前記第一支持基板をエッチングで除去した部分に下部電極を形成する工程と、前記下部電極を実装面として実装基板に実装する工程と、前記第二支持基板を除去する工程と、を備える面発光型半導体発光素子の実装方法である。
【００１７】
前記第二支持基板を貼り付ける工程は、前記上部電極上に密着金属層を形成し、前記密着金属層上に第一支持基板側接合金属層を形成し、他方、前記第二支持基板上に第二支持基板側接合金属層を形成し、前記第一支持基板側接合金属層と前記第二支持基板側接合金属層とを向かい合わせると共に重ね合わせて熱処理を施すことで、前記第一支持基板側接合金属層と第二支持基板側接合金属層とからなる前記接合金属層を形成し、前記上部電極上に前記接合金属層を介して第二支持基板を貼り付けると良い。
【００１８】
また、本発明は、活性層と、前記活性層上に形成された上部クラッド層と、前記活性層下に形成された下部クラッド層と、前記上部クラッド層上に形成された上部ＤＢＲ層と、前記下部クラッド層下に形成された下部ＤＢＲ層と、前記上部ＤＢＲ層上に形成された上部コンタクト層と、前記下部ＤＢＲ層下に形成された下部コンタクト層と、前記上部コンタクト層上に形成された上部電極と、前記下部コンタクト層下に形成された下部電極と、を備える面発光型半導体発光素子である。
【００１９】
また、本発明は、活性層と、前記活性層上に形成された上部クラッド層と、前記活性層下に形成された下部クラッド層と、前記上部クラッド層上に形成された上部ＤＢＲ層と、前記下部クラッド層下に形成された下部ＤＢＲ層と、前記上部ＤＢＲ層上に形成された上部コンタクト層と、前記下部ＤＢＲ層下に形成された下部コンタクト層と、前記上部コンタクト層上に形成された上部電極と、前記上部電極上に接合金属層を介して取り外し可能に貼り付けられた第二支持基板と、を備える面発光型半導体発光素子用貼合ウェハである。
【００２０】
前記下部コンタクト層下に該下部コンタクト層に接するように形成された下部電極をさらに備えると良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、活性層で発生した熱をより効率的に放熱できる面発光型半導体発光素子の製造方法、面発光型半導体発光素子及びその実装方法並びに面発光型半導体発光素子用貼合ウェハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図２】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図３】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図４】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図５】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図６】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図７】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図８】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図９】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１０】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１１】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１２】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１３】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１４】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１５】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１６】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１７】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１８】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図１９】本発明に係る面発光型半導体発光素子の製造方法を説明する断面模式図である。
【図２０】本発明に係る面発光型半導体発光素子を示す断面模式図である。
【図２１】本発明に係る面発光型半導体発光素子の電流−電圧特性を示す図である。
【図２２】本発明に係る面発光型半導体発光素子の電流−光出力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２４】
本実施の形態に係る面発光型半導体発光素子の製造方法は、第一支持基板上に活性層を含む複数の化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、エピタキシャル成長させた複数の化合物半導体層上に上部電極を形成する工程と、上部電極上に接合金属層を介して第二支持基板を貼り付ける工程と、第一支持基板をエッチングで除去する工程と、第一支持基板をエッチングで除去した部分に下部電極を形成する工程と、第二支持基板を除去する工程と、を備えることを特徴とする。以下、各工程について具体的に説明する。
【００２５】
図１に示すように、先ず、有機金属気相成長（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy；ＭＯＶＰＥ）で、第一支持基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓエッチングストップ層３、下部コンタクト層としてのｎ型ＧａＡｓコンタクト層４、下部ＤＢＲ層としての３０．５ペアのｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層とからなるｎ型ＤＢＲ層５、下部クラッド層としてのｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層６、３層のＧａＡｓ量子井戸層とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓバリア層とからなる活性層７、上部クラッド層としてのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層８、上部ＤＢＲ層としての２４ペアのｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層とからなるｐ型ＤＢＲ層９、上部コンタクト層としてのｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０を順次エピタキシャル成長させる。但し、ｐ型ＤＢＲ層９の最もｎ型ＧａＡｓ基板１に近い側には、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓの代わりにｐ型ＡｌＡｓを形成する。
【００２６】
このようにして、第一支持基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１上に活性層７を含む複数の化合物半導体層（２〜１０）をエピタキシャル成長させる。
【００２７】
その後、図２に示すように、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０上にＳｉＯ2（二酸化ケイ素）層１１を形成する。続いて、その表面にフォトレジスト１２を塗布し、露光装置を用いて、製造する面発光型半導体発光素子ごとに、内径１２μｍ、外径４０μｍの円環が３００μｍピッチで正方格子状に配置されたフォトマスクのパターンを転写する。
【００２８】
そして、図３に示すように、パターンを残したまま、ＳｉＯ2層１１をフッ化水素酸水溶液でエッチングする。これにより、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０が、内径１２μｍ、外径４０μｍの円環状で３００μｍピッチの正方格子状に露出する。
【００２９】
更に、パターンを残したまま、真空蒸着装置を用いて、フォトレジスト１２を塗布した面にｐ型電極１３を形成する。ｐ型電極１３は、ＡｕＺｎ（金・亜鉛）合金、Ａｕ（金）を順次積層して形成する。
【００３０】
図４に示すように、リフトオフ溶剤と超音波発生器とを用い、ＳｉＯ2層１１の表面からフォトレジスト１２ごとｐ型電極１３を剥離する。これにより、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０の表面にのみｐ型電極１３が残る状態となる。
【００３１】
このようにして、エピタキシャル成長させた複数の化合物半導体層（２〜１０）上に上部電極としてのｐ型電極１３を形成する。
【００３２】
その後、ＳｉＯ2層１１を形成した側の表面にフォトレジスト１４を塗布し、露光装置を用いて、直径３０μｍの円が３００μｍピッチで正方格子状に配置されたフォトマスクパターンを転写する。このとき、それぞれの円の中心と先に形成した円環状のｐ型電極１３の中心とが一致するように調整する。
【００３３】
更に、図５に示すように、露光装置を用いて、幅５０μｍの線が３００μｍピッチで格子状に配置されたフォトマスクのパターンを転写する。このとき、線によって形成される正方形の中心が、先に形成した円環状のｐ型電極１３の中心と一致するように調整する。
【００３４】
パターンを残したまま、真空蒸着装置を用いて、フォトレジスト１４を塗布した面に密着金属層１５を形成する。密着金属層１５は、ＡｕＡｌ（金・アルミ）合金、Ａｕを順次積層して形成される。
【００３５】
この状態から、図６に示すように、リフトオフ溶剤と超音波発生器とを用い、フォトレジスト１４ごと密着金属層１５を剥離する。これにより、密着金属層１５は、ｐ型電極１３と同じ中心を持ち、一辺の長さが２５０μｍの正方形状で、かつ中心部に直径３０μｍの開口部を持つ形状に形成される。
【００３６】
次いで、図７に示すように、ＳｉＯ2層１１を形成した面にフォトレジスト１６を塗布し、露光装置を用いて、直径１００μｍの円が３００μｍピッチで正方格子状に配置されたフォトマスクのパターンを転写する。このとき、それぞれの円の中心と先に形成した円環状のｐ型電極１３の中心とが一致するように調整する。
【００３７】
そして、図８に示すように、フォトレジスト１６と密着金属層１５をマスクとしてＳｉＯ2層１１をフッ化水素酸水溶液でエッチングする。これによりｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０が、幅５０μｍの線で３００μｍピッチの格子状の配置状態となって露出する。
【００３８】
引き続き、図９に示すように、パターンを残したまま、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）装置を用いて、露出させたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０以下の各層をｎ型ＧａＡｓ基板１に到達するまでエッチングする。
【００３９】
次に、図１０に示すように、酸化狭窄装置を用いて、水蒸気を含む窒素雰囲気中で４００℃、２０分間の熱処理を実施し、ｐ型ＤＢＲ層９中のｐ型ＡｌＡｓ層を所定量酸化させて、酸化アパーチャ１７を形成する。
【００４０】
そして、図１１に示すように、ＳｉＯ2層１１を形成した面にフォトレジスト１８を塗布し、露光装置を用いて、直径２００μｍの円が３００μｍピッチで正方格子状に配置されたフォトマスクのパターンを転写する。このとき、それぞれの円の中心と先に形成した円環状のｐ型電極１３の中心とが一致するように調整されている。
【００４１】
図１２に示すように、パターンを残したまま、プラズマＣＶＤ装置を用いて、フォトレジスト１８を塗布した面にＳｉＮ（窒化ケイ素）膜１９を形成する。形成後、リフトオフ溶剤と超音波発生器を用いて、フォトレジスト１８上のＳｉＮ膜１９をフォトレジスト１８ごと剥離する。
【００４２】
その後、図１３に示すように、円環状のｐ型電極１３の中心に残り、表面に露出したＳｉＯ2層１１をＨＦ水溶液でエッチングし、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０を露出させる。
【００４３】
次いで、図１４に示すように、ＳｉＯ2層１１を形成した面にフォトレジスト２０を塗布し、露光装置を用いて、直径１００μｍの円が３００μｍピッチで正方格子状に配置されたフォトマスクのパターンを転写する。このとき、それぞれの円の中心と先に形成した円環状のｐ型電極１３の中心とが一致するように調整する。
【００４４】
更に、図１５に示すように、パターンを残したまま、真空蒸着装置を用いて、フォトレジスト２０を塗布した面に第一支持基板側接合金属層２１を形成する。第一支持基板側接合金属層２１はＡｕＳｎ（金・スズ）合金からなる。
【００４５】
この状態からリフトオフ溶剤と超音波発生器とを用いて、フォトレジスト２０ごと第一支持基板側接合金属層２１を剥離する。これにより、第一支持基板側接合金属層２１は、ｐ型電極１３と同じ中心を持ち、一辺の長さが２５０μｍの正方形状で、かつ中心部に直径１００μｍの開口部を持つ形状となる。
【００４６】
ｎ型ＧａＡｓ基板１をもとに、以上の工程を経て得られたウェハを下部ウェハと称する。
【００４７】
その後、ｎ型ＧａＡｓ基板１と同直径のアンドープＧａＡｓ基板２２を第二支持基板とし、フォトリソフラフィ装置と真空蒸着装置を用いて、その上に第二支持基板側接合金属層２３を形成する。第二支持基板側接合金属層２３は、Ｔｉ（チタン）、Ａｕ、ＡｕＳｎを順次積層したものである。第二支持基板側接合金属層２３の形状は、下部ウェハの第一支持基板側接合金属層２１と同様の形状であり、第二支持基板側接合金属層２３の開口部からはアンドープＧａＡｓ基板２２が露出している。
【００４８】
アンドープＧａＡｓ基板２２をもとに、以上の工程を経て得られたウェハを上部ウェハと称する。
【００４９】
次いで、図１６に示すように、下部ウェハと上部ウェハを第一支持基板側接合金属層２１と第二支持基板側接合金属層２３とが一致するように向かい合わせて重ね合わせ、真空中で２４５Ｎ／ｃｍ2（２５ｋｇｆ／ｃｍ2）の圧力を印加しながら、３００℃、５分の熱処理を施し、下部ウェハと上部ウェハとを一体化させた。
【００５０】
このようにして、上部電極としてのｐ型電極１３上に、第一支持基板側接合金属層２１と第二支持基板側接合金属層２３とからなる接合金属層２４を介して第二支持基板としてのアンドープＧａＡｓ基板２２を貼り付ける。つまり、第二支持基板としてのアンドープＧａＡｓ基板２２を貼り付ける工程は、上部電極としてのｐ型電極１３上に密着金属層１５を形成し、密着金属層１５上に第一支持基板側接合金属層２１を形成し、他方、アンドープＧａＡｓ基板２２上に第二支持基板側接合金属層２３を形成し、第一支持基板側接合金属層２１と第二支持基板側接合金属層２３とを向かい合わせると共に重ね合わせて熱処理を施すことで、第一支持基板側接合金属層２１と第二支持基板側接合金属層２３とからなる接合金属層２４を形成し、ｐ型電極１３上に接合金属層２４を介してアンドープＧａＡｓ基板２２を貼り付けることによって行う。
【００５１】
この一体化させたウェハを面発光型半導体発光素子用貼合ウェハと称する。
【００５２】
即ち、図１７に示すように、本実施の形態に係る面発光型半導体発光素子用貼合ウェハ１００は、活性層７と、活性層７上に形成された上部クラッド層としてのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層８と、活性層７下に形成された下部クラッド層としてのｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層６と、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層８上に形成された上部ＤＢＲ層としてのｐ型ＤＢＲ層９と、ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層６下に形成された下部ＤＢＲ層としてのｎ型ＤＢＲ層５と、ｐ型ＤＢＲ層９上に形成された上部コンタクト層としてのｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０と、ｎ型ＤＢＲ層５下に形成された下部コンタクト層としてのｎ型ＧａＡｓコンタクト層４と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０上に形成された上部電極としてのｐ型電極１３と、ｐ型電極１３上に接合金属層２４を介して取り外し可能に貼り付けられた第二支持基板としてのアンドープＧａＡｓ基板２２と、を備える。
【００５３】
面発光型半導体発光素子用貼合ウェハ１００のｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型ＧａＡｓバッファ層２とを、アンモニア水溶液と過酸化水素水との混合液によるエッチングで除去した後、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓエッチングストップ層３をフッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液でエッチングで除去し、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４を露出させる。
【００５４】
そして、図１８に示すように、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４上にＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム）合金、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕを順次蒸着して、ｎ型電極２５を形成する。
【００５５】
このようにして、第一支持基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１をエッチングで除去した部分に下部電極としてのｎ型電極２５を形成する。
【００５６】
このｎ型電極２５を形成した面発光型半導体発光素子用貼合ウェハを電極形成面発光型半導体発光素子用貼合ウェハと称する。
【００５７】
即ち、本実施の形態に係る電極形成面発光型半導体発光素子用貼合ウェハ２００は、面発光型半導体発光素子用貼合ウェハ１００の構成に加えて、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４下にその下部コンタクト層４に接するように形成された下部電極としてのｎ型電極２５を更に備える。
【００５８】
その後、図１９に示すように、以上の工程を経た電極形成面発光型半導体発光素子用貼合ウェハ２００を切断すると、２５０μｍ角の面発光型半導体発光素子前駆体３００が得られる。
【００５９】
次いで、図２０に示すように、面発光型半導体発光素子前駆体３００は、アンドープＧａＡｓ基板２２を接合したまま、ｎ型電極２５を実装面として、例えばプリント基板（実装基板）に実装される。実装後、適切な熱処理を施すことにより、第一支持基板側接合金属層２１と第二支持基板側接合金属層２３を溶融させて、アンドープＧａＡｓ基板２２を除去する。熱処理によって第二支持基板としてのアンドープＧａＡｓ基板２２を除去することができるので、その除去に際して面発光型半導体発光素子が粉砕されることはない。
【００６０】
表面に残存した第一支持基板側接合金属層２１は密着金属層１５、ｐ型電極１３を介してｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０と電気的に接合される。従って、表面に残存した第一支持基板側接合金属層２１は通電用ワイヤを接続するパッドとして利用できる。
【００６１】
以上の工程により、プリント基板上に二つのＤＢＲ層（ｎ型ＤＢＲ層５及びｐ型ＤＢＲ層９）とそれによって挟まれたキャビティ（ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層６、活性層７、及びｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層８）のみが基本的な構成要素として残る。この素子が本発明の実施の形態に係る面発光型半導体発光素子４００であることは自明である。
【００６２】
即ち、本実施の形態に係る面発光型半導体発光素子４００は、活性層７と、活性層７上に形成された上部クラッド層としてのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層８と、活性層７下に形成された下部クラッド層としてのｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層６と、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層８上に形成された上部ＤＢＲ層としてのｐ型ＤＢＲ層９と、ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層６下に形成された下部ＤＢＲ層としてのｎ型ＤＢＲ層５と、ｐ型ＤＢＲ層９上に形成された上部コンタクト層としてのｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０と、ｎ型ＤＢＲ層５下に形成された下部コンタクト層としてのｎ型ＧａＡｓコンタクト層４と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０上に形成された上部電極としてのｐ型電極１３と、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４下にその下部コンタクト層４に接するように形成された下部電極としてのｎ型電極２５と、を備える。
【００６３】
以上のようにして得られた複数の面発光型半導体発光素子４００の中から任意の１素子を抽出し、その面発光型半導体発光素子４００の電流−電圧特性及び電流−光出力特性を測定した。その結果を図２１及び図２２に示す。
【００６４】
これらの図から、レーザ発振していることは明らかである。
【００６５】
発振閾値電流は１ｍＡ、閾値電圧は１．５Ｖであり、７ｍＡの通電時の光出力は６．２ｍＷ、動作電圧は１．８Ｖである。光スペクトルアナライザを用いて測定した発振ピーク波長は８５１ｎｍであった。
【００６６】
７ｍＡ通電時の光電変換効率（光出力と入力電力の比）は約４９％である。一般的な波長８５０ｎｍの半導体発光素子の光電変換効率は２０％程度であることから、本実施の形態に係る面発光型半導体発光素子４００が高効率であることがわかる。
【００６７】
さらに、電流−光出力特性がほぼ直線を維持していることから、電流増加時の熱の影響が極めて小さいと判断できる。
【００６８】
以上の測定結果から、本実施の形態に係る面発光型半導体発光素子４００は、活性層７で発生した熱を効率よく放熱していることが実証された。
【００６９】
なお、第一支持基板側接合金属層２１及び第二支持基板側接合金属層２３を構成する材料としては、金・スズ合金が好ましい。
【００７０】
本実施の形態では、第一支持基板側接合金属層２１及び第二支持基板側接合金属層２３を接合したまま素子間分離するため、この接合部には十分な機械的強度が要求される。その一方で、面発光型半導体発光素子前駆体３００からの第二支持基板としてのアンドープＧａＡｓ基板２２の除去は、できるだけ容易であることが望まれる。
【００７１】
金・スズ合金は、金とスズの重量比が８０：２０のとき融点２８０℃の共晶を形成することが知られている（例えば、非特許文献１参照)。
【００７２】
金・スズ合金は、融点が低く、共晶点では機械的強度に優れることから、先の要求を両立する材料としては最適である。
【００７３】
また、第一支持基板側接合金属層２１及び第二支持基板側接合金属層２３を構成する他の材料としては、例えば金・シリコン合金を用いても良い。
【００７４】
また、本実施の形態では、第一支持基板、第二支持基板、及び複数の化合物半導体層に、主にＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系の材料を用いるが、所望の特性を得るためには、ＧａＮ系やＩｎＰ系の材料を用いても良い。
【００７５】
本実施の形態に係る面発光型半導体発光素子４００は、例えば、光トランシーバ等の光通信機器、レーザプリンター、又は光学マウス等に応用することができる。
【００７６】
以上の通り、本実施の形態に係る面発光型半導体発光素子４００は、第一支持基板上に活性層を含む複数の化合物半導体層をエピタキシャル成長させ、エピタキシャル成長させた複数の化合物半導体層上に上部電極を形成し、上部電極上に接合金属層を介して第二支持基板を貼り付け、第一支持基板をエッチングで除去し、第一支持基板をエッチングで除去した部分に下部電極を形成し、第二支持基板を熱処理で除去することで製造される。
【００７７】
従って、本実施の形態に係る面発光型半導体発光素子４００は、二つのＤＢＲ層とそれによって挟まれたキャビティのみが基本的な構成要素となり、従来の面発光型半導体発光素子が有する支持基板を持たない。そして、支持基板を介さず、二つのＤＢＲ層のいずれか一方の側を実装基板に直接実装することで、活性層で発生した熱が効率よく実装基板へと伝達されるため、効率的に放熱でき、発光効率が向上する。
【００７８】
また、本実施の形態に係る面発光型半導体発光素子４００では、支持基板が存在しない分、実装基板の高さ方向が小さくなるので、最終的なデバイスをコンパクトにすることができる。
【００７９】
よって、本発明によれば、必要最低限の機能のみを実装基板に貼り付けるという構成をとることができるため、活性層で発生した熱をより効率的に放熱できる面発光型半導体発光素子の製造方法、面発光型半導体発光素子及びその実装方法並びに面発光型半導体発光素子用貼合ウェハを提供することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３  ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓエッチングストップ層
４  ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
５  ｎ型ＤＢＲ層
６  ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層
７  活性層
８  ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層
９  ｐ型ＤＢＲ層
１０  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１  ＳｉＯ2層
１２  フォトレジスト
１３  ｐ型電極
１４  フォトレジスト
１５  密着金属層
１６  フォトレジスト
１７  酸化アパーチャ
１８  フォトレジスト
１９  ＳｉＮ膜
２０  フォトレジスト
２１  第一支持基板側接合金属層
２２  アンドープＧａＡｓ基板
２３  第二支持基板側接合金属層
２４  接合金属層
２５  ｎ型電極
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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