(57)【要約】【課題】発光素子の光を効率的に発光させ、或いは発光した光を効率的に取り出すためには発光する化合物半導体膜の直下に反射膜を持つ基板構造が有効であり、発光層の至近位置に側面反射板を持つ構造が有効であり、そのベース基板には熱伝導率の良い基板であることが有効である。しかしこの様な反射膜の上に結晶構造の半導体を形成することは一般的にはできない。【解決手段】本発明はＳｉＣ種基板の表層に水素を注入し、表面に反射膜層を設けた基板の表面と、ポリＳｉＣ基板の表面とを貼り合わせ、その後に水素注入層で基板を剥離し、ポリＳｉＣに反射膜層、単結晶ＳｉＣが形成された状態で、発光層と同じ材料による側面反射体を形成しその内側に発光層であるＧａＮ系の単結晶化合物半導体を形成した基板を用いる発光素子を特徴とする発明である。【選択図】図６
2014207418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の単結晶化合物半導体を用いた半導体装置の製造方法であって、
第２の単結晶化合物半導体材料からなる基板の表層に一定の深さの水素を注入し水素注入層を形成し基板側の半導体母材層と表面側の薄い移植層に区分した基板を第１の基板とし或いはその表面に少なくとも一つの第３の材料からなる薄膜層を形成した基板を第１の基板としてその表面と、第４の材料からなる基板を第２の基板として或いはその表面に少なくとも一つの第５材料からなる薄膜層を形成した基板を第２の基板としてその表面とを、貼り合わせる接合工程と、
前記接合工程の後に前記第１の基板の単結晶化合物半導体の水素注入層において剥離し、第２の単結晶化合物半導体の母材となる側の基板と、第４の材料からなる第２の基板に表層からみて第２の単結晶化合物半導体材料からなる移植層、或いは少なくとも一つの第３の材料からなる薄膜層あるいは少なくとも一つの第５の材料からなる薄膜層とが形成されている基板とを分離する基板分離工程と、
これにより第４の材料からなる第２の基板に表層からみて第２の単結晶化合物半導体材料からなる移植層、或いは少なくとも一つの第３の材料からなる薄膜層あるいは少なくとも一つの第５の材料からなる薄膜層とが形成されている基板に第１の単結晶化合物半導体膜を形成する単結晶化合物半導体形成工程と、
該第１の単結晶化合物半導体を素子機能部と側面反射部に分離し側面反射部に斜面を設ける斜面加工工程と、
前記側面反射部に反射膜を形成する工程とからなり前記素子機能部に電気的信号を供給する配線工程からなることを特徴とする半導体装置の製造方法とそれを用いる半導体装置。
【請求項２】
前記側面反射部に斜面を設ける手法として第１の結晶化合物半導体を用いて形成した側面反射部にボロンリンガラス膜或いはリンガラス膜等の材料を設け高温度で溶融せしめて斜面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の構成とその製造方法。
【請求項３】
前記側面反射部に斜面を設ける手法として第１の結晶化合物半導体を用いて形成した側面反射部にテ−パエッチ加工を行い斜面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の構成とその製造方法。
【請求項４】
前記第２の化合物半導体は単結晶ＳｉＣ基板とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の構成とその製造方法。
【請求項５】
前記第２の化合物半導体は第１の単結晶化合物半導体と同族の基板とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の構成とその製造方法。
【請求項６】
前記第４の材料からなる第２の基板はポリＳｉＣであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第４の材料からなる第２の基板はＳｉであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の単結晶化合物半導体はＧａＮあるいはＧａＡｌＮ或いはＧａＮ系の半導体であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置の構成とその製造方法。
【請求項９】
前記第３の材料或いは第５の材料の少なくとも一方が光学反射膜材料であること特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置の構成とその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は化合物半導体の基板構造とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ＧａＮなどの単結晶化合物半導体を用いてその薄膜層に素子機能部を作り込み、発光素子とする発光ダイオードが普及してきている。従来のＬＥＤは図１−１に示すような構造を有している。ＧａＡｌＮなどよりなる発光素子をパッケージ基板上に実装してボンディングポストへのワイヤのボンディングを通して電極を取り出し、発光した紫外光を蛍光体にあてて波長の長い光を励起する構造である。（特許文献１）。【０００３】  図１−１において１は発光素子を実装するパッケージの基板、２はパッケージから外部へ電極を取り出すリード、３はカバーガラス、４は発光素子でありその平面図を図１−２、断面図を図１−３に示す。５はボンディグワイア、６は蛍光体であり発光素子から放出される波長の短い光で励起されて波長の長い光を発光するものである。この光はカバーガラス３を経て外部に放出される。２０は光を集光方向へ向けるための反射板である。【０００４】  図１−２において７はサファイア基板９の上に形成されたＧａＡｌＮなどよりなる半導体を示し、８はその半導体のＰ型半導体層とＮ型半導体層の境界を示す。１０はＮ型半導体層、１１はＰ型半導体層を示し、１２、１３はそれぞれＮ型半導体層のボンディングパッド部、Ｐ型半導体層のボンディングパッド部を示す。【０００５】  図１−３は図１−２のＸ−Ｘ｀の断面図を示す。９はサファイア基板、１０はＮ型半導体層であり、１２はその電極を示す。１６は半導体の活性層であり、１１はＰ型半導体層であり、１３はその電極を示す。１８は活性層１６を中心としてＮ型半導体１０、Ｐ型半導体１１からなる発光部である。１９はサファイア基板の裏面に設けられた銀やニッケルからなる裏面反射膜である。【０００６】  発光素子の光はカバーガラス３の方向である集光方向、反対方向、直角方向に発光されるが、集光方向の光はそのまま集光方向へ集まり、反対方向の光はサファイア基板の裏面の反射膜層で反射されて集光方向に集まる。集光方向と直角方向の光の多くは減衰してその残りである一部の光をパッケージの側面などを傾斜させて集光方向に反射させることにより利用されている。より具体的には、集光方向の光はそのまま集光方向である表面方向に放出される。Ａにより示している。側面方向の光Ｂは活性層１６の側面から素子外部に出て、反射板２０により集光方向へ向けられる。しかし、光が素子から外部へ出るときに端面にて散乱され一部の光だけ反射板に至るのでその他の光は素子内にとどまる。集光方向と反対方向の光は裏面反射膜１９で反射され集光方向に集まる。Ｃでその様子を示す。しかし光の方向によっては反射膜層１９と電極１３による反射とを繰り返しサファイア層を往復するためにその間の減衰してしまう。【０００７】  このように、発光する光のうち一部しか表面を通して集光方向へ集められない。この様な現象を排除するには、側面方向の光は発光層の至近位置にて反射させることが望ましいが、発光層の至近位置に一定角度の反射板を設けることは容易ではない。集光方向と反対方向の光についてはサファイア基板の裏面での反射ではなくサファイアの表面側すなわちサファイアと半導体層の界面に反射層があることが理想である。しかし、現実的にはサファイア基板の上に形成し、発光素子半導体の下地となる反射特性を有する光学薄膜を形成することは容易ではない。【０００８】  サイファイア基板はその基板の上にＧａＡｌＮ層を形成するには格子定数が近くで適しており、ある程度の透明度があるために基板として実用化がされている。一方で熱伝導率は４２ｗ／ｍ・ｋ程度と低く、発光層で発光時に発生する熱を基板に伝える能力が低い。結果として、半導体層の温度が１５０℃を大幅に超えてしまう。この高温度になることにより、発光効率は減少し、素子寿命に重大な影響があり、この温度によりパッケージ材料選択の制約要因にもなっている。これらの理由からサファイアに代わる熱伝導率の良い基板が必要な背景がある。【０００９】  白色発光ダイオードは、白熱電球の代替としてその普及が進んでいるが、輝度向上、発光効率の向上するために多くの課題を残している。【００１０】
【特許文献１】  特開平１０−９３１４６号公報  特願２００８−３３６２５１  特願２００９−２４２５６  特願２００９−２６８０５１  特願２０１０−５４４１９７  特願２０１０−５４４１９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  本発明は、この様な事情に鑑みなされたものである。従来技術ではＧａＡｌＮなどの結晶構造を持つ化合物半導体において機能素子部はその薄膜層において形成され、格子定数が化合物半導体と近いサファイア基板の上に形成されてきた。本発明は、熱伝導率の悪いサファイア基板の代わりに熱伝導率の良いベース基板の上に反射膜層、単結晶層を形成する発明であり、ベース基板として熱伝導率がサファイアと比べて格段に大きな材料を選定出来るようにする発明である。具体的には、熱伝導率の良い基板を用いること、反射膜層を化合物半導体層から至近距離に設けて基板中における減衰を減らすこと、これによりベース基板としては透明度が不必要になりベース基板として熱伝導率が良い基板を選択することが可能になる点にある。【００１２】  これらのことを可能にする本発明の新規点は、熱伝導率良いベース基板の上に反射膜層を形成し、その上に単結晶ＳｉＣ膜や単結晶ＧａＮ膜を形成して、その上にＧａＡｌＮなどの半導体膜からなる発光層を設ける構造のものである。これまでのベース基板となるサファイア基板に発光層を形成した構造と比べて、発光層で発生する熱は、熱伝導度の良い基板を通じてパッケージに逃げ、更には外部に排出される。これにより、素子の接合部温度の上昇を抑え、発光効率が悪くなることを抑制することができる。【００１３】  また、発光した光のうち、下面方向の光は反射層において速やかに反射され集光方向に集められる。横方向の光は、素子表面に設けられる側面鏡を用いて集光方向へ集められる。これは、活性層において発光する光のうち、表面方向、すなわち集光方向の光はそのまま放出して、反対方向の光、すなわち裏面方向への光はＧａＡｌＮ膜の直下の反射膜層で反射させ、集光方向へ集める。側面方向の光はＧａＡｌＮ層の側面方向の至近位置に傾斜した反射層を設けて、集光方向に集めることを可能にする発明である。【００１４】  このような着想に基づく発明を具現化する具体的な形態を図２−１、図２−２、図２−３において示す。図２−１は素子の断面図であり、発光部１８の周辺に側面反射膜２２を設け、電極は発光部１８の外にＰ電極１３、Ｎ電極１２を設けられている。これらがベース基板２９の上に形成されている。Ｐ電極を発光部１８の内部に設け、Ｎ層電極を裏面から取ることにより電極領域が節減できるが、Ｐ型電極を発光層の上に設けるとそれが遮蔽部となり光の取り出し効率を低減せしめ発光効率を減らしてしまうためこの事例では発光層以外の部分に電極を設けている。また、ベース基板２９が導電性を確保できることが出来る場合にはＮ電極を裏面に設けることも可能であるが、裏面の電極形成が必要とされるためこの事例では表面に設けている。これらの選択は総合的に得失を考慮して決めることができる。図２−２に図２−１のｙ−ｙ‘線での断面図を示す。熱伝導性の良いベース基板２９の上に発光素子部が形成されており、ベース基板の熱伝導度が良いために素子部の温度上昇が避けられる構造である。図２−３に図２−１のｘ−ｘ’線での断面図を示す。発光部１８にて発光する光の光路を示す。集光方向である表面に向けての光はそのまま放出され、側面方向の光は、発光層の側面近傍に設けられた���側面反射膜２２において集光方向に向けられる。反対方向の光は、ベース基板２９と発光部１８との間に設けてある光学薄膜などによる反射部層５５において反射され、集光方向に集められる。この反射部層をベース基板２９と発光部１８との界面に設けることにより、ベース基板は透明である必要はなく、熱伝導度の良い基板を使用することができる。このような構成はベース基板として熱伝導度の良い基板を採用したいこと、及び集光の効率を上げたいというニーズに応える本発明の着想である。このようにして新規点であり課題となるのは熱伝導の良いベース基板と発光層形成に必要な結晶性の良い半導体層との間に反射率の良い反射部層を設ける手法の開発及び側面反射部の形成方法の開発にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】１．  第１の単結晶化合物半導体を用いた半導体装置の製造方法であって、
第２の単結晶化合物半導体材料からなる基板の表層に一定の深さの水素を注入し水素注入層を形成し基板側の半導体母材層と表面側の薄い移植層に区分した基板を第１の基板とし或いはその表面に少なくとも一つの第３の材料からなる薄膜層を形成した基板を第１の基板としてその表面と、第４の材料からなる基板を第２の基板として或いはその表面に少なくとも一つの第５材料からなる薄膜層を形成した基板を第２の基板としてその表面とを、貼り合わせる接合工程と、
前記接合工程の後に前記第１の基板の単結晶化合物半導体の水素注入層において剥離し、第２の単結晶化合物半導体の母材となる側の基板と、第４の材料からなる第２の基板に表層からみて第２の単結晶化合物半導体の移植層、或いは少なくとも一つの第３の材料からなる薄膜層あるいは少なくとも一つの第５の材料からなる薄膜層とが形成されている基板とを分離する基板分離工程と、
これにより第４の材料からなる第２の基板に表層からみて第２の単結晶化合物半導体の移植層、或いは少なくとも一つの第３の材料からなる薄膜層あるいは少なくとも一つの第５の材料からなる薄膜層とが形成されている基板に第１の単結晶化合物半導体膜を形成する単結晶化合物半導体形成工程と、
該第１の単結晶化合物半導体を素子機能部と側面反射部に分離し側面反射部に斜面を設ける斜面加工工程と、
前記側面反射部に反射膜を形成する工程とからなり前記素子機能部に電気的信号を供給する配線工程からなることを特徴とする半導体装置の製造方法とそれを用いる半導体装置。
２．  前記側面反射部に斜面を設ける手法として第１の結晶化合物半導体を用いて形成した側面反射部にボロンリンガラス膜或いはリンガラス膜等の材料を設け高温度で溶融せしめて斜面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の構成とその製造方法。
３．  前記側面反射部に斜面を設ける手法として第１の結晶化合物半導体を用いて形成した側面反射部にテ−パエッチ加工を行い斜面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の構成とその製造方法。
４．  前記第２の化合物半導体は単結晶ＳｉＣ基板とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の構成とその製造方法。
５．  前記第２の化合物半導体は第１の単結晶化合物半導体と同族の基板とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の構成とその製造方法。
６．  前記第４の材料からなる第２の基板はポリＳｉＣであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
７．  前記第１の単結晶化合物半導体はＧａＮあるいはＧａＡｌＮ或いはＧａＮ系の半導体であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置の構成とその製造方法。
８．  前記第３の材料或いは第５の材料の少なくとも一方が光学反射膜材料であること特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置の構成とその製造方法。
【発明の効果】
【００１６】  発光ダイオードの発光効率の向上は省エネを更に定着させるために必須の案件である。高出力の発光ダイオードの発熱を抑制するために、本発明は発光層で発光される光を出来るだけ効率よく発光させるために発光層の温度上昇を最小限にして発光効率を上昇させることが可能となり、また、反射膜層を発光層の近傍に設けることにより集光効率を上げ、これらにより、発光効率の良い、発光ダイオードを実現することが可能になる。【００１７】  本発明による基板では、ベース基板に熱伝導性を良くし、このベース基板と表面の化合物半導体との間の反射膜層を金属とする場合には電気的な遮蔽性を上げられるために、高周波素子用途の基板としても有効である。例えば、ミリ波用の化合物半導体素子の高放熱基板として使用することが出来る。その他、応用範囲が広い発明である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】  従来の発光ダイオードの構造を示す断面図
【図２】  本発明による発光ダイオードの構造を実現する断面図
【図３】  本発明による基板の作成方法
【図４】  本発明の基板による素子の作成方法
【図５】  本発明の基板による素子の作成方法
【図６】  本発明による発光素子の特性説明図
【図７】  本発明による別の基板の作成方法
【図８】  本発明による別の基板の発光素子の特性説明図
【図９】  本発明による別の素子の作成方法
【図１０】  本発明による別の基板の作成方法
【発明を実施するための形態】
【００１９】  図３においてベース基板として安価で熱伝導率の良いポリＳｉＣ基板を用い、側面反射板としてＳｉ層を形成する本発明の基板の作成方法を示す。ポリＳｉＣの熱伝導率は３００〜４００Ｗ／ｍ・ｋでありサファイア基板のそれと比べると７倍から１０倍と大きく放熱の効果が大きい。また、側面反射板としてＳｉを用いることは斜め面の加工が容易であり理想の側面反射板を形成することが出来るためである。
【００２０】  図３−１はベース基板として使用するポリＳｉＣ基板３０を示す。大きさは直径６インチ、厚さは２００μｍである。この基板にＳｉ薄膜４６が形成されている。図３−２において、種基板となる種単結晶ＳｉＣ基板４０は直径６インチ、厚さ５００μｍであり、表層にＨ注入層４１が水素のイオン注入により形成されている。このＨ注入層４１は、後に貼り合せをして、高温度で熱処理することにより剥離される界面となる層である。水素注入層の表面側の薄い層が移植ＳｉＣ層４２であり、０．５μｍの厚さである。図３−３は図３−２の状態に、光学薄膜などによる反射膜層４３を１μｍ厚形成し、最表面にシリコン酸化膜であるＳｉＯ２膜４４を０．１μｍ形成したものである。図３−４は図３−３の基板の表面であるＳｉＯ２膜と、図３−１の基板の表面であるＳｉ薄膜とを表面活性化処理して貼り合わせたものである。シリコン酸化膜ＳｉＯ２とＳｉとの界面の貼り合わせは、フッ酸などの表面活性化処理により容易に活性化を行うことができ、安価な設備で貼り合わせが可能となる手法である。室温での貼り合わせの後に  数百℃の熱処理により、貼り合わせを強固なものにすることが出来る。図３−５は、図３−４において貼り合わせた基板を約１０００℃に温度を上昇させることにより、Ｈ注入層４１にて剥離した状態を示す。ポリＳｉＣ基板３０にＳｉ薄膜４６、ＳｉＯ２膜４４、反射膜層４３、移植ＳｉＣ層４２が形成された状態を示す。図３−６は、図３−５の基板の表面にＮ型ＧａＡｌＮ層５０、活性層５１、Ｐ型ＧａＡｌＮ層５２からなる発光部層５６を形成した状態を示す。図３−６は図３−５と同じ図であり、図４における素子工程の説明を容易にするための図である。Ｓｉ薄膜４６、ＳｉＯ２膜４４、反射膜層４３、移植ＳｉＣ層４２を反射部層と称し、Ｎ型ＧａＡｌＮ層５０、活性層５１、Ｐ型ＧａＡｌＮ層５２からなる層を発光部層５６と称することとする。
【００２１】  図４において図３にて形成した基板を用いて側面反射板付きの発光層を形成する工程を示す。図４−１はフォトレジストを全面に塗布して、露光、硬化、フォトレジストエッチング等を経て必要部分だけを残した状態でフォトレジストをマスクにして発光部層５６と側面反射部２１の必要部分をエッチングにて形成した状態を示している。エッチングは発光層だけではなく、反射部層の一部の深さまで行われている。発光層底面深堀部８５の部分がその部位である。これは後に側面反射膜の形状を出来るだけ斜面にするための処置である。すなわち、発光面の底面と側面反射部の底面との間の位置をそれらの底面より深くしたいための処置である。図４−２はこの状態で全面にボロンリンシリコン酸化膜（以降はＢＰＳＧ膜と称する）を形成してフォトグラフィーによりエッチングして、必要部である側面反射部に形成した状態を示す。図４−３はこのＢＰＳＧ膜を熱処理して、テ−パをつけた状態を示す。高濃度のボロン、リンを含むＢＰＳＧ膜を熱処理して傾斜を持たせることは公知の事実である。これにより側面反射部の傾斜を約４５度に傾斜させることができる。図４−３は側面板が完成した状態である。図４−４は、側面反射膜材料を全面に形成し、必要部分をフォトリソグラフィーでエッチングして残し、側面反射膜２２を形成した状態を示す。図４−５はこの状態で、絶縁膜であるＳｉＯ２膜６２を形成し、コンタクトとして必要部分であるＰ型ＧａＡｌＮ部などをフォトリソグラフィーにより開口部を形成し、その後全面に導電性のある酸化インジウムスズ（以降ＩＴＯ膜と称する）を全面に形成し、その後フォトリソグラフィー工程で必要部分のＩＴＯ膜を形成した状態を示す。Ｐ型ＧａＡｌＮの電極はＩＴＯ膜を介して横方向に取り出される。図４−６はＰ型電極層となるＰ電極１３を導体であるＩＴＯ膜の上に形成した状態を表す。ボンデングパッドとなるアルミ薄膜を蒸着しフォトリソグラフィー技術により必要部を形成した状態を示している。これは図２−１のｙ−ｙ‘断面図に相当する部分である。発光部層５６の表層であるＰ型ＧａＡｌＮ膜５２からは透明導体であるＩＴＯ膜６１を介してＰ電極１３へ接続されている。ＩＴＯを電気伝導度は小さいので実際の表面レイアウトは電気伝導性の良いアルミ薄膜を出来るだけ多くして抵抗分を小さくする必要がある。図４−７はＮ電極が反射膜層に形成されている様子を示す。図２−１のｘ−ｘ’断面図に相当する部分である。この状態で発光部層５６の下面のＮ型ＧａＡｌＮ膜５０は反射部層５５に接しており、Ｎ型ＧａＡｌＮの電極は反射膜層４３と移植ＳｉＣ層４２からなる反射部層５５を介して横方向に取り出され、Ｎ電極１２と電気的に接続されている。反射部層５５が絶縁性のものであれば、ＩＴＯ膜を加えて多層構造としておく必要がある。
【００２２】図４においては、側面発射部に約４５度の角度を持たせるためにＢＰＳＧ膜を用いたが側面反射部を公知のテ−パエッチング手法により傾斜面を持たせることも可能である。その事例を図５において示す。
【００２３】  図５において、図３にて形成した基板を用いて側面反射板付きの発光層を形成する工程を示す。図５−１はフォトレジストを全面に塗布して、露光、硬化、フォトレジストエッチング等を経て必要部分だけを残した状態でフォトレジストをマスクにして発光部層５６と側面反射部２１の必要部分をエッチングにて形成した状態を示している。エッチングは発光層だけではなく、反射部層の一部の深さまで行われている。発光層底面深堀部８５の部分がその部位である。これは後に側面反射膜の形状を出来るだけ斜面にするための処置である。すなわち、発光面の底面と側面反射部の底面との間の位置をそれらの底面より深くしたいための処置である。図５−２はこの状態でテ−パエッチングのために側面反射部部にフォトレジスト６０を形成した状態を示す。発光層となる部分はフォトレジスト（保護用）５８が形成されている。図５−３はこの状態でフォトレジスト６０をマスクにして化合物半導体層をエッチングしながら側壁に非エッチンング層を形成しながらエッチングを行いテ−パ角を設けたものである。テ−パエッチングは公知の手法である。これにより側面反射部の傾斜を約４５度に傾斜させることができる。図５−３は側面反射部２１が完成した状態である。図５−４は、図５−３の状態からフォトレジスト６０を除去し側面反射膜材料を全面に形成し、必要部分をフォトリソグラフィーでエッチングして残し、側面反射膜２２を形成した状態を示す。図５−５はこの状態で、絶縁膜であるＳｉＯ２膜６２を形成し、コンタクトとして必要部分であるＰ型ＧａＡｌＮ部などをフォトリソグラフィーにより開口部を形成し、その後全面に導電性のある酸化インジウムスズ（以降ＩＴＯ膜と称する）を全面に形成し、その後フォトリソグラフィー工程で必要部分のＩＴＯ膜６１を形成した状態を示す。Ｐ型ＧａＡｌＮの電極はＩＴＯ膜を介して横方向に取り出される。図５−６はＰ型電極層となるＰ電極１３を導体であるＩＴＯ膜の上に形成した状態を表す。ボンデングパッドとなるアルミ薄膜を蒸着しフォトリソグラフィー技術により必要部を形成した状態を示している。これは図２−１のｙ−ｙ‘断面図に相当する部分である。発光部層５６の表層であるＰ型ＧａＡｌＮ膜５２からは透明導体であるＩＴＯ膜６１を介してＰ電極１３へ接続されている。ＩＴＯを電気伝導度は小さいので実際の表面レイアウトは電気伝導性の良いアルミ薄膜を出来るだけ多くして抵抗分を小さくする必要がある。図５−７はＮ電極が反射膜層に形成されている様子を示す。図２−１のｘ−ｘ’断面図に相当する部分である。この状態で発光部層５６の下面のＮ型ＧａＡｌＮ膜５０は反射部層５５に接しており、Ｎ型ＧａＡｌＮの電極は反射膜層４３と移植ＳｉＣ層４２からなる反射部層５５を介して横方向に取り出され、Ｎ電極１２と電気的に接続されている。反射部層５５が絶縁性のものであれば、ＩＴＯ膜を加えて多層構造としておく必要がある。
【００２４】図６−１は、図４−６と同じであり、詳細構造図にもとづき機能を説明する。図２−１或いは図６−３のｙ−ｙ‘の断面図に相当する図である。活性層５１において発光される光のうち、表面方向の光は、ＩＴＯ膜を通過して集光方向である表面へ向かう。Ａに相当する光である。活性層５１に沿った横方向の光は、概ね４５度の角度を有する側面反射膜２２において集光方向へ向けられる。Ｂに相当する光である。裏面方向へ向かう光は反射部層５５の表層にある反射膜層４３にて反射され、集光方向に向かう。Ｃに相当する光である。図６−２は図２−１のｘ−ｘ’の断面に相当する図である。図６−３は、素子の平面図を示しており図２−１に相当するものである。
【００２５】図３はベース基板と種基板の貼り合わせをＳｉＯ２を介して貼り合わせる事例を示した。この貼り合わせはＳｉＯ２を介在させることにより容易に貼り合わせが出来ること公知の事実である。しかし、ＳｉＯ２が絶縁物であるため導電性が必要な基板が必要な場合には適用できない。Ｎ電極を裏面にするような必要性がある場合には絶縁膜ではなく導電性のある材料を介在させる必要がある。図７においてＳｉ膜を介在させる事例を示す。
【００２６】  図７−１はベース基板として使用するポリＳｉＣ基板３０を示す。大きさは直径６インチ、厚さは２００μｍである。図７−２は、種基板となる種ＳｉＣ基板４０、直径は６インチであり厚さは５００μｍであり、表層に水素層がイオン注入により形成されている。このＨ注入層４１は、後に貼り合せし、高温度で熱処理することにより剥離させる界面となる層である。水素注入層の表面側の薄い層が移植ＳｉＣ層４２であり、０．５μｍの厚さである。図７−３は図７−２の状態に、反射膜層４３を１μｍの厚さで形成し、最表面にＳｉ膜４６を０．１μｍ形成したものである。図７−４は図７−３の基板に、図７−１のポリＳｉＣ基板３０の表面を表面活性化処理をして貼り合わせたものである。Ｓｉを介する貼り合わせは、プラズマ処理やイオン照射などの表面活性化処理により容易に活性化を行うことができ、活性化の後に真空中で貼り合わせが可能となる手法である。その後の熱処理により、貼り合わせを強固なものにすることが出来る。図７−５は、図７−４において貼り合わせた基板を約１０００℃に温度を上昇させることにより、Ｈ注入層４１の界面にて剥離をした状態を示す。ポリＳｉＣ基板３０に極薄のＳｉ薄膜４６、反射膜層４３、単結晶ＳｉＣの移植ＳｉＣ層４２が形成された状態を示す。図７−６は、図７−５の基板にＮ型ＧａＡｌＮ層５０、活性層５１、Ｐ型ＧａＡｌＮ層５２からなる発光部層５６を全面に形成した状態を示す。図７−７は図７−６と同じであるが、この基板を用いる後の素子形成の説明を容易にするために、Ｓｉ膜４６、反射膜層４３、移植ＳｉＣ層４２を反射部層５５と称し、Ｎ型ＧａＡｌＮ層５０、活性層５１、Ｐ型ＧａＡｌＮ層５２からなる発光層を発光部層５６と称することとして、表記を簡素化したものである。この図の構成は、図３−７とほぼ同様な構成である。従って、その後の素子形成は図４と同様であり説明を省略する。
【００２７】  図８−１は、図７により作成した基板を用いて形成した素子の断面図であり、この詳細構造図にもとづき機能を説明する。図２−１のｙ−ｙ‘、或いは図８−３の断面図に相当する図である。活性層５１において発光される光のうち、表面方向の光は、ＩＴＯ膜６１を通過して集光方向である表面へ向かう。Ａに相当する光である。活性層５１に沿った横方向の光は、概ね４５度の角度を有する側面反射膜２２において集光方向へ向けられる。Ｂに相当する光である。裏面方向へ向かう光は反射膜である反射膜層４３にて反射され、集光方向に向かう。Ｃに相当する光である。図８−２は図２−１のｘ−ｘ’の断面に相当する図である。縦方向に電流が流れるために、Ｎ型電極として裏面にＮ型裏面６３を有することができる。図８−３は、素子の平面図を示しており図２−１に相当するものである。このように図８はベース基板と種基板との貼り合わせをＳｉを介して貼り合わせる事例を示し、Ｎ電極を裏面にすることが可能である。
【００２８】  図３，６においては、種ＳｉＣ基板にＨ注入層を形成した後に反射膜層を形成し、ポリＳｉＣ基板との貼り合わせを行ったが、反射膜層は、ベース基板であるポリＳｉＣ基板に形成し、Ｈ注入層を形成した種ＳｉＣと貼り合わせることも可能である。以下図９、図１０に示す。
【００２９】  図９はこの構成による基板の作成方法である。貼り合せの時の活性化を容易にするためにＳｉ面とＳｉＯ２面との間で貼り合わせる事例である。図９−１は、種基板となる種ＳｉＣ基板４０、直径は６インチであり厚さは５００μｍであり、表層にＨ注入層４１が水素イオン注入により形成されている。このＨ注入層は、後に貼り合せし、高温度で熱処理することにより剥離させる界面となる層である。水素注入層の表面側の薄い層が移植ＳｉＣ層４２であり、０．５μｍの厚さである。図９−２は図９−１の表層にＳｉ薄膜４６を０．１μｍと薄く形成した状態である。図９−３はベース基板となるポリＳｉＣ基板に反射膜層４３を２μｍ厚に形成し，さらにＳｉＯ２膜４４を０．１μｍの厚さで形成した状態である。図９−４は、図９−２の基板の表面と図９−３の基板の表面を表面活性化処理して貼り合わせたものである。ＳｉＯ２とＳｉ面の貼り合わせは、フッ酸などの表面活性化処理により容易に活性化を行うことができ、安価な設備で貼り合わせが可能となる手法である。室温での貼り合わせの後に  数百℃の熱処理により、貼り合わせを強固なものにすることが出来る。図９−５は、図９−４において貼り合わせた基板を約１０００℃に温度を上昇させることにより、Ｈ注入層４１の界面にて剥離をした状態を示す。ポリＳｉＣ基板３０に反射膜層４３、シリコン酸化膜ＳｉＯ２、シリコンＳｉ薄膜４６、ＳｉＣ単結晶の移植ＳｉＣ層４２が形成された状態を示す。図９−６は、図９−５の基板に、Ｎ型ＧａＡｌＮ層５０、活性層５１、Ｐ型ＧａＡｌＮ層５２からなる発光部層５６を全面に形成した状態を示す。図９−７は図９−６と同じであるが、この基板を用いる後の素子形成の説明を容易にするために、反射膜層４３、ＳｉＯ２層４４、Ｓｉ薄膜４６、ＳｉＣ層４２を反射部層５５と称し、Ｎ型ＧａＡｌＮ層５０、活性層５１、Ｐ型ＧａＡｌＮ層５２からなる発光層を発光部層５６と称することとして、表記を簡素化したものである。
【００３０】  図９で作成した基板を用いる素子の工程図は図４に示すものと同様である。この基板構造においては、表面から反射膜に至るまでにＳｉＯ２膜とＳｉ膜が介在し、光を吸収するのでこれらは共に極薄である必要がある。
【００３１】図９はベース基板であるポリＳｉＣ側に反射膜層を形成した場合で、ＳｉＯ２とＳｉ面を貼り合わせる事例を示したが、ＳｉＯ２が介在するため縦方向には絶縁状態となる。裏面を使う場合で、ポリＳｉＣ側に反射層を形成する場合を以下の図１０において示す。
【００３２】  図１０は縦方向に電流を流す場合の基板作成の事例である。図１０−１は、種基板となる種ＳｉＣ基板４０、直径は６インチであり厚さは５００μｍであり、表層にＨ注入層４１が水素イオン注入により形成されている。このイオン注入層は、後に貼り合せし、高温度で熱処理することにより剥離させる界面となる層である。Ｈ注入層４１の表面側の薄い層が移植ＳｉＣ層４２であり、０．５μｍの厚さである。図１０−２はベース基板となるポリＳｉＣ基板３０に反射膜層として反射膜層４３を１μｍ厚で成長させ、シリコンからなるＳｉ膜４６を０．１μｍを形成した状態である。図１０−３は図１０−１の基板の表面と図１０−２の基板の表面を表面活性化処理をして貼り合わせたものである。Ｓｉ面とＳｉＣ面との貼り合わせは、プラズマ処理やイオン照射などの表面活性化処理により容易に活性化を行うことができ、活性化の後に真空中で貼り合わせが可能となる手法である。その後の熱処理により、貼り合わせを強固なものにすることが出来る。図１０−４は、図１０−３において貼り合わせた基板を約１０００℃に温度を上昇させることにより、Ｈ注入層４１の界面にて剥離をした状態を示す。ポリＳｉＣ基板３０に反射膜層４３、Ｓｉ膜４６、単結晶の移植ＳｉＣ層４２が形成された状態を示す。図１０−５はこの状態でＮ型ＧａＡｌＮ層５０、活性層５１、Ｐ型ＧａＡｌＮ層５２からなる発光部層５６を全面に形成した状態を示す。図１０−６は図１０−５と同じであるが、この基板を用いる後の素子形成の説明を容易にするために、反射膜層４３、ＳｉＯ２層４４、Ｓｉ薄膜４６、ＳｉＣ層４２を反射部層５５と称し、Ｎ型ＧａＡｌＮ層５０、活性層５１、Ｐ型ＧａＡｌＮ層５２からなる発光層を発光部層５６と称することとして、表記を簡素化したものである。
【００３３】  図１０−６は図３−７と同じ構造であり、その後は図４に示した手順で素子を作成することが出来る。この基板構造においては、表面から反射膜に至るまでにＳｉ膜が介在し、光を吸収するのでこれらは共に極薄である必要がある。
【００３４】  以上の事例では発光層となるＮ型ＧａＡｌＮ層、活性層、Ｐ型ＧａＡｌＮ層を作成する基板として単結晶ＳｉＣを用いる事例を示したが、単結晶ＳｉＣ基板の代わりに、単結晶ＧａＮ基板を用いることをも同様に可能である。
【００３５】  以上の事例ではベース基板としてポリＳｉＣ基板を用いる事例を示したが、Ｓｉ基板など熱伝導率やや小さいものの安価な基板を用いることも同様に可能である。また、Ｓｉ基板や、サファイ基板に部分的に基板の上下を貫通する穴をあけ金属層を充填したサーマルビア形式の高熱伝導度の基板を用いることも可能である。
【産業上の利用の可能性】
【００３６】  発光ダイオードの輝度向上に向けてその用途が拡大している現在、最大の効率出せるような素子構造を形成する本発明はいろいろな用途に応用できる。発光ダイオードの事例で説明をしたが化合物半導体と他の母材の組み合わせも可能になり多くの用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００３７】１・・・パッケージの基板    ２・・・パッケージの配線部    ３・・・カバーガラス
４・・・発光素子      ５・・・ワイアボンディング      ６・・・蛍光体
７・・・ＧａＡｌＮ半導体    ８・・・ＰＮの境界    ９・・・サファイア基板
１０・・・Ｎ型半導体層    １１・・・Ｐ型半導体層    １２・・・Ｎ電極
１３・・・Ｐ電極        １６・・・活性層        １８・・・発光部
１９・・・裏面反射膜      ２０・・・反射板      ２１・・・側面反射部
２２・・・側面反射膜      ２９・・・ベース基板      ３０・・・ポリＳｉＣ基板
４０・・・種単結晶ＳｉＣ基板    ４１・・・Ｈ注入層    ４２・・・移植ＳｉＣ層
４３・・・反射膜層      ４４・・・ＳｉＯ２膜      ４５・・・Ｓｉ層
４６・・・Ｓｉ薄膜      ５０・・・Ｎ型ＧａＡｌＮ膜      ５１・・・活性層
５２・・・Ｐ型ＧａＡｌＮ膜      ５５・・・反射部層      ５６・・・発光部層
５７・・・発光部      ５８・・・フォトレジスト（保護部）
６０・・・フォトレジスト    ６１・・・ＩＴＯ膜    ６２・・・ＳｉＯ２絶縁膜
６３・・・Ｎ裏面電極    ６５・・・フラッシュＳｉＯ２    ７０・・・Ｓｉ基板
７１・・・Ｈ注入層      ７２・・・移植Ｓｉ層      ７３・・・ＳｉＯ２層
８０・・・ＢＰＳＧ膜      ８５・・・発光層底面深堀部
【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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