(57)【要約】【課題】  本発明は、チップ面積あたりの外部への光取り出し効率の高いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む発光素子であって、第１の積層体１０と第２の積層体２０とを含み、第１の積層体１０は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体１１と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体１１の一方の主面側に形成された反射層１０８と、第１の拡散抑制層１０９と、第１の金属層１１０とを含み、第２の積層体２０は、半導体基板２０１と、第２の金属層２０５とを含み、第１の積層体１０と第２積層体２０とは、第１の金属層１１０と第２の金属層２０５とで接合されており、第１の拡散抑制層１０９により反射層１０８と第１の金属層１１０との間の原子の拡散を抑制することを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む発光素子であって、
第１の積層体と第２の積層体とを含み、
前記第１の積層体は、ｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層が順に積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体を含み、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体の一方の主面側に形成された反射層と、第１の拡散抑制層と、第１の金属層とを含み、
前記第２の積層体は、半導体基板と、第２の金属層とを含み、
前記第１の積層体と前記第２積層体とは、前記第１の金属層と前記第２の金属層とで接合されており、
前記第１の拡散抑制層により前記反射層と前記第１の金属層との間の原子の拡散を抑制することを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１の拡散抑制層が、前記反射層と前記第１の金属層との両方に接することにより、前記反射層と前記第１の金属層との間の原子の拡散を抑制することを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１の拡散抑制層が、前記反射層と前記第１の金属層との両方に対して導電性を有することを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の拡散抑制層が、前記反射層と前記第１の金属層との少なくとも一方の層に対して拡散速度が遅い金属を含有することを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項５】
前記第２の積層体は、さらに、オーミック接触金属層と、第２の拡散抑制層とを含み、
前記第２の拡散抑制層により前記オーミック接触金属層と前記第２の金属層との間の原子の拡散を抑制することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項６】
前記第２の拡散抑制層が、前記オーミック接触金属層と前記第２の金属層との両方に接することにより、前記反射層と前記第２の金属層との間の原子の拡散を抑制することを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２の拡散抑制層が、前記オーミック接触金属層と前記第２の金属層との両方に対して導電性を有することを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項８】
前記第２の拡散抑制層が、前記オーミック接触金属層と前記第２の金属層との少なくとも一方の層に対して拡散速度が遅い金属を含有することを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項９】
前記拡散速度が遅い金属が、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＮｉおよびＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属である請求項４または請求項８に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記拡散速度が遅い金属が、Ｎｉ−Ｔｉ合金である請求項９に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記拡散抑制層の厚さが５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記金属層が、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、ＺｎおよびＰｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記反射層が、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、およびＰｄからなる群から選ばれる少なくとも１種類の高反射率の金属を含有することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記反射層が、さらに、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、ＮｄおよびＢｉからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含有することを特徴とする請求項１３に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記反射層が、Ａｇ−Ｎｄ、Ａｇ−Ａｕ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｒｈ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｄ、Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｐｄ、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｌ−Ａｕ、Ａｌ−Ｐｔ、Ａｌ−Ｒｈ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｐｄ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｄ、Ａｌ−Ｂｉ−Ｎｄ、Ａｌ−ＰｄおよびＡｌ−Ｃｕ−Ｐｄからなる群から選ばれる１種類の合金を含有することを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記半導体基板の抵抗率が、１．０×１０-6Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記半導体基板の熱伝導率が、０．５Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1以上であることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記半導体基板が、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＺｎＯ基板、Ｃｕ基板、Ｗ基板、ＣｕＷ基板、Ｍｏ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＰ基板、ＡｌＮ基板、Ｇｅ基板、炭素鋼基板、Ｔｉ−Ｎｉ合金基板、ＺｒＯ2とＣとを含むセラミックス基板および２種類以上の金属化合物を含みＷを９０質量％以上の主成分とする基板群から選ばれる１種類の基板であることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
【請求項１９】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む発光素子の製造方法であって、
下地基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体と第１の金属層とを含む第１の積層体を形成する工程と、
半導体基板と第２の金属層とを含む第２の積層体を形成する工程と、
前記第１の積層体と前記第２の積層体とを、前記第１の金属層と前記第２の金属層とで接合する工程と、
前記第１の積層体から下地基板を除去する工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１の金属層と前記第２の金属層とを、熱および圧力によって、真空中または不活性ガス中で接合することを特徴とする請求項１９に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記半導体基板の線膨脹係数と前記下地基板の線膨張係数との差が、１．０×１０-5Ｋ-1以下であることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
レーザを前記下地基板側から照射することにより、前記下地基板を前記第１の積層体から除去することを特徴とする請求項１９に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記レーザのエネルギーが、前記下地基板の禁制帯幅以下であり、除去を目的とする層の禁制帯幅以上であることを特徴とする請求項２２に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第１の積層体において前記反射層と前記第１の金属層との間に第１の拡散抑制層を形成し、前記第１の拡散抑制層により前記反射層と前記第１の金属層との間の原子の拡散を抑制することを特徴とする請求項１９から請求項２３のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第２の積層体においてオーミック接触金属層と前記第２の金属層との間に第２の拡散抑制層を形成し、前記第２の拡散抑制層により前記オーミック接触金属層と前記第２の金属層との間の原子の拡散を抑制することを特徴とする請求項２４に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合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−Ｖ族化合物半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に発光の外部取り出し効率が高いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子では主としてサファイア基板が使用されており、サファイア基板を含む窒化物半導体発光素子が商品化されている。この場合、サファイア基板は絶縁性であるので、基板の一方の主面上に成長させられた複数のＩＩＩ族窒化物半導体層上にｐ側電極とｎ側電極の両電極が配置されている（たとえば、特許文献１および特許文献２を参照）。
【０００３】
図６を参照して、特許文献１に開示されたＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子は、サファイア基板６０１上に、バッファ層６０２、第１の反射層６０６、ｎ型半導体層６０３、発光層６０４、ｐ型半導体層６０５、第２の反射層６０７、およびｐ側電極６０８が順次積層されている。そして、部分的に露出されたｎ型半導体層６０３上に、ｎ側電極６０９が形成されている。なお、図６の例においては、第２の反射層６０７がｐ側電極６０８を兼ねている。
【０００４】
すなわち、図６に示す発光素子においては、発光層６０４から放射された光が第１の反射層６０６と第２の反射層６０７との間で共振した後に効率よくサファイア基板６０１を通して外部に放出され、それによって発光素子の光出力を向上させている。そのために、第１の反射層６０６は第２の反射層６０７に比べて低い反射率を有している。
【０００５】
また、特許文献２に開示された半導体発光素子においても、同様にｐ型半導体層側に高反射率の電極を設けることによって、発光層からの光をサファイア基板側へ反射させて、外部への光の取り出し効率を向上させている。
【０００６】
上記特許文献１および特許文献２に開示された発光素子においては、基板の一方の主面上に形成された半導体層積層体にｎ側電極およびｐ側電極が設けられている。この発光素子と外部とは金属製のワイヤーで接続される。このとき、この発光素子のｐ側電極６０８およびｎ側電極６０９上に作製するパット電極によって、発光層の光を外部へ取り出すのが遮られる。また、ｎ型半導体層６０３を露出させる結果として、発光素子の一部の発光層６０４を除去してｎ側電極６０９を作製する必要があるため、発光素子中に非発光部分を設けることなり、基板面方向でチップ面積に比べ活性層の発光面積が小さくなることから、チップ面積あたりの発光素子の光取り出しにロスが発生するという問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献１および特許文献２に開示された発光素子においては、ｐ型ＧａＮ層上に高反射率の金属層（反射層）が設けられているため、活性層からの光が素子構造に依存して上記反射層で反射されて基板を介して放出される。しかし、反射層とこれに接する層に金属を用いていることから、各々の層内の原子が相互拡散を起こってしまう。このために、反射層に接する金属層から反射層へ異種原子が流入してしまい、反射層の反射率が低下してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００３―１６３３７３号公報
【特許文献２】特開２００２―２６３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、チップ面積あたりの外部への光取り出し効率の高いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む発光素子であって、第１の積層体と第２の積層体とを含み、第１の積層体は、ｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層が順に積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体を含み、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体の一方の主面側に形成された反射層と、第１の拡散抑制層と、第１の金属層とを含み、第２の積層体は、半導体基板と、第２の金属層とを含み、第１の積層体と第２積層体とは、第１の金属層と第２の金属層とで接合されており、第１の拡散抑制層により反射層と第１の金属層との間の原子の拡散を抑制することを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子である。
【００１０】
本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子において、上記第１の拡散抑制層は、反射層と第１の金属層との両方に接することにより、反射層と第１の金属層との間の原子の拡散を抑制することができる。また、上記第１の拡散抑制層は、反射層と第１の金属層との両方に対して導電性を有するものとできる。また、上記第１の拡散抑制層は、反射層と第１の金属層との少なくとも一方の層に対して拡散速度が遅い金属を含有することができる。
【００１１】
また、本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子において、上記第２の積層体は、さらに、オーミック接触金属層と、第２の拡散抑制層とを含み、第２の拡散抑制層によりオーミック接触金属層と第２の金属層との間の原子の拡散を抑制することができる。ここで、上記第２の拡散抑制層は、オーミック接触金属層と第２の金属層との両方に接することにより、反射層と第２の金属層との間の原子の拡散を抑制することができる。また、上記第２の拡散抑制層は、オーミック接触金属層と第２の金属層との両方に対して導電性を有するものとできる。また、上記第２の拡散抑制層は、オーミック接触金属層と第２の金属層との少なくとも一方の層に対して拡散速度が遅い金属を含有することができる。
【００１２】
また、本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の拡散抑制層において、上記拡散速度が遅い金属を、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＮｉおよびＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属とすることができる。また、上記拡散速度が遅い金属を、Ｎｉ−Ｔｉ合金とすることができる。また、この拡散抑制層の厚さを５０ｎｍ以上とすることができる。
【００１３】
また、本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の金属層は、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、ＺｎおよびＰｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含有することができる。
【００１４】
また、本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の反射層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、およびＰｄからなる群から選ばれる少なくとも１種類の高反射率の金属を含有することができる。また、この反射層は、さらに、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、ＮｄおよびＢｉからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含有することができる。さらに、この反射層は、Ａｇ−Ｎｄ、Ａｇ−Ａｕ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｒｈ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｄ、Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｐｄ、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｌ−Ａｕ、Ａｌ−Ｐｔ、Ａｌ−Ｒｈ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｐｄ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｄ、Ａｌ−Ｂｉ−Ｎｄ、Ａｌ−ＰｄおよびＡｌ−Ｃｕ−Ｐｄからなる群から選ばれる１種類の合金を含有することができる。
【００１５】
また、本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の半導体基板の抵抗率を１．０×１０-6Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下とすることができる。また、上記半導体基板の熱伝導率を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体を構成するＩＩＩ族化合物半導体における最高の熱伝導率以上にすることができる。さらに、上記半導体基板をＳｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＺｎＯ基板、Ｃｕ基板、Ｗ基板、ＣｕＷ基板、Ｍｏ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＰ基板、ＡｌＮ基板、Ｇｅ基板、炭素鋼基板、Ｔｉ−Ｎｉ合金基板、ＺｒＯ2とＣとを含むセラミックス基板および２種類以上の金属化合物を含みＷを９０質量％以上の主成分とする基板群から選ばれる１種類の基板とすることができる。
【００１６】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む発光素子の製造方法であって、下地基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体と第１の金属層とを含む第１の積層体を形成する工程と、半導体基板と第２の金属層とを含む第２の積層体を形成する工程と、第１の積層体と第２の積層体とを、第１の金属層と第２の金属層とで接合する工程と、第１の積層体から下地基板を除去する工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法である。
【００１７】
本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法において、第１の金属層と第２の金属層とを、熱および圧力によって、真空中または不活性ガス中で接合することができる。また、半導体基板の線膨脹係数と下地基板の線膨張係数との差を、１．０×１０-5Ｋ-1以下とすることができる。さらに、レーザを下地基板側から照射することにより、下地基板を第１の積層体から除去することができる。ここで、上記レーザのエネルギーを、下地基板の禁制帯幅以下であり、除去を目的とする層の禁制帯幅以上とすることができる。また、上記第１の積層体において前記反射層と前記第１の金属層との間に第１の拡散抑制層を形成し、第１の拡散抑制層により反射層と前記第１の金属層との間の原子の拡散を抑制することができる。さらに、上記第２の積層体においてオーミック接触金属層と第２の金属層との間に第２の拡散抑制層を形成し、第２の拡散抑制層により前記オーミック接触金属層と第２の金属層との間の原子の拡散を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように、本発明によれば、チップ面積あたりの外部への光の取り出し効率の高いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明にかかる一つのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子は、図１を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む発光素子であって、第１の積層体１０と第２の積層体２０とを含み、第１の積層体１０は、ｎ型半導体層１０３、活性層１０４、およびｐ型半導体層１０５が順に積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体１１を含み、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体１１の一方の主面側に形成された、オーミック接触金属層１０７と、活性層１０４から放射された光を反射するための反射層１０８と、第１の拡散抑制層１０９と、第１の金属層１１０とを含み、第２積層体２０は、導電性基板２０１と、オーミック接触金属層２０２と、第２の拡散抑制層２０４と、第２の金属層２０５とを含み、第１積層体１０と第２積層体２０とは、第１の金属層１１０と第２の金属層２０５とで互いに接合されており、第１の拡散抑制層１０９が反射層１０８と第１の金属層１１０との間に位置し、第２の拡散抑制層２０４がオーミック接触金属層２０２と第２の金属層２０５との間に位置することにより、反射層１０８と第１の金属層１１０との間の原子の拡散およびオーミック接触金属層２０２と第２の金属層２０５との間の原子の拡散が抑制される。ここで、２つの層の間の原子の拡散とは、一方の層に含まれる原子が他方の層に拡散するとともに他の層に含まれる原子が一方の層に拡散する相互拡散の場合および一方の層に含まれる原子のみが他方の層に拡散する一方拡散の場合のいずれの場合をも含む。
【００２０】
このように、ｎ型半導体層１０３、発光層となる活性層１０４およびｐ型半導体層１０５が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体１１を含み、このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体１１の一方の主面側に形成された反射層１０８、第１の拡散抑制層１０９および第１の金属層１１０とを含む第１の積層体１０と、半導体基板２０１と第２の金属層２０５とを含む第２の積層体２０とが、第１の金属層１０と第２の金属層２０とで接合されることにより、第１の積層体１０および第２の積層体２０により構成される積層体３０の両側の主面に電極を形成することが可能となり、チップ面積あたりの外部への光取り出し効率の高い発光素子の製造が可能となるとともに、拡散抑制層が反射層と第１の金属層との間に位置することにより、拡散抑制層１０９によって反射層１０８と第１の金属層１１０との間の原子の拡散が抑制され、反射層の反射率が高く維持されるため、光の外部取り出し効率がさらに高くなる。
【００２１】
本発明にかかる一つのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子は、具体的には、たとえば以下のようにして製造される。
【００２２】
本ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造においては、まず、図２に示すような第１の積層体１０を製造する。この第１の積層体１０は、下地基板１０１であるサファイア基板上に形成されたＧａＮバッファ層１０２上に順次積層された、ｎ型半導体層１０３であるｎ型ＧａＮ層、発光層としてＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ層とＧａＮ層とが交互に４対組合わされたＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する活性層１０４、ｐ型半導体層１０５であるｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層（０＜ｘ≦１）１０５ａおよびｐ型ＧａＮ層１０５ｂ、透光性のオーミック接触金属層１０７、活性層１０４からの光を反射させる反射層１０８、第１の拡散抑制層１０９および以下に説明する第２の積層体との接合のための第１の金属層１１０により形成される。
【００２３】
より具体的には、図２を参照して、第１の積層体１０の製造は、下地基板１０１であるサファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法を用いて、複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を積層することにより行なう。まず、上記サファイア基板を反応室内のサセプタ上に装着して、１２００℃でＨ2雰囲気にてベーキングを行なう。その後、基板温度を４５０℃に降温して、キャリアガスとしてＮ2とＨ2の混合気体を用いながら、原料としてトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧ）とアンモニア（以下、ＮＨ3）を用いて、半導体バッファ層１０２である厚さ３０ｎｍのＧａＮバッファ層を形成し、続いて基板温度を速やかに１０８０℃に昇温して、上記半導体バッファ層１０２上に、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびドーパント用モノシラン（以下、ＳｉＨ4）を用いて、ｎ型半導体層１０３である厚さ１０μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させる。
【００２４】
その後、基板温度を７５０℃に降温して、上記ｎ型半導体層１０３上に、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ）、ＴＭＧ、およびＮＨ3を用いて、厚さ３ｎｍのＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ井戸層と厚さ９ｎｍのＧａＮ障壁層とを４対交互に積層させたＭＱＷ構造を有する活性層１０４を形成する。
【００２５】
次に、基板温度を１１００℃に昇温して、上記活性層１０４上に、ｐ型半導体層１０５として、厚さ３０ｎｍのＭｇドープのｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層１０５ａおよび厚さ１２０ｎｍのＭｇドープのｐ型ＧａＮ層１０５ｂを成長させる。ここで、ｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層１０５ａの成長は、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびドーパント用シクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2Ｍｇ）を用いて行い、ｐ型ＧａＮ層１０５ｂを成長は、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを用いて行なう。
【００２６】
そして、基板温度を常温（２５℃）まで下げた後に、その積層体を大気中に取り出す。その後、Ｍｇドープされたｐ型半導体層１０５のｐ型導電性活性化を行なうために、熱処理炉を用いて、Ｎ2雰囲気中で８００℃にて５分間熱処理を行なう。
【００２７】
次に、熱処理された積層体の有機洗浄を行った後、ｐ型ＧａＮ層１０５ｂ上に、透光性のオーミック接触金属層１０７として、厚さ１ｎｍ〜２０ｎｍのＰｄ（パラジウム）層が、基板温度１００℃にて真空蒸着法により形成される。このＰｄ層によってｐ型ＧａＮ層１０５ｂとのオーミック接触が得られれば、その上に後で形成される反射層１０８によって電流が横方向へ広がり得るため、Ｐｄ層をさらに薄くすることも可能で、厚さ１ｎｍ〜７ｎｍとすることが好ましい。Ｐｄ層まで形成された積層体は、真空中で５００℃にて５分間アニールされる。
【００２８】
オーミック接触金属層１０７であるＰｄ層上には、スパッタ法により、反射層１０８として厚さ１５０ｎｍのＡｇ−Ｎｄ層が形成される。このとき反射層の厚さは、活性層の光を透過しない程度に厚ければよく、３０ｎｍ以上であればよい。
【００２９】
引き続きスパッタ法により、反射層１０８と以下に説明する第１の金属層１１０との間の原子の拡散を抑制する役割を果たす厚さ０．５μｍのＮｉを５０質量％以上の主成分とするＮｉ-Ｔｉ合金を含有する第１の拡散抑制層１０９が形成される。
【００３０】
さらに、上記第１の拡散抑制層１０９上に、Ａｕを含有する厚さ３．５μｍの第１の金属層１１０を形成する。この第１の金属層１１０の形成は、真空蒸着法、スパッタ法、めっき法のいずれの方法で行なってもよく、またこれらのうちから２つ以上の方法で行なってもよい。このようにして、第１の積層体１０が得られる。
【００３１】
次に、図３に示すような第２の積層体２０を製造する。この第２の積層体２０は、導電性を有する半導体基板２０１であるｎ型Ｓｉ基板の（１００）面上に順次積層された、オーミック接触金属層２０２であるＴｉ層２０２ａおよびＡｌ層２０２ｂ、第２の拡散抑制層２０４、第２の金属層２０５であるＡｕ層２０５ａおよびＡｕ−Ｓｎ（Ａｕ８０質量％）層２０５ｂにより形成される。
【００３２】
より具体的には、図３を参照して、第２の積層体２０の製造は、導電性の半導体基板２０１であるＳｉ基板を有機洗浄してから５質量％のＨＦ水溶液を用いてエッチングを行った後、基板温度を１００℃として真空蒸着法により、導電性の半導体基板２０１であるｎ型Ｓｉ基板に対してオーミック接触し得る厚さ１５ｎｍ〜１００ｎｍのＴｉ層２０２ａおよび厚さ３００ｎｍのＡｌ層２０２ｂ、およびＡｌ層と以下に説明する第２の金属層２０５と間の原子の拡散を抑制するためのＮｉ−Ｔｉ合金を含む厚さ０．５μｍの第２の拡散抑制層２０４を順次形成する。
【００３３】
さらに、第２の拡散抑制層２０４上に、図２の第１の積層体１０との接合を容易にするための第２の金属層２０５として、厚さ１μｍのＡｕ膜２０５ａと厚さ４．５μｍのＡｕ−Ｓｎ（Ａｕ：８０質量％）層２０５ｂを順次形成する。こうして、図３に示す第２積層体２０が得られる。
【００３４】
次に、図４に示すように、第１の積層体１０と第２の積層体２０とを、第１の積層体における第１の金属層１１０と第２の積層体における第２の金属層２０５とが接合するように、貼り合せる。この貼り合わせの条件としては、特に制限はないが、圧力が２．０ＭＰa（２００Ｎ／ｃｍ2）程度、温度が２８０℃程度、保持時間が１０分程度であることが好ましい。ここで、貼り合わせの圧力およびと保持時間は、基板を加熱して貼り合わせ温度に到達した後の圧力と保持時間をいう。すなわち、基板温度が所望の貼り合わせ温度に到達するまでは、重ね合わされた基板の圧力は、２．０ＭＰa（２００Ｎ／ｃｍ2）でなくてよい。
【００３５】
さらに、上記第１の積層体１０と第２の積層体２０との貼り合わせは、第１の金属層１１０と第２の金属層２０５との接合部分におけるボイドの形成を抑制する目的のため真空雰囲気中で行なう。この貼り合わせは、大気圧中でも勿論可能であるが、更に金属層中のボイドを抑制するためには真空雰囲気下で、好ましくは１０Ｐａ（１．０×１０-1ｍｂａｒ）より高い真空度下で行なうことができる。また、真空雰囲気に変えてＡｒ、Ｎ2などの不活性ガス雰囲気中で、Ａｕ−Ｓｎ（Ａｕ：８０質量％）合金の共晶温度以上からそれより４０℃程度高い温度までの２７３℃〜３２０℃程度で、１．０ＭＰａ〜１０ＭＰａ（１００Ｎ／ｃｍ2〜１０００Ｎ／ｃｍ2）の圧力下、好ましくは１．５ＭＰａ〜５．０ＭＰａ（１５０Ｎ／ｃｍ2〜５００Ｎ／ｃｍ2）の圧力下で行なうことができる。また、貼り合わせに要する時間は、貼り合わせ温度到達後、３０分以下が好ましい。貼り合わせ温度が共晶温度近くなるほど、また、貼り合わせ時間が短いほど、金属同士の拡散が抑制される。貼り合わせ圧力については、基板の欠損を防止するため、上記範囲で行なうことが好ましい。
【００３６】
その後、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させた下地基板１０１であるサファイア基板を除去するために、下地基板１０１の禁制帯幅以下であり、かつ、除去を目的とする層であるバッファ層１０２の禁制帯幅以上のエネルギーを有するレーザ、すなわち、下地基板１に吸収されず、バッファ層１０２に吸収される波長に変換された固体レーザ光を用いて、下地基板１０１であるサファイア基板１０１側から入射するように照射される。これにより、第１の基板１０１を透過したレーザ光は、バッファ層１０２であるＧａＮバッファ層とｎ型半導体層１０２であるｎ型ＧａＮ層におけるバッファ層１０２側の一部とを溶解させる。そのようなレーザ光としてエネルギー密度１０μＪ/ｃｍ2〜１００ｍＪ/ｃｍ2のパルス状レーザ光を用いることができ、このパルス状レーザを下地基板１０１であるサファイア基板側から照射することにより、下地基板１０１であるサファイア基板と、バッファ層１０２であるＧａＮバッファ層と、ｎ型半導体層１０３であるｎ型ＧａＮ層の一部とが除去される。その後、露出したｎ型ＧａＮ層の表面にはレーザ光照射による欠陥およびレーザ痕が発生しているので、エレクトロンワックスを用いて第１の積層体１０と第２の積層体２０とが接合された積層体３０の半導体基板２０１であるｎ型Ｓｉ基板を研削機または研磨機の試料固定台（図示せず）に貼り付け、積層体３０のｎ型ＧａＮ層を表面から１μｍ〜２μｍ程度研削および／または研磨する。この研削および／または研磨による除去厚さは、ｎ型半導体層１０３であるｎ型ＧａＮ層が残りかつ活性層１０４に研削および／または研磨によるダメージが入らない程度が好ましい。その後、積層体３０を試料固定台から外して、残存するエレクトロンワックスを有機溶媒により洗浄する。
【００３７】
次に、再び図１を参照して、洗浄された積層体３０のｎ型半導体層１０３上には、厚さ１００ｎｍの酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＯ）層がスパッタ法によって堆積される。そのＩＴＯ層上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィとＦｅＣｌ3を利用したエッチングとにより、ＩＴＯ層の一部を除去して第１の電極３１０となる透光性電極を形成する。また、積層体３０の半導体基板２０１上には、第２の電極３２０として厚さ１５０ｎｍのＡｕ−Ｓｂ合金およびＡｕから形成される層が蒸着法により形成される。その後、スクライブ装置またはダイシング装置を用いて、チップの大きさが２００μｍ角になるように積層体３０の分割を行なう。こうして製造された図１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の発光波長は４７０ｎｍである。
【００３８】
このようにして作製された発光素子の発光面積は、図４を参照して、第２の電極３２０の主面の面積と同じである。これに対し、図６に示す従来の発光素子では、ｎ側電極６０９を作製するために発光素子上に非発光な部分を作る必要がある。したがって、両発光素子をそれらのチップ面積が同じになるように作製すると、発光面積は本発明の発光素子は従来の発光素子より大きく、より高い外部光取り出し効率を有するため、高出力化を図ることができる。
【００３９】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子において拡散抑制層の種類と厚さに対する発光の反射率の違いを示す図５を参照して、拡散抑制層１０９の効果を説明する。第１の拡散抑制層１０９の種類および厚さが異なる以外は、上記実施形態と同様の構造の発光素子を作製した。なお、第１の積層体と第２の積層体の貼り合わせ条件も、上記実施形態と同様（貼り合わせ圧力：２ＭＰａ、貼り合わせ温度：２８０℃、貼り合わせ保持時間：１０分）とした。
【００４０】
ＩＩＩ族窒化物半導体素子の積層体３０の第１の拡散抑制層１０９として、第１の反射層１０８であるＡｇ−Ｎｄ層と第１の金属層１１０であるＡｕ層とに対し拡散速度の遅い金属であるＮｉ−Ｔｉ合金で形成された層を用いた場合と、拡散速度の速い金属であるＰｔで形成された層を用いた場合とにおいて、波長４７０ｎｍの発光の反射率を比較検討した。図５を参照して、第１の拡散抑制層１０９がＮｉ−Ｔｉ層の場合は、厚さが０．５μｍおよび１．０μｍのときの反射率は９０％と高かったのに対し、第１の拡散抑制層１０９がＰｔ層の場合は、厚さが０．５μｍのときの反射率は６０％、厚さが１μｍのときの反射率は７０％と低くなった。さらに、本実施形態において第１の拡散抑制層１０９がＮｉ−Ｔｉ層の場合において、ｎ型ＧａＮ層１０３側より反射層１０８の色を観察したところ、反射層１０８であるＡｇ−Ｎｄ層の銀色が確認できた。これに対して、第１の拡散抑制層１０９がＰｔ層の場合は、第１の反射層１０８であるＡｇ−Ｎｄ層の銀色に第１の接合用金属層１１０であるＡｕ層内のＡｕ原子の拡散によるものと思われる金色の斑点が認められた。このことにより、Ｐｔ層が拡散抑制層としての役割を果たしていない、一方で、Ｎｉ−Ｔｉ層が拡散抑制層としての役割を果たしていることが分かる。
【００４１】
ここで、さらに、第１の拡散抑制層１０９であるＮｉ−Ｔｉ層の厚さを薄くした場合は、図５を参照して、厚さが０．０１μｍ（１０ｎｍ）のときの反射率は６７％、厚さが０．０５μｍ（５０ｎｍ）のときの反射率は７５％、０．１μｍのときの反射率は８０％、０．２μｍのとき反射率は８５％となった。これらのことから、Ｎｉ−Ｔｉ層は厚さが１０ｎｍ以上で拡散抑制層としての機能を発揮することがわかった。また、拡散抑制層の厚さは、５０ｎｍ以上が好ましい。さらに、第１の積層体と第２の積層体との貼り合わせ温度を２７３〜３２０℃で、貼り合わせ圧を１．０ＭＰａ〜１０ＭＰａ（１００Ｎ／ｃｍ2〜１０００Ｎ／ｃｍ2）で、貼り合わせ時間を１秒〜３０分として作製した発光素子について、上記と同様の検討を行なったところ、上記と同様の結果が得られた。
【００４２】
すなわち、本実施形態においては、上記の第１の拡散抑制層１０９の検討をも含めて、第１の拡散抑制層１０９として最適な厚さ０．５μｍのＮｉ−Ｔｉ層を用いたことにより、反射層１０８は高反射率を維持することができ、発光の外部取り出しの効率が従来よりも高くなった。
【００４３】
また、本実施形態において、反射層１０８として、３６０〜６００ｎｍの領域で高い反射率を有するＡｇ−Ｎｄ層を用いたが、発光素子の発光波長に応じて、Ａｇを含有する層に替えて、Ａｌ、ＲｈおよびＰｄの少なくとも一種の金属を含有する層を用いることもできる。さらには、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｄ、Ｃｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＮｉからなる群から選ばれるの少なくとも２種の合金を含有する層、特にＡｇ−Ｐｄ層、Ａｇ−Ｂｉ層、Ａｇ−Ｎｄ層またはＡｇ−Ｎｄ−Ｃｕ層を好ましく用いることができる。
【００４４】
これは、反射率の高い金属を単体で反射層に用いると、たとえば、Ａｌは表面酸化が起こり易い性質を有し、Ａｇはマイグレーションが起こり易い性質を有しているため、これらの金属を単体で反射層に用いた発光素子を、長期に使用すると、上記酸化またはマイグレーションにより、反射層の高い反射率が維持できなくなり、発光特性が初期値より変わってしまう可能性がある。このため、高反射率の金属を単体で用いるより、上記高反射率の金属に上記酸化またはマイグレーションを抑制すると言われているＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｎｄ、Ｂｉなどの貴金属、Ｎｄなどの希土類元素の金属、あるいは耐酸性および／または耐塩素性の効果がある金属が添加された合金を用いることが好ましい。ここで、上記酸化またはマイグレーションを抑制する金属の添加割合は、高反射率の金属の高い反射特性を損なわない程度、たとえば合金中５質量％程度以下とすることが好ましい。
【００４５】
また、本実施形態において、第１の積層体１０と第２の積層体２０とを接合するための金属層１１０，２０５としてＡｕ層およびＡｕ−Ｓｎ層（Ａｕ：８０質量％）を用いたが、Ａｕ−Ｓｎ合金の組成は変更可能で、たとえばＡｕ−Ｓｎ合金（Ａｕ：７０質量％）を用いることができる。また、金属層１１０，２０５として、Ａｕ層とＳｎ層、Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｎ層とＡｇ−Ｃｕ−Ｓｎ層またはＡｕ層とＡｕ−Ｓｉ層とを用いてもよい。第２の金属層として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｎ層を用いる場合は貼り合わせ温度を２６０℃〜３２０℃、また、Ａｕ層とＡｕ−Ｓｉ層とを用いる場合は貼り合わせ温度を２７０℃〜３８０℃にして、貼り合わせ圧力をいずれも１．０ＭＰａ〜１０．０ＭＰａ（１００Ｎ/ｃｍ2〜１０００Ｎ/ｃｍ2）にすればよい。これは、貼り合わせ条件が、特に、金属材料固有の融点、共晶温度、および金属同士の反応性に大きく依存するためである。特にＳｉ層とＡｕ−Ｓｉ層との貼り合わせの場合は、両者間の反応性が高いため、共晶点以下でも反応が起こる。  
【００４６】
さらに、金属層１１０，２０５が、上記で説明したＡｇ、Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ以外にもＳｎ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、ＺｎおよびＰｂのうち少なくとも１種類の金属を含有し、ハンダ材料に用いられるような共晶点温度の低い材料を選択することも可能である。く、またＡｕ層とＡｕ−Ｓｉ層を用いると場合には、接合温度と接合圧力をそれぞれ２７０℃〜３８０℃、１．０ＭＰａ〜１０．０ＭＰａ（１００Ｎ／ｃｍ2〜１０００Ｎ／ｃｍ2）とするとよい。さらに、金属層１１０，２０５が、上記で説明したＡｇ、Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ以外にもＳｎ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、ＺｎおよびＰｂのうち少なくとも１種類の金属を含有し、はんだ材料に用いられるような共晶点温度の低い材料を選択することも可能である。
【００４７】
また、本実施形態においては、導電性の第２の積層体２０を製造するための半導体基板としてｎ型Ｓｉ基板（線膨張係数：５．３×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：１．４Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：０．０１Ω・ｃｍ）が用いられたが、導電性を有するようにドーピングをされた以下の基板、ｐ型Ｓｉ基板（線膨張係数：２．４×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：１．４Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：０．０２Ω・ｃｍ）、ドーピングをして導電性を持たせたＧａＡｓ（砒素化ガリウム）基板（Ｚｎドープｐ型基板の場合・・・線膨張係数：６．０×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：０．５４Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：０．０３Ω・ｃｍ以下、Ｓｉドープｎ型基板の場合・・・線膨張係数：６．０×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：０．５４Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：０．００３Ω・ｃｍ以下）、ＺｎＯ（ジンクオキサイド）基板（線膨張係数：３．１８×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：０．５９Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：１×１０-4Ω・ｃｍ未満）、Ｃｕ（銅）基板（線膨張係数：１６．８×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：３９０Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：１．０×１０-6Ω・ｃｍ）、Ｗ（タングステン）基板（線膨張係数：４．３×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：２００Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：５．５×１０-6Ω・ｃｍ）、ＣｕＷ（タングステン―銅）基板（組成比により、線膨張係数：４．３〜１０.２×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：６．４〜１０．２Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：１．０×１０-6Ω・ｃｍ）、２種類以上の金属化合物を含みＷを９０質量％以上の主成分とする基板（たとえば、９７Ｗ−２Ｎｉ−１Ｃｕまたは９７Ｗ−２Ｎｉ−１Ｆｅの場合・・・線膨張係数：５．０×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：０．９〜１．２５Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：１．０×１０-6Ω・ｃｍ）、Ｍｏ（モリブデン）基板（線膨張係数：５．１×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：１．４２Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：１．０×１０-6Ω・ｃｍ）、ドーピングをして導電性を持たせたＩｎＰ（インジウムリン）基板（線膨張係数：４．５×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：０．７Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：１．０×１０-2Ω・ｃｍ以下）、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板（線膨張係数：５．５９×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：１．３Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：７×１０-3Ω・ｃｍ）、ドーピングをして導電性を持たせたＳｉＣ（６Ｈ）（炭化珪素）基板（線膨張係数：４．２×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：４．９Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：１×１０-2Ω・ｃｍ以下）、ＧａＰ（ガリウム燐）基板（線膨張係数：５．３〜５．８１×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：１．１Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：０．０３Ω・ｃｍ以下）、ドーピングをして導電性を持たせたＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板（線膨張係数：４．０×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：１７０Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：１０１０Ω・ｃｍ）、ドーピングをして導電性を持たせたＧｅ（ゲルマニウム）基板（線膨張係数：７．７×１０×-6Ｋ-1、熱伝導率：５９．９Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：０．０５Ω・ｃｍ以下）、炭素鋼基板（たとえば、Ｓ４５Ｃの場合・・・線膨張係数：１０．７×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：０．４４Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：２．３×１０-６Ω・ｃｍ）、Ｔｉ−Ｎｉからなる金属基板（線膨張係数：１０×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：０．２１Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：７．０×１０-6Ω・ｃｍ）、または、ＺｒＯ2とＣとを含む抵���率が低いセラミック基板（たとえば、ＺｒＯ2−ＷＣ基板の場合・・・線膨張係数：８．１×１０-6Ｋ-1、熱伝導率：０．１５Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1、抵抗率：１．７×１０-4Ω・ｃｍ）などを代わりに用いることもできる。
【００４８】
半導体基板２０１として、上記基板が好ましく選択されるのは、以下の理由による。まず、半導体基板２０１は、下地基板１０１に対して線膨張係数の差が少ないものが望ましい。第１の積層体と第２の積層体との貼り合わせを熱処理によって行なうため、第１の積層体が形成されている下地基板と第２の積層体に含まれる半導体基板との間で線膨脹係数の差が大きいと、所定の貼り合わせ温度において貼り合せた後、室温（たとえば２５℃）戻す際に、線膨脹係数の差による反りが生じ、またはその反りに起因する剥がれが生じる。かかる観点から、半導体基板の線膨張係数と下地基板の線膨脹係数との差が１．０×１０-5Ｋ-1以下であることが好ましい。ここで、本実施形態においては、下地基板１０１として線膨脹係数が７．４×１０-6Ｋ-1のサファイア基板と、半導体基板２０１として線膨脹係数が５．３×１０-6Ｋ-1のｎ型Ｓｉ基板を用いているため、両基板間の線膨張係数の差は２．１×１０-6Ｋ-1と小さいため、本実施形態における第１の積層体１０と第２の積層体２０の貼り合わせにおいて、積層体３０に反りおよび剥がれは認められなかった。
【００４９】
また、半導体基板２０１は、熱伝導率が高いことが望ましい。熱伝導率の高い基板を用いることにより、発光素子に電流を注入して発光させる際に発生する熱を効率よく外部へ放熱できる。放熱が効率良く行われれば、発光素子に大電流を注入したときに、発光素子の発光量子効率が低下するのを抑制できる。かかる観点から、半導体基板２０１の熱伝導率は、０．５Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1以上であることが好ましい。ここで、本実施形態においては、半導体基板２０１に用いられたｎ型Ｓｉ基板の熱伝導率は１．４Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1であり、これは０．５Ｗ・ｃｍ-1・Ｋ-1以上であるため、発光素子の発光の際の放熱が効率よく行なわれる。
【００５０】
また、半導体基板２０１は、抵抗率が１．０×１０-6Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。半導体基板２０１の抵抗率を上記の範囲とすることにより、半導体基板において発生する電圧降下を効果的に抑制することができる。ここで、本実施形態においては、半導体基板２０１としてドーパント（たとえばＳｂ）濃度が１×１０17ｃｍ-3であり、抵抗率が０.０１Ω・ｃｍであるｎ型Ｓｉ基板を用いた。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体の各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の抵抗率はドーピングにより１０Ω・ｃｍ以上に調製され、金属層およびオーミック接触金属層の抵抗率は１．０×１０-6Ω・ｃｍ以下に調整されている。このように、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体積層体の抵抗率と金属層およびオーミック接触金属層の抵抗率の間の抵抗率を有する半導体基板２０１を用いることにより、半導体基板による電圧降下を抑制することができる。
【００５１】
以上のように、線膨張係数、熱伝導率および抵抗率の３つの特性から、半導体基板２０１を選択することが好ましい。半導体基板２０１は、上記３つの特性をすべて満たすことがより好ましいが、いずれか１つの特性を満たしていれば足りる。
【００５２】
さらに、本実施形態においては、オーミック接触金属層１０７としてＰｄを含有するＰｄ層が用いられたが、Ｐｄに替えて、Ｎｉ、Ｉｎ、ＡｇおよびＰｔからなる群から選ばれる１種以上の金属を含有する層を用いても同様の効果が得られる。さらに、絶縁性のサファイア基板に替えて、スピネル基板またはＳｉＣ基板などを用いることもできる。
【００５３】
また、本実施形態における半導体基板２０１へのオーミック接触金属層２０２としてのＴｉ層２０２ａに替えて、Ａｕ層、Ａｕ−Ｓｂ層を用いることができる。また、半導体基板２０１であるｎ型Ｓｉ基板に替えてｐ型Ｓｉ基板を用いた場合は、Ａｌ層または、Ａｌ層およびＴｉ層の複数からなる金属層をオーミック接触金属層２０２として用いることができる。また、ｎ型Ｓｉ基板の不純物濃度が１．０×１０18ｃｍ-3以上であれば、オーミック接触金属層として導電性Ａｇペーストを用いてもよい。
【００５４】
また、活性層１０４は、単一または多重の量子井戸層のいずれで構成されていてもよく、ノンドープであってもＳｉ、Ａｓ、またはＰなどがドープされていてもよい。ＭＱＷ活性層中の井戸層と障壁層はＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ＜１）のみからなってもＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ＜１）とＧａＮ層からなってもよい。また、ｐ側電極とｎ側電極の形成順序は任意であり、いずれを先に形成してもよい。さらに、Ｉｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ層とＧａＮ層とが交互に４対組合わされたＭＱＷ活性層１０４におけるＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）の組成比を制御することによって、１９９ｎｍ〜６５２ｎｍの範囲内の発光波長を有する発光素子を製造することができる。
【００５５】
また、チップ分割方法としては、スクライブ装置またはダイシングに限られず、クライブライン上にレーザ光を集光照射して分割してもよい。チップの大きさは２００μｍ角に限られず、１００μｍ角または１ｍｍ角などであってもよい。
【００５６】
なお、本実施形態において、レーザ照射後のｎ型半導体層１０３の研削および／または研磨は、そのｎ型ＧａＮ層にレーザ照射欠陥が発生することと、バッファ層１０２の一部がｎ型半導体層１０３上に残留することによる弊害を除去するために行われる。ここで、バッファ層１０２としてＧａＮバッファ層の替りにＡｌＮバッファ層を使用した場合、ｎ型半導体層１０３としてｎ型ＧａＮ層の替わりにＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）層を形成した場合、さらには任意の付加的な層を積層した場合でも、研削および／または研磨によって不要な層を取除去し得ることは言うまでもない。さらに、ｎ型ＧａＮ層の研磨は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によって除去を行なうことができる。
【００５７】
上記のように、本実施形態においては、図１を参照して、第１の積層体１０と第２の積層体２０とが、第１の積層体における第１の金属層１１０と第２の積層体における第２の金属層２０５とによって接合されているため、積層体３０の両方の主面に電極（第１の電極３１０である透光性電極、第２の電極３２０）を形成することができ、チップ面積あたりの外部への光取り出し効率の高い発光素子が得られる。また、発光層１０４からの波長３６０〜６００ｎｍの光に関して反射層１０８を用いて活性層１０４方向へ反射させることで半導体基板２０１であるｎ型Ｓｉ基板で光が吸収されることを防ぎ、かつ光透過率の高いＩＴＯを用いた透光性の第１の電極３１０を用いることによって、外部への光の取出し効率が向上した発光素子が得られる。
【００５８】
本実施形態においては、第１の拡散抑制層１０９が反射層１０８と第１の金属層１１０との両方に接することにより、反射層と第１の金属層との間の原子の拡散を抑制し、また、第２の拡散抑制層２０４がオーミック接触金属層２０２と第２の金属層２０５との両方に接することにより、オーミック接触金属層２０２と第２の金属層２０５との間の原子の拡散を抑制するものであるが、かかる原子の拡散を抑制するためには、第１の拡散抑制層が反射層と接合用金属層との間に位置し、また、第２の拡散抑制層２０４がオーミック接触金属層２０２と第２の金属層２０５との間の位置していればよく、拡散抑制層と反射層の間、拡散抑制層と金属層との間またはオーミック接触金属層との間に他の層が介在していてもよい。
【００５９】
また、拡散抑制層１０９，２０４は、第１の拡散抑制層１０９が反射層１０８および第１の金属層１１０との両方の層に対して導電性を有し、第２の拡散抑制層２０４がオーミック接触金属層２０２および第２の金属層２０５との両方の層に対して導電性を有するものであれば、特に制限はない。ここで、導電性とは、発光に十分な電流を発光素子に流すことができる程度の導電性であれば足りる。
【００６０】
また、本実施形態においては、拡散抑制層１０９，２０４として、Ｎｉ−Ｔｉ合金を含むＮｉ−Ｔｉ層を用いたが、反射層１０８と第１の金属層１１０との少なくとも一方のＰ層、および、オーミック接触金属層２０２と第２の金属層２０５との少なくとも一方の層に対して拡散速度の遅い金属を含有する層を用いることで同等の効果が得られる。拡散抑制層は、かかる拡散速度の遅い金属を含有する層であれば特に制限はないが、拡散抑制効果が大きい観点から、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＮｉおよびＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含有する層であることが好ましい。また、これらの金属以外の原子を含んでいてもよい。たとえば、Ｗ−Ｃｏ、Ｗ−Ｃなどを含む層も、拡散抑制層として用いることができる。
【００６１】
また、以上の実施形態においては、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子について説明したが、周知のようにＩＩＩ族窒化物半導体中のＮの少なくとも一部がＡｓ、Ｐおよび／またはＳｂで置換されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いてもよい。
【００６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明にかかる一つのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図２】本発明にかかる一つのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造工程における第１の積層体を示す模式的断面図である。
【図３】本発明にかかる一つのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造工程における第２の積層体を示す模式的断面図である。
【図４】本発明にかかる一つのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造工程における積層体を示す模式的断面図である。
【図５】ＩＩＩ−Ｖ族化合物発光素子において、拡散抑制層の種類と厚さに対する発光の反射率の違いを示す図である。
【図６】従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  第１の積層体、１１  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体、２０  第２の積層体、
３０  積層体、１０１  下地基板、１０２，６０２  バッファ層、１０３，６０３  ｎ型半導体層、１０４  活性層、１０５，６０５  ｐ型半導体層、１０５ａ  ｐ型ＡｌＧａＮ層、１０５ｂ  ｐ型ＧａＮ層、１０７，２０２  オーミック接触金属層、１０８  反射層、１０９  第１の拡散抑制層、１１０  第１の金属層、２０１  半導体基板、２０２ａ  Ｔｉ層、２０２ｂ  Ａｌ層、２０４  第２の拡散抑制層、２０５  第２の金属層、２０５ａ  Ａｕ層、２０５ｂ  Ａｕ−Ｓｎ層、３１０  第１の電極、３２０  第２の電極、６０１  サファイア基板、６０４  発光層、６０６  第１の反射層、６０７  第２の反射層、６０８  ｐ側電極、６０９  ｎ側電極。
【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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