(57)【要約】【課題】  金属からなる導電性基板を用いてなり、ＧａＮ層を含み、発光出力の高い化合物半導体発光素子を提供する。【解決手段】  導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層がこの順で積層されてなり、該導電性基板がＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す金属材料からなる導電性基板であることを特徴とする化合物半導体発光素子。金属材料が、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＯｓおよびＮｂからなる群より選ばれる１種以上を主体とする金属材料である前記記載の化合物半導体発光素子。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層がこの順で積層されてなり、該導電性基板がＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す金属材料からなる導電性基板であることを特徴とする化合物半導体発光素子。
【請求項２】
導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層をこの順で有し、該導電性基板がＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す金属材料からなる導電性基板であることを特徴とする化合物半導体発光素子。
【請求項３】
金属材料が、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＯｓおよびＮｂからなる群より選ばれる１種以上を主体とする金属材料である請求項１または２に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項４】
金属材料が、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＯｓおよびＮｂからなる群より選ばれる１種の金属材料である請求項１または２に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項５】
導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層がこの順で積層されてなり、該導電性基板がＧａＮの熱膨張率より１．５×１０-6／℃以下小さい熱膨張率を有する金属材料からなる導電性基板であることを特徴とする化合物半導体発光素子。
【請求項６】
導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層をこの順で有し、該導電性基板がＧａＮの熱膨張率より１．５×１０-6／℃以下小さい熱膨張率を有する金属材料からなる導電性基板であることを特徴とする化合物半導体発光素子。
【請求項７】
金属材料が、ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる１種以上を主体とする金属材料である請求項５または６に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項８】
金属材料が、ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる１種の金属材料である請求項５または６に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項９】
ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層が、少なくともｎ型の導電性を有する層、発光層を有する窒化物系化合物半導体の層、ｐ型の導電性を有する層、をこの順に有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の化合物半導体発光素子。
【請求項１０】
密着性向上層がＴｉＰｔからなる金属材料であり、接着層がＡｕＳｎからなる金属材料である請求項１〜９のいずれかに記載の化合物半導体発光素子。
【請求項１１】
（１）成長基板上に、ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層を積層して積層体１を得る工程、
（２）積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層上に、電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体２を得る工程、
（３）積層体２の接着層と、別に準備した導電性基板に密着性向上層を積層して得られる積層体３の密着性向上層とを貼り合せて積層体５を得る工程、または積層体２の接着層と、別に準備した導電性基板に密着性向上層、接着層を積層して得られる積層体４の接着層とを貼り合せて積層体５を得る工程、
（４）前記の（３）の工程で得られた積層体５から成長基板を除去して積層体６を得る工程、
（５）前記の（４）の工程で得られた積層体６を素子分割する工程
を、この順で有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
（１）成長基板上に、ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層を積層して積層体１を得る工程、
（２）積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層に素子分離溝を作製し、分離された化合物半導体機能層の上に、電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体７を得る工程、
または積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層の上に電極を積層し、該化合物半導体機能層と電極とに素子分離溝を作製し、分離された電極の上に、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体８を得る工程、
または積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層の上に電極、密着性向上層をこの順に積層し、該化合物半導体機能層と電極と密着性向上層とに素子分離溝を作製し、分離された密着性向上層の上に、接着層を積層して積層体９を得る工程、
または積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層の上に電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層し、該化合物半導体機能層、密着性向上層、接着層に素子分離溝を作製して積層体１０を得る工程、
（３）積層体７、積層体８、積層体９、積層体１０のいずれかの接着層と、
別に準備した導電性基板に密着性向上層を積層して得られる積層体３の密着性向上層とを貼り合せて積層体１１を得る工程、または積層体７、積層体８、積層体９、積層体１０のいずれかの接着層と、別に準備した導電性基板に密着性向上層、接着層を積層して得られる積層体４の接着層とを貼り合せて積層体１１を得る工程、
（４）前記の（３）の工程で得られた積層体１１から成長基板を除去して積層体１２を得る工程、
（５）前記の（２）の工程で作製された素子分離溝に合わせて、積層体１２を切断する工程を、この順で有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
工程（１）が、成長基板上に、少なくともｎ型の導電性を有する層、発光層を有する窒化物系化合物半導体の層、ｐ型の導電性を有する層、をこの順に積層する工程であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
金属材料が鏡面研磨されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の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、化合物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色ＬＥＤ等のＧａＮ層を含む化合物半導体発光素子が広く使用されるようになるに従って、さらに高い発光出力を示す化合物半導体発光素子が求められるようになってきた。
【０００３】
ここで、従来の化合物半導体発光素子は、電気絶縁性のサファイアからなる成長基板の上にＧａＮ層を含む化合物半導体機能層を備え、その上に二つの電極を備えたものであった。この従来の化合物半導体発光素子の場合、化合物半導体機能層の二つの面のうちサファイア成長基板とは反対側の面である発光面上に設置された二つの光不透過性の電極が光を遮り、発光出力を低下させていた。
【０００４】
そこで、Ｃｕからなる導電性基板（熱膨張率は１６．２×１０-6／℃）／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極がこの順で積層されてなる構成を有する化合物半導体発光素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成とすることにより、導電性基板の化合物半導体機能層を備えた面と反対側の面にもう一方の電極を設置するかまたは導電性基板が電極を兼ねることができるようになり、発光面には一つの電極のみを設置すればよくなる。
ＥＰ−１３８５２１５−Ａ２には、対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌcＩｎdＧａ1-c-dＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きな熱膨張係数を有する成長用基板の一方の主面上に、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、を成長させて接合用積層体を形成し、前記ｐ型窒化物半導体層の上に１層以上の金属層から成る第１の接合層を設ける一方、対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きく、かつ前記成長用基板と同じか小さい熱膨張係数を有する基板の一方の主面上に１層以上の金属層から成る第２の接合層を設け、第１の接合層と第２の接合層とを対向させて、接合用積層体と前記基板とを加熱圧接して接合し、前記接合用積層体の成長用基板を除去する窒化物半導体素子の製造方法が記載されている。
しかし、さらに高い発光出力が求められており、金属からなる導電性基板を用いてなり、ＧａＮ層を含み、発光出力の高い化合物半導体発光素子が求められている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４７７０４号公報
【特許文献２】ＥＰ−１３８５２１５−Ａ２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、金属からなる導電性基板を用いてなり、ＧａＮ層を含み、発光出力の高い化合物半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記問題を解決するために、金属からなる導電性基板を用いてなり、ＧａＮ層を含む化合物半導体発光素子について鋭意検討した結果、本発明を完成させるに到った。
【０００８】
すなわち、本発明は、〔１〕導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層がこの順で積層されてなり、該導電性基板がＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す金属材料からなる導電性基板であることを特徴とする化合物半導体発光素子、
〔２〕導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層をこの順で有し、該導電性基板がＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す金属材料からなる導電性基板であることを特徴とする化合物半導体発光素子に係るものである。
【０００９】
さらに、本発明は、〔３〕金属材料が、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＯｓおよびＮｂからなる群より選ばれる１種以上を主体とする金属材料である〔１〕または〔２〕に記載の化合物半導体発光素子、
〔４〕金属材料が、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＯｓおよびＮｂからなる群より選ばれる１種の金属材料である〔１〕または〔２〕に記載の化合物半導体発光素子、
〔５〕導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層がこの順で積層されてなり、該導電性基板がＧａＮの熱膨張率より１．５×１０-6／℃以下小さい熱膨張率を有する金属材料からなる導電性基板である化合物半導体発光素子、
〔６〕導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層をこの順で有し、該導電性基板がＧａＮの熱膨張率より１．５×１０-6／℃以下小さい熱膨張率を有する金属材料からなる導電性基板である化合物半導体発光素子、
〔７〕金属材料が、ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる１種以上を主体とする金属材料である〔５〕または〔６〕に記載の化合物半導体発光素子、
〔８〕金属材料が、ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる１種の金属材料である〔５〕または〔６〕に記載の化合物半導体発光素子、
〔９〕ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層が、少なくともｎ型の導電性を有する層、発光層を有する窒化物系化合物半導体の層、ｐ型の導電性を有する層、をこの順に有することを特徴とする〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の化合物半導体発光素子、
〔１０〕密着性向上層がＴｉＰｔからなる金属材料であり、接着層がＡｕＳｎからなる金属材料である〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載の化合物半導体発光素子、
〔１１〕（１）成長基板上に、ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層を積層して積層体１を得る工程、
（２）積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層上に、電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体２を得る工程、
（３）積層体２の接着層と、別に準備した導電性基板に密着性向上層を積層して得られる積層体３の密着性向上層とを貼り合せて積層体５を得る工程、または積層体２の接着層と、別に準備した導電性基板に密着性向上層、接着層を積層して得られる積層体４の接着層とを貼り合せて積層体５を得る工程、
（４）前記の（３）の工程で得られた積層体５から成長基板を除去して積層体６を得る工程、
（５）前記の（４）の工程で得られた積層体６を素子分割する工程
を、この順で有することを特徴とする〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載の化合物半導体発光素子の製造方法、
〔１２〕（１）成長基板上に、ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層を積層して積層体１を得る工程、
（２）積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層に素子分離溝を作製し、分離された化合物半導体機能層の上に、電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体７を得る工程、
または積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層の上に電極を積層し、該化合物半導体機能層と電極とに素子分離溝を作製し、分離された電極の上に、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体８を得る工程、
または積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層の上に電極、密着性向上層をこの順に積層し、該化合物半導体機能層と電極と密着性向上層とに素子分離溝を作製し、分離された密着性向上層の上に、接着層を積層して積層体９を得る工程、
または積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層の上に電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層し、該化合物半導体機能層、密着性向上層、接着層に素子分離溝を作製して積層体１０を得る工程、
（３）積層体７、積層体８、積層体９、積層体１０のいずれかの接着層と、
別に準備した導電性基板に密着性向上層を積層して得られる積層体３の密着性向上層とを貼り合せて積層体１１を得る工程、または積層体７、積層体８、積層体９、積層体１０のいずれかの接着層と、別に準備した導電性基板に密着性向上層、接着層を積層して得られる積層体４の接着層とを貼り合せて積層体１１を得る工程、
（４）前記の（３）の工程で得られた積層体１１から成長基板を除去して積層体１２を得る工程、
（５）前記の（２）の工程で作製された素子分離溝に合わせて、積層体１２を切断する工程を、この順で有することを特徴とする〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載の化合物半導体発光素子の製造方法、
〔１３〕工程（１）が、成長基板上に、少なくともｎ型の導電性を有する層、発光層を有する窒化物系化合物半導体の層、ｐ型の導電性を有する層、をこの順に積層する工程であることを特徴とする〔１１〕または〔１２〕に記載の化合物半導体発光素子の製造方法、
〔１４〕金属材料が鏡面研磨されていることを特徴とする〔１〕〜〔１３〕のいずれかに記載の化合物半導体発光素子の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の化合物半導体発光素子は、従来の化合物半導体発光素子より高い発光出力を示すので、屋内表示用のみならず、照明用、屋外表示用、ディスプレイ用、信号灯用など高い発光出力が求められる用途に好適に使用することができ、工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の化合物半導体発光素子は、導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層がこの順で積層されてなり、該導電性基板がＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す金属材料からなる導電性基板であることを特徴とする。
また、本発明の化合物半導体発光素子は、導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層をこの順で有し、該導電性基板がＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す金属材料からなる導電性基板であることを特徴とする。
金属材料からなる導電性基板として、ＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す金属材料からなる導電性基板を用いると、理由は明らかではないが、導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極がこの順で積層されてなる化合物半導体発光素子の発光出力が高くなる。
【００１２】
ＧａＮの熱膨張率は５．５９×１０-6／℃（３００Ｋ、結晶ｃ面に垂直方向）であるので、ＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率とは、４．１×１０-6以上７．１×１０-6以下の範囲であり、この場合に化合物半導体発光素子の発光出力が高くなる傾向がある。導電性基板の金属材料とＧａＮとの熱膨張率差は１．２×１０-6／℃以下（すなわち、熱膨張率が４．４×１０-6以上６．８×１０-6以下の範囲である。）がより好ましい。なお、本発明における熱膨張率は、３００Ｋ（２３℃）における線熱膨張率である。
【００１３】
本発明で用いることができ、ＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す導電性基板の材料としては、具体的には、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＯｓおよびＮｂからなる群より選ばれる１種以上（以下「組成Ａ」とする。）を主体とする金属材料が挙げられる。前記の金属元素単体の各々の熱膨張率は、１０-6／℃を単位として順に、４．５、５．１、５．９、６．５、６．５、６．６、６．８、７．０、７．１であり、これらの中でも、ＧａＮとの熱膨張率差が１．２×１０-6／℃以下であるので、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｔａ、ＩｒおよびＲｕからなる群から選ばれる１種以上がより好ましい。そして、ＷおよびＭｏからなる群から選ばれる１種以上がさらに好ましく、Ｍｏが最も好ましい。コスト面、作製の容易さの観点から、組成Ａの群より選ばれる材料種は少ない方が好ましく、１種のみであることがより好ましい。なお、本発明においては、半金属に該当する元素（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ等を指す。）は金属元素には含まれない。
【００１４】
さらに、本発明の導電性基板には、組成Ａとともに、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｖ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｙ、Ｒｅ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選ばれる１種以上（以下「組成Ｂ」という。）を、熱膨張係数が前記範囲を超えない限り含有させることができる。本発明の導電性基板としては、組成Ａのみからなる場合が好ましい。そして、組成ＡおよびＢ以外の元素も、不可避不純物として本発明の導電性基板用に含有されていてもよい。不可避不純物の濃度は、各々の元素の濃度として通常は１００重量ｐｐｍ以下程度である。
【００１５】
金属材料からなる導電性基板として、ＧａＮの熱膨張率より１．５×１０-6／℃以下小さい熱膨張率を有する金属材料からなる導電性基板を用いると、理由は明らかではないが、導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層がこの順で積層されてなる化合物半導体発光素子の発光出力がさらに高くなるので好ましい。
ＧａＮより熱膨張率が１．５×１０-6／℃以下小さい熱膨張率を有する金属材料からなる導電性基板としては、ＷおよびＭｏからなる群から選ばれる１種以上が挙げられる。コスト面、作製の容易さの観点から、選ばれる材料種は少ない方が好ましく、１種のみであることがより好ましく、Ｍｏが最も好ましい。
【００１６】
また、本発明の導電性基板の導電率は、３×１０4Ｓｃｍ-1以上が好ましく、３×１０5Ｓｃｍ-1以上がさらに好ましい。導電率の上限は特にないが、通常は１×１０6Ｓｃｍ-1程度である。
【００１７】
導電性基板の表面粗さは、化合物半導体機能層との接着しやすさの観点から、鏡面研磨されている方が好ましい。表面粗さとしては１０００Å以下が好ましく、２００Å以下がより好ましく、１００Å以下がさらに好ましい。
導電性基板の厚さは、薄すぎると導電性基板に割れ等の損傷が生じる等があり、厚すぎると材料コストがかかる等があり、通常１０μｍ〜２ｍｍ程度にある。好ましくは１０〜５００μｍ、より好ましくは３０〜２００μｍ程度にある。
【００１８】
本発明の化合物半導体発光素子を構成する電極としては、通常用いられているｐ電極としてＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／ＩＴＯ、ＩＴＯ／Ａｇ、Ａｕ粒子群／Ｐｔ／Ａｇ等、ｎ電極としてＩＴＯ、ＺｎＯ、Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ等の金属からなる電極を用いることができる。
【００１９】
本発明の化合物半導体発光素子を構成する化合物半導体機能層は、発光素子の動作に必要な多層膜を意味し、少なくともｎ型の導電性を有する層、ｐ型の導電性を有する層、これらの間に発光層を有する窒化物系化合物半導体の層からなるものが好ましく、場合によっては、これらの多層膜を高品質の結晶にするために必要な単層あるいは多層の層をも含む場合がある。発光素子の動作に必要な多層膜とは、具体的にはｎ型伝導層、ｐ型伝導層、およびこれらの間に配置された発光層を含む多層膜である。ｎ型伝導層はｎ型コンタクト層やｎ型クラッド層などの複数の層から構成されることがあり、同様にｐ型伝導層もｐ型コンタクト層やｐ型クラッド層などの複数の層から構成されることがある。高品質の結晶にするために必要な単層あるいは多層の層とは、バッファ層、厚膜層、超格子薄膜層などである。そして、通常用いられる化合物半導体機能層の構成としては、ＧａＮ、ＡｌＮ等からなるバッファ層、ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ等からなるクラッド層、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ等からなる発光層、アンドープＧａＮ、ｐ−ＧａＮ等からなるクラッド層、ＭｇドープＡｌＧａＮ、ＭｇドープＧａＮからなるキャップ層が順次積層されてなるものが挙げられる（例えば、特開平６−２６０６８２号公報、特開平７−１５０４１号公報、特開平９−６４４１９号公報、特開平９−３６４３０号公報を参照。）。
【００２０】
次に、本発明の化合物半導体発光素子の製造方法について説明する。
本発明の化合物半導体発光素子の製造方法は、（１）成長基板上に、ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層を積層して積層体１を得る工程、
（２）積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層上に、電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体２を得る工程、
（３）積層体２の接着層と、別に準備した導電性基板に密着性向上層を積層して得られる積層体３の密着性向上層とを貼り合せて積層体５を得る工程、または積層体２の接着層と、別に準備した導電性基板に密着性向上層、接着層を積層して得られる積層体４の接着層とを貼り合せて積層体５を得る工程、
（４）前記の（３）の工程で得られた積層体５から成長基板を除去して積層体６を得る工程、
（５）前記の（４）の工程で得られた積層体６を素子分割する工程
を、この順で有することを特徴とする。
まず、成長基板の上に前記に挙げたような化合物半導体機能層をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させて積層体１を製造する。
【００２１】
結晶成長用の成長基板としては、従来知られた成長基板を用いることができる。
窒化物半導体成長用の成長基板としては、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉなどからなる成長基板が挙げられる。
【００２２】
例えば、ＭＯＣＶＤ法においては、前記成長基板を加熱し、窒素原料ガス、ガリウム原料ガス、アルミニウム原料ガス、インジウム原料ガス等を流して化合物半導体機能層の結晶を成長させる（例えば、特開平７−２４９７９５号公報、特開平９−１１６１３０号公報を参照。）。窒素原料ガスとしては通常はアンモニア（ＮＨ3）が用いられる。ガリウム原料ガス、アルミニウム原料ガス、インジウム原料ガスとしては、各金属原子に炭素数が１から３のアルキル基もしくは水素が結合した、トリアルキル化物もしくは三水素化物が、通常用いられる。
【００２３】
次いで、化合物半導体機能層に前記の金属材料からなり、ＧａＮとの熱膨張率差が１．５×１０-6／℃以下の熱膨張率を示す導電性基板を接着する。接着には熱圧着、ハンダ金属による接着等の通常工業的に行われている方法を用いることができる。
【００２４】
ここで、化合物半導体機能層上には、電極、密着性向上層、接着層がこの順に積層される。密着性向上層は、電極と導電性基板間の密着性向上、及び接着時等の工程で生じる可能性がある電極機能を劣化させる相互拡散等を防止する効果がある。
密着性向上層としては、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖからなる群より選ばれる１種以上と、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕからなる群より選ばれる１種以上の組み合わせが挙げられ、特にＴｉ／Ｐｔ（例えば、Ｔｉの蒸着膜とＰｔの蒸着膜の積層）が、密着性向上層の効果が高いので、好ましい。
必要に応じて密着性向上層を熱処理してもよいが、金属が球状に凝集する（ボールアップ）現象がある電極等の金属では亀裂等が生じ機能を劣化させる場合がある。この観点でもＴｉ／Ｐｔを用いると、それ抑制し機能劣化させることがなく、発光出力の高いＬＥＤを作製することができるので好ましい。
密着性向上層の厚さは、薄すぎると該機能を劣化させる等があり、厚すぎると材料コストがかかる等があり、通常１０〜５００００Å、好ましくは１００〜１００００Å、より好ましくは５００〜２０００Å程度である。これらの密着性向上層は、導電性基板上にも作製する方が好ましい。これらを設ける方法としては、種々の公知の方法が採用されるが、真空蒸着法が好ましい。
【００２５】
接着層には、通常Ｓｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｇａ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｆｅ、Ｐｄからなる群より選ばれる１種以上の組み合わせが挙げられ、環境性からＰｂフリーであることが好ましく、Ａｕ−Ｓｎがより好ましい。さらに好ましくは、３００℃程度以下の低温で、ウェハ全体均一で接着強度が高く接着できるＡｕリッチＡｕ−Ｓｎ（例えばＡｕ８０％−Ｓｎ２０％）である。
接着層の厚さは、薄すぎると接着できない等があり、厚すぎると材料コストがかかる等があり、通常１００〜５００００Å、好ましくは１０００〜５００００Å、より好ましくは５０００〜３００００Å程度である。これらは、接着面の表面荒さにも依存する。
化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層として、好ましくは化合物半導体機能層／電極／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ−Ｓｎであり、これにより素子歩留まり（生産性）が高く、発光出力の高いＬＥＤを作製することができる。
導電性基板にも、電極と導電性基板間の密着性向上のために、前記同様な密着性向上層が積層され、好ましくは密着性向上層／接着層が積層される。密着性向上層としては、特にＴｉ／Ｐｔ（例えば、Ｔｉの蒸着膜とＰｔの蒸着膜の積層）が、密着性向上層の効果が高いので、好ましい。接着層としては、Ａｕ−Ｓｎが好ましく、３００℃程度以下の低温で、ウェハ全体均一で接着強度が高く接着できるＡｕリッチＡｕ−Ｓｎ（例えばＡｕ８０％−Ｓｎ２０％）がより好ましい。
【００２６】
次いで、成長基板を除去する。成長基板を除去する方法としては、レーザーリフトオフ法、研磨等により除去する方法を挙げることができる（例えば、特公表２００１−５０１７７８号公報、特開平１１−２３８９１３号公報を参照。）。
【００２７】
次いで、成長基板を除去後、その成長基板を除去した面に電極として、透明電極、網目状電極等を作製することもできる。例えば、成長基板であるサファイア基板直上に結晶成長した化合物半導体機能層がＧａＮである場合、レーザーリフトオフ法で成長基板を除去した面には薄膜Ｇａが残留することがあり、これを半透明電極として用いることができる。さらにＬＥＤを高出力化するために、化合物半導体発光素子や透明電極等の表面、界面を凸凹加工等してもよい。
【００２８】
次いで、素子として機能させるために必要に応じた大きさに分割（素子分割）する。こうして本発明の化合物半導体発光素子を製造することができる。
【００２９】
また、前記において、ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層と導電性基板とを貼り合せる工程の前に、素子分離を行う方法が、素子歩留まりよく、得られる発光素子の輝度がより向上するので好ましい。
すなわち、本発明の化合物半導体発光素子の製造方法は、（１）成長基板上に、ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層を積層して積層体１を得る工程、
（２）積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層に素子分離溝を作製し、分離された化合物半導体機能層の上に、電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体７を得る工程、
または積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層の上に電極を積層し、該化合物半導体機能層と電極とに素子分離溝を作製し、分離された電極の上に、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体８を得る工程、
または積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層の上に電極、密着性向上層をこの順に積層し、該化合物半導体機能層と電極と密着性向上層とに素子分離溝を作製し、分離された密着性向上層の上に、接着層を積層して積層体９を得る工程、
または積層体１のＧａＮ層を含む化合物半導体機能層の上に電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層し、該化合物半導体機能層、密着性向上層、接着層に素子分離溝を作製して積層体１０を得る工程、
（３）積層体７、積層体８、積層体９、積層体１０のいずれかの接着層と、
別に準備した導電性基板に密着性向上層を積層して得られる積層体３の密着性向上層とを貼り合せて積層体１１を得る工程、または積層体７、積層体８、積層体９、積層体１０のいずれかの接着層と、別に準備した導電性基板に密着性向上層、接着層を積層して得られる積層体４の接着層とを貼り合せて積層体１１を得る工程、
（４）前記の（３）の工程で得られた積層体１１から成長基板を除去して積層体１２を得る工程、
（５）前記の（２）の工程で作製された素子分離溝に合わせて、積層体１２を切断する工程を、この順で有することを特徴とする。
【００３０】
成長基板上に結晶成長した化合物半導体機能層を、前記導電性基板と接着する前に、成長基板に達する深さの素子分離用の溝（素子分離溝）を化合物半導体結晶に形成しておく。これにより素子歩留まりが高く、発光出力の高いＬＥＤを作製することができる。この素子分離用溝の作製には、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工、ダイサー加工等による方法が挙げられ、好ましくは、加工効率がよく、加工損傷も少ないドライエッチングである。
【００３１】
素子分離溝を形成する加工は、素子分離溝を形成する領域上の積層体数が少ない方が、加工容易さの観点から好ましく、ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層だけであることがより好ましい。つまり、ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層に素子分離溝を作製し、分離された化合物半導体機能層の上に、電極、密着性向上層、接着層をこの順に積層して積層体を得る工程がより好ましい。
【００３２】
この導電性基板／ＧａＮ層を含む化合物半導体機能層／電極／密着性向上層／接着層がこの順で積層されてなる化合物半導体発光素子の発光出力は、通常の低電流域（例えば２０ｍＡ）に加えて、高電流域（例えば３００ｍＡ）においても高くなる。
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【実施例】
【００３３】
以下本発明を、実施例をあげながら説明する。本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３４】
実施例１
ＭＯＣＶＤ法を用いて、大きさ２インチ径、厚さ４３０μｍのサファイア成長基板の（０００１）面上に結晶成長させた、次に示すＬＥＤ構造の窒化物半導体エピタキシャル結晶を準備した。すなわち、ＧａＮバッファ層５００Å、ｎ型キャリア濃度５×１０18／ｃｍ3のＳｉドープｎ型ＧａＮ層４μｍ、ｎ型キャリア濃度５×１０18／ｃｍ3、Ａｌ組成１５％のＡｌＧａＮ（Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ）層０．３μｍ、ｎ型キャリア濃度１×１０17／ｃｍ3のＳｉドープｎ型ＧａＮ層０．３μｍ、アンドープＧａＮの１５ｎｍの層とＩｎＧａＮの２．５ｎｍの層の繰り返し１０回からなる発光波長４７０ｎｍの多重量子井戸活性層、アンドープＧａＮ層１５ｎｍ、ＭｇドープＡｌ組成５％のＡｌＧａＮ層２５ｎｍ、ＭｇドープＧａＮ層０．２μｍである。サファイア成長基板上に前記の各層を成長させたものを、以下「エピ基板」とする。
【００３５】
成長後の窒化物半導体エピタキシャル結晶表面上に形成した膜厚３μｍのフォトレジスト膜から素子分離用のマスクパターンをフォトリソグラフィにより作製し、ＩＣＰドライエッチング法によりサファイア成長基板までエッチングして分離溝を形成した。ＩＣＰドライエッチングに用いたエッチングガスは、Ｃｌ2、ＣＨ2Ｃｌ2、Ａｒの混合ガスであり、ガス流量は各々２０、１０、４０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、バイアスパワー１００Ｗである。ドライエッチング終了後、余分のマスクを有機溶剤で除去した。
【００３６】
次に素子分離された後の窒化物半導体エピタキシャル結晶の表面にオーミックｐ電極を形成するために、エピ基板をＮ2雰囲気中において８００℃で２０分保持して熱処理を行い、Ｍｇドープ層を低抵抗のｐ型にした。次に、窒化物半導体エピタキシャル結晶表面を熱王水（６０℃）を用いて表面処理した後、オーミックｐ電極となるＮｉ／Ａｕ電極を形成するために、真空蒸着装置にてＮｉを１５０Å、引き続いてＡｕを３００Å蒸着し、リフトオフ法により電極パターンを形成した。次にＯ2を５体積％を含むＮ2雰囲気中で５００℃で１０分間の熱処理を行うことによりＮｉＡｕオーミックｐ電極を作製した。
【００３７】
次に、触針式の表面粗度測定装置による平均表面粗さ５．８ｎｍの表面鏡面研磨した、厚さ１００μｍの２インチ径Ｍｏ製の導電性基板を準備し、この表面に接着層の密着性を向上させる層としてＴｉ／Ｐｔの層を真空蒸着法により、それぞれ５００Å／５００Å形成した後、Ｎ2雰囲気中において３５０℃で３０分保持して熱処理を行った。次に接着層であるＡｕ−Ｓｎ合金層（Ａｕ８０％−Ｓｎ２０％）を５０００Å真空蒸着法で形成した。Ｍｏ導電性基板上に形成したものと同じ層構造の密着性向上層と接着層を、エピ基板のＮｉ／Ａｕオーミックｐ電極の形成された領域の上に、リフトオフ法を用いたフォトリソグラフィと真空蒸着法により形成した。
【００３８】
次に、接着層の形成されたエピ基板と、同じく接着層の形成されたＭｏ導電性基板とを、接着層どうしで向かい合わせ、真空熱圧着法により貼り合せた。貼り合せにおける圧力、温度、時間、荷重の条件は各々、１×１０-3Ｔｏｒｒ以下、３００℃、５分間、６０００Ｎである。貼り合せ後得られた基板（以後「貼り合せ基板」と呼ぶ。）の反りを測定したところ、基板中央で１０２μｍであった。
【００３９】
次に、レーザーリフトオフ法によりサファイア成長基板を貼り合せ基板から剥離した。レーザーリフトオフに用いたレーザーはＣＷ励起Ｑスイッチパルス発振ＹＶ０4レーザーの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）をチョッパーにより周波数１５ｋＨｚのパルスにしたものであり、３倍高調波の出力は０．４７Ｗ、レーザービーム径４０μｍである。このレーザーをサファイア成長基板側から入射させ、サファイア／ＧａＮエピ界面からＧａＮ側１７０μｍの位置に焦点位置が来るようにデフォーカスして照射した。試料を真空吸着でステージに固定し、そのステージを３５０ｍｍ/ｓｅｃで線状にスキャンし、１ライン分のスキャン終了後、３０μｍ移動させるようにスキャンしながら、試料全面にレーザーを照射させた。レーザー照射の終わった貼り合せ基板を６０℃の温湯の中に入れて、サファイア／ＧａＮエピ界面に発生しているＧａメタルをメルトさせることにより、サファイア成長基板を剥離させた。
【００４０】
以上の工程により、Ｍｏ導電性基板上に接着層を介してＬＥＤ機能層が貼り合わされた構造のフルウェハのＭｏ導電性基板上の発光素子が得られた。この発光素子の表面には、Ｇａメタルがわずかに残留していたが、このＧａメタル自身がｎ型ＧａＮの半透明オーミック電極に利用できるので、このまま発光素子特性を評価した。Ｍｏ導電性基板側を正極、Ｇａメタル側を負極として、電極直径２００μｍの素子に２０ｍＡの電流注入をしたところ、素子面内均一で明瞭な青色発光を示し、最高８ｃｄの発光出力を示した
【００４１】
実施例２
ｎ型のオーミック電極として、Ｇａ電極に替えて、網目状Ａｌ／Ｐｔ／Ｎｉ電極を用いたことを除いて、実施例１と同じ条件でフルウェハのＭｏ導電性基板上の発光素子を作製した。
まず、ＢＨＦ洗浄、研磨法により、窒化物半導体エピタキシャル結晶表面に残留しているＧａを除去、該表面の平坦化をした。研磨条件は、０．０５ＭＰａ、６０ｒｐｍ、１０分で、厚さ約０．２μｍ分を除去した。
次に、該表面に、粒径０．３７μｍ、１５ｗｔ％に希釈したコロイダルシリカ（扶桑化学工業（株）社製、商品名ＰＬ−２０）を、スピンコート法により塗布した。スピンコート条件は、２００ｒｐｍ、１０秒の間に、スラリー液下、スピンコートし、引き続き２５００ｒｐｍ、４０秒スピンコートした。
次に、リフトオフ法によりＡｌＰｔＮｉ電極パターンを形成した。ＡｌＰｔＮｉ電極を形成するために、電極が蒸着される該表面にある、コロイダルシリカに由来する微粒のシリカ粒子をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）で除去した後、真空蒸着装置にてＡｌを２０００Å、引き続いてＰｔを５００Å、Ｎｉを８００Å蒸着し、リフトオフ法により電極パターンを形成した。
次に、ＩＣＰドライエッチング法により、網目状電極の開口部にあるコロイダルシリカに由来する微粒のシリカ粒子をマスクとしてエッチングした。これにより、微小突起状の窒化物半導体エピタキシャル結晶を形成することができる。ＩＣＰドライエッチングに用いたエッチングガスは、Ｃｌ2、ＣＨ2Ｃｌ2、Ａｒの混合ガスであり、ガス流量は各々２０、１０、４０ｓｃｃｍ、圧力０．８Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、エッチング時間７分である。ＮｉはＩＣＰドライエッチングのマスクをして機能し、Ｎｉはエッチングされわずかに残留し、ＡｌＰｔは蒸着した分残留している。これらにより、網目状ＡｌＰｔＮｉ電極の開口部に高さ６００ｎｍ程度の微小突起状の窒化物半導体エピタキシャル結晶が形成された。
電極直径２００μｍ、網目電極幅２μｍ、網目電極ピッチ２５μｍ、電極パッド５０μｍ角、開口率８５％の素子に２０ｍＡの電流注入をしたところ、素子面内均一で明瞭な青色発光をし、最高１０ｃｄの輝度を示した。
【００４２】
実施例３
導電性基板として、Ｍｏ製のものに替えて、大きさ２インチ径、厚さ１００μｍ、平均表面粗さ１２.２ｎｍの表面鏡面研磨したＷ製の導電性基板を用いたことを除いて、実施例１と同じ条件で貼り合せ基板を作製した。貼り合せ基板の反りを測定したところ、基板中央で１１３μｍであった。これを用いて、フルウェハのＷ導電性基板上の発光素子を作製した。電極直径２００μｍの素子に２０ｍＡの電流注入をしたところ、素子面内均一で明瞭な青色発光をし、最高６ｃｄの輝度を示した。
【００４３】
実施例４
導電性基板として、Ｍｏ製のものに替えて、大きさ２インチ径、厚さ１００μｍ、平均表面粗さ９.８ｎｍの表面鏡面研磨したＴａ製の導電性基板を用いたことを除いて、実施例１と同じ条件で貼り合せ基板を作製した。貼り合せ基板の反りを測定したところ、基板中央で２０μｍであった。これを用いて、フルウェハのＴａ導電性基板上の発光素子を作製した。電極直径２００μｍの素子に２０ｍＡの電流注入をしたところ、素子面内均一で明瞭な青色発光をし、最高４ｃｄの輝度を示した。
【００４４】
比較例１
導電性基板として、Ｍｏ製のものに替えて、大きさ２インチ径、厚さ１００μｍ、平均表面粗さ５.５ｎｍの鏡面研磨したＣｕ製の導電性基板を用いたことを除いて、実施例１と同じ条件で貼り合せ基板を作製した。しかしウェハ全体を十分な強度で貼り合せることができなかったため、ＬＥＤを作製することが不可能であった。ＣｕとＧａＮとの熱膨張係数差が大き過ぎるため、大きな反りが生じた後、導電性基板と化合物半導体機能層の間で剥離が生じてしまった。
【００４５】
比較例２
導電性基板として、Ｍｏ製のものに替えて、大きさ２インチ径、厚さ１０００μｍの鏡面研磨したＣｕ製の導電性基板を用いたことを除いて、実施例１と同じ条件で貼り合せ基板を作製した。しかしウェハ全体を十分な強度で貼り合せることができなかったため、ＬＥＤを作製することが不可能であった。大きな反りが生じた後、導電性基板と化合物半導体機能層の間で剥離が生じてしまった。
【００４６】
比較例３
導電性基板として、Ｍｏ製のものに替えて、大きさ２インチ径、厚さ１０００μｍ、平均表面粗さ２.７ｎｍの鏡面研磨したＡｌ製の導電性基板を用いたことを除いて、実施例１と同じ条件で貼り合せ基板を作製した。しかしウェハ全体を十分な強度で貼り合せることができなかったため、ＬＥＤを作製することが不可能であった。大きな反りが生じた後、導電性基板と化合物半導体機能層の間で剥離が生じてしまった。