(57)【要約】【課題】ＡｕＳｎ合金を蒸着源として発光素子の基板対向面へＡｕＳｎ層を蒸着させる際、ＡｕＳｎ合金蒸着源が突沸してＡｕＳｎ層の品質が低下する。【解決手段】合金化したＡｕＳｎからなる蒸着源を準備し、蒸着源を第１の温度で加熱してＡｕＳｎ合金からＳｎを選択的に蒸発させて半導体発光素子へＳｎリッチな第１の層を形成し、蒸着源を第１の温度より高い第２の温度で加熱して蒸発源を全て蒸発させて第１の層の上へＡｕリッチな第２の層を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子へＡｕＳｎ層を蒸着により形成する方法であって、
合金化したＡｕＳｎからなる蒸着源を準備するステップと、
前記蒸着源を第１の温度で加熱して前記ＡｕＳｎ合金からＳｎを選択的に蒸発させて前記半導体発光素子へＳｎリッチな第１の層を形成するステップと、
前記蒸着源を前記第１の温度より高い第２の温度で加熱して前記蒸発源を全て蒸発させて前記第１の層の上へＡｕリッチな第２の層を形成するステップと、を有することを特徴とするＡｕＳｎ層の形成方法。
【請求項２】
前記第１の温度は真空度１．５×１０−４Ｐａのとき、７００〜８００℃である、ことを特徴とする請求項１に記載のＡｕＳｎ層の形成方法。
【請求項３】
ＡｕＳｎ層を有する半導体発光素子の製造方法であって、
合金化したＡｕＳｎからなる蒸着源を準備するステップと、
前記蒸着源を第１の温度で加熱して前記ＡｕＳｎ合金からＳｎを選択的に蒸発させて前記半導体発光素子の基板対向面へＳｎリッチな第１の層を形成するステップと、
前記蒸着源を前記第１の温度より高い第２の温度で加熱して前記蒸発源を全て蒸発させて前記第１の層の上へＡｕリッチな第２の層を形成するステップと、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の温度は真空度１．５×１０−４Ｐａのとき、７００〜８００℃である、ことを特徴とする請求項３に記載の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ＡｕＳｎ層の形成方法及びＡｕＳｎ層を有する半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｕＳｎ共晶はんだにより発光素子をサブマウント若しくはランプパッケージの配線基板へ接合する場合、接合面にＡｕＳｎはんだペーストを塗布してリフロー等の装置にて加熱接合する方法が提案されてきた。この方法では加工時間がかかりまた加工設備も大掛かりとなるので、発光素子又はサブマウント若しくは配線基板へ予めＡｕＳｎ層を形成しておいて後に加熱をする方法が提案されている。ここに、加工工数削減の見地から、発光素子の基板対向面（サブマウントや配線基板へ対向する面）へＡｕＳｎ層を予め形成しておくことが好適である。
【０００３】
かかるＡｕＳｎ層の形成方法として、蒸着法若しくはスパッタ法が考えられる。成膜速度の見地から蒸着法を採用した場合、Ａｕ蒸着源とＳｎ蒸着源とを用いて二元蒸着を行なうか、Ａｕ層とＳｎ層とを交互に積層することにより半導体発光素子の所望の面へＡｕＳｎ層を形成することができる。かかる蒸着法によれば、ＡｕとＳｎの蒸発速度を精密に制御することが困難であるため、ＡｕＳｎ膜の組成が安定しない。
そこで、ＡｕＳｎ合金を蒸着源としてＡｕＳｎ層を蒸着により形成することが検討されている。
なお、本件に関連する先行技術として特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開平７−９４７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、ＡｕＳｎ合金を蒸着源として発光素子の基板対向面へＡｕＳｎ合金層を形成することについて鋭意検討を重ねてきたところ、下記の課題に気が付いた。即ち、
ＡｕＳｎ合金からなる蒸着源を採用してもＡｕＳｎ膜の組成を厳密に安定させることは困難である。また、ＡｕＳｎ合金の蒸着源が突沸することがある。蒸着源が突沸すると、ＡｕＳｎ層の組成が乱れ、またその表面に凹凸が生じてサブマウントや配線基板へ発光素子をマウントするときの支障となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その構成は次のように規定される。
半導体発光素子へＡｕＳｎ層を蒸着により形成する方法であって、
合金化したＡｕＳｎからなる蒸着源を準備するステップと、
前記蒸着源を第１の温度で加熱して前記ＡｕＳｎ合金からＳｎを選択的に蒸発させて前記半導体発光素子へＳｎリッチな第１の層を形成するステップと、
前記蒸着源を前記第１の温度より高い第２の温度で加熱して前記蒸発源を全て蒸発させて前記第１の層の上へＡｕリッチな第２の層を形成するステップと、を有することを特徴とするＡｕＳｎ層の形成方法。
【０００６】
このように構成されたこの発明の第１の局面に記載の方法によれば、最初に低い温度（第１の温度）で蒸着源を加熱し、その後高い温度（第２の温度）で蒸着源を加熱するので、高い温度の第２の温度で加熱するときに突沸が生じることを未然に防止できる。
また、第２の温度で加熱してＡｕリッチな第２の層を形成するときに蒸発源を全て蒸発させるので、蒸発源は１つのバッチで完全に消耗される。換言すれば、１つのバッチ毎に新しい蒸着源が準備されてそれが使い切りとなるので、ＡｕＳｎ層の組成を全体的にみれば蒸着源の組成がそのまま反映されることとなる。よって、ＡｕＳｎ層の組成が安定する。
【０００７】
蒸着源となるＡｕＳｎ合金はＡｕ：Ｓｎ＝８０：２０（重量パーセント）の組成比で共晶を構成している。
真空度１．５×１０−４Ｐａに減圧された蒸着容器中でこの蒸着源を第１の温度に加熱すると、ＡｕＳｎ中からＳｎが優先的に蒸発する。Ａｕの蒸発温度が９００〜１１００℃であり、Ｓｎの蒸発温度が７００〜８００℃であるので、低い温度ではＡｕは殆ど蒸発しないからである。これにより発光素子へＳｎリッチな第１の層が形成される。
ＡｕＳｎ蒸着源の突沸を防止するため、ＡｕＳｎ蒸着源へ最初に与えられる第１の温度は７００℃以上８００℃以下とすることが好ましい。７００℃未満であるとＳｎの蒸発速度が不充分となる。また８００℃を超えると突沸のおそれがある。
この第１の温度の具体値は、蒸着装置の真空度に応じて決定される。
【０００８】
その後与えられる第２の温度は、Ａｕの蒸発速度が充分得られる９００〜１１００℃が好ましい。
第２の温度により第１の層の上にＡｕリッチな第２の層が形成される。
なお、第１の温度から第２の温度まで蒸発源を昇温する態様は任意に設定することができる。後述の実施例では、第１の温度と第２の温度との二段階で加熱を行なっているが、第１の温度から第２の温度まで徐々に昇温してもよい。
【０００９】
ＡｕＳｎ層は発光素子において基板対向面に形成される。ここに基板対向面とはサブマウントや配線基板に対向する面を指す。例えば、フリップチップタイプの発光素子では電極面にＡｕＳｎ層が形成され、フェースアップタイプの発光素子では基板面にＡｕＳｎ層が形成される。
ＡｕＳｎ層においてＳｎ原子は拡散しやすいので、発光素子本体とＡｕＳｎ層との間にバリア層を形成する。このバリア層はＳｎが隣接する層へ拡散することを防止するものである。また、このバリア層はＡｕＳｎ層と発光素子本体との間の接着性を確保することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態につき図例を参照しながら説明をする。
図１は実施例のＡｕＳｎ層１を備えた発光素子１０の構成を示す断面図である。
各層のスペックは次の通りである。
層          ：  組成  （膜厚）
ｐ電極１６          ：Ｎｉ（４０ｎｍ）／Ａｕ：（１５００ｎｍ）
反射電極１５            ：Ｒｈ（３００ｎｍ）
ｐコンタクト層１４    ：  ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ  （１００ｎｍ）
発光層１３            ：  ＩｎＧａＮ／（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ）  ３〜８ペア
ｎコンタクト層１２      ：  ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ  （４０００ｎｍ）
基板１１                ：  サファイア      （９０μｍ）
【００１１】
この発光素子１０は基板１１の上にIII族窒化物系化合物半導体からなるｎ−ＧａＮ層１２、発光層１３及びｐ―ＧａＮ層１４を順次積層してなる。
ここに、III族窒化物系化合物半導体とは、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表される。Ａｌを含むものはこのうち、ＡｌＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ及びＡｌｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族窒化物系化合物半導体及びＧａＮにおいて、III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
また、III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体層はＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法により形成される。素子を構成する全ての半導体層を当該ＭＯＣＶＤ法で形成する必要はなく、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法等を併用することが可能である。
発光素子の構成としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることができる。発光層として量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用することもできる。かかるIII族窒化物系化合物半導体発光素子として、主たる光受発光方向（電極面）を光デバイスの光軸方向にしたフェイスアップタイプや主たる光受発光方向を光軸方向と反対方向にして反射光を利用するフリップチップタイプを用いることができる。
【００１２】
反射電極１５はＲｈからなり、蒸着によりｐ−ＧａＮ層１４の上に積層される。なお、反射電極１５はＡｇでもよいが、マイグレーションの問題が生じやすいためＲｈが好ましい。ｐ電極１６はＮｉ／Ａｌからなり、同じく蒸着により反射電極１５の上面に形成される。
ｎ電極１７はＶ／Ａｌからなり、同じく蒸着によりｎ−ＧａＮ層１２の上に積層される。
【００１３】
バリア層２０の層構成は次の通りである（図２参照）。
層          ：  組成  （膜厚）
Ａｕ層２３          ：Ａｕ  （５０ｎｍ）
Ｎｉ層２２          ：Ｎｉ  （１００ｎｍ）
Ｔｉ層２１          ：Ｔｉ  （１００ｎｍ）
各層２１〜２３は蒸着により形成される。
ここに、Ｔｉ層２１は電極に対する接着性とＳｎ原子の遮蔽性を有する。Ｎｉ層２２は拡散してきたＳｎ原子を補足する。このＮｉ層２２とＴｉ層２１との相乗効果によりＳｎ原子がｐ電極、ひいては発光素子の半導体部分へ拡散することが防止される。Ａｕ層２３はＡｕＳｎ層１との接着性を確保する。
【００１４】
ＡｕＳｎ層１は、図２に示すとり、Ｓｎリッチな第１の層３（膜厚：約２００ｍｍ）とＡｕリッチな第２の層５（膜厚：約８００ｍｍ）とがバリア層２０の上へ順次積層されている。
ＡｕＳｎ層１を上下方向に切断したとき、第１の層３と第２の層５との境界線を確認できた。
【００１５】
このＡｕＳｎ層１は次のようにして形成された。
まず、ｐ電極１６及びｎ電極１７の上にバリア層２０まで積層した半導体発光素子１０を蒸着装置の蒸着容器にセットし、所定量のＡｕＳｎ蒸着源を準備する。蒸着容器内を真空度１．５×１０−４Ｐａまで減圧して、最初ＡｕＳｎ蒸着源を７００〜８００℃で１４００秒分加熱する。これにより、ＡｕＳｎ蒸着源からＳｎ原子が蒸発して発光素子１０のｐ電極表面に蒸着して第１の層となる。このとき、ＡｕＳｎ蒸着源から多少のＡｕ原子も放出されるので、第１の層は完全なＳｎ層ではなく、Ｓｎリッチな層となる。
次に、ＡｕＳｎ源の温度を９００〜１１００℃まで昇温して８６０秒加熱する。これにより、ＡｕＳｎ蒸着源は完全に蒸発して消失し、第１の層の上に第２の層が形成される。第１の温度での昇温が終了した時点で蒸発源から殆どのＳｎ原子が蒸発しているので、第２の温度において蒸発する成分は殆どがＡｕ原子である。その結果、第２の層はＡｕリッチな層となる。
【００１６】
このようにしてＡｕＳｎ層１を備えた発光素子１０は、図３に示すように、フリップチップの形態で配線基板５０へマウントされる。即ち、配線基板５０へ半導体発光素子１０をセットして、リフロー工程において加熱し、発光素子１０を配線基板５０へ固定する。
【００１７】
図４に他の半導体発光素子９０の例を示す。なお、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この発光素子９０では、ｐ−ＧａＮ層１４の上にＩＴＯからなる透明電極９１が形成され、金属反射層９３は透明な絶縁層９４中に埋設されている。透明電極９１は拡散電極として作用する。即ち、導電性の低いｐ−ＧａＮ層１４へｐ電極１７からの電流を均等に分配する。この透明電極９１は蒸着・焼成により形成することができる。
透明電極９１と金属反射層９３との間に絶縁膜９４が介在されることにより、透明電極９１と金属反射層９３との界面反応が防止される。これにより透明電極９１の透過率低下及び金属反射膜９３の反射率低下を防止できる。通電したとき、ｐ電極１７と透明電極９１との接触部からのみ電流が透明電極９１へ流れ込むので金属反射層９３のエレクトロマイグレーション発生の可能性を大幅に低減できる。金属反射層９３におけるエレクトロマイグレーション発生の可能性を更に低減するため、金属反射膜９３とバリア層２０との間にも絶縁膜９４を介在させることが好ましい。図４の例のように、金属反射膜９３を絶縁膜９４で完全に囲繞することが更に好ましい。
この絶縁膜９４は例えばＳｉＯ２からなり、ＣＶＤ法により形成することができる。金属反射膜９３はＡｌ，Ａｇ、Ｒｈ等の金属薄膜からなり、蒸着により形成することができる。
この発光素子９０もフリップチップのかたちで使用される。
【００１８】
図５にはＡｕＳｎ層１０１を備えた他の半導体発光素子１１０の例を示す。この半導体発光素子１１０はフェースアップタイプである。なお、図３と同一の機能の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例では発光素子１１０のサファイア基板１１においてIII族窒化物系化合物半導体層を形成する面と反対側の面に反射層１２０及びバリア層１２１を積層し、このバリア層１２１の表面にＡｕＳｎ層１０１が積層されている。
【００１９】
反射層１２０及びバリア層１２１層構成は次の通りである（図６参照）。
層          ：  組成  （膜厚）
サファイア基板
反射層１２０              ：Ａｌ  （３００  ｎｍ）
バリア層１２１
Ｔｉ層１２２          ：Ｔｉ  （１００ｎｍ）
Ｎｉ層１２３          ：Ｎｉ  （４００ｎｍ）
Ａｕ層１２４          ：Ａｕ  （２００ｎｍ）
各層１２１〜１２４は蒸着により形成される。
ここに、Ａｌ反射層１２０は発光層１３から発する発光光を高い反射率で反射する。なお、Ａｌ反射層１２０とサファイア基板１１との接着性を高めるためＳｉＯ２層をこれらの間に介在させることが望ましい。ＳｉＯ２層はスパッタにより形成される。Ｔｉ層１２２はＡｌ層１２１に対する接着性と拡散し易いＳｎ原子の遮蔽性を有する。Ｎｉ層１２３は拡散してきたＳｎ原子を補足する。このＮｉ層１２３とＴｉ層１２２との相乗効果によりＳｎ原子がｐ電極、ひいては発光素子の半導体部分へ拡散することが防止される。Ａｕ層１２３はＡｕＳｎ層（はんだ層）との接着性を確保する。
ＡｕＳｎ層１０１は、前の実施例と同様に形成した。
【００２０】
このようなＡｕＳｎ層１０１を備えた半導体発光素子１１０は図５のように配線基板１５０若しくはサブマウントへマウントされる。図中の符号１１５はＩＴＯからなる透明電極、符号１１６は金合金からなるｐ電極、負号１１７はＶ／Ａｌ合金からなるｎ電極である。ｐ電極１１６及びｎ電極１１７からはそれぞれ配線基板１５０の配線パターンへボンディングワイヤが懸架される。
【００２１】
上記のようにＡｕＳｎ蒸発源を二段階乃至多段階で加熱することにより、蒸発源の突沸を確実かつ簡易に防止することができる。これにより、発光素子の基板対向面に形成されるＡｕＳｎ層の品質が安定し、もって発光素子を配線基板やサブマウントへ安定してハンダ付けすることができる。
【００２２】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＡｕＳｎ層を備えた実施例の半導体発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】図２バリア層及びＡｕＳｎ層の構成を模式的に表す断面図である。
【図３】図３は実施例の発光素子の使用態様を示す。
【図４】図４は他の実施例の半導体発光素子の構成を示す断面図である。
【図５】図５は他の実施例の発光素子の使用態様を示す。
【図６】図６は他の実施例のバリア層及びＡｕＳｎ層の構成を模式的に表す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１０１  ＡｕＳｎ層
３，１０３  第１の層
５，１０５  第２の層
１０，９０，１１０  発光素子
２０，１２０  バリア層
５０  配線基板
【図１】
2008263130.tif 000003
【図２】
2008263130.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008263130.tif 000006
【図５】
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【図６】
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