(57)【要約】【課題】高品質の半導体発光素子を提供する。【解決手段】第１の基板を準備する。第１の基板上に、ボールアップ防止層を形成する。ボールアップ防止層上に、共晶材料で形成された接合層を形成して、支持基板を得る。第２の基板を準備する。第２の基板上に、半導体発光層を形成する。半導体発光層上の少なくとも一部の領域に、第１の電極を形成する。第１の電極上を含む領域に、バリア層を形成する。バリア層上に、金属層を形成して半導体積層構造を得る。支持基板の接合層と、半導体積層構造の金属層とを接合し、接合体を得る。接合体から、第２の基板を除去する。工程（ｊ）で、接合体表面に露出した半導体発光層上の一部の領域に、第２の電極を形成して、半導体発光素子を得る。【選択図】      図１
2004296846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１の基板を準備する工程と、
（ｂ）前記第１の基板上に、ボールアップ防止層を形成する工程と、
（ｃ）前記ボールアップ防止層上に、共晶材料で形成された接合層を形成して、支持基板を得る工程と、
（ｄ）第２の基板を準備する工程と、
（ｅ）前記第２の基板上に、半導体発光層を形成する工程と、
（ｆ）前記半導体発光層上の少なくとも一部の領域に、第１の電極を形成する工程と、
（ｇ）前記第１の電極上を含む領域に、バリア層を形成する工程と、
（ｈ）前記バリア層上に、金属層を形成して半導体積層構造を得る工程と、
（ｉ）前記支持基板の接合層と、前記半導体積層構造の金属層とを接合し、接合体を得る工程と、
（ｊ）前記接合体から、前記第２の基板を除去する工程と、
（ｋ）前記工程（ｊ）で、前記接合体表面に露出した前記半導体発光層上の一部の領域に、第２の電極を形成して、半導体発光素子を得る工程と
を有し、
前記工程（ｉ）に際し、
前記接合層を形成する共晶材料が、前記金属層と共晶することにより、前記支持基板と前記半導体積層構造とが接合され、
前記ボールアップ防止層は、前記接合層がボールアップすることを防止し、
前記バリア層は、前記第１の電極を構成する材料の一部が、前記第１の電極の前記バリア層側に拡散することを防止し、更に、前記接合層を形成する共晶材料が、前記第１の電極内に侵入することを防止する半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）において、前記第１の基板を、ｎ型またはｐ型不純物を添加されたＳｉで形成する請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ａ）が、
（ｌ）導電性基板を準備する工程と、
（ｍ）前記導電性基板の少なくとも一方の面にＡｕを合金化する工程と
を含み、
前記工程（ｌ）及び（ｍ）によって前記第１の基板を得る請求項１または２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｂ）が、
（ｎ）前記第１の基板上に、前記第１の基板と高い密着性を示す層を形成する工程と、
（ｐ）前記第１の基板と高い密着性を示す層上に、上部に形成される層の濡れ性を向上させる層を形成する工程と
を含み、
前記工程（ｎ）及び（ｐ）によって、前記第１の基板上に前記ボールアップ防止層を形成する請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記工程（ｂ）が、
（ｑ）前記第１の基板上に、Ｔｉ層を形成する工程と、
（ｒ）前記Ｔｉ層上に、Ｎｉ層を形成する工程と
を含み、
前記工程（ｑ）及び（ｒ）によって、前記第１の基板上に前記ボールアップ防止層を形成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｇ）が、
（ｓ）前記第１の電極上に、前記第１の電極を構成する材料の一部が、前記第１の電極の前記バリア層側に拡散することを防止する第１のバリア層を形成する工程と、
（ｔ）前記第１のバリア層上を含む領域に、前記接合層を形成する共晶材料が、前記第１の電極内に侵入することを防止する第２のバリア層を形成する工程とを含み、
前記工程（ｓ）及び（ｔ）によって、前記第１の電極上を含む領域に前記バリア層を形成する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１のバリア層を、Ｔｉ−Ｗ−窒化物で形成し、前記第２のバリア層を、Ａｌ−Ｔａ、またはＡｌ−Ｍｏ、またはＡｌ−Ｗで形成する請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に形成されるボールアップ防止層と、
前記ボールアップ防止層上に、共晶材料で形成される接合層と、
前記接合層上に形成される金属層と、
前記金属層上に形成されるバリア層と、
前記バリア層上の上部または内部に形成される第１の電極と、
前記第１の電極上を含む領域に形成される半導体発光層と、
前記半導体発光層上の一部の領域に形成される第２の電極と
を有し、
前記接合層と前記金属層とは、前記接合層を形成する共晶材料が、前記金属層と共晶することにより接合されており、
前記接合層は、前記ボールアップ防止層により、ボールアップを防止され、
前記バリア層は、前記第１の電極を構成する材料の一部が、前記第１の電極の前記バリア層側に拡散することを防止し、更に、前記接合層を形成する共晶材料が、前記第１の電極内に侵入することを防止する半導体発光素子。
【請求項９】
前記基板が、ｎ型またはｐ型不純物を添加されたＳｉで形成されている請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記基板が、導電性基板と、前記導電性基板の少なくとも一方の面と合金化されているＡｕ層とを含む請求項８または９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ボールアップ防止層が、前記基板上に形成された、前記基板と高い密着性を示す層と、前記基板と高い密着性を示す層上に形成された、上部に形成される層の濡れ性を向上させる層とを含む請求項８〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記ボールアップ防止層が、前記基板上に形成されたＴｉ層と、前記Ｔｉ層上に形成されたＮｉ層とを含む請求項８〜１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記バリア層が、前記金属層上に、前記接合層を形成する共晶材料が、前記第１の電極内に侵入することを防止する第１のバリア層と、前記第１のバリア層の上部または内部に、前記第１の電極を構成する材料の一部が、前記第１の電極の前記バリア層側に拡散することを防止する第２のバリア層とを含む請求項８〜１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記第１のバリア層が、Ａｌ−Ｔａ、またはＡｌ−Ｍｏ、またはＡｌ−Ｗで形成され、前記第２のバリア層が、Ｔｉ−Ｗ−窒化物で形成される請求項１３に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記バリア層または前記第１の電極が、前記半導体発光層から発光された光を反射する請求項８〜１４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電性の基板に、半導体発光層を貼り合わせた構造を有する半導体発光素子が提案されている。（たとえば、特許文献１，２，３参照。）
図４は、上記構造を有する、従来の半導体発光素子６１の一例を示す概略的な断面図である。たとえばｎ型不純物を高濃度に添加したＳｉ基板である導電性支持基板６３上に、たとえばＩｎである反射層６８が積層される。反射層６８上には、正孔に対してポテンシャルバリア機能を有するｎ型クラッド層６６、正孔と電子との結合により光を発生する活性層６５、及び、電子に対してポテンシャルバリア機能を有するｐ型クラッド層６４が、この順に下から積層される。ｐ型クラッド層６４上には、ｐ型オーミック電極６２が形成される。また、導電性支持基板６３の反射層６８が形成されている面とは反対の面に、ｎ型電極６７が形成される。
【０００３】
活性層６５で発生し、反射層６８に入射した光は、反射層６８で反射され、半導体発光素子６１の外部に取り出される。反射層６８を、反射率の角度依存性がないように形成し、光の取り出し効率を向上させることができる。
【０００４】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、図４に示した半導体発光素子６１の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【０００５】
図５（Ａ）を参照する。導電性支持基板６３上に、反射層６８を積層し、第１の基板７０を形成する。
【０００６】
図５（Ｂ）を参照する。たとえばＧａＡｓで形成される仮基板６９上に、ｐ型クラッド層６４、活性層６５及びｎ型クラッド層６６を、下からこの順に積層し、第２の基板７１を形成する。
【０００７】
図５（Ｃ）を参照する。図５（Ａ）に示した第１の基板７０と、図５（Ｂ）に示した第２の基板７１とを、金属層６８とｎ型クラッド層６６とが接合されるように、接着する。
【０００８】
図５（Ｄ）を参照する。仮基板６９を除去した後、ｐ型クラッド層６４上にｐ型オーミック電極６２を形成し、導電性支持基板６３の反射層６８が形成されている面とは反対の面に、ｎ型電極６７を形成する。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１８９４９０号公報
【特許文献２】
特開２００１−４４４９１号公報
【特許文献３】
特開２００２−２１７４５０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえば、オーミック電極の材料として、ＡｕＺｎを用いる場合、Ｚｎが拡散してしまうことにより、オーミック接触を取ることが困難となる場合が生じる。
【００１１】
また、良好な反射特性と、良好なオーミック接合の両立も難しい。オーミック接合を形成するには、合金化工程が必要であるが、合金化すると、半導体と電極界面のモフォロジーが荒れることにより、もしくは、電極材料が拡散することにより、反射率が低下するためである。
【００１２】
更に、第１の基板７０と第２の基板７１との接合（貼り合わせ）には、はんだや共晶材料を用いるが、はんだや共晶材料が反射層に侵入してしまうため、反射層の反射特性が低下するという問題もあった。また、２つの基板７０，７１を貼り合わせる際に、はんだや共晶材料がボールアップする問題点も生じる。
【００１３】
本発明の目的は、高品質の半導体発光素子、及び、その製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、（ａ）第１の基板を準備する工程と、（ｂ）前記第１の基板上に、ボールアップ防止層を形成する工程と、（ｃ）前記ボールアップ防止層上に、共晶材料で形成された接合層を形成して、支持基板を得る工程と、（ｄ）第２の基板を準備する工程と、（ｅ）前記第２の基板上に、半導体発光層を形成する工程と、（ｆ）前記半導体発光層上の少なくとも一部の領域に、第１の電極を形成する工程と、（ｇ）前記第１の電極上を含む領域に、バリア層を形成する工程と、（ｈ）前記バリア層上に、金属層を形成して半導体積層構造を得る工程と、（ｉ）前記支持基板の接合層と、前記半導体積層構造の金属層とを接合し、接合体を得る工程と、（ｊ）前記接合体から、前記第２の基板を除去する工程と、（ｋ）前記工程（ｊ）で、前記接合体表面に露出した前記半導体発光層上の一部の領域に、第２の電極を形成して、半導体発光素子を得る工程とを有し、前記工程（ｉ）に際し、前記接合層を形成する共晶材料が、前記金属層と共晶することにより、前記支持基板と前記半導体積層構造とが接合され、前記ボールアップ防止層は、前記接合層がボールアップすることを防止し、前記バリア層は、前記第１の電極を構成する材料の一部が、前記第１の電極の前記バリア層側に拡散することを防止し、更に、前記接合層を形成する共晶材料が、前記第１の電極内に侵入することを防止する半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００１５】
この半導体発光素子の製造方法によれば、工程（ｉ）において接合を行う際、ボールアップを防止することができる。また、接合（共晶）材料の拡散による、半導体発光素子の反射層の反射率低下を防ぐことが可能である。
【００１６】
また、本発明の他の観点によれば、基板と、前記基板上に形成されるボールアップ防止層と、前記ボールアップ防止層上に、共晶材料で形成される接合層と、前記接合層上に形成される金属層と、前記金属層上に形成されるバリア層と、
前記バリア層上の上部または内部に形成される第１の電極と、前記第１の電極上を含む領域に形成される半導体発光層と、前記半導体発光層上の一部の領域に形成される第２の電極とを有し、前記接合層と前記金属層とは、前記接合層を形成する共晶材料が、前記金属層と共晶することにより接合されており、前記接合層は、前記ボールアップ防止層により、ボールアップを防止され、前記バリア層は、前記第１の電極を構成する材料の一部が、前記第１の電極の前記バリア層側に拡散することを防止し、更に、前記接合層を形成する共晶材料が、前記第１の電極内に侵入することを防止する半導体発光素子が提供される。
【００１７】
この半導体発光素子は、ボールアップや反射率低下が防止された、高品質の半導体発光素子である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）〜（Ｇ）は、第１の実施例による半導体発光素子の製造方法を示す概略的な断面図である。
【００１９】
図１（Ａ）を参照する。たとえばｎ型またはｐ型不純物を高濃度に添加したＳｉで形成された導電性基板１１の両面に、Ａｕ層１２を蒸着し、窒素雰囲気下において、４００℃で合金化する。Ａｕ層１２の厚さは、たとえば１５０〜６００ｎｍである。合金化により、導電性基板１１とＡｕ層１２とは共晶化し、一体化され、オーミック接触を形成する。このため、Ａｕ層１２は導電性基板１１から剥離しない。なお、導電性基板１１は、Ｓｉ以外の材料、たとえばＣｕなど、導電性があり、熱伝導率が高く、Ａｕと合金化する材料で形成することができる。
【００２０】
図１（Ｂ）を参照する。一方のＡｕ層１２上にＴｉ層１３、Ｔｉ層１３上にＮｉ層１４、更に、Ｎｉ層１４上にＡｕＳｎ共晶層１５を、電子線加熱蒸着法（ＥＢ法）により蒸着する。Ｔｉ層１３の厚さは、１００〜２００ｎｍ、Ｎｉ層１４の厚さは、５０〜１５０ｎｍ、ＡｕＳｎ共晶層１５の厚さは、６００〜１２００ｎｍである。ＡｕＳｎ共晶層１５の組成は、Ａｕ：Ｓｎ＝約２０ｗｔ％：約８０ｗｔ％である。なお、Ｔｉ層１３、Ｎｉ層１４、及びＡｕＳｎ共晶層１５の蒸着は、ＥＢ法でなく、抵抗加熱蒸着法やスパッタ法により蒸着してもよい。
【００２１】
導電性基板１１、Ａｕ層１２、Ｔｉ層１３、Ｎｉ層１４及びＡｕＳｎ層１５の積層構造を支持基板３０と呼ぶことにする。支持基板３０が、Ｔｉ層１３及びＮｉ層１４を備えることにより、ＡｕＳｎ共晶層１５が溶融する温度である約２８０℃（共晶温度）に加熱しても、ＡｕＳｎ共晶層１５が支持基板３０上でボールアップすることを防止することができる。「ボールアップ」とは、共晶温度以上で一度液化したＡｕＳｎが、温度の降下により再び固化する際、支持基板３０上で偏析することにより、部分的に盛り上がる現象をいう。
【００２２】
なお、Ｎｉ層１４の代わりに、Ｔｉ層１３上に、ＮｉＶ層を形成しても、ボールアップを防止する効果が得られる。
【００２３】
図１（Ｃ）を参照する。次に、半導体発光層２２に格子整合可能な半導体基板２１、たとえばＧａＡｓ基板を準備し、半導体基板２１上に、半導体発光層２２を形成する。半導体発光層２２は、電流を注入することにより、その半導体固有の波長の光を発光する。半導体発光層２２は、たとえば量子井戸構造から構成される。また、ホモｐｎ結合、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造、シングルヘテロ（ＳＨ）構造で構成してもよい。半導体発光層２２については、後に詳述する。
【００２４】
半導体発光層２２上に、オーミック電極２３を形成する。オーミック電極２３は、半導体発光層２２とオーミック接合を形成することのできる金属を用いて形成される。たとえば、半導体発光層２２の表面を構成する層が、ｐ型の化合物半導体、たとえばｐ−ＡｌＧａＩｎＰで形成されている場合、たとえばＡｕＺｎを用いて、ｐ型電極とすることができる。オーミック電極２３は、たとえば抵抗加熱蒸着法、ＥＢ法、スパッタ法などの真空堆積法を用いて、半導体発光層２２上に形成される。
【００２５】
また、製造後の半導体発光素子において、オーミック電極２３は、半導体発光層２２で発光された光を反射し、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させるための反射層として機能する。
【００２６】
オーミック電極２３上に、たとえば、Ｔｉ−Ｗ−窒化物で構成された導電性の拡散バリア層２４を、たとえば反応性スパッタ法を用いて形成する。導電性の拡散バリア層２４の厚さは、１００〜２００ｎｍである。少なくとも、１００ｎｍよりも厚く形成する必要がある。導電性の拡散バリア層２４の機能については後述する。
【００２７】
導電性の拡散バリア層２４形成後に、半導体発光層２２とオーミック電極２３との良好なオーミック接合を形成するために、合金化を行う。たとえば、半導体発光層２２の表面を構成する層がｐ型ＡｌＧａＩｎＰで形成され、オーミック電極２３がＡｕＺｎで形成されている場合、たとえば窒素雰囲気下、約５００℃で熱処理を行う。
【００２８】
合金化の後、導電性の拡散バリア層２４上に、たとえばＡｌで形成される第１の侵入バリア層２５、第１の侵入バリア層２５上に、たとえばＴａで形成される第２の侵入バリア層２６を蒸着する。Ａｌで形成される第１の侵入バリア層２５の厚さは、６００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが望ましく、蒸着には、ＥＢ法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法等を用いることができる。
【００２９】
Ｔａで形成される第２の侵入バリア層２６の厚さは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、蒸着には、ＥＢ法を用いる。Ｔａは高融点金属であるため、抵抗加熱蒸着法では蒸着が困難であるが、ＥＢ法を用いることで、Ｔａ層を容易に成膜することができる。なお、第２の侵入バリア層２６は、Ｔａの他、Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属材料で形成することが可能である。第１の侵入バリア層２５及び第２の侵入バリア層２６の機能については、後述する。
【００３０】
第２の侵入バリア層２６上に、たとえばＡｕで形成される金属層２７を形成する。半導体基板２１、半導体発光層２２、オーミック電極２３、拡散バリア層２４、第１の侵入バリア層２５、第２の侵入バリア層２６、及び金属層２７の積層構造を、半導体積層構造３１と呼ぶことにする。
【００３１】
図１（Ｅ）を参照する。続いて、支持基板３０と半導体積層構造３１とを、たとえば熱圧着（メタルボンディング）で接合する。熱圧着（メタルボンディング）とは、共晶材料が溶融する温度を加え、更に加重することにより、共晶層１５を設けた支持基板３０と半導体積層構造３１とを、接着する方法である。ＡｕＳｎ共晶層１５に含まれる共晶材料（ＡｕＳｎ）によって、両者は接合される。接合は、ＡｕＳｎ共晶層１５と金属層２７とを、たとえば、窒素雰囲気下、３００℃で１０分間、約１Ｍｐａの圧力で密着させることにより行う。
【００３２】
前述の第１の侵入バリア層２５及び第２の侵入バリア層２６は、熱圧着（メタルボンディング）に際して、共晶材料（ＡｕＳｎ）が、オーミック電極２３に侵入することを防止する機能を有する。本願発明者らは、第１の侵入バリア層２５にＡｌを用い、第２の侵入バリア層２６にＴａを用いることが特に有効であることを見出した。また、拡散バリア層２４は、第１の侵入バリア層２５及び第２の侵入バリア層２６に、オーミック電極２３を形成するＡｕＺｎ中のＺｎが拡散することを防止する機能を有する。
【００３３】
なお、熱圧着（メタルボンディング）時の雰囲気、接合温度、及び接合時間は、使用する共晶材料が溶融し、その特性に変化（たとえば、酸化等による接合強度の劣化）を及ぼすことがなく、支持基板３０と半導体積層構造３１とが接合されるのに十分なそれらであればよい。
【００３４】
図１（Ｆ）を参照する。支持基板３０と半導体積層構造３１とを接合した後、たとえばウェットエッチングにより、ＧａＡｓ基板である半導体基板２１を除去する。エッチャントとしては、たとえばＮＨ４ＯＨ系エッチャントを使用する。なお、半導体基板２１を除去するためには、ドライエッチングや機械研磨法を用いてもよい。また、ウェットエッチング、ドライエッチング、機械研磨法のうちの少なくとも１つの方法を含む組み合わせにより除去することもできる。
【００３５】
図１（Ｇ）を参照する。半導体基板２１を除去した後、半導体発光素子の表面に現れた半導体発光層２２とオーミック接合をする表電極２８を、半導体発光層２２上に形成する。表電極２８は、たとえば、半導体発光層２２の表面を構成する層が、ｎ型の半導体層である場合は、ｎ型半導体とオーミック接合を形成することのできる材料、たとえばＡｕＳｎＮｉ、ＡｕＧｅＮｉ等で形成される。
【００３６】
表電極２８は、たとえばリフトオフ法を用いて形成される。リフトオフ法とは、半導体発光層２２上にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いて露光することにより、所望の電極形状を開口し、電極材料を蒸着し、その後フォトレジストを、その上の金属層とともに取り除く方法である。電極材料を蒸着する方法として、抵抗加熱蒸着法、ＥＢ法、スパッタ法などを用いることができる。
【００３７】
以上のような工程を経て、半導体発光素子３２を製造することができる。
【００３８】
ここで、支持基板３０が、Ｔｉ層１３及びＮｉ層１４（ボールアップ防止層）を有するメリットについて説明する。
【００３９】
ボールアップを防止する構造を備えない支持基板を用いて、半導体積層構造３１との熱圧着（メタルボンディング）を行うと、まず、圧着中に、共晶材料がボールアップし、半導体積層構造３１が支持基板に対して水平に接合されない。次に、接合が水平にされない場合、圧着の後工程で、リソグラフィを行うことが困難となる。たとえば、図１（Ｇ）を参照して説明した工程において、ボールアップ現象のため、フォトレジストを塗布した面とフォトマスクを密着させることができず、１０μｍ以下のサイズの任意形状の表電極２８を作製することが難しい。たとえ、初めに電極材料を、半導体発光層２２上に蒸着し、その後フォトレジストにより所望の電極形状を作製し、不要な電極をエッチング等により除去する方法を採用しても、フォトリソグラフィ工程が含まれる限りボールアップの影響がある。なお、簡便な電極形成法として公知の、シャドウマスク蒸着法を用いて電極を作製する方法もあるが、この方法では、１０μｍ以下のサイズを有する電極を、精度よく形成することは困難である。
【００４０】
Ｔｉ層１３及びＮｉ層１４（ボールアップ防止層）を有する支持基板３０を用いて半導体発光素子３２を製造すると、上述の問題を回避することができ、高品質の半導体発光素子３２を作製することができる。
【００４１】
図２（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、図１（Ｄ）に示す半導体積層構造３１に現れる半導体発光層２２の構造を説明する。
【００４２】
図２（Ａ）を参照する。たとえば、半導体発光層２２は、バリア層２２ｂとウエル層２２ｗとの積層構造が現れる量子井戸構造を有する。
【００４３】
図２（Ｂ）を参照する。半導体発光素子２２は、ｎ型半導体層２２ｎ上に、異なる組成のｐ型半導体層２２ｐが積層されたシングルヘテロ構造（ＳＨ）を有していてもよい。
【００４４】
図２（Ｃ）を参照する。半導体発光素子２２は、ｎ型半導体層２２ｎ上に、異なる組成のバンドギャップの狭いｉ層２２ｉが形成され、ｉ層２２ｉ上に、異なる組成のバンドギャップの広いｐ型半導体層２２ｐが形成されるダブルヘテロ構造（ＤＨ）を備えていてもよい。
【００４５】
上記の半導体発光素子の製造方法によると、ＡｕＳｎ共晶層１５の下部にボールアップ防止層（Ｔｉ層１３及びＮｉ層１４）を形成した支持基板３０を用いることにより、支持基板３０と半導体積層構造３１とを接合する際のＡｕＳｎのボールアップを防止できる。
【００４６】
ボールアップ防止層が形成されていない支持基板を用いた場合、約１０〜３０μｍの高さのＡｕＳｎの塊が生じる。しかし、ボールアップ防止層を形成した支持基板３０を用いた場合、光学顕微鏡での観察を行っても、塊は見られなかった。このことから、ボールアップ防止層を形成することで、ボールアップを完全に防止できると考えられる。または、ボールアップが生じていたとしても、その高さは、光学顕微鏡の認識の閾値である２μｍ以下であろうと考えられる。
【００４７】
Ｔｉ層１３は、その下部にあるＡｕ層１２と高い密着性を示す層として機能すると考えられる。また、Ｔｉ層１３上にＮｉ層１４を形成することにより、その上に形成する層の濡れ性が向上すると考えられる。このＮｉ層１４による濡れ性の向上により、ＡｕＳｎの偏析が防止できると考えられる。
【００４８】
また、導電性基板１１の両面にＡｕを蒸着し、合金化を行うことにより、導電性基板１１から剥離しないＡｕ層１２を形成することができる。導電性基板１１とＡｕ層１２とを合金化することで、密着性に優れ、良好なオーミック性を有し、寿命の長い、信頼性の高い半導体発光素子３２を得ることができる。また、半導体発光素子の製造過程においても、合金化の後工程における耐久性を向上させることができる。
【００４９】
更に、ＡｕＺｎで形成されるｐ型オーミック電極２３上に、Ｔｉ−Ｗ−窒化物で構成されるバリア層を作製することにより、支持基板３０と半導体積層構造３１との接合に当たって、ＡｕＺｎ中のＺｎが、第１の侵入バリア層２５及び第２の侵入バリア層２６内に拡散することを防止することができる。
【００５０】
バリア層によるＺｎの拡散防止の効果は、たとえば、接触抵抗値の減少に現れる。本願発明者らは、以下のような実験を行い、Ｚｎの拡散がバリア層によって防止されることを確認した。
【００５１】
まず、バリア層（Ｔｉ−Ｗ−窒化物）の有無に相違のある２つの構造を準備した。一方は、ｐ−ＩｎＧａＰ基板上に厚さ２００ｎｍのＡｕＺｎ層を蒸着し、ＡｕＺｎ層上に厚さ３００ｎｍのＡｌ層を蒸着した構造を有し、５００℃で合金化を行った。もう一方は、ｐ−ＩｎＧａＰ基板上に厚さ２００ｎｍのＡｕＺｎ層を蒸着し、ＡｕＺｎ層上に厚さ１００〜２００ｎｍのバリア層（Ｔｉ−Ｗ−窒化物）を蒸着し、更にバリア層上に厚さ３００ｎｍのＡｌ層を蒸着した構造を有し、やはり５００℃で合金化を行った。
【００５２】
次に、上記２つの構造について、ｐ−ＩｎＧａＰ基板とＡｕＺｎ層間の接触抵抗を測定した。その結果、前者の構造における接触抵抗値は、２．７×１０−４（Ωｃｍ２）であったのに対し、バリア層を設けた後者の接触抵抗値は、５×１０−６〜６×１０−５（Ωｃｍ２）であった。
【００５３】
バリア層を有する構造の方が、接触抵抗値が１桁〜２桁小さい。接触抵抗値が小さいほど、オーミック特性が良好であると判断されるので、バリア層（Ｔｉ−Ｗ−窒化物）の存在により、より良好なオーミック特性が確保されているということができる。これは、バリア層（Ｔｉ−Ｗ−窒化物）によって、Ｚｎの拡散が防止された結果である。
【００５４】
更にまた、Ａｌで形成された第１の侵入バリア層２５、及び、Ｔａで形成された第２の侵入バリア層２６を形成することにより、支持基板３０と半導体積層構造３１との接合に際して、共晶材料（ＡｕＳｎ）が、半導体発光素子３２において反射層として機能するオーミック電極２３中に、侵入するのを防止し、反射率の低下を防ぐことができる。
【００５５】
２つの侵入バリア層によって、共晶材料（ＡｕＳｎ）のオーミック電極２３中への侵入を、ほぼ完全に防止することができると考えられる。ＡｕＳｎは、ｎ型電極としても使われている、すなわちＳｎはｎ型のドーパントとしても機能するため、オーミック電極２３にｐ型の電極（ＡｕＺｎ）を使用した場合、仮にＡｕＳｎが侵入バリア層を透過して、ＡｕＺｎ層まで到達したとすると、オーミック特性の悪化や、より悪い場合には、ショットキー接合を招くことになる。しかし、本願発明者らが、侵入バリア層を設けて実験を行った結果、オーミック特性に変化は見られなかった。このため、オーミック電極２３中へのＡｕＳｎの侵入は、ほぼ完全に防止されると考えることができる。
【００５６】
これらの効果、理由のため、高品質の半導体発光素子３２を製造することができる。
【００５７】
導電性基板１１とＡｕ層１２との合金化について付記しておく。両者の合金化において、効果が大きいのは、半導体積層構造３１と貼り合わせを行う側の表面のＡｕ層１２との合金化である。反対側表面の電極材料の構成については、ダイボンディングなど、電極の取り出しのためのものであるため、他の電極材料、たとえばＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌ等を用いてもよい。ただし、工程簡略化のために、表裏とも同一材料で形成することが好ましいであろう。また、Ａｕは、Ｓｉとの共晶温度が約４００℃と低いため、量産性を考慮したとき、適切な材料と言えるであろう。なお、Ｓｉと共晶する温度は、Ｐｔで、６００〜８００℃、Ｎｉで、約９００℃、Ｔｉでも、約９００℃である。
【００５８】
図３（Ａ）〜（Ｆ）は、第２の実施例による半導体発光素子の製造方法を示す概略的な断面図である。
【００５９】
図３（Ａ）に示すのは、図１（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、構造及び製造方法を説明した支持基板３０である。まず、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す工程によって、支持基板３０を作製する。
【００６０】
図３（Ｂ）を参照する。次に、第１の実施例の同様に、半導体基板２１、たとえばＧａＡｓ基板を準備し、半導体基板２１上に、半導体発光層２２を形成する。半導体発光層２２は、電流を注入することにより、その半導体固有の波長の光を発光するもので、第１の実施例において説明したように、たとえば量子井戸構造、単純なｐｎ結合、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造、シングルヘテロ（ＳＨ）構造等で構成される。
【００６１】
半導体発光層２２上の一部の領域に、オーミック電極２３を形成する。オーミック電極２３を形成する材料、及び形成方法は、第１の実施例で行った説明と同様である。
【００６２】
続いて、オーミック電極２３上に第１のバリア層４１を、たとえば、Ｔｉ−Ｗ−窒化物で形成する。第１のバリア層４１の厚さは、たとえば１００〜２００ｎｍであり、少なくとも１００ｎｍより厚く形成する必要がある。たとえば反応性スパッタ法を用いることによって形成する。第１のバリア層４１の機能については、後述する。
【００６３】
第１のバリア層４１形成後に、半導体発光層２２とオーミック電極２３との良好なオーミック接合を形成するために、合金化を行う。たとえば、半導体発光層２２の表面を構成する層がｐ型ＡｌＧａＩｎＰで形成され、オーミック電極２３がＡｕＺｎで形成されている場合、たとえば窒素雰囲気下、約５００℃で熱処理を行う。
【００６４】
合金化の後、導電性を有する反射層を形成する。第１のバリア層４１上、及び、第１のバリア層４１（オーミック電極２３）の形成されていない半導体発光層２２上に、たとえばＡｌで金属反射層４２を蒸着する。金属反射層４２の厚さは、オーミック電極２３及びその上に形成される第１のバリア層４１の厚さの合計よりも厚くなければならない。たとえば６００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが望ましい。金属反射層４２は、たとえばＥＢ法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法等により形成することができる。
【００６５】
金属反射層４２は、第１の実施例による製造方法で製造された半導体発光素子３２における第１の侵入バリア層２５のＡｌを、反射電極としても利用する構成となっている。すなわち、製造後の半導体発光素子において、金属反射層４２は、半導体発光層２２で発光された光を反射し、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させるための反射層としても機能する。
【００６６】
Ａｌで形成された金属反射層４２は、半導体発光素子２２の発光する光の波長が、６５０ｎｍ付近であるとき、入射した光を、約８０％以上の反射率で反射する。Ａｌで形成された金属反射層４２は、７００ｎｍ以下の波長の光を、約８０％以上の反射率で反射することができる。なお、金属反射層４２については、後に補足を行う。
【００６７】
図３（Ｃ）を参照する。金属反射層４２上に、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属で、第２のバリア層４３を形成する。第２のバリア層４３の厚さは、たとえば、１００〜２００ｎｍである。Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属は、抵抗加熱蒸着法では蒸着が困難であるため、たとえばＥＢ法を用いて蒸着を行う。ＥＢ法を用いることにより、第２のバリア層４３が容易に形成される。第２のバリア層４３の機能については、後述する。
【００６８】
第２のバリア層４３上に、たとえばＡｕで形成される金属層２７を形成する。半導体基板２１、半導体発光層２２、オーミック電極２３、第１のバリア層４１、金属反射層４２、第２のバリア層４３、及び金属層２７の積層構造を、半導体層４４と呼ぶことにする。
【００６９】
図３（Ｄ）を参照する。続いて、支持基板３０と半導体層４４とを、たとえば熱圧着（メタルボンディング）で接合する。接合時の雰囲気、接合温度及び接合時間は、第１の実施例において、図１（Ｅ）を用い説明したそれらと同様である。
【００７０】
前述の第１のバリア層４１は、熱圧着（メタルボンディング）に際して、金属反射層４２に、オーミック電極２３を形成するＡｕＺｎ中のＺｎが拡散することを防止する機能を有する。仮に、第１のバリア層４１が形成されず、オーミック電極２３と金属反射層４２とが主たる領域において接触した場合、オーミック電極２３を形成するＡｕＺｎ中のＺｎが、金属反射層４２中に拡散し、半導体発光層２２とオーミック電極２３間のオーミック特性が悪くなる。つまり、オーミック特性が失われ、ショットキー特性が現れる。
【００７１】
また、第２のバリア層４３は、熱圧着（メタルボンディング）に際して、共晶材料（ＡｕＳｎ）が、金属反射層４２に侵入することを防止する機能を有する。共晶材料（ＡｕＳｎ）が、金属反射層４２に侵入した場合、金属反射層４２の反射率が低下する。
【００７２】
更に、金属反射層４２をＡｕで形成することは好ましくない。Ａｕは、たとえ第２のバリア層４３が形成されている場合であっても、共晶材料（ＡｕＳｎ）と混合してしまい、反射率の低下を招くためである。たとえば半導体発光素子の発光波長が６５０ｎｍ付近である場合、単体のＡｕで形成された反射層の反射率は９０％以上であるが、ＡｕＳｎとの混合が生じたＡｕ反射層の反射率は、６０％以下である。
【００７３】
なお、反射層は、最終的に導電性を必要とするため、金属を用い、金属反射層４２とした。
【００７４】
図３（Ｅ）を参照する。支持基板３０と半導体層４４とを接合した後、ＧａＡｓ基板である半導体基板２１を除去する。除去方法は、第１の実施例において、図１（Ｆ）を用いて説明したものと同様である。
【００７５】
図３（Ｆ）を参照する。半導体基板２１を除去した後、半導体発光素子の表面に現れたｎ型半導体発光層２２とオーミック接合をする表電極２８を、半導体発光層２２上に形成する。表電極２８を形成する材料及び方法は、第１の実施例において、図１（Ｇ）を用いて説明したものと同様である。
【００７６】
以上のような工程を経て、半導体発光素子４５を製造することができる。
【００７７】
第１の実施例において述べた効果と共通する効果の他に、上記の半導体発光素子の製造方法によると、Ａｌで形成された金属反射層４２上にＴａ等で形成された第２のバリア層４３を作製することで、支持基板３０と半導体層４４との接合に当たって、共晶材料（ＡｕＳｎ）が、反射層に侵入することを防ぐことができる。このため、製造される半導体発光素子４５における金属反射層４２の反射率の低下を防ぐことができる。
【００７８】
なお、前述のように、第２の実施例による製造方法で製造された半導体発光素子４５は、第１の実施例による製造方法で製造された半導体発光素子３２における第１の侵入バリア層２５のＡｌを、反射電極としても利用する構成となっている。これによりＡｕＺｎ以外の反射率の低い材料を用いてオーミック電極２３とし、Ａｌのオーミック性が悪い場合であっても、高い反射率と優れたオーミック性の双方を満足させることが可能となる。
【００７９】
上述の効果、理由により、高品質の半導体発光素子４５を製造することができる。
【００８０】
第１及び第２の実施例による半導体発光素子の製造方法で製造された半導体発光素子には、ヒ素が含まれていないため、環境に対して与える負荷が小さい。たとえば、自動車用灯体、携帯電話機用バックライト、電光掲示板用光源など環境負荷物質を使用することが望ましくない様々な表示用素子に、好ましく応用することができる。
【００８１】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高品質の半導体発光素子及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｇ）は、第１の実施例による半導体発光素子の製造方法を示す概略的な断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、半導体発光層の構造を説明するための図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｆ）は、第２の実施例による半導体発光素子の製造方法を示す概略的な断面図である。
【図４】従来の半導体発光素子の一例を示す概略的な断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、従来の半導体発光素子の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【符号の説明】
１１  導電性基板
１２  Ａｕ層
１３  Ｔｉ層
１４  Ｎｉ層
１５  ＡｕＳｎ共晶層
２１  半導体基板
２２  半導体発光層
２２ｂ  バリア層
２２ｗ  ウエル層
２２ｐ  ｐ型半導体層
２２ｎ  ｎ型半導体層
２２ｉ  ｉ層
２３  オーミック電極
２４  拡散バリア層
２５  第１の侵入バリア層
２６  第２の侵入バリア層
２７  金属層
２８  表電極
３０  支持基板
３１  半導体積層構造
３２  半導体発光素子
４１  第１のバリア層
４２  金属反射層
４３  第２のバリア層
４４  半導体層
４５  半導体発光素子
６１  半導体発光素子
６２  ｐ型オーミック電極
６３  導電性支持基板
６４  ｐ型クラッド層
６５  活性層
６６  ｎ型クラッド層
６７  ｎ型電極
６８  反射層
６９  仮基板
７０  第１の基板
７１  第２の基板
【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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