(57)【要約】 【課題】  電流拡散層と反射面を伴う貼り合わせ金属層との双方を有するとともに、貼り合わせ金属層の反射率を損ねることなく発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化防止を有効に図ることができる発光素子を提供する。【解決手段】  発光層部２４を含む主化合物半導体層２０の光取出面となる第一主表面ＭＰ１に、発光層部２４からの発光光束ＬＢに対して透光性を有し、かつ、発光層部２４よりも導電率の高い化合物半導体からなる電流拡散用透光性導電基板７０が貼り合わされてなり、他方、発光層部２４の第二主表面ＭＰ２に、発光層部２４からの光の光取出面側への反射面ＲＰを伴う貼り合わせ金属層１０を介して素子基板７が貼り合わされてなる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層部を含む主化合物半導体層の光取出面となる第一主表面に、前記発光層部からの発光光束に対して透光性を有した化合物半導体からなる電流拡散用透光性導電基板が貼り合わされてなり、他方、前記主化合物半導体層の第二主表面に、前記発光層部からの光の前記光取出面側への反射面を伴う貼り合わせ金属層を介して素子基板が貼り合わされてなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光層部は、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層にて活性層を挟み込んだダブルへテロ構造を有してなり、
前記活性層は、厚さ方向における５０％以上の領域にてドーパント濃度が２×１０１７／ｃｍ３未満とされたことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記反射面の反射率が８０％以上であることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記活性層は、前記ｐ型クラッド層との境界側にて、前記ｐ型クラッド層からの拡散によりｐ型ドーパント濃度が２×１０１７／ｃｍ３以上となっているｐ型拡散領域の厚さＷp0と、前記ｎ型クラッド層からの拡散によりｎ型ドーパント濃度が２×１０１７／ｃｍ３以上となっているｎ型拡散領域の厚さＷn0との合計厚さが、前記活性層の全厚さに対して５０％未満とされてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光層部がＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体にて構成され、前記活性層の厚さが０．０１μｍ以上２μｍ以下であり、前記ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＺｎ又はＭｇであり、前記ｐ型拡散領域の厚さＷp0が０．４μｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
【請求項６】
前記ｎ型クラッド層のｎ型ドーパントがＳ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＳｉの１種又は２種以上であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記ｎ型クラッド層のｎ型ドーパントがＴｅであり、前記ｎ型拡散領域の厚さＷn0が０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
前記活性層がＡｌＰ混晶比の相違する障壁層と井戸層とを交互に積層した量子井戸構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記素子基板は半導体基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記貼り合わせ金属層と反射面とがＡｕを主成分とするＡｕ系金属層とされ、前記素子基板がＳｉ基板よりなることを特徴とする請求項９記載の発光素子。
【請求項１１】
前記素子基板は導電性基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記主化合物半導体層において前記発光層部がＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体にて構成され、該発光層部の第一主表面に化合物半導体よりなる結合層がエピタキシャル成長され、該結合層に前記電流拡散用透光性導電基板が貼り合わされてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記結合層がＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓからなる請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記結合層が、前記電流拡散用透光性導電基板をなす化合物半導体と同一組成の化合物半導体よりなる請求項１２記載の発光素子。
【請求項１５】
前記結合層と前記電流拡散用透光性導電基板とがいずれもＧａＰからなることを特徴とする請求項１４記載の発光素子。
【請求項１６】
発光層部を含む主化合物半導体層の光取出面となる第一主表面に、前記発光層部からの発光光束に対して透光性を有した化合物半導体からなる電流拡散用透光性導電基板を直接貼り合わせる第一貼り合わせ工程と、前記主化合物半導体層の第二主表面に、前記発光層部からの光の前記光取出面側への反射面を伴う貼り合わせ金属層を介して素子基板を貼り合わせる第二貼り合わせ工程とを含み、
前記第一貼り合わせ工程と前記第二貼り合わせ工程とを、いずれも前記主化合物半導体層の成長温度よりも低温にて行なうことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第二貼り合わせ工程を、前記第一貼り合わせ工程の終了後に該第一貼り合わせ工程よりも低温にて行なうことを特徴とする請求項１６記載の発光素子の製造方法。
【請求項１８】
成長用基板上に前記主化合物半導体層を前記第二主表面側から第一温度にてエピタキシャル成長し、
前記主化合物半導体層の第一主表面に前記電流拡散用透光性導電基板を貼り合わせる前記第一貼り合わせ工程を、前記第一温度よりも低温の第二温度にて行い、
前記主化合物半導体層から前記成長用基板を除去した後、該主化合物半導体層の前記第二主表面を部分的に覆うように、該主化合物半導体層との接触抵抗を低減するためのキャリア源合金成分を含有した金属層を形成し、さらに、前記第一温度よりも低温の第三温度にて熱処理することにより前記金属層を接合合金化層とする接合合金化層形成工程を実施し、
該接合合金化層の形成された前記主化合物半導体層の前記第二主表面と、前記素子基板の貼り合わせ側主表面との少なくともいずれかに前記貼り合わせ金属層を形成し、その状態で前記主化合物半導体層の前記第二主表面と前記素子基板の貼り合わせ側主表面とを、前記貼り合わせ金属層を介して前記第二温度及び前記第三温度のいずれよりも低い第四温度にて貼り合わせることにより、前記第二貼り合わせ工程を実施することを特徴とする請求項１７記載の発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記発光層部をＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体にて構成し、前記エピタキシャル成長を、前記第一温度を６００℃以上８００℃以下に設定したＭＯＶＰＥ法により行ない、
前記電流拡散用透光性導電基板がＧａＰ基板にて構成され、前記第一貼り合わせ工程を、前記第二温度を３５０℃以上７００℃未満に設定して行い、
前記キャリア源合金成分を含有した金属層をＡｕＧｅＮｉ合金にて構成し、前記接合合金化層形成工程を、前記第三温度を２５０℃以上５００℃以下に設定して行ない、
前記貼り合わせ金属層をＡｕ系金属層として前記第二貼り合わせ工程を、前記第四温度を１８０℃より高温かつ３６０℃以下に設定して行なうことを特徴とする請求項１８記載の発光素子の製造方法。
【請求項２０】
成長用基板上に前記主化合物半導体層を前記第二主表面側から第一温度にてエピタキシャル成長するに際し、前記発光層部をＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体にて形成し、さらに、該発光層部の第一主表面に化合物半導体からなる結合層をエピタキシャル成長するとともに、
前記結合層の第一主表面に前記電流拡散用透光性導電基板を貼り合わせる前記第一貼り合わせ工程を、前記第一温度よりも低温にて行うことを特徴とする請求項１７記載の発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記結合層と前記電流拡散用透光性導電基板とがいずれもＧａＰからなることを特徴とする請求項２０記載の発光素子。
【請求項２２】
前記主化合物半導体層のエピタキシャル成長をＭＯＶＰＥ法により６００℃以上８００℃以下にて行ない、前記第一貼り合わせ工程を２００℃以上５００℃以下にて貼り合わせ熱処理することにより行なうことを特徴とする請求項２１記載の発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記主化合物半導体層の前記第二主表面にＡｕを９５質量％以上含有する第一Ａｕ系貼り合わせ金属層を形成し、前記素子基板の貼り合わせ側主表面にＡｕを９５質量％以上含有する第二Ａｕ系貼り合わせ金属層を形成し、前記第一Ａｕ系貼り合わせ金属層と前記第二Ａｕ系貼り合わせ金属層とを重ね合わせ、その状態で前記第二貼り合わせ工程を実施することを特徴とする請求項１６ないし請求項２２のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発光素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００２−２１７４５０号公報
【０００３】
発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子に使用される材料及び素子構造は、長年にわたる進歩の結果、素子内部における光電変換効率が理論上の限界に次第に近づきつつある。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ混晶により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ（あるいはＧａＩｎＰ）活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。
【０００４】
そこで、より高輝度の素子を得ようとした場合、素子からの光取出し効率が極めて重要となる。発光層部をエピタキシャル成長する際に用いる成長用基板（例えばＡｌＧａＩｎＰの場合はＧａＡｓ単結晶基板）は、発光層部からの発光光束に対して吸収作用を有することが多く、光取出し効率が低下する問題がある。これを解決するために、特許文献１には、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部を成長用基板であるＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長した後、ＧａＡｓ基板を除去し、導電性の素子基板を、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ等の貼り合わせ金属層を介して発光層部に貼り合わせる技術が開示されている。
【０００５】
特許文献１の発光素子においては、発光層部への通電は、一般的な発光素子と同様、素子表面に形成された金属電極を介して行なわれている。金属電極は遮光体として作用するため、例えば発光層部主表面の中央部のみを覆う形で形成され、その周囲の電極非形成領域から光を取り出すようにする。金属電極の面積は、なるべく小さくしたほうが、電極の周囲に形成される光漏出領域の面積を大きくできるので、光取出し効率を向上させる観点において有利である。この場合、発光層部の面内方向に発光駆動電流を一様に供給して光取出し効率を高めるために、クラッド層と電極との間に低抵抗率の電流拡散層を配置することが行なわれている。特許文献１において、該電流拡散層は、発光層部と同様の有機金属気相成長法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：以下、ＭＯＶＰＥ法ともいう）により形成される。具体的には、特許文献１では、その段落００４１に記載されているごとく、ＧａＡｓ基板上にダブルへテロ構造のＡｌＧａＩｎＰ発光層部を成長し、次いでＧａＰよりなる電流拡散層をＭＯＶＰＥ法により成長し、その後、ＧａＡｓ基板を機械研磨及び化学エッチングにより除去する方法が採用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電流拡散層は、面内方向に電流を十分に拡げるために、層厚をある程度大きく設定すること、例えば発光層部よりは厚みを大きくして形成されるのが一般的である。特に、特許文献１の工程では、ＧａＡｓ基板を除去後に金属反射層を介して素子基板を貼り合せるようにしているから、発光層部が非常に薄いことを考慮すると（全厚で１０μｍ以下程度と推測される）、貼り合せ時の発光層部のハンドリング性改善のため、電流拡散層は５０μｍ以上の厚膜に成長させることが好ましいと考えられる。
【０００７】
しかし、ＭＯＶＰＥ法は高温処理であり、しかも十分な厚さの電流拡散層を成長させるには非常な長時間を要する。その結果、電流拡散層の前に形成される発光層部は、該電流拡散層成長時の高温の熱履歴に長時間曝されることになり、ｐ−ｎ接合を形成するためのｐ型ドーパントやｎ型ドーパントの層厚方向の濃度プロファイルが熱拡散によって崩れ、発光層部の内部量子効率低下につながる問題を生ずる。特に、ダブルへテロ構造を採用した発光層部の場合、ノンドープにて形成した活性層に両側のクラッド層からのドーパントが拡散により浸透すると、電子／正孔の発光再結合の確率が減少し、発光強度の劣化が著しくなる。すなわち、発光層部に金属反射層を形成しても、発光層部自体の内部量子効率が劣化したのでは、素子全体の発光性能向上は望むべくもない。
【０００８】
本発明の課題は、電流拡散層と反射面を有する貼り合わせ金属層との双方を有するとともに、貼り合わせ金属層の反射率を損ねることなく発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化防止を有効に図ることができ、ひいては内部量子効率と光取出し効率とを同時に高めて発光性能を大幅に改善することができる発光素子と、その製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の発光素子は、
発光層部を含む主化合物半導体層の光取出面となる第一主表面に、発光層部からの発光光束に対して透光性を有した化合物半導体からなる電流拡散用透光性導電基板が貼り合わされてなり、他方、主化合物半導体層の第二主表面に、発光層部からの光の光取出面側への反射面を伴う貼り合わせ金属層を介して素子基板が貼り合わされてなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の発光素子の製造方法は、発光層部を含む主化合物半導体層の光取出面となる第一主表面に、発光層部からの発光光束に対して透光性を有した化合物半導体からなる電流拡散用透光性導電基板を直接貼り合わせる第一貼り合わせ工程と、主化合物半導体層の第二主表面に、発光層部からの光の光取出面側への反射面を伴う貼り合わせ金属層を介して素子基板を貼り合わせる第二貼り合わせ工程とを含み、
第一貼り合わせ工程と第二貼り合わせ工程とを、いずれも主化合物半導体層の成長温度よりも低温にて行なうことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の発光素子及びその製造方法によると、発光層部を含む主化合物半導体層上に厚く形成される電流拡散層が、主化合物半導体層への電流拡散用透光性導電基板の貼り合わせにより形成されるから、電流拡散層をＭＯＶＰＥ法等の気相成長法にて長時間掛けて形成する特許文献１の場合とは異なり、発光層部に電流拡散層成長時の高温熱履歴が加わらないので、発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化が生じにくい。また、貼り合わせ金属層を介した素子基板の貼り合わせも、電流拡散用透光性導電基板と同様に、主化合物半導体層の成長温度よりも低温にて実施されるから、発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化が生じにくく、また、貼り合わせ金属層の反射率低下も生じにくく、発光素子の内部量子効率と光取出し効率とを同時に高めることができ、発光性能を大幅に改善することができる。
【００１２】
発光層部が、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層にて活性層を挟み込んだダブルへテロ構造を有している場合、本発明の採用により、ドーパントプロファイルの拡散劣化防止を効果的に図ることができ、具体的には、活性層の厚さ方向における５０％以上の領域にてドーパント濃度を２×１０１７／ｃｍ３未満とすることが可能となる。活性層の主要部分にてドーパント濃度を十分に低減することにより、活性層での発光再結合確率が向上し、ひいては内部量子効率を高めることができる。また、貼り合わせ金属層の反射面の反射率は、８０％以上を確保することが可能となる。
【００１３】
貼り合わせ金属層は、反射率を良好に確保できる観点から、Ａｕ、Ａｌ及びＡｇのいずれかを主成分（最も含有率の高い成分であり、望ましくは金属層の８０質量％以上を占める成分である）とするものを本発明に好適に採用できる。電流拡散用透光性導電基板と主化合物半導体層とがいずれもＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる場合、電流拡散用透光性導電基板と主化合物半導体層とを十分高強度にて直接貼り合わせる第一貼り合わせ工程には、貼り合わせ金属層を介して素子基板を主化合物半導体層に貼り合わせる第二貼り合わせ工程よりも高温の貼り合せ熱処理が必要となることが多い。この場合、第二貼り合わせ工程を、第一貼り合わせ工程の終了後に該第一貼り合わせ工程よりも低温にて行なうことが望ましい。このようにすると、貼り合わせ金属層を介して素子基板を貼り合わせる工程（第二貼り合わせ工程）よりも先に、これよりも高温で行なわれる電流拡散用透光性導電基板の貼り合わせ工程（第一貼り合わせ工程）が実施されるので、貼り合わせ金属層に不要な高温熱履歴が加わらず、貼り合わせ金属層の反射率をより向上させることができる。
【００１４】
貼り合わせ金属層と主化合物半導体層との接触抵抗を低減するためには、両者の間に該接触抵抗を低減するためのキャリア源合金成分を含有した接合合金化層を設けることが望ましい。キャリア源合金成分が一定以上に高められた接合合金化層は、キャリア源合金成分を含有しないか、含有してもその濃度が低い貼り合わせ金属層よりも反射率が劣る。従って、反射面全体にて必要な反射率を確保するためには、接合合金化層を反射面の一部をなす形で（例えば分散形態で）配置することが望ましい。
【００１５】
具体的には、成長用基板上に主化合物半導体層を第二主表面側から第一温度にてエピタキシャル成長し、
主化合物半導体層の第一主表面に電流拡散用透光性導電基板を貼り合わせる第一貼り合わせ工程を、第一温度よりも低温の第二温度にて行い、
主化合物半導体層から成長用基板を除去した後、該主化合物半導体層の第二主表面を部分的に覆うように、該主化合物半導体層との接触抵抗を低減するためのキャリア源合金成分を含有した金属層を形成し、さらに第一温度よりも低温の第三温度にて熱処理することにより金属層を接合合金化層とする接合合金化層形成工程を実施し、
該接合合金化層の形成された主化合物半導体層の第二主表面と、素子基板の貼り合わせ側主表面との少なくともいずれかに貼り合わせ金属層を形成し、その状態で主化合物半導体層の第二主表面と素子基板の貼り合わせ側主表面とを、貼り合わせ金属層を介して第二温度及び第三温度のいずれよりも低い第四温度にて第二貼り合わせ工程を実施することができる。
【００１６】
接合合金化層は、キャリア源合金成分の濃度が高くなるほど主化合物半導体層との合金化が進みやすくなる一方、反射率が低下する傾向にある。この場合、接合合金化層を貼り合わせ金属層にて覆った後で、当該貼り合わせ金属層の貼り合わせに係る第二貼り合わせ工程よりも高温の熱履歴が加わると、接合合金化層のキャリア源合金成分が周囲の貼り合わせ金属層に拡散し、反射率の低下した領域が拡大しやすくなる。また、素子基板がＳｉで形成され、貼り合わせ金属層がＡｕ系金属で形成される場合など、素子基板と貼り合わせ金属層との共晶反応が比較的低温で起こりうる場合には、貼り合わせ金属層と素子基板との共晶温度以上の温度にて熱処理すると、該貼り合わせ金属層の共晶化により、該貼り合わせ金属層が形成する反射面での反射率が低下する問題がある。
【００１７】
そこで、上記のごとく、発光層部を成長する第一温度よりも低い第二温度で第一貼り合わせ工程を行ない、同じく第一温度よりも低い第三温度で接合合金化層形成の熱処理（いわゆるシンター処理）を行ない、貼り合わせ金属層を形成した後に、それら第二温度及び第三温度のいずれよりも低い第四温度で第二貼り合わせ工程を行なうようにすると、発光層部の成長工程以降は、順次処理温度が概ね下流の工程ほど低くなるので、最終的に貼り合わせ金属層に、その貼り合わせの温度よりも高温となる熱履歴が加わる不具合が極めて合理的に回避できる。その結果、キャリア源合金成分の拡散領域拡大が可及的に抑制され、反射面全体の反射率をより向上させることができる。なお、本発明において「貼り合わせ温度」とは、重ね合わされた貼り合わせ対象物に対し、接着強度確保のために付加される熱履歴の最高保持温度のことをいう。
【００１８】
ダブルへテロ構造の発光層を有する発光素子の場合、本発明の採用により、発光層部成長後は該発光層成長時と同等もしくは高温の熱履歴が発光層部に加わることがないので、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層のいずれについても、活性層へのドーパントの拡散が効果的に抑制される。その結果、活性層についてｐ型クラッド層との境界側にて、ｐ型クラッド層からの拡散によりｐ型ドーパント濃度が２×１０１７／ｃｍ３以上となるｐ型拡散領域の厚さＷp0と、ｎ型クラッド層からの拡散によりｎ型ドーパント濃度が２×１０１７／ｃｍ３以上となるｎ型拡散領域の厚さＷn0との合計厚さを、活性層の全厚さに対して５０％未満とすることができ、発光層部の内部量子効率を高めることができる。
【００１９】
具体的には、発光層部をＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体にて構成でき、活性層の厚さが０．０１μｍ以上２μｍ以下であり、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントは、ＺｎやＭｇ等のＩＩ族元素を採用できる。Ｚｎ又はＭｇを採用する場合、本発明により、ｐ型拡散領域の厚さＷp0を０．４μｍ以下とすることができ、発光層部の内部量子効率向上に有効に寄与する。特に、ＺｎはＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体中での拡散係数が大きく、ｐ型層自身の成長途上でも活性層中への拡散がある程度生ずる可能性があるが、本発明を採用すれば、これを考慮に入れても拡散領域の厚さＷp0を０．４μｍ以下に制御することは比較的容易である。
【００２０】
他方、ｎ型クラッド層のｎ型ドーパントとしてはＳ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＳｉの１種又は２種以上を採用できる。このうち、特にＴｅを用いることが望ましい。Ｔｅは、電流拡散層を気相成長する場合のように、発光層部成長後に高温の熱履歴が長時間加わると活性層への拡散が相当顕著に進行するが、発光層部成長時における拡散はＺｎやＭｇほどには進まないので、本発明の採用により発光層部成長後の高温熱履歴が抑制されれば、Ｔｅによる活性層側へのｎ型拡散領域の厚さＷn0を０．１μｍ以下と極めて小さくすることができる。従って、ｎ型拡散領域の厚さが上記のごとく小さくなることでｐ型拡散領域の形成マージンを大きく確保でき、ひいてはｐ型ドーパントとして拡散係数の大きいＺｎやＭｇが採用された場合でも、活性層内部にてドーパント濃度が２×１０１７／ｃｍ３未満に設定された領域を十分に厚く確保できるので、発光効率の向上に寄与する。
【００２１】
また、電流拡散用透光性導電基板の材質は、バンドギャップが広く単結晶成長も比較的容易なＧａＰを好適に採用できるが、この他にＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓあるいはＡｌＩｎＰなどを採用することもできる。
【００２２】
接合合金化層は、貼り合せ金属層で一旦覆われてしまうと、それ以降に加わる熱履歴がシンター処理温度（第三温度）より高温でなくとも、これと同等の温度の熱履歴であれば、貼り合せ金属層側へのキャリア源合金成分の面内拡散が容易に進行し、反射率を低下させることにつながる。しかし、上記のごとく、シンター処理の後に、該シンター処理（接合合金化層形成工程）と電流拡散用透光性導電基板の貼り合せ処理（第一貼り合せ工程）のいずれよりも低い温度（第四温度）で、貼り合せ金属層の貼り合せ処理（第二貼り合わせ工程）を行なうようにすれば、キャリア源合金成分の貼り合せ金属層への拡散を効果的に抑制できる。
【００２３】
また、キャリア源合金成分として、ＧａなどのＡｕとの共晶形成成分にて構成されている場合、接合合金化層を貼り合せ金属層で覆った後に加わる熱履歴は、上記の共晶点（例えばＧａの場合、Ａｕ−Ｇａの二元共晶温度は３６０℃）未満に抑制することが必要である。該共晶点を超える熱履歴が加わると、Ａｕとキャリア源合金成分との冶金的な共晶反応のために、貼り合せ金属層の全面にキャリア源合金成分が広がり、反射率が大幅に低下する不具合につながる。なお、「キャリア源合金成分の面内拡散」の概念は、貼り合せ金属層内でのこうした冶金的な反応による物質移動も包含するものとして考える。
【００２４】
また、内部量子効率向上のため、活性層を、ＡｌＰ混晶比の相違する障壁層と井戸層とを交互に積層した量子井戸構造を有するものとして構成することができる。量子井戸構造を有する活性層は、混晶比の調整によりバンドギャップが互いに相違する２層、すなわちバンドギャップエネルギーの小さい井戸層と大きい障壁層とを、各々電子の平均自由工程もしくはそれ以下の厚さ（一般に、１原子層〜数１０Å）となるように格子整合させる形で積層したものである。上記構造では、井戸層の電子（あるいはホール）のエネルギーが量子化されるため、発光効率の向上に効果がある。なお、量子井戸構造は、井戸層を複数有する多重量子井戸構造としてもよいし、井戸層を１層のみ有する単一量子井戸構造としてもいずれでもよい。
【００２５】
この場合、本発明の採用により、発光層成長後に高温の熱履歴が加わらないようにすることで、障壁層と井戸層との間のＡｌ拡散も抑制できる。これにより、量子井戸の組成プロファイルの急峻性も良好に維持でき、得られる発光光束の波長シフトや半値幅増大などが効果的に抑制され、所望の波長の発光光束を高輝度にて得ることができる。
【００２６】
反射面は、Ａｕを主成分（最も質量含有率の高い成分である）とするＡｕ系金属層とすることができる。Ａｕ系金属層は反射率が高く、また、反射率の入射角依存性が小さい利点がある。この場合、発光層部は、ピーク波長が５５０ｎｍ以上の可視光を発光するものであることが望ましい。図８にＡｕ層の反射率の波長依存性を示すが（プロット点「△」）、波長５５０ｎｍ未満の可視光域に強い吸収があることがわかる。そこで、発光層部のピーク波長が５５０ｎｍ以上とすることで、反射率低下を効果的に抑制でき、発光強度を向上させることができる。また、取り出される光のスペクトルが、吸収により本来の発光スペクトルとは異なるものとなったり、発光色調が変化したりする不具合も生じにくい。この観点で、発光層部の発光の望ましい色調とピーク波長域は、以下の通りである：
・黄緑系：５５０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満
・黄色系：５８０ｎｍ以上５９５ｎｍ未満
・アンバー系：５９５ｎｍ以上６１０ｎｍ未満
・オレンジ系：６１０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満
・赤色系：６３０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満
【００２７】
なお、図８から明らかなように、発光層部のピーク波長が、望ましくは５８０ｎｍ以上、より望ましくは６００ｎｍ以上のとき、より反射率が向上し、発光強度を高めることができる。この観点において、発光層部は、黄色系、アンバー系、オレンジ系あるいは赤色系のものを採用するとき、Ａｕ系金属層による反射率を特に高めることができ、発光強度向上効果が顕著となる。こうした色調の発光光束は、前述のＡｌＧａＩｎＰの混晶比調整により容易に実現できる。
【００２８】
一方、反射面は、Ａｌを主成分とするＡｌ系反射層とすることもできる。図８にはＡｌ層の反射率の波長依存性も示しているが（プロット点「◆」）、Ａｌの場合は波長５５０ｎｍ未満の可視光域においても、Ａｕのような強い吸収はなく、また、Ａｕに比べるとはるかに安価であり、汎用の反射層として本発明に好適に使用できる。特に、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の青色から緑色にかけての発光波長域に対しては、Ａｕよりも反射率が良好であり、光取出し効率の向上にも寄与する。この場合、接合合金化層は、例えばＡｕＧｅＮｉ合金又はＡｇＧｅＮｉ合金のいずれを採用することも可能であり、Ａｌ系反射層との密着性においても大きな差異は生じない。ただし、発光層部のピーク波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である場合は、吸収の少ないＡｇＧｅＮｉ合金を用いることがより有利である。
【００２９】
さらに、反射面は、Ａｇを主成分とするＡｇ系金属層とすることもできる。Ａｇ系金属層は、Ａｕ系金属層と比べれば安価であり、しかも可視光の略全波長域（３５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下）に渡ってＡｕ系金属層よりも良好な反射率を示し反射率の波長依存性が小さい。その結果、素子の発光波長によらず高い光取出効率を実現できる。またＡｕ系金属層と比較した場合、青色から緑色の発光に対しても、酸化皮膜等の形成による反射率低下も生じにくい。図６のプロット点「■」はＡｇの反射率の波長依存性を示す。また、プロット点「×」はＡｇＰｄＣｕ合金である。Ａｇの反射率は、３５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下（また、それより長波長側の赤外域）、特に、３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下にて、可視光の反射率が特に良好である。当然、ピーク波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の青色から緑色の発光波長域においても良好な反射率が得られる。
【００３０】
なお、前述のＡｌ系金属層はＡｇ系金属層と比較しても安価であるが、酸化皮膜形成による反射率低下があるため、可視光域での反射率は多少低い値（例えば８５〜９２％）に留まっている。他方、Ａｇ系金属層はＡｌ系金属層よりは酸化皮膜が形成されにくいため、Ａｌよりも高い反射率を可視光域に確保できる。なお、青色系のピーク波長を有する発光層部としては、例えばＩｎＧａＡｌＮ系発光層部を例示できる。
【００３１】
ｎ型ＡｌＧａＩｎＰなどのｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対する接合合金化層としては、合金化の容易性と、接触抵抗の低減効果との両立が容易であることから、Ａｕを主成分としてＧｅとＮｉとを含有するＡｕＧｅＮｉ合金、又はＡｇを主成分としてＧｅとＮｉとを含有するＡｇＧｅＮｉ合金を、本発明に効果的に採用することができる。ＡｕＧｅＮｉ合金あるいはＡｇＧｅＮｉ合金の具体的な組成は、例えばＧｅ：０．１質量％以上２５質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以上２０質量％以下、残部Ａｕ又はＡｇとする組成を例示でき、この範囲外の組成では接触抵抗低減効果が十分に得られない場合がある（なお、化合物半導体層との合金化後において接合合金化層の組成は、当該化合物半導体成分を除いた残余の金属成分の組成にて考えるものとする）。
【００３２】
素子基板は半導体基板とすることにより、基板自体を、発光素子を駆動するための導通路の一部として利用でき、素子構造の簡略化を図ることができる。一方、素子基板としては導電性基板を用いることもできる。導電性基板としては、ＡｌやＣｕないしそれらの合金よりなる金属基板のほか、カーボン基板や、ＳｉＣなどの導電性セラミック基板を使用することができる。これにより、基板を導通路として用いる場合に、該導通路の電気抵抗をさらに低減することができる。
【００３３】
半導体基板としては、安価なＳｉ基板（多結晶基板又は単結晶基板：前者は特に安価である）を用いるとより有利である。Ｓｉ基板を用い、かつ、貼り合わせ金属層と反射層とを、Ａｕを主成分とするＡｕ系金属層とする場合、ＳｉとＡｕとは共晶反応を起しやすく、反射面へのＳｉの拡散が問題になることがある。しかし、本発明の採用により、第二貼り合せ工程よりも後に、これよりも高温の熱履歴が加わらないようにすることで、Ａｕ系貼り合わせ金属層の表面にＳｉ基板からのＳｉ成分の拡散による沸きあがりが効果的に抑制され、安価なＳｉ基板を用いつつもＡｕ系金属からなる反射面の反射率を良好に保つことができる。
【００３４】
発光層部がＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体にて構成される場合、発光層部を含む主化合物半導体層のエピタキシャル成長は、前述の第一温度を６００℃以上８００℃以下に設定したＭＯＶＰＥ法により行なうことができる。電流拡散用透光性導電基板がＧａＰ基板にて構成される場合は、第一貼り合わせ工程を、前述の第二温度を３５０℃以上７００℃以下（第一温度よりは低い）に設定して行なうことができる。第二温度が７００℃を超えると活性層にクラッド層からのドーパント拡散が進み、キャリア散乱による内部量子効率の低下につながる。他方、第二温度が３５０℃未満では十分な貼り合せ強度が得られない。第一温度はより望ましくは６００℃未満に設定するのがよい。
【００３５】
キャリア源合金成分を含有した金属層をＡｕＧｅＮｉ合金にて構成する場合は、接合合金化層形成工程を、前述の第三温度を２５０℃以上５００℃以下に設定して実施することができる。第三温度が２５０℃未満では接触抵抗低減効果が十分に得られず、５００℃を超えると主化合物半導体層への金属拡散が過度に進み、発光効率が却って低下する不具合につながる。また、貼り合わせ金属層をＡｕ系金属層とする場合、第二貼り合わせ工程は、第二温度及び第三温度のいずれよりも低い前述の第四温度を、１８０℃より高温かつ３６０℃以下に設定して行なうことが望ましい。第四温度が８０℃未満では貼り合せ強度が十分に確保できなくなり、３６０℃を超えるとキャリア源合金成分であるＧｅの反射面上での拡散が進み、反射率の低下を招くことにつながる。
【００３６】
キャリア源合金成分の拡散防止には、第二貼り合わせ工程を行なうための第四温度を、十分な貼り合せ強度が得られる範囲にてなるべく低く設定することが望ましい。そのためには、主化合物半導体層の第二主表面にＡｕを９５質量％以上含有する第一Ａｕ系貼り合わせ金属層を形成し、素子基板の貼り合わせ側主表面にＡｕを９５質量％以上含有する第二Ａｕ系貼り合わせ金属層を形成し、第一Ａｕ系貼り合わせ金属層と第二Ａｕ系貼り合わせ金属層とを重ね合わせて、その状態で第二貼り合わせ工程を実施することが望ましい。このようにすると、第四温度を１８０℃より高温かつ３６０℃以下の低温でも、第一及び第二Ａｕ系貼り合わせ金属層同士を強固に貼り合せ結合することができ、Ｇｅ等のキャリア源合金成分の拡散も極めて進みにくくなるので、反射率の向上に有効である。また、素子基板がＳｉ基板で構成される場合、このような低温での貼り合わせにより、ＳｉとＡｕとの共晶反応も進みにくく、反射面へのＳｉの拡散による沸き上がりも効果的に防止できる。
【００３７】
次に、本発明の発光素子は、主化合物半導体層において発光層部がＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体にて構成され、該発光層部の第一主表面に結合層がエピタキシャル成長され、該結合層に電流拡散用透光性導電基板が貼り合わされてなるものとすることができる。該構造の発光素子は、成長用基板上に主化合物半導体層を第二主表面側から第一温度にてエピタキシャル成長するに際し、発光層部をＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体にて形成し、さらに、該発光層部の第一主表面に結合層をエピタキシャル成長するとともに、結合層の第一主表面に電流拡散用透光性導電基板を貼り合わせる第一貼り合わせ工程を、第一温度よりも低温にて行うことにより製造することができる。
【００３８】
結合層は、電流拡散用透光性導電基板との結合性を改善するためのものであり、発光層部の第一主表面にこのような結合層をエピタキシャル成長することで、第一貼り合わせ工程をより低温で実施することが可能となり、発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化をより生じにくくすることができる。電流拡散用透光性導電基板がＧａＰで構成される場合、結合層をＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＡｓ（特にＧａＩｎＰ）で構成すると、電流拡散用透光性導電基板との結合性（第一貼り合わせ工程）を高めることができる。
【００３９】
また、結合層は、電流拡散用透光性導電基板をなす化合物半導体と同一組成の化合物半導体にて構成することもできる。電流拡散用透光性導電基板を、これと同一材質の化合物半導体からなる結合層と貼り合わせることにより、第一貼り合わせ工程をさらに低温で実施することが可能となり、発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化をより生じにくくすることができる。特に、結合層と電流拡散用透光性導電基板とをいずれもＧａＰにて構成する場合に、貼り合わせ温度を低温化する効果が著しくなる。ＧａＰ同士の貼り合わせであると、それよりもはるかに低い２００℃以上５００℃以下の温度域での第一貼り合わせ工程により、良好な貼り合わせ状態を容易に得ることができる。例えば、主化合物半導体層のエピタキシャル成長をＭＯＶＰＥ法により６００℃以上８００℃以下にて行なう場合、第一貼り合わせ工程を、それよりも１００℃以上６００℃以下も低温化でき、発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化を効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である発光素子１００を示す概念図である。該発光素子１００は、素子基板としてのＳｉ単結晶よりなるＳｉ基板７（本実施形態ではｎ型であるがｐ型でもよい）の第一主表面上に、金属層としてのＡｕ系金属層１０を介して発光層部２４を有する化合物半導体層５０が貼り合わされた構造を有してなる。化合物半導体層５０は、第二主表面側から貼り合わせ側保護層２６、拡散ブロック用半導体層２５、発光層部２４、結合層８及び電流拡散用透光性導電基板としてのＧａＰ基板７０がこの順序で積層形成されたものである。このうち、貼り合わせ側保護層２６、拡散ブロック用半導体層２５、発光層部２４及び結合層８が主化合物半導体層２０をなす。本実施形態において各層及び基板の主表面は、図１のごとく、発光素子１００の光取出面ＰＦを上側にした状態を正置状態として、該正置状態における図面上側に表れる面を第一主表面、下側に表れる面を第二主表面として統一的に記載する。従って、工程説明の都合上、上記正置状態に対し上下を反転した転置状態にて図示を行なう場合は、該図示における第一主表面と第二主表面の上下関係も反転する。
【００４１】
発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層６と、ｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層４とにより挟んだ構造を有し、活性層５の組成に応じて、発光波長を、緑色から赤色領域（発光波長（ピーク発光波長）が５５０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下）にて調整できる。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００４２】
主化合物半導体層２０の第二主表面側には、発光層部２４からの発光光束に対して透光性を有し、かつ、貼り合わせ側接合合金化層３１から発光層部２４への成分拡散を抑制する拡散ブロック用半導体層２５がＡｌ含有化合物半導体として形成され、当該拡散ブロック用半導体層２５の第二主表面が、ＧａＡｓ層からなる貼り合わせ側保護層２６にて覆われている。
【００４３】
拡散ブロック用半導体層２５は、具体的にはｎ型クラッド層４に格子整合し（格子定数差にて１％以内）、かつ、活性層５よりもバンドギャップが広くなるように、ＡｌａＧａ１−ａＡｓのＡｌＡｓ混晶比ａが０．４以上１以下に調整されたｎ型のＡｌＧａＡｓよりなる。なお、拡散ブロック用半導体層２５の厚さは０．５μｍ以上３μｍ以下である。また、貼り合わせ側保護層２６をなすＧａＡｓ層は、厚さが１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、拡散ブロック用半導体層２５よりもドーパント濃度が高く設定されている（ｎ型ドーパント濃度：５×１０１７／ｃｍ３以上１×１０１９／ｃｍ３未満）。
【００４４】
一方、主化合物半導体層２０の第一主表面にはＧａＰ基板７０が貼り合わされ、第二主表面には導電性基板であるＳｉ基板７が貼り合せ金属層１０を介して貼り合わされている。ＧａＰ基板７０は、発光層部２４からの発光光束に対して透光性を有し、かつ、発光層部よりも導電率の高い化合物半導体からなる電流拡散用透光性導電基板をなす。本実施形態の発光素子１００においては、ＧａＰ基板７０はｐ型ＧａＰからなり、例えば、液体封止型チョクラルスキー法にて引き上げ成長した単結晶インゴットをスライスして製造されたものであり、電流拡散層として機能させるため、ｐ型クラッド層６よりも高濃度にｐ型ドーパント（例えばＺｎ）がドーピングされている。ＧａＰ基板７０の厚さは例えば５０μｍであり、ｐ型クラッド層６側に、結合層８を介して貼り合わされている。結合層８としては、例えばＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓが好適に用いられる。
【００４５】
Ｓｉ基板７は、ｎ型Ｓｉ単結晶インゴットをスライス・研磨して製造されたものであり、その厚みは例えば１００μｍ以上５００μｍ以下である。また、貼り合わせ金属層１０は全体がＡｕ系層として構成され、発光層部２４と接する第一Ａｕ系層１０ａと、Ｓｉ基板７と接する第二Ａｕ系層１０ｂとが貼り合せ熱処理により貼り合わされたものである。本実施形態において第一Ａｕ系層１０ａ及び第二Ａｕ系層１０ｂは、純ＡｕもしくはＡｕ含有率が９５質量％以上のＡｕ合金よりなる。なお、貼り合せ金属層はＡｕ系金属の代わりにＡｇ系金属にて構成してもよく、さらに、反射面ＲＰの形成部分と残余部分とで金属の材質を異ならせてもよい。具体的には、反射面ＲＰの形成部分を、反射率が良好な（あるいは波長依存性の小さい）ＡｇあるいはＡｌで構成し、残余部分を貼り合わせの容易なＡｕ系金属で構成することができる。
【００４６】
主化合物半導体層２０と反射面ＲＰをなす第一Ａｕ系層１０ａとの間には、ＡｕＧｅＮｉ合金（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）からなる接合合金化層３２が形成されており、素子の直列抵抗低減に貢献している。接合合金化層３２は、第一Ａｕ系層１０ａの主表面上に分散形成されている。また、ＧａＰ基板７０の主表面の略中央には、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための金属電極（例えばＡｕ電極）９が、ＡｕＺｎ合金もしくはＡｕＢｅ合金からなる接合合金化層３３を介して、該主表面の一部を覆うように形成されている。そして、ＧａＰ基板７０の主表面における、金属電極９の周囲の領域は、発光層部２４からの光取出領域をなす。
【００４７】
他方、Ｓｉ基板７と第二Ａｕ系層１０ｂとの間には接触抵抗低減のため、ＡｕＳｂ合金等からなる接合合金化層３１が介挿されている。さらに、第二Ａｕ系層１０ｂとＳｉ基板７との間、具体的には第二Ａｕ系層１０ｂと接合合金化層３１との間には、Ｓｉ基板７から第二Ａｕ系層１０ｂへのＳｉ拡散を阻止するＳｉ拡散阻止層１０ｄが設けられている。Ｓｉ拡散阻止層１０ｄは、例えばＴｉ層ないしＮｉ層として構成できる。さらに、Ｓｉ基板７の裏面にはその全体を覆うように金属電極（裏面電極：例えばＡｕ電極である）１５が形成されている。金属電極１５はＡｕ電極であり、Ｓｉ基板７との間にはＡｕＳｂ合金からなる接合合金化層１６が介挿されている。なお、接合合金化層１６は、ＡｕＳｂ合金に代えてＡｕＳｎ合金を用いてもよい。なお、発光素子１００の通電極性は金属電極９側が正である。
【００４８】
次に、図３は、発光層部２４のドーパント濃度プロファイルを、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy、横軸：層厚方向距離、縦軸：ドーパント濃度（対数目盛り））による分析結果にて例示したものである（実線にて表示している曲線）。ｐ型クラッド層６は、その厚さが０．５μｍ以上２μｍ以下、本実施形態では約１．３μｍであり、ｐ型ドーパントとしては、ＺｎやＭｇ等のＩＩ族元素、本実施形態ではＭｇが採用されている。ｎ型クラッド層６は、その厚さが０．２μｍ以上２μｍ以下、本実施形態では約０．５μｍであり、ｎ型ドーパントとしては、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等のＶＩ族元素、本実施形態ではＴｅが採用されている。活性層５は、その厚さが０．０１μｍ以上２μｍ以下、本実施形態では約１．２μｍであり、ｐ型クラッド層６との境界側には、ｐ型クラッド層６からの拡散によりＭｇ（ｐ型ドーパント濃度）が２×１０１７／ｃｍ３以上となるｐ型拡散領域が形成されている。該ｐ型拡散領域の厚さＷp0は０．４μｍ以下、本実施形態では約０．２μｍである。なお、ｎ型クラッド層からの拡散によりＴｅ濃度が２×１０１７／ｃｍ３以上となるｎ型拡散領域は、図３においてはほとんど形成されておらず、その厚さＷn0はほとんどゼロである。従って、ｐ型拡散領域の厚さＷp0とｎ型拡散領域の厚さＷn0との合計厚さは０．４μｍであり、活性層の全厚さ（１．２μｍ）に対する比率が５０％以下、具体的には３３％となっている。
【００４９】
なお、化合物半導体からなる各層の境界は以下のように定義している。すなわち、図６に模式的に示すように、組成の異なる層（Ｉ）及び層（ＩＩ）が隣接している場合、層（Ｉ）と層（ＩＩ）との間で濃度差を生じているＩＩＩ族成分の濃度プロファイルをＳＩＭＳにより深さ方向に分析する。このとき、該ＩＩＩ族成分の最大濃度ＣＭＡＸの位置が層（Ｉ）側に、最小濃度ＣＭＩＮの位置が層（ＩＩ）側に存在したとき、ΔＣ≡ＣＭＡＸ−ＣＭＩＮとして、層境界の遷移域にて、ＣＡＶ＝ＣＭＩＮ＋（１／２）ΔＣを与える位置を層境界として定める。なお、濃度プロファイル曲線の形状によりＣＡＶを与える位置が複数生ずる場合は、それらの位置的平均により層境界を定める。さらに、層（Ｉ）と層（ＩＩ）との間で濃度差を生じているＩＩＩ族成分が複数存在し、拡散係数の相違などによＣＡＶを与える位置が成分毎に異なっている場合には、各成分のＣＡＶ位置の平均により層境界を定める。図４は、図３と同じ発光層部２４のＧａ、Ｉｎ（及びＰ）の、図５はＡｌの各ＳＩＭＳ濃度プロファイル曲線を、各層の境界位置の決定例とともに示すものである。
【００５０】
また、活性層５は、図１では単一層として簡略化して描いているが、図７上図に示すような量子井戸構造を有するものとして構成されている（縦軸はＡｌ濃度を、横軸は層厚方向の距離を表す）。バンドギャップエネルギーの小さい井戸層５ｗと大きい障壁層５ｂとを、各々電子の平均自由工程もしくはそれ以下の厚さ（一般に、１原子層〜数１ｎｍ）となるように格子整合させる形で積層したものである。本実施形態では、障壁層５ｂを（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ混晶により、井戸層５ｗを（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ混晶によりそれぞれ構成している。なお、障壁層５ｂの厚さは、例えばクラッド層４，６と接するもののみ５０ｎｍであり、他は６ｎｍである。また、井戸層５ｗは５ｎｍである。
【００５１】
次に、図１において反射面ＲＰは、一部が接合合金化層３２と接する低反射率領域であり、残部が貼り合わせ金属層１０と直接接触する高反射率領域となっている。本実施形態では接合合金化層３２は略円状の平面形態にて形成されている。
【００５２】
図１に示すように、発光層部２４からの発光光束ＬＢは、光取出面側に直接放射される光に、貼り合わせ金属層１０による反射光が重畳される形で取り出される。貼り合わせ金属層１０の厚さは、反射効果を十分に確保するため、８０ｎｍ以上とすることが望ましい。また、厚さの上限には制限は特にないが、反射効果が飽和するため、コストとの兼ね合いにより適当に定める（例えば１μｍ以下）。図３を用いて説明したように、活性層５の厚さ方向における５０％以上の領域にてドーパント濃度を２×１０１７／ｃｍ３未満とすることで、活性層５での発光再結合確率が向上し、ひいては内部量子効率を高めることができる。また、キャリア源合金成分の面内拡散を抑制することで、反射面ＲＰの反射率は８０％以上を確保することが可能となる。
【００５３】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図２の工程１に示すように、成長用基板をなすｎ型ＧａＡｓ単結晶基板１の主表面に、ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍ、ＡｌＡｓからなる剥離層３を例えば０．５μｍ、この順序にてエピタキシャル成長させる。その後、厚さ例えば５ｎｍのＧａＡｓ層からなる光取出面側保護層２６、及び厚さ例えば２μｍのＡｌＧａＡｓよりなる拡散ブロック用半導体層２５、さらに、発光層部２４として、ｎ型クラッド層４、活性層（ノンドープ）５、及びｐ型クラッド層６、最後にＧａＩｎＰからなる結合層８（以上、主化合物半導体層２０）を、この順序にてエピタキシャル成長させる。これら各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）の各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・Ａｌ源ガス；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など；
・Ｇａ源ガス；トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など；
・Ｉｎ源ガス；トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など。
・Ｐ源ガス：トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
【００５４】
また、ドーパント源ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・Ｍｇ源：ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）など； 
・Ｚｎ源：ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）など； 
・Ｔｅ源ガス；ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）など；など。
【００５５】
具体的には、基板の配置された成長炉内を第一温度である６００℃以上８００℃以下（例えば７００℃）に昇温し、ここに上記の原料ガス及びドーパントガスをキャリアガスとともに送り込むことにより主化合物半導体層２０の層成長を実施できる。キャリアガスとしては水素ガスを使用することができる。
【００５６】
結合層８の層成長が終了すれば、工程２に示すように、結合層８上に、別途用意したｐ型ＧａＰ単結晶基板（以下、単にＧａＰ基板ということがある）７０を重ね合わせ、例えば加圧しながら第二温度である３５０℃以上７００℃以下、本実施形態では４００℃（熱処理時間：３分）にて熱処理することにより貼り合せる（第一の貼り合せ工程）。
【００５７】
次に、工程３に進み、上記の貼り合せ体を、例えば１０％フッ酸水溶液からなるエッチング液に浸漬し、バッファ層２と主化合物半導体層２０との間に形成したＡｌＡｓ剥離層３を選択エッチングすることにより、ＧａＡｓ単結晶基板１（発光層部２４からの光に対して不透明である）を、発光層部２４とこれに接合されたＧａＰ基板７０との積層体から剥離する。なお、ＡｌＡｓ剥離層３に代えてＡｌＩｎＰよりなるエッチストップ層を形成しておき、ＧａＡｓに対して選択エッチング性を有する第一エッチング液（例えばアンモニア／過酸化水素混合液）を用いてＧａＡｓ単結晶基板１をＧａＡｓバッファ層２とともにエッチング除去し、次いでＡｌＩｎＰに対して選択エッチング性を有する第二エッチング液（例えば塩酸：Ａｌ酸化層除去用にフッ酸を添加してもよい）を用いてエッチストップ層をエッチング除去する工程を採用することもできる。
【００５８】
次に、工程４に示すように、発光層部２４の主表面に、金属層としてＡｕＧｅＮｉ層を分散形成する。また、ＧａＰ基板７０の主表面中央にもＡｕＺｎ層を形成する。この状態で、第三温度である２５０℃以上５００℃以下、本実施形態では４００℃（熱処理時間：３分；４５０℃だとさらによい）にてシンター処理を行なう。これにより、ＡｕＧｅＮｉ層とＡｕＺｎ層は発光層部２４をなすＡｌＧａＩｎＰと合金化し、それぞれ接合合金化層３２，３３となる。続いて、工程５に示すように、接合合金化層３２を覆うようにＡｕ蒸着し、第一Ａｕ系層１０ａを形成する。また、接合合金化層３３を覆うようにＡｕ蒸着し、金属電極９を形成する。さらに、別途用意したＳｉ基板７（ｎ型）の両方の主表面に基板側接合層となるＡｕＳｂ接合層３１，１６（前述の通りＡｕＳｎ接合層でもよい）を形成し、２５０℃以上３５９℃以下の温度域でシンター処理を行なう。そして、ＡｕＳｂ接合層３１上には第二Ａｕ系層１０ｂを、ＡｕＳｂ接合層１６上には裏面電極層１５（例えばＡｕ系金属よりなるもの）をそれぞれ形成する。
【００５９】
次に、工程６に示すように、Ｓｉ基板７側の第二Ａｕ系層１０ｂを、発光層部２４上に形成された第一Ａｕ系層１０ａに重ね合わせて圧迫して、第四温度である１８０℃より高温かつ３６０℃以下、本実施形態では２００℃にて熱処理することにより、第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとを貼り合せて一体化して貼り合せ金属層１０とする（第二貼り合せ工程）。以下、通常の方法によりダイシングして半導体チップとし、これを支持体に固着してリード線のワイヤボンディング等を行なった後、樹脂封止をすることにより最終的な発光素子１００が得られる。
【００６０】
上記の工程によると、発光層部２４を成長する第一温度（７００℃）よりも低い第二温度（４００℃）でＧａＰ基板７０を貼り合せる第一貼り合わせ工程を行ない、同じく第一温度よりも低い第三温度（４００℃；４５０℃だとさらによい）でシンター処理が行なわれ、その後、それら第二温度及び第三温度のいずれよりも低い第四温度（２００℃）で第一Ａｕ系層１０ａと第二Ａｕ系層１０ｂとを貼り合わせる第二貼り合わせ工程が行なわれる。つまり、発光層部２４を含む主化合物半導体層の成長工程以降は、貼り合せ金属層１０に、その貼り合わせの温度よりも高温となる熱履歴が加わることがなく、反射面上におけるキャリア源合金成分の拡散が可及的に抑制され、反射率を向上させることができる。また、発光層部２４の成長後に、当該発光層部２４には層成長時よりも高温の熱履歴が加わることがないので、ｐ型クラッド層６ないしｎ型クラッド層４から活性層５へのドーパントの拡散が効果的に抑制され、発光層部２４の内部量子効率を高めることができる。つまり、上記本発明の製造方法を採用することにより、貼り合せ金属層１０の反射率向上と、発光層部２４の内部量子効率向上との２つの効果をはじめて両立できる。
【００６１】
なお、比較のため、工程２においてＧａＰ基板７０を貼り合わせる代わりに、ハイドライド気相成長法にてＧａＰ電流拡散層を発光層部２４上に成長し、さらに、工程４のシンター処理と工程５の第二貼り合せ工程との実施順序を逆転させた工程によっても発光素子を製造した。なお、ハイドライド気相成長法の成長温度は前記第一温度よりも高い８２０℃であり、層厚はＧａＰ基板７０と同じ５０μｍ、成長時間は３６０分である。図３には、該発光素子のＳＩＭＳによる濃度プロファイルを一点鎖線により示している。ｐ型ドーパントであるＭｇとｎ型ドーパントであるＴｅとはいずれも活性層５内に大きく拡散し、ｐ型拡散領域の厚さＷp0は０．９μｍ、ｎ型拡散領域の厚さＷn0は１．０μｍとなり、両厚さの合計は活性層５の全厚である１．２μｍを超えていることがわかる。これは、ＧａＰ電流拡散層を高温で気相成長させる際の熱履歴が発光層部２４に長時間付加され、各クラッド層４，６から活性層５へドーパントの拡散が生じたためである。また、反射面ＲＰの反射率は、実施例の８０％から約２３％へと減少した。
【００６２】
上記比較例の発光素子は、実施例の素子に比較して発光強度が大幅に低下し、ピーク波長も変化する。発光強度が低下するのは、活性層へのドーパント拡散により内部量子効率が低下することと、反射面ＲＰにキャリア源合金成分と基板側からのＳｉとが拡散し、反射率が大きく低下するためである。さらに、発光波長が変化するのは、図７下図に示すように、活性層５内に作りこまれた障壁層５ｂと井戸層５ｗとの間で、ＩＩＩ族元素、特にバンドギャップ調整元素の主体をなすＡｌの拡散が生じ、量子井戸構造の組成プロファイルがブロードニングするためであると考えられる。
【００６３】
なお、以上説明した実施形態では、結合層８が、ＧａＰ基板７０とは異なる組成の化合物半導体（ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓ）にて構成されていたが、図９の発光素子２００のごとく結合層５９を、ＧａＰ基板７０と同じ組成の化合物半導体、すなわちＧａＰ層にて構成することもできる。これにより、ＧａＰ基板７０と結合層５９との貼り合わせ温度（第二温度）をより低温化することができ、発光層部２４のドーパントプロファイルの拡散劣化をより効果的に抑制できる。その製造工程は図２と略同様であるが、以下の点で相違する。
・工程１にてＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓからなる結合層８に代え、ＧａＰからなる結合層５９をエピタキシャル成長する。
・工程２の第一貼り合わせ工程を、より低温の２００℃以上５００℃以下に設定して行なう。
【００６４】
また、素子基板はＳｉ基板に代えてＡｌ、ＣｕあるいはＣｕ−Ｗ合金などの金属基板とすることもできる。これらの金属はいずれも伝熱性が良好であり、発光素子の放熱促進にも寄与する（特に、Ｃｕ−Ｗ合金は比重も大きく、放熱促進効果は大である）。また、素子基板はカーボン基板やＳｉＣ基板などを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の適用対象となる発光素子の第一実施形態を積層構造にて示す模式図。
【図２】図１の発光素子の製造工程の一例を示す説明図。
【図３】図１の発光素子における発光層部のＳＩＭＳによるドーパント濃度プロファイルの一例を、比較例とともに示す図。
【図４】図１の発光素子における発光層部のＳＩＭＳによるＧａ、Ｉｎ及びＰの濃度プロファイルの一例を示す図。
【図５】図１の発光素子における発光層部のＳＩＭＳによるＡｌ濃度プロファイルの一例を示す図。
【図６】層境界の定義を示す説明図。
【図７】活性層に量子井戸構造を組み込んだ場合の組成プロファイルを、実施例と比較例とで比較して示す模式図。
【図８】各種金属の反射率の波長依存性を示すグラフ。
【図９】本発明の適用対象となる発光素子の第二実施形態を積層構造にて示す模式図。
【符号の説明】
【００６６】
１  ＧａＡｓ単結晶基板（成長用基板）
４  ｎ型クラッド層
５  活性層
６  ｐ型クラッド層
７  Ｓｉ基板（素子基板）
８，５９  結合層
７０  ＧａＰ基板（電流拡散用透光性導電基板）
９  金属電極
１０  貼り合せ金属層
１０ａ  第一Ａｕ系層
１０ｂ  第二Ａｕ系層
２０  主化合物半導体層
２４  発光層部
３２  接合合金化層
１００  発光素子
【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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