(57)【要約】 【課題】  発光層部を含む化合物半導体層がごく薄く、また反りを生じている場合であっても、素子基板への貼り合わせを、割れや欠けを生ずることなく確実に行なうことができる発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】  化合物半導体層５０と素子基板７とを重ね合わせた積層体１３０を作成する。各々金属本体５１ａ，５２ａを有する第一加圧部材５１と第二加圧部材５２との間にて、第一加圧部材５１の金属本体５１ａと積層体１３０の第一主表面との間、及び第二加圧部材５２の金属本体５２ａと積層体１３０の第二主表面との間の少なくともいずれかに熱可塑性高分子材料からなる加圧クッション層１５０，１１１を介在させた状態で該積層体１３０を配置する。そして、加圧クッション層１５０，１１１が軟化する貼り合わせ温度に積層体１３０を加熱しつつ、第一加圧部材５１と第二加圧部材５２との間で該積層体１３０を、軟化した加圧クッション層１５０，１１１を介して加圧することにより、化合物半導体層５０と素子基板７とを貼り合わせる。【選択図】    図８
2005109208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる化合物半導体層に素子基板が貼り合わされた発光素子の製造方法であって、
前記化合物半導体層と前記素子基板とを重ね合わせた積層体を作成し、各々金属本体を有する第一加圧部材と第二加圧部材との間にて、第一加圧部材の金属本体と前記積層体の第一主表面との間、及び第二加圧部材の金属本体と前記積層体の第二主表面との間の少なくともいずれかに熱可塑性高分子材料からなる加圧クッション層を介在させた状態で該積層体を配置し、前記加圧クッション層が軟化する貼り合わせ温度に前記積層体を加熱しつつ、前記第一加圧部材と前記第二加圧部材との間で該積層体を、軟化した前記加圧クッション層を介して加圧することにより、前記化合物半導体層と前記素子基板とを貼り合わせることを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記化合物半導体層の主表面外径をｄ（ｍｍ）、前記化合物半導体層に生じている反りの厚さ方向の変位をｕ（μｍ）として、前記化合物半導体層は、ｕ／ｄの値にて７（μｍ／ｍｍ）以下の範囲の反りを有してなるものが使用される請求項１記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記加圧クッション層は、前記金属本体の表面に形成された高分子材料コーティング層であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記加圧クッション層は、前記金属本体と前記積層体との間に着脱可能に挿入される高分子材料シートであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記高分子材料コーティング層又は前記高分子材料シートがフッ素系樹脂からなることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記化合物半導体層の第一主表面側に、前記加圧クッション層をなす高分子材料結合層を介して仮支持基板を貼り合わせ、前記積層体を該仮支持基板とともに前記第一加圧部材と前記第二加圧部材との間で挟圧・加熱することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記発光素子は、前記化合物半導体層の光取出面となる第一主表面の一部を覆う形で光取出面側電極が形成される一方、該化合物半導体層の第二主表面に、前記発光層部からの光を前記光取出面側に反射させる反射面を有した金属層を介して前記素子基板が貼り合わされたものであり、前記積層体を、前記素子基板、前記金属層及び前記化合物半導体層がこの順序にて積層され、かつ、前記金属層と前記化合物半導体層との間に、該化合物半導体層と該金属層との接触抵抗を低減するための貼り合わせ側接合合金化層を配置したものとして形成し、
成長用基板の第一主表面上に前記化合物半導体層をエピタキシャル成長する化合物半導体層成長工程と、
前記化合物半導体層の第一主表面側に前記光取出面側電極を形成する光取出面側電極形成工程と、
前記化合物半導体層の第二主表面側に前記成長用基板が付随した状態で、前記光取出面側電極が形成された前記化合物半導体層の前記第一主表面に前記高分子材料結合層を介して前記仮支持基板を貼り合わせ、その後、前記成長用基板を除去することにより、前記化合物半導体層と前記仮支持基板とが貼り合わされた仮支持貼り合わせ体を形成する仮支持貼り合わせ体形成工程と、
前記成長用基板の除去により露出した前記化合物半導体層の第二主表面に貼り合わせ側接合金属層を形成する貼り合わせ側接合金属層形成工程と、
前記貼り合わせ側接合金属層を前記化合物半導体層と合金化させて前記貼り合わせ側接合合金化層とする貼り合わせ側合金化熱処理を、前記仮支持貼り合わせ体の状態で行なう貼り合わせ側合金化熱処理工程と、
該貼り合わせ側合金化熱処理の終了後に、前記貼り合わせ温度を前記貼り合わせ側合金化熱処理工程よりも低温に設定して貼り合わせ処理を行なうことにより、該化合物半導体層の第二主表面に金属層を介して素子基板を貼り合せた素子基板貼り合わせ体を作成する素子基板貼り合わせ工程と、
前記素子基板貼り合わせ体から前記仮支持基板を分離する仮支持基板分離工程と、をこの順序にて実施することを特徴とする請求項６記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記光取出面側電極と前記化合物半導体層との接触抵抗を低減するために、前記光取出面側電極自身又は該光取出面側電極と前記化合物半導体層との間に配置された光取出面側接合金属層と前記化合物半導体層とを合金化する光取出側合金化熱処理を、前記素子基板貼り合わせ工程の前に実施することを特徴とする請求項７記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記高分子材料結合層を加熱して軟化させた後、前記積層体に対する貼り合わせ加圧の昇圧を開始することを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記素子基板としてＳｉ基板を用い、前記化合物半導体層の前記第二主表面に前記金属層の一部となるべき第一Ａｕ系金属層を形成し、他方、前記Ｓｉ基板の貼り合わせ面に前記金属層の一部となるべき第二Ａｕ系金属層を形成し、前記第一Ａｕ系金属層と前記第二Ａｕ系金属層とを貼り合わせにより結合するとともに、
前記Ｓｉ基板からのＳｉ成分が前記第二Ａｕ系金属層へ拡散するのを防ぐＳｉ拡散阻止層を、前記Ｓｉ基板と前記第二Ａｕ系金属層との間に形成し、
前記加圧クッション層として前記高分子材料コーティング層又は前記高分子材料シートのいずれかと前記高分子材料結合層とを併用し、かつ、前記高分子材料結合層として前記高分子材料コーティング層又は前記高分子材料シートを形成する熱可塑性高分子材料よりも軟化温度の低いものを採用し、
前記貼り合わせ温度以下であって前記高分子材料結合層が軟化する中間温度に前記積層体を加熱し、該中間温度への到達以降に前記積層体に対する貼り合わせ加圧の昇圧を開始し、該昇圧開始後に前記積層体を前記中間温度から前記貼り合わせ温度に向けて昇温することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記中間温度に前記積層体を保持した状態で、前記積層体に対する貼り合わせ加圧の昇圧を開始することを特徴とする請求項１０記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記貼り合わせ加圧の設定圧力を５ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下、前記貼り合わせ温度を２００℃以上２８０℃以下、前記設定圧力での保持時間を１０分以上６０分以下に設定して前記貼り合わせを行なうことを特徴とする請求項１０又は請求項１１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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００１−３３９１００号公報
【特許文献２】特開２００１−６８７３１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おいて高輝度化を図ろうとした場合、素子からの光取出し効率が極めて重要となる。特許文献１をはじめとする種々の公報には、成長用のＧａＡｓ基板を除去する一方、補強用のＳｉ基板（導電性を有するもの）を、反射用のＡｕ層を介して除去面に貼り合わせる技術が開示されている。このＡｕ層は反射率が高く、また、反射率の入射角依存性が小さいので、光取出し効率の向上を図る上で有利である。また、特許文献２には、発光層部の両面から光を取り出すために、一旦ＧａＡｓ基板を剥離し、発光波長域において透明なＧａＰ等の透明な素子基板を新たに貼り合わせる方法が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の方法においては、発光層部や電流拡散層を含む薄い化合物半導体層を、半導体や金属からなる素子基板に貼り合わせる工程が必須となる。一般に、発光素子に多用されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は脆く欠けやすい特性を有しており、薄い化合物半導体層を素子基板に貼り合わせる際には、その貼り合わせの加圧力が不均一であると、該化合物半導体層に割れや欠けが極めて生じやすくなり、不良に直結する問題がある。また、化合物半導体層には、成長用の基板との格子定数の不一致や線膨張係数の相違等により反りを生じることがあるが、上記のような割れや欠けは、こうした反りにより一層発生しやすい傾向にある。
【０００５】
本発明の課題は、発光層部を含む化合物半導体層が薄く、また反りを生じている場合であっても、素子基板への貼り合わせを、割れや欠けを生ずることなく確実に行なうことができる発光素子の製造方法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】
【０００６】
本発明の発光素子の製造方法は、発光層部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる化合物半導体層に素子基板が貼り合わされた発光素子を製造するためのものであり、上記課題を解決するため、
化合物半導体層と素子基板とを重ね合わせた積層体を作成し、各々金属本体を有する第一加圧部材と第二加圧部材との間にて、第一加圧部材の金属本体と積層体の第一主表面との間、及び第二加圧部材の金属本体と積層体の第二主表面との間の少なくともいずれかに熱可塑性高分子材料からなる加圧クッション層を介在させた状態で該積層体を配置し、加圧クッション層が軟化する貼り合わせ温度に積層体を加熱しつつ、第一加圧部材と第二加圧部材との間で該積層体を、軟化した加圧クッション層を介して加圧することにより、化合物半導体層と素子基板とを貼り合わせることを特徴とする。
【０００７】
薄い化合物半導体層を素子基板に確実に貼り合わせるには、化合物半導体層と素子基板とを重ね合わせて密着させ、その状態で貼り合わせ面に均一に圧力を付加する必要がある。この際、化合物半導体層に割れや欠けが発生する要因は、この貼り合わせ圧力の面内分布が不均一になることに集約される。こうした貼り合わせ圧力の不均一化をもたらす要因として、素子基板や化合物半導体層に生じている厚さ不均一や反りが挙げられる。素子基板の厚さ不均一は、研削、研磨ないしエピタキシャル成長の不均一によって生ずることが多い。研削、研磨あるいはエピタキシャル成長が不均一になると、基板の主表面は互いに平行とならず、一方が他方に対して傾斜することになり、その傾斜の向きに対応して基板厚さの不均一が生じ、化合物半導体層を重ねて積層体とした後も、その積層体の厚さ不均一となって引き継がれる。また、反りの問題は、成長用基板上にヘテロエピタキシャル成長される化合物半導体層において、該成長用基板とエピタキシャル層との格子定数の不一致や線膨張係数の相違等により発生しやすい。いずれの場合も、積層体の肉厚部や反りによる突出部には、加圧部材の加圧面が偏って当たるため加重が集中しやすく、化合物半導体層の割れや欠けの直接的な要因となるのである。
【０００８】
そこで、本発明においては、少なくともどちらかの加圧部材の金属本体と積層体との間に熱可塑性高分子材料からなる加圧クッション層を介在させ、その熱可塑性高分子材料が軟化する貼り合わせ温度を設定し、貼り合わせ時に加圧クッション層を軟化させた状態とする。そして、その軟化した加圧クッション層を介して上記貼り合わせ温度にて、第一加圧部材と第二加圧部材との間で積層体を加圧することにより貼り合わせを行なう。軟化した加圧クッション層は流動性を示すので、積層体に厚さの不均一や反り等を生じていても、貼り合わせの加圧により積層体（もしくは該積層体と加圧部材との間に介在する別部材：例えば、化合物半導体層に結合される後述の仮支持基板）との接触面に倣うように変形し、結果として積層体に対し面内方向に均一に加圧力を付加することができる。従って、貼り合わせの対象となる化合物半導体層がごく薄い場合でも、上記のような厚さ不均一や反りの影響による割れや欠けの発生を極めて効果的に防止ないし抑制することができる。
【０００９】
特に、積層体を形成する化合物半導体層に反りが生じている場合は、加圧クッション層を介した均一な圧力付加により、該反りを矯正しつつ素子基板への貼り合わせを行なうことができるようになる。具体的には、化合物半導体層に生じている反りが、化合物半導体層の主表面外径をｄ（ｍｍ）、化合物半導体層に生じている反りの厚さ方向の変位をｕ（μｍ）として、ｕ／ｄの値にて７（μｍ／ｍｍ）以下の範囲に収まっている場合は、加圧クッション層を用いることにより、割れ欠けの発生を抑制した状態で、化合物半導体層を素子基板に対し反りを矯正しつつ貼り合わせることができる。
【００１０】
加圧クッション層は、（加圧部材の）金属本体の表面に形成された高分子材料コーティング層とすることができる。加圧クッション層を高分子材料コーティング層の形で加圧部材の加圧面に一体化することで、積層体を加圧部材間に配置する際に、加圧クッション層の準備に工数がかからなくなり、ひいては貼り合わせ工程の高能率化を図ることができる。一方、加圧クッション層は、金属本体と積層体との間に着脱可能に挿入される高分子材料シートとすることもできる。加熱状態で加圧を反復すれば、加圧クッション層は徐々に消耗し、また永久変形も蓄積されてゆくので、適当な回数で交換する必要がある。加圧クッション層を上記のような高分子材料シートにて形成しておけば、寿命が到来したときの交換が非常に容易である。他方、高分子材料コーティング層として形成する場合は、寿命到来した古いコーティング層を研磨等により除去して、新しいコーティング層を再形成する必要がある。
【００１１】
上記の高分子材料コーティング層又は高分子材料シートはフッ素系樹脂にて構成することができる。フッ素系樹脂は耐熱性に優れ、大気中でも比較的高温まで安定性を保ち、金属等との反応も起こしにくい上、表面の摩擦係数も小さい。従って、積層体への樹脂の付着や、擦れ等により積層体を傷つけたりする不具合を生じにくく、また、加圧部材の金属本体との反応による変質等も起こしにくい。本発明に使用可能なフッ素系樹脂としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、４‐フルオロエチレン‐６‐フルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、４‐フルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、４‐フルオロエチレン‐エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、フルオロエチレン‐炭化水素系ビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴ）などを例示できる。
【００１２】
他方、化合物半導体層の第一主表面側に、加圧クッション層をなす高分子材料結合層を介して仮支持基板を貼り合わせ、積層体を該仮支持基板とともに第一加圧部材と第二加圧部材との間で挟圧・加熱することもできる。この方法によると、高分子材料結合層が加圧クッション層として機能することによる効果に加え、薄い化合物半導体層に仮支持基板が貼り合わされていることで、積層体を形成する際の化合物半導体層のハンドリングが極めて容易になる。その結果、ハンドリング失敗による化合物半導体層の破損確率が減じられ、ひいては発光素子の製造歩留まり向上に寄与する。仮支持貼り合わせ体に組み込む化合物半導体層の全厚が７μｍ以上３０μｍ以下と薄い場合は、上記仮支持基板を用いる効果が特に顕著に発揮される。
【００１３】
発光素子は、化合物半導体層の光取出面となる第一主表面の一部を覆う形で光取出面側電極が形成される一方、該化合物半導体層の第二主表面に、発光層部からの光を光取出面側に反射させる反射面を有した金属層を介して素子基板が貼り合わされたものとすることができる。この場合、前記の積層体は、素子基板、金属層及び化合物半導体層がこの順序にて積層され、かつ、金属層と化合物半導体層との間に、該化合物半導体層と該金属層との接触抵抗を低減するための貼り合わせ側接合合金化層を配置したものとして形成することができる。反射率の高い金属層を介して貼り合わせを行なうことで、発光素子の光取出し効率を向上させることができる。この場合、化合物半導体層と金属層との接触抵抗を低減するために、両者の間には接合金属層を分散配置して熱処理により合金化する工程が必須である。これを考慮して本発明の発光素子の製造方法は、仮支持基板を用いて以下のように実施することができる。すなわち；
成長用基板の第一主表面上に化合物半導体層をエピタキシャル成長する化合物半導体層成長工程と、
化合物半導体層の第一主表面側に光取出面側電極を形成する光取出面側電極形成工程と、
化合物半導体層の第二主表面側に成長用基板が付随した状態で、光取出面側電極が形成された化合物半導体層の第一主表面に仮支持基板を貼り合わせ、その後、成長用基板を除去することにより、化合物半導体層と仮支持基板とが貼り合わされた仮支持貼り合わせ体を形成する仮支持貼り合わせ体形成工程と、
成長用基板の除去により露出した化合物半導体層の第二主表面に貼り合わせ側接合金属層を形成する貼り合わせ側接合金属層形成工程と、
貼り合わせ側接合金属層を化合物半導体層と合金化させて貼り合わせ側接合合金化層とする貼り合わせ側合金化熱処理を、仮支持貼り合わせ体の状態で行なう貼り合わせ側合金化熱処理工程と、
該貼り合わせ側合金化熱処理の終了後に、貼り合わせ温度を貼り合わせ側合金化熱処理工程よりも低温に設定して貼り合わせ処理を行なうことにより、該化合物半導体層の第二主表面に金属層を介して素子基板を貼り合せた素子基板貼り合わせ体を作成する素子基板貼り合わせ工程と、
素子基板貼り合わせ体から仮支持基板を分離する仮支持基板分離工程と、をこの順序にて実施する。
【００１４】
上記の方法によると、成長用基板の第一主表面上に化合物半導体層をエピタキシャル成長した後、さらにその第一主表面側に光取出面側電極を形成する。そして、該光取出面側電極が形成された化合物半導体層の第一主表面に、例えば高分子材料結合層を介して仮支持基板を貼り合わせ、さらに、成長用基板を化学エッチング等により除去する。仮支持基板が貼り合わされていることにより、成長用基板が除去されても化合物半導体層には仮支持基板が補強体として随伴しているので、エッチング中の泡アタック等により化合物半導体層が破損する不具合を効果的に防止できる。
【００１５】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる化合物半導体層の場合、接合金属層は、例えばＡｕ、ＡｇあるいはＡｌを主成分（５０質量％以上）とし、コンタクト用合金成分として、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｅ及びＺｎの１種又は２種以上を含有したものを使用することができる。ＡｕＧｅ、ＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｂはｎ型半導体層との接触抵抗低減効果に優れ、ＡｕＺｎ及びＡｕＢｅはｐ型半導体層との接触抵抗低減効果に優れる。このような接合金属層に対する合金化熱処理は、３００℃以上４５０℃以下の温度で行うことが好ましい。合金化熱処理温度が３００℃未満では化合物半導体層と接合金属層との合金化が十分に進まず、接触抵抗増大につながる。他方、４５０℃より高温では合金化の効果は飽和し、むしろ、発光層部への合金成分拡散や発光層部内のドーパント濃度プロファイルの拡散劣化などを防止する観点からは、温度を不必要に高く設定することは得策でないので、合金化熱処理の温度の上限は４５０℃に設定する。また、合金化熱処理温度は比較的高温であるため、化合物半導体層の酸化劣化等を防止するために、その処理はアルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気中で行なう。
【００１６】
上記の方法によれば、成長用基板が除去された化合物半導体層の第二主表面に貼り合わせ側接合金属層を形成した後、合金化熱処理をまず行ない、その後、該化合物半導体層の第二主表面に金属層を介して素子基板を貼り合せる。これにより、貼り合わせ側接合金属層と接した状態で貼り合わせ用の金属層に合金化熱処理の熱履歴が加わることがなくなり、貼り合わせ側接合金属層の成分が金属層面内に拡散して反射率を落とす不具合を効果的に防止できる。
【００１７】
また、光取出面側電極自身又は該光取出面側電極と化合物半導体層との間に配置された光取出面側接合金属層と、化合物半導体層とを合金化するための光取出側合金化熱処理を、上記素子基板貼り合わせ工程の前に実施する。その結果、光取出面側電極と化合物半導体層との接触抵抗を十分に低減できる。そして、光取出面側電極の合金化熱処理もまた素子基板の貼り合わせ前に行なわれるので、その熱履歴により貼り合わせ側接合金属層の成分が金属層面内に拡散して反射率を落とす不具合を防止できる。また、化合物半導体層の第二主表面側と、反射金属層の反射面側との合金化も抑制されるため、これも反射率向上に寄与する。
【００１８】
光取出側合金化熱処理の実施のタイミングは、素子基板貼り合わせ工程の前であればよく、以下のような種々のパターンから選択できる：
(1)仮支持基板の貼り合わせ前に実施する;
(2)仮支持基板の貼り合わせ後、貼り合わせ側合金化熱処理工程前に別途実施する；
(3)貼り合わせ側合金化熱処理工程を光取出側合金化熱処理に兼用する。
このうち、(3)の工程が工数削減に最も寄与することは明らかである。
【００１９】
仮支持貼り合わせ体形成工程においては、高分子材料結合層を介して化合物半導体層に仮支持基板を貼り合わせることができる。この場合、仮支持基板分離工程において、高分子材料結合層を加熱して軟化させることにより、素子基板貼り合わせ体から仮支持基板を分離することができる。高分子材料結合層は熱可塑性高分子材料（ワックスを含む）にて構成されるので、化合物半導体層上への塗布も容易であり、また、仮支持基板が工程上不要となった場合は、高分子材料結合層を加熱軟化させることにより容易に化合物半導体層から分離することができる。
【００２０】
なお、加圧クッション層は、仮支持基板を積層体（の化合物半導体層）に結合するための高分子材料結合層とともに、加圧部材の金属本体と積層体（あるいは仮支持基板）との間に配置される、前述の高分子材料コーティング層ないし高分子材料シートとを併用することも可能である。これにより、貼り合わせ時に化合物半導体層に割れや欠け等が生ずることを、一層効果的に抑制することができる。
【００２１】
次に、本発明の発光素子の製造方法においては、上記の高分子材料結合層を加熱して軟化させた後、積層体に対する貼り合わせ加圧の昇圧を開始することが望ましい。該方法によると、高分子材料結合層を予め軟化させ、流動性を高めておいてから貼り合わせ加圧の昇圧を開始することで、積層体に付加される加圧力の均一化効果をより高めることができ、ひいては積層体に含まれる化合物半導体層の割れ等を効果的に防止することができる。
【００２２】
また、素子基板としてはＳｉ基板を用いることができる。この場合、化合物半導体層の第二主表面に金属層の一部となるべき第一Ａｕ系金属層を形成し、他方、Ｓｉ基板の貼り合わせ面に金属層の一部となるべき第二Ａｕ系金属層を形成し、第一Ａｕ系金属層と第二Ａｕ系金属層とを貼り合わせにより結合する方法を採用することが可能である。Ｓｉ基板はドーピングにより発光素子として十分な導電性を容易に確保することができ、しかも安価である。また、第一Ａｕ系金属層と第二Ａｕ系金属層との貼り合わせは、Ａｕ系金属層同士の親和力が強いために、比較的低温でも十分な貼り合わせ強度を容易に得られる利点がある。また、ＡｕとＳｉとは比較的低温で冶金的な反応（具体的には共晶反応：Ａｕ−Ｓｉ二元系の共晶温度は３６３℃）を起こしやすいが、Ａｕ系金属層同士の貼り合わせ工程を採用すれば、こうした反応を生ずる温度よりも低温で貼り合わせが可能となるため、Ｓｉ基板とＡｕ系金属層との冶金的な反応により反射面の状態が損なわれる不具合を回避できる利点がある。なお、貼り合わせ温度のさらなる低温化を図るためには、第一Ａｕ系金属層と第二Ａｕ系金属層とを、いずれもＡｕ含有率が９５質量％以上とすることが望ましい。
【００２３】
この場合、貼り合わせが完了する前の第二Ａｕ系金属層には、前述の加圧クッション層の軟化処理など、上記の共晶反応温度よりも低温であって室温よりは高温の熱履歴が加わることがある。この場合、Ｓｉ基板と第二Ａｕ系金属層とが反応を起こさずとも、Ａｕ中のＳｉ原子の拡散速度が比較的大きいため、第二Ａｕ系金属層の表面にＳｉが拡散により湧き上がることがある。この場合、貼り合せ処理を大気中で行うと、第二Ａｕ系金属層の表面に湧き上がったＳｉが酸化され、第一Ａｕ系金属層との貼り合わせ強度が大幅に低下することがある。そこで、Ｓｉ基板からのＳｉ成分が第二Ａｕ系金属層へ拡散するのを防ぐＳｉ拡散阻止層を、Ｓｉ基板と第二Ａｕ系金属層との間に形成しておくことが望ましい。このようなＳｉ拡散阻止層を設けておくことで、第二Ａｕ系金属層にＳｉが拡散により湧き上がること、ひいては、第一Ａｕ系金属層との貼り合わせ強度低下を効果的に抑制することができる。このようなＳｉ拡散阻止層としては、Ｔｉ、Ｎｉ及びＣｒのいずれかを主成分とする金属層、ないしＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ及びＧａの１種又は２種以上からなるＳｉ拡散阻止成分を含有したＡｕ又はＡｇを主成分とする金属層を好適に採用することができる。なお、貼り合わせ熱処理をアルゴンや窒素などＳｉ酸化に対して不活性な雰囲気で実施することにより、第二Ａｕ系金属層の表面にＳｉが多少拡散しても第一Ａｕ系金属層との貼り合わせを問題なく行うことができる場合には、Ｓｉ拡散阻止層を省略することも可能である。
【００２４】
貼り合わせ温度のさらなる低温化を図るためには、加圧クッション層として高分子材料コーティング層又は高分子材料シートのいずれかと高分子材料結合層とを併用し、かつ、高分子材料結合層として高分子材料コーティング層又は高分子材料シートを形成する熱可塑性高分子材料よりも軟化温度の低いものを採用することができる。そして、貼り合わせ温度以下であって高分子材料結合層が軟化する中間温度に積層体を加熱し、該中間温度への到達以降に積層体に対する貼り合わせ加圧の昇圧を開始し、該昇圧開始後に積層体を中間温度から貼り合わせ温度に向けて昇温する。中間温度への加熱により高分子材料結合層を十分に軟化させ、その状態で貼り合わせ加圧の最終的な設定圧力に向けた昇圧を開始することで、積層体の温度があまり上昇しない状態で２つのＡｕ系金属層同士に均一に加圧力を付加できる。その結果、Ｓｉ基板側からＡｕ系金属層へのＳｉ拡散を抑制しつつ、第一Ａｕ系金属層と第二Ａｕ系金属層との清浄な主表面同士を互いに密着しあった状態とすることができる。そして、該加圧の途上で積層体を中間温度から貼り合わせ温度に向けてさらに昇温することにより、清浄な状態で密着しあった第一Ａｕ系金属層と第二Ａｕ系金属層とを拡散接合することができ、比較的短時間で強固な貼り合わせ状態を得ることができる。該効果は、中間温度に積層体を保持した状態で、積層体に対する貼り合わせ加圧の昇圧を開始することで一層高められる。
【００２５】
具体的には、貼り合わせ加圧の設定圧力を５ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下、貼り合わせ温度を２００℃以上２８０℃以下、設定圧力での保持時間を１０分以上６０分以下に設定して貼り合わせを行なうことが望ましい。上記のごとく化合物半導体層側とＳｉ基板側とにそれぞれ形成したＡｕ系金属層同士の密着状態を高めるには、高分子材料結合層を適度に軟化させた状態で加圧して、積層体に生じている厚さ不均一や反りに追従して変形させることが重要である。設定圧力が上記の下限値未満となった場合、圧力不足のため均一な貼り合わせ状態が得にくくなる。また、貼り合わせ温度が上記の下限値未満となった場合、貼り合わせ状態を形成するためのＡｕ系金属層間の相互拡散速度が低下するとともに、高分子材料結合層の軟化も不足しがちとなり、均一な貼り合わせ状態が得にくくなる。また、保持時間が１０分未満では、高分子材料結合層の追従変形のための流動が不足しやすいこととも相俟って、貼り合わせ面内全域に渡ってＡｕ系金属層間の相互拡散を均一に進行させることが困難となり、結果的に均一な貼り合わせ状態が得られなくなる。
【００２６】
他方、最終圧力が上限値を超えた場合は薄い化合物半導体層に割れやクラックが生じやすくなる。また、貼り合わせ温度が上限値を超えた場合は、Ｓｉ基板からのＳｉ拡散により反射率低下等の不具合を生じやすくなる。また、保持時間が６０分を超えることは、貼り合わせ工程の能率を考慮すると望ましくない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る発光素子の製造方法の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の適用対象となる発光素子の概念図である。該発光素子１００は、素子基板としてのシリコン単結晶よりなる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が貼り合わされた構造を有してなる。本実施形態において層や基板の主表面は、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。
【００２８】
発光層部２４は、ノンドープの（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、第一導電型クラッド層、本実施形態では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、第一導電型クラッド層とは異なる第二導電型クラッド層、本実施形態ではｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ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。
【００２９】
発光層部２４の第一主表面上には、ＡｌＧａＡｓ（ＡｌＩｎＰでもよい）からなる電流拡散層２０が形成され、発光層部２４とともに化合物半導体層５０を構成している。電流拡散層２０の第一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光取出面側電極９（例えばＡｕ電極）が形成されている。該光取出面側電極９と電流拡散層２０との間には、光取出側接合合金化層としてのＡｕＢｅ接合合金化層９ａ（例えばＢｅ：２質量％）が配置されている。そして、電流拡散層２０の第一主表面における光取出面側電極９の周囲の領域が、発光層部２４からの光取出領域ＰＦを形成している。なお、光取出面側電極９の全体をＡｕＢｅ合金にて構成することも可能である。また、本実施形態では、ｐ型クラッド層６が光取出面側に位置する積層形態としているが、ｎ型クラッド層４が光取出面側に位置する積層形態としてもよい（この場合、電流拡散層２０はｎ型にする必要があり、また、接合合金化層９ａはＡｕＧｅＮｉ等で構成する）。
【００３０】
ｎ型クラッド層４及びｐ型クラッド層６の厚さは、例えばそれぞれ０．８μｍ以上４μｍ以下（望ましくは０．８μｍ以上２μｍ以下）であり、活性層５の厚さは例えば０．４μｍ以上２μｍ以下（望ましくは０．４μｍ以上１μｍ以下）である。発光層部２４全体の厚さは、例えば２μｍ以上１０μｍ以下（望ましくは２μｍ以上５μｍ以下）である。さらに、電流拡散層２０の厚さは、例えば５μｍ以上２８μｍ以下（望ましくは８μｍ以上１５μｍ以下）である。従って、化合物半導体層５０の厚さは、例えば７μｍ以上３８μｍ以下（望ましくは５μｍ以上２０μｍ以下）である。電流拡散層２０の厚さが５μｍ未満では面内の電流拡散効果が低下して光取出し効率の低下を招く場合がある。他方、電流拡散層２０の厚さが２８μｍを超えると、該電流拡散層２０をエピタキシャル成長する際の熱履歴により発光層部２４の活性層５へのドーパント拡散が進み、発光効率の低下につながる場合がある。なお、本実施形態では、ｐ型クラッド層６が光取出面側に位置する積層形態としているが、ｎ型クラッド層４が光取出面側に位置する積層形態としてもよい（この場合、電流拡散層２０はｎ型にする必要があり、また、接合合金化層９ａはＡｕＧｅＮｉ等で構成する）。
【００３１】
他方、Ｓｉ基板７の裏面には、その全体を覆うように裏面電極（例えばＡｕ電極である）１５が形成されている。該裏面電極１５とＳｉ基板７との間には基板側接合合金化層として、ＡｕＳｂ接合合金化層１６が介挿されている。なお、ＡｕＳｂ接合合金化層１６に代えてＡｕＳｎ接合合金化層を基板側接合合金化層として用いてもよい。
【００３２】
Ｓｉ基板７は、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。そして、発光層部２４に対し、Ａｕ系金属層１０を挟んで貼り合わされている。Ａｕ系金属層１０は、化合物半導体層５０側の第一Ａｕ系金属層１０ａと、Ｓｉ基板７側の第二Ａｕ系金属層１０ｂとが貼り合わせにより一体化したものであり、見かけ上は単一のＡｕ系金属層である。これら第一Ａｕ系金属層１０ａ及び第二Ａｕ系金属層１０ｂ（ひいてはＡｕ系金属層１０）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。
【００３３】
発光層部２４と第一Ａｕ系金属層１０ａとの間には、貼り合わせ側接合合金化層としてＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％）が形成されており、素子の直列抵抗低減に貢献している。ＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１は、第一Ａｕ系金属層１０ａの第一主表面上に分散形成され、その形成面積率（第一Ａｕ系金属層１０ａの第一主表面全面積に対するＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１の合計面積の比率で表す）は１％以上２５％以下である。また、Ｓｉ基板７と第二Ａｕ系金属層１０ｂとの間には、基板側接合合金化層としてＡｕＳｂ接合合金化層３２（例えばＳｂ：２質量％）が介挿されている。なお、ＡｕＳｂ接合合金化層３２に代えてＡｕＳｎ接合合金化層を用いてもよい。
【００３４】
また、本実施形態においては、該ＡｕＳｂ接合金属層３２の全面が、後述の貼り合わせ熱処理時においてＳｉ基板７からのＳｉ成分がＡｕ系金属層１０へ拡散するのを防ぐＳｉ拡散阻止層（具体的にはＴｉ層である）１０ｃにより覆われている。Ｓｉ拡散阻止層１０ｃの厚さは１ｎｍ以上１０μｍ以下（本実施形態では２００ｎｍ）である。なお、ＳｉはＴｉ層に代えてＮｉ層又はＣｒ層にて構成してもよい。また、Ａｕ系金属層１０（第二Ａｕ系金属層１０ｂ）は、該Ｓｉ拡散阻止層１０ｃの全面を覆う形でこれと接するように配置されている。
【００３５】
金属層をなすＡｕ系金属層１０は、本実施形態では反射層も兼ねるものとなっている。発光層部２４からの光は、光取出面側に直接放射される光に、Ａｕ系金属層１０による反射光が重畳される形で取り出される。Ａｕ系金属層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）。なお、反射層も兼ねる金属層としてはＡｇ系層の使用も可能である。例えば、第一Ａｕ系金属層１０ａ及び第二Ａｕ系金属層１０ｂに代え、第一Ａｇ系層及び第二Ａｇ系層を形成して両者を貼り合せることができる。この場合、貼り合わせ側接合合金化層は、ＡｇＧｅＮｉなどのＡｇ系材料にて構成することもできる。
【００３６】
以下、上記発光素子１００の製造方法の具体例について説明する。
まず、図２の工程１に示すように、成長用基板をなすＧａＡｓ単結晶基板１の主表面に、ｎ型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、発光層部２４として、ｎ型クラッド層４（厚さ：例えば１μｍ）、ＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）５（厚さ：例えば０．６μｍ）、及びｐ型クラッド層６（厚さ：例えば１μｍ）を、この順序にエピタキシャル成長させる。発光層部２４の全厚は２．６μｍである。また、さらにｐ型ＡｌＧａＡｓよりなる電流拡散層２０を例えば５μｍ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法により行なうことができる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ及びＡｓ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；ターシャルブチルホスフィン（ＴＢＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
・Ａｓ源ガス；ターシャルブチルアルシン（ＴＢＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）など。
【００３７】
また、ドーパントガスとしては、以下のようなものを使用できる；
（ｐ型ドーパント）
・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。
（ｎ型ドーパント）
・Ｓｉ源：モノシランなどのシリコン水素化物など。
【００３８】
これによって、ＧａＡｓ単結晶基板１上に発光層部２４及び電流拡散層２０からなる化合物半導体層５０が形成される。該化合物半導体層５０の厚さは７．６μｍであり、ＧａＡｓ単結晶基板１を除去した場合、これを単独で無傷にハンドリングすることは事実上不可能である。なお、化合物半導体層５０の第一主表面には、この段階でＡｕＢｅ接合金属層９ａ’（光取出面側接合合金化層）とこれを覆う光取出面側電極９をパターニング形成する。このあと、引き続き光取出側合金化熱処理を行ってＡｕＢｅ接合金属層９ａ’を接合合金化層９ａとしてもよいが、本実施形態では該光取出側合金化熱処理を、後述のＡｕ系金属層１０ａ側のＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１を形成する際の、貼り合わせ側合金化熱処理に兼用させている。
【００３９】
次に、工程２に示すように、化合物半導体層５０の第一主表面に高分子材料結合層１１１（後に加圧クッション層としても機能する）を、光取出面側電極９を覆う形態で塗付形成する。そして、工程３に示すように、高分子材料結合層１１１を加熱軟化させた状態で、別途用意した仮支持基板１１０を重ね合わせて密着させ、その後冷却して該高分子材料結合層１１１を硬化させることにより、化合物半導体層５０と仮支持基板１１０とを高分子材料結合層１１１を介して貼り合わせた仮支持貼り合わせ体１２０を作成する（工程３）。なお、高分子材料結合層１１１を仮支持基板１１０に塗布形成し、これに化合物半導体層５０を貼り合わせて仮支持貼り合わせ体１２０を形成してもよい。この時点では、化合物半導体層５０の第二主表面側には、成長用基板であるＧａＡｓ単結晶基板１が付随した状態となっている。
【００４０】
仮支持基板１１０の材質は、後述の合金化熱処理時においても剛性を保ち、かつ、ガス発生等が少ない材料で構成する。具体的には、Ｓｉ基板やセラミック板（例えばアルミナ板）、あるいは金属板等で構成することができる。その厚さは、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下であるが、もっと厚くてもよい。他方、高分子材料結合層１１１としては、ホットメルト型接着剤やワックス類を用いることができ、具体的には、不活性ガス雰囲気中にて３００℃以上４５０℃以下の温度範囲で後述の合金化熱処理を行なう際に、高分子材料結合層１１１の気化による化合物半導体層５０の損傷等を避けるため、該３００℃以上４５０℃以下の温度域での蒸気圧（定容積条件で測定した平衡蒸気圧とする）が１０ｔｏｒｒ以下のものを使用する。このような高分子材料結合層１１１の形成に適したワックスの市販品としては、アピエゾン・ワックスＷ（M&I Materials Ltd.社製）、スペースリキッド（日化精工社製）あるいはプロテクトワックス等を例示することができる。
【００４１】
次に、図３の工程４に示すように、仮支持貼り合わせ体１２０に付随している成長用基板としてのＧａＡｓ単結晶基板１を除去する。該除去は、例えば仮支持貼り合わせ体１２０（工程３参照）をＧａＡｓ単結晶基板１とともにエッチング液（例えば１０％フッ酸水溶液）に浸漬し、バッファ層２と発光層部２４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、該ＧａＡｓ単結晶基板１を仮支持貼り合わせ体１２０から剥離する形で実施することができる。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。
【００４２】
このようにして、ＧａＡｓ単結晶基板１が除去された化合物半導体層５０は、加圧クッション層としても機能する高分子材料結合層１１１を介して仮支持基板１１０と貼り合わされ、仮支持貼り合わせ体１２０を形成している。従って、化合物半導体層５０がごく薄いにもかかわらず、ＧａＡｓ単結晶基板１のエッチング除去時に泡等の衝撃で破壊される不具合を生じにくく、かつ、ＧａＡｓ単結晶基板１の除去後も仮支持貼り合わせ体１２０の形で補強されているために、以降の工程に供する際のハンドリングを容易に行なうことが可能となる。
【００４３】
また、図１０に示すように、仮支持基板１１０を貼り合わせない状態で成長用基板１を除去した場合、該成長用基板１上にエピタキシャル成長された化合物半導体層５０には、成長用基板１との格子定数不一致や線膨張係数の相違等に起因した残留応力により強い反りを生ずる（なお、反り変位ｕは、層ないし基板を水平面上においたときの見かけの高さＨから、層ないし基板の実厚さｔ０を減じた値として定義する）。しかし、図１１に示すように、反りの小さい仮支持基板１１０を、高分子材料結合層１１１を介して化合物半導体層５０に貼り合わせ、その状態で成長用基板１を除去すれば、化合物半導体層５０が仮支持基板１１０に面内に引張られる形で矯正され、反り変位ｕを小さくすることができる。なお、成長用基板１を除去したあとの仮支持貼り合わせ体１２０（ひいては該仮支持貼り合わせ体１２０内の化合物半導体層５０）の反り変位ｕ（μｍ）は、化合物半導体層５０の主表面外径をｄ（ｍｍ）として、ｕ／ｄの値にて７（μｍ／ｍｍ）以下の範囲以下に収まるよう、エピタキシャル成長の条件や、発光層部２４ないし電流拡散層２０の組成及び厚さを調整しておくことが望ましい。発光層部２４を構成するＡｌＧａＩｎＰ化合物は、結晶欠陥等をできるだけ少なくして内部量子効率を向上させるために、ＧａＡｓ単結晶からなる成長用基板１との格子不整合率が可及的に縮小される組成が選択される。
【００４４】
次に、工程５に示すように、上記仮支持貼り合わせ体１２０の状態で、ＧａＡｓ単結晶基板１の除去により露出した化合物半導体層５０の第二主表面にＡｕＧｅＮｉ接合金属層３１’を分散形成し、さらに該ＡｕＧｅＮｉ接合金属層３１’をＡｕＧｅＮｉ接合合金化層３１とするための貼り合わせ側合金化熱処理を行なう。このとき、光取出面側電極９に対するＡｕＢｅ接合金属層９ａ’の合金化も同時に行なうことができる（つまり、光取出側合金化熱処理にも兼用されている）。
【００４５】
ＡｕＧｅＮｉ接合金属層３１’の成膜は、真空雰囲気にてスパッタリングあるいは真空蒸着等により行なわれる。具体的には該成膜を、温度６０℃以上１５０℃以下、真空度（圧力）１×１０−６ｔｏｒｒ以上１×１０−４ｔｏｒｒ以下の条件下で行なう（必要であれば、仮支持貼り合わせ体１２０を図示しないヒータにより加熱することができる）。高分子材料結合層１１１として、上記温度範囲での蒸気圧が１×１０−６ｔｏｒｒ以下のものを採用することで（前述の市販品はこの条件も満たす）、成膜される接合金属層３１’の品質が、高分子材料結合層１１１からのガスにより低下する不具合を効果的に防止できる。
【００４６】
合金化熱処理は、３００℃以上４５０℃以下の温度の不活性ガス雰囲気下で実施され、具体的には、大気圧と同程度のＮ２等の不活性ガス雰囲気下で行なうことができる。使用する高分子材料結合層１１１は、上記温度範囲での蒸気圧が１０ｔｏｒｒ以下であるので、高分子材料結合層１１１の急激な気化により化合物半導体層５０が破損する不具合を効果的に防止できる。
【００４７】
また、Ｓｉ基板７を別途用意し、その両主表面にＡｕＳｂ接合金属層を形成して、さらに２５０℃以上３６０℃以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、それぞれＡｕＳｂ接合合金化層３２，１６とする。このうち、ＡｕＳｂ接合合金化層３２上には、続く素子基板貼り合わせ工程においてＳｉ基板７の成分が第二Ａｕ系金属層１０ｂへ拡散するのを阻止するＳｉ拡散阻止層１０ｃを形成する。ＡｕＳｂ接合合金化層３２の合金化熱処理は、Ｓｉ拡散阻止層１０ｃを形成後に行なう。他方、ＡｕＳｂ接合合金化層１６上には裏面電極１５を形成する。
※先にシンターを行なってＴｉ層を形成することも可能ではあるのでしょうね‥。「Ｓｉ拡散の都合上」というのが少しわかりにくいのですが。
【００４８】
次に、素子基板貼り合わせ工程を行なう。具体的には、図３の工程６に示すように、仮支持貼り合わせ体１２０の状態で、化合物半導体層５０の第二主表面に第一Ａｕ系金属層１０ａを形成し、他方、Ｓｉ基板７の第一主表面側に第二Ａｕ系金属層１０ｂを形成する。なお、各Ａｕ系金属層の形成は、真空雰囲気（スパッタリングあるいは真空蒸着等により）にて行なうことができる。具体的には、温度６０℃以上１５０℃以下、真空度（圧力）１×１０−６ｔｏｒｒ以上１×１０−４ｔｏｒｒ以下の条件にて成膜を行なう。仮支持貼り合わせ体１２０側の第一Ａｕ系金属層１０ａを形成する場合は、高分子材料結合層１１１として、上記温度域での蒸気圧が１×１０−６ｔｏｒｒ以下のものを採用することにより、高分子材料結合層１１１からのガスで、成膜されるＡｕ系金属層の品質が低下する不具合を効果的に防止できる。
【００４９】
そして、仮支持貼り合わせ体１２０の第一Ａｕ系金属層１０ａとＳｉ基板７の第二Ａｕ系金属層１０ｂとを重ね合わせる。化合物半導体層５０は、素子基板であるＳｉ基板７と重ね合わされて積層体１３０を形成する。なお、化合物半導体層５０の第一主表面には仮支持基板１１０が高分子材料結合層１１１を介して貼り合わされているので、該仮支持基板１１０付の積層体１３０を仮支持積層体１３０’と称することにする。そして、該仮支持積層体１３０’を、抵抗発熱ヒータ４９が内蔵された第一加圧部材５１と第二加圧部材５２との間に配置し、抵抗発熱ヒータ４９によって加熱しつつ両加圧部材５１，５２間で加圧して、第一Ａｕ系金属層１０ａと第二Ａｕ系金属層１０ｂとを貼り合わせる（図５）。抵抗発熱ヒータ４９は各加圧部材５１，５２の金属本体５１ａ，５２ａに埋設され、金属本体５１ａ，５２ａの加圧面には、熱可塑性のフッ素系樹脂（本実施形態ではポリテトラフルオロエチレン（商標名：テフロン））からなる、加圧クッション層としての高分子材料コーティング層１５０が、例えば５０μｍ以上３００μｍ以下の厚さにて形成されている。前述の高分子材料結合層１１１は、フッ素系樹脂からなる高分子材料コーティング層１５０よりも軟化温度が低いものが選定されている（例えば、ガラス転移温度が８０℃以上９０℃以下のものである）。
【００５０】
貼り合わせ工程の詳細を図６に、また、貼り合わせ工程中の圧力と温度との制御パターンを図７にそれぞれ例示している。図６の工程１に示すように、抵抗発熱ヒータ４９を発熱させ、最終的な貼り合わせ温度θ２よりも低い中間温度θ１まで加熱する。中間温度θ１は、例えば８０℃以上１５０℃以下の範囲で、仮支持基板１１０を貼り合せている高分子材料結合層１１１（加圧クッション層）が軟化するように設定される。この状態で、仮支持積層体１３０’を両加圧部材５１，５２間に配置し、該仮支持積層体１３０’（ひいては高分子材料結合層１１１）の温度が上記中間温度θ１に安定するまで若干待機する。
【００５１】
仮支持積層体１３０’の温度が上記中間温度θ１に到達すれば、工程２に示すように、該中間温度θ１に保持した状態で、仮支持積層体１３０’への貼り合わせ加圧を開始する。この加圧は、両加圧部材５１，５２を駆動機構により相対的に接近させることにより行なう。高分子材料結合層１１１が予め十分に軟化していることで、該高分子材料結合層１１１は、反りや厚さ不均一を生じた化合物半導体層５０の形状に追従して変形する。これにより、仮支持基板１１０側からの加圧力を面内に均一に伝達する圧力伝達媒体として機能し、化合物半導体層５０の割れ防止に効果を発揮する。特に、化合物半導体層５０に反り変形が生じている場合、高分子材料結合層１１１の流動性を高めておくことで、化合物半導体層５０の変形に対する拘束も弱まるので、割れ防止効果は一層顕著となる。なお、中間温度θ１付近での昇温速度を小さくすれば、中間温度θ１での等温保持を必ずしも行なわなくてよい場合がある。
【００５２】
なお、化合物半導体層５０やＳｉ基板７あるいは仮支持基板１１０の厚さ不均一や、高分子材料結合層１１１の塗付厚さの不均一等により、仮支持積層体１３０’の両主表面が傾斜している場合は、加圧部材５１，５２の加圧面同士が互いに平行となるように軸合わせされた油圧式や機械式の一軸駆動機構を用いると、加圧部材５１，５２の加圧面が仮支持積層体１３０’の主表面に偏って当たり、加圧力の不均一化が著しくなる。そこで、図９に示すように、第二加圧部材５２の加圧面法線方向Ｏ２を可変に構成し、仮支持積層体１３０’の２つの主表面が互いに傾斜している場合は、第二加圧部材の加圧面法線Ｏ２方向が仮支持積層体１３０’の第二主表面の法線方向Ｏ４と一致するように、該第二加圧部材５２の仮支持積層体１３０’に対する加圧姿勢を矯正しつつ加圧駆動する加圧駆動機構５３を設けておくとよい。第一加圧部材５１の加圧面法線方向Ｏ１を固定にしておけば、第一加圧部材５１の加圧面法線Ｏ１方向も仮支持積層体１３０’の第一主表面の法線Ｏ３と一致した状態となる。例えば、加圧駆動機構５３は、第二加圧部材５２を、仮支持積層体１３０’に面しているのと反対側から流体圧を介して加圧駆動する流体加圧機構として構成することができる。該加圧駆動機構５３の要部は、充填空間形成体５５と可撓性密閉部材５６とを有する。充填空間形成体５５は、第二加圧部材５２に対し、仮支持積層体１３０’に面しているのと反対側に加圧流体Ｆの充填空間５４を形成し、該第二加圧部材５２とともに充填空間５４の区画壁の一部をなす。また、可撓性密閉部材５６は、充填空間形成体５５と第二加圧部材５２とを充填空間５４を密閉する形で連結するとともに、充填空間５４内に加圧流体Ｆが圧入されたときの、第二加圧部材５２の仮支持積層体１３０’に対する加圧姿勢の変化を吸収する働きをなす。加圧流体Ｆとしては空気等の気体のほか、油や水などの液体を用いてもよい。充填空間５４への加圧流体Ｆの圧入力により、加圧力を所期の値に調整できる。
【００５３】
加圧時の高分子材料結合層１１１の流動には一定の遅れが伴うため、加圧に際しての昇圧速度を過度に大きく設定しすぎると、化合物半導体層５０の形状に合わせた高分子材料結合層１１１の変形が昇圧に追従しきれなくなって、化合物半導体層５０に割れ等が発生しやすくなる。従って、該昇圧速度は、このような不具合が生じないよう、例えば１００ｋＰａ／分以下、望ましくは５０ｋＰａ／分以下に設定するのがよい。ただし、過度に昇圧速度を小さくすることは貼り合わせ工程の能率低下にもつながるので、昇圧速度は１ｋＰａ／分以上に設定することが望ましい。
【００５４】
仮支持積層体１３０’（積層体１３０）は上記中間温度θ１から最終的な貼り合わせ温度θ２までさらに昇温する。貼り合わせ温度θ２は２００℃以上２８０℃以下であり、２つのＡｕ系金属層１０ａ，１０ｂ同士の拡散が十分に進行し、他方、Ｓｉ基板７から第二Ａｕ系金属層１０ｂへのＳｉ拡散は進行せず（Ｓｉ拡散阻止層１０ｃによりＳｉ基板７からのＳｉ拡散が抑制されていることの効果も大きい）、かつ、加圧クッション層をなす高分子材料コーティング層１５０が軟化するように設定されている。図８に示すように、高分子材料コーティング層１５０が軟化した状態で貼り合わせ加圧を行なうと、反りを生じた仮支持積層体１３０’の主表面側表層部が軟化した高分子材料コーティング層１５０に食い込み、仮支持積層体１３０’の主表面形状に追従して高分子材料コーティング層１５０が変形する。これにより、貼り合わせの加圧力をＡｕ系金属層１０ａ，１０ｂの貼り合わせ界面に対し、より均一に付与することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、貼り合わせ温度θ２よりも低い中間温度θ１での保持中に、貼り合わせの加圧を開始し、その加圧に一定時間（図７においてはｔ１）遅れる形で、中間温度θ１から貼り合わせ温度θ２への昇温を開始するようにしている。中間温度θ１が十分に低く、しかも本実施形態ではＳｉ拡散阻止層１０ｃを設けているので、Ｓｉ基板７から第二Ａｕ系金属層１０ｂへのＳｉ拡散はそれほど進まず、第一Ａｕ系金属層１０ａとの貼り合わせ面（第一主表面）も清浄な状態に保たれている。その状態で、貼り合わせの加圧を開始することで、Ａｕ系金属層１０ａ，１０ｂ同士をＳｉ拡散により汚染されない状態で均一に密着させることができる。
【００５６】
なお、貼り合わせ温度θ２への昇温時において、仮支持積層体１３０’（積層体１２０）の温度分布が十分安定化しないうちに、最終的な設定圧力Ｐ３（５ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下）までの昇圧を急速に行なうと、化合物半導体層５０に割れを生じやすくなる。その理由は、高分子材料コーティング層１５０の変形が昇圧に追従しきれず、加圧力が不均一になることに加え、上記温度分布により仮支持積層体１３０’内部に発生する熱的な応力がさらにこれに重なるためであると推測される。
【００５７】
本実施形態では、図７に示すように、昇圧開始後において、最終的な設定圧力Ｐ３よりも低い中間圧力Ｐ２に到達したら、そこで昇圧を一旦中断し、該中間圧力Ｐ２を保ちつつ所定の時間ｔ２だけ保持する（図６：工程３）。そして、この中間圧力Ｐ２での保持中に、中間温度θ１から貼り合わせ温度θ２への昇温を開始し、その昇温開始にｔ２だけ遅れる形で、設定圧力Ｐ３への昇圧を再開するようにしている（設定圧力Ｐ３まで時間ｔ３にて到達している）。つまり、中間圧力Ｐ２での保持により設定圧力Ｐ３までの昇圧を作為的に遅らせ、その間に貼り合わせ温度θ２への昇温を先行させることによって、仮支持積層体１３０’の温度分布を安定化させるためのいわば時間稼ぎを行なうことができ、温度分布不均一による不都合な応力発生等を抑制した状態で、最終的な設定圧力Ｐ３への加圧を継続できるので、化合物半導体層５０での割れ発生を効果的に抑制することができる。また、中間圧力Ｐ２で保持することで、Ａｕ系金属層１０ａ，１０ｂ同士の密着状態をより均一化することができる。
【００５８】
本実施形態では、中間圧力Ｐ２を最終設定圧力Ｐ３の５０％以上７０％以下に設定している。Ｐ２がＰ３の５０％未満になると、Ａｕ系金属層１０ａ，１０ｂ同士の密着状態の改善効果が不十分となる。他方、Ｐ２がＰ３の７０％を超えると、化合物半導体層５０での割れが生じやすくなる。また、中間圧力Ｐ２に至るまで、及び該中間圧力Ｐ２から最終設定圧力Ｐ３に至るまでの昇圧速度は、前述のごとくそれぞれ１ｋＰａ／分以上１００ｋＰａ／分以下とすることで、化合物半導体層５０への割れ発生を効果的に防止できる。
【００５９】
温度が貼り合わせ温度θ２に到達し、加圧力が設定圧力Ｐ３に到達したら、その状態で１０分以上６０分以下の範囲で保持する。これにより、第一Ａｕ系金属層１０ａ及び第二Ａｕ系金属層１０ｂとの間に、化合物半導体層５０に多少の反りが生じていても割れ等を生ずることなく、全面に渡って極めて均一な貼り合わせ状態を形成することができる。
【００６０】
以上の一連の工程の作用・効果は以下のようにまとめることができる。すなわち、８０℃以上１５０℃以下の中間温度θ１にて、１ｋＰａ／分以上１００ｋＰａ／分以下に制御された条件で徐々に昇圧を行なうこと、さらには、設定圧力Ｐ３（５ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下）の５０％以上７０％以下に調整された中間圧力Ｐ２にて保持を行なうことにより、軟化した高分子材料結合層１１１を介して第一Ａｕ系金属層１０ａ及び第二Ａｕ系金属層１０ｂとを均一に密着させることができる。このとき、Ｓｉ拡散阻止層１０ｃにより、Ｓｉ基板７から第二Ａｕ系金属層１０ｂへのＳｉ拡散が抑制されている。そして、その中間温度θ１での保持中に加圧開始した後、貼り合わせ温度θ２に向けた昇温を再開することで、化合物半導体層５０への割れ発生を効果的に抑制しつつ、仮支持積層体１３０’を貼り合わせ温度θ２及び設定圧力Ｐ３に到達させることができる。そして、その状態で１０分以上６０分以下の範囲で保持することにより、清浄な状態で密着した第一Ａｕ系金属層１０ａ及び第二Ａｕ系金属層１０ｂ同士の拡散を、貼り合わせ面の全面に渡って均一に進行させることができ、極めて強固な貼り合わせ状態を得ることができる。また、貼り合わせ温度θ２が２００℃以上２８０℃以下に設定されていることで、保持時間が６０分以下に留まる限り、Ｓｉ基板７からのＳｉ拡散の影響も反射面（第一Ａｕ系金属層１０ａが形成する）に及びにくく、良好な反射率を達成できる。
【００６１】
なお、第一Ａｕ系金属層１０ａ及び第二Ａｕ系金属層１０ｂとは、いずれも酸化しにくいＡｕを主体に構成されているので、上記貼り合わせ熱処理は、例えば大気中でも問題なく行なうことができる。また、本実施形態の工程では、この段階で既に光取出側及び貼り合わせ側の各合金化熱処理が既に終わっており、貼り合わせ熱処理がそれよりも低温で実施されることにより、接合合金化層からの合金成分がＡｕ系金属層１０からなる反射面の面内に拡散することが効果的に抑制され、ひいてはより反射率の高い反射面を得ることができる。
【００６２】
貼り合わせ熱処理が完了したら仮支持基板分離工程を行なう。仮支持基板分離工程は、図４の工程８に示すように、高分子材料結合層１１１を加熱・軟化させ、仮支持基板１１０を分離・除去する。なお、この分離は、工程７の貼り合わせ熱処理の際に同時に行なうことも可能である。その後、工程９に示すように、化合物半導体層５０の第一主表面上に残存している高分子材料結合層１１１を、トルエンやメチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤を用いて溶解・除去する。
【００６３】
以上においては、理解を容易にする便宜上、貼り合わせ結合体１３０を作る工程を素子単体の積層形態にて図示しつつ説明していたが、実際は、複数の素子チップがマトリックス状に配列した形で一括形成された貼り合わせウェーハが作成される。そして、この貼り合わせウェーハを通常の方法によりダイシングして素子チップとし、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った後、樹脂封止をすることにより最終的な発光素子が得られる。
【００６４】
以上の実施形態では、図５に示すごとく、加圧部材５１，５２の金属本体部５１ａ，５２ａの加圧面に高分子材料コーティング層１５０，１５０を加圧クッション層として形成していたが、図１２に示すように、仮支持積層体１３０’と加圧部材５１，５２との間に、加圧クッション層をなす高分子材料シート１５１，１５１を着脱可能に配置するようにしてもよい。また、仮支持積層体１３０’の反りが小さい場合は、図１３に示すように、高分子材料コーティング層ないし高分子材料シートの一方又は双方を省略することも可能である。図１３は、高分子材料コーティング層ないし高分子材料シートの双方を省略し、仮支持基板１１０を貼り合わせるための高分子材料結合層１１１のみを加圧クッション層として設けた例である。
【００６５】
また、製造対象となる発光素子１００は、図１４に示すように、Ａｕ系金属層１０（第一Ａｕ系金属層１０ａ＋第二Ａｕ系金属層１０ｂ）を専ら貼り合わせに用い、Ａｕ系金属層１０とは別の反射用金属層１０ｒを、Ａｕ系金属層１０と化合物半導体層５０との間に設けることもできる。このような反射用金属層１０ｒとしては、Ａｇを主成分とするＡｇ系反射層や、Ａｌを主成分とするＡｌ系反射層を用いることができる。この場合、貼り合わせ側接合合金化層は、Ａｇ系反射層の場合はＡｇＧｅＮｉなどのＡｇ系材料にて、また、Ａｌ系反射層の場合はＡｌＧｅＮｉなどのＡｌ系材料にて構成することもできる。製造工程は略同じであるが、接合合金化層３１を反射用金属層１０ｒで覆った後、さらに第一Ａｕ系金属層１０ａで覆う点が相違する。
【００６６】
さらに、Ｓｉ基板７に代えて、ＧａＰ等からなる透明導電性基板を化合物半導体層に直接又はＩＴＯ（Indiumu Tin Oxide）などの導電性酸化物層を介して貼り合わせた発光素子構造にも本発明を適用できる。
【００６７】
また、発光層部２４は、活性層及びクラッド層が、ＩｎＡｌＧａＮあるいはＭｇＺｎＯにて構成されたダブルへテロ構造を有するものとして構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の適用対象となる発光素子の一例を示す模式図。
【図２】本発明の発光素子の製造方法の一例を示す工程説明図。
【図３】図２に続く工程説明図。
【図４】図３に続く工程説明図。
【図５】貼り合わせ装置の要部を説明する模式図。
【図６】貼り合わせ工程の一例を、より詳細に説明する図。
【図７】貼り合わせ工程における加熱及び加圧の制御パターンの一例を模式的に説明する図。
【図８】貼り合わせ工程における加圧クッション層の作用を模式的に示す説明図。
【図９】より望ましい貼り合わせ装置の要部を説明する模式図。
【図１０】化合物半導体層に反りが生ずる様子を説明する模式図。
【図１１】仮支持基板の貼り合わせにより化合物半導体層の反りが軽減される様子を説明する模式図。
【図１２】加圧クッション層の変形例を、貼り合わせ装置の要部とともに説明する模式図。
【図１３】加圧部材側の加圧クッション層を省略した例を示す模式図。
【図１４】本発明の適用対象となる発光素子の別例を示す模式図。
【符号の説明】
【００６９】
１    ＧａＡｓ単結晶基板（成長用基板）
７  Ｓｉ基板（素子基板）
９  光取出側電極
９ａ’  ＡｕＢｅ接合金属層（光取出側接合金属層）
９ａ  ＡｕＢｅ接合合金化層（光取出側接合合金化層）
１０  Ａｕ系金属層（金属層）
１０ａ  第一Ａｕ系金属層
１０ｂ  第二Ａｕ系金属層
２０  電流拡散層
２４  発光層部
３２  ＡｕＧｅＮｉ接合合金化層（貼り合わせ側接合合金化層）
５０  化合物半導体層
５１  第一加圧部材
５１ａ  金属本体部
５２  第二加圧部材
５２ａ  金属本体部
１００  発光素子
１１０  仮支持基板
１１１  高分子材料結合層（加圧クッション層）
１２０  仮支持貼り合わせ体
１３０  積層体
１３０’  仮支持積層体
１５０  高分子材料コーティング層（加圧クッション層）
１５１  高分子材料シート（加圧クッション層）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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