(57)【要約】【課題】  カバー層および接合層を有する半導体発光素子における駆動電圧の上昇の抑制を図ったIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法を提供することである。【解決手段】  ｐ電極Ｐ１における半導体層５０の反対側の面にカバー層３０を設ける。カバー層３０は、ｐ電極Ｐ１の側から順に、密着層３２および第１のカバー金属層３１を形成されたものである。密着層３２の材質の酸化物生成自由エネルギーは、−５００ｋＪ／ｍｏｌ以上−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下の範囲内である。第１のカバー金属層３１の酸化物生成自由エネルギーは、−１００ｋＪ／ｍｏｌより大きい。【選択図】図２０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III 族窒化物半導体から成る半導体層と、
前記半導体層とコンタクトするｐ電極と、
前記ｐ電極の表面の少なくとも一部を覆うカバー層と、
前記カバー層の表面の少なくとも一部を覆う接合層と、
を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記カバー層は、
酸化物生成自由エネルギーが−１００ｋＪ／ｍｏｌより大きい金属から成る第１のカバー金属層を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記カバー層は、
前記ｐ電極と前記第１のカバー層との間に配置されている第２のカバー金属層を有し、
前記第２のカバー金属層の材質は、
酸化物生成自由エネルギーが−５００ｋＪ／ｍｏｌ以上−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下の金属であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記接合層の融点は、
２００℃以上であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記カバー層は、
前記半導体層と接触することなく配置されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記半導体層のｐ型コンタクト層の表面の外側を覆う絶縁層を有し、
前記ｐ電極は、
前記半導体層のｐ型コンタクト層の表面の内側を覆うとともに、前記絶縁層の少なくとも一部を覆い、
前記カバー層は、
前記ｐ電極の表面の少なくとも一部を覆うものであること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
請求項５に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記カバー層は、
前記ｐ電極の表面および側面を覆うものであること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
請求項５に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記カバー層は、
前記絶縁層の一部を覆うとともに前記ｐ電極の表面の内側部分を覆わないこと
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第１のカバー層の材質は、
Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｄのうちのいずれかであること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
請求項２から請求項８までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第２のカバー層の材質は、
Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｎｉのうちのいずれかであること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
成長基板に半導体層を成長させる半導体成長工程と、
前記半導体層に電極を形成する電極形成工程と、
前記電極を覆うカバー層を形成するカバー層形成工程と、
前記カバー層に第１の接合層を形成する第１の接合層形成工程と、
支持基板に第２の接合層を形成する第２の接合層形成工程と、
前記第１の接合層と前記第２の接合層とを接合することにより、前記成長基板と前記支持基板とを接合する基板接合工程と、
を有し、
前記カバー層形成工程では、
酸化物生成自由エネルギーが−１００ｋＪ／ｍｏｌより大きい第１のカバー金属層を形成し、
前記基板接合工程では、
前記基板を２００℃以上の温度で１００分以上保持すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記カバー層形成工程は、
前記電極と前記第１のカバー金属層との間に、
酸化物生成自由エネルギーが−５００ｋＪ／ｍｏｌ以上−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下である第２のカバー金属層を形成すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記基板接合工程は、
互いに異なる材質の基板同士を接合する工程であること
を特徴とするIII 族窒化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、III 族窒化物半導体発光素子とその製造方法に関する。さらに詳細には、支持基板とIII 族窒化物系化合物半導体とを接合する接合層を有するIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、ｐ電極と、そのｐ電極と接触するｐ型コンタクト層とを有することが一般的である。ｐ電極とｐ型コンタクト層との接触抵抗が大きいと、発熱しやすい。そして、発熱により寿命が短くなるおそれがある。また、接触抵抗が大きいと半導体素子の駆動電圧が高くなる。III 族窒化物半導体では、特に、ｐ電極とｐ型コンタクト層との接触抵抗が大きい。
【０００３】
そのため、ｐ電極とｐ型コンタクト層との接触抵抗を小さいものとするために多くの研究がなされてきている。例えば、特許文献１には、ｐ型コンタクト層の成長速度を低くすることで、１０18／ｃｍ3 程度の正孔濃度を実現している。これにより、ｐ電極とｐ型コンタクト層との間のオーミックコンタクトを良好にできる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半導体発光素子の製造工程には、支持基板とIII 族窒化物半導体とを接合する工程を有するものがある。例えば、レーザーリフトオフ法を用いたレーザーリフトオフ基板の製造工程である。このように、接合面のある基板では、その接合工程において比較的高い温度で比較的長い時間保持される。特に、異種基板を接合する場合には、膨張係数の差を緩和して、高い強度で接合するためである。例えば、基板温度２５０℃以上の温度で５０分以上保持されることもある。
【０００６】
例えば、ｐ電極を覆うカバー層を有する半導体発光素子では、このように高い温度で保持すると、カバー層がｐ電極から酸素を奪ってしまうおそれがある。酸素は、良好なオーミックコンタクトを得るためにある程度必要なものである。そのため、この接合工程により、ｐ型コンタクト層とｐ電極との間のオーミックコンタクトは悪くなる。その結果、半導体発光素子の駆動電圧が上昇してしまうという弊害が生じる。
【０００７】
本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、カバー層および接合層を有する半導体発光素子における駆動電圧の上昇の抑制を図ったIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子は、III 族窒化物半導体から成る半導体層と、半導体層とコンタクトするｐ電極と、ｐ電極の表面の少なくとも一部を覆うカバー層と、カバー層の表面の少なくとも一部を覆う接合層と、を有するものである。そして、カバー層は、酸化物生成自由エネルギーが−１００ｋＪ／ｍｏｌより大きい金属から成る第１のカバー金属層を有する。
【０００９】
かかるIII 族窒化物半導体発光素子では、接合層を形成する際に基板を高温で保持しても、カバー層がｐ電極から酸素を奪うおそれがほとんどない。ここで、金属とは、単一元素から成る金属および複数元素から成る合金を含むものとする。
【００１０】
第２の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子では、カバー層は、ｐ電極と第１のカバー層との間に配置されている第２のカバー金属層を有する。そして、第２のカバー金属層の材質は、酸化物生成自由エネルギーが−５００ｋＪ／ｍｏｌ以上−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下の金属である。第２のカバー金属層があることで、マイグレーションの防止効果が高い。
【００１１】
第３の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子では、接合層の融点は、２００℃以上である。接合層の接合に際して、２００℃以上の高温で比較的長い時間保持されても、カバー層がｐ電極から酸素を奪うおそれがほとんどない。
【００１２】
第４の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子では、カバー層は、半導体層と接触することなく配置されている。このため、半導体層の表面の大部分がｐ電極と接触することとなる。したがって、半導体発光素子の発光効率はよい。
【００１３】
第５の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子では、半導体層のｐ型コンタクト層の表面の外側を覆う絶縁層を有する。また、ｐ電極は、半導体層のｐ型コンタクト層の表面の内側を覆うとともに、絶縁層の少なくとも一部を覆っている。そして、カバー層は、ｐ電極の表面の少なくとも一部を覆うものである。
【００１４】
第６の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子では、カバー層は、ｐ電極の表面および側面を覆うものである。
【００１５】
第７の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子では、カバー層は、絶縁層の一部を覆うとともにｐ電極の表面の内側部分を覆わない。
【００１６】
第８の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子では、第１のカバー層の材質は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｄのうちのいずれかである。
【００１７】
第９の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子では、第２のカバー層の材質は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｎｉのうちのいずれかである。
【００１８】
第１０の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長基板に半導体層を成長させる半導体成長工程と、半導体層に電極を形成する電極形成工程と、電極を覆うカバー層を形成するカバー層形成工程と、カバー層に第１の接合層を形成する第１の接合層形成工程と、支持基板に第２の接合層を形成する第２の接合層形成工程と、第１の接合層と第２の接合層とを接合することにより、成長基板と支持基板とを接合する基板接合工程と、を有する方法である。また、カバー層形成工程では、酸化物生成自由エネルギーが−１００ｋＪ／ｍｏｌより大きい第１のカバー金属層を形成する。そして、基板接合工程では、基板を２００℃以上の温度で１００分以上保持する。接合層を形成する際に基板を高温で保持しても、カバー層がｐ電極から酸素を奪うおそれがほとんどない。
【００１９】
第１１の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、カバー層形成工程は、電極と第１のカバー金属層との間に、酸化物生成自由エネルギーが−５００ｋＪ／ｍｏｌ以上−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下である第２のカバー金属層を形成する工程である。第２のカバー金属層があることで、マイグレーションの防止効果が高い。
【００２０】
第１２の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、基板接合工程は、互いに異なる材質の基板同士を接合する工程である。線膨張係数の異なる基板同士を接合するために、比較的高い温度で長時間保持しても、駆動電圧の上昇はほとんどない。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、カバー層および接合層を有する半導体発光素子における駆動電圧の上昇の抑制を図ったIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の構造を示す概略構成図である。
【図２】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図３】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図４】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図５】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図６】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その５）である。
【図７】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その６）である。
【図８】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その７）である。
【図９】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その８）である。
【図１０】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その９）である。
【図１１】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その１０）である。
【図１２】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その１１）である。
【図１３】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その１２）である。
【図１４】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その１３）である。
【図１５】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子カバー層の構造を示す図（その１）である。
【図１６】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子カバー層の構造を示す図（その２）である。
【図１７】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法における基板接合工程の温度プロファイルを示すグラフである。
【図１８】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法における実装工程の温度プロファイルを示すグラフである。
【図１９】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子のカバー層における密着層の材質および膜厚と駆動電圧の上昇幅との関係を示すグラフである。
【図２０】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子のカバー層におけるカバー金属層の材質と駆動電圧の上昇幅との関係を示すグラフである。
【図２１】実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子のカバー層における密着層の膜厚と駆動電圧の上昇幅との関係を示すグラフである。
【図２２】第２の実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の構造を示す概略構成図である。
【図２３】第３の実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の構造を示す概略構成図である。
【図２４】第４の実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の構造を示す概略構成図である。
【図２５】第５の実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子の構造を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、発光素子を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。また、粗面化されている箇所を、やや極端に描いてある。
【００２４】
（第１の実施形態）
１．半導体発光素子
本実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子について説明する。図１は、本実施形態に係る発光素子１００の構造を示す概略構成図である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体を有するIII 族窒化物半導体発光素子である。また、発光素子１００は、成長基板をレーザーにより除去するレーザーリフトオフ法により製造されたものである。そのため、サファイア基板等の成長基板は、発光素子１００には残っていない。そして、光取り出し面Ｚは、ｎ層側にある。
【００２５】
図１に示すように、発光素子１００は、支持基板１０と、接合層２０と、カバー層３０と、絶縁層４０と、半導体層５０と、保護膜６０と、パッシベーション膜７０と、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、を有している。
【００２６】
支持基板１０は、発光素子１００の形状を保つためのものである。そして、発光素子１００の変形を防止するとともに、発光素子１００の機械的強度を高いものとするためのものである。そしてのその材質は、Ｓｉである。または、ＧａＡｓ、Ｇｅ、その他の金属製のものであってもよい。
【００２７】
接合層２０は、発光素子１００の製造過程において、形成した半導体層５０と支持基板１０とを接合するために形成されたものである。発光素子１００となった後に、発光層に電流を流す必要がある。そのため、接合層２０の材質は、導電性のものである。具体的には、ＡｕＳｎから成る半田である。ＡｕＳｎの融点は、Ａｕ、Ｓｎの混合比により異なるが、概ね２００℃以上である。もちろん、これ以外の鉛フリーの半田であってもよい。または、金属ナノ粒子を用いて接合したものであってもよい。接合層２０は、カバー層３０の表面の少なくとも一部を覆っている。
【００２８】
カバー層３０は、エレクトロマイグレーションを防止するための金属層である。例えば、接合層２０の金属がｐ電極Ｐ１に拡散することを防止する。カバー層３０は、ｐ電極Ｐ１の表面を覆っている。また、カバー層３０は、ｐ電極Ｐ１の側面をも覆っている。図１では、カバー層３０は、ｐ電極Ｐ１における半導体層５０の反対側の面の全面を覆っている。また、カバー層３０は、絶縁層４０と接合層２０との間の面をも覆っている。なお、カバー層３０は、半導体層５０には接触していない。
【００２９】
絶縁層４０は、半導体層５０の外周部に流れる電流を緩和するためのものである。そのため、絶縁層４０の外周部に配置されている。そのため、半導体層５０のｐ型コンタクト層の表面の外側を覆っている。絶縁層４０の材質として、例えば、ＳｉＯ2 が挙げられる。後述する密着層３２として、Ｎｉを採用した場合に、絶縁層４０と密着層３２との間の密着性がよいからである。
【００３０】
半導体層５０は、III 族窒化物半導体から成る層である。半導体層５０は、発光層と、ｎ型層と、ｐ型層とを有している。発光層は、電子とホールとが再結合して発光する層である。発光層は、ｎ型層とｐ型層との間に配置されている。ｎ型層は、ｎ電極Ｎ１の側に配置されている。ｐ型層は、ｐ電極Ｐ１の側に配置されている。図１では、図中の下側からｐ型層、発光層、ｎ型層の順で形成されている。そして、ｎ型層の表面は、粗面化されている。
【００３１】
保護膜６０は、半導体層５０を保護するためのものである。保護膜６０は、半導体層５０の外側面を覆っている。パッシベーション膜７０は、ｎ電極Ｎ１の酸化等を防止するための透明膜である。そのため、パッシベーション膜７０は、ｎ電極Ｎ１の表面を覆っている。
【００３２】
ｐ電極Ｐ１は、半導体層５０とコンタクトする電極である。そのため、ｐ電極Ｐ１は、半導体層５０のｐ型コンタクト層に形成されている。ｐ電極Ｐ１の材質は、Ａｇである。また、ＩＴＯ等その他の金属や合金を用いてもよい。ｐ電極Ｐ１は、導電性を有するものである。また、光を反射する反射性導電膜でもある。ｐ電極Ｐ１は、半導体層５０のｐ型コンタクト層の表面の内側を覆っている。そして、絶縁層４０の内側の箇所を覆っている。
【００３３】
ｎ電極Ｎ１は、半導体層５０のｎ型コンタクト層に形成されている。ｎ電極Ｎ１の材質は、例えば、ＮｉおよびＰｔである。詳しくは後述する。
【００３４】
また、図１に示すように、半導体層５０は、メサ形状である。半導体層５０のｐ型コンタクト層は、絶縁層４０およびｐ電極Ｐ１に接触している。ｐ型コンタクト層の外周部は絶縁層４０に接触しており、ｐ型コンタクト層の内側はｐ電極Ｐ１に接触している。ｎ型コンタクト層の表面は粗面化されている。パッシベーション膜７０の表面も、ｎ型コンタクト層の表面にならって粗面化されているとよい。ｐ電極Ｐ１は、半導体層５０のｐ型コンタクト層の内側の面を覆うとともに、絶縁層４０の一部をも覆っている。接合層２０は、ｐ電極Ｐ１と、ｐ電極Ｐ１に覆われていない絶縁層４０を覆っている。
【００３５】
２．半導体発光素子の製造方法
本形態における半導体素子の製造方法では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、半導体の結晶をエピタキシャル成長させる。以下、各工程を説明する。
【００３６】
本形態では、成長基板として、ｃ面サファイア基板Ｓ１を用いる。そして、そのサファイア基板Ｓ１をＭＯＣＶＤ炉に入れる。次に、水素ガス中でサファイア基板Ｓ１のクリーニングを行い、サファイア基板Ｓ１の表面に付着している付着物を除去する。そして、図２に示すように、サファイア基板Ｓ１の上に、半導体層５０を成長させる。その形成する順序は、サファイア基板Ｓ１の側から、ｎ型層、発光層、ｐ型層の順である。
【００３７】
次に、図３に示すように、半導体層５０の上に絶縁層４０を形成する。絶縁層４０を形成する位置は、半導体層５０の外周部の位置である。そのため、半導体層５０の内側の表面５１には、絶縁層４０は形成されていない。
【００３８】
次に、図４に示すように、半導体層５０の上にｐ電極Ｐ１を形成する。このｐ電極Ｐ１は、半導体層５０のｐ型コンタクト層と接触する。ｐ電極Ｐ１は、絶縁層４０に覆われていない半導体層５０の内側の表面５１を覆っている。また、絶縁層４０における内側の表面４１をも覆っている。そして、絶縁層４０の厚みの分だけ、ｐ電極Ｐ１の外周部Ｐ１ａが盛り上がっている。
【００３９】
次に、図５に示すように、ｐ電極Ｐ１の上にカバー層３０を形成する。ここで形成するカバー層３０は、後述する第１のカバー層または第２のカバー層のいずれであってもよい。本実施形態では、ｐ電極Ｐ１および絶縁層４０を覆うようにカバー層３０を形成する。
【００４０】
次に、図６に示すように、カバー層３０を形成したサファイア基板Ｓ１に第１の低融点金属層２１を形成する。第１の低融点金属層２１の材質は、例えば、ＡｕＳｎ半田である。もしくは、上記以外の鉛フリーの半田であってもよい。または、金属ペーストを用いてもよい。金属ペーストは、数ｎｍ〜数μｍの粒子径を有するものである。また、シート状のものを用いてもよい。第１の低融点金属層２１の表面は平坦である。第１の低融点金属層２１は、第２の低融点金属層２２と接合することにより、接合層２０となるための第１の接合層である。
【００４１】
次に、図７に示すように、支持基板１０に、第２の低融点金属層２２を形成する。第２の低融点金属層２２の材質は、第１の低融点金属層２１と同じ材質であるとよい。例えば、ＡｕＳｎ系の半田である。もしくは、上記以外の鉛フリーの半田であってもよい。または、金属ペーストを用いてもよい。また、第２の低融点金属層２２の表面は平坦である。第２の低融点金属層２２は、第１の低融点金属層２１と接合することにより、接合層２０となるための第２の接合層である。
【００４２】
第１の低融点金属層２１を形成したサファイア基板Ｓ１と、第２の低融点金属層２２を形成した支持基板１０とを、接合する（図８参照）。このとき、第１の低融点金属層２１の平坦面と、第２の低融点金属層２２の平坦面とを重ねる。そして、ＡｕＳｎ半田の融点を越える温度に加熱する。その具体的な温度プロファイルについては、後述する。これにより、図８に示すように、第１の低融点金属層２１および第２の低融点金属層２２が接合され、接合層２０が形成される。なお、この接合層２０の融点は、２００℃以上である。
【００４３】
続いて、レーザーリフトオフにより、成長基板であるサファイア基板Ｓ１を除去する。図８に示した積層構造のサファイア基板Ｓ１の接合面にレーザーを照射する。ここで照射するレーザーは、波長が２４８ｎｍのＫｒＦ高出力パルスレーザーであった。また、ＹＡＧレーザー（３５５ｎｍ、２６６ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ）、ＡｒＦレーザー（１５５ｎｍ）、などのいずれを用いてもよい。また、その他のレーザーを用いてもよい。これにより、図９に示すように、積層体からサファイア基板Ｓ１が除去される。なお、図９以降において、図８に示した図と上下が逆転している。
【００４４】
次に、図１０に示すように、半導体層５０にメサ５２を形成する。これにより、発光素子１００における耐圧性が向上する。
【００４５】
メサ５２を形成した後、半導体層５０にパッシベーション膜７０を形成するにあたって、まず、ＣＶＤ法により、保護膜６０を全面に形成する。この保護膜６０は、半導体層５０を保護するためのものである。保護膜６０の材質として、例えば、ＳｉＯ2 が挙げられる。もちろん、これに限らない。保護膜６０の必要な各層の外周部以外の箇所をドライエッチングにより除去して、半導体層５０の表面を露出させる（図１１参照）。そして、それを現像液に浸漬し、半導体層５０の表面に表面微細加工を施して凹凸面を形成する（図１２参照）。この凹凸面により、光取り出し効率は向上する。ここで保護膜６０は、覆われている箇所が表面微細加工を受けないようにするためのマスク層の役割も果たす。そして、凹凸面を形成済みの半導体層５０に、パッシベーション膜７０およびｎ電極Ｎ１を形成する。これにより、半導体層５０の表面箇所は、パッシベーション膜７０あるいはｎ電極Ｎ１により覆われる（図１４参照）。以上の工程を経ることにより、発光素子１００が製造される。なお、上記の工程は、あくまで１例であり、これ以外の製造方法を用いてもよい。
【００４６】
３．カバー層
カバー層３０には、第１のカバー層と、第２のカバー層とがある。第１のカバー層および第２のカバー層のうち、いずれか一方を用いるとよい。よって、これらを順に説明する。
【００４７】
３−１．第１のカバー層
まず、カバー層３０として第１のカバー層を用いた場合について説明する。第１のカバー層は、第１のカバー金属層３１を有するものである。図１５に示すように、半導体層５０の上にｐ電極Ｐ１が形成されており、そのｐ電極Ｐ１の上に第１のカバー金属層３１が形成されている。
【００４８】
第１のカバー金属層３１の材質は、酸化物生成自由エネルギーが−１００ｋＪ／ｍｏｌより大きい金属である。例えば、表１に示すように、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｄのうちのいずれかの金属が挙げられる。酸化物生成自由エネルギーが−１００ｋＪ／ｍｏｌより大きければ、これらの金属の合金であってもよい。
【００４９】
３−２．第２のカバー層
次に、カバー層３０として第２のカバー層を用いた場合について説明する。第２のカバー層は、第１のカバー金属層３１および密着層３２を有するものである。図１６に示すように、半導体層５０の上にｐ電極Ｐ１が形成されている。そして、そのｐ電極Ｐ１の上に密着層３２が形成されており、その密着層３２の上に第１のカバー金属層３１が形成されている。つまり、密着層３２は、ｐ電極Ｐ１と第１のカバー金属層３１との間に配置されている。密着層３２は、第２のカバー金属層である。
【００５０】
ここで、第１のカバー層金属層３１の材質は、前述したように、酸化物生成自由エネルギーが−１００ｋＪ／ｍｏｌより大きい金属である。密着層３２の材質は、酸化物生成自由エネルギーが−５００ｋＪ／ｍｏｌ以上−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下の範囲内のものである。例えば、表１に示すように、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｎｉが挙げられる。酸化物生成自由エネルギーが−５００ｋＪ／ｍｏｌ以上−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下の範囲内であれば、これらの金属の合金であってもよい。
【００５１】
［表１］
元素      酸化物生成自由エネルギー      最も安定な酸化物
（ｋＪ／ｍｏｌ）
Ｐｔ      （酸化物を生成しない）
Ａｕ      （酸化物を生成しない）
Ｒｈ      （酸化物を生成しない）
Ａｇ            −３１．１                Ａｇ2 Ｏ
Ｐｄ            −８５．４                ＰｄＯ
Ｃｕ          −１５７．３                ＣｕＯ
Ｃｏ          −２３７．９                ＣｏＯ
Ｃｄ          −２５８．４                ＣｄＯ
Ｚｎ          −３５０．５                ＺｎＯ
Ｎｉ          −４８９．５                Ｎｉ2 Ｏ3 
Ｓｎ          −５７７．６                ＳｎＯ2 
Ｗ            −５８９．７                Ｗ2 Ｏ3 
Ｃｒ          −５９８．０                ＣｒＯ2 
Ｍｇ          −６０１．６                ＭｇＯ
Ｐｂ          −７１８．４                Ｐｂ3 Ｏ4 
Ｍｏ          −７４５．１                ＭｏＯ3 
Ｆｅ          −８２４．２                Ｆｅ2 Ｏ3 
Ｔｉ          −９４４．０                ＴｉＯ2 
Ｚｒ        −１１００．０                ＺｒＯ2 
Ｖ          −１２１８．８                Ｖ2 Ｏ3 
Ａｌ        −１６７５．７                Ａｌ2 Ｏ3 
Ｔａ        −２０４６．０                Ｔａ2 Ｏ5 
【００５２】
３−３．カバー層の厚み
カバー層３０の厚みは、１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の範囲内である。より好ましくは、２００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲内である。密着層３２の厚みは、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内である。密着層３２の厚みについては、後述する実験のところでも説明する。第１のカバー金属層３１の厚みは、５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の範囲内である。
【００５３】
３−４．カバー層による酸素取り込みの抑制
このように、ｐ電極Ｐ１を覆うカバー層３０の酸化物生成自由エネルギーが高い。これは、第１のカバー金属層３１であっても、密着層３２であっても、同様である。後述するように、接合工程では、比較的長い時間にわたって基板温度を高い温度に保持する。しかし、カバー層３０は、接合工程の間にｐ電極Ｐ１から酸素を奪うおそれがほとんどない。      
【００５４】
４．熱処理の温度履歴
４−１．基板接合工程
基板接合工程は、カバー層３０を形成するカバー層形成工程の後の工程である。基板接合工程において、半導体層５０を形成後のサファイア基板Ｓ１と、第２の低融点金属層２２を形成後の支持基板１０とを接合する際には、基板温度は、図１７のような温度プロファイルを辿る。つまり、基板接合工程では、基板温度が２００℃以上の時間が１００分以上ある。また、基板温度が２５０℃以上の時間が５０分以上ある。
【００５５】
この基板接合工程では、ＡｕＳｎ半田等の高融点の半田を用いて、熱膨張係数の異なる異種基板同士を接合する。本形態では、サファイア基板Ｓ１と支持基板１０とを接合する。この場合には、一旦加熱した後に、徐々に基板温度を冷やす必要がある。温度変化を緩やかにしないと、接合部分に応力が集中する箇所が生じることがあるからである。この応力の集中により、接合部分が剥離するおそれがある。このように、高融点の半田を用いて異種基板同士を接合する場合には、基板温度が高温となっている時間が長い。そのため、カバー層３０がｐ電極Ｐ１から酸素を奪ってしまうおそれがある。例えば、ＡｕＳｎの融点は、２８０℃（Ｓｎ２０％）、２１７℃（Ｓｎ９０％）である。
【００５６】
なお、異種基板の間には、複数の層が形成されている。しかし、基板の厚みに比べると、これらの層の厚みは十分に小さい。したがって、異種基板の接合において、異種基板の熱膨張係数の差は、接合に強く影響を及ぼす。
【００５７】
４−２．実装工程
発光素子１００を、モジュールに実装する場合にも、熱が加わる。この実装工程における基板温度のプロファイルを図１８に示す。図１８に示すように、実装工程の加熱時間は、基板接合工程の場合に比べて短い。具体的には、基板温度が２００℃を越えている時間は、３分〜４分程度である。したがって、実装工程では、カバー層３０がｐ電極Ｐ１から酸素を奪うおそれがほとんどない。実際に、実装工程を経ることによる駆動電圧の上昇幅は、基板接合工程での駆動電圧の上昇幅に比べると小さい。
【００５８】
したがって、本実施形態のようなカバー層３０の構成とすることは、レーザーリフトオフ法を用いるような素子等、接合面のある素子について有効である。カバー３０を形成後に、一定温度以上で一定時間以上にわたって保持するような場合に、特に有効である。
【００５９】
５．実験
５−１．密着層の材質
ここで、カバー層について行った実験について説明する。図１９は、密着層３２の材質および膜厚と、駆動電圧の上昇幅ΔＶｆとの関係を示すグラフである。駆動電圧の上昇幅ΔＶｆとは、カバー層３０を形成しない場合の駆動電圧Ｖｆ１と、カバー層３０を形成した場合の駆動電圧Ｖｆ２との差である。つまり、駆動電圧の上昇幅ΔＶｆは、次式で表される。
ΔＶｆ  ＝  Ｖｆ２  −  Ｖｆ１
【００６０】
この駆動電圧の上昇幅ΔＶｆは、カバー層３０を形成したことにより、カバー層３０形成後の熱履歴によりカバー層３０がｐ電極Ｐ１から酸素を奪うために引き起こされると考えられる。ただし、カバー層３０を形成しない場合には、接合層２０の金属がｐ電極Ｐ１に拡散することを防止することは困難である。
【００６１】
図１９のグラフに示すように、密着層３２としてＴｉを用いるよりＮｉを用いたほうが、駆動電圧の上昇幅ΔＶｆは小さかった。つまり、密着層３２に用いるには、Ｎｉのほうが好ましい。また、密着層３２の材質によらず、密着層３２の厚みが薄くなるほど、駆動電圧の上昇幅ΔＶｆは小さい。
【００６２】
５−２．第１のカバー金属層の材質
図２０は、第１のカバー金属層３１の種類と、駆動電圧の上昇幅ΔＶｆとの関係を示すグラフである。ここでは、ｐ電極Ｐ１としてＡｇ層を形成した後に、ｐ電極Ｐ１の上に密着層３２としてＮｉ層を形成し、密着層３２の上に第１のカバー金属層３１として各種の金属層を形成した。ここで、密着層３２の厚みを６．５ｎｍとした。第１のカバー金属層３１の厚みを２００ｎｍとした。
【００６３】
図２０に示すように、駆動電圧の上昇幅ΔＶｆの低い順に第１のカバー金属層３１を並べると、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔｉの順である。この順序は、表１に示したように、酸化物生成自由エネルギーが大きい順番である。つまり、酸化物生成自由エネルギーが大きいほど、第１のカバー金属層３１に適している。したがって、例えば、酸化物生成自由エネルギーが−１００ｋＪ／ｍｏｌ以上の材質を用いるとよい。
【００６４】
５−３．密着層の膜厚
図２１は、密着層３２の膜厚と、駆動電圧の上昇幅ΔＶｆとの関係を示すグラフである。ここで、第１のカバー金属層３１の材質は、Ｐｔである。そして、その第１のカバー金属層３１の厚みを、２００ｎｍとした。
【００６５】
図２１に示すように、密着層３２の厚みを薄くするほど、駆動電圧の上昇幅ΔＶｆの値は小さくなる傾向がある。したがって、密着層３２は、ある程度薄いほうが好ましい。例えば、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるとよい。
【００６６】
６．従来との比較
このように、発光素子１００は、ＡｕＳｎ半田等の比較的融点の高い接合層と、カバー層とを有するものである。従来のものと比べて、カバー層３０は、酸素を取り込みにくい。
【００６７】
７．まとめ
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る発光素子１００は、ＡｕＳｎ半田等の比較的融点の高い接合層２０と、カバー層３０とを有するものである。ＡｕＳｎ半田等の比較的融点の高い接合層を形成する際には、基板温度を２００℃以上の高い温度で比較的長い時間保持する必要がある。発光素子１００におけるカバー層３０では、酸化物生成自由エネルギーが高い。すなわち、酸素を取り込みにくい。したがって、基板接合工程のように、長時間の熱処理を実施しても、カバー層３０がｐ電極Ｐ１から酸素を奪うことはほとんどない。
【００６８】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。積層体の積層構造については、必ずしも図に示したものに限らない。積層構造や各層の繰り返し回数等、任意に選択してよい。また、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。キャリアガスを用いて結晶を成長させる方法であれば、他の方法を用いてもよい。
【００６９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態では、ｐ電極Ｐ１を覆うカバー層の領域が、第１の実施形態とは異なっている。したがって、異なる点のみについて説明する。
【００７０】
図２２は、第２の実施形態における発光素子２００の構成を示す概略構成図である。図２２に示すように、発光素子２００は、接合層２２０およびカバー層２３０を有している。カバー層２３０は、ｐ電極Ｐ１の表面の外側部分２４１と、絶縁層４０の表面の一とを覆っている。そして、カバー層２３０は、ｐ電極Ｐ１の表面の内側部分２４２を覆っていない。
【００７１】
なお、接合層２２０は、カバー層２３０の表面およびｐ電極Ｐ１の内側部分２４２を覆っている。そのため、ｐ電極Ｐ１の表面は、接合層２２０およびカバー層２３０により覆われている。
【００７２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。本実施形態では、ｐ電極Ｐ１を覆うカバー層の領域が、第１の実施形態とは異なっている。したがって、異なる点のみについて説明する。
【００７３】
図２３は、第３の実施形態における発光素子３００の構成を示す概略構成図である。図２３に示すように、発光素子３００は、接合層３２０およびカバー層３３０を有している。カバー層３３０は、ｐ電極Ｐ１の表面の一部のみを覆っている。ここで、カバー層３３０がｐ電極Ｐ１を覆っている領域は、ｐ電極Ｐ１のうちの外側部分３４１および内側部分３４３である。そして、カバー層３３０は、ｐ電極Ｐ１の表面の残部、すなわち、中間部分３４２を覆っていない。中間部分３４２とは、外側部分３４１および内側部分３４３の間の領域である。
【００７４】
なお、接合層３２０は、カバー層３３０の表面およびｐ電極Ｐ１の中間部分３４２を覆っている。そのため、ｐ電極Ｐ１の表面は、接合層３２０およびカバー層３３０により覆われている。
【００７５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。本実施形態では、ｐ電極Ｐ１を覆うカバー層の領域が、第１の実施形態とは異なっている。したがって、異なる点のみについて説明する。
【００７６】
図２４は、第４の実施形態における発光素子４００の構成を示す概略構成図である。図２４に示すように、発光素子４００は、接合層４２０およびカバー層４３０を有している。カバー層４３０は、ｐ電極Ｐ１の表面を覆っている。そして、カバー層４３０は、ｐ電極Ｐ１の側面を覆っていない。ｐ電極Ｐ１の側面は、接合層４３０により覆われている。そのため、ｐ電極Ｐ１の表面は、接合層４２０およびカバー層４３０により覆われている。
【００７７】
なお、接合層４２０は、絶縁層４０の面４４１と、カバー層４３０の表面およびｐ電極Ｐ１の内側部分４４２、４４３と、を覆っている。そして、ｐ電極Ｐ１の表面は、接合層４２０と、カバー層４３０と、絶縁層４０と、半導体層５０と、により覆われている。
【００７８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態について説明する。本実施形態の発光素子は、フリップチップ型の発光素子である。したがって、異なる点を中心に説明する。
【００７９】
図２５は、第５の実施形態における発光素子５００の構成を示す概略構成図である。図２５に示すように、発光素子５００は、サファイア基板Ｓ１と、半導体層５０と、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、カバー層５３０、５５０と、接合層５２０、５６０と、絶縁層４０、５４０とを有している。
【００８０】
ここで、ｐ電極Ｐ１の上に、カバー層５３０が形成されている。カバー層５３０の上には、接合層５２０が形成されている。また、ｎ電極Ｎ１の上に、カバー層５５０が形成されている。カバー層５５０の上には、接合層５６０が形成されている。ここで、接合層５２０、５６０は、バンプに発光素子５００を実装するために用いられる層である。
【００８１】
ｐ電極Ｐ１における半導体層５０の反対側の面は、絶縁層４０およびカバー層５３０により覆われている。カバー層５３０におけるｐ電極Ｐ１の反対側の面は、接合層５２０により覆われている。ｎ電極Ｎ１における半導体層５０の反対側の面は、絶縁層５４０およびカバー層５５０により覆われている。カバー層５５０におけるｎ電極Ｎ１の反対側の面は、接合層５６０により覆われている。
【実施例１】
【００８２】
本実施例の発光素子は、図２２に示した発光素子２００である。カバー層２３０として、第２のカバー層を用いた。密着層３２の材質は、Ｎｉである。その厚みは、６．５ｎｍである。第１のカバー金属層３１の材質は、Ｐｔである。その厚みは２００ｎｍである。ｐ電極Ｐ１は、Ａｇである。接合層２０は、ＡｕＳｎ半田である。このように、ＡｕＳｎ半田を用いた基板接合工程を実施しても、駆動電圧の上昇幅ΔＶｆは、ゼロであった（図２０参照）。
【符号の説明】
【００８３】
１０…支持基板
２０…接合層
３０…カバー層
４０…絶縁層
５０…半導体層
６０…保護膜
７０…パッシベーション膜
２１…第１の低融点金属層
２２…第２の低融点金属層
１００、２００、３００、４００、５００…発光素子
Ｐ１…ｐ電極
Ｎ１…ｎ電極
Ｓ１…サファイア基板
Ｚ…光取り出し面
【図１】
2013258329.tif 000003
【図２】
2013258329.tif 000004
【図３】
2013258329.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013258329.tif 000007
【図６】
2013258329.tif 000008
【図７】
2013258329.tif 000009
【図８】
2013258329.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2013258329.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2013258329.tif 000015
【図１４】
2013258329.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2013258329.tif 000018
【図１７】
2013258329.tif 000019
【図１８】
2013258329.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
2013258329.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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