(57)【要約】【課題】貼り合せプロセス以降のプロセスに耐性を持つ高品質な半導体発光素子とその半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】支持基板と、前記支持基板上に順次積層された、ＡｕとＩｎを含む接合金属層と、内部に発光領域を含むエピタキシャル層を備える半導体発光素子およびその製造方法に関する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、前記支持基板上に順次積層された、ＡｕとＩｎを含む接合金属層と、内部に発光領域を含むエピタキシャル層を備える、半導体発光素子。
【請求項２】
前記接合金属層の一部が、ＡｕＩｎ共晶合金であることを特徴とする、請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記半導体発光素子は、反射層を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記反射層は、Ａｇを含むことを特徴とする、請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記反射層と、前記接合金属層の間には、バリア層が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記バリア層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｖ、ＳｉＯ2およびＳｉＮからなる群より選ばれた少なくとも一種が含まれていることを特徴とする、請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記バリア層の厚さが５０ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記バリア層は、複数の層で構成されていることを特徴とする、請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記支持基板は、導電性を有することを特徴とする、請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
支持基板と、前記支持基板上に順次形成された、ＡｕとＩｎを含む接合金属層と、反射層と、内部に発光領域を含むエピタキシャル層を備える、半導体発光素子の製造方法であって、前記接合金属層は１６０℃よりも高い温度でＩｎを融解して形成される工程を含むことを特徴とする、半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記Ｉｎの融解温度はさらに２８０℃以下であることを特徴とする、請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記接合金属層を１６０℃から２８０℃の間の温度でＩｎを融解して形成した後、さらに該接合金属層形成温度よりも高い温度で加熱処理を行なう工程を含むことを特徴とする、請求項１１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】
本発明は半導体発光素子の光取り出し効率を向上させる構造を有する発光素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、ディスプレーバックライト、信号機、照明器具、医療機器等の様々な分野での使用が期待されており、実際に機器に搭載された製品も登場してきている。特長としては、低消費電力、長寿命などが挙げられる。更なる活用を目指すための課題として、発光効率の向上が求められている。
【０００３】
特許文献１には、導電性の基板に半導体発光層を貼り合せた構造を有する半導体発光素子の製造法として、支持基板側接着金属層の他に拡散材料層と称される層を利用する方法が開示されている。これは、それまでの支持基板側接着金属層の溶融温度をさらに高温に上げるために、支持基板側接着金属層に拡散材料層であるＡｌ等の金属を拡散させ、新たな合金ＡｕＳｎＡｌを精製させる。これにより、融点が上がった半導体発光素子は、後々の高温プロセスにも耐えるものとなるというものであった。
【０００４】
しかし、この発明によると、溶融点温度が２８０℃程度と高温のＡｕＳｎ合金を共晶接合に用いるため、貼り合せプロセスの際に反りが生じてしまい、その後のプロセスの歩留まりが下がってしまうという問題があった。
【０００５】
また、従来のＬＥＤ素子は基本的に同一窒化物半導体層表面に正電極と負電極が設けられた、いわゆるフリップチップ方式の素子とされている。前記構造では同一面側から両方の電極を取り出すためチップサイズが大きくなり多数のチップがウェーハから得られないという問題があった。
【０００６】
そこで、特許文献２には、上下より電極を取り出せる構造を有する窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体素子について開示されている。
【０００７】
特許文献２に開示されている窒化物半導体発光素子は発光出力を増大させるものであったが、さらなる改善が望まれる。
【特許文献１】特開２００６-８６２０８号公報
【特許文献２】特許第３５１１９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、貼り合せプロセス以降のプロセスに耐性を持つ高品質な半導体発光素子とその半導体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】
【０００９】
本発明は、半導体発光素子であって、支持基板と、前記支持基板上に順次積層された、ＡｕとＩｎを含む接合金属層と、内部に発光領域を含むエピタキシャル層を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体発光素子において、前記接合金属層の一部が、ＡｕＩｎ共晶合金であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体発光素子において、前記半導体発光素子は、反射層を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体発光素子において、前記反射層は、Ａｇを含むことを特徴とする。
本発明の半導体発光素子において、前記反射層と、前記接合金属層の間には、バリア層が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体発光素子において、前記バリア層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｖ、ＳｉＯ2およびＳｉＮからなる群より選ばれた少なくとも一種が含まれていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体発光素子において、前記バリア層の厚さが５０ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体発光素子において、前記バリア層は、複数の層で構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体発光素子において、前記支持基板は、導電性を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、支持基板と、前記支持基板上に順次形成された、ＡｕとＩｎを含む接合金属層と、反射層と、内部に発光領域を含むエピタキシャル層を備える、半導体発光素子の製造方法であって、前記接合金属層は１６０℃よりも高い温度でＩｎを融解して形成される工程を含むことを特徴とする、半導体発光素子の製造方法に関する。
【００１８】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記Ｉｎの融解温度はさらに２８０℃以下であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記接合金属層を１６０℃から２８０℃の間の温度でＩｎを融解して形成した後、さらに該接合金属層形成温度よりも高い温度で加熱処理を行なう工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、貼り合せプロセス（以下、「接合プロセス」ともいう）以降の製造プロセスに耐性を持つ高品質な半導体発光素子とその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２２】
図５に、本発明の半導体素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。ここで、本発明の半導体素子においては、支持基板５の一方の面上に、支持基板側接着金属層４１、成長基板側金属層３、エピタキシャル層２がこの順序で順次積層されている。そして、エピタキシャル層２の表面が光取り出し面になっており、光取出し面の表面は粗面になっている。エピタキシャル層２上には、パッド状の負電極２５が形成されている。また、支持基板５の上記と反対側の面上には正電極５５が形成されている。ここで、前記成長基板側金属層３は、図３に示すとおり、エピタキシャル層２上に、反射層３２、密着層３３、バリア層３４、成長基板側接着金属層３５が順次積層されてなる。成長基板側接着金属層３５と支持基板側接着金属層４１は接合し、接合金属層４を形成している。またエピタキシャル層２は、図１に示すとおり、サファイア基板１上にＧａＮバッファ層２１、ドナー不純物がドープされたＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のｎ型層２２、ＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）の活性層２３、およびアクセプター不純物がドープされたＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のｐ型層２４が順次積層されてなる。該ｐ型層２４上に、上記反射層３２が形成されている。
【００２３】
（支持基板）
本発明の半導体発光素子において、支持基板５は、導電性を有することが好ましい。
【００２４】
この半導体発光素子は、支持基板の裏面に電極を形成することにより、光取り出し面から発せられる光を出来るだけ阻害しないことにより、高い光取り出し効率を有する。ゆえに、支持基板は導電性である。好ましくは、Ｓｉ、ＧａＡｓ等が用いられる。
【００２５】
（エピタキシャル層）
エピタキシャル層２は、サファイア基板１上に、ＧａＮバッファ層２１、ドナー不純物がドープされたＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のｎ型層２２、ＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）の活性層２３、およびアクセプター不純物がドープされたＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のｐ型層２４が順次積層されてなる。
【００２６】
本発明において、ｐ型のドーパントとしては、従来から公知の材料を用いることができ、たとえば、Ｍｇ、Ｚｎ、ＣｄおよびＢｅからなる群から選択された少なくとも１種を用いることができる。また、本発明において、ｎ型のドーパントとしては、従来から公知の材料を用いることができ、たとえば、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、ＣおよびＧｅからなる群から選択された少なくとも１種を用いることができる。
【００２７】
本発明に用いられる活性層は、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造またはＳＱＷ（単一量子井戸）構造のいずれであってもよい。
【００２８】
本発明において、バッファ層、ｎ型層、活性層およびｐ型層の積層方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえばＬＰＥ法（液相エピタキシー法）、ＶＰＥ法（気相エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ガスソースＭＢＥ法またはこれらの方法を組み合わせた方法などを用いることができる。
【００２９】
エピタキシャル層２の表面は、光取り出し面であり、粗面となっている。光取り出し面がエピタキシャル層２に形成されている場合には、光取り出し面が形成されているエピタキシャル層における光吸収が極力低減されるため、光の外部取り出し効率を向上することができる傾向にある。
【００３０】
また、本発明において、光取り出し面が形成されているエピタキシャル層２の表面はｎ型であることが好ましい。光取り出し面が形成されているエピタキシャル層２の表面がｎ型である場合には、光取り出し面が形成されているエピタキシャル層２の表面がｐ型である場合よりも、光取り出し面が形成されているエピタキシャル層２の表面を厚く形成することができるため、注入した電流が活性層２３によく広がり、本発明の半導体発光素子の輝度が向上する傾向にある。
【００３１】
（反射層）
本発明の半導体発光素子において、反射層３２を含むことが好ましい。さらに、該反射層３２は、Ａｇを含むことが好ましい。
【００３２】
この半導体発光素子は、発光領域からの光を効率的に反射し、素子外部への高い取り出し効率を達成することができる。
【００３３】
（接合金属層）
本発明の半導体発光素子において、接合金属層４は成長基板側接着金属層３５と支持基板側接着金属層４１を接合してなる。該接合金属層４はＡｕとＩｎを含むことが好ましい。さらに、該接合金属層４の一部が、ＡｕＩｎ共晶合金であることが好ましい。
【００３４】
従来であれば、前記接合プロセスにおいて、ＡｕＳｎなどの高い融点の金属とＡｕを接合させていたため、ウェハを冷却した際にウェハの反りが生じていたが、低融点のＩｎとＡｕを接合することにより、低温で接合が可能となったため、反りが低減され、接合プロセス以降の製造工程が容易になった。さらに、接合プロセスを従来よりも低温で行えるため、素子に与えるダメージが少なく、高品質な半導体発光素子を製造することができる。また、接合金属層の一部がＡｕＩｎ共晶合金であると、その後の製造プロセスにおいて、熱による剥離や浮きが劇的に低減する。
【００３５】
すなわち、本発明の半導体発光素子は、接合プロセス以降の製造プロセスに耐性を持つ高品質な半導体発光素子である。つまり、基板の熱膨張係数差による反りを抑え、また、高温プロセス時においても、接合界面の剥がれやボイドといった不良を低減させた構造となっている。また、ＡｕＩｎの高融点を利用した、高品質半導体発光素子である。
【００３６】
（成長基板側接着金属層）
前記成長基板側接着金属層３５は、Ａｕからなることが好ましい。成長基板側接着金属層３５は抵抗加熱法やスパッタリング法などを用いて形成することができる。
【００３７】
（支持基板側接着金属層）
前記支持基板側接着金属層４１は、Ｉｎからなることが好ましい。成長基板側接着金属層４１は抵抗加熱法やメッキ法などを用いて形成することができる。
【００３８】
（バリア層）
本発明の半導体発光素子において、前記反射層と、前記接合金属層の間には、バリア層が設けられていることが好ましい。この半導体発光素子は該バリア層を備えることで、接合金属層が反射層へ拡散し、反射率が低下することを防ぐことができる。
【００３９】
前記バリア層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｖ、ＳｉＯ2およびＳｉＮからなる群より選ばれた少なくとも一種が含まれていることが好ましい。該バリア層は、主にＡｇとＡｕの相互拡散を防ぐものであり、素子駆動時の熱抵抗をかんがみて、好ましくは、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ等が用いられる。
【００４０】
前記バリア層の厚さが５０ｎｍ以上であることが好ましい。該バリア層は、主に反射層のＡｇと接合金属層のＡｕの相互拡散を防ぐために、ある一定の厚さを有している必要があり、さらに１００ｎｍ以上の厚さであることが好ましい。
【００４１】
前記バリア層は、複数の層で構成されていることが好ましい。該バリア層は、反射層のＡｇと接合金属層のＡｕの相互拡散を防ぐことを目的としており、ある一定以上の厚みが必要とされることから、複数の層で構成されることが好ましい。
【００４２】
（負電極）
エピタキシャル層２上には、負電極２５が形成されている。本発明の負電極２５としてはＴｉ−Ａｌ電極などが挙げられる。
【００４３】
（正電極）
支持基板５の全表面上には、正電極５５が形成されている。本発明の正電極５５としてはＴｉ−Ａｌ電極などが挙げられる。
【００４４】
また、本発明の半導体発光阻止は、電流阻止層や密着層などの層を含んでいてもよい。
（実施の形態１）
図１〜図６を参照して、本発明の半導体発光素子の製造方法の好ましい一例について説明する。
【００４５】
まず、図１の模式的断面図に示すように、サファイア基板１上に複数の窒化物半導体層２１〜２４を含むエピタキシャル層２が形成される。このエピタキシャル層２は、サファイア基板１上に、ＧａＮバッファ層２１、ドナー不純物がドープされたＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のｎ型層２２、ＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）の活性層２３、およびアクセプター不純物がドープされたＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のｐ型層２４が順次積層されてなる。これらのエピタキシャル層２の結晶成長には、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）が用いられ得る。
【００４６】
次に、図２の模式的断面図に示すように、エピタキシャル層２の上に電流阻止層３１として、ＳｉＯ2をスパッタリング法にて１μｍの厚さで蒸着し、レジストパターニングで最終素子形状の負電極２５の真下に形成されるようにする。さらに反射層３２としてＡｇ−Ｎｄを１００ｎｍの厚さで、密着層３３としてＮｉ−Ｔｉ合金を１０ｎｍの厚さでスパッタリング法にて形成する。その後、密着性向上およびエピタキシャル層２とのオーミックのために、真空中にて５００℃アロイを行なう。その後、バリア層３４として、ＴｉおよびＰｔをそれぞれ１００ｎｍと３０ｎｍの厚さで形成する。さらに、連続して、成長基板側接着金属層３５としてＡｕを３μｍの厚さで形成する。実施の形態１において、バリア層３４のＴｉ、およびＰｔはＥＢ法、成長基板側接着金属層３５のＡｕは抵抗加熱法にて蒸着しているが、スパッタリング法などを用いても良い。
【００４７】
このように形成された成長基板側接着金属層３５のＡｕ表面をレジストで保護した後、サファイア基板１の裏面を２０μｍの厚さで研削し、さらに仕上げとして、１０μｍの厚さで研磨を行なう。
【００４８】
他方、支持基板となるサファイア基板１と同等の大きさを有する支持基板５上に抵抗加熱法にて支持基板側接着金属層４１としてＩｎを３μｍの厚さで成膜する。ここで、抵抗加熱法ではなく、メッキ法を用いて支持基板側接着金属層４１を形成してもよい。
【００４９】
次に、図３の模式的断面図に示すように図２の工程で形成された成長基板側接着金属層３５のＡｕ表面と前記支持基板５上の支持基板側接着金属層４１のＩｎ表面を対向させるように配置する。そして、１６０℃に加熱を行い、３５００Ｎの圧力をかけ、接合し、接合金属層４を形成させる。その状態で１分間保持する。ウェハを冷却し、１００℃になったら加圧を終了する。
【００５０】
前記接合金属層４は、１６０℃よりも高い温度でＩｎを融解して形成される工程を含むことが好ましく、前記Ｉｎの融解温度はさらに２８０℃以下であることが好ましい。また、好ましくは、Ｉｎを溶融する温度は、融点である１６０℃よりも高い温度で、さらに好ましくは、接合プロセスで生じる反りを低減するために、２００℃以下であることが好ましい。
【００５１】
その後、ＡｕとＩｎの相互拡散を促進させるため、オーブンにて２００℃１分の加熱処
理を行なう。これにより、ＡｕとＩｎがほぼ完全に拡散し、ＡｕＩｎ共晶合金となるため、その後のプロセスにおいて、熱による剥離や浮きが劇的に低減する。
【００５２】
前記ＡｕとＩｎの相互拡散を促進させるためには、接合金属層形成温度よりも高い温度で加熱処理を行なう工程を含むことが好ましい。この半導体発光素子の製造方法によれば、接合プロセスにて少なくとも接合金属層の一部がＡｕＩｎ共晶合金となっているが、その反応をさらに温度を上げて促進させることにより、Ｉｎ結晶の残留を少なくし、品質を向上させることが出来る。
【００５３】
また、従来であれば、この接合プロセスにおいて、ＡｕＳｎなどの高い融点の金属とＡｕを接合させていたため、ウェハを冷却した際にウェハの反りが生じていたが、一方をＩｎにすることにより、低温で接合が可能となったため、反りが低減され、次の剥離プロセスが容易になった。
【００５４】
次に、図４の模式的断面図に示すように、サファイア基板１側から、３５５ｎｍＴＨＧ-ＹＡＧレーザー照射を開始し、分離層７１を形成する。次に、６０℃のお湯に浸すと、３０秒後には、サファイア基板１が分離層７１から解離する。そして、サファイア基板１を除去したウェハを、ＨＣｌ水溶液に浸してダメージ層や、残留している分離層７１を除去することで、ウェハ表面をクリーニングする。この実施の形態１において、サファイア基板１を除去するのに、ＬＬＯ（Ｌａｓｅｒ  ｌｉｆｔ  ｏｆｆ）法を用いているが、基板をラッピングするなどの他の方法でも除去可能である。また、６０℃のお湯に浸しているのは、分離層７１のＧａを溶解させて、サファイア基板１を除去しやすくするためであり、また、お湯であれば、溶解している様子が分かりやすいメリットがあるものの、単に加熱するだけでもよい。
【００５５】
その後、図５の模式的断面図に示すようにチップ分割溝をＩＣＰ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅ  ｐｌａｓｍａ  ｅｔｃｈｉｎｇ）にて形成し、エピタキシャル層２を溝部分において除去する。そして、ＫＯＨ溶液に浸漬させて、光取り出し面である、エピタキシャル層２の表面を粗面にする。
【００５６】
さらにその後、図６の模式的斜視図に示すように負電極２５として、Ｔｉ−Ａｌ電極が厚さ２０ｎｍのパッド状に形成される。他方、支持基板５の全表面上に、正電極５５として、Ｔｉ−Ａｌ電極層が７５０ｎｍの膜厚にて形成される。
【００５７】
最後に支持基板５をダイシング装置にて３５０μｍ角に分割して図６に図示する本実施の形態１の半導体発光素子が完成する。
【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１の結晶成長過程を説明する模式的断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の製造工程の一部を示すウェハ模式的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の製造工程の一部を示すウェハ模式的断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の製造工程の一部を示すウェハ模式的断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１の製造工程の一部を示すウェハ模式的断面図である。
【図６】本発明の半導体発光素子の好ましい一例の模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  サファイヤ基板、２  エピタキシャル層、２１  バッファ層、２２  ｎ型層、２３  活性層、２４  ｐ型層、２５  負電極、３１  電流阻止層、３２  反射層、３３  密着層、３４  バリア層、３５  成長基板側接着金属層、４  接合金属層、４１  支持基板側接着金属層、５  支持基板、５５  正電極。
【図１】
2009277852.tif 000003
【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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