JP5376866B2

JP5376866B2 - 半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置

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Publication number: JP5376866B2
Application number: JP2008213800A
Authority: JP
Inventors: 利裕世古; 和之吉水
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2013-12-25
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Description

本発明は、半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置であって、特に、半田層による接合箇所を用いた半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置に関する。

従来から、成長基板上に形成された発光動作層がＡｕＳｎ（金錫）半田を介して支持基板に接合された構造を有する半導体発光装置が知られている。このような接合構造を有する半導体発光装置の１例として、図１に接合前の半導体発光装置の断面図を示す。図１に示されているように、支持基板１０１の表面上にＡｕ（金）層１０２、Ｔｉ（チタン）層１０３、Ｎｉ（ニッケル）層１０４及びＡｕＳｎ半田層１０５が、順次積層されている。また、成長基板１０６の表面上に、発光動作層１０７、ＡｕＺｎ（金及び亜鉛からなる合金）層１０８、ＴａＮ（窒化タンタル）層１０９、Ａｌ（アルミニウム）層１１０、Ｔａ（タンタル）層及びＡｕ層１１２が順次積層されている。Ａｕ層１１２とＡｕＳｎ半田層１０５とが対向しつつ密着させられ、その後にＡｕＳｎ半田層１０５が加熱及び冷却されることにより、ＡｕＳｎ半田層１０５が溶融及び固化する。かかる溶融及び固化によって、発光動作層１０７が形成された成長基板１０６がＡｕＳｎ半田層１０５を介して支持基板１０１に接合される。接合後、成長基板１０６はエッチングによって除去される。ＡｕＺｎ層１０８は、発光動作層１０７から放射される光を反射し、その光の取り出し効率を高める機能を有している。

近年においては、発光動作層１０７から放射される光をさらに効率良く反射するために、発光動作層１０７とＡｕＺｎ層１０８との間に反射絶縁層を形成した半導体発光装置の構造が提案されている（特許文献１を参照）。この反射絶縁層は、発光動作層１０７の電流分布の制御及び発光動作層１０７から放射される光を効率的に反射する観点から、ＳｉＯ_２（シリコン酸化膜）又は金属酸化膜が使用されている。
特開２００６−８６２０８号公報

上述した反射絶縁層を有する半導体発光装置においては、発光動作層の全面に上述した反射絶縁層が形成されず、選択的に開口部が設けられた反射層絶縁層が形成されている。この理由としては、この反射絶縁層の開口部に金属等の導電物質が埋め込まれることによって発光動作層とのオーミックコンタクトを取ることができ、かかるオーミックコンタクトによって発光動作層に向かって流れる電流の制御及び確保をすることができるからである。

上述したオーミックコンタクトを取るための反射絶縁層の開口部形成方法としては、発光動作層の全面に一旦形成された反射絶縁層上にフォトリソグラフィ技術によってパターンニングされたレジストが形成され、かかるレジストをマスクとして反射絶縁層にエッチングが施されることで開口部が形成される方法がある。その後、反射絶縁層上には所望の金属及び合金などの薄膜が蒸着法などによって形成され、発光動作層を含む成長基板がこの薄膜を介して支持基板に接合される。

しかしながら、蒸着法などによって反射絶縁層上に金属及び合金などの薄膜が形成されると、形成された薄膜の表面には反射絶縁層の開口部の段差に起因した凹凸が生じてしまう。このような薄膜の表面上に凹凸がある状態で支持基板に発光動作層を含む成長基板が接合されると、支持基板と成長基板との接合界面には当該凹凸による隙間が生じてしまう。更に、支持基板と成長基板との接合界面には、この隙間に起因するボイド（すなわち、空洞）が発生してしまう。かかる隙間によって発生したボイドは、間隙自身により毛細管現象が阻害され界面端部に吐き出さることがなく半導体発光装置内に残留、つまり、ボイドが接合界面の反射絶縁層の開口部内に対応する位置に残留してしまうため、半導体発光装置の性能低下（発光効率の低下）及び寿命の低下といった問題につながる。また、かかる隙間によって発生したボイドは、半田層の接合強度の低下といった問題につながる。

本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、発光動作層と支持基板との接合界面においてボイドの発生を抑制し、発光効率、寿命及び接合強度において優れた特性を有する半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置を提供する。

上述した課題を解決するために、本発明の半導体発光装置の製造方法は、成長基板上に発光動作層を形成する発光動作層形成工程と、発光動作層上に反射絶縁層を形成する反射絶縁層形成工程と、反射絶縁層に複数の開口部を形成する開口部形成工程と、複数の開口部の各々に埋め込まれたコンタクト部を形成するコンタクト部形成工程と、反射絶縁層及びコンタクト部上に電極層を形成する電極層形成工程と、電極層上に第１の接合金属層を形成する接合金属層形成工程と、表面に第２の接合金属層が形成された支持基板を準備する支持基板準備工程と、第１の接合金属層と第２の接合金属層とを溶融させて接合する接合工程と、を有し、コンタクト部形成工程は、コンタクト部の合計面積が反射絶縁層の面積より大きい場合において、コンタクト部の合計膜厚が反射絶縁層の合計膜厚よりも大きくなるように、コンタクト部の膜厚を調整することを特徴とする。
上述した課題を解決するために、本発明の半導体発光装置の製造方法は、成長基板上に発光動作層を形成する発光動作層形成工程と、発光動作層上に反射絶縁層を形成する反射絶縁層形成工程と、反射絶縁層に複数の開口部を形成する開口部形成工程と、複数の開口部の各々に埋め込まれたコンタクト部を形成するコンタクト部形成工程と、反射絶縁層及びコンタクト部上に電極層を形成する電極層形成工程と、電極層上に第１の接合金属層を形成する接合金属層形成工程と、表面に第２の接合金属層が形成された支持基板を準備する支持基板準備工程と、第１の接合金属層と第２の接合金属層とを溶融させて接合する接合工程と、を有し、コンタクト部形成工程は、コンタクト部の合計面積が反射絶縁層の面積より小さい場合において、コンタクト部の合計膜厚が反射絶縁層の合計膜厚よりも小さくなるように、コンタクト部の膜厚を調整することを特徴とする。

また、上述した課題を解決するために、本発明の半導体発光装置は、発光動作層と、発光動作層上に形成され、複数の開口部を含む反射絶縁層と、複数の開口部の各々に埋め込まれたコンタクト部と、反射絶縁層及びコンタクト部上に形成された電極層と、電極層上に第１の接合金属層を形成し、第１の接合金属層と支持基板上に形成された第２の接合金属層とを溶融させて電極層と支持基板間に形成された接合層と、を有し、コンタクト部の合計面積が反射絶縁層の面積より大きく、コンタクト部の合計膜厚が反射絶縁層の合計膜厚よりも大きいことを特徴とする。
上述した課題を解決するために、本発明の半導体発光装置は、発光動作層と、発光動作層上に形成され、複数の開口部を含む反射絶縁層と、複数の開口部の各々に埋め込まれたコンタクト部と、反射絶縁層及びコンタクト部上に形成された電極層と、電極層上に第１の接合金属層を形成し、第１の接合金属層と支持基板上に形成された第２の接合金属層とを溶融させて電極層と支持基板間に形成された接合層と、を有し、前記コンタクト部の合計面積が前記反射絶縁層の面積より小さく、前記コンタクト部の合計膜厚が前記反射絶縁層の合計膜厚よりも小さいことを特徴とする。

本発明の半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置によれば、発光動作層上に形成された反射絶縁層の複数の開口部に、当該複数の開口部を平坦化する厚さを有して埋め込まれたコンタクト部を形成することにより、発光動作層と支持基板との接合界面においてボイドの発生を抑制し、半導体発光装置の発光効率、寿命及び接合強度の低下を防止することができる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

先ず、図２乃至４を参照しつつ、本発明の実施例である半導体発光装置の構造について説明する。

図２は、半導体発光装置１０の断面図（図３の線２−２（一点鎖線で示す）における断面図）である。図２に示されているように、半導体発光装置１０は、第１のＰｔ（白金）層１１、支持基板１２、第２のＰｔ層１３、Ｔｉ（チタン）層１４、接合層１５、第１の電極層１６、第２の電極層１７、第３の電極層１８、第４の電極層１９、コンタクト部（コンタクト層）２０が複数箇所に埋めこまれた反射絶縁層２１及び発光動作層２２が順次積層された構造を有している。また、発光動作層２２上には、線状電極２３が形成されている。

支持基板１２は、例えば、ｎ型又はｐ型不純物を添加したシリコン（Ｓｉ）からなる基板である。添加する不純物の濃度は、例えば、ホウ素を３×１０^−１８ｃｍ^−３以上（比抵抗０．０２ｃｍ以下）である。なお、支持基板１２には、シリコン以外の熱伝導率の高い導電性材料、例えば銅（Ｃｕ）などが使用されても良い。第１のＰｔ層１１及び第２のＰｔ層１３は、オーミック電極として用いられるため、約２５ｎｍ（ナノメートル）以上の膜厚であることが望ましい。また、第１のＰｔ層１１及び第２のＰｔ層１３の仕事関数が支持基板１２の仕事関数よりも高いため、第１のＰｔ層１１と支持基板１２及び第２のＰｔ層１３と支持基板１２との良好なオーミックコンタクトが得られる。また、第１のＰｔ層１１は、外部と電気的接続をとるための電極として機能する。Ｔｉ層１４は、後述する第１のＳｎ吸収層の密着性を高める密着層として形成される。Ｔｉ層１４の膜厚は、例えば、約１５０ｎｍである。

接合層１５は、後述するＡｕＳｎ半田層、第１及び第２のＡｕ層並びにＮｉからなる第１及び第２のＳｎ吸収層の熱圧着によって形成されたＡｕＳｎＮｉの合金からなる層である。

第１の電極層１６、第２の電極層１７及び第３の電極層１８は、金属原子の拡散を防止するバリア層として形成されている。これらの３つの層の膜厚は、例えば、１００ｎｍである。また、第１の電極層１６及び第３の電極層１８は、ＴａＮ（窒化タンタル）が堆積された層であり、第２の電極層はＴｉＷ（チタン−タングステン合金）が堆積された層である。なお、第１乃至第３の電極は、上記金属に限られることはなく、接合層を構成する材料や発光動作層２２に直接的に接続された電極層の材料などに応じて適宜変更することが可能である。

第４の電極層１９は、発光動作層２２から入射した光を反射絶縁層２１との界面で効率よく反射することができることが望ましい。また、第４の電極層１９は、コンタクト部２０との密着性が良好である材料により形成されることが望ましい。例えば、第４の電極層１９は、ＡｕＺｎ（金及び亜鉛からなる合金）により形成された層である。また、第４の電極層１９の膜厚は、例えば、２００ｎｍである。

反射絶縁層２１は、発光動作層２２の接合層１５側に形成され、複数の開口部を有している。この開口部には、発光動作層２２とオーミックコンタクトを取るためのコンタクト部２０が埋め込まれている。コンタクト部２０の膜厚は、反射絶縁層２１の開口部（凹部）を平坦化する厚さである。なお、コンタクト部２０の膜厚は、反射絶縁層２１の膜厚と同一であることが望ましく、例えば、約１００ｎｍである。また、反射絶縁層２１の開口部の開口面積を小さくし、発光動作層２２の反射絶縁層２１の形成面（発光動作層２２の表面）の大部分が反射絶縁層２１によって覆われていることが望ましい。これは、発光動作層２２から発生する光を効率良く線状電極２３が設けられた表面側から放出させ、半導体発光装置１０の発光効率を上げるためである。

上述したような膜厚のコンタクト部２０が複数の開口部の各々に埋め込まれていることにより、反射絶縁層２１の開口部の段差が解消され、開口部が平坦化される。また、反射絶縁層２１の開口部が平坦化されることにより、反射絶縁層２１上に形成される第１の電極層１６、第２の電極層１７、第３の電極層１８が平坦に形成される。更に、上述した複数の層が平坦に形成されることにより、溶融及び固化によって接合層１５となる複数の金属層（後述するＡｕＳｎ半田層、Ａｕ層及びＳｎ吸収層）も平坦に形成される。これによって後述するＡｕＳｎ半田層による接合時の接合界面における隙間が無くなり、接合層１５内のボイドの発生を抑制することができ、特に反射絶縁層２１の開口部内に対応する位置におけるボイドの残留を抑制することができる。反射絶縁層２１は、例えば、ＳｉＯ_２（シリコン酸化膜）である。また、コンタクト部２０は、第４の電極層１９との密着性の観点から第４の電極層１９と同一のＡｕＺｎからなる層である。なお、反射絶縁層２１は金属酸化膜からなる層であっても良く、コンタクト部２０は第４の電極層１９とは異なるＡｕＺｎ層に他の金属層を積層した多層構造であっても良い。

なお、コンタクト部２０と反射絶縁層２１との膜厚は完全に同一ではなく、約５０ｎｍ以内の差があっても良い。このような場合において、例えば、コンタクト部２０の合計面積が反射絶縁層２１の面積より大きい場合には、コンタクト部２０の合計膜厚が反射絶縁層２１の合計膜厚よりも大きくなるようにコンタクト部２０の膜厚を調整しても良い。また、コンタクト部２０の合計面積が反射絶縁層２１の面積より小さい場合には、コンタクト部２０の合計膜厚が反射絶縁層２１の合計膜厚よりも小さくなるようにコンタクト部２０の膜厚を調整しても良い。このような条件を満足することができれば、後述するＡｕＳｎ半田層による接合時の接合界面における隙間が無くなり、接合層１５内のボイドの発生を抑制することができる。

発光動作層２２は、エピタキシャル成長によって成長基板上に複数の半導体層が積層された構造である。例えば、発光動作層２２は、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムガリウムインジウムリン）系化合物半導体からなり、井戸層及び障壁層を含む多重量子井戸構造を有する層である。また、発光動作層２２は、ホモｐｎ接合構造、ダブルヘテロ構造又はシングルヘテロ構造を有する層であっても良い。更に、発光動作層２２は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とで挟まれた構造であっても良い。また、発光動作層２２は、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）系化合物半導体からなる層であっても良い。本実施例においては、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる層として説明する。

線状電極２３は、例えば、Ａｕを用いて形成された電極である。なお、線状電極２３は、Ａｕ以外にもＧｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ若しくはＮｉ又はこれらの合金から構成された電極であっても良い。

次に、図３を参照しつつ発光動作層２２上に形成された線状電極２３とコンタクト部２０の位置関係について説明をする。

図３は、半導体発光装置１０の平面図である。図３に示されているように、発光動作層２２上の中央にはボンディングパッド３１が形成されている。また、発光動作層２２上には、ボンディングパッド３１に電気的に接続された格子状の線状電極２３が形成されている。線状電極２３は、半導体発光装置１０の縁部から所定の距離だけ離間して形成された枠部２３ａと、枠部２３ａの各辺の中央からボンディングパッド３１に向かって伸びる接続部２３ｂから構成されている。このような線状電極２３の形状によって、発光動作層２２の表面領域が矩形状の４つの区画２２ａ〜２２ｄに分けられる。なお、線状電極２３及びボンディングパッド３１から外部接続電極が構成されている。

線状電極２３によって形成された４つの区画２２ａ〜２２ｄの各中央部に対応した反射絶縁層２１内にコンタクト部２０が形成されている。線状電極２３及びボンディングパッド３１は、コンタクト部２０に対応する領域を囲むように発光動作層２２上に形成されている。すなわち、コンタクト部２０は、反射絶縁層２１内の線状電極２３及びボンディングパッド３１とは対向していない。また、コンタクト部２０は、ボンディングパッド３１を中心軸として対称となる位置に形成されることが望ましい。このようなコンタクト部２０、線状電極２３及びボンディングパッド３１の位置関係によって、発光動作層２２から発生する光が遮られることがないため、発光動作層２２から発生する光を効率良く外部に放出することが可能になる。すなわち、このような位置関係によって半導体発光装置１０の発光効率が向上される。

また、コンタクト部２０、線状電極２３及びボンディングパッド３１の位置関係は図４に示される関係であっても良い。図４に示されているように、線状電極２３の枠部２３ａの４つの頂点部分からボンディングパッド３１に向かって、線状電極２３の接続部２３ｂが形成されている。このような線状電極２３の形状によって、発光動作層２２の表面領域が三角形状の４つの区画２２ｅ〜２２ｈに分けられる。線状電極２３によって形成された４つの区画２２ｅ〜２２ｆの各中央部に対応した反射絶縁層２１内にコンタクト部２０が形成されている。このようなコンタクト部２０、線状電極２３及びボンディングパッド３１の位置関係によって、コンタクト部２０が線状電極２３及びボンディングパッド３１に対向することが無くなるため、発光動作層２２から発生する光が遮られることなく効率良く外部に放出される。

次に、図５乃至図９を参照しつつ、本実施例である半導体発光装置１０の製造方法について説明する。

先ず、成長基板としてＧａＡｓ基板５１が準備される（図５（ａ））。続いて、準備されたＧａＡｓ基板５１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）により、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体からなる発光動作層２２が形成される（図５（ｂ））。成長条件は、例えば、成長温度が約摂氏７００度、成長圧力が約１０ｋＰａ（キロパスカル）である。また、材料ガスとしては、ＰＨ_３（フォスフィン）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）及びＴＭＩ（トリメチルインジウム）が使用される。

次に、化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）によって発光半導体層１８上に、ＳｉＯ_２からなる反射絶縁層２１が形成される（図５（ｃ））。その後、反射絶縁層２１上にレジスト５２が塗布される。続いて、フォトリソグラフィによってレジスト５２をパターンニングする。更に、パターンニングしたレジストをマスクとしてエッチングを行い、反射絶縁層２１に複数の開口部５３が形成される（図５（ｄ））。開口部５３によって発光動作層２２が部分的に露出することになる。なお、レジスト５２と反射絶縁層２１と界面に隙間が生じるようなオーバーエッチングを防止すべく、エッチング時間が精密に制御される必要がある。

次に、反射絶縁層２１上にレジスト５２を残したまま、スパッタリングによって露出した発光動作層２２及びレジスト５２上にＡｕＺｎ層５４が堆積される（図５（ｅ））。ＡｕＺｎ層５４は、開口部５３（凹部）を平坦化する厚さを有し、開口部５３にその一部（コンタクト部２０）が埋め込まれる。なお、ＡｕＺｎ層５４の膜厚は、反射絶縁層２１の膜厚と同一にすることが望ましい。このような膜厚調整によって反射絶縁層２１と開口部５３との間の段差が解消され、開口部５３が平坦化される。なお、ＡｕＺｎ層５４は抵抗加熱蒸着又は電子ビーム蒸着によって堆積されても良い。本工程においては、反射絶縁層２１のエッチングのマスクとして使用されるレジスト５２が残された状態においてＡｕＺｎ層５４が堆積されるため、エッチングによって形成された開口部５３を正確に埋め込むことができる。また、再度のフォトリソグラフィを用いたマスク形成工程が不要となる利点もある。

次に、反射絶縁層２１上に残ったレジスト５２及びレジスト５２上のＡｕＺｎ層５４が除去される（図５（ｆ））。これによって開口部５３を埋め込むコンタクト部２０（ＡｕＺｎ層５４）の形成が完了する。なお、開口部５３にＡｕＺｎかなるコンタクト部２０が埋め込まれているため、反射絶縁層２１の表面は平坦であり、その後に形成される複数の層（具体的には、第１の電極層１６、第２の電極層１７、第３の電極層１８、後述する第１のＳｎ吸収層及び後述する第１のＡｕ層）も平坦に形成される。これにより、後述するＡｕＳｎ半田層による接合時の接合界面における隙間が無くなり、接合層１５内のボイドの発生を抑制することができる。

なお、コンタクト部２０と反射絶縁層２１との膜厚は完全に同一ではなく、約５０ｎｍ以内の差があっても良い。このような場合においは、コンタクト部２０の合計膜厚が反射絶縁層２１の合計膜厚よりも大きくなるようにコンタクト部２０の膜厚を調整しても良い。また、コンタクト部２０の合計面積が反射絶縁層２１の面積より小さい場合には、コンタクト部２０の合計膜厚が反射絶縁層２１の合計膜厚よりも小さくなるようにコンタクト部２０の膜厚を調整しても良い。

次に、スパッタリングによってコンタクト部２０及び反射絶縁層２１上に、ＡｕＺｎからなる第４の電極層１９が形成される（図６（ａ）。）なお、第４の電極層１９は、抵抗加熱蒸着又は電子ビーム蒸着によって形成されも良い。続いて、反応性スパッタリングによってＡｕＺｎからなる第４の電極層１９上に、ＴａＮからなる第３の電極層１８が形成される。その後、第３の電極層１８が形成されたＧａＡｓ基板５１に、窒素雰囲気下であって約５００℃の状態で熱処理が施される。この熱処理により、発光動作層２２とコンタクト部２０とが合金化し、良好なオーミックコンタクトが得られる。続いて、反応性スパッタリングによって第３の電極層１８上に、ＴｉＷからなる第２の電極層１７及びＴａＮからなる第１の電極層１６が順次形成される（図６（ｂ））。

次に、スパッタリングによって第１の電極層１６上に、Ｎｉからなる第１のＳｎ吸収層（半田吸収層）６１が形成される（図６（ｃ））。なお、第１のＳｎ吸収層６１は、電子ビーム蒸着によって形成されても良い。また、第１のＳｎ吸収層６１は、後述するＡｕＳｎ半田層の溶融時におけるボールアップを抑制する観点から、ＡｕＳｎ半田層に対する濡れ性が高いことが望ましい。以上のような観点から本実施例においては、第１のＳｎ吸収層６１はＮｉからなる層としているが、Ｎｉ層以外にもＰｔ又はＰｄ（パラジウム）からなる層であっても良い。また、Ｎｉからなる第１のＳｎ吸収層６１の膜厚は、接合界面におけるボイドの残留を防止する観点から、約１５０ｎｍ以上であることが望ましい。

次に、スパッタリングによって第１のＳｎ吸収層６１上に、濡れ性向上層である第１のＡｕ層６２が形成される（図６（ｄ））。第１のＡｕ層６２は、後述するＡｕＳｎ半田層に対する濡れ性を高めるために形成されている。また、第１のＳｎ吸収層６１がＮｉからなる層である本実施例においては、第１のＡｕ層６２はＮｉ層（すなわち、第１のＳｎ吸収層６１）の酸化を防止する。第１のＡｕ層６２の膜厚は、例えば、約３０ｎｍである。本工程の終了により、半導体発光部６０の形成が完了する。なお、第１のＳｎ吸収層６１及び第１のＡｕ層６２を総称して、第１の接合金属層と称する。

次に、ホウ素を３×１０^−１８ｃｍ^−３以上（比抵抗０．０２ｃｍ以下）が添加されたシリコンからなる支持基板１２が準備される（図７（ａ））。次に、スパッタリングによって支持基板１２の両面に、第１のＰｔ層１１及び第２のＰｔ層１３が形成される（図７（ｂ））。なお、第１のＰｔ層１１及び第２のＰｔ層１３は抵抗加熱蒸着又は電子ビーム蒸着などの蒸着法によって形成されても良い。

次に、スパッタリングによって第２のＰｔ層１３上に、Ｔｉ層１４が形成される。更に、スパッタリングによってＴｉ層１４上に、Ｎｉからなる第２のＳｎ吸収層７１が形成される（図７（ｃ））。なお、Ｔｉ層１４及び第２のＳｎ吸収層７１は、電子ビーム蒸着によって形成されても良い。また、第２のＳｎ吸収層７１、後述するＡｕＳｎ半田層の溶融時におけるボールアップを抑制する観点から、ＡｕＳｎ半田層に対する濡れ性が高いことが望ましい。以上のような観点から本実施例においては、第２のＳｎ吸収層７１はＮｉからなる層としているが、Ｎｉ層以外にもＰｔ又はＰｄ（パラジウム）からなる層であっても良い。また、Ｎｉからなる第２のＳｎ吸収層７１の膜厚は、ＡｕＳｎ半田層に対する濡れ性を高め且つボールアップを抑制する観点から、約１００ｎｍ以上であることが望ましい。更に、接合界面全体にボイドが残らないように、溶融半田（後述するＡｕＳｎ半田層）の固化する速度を調整する観点及び後述するＡｕＳｎ半田層を再溶融しにくくするために、第１のＳｎ吸収層６１と第２のＳｎ吸収層７１との合計膜厚（すなわち、Ｎｉの合計膜厚）が、ＡｕＳｎ半田層の膜厚の０．４倍以上となるように、第１のＳｎ吸収層６１及び第２のＳｎ吸収層７１の膜厚を調整することが望ましい。

次に、スパッタリングによって第２のＳｎ吸収層７１上に、濡れ性向上層として第２のＡｕ層７２が形成される。更に、スパッタリングによって第２のＡｕ層７２上にＡｕＳｎ半田層７３が形成される（図７（ｄ））。第２のＡｕ層７２は、ＡｕＳｎ半田層７３に対する濡れ性を高めるために形成されている。また、第２のＳｎ吸収層７１がＮｉからなる層である本実施例においては、第２のＡｕ層７２はＮｉ層（すなわち、第２のＳｎ吸収層７１）の酸化を防止する。第２のＡｕ層７２膜厚は、例えば、約３０ｎｍである。また、ＡｕＳｎ半田層７３のＡｕとＳｎとの組成比は、重量比で約８：２、原子数比で約７：３である。また、ＡｕＳｎ半田層７３の膜厚は、例えば、約６００ｎｍである。なお、ＡｕＳｎ半田層７３に添加物を加えたものを半田層として形成しても良い。本工程の終了により、支持体部７０の形成が完了する。なお、第２のＳｎ吸収層７１、第２のＡｕ層７２及びＡｕＳｎ半田層７３を総称して第２の接合金属層と称する。

次に、半導体発光部６０の第１のＡｕ層６２と支持体部７０のＡｕＳｎ半田層７３とが対向した状態で密着される。その後、密着した半導体発光部６０及び支持体部７０が窒素雰囲気下で熱圧着される（図８）。熱圧着の条件は、例えば、圧力が約１ＭＰａ（メガパスカル）、温度が３２０℃〜３７０℃、圧着時間が約１０分間である。この熱圧着によって、ＡｕＳｎ半田層７３が溶融し、第１のＡｕ層６２及び第２のＡｕ層７２のＡｕ並びに第１のＳｎ吸収層６１及び第２のＳｎ吸収層７１のＮｉが、溶融しているＡｕＳｎ半田層７３に溶解する。更に、第１のＡｕ層６２、第２のＡｕ層７２及びＡｕＳｎ半田層７３のＡｕ及びＳｎが、第１のＳｎ吸収層６１及び第２のＳｎ吸収層７１に拡散して吸収される。更に、溶融したＡｕＳｎ半田層７３が固化することにより、ＡｕＳｎＮｉかなる接合層１５が形成される（図９）。

上述した工程において、第１のＳｎ吸収層６１及び第２のＳｎ吸収層７１は、加熱によって溶融された状態のＡｕＳｎ半田層７３からＳｎを吸収する。また、第１のＳｎ吸収層６１及び第２のＳｎ吸収層７１は、固化後のＡｕＳｎ半田層７３のＳｎの組成比を溶融前のＡｕＳｎ半田層７３のＳｎの組成比よりも小さくする性質を有している。これにより、ＡｕＳｎ半田層７３の融点が上昇するため、ＡｕＳｎ半田層７３が再溶融しにくくなる。ＡｕＳｎ半田層７３に用いられるＡｕＳｎ半田（原子数組成比でＡｕ：Ｓｎ＝７：３）の融点は約２８０℃であり、ＡｕとＳｎとの組成比がいずれの方向にずれても、融点が上昇する。特に、Ａｕの組成比が大きくなる方向にずれると、融点の上昇傾向が急峻になる。第１のＡｕ層６２及び第２のＡｕ層７２がＡｕＳｎ半田層７３と比較して相対的に厚くなると、ＡｕＳｎ半田層７３が溶融したときに、第１のＡｕ層６２及び第２のＡｕ層７２内のＡｕ原子が、溶融しているＡｕＳｎ半田層７３内に溶解し、その部分のＡｕの組成比が高くなる。このため、ＡｕＳｎ半田層７３の固加速度が速くなり、接合界面に発生した気泡が接合界面の外に吐き出される前にＡｕＳｎ半田層７３が固化してしまう。これにより、ボイドが発生すると考えられる。第１のＡｕ層６２及び第２のＡｕ層７２が薄い場合には、第１のＡｕ層６２及び第２のＡｕ層７２が溶融しているＡｕＳｎ半田層７３内に溶解することによるＡｕの組成比の上昇は支配的でなく、Ｓｎが第１のＳｎ吸収層６１及び第２のＳｎ吸収層７１に吸収されることによるＡｕの組成比の上昇が支配的になる。Ｓｎが、第１のＳｎ吸収層６１及び第２のＳｎ吸収層７１に吸収される速度は緩やかであるため、溶融しているＡｕＳｎ半田層７３内のＡｕの組成比の上昇も緩やかになる。このため、ＡｕＳｎ半田層７３が固化するまでの時間が長くなる。接合界面に発生した気泡が、接合界面の端部まで移動し、外部に吐き出されるまでの時間が確保されることにより、ボイドの発生が防止されると考えられる。第１のＡｕ層６２と第２のＡｕ層７２の合計膜厚を、ＡｕＳｎ半田層７３の膜厚の０．３９倍以下とすることにより、気泡の残留を抑え、十分な密着性を確保することができる。

次に、アンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いたウエットエッチングにより、ＧａＡｓ基板５１が除去される。ＧａＡｓ基板５１が除去されることにより、発光動作層２２の表面が露出する。なお、ＧａＡｓ基板５１の除去は、ドライエッチング、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）、機械的研削などによって行われても良い。続いて、発行動作層２２とオーミック接合をする線状電極２３及びボンディングパッド３１が、発光動作層２２上に形成される。線状電極２３及びボンディングパッド３１が接触する発光動作層２２の表面にｎ型ＡｌＧａＩｎＰが露出している場合には、線状電極２３及びボンディングパッド３１にＡｕＳｎＮｉ、ＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＳｎ又はＡｕＧｅを用いることができる。線状電極２３及びボンディングパッド３１は、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着、スパッタリング等による成膜と、リフトオフ法とによって所望の形状に形成される。所望の形状とは、例えば、図１０に示されているような格子状の線状電極２３と、線状電極の中心部に位置する円状のボンディングパッド３１である。その後、線状電極２３及びボンディングパッド３１に窒素雰囲気下であって約４００℃の状態で熱処理が施される。この熱処理により、発光動作層２２と線状電極２３及びボンディングパッド３１とが合金化し、良好なオーミックコンタクトが得られる。本工程の終了により、半導体発光装置１０が完成する（図１１）。

図１２に上述した製造方法により得られた半導体発光装置１０の接合界面近傍の断面写真を示す。図１２に示されているように、開口部に対応する領域にボイドの存在がない良好な接合界面を有する半導体発光装置１０が得られたことがわかる。なお、反射絶縁層２１とその開口部との境界領域に存在するごくわずかなボイドは、反射絶縁層２１がオーバーエッチングされた際にレジスト下部に生じた隙間によって発生したものである。狭い領域におけるごくわずかなボイドは、接合強度や半導体発光装置の性能低下の問題を引き起こすことは無く、エッチング時間の精密な制御により無くすことができる。

図１３に、図１２の比較例１として、反射絶縁層の開口部を平坦化する厚さのコンタクト部を形成する工程を省略した製造方法によって製造された半導体発光装置の接合界面近傍の断面写真を示す。図１３に示されているように、図１３に示された半導体発光装置では、接合界面において開口部に対応する領域にボイドが残留していることがわかる。

図１２と図１３の断面写真におけるボイドの面積を比較すると、本発明の半導体発光装置１０のボイドの面積は、比較例１の半導体発光装置のボイドの面積の１８分の１であった。

なお、反射絶縁層の開口部を平坦化する厚さのコンタクト部を形成する工程、及びＳｎ吸収層（半田吸収層）を形成する工程を省いた製造方法による比較例２の半導体発光装置は、接合界面において、全体にボイドが残留し、開口部に対応する領域に多くのボイドが残留していた。

なお、上述した製造方法においてＡｕＳｎ半田層７３が支持体部７０側のみに形成されていたが、半導体発光部６０、すなわち、第１のＡｕ層６２上にのみＡｕＳｎ半田層７３が形成されても良く、半導体発光部６０及び支持体部７０の両部に形成されても良い。また、半導体発光部６０及び支持体部７０は、第１のＡｕ層６２及び第２のＡｕ層７２を含まない構造であっても良い。

以上のように、本発明の半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置１０によれば、発光動作層２２上に形成された反射絶縁層２１の複数の開口部５３に、開口部５３を平坦化する厚さを有して埋め込まれたコンタクト部２０を形成することにより、発光動作層２２と支持基板１２との接合界面においてボイドの発生を抑制し、半導体発光装置１０の発光効率、寿命及び接合強度の低下を防止することができる。

従来の半導体発光装置の接合前の断面図である本発明の実施例としての半導体発光装置の断面図である。本発明の実施例としての半導体発光装置の正面図である。本発明の実施例としての半導体発光装置の正面図である。本発明の実施例としての半導体発光装置の各製造工程における断面図である。本発明の実施例としての半導体発光装置の各製造工程における断面図である。本発明の実施例としての半導体発光装置の各製造工程における断面図である。本発明の実施例としての半導体発光装置の各製造工程における断面図である。本発明の実施例としての半導体発光装置の各製造工程における断面図である。本発明の実施例としての半導体発光装置の各製造工程における正面図である。本発明の実施例としての半導体発光装置の各製造工程における断面図である。本発明の実施例である製造方法により得られた半導体発光装置の接合界面近傍の断面写真である。従来の製造方法により得られた半導体発光装置の接合界面近傍の断面写真である。

符号の説明

１０半導体発光装置
１２支持基板
１５接合層
１９第４の電極層（ＡｕＺｎ）
２０コンタクト部（ＡｕＺｎ）
２１反射絶縁層（ＳｉＯ_２）
２２発光動作層（ＡｌＧａＩｎＰ）
２３線状電極
３１ボンディングパッド
６０半導体発光部
６１第１のＳｎ吸収層
６２第１のＡｕ層
７０支持体部
７１第２のＳｎ吸収層
７２第２のＡｕ層
７３ＡｕＳｎ半田層

Claims

半導体発光装置の製造方法であって、
成長基板上に発光動作層を形成する発光動作層形成工程と、
前記発光動作層上に反射絶縁層を形成する反射絶縁層形成工程と、
前記反射絶縁層に複数の開口部を形成する開口部形成工程と、
前記複数の開口部の各々に埋め込まれたコンタクト部を形成するコンタクト部形成工程と、
前記反射絶縁層及び前記コンタクト部上に電極層を形成する電極層形成工程と、
前記電極層上に第１の接合金属層を形成する接合金属層形成工程と、
表面に第２の接合金属層が形成された支持基板を準備する支持基板準備工程と、
前記第１の接合金属層と前記第２の接合金属層とを溶融させて接合する接合工程と、を有し、
前記第１の接合金属層及び前記第２の接合金属層のいずれかはＡｕＳｎ半田層を含み、
前記コンタクト部形成工程は、前記コンタクト部の合計面積が前記反射絶縁層の面積より大きい場合において、前記コンタクト部の合計膜厚が前記反射絶縁層の合計膜厚よりも５０ｎｍの範囲内で大きくなるように、前記コンタクト部の膜厚を調整することを特徴とする製造方法。
半導体発光装置の製造方法であって、
成長基板上に発光動作層を形成する発光動作層形成工程と、
前記発光動作層上に反射絶縁層を形成する反射絶縁層形成工程と、
前記反射絶縁層に複数の開口部を形成する開口部形成工程と、
前記複数の開口部の各々に埋め込まれたコンタクト部を形成するコンタクト部形成工程と、
前記反射絶縁層及び前記コンタクト部上に電極層を形成する電極層形成工程と、
前記電極層上に第１の接合金属層を形成する接合金属層形成工程と、
表面に第２の接合金属層が形成された支持基板を準備する支持基板準備工程と、
前記第１の接合金属層と前記第２の接合金属層とを溶融させて接合する接合工程と、を有し、
前記第１の接合金属層及び前記第２の接合金属層のいずれかはＡｕＳｎ半田層を含み、
前記コンタクト部形成工程は、前記コンタクト部の合計面積が前記反射絶縁層の面積より小さい場合において、前記コンタクト部の合計膜厚が前記反射絶縁層の合計膜厚よりも５０ｎｍの範囲内で小さくなるように、前記コンタクト部の膜厚を調整することを特徴とする製造方法。
前記コンタクト部形成工程及び前記電極層形成工程において、前記コンタクト部及び前記電極層は同一材料から形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
半導体発光装置であって、
発光動作層と、
前記発光動作層上に形成され、複数の開口部を含む反射絶縁層と、
前記複数の開口部の各々に埋め込まれたコンタクト部と、
前記反射絶縁層及び前記コンタクト部上に形成された電極層と、
前記電極層上に第１の接合金属層を形成し、前記第１の接合金属層と支持基板上に形成された第２の接合金属層とを溶融させて前記電極層と前記支持基板間に形成された接合層と、を有し、
前記第１の接合金属層及び前記第２の接合金属層のいずれかはＡｕＳｎ半田層を含み、
前記コンタクト部の合計面積が前記反射絶縁層の面積より大きく、前記コンタクト部の合計膜厚が前記反射絶縁層の合計膜厚よりも５０ｎｍの範囲内で大きいことを特徴とする半導体発光装置。
半導体発光装置であって、
発光動作層と、
前記発光動作層上に形成され、複数の開口部を含む反射絶縁層と、
前記複数の開口部の各々に埋め込まれたコンタクト部と、
前記反射絶縁層及び前記コンタクト部上に形成された電極層と、
前記電極層上に第１の接合金属層を形成し、前記第１の接合金属層と支持基板上に形成された第２の接合金属層とを溶融させて前記電極層と前記支持基板間に形成された接合層と、を有し、
前記第１の接合金属層及び前記第２の接合金属層のいずれかはＡｕＳｎ半田層を含み、
前記コンタクト部の合計面積が前記反射絶縁層の面積より小さく、前記コンタクト部の合計膜厚が前記反射絶縁層の合計膜厚よりも５０ｎｍの範囲内で小さいことを特徴とする半導体発光装置。