金属被膜Ｓｉ基板ならびに接合型発光素子およびその製造方法
【課題】素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散することのない金属被膜Ｓｉ基板、ならびに、この金属被膜Si基板を用いた接合型発光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを有する金属被膜Ｓｉ基板において、上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体を介挿させ、前記ＴａＮ層の厚さが３０ｎｍ超えで、かつ前記Ｗ層の厚さが２００ｎｍ未満であることを特徴とする。
【解決手段】Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを有する金属被膜Ｓｉ基板において、上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体を介挿させ、前記ＴａＮ層の厚さが３０ｎｍ超えで、かつ前記Ｗ層の厚さが２００ｎｍ未満であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属被膜Ｓｉ基板ならびにこの金属被膜Ｓｉ基板を用いて形成された接合型発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子は、一般に、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を含む半導体積層体を一対の電極で挟んで構成される。接合型発光素子は、例えば、サファイア等の成長基板上に、リフトオフ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、ｐ型オーミック電極を積層後、ｐ型オーミック電極側に、所定の金属層を介して例えばＳｉ基板からなる下地基板を接合し、その後、上記リフトオフ層を除去することによって半導体積層体からサファイア基板を剥離し、これにより露出したｎ型半導体層にｎ側電極を形成することにより製造することができる。ここで、上記金属層は、一般に、ｐ型オーミック電極側に予め形成しておいたＡｕ含有層と、下地基板側に予め形成しておいたＡｕ含有層とを熱圧着することにより形成される。
【０００３】
ところで、Ｓｉ（シリコン）とＡｕ（金）とは約３７０℃に共晶点を有するため、上述した素子の製造過程における熱処理により、ＳｉとＡｕとが共晶反応してしまい、Ａｕが薄化し、接合強度が悪化するおそれがある。そのため、特許文献１には、支持基板とＡｕ層との間に、下地基板と後述するＰｔ（プラチナ）層との密着性を高めるためのＴｉ（チタン）層およびＡｕがＴｉ層に拡散するのを防止するためのＰｔ層を介在させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、下地基板とＡｕ含有層との間に、オーミックコンタクトを得るためのＰｔ層、Ｐｔ層と後述するＮｉ（ニッケル）層との密着性を高めるためのＴｉ層およびＡｕがＴｉ層に拡散するのを防止するためのＮｉ層を介在させる技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、これら技術によっても、ｎ側電極のオーミック接合に必要な、例えば５００℃のような共晶点を超える温度条件で熱処理を施した場合には、Ａｕの拡散を十分に防止できず、金属層としてのＡｕ層が薄化ひいては消失することにより、接合強度の低下、抵抗値の悪化およびオーミックの悪化等の問題が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３２４６８５号公報
【特許文献２】特開２００６−８６３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散することのない金属被膜Ｓｉ基板と、この金属被膜Ｓｉ基板を用いた接合型発光素子およびその製造方法と共に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
さて、本発明者らは、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散するのを防止すべく、新たな拡散防止積層体を形成することに想い至り、かかる拡散防止積層体として有用な材料の開発を試みた。その結果、拡散防止積層体としてＴａＮ（窒化タンタル）層を用いるのが有効であることがわかったが、Ａｕの拡散を防止するのには未だ十分ではなかった。次に、その改善を試みたところ、拡散防止積層体を、ＴａＮ層およびＷ（タングステン）層またはＴａＮ層およびＣｕ（銅）層で構成することが、所期した目的を達成する上で極めて有効であることの知見を得た。
【０００９】
本発明は、上記の知見に立脚するもので、その要旨構成は以下の通りである。
（１）Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを少なくとも有する金属被膜Ｓｉ基板において、上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層を含む拡散防止積層体を具え、前記ＴａＮ層の厚さが３０ｎｍ超えで、かつ前記Ｗ層の厚さが２００ｎｍ未満であることを特徴とする金属被膜Ｓｉ基板。
【００１０】
（２）前記拡散防止積層体は、前記初期積層体上にＷ層およびＴａＮ層を順に積層してなる上記（１）に記載の金属被膜Ｓｉ基板。
【００１１】
（３）Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを少なくとも有する金属被膜Ｓｉ基板において、上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、上記初期積層体側から、ＴａＮ層およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体を具えたことを特徴とする金属被膜Ｓｉ基板。
【００１２】
（４）上記（１）、（２）または（３）に記載の金属被膜Ｓｉ基板の第１金属層上に、半導体積層構造体を接合したことを特徴とする接合型発光素子。
【００１３】
（５）Ｓｉ基板上に半導体積層構造体を有するバーチカル型発光素子において、前記Ｓｉ基板と前記半導体積層構造体の間に、前記Ｓｉ基板側から順に、少なくとも、接着層およびＰｔ層を有する初期積層体と、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む金属層とを具える接合型発光素子。
【００１４】
（６）Ｓｉ基板上に半導体積層構造体を有する接合型発光素子において、前記Ｓｉ基板と前記半導体積層構造体の間に、前記Ｓｉ基板側から順に、少なくとも、接着層およびＰｔ層を有する初期積層体と、拡散防止積層体としてのＴａＮ層およびＣｕ層と、Ａｕを含む金属層とを具える接合型発光素子。
【００１５】
（７）成長用基板上に、リフトオフ層と、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を有する半導体積層構造体と、ｐ型オーミック電極と、第２金属層とを順に形成する工程と、Ｓｉ基板上に、接着層およびＰｔ層で構成される第１初期積層体と、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む第１金属層とを順に形成する工程と、上記第１金属層と上記第２金属層とを接合する工程と、上記リフトオフ層を除去することにより上記成長用基板を上記ｎ型半導体層から剥離する工程と、上記剥離により露出した上記ｎ型半導体層上にｎ側電極を形成し、該ｎ側電極に熱処理を施す工程とを具えることを特徴とする接合型発光素子の製造方法。
【００１６】
（８）成長用基板上に、リフトオフ層と、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を有する半導体積層構造体と、ｐ型オーミック電極と、第２金属層とを順に形成する工程と、Ｓｉ基板上に、接着層およびＰｔ層で構成される第１初期積層体と、該第１初期積層体上にＴａＮ層およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む第１金属層とを順に形成する工程と、上記第１金属層と上記第２金属層とを接合する工程と、上記リフトオフ層を除去することにより上記成長用基板を上記ｎ型半導体層から剥離する工程と、上記剥離により露出した上記ｎ型半導体層上にｎ側電極を形成し、該ｎ側電極に熱処理を施す工程とを具えることを特徴とする接合型発光素子の製造方法。
【００１７】
（９）前記熱処理は、５００℃以上で行われる上記（７）または（８）に記載の接合型発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、初期積層体とＡｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層またはＴａＮ層およびＣｕ層からなる拡散防止積層体を介挿させることにより、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散することのない金属被膜Si基板を得ることができる。また、本発明によれば、上記の金属被膜Si基板を用いることにより、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散しないため、接合強度が高く、抵抗値が小さく、さらに、オーミック接触が良好な接合型発光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に従う金属被膜Ｓｉ基板の模式的断面図を示す。
【図２】図２(a),(b)は、拡散防止積層体が、Si基板側からTaN層とCu層とを順に形成してなる金属被膜Si基板の熱処理前と後の積層構造をそれぞれ示すグラフである。
【図３】図３(a),(b)は、拡散防止積層体が、Si基板側からＷ層とTaN層とを順に形成してなる金属被膜Si基板の熱処理前と後の積層構造をそれぞれ示すグラフである。
【図４】図４は、本発明に従う接合型発光素子の模式的断面図を示す。
【図５】図５は、本発明に従う接合型発光素子の製造方法のフローを模式的に示す。
【図６】図６(a),(b)は金属皮膜Si基板の表面に混食が無い状態および表面に混食が有る状態をそれぞれ示す金属顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の金属被膜Ｓｉ基板の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に従う金属被膜Ｓｉ基板１の模式的断面を示したものである。金属被膜Ｓｉ基板１は、Ｓｉ基板２と、このＳｉ基板２上に順に形成された、接着層３およびＰｔ層４で構成される初期積層体５と、この初期積層体５上に形成された、Ａｕを含む第１金属層６とを具えているが、この初期積層体５とＡｕを含む第１金属層６との間に、ＴａＮ層７およびＷ層８からなる拡散防止積層体１０を介挿させたことが本発明の特徴である。かかる構成とすることにより、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、第１金属層６のＡｕがＳｉ基板２に拡散することを防止することができるのである。
なお、図１では、拡散防止積層体１０が、初期積層体５上にＴａＮ層７およびＷ層８を順に積層してなる場合が示されているが、初期積層体５上にＷ層８およびＴａＮ層７を順に積層してなる場合についても本発明の範囲に含まれる。
【００２１】
ここに、上記ＴａＮ層７および上記Ｗ層８は、共にＡｕがＳｉ基板２へ拡散することを防止する効果を有し、特に、上記Ｗ層８はＰｔ層４のＰｔがＡｕ層へ拡散することを防止する効果を有するが、いずれも単体では十分なＡｕのＳｉ基板１への拡散を防止する効果を得ることができない。
【００２２】
本発明の第一実施形態において、拡散防止積層体１０のＴａＮ層７の厚さが３０ｎｍ超えで、かつＷ層８の厚さが２００ｎｍ未満とする。ＴａＮ層７の厚さを３０ｎｍ以下とすると、上述したＡｕのＳｉ基板への拡散防止効果が不十分であり、また、Ｗ層８の厚さを２００ｎｍ以上としても、ＡｕのＳｉ基板への拡散防止効果は飽和に達し、むしろ密着性が低下するためである。
さらに、ＴａＮ層７の厚さ、Ｗ層８の厚さはともに３０ｎｍ超えであり２００ｎｍ未満であることがさらに好ましい。３０ｎｍ以下では拡散防止効果が不十分であり、２００ｎｍ以上でも効果が増えることは無いためである。これは、Ｃｕ層についても同じである。
【００２３】
また、図には示されないが、本発明の第二実施形態に従う金属被膜Ｓｉ基板１は、初期積層体５とＡｕを含む第１金属層６との間に、ＴａＮ層７およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体１０を介挿させたことを特徴とする。かかる構成とすることによっても、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、第１金属層６のＡｕがＳｉ基板２に拡散することを防止することができる。
【００２４】
ここに、上記ＴａＮ層７および上記Ｃｕ層は、共にＡｕがＳｉ基板２へ拡散することを防止する効果を有し、特に、上記Ｃｕ層は、Ａｕと合金化することによって、ＡｕがＳｉ基板２へ拡散することを抑制する効果を有するが、いずれも単体では十分なＡｕのＳｉ基板２への拡散を防止する効果を得ることができない。
【００２５】
図２(a)、(b)は、拡散防止積層体１０が、Ｓｉ基板２側から接着層３としてのＴｉ層、Ｐｔ層４、ＴａＮ層７、Ｃｕ層および第１金属層６としてのＡｕ層を順に形成してなる金属被膜Ｓｉ基板１に対し、６００℃で熱処理を施す前と後の積層構造をそれぞれ示したものである。横軸はスパッタリング回数を示し、縦軸は任意強度である。これらの結果から、第１金属層６のＡｕはＣｕ層に拡散し、Ｓｉ基板２には拡散していないことがわかる。
【００２６】
図３(a)、(b)は、拡散防止積層体１０が、Ｓｉ基板２側から接着層３としてのＴｉ層、Ｐｔ層４、Ｗ層８、ＴａＮ層７および第１金属層６としてのＡｕ層を順に形成してなる金属被膜Ｓｉ基板に対し、６００℃で熱処理を施す前と後の積層構造をそれぞれ示したものである。横軸はスパッタリング回数を示し、縦軸は任意強度である。これらの結果から、第１金属層６のＡｕはいずれの層にも拡散していないことがわかる。
【００２７】
なお、本発明におけるＡｕを含む第１金属層６は、少なくとも７０質量％以上のＡｕを含み、残部をＳｎ等とすることができる。
また、上記接着層３は、Ｓｉ基板２とＰｔ層４との間の密着性を向上させる金属とするのが好ましく、ＴｉやＮｉ等を用いるのがより好ましい。いずれの金属を用いたとしても、Ａｕの拡散防止効果へはほとんど寄与しない。
【００２８】
また、本発明に従う接合型発光素子２０は、図４に示すように、上記金属被膜Ｓｉ基板１の第１金属層６上に、半導体積層構造体１１を接合したことを特徴とし、かかる構成を有することにより、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合に、Ｓｉ基板２上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板２に拡散することを防止することができるものである。なお、半導体積層構造体１１は、例えばｐ型半導体層１２、発光層１３およびｎ型半導体層１４を有するものとすることができる。
【００２９】
具体的には、本発明に従う接合型発光素子２０は、Ｓｉ基板２と半導体積層構造体１１の間に、Ｓｉ基板２側から順に、少なくとも、接着層３およびＰｔ層４を有する初期積層体５と、ＴａＮ層７およびＷ層８からなる拡散防止積層体１０と、Ａｕを含む金属層とを具える。また、本発明に従う接合型発光素子２０の別の実施形態は、Ｓｉ基板２と半導体積層構造体１１の間に、Ｓｉ基板２側から順に、少なくとも、接着層３およびＰｔ層４を有する初期積層体５と、拡散防止積層体１０としてのＴａＮ層７およびＣｕ層と、Ａｕを含む金属層とを具える。
【００３０】
次に、本発明の接合型発光素子の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本発明に従う接合型発光素子１００の製造方法の第一実施形態は、図５に示すように、成長用基板１１５上に、リフトオフ層１１６と、ｎ型半導体層１１４、発光層１１３およびｐ型半導体層１１２を有する半導体積層構造体１１１と、ｐ型オーミック電極１１８と、第２金属層１１７とを順に形成する工程(図５(a))と、Ｓｉ基板１０２上に、接着層１０３およびＰｔ層１０４で構成される第１初期積層体１０５と、ＴａＮ層１０７およびＷ層１０８からなる拡散防止積層体１１０と、Ａｕを含む第１金属層１０６とを順に形成する工程(図５(b))と、第１金属層１０６と第２金属層１１７とを接合する工程(図５(c))と、リフトオフ層１１６を除去することにより成長用基板１１５をｎ型半導体層１１４から剥離する工程(図５(d))と、剥離により露出したｎ型半導体層１１４上にｎ側電極１１９を形成し、このｎ側電極に熱処理を施す工程(図５(e))とを具え、かかる構成を有することにより、第１金属層１０６のＡｕがＳｉ基板１０２に拡散することを防止することができるものである。
なお、図５では、拡散防止積層体１１０が、第１初期積層体１０５上にＴａＮ層１０７およびＷ層１０８を順に積層してなる場合が示されているが、第１初期積層体１０５上にＷ層１０８およびＴａＮ層１０７を順に積層してなる場合についても本発明の範囲に含まれる。
【００３１】
また、図には示されないが、本発明に従う接合型発光素子１００の製造方法の第二実施形態において、拡散防止積層体１１０は、第１初期積層体１０５上にＴａＮ層１０７およびＣｕ層を順に積層してなる。かかる構成を有することによっても、第１金属層１０６のＡｕがＳｉ基板１０２に拡散することを防止することができるものである。
【００３２】
上記ＴａＮ層１０７や、Ｗ層１０８、Ｃｕ層は、スパッタ法等の各種成膜法により成膜することができる。
【００３３】
第２金属層１１７は、少なくともＡｕを７０質量％以上含み、残部をＳｎ等とすることができる。また、図面には示されないが、第２金属層１１７とｐ型半導体層１１２との間には、Ａｕがｐ型半導体層１１２に拡散するのを防止するためのＰｔ層等の層を介在させることができる。
【００３４】
第１金属層１０６と第２金属層１１７とを接合する工程(図５(c))は、第１金属層１０６と第２金属層１１７とを接触させて、真空雰囲気中において３００℃で６０分間保持し、熱圧着することにより行うことができる。
【００３５】
また、成長用基板１１５をｎ型半導体層１１４から剥離する工程(図５(d))において、上記リフトオフ層１１６は、ケミカルリフトオフ法等を用いて除去することができる。
【００３６】
ｎ側電極に熱処理を施す工程(図５(e))において、熱処理は、５００℃以上で行うことができる。５００℃未満でｎ側電極１１９を熱処理した場合は良好なオーミック接触を得ることが困難なため、本発明によりオーミック接触を得る最適な条件のための熱処理温度の幅広い選択が可能となる。
【００３７】
なお、本発明におけるＴｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層、Ｃｕ層およびＡｕ層等は、純金属層であるのが最適であるが、これら金属をそれぞれ９０％以上含む合金層も含むものとする。
【００３８】
上述したところは、本発明の実施形態の一例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。付加的に他の層が介在していても同様の効果が得られると考えられる。
【実施例】
【００３９】
(実施例１)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４０】
(実施例２)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４１】
(実施例３)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、ＴａＮ層、Ｃｕ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４２】
(実施例４)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、ＴａＮ層、Ｗ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４３】
(実施例５)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、ＴａＮ層、Ｗ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４４】
(比較例１)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４５】
(比較例２)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層、およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４６】
(比較例３)
Si基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｃｕ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４７】
(比較例４)
Si基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４８】
(比較例５)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４９】
(比較例６)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
(評価)
上記実施例１〜５および比較例１〜６の金属被膜Si基板に対し、真空雰囲気中で、４００℃、５００℃、６００℃、６５０℃および７００℃の熱処理を施した。各例について、この熱処理後のＡｕ層の状態を金属顕微鏡により観察し、表面の混食の状態を以下のとおり評価した結果を表２に示す。ここで、「混食」とは、「食われ」とも言い、表面を金属顕微鏡で観察した際に、局所的な変色や、不均一な表面形状の変化が見られる状態のことを言う。
◎：混食無し
△：一部に混食有り
×：全部に混食有り
上記評価「◎」の混食無しの状態とは、図６(a)に示すように、金属皮膜Si基板の表面全体に混食が現れていない状態を言い、上記評価「△」および「×」の混食が有る状態とは、図６(b)に示すように、金属皮膜Si基板の表面の一部または全部に、混食が現れている状態を言う。
なお、比較例１に関しては、成膜時に金属膜が剥離してしまった。
【００５２】
【表２】
【００５３】
表２に示すように、本発明に従う実施例１〜５の金属被膜Si基板は、比較例１〜６の金属被膜Si基板と比較して、熱処理を行ってもＡｕ表面の変化が少なく、ＡｕのＳｉ層への拡散を良好に防止できていることがわかる。
また、本実施例では、接着層としてＴｉ層を用いた場合のみを示したが、接着層としてＮｉ層を用いても、本発明と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
上記の実施例１〜５の金属被膜Ｓｉ基板に対して、サファイア基板上にＣｒＮリフトオフ層を介してＩｎＧａＮからなる半導体積層構造体を形成し、ｐ型オーミック電極と、Ａｕを含む第２金属層と、実施例１〜５の第１金属層の間を、真空中３００℃で６０分保持することにより接合した。その後、リフトオフ層をケミカルリフトオフし、露出したｎ型半導体層にＴｉとＡｌからなるｎ側電極を形成し、５００℃で１５分間熱処理することにより、ｎ側電極のオーミック接合を得た。ｐ側電極と電気的接続可能な電極パッドの形成は任意であるが、本実施例では接合した導電性Ｓｉ基板の裏面にＴｉとＰｔとＡｕからなる裏面電極を形成し、縦方向に電流が流れる接合型発光素子を形成した。
本実施例においては、ダイシングによる素子分離後も接合型発光素子は接合状態を保っており、順方向電流電圧測定によっても、抵抗値やオーミックが悪化した素子は見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、初期積層体とＡｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層またはＴａＮ層およびＣｕ層からなる拡散防止積層体を介挿させることにより、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散することのない金属被膜Ｓｉ基板を得ることができる。また、本発明によれば、上記の金属被膜Si基板を用いることにより、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散しないため、接合強度が高く、抵抗値が小さく、さらに、オーミックが良好な接合型発光素子を得ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 金属被膜Ｓｉ基板
２，１０２ Ｓｉ基板
３，１０３ 接着層
４，１０４ Ｐｔ層
５，１０５ 初期積層体
６，１０６ 第１金属層
７，１０７ ＴａＮ層
８，１０８ Ｗ層
１０，１１０ 拡散防止積層体
１１，１１１ 半導体積層構造体
１２，１１２ ｐ型半導体層
１３，１１３ 発光層
１４，１１４ ｎ型半導体層
２０，１００ 接合型発光素子
１１５ 成長用基板
１１６ リフトオフ層
１１７ 第２金属層
１１８ ｐ型オーミック電極
１１９ ｎ側電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属被膜Ｓｉ基板ならびにこの金属被膜Ｓｉ基板を用いて形成された接合型発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子は、一般に、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を含む半導体積層体を一対の電極で挟んで構成される。接合型発光素子は、例えば、サファイア等の成長基板上に、リフトオフ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、ｐ型オーミック電極を積層後、ｐ型オーミック電極側に、所定の金属層を介して例えばＳｉ基板からなる下地基板を接合し、その後、上記リフトオフ層を除去することによって半導体積層体からサファイア基板を剥離し、これにより露出したｎ型半導体層にｎ側電極を形成することにより製造することができる。ここで、上記金属層は、一般に、ｐ型オーミック電極側に予め形成しておいたＡｕ含有層と、下地基板側に予め形成しておいたＡｕ含有層とを熱圧着することにより形成される。
【０００３】
ところで、Ｓｉ（シリコン）とＡｕ（金）とは約３７０℃に共晶点を有するため、上述した素子の製造過程における熱処理により、ＳｉとＡｕとが共晶反応してしまい、Ａｕが薄化し、接合強度が悪化するおそれがある。そのため、特許文献１には、支持基板とＡｕ層との間に、下地基板と後述するＰｔ（プラチナ）層との密着性を高めるためのＴｉ（チタン）層およびＡｕがＴｉ層に拡散するのを防止するためのＰｔ層を介在させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、下地基板とＡｕ含有層との間に、オーミックコンタクトを得るためのＰｔ層、Ｐｔ層と後述するＮｉ（ニッケル）層との密着性を高めるためのＴｉ層およびＡｕがＴｉ層に拡散するのを防止するためのＮｉ層を介在させる技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、これら技術によっても、ｎ側電極のオーミック接合に必要な、例えば５００℃のような共晶点を超える温度条件で熱処理を施した場合には、Ａｕの拡散を十分に防止できず、金属層としてのＡｕ層が薄化ひいては消失することにより、接合強度の低下、抵抗値の悪化およびオーミックの悪化等の問題が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３２４６８５号公報
【特許文献２】特開２００６−８６３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散することのない金属被膜Ｓｉ基板と、この金属被膜Ｓｉ基板を用いた接合型発光素子およびその製造方法と共に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
さて、本発明者らは、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散するのを防止すべく、新たな拡散防止積層体を形成することに想い至り、かかる拡散防止積層体として有用な材料の開発を試みた。その結果、拡散防止積層体としてＴａＮ（窒化タンタル）層を用いるのが有効であることがわかったが、Ａｕの拡散を防止するのには未だ十分ではなかった。次に、その改善を試みたところ、拡散防止積層体を、ＴａＮ層およびＷ（タングステン）層またはＴａＮ層およびＣｕ（銅）層で構成することが、所期した目的を達成する上で極めて有効であることの知見を得た。
【０００９】
本発明は、上記の知見に立脚するもので、その要旨構成は以下の通りである。
（１）Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを少なくとも有する金属被膜Ｓｉ基板において、上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層を含む拡散防止積層体を具え、前記ＴａＮ層の厚さが３０ｎｍ超えで、かつ前記Ｗ層の厚さが２００ｎｍ未満であることを特徴とする金属被膜Ｓｉ基板。
【００１０】
（２）前記拡散防止積層体は、前記初期積層体上にＷ層およびＴａＮ層を順に積層してなる上記（１）に記載の金属被膜Ｓｉ基板。
【００１１】
（３）Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを少なくとも有する金属被膜Ｓｉ基板において、上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、上記初期積層体側から、ＴａＮ層およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体を具えたことを特徴とする金属被膜Ｓｉ基板。
【００１２】
（４）上記（１）、（２）または（３）に記載の金属被膜Ｓｉ基板の第１金属層上に、半導体積層構造体を接合したことを特徴とする接合型発光素子。
【００１３】
（５）Ｓｉ基板上に半導体積層構造体を有するバーチカル型発光素子において、前記Ｓｉ基板と前記半導体積層構造体の間に、前記Ｓｉ基板側から順に、少なくとも、接着層およびＰｔ層を有する初期積層体と、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む金属層とを具える接合型発光素子。
【００１４】
（６）Ｓｉ基板上に半導体積層構造体を有する接合型発光素子において、前記Ｓｉ基板と前記半導体積層構造体の間に、前記Ｓｉ基板側から順に、少なくとも、接着層およびＰｔ層を有する初期積層体と、拡散防止積層体としてのＴａＮ層およびＣｕ層と、Ａｕを含む金属層とを具える接合型発光素子。
【００１５】
（７）成長用基板上に、リフトオフ層と、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を有する半導体積層構造体と、ｐ型オーミック電極と、第２金属層とを順に形成する工程と、Ｓｉ基板上に、接着層およびＰｔ層で構成される第１初期積層体と、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む第１金属層とを順に形成する工程と、上記第１金属層と上記第２金属層とを接合する工程と、上記リフトオフ層を除去することにより上記成長用基板を上記ｎ型半導体層から剥離する工程と、上記剥離により露出した上記ｎ型半導体層上にｎ側電極を形成し、該ｎ側電極に熱処理を施す工程とを具えることを特徴とする接合型発光素子の製造方法。
【００１６】
（８）成長用基板上に、リフトオフ層と、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を有する半導体積層構造体と、ｐ型オーミック電極と、第２金属層とを順に形成する工程と、Ｓｉ基板上に、接着層およびＰｔ層で構成される第１初期積層体と、該第１初期積層体上にＴａＮ層およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む第１金属層とを順に形成する工程と、上記第１金属層と上記第２金属層とを接合する工程と、上記リフトオフ層を除去することにより上記成長用基板を上記ｎ型半導体層から剥離する工程と、上記剥離により露出した上記ｎ型半導体層上にｎ側電極を形成し、該ｎ側電極に熱処理を施す工程とを具えることを特徴とする接合型発光素子の製造方法。
【００１７】
（９）前記熱処理は、５００℃以上で行われる上記（７）または（８）に記載の接合型発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、初期積層体とＡｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層またはＴａＮ層およびＣｕ層からなる拡散防止積層体を介挿させることにより、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散することのない金属被膜Si基板を得ることができる。また、本発明によれば、上記の金属被膜Si基板を用いることにより、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散しないため、接合強度が高く、抵抗値が小さく、さらに、オーミック接触が良好な接合型発光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に従う金属被膜Ｓｉ基板の模式的断面図を示す。
【図２】図２(a),(b)は、拡散防止積層体が、Si基板側からTaN層とCu層とを順に形成してなる金属被膜Si基板の熱処理前と後の積層構造をそれぞれ示すグラフである。
【図３】図３(a),(b)は、拡散防止積層体が、Si基板側からＷ層とTaN層とを順に形成してなる金属被膜Si基板の熱処理前と後の積層構造をそれぞれ示すグラフである。
【図４】図４は、本発明に従う接合型発光素子の模式的断面図を示す。
【図５】図５は、本発明に従う接合型発光素子の製造方法のフローを模式的に示す。
【図６】図６(a),(b)は金属皮膜Si基板の表面に混食が無い状態および表面に混食が有る状態をそれぞれ示す金属顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の金属被膜Ｓｉ基板の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に従う金属被膜Ｓｉ基板１の模式的断面を示したものである。金属被膜Ｓｉ基板１は、Ｓｉ基板２と、このＳｉ基板２上に順に形成された、接着層３およびＰｔ層４で構成される初期積層体５と、この初期積層体５上に形成された、Ａｕを含む第１金属層６とを具えているが、この初期積層体５とＡｕを含む第１金属層６との間に、ＴａＮ層７およびＷ層８からなる拡散防止積層体１０を介挿させたことが本発明の特徴である。かかる構成とすることにより、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、第１金属層６のＡｕがＳｉ基板２に拡散することを防止することができるのである。
なお、図１では、拡散防止積層体１０が、初期積層体５上にＴａＮ層７およびＷ層８を順に積層してなる場合が示されているが、初期積層体５上にＷ層８およびＴａＮ層７を順に積層してなる場合についても本発明の範囲に含まれる。
【００２１】
ここに、上記ＴａＮ層７および上記Ｗ層８は、共にＡｕがＳｉ基板２へ拡散することを防止する効果を有し、特に、上記Ｗ層８はＰｔ層４のＰｔがＡｕ層へ拡散することを防止する効果を有するが、いずれも単体では十分なＡｕのＳｉ基板１への拡散を防止する効果を得ることができない。
【００２２】
本発明の第一実施形態において、拡散防止積層体１０のＴａＮ層７の厚さが３０ｎｍ超えで、かつＷ層８の厚さが２００ｎｍ未満とする。ＴａＮ層７の厚さを３０ｎｍ以下とすると、上述したＡｕのＳｉ基板への拡散防止効果が不十分であり、また、Ｗ層８の厚さを２００ｎｍ以上としても、ＡｕのＳｉ基板への拡散防止効果は飽和に達し、むしろ密着性が低下するためである。
さらに、ＴａＮ層７の厚さ、Ｗ層８の厚さはともに３０ｎｍ超えであり２００ｎｍ未満であることがさらに好ましい。３０ｎｍ以下では拡散防止効果が不十分であり、２００ｎｍ以上でも効果が増えることは無いためである。これは、Ｃｕ層についても同じである。
【００２３】
また、図には示されないが、本発明の第二実施形態に従う金属被膜Ｓｉ基板１は、初期積層体５とＡｕを含む第１金属層６との間に、ＴａＮ層７およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体１０を介挿させたことを特徴とする。かかる構成とすることによっても、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、第１金属層６のＡｕがＳｉ基板２に拡散することを防止することができる。
【００２４】
ここに、上記ＴａＮ層７および上記Ｃｕ層は、共にＡｕがＳｉ基板２へ拡散することを防止する効果を有し、特に、上記Ｃｕ層は、Ａｕと合金化することによって、ＡｕがＳｉ基板２へ拡散することを抑制する効果を有するが、いずれも単体では十分なＡｕのＳｉ基板２への拡散を防止する効果を得ることができない。
【００２５】
図２(a)、(b)は、拡散防止積層体１０が、Ｓｉ基板２側から接着層３としてのＴｉ層、Ｐｔ層４、ＴａＮ層７、Ｃｕ層および第１金属層６としてのＡｕ層を順に形成してなる金属被膜Ｓｉ基板１に対し、６００℃で熱処理を施す前と後の積層構造をそれぞれ示したものである。横軸はスパッタリング回数を示し、縦軸は任意強度である。これらの結果から、第１金属層６のＡｕはＣｕ層に拡散し、Ｓｉ基板２には拡散していないことがわかる。
【００２６】
図３(a)、(b)は、拡散防止積層体１０が、Ｓｉ基板２側から接着層３としてのＴｉ層、Ｐｔ層４、Ｗ層８、ＴａＮ層７および第１金属層６としてのＡｕ層を順に形成してなる金属被膜Ｓｉ基板に対し、６００℃で熱処理を施す前と後の積層構造をそれぞれ示したものである。横軸はスパッタリング回数を示し、縦軸は任意強度である。これらの結果から、第１金属層６のＡｕはいずれの層にも拡散していないことがわかる。
【００２７】
なお、本発明におけるＡｕを含む第１金属層６は、少なくとも７０質量％以上のＡｕを含み、残部をＳｎ等とすることができる。
また、上記接着層３は、Ｓｉ基板２とＰｔ層４との間の密着性を向上させる金属とするのが好ましく、ＴｉやＮｉ等を用いるのがより好ましい。いずれの金属を用いたとしても、Ａｕの拡散防止効果へはほとんど寄与しない。
【００２８】
また、本発明に従う接合型発光素子２０は、図４に示すように、上記金属被膜Ｓｉ基板１の第１金属層６上に、半導体積層構造体１１を接合したことを特徴とし、かかる構成を有することにより、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合に、Ｓｉ基板２上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板２に拡散することを防止することができるものである。なお、半導体積層構造体１１は、例えばｐ型半導体層１２、発光層１３およびｎ型半導体層１４を有するものとすることができる。
【００２９】
具体的には、本発明に従う接合型発光素子２０は、Ｓｉ基板２と半導体積層構造体１１の間に、Ｓｉ基板２側から順に、少なくとも、接着層３およびＰｔ層４を有する初期積層体５と、ＴａＮ層７およびＷ層８からなる拡散防止積層体１０と、Ａｕを含む金属層とを具える。また、本発明に従う接合型発光素子２０の別の実施形態は、Ｓｉ基板２と半導体積層構造体１１の間に、Ｓｉ基板２側から順に、少なくとも、接着層３およびＰｔ層４を有する初期積層体５と、拡散防止積層体１０としてのＴａＮ層７およびＣｕ層と、Ａｕを含む金属層とを具える。
【００３０】
次に、本発明の接合型発光素子の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本発明に従う接合型発光素子１００の製造方法の第一実施形態は、図５に示すように、成長用基板１１５上に、リフトオフ層１１６と、ｎ型半導体層１１４、発光層１１３およびｐ型半導体層１１２を有する半導体積層構造体１１１と、ｐ型オーミック電極１１８と、第２金属層１１７とを順に形成する工程(図５(a))と、Ｓｉ基板１０２上に、接着層１０３およびＰｔ層１０４で構成される第１初期積層体１０５と、ＴａＮ層１０７およびＷ層１０８からなる拡散防止積層体１１０と、Ａｕを含む第１金属層１０６とを順に形成する工程(図５(b))と、第１金属層１０６と第２金属層１１７とを接合する工程(図５(c))と、リフトオフ層１１６を除去することにより成長用基板１１５をｎ型半導体層１１４から剥離する工程(図５(d))と、剥離により露出したｎ型半導体層１１４上にｎ側電極１１９を形成し、このｎ側電極に熱処理を施す工程(図５(e))とを具え、かかる構成を有することにより、第１金属層１０６のＡｕがＳｉ基板１０２に拡散することを防止することができるものである。
なお、図５では、拡散防止積層体１１０が、第１初期積層体１０５上にＴａＮ層１０７およびＷ層１０８を順に積層してなる場合が示されているが、第１初期積層体１０５上にＷ層１０８およびＴａＮ層１０７を順に積層してなる場合についても本発明の範囲に含まれる。
【００３１】
また、図には示されないが、本発明に従う接合型発光素子１００の製造方法の第二実施形態において、拡散防止積層体１１０は、第１初期積層体１０５上にＴａＮ層１０７およびＣｕ層を順に積層してなる。かかる構成を有することによっても、第１金属層１０６のＡｕがＳｉ基板１０２に拡散することを防止することができるものである。
【００３２】
上記ＴａＮ層１０７や、Ｗ層１０８、Ｃｕ層は、スパッタ法等の各種成膜法により成膜することができる。
【００３３】
第２金属層１１７は、少なくともＡｕを７０質量％以上含み、残部をＳｎ等とすることができる。また、図面には示されないが、第２金属層１１７とｐ型半導体層１１２との間には、Ａｕがｐ型半導体層１１２に拡散するのを防止するためのＰｔ層等の層を介在させることができる。
【００３４】
第１金属層１０６と第２金属層１１７とを接合する工程(図５(c))は、第１金属層１０６と第２金属層１１７とを接触させて、真空雰囲気中において３００℃で６０分間保持し、熱圧着することにより行うことができる。
【００３５】
また、成長用基板１１５をｎ型半導体層１１４から剥離する工程(図５(d))において、上記リフトオフ層１１６は、ケミカルリフトオフ法等を用いて除去することができる。
【００３６】
ｎ側電極に熱処理を施す工程(図５(e))において、熱処理は、５００℃以上で行うことができる。５００℃未満でｎ側電極１１９を熱処理した場合は良好なオーミック接触を得ることが困難なため、本発明によりオーミック接触を得る最適な条件のための熱処理温度の幅広い選択が可能となる。
【００３７】
なお、本発明におけるＴｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層、Ｃｕ層およびＡｕ層等は、純金属層であるのが最適であるが、これら金属をそれぞれ９０％以上含む合金層も含むものとする。
【００３８】
上述したところは、本発明の実施形態の一例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。付加的に他の層が介在していても同様の効果が得られると考えられる。
【実施例】
【００３９】
(実施例１)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４０】
(実施例２)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４１】
(実施例３)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、ＴａＮ層、Ｃｕ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４２】
(実施例４)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、ＴａＮ層、Ｗ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４３】
(実施例５)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、ＴａＮ層、Ｗ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４４】
(比較例１)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４５】
(比較例２)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層、ＴａＮ層、およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４６】
(比較例３)
Si基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｃｕ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４７】
(比較例４)
Si基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４８】
(比較例５)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｗ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００４９】
(比較例６)
Ｓｉ基板上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、ＴａＮ層およびＡｕ層を順にスパッタ法により成膜し、金属被膜Ｓｉ基板を作製した。各層の厚みを表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
(評価)
上記実施例１〜５および比較例１〜６の金属被膜Si基板に対し、真空雰囲気中で、４００℃、５００℃、６００℃、６５０℃および７００℃の熱処理を施した。各例について、この熱処理後のＡｕ層の状態を金属顕微鏡により観察し、表面の混食の状態を以下のとおり評価した結果を表２に示す。ここで、「混食」とは、「食われ」とも言い、表面を金属顕微鏡で観察した際に、局所的な変色や、不均一な表面形状の変化が見られる状態のことを言う。
◎：混食無し
△：一部に混食有り
×：全部に混食有り
上記評価「◎」の混食無しの状態とは、図６(a)に示すように、金属皮膜Si基板の表面全体に混食が現れていない状態を言い、上記評価「△」および「×」の混食が有る状態とは、図６(b)に示すように、金属皮膜Si基板の表面の一部または全部に、混食が現れている状態を言う。
なお、比較例１に関しては、成膜時に金属膜が剥離してしまった。
【００５２】
【表２】
【００５３】
表２に示すように、本発明に従う実施例１〜５の金属被膜Si基板は、比較例１〜６の金属被膜Si基板と比較して、熱処理を行ってもＡｕ表面の変化が少なく、ＡｕのＳｉ層への拡散を良好に防止できていることがわかる。
また、本実施例では、接着層としてＴｉ層を用いた場合のみを示したが、接着層としてＮｉ層を用いても、本発明と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
上記の実施例１〜５の金属被膜Ｓｉ基板に対して、サファイア基板上にＣｒＮリフトオフ層を介してＩｎＧａＮからなる半導体積層構造体を形成し、ｐ型オーミック電極と、Ａｕを含む第２金属層と、実施例１〜５の第１金属層の間を、真空中３００℃で６０分保持することにより接合した。その後、リフトオフ層をケミカルリフトオフし、露出したｎ型半導体層にＴｉとＡｌからなるｎ側電極を形成し、５００℃で１５分間熱処理することにより、ｎ側電極のオーミック接合を得た。ｐ側電極と電気的接続可能な電極パッドの形成は任意であるが、本実施例では接合した導電性Ｓｉ基板の裏面にＴｉとＰｔとＡｕからなる裏面電極を形成し、縦方向に電流が流れる接合型発光素子を形成した。
本実施例においては、ダイシングによる素子分離後も接合型発光素子は接合状態を保っており、順方向電流電圧測定によっても、抵抗値やオーミックが悪化した素子は見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、初期積層体とＡｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層またはＴａＮ層およびＣｕ層からなる拡散防止積層体を介挿させることにより、素子製造過程において高温の熱処理を施した場合であっても、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散することのない金属被膜Ｓｉ基板を得ることができる。また、本発明によれば、上記の金属被膜Si基板を用いることにより、Ｓｉ基板上に形成されたＡｕ層のＡｕがＳｉ基板に拡散しないため、接合強度が高く、抵抗値が小さく、さらに、オーミックが良好な接合型発光素子を得ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 金属被膜Ｓｉ基板
２，１０２ Ｓｉ基板
３，１０３ 接着層
４，１０４ Ｐｔ層
５，１０５ 初期積層体
６，１０６ 第１金属層
７，１０７ ＴａＮ層
８，１０８ Ｗ層
１０，１１０ 拡散防止積層体
１１，１１１ 半導体積層構造体
１２，１１２ ｐ型半導体層
１３，１１３ 発光層
１４，１１４ ｎ型半導体層
２０，１００ 接合型発光素子
１１５ 成長用基板
１１６ リフトオフ層
１１７ 第２金属層
１１８ ｐ型オーミック電極
１１９ ｎ側電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを少なくとも有する金属被膜Ｓｉ基板において、
上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層を含む拡散防止積層体を具え、
前記ＴａＮ層の厚さが３０ｎｍ超えで、かつ前記Ｗ層の厚さが２００ｎｍ未満であることを特徴とする金属被膜Ｓｉ基板。
【請求項２】
前記拡散防止積層体は、前記初期積層体上にＷ層およびＴａＮ層を順に積層してなる請求項１に記載の金属被膜Ｓｉ基板。
【請求項３】
Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを少なくとも有する金属被膜Ｓｉ基板において、
上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、上記初期積層体側から、ＴａＮ層およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体を具えることを特徴とする金属被膜Ｓｉ基板。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の金属被膜Ｓｉ基板の第１金属層上に、半導体積層構造体を接合したことを特徴とする接合型発光素子。
【請求項５】
Ｓｉ基板上に半導体積層構造体を有する接合型発光素子において、
前記Ｓｉ基板と前記半導体積層構造体の間に、前記Ｓｉ基板側から順に、少なくとも、接着層およびＰｔ層を有する初期積層体と、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む金属層とを具える接合型発光素子。
【請求項６】
Ｓｉ基板上に半導体積層構造体を有する接合型発光素子において、
前記Ｓｉ基板と前記半導体積層構造体の間に、前記Ｓｉ基板側から順に、少なくとも、接着層およびＰｔ層を有する初期積層体と、拡散防止積層体としてのＴａＮ層およびＣｕ層と、Ａｕを含む金属層とを具える接合型発光素子。
【請求項７】
成長用基板上に、リフトオフ層と、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を有する半導体積層構造体と、ｐ型オーミック電極と、第２金属層とを順に形成する工程と、
Ｓｉ基板上に、接着層およびＰｔ層で構成される第１初期積層体と、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む第１金属層とを順に形成する工程と、
上記第１金属層と上記第２金属層とを接合する工程と、
上記リフトオフ層を除去することにより上記成長用基板を上記ｎ型半導体層から剥離する工程と、
上記剥離により露出した上記ｎ型半導体層上にｎ側電極を形成し、該ｎ側電極に熱処理を施す工程と
を具えることを特徴とする接合型発光素子の製造方法。
【請求項８】
成長用基板上に、リフトオフ層と、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を有する半導体積層構造体と、ｐ型オーミック電極と、第２金属層とを順に形成する工程と、
Ｓｉ基板上に、接着層およびＰｔ層で構成される第１初期積層体と、該第１初期積層体上にＴａＮ層およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む第１金属層とを順に形成する工程と、
上記第１金属層と上記第２金属層とを接合する工程と、
上記リフトオフ層を除去することにより上記成長用基板を上記ｎ型半導体層から剥離する工程と、
上記剥離により露出した上記ｎ型半導体層上にｎ側電極を形成し、該ｎ側電極に熱処理を施す工程と
を具えることを特徴とする接合型発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記熱処理は、５００℃以上で行われる請求項７または８に記載の接合型発光素子の製造方法。
【請求項１】
Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを少なくとも有する金属被膜Ｓｉ基板において、
上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、ＴａＮ層およびＷ層を含む拡散防止積層体を具え、
前記ＴａＮ層の厚さが３０ｎｍ超えで、かつ前記Ｗ層の厚さが２００ｎｍ未満であることを特徴とする金属被膜Ｓｉ基板。
【請求項２】
前記拡散防止積層体は、前記初期積層体上にＷ層およびＴａＮ層を順に積層してなる請求項１に記載の金属被膜Ｓｉ基板。
【請求項３】
Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上の、接着層およびＰｔ層が順に形成された初期積層体と、前記初期積層体上の、Ａｕを含む第１金属層とを少なくとも有する金属被膜Ｓｉ基板において、
上記初期積層体と上記Ａｕを含む第１金属層との間に、上記初期積層体側から、ＴａＮ層およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体を具えることを特徴とする金属被膜Ｓｉ基板。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の金属被膜Ｓｉ基板の第１金属層上に、半導体積層構造体を接合したことを特徴とする接合型発光素子。
【請求項５】
Ｓｉ基板上に半導体積層構造体を有する接合型発光素子において、
前記Ｓｉ基板と前記半導体積層構造体の間に、前記Ｓｉ基板側から順に、少なくとも、接着層およびＰｔ層を有する初期積層体と、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む金属層とを具える接合型発光素子。
【請求項６】
Ｓｉ基板上に半導体積層構造体を有する接合型発光素子において、
前記Ｓｉ基板と前記半導体積層構造体の間に、前記Ｓｉ基板側から順に、少なくとも、接着層およびＰｔ層を有する初期積層体と、拡散防止積層体としてのＴａＮ層およびＣｕ層と、Ａｕを含む金属層とを具える接合型発光素子。
【請求項７】
成長用基板上に、リフトオフ層と、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を有する半導体積層構造体と、ｐ型オーミック電極と、第２金属層とを順に形成する工程と、
Ｓｉ基板上に、接着層およびＰｔ層で構成される第１初期積層体と、ＴａＮ層およびＷ層からなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む第１金属層とを順に形成する工程と、
上記第１金属層と上記第２金属層とを接合する工程と、
上記リフトオフ層を除去することにより上記成長用基板を上記ｎ型半導体層から剥離する工程と、
上記剥離により露出した上記ｎ型半導体層上にｎ側電極を形成し、該ｎ側電極に熱処理を施す工程と
を具えることを特徴とする接合型発光素子の製造方法。
【請求項８】
成長用基板上に、リフトオフ層と、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を有する半導体積層構造体と、ｐ型オーミック電極と、第２金属層とを順に形成する工程と、
Ｓｉ基板上に、接着層およびＰｔ層で構成される第１初期積層体と、該第１初期積層体上にＴａＮ層およびＣｕ層を順に積層してなる拡散防止積層体と、Ａｕを含む第１金属層とを順に形成する工程と、
上記第１金属層と上記第２金属層とを接合する工程と、
上記リフトオフ層を除去することにより上記成長用基板を上記ｎ型半導体層から剥離する工程と、
上記剥離により露出した上記ｎ型半導体層上にｎ側電極を形成し、該ｎ側電極に熱処理を施す工程と
を具えることを特徴とする接合型発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記熱処理は、５００℃以上で行われる請求項７または８に記載の接合型発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１８７４９３（Ｐ２０１１−１８７４９３Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４８１３０（Ｐ２０１０−４８１３０）
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、経済産業省、地域イノベーション創出研究開発事業（継続事業）「ケミカルリフトオフ法を用いた縦型構造高出力紫外ＬＥＤの開発」（平成２１・０３・２７東北第１６号２０Ｒ２００４）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、経済産業省、地域イノベーション創出研究開発事業（継続事業）「ケミカルリフトオフ法を用いた縦型構造高出力紫外ＬＥＤの開発」（平成２１・０３・２７東北第１６号２０Ｒ２００４）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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