專利名稱：發(fā)光元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術：
專利文獻l:日本特開2001 — 57441號公報 專利文獻2:日本特開2002—334816號公報
以(AlxGak)yln!-yP混晶(其中，0蕓x蕓l，0蕓ySl;以下，也記載為AlGalnP 混晶或僅記載為AlGalnP)形成發(fā)光層部的發(fā)光元件，可由釆用以帶隙大于薄 AlGalnP活性層的n型AlGalnP包覆層與p型AlGalnP包覆層，將薄AlGalnP 活性層夾持成三明治狀的雙異質結構，來實現(xiàn)高輝度的組件。
AlGalnP發(fā)光元件的情形，發(fā)光層部的成長基板是使用GaAs基板，但 GaAs在AlGalnP發(fā)光層部的發(fā)光波長區(qū)域光吸收大。因此，在專利文獻1 以及專利文獻2，揭示一種將GaAs基板加以剝離，而重新貼合為透明導電 性半導體基板的GaP基板的方法(以下，將以此種方法所制造的發(fā)光元件稱 為直接接合型發(fā)光元件)。

發(fā)明內容
發(fā)明所解決的技術課題
于上述直接接合型發(fā)光元件，在所使用的GaP基板等透明導電性半導體 基板的表面， 一般形成有厚度1.5 2nm左右的自然氧化膜，而成為使發(fā)光 層部與透明導電性半導體基板的接合界面的電阻(以下，稱為界面電阻)增大 的主要原因。因此，降低該界面電阻，在制造直接接合型發(fā)光元件上的重要課題的一，減少該界面電阻的方法，例如在專利文獻1及2中，即揭示一種
在接合后進行熱處理的技術。然而，從維持發(fā)光層部的摻雜分布(doping profile)的觀點，熱處理溫度并無法那樣地高溫化，在降低起因于自然氧化膜 的界面電阻上具有一定的界限。
又，接合前的透明導電性半導體基板的洗凈，在降低界面電阻的觀點也 重要。于專利文獻2中，揭示有一種對洗凈后的透明導電性半導體基板以旋 轉式脫水機進行旋轉干燥的技術，但在透明導電性半導體基板較薄，或產生 有彎曲等情形時，會具有在對基板進行旋轉干燥時容易產生龜裂等的問題。
并且，也清楚曉得以貼合所得的發(fā)光元件的串聯(lián)電阻不僅只會增加，且 隨著繼續(xù)通電，會發(fā)生串聯(lián)電阻容易隨著時間而逐漸降低等欠缺安定性的現(xiàn) 象。當串聯(lián)電阻不在短時間降低至安定程度時，在通過高速開關(PWM控制 等)對發(fā)光元件進行調光驅動時，會有對該開關響應性造成重大影響的問題。
本發(fā)明的課題，在于提供一種可充分降低發(fā)光層部與透明導電性半導體 基板的界面電阻，且也可謀求開關響應性的提升的發(fā)光元件及其制造方法。
解決課題的方法及發(fā)明效果
為了解決上述課題，本發(fā)明的發(fā)光元件，其特征在于，在由具有發(fā)光層 部的III-V族化合物半導體所構成的主化合物半導體層一方的主表面，具有 直接貼合有透明導電性半導體基板的構造，且將主化合物半導體層與透明導 電性半導體基板的貼合界面的堿金屬原子濃度調整至大于或等于 lxl0"atoms / cm2、小于或等于2xl0"atoms / cm2。
在包含發(fā)光層部的主化合物半導體層貼合有透明導電性半導體基板的構 造的發(fā)光元件，通過使貼合界面的堿金屬原子濃度在上述濃度范圍，可謀求 發(fā)光元件的界面電阻的降低。又，如上述貼合型發(fā)光元件，發(fā)光驅動時的順 向電壓，具有被認為是來自貼合界面的寄生電容成分的較顯著的瞬時特性。 具體而言，令剛開始通電后的順向電壓為初始值VfO，該順向電壓會因繼續(xù) 通電而漸減至某安定值Vf。令自該初始值Vf0至上述安定值Vf的順向電壓減少量為安定化電壓降AVf時(也即，AVf^VfO—Vf)，通過使貼合界面的堿 金屬原子在上述濃度范圍，可大幅降低此安定化電壓降AVf。安定化電壓降 AVf小的發(fā)光元件，即使在通過高速開關進行調光驅動的用途等，也具有可 大幅改善其開關響應性的優(yōu)點。又，開始通電后，組件兩端的順向電壓由于 會在短時間內安定化，因此在使驅動電源電壓為固定進行發(fā)光驅動時，可提 高對應于作用比(duty ratio)的發(fā)光輝度特性的線性及安定性。
若主化合物半導體層與透明導電性半導體基板的貼合界面的堿金屬原子 濃度未達lxl014atoms/cm2，則發(fā)光元件的界面電阻的降低效果及安定化電 壓降AVf的低減效果不顯著，批次間晶圓面內的參差不一也變大，導致良率 的降低。又，貼合界面的堿金屬原子濃度超過2xl(fatoms/ci^時，該效果 呈飽和，用以使堿金屬原子高濃度地介于貼合界面的步驟上的需要將大大降 低。貼合界面的堿金屬原子濃度，更佳在大于或等于3xl0"atoms/cm2、小 于或等于1.5xl015atoms / cm2。
又，本發(fā)明的發(fā)光元件的制造方法是，為了制造上述本發(fā)明的發(fā)光元件， 其特征在于，包含下列步驟
主化合物半導體層成長步驟，是將主化合物半導體層外延生長在成長用 基板的第一主表面上；
從主化合物半導體層將成長用基板加以去除的步驟；
自然氧化膜去除步驟，是將形成于透明導電性半導體基板的對該主化合 物半導體層的貼合面的自然氧化膜加以去除；
有機溶劑接觸步驟，是使含堿的有機溶劑與經去除該自然氧化膜的透明 導電性半導體基板的貼合面接觸；及
貼合步驟，是將有機溶劑接觸步驟結束后的透明導電性半導體基板的貼 合面疊合于主化合物半導體層的貼合面加以貼合。
在將透明導電性半導體基板貼合于含有發(fā)光層部的主化合物半導體層 前，必須將形成于透明導電性半導體基板的表面的自然氧化膜加以去除(此處所謂自然氧化膜的去除，是指去除自然氧化膜的至少一部分使厚度降低即 可，非指一定必須要完全加以去除)。然而，若將自然氧化膜去除后的透明 導電性半導體基板放置于大氣中，則自然氧化膜將會直接在這樣的狀態(tài)下， 于較短時間發(fā)生再成長，界面電阻降低效果會馬上受到影響。因此，實施使 有機溶劑與經去除自然氧化膜后的透明導電性半導體基板表面接觸的有機 溶劑接觸步驟。由此，可抑制自然氧化膜的再成長，有助于界面電阻及安定
化電壓降AVf的降低。又，通過使該有機溶劑為含堿的有機溶劑，使來自于
含堿的有機溶劑的堿金屬成分以上述濃度范圍殘留在貼合面上，界面電阻及
安定化電壓降AVf的低減效果將更加顯著。此時，于貼合界面，形成于主化
合物半導體層側與上述透明導電性半導體基板側的氧化膜的合計厚度較佳 在小于或等于1.3nm，更佳在小于或等于0.8nm。
于上述本發(fā)明的發(fā)光元件的制造方法中，可使自然氧化膜去除步驟為堿 洗凈步驟，在該堿洗凈步驟的后，進行透明導電性半導體基板的水洗步驟， 于該水洗步驟結束后，可以將該透明導電性半導體基板的貼合面浸漬于有機 溶劑，或是使有機溶劑的蒸氣接觸于該貼合面然后進行干燥的方式，來實施 有機溶劑接觸步驟。
也即，自然氧化膜去除步驟，可由例如使用氫氧化鉀水溶液或氫氧化鈉 水溶液等堿蝕刻液的堿洗凈步驟，來迅速去除自然氧化膜。此時，被賦予于 貼合界面的堿金屬原子，在前者時為鉀原子，后者時則為鈉原子。
若以上述濕式蝕刻方式來進行自然氧化膜去除，則蝕刻后的水洗步驟干 燥步驟為當然需要。此時，若在該水洗后，馬上進行上述有機溶劑接觸步驟， 將水分置換成有機溶劑并進行干燥，則干燥后的自然氧化膜的成長速度將大 幅減小，有助于界面電阻降低。又，自然氧化膜去除后，將透明導電性半導 體基板貼合于主化合物半導體層止的保管間隔也可獲得較長的確保，也有助 于提升直接接合型發(fā)光元件的生產性。
此時含堿的有機溶劑，在將貼合界面的堿金屬原子濃度提高至上述范圍時，更佳為使用含有堿成分濃度高于每一次洗凈步驟經水洗步驟后洗凈液所 帶入的堿成分濃度者(也即，使用積極添加有堿成分在洗凈步驟所帶入的量 以上的含堿的有機溶劑)。
有機溶劑接觸步驟所使用的有機溶劑，較佳為使用與水自由混合者，也 使得在水洗后容易與殘留在貼合面的水滴進行置換(例如，醇或酮類等)。又， 為了藉共沸有效率地與有機溶劑一起使水分蒸發(fā)，更佳為使用與水自由混合
的有機溶劑，且在2(TC與水的蒸氣壓差在100hPa以下者。此種有機溶劑， 具體而言，可適合使用異丙醇(沸點82.4°C，在2(TC與水的蒸氣壓差20hPa) 或乙醇(沸點7S.3'C，在20'C與水的蒸氣壓差36hPa)等的醇類。又，醇， 在容易溶解堿金屬氫氧化物，容易調制含堿的有機溶劑的觀點下也有用(亦 即，含堿的有機溶劑，可制成為溶解有堿金屬氫氧化物的醇)。
此時含堿的有機溶劑，在將貼合界面的堿金屬原子濃度提高至上述范圍 時，更佳為含有堿金屬氫氧化物及水。
所使用的醇，尤其是異丙醇，由于干燥后抑制自然氧化膜再成長的效果 大，因此對本發(fā)明是有效的。又，添加于含堿的有機溶劑的堿金屬氫氧化物， 較佳為使用氫氧化鉀或氫氧化鈉。
此時，含堿的有機溶劑，較佳為使用含有大于或等于5xl0^mol/L、小 于或等于3x10—4mol / L的范圍的氫氧化鉀或氫氧化鈉(也可復合添加兩者， 此時為合計)者。該堿含量若未達5x10—Smol/L時，則界面電阻降低效果將 不充分，若超過3x10—4mol/L時，則所添加的堿成分會產生凝集等，含堿 的有機溶劑會不安定化而無法進行均勻的處理。該堿含量，更佳為大于或等 于lxUTSmol/L、小于或等于3x10—"mol/L以下。又，含堿的有機溶劑， 較佳為含有大于或等于1x10—4mol / L、小于或等于5mol / L的范圍的水分。 若水分含量未達1x10—4mol / L，則難以將貼合界面的堿金屬原子濃度提高至 上述范圍。又，若超過5mol/L時，水分易殘留于貼合面，自然氧化膜會發(fā) 生再成長，導致無界面電阻降低效果，安定化電壓降AVf的降低效果反而減小。上述水分的含有范圍，更佳為大于或等于0.05mol / L、小于或等于5mol /L。
另，上述有機溶劑接觸步驟(或者，通過堿洗凈的自然氧化膜去除步驟及 水洗步驟，與的后的有機溶劑接觸步驟)，可同樣對主化合物半導體層的貼 合面加以實施，可進一步有助于使界面電阻消失，降低安定化電壓降AVf。


圖l，顯示為本發(fā)明適用對象的發(fā)光元件一例的示意圖。 圖2，顯示本發(fā)明的發(fā)光元件制造方法一例的步驟說明圖。 圖3，接續(xù)圖2的步驟說明圖。 圖4，界面堿原子濃度的算出方法的說明圖。
圖5，顯示含堿的有機溶劑中的K濃度，與貼合界面的K濃度的關系的圖。
圖6，顯示貼合界面的K濃度與AVf的關系的圖。 圖7，顯示貼合界面的K濃度與Vf的關系的圖。
附圖編號說明
1GaAs單結晶基板2n型GaAs緩沖層
3剝離層4n型包覆層
活性層6p型包覆層
9光取出面?zhèn)入姌O9aAuBe接合合金化層
16AuGeNi接合合金化層20電流擴散層
23接著劑層24發(fā)光層部
50主化合物半導體層70GaP基板
70i自然氧化膜70j氧化膜
100發(fā)光元件110臨時支持基板120 臨時支持貼合體
具體實施例方式
以下，參照圖式來說明本發(fā)明的發(fā)光元件制造方法的實施形態(tài)。圖1為
本發(fā)明適用對象的發(fā)光元件的概念圖。該發(fā)光元件ioo，是在作為透明導電
性半導體基板的GaP基板70(于本實施形態(tài)中雖為n型，但在主化合物半導 體層50的各層的積層順序與上述為p/n互換時，則為p型，又，也可使用 GaAsP、 AlGaAs等的其它透明導電性半導體基板)的第一主表面上，具有直 接貼合有發(fā)光層部24的構造。于本實施形態(tài)中，各層及基板的主表面，如 圖1所示，系使發(fā)光元件100的光取出面PF在上側的狀態(tài)為正置狀態(tài)，統(tǒng) 一將該正置狀態(tài)的圖式上側的面記載為第一主表面，而下側的面則記載為第 二主表面。因此，在方便說明步驟上，相對于上述正置狀態(tài)，以將上下倒轉 的反置狀態(tài)加以圖標時，該圖式的第一主表面與第二主表面的上下關系也倒 轉。
發(fā)光層部24，具有以p型(AlzG^z)ylm.yP(其中，x<zS l)所構成的p型 包覆層6、與n型(AlzGaLz)ylriLyP(其中，x<z^ l)所構成的n型包覆層4，將 無摻雜的(AlxGa!-x)yli^yP(其中，0^x^0.55， 0.45^y^0.55)混晶所構成的活 性層5夾持的構造，可根據活性層5的組成，將發(fā)光波長在綠色至紅色區(qū)域 (發(fā)光波長(波峰發(fā)光波長)為大于或等于550nm、小于或等于670nm)加以調 整。另，發(fā)光層部24，也可由InxGayAlLx.yN(O芻xSl， O^y^l, x+y〇l) 來構成。
在發(fā)光層部24的第一主表面上，形成有GaP電流擴散層20，與發(fā)光層 部24 —起構成主化合物半導體層50。在電流擴散層20的第一主表面的大 略中央處，形成有用以將發(fā)光驅動電壓施加于發(fā)光層部24的光取出面?zhèn)入?極9(例如，Au電極)。在該光取出面?zhèn)入姌O9與GaP電流擴散層20的間，設置有作為光取出側接合合金化層的AuBe接合合金化層9a(例如，Be: 2 質量％)。又，電流擴散層20的第一主表面的光取出面?zhèn)入姌O9周圍的區(qū)域， 形成有光取出區(qū)域PF (從發(fā)光層部24射出)。又，于本實施形態(tài)中，雖然 為p型包覆層6位于光取出面?zhèn)鹊姆e層形態(tài)，但是也可為n型包覆層4位于 光取出面?zhèn)鹊姆e層形態(tài)(此時，電流擴散層20必須為n型，又，接合合金化 層9a以AuGeNi等所構成)。
n型包覆層4及p型包覆層6的厚度，例如，分別在大于或等于0.8pm、 小于或等于4nm(較佳在大于或等于0.8pm、小于或等于2pm)，活性層5的 厚度，例如在大于或等于0.4pm、小于或等于2pm(較佳在大于或等于0.%im、 小于或等于lpm)。發(fā)光層部24全體的厚度，例如在大于或等于2pm、小于 或等于10pm(較佳在大于或等于2|im、小于或等于5nm)。并且，GaP電流擴 散層20的厚度，例如在大于或等于5pm、小于或等于200^im(較佳在大于或 等于5pm、小于或等于28jiim，更佳在大于或等于8pm、小于或等于15pm)。 因此，主化合物半導體層50的厚度，例如在大于或等于7pm、小于或等于 21(Him(較佳在大于或等于7nm、小于或等于38pm，更佳在大于或等于10pm、 小于或等于20pm)。
GaP基板70，是將GaP單結晶錠加以切片、研磨所制得者，其厚度例如 在大于或等于50pm、小于或等于500pm。另，GaP基板，也可使用將GaP 單結晶錠加以切片、研磨所制得的單結晶基板其與主化合物半導體層50的 貼合面?zhèn)鹊闹鞅砻嫱庋由L有GaP或InGaP的單結晶層的GaP磊晶晶圓(在 此情況，當使用外延生長有InGaP層的基板時，若InGaP層的厚度小于GaP 單結晶基板，則該磊晶晶圓廣義地視為屬于GaP基板的概念者)。在GaP基 板70的背面，分散形成有作為基板側接合合金化層的AuGeNi接合合金化 層16(例如Ge: 15質量％， Ni: 10質量％)。接合合金化層16，例如可由銀 膠層等接著于未圖標的金屬臺(metal stage)。
GaP基板70與主化合物半導體層50的界面成為貼合界面，該貼合界面的堿金屬原子濃度調整在大于或等于lxl0"atoms / cm2、小于或等于 2xl015atoms / cm2(較佳在大于或等于3xl014atoms / cm2、小于或等于 1.5xl015atoms/cm2)。堿金屬原子，于本實施形態(tài)中為鉀原子，但也可為鈉 原子，或也可混合鉀原子與鈉原子。
此界面的堿金屬原子濃度，可以下述方式來進行測量。亦即，從第一主 表面?zhèn)然虻诙鞅砻鎮(zhèn)扔谏疃确较?x)對電流擴散層7進行SIMS分析，如圖 4所示，測量顯示各深度位置的每單位體積的堿金屬原子濃度的深度方向濃 度曲線C(x)。另，深度方向的SIMS分析，可由一邊將所照射的一次離子束 兼用為試料表面的深度方向蝕刻束， 一邊進行二次離子質量分析的D — SIMS(Dynamic SIMS)來進行。將此深度方向濃度曲線C(x)在對應于上述界 面的含有堿金屬原子濃度波峰位置的區(qū)間對深度方向距離x進行積分，將所 得的值采用作為界面堿金屬原子濃度。深度方向濃度曲線C(x)，隨著遠離界 面位置(濃度波峰位置)急速減小，形成顯示背景堿金屬原子濃度的基線。可 將此基線上的波峰所在位置作為積分區(qū)間的邊界，但由于基線上的堿金屬原 子濃度，通常低于波峰位置的堿金屬原子濃度好幾位數，故即使將積分區(qū)間 設定為超出上述所在位置至波峰外側，也不會有不良影響，幾乎不會對以此 方式所得的界面堿金屬原子濃度的計算值造成影響。
回到圖1，在GaP基板70與主化合物半導體層50的貼合界面，形成有 氧化膜70j。此氧化膜70j，系來自在貼合階段于GaP基板70與主化合物半 導體層50的各貼合面各別所形成的自然氧化膜，其厚度在小于或等于 1.3nm(較佳在小于或等于0.8nm)。氧化膜70j的厚度，例如可使用光譜橢圓 偏光法來加以測量。
以下，說明上述發(fā)光元件100的制造方法的具體例。
首先，如圖2的步驟1所示，在作為GaAs基板的GaAs單結晶基板l的 主表面，依序外延生長n型GaAs緩沖層2例如0.5^m、 AlAs所構成的剝離 層3例如0.5pm。然后，依序外延生長n型包覆層4(厚度例如lpm)、AlGalnP活性層(無摻雜)5(厚度例如0.6nm)、及p型包覆層6(厚度例如lpm)作為 發(fā)光層部24。發(fā)光層部24的全體厚度為2.6pm。又，進一步外延生長由p 型GaP所構成的電流擴散層20例如17pm。上述各層的外延生長，可由公 知的MOVPE法來進行。由此，在GaAs單結晶基板1上形成由發(fā)光層部24 及GaP電流擴散層20所構成的主化合物半導體層50。
接著，如步驟2所示，在主化合物半導體層50的第一主表面形成蠟等所 構成的接著劑層23，如步驟3所示，接著Si基板等所構成的臨時支持基板 110，制作臨時支持貼合體120。然后，如圖3的步驟4所示，將附著于臨 時支持貼合體120的作為GaAs基板的GaAs單結晶基板1去除。該去除， 例如可由以將臨時支持貼合體120(參照步驟3)與GaAs單結晶基板1 一起浸 漬于蝕刻液(例如10%氫氟酸水溶液)，對形成在緩沖層2與發(fā)光層部24的 間的AlAs剝離層3進行選擇蝕刻，以將該GaAs單結晶基板1從臨時支持 貼合體120加以剝離的方式來實施。另，也可采用下述步驟預先形成AlInP 所構成的蝕刻中止層來代替AlAs剝離層3，使用對GaAs具有選擇蝕刻性的 第一蝕刻液(例如氨/過氧化氫混合液)，將GaAS單結晶基板1與GaAs緩 沖層2—起加以蝕刻去除，接著，使用對AlInP具有選擇蝕刻性的第二蝕刻 液(例如鹽酸為了去除A1氧化層也可添加氫氟酸)，來將蝕刻中止層加以蝕 刻去除。
然后，如步驟5所示，以氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液所構成的堿 蝕刻液，將另外所準備的n型GaP基板70的第一主表面(貼合面)加以洗凈， 將形成在n型GaP基板70的第一主表面的自然氧化膜70i加以去除。具體 而言，形成為1.5 2nm左右的自然氧化膜，通過此洗凈，厚度將大幅地降 低(例如未達lnm)。又，洗凈后，進一步對n型GaP基板70的第一主表面 進行水洗，接著如步驟6所示，將該第一主表面浸漬于含堿的有機溶劑，以 將水滴去除(有機溶劑接觸處理)，然后，再進行干燥。所使用的含堿的有機 溶劑，具體而言系使用異丙醇作為有機溶劑，使用含有大于或等于5x10—6mol/L、小于或等于3x10—4mol/L(較佳為大于或等于5x10—5mol/L、小于或 等于3x10—4mol / L以下)的范圍的氫氧化鉀或氫氧化鈉(也可復合添加兩者， 該場合為合計)、大于或等于1x10—4mol / L、小于或等于5mol / L(較佳為大 于或等于0.05mol / L、小于或等于5mol / L)的范圍的水分者。
上述含堿的有機溶劑，可對異丙醇添加大于或等于0.01體積％、小于或 等于0.2體積％的范圍的水溶液(是將氫氧化鉀或氫氧化鈉在大于或等于1 質量％、小于或等于30質量％的范圍溶解于水所得)進行調制。
另，較佳為，也對通過實施步驟4所露出的主化合物半導體層50的第二 主表面(貼合面)，完全同樣進行上述的自然氧化膜去除、水洗、有機溶劑接 觸處理及干燥。
然后，如步驟7所示，在上述臨時支持貼合體120的狀態(tài)下，將另外所 準備的n型GaP基板70的第一主表面疊合在將GaAs單結晶基板1去除后 所露出的主化合物半導體層50的第二主表面，并加以壓緊，然后進一步升 溫至大于或等于40(TC、小于或等于70(TC進行貼合熱處理。如上述，以堿 洗凈將自然氧化膜去除的n型GaP基板70的第一主表面(或主化合物半導體 層50的第二主表面)，水洗后，可由進行含堿的有機溶劑接觸處理并加以干 燥，使所去除的自然氧化膜70i難以再成長，使貼合后的界面的氧化膜70j 的厚度保持在前述范圍。并且，來自含堿的有機溶劑的堿金屬成分會以上述 濃度范圍微量殘留在貼合面上。又，自然氧化膜去除后的保管時間即使增加， 也可將自然氧化膜保持在低厚度，因此可增加步驟排程的柔軟性，且也有助 于提升生產性。又，由于可使貼合所得的發(fā)光元件的貼合界面電阻保持在低 值，因此可減小順向電壓Vf。又，在開始通電后的串聯(lián)電阻的變化量，也 即安定化電壓降AVf也小且安定，例如，即使在通過高速開關對發(fā)光元件進 行調光驅動的用途等，也可大幅改善其開關響應性。
上述貼合熱處理結束后，如步驟8所示，通過有機溶劑等將接著劑層23 加以溶解，以將臨時支持基板110分離。接著，如步驟9所示，在通過將臨時支持基板110分離、去除所露出的主化合物半導體層50的第一主表面， 也即，GaP電流擴散層20的第一主表面，以覆蓋其一部分的方式，形成AuBe 光取出側接合金屬層，并且，以大于或等于30(TC、小于或等于500'C的溫 度來進行合金化熱處理，由此制成AuBe接合合金化層(光取出側接合合金化 層)9a。然后，形成由Au等所構成的光取出側電極9來覆蓋該AuBe接合合 金化層9a。又，在GaP基板70的第二主表面，通過蒸鍍分散形成AuGeNi 接合金屬層，并且以大于或等于300°C、小于或等于500'C的溫度進行合金 化熱處理，由此制成AuGeNi接合合金化層(基板側接合合金化層)16。
以上，為了易于理解， 一邊以組件單體的積層形態(tài)圖標步驟， 一邊加以 說明，但實際上，系制作復數組件芯片以排列成矩陣狀的形式總括形成的貼 合晶圓。又，通過通常的方法將此貼合晶圓加以切割，制成組件芯片，并將 其固定于支持體，進行導線的打線連接等后，進行樹脂密封，由此得到最后 的發(fā)光元件。
另，也可使GaP電流擴散層20與發(fā)光層部24的界面形成為滿足上述所 說明的條件的貼合界面。
為了確認本發(fā)明的效果，進行以下的實驗。也即，準備水中溶解有氫氧 化鉀22質量％的水溶液，然后對異丙醇添加該水溶液使氫氧化鉀濃度成為 圖5的各濃度，調整成含堿的有機溶劑。然后，如圖3所示，在去除自然氧 化膜及水洗后，浸漬于上述含堿的有機溶劑，上提后，進行自然干燥。然后， 以使用SIMS的上述方法各別對該干燥后進行貼合步驟所得的發(fā)光元件樣品 的貼合界面的K濃度進行測量。結果示于圖5。
參照圖5的結果，制成將貼合界面的K濃度調整成各種濃度的發(fā)光元件 樣品，然后通電20mA，分別測量剛開始通電后的順向電壓Vf與安定化電 壓降AVf (也即以該剛開始通電后的順向電壓Vf作為初始值，而在的后繼 續(xù)通電時逐漸減少的至Vf安定值為止的順向電壓Vf的減少量)(各個樣品 數分別為5)。以對貼合界面的K濃度作圖的方式，將以上的結果顯示于圖6(AVf)及圖7(Vf)。
從該結果即可知，貼合界面的K濃度在大于或等于lxl014atoms / crn^尤 其是在大于或等于3xl014atoms / cm^時，Vf及AVf的值顯著變小，可得到 良好的結果。另一方面，可知若貼合界面的K濃度未達lxl0"atoms / cm2時， 則Vf及AVf任一者皆急速増大，也明顯變得參差不一。
例如，在使用下述方法所制成的含堿的有機溶劑時，貼合界面的K濃度 為6.24x1014 / cm2。該方法是準備水中溶解有氫氧化鉀22質量％的水溶液， 并且以水將該水溶液稀釋成750倍后，添加于異丙醇，進行調整使氫氧化鉀 濃度成為1.486x10—4mol/L。又，對Vf及AVf進行測量后，分別得到1.98 1.99V及20 50mV極為良好的Vf/AVf特性。又，于使用對異丙醇進行調 整使氫氧化鉀濃度成為2.983xl0_4mOl / L的含堿的有機溶劑時，貼合界面的 K濃度為9.90x1014 / cm2。又，對Vf及AVf進行測量后，分別為1.92 1.93V 及0(測量下限) 10mV，得到極為良好的Vf / AVf特性。又通過SIMS測量， 來確認即使進行高溫長時間熱處理，K等的界面金屬也不會移動，并且可確 認即使長時間通電后，對Vf及AVf以外的特性的添加的影響也無。
另一方面，于使用對異丙醇進行調整使氫氧化鉀濃度成為3x10—6mol/L 的含堿的有機溶劑時，貼合界面的K濃度為7.16xl013/cm2。又，對Vf及 AVf進行測量后，只能分別得到2.05V及180 220mV的不充分的值。
權利要求
1.一種發(fā)光元件，其特征在于在具有發(fā)光層部的由III-V族化合物半導體所構成的主化合物半導體層一方的主表面，具有將透明導電性半導體基板直接貼合的構造，且將上述主化合物半導體層與該透明導電性半導體基板的貼合界面的堿金屬原子濃度調整在大于或等于1×1014atoms/cm2、小于或等于2×1015atoms/cm2的范圍。
2. 根據權利要求1所述的發(fā)光元件，其中上述堿金屬原子為鉀原子或 鈉原子。
3. 根據權利要求1或2所述的發(fā)光元件，其中形成在上述貼合界面的 氧化膜的厚度小于或等于1.3nm。
4. 一種發(fā)光元件的制造方法，用于制造權利要求l-3任意一項中記載 的發(fā)光元件，其特征在于，包含下列步驟主化合物半導體層成長步驟，是將該主化合物半導體層外延生長在成 長用基板的第一主表面上；從上述主化合物半導體層中去除上述成長用基板的步驟；自然氧化膜去除步驟，是將形成于上述透明導電性半導體基板的對上 述主化合物半導體層的貼合面的自然氧化膜加以去除的步驟；有機溶劑接觸步驟，即使含堿的有機溶劑與經去除上述自然氧化膜的 上述透明導電性半導體基板的該貼合面接觸的步驟；貼合步驟，即將上述有機溶劑接觸步驟結束后的上述透明導電性半導 體基板的上述貼合面疊合于上述主化合物半導體層的貼合面加以貼合的 步驟。
5. 根據權利要求4所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，上述自然氧化膜去除步驟為堿洗凈步驟，于該堿洗凈步驟后，進行上述透明導電性半導 體基板的水洗步驟，于該水洗步驟結束后，將上述透明導電性半導體基板 的上述貼合面浸漬于上述含堿的有機溶劑，然后進行干燥的方式，來實施 該有機溶劑接觸步驟。
6. 根據權利要求5所述發(fā)光元件的制造方法，其中，上述含堿的有機 溶劑使用的是比，經過相當于每一次上述洗凈步驟的上述水洗步驟后洗凈 液所帶入的堿濃度，高的含有堿成分的溶劑。
7. 根據權利要求4-6中任意一項所述的發(fā)光元件的制造方法，其中， 上述含堿的有機溶劑為溶解有堿金屬氫氧化物的醇。
8. 根據權利要求7所述發(fā)光元件的制造方法，其中，上述含堿的有機 溶劑含有上述堿金屬氫氧化物及水。
9. 根據權利要求7或8所述發(fā)光元件的制造方法，其中，上述醇使用 異丙醇。
10. 根據權利要求所述7-9中任意一項所述發(fā)光元件的制造方法，其 中，上述堿金屬氫氧化物使用氫氧化鉀或氫氧化鈉。
11. 根據權利要求IO所述發(fā)光元件的制造方法，其中，上述含堿的有 機溶劑，含有大于或等于5xlO—mol/L、小于或等于3xlO"mol/L的范 圍的氫氧化鉀或氫氧化鈉。
12. 根據權利要求10或11所述發(fā)光元件的制造方法，其中，上述含 堿的有機溶劑，含有大于或等于1x10—4mol/L、小于或等于5mol/L的 范圍的水分。
13. 根據權利要求4-12中任意一項所述發(fā)光元件的制造方法，其中， 也對上述主化合物半導體層的貼合面實施上述有機溶劑接觸步驟。
全文摘要
在具有發(fā)光層部24的由III-V族化合物半導體所構成的主化合物半導體層50一方的主表面，具有將透明導電性半導體基板70直接貼合的構造，且將主化合物半導體層50與透明導電性半導體基板70的貼合界面的堿金屬原子濃度調整在大于或等于1×10¹⁴atoms/cm²、小于或等于2×10¹⁵atoms/cm²的范圍。由此，提供一種可充分降低發(fā)光層部與透明導電性半導體基板界面電阻的發(fā)光元件。
文檔編號H01L33/00GK101589479SQ20088000285
公開日2009年11月25日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權日2007年1月26日
發(fā)明者池田淳, 鈴木由佳里 申請人:信越半導體株式會社