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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024156283
(43)【公開日】2024-11-06
(54)【発明の名称】発光素子及び製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/30 20100101AFI20241029BHJP
【ＦＩ】
H01L33/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023070619
(22)【出願日】2023-04-24
(71)【出願人】
【識別番号】000002303
【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000800
【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】谷島 琢磨
(72)【発明者】
【氏名】藤井 優作
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA43
5F241CA05
5F241CA23
5F241CA36
5F241CA65
5F241CA73
5F241CA74
5F241CA77
5F241CB11
(57)【要約】
【課題】接着剤やＳｉＯ２を用いずに素子本体とサファイア基板とが貼り合わされている貼り合わせ部の接合を強化することのできる発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、素子本体とサファイア基板９０とを備えている。素子本体は、積層方向にＡｌＧａＡｓ系半導体層５０、ｎ型電流拡散層６０、及びＡｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層７０とを有している。アモルファス層８０は、素子本体とサファイア基板９０との間に介在し、キャップ層７０とサファイア基板９０との構成元素を成分として含んでいる。
【選択図】図１
【解決手段】発光素子は、素子本体とサファイア基板９０とを備えている。素子本体は、積層方向にＡｌＧａＡｓ系半導体層５０、ｎ型電流拡散層６０、及びＡｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層７０とを有している。アモルファス層８０は、素子本体とサファイア基板９０との間に介在し、キャップ層７０とサファイア基板９０との構成元素を成分として含んでいる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性層が第１半導体層と第２半導体層との間に配置され前記第２半導体層の側から光を出射するＡｌＧａＡｓ系半導体層と、
前記第２半導体層の光出射側に形成されている、Ａｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層と、
前記キャップ層の光出射側に配置されているサファイア基板と、
前記キャップ層と前記サファイア基板との間に介在し前記キャップ層と前記サファイア基板との構成元素を成分としているアモルファス層と、
を備えている、発光素子。
前記第２半導体層の光出射側に形成されている、Ａｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層と、
前記キャップ層の光出射側に配置されているサファイア基板と、
前記キャップ層と前記サファイア基板との間に介在し前記キャップ層と前記サファイア基板との構成元素を成分としているアモルファス層と、
を備えている、発光素子。
【請求項2】
前記キャップ層及び前記サファイア基板の面方位はｃ面（００１）である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項3】
前記キャップ層はＩｎＧａＰである、請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項4】
アルミニウムに対する酸素の比率は、ＴＥＭ－ＥＤＳで分析したとき、前記アモルファス層の方が前記サファイア基板より大きい、請求項１記載の発光素子。
【請求項5】
前記アモルファス層は、Ｐを含む、請求項１又は４に記載の発光素子。
【請求項6】
ＴＥＭ－ＥＤＳ分析による前記アモルファス層の元素別のＡｔｏｍ－％は、前記キャップ層側から前記サファイア基板側の方へ進むに連れて、Ｉｎ及びＧａは減少し、Ａｌは増加している、請求項１又は４に記載の発光素子。
【請求項7】
前記キャップ層は、前記ＡｌＧａＡｓ系半導体層のＡｓが前記アモルファス層に侵入するのを阻止する厚さを有している、請求項１に記載の発光素子。
【請求項8】
ＧａＡｓ基板上に、エピタキシャル成長により少なくとも第１半導体層、活性層、及び第２半導体層を順番に成膜させてＡｌＧａＡｓ系半導体層を作成する工程と、
前記ＡｌＧａＡｓ系半導体層の前記第２半導体層側の光出射側に、Ａｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記キャップ層とサファイア基板との貼り合わせ前の前記キャップ層と前記サファイア基板との貼り合わせ面に対しプラズマ活性化処理を行う工程と、
前記キャップ層と前記サファイア基板との前記貼り合わせ面同士を貼り合わせて前記貼り合わせ面の間に前記キャップ層と前記サファイア基板との構成元素を成分とするアモルファス層を形成する工程と、
を含む、発光素子の製造方法。
前記ＡｌＧａＡｓ系半導体層の前記第２半導体層側の光出射側に、Ａｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記キャップ層とサファイア基板との貼り合わせ前の前記キャップ層と前記サファイア基板との貼り合わせ面に対しプラズマ活性化処理を行う工程と、
前記キャップ層と前記サファイア基板との前記貼り合わせ面同士を貼り合わせて前記貼り合わせ面の間に前記キャップ層と前記サファイア基板との構成元素を成分とするアモルファス層を形成する工程と、
を含む、発光素子の製造方法。
【請求項9】
前記キャップ層と前記サファイア基板との貼り合わせは、前記キャップ層と前記サファイア基板との面方位をｃ面（００１）に揃えて行う、請求項８に記載の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、サファイア基板を備える発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
赤外線発光素子は、発光部としてのＡｌＧａＡｓ系半導体層を含む素子本体と、光透過板としてのサファイア基板とが貼り合わされて、作成されている（例：特許文献１，２）。
【0003】
特許文献１の発光素子では、素子本体の貼り合わせ側にＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎＧａＰをエピタキシャル成長により形成した後、素子本体とサファイア基板とを接着剤で貼り合わせている。
【0004】
特許文献２の発光素子では、素子本体の貼り合わせ側にＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎＧａＰをエピタキシャル成長により形成した後、エピタキシャル成長層とサファイア基板との貼り合わせ面にそれぞれＳｉＯ２膜を形成し、両ＳｉＯ２膜同士を、接着剤を介さずに接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６７２９２７５号公報
【特許文献2】特開２０１７－１２６７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１の発光素子における素子本体とサファイア基板との貼り合わせでは、接着剤層が介在しているので、アニール処理の際の温度（例：３００℃以上）で、接着剤層の接着力が弱められてしまう。
【0007】
特許文献２の発光素子における素子本体とサファイア基板との貼り合わせでは、ＳｉＯ２膜を接合界面として接合しているが、波長９４０ｎｍの光でのＳｉＯ２の屈折率(約１．４)はサファイアの屈折率（約１．７）よりも小さい。その結果、素子本体側のエピタキシャル層とＳｉＯ２との界面の屈折率差はエピタキシャル層とサファイア基板との界面の屈折率差よりも大きくなってしまい、素子本体側の全反射成分が増加することにより、素子本体からの光取り出し効率の低下につながる。
【0008】
本発明の目的は、接着剤やＳｉＯ２を用いずに素子本体とサファイア基板とを貼り合わせるとともに、貼り合わせ部の接合を強化することのできる発光素子及び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】
【0009】
本発明は、次の知見に基づく。（ａ）接着剤無しで素子本体とサファイア基板とを貼り合わせた後、３００℃以上でアニール処理を行うと、素子本体の貼り合わせ側のＡｌＧａＡｓ層の接合界面の微細なボイドにＡｓ（ヒ素）が析出して、ボイドを拡張してしまい、これが接合力の低下につながっている。（ｂ）Ａｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体の層でＡｌＧａＡｓ層を被膜してから、貼り合わせると、該被膜とサファイア基板との間に形成されたアモルファス層は、アニール処理時にボイド内のＡｓの析出がなくなる。
【0010】
本発明の発光素子は、
活性層が第１半導体層と第２半導体層との間に配置され前記第２半導体層の側から光を出射するＡｌＧａＡｓ系半導体層と、
前記第２半導体層の光出射側に形成されている、Ａｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層と、
前記キャップ層の光出射側に配置されているサファイア基板と、
前記キャップ層と前記サファイア基板との間に介在し前記キャップ層と前記サファイア基板との構成元素を成分としているアモルファス層と、
を備えている。
活性層が第１半導体層と第２半導体層との間に配置され前記第２半導体層の側から光を出射するＡｌＧａＡｓ系半導体層と、
前記第２半導体層の光出射側に形成されている、Ａｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層と、
前記キャップ層の光出射側に配置されているサファイア基板と、
前記キャップ層と前記サファイア基板との間に介在し前記キャップ層と前記サファイア基板との構成元素を成分としているアモルファス層と、
を備えている。
【0011】
本発明の発光素子の製造方法は、
ＧａＡｓ基板上に、エピタキシャル成長により少なくとも第１半導体層、活性層、及び第２半導体層を順番に成膜させてAlGaAs系半導体層を作成する工程と、
前記AlGaAs系半導体層の前記第２半導体層側の光出射側に、Ａｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記キャップ層とサファイア基板との貼り合わせ前の前記キャップ層と前記サファイア基板との貼り合わせ面に対しプラズマ活性化処理を行う工程と、
前記キャップ層と前記サファイア基板との前記貼り合わせ面同士を貼り合わせて前記貼り合わせ面の間に前記キャップ層と前記サファイア基板との構成元素を成分とするアモルファス層を形成する工程と、
を含む。
ＧａＡｓ基板上に、エピタキシャル成長により少なくとも第１半導体層、活性層、及び第２半導体層を順番に成膜させてAlGaAs系半導体層を作成する工程と、
前記AlGaAs系半導体層の前記第２半導体層側の光出射側に、Ａｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記キャップ層とサファイア基板との貼り合わせ前の前記キャップ層と前記サファイア基板との貼り合わせ面に対しプラズマ活性化処理を行う工程と、
前記キャップ層と前記サファイア基板との前記貼り合わせ面同士を貼り合わせて前記貼り合わせ面の間に前記キャップ層と前記サファイア基板との構成元素を成分とするアモルファス層を形成する工程と、
を含む。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、サファイア基板側の貼り合わせ面に対して素子本体側の貼り合わせ面にはＡｓを成分として含まないＩｎＧａ系半導体のキャップ層が設けられ、貼り合わせに伴いキャップ層とサファイア基板との間には、キャップ層及びサファイア基板の構成元素を成分とする、Ａｓを成分として含まないアモルファス層が形成される。これにより、貼り合わせ部におけるＡｓの析出が抑制されて、素子本体とサファイア基板との接合力の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】赤外線発光素子の製造途中で生成される最大積層時の積層構造の断面図である。
【図3】アモルファス層及びその両側の隣接部分の積層範囲についてのＴＥＭ－ＥＤＳによる成分分析と散乱電子像とを示す図である。
【図4】積層方向にアモルファス層及びその両側の隣接部分の積層範囲についてのＴＥＭによる透過電子像を示す図である。
【図5A】キャップ層を形成することなくエピタキシャル成長層とサファイア基板とを貼り合わせた後のエピタキシャル成長層のエピタキシャル接合界面のアニール処理前及びアニール処理後の外観図である。
【図5B】キャップ層をエピタキシャル成長層の表面に形成してから、キャップ層とサファイア基板とを貼り合わせた後のキャップ層のエピタキシャル接合界面のアニール処理前及びアニール処理後の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
【0015】
[全体の積層構造］
図１は、赤外線発光素子１１０（図８）の製造途中で生成される最大積層時の積層構造１００の断面図である。図２は、積層構造１００の主要部の特徴を簡略的に示す断面図である。赤外線発光素子１１０の製造は、積層構造１００の生成までは層を順次積層していき、その後、エッチングによる削除が順次、行われる。したがって、積層構造１００は、赤外線発光素子１１０の製造過程に生成される最大積層時の積層構造であり、赤外線発光素子１１０の製造に関与する全部の層を有している。
図１は、赤外線発光素子１１０（図８）の製造途中で生成される最大積層時の積層構造１００の断面図である。図２は、積層構造１００の主要部の特徴を簡略的に示す断面図である。赤外線発光素子１１０の製造は、積層構造１００の生成までは層を順次積層していき、その後、エッチングによる削除が順次、行われる。したがって、積層構造１００は、赤外線発光素子１１０の製造過程に生成される最大積層時の積層構造であり、赤外線発光素子１１０の製造に関与する全部の層を有している。
【0016】
なお、明細書で使用している各元素記号が意味する元素名は次のとおりである。Ｉｎ：インジウム、Ｇａ：ガリウム、Ａｓ：ヒ素、Ｐ：リン、Ａｌ：アルミニウム、Ｏ：酸素、Ａｕ：金、Ｓｉ：ケイ素、Ｎ：窒素。各化学式が意味する物質名は次のとおりである。Ａｌ２Ｏ３：アルミナ、Ｏ２：酸素、ＳｉＯ２：二酸化ケイ素。各略記の意味は次のとおりである。ＣＳＬ：電流拡散層、ＭＱＷ：（Multiple Quantum Well）。
【0017】
積層構造１００における素子本体側の積層は、ＧａとＡｓを成分とする基板本体１１の表面に、図１において上から下の方向（以下、「積層方向」という。）の順番にｉ型ＧａＡｓバッファ１２からキャップ層７０までの層のすべてがエピタキシャル成長により形成される。エピタキシャル成長は、例えばＭＯＣＶＤ法によって行われる。この積層が終了すると、次に、素子本体と、サファイア基板９０とが面方位をサファイア基板９０の面方位のｃ面（００１）に揃えて相互に貼り合わされる。なお、厳密にｃ面（００１）に揃える必要はない。貼り合わせに支障のない程度に、ｃ面（００１）に対して所定のオフ角範囲内に揃えることは、当業者の設計事項の範囲内であるとともに、ここで言う「ｃ面（００１）に揃える」の概念に含むものとする。
【0018】
アモルファス層８０は、キャップ層７０とサファイア基板９０との貼り合わせに伴い、キャップ層７０の構成元素（Ｉｎ、Ｇａ及びＰ）及びサファイア基板９０の構成元素（Ａｌ及びＯ）を成分として生成される。なお、貼り合わせは、図６で後述するように、素子本体とアモルファス層８０とを積層方向の両側から加圧しつつ、加熱して行ったり、貼り合わせに先立ち、貼り合わせ面にプラズマ活性化処理を行っている。
【0019】
積層構造１００は、図１において積層方向の順番にＧａＡｓ基板１０、ｐ型半導体２０、活性層３０、ｎ型半導体層４０、ｎ型電流拡散層６０、キャップ層７０、アモルファス層８０、及びサファイア基板９０を備えている。ＧａＡｓ基板１０は、ｐ型半導体２０、活性層３０、ｎ型半導体層４０、ｎ型電流拡散層６０及びキャップ層７０をエピタキシャル成長で形成するため用いられるものであり、貼り合わせ後、除去される。したがって、ＧａＡｓ基板１０は、最終製品としての赤外線発光素子１１０の構成要素としては含まれない。
【0020】
ＧａＡｓ基板１０は、積層方向に順番に基板本体１１、ｉ型ＧａＡｓバッファ１２及びＩｎＧａＰエッチストップ１３を有している。図２において、エピタキシャル成長層１０２は、図１のｉ型ＧａＡｓバッファ１２からｎ型電流拡散層６０までの積層の全体を意味している。キャップ層７０は、エピタキシャル成長層１０２の表面にエピタキシャル成長で形成される。
【0021】
接合前の積層構造には、キャップ層７０及びサファイア基板９０の構成元素を成分として生成されるアモルファス層８０は存在していなかった。
【0022】
ＡｌＧａＡｓ系半導体層５０は、積層方向に順番に第１半導体としてのｐ型半導体２０と、活性層３０と、第２半導体としてのｎ型半導体層４０とから構成されている。ｐ型半導体２０は、積層方向に順番にｐ型ＡｌＧａＡｓコンタクト２１、ｐ型ＡｌＧａＡｓ電流拡散層２２及びｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２３を有している。活性層３０は、積層方向の順番にｉ型ＡｌＧａＡｓ層３１、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ＿ＭＱＷ層３２及びｉ型ＡｌＧａＡｓ層３３を有している。ｎ型半導体層４０は、単一のｎ型のＡｌＧａＡｓクラッド層から構成されている。ｎ型電流拡散層６０及びキャップ層７０は、ＡｌＧａＡｓから成る。
【0023】
各層の厚さの一例は、次のとおりである。ｉ型ＧａＡｓバッファ１２：４００ｎｍ、ＩｎＧａＰエッチストップ１３：５０ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＡｓコンタクト２１：３０ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ電流拡散層２２：６００ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２３：５００ｎｍ、ｉ型ＡｌＧａＡｓ層３１：５００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ＿ＭＱＷ層３２：１３０ｎｍ、ｉ型ＡｌＧａＡｓ層３３：５００ｎｍ、ｎ型半導体層４０：５００ｎｍ、ｎ型電流拡散層６０：５０００ｎｍ、キャップ層７０：９０ｎｍ、アモルファス層８０：１５ｎｍ。
【0024】
[キャップ層]
実施形態のＩｎＧａＰのキャップ層７０は、Ｉｎ０．５－Ｇａ０．５－Ｐ１．０の組成のものを使用した。キャップ層７０の膜厚が薄ければＩｎｘ－Ｇａ(１－ｘ)Ｐは、０＜ｘ＜１の範囲でもよいが、キャップ層７０の膜厚はアモルファス層８０の膜厚より十分厚くした方が、キャップ層７０の上に成長させた半導体層のアモルファス化を防ぐことができるため、臨界膜厚の観点からＩｎ組成xの範囲は０．３５≦ｘ≦０．６５程度になるように調整した方がよい。
実施形態のＩｎＧａＰのキャップ層７０は、Ｉｎ０．５－Ｇａ０．５－Ｐ１．０の組成のものを使用した。キャップ層７０の膜厚が薄ければＩｎｘ－Ｇａ(１－ｘ)Ｐは、０＜ｘ＜１の範囲でもよいが、キャップ層７０の膜厚はアモルファス層８０の膜厚より十分厚くした方が、キャップ層７０の上に成長させた半導体層のアモルファス化を防ぐことができるため、臨界膜厚の観点からＩｎ組成xの範囲は０．３５≦ｘ≦０．６５程度になるように調整した方がよい。
【0025】
［アモルファス層］
図３は、アモルファス層８０及びその両側の隣接部分の積層範囲についてのＴＥＭ（透過電子顕微鏡）－ＥＤＳによる成分分析と散乱電子像（ＺＣ）とを併せて示す図である。なお、ＴＥＭ－ＥＤＳによる成分分析において、ＩｎＧａＰのキャップ層７０におけるＯとＡｌは、ノイズである。すなわち、キャップ層７０には、ＯとＡｌとは成分として含まれていない。
図３は、アモルファス層８０及びその両側の隣接部分の積層範囲についてのＴＥＭ（透過電子顕微鏡）－ＥＤＳによる成分分析と散乱電子像（ＺＣ）とを併せて示す図である。なお、ＴＥＭ－ＥＤＳによる成分分析において、ＩｎＧａＰのキャップ層７０におけるＯとＡｌは、ノイズである。すなわち、キャップ層７０には、ＯとＡｌとは成分として含まれていない。
【0026】
図３の散乱電子像（グレイスケール画像）では、重い原子ほど白っぽく、軽い原子ほど黒っぽくなっている。アモルファス層８０の厚さは、１５ｎｍである。散乱電子像からは、アモルファス層８０において、サファイア基板９０側からキャップ層７０側に進むに連れて、重い原子が増えていることが分かる。
【0027】
図３の成分分析から次のことが分かる。
（ａ）アモルファス層８０は、キャップ層７０の構成元素としてのＩｎ、Ｇａ及びＰと、サファイア基板９０の構成元素としてのＡｌ及びＯとを成分として含むこと。
（ａ）アモルファス層８０は、キャップ層７０の構成元素としてのＩｎ、Ｇａ及びＰと、サファイア基板９０の構成元素としてのＡｌ及びＯとを成分として含むこと。
【0028】
（ｂ）Ａｌに対するＯの比率（Ａｔｏｍ－％での比率）は、アモルファス層８０の方がサファイア基板９０より大きいこと。詳細には、アモルファス層８０におけるＡｌのＡｔｏｍ－％は、サファイア基板９０側からキャップ層７０側に進むに連れて明確に減少していくのに対し、アモルファス層８０におけるＯ２のＡｔｏｍ－％は、サファイア基板９０側からキャップ層７０側に進むに連れて、同一か緩慢な減少を維持し、アモルファス層８０の厚さの中心を超えてから急峻に減少している。
【0029】
（ｃ）アモルファス層８０は、Ａｓは含まず、Ｐは含んでいること。
（ｄ）アモルファス層８０では、キャップ層７０側からのＩｎＧａＰとサファイア基板９０側からのＡｌとが段階的（graded）に変化しながら混交していること。段階的に変化しながらの混交は、接合が現実に起きていることの証拠である。段階的な混交を詳細に説明すると、アモルファス層８０において、キャップ層７０の構成元素としてのＩｎ、Ｇａ及びＰのＡｔｏｍ－％は、キャップ層７０から遠ざかってサファイア基板９０に接近するに連れて減少し、サファイア基板９０の構成元素としてのＡｌは、サファイア基板９０から遠ざかってキャップ層７０に接近するに連れて減少している。
（ｄ）アモルファス層８０では、キャップ層７０側からのＩｎＧａＰとサファイア基板９０側からのＡｌとが段階的（graded）に変化しながら混交していること。段階的に変化しながらの混交は、接合が現実に起きていることの証拠である。段階的な混交を詳細に説明すると、アモルファス層８０において、キャップ層７０の構成元素としてのＩｎ、Ｇａ及びＰのＡｔｏｍ－％は、キャップ層７０から遠ざかってサファイア基板９０に接近するに連れて減少し、サファイア基板９０の構成元素としてのＡｌは、サファイア基板９０から遠ざかってキャップ層７０に接近するに連れて減少している。
【0030】
図４は、積層方向にアモルファス層８０及びその両側の隣接部分の積層範囲についてのＴＥＭ（Transmission Electron Microscope／透過電子顕微鏡）による透過電子像を示す図である。透過電子像では、密度が高くなるほど、黒っぽく、密度が低くなるほど、白っぽく表示される。図４のアモルファス層８０の厚さは、図３のアモルファス層８０の厚さと同じく１５ｎｍである。
【0031】
図４からは次のことが分かる。
（ａ）ＩｎＧａＰからなるキャップ層７０は、積層方向に両側のＡｌＧａＡｓからなるｎ型電流拡散層６０及びＡｌ２Ｏ３からなるサファイア基板９０より密度が高いこと。
（ｂ）アモルファス層８０は、密度がｎ型電流拡散層６０、キャップ層７０及びサファイア基板９０のどれよりも低いこと。
（ａ）ＩｎＧａＰからなるキャップ層７０は、積層方向に両側のＡｌＧａＡｓからなるｎ型電流拡散層６０及びＡｌ２Ｏ３からなるサファイア基板９０より密度が高いこと。
（ｂ）アモルファス層８０は、密度がｎ型電流拡散層６０、キャップ層７０及びサファイア基板９０のどれよりも低いこと。
【0032】
図５Ａは、キャップ層７０を形成することなくエピタキシャル成長層１０２（図２）とサファイア基板９０とを貼り合わせた後のエピタキシャル成長層１０２のエピタキシャル接合界面（従来のエピタキシャル接合界面）のアニール処理前及びアニール処理後の外観図である。図５Ｂは、キャップ層７０をエピタキシャル成長層１０２の表面に形成してから、キャップ層７０とサファイア基板９０とを貼り合わせた後のキャップ層７０のエピタキシャル接合界面（本発明の実施形態のエピタキシャル接合界面）のアニール処理前及びアニール処理後の外観図である。アニール処理は、従来及び実施形態共に３７０℃で５分行っている。図５Ｃは、図５Ａのアニール処理後のエピタキシャル成長層１０２のエピタキシャル接合界面のボイドの撮影図である。
【0033】
図５Ａからは、キャップ層７０を形成することなくエピタキシャル成長層１０２とサファイア基板９０とを接着剤無しで貼り合わせてから、アニール処理を行うと、ボイドが拡大していることが分かる。そして、図５Ｃから、拡大したボイドの中にＡｓが析出していることが分かる。これらのことから、エピタキシャル成長層１０２とサファイア基板９０との接合界面へのＡｓの析出を防止すれば、接合部のボイドによる接合力の低下が防止できるという知見が得られる。
【0034】
そして、この知見に基づき、キャップ層７０をエピタキシャル成長層１０２の表面に形成して、キャップ層７０とサファイア基板９０とを貼り合わせてからアニール処理を実施したところ、図５Ｂから分かるように、キャップ層７０の接合界面におけるＡｓの析出によるボイドの拡大がないことが分かった。こうして、接合力が強化された。
【0035】
［製造方法］
図６－図８を参照して、赤外線発光素子１１０の製造方法について説明する。なお、素子本体とは、積層構造１００の製造前（接合前）までは、積層方向に基板本体１１からキャップ層７０までの積層部分を指し、積層構造１００からＧａＡｓ基板１０を除去した後は、積層方向にｐ型ＡｌＧａＡｓコンタクト２１からキャップ層７０までの積層部分を指すものとする。
図６－図８を参照して、赤外線発光素子１１０の製造方法について説明する。なお、素子本体とは、積層構造１００の製造前（接合前）までは、積層方向に基板本体１１からキャップ層７０までの積層部分を指し、積層構造１００からＧａＡｓ基板１０を除去した後は、積層方向にｐ型ＡｌＧａＡｓコンタクト２１からキャップ層７０までの積層部分を指すものとする。
【0036】
図６は、図１の積層構造１００が製造される１段階前の素子本体とサファイア基板９０との貼り合わせの工程を示している。図６の工程では、素子本体側の貼り合わせ面としてのキャップ層７０の光出射側の面と、サファイア基板９０の光入射側の面とは、プラズマ活性化の処理を施される。これにより、両貼り合わせ面にはダングリングボンドが生成される。
【0037】
この後、両貼り合わせ面は、突き合わされる。そして、積層構造１００の積層方向の両側から加圧しつつ、加熱され、貼り合わせが終了する。図１の積層構造１００は、この貼り合わせ後の積層構造である。
【0038】
図７は、図１の積層構造１００に対してエッチングを施してＧａＡｓ基板１０を除去した後の積層構造を示している。ＧａＡｓ基板１０のエッチングには、例えば、アンモニア水及び過酸化水素水のうちの少なくとも１つを含む混合液によるウェットエッチングが採用される。
【0039】
図８は、図７の工程に続く赤外線発光素子１１０の製造工程図である。最初に、図７の積層構造のｐ型半導体２０の上面に片側の半部に寄せて第１オーミック電極９１が形成される（図８の上から１番目の工程）。第１オーミック電極９１は、例えば蒸着法によるＡｕの成膜により形成される。この後、ｐ型半導体２０に対してアニール処理が実施される。
【0040】
次に、ｐ型半導体２０において第１オーミック電極９１が形成されなかった方の半部をエッチングよりｎ型電流拡散層６０の上面９２まで削除し、上面９２を露出させる（図８の上から２番目の工程）。
【0041】
次に、露出した上面９２に第２オーミック電極９３を形成する（図８の上から３番目の工程）。第２オーミック電極９３も、第１オーミック電極９１と同様に、例えば蒸着法によるＡｕの成膜により形成される。この後、ｎ型電流拡散層６０及びｎ型半導体層４０に対してアニール処理が実施される。
【0042】
次に、第１オーミック電極９１及び第２オーミック電極９３の上面は露出させつつ、ＡｌＧａＡｓ系半導体層５０の露出部及び上面９２を保護膜９５により被覆して、赤外線発光素子１１０を完成する（図８の下から１番目の工程）。保護膜９５は、主成分として例えばＳｉＯ２やＳｉＮを選択することができる。なお、保護膜９５は、省略することができる。
【0043】
図８は、１つの赤外線発光素子１１０の製造工程として説明しているが、実際には、基板本体１１を複数の赤外線発光素子１１０をまとめて製造する基板として使用され、複数の赤外線発光素子１１０を一括製造してから、その一括製造物をダイシングによりチップとしての赤外線発光素子１１０に分割している。
【0044】
赤外線発光素子１１０をパッケージ内に組み込んだモジュールとしての発光装置は、図８の赤外線発光素子１１０に対して、周知のダイマウント、ボンディング及びモールド・トリムの処理を順番に行って製造される。
【0045】
図８では、第２オーミック電極９３は、ｎ型のＡｌＧａＡｓクラッド層から構成されているｎ型半導体層４０に形成されている。しかしながら、第２オーミック電極９３は、ｎ型電流拡散層６０に形成することも可能であるし、ｐ型半導体２０のｐ型ＡｌＧａＡｓコンタクト２１と同様に、ｎ型半導体層４０にもｎ型ＡｌＧａＡｓコンタクトを設け、その表面に形成することも可能である。
【0046】
積層構造１００では、素子本体とサファイア基板９０との貼り合わせにＳｉＯ２を接合界面として用いない。波長９４０ｎｍの光でのＳｉＯ２の屈折率(約１．４)はサファイア基板９０の屈折率（約１．７）よりも小さい。したがって、ＳｉＯ２を用いると、、素子本体側のエピタキシャル層としてのｎ型電流拡散層６０とＳｉＯ２との界面の屈折率差は、ｎ型電流拡散層６０とアモルファス層８０との界面の屈折率差よりも大きくなってしまい、素子本体側の全反射成分が増加することにより、光透過板としてのサファイア基板９０からの光取り出し効率の低下につながる。積層構造１００では、ＳｉＯ２を接合界面として用いないことにより、このような光取り出し効率の低下を回避することができる。
【0047】
［補足及び変形例］
積層構造１００では、キャップ層７０の厚さは９０ｎｍとしているが、キャップ層７０の厚さは、ＡｌＧａＡｓ系半導体層５０のＡｓがアモルファス層８０に侵入するのを阻止する厚さが確保されれば、キャップ層７０の厚さは９０ｎｍより薄くてもよい。
積層構造１００では、キャップ層７０の厚さは９０ｎｍとしているが、キャップ層７０の厚さは、ＡｌＧａＡｓ系半導体層５０のＡｓがアモルファス層８０に侵入するのを阻止する厚さが確保されれば、キャップ層７０の厚さは９０ｎｍより薄くてもよい。
【0048】
本発明の第１半導体層及び第２半導体層は、それぞれ赤外線発光素子１１０のｐ型半導体２０及びｎ型半導体層４０に相当する。本発明では、第１半導体層及び第２半導体層をそれぞれｎ型及びｐ型とすることもできる。
【0049】
赤外線発光素子１１０では、キャップ層７０としてＩｎＧａＰが用いられている。キャップ層７０の役割は、素子本体とサファイア基板９０との貼り合わせの接合界面にアニール処理に伴いボイドを拡張させるＡｓを析出させないことである。したがって、本発明のキャップ層は、Ａｓを成分して含まないＩｎＧａ系の半導体の層であれば、Ｐ以外の成分を含むＩｎＧａ系の半導体の層であってもよい。
【0050】
積層構造１００で使用されている各物質の格子定数は次のとおりである。ＡｌＧａＡｓ：５．６５４６、ＩｎＧａＰ：５．６５９６、サファイア：４.７５８８。すなわち、ｎ型電流拡散層６０、キャップ層７０、及びサファイア基板９０の格子定数は、厳密には等しくないが、キャップ層７０とサファイア基板９０とは、問題なく接合して、間にアモルファス層８０が形成されている。
【0051】
積層構造１００で使用されている各物質について、波長が９４０ｎｍの光に対する屈折率は次のとおりである。ＡｌＧａＡｓ：３．４５、ＩｎＧａＰ：３．２２、サファイア：１．７６。
【符号の説明】
【0052】
１０・・・ＧａＡｓ基板、２０・・・ｐ型半導体、３０・・・活性層、４０・・・ｎ型半導体層、５０・・・ＡｌＧａＡｓ系半導体層、６０・・・ｎ型電流拡散層、７０・・・キャップ層、８０・・・アモルファス層、９０・・・サファイア基板、１１０・・・赤外線発光素子（発光素子）。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8】