CN101569024B - 半导体发光器件及半导体发光装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体发光器件及半导体发光装置的制造方法。在半导体发光装置中，因为从衬底侧面漏出的光会成为损失光，所以若衬底的侧面较大，光的拾取效率就会较低。若要将衬底侧面设为狭小的面，将衬底厚度设为很薄的厚度就可以。然而，若衬底较薄，机械强度就会较低，由于加工时所产生的应力等而会破裂，产品合格率下降。这是一个课题。根据本发明，在衬底上形成发光层，再用蜡材料将衬底固定在磨削台上，然后通过磨削使衬底变薄。之后，使支撑衬底附着在衬底上，弥补衬底强度。将衬底在附着有支撑衬底的状态下固定在电极等上，最后使支撑衬底剥离。

Description

半导体发光器件及半导体发光装置的制造方法
技术领域
本发明涉及一种制作在较薄的衬底上形成发光层而成的半导体发光器件及半导体发光装置的制造方法。
背景技术
发光二极管及激光二极管等半导体发光装置是能够通过在蓝宝石或GaN系列的衬底上形成发光层而得到的。形成发光层后，不需要所述衬底。但是，因为发光层稳定地形成在衬底上，所以有意地不除去衬底，而作为半导体发光器件的一部分利用所述衬底。因此，以具有透明性的材料形成衬底。
若半导体发光器件的衬底厚度较薄，从衬底侧面漏出的损失光较少。因此，若能够将衬底形成得薄，就能够使半导体发光器件进行近似于面发光的发光。
另一方面，若将衬底形成得薄，机械强度就会比较低，因而衬底会破裂，产品合格率会下降。这是一个课题。针对于此，有下述技术(参照专利文献1)，即：在衬底上形成发光层，再将该形成有发光层的衬底固定在电极上，然后用激光进行照射，来使发光层从衬底上剥离。
此外，也有人公开了下述技术(参照专利文献2)，即：用双面胶带将衬底贴在别的衬底上，再从紧贴部除去气泡，来在使衬底不破裂的状态下加工成很薄的衬底的技术。专利文献1：日本公开专利公报特开2006-128659号公报专利文献2：日本公开专利公报特开2002-158193号公报
-发明要解决的技术问题-
利用MOCVD(metal organic chemical vapor deposition：金属有机化学气相沉积)法等薄膜形成方法，以很薄的厚度在衬底上形成发光层。因此，若用激光照射而除去衬底，就在有些情况下，该照射时产生的热性或机械性损害会使发光层的特性恶化。另一方面，即使能够稳定地加工成很薄的衬底，在很薄的衬底上形成发光层时也有在加工的中途造成衬底破裂之虞。
很理想的是下述制造方法，即：能够在较厚的衬底上形成发光层，再将该衬底稳定地加工成很薄的厚度。本发明正是为解决上述课题而研究开发出来的。
发明内容
-用以解决技术问题的技术方案-
为解决所述课题，在本发明中，在较厚的衬底上形成发光层，再将该形成了发光层的衬底固定在磨削台上，然后对衬底进行磨削，来使衬底厚度变薄。之后，使支撑衬底暂时附着在该变薄后的衬底上。之后，在暂时附着有支撑衬底的状态下将衬底从磨削台上取下，切断加工成一个个器件，再将该一个个器件固定在形成有引出电极等的镶嵌芯片(sub-mount)上。这样制作半导体发光装置，最后除去支撑衬底。
-发明的效果-
根据本发明的制造方法，在较厚的衬底上形成发光层，将衬底磨削成较薄的厚度，然后用支撑衬底增强由于衬底厚度变薄而下降的机械强度。因此，在使衬底变薄并且能够保持机械强度的状态下进行加工，因而能够用与现有技术一样的制造设备以很高的产品合格率得到衬底很薄的半导体发光装置。
附图说明
[图1]图1是显示半导体发光装置的结构的图。[图2]图2是显示半导体发光器件的剖面的图。[图3]图3是从射光面一侧看半导体发光器件而得到的俯视图。[图4]图4是显示第一实施方式的制造方法的图。[图5]图5是显示第一实施方式的制造方法的图。[图6]图6是显示第一实施方式的制造方法的图。[图7]图7是显示利用第一实施方式的制造方法得到的半导体发光装置的图。[图8]图8是显示第二实施方式的制造方法的重要工序的图。[图9]图9是显示利用在第二实施方式中所显示的制造方法得到的半导体发光装置的图。[图10]图10是显示利用在第二实施方式中所显示的制造方法得到的半导体发光装置的图。
-符号说明-
1-半导体发光装置；10-半导体发光器件；11-衬底；12-n型层；13-活性层；14-p型层；16-n侧电极；17-p侧电极；20-支撑物；21-镶嵌芯片；22-n侧引出电极；23-p侧引出电极；24-n侧凸块；25-p侧凸块；26、27-通孔；30-射光面；36-磨削台；38-填充材料；42-支撑衬底；44-槽口(notch)；50-含荧光体密封层；57-进行了防止全反射处理的射光面。
具体实施方式
(第一实施方式)图1显示本发明的半导体发光装置1。半导体发光装置1具有在镶嵌芯片21上固定有半导体发光器件10的结构。
在镶嵌芯片21上形成有引出电极22、23。引出电极是用来向半导体发光器件10施加电流的电极。引出电极22、23中有与半导体发光器件的n型层一侧连接的n侧引出电极22和与p侧层一侧连接的p侧引出电极23。再说，在图1中，引出电极通过通孔26、27与背面电极28、29连接。由此，能够使电流从背面电极28、29流向半导体发光器件。补充说明一下，背面电极中还是有n侧背面电极28和p侧背面电极29。
在引出电极上形成有凸块24、25。与引出电极一样，凸块中还是有与n型层连接的n侧凸块24和与p型层连接的p侧凸块25。虽然在图1中有多个p侧凸块，但是总括而以25这一个符号表示所述多个p侧凸块。当然，也可以有多个n侧凸块。
引出电极和半导体发光器件通过该凸块直接连接起来。因此，该凸块是连接线。将镶嵌芯片、引出电极、背面电极、通孔及凸块总括而称为支撑物20。补充说明一下，在有些实施方式中，会从支撑物20中省略背面电极、通孔或凸块。
能够以硅稳压二极管、硅二极管、硅、氮化铝、氧化铝或其他陶瓷材料等形成镶嵌芯片21。
通孔是开在镶嵌芯片中的贯通孔，该通孔内部包括铜、铝或金等导电材料。背面电极28、29与通孔电连接，由铜、银或金等导电材料形成。引出电极由铜、铝、金或银等导电材料形成。
凸块发挥将半导体发光器件10固定在镶嵌芯片21上，并使半导体发光器件10与引出电极22、23电连接的作用。
能够采用金、金-锡、焊料、铟合金或导电聚合物等作为凸块的材料，优选金或以金为主要成分的材料。能够利用镀金属法、真空蒸镀(vacuum evaporation)法、网版印刷法、液滴喷射法或打线凸块(wire bump)法等由所述材料形成凸块。
例如，利用打线凸块法形成金线，并用接合设备将该金线的一端接合在镶嵌芯片上的引出电极上，然后切断金线，来形成金凸块。此外，也能够采用液滴喷射法，该液滴喷射法是下述办法，即：利用与喷墨印刷一样的办法用让金等高导电性材料的微粒状纳米粒子分散在挥发性溶剂中而成的液体进行印刷，通过挥发而除去溶剂，来形成作为纳米粒子的集合物的凸块。
图2显示半导体发光器件10的剖视图；图3显示从衬底上部一侧看而得到的俯视图。半导体发光器件10由衬底11、n型层12、活性层13、p型层14、n侧电极16及p侧电极17构成。
衬底11发挥支撑发光层的作用。能够用绝缘性蓝宝石作为衬底11的材料。然而，因为从发光效率和进行发光的部分的基体材料为氮化镓(GaN)这些角度考虑，优选采用折射率与发光层的折射率大致相等的GaN、SiC、AlGaN或AlN等，以便减低光在n型层12与衬底11之间的界面上的反射量。根据本发明的制造方法，能够在使衬底不破裂的状态下加工成很薄的衬底。因此，在将GaN、SiC、AlGaN或AlN等具有劈开性的材料用作衬底的情况下，本发明特别有效。根据本发明的制造方法，也能够将衬底11加工成50μm以下的厚度。
成为发光层的n型层12、活性层13及p型层14依次层叠在衬底11上。这些层12、13、14的材料并不受限制，优选氮化镓系列的化合物。具体而言，n型层12例如由GaN形成，活性层13例如由InGaN形成，p型层14例如由GaN形成。补充说明一下，也可以采用AlGaN或InGaN作为n型层12或p型层14。还可以将由GaN或InGaN形成的缓冲层设置在n型层12与衬底11之间。此外，例如，活性层13也可以具有InGaN和GaN交替层叠而构成的多层结构(量子阱结构)。
从如上所述在衬底11上层叠的n型层12、活性层13及p型层14的一部分中除去活性层13和p型层14，来使n型层12露出。形成在该露出的n型层12上的就是n侧电极16。此外，同样，在p型层14上形成p侧电极17。就是说，通过除去活性层13和p型层14，使n型层12露出，则能够在衬底的同一侧的面上形成发光层和p侧电极及n侧电极。
为了使发光层所发出的光向衬底11一侧反射，采用由反射率高的银(Ag)、铝(Al)或铑(Rh)等形成的第一电极作为p侧电极17。就是说，衬底11的顶面一侧成为射光面30。更优选的是还在p型层14与p侧电极17之间设置由铂(Pt)、镍(Ni)、钴(Co)或氧化铟锡(ITO：indium tin oxide)等形成的电极层，以减低p型层14与p侧电极17之间的欧姆接触电阻。能够以铝或钛(Ti)等形成n侧电极16。优选用金(Au)或铝作为p侧电极17和n侧电极16的表面，以增高p侧电极17及n侧电极16与凸块的接合强度。能够利用真空蒸镀法或溅射法等形成这些电极。
半导体发光器件10的尺寸并不受限定。但是，若要设为光量大且近似于面发光的光源，就优选整体面积比较大，优选一边的长度在600μm以上。
图4显示本发明的半导体发光器件及半导体发光装置的制造方法。首先，在成为衬底11的材料上形成n型半导体12、活性层13及p型半导体14(图4(a))。补充说明一下，将成为衬底的材料称为晶片41。接着，通过蚀刻除去p型半导体14和活性层13的一部分，来使n型半导体露出(图4(b))。
在露出的n型半导体上形成n侧电极16，并在p型半导体上形成p侧电极17(图4(c))。然后，用填充材料38将衬底11固定在磨削台36上(图4(d))。磨削台36当对衬底11进行磨削及研磨时成为支撑部件。磨削台36的材料并不受限制，例如既不变形，硬度又高的陶瓷等很适宜。厚度有20mm到30mm左右就可以。优选采用能够紧紧地固定且能够容易除去的材料作为填充材料38。例如，electron wax(电子蜡)(商品名称)等蜡材料很适宜。
用磨削台36进行支撑，再对衬底进行磨削(图4(e))。磨削出的面成为射光面30。在此，将衬底加工成所希望的厚度。因为衬底11由填充材料38固定在磨削台36上，所以不会受到由于加工时产生的应力而破裂等损伤。
图5显示本发明的制造方法中的图4所示的工序之后的工序。在附着有磨削台的状态下，使支撑衬底42通过粘合剂40附着在经过磨削加工成很薄的厚度的衬底11上(图5(f))。通过该支撑衬底42的附着，弥补经过磨削变薄的衬底11的机械强度。再说，若在衬底11上附着有磨削台的状态下使支撑衬底42附着在衬底11上，衬底11就不会在附着工序中破裂。
因为最后除去该支撑衬底42，所以用能够剥离的材料作为粘合剂。此外，优选支撑衬底和粘合剂具有透光性，以便在图5(i)的工序中使半导体发光器件10实际地发光，进行检验等。具体而言，丙烯类粘合剂、紫外光固化树脂等很适宜。此外，也可以采用环氧系列的粘合剂。优选利用旋涂法(spin coating)涂敷上述粘合剂，这是因为需要以非常薄的厚度涂敷粘合剂。但是，也可以利用普通的涂敷方法涂敷粘合剂。
此外，能够用盖玻片(cover glass)等透明陶瓷材料作为支撑衬底。厚度并不受限定，0.15mm到0.2mm左右很适宜。
对支撑衬底42进行附着后，除去填充材料38，使磨削台36剥离(图5(g))。因为填充材料38通过加热而容易熔化，所以能够使磨削台36剥离。
之后，通过激光划片(laser scribing)等形成槽口44(图5(h))，划分出一个个半导体发光器件(图5(i))。若将槽口44形成到达支撑衬底42的深度，衬底11在分离工序中破裂的可能性也就非常低。
在分离出半导体发光器件的状态下，进行检验和拣选。就是说，使电流在电极中流动，使半导体发光器件实际地发光。
在图6中显示用通过图5的工序制作出的半导体发光器件10制作半导体发光装置的制造方法。在成为镶嵌芯片21的材料上形成引出电极22、23。根据需要还形成通孔、背面电极等。在引出电极22、23上形成凸块24、25。然后，使半导体发光器件10进行熔接(图6(j))。
接着，从该半导体发光装置上除去支撑衬底42(图6(k))。除去时，根据所使用的粘合剂种类的不同而利用不同的方法就可以，例如可以利用下述方法，即：浸在丙酮、甲乙酮(MEK：methyl ethylketone)、四氢呋喃(THF：tetrahydrofuran)或二甲基甲酰胺(DMF：dimethylformamide)等非极性溶剂中，或者在使用了热塑性粘合剂的情况下，先加热而增高流动性，然后进行剥离。
这样，就能够以很高的产品合格率得到衬底11很薄的半导体发光装置。
在图7中显示在通过图6的工序制作出的半导体发光装置1上配置含荧光体密封层50而成的半导体发光装置2。形成方法并不受限定，通过印刷涂敷用作含荧光体密封层的涂料的方法很容易实施，利用该方法时的制作时间也很短。
含荧光体密封层50是使无机或有机荧光体材料的粒子分散在树脂或玻璃等透明介质中的。
例如，在半导体发光器件10发蓝光，并将半导体发光装置2本身的发光颜色设为白色的情况下，所述荧光体材料是下述荧光体材料，即：受到来自半导体发光器件10的蓝光，将该蓝光的波长转换成黄光的波长并进行放出。作为这样的荧光体材料，优选使用稀土掺杂氮化物系列荧光体或稀土掺杂氧化物系列荧光体。更为具体地说，能够适当地使用是稀土掺杂碱土金属硫化物或稀土掺杂石榴石的(Y·Sm)3(Al·Ga)5O12:Ce和(Y0.39Gd0.57Ce0.03Sm0.01)3Al5O12、稀土掺杂碱土金属正硅酸盐(orthosilicate)、稀土掺杂镓硫化合物(thiogallate)以及稀土掺杂铝酸盐(aluminate)等等。此外，也可以用硅酸盐荧光体(Sr1-a1-b2-xBaa1Cab2Eux)2SiO4或α-赛隆(α-sialon:Eu)MX(Si，Al)12(O，N)16作为发黄光的荧光体材料。
作为介质，可以采用以硅树脂、环氧树脂或氟树脂为主要成分的树脂。特别是非硅树脂中适宜的是硅氧烷(siloxane)系列的树脂、聚烯烃(polyolefin)以及有机硅环氧复合树脂(silicone/epoxyhybrid resin)等等。
补充说明一下，也可以采用利用溶胶-凝胶法形成的玻璃材料，来代替树脂。具体而言，该玻璃材料是通式为Si(X)n(R)4-n(n＝1到3)的化合物。在此，R是烷基，从卤素(氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I))、羟基(-OH)或烷氧基(-OR)中选出X。还可以将荧光体或通式为M(OR)n的醇盐添加在该玻璃材料中。通过添加醇盐，则能够改变凹凸结构的折射率。
此外，这些玻璃材料中有固化反应温度为200摄氏度左右的材料，可以说，从用于凸块或电极的各种部分的材料的耐热性方面来考虑，这样的材料还是很适宜的材料。称将荧光体材料和介质混合在一起的状态下的物质为荧光体涂料。
(第二实施方式)在本发明的制造方法中，也可以追加对衬底11的射光面进行防止反射处理的工序。
对半导体发光装置的射光面进行防止反射处理，由此防止经过衬底内的光中以很小的角度向射光面射去的光进行全反射。这样，从半导体发光器件中拾取光的光拾取效率就提高。
图8显示进行了防止反射处理的半导体发光装置3的制造方法。半导体发光装置3的制造方法与第一实施方式的制造方法一样。但是，在第一实施方式中说明的图4(e)之后追加图8的工序。图8的工序显示对射光面30进行防止反射处理57的工序。
防止反射处理57是在射光面30上形成微小凹凸结构的处理。微小凹凸结构防止光在射光面上进行全反射，提高光拾取效率。
若进行利用纳米压印技术的微细加工，就能够形成具有大小规模与光的波长大致一样的微细图案的微小凹凸结构。而且，还能够根据所使用的光的波长形成具有大小规模在光波长以下的微细图案的微细凹凸结构。再说，能够形成形状各种各样的图案，如槽状、锥状、半圆球状等等。在进行纳米压印时，将PMMA(PolymethylMethacrylate：聚甲基丙烯酸甲脂)等聚合物抗蚀剂涂在射光面30上，再进行干燥、烘烤，然后用形成在模型面上的凹凸形状进行转印。
若通过蚀刻形成表面凹凸形状，工序就很简单，光拾取效果也提高。然而，该办法难以正确地控制凹凸形状，也有不能在很多衬底表面上形成完全相同的凹凸形状这一特性。采用蚀刻时，利用湿蚀刻也可以，利用干蚀刻也可以。进行干蚀刻时，能够采用离子铣削(ion milling)法、氯气法等。进行湿蚀刻时，能够用以碱为主要成分的蚀刻剂进行蚀刻。
此外，也可以是这样的，即：对在磨削工序的最后阶段使用的砂轮的粒度进行调节，来使表面在磨削结束的状态下就成为某个范围内的表面粗糙度，来构成衬底表面的凹凸结构。
此外，也可以利用喷墨印刷法在衬底表面上形成凹凸结构。因为该方法不包括对衬底进行蚀刻的工序，所以能够简便地进行该方法。通过对所形成的凹凸结构本身的折射率加以调整，则能够得到光拾取效果。
追加关于防止反射处理57的工序(图8)，除此之外就进行都与第一实施方式一样的工序。这样，就能够得到半导体发光装置3(图9)。
而且，还能够得到将含荧光体密封层50涂在半导体发光器件的周围的半导体发光装置4，与第一实施方式一样(图10)。
补充说明一下，在本说明书的整体中，Al表示铝，N表示氮，O表示氧，Ag表示银，Rh表示铑，Pt表示铂，Ni表示镍，Co表示钴，Ti表示钛，Au表示金，Y表示钇，Sm表示钐，Ce表示铈，Sr表示锶，Ba表示钡，Ca表示钙，Eu表示铕，Mg表示镁。-产业实用性-
本发明能够利用于以很高的产品合格率制造衬底很薄的半导体发光装置的半导体发光装置的制造。

Claims (6)

1.一种半导体发光器件的制造方法，其特征在于：
包括：
在衬底上形成由n型层、活性层及p型层构成的发光层的工序，
除去所述活性层的一部分和所述p型层的一部分，再在所述n型层上形成n侧电极，并在所述p型层上形成p侧电极的工序，
使所述衬底附着在磨削台上的工序，
对所述衬底进行磨削的工序，
使支撑衬底附着在进行了所述磨削的衬底面上的工序，
从附着了所述支撑衬底的所述衬底上剥离所述磨削台的工序，
在所述n型层中形成槽口的工序，以及
使所述支撑衬底剥离的工序。
2.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于：
包括：
在衬底上形成由n型层、活性层及p型层构成的发光层的工序，
除去所述活性层的一部分和所述p型层的一部分，再在所述n型层上形成n侧电极，并在所述p型层上形成p侧电极的工序，
使所述衬底附着在磨削台上的工序，
对所述衬底进行磨削的工序，
使支撑衬底附着在进行了所述磨削的衬底面上的工序，
从附着了所述支撑衬底的所述衬底上剥离所述磨削台的工序，
在所述n型层中形成槽口的工序，
使所述n侧电极及所述p侧电极与形成有引出电极的镶嵌芯片连接的工序，以及
使所述支撑衬底剥离的工序。
3.根据权利要求2所述的半导体发光装置的制造方法，其特征在于：
在所述使所述支撑衬底剥离的工序之后还包括形成含荧光体密封层的工序。
4.一种半导体发光器件的制造方法，其特征在于：
包括：
在衬底上形成由n型层、活性层及p型层构成的发光层的工序，
除去所述活性层的一部分和所述p型层的一部分，再在所述n型层上形成n侧电极，并在所述p型层上形成p侧电极的工序，
使所述衬底附着在磨削台上的工序，
对所述衬底进行磨削的工序，
对进行了所述磨削的衬底面进行防止全反射处理的工序，
使支撑衬底附着在进行了所述防止全反射处理的衬底面上的工序，
从附着了所述支撑衬底的所述衬底上剥离所述磨削台的工序，
在所述n型层中形成槽口的工序，以及
使所述支撑衬底剥离的工序。
5.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于：
包括：
在衬底上形成由n型层、活性层及p型层构成的发光层的工序，
除去所述活性层的一部分和所述p型层的一部分，再在所述n型层上形成n侧电极，并在所述p型层上形成p侧电极的工序，
使所述衬底附着在磨削台上的工序，
对所述衬底进行磨削的工序，
对进行了所述磨削的衬底面进行防止全反射处理的工序，
使支撑衬底附着在进行了所述防止全反射处理的衬底面上的工序，
从附着了所述支撑衬底的所述衬底上剥离所述磨削台的工序，
在所述n型层中形成槽口的工序，
使所述n侧电极及所述p侧电极与形成有引出电极的镶嵌芯片连接的工序，以及
使所述支撑衬底剥离的工序。
6.根据权利要求5所述的半导体发光装置的制造方法，其特征在于：
在所述使所述支撑衬底剥离的工序之后还包括形成含荧光体密封层的工序。
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