CN112005389A - 发光元件的配光特性的调节方法及发光元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光元件的配光特性的调节方法，其为在发光元件的制造中调节配光特性的方法，其中，所述发光元件的制造如下所述：在起始基板上形成发光层及窗口层兼支撑基板，去除起始基板，在第一半导体层表面上形成第一欧姆电极，至少去除第一半导体层及活性层的一部分，在第二半导体层或窗口层兼支撑基板上形成第二欧姆电极，在窗口层兼支撑基板的光提取面侧形成凹部。在该发光元件的配光特性的调节方法中，预先设定发光元件所需的配光特性，基于该所需的配光特性，进行凹部形成中的凹部形状的调节及窗口层兼支撑基板的表面粗糙化工序中的表面粗糙化区域的调节中的一个以上，从而将所制造的发光元件的配光特性调节为已设定的所需的配光特性。由此提供一种能够将例如配光角度等的配光特性调节为所需的配光特性的发光元件的配光特性的调节方法及发光元件的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件的配光特性的调节方法及发光元件的制造方法。
背景技术
板上芯片(COB)等产品由于对LED元件的散热性优异，因此在照明等用途中采用LED芯片安装方法。将LED安装在COB等上时，必须为将芯片直接接合于基板的倒装(Flip)安装。为了实现倒装安装，必须制作发光元件的一个表面上设有极性不同的通电用焊片的倒装芯片。此外，设置有通电用焊片一面的相反侧的表面则必须由具有光提取功能的材料构成。
用黄色～红色LED制作倒装芯片时，发光层使用AlGaInP类的材料。由于AlGaInP类材料不存在块状结晶，且以外延法形成LED部，因此对于起始基板，会选择与AlGaInP不同的材料。起始基板大多选择GaAs或Ge，而这些基板对可见光具有光吸收的特性，因此制作倒装芯片时，会去除起始基板。然而，由于形成发光层的外延层为极薄的膜，因此会在去除起始基板后无法自立。因此必须用具有以下功能的材料及构成取代起始基板：对发光层的发光波长而言为大致透明而具有作为窗口层的功能，以及具有充分的厚度以使其自立的作为支撑基板的功能。
作为具有窗口层兼支撑基板的功能的取代材料，可选择GaP、GaAsP及蓝宝石等。不论选择上述哪一种材料，皆为与AlGaInP类材料不同的材料，因此晶格常数、热膨胀系数及杨氏模量等机械特性与AlGaInP类材料不同。
作为这样的技术，专利文献1中公开了一种通过将GaP与晶体生长直接接合而形成窗口层兼支撑基板的方法。此外，专利文献2中公开了一种将GaP晶体生长而形成窗口层兼支撑基板的方法。
如此，使用具有四元活性层及GaP窗口层的发光元件进行倒装芯片安装时，为了提高覆盖发光元件的透镜设计的自由度，必须控制配光特性。
例如专利文献3中公开了一种于具有四元活性层及GaP窗口层的发光元件的光提取侧形成梯形形状的技术。
此外，专利文献4中公开了一种于具有四元活性层及GaP窗口层的发光元件的光提取面侧具有粗糙面的技术。
然而，专利文献3的技术中，只要不改变窗口层的厚度，就难以大幅改变梯形的角度，且难以改变平坦部的大小。
此外，虽然专利文献4的技术对于得到横跨全方位且均一的配光而言为合适的技术，但是难以任意地改变配光角度。
因此，谋求一种在具有GaP窗口层的发光元件中能够任意地调节配光角度等配光特性的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-12028号公报
专利文献2：日本特开2015-5551号公报
专利文献3：日本特开2012-143175号公报
专利文献4：日本特开2015-172730号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种能够将例如配光角度等的配光特性调节为所需的配光特性的发光元件的配光特性的调节方法及发光元件的制造方法。
解决技术问题的技术手段
为了达成上述目的，本发明提供一种发光元件的配光特性的调节方法，其为在发光元件的制造中调节配光特性的方法，其中，所述发光元件的制造具有：在起始基板上，用与该起始基板为晶格匹配类的材料，利用外延生长至少使第一半导体层、活性层及第二半导体层依次生长，从而形成发光层的工序；将窗口层兼支撑基板与所述发光层接合或者使所述窗口层兼支撑基板在所述发光层上外延生长的窗口层兼支撑基板形成工序；去除所述起始基板的工序，在所述第一半导体层表面上形成第一欧姆电极的工序；至少将所述第一半导体层及所述活性层的一部分去除从而形成去除部的去除工序；在所述去除部的所述第二半导体层或所述窗口层兼支撑基板上形成第二欧姆电极的工序；以及在所述窗口层兼支撑基板的光提取面侧形成凹部的凹部形成工序；其中，所述调节方法的特征在于，
预先设定所述发光元件所需的配光特性，
基于该已设定的所需的配光特性，进行所需凹部形成工序中形成的所需凹部的形状的调节以及将所述窗口层兼支撑基板的表面粗糙化的粗糙化工序中的粗糙化区域的调节中的一个以上，从而将所述制造的发光元件的配光特性调节为已设定的所需的配光特性。
如此，基于预先已设定的所需的配光特性，进行形成于窗口层兼支撑基板的光提取面侧的凹部的形状的调节及上述粗糙化工序中的窗口层兼支撑基板的粗糙化区域的调节中的一个以上，从而能够容易地将所制造的发光元件的配光特性(例如配光角度及配光强度等)调节为上述已设定的所需的配光特性。配光特性可微调，能够得到具有各种配光特性的发光元件。
此时，作为所述凹部的形状的调节，能够调节所述凹部的深度。此外，作为所述凹部的形状的调节，能够调节所述凹部的横截面形状。
进一步，作为所述粗糙化工序中的粗糙化区域的调节，能够将所述凹部的内部的底面、所述凹部的内部的侧面、所述窗口层兼支撑基板的所述光提取面及所述窗口层兼支撑基板的侧面中的一个以上的区域粗糙化。
如此，能够容易地进行凹部的形状的调节及粗糙化区域的调节，能够简便地调节配光特性。
此外，本发明提供一种发光元件的制造方法，其特征在于，一边利用上述本发明的发光元件的配光特性的调节方法将所述配光特性调节为所需的配光特性，一边制造发光元件。
若为这种制造方法，则能够使用配光特性的调节方法容易地制造具有已设定的所需的配光特性的发光元件。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够容易地将所制造的发光元件的配光特性调节为预先已设定的所需的配光特性。并且，容易制造具有所需的配光特性的发光元件。
附图说明
图1为示出本发明的发光元件的制造方法的第一实施方式的示意图。其中(A)为窗口层兼支撑基板形成工序后，(B)为去除起始基板的工序后，(C)为凹部形成工序后。
图2为示出本发明的发光元件的制造方法的第二实施方式的示意图。
图3为示出本发明的发光元件的制造方法的第三实施方式的示意图。
图4为示出本发明的发光元件的制造方法的第四实施方式的示意图。
图5为示出凹部的横截面形状的实例的示意图。其中(A)为矩形，(B)为矩形且具有R角的状态，(C)为圆形，(D)为菱形，(E)为多边形，(F)为将矩形配置于四角的状态，(G)为矩形的槽状，(H)为配置了许多矩形的状态，(I)为多重配置了矩形的槽的状态。
图6为示出实施例1(两种图案)及比较例的发光元件的配光特性的图表。
图7为示出实施例1-4及比较例的发光元件的配光特性的图表的一个实例。
具体实施方式
以下，边参考附图边对本发明的实施方式进行更详细的说明，然而本发明并不限定于此。
(第一实施方式)
图1中示出了包含本发明的发光元件的配光特性的调节方法的发光元件的制造方法的第一实施方式。
如图1的(A)所示，制造AlGaInP类外延晶圆001时，准备例如朝[001]方向倾斜了15度的GaAs等的起始基板100。
接着，用与起始基板100为晶格匹配类的材料，利用外延生长在起始基板100上至少使第一半导体层101、活性层102及第二半导体层103依次生长，从而形成发光层107。
具体而言，使用金属有机气相外延(MOVPE)法，在起始基板100上形成由(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)所构成的N包覆层(第一半导体层101)、由(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)所构成的活性层102及由(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)所构成的P包覆层(第二半导体层103)。接着，能够依次层叠由GayIn1-yP(0.0≤y≤1.0)所构成的中间组成层104及具有例如0.5μm以上的厚度的由GaP所构成的窗口层105。
这些层的制作方法并不限定于MOVPE法，也可以使用分子束外延(MBE)法或化学束外延(CBE)法进行制作。
接着，形成与由GaP所构成的窗口层105相接的具有例如100μm的厚度的GaAszP1-z(0.0≤z≤0.1)的窗口层兼支撑基板106。窗口层兼支撑基板106能够利用接合形成，或利用MOVPE法、MBE法或HVPE法形成。
如图1的(B)所示，形成窗口层兼支撑基板106后，形成例如利用化学蚀刻去除了AlGaInP类外延晶圆001的GaAs起始基板100的晶圆011。优选化学蚀刻液具有AlGaInP类材料的蚀刻选择性，通常用含氨蚀刻剂去除。
去除GaAs起始基板100后，如图1的(C)所示，于晶圆011的下部包覆层(第一半导体层101)上形成第一欧姆电极151，形成至少已切掉了第一半导体层101及活性层102的一部分的区域(去除部120)，在该去除部120的第二半导体层103或窗口层兼支撑基板106上的一部分上形成第二欧姆电极161。
在图1的(C)所示的实例中，去除第一半导体层101～窗口层105的一部分，在窗口层兼支撑基板106上形成第二欧姆电极161。
非去除部(去除部120以外的区域)110中，能够在不具有第一欧姆电极151的区域111的至少一部分上设置电介质部140。
能够在位于非去除部110及去除部120之间的段差部130的至少一部分上设置电介质部141。
并且，去除部120中，能够在除第二欧姆电极161以外的区域121的至少一部分上设置电介质部142，得到晶圆A01。
本实施方式中，虽然例示出了具有全部的电介质部140、电介质部141及电介质部142的情况，但无需具有全部的电介质部140、141、142，即使仅具有一部分也能得到同样的效果。
此外，本实施方式中，虽然例示出了在第一半导体层101的区域111只有电介质部140的结构，但也可在电介质部140与第一半导体层101的区域111之间设置光反射膜或光反射部，或者也可在电介质部140的与第一半导体层101的区域111不相接的面的一侧设置光反射膜或光反射部。
此外，本实施方式中，虽然例示出了区域111具有平坦的面的情况，但也可为具有凹凸的面。关于具有凹凸的面，可为利用湿法蚀刻的单纯粗糙面、具有小平面(Facet)的小平面粗糙面、具有数十μm～数百nm的节距的经光刻而被图案化的图案化粗糙面、具有数nm～数百nm的节距的沟形状的光子粗糙面。
此外，本实施方式中，虽然以没有凹凸的平坦的面例示了段差部130，但其也可以为具有凹凸的面。
此外，本实施方式中，虽然以没有凹凸的平坦的面例示了区域120，但其也可以为具有凹凸的面。
作为后续工序，于窗口层兼支撑基板106的光提取面侧形成凹部(凹部形成工序)，在此，预先设定要制造的发光元件所需的配光特性。设定的时机并没有特别限定，只要在凹部的形成或在后述第二实施方式等中说明的粗糙化工序之前即可。例如也可设为在准备起始基板100之前。
另外，基于已设定的所需的配光特性，进行凹部形成工序中的凹部的形状的调节，但关于该调节的具体情况及通过该调节而得到的配光特性的关系，例如可另外事先进行实验而调查好。如此，能够更确实地根据所需调节配光特性，能够得到配光特性如预期的发光元件。
接着，在凹部形成工序中，基于已设定的所需的配光特性，利用光刻法在晶圆A01的具有窗口层兼支撑基板106的第一面(光提取面)01A上形成抗蚀图案，利用蚀刻从01A侧开始朝上部包覆层(第二半导体层103)形成凹部11A。关于蚀刻，不论选择湿法蚀刻法或干法蚀刻法中的哪一种，均能够形成凹部。湿法蚀刻法的情况下，能够使用盐酸类蚀刻液进行蚀刻，干法蚀刻法的情况下，能够使用氯系气体进行蚀刻。
对于凹部的投影视角形状(即横截面形状)，能够选择包括矩形的多边形、圆形及其他任意的形状及大小。例如可制成图5所示的形状。图5的(A)为凹部在投影视角下为矩形的情况。图5的(B)为凹部在投影视角下为矩形且具有R角的情况。图5的(C)为凹部在投影视角下为圆形的情况。图5的(D)为凹部在投影视角下为菱形的情况。图5的(E)为凹部在投影视角下为多边形的情况。图5的(F)为凹部在投影视角下为将矩形配置于四角的情况。图5的(G)为凹部在投影视角下为矩形的槽状的情况。图5的(H)为凹部在投影视角下配置有许多矩形的情况。图5的(I)为凹部在投影视角下为多重配置有矩形的槽的情况。
此外，凹部的深度没有特别限定，例如可以在1μm以上且到达发光层为止的范围内，调节为任意的深度。为了得到更加良好的配光特性的调节及变更，适宜设置为5μm以上的深度。从晶粒形成时的产率降低的角度出发，适宜为不超过窗口层兼支撑基板的一半左右的厚度以上的深度。
通过调节这些凹部的横截面形状及深度，能够容易地进行配光特性的调节。
虽然能够将凹部的截面形状按照所需的配光特性而形成为任何形状，但选择湿法蚀刻法时，该截面形状为具有小平面的结构，选择干法蚀刻时，该截面形状为具有一部分平缓的曲线或是横跨整个面的平缓的面。
形成凹部11A后，利用划线折断法(scribing and breaking)法或刀片切割法，由晶圆状单颗化(singulation)成晶粒状，制成芯片(发光元件170)。
若为这样的本发明的配光特性的调节方法及使用了该调节方法的发光元件的制造方法，则能够确实地得到将配光特性调节为预先设定的所需的配光特性的发光元件。
并且，上述第一实施方式中，已对一边通过调节凹部的形状而将所制造的发光元件的配光特性调节为预先设定的所需的配光特性一边进行制造的方法进行了说明。以下，作为第二实施方式～第四实施方式，对除了进行凹部的形状的调节以外，还进行将窗口层兼支撑基板的表面粗糙化的粗糙化工序中的粗糙化区域的调节，而得到设定的所需的配光特性的调节方法及制造方法，进行说明。
进一步，本发明不限定于此，只要形成凹部，则也可不用特别进行该形状的调节，而仅通过调节粗糙化区域，来进行配光特性的调节。
另外，粗糙化工序中的粗糙化区域并没有特别限定，例如可设为凹部的内部的底面、凹部的内部的侧面、窗口层兼支撑基板的光提取面及窗口层兼支撑基板的侧面中的一个以上的区域。即使如此，也能够容易地进行配光特性的调节，能够简便地得到预先已设定的所需的配光特性。
(第二实施方式)
图2示出了本发明的发光元件的制造方法的第二实施方式。
基于预先已设定的所需的配光特性，在形成凹部21A之前，在晶圆A02的具有窗口层兼支撑基板206的第一面(光提取面)02A上实施粗糙处理(粗糙化工序)，除此之外基本上与第一实施方式相同，因此省略说明。另外，粗糙处理能够通过用包含氟及碘的混合液进行处理而得到粗糙面。
如图2所示，凹部21A的内部的底面21C、窗口层兼支撑基板206的光提取面02A被粗糙化。
(第三实施方式)
图3示出了本发明的发光元件的制造方法的第三实施方式。
基于预先已设定的所需的配光特性，在形成凹部31A之后，在晶圆A03的具有窗口层兼支撑基板306的第一面(光提取面)03A侧实施粗糙处理(粗糙化工序)，除此之外基本上与第一实施方式相同，因此省略说明。另外，粗糙处理能够通过用包含氟及碘的混合液进行处理而得到粗糙面。
如图3所示，凹部31A的内部的底面31C及侧面31B、窗口层兼支撑基板306的光提取面03A被粗糙化。
(第四实施方式)
图4示出了本发明的发光元件的制造方法的第四实施方式。
基于预先已设定的所需的配光特性，在形成凹部41A后，利用划线折断法或刀片切割法，由晶圆状单颗化成晶粒状，制成芯片，芯片化后，将保持在胶带上的芯片扩展以使其具有一定的间隔，空出芯片间的间隔后，对芯片实施粗糙处理(粗糙化工序)，除此之外基本上与第一实施方式相同，因此省略说明。粗糙处理能够通过用包含氟及碘的混合液进行处理而得到粗糙面。此外，通过对已晶粒化的芯片实施粗糙处理，不仅第一面04A(光提取面)侧被粗糙化，而且侧面04B也能够被粗糙化。
如图4所示，凹部41A的内部的底面41C及侧面41B、窗口层兼支撑基板406的光提取面04A及侧面04B被粗糙化。
实施例
以下，示出实施例及比较例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不仅限于此。
(实施例1)
用MOVPE法在GaAs(001)起始基板上形成作为功能层的双异质结(DH)层。双异质结层由下部包覆层、活性层及上部包覆层构成。包覆层可选择(AlxGa1-x)yIn1-yP(0.6≤x≤1.0，0.4≤y≤0.6)的组成，本实施例中，作为下部包覆层，为n型AlInP包覆层为0.7μm(掺杂浓度3.0E+17/cm3)与n型Al0.6GaInP层为0.3μm(掺杂浓度1.0E+17/cm3)的双层结构。
活性层可选自(AlxGa1-x)yIn1-yP(0.15≤x≤0.8，0.4≤y≤0.6)，可按照波长变更组成x及y。本实施例中使用多重活性层。活性层及阻挡层的膜厚可按照所求波长进行变更，其分别根据波长在4～12nm的范围内进行调节。
作为上部包覆层，为p型AlInP包覆层为0.1μm(掺杂浓度1.0E+17/cm3)与p型Al0.6GaInP层为0.9μm(掺杂浓度3.0E+17/cm3)的双层结构。
在DH层上，将缓冲层(中间组成层)GaInP及GaP窗口层成膜，用MOVPE法及VPE法将GaP窗口层兼支撑基板成膜为100μm。
形成GaP窗口层兼支撑基板后，利用湿法蚀刻法去除GaAs起始基板而制成自立基板，在起始基板去除面上形成第一欧姆电极。第一欧姆电极由含有Si、Zn及S的Au电极构成，将膜厚制成1.5μm。
利用光刻法及蚀刻法切掉DH层的一部分，设置发光层区域及使GaP窗口层兼支撑基板露出的区域。
在所述露出区域上形成第二欧姆电极。第二欧姆电极由含有Be的Au电极构成，将膜厚制成1.5μm。
在此，设定配光特性，以使与后述比较例那样的在窗口层兼支撑基板的光提取面侧没有凹部的发光元件的情况相比，配光角度在零度附近的配光强度(配光相对亮度)得以提升，且进行下述的凹部的形成及该形状的调节，以能够得到该已设定的配光特性。
首先，在GaP窗口层兼支撑基板的光提取面侧形成蚀刻掩模用的SiO2膜，利用光刻法及氢氟酸湿法蚀刻法形成SiO2膜的一部分为开口的掩模。利用干法蚀刻法将图5的(C)所示的圆形的SiO2膜开口部的GaP窗口层兼支撑基板的一部分蚀刻。窗口层兼支撑基板的蚀刻用使用了含氯气体的干法蚀刻法进行，形成深度为10μm的凹部。此外，另以相同的方式制造形成有深度为20μm的凹部的掩模。
形成凹部后，利用划线折断法，由晶圆状单颗化成晶粒状，制造图1所示的发光元件。
(实施例2)
在形成凹部之前，用含有氢氟酸、碘及盐酸的蚀刻液对晶圆的具有窗口层兼支撑基板的第一面(光提取面)实施粗糙处理，然后形成深度为20μm的凹部，除此之外，以与实施例1相同的方法制造图2所示的发光元件。
(实施例3)
形成深度为20μm的凹部后，用含有氢氟酸、碘及盐酸的蚀刻液对晶圆的具有窗口层兼支撑基板的第一面(光提取面)实施粗糙处理，除此之外，以与实施例1相同的方法制造图3所示的发光元件。
(实施例4)
形成深度为20μm的凹部后，利用划线折断法，由晶圆状单颗化成晶粒状，制成芯片，芯片化后，将保持在胶带上的芯片扩展以使其具有一定的间隔，空出芯片间的间隔后，用含有氢氟酸、碘及盐酸的蚀刻液实施粗糙处理，除此之外，以与实施例1相同的方法制造图4所示的发光元件。
(比较例)
除了不形成凹部以外，以与实施例1相同的方法制造发光元件。即窗口层兼支撑基板中既没有凹部也没有粗糙区域。
(实施例1～4及比较例的结果)
图6示出了窗口层兼支撑基板的厚度为100μm时的实施例1中凹部的深度为10μm、20μm的情况与不设置凹部的比较例的配光特性的差异。
比较例中配光角度零度附近的配光强度有降低的倾向，与之相比，实施本发明的配光特性的调节方法而制造的发光元件(实施例1)如预先所期望的那样，相较于比较例，配光角度零度附近的配光强度得以提升。另外，能够以随着凹部的深度变深而使配光角零度附近的配光强度上升的方式进行调节。
图7中比较了凹部的深度为20μm，实施例1至实施例4的芯片形态中的配光特性及比较例的配光特性。如图7所示，可判断分别显示了不同的配光特性。实施例1～4均如预定那样，能够使配光角零度附近的配光强度上升。此外，实施例4中，进一步能够根据所需扩大可得到配光角零度附近那样的高配光强度的配光角度的范围。
如此，通过本发明，能够得到配光特性根据所需而经微调的各种发光元件。
另外，本发明不受上述实施方案限定。上述实施方案为例示，具有与本发明的权利要求书中记载的发明构思实质相同的构成、并发挥相同作用效果的技术方案均包含在本发明的技术范围内。
Claims (5)
1.一种发光元件的配光特性的调节方法，其为在发光元件的制造中调节配光特性的方法，其中，所述发光元件的制造具有：
在起始基板上，用与该起始基板为晶格匹配类的材料，利用外延生长使第一半导体层、活性层及第二半导体层依次生长，从而形成发光层的工序；将窗口层兼支撑基板与所述发光层接合或者使所述窗口层兼支撑基板在所述发光层上外延生长的窗口层兼支撑基板形成工序；去除所述起始基板的工序；在所述第一半导体层表面上形成第一欧姆电极的工序；将所述第一半导体层及所述活性层的一部分去除从而形成去除部的去除工序；在所述去除部的所述第二半导体层或在所述窗口层兼支撑基板上形成第二欧姆电极的工序；以及在所述窗口层兼支撑基板的光提取面侧形成凹部的凹部形成工序，
其中，所述调节方法的特征在于，预先设定所述发光元件所需的配光特性，
基于该已设定的所需的配光特性，进行所述凹部形成工序中形成的所述凹部的形状的调节及将所述窗口层兼支撑基板的表面粗糙化的粗糙化工序中的粗糙化区域的调节中的一个以上，从而将所述制造的发光元件的配光特性调节为所述已设定的所需的配光特性。
2.根据权利要求1所述的发光元件的配光特性的调节方法，其特征在于，作为所述凹部的形状的调节，调节所述凹部的深度。
3.根据权利要求1或2所述的发光元件的配光特性的调节方法，其特征在于，作为所述凹部的形状的调节，调节所述凹部的横截面形状。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的发光元件的配光特性的调节方法，其特征在于，作为所述粗糙化工序中的粗糙化区域的调节，将所述凹部的内部的底面、所述凹部的内部的侧面、所述窗口层兼支撑基板的所述光提取面及所述窗口层兼支撑基板的侧面中的一个以上的区域粗糙化。
5.一种发光元件的制造方法，其特征在于，一边利用权利要求1～4中任一项所述的发光元件的配光特性的调节方法将所述配光特性调节为所需的配光特性，一边制造发光元件。
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