JP2005223207A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造作業を簡略化でき、製造コストを低減できる半導体発光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】面発光型半導体発光素子１００は、積層体４０と、この積層体４０に接着剤２２’で貼り付けられたｎ型ＧａＰ基板３０’とを備えている。積層体４０は、ｐ型クラッド層１’、活性層２’およびｎ型クラッド層３’から成っている。
【選択図】図７

Description

本発明は半導体発光素子およびその製造方法に関する。

従来、半導体発光素子としては、特開２００１―５７４４１号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この半導体発光素子は、以下のようにして作製されている。

（Ｉ） まず、図８（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０上に、バッファ層１０１、ｎ型クラッド層１０２、活性層１０３およびｐ型クラッド層１０４を順次積層して、半導体ウェーハ１２０を得る。

（II） 次に、半導体ウェーハ１２０における透明基板１３０に対向させる表面、つまり、ｐ型クラッド層１０４における透明基板１３０に対向させる表面を研磨等により平坦化する。また、図８（ｂ）に示す透明基板１３０における半導体ウェーハ１２０に対向させる表面も研磨等により平坦化する。

（III） 次に、上記半導体ウェーハ１２０および透明基板１３０において、平坦化した表面を清浄化した後、その表面同士を接触させて、半導体ウェーハ１２０に透明基板１３０を加熱圧着する。

（IV） 最後に、図８（ｃ）に示すように、上記ｎ型ＧａＡｓ基板１１０およびバッファ層１０１を除去した後、電極設置やチップ分割等の所定の工程を行うことにより、半導体発光素子が完成する。

このように、従来の半導体発光素子の製造方法は、清浄化処理によって半導体ウェーハ１２０および透明基板１３０の表面にＯＨ基を形成して、実質的に異物が無い雰囲気下においてその表面同士を室温で密着させた後、熱処理を行って、半導体ウェーハ１２０と透明基板１３０とを接合一体化するものである。

しかしながら、上記従来の半導体発光素子の製造方法では、半導体ウェーハ１２０に透明基板１３０を貼り付けるための特別な装置を必要とし、また、半導体ウェーハ１２０に透明基板１３０を貼り付ける作業は手間がかかるため、製造コストが高くなるという問題がある。
特開２００１―５７４４１号公報

そこで、本発明の課題は、製造コストを低減できる半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１の発明の半導体発光素子は、発光層を有する積層体と、上記発光層が出射した光が透過する透明基板とを備え、上記透明基板は上記積層体に接着剤で貼り付けられていることを特徴としている。

上記構成の半導体発光素子によれば、上記積層体に透明基板を接着剤で貼り付けることによって、上述した従来例のような特別な装置を用いなくてもよく、また、手間のかかる表面平坦化処理や清浄化処理を行わなくてもよいから、製造工程を簡略化および短縮化できる。したがって、製造コストを低減できる。

一実施形態の半導体発光素子では、上記積層体の上記透明基板側の表面には第１部分電極が設けられ、上記透明基板の上記積層体側の表面には、上記第１部分電極と接触する第２部分電極が設けられている。

上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記積層体の透明基板側の表面に設けられた第１部分電極と、透明基板の積層体側の表面に設けられた第２部分電極とが接触するから、積層体と透明基板との導通が得られやすい。

ところで、上記積層体において透明基板とは反対側の表面に例えばワイヤボンディングパッドを設ける場合、通常、ワイヤボンディングパッドはその表面の略中央部に設ける。このため、上記ワイヤボンディングパッドと重なる積層体の領域で生じる光はワイヤボンディングパッドで遮られる。つまり、上記ワイヤボンディングパッドと重なる積層体の領域は発光に寄与しない。一方、上記ワイヤボンディングパッドと重ならない積層体の領域は光を放射できる。

そこで、一実施形態の半導体発光素子は、上記第１部分電極は上記積層体の上記透明基板側の表面において略中央部に位置し、上記第２部分電極は上記透明基板の上記積層体側の表面において略中央部に位置する。これにより、上記ワイヤボンディングパッドを設けている場合、第１，第２部分電極で発光効率が低下するのを防ぐことができる。つまり、上記第１，第２部分電極を設けながらも、発光効率を維持する効果がある。

一実施形態の半導体発光素子は、上記接着剤は導電性を示す。

上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記接着剤は導電性を示すから、積層体と半導体ウェーハとの導電を確実に得られる。

一実施形態の半導体発光素子は、上記積層体の上記透明基板側の表面と、上記透明基板の上記積層体側の表面との少なくとも一方には溝が設けられている。

上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記積層体の透明基板側の表面と、透明基板の積層体側の表面との少なくとも一方には溝が設けられているから、その溝に接着剤が流れ込んでアンカー効果が得られる。したがって、上記積層体に透明基板を強固に貼り付けることができる。

第２の発明の半導体発光素子の製造方法は、発光層を有する積層体を含む半導体ウェーハに、上記発光層が出射した光が透過する透明基板を接着剤で貼り付ける。

上記構成の半導体発光素子の製造方法によれば、上記発光層を有する積層体を含む半導体ウェーハに、上記発光層が出射した光が透過する透明基板を接着剤で貼り付けることによって、上述した従来例のような特別な装置を用いなくてもよく、また、手間のかかる表面平坦化処理や清浄化処理を行わなくてもよいから、製造工程を簡略化および短縮化できる。したがって、製造コストを低減できる。

一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、上記透明基板を上記半導体ウェーハに貼り付ける前に、上記半導体ウェーハにおける上記透明基板に対向させる表面と、上記透明基板における上記半導体ウェーハに対向させる表面との少なくとも一方に溝を設ける。

上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記透明基板を半導体ウェーハに貼り付ける前に、半導体ウェーハにおける透明基板に対向させる表面と、透明基板における半導体ウェーハに対向させる表面との少なくとも一方に溝を設けるから、半導体ウェーハに透明基板を接着剤で貼り付けると、その溝に接着剤が流れ込んでアンカー効果が得られる。したがって、上記半導体ウェーハに透明基板を強固に貼り付けることができる。

一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、上記溝をダイシングで設ける。

上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記溝をダイシングで設けるから、その溝を簡単に得ることができる。

一実施形態の半導体発光素子の製造方法では、上記透明基板を上記半導体ウェーハに貼り付ける前に、上記半導体ウェーハにおける上記透明基板に対向させる表面と、上記透明基板における上記半導体ウェーハに対向させる表面との少なくとも一方に、スキージを用いて上記接着剤を塗布する。

上記実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、上記接着剤の塗布にスキージを用いるから、接着剤の塗布ムラを無くすことができる。

第１の発明の半導体発光素子は、上記積層体に透明基板を接着剤で貼り付けることによって、上述した従来例のような特別な装置を用いなくてもよく、また、手間のかかる表面平坦化処理や清浄化処理を行わなくてもよいから、製造工程を簡略化および短縮化できて、製造コストを低減できる。

第２の発明の半導体発光素子の製造方法は、透明基板を半導体ウェーハに貼り付ける。このような製造方法は、上述した従来例のような原子レベルでの結合を行うものではないから、透明基板および半導体ウェーハの表面における清浄度は問われない。したがって、上記製造方法は、手間のかかる表面平坦化処理や清浄化処理を行わなくてもよい。つまり、上記製造方法では、透明基板および半導体ウェーハの表面を鏡面化したり、その表面を清浄化しなくてもよい。その結果、製造工程を簡略化および短縮化できるので、製造コストを低減できる。

以下、本発明の半導体発光素子を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１〜７に、本発明の一実施の形態の面発光型半導体発光素子の製造工程図を示す。

（１） まず、図１に示す半導体ウェーハ２０を準備する。この半導体ウェーハ２０は、ｐ型ＧａＡｓ基板１０と、このｐ型ＧａＡｓ基板１０上に順次積層したｐ型クラッド層１、活性層２およびｎ型クラッド層３とから成る。

（２） 次に、図２（ａ）に示すように、半導体ウェーハ２０の表面（ｎ型クラッド層３において活性層２とは反対側の表面）に、第１部分電極の一例としての円板形状の水玉電極２１を設ける。また、図２（ｂ）に示すように、透明基板の一例としてのｎ型ＧａＰ基板３０の表面に、第２部分電極の一例としての円板形状の水玉電極３１を設ける。このとき、上記水玉電極２１と水玉電極２１との間隔と、水玉電極３１と水玉電極３１との間隔とは、略等しくするのが好ましい。つまり、上記水玉電極２１の電極間ピッチと水玉電極３１の電極間ピッチとは略等しくするのが好ましい。また、上記水玉電極２１と水玉電極３１とは略同一形状にするのが好ましい。

（３） 次に、図３（ａ）に示すように、メタルマスク５１上に、導電性の金属フィラーを含む接着剤５２を塗布する。引き続いて、図３（ｂ）に示すように、上記接着剤５２をスキージ５３で引き伸ばすことによって、半導体ウェーハ２０の表面に接着剤２２を塗布する。このように、上記スキージ５３を用いれば、接着剤２２の塗布むらをなくせるので好ましい。なお、図３（ｂ）の５２’は引き伸ばし後に残った接着剤である。上記接着剤５２としては、例えばスリーボンド製の３３７３がある。

（４） 次に、図４に示すように、半導体ウェーハ２０上に、水玉電極２１と水玉電極３１とが接触するようにｎ型ＧａＰ基板３０を載せる。このとき、上記ｎ型ＧａＰ基板３０が透明であるから、水玉電極２１と水玉電極３１とを接触させるのが容易である。引き続き、図５に示すように、上記ｎ型ＧａＰ基板３０を半導体ウェーハ２０に押し付けた状態で、例えば、１２０℃の加熱処理を１０分間行う。これにより、上記接着剤２２が硬化して、ｎ型ＧａＰ基板３０が半導体ウェーハ２０に圧着される。

（５） 次に、図６に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１０をエッチングにより除去する。このエッチングでは、例えば、アンモニア水と過酸化水素水の混合液を用いる。

（６） 次に、上記ｐ型クラッド層１において活性層２とは反対側の表面に、例えば蒸着によって電極材料を付ける。そして、上記電極材料をエッチングで所定のパターンに成形することにより、ワイヤボンディングパッドとなる電極２３を得る。また、図示しないが、ｎ型ＧａＰ基板３０において活性層２とは反対側の表面にも、例えば蒸着等によって電極を設ける。

（７） 最後に、上記ｎ型ＧａＰ基板３０をシートに貼り付け、ブレードにてフルダイシングを行って、図７に示すように、複数の面発光型半導体発光素子１００（図７では４個のみ図示する。）が得られる。

上記面発光型半導体発光素子１００は、それぞれ、積層体４０と、この積層体４０に接着剤２２’で貼り付けられたｎ型ＧａＰ基板３０’とを備えている。上記積層体４０は、ｐ型クラッド層１’、活性層２’およびｎ型クラッド層３’から成っている。

上記ブレードはシートに接触するまで降下させる。また、上記シートとしては例えば日東電工製ＳＰＶ−２２４を用い、ブレードとしては例えばディスコ製ＮＢＣ−Ｚ２０５０を用いる。

以上のように、上記半導体ウェーハ２０にｎ型ＧａＰ基板３０を接着剤２２で貼り付ける方法は、半導体ウェーハ２０およびｎ型ＧａＰ基板３０に平坦化処理および清浄化処理を施さないから、製造工程を簡略化および短縮化できる。したがって、製造コストを低減できる。

上記実施の形態では、ｐ型ＧａＡｓ基板１０、ｐ型クラッド層１、活性層２およびｎ型クラッド層３とで半導体ウェーハ２０を構成していたが、ｐ型ＧａＡｓ基板、バッファ層、ｐ型クラッド層、活性層およびｎ型クラッド層とで半導体ウェーハを構成してもよい。つまり、本発明の半導体ウェーハは、基板と、４層以上の層とで構成してもよい。

また、上記実施の形態では、ｐ型ＧａＡｓ基板１０を用いて半導体ウェーハ２０を形成していたが、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いて半導体ウェーハを形成してもよい。この場合は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層を順次積層して、ｎ型ＧａＡｓ基板、ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層から成る半導体ウェーハを形成する。また、上記半導体ウェーハを用いる場合、半導体ウェーハには透明基板の一例としてのｐ型ＧａＰ基板を貼り付ける。

本発明の半導体発光素子は、上記実施の形態で挙げた材料以外の材料を用いても作製することができるのは言うまでもない。

図１は本発明の一実施の形態の面発光型半導体発光素子の製造工程図である。 図２（ａ），（ｂ）は上記面発光型半導体発光素子の製造工程図である。 図３（ａ），（ｂ）は上記面発光型半導体発光素子の製造工程図である。 図４は上記面発光型半導体発光素子の製造工程図である。 図５は上記面発光型半導体発光素子の製造工程図である。 図６は上記面発光型半導体発光素子の製造工程図である。 図７は上記面発光型半導体発光素子の製造工程図である。 図８は従来の半導体発光素子の製造工程図である。

符号の説明

１，１’ ｐ型クラッド層１、
２，２’ 活性層
３，３’ ｎ型クラッド層
１０ ｐ型ＧａＡｓ基板
２１，３１ 水玉電極
２２，５２，５２’ 接着剤
２０ 半導体ウェーハ
３０，３０’ ｎ型ＧａＰ基板
４０ 積層体
５３ スキージ
１００ 面発光型半導体発光素子

Claims (9)

1. 発光層を有する積層体と、
   上記発光層が出射した光が透過する透明基板とを備え、
   上記透明基板は上記積層体に接着剤で貼り付けられていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 請求項１に記載の半導体発光素子において、
   上記積層体の上記透明基板側の表面には第１部分電極が設けられ、
   上記透明基板の上記積層体側の表面には、上記第１部分電極と接触する第２部分電極が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
3. 請求項２に記載の半導体発光素子において、
   上記第１部分電極は上記積層体の上記透明基板側の表面において略中央部に位置し、
   上記第２部分電極は上記透明基板の上記積層体側の表面において略中央部に位置することを特徴とする半導体発光素子。
4. 請求項１に記載の半導体発光素子において、
   上記接着剤は導電性を示すことを特徴とする半導体発光素子。
5. 請求項１に記載の半導体発光素子において、
   上記積層体の上記透明基板側の表面と、上記透明基板の上記積層体側の表面との少なくとも一方には溝が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
6. 発光層を有する積層体を含む半導体ウェーハに、上記発光層が出射した光が透過する透明基板を接着剤で貼り付けることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
7. 請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法において、
   上記透明基板を上記半導体ウェーハに貼り付ける前に、上記半導体ウェーハにおける上記透明基板に対向させる表面と、上記透明基板における上記半導体ウェーハに対向させる表面との少なくとも一方に溝を設けることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
8. 請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法において、
   上記溝をダイシングで設けることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
9. 請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法において、
   上記透明基板を上記半導体ウェーハに貼り付ける前に、上記半導体ウェーハにおける上記透明基板に対向させる表面と、上記透明基板における上記半導体ウェーハに対向させる表面との少なくとも一方に、スキージを用いて上記接着剤を塗布することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
   

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