JP2007220902A

JP2007220902A - 発光装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2007220902A
Application number: JP2006039532A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kitabayashi; 弘之北林; Yoichi Nagai; 陽一永井; Koji Katayama; 浩二片山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: JP4449919B2

Abstract

【課題】光の取出し効率を向上させた発光装置およびその製造方法を得る。
【解決手段】この発明に従った発光装置の製造方法では、まず発光装置を構成する窒化物半導体基板を準備する基板準備工程（Ｓ１０）、窒化物半導体基板の表面において電極を形成するべき領域上に保護膜を形成する保護膜形成工程（Ｓ２０）、保護膜が形成された状態で、窒化物半導体基板の表面に凹凸部を形成する非鏡面化処理工程（Ｓ３０）、加工工程の後、窒化物半導体基板の表面から前記保護膜を除去する保護膜除去工程（Ｓ４０）、窒化物半導体基板の表面において保護膜が除去された部分上に電極を形成する電極形成工程（Ｓ５０）、を実施する。
【選択図】図３

Description

この発明は、発光装置およびその製造方法に関し、より具体的には窒化物半導体から形成される発光装置およびその製造方法に関するものである。なお、本発明における発光装置とは、窒化物半導体基板とその上に積層された半導体層とを主体に形成される半導体素子または半導体チップのみを指す場合もあるし、また、半導体チップが実装部品に搭載され樹脂封止されたデバイスのみを指す場合もある。さらに、両方の意味に用いられる場合もある。また、半導体チップを単にチップと呼ぶ場合がある。また、チップのうち基板とその上に形成されたエピタキシャル層とを、単に基板と呼ぶ場合がある。

白色発光ダイオード(ＬＥＤ:Light Emitting Diode)は、今のところ携帯情報端末などの小型電子機器の照明に盛んに用いられているが、今後、大きな空間または大面積の照明に用いられる可能性を秘めている。大空間、大面積の照明に用いられるためには、ＬＥＤの光の出力を大きくする必要がある。

このようにＬＥＤの光の出力を大きくするための方策の１つとして、ＬＥＤの内部で発生した光を効率的に外部に出力させること、すなわち光の取出し効率の向上が上げられる。このような光の取出し効率を向上させる技術として、従来、ＬＥＤを構成する基板であって、サファイアなどからなるベース基板上に窒化物半導体層を成長させ、当該成長した窒化物半導体層からベース基板を除去することにより得られる上記窒化物半導体層からなる窒化物半導体基板の表面に、ウェットエッチング、ドライエッチング、研磨加工などを用いて凹凸を形成すること（非鏡面化処理を施すこと）が提案されている（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。特許文献１では、上記のような凹凸を形成することにより、窒化物半導体基板内での多重反射による光の干渉を抑えることができるので、光の取出し効率を向上させることができるとしている。また、非特許文献１では、窒化物半導体基板としてのＧａＮ基板のＮ面を、ＫＯＨを用いた光電気化学エッチングにより凹凸加工することが開示されている。
特開２００３−６９０７５号公報 T.Fujii 他５名、"Increase in the extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes via surface roughening"、APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol.84, number 6, p.855 (2004)

しかし、上述した技術では、凹凸を形成するための最も簡便な方法であるウェットエッチングを利用するときに、先に窒化物半導体基板の表面に電極が形成されていると、当該ウェットエッチングにより電極が損傷を受ける（あるいは電極が除去されてしまう）場合があった。この場合、電極から所定の電流を発光装置へ供給できなくなるので、発光装置としての機能を発揮できなくなり、結果的に光の取出し効率を向上させた発光装置を得られないことになっていた。

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、光の取出し効率を向上させた発光装置およびその製造方法を得ることである。

この発明に従った発光装置の製造方法では、まず発光装置を構成する窒化物半導体基板を準備する工程、窒化物半導体基板の表面において電極を形成するべき領域上に保護膜を形成する工程、保護膜が形成された状態で、窒化物半導体基板の表面に凹凸部を形成する加工工程、加工工程の後、窒化物半導体基板の表面から前記保護膜を除去する工程、窒化物半導体基板の表面において保護膜が除去された部分上に電極を形成する工程、を実施する。

このようにすれば、加工工程を実施した後に、保護膜によって保護されていた窒化物半導体基板の表面に電極を形成するので、加工工程において電極が損傷を受けることを防止できる。したがって、加工工程により窒化物半導体基板の表面に凹凸部を形成することで、窒化物半導体基板内での多重反射による光の干渉を抑えることにより、発光装置での光の取出し効率を向上させることができるとともに、電極が加工工程により損傷を受けることを防止して、確実に動作する発光装置を実現できる。

また、窒化物半導体基板の表面に凹凸部を形成するときに、保護膜によって電極を形成するべき領域を被覆した状態であるので、当該凹凸部を形成する加工工程において上記電極を形成するべき領域がダメージを受けることを防止できる。したがって、加工工程後に、ダメージを受けていない窒化物半導体基板の表面における領域（つまり、保護膜によって覆われていた、電極を形成するべき領域）に電極を形成することができる。したがって、窒化物半導体基板の表面において加工工程によりダメージを受けた領域に電極を形成する場合のように、基板表面に対する電極の密着性が凹凸部の存在により低下するといった問題の発生を防止できる。

上記発光装置の製造方法において、加工工程では、ウェットエッチングを用いて窒化物半導体基板の表面に凹凸部を形成してもよい。保護膜はウェットエッチングにおいて用いられるエッチング液による窒化物半導体基板のエッチングスピードより、当該エッチング液によるエッチングスピードの遅い材料によって構成されることが好ましい。

この場合、加工工程において窒化物半導体基板の表面をエッチング液によりエッチングする（凹凸部を形成する）ときに、保護膜により被覆された部分（電極を形成するべき領域）をエッチング液から保護された状態とすることができる。つまり、加工工程においては、保護膜により被覆された窒化物半導体基板の表面部分がエッチング液によりダメージを受けることなく、窒化物半導体基板の表面の保護膜が形成された部分以外の領域に凹凸部を形成できる。

上記発光装置の製造方法において、加工工程では、エッチング液としてアルカリ性のエッチング液を用いてもよい。保護膜を構成する材料は、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる群から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。

この場合、保護膜としてアルカリ性のエッチング液に対する耐性を有する材料を用いることになるので、加工工程において保護膜下に位置する窒化物半導体基板の表面部分を確実にエッチング液から守ることができる。この結果、当該表面部分（電極を形成するべき領域）には凹凸が形成されないため、凹凸の無い比較的平坦な領域に電極を形成することができる。

この発明に従った発光装置は、窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の第１の主表面の側に、ｎ型窒化物半導体層と、窒化物半導体基板から見てｎ型窒化物半導体層より遠くに位置するｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層およびｐ型窒化物半導体層の間に位置する発光層とを備えた発光装置である。上記発光装置は、ｐ型窒化物半導体層の側をダウン実装し、窒化物半導体基板の第１の主表面と反対側の主表面である第２の主表面から光を放出する。窒化物半導体基板の第２の主表面は凹凸部が形成された領域を含む。上記発光装置は、窒化物半導体基板の第２の主表面上に形成された電極を備える。窒化物半導体基板の第２の主表面において電極の下に位置する領域は、平坦な部分を含む。

この場合、窒化物半導体基板の第２の主表面の上記平坦な部分と、電極との接続を確実に行なうことができる。したがって、電極が窒化物半導体基板の第２の主表面から剥がれるといった問題の発生確率を低減できる。また、第２の主表面には凹凸部が形成されているので、第２の主表面からの光の取出し効率を、凹凸部が形成されていないときより向上させることができる。

上記発光装置において、平坦な部分は、窒化物半導体基板の第２の主表面において電極の側壁より外側に位置する領域にまで延在してもよい。

この場合、窒化物半導体基板の第２の主表面の平坦な部分上に電極を確実に形成できる。したがって、第２の主表面と電極との密着性を向上させることができる。

上記発光装置において、平坦な部分は、窒化物半導体基板の第２の主表面において電極の側壁より内側に形成されていてもよい。凹凸部の一部は電極の下にまで延在していてもよい。

この場合、第２の主表面の平坦な部分と電極の底面との間の接続部で、電極と第２の主表面との密着性をある程度確保するとともに、第２の主表面において電極により覆われている領域のすぐ外側から凹凸部を配置することができる。つまり、電極と第２の主表面との密着性をある程度確保しながら、凹凸部の領域を電極の側壁直下にまで広げることにより、発光装置での光の取出し効率を効果的に向上させることができる。

上記発光装置において、電極の幅は１００μｍ越えであってもよい。電極において窒化物半導体基板の第２の主表面と対向する表面と反対側に位置する表面(上部表面）には、平坦な部分と対向する（平坦な部分上に位置する）とともに平坦な領域が形成されていてもよい。平坦な領域の幅は１００μｍ以上電極の幅以下であることが好ましい。

このようにすれば、電極の表面における平坦な領域に、外部接続用のワイヤを確実に接続することができる。また、上記のような平坦な領域のサイズを確保すれば、当該平坦な領域に対してワイヤボンディングを容易に行なうことができる。

このように、本発明によれば、電極を形成するべき領域を保護膜で保護した状態で、窒化物半導体基板の表面に凹凸部を形成した後、窒化物半導体基板の表面において保護膜で保護されていた領域に電極を形成するので、凹凸部を形成して光の取出し効率を向上させると同時に、電極と窒化物半導体基板との密着性を確保した発光装置を得ることができる。

次に図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１は、本発明に従った発光装置としてのＬＥＤの実施の形態を示す図である。図２は、図１のＬＥＤの発光層を含む積層構造を示す図である。図１および図２を参照して、本発明によるＬＥＤの実施の形態を説明する。

図１に示すように、ＧａＮ基板１の第１の主表面の側に後で詳細に説明する発光層などを含む積層構造が形成され、ｐ電極１２が設けられている。本実施の形態では、このｐ電極１２が導電性接着剤１４によってリードフレームのマウント部２１ａにダウン実装されている。

ＧａＮ基板１のＮ面である第２の主表面１ａは、発光層で発光した光を放出する面であり、この面にｎ電極１１が設けられている。この第２の主表面１ａには、ＫＯＨをエッチング溶液として用いたウェットエッチングにより非鏡面化処理された部分（凹凸部３２）が形成されている。ｎ電極１１は、第２の主表面全体を覆わないように、第２の主表面１ａのほぼ中央部に位置する、表面が平坦な平坦部３１上に配置されている。ただし、ｎ電極１１に被覆されていない部分の比率を大きくとることが重要である。開口率を大きくすれば、ｎ電極１１によって遮られる光が減り、光を外に放出する放出効率を高めることができる。ｎ電極１１は、その平面形状が直径Ｄの円形状である。

ｎ電極１１の上部表面はワイヤ１３によりリードフレームのリード部２１ｂと電気的に接続されている。ワイヤ１３および上記の積層構造は、封止部材としてのエポキシ系樹脂１５により封止されている。上記の構成のうち、ＧａＮ基板１からｐ電極１２にいたる間の積層構造が拡大されて図２に示されている。図２では、図１における積層構造が上下逆になっている。

図２を参照して、ＧａＮ基板１の上にｎ型ＧａＮエピタキシャル層２が位置し、その上にｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層３が形成されている。その上にＡｌ_xＧａ_1-xＮ層とＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ層とからなる量子井戸(ＭＱＷ：Multi-Quantum Well)４が形成されている。その量子井戸４をｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層３と挟むようにｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層５が配置されている。また、ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層５の上にｐ型ＧａＮ層６が配置されている。上記の構造では、量子井戸４において発光する。また、図１に示すように、ｐ型ＧａＮ層６の上に、ｐ電極１２がｐ型ＧａＮ層６の上部表面の全面を被覆するように形成される。そして、図１に示すように、当該ｐ電極１２が導電性接着剤１４によってリードフレームのマウント部２１ａにダウン実装される。

上述したＬＥＤの特徴的な構成を要約すると、この発明に従った発光装置としてのＬＥＤは、図１および図２に示すように、窒化物半導体基板（ＧａＮ基板１）と、窒化物半導体基板（ＧａＮ基板１）の第１の主表面の側に、ｎ型窒化物半導体層（ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層３）と、窒化物半導体基板から見てｎ型窒化物半導体層より遠くに位置するｐ型窒化物半導体層（ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層５）と、ｎ型窒化物半導体層およびｐ型窒化物半導体層の間に位置する発光層（量子井戸(ＭＱＷ：Multi-Quantum Well)４）とを備えたＬＥＤである。上記ＬＥＤは、ｐ型窒化物半導体層（ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層５）の側をダウン実装し、窒化物半導体基板（ＧａＮ基板１）の第１の主表面と反対側の主表面である第２の主表面１ａから光を放出する。窒化物半導体基板の第２の主表面１ａは凹凸部３２が形成された領域を含む。上記ＬＥＤは、窒化物半導体基板の第２の主表面１ａ上に形成された電極（ｎ電極１１）を備える。窒化物半導体基板の第２の主表面１ａにおいてｎ電極１１の下に位置する領域は、平坦な部分（平坦部３１）を含む。

この場合、ＧａＮ基板１の第２の主表面１ａの上記平坦な部分（平坦部３１）と、ｎ電極１１との接続を確実に行なうことができる。したがって、ｎ電極１１がＧａＮ基板１の第２の主表面１ａから剥がれるといった問題の発生確率を低減できる。また、第２の主表面１ａには凹凸部３２が形成されているので、第２の主表面１ａからの光の取出し効率を、凹凸部３２が形成されていないときより向上させることができる。

上記ＬＥＤにおいて、凹凸部３２における凸部の高さ（凹凸部において谷（凹部）の底部となっているもっとも低い位置から凸部の最も高い位置までの、第２の主表面１ａに対して垂直方向における距離）は０．１μｍ以上３００μｍ以下であってもよい。この場合、凹凸部３２においてＧａＮ基板内での多重反射による光の干渉を確実に抑えることができる。このため、ＬＥＤでの光の取出し効率を確実に向上させることができる。

なお、上記凸部の高さは凸部の平均の高さであってもよい。平均の高さとは、たとえば所定個数の凸部についてその高さを測定し、平均値を算出することにより決定してもよい。具体的には、基板のＮ面での任意の３箇所について、所定の倍率で観察した視野内において任意に選択した５つの凸部に関して、高さを測定する。そして、こられ３箇所×５つの凸部＝１５個の凸部について高さのデータを測定し、これらの高さのデータについて平均値を算出することにより、上記平均の高さを決定してもよい。

次に、図３〜図９を参照して、図１および図２に示したＬＥＤの製造方法について簡単に説明する。図３は、図１および図２に示したＬＥＤの製造方法を説明するためのフローチャートである。図４〜図７は、図３に示したＬＥＤの製造方法の保護膜形成工程〜電極形成工程を説明するための模式図である。図８は、図２に示した構造のチップをウェハから採取するときのウェハの状態を示す図である。図９は、図８に示した電極の配置を示す図である。

図３に示すように、図１および図２に示したＬＥＤの製造方法では、まず発光装置を構成する窒化物半導体基板を準備する工程である基板準備工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）では、具体的には、まずＧａＮ基板を準備する。そして、当該ＧａＮ基板の第１の主表面上にＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)などの成膜方法を用いて積層構造（Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層／クラッド層のＳｉドープｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層／ＧａＮ層とＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層との２層構造が複数層重ねられたＭＱＷ(Multi-Quantum Well)／クラッド層のＭｇドープｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層／Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層）を形成する。次に、このウェハを活性化処理して、Ｍｇドープｐ型層の低抵抗化を行なってもよい。このウェハをさらに、フォトリソグラフィ技術とＲＩＥ(Reactive Ion Etching)により、Ｍｇドープｐ型層側からＳｉドープｎ型層までＣｌ系ガスでエッチングする。このエッチングにより、図８に示すように、幅Ｌ_３の素子分離溝２５を形成し、素子分離を行なう。

次に、図３に示すように保護膜形成工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）は、窒化物半導体基板の表面において電極を形成するべき領域上に保護膜を形成する工程に相当する。つまり、この工程（Ｓ２０）では、具体的には準備したＧａＮ基板１の第２の主表面１ａ上において、後で電極としてのｎ電極１１（図１参照）を形成する領域を覆うように、図４に示すような保護膜３０を形成する。保護膜３０としては、たとえばニッケルなどの金属膜を用いることができる。

なお、保護膜３０の形成方法としては、任意の方法を用いることができる。たとえば、以下のような工程を用いることができる。まず、ｎ電極１１を形成する領域を開口部としたパターンを有するレジスト膜を第２の主表面１ａ上に形成する。そのレジスト膜上に保護膜３０となるべき膜を形成する。その後、レジスト膜をエッチングなどにより除去することで、レジスト膜上に位置していた上記膜の部分も第２の主表面１ａから除去する。この結果、上記開口部において第２の主表面１ａに直接接触するように形成された膜を保護膜３０として残存させる。

あるいは、次のような工程を用いてもよい。すなわち、第２の主表面１ａ上を覆うように、保護膜３０となる膜を形成する。その膜上にレジスト膜を形成して、フォトリソグラフィ法を実施することによりｎ電極１１となるべき部分上にのみレジスト膜を残し、他の部分のレジスト膜を除去する。その後、レジスト膜をマスクとして用いて露出した膜をエッチングなどにより部分的に除去する。この後、レジスト膜を除去する。このようにして、残存した膜によりｎ電極１１を構成する。

また、保護膜３０は後述する非鏡面化処理工程（Ｓ３０）で実施されるウェットエッチングにおいて用いられるエッチング液によるＧａＮ基板１のエッチングスピードより、当該エッチング液によるエッチングスピードの遅い材料によって構成されていればよい。このようにすれば、後述するウェットエッチングを行なう際に、第２の主表面１ａにおいて保護膜３０により被覆された部分（ｎ電極１１を形成するべき領域）をエッチング液から確実に保護された状態とすることができる。

次に、図３に示すように、非鏡面化処理工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）は、保護膜３０が形成された状態で、窒化物半導体基板（ＧａＮ基板１）の表面に凹凸部３２を形成する加工工程に相当する。具体的には、ＧａＮ基板１の第２の主表面１ａに対してウェットエッチングを行なうことにより非鏡面化処理を実施する。このウェットエッチングにおいては、エッチング液としてＫＯＨ溶液を用いることができる。この結果、図５に示すように、ＧａＮ基板１の第２の主表面１ａにおいて保護膜３０により覆われていない部分には、表面が凹凸形状となった凹凸部３２が形成される。一方、保護膜３０により覆われた第２の主表面１ａの部分は、エッチング前のままである平坦な表面を有する平坦部３１となっている。このようなエッチング処理を用いることで、機械加工を行なって凹凸部３２を形成する場合より、より凹凸形状のサイズの小さな凹凸部３２を比較的容易に形成できる。

なお、上述のようにエッチング液としてＫＯＨ溶液などのアルカリ性のエッチング液を用いる場合、保護膜３０を構成する材料は、ニッケル、金、白金、銀、タングステン、モリブデン、パラジウム、銅、クロム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンからなる群から選択される少なくとも１つを用いてもよい。また、エッチング液に対して耐性を有する材料であれば、他の材料を保護膜３０の材料として用いてもよい。このようにすれば、工程（３０）において保護膜３０下に位置するＧａＮ基板１の第２の主表面１ａの部分を確実にエッチング液から守ることができる。

次に、図３に示すように保護膜除去工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）は、加工工程(上記工程（Ｓ３０））の後、窒化物半導体基板（ＧａＮ基板１）の表面から保護膜３０を除去する工程に相当する。具体的には、保護膜３０をエッチングなどの方法により第２の主表面１ａ上から除去する。エッチングの方法としては、ドライエッチングおよびウェットエッチングのいずれでも、保護膜３０を選択的に除去できればよい。その結果、図６に示すように第２の主表面１ａにおいて保護膜３０により覆われていた平坦部３１が露出する。

次に、図３に示すように電極形成工程（Ｓ５０）を実施する。この工程（Ｓ５０）は、窒化物半導体基板（ＧａＮ基板１）の表面において保護膜３０が除去された部分上に電極（ｎ電極１１）を形成する工程に相当する。具体的には、図７〜図９に示すように、ＧａＮ基板１の第２の主面（主表面）である裏面のＮ面に、フォトリソグラフィ技術と、蒸着と、リフトオフ法とにより所定の間隔（図８および図９に示す距離Ｌ_２）でチップの中心の平坦部３１（図６参照）に平面形状が円形状のｎ電極１１を形成する。ｎ電極１１としては、ＧａＮ基板１に接して下から順に（Ｔｉ層／Ａｌ層／Ｔｉ層／Ａｕ層）という積層構造を形成してもよい。そして、ｎ電極１１とＧａＮ基板の裏面との接触抵抗を所定の値とするため、窒素（Ｎ₂）雰囲気中でＧａＮ基板を加熱する。ここで、ｎ電極１１を構成する材料はアルミニウム、タングステンおよび白金からなる群から選択される少なくとも１つを含んでいてもよい。また、ｎ電極１１は、上述のように複数の層からなる積層構造を有していてもよい。また、ｎ電極１１の上記複数の層のうち第２の主表面１ａから見て最も外側に位置する層は、上述のように金を含んでいてもよい。

このようにすれば、工程（Ｓ３０）を実施した後に、保護膜３０によって保護されていたＧａＮ基板１の第２の主表面１ａにｎ電極１１を形成するので、工程（Ｓ３０）においてｎ電極１１が損傷を受けることを防止できる。したがって、工程（Ｓ３０）によりＧａＮ基板１の表面に凹凸部３２を形成することで、ＧａＮ基板１内での多重反射による光の干渉を抑えることにより、ＬＥＤでの光の取出し効率を向上させることができるとともに、ｎ電極１１が工程（Ｓ３０）において損傷を受けることを防止して、確実に動作するＬＥＤを実現できる。

また、工程（Ｓ３０）では、保護膜３０によってｎ電極１１を形成するべき領域を被覆した状態であるので、工程（Ｓ３０）において上記ｎ電極１１を形成するべき領域が損傷を受けることを防止できる。したがって、工程（Ｓ３０）後に、損傷を受けていないＧａＮ基板１の第２の主表面１ａにおける領域（つまり、平坦部３１）にｎ電極１１を形成することができる。したがって、ＧａＮ基板１の第２の主表面１ａにおいて表面が凹凸形状に加工された凹凸部３２にｎ電極１１を形成する場合のように、ＧａＮ基板１表面に対するｎ電極１１の密着性が凹凸形状の存在により低下するといった問題の発生を防止できる。

なお、ｐ電極１２としてはｐ型ＧａＮ層に接して所定の厚みを有する導電体層を形成する。導電体層としては、たとえばＧａＮ層に接するように所定の厚みのＮｉ層を形成し、その上に所定の厚みのＡｕ層を全面に形成してもよい。この場合、ｐ電極１２とｐ型ＧａＮ層６との接触抵抗を所定の値とするため、ＧａＮ基板１を酸化ガス雰囲気中で加熱処理してもよい。

次に、図３に示すようにチップ化工程（Ｓ６０）を実施する。具体的には、図８に示すチップ境界５０が側面として現れるようにスクライブを行ない、発光装置を構成するチップを得る。

次に、図３に示すように組立工程（Ｓ７０）を実施する。具体的には、図１に示すようにリードフレームのマウント部２１ａに、上記チップのｐ型ＧａＮ層側が接するように搭載して、発光装置を形成した。マウント部に塗布した導電性接着剤１４によって発光装置とマウントとを固定するとともに、導通が得られるようにしている。そして、ｎ電極１１とリードフレームのリード部とをワイヤボンドにより導通させた後、エポキシ系樹脂１５により樹脂封止を行なって発光装置をランプ化した。なお、発光装置からの放熱性を良くするために、発光装置のｐ型ＧａＮ層６上に形成されたｐ電極１２の全面が、導電性接着剤１４を介してマウント部と接するようにチップを搭載してもよい。また導電性接着剤１４は熱伝導の良いＡｇ系のものを、またリードフレームも熱伝導の良いＣｕＷ系のものを選択してもよい。

図１０は、図１および図２に示した本発明によるＬＥＤの実施の形態の第１の変形例を示す図である。図１０を参照して、本発明によるＬＥＤの実施の形態の第１の変形例を説明する。なお、図１０は図１に対応する。

図１０に示したＬＥＤは、基本的には図１および図２に示したＬＥＤと同様の構造を備えるが、ｎ電極１１の形状が異なっている。具体的には、ｎ電極１１がＧａＮ基板１の第２の主表面１ａの平面形状が円形状の平坦部３１を覆うとともに、平坦部３１の周囲に位置する凹凸部３２上にまで延在している。また異なる観点から言えば、平坦な部分としての平坦部３１は、ＧａＮ基板１の第２の主表面１ａにおいてｎ電極１１の側壁より内側に形成されている。凹凸部３２の一部はｎ電極１１の下にまで延在している。この場合、平坦部３１上に位置するｎ電極１１の上部表面(直径Ｄ１となる、ｎ電極１１の上部表面の中心領域）は、平坦部３１の表面形状に沿った平坦な表面となっている。なお、ｎ電極１１の上部表面の外縁部（凹凸部３２上に位置する領域）は、ｎ電極１１の厚みや凹凸部３２における凹凸のサイズなどによっては、当該凹凸部の表面形状を反映し、ｎ電極１１の上部表面の上記中心領域より平坦性が劣る場合もあり得る。しかし、上記直径Ｄ１を十分大きく（たとえば１００μｍ以上２００μｍ以下）取り、ワイヤ１３を上記中心領域に接続するようにすれば、ワイヤ１３とｎ電極１１との接続を確実に行なうことができる。つまり、ｎ電極１１の幅（直径Ｄ）をたとえば１００μｍ越えとする。そして、ｎ電極１１においてＧａＮ基板の第２の主表面１ａと対向する表面と反対側に位置する表面(上部表面）には、平坦部３１と対向する（平坦部３１上に位置する）とともに平坦な領域が形成されている。平面形状が円形状の平坦な領域の幅（直径Ｄ１）は１００μｍ以上ｎ電極１１の幅以下、たとえば１００μｍ以上２００μｍ以下とする。このようにすれば、ｎ電極１１の表面における平坦な領域に、外部接続用のワイヤ１３を確実に接続することができる。また、上記のような平坦な領域のサイズを確保すれば、当該平坦な領域に対してワイヤボンディングを容易に行なうことができる。

図１０に示したＬＥＤによっても、図１および図２に示したＬＥＤと同様の効果を得ることができる。さらに、第２の主表面１ａの平坦部３１とｎ電極１１の底面との間の接続部で、ｎ電極１１と第２の主表面１ａとの密着性をある程度確保するとともに、第２の主表面１ａにおいてｎ電極１１により覆われている領域のすぐ外側から連続的に凹凸部３２が露出した状態になる。つまり、ｎ電極１１と第２の主表面１ａとの密着性をある程度確保しながら、凹凸部３２の領域をｎ電極１１の側壁直下にまで広げることにより、ＬＥＤでの光の取出し効率を効果的に向上させることができる。また、ｎ電極１１の平面積に対する、ｎ電極１１の外縁部において凹凸部３２と重なる部分の平面積の割合は、１％以上４０％以下、好ましくは５％以上１５％以下である。このようにすれば、ｎ電極１１と第２の主表面１ａとの密着性をある程度確保できるとともに、ｎ電極１１の製造時の製造ばらつきなどに起因して凹凸部３２とｎ電極１１とが重ならないといった不良の発生確率を低減できる。

図１１は、図１および図２に示した本発明によるＬＥＤの実施の形態の第２の変形例を示す図である。図１１を参照して、本発明によるＬＥＤの実施の形態の第２の変形例を説明する。なお、図１１は図１に対応する。

図１１に示したＬＥＤは、基本的には図１および図２に示したＬＥＤと同様の構造を備えるが、ｎ電極１１の形状が異なっている。具体的には、ｎ電極１１はＧａＮ基板１の第２の主表面１ａに形成された、平面形状が直径Ｄ２の円形状である平坦部３１の内部に形成されている。また、異なる観点から言えば、平坦な部分としての平坦部３１は、窒化物半導体基板（ＧａＮ基板１）の第２の主表面１ａにおいてｎ電極１１の側壁より外側に位置する領域にまで延在している。この場合も、図１および図２に示したＬＥＤと同様の効果を得ることができる。また、ＧａＮ基板１の第２の主表面１ａの平坦部３１上にｎ電極１１を確実に形成できるので、第２の主表面１ａとｎ電極１１との密着性を向上させることができる。

また、図１０および図１１に示したＬＥＤの製造方法は、基本的には図３に示した製造方法を適用できるが、保護膜形成工程（Ｓ２０）において形成される保護膜３０（図４参照）のサイズが、電極形成工程（Ｓ５０）において形成されるｎ電極１１のサイズより小さい、あるいは大きい点が、図１および図２に示したＬＥＤの製造方法とは異なっている。

なお、上記ＬＥＤにおいて、電極（ｎ電極１１）の構造は、第２の主表面１ａ側からチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／チタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）という積層構造、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕという積層構造、Ｗ／Ａｕという積層構造、またはＴｉ／白金（Ｐｔ）／Ａｕという積層構造のいずれかであってもよい。

また、上記ＬＥＤにおいて、ＧａＮ基板１の第２の主表面１ａに形成された凹凸部３２における凸部の高さは０．１μｍ以上３００μｍ以下であってもよい。また、凸部の高さの下限については、好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上である。また、凸部の高さの上限については、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下である。

ここで、発明者は発光装置から取出す光が青色光である場合、凸部の高さを０．１μｍ以上とすれば光の取出し効率が飛躍的に向上することを見出した。このため、凸部の高さの下限を０．１μｍとすることが好ましい。また、当該凸部の高さを１μｍ以上とすれば、確実に光の取出し効率の向上効果を得ることができる。さらに、凸部の高さの上限については、凸部の高さを３００μｍ程度にすると、光の取出し効率の向上効果が飽和する。そのため、凸部の高さの上限を３００μｍとした。なお、凸部の高さを３００μｍより大きくしても、光の取出し効率はほとんど向上しないため、凸部の加工に要する工程時間が増えるだけであって発光装置の製造コストが上昇することになる。また、凸部の高さを３００μｍより大きくすると、最初に準備された窒化物半導体基板の厚みによっては当該基板に部分的に貫通孔が発生する、もしくは貫通孔はできないまでも基板の凹凸部における凹部の底での基板の厚みが薄くなりすぎて、後工程において基板が割れやすくなるといった問題が発生する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の発光装置は、導電性の高い窒化物半導体基板を用い、光の出射面に選択性ウェットエッチングを行なうことにより凹凸部を形成し、またウェットエッチングの際にはｎ電極を形成するべき領域を保護膜により保護しておき、後からｎ電極を形成するので、（１）光の取出し効率を向上させることができるとともに、ｎ電極が上記ウェットエッチングにより除去されてしまう（損傷を受ける）可能性を低減でき、（２）電極形成部の平坦性が確保されるためＧａＮ基板と電極、および、電極とワイヤとの密着性が向上し、実装時の不良発生確率を低減でき、（３）放熱性に優れ、複雑な電極構造を設ける必要がなく、大出力の発光を可能にし、（４）導電性に優れ、過渡電圧や静電放電から発光素子を保護するための保護回路を設ける必要がなく、大面積発光および静電耐圧に優れ、（５）発光層から基板にかけて屈折率の大から小への大きな不連続性がないため、発光層から放出面にいたる間で全反射が生じ難く、したがって全反射に起因する、効率低下や側面部の樹脂劣化がなく、このため、今後、自動車の照明装置を含めて各種の照明製品に広範に利用されることが期待される。

本発明に従った発光装置としてのＬＥＤの実施の形態を示す図である。図１のＬＥＤの発光層を含む積層構造を示す図である。図１および図２に示したＬＥＤの製造方法を説明するためのフローチャートである。図３に示したＬＥＤの製造方法を説明するための模式図である。図３に示したＬＥＤの製造方法を説明するための模式図である。図３に示したＬＥＤの製造方法を説明するための模式図である。図３に示したＬＥＤの製造方法を説明するための模式図である。図２に示した構造のチップをウェハから採取するときのウェハの状態を示す図である。図８に示した電極の配置を示す図である。図１および図２に示した本発明によるＬＥＤの実施の形態の第１の変形例を示す図である。図１および図２に示した本発明によるＬＥＤの実施の形態の第２の変形例を示す図である。

符号の説明

１ＧａＮ基板、１ａ光放出面（第２の主表面）、２ｎ型ＧａＮエピタキシャル層、３ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層、４ＭＱＷ（発光層）、５ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層、６ｐ型ＧａＮ層、１１ｎ電極、１２ｐ電極、１３ワイヤ、１４導電性接着剤、１５エポキシ系樹脂、２１ａマウント部、２１ｂリード部、２５素子分離溝、３０保護膜、３１平坦部、３２凹凸部、５０チップ境界。

Claims

発光装置を構成する窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板の表面において電極を形成するべき領域上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が形成された状態で、前記窒化物半導体基板の表面に凹凸部を形成する加工工程と、
前記加工工程の後、前記窒化物半導体基板の表面から前記保護膜を除去する工程と、
前記窒化物半導体基板の表面において前記保護膜が除去された部分上に電極を形成する工程とを備える、発光装置の製造方法。
前記加工工程では、ウェットエッチングを用いて前記窒化物半導体基板の表面に凹凸部を形成し、
前記保護膜は前記ウェットエッチングにおいて用いられるエッチング液による前記窒化物半導体基板のエッチングスピードより、前記エッチング液によるエッチングスピードの遅い材料によって構成される、請求項２に記載の発光装置の製造方法。
前記加工工程では、前記エッチング液としてアルカリ性のエッチング液を用い、
前記保護膜を構成する材料は、ニッケル、金、白金、銀、タングステン、モリブデン、パラジウム、銅、クロム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンからなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項２に記載の発光装置の製造方法。
窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板の第１の主表面の側に、ｎ型窒化物半導体層と、前記窒化物半導体基板から見て前記ｎ型窒化物半導体層より遠くに位置するｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層およびｐ型窒化物半導体層の間に位置する発光層とを備えた発光装置であって、
前記ｐ型窒化物半導体層の側をダウン実装し、前記窒化物半導体基板の前記第１の主表面と反対側の主表面である第２の主表面から光を放出し、
前記窒化物半導体基板の前記第２の主表面は凹凸部が形成された領域を含み、
前記窒化物半導体基板の前記第２の主表面上に形成された電極を備え、
前記窒化物半導体基板の前記第２の主表面において前記電極の下に位置する領域は、平坦な部分を含む、発光装置。
前記平坦な部分は、前記窒化物半導体基板の前記第２の主表面において前記電極の側壁より外側に位置する領域にまで延在する、請求項４に記載の発光装置。
前記平坦な部分は、前記窒化物半導体基板の前記第２の主表面において前記電極の側壁より内側に形成されており、
前記凹凸部の一部が前記電極の下にまで延在している、請求項４に記載の発光装置。
前記電極の幅は１００μｍ越えであり、
前記電極において前記窒化物半導体基板の前記第２の主表面と対向する表面と反対側に位置する表面には、前記平坦な部分と対向するとともに平坦な領域が形成され、
前記平坦な領域の幅は１００μｍ以上前記電極の幅以下である、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発光装置。