JP2007266571A - Ｌｅｄチップ、その製造方法および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テクスチャ構造を有しながらも、封止時に封止材料中にボイドが生じ難いＬＥＤチップと、その製造方法、および、かかるＬＥＤチップを透光性材料で封止してなる発光装置を提供すること。
【解決手段】ＬＥＤチップ１０は、発光層１２２に積層された、光取出し方向側にテクスチャ化表面Ｔを有する透光性層１３を備え、テクスチャ化表面Ｔは透光性層１３との間にボイドを残すことなく形成された平滑化層１４により覆われており、平滑化層１４は透光性層１３よりも低い屈折率を有し、かつ、その露出した表面がテクスチャ化表面Ｔよりも平滑である。
【選択図】図１

Description

本発明は、テクスチャ構造を有するＬＥＤチップと、その製造方法、および、かかるＬＥＤチップを透光性材料で封止してなる発光装置に関する。

３族窒化物系ＬＥＤ（発光ダイオード）チップをリードフレームや回路基板に固定し、透光性の樹脂またはガラスで封止した発光装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。３族窒化物系ＬＥＤチップとは、３族窒化物系化合物半導体（以下「ＧａＮ系半導体」ともいう。）を用いてｐｎ接合型等のＬＥＤ素子構造を構成してなるＬＥＤチップである。図１１は、従来の３族窒化物系ＬＥＤチップの構造例を示す断面図であり、サファイアからなる基板２１の上に、該基板側から順にｎ型ＧａＮ層２２１、ＩｎＧａＮ発光層２２２、ｐ型ＧａＮ層２２３を含む、ＧａＮ系半導体層２２が積層された構造を有している。ここで、ＧａＮ系半導体とは、一般式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなど、任意の組成のものを含む。上記化学式において、３族元素の一部をＢ（ホウ素）、Ｔｌ（タリウム）などで置換したもの、また、Ｎ（窒素）の一部をＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）などで置換したものも、ＧａＮ系半導体に含まれる。

図１１に示すＬＥＤチップ２０は、更に、ｎ型ＧａＮ層２２１に形成されたｎ側電極Ｐ２１と、ｐ型ＧａＮ層２２３上に形成された、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透光性層２３と、その上に形成されたｐ側電極Ｐ２２を有している。ＩＴＯからなる透光性層２３は、ボンディングパッドであるｐ側電極Ｐ２２から供給される電流を、当該透光性層２３の層方向（膜厚方向に直交する方向）に拡散させる電流拡散層であり、ｐ型ＧａＮ層２２３とオーミック接触している。このＬＥＤチップ２０では、基板２１側の表面を実装面とし、透光性層２３の表面側から光を取り出すために、ＩＴＯからなる透光性層２３を電流拡散層として採用している。ＬＥＤチップの内部と外界との屈折率差によって光がチップの内部に閉じ込められる度合を低減するために、透光性層２３の光取出し方向側の表面はテクスチャ化されている。表面をテクスチャ化することによりＬＥＤチップの光取出し効率を改善する技術は公知であり、例えば、非特許文献１には、ＩＴＯからなる表面層を有する３族窒化物系ＬＥＤチップにおいて、該ＩＴＯの表面をテクスチャ化することにより発光効率が向上したことが報告されている。また、非特許文献２には、ＳｉＣ基板を用いた３族窒化物系ＬＥＤチップにおいて、該基板の露出した表面にモス−アイ（ｍｏｔｈ−ｅｙｅ）構造を形成したところ、該表面側からの光取出し効率が飛躍的に向上したことが報告されている。なお、モス−アイ構造とは、サブミクロンサイズの微細な錐体（円錐、角錐）状突起（ｃｏｎｅ）が密集した構造である。
特開平６−２９１３６６号公報 特開２００５−２２３２２２号公報 特開２００３−２１８３８３号公報 特開２００６−４９３５０号公報 ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス，第４４巻，第４Ｂ号，２００５年，第２５２５〜２５２７頁（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．４Ｂ，２００５，ｐｐ．２５２５−２５２７） ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス，第４４巻，第１０号，２００５年，第７４１４〜７４１７頁（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１０，２００５，ｐｐ．７４１４−７４１７） ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス，第４３巻，第５Ａ号，２００４年，第Ｌ６３７〜Ｌ６３９頁（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．５Ａ，２００４，ｐｐ．Ｌ６３７−Ｌ６３９）

しかしながら、テクスチャ化された表面を有するＬＥＤチップには、当該チップを透光性材料で封止した発光装置を製造したときに、封止材料中にボイドが生じ易いという問題がある。その理由は、テクスチャ化された表面に開口した狭い凹部空間に、粘性を有する封止材料が入り込み難く、封止の際に、該空間が封止材料で充填されないうちに、該表面が封止材料で覆われるために、該空間に残った空気が逃げ場を失って封止材料中に閉じ込められ、ボイドになるためと考えられる。図１２は、図１１に示す従来のＬＥＤチップ２０を封止材料２５で被覆してなる発光装置Ｄ２０の断面図であり、回路基板と枠材とを組合せてなる基台２６にＬＥＤチップ２０を固定し、太線で示すボンディングワイヤを接続した後、封止材料２５で被覆した構成となっている。封止材料２５中にはボイドが形成されているが、このボイドは、ＬＥＤチップから放射された光を反射して、再びＬＥＤチップ側に戻してしまうので、発光装置の効率を著しく低下させる。また、ボイドは封止材料２５の熱伝導性を低下させるので、ＬＥＤチップで発生する熱の放散が阻害される。更に、発光装置の温度が上昇したときには、ボイド内の圧力が高くなって封止材料２５がストレスを受け、その影響でボンディングワイヤが切れるといった故障が発生する。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであり、テクスチャ構造を有しながらも、封止時に封止材料中にボイドが生じ難いＬＥＤチップと、その製造方法、および、かかるＬＥＤチップを透光性材料で封止してなる発光装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、次の特徴を有するＬＥＤチップ、ＬＥＤチップの製造方法および発光装置を提供する。
（１）発光層を含む半導体層が基板の上に積層された構造を有するＬＥＤチップであって、発光層に直接または間接的に積層された、光取出し方向側にテクスチャ化表面を有する透光性層を備え、該テクスチャ化表面は該透光性層との間にボイドを残すことなく形成された平滑化層により覆われており、該平滑化層は該透光性層よりも低い屈折率を有し、かつ、その露出した表面が該テクスチャ化表面よりも平滑であることを特徴とするＬＥＤチップ。
（２）前記平滑化層の表面が鏡面となっている、前記（１）に記載のＬＥＤチップ。
（３）前記平滑化層の表面に、平坦性を上げるための処理が施されている、前記（１）または（２）に記載のＬＥＤチップ。
（４）前記テクスチャ化表面が、連続した凹部と孤立した凸部とからなる構造を有しており、該凸部の形状が錐体状である、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
（５）前記テクスチャ化表面がモス−アイ構造を有している、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
（６）前記透光性層が、前記半導体層に積層された電流拡散層である、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
（７）前記透光性層が、前記半導体層に積層された基板である、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
（８）前記透光性層が、前記半導体層の表層である、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
（９）前記半導体層が３族窒化物系化合物半導体層である、前記（１）〜（８）のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
（１０）前記平滑化層が絶縁性材料で形成されている、前記（１）〜（９）のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
（１１）前記平滑化層が無機材料で形成されている、前記（１）〜（１０）のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
（１２）前記平滑化層が樹脂で形成されている、前記（１）〜（１０）のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
（１３）前記（１）〜（１２）のいずれかに記載のＬＥＤチップを透光性の封止材料で封止してなる発光装置。
（１４）前記ＬＥＤチップの発光波長における、前記平滑化層の屈折率をｎ１、前記封止材料の、該平滑化層に接する部分の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１がｎ２の０．９倍〜１．１倍である、前記（１３）に記載の発光装置。
（１５）前記ＬＥＤチップの発光波長における、前記平滑化層の屈折率をｎ１、前記封止材料の、該平滑化層に接する部分の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１≦ｎ２である、前記（１３）または（１４）に記載の発光装置。
（１６）下記（Ａ）のＬＥＤウェハを形成する工程と、該ＬＥＤウェハを分割してＬＥＤチップを得る工程と、を有するＬＥＤチップの製造方法：（Ａ）発光層を含む半導体層が基板の上に積層された構造を有するＬＥＤウェハであって、発光層に直接または間接的に積層された、テクスチャ化表面を有する透光性層を備え、該テクスチャ化表面は該透光性層との間にボイドを残すことなく形成された平滑化層により覆われており、該平滑化層は該透光性層よりも低い屈折率を有し、かつ、その露出した表面が該テクスチャ化表面よりも平滑である、ＬＥＤウェハ。
（１７）前記平滑化層の表面が鏡面となっている、前記（１６）に記載の製造方法。
（１８）前記ＬＥＤウェハを形成する工程で、前記平滑化層の表面に平坦性を上げるための処理を施す、前記（１６）または（１７）に記載の製造方法。
（１９）前記テクスチャ化表面が、連続した凹部と孤立した凸部とからなる構造を有しており、該凸部の形状が錐体状である、前記（１６）〜（１８）のいずれかに記載の製造方法。
（２０）前記テクスチャ化表面がモス−アイ構造を有している、前記（１６）〜（１８）のいずれかに記載の製造方法。

本発明の実施形態に係るＬＥＤチップは、光取出し方向側にテクスチャ化された表面を有する透光性層を有しているが、このテクスチャ化された表面を平滑化層で覆うことによってＬＥＤチップの表面を平滑化しているので、封止材料とＬＥＤチップとの間に空気が閉じ込められ難くなり、封止時に閉じ込められた空気が封止材料中にボイドを形成することが防止される。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。このＬＥＤチップ１０は３族窒化物系ＬＥＤチップで、サファイアからなる基板１１と、その上に形成されたＧａＮ系半導体層１２を有しており、ＧａＮ系半導体層１２には、基板１１側から順に、ｎ型ＧａＮ層１２１、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｐ型ＧａＮ層１２３が含まれている。ＬＥＤチップ１０は、更に、部分的に露出されたｎ型ＧａＮ層１２１の表面に形成されたｎ側電極Ｐ１１と、ｐ型ＧａＮ層１２３上に形成されたＩＴＯからなる透光性層１３と、その上に形成されたｐ側電極Ｐ１２を有している。この透光性層１３は、ボンディングパッドであるｐ側電極Ｐ１２から供給される電流を、当該透光性層１３の層方向（膜厚方向に直交する方向）に拡散させる電流拡散層であり、ｐ型ＧａＮ層１２３とオーミック接触している。このＬＥＤチップ１０の光取出し方向は、ＩｎＧａＮ発光層１２２から見て透光性層１３側の方向である。透光性層１３は、光取出し方向側にテクスチャ化表面Ｔを有しており、該テクスチャ化表面Ｔは、透光性層１３との間にボイドを残すことなく形成された、シリカ（ＳｉＯ_２）製の平滑化層１４により覆われている。平滑化層１４は、透光性層１３のテクスチャ化された表面を覆うことにより、当該ＬＥＤチップ１０の表面を平滑にするための層である。平滑化層１４の露出した表面Ｓは、透光性層１３のテクスチャ化表面Ｔよりも平滑となっている。

図２は、図１に示すＬＥＤチップ１０を、回路基板と枠材とを組合わせてなる基台１６に固定し、太線で示すボンディングワイヤの接続後、透光性の封止材料１５で被覆してなる発光装置Ｄ１０の断面図である。封止材料１５は、屈折率１．４のシリコーン樹脂１５ａと、屈折率１．５のエポキシ樹脂１５ｂとからなる２重構造となっている。

透光性層１３のテクスチャ化表面Ｔには、相対的に突出した部分である凸部と、相対的に陥凹した部分である凹部とが存在している。本発明では、テクスチャ化表面を、当該表面を１０μｍ四方の領域に区画したときに、各区画に０．１μｍ以上の高低差を有する凸部の頂部と凹部の底部が、少なくともひとつずつ含まれる凹凸状の表面と定義する。テクスチャ化表面の構造は、連続した凸部と孤立した凹部とからなる構造（例えば、平坦面のところどころに、半球状、円柱状、角柱状、円錐状、角錐状等の孔が開口した構造）、連続した凹部と孤立した凸部とからなる構造（例えば、平坦面のところどころに、半球状、円柱状、角柱状、円錐状、角錐状等の突起が出ている構造）、山脈状の凸部と溝状の凹部とが交互に並んでいる構造（凸部と凹部の断面の形状として三角形状、台形状、方形状等が挙げられ、また凸部と凹部が直線的に伸びているものや曲線的に伸びているもの、凸部または凹部が分岐を有しているもの等が挙げられる。）、これらが混合した構造など、各種の構造とすることができる。凸部および凹部の形状（上面形状、断面形状）や配置は、規則的であってもよいし、不規則的であってもよい。好ましいテクスチャ化表面は、上記各区画に０．５μｍ以上の高低差を有する凸部の頂部と凹部の底部が少なくともひとつずつ含まれる表面である。また、連続した凸部と孤立した凹部とからなるテクスチャ化表面であれば、各区画に、凸部の頂部からの深さが０．５μｍ以上である凹部の底部が４個以上含まれることがより好ましく、連続した凹部と孤立した凸部とからなるテクスチャ化表面であれば、各区画に、凹部の底部からの高さが０．５μｍ以上である凸部の頂部が４個以上含まれることがより好ましい。モス−アイ構造を有するテクスチャ化表面は、光取出し効率の改善効果が大きく、特に好ましい。

ＩＴＯのような無機材料の表面のテクスチャ化は、エッチングにより行うことができる。例えば、テクスチャ化しようとする表面上にポリマー、金属などからなるミクロンオーダーまたはサブミクロンオーダーの粒径を有する微粒子を堆積し、これをマスク（ランダムエッチングマスク）としてエッチングを行う。他のマスクとして、フォトリソグラフィ技法で開口を形成したマスクも好適に用いることができる。この場合、フォトレジストをマスク材料に用いることもできる。エッチングの方法に限定はなく、公知のエッチング法を適宜用いることができ、プラズマエッチングや反応性イオンエッチングなどのドライエッチング、エッチング液を用いたウェットエッチングのいずれも採用可能である。好ましいエッチング方法は反応性イオンエッチングである。エッチング以外の方法として、比較的粗い研磨粒子を用いて研磨することによる、機械的なテクスチャ化法も採用可能である。

サブミクロンサイズの微細な錐体状の凸部（突起）が密集したテクスチャ構造を、ＩＴＯ等の透明電極、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＧａＮ、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、サファイアなどの表面に形成する方法については、特許文献３を参照することができる。ＧａＮの表面にサブミクロンサイズの錐体状の凸部（突起）が密集したテクスチャ構造を形成する方法については、非特許文献３を参照することもできる。

透光性層のテクスチャ化された表面上に、シリカのような無機材料からなる平滑化層を、ボイドを残すことなく形成するにあたっては、半導体プロセスの分野において、配線間の平坦化絶縁膜の形成や、層間絶縁膜の形成に用いられている技術を、任意に用いることができる。例えば、シリカからなる平滑化層は、シランやＴＥＯＳ(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料に用いたプラズマＣＶＤ法により形成することができる。プラズマＣＶＤ法を用いて、平滑化層をＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）などで形成することもできる。また、平滑化層はスピンオングラス（ＳＯＧ）で形成してもよい。形成した平滑化層の表面は、エッチバックやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって更に平坦性を上げることができる。ＰＳＧ、ＢＰＳＧで形成した平滑化層の表面は、リフローによって更に平坦性を上げることができる。上記の他に、無機材料からなる平滑化層の好ましい形成方法としては、ゾル−ゲル法が挙げられる。ゾル−ゲル法でシリカ薄膜を形成する場合、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＳ（Tetra Methyl Ortho Silicate）などをエタノール等の溶媒に溶解した溶液をコーティング液に用いるが、この溶液の粘度を十分に下げることで、テクスチャ化された表面上に気泡を残すことなくシリカ薄膜を形成することができる。

平滑化層は、また、透光性層のテクスチャ化表面上に、表面の平滑性が該テクスチャ化表面と同等かまたはより劣っている被覆層を、ボイドを残すことなく形成した後、この被覆層の表面をポリッシング（好ましくはＣＭＰ）により平滑化することによって形成することもできる。

本発明は、透光性層のテクスチャ化表面よりも、それを覆う平滑化層の表面を平滑にすることを必須としている。図３は、透光性層１３のテクスチャ化表面Ｔと、その上に形成された平滑化層１４の一部を、拡大して示す断面図であるが、この図に示す例のように、表面Ｔの突出部の頂部上と陥凹部の底部上とにおける、平滑化層１４の膜厚（透光性層１３の膜厚方向の膜厚）を比較して、突出部の頂部上における膜厚ｔ_１の方が陥凹部の底部上における膜厚ｔ_２よりも小さければ、平滑化層１４の表面Ｓは、テクスチャ化表面Ｔよりも平滑な面になっているといえる。平滑化層は、その表面を１０μｍ四方の領域に区画したときに、いずれの区画にも０．１μｍ以上の高低差を有する凸部の頂部と凹部の底部の組が存在しない程度に、平滑に形成することが好ましい。特に好ましくは、平滑化層の表面を鏡面とする。

本発明は、透光性層のテクスチャ化表面を覆う平滑化層の屈折率を、該透光性層の屈折率よりも低くすることを必須としている。これらの層の間の屈折率差に限定はないが、好ましくは、平滑化層の屈折率を、ＬＥＤチップを封止して発光装置とするときに用いる封止材料の屈折率に応じて定める。具体的には、平滑化層の屈折率をｎ１、該平滑化層と接する封止材料の屈折率をｎ２としたとき、ＬＥＤチップの内部から進んできた光が平滑化層から封止材料中に脱出し易くなるように、ｎ１≦ｎ２とすることが、好ましい態様として挙げられる。また、透光性層と平滑化層の間に存在するテクスチャ構造によって、透光性層から平滑化層中には光が脱出し易くなっているものの、平滑化層の屈折率ｎ１を低くし過ぎると、やはり、この透光性層から平滑化層への光の脱出が阻害されることから、平滑化層の屈折率ｎ１を低くする程度は、ｎ１とｎ２とが略同じとなる程度（ｎ１がｎ２の０．９倍〜１．１倍となる程度）とすることが好ましい。図２に示す発光装置Ｄ１０の例では、平滑化層１４の屈折率が、封止材料１５のうち、ＬＥＤチップ１０に接するシリコーン樹脂１５ａの屈折率と同じとされている。

平滑化層は、透光性層よりも屈折率の低い任意の材料を用いて形成することができる。ＬＥＤチップの発光波長において平滑化層が透光性を有することが必須であることは、いうまでもない。平滑化層に導電機能を付与する必要がない場合には、絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。絶縁性材料は、一般に、導電性材料に比べて光吸収が小さいからである。無機材料としては、上述のシリカ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧや、アルミナ、スピネル、チアニア、ジルコニア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などの、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物が、好適な平滑化層の材料として挙げられる。また、平滑化層は樹脂で形成してもよく、その場合、ＬＥＤチップの発光波長における吸収の小さい樹脂として、封止に用いられる樹脂と同種の成分からなる樹脂を好適に用いることができる。樹脂からなる平滑化層の好ましい形成方法としては、例えば、プラズマ重合法が挙げられる。また、硬化させる前の熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を、そのまま、または溶媒で希釈して、透光性層のテクスチャ化表面にコーティングした後、硬化させる方法も用い得る。樹脂からなる平滑化層の表面も、ポリッシングやＣＭＰによる平滑化、平坦化が可能である。平滑化層を無機材料または樹脂のいずれで形成する場合も、平滑化層への蛍光物質のドーピングは任意に行うことができる。

次に、図１に示すＬＥＤチップの製造方法を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、サファイアからなる基板１１上に、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相エピタキシャル成長法を用いて、ＧａＮ等からなるバッファ層（図示せず）、ｎ型ＧａＮ層１２１、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｐ型ＧａＮ層１２３を、順次、所定の厚さに成長する。この積層体に対する、アンドープＧａＮ高温バッファ層、ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ歪緩和層、ＩｎＧａＮコンタクト層などの各種機能層の付加や、発光層１２２をＭＱＷ構造とするなどの変更は、周知の技術を参考にして適宜行うことができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＮ層１２３の表面に、ＩＴＯからなる透光性層１３を形成する。ＩＴＯの製膜には、ＣＶＤ法（熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、光ＣＶＤ）、スプレー法、スパッタリング法、真空蒸着法、クラスタービーム蒸着法、パルスレーザ蒸着法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法、レーザアブレーション法、その他、公知のＩＴＯ薄膜の形成方法を任意に用いることができる。ｐ型ＧａＮとＩＴＯの間には、コンタクト抵抗を低減するための層として、数Å〜数十Åの膜厚に形成した、Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕなどの金属層を介在させてもよい。透光性層１３は、ＩＴＯに代えて、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、窒化チタン等の透明導電膜材料を用いて形成することもできる。

次に、図４（ｃ）に示すように、反応性イオンエッチング法を用いて、透光性層１３の表面側から、ｎ型ＧａＮ層１２１に達する深さのエッチングを行って、ｐ型ＧａＮ層１２３およびＩｎＧａＮ発光層１２２の一部を除去し、ｎ型クラッド層１２１の表面を部分的に露出させる。なお、基板としてＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＡｓ基板等の導電性基板（半導体基板）を用いる場合には、ｎ側電極を基板（ＧａＮ系半導体層を形成しない側の表面）に形成することができるので、このエッチング工程を省略してもよい。

次に、図４（ｄ）に示すように、透光性層１３の表面をテクスチャ化する。なお、ＩＴＯのような結晶性の透明導電膜の表面は、成長時の条件制御（粒径制御）のみによってテクスチャ化表面とすることも可能であることが知られている（例えば、特許文献４を参照することができる）。

次に、図５（ｅ）に示すように、ＴｉとＡｕを、Ｔｉを下側層、Ａｕを上側層として積層してなるｎ側電極Ｐ１１およびｐ側電極Ｐ１２を、真空蒸着により形成する。なお、前述のように、導電性基板（半導体基板）を用いる場合には、ｎ側電極を基板に形成することもできる。

次に、透光性層１３のテクスチャ化表面Ｔを覆う平滑化層１４を形成する。この例では、図５（ｆ）に示すように、平滑化層１４となるシリカ膜を、エピウェハの上面全体を覆うように形成した後、図５（ｇ）に示すように、ｎ側電極Ｐ１１およびｐ側電極Ｐ１２の表面が露出するように、その一部をエッチング除去している。

最後に、ウェハをダイシング、スクライビング、レーザ溶断等、この分野における周知の方法を用いて切断し、ＬＥＤチップ１０を切り出す。

上記製造方法において工程の順序は変更してもよく、例えば、ＩＴＯからなる透光性層１３の形成を、エッチングによるｎ型ＧａＮ層１２１の露出の後に行ってもよいし、平滑化層１４の形成をｎ側電極Ｐ１１およびｐ側電極Ｐ１２の形成の前に行うこともできる。

ＬＥＤチップ１０を透明材料で封止した発光装置の構成およびその製造方法については、従来公知の技術を参照することができる。本発明に係る発光装置は、青色〜紫外波長の光を放射するＬＥＤチップを、蛍光物質を添加した封止材料で被覆してなる白色発光装置であってもよい。

透光性層のテクスチャ化表面を平滑化層で覆うことにより得られる、その他の効果として、平滑化層がテクスチャ化表面の保護層となることが挙げられる。平滑化層の形成により、例えば、ＬＥＤチップの製造工程や実装工程で、工具（例えば、ＬＥＤチップを実装する工程で、チップの搬送に用いる真空コレット）が透光性層のテクスチャ化表面に接触することによる、テクスチャ構造の変形が防止できる。テクスチャ構造の変形は、ＬＥＤチップの光取出し効率や配光性に影響を与えるので、ＬＥＤチップや発光装置の品質を変動させる原因となり得る。

透光性層のテクスチャ化表面を平滑化層で覆うことは、チップ製造における工程設計の自由度を高めるうえでも有効である。図１１に示す従来のＬＥＤチップでは、透光性層２３のテクスチャ化された表面が露出しているが、このような表面は粘着テープに対する付着力が小さい。そのため、このような従来のＬＥＤチップを製造するときには、透光性層の表面をテクスチャ化した後の工程で、ウェハを粘着テープに貼り付ける際には、基板側のウェハ面をテープの粘着面に付着させる必要が生じる。特に、ウェハを分割してチップにする工程では、ウェハをこのように粘着テープに貼り付けたうえでウェハを分割しないと、得られるＬＥＤチップが粘着テープから脱落するという問題が起こる。これに対して、本発明によれば、平滑化層の表面を透光性層のテクスチャ化表面よりも平滑とするので、平滑化層の表面はテクスチャ化表面よりも粘着テープに対して強く付着する。そのため、平滑化層の形成後の工程でウェハを粘着テープに貼り付ける際には、テープの粘着面に付着させるウェハ面を、基板側の面とすることもできるし、平滑化層側の面とすることもできるので、工程設計の自由度が高くなる。平滑化層の表面の粘着テープに対する付着力を大きくするには、平滑化層の表面に、その平坦性を上げるための処理を施すことが好ましい。特に好ましくは、平滑化層の表面が鏡面となるように、ポリッシング、ＣＭＰなどの平坦化処理を施す。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。このＬＥＤチップ１０は、サファイアからなる基板１１と、その上に形成されたＧａＮ系半導体層１２を有しており、ＧａＮ系半導体層１２には、基板１１側から順に、ｎ型ＧａＮ層１２１、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｐ型ＧａＮ層１２３が含まれている。また、部分的に露出されたｎ型ＧａＮ層１２１の表面にはｎ側電極Ｐ１１が、ｐ型ＧａＮ層１２３上にはｐ側電極Ｐ１２が、それぞれ形成されている。ｐ側電極Ｐ１２は、ｐ型ＧａＮ層１２３に接する側から、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）を順に積層してなるものであり、ｐ型ＧａＮ層１２３とオーミック接触している。このｐ側電極Ｐ１２は透光性を有しておらず、ＩｎＧａＮ発光層１２２で発生する光を反射する。よって、このＬＥＤチップ１０はフリップチップ実装（フェースダウン実装）用であり、光取出し方向はＩｎＧａＮ発光層１２２から見て基板１１側の方向である。基板１１は、光取出し方向側にテクスチャ化表面Ｔを有しており、該テクスチャ化表面Ｔは、基板１１との間にボイドを残すことなく形成された平滑化層１４により覆われている。平滑化層１４はシリカからなり、その表面Ｓは基板１１のテクスチャ化表面Ｔよりも平滑となっている。

図６に示すＬＥＤチップでは、基板１１の光取出し方向側の表面が全面的にテクスチャ化されておらず、チップ周縁部には、テクスチャ化されていない、基板１１の平坦な表面が露出している。これは、スクライビングによりウェハからチップを切り出す際にチッピングが発生しないように、基板１１の表面のうち、スクライブラインが形成される予定の領域はテクスチャ化しなかったためである。このように、基板からウェハを切り出す際の分断線が通る帯状の領域を、テクスチャ化しないで、平坦なままで残しておくと、該領域を顕微鏡観察するときの焦点合わせが容易となるために、ダイシングやスクライビングの工程における位置合せを短時間で行うことができるという利点もある。これと同様の効果は、基板１１の光取出し面側の表面を全面的にテクスチャ化し、これを無機材料からなる平滑化層１４で覆った後、その平滑化層１４の表面をＣＭＰなどの方法により平坦化した場合にも得ることができる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。このＬＥＤチップ１０は、サファイアからなる基板１１と、その上に形成されたＧａＮ系半導体層１２を有しており、ＧａＮ系半導体層１２には、基板１１側から順に、ｎ型ＧａＮ層１２１、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｐ型ＧａＮ層１２３が含まれている。また、部分的に露出されたｎ型ＧａＮ層１２１の表面にはｎ側電極Ｐ１１が形成されている。この例では、ＧａＮ系半導体層１２の、ｐ型ＧａＮ層１２３側の表面がテクスチャ化されており、該テクスチャ化表面Ｔを覆って、ＩＴＯからなる平滑化層１４が形成されている。この平滑化層１４は、その上に形成されたボンディングパッドであるｐ側電極Ｐ１２から供給される電流を、当該平滑化層１４の層方向（膜厚方向に直交する方向）に拡散させる電流拡散層であり、ｐ型ＧａＮ層１２３とオーミック接触している。ＬＥＤチップ１０の光取出し方向は、ＩｎＧａＮ発光層１２２から見て平滑化層１４側である。ｐ型ＧａＮ層１２３の表面のテクスチャ化は、該層の成長温度を通常よりも低くして、成長面に多数のピットを発生させることにより行っている。ここで、通常よりも低い成長温度とは、ＭＯＶＰＥ法の場合、９５０℃未満である。この第３の実施形態は、発光層を含む半導体層の表層を、光取出し方向側にテクスチャ化表面を有する透光性層とした実施形態ということができる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。このＬＥＤチップ１０は、サファイアからなる基板１１と、その上に形成されたＧａＮ系半導体層１２を有しており、ＧａＮ系半導体層１２には、基板１１側から順に、ｎ型ＧａＮ層１２１、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｐ型ＧａＮ層１２３、ｎ型ＧａＮ層１２４が含まれている。部分的に露出されたｎ型ＧａＮ層１２１の表面にはｎ側電極Ｐ１１が形成されている。ｎ型ＧａＮ層１２４とｐ型ＧａＮ層１２３との間にトンネル接合が形成されるよう、これらの層は、その接合界面付近のキャリア濃度が十分に高くされている。このＬＥＤチップの光取出し方向は、ＩｎＧａＮ発光層１２２から見て、ｐ型ＧａＮ層１２３側であり、ｎ型ＧａＮ層１２４が、その光取出し方向側に、テクスチャ化表面Ｔを有している。該テクスチャ化表面Ｔは、ＩＴＯからなる平滑化層１４により覆われている。この平滑化層１４は、その上に形成されたボンディングパッドであるｐ側電極Ｐ１２から供給される電流を、当該平滑化層１４の層方向（膜厚方向に直交する方向）に拡散させる電流拡散層であり、ｎ型ＧａＮ層１２４とオーミック接触している。

（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。このＬＥＤチップ１０は、サファイアからなる基板１１と、その上に形成されたＧａＮ系半導体層１２を有しており、ＧａＮ系半導体層１２には、基板１１側から順に、ｎ型ＧａＮ層１２１、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｐ型ＧａＮ層１２３が含まれている。また、部分的に露出されたｎ型ＧａＮ層１２１の表面にはｎ側電極Ｐ１１が、ｐ型ＧａＮ層１２３上にはｐ側電極Ｐ１２が、それぞれ形成されている。ｐ側電極Ｐ１２は、ｐ型ＧａＮ層１２３に接する側から、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）を順に積層してなるものであり、ｐ型ＧａＮ層１２３とオーミック接触している。このｐ側電極Ｐ１２は透光性を有しておらず、ＩｎＧａＮ発光層１２２で発生する光を反射する。ＬＥＤチップ１０は、フリップチップ実装（フェースダウン実装）用であり、光取出し方向はＩｎＧａＮ発光層１２２から見て基板１１側の方向である。基板１１の、ＧａＮ系半導体層１２が形成された側と反対側の表面には、酸化ビスマスを主成分とするガラスからなる透光性層１３が、熱圧着により接合されている。この透光性層１３は光取出し方向側にテクスチャ化表面Ｔを有しており、該テクスチャ化表面Ｔは、透光性層１３との間にボイドを残すことなく形成された平滑化層１４に覆われている。平滑化層１４はシリコーン樹脂からなり、その表面Ｓは基板１１のテクスチャ化表面Ｔよりも平滑となっている。

図９に示すＬＥＤチップでは、ガラス製の透光性層１３の光取出し方向側の表面が全面的にテクスチャ化されておらず、チップ周縁部には、テクスチャ化されていない、平坦な透光性層１３の表面が露出している。これは、スクライビング、ダイシング等によりウェハからチップを切り出す際に、樹脂製の平滑化層１４がスクライブラインまたはダイシングライン上に存在すると、チップの切り出し工程での不良が発生し易くなることから、スクライブラインまたはダイシングライン上に平滑化層１４を形成する必要がないように、テクスチャ化する透光性層１３の表面の領域を限定したことによる。

上記例示した各実施形態では、ＬＥＤチップ１０に、ＧａＮ系半導体層１２のエピタキシャル成長に用いたサファイア基板が含まれているが、必須ではない。ＬＥＤチップに含まれる基板１１は、サファイア基板を用いてＧａＮ系半導体層１２を成長した後、このサファイア基板を研磨やレーザリフトオフなどの方法によって除去し、露出したｎ型ＧａＮ層１２１に対して接合した支持基板であってもよい。かかる支持基板の種類や接合方法については、従来公知の技術を参照することができる。フリップチップ実装用のＬＥＤチップでは、当該ＬＥＤチップの発光波長において透光性を有する支持基板を用いるべきであることは、いうまでもない。

（第６の実施形態）
図１０は、本発明の第６の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。このＬＥＤチップ１０は、ＣｕＷからなる基板１１と、その上に形成されたＧａＮ系半導体層１２を有しており、ＧａＮ系半導体層１２には、基板１１側から順に、ｐ型ＧａＮ層１２３、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｎ型ＧａＮ層１２１が含まれている。基板１１とｐ型ＧａＮ層１２３との間には、ｐ型ＧａＮ層１２３と基板１１とを電気的に接続し、かつ物理的に接合する接合層（図示せず）が介在されている。ｎ型ＧａＮ層１２１の表面には、該表面の一部に接するようにｎ側電極Ｐ１１が形成されている。このＬＥＤチップ１０の光取出し方向は、ＩｎＧａＮ発光層１２２から見てｎ型ＧａＮ層１２１側の方向である。ｎ型ＧａＮ層１２１は、該光取出し方向側にテクスチャ化表面Ｔを有しており、該テクスチャ化表面Ｔは、ｎ型ＧａＮ層１２１との間にボイドを残すことなく形成された平滑化層１４に覆われている。平滑化層１４はシリカからなり、その表面Ｓはｎ型ＧａＮ層１２１のテクスチャ化表面Ｔよりも平滑となっている。

この第６の実施形態に係るＬＥＤチップを製造する場合、まず、サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ層１２１、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｐ型ＧａＮ層１２３を順次成長させて、ＧａＮ系半導体層１２を形成する。次に、ｐ型ＧａＮ層１２３の表面にＣｕＷ基板を接合する。次に、研磨やレーザリフトオフなどの方法によってサファイア基板を除去する。その後、露出したｎ型ＧａＮ層１２１へのｎ側電極Ｐ１１の形成、ｎ型ＧａＮ層１２１の表面のテクスチャ化、平滑化層１４の形成を行い、最後に、ダイシングによってウェハからＬＥＤチップ１０を切り出す。

上記例示した各実施形態では、ＧａＮ系半導体層１２のエピタキシャル成長にサファイア基板を用いているが、必須ではない。ＧａＮ系半導体層１２のエピタキシャル成長には、サファイアの他に、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、スピネル基板、ＺｎＯ基板、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ_３）基板、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ_２）基板、ＬＡＯ（ＬａＡｌＯ_３）基板、ＺｒＢ_２基板、ＴｉＢ_２基板などを好適に用いることができる。

本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の構造例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤチップにおける、透光性層のテクスチャ化表面と、その上に形成された平滑化層の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤチップの製造工程を説明するための断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤチップの製造工程を説明するための断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。 従来技術に係るＬＥＤチップの構造を示す断面図である。 従来技術に係る発光装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ ＬＥＤチップ
１１ 基板
１２ ３族窒化物系化合物半導体層
１２１ ｎ型ＧａＮ層
１２２ ＩｎＧａＮ発光層
１２３ ｐ型ＧａＮ層
１２４ ｎ型ＧａＮ層
１３ 透光性層
１４ 平滑化層
Ｐ１１ ｎ側電極
Ｐ１２ ｐ側電極
Ｄ１０ 発光装置
１５ 封止材料
１６ 基台

Claims (20)

1. 発光層を含む半導体層が基板の上に積層された構造を有するＬＥＤチップであって、
   発光層に直接または間接的に積層された、光取出し方向側にテクスチャ化表面を有する透光性層を備え、
   該テクスチャ化表面は該透光性層との間にボイドを残すことなく形成された平滑化層により覆われており、
   該平滑化層は該透光性層よりも低い屈折率を有し、かつ、その露出した表面が該テクスチャ化表面よりも平滑であることを特徴とするＬＥＤチップ。
2. 前記平滑化層の表面が鏡面となっている、請求項１に記載のＬＥＤチップ。
3. 前記平滑化層の表面に、平坦性を上げるための処理が施されている、請求項１または２に記載のＬＥＤチップ。
4. 前記テクスチャ化表面が、連続した凹部と孤立した凸部とからなる構造を有しており、該凸部の形状が錐体状である、請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
5. 前記テクスチャ化表面がモス−アイ構造を有している、請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
6. 前記透光性層が、前記半導体層に積層された電流拡散層である、請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
7. 前記透光性層が、前記半導体層に積層された基板である、請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
8. 前記透光性層が、前記半導体層の表層である、請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
9. 前記半導体層が３族窒化物系化合物半導体層である、請求項１〜８のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
10. 前記平滑化層が絶縁性材料で形成されている、請求項１〜９のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
11. 前記平滑化層が無機材料で形成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
12. 前記平滑化層が樹脂で形成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載のＬＥＤチップ。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載のＬＥＤチップを透光性の封止材料で封止してなる発光装置。
14. 前記ＬＥＤチップの発光波長における、前記平滑化層の屈折率をｎ１、前記封止材料の、該平滑化層に接する部分の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１がｎ２の０．９倍〜１．１倍である、請求項１３に記載の発光装置。
15. 前記ＬＥＤチップの発光波長における、前記平滑化層の屈折率をｎ１、前記封止材料の、該平滑化層に接する部分の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１≦ｎ２である、請求項１３または１４に記載の発光装置。
16. 下記（Ａ）のＬＥＤウェハを形成する工程と、該ＬＥＤウェハを分割してＬＥＤチップを得る工程と、を有するＬＥＤチップの製造方法：
    （Ａ）発光層を含む半導体層が基板の上に積層された構造を有するＬＥＤウェハであって、
    発光層に直接または間接的に積層された、テクスチャ化表面を有する透光性層を備え、
    該テクスチャ化表面は該透光性層との間にボイドを残すことなく形成された平滑化層により覆われており、
    該平滑化層は該透光性層よりも低い屈折率を有し、かつ、その露出した表面が該テクスチャ化表面よりも平滑である、ＬＥＤウェハ。
17. 前記平滑化層の表面が鏡面となっている、請求項１６に記載の製造方法。
18. 前記ＬＥＤウェハを形成する工程で、前記平滑化層の表面に平坦性を上げるための処理を施す、請求項１６または１７に記載の製造方法。
19. 前記テクスチャ化表面が、連続した凹部と孤立した凸部とからなる構造を有しており、該凸部の形状が錐体状である、請求項１６〜１８のいずれかに記載の製造方法。
20. 前記テクスチャ化表面がモス−アイ構造を有している、請求項１６〜１８のいずれかに記載の製造方法。

Images