JP2008153362A - 半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の第1主面上に半導体層を形成して、発光素子構造体を設ける工程と、前記基板の第2主面上に反射層を含む積層構造体を設ける工程と、前記積層構造体の上層の一部を除去することにより、該上層を所定形状に画定する工程と、前記露出させた下層の一部を除去することにより、基板を露出させる工程とを備える半導体発光素子の製造方法。
【選択図】図1
Description
また、特許文献4では、反射膜を成膜した後エッチングにより一部の反射膜を除去することで基板裏面に部分的に反射膜を形成している。この場合、工程が煩雑になるという問題がある。
前記基板の第2主面上に反射層を含む積層構造体を設ける工程と、
前記積層構造体の上層の一部を除去することにより、該上層を所定形状に画定する工程と、
前記露出させた少なくとも反射層を含む下層の一部を除去することにより、基板を露出させる工程とを備えることを特徴とする。
また、前記積層構造体の上層を、下層よりも幅狭に画定することが好ましい。
前記基板の第2主面上に反射層を含む積層構造体を設ける工程と、
前記積層構造体を機械的に切削加工して、一部を除去することにより、基板を露出させる工程とを備えることを特徴とする。
これらの半導体発光素子の製造方法では、露出した基板に、割溝を形成し、該割溝に沿って基板を分割する工程をさらに備えることが好ましい。
また、割溝を、レーザ加工により形成することが好ましい。
該基板の第1主面上に形成された発光素子構造と、
前記基板の第2主面上に形成された反射層を含む積層構造体とを備え、
該積層構造体は、上層が下層よりも幅狭な断面形状を有することを特徴とする。
また、本発明の発光装置は、上述した半導体発光素子が、接着層を介して第2の主面側が実装基体に載置されてなることを特徴とする。
この発光装置は、接着層の幅が反射層の幅よりも広いことが好ましい。
特に、割溝を、レーザ加工により形成する場合には、容易かつ簡便に好適な割溝の形成が可能となる。
また、本発明の半導体発光素子及び発光装置によれば、積層構造体の上層が下層よりも幅狭な断面形状を有するように形成されているため、良好な放熱性を確保することが可能となる。
特に、積層構造体が、反射層と、少なくとも、その上に形成され、かつ該反射層よりも幅狭な断面形状の接着層とを有する場合には、基板裏面側において、最大限の面積で反射層が形成されることとなり、光出力をより向上させることができる。
まず、基板の第1主面上に半導体層を形成し、発光素子構造を設ける。
ここで、基板としては、例えば、サファイア、スピネル、SiC、NGO(NdGaO3)基板、LiAlO2基板、LiGaO3基板、GaN、GaAs等の公知の絶縁性基板及び導電性基板を用いることができる。なかでも、サファイア基板が好ましい。絶縁性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。なお、基板は、その表面(第1の主面)又は裏面(第2の主面)が凹凸形状に加工されて、光取り出し効率を高める構造を有していてもよい。また、基板の第1主面上にマスク層、バッファ層、中間層等を介して半導体層が形成されていてもよい。
次いで、基板の第2主面上に反射層を含む積層構造体を設ける。
積層構造体は、少なくとも基板の第2主面上に形成される反射層を含む。反射層は、半導体素子によって発光した光を、効率的に反射させて、最大限の光を外部に取り出すための層である。なお、反射層は、基板に接触して形成されていることが好ましいが、必ずしも、全ての領域において接触していなくてもよく、部分的に他の層を介在していてもよい。これにより、光を効率的に反射させることができるとともに、放熱性の良好な半導体素子を得ることができる。そのため、大電流を流したときの発熱を緩和することができ、素子を高出力化することが可能となる。また、後述するような保護層や接着層等、種々の機能をもつ層を積層することも可能である。好ましくは、基板に接触して反射層を設け、その上に保護層及び接着層が形成されたものが挙げられる。
反射層を含む積層構造体を一部除去する。通常、レーザ加工装置を利用して、金属層からなる積層構造体と、それとは光透過性において異質の材料、例えば硬質な酸化物材料などからなる基板材料とを、同時に加工すると、光透過性の基板をレーザ光が透過して表面側の半導体層に到達し、その半導体層に損傷を与える場合がある。特に、積層構造体を一度に広範囲に除去するために焦点スポット径を大きくして加工すると、この傾向はより顕著となる。本発明の一形態では、上層を最初に除去し、所定形状のパターンとして、その上層パターンを介して又はマスクとして利用して、積層構造体の下層を除去することにより、量産性に優れ、かつ高精度の半導体発光素子を製造することができる。
割溝の形成方法は、特に限定されず、レーザ加工、機械的加工等、当該分野で公知の方法を利用することができる。なかでも、レーザ加工により形成することが好ましい。条件を調整することにより、所望の深さ、幅等、基板材料等に最適な割溝を、簡便かつ確実に形成することができるからである。
本発明の発光素子は、図1(a)及び(b)に示したように、基板10の第1主面に、n型半導体層11、発光層12及びp型半導体層13がこの順に積層された発光素子構造体15が形成され、さらに基板10の第2主面に、下層として反射層16と、上層として任意に接着層17とからなる積層構造体18とを備えて構成される。p型半導体層13の一部の領域では、その表面から、n型半導体層11の膜厚方向の一部が除去されて、n型半導体層11表面が露出している。p型半導体層13の表面にはp電極14が形成され、n型半導体層11の露出表面にはn電極19が形成されている。
また、基板10の第2主面の周縁部には、基板が露出した露出領域が形成されている。露出領域は、例えば、基板の第2主面の面積の5〜30%程度が好ましい。また、積層構造体18の下層(反射層16)は、積層構造体18の上層(接着層17)よりも幅広であり、例えば、上層の上面の面積は、下層の上面の面積の70〜95%程度が好ましい。
本発明の発光装置は、例えば、図7Bに示したように、上述した発光素子が、積層構造体を介して、実装基板25にダイボンディングされて構成される。
実装基板25としては、例えば、発光素子用、受光素子用のステム、平面実装用セラミック基板、プラスチック基板等が挙げられる。
このような実装基板25は、例えば、図8に示す発光装置30に搭載することができる。つまり、積層構造体(接着層17)を介して、発光素子31を、熱圧着などで実装し、各電極にワイヤ34などで、発光装置のリード電極33とそれぞれ接続し、発光素子を封止部材32で封止し、任意に被覆部材35を被覆するなどすることにより、発光装置30が構成される。
この実施例の半導体発光素子は、図1(a)及び(b)に示すように、サファイア基板10と、その表面上に、n型半導体層11、発光層12及びp型半導体層13が積層された半導体層からなる発光素子構造体15と、n型半導体層11の一部の領域において、その上に積層された発光層12及びp型半導体層13が除去され、さらにn型半導体層11自体の厚さ方向の一部が除去されて露出したn型半導体層11上に形成されたn電極19と、p型半導体層13上に形成されたp電極14とから構成される。
<半導体層の形成>
図2(a)に示すように、2インチφのサファイア基板10の上に、MOVPE反応装置を用い、AlGaNよりなるバッファ層(図示せず)(100Å)、ノンドープGaN層(図示せず)(1.5μm)、n型半導体層11として、SiドープGaNよりなるn型コンタクト層(2.165μm)、GaN層(40Å)とInGaN層(20Å)とを交互に10回積層させた超格子n型クラッド層(640Å)、GaN層(250Å)とInGaN層(30Å)とを交互に3〜6回積層させた多重量子井戸構造の発光層12、p型半導体層13として、MgドープAl0.1Ga0.9N層(40Å)とMgドープInGaN層(20Å)とを交互に10回積層させた超格子p型クラッド層(0.2μm)、MgドープGaNよりなるp型コンタクト層(0.5μm)をこの順に成長させ、ウェハを作製する。
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、600℃にてアニールし、p型クラッド層及びp型コンタクト層をさらに低抵抗化した。
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、発光素子構造体15の最上層の表面に所定の形状のマスクを形成し、発光素子構造体15に対して、n型半導体層11が露出する深さで、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により部分的にエッチング(例えば、RIE)して、n型半導体層11を露出させる。
図2(b)に示すように、p型半導体層13表面と、露出したn型半導体層11表面に、それぞれ透光性のp電極14(例:ITO)、n電極19を設ける。これにより、図2(c)及び(c’)に示すように、発光素子構造体のうち、発光素子として機能する素子領域ERが画定されるとともに、その外周において、各チップに分割するための素子分離領域Sが画定される。
続いて、図2(c)及び(c’)に示すように、基板10の裏面全面に、Alからなる反射層16、その上にバリア層(図示せず)を介して、Au−Snからなる接着層17を積層し、積層構造体18を形成する。
次に、図3(d)および(d’)に示すように、基板10の裏面側から、レーザ光21を、積層構造体における上層、つまり接着層17に照射して、接着層17とバリア層(図示せず)とを部分的に除去する。これにより、反射層16が露出する。
この際の上層の除去は、基板10表面側の素子領域ERに対応させて、その端部が素子領域ERの内側に配置されるように行う。例えば、上層の除去の幅Mを、素子領域ERの幅の10%程度に設定する。この際のレーザ光21は、波長355nm、フォーカス幅100μm、平均出力2.5W、繰り返し周波数100kHzで、1回のみ走査した。
この際の下層の除去は、基板10表面側の素子領域ERに対応させて、その端部が素子領域ERの内側であって、かつ上層の端部の外側に配置されるように行う。例えば、下層の除去の幅を、素子分離領域Sと同程度に、素子領域ERの幅の1.5%程度に設定する。この際のレーザ光21は、波長355nm、フォーカス幅20μm、平均出力1.5W、繰り返し周波数150kHzで、1回のみ走査した。
これにより、素子領域ERの周縁部付近に存在する積層構造体18を除去することができ、下層、つまり、反射層16の周縁部の全端面は、上層、つまり、接着層17よりも幅広となり、接着層17の外周に配置する。
図3(f)及び(f’)に示すように、基板10の露出した表面にレーザ光(波長355nm、フォーカス幅5μm、平均出力1.5W)を利用したスクライブなどにより、割溝22を設けて、この割溝22に沿って割断して、□350μm(発光波長:460nm)の発光素子を得る。
これにより、図1(a)及び(b)に示すような、半導体発光素子が得られる。
さらに、比較として、ウェハに割溝を形成した後、この実施例と同様の積層構造体を形成し、素子化した半導体発光素子とこの実施例の半導体発光素子を実装用基板に共晶接合により実装し、各発光出力を20mA印加にて測定した。
その結果、n=250個の平均光出力にて、上述した製造方法により作成した素子の方が約10%の出力向上が認められた。また、両者の発光素子の実装後の観察を行ったところ、従来素子では接合層がチップ端面に回り込んでおり、チップ側面の光を一部遮るような状態が観察されたのに対し、この実施例の素子ではチップ側面への接合層回り込みは見られないことが観察された。
その結果、ウェハの一部において、積層構造体18の部分的な除去、基板10の割溝形成が観られるが、その他多くにおいて、積層構造体18の除去不良、半導体層の損傷25が認められる。
また、基板10の割溝形成を同時にすると、積層構造体18の除去部分の幅が小さくなり、所望形状とすることができない。
この実施例では、図4(g)及び(g’)に示したように、実施例1で積層構造体18を形成した後、切削可能な治具を用いて、罫書きにより機械的に積層構造体18を部分的に除去して、基板10の表面を露出させた。ここでの治具は、例えば、先端部がφ150μmの円状平面部を有する超硬製のピンを使用し、これをウェハ面に対して約75°に傾け、約50gfの荷重を印加し、75°傾き方向に(すなわち引き方向に)約20mm/secの速度で4回擦ることで、上記露出状態を得た。
得られた半導体発光素子は、バリ、チッピング等がなく、安定した光出力を示した。
11 n型半導体層
12 発光層
13 p型半導体層
14 p電極
15 発光素子構造体
16 反射層
17 接着層
18 積層構造体
19 n電極
20 治具
21 レーザ光
22 割溝
Claims (14)
- 基板の第1主面上に半導体層を形成して、発光素子構造を設ける工程と、
前記基板の第2主面上に反射層を含む積層構造体を設ける工程と、
前記積層構造体の上層の一部を除去することにより、該上層を所定形状に画定する工程と、
前記露出させた少なくとも反射層を含む下層の一部を除去することにより、基板を露出させる工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記積層構造体の上層の一部を除去する際、反射層を露出させる請求項1に記載の製造方法。
- 前記積層構造体の上層を、レーザ光照射により除去する又は機械的に切削除去する請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記積層構造体の下層を、レーザ光照射又は化学エッチングにより除去する請求項1〜3のいずれか1つに記載の製造方法。
- 前記積層構造体の上層を、下層よりも幅狭に画定する請求項1〜4のいずれか1つに記載の製造方法。
- 基板の第1主面上に半導体を形成して、発光素子構造を設ける工程と、
前記基板の第2主面上に反射層を含む積層構造体を設ける工程と、
前記積層構造体を機械的に切削加工して、一部を除去することにより、基板を露出させる工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 露出した基板に、割溝を形成し、該割溝に沿って基板を分割する工程をさらに備える請求項1〜6のいずれか1つに記載の製造方法。
- 割溝を、レーザ加工により形成する請求項7に記載の製造方法。
- 基板と、
該基板の第1主面上に形成された発光素子構造と、
前記基板の第2主面上に形成された反射層を含む積層構造体とを備え、
該積層構造体は、上層が下層よりも幅狭な断面形状を有することを特徴とする半導体発光素子。 - 基板の第2主面の周縁部に、基板が露出した露出領域を有する請求項9に記載の半導体発光素子。
- 前記積層構造体は、反射層と、少なくとも、その上に形成された接着層とを有する請求項9又は10に記載の半導体発光素子。
- 接着層は、断面において反射層よりも幅の狭い請求項11に記載の半導体発光素子。
- 請求項11に記載された半導体発光素子が、接着層を介して第2の主面側が実装基体に載置されてなることを特徴とする発光装置。
- 接着層の幅が反射層の幅よりも広い請求項13に記載の発光装置。
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