JP2015173293A - 発光素子の製造方法および発光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
第一の本発明の発光素子の製造方法は、一方の面のみに開口部を有する縦穴が設けられた発光素子用単結晶基板の、一方の面上に、発光素子層を形成する発光素子層形成工程と、該発光素子層形成工程を少なくとも経た後に、縦穴が発光素子用単結晶基板の厚み方向において貫通した状態となるまで、発光素子用単結晶基板の他方の面を研磨する研磨工程と、研磨工程を少なくとも経た後に、縦穴の他方の面の開口部側から、縦穴内に導電性材料を充填することにより、発光素子層側から他方の面の開口部まで連続する導電部を形成する導電部形成工程と、を少なくとも経て、発光素子を製造することを特徴とする。
<照射条件A>
・レーザ波長:200nm〜350nm
・パルス幅:ナノ秒オーダー
<照射条件B>
・レーザ波長:350nm〜2000nm
・パルス幅:フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー
(1)レーザ波長:200nm〜5000nm
(2)パルス幅:フェムト秒オーダー〜ナノ秒オーダー(1fs〜1000ns)
<照射条件A>
・レーザ波長:200nm〜350nm
・パルス幅:ナノ秒オーダー(1ns〜1000ns)。なお、より好ましくは、10ns〜15ns。
<照射条件B>
・レーザ波長:350nm〜2000nm
・パルス幅:フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー(1fs〜1000ps)。なお、より好ましくは、200fs〜800fs。
・繰り返し周波数:50kHz〜500kHz
・レーザパワー:0.05W〜0.8W
・レーザのスポットサイズ:0.5μm〜4.0μm(より好ましくは2μm〜3μm前後)
・試料ステージの走査速度:100mm/s〜1000mm/s
−レーザ照射条件−
・レーザ波長:1045nm
・パルス幅:500fs
・繰り返し周波数:100kHz
・スポットサイズ:1.6〜3.5 μm
・レーザパワー:300mW
・試料ステージ走査速度:1000mm/s
製造例において作製したサンプルについては、切断ラインが開口部36Tの中心点を通過するようにサンプルを切断した後、サンプルの断面を走査型電子顕微鏡で観察し、縦穴34Aの断面形状、最大内径Xmax、深さY、比率(Y/Xmax)について評価した。結果を表1に示す。なお、参考までに、製造例のサンプルの縦穴の断面形状の光学顕微鏡写真を図6に示す。
レーザエッチングにより、製造例と同程度の深さYを有する縦穴34Aをスポット的に形成するため、製造例のレーザ照射条件をベースにして検討したところ、以下の条件を見出した。このレーザ照射条件は、サファイア材料の変質ではなく、蒸発(アブレーション)を可能とするために、製造例のレーザ照射条件に対して主にレーザパワーを大幅に増大させた点に特徴がある。
−レーザ照射条件−
・レーザ波長:266nm
・パルス幅:10〜20ns
・繰り返し周波数:10kHz
・スポットサイズ:2〜5μm
・レーザパワー:1.3W
12T 第一面(一方の面)
12B 第二面(他方の面)
14 変質層
30、30A、30B 発光素子用単結晶基板
32T 第一面(一方の面)
32B 第二面(他方の面)
34、34A、34B 縦穴
34D 底部
34WT、34WB 内壁面
36T、36B 開口部
40 発光素子層
42 膜
50 導電部
60、70 電極
80 発光素子
100 膜付き発光素子用単結晶基板
Claims (9)
- 一方の面のみに開口部を有する縦穴が設けられた発光素子用単結晶基板の、前記一方の面上に、発光素子層を形成する発光素子層形成工程と、
該発光素子層形成工程を少なくとも経た後に、前記縦穴が前記発光素子用単結晶基板の厚み方向において貫通した状態となるまで、前記発光素子用単結晶基板の他方の面を研磨する研磨工程と、
前記研磨工程を少なくとも経た後に、前記縦穴の前記他方の面の開口部側から、前記縦穴内に導電性材料を充填することにより、前記発光素子層側から前記他方の面の前記開口部まで連続する導電部を形成する導電部形成工程と、
を少なくとも経て、発光素子を製造することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 一方の面のみに開口部を有する縦穴が設けられた発光素子用単結晶基板と、当該発光素子用単結晶基板の前記一方の面に設けられ、少なくともGaN系材料からなる層を含む1つ以上の層からなる膜と、を有する膜付き発光素子用単結晶基板を用いて、
前記発光素子用単結晶基板の他方の面を、前記縦穴が前記発光素子用単結晶基板の厚み方向において貫通した状態となるまで、研磨する研磨工程と、
前記研磨工程を少なくとも経た後に、前記縦穴の前記他方の面の開口部側から、前記縦穴内に導電性材料を充填することにより、前記膜側から前記他方の面の前記開口部まで連続する導電部を形成する導電部形成工程と、
を少なくとも経て、発光素子を製造することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 請求項1または2に記載の発光素子の製造方法において、
前記発光素子用単結晶基板が、
単結晶基板の一方の面の表面近傍に焦点を合わせて、前記単結晶基板の一方の面側からレーザを照射することにより、前記一方の面に対して軸方向中心線が交差する略柱状の変質層を形成する変質層形成工程と、
該変質層形成工程を少なくとも経た後に、少なくとも前記一方の面をエッチング溶液と接触させることにより、前記変質層を選択的に溶解・除去して、前記一方の面のみに開口部を有する縦穴を形成する縦穴形成工程と、
を少なくとも経て、作製されることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 請求項3に記載の発光素子の製造方法において、
前記レーザの照射が、下記AおよびBから選択されるいずれか1つに記載の照射条件を満たすように実施されることを特徴とする発光素子の製造方法。
<照射条件A>
・レーザ波長:200nm〜350nm
・パルス幅:ナノ秒オーダー
<照射条件B>
・レーザ波長:350nm〜2000nm
・パルス幅:フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法において、
前記縦穴の内壁面がエッチング面からなり、
前記縦穴の深さ方向に対する前記縦穴の内径が、前記一方の面の開口部側から、前記他方の面の開口部側へと行くに従い、略1次関数的に減少することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 一方の面のみに開口部を有する縦穴が設けられた発光素子用単結晶基板の、前記一方の面上に、発光素子層を形成する発光素子層形成工程と、
該発光素子層形成工程を少なくとも経た後に、前記縦穴が前記単結晶基板の厚み方向において貫通した状態となるまで、前記発光素子用単結晶基板の他方の面を研磨する研磨工程と、
前記研磨工程を少なくとも経た後に、前記縦穴の前記他方の面の開口部側から、前記縦穴内に導電性材料を充填することにより、前記発光素子層側から前記他方の面の前記開口部まで連続する導電部を形成する導電部形成工程と、
を少なくとも経て製造されたことを特徴とする発光素子。 - 一方の面のみに開口部を有する縦穴が設けられた発光素子用単結晶基板と、当該発光素子用単結晶基板の前記一方の面に設けられ、少なくともGaN系材料からなる層を含む1つ以上の層からなる膜と、を有する膜付き発光素子用単結晶基板に対して、
前記発光素子用単結晶基板の他方の面を、前記縦穴が前記発光素子用単結晶基板の厚み方向において貫通した状態となるまで、研磨する研磨工程と、
前記研磨工程を少なくとも経た後に、前記縦穴の前記他方の面の開口部側から、前記縦穴内に導電性材料を充填することにより、前記膜側から前記他方の面の前記開口部まで連続する導電部を形成する導電部形成工程と、
を少なくとも経て製造されたことを特徴とする発光素子。 - 請求項6または7に記載の発光素子において、
前記発光素子用単結晶基板が、
単結晶基板の一方の面の表面近傍に焦点を合わせて、前記単結晶基板の一方の面側からレーザを照射することにより、前記一方の面に対して軸方向中心線が交差する略柱状の変質層を形成する変質層形成工程と、
該変質層形成工程を少なくとも経た後に、少なくとも前記一方の面をエッチング溶液と接触させることにより、前記変質層を選択的に溶解・除去して、前記一方の面のみに開口部を有する縦穴を形成する縦穴形成工程と、
を少なくとも経て、作製されることを特徴とする発光素子。 - 一方の面から他方の面へと貫通すると共に、両面の開口部の形状が略円形状を成す縦穴を有する発光素子用単結晶基板と、
前記一方の面上に設けられた発光素子層と、
該発光素子層の前記発光素子用単結晶基板が設けられた側と反対側の面上に設けられた第一電極と、
前記他方の面に設けられた第二電極と、
前記縦穴内に充填された導電性材料からなり、かつ、前記第二電極および前記発光素子層を電気的に接続する導電部と、を有し、
前記縦穴の内壁面がエッチング面からなり、
前記縦穴の深さ方向に対する前記縦穴の内径が、前記一方の面の開口部側から、前記他方の面の開口部側へと行くに従い、略1次関数的に減少することを特徴とする発光素子。
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