JP2015179734A - 半導体発光装置の製造方法および半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡｌＮ単結晶基板を用いた半導体発光装置において、簡便なプロセスおよび構造で光取り出し効率を向上させる。
【解決手段】ＡｌＮ単結晶からなるウェハ（ＡｌＮ単結晶基板）１０の第１主面１０ａ側に半導体積層部２０および電極部３１、３２を形成する工程と、前記半導体積層部および前記電極部を形成した後、前記第１主面の裏面となる第２主面１０ｂをＣＭＰ処理する第２主面加工工程と、前記ＣＭＰ処理後、前記第２主面１０ｂ側から前記ウェハに対してレーザー加工を行い、複数の素子に個片化する素子化工程と、個片化された素子の前記第２主面１０ｂ側に、上面視で当該個片化された素子の第２主面１０ｂ全体を含む大きさの平面部４６ａを有する集光レンズ４６を搭載する工程と、を実行して半導体発光装置を作成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は半導体発光装置の製造方法および半導体発光装置に関し、特に、光取り出し効率を向上させるようにした半導体発光装置の製造方法および半導体発光装置に関する。

窒化物基板をベースとする半導体装置はその広いバンドギャップを有する特徴を活かし、光を発光する発光装置や受光装置、またパワーデバイスへの適用が期待される。特にＡｌＮ基板を有する半導体発光装置は、２８０ｎｍ以下波長を有する殺菌用途に利用可能な高出力・長寿命の深紫外ＬＥＤ（以下ＵＶＣ−ＬＥＤ）につながるものとして開発が期待されている。現在主なＵＶＣ−ＬＥＤはサファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長させたＡｌＮ薄膜上にＩｎ_ｘＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ混晶層（０≦ｘ＋ｙ≦１）を積層させることで作製されている。

しかしながら、サファイアの熱膨張係数は７．５×１０^−６／Ｋであるのに対して窒化アルミの熱膨張係数は４．１５×１０^−６／Ｋであり、格子定数のミスマッチも１３％と大きい。これらの理由によりサファイア上に形成させた窒化アルミ薄膜には多数の欠陥が含まれる。この欠陥により不純物準位が形成されることでＬＥＤの発光効率は著しく低下し、欠陥箇所での電流集中によりＬＥＤの寿命も低下する。

そこで、基板としてサファイア基板ではなく、ＡｌＮ単結晶基板を用いたＬＥＤ開発が進んでいる。
例えば、特許文献１には、発光素子、電子素子、半導体センサなどの半導体デバイスの基板などに用いられるＡｌＮ結晶の表面処理方法とＡｌＮ結晶の表面処理方法により得られたＡｌＮ結晶基板とに関するもので、ヘテロエピタキシャルでの課題を解決するために、ＡｌＮ結晶基板における１方の主面側にホモエピタキシャル成長された３層以上の半導体層と、ＡｌＮ結晶基板の他方の主面に形成された第１の電極と、半導体層の最外半導体層上に形成された第２の電極とを含む発光素子と、発光素子を搭載する導電体とを備え、上記発光素子は、ＡｌＮ結晶基板側が発光面側であり、最外半導体層側が搭載面側であり、上記半導体層は、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に形成される発光層とを含むことが開示されている。

また、窒化物半導体の光取り出し効率が低いことが製品の出力向上において課題となっている。すなわち、発光層から発生した光は、基板表面に入射して外部へと出力されるが、基板と空気の屈折率差により大部分の光は反射されてしまい、光取り出し効率が低いことが課題となっている。窒化物の場合は屈折率の関係から光取り出し効率は概ね４％程度と非常に低く、そのため特許文献２に記載のように光取り出し効率の向上のために裏面を加工する工夫がなされている。また、半導体発光装置は、通常半導体プロセスを用いて形成されており、ウェハ上にメサや電極パターンを形成後、個片化、実装される。またＡｌＮ基板は可視光領域では透明であるが、エッチングなどにより裏面加工をすると乱反射の影響で、裏面からパターンが認識できなくなり適切な位置で個片化できない。そのため、特許文献３に記載のようにレーザー加工は発光層、電極層が形成された面から加工されるのが通例である。

特開２０１１−４９６１０号公報 特開２００４−２００５２３号公報 特開２０１２−１６７２６号公報

特許文献３に記載の様に、発光層、電極層が形成された面からレーザー加工をすると、基板がレーザー光を吸収し、発光層への熱ダメージにより、出力が低下するという問題がある。
本発明はこのような状況に鑑みて考案したものであり、ＡｌＮ単結晶基板を用いた半導体発光装置において、簡便なプロセスおよび構造で光取り出し効率を向上させかつ、レーザー加工により生じる出力低下を低減することの可能な半導体発光装置の製造方法および半導体発光装置を提供することにある。

本発明の一態様による半導体発光装置の製造方法は、ＡｌＮ単結晶からなるウェハ（例えば図２の、単結晶ＡｌＮ基板１０）の第１主面（例えば図２の、第１主面１０ａ）側に半導体積層部（例えば図２の、半導体積層部２０）および電極部（例えば図２の、電極部３１、３２）を形成する工程と、前記半導体積層部および前記電極部を形成した後、前記第１主面の裏面である第２主面（例えば図２の、第２主面１０ｂ）をＣＭＰ処理する第２主面加工工程と、前記ＣＭＰ処理後、前記第２主面側から前記ウェハに対してレーザー加工を行い、複数の素子に個片化する素子化工程と、個片化された素子の前記第２主面の全体を覆う大きさの平面部（例えば図４の、平面部４６ａ）を有する集光レンズ（例えば図４の、集光レンズ４６）を、前記個片化された素子の前記第２主面側に搭載する工程と、を備えることを特徴とする。

前記第２主面加工工程は、前記第２主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下となるように加工を行なう工程であってよい。
前記第２主面加工工程は、非晶質シリカを主成分とするｐＨ１０以上１２以下のスラリーを用いて前記ＣＭＰ処理を行なう工程であってよい。
本発明の他の態様による半導体発光装置は、ＡｌＮ単結晶からなる基板（例えば図４の、単結晶ＡｌＮ基板１０）と、当該基板の第１主面（例えば図４の、第１主面１０ａ）側に設けられた半導体積層部（例えば図４の、半導体積層部２０）および電気信号を入出力するための電極部（例えば図４の、電極部３１、３２）と、前記第１主面の裏面である第２主面（例えば図４の、第２主面１０ｂ）の全体を覆って前記第２主面と面して配置される平面部（例えば図４の、平面部４６ａ）を有する集光レンズ（例えば図４の、集光レンズ４６）と、を備え、上面視で前記第２主面はその外径が前記第１主面の外径よりも内側にあり、かつ前記第２主面の算術粗さＲａが２０ｎｍ以下であることを特徴とする。

前記第２主面の表面に膜厚５００ｎｍ以下のアルミ酸化層（例えば図４の、アルミ酸化層１０Ａ）を有していてよい。
前記基板は、前記第１主面側の第１領域（例えば図４の、第１領域Ａ１）と、断面において前記基板の側面間の間隔が前記第１領域よりも小さい前記第２主面側の第２領域（例えば図４の、第２領域Ａ２）とを有し、前記第２領域の厚みが２μｍ以上１００μｍ以下であってよい。
前記半導体積層部が波長２４０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線を発光するものであってよい。

本発明によれば、ＡｌＮ単結晶基板を用いた半導体発光装置において、簡便なプロセスおよび構造で光取り出し効率を向上させかつ、レーザー加工により生じる出力低下を低減することができる。

本発明における半導体発光装置が有する半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。 個片化された発光半導体素子の一例を示す断面図である。 サブマウント基板に実装された発光半導体素子の一例を示す断面図である。 本発明における半導体発光装置の一例を示す構成図である。 比較例２における半導体発光装置の一例を示す構成図である。 実施例１におけるＡｒスパッタ前後のＸＰＳスペクトルの一例である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、本実施形態と称する）を説明する。
＜半導体発光装置の製造方法＞
本実施形態の半導体発光装置の製造方法は、ＡｌＮ単結晶からなるウェハの第１主面側に半導体積層部および電極部を形成する工程と、前述の半導体積層部および電極部を形成した後、第１主面の裏面である第２主面をＣＭＰ処理する第２主面加工工程と、ＣＭＰ処理後、第２主面側からウェハに対してレーザー加工を行い、複数の素子に個片化する素子化工程と、個片化された素子の前記第２主面の全体を覆う大きさの平面部を有する集光レンズを、前記個片化された素子の前記第２主面側に搭載する工程と、を備える。

ウェハの第２主面をＣＭＰ処理する第２主面加工工程と、第２主面側からレーザー加工を行う工程とを備えることにより、光取り出し効率が高く、かつ高出力な半導体発光装置を得ることができる。特に、第２主面加工工程では、第２主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下となるように加工を行なうことが好ましい。
また、本実施形態の半導体装置の製造方法は、第２主面加工工程は、非晶質シリカを主成分とするｐＨ１０以上１２以下のスラリーを用いてＣＭＰ処理を行なうことが好ましい。非晶質シリカを主成分とするｐＨ１０以上１２以下のスラリーを用いてＣＭＰ処理することにより、平面性を維持しながら第２主面の表面上に膜厚５００ｎｍ以下のアルミ酸化層を形成することができる。

＜半導体発光装置＞
本実施形態の半導体発光装置は、ＡｌＮ単結晶からなる基板と、当該基板の第１主面側に設けられた半導体積層部および電気信号を入出力するための電極部と、前記第１主面の裏面である第２主面の全体を覆って前記第２主面と面して配置される平面部を有する集光レンズと、を備え、上面視で前記第２主面はその外径が前記第１主面の外径よりも内側にあり、かつ前記第２主面の算術粗さＲａが２０ｎｍ以下である。

第２主面の全体を覆って第２主面と面して配置される平面部を有する集光レンズを備え、上面視で第２主面はその外径が第１主面の外径よりも内側にあり、かつ、第２主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下であることにより、光取り出し効率が高く、かつ高出力な半導体発光装置を実現することができる。
本実施形態の半導体発光装置は、第２主面の表面に膜厚５００ｎｍ以下のアルミ酸化層を有することが好ましい。

第２主面の表面に膜厚５００ｎｍ以下のアルミ酸化層を有することにより、集光レンズとの屈折差により光取り出し効率が向上する。例えばアルミ酸化層がＡｌ_２Ｏ_３であり、集光レンズがシリコン樹脂であった場合、アルミ酸化層であるＡｌ_２Ｏ_３の屈折率は１．６５であり、シリコン樹脂屈折率は１．３９であり、集光レンズとＡｌＮ基板との間にアルミ酸化層が存在することにより、屈折率変化が段階的に変化することで、第２主面で全反射される光の寄与が低下する効果がある。

本実施形態の半導体発光装置は、前述の基板は、第１主面側の第１領域と、断面において基板の側面間の間隔が第１領域よりも小さい第２主面側の第２領域とを有し、この第２領域の厚みが２μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。第２領域の厚みが２μｍ以上の厚みを有することでブレードによる個片化を容易に行うことができ、また１００μｍ以下であることにより、第１主面直近の半導体積層部にダメージを与えることを回避することができる。

本実施形態の半導体発光装置は、半導体積層部が波長２４０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線を発光することが好ましい。半導体積層部が波長２４０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線を発光することにより、殺菌やタンパク質成分の分離などさまざまなアプリーケションに適用出来る。

＜具体例＞
次に、本実施形態の半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法の、より具体的な実施形態を、図面を参酌しながら説明する。
図１は、本実施形態の半導体発光装置１に含まれる、半導体発光素子５の一例を示す構成図である。半導体発光素子５は、単結晶ＡｌＮ基板１０と、単結晶ＡｌＮ基板１０の上に形成される半導体積層部２０と、電極部３１および３２とからなる。
半導体積層部２０は、図１に示すように、単結晶ＡｌＮ基板１０に積層される第１導電型層２１と、第１導電型層２１に積層される発光層２２と、発光層２２に積層される、第１導電型層２１とは導電型の異なる第２導電型層２３と、を備える。

第１導電型層２１は、上面視で長方形の底部領域２１ａと、当該底部領域２１ａ上に凸状に形成される上面視で略正方形状の積層部２１ｂとから構成され、底部領域２１ａの長手方向の一方の側に積層部２１ｂが形成され、他方の側の領域は電極部３２を形成する領域となる。半導体積層部２０は、例えば、第１導電型層２１となる層と、発光層２２となる層と、第２導電型層２３となる層とをこの順に積層し、この積層構造において、電極部３２を形成する領域にはマスクを形成せず、半導体積層部２０となる部分にマスクを形成し、積層部２１ｂが残るように第１導電型層２１をエッチングすることなどにより形成される。
そして、第２導電型層２３の上に、電極部３１が積層される。

＜ＡｌＮ単結晶基板＞
単結晶ＡｌＮ基板１０の製造方法は特に制限されないが、高品質な単結晶ＡｌＮ基板１０を得る観点から窒化アルミニウムセラミックスを原料とする昇華法により製造することが好ましい。単結晶ＡｌＮ基板１０の転位密度は１０^７ｃｍ-^２未満であることが好ましく、特に１０^５ｃｍ-^２未満であることが好ましい。

単結晶ＡｌＮ基板１０の不完全な表面処理は、単結晶ＡｌＮ基板１０に積層される、図１に示す半導体積層部２０の第１導電型層２１を成膜する際に転位密度を増大させるため、ＡｌＮ単結晶基板１０のＲＭＳ表面粗さは、１０μｍ×１０μｍの面積に対して約０．５ｎｍ未満であることが好ましい。

＜半導体積層部＞
半導体発光素子５において、半導体積層部２０は、図１に示すように、第１導電型層２１、発光層２２、第２導電型層２３を、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面上にこの順に積層してなる。
この第１導電型層２１および第２導電型層２３はＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成されるものが望ましい。
特定の態様では、第１導電型層２１は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成される複数の個別層からなっており、発光層２２の格子パラメータに対して近づくように擬似格子整合的に歪まされていてよい。

第１導電型層２１および第２導電型層２３は、ｘ、ｙが厚みと共に変化する傾斜する組成を有する複数の層を含んでいてよい。このような層では、個々の段階で又は線形的に組成が傾斜していてよい。好ましい態様では、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層からなる第１導電型層２１および第２導電型層２３は、単結晶ＡｌＮ基板１０との界面で、単結晶ＡｌＮ基板１０の組成にほぼ等しい組成を有している。それによって２次元の成長が促進され、不都合なアイランド形成が回避され、不都合なアイランド形成により、第１導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）層）２１及び後続の成長層、すなわち、発光層２２、第２導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）層）２３などでの不都合な弾性の歪み緩和が起こることを回避することができる。

発光層２２は一態様では多重量子井戸（「ＭＱＷ」）層を含み、第１導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層）２１上に積層される。ＭＱＷ層は、複数の量子井戸を含み、その量子井戸のそれぞれは、ＡｌＧａＮを含むか、もしくは、本質的にＡｌＧａＮ層からなっていてよい。一態様では、ＭＱＷ層の各周期は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ量子井戸及びＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ量子井戸を含み、ｘはｙと異なる。好ましい態様で、ｘとｙの差は、活性領域での電子及び正孔の良好な閉じ込めが得られるように十分に大きくなっており、これにより、放射性の再結合の、非放射性の再結合に対する比を高くすることができる。一態様では、ｘとｙとの差は約０．０５であり、例えばｘは約０．３５で、ｙは約０．４である。しかし、ｘとｙとの差が過度に大きいとき、例えば、約０．３より大きいときには、ＭＱＷ層の形成中に不都合なアイランド形成が起こってしまう。ＭＱＷ層は、複数の周期を含んでいてよく、発光層２２は、約５０ｎｍ未満の全厚みを有していてよい。なお、ここでいう「全厚み」とは、発光層２２が１層で構成されている場合は、その層の厚みであり、２層以上で構成されている場合は、全ての層の厚みの合計である。

一態様では、発光層２２は任意の薄い電子ブロック（又はｎ型コンタクトがデバイスの上部に置かれている場合には正孔ブロック）層を有し、この層は、例えば、Ｍｇのような１つ以上の不純物でドーピングされていてよい。電子ブロック層は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮを含むか又は本質的にＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮからなっている。電子ブロック層は、例えば約２０ｎｍの厚みを有している。

発光層２２上に形成される第２導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）層）２３は本質的に１つ以上の半導体材料、例えば、Ｍｇのような少なくとも１つの不純物でドープされたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮを含むか又は本質的にＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮからなっている。
第２導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）層）２３はｎ型又はｐ型にドープされているが、第１導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）層）２１の導電性とは反対の導電性を有している。第２導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）層）２３の厚みは、例えば約５０ｎｍ〜約１００ｎｍである。一態様では第２導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）層）２３は同じ導電性でドープされた１つ以上の半導体材料を含むか又はその材料から本質的になるキャップ層を有している。キャップ層は、ＭｇでドープされたＧａＮを含み、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、好ましくは約５０ｎｍの厚みを有する。

半導体積層部２０は１つであってもよいし、複数であってもよい。単位面積当たりの発光量を向上させる観点から、並列接続された複数の半導体積層部２０を備えることが好ましい場合もある。また、半導体積層部２０の形状も特に制限されず、例えば矩形状、円または楕円状、多角形状、およびそれらの組み合わせ等が挙げられる。

＜電極部＞
半導体発光素子５は、発光層２２に電力を供給するための電極部３１、３２を備えている。
電極部３１、３２の配置については特に制限されないが、半導体積層部２０が図１に示すように、メサ型構造の場合、メサ頂部およびメサ底部にそれぞれ電極を配置する例が挙げられる。また、他には素子上面と下面とにそれぞれ電極を配置する例などがある。

電極部３１、３２は例えばＮｉ／Ａｕ合金（典型的には、ｐ型コンタクトに対して使用される）又はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕスタック（典型的には、ｎ型コンタクトに対して使用される）から形成されており、例えばスパッタリング又は蒸着によって形成されている。電極部３１、３２は紫外線（「ＵＶ」）反射器も含んでいてよい。ＵＶ反射器は、電極部３１、３２に向かって発光する光子を再度方向付けすること、すなわち、光子が半導体層構造から逃げることができないように方向付けすること、並びに所望の発光面、例えば底部表面に向けて光子を再度方向付けることによって、デバイスの活性領域において生成される光子の抽出効率を改善するように設計される。また電極部３１、３２の材料は導電性の材料、例えば金、ニッケル、アルミ、チタン及びそれらの組み合わせなどでもよい。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜後工程、実装工程＞
半導体積層部２０および電極部３１、３２を第１主面１０ａ上に形成したＡｌＮ単結晶基板１０において、第２主面１０ｂは、機械的、化学的な手法で、基板元厚の半分以下にまで薄く加工される。通常１００μｍ以上薄くする場合は、機械的に研削する。ＡｌＮ単結晶基板１０はダイヤモンドと同等の硬度を有するため細かい砥粒のダイヤモンドで削っていく。ただし機械的に研削するため、サブμｍオーダーでの削り傷が基板上に残存してしまう。その際に研削後の基板表面を平面化するために機械的化学的研磨法（ＣＭＰ）法で除去する。

ＡｌＮ単結晶基板１０は極性を有し、Ｎ面はアルカリ可溶であり、本実施形態で言うところの、Ｎ面である第２主面１０ｂは濃いアルカリ溶液で処理するとエッチングされ六角形錘状の構造が形成される。特にｐＨ１２以上では六角形錘状の構造が顕著に形成され、かつｐＨ９以下ではエッチングされない。平面性を維持しながら基板を薄くするためには適切なｐＨで適切なスラリーを用いることが重要である。またこのアルカリ処理により、第２主面１０ｂ上に膜厚５００ｎｍ以下のアルミ酸化層１０Ａが形成される。

また素子化を行うためには個片化が重要であるが、通常のＬＳＩのような半導体素子はブレードダイシングで加工されるが、前述のように、ＡｌＮ基板は通常非常に硬い。そのため、ＡｌＮ単結晶基板１０にレーザーで溝をつけて、機械的に分断することで個片化を実施する。加工に使用されるレーザーは特には限定されないが、ＡｌＮ単結晶基板１０への熱負荷を減らすために高密度なレーザー光が望ましく、具体的には３６５ｎｍ、２６５ｎｍ、またはステルスダイシング法でも構わない。

本実施形態では、第２主面１０ｂに対してレーザースクライブを実施した後、スクライブ面（第２主面１０ｂ）の裏面である第一主面１０ａ側から、刃先により素子パターンに沿って個片化する。個片化により図２に示すように、断面において、ＡｌＮ単結晶基板１０の側面間の距離が第１主面１０ａ側と第２主面１０ｂ側とで、それぞれ異なる第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とが形成される。

個片化した半導体発光素子５は、図３に示すようにサブマウント基板４０と呼ばれる半導体発光素子５のＡｌＮ単結晶基板１０とは異なる接続基板に、ＡｌＮ単結晶基板１０の第２主面１０ｂがサブマウント基板４０とは逆側を向くように（図３の場合には、上方を向くように）電気的に接続される。
サブマウント基板４０の材料は熱放散性の高いセラミック基板が用いられ、特に、アルミナ基板や窒化アルミ基板が好ましい。

また接続にはフリップチップと呼ばれる手法が用いられ、サブマウント基板４０の電極と半導体発光素子５の電極部３１、３２とを適切な熱、あるいは超音波、加重などにより接合させる。サブマウント基板４０の電極は熱放散性かつ発光装置との接合のよいものがよく、金、銀、銅、金錫などの材料およびそれらの組み合わせからなるバンプ部４０ａを有してもよい。

そして、図４に示すように、サブマウント基板４０で接合された半導体発光素子５は銀ペースト４１を介してリードフレーム４２に接合され、パッケージと電気的に接合するためのボンディングワイヤ４３により、パッケージとバンプ部４０ａとを接続する。
その後、第２主面１０ｂ上に形成された膜厚５００ｎｍ以下のアルミ酸化層１０Ａの上にシリコン樹脂を１μｍ以下の厚みで塗布してシリコン樹脂層４５を成膜し、集光レンズ４６を搭載することで素子化される。なおシリコン樹脂層４５は特に限定されるものではないが、２４０〜３２０ｎｍの紫外線の透過率の高い樹脂で形成されることが望ましい。またシリコン樹脂層４５が厚いほど紫外線による劣化が起こりやすいため、接着性を維持するためには、シリコン樹脂層４５は、１μｍ程度の厚みが好ましい。

また集光レンズ４６の形状は限定されないが、少なくとも第２主面１０ｂの表面面積よりも大きな面積の平面部４６ａを有すること、すなわち、第２主面１０ｂの全体を集光レンズ４６の平面部４６ａが覆うことが必要であり、それ以外の部分は任意に設計することができる。本実施形態では、２．５ｍｍ直径の半球合成石英ガラスを集光レンズ４６として用いた。

＜実施形態の効果＞
本発明の実施形態によれば、半導体積層部２０が形成された第２主面１０ｂ側からレーザー加工を行うため、半導体積層部２０がレーザー加工により影響を受けることを抑制することができすなわち、半導体発光装置の出力低下を抑制することができる。

また、レーザー加工を行なう前に、第２主面１０ｂをＣＭＰ処理し、第２主面１０ｂの算術平均粗さＲａを２０ｎｍ以下に加工している。そのため、レーザー加工を行なう際に、第２主面２ｂ側から透かしてみることにより、第１主面１０ａ側に形成された素子パターンを認識して、レーザー加工を行なう場合であっても、乱反射などにより素子パターンが見えにくいなどの影響をうけることなく、素子パターンを的確に認識することができる。

そして、第２主面１０ｂ側には集光レンズ４６を設けているため、発光層２２から発生した光が、基板と空気との屈折率差などにより反射された光を集光することができるため、その分、光取り出し効率の低下を抑制することができる。
また、このように、第２主面１０ｂに対するＣＭＰ処理を行なうとともに、集光レンズ４６を設けることにより実現することができるため、簡易なプロセスおよび構造で光取り出し効率を向上させることができ、かつレーザー加工による出力低下を容易に抑制することができる。

以下に、実施例および比較例を示す。なお、サンプル間の差異をなくすため、同一のＡｌＮ単結晶基板１０から形成した半導体発光素子５を個片化し、加工を実施し半導体発光装置１を得た。
ＡｌＮ単結晶基板１０の表面荒さは研削研磨後の表面をＡＦＭで測定することで定量化を行った。また裏面加工後の表面の状態の元素分析は光電子分光（ＸＰＳ）により行った。

また電気特性の評価は、パッケージ化した後の半導体発光装置１を、ソケットを介して積分球に入れ、１００ｍＡの駆動電流で２４０〜３２０ｎｍの範囲の光出力を測定することで行なった。

＜実施例１＞
図４は、実施例１における半導体発光装置１の一例を示す構成図である。
図４に示すように、半導体発光装置１は、半導体積層部２０、電極部３１、３２を第１主面１０ａ上に形成したＡｌＮ単結晶基板１０において、第１主面１０ａに対して裏面である第２主面１０ｂを研削することでＡｌＮ単結晶基板１０を薄く研磨した。具体的には、セラミックディスク上にＡｌＮ単結晶基板１０の第１主面１０ａをワックスで固定し、この固定したＡｌＮ単結晶基板１０を、高速回転させた砥粒径８−１２μｍのダイヤモンドホイールで削ることで４００μｍ厚のＡｌＮ単結晶基板１０を２５０μｍまで研削した。

その後シリカを主成分としたｐＨ１１の多結晶スラリーを２０％配合した溶液を用いてＣＭＰにより研磨を行った。これにより、第二主面１０ｂに、アルミ酸化層１０Ａが形成された。
この時点での、各種積層物が形成されたＡｌＮ単結晶基板１０の外観は目視で透明であり、裏面（第２主面１０ｂ）からＡｌＮ単結晶基板１０の第一主面１０ａ上に形成された電極部３１、３２のパターンを、１０倍の顕微鏡ではっきりと確認できた。また第２主面１０ｂの表面荒さを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したところ、Ｒａ（算術平均粗さ）で０．８ｎｍであった。その後、ＡｌＮ単結晶基板１０の裏面（つまり第２主面１０ｂ側）からレーザースクライブを行い、３６５ｎｍ、３ｍＷのレーザー光をスクライブラインに沿って照射することで、切り幅１０μｍで、深さ１０３μｍのスクライブ溝を形成し、次に第１主面１０ａ側から刃先により分断して個片化した。これによって、第２主面１０ｂ側からの厚みが１０３μｍであり、半導体素子５の側面間の間隔がクライブ溝を形成した分相当だけ短い第２領域Ａ２が形成され、すなわち、半導体発光素子５の側面間の間隔が異なる第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とが形成された。

個片化した半導体発光素子５からなる半導体チップを、金バンプ部４０ａを有するサブマウント基板４０にフリップチップボンドした。その後銀ペースト４１でサブマウント基板４０に搭載された半導体発光素子５をリードフレーム４２に実装した後、銀ペースト４１を１７５℃／２Ｈｒで硬化し、サブマウント基板４０上のバンプ部（パッド）４０ａに金線（ボンディングワイヤ）４３でワイヤーボンドすることで電気的に接続する。

さらに、ＣＭＰ工程において第２主面１０ｂ上に形成された膜厚５００ｎｍ以下のアルミ酸化層１０Ａ上に、ジメチル系のシリコン樹脂を１μｍの厚みになるようにディスペンサーで塗布して、シリコン樹脂層４５を形成し、２．５ｍｍ直径の石英ガラスからなる半球レンズを集光レンズ４６として、ピンセットで第２主面１０ｂの中心点と集光レンズ（半球レンズ）４６の中心とが揃うように搭載し、キュア（熱硬化）を行い半導体発光装置１を作成した。その後、ソケットを介して積分球に入れ、１００ｍＡの駆動電流で２４０〜３２０ｎｍの範囲の光出力を測定した。
その結果、光出力は３５０μＷであった。

＜実施例２＞
深さが２１μｍのスクライブ溝を形成するようレーザースクライブを行なう点、また、ＣＭＰ工程において、アルミ酸化層１０Ａが生成されないようにＣＭＰ処理を行なう点を除いて、実施例１と同様にして、半導体発光装置１を作製し、ソケットを介して積分球に入れ、１００ｍＡの駆動電流で２４０〜３２０ｎｍの範囲の光出力を測定した。
その結果、第２主面１０ｂの表面粗さは１８ｎｍであり、光出力は３４６μＷであった。

＜比較例１＞
実施例１と同じように、半導体積層部２０、電極部３１、３２を第１主面１０ａ上に形成したＡｌＮ単結晶基板１０において、第１主面１０ａの裏面である第２主面１０ｂを研削することでＡｌＮ単結晶基板１０を薄く研磨する。このとき、実施例１では、研削とＣＭＰとを用いて２００μｍまで研削したが、比較例１ではＣＭＰを用いずに、ダイヤモンドホイールの研削のみで２００μｍまで研削し、その後は実施例１と同様の方法で加工した。

なお、レーザースクライブにより、深さが９８μｍのスクライブ溝を形成し、個片化を行なって加工し半導体発光装置１を得た。この半導体発光装置１に対して実施例１と同様の手順で光出力を測定した。
その結果、第２主面１０ｂの表面粗さは５１０ｎｍであり、光出力は３１２μＷであった。

＜比較例２＞
レーザースクライブ、およびＣＭＰ工程において、アルミ酸化層１０Ａが生成されないようにＣＭＰ処理を行なう点を除いて、実施例１と同様の製造法を用いて半導体発光装置１を作成した。
比較例２では、図５に示すように、第一主面１０ａ側からレーザーを照射してスクライブを行い、第２主面１０ｂ側の、レーザー照射を行なった領域に対応する部分に対して刃先を用いて個片化し、半導体発光素子５を作成した。
その後実施例１と同様に、半導体発光素子５の加工を行って半導体発光装置１を作成し、パッケージ化を実施し、光出力を測定した。
その結果、第１主面１０ａの表面粗さは５１０ｎｍ、光出力は３１２μＷであった。

＜比較例３＞
実施例１と同様に研削、ＣＭＰを用いて２５０μｍまで薄化し、レーザーを第２主面１０ｂ側（裏面側）に照射して、深さ１００μｍのスクライブ溝を形成した後、ｐＨ１３．８のＫＯＨ（水酸化カリウム）に５分間浸漬し、第２主面１０ｂに、表面粗さが２１μｍの六角錘の表面荒れを形成させた。その後裏面加工をした面（第１主面１０ａ）から個片化しようとしたが、電極パターンが認識出来ず、個片化できなかった。
上記各実施例および比較例における評価結果を下記表にまとめて示す。

以上の結果より、実施例１と比較例１とを比較すると比較例１の方が、光出力が大きいことを確認できた。
また、実施例１において、サブマウント基板４０に半導体発光素子５を実装した状態で、第２主面１０ｂをＸＰＳにより分析したところ、図６に示すように、３９８ｅＶに帰属されるＡｌ成分のピークと５３３ｅＶ付近に帰属されるＯ成分のピークとが検出され、ＡｌＮ単結晶基板１０上にアルミ酸化層１０Ａが形成されていることを確認した。そのサンプルをＡｒプラズマでエッチングしていったところＡｌのピークは変化ないものの、Ｏ成分のピークが５００ｎｍの深さで大きく減少することを実験で確認した。このことからアルミ酸化層１０Ａの厚みは少なくとも５００ｎｍ以下であることが確認された。なお、図６において、（ａ）はＡｌ成分のピーク、（ｂ）はＯ成分のピークを示したものであって、横軸は結合エネルギー（Binding Energy）（単位：ｅＶ）を表し、縦軸はｃ／ｓ（単位：カウント／秒）を表す。

また、比較例１では、ＣＭＰ処理を実行せずに実施例１と同じ厚さまで研磨を行なっているが、光出力が実施例１に比較して低下した。Ａｌ０_３の屈折率は１．６５であり、シリコン樹脂の屈折率は１．３９である。実施例１のように、アルミ酸化層１０Ａを介することにより、屈折率変化によりグラデーションができ、反射の寄与が低下し、光出力が向上したと考えられ、実験的にも明らかになった。さらに実施例１と比較例２とはレーザースクライブを行なう面が異なるものであって、ＣＭＰの裏面加工処理バッチにも拘わらず光出力が１３％も低下した。レーザースクライブにおいて、半導体積層部２０がレーザーによる熱ダメージの影響を受け、その結果光出力が低下したものと考えられる。また集光レンズ４６を接着するためのシリコン樹脂層４５は１μｍ以下が望ましい。そのためにはＣＭＰによる平滑な裏面が必要となり、ＣＭＰ技術を用いることで２０ｎｍ以下の表面荒さを安定して実現できる。

以上のように本発明により、ＡｌＮ単結晶基板１０を用いた高い光出力の半導体発光装置を実現することが可能であることが確認された。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態や実施例に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて各実施形態や実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、各実施形態や実施例を任意に組み合わせてもよく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす、すべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１ 半導体発光装置
４ 半導体発光素子
１０ ＡｌＮ単結晶基板
１０ａ 第１主面
１０ｂ 第２主面
２０ 半導体積層部
２１ 第１導電型層
２２ 発光層
２３ 第２導電型層
３１、３２ 電極部
４０ サブマウント基板

Claims (7)

1. ＡｌＮ単結晶からなるウェハの第１主面側に半導体積層部および電極部を形成する工程と、
   前記半導体積層部および前記電極部を形成した後、前記第１主面の裏面である第２主面をＣＭＰ処理する第２主面加工工程と、
   前記ＣＭＰ処理後、前記第２主面側から前記ウェハに対してレーザー加工を行い、複数の素子に個片化する素子化工程と、
   個片化された素子の前記第２主面の全体を覆う大きさの平面部を有する集光レンズを、前記個片化された素子の前記第２主面側に搭載する工程と、
   を備える半導体発光装置の製造方法。
2. 前記第２主面加工工程は、前記第２主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下となるように加工を行なう工程である請求項１記載の半導体発光装置の製造方法。
3. 前記第２主面加工工程は、非晶質シリカを主成分とするｐＨ１０以上１２以下のスラリーを用いて前記ＣＭＰ処理を行なう工程である請求項１または請求項２に記載の半導体発光装置の製造方法。
4. ＡｌＮ単結晶からなる基板と、当該基板の第１主面側に設けられた半導体積層部および電気信号を入出力するための電極部と、
   前記第１主面の裏面である第２主面の全体を覆って前記第２主面と面して配置される平面部を有する集光レンズと、を備え、
   上面視で前記第２主面はその外径が前記第１主面の外径よりも内側にあり、かつ前記第２主面の算術粗さＲａが２０ｎｍ以下である半導体発光装置。
5. 前記第２主面の表面に膜厚５００ｎｍ以下のアルミ酸化層を有する請求項４記載の半導体発光装置。
6. 前記基板は、
   前記第１主面側の第１領域と、断面において前記基板の側面間の間隔が前記第１領域よりも小さい前記第２主面側の第２領域とを有し、
   前記第２領域の厚みが２μｍ以上１００μｍ以下である請求項４または５に記載の半導体発光装置。
7. 前記半導体積層部が波長２４０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線を発光する請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。

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