JP2016025205A

JP2016025205A - 半導体光学装置の製造方法

Info

Publication number: JP2016025205A
Application number: JP2014148034A
Authority: JP
Inventors: 竜舞斎藤; Tatsuma Saito
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-02-08

Abstract

【課題】半導体光学素子を包含する液滴を、基板上に滴下して、半導体光学素子を基板上に実装する方法において、高い確実性で、半導体光学素子の特定の面を基板に対向接触させる方法を提供する。
【解決手段】半導体光学素子１００が溶媒中に分散する素子分散溶液であって、半導体光学素子１００の外側面のうちの少なくとも一面が磁気的極性を帯びた電極面を構成する素子分散溶液と、支持基板８１の表面に基板電極８２が設けられた実装基板８０と、を準備する工程と、素子分散溶液によって構成され、少なくとも一つの半導体光学素子１００を包含している液滴を、基板電極８２上に配置して、液滴中の半導体光学素子１００を、基板電極８２の上方で保持する工程と、液滴中の半導体光学素子１００に、第１の磁場を印加し、半導体光学素子を誘導して、半導体光学素子１００の電極面を、基板電極８２に対向接触させる工程と、を有する。
【選択図】図８−２

Description

本発明は、磁性材料を含む半導体光学素子が実装基板上に実装された半導体光学装置の製造方法に関する。

特許文献１には、半導体素子（トランジスタ等）を溶媒中に分散させ、当該溶媒を基板上に滴下することによって、半導体素子を基板上の所定の位置に確実に実装する方法が開示されている。

特開２００７−０５９５５９号公報

引用文献１に開示される半導体素子の実装方法において、半導体素子の外側面のうちの特定の面を、常に、基板に対向接触させることは困難である。つまり、基板に対向接触する半導体素子の外側面を選択・制御することは困難である。

本発明の主な目的は、半導体素子、特に半導体光学素子を包含する液滴を、基板上に滴下して、該半導体光学素子を該基板上に実装する方法において、高い確実性で、該半導体光学素子の特定の面を該基板に対向接触させる方法を提供することにある。また、当該方法を用いた半導体光学装置の製造方法を提供することにある。

本発明の主な観点によれば、工程ａ）光学的機能を備える半導体光学素子が溶媒中に分散する素子分散溶液であって、該半導体光学素子の外側面のうちの少なくとも一面が磁気的極性を帯びた電極面を構成する素子分散溶液と、支持基板の表面に基板電極が設けられた実装基板と、を準備する工程と、工程ｂ）前記実装基板を、前記基板電極が上方を向くように設置する工程と、工程ｃ）前記素子分散溶液によって構成され、少なくとも１つの前記半導体光学素子を包含している液滴を、前記基板電極上に配置して、該液滴中の半導体光学素子を、該基板電極の上方で保持する工程と、工程ｄ）前記液滴中の半導体光学素子に、第１の磁場を印加し、該半導体光学素子の電極面に作用する該第１の磁場の磁力により、該半導体光学素子を誘導して、該半導体光学素子の電極面を、該基板電極に対向接触させる工程と、工程ｅ）前記半導体光学素子の電極面を前記基板電極に対向接触させた後、該半導体光学素子を該基板電極に固着する工程と、を有する半導体光学装置の製造方法、が提供される。

高い確実性で、半導体光学素子の特定の面（電極面）を、基板（基板電極）に対向接触させることができる。

図１Ａ〜図１Ｃは、実施例による半導体光学素子を製造する様子を示す断面図である。図２Ａ〜図２Ｃは、実施例による半導体光学素子を製造する様子を示す断面図である。図３Ａ〜図３Ｃは、実施例による半導体光学素子を製造する様子を示す断面図である。図４Ａおよび図４Ｂは、実施例による半導体光学素子を製造する様子を示す模式図である。図５Ａ〜図５Ｃは、完成した半導体光学素子を示す断面図、模式図および平面図である。図６Ａ〜図６Ｃは、実施例による実装基板を示す断面図および平面図である。図７Ａおよび図７Ｂは、半導体光学素子を包含する液滴を、実装基板上に滴下する様子を示す断面図である。および、図８Ａ〜図８Ｄは、液滴中の半導体光学素子に磁場を印加して、半導体光学素子を基板電極上に配置する様子を示す断面図である。図９Ａは、半導体光学素子を実装基板に固着させる様子を示す断面図であり、図９Ｂは、実装基板に固着された複数の半導体光学素子を示す平面図である。図１０Ａおよび図１０Ｂは、半導体光学装置を完成させる様子を示す断面図である。

以下、実施例による半導体光学装置（モジュール）の製造方法を説明する。実施例による半導体光学装置の製造方法は、半導体光学素子および該半導体光学素子が溶媒中に分散する素子分散溶液を作製する工程（図１〜図５）と、実装基板を作製する工程（図６）と、当該素子分散溶液を当該実装基板上に滴下して、当該半導体光学素子を当該実装基板上に実装する工程（図７〜図１０）と、を含む。

図１〜図４を参照して、実施例による半導体光学素子の作製方法を説明する。また、同時に、当該半導体光学素子が溶媒中に分散する素子分散溶液の作製方法を説明する。なお、以下では、半導体光学素子の一例として、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体を用いた発光素子（発光ダイオード，ＬＥＤ素子）について説明する。半導体光学素子は、発光素子のほかに、受光素子（フォトダイオード）であってもかまわず、発光ないし受光等の光学的機能を有する半導体素子であればよい。

図１Ａ〜図１Ｃは、成長基板１１上に、光半導体積層２０、（ｐ側）電極層３１ないし強磁性体層３３等を形成する様子を示す断面図である。

最初に、成長基板１１として、Ｃ面サファイア基板を準備する。なお、成長基板１１には、サファイア基板のほかに、スピネル基板やＺｎＯ（酸化亜鉛）基板などを用いることができる。その後、成長基板１１をサーマルクリーニングする。具体的には、水素雰囲気中において、成長基板１１を、１０００℃で１０分間加熱する。

次に、図１Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法などにより、成長基板１１上に、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で表現されるＧａＮ系半導体層（光半導体積層２０）を形成する。

具体的には、まず、基板温度を５００℃にし、１０．４μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＴＭＧ（トリメチルガリウム）を、３．３ＳＬＭの流量でＮＨ_３を、３分間供給する。これにより、成長基板１１上にＧａＮからなるバッファ層が成長する。続いて、基板温度を１０００℃にして、バッファ層を結晶化させる。

その後、基板温度を保持したまま、４５μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＴＭＧを、４．４ＳＬＭの流量でＮＨ_３を、２０分間供給する。これにより、バッファ層上にＧａＮからなる下地層が成長する。バッファ層および下地層は、下地バッファ層２１を構成する。

その後、基板温度を保持したまま、４５μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＴＭＧを、４．４ＳＬＭの流量でＮＨ_３を、２．７×１０^−９μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＳｉＨ_４を、１２０分間供給する。これにより、下地バッファ層２１上に、層厚が７μｍ程度であるＳｉドープＧａＮ層（ｎ型ＧａＮ層）が成長する。ｎ型ＧａＮ層は、ｎ型半導体層２２を構成する。

その後、基板温度を７００℃にし、３．６μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＴＭＧを、１０μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＴＭＩ（トリメチルインジウム）を、４．４ＳＬＭの流量でＮＨ_３を、３３秒間供給し、ＩｎＧａＮからなる井戸層（層厚２．２ｎｍ程度）を成長させる。続いて、ＴＭＩの供給を停止して、ＴＭＧおよびＮＨ_３を３２０秒間供給し、ＧａＮからなる障壁層（層厚１５ｎｍ程度）を成長させる。そして、井戸層および障壁層の成長を交互に（たとえば５周期分）繰り返して、ｎ型半導体層２２上に、多重量子井戸構造を有する活性層２３を形成する。

その後、基板温度を８７０℃にし、８．１μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＴＭＧを、７．５μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を、４．４ＳＬＭの流量でＮＨ_３を、２．９×１０^−７μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＣＰ２Ｍｇ（ビスシクロペンタディエニルマグネシウム）を、５分間供給する。これにより、活性層２３上に、層厚が４０ｎｍ程度であるＭｇドープＡｌＧａＮ層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）が成長する。続いて、ＴＭＡの供給を停止して、１８μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＴＭＧを、４．４ＳＬＭの流量でＮＨ_３を、２．９×１０^−７μｍｏｌ／ｍｉｎの流量でＣＰ２Ｍｇを、７分間供給する。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮ層上に、層厚が１５０ｎｍ程度であるＭｇドープＧａＮ層（ｐ型ＧａＮ層）が成長する。ｐ型ＡｌＧａＮ層およびｐ型ＧａＮ層は、ｐ型半導体層２４を構成する。

以上により、成長基板１１上に、下地バッファ層２１を介して、ｎ型半導体層２２、活性層２３、および、ｐ型半導体層２４、が順次積層する光半導体積層２０が形成される。

次に、レジストマスクを用いた電子ビーム蒸着法ないしスパッタ蒸着法（リフトオフ法）により、光半導体積層２０（ｐ型半導体層２４）上に、光反射性を有するｐ側電極層３１を形成する。ｐ側電極層３１は、たとえばＰｔ膜／Ａｇ膜／Ｔｉ膜／Ｐｔ膜／Ａｕ膜の金属多層膜からなる。ｐ側電極層３１の厚みは、たとえば５５０ｎｍ程度である。なお、ｐ側電極層３１の平面形状は、たとえば正方形状である。

次に、リフトオフ法により、ｐ側電極層３１を覆う保護キャップ層３２を形成する。保護キャップ層３２は、たとえばＴｉ膜／Ｐｔ膜／Ａｕ膜の金属多層膜からなる。保護キャップ層３２の厚みは、たとえば４００ｎｍ程度である。

次に、リフトオフ法により、保護キャップ層３２を覆う強磁性体層３３を形成する。強磁性体層３３は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏなどの強磁性体材料を含む。強磁性体層３３の厚みは、たとえば５００ｎｍ程度である。なお、強磁性体層３３は、ｐ側電極層３１と保護キャップ層３２との間に設けてもかまわない。強磁性体層３３は、ｐ側電極層３１および保護キャップ層３２とともに、ＬＥＤ素子の一方の電極面（アノード面）を構成する。

次に、図１Ｂに示すように、レジストマスクを用いた塩素ガスによるドライエッチング法により、強磁性体層３３周辺の光半導体積層２０を１μｍ程度の深さでエッチングして、第１の分離溝２０ｄａを形成する。第１の分離溝２０ｄａは、光半導体積層２０表面において、強磁性体層３３を内包する、たとえば一辺約５０μｍの正方形状の領域を画定する。

次に、図１Ｃに示すように、リフトオフ法により、分離溝２０ｄａ内を覆う保護絶縁膜４１を形成する。保護絶縁膜４１はたとえばＳｉＯ_２から構成され、その層厚はたとえば１００〜６００ｎｍ程度である。

ここで、成長基板１１上に形成された、光半導体積層２０から絶縁保護膜４１までの構造を、積層部材６１と呼ぶこととする。

図２Ａ〜図２Ｃは、成長基板１１と積層部材６１とを分離する様子を示す断面図である。なお、以降の図では、図１Ｃにおける成長基板１１および積層部材６１の上下関係を反転して示す。

まず、図２Ａに示すように、積層部材６１表面に仮支持部材１２を貼り合わせる。仮支持部材１２は、たとえば、Ｓｉ基板表面に、Ｉｎなどの低融点金属を含む融着層が形成された構造である。積層部材６１と仮支持部材１２とを貼り合せた後、加熱することによって、積層部材６１と仮支持部材１２とを融着する。

次に、図２Ｂに示すように、レーザリフトオフ法により、成長基板１１と光半導体積層２０（積層部材６１）とを分離する。

具体的には、成長基板１１（サファイア基板）側からＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ，照射エネルギ密度８００〜９００ｍＪ／ｃｍ^２）を照射する。そのレーザ光は、成長基板１１を透過して、下地バッファ層２１（ＧａＮ層）に吸収される。下地バッファ層２１は、その光吸収に伴う発熱により分解される。これにより、成長基板１１と光半導体積層２０とが分離し、ｎ型半導体層２２が露出する。

次に、図２Ｃに示すように、成長基板と分離した光半導体積層２０（積層部材６１）を、６５℃〜７５℃のアルカリ溶液に５分程度浸漬する。これによって、露出したｎ型半導体層２２表面に、微細な凸状構造物（いわゆるマイクロコーン）を多数含む微細凹凸層２２ｍが形成される。微細凹凸層２２ｍの形成は、ＬＥＤ素子の光取出し効率（ＬＥＤ素子の外部に出射される光量／活性層において放出される光量）の向上に寄与する。

図３Ａ〜図３Ｃは、光半導体積層２０上にｎ側電極層５１および反磁性体層５２を形成し、強磁性体層３３を飽和（自発）磁化させる様子を示す断面図である。

まず、図３Ａに示すように、リフトオフ法により、光半導体積層２０（ｎ型半導体層２２の微細凹凸層）上に、光透過性を有するｎ側電極層５１を形成する。ｎ側電極層５１は、たとえばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等からなる。その後、ｎ型半導体層２２との電気接触性（オーミック性）を向上させるために、５００℃で２０秒間程度、ＲＴＡ（ラピッドサーマルアニール）処理を施す。

次に、リフトオフ法により、ｎ側電極層５１上に反磁性体層５２を形成する。反磁性体層５２は、Ｂｉ，Ａｌ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ａｇなどの反磁性体材料を含む。反磁性体層５２の厚みは、たとえば１２００ｎｍ程度である。反磁性体層５２には、光半導体積層２０から放出された光が、ｎ側電極層５１を透過して外部に出射されるように、開口部５２ａを含んでパターニングされている。反磁性体層５２は、ｎ側電極層５１とともに、ＬＥＤ素子の他方の電極面（カソード面）を構成する。なお、反磁性体層５２は、形成しなくてもよい。

次に、レジストマスクを用いた塩素ガスによるドライエッチング法により、光半導体積層２０（ｎ型半導体層２２）に、第１の分離溝２０ｄａに対応する第２の分離溝２０ｄｂを形成する。エッチング深さは、光半導体積層２０が完全に分割されない程度（第１の分離溝２０ｄａに到達しない程度）の深さであることが好ましい。

次に、図３Ｂに示すように、強磁性体層３３に磁場を印加して、強磁性体層３３を飽和磁化（自発磁化）させる。たとえば、強磁性体層３３の、光半導体積層２０に対して外側を向く面がＮ極、内側を向く面がＳ極を構成するように、磁場を印加する。これにより、強磁性体層３３は、自発的に磁場を発生させる。

次に、図３Ｃに示すように、化学エッチングにより、ｎ側電極層５１および反磁性体層５２が形成された積層部材６１から仮支持部材１２を剥離する。積層部材６１と仮支持部材１２とがＩｎにより融着している場合には、たとえば塩酸などのエッチャントを用いることができる。ここまで完成した構造を、素子連結部材６２と呼ぶこととする。

図４Ａおよび図４Ｂは、第１ないし第２の分離溝２０ｄａ，２０ｄｂに沿って、素子連結部材６２（光半導体積層２０）を分割して、個々のＬＥＤ素子１００を得る様子を示す模式図である。

まず、図４Ａに示すように、容器７１内に、イソプロピルアルコール等の溶媒７２を充填して、その溶媒７２中に素子連結部材６２を浸漬する。溶媒７２には、イソプロピルアルコールの他に、メタノールやアセトンを含めた第２種有機溶剤、または純水なども用いることができる。

次に、図４Ｂに示すように、素子連結部材６２が浸漬される溶媒７２に超音波を印加する。超音波の振動により、素子連結部材６２は、個々のＬＥＤ素子１００に分割される。具体的には、光半導体積層２０が分離溝２０ｄａ，２０ｄｂに沿って分割され（図４Ａないし図３Ａ参照）、素子連結部材６２において分離溝２０ｄａ，２０ｄｂによって画定される領域に対応するＬＥＤ素子１００を得る。なお、これにより、溶媒７２中に、複数のＬＥＤ素子１００が分散する素子分散溶液７３が得られる。

図５Ａは、完成したＬＥＤ素子１００を示す断面図である。ＬＥＤ素子１００は、主に、光半導体積層２０と、ｐ側電極層３１と、保護キャップ層３２と、強磁性体層３３と、ｎ側電極層５１と、反磁性体層５２と、を含む。ここで、光半導体積層２０、ｐ側電極層３１、保護キャップ層３２およびｎ側電極層５１等を含む構造を、発光素子層６３と呼ぶこととする。強磁性体層３３は、発光素子層６３のｐ側電極層３１側に配置されている。反磁性体層５２は、発光素子層６３のｎ側電極層５１側に配置されている。

ｐ側電極層３１（強磁性体層３３）およびｎ側電極層５１（反磁性体層５２）の間に電圧を印加する（電流を流す）と、ｐ型半導体層２４に正孔が注入され、ｎ型半導体層２２に電子が注入され、そして、活性層２３においてその正孔と電子とが再結合する。この再結合にかかるエネルギは、光（光半導体積層にＧａＮ系半導体を用いた場合には紫外光ないし青色光）として光半導体積層２０（特に活性層２３）から放出される。光半導体積層２０から放出される光は、主に、ｎ側電極層５１を透過して、反磁性体層５２の開口部５２ａから出射される。

図５Ｂは、強磁性体層３３および反磁性体層５２の磁気分極状態（磁化状態）を示す模式図である。強磁性体層３３は飽和（自発）磁化されており、たとえば、発光素子層６３に対して外側を向く面がＮ極、内側を向く面がＳ極を構成する（図３Ｂ参照）。反磁性体層５２は、強磁性体層３３が生起する磁場の影響を受けて、発光素子層６３に対して外側を向く面がＮ極、内側を向く面がＳ極になるように磁気分極する。

このように、ＬＥＤ素子１００は、その両外側表面（電極面）において、同じ磁気的極性を帯びる（つまりＮ極を構成する）ことになる。このため、溶媒７２中の複数のＬＥＤ素子１００は互いに反発しあい、ＬＥＤ素子１００は溶媒７２中に均一に分散することになる（図４Ｂ参照）。なお、溶媒中におけるＬＥＤ素子の均一性が重要ではない場合には、反磁性体層を設けなくてもよい。

図５Ｃは、ＬＥＤ素子１００を示す平面図である。ＬＥＤ素子１００の平面形状は、たとえば一辺約５０μｍの正方形状である。反磁性体層５２には、ｎ側電極層５１を覗く開口部５２ａが設けられている。

次に、図６を参照して、実施例による実装基板の作製方法を説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、実装基板８０を示す断面図および平面図である。

図６Ａに示すように、まず、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等からなる支持基板８１表面に、電気メッキ法などにより、ＣｕやＡｌ、また、はんだ材料（融着材料）などを含む導電膜を、たとえば膜厚１５０μｍ程度で成膜する。その後、レジストマスクを用いたウェットエッチング法などにより、当該導電膜の一部をエッチングする。エッチングにより残された導電膜が、基板電極８２を構成する。なお、基板電極８２の表面に、飽和（自発）磁化された強磁性体材料を含む磁性層を設けてもかまわない。

次に、支持基板８１表面に、基板電極８２を取り囲む撥液膜８３を形成する。ここで、撥液膜８３は、ＬＥＤ素子１００を分散させる溶媒７２（図４参照）をはじく性質（撥液性）を有する。たとえば、溶媒７２にイソプロピルアルコールを用いる場合、撥液膜８３にはフッ素レンジ系材料などを用いることができる。また、溶媒７２に純水を用いる場合、撥液膜８３にはシロキサン骨格の側鎖にメチル基を配向させたシリコーンなどを用いることができる。撥液膜８３の形成方法は、撥液膜８３に用いる材料に応じて、適宜、一般に知られている方法を採用すればよい。

次に、支持基板８１表面の、基板電極８２と撥液膜８３との間に、親液膜８４を形成する。ここで、親液膜８４は、ＬＥＤ素子１００を分散させる溶媒７２（図４参照）になじむ性質（親液性）を有する。たとえば、溶媒７２にイソプロピルアルコールを用いる場合、親液膜８４にはＳｉＯ_２を含む材料などを用いることができる。親液膜８４の形成方法は、親液膜８４に用いる材料に応じて、適宜、一般に知られている方法を採用すればよい。なお、親液膜８４は、形成しなくてもよい。

図６Ｂに示すように、基板電極８２の平面形状は、たとえば直径３０μｍ程度の円形状である。撥液膜８３が基板電極８２を取り囲んで、たとえば円環状に形成されており、親液膜８４が基板電極８２と撥液膜８３との間に形成されている。基板電極８２と撥液膜８３との間隔は、たとえば１５μｍ程度である。なお、基板電極８２は、円形状に限らず矩形状であってもかまわないし、撥液膜８３も基板電極８２を囲う形状であれば円環状に限らない。基板電極８２、撥液膜８３および親液膜８４を含むパターンを実装パターン８５と呼ぶこととする。

図６Ｃは、実装基板８０を巨視的に示す平面図である。支持基板８１上には、複数の実装パターン８５が、たとえば行列状に形成される。

次に、図７〜図９を参照して、実装基板上に半導体光学素子を実装する方法を説明する。

図７Ａおよび図７Ｂは、作製した実装基板８０（図６Ａ）の基板電極８２上に、作製した素子分散溶液７３（図４Ｂ）の液滴７３ａを配置する様子を示す断面模式図である。実装基板８０は、基板電極８２が上方を向くように設置される。

図７Ａに示すように、ディスペンサやインジェットヘッド等の液滴吐出手段により、素子分散溶液７３（図４Ｂ参照）を、液滴７３ａとして、実装基板８０の基板電極８２上に滴下する。このとき、液滴７３ａに包含されるＬＥＤ素子１００の個数、つまり１回の吐出動作で吐出されるＬＥＤ素子１００の個数は、１個であることが好ましい。

ＬＥＤ素子１００は、その両外側表面（電極面）において、同じ磁気的極性（Ｎ極）を帯びており、このため、素子分散溶液７３中に均一に分散している。溶液７３中のＬＥＤ素子１００の濃度（密度）や、１回の吐出動作で吐出される溶液７３の分量（体積）などを適宜調整することにより、１回の吐出動作で吐出されるＬＥＤ素子１００の個数を、概ね１個程度にすることができるであろう。

図７Ｂに示すように、基板電極８２上に滴下された液滴７３ａは、実装基板８０面内において撥液膜８３が囲う領域内に拘束される。これは、撥液膜８３が液滴７３ａを構成する溶媒７２に対して撥液性（溶媒７２をはじく性質）を有しているためである。これにより、液滴７３ａに包含されるＬＥＤ素子１００は、液滴７３ａ中において基板電極８２の上方に保持される（浮遊する）。ＬＥＤ素子１００は、液滴７３ａ中において、自重によっては降下・沈殿しない。

なお、溶媒７２に対して親液性（溶媒７２になじむ性質）を有する親液膜８４を設けることにより、より効果的に、液滴７３ａを、撥液膜８３が囲う領域内に拘束することができる。撥液膜８３のみで液滴７３ａを拘束できる場合には、親液膜８４は設けなくてもよい。

図８Ａ〜図８Ｄは、基板電極８２の上方に保持されるＬＥＤ素子１００を、基板電極８２に接触させる様子を示す断面模式図である。なお、図８Ａ〜図８Ｄでは、液滴を構成する溶媒の図示を省略している。

図８Ａに示すように、実装基板８０の裏面側に、電磁石等の磁場発生手段Ｍ１を設置する。磁場発生手段Ｍ１から、ＬＥＤ素子１００の電極面における磁気的極性（Ｎ極）に対して引力が作用する磁場を発生させる。つまり、磁場発生手段Ｍ１（電磁石）の実装基板８０側を、Ｓ極に帯磁させる。

図８Ｂに示すように、磁場発生手段Ｍ１によって、基板電極８２の上方に保持されるＬＥＤ素子１００に磁場を印加すると、飽和磁化する強磁性体層３３が下方に強く引き寄せられて基板電極８２と対向する。そのままＬＥＤ素子１００に磁場を印加し続けると、ＬＥＤ素子１００が下方に誘導されて、強磁性体層３３が基板電極８２と対向したまま基板電極８２に接触する。つまり、ＬＥＤ素子１００の強磁性体層３３側の電極面が、基板電極８２に対向接触する。このような方法により、高い確実性で、ＬＥＤ素子の強磁性体層側の面を基板電極に対向接触させることができる。

なお、強磁性体層３３は、飽和磁化（自発磁化）されており、また、反磁性体層５２よりも広い面積で形成されている。このため、磁場発生手段Ｍ１によりＬＥＤ素子１００に磁場を印加した際には、反磁性体層５２が基板電極８２と対向する状態をとるよりも、強磁性体層３３が基板電極８２と対向する状態をとる方が安定的である。ただし、強磁性体層３３が生起する磁場により反磁性体層５２も磁気分極しているから、磁場発生手段Ｍ１の磁場により、反磁性体層５２が基板電極８２と対向する状態が保持される可能性もある。

ここで、ＬＥＤ素子１００において、強磁性体層３３が基板電極８２と対向する状態を安定状態と呼び、反磁性体層５２が基板電極８２と対向する状態を準安定状態と呼ぶこととする。

図８Ｃに示すように、ＬＥＤ素子１００が準安定状態である場合には、ＬＥＤ素子１００に、磁場発生手段Ｍ１の磁場に加えて、さらに、当該磁場の方向とは異なる方向の磁場を印加すればよい。たとえば、電磁石等の補助磁場発生手段Ｍ２を、実装基板８０の斜め上方に設置し、補助磁場発生手段Ｍ２から、ＬＥＤ素子１００の電極面における磁気的極性（Ｎ極）に対して斥力が作用する磁場を発生させる。つまり、補助磁場発生手段Ｍ２（電磁石）の実装基板８０側を、Ｎ極に帯磁させる。補助磁場発生手段Ｍ２の磁場により、ＬＥＤ素子１００の状態は、準安定状態から変化する。

図８Ｄに示すように、ＬＥＤ素子１００の状態が変化すれば、たとえばＬＥＤ素子１００が僅かにでも回転すれば、磁場発生手段Ｍ１の磁場により、ＬＥＤ素子１００の状態は、安定状態に遷移（回転）する。ＬＥＤ素子１００の状態が一旦安定状態に遷移すれば、磁場発生手段Ｍ１の磁場が印加し続けられるかぎり、ＬＥＤ素子１００の状態は安定状態に維持される。このように、補助磁場発生手段Ｍ２を設けることにより、より確実に、ＬＥＤ素子１００の強磁性体層３３側の面を、基板電極８２に対向させ、そして接触させることができる。

図９Ａは、ＬＥＤ素子１００を基板電極８２上に固着（実装）する様子を示す断面図である。磁場発生手段を用いてＬＥＤ素子１００を基板電極８２上に配置した後、実装基板８０（ないし液滴７３ａ）を加熱して、液滴７３ａを構成する溶媒７２を蒸発させる。引き続き、実装基板８０を加熱して、ＬＥＤ素子１００を基板電極８２に融着する。

図９Ｂは、実装基板８０に固着された複数のＬＥＤ素子１００を示す平面図である。最終的に、ＬＥＤ素子１００は、実装基板８０上の、実装パターン８５（図６参照）に対応した位置にそれぞれ固着される。なお、図７〜図９を参照して説明した各々の工程は、各実装パターンに対して個別に実施してもかまわないし、たとえば列方向の実装パターン毎（図９Ｂにおいては上下方向に配列する３つの実装パターン毎）にまとめて実施してもかまわない。

次に、図１０を参照して、半導体光学装置を完成させる方法を説明する。図１０Ａおよび図１０Ｂは、実装基板８０とともにＬＥＤ素子１００を挟み込む対向基板９０を取り付ける様子を示す断面図である。

図１０Ａに示すように、対向基板９０は、ＰＥＴ樹脂等からなる支持基板９１の表面（下側面）に、対向電極９２が形成された構造である。支持基板９１には、当該基板を貫通する空気孔９３が設けられている。ＬＥＤ素子１００の周囲に、熱硬化性の樹脂部材９５を配置し、対向基板９０の対向電極９２が、ＬＥＤ素子１００の反磁性体層５２側の電極面に対向接触するように、対向基板９０をＬＥＤ素子１００および樹脂部材９５に押し当てる。

図１０Ｂに示すように、対向基板９０を押し当てることにより、対向基板９０の対向電極９２がＬＥＤ素子１００の反磁性体層５２側の電極面に対向接触しつつ、樹脂部材９５が押し広げられて、実装基板８０と対向基板９０との間の空間に充填される。その後、樹脂部材９５を加熱し、硬化させる。

以上により、実施例による半導体光学モジュール１０１が完成する。微細なＬＥＤ素子を実装基板の一面に敷き詰めるように実装することにより（図９Ｂ参照）、当該モジュールを、たとえば面光源モジュールとして利用することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、実施例では、光半導体積層（ないし発光素子層）において、ｐ型半導体層側に強磁性体層を形成し、ｎ型半導体層側に反磁性体層を形成する例を示したが、ｐ型半導体層側に反磁性体層を形成し、ｎ型半導体層側に強磁性体層を形成してもかまわないであろう。また、実施例では、ｐ型半導体層側にｐ側電極層を形成し、ｎ型半導体層側にｎ側電極層を形成する例を示したが、たとえばｐ型半導体層側のみにｐ側およびｎ側電極層を形成してもかまわないであろう。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１１…支持基板、１２…成長基板、２０…光半導体積層、２１…下地バッファ層、２２…ｎ型半導体層、２３…活性層、２４…ｐ型半導体層、３１…ｐ側電極層、３２…保護キャップ層、３３…強磁性体層、４１…保護絶縁膜、５１…ｎ側電極層、５２…反磁性体層、６１…積層部材、６２…素子連結部材、６３…発光素子層、７１…容器、７２…溶媒、７３…素子分散溶液、８０…実装基板、８１…支持基板、８２…基板電極、８３…撥液膜、８４…親液膜、９０…対向基板、９１…支持基板、９２…対向電極、９３…空気孔、９５…樹脂部材、１００…半導体光学素子（ＬＥＤ素子）、１０１…半導体光学装置（モジュール）。

Claims

工程ａ）光学的機能を備える半導体光学素子が溶媒中に分散する素子分散溶液であって、該半導体光学素子の外側面のうちの少なくとも一面が磁気的極性を帯びた電極面を構成する素子分散溶液と、支持基板の表面に基板電極が設けられた実装基板と、を準備する工程と、
工程ｂ）前記実装基板を、前記基板電極が上方を向くように設置する工程と、
工程ｃ）前記素子分散溶液によって構成され、少なくとも１つの前記半導体光学素子を包含している液滴を、前記基板電極上に配置して、該液滴中の半導体光学素子を、該基板電極の上方で保持する工程と、
工程ｄ）前記液滴中の半導体光学素子に、第１の磁場を印加し、該半導体光学素子の電極面に作用する該第１の磁場の磁力により、該半導体光学素子を誘導して、該半導体光学素子の電極面を、該基板電極に対向接触させる工程と、
工程ｅ）前記半導体光学素子の電極面を前記基板電極に対向接触させた後、該半導体光学素子を該基板電極に固着する工程と、
を有する半導体光学装置の製造方法。
前記工程ｄ）において、前記液滴中の半導体光学素子に、前記第１の磁場の方向とは異なる方向の第２の磁場を印加して、該半導体光学素子の電極面に作用する該第１および第２の磁場の磁力により、該半導体光学素子を回転させる請求項１記載の半導体光学装置の製造方法。
前記実装基板において、さらに、前記支持基板の表面には、前記基板電極を取り囲み、前記素子分散溶液の溶媒に対して撥液性を有する撥液膜が設けられている請求項１または２記載の半導体光学装置の製造方法。
さらに、前記支持基板の表面の、前記基板電極と前記撥液膜との間には、前記素子分散溶液の溶媒に対して親液性を有する親液膜が設けられている請求項３記載の半導体光学装置の製造方法。
前記半導体光学素子の電極面は、飽和磁化された強磁性体材料を含む請求項１〜４いずれか１項記載の半導体光学装置の製造方法。