JP2019046971A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1基板上に、第1導電型の第1半導体層と活性層と第2導電型の第2半導体層とを含むm枚(m≧2)の第1ウエハを準備する工程と、1つの第1ウエハの第2半導体層上に第2基板を接合して、第1基板を除去して表面に第1半導体層が露出した第2ウエハを準備する工程と、第2ウエハの表面に露出した第1半導体層と、他の1つの第1ウエハの第2半導体層とを対向させて透光性導電層により接合し、他の1つの第1ウエハの第1基板を除去して第1半導体層を露出させる第1接合工程と、mが2より大きい場合、第1接合工程において露出させた第1半導体層と、残りの第1ウエハのうちの1つの第1ウエハの第2半導体層とを対向させて透光性導電層により接合し、第1ウエハの第1基板を除去して第1半導体層を露出させる第2接合工程と、を含む。
【選択図】図23
Description
それぞれ第1基板上に第1基板側から順に、第1導電型の第1半導体層と、活性層と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2半導体層と、を含むm枚(但し、m≧2)の第1ウエハを準備する第1ウエハ準備工程と、
前記m枚の第1ウエハのうちの1つの第1ウエハの第2半導体層上に第2基板を接合して、当該第1ウエハの第1基板を除去することにより表面に第1半導体層が露出した第2ウエハを準備する第2ウエハ準備工程と、
前記第2ウエハの表面に露出した第1半導体層と、前記m枚の第1ウエハのうちの他の1つの第1ウエハの第2半導体層とを対向させて透光性導電層により接合して、当該他の1つの第1ウエハの第1基板を除去して除去後の表面に第1半導体層を露出させる第1接合工程と、
mが2より大きい場合(m>2)、前記第1接合工程において第1基板を除去することにより露出させた第1半導体層と、残りの第1ウエハのうちの1つの第1ウエハの第2半導体層とを対向させて透光性導電層により接合して、当該第1ウエハの第1基板を除去して除去後の表面に第1半導体層を露出させる第2接合工程と、
を含む。
図1は、実施形態の発光装置の構成を示す断面図である。
実施形態の発光装置は、図1に示すように、基板22上に、複数の単位発光部1を含む積層発光部10を備えている。実施形態の発光装置において、単位発光部1間には、例えば、ITOからなる透光性導電層4が設けられており、基板22側の下層に設けられた単位発光部1により発光された光は、透光性導電層4及び上層に設けられた単位発光部1を介して基板22の反対側の面から出射される。
以下、実施形態の発光装置の製造方法について説明する。
第1ウエハ準備工程では、例えば、Siからなる第1基板21を準備し(図2)、その第1基板21上に、例えば、第1導電型コンタクト層、第1導電型クラッド層を成長させることにより、第1基板21側から順に第1導電型コンタクト層、第1導電型クラッド層を含む第1導電型の第1半導体層11を形成する(図3)。尚、第1基板21上にバッファ層を介して第1半導体層11を形成するようにしてもよい。
次に、第1半導体層11の上に、活性層12を形成する(図4)。
そして、活性層12の上に、例えば、第2導電型クラッド層、第2導電型コンタクト層を成長させることにより、活性層12側から順に第2導電型クラッド層と第2導電型コンタクト層とを含む第2導電型の第2半導体層13を形成する(図5)。
以上の工程を、m枚の第1基板21に対して実施し、それぞれ第1基板21上に、第1導電型の第1半導体層11と活性層12と第2導電型の第2半導体層13とを含む単位積層構造1aが形成されたm枚(但し、m≧2)の第1ウエハ100を準備する。
第2ウエハ準備工程では、まず、1つの第1ウエハの第2半導体層13上に、所定のパターンの第2電極32を例えば以下のようにして形成する。
最初に、第1ウエハ準備工程で準備したm枚の第1ウエハのうちの1つの第1ウエハ100の第2半導体層13上に、レジスト51を形成する(図6)。ここでは、例えば、第2半導体層13上の、第2電極を形成しない部分にレジスト51を形成する。
次に、第2半導体層13の上面全体に、例えば、Agを含む金属膜(32、32a)を形成する(図7)。これにより、図7に示すように、レジスト51が形成されていない第2半導体層13上に第2電極32が形成される。
そして、レジスト51を、レジスト51上に形成された金属膜32aと共に除去する(図8)。
以上のようにして、第1ウエハの第2半導体層13上に、所定のパターンの第2電極32を形成する。
ここでは、リフトオフプロセスにより所定のパターンの第2電極32を形成する方法について説明した。しかしながら、リフトオフプロセスを用いることなく、例えば、レジスト51を形成することなく第2半導体層13の上面全体に、金属膜を形成して、その金属膜の上にレジストを形成してそのレジストをマスクとして金属膜を除去することにより、所定のパターンの第2電極32を形成するようにしてもよい。
第1接合工程では、第2ウエハ200の表面に露出した第1半導体層と他の1つの第1ウエハ100の第2半導体層13とを対向させて透光性導電層4により接合して、他の1つの第1ウエハ100の第1基板を除去して除去後の表面に第1半導体層を露出させる。
具体的には、まず、第2ウエハ200の第1半導体層11の表面に透光性導電層4bを形成する(図16)。これとは別に、第1ウエハ100の第2半導体層13上に透光性導電層4aを形成する。次に、第2ウエハ200の第1半導体層11表面に形成した透光性導電層4bと、第1ウエハ100の第2半導体層13上に形成した透光性導電層4aとを接合する(図17)。この透光性導電層4aと透光性導電層4bとの接合は、原子拡散接合又は表面活性化接合等の常温接合により行うことが好ましく、これにより、第1半導体層11、第2半導体層13及び活性層12等に熱が伝わることがないので発光特性を劣化又は変化させることなく接合することができる。表面活性化接合方法とは、接合界面をイオンビームやプラズマなどをあてて接合界面を活性化させた後に、各部材を直接接合する方法である。表面活性化接合方法によれば、間に接合部材を介在させることなく材料同士を接合することができ、接合後においても高い透光性を維持できる。また、原子拡散接合とは、高真空下における膜の粒界や表面における原子拡散を利用して接合するものであり、表面活性化接合方法と同様、接合後においても高い透光性を維持できる。
以上のようにして、第2基板22上に金属層6と第2電極32及び絶縁膜35とを介して、透光性導電層4により接合された2つの単位積層構造1aを備えた第3ウエハ300を準備する。
第2接合工程は、積層発光部10に2より大きい個数の単位発光部1を備えた発光装置を作製する場合に、単位発光部1に対応する所望数の単位積層構造部1aが積層されるまで接合を繰り返す工程である。
具体的には、まず、第3ウエハ300の第1半導体層11の表面に透光性導電層4bを形成する。これとは別に、第1ウエハ100の第2半導体層13上に透光性導電層4aを形成する。次に、第3ウエハ300の第1半導体層11表面に形成した透光性導電層4bと、第1ウエハ100の第2半導体層13上に形成した透光性導電層4aとを接合する(図19)。この透光性導電層4aと透光性導電層4bとの接合は、上述した理由により、原子拡散接合又は表面活性化接合等の常温接合により行うことが好ましい。
以上の工程を、所望数の単位積層構造部1aが積層されるまで接合を繰り返す。
以下、第2基板22上に、所望数の単位積層構造部1aが積層されたウエハを第4ウエハ400という。尚、図20に示すウエハは、所望数が3(m=3)である第4ウエハ400である。
ここでは、まず、図20に示す第4ウエハ400の第1半導体層11上に、所定のパターンの第1電極31を例えば以下のようにして形成する。
最初に、第4ウエハ400の第1半導体層11上に、レジスト53を形成する(図21)。ここでは、例えば、第1半導体層11上の、第2電極を形成しない部分にレジスト53を形成する。次に、第1半導体層11上の全体に、例えば、Auを主成分とする金属膜を形成する(図22)。これにより、図22に示すように、レジスト53が形成されていない第1半導体層11上に第1電極31が形成される。
そして、レジスト53を、レジスト53上に形成された金属膜31aと共に除去する(図23)。
以上のようにして、第4ウエハ400の第1半導体層11上に、所定のパターンの第1電極31を形成する。
ここでは、リフトオフプロセスにより所定のパターンの第1電極31を形成する方法について説明した。しかしながら、リフトオフプロセスを用いることなく、例えば、レジスト53を形成することなく第1半導体層11の上面全体に、金属膜を形成して、その金属膜の上にレジストを形成してそのレジストをマスクとして金属膜を除去することにより、所定のパターンの第1電極31を形成するようにしてもよい。
最後に、第1電極31が形成された第4ウエハ400を、所望の大きさの個々の発光装置に分割する。この分割は、ダイシングにより所定の切断位置CLに沿って行う。
(i)それぞれ第1基板(Si基板)上に第1基板(Si基板)側から順に、第1導電型(n型)の第1半導体層と、活性層と、前記第1導電型(n型)とは異なる第2導電型(p型)の第2半導体層と、を含むm枚(但し、m≧2)の第1ウエハを準備する第1ウエハ準備工程と、
(ii)1つの第1ウエハの第2半導体層上に第2基板(Si基板)を接合して、その第1ウエハの第1基板(Si基板)を除去することにより表面に第1半導体層が露出した第2ウエハを準備する第2ウエハ準備工程と、
(iii)第2ウエハの表面に露出した第1半導体層と他の1つの第1ウエハの第2半導体層とを対向させて透光性導電層により接合して、他の1つの第1ウエハの第1基板(Si基板)を除去して除去後の表面に第1半導体層を露出させる第1接合工程と、
を含み、
さらに、mが2より大きい場合(m>2)には、
(iv)第1基板(Si基板)を除去することにより露出させた第1半導体層と、残りの第1ウエハのうちの1つの第1ウエハの第2半導体層とを対向させて透光性導電層により接合して、その第1ウエハの第1基板(Si基板)を除去して除去後の表面に第1半導体層を露出させる第2接合工程と、
を含む。
以上の実施形態の発光装置の製造方法によれば、積層発光部10の上下に第1電極31及び第2電極32を形成することが可能になり、発光装置の上面視における単位面積当たりの活性層12の形成範囲を大きくでき、発光面積を大きくとれる発光装置を容易に製造することができる。
1.単位発光部1(第1半導体層11、活性層12及び第2半導体層13)
第1半導体層11、活性層12および第2半導体層を構成する半導体材料としては、GaN,AlN,InN、またはこれらの混晶であるIII−V族窒化物半導体(InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1))、AlGaAs,InGaAs等のGaAs系材料、AlGaInP等のInP系材料、またはこれらの混晶であるInGaAsP等の他のIII−V族化合物半導体等を用いることができる。
透光性導電層4を構成する材料としては、高い透光性及び導電性を備えるものを用いることが好ましく、例えば、ITO、IZOなどの金属酸化物を用いることができる。本実施形態において、透光性導電層4には、単位発光部1からの光の波長を透過する部材を用いることが好ましく、これにより、透光性導電層4により単位発光部1からの光が吸収されることを抑制し、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。透光性導電層4は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の公知の技術により形成することができる。
金属層6としては、AuSn、NiSn、AgSn等を主成分とするはんだ材料、またはAu及びAuを主成分とする合金等を用いることができる。金属層6には、金属層6を形成する部材との密着力を向上させるための金属層を形成することが好ましく、例えば、Pt、Tiからなる金属層を密着層として形成することができる。本実施形態において、金属層6a、6bの膜厚は、接合性や導電性を考慮して適宜変更することができる。
第2電極32としては、単位発光部1からの光の波長を反射することができる金属を含む金属層を用いることが好ましく、例えば、Ag、Al等の金属、またはこれらの金属を主成分とする合金を含んでいることが好ましい。これにより、単位発光部1からの光を第1電極31側に反射できるため、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。また、密着性等を向上させるために、Ni、Ti、Pt等からなる金属層を備える多層構造としてもよい。例えば、第2半導体層13の表面から、Ag層、Ni層、Ti層、Pt層が積層された多層構造とすることができる。第2電極32は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の公知の技術により形成することができる。
第1電極31としては、Auを主成分とする金属層を用いることができる。また、密着性を向上させるため、あるいは金属層同士の拡散を防止するために、Ti、Pt、Ni、W、Rh等の金属層を積層した多層構造としてもよい。第1電極31は、例えば、第1半導体層11の表面から、Ti層、Pt層、Au層、Ti層が積層された多層構造とすることができる。第1電極31は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の公知の技術により形成することができる。
第1基板21としては、単位発光部1を構成する第1半導体層11、活性層12及び第2半導体層13を積層させることができる基板を用いることができ、例えば、Si基板、サファイア基板、ガリウムヒ素基板、GaN基板等を用いることができる。本実施形態においては、第1基板21にSi基板を用いることが特に好ましく、これにより、第1基板21をウエハから除去しやすくなる。Si基板は、比較的加工が容易でウェットエッチング等により除去することが可能であるため、レーザリフトオフにより第1基板21を除去する場合に比較して、半導体層からなる積層発光部10へのダメージを軽減できる。Si基板には、Siのみで構成されていなくてもよく、Siを主成分とするものでもよい。
第2基板22としては、Si、CuW、Mo等からなる基板を用いることができる。本実施形態においては、第2基板22にSiからなる基板を用いることが好ましく、これにより、切断工程において、ウエハを容易に割断することが可能となり生産性を向上させることができる。また、第2基板22にSiからなる基板を用いる場合には、電気抵抗が小さいことが好ましく、例えば、Siからなる基板にホウ素等をドープすることで低抵抗化してもよい。
1a 単位積層構造
4,4a,4b 透光性導電層
6 金属層
6a,6b 金属層
10 積層発光部
11 第1半導体層
12 活性層
13 第2半導体層
21 第1基板
22 第2基板(基板)
31 第1電極
31a 金属膜
32 第2電極
32a 金属膜
35,35a 絶縁膜
51,52,53 レジスト
100 第1ウエハ
200 第2ウエハ
300 第3ウエハ
400 第4ウエハ
Claims (11)
- それぞれ第1基板上に第1基板側から順に、第1導電型の第1半導体層と、活性層と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2半導体層と、を含むm枚(但し、m≧2)の第1ウエハを準備する第1ウエハ準備工程と、
前記m枚の第1ウエハのうちの1つの第1ウエハの第2半導体層上に第2基板を接合して、当該第1ウエハの第1基板を除去することにより表面に第1半導体層が露出した第2ウエハを準備する第2ウエハ準備工程と、
前記第2ウエハの表面に露出した第1半導体層と、前記m枚の第1ウエハのうちの他の1つの第1ウエハの第2半導体層とを対向させて透光性導電層により接合して、当該他の1つの第1ウエハの第1基板を除去して除去後の表面に第1半導体層を露出させる第1接合工程と、
mが2より大きい場合(m>2)、前記第1接合工程において第1基板を除去することにより露出させた第1半導体層と、残りの第1ウエハのうちの1つの第1ウエハの第2半導体層とを対向させて透光性導電層により接合して、当該第1ウエハの第1基板を除去して除去後の表面に第1半導体層を露出させる第2接合工程と、
を含む発光装置の製造方法。 - 前記第2ウエハ準備工程において、前記1つの第1ウエハの第2半導体層上に当該第2半導体層と接触する第2電極を形成して、当該第2電極を介して前記1つの第1ウエハの第2半導体層上に第2基板を接合し、
mが2の場合(m=2)には第1接合工程後、mが2より大きい場合(m>2)には第2接合工程後に、露出させた第1半導体層の表面に第1電極を形成する第1電極形成工程を含む請求項1に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第1接合工程及び前記第2接合工程において、
接合する第2半導体層上に前記透光性導電層の一部となる第1透光性導電層を形成し第1半導体層上に第2透光性導電層を形成して、前記第1透光性導電層と前記第2透光性導電層とを接合することにより、当該第2半導体層と当該第1半導体層とを接合する請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第1導電層と前記第2導電層との接合を原子拡散接合法または表面活性化接合法により行う請求項3に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2ウエハ準備工程において、前記1つの第1ウエハの第2半導体層上に金属層を介して前記第2基板を接合する請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1基板及び前記第2基板は、シリコン基板である請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記透光性導電層を、ITOにより形成する請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記隣接する発光素子構造間において、前記導電層を介して接合する前に、接合される第1半導体層の表面及び/又は第2半導体層の表面に凹凸を形成する粗面化工程を含む請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1半導体層をn型窒化物半導体により形成し、前記活性層を窒化物半導体により形成し、前記第2半導体層をp型窒化物半導体により形成する請求項1〜8のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- mが2の場合(m=2)には第1接合工程後、mが2より大きい場合(m>2)には第2接合工程後に、所望の大きさの個々の発光装置に分割する分割工程を含む請求項1〜9のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記分割工程をダイシングにより行う請求項10に記載の発光装置の製造方法。
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