JP2020141071A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光部が重ねられた発光装置において、活性層を大きくしつつ、光取り出し効率が向上された発光装置の製造方法を提供する。【解決手段】発光装置の製造方法は、第１基板上に、第１半導体層と、第１活性層と、第２半導体層と、を含む第１ウエハを準備する工程と、第２基板上に、第４半導体層と、第２活性層と、第３半導体層と、を含む第２ウエハを準備する工程と、第２半導体層上に、第１導電性酸化膜と第１導電性部材と、を形成する工程と、第３半導体層上に、第２導電性酸化膜と第２導電性部材と、を形成する工程と、第１ウエハ及び第２ウエハを、第１導電性部材と第２導電性部材により接合する接合工程と、を備え、接合工程後の第１導電性部材及び第２導電性部材の第１活性層からの光の波長に対する透過率は、第１形成工程及び第２形成工程における第１導電性部材及び第２導電性部材の透過率よりも高い。【選択図】図１１
Description
本発明は、発光装置の製造方法に関する。
近年、白色ＬＥＤ等の発光ダイオードは高輝度化が進み、一般照明や車載用途等の光源として広く用いられている。そして、用途が拡大されるにつれさらなる高輝度化が求められている。特許文献１には、単位面積当たりの発光効率を高めるために複数の発光ダイオードチップを縦に重ねた発光装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示された発光装置は、発光ダイオードチップごとに正又は負の一方の電極を設けているために、発光ダイオードチップごとに一方の電極を形成する領域を確保する必要があり、単位面積当たりにおける活性層の形成範囲が小さくなるという課題がある。
また、複数の発光ダイオードを重ねる発光装置において、発光ダイオード間の接合部分における光吸収を抑制し、発光装置の光取り出し効率を向上させる必要がある。
そこで、本発明は、複数の発光部が重ねられた発光装置において、単位面積当たりにおける活性層の形成範囲を大きくしつつ、光取り出し効率が向上された発光装置の製造方法を提供することを課題とする。
以上の課題を解決するために、本発明に係る一実施形態の発光装置の製造方法は、第１基板と、前記第１基板上に、第１導電型の第１半導体層と、第１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、を前記第１基板側から順に含む第１ウエハを準備する第１ウエハ準備工程と、第２基板と、前記第２基板上に、前記第２導電型の第４半導体層と、第２活性層と、前記第１導電型の第３半導体層と、を前記第２基板側から順に含む第２ウエハを準備する第２ウエハ準備工程と、前記第１ウエハの表面に露出した前記第２半導体層上に、前記第２半導体層と電気的に接続された透光性を有する第１導電性酸化膜と、前記第１導電性酸化膜上に設けられた第１導電性部材と、を形成する第１形成工程と、前記第２ウエハの前記第３半導体層上に、前記第３半導体層と電気的に接続された透光性を有する第２導電性酸化膜と、前記第２導電性酸化膜上に設けられた第２導電性部材と、を形成する第２形成工程と、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハを、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材とを熱圧着させることにより接合する接合工程と、前記接合工程の後、前記第２ウエハの前記第２基板を除去し、前記第４半導体層を露出させる露出工程と、を備え、前記接合工程後の前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材の前記第１活性層からの光の波長に対する透過率は、前記第１形成工程及び前記第２形成工程における前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材の前記第１活性層からの光の波長に対する透過率よりも高い。
以上のように構成された本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、複数の発光部が重ねられた発光装置において、単位面積当たりにおける活性層の形成範囲を大きくしつつ、光取り出し効率が向上された発光装置を容易に製造することができる。
以下、図面を参照しながら実施形態の発光装置とその製造方法について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の発光装置の構成を示す断面図である。
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、基板７上に、第１発光部１と、第１発光部１の上方に設けられた第２発光部２とが形成されている。第１発光部１は、第１導電型の第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層１３と、を基板７側から順に含んでいる。第２発光部２は、第１導電型の第３半導体層２１と、第２活性層２２と、第２導電型の第４半導体層２３と、を第１発光部１側から順に含んでいる。第１発光部１と第２発光部２との間には、第１導電性酸化膜４ａ、第２導電性酸化膜４ｂ、及び導電性部材５が設けられている。第１発光部１からの光は、第１導電性酸化膜４ａ、第２導電性酸化膜４ｂ、及び導電性部材５を介して第２発光部２の第４半導体層２３側から出射される。
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、基板７上に、第１発光部１と、第１発光部１の上方に設けられた第２発光部２とが形成されている。第１発光部１は、第１導電型の第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層１３と、を基板７側から順に含んでいる。第２発光部２は、第１導電型の第３半導体層２１と、第２活性層２２と、第２導電型の第４半導体層２３と、を第１発光部１側から順に含んでいる。第１発光部１と第２発光部２との間には、第１導電性酸化膜４ａ、第２導電性酸化膜４ｂ、及び導電性部材５が設けられている。第１発光部１からの光は、第１導電性酸化膜４ａ、第２導電性酸化膜４ｂ、及び導電性部材５を介して第２発光部２の第４半導体層２３側から出射される。
実施形態の発光装置において、第１発光部１は基板７上に金属層６により接合されており、第１発光部１と金属層６の間には、第１発光部１の第１半導体層１１に接続された第２電極３２が設けられている。これにより、例えば、基板７として導電性を有する基板７を用いることによって、本実施形態の発光装置は基板７を介して第１発光部１に給電することが可能になる。本実施形態の発光装置において、図１に示すように、第２発光部２の第４半導体層２３の上面には、第１電極３１が設けられている。また、上述したように、第１発光部１と第２発光部２の間に第１導電性酸化膜４ａ、第２導電性酸化膜４ｂ、及び導電性部材５が設けられ、第１発光部１と第２発光部２が電気的に接続されている。以上のように、第１電極３１と第２電極３２間に直列に第１発光部１と第２発光部２が接続され、第１電極３１と第２電極３２間に電圧を印加することにより第１発光部１及び第２発光部２を発光させることができる。
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＞
第１ウエハ準備工程では、例えば、Ｓｉからなる第３基板７３を準備する。そして、図２に示すように、第３基板７３上に、第２導電型の第２半導体層１３と、第１活性層１２と、第１導電型の第１半導体層１１と、を第３基板７３側から順に形成する。なお、第３基板７３上にバッファ層を介して第２半導体層１３を形成するようにしてもよい。半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。第３基板７３としては、第１発光部１を構成するそれぞれの半導体層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３基板７３にＳｉ基板を用いることが特に好ましく、これにより、後記する工程において、第３基板７３を除去しやすくなる。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３基板７３を除去する場合に比較して、半導体層からなる半導体積層体へのダメージを軽減できる。
第１ウエハ準備工程では、例えば、Ｓｉからなる第３基板７３を準備する。そして、図２に示すように、第３基板７３上に、第２導電型の第２半導体層１３と、第１活性層１２と、第１導電型の第１半導体層１１と、を第３基板７３側から順に形成する。なお、第３基板７３上にバッファ層を介して第２半導体層１３を形成するようにしてもよい。半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。第３基板７３としては、第１発光部１を構成するそれぞれの半導体層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３基板７３にＳｉ基板を用いることが特に好ましく、これにより、後記する工程において、第３基板７３を除去しやすくなる。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３基板７３を除去する場合に比較して、半導体層からなる半導体積層体へのダメージを軽減できる。
次に、図３に示すように、第１半導体層１１上に、所定のパターンの第２電極３２を形成する。第２電極３２は、例えばフォトレジストを用いたリフトオフ法により形成する。例えば、第１半導体層１１上の第２電極３２を形成しない部分にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクにして第１半導体層１１上及びそのフォトレジスト上に金属膜を形成する。そして、フォトレジスト上に形成された金属膜とともにフォトレジストを除去することにより第２電極３２を形成することができる。
次に、図３に示すように、第２電極３２を形成しない部分に絶縁膜３５を形成する。絶縁膜３５は、例えば、第１半導体層１１上及び第２電極３２上にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクにして絶縁膜を形成する。そして、フォトレジストを第２電極３２上に形成された絶縁膜とともに除去する。これにより、第２電極３２が形成されていない部分に絶縁膜３５を形成することができる。絶縁膜３５は、例えば、後記する図１３に示すように、切断位置ＣＬ上に設けられる。このように絶縁膜３５を配置することで、絶縁膜３５により第２電極３２が発光装置の側面から露出しない構成とすることができる。その結果、発光装置の側面における短絡の発生が抑制され、信頼性を向上させることができる。
次に、図４に示すように、第１半導体層１１上に形成された第２電極３２及び絶縁膜３５上に、金属層６を形成する。別途、一方の面に金属層６が形成された第１基板７１を準備する。そして、図５及び図６に示すように、その金属層６同士を接合することで、第１半導体層１１上に第２電極３２と絶縁膜３５とを介して第１基板７１を接合する。ここで、第１基板７１は、図１における基板７に相当する。第３基板７３上に、第２導電型の第２半導体層１３と、第１活性層１２と、第１導電型の第１半導体層１１とが設けられた構造体に第１基板７１を金属層６により接合した後、図７に示すように、第３基板７３を除去する。第３基板７３の除去は、例えば、第３基板７３と第２半導体層１３との界面付近にレーザ光を照射し、第３基板７３と第２半導体層１３とを分離するレーザリフトオフにより行う。または、第３基板７３をエッチングできる溶液を用いてウェットエッチングを行うことにより第３基板７３の除去を行う。
以上のようにして、第３基板７３上に形成した半導体積層構造を、第１基板７１上に金属層６と第２電極３２及び絶縁膜３５とを介して転写する。これらの工程により、図７に示す、第１基板７１上に、第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第２半導体層１３と、が第１基板７１側から順に形成された第１発光部１を備えた第１ウエハ１００を準備する。すなわち、第１ウエハ１００において、第１基板７１上には、金属層６と第２電極３２及び絶縁膜３５とを介して第１半導体層１１、第１活性層１２、第２半導体層１３とが順に積層されている。第１ウエハ１００において、第２半導体層１３は第１ウエハ１００の表面に露出している。第２電極３２は、第１基板７１と第１半導体層１１との間に位置し、第１基板７１と第１半導体層１１とを電気的に接続する。ここで、第１基板７１は、シリコン基板であることが好ましく、第１基板７１をシリコン基板とすることで、後記する切断工程において、第１基板７１を容易に分割することができる。
＜第２ウエハ準備工程＞
第２ウエハ準備工程では、例えば、Ｓｉからなる第２基板７２を準備する。そして、図８に示すように、第２基板７２上に、第２導電型の第４半導体層２３と、第２活性層２２と、第１導電型の第３半導体層２１と、を第２基板７２側から順に形成する。なお、第２基板７２上にバッファ層を介して第４半導体層２３を形成するようにしてもよい。このようにして、第２基板７２上に、第４半導体層２３と、第２活性層２２と、第３半導体層２１と、が第２基板７２側から順に形成された第２発光部２を備えた第２ウエハ２００を準備する。
第２ウエハ準備工程では、例えば、Ｓｉからなる第２基板７２を準備する。そして、図８に示すように、第２基板７２上に、第２導電型の第４半導体層２３と、第２活性層２２と、第１導電型の第３半導体層２１と、を第２基板７２側から順に形成する。なお、第２基板７２上にバッファ層を介して第４半導体層２３を形成するようにしてもよい。このようにして、第２基板７２上に、第４半導体層２３と、第２活性層２２と、第３半導体層２１と、が第２基板７２側から順に形成された第２発光部２を備えた第２ウエハ２００を準備する。
＜第１形成工程＞
第１形成工程では、第１ウエハ１００の表面に露出した第２半導体層１３上に、第２半導体層１３と電気的に接続された第１導電性酸化膜４ａを形成する。さらに、第１導電性酸化膜４ａ上に第１導電性部材５ａを形成する。図９に示すように、第２半導体層１３上には、第１導電性酸化膜４ａと第１導電性部材５ａとが積層される。第１導電性酸化膜４ａ及び第１導電性部材５ａ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形成工程では、第１ウエハ１００の表面に露出した第２半導体層１３上に、第２半導体層１３と電気的に接続された第１導電性酸化膜４ａを形成する。さらに、第１導電性酸化膜４ａ上に第１導電性部材５ａを形成する。図９に示すように、第２半導体層１３上には、第１導電性酸化膜４ａと第１導電性部材５ａとが積層される。第１導電性酸化膜４ａ及び第１導電性部材５ａ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形成工程において、第１導電性酸化膜４ａを形成する前に、第２半導体層１３の表面に凹凸構造を形成する粗面化工程を行うことが好ましい。これにより、作製後の発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。特に、この凹凸構造があることにより第１発光部１から第２発光部に向かう光を散乱し、第２発光部２の第４半導体層２３側から取り出しやすくすることができる。第２半導体層１３の表面の粗面化は、例えば、ウェットエッチングにより行う。この粗面化工程により第２半導体層１３の表面に凹凸構造を形成した後、その第２半導体層１３の表面に第１導電性酸化膜４ａを形成した場合、第１導電性酸化膜４ａの表面にも第２半導体層１３の表面の凹凸構造に沿った凹凸構造が形成される。凹凸構造が形成された第１導電性酸化膜４ａ上に第１導電性部材５ａを形成する場合、第１導電性部材５ａの膜厚を、第１導電性酸化膜４ａの凹凸構造が覆われる程度、つまり第１導電性酸化膜４ａの凸部よりも厚く形成することが好ましい。これにより、後記する接合工程において、第１導電性部材５ａによる接合が第１導電性酸化膜４ａの凹凸構造により阻害されるおそれを低減することできる。凹凸構造は、例えば、１μｍ以上２μｍ以下の高さを有する複数の凸部を有する。
第１導電性部材５ａとしては、インジウム、亜鉛、錫、インジウム錫等の金属を用いることができる。第１導電性部材５ａは、複数の金属層が積層された多層構造とすることもできる。例えば、第１導電性酸化膜４ａ側から順に、インジウム層と錫層とを積層した多層構造とすることができる。これにより、後記する接合工程において、第１ウエハ１００と第２ウエハ２００との接合を安定して行うことができる。第１導電性部材５ａを上記した多層構造とする場合、それぞれの層の膜厚を０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。例えば、第１導電性部材５ａを第１導電性酸化膜４ａ側から順に、インジウム層と錫層とを積層した多層構造とする場合には、インジウム層の膜厚を０．８ｎｍ程度、錫層の膜厚を０．４ｎｍ程度にすることができる。
第１導電性部材５ａの膜厚は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下で形成することが好ましい。第１導電性部材５ａの膜厚を１ｎｍ以上とすることで、後記する接合工程において、第１導電性部材５ａを十分に酸化させ透過率を向上させやすい。第１導電性部材５ａの膜厚を１０ｎｍ以下とすることで、後記する接合工程後における第１導電性部材５ａによる光吸収を抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
＜第２形成工程＞
第２形成工程では、第２ウエハ２００の第３半導体層２１上に、第３半導体層２１と電気的に接続された第２導電性酸化膜４ｂを形成する。さらに、第２導電性酸化膜４ｂ上に第２導電性部材５ｂを形成する。図１０に示すように、第３半導体層２１上には、第２導電性酸化膜４ｂと第２導電性部材５ｂとが積層される。第２導電性酸化膜４ｂ及び第２導電性部材５ｂ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２形成工程では、第２ウエハ２００の第３半導体層２１上に、第３半導体層２１と電気的に接続された第２導電性酸化膜４ｂを形成する。さらに、第２導電性酸化膜４ｂ上に第２導電性部材５ｂを形成する。図１０に示すように、第３半導体層２１上には、第２導電性酸化膜４ｂと第２導電性部材５ｂとが積層される。第２導電性酸化膜４ｂ及び第２導電性部材５ｂ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２形成工程において、第２導電性酸化膜４ｂを形成する前に、第３半導体層２１の表面に凹凸構造を形成する第２粗面化工程を行うことが好ましい。これにより、作製後の発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。特に、凹凸構造があることにより第１発光部１から第２発光部２に向かう光を散乱し、第２発光部２の第４半導体層２３側から取り出しやすくすることができる。第３半導体層２１の表面の粗面化は、例えば、ウェットエッチングにより行う。第２粗面化工程により第３半導体層２１の表面に凹凸構造を形成した後、その第３半導体層２１の表面に第２導電性酸化膜４ｂを形成した場合、第２導電性酸化膜４ｂの表面にも第３半導体層２１の表面の凹凸構造に沿った凹凸構造が形成される。凹凸構造が形成された第２導電性酸化膜４ｂ上に第２導電性部材５ｂを形成する場合、第２導電性部材５ｂの膜厚を、第２導電性酸化膜４ｂの凹凸構造が覆われる程度、つまり第２導電性酸化膜４ｂの凸部よりも厚くすることが好ましい。これにより、後記する接合工程において、第２導電性部材５ｂによる接合が第２導電性酸化膜４ｂの凹凸構造により阻害されるおそれを低減することできる。凹凸構造は、例えば、１μｍ以上２μｍ以下の高さを有する複数の凸部を有する。
第２導電性部材５ｂとしては、前記した第１導電性部材５ａと同様の金属を用いることができる。また第１導電性部材５ａと同様に、第２導電性部材５ｂは、複数の金属層が積層された多層構造とすることもできる。例えば、第２導電性酸化膜４ｂ側から順に、インジウム層と錫層とを積層した多層構造とすることができる。これにより、後記する接合工程において、第１ウエハ１００と第２ウエハ２００との接合を安定して行うことができる。第２導電性部材５ｂを上記した多層構造とする場合、それぞれの層の膜厚を０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。例えば、第２導電性部材５ｂを第１導電性酸化膜４ａ側から順に、インジウム層と錫層とを積層した多層構造とする場合には、インジウム層の膜厚を０．８ｎｍ程度、錫層の膜厚を０．４ｎｍ程度にすることができる。
第２導電性部材５ｂの膜厚は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下で形成することが好ましい。第２導電性部材５ｂの膜厚を１ｎｍ以上とすることで、後記する接合工程において第２導電性部材５ｂを十分に酸化させ透過率を向上させやすい。第２導電性部材５ｂの膜厚を１０ｎｍ以下とすることで、第２導電性部材５ｂによる光吸収を抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
＜接合工程＞
図１１に示すように、接合工程では、第１導電性酸化膜４ａ上に設けた第１導電性部材５ａと第２導電性酸化膜４ｂ上に設けた第２導電性部材５ｂとを熱圧着により接合する。これにより、第１ウエハ１００と第２ウエハ２００とを接合する。図１２に示すように、第１基板７１上に、第１発光部１と第２発光部２とが設けられる。接合工程における熱圧着は、例えば、温度を２５０℃以上５５０℃以下とした真空中で、６０分以上９０分以下の間、圧力をかけることにより行う。
図１１に示すように、接合工程では、第１導電性酸化膜４ａ上に設けた第１導電性部材５ａと第２導電性酸化膜４ｂ上に設けた第２導電性部材５ｂとを熱圧着により接合する。これにより、第１ウエハ１００と第２ウエハ２００とを接合する。図１２に示すように、第１基板７１上に、第１発光部１と第２発光部２とが設けられる。接合工程における熱圧着は、例えば、温度を２５０℃以上５５０℃以下とした真空中で、６０分以上９０分以下の間、圧力をかけることにより行う。
接合工程後の第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂの第１活性層１２からの光の波長に対する透過率は、上記した第１形成工程及び第２形成工程における第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂの第１活性層１２からの光の波長に対する透過率よりも高くなっている。つまり、第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂは、接合工程を行うことで第１活性層１２からの光の波長に対する透過率が接合工程前に比べて高くなる。これは、第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂを構成する金属膜の一部が熱圧着を行うことにより酸化し、金属酸化膜に変化していることによるものであると推測される。例えば、第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂをインジウム層と錫層とを積層した多層構造で形成した後、接合工程を行うことにより、接合工程後の第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂの一部は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を含む部材に変化する。
また、本実施形態において、第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂは、第１導電性酸化膜４ａ及び第２導電性酸化膜４ｂにそれぞれ接した状態で接合工程が行われる。そのため、第１導電性酸化膜４ａ及び第２導電性酸化膜４ｂに含まれる酸素を第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂに供給し、第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂを構成する金属膜の酸化をより促進させることができる。したがって、本実施形態によれば、接合工程後の第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂの酸化を促進させ、第１活性層１２からの光の波長に対する透過率を効率良く高くすることができる。
第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂを、上記したインジウム層と錫層とを積層した多層構造として接合工程を行う場合、第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂそれぞれの錫層が接触した状態で熱圧着が行われる。このため、接合工程において、第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂそれぞれの錫層同士による接合が安定して行われる。その結果、第１ウエハ１００と第２ウエハ２００を安定して接合しつつ、第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂの第１活性層１２からの光の波長に対する透過率を接合工程の前よりも高くすることができる。
＜露出工程＞
接合工程の後、図１１に示す、第２ウエハ２００の第２基板７２を除去し、図１２に示すように、第４半導体層２３を露出させる。第２基板７２の除去は、上記した第３基板７３の除去方法と同様にレーザリフトオフ、あるいはウェットエッチングにより行うことができる。第２基板７２にシリコン基板を用いることにより、第２基板７２の除去を上記した第３基板７３の除去と同様に行いやすくなる。
接合工程の後、図１１に示す、第２ウエハ２００の第２基板７２を除去し、図１２に示すように、第４半導体層２３を露出させる。第２基板７２の除去は、上記した第３基板７３の除去方法と同様にレーザリフトオフ、あるいはウェットエッチングにより行うことができる。第２基板７２にシリコン基板を用いることにより、第２基板７２の除去を上記した第３基板７３の除去と同様に行いやすくなる。
＜第１電極形成工程＞
図１３に示すように、第１電極３１形成工程では、第２発光部２の第４半導体層２３上に、所定のパターンの第１電極３１を形成する。例えば、第１電極３１を、第４半導体層２３の上面の後記する切断位置ＣＬを避けた位置に形成する。第１電極３１は、例えばフォトレジストを用いたリフトオフ法により形成する。例えば、第４半導体層２３上の第１電極３１を形成しない部分にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクにして第４半導体層２３上及びそのフォトレジスト上に金属膜を形成する。そして、フォトレジスト上に形成された金属膜とともにフォトレジストを除去することにより第１電極３１を形成することができる。
図１３に示すように、第１電極３１形成工程では、第２発光部２の第４半導体層２３上に、所定のパターンの第１電極３１を形成する。例えば、第１電極３１を、第４半導体層２３の上面の後記する切断位置ＣＬを避けた位置に形成する。第１電極３１は、例えばフォトレジストを用いたリフトオフ法により形成する。例えば、第４半導体層２３上の第１電極３１を形成しない部分にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクにして第４半導体層２３上及びそのフォトレジスト上に金属膜を形成する。そして、フォトレジスト上に形成された金属膜とともにフォトレジストを除去することにより第１電極３１を形成することができる。
＜分割工程＞
最後に、第１電極３１が形成されたウエハを、所望の大きさの個々の発光装置に分割する。この分割は、ダイシングにより行われ、例えば図１３に示す切断位置ＣＬに沿って行う。
最後に、第１電極３１が形成されたウエハを、所望の大きさの個々の発光装置に分割する。この分割は、ダイシングにより行われ、例えば図１３に示す切断位置ＣＬに沿って行う。
以上の実施形態の発光装置の製造方法によれば、第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂを用いた接合工程により、接合部における活性層からの光の波長に対する透過率を向上させつつ、第１ウエハ１００と第２ウエハ２００とを接合することができる。したがって、第１発光部１と第２発光部２とを有し、光取り出し効率が向上された発光装置を容易に製造することができる。また、第１発光部１と第２発光部２を含む構造体の上下に第１電極３１及び第２電極３２を形成することが可能になる。その結果、発光装置の上面視における単位面積当たりの第１活性層１２及び第２活性層２２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。
次に、実施形態の発光装置の各構成部材について説明する。
＜基板７＞
基板７としては、Ｓｉ、ＣｕＷ、Ｍｏ等からなる基板を用いることができる。基板７にシリコン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い。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。また、基板７にシリコンからなる基板を用いることで、後述する切断工程において、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。
基板７としては、Ｓｉ、ＣｕＷ、Ｍｏ等からなる基板を用いることができる。基板７にシリコン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い。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。また、基板７にシリコンからなる基板を用いることで、後述する切断工程において、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。
＜第１発光部１、第２発光部２＞
第１発光部１は、基板７側から順に、第１導電型の第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層１３と、を含む。第２発光部２は、第１発光部１と同様に、第１発光部側から順に、第１導電型の第３半導体層２１と、第２活性層２２と、第２導電型の第４半導体層２３と、を含む。ここで、第１導電型とは、ｎ型及びｐ型の一方の導電型のことをいい、第２導電型とは、他方の導電型のことをいう。本実施形態においては、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としている。
第１発光部１は、基板７側から順に、第１導電型の第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層１３と、を含む。第２発光部２は、第１発光部１と同様に、第１発光部側から順に、第１導電型の第３半導体層２１と、第２活性層２２と、第２導電型の第４半導体層２３と、を含む。ここで、第１導電型とは、ｎ型及びｐ型の一方の導電型のことをいい、第２導電型とは、他方の導電型のことをいう。本実施形態においては、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としている。
第１発光部１及び第２発光部２を構成する半導体材料としては、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１））の積層半導体等を用いることができる。
第１半導体層１１、第２半導体層１３、第３半導体層２１、及び第４半導体層２３は、それぞれ単一の層で構成されていてもよいし、複数の層を含んだ積層構造で構成されていてもよい。また、第１半導体層１１及び第３半導体層２１は、第１導電型ではない層、例えば、アンドープの半導体層を一部に含んでいてもよく、第２半導体層１３及び第４半導体層２３は、第２導電型ではない層、アンドープの半導体層を一部に含んでいてもよい。ここで、アンドープの半導体層とは、成長させるときに第１又は第２導電型の不純物を添加することなく成長させた層のことをいい、例えば、隣接する層から拡散等により混入する不可避的な不純物を含んでいてもよい。
また、第１活性層１２及び第２活性層２２は、単一又は多重量子井戸構造であってもよい。また、第１活性層１２及び第２活性層２２は略同じ発光ピーク波長を有する。第１活性層１２及び第２活性層２２の発光ピーク波長はそれぞれ、例えば、４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である。
第１発光部１の第２半導体層１３の上面には、凹凸構造が形成されていることが好ましい。後述するように、この第２半導体層１３の上面とは第１透光性導電膜４ａとの界面である。この凹凸構造により、第１発光部１から第２発光部２に向かう光を取り出しやすくすることができる。第２発光部２の第３半導体層２１の下面には、凹凸構造が形成されていることが好ましい。この凹凸構造により、第１発光部１から第２発光部２に向かう光を取り出しやすくすることができる。
＜第１導電性酸化膜４ａ、第２導電性酸化膜４ｂ＞
第１導電性酸化膜４ａは、第１発光部１の第２半導体層１３の上面に設けられている。第２導電性酸化膜４ｂは、第２発光部２の第３半導体層２１の下面に設けられている。第１導電性酸化膜４ａは、第１発光部１の第２半導体層１３とオーミック接触するための電極として機能する。第２導電性酸化膜４ｂは、第２発光部２の第３半導体層２１とオーミック接触するための電極として機能する。
第１導電性酸化膜４ａは、第１発光部１の第２半導体層１３の上面に設けられている。第２導電性酸化膜４ｂは、第２発光部２の第３半導体層２１の下面に設けられている。第１導電性酸化膜４ａは、第１発光部１の第２半導体層１３とオーミック接触するための電極として機能する。第２導電性酸化膜４ｂは、第２発光部２の第３半導体層２１とオーミック接触するための電極として機能する。
凹凸構造が形成された第２半導体層１３の表面に第１導電性酸化膜４ａを形成する場合には、第１導電性酸化膜４ａの表面に第２半導体層１３の凹凸構造に沿った凹凸構造が形成されていることが好ましい。同様に、凹凸構造が形成された第３半導体層２１の表面に第２導電性酸化膜４ｂを形成する場合には、第２導電性酸化膜４ｂの表面に第３半導体層２１の凹凸構造に沿った凹凸構造が形成されていることが好ましい。第１導電性酸化膜４ａ及び第２導電性酸化膜４ｂの表面に凹凸構造が形成されていることで、第１発光部１から第２発光部２に向かう光が、第１導電性酸化膜４ａと導電性部材５との界面、または第２導電性酸化膜４ｂと導電性部材５との界面で散乱される。そのため、第１発光部１から第２発光部２に向かう光のうち第２発光部１側に反射される光を低減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。凹凸構造は、例えば、１μｍ以上２μｍ以下の高さを有する複数の凸部を有する。
第１導電性酸化膜４ａ及び第２導電性酸化膜４ｂを構成する材料としては、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光に対して、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い。第１導電性酸化膜４ａ及び第２導電性酸化膜４ｂには、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの金属酸化物を用いることができる。これにより、第１導電性酸化膜４ａ及び第２導電性酸化膜４ｂにより第１発光部１及び第２発光部２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。
第１導電性酸化膜４ａの膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。及び第２導電性酸化膜４ｂの膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。第１導電性酸化膜４ａ及び第２導電性酸化膜４ｂの膜厚を１０ｎｍ以上とすることで、半導体層とのオーミック接触を確保しやすくできる。第１導電性酸化膜４ａ及び第２導電性酸化膜４ｂの膜厚を１０００ｎｍ以下とすることで、第１導電性酸化膜４ａ及び第２導電性酸化膜４ｂによる光吸収を低減させることができる。
＜導電性部材５＞
導電性部材５は、第１導電性酸化膜４ａと第２導電性酸化膜４ｂとの間に設けられ、第１発光部１と第２発光部２とを電気的に接続する。導電性部材５は、第１導電性部材５ａと第２導電性部材５ｂとが接合されることで形成される。導電性部材５を構成する材料としては、インジウム、錫、及び亜鉛、またはこれらの金属を主成分とする合金や酸化物があげられる。
導電性部材５は、第１導電性酸化膜４ａと第２導電性酸化膜４ｂとの間に設けられ、第１発光部１と第２発光部２とを電気的に接続する。導電性部材５は、第１導電性部材５ａと第２導電性部材５ｂとが接合されることで形成される。導電性部材５を構成する材料としては、インジウム、錫、及び亜鉛、またはこれらの金属を主成分とする合金や酸化物があげられる。
＜金属層６＞
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が含まれていることが好ましい。例えば、Ｐｔ、Ｔｉからなる金属層を密着層として含んでいることが好ましい。本実施形態において、金属層６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。
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が含まれていることが好ましい。例えば、Ｐｔ、Ｔｉからなる金属層を密着層として含んでいることが好ましい。本実施形態において、金属層６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１電極３１＞
第１電極３１は、第２発光部２の第４半導体層２３の上面に設けられている。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４半導体層２３の表面から、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｔｉ層がこの順に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電極３１は、第２発光部２の第４半導体層２３の上面に設けられている。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４半導体層２３の表面から、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｔｉ層がこの順に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２電極３２＞
第２電極３２は、第１発光部１の第１半導体層１１の下面に設けられている。第２電極３２としては、第１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、第１発光部１及び第２発光部２からの光を第２発光部２の第４半導体層２３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１半導体層１１の表面から、Ａｇ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層がこの順に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２電極３２は、第１発光部１の第１半導体層１１の下面に設けられている。第２電極３２としては、第１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、第１発光部１及び第２発光部２からの光を第２発光部２の第４半導体層２３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１半導体層１１の表面から、Ａｇ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層がこの順に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。
１ 第１発光部
２ 第２発光部
４ 導電性酸化膜
４ａ 第１導電性酸化膜
４ｂ 第２導電性酸化膜
５ 導電性部材
５ａ 第１導電性部材
５ｂ 第２導電性部材
６ 金属層
７ 基板
７１ 第１基板
７２ 第２基板
７３ 第３基板
１１ 第１半導体層
１２ 第１活性層
１３ 第２半導体層
２１ 第３半導体層
２２ 第２活性層
２３ 第４半導体層
３１ 第１電極
３２ 第２電極
３５ 絶縁膜
１００ 第１ウエハ
２００ 第２ウエハ
２ 第２発光部
４ 導電性酸化膜
４ａ 第１導電性酸化膜
４ｂ 第２導電性酸化膜
５ 導電性部材
５ａ 第１導電性部材
５ｂ 第２導電性部材
６ 金属層
７ 基板
７１ 第１基板
７２ 第２基板
７３ 第３基板
１１ 第１半導体層
１２ 第１活性層
１３ 第２半導体層
２１ 第３半導体層
２２ 第２活性層
２３ 第４半導体層
３１ 第１電極
３２ 第２電極
３５ 絶縁膜
１００ 第１ウエハ
２００ 第２ウエハ
Claims (7)
- 第１基板と、前記第１基板上に、第１導電型の第１半導体層と、第１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、を前記第１基板側から順に含む第１ウエハを準備する第１ウエハ準備工程と、
第２基板と、前記第２基板上に、前記第２導電型の第４半導体層と、第２活性層と、前記第１導電型の第３半導体層と、を前記第２基板側から順に含む第２ウエハを準備する第２ウエハ準備工程と、
前記第１ウエハの表面に露出した前記第２半導体層上に、前記第２半導体層と電気的に接続された透光性を有する第１導電性酸化膜と、前記第１導電性酸化膜上に設けられた第１導電性部材と、を形成する第１形成工程と、
前記第２ウエハの前記第３半導体層上に、前記第３半導体層と電気的に接続された透光性を有する第２導電性酸化膜と、前記第２導電性酸化膜上に設けられた第２導電性部材と、を形成する第２形成工程と、
前記第１ウエハ及び前記第２ウエハを、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材とを熱圧着させることにより接合する接合工程と、
前記接合工程の後、前記第２ウエハの前記第２基板を除去し、前記第４半導体層を露出させる露出工程と、を備え、
前記接合工程後の前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材の前記第１活性層からの光の波長に対する透過率は、前記第１形成工程及び前記第２形成工程における前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材の前記第１活性層からの光の波長に対する透過率よりも高い発光装置の製造方法。 - 前記第１形成工程において、前記第１導電性酸化膜を形成する前に、前記第２半導体層の表面に凹凸構造を形成する請求項１に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第２形成工程において、前記第２導電性酸化膜を形成する前に、前記第３半導体層の表面に凹凸構造を形成する請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
- 前記露出工程において露出させた前記第４半導体層の表面に、第１電極を形成する第１電極形成工程をさらに含み、
前記第１ウエハ準備工程において、前記第１基板と前記第１半導体層との間に、前記第１基板と前記第１半導体層とを電気的に接続する第２電極を形成する請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。 - 前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材を、インジウム層と錫層とを積層した積層膜により形成する請求項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導電性部材を、前記第１導電性酸化膜側から順に、インジウム層と錫層とを積層した多層構造により形成し、
前記第２導電性部材を、前記第２導電性酸化膜側から順に、インジウム層と錫層とを積層した多層構造により形成し、
前記接合工程において、前記第１ウエハの前記錫層と、前記第２ウエハの前記錫層とを接触させて接合する請求項５に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第１導電性酸化膜及び前記第２導電性酸化膜を、酸化インジウム錫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。
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