JP4970400B2

JP4970400B2 - 発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP4970400B2
Application number: JP2008263583A
Authority: JP
Inventors: 和幸山江; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: JP2009010426A

Description

本発明は、発光素子の製造方法に関する。

従来の発光素子の製造方法として、透明基板にダイシング溝を形成し、その上に半導体層を成長させて、レーザ光の照射時に、透明基板の分離を容易にする技術がある（特許文献１参照）。

この技術では、半導体層に微細凹凸構造が形成されないので、光の取り出し効率の向上が望めない。

そこで、透明基板にレーザ光を照射して、半導体層から分離するとともに、この半導体層の分離面を擦ることで、スクラッチ痕による凹凸形状を形成する技術がある（特許文献２参照）。

この技術では、半導体層に対する凹凸形状の形成と透明基板の分離とが行えるので、光の取り出し効率を向上させることができる。
特開２０００−１０１１３９号公報特開２００３−２１８３９４号公報

しかしながら、上述の特許文献２の技術では、半導体層に対する凹凸形状がランダムなものとなり再現性が得られにくいので、予めシミュレーション等のデバイス設計で得られる最適形状の光学設計を実現することが困難であった。

本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、デバイス設計性を向上させた発光素子の製造方法を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、透明基板の一面に半導体層を形成する第１工程と、前記透明基板の他面側から所定の光を照射して、前記透明基板と前記半導体層とを分離する第２工程とを備え、前記第２工程は、所定の光として、異なる透過率の光を用いて光の強度分布を制御して、前記半導体層の前記透明基板の一面との界面に微細凹凸構造を形成するものであり、前記光の強度分布を制御する手段として、前記透明基板の他面に、組成比が可変であるパターニング材料をエピタキシャル成長させ、このパターニング材料により光の透過率を制御するものである。

本発明によれば、異なる透過率の光の強度分布の制御によって、半導体層の透明基板の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造を精度良く形成するととともに、光によって、透明基板を半導体層から容易に分離することができる。したがって、発光素子の放熱性が向上するとともに、発光素子を小型化でき、デバイス設計性も向上するようになる。また、半導体層に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造を精度良く形成できるから、光の取り出し効率が向上するようになる。さらに、１回の光照射のみで、半導体層に対する微細凹凸構造の精度良い形成と透明基板の分離とが同時に行えるから、製造時間や製造コストを大幅に削減することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、実施形態の発光素子１の製造方法である。

図１（ａ）の第１工程では、透明基板〔例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板〕２の一面（図では下面）に、半導体層〔例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）層…Ｎ型ＧａＮ＋Ｐ型ＧａＮ〕３を形成する。かかる発光素子１の構造自体は公知である。

図１では、製造工程で用いる発光素子１は、簡略のため１つの発光素子１のチップを用いた例を示しているが、ウエハ上に複数個の発光素子のチップを設けたものを使用しても良い。

図１（ｂ）の第２工程では、前記透明基板２の他面側から所定の光Ｌを照射して、前記透明基板２と前記半導体層３とを分離する。なお、図１（ｂ）では、前記透明基板２を分離する途中の傾けた状態で描いているが、所定の光Ｌを照射する際は、透明基板２は水平状態である。

ここで、所定の光Ｌとは、透明基板２を透過して、半導体層３で吸収されるような光であり、この所定の光Ｌによって半導体層３の透明基板２との界面をアブレーション加工することで、半導体層３から透明基板２が分離（剥離）されるようになる。この透明基板２を分離した後の半導体層３の界面に残る分解物（ガリウム）層は、塩酸や燐酸等によって除去することが可能である。

ところで、透明基板２を分離する際に、透明基板２と半導体層３との界面において、半導体（窒化ガリウム）層３が分解されて生成する分解物（ガリウム）層の厚みは、照射される光の強度に大きく依存する。

したがって、光照射強度に空間的分布〔図１（ｂ）の強照射領域ａと弱照射領域ｂ〕を持たせることで、分解物（ガリウム）層の厚みにも空間的分布〔図１（ｂ）の凹部ｃと凸部ｄ〕を待たせることが可能となる。したがって、塩酸等によって分解物（ガリウム）層を除去すると、図１（ｃ）のように、半導体層３の透明基板２の一面との界面に微細凹凸構造３ａを形成することが可能となる。なお、微細凹凸構造３ａは、例えば、発光素子１から光取り出し効率が最適となるように、シミュレーション等のデバイス設計を用いて予めその形状が決められている。

そこで、前記所定の光Ｌとして、異なる透過率の光Ｌ２を用いて光の強度分布を制御すれば、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成することができる。

例えば、図２（ａ）のように、結像マスク５と結像レンズ６とを照射光内に設置する。前記結像マスク５は透明な石英ガラス製であって、マスク部分５ａには金属等をマスキングしている。

この結像マスク５によって、光照射強度に空間的分布〔図２（ａ）の強照射領域ａと弱照射領域ｂ〕を持たせることで、分解物（ガリウム）層の厚みにも空間的分布〔図２（ａ）の凹部ｃと凸部ｄ〕を待たせることが可能となる。したがって、塩酸等によって分解物（ガリウム）層を除去すると、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａ〔図１（ｃ）を参照〕を精度良く形成できるようになる。

異なる透過率の光Ｌ２を利用する方法として、透明基板２の他面に光を遮断する金属や透過率が減少する有機多層膜を所定のパターンで蒸着しても良い。

また、図２（ｂ）のように、光の強度分布を制御する手段として、透明基板２の他面に、組成比が可変であるパターニング材料７をエピタキシャル成長させ、このパターニング材料７により光の透過率を制御することができる。

具体的には、パターニング材料７として、例えば窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ）をエピタキシャル成長させた後、フォトリソグラフィ等を利用してパターニングする。

照射光として、ＫｒＦエキシマレーザ光（λ＝２４８ｎｍ）を用いた場合、窒化アルミニウムガリウムの組成比ｘをλ＞２４８ｎｍとなるように変化させれば、窒化アルミニウムガリウムを透過するレーザ光は減衰して、光照射強度に空間的分布〔図２（ｂ）の強照射領域ａと弱照射領域ｂ〕を持たせることで、分解物（ガリウム）層の厚みにも空間的分布〔図２（ｂ）の凹部ｃと凸部ｄ〕を待たせることが可能となる。したがって、塩酸等によって分解物（ガリウム）層を除去すると、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａ〔図１（ｃ）を参照〕を精度良く形成できるようになる。

窒化アルミニウムガリウムは、アルミニウム（Ａｌ）の組成比ｘを変化することで、λ＝２００〜３６０ｎｍにまで変化させることが可能であり、レーザ光に対する吸収率を連続的に変化させることが可能であるため、微細凹凸構造３ａを高精度に制御することができる。

パターニング材料７としては、３元系の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ）の他に、硫化カドミウム亜鉛（Ｚｎ_ｘＣｄ_１−ｘＳ）、窒化アルミニウムホウ素（Ａｌ_ｘＢ_１−ｘＮ）、窒化インジウムホウ素（Ｉｎ_ｘＢ_１−ｘＮ）、窒化ガリウムホウ素（Ｇａ_ｘＢ_１−ｘＮ）、窒化インジウムアルミニウム（Ｉｎ_ｘＡｌ_１−ｘＮ）が可能である。

また、４元系の窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムインジウムホウ素（ＡｌＩｎＢＮ）、窒化インジウムガリウムホウ素（ＩｎＧａＢＮ）、窒化アルミニウムガリウムホウ素（ＡｌＧａＢＮ）が可能である。

なお、照射光の種類やパターニング材料７は、前記のものに限定されるものではなく、適宜に変更が可能である。

前記実施形態の発光素子１の製造方法では、異なる透過率の光Ｌ２の強度分布の制御によって、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成し、異なる透過率の光Ｌ２によって、透明基板２を半導体層３から容易に分離することができる。したがって、発光素子１の放熱性が向上するとともに、発光素子１を小型化でき、デバイス設計性も向上するようになる。

また、半導体層３に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成できるから、光の取り出し効率が向上するようになる。例えば、３６００ｎｍ周期、２２００ｎｍ深さの微細凹凸構造３ａを形成すれば、約１．５倍の光の取り出しが可能となる。

さらに、１回の光照射のみで、半導体層３に対する微細凹凸構造３ａの精度良い形成と透明基板２の分離とが同時に行えるから、製造時間や製造コストを大幅に削減することが可能になる。

また、パターニング材料７の組成比を変えることで、透過率の制御が容易に行える。

本発明に係る発光素子の製造工程の基本原理図である。（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係る発光素子の製造工程図である。

符号の説明

１発光素子
２透明基板
３半導体層
３ａ微細凹凸構造
５結像マスク
７パターニング材料
Ｌ所定の光
Ｌ２異なる透過率の光

Claims

透明基板の一面に半導体層を形成する第１工程と、
前記透明基板の他面側から所定の光を照射して、前記透明基板と前記半導体層とを分離する第２工程とを備え、
前記第２工程は、所定の光として、異なる透過率の光を用いて光の強度分布を制御して、前記半導体層の前記透明基板の一面との界面に微細凹凸構造を形成するものであり、
前記光の強度分布を制御する手段として、前記透明基板の他面に、組成比が可変であるパターニング材料をエピタキシャル成長させ、このパターニング材料により光の透過率を制御することを特徴とする発光素子の製造方法。