JP6352551B2 - 窒化物半導体紫外線発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体紫外線発光装置に関し、特に、非晶質フッ素樹脂によって封止された発光中心波長が約３５０ｎｍ以下の発光を基板裏面側から取り出す裏面出射型の窒化物半導体紫外線発光装置に関する。

従来から、ＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザ等の窒化物半導体発光素子は、サファイア等の基板上にエピタキシャル成長により複数の窒化物半導体層からなる発光素子構造を形成したものが多数存在する（例えば、下記の非特許文献１、非特許文献２参照）。窒化物半導体層は、一般式Ａｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｇａ_ｘＩｎ_ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される。

発光素子構造は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ）或いは多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ）の窒化物半導体層よりなる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。活性層がＡｌＧａＮ系半導体層の場合、ＡｌＮモル分率（Ａｌ組成比とも言う）を調整することにより、バンドギャップエネルギを、ＧａＮとＡｌＮが取り得るバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶと約６．２ｅＶ）を夫々下限及び上限とする範囲内で調整でき、発光波長が約２００ｎｍから約３６５ｎｍまでの紫外線発光素子が得られる。具体的には、ｐ型窒化物半導体層からｎ型窒化物半導体層に向けて順方向電流を流すことで、活性層において上記バンドギャップエネルギに応じた発光が生じる。

一方、窒化物半導体紫外線発光素子の実装形態として、フリップチップ実装が一般的に採用されている（例えば、下記特許文献１の図４等参照）。フリップチップ実装では、活性層からの発光が、活性層よりバンドギャップエネルギの大きいＡｌＧａＮ系窒化物半導体及びサファイア基板等を透過して、素子外に取り出される。このため、フリップチップ実装では、サファイア基板が上向きになり、チップ上面側に向けて形成されたｐ側及びｎ側の各電極面が下向きになり、チップ側の各電極面とサブマウント等のパッケージ部品側の電極パッドとが、各電極面上に形成された金属バンプを介して、電気的及び物理的に接合される。

窒化物半導体紫外線発光素子は、一般的に、下記特許文献２の図４，６及び７等、或いは、下記特許文献３の図２，４及び６等に開示されているように、フッ素系樹脂或いはシリコーン樹脂等の紫外線透過性の樹脂によって封止されて実用に供される。当該封止樹脂は、内部の紫外線発光素子を外部雰囲気から保護して、水分の浸入や酸化等による発光素子の劣化を防いでいる。更に、当該封止樹脂は、集光レンズと紫外線発光素子との間の屈折率差、或いは、紫外線の照射対象空間と紫外線発光素子との間の屈折率差に起因する光の反射損失を緩和して、光の取り出し効率の向上を図るための屈折率差緩和材料として設けられる場合もある。また、当該封止樹脂の表面を球面等の集光性曲面に成形して、照射効率を高めることもできる。

国際公開第２０１４／１７８２８８号 特開２００７−３１１７０７号公報 米国特許出願公開第２００６／０１３８４４３号明細書 特開２００６−３４８０８８号公報

Ｋｅｎｔａｒｏ Ｎａｇａｍａｔｓｕ，ｅｔａｌ．，"Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＡｌＧａＮ−ｂａｓｅｄ ＵＶ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｏｎ ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｏｖｅｒｇｒｏｗｎ ＡｌＮ"，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，２００８，３１０，ｐｐ．２３２６−２３２９ Ｓｈｉｇｅａｋｉ Ｓｕｍｉｙａ，ｅｔａｌ．，"ＡｌＧａＮ−Ｂａｓｅｄ Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ Ｇｒｏｗｎ ｏｎ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＡｌＮ／Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｔｅｍｐｌａｔｅｓ"，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４７， Ｎｏ．１， ２００８，ｐｐ．４３−４６ Ｋｉｈｏ Ｙａｍａｄａ，ｅｔａｌ．，"Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｕｎｄｅｒｆｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｅｅｐ−ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ＬＥＤｓ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，８，０１２１０１，２０１５

上述のように、紫外線発光素子の封止樹脂として、フッ素系樹脂及びシリコーン樹脂等の使用が提案されているが、シリコーン樹脂は、高エネルギの紫外線を多量に被曝すると劣化が進むことが分かっている。特に、紫外線発光素子の低波長化並びに高出力化が進められており、紫外線被曝による劣化が加速される傾向にあり、また、高出力化に伴う消費電力の増加により発熱も増加して、当該発熱による封止樹脂の劣化も問題となる。

また、フッ素系樹脂は、耐熱性に優れ、紫外線耐性も高いことが知られているが、ポリテトラフルオロエチレン等の一般的なフッ素樹脂は、不透明である。当該フッ素系樹脂は、ポリマー鎖が直線的で剛直であり、容易に結晶化するため、結晶質部分と非晶質部分が混在し、その界面で光が散乱して不透明となる。

そこで、例えば、上記特許文献４では、紫外線発光素子の封止樹脂として、非晶質のフッ素樹脂を使用することで、紫外線に対する透明性を高めることが提案されている。非晶質のフッ素樹脂としては、結晶性ポリマーのフッ素樹脂を共重合化してポリマーアロイとして非晶質化させたものや、パーフルオロジオキソールの共重合体（デュポン社製の商品名テフロンＡＦ（登録商標））やパーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体（旭硝子社製の商品名サイトップ（登録商標））が挙げられる。後者の環化重合体のフッ素樹脂は、主鎖に環状構造を持つため非晶質となり易く、透明性が高い。

非晶質フッ素樹脂は、大別して、カルボキシル基等の金属に対して結合可能な反応性官能基を有する結合性の非晶質フッ素樹脂と、パーフルオロアルキル基等の金属に対して難結合性の官能基を有する非結合性の非晶質フッ素樹脂の２種類がある。ＬＥＤチップを搭載する基台表面及びＬＥＤチップを覆う部分に、結合性の非晶質フッ素樹脂を用いて、基台等とフッ素樹脂間の結合性を高めることができる。尚、本発明において、「結合性」という用語は、金属等の界面と親和性を有するという意味内容を含む。同様に、「非結合性」という用語は、金属等の界面と親和性を有しないまたは当該親和性が極めて小さいという意味内容を含む。

一方、上記特許文献１及び上記非特許文献３では、末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性官能基を有する結合性の非晶質フッ素樹脂を、発光中心波長が３００ｎｍ以下の深紫外線を発光する窒化物半導体紫外線発光素子のパッド電極を被覆する箇所に使用した場合に、紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極に夫々接続する金属電極配線間に順方向電圧を印加して紫外線発光動作を行うと、紫外線発光素子の電気的特性に劣化の生じることが報告されている。具体的には、紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極間に抵抗性のリーク電流経路が形成されることが確認されている。上記特許文献１によれば、非晶質フッ素樹脂が、結合性の非晶質フッ素樹脂であると、高エネルギの深紫外線が照射された当該結合性の非晶質フッ素樹脂において、光化学反応により反応性の末端官能基が分離してラジカル化し、パッド電極を構成する金属原子と配位結合を起こして、当該金属原子がパッド電極から分離すると考えられ、更に、発光動作中はパッド電極間に電界が印加される結果、当該金属原子がマイグレーションを起こして、抵抗性のリーク電流経路が形成され、紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極間が短絡するものと考えられている。

更に、上記非特許文献３では、結合性の非晶質フッ素樹脂を使用した場合に、深紫外線の発光動作によるストレスを継続して印加すると、当該非晶質フッ素樹脂の光化学反応による分解が生じ、基台側の金属電極配線を被覆する非晶質フッ素樹脂と当該金属電極配線の間に気泡が生じることが報告されている。

上記特許文献１及び上記非特許文献３では、深紫外線を発光する窒化物半導体紫外線発光素子に対して、光化学反応に起因する上述の紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極間の短絡、及び、非晶質フッ素樹脂と金属電極配線間の気泡発生を回避するために、上記非結合性フッ素樹脂の使用が推奨されている。

しかしながら、上記非結合性の非晶質フッ素樹脂は、上述の通り、金属に対して難結合性を呈するが、フリップチップ実装時に非結合性の非晶質フッ素樹脂と直接接するサファイア基板の裏面に対しても難結合性を呈する。つまり、非結合性の非晶質フッ素樹脂とサファイア基板の裏面との界面におけるファンデルワース力による結合が弱いため、何らかの要因で、当該界面に当該ファンデルワース力より大きな斥力が生じると、非晶質フッ素樹脂の一部がサファイア基板の裏面から剥離して、当該剥離部分に空隙が生じる可能性が否定できない。万が一、サファイア基板の裏面に上記空隙が生じて、空気等の低屈折率のガスが浸入すると、サファイア基板から非晶質フッ素樹脂側への紫外線の透過が阻害され、紫外線発光の素子外部への取り出し効率が低下する虞がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非結合性の非晶質フッ素樹脂の使用により光化学反応に起因する電気的特性の劣化及び非晶質フッ素樹脂の分解等を防止し、更に、当該非晶質フッ素樹脂の剥離を防止し、高品質、高信頼度の紫外線発光装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、フリップチップ実装用の基台上に、窒化物半導体紫外線発光素子をフリップチップ実装してなる窒化物半導体紫外線発光装置であって、
前記窒化物半導体紫外線発光素子が、サファイア基板と、前記サファイア基板の表面上に積層された複数のＡｌＧａＮ系半導体層と、１または複数の金属層からなるｎ電極と、１または複数の金属層からなるｐ電極と、前記サファイア基板の裏面上に形成された紫外線を透過する無機化合物からなる裏面被覆層を備えてなり、
前記裏面被覆層が、前記サファイア基板の裏面の一部を露出する開口部を有し、前記開口部が、前記サファイア基板の裏面上に一様に分散或いは分布して配置されており、前記サファイア基板の裏面に垂直な前記開口部の断面形状が、前記裏面に近い箇所の開口幅が前記裏面から遠い箇所の開口幅より広くなっている部分を有し、
前記窒化物半導体紫外線発光素子が、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂によって樹脂封止されており、前記非晶質フッ素樹脂により、前記裏面被覆層の表面が被覆され、且つ、前記開口部の内部が充填されていることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置を提供する。

尚、本発明では、ＡｌＧａＮ系半導体は、一般式Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（ｘはＡｌＮモル分率、０≦ｘ≦１）で表わされる３元（または２元）加工物を基本とし、そのバンドギャップエネルギがＧａＮ（ｘ＝０）のバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶ）以上の３族窒化物半導体であり、当該バンドギャップエネルギに関する条件を満たす限りにおいて、微量のＩｎが含有されている場合も含まれる。

上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置では、先ず、窒化物半導体紫外線発光素子を封止する樹脂として末端官能基がパーフルオロアルキル基である非結合性の非晶質フッ素樹脂が使用されるため、上述の紫外線発光動作に伴う結合性の非晶質フッ素樹脂を使用した場合の光化学反応に起因する電気的特性の劣化及び非晶質フッ素樹脂の分解等の発生が防止できる。

更に、サファイア基板の裏面に開口部を有する裏面被覆層が設けられているため、非晶質フッ素樹脂と窒化物半導体紫外線発光素子間の接触面積が、裏面被覆層が無い場合のサファイア基板の裏面の面積から、開口部の底面に露出したサファイア基板の裏面と、裏面被覆層の開口部を除く上面と、裏面被覆層の開口部の側壁面の各面積の合計に増加するため、非晶質フッ素樹脂と窒化物半導体紫外線発光素子間のファンデルワース結合が増加する。更に、サファイア基板の裏面に垂直な開口部の断面形状が、裏面に近い箇所の開口幅が裏面から遠い箇所の開口幅より広くなっている部分、例えば、サファイア基板の裏面を基準として裏面被覆層側を上方向とした場合に、順テーパ状の部分を有しているため、つまり、裏面被覆層の開口部内に面した側壁面が少なくとも部分的に逆テーパ状或いはオーバーハング状になっているため、開口部の内部に充填されている非晶質フッ素樹脂が物理的に外れ難くなっている。また、当該開口部が、サファイア基板の裏面上に分散的に設けられているため、当該開口部の内部の非晶質フッ素樹脂がアンカーとなって、サファイア基板の裏面側を被覆する非晶質フッ素樹脂の全体が剥離し難くなっている。結果として、非晶質フッ素樹脂と窒化物半導体紫外線発光素子間の密着性が、化学的且つ物理的に強化されている。

更に、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記裏面被覆層が、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２の何れか１層、または、これらの内の少なくとも２層の積層体であることが好ましい。当該好適な態様により、紫外線に対して透明で、高紫外線耐性の裏面被覆層が実現できる。

更に、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記裏面被覆層の屈折率が、前記サファイア基板の屈折率より大きいことが好ましい。当該好適な態様により、後述の如く、紫外線発光を窒化物半導体紫外線発光素子から非晶質フッ素樹脂を介して外部へ取り出す光取出し効率が向上する。

更に、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記開口部の平面視形状が、ドット状、ストライプ状、格子状、同心円状、同心環状、渦巻き状の何れか１つの形状であることが好ましい。当該好適な態様により、裏面被覆層の開口部をサファイア基板の裏面に対して略均等に分散して設けることができる。

更に、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記非晶質フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有することが好ましい。

更に、本発明は、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法であって、前記窒化物半導体紫外線発光素子の製造工程が、
サファイア基板の表面上に、複数のＡｌＧａＮ系半導体層と、１または複数の金属層からなるｎ電極と、１または複数の金属層からなるｐ電極を形成した後、
前記サファイア基板の裏面上にレジスト層を形成した後、前記レジスト層を、所定の平面視形状に、且つ、前記サファイア基板の裏面に垂直な断面形状が前記裏面に近い箇所の幅が前記裏面から遠い箇所の幅より広くなっている部分を有するように、パターニングする工程と、
パターニング後の前記レジスト層上及び前記レジスト層に被覆されていない前記サファイア基板の裏面上に、紫外線を透過する裏面被覆層を堆積する工程と、
前記パターニング後の前記レジスト層及び前記レジスト層の上面に堆積した前記裏面被覆層を除去して、前記裏面被覆層をパターニングする工程を、備えることを第１の特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法を提供する。

上記第１の特徴の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法によれば、窒化物半導体紫外線発光装置に使用する窒化物半導体紫外線発光素子のサファイア基板の裏面に、断面形状が裏面に近い箇所の開口幅が裏面から遠い箇所の開口幅より広くなっている部分を有する開口部を分散的に備えた裏面被覆層を形成することができる。その結果、当該要領で製造された窒化物半導体紫外線発光装置は、上述の非晶質フッ素樹脂と窒化物半導体紫外線発光素子間の密着性が化学的且つ物理的に強化されるという作用効果を奏し得ることとなる。

更に、上記第１の特徴の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法は、前記レジスト層がフォトレジストであって、前記レジスト層をパターニングする工程が、前記サファイア基板の裏面上に前記フォトレジストを形成した後、前記フォトレジストに対して露光及び現像処理を行って、前記フォトレジストを、前記所定の平面視形状に、且つ、前記サファイア基板の裏面に垂直な断面形状が前記裏面に近い箇所の幅が前記裏面から遠い箇所の幅より広くなっている部分を有するように、パターニングする工程であることが好ましい。当該好適な態様により、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、窒化物半導体紫外線発光素子のサファイア基板の裏面に、断面形状が裏面に近い箇所の開口幅が裏面から遠い箇所の開口幅より広くなっている部分を有する開口部を分散的に備えた裏面被覆層を形成することができる。

更に、本発明は、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体紫外線発光素子の前記ｐ電極と前記ｎ電極を、前記基台上に形成された前記ｐ電極と前記ｎ電極に対応する電極パッドと、ボンディング材料を介して夫々電気的及び物理的に接続させて、前記窒化物半導体紫外線発光素子を前記基台上にフリップチップ実装する工程と、
前記基台の前記窒化物半導体紫外線発光素子を載置する載置面と、前記窒化物半導体紫外線発光素子の側面と、前記裏面被覆層の表面と、前記開口部の開口面を被覆するとともに、前記基台の前記載置面と前記窒化物半導体紫外線発光素子との間の間隙部と、前記裏面被覆層の前記開口部の内部を充填する前記非晶質フッ素樹脂からなる樹脂層を形成する工程を有することを第２の特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法を提供する。

上記第２の特徴の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法によれば、窒化物半導体紫外線発光素子が、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非結合性の非晶質フッ素樹脂で封止され、且つ、基台の載置面と窒化物半導体紫外線発光素子との間の間隙部も同じ非晶質フッ素樹脂によって充填されるため、結合性の非晶質フッ素樹脂を使用した場合に生じ得る紫外線発光動作に伴う光化学反応に起因する電気的特性の劣化及び非晶質フッ素樹脂の分解等の発生が防止できる。更に、裏面被覆層の開口部の内部も同じ非晶質フッ素樹脂によって充填されるため、非晶質フッ素樹脂と窒化物半導体紫外線発光素子間の密着性が、化学的且つ物理的に強化される。

更に好ましくは、本発明は、上記第１の特徴と上記第２の特徴を有する窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法を提供する。

更に、上記第２の特徴の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法は、前記樹脂層を形成する工程の後、１５０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で前記樹脂層を加熱して軟化させる工程を有することが好ましい。当該好適な態様により、開口部の内部を充填する樹脂層と、開口部内に面した裏面被覆層の側壁面及び開口部の底面に露出したサファイア基板の裏面との間の密着性が高まり、非晶質フッ素樹脂と窒化物半導体紫外線発光素子間の密着性が更に強化される。

更に、上記第２の特徴の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法は、前記樹脂層を形成する工程の後、前記裏面被覆層の表面と前記開口部の開口面を被覆し、前記開口部の内部を充填する前記樹脂層を、前記窒化物半導体紫外線発光素子側に向けて押圧する工程を有することが好ましい。当該好適な態様により、開口部の内部を充填する樹脂層と、開口部内に面した裏面被覆層の側壁面及び開口部の底面に露出したサファイア基板の裏面との間の密着性が高まり、非晶質フッ素樹脂と窒化物半導体紫外線発光素子間の密着性が更に強化される。

上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置によれば、非結合性の非晶質フッ素樹脂の使用により光化学反応に起因する電気的特性の劣化及び非晶質フッ素樹脂の分解等を防止し、更に、当該非晶質フッ素樹脂の剥離を防止し、高品質、高信頼度の紫外線発光装置を提供することができる。

本発明に係る窒化物半導体紫外線発光素子の一実施形態における素子構造の一例を模式的に示す断面図である。 図１に示す窒化物半導体紫外線発光素子の裏面被覆層のサファイア基板の裏面に垂直な断面における断面構造の一例を模式的に示す要部断面図である。 裏面被覆層の開口部の配置例を模式的に示す平面図である。 裏面被覆層の開口部の平面視形状の幾つかの代表例を模式的に示す平面図である。 本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置の一実施形態における断面構造の一例を模式的に示す断面図である。 図５に示す窒化物半導体紫外線発光装置で使用されるサブマウントの平面視形状と断面形状を模式的に示す平面図と断面図である。 活性層から出射した光がサファイア基板の裏面に到達する複数の経路を模式的に示す図である。 裏面被覆層と開口部における光の反射及び屈折の様子を模式的に示す図である。 本発明に係る窒化物半導体紫外線発光素子の裏面被覆層と開口部の製造方法の一例を模式的に示す工程断面図である。 裏面被覆層と開口部の断面形状の変形例を模式的に示す断面図である。

本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置及びその製造方法の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。尚、以下の説明で使用する図面では、説明の理解の容易のために、要部を強調して発明内容を模式的に示しているため、各部の寸法比は必ずしも実際の素子及び使用する部品と同じ寸法比とはなっていない。以下、適宜、本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置を「本発光装置」、その製造方法を「本製造方法」、本発光装置に使用される窒化物半導体紫外線発光素子を「本発光素子」と、夫々称する。更に、以下の説明では、本発光素子が発光ダイオードの場合を想定する。

［本発光素子の素子構造］
先ず、本発光素子１０の素子構造について説明する。図１に示すように、本発光素子１０の基本的な素子構造は、サファイア基板１１の表面上に、複数のＡｌＧａＮ系半導体層からなる半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４を備え、サファイア基板１１の裏面上に、裏面被覆層１５を備えて構成される。

半導体積層部１２は、一例として、サファイア基板１１側から順番に、ＡｌＮ層２０、ＡｌＧａＮ層２１、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型ＡｌＧａＮの電子ブロック層２４、ｐ型ＡｌＧａＮのｐ型クラッド層２５、ｐ型ＧａＮのｐ型コンタクト層２６を積層して構成される。ｎ型クラッド層２２からｐ型コンタクト層２６により発光ダイオード構造が形成される。サファイア基板１１とＡｌＮ層２０とＡｌＧａＮ層２１は、その上に発光ダイオード構造を形成するためにテンプレートとして機能する。ｎ型クラッド層２２より上部の活性層２３、電子ブロック層２４、ｐ型クラッド層２５、及び、ｐ型コンタクト層２６の一部が、ｎ型クラッド層２２の一部表面が露出するまで反応性イオンエッチング等により除去されている。当該除去後のｎ型クラッド層２２の露出面より上部の活性層２３からｐ型コンタクト層２６まで半導体層を、便宜的に、「メサ部分」と称する。活性層２３は、一例として、ｎ型ＡｌＧａＮのバリア層とＡｌＧａＮまたはＧａＮの井戸層からなる単層の量子井戸構造となっている。活性層２３は、下側層と上側層にＡｌＮモル分率の大きいｎ型及びｐ型ＡｌＧａＮ層で挟持されるダブルヘテロジャンクション構造であれば良く、また、上記単層の量子井戸構造を多層化した多重量子井戸構造であっても良い。

各ＡｌＧａＮ層は、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、或いは、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法等の周知のエピタキシャル成長法により形成されており、ｎ型層のドナー不純物として例えばＳｉを使用し、ｐ型層のアクセプタ不純物として例えばＭｇを使用する。

ｎ型クラッド層２２の露出した表面に、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕのｎ電極１３が、ｐ型コンタクト層２６の表面に、例えば、Ｎｉ／Ａｕのｐ電極１４が、形成されている。尚、ｎ電極１３及びｐ電極１４を構成する金属層の層数、材質は、上記例示した層数、材質に限定されるものではない。

また、本実施形態では、本発光素子１０の平面視のチップ形状は正方形で、チップの外周部分において、中央に位置する上記メサ部分を取り囲むように、ｎ型クラッド層２２の表面が露出している。更に、チップの４隅において当該露出面積が広くなって、ｎ電極１３が当該４隅の夫々に形成され、１つのｐ電極１４が当該メサ部分の頂部に形成されている構成例を想定する。尚、本発光素子１０の平面視のチップ形状、メサ部分の平面視形状、ｎ電極１３及びｐ電極１４の個数及び形成位置は、上記例示した形状、個数、形成位置に限定されるものではない。

本発光素子１０は、サファイア基板１１の裏面上に裏面被覆層１５を備える点が特徴であり、サファイア基板１１の表面側に形成される半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４は、上記に例示した構成及び構造に限定されるものではなく、種々の公知の構成及び構造を採用し得る。また、本発光素子１０は、半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４以外の構成要素、例えば、保護膜等を備えていても良い、よって、各ＡｌＧａＮ層２０〜２６、各電極１３，１４の膜厚等の詳細な説明は割愛する。但し、各ＡｌＧａＮ層２１〜２５のＡｌＮモル分率は、本発光素子１０の発光中心波長が約３５０ｎｍ以下となり、サファイア基板１１を通過して出射されるように適切に設定される。

裏面被覆層１５は、紫外線を透過する無機化合物で形成され、サファイア基板１１の裏面の一部を露出する開口部１６を有する。尚、図１では、開口部１６の図示は省略されている。裏面被覆層１５を構成する無機化合物として、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２等が使用できる。また、裏面被覆層１５は、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２の何れか１層、または、これらの内の少なくとも２層の積層体であるのが好ましい。本実施形態では、裏面被覆層１５は、ＨｆＯ_２の１層で構成される場合を想定する。ＨｆＯ_２は、バンドギャップエネルギが、サファイアと略同じ６ｅＶであり、波長が約２２０ｎｍの深紫外領域まで紫外線を透過し、且つ、屈折率がサファイアの屈折率（約１．８）より高く約２．１であり、特に好ましい。ＺｒＯ_２は、一般的には、バンドギャップエネルギが、サファイアより小さく約４〜５ｅＶであり、波長が約３４０ｎｍの深紫外領域まで紫外線を透過し、且つ、屈折率がサファイアの屈折率（約１．８）より高く約２．２である。尚、ＺｒＯ_２は、不純物や結晶構造により、バンドギャップエネルギが６〜７ｅＶ程度に広がる可能性があり、その場合、波長が約２２０ｎｍの深紫外領域まで紫外線を透過し得る。ＳｉＯ_２は、バンドギャップエネルギが、サファイアより高く約８ｅＶであり、波長が約２００ｎｍの深紫外領域まで紫外線を透過するが、屈折率はサファイアの屈折率（約１．８）より低く約１．５である。

図２に、裏面被覆層１５のサファイア基板１１の裏面に垂直な断面における断面構造を、要部を拡大して模式的に示す。開口部１６は、図３及び図４に示すように、サファイア基板１１の裏面上に、一様に分散或いは分布して配置されている。図３に、サファイア基板１１の裏面側から見た裏面被覆層１５の開口部１６の配置の一例を、開口部１６の平面視形状が円形のドット状の場合につき、要部を拡大して模式的に示す。図３（Ａ）では、ドット状の開口部１６は、正方格子状に配列周期Ｐで配列し、図３（Ｂ）では、ドット状の開口部１６は、三角格子状に配列周期Ｐで配列している。図４に、開口部１６の平面視形状の代表例として、開口部１６の平面視形状が、ドット状以外の、ストライプ状、格子状、同心円状、同心環状、渦巻き状の場合につき、裏面被覆層１５の一部を拡大して模式的に示す。尚、図２では、更に、サファイア基板１１の裏面を上に向けて、図１とは上下が反転している。また、図３及び図４において、ストライプパターンで図示している部分が、裏面被覆層１５であり、白抜き箇所が、開口部１６であり、開口部１６内に露出しているのが、サファイア基板１１の裏面である。

図２に示すように、開口部１６の当該断面での断面形状が、サファイア基板１１の裏面に近い箇所の開口幅Ｗｎが当該裏面から遠い箇所の開口幅Ｗｆより広くなっている部分を有し、概ね順テーパ状となっている。但し、順テーパ、逆テーパ、或いは、オーバーハングという用語は、サファイア基板１１の裏面を基準として裏面被覆層１５側を上方向として規定される。図２に示す例では、サファイア基板１１の裏面に最も近い箇所の開口幅Ｗｎが開口幅Ｗの最大幅となっており、当該裏面から最も遠い箇所の開口幅Ｗｆが開口幅Ｗの最小幅となっている。しかし、開口幅Ｗの最小幅及び最大幅の位置は、開口部１６の断面形状内の何処かに概ね順テーパ状となる部分があれば、図２に示す例に限定されるものではない。また、裏面被覆層１５の上面は必ずしも平坦面である必要はなく、例えば、開口部１６の周囲の一部または全部が突出、或いは、サファイア基板１１の裏面側に後退していても良い。

裏面被覆層１５の膜厚Ｔは、０．３μｍ以上に設定するのが好ましい。尚、膜厚Ｔの上限は、特定の値に限定されないが、大きすぎると裏面被覆層１５の成膜及び開口部１６の形成が困難となるため、１〜３μｍ程度とするのが好ましい。また、開口部１６の開口幅Ｗ（１つの断面における最小幅から最大幅まで）及び配列周期Ｐは、特に一定の数値範囲に限定されないが、一例として、開口部１６の平面視形状が円形のドット状の場合、開口幅（開口径）Ｗは、例えば、膜厚Ｔ以上、膜厚Ｔの数倍程度以下が好ましく、配列周期Ｐは、例えば、開口幅（開口径）Ｗの最大値の約１．５倍〜約３倍程度の範囲内にあるのが好ましい。また、開口部１６の平面視形状が正方形や正六角形等の円形以外のドット状の場合も、平面視形状が円形の場合に準じて開口幅Ｗ及び配列周期Ｐを設定すれば良い。更に、開口部１６の平面視形状がストライプ状、格子状、同心円状、同心環状、渦巻き状等のドット状以外の場合は、開口部１６の延伸方向及びサファイア基板１１の裏面に垂直な断面における断面形状において、平面視形状が円形のドット状の場合に準じて開口幅Ｗ及び配列周期Ｐを設定すれば良い。

尚、図３及び図４に示す例では、裏面被覆層１５の開口部１６は、一定の配列周期Ｐで、周期的または規則的に配置されているが、開口部１６の配置は、裏面被覆層１５のサファイア基板１１の裏面に平行な面内の全域に対して或る程度均等に分散している限りにおいて、必ずしも周期的または規則的でなくても良い。

［本発光装置の構成例］
次に、フリップチップ実装用の基台であるサブマウント３０に、本発光素子１０をフリップチップ実装方法により載置してなる本発光装置１について、図５及び図６を参照して説明する。図５に、本発光装置１の一構成例の概略の断面構造を模式的に示す。図５では、図２と同様に、本発光素子１０は、サファイア基板１１の裏面側を上向きにして図示されている。図２及び図５を参照した以下の説明では、上方向は、サブマウント３０の載置面を基準として本発光素子１０の方向である。

図６に、サブマウント３０の平面視形状を示す平面図（Ａ）と、当該平面図（Ａ）におけるサブマウント３０の中心を通過するサブマウント３０の表面に垂直な断面での断面形状を示す断面図（Ｂ）である。サブマウント３０の一辺の長さは、本発光素子１０を搭載して、その周囲に封止樹脂を形成できる余裕があれば、特定の値に限定されるものではない。一例として、平面視正方形のサブマウント３０の一辺の長さは、例えば、搭載する同じく平面視正方形の本発光素子１０のチップサイズ（一辺の長さ）の１．５〜２倍程度以上が好ましい。尚、サブマウント３０の平面視形状は正方形に限定されるものではない。

サブマウント３０は、絶縁性セラミックス等の絶縁材料からなる平板状の基材３１を備え、基材３１の表面側に、アノード側の第１金属電極配線３２とカソード側の第２金属電極配線３３が夫々形成されてなり、基材３１の裏面側にリード端子３４，３５が形成されている。基材３１の表面側の第１及び第２金属電極配線３２，３３は、上記基材３１に設けられた貫通電極（図示せず）を介して、基材３１の裏面側のリード端子３４，３５と、各別に接続している。サブマウント３０を別の配線基板等の上に載置する場合に、当該配線基板上の金属配線とリード端子３４，３５との間で電気的な接続が形成される。また、リード端子３４，３５は、基材３１の裏面の略全面を覆い、ヒートシンカーの機能を果たしている。

第１及び第２金属電極配線３２，３３は、図６に示すように、基材３１の中央部分の本発光素子１０が搭載される箇所及びその周囲に形成され、互いに離間して配置され、電気的に分離している。第１金属電極配線３２は、第１電極パッド３２０とそれに接続する第１配線部３２１で構成される。また、第２金属電極配線３３は、４つの第２電極パッド３３０とそれらに接続する第２配線部３３１で構成される。第１電極パッド３２０は、本発光素子１０のｐ電極１４の平面視形状より僅かに大きい平面視形状を有し、基材３１の中央部分の中心に位置している。第２電極パッド３３０の平面視形状、個数、及び配置は、本発光素子１０のｐ電極１４が第１電極パッド３２０と対面するように本発光素子１０を配置した場合に、ｎ電極１３が第２電極パッド３３０と夫々対面するように設定されている。図６（Ａ）において、第１電極パッド３２０と第２電極パッド３３０に夫々ハッチングを付している。尚、第１及び第２金属電極配線３２，３３の平面視形状は、図６（Ａ）に示す形状に限定されるものではなく、ｐ電極１４が第１電極パッド３２０と対面し、ｎ電極１３が第２電極パッド３３０と対面できる平面視形状であれば、種々の変形が可能である。

本実施形態では、サブマウント３０の基材３１は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の紫外線被曝によって劣化しない絶縁材料で形成される。尚、基材３１は、放熱性の点でＡｌＮが好ましいが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、または、窒化ホウ素（ＢＮ）であっても良く、また、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスであっても良い。また、基材３１は、上記絶縁材料の無垢材に限らず、シリカガラスをバインダーとして上記絶縁材料の粒子を密に結合させた焼結体でも良く、更に、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜、工業用ダイヤモンド薄膜等でも良い。

尚、サブマウント３０が、基材３１の裏面側にリード端子３４，３５を設けない構成の場合、基材３１は、絶縁材料だけで構成するのではなく、金属膜（例えば、Ｃｕ、Ａｌ等）と上述の絶縁材料からなる絶縁層の積層構造としても良い。

第１及び第２金属電極配線３２，３３は、一例として、銅の厚膜メッキ膜と、当該厚膜メッキ膜の表面（上面及び側壁面）を被覆する１層または多層の表面金属膜で構成される。当該表面金属膜の最外層は、厚膜メッキ膜を構成する銅よりイオン化傾向の小さい金属（例えば、金（Ａｕ）または白金族金属（Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ、または、これらの内の２以上の合金）または金と白金族金属の合金）で構成される。

本発光素子１０は、ｎ電極１３とｐ電極１４を下向きにして、ｐ電極１４と第１電極パッド３２０、４つのｎ電極１３と４つの第２電極パッド３３０が、夫々対向して金バンプ等（ボンディング材料に相当）を介して電気的及び物理的に接続して、基材３１の中央部分上に載置され固定されている。図５に示すように、サブマウント３０上に実装された本発光素子１０は、封止樹脂４０によって封止されている。具体的には、本発光素子１０の上面（裏面被覆層１５の上面及び開口部１６の開口面）と側面、及び、サブマウント３０の上面（第１及び第２金属電極配線３２，３３の上面及び側面、第１及び第２金属電極配線３２，３３間に露出した基材３１の表面）が、封止樹脂４０によって被覆され、更に、サブマウント３０と本発光素子１０の間の間隙部に封止樹脂４０が充填されている。更に、本実施形態では、開口部１６の内部に封止樹脂４０が充填されていて、上に向かって開口が狭くなる当該開口部１６の断面形状によって開口部１６の内部に充填された封止樹脂４０がアンカーとして機能し、封止樹脂４０と本発光素子１０の上面の間の密着性を高めている。

本実施形態では、図５に示すように、一例として、封止樹脂４０の上面は、封止樹脂４０と同じフッ素樹脂製の集光性のレンズ４１で覆われている。また、レンズ４１は、フッ素樹脂製に限らず、本発光素子１０の発光波長に適合した紫外線透過性を有する他の材料であっても良く、好ましくは、封止樹脂４０との屈折率差が小さいものが良いが、例えば、石英ガラス製でも使用できなくはない。レンズ４１は、集光性レンズ以外に、使用目的に応じて光を拡散させるレンズであっても良く、また、必ずしも設ける必要はない。

本実施形態では、封止樹脂４０として、耐熱性、紫外線耐性、及び、紫外線透過性に優れた非結合性の非晶質フッ素樹脂を使用する。上述のように、非晶質のフッ素樹脂としては、結晶性ポリマーのフッ素樹脂を共重合化してポリマーアロイとして非晶質化させたものや、パーフルオロジオキソールの共重合体（デュポン社製の商品名テフロンＡＦ（登録商標））やパーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体（旭硝子社製の商品名サイトップ（登録商標））が挙げられるが、本実施形態では、一例として、重合体または共重合体を構成する構造単位が含フッ素脂肪族環構造を有し、末端官能基がＣＦ_３等のパーフルオロアルキル基である非結合性の非晶質フッ素樹脂を使用する。パーフルオロアルキル基は、金属等に対して難結合性を呈する。つまり、非結合性の非晶質フッ素樹脂は、金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基を有していない。一方、結合性の非晶質フッ素樹脂は、重合体または共重合体を構成する構造単位が、同じ含フッ素脂肪族環構造を有していても、末端官能基として、金属に対して結合可能な反応性官能基を有する点で、非結合性の非晶質フッ素樹脂と相違する。当該反応性の官能基は、一例として、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）またはエステル基（ＣＯＯＲ）である。但し、Ｒはアルキル基を表す。

また、含フッ素脂肪族環構造を有する構造単位としては、環状含フッ素単量体に基づく単位（以下、「単位Ａ」）、または、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位（以下、「単位Ｂ」）が好ましい。尚、非晶質フッ素樹脂の組成及び構造は、本願発明の本旨ではないため、当該単位Ａ及び単位Ｂに関する詳細な説明は割愛するが、当該単位Ａ及び単位Ｂに関しては、本願と同じ出願人による特許文献１の段落［００３１］〜［００６２］に詳細に説明されているので、参照されたい。

非結合性の非晶質フッ素樹脂の市販品の一例として、サイトップ（旭硝子社製）等が挙げられる。尚、末端官能基がＣＦ_３であるサイトップは、下記の化１に示す上記単位Ｂの重合体である。

［光取出し効率について］
次に、本発光装置１の光取出し効率について検討する。以下の説明では、封止樹脂４０の屈折率がサファイア基板１１の屈折率より低いことを前提とする。

上述のように、本発明装置１は発光中心波長が約３５０ｎｍ以下の発光を基板裏面側から取り出す本発光素子１０を備える。本発光素子１０のｐ型コンタクト層２６は、ｐ電極１４との間で良好なオーミック接合を形成するために、Ａｌの組成比を極めて小さく制限する必要からｐ型ＧａＮを用いている。活性層２３で発光した紫外線は、全方位に向けて出射するが、ｐ型コンタクト層２６に向けて出射した光は、ｐ型コンタクト層２６で吸収され、光取出し効率には寄与しない。つまり、活性層２３で発光した紫外線の内、サファイア基板１１側に向けて出射された光が専ら光取出し効率に寄与する。これに対して、発光中心波長が約３６５ｎｍ以上の長波長の紫外線及び可視光の発光素子では、ｐ電極１４とｐ型コンタクト層２６の間に導電性の反射膜を設けることで、ｐ型コンタクト層２６に向けて出射した光が当該反射膜でサファイア基板１１側に向けて反射され有効に利用されるため、光取出し効率を向上させることができる。よって、本発光素子１０では、サファイア基板１１側に向けて出射された光を、如何に効率良く外部に取り出せるかが課題となる。

図７に示すように、活性層２３から出射した光は、サファイア基板１１の裏面に直接到達する光（Ａ１、Ａ２）、サファイア基板１１の側面で１回反射してからサファイア基板１１の裏面に到達する光（Ｂ１、Ｂ２）があり、また、サファイア基板１１の裏面で全反射せずに、一部が反射し、一部が屈折して透過する光（Ａ１、Ｂ１）、サファイア基板１１の裏面で全反射する光（Ａ２、Ｂ２）が存在する。サファイア基板１１側からサファイア基板１１の裏面に入射し、一部が反射または全反射した光は、進行方向が反転してｐ型コンタクト層２６側に向かって進むため、ｐ型コンタクト層２６で吸収されると光取出し効率に寄与しなくなる。尚、図７では、説明の便宜上、裏面被覆層１５が形成されていない場合を図示している。

全反射は、屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質に光が入射する場合に、その入射角が両媒質の屈折率比で決まる臨界角以上の場合に発生する。サファイア基板１１の屈折率が約１．８、本実施形態で封止樹脂４０に使用する非結合性の非晶質フッ素樹脂の屈折率は、上述のサイトップの場合、約１．３５（波長が３５０ｎｍ以下）、ＨｆＯ_２の屈折率が約２．１であるので、図７に示すように、裏面被覆層１５が形成されていない場合には、サファイア基板１１の裏面の全面において全反射が起こり得る。しかし、本発光素子１０では、サファイア基板１１の裏面上に、サファイア基板１１より屈折率の大きい材質の裏面被覆層１５が設けられているため、サファイア基板１１の裏面と裏面被覆層１５の界面では全反射は発生せず、サファイア基板１１側から当該界面に入射した光の一部が、裏面被覆層１５側に透過する。従って、この一点において、サファイア基板１１より屈折率の大きい材質の裏面被覆層１５を設けることで、サファイア基板１１の裏面に入射した光の透過率が高くなるので、光取出し効率に寄与することが期待される。しかし、裏面被覆層１５がサファイア基板１１の裏面全体に設けられている場合は、裏面被覆層１５が無ければ全反射していた光は、裏面被覆層１５の上面と封止樹脂４０との界面で全反射が発生するので、実質的な効果は期待できない。

しかしながら、本発光素子１０の場合、断面形状が順テーパ状の開口部１６が設けられているため、裏面被覆層１５の上面と封止樹脂４０との界面での全反射が実質的に抑制される。具体的には、図８に模式的に示すように、裏面被覆層１５が無ければ全反射する入射角α１で入射した光（Ｃ１）は全反射せずに一部が出射角α２（α２＜α１）で屈折して裏面被覆層１５内に出射する。裏面被覆層１５内に出射された光（Ｃ２）の一部は、直接、裏面被覆層１５の上面と封止樹脂４０との界面に到達せずに、裏面被覆層１５の側面に入射角β１で入射し、その一部（Ｃ３）が反射角β１で反射して、裏面被覆層１５の上面と封止樹脂４０に到達する。当該裏面被覆層１５の側面で一度反射した光（Ｃ３）は、入射角が小さくなっているため、全反射せず、必ず一部が、裏面被覆層１５の上面と封止樹脂４０との界面を透過して、封止樹脂４０側に出射される。

開口部１６がドット状の場合、裏面被覆層１５は格子状に連続するため、裏面被覆層１５内に出射された光（Ｃ２）の内、出射方向が当該格子の長手方向の成分を有する一部は、裏面被覆層１５の上面と封止樹脂４０との界面に直接到達する場合があり得る。当該裏面被覆層１５の上面と封止樹脂４０との界面に直接到達した光の一部は、全反射して、裏面被覆層１５の側面に入射角γ１で入射し、その一部が反射角γ１で反射して、反対側の裏面被覆層１５の側面に再度入射し、一部が反射し、一部が屈折して、開口部１６内の封止樹脂４０に入射する光が存在し得る。一方、裏面被覆層１５の側面は、裏面被覆層１５としては逆テーパ状であるので、裏面被覆層１５の側面に再度入射した光は、裏面被覆層１５内において、当該裏面被覆層１５の側面で２回以上反射を繰り返すことで、光の進行方向が上向きに反転する場合がある。更に、当該裏面被覆層１５の側面で少なくとも１回反射して、裏面被覆層１５とサファイア基板１１の裏面の界面に入射した光は、裏面被覆層１５の上面での反射角より大きな入射角で入射するため、当該界面で全反射して、光の進行方向が上向きに反転する場合がある。従って、裏面被覆層１５の上面と封止樹脂４０との界面に直接到達して全反射した光の一部が、進行方向を上向きに反転して封止樹脂４０側に出射される場合があり得る。

一方、サファイア基板１１の裏面から開口部１６内の封止樹脂４０に直接入射した光は、屈折して出射角が大きくなるため、一部の光は、裏面被覆層１５の側面で反射して光の進行方向が下向きに反転する場合があるが、当該一部の光は、裏面被覆層１５が無い場合には、サファイア基板１１の裏面と略平行に横方向に進行するため、光取出し効率に実質的に寄与しない光である。しかし、当該一部の光は、裏面被覆層１５の側面で屈折して、裏面被覆層１５内に出射されると、光の進行方向がより上向きになる。裏面被覆層１５内で、裏面被覆層１５の側面での反射を繰り返すと、光の進行方向がより上向きとなって、裏面被覆層１５の上面で全反射せずに、一部が、裏面被覆層１５の上面と封止樹脂４０との界面を透過して、封止樹脂４０側に出射される。

以上の簡単な幾何光学的な検討においても、サファイア基板１１の裏面に、断面形状が順テーパ状の開口部１６を有する裏面被覆層１５を設けることで、光取出し効率が向上することが分かる。裏面被覆層１５に使用する無機化合物としてＨｆＯ_２に代えてＺｒＯ_２を使用しても、同様に光取出し効率が向上する。

裏面被覆層１５に使用する無機化合物としてＨｆＯ_２に代えてＳｉＯ_２を使用した場合は、ＳｉＯ_２の屈折率がサファイア基板１１の屈折率より低いため、サファイア基板１１の裏面と裏面被覆層１５の界面において全反射は発生するが、ＳｉＯ_２の屈折率は封止樹脂４０の屈折率より高いので、裏面被覆層１５との界面での臨界角は、開口部１６における封止樹脂４０との界面での臨界角より大きくなるので、裏面被覆層１５を設けない場合に比べて、全反射せずにサファイア基板１１の裏面を透過する光の割合は向上する。また、裏面被覆層１５の側面での光の反射及び屈折は、裏面被覆層１５と開口部１６内の封止樹脂４０の屈折率の大小関係は、裏面被覆層１５がＨｆＯ_２の場合と同様であるので、裏面被覆層１５の側面が逆テーパ状であることによる光取出し効率の向上効果も、程度の差はあるが裏面被覆層１５がＨｆＯ_２の場合と同様に奏し得る。

［本発光素子の製造方法］
次に、本発光素子の製造方法について説明する。上述のように、本発光素子１０は、サファイア基板１１の裏面上に裏面被覆層１５を備える点、特に、裏面被覆層１５に設けられた開口部１６の断面形状に特徴がある。よって、サファイア基板１１の表面上に形成される半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４については、本発明の本旨ではなく、また、具体的な素子構造として種々の変形例が考えられ、周知の製造方法により製造可能であるので、詳細な説明は割愛する。よって、サファイア基板１１の裏面上に形成される裏面被覆層１５及び開口部１６の製造方法について、図９を参照して説明する。

先ず、サファイア基板１１のウェハの表面上に、周知の窒化物半導体の製造工程により、半導体積層部１２、ｎ電極１３、ｐ電極１４、及び、保護膜等を形成する（工程Ａ１）。サファイア基板１１のウェハは裏面が研磨されたものを使用する。

引き続き、サファイア基板１１のウェハの表面上に、マトリクス状に複数個形成された本発光素子１０の夫々に対して、ウェハ段階での電気的特性等の性能試験を行う（工程Ａ２）。尚、工程Ａ２後に、工程Ａ３以降における薬液処理に対して、サファイア基板１１のウェハの表面上に形成された本発光素子１０を一時的に保護するために、ウェハの表面側をワセリン等で被覆する。

引き続き、図９（Ａ）に示すように、サファイア基板１１のウェハの裏面上に、ポジ型のフォトレジスト４２を塗布する（工程Ａ３）。フォトレジスト４２の膜厚は、後に形成される裏面被覆層１５の膜厚より厚くする。

引き続き、開口部１６と同じパターンのフォトマスクを用いて、開口部１６となる領域以外のフォトレジスト４２に対して露光を行い、図９（Ｂ）に示すように、露光部分のフォトレジストを現像処理により除去する（工程Ａ４）。工程Ａ４の露光時において、現像処理後のフォトレジスト４３の側壁面が、下側に向けて裾広がりとなる順テーパ状となる部分が形成されるように、露光条件（強度、波長、等）を調整する。尚、フォトレジスト４３は、後述する工程Ａ７のダイシング工程で、裏面被覆層１５を形成後のウェハを個々の本発光素子１０のベアチップに分割する際の切断代となるスクライブ領域にも形成される。

引き続き、図９（Ｃ）に示すように、現像処理後のフォトレジスト４３、及び、サファイア基板１１のウェハの裏面上に、裏面被覆層１５となるＨｆＯ_２膜４４を、例えば、電子ビーム蒸着またはスパッタ法により形成する（工程Ａ５）。フォトレジスト４３の側壁面の上端部付近も順テーパ状であると、フォトレジスト４３上に堆積したＨｆＯ_２膜４４とサファイア基板１１のウェハの裏面上に堆積したＨｆＯ_２膜４４が、当該側壁面の上端部付近に堆積したＨｆＯ_２膜４４を介して繋がっている。

引き続き、図９（Ｄ）に示すように、周知のリフトオフ法により、アセトン等の有機溶剤でフォトレジスト４３を溶解し、フォトレジスト４３及びフォトレジスト４３の上面に堆積したＨｆＯ_２膜４４を除去する（工程Ａ６）。工程Ａ６では、フォトレジスト４３の側壁面の上端部付近に堆積したＨｆＯ_２膜４４の膜厚は、フォトレジスト４３上及びサファイア基板１１のウェハの裏面上に堆積したＨｆＯ_２膜４４の膜厚より薄いため、超音波等による振動を与えて、当該側壁面の上端部付近に堆積したＨｆＯ_２膜４４を破断させてから、上記溶解処理を行う。有機溶剤は、フォトレジスト４３の側壁面の上端部のＨｆＯ_２膜４４が破断した隙間から浸入して、フォトレジスト４３を溶解する。この結果、サファイア基板１１のウェハの裏面上に堆積したＨｆＯ_２膜４４が、裏面被覆層１５として残存する。また、除去されたＨｆＯ_２膜４４の跡が開口部１６となる。また、開口部１６はスクライブ領域にも形成される。ここで、開口部１６のウェハの裏面に垂直な断面形状は、現像処理後のフォトレジスト４３の上端部を除く断面形状と同じになる。

尚、必要に応じて、開口部１６の内部等に残っているＨｆＯ_２膜４４の破片等を超音波洗浄等により除去する。また、上記工程Ａ６では、フォトレジスト４３の側壁面の上端部付近に堆積したＨｆＯ_２膜４４を破断させるため、図１０に模式的に示すように、裏面被覆層１５の上面の開口部１６の周辺部に、当該上端部付近に堆積したＨｆＯ_２膜４４の一部が残存した突出部１７や、当該周辺部のＨｆＯ_２膜４４が欠け落ちた欠落部１８が生じる可能性がある。しかし、裏面被覆層１５の上面の開口部１６の周辺部に当該突出部１７や欠落部１８が存在していても、そのまま放置して問題はない。尚、当該突出部１７をＣＭＰ（化学機械研磨）法等の周知の研磨方法によって除去し、裏面被覆層１５の上面を平坦化しても構わない。

引き続き、サファイア基板１１のウェハの表面側を被覆したワセリン等を除去し、周知のダイシング技術によって、スクライブ領域に沿って、裏面被覆層１５を形成後のウェハを切断または割断することで、チップ状態の本発光素子１０が得られる（工程Ａ７）。

［本発光装置の製造方法］
次に、本発光装置の製造方法について説明する。

先ず、ダイシングされた本発光素子１０のベアチップをサブマウント３０の第１及び第２金属電極配線３２，３３上に、周知のフリップチップ実装により固定する。具体的には、ｐ電極１４と第１金属電極配線３２が、金バンプ等を介して、物理的且つ電気的に接続し、ｎ電極１３と第２金属電極配線３３が、金バンプ等を介して、物理的且つ電気的に接続する（工程Ｂ１）。

引き続き、非結合性の非晶質フッ素樹脂を、含フッ素溶媒、好ましくは、非プロトン性含フッ素溶媒に溶解した塗工液を、サブマウント３０及び本発光素子１０上に、剥離性の良いテフロンニードル等を用いて注入した後、塗工液を徐々に加熱しながら溶媒を蒸発させて、本発光素子１０の上面（裏面被覆層１５の上面及び開口部１６の開口面）と側面、サブマウント３０の上面（第１及び第２金属電極配線３２，３３の上面及び側面、第１及び第２金属電極配線３２，３３間に露出した基材３１の表面）、サブマウント３０と本発光素子１０の間の間隙部、及び、開口部１６の内部に、非結合性の非晶質フッ素樹脂の封止樹脂４０が形成される（工程Ｂ２）。尚、工程Ｂ２における溶媒の蒸発に当たっては、封止樹脂４０内に気泡が残らないように、溶媒の沸点以下の低温域（例えば、室温付近）から溶媒の沸点以上の高温域（例えば、２００℃付近）まで徐々に加熱して、溶媒を蒸発させる。

引き続き、非結合性の非晶質フッ素樹脂の分解が開始する温度（約３５０℃）以下の温度範囲、例えば、１５０℃〜３００℃、より好ましくは、２００℃〜３００℃の温度範囲で、封止樹脂４０を加熱して軟化させ、本発光素子１０の上面の封止樹脂４０を本発光素子１０側に向けて押圧する（工程Ｂ３）。これにより、封止樹脂４０は圧縮された状態で、開口部１６の内部に密に充填される。この結果、上に向かって開口が狭くなる当該開口部１６の断面形状と相まって、開口部１６内に充填された封止樹脂４０がより抜け難くなり、アンカーとして確実に機能する。

引き続き、封止樹脂４０の上部に、封止樹脂４０と同じ非結合性の非晶質フッ素樹脂製のレンズ４１を、例えば射出成形、トランスファー成形、圧縮成形等により、本発光素子１０を覆うように形成する（工程Ｂ４）。当該各成形用の成形型は、金属型、シリコーン樹脂型、または、これらの組み合わせを使用できる。

尚、工程Ｂ３の加熱及び押圧処理は、工程Ｂ４のレンズ４１の形成時に同時に行っても良い。或いは、工程Ｂ３で加熱処理だけを行い、押圧処理を工程Ｂ４のレンズ４１の形成時に行っても良い。

［別実施形態］
以下に、上記実施形態の変形例につき説明する。

〈１〉上記実施形態では、本発光素子１０をサブマウント３０にフリップチップ実装する一態様として、ｐ電極１４と第１金属電極配線３２、ｎ電極１３と第２金属電極配線３３を、金バンプを介して接続する場合を説明したが、ｐ電極１４とｎ電極１３の各上面が同一平面となるように高さを揃えて形成されている場合等において、リフロー方式等の周知のはんだ付け方法で、ｐ電極１４と第１金属電極配線３２、ｎ電極１３と第２金属電極配線３３を、はんだ材料（ボンディング材料に相当）を介して物理的且つ電気的に接続しても良い。尚、ｐ電極１４とｎ電極１３の各上面が同一平面となるように高さを揃える方法として、例えば、ｐ電極１４と電気的に接続し、絶縁保護膜を介して、上記メサ部分の上面及び側面を覆うようにｐ側のメッキ電極を形成し、当該ｐ側のメッキ電極から離間して、ｎ電極１３と電気的に接続するｎ側のメッキ電極を、ｐ側のメッキ電極と同じ高さに、電解メッキ法等により形成する方法が考えられる。尚、当該メッキ電極の詳細については、国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ２０１５／０６０５８８）の明細書等の記載が参考になる。

〈２〉上記実施形態では、１つの本発光素子１０をサブマウント３０上に載置した本発光装置１について説明したが、本発光装置１は、サブマウントまたはプリント基板等の基台上に、複数の本発光素子１０を載置して構成しても良い。この場合、複数の本発光素子１０を封止樹脂４０で、まとめて封止しても良く、また、１つずつ個別に封止しても良い。この場合、例えば、基台の表面に、封止する単位の１または複数の本発光素子１０の周りを囲む樹脂ダムを形成しておき、その樹脂ダムで囲まれた領域に、例えば、上記実施形態で説明した要領で、封止樹脂４０を形成する。尚、本発光素子１０を載置する基台は、サブマウント及びプリント基板に限定されるものではない。

また、１つの本発光素子１０をサブマウント３０上に載置する場合においても、１枚の基材３１の表面側に、複数のサブマウント３０の第１及び第２金属電極配線３２，３３を形成し、１枚の基材３１の裏面側に、複数のサブマウント３０のリード端子３４，３５を形成し、複数のサブマウント３０をマトリクス状に配置したサブマウント板に、複数の本発光素子１０を夫々各サブマウント３０上にフリップチップ実装し、複数の本発光素子１０に対して夫々封止樹脂４０または封止樹脂４０とレンズ４１を形成した後に、当該サブマウント板を個々のサブマウント３０に分割して、１つの本発光素子１０をサブマウント３０上に載置してなる本発光装置１を製造しても良い。

〈３〉上記実施形態では、裏面被覆層１５がＨｆＯ_２の１層で構成される場合を想定したが、裏面被覆層１５は、例えば、ＨｆＯ_２とＳｉＯ_２の２層構造であっても良い。一例として、裏面被覆層１５を上下２層構造とし、下層側をＨｆＯ_２層とし、上層側をＳｉＯ_２層としても良い。この場合、上述の裏面被覆層１５及び開口部１６の製造方法の工程Ａ５において、ＨｆＯ_２とＳｉＯ_２を順番に、電子ビーム蒸着、スパッタ法、または、化学的気相成長（ＣＶＤ）法により形成し、工程Ａ６において、リフトオフ法により、フォトレジスト４３の上面に堆積したＨｆＯ_２膜とＳｉＯ_２膜を同時に除去する。

更に、他の一例として、裏面被覆層１５をＨｆＯ_２の１層で形成した後、当該裏面被覆層１５の上面と側面、及び、開口部１６の底面に露出したサファイア基板１１の裏面を、ＳｉＯ_２膜で被覆するようにしても良い。

〈４〉上記実施形態では、上述の裏面被覆層１５及び開口部１６の製造方法の工程Ａ６において、超音波等による振動を与えて、フォトレジスト４３の側壁面の上端部付近に堆積したＨｆＯ_２膜４４を破断させる処理を行ったが、これに代えて、或いは、追加して、工程Ａにおいて、フォトレジスト４３の側壁面の上端部付近が逆テーパ状またはオーバーハング状になるように、露光条件（強度、波長、等）を段階的または連続的に調整し、フォトレジスト４３の上面に堆積したＨｆＯ_２膜４４とサファイア基板１１のウェハの裏面上に堆積したＨｆＯ_２膜４４が、フォトレジスト４３の側壁面の上端部付近で不連続となるようにしても良い。この場合、有機溶剤は、フォトレジスト４３の側壁面の上端部のＨｆＯ_２膜４４の当該不連続箇所の隙間から浸入して、フォトレジスト４３を溶解する。

更に、上述の裏面被覆層１５及び開口部１６の製造方法の工程Ａ３では、ポジ型のフォトレジスト４２を使用したが、ネガ型のフォトレジストを使用しても良い。但し、工程Ａ４において、開口部１６の反転パターンのフォトマスクを使用し、開口部１６となる領域のフォトレジスト４２に対して露光を行い、露光部分以外のフォトレジストを現像処理により除去する。

〈５〉上記実施形態では、上述の裏面被覆層１５及び開口部１６の製造方法の工程Ａ６において、周知のリフトオフ法により、工程Ａ５で形成したＨｆＯ_２膜４４のパターニングを行ったが、リフトオフ法に代えて、フォトレジスト４３の上面に堆積したＨｆＯ_２膜４４をＣＭＰ（化学機械研磨）法等の周知の研磨方法で研磨除去し、サファイア基板１１のウェハの裏面上に堆積したＨｆＯ_２膜４４だけを残存させた後、露出したフォトレジスト４３をアセトン等の有機溶剤で溶解除去するようにしても良い。

〈６〉上記実施形態では、上述の裏面被覆層１５及び開口部１６の製造方法において、工程Ａ６のリフトオフ法に用いるレジスト層として、フォトレジスト４３を使用したが、当該レジスト層は、フォトレジスト材ではなく、ウェットエッチング可能な材質を用いて、ウェットエッチングによって、断面形状を順テーパ状とする加工とパターニングを行っても良い。

〈７〉上記実施形態では、上述の本発光装置の製造方法の工程Ｂ３において、工程Ｂ２で形成された封止樹脂４０を、更に加熱して押圧する処理を行ったが、工程Ｂ２において、封止樹脂４０が開口部１６の内部に十分に充填される場合には、省略しても良い。また、工程Ｂ３において、加熱処理または押圧処理の何れか一方だけを行っても良い。

〈８〉上記実施形態では、上述の本発光装置の製造方法の工程Ｂ４において、封止樹脂４０の上部に、封止樹脂４０と同じ非結合性の非晶質フッ素樹脂製のレンズ４１を形成したが、工程Ｂ４において、レンズ４１を形成せずに、他の樹脂部分の形成等を行っても良い。例えば、工程Ｂ１のフリップチップ実装で使用する基台が、図６に例示したようなサブマウント３０ではなく、基材３１の外周部分に、フリップチップ実装後の本発光素子１０の上面より高い、本発光素子１０を取り囲む側壁が設けられている場合、工程Ｂ４において、工程Ｂ２で形成された封止樹脂４０上の当該側壁に囲まれた空間内に、固体状の非結合性の非晶質フッ素樹脂を入れて、例えば、２５０℃〜３００℃の高温で溶融させ、その後徐々に冷却して第２の封止樹脂層を形成しても良い。また、必要に応じて、当該第２の封止樹脂膜上に、レンズ４１を形成しても良い。

本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置は、発光中心波長が約３５０ｎｍ以下の裏面出射型の発光ダイオードに利用可能である。

１： 窒化物半導体紫外線発光装置
１０： 窒化物半導体紫外線発光素子
１１： サファイア基板
１２： 半導体積層部
１３： ｎ電極
１４： ｐ電極
１５： 裏面被覆層
１６： 開口部
１７： 突出部
１８： 欠落部
２０： ＡｌＮ層
２１： ＡｌＧａＮ層
２２： ｎ型クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ）
２３： 活性層
２４： 電子ブロック層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
２５： ｐ型クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
２６： ｐコンタクト層（ｐ型ＧａＮ）
３０： サブマウント
３１： 基材
３２： 第１金属電極配線
３２０： 第１電極パッド
３２１： 第１配線部
３３： 第２金属電極配線
３３０： 第２電極パッド
３３１： 第２配線部
３４，３５：リード端子
４０： 封止樹脂
４１： レンズ

Claims (11)

1. フリップチップ実装用の基台上に、窒化物半導体紫外線発光素子をフリップチップ実装してなる窒化物半導体紫外線発光装置であって、
   前記窒化物半導体紫外線発光素子が、サファイア基板と、前記サファイア基板の表面上に積層された複数のＡｌＧａＮ系半導体層と、１または複数の金属層からなるｎ電極と、１または複数の金属層からなるｐ電極と、前記サファイア基板の裏面上に形成された紫外線を透過する無機化合物からなる裏面被覆層を備えてなり、
   前記裏面被覆層が、前記サファイア基板の裏面の一部を露出する開口部を有し、
   前記開口部が、前記サファイア基板の裏面上に一様に分散或いは分布して配置されており、
   前記サファイア基板の裏面に垂直な前記開口部の断面形状が、前記裏面に近い箇所の開口幅が前記裏面から遠い箇所の開口幅より広くなっている部分を有し、
   前記窒化物半導体紫外線発光素子が、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂によって樹脂封止されており、
   前記非晶質フッ素樹脂により、前記裏面被覆層の表面が被覆され、且つ、前記開口部の内部が充填されていることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置。
2. 前記裏面被覆層が、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２の何れか１層、または、これらの内の少なくとも２層の積層体であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
3. 前記裏面被覆層の屈折率が、前記サファイア基板の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
4. 前記開口部の平面視形状が、ドット状、ストライプ状、格子状、同心円状、同心環状、渦巻き状の何れか１つの形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
5. 前記非晶質フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法であって、
   前記窒化物半導体紫外線発光素子の製造工程が、
   サファイア基板の表面上に、複数のＡｌＧａＮ系半導体層と、１または複数の金属層からなるｎ電極と、１または複数の金属層からなるｐ電極を形成した後、
   前記サファイア基板の裏面上にレジスト層を形成した後、前記レジスト層を、所定の平面視形状に、且つ、前記サファイア基板の裏面に垂直な断面形状が前記裏面に近い箇所の幅が前記裏面から遠い箇所の幅より広くなっている部分を有するように、パターニングする工程と、
   パターニング後の前記レジスト層上及び前記レジスト層に被覆されていない前記サファイア基板の裏面上に、紫外線を透過する裏面被覆層を堆積する工程と、
   前記パターニング後の前記レジスト層及び前記レジスト層の上面に堆積した前記裏面被覆層を除去して、前記裏面被覆層をパターニングする工程を、備えることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
7. 前記レジスト層がフォトレジストであって、
   前記レジスト層をパターニングする工程が、前記サファイア基板の裏面上に前記フォトレジストを形成した後、前記フォトレジストに対して露光及び現像処理を行って、前記フォトレジストを、前記所定の平面視形状に、且つ、前記サファイア基板の裏面に垂直な断面形状が前記裏面に近い箇所の幅が前記裏面から遠い箇所の幅より広くなっている部分を有するように、パターニングする工程であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
8. 前記窒化物半導体紫外線発光素子の前記ｐ電極と前記ｎ電極を、前記基台上に形成された前記ｐ電極と前記ｎ電極に対応する電極パッドと、ボンディング材料を介して夫々電気的及び物理的に接続させて、前記窒化物半導体紫外線発光素子を前記基台上にフリップチップ実装する工程と、
   前記基台の前記窒化物半導体紫外線発光素子を載置する載置面と、前記窒化物半導体紫外線発光素子の側面と前記裏面被覆層の表面を、前記非晶質フッ素樹脂で被覆するとともに、前記基台の前記載置面と前記窒化物半導体紫外線発光素子との間の間隙部と、前記裏面被覆層の前記開口部の内部を充填する前記非晶質フッ素樹脂からなる樹脂層を形成する工程を有することを特徴とする請求項６または７に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
   
9. 請求項１〜５の何れか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法であって、
   前記窒化物半導体紫外線発光素子の前記ｐ電極と前記ｎ電極を、前記基台上に形成された前記ｐ電極と前記ｎ電極に対応する電極パッドと、ボンディング材料を介して夫々電気的及び物理的に接続させて、前記窒化物半導体紫外線発光素子を前記基台上にフリップチップ実装する工程と、
   前記基台の前記窒化物半導体紫外線発光素子を載置する載置面と、前記窒化物半導体紫外線発光素子の側面と、前記裏面被覆層の表面と、前記開口部の開口面を被覆するとともに、前記基台の前記載置面と前記窒化物半導体紫外線発光素子との間の間隙部と、前記裏面被覆層の前記開口部の内部を充填する前記非晶質フッ素樹脂からなる樹脂層を形成する工程を有することを特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
10. 前記樹脂層を形成する工程の後、１５０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で前記樹脂層を加熱して軟化させる工程を有することを特徴とする請求項８または９に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
11. 前記樹脂層を形成する工程の後、前記裏面被覆層の表面と前記開口部の開口面を被覆し、前記開口部の内部を充填する前記樹脂層を、前記窒化物半導体紫外線発光素子側に向けて押圧する工程を有することを特徴とする請求項８〜１０の何れか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。

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