JP6943217B2 - 発光素子の配光特性の調整方法及び発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子の配光特性の調整方法及び発光素子の製造方法に関する。
チップオンボード（ＣＯＢ）などの製品は、ＬＥＤ素子からの放熱性に優れ、照明等の用途において、採用されるＬＥＤチップ実装方法である。ＣＯＢなどにＬＥＤを実装する場合、チップを直接ボードに接合するフリップ実装が必須である。フリップ実装を実現するためには、発光素子の一方の面に極性の異なる通電用パッドを設けたフリップチップを作製する必要がある。また、通電用パッドが設けられた面の反対側の面は光取り出し機能を有する材料で構成する必要がある。
黄色〜赤色ＬＥＤでフリップチップを作製する場合、発光層にはＡｌＧａＩｎＰ系の材料が用いられる。ＡｌＧａＩｎＰ系材料はバルク結晶が存在せず、エピタキシャル法でＬＥＤ部は形成されるため、出発基板はＡｌＧａＩｎＰとは異なる材料が選択される。出発基板はＧａＡｓやＧｅが選択される場合が多く、これらの基板は可視光に対して光吸収の特性を有するため、フリップチップを作製する場合、出発基板は除去される。しかし、発光層を形成するエピタキシャル層は極薄膜のため、出発基板除去後に自立することができない。したがって、発光層に発光波長に対して略透明で窓層としての機能を有し、自立させるために十分な厚さを有する支持基板としての機能を有する材料・構成で、出発基板と置換する必要がある。
窓層兼支持基板の機能を有する置換材料として、ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，サファイアなどが選択される。前記いずれの材料を選択しても、ＡｌＧａＩｎＰ系材料と異なる材料であるため、格子定数、熱膨張係数やヤング率などの機械的特性はＡｌＧａＩｎＰ系材料とは異なる。
このような技術として、特許文献１には窓層兼支持基板としてＧａＰを結晶成長と直接接合により形成する方法が開示されている。また、特許文献２には窓層兼支持基板としてＧａＰを結晶成長して形成する方法が開示されている。
ところで四元活性層とＧａＰ窓層を有する発光素子を用いてフリップチップ実装を行う際、配光特性を制御することは発光素子を被覆するレンズ設計の自由度を高めるため、必要である。
例えば、特許文献３では四元活性層とＧａＰ窓層を有する発光素子の光取り出し側に台形状の形状を形成する技術が開示されている。
また、特許文献４には四元活性層とＧａＰ窓層を有する発光素子の光取り出し面側に粗面を有する技術が開示されている。
例えば、特許文献３では四元活性層とＧａＰ窓層を有する発光素子の光取り出し側に台形状の形状を形成する技術が開示されている。
また、特許文献４には四元活性層とＧａＰ窓層を有する発光素子の光取り出し面側に粗面を有する技術が開示されている。
しかし、特許文献３の技術では台形状の角度を大きく変えることは窓層の厚さを変えない限り難しく、かつ、平坦部の大きさを変えることも難しい。
また、特許文献４の技術では、全方位にわたって均一な配光を得るには適した技術ではあるが、配光角度を任意にかえることは難しい。
従って、ＧａＰ窓層を有する発光素子において、配光角度などの配光特性を任意に調整できる技術が求められる。
また、特許文献４の技術では、全方位にわたって均一な配光を得るには適した技術ではあるが、配光角度を任意にかえることは難しい。
従って、ＧａＰ窓層を有する発光素子において、配光角度などの配光特性を任意に調整できる技術が求められる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、例えば配光角度などの配光特性を所望のように調整できる発光素子の配光特性の調整方法及び発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、出発基板上に、該出発基板と格子整合系の材料で少なくとも第一半導体層、活性層、第二半導体層を順次エピタキシャル成長により成長させて発光層を形成する工程と、窓層兼支持基板を前記発光層と接合するか、または、前記窓層兼支持基板を前記発光層上にエピタキシャル成長させる窓層兼支持基板形成工程と、前記出発基板を除去する工程と、前記第一半導体層表面に第一オーミック電極を形成する工程と、少なくとも前記第一半導体層と前記活性層の一部を除去して除去部を形成する除去工程と、前記除去部の前記第二半導体層または前記窓層兼支持基板上に第二オーミック電極を形成する工程と、前記窓層兼支持基板の光取出し面側に凹部を形成する凹部形成工程を有する発光素子の製造において、該製造される発光素子の配光特性を調整する方法であって、
前記発光素子の所望の配光特性を予め設定しておき、
該設定した所望の配光特性に基づいて、前記凹部形成工程において形成する前記凹部の形状の調整と、前記窓層兼支持基板の表面を粗面化する粗面化工程における粗面化領域の調整のうちのいずれか１つ以上を行うことによって、前記製造される発光素子の配光特性を前記設定した所望の配光特性に調整することを特徴とする発光素子の配光特性の調整方法を提供する。
前記発光素子の所望の配光特性を予め設定しておき、
該設定した所望の配光特性に基づいて、前記凹部形成工程において形成する前記凹部の形状の調整と、前記窓層兼支持基板の表面を粗面化する粗面化工程における粗面化領域の調整のうちのいずれか１つ以上を行うことによって、前記製造される発光素子の配光特性を前記設定した所望の配光特性に調整することを特徴とする発光素子の配光特性の調整方法を提供する。
このように、予め設定した所望の配光特性に基づいて、窓層兼支持基板の光取出し面側に形成する凹部の形状の調整と、上記粗面化工程における窓層兼支持基板の粗面化領域の調整のいずれか１つ以上を行うことによって、製造される発光素子の配光特性（例えば配光角度や配光強度など）を、上記の設定した所望の配光特性に容易に調整することができる。配光特性の微調整が可能であり、種々の配光特性を有する発光素子を得ることができる。
このとき、前記凹部の形状の調整として、前記凹部の深さを調整することができる。また、前記凹部の形状の調整として、前記凹部の横断面形状を調整することができる。
さらには、前記粗面化工程における粗面化領域の調整として、前記凹部の内部の底面、前記凹部の内部の側面、前記窓層兼支持基板の前記光取出し面、前記窓層兼支持基板の側面のうちのいずれか１つ以上の領域を粗面化することができる。
このようにして、凹部の形状の調整や粗面化領域の調整を容易に行うことができ、簡便に配光特性を調整することができる。
また本発明は、発光素子の製造方法であって、
上記本発明の発光素子の配光特性の調整方法により前記配光特性を所望のように調整しつつ発光素子を製造することを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。
上記本発明の発光素子の配光特性の調整方法により前記配光特性を所望のように調整しつつ発光素子を製造することを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。
このような製造方法であれば、配光特性の調整方法を用いて設定した所望の配光特性を有する発光素子を容易に製造することができる。
以上のように、本発明によれば、製造される発光素子の配光特性を、予め設定した所望の配光特性に容易に調整することができる。そして、所望の配光特性を有する発光素子を容易に製造することが可能である。
以下、本発明について、実施形態を図を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（第一の実施形態）
図１に、本発明の発光素子の配光特性の調整方法を含む、発光素子の製造方法の第一の実施形態を示す。
図１（Ａ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ系エピウェハ００１を作製する場合、例えば［００１］方向に１５度傾斜したＧａＡｓ等の出発基板１００を準備する。
（第一の実施形態）
図１に、本発明の発光素子の配光特性の調整方法を含む、発光素子の製造方法の第一の実施形態を示す。
図１（Ａ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ系エピウェハ００１を作製する場合、例えば［００１］方向に１５度傾斜したＧａＡｓ等の出発基板１００を準備する。
次いで、出発基板１００上に、出発基板１００と格子整合系の材料で、少なくとも第一半導体層１０１，活性層１０２、第二半導体層１０３を順次エピタキシャル成長により成長させて発光層１０７を形成する。
具体的には、出発基板１００上に有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法にて、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）からなるＮクラッド層（第一半導体層）１０１、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）からなる活性層１０２、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）からなるＰクラッド層（第二半導体層）１０３を形成する。次いで、ＧａｙＩｎ１−ｙＰ（０．０≦ｙ≦１．０）から成る中間組成層１０４、例えば０．５μｍ以上の厚さを有するＧａＰからなる窓層１０５を順次積層することができる。
これらの作製方法はＭＯＶＰＥ法に限定されるものではなく、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や、化学線エピタキシー（ＣＢＥ）法で作製しても良い。
次いで、ＧａＰからなる窓層１０５に接して例えば１００μｍの厚さを有するＧａＡｓｚＰ１−ｚ（０．０≦ｚ≦０．１）の窓層兼支持基板１０６を形成する。窓層兼支持基板１０６は、接合により形成したり、ＭＯＶＰＥ法あるいはＭＢＥ法またはＨＶＰＥ法により形成することができる。
図１（Ｂ）に示すように、窓層兼支持基板１０６形成後、例えば化学的エッチングによりＡｌＧａＩｎＰ系エピウェハ００１のＧａＡｓ出発基板１００を除去したウェハ０１１を形成する。化学的エッチング液はＡｌＧａＩｎＰ系材料とエッチング選択性があるものが好ましく、一般にはアンモニア含有エッチャントで除去する。
ＧａＡｓ出発基板１００を除去後、図１（Ｃ）に示すように、ウェハ０１１の下部クラッド層（第一半導体層）１０１上に第一オーミック電極１５１を形成し、少なくとも第一半導体層１０１と活性層１０２の一部を切り欠いた領域（除去部）１２０を形成し、該除去部１２０の第二半導体層１０３または窓層兼支持基板１０６上の一部に第二オーミック電極１６１を形成する。
図１（Ｃ）に示す例では、第一半導体層１０１〜窓層１０５の一部を除去し、窓層兼支持基板１０６上に第二オーミック電極１６１を形成している。
図１（Ｃ）に示す例では、第一半導体層１０１〜窓層１０５の一部を除去し、窓層兼支持基板１０６上に第二オーミック電極１６１を形成している。
非除去部（除去部１２０以外の領域）１１０のうち、第一オーミック電極１５１を有しない領域１１１の少なくとも一部には誘電体部１４０を設けることができる。
非除去部１１０と除去部１２０の間にある段差部１３０の少なくとも一部には誘電体部１４１を設けることができる。
そして除去部１２０のうち、第二オーミック電極１６１以外の領域１２１の少なくとも一部には誘電体部１４２を設けることができ、ウェハＡ０１を得る。
非除去部１１０と除去部１２０の間にある段差部１３０の少なくとも一部には誘電体部１４１を設けることができる。
そして除去部１２０のうち、第二オーミック電極１６１以外の領域１２１の少なくとも一部には誘電体部１４２を設けることができ、ウェハＡ０１を得る。
本実施形態においては、誘電体部１４０，１４１，１４２全てを有する場合を例示しているが、全てを有する必要はなく、一部のみを有する場合であっても、同様の効果が得られる。
また、本実施形態においては、第一半導体層１０１の領域１１１において、誘電体部１４０しか有しない構造を例示しているが、誘電体部１４０と第一半導体層１０１の領域１１１との間に光反射膜あるいは光反射部を設けても良く、あるいは、誘電体部１４０の第一半導体層１０１の領域１１１に接しない面側に光反射膜あるいは光反射部を設けても良い。
また、本実施形態においては、第一半導体層１０１の領域１１１において、誘電体部１４０しか有しない構造を例示しているが、誘電体部１４０と第一半導体層１０１の領域１１１との間に光反射膜あるいは光反射部を設けても良く、あるいは、誘電体部１４０の第一半導体層１０１の領域１１１に接しない面側に光反射膜あるいは光反射部を設けても良い。
また、本実施形態においては、領域１１１においては、平坦な面を有する場合を例示しているが、凹凸を有する面を有していても良い。凹凸を有する面に関しては、ウェットエッチングによる単純粗面、ファセット面を有するファセット粗面、数十μｍ〜数百ｎｍのピッチを有するフォトリソによるパターン化されたパターン化粗面、数〜数百ｎｍのピッチのトレンチ形状を有するフォトニック粗面とすることができる。
また、本実施形態においては、段差部１３０は凹凸の無いフラットな面として例示しているが、凹凸を有する面であっても良い。
また、本実施形態においては、領域１２０は凹凸の無いフラットな面として例示しているが、凹凸を有する面であっても良い。
また、本実施形態においては、領域１２０は凹凸の無いフラットな面として例示しているが、凹凸を有する面であっても良い。
次の工程として、窓層兼支持基板１０６の光取出し面側に凹部を形成する（凹部形成工程）が、ここで、予め、製造する発光素子の所望の配光特性を設定しておく。設定のタイミングは、凹部の形成や、後述する第二の実施形態等で説明する粗面化工程の前であればよく、特に限定されない。例えば、出発基板１００の準備前とすることもできる。
なお、設定した所望の配光特性に基づいて、凹部形成工程での凹部の形状の調整を行うが、その調整具合と、それによって得られる配光特性の関係については、例えば、別途、事前に試験を行って調査しておくことができる。このようにすれば、より確実に、所望のように配光特性を調整できて、配光特性が望み通りの発光素子を得ることができる。
なお、設定した所望の配光特性に基づいて、凹部形成工程での凹部の形状の調整を行うが、その調整具合と、それによって得られる配光特性の関係については、例えば、別途、事前に試験を行って調査しておくことができる。このようにすれば、より確実に、所望のように配光特性を調整できて、配光特性が望み通りの発光素子を得ることができる。
そして凹部形成工程では、設定した所望の配光特性に基づいて、ウェハＡ０１の窓層兼支持基板１０６を有する第一の面（光取出し面）０１Ａ上に、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成し、０１Ａ側から上部クラッド層（第二半導体層）１０３に向かってエッチングにより凹部１１Ａを形成する。エッチングはウェットエッチング法あるいはドライエッチング法のどちらを選択しても形成可能である。ウェットエッチング法の場合は塩酸系エッチング液を、ドライエッチング法の場合は塩素系ガスを用いてエッチングを行うことができる。
凹部の投影視形状（すなわち、横断面形状）は矩形を含む多角形、円形、その他任意の形状および大きさに選択可能である。例えば図５に示すような形状とすることができる。図５（Ａ）は、凹部が投影視で矩形の場合である。図５（Ｂ）は、凹部が投影視で矩形でかつ角部にＲを有する場合である。図５（Ｃ）は、凹部が投影視で丸形状の場合である。図５（Ｄ）は、凹部が投影視で菱型の場合である。図５（Ｅ）は、凹部が投影視で多角形の場合である。図５（Ｆ）は、凹部が投影視で矩形を四隅に配置した場合である。図５（Ｇ）は、凹部が投影視で矩形の溝状の場合である。図５（Ｈ）は、凹部が投影視で多数の矩形を配置した場合である。図５（Ｉ）は、凹部が投影視で矩形の溝が多重に配置された場合である。
また、凹部の深さは特に限定されず、例えば１μｍ以上かつ発光層に達するまでの範囲で、任意の深さに調整可能である。より一層良好な配光特性の調整・変更を得るためには、５μｍ以上の深さを設けることが好適である。ダイス形成時の歩留まり低下の観点から、窓層兼支持基板の半分程度の厚さ以上の深さにはしないことが好適である。
これらの凹部の横断面形状や深さの調整によって、容易に配光特性の調整を行うことができる。
これらの凹部の横断面形状や深さの調整によって、容易に配光特性の調整を行うことができる。
凹部の断面形状は、所望の配光特性に応じて、どのような形状をとることも可能であるが、ウェットエッチング法を選択した際はファセット面を有する構造でありドライエッチングを選択した場合は一部がなだらかな曲線、あるいは全面にわたってなだらかな面を有する。
凹部１１Ａ形成後、スクライブ／ブレーキング法あるいはブレードダイシング法により、ウェハ状からダイス状に個片化し、チップとする（発光素子１７０）。
凹部１１Ａ形成後、スクライブ／ブレーキング法あるいはブレードダイシング法により、ウェハ状からダイス状に個片化し、チップとする（発光素子１７０）。
このような本発明の配光特性の調整方法、および該調整方法を用いた発光素子の製造方法であれば、配光特性が、予め設定した所望の配光特性になるように調整された発光素子を確実に得ることができる。
さて、上記第一の実施形態では、凹部の形状の調整により、製造される発光素子の配光特性を、予め設定した所望の配光特性に調整しつつ製造する方法について説明した。以下では、凹部の形状の調整に加えて、窓層兼支持基板の表面を粗面化する粗面化工程における粗面化領域の調整をも行い、設定通りの所望の配光特性が得られる調整方法・製造方法を、第二の実施形態〜第四の実施形態として説明する。
さらには、これらに限定されず、凹部を形成するだけでその形状の調整は特に行わず、粗面化領域の調整のみによって、配光特性の調整を行うことも可能である。
さらには、これらに限定されず、凹部を形成するだけでその形状の調整は特に行わず、粗面化領域の調整のみによって、配光特性の調整を行うことも可能である。
なお、粗面化工程での粗面化領域については特に限定されないが、例えば、凹部の内部の底面、凹部の内部の側面、窓層兼支持基板の光取出し面、窓層兼支持基板の側面のうちのいずれか１つ以上の領域とすることができる。このようにすることでも、容易に配光特性の調整を行うことができ、予め設定していた所望の配光特性を簡便に得ることができる。
（第二の実施形態）
図２に本発明の発光素子の製造方法の第二の実施形態を示す。
予め設定した所望の配光特性に基づいて、凹部２１Ａを形成する前にウェハＡ０２の窓層兼支持基板２０６を有する第一の面（光取出し面）０２Ａ上に、粗面処理（粗面化工程）を施すことを除き、基本的に第一の実施形態と同じなので説明は省略する。なお、粗面処理は、弗素及びヨウ素を含む混合液で処理することで、粗面を得ることができる。
図２に示すように、凹部２１Ａの内部の底面２１Ｃ、窓層兼支持基板２０６の光取出し面０２Ａが粗面化されている。
図２に本発明の発光素子の製造方法の第二の実施形態を示す。
予め設定した所望の配光特性に基づいて、凹部２１Ａを形成する前にウェハＡ０２の窓層兼支持基板２０６を有する第一の面（光取出し面）０２Ａ上に、粗面処理（粗面化工程）を施すことを除き、基本的に第一の実施形態と同じなので説明は省略する。なお、粗面処理は、弗素及びヨウ素を含む混合液で処理することで、粗面を得ることができる。
図２に示すように、凹部２１Ａの内部の底面２１Ｃ、窓層兼支持基板２０６の光取出し面０２Ａが粗面化されている。
（第三の実施形態）
図３に本発明の発光素子の製造方法の第三の実施形態を示す。
予め設定した所望の配光特性に基づいて、凹部３１Ａを形成した後にウェハＡ０３の窓層兼支持基板３０６を有する第一の面（光取出し面）０３Ａ側に、粗面処理（粗面化工程）を施すことを除き、基本的に第一の実施形態と同じなので説明は省略する。なお、粗面処理は、弗素及びヨウ素を含む混合液で処理することで、粗面を得ることができる。
図３に示すように、凹部３１Ａの内部の底面３１Ｃおよび側面３１Ｂ、窓層兼支持基板３０６の光取出し面０３Ａが粗面化されている。
図３に本発明の発光素子の製造方法の第三の実施形態を示す。
予め設定した所望の配光特性に基づいて、凹部３１Ａを形成した後にウェハＡ０３の窓層兼支持基板３０６を有する第一の面（光取出し面）０３Ａ側に、粗面処理（粗面化工程）を施すことを除き、基本的に第一の実施形態と同じなので説明は省略する。なお、粗面処理は、弗素及びヨウ素を含む混合液で処理することで、粗面を得ることができる。
図３に示すように、凹部３１Ａの内部の底面３１Ｃおよび側面３１Ｂ、窓層兼支持基板３０６の光取出し面０３Ａが粗面化されている。
（第四の実施形態）
図４に本発明の発光素子の製造方法の第四の実施形態を示す。
予め設定した所望の配光特性に基づいて、凹部４１Ａ形成後、スクライブ／ブレーキング法あるいはブレードダイシング法により、ウェハ状からダイス状に個片化し、チップとし、チップ化後、テープ上に保持されたチップを一定の間隔になるように拡張し、チップ間の間隔をあけた後、チップに粗面処理（粗面化工程）を施すことを除き、基本的に第一の実施形態と同じなので説明は省略する。粗面処理は、弗素及びヨウ素を含む混合液で処理することで、粗面を得ることができる。また、ダイス化したチップに粗面処理を施すことで、第一の面（光取出し面）０４Ａ側だけでなく、側面０４Ｂも粗面化することができる。
図４に示すように、凹部４１Ａの内部の底面４１Ｃおよび側面４１Ｂ、窓層兼支持基板４０６の光取出し面０４Ａおよび側面０４Ｂが粗面化されている。
図４に本発明の発光素子の製造方法の第四の実施形態を示す。
予め設定した所望の配光特性に基づいて、凹部４１Ａ形成後、スクライブ／ブレーキング法あるいはブレードダイシング法により、ウェハ状からダイス状に個片化し、チップとし、チップ化後、テープ上に保持されたチップを一定の間隔になるように拡張し、チップ間の間隔をあけた後、チップに粗面処理（粗面化工程）を施すことを除き、基本的に第一の実施形態と同じなので説明は省略する。粗面処理は、弗素及びヨウ素を含む混合液で処理することで、粗面を得ることができる。また、ダイス化したチップに粗面処理を施すことで、第一の面（光取出し面）０４Ａ側だけでなく、側面０４Ｂも粗面化することができる。
図４に示すように、凹部４１Ａの内部の底面４１Ｃおよび側面４１Ｂ、窓層兼支持基板４０６の光取出し面０４Ａおよび側面０４Ｂが粗面化されている。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
ＧａＡｓ（００１）出発基板上に機能層たるダブルヘテロ（ＤＨ）層をＭＯＶＰＥ法にて形成した。ダブルヘテロ層は下部クラッド層、活性層、上部クラッド層から構成される。クラッド層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．６≦ｘ≦１．０、０．４≦ｙ≦０．６）の組成が選択され、本実施例では、下部クラッド層として、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層を０．７μｍ（ドーピング濃度３．０Ｅ＋１７／ｃｍ３）、ｎ型Ａｌ０．６ＧａＩｎＰ層０．３μｍ（ドーピング濃度１．０Ｅ＋１７／ｃｍ３）の２層構造とした。
活性層は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．１５≦ｘ≦０．８、０．４≦ｙ≦０．６）から選択され、波長によって組成ｘ及びｙは変更した。本実施例においては、多重活性層を用いた。活性層及び障壁層の膜厚は求める波長により変更され、それぞれ４〜１２ｎｍの範囲で波長に合わせて調整した。
上部クラッド層として、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層を０．１μｍ（ドーピング濃度１．０Ｅ＋１７／ｃｍ３）、ｐ型Ａｌ０．６ＧａＩｎＰ層０．９μｍ（ドーピング濃度３．０Ｅ＋１７／ｃｍ３）の２層構造とした。
（実施例１）
ＧａＡｓ（００１）出発基板上に機能層たるダブルヘテロ（ＤＨ）層をＭＯＶＰＥ法にて形成した。ダブルヘテロ層は下部クラッド層、活性層、上部クラッド層から構成される。クラッド層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．６≦ｘ≦１．０、０．４≦ｙ≦０．６）の組成が選択され、本実施例では、下部クラッド層として、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層を０．７μｍ（ドーピング濃度３．０Ｅ＋１７／ｃｍ３）、ｎ型Ａｌ０．６ＧａＩｎＰ層０．３μｍ（ドーピング濃度１．０Ｅ＋１７／ｃｍ３）の２層構造とした。
活性層は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．１５≦ｘ≦０．８、０．４≦ｙ≦０．６）から選択され、波長によって組成ｘ及びｙは変更した。本実施例においては、多重活性層を用いた。活性層及び障壁層の膜厚は求める波長により変更され、それぞれ４〜１２ｎｍの範囲で波長に合わせて調整した。
上部クラッド層として、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層を０．１μｍ（ドーピング濃度１．０Ｅ＋１７／ｃｍ３）、ｐ型Ａｌ０．６ＧａＩｎＰ層０．９μｍ（ドーピング濃度３．０Ｅ＋１７／ｃｍ３）の２層構造とした。
ＤＨ層上には緩衝層（中間組成層）ＧａＩｎＰおよびＧａＰ窓層を成膜し、ＧａＰ窓層兼支持基板をＭＯＶＰＥ法及びＶＰＥ法にて１００μｍ成膜した。
ＧａＰ窓層兼支持基板形成後、ウェットエッチング法によりＧａＡｓ出発基板を除去して自立基板とし、出発基板除去面に第一オーミック電極を形成する。第一オーミック電極はＳｉ、Ｚｎ、Ｓを含有するＡｕ電極からなり、膜厚は１．５μｍとした。
ＤＨ層の一部をフォトリソグラフィー法とエッチング法により切り欠き、発光層領域と、ＧａＰ窓層兼支持基板を露出させた領域、とを設けた。
前記露出領域に、第二オーミック電極を形成する。第二オーミック電極はＢｅを含有するＡｕ電極からなり、膜厚は１．５μｍとした。
ＤＨ層の一部をフォトリソグラフィー法とエッチング法により切り欠き、発光層領域と、ＧａＰ窓層兼支持基板を露出させた領域、とを設けた。
前記露出領域に、第二オーミック電極を形成する。第二オーミック電極はＢｅを含有するＡｕ電極からなり、膜厚は１．５μｍとした。
ここで、後述する比較例のような、窓層兼支持基板の光取出し面側に凹部のない発光素子の場合よりも、配光角度がゼロ度付近における配光強度（配光相対輝度）が向上する配光特性を設定し、該設定した配光特性が得られるように、下記のような凹部の形成及びその形状の調整を行った。
まず、ＧａＰ窓層兼支持基板の光取出し面側にエッチングマスク用のＳｉＯ２膜を形成し、フォトリソグラフィー法と弗酸ウェットエッチング法によりＳｉＯ２膜の一部が開口したマスクを形成する。図５（Ｃ）に示すような円形のＳｉＯ２膜開口部のＧａＰ窓層兼支持基板の一部をドライエッチング法によりエッチングする。窓層兼支持基板のエッチングは塩素含有ガスを使用したドライエッチング法で行い、１０μｍの深さの凹部を形成した。また、これとは別に同様にして、２０μｍの深さの凹部を形成したものを製造した。
凹部形成後、スクライブ／ブレーキング法により、ウェハ状からダイス状に個片化し、図１のような発光素子を製造した。
（実施例２）
凹部を形成する前に、ウェハの窓層兼支持基板を有する第一の面（光取出し面）上に、弗酸・沃素・塩酸含有エッチング液で粗面処理を施し、その後、深さ２０μｍの凹部を形成したことを除き、実施例１と同様な方法で図２に示す発光素子を製造した。
凹部を形成する前に、ウェハの窓層兼支持基板を有する第一の面（光取出し面）上に、弗酸・沃素・塩酸含有エッチング液で粗面処理を施し、その後、深さ２０μｍの凹部を形成したことを除き、実施例１と同様な方法で図２に示す発光素子を製造した。
（実施例３）
深さ２０μｍの凹部を形成した後に、ウェハの窓層兼支持基板を有する第一の面（光取出し面）側に、弗酸・沃素・塩酸含有エッチング液で粗面処理を施すことを除き、実施例１と同様な方法で図３に示す発光素子を製造した。
深さ２０μｍの凹部を形成した後に、ウェハの窓層兼支持基板を有する第一の面（光取出し面）側に、弗酸・沃素・塩酸含有エッチング液で粗面処理を施すことを除き、実施例１と同様な方法で図３に示す発光素子を製造した。
（実施例４）
深さ２０μｍの凹部形成後、スクライブ／ブレーキング法より、ウェハ状からダイス状に個片化し、チップとし、チップ化後、テープ上に保持されたチップを一定の間隔になるように拡張し、チップ間の間隔をあけた後、チップに弗酸・沃素・塩酸含有エッチング液で粗面処理を施すことを除き、実施例１と同様な方法で図４に示す発光素子を製造した。
深さ２０μｍの凹部形成後、スクライブ／ブレーキング法より、ウェハ状からダイス状に個片化し、チップとし、チップ化後、テープ上に保持されたチップを一定の間隔になるように拡張し、チップ間の間隔をあけた後、チップに弗酸・沃素・塩酸含有エッチング液で粗面処理を施すことを除き、実施例１と同様な方法で図４に示す発光素子を製造した。
（比較例）
凹部を形成しないことを除き、実施例１と同様な方法で発光素子を製造した。すなわち、窓層兼支持基板には、凹部も粗面領域もない。
凹部を形成しないことを除き、実施例１と同様な方法で発光素子を製造した。すなわち、窓層兼支持基板には、凹部も粗面領域もない。
（実施例１〜４と比較例の結果）
図６に、窓層兼支持基板の厚さが１００μｍの場合の実施例１における凹部の深さが１０μｍ，２０μｍの場合と、凹部を設けない比較例との配光特性の差異を示す。
比較例において、配光角ゼロ度付近で配光強度が低下する傾向があるのに対し、本発明の配光特性の調整方法を実施して製造した発光素子の場合（実施例１）は、予め所望していたように、比較例よりも配光角ゼロ度付近での配光強度が向上されたものとなった。なお、凹部の深さが深くなるにつれて配光角ゼロ度付近の配光強度が上昇するように調整することができる。
図６に、窓層兼支持基板の厚さが１００μｍの場合の実施例１における凹部の深さが１０μｍ，２０μｍの場合と、凹部を設けない比較例との配光特性の差異を示す。
比較例において、配光角ゼロ度付近で配光強度が低下する傾向があるのに対し、本発明の配光特性の調整方法を実施して製造した発光素子の場合（実施例１）は、予め所望していたように、比較例よりも配光角ゼロ度付近での配光強度が向上されたものとなった。なお、凹部の深さが深くなるにつれて配光角ゼロ度付近の配光強度が上昇するように調整することができる。
図７には凹部の深さを２０μｍとし、実施例１から実施例４までのチップ形態における配光特性と、比較例の配光特性を比較したものである。図７に示すように、それぞれ異なった配光特性を示すことが判る。実施例１−４のいずれも、予定していた通り、配光角ゼロ度付近の配光強度を上昇させることができた。また、実施例４においては、さらに、所望のように、配光角ゼロ度付近のような高い配光強度が得られる配光角度の範囲を広めることができた。
このように、本発明によって、所望の通り、配光特性が微調整された様々な発光素子を得ることができる。
このように、本発明によって、所望の通り、配光特性が微調整された様々な発光素子を得ることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１００…出発基板、 １０１…第一半導体層、 １０２…活性層、
１０３…第二半導体層、 １０４…中間組成層、 １０５…窓層、
１０６、２０６、３０６、４０６…窓層兼支持基板、 １０７…発光層、
１１０…非除去部、
１１１…非除去部のうち、第一オーミック電極を有しない領域、
１２０…除去部、 １２１…除去部のうち、第二オーミック電極以外の領域、
１３０…段差部、 １４０、１４１、１４２…誘電体部、
１５１…第一オーミック電極、 １６１…第二オーミック電極、
１７０…発光素子、
００１…ＡｌＧａＩｎＰ系エピウェハ、
０１１…出発基板を除去したウェハ、
Ａ０１、Ａ０２、Ａ０３…ウェハ、
０１Ａ、０２Ａ、０３Ａ、０４Ａ…窓層兼支持基板の光取出し面、
０４Ｂ…窓層兼支持基板の側面、
１１Ａ、２１Ａ、３１Ａ、４１Ａ…凹部、
３１Ｂ、４１Ｂ…凹部の内部の側面、
２１Ｃ、３１Ｃ、４１Ｃ…凹部の内部の底面。
１０３…第二半導体層、 １０４…中間組成層、 １０５…窓層、
１０６、２０６、３０６、４０６…窓層兼支持基板、 １０７…発光層、
１１０…非除去部、
１１１…非除去部のうち、第一オーミック電極を有しない領域、
１２０…除去部、 １２１…除去部のうち、第二オーミック電極以外の領域、
１３０…段差部、 １４０、１４１、１４２…誘電体部、
１５１…第一オーミック電極、 １６１…第二オーミック電極、
１７０…発光素子、
００１…ＡｌＧａＩｎＰ系エピウェハ、
０１１…出発基板を除去したウェハ、
Ａ０１、Ａ０２、Ａ０３…ウェハ、
０１Ａ、０２Ａ、０３Ａ、０４Ａ…窓層兼支持基板の光取出し面、
０４Ｂ…窓層兼支持基板の側面、
１１Ａ、２１Ａ、３１Ａ、４１Ａ…凹部、
３１Ｂ、４１Ｂ…凹部の内部の側面、
２１Ｃ、３１Ｃ、４１Ｃ…凹部の内部の底面。
Claims (4)
- 出発基板上に、該出発基板と格子整合系の材料で少なくとも第一半導体層、活性層、第二半導体層を順次エピタキシャル成長により成長させて発光層を形成する工程と、窓層兼支持基板を前記発光層と接合するか、または、前記窓層兼支持基板を前記発光層上にエピタキシャル成長させる窓層兼支持基板形成工程と、前記出発基板を除去する工程と、前記第一半導体層表面に第一オーミック電極を形成する工程と、少なくとも前記第一半導体層と前記活性層の一部を除去して除去部を形成する除去工程と、前記除去部の前記第二半導体層または前記窓層兼支持基板上に第二オーミック電極を形成する工程と、前記窓層兼支持基板の光取出し面側に凹部を形成する凹部形成工程を有する発光素子の製造において、該製造される発光素子の配光特性を調整する方法であって、
前記発光素子の所望の配光特性を予め設定しておき、
該設定した所望の配光特性に基づいて、前記凹部形成工程において形成する前記凹部の形状の調整と、前記窓層兼支持基板の表面を粗面化する粗面化工程における粗面化領域の調整のうちのいずれか１つ以上を行うことによって、前記製造される発光素子の配光特性を前記設定した所望の配光特性に調整するとき、
前記凹部の形状の調整として、前記凹部の深さを調整し、
前記粗面化工程における粗面化領域の調整として、前記凹部の内部の側面、前記窓層兼支持基板の前記光取出し面、前記窓層兼支持基板の側面のうちのいずれか１つ以上の領域を粗面化することを特徴とする発光素子の配光特性の調整方法。 - 前記凹部の形状の調整として、前記凹部の横断面形状を調整することを特徴とする請求項１に記載の発光素子の配光特性の調整方法。
- 前記粗面化工程における粗面化領域の調整として、さらに、前記凹部の内部の底面を粗面化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子の配光特性の調整方法。
- 発光素子の製造方法であって、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光素子の配光特性の調整方法により前記配光特性を所望のように調整しつつ発光素子を製造することを特徴とする発光素子の製造方法。
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