JP7076294B2

JP7076294B2 - 発光装置の製造方法

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Publication number: JP7076294B2
Application number: JP2018115519A
Authority: JP
Inventors: 紀隆丹羽; 哲彦稲津; 啓慈一ノ倉
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2038-06-18
Also published as: JP2019220535A

Description

本発明は、発光装置の製造方法に関する。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の光取り出し面側にミクロンサイズの凹凸を形成したサファイア基板を用いることで、発光素子の光取り出し効率を向上させる方法が考案されている（特許文献１参照）。

特開２０１５－１９５３８８号公報

しかしながら、発光素子をパッケージ基板に実装して発光装置を製造する過程で、サファイア基板に形成された凹凸に余分な成分が付着したり凹凸形状が崩れたりすると、発光装置としての光出力の低下を招く一因となる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、発光装置の光出力の低下を抑える新たな製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光装置の製造方法は、光取り出し面に凹凸構造が形成されている半導体発光素子を、紫外線を照射することで粘着力が低下する性質を有する粘着シートの上に、光取り出し面を接着面として載置する載置工程と、半導体発光素子が接着された状態で粘着シートに紫外線を照射する照射工程と、照射工程の後に、粘着力が低下した粘着シートから半導体発光素子を剥離する剥離工程と、剥離した半導体発光素子の光取り出し面を保持具で保持した状態で、半導体発光素子をパッケージ基板にフリップチップ実装する実装工程と、を備える。

この態様によると、粘着力が低下した粘着シートから半導体発光層の光取り出し面を剥離するため、粘着シートに含まれる粘着剤成分が光取り出し面に残りにくくなる。

粘着シートは、紫外線の照射により粘着力が０．１０Ｎ／２０ｍｍ未満に低下する性質を有していてもよい。これにより、光取り出し面に粘着剤成分がより付着しにくくなる。

粘着シートは、粘着剤層の厚みが１０μｍ未満であってもよい。粘着剤層は一般的に柔軟な層であるため、粘着剤層の厚みが厚くなるほど光取り出し面の凹凸構造が進入する深さも深くなり、粘着シートから光取り出し面を剥離する際に粘着剤成分が光取り出し面の凹凸構造に付着しやすくなる。そこで、この態様によると、粘着剤層の厚みをある程度薄くすることで、粘着剤成分が光取り出し面の凹凸構造に付着しにくくできる。

粘着剤層は、ピーク波長が３５２ｎｍの紫外線の積算光量が９００ｍＪ／ｃｍ^２以上の硬化条件を有する材料であるとよい。

保持具は、超硬合金で構成されたコレットであってもよい。実装工程は、コレットで保持された半導体発光素子の素子電極をパッケージ基板の基板電極に圧着し加熱することで電極同士を接合してもよい。これにより、超硬合金で構成されたコレットを用いても、凹凸構造の形状が崩れにくくなる。

素子電極は、金（Ａｕ）を含んでもよい。基板電極は、金（Ａｕ）のスタッドまたは金錫（ＡｕＳｎ）はんだを含んでもよい。実装工程は、２８０～３４０℃の範囲で行われてもよい。これにより、超音波接合を用いずに電極同士の接合を実現できる。

凹凸構造は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）層、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）層、窒化ケイ素層（ＳｉＮ_ｘ）または酸化アルミニウム層（Ａｌ_２Ｏ_３）であってもよい。半導体発光素子は、波長２００ｎｍ以上３６５ｎｍ以下の紫外線を発する窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体層を含んでいてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、発光装置の光出力の低下を抑えることができる。

本実施の形態に係る半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。図１の半導体発光素子の光取り出し面の構成を概略的に示す平面図である。発光装置の製造方法を示すフローチャートである。発光装置の製造工程を模式的に示す図である。発光装置の製造工程を模式的に示す図である。発光装置の製造工程を模式的に示す図である。発光装置の製造工程を模式的に示す図である。発光装置の製造工程を模式的に示す図である。発光装置の製造工程を模式的に示す図である。発光装置の製造工程を模式的に示す図である。発光装置の製造工程を模式的に示す図である。発光装置の製造工程を模式的に示す図である。図１３（ａ）は、比較例１に係る粘着シートから剥離された半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図、図１３（ｂ）は、比較例２に係る粘着シートから剥離された半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図、図１３（ｃ）は、参考例に係る粘着シートから剥離された半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図、図１３（ｄ）は、実施例に係る粘着シートから剥離された半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図である。図１４（ａ）は、電極を超音波接合した半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図、図１４（ｂ）は、電極を熱圧着接合した半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の発光素子の寸法比と一致しない。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

（半導体発光素子）
図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子１０の構成を概略的に示す断面図である。半導体発光素子１０は、ベース構造体２０と、発光構造体３０とを備える。ベース構造体２０は、基板２２、第１ベース層２４、第２ベース層２６を含む。発光構造体３０は、ｎ型クラッド層３２、活性層３４、電子ブロック層３６、ｐ型クラッド層３８、ｐ側電極４０、ｎ側電極４２を含む。

半導体発光素子１０は、中心波長が約２００ｎｍ以上約３６５ｎｍ以下となる「深紫外線」を発するように構成される半導体発光素子である。このような波長の深紫外線を出力するため、活性層３４は、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料で構成される。本実施の形態では、特に中心波長が約３１０ｎｍ以下の深紫外線を発する場合について示す。

本明細書において、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」とは、主に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体材料のことをいい、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の材料を含有する半導体材料を含むものとする。したがって、本明細書にいう「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、Ｉｎ_{１－ｘ－ｙ}Ａｌ_ｘＧａ_ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成で表すことができ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）を含むものとする。

また「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＡｌＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＧａＮ系半導体材料」ということがある。「ＧａＮ系半導体材料」には、主にＧａＮやＩｎＧａＮが含まれ、これらに微量のＡｌＮを含有する材料も含まれる。同様に、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＧａＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＡｌＮ系半導体材料」ということがある。「ＡｌＮ系半導体材料」には、主にＡｌＮやＩｎＡｌＮが含まれ、これらに微量のＧａＮが含有される材料も含まれる。

基板２２は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板である。基板２２は、変形例において窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であってもよい。基板２２は、第１主面２２ａと、第１主面２２ａの反対側の光取り出し面２２ｃとを有する。第１主面２２ａは、結晶成長面となる面であり、例えば、サファイア基板の（０００１）面である。光取り出し面２２ｃの内側領域Ｃ１には、サブミクロン程度の微小な凹凸構造（テクスチャ構造）５０が形成される。光取り出し面２２ｃの外周領域Ｃ２には、平坦面２２ｆが形成される。

基板２２の第１主面２２ａ上には、第１ベース層２４および第２ベース層２６が積層される。第１ベース層２４は、ＡｌＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ－ＡｌＮ）層である。第２ベース層２６は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ（ｕ－ＡｌＧａＮ）層である。

基板２２、第１ベース層２４および第２ベース層２６は、ｎ型クラッド層３２から上の層を形成するための下地層（テンプレート）として機能する。またこれらの層は、活性層３４が発する深紫外線を外部に取り出すための光取り出し層として機能し、活性層３４が発する深紫外線を透過する。第１ベース層２４および第２ベース層２６は、活性層３４からの深紫外線の透過率が高まるように、活性層３４よりもＡｌＮ比率の高いＡｌＧａＮ系またはＡｌＮ系材料で構成されることが好ましく、活性層３４より低屈折率の材料で構成されることが好ましい。また、第１ベース層２４および第２ベース層２６は、基板２２より高屈折率の材料で構成されることが好ましい。例えば、基板２２がサファイア基板（屈折率ｎ１＝１．８程度）であり、活性層３４がＡｌＧａＮ系半導体材料（屈折率ｎ３＝２．４～２．６程度）である場合、第１ベース層２４や第２ベース層２６は、ＡｌＮ層（屈折率ｎ２＝２．１程度）や、ＡｌＮ組成比が相対的に高いＡｌＧａＮ系半導体材料（屈折率ｎ２＝２．２～２．３程度）で構成されることが好ましい。

ｎ型クラッド層３２は、第２ベース層２６の上に設けられるｎ型半導体層である。ｎ型クラッド層３２は、ｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層３２は、活性層３４が発する深紫外線を透過するように組成比が選択され、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。ｎ型クラッド層３２は、活性層３４が発する深紫外線の波長よりも大きいバンドギャップを有し、例えば、バンドギャップが４．３ｅＶ以上となるように形成される。ｎ型クラッド層３２は、５００ｎｍ～３０００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２０００ｎｍ程度の厚さを有する。

活性層３４は、ｎ型クラッド層３２の一部領域上に形成される。活性層３４は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、ｎ型クラッド層３２と電子ブロック層３６に挟まれてダブルヘテロ接合構造を構成する。活性層３４は、単層もしくは多層の量子井戸構造を構成してもよい。このような量子井戸構造は、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるバリア層と、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される井戸層とを積層させることにより形成される。活性層３４は、波長３５５ｎｍ以下の深紫外線を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成され、例えば、波長３１０ｎｍ以下の深紫外線を出力できるようにＡｌＮ組成比が選択される。

電子ブロック層３６は、活性層３４の上に形成される。電子ブロック層３６は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ層である。電子ブロック層３６は、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。電子ブロック層３６は、ＡｌＮのモル分率が８０％以上となるように形成されてもよく、実質的にＧａＮを含まないＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層３６は、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされるＡｌＧａＮ系半導体材料またはＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層３６は、１ｎｍ～５０ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、１０ｎｍ～２０ｎｍ程度の厚さを有する。

ｐ型クラッド層３８は、電子ブロック層３６の上に形成される。ｐ型クラッド層３８は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、ＭｇドープのＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層３８は、電子ブロック層３６よりもＡｌＮのモル分率が低くなるように組成比が選択される。ｐ型クラッド層３８は、１００ｎｍ～１０００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ～６００ｎｍ程度の厚さを有する。

ｐ側電極４０は、ｐ型クラッド層３８の上に設けられる。ｐ側電極４０は、ｐ型クラッド層３８との間でオーミック接触が実現できる材料で形成され、例えば、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層構造により形成される。

ｎ側電極４２は、ｎ型クラッド層３２の上に設けられる。ｎ側電極４２は、Ｔｉ／Ａｌ系電極であり、例えば、チタン（Ｔｉ）／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕの積層構造により形成される。

凹凸構造５０は、基板２２の光取り出し面２２ｃに形成される。凹凸構造５０は、光取り出し面２２ｃにおける反射または全反射を抑制し、光取り出し面２２ｃから出力される深紫外線の外部取出効率を高める。凹凸構造５０は、光取り出し面２２ｃのほぼ全面に形成されるが、光取り出し面２２ｃの外周領域Ｃ２を避けて形成される。凹凸構造５０は、光取り出し面２２ｃの内側領域Ｃ１に形成される複数の錐形状部５２を有する。錐形状部５２は、基板２２と同じ材料で構成され、例えばサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）または酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）で構成される。

複数の錐形状部５２は、ほぼ均一な高さｈ_Ａを有するように形成される。錐形状部５２の高さｈ_Ａは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、好ましくは２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。錐形状部５２の高さｈ_Ａは、ある程度（例えば、５％～３０％程度）のばらつきを有してもよい。

複数の錐形状部５２は、所定のピッチで並ぶように形成される。ここで、錐形状部５２のピッチとは、隣接する錐形状部５２の頂部間の距離である。錐形状部５２のピッチは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となるよう形成され、例えば、２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下となるように形成される。

凹凸構造５０の底面に相当する基準面２２ｄと平坦面２２ｆの間の高さｈ_Ｂは、凹凸構造５０の高さｈ_Ａより大きく、好ましくは、凹凸構造５０の高さｈ_Ａの２倍以上である。したがって、外周領域Ｃ２における基板２２の厚みｔ_２は、内側領域Ｃ１における基板２２の厚みｔ_１よりも小さい。

基板２２の内側領域Ｃ１の厚さｔ_１は、１μｍ以上であり、例えば、５μｍ、１０μｍ、１００μｍ、３００μｍ、５００μｍ程度の厚さを有する。基板２２の厚さｔ_１は、凹凸構造５０の高さｈ_Ａの２倍以上であり、典型的には凹凸構造５０の高さｈ_Ａの１０倍以上である。一方、基板２２の外周領域Ｃ２の厚さｔ_２は、０．５μｍ以上である。基板２２の内側領域Ｃ１と外周領域Ｃ２の厚さの差（ｔ_１－ｔ_２）は、０．５μｍ以上であり、例えば、１μｍ～１０μｍ程度である。

図２は、図１の半導体発光素子１０の光取り出し面２２ｃの構成を概略的に示す平面図である。光取り出し面２２ｃは、内側領域Ｃ１と外周領域Ｃ２を有する。外周領域Ｃ２は、光取り出し面２２ｃの外縁に沿って枠状に設けられる領域であり、凹凸構造５０が形成されずに平坦面２２ｆとなる領域である。外周領域Ｃ２の幅ｗは特に限られないが、例えば、１μｍ～５０μｍ程度の範囲であり、例えば１０μｍ～３０μｍ程度である。内側領域Ｃ１は、外周領域Ｃ２より内側の領域であり、凹凸構造５０（つまり、複数の錐形状部５２）が設けられる領域である。

複数の錐形状部５２は、光取り出し面２２ｃの内側領域Ｃ１に二次元アレイ状に配列され、例えば、図示されるように三角格子状に並んで配置される。複数の錐形状部５２は、内側領域Ｃ１のほぼ全体を隙間なく占めるように設けられることが好ましく、光取り出し面２２ｃの平面視の単位面積あたりに複数の錐形状部５２が占める面積の割合が７０％以上、８０％以上または９０％以上となるように構成されることが好ましい。錐形状部５２は、光取り出し面２２ｃの平面視での外郭が円形状である。なお、錐形状部５２の内側領域Ｃ１での充填率を高めるために、錐形状部５２の外郭が円形と多角形の中間の形状を有してもよく、例えば、円形と六角形の中間の形状を有してもよい。

つづいて、発光装置の製造方法について述べる。図３は、発光装置の製造方法を示すフローチャートである。図４～図１２は、発光装置の製造工程を模式的に示す図である。図４に示す積層体１２は、光取り出し層となる基板２２と、発光構造体３０とを備える。なお、以降の図において基板２２や発光構造体３０の各層については図示を適宜省略している。

まず、図４に示すように、光取り出し面２２ｃに凹凸構造５０が形成されている基板２２と発光構造体３０とを備える積層体１２を、紫外線を照射することで粘着力が低下する性質を有する粘着シート５４の上に載置する（図３のＳ１０）。次に、レーザ装置５６から照射されたレーザにより５６の基板２２の内部に改質部５８を形成する（図３のＳ１２）。改質部５８は、レーザ装置５６が照射したレーザが基板２２の内部で多光子吸収されることにより基板２２の内部のみに形成される。レーザ装置５６として、例えば、基板２２に対して透明な波長帯域の高強度短パルスレーザを用いればよい。

次に、粘着シート５４に対して紫外線照射装置６０が発する紫外線を照射する（図３のＳ１４）。これにより、粘着シート５４と積層体１２との粘着力が低下する。その後、粘着シート５４から積層体１２を剥離し、図５に示すように、積層体１２の表裏を逆にして光取り出し面２２ｃを接着面として新たな粘着シート５４の上に載置する（図３のＳ１６）。そして、レーザを照射した基板側と反対の発光構造体側からブレーク刃６２で積層体１２を切断することで、改質部５８を基点にして基板２２が切断され、各素子部１０ａ～１０ｃに個片化される（図３のＳ１８）。これにより、図１に示す半導体発光素子１０が製造される。

次に、図６に示すように、粘着シート５４に対して紫外線照射装置６０により紫外線を照射する（図３のＳ２０）。これにより、粘着シート５４と個片化（チップ化）された各素子部１０ａ～１０ｃとの粘着力が低下する。その後、図７に示すように、保持具であるコレット６４で素子部１０ｃを保持した状態で、粘着シート５４の反対側から素子部１０ｃをニードル６６で突き上げることで、素子部１０ｃが粘着シート５４から剥離されピックアップされる（図３のＳ２２）。その際、粘着シート５４と素子部１０ｃとの粘着力が低下しているため、粘着シート５４に含まれる粘着剤成分が光取り出し面２２ｃに残りにくくなる。

次に、ピックアップされた素子部１０ｃは、図８に示すように、コレット６４に保持された状態でチップ配列用の他の粘着シート５５の上に移動し、光取り出し面２２ｃを下にして所定の配列で載置される（図３のＳ２４）。

その後、図９に示すように、素子部１０ｃに加えて他の素子部１０ｄ，１０ｅをコレット６４を用いて粘着シート５５の上に載置し、その状態で粘着シート５５に対して紫外線照射装置６０が発する紫外線を照射する（図３のＳ２６）。これにより、粘着シート５５と各素子部との粘着力が低下する。

その後、図１０に示すように、保持具であるコレット６４で素子部１０ｃを保持した状態で、粘着シート５４の反対側から素子部１０ｃをニードル６６で突き上げることで、素子部１０ｃが粘着シート５５から剥離されピックアップされる（図３のＳ２８）。その際、粘着シート５５と素子部１０ｃとの粘着力が低下しているため、粘着シート５５に含まれる粘着剤成分が光取り出し面２２ｃに残りにくくなる。

次に、コレット６４に保持された素子部１０ｃは、図１１に示す他のコレット６８に移し替えられ、光取り出し面２２ｃがコレット６８に保持された状態で、パッケージ基板７０の凹部７２に収容される（図３のＳ３０）。

パッケージ基板７０は、上面７０ａと下面７０ｂを有する矩形状の部材である。パッケージ基板７０は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを含むセラミック基板であり、いわゆる高温焼成セラミック多層基板（ＨＴＣＣ、High Temperature Co-fired Ceramic）である。

凹部７２には、実装面７０ｃと、光反射面７０ｄとが設けられている。実装面７０ｃは、凹部７２の中央部に設けられ、素子部１０ｃを取り付けるための第１内側電極７４および第２内側電極７６が設けられている。光反射面７０ｄは、上面７０ａに向けて傾斜している。パッケージ基板７０の下面７０ｂには、発光装置１００を外部基板などに実装するための第１外側電極７０ｅおよび第２外側電極７０ｆが設けられている。

パッケージ基板７０の凹部７２に素子部１０ｃを収容する際、素子部１０ｃのｎ側電極４２をパッケージ基板７０の第１内側電極７４に、ｐ側電極４０をパッケージ基板７０の第２内側電極７６に位置合わせする。そして、電極同士が位置合わせされた状態で圧着しながら加熱することで電極同士が接合される。圧着の際の加重範囲は無加重～１００ｇ程度である。これにより、パッケージ基板７０に素子部１０ｃが実装される（図３のＳ３２）。

パッケージ基板７０の第１内側電極７４や第２内側電極７６は、金（Ａｕ）のスタッドまたは金錫（ＡｕＳｎ）はんだを含んでいる。また、前述の実装工程は、２８０～３４０℃（３０９℃を除く）の範囲で行われる。これにより、超音波接合を用いずに電極同士の接合を実現できる。

次に、図１２に示すように、窓部材７８はパッケージ基板７０に対して封止構造８０を介して取り付けられる（図３のＳ３４）。封止構造８０は、第１金属層８２と、第２金属層８４と、金属接合部８６とを有する。

窓部材７８は、凹部７２の開口を覆うように設けられる板状の保護部材である。窓部材７８は、半導体発光素子１０が発する紫外光を透過する材料で構成され、例えば、ガラス、石英、水晶、サファイアなどを用いることができる。窓部材７８は、特に深紫外線の透過率が高く、耐熱性および気密性の高い材料で構成されることが好ましく、パッケージ基板７０に比べて熱膨張係数の小さい材料で構成されることが好ましい。このような特性を備える材料として石英ガラスを窓部材７８に用いることが望ましい。半導体発光素子１０が発する紫外光は、窓部材７８を介してパッケージの外部へと出力される。

以上のように、本実施の形態に係る発光装置１００の製造方法は、光取り出し面２２ｃに凹凸構造５０が形成されている半導体発光素子１０を、紫外線を照射することで粘着力が低下する性質を有する粘着シート５４の上に、光取り出し面２２ｃを接着面として載置する載置工程と、半導体発光素子１０が接着された状態で粘着シート５４に紫外線を照射する照射工程と、照射工程の後に、粘着力が低下した粘着シート５４から半導体発光素子１０を剥離する剥離工程と、剥離した半導体発光素子１０の光取り出し面２２ｃをコレット６８で保持した状態で、半導体発光素子１０をパッケージ基板７０にフリップチップ実装する実装工程と、を備える。

次に、発光装置の製造工程において生じる問題について更に詳述する。

（粘着シート）
第１の問題は、図４や図７に示す工程において、積層体１２や素子部１０ｃを粘着シート５４から剥離する過程で、粘着剤成分が光取り出し面や電極に付着することである。特に、光取り出し面２２ｃに不純物が付着していると、紫外線が出射する際の妨げとなり、半導体発光素子１０としての光出力が低下してしまう。そこで、この問題に対して、本願発明者らは粘着シートの特性に着目した。

具体的には、素子を粘着シートから剥離する際の粘着シートの粘着力、粘着剤層の厚み、ＵＶ硬化性の有無等である。表１は、実施例、参考例および比較例に係るそれぞれの粘着シートの特性を示したものである。

（比較例１）
比較例１に係る粘着テープは、商品名「ＳＰＶ－２２４Ｒ」（日東電工株式会社製）である。比較例１に係る粘着テープは、粘着剤成分がアクリル系であり、テープの層厚が８０μｍ、粘着力が１．４Ｎ／２０ｍｍであり、紫外線（ＵＶ）による硬化は生じない。

（比較例２）
比較例２に係る粘着テープは、商品名「Ｔ－８０ＭＷ」（デンカ株式会社製）である。比較例２に係る粘着テープは、粘着剤成分がアクリル系であり、テープの層厚が８０μｍ、粘着剤層の厚みが１０μｍ、粘着力が０．８Ｎ／２０ｍｍであり、紫外線（ＵＶ）による硬化は生じない。

（参考例）
参考例に係る粘着テープは、商品名「ＵＨＰ－１５１０Ｍ３」（デンカ株式会社製）である。参考例に係る粘着テープは、粘着剤成分がアクリル系であり、テープの層厚が１６０μｍ、粘着剤層の厚みが１０μｍ、粘着力が５．８６Ｎ／２０ｍｍ、紫外線（ＵＶ）硬化後の粘着力が０．１０Ｎ／２０ｍｍである。

（実施例）
実施例に係る粘着テープは、商品名「ＤＵ－２１８７Ｇ」（日東電工株式会社製）である。実施例に係る粘着テープは、粘着剤成分がアクリル系であり、テープの層厚が８８μｍ、粘着剤層の厚みが８μｍ、粘着力が２．２Ｎ／２０ｍｍ、紫外線硬化後の粘着力が０．０５Ｎ／２０ｍｍである。

なお、参考例および比較例に係る粘着シートへの紫外線の照射は、主（ピーク）波長が３５２ｎｍの紫外線を積算光量が９００ｍＪ／ｃｍ^２以上になるまで行った。また、紫外線照射は、０．１ＭＰａの窒素ガスを流した状態で行った。これにより、粘着剤層が硬化し、粘着シートの粘着力が低下する。

図１３（ａ）は、比較例１に係る粘着シートから剥離された半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図、図１３（ｂ）は、比較例２に係る粘着シートから剥離された半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図、図１３（ｃ）は、参考例に係る粘着シートから剥離された半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図、図１３（ｄ）は、実施例に係る粘着シートから剥離された半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図である。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、比較例１および比較例２に係る粘着シートから剥離した半導体発光素子の凹凸構造を有する光取り出し面には、矢印で示す多くの粘着剤成分が付着している。一方、図１３（ｃ）に示すように、参考例に係る粘着シートから剥離した半導体発光素子の凹凸構造を有する光取り出し面にも、矢印で示す粘着剤成分が付着しているが、比較例１や比較例２よりも大幅に少ない。また、図１３（ｄ）に示すように、実施例に係る粘着シートから剥離した半導体発光素子の凹凸構造を有する光取り出し面には、粘着剤成分が全く付着していない。

したがって、粘着シートは、紫外線の照射により粘着力が０．１０Ｎ／２０ｍｍ未満に低下する性質を有しているとよい。これにより、光取り出し面に粘着剤成分がより付着しにくくなる。一方、粘着シートは、紫外線照射前の粘着力が低すぎると、載置された半導体発光素子を安定して保持、搬送できないため、ある程度の大きさの粘着力が必要であり、例えば、１．０Ｎ／２０ｍｍ以上であるとよい。

また、粘着シートは、粘着剤層の厚みが１０μｍ未満であるとよい。粘着剤層は一般的に柔軟な層であるため、粘着剤層の厚みが厚くなるほど光取り出し面の凹凸構造が進入する深さも深くなり、粘着シートから光取り出し面を剥離する際に粘着剤成分が光取り出し面の凹凸構造に付着しやすくなる。そこで、粘着剤層の厚みをある程度薄くすることで、粘着剤成分が光取り出し面の凹凸構造に付着しにくくできる。

なお、粘着剤層は、ピーク波長が３５２ｎｍの紫外線の積算光量が９００ｍＪ／ｃｍ^２以上の硬化条件を有する材料であるとよい。

（コレット）
粘着シートの特性とは別の第２の問題は、図１１に示す工程において、半導体発光素子１０の電極とパッケージ基板７０の電極とを接合する過程で、光取り出し面の凹凸構造が崩れることである。特に、光取り出し面を超硬合金で構成されたコレットで保持されている場合に問題が顕著である。凹凸構造が崩れると、光取り出し面からの光取り出し効率が低下し、半導体発光素子１０としての光出力が低下してしまう。そこで、この問題に対して、本願発明者らは、半導体発光素子の光取り出し面がコレットで保持された状態で電極同士を接合する方法について検討した。

図１４（ａ）は、電極を超音波接合した半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図、図１４（ｂ）は、電極を熱圧着接合した半導体発光素子の光取り出し面を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す図である。

図１４（ａ）に示すように、電極同士を超音波接合した際にコレットで保持されていた光取り出し面は、凹凸構造が大きく崩れている。一方、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法における実装工程は、コレットで保持された半導体発光素子１０の素子電極をパッケージ基板７０の基板電極に圧着し加熱することで電極同士を接合している。これにより、超硬合金で構成されたコレットを用いても、図１４（ｂ）に示すように、光取り出し面の凹凸構造の形状が崩れない。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０半導体発光素子、１０ａ，１０ｃ素子部、１２積層体、２０ベース構造体、２２基板、２２ａ第１主面、２２ｃ光取り出し面、３０発光構造体、５０凹凸構造、５２錐形状部、５４粘着シート、５６レーザ装置、５８改質部、６０紫外線照射装置、６２ブレーク刃、６４コレット、６６ニードル、６８コレット、７０パッケージ基板、７２凹部、７４第１内側電極、７６第２内側電極、７８窓部材、１００発光装置。

Claims

光取り出し面に凹凸構造が形成されている半導体発光素子を、紫外線を照射することで粘着力が低下する性質を有する粘着シートの上に、前記光取り出し面を接着面として載置する載置工程と、
前記半導体発光素子が接着された状態で前記粘着シートに紫外線を照射する照射工程と、
前記照射工程の後に、粘着力が低下した前記粘着シートから前記半導体発光素子を剥離する剥離工程と、
剥離した前記半導体発光素子の前記光取り出し面を保持具で保持した状態で、前記半導体発光素子をパッケージ基板にフリップチップ実装する実装工程と、
を備え、
前記粘着シートは、紫外線の照射により粘着力が０．１０Ｎ／２０ｍｍ未満に低下する性質を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
前記粘着シートは、粘着剤層の厚みが１０μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
光取り出し面に凹凸構造が形成されている半導体発光素子を、紫外線を照射することで粘着力が低下する性質を有する粘着シートの上に、前記光取り出し面を接着面として載置する載置工程と、
前記半導体発光素子が接着された状態で前記粘着シートに紫外線を照射する照射工程と、
前記照射工程の後に、粘着力が低下した前記粘着シートから前記半導体発光素子を剥離する剥離工程と、
剥離した前記半導体発光素子の前記光取り出し面を保持具で保持した状態で、前記半導体発光素子をパッケージ基板にフリップチップ実装する実装工程と、
を備え、
前記粘着シートは、粘着剤層の厚みが１０μｍ未満であることを特徴とする発光装置の製造方法。
前記保持具は、超硬合金で構成されたコレットであり、
前記実装工程は、前記コレットで保持された前記半導体発光素子の素子電極を前記パッケージ基板の基板電極に圧着し加熱することで電極同士を接合することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
前記素子電極は、金（Ａｕ）を含み、
前記基板電極は、金（Ａｕ）のスタッドまたは金錫（ＡｕＳｎ）はんだを含み、
前記実装工程は、２８０～３４０℃の範囲で行われることを特徴とする請求項４に記載の発光装置の製造方法。
前記凹凸構造は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）層、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）層、窒化ケイ素層（ＳｉＮ_ｘ）または酸化アルミニウム層（Ａｌ_２Ｏ_３）であり、
前記半導体発光素子は、波長２００ｎｍ以上３６５ｎｍ以下の紫外線を発する窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体層を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。