TW201826561A - 氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法及氮化物半導體紫外光發光元件 - Google Patents
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Abstract
針對具有基板(10)、及於該基板(10)的主面(101)上所層積的具有半導體層(21)並藉由通電而出射光的元件構造部(20)的晶片，將基板(10)研磨加工，至少使得與基板(10)的主面(101)相反側的面即裏面的四個角成為凸狀的曲面。藉此，得到具有透鏡面(凸狀的曲面)(102)的基板(10)。
Description
本發明係有關於在藍寶石基板的主面上形成AlGaN系半導體層而構成，並出射發光中心波長為365nm以下的光(紫外光)的氮化物半導體紫外光發光元件及其製造方法。
在藍寶石基板的主面上形成AlGaN系半導體層而構成的LED(Light Emitting Diode)或LD(Laser Diode)等的氮化物半導體紫外光發光元件中，為了提高光取出效率而設有半球狀的透鏡。特別是，在從與基板的主面(具備複數半導體層而藉由通電使光出射的元件構造部形成的面)相反的裏面側射出光的氮化物半導體紫外光發光元件中，會有在基板的裏面側設置具有凸狀曲面的透鏡的情形。
例如，在專利文獻1中，提案有將在基板的裏面側的中央部分形成的光阻經由烘烤處理使其凝集，藉此使透鏡形狀變形，將該光阻作為遮罩進行離子束蝕刻而 在基板的裏面側的中央部分形成透鏡的氮化物半導體紫外光發光元件。
為了有效地改善光取出效率，需要使本來因為散射而失去的光收束，也就是需要使從基板的中央部分向外偏移的通過端部附近的光收束。但是，在專利文獻1所提案的氮化物半導體紫外光發光元件中，與基板相比大小極小的透鏡僅設置於基板的裏面的中央部分而已。在這種透鏡面(凸狀的曲面)無法到達基板端部的透鏡中，不可能使通過基板的端部附近的光收束。特別是如專利文獻1所提案的，藉由離子束蝕刻來挖掘基板表面形成透鏡時，因為加工速度極慢而現實上以μm為單位的加工具有其界限，如同上述只能在基板的中央部分形成小型的透鏡。因此，專利文獻1所提案的氮化物半導體紫外光發光元件，無法有效地改善光的取出效率。
在此，在非專利文獻1中，提案有對藍寶石基板的裏面，接合底面面積比該裏面還大的半球狀透鏡的氮化物半導體紫外光發光元件。若是這種透鏡面到達基板端部的透鏡的話，可以使通過基板端部附近的光收束。因此，非專利文獻1所提案的氮化物半導體紫外光發光元件，能夠有效地改善光的取出效率。
[專利文獻1] JP 2015-41763 A
[非專利文獻1] Masatsugu Ichikawa, et al., “High-output-power deep ultraviolet light-emitting diode assembly using direct bonding”, Applied Physics Express 9, 072101 (2016)
在非專利文獻1所提案的氮化物半導體紫外光發光元件中，雖需要接合基板與透鏡，但不允許在基板與透鏡之間設置對於元件構造部所出射的光的行進有影響的層、或者會因元件構造部所出射的光(特別是紫外光)而劣化的層。因此，在非專利文獻1所提案的氮化物半導體紫外光發光元件中，需要利用ADB(Atomic Diffusion Bonding)或SAB(Surface Activated Bonding)這種特殊的接合方法來接合基板與透鏡。
ADB為在超高真空以上的真空狀態下，在基板及透鏡各自的接合預定面，使金屬原子以極薄的方式附著後，使之接觸該接合預定面，利用因該金屬原子的擴散所造成的接合力，來接合基板與透鏡的接合方法。SAB為在超高真空以上的真空狀態下，對基板及透鏡各自的接合預定面，藉由照射Ar離子束等，將由未與雜質結合的原子所形成的清淨且活性的表面露出後，使之接觸該接合預 定面，利用因該原子的原子間力所造成的接合力，接合基板與透鏡的接合方法。
如同上述，ADB及SAB不只實現超高真空以上的真空度這種特殊的環境，還在該環境下僅藉由接觸來接合來形成這種特殊的表面狀態，因此需要特殊的裝置及高度的技術。因此，非專利文獻1所提案的氮化物半導體紫外光發光元件，即便是通常知識者也難以製造。
在此，本發明提供一種氮化物半導體紫外光發光元件及其製造方法，在有效地改善改取出效率的同時，也容易製造。
為了達成上述目的，本發明提供一種氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，係具備基板加工工程；該基板加工工程，係針對具有藍寶石基板、及於該基板的主面上具有複數AlGaN系半導體層並藉由通電而放出發光中心波長為365nm以下的光的元件構造部的晶片，將前述基板研磨加工，至少使得在與前述主面相反側的面即裏面的四個角成為凸狀的曲面。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，與專利文獻1所提案的那種僅在基板的中央部分存在透鏡面(凸狀的曲面)的氮化物半導體紫外光發光元件不同，能夠製造因為透鏡面到達基板的端部而使通過基板的端部附近的光收束的氮化物半導體紫外光發光元件。再 來，根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，並不需要使用將基板與透鏡接合那樣的高度技術(非專利文獻1)，而利用將基板研磨加工這種簡單的技術即可以製造上述的氮化物半導體紫外光發光元件。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，前述基板加工工程為將前述基板研磨加工的工程，以使從相對於前述主面的垂直方向觀察的平面視時的前述基板成為圓形狀、長圓形狀、或角為圓四角形狀較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，能夠得到使通過基板的端部的光有效地收束的氮化物半導體紫外光發光元件。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，前述基板加工工程為將前述基板研磨加工的工程，以使在前述主面的相反側，與前述主面平行的頂面不殘留較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，能夠得到使通過基板中央部分的光有效地收束的氮化物半導體紫外光發光元件。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，前述基板加工工程係將前述基板研磨加工成半球狀或砲彈狀的工程較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，能夠得到不只能光有效地收束，也能抑制在與主面 平行的面內的集光性的偏差的氮化物半導體紫外光發光元件。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，前述基板加工工程，具備：使前述基板的前述主面彼此相對向的方式，製造使2個前述晶片呈貼合狀態的加工對象物的第1工程、將前述基板研磨加工的第2工程、在前述第2工程後將前述加工對象物分離成2個前述晶片的第3工程較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，因為將設於基板主面上的元件構造部面向內側貼合的加工對象物研磨加工，能在保護元件構造部的同時，也能將基板研磨加工。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，在前述第2工程中，在具有附著研磨粒的凹狀曲面的容器內，使1個以上的前述加工對象物轉動，使前述加工對象物衝撞前述凹狀曲面較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，因為對凹狀的曲面僅將加工對象物的角衝撞並研磨，能有效地在基板形成凸狀的曲面。再來此時，因為加工對象物的轉動，能使加工對象物等方向地研磨加工。此外，根據該氮化物半導體紫外光發光元件，因為能夠一次在容器內放入複數加工對象物而同時研磨加工，而能夠量產氮化物半導體紫外光發光元件。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發 光元件的製造方法中，在前述第1工程中，製作藉由黏接劑將2個前述晶片貼合的前述加工對象物；在前述第3工程中，將前述黏接劑溶解至溶劑較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，因為不用對元件構造部施加多大的應力，能夠進行2個晶片的貼合及分離。因此，能夠防止元件構造部的破損。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，在前述第2工程前後，前述黏接劑從貼合的2個前述晶片之間突出，且附著於各該晶片的外周面較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，在藉由將加工對象物研磨加工而對該加工對象物施加衝撞而得到的第2工程中，能夠有效地抑制加工對象物的分離。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，在前述第1工程中，製作藉由焊料將2個前述晶片貼合的前述加工對象物；在前述第3工程中，將前述焊料加熱並使之熔解較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，藉由使用具有自我對準效果的焊料，能夠容易製作2個晶片在正對的位置貼合的狀態的加工對象物。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，前述元件構造部係分為：屬前述 AlGaN系半導體層的1個且具有通電時產生前述光的活性層的發光區域、以包圍前述發光區域的方式被形成但不具有前述活性層的周邊區域；在前述周邊區域的至少一部分，形成包圍前述發光區域並反射前述光的n電極較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，因為藉由包圍發光區域的n電極，將未通過基板而欲從周邊區域向外部漏出的光反射至基板側，能夠得到有效地增加通過基板的光的量的氮化物半導體紫外光發光元件。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，前述元件構造部係分為：屬前述AlGaN系半導體層的1個且具有通電時產生前述光的活性層的發光區域、以包圍前述發光區域的方式被形成但不具有前述活性層的周邊區域；在前述周邊區域的至少一部分，形成包圍前述發光區域並反射前述光的p電鍍電極較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，因為p電鍍電極設於電流集中的發光區域的全部，能夠得到能有效地進行散熱的氮化物半導體紫外光發光元件。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，在前述周邊區域的至少一部分，形成包圍前述發光區域並反射前述光的n電極；前述p電鍍電極的一部分形成於前述周邊區域中的前述n電極上方； 在前述n電極與其上述的前述p電鍍電極之間，形成將該等絕緣的絕緣膜較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，因為將p電鍍電極延伸至n電極上，能更加提升放熱性。此外，當藉由使用將2個晶片貼合而製作上述加工對象物時，因為將p電鍍電極延伸，能夠良好地黏接2個晶片。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，前述元件構造部係分為：屬前述AlGaN系半導體層的1個且具有通電時產生前述光的活性層的發光區域、以包圍前述發光區域的方式被形成但不具有前述活性層的周邊區域；前述基板的前述主面及前述發光區域分別在相對於前述基板的前述主面從垂直方向觀察的平面視時，呈中心一致的2次對稱以上的旋轉對稱形狀；前述發光區域在平面視時，從旋轉對稱的中心向複數方向呈放射狀突出的形狀較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，因為在基板的主面及發光區域各自的旋轉對稱中心為一致，能得到在防止光偏向基板內的特定的一方向的同時，且因為發光區域突出，而能有效地對活性層供應電力的氮化物半導體紫外光發光元件。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，在前述基板加工工程之後，更具備：將前述基板中的前述曲面的至少一部分的表面藉由 非晶質氟樹脂來被覆的被覆工程較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，即便成為使散射等的光的取出效率降低的原因的微細凹凸殘留於基板的透鏡面，藉由以對於元件構造部所出射的短波長光(特別是紫外光)具有耐性的氟樹脂來被覆基板的透鏡面來埋住該凹凸，能防止光的取出效率的降低下。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，前述第1工程為藉由貼合2個前述晶片來製作前述加工對象物的工程較佳。
或者，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，前述晶片係藉由分割在1枚前述基板上形成有複數前述元件構造部的晶圓來得到；前述第1工程為將2枚前述晶圓以前述基板的前述主面彼此對向的方式貼合後，將該晶圓分別分割成前述晶片，來製作前述加工對象物的工程也可以。
前者的情形，雖必需將晶片以每1組貼合來製作加工對象物，但因為將晶圓以每1枚為單位分割因而容易得到晶片。相對於此，後者的情形，雖必需將2枚貼合份的厚度的晶圓分割，但能夠一次進行複數的晶片的貼合。
此外，本發明為一種氮化物半導體紫外光發光元件，具備：藍寶石基板；於該基板的主面上具有複數AlGaN系半導體層並藉由通電而放出發光中心波長為 365nm以下的光的元件構造部；其中，與前述基板中的前述主面平行的剖面的剖面面積為：從前述主面開始離間的程度而連續地減少、或者從前述主面起算到僅離間預定的距離為止維持一定，但在之後連續地減少；比起前述主面其剖面面積較小的前述剖面為圓形狀、長圓形狀、或角為圓的四角形狀。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件，與專利文獻1所提案的那種僅在基板的中央部分存在透鏡面(凸狀的曲面)的氮化物半導體紫外光發光元件不同，因為透鏡面到達基板的端部，能夠使通過基板的端部附近的光收束。再來，該氮化物半導體紫外光發光元件，並不需要使用將基板與透鏡接合那樣的高度技術(非專利文獻1)，而利用將基板加工這種簡單的技術即可以製造。
此外，在上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件中，在從相對於前述主面垂直的方向觀察的平面視時，前述基板為圓形狀、長圓形狀、或角為圓的四角形狀較佳。
根據該氮化物半導體紫外光發光元件，能夠使通過基板的端部的光有效地收束。
根據上述特徵的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，能夠將因為能夠使通過基板的端部附近的光能收束而能有效地改善光的取出效率的氮化物半導體紫 外光發光元件，藉由將基板研磨加工這種簡單的技術輕易地製造。
此外，根據上述特待的氮化物半導體紫外光發光元件，因為能夠使通過基板的端部的光有效地收束，能有效地改善光的取出效率。再來，該氮化物半導體紫外光發光元件，利用將基板加工這種簡單的技術即可以製造。
1，1X‧‧‧氮化物半導體紫外光發光元件
10‧‧‧基板
101‧‧‧主面
102‧‧‧透鏡面(凸狀的曲面)
103‧‧‧裏面
20‧‧‧元件構造部
21，21Y‧‧‧AlGaN系半導體層
211‧‧‧基底層
212‧‧‧n型包覆層(n型AlGaN)
213‧‧‧活性層
214‧‧‧電子阻擋層(p型AlGaN)
215‧‧‧p型包覆層(p型AlGaN)
216‧‧‧p型接觸層(p型GaN)
22，22Y‧‧‧p電極
23，23Y‧‧‧n電極
24‧‧‧p電鍍電極
25‧‧‧n電鍍電極
26‧‧‧絕緣膜
31‧‧‧發光區域
32‧‧‧周邊區域
40‧‧‧加工對象物
50‧‧‧黏接劑
60‧‧‧研磨加工裝置
61‧‧‧側壁部
62‧‧‧底部
63‧‧‧旋轉軸
70‧‧‧被覆膜
C‧‧‧晶片
[圖1]表示本發明的實施形態之氮化物半導體紫外光發光元件的構造的一例平面圖。
[圖2]表示圖1的A-A剖面的剖面圖。
[圖3]表示使圖1的p電極及n電極露出的平面圖。
[圖4]表示AlGaN系半導體層的構造的一例的剖面圖。
[圖5]表示基板加工前的晶片構造的一例的平面圖。
[圖6]表示加工對象物的構造的一例的剖面圖。
[圖7]表示將圖6的加工對象物研磨加工的研磨加工裝置的一例的斜視圖。
[圖8]表示圖6的加工對象物藉由圖7的研磨加工裝置來研磨加工的經過的斜視圖。
[圖9]表示本發明的實施形態之氮化物半導體紫外光發光元件的構造的另一例剖面圖。
[圖10]表示本發明的實施形態之氮化物半導體紫外光發光元件的構造的再另一例平面圖。
以下，當說明本發明的實施形態時，例示一種氮化物半導體紫外光發光元件及其製造方法，其係具有藍寶石基板、及於該基板的主面上具有層積的複數AlGaN系半導體層的元件構造部，並藉由通電而放出發光中心波長為365nm以下的光(紫外光)的發光二極體。其中，構成AlGaN系半導體層的各層的材料即AlGaN系半導體為，以一般式由AlxGa1-xN(x為AlN的莫耳分率，0≦x≦1)表示的3元係或2元系化合物半導體作為基本，且其帶隙能量為GaN(x=0)的帶隙能量(約3.4eV以上)的3族氮化物半導體，只要在滿足關於該帶隙能量的條件下，可以含有微量的In等。
但是，因為有關本發明的氮化物半導體紫外光發光元件及其製造方法，主要係關於基板的形狀或基板的加工方法，元件構造部的構造為何者都行，並不限於以下例示的氮化物半導體紫外光發光元件中的元件構造部的構造。
首先，參照圖示說明本發明的實施形態之氮化物半導體紫外光發光元件的構造的一例。圖1係表示本發明的實 施形態之氮化物半導體紫外光發光元件的構造的一例平面圖。圖2係表示圖1的A-A剖面的剖面圖。圖3係表示使圖1的p電極及n電極的平面圖。此外，在圖2所示的剖面圖中，在圖示的方便上，將基板、半導體層、及電極的厚度(圖中的上下方向的長度)以模式的方式呈現，因此並不一定與實際的尺寸比一致。
如圖1~圖3所示，本發明的實施形態之氮化物半導體紫外光發光元件1具備：基板10、形成於基板10主面101上的元件構造部20。該氮化物半導體紫外光發光元件1為相對實裝用的基台而面向元件構造部20側(圖2中的圖中上側)實裝(倒裝晶片實裝)者，光的取出方向為基板10側(圖2中的圖中下側)。
基板10由藍寶石構成，主面101為相當於球的剖面的半球狀。雖詳細將於後述，但氮化物半導體紫外光發光元件1因為將基板10形成為此特殊的形狀，而改善光的取出效率。
元件構造部20具備：AlGaN系半導體層21、p電極22、n電極23、p電鍍電極24、n電鍍電極25、絕緣膜26。在這裡，參照圖式說明AlGaN系半導體層21構造的一例。圖4為表示AlGaN系半導體層的構造的一例的剖面圖。
如圖4所示，AlGaN系半導體層21為從基板10側開始依序層積：基底層211、由n型AlGaN構成的n型包覆層212、活性層213、由p型AlGaN構成的電子阻 擋層214、由p型AlGaN構成的p型包覆層215、由p型GaN構成的p型接觸層216的構造。
基底層211由AlN所構成，面對基板10的主面101形成。此外，基底層211也可以是在AlN的上面將AlGaN層積的構造。此外，活性層213具備：藉由n型AlGaN構成的遮蔽層來夾持由AlGaN或GaN構成的阱層的單一或多重量子阱構造。
在AlGaN系半導體層21中，發光區域31形成上述各層211~216，雖最上面成為p型接觸層216，但包圍發光區域31的周邊區域32並未形成活性層213以上的各層213~216，而露出n型包覆層212。接著，在發光區域31中的p型接觸層216的上面形成p電極22，在周邊區域32中的n型包覆層212的上面形成n電極23。藉由通電使得從該p電極22供應電洞並從n電極23供應電子後，供應的電洞及電子分別到達發光區域31的活性層213，在該活性層213中電洞及電子再結合而發光。
構成AlGaN系半導體層21的各層211~216，係藉由有機金屬化合物氣相成長(MOVPE)法或分子束磊晶(MBE)法等習知的磊晶成長法來形成，同時，在n型層作為施體雜質添加例如Si，在p型層作為受體雜質添加例如Mg。再來，在基板10主面101上層積各層211~216後，藉由反應性離子蝕刻等習知的蝕刻手段，將一部分的區域(相當於周邊區域32的區域)作選擇蝕刻，使得該區域的n型包覆層212露出，藉此分別形成發光區域 31及周邊區域32。
p電極22例如由Ni/Au構成，如上述形成於發光區域31的p型接觸層216的上面。n電極23例如由Ti/Al/Ti/Au構成，如上述形成於周邊區域32的n型包覆層212的上面。此外，n電極23以包圍發光區域31的方式形成。
p電極22及n電極23不只向AlGaN系半導體層21供應電力，也將於發光區域31的活性層213所生成的光反射至基板10側。特別是，以包圍發光區域31的方式形成的n電極23，將未通過基板10而欲從周邊區域32向外部漏出的光反射至基板10側，藉此能夠有效地增加通過基板10的光的量。
p電鍍電極24及n電鍍電極25分別例如將由電鍍形成的Cu本體部，藉由以無電鍍形成的最表面為Au的一層以上的金屬層來被覆而構成。此外，p電鍍電極24及n電鍍電極25分別相互離間，同時上面被平坦化而以同樣高度對齊。再來，p電鍍電極24的一部分係接觸p電極22，n電鍍電極25的一部分係接觸n電極23。
p電鍍電極24及n電鍍電極25不僅與實裝用基台連接且供應電力至AlGaN系半導體層21，也設為用以將氮化物半導體發光元件1所生成的熱傳達至實裝用基台而散熱。特別是，因為p電鍍電極24設於電流集中的發光區域31的全部，能有效地進行散熱。
絕緣膜26係由例如SiO2或Al2O3等構成，並 包覆：除了與p電鍍電極24的連接部分以外的p電極22的上面及側面、除了與n電鍍電極25的連接部分以外的n電極23的上面及側面、未形成p電極22及n電極23而露出的AlGaN系半導體層21的發光區域31及周邊區域32的上面及在發光區域31的側面而形成。絕緣膜26係用以防止基板10的主面101上方以廣範圍形成的n電極23及p電鍍電極24互相接觸，及保護AlGaN系半導體層21的發光區域31的側面而設置。
本發明的實施形態之氮化物半導體紫外光發光元件1如上述所示基板10為半球狀，透鏡面(凸狀的曲面)102到達基板10的端部。因此，該氮化物半導體紫外光發光元件1與專利文獻1所提案的那種僅在基板的中央部分存在有透鏡面的氮化物半導體紫外光發光元件不同，能夠使通過基板10的端部附近的光收束。因此，該氮化物半導體紫外光發光元件1能夠有效地改善光的取出效率。
再來，本發明的實施形態之氮化物半導體紫外光發光元件1因為基板10自體成為半球狀，並不需要如非專利文獻1所示的將基板與透鏡接合的那種高度技術，利用加工基板10這種簡單的技術即可以製造。此外，有關基板10的加工方法，在後述的<氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法例>中會說明。
此外，在圖1及圖3中，雖例示了n電極23的外側輪廓線為正方形，且對於n電極23的外側輪廓線 的內接圓的直徑為發光區域31的外接圓的直徑的2倍的情形，但n電極23的形狀及大小為何種形狀都可以。例如，n電極23可以是圓形狀，設於周邊區域32的全面(可以到達基板10的端部，也可以從端部些微後退)也可以。但是，如圖1及圖3所例示的，n電極23的面積若在發光區域31的面積以上的話，因為通過基板10的光量能夠充分增加，因此較佳。
此外，在圖1中，雖例示了p電鍍電極24為圓形狀，且p電鍍電極24的直徑比相對n電極23的外側輪廓線(正方形的輪廓線)的內接圓的直徑還大的情形，但p電鍍電極24的形狀及大小為何種形狀都可以。但是，如圖1所例示的，p電鍍電極24的面積若在發光區域31的面積的2倍以上的話，因為能夠充分散熱，因此較佳。
一般，如圖1及圖2所示的那種氮化物半導體紫外光發光元件，係將在平板狀的基板主面上以整列的方式形成複數元件構造部的晶圓，藉由依各個元件構造部為單位分割來得到的晶片來製作。但是，如圖2所示的晶片即氮化物半導體紫外光發光元件1所具備的基板10，因為主面101為相當於球的剖面的半球狀，需要將基板10加工成半球狀的工程。在此，在以下以將基板10加工成半球狀的工程為中心，參照圖示說明本發明的實施形態之氮化物 半導體紫外光發光元件的製造方法。
圖5係表示基板加工前的晶片構造的一例的平面圖，為表示與圖1相同平面的圖。圖6係表示加工對象物的構造的一例的剖面圖，為表示與圖2相同剖面的圖。在發明的實施形態的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法中，如圖6所示，以使基板10的主面101彼此相對向的方式，製作貼合2個晶片C的立方體狀的加工對象物40。接著，如以下說明，在將該加工對象物40研磨加工成球狀後，藉由分離成2個晶片C，得到圖2所示的具有半球狀的基板10的氮化物半導體紫外光發光元件1。
加工對象物40，例如可以將2個晶片以黏接劑50來貼合製作，也可以將2枚晶圓藉由黏接劑50來黏接後分割成各個晶片來製作。前者的情形，雖必需將晶片以每1組為單位貼合而製作加工對象物40，但因為將晶圓以每1枚為單位分割因而容易得到晶片。相對於此，後者的情形，雖必需將2枚貼合份的厚度的晶圓分割，但能夠一次進行複數的晶片的貼合。此外，到製作晶圓為止的工程，與一般氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法相同。
此外，作為用以製作加工對象物40而使用的黏接劑50，例如，有膠水或橡膠系黏接劑。特別是因為膠水的黏接力強且強韌，而且能溶解於水系的溶劑(純水、熱水等)，因此較佳。此外，橡膠系黏接劑能溶解於 三氯乙烯或丙酮等的有機溶劑。
此外，在圖6所示的加工對象物40中，黏接劑50從貼合的2個晶片C之間突出，且附著於各個該晶片C的外周面。用這種方式形成黏接劑50後，可以有效地抑制加工對象物40的分離，因此較佳。特別是，在將加工對象物40研磨加工的工程前後，即便是加工對象物40的全周的一部分，藉由上述使黏接劑50附著於晶片C各自的外周面，在得以對加工對象物40施加衝擊的研磨加工的工程中，能夠有效地抑制加工對象物40的分離。
圖7為表示將圖6的加工對象物研磨加工的研磨加工裝置的一例的斜視圖。如圖7所示，研磨加工裝置60具備：由鑽石等形成的研磨粒附著於內側而成的圓筒狀側壁部61、內接於側壁部61的圓形狀底部62、使底部62旋轉的旋轉軸63。此外，作為該研磨加工裝置60，例如，可以使用JP 2008-168358 A或JP 2006-35334 A所提案的研磨加工裝置。
將上述加工對象物40放入研磨加工裝置60的側壁部61及底部62所圍繞的空間內，將遮蔽該空間並用以防止加工對象物40飛出的蓋部(不圖示)，設置於側壁部61的開口之端部(圖中上側)後，再使底部62旋轉，加工對象物40一邊轉動一邊與側壁部61衝突而研磨。此時，因為側壁部61的內側成為凹狀的曲面，加工對象物40的角衝突而研磨。再來，因為加工對象物40的轉動，加工對象物40被等方向研磨。
圖8係表示圖6的加工對象物藉由圖7的研磨加工裝置來研磨加工的經過的斜視圖，表示以(a)、(b)、(c)、(d)、(e)的順序進行研磨加工的情形。如圖8所示，加工對象物40藉由因研磨加工裝置60所造成的研磨加工，角被等方向地研磨。具體來說，從基板10中的主面101的相反側的面即裏面103(參照圖6)的四個角依序開始研磨角，最後如圖8(e)所示全部的角都被研磨成球狀。
接著，如同上述，將研磨加工後的加工對象物40所具有的黏接劑50溶解於溶劑中，藉由將加工對象物40分離成2個晶片C，能夠得到圖2所示的氮化物半導體紫外光發光元件1。
藉此，若將設於基板10主面101上的元件構造部20面向內側貼合的加工對象物40研磨加工的話，在保護元件構造部20的同時，也能將基板10研磨加工。再來，利用黏接劑50貼合2個晶片C而製作加工對象物40，在加工對象物40的研磨加工後，使黏接劑50溶解於溶劑中，藉此將加工對象物40分離成2個晶片C後，不用對元件構造部20施加多大的應力，即可進行2個晶片C的貼合及分離。藉此，能夠防止元件構造部20的破損。此外，圖7所示的研磨加工裝置60因為能夠一次放入複數加工對象物40而研磨加工，而能夠量產氮化物半導體紫外光發光元件1。
又，圖7所示的研磨加工裝置60僅為一例， 使用其他研磨加工裝置而對加工對象物40研磨加工也可以。例如，圖7所示的研磨加工裝置60使容器的一部分即底部62將鉛直方向作為軸而旋轉並使得加工對象物40轉動，但也可以使用使容器的至少一部分將具有水平方向成份的方向作為軸而旋轉使得加工對象物40轉動的研磨加工裝置。但是，使用在附著研磨粒的具有凹狀曲面的容器內使加工對象物40轉動，使加工對象物40衝突該曲面的研磨加工裝置的話，可以得到與使用上述研磨加工裝置60相同的效果，因此較佳。
此外，使用在前端設置凹狀的磨石的工具將加工對象物40研磨加工成球狀也可以，使用NC(Numerical Control)旋盤將加工對象物40研磨加工成球狀也可以。但是，在該等研磨加工方法中，與使用圖7所示的研磨加工裝置60的情形不同，難以一次進行複數加工對象物40的研磨加工。
此外，不製作加工對象物40，而以晶片C的狀態將基板10研磨加工成半球狀也可以。但是，這種情形，因為元件構造部20會露出，難以使用如圖7所示的研磨加工裝置60那種使研磨加工對象物轉動的研磨加工裝置。
[1]當利用圖7所示的那種研磨加工裝置60將基板10加工成半球狀時，藉由研磨加工在基板10的透鏡面 (凸狀的曲面)102的表面形成微細凹凸，使得元件構造部20出射的光散射，可能會造成光的取出效率降低。因此，為了防止該情形，可以對研磨加工後的加工對象物40，再度進行研磨加工。例如，也可以利用滾筒研磨機等習知的球體研磨裝置，將研磨加工後的加工對象物40的表面研磨。
此外，取代將加工對象物40研磨加工，也可以藉由將透鏡面102表面的凹凸藉由任意的膜覆蓋並埋住，來抑制從元件構造部20的出射光散射，而防止光的取出效率降低。有關該情形的氮化物半導體紫外光發光元件的構造，參照圖式說明。圖9係表示本發明的實施形態之氮化物半導體紫外光發光元件的構造的另一例剖面圖，為表示相當於圖2的剖面的圖。
如圖9所示，在具備氮化物半導體紫外光發光元件1X的基板10的透鏡面102表面，形成被覆膜70。被覆膜70係由在透過從元件構造部20出射的光的同時，能使該光難以劣化(有耐性)的材料構成較佳。特別是，當元件構造部20出射紫外光時，由具有紫外光透過性及紫外光耐性的非晶質氟樹脂來構成被覆膜70較佳。
此外，不限於基板10的透鏡面102，將其他部分以被覆膜70覆蓋也可以。例如，也可以藉由將p電鍍電極24及n電鍍電極25的至少一者的表面(與實裝用的基台中的電極不接觸的部分的表面，除了圖9的上面以外的側面)以被覆膜70來覆蓋，來防止短路。但是，此 種情形，若使用非結合性的非晶質氟樹脂的話，因為較能防止金屬原子的遷移，因而較佳。
非結合性的非晶質氟樹脂在對於金屬或構成基板10的藍寶石等結合力較弱這點是難點。不過，在將氮化物半導體紫外光發光元件1X實裝於基台後，將被覆膜70放入氮化物半導體紫外光發光元件1X與基台的間隙，且在p電鍍電極24及n電鍍電極25至少一者的表面藉由被覆膜70來覆蓋的話，被覆膜70會變得難以剝離。此外，如同上述，在基板10的透鏡面102表面形成多數凹凸的話，因為錨定效應使得透鏡面102表面與被覆膜70的結合力變大，而使得被覆膜70變得難以剝離。
作為非晶質的氟樹脂，例如，有將結晶性聚合物的氟樹脂共聚化而作為聚合物合金使之非晶質化者、或全氟二噁唑的共聚物(杜邦公司製的商品名鐵氟龍AF(註冊商標))或全氟丁烯基乙烯基醚的環化聚合體(旭硝子公司製的商品名CYTOP(註冊商標))等。再來，作為非結合性的非晶質氟樹脂，有構成聚合體或共聚物的構造單位具有含氟脂肪族環構造，末端官能基為CF3等全氟烷基即非晶質氟樹脂。全氟烷基並不具有對金屬等呈結合性反應性的末端官能基。此外，結合性的非晶質氟樹脂，在構成聚合體或共聚物的構造單位即便具有相同含氟脂肪族環構造，作為末端官能基對金屬等具有可結合的反應性官能基這點，與非結合性的非晶質氟樹脂不一樣。該反應性的官能基，作為一例，為羧基(COOH)或酯基 (COOR)。但是，R表示烷基。
此外，作為具有含氟脂肪族環構造的構造單位，基於環狀含氟單體的單位(以下，「單位A」)、或者藉由二烯系含氟單體的環化聚合所形成的單位(以下，「單位B」)較佳。此外，非晶質氟樹脂的組成及構造，因為非本案發明的本旨，有關該單位A及單位B的詳細說明在此割愛，但有關該單位A及單位B在WO 2014/178288A的段落[0031]~[0062]有詳細說明，請參照。
作為非結合性的非晶質氟樹脂的市售品的一例，有CYTOP(旭硝子公司製)等。此外，末端官能基為CF3的CYTOP係下記的化1所示的上述單位B的聚合體。
此外，在將基板10的透鏡面102與p電鍍電極24及n電鍍電極25的至少一者之兩者表面以被覆膜70來覆蓋的情形中，覆蓋各個表面的被覆膜70可以由別的材料構成。例如，覆蓋p電鍍電極24及n電鍍電極25的至少一者的被覆膜70，從抑制金屬原子的遷移的觀點 來看，由非結合性的非晶質氟樹脂來構成，覆蓋基板10的透鏡面102的表面的被覆膜70，可以由不是非結合性的非晶質氟樹脂來構成。
[2]從防止光朝基板10內的特定一方向偏移的觀點來看，基板10及發光區域31，在相對基板10的主面101從垂直方向觀察的平面視(以下單稱為平面視)時，呈中心一致的2次對稱以上的旋轉對稱形狀較佳。此外，在對活性層213有效率地供應電力的觀點來看，發光區域31在平面視時為從旋轉對稱的中心向複數的方向以放射狀突出的形狀較佳。
在圖1~圖4所示的氮化物半導體紫外光發光元件1中基板10的主面101及發光區域31(形成p電極22的區域)為滿足上述條件的形狀，雖發光區域31為二次對稱，但設置具有比其還高次的旋轉對稱性的發光區域也可以。有關該情形的氮化物半導體紫外光發光元件的構造，參照圖式說明。圖10係表示本發明的實施形態之氮化物半導體紫外光發光元件的構造的再另一例平面圖，為表示相當於圖3的平面的圖。
圖10所示的氮化物半導體紫外光發光元件中的發光區域(形成p電極22Y的區域)，在平面時為從旋轉對稱中心對8方向呈放射狀突出的菊花形狀，為8次對稱形狀。雖不限於圖10所示的8次對稱形狀，但藉由將發光區域設為高次的旋轉對稱(例如，4次對稱以上)的形狀，可以使通過基板10的光均勻。
[3]在圖6中，雖例示了利用黏接劑50將2個晶片C貼合而製作加工對象物40的情形，但利用黏接劑50以外的媒介將2個晶片C貼合也可以。
例如，藉由焊料將2個晶片C貼合而製作加工對象物也可以。具體來說例如，藉由將2個晶片中各自的p電鍍電極24及n電鍍電極24的至少一者彼此間附加上焊料而製作加工對象物，在將加工對象物研磨加工後，將焊料加熱並使之熔解，分離成2個晶片C。此外，因為從分離後的晶片C吸取貼合所使用的焊料，可以防止短路等的不良狀態，因此較佳。
因為焊料的表面張力大，具有將進行附加焊料的對象元件向正上方拉伸的效果(自我對準效果)。因此，藉由使用焊料將2個晶片C貼合而製作加工對象物，能夠容易地製作2個晶片C以正對的位置貼合的狀態的加工對象物。
此外，使用焊料時，例如，以晶圓的狀態在p電鍍電極24及n電鍍電極24的至少一者設置焊料，將該晶圓分割而得到的2個晶片加熱，使焊料溶融而貼合也可以。
此外，利用焊料將2個晶片C貼合後，也可以在該晶片C之間流入上述黏接劑50而補強之。例如，將藉由焊料貼合的2個晶片C浸漬於貯存於任意容器裡的黏接劑50中，來使黏接劑50流入晶片C之間也可以。
[4]在上述的<氮化物半導體紫外光發光元件 的構造例>及<氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法例>中，僅舉基板10為半球狀時的例子說明，但將基板10設為半球狀以外的材料也可以。例如，基板10為以圖8(b)~(d)的各個狀態，直到結束加工對象物40的研磨加工所得到那種半球狀前的形狀也可以。此外，研磨加工前的加工對象物不是立方體狀也可以，研磨加工前的晶片的主面不是正方形也可以。
不過，為了將通過基板的光收束並有效地改善光的取出效率，如圖8(b)~(e)所示，至少需要將基板的裏面的四個角研磨形成透鏡面(凸狀的曲面)。換言之，與基板中的主面平行的剖面的剖面面積為：從主面開始離間的程度而連續地減少、或者從前述主面起算到僅離間預定的距離為止維持一定，但在之後連續地減少，比起主面剖面面積小的剖面需要是圓形狀、長圓形狀(將圓向一方向延伸而變形的形狀，包含楕圓形)、或角為圓角的四角形。
在這種情形中，第1：比起如圖8(b)及(c)所示在平面視時基板成為四角形的情形，如圖8(d)及(e)所示在平面視時基板成為圓形狀(或長圓形狀)或角為圓四角形的情形，因為其能夠有效地將通過基板端部的光收束，因此較佳。再來，第2：比起如圖8(b)~(d)所示在基板的裏面側(主面的相反側)與主面平行的頂面殘留的形狀的情形，如圖8(e)所示該頂面沒有殘留的形狀的情形，因為其能夠有效地將通過基板 中央部分的光收束，因此較佳。
滿足該第1及第2條件的形狀，除了圖8(e)所示的半球狀以外，也有砲彈狀(圓柱一方的平坦面連接半球的平坦面的形狀，圓柱另一方的平坦面相當於主面的形狀)。基板，若在平面時為圓形狀即半球狀或砲彈狀的話，不僅能將光有效地收束，更能夠抑制與主面平行的面內的集光性的偏差，因此較佳。不過，當基板為砲彈狀時，若軸方向的長度(基板的厚度)過大的話，光會變得難以收束。當基板為砲彈狀時，考慮到形成基板的藍寶石與空氣的折射率比為2倍左右，軸方向的長度若成為主面的直徑的2倍以下的話較佳。
在利用圖7所示的研磨加工裝置60將加工對象物40研磨加工時，將基板的主面中的垂直二邊的各自的長度設為W1、W2，將基板的厚度設為H時，若成立1/2<H/W1≦2且1/2<H/W2≦2的話，因為容易將基板研磨加工成滿足上述第1及第2條件的形狀，因此較佳。特別是藉由設為1/2<H/W1且1/2<H/W2，因為容易研磨基板裏面側的前端，容易滿足上述第2條件。此外，藉由設為H/W1≦2且H/W2≦2，因為能夠抑制加工對象物40的縱橫比過度變大，在容易滿足上述第1條件的同時，也能夠抑制因為基板的軸方向長度(基板的厚度)過度變大而使得光難以收束的問題。再來，將基板研磨加工成半球狀或砲彈狀時，設為W1=W2較佳。
此外，即便例如使用刀尖為V字型的切割刀 將晶圓分割而得到的四角錐台狀的晶片(換言之，基板的裏面周圍為倒角的晶片)，也能得到某種程度的光取出效率改善。但是，藉由上述這種將基板10研磨加使得透鏡面102露出，能夠將光的取出效率強烈地改善。
[5]在上述實施形態中，雖例示p電鍍電極24為膜狀的情形(參照圖1及圖2等)，但將p電鍍電極24例如以Au構成的多數凸塊(突起)來構成也可以。此時，因為元件構造部20的最表面的表面積變大，當製作圖6所示的加工對象物40時，能夠提升黏接力。
Claims (18)
- 一種氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，係具備基板加工工程；該基板加工工程，係針對具有藍寶石基板、及於該基板的主面上具有層積的複數AlGaN系半導體層並藉由通電而放出發光中心波長為365nm以下的光的元件構造部的晶片，將前述基板研磨加工，至少使得在與前述主面相反側的面即裏面的四個角成為凸狀的曲面。
- 如請求項1所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，前述基板加工工程為將前述基板研磨加工的工程，以使從相對於前述主面的垂直方向觀察的平面視時的前述基板成為圓形狀、長圓形狀、或角為圓四角形狀。
- 如請求項1或2所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，前述基板加工工程為將前述基板研磨加工的工程，以使在前述主面的相反側，與前述主面平行的頂面不殘留。
- 如請求項1~3中任1項所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，前述基板加工工程係將前述基板研磨加工成半球狀或砲彈狀的工程。
- 如請求項1~4中任1項所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，前述基板加工工程具備：使前述基板的前述主面彼此相對向的方式，製造使2 個前述晶片呈貼合狀態的加工對象物的第1工程；將前述加工對象物研磨加工的第2工程；在前述第2工程之後，將前述加工對象物分離成2個前述晶片的第3工程。
- 如請求項5所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，在前述第2工程中，在具有附著研磨粒的凹狀曲面的容器內，使1個以上的前述加工對象物轉動，使前述加工對象物衝撞前述凹狀曲面。
- 如請求項5或6所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，在前述第1工程中，製作藉由黏接劑將2個前述晶片貼合的前述加工對象物；在前述第3工程中，使前述黏接劑溶解於溶劑中。
- 如請求項7所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，在前述第2工程前後，前述黏接劑從貼合的2個前述晶片之間突出，且附著於各該晶片的外周面。
- 如請求項5~8中任1項所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，在前述第1工程中，製作藉由焊料將2個前述晶片貼合的前述加工對象物；在前述第3工程中，加熱前述焊料使其熔解。
- 如請求項1~9中任1項所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，前述元件構造部係分為：屬前述AlGaN系半導體層的1個且具有通電時產生前述光的活性層的發光區域、以包圍前述發光區域的方式 被形成但不具有前述活性層的周邊區域；在前述周邊區域的至少一部分，形成包圍前述發光區域並反射前述光的n電極。
- 如請求項1~10中任1項所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，前述元件構造部係分為：屬前述AlGaN系半導體層的1個且具有通電時產生前述光的活性層的發光區域、以包圍前述發光區域的方式被形成但不具有前述活性層的周邊區域；至少在前述發光區域的全部形成p電鍍電極。
- 如請求項11所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，在前述周邊區域的至少一部分，形成包圍前述發光區域並反射前述光的n電極；前述p電鍍電極的一部分形成於前述周邊區域中的前述n電極上方；在前述n電極與其上方的前述p電鍍電極之間，形成將其等絕緣的絕緣膜。
- 如請求項1~12中任1項所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，前述元件構造部係分為：屬前述AlGaN系半導體層的1個且具有通電時產生前述光的活性層的發光區域、以包圍前述發光區域的方式被形成但不具有前述活性層的周邊區域；前述基板的前述主面及前述發光區域分別在相對於前述基板的前述主面從垂直方向觀察的平面視時，呈中心一致的2次對稱以上的旋轉對稱形狀；前述發光區域在平面 視時，從旋轉對稱的中心向複數方向呈放射狀突出的形狀。
- 如請求項1~13中任1項所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，在前述基板加工工程之後，更具備：將前述基板中的前述曲面的至少一部分的表面藉由非晶質氟樹脂來被覆的被覆工程。
- 如請求項1~14中任1項所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，前述第1工程為藉由貼合2個前述晶片來製作前述加工對象物的工程。
- 如請求項1~14中任1項所記載的氮化物半導體紫外光發光元件的製造方法，其中，前述晶片係藉由分割在1枚前述基板上形成有複數前述元件構造部的晶圓來得到；前述第1工程為將2枚前述晶圓以前述基板的前述主面彼此對向的方式貼合後，將該晶圓分別分割成前述晶片，來製作前述加工對象物的工程。
- 一種氮化物半導體紫外光發光元件，具備：藍寶石基板；於該基板的主面上具有層積的複數AlGaN系半導體層並藉由通電而放出發光中心波長為365nm以下的光的元件構造部；其中，與前述基板中的前述主面平行的剖面的剖面面積為：從前述主面開始離間的程度而連續地減少、或者從前述主面起算到僅離間預定的距離為止維持一定，但在之 後連續地減少；比起前述主面其剖面面積較小的前述剖面為圓形狀、長圓形狀、或角為圓的四角形狀。
- 如請求項17所記載的氮化物半導體紫外光發光元件，其中，在從相對於前述主面垂直的方向觀察的平面視時，前述基板為圓形狀、長圓形狀、或角為圓的四角形狀。
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