TWI405350B - Light emitting element and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

發光元件及其製造方法

本發明係關於一種發光元件及其製造方法。

[專利文獻1]特開2002－246640號公報[專利文獻2]特開2002－158373號公報

為了提高發光元件之取光效率，在GaAs等之光吸收基板上使得化合物半導體所構成之發光層部成長，並經由透光性黏著劑層將透光性元件黏著於該發光層部，之後去除光吸收基板之製造方法，揭示於專利文獻1與2中。在透光性元件基板之材質方面，除了藍寶石或玻璃等絕緣性基板以外，尚舉出各種具有透光性之半導體基板。但是，即使使用半導體基板之情況，由於在發光層部係經由絕緣性之透光性黏著劑層來貼合，故該半導體基板並不能做為朝發光層部之通電路徑來利用，僅該透光性可活用來改善取光效率。

但是，於專利文獻1與2任一當中，並未提及將經由透光性黏著劑層(透光性樹脂結合層)貼合了透光性元件基板之發光元件晶圓做切割而元件化後之製程，特別是，對於用以進一步提升來自透光性元件基板之取光效率所做的努力等並無任何的揭示。

本發明之課題在於提供一種發光元件及其製造方法，該發光元件之發光層部經由透光性樹脂結合層來貼合透光性元件基板，可進一步提升該發光元件之取光效率。

為了解決上述課題，本發明之發光元件，其特徵在於，具備：具有發光層部之主化合物半導體層部，以該主化合物半導體層部之一主表面做為第一主表面，另一主表面做為第二主表面；以及經由透光性樹脂結合層貼合於該主化合物半導體層部之該第二主表面側之透光性元件基板；且該透光性元件基板係由化合物半導體所構成，於該透光性元件基板之至少側面形成異向性化學蝕刻所產生之粗面化部。

又，本發明之發光元件之製造方法，係用以製造上述本發明之發光元件，其特徵在於，具有下述製程：主化合物半導體層部成長製程，係於化合物半導體單晶所構成之成長用基板之一主表面上磊晶成長出該主化合物半導體層部；成長用基板去除製程，係自所成長之該主化合物半導體層部去除成長用基板；貼合製程，係以主化合物半導體層部之一主表面做為第一主表面、另一主表面做為第二主表面，經由透光性樹脂結合層將透光性元件基板貼合於該主化合物半導體層部之第二主表面側來製造貼合晶圓；切割製程，將貼合晶圓切割為元件晶片；以及粗面化製程，將藉由切割所分離之元件晶片浸漬於蝕刻液中，於該透光性元件基板之側面施行該異向性化學蝕刻來形成粗面化部。

依據上述本發明，以經由透光性樹脂結合層所貼合之透光性元件基板來構成化合物半導體基板，對於因為元件化之際的切割而露出之該側面施以異向性化學蝕刻來形成粗面化部。藉由粗面化部之形成，於透光性元件基板側面，發光光束以大角度入射之機率(甚至是因全反射而返回透光性元件基板內之機率)會降低，可提高取光效率。又，若以可被異向性化學蝕刻之化合物半導體基板來構成透光性元件基板，藉此，只需將經過切割後之元件晶片浸漬於蝕刻液中即可簡單地形成粗面化部。

於前述專利文獻1與專利文獻2當中，係記載了透光性元件基板無須為單晶晶圓，而提到可藉由使用多晶基板或是非晶質態(amorphous)基板來降低製造成本的要旨。但是，於本發明中，係以於透光性元件基板之至少側面藉由異向性化學蝕刻來形成粗面化部為前提，採用異向性化學蝕刻效果更為顯著之單晶基板在有效形成粗面化部之觀點更佳。不過，並非排除使用多晶基板或非晶質態基板。

透光性元件基板以具有閃鋅礦型構造之Ⅲ－V族化合物半導體的單晶基板來構成之情況，該透光性元件基板之側面以成為{100}面為佳。當為具有閃鋅礦型構造之Ⅲ－V族化合物半導體之情況，利用異向性化學蝕刻之容易蝕刻面為{111}面，若將粗面化之對象面設定為{100}面，藉由異向性化學蝕刻，可深入顯著地形成以傾斜角度大之4片的{111}面所圍繞之金字塔狀之粗面化突起部，而可進一步提高取光效率。又，所謂透光性元件基板之特定面為{100}面，在狹義上係指該面之法線方向與化合物半導體結晶之[100]方向一致，惟在本發明中，即使是該面法線方向相對於[100]方向傾斜1°~25°(亦即賦予偏離角)亦屬於「該面為{100}面」之概念。

做為上述般透光性元件基板之材質，可適宜採用GaP基板。GaP由於帶隙能量大故透光性優異，用以形成粗面化部之異向性化學蝕刻也容易進行。又，當以單晶基板來構成透光性元件基板之情況，GaP尚具有可藉由採用液體膠囊法等來更容易製造整體單晶之優點。

當以透光性元件基板其貼合於主化合物半導體層部側之主表面為第一主表面、相反側之主表面為第二主表面時，在上述構造中，發光層部之第一表面側被做為光遮蔽物之兩個電極所覆蓋，另一方面，於透光性元件基板之第二主表面並未形成電極。是以，在謀求提升取光效率上，如何活用透光性元件基板之第二主表面亦為重要。此時，只要將不形成電極之透光性元件基板之第二主表面當作取光面，即可自該第二主表面之整面取出發光光束，可提高取光效率。若考慮透光性元件基板以化合物半導體構成之情況，於粗面化製程中，可對透光性元件基板之第二主表面亦施以異向性化學蝕刻來形成粗面化部。若透光性元件基板之第二主表面亦利用異向性化學蝕刻來形成粗面化部，則可期待取光效率之進一步提升。此時，若要同時進行對於透光性元件基板之側面與第二主表面之異向性化學蝕刻，僅需藉由將切割後之元件晶片浸漬於蝕刻液中，即可非常有效率地實施對於兩個面之粗面化處理。當透光性元件基板係以具有閃鋅礦型構造之Ⅲ－V族化合物半導體的單晶基板所構成之情況，將該第二主表面設定為{100}面，與前述側面之情況相同，就顯著形成粗面化部之觀點為有利者。

對主化合物半導體層部形成電極之際，為了減低電極與化合物半導體層之間的接觸電阻，必須形成接合合金化層。接合合金化層之形成，則需要在形成做為原料之金屬層(接合金屬層)之後，實施合金化熱處理來與化合物半導體層進行合金化。在本發明之發光元件之製造方法中，考慮用以將透光性元件基板與主化合物半導體層做黏著之透光性樹脂結合層之耐熱性，以下述方式實施較佳；亦即，在主化合物半導體層部成長製程結束後、貼合製程之前，依序實施：接合金屬層形成製程(於主化合物半導體層部之電極形成面形成接合金屬層)、合金化熱處理(使得接合金屬層與成為電極形成面之化合物半導體合金化來成為接合合金化層)。亦即，依據此方法，由於在透光性樹脂結合層之形成前完成合金化熱處理，故合金化熱處理之高溫經歷不會及於透光性樹脂結合層，可防止所形成之透光性樹脂結合層因為熱而劣化。又，有時候一旦去除成長用基板，則製品化部分之主化合物半導體層部會失去該成長用基板所提供之補強作用，工程實施之處理的難度會變高。特別是，若考慮用以實施合金化熱處理製程之基板處理，於合金化熱處理製程結束後再實施成長用基板去除製程較佳。

於本發明之發光元件之製造方法中，成長用基板去除製程與貼合製程可依此順序進行，亦可以相反順序進行。前者的情況，於成長用基板去除製程實施後實施貼合製程，即以主化合物半導體層部因去除該成長用基板而露出之主表面做為第二主表面，經由透光性樹脂結合層將透光性元件基板貼合於該主化合物半導體層部之第二主表面側來製造貼合晶圓。又，後者之情況，則是在成長用基板去除製程實施前，經由透光性樹脂結合層將透光性元件基板貼合於主化合物半導體層部之未伴隨有該成長用基板之第一主表面側，之後，將第二主表面側之成長用基板去除(成長用基板去除製程)。

GaAs單晶基板除了AlGaInP系發光元件以外，從以前便常常使用在GaAs系、AlGaAs系、GaAsP系等之發光元件用成長基板。另一方面，GaAs單晶可採用HB法、VB法、LEC法、VCZ法等之整體成長法，但做為GaAs熔融液之支持容器係使用石英製容器，不可避免地以n型摻雜物形式活動之Si會從此石英容器混入GaAs中。是以，相對於n型整體單晶之能較為便宜地製造，p型整體單晶必須一邊抑制Si之混入量一邊以p型摻雜物(Zn等)做載子補償來製造，故一般價格昂貴。是以，於發光層部之成長所大量使用之今者為n型GaAs單晶基板，此時，所成長之發光層部的上層側成為p型層。

此種發光元件，於發光層部伴隨著光吸收體之n型GaAs單晶基板之元件構造，時常做為基板形來使用，結果以p型層為上側來形成電極之使用形態(以下稱為p側朝上)，在發光元件、尤其是發光二極體之領域固定成為了標準型。又，即使是將複數種發光二極體組合來使用之情況，使用n型GaAs單晶基板所製造之主流的發光二極體構造為p側朝上，故具有GaP發光元件等不使用GaAs單晶基板所製造者、或是以去除GaAs單晶基板為前提之元件構造，為了避免用以發光驅動之配線構造變得複雜化，習慣上傾向於統一成為p側朝上構造。

因此，在成長用基板為n型、主化合物半導體層部以p型層位於第一主表面側的方式成長之情況，於主化合物半導體層部之因去除該成長用基板而露出之第二主表面側經由透光性樹脂結合層來貼合透光性元件基板製造貼合晶圓，藉此，可輕易得到上述般之p側朝上之發光元件構造。又，於成長用基板去除製程之前，實施暫時性支持基板黏著製程，於主化合物半導體層部之第一主表面側黏著上處理用暫時性支持基板，在暫時性支持基板黏著於主化合物半導體層部之狀態下，依序實施成長用基板去除製程以及貼合製程，其後，自主化合物半導體層部去除暫時性支持基板，如此一來，在實施成長用基板去除製程以及貼合製程之際，主化合物半導體層部被暫時性支持基板所補強，變得容易處理。

另一方面，即使是當主化合物半導體層部以p型層位於第一主表面側之方式成長的情況，當於最終所得之發光元件中，採用以n型層為上側形成電極之使用形態(以下稱為n側朝上)之時，可採用經由透光性樹脂結合層將透光性元件基板貼合於主化合物半導體層部之未伴隨該成長用基板之第一主表面側，之後，去除第二主表面側之成長用基板之方法。

以下，參照所附圖式來說明本發明之實施形態。

圖1係顯示本發明之一實施形態之發光元件1的示意圖。發光元件1具有主化合物半導體層部10(具有發光層部24)以及以主化合物半導體層部10之一主表面為第一主表面，以另一主表面為第二主表面時，於該主化合物半導體層部10之第二主表面側經由透光性樹脂結合層71而貼合之透光性元件基板70。透光性元件基板70之至少側面係經異向性化學蝕刻而形成有粗面化部SF。藉由粗面化部SF之形成，可將透光性元件基板70側面之取光效率提高。又，透光性元件基板70可以化合物半導體基板構成，藉由異向性化學蝕刻來簡單形成粗面化部SF。

用以形成上述粗面化部SF之粗面化製程，如後述般，對元件晶片1之異向性化學蝕刻在透光性樹脂結合層71之側面與蝕刻液接觸之狀態下進行係有效率。此時，不僅是透光性元件基板70之側面，於透光性樹脂結合層71也會受到蝕刻液所造成之腐蝕侵襲影響。若透光性樹脂結合層71為對該腐蝕侵襲弱的材質，則透光性樹脂結合層71在上述異向性化學蝕刻中受到侵蝕，透光性元件基板70可能有自主化合物半導體層部剝離之虞。是以，透光性樹脂結合層71之材質以採用對上述蝕刻液在耐腐蝕性優異者為佳，具體而言，以採用環氧系樹脂或矽酮系樹脂為佳，在本實施形態中係採用環氧系樹脂。

又，透光性元件基板70係以利用異向性化學蝕刻來形成粗面化部SF為前提，為了使得異向性化學蝕刻效果更為顯著，係採用單晶基板(此處為GaP單晶基板)。GaP為具有閃鋅礦型構造之Ⅲ－V族化合物半導體，利用異向性化學蝕刻之容易蝕刻面為{111}面。如後述般，圖1之構成，伴隨透光性元件基板70之側面，第二主表面亦形成粗面化部MF，此雙方成為粗面化之對象面。若將利用異向性化學蝕刻所得之粗面化的對象面設定為{100}面，可藉由異向性化學蝕刻深入顯著地形成被傾斜角度大之4片的{111}面所圍繞之金字塔狀之粗面化突起部。於圖1之發光元件1所含之透光性元件基板70係以側面與第二主表面(以及第一主表面)全部成為{100}面的方式，將結晶主軸為[100]之GaP單晶晶圓依主表面上正交之兩個<1o0>方向進行切割所形成者。

發光層部24可為具有雙異質構造者，此雙異質構造係由組成式(Al_x Ga_{1 － x} )_y In_{1 － y} P(其中，0≦x≦1，0≦y≦1：以下，亦簡記為AlGaInP)所表示之化合物當中具有與GaAs做晶格匹配之組成的化合物所分別構成之n型包覆層4、活性層5以及p型包覆層6依序積層而得者。此種構造之發光層部24可藉由採用將薄層之AlGaInP活性層5以帶隙更大之n型AlGaInP包覆層與p型AlGaInP包覆層做三明治狀挾持之雙異質構造，來實現例如從綠色到紅色寬廣波長區呈現高亮度之元件。又，藉由對GaAs單晶上進行異質磊晶成長來輕易得到高品質之發光層部24。在本實施形態中，透光性元件基板70係由GaP所構成，由於GaP之帶隙能量相當大，故對於來自AlGaInP發光層部24之發光光束的透光率良好。

具體而言，發光層部24具有無摻雜之(Al_x Ga_{1 － x} )_y In_{1 － y} P(其中，0≦x≦0.55，0.45≦y≦0.55)混晶所構成之活性層5被由p型(Al_z Ga_{1 － z} )_y In_{1 － y} P(其中，x<z≦1)所構成之p型包覆層6與由n型(Al_z Ga_{1 － z} )_y In_{1 － y} P(其中，x<z≦1)所構成之n型包覆層4所挾持之構造。在圖1之發光元件1中，於第一主表面側(圖式上側)配置p型包覆層6，於第二主表面側(圖式下側)配置n型包覆層4。又，此處所說「無摻雜」意指「不積極添加摻質」，並不等同排除含有通常之製程上無法避免所混入之摻質成分(例如以1×10^{1 3} ~1×10^{1 6} /cm³ 程度為上限)。

於本發明中，所謂「與GaAs做晶格匹配之化合物半導體」意指以不因應力產生晶格移位之整體結晶狀態來預期，以該化合物半導體之晶格常數為a1、同樣地以GaAs之晶格常數為a0時，由{|a1－a0|/a0}×100(%)所表示之晶格不匹配率限制在1%以內之化合物半導體。又，活性層5可由AlGaInP之單一層的形式來構成，亦能以組成互異之AlGaInP所構成之障壁層與井層交互積層之量子井層的形式來構成(將量子井層全體視為一層之活性層5)。

又，為了可在對發光層部24之面內均勻通電，於主化合物半導體層部10之第一主表面側形成有具透光性之化合物半導體單晶(此處為GaP)所構成之電流擴散層20。此電流擴散層20亦至少在側面形成異向性化學蝕刻所產生之粗面化部SF，有助於取光效率之進一步提升。在本實施形態中，於電流擴散層20之第一主表面(第一電極9之周圍區域)亦形成粗面化部MF。又，在由GaP所構成之電流擴散層20與由AlGaInP所構成之發光層部24之間，為了降低發光元件之順向電壓，係夾設有帶隙能量介於GaP與成為發光層部24對應側之包覆層的AlGaInP混晶之間的接觸層(例如由GaInP所構成)21。

其次，於上述發光元件1中，透光性樹脂結合層71屬絕緣性，雖透光性元件基板70因為化合物半導體而展現導電性，但由於與發光層部24之間夾設有絕緣性之透光性樹脂結合層71，故無法將透光性元件基板70之第二主表面側當作通電用電極形成面來使用。是以，於主化合物半導體層部10之第一主表面側形成用以驅動發光層部24之極性互異的第一電極9與第二電極15雙方。具體而言，於主化合物半導體層部10，在發光層部24之第一主表面形成第一電極9，於發光層部24之第二主表面側形成引出電極用之輔助化合物半導體層7。此外，將發光層部24之部分區域切開使得輔助化合物半導體層7之第一主表面露出，於該輔助化合物半導體層7之該露出的第一主表面區域形成第二電極15。

於本實施形態中，輔助化合物半導體層7係與第二電極15相接之電流擴散層(此處做為AlGaAs層亦能以AlInP、AlGaInP、或是InGaP等來構成)，輔助化合物半導體層7係以成為與發光層部24本身相接側之半導體層(此處為n型包覆層4)具有同一導電型(即n型)、且多數載子濃度高於發光層部24側之層的方式被摻雜。又，蓋層(cap layer)8係與輔助化合物半導體層7之第二主表面相接配置，其係對於由AlGaAs所構成之輔助化合物半導體層7於成長中或成長用基板蝕刻去除時的Al成分氧化加以防止，在本實施形態係以GaAs層所形成。又，由於GaAs層為吸光性層，故其厚度係形成極薄之1nm~20nm。

以透光性元件基板70其貼合在主化合物半導體層部10側之主表面為第一主表面、與其相反側之主表面為第二主表面時，在上述構造中，主化合物半導體層部10之第一表面側覆蓋有成為光遮蔽物之兩個電極9、15，另一方面，於透光性元件基板70之第二主表面未形成電極。是以，在謀求取光效率提升之觀點上，如何活用透光性元件基板70之第二主表面此點亦重要。如圖2所示般，只要將未形成電極之透光性元件基板70的第二主表面做為取光面，則可自該第二主表面全面取出發光光束，可提高取光效率。於圖2中，係以電極9、15朝下的方式配置元件，分別經由導電性糊87來連接通電用端子85、86。

第一電極9與第二電極15分別經由接合合金化層9a、15a來與形成電極形成面之化合物半導體層做電氣連接。接合合金化層9a、15a係使得接合金屬層(以Au或Ag為主成分(50質量%以上)，對其依照接合對象之半導體種類以及其導電型來適量配合用以取得歐姆接觸之合金成分而成者)於半導體表面形成膜之後，施以合金化熱處理(所謂的燒結處理)所形成者。接合合金化層9a為了與p型層取得接觸，例如可使用AuBe合金做為接合金屬層來形成。又，接合合金化層15a為了與n型層取得接觸，例如可使用AuGeNi合金做為接合金屬層來形成。

又，考慮透光性元件基板70以化合物半導體來構成，對透光性元件基板70之第二主表面亦施以異向性化學蝕刻，形成粗面化部MF。藉由對透光性元件基板70之第二主表面亦施以異向性化學蝕刻來形成粗面化部MF，可期待取光效率之進一步提升。此時，對透光性元件基板70之側面與第二主表面同時進行異向性化學蝕刻，只需將切割後之元件晶片1”浸漬於蝕刻液即可對兩個面非常有效率地實施粗面化處理。

於本實施形態中，各層之厚度能以下述方式來調整。

．電流擴散層20：5 μ m~200 μ m(例如40 μ m)；．接觸層21：50nm~1 μ m(例如100nm)；．p型包覆層6：0.8 μ m~4 μ m(例如1 μ m)；．活性層5：0.4 μ m~2 μ m(例如0.6 μ m)；．n型包覆層4：0.8 μ m~4 μ m(例如1 μ m)；．發光層部24全體之厚度：2 μ m~10 μ m(例如2.6 μ m)；．輔助電流擴散層7：1 μ m~50 μ m(例如2 μ m)；．蓋層8：1nm~20nm(例如10nm)；．透光性樹脂結合層71：1 μ m~100 μ m(例如20 μ m)；．透光性元件基板70：50 μ m~500 μ m(例如200 μ m)。

※蓋層厚度係參考記載了金屬貼合之先前申請案。

以下，針對圖1之發光元件1之製造方法做說明。

首先，如圖3之製程1所示般，在成長用基板100方面係準備n型之GaAs單晶基板。其次，於該基板100之第一主表面使得n型GaAs緩衝層2磊晶成長例如0.5 μ m，進一步磊晶成長出由AlInP等所構成之阻蝕層3。其次，磊晶成長出蓋層8(GaAs)、輔助電流擴散層7(AlGaAs)。再者，在發光層部24方面，分別磊晶成長出由(Al_x Ga_{1 － x} )_y In_{1 － y} P所構成之n型包覆層4(n型摻質為Si)、活性層(無摻雜)5以及p型包覆層6(p型摻質為Mg：來自有機金屬分子之C亦供應做為p型摻質)。進而，於p型包覆層6上磊晶成長出接觸層21。

上述各層之磊晶成長係以公知之MOVPE法來進行。

做為Al、Ga、In(銦)、P(磷)之各成分源的原料氣體可使用下述者：．Al源氣體：三甲基鋁(TMAI)、三乙基鋁(TEAI)等；．Ga源氣體：三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)等；．In源氣體：三甲基銦(TMIn)、三乙基銦(TEIn)等；．P源氣體：三甲基磷(TMP)、三乙基磷(TEP)、膦(PH₃ )等；又，在摻質氣體方面，可使用以下之物：(p型摻質)．Mg源：雙環戊二烯鎂(CpMg)等。

．Zn源：二甲基鋅(DMZn)、二乙基鋅(DEZn)等。

(n型摻質)．Si源：單矽烷等之矽氫化物等。

其次，使得由GaP所構成之電流擴散層20在發光層部24(接觸層21)之第一主表面以HVPE法來成長。HVPE法具體而言係在容器內將Ⅲ族元素之金屬Ga加熱保持於既定溫度，同時對於該金屬Ga導入氯化氫而藉由下述(1)式之反應來生成GaCl，與做為載氣之H₂ 一同供給於基板上。

Ga(液體)＋HCl(氣體) → GaCl(氣體)＋1/2H₂ (氣體)………(1)

成長溫度係設定於例如640℃~860℃。又，V族元素之P，係將PH₃ 與做為載氣之H₂ 一同供給於基板上。再者，做為p型摻質之Zn係以DMZn(二甲基Zn)的形式來供給。

GaCl(氣體)＋PH₃ (氣體) → GaP(固體)＋HCl(氣體)＋H₂ (氣體)………(2)

當電流擴散層20之成長結束，乃以將電流擴散層20之第一主表面做部分覆蓋的方式使得接合金屬層9a，與第一電極(例如Au電極)9藉由蒸鍍或濺鍍來形成圖案化。其次，如製程2所示般，將形成有第一電極9之電流擴散層20的第一主表面全面以乾式蝕刻用蝕刻光阻層50來被覆，如製程3所示般，藉由曝光、顯影來形成與第二電極形成區域對應之蝕刻窗。然後，如圖4之製程4所示般，在上述蝕刻窗之對應區域將發光層部24做乾式蝕刻來切開直到輔助電流擴散層7之第一主表面露出為止。然後，於該露出之輔助電流擴散層7之第一主表面，將接合金屬層15a’與第二電極(例如Au電極)15藉由蒸鍍或濺鍍來形成圖案化。

一旦上述製程結束，如製程6所示般，使得上述各層於成長用基板100上進行磊晶成長，進而將已形成電極之中間製品晶圓插入熱處理爐內，以300℃~500℃之溫度範圍進行合金化熱處理(所謂的燒結處理)，將接合金屬層9a’、15a’做成接合合金化層9a、15a。

黏著進行圖5之製程7，以氨/過氧化氫混合液等蝕刻液進行化學蝕刻，將成為成長用基板100之GaAs基板連同緩衝層2自上述中間製品晶圓去除，之後，將阻蝕層3以鹽酸等蝕刻液來去除，藉此，得到由磊晶成長之各層積層體所構成之主化合物半導體層10的第二主表面露出之晶圓。此時，蓋層8在由AlGaAs所構成之輔助電流擴散層7處，可防止Al成分因為和蝕刻液接觸而被氧化。

然後，如製程8所示般，將另外準備之做為透光性元件基板70之GaP單晶基板經由用以形成透光性樹脂結合層之黏著劑層71’黏著於上述成為主化合物半導體層10之晶圓的第二主表面。具體而言，將未硬化之環氧樹脂系黏著劑塗佈於透光性元件基板70之第一主表面側(或者亦可在主化合物半導體層10之晶圓的第二主表面側)，疊合上成為主化合物半導體層10之晶圓的第二主表面側，於該狀態下持續以加壓力1kPa~400kPa(計式壓力)加壓，並於常溫使黏著劑層71’硬化，或是進行加熱到50℃~150℃之硬化處理來實施貼合製程。圖3至圖5為了簡單說明起見，係舉出以單一元件晶片部分為代表之製程說明圖，惟實際上於上述貼合製程結束後，如圖6所示般，係得到集合有複數未分離元件晶片部分1’之貼合晶圓W。

之後，將上述貼合晶圓W利用分割來分離成為個別之元件晶片1”。具體而言，沿著在貼合晶圓W之透光性元件基板70(主表面(100)之GaP單晶基板)之主表面上所表示之兩個<100>方向，自晶圓W之第一主表面側利用切割刀DB進行切割。藉由將切割的朝向定於<100>方向，透光性元件基板70藉由切割所形成之側面會成為{100}面，可藉由後述之異向性化學蝕刻來顯著地形成粗面化部SF。又，不易產生沿著晶片邊緣之破裂或缺角。又，在進行異向性化學蝕刻之前，將該藉由切割所形成之加工損傷層以損傷層去除用蝕刻液經化學蝕刻來去除乃較佳。做為損傷層去除用蝕刻液DEA可使用硫酸－過氧化氫水溶液。該水溶液可使用例如硫酸：過氧化氫：水之質量配合比例為20：1：1者，液溫係調整為30℃~70℃。

然後，將元件晶片1”全體浸漬於異向性化學蝕刻用蝕刻液中。藉此，於GaP單晶所形成之層以及基板之外部露出面被施以異向性化學蝕刻，並且形成具有多數金字塔狀突起部的粗面化部。粗面化部具體而言係分別形成於透光性元件基板70之側面(SF)以及第二主表面(MF)、電流擴散層20之側面(SF)以及第一主表面(MF)。粗面化用蝕刻液為含有醋酸、氫氟酸、硝酸與碘之水溶液，具體而言，係採用含有醋酸(CH₃ COOH換算)：37.4質量%~94.8質量%，氫氟酸(HF換算)：0.4質量%~14.8質量%，硝酸(HNO₃ 換算)：1.3質量%~14.7質量%，碘(I₂ 換算)：0.12質量%~0.84質量%

之範圍，且水之含有量為2.4質量%~45質量%者；更佳為採用含有醋酸(CH₃ COOH換算)：45.8質量%~94.8質量%，氫氟酸(HF換算)：0.5質量%~14.8質量%，硝酸(HNO₃ 換算)：1.6質量%~14.7質量%，碘(I₂ 換算)：0.15質量%~0.84質量%

之範圍，且水之含有量為2.4質量%~32.7質量%者。液溫以40℃~60℃為適當。

在異向性化學蝕刻結束後，將各元件晶片洗淨、乾燥完成圖1之發光元件1的晶片。對其如圖2所示般將各電極9、15連接於通電用端子85、86(亦可為覆晶型組裝用焊墊)，施行樹脂模鑄等完成最終之發光元件。

以下，針對各種變形例做說明。發光層部之形成材料，並不限於上述AlGaInP系者，例如可為氮化物系之發光層部，具體而言，其可構成為具有無摻雜之In_a Ga_b Al_{1 － a － b} N混晶所構成之活性層被p型In_a Ga_b Al_{1 － a － b} N所構成之p型包覆層與由n型In_a Ga_b Al_{1 － a － b} N所構成之n型包覆層所挾持之雙異質構造者。此種發光層部能以下述方式來製造。亦即，於藍寶石單晶基板之主表面上，經由GaN緩衝層以MOVPE法對上述氮化物系發光層部進行異質磊晶成長。然後，自藍寶石基板之背面側照射準分子雷射以熔解GaN緩衝層，便可將藍寶石基板剝離去除。之後，使用透光性樹脂結合層之透光性元件基板的貼合製程可以已經說明的方法來同樣實施。

其次，如圖8所示般，在進行成長用基板去除製程之前，亦可實施暫時性支持基板黏著製程，其係將處理用之暫時性支持基板80黏著於主化合物半導體層部10之第一主表面側。然後，在主化合物半導體層部10黏著有暫時性支持基板80的狀態下，依序實施成長用基板去除製程與貼合製程，其後，將暫時性支持基板80從主化合物半導體層部10去除，如此一來，於實施成長用基板去除製程與貼合製程之際，主化合物半導體層部10被暫時性支持基板80所補強，處理變得容易。暫時性支持基板80可以例如Si單晶基板來構成，只要平坦度良好且具有一定以上剛性者，則不侷限於此，亦能以陶瓷板(例如氧化鋁板)或是金屬板等來構成。在圖8中，暫時性支持基板80係經由暫時性支持結合層81來黏著於主化合物半導體層部10之第一主表面側。暫時性支持結合層81可使用熱熔型黏著劑或是蠟類來形成。

另一方面，亦可如圖9所示般，以發光元件1之主化合物半導體層部10的第一主表面做為取光面。具體而言，可將主化合物半導體層部10之第一主表面以前述第一電極9做部分性覆蓋，而將在該第一電極9周圍所露出之主化合物半導體層部10的第一主表面區域當作取光面來活用。此時，只要事先將透光性元件基板70之第二主表面當作平滑面MP(例如鏡面研磨面)，且以與該平滑的第二主表面相接的形式來形成金屬反射層89，發光光束即能於透光性元件基板70之第二主表面側做反射，而引導至成為取光面之元件的側面或第一主表面側，有助於取光效率之提升。於本實施形態中金屬反射層89係用以將透光性元件基板70之第二主表面黏著於金屬載台88之金屬糊(例如Ag糊)層，亦可為以蒸鍍或濺鍍形成之以Au、Ag或是Al為主成分(50質量%以上)之金屬層。又，於取光面側之兩個電極9以及15分別接合有通電用之導線w。

1．．．發光元件

1”．．．元件晶片

2．．．緩衝層

3．．．阻蝕層

4．．．n型包覆層

5．．．活性層

6．．．p型包覆層

7．．．輔助電流擴散層

8．．．蓋層

9．．．第一電極

9a’．．．接合金屬層

9a．．．接合合金化層

10．．．主化合物半導體層

20．．．電流擴散層

21．．．接觸層

24．．．發光層部

15．．．第二電極

15a’．．．接合金屬層

15a．．．接合合金化層

70．．．透光性元件基板

71．．．透光性樹脂結合層

71’．．．黏著劑層

80．．．暫時性支持基板

81．．．暫時性支持結合層

85,86．．．通電用端子

88．．．金屬載台

89．．．金屬反射層

100．．．成長用基板

SF,MF．．．粗面化部

W．．．貼合晶圓

MP．．．平滑面

圖1係本發明之發光元件之第一例以積層構造顯示之示意圖。

圖2係顯示圖1之發光元件之使用形態之一例的截面圖。

圖3係顯示圖1之發光元件之製程的說明圖。

圖4係接續圖3之說明圖。

圖5係接續圖4之說明圖。

圖6係接續圖5之說明圖。

圖7係接續圖6之說明圖。

圖8係顯示使用暫時性支持基板之製程一例。

圖9係本發明之發光元件之第二例連同其使用形態以積層構造顯示之示意圖。

1．．．發光元件

4．．．n型包覆層

5．．．活性層

6．．．p型包覆層

7．．．輔助電流擴散層

8．．．蓋層

9．．．第一電極

9a．．．接合合金化層

10．．．主化合物半導體層

20．．．電流擴散層

21．．．接觸層

24．．．發光層部

15．．．第二電極

15a．．．接合合金化層

70．．．透光性元件基板

71．．．透光性樹脂結合層

SF,MF．．．粗面化部

Claims (18)

1. 一種發光元件，具備：具有發光層部之主化合物半導體層部，以該主化合物半導體層部之一主表面做為第一主表面，另一主表面做為第二主表面；以及經由透光性樹脂結合層貼合於該主化合物半導體層部之該第二主表面側之透光性元件基板；且該透光性元件基板係由化合物半導體所構成，於該透光性元件基板之至少側面形成異向性化學蝕刻所產生之粗面化部；該透光性元件基板係由單晶基板所構成；使具有閃鋅礦型構造之Ⅲ-V族化合物半導體之單晶基板所構成之該透光性元件基板的側面為{100}面；該異向性化學蝕刻用之蝕刻液係採用含有：醋酸(CH₃ COOH換算)：45.8質量%以上94.8質量%以下，氫氟酸(HF換算)：0.5質量%以上14.8質量%以下，硝酸(HNO₃ 換算)：1.6質量%以上14.7質量%以下，碘(I₂ 換算)：0.15質量%以上0.84質量%以下之範圍，且水之含有量為2.4質量%以上32.7質量%以下者。
2. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其中，該透光性樹脂結合層係由環氧系樹脂或是矽酮系樹脂所構成。
3. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其中，該透光性元件基板為GaP基板。
4. 如申請專利範圍第3項之發光元件，其中，該發光層部 具有雙異質構造，此雙異質構造係由組成式(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y P(其中，0≦x≦1，0≦y≦1)所表示之化合物當中具有與GaAs做晶格匹配之組成的化合物所分別構成之n型包覆層、活性層以及p型包覆層依序積層而得者。
5. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其中，於該主化合物半導體層部之該第一主表面側形成有用以驅動該發光層部之極性互異的第一電極與第二電極兩者。
6. 如申請專利範圍第5項之發光元件，其中，該主化合物半導體層部，於該發光層部之第一主表面形成該第一電極，而於該發光層部之第二主表面側形成引出電極用之輔助化合物半導體層，該發光層部之部分區域被切開使得該輔助化合物半導體層之第一主表面露出，於該輔助化合物半導體層之該露出的第一主表面區域形成有該第二電極。
7. 如申請專利範圍第5或6項之發光元件，其中，以該透光性元件基板當中，以貼合於該主化合物半導體層部側之主表面做為第一主表面、以相反側之主表面做為第二主表面，將該透光性元件基板之該第二主表面做為取光面，且於該第二主表面亦形成該粗面化部。
8. 如申請專利範圍第7項之發光元件，其中，具有閃鋅礦型構造之Ⅲ-V族化合物半導體的單晶基板所構成之該透光性元件基板的該第二主表面呈{100}面。
9. 如申請專利範圍第5或6項之發光元件，其中，將該主化合物半導體層部之該第一主表面做為取光面，以該透光性元件基板當中，貼合於該主化合物半導體層部側之主表面做為第 一主表面、以相反側之主表面做為第二主表面，使得該透光性元件基板之該第二主表面成為平滑面，而以與該平滑之第二主表面相接的形式形成金屬反射層。
10. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之發光元件，其中，於該主化合物半導體層部之第一主表面側形成電流擴散層，此電流擴散層係由具有透光性之化合物半導體單晶所構成，且至少其側面形成有異向性化學蝕刻所產生之粗面化部。
11. 一種發光元件之製造方法，用於製造申請專利範圍第1~10項中任一項之發光元件，具有下述製程：主化合物半導體層部成長製程，係於化合物半導體單晶所構成之成長用基板之一主表面上磊晶成長出該主化合物半導體層部；成長用基板去除製程，係自所成長之該主化合物半導體層部去除該成長用基板；貼合製程，係以該主化合物半導體層部之一主表面做為第一主表面、另一主表面做為第二主表面，經由透光性樹脂結合層將透光性元件基板貼合於該主化合物半導體層部之該第二主表面側來製造貼合晶圓；切割製程，係將該貼合晶圓切割為元件晶片；以及粗面化製程，係將藉由切割所分離之該元件晶片浸漬於蝕刻液中，以於該透光性元件基板之側面施行該異向性化學蝕刻來形成該粗面化部。
12. 如申請專利範圍第11項之發光元件之製造方法，以環氧系樹脂或矽酮系樹脂來形成該透光性樹脂結合層，且於該粗 面化製程中，在該透光性樹脂結合層之側面與該蝕刻液接觸之狀態下，進行對於該元件晶片之異向性化學蝕刻。
13. 如申請專利範圍第11或12項之發光元件之製造方法，係於該粗面化製程中，對於該透光性元件基板之該第二主表面亦施行異向性化學蝕刻來形成該粗面化部。
14. 如申請專利範圍第11或12項之發光元件之製造方法，係於該主化合物半導體層部成長製程結束後、該貼合製程開始前，依序實施下述製程：接合金屬層形成製程，係於該主化合物半導體層部之電極形成面形成接合金屬層；以及合金化熱處理製程，係使得該接合金屬層與成為該電極形成面之化合物半導體進行合金化來成為接合合金化層。
15. 如申請專利範圍第14項之發光元件之製造方法，係於該合金化熱處理製程結束後實施該成長用基板去除製程。
16. 如申請專利範圍第11或12項之發光元件之製造方法，係於該成長用基板去除製程實施後，實施該貼合製程，即以該主化合物半導體層部因去除該成長用基板而露出之主表面做為該第二主表面，經由該透光性樹脂結合層將該透光性元件基板貼合於該主化合物半導體層部之該第二主表面側來製造貼合晶圓。
17. 如申請專利範圍第16項之發光元件之製造方法，其中，該成長用基板為n型，該主化合物半導體層部係以p型層位於該第一主表面的方式來成長。
18. 如申請專利範圍第16項之發光元件之製造方法，係於 該成長用基板去除製程之前，實施暫時性支持基板黏著製程，係將處理用暫時性支持基板黏著於該主化合物半導體層部之第一主表面側；在該主化合物半導體層部黏著有該暫時性支持基板之狀態下，依序實施該成長用基板去除製程與該貼合製程，然後，將該暫時性支持基板自該主化合物半導體層部去除。