(57)【要約】  半導体発光装置では、基板の側面から出る光は損失光となるため、基板の側面が広いと光の取り出し効率が低下する。基板の側面を狭くするには基板の厚みを薄くすればよいが、基板が薄くなると機械的強度が低下し、加工時の応力などで割れてしまい歩留まりが低下するという課題があった。  基板上に発光層を形成し、研削台にワックスで固定した後、基板を研削で薄くする。その後基板に支持基板を接着し、基板の強度を補償する。支持基板が接着された状態で電極などに固定し、最後に支持基板を剥離する。
2008102548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にｎ型層と活性層とｐ型層からなる発光層を形成する工程と、
前記活性層と前記ｐ型層の一部を除去し、前記ｎ型層と前記ｐ型層にそれぞれｎ側電極およびｐ側電極を形成する工程と、
前記基板を研削台に接着する工程と、
前記基板を研削する工程と、
前記研削した基板面に支持基板を接着する工程と、
前記研削台から前記基板を剥離する工程と、
前記ｎ型層にノッチを入れる工程と、
前記支持基板を剥離する工程を含む半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
基板にｎ型層と活性層とｐ型層からなる発光層を形成する工程と、
前記活性層と前記ｐ型層の一部を除去し、前記ｎ型層と前記ｐ型層にそれぞれｎ側電極およびｐ側電極を形成する工程と、
前記基板を研削台に接着する工程と、
前記基板を研削する工程と、
前記研削した基板面に支持基板を接着する工程と、
前記研削台から前記基板を剥離する工程と、
前記ｎ型層にノッチを入れる工程と、
引出電極を形成したサブマウントに前記ｎ側電極及びｐ側電極を接続する工程と、
前記支持基板を剥離する工程を含む半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記支持基板を剥離する工程の後に蛍光体含有封止層を形成する工程を含む請求項２記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項４】
基板にｎ型層と活性層とｐ型層からなる発光層を形成する工程と、
前記活性層と前記ｐ型層の一部を除去し、前記ｎ型層と前記ｐ型層にそれぞれｎ側電極およびｐ側電極を形成する工程と、
前記基板を研削台に接着する工程と、
前記基板を研削する工程と、
前記研削した基板面に全反射防止処理を施す工程と、
前記全反射防止処理を施した基板面に支持基板を接着する工程と、
前記研削台から前記基板を剥離する工程と、
前記ｎ型層にノッチを入れる工程と、
前記支持基板を剥離する工程を含む半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
基板にｎ型層と活性層とｐ型層からなる発光層を形成する工程と、
前記活性層と前記ｐ型層の一部を除去し、前記ｎ型層と前記ｐ型層にそれぞれｎ側電極およびｐ側電極を形成する工程と、
前記基板を研削台に接着する工程と、
前記基板を研削する工程と、
前記研削した基板面に全反射防止処理を施す工程と、
前記全反射防止処理を施した基板面に支持基板を接着する工程と、
前記研削台から前記基板を剥離する工程と、
前記ｎ型層にノッチを入れる工程と、
引出電極を形成したサブマウントに前記ｎ側電極及びｐ側電極を接続する工程と、
前記支持基板を剥離する工程を含む半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記支持基板を剥離する工程の後に蛍光体含有封止層を形成する工程を含む請求項５記載の半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光層を薄い基板上に形成した半導体発光素子および半導体発光装置を作製する製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードやレーザーダイオードなどの半導体発光装置は、サファイアやＧａＮ系の基板上に発光層を形成することで得られる。この基板は発光層の作製後は不要となる。しかし、発光層は基板上に安定に作製されるため、あえて基板を除去せず、半導体発光素子の一部として利用している。そのため基板は透明性のある材料が用いられている。【０００３】
半導体発光素子としては、この基板の厚みが薄ければ、基板側面から漏れる損失光が減る。そのため基板を薄く出来れば面発光に近づけることになる。【０００４】
一方、基板を薄くすると機械的な強度が減るため、基板が割れ、歩留まりが低下するという課題がある。これに対しては、基板上に発光層を形成し、電極に固定した後に、レーザーを照射して発光層を基板から剥離する技術がある（特許文献１参照）。【０００５】
また、基板を両面テープで別の基板に貼り付け、貼り付け部から気泡を抜き、基板に割れを生じさせる事無く薄く加工する技術の開示もある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−１２８６５９号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発光層は基板上にＭＯＣＶＤ法などの薄膜形成方法で薄く作製されているので、レーザーを照射して基板を除去してしまうと、その際に生じる熱的あるいは機械的ダメージにより発光層の特性が劣化してしまう場合がある。また基板を安定して薄く加工できたとしても、薄い基板上に発光層を形成するのは、加工途中での基板割れが生じるおそれがある。【０００７】
望ましくは、厚い基板上に発光層を形成し、それを安定して薄く加工できる製造方法が好ましい。本発明はかかる課題に鑑み想到されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、厚い基板上に発光層を形成し、それを研削台に固定した後、基板を研削することで基板厚みを薄くする。さらにその薄くなった基板に支持基板を仮接着する。その後、支持基板を仮接着したままの状態で、研削台からはずし、１つ１つの素子に切断加工し、それを引出電極などが施されたサブマウントに固定する。このように半導体発光装置としてから、最後に支持基板を除去する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法では、厚い基板上に発光層を形成し、基板を薄く研磨した後、基板の厚みが薄くなったために低下した機械的な強度を、支持基板によって補強する。従って、基板を薄くし、かつ機械的な強度を保持できる状態で、加工を行なうので、従来と同じ製造設備で、薄い基板の半導体発光装置を歩留まりよく得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、半導体発光装置の構成を表す図である
【図２】図２は、半導体発光素子の断面を示す図である
【図３】図３は、半導体発光素子を射光面側から見た平面図である
【図４】図４は、実施の形態１の製造方法を示す図である
【図５】図５は、実施の形態１の製造方法を示す図である
【図６】図６は、実施の形態１の製造方法を示す図である
【図７】図７は、実施の形態１の製造方法によって得られる半導体発光装置を示す図である
【図８】図８は、実施の形態２の製造方法のポイントの工程を示す図である
【図９】図９は、実施の形態２で示した製造方法によって得られる半導体発光装置を示す図である
【図１０】図１０は、実施の形態２で示した製造方法によって得られる半導体発光装置を示す図である
【符号の説明】
【００１１】
１          半導体発光装置
１０        半導体発光素子
１１        基板
１２        ｎ型層
１３        活性層
１４        ｐ型層
１６        ｎ側電極
１７        ｐ側電極
２０        支持体
２１        サブマウント
２２        ｎ側引出電極
２３        ｐ側引出電極
２４        ｎ側バンプ
２５        ｐ側バンプ
２６、２７  スルーホール
３０        射光面
３６        研削台
３８        充填材
４２        支持基板
４４        ノッチ
５０        蛍光体含有封止層
５７        全反射防止処理を施した射光面
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１に本発明の半導体発光装置１を示す。半導体発光装置１は、サブマウント２１上に、半導体発光素子１０が固定されている構造である。【００１３】
サブマウント２１には、引出電極２２，２３が形成されている。引出電極は半導体発光素子１０へ電流を印加するための電極である。半導体発光素子のｎ型層の側に接続するｎ側引出電極２２とｐ型層の側に接続されるｐ側引出電極２３がある。さらに図１では、引出電極は、スルーホール２６，２７を介して裏面電極２８，２９へ接続されている。これによって裏面電極２８，２９から半導体発光素子へ電流を流す事が出来る。なお、裏面電極もｎ側裏面電極２８とｐ側裏面電極２９がある。【００１４】
引出電極にはバンプ２４，２５が形成されている。引出電極同様、バンプもｎ型層に接続されるｎ側バンプ２４とｐ型層に接続されるｐ側バンプ２５がある。図１ではｐ側バンプは複数あるが、まとめて符号２５で表す。もちろんｎ側バンプが複数個あってもよい。【００１５】
このバンプによって引出電極と半導体発光素子は直接接続されている。従って、このバンプは接続線である。サブマウント、引出電極、裏面電極、スルーホール、バンプを含めて支持体２０と呼ぶ。なお、実施形態によっては、裏面電極や、スルーホール、バンプが支持体２０から省略される場合もある。【００１６】
サブマウント２１は、シリコンツェナーダイオード、シリコンダイオード、シリコン、窒化アルミニウム、アルミナ、その他のセラミック等を用いることができる。【００１７】
スルーホールはサブマウントに穿たれた貫通孔で、内部に銅、アルミニウム、金等の導電材料を含む。裏面電極２８，２９は、スルーホールと電気的に接合しており、銅、銀、金などの導電材料で作製される。引出電極は、銅、アルミニウム、金、銀といった導電性の材料を用いる。【００１８】
バンプは半導体発光素子１０をサブマウント２１上に固定し、また引出電極２２、２３との間を電気的に結合させる役割を有する。【００１９】
バンプの材料としては、金、金−錫、半田、インジウム合金、導電性ポリマーなどを用いることができるが、特に金や金を主成分とする材料が好ましい。これらの材料を用いて、メッキ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法、液滴射出法、ワイヤーバンプ法等を用いて形成することができる。【００２０】
例えば、ワイヤーバンプ法で金ワイヤーを作成し、その一端をボンダーにてサブマウント上の引出電極に接着した後、ワイヤーを切断することで金バンプを形成する。また、金などの高導電性材料の微粒ナノ粒子を揮発性溶剤に分散した液をインクジェット印刷と同様な手法で印刷し、溶剤を揮発除去してナノ粒子の集合体としてのバンプを形成する液滴射出法を用いることもできる。【００２１】
図２に半導体発光素子１０の断面図を、図３に基板上部方向からの平面図を示す。半導体発光素子１０は、基板１１、ｎ型層１２、活性層１３、ｐ型層１４、ｎ側電極１６、ｐ側電極１７からなる。【００２２】
基板１１は、発光層を保持する役目を負う。材質としては、絶縁性のサファイアを用いることができる。しかし、発光効率や発光する部分が窒化ガリウム（ＧａＮ）を母材とすることから、ｎ型層１２と基板１１との界面での光の反射を少なくするために発光層と同等の屈折率を有するＧａＮやＳｉＣ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮを用いるのが好適である。本発明の製造方法は基板が割れることなく薄く加工できる。従って、ＧａＮやＳｉＣ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮのような劈開性のある材料を基板として用いる場合に特に有効となる。本発明の製造方法では基板１１の厚みは５０μｍ以下にも加工することができる。【００２３】
発光層となるｎ型層１２と活性層１３とｐ型層１４は基板１１上に順次積層される。材質は特に制限はないが、窒化ガリウム系化合物であれば好ましい。具体的には、それぞれ、ＧａＮのｎ型層１２、ＩｎＧａＮの活性層１３、ＧａＮのｐ型層１４である。なお、ｎ型層１２やｐ型層１４としては、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮを用いてもよいし、ｎ型層１２と、基板１１との間に、ＧａＮやＩｎＧａＮで構成したバッファ層を用いることも可能である。また、例えば、活性層１３は、ＩｎＧａＮとＧａＮが交互に積層した多層構造（量子井戸構造）としてもよい。【００２４】
このように基板１１上に積層したｎ型層１２と活性層１３とｐ型層１４の一部から、活性層１３とｐ型層１４を除去し、ｎ型層１２を露出させる。この露出させたｎ型層１２上に形成されたのが、ｎ側電極１６である。また、ｐ型層１４上に同じくｐ側電極１７が形成される。つまり、活性層１３とｐ型層１４を除去し、ｎ型層１２を露出させることで、発光層とｐ側電極およびｎ側電極は基板に対して同じ側の面に形成することができる。【００２５】
ｐ側電極１７は発光層で発した光を基板１１の側に反射するために反射率の高いＡｇやＡｌ、Ｒｈ等の第１の電極を用いる。すなわち、基板１１の天面側が射光面３０となる。ｐ型層１４とｐ側電極１７のオーミック接触抵抗を小さくするためにｐ型層１４とｐ側電極の間にＰｔやＮｉ、Ｃｏ、ＩＴＯ等の電極層を用いるとより望ましい。また、ｎ側電極１６はＡｌやＴｉ等を用いることができる。ｐ側電極１７およびｎ側電極１６の表面にはバンプとの接着強度を高めるためにＡｕやＡｌを用いることが望ましい。これらの電極は真空蒸着法、スパッタリング法などによって、形成することができる。【００２６】
半導体発光素子１０のサイズは、特に限定はないが、光量が大きく面発光に近い光源とするには、全面積が広い方がよく、好ましくは一辺が６００μｍ以上であることが望ましい。【００２７】
図４には、本発明の半導体発光素子及び半導体発光装置の製造方法を示す。まず、基板１１となる材料上にｎ型半導体１２と、活性層１３とｐ型半導体１４を形成する（図４（Ａ））。なお、基板となる材料はウェハ４１と呼ぶ。次にｐ型半導体１４と活性層１３の一部をエッチングで取り去り、ｎ型半導体を露出させる（図４（Ｂ））。【００２８】
露出したｎ型半導体上と、ｐ型半導体上にそれぞれｎ側電極１６、ｐ側電極１７を形成する（図４（Ｃ））。そして研削台３６上に充填材３８で固定する（図４（Ｄ））。研削台３６は基板１１を研削研磨する際の保持部材となる。材質は特に限定はないが、変形せず硬度のあるセラミック等が好適である。厚みは２０〜３０ｍｍ程度あればよい。充填材３８はしっかりと固定でき、かつ容易に除去できる材料がよい。たとえば、エレクトロンワックスなどのワックス材が好適である。【００２９】
研削台３６で保持しておき、基板を研削する（図４（Ｅ））。研削した面は射光面３０となる。ここで基板を所望の厚さに加工する。基板１１は充填材３８で研削台３６に固定されているため、加工時の応力によって割れるといった損傷を受けない。【００３０】
図５に本発明の製造方法の図４からの続きを示す。研削によって薄く加工された基板１１に、研削台がついたままの状態で、接着剤４０を介して支持基板４２を接着する（図５（Ｆ））。この支持基板４２の接着によって研削で薄くなった基板１１の機械強度を補償する。また、研削台がついたままで、支持基板４２を接着すれば、接着の工程で基板１１が割れることはない。【００３１】
この支持基板４２は最終的に除去するので、接着剤は剥離可能な材料を用いる。また、図５（Ｉ）の工程で、実際に発光させ検査などを行なうため支持基板および接着剤は透光性であることが望ましい。具体的にはアクリル系の接着剤やＵＶ硬化樹脂などが好適である。またエポキシ系の接着剤でもよい。これらの接着剤は、スピンコートで塗布するのがよい。接着剤は非常に薄く塗布する必要があるためである。ただし、塗布で接着剤を塗っても良い。【００３２】
また、支持基板はカバーガラスなどの透明なセラミック材料を用いる事ができる。厚さは特に限定はないが、０．１５〜０．２ｍｍ程度が好適である。【００３３】
支持基板４２を接着した後、充填材３８を取り除き、研削台３６を剥離する（図５（Ｇ））。充填材３８は、熱を加えることによって容易に溶融するので、研削台３６は剥離することができる。【００３４】
その後、レーザースクライブなどによって、ノッチ４４を入れ（図５（Ｈ））、半導体発光素子をそれぞれ分離する（図５（Ｉ））。ノッチ４４は支持基板４２の深さまで入れておけば、分離の工程においても基板１１に割れが生じるおそれは非常に低い。【００３５】
半導体発光素子を分離した状態で、検査および選別を行なう。すなわち、電極に電流を通じて実際に発光させる。【００３６】
図６には、図５で作製した半導体発光素子１０を用いて半導体発光装置を作製する製造方法を示す。サブマウント２１となる材料上に、引出電極２２，２３を形成する。必要に応じてスルーホールや、裏面電極も形成しておく。引出電極２２，２３にはバンプ２４，２５を形成しておく。そして、半導体発光素子１０を溶着させる（図６（Ｊ））。【００３７】
次にこの半導体発光装置から支持基板４２を除去する（図６（Ｋ））。これは使用した接着剤の種類によって異なる方法を使えばよいが、アセトンやメチルエチルケトン（ＭＥＫ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）やジメチルホルムアミド（ＤＨＡ）といった非極性溶剤に浸したり、熱可塑性の接着剤の場合は熱をかけてゆるめておいて、剥離するといった方法を用いることができる。【００３８】
このようにすることで、基板１１の薄い半導体発光装置を歩留まりよく得る事ができる。【００３９】
図７には、図６で作製した半導体発光装置１に蛍光体含有封止層５０を配した半導体発光装置２を示す。形成する方法は特に限定はないが、蛍光体含有封止層用の塗料を印刷で塗布するのが、作製時間も短く簡単である。【００４０】
蛍光体含有封止層５０は、無機若しくは有機の蛍光体材料の粒子を樹脂もしくはガラスといった透明媒体中に分散したものである。【００４１】
例えば、半導体発光素子１０が青色を発光し、半導体発光装置２自体の発光色を白色にする場合は、半導体発光素子１０からの青色の光を受けて、黄色に波長を変換し放出する蛍光体である。このような蛍光体材料としては、希土類ドープ窒化物系、または、希土類ドープ酸化物系の蛍光体が好ましい。より具体的には、希土類ドープアルカリ土類金属硫化物希土類ドープガーネットの(Ｙ・Ｓｍ)３(Ａｌ・Ｇａ)５Ｏ１２：Ｃｅや（Ｙ０．３９Ｇｄ０．５７Ｃｅ０．０３Ｓｍ０．０１）３Ａｌ５Ｏ１２、希土類ドープアルカリ土類金属オルソ珪酸塩、希土類ドープチオガレート、希土類ドープアルミン酸塩等を好適に用いることができる。また、珪酸塩蛍光体（Ｓｒ１−ａ１−ｂ２−ｘＢａａ１Ｃａｂ２Ｅｕｘ）２ＳｉＯ４やアルファサイアロン（α−ｓｉａｌｏｎ:Ｅｕ）Ｍｘ(Ｓｉ，Ａｌ)１２(Ｏ，Ｎ)１６を黄色発光の蛍光体材料として用いても良い。【００４２】
媒体としては、シリコン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂が用いることができる。特に非シリコン樹脂としては、シロキサン系の樹脂やポリオレフィン、シリコーン・エポキシハイブリッド樹脂などが好適である。【００４３】
なお、樹脂の代わりにゾルゲル法で作成されるガラス材料を用いることもできる。具体的には、一般式Ｓｉ（Ｘ）ｎ（Ｒ）４−ｎ（ｎ＝１〜３）で表される化合物である。ここで、Ｒはアルキル基であり、Ｘはハロゲン（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、Ｉ）、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アルコキシ基（−ＯＲ）から選ばれる。このガラス材の中にも蛍光体や一般式がＭ（ＯＲ）ｎで表されるアルコキシドを添加することもできる。アルコキシドを添加することによって凹凸構造の屈折率を変えることができる。【００４４】
また、これらのガラス材料は硬化反応温度が摂氏２００度程度のものもあり、バンプや電極各部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適な材料と言える。蛍光体材料と媒体を混ぜ合わせた状態を蛍光体塗料と呼ぶ。【００４５】
（実施の形態２）
本発明の製造方法では、基板１１の射光面に反射防止処理を施す工程を加えることも出来る。【００４６】
半導体発光装置は、射光面に反射防止処理を行なうことで、基板内を進む光で射光面に浅い角度で入射する光が全反射するのを防止し、半導体発光素子からの光取出し効率が向上する。【００４７】
図８に反射防止処理を施した半導体発光装置３の製造方法を示す。半導体発光装置３の製造方法は実施の形態１の場合と同じである。ただし、実施の形態１で説明した図４（Ｅ）の次に図８の工程を加える。図８の工程は射光面３０に反射防止処理５７を施す工程を示す。【００４８】
反射防止処理５７は、射光面３０に微小な凹凸構造を形成することである。微小な凹凸構造は射光面での全反射を防ぎ、光の取り出し効率を向上させる。【００４９】
微小凹凸構造は、ナノインプリント技術を用いた微細加工を用いれば、光の波長と同程度若しくは、使う光の波長によっては、それ以下のスケールの微細パターンを形成することもできる。また形状も溝形状、錘状、半円球状など、さまざまなパターンの形成が可能である。ナノインプリントを行なう場合は、射光面３０にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのポリマーレジストを塗布して乾燥、ベークした後、モールド面に形成された凹凸形状を転写する。【００５０】
エッチングによる表面の凹凸形状の形成は、工程が簡単であり、また光取り出し効果も向上する。しかし、凹凸形状の正確な制御が困難であり、また全く同じ凹凸形状を多くの基板表面上に形成できないという特性がある。エッチングはウェットエッチングでもドライエッチングでも利用する事ができる。ドライエッチングでは、イオンミリング法や塩素ガス法などがある。ウェットエッチングでは、アルカリを主体としたエッチャントを用いてエッチングを行うことができる。【００５１】
また、研削する工程の最後に用いる砥石の粒度を調節して、研削が終わった状態で、ある範囲の表面粗さに仕上げ、基板表面の凹凸構造とすることもできる。【００５２】
また、インクジェット印刷法により基板表面に凹凸構造を作成することもできる。この方法は基板をエッチングする工程を含まないので簡便に行うことができる。作成する凹凸構造自体の屈折率を調整することで、光取出し効果を得る事ができる。【００５３】
反射防止処理５７の工程（図８）を加え、その他は実施の形態１と同じ工程を経ることによって、半導体発光装置３を得る事ができる（図９）。【００５４】
さらに実施の形態１と同様に蛍光体含有封止層５０を半導体発光素子の周囲に塗布した半導体発光装置４も得る事ができる（図１０）。【００５５】
なお、本明細書を通じてＡｌはアルミニウム、Ｎは窒素、Ｏは酸素、Ａｇは銀、Ｒｈはロジウム、Ｐｔは白金、Ｎｉはニッケル、Ｃｏはコバルト、Ｔｉはチタン、Ａｕは金、Ｙはイットリウム、Ｓｍはサマリウム、Ｃｅはセリウム、Ｓｒはストロンチウム、Ｂａはバリウム、Ｃａはカルシウム、Ｅｕはユウロピウム、Ｍｇはマグネシウムを表す。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、基板の薄い半導体発光装置を歩留まりよく製造する半導体発光装置の製造に利用する事が出来る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月30日(2009.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にｎ型層と活性層とｐ型層からなる発光層を形成する工程と、
前記活性層と前記ｐ型層の一部を除去し、前記ｎ型層と前記ｐ型層にそれぞれｎ側電極およびｐ側電極を形成する工程と、
前記基板を研削台に接着する工程と、
前記基板を研削する工程と、
前記研削した基板面に支持基板を接着する工程と、
前記研削台から前記基板を剥離する工程と、
前記ｎ型層にノッチを入れる工程と、
前記支持基板を剥離する工程を含む半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
基板にｎ型層と活性層とｐ型層からなる発光層を形成する工程と、
前記活性層と前記ｐ型層の一部を除去し、前記ｎ型層と前記ｐ型層にそれぞれｎ側電極およびｐ側電極を形成する工程と、
前記基板を研削台に接着する工程と、
前記基板を研削する工程と、
前記研削した基板面に支持基板を接着する工程と、
前記研削台から前記基板を剥離する工程と、
前記ｎ型層にノッチを入れる工程と、
引出電極を形成したサブマウントに前記ｎ側電極及びｐ側電極を接続する工程と、
前記支持基板を剥離する工程を含む半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記支持基板を剥離する工程の後に蛍光体含有封止層を形成する工程を含む請求項２記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項４】
基板にｎ型層と活性層とｐ型層からなる発光層を形成する工程と、
前記活性層と前記ｐ型層の一部を除去し、前記ｎ型層と前記ｐ型層にそれぞれｎ側電極およびｐ側電極を形成する工程と、
前記基板を研削台に接着する工程と、
前記基板を研削する工程と、
前記研削した基板面に全反射防止処理を施す工程と、
前記全反射防止処理を施した基板面に支持基板を接着する工程と、
前記研削台から前記基板を剥離する工程と、
前記ｎ型層にノッチを入れる工程と、
前記支持基板を剥離する工程を含む半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
基板にｎ型層と活性層とｐ型層からなる発光層を形成する工程と、
前記活性層と前記ｐ型層の一部を除去し、前記ｎ型層と前記ｐ型層にそれぞれｎ側電極およびｐ側電極を形成する工程と、
前記基板を研削台に接着する工程と、
前記基板を研削する工程と、
前記研削した基板面に全反射防止処理を施す工程と、
前記全反射防止処理を施した基板面に支持基板を接着する工程と、
前記研削台から前記基板を剥離する工程と、
前記ｎ型層にノッチを入れる工程と、
引出電極を形成したサブマウントに前記ｎ側電極及びｐ側電極を接続する工程と、
前記支持基板を剥離する工程を含む半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記支持基板を剥離する工程の後に蛍光体含有封止層を形成する工程を含む請求項５記載の半導体発光装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光層を薄い基板上に形成した半導体発光素子および半導体発光装置を作製する製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードやレーザーダイオードなどの半導体発光装置は、サファイアやＧａＮ系の基板上に発光層を形成することで得られる。この基板は発光層の作製後は不要となる。しかし、発光層は基板上に安定に作製されるため、あえて基板を除去せず、半導体発光素子の一部として利用している。そのため基板は透明性のある材料が用いられている。
【０００３】
半導体発光素子としては、この基板の厚みが薄ければ、基板側面から漏れる損失光が減る。そのため基板を薄く出来れば面発光に近づけることになる。
【０００４】
一方、基板を薄くすると機械的な強度が減るため、基板が割れ、歩留まりが低下するという課題がある。これに対しては、基板上に発光層を形成し、電極に固定した後に、レーザーを照射して発光層を基板から剥離する技術がある（特許文献１参照）。
【０００５】
また、基板を両面テープで別の基板に貼り付け、貼り付け部から気泡を抜き、基板に割れを生じさせる事無く薄く加工する技術の開示もある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−１２８６５９号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発光層は基板上にＭＯＣＶＤ法などの薄膜形成方法で薄く作製されているので、レーザーを照射して基板を除去してしまうと、その際に生じる熱的あるいは機械的ダメージにより発光層の特性が劣化してしまう場合がある。また基板を安定して薄く加工できたとしても、薄い基板上に発光層を形成するのは、加工途中での基板割れが生じるおそれがある。
【０００７】
望ましくは、厚い基板上に発光層を形成し、それを安定して薄く加工できる製造方法が好ましい。本発明はかかる課題に鑑み想到されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、厚い基板上に発光層を形成し、それを研削台に固定した後、基板を研削することで基板厚みを薄くする。さらにその薄くなった基板に支持基板を仮接着する。その後、支持基板を仮接着したままの状態で、研削台からはずし、１つ１つの素子に切断加工し、それを引出電極などが施されたサブマウントに固定する。このように半導体発光装置としてから、最後に支持基板を除去する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法では、厚い基板上に発光層を形成し、基板を薄く研磨した後、基板の厚みが薄くなったために低下した機械的な強度を、支持基板によって補強する。従って、基板を薄くし、かつ機械的な強度を保持できる状態で、加工を行なうので、従来と同じ製造設備で、薄い基板の半導体発光装置を歩留まりよく得る事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１に本発明の半導体発光装置１を示す。半導体発光装置１は、サブマウント２１上に、半導体発光素子１０が固定されている構造である。
【００１１】
サブマウント２１には、引出電極２２，２３が形成されている。引出電極は半導体発光素子１０へ電流を印加するための電極である。半導体発光素子のｎ型層の側に接続するｎ側引出電極２２とｐ型層の側に接続されるｐ側引出電極２３がある。さらに図１では、引出電極は、スルーホール２６，２７を介して裏面電極２８，２９へ接続されている。これによって裏面電極２８，２９から半導体発光素子へ電流を流す事が出来る。なお、裏面電極もｎ側裏面電極２８とｐ側裏面電極２９がある。
【００１２】
引出電極にはバンプ２４，２５が形成されている。引出電極同様、バンプもｎ型層に接続されるｎ側バンプ２４とｐ型層に接続されるｐ側バンプ２５がある。図１ではｐ側バンプは複数あるが、まとめて符号２５で表す。もちろんｎ側バンプが複数個あってもよい。
【００１３】
このバンプによって引出電極と半導体発光素子は直接接続されている。従って、このバンプは接続線である。サブマウント、引出電極、裏面電極、スルーホール、バンプを含めて支持体２０と呼ぶ。なお、実施形態によっては、裏面電極や、スルーホール、バンプが支持体２０から省略される場合もある。
【００１４】
サブマウント２１は、シリコンツェナーダイオード、シリコンダイオード、シリコン、窒化アルミニウム、アルミナ、その他のセラミック等を用いることができる。
【００１５】
スルーホールはサブマウントに穿たれた貫通孔で、内部に銅、アルミニウム、金等の導電材料を含む。裏面電極２８，２９は、スルーホールと電気的に接合しており、銅、銀、金などの導電材料で作製される。引出電極は、銅、アルミニウム、金、銀といった導電性の材料を用いる。
【００１６】
バンプは半導体発光素子１０をサブマウント２１上に固定し、また引出電極２２、２３との間を電気的に結合させる役割を有する。
【００１７】
バンプの材料としては、金、金−錫、半田、インジウム合金、導電性ポリマーなどを用いることができるが、特に金や金を主成分とする材料が好ましい。これらの材料を用いて、メッキ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法、液滴射出法、ワイヤーバンプ法等を用いて形成することができる。
【００１８】
例えば、ワイヤーバンプ法で金ワイヤーを作成し、その一端をボンダーにてサブマウント上の引出電極に接着した後、ワイヤーを切断することで金バンプを形成する。また、金などの高導電性材料の微粒ナノ粒子を揮発性溶剤に分散した液をインクジェット印刷と同様な手法で印刷し、溶剤を揮発除去してナノ粒子の集合体としてのバンプを形成する液滴射出法を用いることもできる。
【００１９】
図２に半導体発光素子１０の断面図を、図３に基板上部方向からの平面図を示す。半導体発光素子１０は、基板１１、ｎ型層１２、活性層１３、ｐ型層１４、ｎ側電極１６、ｐ側電極１７からなる。
【００２０】
基板１１は、発光層を保持する役目を負う。材質としては、絶縁性のサファイアを用いることができる。しかし、発光効率や発光する部分が窒化ガリウム（ＧａＮ）を母材とすることから、ｎ型層１２と基板１１との界面での光の反射を少なくするために発光層と同等の屈折率を有するＧａＮやＳｉＣ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮを用いるのが好適である。本発明の製造方法は基板が割れることなく薄く加工できる。従って、ＧａＮやＳｉＣ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮのような劈開性のある材料を基板として用いる場合に特に有効となる。本発明の製造方法では基板１１の厚みは５０μｍ以下にも加工することができる。
【００２１】
発光層となるｎ型層１２と活性層１３とｐ型層１４は基板１１上に順次積層される。材質は特に制限はないが、窒化ガリウム系化合物であれば好ましい。具体的には、それぞれ、ＧａＮのｎ型層１２、ＩｎＧａＮの活性層１３、ＧａＮのｐ型層１４である。なお、ｎ型層１２やｐ型層１４としては、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮを用いてもよいし、ｎ型層１２と、基板１１との間に、ＧａＮやＩｎＧａＮで構成したバッファ層を用いることも可能である。また、例えば、活性層１３は、ＩｎＧａＮとＧａＮが交互に積層した多層構造（量子井戸構造）としてもよい。
【００２２】
このように基板１１上に積層したｎ型層１２と活性層１３とｐ型層１４の一部から、活性層１３とｐ型層１４を除去し、ｎ型層１２を露出させる。この露出させたｎ型層１２上に形成されたのが、ｎ側電極１６である。また、ｐ型層１４上に同じくｐ側電極１７が形成される。つまり、活性層１３とｐ型層１４を除去し、ｎ型層１２を露出させることで、発光層とｐ側電極およびｎ側電極は基板に対して同じ側の面に形成することができる。
【００２３】
ｐ側電極１７は発光層で発した光を基板１１の側に反射するために反射率の高いＡｇやＡｌ、Ｒｈ等の第１の電極を用いる。すなわち、基板１１の天面側が射光面３０となる。ｐ型層１４とｐ側電極１７のオーミック接触抵抗を小さくするためにｐ型層１４とｐ側電極の間にＰｔやＮｉ、Ｃｏ、ＩＴＯ等の電極層を用いるとより望ましい。また、ｎ側電極１６はＡｌやＴｉ等を用いることができる。ｐ側電極１７およびｎ側電極１６の表面にはバンプとの接着強度を高めるためにＡｕやＡｌを用いることが望ましい。これらの電極は真空蒸着法、スパッタリング法などによって、形成することができる。
【００２４】
半導体発光素子１０のサイズは、特に限定はないが、光量が大きく面発光に近い光源とするには、全面積が広い方がよく、好ましくは一辺が６００μｍ以上であることが望ましい。
【００２５】
図４には、本発明の半導体発光素子及び半導体発光装置の製造方法を示す。まず、基板１１となる材料上にｎ型半導体１２と、活性層１３とｐ型半導体１４を形成する（図４（Ａ））。なお、基板となる材料はウェハ４１と呼ぶ。次にｐ型半導体１４と活性層１３の一部をエッチングで取り去り、ｎ型半導体を露出させる（図４（Ｂ））。
【００２６】
露出したｎ型半導体上と、ｐ型半導体上にそれぞれｎ側電極１６、ｐ側電極１７を形成する（図４（Ｃ））。そして研削台３６上に充填材３８で固定する（図４（Ｄ））。研削台３６は基板１１を研削研磨する際の保持部材となる。材質は特に限定はないが、変形せず硬度のあるセラミック等が好適である。厚みは２０〜３０ｍｍ程度あればよい。充填材３８はしっかりと固定でき、かつ容易に除去できる材料がよい。たとえば、エレクトロンワックスなどのワックス材が好適である。
【００２７】
研削台３６で保持しておき、基板を研削する（図４（Ｅ））。研削した面は射光面３０となる。ここで基板を所望の厚さに加工する。基板１１は充填材３８で研削台３６に固定されているため、加工時の応力によって割れるといった損傷を受けない。
【００２８】
図５に本発明の製造方法の図４からの続きを示す。研削によって薄く加工された基板１１に、研削台がついたままの状態で、接着剤４０を介して支持基板４２を接着する（図５（Ｆ））。この支持基板４２の接着によって研削で薄くなった基板１１の機械強度を補償する。また、研削台がついたままで、支持基板４２を接着すれば、接着の工程で基板１１が割れることはない。
【００２９】
この支持基板４２は最終的に除去するので、接着剤は剥離可能な材料を用いる。また、図５（Ｉ）の工程で、実際に発光させ検査などを行なうため支持基板および接着剤は透光性であることが望ましい。具体的にはアクリル系の接着剤やＵＶ硬化樹脂などが好適である。またエポキシ系の接着剤でもよい。これらの接着剤は、スピンコートで塗布するのがよい。接着剤は非常に薄く塗布する必要があるためである。ただし、塗布で接着剤を塗っても良い。
【００３０】
また、支持基板はカバーガラスなどの透明なセラミック材料を用いる事ができる。厚さは特に限定はないが、０．１５〜０．２ｍｍ程度が好適である。
【００３１】
支持基板４２を接着した後、充填材３８を取り除き、研削台３６を剥離する（図５（Ｇ））。充填材３８は、熱を加えることによって容易に溶融するので、研削台３６は剥離することができる。
【００３２】
その後、レーザースクライブなどによって、ノッチ４４を入れ（図５（Ｈ））、半導体発光素子をそれぞれ分離する（図５（Ｉ））。ノッチ４４は支持基板４２の深さまで入れておけば、分離の工程においても基板１１に割れが生じるおそれは非常に低い。
【００３３】
半導体発光素子を分離した状態で、検査および選別を行なう。すなわち、電極に電流を通じて実際に発光させる。
【００３４】
図６には、図５で作製した半導体発光素子１０を用いて半導体発光装置を作製する製造方法を示す。サブマウント２１となる材料上に、引出電極２２，２３を形成する。必要に応じてスルーホールや、裏面電極も形成しておく。引出電極２２，２３にはバンプ２４，２５を形成しておく。そして、半導体発光素子１０を溶着させる（図６（Ｊ））。
【００３５】
次にこの半導体発光装置から支持基板４２を除去する（図６（Ｋ））。これは使用した接着剤の種類によって異なる方法を使えばよいが、アセトンやメチルエチルケトン（ＭＥＫ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）やジメチルホルムアミド（ＤＨＡ）といった非極性溶剤に浸したり、熱可塑性の接着剤の場合は熱をかけてゆるめておいて、剥離するといった方法を用いることができる。
【００３６】
このようにすることで、基板１１の薄い半導体発光装置を歩留まりよく得る事ができる。
【００３７】
図７には、図６で作製した半導体発光装置１に蛍光体含有封止層５０を配した半導体発光装置２を示す。形成する方法は特に限定はないが、蛍光体含有封止層用の塗料を印刷で塗布するのが、作製時間も短く簡単である。
【００３８】
蛍光体含有封止層５０は、無機若しくは有機の蛍光体材料の粒子を樹脂もしくはガラスといった透明媒体中に分散したものである。
【００３９】
例えば、半導体発光素子１０が青色を発光し、半導体発光装置２自体の発光色を白色にする場合は、半導体発光素子１０からの青色の光を受けて、黄色に波長を変換し放出する蛍光体である。このような蛍光体材料としては、希土類ドープ窒化物系、または、希土類ドープ酸化物系の蛍光体が好ましい。より具体的には、希土類ドープアルカリ土類金属硫化物希土類ドープガーネットの(Ｙ・Ｓｍ)３(Ａｌ・Ｇａ)５Ｏ１２：Ｃｅや（Ｙ０．３９Ｇｄ０．５７Ｃｅ０．０３Ｓｍ０．０１）３Ａｌ５Ｏ１２、希土類ドープアルカリ土類金属オルソ珪酸塩、希土類ドープチオガレート、希土類ドープアルミン酸塩等を好適に用いることができる。また、珪酸塩蛍光体（Ｓｒ１−ａ１−ｂ２−ｘＢａａ１Ｃａｂ２Ｅｕｘ）２ＳｉＯ４やアルファサイアロン（α−ｓｉａｌｏｎ:Ｅｕ）Ｍｘ(Ｓｉ，Ａｌ)１２(Ｏ，Ｎ)１６を黄色発光の蛍光体材料として用いても良い。
【００４０】
媒体としては、シリコン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂が用いることができる。特に非シリコン樹脂としては、シロキサン系の樹脂やポリオレフィン、シリコーン・エポキシハイブリッド樹脂などが好適である。
【００４１】
なお、樹脂の代わりにゾルゲル法で作成されるガラス材料を用いることもできる。具体的には、一般式Ｓｉ（Ｘ）ｎ（Ｒ）４−ｎ（ｎ＝１〜３）で表される化合物である。ここで、Ｒはアルキル基であり、Ｘはハロゲン（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、Ｉ）、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アルコキシ基（−ＯＲ）から選ばれる。このガラス材の中にも蛍光体や一般式がＭ（ＯＲ）ｎで表されるアルコキシドを添加することもできる。アルコキシドを添加することによって凹凸構造の屈折率を変えることができる。
【００４２】
また、これらのガラス材料は硬化反応温度が摂氏２００度程度のものもあり、バンプや電極各部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適な材料と言える。蛍光体材料と媒体を混ぜ合わせた状態を蛍光体塗料と呼ぶ。
【００４３】
（実施の形態２）
本発明の製造方法では、基板１１の射光面に反射防止処理を施す工程を加えることも出来る。
【００４４】
半導体発光装置は、射光面に反射防止処理を行なうことで、基板内を進む光で射光面に浅い角度で入射する光が全反射するのを防止し、半導体発光素子からの光取出し効率が向上する。
【００４５】
図８に反射防止処理を施した半導体発光装置３の製造方法を示す。半導体発光装置３の製造方法は実施の形態１の場合と同じである。ただし、実施の形態１で説明した図４（Ｅ）の次に図８の工程を加える。図８の工程は射光面３０に反射防止処理５７を施す工程を示す。
【００４６】
反射防止処理５７は、射光面３０に微小な凹凸構造を形成することである。微小な凹凸構造は射光面での全反射を防ぎ、光の取り出し効率を向上させる。
【００４７】
微小凹凸構造は、ナノインプリント技術を用いた微細加工を用いれば、光の波長と同程度若しくは、使う光の波長によっては、それ以下のスケールの微細パターンを形成することもできる。また形状も溝形状、錘状、半円球状など、さまざまなパターンの形成が可能である。ナノインプリントを行なう場合は、射光面３０にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのポリマーレジストを塗布して乾燥、ベークした後、モールド面に形成された凹凸形状を転写する。
【００４８】
エッチングによる表面の凹凸形状の形成は、工程が簡単であり、また光取り出し効果も向上する。しかし、凹凸形状の正確な制御が困難であり、また全く同じ凹凸形状を多くの基板表面上に形成できないという特性がある。エッチングはウェットエッチングでもドライエッチングでも利用する事ができる。ドライエッチングでは、イオンミリング法や塩素ガス法などがある。ウェットエッチングでは、アルカリを主体としたエッチャントを用いてエッチングを行うことができる。
【００４９】
また、研削する工程の最後に用いる砥石の粒度を調節して、研削が終わった状態で、ある範囲の表面粗さに仕上げ、基板表面の凹凸構造とすることもできる。
【００５０】
また、インクジェット印刷法により基板表面に凹凸構造を作成することもできる。この方法は基板をエッチングする工程を含まないので簡便に行うことができる。作成する凹凸構造自体の屈折率を調整することで、光取出し効果を得る事ができる。
【００５１】
反射防止処理５７の工程（図８）を加え、その他は実施の形態１と同じ工程を経ることによって、半導体発光装置３を得る事ができる（図９）。
【００５２】
さらに実施の形態１と同様に蛍光体含有封止層５０を半導体発光素子の周囲に塗布した半導体発光装置４も得る事ができる（図１０）。
【００５３】
なお、本明細書を通じてＡｌはアルミニウム、Ｎは窒素、Ｏは酸素、Ａｇは銀、Ｒｈはロジウム、Ｐｔは白金、Ｎｉはニッケル、Ｃｏはコバルト、Ｔｉはチタン、Ａｕは金、Ｙはイットリウム、Ｓｍはサマリウム、Ｃｅはセリウム、Ｓｒはストロンチウム、Ｂａはバリウム、Ｃａはカルシウム、Ｅｕはユウロピウム、Ｍｇはマグネシウムを表す。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、基板の薄い半導体発光装置を歩留まりよく製造する半導体発光装置の製造に利用する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、半導体発光装置の構成を表す図である
【図２】図２は、半導体発光素子の断面を示す図である
【図３】図３は、半導体発光素子を射光面側から見た平面図である
【図４】図４は、実施の形態１の製造方法を示す図である
【図５】図５は、実施の形態１の製造方法を示す図である
【図６】図６は、実施の形態１の製造方法を示す図である
【図７】図７は、実施の形態１の製造方法によって得られる半導体発光装置を示す図である
【図８】図８は、実施の形態２の製造方法のポイントの工程を示す図である
【図９】図９は、実施の形態２で示した製造方法によって得られる半導体発光装置を示す図である
【図１０】図１０は、実施の形態２で示した製造方法によって得られる半導体発光装置を示す図である
【符号の説明】
【００５６】
１          半導体発光装置
１０        半導体発光素子
１１        基板
１２        ｎ型層
１３        活性層
１４        ｐ型層
１６        ｎ側電極
１７        ｐ側電極
２０        支持体
２１        サブマウント
２２        ｎ側引出電極
２３        ｐ側引出電極
２４        ｎ側バンプ
２５        ｐ側バンプ
２６、２７  スルーホール
３０        射光面
３６        研削台
３８        充填材
４２        支持基板
４４        ノッチ
５０        蛍光体含有封止層
５７        全反射防止処理を施した射光面
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008102548.tif 000013
【図２】
2008102548.tif 000014
【図３】
2008102548.tif 000015
【図４】
2008102548.tif 000016
【図５】
2008102548.tif 000017
【図６】
2008102548.tif 000018
【図７】
2008102548.tif 000019
【図８】
2008102548.tif 000020
【図９】
2008102548.tif 000021
【図１０】
2008102548.tif 000022
【国際調査報告】
2008102548.tif 000023
2008102548.tif 000024