(57)【要約】【課題】裏面全面を覆った反射層に対してパターニングすることなく容易に劈開して分割することが可能な窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】表面側にｐ側電極６及びｎ側電極７をともに設けた窒化物系化合物半導体発光素子１の製造方法は基板２の表面上にｎ型窒化物系化合物半導体層３、活性層４及びｐ型窒化物系化合物半導体層５を形成する工程と、基板２の裏面を研磨して基板２を薄板化する工程と、基板２の内部に基板２の分割を助力する分割助力部２ａを形成する工程と、基板２の裏面上に活性層４から発せられた光を反射する光学多層膜反射層８を形成する工程と、光学多層膜反射層８の裏面上に光学多層膜反射層８を透過した光を反射する金属反射層９を形成する工程と、基板２を分割助力部２ａを含む分割面で複数の窒化物系化合物半導体発光素子１に分割する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面上に複数の窒化物系化合物半導体層を積層したその表面側にｐ側電極及びｎ側電極をともに設けた窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、
前記基板の表面上に少なくともｎ型窒化物系化合物半導体層、活性層及びｐ型窒化物系化合物半導体層を形成する工程と、
前記基板の裏面を研磨して前記基板を薄板化する工程と、
前記基板の内部に前記基板の分割を助力する分割助力部を形成する工程と、
前記基板の裏面上に前記活性層から発せられた光を反射する光学多層膜反射層を形成する工程と、
前記光学多層膜反射層の裏面上に前記光学多層膜反射層を透過した光を反射する金属反射層を形成する工程と、
前記基板を前記分割助力部を含む分割面で複数の素子に分割する工程と、
を含むことを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記分割助力部を形成する工程を、前記光学多層膜反射層を形成する工程及び前記金属反射層を形成する工程の前に実行することを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記分割助力部は、レーザ加工によって形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記分割助力部は、前記基板の裏面側からレーザが照射され形成されることを特徴とする請求項３に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記光学多層膜反射層は、ＳｉＯ2からなる低屈折率膜とＴｉＯ2からなる高屈折率膜とを交互に積層して形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記金属反射層は、ＡｇまたはＡｌからなることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＨＥＭＴ（Hetero-junction Field Effect Transistor）などの様々なデバイスとして機能する、サファイア基板などの六方晶の基板上に化合物半導体層を積層して形成した機能素子が知られている。例えば、ｎ型の化合物半導体層とｐ型の化合物半導体層とを活性層を介して接合した半導体発光素子に電圧を加えることで、ｎ型の化合物半導体層に含まれる電子とｐ型の化合物半導体層に含まれる正孔とを再結合させることによる発光を利用した半導体発光素子が従来知られている。
【０００３】
このような半導体発光素子としては、例えば青色発光ダイオード素子が市販されている。青色発光ダイオード素子は電子と正孔とが効率良く再結合する直接遷移型半導体を利用しているので、発光効率が非常に高い。このため、青色発光ダイオード素子は現在家電製品のディスプレイ用途や道路の信号機の表示、照明用途など幅広く利用されている。例えば、ディスプレイや照明用途に用いられている白色発光ダイオード装置は青色発光ダイオード素子と黄色の領域に蛍光波長を有するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）などの蛍光体とを組み合わせて作製される。
【０００４】
青色発光ダイオード素子には窒化物半導体層の積層構造を形成した機能素子が用いられる。青色発光ダイオード素子として一般的に実用化されている窒化物半導体層の積層構造を形成した機能素子はサファイア基板上にｎ型ＧａＮ層、活性層及びｐ型ＧａＮ層を順に積層した構造をなしている。なお、サファイア基板は絶縁体であるため、ｐ型ＧａＮ層から少なくともｎ型ＧａＮ層に達するまでエッチングを行い、ｎ型ＧａＮ層とオーミック接続するｎ型用電極がｎ型ＧａＮ層の露出面上に設けられる。
【０００５】
ここで、青色発光ダイオード素子は反射効果等を鑑みて、基板裏面に反射層が形成されたものが一般に知られている。青色発光ダイオード素子は基板の硬度が高いため、ウェハーの分離の際には基板を研磨して薄板化し、その後に基板の裏面からスクライビングして劈開することでウェハーを個別の素子に分割している。したがって、スクライビングの前に基板の裏面に反射層である金属層を形成すると、スクライビング時の位置合わせが困難になるという問題があった。
【０００６】
そこで、この問題を解決するための従来技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載された半導体発光素子の製造方法では反射層を形成した後にその反射層の一部を除去してパターニングすることでスクライビング時の位置合わせを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５３３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の半導体発光素子の製造方法では半導体発光素子の裏面の一部に反射層で覆われていない領域が形成される。これにより、反射効率が低下するという課題があった。また、反射層に対してパターニングする工程を必要とするので、製造コストが上昇するという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、裏面全面が反射層で覆われた発光素子を、反射層に対してパターニングすることなく容易に劈開して分割することが可能な窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は、基板の表面上に複数の窒化物系化合物半導体層を積層したその表面側にｐ側電極及びｎ側電極をともに設けた窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、前記基板の表面上に少なくともｎ型窒化物系化合物半導体層、活性層及びｐ型窒化物系化合物半導体層を形成する工程と、前記基板の裏面を研磨して前記基板を薄板化する工程と、前記基板の内部に前記基板の分割を助力する分割助力部を形成する工程と、前記基板の裏面上に前記活性層から発せられた光を反射する光学多層膜反射層を形成する工程と、前記光学多層膜反射層の裏面上に前記光学多層膜反射層を透過した光を反射する金属反射層を形成する工程と、前記基板を前記分割助力部を含む分割面で複数の素子に分割する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１１】
この方法によれば、基板の内部に分割助力部が形成されるので、反射層に対してパターニングする必要がない。そして、窒化物系化合物半導体発光素子の裏面全面が反射層に覆われる。
【００１２】
また、上記構成の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において、前記分割助力部を形成する工程を、前記光学多層膜反射層を形成する工程及び前記金属反射層を形成する工程の前に実行することを特徴としている。この方法によれば、反射層に対してパターニングする必要がない。したがって、窒化物系化合物半導体発光素子の裏面全面が反射層に覆われる。
【００１３】
また、上記構成の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において、前記分割助力部は、レーザ加工によって形成されることを特徴としている。この方法によれば、基板の内部に分割助力部が形成される。
【００１４】
また、上記構成の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において、前記分割助力部は、前記基板の裏面側からレーザが照射され形成されることを特徴としている。この方法によれば、窒化物系化合物半導体層が形成された基板の表面側にレーザ照射のための溝などを形成する必要がない。
【００１５】
また、上記構成の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において、前記光学多層膜反射層は、ＳｉＯ2からなる低屈折率膜とＴｉＯ2からなる高屈折率膜とを交互に積層して形成されることを特徴としている。この方法によれば、金属反射層のみの場合と比較して金属材料に依存する発光の吸収を低減させることができ、窒化物系化合物半導体発光素子の光の取り出し効率が向上する。
【００１６】
また、上記構成の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において、前記金属反射層は、ＡｇまたはＡｌからなることを特徴としている。この方法によれば、Ａｇ及びＡｌは他の金属に比較して発光の吸収を低減させることができ、窒化物系化合物半導体発光素子の光の取り出し効率が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の構成によれば、裏面全面が反射層で覆われた発光素子を、反射層に対してパターニングすることなく容易に劈開して分割することが可能な窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図１及び図２に基づき説明する。
【００２０】
最初に、本発明の実施形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子について、図１を用いてその構造を説明する。図１は窒化物系化合物半導体発光素子の断面図である。
【００２１】
窒化物系化合物半導体発光素子１は、図１に示すように基板２の表面上に、ｎ型窒化物系化合物半導体層３と、活性層４と、ｐ型窒化物系化合物半導体層５とがこの順に積層されて形成されている。
【００２２】
ｎ型窒化物系化合物半導体層３の一部と、活性層４と、ｐ型窒化物系化合物半導体層５とはエッチングされてメサ部２０を構成している。メサ部２０は図１においてｎ型窒化物系化合物半導体層３に対して上方に突出している。ｐ型窒化物系化合物半導体層５の上にはｐ側電極６が設けられている。
【００２３】
メサ部２０の外側（図１における右側）のエッチングされた部分においては、ｎ型窒化物系化合物半導体層３の上面の一部分が活性層４やｐ型窒化物系化合物半導体層５に覆われずに露出している。その露出部分の上にｎ側電極７が設けられている。すなわち、基板３の表面上に複数の窒化物系化合物半導体層を積層したその表面側に、ｐ側電極６及びｎ側電極７は設けられる。
【００２４】
ここで、基板２は、例えばサファイアのような絶縁性基板であっても良いし、例えばＧａＮ、ＳｉＣまたはＺｎＯなどのような導電性基板であっても良い。窒化物系化合物半導体層の成長時の基板３の厚さは例えば６５０μｍ〜１２００μｍであることが好ましく、窒化物系化合物半導体発光素子１における基板３の厚さは例えば５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
ｎ型窒化物半導体層３は、例えばＡｌs1Ｇａt1Ｉｎu1Ｎ（０≦ｓ１≦１、０≦ｔ１≦１、０≦ｕ１≦１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１≒１）層にｎ型ドーパントがドープされた層であることが好ましく、より好ましくはＡｌs1Ｇａ1-s1Ｎ（０≦ｓ１≦１、好ましくは０≦ｓ１≦０．５、より好ましくは０≦ｓ１≦０．１）層にｎ型ドーパントがドープされた層である。ｎ型窒化物半導体層３におけるｎ型ドーパントは特に限定されないが、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどであれば良く、好ましくはＳｉである。ｎ型窒化物半導体層３の厚さは１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましいが、特に限定されない。
【００２６】
活性層４は、例えば井戸層を含む量子井戸構造からなり、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造のいずれであっても良い。量子井戸構造はバンドキャップの小さい薄膜材料からなる井戸層をバンドキャップの大きい材料からなるバリア層で挟むことにより形成される。多重量子井戸構造は井戸層とバリア層とが交互に積層されることにより多重にして形成される。
【００２７】
ｐ型窒化物半導体層５は、例えばＡｌs2Ｇａt2Ｉｎu2Ｎ（０≦ｓ２≦１、０≦ｔ２≦１、０≦ｕ２≦１、ｓ２＋ｔ２＋ｕ２≠０）層にｐ型ドーパントがドープされた層であることが好ましく、より好ましくはＡｌs2Ｇａ1-s2Ｎ（０＜ｓ２≦０．４、好ましくは０．１≦ｓ２≦０．３）層にｐ型ドーパントがドープされた層である。ｐ型窒化物半導体層５におけるｐ型ドーパントは特に限定されないが、例えばＭｇであることが好ましい。ｐ型窒化物半導体層５の厚さは特に限定されないが、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
ｐ側電極６及びｎ側電極７は窒化物系化合物半導体発光素子１に駆動電力を供給するための電極である。
【００２９】
ｐ側電極６は、例えばニッケル層、アルミニウム層、チタン層及び金層がこの順序で積層されて構成されていることが好ましく、ｎ側電極７と同一の材料からなっても良い。ｐ側電極６にワイヤボンディングを行う場合を想定して、ｐ側電極６の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。また、ｐ側電極６の下側に電流狭窄のための、すなわち電流がｐ側電極６へ注入されることを防止するための絶縁層（例えばＳｉＯ2、ＺｒＯ2などからなる）が設けられていることが好ましい。これにより、ｐ側電極６に遮蔽される発光量が減少する。
【００３０】
ｎ側電極７は、例えばチタン層、アルミニウム層及び金層がこの順序で積層されて構成されていることが好ましい。ｎ側電極７にワイヤボンディングを行う場合を想定して、ｎ側電極７の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
一方、基板２の裏面上、すなわち図１における基板２の下面には光学多層膜反射層８が設けられている。光学多層膜反射層８はＳｉＯ2からなる低屈折率膜とＴｉＯ2からなる高屈折率膜とを交互に積層して形成される。光学多層膜反射層８は活性層４から発せられた光を反射する。
【００３２】
光学多層膜反射層８の裏面上、すなわち図１における光学多層膜反射層８の下面には金属反射層９が設けられている。金属反射層９はＡｌまたはＡｇからなり、活性層４から発せられて光学多層膜反射層８を透過した光を反射する。
【００３３】
次に、上記構成の窒化物系化合物半導体発光素子１の製造方法について、図１に加えて図２に示すフローに沿って説明する。図２は窒化物系化合物半導体発光素子１の製造方法を示すフローチャートである。
【００３４】
窒化物系化合物半導体発光素子１の製造を開始すると（図２のスタート）、まず基板２の表面上に窒化物系化合物半導体層を形成する（図２のステップ＃１０１）。窒化物系化合物半導体層は基板２側からｎ型窒化物系化合物半導体層３、活性層４、ｐ型窒化物系化合物半導体層５の順に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などのエピタキシャル成長法を用いて成長させる。
【００３５】
続いて、エッチングによりメサ部２０を形成する（ステップ＃１０２）。このとき、ｎ型窒化物系化合物半導体層３の一部が露出するように、ｐ型窒化物系化合物半導体層５、活性層４及びｎ型窒化物系化合物半導体層３の一部をエッチングする。
【００３６】
続いて、ｐ型窒化物系化合物半導体層５の上面にｐ側電極６を形成し、ステップ＃１０２のエッチングにより露出したｎ型窒化物系化合物半導体層３の上面にｎ側電極７を形成する（ステップ＃１０３）。
【００３７】
続いて、基板２を裏面から基板２の厚さが１００μｍ程度になるまで研削、研磨して薄板化する（ステップ＃１０４）。なお、この研磨工程で基板２の裏面に形成されたダメージ層はＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）などの気相エッチングでエッチングして除去する。
【００３８】
そして、この基板２に対して裏面側からレーザを照射し、基板２の内部に分割助力部２ａを形成する（ステップ＃１０５）。この分割助力部２ａは後述する基板２の分割が容易に実現できるよう助力する基板２の変質部分を指す。詳細に言えば、次のとおりである。
【００３９】
分割助力部２ａを形成するに際し、レーザはレンズ等により集光される。集光されたレーザが基板２の内部の一部に照射されると、基板２の内部のレーザ照射部は融解して変質部分となる。この変質部分が分割助力部２ａである。
【００４０】
分割助力部２ａは基板２の内部の厚さ方向（図１における上下方向）の中央部分に形成されても良く、窒化物系化合物半導体層に近い表面側（図１における基板２の上部）に形成されても良く、裏面側（図１における基板２の下部）に形成されても良い。また、これらの複数部分に形成されても良いが、裏面側に形成すると基板２の分割が容易になりなお良い。裏面側から見て基板２を劈開する予定の部分にレーザを照射し、分割助力部２ａは基板２の直線状に形成しても良いし、点線状に形成しても良いし、線状の一部分に形成しても良い。
【００４１】
その後、基板２の裏面に光学多層膜反射層８を形成する（ステップ＃１０６）。光学多層膜反射層８の形成にはスパッタリング法、電子蒸着法などの既知の方法を用いることができる。
【００４２】
続いて、光学多層膜反射層８の裏面に金属反射層９を形成する（ステップ＃１０７）。金属反射層９の形成にはスパッタリング法、電子蒸着法などの既知の方法を用いることができる。なお、光学多層膜反射層８及び金属反射層９の形成時に基板２を粘着シートや支持基板（図示せず）に貼付しても良い。ただし、粘着シートや支持基板は後の工程で取り外すことができるもの限る。
【００４３】
これまでの工程により、窒化物系化合物半導体ウェハーが完成する。
【００４４】
続いて、窒化物系化合物半導体ウェハーをステップ＃１０５で形成した分割助力部２ａを含む分割面に沿って劈開して分割する（ステップ＃１０８）。これにより、複数の窒化物系化合物半導体発光素子１が得られ、窒化物系化合物半導体発光素子１の製造に係るフローを終了する（図２のエンド）。
【００４５】
上記のように、窒化物系化合物半導体発光素子１の製造方法は基板２の表面上にｎ型窒化物系化合物半導体層３、活性層４及びｐ型窒化物系化合物半導体層５を形成する工程と、基板２の裏面を研磨して基板２を薄板化する工程と、基板２の内部に分割助力部２ａを形成する工程と、基板２の裏面上に光学多層膜反射層８を形成する工程と、光学多層膜反射層８の裏面上に金属反射層９を形成する工程と、基板２を分割助力部２ａを含む分割面で複数の窒化物系化合物半導体発光素子１に分割する工程と、を含む。これにより、基板２の内部に分割助力部２ａが形成されるので、光学多層膜反射層８及び金属反射層９に対してパターニングする必要がない。そして、窒化物系化合物半導体発光素子１の裏面全面が光学多層膜反射層８及び金属反射層９で覆うことができる。したがって、窒化物系化合物半導体発光素子１は活性層４から発せられた光をその裏面で効率よく反射することが可能である。
【００４６】
また、分割助力部２ａを形成する工程を、光学多層膜反射層８を形成する工程及び金属反射層９を形成する工程の前に実行するので、反射層に対してパターニングする必要がない。したがって、窒化物系化合物半導体発光素子１の裏面全面を反射層で覆うことができる。
【００４７】
また、分割助力部２ａはレーザ加工によって形成される。これにより、基板２の内部に容易に分割助力部２ａを形成することが可能である。
【００４８】
また、分割助力部２ａは基板２の裏面側からレーザが照射され形成される。これにより、窒化物系化合物半導体層が形成された基板２の表面側にレーザ照射のための溝などを形成する必要がない。
【００４９】
さらに、光学多層膜反射層８はＳｉＯ2からなる低屈折率膜とＴｉＯ2からなる高屈折率膜とを交互に積層して形成される。これにより、金属反射層９のみの場合と比較して金属材料に依存する発光の吸収を低減させることができ、窒化物系化合物半導体発光素子１の光の取り出し効率を向上させることが可能である。
【００５０】
また、金属反射層９はＡｇまたはＡｌからなる。これにより、Ａｇ及びＡｌは他の金属に比較して発光の吸収を低減させることができ、窒化物系化合物半導体発光素子の光の取り出し効率を向上させることが可能である。
【００５１】
このようにして、本発明の上記実施形態の構成によれば、裏面全面が反射層で覆われた発光素子を、反射層に対してパターニングすることなく容易に劈開して分割することが可能な窒化物系化合物半導体発光素子１の製造方法を提供することができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態及び実施例につき説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００５３】
例えば、光学多層膜反射層８を構成する低屈折率膜（ＳｉＯ2）及び高屈折率膜（ＴｉＯ2）に替えて、屈折率１．６３のＡｌ2Ｏ2からなる低屈折率誘電体及び屈折率２．０５のＺｒＯ2からなる高屈折率誘電体などの誘電体を用いることができる。これにより、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１    窒化物系化合物半導体発光素子
２    基板
２ａ    分割助力部
３    ｎ型窒化物系化合物半導体層
４    活性層
５    ｐ型窒化物系化合物半導体層
６    ｐ側電極
７    ｎ側電極
８    光学多層膜反射層
９    金属反射層
【図１】
2014017283.tif 000003
【図２】
2014017283.tif 000004