(57)【要約】  成長基板（１１）上に成長した、Ｎ型領域（１２）とＰ型領域（１６）に挟まれるＩＩＩ族窒化物発光層（１４）を含む半導体構造（１３）を含むウエハを与える工程と、前記ウエハを透明な第２基板（２４）と接合する工程と、前記成長基板（１１）を取り除く工程と、前記ウエハを前記第２基板（２４）へ接合した後、該ウエハを複数の発光素子に加工する工程と、を有する方法により、第２基板との接合の前ではなく後にウエハが複数の発光素子に加工されることで、高い接合温度及び高い加工温度を必要とする基板材料が利用できるようになり、発光素子の性能を向上できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板上に成長した、Ｎ型領域とＰ型領域に挟まれるＩＩＩ族窒化物発光層を含む半導体構造を含むウエハを与える工程と、
前記ウエハを、透明な第２基板に接合する工程と、
前記成長基板を取り除く工程と、
前記ウエハを前記第２基板に接合した後、該ウエハを複数の発光素子に加工する工程と、を有する方法。
【請求項２】
前記第２基板の屈折率は１．５より大きい、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記１．５より大きい屈折率を持つ第２基板はガラスを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記１．５より大きい屈折率を持つ第２基板はガラスに配置された波長変換材料を含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法は、さらに、
前記ウエハを複数の発光素子へ加工した後、該ウエハを検査する工程と、
前記検査結果に応じて、前記発光素子の夫々に対応する波長変換材料を調整する工程と、を有する方法。
【請求項６】
前記調整は、レーザー研磨により波長変換材料を取り除くことを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記調整は、さらに波長変換材料を追加することを含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記ウエハを第２基板に接合する工程とは、該ウエハと該第２基板を一緒に５００℃よりも高い温度で加熱しながら加圧することである、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記ウエハを複数の発光素子に加工する工程は、
前記Ｐ型領域上に金属Ｐ接点を形成し、
前記Ｎ型領域の一部が見えるように、前記発光層と前記Ｐ型領域の一部を取り除き、
前記発光層と前記Ｐ型領域の一部を取り除いたことにより、露出した前記Ｎ型領域の上に金属Ｎ接点を形成することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記ウエハを複数の発光素子の加工する工程は、
前記ウエハを単一であって複数の発光ダイオード、或いは発光ダイオードの群に切り分けることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法はさらに、
反射被膜を前記単一であって複数の発光ダイオード、或いは前記発光ダイオードの群のぞれぞれの面に形成する工程を有する、方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法はさらに、
接合よりも前に、光学インピーダンス整合層を前記半導体構造の上に形成する工程を有する、方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法はさらに、
接合層を、一つの前記半導体構造と第２基板の上に形成する工程を有する、方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法はさらに、
前記半導体構造が接合した面と反対の面の前記第２基板の面を、テクスチャー処理を行う工程を有する、方法。
【請求項１５】
前記ウエハを前記複数の発光素子に加工する工程は、前記成長基板を取り除いた後に行われる、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
請求項１記載の方法はさらに、
前記成長基板を取り除く前に、前記ウエハを支持基板へ接合する工程を有し、
前記成長基板を、前記半導体構造が支持基板に接合している間に取り除いた後に、前記ウエハを第２基板へ接合する工程を実行する、方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法はさらに、
前記ウエハが第２基板へ接合した後に、前記支持基板を取り除く工程を有する、方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法はさらに、
反射接点を、前記第２基板が接合した面と反対の面の前記半導体構造の面の上に形成する工程を有する、方法。
【請求項１９】
成長基板上に成長した、Ｎ型領域とＰ型領域に挟まれる発光層を含む半導体構造を含むウエハを与える工程と、
前記ウエハをガラス基板と接合する工程と、
前記成長基板を取り除く工程と、
前記ウエハを前記ガラス基板へ接合した後、該ウエハを複数の発光素子に加工する工程と、を有する方法。
【請求項２０】
波長変換材料が前記ガラス基板に配置される、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体構造の加工方法、特に半導体構造を含むウエハから基板への接合、そしてウエハから複数の発光素子への工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振発光ダイオード（ＲＣＬＥＤｓ）、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬｓ）、及び端部発光レーザーを含む半導体発光素子は、現在考えられる最も効率的な光源である。
可視光スペクトルを超えて操作可能となる高輝度の発光素子の製造に現在関係する材料系はＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に二成分、三成分、四成分の、ガリウム、アルミニウム、インディウム、及びＩＩ族窒化材と呼ばれる窒化物を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体を含んでいる。
一般的に、石英、シリコンカーバイト、ＩＩＩ族窒化物、他の適切な基板上の異なる混成及びドーパント濃度の半導体層の積み重ねにより、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子素子（ＭＢＥ）、又はエピタシャル技術によって、エピタキシャルに成長させることで、ＩＩＩ族窒化発光素子は製造される。
この積み重ねは、基板の上に形成したシリコンなどとドープした１又は複数のＮ型層、単数の又は複数のＮ型層の上に形成した活動している領域の中の１又は複数の発光層、活動している基板の上に形成したマグネシウムなどとドープした１又は複数のＰ型層を含む。電気的接点がＮ領域及びＰ領域の上に形成される。
【０００３】
青色又は紫外光を発光するＬＥＤの効率の向上に連れ、ＬＥＤから発光された一次光の一部の蛍光変換を介して、白色を発光するＬＥＤを実現できるようになる。リン化物は、長波長では、一次光の一部が二次光へ変換する。変換されていない一次光は二次光と抱き合され、白い光を生成する。
【０００４】
図１３は蛍光変換発光装置を形成する方法の例１００を示す。まず、ステップＳ１０２で、波長変換材料のシートが生成される。波長変換材料のシートは、蛍光や、ガラス等の無機材料に分散されている他の蛍光材料を用いて作成される。よく均質化された蛍光と粒子状のガラスの混合物は、るつぼにて加熱される。ガラス混合物が溶けた後、溶解物はかまどで均質化し、板の上に注がれ、平板状のシートに固くなることが可能になる。
一旦波長変換材料のシートが固められると、シートはいくつかの個々の波長変換素子に分割される（ステップＳ１０４）。個々の波長変換素子はＬＥＤダイ（発光ダイオードのダイ）に取り付けられるようなサイズで形成される。
そして、半導体発光素子（発光ダイオード）のダイが与えられる（ステップＳ１０６）。リフレクタカップやサブマウントに取付けられた、取付けダイに、ＬＥＤダイが実装される。あるいは、ＬＥＤダイは実装されない。そして、波長変換素子はＬＥＤダイに接合される（ステップＳ１０８）。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ特許７，５５３，６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１３の従来の方法では、半導体材料が成長した後に、波長変換ガラス部材はＬＥＤダイに接合され、素子に加工され、個々の素子チップへの個片切断が行われる。加工と個片切断が完了した後、ＬＥＤチップは一般的に４００℃以下のみで加工される。
高温でＬＥＤを加工すると、ＬＥＤ性能特性の劣化と潜在的な層間剥離や、加工時に成膜される層のひびを引き起こすおそれがある。多数の適切なガラス層は、大幅に４００℃を超えた接合温度を必要とする。その結果、図１３の加工温度の制限（４００℃以下）は、利用される材料の選択を限定してしまう。さらに、低い接合温度が適切なガラスは、特に短い波長において、高い接合温度が適切なガラスよりも光吸収が大きい。低温接合ガラスを組み入れた素子は性能上で不利を負う。
【０００７】
そこで上記事情に鑑み、本発明の一態様では、第２基板との接合の前ではなく後にウエハが複数の発光素子に加工されることで、高い接合温度及び高い加工温度を必要とする基板材料が利用できるようになり、発光素子の性能を向上させる方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の一つの案では、方法は、成長基板上に成長した、Ｎ型領域とＰ型領域に挟まれるＩＩＩ族窒化物発光層を含む半導体構造を含むウエハを与える工程と、前記ウエハを透明な第２基板と接合する工程と、前記成長基板１１を取り除く工程と、前記ウエハを前記第２基板へ接合した後、該ウエハを複数の発光素子に加工する工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様では、第２基板との接合の前ではなく後にウエハが複数の発光素子に加工されることで、高い接合温度及び高い加工温度を必要とする基板材料が利用できるようになり、発光素子の性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】成長基板の上で成長した、Ｎ型領域と発光領域とＰ型領域とを有する半導体構造を示す。
【図２】図１の半導体構造に支持基板を接合したものを示す。
【図３】成長基板を除去し、第２基板を接合した後の図２の構造を示す。
【図４】支持基板を除去した後の図３の構造を示す。
【図５】第２基板を接合し、成長基板を除去した後の図１の構造を示す。
【図６】金属Ｐ接点を形成し、メサ形エッチングを行い、金属Ｎ接点を形成した後の図４の構造の一部を示す。
【図７】金属Ｎ接点を形成し、メサ形エッチングを行い、金属Ｐ接点を形成した後の図５の構造を示す。
【図８】基板の波長変換材料の量を調整した後の素子のウエハの一部を示す。
【図９】基板をテクスチャー処理した後の素子のウエハの一部である。
【図１０】素子のウエハを個片切断した後の３つの素子を示す。
【図１１】絶縁被膜を形成した後の３つの素子を示す。
【図１２】過剰な絶縁被膜を取り除いた後の３つの素子を示す。
【図１３】従来例に係る、蛍光変換ＬＥＤを形成する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態］
以下図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１２】
図１は本発明による一実施形態を示す構成図である。本発明の実施形態では、Ｎ型領域とＰ型領域との間に配置された発光領域を含む半導体構造は、半導体構造の成長の後であって、半導体構造がさらに加工される前に、ウエハスケール工程に、例えば金属接点の形成によって高い指数面（高屈折率）を持つ基板に、接合されている。半導体構造はその後、発光ダイオード等の発光素子に加工される。
本明細書において、「ウエハ」とは、複数の小さな構造に分割される前の構造であって、例えば、たくさんの発光素子のために半導体材料が成長した成長基板等である。後述の実施例において、半導体発光素子は青色光や紫外（ＵＶ）光を発光するＩＩＩ族窒化ＬＥＤである。しかし、本発明において、半導体発光素子はＬＥＤの代わりに、レーザーダイオードや、例えばＩＩＩ―Ｖ族材料や、ＩＩＩ族リン化物、ＩＩＩ族ヒ化物、ＩＩ―ＶＩ族材料、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又はシリコン系の材料等からなる他の半導体発光体を利用してもよい。
【００１３】
図１は成長基板１１の上で成長した例えばＧａＮで形成された半導体基板１３を示す。なお、成長基板１１は、例えば、石英、炭化シリコン、シリコン、窒化ガリウム等又は混合基板等のどのような基板であってもよい。
半導体構造１３はＮ型領域１２と、Ｐ型領域１６と、Ｎ型領域１２とＰ型領域１６との間に挟まれた発光領域又は活動領域１４とを有している。Ｎ型領域１２が最初に成長させられる。そしてＮ型領域１２は異なる構成とドーパント濃度を有する複数の層を含んでいる。複数の層として、例えば、バッファー層や核生成層等の調合層、及び／又は、成長基板１１の除去を容易にしてＮ型で意図的にはドープしていない層、及び発光領域１４に効果的に発光させるのに望ましい、特に光学や電気的な特性に設計される、Ｎ型素子層（又はＰ型素子層でもよい）である。
発光領域或いは活動領域１４は、Ｎ型領域１２の上に成長している。適切な発光領域１４の例として、単一の厚い又は薄い発光層、あるいは、境界層によって分割された複数の薄い又は厚い発光層を含む複数の量子井戸型発光領域を含む。
Ｐ型領域１６はその後発光領域１４の上で成長させられる。Ｎ型領域１２と同様に、Ｐ型領域１６は、異なる構成、厚さ、ドーパント濃度を有する複数の層であって、意図的にはドープしていない層や、複数のＮ型層を有してもよい。
図１の素子の半導体材料のすべての厚さの合計は、ある実施例では１０μｍよりも薄く、別の実施例では６μｍよりも薄い。ある実施例では、半導体材料は、成長後、任意に２００°Ｃ〜８００°Ｃで焼き鈍し（アニール）される。
【００１４】
ある実施例では、図１の半導体構造１３は図２に示すように支持基板２０に取り付けられる。支持基板２０は、成長基板１１を取り外す期間、機械的に半導体構造１３を支える。支持基板２０は石英、シリコン、他の適切な材料で形成されている。
ある実施例では、例えば、支持基板２０と半導体構造１３とを加熱加圧しながら一緒に押すか、又は、支持基板２０と半導体構造１３を加熱下で電場をかけながら一緒に押して陽極接合をすることで、支持基板２０は半導体構造１３に直接接合されている。
別の実施例（図２）では、１又は複数の接合層１８によって、支持基板２０が半導体構造１３に接合される。接合層１８は支持基板２０の上だけ、半導体構造１３の上だけ、又は支持基板２０と半導体構造１３の両方の上に形成されている。接合層１８は、例えば、１酸化シリコン又は多酸化シリコン等、適切な物質で形成されている。接合層１８を形成した後、支持基板２０と半導体構造１３とを加熱加圧しながら一緒に押されるか、或いは支持基板２０と半導体構造１３を一緒に加熱し電場をかけられる。
支持基板２０を取り付けた後、成長基板１１の材料にとって適切な技術例えばレーザー剥離、エッチング、機械的な技法によって、成長基板１１は取り除かれる。
【００１５】
図３に示す構造では、図２の構造から成長基板１１が取り除かれており、この例では、最初の成長した層であるＮ型領域１２は露出している。
ここで、任意の光学インピーダンス整合層２２がＮ型領域１２の上に形成されている。光学インピーダンス整合層２２は、半導体構造１３の表面の凸凹を必要としないで、半導体構造１３の抽出を増やす。光学インピーダンス整合層２２は、例えば、蒸着やスパッタリングを含む適切な技術により形成された反射防止の複数層の積み重ねにより形成される。
また、ある実施例では、Ｎ型領域１２は凸凹を有している。このＮ型領域１２が凸凹した実施例において、接合が隙間なく十分に形成されるように接着剤が凸凹の隙間を埋めるために利用される、対応する接合層２３が成膜される。
【００１６】
１又は複数の接合層２３は、存在するならば任意の光学インピーダンス整合層２２は、もしくはＮ型領域１２の上に形成される。複数の接合層２３は多くの場合、高屈折率（例えば、ある実施例では少なくとも１．５）、低光吸収の層である。あるいは、複数の接合層２３は、任意の光学インピーダンス整合層２２は（光学インピーダンス整合層２２が存在しない場合は半導体構造１３）の上に、又は基板２４の上に、又は光学インピーダンス整合層２２と基板２４の両方の上に形成されてもよい。
接合層２３の適切な材料の例として下記材料で作られる。ＩＩＩ―Ｖ族半導体としてガリウムヒ化物、ガリウム窒化物、ガリウムリン化物、インジウムガリウムリン化等を含みこれらに限らない。ＩＩ―ＶＩ族半導体として、カドミウムセレン化物、カドミウム硫化物、カドミウムテルル化物、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛を含みこれらに限らない。ＩＶ族半導体や混合物として、ゲルマニウム、シリコン、シリコンカーバイドを含みこれに限らない。
有機半導体、酸化物、金属酸化物、希土酸化物として、酸化物又は窒化物のアルミニウム、アンチモン、ヒ素、ビスマス、ボロン、カドミウム、セレン、コバルト、銅、ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、インジウムスズ、鉛、リチウム、モデニウム、ネオデミウム、ニッケル、ニオブ、亜リン酸、カルシウム、シリコン、ナトリウム、テリウム、タリウム、チタン、タングステン、亜鉛、又はジルコニウムを含み、これに限らない。
オキシハライドとして例えば塩酸化物などがある。フッ化物、塩化物、臭化物として、フッ化した、塩化した、及び臭化したカルシウム、鉛、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、や亜鉛を含み、これに限らない。
金属として、インジウム、マグネシウム、スズ、亜鉛、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、リン化化合物、ヒ化化合物、アンチモン化合物、窒化化合物、高指標（屈折率）有機化合物もしくはこれらの混合物や合金等を含み、これに限らない。
一つの又は複数の接合層２３は、蒸着、スパッタリング、化学真空蒸着、分配（調合）、印刷、スプレーコーティング、スピンコーティング、ブレードコーティングなどいずれか最適な方法で、塗布される。
高接合率の材料は流動形で成膜し結合時まで流動のままである、あるいは接合の際に部分的に凝固し又はゲル化する、あるいは簡単に接合できるように熱しながら粘着力を高めて固体にする。あるいは高接合率の材料は、ゲル状態から固い樹脂まで幅を持った凝固結合を形成するように反応してもよい。
【００１７】
図３において、半導体構造１３は基板（第２基板）２４に接合層２３を介して接合されている。基板２４は透明であり、基板ウエハの中に予め形成したガラス等の高い屈折率の材料であり、半導体構造１３と接合される。
ガラス上の屈折率は、１．５〜２．２の範囲又はそれ以上にあるか、あるいはＧａＮ（２．４）の屈折率に的確に対応する値である。
基板（ガラス基板）２４に適応する材料として、電気的絶縁材料、半導体ではない材料、フリットガラス、適切な高屈折率のガラス等を含み、これらに限らない。また、基板２４は、例えば、塩化鉛、フッ化カリウム、亜鉛フッ化物、及び、アルミニウム、アンチモン、ビスマス、ボロン、鉛、リチウム、リン、カリウム、シリコン、ナトリウム、テルル、タリウム、タングステン、亜鉛等の酸化物や、その他これらの混合物を含んでもよい。
高屈折率を有するガラスとは例えば、スコッチガラスであるＬａＳＦＮ３５，ＬａＦ１０，ＮＺＫ７，ＮＬＡＦ２１，ＬａＳＦＮ１８，ＳＦ５９，或いは、ＬａＳＦ３、（有）大原硝子製のＳＬＡＨ５１又はＳＬＡＭ６０の混合物であって、（Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｆ，Ｃｌ，Ｉ，Ｂｒ）のカルコゲン化合物、カルコゲンーハロゲン化物のガラス等を含む。ある実施例では、基板２４は、低屈折率の材料、例えば、ガラス、フッ化マグネシウム、又はポリマー等を含み、或いは形成されてもよい。
高屈折率と低屈折率の両方を有する、例えばシリコンやシリコキサン（例えば信越化学株式会社）も適用可能である。シリコキサン骨格の側鎖はシリコンの屈折率を変更するよう調整できる。
【００１８】
有機接着剤は低屈折率を持つ傾向にあるので、実施的に例えばエポキシ類等の伝統的な有機接着剤が入っていないガラスは、高屈折率である傾向にある。このような有機接着剤は、短波長の光と温度の上昇を組み合わせると劣化する傾向にあり、ＬＥＤの動作温度の最高温度は１５０℃以下に限られる。従って、ある実施例では、基板２４が有機系を含まない材料にして、より効率的にＬＥＤを駆動し高温で駆動できるようにしている。
【００１９】
ある実施例では、基板２４は、発光領域１４の光波長を他の波長に変換する一又は複数の発光材料（波長変換材料、光変換材料ともいう）を中に含んでいる上述の材料のいずれかを含むマトリックスである。発光領域１４から発光され、波長変換材料へ入射されたすべての又は一部の光は、波長変換材料により変換される。発光領域１４から発光されて変換されていない光は、必要でないにもかかわらず、最終的な光スペクトルの一部となる。
ここで、一般的な組み合わせの例として、黄色発光波長変換材料と組み合わされた青色発光ＬＥＤ、緑色―赤色発光波長変換材料と組み合わされた青色発光ＬＥＤ、青色―黄色発光波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光ＬＥＤ、青色―緑色―赤色発光波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光ＬＥＤ等が含まれる。
素子から発光される光のスペクトルを調整するために他の色の光を発光している波長変換材料が追加される。
波長変換材料は、通常、蛍光体（蛍リン光体）の粒子、有機半導体、ＩＩ−ＶＩ族又はＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩ−ＩＶ族又はＩＩＩ−Ｖ族半導体の量子ドット又はナノ結晶、染料、ポリマー、冷光を発するＧａＮ等である。
もし基板２４が通常の蛍光体の粒子であれば、ある実施例において、基板２４は、典型的には約５ミクロンから約５０ミクロンまでのサイズを有する粒子を収容するのに十分な厚さを有する。
ガーネット塩基の蛍光体、例えばＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ），Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＬｕＡＧ），Ｙ３Ａｌ５−ｘＧａｘＯ１２：Ｃｅ（ＹＡｌＧａＧ），（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＳｉＯ３：Ｅｕ（ＢＯＳＥ），及び、窒化塩基の蛍リン体、例えば（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ及び（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕを含むいずれか適切な蛍光体が利用される。
【００２０】
ある実施例では、基板２４は波長変換するセラミックである。例えば、上述の蛍光体のいずれかの焼結蛍光体の粒子、他の材料であるＡｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＳｉＣ，ＡｌＯＮ，  ＳｉＯＮ，又はＡｌＳｉＯＮ等を焼結したもの、又はチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストジルコニウム、チタン酸ジルコン酸塩、不活性なＹＡＧ等により、セラミック基板である基板２４は形成される。セラミック基板２４は透明、半透明、或いは、まばらである。
【００２１】
ある実施例では、半導体構造１３は基板２４と一緒に加温しながら加圧することで、半導体構造１３は基板２４に接合される。例えば、ある実施例では接合温度を８００℃まで上げ、別の実施例では４００℃より高くし、別の実施例では５００℃より高くし、とある別の実施例では、５００℃から８００℃の間にする。ある実施例では９０ｋＮより小さい圧力が接合の時に与えられる。また別の実施例では、半導体構造１３と基板２４との間に電位差が与えられる。
【００２２】
図４で示すように、基板２４の接合の後、例えば、エッチング、物理的な分離、レーザー剥離、又は他の適切な技法により、支持基板２０は取り除かれる。支持基板２０が取り除かれた後の接合層１８は例えばエッチングにより取り除かれる。図４の構造では、半導体構造１３はＮ型領域１２の表面を介して基板２４に接合される。Ｐ型領域１６の上面は露出している。
【００２３】
図２、３、４で説明した工程の代案として、図１の構造は図５で示す構造に加工することもできる。図５に示す構造では、任意の光学インピーダンス整合層２２が、図１に示す半導体構造１３のＰ型領域１６の上に形成される。１又は複数の接合層２３を形成し、そして半導体構造１３は図３で示したように基板２４に接合される。そして上述と同様に、成長基板１１はその後取り除かれる。図５の構成では、半導体構造１３はＰ型領域１６を介して基板２４に接合される。Ｎ型領域１２の上面は露出している。
【００２４】
図６は、Ｎ型領域１２及びＰ型領域１６に電気的に接続された金属接点３３、３６を形成した後の、図４の構成を示す。まず、金属Ｐ接点（Ｐ接点）３３が形成される。図示されたＰ接点３３は二つの金属層３２と３４を有する。第１金属層３２は、蒸着又はスパッタリング、及びその後のエッチングや剥離等の標準フォトリソグラフィック動作により、成膜される。第１金属層３２は、銀などのＰ型ＩＩＩ族窒化材料と通電して接触する反射する金属（反射接点）としてもよい。また、第１金属層３２は例えば遷移金属や銀など複数層の積み重ねでもよい。遷移金属としては、例えばニッケルである。
第１金属層３２は、ある実施例では１００Å〜２０００Åの厚みを有し、ある実施例では、５００Å〜１７００Åの厚み、別の実施例では１０００Å〜１６００Åの厚みである。第１金属層３２が成膜された後、この構造は任意で焼き戻される。
【００２５】
Ｐ接点３３において、任意の第２金属層３４は、第１金属層３２の上に、例えば、蒸着、スパッタリング、そしてその後、エッチングや剥離等の標準フォトリソグラフィック動作により、成膜される。第２金属層３４は、何らかの電気的に伝導する金属であって、最低限銀に反応する、例えばチタニウムとタングステンの合金である。この合金は部分的に、全体的に窒化しているか、全く窒化していない。もしくは、第２金属層３４として、クロム、白金又はシリコンでもよく、さらに、層周囲との接着及び第１金属層３２での拡散の防止に最適化させる材料の複数層の積み重ねでもよい。
第２金属層３４は、ある実施例では１０００Å〜１００００Åの厚みを有し、ある実施例では２０００Å〜８０００Åの厚み、別の実施例では２０００Å〜７０００Åの厚みである。
【００２６】
半導体構造１３と接点３３、３６は標準的なフォトリソグラフィによってパターニングされ、そして化学的活性プラズマを利用して半導体材料を除去する反応イオンエッチング（ＲＩＥ）、又はプラズマＲＦパワー磁場により生成される誘電カップリングプラズマ法（ＩＣＰ）エッチングにより、エッチングされる。
ある実施例では、Ｐ接点３３の第２金属層３４に利用されるフォトリソグラフィマスクにより、パターンが決定される。この実施例では、Ｐ接点３３の第２金属層３４のエッチングに続けてのエッチングが、一つの動作として実施される。エッチング領域として、Ｐ型領域１６全体の厚み及び発光領域１４全体の厚みが取り除かれ、Ｎ型領域１２の表面が見えるようになる。
【００２７】
金属Ｎ接点３６は、Ｐ型領域１６と発光領域１４がエッチングされて露出したＮ型領域１２の部分の上に形成される。Ｎ接点３６はアルミニウム、又はアルミニウム、チタン―タングステン合金、銅及び金を含む金属の複数層の積み重ねを含む最適な金属である。Ｎ接点３６が複数層の積み重ねである実施例では、導電接点を形成し、ＧａＮと青色と白色の光を反射させるように、第１金属層（例えばＮ型領域１２に近接する金属）が選択される。このような第１金属層は、例えばアルミニウムからなる。いずれか適切な、例えばスパッタリング、蒸着、プレーティング、又はこれらの工程の組み合わせを含む工程により、Ｎ接点３６は成膜される。
【００２８】
絶縁体３８は例えばプラズマ放電電解法（化学気相蒸着）（ＰＥＣＶＤ）や化学気相蒸着法（ＣＶＤ）や蒸着により、半導体構造１３と接点３３、３６の上に成膜される。絶縁体３８がＮ接点３６とＰ接点３３を電気的に孤立させる。絶縁体３８は、標準フォトリソグラフィックが実行されて、さらにＩＣＰエッチングやＲＣＩにより、Ｎ接点３６とＰ接点３３を露出するように、パターニングされる。絶縁体３８は窒化シリコン、酸化シリコン及び酸化―窒化シリコンを含むいずれか適切な絶縁体である。ある実施例では絶縁体３８は反射する層の積み重ねである。
絶縁体３８はＮ接点３６が形成される前または後に形成される。
【００２９】
接合パッド４０ａ及び４０ｂは、Ｎ接点３６、Ｐ接点３３及び、絶縁体３８の上に形成される。よって、接合パッド４０ａ及び４０ｂは、Ｎ接点３６やＰ接点３３を例えばＰＣボード等の他の構造物に接合するのに最適になるように大きな導電パッドに再分配する。接合パッド４０ａは、Ｐ接点３３を介してＰ型領域１６に電気的に接続される。接合パッド４０ｂは、Ｎ接点３６を介してＮ型領域１２に電気的に接続される。接合パッド４０は例えば、銅（Ｃｕ）や、例えば、Ｔｉ，ＴｉＷ，Ｃｕ，Ｎｉ，やＡｕを含む複数層の金属の積み重ねで構成されており、スパッタリングや、スパッタリングやプレーティングの組み合わせにより成膜される。
接合パッド４０ａ及び４０ｂは、図６、７に示すように、隙間を開けることで、或いは絶縁体３８で述べた素材のような完全な絶縁体によって、電気的に孤立している。
【００３０】
図７に、Ｎ型領域１２及びＰ型領域１６に電気的に接続された金属接点であるＰ接点３３、Ｎ接点３６が形成された後の図５の構造を示す。図７は、図６の構造の反転である。まずＮ接点３６が形成され、一部のＮ型領域１２と発光領域１４がエッチングされて取り除かれＰ型領域１６を露出させる。そしてＰ接点３３がＰ型領域１６の露出部分の上に形成される。Ｎ接点３６及びＰ接点３３は絶縁体（絶縁層）３８により電気的に孤立している。接合パッド４０ａと４０ｂは、それぞれ、Ｐ接点３３とＮ接点３６に接続されている。
金属Ｎ接点３６、金属Ｐ接点３３、絶縁層３８、接合パッド４０は、上述の図６を参照して同じ方法で作成された同じ材料を用いてよい。
【００３１】
図６も図７もどちらも一つの素子を示していたが、上述の工程方法は一般にウエハが複数の素子を含むときでも実行できることが知られている。ある実施例では、複数の図６のＮ接点開口部及び図７のＰ接点開口部がエッチングされるように、Ｎ接点及びＰ接点が分布している。
図８、９、１０、１１及び１２において、図６の素子又は図７の素子どちらかの複数の素子が説明されている。図８、９、１０、１１、及び１２において、半導体構造１３は、図６に示す最上面にあるＰ型領域１６、又は図７に示す最上面にあるＮ型領域１２を有している。同様に、図８、９、１０、１１、及び１２で示された構造として、金属接点３３、３６、及び絶縁体３８は、図６の構成又は図７の構成のように形成されている。
【００３２】
ウエハ上の個々の素子が完成した後、ウエハ全体が検査される。基板２４が波長変換する実施例の場合、ＬＥＤそれぞれの色が、任意の方法で変化する。図８の構造は半導体構造１３を含むウエハの一部を有している。図８では、３つの素子４２、４４、４６が描かれている。検査結果に基づき、ウエハ上の個々のＬＥＤダイの色は、検査結果に基づくそれぞれ存在する素子ごとに光変換層である基板２４において波長変換材料の量を調整することで、さらに変化する。
【００３３】
もし、ウエハ全体検査にて、素子が所望の波長スペクトルを作成していない場合、波長変換基板（光変換層）である基板２４の厚みを調整させる。例えば、追加で波長変換材料を部分的に成膜したり、（素子４２と４６）或いは、研磨、エッチング、或いは分離により、ある波長変換材料を部分的に取り除いたりする。必要であれば、所望の波長光が作成できるまで、検査や、波長変換材料の厚みの再調整を数回行う。光変換層の厚みは、ＬＥＤによって作成された光に対応して制御されることで、再現性の高い色を作り出す。さらに、ＬＥＤによって作成された特定の波長に対応して波長変換層の厚みを変更したので、ウエハ内のＬＥＤによって生成された光の波長の変動は調整できる。従って、望ましくない波長スペクトルを生成するＬＥＤがより少なくなり、少量の不良品が取り除かれる。
【００３４】
図９では、接合層２３または接合層２３と接触する面と反対の基板２４の表面４８は、凸凹させたりパターニングしたりすることによって、適宜テクスチャー処理することで、光拡散が向上する。例えばエッチングや、レーザー研磨等、又は基板２４にくっついた他の構造である例えば回折格子やフレネルレンズ等のレンズにラミネート加工を行う、いずれかの最適な技術によって、テクスチャー処理を行ってもよい。
【００３５】
図１０において、剥離防止ポリマー層５２がウエハの上面に成膜され、そして素子のウエハは素子チップに個片切断される。それぞれの素子チップは単一の発光ダイオード又は発光ダイオード群を含んでいる。半導体構造１３（例えばＧａＮ）及び基板２４は一緒にダイシング（切り分けられ）、図１０、１１及び１２に示すように基板２４は素子がやっと通れるほどの幅である。例えば、一般的なのこぎりで、又は１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、又は３５５ｎｍ波長のレーザー研磨で、もしくは水ジェット切断により、個片切断が実行される。あるいは、溝つけ（スクレービング）と機械的な破壊の組み合わせにより個片切断は実行することもできる、たとえば、一般的なのこぎり、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、又は３５５ｎｍ波長のレーザー研磨で、もしくは水ジェット切断により、個片切断が実行されてもよい。
【００３６】
図１１では、任意の反射被膜（反射層）が、素子（半導体発光素子）の上面５６及び側面５４に形成される。例えば、反射被膜は剥離防止ポリマー層５２の上面と、剥離防止ポリマー層５２、接合パッド４０ａ及び４０ｂ、構造３１（接点３３、３６と絶縁体３８）、半導体構造１３、接合層２３、及び基板２４の側面に形成される。この反射被膜は、例えば、蒸着を含む適切な技法で形成された高反射絶縁体の積み重ねである。側面５４の被膜は、それぞれの素子の光の漏れを削減し、除去する。接合パッド４０を露出するために剥離防止ポリマー層５２が取り除かれる接合パッド４０を露出するために際に、素子の上面５６の被膜は取り除かれる。
この素子は何らかの適切な構造物、例えばＰＣボードにはんだで取り付けられる。
【００３７】
上述の例ではフリップチップ素子を説明しているが、本発明の構造は、上面と底面の接触される接点とバーティカル素子を通る素子から、光抽出される透明接点がある素子を含む、他の素子配置にも適用可能である。バーティカル素子では、例えば金属充填して接点を収容するため、基板２４の一部が取り除かれている、又は形成されていない。或いは、バーティカル素子での接点は電気伝導基板である基板２４の上に形成されてもよい。上述の例では、光の大半は半導体構造１３の外であって基板２４の方向へ向かう。
ある実施例、例えば、透明接点を有する素子やバーティカル素子では、光の大半は半導体構造１３の外であって半導体構造１３の反対にある基板２４の表面の方向に向かってもよい。このような実施例では、反射接合層は例えば反射金属が利用され。基板２４は透明又は光沢がない。金属接合層は接点としても利用することもできる。
【００３８】
本発明の実施形態において一般的な工程と比べて有利な点を説明する。図６及び図７で示した工程（金属接点や絶縁体層の形成）よりも前に、半導体構造１３は８００℃まで加温されて加工される。図６及び図７の工程よりも前に半導体構造１３は基板２４に接合されているので、基板２４は高融点、高屈折率材料で形成される。高融点、高屈折率のガラスは大抵、低融点、低屈折率のガラスよりも低い光吸収率である。低い光吸収率の基板２４を利用することで、素子の性能が向上する。さらに、高温軟化点のガラスは一般的に熱膨張（ＣＴＥｓ）の効率が悪いが、低融点ガラスの熱膨張効率よりも、ＩＩＩ族窒化物半導体構造１３のＣＴＥに適している。その結果の構造物は生来のストレスを減らす、つまり、半導体構造１３は基板２４に接合される際に高温になるもかかわらず、温度サイクル中の形成ストレスの増大によるひびや離層の構造の傾向を減らすことができる。
【００３９】
本発明において、半導体構造が第２基板に接合した後に、半導体構造を発光素子へ加工することで、接合後の加工は接合中に高温で利用できるようになる。また、第２基板との接合の前ではなくて接合の後にウエハが複数の発光素子に加工されるので、高接合温度及び高い加工温度を必要とする基板材料が利用できるようになり、発光素子の性能が向上する。即ち、整合の順番を工夫することで、高接合温度及び高い加工温度を必要とする基板材料が利用できるようになり、発光素子の性能を向上させる。
【００４０】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１１  成長基板
１２  Ｎ型領域
１３  半導体構造（ＧａＮ）
１４  発光領域（ＩＩＩ族窒化物発光層、発光層）
１６  Ｐ型領域
１８  接合層
２０  支持基板
２２  光学インピーダンス整合層
２３  接合層
２４  基板（第二基板、セラミック基板、波長変換基板、電気伝導基板、光変換層）
３１  構造
３２  第１金属層
３３  Ｐ接点（金属Ｐ接点）
３４  第２金属層
３６  Ｎ接点
３８  絶縁体（絶縁層）
４０、４０ａ、４０ｂ  接合パッド
４２、４４、４６  素子（半導体発光素子）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月27日(2014.2.27)
【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】
成長基板上に成長した、Ｎ型領域とＰ型領域に挟まれるＩＩＩ族窒化物発光層を含む半導体構造を含むウエハを与える工程と、
前記ウエハを、透明であって、ガラスに配置された波長変換材料を含む、第２基板に接合する工程と、
前記成長基板を取り除く工程と、
前記ウエハを前記第２基板に接合した後、該ウエハを複数の発光素子に加工する工程と、を有する方法。
【請求項２】
前記第２基板の屈折率は１．５より大きい、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記１．５より大きい屈折率を持つ第２基板はガラスを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法は、さらに、
前記ウエハを複数の発光素子へ加工した後、該ウエハを検査する工程と、
前記検査結果に応じて、前記発光素子夫々に対応する波長変換材料の量を調整する工程と、を有する方法。
【請求項５】
前記調整は、レーザー研磨により波長変換材料を取り除くことを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記調整は、さらに波長変換材料を追加することを含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記ウエハを第２基板に接合する工程は、該ウエハと該第２基板を一緒に５００℃よりも高い温度で加熱しながら加圧することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ウエハを複数の発光素子に加工する工程は、
前記Ｐ型領域上に金属Ｐ接点を形成し、
前記Ｎ型領域の一部が見えるように、前記発光層と前記Ｐ型領域の一部を取り除き、
前記発光層と前記Ｐ型領域の一部を取り除いたことにより露出した前記Ｎ型領域の上に金属Ｎ接点を形成することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記ウエハを複数の発光素子の加工する工程は、
前記ウエハを単一であって複数の発光ダイオード、或いは発光ダイオードの群に切り分けることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法はさらに、
反射被膜を前記単一であって複数の発光ダイオード、或いは前記発光ダイオードの群のぞれぞれの面に形成する工程を有する、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法はさらに、
接合よりも前に、光学インピーダンス整合層を前記半導体構造の上に形成する工程を有する、方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法はさらに、
前記半導体構造が接合した面と反対の面の前記第２基板の面へテクスチャー処理を行う工程を有する、方法。
【請求項１３】
前記ウエハを前記複数の発光素子に加工する工程は、前記成長基板を取り除いた後に行われる、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法はさらに、
前記成長基板を取り除く前に、前記ウエハを支持基板に接合する工程を有し、
前記成長基板を、前記半導体構造が支持基板に接合されている間に取り除いた後に、前記ウエハを第２基板へ接合する工程を実行する、方法。
【請求項１５】
請求項１記載の方法はさらに、
反射接点を、前記第２基板が接合した面と反対の面の前記半導体構造の面の上に形成する工程を有する、方法。
【国際調査報告】
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