(57)【要約】【課題】  紫外線を発光する発光ダイオード素子３１において、その発光輝度の向上を図る。【解決手段】  前記発光ダイオード素子３１を、金属板２９の表面に、光の反射面２８を介してｎ型半導体層２３を、このｎ型半導体層の表面に紫外線の発光層２４を、この発光層の表面にｐ型半導体層２５を各々積層して形成し、更に、前記ｐ型半導体層にｐ電極２６を設けた構成にする。【選択図】                  図１３
2005332877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の表面に、光の反射面を挟んでｎ型半導体層が、このｎ型半導体層の表面に紫外線の発光層が、この発光層の表面にｐ型半導体層が各々積層して形成され、更に、前記ｐ型半導体層にｐ電極が設けられていることを特徴とする発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記請求項１の記載において、前記光の反射面が、アルミニウム又は銀による反射面であることを特徴とする発光ダイオード素子。
【請求項３】
透明基板の表面にバッファ層を形成する工程と、このバッファ層に表面に、ｎ型半導体層、紫外線の発光層及びｐ型半導体層を積層して形成する工程と、前記ｐ型半導体層の表面にガラス層を形成する工程と、前記透明基板を前記バッファ層から剥離・分離してバッファ層を露出する工程と、前記バッファ層を除去して前記ｎ型半導体層を露出する工程と、前記ｎ型半導体層の表面に金属板を積層して固着する工程と、前記ガラス層を除去して前記ｐ型半導体層を露出する工程と、前記ｐ型半導体層にｐ電極を設ける工程とから成ることを特徴とする発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項４】
前記請求項３の記載において、前記金属板のうち前記ｎ型半導体層側の表面に、光の反射面が形成されていることを特徴とする発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項５】
前記請求項３の記載において、前記反射面が、アルミニウム又は銀による反射面であることを特徴とする発光ダイオード素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子のうち、主として波長λが約３７０ｎｍより短い紫外線を発光する発光ダイオード素子と、この発光ダイオード素子を製造する方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の発光ダイオード素子は、例えば、特許文献１及び特許文献２等に記載され、且つ、その概略を図２に示すように、サファイヤ基板１の上面にＧａＮ等によるバッファ層２を積層して形成し、このバッファ層２の上面にｎ型半導体層３を積層して形成し、このｎ型半導体層３の上面に紫外線を発光する発光層４を積層して形成し、この発光層４の上面にｐ型半導体層５を積層して形成し、更に、前記ｎ型半導体層３に繋がるｎ電極６と、前記ｐ型半導体層５に繋がるｐ電極７を各々形成するという構成にしていることは周知の通りであり、この構造の発光ダイオード素子は、フリップチップ型と称するもので、前記発光層４で発光した紫外線は、図１に矢印で示すように、主として、前記サファイヤ基板１を透過するように出射される。
【０００３】
この構成において、前記バッファ層２は、前記サファイヤ基板１と前記ｎ型半導体層３とが結晶構造において相違することから、前記サファイヤ基板１の上面に前記ｎ型半導体層３を積層して形成することのために必要であるが、このバッファ層２は、前記発光層４において発光した紫外線を吸収するように作用するから、この分だけ紫外線の発光輝度が低下することになる。
【０００４】
そこで、最近、主として紫外線を発光する発光ダイオード素子においては、その光の輝度の向上を図るために、以下に述べるように、前記バッファ層を除去するようにした発光ダイオード素子の製造方法が提案されている。
【０００５】
すなわち、先ず、図２（ａ）に示すように、サファイヤ基板１１の上面に、ＧａＮ等によるバッファ層１２を、このバッファ層１２の上面にｎ型半導体層１３を、このｎ型半導体層１３の上面に紫外線の発光層１４を、そして、この発光層１４の上面にｐ型半導体層１５を各々積層して形成する。
【０００６】
次いで、図２（ｂ）に示すように、前記ｐ型半導体層１５の上面に、オーミック電極層を介してＣｕ−Ｗ合金等の金属板１８を、積層して固着する。
【０００７】
次いで、図２（ｃ）に示すように、積層体の全体を裏返しにして、そのサファイヤ基板１１とバッファ層１２との境界接合面に対して、前記サファイヤ基板１１の上側に配設したレーザ光源Ａからのレーザ光線を前記サファイヤ基板１１を透過して焦点を合わせて照射し、前記バッファ層１２を前記レーザ光線の吸収により加熱して、前記境界接合面に熱膨張差による歪みを発生することにより、図２（ｄ）に示すように、前記サファイヤ基板１１を、前記バッファ層１２から剥離・分離する。これを、レーザリフトオフと称する。
【０００８】
次いで、前記サファイヤ基板１１を剥離・分離することで露出した前記バッファ層１２を、図２（ｅ）に示すように、これに対して回転するラッピング盤Ｂを押し当てるというラッピングを行う等のような研磨又は研削処理を施すことにより、図２（ｆ）に示すように、前記バッファ層１２の総てを除去して、その下側におけるｎ型半導体層１３を露出する。
【０００９】
但し、このｎ型半導体層１３は、前記発光層１４で発光される紫外線を吸収しない化合物半導体から構成されている。
【００１０】
次いで、図２（ｇ）に示すように、前記ｎ型半導体層１３の上面に、複数個のｎ電極１６を形成したのち、図２（ｈ）に示すように、ダイシングカッターＣにて複数個の発光ダイオード素子１０ごとに分割する。
【００１１】
このように製造された発光ダイオード素子１０は、ｐ電極となる金属板１８の上面に、ｐ半導体層１５とｎ型半導体層１３とがその間に発光層１４を挟んで積層状に形成され、前記ｎ型半導体層１３の上面にｎ電極１６を形成して成る構造であり、前記ｐ電極となる金属板１８とｎ電極１６との間に電流を印加した場合に前記発光層１４において発光した紫外線の総てを、図２（ｇ）に矢印で示すように、ｐ電極となる金属板１８の存在により反射して上向きに出射するというものである。
【００１２】
そして、その製造過程において、紫外線を吸収するバッファ層１２が除去されていることにより、バッファ層を備えていない分だけ紫外線の発光輝度を向上することができるとともに、積層方向の一端面に金属板１８のｐ電極を設ける一方、他端面にｎ電極１６を設けた構造にできる。
【特許文献１】特開平９−１５３６４５号公報
【特許文献２】特開２００４−１０４１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、前記した従来の方法は、サファイヤ基板１１に形成したｐ半導体層１５に対して、前記サファイヤ基板１１とは熱膨張率が大幅に相違する金属板１８を積層して固着するものであることにより、この積層・固着を高い温度で行ったのち冷めた状態のときに、積層体の全体が、大きい熱膨張係数の差で、図２（ｃ）に二点鎖線で示すように大きく反り変形するから、その後のレーザリフトオフにおいて、前記サファイヤ基板１１とバッファ層１２との境界接合面に対してレーザ光線をその焦点を合わせた状態で照射することができないという状態になり、ひいては、前記サファイヤ基板１１をバッファ層１２から剥離・分離することができないことになる。
【００１４】
この場合において、前記積層物の反り変形は、その大きさに比例して増大することにより、前記レーザリフトオフによるサファイヤ基板１１の剥離・分離は、前記積層体が小さい場合にしか適用できず、換言すると、一つの積層体にて製造することができる発光ダイオード素子の個数が少ない場合にしか適用することができない。
【００１５】
しかも、前記従来の方法においては、前記したように、前記ｐ電極になる金属板１８を積層・固着することにより、バッファ層１２の除去を、RIE/プラズマエッチング等のようなエッチング処理にて行うことができず（なぜならば、前記バッファ層１２の除去するためのエッチング処理により、前記金属板１８も同時にエッチングされるから）、ラッピング等のような研磨又は研削処理にて行うようにしなければならず、この研磨又は研削処理による発光層１４に対して大きなダメージを及ぼすことになるから、製造過程での不良品の発生率が高くなる。
【００１６】
要するに、従来の方法においては、前記したように、一つの積層体にて製造することができる発光ダイオード素子の個数が少ないことと、製造過程での不良品の発生率が高いことと相俟って、製造コストが大幅にアップするという問題があった。
【００１７】
また、前記従来の方法においては、前記金属板１８が、ｐ電極になり、且つ、放熱板になることに加えて、発光層１４において発光した光の総てを上向きに反射する機能として作用するものの、この金属板１８には、オーミック層を介して前記ｐ型半導体層１５が接していることにより、この金属板１８のうちオーミック層を介して前記ｐ型半導体層１５が接する表面を、光反射率が最も高い銀を使用した反射面に構成した場合に、前記金属板１８とｎ電極１６との間に電流を印加した状態で水分が関与した場合に、前記銀による反射面にマイグレーションが発生するから、前記金属板１８のうち前記ｐ型半導体層１５が接する表面に、銀を使用して反射率の高い反射面を形成することができず、銀の反射面を使用できない分だけ、紫外線の発光輝度が低くなるという問題もあった。
【００１８】
本発明は、これらの問題を解消した発光ダイオード素子と、その製造方法とを提供することを技術的課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この技術的課題を達成するため本発明における発光ダイオード素子は、請求項１に記載したように、
「金属板の表面に、光の反射面を挟んでｎ型半導体層が、このｎ型半導体層の表面に紫外線の発光層が、この発光層の表面にｐ型半導体層が各々積層して形成され、更に、前記ｐ型半導体層にｐ電極が設けられている。」
ことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明における発光ダイオード素子の製造方法は、請求項３に記載したように、「透明基板の表面にバッファ層を形成する工程と、このバッファ層に表面に、ｎ型半導体層、紫外線の発光層及びｐ型半導体層を積層して形成する工程と、前記ｐ型半導体層の表面にガラス層を形成する工程と、前記透明基板を前記バッファ層から剥離・分離してバッファ層を露出する工程と、前記バッファ層を除去して前記ｎ型半導体層を露出する工程と、前記ｎ型半導体層の表面に金属板を積層して固着する工程と、前記ガラス層を除去して前記ｐ型半導体層を露出する工程と、前記ｐ型半導体層にｐ電極を設ける工程とから成る。」
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
前記請求項１に記載した構成において、金属板は、ｎ電極と、放熱板とを兼ねる一方、この金属板とｎ型半導体層の間における光の反射面は、発光層で発光した紫外線の総てを反射するから、紫外線の発光輝度を向上することができるのであり、しかも、この光の反射面は、従来のように、ｐ型半導体層に接するのではなく、ｎ型半導体層に接していることにより、この光の反射面を、請求項２に記載したように、銀による光反射面に構成しても、この銀による光反射面にマイグレーションが発生することがなく、換言すると、前記光の反射面を、光の反射率の高い銀による光の反射面にすることができるから、発光ダイオード素子から出射される紫外線の発光輝度を、前記従来の場合よりも大幅に向上することができる。
【００２２】
一方、製造方法に関して、サファイヤ等の透明基板に形成したｐ型半導体層の表面にガラス層を形成したのち、前記透明基板の剥離・分離を行うもので、前記ガラス層は、前記サファイヤ等による透明基板と熱膨張係数を略等しくすることができるので、これらの積層体が反り変形することを、従来のように金属板を積層して固着する場合よりも著しく小さくすることができる。
【００２３】
このために、前記サファイヤ等の透明基板をバッファ層から剥離・分離することに、前記したレーザリフトオフを適用する場合に、前記積層体を大きくしても、この積層体における透明基板とバッファ層との境界接合面の全体に対して、レーザ光線をその焦点を当該境界接合面に正確に合わせた状態にして確実に照射できるから、前記一つの積層体によって製造することができる発光ダイオード素子の個数を、前記従来の場合によりも大幅に増大することができる。
【００２４】
また、前記サファイヤ等の透明基板を剥離・分離したあとにおいて、前記バッファ層及びｐ型半導体層並びにｎ型半導体層等を支持するものが、従来のように金属板ではなく、前記ｐ型半導体層に対して積層して形成したガラス層であることにより、前記バッファ層の除去に、従来のように、ラッピング等のような研磨又は研削処理によることなく、RIE/プラズマエッチング等のようなエッチング処理を適用することができる。
【００２５】
これに加えて、前記ガラス層を、金属板を積層して固着したあとにおいて除去するに際しても、ふっ酸を使用してのエッチング処理により、前記金属板を浸食することなく前記ガラス層を容易に除去することができる。
【００２６】
このように、本発明の製造方法によると、前記バッファ層の除去、及びバッファ層の除去のために使用するガラス層の除去を、エッチング処理にて至極簡単に行うことができるにより、発光層に対して及ぼすダメージを小さくでき、製造途中における不良品の発生率を、前記従来の場合によりも大幅に低減できるから、このことと、前記したように、一つの積層体によって製造することができる発光ダイオード素子の個数を大幅に多くできることとが相俟って、発光ダイオード素子の製造コストの大幅な低減を図ることができる。
【００２７】
特に、この製造方法においては、請求項４，５に記載した構成にすることにより、紫外線の発光輝度をより高くした発光ダイオード素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態による製造方法を、図３〜図１２の図面について説明する。      
【００２９】
先ず、図３に示すように、サファイヤ等の基板２１の上面に、ＧａＮ等によるバッファ層２２を、このバッファ層２２の上面にｎ型半導体層２３を、このｎ型半導体層２３の上面に紫外線の発光層２４を、そして、この発光層２４の上面にｐ型半導体層２５を各々積層して形成する。
【００３０】
次いで、図４に示すように、前記ｐ型半導体層２５の上面に、ガラス層３０を、適宜厚さに形成して、積層体にする。
【００３１】
このガラス層３０は、例えば、ＰｂＯ2 Ｂ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 を成分とするガラス粉末と微量の樹脂成分とを混ぜて所定の厚さに塗布し、乾燥したのち酸素又は窒素雰囲気の中で４００〜６００℃の温度で焼成することによって形成する。
【００３２】
このガラス層３０における熱膨張係数は、前記サファイヤ等の透明基板２１における熱膨張係数に近似しているから、前記した焼成工程の後に、冷めた状態において、積層体の全体における反り変形を、前記従来のように、金属板を積層・固着する場合よりも遥かに小さくできる。
【００３３】
次いで、前記積層体を、図５に示すように、そのサファイヤ等の透明基板２１が上向きになるように裏替えにして、その透明基板２１とバッファ層２２との境界接合面に対して、前記透明基板２１の上側に配設したレーザ光源Ａからのレーザ光線を前記透明基板２１を透過して焦点を合わせて照射し、前記バッファ層２２を前記レーザ光線の吸収により加熱して、前記境界接合面に熱膨張差による歪みを発生することにより、図６に示すように、前記透明基板２１を、前記バッファ層２２から剥離・分離して、バッファ層２２を露出する。
【００３４】
このサファイヤ等の透明基板２１の剥離・分離をしたあとでは、前記ｎ型半導体層２３，発光層２４及びｐ型半導体層２５を、前記ガラス層３０にて支持した状態になる。
【００３５】
そして、前記サファイヤ等の透明基板２１を剥離・分離するに際して、前記積層体は、前記したように透明基板２１とガラス層３０との熱膨張係数が近似していることで、反り変形が小さいことにより、この積層体を大きくしても、当該積層体における透明基板２１とバッファ層２２との境界接合面の全体に対して、レーザ光線をその焦点を当該境界接合面に正確に合わせた状態にして確実に照射するできるから、前記透明基板２１をバッファ層２２から確実に剥離・分離することができる。
【００３６】
次いで、前記積層体における露出する前記バッファ層２２を、例えば、RIE/プラズマエッチング等のようなエッチング処理にて、図７に示すように、除去して、ｎ型半導体層２３を露出する。
【００３７】
次いで、前記ｎ型半導体層２３の表面に、図８に示すように、オーミック接続による光の反射率の高い金属、例えば、アルミニウム又は銀による光の反射面２８を、更にその上にバリアメタルとＡｕとを電気メッキ又は真空蒸着或いはスパッタリング等にて形成する。
【００３８】
一方、図９に示すように、Ｃｕ−Ｗ合金等の金属板２９を用意して、この金属板２９の表面に、例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金等の接合用合金層を形成する。
【００３９】
次いで、前記金属板２９を、前記積層体におけるｎ型半導体層２３に対して、図９に示すように、当該金属板２９が前記ｎ型半導体層２３における光の反射面２８に向かうようにして、積層して固着する。
【００４０】
この金属板２９の固着は、当該金属板２９の表面に予め形成した例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金等の接合用合金を加熱することによって行われる。
【００４１】
次いで、前記積層体における前記ガラス層３０を、図１１に示すように、例えば、ふっ酸によるエッチング処理にて除去することにより、その下側におけるｐ型半導体層２５を露出する。
【００４２】
このガラス層３０を除去したあとでは、前記ｎ型半導体層２３、発光層２４及びｐ型半導体層２５から成る積層体を、前記金属板２９にて支持する状態になる。
【００４３】
次いで、前記工程で露出した前記ｐ型半導体層２５の表面に、図１２に示すように、ｐ電極２６の複数個を、製品としての発光ダイオード素子３１における一辺の寸法に合わせたピッチ間隔、正確には、前記発光ダイオード素子３１における一辺の寸法Ｌに、後述するダイシングカッターＤにおける切削幅寸法Ｗを加えたピッチ間隔で形成する。
【００４４】
次いで、前記積層体を、図１３に示すように、当該積層体のうち前記各ｐ電極２６の間の部分を、切削幅寸法ＷのダイシングカッターＤにて切削することにより、複数個の発光ダイオード素子３１に分割する。
【００４５】
ここに製造された発光ダイオード素子３１は、図１３に示すように、その一辺の寸法Ｌの大きさであり、金属板２９の表面に、光の反射面２８を挟んでｎ型半導体層２３を、このｎ型半導体層２３の表面に紫外線の発光層２４を、この発光層２４の表面にｐ型半導体層２５を各々積層して形成し、更に、前記ｐ型半導体層２５の表面にｐ電極２６を設けて成る構成である。
【００４６】
この構成において、前記金属板２９が、ｎ電極になり、発光ダイオード素子３１の使用に際して、プリント回路基板における配線パターン又はリードフレーム等に対してダイボンディングされるとともに、放熱板として作用することにより、大電流化を図ることができる。
【００４７】
そして、前記発光層２４において発光した紫外線の総てが、前記金属板２９とｎ型半導体層２３との間における光反射面２８にて上向きに反射されることにより、紫外線の発光輝度を確実に向上することをできる。
【００４８】
この場合、前記光反射面２８は、前記ｎ型半導体層２３に接していることにより、この光反射面２８を、銀による光反射面に構成しても、この銀による光反射面にマイグレーションが発生することがなく、換言すると、前記光反射面２８を、光の反射率の高いに銀による光反射面にすることができるから、紫外線の発光輝度を大幅に向上できる。
【００４９】
また、前記ｐ電極２６には、発光ダイオード素子３１の使用に際して、ワイヤボンディングにおける金属線、又はリードフレーム等が接合されるが、このｐ電極２６を、透明体にて構成することが、発光輝度の向上を図る意味から好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】極く一般的な紫外線発光ダイオード素子を示す図である。
【図２】従来における発光ダイオード素子を製造方法を示すである。
【図３】本発明の製造方法において第１の工程を示す図である。
【図４】本発明の製造方法において第２の工程を示す図である。
【図５】本発明の製造方法において第３の工程を示す図である。
【図６】本発明の製造方法において第４の工程を示す図である。
【図７】本発明の製造方法において第５の工程を示す図である。
【図８】本発明の製造方法において第６の工程を示す図である。
【図９】本発明の製造方法において第７の工程を示す図である。
【図１０】本発明の製造方法において第８の工程を示す図である。
【図１１】本発明の製造方法において第９の工程を示す図である。
【図１２】本発明の製造方法において第１０の工程を示す図である。
【図１３】本発明の製造方法において第１１の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
２１                        透明基板
２２                        バッファ層
２３                        ｎ型半導体層
２４                        発光層
２５                        ｐ型半導体層
２６                        ｐ電極                                              ２９                        金属板                                              ２８                        光の反射面
３０                        ガラス層
３１                        発光ダイオード素子
【図１】
2005332877.tif 000003
【図２】
2005332877.tif 000004
【図３】
2005332877.tif 000005
【図４】
2005332877.tif 000006
【図５】
2005332877.tif 000007
【図６】
2005332877.tif 000008
【図７】
2005332877.tif 000009
【図８】
2005332877.tif 000010
【図９】
2005332877.tif 000011
【図１０】
2005332877.tif 000012
【図１１】
2005332877.tif 000013
【図１２】
2005332877.tif 000014
【図１３】
2005332877.tif 000015