(57)【要約】【課題】  バンプを位置及び形状において高精度で形成することができ、しかも大量生産することが可能な半導体発光素子形成用複合基板及びその製造方法、並びに半導体発光素子の製造方法を提供することにある。【解決手段】  発光素子単位が複数個、行列状に形成された発光素子側ウェハ２４と、発光素子側ウェハ２４の複数の発光素子２１に対応する複数のサブマウント部材２５が配置されてなるサブマウント部材側ウェハ２６を重ね合わせ接合してから分離する。発光素子側ウェハ２４には、平面状の金属層５の上にレジスト２３を形成して電気めっきを施すことにより形成された、形状精度や質に優れるバンプ６、７が形成されている。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性基板にＧａＮ系化合物半導体を成長させたウェハのほぼ全面に亘り、ｐ側電極及びｎ側電極を備えた複数の発光素子が配置されてなる発光素子側ウェハと、
前記発光素子側ウェハの前記複数の発光素子に対応する複数のサブマウント部材が配置されたサブマウント部材側ウェハとが前記ｐ側電極及びｎ側電極において電気めっきによって形成されたバンプを介して接合されることを特徴とする半導体発光素子形成用複合基板。
【請求項２】
前記光透過性基板は、サファイア基板である請求項１記載の半導体発光素子形成用複合基板。
【請求項３】
前記サブマウント部材側ウェハは、窒化アルミニウム基板に前記バンプが接合される電極が形成されたものである請求項１記載の半導体発光素子形成用複合基板。
【請求項４】
光透過性基板にＧａＮ系化合物半導体を成長させたウェハを形成する工程と、
前記ウェハにｐ側電極及びｎ側電極を備えた複数の発光素子を前記ウェハのほぼ全面に亘り行列状に形成する工程と、
前記ウェハのほぼ全面に亘り前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極と電気的に導通した平面状の金属層を形成する工程と、
前記金属層の上に電気めっきを施すことにより、前記ｐ側電極と電気的に導通したバンプ及び前記ｎ側電極と電気的に導通したバンプを形成して発光素子側ウェハを得る工程と、
前記発光素子側ウェハの前記複数の発光素子に対応する複数のサブマウント部材が形成されてなるサブマウント部材側ウェハを得る工程と、
前記発光素子側ウェハと前記サブマウント部材側ウェハとを前記ｐ側電極及びｎ側電極において前記バンプを介して接合する工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子形成用複合基板の製造方法。
【請求項５】
前記光透過性基板は、サファイア基板である請求項４記載の半導体発光素子形成用複合基板の製造方法。
【請求項６】
前記サブマウント部材側ウェハは、窒化アルミニウム基板に前記バンプが接合される電極が形成されたものである請求項４記載の半導体発光素子形成用複合基板の製造方法。
【請求項７】
光透過性基板にＧａＮ系化合物半導体を成長させたウェハを形成する工程と、
前記ウェハにｐ側電極及びｎ側電極を備えた複数の発光素子前記ウェハのほぼ全面に亘り行列状に形成する工程と、
前記ウェハのほぼ全面に亘り前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極と電気的に導通した平面状の金属層を形成する工程と、
前記金属層の上に電気めっきを施すことにより、前記ｐ側電極と電気的に導通したバンプ及び前記ｎ側電極と電気的に導通したバンプを形成して発光素子側ウェハを得る工程と、
前記発光素子側ウェハを前記発光素子単位に分離する工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記光透過性基板は、サファイア基板である請求項７記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
分離した前記発光素子単位をサブマウント部材に搭載する工程を含む請求項７記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記発光素子側ウェハと、前記発光素子側ウェハの複数の発光素子に対応する複数のサブマウント部材が配置されてなるサブマウント部材側ウェハを前記バンプを介して接合して半導体発光素子形成用複合基板を形成してから前記発光素子単位に分離する請求項７記載の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、半導体発光素子形成用複合基板及びその製造方法並びに半導体発光素子の製造方法に関し、フリップチップボンディング型半導体発光装置に適用される半導体発光素子の形成に好適な半導体発光素子形成用複合基板及びその製造方法並びに半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ及びＡｌＧａＩｎＮ等のＧａＮ系化合物半導体を利用した青色発光の半導体発光装置において、一般に絶縁性のサファイアを基板とし、この基板に積層したＧａＮ系化合物半導体の表面側にｐ側及びｎ側の電極を形成し、これらの電極をマイクロバンプを介してサブマウント部材に接合する、フリップチップ型のものが知られている。
【０００３】
図５は、フリップチップボンディング型半導体発光装置に使用される半導体発光素子の従来例を示す図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面説明図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ部における発光素子の底面説明図、（ｃ）はサブマウント部材の平面説明図である。半導体発光素子は、発光素子５０とサブマウント部材６０とをバンプ５４、５５を介して接合されることにより構成されている。
【０００４】
発光ダイオード５１は、ＧａＮ系化合物半導体を利用した高輝度の青色発光のもので、サファイアを素材とした基板（図示せず）の表面に、たとえばＧａＮのｎ型層，ＧａＮＩｎの活性層及びＧａＮのｐ型層を積層したものである。そして、従来周知のように、ｐ型層の一部をエッチングしてｎ型層を露出させ、この露出したｎ型層の表面にｎ側電極５２を形成し、ｐ型層の表面にはｐ側電極５３を形成し、ｎ側電極５２をサブマウント部材６０の電極６２に、ｐ側電極５３をサブマウント部材６０の電極６３にそれぞれバンプ５４、５５を介して接合している。
【０００５】
サブマウント部材６０は、窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ基板）６１に、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ（表面側）の３点からなる電極６２、６３を形成している。ＡｌＮ基板６１の底面には実装基板の電極に導通搭載される電極６４、６５を形成しており、電極６２と電極６４とはスルーホール６９を介して、また電極６３と電極６５とはスルーホール７０を介してそれぞれ電気的に導通させている。
【０００６】
サブマウント部材５０は、底面の電極６４、６５を実装基板（図示せず）の配線パターン上に導通搭載される。このような導通構造によって、電源側と発光素子５０とが導通し、通電によって活性層からの青色発光が得られる。そして、この活性層からの青色発光は透明のサファイアを利用した基板（図示せず）を透過して上方に放出される。また、サブマウント部材５０は、サファイア基板とは反対方向に向かう光を効率よく反射し、発光素子の効率向上に寄与している。
【０００７】
上記のようなフリップチップ型発光素子とサブマウント部材からなる半導体発光素子を実現するためには、バンプを電極上に位置及び形状において精度良く形成する必要がある。従来提案されているバンプの形成方法としては、キャピラリー（細管）の先端部分に金属ワイヤの先端部分を溶融させてボールを形成し、電極面にボールを固着させた後に電極面に略平行にキャピラリーの先端部分をボール上で摺動させることにより、ボールの高さを所定の高さに設定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、電極上にめっきによりマイクロバンプを形成する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１１８１３７号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載された方法によると、位置及び形状において精度の高いバンプの形成は困難である、また、大量生産が不可能である。特許文献２に記載された方法によると、めっきによる均一な厚さ、かつ良質のバンプを形成することが難しいという問題を有する。
【０００９】
従って、本発明の目的は、バンプを位置及び形状において高精度で形成することができ、しかも大量生産することが可能な半導体発光素子形成用複合基板及びその製造方法、並びに半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明は、光透過性基板にＧａＮ系化合物半導体を成長させたウェハのほぼ全面に亘り、ｐ側電極及びｎ側電極を備えた複数の発光素子が配置されてなる発光素子側ウェハと、前記発光素子側ウェハの前記複数の発光素子に対応する複数のサブマウント部材が配置されたサブマウント部材側ウェハとが前記ｐ側電極及びｎ側電極において電気めっきによって形成されたバンプを介して接合されることを特徴とする半導体発光素子形成用複合基板を提供する。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、光透過性基板にＧａＮ系化合物半導体を成長させたウェハを形成する工程と、前記ウェハにｐ側電極及びｎ側電極を備えた複数の発光素子を前記ウェハのほぼ全面に亘り行列状に形成する工程と、前記ウェハのほぼ全面に亘り前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極と電気的に導通した平面状の金属層を形成する工程と、前記金属層の上に電気めっきを施すことにより、前記ｐ側電極と電気的に導通したバンプ及び前記ｎ側電極と電気的に導通したバンプを形成して発光素子側ウェハを得る工程と、前記発光素子側ウェハの前記複数の発光素子に対応する複数のサブマウント部材が形成されてなるサブマウント部材側ウェハを得る工程と、前記発光素子側ウェハと前記サブマウント部材側ウェハとを前記ｐ側電極及びｎ側電極において前記バンプを介して接合する工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子形成用複合基板の製造方法を提供する。
【００１２】
さらに、上記の目的を達成するため、本発明は、光透過性基板にＧａＮ系化合物半導体を成長させたウェハを形成する工程と、前記ウェハにｐ側電極及びｎ側電極を備えた複数の発光素子前記ウェハのほぼ全面に亘り行列状に形成する工程と、前記ウェハのほぼ全面に亘り前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極と電気的に導通した平面状の金属層を形成する工程と、前記金属層の上に電気めっきを施すことにより、前記ｐ側電極と電気的に導通したバンプ及び前記ｎ側電極と電気的に導通したバンプを形成して発光素子側ウェハを得る工程と、前記発光素子側ウェハを前記発光素子単位に分離する工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光透過性基板にＧａＮ系化合物半導体を成長させたウェハのほぼ全面に亘り、ｐ側電極及びｎ側電極を備えた複数の発光素子からなる発光素子側ウェハを形成し、発光素子単位で切断するものであるため、発光素子の大量生産が可能となる。また、本発明は、ｐ側電極及びｎ側電極と電気的に導通した平面上の金属層を発光素子側ウェハのほぼ全面に形成し、この金属層の上に電気めっきを施してバンプを形成するため、位置および形状において高い寸法精度を有するバンプを形成することができる。
本発明において、光透過性基板としてサファイア基板すると、優れた光透過性を実現できると共に、ＧａＮ系化合物半導体を容易に成長させることが可能となる。また、サブマウント部材側ウェハを窒化アルミニウム基板を用いて形成すると、優れた光の反射効率を実現でき、発光素子の発光効率を向上できる。さらに、発光素子側ウェハとサブマント素子側ウェハを接合して半導体発光素子形成用複合基板を形成してから、発光素子単位にダイシングして分離すると、発光素子とサブマウント部材を一個ずつ接合する手間を省くことができ、より効率的な半導体発光素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明により得られる半導体発光素子の一実施の形態の説明図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面説明図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ部における発光素子の底面説明図、（ｃ）はサブマウント部材の平面説明図である。半導体発光素子は、発光素子１とサブマウント部材１０とをバンプ６、７を介して接合されることにより構成されているが、図５の従来例と異なる点は、バンプ６、７は金属層５を介してｎ側電極３及びｐ側電極４と接続されている点である。この金属層５が設けられていることにより、バンプ６、７を半導体素子側に電気めっきで一括して形成することができ、バンプ６、７の位置および形状を高い寸法精度とすることができる。
【００１６】
発光ダイオード２は、ＧａＮ系化合物半導体を利用した高輝度の青色発光のもので、サファイアを素材とした基板（図示せず）の表面に、たとえばＧａＮのｎ型層，ＧａＮＩｎの活性層及びＧａＮのｐ型層を積層したものである。そして、ｐ型層の一部をエッチングしてｎ型層を露出させ、この露出したｎ型層の表面にｎ側電極３を形成し、ｐ型層の表面にはｐ側電極４を形成している。
【００１７】
サブマウント部材１０は、窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ基板）１１に、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ（表面側）からなる電極１４、１５を形成している。ＡｌＮ基板１１の底面には実装基板の電極に導通搭載される電極１７、１８を形成しており、電極１４と電極１７とはスルーホール１９を介して、また電極１５と電極１８とはスルーホール２０を介してそれぞれ電気的に導通させている。
【００１８】
上記のような半導体発光素子の製造方法を図２〜図４に基づいて説明する。図２は、半導体発光素子の製造方法のフローチャートであり、図３は、図２の各工程の断面説明図、図４は、半導体発光素子の前駆体である半導体発光素子形成用複合基板の一実施の形態の説明図である。なお、図４において、（ａ）は発光素子側ウェハの平面説明図、（ｂ）はサブマウント部材側ウェハの平面説明図、（ｃ）は発光素子側ウェハとサブマウント部材側ウェハを接合した半導体発光素子形成用複合基板の説明図、（ｄ）は半導体発光素子形成用複合基板を分離して半導体発光素子を得る方法の説明図である。
【００１９】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、図２に示すように、（ａ）ＧａＮ系発光素子ウェハに電極形成、（ｂ）絶縁膜形成、（ｃ）全面金属層層形成、（ｄ）レジストパターニング、（ｅ）電気めっきによるバンプ形成、（ｆ）レジスト除去、（ｇ）金属層除去、そして（ｈ）サブマウント部材側ウェハとの接合、（ｉ）発光素子単位への分離、の各工程を含むものである。図２の各工程を図３及び図４に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
まず、サファイア基板（図示せず）の表面にＧａＮ系化合物半導体を成長させたウェハ２０に、ｎ側電極３とｐ側電極４を備えた発光素子単位２１を、複数個、ウェハ２０のほぼ全面に亘り行列状に形成し（図３（ａ）、図４（ａ））、これら電極３と４のバンプを形成する部分以外にＳｉＯ2膜を形成する（図２（ｂ）、図３（ｂ））。
【００２１】
次に、ウェハ２０のほぼ全面に亘りｎ側電極３及びｐ側電極４と電気的に導通した平面状の金属層５をＡｕ／Ｔｉ合金によって形成する（図２（ｃ））。金属層５は、蒸着やスパッタリング等により０．５乃至３μｍの厚さに形成する。
【００２２】
次に、金属層５の上にレジスト２３を形成し（図３（ｄ））、電気めっきを施すことにより、金属層５の上にバンプ６、７を形成する。電気めっきは、最初に４０℃の０．１Ｎ塩酸に１分間浸漬し、次に、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸と添加剤からなるｐＨ４．４に調整された５０℃のＮｉめっき水溶液に１５分投入して電解Ｎｉめっきを行う。このとき、ウエハの開口部（被めっき部）面積に対し、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、カーボン電極を対向電極にして行う。次に、シアン化金カリウム、りん酸水素二カリウム、添加剤からなるｐＨ６．５に調整された６５℃のＡｕめっき水溶液に４５分投入して電解Ａｕめっきを行う。このとき、ウエハの開口部（被めっき部）面積に対し、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、白金電極を対向電極にして行う（図３（ｅ））。
【００２３】
次に、レジスト２３を除去し（図３（ｆ））、さらに、表面に露出している部分の金属層５を除去することによりｎ側電極３と電気的に導通したバンプ６及びｐ側電極４と電気的に導通したバンプ７を有する発光素子単位２１が行列状に形成された発光素子側ウェハ２４が得られる（図３（ｇ）、図４（ａ））。本実施の形態では、電気めっきにより、厚さ０．５μｍのＮｉ下地の上に厚さ１０μｍのＡｕを有するバンプ６、７を形成した。
【００２４】
一方、図４（ｂ）に示すように、発光素子側ウェハ２４の発光素子単位２１に対応するサブマウント部材単位２５がＡｌＮ基板１１上に複数個、行列状に形成されてなるサブマウント部材側ウェハ２６を用意する。サブマウント部材側ウェハ２６は、図１からも明らかな通り、窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ基板）１１に、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ（表面側）の３層からなる電極１４、１５が行列状に形成されている。
【００２５】
次に、図４（ａ）に示す発光素子側ウェハ２４の上下を反転させ、図４（ｂ）に示すサブマウント部材側ウェハ２６と重ね合わせ、バンプ６を電極１４に、また、バンプ７を電極１５に接合させることにより、図４（ｃ）に示すような半導体発光素子形成用複合基板２７が得られる。そして、図４（ｄ）に示すように、半導体発光素子形成用複合基板２７を破線に沿ってダイシングすると発光素子単位２１に分離され、半導体発光素子が得られる。
【００２６】
上記した実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）平面状の金属層５の上にレジスト２３を形成して電気めっきを施すので、形状精度や質に優れるバンプ６、７を大量、かつ容易に形成することができる。また、電気めっきによって形成することにより、バンプ６、７の厚さを通電時間によって制御でき、所望の厚さのバンプ６、７が容易に得られる。
（２）発光素子単位が複数個、行列状に形成された発光素子側ウェハと、発光素子側ウェハの複数の発光素子に対応する複数のサブマウント部材が配置されてなるサブマウント部材側ウェハを重ね合わせ接合してから分離するので、発光素子側ウェハとサブマウント部材側ウェハとを一度位置決めするだけで精度良く接合でき、製造工程を簡潔化できる。このため、複数の半導体発光素子を一挙に製造することが可能となる。
（３）発光素子側ウェハの電極形成時に用いるフォトリソグラフィーのためのマスクと、サブマウント部材側ウェハの電極形成時に用いるフォトリソグラフィー用のマスクとを共用することが可能になるので、効率の良い半導体発光素子の製造を可能にするとともに製造コストを低減することができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態では、発光素子側ウェハとサブマウント部材側ウェハを重ね合わせ接合してから分離する方法を説明したが、本発明においては、発光素子側ウェハ単独を発光素子単位で分離してからサブマウント部材と接合することも可能である。
【００２８】
また、バンプの形成は発光素子側ウェハに限定されず、サブマウント部材側ウェハに対して行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明により得られる半導体発光素子の一実施の形態の説明図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面説明図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ部における発光素子の底面説明図、（ｃ）はサブマウント部材の平面説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法における各工程の断面説明図である。
【図４】半導体発光素子の前駆体である半導体発光素子形成用複合基板の説明図である。
【図５】フリップチップボンディング型半導体発光装置に使用される半導体発光素子の従来例を示す図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面説明図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ部における発光素子の底面説明図、（ｃ）はサブマウント部材の平面説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：発光素子
２：発光ダイオード
３：ｎ側電極
４：ｐ側電極
５：金属層
６、７：バンプ
１０：サブマウント部材
１１：ＡｌＮ基板
１２：Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕめっき
１３：Ａｕめっき
１４、１５：電極
１６：ＳｉＯ2膜
１７、１８：電極
１９、２０：スルーホール
２１：発光素子単位
２２：絶縁膜
２３：レジスト
２４：発光素子側ウェハ
２５：サブマント素子単位
２６：サブマウント部材側ウェハ
２７：半導体発光素子形成用複合基板
【図１】
2005079551.tif 000003
【図２】
2005079551.tif 000004
【図３】
2005079551.tif 000005
【図４】
2005079551.tif 000006
【図５】
2005079551.tif 000007