(57)【要約】  非結合性の非晶質フッ素樹脂の使用により光化学反応に起因する電気的特性の劣化及び非晶質フッ素樹脂の分解等を防止し、更に、当該非晶質フッ素樹脂の剥離を防止し、高品質、高信頼度の紫外線発光装置を提供する。窒化物半導体紫外線発光装置１は、基台３０と、基台３０上にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子と、窒化物半導体紫外線発光素子に直接接触して被覆する非晶質フッ素樹脂４０と、を備える。窒化物半導体紫外線発光素子は、サファイア基板１１と、サファイア基板１１の主面上に積層された複数のＡｌＧａＮ系半導体層１２と、ｎ電極１３と、ｐ電極１４と、を備える。非晶質フッ素樹脂４０の末端官能基はパーフルオロアルキル基であり、サファイア基板１１の側面に形成された凹部の内部に、非晶質フッ素樹脂４０が入り込んでいる。
2017208535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台上にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子と、
前記窒化物半導体紫外線発光素子に直接接触して被覆する非晶質フッ素樹脂と、を備えてなる紫外線発光装置であって、
前記窒化物半導体紫外線発光素子が、サファイア基板と、前記サファイア基板の主面上に積層された複数のＡｌＧａＮ系半導体層と、１または複数の金属層からなるｎ電極と、１または複数の金属層からなるｐ電極を備えてなり、
前記非晶質フッ素樹脂の末端官能基がパーフルオロアルキル基であり、
前記サファイア基板の側面に形成された凹部の内部に、前記非晶質フッ素樹脂が入り込んでいることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置。
【請求項２】
前記サファイア基板の側面に、前記凹部が断続的または連続的に連なってなる粗面帯が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
【請求項３】
前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面に平行な成分を有する方向に沿って延伸していることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
【請求項４】
前記サファイア基板の側面に、複数本の前記粗面帯が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
【請求項５】
前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面側に偏って分布していることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
【請求項６】
前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面の反対側に偏って分布していることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
【請求項７】
前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面に垂直な方向に対して均一に分布していることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
【請求項８】
前記サファイア基板の厚さをＸμｍとしたとき、前記サファイア基板の側面に形成される前記粗面帯の本数がＸ／２００本以上であることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
【請求項９】
前記サファイア基板の厚さをＸμｍとしたとき、前記サファイア基板の側面に形成される前記粗面帯の本数がＸ／１５０本以上であることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法であって、
前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光を前記サファイア基板の主面の反対側から入射させ、前記サファイア基板の内部で集光することで、前記サファイア基板の内部の切断予定面に損傷を与える第１工程と、
前記切断予定面で前記サファイア基板を切断することで、前記凹部が表出した前記サファイア基板の側面を得る第２工程と、
前記非晶質フッ素樹脂を所定の溶媒に溶解してなる塗工液を、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の各露出表面を被覆し、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の間隙部を充填するように塗布する第３工程と、
前記溶媒を蒸発させて、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の各露出表面を被覆し、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の間隙部を充填するとともに、前記サファイア基板の側面に形成された前記凹部の内部に入り込む前記非晶質フッ素樹脂の層を形成する第４工程と、
を有することを特徴とする窒化物半導体紫外線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、窒化物半導体紫外線発光装置に関し、特に、非晶質フッ素樹脂によって封止された発光中心波長が約３５０ｎｍ以下の発光を基板裏面側から取り出す裏面出射型の窒化物半導体紫外線発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザ等の窒化物半導体発光素子は、サファイア等の基板上にエピタキシャル成長により複数の窒化物半導体層からなる発光素子構造を形成したものが多数存在する（例えば、下記の非特許文献１、非特許文献２参照）。窒化物半導体層は、一般式Ａｌ１−ｘ−ｙＧａｘＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される。【０００３】
発光素子構造は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ）或いは多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ）の窒化物半導体層よりなる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。活性層がＡｌＧａＮ系半導体層の場合、ＡｌＮモル分率（Ａｌ組成比とも言う）を調整することにより、バンドギャップエネルギを、ＧａＮとＡｌＮが取り得るバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶと約６．２ｅＶ）を夫々下限及び上限とする範囲内で調整でき、発光波長が約２００ｎｍから約３６５ｎｍまでの紫外線発光素子が得られる。具体的には、ｐ型窒化物半導体層からｎ型窒化物半導体層に向けて順方向電流を流すことで、活性層において上記バンドギャップエネルギに応じた発光が生じる。【０００４】
一方、窒化物半導体紫外線発光素子の実装形態として、フリップチップ実装が一般的に採用されている（例えば、下記特許文献１の図４等参照）。フリップチップ実装では、活性層からの発光が、活性層よりバンドギャップエネルギの大きいＡｌＧａＮ系窒化物半導体及びサファイア基板等を透過して、素子外に取り出される。このため、フリップチップ実装では、サファイア基板が上向きになり、チップ上面側に向けて形成されたｐ側及びｎ側の各電極面が下向きになり、チップ側の各電極面とサブマウント等のパッケージ部品側の電極パッドとが、各電極面上に形成された金属バンプを介して、電気的及び物理的に接合される。【０００５】
窒化物半導体紫外線発光素子は、一般的に、下記特許文献２の図４，６及び７等、或いは、下記特許文献３の図２，４及び６等に開示されているように、フッ素系樹脂或いはシリコーン樹脂等の紫外線透過性の樹脂によって封止されて実用に供される。当該封止樹脂は、内部の紫外線発光素子を外部雰囲気から保護して、水分の浸入や酸化等による発光素子の劣化を防いでいる。更に、当該封止樹脂は、集光レンズと紫外線発光素子との間の屈折率差、或いは、紫外線の照射対象空間と紫外線発光素子との間の屈折率差に起因する光の反射損失を緩和して、光の取り出し効率の向上を図るための屈折率差緩和材料として設けられる場合もある。また、当該封止樹脂の表面を球面等の集光性曲面に成形して、照射効率を高めることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１７８２８８号
【特許文献２】特開２００７−３１１７０７号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／０１３８４４３号明細書
【特許文献４】特開２００６−３４８０８８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｋｅｎｔａｒｏ  Ｎａｇａｍａｔｓｕ，ｅｔａｌ．，“Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ＡｌＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ＵＶ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ  ｏｎ  ｌａｔｅｒａｌｌｙ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｎ  ＡｌＮ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，２００８，３１０，ｐｐ．２３２６−２３２９
【非特許文献２】Ｓｈｉｇｅａｋｉ  Ｓｕｍｉｙａ，ｅｔａｌ．，“ＡｌＧａＮ−Ｂａｓｅｄ  Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ  Ｇｒｏｗｎ  ｏｎ  Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ＡｌＮ／Ｓａｐｐｈｉｒｅ  Ｔｅｍｐｌａｔｅｓ”，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４７，  Ｎｏ．１，  ２００８，ｐｐ．４３−４６
【非特許文献３】Ｋｉｈｏ  Ｙａｍａｄａ，ｅｔａｌ．，“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｕｎｄｅｒｆｉｌｌｉｎｇ  ａｎｄ  ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｄｅｅｐ−ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ＬＥＤｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，８，０１２１０１，２０１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、紫外線発光素子の封止樹脂として、フッ素系樹脂及びシリコーン樹脂等の使用が提案されているが、シリコーン樹脂は、高エネルギの紫外線を多量に被曝すると劣化が進むことが分かっている。特に、紫外線発光素子の低波長化並びに高出力化が進められており、紫外線被曝による劣化が加速される傾向にあり、また、高出力化に伴う消費電力の増加により発熱も増加して、当該発熱による封止樹脂の劣化も問題となる。【０００９】
また、フッ素系樹脂は、耐熱性に優れ、紫外線耐性も高いことが知られているが、ポリテトラフルオロエチレン等の一般的なフッ素樹脂は、不透明である。当該フッ素系樹脂は、ポリマー鎖が直線的で剛直であり、容易に結晶化するため、結晶質部分と非晶質部分が混在し、その界面で光が散乱して不透明となる。【００１０】
そこで、例えば、上記特許文献４では、紫外線発光素子の封止樹脂として、非晶質のフッ素樹脂を使用することで、紫外線に対する透明性を高めることが提案されている。非晶質のフッ素樹脂としては、結晶性ポリマーのフッ素樹脂を共重合化してポリマーアロイとして非晶質化させたものや、パーフルオロジオキソールの共重合体（デュポン社製の商品名テフロンＡＦ（登録商標））やパーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体（旭硝子社製の商品名サイトップ（登録商標））が挙げられる。後者の環化重合体のフッ素樹脂は、主鎖に環状構造を持つため非晶質となり易く、透明性が高い。【００１１】
非晶質フッ素樹脂は、大別して、カルボキシル基等の金属に対して結合可能な反応性官能基を有する結合性の非晶質フッ素樹脂と、パーフルオロアルキル基等の金属に対して難結合性の官能基を有する非結合性の非晶質フッ素樹脂の２種類がある。ＬＥＤチップを搭載する基台表面及びＬＥＤチップを覆う部分に、結合性の非晶質フッ素樹脂を用いて、基台等とフッ素樹脂間の結合性を高めることができる。尚、本発明において、「結合性」という用語は、金属等の界面と親和性を有するという意味内容を含む。同様に、「非結合性」という用語は、金属等の界面と親和性を有しないまたは当該親和性が極めて小さいという意味内容を含む。【００１２】
一方、上記特許文献１及び上記非特許文献３では、末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性官能基を有する結合性の非晶質フッ素樹脂を、発光中心波長が３００ｎｍ以下の深紫外線を発光する窒化物半導体紫外線発光素子のパッド電極を被覆する箇所に使用した場合に、紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極に夫々接続する金属電極配線間に順方向電圧を印加して紫外線発光動作を行うと、紫外線発光素子の電気的特性に劣化の生じることが報告されている。具体的には、紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極間に抵抗性のリーク電流経路が形成されることが確認されている。上記特許文献１によれば、非晶質フッ素樹脂が、結合性の非晶質フッ素樹脂であると、高エネルギの深紫外線が照射された当該結合性の非晶質フッ素樹脂において、光化学反応により反応性の末端官能基が分離してラジカル化し、パッド電極を構成する金属原子と配位結合を起こして、当該金属原子がパッド電極から分離すると考えられ、更に、発光動作中はパッド電極間に電界が印加される結果、当該金属原子がマイグレーションを起こして、抵抗性のリーク電流経路が形成され、紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極間が短絡するものと考えられている。【００１３】
更に、上記非特許文献３では、結合性の非晶質フッ素樹脂を使用した場合に、深紫外線の発光動作によるストレスを継続して印加すると、当該非晶質フッ素樹脂の光化学反応による分解が生じ、基台側の金属電極配線を被覆する非晶質フッ素樹脂と当該金属電極配線の間に気泡が生じることが報告されている。【００１４】
上記特許文献１及び上記非特許文献３では、深紫外線を発光する窒化物半導体紫外線発光素子に対して、光化学反応に起因する上述の紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極間の短絡、及び、非晶質フッ素樹脂と金属電極配線間の気泡発生を回避するために、上記非結合性フッ素樹脂の使用が推奨されている。【００１５】
しかしながら、上記非結合性の非晶質フッ素樹脂は、上述の通り、金属に対して難結合性を呈するが、フリップチップ実装時に非結合性の非晶質フッ素樹脂と直接接するサファイア基板の裏面及び側面に対しても難結合性を呈する。つまり、非結合性の非晶質フッ素樹脂とサファイア基板の裏面及び側面との界面におけるファンデルワース力による結合が弱いため、何らかの要因で、当該界面に当該ファンデルワース力より大きな斥力が生じると、非晶質フッ素樹脂の一部がサファイア基板の裏面または側面から剥離して、当該剥離部分に空隙が生じる可能性が否定できない。万が一、サファイア基板の裏面または側面に上記空隙が生じて、空気等の低屈折率のガスが浸入すると、サファイア基板から非晶質フッ素樹脂側への紫外線の透過が阻害され、紫外線の素子外部への取り出し効率が低下する虞がある。【００１６】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非結合性の非晶質フッ素樹脂の使用により光化学反応に起因する電気的特性の劣化及び非晶質フッ素樹脂の分解等を防止し、更に、当該非晶質フッ素樹脂の剥離を防止し、高品質、高信頼度の紫外線発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、基台と、前記基台上にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子と、前記窒化物半導体紫外線発光素子に直接接触して被覆する非晶質フッ素樹脂と、を備えてなる紫外線発光装置であって、前記窒化物半導体紫外線発光素子が、サファイア基板と、前記サファイア基板の主面上に積層された複数のＡｌＧａＮ系半導体層と、１または複数の金属層からなるｎ電極と、１または複数の金属層からなるｐ電極を備えてなり、前記非晶質フッ素樹脂の末端官能基がパーフルオロアルキル基であり、前記サファイア基板の側面に形成された凹部の内部に、前記非晶質フッ素樹脂が入り込んでいることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置を提供する。【００１８】
尚、本発明では、ＡｌＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘはＡｌＮモル分率、０≦ｘ≦１）で表わされる３元（または２元）加工物を基本とし、そのバンドギャップエネルギがＧａＮ（ｘ＝０）のバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶ）以上の３族窒化物半導体であり、当該バンドギャップエネルギに関する条件を満たす限りにおいて、微量のＩｎが含有されている場合も含まれる。【００１９】
上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置では、先ず、窒化物半導体紫外線発光素子を封止する樹脂として末端官能基がパーフルオロアルキル基である非結合性の非晶質フッ素樹脂が使用されるため、上述の紫外線発光動作に伴う結合性の非晶質フッ素樹脂を使用した場合の光化学反応に起因する電気的特性の劣化及び非晶質フッ素樹脂の分解等の発生が防止できる。【００２０】
また、当該窒化物半導体紫外線発光装置では、サファイア基板の側面に形成した凹部の内部に非晶質フッ素樹脂が入り込むため、アンカー効果によってサファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を向上させて剥離を防止することができる。そして、サファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を高めて剥離を防止することで、併せてサファイア基板の裏面と非晶質フッ素樹脂との剥離も防止することができる。従って、フリップチップ実装した窒化物半導体紫外線発光素子における光（紫外線）の出射面であるサファイア基板の側面及び裏面での非晶質フッ素樹脂の剥離を防止することによって、光の取出し効率を向上させることができる。【００２１】
更に、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記サファイア基板の側面に、前記凹部が断続的または連続的に連なってなる粗面帯が形成されていることが好ましい。当該好適な態様により、粗面帯においてサファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を集中的に向上させることで、非晶質フッ素樹脂の剥離を効果的に防止することが可能になる。【００２２】
更に、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面に平行な成分を有する方向に沿って延伸していることが好ましい。当該好適な態様により、一般的なステルスダイシング（登録商標、以下略。）を行う場合に形成される粗面帯を利用して、サファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を向上させることが可能になる。尚、ステルスダイシングとは、基板を透過する波長のレーザ光を基板内部で集光させることで切断予定面に損傷を与えた上でウェハを切断するという手法であり、基板の主面に平行な成分を有する方向に沿って延伸する領域に損傷を与えることで、ウェハを基板の主面に平行な方向に沿って容易に切断することができる。【００２３】
更に、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記サファイア基板の側面に、複数本の前記粗面帯が形成されていることが好ましい。当該好適な態様により、粗面帯の本数を２本、３本と増やすことで、サファイア基板の側面に形成した凹部の内部に非晶質フッ素樹脂が入り込む場所を２倍、３倍と増やすことができるため、サファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を向上させることができる。【００２４】
尚、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面側に偏って分布していても良い。当該態様では、ＡｌＧａＮ系半導体層が形成されるサファイア基板の主面における切断位置の精度を高めることでＡｌＧａＮ系半導体層の割れまたは欠け（チッピング不良）を抑制するステルスダイシングを行う場合に形成される粗面帯を利用して、サファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を向上させることが可能になる。【００２５】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面の反対側に偏って分布していても良い。当該態様では、集光させたレーザ光の熱がサファイア基板の主面に形成されているＡｌＧａＮ系半導体層に影響を与え難いステルスダイシングを行う場合に形成される粗面帯を利用して、サファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を向上させることが可能になる。【００２６】
更に、当該態様では、サファイア基板の主面の反対側（即ち、裏面側）に粗面帯が偏って分布しており、サファイア基板の裏面付近において強力なアンカー効果を発揮させることができる。そのため、フリップチップ実装した窒化物半導体紫外線発光素子における光（紫外線）の主たる出射面であるサファイア基板の裏面における非晶質フッ素樹脂の剥離を効果的に防止することができる。【００２７】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面に垂直な方向に対して均一に分布していても良い。当該態様では、サファイア基板の主面に垂直な方向に対してウェハを均一に切断可能なステルスダイシングを行う場合に形成される粗面帯を利用して、サファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を向上させることが可能になる。【００２８】
更に、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記サファイア基板の厚さをＸμｍとしたとき、前記サファイア基板の側面に形成される前記粗面帯の本数がＸ／２００本以上であることが好ましい。当該好適な態様により、ある程度確実に切断予定面に沿ってウェハをステルスダイシングによって切断するために必要な密度で形成されている粗面帯を利用して、サファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を向上させることが可能になる。【００２９】
更に、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置は、前記サファイア基板の厚さをＸμｍとしたとき、前記サファイア基板の側面に形成される前記粗面帯の本数がＸ／１５０本以上であることが好ましい。当該好適な態様により、チッピング不良などの不良の発生率が１％よりも低い極めて良好なステルスダイシングを行うために必要な密度で形成されている粗面帯を利用して、サファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を向上させることが可能になる。【００３０】
更に、本発明は、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法であって、前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光を前記サファイア基板の主面の反対側から入射させ、前記サファイア基板の内部で集光することで、前記サファイア基板の内部の切断予定面に損傷を与える第１工程と、前記切断予定面で前記サファイア基板を切断することで、前記凹部が表出した前記サファイア基板の側面を得る第２工程と、前記非晶質フッ素樹脂を所定の溶媒に溶解してなる塗工液を、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の各露出表面を被覆し、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の間隙部を充填するように塗布する第３工程と、前記溶媒を蒸発させて、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の各露出表面を被覆し、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の間隙部を充填するとともに、前記サファイア基板の側面に形成された前記凹部の内部に入り込む前記非晶質フッ素樹脂の層を形成する第４工程と、を有することを特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法を提供する。【００３１】
上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法によれば、ステルスダイシングを行うことでサファイア基板の側面に生じた凹部の内部に非晶質フッ素樹脂を入り込ませ、アンカー効果によってサファイア基板の側面と非晶質フッ素樹脂との密着性及び結合力を向上させて剥離を防止した窒化物半導体紫外線発光装置が製造される。従って、サファイア基板の側面に凹部を形成する工程を別途必要とすることなく、チップの量産に必要なウェハのダイシングをステルスダイシングで行うだけで、非晶質フッ素樹脂の剥離を防止した窒化物半導体紫外線発光装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００３２】
上記特徴の窒化物半導体紫外線発光装置によれば、非結合性の非晶質フッ素樹脂の使用により光化学反応に起因する電気的特性の劣化及び非晶質フッ素樹脂の分解等を防止し、更に、当該非晶質フッ素樹脂の剥離を防止し、高品質、高信頼度の紫外線発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る窒化物半導体紫外線発光素子の一実施形態における素子構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示した窒化物半導体紫外線発光素子をｐ電極及びｎ電極側から見た場合の形状を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置の一実施形態における断面構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】図３に示した窒化物半導体紫外線発光装置における基板及び封止樹脂の接触部分を拡大して模式的に示す断面図である。
【図５】図３に示した窒化物半導体紫外線発光装置で使用されるサブマウントの平面視形状と断面形状を模式的に示す平面図と断面図である。
【図６】基板の側面を模式的に示す平面図である。
【図７】図６に示した基板の側面の一部（粗面帯付近）を示す写真である。
【図８】ダイシング工程前のウェハの形状を模式的に示す平面図である。
【図９】本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法の一例を模式的に示す工程断面図である。
【図１０】図９（Ｂ）に示す断面に対して垂直な断面を模式的に示す工程断面図である。
【図１１】本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法の一例を模式的に示す工程断面図である。
【図１２】基板の側面に形成される凹部及び粗面帯の変形例を模式的に示す平面図である。
【図１３】基板の側面に形成される凹部及び粗面帯の変形例を模式的に示す平面図である。
【図１４】基板の側面に形成される凹部の変形例を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置及びその製造方法の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。尚、以下の説明で使用する図面では、説明の理解の容易のために、要部を強調して発明内容を模式的に示しているため、各部の寸法比は必ずしも実際の素子及び使用する部品と同じ寸法比とはなっていない。以下、適宜、本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置を「本発光装置」、その製造方法を「本製造方法」、本発光装置に使用される窒化物半導体紫外線発光素子を「本発光素子」と、夫々称する。更に、以下の説明では、本発光素子が発光ダイオードの場合を想定する。
【００３５】
［本発光素子の素子構造の一例］
先ず、本発光素子１０の素子構造について説明する。図１は、本発明に係る窒化物半導体紫外線発光素子の一実施形態における素子構造の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本発光素子１０の基本的な素子構造は、サファイア基板１１の主面１１１上に、複数のＡｌＧａＮ系半導体層からなる半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４を備えて構成される。
【００３６】
半導体積層部１２は、一例として、サファイア基板１１側から順番に、ＡｌＮ層２０、ＡｌＧａＮ層２１、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型ＡｌＧａＮの電子ブロック層２４、ｐ型ＡｌＧａＮのｐ型クラッド層２５、ｐ型ＧａＮのｐ型コンタクト層２６を積層して構成される。ｎ型クラッド層２２からｐ型コンタクト層２６により発光ダイオード構造が形成される。サファイア基板１１とＡｌＮ層２０とＡｌＧａＮ層２１は、その上に発光ダイオード構造を形成するためにテンプレートとして機能する。ｎ型クラッド層２２より上部の活性層２３、電子ブロック層２４、ｐ型クラッド層２５、及び、ｐ型コンタクト層２６の一部が、ｎ型クラッド層２２の一部表面が露出するまで反応性イオンエッチング等により除去されている。当該除去後のｎ型クラッド層２２の露出面より上部の活性層２３からｐ型コンタクト層２６まで半導体層を、便宜的に、「メサ部分」と称する。活性層２３は、一例として、ｎ型ＡｌＧａＮのバリア層とＡｌＧａＮまたはＧａＮの井戸層からなる単層の量子井戸構造となっている。活性層２３は、下側層と上側層にＡｌＮモル分率の大きいｎ型及びｐ型ＡｌＧａＮ層で挟持されるダブルヘテロジャンクション構造であれば良く、また、上記単層の量子井戸構造を多層化した多重量子井戸構造であっても良い。
【００３７】
各ＡｌＧａＮ層は、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、或いは、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法等の周知のエピタキシャル成長法により形成されており、ｎ型層のドナー不純物として例えばＳｉを使用し、ｐ型層のアクセプタ不純物として例えばＭｇを使用する。
【００３８】
ｎ型クラッド層２２の露出した表面に、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕのｎ電極１３が、ｐ型コンタクト層２６の表面に、例えば、Ｎｉ／Ａｕのｐ電極１４が、形成されている。尚、ｎ電極１３及びｐ電極１４を構成する金属層の層数、材質は、上記例示した層数、材質に限定されるものではない。
【００３９】
図２は、図１に示した本発光素子１０をｐ電極１４及びｎ電極１３側から見た場合の形状を模式的に示す平面図である。図２に示すように、本実施形態では、本発光素子１０の平面視の形状が正方形であり、上面にｐ電極１４が形成されているメサ部分が中央に位置し、上面にｎ電極１３が形成されているｎ型クラッド層２２の露出面が当該メサ部分を取り囲んでいる構成例を想定する。尚、本発光素子１０の平面視の形状、メサ部分の平面視の形状、ｎ電極１３及びｐ電極１４の形状及び形成位置は、図２に例示した形状及び形成位置に限定されるものではない。
【００４０】
詳細は以下の［本発光装置の構成の一例］において説明するが、本発光素子１０を備える本発光装置は、サファイア基板１１の側面に凹部が形成されているとともに、封止樹脂である非晶質フッ素樹脂が当該凹部の内部に入り込んでいる点が特徴である。そのため、サファイア基板１１の主面１１１側に形成される半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４は、上記に例示した構成及び構造に限定されるものではなく、種々の公知の構成及び構造を採用し得る。また、本発光素子１０は、半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４以外の構成要素、例えば、絶縁性の保護膜等を備えていても良い、よって、各ＡｌＧａＮ層２０〜２６、各電極１３，１４の膜厚等の詳細な説明は割愛する。但し、各ＡｌＧａＮ層２１〜２５のＡｌＮモル分率は、本発光素子１０の発光中心波長が約３５０ｎｍ以下となり、サファイア基板１１を通過して出射されるように適切に設定される。
【００４１】
［本発光装置の構成の一例］
次に、フリップチップ実装用の基台であるサブマウント３０に、本発光素子１０をフリップチップ実装方法により載置してなる本発光装置１について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、本発光装置１の一構成例の概略の断面構造を模式的に示す断面図である。図４は、図３に示した本発光装置１の基板１１及び封止樹脂４０の接触部分を拡大して模式的に示す断面図である。図３及び図４において、本発光素子１０は、サファイア基板１１の主面１１１側を下向き、主面１１１と反対側の面である裏面１１２側を上向きにして図示されている。図３及び図４を参照した以下の説明では、上方向は、サブマウント３０の載置面を基準として本発光素子１０の方向である。
【００４２】
図５は、サブマウント３０の平面視形状を示す平面図（Ａ）と、当該平面図（Ａ）におけるサブマウント３０の中心を通過するサブマウント３０の表面に垂直な断面での断面形状を示す断面図（Ｂ）である。サブマウント３０の一辺の長さは、本発光素子１０を搭載して、その周囲に封止樹脂を形成できる余裕があれば、特定の値に限定されるものではない。一例として、平面視正方形のサブマウント３０の一辺の長さは、例えば、搭載する同じく平面視正方形の本発光素子１０のチップサイズ（一辺の長さ）の１．５〜２倍程度以上が好ましい。尚、サブマウント３０の平面視形状は正方形に限定されるものではない。
【００４３】
サブマウント３０は、絶縁性セラミックス等の絶縁材料からなる平板状の基材３１を備え、基材３１の表面側に、アノード側の第１金属電極配線３２とカソード側の第２金属電極配線３３が夫々形成されてなり、基材３１の裏面側にリード端子３４，３５が形成されている。基材３１の表面側の第１及び第２金属電極配線３２，３３は、上記基材３１に設けられた貫通電極（図示せず）を介して、基材３１の裏面側のリード端子３４，３５と、各別に接続している。サブマウント３０を別の配線基板等の上に載置する場合に、当該配線基板上の金属配線とリード端子３４，３５との間で電気的な接続が形成される。また、リード端子３４，３５は、基材３１の裏面の略全面を覆い、ヒートシンカーの機能を果たしている。
【００４４】
第１及び第２金属電極配線３２，３３は、図５に示すように、基材３１の中央部分の本発光素子１０が搭載される箇所及びその周囲に形成され、互いに離間して配置され、電気的に分離している。第１金属電極配線３２は、第１電極パッド３２０とそれに接続する第１配線部３２１で構成される。また、第２金属電極配線３３は、４つの第２電極パッド３３０とそれらに接続する第２配線部３３１で構成される。第１電極パッド３２０は、本発光素子１０のｐ電極１４の平面視形状より僅かに大きい平面視形状を有し、基材３１の中央部分の中心に位置している。第２電極パッド３３０の平面視形状、個数、及び配置は、本発光素子１０のｐ電極１４が第１電極パッド３２０と対面するように本発光素子１０を配置した場合に、ｎ電極１３が第２電極パッド３３０と夫々対面するように設定されている。図５（Ａ）において、第１電極パッド３２０と第２電極パッド３３０に夫々ハッチングを付している。尚、第１及び第２金属電極配線３２，３３の平面視形状は、図５（Ａ）に示す形状に限定されるものではなく、ｐ電極１４が第１電極パッド３２０と対面し、ｎ電極１３が第２電極パッド３３０と対面できる平面視形状であれば、種々の変形が可能である。
【００４５】
本実施形態では、サブマウント３０の基材３１は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の紫外線被曝によって劣化しない絶縁材料で形成される。尚、基材３１は、放熱性の点でＡｌＮが好ましいが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、または、窒化ホウ素（ＢＮ）であっても良く、また、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスであっても良い。また、基材３１は、上記絶縁材料の無垢材に限らず、シリカガラスをバインダーとして上記絶縁材料の粒子を密に結合させた焼結体でも良く、更に、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜、工業用ダイヤモンド薄膜等でも良い。
【００４６】
尚、サブマウント３０が、基材３１の裏面側にリード端子３４，３５を設けない構成の場合、基材３１は、絶縁材料だけで構成するのではなく、金属膜（例えば、Ｃｕ、Ａｌ等）と上述の絶縁材料からなる絶縁層の積層構造としても良い。
【００４７】
第１及び第２金属電極配線３２，３３は、一例として、銅の厚膜メッキ膜と、当該厚膜メッキ膜の表面（上面及び側壁面）を被覆する１層または多層の表面金属膜で構成される。当該表面金属膜の最外層は、厚膜メッキ膜を構成する銅よりイオン化傾向の小さい金属（例えば、金（Ａｕ）または白金族金属（Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ、または、これらの内の２以上の合金）または金と白金族金属の合金）で構成される。
【００４８】
本発光素子１０は、ｎ電極１３とｐ電極１４を下向きにして、ｐ電極１４と第１電極パッド３２０、４つのｎ電極１３と４つの第２電極パッド３３０が、夫々対向して金バンプ等（ボンディング材料）を介して電気的及び物理的に接続して、基材３１の中央部分上に載置され固定されている。図３に示すように、サブマウント３０上に実装された本発光素子１０は、封止樹脂４０によって封止されている。具体的には、本発光素子１０の上面と側面（基板１１の裏面１１２及び側面、半導体積層部１２の側面、ｎ電極１３及びｐ電極１４の側面）、及び、サブマウント３０の上面（第１及び第２金属電極配線３２，３３の上面及び側面、第１及び第２金属電極配線３２，３３間に露出した基材３１の表面）に封止樹脂４０が直接接触してこれらを被覆し、更に、サブマウント３０と本発光素子１０の間の間隙部に封止樹脂４０が充填されている。
【００４９】
本発光装置１では、図４に示すように、基板１１の側面に形成された凹部５０の内部に封止樹脂４０が入り込んでいる。これにより、アンカー効果によって基板１１の側面と封止樹脂４０との密着性及び結合力を向上させて剥離を防止することができる。そして、基板１１の側面と封止樹脂４０との密着性及び結合力を高めて剥離を防止することで、併せて基板１１の裏面１１２と封止樹脂４０との剥離も防止することができる。従って、フリップチップ実装した本発光素子１０における光（紫外線）の出射面である基板１１の側面及び裏面１１２での封止樹脂４０の剥離を防止することによって、光の取出し効率を向上させることができる。
【００５０】
本実施形態では、図３に示すように、一例として、封止樹脂４０の上面は、封止樹脂４０と同じフッ素樹脂製の集光性のレンズ４１で覆われている。また、レンズ４１は、フッ素樹脂製に限らず、本発光素子１０の発光波長に適合した紫外線透過性を有する他の材料であっても良く、好ましくは、封止樹脂４０との屈折率差が小さいものが良いが、例えば、石英ガラス製でも使用できなくはない。レンズ４１は、集光性レンズ以外に、使用目的に応じて光を拡散させるレンズであっても良く、また、必ずしも設ける必要はない。
【００５１】
本実施形態では、封止樹脂４０として、耐熱性、紫外線耐性、及び、紫外線透過性に優れた非結合性の非晶質フッ素樹脂を使用する。上述のように、非晶質のフッ素樹脂としては、結晶性ポリマーのフッ素樹脂を共重合化してポリマーアロイとして非晶質化させたものや、パーフルオロジオキソールの共重合体（デュポン社製の商品名テフロンＡＦ（登録商標））やパーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体（旭硝子社製の商品名サイトップ（登録商標））が挙げられるが、本実施形態では、一例として、重合体または共重合体を構成する構造単位が含フッ素脂肪族環構造を有し、末端官能基がＣＦ３等のパーフルオロアルキル基である非結合性の非晶質フッ素樹脂を使用する。パーフルオロアルキル基は、金属等に対して難結合性を呈する。つまり、非結合性の非晶質フッ素樹脂は、金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基を有していない。一方、結合性の非晶質フッ素樹脂は、重合体または共重合体を構成する構造単位が、同じ含フッ素脂肪族環構造を有していても、末端官能基として、金属に対して結合可能な反応性官能基を有する点で、非結合性の非晶質フッ素樹脂と相違する。当該反応性の官能基は、一例として、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）またはエステル基（ＣＯＯＲ）である。但し、Ｒはアルキル基を表す。
【００５２】
また、含フッ素脂肪族環構造を有する構造単位としては、環状含フッ素単量体に基づく単位（以下、「単位Ａ」）、または、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位（以下、「単位Ｂ」）が好ましい。尚、非晶質フッ素樹脂の組成及び構造は、本願発明の本旨ではないため、当該単位Ａ及び単位Ｂに関する詳細な説明は割愛するが、当該単位Ａ及び単位Ｂに関しては、本願と同じ出願人による特許文献１の段落［００３１］〜［００６２］に詳細に説明されているので、参照されたい。
【００５３】
非結合性の非晶質フッ素樹脂の市販品の一例として、サイトップ（旭硝子社製）等が挙げられる。尚、末端官能基がＣＦ３であるサイトップは、下記の化１に示す上記単位Ｂの重合体である。
【００５４】
【化１】
2017208535.tif 000003
【００５５】
本発光装置１では、このような非結合性の非晶質フッ素樹脂が、基板１１の側面に形成した凹部５０の内部に入り込む。これにより、上述のように、アンカー効果によって基板１１の側面と封止樹脂４０との密着性及び結合力が向上することで、剥離が防止される。そして、基板１１の側面と封止樹脂４０との密着性及び結合力が高められて剥離が防止されることで、併せて基板１１の裏面１１２と封止樹脂４０との剥離も防止される。
【００５６】
以上の通り、本発光装置１では、非結合性の非晶質フッ素樹脂を封止樹脂４０として使用することで、光化学反応に起因する電気的特性の劣化及び非晶質フッ素樹脂の分解等を防止することができる。そして、基板１１の側面に形成した凹部５０の内部に封止樹脂４０が入り込むことで得られるアンカー効果によって、非結合性の非晶質フッ素樹脂を使用する場合に問題となる、基板１１の裏面１１２及び側面からの非晶質フッ素樹脂の剥離を防止することができるため、紫外線の素子外部への取り出し効率の低下を防止することができる。
【００５７】
［基板側面に形成される凹部の一例］
次に、本発光装置１における基板１１の側面に形成される凹部について、図面を参照して説明する。図６は、基板１１の側面を模式的に示す平面図である。図７は、図６に示した基板１１の側面の一部（粗面帯５１ａ，５１ｂ付近）を示す写真である。尚、図６及び図７の上下方向は、図３及び図４の上下方向と同じである。
【００５８】
図６（Ａ）及び（Ｂ）は、異なる２種類の凹部５０ａ，５０ｂを示したものである。図６（Ａ）は、基板１１の側面に形成された複数の凹部５０ａが断続的に連なって粗面帯５１ａを形成（換言すると、隣接する凹部５０ａが離間した状態で一列に並ぶことで粗面帯５１ａを形成）しており、基板１１の側面に４本の粗面帯５１ａが形成されている場合を例示している。また、図６（Ｂ）は、基板１１の側面に形成された複数の凹部５０ｂが連続的に連なって粗面帯５１ｂを形成（換言すると、隣接する凹部５０ｂの端部が結合した状態で一列に並ぶことで粗面帯５１ｂを形成）しており、基板１１の側面に４本の粗面帯５１ｂが形成されている場合を例示している。尚、図６（Ａ）及び（Ｂ）に例示する粗面帯５１ａ，５１ｂは、隣接する凹部５０ａ，５０ｂの間隔が異なるだけであるとも言い得る。
【００５９】
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す粗面帯５１ｃ，５１ｄは、図６（Ａ）の粗面帯５１ａと同様に、凹部５０ｃ，５０ｄが断続的に連なってなるものである。但し、図７（Ｂ）の凹部５０ｄは、図７（Ａ）の凹部５０ｃよりも細く、図７（Ａ）の凹部５０ｃよりも隣接する間隔が狭くなっている。また、図７（Ｃ）に示す粗面帯５１ｅは、図６（Ｂ）の粗面帯５１ｂと同様に、凹部５０ｅが連続的に連なってなるものである。
【００６０】
図６及び図７に示したような凹部５０ａ〜５０ｅは、ウェハを切断して本発光素子１０（チップ）を得るダイシング工程によって基板１１の側面が表出した後に、基板１１の側面に対してブラスト処理（例えば、ダイヤモンド等のサファイアと同等以上の硬さの粒子を吹き付ける処理）等を行うことで形成することも可能である。しかし、当該凹部５０ａ〜５０ｅを、ダイシング工程と同時に形成することができれば、工数の増加を防止することができるため、好ましい。そこで、以下の［本発光装置の製造方法］では、ダイシング工程と同時に基板１１の側面に対して凹部５０ａ〜５０ｅを形成する方法について説明する。
【００６１】
［本発光装置の製造方法］
本発光装置１０の製造方法について、図面を参照して説明する。先ず、ウェハ状態（チップに切断される前の状態）であるサファイア基板１１の主面１１１上に、周知の窒化物半導体の製造工程により、半導体積層部１２、ｎ電極１３、ｐ電極１４、及び、保護膜等を形成する。これにより、図８に示すようなウェハ６０が得られる。尚、図８はダイシング工程前のウェハ６０の形状を模式的に示す平面図であり、ウェハ６０をｐ電極１４及びｎ電極１３側から見た場合の平面図である。
【００６２】
図８に示すように、ウェハ６０は、ウェハ６０の切断後にチップ（本発光素子１０）となるチップ領域６１がマトリクス状に配置されている。このウェハ６０において、チップ領域６１の境界となる面が、ダイシング工程によって切断すべき面である切断予定面６２である。尚、図８に示すウェハ６０において、チップ領域６１の境界（切断予定面６２）の近傍の最表面は、ｎ電極１３を形成するために露出させたｎ型クラッド層２２であるが、当該ｎ型クラッド層２２をさらに除去して基板１１を露出させても良い。
【００６３】
本製造方法では、ダイシング工程においてステルスダイシングを行う。ステルスダイシングとは、基板１１を透過する波長のレーザ光を基板１１の内部で集光させることで切断予定面６１に損傷を与えた上で、ウェハ６０を切断するという手法である。
【００６４】
ステルスダイシングの工程の一例を、図９〜図１１に示す。図９〜図１１は、本製造方法の一例を模式的に示す工程断面図である。本製造方法では、図９（Ａ）、図９（Ｂ）及び図１０、図９（Ｃ）、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）の順番で夫々の工程を行う。尚、図１０は、図９（Ｂ）と同じ工程を示した工程断面図であり、図９（Ｂ）に対して垂直な断面を示している。また、図９〜図１１の上下方向も、図３及び図４の上下方向と同じである。
【００６５】
最初に、図９（Ａ）に示すように、ウェハ６０における基板１１の主面１１１側（以下、単に「主面側」と称する）を、第１シート７０に対して貼り付ける。
【００６６】
次に、図９（Ｂ）に示すように、ウェハ６０における基板１１の裏面１１２側（以下、単に「裏面側」と称する）にレーザ光７１を照射する。このとき、集光レンズ７２を用いて、基板１１の裏面１１２から内部に入射するレーザ光７１を切断予定面６２に集光させる。例えば、レーザ光７１は、サファイア基板１１を透過する波長（具体的に例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第２高調波である５３２ｎｍや第３高調波である３５５ｎｍなど）であり、ウェハ６０に対してパルスで照射される。基板１１の内部でレーザ光７１を集光すると、集光領域７３において光吸収が生じて局所的に温度が上がることで、当該集光領域７３が溶融または膨張するなどして損傷を受ける。そして、図１０に示すように、基板１１の主面１１１に対して平行な方向（図中の黒塗りの矢印の方向）に沿って集光領域７３の位置を移動させながらレーザ光７１を照射することで、帯状の改質層５１０（ウェハ６０の切断後に粗面帯５１になる部分）を形成する。更に、基板１１の主面１１１に対して垂直な方向（図中の上下方向）における集光領域７３の位置を変更した上で、再度、基板１１の主面１１１に対して平行な方向に沿って集光領域７３の位置を移動させながらレーザ光７１を照射することで、基板１１の切断予定面６２に複数の改質層５１０を形成する。尚、集光領域７３の位置は、ウェハ６０及び光学系（レーザ光７１の光源や集光レンズ７２など）の少なくとも一方を駆動することで移動させることができる。
【００６７】
図９（Ｂ）及び図１０の工程が終了すると、図９（Ｃ）に示すように、ウェハ６０における切断予定面６２（図８参照）の全てに改質層５１０が形成された状態になる。次に、図１１（Ａ）に示すように、ウェハ６０の裏面側（基板１１の裏面）に第２シート７４を貼り付ける。そして、図１１（Ｂ）に示すように、ウェハ６０の主面側の切断予定面６２を避けた位置にブロック７５を配置するとともに、ウェハ６０の裏面側の切断予定面６２の直上となる位置にブレード７６を押し当てることで、ウェハ６０を切断する。このとき、ウェハ６０（基板１１）の切断予定面６２は、ダメージを受けている改質層５１０が形成されて切断され易くなっているため、切断予定面６２に沿ってウェハ６０が切断される。そして、このウェハ６０の切断によって得られる基板１１の側面には、改質層５１０を切断することで凹部５０及び粗面帯５１が表出している。尚、基板１１の側面に表出する凹部５０及び粗面帯５１の形状は、図９（Ｂ）及び図１０の工程において改質層５１０を形成するために基板１１に入射するレーザ光の特性（強度、パルス幅、パルス間隔など）に応じて決まる。例えば、レーザ光の強度及びパルス幅を大きくするほど大きな凹部５０が形成され得るし、レーザ光のパルス幅及びパルス間隔を小さくするほど細かく高密度な凹部５０が形成され得る。
【００６８】
図１１（Ｂ）の工程が終了すると、図１１（Ｃ）に示すように、ウェハ６０から全てのチップ（本発光素子１０）が切り出された状態になる。この後、例えば第１シート７０及び第２シート７４から剥離してピックアップした本発光素子１０を、サブマウント３０の第１及び第２金属電極配線３２，３３上に、周知のフリップチップ実装により固定する。具体的には、ｐ電極１４と第１金属電極配線３２が、金バンプ等を介して、物理的且つ電気的に接続し、ｎ電極１３と第２金属電極配線３３が、金バンプ等を介して、物理的且つ電気的に接続する（図３参照）。
【００６９】
引き続き、非結合性の非晶質フッ素樹脂を、含フッ素溶媒、好ましくは、非プロトン性含フッ素溶媒に溶解した塗工液を、サブマウント３０及び本発光素子１０上に、剥離性の良いテフロンニードル等を用いて注入した後、塗工液を徐々に加熱しながら溶媒を蒸発させて、本発光素子１０の上面と側面（基板１１の裏面１１２及び側面、半導体積層部１２の側面、ｎ電極１３及びｐ電極１４の側面）、サブマウント３０の上面（第１及び第２金属電極配線３２，３３の上面及び側面、第１及び第２金属電極配線３２，３３間に露出した基材３１の表面）、サブマウント３０と本発光素子１０の間の間隙部に、非結合性の非晶質フッ素樹脂の封止樹脂４０を形成する（図３参照）。このとき、基板１１の側面に形成された凹部５０の内部に、封止樹脂４０が入り込んだ状態になる（図４参照）。尚、この工程における溶媒の蒸発に当たっては、封止樹脂４０内に気泡が残らないように、溶媒の沸点以下の低温域（例えば、室温付近）から溶媒の沸点以上の高温域（例えば、２００℃付近）まで徐々に加熱して、溶媒を蒸発させる。
【００７０】
引き続き、封止樹脂４０の上部に、封止樹脂４０と同じ非結合性の非晶質フッ素樹脂製のレンズ４１を、例えば射出成形、トランスファー成形、圧縮成形等により、本発光素子１０を覆うように形成する（図３参照）。当該各成形用の成形型は、金属型、シリコーン樹脂型、または、これらの組み合わせを使用できる。
【００７１】
以上の通り、本製造方法では、ステルスダイシングを行うことで基板１１の側面に生じた凹部５０の内部に非晶質フッ素樹脂である封止樹脂４０を入り込ませ、アンカー効果によって基板１１の側面と封止樹脂４０との密着性及び結合力を向上させて剥離を防止した本発光装置１が製造される。従って、基板１１の側面に凹部５０を形成する工程を別途必要とすることなく、チップの量産に必要なウェハ６０のダイシングをステルスダイシングで行うだけで、封止樹脂４０の剥離を防止した本発光装置１を製造することができる。
【００７２】
尚、封止樹脂４０の形成後に、非結合性の非晶質フッ素樹脂の分解が開始する温度（約３５０℃）以下の温度範囲、例えば、１５０℃〜３００℃、より好ましくは、２００℃〜３００℃の温度範囲で、封止樹脂４０を加熱して軟化させ、本発光素子１０の側面（または側面及び上面）の封止樹脂４０を本発光素子１０側に向けて押圧しても良い。これにより、封止樹脂４０は圧縮された状態で、凹部５０の内部に密に充填される。この結果、凹部５０の内部に充填された封止樹脂４０がより抜け難くなり、アンカーとして確実に機能する。この封止樹脂４０の加熱処理及び押圧処理は、レンズ４１の形成と同時に行っても良い。或いは、加熱処理だけを先に行い、押圧処理をレンズ４１の形成と同時に行っても良い。また、加熱処理及び押圧処理の一方のみを行っても良い。
【００７３】
［別実施形態］
以下に、上記実施形態の変形例につき説明する。
【００７４】
〈１〉上記実施形態では、本発光素子１０をサブマウント３０にフリップチップ実装する一態様として、ｐ電極１４と第１金属電極配線３２、ｎ電極１３と第２金属電極配線３３を、金バンプを介して接続する場合を説明したが、ｐ電極１４とｎ電極１３の各上面が同一平面となるように高さを揃えて形成されている場合等において、リフロー方式等の周知のはんだ付け方法で、ｐ電極１４と第１金属電極配線３２、ｎ電極１３と第２金属電極配線３３を、はんだ材料（ボンディング材料）を介して物理的且つ電気的に接続しても良い。尚、ｐ電極１４とｎ電極１３の各上面が同一平面となるように高さを揃える方法として、例えば、ｐ電極１４と電気的に接続し、絶縁保護膜を介して、上記メサ部分の上面及び側面を覆うようにｐ側のメッキ電極を形成し、当該ｐ側のメッキ電極から離間して、ｎ電極１３と電気的に接続するｎ側のメッキ電極を、ｐ側のメッキ電極と同じ高さに、電解メッキ法等により形成する方法が考えられる。尚、当該メッキ電極の詳細については、国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ２０１５／０６０５８８）の明細書等の記載が参考になる。
【００７５】
〈２〉上記実施形態では、１つの本発光素子１０をサブマウント３０上に載置した本発光装置１について説明したが、本発光装置１は、サブマウントまたはプリント基板等の基台上に、複数の本発光素子１０を載置して構成しても良い。この場合、複数の本発光素子１０を封止樹脂４０で、まとめて封止しても良く、また、１つずつ個別に封止しても良い。この場合、例えば、基台の表面に、封止する単位の１または複数の本発光素子１の周りを囲む樹脂ダムを形成しておき、その樹脂ダムで囲まれた領域に、例えば、上記実施形態で説明した要領で、封止樹脂４０を形成する。尚、本発光素子１０を載置する基台は、サブマウント及びプリント基板に限定されるものではない。
【００７６】
また、１つの本発光素子１０をサブマウント３０上に載置する場合においても、１枚の基材３１の表面側に、複数のサブマウント３０の第１及び第２金属電極配線３２，３３を形成し、１枚の基材３１の裏面側に、複数のサブマウント３０のリード端子３４，３５を形成し、複数のサブマウント３０をマトリクス状に配置したサブマウント板に、複数の本発光素子１０を夫々各サブマウント３０上にフリップチップ実装し、複数の本発光素子１０に対して夫々封止樹脂４０または封止樹脂４０とレンズ４１を形成した後に、当該サブマウント板を個々のサブマウント３０に分割して、１つの本発光素子１０をサブマウント３０上に載置してなる本発光装置１を製造しても良い。
【００７７】
〈３〉上記実施形態では、基板１１の側面において、基板１１の主面１１１に対して平行な複数本（４本）の粗面帯５１が、基板１１の主面１１１に垂直な方向に対して均一に分散して形成される場合について例示したが（例えば、図６（Ａ）及び（Ｂ）参照）、粗面帯５１の態様はこの例の限りではない。以下、粗面帯５１の変形例について図面を参照して説明する。尚、以下で参照する、凹部５０及び粗面帯５１の変形例を模式的に示す平面図である図１２及び図１３は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す平面図と同様の基板１１の平面を示したものである。
【００７８】
図１２（Ａ）に示す粗面帯５１ｆは、上記実施形態のように基板１１の主面１１１に垂直な方向に対して均一に分散しておらず、基板１１の主面１１１側に偏って分布している。一方、図１２（Ｂ）に示す粗面帯５１ｇは、基板１１の主面１１１とは反対側（即ち、基板１１の裏面１１２側）に偏って分布している。上述のように、粗面帯５１は、ウェハ６０の改質層５１０が形成される位置に形成される。また、基板１１の主面１１１上には半導体積層部１２が形成されている（図９〜１１参照）。
【００７９】
図１２（Ａ）に示すように、粗面帯５１ｆが基板１１の主面１１１側に偏って分布している場合、ウェハ６０の改質層５１０が基板１１の主面１１１側に偏って形成されているため、基板１１の主面１１１付近における切断位置の精度を高めて半導体積層部１２の割れまたは欠け（チッピング不良）を抑制したステルスダイシングが行われる。一方、図１２（Ｂ）に示すように、粗面帯５１ｇが基板１１の裏面１１２側に偏って分布する場合、ウェハ６０の改質層５１０が基板１１の裏面１１２側に偏って形成されているため、集光させたレーザ光７１の熱が半導体積層部１２に影響を与え難いステルスダイシングが行われる。また、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示したような、粗面帯５１ａ，５１ｂが基板１１の主面１１１に垂直な方向に対して均一に分布している場合、ウェハ６０の改質層５１０が基板１１の主面１１１に垂直な方向に対して均一に分布して形成されているため、当該方向に対するウェハ６０の均一な切断が可能なステルスダイシングが行われる。
【００８０】
尚、図１２（Ｂ）に示すように、基板１１の裏面１１２側に粗面帯５１ｇが偏って分布していると、基板１１の裏面１１２付近において強力なアンカー効果を発揮させることができる。そのため、フリップチップ実装した本発光素子１０における光（紫外線）の主たる出射面である基板１１の裏面１１２における封止樹脂４０の剥離を効果的に防止することができる。
【００８１】
また、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示す粗面帯５１ｈ〜５１ｊは、基板１１の主面１１１に対して平行になっていない。特に、図１３（Ａ）に示す粗面帯５１ｈは全て平行であるが、図１３（Ｂ）に示す粗面帯５１ｉは一部が平行ではなく、図１３（Ｃ）に示す粗面帯５１ｊは屈曲している。ただし、粗面帯５１ｈ〜５１ｊは、いずれも基板１１の主面１１１に対して平行な成分を有する方向に延伸したものである。そのため、このような粗面帯５１ｈ〜５１ｊが形成される場合であっても、基板１１の主面１１１に対して平行な成分を有する方向に延伸する改質層５１０がウェハ６０に形成されるため、ウェハ６０を基板１１の主面１１１に平行な方向に沿って容易に切断することができる。
【００８２】
〈４〉上記実施形態において、ウェハ６０に対して形成すべき改質層５１０を１本としても、ステルスダイシングを行うことは可能であり、基板１１の側面と封止樹脂４０との密着性及び結合力を向上させる効果を得ることも可能である。ただし、本発光装置１では、光（紫外線）の取り出し効率を向上させるために、基板１１の厚さを大きくする（例えば、４００μｍ程度）ことがある（例えば、国際公開第２０１５／１１１１３４号参照）。この場合、基板１１の厚さに対して改質層５１０の数が不足すれば、切断予定面６２に沿って切断することが困難になり得る。
【００８３】
この点、基板１１の厚さをＸμｍとしたとき、改質層５１０の本数（粗面帯５１の本数）をＸ／２００本以上にすれば、ある程度確実に切断予定面６２に沿ってウェハ６０をステルスダイシングによって切断することが可能である。更に、改質層５１０の本数（粗面帯５１の本数）をＸ／１５０本以上にすれば、チッピング不良などの不良の発生率が１％よりも低くなる極めて良好なステルスダイシングを行うことが可能になる。
【００８４】
〈５〉上記実施形態では、本発光素子１０における基板１１の側面において、凹部５０が連なってなる粗面帯５１が形成される場合について例示しているが、基板１１の側面に凹部５０が形成されていれば、必ずしも粗面帯５１が形成されていなくてもよい。この場合の一例を、図面を参照して説明する。図１４は、基板１１の側面に形成される凹部の変形例を模式的に示す平面図である。なお、図１４は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す平面図と同様の基板１１の平面を示したものである。
【００８５】
図１４（Ａ）に示す凹部５０ｋは、基板１１の側面に対してランダムに分散して形成されたものである。このような凹部５０ｋは、例えば、ステルスダイシングを行う際におけるレーザ光７１の集光領域７３の位置をランダムに移動させることでも形成可能であるが（図９（Ｂ）及び図１０参照）、ウェハ６０を周知または新規のダイシング技術によって切断した後に、基板１１の側面に対してブラスト処理等を行うことでも形成可能である。また、図１４（Ｂ）に示す凹部５０ｌは、基板１１の側面に対して規則的に分散して形成されたものである。このような凹部５０ｌは、例えば、ステルスダイシングを行う際におけるレーザ光７１の集光領域７３の位置を規則的に移動させることで形成可能である。
【００８６】
このような凹部５０ｋ，５０ｌが形成される場合であっても、アンカー効果によって基板１１の側面と封止樹脂４０との密着性及び結合力を向上させて剥離を防止することが可能であるとともに、ステルスダイシングも可能である。
【００８７】
〈６〉上記実施形態では、封止樹脂４０の上部に、封止樹脂４０と同じ非結合性の非晶質フッ素樹脂製のレンズ４１を形成したが、レンズ４１を形成せずに、他の樹脂部分の形成等を行っても良い。例えば、フリップチップ実装で使用する基台が、図５に例示したようなサブマウント３０ではなく、基材３１の外周部分に、フリップチップ実装後の本発光素子１０の上面より高い、本発光素子１０を取り囲む側壁が設けられている場合、封止樹脂４０上の当該側壁に囲まれた空間内に、固体状の非結合性の非晶質フッ素樹脂を入れて、例えば、２５０℃〜３００℃の高温で溶融させ、その後徐々に冷却して第２の封止樹脂層を形成しても良い。また、必要に応じて、当該第２の封止樹脂膜上に、レンズ４１を形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置は、発光中心波長が約３５０ｎｍ以下の裏面出射型の発光ダイオードに利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１：        窒化物半導体紫外線発光装置
１０：      窒化物半導体紫外線発光素子
１１：      サファイア基板
１１１：    主面
１１２：    裏面
１２：      半導体積層部（ＡｌＧａＮ系半導体層）
１３：      ｎ電極
１４：      ｐ電極
２０：      ＡｌＮ層
２１：      ＡｌＧａＮ層
２２：      ｎ型クラッド層
２３：      活性層
２４：      電子ブロック層
２５：      ｐ型クラッド層
２６：      ｐコンタクト層
３０：      サブマウント（基台）
３１：      基材
３２：      第１金属電極配線
３２０：    第１電極パッド
３２１：    第１配線部
３３：      第２金属電極配線
３３０：    第２電極パッド
３３１：    第２配線部
３４，３５：リード端子
４０：      封止樹脂（非晶質フッ素樹脂）
４１：      レンズ
５０，５０ａ〜５０ｌ：凹部
５１，５１ａ〜５１ｊ：粗面帯
５１０：    改質層
６０：      ウェハ
６１：      チップ領域
６２：      切断予定面
７０：      第１シート
７１：      レーザ光
７２：      集光レンズ
７３：      集光領域
７４：      第２シート
７５：      ブロック
７６：      ブレード
【図１】
2017208535.tif 000004
【図２】
2017208535.tif 000005
【図３】
2017208535.tif 000006
【図４】
2017208535.tif 000007
【図５】
2017208535.tif 000008
【図６】
2017208535.tif 000009
【図７】
2017208535.tif 000010
【図８】
2017208535.tif 000011
【図９】
2017208535.tif 000012
【図１０】
2017208535.tif 000013
【図１１】
2017208535.tif 000014
【図１２】
2017208535.tif 000015
【図１３】
2017208535.tif 000016
【図１４】
2017208535.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月19日(2018.12.19)
【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】
基台と、前記基台上にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子と、前記窒化物半導体紫外線発光素子に直接接触して被覆する非晶質フッ素樹脂と、を備えてなる窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体紫外線発光素子が、サファイア基板と、前記サファイア基板の主面上に積層された複数のＡｌＧａＮ系半導体層と、１または複数の金属層からなるｎ電極と、１または複数の金属層からなるｐ電極を備えてなり、
前記非晶質フッ素樹脂の末端官能基がパーフルオロアルキル基であり、
前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光を前記サファイア基板の主面の反対側から入射させ、前記サファイア基板の内部で集光することで、前記サファイア基板の内部の切断予定面に損傷を与える第１工程と、
前記切断予定面で前記サファイア基板を切断することで、前記凹部が表出した前記サファイア基板の側面を得る第２工程と、
前記非晶質フッ素樹脂を所定の溶媒に溶解してなる塗工液を、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の各露出表面を被覆し、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の間隙部を充填するように塗布する第３工程と、
前記溶媒を蒸発させて、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の各露出表面を被覆し、前記窒化物半導体紫外線発光素子と前記基台の間隙部を充填するとともに、前記サファイア基板の側面に形成された前記凹部の内部に入り込む前記非晶質フッ素樹脂の層を形成する第４工程と、
を有することを特徴とする窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記サファイア基板の側面に、前記凹部が断続的または連続的に連なってなる粗面帯が形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面に平行な成分を有する方向に沿って延伸していることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記サファイア基板の側面に、複数本の前記粗面帯が形成されることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面側に偏って分布することを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面の反対側に偏って分布することを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記サファイア基板の側面に形成された前記粗面帯が、前記サファイア基板の主面に垂直な方向に対して均一に分布することを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記サファイア基板の厚さをＸμｍとしたとき、前記サファイア基板の側面に形成される前記粗面帯の本数がＸ／２００本以上であることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記サファイア基板の厚さをＸμｍとしたとき、前記サファイア基板の側面に形成される前記粗面帯の本数がＸ／１５０本以上であることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線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】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記特許文献１及び上記非特許文献３では、深紫外線を発光する窒化物半導体紫外線発光素子に対して、光化学反応に起因する上述の紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極間の短絡、及び、非晶質フッ素樹脂と金属電極配線間の気泡発生を回避するために、上記非結合性の非結晶フッ素樹脂の使用が推奨されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
【図１】本発明に係る窒化物半導体紫外線発光素子の一実施形態における素子構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示した窒化物半導体紫外線発光素子をｐ電極及びｎ電極側から見た場合の形状を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置の一実施形態における断面構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】図３に示した窒化物半導体紫外線発光装置における基板及び封止樹脂の接触部分を拡大して模式的に示す断面図である。
【図５】図３に示した窒化物半導体紫外線発光装置で使用されるサブマウントの平面視形状と断面形状を模式的に示す平面図と断面図である。
【図６】基板の側面を模式的に示す側面図である。
【図７】図６に示した基板の側面の一部（粗面帯付近）を示す写真である。
【図８】ダイシング工程前のウェハの形状を模式的に示す平面図である。
【図９】本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法の一例を模式的に示す工程断面図である。
【図１０】図９（Ｂ）に示す断面に対して垂直な断面を模式的に示す工程断面図である。
【図１１】本発明に係る窒化物半導体紫外線発光装置の製造方法の一例を模式的に示す工程断面図である。
【図１２】基板の側面に形成される凹部及び粗面帯の変形例を模式的に示す側面図である。
【図１３】基板の側面に形成される凹部及び粗面帯の変形例を模式的に示す側面図である。
【図１４】基板の側面に形成される凹部の変形例を模式的に示す側面図である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
［基板側面に形成される凹部の一例］
次に、本発光装置１における基板１１の側面に形成される凹部について、図面を参照して説明する。図６は、基板１１の側面を模式的に示す側面図である。図７は、図６に示した基板１１の側面の一部（粗面帯５１ａ，５１ｂ付近）を示す写真である。尚、図６及び図７の上下方向は、図３及び図４の上下方向と同じである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
本製造方法では、ダイシング工程においてステルスダイシングを行う。ステルスダイシングとは、基板１１を透過する波長のレーザ光を基板１１の内部で集光させることで切断予定面６２に損傷を与えた上で、ウェハ６０を切断するという手法である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
〈３〉上記実施形態では、基板１１の側面において、基板１１の主面１１１に対して平行な複数本（４本）の粗面帯５１が、基板１１の主面１１１に垂直な方向に対して均一に分散して形成される場合について例示したが（例えば、図６（Ａ）及び（Ｂ）参照）、粗面帯５１の態様はこの例の限りではない。以下、粗面帯５１の変形例について図面を参照して説明する。尚、以下で参照する、凹部５０及び粗面帯５１の変形例を模式的に示す側面図である図１２及び図１３は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す側面図と同様の基板１１の側面を示したものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
〈５〉上記実施形態では、本発光素子１０における基板１１の側面において、凹部５０が連なってなる粗面帯５１が形成される場合について例示しているが、基板１１の側面に凹部５０が形成されていれば、必ずしも粗面帯５１が形成されていなくてもよい。この場合の一例を、図面を参照して説明する。図１４は、基板１１の側面に形成される凹部の変形例を模式的に示す側面図である。なお、図１４は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す側面図と同様の基板１１の側面を示したものである。
【国際調査報告】
2017208535.tif 000018
2017208535.tif 000019
2017208535.tif 000020
2017208535.tif 000021