(57)【要約】【課題】半導体層の結晶品位が良好で光の取り出し効率が高いフリップチップ構造の半導体発光素子を容易かつ低コストに製造する方法を提供する。【解決手段】表面が平滑に形成されたサファイア基板２１の片面に半導体層１を形成する。半導体層１の電極形成面側にサポート基板２２取り付ける。半導体層１の表層部分を溶融してサファイア基板２１と半導体層１との界面からサファイア基板２１を剥離し、半導体層を露出する。露出された半導体層１の表層部分が溶融されている状態で、当該半導体層１の表層部分に凹凸又はストライプ状の溝３が形成された支持基板２を押し付け、半導体層１の表層部分に支持基板２に形成された凹凸又はストライプ状の溝３を転写する。半導体層１とサポート基板２２との界面からサポート基板２２を剥離する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が平滑に形成されたサファイア基板の片面に半導体層を形成する工程、
前記半導体層上に一時的に前記半導体層を保持するサポート基板を取り付ける工程、
前記半導体層の表層部分を溶融して前記サファイア基板と前記半導体層との界面から前記サファイア基板を剥離し、前記半導体層を露出する工程、
前記露出された半導体層の表層部分が溶融されている状態で、当該半導体層の表層部分に、前記半導体層から出射される光に対して透明な支持基板を押し付け、前記半導体層の表層部分に当該支持基板に形成された凹凸又はストライプ状の溝を転写する工程、
及び前記半導体層と前記サポート基板との界面から前記サポート基板を剥離する工程、
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２】
前記支持基板として、非晶質無機誘電体を用いたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体層に対する前記支持基板の押し付けを真空中で行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記半導体層に対する前記支持基板の押し付けを真空中で行うことを特徴とする請求項２に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、半導体発光素子の製造方法に係り、特に、半導体層の結晶品位が良好で光の取り出し効率が高いフリップチップ構造の半導体発光素子を容易かつ低コストに製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、サファイア基板上にＧａＮ系半導体層を形成してなるフリップチップ構造の半導体発光素子が知られているが、この種の半導体発光素子は、サファイア基板の屈折率が約１．８、ＧａＮ系半導体層の屈折率が約２．５であるため、ＧａＮ系半導体層の内部に導波路が形成され、ＧａＮ系半導体層から放射された光が効率的に外部に放出されないという問題を有している。【０００３】
かかる不都合を解決するための手段として、従来より、ＧａＮ系半導体層の形成に先立ってサファイア基板の半導体層形成側の面に微細な凹凸面であるテクスチュア加工層を形成する技術（例えば、特許文献１参照。）や、サファイア基板の半導体層形成側の面に直接微細な凹凸やストライプ状の溝を形成する技術（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。【０００４】
これらの技術によれば、サファイア基板とＧａＮ系半導体層との界面に形成される微細な凹凸構造によりＧａＮ系半導体層からの放射光が散乱されるので、反射によるＧａＮ系半導体層内での光の閉じこめが減少し、光の取り出し効率を向上できる。
【特許文献１】特開２００４−１９３６１９号公報
【特許文献１】特開２００５−６４４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に記載の技術は、いずれもＧａＮ系半導体層の下地であるサファイア基板側に微細な凹凸を施すので、その表面に形成されるＧａＮ系半導体層の結晶品位が劣化し、半導体層本来の内部量子効率が低下するという問題がある。また、半導体層本来の内部量子効率は、サファイア基板の表面状態の僅かな差で大きな影響を受けるので、高品質の半導体発光素子を安定に製造することが難しいという問題もある。さらに、サファイア基板は難加工性であるので、サファイア基板に直接凹凸又はストライプ状の溝を形成する場合には、サファイア基板ひいては半導体発光素子の生産性を高めることが難しいという問題もある。【０００６】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体層の結晶品位が良好で光の取り出し効率が高いフリップチップ構造の半導体発光素子を容易かつ低コストに製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記の課題を解決するため、第１に、表面が平滑に形成されたサファイア基板の片面に半導体層を形成する工程、前記半導体層上に一時的に前記半導体層を保持するサポート基板を取り付ける工程、前記半導体層の表層部分を溶融して前記サファイア基板と前記半導体層との界面から前記サファイア基板を剥離し、前記半導体層を露出する工程、前記露出された半導体層の表層部分が溶融されている状態で、当該半導体層の表層部分に、前記半導体層から出射される光に対して透明な支持基板を押し付け、前記半導体層の表層部分に当該支持基板に形成された凹凸又はストライプ状の溝を転写する工程、及び前記半導体層と前記サポート基板との界面から前記サポート基板を剥離する工程、を含むという構成にした。【０００８】
このように、表層部分が溶融されている状態で、半導体層の表層部分に凹凸又はストライプ状の溝が形成された支持基板を押し付け、これら半導体層と支持基板の界面に光散乱用の凹凸又はストライプ状の溝を転写すると、半導体層の結晶品質に何ら悪影響を及ぼさないので、高品質な半導体発光素子を安定に製造することができる。【０００９】
また本発明は、第２に、前記第１の構成の半導体発光素子の製造方法において、前記支持基板として非晶質無機誘電体を用いるという構成にした。【００１０】
石英やガラスなどの非晶質無機誘電体は、サファイアに比べて加工しやすい材料であるので、サファイア基板を用いる場合に比べて、支持基板ひいては半導体発光素子の生産性を高めることができる。【００１１】
また本発明は、第３に、前記第１又は第２の構成の半導体発光素子の製造方法において、前記半導体層に対する前記支持基板の押し付けを真空中で行うという構成にした。【００１２】
真空中で作業を行うと、半導体層と支持基板との間に空気が巻き込まれにくくなるので、不良品の発生や品質のばらつきを抑制でき、高品質の半導体発光素子の生産性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、表層部分が溶融されている状態で、半導体層の表層部分に凹凸又はストライプ状の溝が形成された支持基板を押し付け、これら半導体層と支持基板の界面に光散乱用の凹凸又はストライプ状の溝を転写するので、半導体層の結晶品質に何ら悪影響が及ぼされず、高品質な半導体発光素子を安定に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】
【００１４】
まず、本発明により製造される半導体発光素子の一例を図１に基づいて説明する。図１は本発明により製造される半導体発光素子の断面図である。【００１５】
この図に示すように、本例の半導体発光素子は、半導体層１と、半導体層１の光取り出し面上に設けられた支持基板２とから構成されており、支持基板２の内面（半導体層１側）には、微細な凹凸又はストライプ状の溝３が形成されている。凹凸や溝３の深さ及び幅は、半導体層１から放射される光の波長と同等か、それよりもやや大きく形成される。これにより、支持基板２の内面で光を散乱させることができる。【００１６】
半導体層１は、図１に示すように、ｎ−ＧａＮ層１１と、発光層１２と、ｐ−ＧａＮ層１３と、ｎ−ＧａＮ層１１上に形成されたｎ−電極１４と、ｐ−ＧａＮ層１３上に形成されたｐ−電極１５とからなる。なお、半導体層１を構成する各層の積層構造については、図１に示すものに限定されるものではなく、公知に属する任意の積層構造を有する半導体層を形成することができる。また、半導体層１の積層技術については、本発明の要旨ではなく、かつ公知に属するものであるので、本明細書においては説明を省略する。【００１７】
支持基板２は、半導体層１を保護するものであり、半導体層１から出射される光に対して透明で、適度な硬度を有する材料をもって形成される。支持基板２の形成材料としては、透明度が高くかつ単結晶サファイアに比べて格段に加工性に優れることから、ガラスや石英をもって形成することが特に望ましい。微細な凹凸又はストライプ状の溝３は、フォトリソグラフィを応用したエッチングにより形成できる。【００１８】
以下、本発明に係る半導体発光素子の製造方法の一例を、図２を用いて説明する。図２は本発明に係る半導体発光素子の製造手順を示すフロー図である。【００１９】
まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板２１の片面に定法にしたがって、図示しない発光層及びｎ−電極１４並びにｐ−電極１５を含む半導体層１を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、半導体層１上を、例えばガラス板などからなるサポート基板２２にて一時的にサポートする。次に、図２（ｃ）に示すように、半導体層１とサファイア基板２１との界面に波長が３０８ｎｍ又は２４８ｎｍのエキシマレーザ２３をフォーカスし、この状態を保ったままエキシマレーザ２３を半導体層１の面方向にスキャンする。これにより、半導体層１のサファイア基板２１との界面部分を溶解させ、図２（ｄ）に示すように、半導体層１からサファイア基板２１を剥離する。しかる後に、図２（ｅ）に示すように、露出された半導体層１の表面に波長が３０８ｎｍ又は２４８ｎｍのエキシマレーザ２３を再度フォーカスし、この状態を保ったままエキシマレーザ２３を半導体層１の面方向にスキャンして、半導体層１の表面を再度溶解させる。なお、サファイア基板２１の剥離後に半導体層１の表層部分が均一かつ十分に溶解している場合には、この工程を省略することもできる。半導体層１の表層部分が溶融されている状態で、図２（ｆ）に示すように、片面に凹凸又はストライプ状の溝３が形成された支持基板２の凹凸面を半導体層１に押し付け、半導体層１の表層部分に支持基板２に形成された凹凸又はストライプ状の溝３を転写する。なお、支持基板２の押し付けは、気泡の巻き込みを防止するため、真空中で行うことが望ましい。最後に、図２（ｇ）に示すように、サポート基板２２を剥離し、製品である半導体発光素子を得る。【００２０】
本例の半導体発光素子の製造方法は、表層部分が溶融されている状態で、半導体層１の表層部分に凹凸又はストライプ状の溝３が形成された支持基板２を押し付け、これら半導体層１と支持基板２の界面に光散乱用の凹凸又はストライプ状の溝３を転写するので、半導体層１の結晶品質に何ら悪影響が及ぼされず、高品質な半導体発光素子を安定に製造することができる。【００２１】
定格電流値が２０ｍＡで発光波長が４６０ｎｍの半導体発光素子（ＬＥＤ）Ａ，Ｂ、定格電流値が３０ｍＡで発光波長が４６０ｎｍの半導体発光素子Ｃ、定格電流値が１５ｍＡで発光波長が４６０ｎｍの半導体発光素子Ｄについて、光散乱用の凹凸又はストライプ状の溝３があるものとないものを作製し、それぞれの半導体発光素子から放出される光の光量を測定した。その結果、図３に示すように、定格電流値が２０ｍＡの半導体発光素子Ａ，Ｂについては７５％〜１１３％、定格電流値が３０ｍＡの半導体発光素子Ｃについては５８％、定格電流値が１５ｍＡの半導体発光素子Ｄについては１１５％光量が増加しており、本発明の半導体発光素子は、光の取り出し効率の向上に極めて有効であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図２】本発明に係る半導体発光素子の製造手順を示すフロー図である。
【図３】本発明に係る半導体発光素子の効果を凹凸又は溝を有しない半導体発光素子と比較して示す表図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    半導体層
２    支持部材
３    光散乱用の凹凸又は溝
１２    発光層
２１    サファイア基板
２２    サポート基板
２３    エキシマレーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2007136065.tif 000007
2007136065.tif 000008
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