(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＥＤ等の半導体素子を搭載する半導体装置において、半導体素子において発生した熱を良好に放熱可能な優れた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】支持基板１１と、支持基板上に形成された窒化ホウ素からなる絶縁層１３と、絶縁層上に配された半導体素子３０と、を含み、絶縁層は、支持基板上に形成された六方晶構造の窒化ホウ素粒を含まないアモルファス状の窒化ホウ素からなる下部絶縁層と、下部絶縁層上に形成された六方晶構造の窒化ホウ素粒を含む上部絶縁層を有する。【選択図】図２
2016111124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に形成された窒化ホウ素からなる絶縁層と、
前記絶縁層上に配された半導体素子と、
を含み、
前記絶縁層は、前記支持基板上に形成された六方晶構造の窒化ホウ素粒を含まないアモルファス状の窒化ホウ素からなる下部絶縁層と、前記下部絶縁層上に形成された六方晶構造の窒化ホウ素粒を含む上部絶縁層を有すること特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記上部絶縁層内の六方晶構造の窒化ホウ素粒は、結晶構造のａ軸が前記支持基板と前記下部絶縁層との界面に垂直な方向よりも前記界面に平行な方向に近い方向となるように配向されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記下部絶縁層は、顕微ラマン分光解析において前記六方晶構造の窒化ホウ素粒に起因するスペクトルピークを呈さないことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁層には、前記半導体素子が配された表面に格子状の溝構造を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁層には、前記半導体素子が配された表面に格子状の凸構造を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
支持基板上に窒化ホウ素からなる絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層上に半導体素子を載置するステップと、
を含み、
前記絶縁層を形成するステップは、六方晶構造を有する窒化ホウ素をスパッタリングするスパッタリングステップを含み、前記スパッタリングステップにおいて、スパッタリングの開始時には窒素元素を含まないスパッタガスを供給しつつスパッタリングを行い、前記スパッタリングの開始から一定時間経過後から前記スパッタガスに窒素元素を含むガスを混入して供給しつつスパッタリングを行って窒化ホウ素膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記スパッタリングは、アルゴンプラズマスパッタリングであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記スパッタリングステップにおいて、前記窒素元素を含むガスは窒素ガスであり、前記窒素ガスは、前記スパッタガスの全流量の３％以上１０％以下であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁層を形成するステップは、前記窒化ホウ素膜の表面に格子状の溝構造を形成するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁層を形成するステップは、前記窒化ホウ素膜の表面に格子状の凸構造を形成するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ素子を搭載した発光装置が、照明、バックライト、産業機器等に従来から用いられてきた。特許文献１に記載されている半導体装置は、支持基板上に絶縁膜が形成され、当該絶縁膜上に配線構造が形成され、当該配線構造に接続されたＬＥＤ素子を有する発光装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２０５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているような発光装置では、支持基板上に形成されている絶縁膜にＳｉＯ2等のような熱伝導率の低い材料が用いられる。このような発光装置においては、特に、発光素子を大電流で駆動させる必要がある場合に、発光素子から外部への放熱が不十分になってしまう可能性があった。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ等の半導体素子を搭載する半導体装置において、半導体素子において発生した熱を良好に放熱可能な優れた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、支持基板と、当該支持基板上に形成された窒化ホウ素からなる絶縁層と、当該絶縁層上に配された半導体素子と、を含み、当該絶縁層は、当該支持基板上に形成された六方晶構造の窒化ホウ素粒を含まないアモルファス状の窒化ホウ素からなる下部絶縁層と、当該下部絶縁層上に形成された六方晶構造の窒化ホウ素粒を含む上部絶縁層を有すること特徴とする。
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、支持基板上に窒化ホウ素からなる絶縁層を形成するステップと、前記絶縁層上に半導体素子を載置するステップと、と含み、前記絶縁層を形成するステップは、六方晶構造を有する窒化ホウ素をスパッタリングするスパッタリングステップを含み、前記スパッタリングステップにおいて、スパッタリングの開始時には窒素元素を含まないスパッタガスを供給しつつスパッタリングを行い、前記スパッタリングの開始から一定時間経過後から前記スパッタガスに窒素元素を含むガスを混入して供給しつつスパッタリングを行って窒化ホウ素膜を形成することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１である発光装置の上面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４Ａ】図１に示す発光装置の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図４Ｂ】図１に示す発光装置の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図４Ｃ】図１に示す発光装置の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図４Ｄ】図１に示す発光装置の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図４Ｅ】図１に示す発光装置の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図４Ｆ】図１に示す発光装置の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図４Ｇ】図１に示す発光装置の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図５】絶縁層を形成する際のスパッタスキームの一例を示す図である。
【図６】本発明の実施例２である発光装置の上面図である。
【図７】図６の７−７線に沿った断面図である。
【図８】評価実験に用いられるサンプルの断面図である。
【図９】評価実験に用いられるサンプルの斜視図である。
【図１０】絶縁層の表面のＳＥＭ画像である。
【図１１】絶縁層の顕微ラマン分光解析結果を示す図である。
【図１２】絶縁層の顕微ラマン分光解析結果を示す図である。
【図１３】Ｎ2ガス比率によるスパッタレートの変化を示す図である。
【図１４】本発明の変形例を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に説明する実施例においては、半導体装置の一例として発光素子を用いた発光装置について説明する。また、以下に説明する実施例においては、説明及び理解の容易さのため、半導体構造層が第１の半導体層、発光層及び第２の半導体層からなる場合について説明するが、第１の半導体層及び／又は第２の半導体層、並びに発光層はそれぞれ複数の層から構成されていてもよい。例えば、当該半導体層には、キャリア注入層、キャリアオーバーフロー防止のための障壁層、電流拡散層、オーミック接触性向上のためのコンタクト層、バッファ層などが含まれていてもよい。また、第１の半導体層及び第２の半導体層の導電型はそれぞれ下記実施例とは反対の導電型であってもよい。
【００１０】
以下においては、本発明の好適な実施例について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下に、本発明の実施例１である発光装置について、図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施例である発光装置１０の上面図である。図２は、図１の２−２線に沿った断面図である。
【００１２】
支持基板１１は、Ｓｉ等の放熱性の良好な基板からなり、矩形状の上面形状を有している。絶縁層１３は、支持基板１１上に形成された絶縁性を有するＢＮ（窒化ホウ素）からなる層である。
【００１３】
図３に、支持基板１１及び絶縁層１３の一部拡大図を示す。下部絶縁層としてのバッファ層１３Ａは、支持基板１１の表面に接して形成されており、アモルファス状のＢＮからなっている。バッファ層１３Ａ上には、六方格子構造（六方晶構造）を有する窒化ホウ素からなるｈ−ＢＮ粒１３Ｃを含んでいるアモルファス状のＢＮで形成されている上部絶縁層としての伝熱作用層１３Ｂが形成されている。
【００１４】
伝熱作用層１３Ｂに含まれているｈ−ＢＮ粒１３Ｃは、結晶のａ軸（図中一点鎖線で示す）方向の熱伝導率がλa-axis＞４００Ｗ／ｍ・ｋと非常に高い。伝熱作用層１３Ｂ中において、ｈ−ＢＮ粒１３Ｃはその結晶構造のａ軸が支持基板１１とバッファ層１３Ａの界面に垂直な方向よりも当該界面に平行な方向に近い方向になるように配向されているかまたはランダムに配向されている。そのため、ｈ−ＢＮ粒１３Ｃを含む伝熱作用層は、絶縁性を有しつつ支持基板１１の主面に平行な方向に良好な熱伝導性を有している。
【００１５】
また、支持基板１１と伝熱作用層１３Ｂとの間に、支持基板１１の材料との密着性が悪いｈ−ＢＮを含まないバッファ層１３Ａが介在しているため、ｈ−ＢＮを含む絶縁層１３と支持基板１１とが密着性良く形成されている。
【００１６】
絶縁層１３の上面には、互いに離間して形成されているｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９が形成されている。ｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９は、伝熱作用層１３Ｂ内に底部を有する。すなわち、ｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９は伝熱作用層１３Ｂ内で終端しており、バッファ層１３Ａまで達していない。ｎ電極凹部１７は、絶縁層１３の上面に十字形状に形成されており、互いに交叉して当該十字形状を形成する２つの矩形部分のうちの１つの長手方向における端部（長手端）一方において、絶縁層１３の端部にまで達している。２つの矩形部分の他の長手端部は絶縁層１３の端部には達しておらず絶縁層１３の端部から離間している。
【００１７】
ｐ電極凹部１９は、ｎ電極凹部１７によって仕切られた４つの領域の各々に形成された接合領域凹部１９Ａを有している。ｐ電極凹部１９は、さらに、隣接する各接合領域凹部１９Ａ間を接続するように形成されている連絡凹部１９Ｂ及び接合領域凹部１９Ａのいずれか１つから絶縁層１３の端部にまで達している給電領域凹部１９Ｃを有している。連絡凹部１９Ｂは、ｎ電極凹部１７の十字形状を形成する２つの矩形部分の絶縁層１３の端部から離間している長手端部と絶縁層１３の端部との間を通過するように形成されている。
【００１８】
ｎ電極凹部１７の底面上には、Ａｕからなる第１の接合層としての支持基板ｎ電極２１が形成されており、ｐ電極凹部１９の底面上には、Ａｕからなる第１の接合層としての支持基板ｐ電極２３が形成されている。
【００１９】
支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３は、絶縁層１３の端部にまで達している端部領域においてがボンディングワイヤＢＷ（図１）によって外部電源端子（図示せず）に接続されている。
【００２０】
支持基板ｎ電極２１及び接合領域凹部１９Ａに形成されている支持基板ｐ電極２３には、発光素子３０が接合されている。発光素子３０は、ＧａＮ系（ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１））の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００２１】
より詳細には、発光素子３０は、第１の導電型の第１の半導体層３１と、発光層３３と、第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型の第２の半導体層３５とがこの順に積層されてなる発光機能層である半導体構造層３７を有する。本実施例においては、第１の半導体層３１がｎ型半導体層であり、第２の半導体層３５がｐ型半導体層である場合を例に説明する。
【００２２】
第１の半導体層３１は、Ｓｉのようなｎ型ドーパントが添加されたｎ型半導体層を含む層である。発光層３３は、ＧａＮの層とＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の層が繰り返し積層されることで構成された多重量子井戸構造を有する。第２の半導体層３５は、Ｍｇのようなｐ型ドーパントが添加されたｐ型半導体層である。第１の半導体層３１の表面３１Ｓ（すなわち、半導体構造層３７の上面）が光出射面として機能する。
【００２３】
半導体構造層３７の下面の中央部には、第２の半導体層３５から発光層３３を貫通して第１の半導体層３１内に至る溝部３７Ｖが形成されている。この溝部３７Ｖは、絶縁層１３の表面に形成されている支持基板ｎ電極２１上の領域に形成されている。
【００２４】
半導体構造層３７の下面には、第２の半導体層３５の上に、例えばＮｉ／Ａｇ／Ｎｉがこの順に積層されたｐ電極３９が形成されている。ｐ電極３９の表面には、例えば、ＴｉＷ／Ｐｔ／Ａｕがこの順に積層されてなる層であるｐ電極接合層４１が形成されている。なお、ｐ電極接合層４１は、ｐ電極３９の材料の拡散を防止可能であるならば、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ及びこれらの合金等の他の材料からなっていてもよい。また、ｐ電極接合層４１の光反射性を高めるために、ｐ電極接合層４１をＡｇ／ＴｉＷ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉをこの順に積層することとしてもよい。
【００２５】
層間絶縁層４３は、半導体構造層３７が露出する表面及びｐ電極３９及びｐ電極接合層４１の側面を覆うように形成されている絶縁性を有する層であり、例えばＳｉＯ2またはＳｉＮ等からなっている。層間絶縁層４３は溝部３７Ｖの底面を露出する開口部４３Ａを有している。
【００２６】
ｎ電極４５は、溝部３７Ｖの底面において露出した第１の半導体層３１の表面上に形成されている。ｎ電極４５は、第１の半導体層３１及び絶縁層４３の表面からＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＰＴ／Ａｕ／Ｉｎ／Ａｕがこの順に成膜されている層である。すなわち、ｎ電極４５は開口部４３Ａにおいて第１の半導体層３１と電気的に接続されている。
【００２７】
発光素子３０のｐ電極接合層４１は支持基板ｐ電極２３と接合され、ｎ電極４５は支持基板ｎ電極２１と接合されている。この接合は、例えば金属同士を熱圧着することによってなされている。
【００２８】
実施例１の発光装置１０においては、支持基板１１上に形成される絶縁層１３が、六方格子構造を有する窒化ホウ素であるｈ−ＢＮ粒１３Ｃを含んでいるアモルファス状のＢＮからなっている故に、熱伝導性の高い伝熱作用層１３Ｂを含んでいる。それにより、駆動時に発光素子３０から発せられる熱を支持基板１１に良好に伝導することができ、発光装置１０における支持基板１１から外方への熱放散を促進することが可能である。
【００２９】
また、支持基板１１と伝熱作用層１３Ｂとの間に、支持基板１１の材料との密着性が悪いｈ−ＢＮを含まないバッファ層１３Ａが介在している。そのため、ｈ−ＢＮを含む伝熱作用層１３Ｂと支持基板１１とが密着性良く形成され、放熱性が良くかつ信頼度の高い発光装置とすることが可能である。
【００３０】
［発光装置１０の製造方法］
実施例１である発光装置１０の製造方法について、以下に詳細に説明する。図４Ａ−４Ｇは、実施例の発光装置１０の各製造工程を示す断面図である。図４Ａ−４Ｇは、図２と同様の切断線に沿った断面図である。
【００３１】
なお、以下の説明においては、図の明瞭化のために、１の発光装置１０の断面図を用いて説明を行うが、複数の発光装置１０が１つの基板上に同時進行で形成され、最後に個々の発光装置１０に個片化される。
【００３２】
［発光素子の形成］
まず、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて結晶成長を行い、半導体構造層３７を形成する。具体的には、図４Ａに示すようにサファイア基板等の成長基板４７をＭＯＣＶＤ装置に投入し、サーマルクリーニング後、第１の半導体層３１、発光層３３、及び第２の半導体層３５を順に成膜する。
【００３３】
次に、図４Ｂに示すように、ｐ電極３９及びｐ電極接合層４１を形成する。ｐ電極３９は、第２の半導体層３５の上に順にＮｉ／Ａｇ／Ｎｉを、例えばスパッタ法または電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で１００−３００ｎｍ程度の厚さで成膜し、溝部３７Ｖ及び後述する予備切断溝を形成する部分において第２の半導体層３５が露出するように所定の形状にパターニングすることで形成する。
【００３４】
ｐ電極接合層４１は、ｐ電極３９上にＴｉＷ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に、例えばスパッタ法またはＥＢ蒸着法で９００ｎｍ程度の厚さで成膜して形成する。なお、上述したように、ｐ電極接合層４１は、ｐ電極３９の材料の拡散を防止可能であるならば、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ及びこれらの合金等の他の材料から形成してもよい。また、ｐ電極接合層４１の光反射性を高めるために、ｐ電極接合層４１をＡｇ／ＴｉＷ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉをこの順に積層して形成することとしてもよい。
【００３５】
次に、図４Ｃに示すように、第１の半導体層３１に溝部３７Ｖ及び予備切断溝３７Ｃを形成してｎ電極４５を形成する。具体的には、まず、ｐ電極３９及びｐ電極接合層４１を覆うようにフォトレジスト（図示せず）を形成し、当該フォトレジストから露出している第２の半導体層３５及び発光層３３を貫通して第１の半導体層３１を露出するように溝部３７Ｖ及び予備切断溝３７Ｃを形成する。この際、溝部３７Ｖ及び予備切断溝３７Ｃは、例えば第２の半導体層３５、発光層３３及び第１の半導体層３１の一部を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等でドライエッチングすることで形成する。その後、溝部３７Ｖの底部から露出している第１の半導体層３１の表面の少なくとも一部を覆うようにｎ電極４５を形成する。ｎ電極４５は、第１の半導体層３１の表面からＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｉｎ／Ａｕをこの順に、例えば２８００ｎｍ程度の厚さに成膜することで形成する。
【００３６】
次に、Ｃｌ2及びＡｒ2を用いたドライエッチング等によって予備切断溝３７Ｃの底部から成長基板４７の表面に至る溝（図示せず）を形成し、発光素子３０を個片化する。
【００３７】
次に、図４Ｄに示すように、層間絶縁層４３を形成する。具体的には、第２の半導体層３５の表面並びに第２の半導体層３５、発光層３３及び第１の半導体層３１の側面を覆うようにＳｉＯ2またはＳｉＮ等の絶縁性材料を、例えばスパッタ法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等で成膜する。
【００３８】
［支持基板への絶縁膜の形成］
次に、図４Ｅに示すように支持基板１１上に絶縁層１３を形成する。
・支持基板の洗浄及びスパッタ処理の準備
まず、Ｓｉからなる支持基板１１をアセトン等の有機溶剤中にて、１０分間超音波洗浄した後、純水にてよくすすぎ、Ｎ2ガスブローにて十分乾燥させる。なお、支持基板は、Ｓｉに限らず、サファイアなどの半導体成長用基板、タングステン、カーボン、タンタルなどの金属基板を用いることができる。
【００３９】
次に、支持基板１１を基材ホルダに取り付け、ターゲットとしてｈ−ＢＮを取り付けたスパッタ装置（図示せず）の真空チャンバ内の基材加熱回転部へ、当該基板ホルダを取り付ける。当該基材加熱回転部は基材加熱用ヒーターが内蔵されており、これにより基板ホルダを加熱することで、間接的に基材を加熱することが可能である。
【００４０】
次に、排気ポンプにてスパッタ装置の真空チャンバの圧力が１．５×１０-4Ｐａとなるまで排気する。次に、基材加熱回転部を回転させて基材加熱用ヒーターを駆動し、支持基板１１を４００℃まで加熱し、加熱による脱ガス及び支持基板１１の温度の安定化を行う。
・スパッタ工程
次に、絶縁層１３をスパッタによって形成する。このスパッタ工程で用いる絶縁層１３形成時のスパッタスキームの一例を図５に示す。
【００４１】
まず、ｔ０〜ｔ１において真空チャンバ内にＡｒガスを導入し、真空チャンバの圧力が０．３ＰａとなるようＡｒガス流量を９２ｓｃｃｍに調整し、圧力を安定化させる。その後、ＲＦ電源を入れ、ＲＦマッチングボックスを用いてプラズマの安定を図る。この際のＲＦパワーは３８０Ｗとする。
【００４２】
次に、ｔ１〜ｔ２においてｈ−ＢＮターゲットの表面をプレスパッタし、表面の清浄化を行った後に、ｔ２〜ｔ３においてシャッタを開きＡｒプラズマにて初期スパッタを約１５ｍｉｎ実施し、支持基板１１上にバッファ層１３Ａを形成する。このように、Ａｒのみの雰囲気下でスパッタを行うとＡｒのイオンボンバードメントによるはじき出し効果が強く、ｈ−ＢＮ内のＮがはじき出されるため、支持基板１１上に堆積するのはＮが不足傾向にあるアモルファス状のＢＮとなる。
【００４３】
次に、ｔ３〜ｔ４において、真空チャンバの圧力を０．３Ｐａに維持したまま、Ｎ源としてＮ2ガスの導入しかつＡｒガスの流量を減少させ、流量比がＡｒ：Ｎ2＝９７：３（すなわちＮ2ガス比率が３％）となるようにＡｒ＝８９ｓｃｃｍ、Ｎ2＝２．７ｓｃｃｍに各ガスの流量を変化させつつ、そのままスパッタを継続する。その後、ｔ４〜ｔ５において、流量比がＡｒ：Ｎ2＝９７：３となった状態を維持しつつ、スパッタをさらに継続しｈ−ＢＮを含有するＢＮ膜である伝熱作用層１３Ｂを４００ｎｍの厚さで形成する。
【００４４】
このように、Ａｒガスに加えてＮ源であるＮ2ガスを導入することで、Ａｒによるスパッタの安定化（レートの安定、マッチングの安定）効果を維持しつつ、Ｎ2ガスによってイオンボンバードメントによって弾き出されていたｈ−ＢＮ内のＮ成分が補完され、ｈ−ＢＮ含有しかつ高密着性を有するＢＮ膜を得ることができる。
【００４５】
次に、ｔ５において、シャッタを閉じてＲＦ電源を切り、各ガスの供給を停止してスパッタを終了する。その後、基材加熱回転部のヒーターを切り、基材の冷却を待つ。最後に基材加熱回転部の回転を停止し、真空チャンバを大気圧に戻し、支持基板１１を取り出す。
・ｎ電極凹部及びｐ電極凹部の形成
次に、図４Ｆに示すように、ｎ電極凹部１７、ｐ電極凹部１９、支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３を形成する。具体的には、フォトレジストを用いたドライエッチング等によって、絶縁層１３を表面から２５０ｎｍ程度除去してｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９を形成する。
【００４６】
その後、ｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９の底面に、ＥＢ蒸着法によってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次積層して厚さ２００ｎｍの支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３をそれぞれ形成する。すなわち、支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３の厚さは、ｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９の深さよりも小さく、支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３の頂部は、それぞれｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９内にある。
【００４７】
このようにすることで、後述する支持基板１１と発光素子３０との貼り合わせの際に、ｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９内にｎ電極４５及びｐ電極接合層４１が係合する等し、接合時の位置合わせが容易となる。
【００４８】
［支持基板と発光素子との貼り合わせ］
次に、図４Ｇに示すように、支持基板１１と発光素子３０を、たとえば熱圧着により接合させる。より詳細には、まず、支持基板１１の支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３が、それぞれ発光素子３０のｎ電極４５及びｐ電極接合層４１と対向するように位置合せを行う。
【００４９】
その後、２００℃程度に加熱しながら、支持基板１１と成長基板４７を図中白抜き矢印の方向に３ＭＰａ程度の圧力で押圧して、支持基板側ｐ電極２３と支持基板ｎ電極２１とｐ電極接合層４１及びｎ電極４５とを圧着する。
【００５０】
このとき、支持基板ｎ電極２１とｎ電極４５との圧着面付近においては、ＩｎＡｕの合金が生成され、支持基板側ｐ電極２３とｐ電極接合層４１との圧着面付近においては、Ａｕ同士の固相拡散接合が起こり、接合密着性が向上する。なお、接合方法及び材料は上記の方法及び材料に限定されるものではなく、例えばＡｕＳｎ等を接合面に配して、ＡｕＳｎ共晶接合を用いた接合を行ってもよい。
【００５１】
［成長基板の除去］
支持基板１１と発光素子３０とを接合した後、成長基板４７を除去する。成長基板４７の除去により第１の半導体層３１の表面３１Ｓが露出し、光出射面となる。成長基板４７の除去は、レーザリフトオフ法を用いて行った。なお、成長基板４７の除去は、レーザリフトオフに限らず、ウエットエッチングドライエッチング、機械研磨法、化学機械研磨（ＣＭＰ）もしくはそれらのうち少なくとも１つの方法を含む組合せにより行ってもよい。
【００５２】
成長基板４７を除去した後、発光素子３０の各々が接合されている領域毎に支持基板１１を切断した後に、発光装置１０が完成する。
【実施例２】
【００５３】
以下に、本発明の実施例２である発光装置６０について、図６及び図７を参照しつつ説明する。図７は、本発明の実施例２である発光装置６０の上面図である。図７は、図６の７−７線に沿った断面図である。
【００５４】
実施例２の発光装置６０は、実施例１の発光装置１０と絶縁層１３の態様のみが異なり、他の構成については発光装置１０と同様である。
【００５５】
発光装置６０の絶縁層１３には、ｐ電極凹部１９の底面に格子状に形成された底面凹部１３Ｒが形成されている。底面凹部１３Ｒは、絶縁層１３を貫通せずに絶縁層１３内で終端している。
【００５６】
発光装置１０と同様に発光装置６０のｐ電極凹部１９の底面には、支持基板ｐ電極２３が形成されている。発光装置６０において、支持基板ｐ電極２３は、底面凹部１３Ｒ内を充填するように形成されている。
【００５７】
発光装置６０の底面凹部１３Ｒは、発光装置１０のｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９を形成する工程の後であって、支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３を形成する工程の前に、例えばフォトレジストを用いたドライエッチングによって形成する。
【００５８】
発光装置６０の製造においては、底面凹部１３Ｒを形成した後に、底面凹部１３Ｒを充填するように、例えばＥＢ蒸着にてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に、総層厚が２００ｎｍになるように積層して形成する。
【００５９】
このようにすることで、伝熱作用層１３Ｂ内における支持基板１１の主面と水平方向への熱伝導を底面凹部１３Ｒによって部分的に遮断し、支持基板１１の主面と垂直方向に良好に伝播させることが可能である。
【００６０】
また、底面凹部１３Ｒを形成することで絶縁層１３と支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３との接触面積が大きくなり、支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３から絶縁層１３への熱の移動が促進される。
【００６１】
なお、底面凹部１３Ｒの深さＤは絶縁層１３の厚みに対して１／２以上２／３以下程度が望ましい。底面凹部１３Ｒの深さが絶縁層１３の厚みの１／２よりも浅いと支持基板１１の主面と垂直方向への熱伝播が十分に促進されず、底面凹部１３Ｒの深さが絶縁層１３の総厚みの２／３よりも深いと底面凹部１３Ｒによって伝熱作用層１３Ｂが分断されることで、絶縁層１３内での支持基板１１の主面と水平方向への熱伝播が十分になされない可能性があるからである。
【００６２】
［絶縁膜の伝熱特性の評価］
上記実施例１及び２に記載した発光装置１０及び６０に形成した絶縁層１３の伝熱特性の評価実験をした。評価実験には、発光装置１０及び６０の支持基板１１及び絶縁層１３を模した図８に示す支持体８０を用いた。支持体８０は、２５ｍｍ角で厚さが５００μｍのＳｉからなる支持基板８１及び支持基板８１上に形成されている２００ｎｍの絶縁層８３を有する。
【００６３】
図９に示すように、評価実験においては、絶縁層８３の表面の一角部の３ｍｍ角の加熱領域ＨＥをヒータ等によって加熱し、５分後に支持基板８１の絶縁層８３が形成されている面と反対側の面の温度を測定した。
【００６４】
温度の測定点は、加熱領域ＨＥの直下の領域にある測定点Ｐ１とＰ１から支持基板８１の主面の対角線方向に距離Ｌ＝１０ｍｍ離れた測定点Ｐ２とし、測定点Ｐ１での測定温度をＴ１、測定点Ｐ２での測定温度をＴ２とした。加熱領域の直下である測定点Ｐ１の測定温度Ｔ１からは、支持体８０の主面と垂直方向の伝熱特性を把握することができる。また、加熱領域から支持体の主面と平行な方向に離間している測定点Ｐ１の測定温度Ｔ２からは、支持体８０の主面と平行方向の伝熱特性を把握することができる。
【００６５】
後述するように、全てのサンプルにおいて支持基板８１は同一であるので、サンプル同士のＴ１及びＴ２を比較することで、絶縁層８３の伝熱特性を把握することができる。
【００６６】
評価実験においては加熱領域ＨＥを高温（１７７．５℃）で加熱した際の温度Ｔ１及びＴ２、低温（９８．５℃）で加熱した際のＴ１及びＴ２を測定した。また、評価は以下のサンプルを用いて行った。
【００６７】
・サンプル１（実施例１に対応）
実施例１の発光装置１０に対応するサンプル１は、絶縁層８３が上記した絶縁層１３のスパッタ工程と同様の工程で形成したアモルファス状のＢＮ内にｈ−ＢＮを含む層となっている。
【００６８】
・サンプル２（実施例２に対応）
実施例２の発光装置６０に対応するサンプル２は、支持基板８１の上面に、発光装置６０の底面凹部１３Ｒを模した格子溝構造が形成されている。この格子溝構造は、溝幅を３０μｍ、溝ピッチを６０μｍ、深さを１００ｎｍとした。絶縁層８３は、サンプル１と同様に上記した絶縁層１３のスパッタ工程と同様の工程で形成したアモルファス状のＢＮ内にｈ−ＢＮを含む層となっている。
【００６９】
・サンプル３
比較例であるサンプル３は、絶縁層８３が実施例１の［支持基板への絶縁膜の形成］において説明した工程からｔ３〜ｔ５の条件のみを変更した工程で形成されている。サンプル３の絶縁層８３の形成においては、ｔ３〜ｔ４において、真空チャンバの圧力を０．３Ｐａに維持したまま、Ｎ2ガスの導入しかつＡｒガスの流量を減少させ、流量比がＡｒ：Ｎ2＝９０：１０（すなわちＮ2ガス比率が１０％）となるようにＡｒ＝８３ｓｃｃｍ、Ｎ2＝９．２ｓｃｃｍに各ガスの流量を変化させつつ、そのままスパッタを継続した。その後、ｔ４〜ｔ５において、流量比がＡｒ：Ｎ2＝９０：１０となった状態を維持しつつ、スパッタをさらに継続しｈ−ＢＮを含有するＢＮ膜である絶縁層８３を２００ｎｍの厚さで形成した。
【００７０】
・サンプル４
比較例であるサンプル４は、絶縁層８３が実施例１の［支持基板への絶縁膜の形成］において説明した工程からｔ３〜ｔ５の条件のみを変更した工程で形成されている。サンプル４の絶縁層８３の形成においては、ｔ３〜ｔ５において、真空チャンバの圧力を０．３Ｐａに維持したまま、Ｎ2ガスを導入せずにＡｒガスのみの雰囲気下で、スパッタを継続しｈ−ＢＮを含有しないアモルファス状のＢＮ膜である絶縁層８３を２００ｎｍの厚さで形成した。
【００７１】
・サンプル５
比較例であるサンプル５は、絶縁層８３が層厚２００ｎｍのＳｉＯ2層からなっている。サンプル５の絶縁層８３は、支持基板８１上にＳｉＯ2をスパッタで２００ｎｍの厚さで成膜して形成した。
【００７２】
・サンプル６
比較例であるサンプル６は、支持体８０を絶縁層８３を除いたＳｉ基板である支持基板８１のみとした。評価実験において、サンプル６の温度測定は、支持基板８１の測定点Ｐ１及びＰ２が配されている面と反対側の面の一角部の３ｍｍ角の領域を加熱して行った。
【００７３】
［実験結果］
【００７４】
【表１】
2016111124.tif 000003
【００７５】
当該評価実験における温度測定結果を表１に示す。表１に示すように、高温加熱時において、支持体８０の主面と垂直な方向の伝熱特性を表すＴ１は、実施例２に対応するサンプル２が最も高く、Ｓｉ基板のみであるサンプル６より高かった。以下、サンプル３＞実施例１に対応するサンプル１＞サンプル４＞サンプル５という結果となった。
【００７６】
また、高温加熱時において、支持体８０の主面と平行な方向の伝熱特性を表すＴ２は、実施例２に対応するサンプル２が最も高く、その次に実施例１に対応するサンプル１、サンプル３と続き、これらはＳｉ基板のみであるサンプル６より高かった。以下、サンプル５＞サンプル４という結果となった。
【００７７】
低温加熱時において、支持体８０の主面と垂直な方向の伝熱特性を表すＴ１は、実施例２に対応するサンプル２が最も高かった。以下、サンプル３＞実施例１に対応するサンプル１＞サンプル４＞サンプル５という結果となった。
【００７８】
低温加熱時において、支持体８０の主面と平行な方向の伝熱特性を表すＴ２は、実施例１に対応するサンプル１が最も高く、Ｓｉ基板のみであるサンプル６と同等であった。以下、実施例２に対応するサンプル２＞サンプル３＞サンプル４＞サンプル５という結果となった。
【００７９】
以上の結果より、ｈ−ＢＮを含むＢＮ膜である絶縁層８３を有するサンプル１乃至３は、ｈ−ＢＮを含まないＢＮ層からなる絶縁層８３を有するサンプル４及びＳｉＯ2層からなる絶縁層８３を有するサンプル５よりも伝熱特性が良好であることが解った。
【００８０】
特に、高温時、低温時に支持基板８１の主面に垂直な方向及び平行な方向にバランス良く熱を伝導するのは、実施例２に対応するサンプル２のｈ−ＢＮを含有するＢＮ膜からなる絶縁層８３であることが分かった。
【００８１】
［考察］
上述のように、本発明によるｈ−ＢＮを含有するＢＮ層からなる絶縁層は、特に水平方向の熱伝導性が高く、その熱伝導性はＳｉ基板のみを上回ることが分かった。ｈ−ＢＮは六方晶のａ軸方向において、非常に熱伝導率が高い（λa-axis＞４００Ｗ／ｍ・ｋ）。そのため、実施例１及び２の発光装置１０及び６０の絶縁層１３（サンプル１及び２に対応）のＢＮ層中には、ｈ−ＢＮ粒１３Ｃがその結晶構造のａ軸が支持基板１１とバッファ層１３Ａの界面に垂直な方向よりも当該界面に平行な方向に近い方向になるように配向されているか、または少なくともランダムな配向で存在していることで、絶縁層の水平方向への熱伝導性が大きく向上していると考えられる。
【００８２】
また、サンプル１よりもサンプル２のＴ１の方が高くなっていることから、実施例２の発光装置６０のように絶縁層１３に、格子状の溝を形成すると、熱が絶縁層内において支持基板の主面と垂直方向へ良好に伝播するようになることが分かった。
【００８３】
また、サンプル３（Ｎ2ガス比率を１０％にしたもの）のｈ−ＢＮ含有ＢＮ層は、実施例１に対応するサンプル１に比べて支持基板の主面と平行方向への熱伝導性が弱く、垂直方向の熱伝導性がやや良い。従って、絶縁層内のｈ−ＢＮの六方晶ａ軸方向がサンプル１及び２の絶縁層よりも、支持基板の主面と垂直な方向に近い配向となっていると考えられる。なお、この配向傾向は、図１０に示すサンプル３の絶縁層８３の表面のＳＥＭ画像（倍率２５０００倍）においてｈ−ＢＮの六方晶片の角が飛び出している（例えば、図中白抜き矢印で指し示す部分）ことからも確認できる。
【００８４】
［ｈ−ＢＮの含有判定］
サンプル１乃至３において絶縁層にｈ−ＢＮが含有されているか否かの判定は顕微ラマン分光解析によって行った。図１１にサンプル１乃至４の絶縁層のＢＮのラマンスペクトルを示す。立方晶構造をとるｃ−ＢＮ粒が存在すれば１０５７ｃｍ-1付近、六方晶構造を有するｈ−ＢＮ粒が存在すれば１３８０ｃｍ-1付近にそれぞれ結晶構造に起因するピークが得られる。
【００８５】
図１２から解るように、サンプル１、２及びサンプル３において１３８０ｃｍ-1付近にピークが観られるため、サンプル１乃至３の絶縁層にｈ−ＢＮ粒が含まれることが解った。サンプル４においてはピークが観察されず、サンプル４の絶縁層はアモルファス状のＢＮのみからなるＢＮ層であることが解る。
【００８６】
このことから、Ａｒのみの雰囲気下すなわち窒素元素を有するガスを含まない雰囲気下でｈ−ＢＮをスパッタリングしてＢＮ層を形成すると、ｈ−ＢＮを含まないＢＮ層が形成されることが解る。換言すれば、実施例１及び２の発光装置１０、６０のバッファ層１３Ａもｈ−ＢＮ粒を含まず、バッファ層１３Ａに対して顕微ラマン分光解析を行った場合でも、ｈ−ＢＮに起因するピークは観測されない。
［絶縁層内のｈ−ＢＮの耐熱性及び高温時の安定性の評価］
ｈ−ＢＮを絶縁層内に含む実施例１及び実施例２に対応するサンプル１及び２並びにサンプル３に形成される絶縁層において、高温時にｈ−ＢＮの構造が維持されるか否かすなわちｈ−ＢＮの耐熱性及び高温時の安定性を評価した。なお、この評価においては、サンプル１乃至４のそれぞれの絶縁層の形成条件にてタングステン基材上へ厚み２００ｎｍのＢＮ層をスパッタ成膜したものを加熱した後に顕微ラマン分光解析を行って評価をした。
【００８７】
具体的には、絶縁層を形成したタングステン基材サンプルを試験チャンバにセットし、チャンバ内を一度真空排気した。次に、Ｎ2ガスをチャンバ圧力が５０ｋＰａとなるまで導入した。サンプルは電極の役割を持つ冶具にて固定されており、２００Ｋ／ｍｉｎの温度上昇率となるように通電を行う通電加熱によりサンプルを加熱した。サンプルの温度が約２０００Ｋに到達したら１０分間保持し、昇温時と同じレートで温度を下げた。なお、温度測定には、トプコン社製ＳＲ３−ＩＲ赤外分光光度計を用いた。
【００８８】
図１２にサンプル１乃至４のそれぞれの絶縁層の形成条件で形成されたＢＮ層の加熱処理後のラマンスペクトルを示す。サンプル１乃至３の絶縁層の形成条件で形成されたＢＮ層は、高温に晒された後もｈ−ＢＮのラマンピークが観察された。一方、サンプル４の絶縁層の形成条件で形成されたＢＮ層はかなりの部分が昇華し、何のラマンピークも得られなかった。
【００８９】
以上のことから、実施例１及び２に対応するサンプル１及び２の絶縁層の形成条件、及びサンプル３の絶縁層の形成条件、すなわち、スパッタ時のＡｒ＋Ｎ2ガスのＮ2ガス比率を少なくとも３％から１０％として形成した場合、このＢＮ絶縁層内のｈ−ＢＮは高温に晒されてもｈ−ＢＮ構造を維持することが解った。また、これらのＢＮ絶縁層は、高温にさらされても昇華せず、支持基板への密着性も保持されることが解った。
【００９０】
［絶縁層形成のためのスパッタ時のＮ2ガスの好適な比率について］
絶縁層形成のためのスパッタ時Ｎ2ガスの好適な比率を確認するため、スパッタ時のＡｒガスに混合するＮ2ガスの比率によるＢＮ層である絶縁層のスパッタレートの変化について実験した。この実験においては、サンプル１乃至４の絶縁層を形成する際のＮ2ガスの比率及び補足例としてこれらよりも高い１５％のＮ2ガスの比率におけるＢＮ層のスパッタレートを確認した。図１３に示すように、サンプル１乃至３のＮ2比率であるＮ2比率が１０％以下の条件では、スパッタレートが高く維持されていたが、Ｎ2ガス比率を１５％とした補足例ではスパッタレートが約４割低下した。
【００９１】
以上のことから、上記実施例に記載のようにＡｒガスを用いてスパッタを開始し、途中からＮ2ガスを導入してＢＮ層である絶縁層を形成する際、３％以上１０％以下のＮ2ガス比率が、スパッタレートを維持しかつ密着性、耐熱性の高いｈ−ＢＮ層を形成するのに好適であるといえる。
【００９２】
上記実施例においては、Ｎ源としてＮ2を用いていたが、Ｎ源は、Ａｒ（分子量３９．９５）よりも軽い他の分子からなるガスであればよい。例えば、Ｎ源としてＮＨ3（アンモニア、分子量１７）等を用いてもよい。この場合、ＮＨ3の分解温度は８００℃前後であり、単に供給しても窒素源として働かないため、先に分解してから供給する、あるいは、ＮＨ3分解用のプラズマを容易するなど工夫してもよい。
【００９３】
上記実施例において、第１の半導体層３１の表面３１Ｓ（光出射面）に光り取り出し効率向上のための凹凸構造を形成してもよい。このような凹凸構造は、成長基板４７の除去後に、第１の半導体層３１の光取り出し面である表面３１ＳをＴＭＡＨなどを用いた異方性ウェットエッチングによって形成する。なお、フォトリソグラフィ、ＥＢリソグラフィ、ＥＢ描画、ナノインプリント、レーザ露光などの方法及びリフトオフ法により、人工的周期構造のマスクパターンを形成後にドライエッチングして形成して凹凸構造を形成してもよい。
【００９４】
また、上記実施例においては、層間絶縁層４３をＳｉＯ2またはＳｉＮ等で形成するとしたが、絶縁層１３と同様の方法で形成するＢＮ層を層間絶縁層４３として形成してもよい。なお、上記した支持基板への絶縁膜の形成方法及び当該形成方法に含まれるスパッタスキームは一例であり、形成環境及び使用するスパッタ装置によって適宜変更可能である。
【００９５】
また、実施例２において、発光装置６０の絶縁層１３には、ｐ電極凹部１９の底面に格子状の凹構造として形成された底面凹部１３Ｒが形成されているとした。しかし、底面凹部１３Ｒの形状はこれに限られない。例えば、底面凹部１３Ｒを、図１４に示すように互いに離間してマトリクス状に形成された凹部としてもよい。すなわち、ｐ電極凹部１９の底面に格子状の凸構造が形成されていてもよい。また、底面凹部１３Ｒは、直線状に伸長した凹部を互いに平行にスリット状に配列したものであってもよい。
【００９６】
また、上記実施例において、絶縁層１３にｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９を形成する場合を例に説明したが、ｎ電極凹部１７及びｐ電極凹部１９は、支持基板１１と発光素子３０との貼り合わせ時の位置合わせの便宜のためのものであり、形成しないこととしてもよい。すなわち、実施例１において、平坦な絶縁層１３の表面に支持基板ｎ電極２１及び支持基板ｐ電極２３を形成することとしてもよい。また、実施例２において、平坦な絶縁層１３の表面に底面凹部１３Ｒに対応する凹部を形成し、その上に支持基板ｐ電極を形成することとしてもよい。
【００９７】
また、上述の実施例においては、発光素子を搭載した発光装置を例について説明したが、支持基板上に搭載する素子は発光素子以外の他の半導体素子でもよい。
【００９８】
上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び製造される発光装置または半導体装置に応じて、適宜選択することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０、６０  発光装置
１１、８１  支持基板
１３  絶縁層
１３Ａ  バッファ層
１３Ｂ  伝熱作用層
１３Ｒ  底面凹部
１３Ｃ  ｈ−ＢＮ粒
１７  ｎ電極凹部
１９  ｐ電極凹部
２１  支持基板ｎ電極
２３  支持基板ｐ電極
３０  発光素子
３１  第１の半導体層
３３  発光層
３５  第２の半導体層
３７  半導体構造層
３９  ｐ電極
４１  ｐ電極接合層
４３  層間絶縁層
４５  ｎ電極
４７  成長基板
８０  支持体
８３  絶縁層
【図１】
2016111124.tif 000004
【図２】
2016111124.tif 000005
【図３】
2016111124.tif 000006
【図４Ａ】
2016111124.tif 000007
【図４Ｂ】
2016111124.tif 000008
【図４Ｃ】
2016111124.tif 000009
【図４Ｄ】
2016111124.tif 000010
【図４Ｅ】
2016111124.tif 000011
【図４Ｆ】
2016111124.tif 000012
【図４Ｇ】
2016111124.tif 000013
【図５】
2016111124.tif 000014
【図６】
2016111124.tif 000015
【図７】
2016111124.tif 000016
【図８】
2016111124.tif 000017
【図９】
2016111124.tif 000018
【図１１】
2016111124.tif 000019
【図１２】
2016111124.tif 000020
【図１３】
2016111124.tif 000021
【図１４】
2016111124.tif 000022
【図１０】
2016111124.tif 000023