(57)【要約】【課題】  従来接着工程において不定期に発生していた接着界面の空隙を減少させることが可能で、特定の場所に空隙を集めそれ以外の接着部分には空隙が極小になるようにする半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  成長基板のＧａＡｓ基板１上にｐ−ＩｎＧａＡｓクラッド層２、ＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層３、ｎ−ＩｎＧａＡｓクラッド層４及びＩｎＧａＰ接着層５を順次結晶成長させる。ＩｎＧａＰ接着層５の表面に縦横に基板端部に達する極浅い溝状の凹部をストライプ状に形成する。ＧａＡｓ基板１と向い合う様にＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層３からの発光に対し透光性を持つｐ−ＧａＰ基板１０を溝状の凹部６が間に介在するように対向させる。その後熱圧着等によってｐ−ＧａＰ基板１０をＩｎＧａＰ接着層５に接着する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも半導体活性層及び当該半導体活性層を挟む互いに導電型の異なる１対のクラッド半導体層を有する積層体と、
透光性半導体基板と、
前記積層体及び前記透光性半導体基板を接合する半導体接着層とを有し、
前記半導体接着層と前記透光性半導体基板との接合面には溝状の凹部が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記溝状の凹部は、前記半導体チップの側面に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記溝状の凹部は、前記半導体チップの向い合う２側面に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
半導体ウェーハ上に少なくとも第１導電型半導体クラッド層、半導体活性層、第２導電型半導体クラッド層及び半導体接着層を順次成長させた積層体の前記半導体接着層を透光性半導体基板に、前記半導体接着層接着面もしくは前記透光性半導体基板接着面に形成された溝状の凹部を介在させて、に接着する工程と、
前記透光性半導体基板を接着した後、前記半導体基板を研磨法もしくはエッチング法により除去する工程と、
前記半導体ウェーハをダイシング若しくはスクライブして複数の半導体チップを形成する工程とを具備したことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記接着は、ＰＨ3、ＮＨ4、ＡｓＨ3の５族の有機金属ガス雰囲気で行われるか、もしくは加熱により行われることを特徴とする請求項４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、半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性層を含む複数の半導体層を積層した積層体を半導体基板に半導体接着層により接着して光取り出し効率を上げた発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの半導体発光素子が知られている。
これは、成長基板であるＧａＡｓが吸収層となって発光効率が低下するのを防止するための対応策であって、成長基板上にＡｌＩｎＧａＰ系活性層を含む半導体層を積層成長させ、さらに、接着基板であるＧａＰを接着によって成長層上に形成し、その後成長基板を除去する技術である。この接着に際しては、表面の汚れ等に細心の注意が必要である。これは僅かな凹凸であっても微小な空間が発生してしまうからである。この空間は、小さくてもワイアボンディング等の応力で破瓜したり、後の通電試験で劣化を起こしたりと信頼性に不具合を生じる。
【０００３】
また、空隙が存在すると、発光層からの発光光がこの空隙の中で多重反射して減衰する為、光取出し効率が悪くなる等の問題があった。これらの問題は、根本的な問題であり不定期に発生する空隙は、突発的な歩留の低下と言った不具合を発生させる為に除去を必要とするが、結果的に発生するものである為、その発生場所の特定は事前に出来ない。また、事後に充分な検査を行う必要があるなど製造工程を煩雑にさせている。
特許文献１には、ＧａＡｓ基板に成長させたＩｎＧａＡｌＰ系積層半導体層にＧａＰ基板を張り合わせる技術が開示されている。ＧａＰ基板を接着する際に、燐あるいは砒素を含む雰囲気で熱処理を行ってボイド形成を抑制することが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３３４８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来接着工程において不定期に発生していた接着界面の空隙を減少させることが可能であり、また、特定の場所に空隙を集めそれ以外の接着部分には空隙が極小になるようにすることが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体発光素子の一態様は、複数の半導体層が積層された半導体チップを具備し、前記半導体チップは、少なくとも半導体活性層及び当該半導体活性層を挟む互いに導電型の異なる１対のクラッド半導体層を有する積層体と、透光性半導体基板と、前記積層体及び前記透光性半導体基板を接合する半導体接着層とを有し、前記透光性半導体基板の前記半導体接着層との接合面もしくは前記半導体接着層の前記透光性半導体基板との接合面には溝状の凹部が形成されていることを特徴としている。
また、本発明の半導体発光素子の製造方法の一態様は、半導体基板上に少なくとも第１導電型半導体クラッド層、半導体活性層、第２導電型半導体クラッド層及び半導体接着層を順次成長させる工程と、前記半導体基板上の前記半導体接着層表面もしくは透光性半導体基板表面に溝状の凹部を形成する工程と、前記半導体接着層表面に前記溝状の凹部が介在するように透光性半導体基板を載置する工程と、前記半導体接着層及び前記透光性半導体基板を接着する工程と、前記透光性半導体基板を接着した後、前記半導体基板を研磨法もしくはエッチング法により除去して半導体ウェーハを形成する工程と、前記半導体ウェーハをダイシング若しくはスクライブ（劈開）して複数の半導体チップを形成する工程とを具備したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、従来接着工程において不定期に発生していた接着界面の空隙を減少させることが可能となり、さらに、溝状の凹部に界面付近で発生した泡状の空隙が集まって、意識的に形成した溝状の凹部に空隙が集中し、これ以外の接着部分には空隙が極小にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１乃至図５を参照して実施例１を説明する。
図１に示す半導体チップ（電極は表示しない）は、透光性のｐ−ＧａＰ基板（接着基板）１０と、ｐ−ＧａＰ基板１０上のＩｎＧａＰ接着層５と、ＩｎＧａＰ接着層５上のｐ−ＩｎＧａＡｓクラッド層４と、ｐ−ＩｎＧａＡｓクラッド層４上のＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層３と、ＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層３上のｎ−ＩｎＧａＡｓクラッド層２とを有している。ｎ−ＩｎＧａＡｓクラッド層２上には電極を形成する前に半導体電流拡散層を形成することもできる。電極は、半導体チップの上面及びｐ−ＧａＰ基板１０の下面に形成される。
【０００９】
この半導体チップにおいて、活性層を含む積層された半導体層２、３、４は、ＩｎＧａＰ接着層５によってｐ−ＧａＰ基板１０に接着されている。ＩｎＧａＰ接着層５とｐ−ＧａＰ基板１０との接着面の接着性を高めるために、ＩｎＧａＰ接着層５の接着面に、例えば、トレンチのような、溝状の凹部６が形成されている。図１の半導体チップでは溝状の凹部６は、半導体チップの対向する２側面に形成されている。
溝状の凹部の存在により接着層５と基板１０との接触面積が増して両者の接着強度が向上する。
次に、この半導体チップを形成する製造方法を説明する。
成長基板であるＧａＡｓ基板（半導体ウェーハ）１上にｐ−ＩｎＧａＡｓクラッド層２、ＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層３、ｎ−ＩｎＧａＡｓクラッド層４及びＩｎＧａＰ接着層５を順次結晶成長させる。そして、ＩｎＧａＰ接着層５の表面に縦横に基板端部に達する極浅い溝状の凹部６をストライプ状に形成する（図２）。続いて、ＧａＡｓ基板１と向かい合わせる様にＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層３からの発光に対し透光性を持つｐ−ＧａＰ基板１０を溝状の凹部６が間に介在するように対向させる（図３（ａ））。その後、熱圧着等によってｐ−ＧａＰ基板１０をＩｎＧａＰ接着層５に接着する（図３（ｂ））。
【００１０】
この工程において、縦横に形成した溝状の凹部６には界面付近で発生した泡状の空隙が集まる。この結果、意識的に形成した溝状の凹部６であるストライプに空隙を集中させ、これ以外の接着部分には空隙を極小にする。この際、不活性ガス中や真空中で行っても良いが、近接若しくは密着させた状態でＰＨ3等を流しながら加熱を行うと固層拡散が発生し、接着面に残った溝が自己修復的に埋まる。
続いて、結晶成長に用いたＧａＡｓ基板（半導体ウェーハ）１をＣＭＰなどの研磨やエッチングなどによって除去してｐ−ＧａＰ基板１０を支持基板とする積層半導体基板７を形成する。その後、積層半導体基板７のｐ−ＧａＰ基板１０を所望の厚みに研磨する。ここで得られるＧａＰ基板１０の研磨後の表面は鏡面が望ましい（図３（ｃ））。
【００１１】
次に、ＧａＰ基板１０表面にフォトリソグラフィ工程を用いてＡｕＺｎオーミック性電極８を形成する（図３（ｄ））。続いて、シンター工程を行った後に、積層半導体基板７の表面に複数のｎ型電極９を形成する（図４（ａ））。次に、積層半導体基板７をダイシングや劈開等の方法により素子分離を行い複数の半導体チップ１１を形成する（図４（ｂ））。ここで、素子分離部分（ダイシングロード）に溝状の凹部６を配しておくとより望ましい。つまり、半導体チップ１１の側面に沿って溝状の凹部６が形成されるように積層半導体基板７を分割する。このように分割することにより、半導体チップ１１に形成された溝状の凹部６は、チップ側面に露出することになる。そして、この側面は、凹部に不純物濃度の低いＧａＰ基板１０が入り込む構成になっているので、ＧａＰ基板１０の領域が広くなり、その結果、リーク電流が減少する可能性がある。
【００１２】
図５は、図４に示す半導体チップをパッケージングして形成した半導体発光素子を示す断面図である。リード１２に接続されたチップ搭載部１３は、半導体チップ１１のＧａＰ基板１０側の電極８に電気的に接続され、半導体チップ１１表面の電極９は、Ａｕ、Ａｌなどのボンディングワイヤ１６によりリード１４に接続される。半導体チップ１１、チップ搭載部１３、ボンディングワイヤ１６及びリード１２、１４の一部は、透明なレンズ状のパッケージ１５により封止されている。
この実施例は、以上の構成により、従来接着工程において不定期に発生していた接着界面の空隙を減少させることが可能となり、さらに、溝状の凹部に界面付近で発生した泡状の空隙が集まって、意識的に形成した溝状の凹部に空隙が集中し、これ以外の接着部分には空隙が極小になるようにすることが可能になる。
【実施例２】
【００１３】
次に、図６を参照して実施例２を説明する。
図６は、半導体ウェーハの製造工程を説明する斜視図及び断面図である。この実施例で形成される半導体チップの半導体構造は図１と同じである。即ち、半導体チップは、ｐ−ＧａＰ基板（接着基板）と、ｐ−ＧａＰ基板上のＩｎＧａＰ接着層と、ＩｎＧａＰ接着層上のｐ−ＩｎＧａＡｓクラッド層と、ｐ−ＩｎＧａＡｓクラッド層上のＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層と、ＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層上のｎ−ＩｎＧａＡｓクラッド層とを有している。１対の電極は、半導体チップの上面及びｐ−ＧａＰ基板の下面に形成される。
この実施例の半導体発光素子を構成する半導体チップと実施例２との違いは、実施例１ではＩｎＧａＰ接着層に溝状の凹部が形成されるのに対し、実施例２では、ｐ−ＧａＰ基板に溝状の凹部が形成されていることにある。ＩｎＧａＰ接着層とｐ−ＧａＰ基板との接着面の接着性を高めるということでは両者は、同じである。
【００１４】
次に、半導体チップが形成される半導体ウェーハの製造方法を説明する。成長基板であるＧａＡｓ基板（半導体ウェーハ）２１上にｐ−ＩｎＧａＡｓクラッド層２２、ＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層２３、ｎ−ＩｎＧａＡｓクラッド層２４及びＩｎＧａＰ接着層２５を順次結晶成長させる。続いて、ＧａＡｓ基板２１と対向する様にＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層２３からの発光に対し透光性を持つｐ−ＧａＰ基板２０を対向させる。その後、ｐ−ＧａＰ基板２０のＧａＡｓ基板２１に対向する面に縦横に端部に達する極浅い溝状の凹部２６をストライプ状に形成する（図６（ａ））。その後、熱圧着等によってｐ−ＧａＰ基板２０をＩｎＧａＰ接着層２５に接着する。
この工程において、縦横に形成した溝状の凹部２６には界面付近で発生した泡状の空隙が集まる。この結果、意識的に形成した溝状の凹部２６であるストライプに空隙を集中させ、これ以外の接着部分には空隙を極小にする。この際、不活性ガス中や真空中で行っても良いが、近接若しくは密着させた状態でＰＨ3等を流しながら加熱を行うと固層拡散が発生し、接着面に残った溝が自己修復的に埋まる（図６（ｂ））。次に、結晶成長に用いたＧａＡｓ基板１をＣＭＰなどの研磨やエッチングなどによって除去して積層半導体基板２７を形成する（図６（ｃ））。
【００１５】
以下、積層半導体基板に電極を形成し、ダイシングや劈開等の方法により素子分離を行って複数の半導体チップを分離形成する。
この実施例は、以上の構成により、従来接着工程において不定期に発生していた接着界面の空隙を減少させることが可能となり、さらに、溝状の凹部に界面付近で発生した泡状の空隙が集まって、意識的に形成した溝状の凹部に空隙が集中し、これ以外の接着部分には空隙が極小になるようにすることが可能になる。
以上、実施例で説明した溝状の凹部は、溝状の凹部をストライプ状にした場合、接着基板と半導体接着層を接合した時に両者間に存在する凹部が埋まり、見かけ上平らになる条件は、幅（ｗ）と深さ（ｄ）のアスペクト比が１以下である。即ち、ｗ≧ｄの関係になる。これ以上では熱処理条件等にもよるが、凹部が残ることになる。このような溝状の凹部において、幅（ｗ）≧１μｍ、深さ（ｄ）≧１μｍ程度が最大であり、現実的にはｗ＝５００ｎｍ、ｄ＝４５０ｎｍ(−１０％) 以下が望ましい。
【００１６】
また、接着基板若しくは半導体接着層主面に形成された溝状の凹部は、主面の一端部から別の一端部まで連続して形成されているようにしても良い。溝状の凹部の少なくとも一つは、接着基板もしくは半導体接着層主面の中心を通過する様に形成されているようにしても良い。溝状の凹部は、半導体接着層主面で少なくとも一点交差しているようにしても良い。溝状の凹部の形状は、矩形であっても良い。溝状の凹部の断面形状は、テーパ形状であっても良い。
また、半導体発光素子の活性層が、Ｉｎ1-(x+y)ＧａxＡｌyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）構造であり、接着基板がＧａＰであるようにすることができる。また、半導体発光素子の活性層がＩｎxＧａ1-x-yＡｌyＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）構造であり、接着基板がＧａＮであるようにすることができる。また、接着を行う雰囲気がＰＨ3、ＮＨ4、ＡｓＨ等のＶ族の有機金属ガスであるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１に係る半導体発光素子を構成する半導体チップの斜視図。
【図２】半導体ウェーハの断面図及び半導体ウェーハに積層される半導体接着層の斜視図。
【図３】実施例１に係る半導体チップの製造工程を説明する斜視図及び断面図。
【図４】電極が形成された積層半導体基板の斜視図及びこの積層半導体基板をダイシングして切り出したチップの断面図。
【図５】実施例１に係る半導体チップを組込んだ半導体発光素子の断面図。
【図６】実施例２に係る半導体ウェーハの製造工程を説明する斜視図及び断面図。
【符号の説明】
【００１８】
１、２１・・・ＧａＡｓ基板（成長基板）。
２、２２・・・ｐ−ＩｎＧａＡｓクラッド層。
３、２３・・・ＡｌＩｎＧａＰ−ＭＱＷ活性層。
４、２４・・・ｎ−ＩｎＧａＡｓクラッド層。
５、２５・・・ＩｎＧａＰ接着層。
６、２６・・・溝状の凹部。
７、２７・・・積層半導体基板。
８、９・・・電極。
１０、２０・・・透光性ｐ−ＧａＰ基板（接着基板）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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