発光素子、発光素子の製造方法および発光素子パッケージ
【課題】基板の裏面側に備える反射メタルにより高い反射率で光を反射させて光取り出し効率を向上させることができ、しかもその反射メタルと基板との密着性に優れる、フェイスアップタイプの発光素子およびこれを含む発光素子パッケージを提供すること。
【解決手段】フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子１であって、基板２と、基板２の表面３に順に積層されたｎ型ＧａＮ層６、発光層７およびｐ型ＧａＮ層８を有する窒化物半導体積層構造部９と、基板２の裏面４に形成された透明接着層１０と、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなり、透明接着層１０に接触した状態で透明接着層１０の裏面に形成された反射メタル１１と、反射メタル１１の裏面に形成された接合メタル１３とを含む。
【解決手段】フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子１であって、基板２と、基板２の表面３に順に積層されたｎ型ＧａＮ層６、発光層７およびｐ型ＧａＮ層８を有する窒化物半導体積層構造部９と、基板２の裏面４に形成された透明接着層１０と、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなり、透明接着層１０に接触した状態で透明接着層１０の裏面に形成された反射メタル１１と、反射メタル１１の裏面に形成された接合メタル１３とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェイスアップタイプの発光素子およびその製造方法、ならびに当該発光素子を樹脂パッケージで覆った発光素子パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの先行技術に係る半導体発光素子は、たとえば、特許文献１に開示されている。
特許文献１の図５に開示された半導体発光素子は、フェイスアップの形態で使用される素子であって、光取出し面側の表面およびその反対側の裏面を有するサファイア基板と、サファイア基板の表面に順に形成された、ｎ−ＧａＮ層、発光層、ｐ−ＧａＮ層および透明電極とを備えている。ｐ電極は、透明電極上に形成され、ｎ電極は、ｐ−ＧａＮ層および発光層の一部が除去されて露出したｎ−ＧａＮ層上に形成されている。また、サファイア基板の裏面には、反射層、バリア層およびＡｕＳｎ層が順に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６３１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、基板の裏面側に備える反射メタルにより高い反射率で光を反射させて光取り出し効率を向上させることができ、しかもその反射メタルと基板との密着性に優れる、フェイスアップタイプの発光素子およびこれを含む発光素子パッケージを提供することである。
また、本発明の別の目的は、本発明のフェイスアップタイプ発光素子を精度よく簡単に製造することができる発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発光素子は、フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子であって、前記発光素子の光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板と、前記基板の前記表面に順に積層されたｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層構造部と、前記基板の前記裏面に形成された透明接着層と、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなり、前記透明接着層に接触した状態で前記透明接着層の裏面に形成され、前記透明接着層を透過した光を前記基板の前記表面へ向けて反射させる反射メタルと、前記反射メタルの裏面に形成された接合メタルとを含む。
【０００６】
「発光波長に対して透明」とは、具体的には、たとえば、発光波長の透過率が６０％以上の場合をいう。
この構成によれば、発光層が発光すると、ほとんどの光は、ｐ型窒化物半導体層を透過して、発光層に対して基板の反対側（光取出し面側）から取り出されるが、一部の光は、ｎ型窒化物半導体層、基板および透明接着層を順に透過してから、透明接着層と反射メタルとの界面で反射され、その後、光取出し面から取り出される。
【０００７】
ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルと透明接着層との界面では、９０％以上の高い反射率で光を良好に反射することができる。その結果、発光素子の光取り出し効率を向上させることができるので、高輝度の発光素子を実現することができる。
また、上記した組成の合金からなる反射メタルを基板に直接接着するのではなく、透明接着層を挟んで接着することにより、反射メタルと基板との密着性を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の発光素子では、前記反射メタルおよび前記接合メタルが、前記透明接着層の前記裏面に収まるように形成されていて、前記発光素子を前記光取出し面の反対側から見たときに、前記基板の前記裏面または前記透明接着層の前記裏面が選択的に露出していることが好ましい。
このような構成の発光素子は、たとえば、光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板ウエハの前記表面に、ｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を順に積層して窒化物半導体積層構造部を形成する工程と、前記基板ウエハの前記裏面全面に、透明接着層を形成する工程と、前記透明接着層の裏面全面に、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルを堆積する工程と、前記反射メタルの一部を前記基板ウエハの切断予定ラインに沿って選択的に露出させるように、前記反射メタルの裏面に接合メタルを形成する工程と、前記反射メタルの露出した部分をエッチングで除去することにより、前記透明接着層の一部を前記切断予定ラインに沿って選択的に露出させる工程と、前記基板ウエハの前記裏面からの処理により、露出した前記透明接着層および前記基板ウエハに、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、本発明の一の局面に係る発光素子の製造方法により製造することができる。
【０００９】
もしくは、光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板ウエハの前記表面に、ｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を順に積層して窒化物半導体積層構造部を形成する工程と、前記基板ウエハの前記裏面全面に、透明接着層を形成する工程と、前記透明接着層の一部を前記基板ウエハの切断予定ラインに沿って選択的に覆うように、前記透明接着層の裏面にマスクを形成する工程と、前記マスク上および前記マスクから露出する前記透明接着層上に、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルおよび接合メタルを順に堆積させる工程と、前記反射メタルおよび前記接合メタルの前記マスク上の部分を前記マスクとともにリフトオフし、前記透明接着層の一部を前記切断予定ラインに沿って選択的に露出させるように前記反射メタルおよび前記接合メタルを残す工程と、前記基板ウエハの前記裏面からの処理により、露出した前記透明接着層および前記基板ウエハに、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、本発明の他の局面に係る発光素子の製造方法により製造することができる。
【００１０】
これらの方法によれば、透明接着層の一部が切断予定ラインに沿って選択的に露出するように反射メタルおよび接合メタルが形成され、当該切断予定ライン上には反射メタルおよび接合メタルが存在しないので、透明接着層および基板ウエハに、切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を簡単に形成することができる。しかも、基板ウエハの切断予定ライン上に配置されているのは透明な透明接着層であるため、分割ガイド溝を形成する際のアライメント（位置決め）を精度よく行うことができる。
【００１１】
さらに、分割ガイド溝を基板ウエハの裏面側からの処理（たとえば、レーザ照射等）で形成するので、基板ウエハの表面側に積層されたｎ型窒化物半導体層、発光層およびｐ型窒化物半導体層が直接ダメージを受けることがない。その結果、品質に優れる発光素子を製造することができる。
また、前者の一の局面に係る半導体装置の製造方法においては、反射メタルの形成に関して、まず、反射メタルを透明接着層の裏面全面に形成するので、反射メタルを透明接着層の裏面に接着する際に、レジストパターンなどのマスクを透明接着層の裏面に形成する必要がない。したがって、反射メタルを透明接着層に堆積させる際に、透明接着層と反射メタルとの界面にマスクの欠片等の異物が混入することを防止することができるので、透明接着層に対して反射メタルを優れた密着性で接着することができる。
【００１２】
一方、後者の他の局面に係る半導体装置の製造方法では、逆に、透明接着層の裏面にマスクを形成した後に、反射メタルおよび接合メタルを順に堆積させる。そのため、前者の方法とは異なり、反射メタルおよび接合メタルを堆積させる際に、マスクの欠片等の異物が各メタル界面に混入するおそれがあるが、予め形成したマスク上に反射メタルおよび接合メタルを堆積させ、その後、各メタルの不要部分をリフトオフすることで、最終的な形状の反射メタルおよび接合メタルを同時に形成することができる。そのため、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１３】
また、前記発光素子は、前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続され、前記窒化物半導体積層構造部から前記基板に平行な方向に引き出された引き出し部と、前記引き出し部上に形成されたｎ側電極と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された透明電極層と、前記透明電極層上に形成されたｐ側電極とを含んでいてもよい。
また、前記反射メタルは、前記Ｐｔ族金属がＰｄであるＡｇＰｄＣｕ合金からなることが好ましいが、前記Ｐｔ族金属がＰｔであるＡｇＰｔＣｕ合金からなっていてもよい。前者の場合、前記反射メタルは、Ｐｄを０．６％、Ｃｕを０．２％の割合でそれぞれ含有していることが好ましい。
【００１４】
ＰｄおよびＣｕを上記割合で含有させることにより、Ａｇ単体で発生し易い硫化を抑制することができる。
また、前記透明接着層は、ＩＴＯまたはＺｎＯからなっていてもよい。また、前記接合メタルは、銀、半田またはＡｕＳｎ合金からなっていてもよい。
また、本発明の発光素子は、前記反射メタルと前記接合メタルとの間に設けられたバリアメタルをさらに含むことが好ましく、その場合、ＴｉＷ合金からなるバリアメタルを採用することができる。
【００１５】
また、前記基板の厚さは、２００μｍ〜３００μｍであることが好ましく、前記基板は、サファイア、ＧａＮまたはＳｉＣからなることが好ましい。また、前記発光波長は、４５０ｎｍであることが好ましい。
前記発光素子は、互いに間隔を空けて前記基板の前記表面に離散して配置された複数の凸部の集合体からなる凸パターンをさらに含むことが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、基板とｎ型窒化物半導体層との界面に対して様々な角度で入射する光が、当該界面において光取出し面の反対側に全反射することを抑制することができる。その結果、光の取り出し効率を向上させることができる。
前記複数の凸部は、行列状に配列されていてもよく、千鳥状に配列されていてもよい。
そして、本発明の発光素子を、前記光取出し面側を上方に向けたフェイスアップ姿勢で、樹脂パッケージで覆うことにより、本発明の発光素子パッケージを構成することができる。
【００１７】
また、本発明の発光素子パッケージは、前記発光素子として、前記ｎ側電極、前記透明電極層および前記ｐ側電極を含む発光素子を備えている場合、前記樹脂パッケージに設けられた外部ｎ側電極および外部ｐ側電極と、前記ｎ側電極と前記外部ｎ側電極とを接続するｎ側ワイヤと、前記ｐ側電極と前記外部ｐ側電極とを接続するｐ側ワイヤとをさらに含むことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子の模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１の発光素子の模式的な底面図である。
【図３】図３は、図１の発光素子の模式的な断面図であって、図１の切断線Ａ−Ａでの断面を示している。
【図４Ａ】図４Ａは、図３の凸パターンの一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３の凸パターンの他の例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図３の発光素子の製造工程の一部を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、図５Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、図５Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図３の発光素子の他の製造工程の一部を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、図６Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、図６Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、図６Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｈ】図６Ｈは、図６Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図７】図７は、発光素子パッケージの模式的な断面図である。
【図８】図８は、ｐ側電極およびｎ側電極のレイアウトの変形例を示す図である。
【図９】図９は、ｐ側電極およびｎ側電極のレイアウトの他の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子１の模式的な平面図である。図２は、図１の発光素子１の模式的な底面図である。図３は、図１の発光素子１の模式的な断面図であって、図１の切断線Ａ−Ａでの断面を示している。図４Ａは、図３の凸パターン２０の一例を示す図である。図４Ｂは、図３の凸パターン２０の他の例を示す図である。
【００２０】
発光素子１は、たとえば、長辺および短辺を有する平面視長方形のチップ状である。チップ状の発光素子１の長辺は０．２ｍｍ〜３．０ｍｍ、短辺は０．１ｍｍ〜２．０ｍｍである。
発光素子１は、表面３および裏面４を有する基板２と、基板２の表面３に順に積層されたｎ型窒化物半導体層としてのｎ型ＧａＮ層６、発光層７（たとえばＩｎＧａＮ）およびｐ型窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層８からなる窒化物半導体積層構造部９とを含む。この実施形態では、基板２の表面３が光取出し面３４（後述）側の面となっており、発光層７が発光すると、ほとんどの光は、ｐ型ＧａＮ層８を透過して、発光層７に対して基板２の反対側（光取出し面３４側）から取り出される。
【００２１】
基板２は、発光層７の発光波長λ（たとえば４５０ｎｍ）に対して透明な材料（たとえばサファイア、ＧａＮまたはＳｉＣ）からなる。基板２の厚さは、たとえば、２００μｍ〜３００μｍである。
基板２の裏面４には、透明接着層１０、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３がこの順に積層されている。透明接着層１０は、その側面１４（外郭）が基板２の側面５と面一に揃うように基板２の裏面４全面に形成されている。この透明接着層１０上の反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３は、それらの側面１５，１６，１７（外郭）が互いに面一に揃っており、揃った側面１５，１６，１７が透明接着層１０の側面１４に対して内側において、個々のメタル１１，１２，１３を区画している。したがって、図２に示すように、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３は、透明接着層１０の裏面に収まる大きさで形成されていて、発光素子１を光取出し面３４の反対側（基板２の裏面４側）から見たときに、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３を取り囲む透明接着層１０の周縁部１８（透明接着層１０の裏面）が露出している。露出した周縁部１８の幅は、たとえば、１５μｍ〜１００μｍである。
【００２２】
また、それぞれの厚さの一例として、たとえば、透明接着層１０は２０ｎｍ程度、反射メタル１１は１００ｎｍ程度、バリアメタル１２は１００ｎｍ程度、接合メタル１３は２μｍ程度の厚さをそれぞれ有している。なお、これらの数値はあくまでも一例であって、適宜変更することができる。
透明接着層１０は、たとえば、発光層７の発光波長λに対して透明な材料（たとえばＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛））からなる。なお、透明接着層１０は、たとえば、２０ｎｍ〜１６０ｎｍの厚さであるとよい。とくに、厚さが２０ｎｍ〜３５ｎｍであると、熱処理を行わなくても光吸収が少ないので好ましい。
【００２３】
反射メタル１１は、たとえば、ＡｇとＰｄとＣｕとを含む合金（ＡｄＰｄＣｕ合金）からなるが、Ｐｄに代えてＰｔを用いたＡｄＰｔＣｕ合金であってもよい。各金属の配合比率は、Ａｇが９９％程度であり、Ｐｄが０．６％、Ｃｕが０．２％であることが好ましい。ＰｄおよびＣｕをこの割合で含有させることにより、Ａｇ単体で発生し易い硫化を抑制することができる。
【００２４】
バリアメタル１２は、たとえば、ＴｉＷ合金（チタン・タングステン合金）からなり、接合メタル１３は、たとえば、Ａｇ、半田またはＡｕＳｎ合金からなる。これらの組み合わせのうち、ＴｉＷ合金からなるバリアメタル１２と、ＡｕＳｎ合金からなる接合メタル１３との組み合わせが好ましい。これにより、反射メタル１１（ＡｇＰｄＣｕ合金）と接合メタル１３（ＡｕＳｎ合金）との間に、ＴｉＷ合金からなるバリアメタル１２が介在することになるので、反射メタル１１の成分が接合メタル１３へ拡散することを良好に抑制することができる。
【００２５】
一方、基板２の表面３には、互いに間隔を空けて基板２の表面３に離散して配置され、ｎ型ＧａＮ層６へ向かって突出する複数の凸部１９の集合体からなる凸パターン２０が形成されている。凸パターン２０の配列形態は、たとえば、図４Ａに示すような行列状であってもよいし、図４Ｂに示すような千鳥状であってもよい。凸パターン２０を構成する各凸部１９は、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。
【００２６】
ＳｉＮからなる凸部１９が基板２の表面３に形成されているので、反射メタル１１で反射して、基板２とｎ型ＧａＮ層６との界面に対して様々な角度で入射する光が、当該界面において光取出し面３４の反対側（反射メタル１１側）に全反射することを抑制することができる。その結果、光の取り出し効率を向上させることができる。
窒化物半導体積層構造部９は、平面視で発光素子１とほぼ相似な長方形となるようにｐ型ＧａＮ層８からｎ型ＧａＮ層６が露出する深さまでエッチングされている。そして、ｎ型ＧａＮ層６は、窒化物半導体積層構造部９から、基板２の表面３に沿う横方向に引き出された引き出し部２１を有している。すなわち、引き出し部２１は、ｎ型ＧａＮ層６の延長部で構成されている。
【００２７】
引き出し部２１は、その側面２２が基板２の側面５と面一に揃う位置まで窒化物半導体積層構造部９の側面から外側に引き出され、窒化物半導体積層構造部９を取り囲む環状の外周部２３と、当該外周部２３から窒化物半導体積層構造部９を横切る方向に直線状に延びる直線部２４とを含む。
引き出し部２１の外周部２３は、この実施形態では、基板２の厚さ方向において反射メタル１１と対向しない程度の幅で形成されている。これにより、外周部２３の上に電極などの部材が形成されても、その部材が反射メタル１１と対向することにならないので（つまり、部材が光取り出しの際の障害物にならないので）、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率を向上させることができる。
【００２８】
引き出し部２１の直線部２４は、窒化物半導体積層構造部９の周縁部に配置されたパッドスペース２５（たとえば、円形のスペース）と、当該周縁部に囲まれた窒化物半導体積層構造部９の中央部に配置され、パッドスペース２５よりも幅が狭い配線スペース２６とを含む。
この実施形態では、パッドスペース２５は、窒化物半導体積層構造部９の長手方向一端部に配置され、配線スペース２６は、パッドスペース２５から当該長手方向にパッドスペース２５の反対側に延びている。また、パッドスペース２５の幅（直径）は、５μｍ程度であり、配線スペース２６の幅は、５μｍ程度である。
【００２９】
この引き出し部２１の表面に、ｎ側電極２７が接触して形成されている。ｎ側電極２７は、引き出し部２１上に敷設されたｎ側メタル配線２８と、パッドスペース２５においてｎ側メタル配線２８上に形成されたｎ側パッド２９とを含む。
ｎ側メタル配線２８は、たとえば、ＡｌやＣｒからなる。この実施形態では、Ａｌを引き出し部２１（ｎ型ＧａＮ層６）に接するように形成し、そのＡｌ上にＣｒを形成することでｎ側メタル配線２８を構成している。ｎ側メタル配線２８の厚さは、たとえば、１０００ｎｍ程度である。
【００３０】
ｎ側メタル配線２８は、この実施形態では、引き出し部２１の直線部２４、およびパッドスペース２５に近い側の窒化物半導体積層構造部９の短辺に沿う外周部２３の一部に敷設されており、このｎ側メタル配線２８により、ｎ型ＧａＮ層６に対するｎ側電極２７のコンタクトが形成されている。また、ｎ側メタル配線２８は、パッドスペース２５においては、パッドスペース２５の幅よりもやや小さい幅の板状に形成されており、パッドスペース２５以外の直線部２４（つまり配線スペース２６）および外周部２３においては細線状に形成されている。
【００３１】
ｎ側パッド２９は、パッドスペース２５からｐ型ＧａＮ層８よりも上方に突出する柱状（この実施形態では、円柱状）に形成されており、その厚さは、たとえば、１０００ｎｍ程度である。ｎ側パッド２９は、たとえば、Ａｇ、半田またはＡｕＳｎ合金からなる。
ｎ側電極２７に関しては、ｎ側メタル配線２８が、平面視で反射メタル１１を長手方向に横切って、基板２の厚さ方向に反射メタル１１と対向することになるが、ｎ側メタル配線２８が細線状に形成されているため、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率に与える影響が少なくて済む。一方、ｎ側メタル配線２８よりも幅が広いｎ側パッド２９も反射メタル１１に対向することになるが、このｎ側パッド２９は反射メタル１１の周縁部にしか対向していないので、ｎ側メタル配線２８と同様に、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率に与える影響が少ない。
【００３２】
ｐ型ＧａＮ層８の表面には、透明電極層３０が形成されており、この透明電極層３０により、ｐ型ＧａＮ層８に対するｐ側電極３１（後述）のコンタクトが形成されている。透明電極層３０は、たとえば、発光層７の発光波長λに対して透明な材料（たとえばＩＴＯ、ＺｎＯ）からなる。また、透明電極層３０の厚さは、たとえば、１００ｎｍ程度である。
【００３３】
この透明電極層３０の表面３４に、ｐ側電極３１が形成されている。ｐ側電極３１は、たとえば、Ａｇ、半田またはＡｕＳｎ合金からなり、窒化物半導体積層構造部９の周縁部に配置されたｐ側パッド３２と、ｐ側パッド３２から窒化物半導体積層構造部９の側面に沿って延びるｐ側メタル配線３３とを一体的に含む。
この実施形態では、ｐ側パッド３２は、窒化物半導体積層構造部９の長手方向におけるｎ側パッド２９の反対側に配置され、ｐ側メタル配線３３は、平面視において反射メタル１１の外側を、直線部２４上のｎ側メタル配線２８と平行に敷設されている。とりわけ、ｐ側メタル配線３３は、直線部２４上のｎ側メタル配線２８を挟むように、当該ｎ側メタル配線２８に対して一方側および他方側に１本ずつ設けられ、それぞれのｐ側メタル配線３３が、ｐ側パッド３２におけるｎ側パッド２９から遠い側の端部に一体的に接続されている。
【００３４】
ｐ側電極３１に関しては、ｐ側メタル配線３３が、平面視で反射メタル１１を避けるように反射メタル１１の外側に敷設されているので、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率に与える影響がほとんどない。一方、ｐ側パッド３２は反射メタル１１に対向することになるが、このｐ側パッド３２は、窒化物半導体積層構造部９の長手方向におけるｎ側パッド２９の反対側に配置され、反射メタル１１の周縁部にしか対向していない。そのため、ｎ側パッド２９と同様に、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率に与える影響が少ない。
【００３５】
この発光素子１では、ｐ側電極３１（ｐ側パッド３２）とｎ側電極２７（ｎ側パッド２９）との間に順方向電圧を印加すると、発光層７から、発光波長λ＝４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの光が発生する。この光は、ｐ型ＧａＮ層８および透明電極層３０を透過して、透明電極層３０の表面３４（光取出し面）から取り出される。発光層７からｎ型ＧａＮ層６側に向かった光は、ｎ型ＧａＮ層６、基板２および透明接着層１０をこの順で透過して、反射メタル１１で反射する。反射した光は、透明接着層１０、基板２、ｎ型ＧａＮ層６、発光層７、ｐ型ＧａＮ層８および透明電極層３０をこの順で透過して、光取出し面３４から取り出される。
【００３６】
次に、２つの例を挙げて、発光素子１の製造方法を説明する。
図５Ａ〜図５Ｈは、図３の発光素子１の製造工程の一部を工程順に示す図である。
発光素子１を製造するには、たとえば、図５Ａに示すように、基板ウエハ４１（たとえば、厚さ６００μｍ〜１０００μｍのウエハ）の表面３に、ＳｉＮからなる層（ＳｉＮ層）を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクとするエッチングにより、このＳｉＮ層を複数の凸部１９に分離して凸パターン２０を形成する。次に、基板ウエハ４１の表面３に、凸パターン２０を覆うように、ｎ型ＧａＮ層６、発光層７およびｐ型ＧａＮ層８をエピタキシャル成長させることにより、窒化物半導体積層構造部９を形成する。次に、たとえば、スパッタ法により、透明電極層３０の材料（ＩＴＯ等）を窒化物半導体積層構造部９上に堆積させることにより、透明電極層３０を形成する。
【００３７】
次に、所定の形状のマスクを介して、透明電極層３０および窒化物半導体積層構造部９をエッチングする。これにより、窒化物半導体積層構造部９が所定の形状（平面視長方形）に成形され、同時に、ｎ型ＧａＮ層６の延長部からなる引き出し部２１が形成される。
次に、透明電極上にｐ側電極３１を形成し、また、引き出し部２１（ｎ型ＧａＮ層６）上にｎ側電極２７を形成する。
【００３８】
その後、基板ウエハ４１の表面３側を保護した状態で、基板ウエハ４１を裏面４から、２００μｍ〜３００μｍの厚さになるまで研削する。
次に、図５Ｂに示すように、たとえば、スパッタ法により、透明接着層１０の材料（ＩＴＯ等）を基板ウエハ４１の裏面４全面に堆積させることにより、裏面４全面を覆う透明接着層１０を形成する。
【００３９】
次に、図５Ｃに示すように、たとえば、スパッタ法により、反射メタル１１の材料（ＡｇＰｄＣｕ合金等）を透明接着層１０の裏面全面に堆積させた後、この反射メタル１１の裏面全面に、バリアメタル１２の材料（ＴｉＷ合金等）を堆積させる。
次に、図５Ｄに示すように、バリアメタル１２における基板ウエハ４１の切断予定ライン４２上の所定幅の領域を覆うようにレジストパターン４３を形成し、そのレジストパターン４３を介して、接合メタル１３の材料（ＡｕＳｎ合金等）を堆積する。そして、接合メタル１３の材料の不要部分（レジストパターン４３上に堆積した部分）をレジストパターン４３とともにリフトオフする。
【００４０】
これにより、図５Ｅに示すように、バリアメタル１２および反射メタル１１の一部を、切断予定ライン４２に沿って選択的に露出させるように、接合メタル１３が形成される。次に、たとえば、ドライエッチングにより、接合メタル１３から露出したバリアメタル１２および反射メタル１１を除去（エッチオフ）する。これにより、図５Ｆに示すように、透明接着層１０の周縁部１８が、切断予定ライン４２に沿って選択的に露出することとなる。露出幅は、次の工程でレーザ走査を行うので、３０μｍ以上（片側１５μｍ以上）であるとよい。
【００４１】
次に、図５Ｇに示すように、レーザ加工機を用いて、基板ウエハ４１に対して裏面４側からレーザ光を走査する。より具体的には、切断予定ライン４２に沿って、レーザ光を走査して分割ガイド溝４４を形成する。走査の過程において、レーザ光は常時照射していてもよいし、レーザ光発生ユニットをオン／オフすることによって、間欠的にレーザ光を照射するようにしてもよい。
【００４２】
レーザ光が照射される位置においては、分割ガイド溝４４の底面部にレーザ光が集光されて、その集光点で多光子吸収が発生する。そして、集光点が分割ガイド溝４４の底面部に沿って走査されることによって、切断予定ライン４２に沿って、分割ガイド溝４４が形成される。分割ガイド溝４４の深さは、たとえば、１００μｍ程度である。この場合、分割ガイド溝４４は、透明接着層１０を貫通し、基板２の途中に達する。
【００４３】
こうして分割ガイド溝４４が形成された後には、図５Ｈに示すように、基板ウエハ４１に外力を加えることにより、基板ウエハ４１を各発光素子１の個片（チップ）に分割する。これにより、図３の発光素子１の個片が得られる。
図６Ａ〜図６Ｈは、図３の発光素子１の他の製造工程の一部を工程順に示す図である。発光素子１は、以下の製造工程により製造することもできる。
【００４４】
この場合、たとえば、図６Ａに示すように、図５Ａの場合と同様に、基板ウエハ４１の表面３に、凸パターン２０を形成した後、窒化物半導体積層構造部９および透明電極層３０を形成し、ｐ側電極３１およびｎ側電極２７を形成する。その後、基板ウエハ４１の表面３側を保護した状態で、基板ウエハ４１を裏面４から、２００μｍ〜３００μｍの厚さになるまで研削する。
【００４５】
次に、図６Ｂに示すように、たとえば、スパッタ法により、透明接着層１０の材料（ＩＴＯ等）を基板ウエハ４１の裏面４全面に堆積させることにより、裏面４全面を覆う透明接着層１０を形成する。
次に、図６Ｃに示すように、透明接着層１０における基板ウエハ４１の切断予定ライン４２上の所定幅の領域を覆うようにレジストパターン４５を形成する。
【００４６】
次に、図６Ｄに示すように、レジストパターン４５を介して、たとえば、スパッタ法により、反射メタル１１の材料（ＡｇＰｄＣｕ合金等）、バリアメタル１２の材料（ＴｉＷ合金等）および接合メタル１３の材料（ＡｕＳｎ合金等）を順に堆積する。
次に、図６Ｅに示すように、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３の各材料の不要部分（レジストパターン４５上に堆積した部分）をレジストパターン４５とともに同時にリフトオフする。
【００４７】
これにより、図６Ｆに示すように、透明接着層１０の周縁部１８が、切断予定ライン４２に沿って選択的に露出すこととなる。
その後は、図６Ｇおよび図６Ｈに示すように、図５Ｇおよび図５Ｈの場合と同様に、レーザ加工機を用いて分割ガイド溝４４を形成した後（図６Ｇ）、基板ウエハ４１に外力を加えることにより、基板ウエハ４１を各発光素子１の個片（チップ）に分割する（図６Ｈ）。これにより、図３の発光素子１の個片が得られる。
【００４８】
図７は、発光素子パッケージ５１の模式的な断面図である。
発光素子パッケージ５１は、発光素子１と、支持基板５２と、樹脂パッケージ５３とを含む。
発光素子１は、基板２の表面３が上を向くようなフェイスアップ姿勢で接合メタル１３が支持基板５２に接合されることにより、支持基板５２に配置されている。
【００４９】
支持基板５２は、発光素子１を支持する絶縁基板５４と、絶縁基板５４の両端から露出するように設けられて、発光素子１と外部とを電気的に接続する金属製の一対の電極（外部ｎ側電極５５および外部ｐ側電極５６）とを有している。
そして、発光素子１のｎ側電極２７（ｎ側パッド２９）と外部ｎ側電極５５とが、ｎ側ワイヤ５７によって接続されている。また、発光素子１のｐ側電極３１（ｐ側パッド３２）と外部ｐ側電極５６とが、ｐ側ワイヤ５８によって接続されている。
【００５０】
樹脂パッケージ５３は、樹脂が充填されたケースであり、その内側に発光素子１を収容して（覆って）保護した状態で、支持基板５２に固定されている。樹脂パッケージ５３は、側方（発光素子１に向かい合う部分）に反射部５９を有し、発光素子１から出射された光を反射させて外部へ取り出す。
樹脂パッケージ５３を構成する樹脂には、蛍光体や反射剤が含有されているものがある。たとえば発光素子１が青色光を発光する場合、当該樹脂に黄色蛍光体を含有させることで発光素子パッケージ５１は白色光を発光することができる。発光素子パッケージ５１は、多数が集まることによって、電球などの照明機材に用いることもでき、また液晶テレビのバックライトや自動車等のヘッドランプに用いることもできる。
【００５１】
以上のように、発光素子１によれば、発光層７が発光すると、ほとんどの光は、ｐ型ＧａＮを透過して、透明電極層３０の表面３４（光取出し面）から取り出されるが、一部の光は、ｎ型ＧａＮ層６、基板２および透明接着層１０を順に透過してから、透明接着層１０と反射メタル１１との界面で反射し、その後、光取出し面３４から取り出される。
ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタル１１と透明接着層１０との界面では、９０％以上の高い反射率で光を良好に反射することができる。その結果、発光素子１の光取り出し効率を向上させることができるので、高輝度の発光素子１を実現することができる。
【００５２】
また、上記した組成の合金からなる反射メタル１１を基板２に直接接着するのではなく、透明接着層１０を挟んで接着することにより、反射メタル１１と基板２との密着性を向上させることができる。
このような効果を実証するため、反射メタル１１の材料および透明接着層１０の有無以外は同じ条件を備える４つの発光素子１を作製し、それぞれの反射率、密着性および硫化の有無を調べた。結果は下記表１の通りとなった。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示すように、ＡｇＰｄＣｕ合金からなる反射メタルを用いた実験例３および４では、いずれも９０％以上の高い反射率を実現することができた。さらに、ＩＴＯからなる透明接着層を備えた実験例４の発光素子は、密着層にも優れるものであった。
これに対し、Ａｌからなる反射メタルを用いた実験例１では、反射率が８７％でやや低く、Ａｇからなる反射メタルを用いた実験例２では、反射率が９７％優れるものの、密着性が低く、また反射メタルが硫化してしまった。
【００５５】
また、この実施形態の製造工程によれば、図５Ｆおよび図６Ｆに示すように、透明接着層１０の周縁部１８が切断予定ライン４２に沿って選択的に露出するように反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３が形成され、当該切断予定ライン４２上には反射メタル１１等のメタルが存在しない。
そのため、切断予定ライン４２に沿って分割ガイド溝４４を形成する際に、レーザ光を照射し易くなるため、透明接着層１０および基板ウエハ４１に、切断予定ライン４２に沿う分割ガイド溝４４を簡単に形成することができる。しかも、基板ウエハ４１の切断予定ライン４２上に配置されているのは透明な接着層であるため、分割ガイド溝４４を形成する際のアライメント（位置決め）を精度よく行うことができる。
【００５６】
さらに、分割ガイド溝４４を基板ウエハ４１の裏面４側からのレーザ照射で形成するので、基板ウエハ４１の表面３側に積層されたｎ型ＧａＮ層６、発光層７およびｐ型ＧａＮ層８が直接ダメージを受けることがない。その結果、品質に優れる発光素子１を製造することができる。
また、図５Ａ〜図５Ｈの製造工程においては、反射メタル１１の形成に関して、まず、反射メタル１１を透明接着層１０の裏面全面に形成するので（図５Ｃ）、反射メタル１１を透明接着層１０の裏面に接着する際に、レジストパターンなどのマスクを透明接着層１０の裏面に形成する必要がない。したがって、反射メタル１１を透明接着層１０に堆積させる際に、透明接着層１０と反射メタル１１との界面にマスクの欠片等の異物が混入することを防止することができるので、透明接着層１０に対して反射メタル１１を優れた密着性で接着することができる。
【００５７】
一方、図６Ａ〜図６Ｈの製造工程においては、逆に、透明接着層１０の裏面にレジストパターン４５を形成した後に、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３を順に堆積させる（図６Ｄ）。そのため、図５Ａ〜図５Ｈの製造工程とは異なり、反射メタル１１および接合メタル１３を堆積させる際に、レジストパターン４５の欠片等の異物が各メタル界面に混入するおそれがあるが、予め形成したレジストパターン４５上に反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３を堆積させ、その後、各メタル１１，１２，１３の不要部分をリフトオフすることで（図６Ｅ）、最終的な形状の反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３を同時に形成することができる（図６Ｆ）。そのため、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、ｎ側電極２７およびｐ側電極３１のレイアウトは、図８や図９に示すレイアウトであってもよい。
たとえば、図８および図９では、ｎ型ＧａＮ層６の延長部で構成された引き出し部６１は、その側面６２が基板２の側面５と面一に揃う位置まで窒化物半導体積層構造部９の側面から外側に引き出された環状に形成されている。
【００５９】
ｎ側電極６３は、この引き出し部６１の１つの角部に配置されたｎ側パッド６４と、ｎ側パッド６４を支持し、当該ｎ側パッド６４の位置から基板２の側面５に沿って延びるｎ側メタル配線６５を含む。これらの変形例では、ｎ側メタル配線６５は、基板２の長手方向に延びている。
そして、窒化物半導体積層構造部９は、全体として平面視で発光素子１とほぼ相似な長方形状に形成され、ｎ側電極６３が配置された部分において、ｎ側電極６３の形状に沿って内側に窪んだ凹面６６を有している。
【００６０】
また、ｐ側電極６７は、ｎ側パッド６４と対角をなす位置に配置されたｐ側パッド６８と、ｐ側パッド６８から基板２の長手方向に延びるｐ側メタル配線６９とを一体的に含む。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 発光素子
２ 基板
３ （基板の）表面
４ （基板の）裏面
５ （基板の）側面
６ ｎ型ＧａＮ層
７ 発光層
８ ｐ型ＧａＮ層
９ 窒化物半導体積層構造部
１０ 透明接着層
１１ 反射メタル
１２ バリアメタル
１３ 接合メタル
１４ （透明接着層の）側面
１５ （反射メタルの）側面
１６ （バリアメタルの）側面
１７ （接合メタルの）側面
１８ （透明接着層の）周縁部
１９ 凸部
２０ 凸パターン
２１ 引き出し部
２２ （引き出し部の）側面
２３ （引き出し部の）外周部
２４ （引き出し部の）直線部
２５ パッドスペース
２６ 配線スペース
２７ ｎ側電極
２８ ｎ側メタル配線
２９ ｎ側パッド
３０ 透明電極層
３１ ｐ側電極
３２ ｐ側パッド
３３ ｐ側メタル配線
３４ 光取出し面
４１ 基板ウエハ
４２ 切断予定ライン
４３ レジストパターン
４４ 分割ガイド溝
４５ レジストパターン
５１ 発光素子パッケージ
５２ 支持基板
５３ 樹脂パッケージ
５４ 絶縁基板
５５ 外部ｎ側電極
５６ 外部ｐ側電極
５７ ｎ側ワイヤ
５８ ｐ側ワイヤ
５９ 反射部
６１ 引き出し部
６２ （引き出し部の）側面
６３ ｎ側電極
６４ ｎ側パッド
６５ ｎ側メタル配線
６６ （窒化物半導体積層構造部の）凹面
６７ ｐ側電極
６８ ｐ側パッド
６９ ｐ側メタル配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェイスアップタイプの発光素子およびその製造方法、ならびに当該発光素子を樹脂パッケージで覆った発光素子パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの先行技術に係る半導体発光素子は、たとえば、特許文献１に開示されている。
特許文献１の図５に開示された半導体発光素子は、フェイスアップの形態で使用される素子であって、光取出し面側の表面およびその反対側の裏面を有するサファイア基板と、サファイア基板の表面に順に形成された、ｎ−ＧａＮ層、発光層、ｐ−ＧａＮ層および透明電極とを備えている。ｐ電極は、透明電極上に形成され、ｎ電極は、ｐ−ＧａＮ層および発光層の一部が除去されて露出したｎ−ＧａＮ層上に形成されている。また、サファイア基板の裏面には、反射層、バリア層およびＡｕＳｎ層が順に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６３１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、基板の裏面側に備える反射メタルにより高い反射率で光を反射させて光取り出し効率を向上させることができ、しかもその反射メタルと基板との密着性に優れる、フェイスアップタイプの発光素子およびこれを含む発光素子パッケージを提供することである。
また、本発明の別の目的は、本発明のフェイスアップタイプ発光素子を精度よく簡単に製造することができる発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発光素子は、フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子であって、前記発光素子の光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板と、前記基板の前記表面に順に積層されたｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層構造部と、前記基板の前記裏面に形成された透明接着層と、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなり、前記透明接着層に接触した状態で前記透明接着層の裏面に形成され、前記透明接着層を透過した光を前記基板の前記表面へ向けて反射させる反射メタルと、前記反射メタルの裏面に形成された接合メタルとを含む。
【０００６】
「発光波長に対して透明」とは、具体的には、たとえば、発光波長の透過率が６０％以上の場合をいう。
この構成によれば、発光層が発光すると、ほとんどの光は、ｐ型窒化物半導体層を透過して、発光層に対して基板の反対側（光取出し面側）から取り出されるが、一部の光は、ｎ型窒化物半導体層、基板および透明接着層を順に透過してから、透明接着層と反射メタルとの界面で反射され、その後、光取出し面から取り出される。
【０００７】
ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルと透明接着層との界面では、９０％以上の高い反射率で光を良好に反射することができる。その結果、発光素子の光取り出し効率を向上させることができるので、高輝度の発光素子を実現することができる。
また、上記した組成の合金からなる反射メタルを基板に直接接着するのではなく、透明接着層を挟んで接着することにより、反射メタルと基板との密着性を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の発光素子では、前記反射メタルおよび前記接合メタルが、前記透明接着層の前記裏面に収まるように形成されていて、前記発光素子を前記光取出し面の反対側から見たときに、前記基板の前記裏面または前記透明接着層の前記裏面が選択的に露出していることが好ましい。
このような構成の発光素子は、たとえば、光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板ウエハの前記表面に、ｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を順に積層して窒化物半導体積層構造部を形成する工程と、前記基板ウエハの前記裏面全面に、透明接着層を形成する工程と、前記透明接着層の裏面全面に、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルを堆積する工程と、前記反射メタルの一部を前記基板ウエハの切断予定ラインに沿って選択的に露出させるように、前記反射メタルの裏面に接合メタルを形成する工程と、前記反射メタルの露出した部分をエッチングで除去することにより、前記透明接着層の一部を前記切断予定ラインに沿って選択的に露出させる工程と、前記基板ウエハの前記裏面からの処理により、露出した前記透明接着層および前記基板ウエハに、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、本発明の一の局面に係る発光素子の製造方法により製造することができる。
【０００９】
もしくは、光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板ウエハの前記表面に、ｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を順に積層して窒化物半導体積層構造部を形成する工程と、前記基板ウエハの前記裏面全面に、透明接着層を形成する工程と、前記透明接着層の一部を前記基板ウエハの切断予定ラインに沿って選択的に覆うように、前記透明接着層の裏面にマスクを形成する工程と、前記マスク上および前記マスクから露出する前記透明接着層上に、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルおよび接合メタルを順に堆積させる工程と、前記反射メタルおよび前記接合メタルの前記マスク上の部分を前記マスクとともにリフトオフし、前記透明接着層の一部を前記切断予定ラインに沿って選択的に露出させるように前記反射メタルおよび前記接合メタルを残す工程と、前記基板ウエハの前記裏面からの処理により、露出した前記透明接着層および前記基板ウエハに、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、本発明の他の局面に係る発光素子の製造方法により製造することができる。
【００１０】
これらの方法によれば、透明接着層の一部が切断予定ラインに沿って選択的に露出するように反射メタルおよび接合メタルが形成され、当該切断予定ライン上には反射メタルおよび接合メタルが存在しないので、透明接着層および基板ウエハに、切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を簡単に形成することができる。しかも、基板ウエハの切断予定ライン上に配置されているのは透明な透明接着層であるため、分割ガイド溝を形成する際のアライメント（位置決め）を精度よく行うことができる。
【００１１】
さらに、分割ガイド溝を基板ウエハの裏面側からの処理（たとえば、レーザ照射等）で形成するので、基板ウエハの表面側に積層されたｎ型窒化物半導体層、発光層およびｐ型窒化物半導体層が直接ダメージを受けることがない。その結果、品質に優れる発光素子を製造することができる。
また、前者の一の局面に係る半導体装置の製造方法においては、反射メタルの形成に関して、まず、反射メタルを透明接着層の裏面全面に形成するので、反射メタルを透明接着層の裏面に接着する際に、レジストパターンなどのマスクを透明接着層の裏面に形成する必要がない。したがって、反射メタルを透明接着層に堆積させる際に、透明接着層と反射メタルとの界面にマスクの欠片等の異物が混入することを防止することができるので、透明接着層に対して反射メタルを優れた密着性で接着することができる。
【００１２】
一方、後者の他の局面に係る半導体装置の製造方法では、逆に、透明接着層の裏面にマスクを形成した後に、反射メタルおよび接合メタルを順に堆積させる。そのため、前者の方法とは異なり、反射メタルおよび接合メタルを堆積させる際に、マスクの欠片等の異物が各メタル界面に混入するおそれがあるが、予め形成したマスク上に反射メタルおよび接合メタルを堆積させ、その後、各メタルの不要部分をリフトオフすることで、最終的な形状の反射メタルおよび接合メタルを同時に形成することができる。そのため、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１３】
また、前記発光素子は、前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続され、前記窒化物半導体積層構造部から前記基板に平行な方向に引き出された引き出し部と、前記引き出し部上に形成されたｎ側電極と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された透明電極層と、前記透明電極層上に形成されたｐ側電極とを含んでいてもよい。
また、前記反射メタルは、前記Ｐｔ族金属がＰｄであるＡｇＰｄＣｕ合金からなることが好ましいが、前記Ｐｔ族金属がＰｔであるＡｇＰｔＣｕ合金からなっていてもよい。前者の場合、前記反射メタルは、Ｐｄを０．６％、Ｃｕを０．２％の割合でそれぞれ含有していることが好ましい。
【００１４】
ＰｄおよびＣｕを上記割合で含有させることにより、Ａｇ単体で発生し易い硫化を抑制することができる。
また、前記透明接着層は、ＩＴＯまたはＺｎＯからなっていてもよい。また、前記接合メタルは、銀、半田またはＡｕＳｎ合金からなっていてもよい。
また、本発明の発光素子は、前記反射メタルと前記接合メタルとの間に設けられたバリアメタルをさらに含むことが好ましく、その場合、ＴｉＷ合金からなるバリアメタルを採用することができる。
【００１５】
また、前記基板の厚さは、２００μｍ〜３００μｍであることが好ましく、前記基板は、サファイア、ＧａＮまたはＳｉＣからなることが好ましい。また、前記発光波長は、４５０ｎｍであることが好ましい。
前記発光素子は、互いに間隔を空けて前記基板の前記表面に離散して配置された複数の凸部の集合体からなる凸パターンをさらに含むことが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、基板とｎ型窒化物半導体層との界面に対して様々な角度で入射する光が、当該界面において光取出し面の反対側に全反射することを抑制することができる。その結果、光の取り出し効率を向上させることができる。
前記複数の凸部は、行列状に配列されていてもよく、千鳥状に配列されていてもよい。
そして、本発明の発光素子を、前記光取出し面側を上方に向けたフェイスアップ姿勢で、樹脂パッケージで覆うことにより、本発明の発光素子パッケージを構成することができる。
【００１７】
また、本発明の発光素子パッケージは、前記発光素子として、前記ｎ側電極、前記透明電極層および前記ｐ側電極を含む発光素子を備えている場合、前記樹脂パッケージに設けられた外部ｎ側電極および外部ｐ側電極と、前記ｎ側電極と前記外部ｎ側電極とを接続するｎ側ワイヤと、前記ｐ側電極と前記外部ｐ側電極とを接続するｐ側ワイヤとをさらに含むことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子の模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１の発光素子の模式的な底面図である。
【図３】図３は、図１の発光素子の模式的な断面図であって、図１の切断線Ａ−Ａでの断面を示している。
【図４Ａ】図４Ａは、図３の凸パターンの一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３の凸パターンの他の例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図３の発光素子の製造工程の一部を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、図５Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、図５Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図３の発光素子の他の製造工程の一部を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、図６Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、図６Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、図６Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６Ｈ】図６Ｈは、図６Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図７】図７は、発光素子パッケージの模式的な断面図である。
【図８】図８は、ｐ側電極およびｎ側電極のレイアウトの変形例を示す図である。
【図９】図９は、ｐ側電極およびｎ側電極のレイアウトの他の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子１の模式的な平面図である。図２は、図１の発光素子１の模式的な底面図である。図３は、図１の発光素子１の模式的な断面図であって、図１の切断線Ａ−Ａでの断面を示している。図４Ａは、図３の凸パターン２０の一例を示す図である。図４Ｂは、図３の凸パターン２０の他の例を示す図である。
【００２０】
発光素子１は、たとえば、長辺および短辺を有する平面視長方形のチップ状である。チップ状の発光素子１の長辺は０．２ｍｍ〜３．０ｍｍ、短辺は０．１ｍｍ〜２．０ｍｍである。
発光素子１は、表面３および裏面４を有する基板２と、基板２の表面３に順に積層されたｎ型窒化物半導体層としてのｎ型ＧａＮ層６、発光層７（たとえばＩｎＧａＮ）およびｐ型窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層８からなる窒化物半導体積層構造部９とを含む。この実施形態では、基板２の表面３が光取出し面３４（後述）側の面となっており、発光層７が発光すると、ほとんどの光は、ｐ型ＧａＮ層８を透過して、発光層７に対して基板２の反対側（光取出し面３４側）から取り出される。
【００２１】
基板２は、発光層７の発光波長λ（たとえば４５０ｎｍ）に対して透明な材料（たとえばサファイア、ＧａＮまたはＳｉＣ）からなる。基板２の厚さは、たとえば、２００μｍ〜３００μｍである。
基板２の裏面４には、透明接着層１０、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３がこの順に積層されている。透明接着層１０は、その側面１４（外郭）が基板２の側面５と面一に揃うように基板２の裏面４全面に形成されている。この透明接着層１０上の反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３は、それらの側面１５，１６，１７（外郭）が互いに面一に揃っており、揃った側面１５，１６，１７が透明接着層１０の側面１４に対して内側において、個々のメタル１１，１２，１３を区画している。したがって、図２に示すように、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３は、透明接着層１０の裏面に収まる大きさで形成されていて、発光素子１を光取出し面３４の反対側（基板２の裏面４側）から見たときに、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３を取り囲む透明接着層１０の周縁部１８（透明接着層１０の裏面）が露出している。露出した周縁部１８の幅は、たとえば、１５μｍ〜１００μｍである。
【００２２】
また、それぞれの厚さの一例として、たとえば、透明接着層１０は２０ｎｍ程度、反射メタル１１は１００ｎｍ程度、バリアメタル１２は１００ｎｍ程度、接合メタル１３は２μｍ程度の厚さをそれぞれ有している。なお、これらの数値はあくまでも一例であって、適宜変更することができる。
透明接着層１０は、たとえば、発光層７の発光波長λに対して透明な材料（たとえばＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛））からなる。なお、透明接着層１０は、たとえば、２０ｎｍ〜１６０ｎｍの厚さであるとよい。とくに、厚さが２０ｎｍ〜３５ｎｍであると、熱処理を行わなくても光吸収が少ないので好ましい。
【００２３】
反射メタル１１は、たとえば、ＡｇとＰｄとＣｕとを含む合金（ＡｄＰｄＣｕ合金）からなるが、Ｐｄに代えてＰｔを用いたＡｄＰｔＣｕ合金であってもよい。各金属の配合比率は、Ａｇが９９％程度であり、Ｐｄが０．６％、Ｃｕが０．２％であることが好ましい。ＰｄおよびＣｕをこの割合で含有させることにより、Ａｇ単体で発生し易い硫化を抑制することができる。
【００２４】
バリアメタル１２は、たとえば、ＴｉＷ合金（チタン・タングステン合金）からなり、接合メタル１３は、たとえば、Ａｇ、半田またはＡｕＳｎ合金からなる。これらの組み合わせのうち、ＴｉＷ合金からなるバリアメタル１２と、ＡｕＳｎ合金からなる接合メタル１３との組み合わせが好ましい。これにより、反射メタル１１（ＡｇＰｄＣｕ合金）と接合メタル１３（ＡｕＳｎ合金）との間に、ＴｉＷ合金からなるバリアメタル１２が介在することになるので、反射メタル１１の成分が接合メタル１３へ拡散することを良好に抑制することができる。
【００２５】
一方、基板２の表面３には、互いに間隔を空けて基板２の表面３に離散して配置され、ｎ型ＧａＮ層６へ向かって突出する複数の凸部１９の集合体からなる凸パターン２０が形成されている。凸パターン２０の配列形態は、たとえば、図４Ａに示すような行列状であってもよいし、図４Ｂに示すような千鳥状であってもよい。凸パターン２０を構成する各凸部１９は、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。
【００２６】
ＳｉＮからなる凸部１９が基板２の表面３に形成されているので、反射メタル１１で反射して、基板２とｎ型ＧａＮ層６との界面に対して様々な角度で入射する光が、当該界面において光取出し面３４の反対側（反射メタル１１側）に全反射することを抑制することができる。その結果、光の取り出し効率を向上させることができる。
窒化物半導体積層構造部９は、平面視で発光素子１とほぼ相似な長方形となるようにｐ型ＧａＮ層８からｎ型ＧａＮ層６が露出する深さまでエッチングされている。そして、ｎ型ＧａＮ層６は、窒化物半導体積層構造部９から、基板２の表面３に沿う横方向に引き出された引き出し部２１を有している。すなわち、引き出し部２１は、ｎ型ＧａＮ層６の延長部で構成されている。
【００２７】
引き出し部２１は、その側面２２が基板２の側面５と面一に揃う位置まで窒化物半導体積層構造部９の側面から外側に引き出され、窒化物半導体積層構造部９を取り囲む環状の外周部２３と、当該外周部２３から窒化物半導体積層構造部９を横切る方向に直線状に延びる直線部２４とを含む。
引き出し部２１の外周部２３は、この実施形態では、基板２の厚さ方向において反射メタル１１と対向しない程度の幅で形成されている。これにより、外周部２３の上に電極などの部材が形成されても、その部材が反射メタル１１と対向することにならないので（つまり、部材が光取り出しの際の障害物にならないので）、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率を向上させることができる。
【００２８】
引き出し部２１の直線部２４は、窒化物半導体積層構造部９の周縁部に配置されたパッドスペース２５（たとえば、円形のスペース）と、当該周縁部に囲まれた窒化物半導体積層構造部９の中央部に配置され、パッドスペース２５よりも幅が狭い配線スペース２６とを含む。
この実施形態では、パッドスペース２５は、窒化物半導体積層構造部９の長手方向一端部に配置され、配線スペース２６は、パッドスペース２５から当該長手方向にパッドスペース２５の反対側に延びている。また、パッドスペース２５の幅（直径）は、５μｍ程度であり、配線スペース２６の幅は、５μｍ程度である。
【００２９】
この引き出し部２１の表面に、ｎ側電極２７が接触して形成されている。ｎ側電極２７は、引き出し部２１上に敷設されたｎ側メタル配線２８と、パッドスペース２５においてｎ側メタル配線２８上に形成されたｎ側パッド２９とを含む。
ｎ側メタル配線２８は、たとえば、ＡｌやＣｒからなる。この実施形態では、Ａｌを引き出し部２１（ｎ型ＧａＮ層６）に接するように形成し、そのＡｌ上にＣｒを形成することでｎ側メタル配線２８を構成している。ｎ側メタル配線２８の厚さは、たとえば、１０００ｎｍ程度である。
【００３０】
ｎ側メタル配線２８は、この実施形態では、引き出し部２１の直線部２４、およびパッドスペース２５に近い側の窒化物半導体積層構造部９の短辺に沿う外周部２３の一部に敷設されており、このｎ側メタル配線２８により、ｎ型ＧａＮ層６に対するｎ側電極２７のコンタクトが形成されている。また、ｎ側メタル配線２８は、パッドスペース２５においては、パッドスペース２５の幅よりもやや小さい幅の板状に形成されており、パッドスペース２５以外の直線部２４（つまり配線スペース２６）および外周部２３においては細線状に形成されている。
【００３１】
ｎ側パッド２９は、パッドスペース２５からｐ型ＧａＮ層８よりも上方に突出する柱状（この実施形態では、円柱状）に形成されており、その厚さは、たとえば、１０００ｎｍ程度である。ｎ側パッド２９は、たとえば、Ａｇ、半田またはＡｕＳｎ合金からなる。
ｎ側電極２７に関しては、ｎ側メタル配線２８が、平面視で反射メタル１１を長手方向に横切って、基板２の厚さ方向に反射メタル１１と対向することになるが、ｎ側メタル配線２８が細線状に形成されているため、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率に与える影響が少なくて済む。一方、ｎ側メタル配線２８よりも幅が広いｎ側パッド２９も反射メタル１１に対向することになるが、このｎ側パッド２９は反射メタル１１の周縁部にしか対向していないので、ｎ側メタル配線２８と同様に、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率に与える影響が少ない。
【００３２】
ｐ型ＧａＮ層８の表面には、透明電極層３０が形成されており、この透明電極層３０により、ｐ型ＧａＮ層８に対するｐ側電極３１（後述）のコンタクトが形成されている。透明電極層３０は、たとえば、発光層７の発光波長λに対して透明な材料（たとえばＩＴＯ、ＺｎＯ）からなる。また、透明電極層３０の厚さは、たとえば、１００ｎｍ程度である。
【００３３】
この透明電極層３０の表面３４に、ｐ側電極３１が形成されている。ｐ側電極３１は、たとえば、Ａｇ、半田またはＡｕＳｎ合金からなり、窒化物半導体積層構造部９の周縁部に配置されたｐ側パッド３２と、ｐ側パッド３２から窒化物半導体積層構造部９の側面に沿って延びるｐ側メタル配線３３とを一体的に含む。
この実施形態では、ｐ側パッド３２は、窒化物半導体積層構造部９の長手方向におけるｎ側パッド２９の反対側に配置され、ｐ側メタル配線３３は、平面視において反射メタル１１の外側を、直線部２４上のｎ側メタル配線２８と平行に敷設されている。とりわけ、ｐ側メタル配線３３は、直線部２４上のｎ側メタル配線２８を挟むように、当該ｎ側メタル配線２８に対して一方側および他方側に１本ずつ設けられ、それぞれのｐ側メタル配線３３が、ｐ側パッド３２におけるｎ側パッド２９から遠い側の端部に一体的に接続されている。
【００３４】
ｐ側電極３１に関しては、ｐ側メタル配線３３が、平面視で反射メタル１１を避けるように反射メタル１１の外側に敷設されているので、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率に与える影響がほとんどない。一方、ｐ側パッド３２は反射メタル１１に対向することになるが、このｐ側パッド３２は、窒化物半導体積層構造部９の長手方向におけるｎ側パッド２９の反対側に配置され、反射メタル１１の周縁部にしか対向していない。そのため、ｎ側パッド２９と同様に、反射メタル１１で反射した光の取り出し効率に与える影響が少ない。
【００３５】
この発光素子１では、ｐ側電極３１（ｐ側パッド３２）とｎ側電極２７（ｎ側パッド２９）との間に順方向電圧を印加すると、発光層７から、発光波長λ＝４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの光が発生する。この光は、ｐ型ＧａＮ層８および透明電極層３０を透過して、透明電極層３０の表面３４（光取出し面）から取り出される。発光層７からｎ型ＧａＮ層６側に向かった光は、ｎ型ＧａＮ層６、基板２および透明接着層１０をこの順で透過して、反射メタル１１で反射する。反射した光は、透明接着層１０、基板２、ｎ型ＧａＮ層６、発光層７、ｐ型ＧａＮ層８および透明電極層３０をこの順で透過して、光取出し面３４から取り出される。
【００３６】
次に、２つの例を挙げて、発光素子１の製造方法を説明する。
図５Ａ〜図５Ｈは、図３の発光素子１の製造工程の一部を工程順に示す図である。
発光素子１を製造するには、たとえば、図５Ａに示すように、基板ウエハ４１（たとえば、厚さ６００μｍ〜１０００μｍのウエハ）の表面３に、ＳｉＮからなる層（ＳｉＮ層）を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクとするエッチングにより、このＳｉＮ層を複数の凸部１９に分離して凸パターン２０を形成する。次に、基板ウエハ４１の表面３に、凸パターン２０を覆うように、ｎ型ＧａＮ層６、発光層７およびｐ型ＧａＮ層８をエピタキシャル成長させることにより、窒化物半導体積層構造部９を形成する。次に、たとえば、スパッタ法により、透明電極層３０の材料（ＩＴＯ等）を窒化物半導体積層構造部９上に堆積させることにより、透明電極層３０を形成する。
【００３７】
次に、所定の形状のマスクを介して、透明電極層３０および窒化物半導体積層構造部９をエッチングする。これにより、窒化物半導体積層構造部９が所定の形状（平面視長方形）に成形され、同時に、ｎ型ＧａＮ層６の延長部からなる引き出し部２１が形成される。
次に、透明電極上にｐ側電極３１を形成し、また、引き出し部２１（ｎ型ＧａＮ層６）上にｎ側電極２７を形成する。
【００３８】
その後、基板ウエハ４１の表面３側を保護した状態で、基板ウエハ４１を裏面４から、２００μｍ〜３００μｍの厚さになるまで研削する。
次に、図５Ｂに示すように、たとえば、スパッタ法により、透明接着層１０の材料（ＩＴＯ等）を基板ウエハ４１の裏面４全面に堆積させることにより、裏面４全面を覆う透明接着層１０を形成する。
【００３９】
次に、図５Ｃに示すように、たとえば、スパッタ法により、反射メタル１１の材料（ＡｇＰｄＣｕ合金等）を透明接着層１０の裏面全面に堆積させた後、この反射メタル１１の裏面全面に、バリアメタル１２の材料（ＴｉＷ合金等）を堆積させる。
次に、図５Ｄに示すように、バリアメタル１２における基板ウエハ４１の切断予定ライン４２上の所定幅の領域を覆うようにレジストパターン４３を形成し、そのレジストパターン４３を介して、接合メタル１３の材料（ＡｕＳｎ合金等）を堆積する。そして、接合メタル１３の材料の不要部分（レジストパターン４３上に堆積した部分）をレジストパターン４３とともにリフトオフする。
【００４０】
これにより、図５Ｅに示すように、バリアメタル１２および反射メタル１１の一部を、切断予定ライン４２に沿って選択的に露出させるように、接合メタル１３が形成される。次に、たとえば、ドライエッチングにより、接合メタル１３から露出したバリアメタル１２および反射メタル１１を除去（エッチオフ）する。これにより、図５Ｆに示すように、透明接着層１０の周縁部１８が、切断予定ライン４２に沿って選択的に露出することとなる。露出幅は、次の工程でレーザ走査を行うので、３０μｍ以上（片側１５μｍ以上）であるとよい。
【００４１】
次に、図５Ｇに示すように、レーザ加工機を用いて、基板ウエハ４１に対して裏面４側からレーザ光を走査する。より具体的には、切断予定ライン４２に沿って、レーザ光を走査して分割ガイド溝４４を形成する。走査の過程において、レーザ光は常時照射していてもよいし、レーザ光発生ユニットをオン／オフすることによって、間欠的にレーザ光を照射するようにしてもよい。
【００４２】
レーザ光が照射される位置においては、分割ガイド溝４４の底面部にレーザ光が集光されて、その集光点で多光子吸収が発生する。そして、集光点が分割ガイド溝４４の底面部に沿って走査されることによって、切断予定ライン４２に沿って、分割ガイド溝４４が形成される。分割ガイド溝４４の深さは、たとえば、１００μｍ程度である。この場合、分割ガイド溝４４は、透明接着層１０を貫通し、基板２の途中に達する。
【００４３】
こうして分割ガイド溝４４が形成された後には、図５Ｈに示すように、基板ウエハ４１に外力を加えることにより、基板ウエハ４１を各発光素子１の個片（チップ）に分割する。これにより、図３の発光素子１の個片が得られる。
図６Ａ〜図６Ｈは、図３の発光素子１の他の製造工程の一部を工程順に示す図である。発光素子１は、以下の製造工程により製造することもできる。
【００４４】
この場合、たとえば、図６Ａに示すように、図５Ａの場合と同様に、基板ウエハ４１の表面３に、凸パターン２０を形成した後、窒化物半導体積層構造部９および透明電極層３０を形成し、ｐ側電極３１およびｎ側電極２７を形成する。その後、基板ウエハ４１の表面３側を保護した状態で、基板ウエハ４１を裏面４から、２００μｍ〜３００μｍの厚さになるまで研削する。
【００４５】
次に、図６Ｂに示すように、たとえば、スパッタ法により、透明接着層１０の材料（ＩＴＯ等）を基板ウエハ４１の裏面４全面に堆積させることにより、裏面４全面を覆う透明接着層１０を形成する。
次に、図６Ｃに示すように、透明接着層１０における基板ウエハ４１の切断予定ライン４２上の所定幅の領域を覆うようにレジストパターン４５を形成する。
【００４６】
次に、図６Ｄに示すように、レジストパターン４５を介して、たとえば、スパッタ法により、反射メタル１１の材料（ＡｇＰｄＣｕ合金等）、バリアメタル１２の材料（ＴｉＷ合金等）および接合メタル１３の材料（ＡｕＳｎ合金等）を順に堆積する。
次に、図６Ｅに示すように、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３の各材料の不要部分（レジストパターン４５上に堆積した部分）をレジストパターン４５とともに同時にリフトオフする。
【００４７】
これにより、図６Ｆに示すように、透明接着層１０の周縁部１８が、切断予定ライン４２に沿って選択的に露出すこととなる。
その後は、図６Ｇおよび図６Ｈに示すように、図５Ｇおよび図５Ｈの場合と同様に、レーザ加工機を用いて分割ガイド溝４４を形成した後（図６Ｇ）、基板ウエハ４１に外力を加えることにより、基板ウエハ４１を各発光素子１の個片（チップ）に分割する（図６Ｈ）。これにより、図３の発光素子１の個片が得られる。
【００４８】
図７は、発光素子パッケージ５１の模式的な断面図である。
発光素子パッケージ５１は、発光素子１と、支持基板５２と、樹脂パッケージ５３とを含む。
発光素子１は、基板２の表面３が上を向くようなフェイスアップ姿勢で接合メタル１３が支持基板５２に接合されることにより、支持基板５２に配置されている。
【００４９】
支持基板５２は、発光素子１を支持する絶縁基板５４と、絶縁基板５４の両端から露出するように設けられて、発光素子１と外部とを電気的に接続する金属製の一対の電極（外部ｎ側電極５５および外部ｐ側電極５６）とを有している。
そして、発光素子１のｎ側電極２７（ｎ側パッド２９）と外部ｎ側電極５５とが、ｎ側ワイヤ５７によって接続されている。また、発光素子１のｐ側電極３１（ｐ側パッド３２）と外部ｐ側電極５６とが、ｐ側ワイヤ５８によって接続されている。
【００５０】
樹脂パッケージ５３は、樹脂が充填されたケースであり、その内側に発光素子１を収容して（覆って）保護した状態で、支持基板５２に固定されている。樹脂パッケージ５３は、側方（発光素子１に向かい合う部分）に反射部５９を有し、発光素子１から出射された光を反射させて外部へ取り出す。
樹脂パッケージ５３を構成する樹脂には、蛍光体や反射剤が含有されているものがある。たとえば発光素子１が青色光を発光する場合、当該樹脂に黄色蛍光体を含有させることで発光素子パッケージ５１は白色光を発光することができる。発光素子パッケージ５１は、多数が集まることによって、電球などの照明機材に用いることもでき、また液晶テレビのバックライトや自動車等のヘッドランプに用いることもできる。
【００５１】
以上のように、発光素子１によれば、発光層７が発光すると、ほとんどの光は、ｐ型ＧａＮを透過して、透明電極層３０の表面３４（光取出し面）から取り出されるが、一部の光は、ｎ型ＧａＮ層６、基板２および透明接着層１０を順に透過してから、透明接着層１０と反射メタル１１との界面で反射し、その後、光取出し面３４から取り出される。
ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタル１１と透明接着層１０との界面では、９０％以上の高い反射率で光を良好に反射することができる。その結果、発光素子１の光取り出し効率を向上させることができるので、高輝度の発光素子１を実現することができる。
【００５２】
また、上記した組成の合金からなる反射メタル１１を基板２に直接接着するのではなく、透明接着層１０を挟んで接着することにより、反射メタル１１と基板２との密着性を向上させることができる。
このような効果を実証するため、反射メタル１１の材料および透明接着層１０の有無以外は同じ条件を備える４つの発光素子１を作製し、それぞれの反射率、密着性および硫化の有無を調べた。結果は下記表１の通りとなった。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示すように、ＡｇＰｄＣｕ合金からなる反射メタルを用いた実験例３および４では、いずれも９０％以上の高い反射率を実現することができた。さらに、ＩＴＯからなる透明接着層を備えた実験例４の発光素子は、密着層にも優れるものであった。
これに対し、Ａｌからなる反射メタルを用いた実験例１では、反射率が８７％でやや低く、Ａｇからなる反射メタルを用いた実験例２では、反射率が９７％優れるものの、密着性が低く、また反射メタルが硫化してしまった。
【００５５】
また、この実施形態の製造工程によれば、図５Ｆおよび図６Ｆに示すように、透明接着層１０の周縁部１８が切断予定ライン４２に沿って選択的に露出するように反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３が形成され、当該切断予定ライン４２上には反射メタル１１等のメタルが存在しない。
そのため、切断予定ライン４２に沿って分割ガイド溝４４を形成する際に、レーザ光を照射し易くなるため、透明接着層１０および基板ウエハ４１に、切断予定ライン４２に沿う分割ガイド溝４４を簡単に形成することができる。しかも、基板ウエハ４１の切断予定ライン４２上に配置されているのは透明な接着層であるため、分割ガイド溝４４を形成する際のアライメント（位置決め）を精度よく行うことができる。
【００５６】
さらに、分割ガイド溝４４を基板ウエハ４１の裏面４側からのレーザ照射で形成するので、基板ウエハ４１の表面３側に積層されたｎ型ＧａＮ層６、発光層７およびｐ型ＧａＮ層８が直接ダメージを受けることがない。その結果、品質に優れる発光素子１を製造することができる。
また、図５Ａ〜図５Ｈの製造工程においては、反射メタル１１の形成に関して、まず、反射メタル１１を透明接着層１０の裏面全面に形成するので（図５Ｃ）、反射メタル１１を透明接着層１０の裏面に接着する際に、レジストパターンなどのマスクを透明接着層１０の裏面に形成する必要がない。したがって、反射メタル１１を透明接着層１０に堆積させる際に、透明接着層１０と反射メタル１１との界面にマスクの欠片等の異物が混入することを防止することができるので、透明接着層１０に対して反射メタル１１を優れた密着性で接着することができる。
【００５７】
一方、図６Ａ〜図６Ｈの製造工程においては、逆に、透明接着層１０の裏面にレジストパターン４５を形成した後に、反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３を順に堆積させる（図６Ｄ）。そのため、図５Ａ〜図５Ｈの製造工程とは異なり、反射メタル１１および接合メタル１３を堆積させる際に、レジストパターン４５の欠片等の異物が各メタル界面に混入するおそれがあるが、予め形成したレジストパターン４５上に反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３を堆積させ、その後、各メタル１１，１２，１３の不要部分をリフトオフすることで（図６Ｅ）、最終的な形状の反射メタル１１、バリアメタル１２および接合メタル１３を同時に形成することができる（図６Ｆ）。そのため、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、ｎ側電極２７およびｐ側電極３１のレイアウトは、図８や図９に示すレイアウトであってもよい。
たとえば、図８および図９では、ｎ型ＧａＮ層６の延長部で構成された引き出し部６１は、その側面６２が基板２の側面５と面一に揃う位置まで窒化物半導体積層構造部９の側面から外側に引き出された環状に形成されている。
【００５９】
ｎ側電極６３は、この引き出し部６１の１つの角部に配置されたｎ側パッド６４と、ｎ側パッド６４を支持し、当該ｎ側パッド６４の位置から基板２の側面５に沿って延びるｎ側メタル配線６５を含む。これらの変形例では、ｎ側メタル配線６５は、基板２の長手方向に延びている。
そして、窒化物半導体積層構造部９は、全体として平面視で発光素子１とほぼ相似な長方形状に形成され、ｎ側電極６３が配置された部分において、ｎ側電極６３の形状に沿って内側に窪んだ凹面６６を有している。
【００６０】
また、ｐ側電極６７は、ｎ側パッド６４と対角をなす位置に配置されたｐ側パッド６８と、ｐ側パッド６８から基板２の長手方向に延びるｐ側メタル配線６９とを一体的に含む。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 発光素子
２ 基板
３ （基板の）表面
４ （基板の）裏面
５ （基板の）側面
６ ｎ型ＧａＮ層
７ 発光層
８ ｐ型ＧａＮ層
９ 窒化物半導体積層構造部
１０ 透明接着層
１１ 反射メタル
１２ バリアメタル
１３ 接合メタル
１４ （透明接着層の）側面
１５ （反射メタルの）側面
１６ （バリアメタルの）側面
１７ （接合メタルの）側面
１８ （透明接着層の）周縁部
１９ 凸部
２０ 凸パターン
２１ 引き出し部
２２ （引き出し部の）側面
２３ （引き出し部の）外周部
２４ （引き出し部の）直線部
２５ パッドスペース
２６ 配線スペース
２７ ｎ側電極
２８ ｎ側メタル配線
２９ ｎ側パッド
３０ 透明電極層
３１ ｐ側電極
３２ ｐ側パッド
３３ ｐ側メタル配線
３４ 光取出し面
４１ 基板ウエハ
４２ 切断予定ライン
４３ レジストパターン
４４ 分割ガイド溝
４５ レジストパターン
５１ 発光素子パッケージ
５２ 支持基板
５３ 樹脂パッケージ
５４ 絶縁基板
５５ 外部ｎ側電極
５６ 外部ｐ側電極
５７ ｎ側ワイヤ
５８ ｐ側ワイヤ
５９ 反射部
６１ 引き出し部
６２ （引き出し部の）側面
６３ ｎ側電極
６４ ｎ側パッド
６５ ｎ側メタル配線
６６ （窒化物半導体積層構造部の）凹面
６７ ｐ側電極
６８ ｐ側パッド
６９ ｐ側メタル配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子であって、
前記発光素子の光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板と、
前記基板の前記表面に順に積層されたｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層構造部と、
前記基板の前記裏面に形成された透明接着層と、
ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなり、前記透明接着層に接触した状態で前記透明接着層の裏面に形成され、前記透明接着層を透過した光を前記基板の前記表面へ向けて反射させる反射メタルと、
前記反射メタルの裏面に形成された接合メタルとを含む、発光素子。
【請求項２】
前記反射メタルおよび前記接合メタルが、前記透明接着層の前記裏面に収まるように形成されていて、前記発光素子を前記光取出し面の反対側から見たときに、前記基板の前記裏面または前記透明接着層の前記裏面が選択的に露出している、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光素子は、
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続され、前記窒化物半導体積層構造部から前記基板に平行な方向に引き出された引き出し部と、
前記引き出し部上に形成されたｎ側電極と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された透明電極層と、
前記透明電極層上に形成されたｐ側電極とを含む、請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記反射メタルは、前記Ｐｔ族金属がＰｄであるＡｇＰｄＣｕ合金からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記反射メタルは、Ｐｄを０．６％、Ｃｕを０．２％の割合でそれぞれ含有している、請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記反射メタルは、前記Ｐｔ族金属がＰｔであるＡｇＰｔＣｕ合金からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記透明接着層は、ＩＴＯまたはＺｎＯからなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記接合メタルは、Ａｇ、半田またはＡｕＳｎ合金からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記反射メタルと前記接合メタルとの間に設けられたバリアメタルをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記バリアメタルは、ＴｉＷ合金からなる、請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記基板の厚さは、２００μｍ〜３００μｍである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記基板は、サファイア、ＧａＮまたはＳｉＣからなる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子
【請求項１３】
前記発光波長は、４５０ｎｍである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記発光素子は、互いに間隔を空けて前記基板の前記表面に離散して配置された複数の凸部の集合体からなる凸パターンをさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記複数の凸部は、行列状に配列されている、請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記複数の凸部は、千鳥状に配列されている、請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１７】
樹脂パッケージと、
前記光取出し面側を上方に向けたフェイスアップ姿勢で前記樹脂パッケージに覆われた、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の発光素子とを含む、発光素子パッケージ。
【請求項１８】
前記発光素子パッケージは、前記発光素子として請求項３または請求項３に係る請求項４〜１６のいずれか一項に記載の発光素子を備えており、
外部ｎ側電極および外部ｐ側電極と、
前記ｎ側電極と前記外部ｎ側電極とを接続するｎ側ワイヤと、
前記ｐ側電極と前記外部ｐ側電極とを接続するｐ側ワイヤとをさらに含む、請求項１７に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１９】
フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子の製造方法であって、
光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板ウエハの前記表面に、ｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を順に積層して窒化物半導体積層構造部を形成する工程と、
前記基板ウエハの前記裏面全面に、透明接着層を形成する工程と、
前記透明接着層の裏面全面に、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルを堆積する工程と、
前記反射メタルの一部を前記基板ウエハの切断予定ラインに沿って選択的に露出させるように、前記反射メタルの裏面に接合メタルを形成する工程と、
前記反射メタルの露出した部分をエッチングで除去することにより、前記透明接着層の一部を前記切断予定ラインに沿って選択的に露出させる工程と、
前記基板ウエハの前記裏面からの処理により、露出した前記透明接着層および前記基板ウエハに、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、
前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、発光素子の製造方法。
【請求項２０】
フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子の製造方法であって、
光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板ウエハの前記表面に、ｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を順に積層して窒化物半導体積層構造部を形成する工程と、
前記基板ウエハの前記裏面全面に、透明接着層を形成する工程と、
前記透明接着層の一部を前記基板ウエハの切断予定ラインに沿って選択的に覆うように、前記透明接着層の裏面にマスクを形成する工程と、
前記マスク上および前記マスクから露出する前記透明接着層上に、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルおよび接合メタルを順に堆積させる工程と、
前記反射メタルおよび前記接合メタルの前記マスク上の部分を前記マスクとともにリフトオフし、前記透明接着層の一部を前記切断予定ラインに沿って選択的に露出させるように前記反射メタルおよび前記接合メタルを残す工程と、
前記基板ウエハの前記裏面からの処理により、露出した前記透明接着層および前記基板ウエハに、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、
前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、発光素子の製造方法。
【請求項１】
フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子であって、
前記発光素子の光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板と、
前記基板の前記表面に順に積層されたｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層構造部と、
前記基板の前記裏面に形成された透明接着層と、
ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなり、前記透明接着層に接触した状態で前記透明接着層の裏面に形成され、前記透明接着層を透過した光を前記基板の前記表面へ向けて反射させる反射メタルと、
前記反射メタルの裏面に形成された接合メタルとを含む、発光素子。
【請求項２】
前記反射メタルおよび前記接合メタルが、前記透明接着層の前記裏面に収まるように形成されていて、前記発光素子を前記光取出し面の反対側から見たときに、前記基板の前記裏面または前記透明接着層の前記裏面が選択的に露出している、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光素子は、
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続され、前記窒化物半導体積層構造部から前記基板に平行な方向に引き出された引き出し部と、
前記引き出し部上に形成されたｎ側電極と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された透明電極層と、
前記透明電極層上に形成されたｐ側電極とを含む、請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記反射メタルは、前記Ｐｔ族金属がＰｄであるＡｇＰｄＣｕ合金からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記反射メタルは、Ｐｄを０．６％、Ｃｕを０．２％の割合でそれぞれ含有している、請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記反射メタルは、前記Ｐｔ族金属がＰｔであるＡｇＰｔＣｕ合金からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記透明接着層は、ＩＴＯまたはＺｎＯからなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記接合メタルは、Ａｇ、半田またはＡｕＳｎ合金からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記反射メタルと前記接合メタルとの間に設けられたバリアメタルをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記バリアメタルは、ＴｉＷ合金からなる、請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記基板の厚さは、２００μｍ〜３００μｍである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記基板は、サファイア、ＧａＮまたはＳｉＣからなる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子
【請求項１３】
前記発光波長は、４５０ｎｍである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記発光素子は、互いに間隔を空けて前記基板の前記表面に離散して配置された複数の凸部の集合体からなる凸パターンをさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記複数の凸部は、行列状に配列されている、請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記複数の凸部は、千鳥状に配列されている、請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１７】
樹脂パッケージと、
前記光取出し面側を上方に向けたフェイスアップ姿勢で前記樹脂パッケージに覆われた、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の発光素子とを含む、発光素子パッケージ。
【請求項１８】
前記発光素子パッケージは、前記発光素子として請求項３または請求項３に係る請求項４〜１６のいずれか一項に記載の発光素子を備えており、
外部ｎ側電極および外部ｐ側電極と、
前記ｎ側電極と前記外部ｎ側電極とを接続するｎ側ワイヤと、
前記ｐ側電極と前記外部ｐ側電極とを接続するｐ側ワイヤとをさらに含む、請求項１７に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１９】
フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子の製造方法であって、
光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板ウエハの前記表面に、ｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を順に積層して窒化物半導体積層構造部を形成する工程と、
前記基板ウエハの前記裏面全面に、透明接着層を形成する工程と、
前記透明接着層の裏面全面に、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルを堆積する工程と、
前記反射メタルの一部を前記基板ウエハの切断予定ラインに沿って選択的に露出させるように、前記反射メタルの裏面に接合メタルを形成する工程と、
前記反射メタルの露出した部分をエッチングで除去することにより、前記透明接着層の一部を前記切断予定ラインに沿って選択的に露出させる工程と、
前記基板ウエハの前記裏面からの処理により、露出した前記透明接着層および前記基板ウエハに、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、
前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、発光素子の製造方法。
【請求項２０】
フェイスアップ姿勢で用いられる発光素子の製造方法であって、
光取出し面側の表面および当該表面の反対側の裏面を有し、発光層の発光波長に対して透明な基板ウエハの前記表面に、ｎ型窒化物半導体層、前記発光層およびｐ型窒化物半導体層を順に積層して窒化物半導体積層構造部を形成する工程と、
前記基板ウエハの前記裏面全面に、透明接着層を形成する工程と、
前記透明接着層の一部を前記基板ウエハの切断予定ラインに沿って選択的に覆うように、前記透明接着層の裏面にマスクを形成する工程と、
前記マスク上および前記マスクから露出する前記透明接着層上に、ＡｇとＰｔ族金属とＣｕとを含む合金からなる反射メタルおよび接合メタルを順に堆積させる工程と、
前記反射メタルおよび前記接合メタルの前記マスク上の部分を前記マスクとともにリフトオフし、前記透明接着層の一部を前記切断予定ラインに沿って選択的に露出させるように前記反射メタルおよび前記接合メタルを残す工程と、
前記基板ウエハの前記裏面からの処理により、露出した前記透明接着層および前記基板ウエハに、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、
前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５５１３５（Ｐ２０１３−５５１３５Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９０８８０（Ｐ２０１１−１９０８８０）
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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