JP6082282B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光装置及び半導体発光装置を含む車両用灯具に関する。

成長基板上に、ｎ型層、活性層、ｐ型層を含むデバイス構成層をエピタキシャル成長した多くの半導体発光装置が知られている。ｎ型層への電気的接触を取るために、エピタキシャル層の一部領域において、表面からｐ型層、活性層、ｎ型層の一部厚さをエッチングしてｎ型層を露出する形態がある。ウエハレベルでは、多くの場所でｎ型層が露出される。エッチングして掘り下げたｎ型層にｎ側電極、表面のｐ型層にｐ側電極を形成することができる。分離領域のエピタキシャル層をエッチングして除去し、個別装置のエピタキシャル層を成長基板上で分離する。引き出し電極を形成した支持基板を成長基板上のエピタキシャル層側表面に貼り付けることが考えられ、ウエハレベルでの工程を増加すると、製造工程を効率化できると期待される。通常エッチング深さはバラツキを伴うが、基板の一方の面側に形成された高さの異なる複数の電極に支持基板上の引き出し電極を確実に接続することが要求される。

ウエハレベルの技術ではないが、成長基板上の半導体積層に高さの異なるｐ側電極、ｎ側電極を形成し、個別ＬＥＤチップに分割した発光ダイオード構造を裏返し(フリップチップ構成）にし、支持基板上方に配置し、半田プリフォームを用いた結合領域を介して、半田リフローによる再流動を利用し、成長基板上のオーム接点を支持基板上の結合領域に取り付ける提案がある（例えば特許文献１）。半田の他、金、インジウム、真鍮で結合領域を形成することも開示されている。

特表２００４−５２１４９４号公報

本発明の一目的は、ウエハレベルで、半導体積層の一方の面側に形成された高さの異なる複数の接続金属層を、支持基板上に形成した複数の接続金属層に安定に接続することを可能とする半導体発光装置の構成及び半導体発光装置の製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、このような半導体発光装置を含む車輌用灯具を提供することである。

本発明の一観点によれば、
支持基板と、
前記支持基板上方に配置され、前記支持基板側から第１導電型の第１半導体層、発光機能を有する活性層、前記第１導電型と逆の第２導電型の第２半導体層を含む半導体積層と、
前記半導体積層の一部領域において、前記第１半導体層側から掘り込んで形成され、底面に前記第２半導体層を露出する凹部と、
前記第１半導体層表面上に形成された、半導体側第１接続金属層と、
前記凹部底面の第２半導体層表面上に形成された、半導体側第２接続金属層と、
前記半導体側第１接続金属層と前記支持基板の間に形成された、基板側第１接続金属層と、
前記半導体側第２接続金属層と対向する位置で、前記支持基板上に形成された形状可変金属層と、
前記形状可変金属層の側壁を囲み、前記形状可変金属層の上面と前記半導体側第２接続金属層の間に延在し、前記半導体側第２接続金属層と前記形状可変金属層との間にボイドを画定する、基板側第２接続金属層と、
を含む半導体発光装置
が提供される。

形状可変金属層を用いることにより、接続金属層の高さの差を補償することが可能である。形状可変金属層が変形して外部に突出すると、短絡などの現象を生じうる。形状可変金属層の側面を接続金属層で囲み、上面上にボイドを画定することにより、形状可変金属層の形状変化の範囲を制限し、意図せざる事故を予防することが可能になる。

図１Ａ、１Ｂは、第１の形態による、対向する接続金属層の構成を示す概略断面図、図１Ｃはこの接続金属層を備えた半導体発光装置の概略断面図、図１Ｄは多重量子井戸構造の構成を示す概略断面図であり、図１Ｅ，１Ｆは、第２の形態による、対向する接続金属層の構成を示す概略断面図である。 、 、及び 図２Ａ〜２Ｋは、実施例による半導体発光装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図、図２Ｌは図２Ｋに対応する半導体発光装置の平面図である。 図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｄは、それぞれ、３つの変形例による半導体発光装置の構成を示す概略平面図であり、図３Ｃは図３Ｂの構成の３Ｃ−３Ｃ線に沿う概略断面図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、応用例による車両用灯具の概略断面図である。

本発明者らは、サファイア等の成長基板上に、ｎ型層、活性層、ｐ型層を含むＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体積層を形成し、一部領域のｐ型層、活性層をエッチングしてｎ型層を露出し、ｐ型層、ｎ型層上にｐ側電極、ｎ側電極として機能する第１及び第２半導体側接続金属層を形成して発光ダイオード構造を形成し、支持基板上に第１及び第２半導体側接続金属層に対向する第１及び第２基板側接続金属層を形成し、基板側接続金属層を半導体側接続金属層に接続、結合することによって支持基板を半導体積層上方に貼り付け、その後レーザリフトオフ等によって成長基板を除去する技術を検討している（特願２０１２−２７２２８９号等）。ウエハレベルで多数の発光ダイオード構造を形成し、ダイシングなどによって、個別半導体装置を得ることにより、製造工程が簡略化される。

平面上の電極層の接続において、通常、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、これらを含む合金等の１対の接続金属層を対向、接触させ、加圧、加熱して固相拡散を生じさせると、対向する１対の接続金属層を電気的、機械的に結合し、機械的強度も高い接続が形成できる。

しかし、高さに差がある複数対の接続金属層を対向させ、接続しようとしても、高さの差が高精度に制御されていないと、高さの差を吸収することはできず、接触不良、断線等の現象を生じてしまう。エッチングによりｎ型層を露出する凹部を形成すると、エッチング深さにバラツキが生じることは、実用上避け難い。２対の接続金属層を接続する場合、最初に当接する１対の接続金属層は接続できても、他方の接続金属層対も安定に接続することが保証できない。

最初に当接する接続金属層対の少なくとも一方に、形状を変化できるインジウム（Ｉｎ）等の低融点金属で形成できる形状可変金属層を用い、残る通常の接続金属層対が当接するまで、形状可変金属層を押し潰すようにすれば、高さの差を補償して、安定に２対の接続金属層を接続することが可能となろう。以下、便宜上、形状を変化できる金属層を形状可変金属層、通常の接続金属層で形成される、低融点金属より高い融点を有し、物理的強度の高い接続金属層を高強度接続金属層と呼ぶ。

ここで、押し潰された形状可変金属層は変形するが、どのように変形するかは制御し難い。他の導電性部材等と接触すると短絡等の事故の原因となる。また、Ｉｎ等の表面が露出すると、ウィスカ結晶などが発生する原因ともなりうる。ウィスカ結晶も制御することは難しく、短絡等の原因となりうる。

形状可変金属層を高強度接続金属層で包み、形状可変金属層の変形をある範囲内に制限する技術思想を検討した。形状可変金属層の変形を可能とするために形状可変金属層に隣接した空所（ボイド）を画定するように高強度接続金属層で形状可変金属層を包む。実用的には、形状可変金属層を覆って高強度接続金属層を形成し、エッチング、リフトオフ等によって高強度接続金属層をパターニングする際、形状可変金属層の上にボイドとなる空間を画定する。上方より、対向高強度接続金属層を降下させる。対向高強度接続金属層が下方の高強度接続金属層と接した後も更に降下させると、下方の高強度接続金属層と形状可変金属層を変形し、ボイド内に形状可変金属層が入っていく。ボイドが形状可変金属層で充填されるにつれ、対向高強度接続金属層の下面が降下する。

図１Ａに示すように、第１基板Ｓ１上に形状可変金属層ＬＭを形成し、所定の形状にパターニングする。形状可変金属層ＬＭを覆って第１の基板Ｓ１上に、第１高強度接続金属層ＨＭ１を形成し、所定の形状にパターニングする。ここで、形状可変金属層ＬＭ上面上の第１高強度接続金属層ＨＭ１内にボイドＶを形成する凹部をパターニングする。第２基板Ｓ２上に第２高強度接続金属層ＨＭ２を形成し、パターニングする。ここで、第２高強度接続金属層ＨＭ２の平面形状は、ボイドＶの平面形状を含み、形状可変金属層ＬＭの平面形状に含まれるようにする。第２高強度接続金属層ＨＭ２を下方に向け、第２基板Ｓ２を上方より降下させ、第１高強度接続金属層と当接させると、形状可変金属層ＬＭ，第１高強度接続金属層ＨＭ１，第２高強度接続金属層ＨＭ２がボイドＶの空間を閉じる形になる。

図１Ｂに示すように、第２基板Ｓ２を第１基板Ｓ１に押し当て、加圧する。加圧と同時に加熱することもできる。第２高強度接続金属層ＨＭ２に加圧された第１高強度金属層ＨＭ１は屈曲変形し、形状可変金属層ＬＭを上方から加圧して、ボイドＶ内に形状可変金属層ＬＭの一部を押し出す。形状可変金属層ＬＭがボイドＶ内に押し出されることにより、第１高強度接続金属層ＨＭ１の変形が容易になり、それに伴って第２高強度接続金属層ＨＭ２が下方に変位する。第２高強度接続金属層ＨＭ２が第１高強度接続金属層ＨＭ１と接触を開始してから、さらにある範囲、下方への変位が可能となる。

図１Ｃは、半導体発光装置の構成を示す。支持基板ＳＳの左側領域上に基板側高強度接続金属層７が形成され、右側領域上に形状可変金属層８が形成される。形状可変金属層８を覆って、支持基板ＳＳ上に基板側高強度接続金属層９が形成される。基板側高強度接続金属層９は形状可変金属層８の上にボイドＶを画定する。成長基板上に成長した半導体積層は、ｎ型ＧａＮ層２、活性層３、ｐ型ＧａＮ層４を含み、一部領域がｐ型層４側から掘り込まれ、ｎ型層２を露出する凹部Ｒが形成される。ｐ型ＧａＮ層４の上には、ｐ型半導体側高強度接続金属層５が形成され、凹部Ｒのｎ型層２上にｎ型半導体側高強度接続金属層６が形成される。支持基板ＳＳ上に、半導体積層がフリップチップ配置される。

なお、活性層３は例えば図１Ｄに示すように、バリア層Ｂとウェル層Ｗとの交互積層で形成された多重量子井戸（ＭＱＷ）で形成する。例えば、バリア層Ｂは、Ｉｎ組成の低いＩｎＧａＮ層またはＧａＮ層、ウェル層ＷはＩｎ組成の高いＩｎＧａＮ層で形成できる。

成長基板上に形成した半導体積層を裏返し(フリップチップ配置し)、支持基板ＳＳ上方から下方に移動させると、当初ｎ型層２上のｎ型半導体側高強度接続金属層６が下方の基板側高強度接続金属層９に当接する。この時、ｐ型層４上のｐ型半導体側高強度接続金属層５は下方の基板側高強度接続金属層７とは未だ接触していない。成長基板を介して上方から圧力を印加し、加熱すると、ｎ型層２上のｎ型半導体側高強度接続金属層６が下方の基板側高強度接続金属層９を押込み、形状可変金属層８を変形させてボイドＶ内に形状可変金属層８を押し出す。この変形に伴い、ｎ型半導体側高強度接続金属層６、半導体積層も下方に変位し、やがてｐ型半導体側高強度接続金属層５は下方の基板側高強度接続金属層７と当接し、接続を形成する。この構成においては、基板側高強度接続金属層９に形成されたボイドＶが、形状可変金属層ＬＭの変形可能領域として機能し、半導体積層の変位可能範囲を規定する。

図１Ｅ，図１Ｆは、図１Ａ，図１Ｂの形態に対する、変形例を示す。第１基板Ｓ１上の形状可変金属層ＬＭを覆う第１高強度接続金属層ＨＭ１にボイドＶ１を形成すると共に、第２基板Ｓ２上の第２高強度接続金属層ＨＭ２にもボイドＶ２を形成し、合わせてより大きなボイドを形成する。図１Ｅは、第１基板Ｓ１上方に、第２の基板Ｓ２を配置した状態を示し、図１Ｆは第２基板Ｓ２を降下して、第２高強度接続金属層ＨＭ２によって第１高強度接続金属層ＨＭ１を押圧し、形状可変金属層ＬＭに押込んだ状態を示す。合体したボイドＶの体積を大きくでき、第２基板Ｓ２、第２高強度接続金属層ＨＭ２の変位可能範囲を増加できる。

以下、図２Ａ〜２Ｌを参照して、半導体発光装置の製造プロセスを説明する。

図２Ａに示すように、成長基板１０の上に半導体積層２０をエピタキシャル成長する。半導体積層２０は、例えば、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ、(x + y + z = 1)で表されるＩＩＩ族窒化物を主材料とし、ｎ型半導体層２１、活性層２２、ｐ型半導体層２３を含む。半導体積層２０の形成方法の具体例を以下に記す。サファイヤで形成された成長基板１０を準備し、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）装置に投入後、加熱してサーマルクリーニングを行う。その後、成長基板１０上に原料ガス（有機金属材料）を供給し、必要な半導体層、例えばＧａＮバッファ層、膜厚約５μｍのＳｉがドープされたｎ−ＧａＮ層（n型半導体層）２１、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層が複数周期積層された多重量子井戸構造を有する活性層２２、膜厚約０．２μｍのＭｇがドープされたｐ−ＧａＮ層（p型半導体層)２３を順にエピタキシャル成長して半導体積層２０を形成する。半導体積層２０が形成されたウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ、高速熱処理）装置を用いて、窒素雰囲気中、温度４００〜９００℃で１〜５分程度加熱し、ｐ−ＧａＮ層２３にドープされたＭｇを活性化する。

図２Ｂに示すように、成長した半導体積層２０の一部を除去して凹部を形成する。半導体積層２０上に、凹部を形成する領域に開口を有するフォトレジストパターンＰＲ１を形成し、Ｃｌ_２およびＡｒをエッチングガスとしたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、開口領域のｐ型半導体層２３、活性層２２およびn型半導体層２１の一部厚さをドライエッチングする。n型半導体層２１が表出された、例えば深さ約1μmの凹部を形成する。その後、フォトレジストパターンＰＲ１は除去する。

なお、凹部Ｒは活性層が存在せず、発光しない非発光領域となる。発光量を大きくするには、半導体積層の面積中における、発光領域の面積比を大きく、発光しない非発光領域の面積比を小さくすることが望ましい。凹部の面積は、半導体積層の面積の２０％以内とすることが望ましい。

図２Ｃに示すように、半導体積層２０の分離領域を除去して個々の素子領域に分割する。具体的には、基板上方に、半導体積層２０の分離領域が開口したフォトレジストパターンＰＲ２を形成し、再度Ｃｌ_２およびＡｒをエッチングガスとしたＲＩＥによるドライエッチングで分離領域の半導体積層２０をエッチングして個々の素子領域に区画する。その後、フォトレジストパターンＰＲ２は除去する。

なお、凹部形成後、個々の素子領域に区画する順で説明したが、これに限らない。素子領域に区画した後に、凹部を形成しても構わない。凹部エッチングを分離領域まで拡げて行ってもよい。

図２Ｄに示すように、ウエハの表面上にｐ型半導体側接続金属層３１を形成する領域に開口を有するフォトレジストパターンＰＲ３を形成する。開口内にｐ型半導体層２３が露出する。電子ビーム蒸着により、Ｎｉ層(膜厚０．５ｎｍ)、Ａｇ層（膜厚２００ｎｍ）を含む反射電極層、ＴｉＷ層（膜厚３００ｎｍ）、Ｐｔ層（膜厚１００ｎｍ）を含むバリア層、最表面にＡｕ層（膜厚５００ｎｍ）の接着層を順に積層し、ｐ型半導体側接続金属層３１を形成する。ｐ型半導体側接続金属層３１の厚さは、約１１００ｎｍとなる。接続金属層が形成されたウエハを装置から取り出し、アセトン等の溶剤に浸して、フォトレジストパターンＰＲ３を除去すると共に不要部分の接続金属層を除去(リフトオフ）する。所望領域上にｐ型半導体側接続金属層３１が形成される。

最上層のＡｕ層は、固相拡散による接着機能を有する。反射金属層は、Ｎｉ／Ａｇ積層に限らない。Ａｇ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｒｈ，これらを含む合金で反射電極層を形成できる。ＴｉＷ／Ｐｔ積層は、反射電極層からのＡｇのマイグレーションを防止する機能を有する。反射電極層とｐ型半導体層２３との間には必要に応じてＴｉ、Ｎｉ等から成る薄い金属層を挿入することでｐ型半導体層２３との良好な電気的接触を得ることもできる。

ｐ型半導体側接続金属層３１の成膜には電子ビーム蒸着の代わりにスパッタリング、抵抗加熱等を用いることもできる。これらの成膜法を組み合わせて利用してもよい。 凹部形成・素子分離の工程の後にｐ型半導体側接続金属層３１を形成したが、ｐ型半導体側接続金属層３１を形成した後に凹部形成及び素子分離を行ってもよい。

図２Ｅに示すように、半導体積層に形成された凹部の一部にｎ型半導体側接続金属層４１を形成する。ｎ型半導体側接続金属層４１もｐ型半導体側接続金属層３１と同様の工程で形成できる。例えば、所望領域に開口を有するフォトレジストパターンＰＲ４をウエハの表面に形成し、電子ビーム蒸着により、Ｔｉ層（膜厚１０ｎｍ）、Ａｌ層（膜厚２００ｎｍ）を含む反射電極層、Ｐｔ層（２００ｎｍ）を含むバリア層、最表面にＡｕ層（２０００ｎｍ）を含むｎ型半導体側接続金属層４１を形成する。ｎ型半導体側接続金属層４１の厚さは、約２４００ｎｍとなる。その後、ウエハをアセトン等の溶剤に浸し、フォトレジストパターンＰＲ４を除去すると共に不要部の接続金属層をリフトオフする。

ｎ型半導体側接続金属層４１の層構成、膜厚は制限的なものではない。ｐ型半導体側接続金属層３１の後にｎ型半導体側接続金属層４１を形成したが、これに限らない。凹部を形成した後であればｐ型半導体側接続金属層３１の前にｎ型半導体側接続金属層４１を形成しても構わない。

上述の構成では、ｐ型半導体側接続金属層３１は半導体積層上に約１．１μｍの膜厚を有し、ｎ型半導体側接続金属層４１は深さ１μｍの凹部上に約２．４μｍの膜厚を有する。すなわち、ｎ型半導体側接続金属層４１の表面は、半導体積層の表面から、２．４−１＝１．４μｍ突出し、高さ１．１μｍのｐ側電極３１より約３００ｎｍ高い位置になる。各工程の成膜レートやエッチングレートはウエハ面内でも多少のバラつきを有する。ウエハの全域で確実に両電極を接合させるには、余裕を持って、厚さ設定をすることが好ましい。

図２Ｆに示すように、半導体積層２０を機械的に保持するための支持基板５０を準備する。例えば、高抵抗のシリコン基板を支持基板とする。シリコン基板５０上の所望の領域に膜厚約１０００ｎｍ程度の低融点金属層４３を形成する。具体的には、他の金属膜の成膜と同様、低融点金属層４３の領域が開口されたフォトレジストパターンＰＲ５をシリコン基板５０上に形成し、例えばＩｎ層を厚さ１０００ｎｍ電子ビーム蒸着で成膜し、フォトレジストパターンＰＲ５を除去すると共に不要部の低融点金属層４３をリフトオフする。

低融点金属層４３はＩｎ（低融点金属）の単層に限らず、最表面が熱圧着時に変形可能な金属層が配置されていれば、下層に他の層を備えた多層膜としてもよい。例えば、シリコン基板表面からＴｉ層（膜厚２００ｎｍ）、Ａｕ層(膜厚２００ｎｍ)、Ｉｎ層（膜厚６００ｎｍ）を順に積層させた多層膜としてもよい。また、低融点金属はＩｎに限らず、熱圧着時に変形可能であればよく、例えばＳｎを代わりに用いることもできる。

図２Ｇに示すように、シリコン基板５０上にｐ側接続金属層３２を形成する。まず、支持基板５０上のｐ側接続金属層３２を形成する領域に開口を有するフォトレジストパターンＰＲ６を形成する。電子ビーム蒸着により、シリコン基板５０上に、密着性向上及び拡散防止のためのＴｉ層（膜厚５００ｎｍ)、Ｐｔ層（膜厚１００ｎｍ）、を順に成膜し、最表面にp側接着層として機能するＡｕ層（膜厚１７００ｎｍ）を成膜し、ｐ側接続金属層３２を形成する。ｐ側接続金属層３２の厚さは、約２３００ｎｍとなる。その後、フォトレジストパターンＰＲ６を除去すると共に不要部のｐ側接続金属層３２をリフトオフする。

図２Ｈに示すように、シリコン基板５０上にｎ側接続金属層４２を形成する。まず、ｎ側接続金属層４２を形成する領域に開口を有するフォトレジストパターンＰＲ７を形成する。ｎ側接続金属層４２は、支持基板５０上に形成した低融点金属層４３の周縁部・側面部を覆い、低融点金属層４３の上面に延在し、低融点金属層４３の上面中央部にボイド用開口を有する。例えば、スパッタ装置を用いてシリコン基板５０側から順にＴｉ層 (膜厚５００ｎｍ)、Ｐｔ層 (膜厚１００ｎｍ)を順に成膜後、最表面にｎ側接着層として機能するＡｕ層（膜厚６００ｎｍ）を成膜して、ｎ側接続金属層４２を形成する。ｎ側接続金属層４２の厚さは、１２００ｎｍとなる。その後、フォトレジストパターンＰＲ７を除去すると共に不要部のｎ側接続金属層４２をリフトオフする。ｎ側接続金属層４２の厚さは約１２００ｎｍとなる。

支持基板５０上のｎ側接続金属層４２とｐ側接続金属層３２は、後に、半導体積層上のｎ型半導体側接続金属層４１とｐ型半導体側接続金属層３１に、それぞれ熱圧着される。熱圧着工程の一様性のためには、上下接続金属層の接触面の高さはほぼ同じ(近傍内の）高さとすることが好ましい。例えば、高さの差は、３００ｎｍ以内とすることが好ましい。上述の例では、ｎ側接続金属層４２の厚さは約１２００ｎｍとなり、厚さ約１０００ｎｍの低融点金属層４３の膜厚を併せた表面高さは約２２００ｎｍとなる。ｐ側接続金属層３２の表面高さ約２３００ｎｍとｎ側接続金属層４２の表面高さ約２２００ｎｍとは、１００ｎｍの差であり、近傍である。

ｎ側接続金属層４２は中央に開口部を画定する。熱圧着時に変形、流動化した低融点金属層４３が流れ込むボイドを、開口部が提供する。ボイドは、変形吸収ボイドと言えるであろう。

図２Ｉに示すように、成長基板１０を裏返して(フリップチップ配置して)、半導体層上の接続金属層３１，４１を支持基板上の接続金属層３２，４２と対向させ、熱圧着を行う。ｎ型半導体側接続金属層４１は、ｐ型半導体側接続金属層３１より、約３００ｎｍ突出する。p型半導体側接続金属３１とp側接続金属層３２、n型半導体側接続金属層４１とn側接続金属層４２をそれぞれ接続する。

例えば、成長基板１０を含むウエハと支持基板５０を例えば温度２００℃、真空中（１×１０^−３ Ｐａ以下）、３０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で熱圧着する。低融点金属層４３のＩｎの融点は約１５６℃であるため、上記条件下でＩｎは変形し、一部のＩｎがｎ側接続金属層４２の開口部（変形吸収ボイド）に移動する。一方、前述のようにp型半導体接続金属層３１とp側接続金属層３２、n型半導体側接続金属層４１とn側接続金属層４２がそれぞれＡｕの固層拡散により接続され、p側電極３０およびn側電極４０が形成される。

また、２００℃、真空中ではＡｕおよびＩｎは共晶を形成する。すなわち、熱圧着時に変形して変形吸収ボイドの領域まで変形した低融点金属層４３のＩｎは、Ａｕと接触し、Ａｕ−Ｉｎ共晶を形成する。Ａｕ−Ｉｎは一度共晶を形成した後は融点が２００℃以上となるため、熱圧着後の発光素子の温度耐性及び高温領域での接合強度を更に向上させることが可能となる。

図２Ｊに示すように、例えばレーザリフトオフにより、成長基板１０を除去する。具体的には成長基板１０の裏面からＫｒＦ等のレーザを照射し、成長基板１０／半導体積層２０界面付近のＧａＮ層を分解し、成長基板１０を剥離、除去する。その後表出した半導体積層２０（n型半導体層２１）を一部、ＲＩＥによるドライエッチングや研磨により除去し、平坦化してもよい。さらに、成長基板１０の除去により表出した半導体積層２０（n型半導体層２１）の表面をＫＯＨ溶液もしくはＴＭＡＨ溶液で処理し、ＩＩＩ族窒化物の結晶構造由来の凹凸(マイクロコーン)構造を形成することもできる。光取り出し効率が向上する。

図２Ｋに示すように、ダイシングにより支持基板５０を切断し、個々の素子に分離する。物理的支持と放熱性を付与する支持基板５０上にＬＥＤ１が形成された半導体発光装置が得られる。

図２Ｌは、個別化した半導体発光装置の平面構造を示す平面図である。図２Ａ〜２Ｋに示した断面図は、図２ＬにおけるＡ−Ａ線に沿う断面である。半導体積層から突出した形状で、ｐ側電極パッド３５、ｎ側電極パッド４５が形成されている。

熱圧着時の温度は、（低融点金属層４３の融点以上かつ）ｐ型半導体側接続金属層３１とｐ側接続金属層３２が固層拡散可能な温度以上であることが好ましい。低融点金属層４３とn型半導体側接続金属層４１およびn側接続金属層４２の共晶温度以上とすると、接合強度の高い発光素子を得ることができる。例えば、低融点金属層４３にＳｎを用いた場合はＡｕ−Ｓｎの一般的な共晶温度である２８０℃以上で熱圧着を行うのが好ましい。

支持基板上のｐ側接続金属層３２およびｎ側接続金属層４２は、それぞれ、半導体積層２０上のｐ型半導体側接続金属層３１およびｎ型半導体側接続金属層４１と接続される。p型半導体側接続金属層３１のＡｕ層と、p側接続金属層３２のＡｕ層とが、後の熱圧着の工程で固層拡散接合を行う。このように、両金属接合層の最表面層は同種の金属を用いるのが好ましい。特に熱伝導性及び導電性に優れるＡｕ、Ｐｔを用いることが好ましい。同様に、n側接続金属層４２とn型半導体側接続金属層４１も、同種の金属、例えばＡｕ、Ｐｔを用いて形成することが好ましい。

低融点金属層４３はｎ型半導体側接続金属層４１よりも大きく形成されることが好ましい。低融点金属層４３の側面がｎ型半導体側接続金属層４１の側面より外側に位置し、ｎ型半導体側接続金属層４１外側のｎ側接続金属層４２が低融点金属層４３上で片持ち梁構造を有し、変形を容易にすることになる。

支持基板は十分な機械強度を有していれば、高抵抗シリコン以外にも、Ｇｅ基板、導電性のシリコン基板等、他の材料による基板を用いることもできる。導電性の基板を使用する場合は基板表面に熱酸化膜やＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＮといった絶縁膜を形成して、短絡を防止する。

従来の低融点金属を用いた接合方法では、p電極および/またはn電極が低融点金属とそれ以外の材料（Ａｕ、Ｐｔなど）で接合されている構成を有していた。Ｉｎ／Ａｕ接合が形成される。Ａｕ／Ａｕ接合はＩｎ／Ａｕ接合よりも熱伝導性、電気伝導性で優る。また、同種金属であれば当然熱膨張係数も両電極、ウエハ面内で一定であるので、温度変化にも強い発光素子が製造可能となる。

ｎ側接続金属層４２はスパッタリングで成膜するのが好ましい。スパッタリングによる成膜は平均自由行程が短いため、電子ビーム蒸着等、他の成膜手法に比べて低融点金属層４３の側面に対しても金属膜を厚く成膜できる（カバレッジ性が高い）。

上記の構成では、n電極４０側にのみ低融点金属層４３を設けたが、これに限らない。p電極３０側に低融点金属層を設けてもよく、p電極３０およびn電極４０の両者に低融点金属層４３を設けてもよい。また、低融点金属層４３を支持基板５０側に設ける代わりに、半導体膜側の電極に設けてもよく、両者に設けてもよい。

上記実施例では、半導体積層２０上の接続金属層表面の高さに差を設け、支持基板５０上の接続金属層の表面高さが略同一ないし近傍の高さに位置させた。この関係は逆にしてもよい。つまり、半導体積層上の接続金属層の表面高さをほぼ同一ないし近傍の高さとし、支持基板上の接続金属層の表面高さに差を設けてもよい。いずれにせよ、低融点金属層を含む接続金属層の合計高さを大きく設定し、熱圧着時に低融点金属層が押し込まれて変形した時に他方の接続金属層が接触する関係とする。熱圧着時に低融点金属層が押し込まれる量よりも低融点金属層を厚く形成する。

上記実施例においては、平面形状が矩形の半導体積層のひとつの角部において、ｐ型層、活性層を掘り込み、ｎ型層を露出する凹部を形成し、凹部表面にn電極を形成した。ｎ電極成は、低融点金属層の１パターンを形成し、その上に低融点金属層の側壁を取り囲み、上面に延在し中央に１つのボイドを画定する高強度接続金属層を積層した。低融点金属層を含む接続金属構造には種々の変形が可能である。

図３Ａは、１つの変形例を示す平面図である。角を丸めた矩形状の低融点金属層４３を包むように高強度接続金属層４２が形成されており、高強度接続金属層４２は低融点金属層４３の上面上に４つの開口を有する。即ち、低融点金属層４３の上面上に４つのボイドが画定される。

図３Ｂ，図３Ｃは、他の変形例の上面図及び断面図である。図３Ｂの平面図に示すように、ｎ側接続金属層が、３×３のマトリクス状に配置されている。図３Ｃの断面図に示すように、半導体積層２０に凹部Ｒが複数形成され、各凹部にｎ型半導体側接続金属層が形成される。支持基板５０上に、例えばＡｕ層の下層ｎ側配線層４４、その上に例えば酸化シリコン層の絶縁層６０を形成し、ｎ側接続金属層を形成する領域では絶縁層６０を除去している。ｎ側電極パッド４５は、下層ｎ側配線層４４とｎ側高強度接続配線層４２の積層で形成できる。凹部、n側電極４０が複数設けられた構成により、半導体積層２０の各点からｎ側電極構造までの距離を短くでき、電流が発光素子の全域に亘って均一に分布しやすくなる。特に大型の発光素子に有利となる。さらに製造時も熱圧着時の圧力が分散されやすくなるため歩留まりが向上する。

図３Ｄは、４連ＬＥＤ装置の構成例である。支持基板５０の上に４つのＬＥＤ素子２０が形成されている。各ＬＥＤ素子２０は、これまでに説明した構成のいずれかで形成できる。隣接するＬＥＤ素子のｎ側電極パッド４５とｐ側電極パッド３５が積層配置され、電気的に接続されている。４ＬＥＤ素子は直列接続され、両端のｐ側電極パッド３５、ｎ側電極パッド４５が、電流供給端子となっている。

上述の実施例によるＬＥＤを組み込んだ車両用灯具（ヘッドランプ）について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、応用例による車両用灯具の概略断面図である。

図４Ａに示す車両用灯具５０は、照射光学系５１として、照射レンズ１０５を使用した例である。照射レンズ１０５は、ＬＥＤアレイ１００の光源像１０６が、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン（照射面）１０７上に投影されるように設定されている。

図４Ｂは、他の照射光学系５１を有する車両用灯具５０の例である。照射光学系５１は、図４Ｂに示すようにマルチリフレクタ（反射面）１０３と照射レンズ１０５を用いても良い。この例による車両用灯具５０は、ＬＥＤアレイ１００の発光面を覆うように配置された蛍光体層（波長変換層）１０８で形成された光源１０２と、複数の小反射領域に区画されたマルチリフレクタである反射面１０３、シェード１０４及び照射レンズ１０５を含む照射光学系５１とを含んで構成される。

図４Ｂに示すように、光源１０２は、照射方向（発光面）が上向きとなるように配置され、反射面１０３は、第１焦点が光源１０２近傍に設定され、第２焦点がシェード１０４の上端縁近傍に設定された回転楕円形の反射面であり、光源１０２からの光が入射するように、光源１０２の側方から前方にかけての範囲を覆うように配置されている。

反射面１０３は、図４Ｂに示すように、光源１０２のＬＥＤアレイ１００の光源像１０６を所定の配光形状で車両前方に照射し、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン（照射面）１０７上に、ＬＥＤアレイ１００の光源像１０６が投影されるように構成されている。

シェード１０４は、反射面１０３からの反射光の一部を遮光してヘッドランプに適したカットオフラインを形成するための遮光部材であり、上端縁を照射レンズ１０５の焦点近傍に位置させた状態で照射レンズ１０５と光源１０２の間に配置されている。照射レンズ１０５は、車両前方側に配置され、反射面１０３からの反射光を照射面１０７上に照射する。

なお、ＬＥＤアレイの応用例として車両用灯具を例示したが、その他、一般照明や大型バックライト等の発光装置に応用することもできる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

Ｓ１ 第１基板、 Ｓ２ 第２基板、
ＨＭ 接続金属層（高融点金属層）、ＬＭ 形状可変金属層（低融点金属層）、
ＳＳ 支持基板、 Ｖ ボイド、Ｖ１，Ｖ２ ボイド、
Ｒ 凹部、 ２ ｎ型半導体層、
３ 活性層、 ４ ｐ型半導体層、
５ 半導体側第１接続金属層（高融点金属層）、
６ 半導体側第２接続金属層（高融点金属層）、
７ 基板側第１接続金属層（高融点金属層）、
８ 形状可変金属層（低融点金属層）、
９ 基板側接続金属層（高融点金属層）、
１０ 成長基板、 ２０ 半導体積層、
２１ ｎ型半導体層、 ２２ 活性層、
２３ ｐ型半導体層、 ３０ ｐ側電極、
３１ ｐ型半導体側接続金属層、 ３２ ｐ側接続金属層、
３５ ｐ側電極パッド、 ４０ ｎ側電極、
４１ ｎ型半導体側接続金属層、 ４２ ｎ側接続金属層、
４３ 低融点金属層、 ４５ ｎ側電極パッド、
５０ 支持基板、

Claims (10)

1. 支持基板と、
   前記支持基板上方に配置され、前記支持基板側から第１導電型の第１半導体層、発光機能を有する活性層、前記第１導電型と逆の第２導電型の第２半導体層を含む半導体積層と、
   前記半導体積層の一部領域において、前記第１半導体層側から掘り込んで形成され、底面に前記第２半導体層を露出する凹部と、
   前記第１半導体層表面上に形成された、半導体側第１接続金属層と、
   前記凹部底面の第２半導体層表面上に形成された、半導体側第２接続金属層と、
   前記半導体側第１接続金属層と前記支持基板の間に形成された、基板側第１接続金属層と、
   前記半導体側第２接続金属層と対向する位置で、前記支持基板上に形成された形状可変金属層と、
   前記形状可変金属層の側壁を囲み、前記形状可変金属層の上面と前記半導体側第２接続金属層の間に延在し、前記半導体側第２接続金属層と前記形状可変金属層との間にボイドを画定する、基板側第２接続金属層と、
   を含む半導体発光装置。
2. 前記半導体側第２接続金属層は、前記形状可変金属層の面内形状に含まれる面内形状を有する請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記形状可変金属層は、低融点金属を含み、
   前記半導体側第２接続金属層と前記基板側第２接続金属層は、前記低融点金属の融点より高い融点を有する高融点金属を含む、請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
4. 前記低融点金属と前記高融点金属の少なくとも一部が接触し、該接触面で前記低融点金属と前記高融点金属を含む共晶が形成されている請求項３に記載の半導体発光装置。
5. 前記低融点金属は、Ｉｎ，Ｓｎ，またはこれらの少なくとも１つを含む合金を含み、
   前記高融点金属は、Ａｕ，Ｐｔ，これらの合金のいずれかを含む、請求項３又は４に記載の半導体発光装置。
6. 前記半導体側第１接続金属層、前記基板側第１接続金属層の少なくとも一方が、低融点金属を含む、請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光装置と、
   前記半導体発光装置の発光を照射する光学系と、
   を有する車輌用灯具。
8. （ａ）成長基板上に、第２導電型を有する第２半導体層、発光機能を有する活性層、及び前記第２導電型と逆の第１導電型を有する第１半導体層を含む半導体積層を成長する工程と、
   （ｂ）前記半導体積層を前記第１半導体層側からエッチングして、底面に前記第２半導体層を露出する凹部を形成する工程と、
   （ｃ）前記第１半導体層上に、半導体側第１接続金属層を形成する工程と、
   （ｄ）前記凹部に露出した第２半導体層上に、半導体側第２接続金属層を形成する工程と、
   （ｅ）支持基板上に、前記半導体側第１接続金属層に対応する基板側第１接続金属層を形成する工程と、
   （ｆ）前記支持基板上に、前記半導体側第２接続金属層に対応する形状可変金属層を形成する工程と、
   （ｇ）前記支持基板上において、前記形状可変金属層の側壁を囲み、前記形状可変金属層の上面に延在し、前記形状可変金属層の上面の一部を残す基板側第２接続金属層を形成する工程と、
   （ｈ）前記支持基板を裏返して前記半導体積層上方に搬送し、前記半導体側第１接続金属層上に前記基板側第１接続金属層、前記半導体側第２接続金属層上に基板側第２接続金属層を位置決めする工程と、
   （ｉ）前記支持基板と前記成長基板間に圧力を印加し、加熱して、前記形状可変金属層の形状を変化させ、前記基板側第１接続金属層と前記半導体側第１接続金属層、前記基板側第２接続金属層と前記半導体側第２接続金属層を接続する工程と、
   を含む半導体発光装置の製造方法。
9. 前記工程（ｉ）は、前記形状可変金属層を溶融し、前記基板側第１接続金属層と前記半導体側第１接続金属層および前記基板側第２接続金属層と前記半導体側第２接続金属層は相互に固相拡散させる、請求項８記載の半導体発光装置の製造方法。
10. 前記工程（ｉ）の後、前記成長基板を除去する工程、
    をさらに含む請求項８または９に記載の半導体発光装置の製造方法。