JPH0629577A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

半導体発光素子の製造方法

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JPH0629577A
JPH0629577A JP20748792A JP20748792A JPH0629577A JP H0629577 A JPH0629577 A JP H0629577A JP 20748792 A JP20748792 A JP 20748792A JP 20748792 A JP20748792 A JP 20748792A JP H0629577 A JPH0629577 A JP H0629577A
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JP
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light emitting
spherical lens
center
light
adhesive
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JP20748792A
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Toshiyuki Nitta
俊之 新田
Takashi Iwasaki
孝 岩崎
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/855—Optical field-shaping means, e.g. lenses

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  • Led Device Packages (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 狭い発光領域を有する面発光型の半導体発光
素子に球状レンズを接着するために従来は面方向に球状
レンズが移動できないように嵌合穴を設けるかあるいは
複数の突起を形成しておりこれらによって球状レンズを
位置決めしていた。しかし嵌合穴、突起の中心と発光領
域の中心が食い違う場合がある。嵌合穴や突起を形成す
ることなく、最適の結合状態にできるようにした球状レ
ンズの接着法を提供する。 【構成】 発光面の上に嵌合穴や突起を設けない。予め
発光領域の中心を求めておき、接着剤を塗付した後発光
領域の中心の位置へ球状レンズを置き接着剤を硬化させ
球状レンズを固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光通信等に用いる発光
素子の製造方法に関する。半導体の発光素子としては発
光ダイオ−ドと半導体レ−ザがある。また材料としては
ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ系等がある。発光素子には面
発光型のものと、端面発光型の物がある。ここで対象と
するのは面発光型である。この場合光が狭い発光領域か
ら四方へ拡がってしまうのでレンズによって収束させ光
ファイバのコアに効率良く入射させる必要がある。光通
信や光計測に用いる場合は、発光素子チップの上に直接
に球状レンズを固定し光ファイバに結合している。発光
素子の発光領域での光の角度分散が大きく光ファイバの
コアが小さいので、焦点距離が短く方向性の問題になら
ない球状レンズを直接に発光素子チップに固定する。ケ
−シングに発光素子チップを固定しレンズを有する蓋を
ケ−シングに取り付けるというように間接的な固定では
ない。
【０００２】
【従来の技術】特公昭５７−２９０６７号は、発光素子
チップの発光領域の上に嵌合穴を形成し、接着剤を塗付
し嵌合穴に球状レンズを内接させて固定する構造を提案
している。嵌合穴の縁にレンズが内接するので完全な位
置決めがなされる。発光領域の中心と嵌合穴の中心が一
致していれば球状レンズの中心と発光領域の中心が一致
する筈である。しかしながらこれは嵌合穴に接着剤を入
れてから球状レンズを嵌合させるので、粘度の高い接着
剤の場合は穴から接着剤が十分に排除されず球状レンズ
が穴の縁から浮いてしまうことがある。
【０００３】もうひとつの難点は発光領域の中心と嵌合
穴の中心のずれの問題である。つねに発光素子チップの
発光領域の中心と嵌合穴の中心が面と垂直な方向に合致
するとは限らない。もしも発光領域の中心と嵌合穴の中
心がずれていると、球状レンズの中心と発光領域の中心
がずれてしまい収束された光が面と直角な方向に出射さ
れない。
【０００４】特開昭６０−１６１６８４号は嵌合穴から
接着剤が完全に出ないという難点を解決しようとするも
のである。嵌合穴を発光素子に彫るのではなく、発光素
子の面に幾つかの突起を形成する。突起の上に接着剤を
塗付し球状レンズを上に置きこれを接着する。突起の位
置はそれらの中心が発光領域の中心に合致するように決
められる。また球状レンズがすべての突起と面とに接触
するように位置が決まっている。つまり球状レンズが発
光素子の上で動く余地は全くなく突起によって完全に位
置決めされる。一義的な位置決めがなされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような発光素子は
発光領域の面積が小さく、これに接続すべき光ファイバ
のコアの面積も小さい。両者を効率良く結合するために
は球状レンズの位置制御は面と平行な方向に２μｍ以内
の誤差範囲にある必要がある。ところが発光素子に球状
レンズを直接に取り付けるタイプのものは、発光領域と
レンズの取付位置が反対側になるのでウエハプロセスが
２重になり表裏での位置合わせをしなければならない。
これについて説明する。
【０００６】発光素子を作るためのウエハは化合物半導
体のウエハを用いる。これは始めは４００μｍ〜６００
μｍの厚みを持っている。エピタキシャル成長やエッチ
ング、電極の形成等のウエハプロセスによってチップに
対応する単位部分に発光素子を製作した後裏面を研磨に
よって除去する。これは発光領域と球状レンズの距離を
規定の値にするためである。
【０００７】前述のように球状レンズを定置するために
チップの裏面に嵌合穴や突起を設けるものは、発光素子
が製作されたウエハを治具から外して、ウエハを裏返
し、発光領域のある面を治具に固定する。そして裏面を
研磨などによって除去し１００μｍ〜２００μｍに薄く
する。さらに各チップの発光領域に対応する位置に前記
の嵌合穴や突起の中心が合致するように位置決めしてこ
れら嵌合穴や突起を形成する。つまり発光領域をつくる
ウエハプロセスと突起を作るウエハプロセスが異なる面
に対して行われる。このようにウエハプロセスが表面と
裏面について行われる。このような発光素子の製造は表
裏２重のウエハプロセスを必要とするのである。
【０００８】ウエハは２〜３インチの直径を持つがチッ
プは３００〜５００μｍ角の小さいものである。発光領
域や電極を形成したのちウエハを裏返して裏面を研磨し
て１００〜２００μｍに薄くし、発光領域の丁度上に当
たる部分に複数の突起をエッチングや蒸着とホトリソグ
ラフィによって形成する。前述のように発光領域と突起
の中心の上下での位置誤差が２μｍ以内になければなら
ないが、ウエハは直径が大きく、厚みが極めて小さいの
で、反りが著しくなる。であるから表裏での位置合わせ
誤差が大きくなる。ために表面と裏面から別々に形成し
た発光領域の中心と突起の中心が合致しにくくなる。位
置誤差が前記の２μｍを越えることがしばしばある。
【０００９】従来はこのような表裏の位置合わせを行っ
て嵌合穴や突起を形成し、これらに球状レンズをはめ込
み固定することにより発光素子を製造していた。しかし
前述のように球状レンズの中心と発光領域の中心とが必
ずしも合致しているとは限らないので、チップに球状レ
ンズを取り付けた後に光を通して結合効率の低いものを
除くという作業を行う必要があった。位置ずれを修正す
ることができないので従来の方法は製品の歩留りが低か
った。
【００１０】発光素子チップの上に直接に球状レンズを
取り付ける半導体発光素子において、位置ずれの起こり
易い表裏２重のウエハプロセスを行うことなく、発光領
域の中心と球状レンズの中心が上下方向に合致し、常に
最適の位置決めができるようにした半導体発光素子の製
造方法を提供することが本発明の目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の発光素子の製造
方法は、半導体ウエハの上に発光領域を形成した後、裏
面を高精度に研磨し、これを個々のチップに切り出し、
チップを治具に取り付けて、電極に電流を流して発光領
域を実際に発光させ、これをテレビカメラで発光面（発
光領域から遠い側）側から観察し、これを画像処理して
発光領域の中心を求め、これを記憶しておく。発光面に
は接着剤を予め塗付しておき、球状レンズはコレットで
掴み球状レンズとチップ面とを相対移動させて発光領域
の中心に当たる箇所に球状レンズを停止させる。この状
態で接着剤を硬化させる。接着剤は所望の位置にきた時
に瞬間的に硬化するものが望ましいので紫外線硬化樹脂
を用いるのが良い。この場合は、真空コレットで球状レ
ンズを発光領域の中心の直上部に運んだ時に紫外線を樹
脂に当ててこれを硬化させる。
【００１２】
【作用】半導体ウエハの発光領域が存在する面と反対側
の面を高精度に研磨することにより、発光領域からその
面（発光面）までの距離を全てのウエハおよびウエハの
全面について等しくする。これは面と垂直方向の球状レ
ンズと発光領域との位置関係を正しく規定するためのも
のである。球状レンズを発光面に接触させると球状レン
ズの中心と発光領域の中心との距離が一定になる。
【００１３】従来は、球状レンズを取り付ける前に、発
光素子を発光させないので正確な発光中心が分からなか
ったのである。しかし本発明では、発光素子チップを適
当な治具に取り付けてから通電し発光させる。そして上
方からテレビカメラで観察して画像処理し発光中心の座
標を求める。これは治具に対する座標として計算され記
憶される。本発明はこのように個々の発光素子チップに
ついて実際の発光中心を求めてから球状レンズを取り付
けるから、発光中心と球状レンズの中心のずれが生じな
い。このような手法は従来にないものである。
【００１４】
【実施例】以下本発明の実施例を図面によって説明す
る。半導体ウエハの上に各チップごとの発光領域を形成
する。これを別の治具に取り付けて、裏面を所望の厚み
まで高精度に研磨する。これによりこのウエハに含まれ
るチップ半導体全て同じ厚みとなる。それだけでなく異
なるウエハの間でも厚みが同じになる。裏面つまり発光
面は研磨するだけで突起や嵌合穴を形成しない。発光面
は平坦である。このウエハを切断して個々のチップ４と
する。これを治具に取付て、図１の（ａ）のように発光
させる。これを発光面の側に設けられたカメラ５によっ
て観察する。画像として発光パタ−ンが得られるのでこ
れを画像処理して発光の中心の位置を求める。
【００１５】この場合の処理は例えばテレビ画面のなか
で光の像を得て適当な閾値で二値画像とし、光の存在す
る部分の輪郭線を求めその重心を計算するという方法で
発光中心を求めうる。あるいは輝度についてのデ−タを
求め等輝度曲線の極限を求めるという手続によっても発
行の中心を決めることができる。この際カメラは固定さ
れている。発光の中心Ｃを予め定められた定位置Ｏにな
るように治具を動かす。図３にこれを示す。または固定
治具にし、発光中心Ｃが固定治具の定位置Ｏに一致する
ように発光素子チップ４を固定する。図４にこれを示
す。何れにしても発光素子の発光中心Ｃが定位置Ｏにあ
る。
【００１６】次に図１の（ｂ）に示すように、紫外線硬
化樹脂６を発光素子チップ４の発光面に塗付する。この
紫外線硬化樹脂は、発光素子チップの屈折率と球状レン
ズの屈折率に適合したものを選んで使用する。屈折率が
異なると接着剤とレンズ、チップの境界で光が反射され
て損失が増えるからである。
【００１７】接着剤は単に球状レンズを固定するだけで
なく、発光素子チップを保護するパッシベ−ション膜と
しての機能もある。発光素子チップ４において、ｐｎ接
合側の界面が露出している。これに水分等が付着すると
発光素子が劣化する。接着剤はチップのｐｎ接合側を完
全に覆い、水分や外気の進入を防ぐ。このため接着剤と
しては紫外線硬化樹脂であってしかも素子を保護するパ
ッシベ−ション機能のあるものを選ぶべきである。
【００１８】次に図１（ｃ）のように真空コレット７で
球状レンズ２を掴み、前記の画像処理によって求めた発
光中心Ｃの上に運び、素子の発光面３に球状レンズ２を
押し付けてこのまま保持する。前述のように発光中心Ｃ
を定位置Ｏに一致させているので、真空コレット７で球
状レンズ２を運ぶ位置は常に同一である。この状態で１
図（ｄ）に示すように紫外線を紫外線硬化樹脂６に当て
てこれを硬化させる。球状レンズ２が紫外線を良く通す
ものであれば上方から紫外線を照射すれば良い。もしも
球状レンズがたとえば、ＢＫ７やサファイヤのように紫
外線を通し難いものであれば、側方から紫外線を照射す
る。接着剤が硬化する。その後真空コレット７を球状レ
ンズ２から取り外す。こうして、発光領域の直上の位置
に球状レンズを固定できる。図２はこのように球状レン
ズを固定した状態の断面図である。嵌合穴や突起はなく
平坦な面に球状レンズが固定される。
【００１９】
【発明の効果】本発明は狭い発光領域を持つ発光素子チ
ップの上に球状レンズを固定する場合、予め発光領域の
中心を求めこの位置へと球状レンズを真空コレットで搬
送し接着剤を硬化させるようになっているから、発光領
域と球状レンズの中心の位置が上下方向に合致し最良の
結合効率が得られる。また接着剤によって発光素子のｐ
ｎ接合部を被覆できるので、パッシベ−ション膜として
の機能をも果たすことができる。従来法のようにウエハ
の表面と裏面の双方にウエハプロセスを行うのではない
から表裏の位置ずれの問題がない。また嵌合穴や突起を
形成する工程を省くことが出来るので取付作業が短時間
で済む。従来法のように製作してから発光させ結合効率
を試験するのでは不良品がでるのもやむを得ないが、本
発明は始めから発光素子を発光させて発光の中心を知っ
てから球状レンズを位置決めするので不良品が出ない。
製品歩留りが高い。また球状レンズの実装と同時に電気
的光学的な試験を行うことができるようになり検査の工
数をも減ずることが可能である。本発明は歩留りの高い
生産効率の高い方法を提供でき優れた発明である。光通
信等の光源として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工程を説明するための図。（ａ）はカ
メラで発光素子の発光中心を観察している状態を示す
図。（ｂ）は接着剤を塗付した状態を示す図。（ｃ）は
真空コレットで球状レンズを掴んで発光素子の上へ置い
た状態を示す図。（ｄ）は位置決めした後紫外線をあて
て接着剤を硬化させる状態を示す図。
【図２】球状レンズをチップに固定した後の図。
【図３】治具とともに発光素子チップを動かし発光中心
を定位置に合致させるようにする状態の図。（ａ)、
（ｂ) はチップ発光中心、治具中心の関係の異なる２つ
の例を示す。
【図４】発光素子チップの中心を定位置に合致させるよ
うにチップを治具に固定する状態の図。（ａ)、（ｂ）は
チップ発光中心、治具中心の関係の異なる２つの例を示
す。
【符号の説明】
１ 発光領域 ２ 球状レンズ ３ 発光面 ４ 発光素子チップ ５ カメラ ６ 接着剤（紫外線硬化樹脂） ７ 真空コレット
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年７月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】次に図１（ｃ）のように真空コレット７で
球状レンズ２を掴み、前記の画像処理によって求めた発
光中心Ｃと球状レンズの中心を一致させて、素子の発光
面３に球状レンズ２を押し付けてこのまま保持する。こ
の状態で１図（ｄ）に示すように紫外線を紫外線硬化樹
脂６に当ててこれを硬化させる。球状レンズ２が紫外線
を良く通すものであれば上方から紫外線を照射すれば良
い。もしも球状レンズがたとえば、ＢＫ７やサファイヤ
のように紫外線を通し難いものであれば、側方から紫外
線を照射する。接着剤が硬化する。その後真空コレット
７を球状レンズ２から取り外す。こうして、発光領域の
直上の位置に球状レンズを固定できる。図２はこのよう
に球状レンズを固定した状態の断面図である。嵌合穴や
突起はなく平坦な面に球状レンズが固定される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】削除
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】削除 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年７月２６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工程を説明するための図。（ａ）はカ
メラで発光素子の発光中心を観察している状態を示す
図。（ｂ）は接着剤を塗付した状態を示す図。（ｃ）は
真空コレットで球状レンズを掴んで発光素子の上へ置い
た状態を示す図。（ｄ）は位置決めした後紫外線をあて
て接着剤を硬化させる状態を示す図。
【図２】球状レンズをチップに固定した後の図。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 面発光型であって内部の狭い領域に発光
    領域を有する半導体発光素子を形成した半導体ウエハの
    発光領域に遠い面を研磨して薄くし、個々のチップに切
    断し、テレビカメラで発光素子チップを観察しながら発
    光素子を発光させ、発光領域の中心Ｃを求め、発光面に
    接着剤を塗付してから前記の発光面の発光領域の中心Ｃ
    の上へ球状レンズを置き、接着剤を硬化させて、発光領
    域の直上位置の発光面に球状レンズを接着することを特
    徴とする半導体発光素子の製造方法。
  2. 【請求項２】 面発光型であって内部の狭い領域に発光
    領域を有する半導体発光素子を形成した半導体ウエハの
    発光領域に遠い面を研磨して薄くし、個々のチップに切
    断し、テレビカメラで発光素子チップを観察しながら発
    光素子を発光させ、発光領域の中心Ｃを求め、発光領域
    の中心Ｃが治具上の定位置Ｏに重なるようにチップを移
    動して治具に固定し、発光面に接着剤を塗付してから前
    記の治具上の定点Ｏの位置に球状レンズを置き、接着剤
    を硬化させて、発光領域の直上位置の発光面に球状レン
    ズを接着することを特徴とする半導体発光素子の製造方
    法。
  3. 【請求項３】 面発光型であって内部の狭い領域に発光
    領域を有する半導体発光素子を形成した半導体ウエハの
    発光領域に遠い面を研磨して薄くし、個々のチップに切
    断し、発光素子チップを治具に固定し、テレビカメラで
    発光素子チップを観察しながら発光素子を発光させ、発
    光領域の中心Ｃを求め、発光領域の中心Ｃが、三次元空
    間中の定位置Ｏに重なるように発光素子チップの固定さ
    れた治具を移動させ、発光面に接着剤を塗付してから前
    記の治具上の定点Ｏの位置に球状レンズを置き、接着剤
    を硬化させて、発光領域の直上位置の発光面に球状レン
    ズを接着することを特徴とする半導体発光素子の製造方
    法。
  4. 【請求項４】 接着剤が、重金属を含まず、パッシベ−
    ション機能を持つ紫外線硬化樹脂であって、球状レンズ
    の位置合わせをした後紫外線を照射することにより紫外
    線硬化樹脂を硬化させ、球状レンズの固定と同時に素子
    のパッシベ−ションを行うこととした請求項１〜３の何
    れかに記載の半導体発光素子の製造方法。
JP20748792A 1992-07-10 1992-07-10 半導体発光素子の製造方法 Pending JPH0629577A (ja)

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EP93305361A EP0587277B1 (en) 1992-07-10 1993-07-08 Method for producing a semiconductor light emitting device
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