JP2001358363A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶成長させた化合物半導体の表面を適切に
処理することによって発光輝度をより一層向上させ得る
発光素子の製造方法の提供。 【解決手段】 半導体化合物によるｐ型層１とｎ型層２
を積層してその間のｐ−ｎ接合域を発光層とするととも
にｐ型層１及びｎ型層２のそれぞれにｐ電極３及びｎ電
極４を形成したウエハーから半導体発光素子を製造する
方法であって、ｐ電極３及びｎ電極４を囲むパターンと
してウエハーの表裏両面から、いずれか一方が発光層を
突っ切る深さとなるようにメサ５，６をエッチング法に
よって形成し、メサ５，６を形成した部分をダイシング
して発光チップ１１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばＧａＡｌ
Ａｓの化合物半導体を利用した赤色発光の半導体発光素
子（以下、「ＬＥＤ」と記す）に係り、発光輝度をより
向上させるようにした半導体発光素子の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＡｌＡｓ化合物半導体は、赤色発光
のＬＥＤとして従来から多用されており、たとえばＧａ
ＰやＧａＡｓＰ等の化合物半導体を利用した赤色発光の
ＬＥＤに比べると、高い発光効率が得られるとされてい
る。そして、このような特性を利用して、自動車のハイ
マウントストップランプや交通信号灯等に利用されてい
る。

【０００３】ＧａＡｌＡｓ化合物半導体を利用するＬＥ
Ｄの製造は、ほかのＬＥＤと同様に液相成長法によって
ｐ型層及びｎ型層の結晶を成長させ、これらの層の表面
にたとえばＡｕを金属蒸着法によって電極を形成すると
いうものである。すなわち、ｐ型ＧａＡｓ基板の上にｐ
型ＧａＡｌＡｓを積層し、その上にｎ型ＧａＡｌＡｓを
積層し、その後ｐ型ＧａＡｓ基板を除去しｐ型ＧａＡｌ
Ａｓ層の下面にｐ側電極及びｎ型ＧａＡｌＡｓ層の表面
にｎ側電極がそれぞれ形成される。このようにして結晶
成長させたウエハーは、最終製品としてのＬＥＤを得る
ためのダイシングの工程までのチップ化工程へと移され
る。

【０００４】図４は結晶成長後のＧａＡｌＡｓ化合物半
導体のウエハーに対するチップ化工程の典型的な従来例
を示す概略図である。

【０００５】液相成長法によって得られた半導体ウエハ
ーは、先に説明したように、ｐ型ＧａＡｓ基板の上に形
成されたｐ型ＧａＡｌＡｓ薄膜層によるｐ型層１と、そ
の上面に形成されたｎ型ＧａＡｌＡｓ薄膜層によるｎ型
層２との積層体からｐ型ＧａＡｓ基板を除去したもので
ある。そして、ｐ型層１の底面及びｎ型層２の表面には
それぞれＡｕのｐ電極３及びｎ電極４が形成されている
（同図（ａ））。

【０００６】このようなウエハーに対しては、ｐ電極３
及びｎ電極４のパターンを一様に含むようにダイシング
することによってＬＥＤチップが得られ、ｐ型層１とｎ
型層２との間のｐ−ｎ接合部分を発光層として発光させ
ることができる。そして、ｎ型層２の表面が主光取り出
し面となるが、発光層から側方や下方へ向く光も有効な
発光成分となる。特に、発光層から側方に出る光の輝度
は高く、発光強度に与える影響は大きい。

【０００７】一方、ＧａＡｌＡｓ化合物半導体では、Ａ
ｌを含むために水分や湿度の影響で酸化して光を通さな
い膜ができてしまう。したがって、ウエハーをそのまま
ダイシングしてしまうと、発光層からの発光が十分に活
かせなくなる。

【０００８】このような背景から、同図の（ｂ）に示す
ようにウエハー内のｐ−ｎ接合域を突っ切る深さまでメ
サ２１をエッチングによって形成した後、このメサ２１
部分からｎ型層２の表面までを保護膜２２で被覆する
（同図（ｃ））ことが一つの有効な対策として採用され
ている。そして、保護膜２２の形成後にはメサ２１部分
をダイサーで突っ切らせてダイシングすることで、同図
の（ｄ）に示すようにＬＥＤのチップ２０が得られる。
このチップ２０では、発光層部分にかけて保護膜２２で
被覆されていることから、Ａｌの酸化による影響をなく
して効率よく発光させることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ダイサーに
よってｐ型層１の周囲のダイシング面２３の大半が剪断
されたままの面でチップ化工程が終わってしまうことに
なる。このため、発光層からの光の取り出し面の一部と
なるｐ型層のダイシング面２３の表面には加工歪みが残
ったままであり、表面粗度もかなり粗い。したがって、
発光層からの光はｐ型層１のダイシング面２３から出に
くくなり、発光面を形成するにもかかわらず全体の発光
輝度の向上への貢献度は小さい。

【００１０】一方、ｐ型層１のダイシング面２３の表面
を改善して鏡面処理ができれば、発光層からの光の反射
や外部への放出が促されて発光輝度が向上することは容
易に推測できる。そして、このような鏡面処理は薬品中
に浸漬するエッチングが現在のところ利用できる唯一の
方法である。

【００１１】しかしながら、ダイシング後にチップ２０
に対してエッチング処理すると、同図の（ｄ）中に一点
鎖線で示すようにテーパ状に抉り取られる。すなわち、
表面処理すべきｐ型層１の側面だけでなく、保護膜２２
の一部までもが薬品によって剥離したり除去されてしま
う。したがって、保護膜２２による保護機能が損なわれ
てしまうことになり、特にＡｌを含むことによる酸化に
よって発光輝度の低下を招き、発光素子の信頼性に大き
な影響を及ぼす。

【００１２】このように、従来では、ｐ型層１のダイシ
ング面２３を発光輝度の向上に十分に役立てることがで
きず、これを改善するための有効な製造方法が見いださ
れていない状況にある。

【００１３】本発明において解決すべき課題は、結晶成
長させた化合物半導体の表面を適切に処理することによ
って発光輝度をより一層向上させ得る発光素子の製造方
法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、化合物半導体によるｐ型層とｎ型層を積層してその
間のｐ−ｎ接合域を発光層とし、前記ｐ型層及びｎ型層
のそれぞれにｐ電極及びｎ電極を形成したウエハーから
半導体発光素子を製造する方法であって、ｐ電極及びｎ
電極を囲むパターンとして前記ウエハーの表裏両面か
ら、いずれか一方が前記発光層を突っ切る深さとなるよ
うにメサをエッチング法によって形成し、前記メサを形
成した部分をダイシングして発光チップとすることを特
徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、化合物
半導体によるｐ型層とｎ型層を積層してその間のｐ−ｎ
接合域を発光層とし、前記ｐ型層及びｎ型層のそれぞれ
にｐ電極及びｎ電極を形成したウエハーから半導体発光
素子を製造する方法であって、ｐ電極及びｎ電極を囲む
パターンとして前記ウエハーの表裏両面から、いずれか
一方が前記発光層を突っ切る深さとなるようにメサをエ
ッチング法によって形成し、前記メサを形成した部分を
ダイシングして発光チップとする半導体発光素子の製造
方法であり、メサ部分をエッチングすることで発光層か
らの光の透過または反射を促して発光輝度を上げるとい
う作用を有する。

【００１６】請求項２に記載の発明は、前記ダイシング
の工程の前に、前記発光層を突っ切るメサのエッチング
面からこのエッチング面に連なる前記ウエハーの表面に
かけて保護膜を形成する請求項１記載の半導体発光素子
の製造方法であり、保護膜を形成する側を主光取り出し
面とすれば、発光層の領域が保護され発光性能が保持で
きるという作用を有する。

【００１７】請求項３に記載の発明は、前記ダイシング
工程の前に、前記ウエハーの表裏両面とこれらの表裏両
面に連なる前記メサにかけて保護膜を形成し、且つ前記
ダイシング工程の後に、表裏両面のメサどうしの間のダ
イシング面をエッチングする請求項１記載の半導体発光
素子の製造方法であり、ダイシングによる加工歪みを伴
いやすいダイシング面をエッチングによって鏡面化する
ことで、発光輝度をより向上させるという作用を有す
る。

【００１８】請求項４記載の発明は、前記ｐ型層及びｎ
型層は、ＧａＡｌＡｓ化合物半導体からなる請求項２ま
たは３記載の半導体発光素子の製造方法であり、水分等
によって酸化しやすいＡｌを保護膜によって保護して発
光輝度の低下がない発光素子が得られるという作用を有
する。

【００１９】以下に、本発明の実施の形態の具体例を図
面を参照しながら説明する。

【００２０】図１は本発明の半導体発光素子の製造工程
を順に示す概略図である。

【００２１】図１において、化合物半導体のウエハーは
従来例と同様に、ｐ型ＧａＡｓの基板の上に形成された
ｐ型ＧａＡｌＡｓの薄膜層によるｐ型層１と、その上面
に形成されたｎ型ＧａＡｌＡｓによるｎ型層２との積層
体からｐ型ＧａＡｓ基板を除去したものである。そし
て、ｐ型層１の底面及びｎ型層２の表面にはそれぞれＡ
ｕのｐ電極３及びｎ電極４が形成されている（同図
（ａ））。ここまでの構成は、従来例に示したものと全
く同様である。

【００２２】化合物半導体ウエハーの成長後のチップ化
工程では、まず同図の（ｂ）に示すように、ウエハーの
表面及び裏面側にそれぞれ表面メサ５及び裏面メサ６を
形成する。これらの表面及び裏面のメサ５，６はたとえ
ばフォトマスク等によるパターニングを施して薬液中に
浸漬するエッチング法によって形成されるもので、いず
れか一方を先に形成するか、生産性向上のために同時に
形成することが好ましい。また、表面メサ５及び裏面メ
サ６のパターンは任意であり、図示の例ではｐ，ｎの電
極３，４を１個ずつ含んでその四方の周りを矩形状に囲
む格子状である。

【００２３】次いで、同図の（ｃ）に示すように、ｎ電
極４の表面の一部を除いてウエハーの表面に保護膜７を
形成する。この保護膜７は、ＧａＡｌＡｓ化合物半導体
に含まれるＡｌの酸化及びこれに起因する輝度の低下を
防止するためのもので、たとえばＳｉＯ₂，ＳｉＮ等の
材料を用いて、熱ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法，スパッ
タリング法などによって成膜される。

【００２４】そして、チップ化の最終工程として、ダイ
サーを用いたダイシングによって表面及び裏面のメサ
５，６部分を上下に突っ切って剪断し、同図の（ｄ）に
示すように発光チップ８を得る。

【００２５】以上のチップ化工程で製造された発光チッ
プ８では、ｐ型層１とｎ型層２との間のｐ−ｎ接合域の
発光層の周りは全て保護膜７で被覆されているので、側
方に抜ける発光量が最も多い部分を含めてＡｌの酸化が
抑えられる。このため、発光層から表面側の主光取り出
し面での発光に加えて発光層から側方に抜ける光も有効
に回収される。

【００２６】また、裏面メサ６を形成する工程では、同
図の（ｄ）に示すように曲面状のエッチング面１ａがｐ
型層１の四方の周面に形成され、ダイシングによって剪
断されるダイシング面１ｂは従来例で図示したものと比
べると格段に小さい。エッチング面１ａは薬液浸漬によ
るエッチング処理によって鏡面化されるので、活性層か
らの光を発光チップ８自身の中に反射させたりまたは外
への放出を促す。そして、エッチング面１ａは発光チッ
プ８の活性層側に向けて凹む曲面状なので、活性層から
の光を表円側の主光取り出し面側へ反射させるのに有効
であり、これによって発光方向への光の回収がより効果
的に行われる。また、エッチング面１ａを抜けて外に向
かう光についても、発光チップ８を搭載するリードフレ
ーム等のマウント部の反射面を利用して同様に発光方向
に反射して回収できる。一方、ダイシング面１ｂの表面
には加工歪みが残っていたり表面粗度が粗いままである
が、発光チップ８の全周面で占める大きさの割合は小さ
く、エッチング面１ａからの有効な光の回収分に比べる
と、発光輝度の損失分はきわめて小さい。

【００２７】このように、化合物半導体ウエハーの結晶
成長後のダイシングまでのチップ化工程において、裏面
メサ６をエッチング法によって形成し、ｐ型層１の周面
にエッチング面１ａを形成するだけで、発光チップ８か
らの発光効率を上げることができ、発光輝度が改善され
る。

【００２８】図２はウエハーの裏面側にも保護膜を形成
してダイシング面をエッチングして鏡面処理することで
更に発光輝度を向上させるようにした製造工程の概略図
である。なお、ＧａＡｌＡｓ化合物半導体のウエハーは
図１の例のものと同様であり、同じ構成部材については
共通の符号で指示する。

【００２９】図２において、（ａ）のｐ型層１，ｎ型層
２，ｐ電極３，ｎ電極４をそれぞれ形成した半導体ウエ
ハーの表裏両面に、同図（ｂ）のように表面メサ５及び
裏面メサ６をエッチング法によって形成するまでの工程
は、先の例と全く同じである。そして、次の工程におい
て、表面側に保護膜７を形成することも同様であるが、
本例では裏面側にも保護膜９を形成する。この保護膜９
はｐ電極３の表面の一部を除いて裏面メサ６を含み裏面
側の全体に皮膜形成されたものであり、その被覆パター
ンは表面側の保護膜７とほぼ一致する。

【００３０】このように表裏両面に保護膜７，９を形成
した後、先の例と同様に表面及び裏面のメサ５，６の間
を突っ切るようにダイシングすることでチップの単体が
得られる。ここまでの工程によって得られるチップが先
の例と異なるのは裏面側に保護膜９を形成した点だけで
あり、この保護膜９を光透過性とすることで、エッチン
グ面１ａからの光の放出または主光取り出し面側への反
射が可能である。

【００３１】ここで、ｐ型層１の表面に一部残るダイシ
ング面１ｂからの発光取り出しは、その加工歪みや表面
粗度の点からさほど効果的でないことは先に述べた通り
である。これに対し、ダイシング面１ｂを鏡面化してし
まえば、光の取り出しが促されるので、発光輝度の向上
が可能であり、その鏡面化の工程と最終製品の発光チッ
プを図３に示す。

【００３２】保護膜７，９を形成してダイシングされた
後（図２の（ｄ））には、ウエハー上に粘着シート１０
を被せてチップの単体を接着して保持し、図３の（ａ）
に示すように粘着シート１０を下側にしてチップの単体
を上下反転させる。粘着シート１０は基材１０ａと接着
層１０ｂとの２層構造のものが利用でき、ｎ電極４と保
護膜７の下端部が接着層１０ｂの中に没するように保持
できるものであればよい。

【００３３】チップの単体を粘着シート１０に保持した
後、薬液中に浸漬してダイシング面１ｂをエッチング処
理して鏡面化し、このダイシング面１ｂをエッチング処
理面１ｃとする。そして、エッチング処理を終えると図
３の（ｂ）に示す発光チップ１１が製品として得られ、
図示のようにｐ型層１を下及びｎ型層２を上とした姿勢
でリードフレーム等に実装される。

【００３４】このように、ダイシング面１ｂを最終的に
はエッチング処理面１ｃとして鏡面化するので、図１の
例に比べるとこのエッチング処理面１ｃの大きさに相当
して光の取り出し分が増える。したがって、発光チップ
１１の全体からの発光輝度も更に向上することになる。

【００３５】ここで、ダイシング面１ｂのこのエッチン
グ処理では、保護膜７，９によって被覆されているｐ型
層１及びｎ型層２の表面に変化はなく、ダイシング面１
ｂだけがエッチングされる。そして、ハンドリングの際
に最も欠けを生じやすい保護膜７の下端側のコーナー部
は粘着シート１０の接着層１０ｂの中に没していて保護
され、ｎ型層２の表面が無用にエッチングされることは
ない。ところが、保護膜７，９の形成の後から粘着シー
ト１０への接着、薬液への浸漬の間では、保護膜９を被
覆してその欠け等を防ぐものはない。したがって、たと
えば図３の（ａ）において保護膜９の上端のコーナー部
等が破れてしまう可能性があり、ｐ型層１の一部がエッ
チングされてしまう恐れがある。しかしながら、実装す
るときには、図３の（ｂ）に示すように無用にエッチン
グされる部分はｐ型層１の下端側の一部だけなので、発
光輝度に実質的に影響を及ぼす恐れはない。

【００３６】

【発明の効果】本発明では、化合物半導体のウエハーの
表裏両面にメサをエッチング法によって形成すること
で、後工程でのダイシングによるダイシング面からの発
光に代えてメサによって形成されたエッチング面を発光
透過面または発光層からの光の反射面として有効に利用
でき、発光輝度を向上させた半導体発光素子を得ること
ができる。特に、表裏両面にメサを形成してそれぞれを
電極面部分にかけて保護膜で被覆したものでは、ダイシ
ング面をエッチング処理できるので、このダイシング面
からの発光も促してより発光輝度の高い半導体発光素子
の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体発光素子の製造工程を示す
概略図

【図２】ウエハーの表裏両面に保護膜を形成する製造工
程を示す概略図

【図３】図３の工程に続いてダイシング面をエッチング
して最終製品とする工程を示す概略図

【図４】従来の製造工程を示す概略図

【符号の説明】

１ ｐ型層 １ａ エッチング面 １ｂ ダイシング面 １ｃ エッチング処理面 ２ ｎ型層 ３ ｐ電極 ４ ｎ電極 ５ 表面メサ ６ 裏面メサ ７ 保護膜 ８ 発光チップ ９ 保護膜 １０ 粘着シート １０ａ 基材 １０ｂ 接着層 １１ 発光チップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化合物半導体によるｐ型層とｎ型層を積
   層してその間のｐ−ｎ接合域を発光層とし、前記ｐ型層
   及びｎ型層のそれぞれにｐ電極及びｎ電極を形成したウ
   エハーから半導体発光素子を製造する方法であって、ｐ
   電極及びｎ電極を囲むパターンとして前記ウエハーの表
   裏両面から、いずれか一方が前記発光層を突っ切る深さ
   となるようにメサをエッチング法によって形成し、前記
   メサを形成した部分をダイシングして発光チップとする
   半導体発光素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記ダイシングの工程の前に、前記発光
   層を突っ切るメサのエッチング面からこのエッチング面
   に連なる前記ウエハーの表面にかけて保護膜を形成する
   請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記ダイシング工程の前に、前記ウエハ
   ーの表裏両面とこれらの表裏両面に連なる前記メサにか
   けて保護膜を形成し、且つ前記ダイシング工程の後に、
   表裏両面のメサどうしの間のダイシング面をエッチング
   する請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記ｐ型層及びｎ型層は、ＧａＡｌＡｓ
   化合物半導体からなる請求項２または３記載の半導体発
   光素子の製造方法。