JP2004128340A - 発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】応答特性に優れ、そのバラツキが小さくかつ安価な発光ダイオードを提供することを課題とする。
【解決手段】裏面に下部電極を有する基板上に、下クラッド層、活性層および上クラッド層が順次積層されたｐｎ接合部ならびに上部電極が順次積層された発光ダイオードの製造方法であって、基板上に下クラッド層、活性層および上クラッド層を順次結晶成長させ、上部電極を形成した後、ダイシングブレードを用いたダイシング法により少なくともｐｎ接合部を分断し、次いでエッチングにより歪除去および所望のｐｎ接合部面積加工を行い、複数のチップを形成する工程を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法により、上記の課題を解決する。
【選択図】 図１
【解決手段】裏面に下部電極を有する基板上に、下クラッド層、活性層および上クラッド層が順次積層されたｐｎ接合部ならびに上部電極が順次積層された発光ダイオードの製造方法であって、基板上に下クラッド層、活性層および上クラッド層を順次結晶成長させ、上部電極を形成した後、ダイシングブレードを用いたダイシング法により少なくともｐｎ接合部を分断し、次いでエッチングにより歪除去および所望のｐｎ接合部面積加工を行い、複数のチップを形成する工程を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法により、上記の課題を解決する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、応答特性に優れ、そのバラツキが小さくかつ安価な発光ダイオードの製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは、例えば、デジタルオーディオやコンピュータのデータ転送用の光ファイバ通信などに広く使用されている。このような用途においては、応答特性に優れており（入力電圧に対する立上り時間−立下り時間の差が小さい）、かつそのバラツキの小さいものが求められている。さらに近年では、発光ダイオードを搭載した製品の低価格化が進み、その部品である発光ダイオードもコストダウンが求められている。
【０００３】
図２は、従来の発光ダイオードの一例を示す概略断面図である。この発光ダイオードは、次のようにして製造される。まず、液相エピタキシャル成長法により、ｐ型ＧａＡｓ基板上１１上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層９およびｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層８を順次形成し、さらに蒸着法またはスパッタリング法およびホトリソグラフによりｎ側電極７を形成し、得られた基板を所望の厚みに加工した後、蒸着法またはスパッタリング法によりｐ側電極１２を形成する。さらに、オーミックを得るためにアロイ処理を行った後、ｐｎ接合部を分断するためにメサエッチング用のレジストパターンをホトリソグラフにより基板表面に形成し、メサエッチングにてｐｎ接合部を分断する。ｐｎ接合部を分断後、プローバにより電気的特性を検査した後、ダイシングにより個々のチップ（素子）に分断する。なお、この場合のチップサイズ（ｎ側電極パターンピッチ）は、例えば０．３５ｍｍ×０．３５ｍｍである。その後、チップを抜き取り、応答特性を測定検査する（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３６４１５号公報
【特許文献２】
特開平５−９０６３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、メサエッチングによりｐｎ接合部を分断するので、エピタキシャルのバラツキおよびエッチング量のバラツキによって、チップ形状のバラツキが大きくなり、結果として応答特性のバラツキが大きくなるという問題があった。
さらに、チップのコストダウンを図る場合には、チップサイズを小さくすることが最も有効な手段であるが、上記の従来技術では、メサエッチングによりｐｎ接合部を分断するので、チップ天面のサイズが小さくなり、ｎ側電極がチップ天面よりはみ出してしまうために、チップサイズを小さくすることは容易ではない。
そこで本発明は、応答特性に優れ、そのバラツキが小さくかつ安価な発光ダイオードを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、裏面に下部電極を有する基板上に、下クラッド層、活性層および上クラッド層が順次積層されたｐｎ接合部ならびに上部電極が順次積層された発光ダイオードにおいて、ダイシング法よる分断およびエッチングにより個々のチップのｐｎ接合部を形成することにより、ｐｎ接合部の面積のバラツキを小さくできるとともに、チップサイズを小さくした場合でも、従来技術に比べてチップ天面のサイズを大きく保つことができ、応答特性に優れた接合面積が容易に得られ、かつチップサイズを小さくできるため、チップの大幅なコストダウンが図れることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
かくして、本発明によれば、裏面に下部電極を有する基板上に、下クラッド層、活性層および上クラッド層が順次積層されたｐｎ接合部ならびに上部電極が順次積層された発光ダイオードの製造方法であって、基板上に下クラッド層、活性層および上クラッド層を順次結晶成長させ、上部電極を形成した後、ダイシングブレードを用いたダイシング法により少なくともｐｎ接合部を分断し、次いでエッチングにより歪除去および所望のｐｎ接合部面積加工を行い、複数のチップを形成する工程を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、上記の製造方法により製造方法により得られた発光ダイオードが提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の発光ダイオードの製造方法は、裏面に下部電極を有する基板上に、下クラッド層、活性層および上クラッド層が順次積層されたｐｎ接合部ならびに上部電極が順次積層された発光ダイオードの製造方法であって、基板上に下クラッド層、活性層および上クラッド層を順次結晶成長させ、上部電極を形成した後、ダイシングブレードを用いたダイシング法により少なくともｐｎ接合部を分断し、次いでエッチングにより歪除去および所望のｐｎ接合部面積加工を行い、複数のチップを形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
図１は、本発明の発光ダイオードの一例を示す概略断面図である。この発光ダイオードは、裏面に下部電極６を有するＧａＡｓ基板５上に、下クラッド層４、活性層（「発光層」ともいう）３および上クラッド層２が順次積層されてｐｎ接合部が形成され、さらに上部電極１が積層されてなる。ｐｎ接合部は、少なくともｐ型またはｎ型の基板とｎ型またはｐ型の活性層から構成されていてもよく、上記のようにクラッド層を有していてもよい。
【００１１】
以下、本発明の発光ダイオードの構成およびその製造方法を具体的に説明するが、これらの説明により本発明が限定されるものではない。
【００１２】
まず、液相エピタキシャル成長法により、基板（ｐ型ＧａＡｓ基板）５上に、下クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）４、活性層（ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層）３および上クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）２を順次結晶成長させる。
結晶成長法としては特に限定されないが、本発明においては、上記の液相エピタキシャル成長法が特に好ましい。その条件は、各層の材質および膜厚などにより適宜設定すればよい。
【００１３】
基板としては、上記の例のＧａＡｓ基板に限定されず、発光ダイオードを形成するための基板であればよく、例えば、ＧａＰ、ＩｎＰなどの化合物半導体基板、Ｓｉ基板が挙げられる。
下クラッド層４、活性層３および上クラッド層２の材質は、発光ダイオードの構成により適宜設定すればよく、その膜厚は、それぞれ３５〜４０μｍ程度、４〜６μｍ程度および３〜６μｍ程度が好ましい。
【００１４】
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４としては、例えば、Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４Ａｓが挙げられる。
【００１５】
ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３としては、例えば、Ａｌ０．３４Ｇａ０．６６Ａｓが挙げられる。
ｐ型活性層３のドーパントとしては、Ｍｇ、Ｚｎが挙げられ、例えば、Ｍｇを用い、活性層近傍のキャリア濃度を１．０×１０１７ｃｍ３とした場合に良好な結果が得られる。
【００１６】
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２としては、例えば、Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ａｓが挙げられる。
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２のドーパントとしては、例えばＴｅ、Ｓｉが挙げられ、例えば、Ｔｅを用いた場合に良好な結果が得られる。
上記の各層のＡｌ混晶比を適宜選択することにより、発光波長を制御することができる。
【００１７】
本発明者は、所望の光出力および応答特性を得るための、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２における最適なキャリア濃度について鋭意研究を行った結果、図３の関係を得た。図３は、本発明の発光ダイオードの光出力（ａ．ｕ．）と応答特性（ｎｓ）の関係を示すグラフである。
したがって、発光ダイオードを光出力２５ａ．ｕ．の光ファイバ通信用とするとき、上クラッド層における活性層近傍のキャリア濃度は、０．８×１０１７ｃｍ３以上２×１０１７ｃｍ３以下であるのが好ましい。
【００１８】
次に、蒸着法またはスパッタリング法およびホトリソグラフにより、基板表面に、０．０２４ｍｍ×０．０２４ｍｍ〜０．０２６ｍｍ×０．０２６ｍｍ（例えば、０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ）間隔で、大きさφ０．０１５ｍｍ〜０．０１７ｍｍ（例えば、φ０．１６ｍｍ）の上部電極（ｎ側電極）１を形成する。その条件は、得ようとする電極の材質および膜厚などにより適宜設定すればよい。
上部電極の材質としては、例えばＡｌ、Ａｕ、Ａｕ合金およびそれらの積層体などが挙げられ、その膜厚は０．７〜１．５μｍ程度である。
【００１９】
次いで、アロイ処理を施し、電極をエッチャントから保護するための保護用フォトレジストを塗布し、ベーキングする。
アロイ処理は、例えば、窒素雰囲気中、４５０℃で約１０分間の条件で行われる。
ベーキングは、例えば、窒素雰囲気中、１３０℃で約４０分間の条件で行われる。
【００２０】
その後、ダイシングブレードを用いたダイシング法により少なくともｐｎ接合部を分断し、次いでエッチングにより歪除去および所望のｐｎ接合部面積加工を行い、複数のチップを形成する。ここで、「少なくともｐｎ接合部を分断する」とは、ｐｎ接合部のみならず、その下層にある基板を含めて各チップ毎に分断してもよいことを意味する。
【００２１】
ダイシングブレードは、０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの幅を有するものが好ましい。
ダイシングブレードの幅が０．０５ｍｍ以上ものを使用した場合には、チッピングと呼ばれるチップ表面のカケが発生し、結果としてダイシングのダメージ（歪）が残留してしまい、発光ダイオードの素子としての信頼性の低下を招くので好ましくない。
また、ダイシングブレードの幅が０．０３ｍｍ以下のものを使用した場合には、切代が小さくなり、所望の接合面積を得るためには、次工程のエッチング時間を長く設定する必要が生じるので好ましくない。
【００２２】
ダイシングブレードは、未使用状態において０．０４ｍｍの幅を有し、かつ使用状態におけるその切代が０．０３５ｍｍ以上であるのが好ましい。
幅の狭いダイシングブレードを使用すると、次工程のエッチング時間を長く設定する必要が生じ、電極保護用のフォトレジストがエッチャントに耐えられなくなり、エッチャントにより電極が腐食されてしまうので、ダイシングブレードの幅としては、０．０４ｍｍが特に好ましい。
また、幅が０．０４ｍｍのダイシングブレードの使用状態において、ブレード先端の磨耗によって、その切代が０．０３５ｍｍ以下になり、接合部分の形状が所望する形状に分断できない場合がある。したがって、ダイシングブレードの切代は、０．０３５ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００２３】
また、ダイシングブレードは、２μｍ以上３μｍ以下の粒径の砥粒（例えば、ダイヤモンド）および結合材により構成されているのが好ましい。
ダイシングブレードを構成する砥粒の粒径が３μｍ以下の場合には、チッピングの発生が大きくなるので好ましくない。また、ダイシングブレードを構成する砥粒の粒径が２μ以上の場合には、ブレードの目詰まりが発生して、ダイシング不能の状態となることがあるので好ましくない。
【００２４】
さらに、ダイシングブレードは、事前にドレッシングおよびプリカット処理を実施し、ブレード表面の電着金属が除去され、かつその先端部形状はＵ字形状に成形されたものを使用するのが好ましい。なお、このブレードのダイヤモンド砥粒の集中度は、標準集中度以上のものを用いるのが好ましい。
【００２５】
ダイシングの条件は、ブレード回転数が２５，０００〜３５，０００回転／分であり、かつダイシングスピードが１０ｍｍ／秒以下であるのが好ましい。
ブレード回転数が２５，０００回転／分より遅いと、切削能力が低下するので好ましくなく、ブレード回転数が３５，０００回転／分を超えると、チップに与えるダメージが大きくなるので好ましくない。
また、ダイシングスピードが１０ｍｍ／秒を超えると、チップに与えるダメージが大きくなるので好ましくない。
例えば、ブレード回転数を３０，０００回転／分とし、ダイシングスピードを１０ｍｍ／秒とした場合に良好な結果が得られる。
【００２６】
次いで、エッチングにより、ダイシングにおいて発生した歪を除去し、所望のｐｎ接合部面積加工を行う。ここで、「ｐｎ接合部面積加工」とは、所望の面積になるようにｐｎ接合部を加工することを意味する。すなわち、ダイシングにより加工されたｐｎ接合部を、エッチングによって、より精度よく所望の面積に加工することを意味する。
【００２７】
エッチャントは、基板および各層を構成する材質により適宜選択すればよい。例えば、図１に示す発光ダイオードの構成の場合には、アンモニア系のエッチャントを使用すると、結晶方位によるエッチングの異方性が発生し、チップ形状のバラツキが大きくなるので、硫酸系のエッチャントを用いるのが好ましい。
したがって、エッチングは、例えば、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝３：１：１のエッチャントを用いて行われるのが特に好ましい。
【００２８】
本発明者は、所望の光出力および応答特性を得るための、最適なエッチング時間について鋭意研究を行った結果、図４の関係を得た。図４は、本発明の発光ダイオードの製造時におけるエッチング時間（ｍｉｎ）とチップサイズ（ｍｍ、正方形のｐｎ接合部における一辺の長さ）の関係を示すグラフである。０．０２ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０３５ｍｍおよび０．０４ｍｍの幅を有するダイシングブレードを用いた。
【００２９】
エッチングは、２０℃以上２５℃以下のエッチャント温度および５分以上１５分以下のエッチング時間で行われるのが好ましい。
例えば、エッチャント温度を２２±１℃とし、エッチング時間を１０分間とした場合に良好な結果が得られる。
エッチャント温度が２０℃以下の場合には、エッチング時間が長くなり、工程の処理能力が低下してしまうので好ましくない。また、エッチャント温度が２５℃以上の場合には、エッチング量のバラツキが大きくなり、チップサイズのバラツキが大きくなり、結果として応答特性のバラツキが大きくなるので好ましくない。
【００３０】
また、エッチング時間は、ダイシングによる歪（ダメージ）が除去できる限りにおいて、短いほうが望ましい。電極保護用のフォトレジストがエッチャントに耐える時間は、上記のエッチャントを用いた場合には１５分以内であり、したがって、エッチング時間は５分以上１５分以下が好ましく、１０±１分がより好ましい。
【００３１】
本発明者は、チップサイズと応答特性の関係について鋭意研究を行った結果、図５の関係を得た。図５は、本発明の発光ダイオードのチップサイズ（ｍｍ、正方形のｐｎ接合部における一辺の長さ）と応答特性−Ｔｗ（ｎｓ）の関係を示すグラフである。
したがって、発光ダイオードを光出力２５ａ．ｕ．の光ファイバ通信用とするとき、上記の加工処理により、得られるｐｎ接合部の面積（チップサイズ）は、平均値として０．２０ｍｍ×０．２０ｍｍであり、０．１９０ｍｍ×０．１９０ｍｍ〜０．２１０ｍｍ×０．２１０ｍｍが好ましく、０．１９８ｍｍ×０．１９８ｍｍ〜０．２０２ｍｍ×０．２０２ｍｍがより好ましい。
【００３２】
次いで、得られた基板を所望の厚みに加工した後、下部電極（ｐ側電極）６を蒸着法またはスパッタリング法により形成する。その条件は、得ようとする電極の材質および膜厚などにより適宜設定すればよい。
下部電極の材質としては、例えばＡｕ合金、Ａｇ合金などが挙げられ、その膜厚は０．７〜１．０μｍ程度である。
その後、プローバにより電気的特性を検査した後、スクライブ法によりチップを分断する。分断後、チップを抜き取り、応答特性を測定検査する。
【００３３】
本発明者は、得られた研究データに基づき、本発明の製造方法において、ｎ側電極１の電極サイズを変更することにより、精度良く光出力を制御できるシミュレーション手法を得た。
図６は、本発明の発光ダイオードの製造時における光出力制御シミュレーションの結果を示すグラフである。すなわち、図６は、ｐｎ接合部の面積から上部電極の面積を除した面積（ｍｍ２）に対する発光ダイオードの光出力（ａ．ｕ．）を示す。なお、上部電極は、φ０．１５０ｍｍ、φ０．１５５ｍｍおよびφ０．１６０ｍｍの３種類を用いた。また、シュミュレーションで使用したチップサイズ（ｐｎ接合部の面積）は、得られた複数チップのチップサイズの分布から標準値を求めた。
【００３４】
すなわち、本発明によれば、ｐｎ接合部の面積と上部電極の面積とから、取り出される光出力をシミュレーションして上部電極の面積を決定し、要望される光出力範囲の発光ダイオードを得る発光ダイオードの製造方法が提供される。
【００３５】
このシミュレーション手法を用いて、ｎ側電極１の電極サイズを変更することにより、所望の光出力範囲に制御できるので、製造時の歩留を大きく改善できる。
また、量産製造において、液層エピタキシャル成長により得られた化合物半導体素子は、ある程度の範囲で光出力特性のバラツキが発生するため、要望する範囲の光出力特性分布を有する化合物半導体素子を製造する場合、エピタキシャル成長条件を検討し、条件を変更する必要があったが、本発明のシミュレーション手法を用いることにより、電極サイズの変更のみで容易に光出力を制御できる。
【００３６】
上記の説明では、ｐ型ＧａＡｓ基板上に液相エピタキシャル成長法により、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を順次成長させた例を示したが、本発明の製造方法は、他の発光ダイオードの製造にも適用できる。
また、本発明の製造方法は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いた４元ＡｌＧａＩｎＰの製造にも適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、応答特性に優れ、そのバラツキが小さい発光ダイオード、特に光ファイバ通信用発光ダイオードを提供することができる。
また、本発明によれば、従来技術に比べて、応答特性検査における合格歩留が約３０％向上し、チップサイズを小さく設定できるので、従来技術に比べて１ウェハ当たりのチップ数が約２倍になり、製造コストを約３５％削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光ダイオードの一例を示す概略断面図である。
【図２】従来の発光ダイオードの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の発光ダイオードの光出力と応答特性の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の発光ダイオードの製造時におけるエッチング時間とチップサイズの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の発光ダイオードのチップサイズと応答特性の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の発光ダイオードの製造時における光出力制御シミュレーションの結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１、７ 上部電極（ｎ側電極）
２、８ 上クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）
３、９ 活性層（ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層）
４、１０ 下クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）
５、１１ ＧａＡｓ基板（ｐ型ＧａＡｓ基板）
６、１２ 下部電極（ｐ側電極）
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、応答特性に優れ、そのバラツキが小さくかつ安価な発光ダイオードの製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは、例えば、デジタルオーディオやコンピュータのデータ転送用の光ファイバ通信などに広く使用されている。このような用途においては、応答特性に優れており（入力電圧に対する立上り時間−立下り時間の差が小さい）、かつそのバラツキの小さいものが求められている。さらに近年では、発光ダイオードを搭載した製品の低価格化が進み、その部品である発光ダイオードもコストダウンが求められている。
【０００３】
図２は、従来の発光ダイオードの一例を示す概略断面図である。この発光ダイオードは、次のようにして製造される。まず、液相エピタキシャル成長法により、ｐ型ＧａＡｓ基板上１１上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層９およびｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層８を順次形成し、さらに蒸着法またはスパッタリング法およびホトリソグラフによりｎ側電極７を形成し、得られた基板を所望の厚みに加工した後、蒸着法またはスパッタリング法によりｐ側電極１２を形成する。さらに、オーミックを得るためにアロイ処理を行った後、ｐｎ接合部を分断するためにメサエッチング用のレジストパターンをホトリソグラフにより基板表面に形成し、メサエッチングにてｐｎ接合部を分断する。ｐｎ接合部を分断後、プローバにより電気的特性を検査した後、ダイシングにより個々のチップ（素子）に分断する。なお、この場合のチップサイズ（ｎ側電極パターンピッチ）は、例えば０．３５ｍｍ×０．３５ｍｍである。その後、チップを抜き取り、応答特性を測定検査する（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３６４１５号公報
【特許文献２】
特開平５−９０６３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、メサエッチングによりｐｎ接合部を分断するので、エピタキシャルのバラツキおよびエッチング量のバラツキによって、チップ形状のバラツキが大きくなり、結果として応答特性のバラツキが大きくなるという問題があった。
さらに、チップのコストダウンを図る場合には、チップサイズを小さくすることが最も有効な手段であるが、上記の従来技術では、メサエッチングによりｐｎ接合部を分断するので、チップ天面のサイズが小さくなり、ｎ側電極がチップ天面よりはみ出してしまうために、チップサイズを小さくすることは容易ではない。
そこで本発明は、応答特性に優れ、そのバラツキが小さくかつ安価な発光ダイオードを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、裏面に下部電極を有する基板上に、下クラッド層、活性層および上クラッド層が順次積層されたｐｎ接合部ならびに上部電極が順次積層された発光ダイオードにおいて、ダイシング法よる分断およびエッチングにより個々のチップのｐｎ接合部を形成することにより、ｐｎ接合部の面積のバラツキを小さくできるとともに、チップサイズを小さくした場合でも、従来技術に比べてチップ天面のサイズを大きく保つことができ、応答特性に優れた接合面積が容易に得られ、かつチップサイズを小さくできるため、チップの大幅なコストダウンが図れることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
かくして、本発明によれば、裏面に下部電極を有する基板上に、下クラッド層、活性層および上クラッド層が順次積層されたｐｎ接合部ならびに上部電極が順次積層された発光ダイオードの製造方法であって、基板上に下クラッド層、活性層および上クラッド層を順次結晶成長させ、上部電極を形成した後、ダイシングブレードを用いたダイシング法により少なくともｐｎ接合部を分断し、次いでエッチングにより歪除去および所望のｐｎ接合部面積加工を行い、複数のチップを形成する工程を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、上記の製造方法により製造方法により得られた発光ダイオードが提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の発光ダイオードの製造方法は、裏面に下部電極を有する基板上に、下クラッド層、活性層および上クラッド層が順次積層されたｐｎ接合部ならびに上部電極が順次積層された発光ダイオードの製造方法であって、基板上に下クラッド層、活性層および上クラッド層を順次結晶成長させ、上部電極を形成した後、ダイシングブレードを用いたダイシング法により少なくともｐｎ接合部を分断し、次いでエッチングにより歪除去および所望のｐｎ接合部面積加工を行い、複数のチップを形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
図１は、本発明の発光ダイオードの一例を示す概略断面図である。この発光ダイオードは、裏面に下部電極６を有するＧａＡｓ基板５上に、下クラッド層４、活性層（「発光層」ともいう）３および上クラッド層２が順次積層されてｐｎ接合部が形成され、さらに上部電極１が積層されてなる。ｐｎ接合部は、少なくともｐ型またはｎ型の基板とｎ型またはｐ型の活性層から構成されていてもよく、上記のようにクラッド層を有していてもよい。
【００１１】
以下、本発明の発光ダイオードの構成およびその製造方法を具体的に説明するが、これらの説明により本発明が限定されるものではない。
【００１２】
まず、液相エピタキシャル成長法により、基板（ｐ型ＧａＡｓ基板）５上に、下クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）４、活性層（ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層）３および上クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）２を順次結晶成長させる。
結晶成長法としては特に限定されないが、本発明においては、上記の液相エピタキシャル成長法が特に好ましい。その条件は、各層の材質および膜厚などにより適宜設定すればよい。
【００１３】
基板としては、上記の例のＧａＡｓ基板に限定されず、発光ダイオードを形成するための基板であればよく、例えば、ＧａＰ、ＩｎＰなどの化合物半導体基板、Ｓｉ基板が挙げられる。
下クラッド層４、活性層３および上クラッド層２の材質は、発光ダイオードの構成により適宜設定すればよく、その膜厚は、それぞれ３５〜４０μｍ程度、４〜６μｍ程度および３〜６μｍ程度が好ましい。
【００１４】
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４としては、例えば、Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４Ａｓが挙げられる。
【００１５】
ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３としては、例えば、Ａｌ０．３４Ｇａ０．６６Ａｓが挙げられる。
ｐ型活性層３のドーパントとしては、Ｍｇ、Ｚｎが挙げられ、例えば、Ｍｇを用い、活性層近傍のキャリア濃度を１．０×１０１７ｃｍ３とした場合に良好な結果が得られる。
【００１６】
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２としては、例えば、Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ａｓが挙げられる。
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２のドーパントとしては、例えばＴｅ、Ｓｉが挙げられ、例えば、Ｔｅを用いた場合に良好な結果が得られる。
上記の各層のＡｌ混晶比を適宜選択することにより、発光波長を制御することができる。
【００１７】
本発明者は、所望の光出力および応答特性を得るための、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２における最適なキャリア濃度について鋭意研究を行った結果、図３の関係を得た。図３は、本発明の発光ダイオードの光出力（ａ．ｕ．）と応答特性（ｎｓ）の関係を示すグラフである。
したがって、発光ダイオードを光出力２５ａ．ｕ．の光ファイバ通信用とするとき、上クラッド層における活性層近傍のキャリア濃度は、０．８×１０１７ｃｍ３以上２×１０１７ｃｍ３以下であるのが好ましい。
【００１８】
次に、蒸着法またはスパッタリング法およびホトリソグラフにより、基板表面に、０．０２４ｍｍ×０．０２４ｍｍ〜０．０２６ｍｍ×０．０２６ｍｍ（例えば、０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ）間隔で、大きさφ０．０１５ｍｍ〜０．０１７ｍｍ（例えば、φ０．１６ｍｍ）の上部電極（ｎ側電極）１を形成する。その条件は、得ようとする電極の材質および膜厚などにより適宜設定すればよい。
上部電極の材質としては、例えばＡｌ、Ａｕ、Ａｕ合金およびそれらの積層体などが挙げられ、その膜厚は０．７〜１．５μｍ程度である。
【００１９】
次いで、アロイ処理を施し、電極をエッチャントから保護するための保護用フォトレジストを塗布し、ベーキングする。
アロイ処理は、例えば、窒素雰囲気中、４５０℃で約１０分間の条件で行われる。
ベーキングは、例えば、窒素雰囲気中、１３０℃で約４０分間の条件で行われる。
【００２０】
その後、ダイシングブレードを用いたダイシング法により少なくともｐｎ接合部を分断し、次いでエッチングにより歪除去および所望のｐｎ接合部面積加工を行い、複数のチップを形成する。ここで、「少なくともｐｎ接合部を分断する」とは、ｐｎ接合部のみならず、その下層にある基板を含めて各チップ毎に分断してもよいことを意味する。
【００２１】
ダイシングブレードは、０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの幅を有するものが好ましい。
ダイシングブレードの幅が０．０５ｍｍ以上ものを使用した場合には、チッピングと呼ばれるチップ表面のカケが発生し、結果としてダイシングのダメージ（歪）が残留してしまい、発光ダイオードの素子としての信頼性の低下を招くので好ましくない。
また、ダイシングブレードの幅が０．０３ｍｍ以下のものを使用した場合には、切代が小さくなり、所望の接合面積を得るためには、次工程のエッチング時間を長く設定する必要が生じるので好ましくない。
【００２２】
ダイシングブレードは、未使用状態において０．０４ｍｍの幅を有し、かつ使用状態におけるその切代が０．０３５ｍｍ以上であるのが好ましい。
幅の狭いダイシングブレードを使用すると、次工程のエッチング時間を長く設定する必要が生じ、電極保護用のフォトレジストがエッチャントに耐えられなくなり、エッチャントにより電極が腐食されてしまうので、ダイシングブレードの幅としては、０．０４ｍｍが特に好ましい。
また、幅が０．０４ｍｍのダイシングブレードの使用状態において、ブレード先端の磨耗によって、その切代が０．０３５ｍｍ以下になり、接合部分の形状が所望する形状に分断できない場合がある。したがって、ダイシングブレードの切代は、０．０３５ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００２３】
また、ダイシングブレードは、２μｍ以上３μｍ以下の粒径の砥粒（例えば、ダイヤモンド）および結合材により構成されているのが好ましい。
ダイシングブレードを構成する砥粒の粒径が３μｍ以下の場合には、チッピングの発生が大きくなるので好ましくない。また、ダイシングブレードを構成する砥粒の粒径が２μ以上の場合には、ブレードの目詰まりが発生して、ダイシング不能の状態となることがあるので好ましくない。
【００２４】
さらに、ダイシングブレードは、事前にドレッシングおよびプリカット処理を実施し、ブレード表面の電着金属が除去され、かつその先端部形状はＵ字形状に成形されたものを使用するのが好ましい。なお、このブレードのダイヤモンド砥粒の集中度は、標準集中度以上のものを用いるのが好ましい。
【００２５】
ダイシングの条件は、ブレード回転数が２５，０００〜３５，０００回転／分であり、かつダイシングスピードが１０ｍｍ／秒以下であるのが好ましい。
ブレード回転数が２５，０００回転／分より遅いと、切削能力が低下するので好ましくなく、ブレード回転数が３５，０００回転／分を超えると、チップに与えるダメージが大きくなるので好ましくない。
また、ダイシングスピードが１０ｍｍ／秒を超えると、チップに与えるダメージが大きくなるので好ましくない。
例えば、ブレード回転数を３０，０００回転／分とし、ダイシングスピードを１０ｍｍ／秒とした場合に良好な結果が得られる。
【００２６】
次いで、エッチングにより、ダイシングにおいて発生した歪を除去し、所望のｐｎ接合部面積加工を行う。ここで、「ｐｎ接合部面積加工」とは、所望の面積になるようにｐｎ接合部を加工することを意味する。すなわち、ダイシングにより加工されたｐｎ接合部を、エッチングによって、より精度よく所望の面積に加工することを意味する。
【００２７】
エッチャントは、基板および各層を構成する材質により適宜選択すればよい。例えば、図１に示す発光ダイオードの構成の場合には、アンモニア系のエッチャントを使用すると、結晶方位によるエッチングの異方性が発生し、チップ形状のバラツキが大きくなるので、硫酸系のエッチャントを用いるのが好ましい。
したがって、エッチングは、例えば、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝３：１：１のエッチャントを用いて行われるのが特に好ましい。
【００２８】
本発明者は、所望の光出力および応答特性を得るための、最適なエッチング時間について鋭意研究を行った結果、図４の関係を得た。図４は、本発明の発光ダイオードの製造時におけるエッチング時間（ｍｉｎ）とチップサイズ（ｍｍ、正方形のｐｎ接合部における一辺の長さ）の関係を示すグラフである。０．０２ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０３５ｍｍおよび０．０４ｍｍの幅を有するダイシングブレードを用いた。
【００２９】
エッチングは、２０℃以上２５℃以下のエッチャント温度および５分以上１５分以下のエッチング時間で行われるのが好ましい。
例えば、エッチャント温度を２２±１℃とし、エッチング時間を１０分間とした場合に良好な結果が得られる。
エッチャント温度が２０℃以下の場合には、エッチング時間が長くなり、工程の処理能力が低下してしまうので好ましくない。また、エッチャント温度が２５℃以上の場合には、エッチング量のバラツキが大きくなり、チップサイズのバラツキが大きくなり、結果として応答特性のバラツキが大きくなるので好ましくない。
【００３０】
また、エッチング時間は、ダイシングによる歪（ダメージ）が除去できる限りにおいて、短いほうが望ましい。電極保護用のフォトレジストがエッチャントに耐える時間は、上記のエッチャントを用いた場合には１５分以内であり、したがって、エッチング時間は５分以上１５分以下が好ましく、１０±１分がより好ましい。
【００３１】
本発明者は、チップサイズと応答特性の関係について鋭意研究を行った結果、図５の関係を得た。図５は、本発明の発光ダイオードのチップサイズ（ｍｍ、正方形のｐｎ接合部における一辺の長さ）と応答特性−Ｔｗ（ｎｓ）の関係を示すグラフである。
したがって、発光ダイオードを光出力２５ａ．ｕ．の光ファイバ通信用とするとき、上記の加工処理により、得られるｐｎ接合部の面積（チップサイズ）は、平均値として０．２０ｍｍ×０．２０ｍｍであり、０．１９０ｍｍ×０．１９０ｍｍ〜０．２１０ｍｍ×０．２１０ｍｍが好ましく、０．１９８ｍｍ×０．１９８ｍｍ〜０．２０２ｍｍ×０．２０２ｍｍがより好ましい。
【００３２】
次いで、得られた基板を所望の厚みに加工した後、下部電極（ｐ側電極）６を蒸着法またはスパッタリング法により形成する。その条件は、得ようとする電極の材質および膜厚などにより適宜設定すればよい。
下部電極の材質としては、例えばＡｕ合金、Ａｇ合金などが挙げられ、その膜厚は０．７〜１．０μｍ程度である。
その後、プローバにより電気的特性を検査した後、スクライブ法によりチップを分断する。分断後、チップを抜き取り、応答特性を測定検査する。
【００３３】
本発明者は、得られた研究データに基づき、本発明の製造方法において、ｎ側電極１の電極サイズを変更することにより、精度良く光出力を制御できるシミュレーション手法を得た。
図６は、本発明の発光ダイオードの製造時における光出力制御シミュレーションの結果を示すグラフである。すなわち、図６は、ｐｎ接合部の面積から上部電極の面積を除した面積（ｍｍ２）に対する発光ダイオードの光出力（ａ．ｕ．）を示す。なお、上部電極は、φ０．１５０ｍｍ、φ０．１５５ｍｍおよびφ０．１６０ｍｍの３種類を用いた。また、シュミュレーションで使用したチップサイズ（ｐｎ接合部の面積）は、得られた複数チップのチップサイズの分布から標準値を求めた。
【００３４】
すなわち、本発明によれば、ｐｎ接合部の面積と上部電極の面積とから、取り出される光出力をシミュレーションして上部電極の面積を決定し、要望される光出力範囲の発光ダイオードを得る発光ダイオードの製造方法が提供される。
【００３５】
このシミュレーション手法を用いて、ｎ側電極１の電極サイズを変更することにより、所望の光出力範囲に制御できるので、製造時の歩留を大きく改善できる。
また、量産製造において、液層エピタキシャル成長により得られた化合物半導体素子は、ある程度の範囲で光出力特性のバラツキが発生するため、要望する範囲の光出力特性分布を有する化合物半導体素子を製造する場合、エピタキシャル成長条件を検討し、条件を変更する必要があったが、本発明のシミュレーション手法を用いることにより、電極サイズの変更のみで容易に光出力を制御できる。
【００３６】
上記の説明では、ｐ型ＧａＡｓ基板上に液相エピタキシャル成長法により、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を順次成長させた例を示したが、本発明の製造方法は、他の発光ダイオードの製造にも適用できる。
また、本発明の製造方法は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いた４元ＡｌＧａＩｎＰの製造にも適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、応答特性に優れ、そのバラツキが小さい発光ダイオード、特に光ファイバ通信用発光ダイオードを提供することができる。
また、本発明によれば、従来技術に比べて、応答特性検査における合格歩留が約３０％向上し、チップサイズを小さく設定できるので、従来技術に比べて１ウェハ当たりのチップ数が約２倍になり、製造コストを約３５％削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光ダイオードの一例を示す概略断面図である。
【図２】従来の発光ダイオードの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の発光ダイオードの光出力と応答特性の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の発光ダイオードの製造時におけるエッチング時間とチップサイズの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の発光ダイオードのチップサイズと応答特性の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の発光ダイオードの製造時における光出力制御シミュレーションの結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１、７ 上部電極（ｎ側電極）
２、８ 上クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）
３、９ 活性層（ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層）
４、１０ 下クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）
５、１１ ＧａＡｓ基板（ｐ型ＧａＡｓ基板）
６、１２ 下部電極（ｐ側電極）
Claims (11)
- 裏面に下部電極を有する基板上に、下クラッド層、活性層および上クラッド層が順次積層されたｐｎ接合部ならびに上部電極が順次積層された発光ダイオードの製造方法であって、基板上に下クラッド層、活性層および上クラッド層を順次結晶成長させ、上部電極を形成した後、ダイシングブレードを用いたダイシング法により少なくともｐｎ接合部を分断し、次いでエッチングにより歪除去および所望のｐｎ接合部面積加工を行い、複数のチップを形成する工程を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
- ダイシングブレードが、０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの幅を有する請求項１に記載の製造方法。
- ダイシングブレードが、未使用状態において０．０４ｍｍの幅を有し、かつ使用状態におけるその切代が０．０３５ｍｍ以上である請求項１または２に記載の製造方法。
- ダイシングブレードが、２μｍ以上３μｍ以下の粒径の砥粒および結合材により構成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の製造方法。
- ダイシング法が、ダイヤモンド砥粒の集中度が標準集中度以上のダイシングブレードを用い、ブレード回転数が２５，０００〜３５，０００回転／分、ダイシングスピードが１０ｍｍ／秒以下の条件で行われる請求項１〜４のいずれか１つに記載の製造方法。
- エッチングが、２０℃以上２５℃以下のエッチャント温度および５分以上１５分以下のエッチング時間で行われる請求項１〜５のいずれか１つに記載の製造方法。
- エッチングが、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝３：１：１のエッチャントを用いて行われる請求項１〜６のいずれか１つに記載の製造方法。
- ｐｎ接合部の面積と上部電極の面積とから、取り出される光出力をシミュレーションして上部電極の面積を決定し、要望される光出力範囲の発光ダイオードを得る請求項１〜７のいずれか１つに記載の製造方法。
- 請求項１〜８のいずれか１つに記載の製造方法により得られた発光ダイオード。
- 発光ダイオードが、光出力２５ａ．ｕ．の光ファイバ通信用であり、そのｐｎ接合部の面積が０．１９０ｍｍ×０．１９０ｍｍ〜０．２１０ｍｍ×０．２１０ｍｍである請求項９に記載の発光ダイオード。
- 発光ダイオードが、光出力２５ａ．ｕ．の光ファイバ通信用であり、上クラッド層における活性層近傍のキャリア濃度が０．８×１０１７ｃｍ３以上２×１０１７ｃｍ３以下である請求項９または１０に記載の発光ダイオード。
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2002
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