JP2006086516A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上に、少なくとも、第1の導電型の半導体層と活性層と第2の導電型の半導体層を積層する。その後、第1の導電型の半導体層を露出する第一の割溝を形成し、さらに第一の割溝上から基板に達する第二の割溝をレーザー光を使用して形成する。次いで第二の割溝に対応する位置で基板側から第三の割溝を形成する。最後にチップ状に切断分離する半導体発光素子の製造方法である。
【選択図】 図3
Description
(1)基板上に、少なくとも、第1の導電型の半導体層と活性層と第2の導電型の半導体層を積層する工程と、その後、第1の導電型の半導体層を露出する第一の割溝を形成する工程と、第一の割溝上から基板に達する第二の割溝をレーザー光を使用して形成する工程と、第二の割溝に対応する位置で基板側から第三の割溝を形成する工程と、チップ状に切断分離する工程とを含む半導体発光素子の製造方法。
(2)第三の割溝が第二の割溝よりも広い幅を有することを特徴とする上記(1)に記載の半導体発光素子の製造方法。
(3)第三の割溝が第一の割溝よりも広い幅を有することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の半導体発光素子の製造方法。
(4)第三の割溝を、レーザー光またはダイシングブレードを使用して形成することを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
(5)第三の割溝を、レーザー光およびダイシングブレードを組み合わせて形成することを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
(6)第三の割溝を、レーザー光を2回以上照射して形成することを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
(7)第三の割溝を形成する前に、基板を研削あるいは研磨することにより、基板の厚さをエピタキシャル層を含めて100ミクロン以下にすることを特徴とする上記(1)〜(6)の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
(8)第1の導電型の半導体層がn型半導体層であり、第2の導電型の半導体層がp型半導体層であることを特徴とする上記(1)〜(7)の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
(9)基板がサファイア基板であることを特徴とする上記(1)〜(8)の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
(10)半導体発光素子が窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする上記(1)〜(9)の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
(11)半導体発光素子が窒化ガリウム系半導体発光素子であることを特徴とする上記(1)〜(10)の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
(12)上記(1)〜(11)の何れか1項に記載された半導体発光素子の製造方法を用いて製造した半導体発光素子。
本発明の製造方法における半導体層は、図2に示すように、少なくとも第1の導電型の半導体層2と発光層3(活性層)と第2の導電型の半導体層4を有する。このほかにコンタクト層、バッファ層などの層を有していてもよい。これらは例えばサファイア基板にMOCVDなどの方法によって積層される。
この半導体層にエッチング装置とフォトリソグラフ装置を用いて第1の導電型の半導体層(図2ではn型)を露出する幅がW1の第一の割溝40を形成する。割溝の深さは第1の導電型の半導体層が現れるところから第1の半導体層の3/4程度までが好ましい。このとき同時にn型電極形成面を形成してもよい。第2の導電型の半導体層(図2ではp型)には蒸着装置とフォトリソグラフ装置を使用してp型電極5を形成する。n型半導体層にはn型電極を形成する。
基板を露出する第二の割溝を入れるとエピタキシャル層を分断することになるのでウェーハの反りが改善する。
ウェーハの反りが改善すると基板裏面の研磨研削が容易となり取代も面内均一となる。研磨後のウェーハの反りも抑制できるので次に述べる第三の割溝をレーザー光で入れる場合の焦点位置変動を抑制できる。これは第三の割溝の形状を安定させる効果がある。
第三の割溝をダイシング装置だけで形成するとレーザー加工装置を使用するよりも多大の時間を要するが、予めレーザー光で形成してダイシング加工で形状を整形する程度の追加加工を行なうようにするとダイシング取代を少なくできるのでダイシング装置を使用した加工時間を短縮できる。第三の割溝形状を厳密に制御する必要がある場合にも、この加工方法は有効である。割溝形状を厳密に制御する必要がないなどの場合は、W字状の底部にレーザー光を再照射することにより幅が広いV字状の割溝形状にすることも出来る。低コストで製造する場合に有効である。所望の形状を得るためにレーザー照射をさらに繰り返してもよい。
第二の割溝形成工程を基板研磨前に実施すると、基板が厚いので反りが少なくレーザー加工時のレーザー光の焦点位置変動が少なく安定した割溝形状を得ることが出来る。さらに、第二の割溝は基板を露出するのでエピタキシャル層を分断することになり、割溝形成後の基板の反りを抑制する効果がある。こうしておくと基板研磨研削時に無理な応力をかける必要がなくなるので、研磨研削工程中の割れや欠けなどの発生を抑制でき、安定した研磨研削が可能となる。基板厚さをウェーハ面内均一にすることが出来るので第三の割溝面から出射する光の量が安定する。チップ端面の湾曲切断を抑制するには基板厚さを薄くする方がいい。基板の裏面を研磨研削したウェーハの厚さは100ミクロン以下が好ましいが、第二の割溝から第三の割溝への切断面を再現性よく得るには80ミクロン以下あるいは60ミクロン以下などなるべく薄くする方がいい。ただし、あまり薄くなると反りが大きくなってきてしまい、第三の割溝を入れる障害になるばかりでなく再現性のよい切断が出来なくなる。
(実施例1)
窒化物系化合物半導体からなる青色発光素子を以下のとおり作製した。
サファイア基板上にAlN層を介してアンドープGaNからなる厚さ4μmの下地層、Geドープ(濃度1×1019/cm3)GaNからなる厚さ2μmのn側コンタクト層、Siドープ(濃度1×1018/cm3)In0.1Ga0.9Nからなる厚さ12.5nmのn側クラッド層、GaNからなる厚さ16nmの障壁層とIn0.2Ga0.8Nからなる厚さ2.5nmの井戸層を交互に5回積層させた後、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層、Mgドープ(濃度1×1020/cm3)Al0.07Ga0.93Nからなる厚さ2.5nmのp側クラッド層およびMgドープ(濃度8×1019/cm3)Al0.02Ga0.98Nからなる厚さ0.16μmのp側コンタクト層を順次積層して窒化物系化合物半導体積層構造を形成した。
次に、図1に示したようなピッチが350μm、幅が18μmのチップ形状になるように公知のフォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術によりn型層を露出するエッチングを行い、深さが1μmの第一の割溝を形成した。同時に、図1に示したように、n側電極形成面30を半円状にエッチングして形成した。続いて、このn側電極形成面にCr/Ti/Au三層構造のn側電極を形成した。
この様にして得られた窒化物系化合物半導体ウェーハを切断工程に流した。まず、レーザー加工時に窒化物系化合物半導体層に切断時の汚れが付着しないようにするために前記ウェーハの半導体層側の表面に水溶性のレジストをスピンコーターで表面全体に均一に塗布し、乾燥させて厚さ0.2μmの保護膜を形成した。
次に、前記ウェハーを洗浄機のステージに設置し、前記ウェハーを回転させつつ、半導体層側の表面にシャワー水を流すことによって、前記保護膜を除去した。
次に、前記ウェーハのサファイア基板背面側をラッピングおよびポリッシングすることで、厚さがエピタキシャル層を含めて80μmとなるように薄板化した。また、ポリッシングでは基板背面を鏡面均一とし、容易にサファイア基板背面から第二の割溝を確認できるようにした。
第三の割溝を形成しないことを除いて、実施例1と同様にチップ状の窒化物系化合物半導体発光素子を作製した。チップ断面を目視観察したところ、断面は鏡面ではないものの表面は滑らかで、ほとんどのチップが第二の割溝のV字状の先端部から窒化物系化合物半導体層を積層した主面に対してほぼ垂直に割れていたが、基板側の主面に対してはほぼ垂直になっているチップもあるものの図4に示したように垂直に切断出来ないものもあり形状としては不安定であった。基板側の主面に対してほぼ垂直な断面になっていて外形不良のないものを取出したところ、歩留まりは50%であった。ベアチップマウントした状態の積分球測定において、この発光素子は電流20mAでの発光出力は4.4〜4.6mWであった。基板側の主面に対してほぼ垂直な断面になっていないチップであってその他の外形不良のないものをベアチップマウントして積分球測定を行なってみた。電流20mAでの発光出力は4.6〜5.2mWであった。基板側が斜めに割れることで光取出し効率が改善したものと思われる。割れ方が不規則であったので発光出力もばらついていた。
第三の割溝を幅20μm深さ30μmとするようにレーザー加工に続いてダイシング加工を行なったことを除いて、実施例1と同様にチップ状の窒化物系化合物半導体発光素子を作製した。第三の割溝を形成する際にレーザー光の焦点位置を基板から30μmほど離してレーザー照射した。レーザー光照射後の第三の割溝の形状は幅が20μmで深さが15μmであった。続いて図5に示したように刃先がV字状でブレード幅が20μmのダイヤモンドブレードを用いてレーザー加工による第三の割溝の形状を補正した。補正後の第三の割溝は幅が20μmで深さが30μmであった。このウェーハを分割してチップを得た。チップ端面は、基板側の主面に対してほぼ垂直になっていた。外形不良のないものを取り出したところ、歩留まりは90%であった。ベアチップマウントした状態の積分球測定において、この発光素子は電流20mAで4.9〜5.3mWの発光出力を示した。
第三の割溝を幅20μm深さ30μmとするように二段階のレーザー加工を行なったことを除いて、実施例1と同様にチップ状の窒化物系化合物半導体発光素子を作製した。第一段階のレーザー加工は、レーザー光の焦点位置を基板から30μmほど離してレーザー照射した。レーザー光照射後の第三の割溝の形状は幅が20μmで深さが15μmで、割溝底部の中央付近が盛り上がったW字状になっていた。W字状の中央付近に焦点をあわせて第二段階のレーザー光照射を行なった。出来上がった第三の割溝は幅が20μmで深さが35μmで、割溝形状は実施例2のダイシング加工で得た割溝と比較すると若干いびつではあるが、ほぼV字状になっていた。このウェーハを分割してチップを得た。破断されたチップ端面は、基板側の主面に対してほぼ垂直になっていた。外形不良のないものを取り出したところ、歩留まりは90%であった。ベアチップマウントした状態の積分球測定において、この発光素子は電流20mAで4.9〜5.4mWの発光出力を示した。
2 n型半導体層
3 活性層
4 p型半導体層
5 p型電極
10 チップ
30 n側電極形成面
40 第一の割溝
50 第二の割溝
60 第三の割溝
70 ダイシングブレード
Claims (12)
- 基板上に、少なくとも、第1の導電型の半導体層と活性層と第2の導電型の半導体層を積層する工程と、その後、第1の導電型の半導体層を露出する第一の割溝を形成する工程と、第一の割溝上から基板に達する第二の割溝をレーザー光を使用して形成する工程と、第二の割溝に対応する位置で基板側から第三の割溝を形成する工程と、チップ状に切断分離する工程とを含む半導体発光素子の製造方法。
- 第三の割溝が第二の割溝よりも広い幅を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 第三の割溝が第一の割溝よりも広い幅を有することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 第三の割溝を、レーザー光またはダイシングブレードを使用して形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 第三の割溝を、レーザー光およびダイシングブレードを組み合わせて形成することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 第三の割溝を、レーザー光を2回以上照射して形成することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 第三の割溝を形成する前に、基板を研削あるいは研磨することにより、基板の厚さをエピタキシャル層を含めて100ミクロン以下にすることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 第1の導電型の半導体層がn型半導体層であり、第2の導電型の半導体層がp型半導体層であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 基板がサファイア基板であることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 半導体発光素子が窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 半導体発光素子が窒化ガリウム系半導体発光素子であることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 請求項1〜11の何れか1項に記載された半導体発光素子の製造方法を用いて製造した半導体発光素子。
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