JP2007158130A - Group iii nitride-based compound semiconductor optical element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はIII族窒化物系化合物半導体光素子及びその製造方法に関する。尚、本明細書で半導体光素子とは、発光素子、受光素子、その他光エネルギーと電気エネルギーとの一方から他方への変換素子その他任意の光機能を有する半導体素子を言うものとする。 The present invention relates to a group III nitride compound semiconductor optical device and a method for manufacturing the same. In this specification, the term “semiconductor optical element” refers to a light-emitting element, a light-receiving element, a conversion element from one to the other of light energy and electric energy, and other semiconductor elements having an arbitrary optical function.
緑色、青色乃至紫外光を発する発光素子として、III族窒化物系化合物半導体発光素子が登場してから久しいが、依然サファイア基板等の、異種且つ絶縁性基板上に発光素子をエピタキシャル成長するものが主流である。異種の導電性基板を用いる場合であっても、エピタキシャル成長中のいわゆる転位が十分に低減できないことや、エピタキシャル成長後常温に戻すまでに、熱膨張係数の差によるIII族窒化物系化合物半導体層におけるクラックの発生を十分には抑制できないことが依然として問題である。 As a light emitting element that emits green, blue or ultraviolet light, it has been a long time since a group III nitride compound semiconductor light emitting element appeared, but it is still mainstream to epitaxially grow the light emitting element on a dissimilar and insulating substrate such as a sapphire substrate. It is. Even when different types of conductive substrates are used, so-called dislocations during epitaxial growth cannot be sufficiently reduced, and cracks in the group III nitride compound semiconductor layer due to differences in thermal expansion coefficients after returning to room temperature after epitaxial growth. It is still a problem that generation | occurrence | production of this cannot fully be suppressed.
ところで、エピタキシャル成長を行う基板と、素子として用いる際の支持基板とを異なるものとする、即ちエピタキシャル成長後に他の基板にIII族窒化物系化合物半導体層やIII族窒化物系化合物半導体素子を移し替る技術がある(特許文献1乃至4、非特許文献1)。
本発明者らは、上記技術をIII族窒化物系化合物半導体光素子に適用する際の手法として、支持基板を導電性基板とし、支持基板に接するp層側の電極構成に高反射性金属を用い、且つ反対側、即ちあらわになったn層側の電極を窓枠状に形成することを検討中である。これにより、例えばIII族窒化物系化合物半導体発光素子として、n層側の窓枠状の電極が形成されていない領域(窓)から光取り出しを効率よく行うことができると考えられる。 As a method for applying the above technique to a group III nitride compound semiconductor optical device, the present inventors used a support substrate as a conductive substrate, and applied a highly reflective metal to the electrode structure on the p-layer side in contact with the support substrate. It is under consideration to form the electrode on the opposite side, that is, the exposed n layer side in a window frame shape. Thereby, for example, as a group III nitride compound semiconductor light emitting device, it is considered that light extraction can be efficiently performed from a region (window) in which the window frame-shaped electrode on the n layer side is not formed.
さて、導電性の支持基板と複数個の半導体素子を有する半導体層から成るウエハを個々の素子に分離する方法としては、例えば半導体層を形成していない側(裏面)から導電性の支持基板にダイシングブレードによりハーフカットを行い、その後ブレーキングする手段が考えられる。ところが、上記方法によりエピタキシャル成長基板から導電性基板に半導体層を移し替る際に、多層金属膜を形成していることから、裏面のハーフカットから亀裂が直接半導体層に結びつかず、半導体層が所望の位置で切断されにくいことがわかった。また、裏面又は表面からのダイシングブレードによるフルカットも、導電性の支持基板と、エピタキシャル成長層と、それらの間に形成される多層金属膜の、各層の硬さが異なるため、綺麗にはダイシングができなかった。これらは素子分離の際の歩留まりの低下を意味している。 As a method for separating a wafer composed of a conductive support substrate and a semiconductor layer having a plurality of semiconductor elements into individual elements, for example, from the side where the semiconductor layer is not formed (back surface) to the conductive support substrate. A means of performing a half cut with a dicing blade and then braking can be considered. However, since the multilayer metal film is formed when the semiconductor layer is transferred from the epitaxial growth substrate to the conductive substrate by the above method, the crack is not directly connected to the semiconductor layer from the half-cut on the back surface, and the semiconductor layer is desired. It was found that it was difficult to cut at the position. In addition, full cutting with a dicing blade from the back or front surface is also possible because the hardness of each layer of the conductive support substrate, the epitaxial growth layer, and the multilayer metal film formed between them is different. could not. These mean a decrease in yield at the time of element isolation.
そこで本発明の目的は、III族窒化物系化合物半導体光素子を形成したウエハを個々の素子に分離する際の歩留まり良くすることである。更には、それにより形成される個々の素子の光り取り出し効率或いは光取込み効率を良くすることである。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the yield in separating a wafer on which a group III nitride compound semiconductor optical device is formed into individual devices. Furthermore, it is to improve the light extraction efficiency or light extraction efficiency of the individual elements formed thereby.
請求項1に係る発明は、ダイシングブレードにより個々の素子に分離するIII族窒化物系化合物半導体光素子の製造方法であって、第1の基板にIII族窒化物系化合物半導体光素子を形成する工程と、当該III族窒化物系化合物半導体光素子の最上層に電極を形成する工程と、導電性の第2の基板と、直接又は導電性膜若しくは導電性多層膜を介して、電極を形成した側からIII族窒化物系化合物半導体素子を形成した第1の基板とを貼り合わせる工程と、第1の基板を除く工程と、III族窒化物系化合物半導体素子の新たにあらわになった層に電極を形成する工程と、導電性の第2の基板のIII族窒化物系化合物半導体光素子を形成した側から、ダイシングブレードにより、III族窒化物系化合物半導体層を素子ごとに分離すると共に、分離された素子の周囲部分について、少なくとも発光領域又は受光領域付近の外周の全周がテーパ状となる様にダイシングする第1のダイシング工程と、導電性の第2の基板のIII族窒化物系化合物半導光体素子を形成した側とは反対側から、ダイシングする第2のダイシング工程とを有することを特徴とする。尚、ここで「発光領域又は受光領域」とは、例えば発光領域については、pn接合界面、単一又は多重量子井戸構造その他の発光層を全て含むもので、受光領域についても同様である。
The invention according to
請求項2に係る発明は、III族窒化物系化合物半導体光素子であって、導電性の基板と、当該導電性の基板に直接又は導電性膜若しくは導電性多層膜を介して接合された第1の電極と、当該第1の電極と接合された第1の伝導型の層、及びその伝導型とは異なる第2の伝導型の層が少なくとも積層されたIII族窒化物系化合物半導体光素子層と、当該III族窒化物系化合物半導体光素子層の第1の電極とは逆側である表面側に形成された第2の電極とを有し、素子外周部であって、III族窒化物系化合物半導体光素子層の2つの伝導型の層の間に形成される発光領域又は受光領域付近の、外周の全周に渡って形成されたテーパ部を有することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is a group III nitride compound semiconductor optical device, wherein the conductive substrate is joined to the conductive substrate directly or via a conductive film or a conductive multilayer film. Group III nitride compound semiconductor optical device in which at least one electrode, a first conductive type layer joined to the first electrode, and a second conductive type layer different from the conductive type are stacked And a second electrode formed on the surface side opposite to the first electrode of the group III nitride compound semiconductor optical device layer, and the device outer peripheral portion, and a group III nitride It has a taper portion formed over the entire circumference of the light emitting region or the light receiving region formed between the two conductive layers of the physical compound semiconductor optical element layer.
ダイシングブレードによるハーフカットを行った際に露出する、素子周囲側面のp層及びn層に挟まれた領域である発光領域又は受光領域付近の外周の全周がテーパ状となっているので、例えば発光素子において、III族窒化物系化合物半導体層内で反射を繰り返して当該テーパ状側面に達した光は、当該テーパ状側面から外部へ取り出されることとなる。これは、例えば平盤状の平たい直方体においては、反射によりいずれの面とも臨界角を越える光路が存在し、最終的には外部に光が取り出されること無くIII族窒化物系化合物半導体層中で吸収されてしまうが、発光領域又は受光領域付近の、外周の全周に渡って形成されたテーパ部を有するならば、そのような光路がテーパ部で切断され、光が外部に放出されることによる。また、半導体層の形成されていない裏面からもダイシングを行えば、少なくとも半導体層は分離されているので、個々の素子への分離工程における歩留まりが向上する。本発明はエピタキシャル成長基板にて形成されたのち、他の支持基板に移し替られてから、ダイシングするような製造方法に特に有効である(請求項1)。 Since the entire circumference of the light emitting region or the light receiving region in the vicinity of the light emitting region, which is an area sandwiched between the p layer and the n layer on the side surface around the element, which is exposed when half cutting with a dicing blade is performed, is, for example, In the light-emitting element, light that has repeatedly reflected within the group III nitride compound semiconductor layer and reaches the tapered side surface is extracted from the tapered side surface to the outside. This is because, for example, in a flat rectangular parallelepiped, there is an optical path that exceeds the critical angle on both surfaces due to reflection, and finally in the group III nitride compound semiconductor layer without light being extracted outside. If it has a tapered portion formed over the entire circumference of the outer periphery near the light emitting region or the light receiving region, such an optical path is cut at the tapered portion, and light is emitted to the outside. by. Further, if dicing is performed also from the back surface where the semiconductor layer is not formed, at least the semiconductor layer is separated, so that the yield in the separation process into individual elements is improved. The present invention is particularly effective for a manufacturing method in which dicing is performed after the epitaxial growth substrate is formed and then transferred to another supporting substrate (claim 1).
また、このような構成の素子は、光取り出し効率が向上すると共にチップ化時の歩留りを向上させることができる(請求項2)。 In addition, the element having such a configuration can improve the light extraction efficiency and improve the yield at the time of chip formation.
本発明に用いるダイシングブレードは例えばその先端部が、対象となるウエハに形成されるIII族窒化物系化合物半導体層の厚さの切削を行った際に、発光領域又は受光領域付近において、少なくともテーパが形成される様になれば良い。即ち完全に垂直な切削面の形成されるものでなければ、極めて広い範囲のダイシングブレードを用いることが可能である。III族窒化物系化合物半導体層に形成されるべきテーパは、いずれの面においても、その法線がエピタキシャル層の厚さ方向に対して10〜80度であると良く、好ましくは20〜70度、より好ましくは30〜60度である。 The dicing blade used in the present invention has, for example, a tip that is at least tapered in the vicinity of the light emitting region or the light receiving region when the thickness of the group III nitride compound semiconductor layer formed on the target wafer is cut. As long as it is formed. That is, an extremely wide range of dicing blades can be used unless a completely vertical cutting surface is formed. The taper to be formed in the group III nitride compound semiconductor layer may have a normal line of 10 to 80 degrees, preferably 20 to 70 degrees, with respect to the thickness direction of the epitaxial layer on any surface. More preferably, it is 30 to 60 degrees.
III族窒化物系化合物半導体層側からのダイシングは、少なくともIII族窒化物系化合物半導体層の発光領域又は受光領域に達する迄の深さが必要であり、望ましくはIII族窒化物系化合物半導体層を得るべき素子ごとに分離するような深さである。多層金属膜を介して導電性基板上に載置された状態の場合は、当該多層金属膜を切削する深さ、更には導電性基板をも切削する深さであっても構わないが、III族窒化物系化合物半導体層を得るべき素子ごとに分離するような深さであれば本願発明の目的を達成できる。 Dicing from the group III nitride compound semiconductor layer side requires at least a depth to reach the light emitting region or the light receiving region of the group III nitride compound semiconductor layer, and preferably the group III nitride compound semiconductor layer. The depth is to be separated for each element to be obtained. In the case of being placed on the conductive substrate through the multilayer metal film, the depth of cutting the multilayer metal film, or the depth of cutting the conductive substrate may be used. If the depth is such that the group nitride compound semiconductor layer is separated for each element to be obtained, the object of the present invention can be achieved.
一方、基板の、III族窒化物系化合物半導体層を形成していない側からのダイシングは、のちのブレーキング工程にて基板を劈開するのに十分な深さの切削が望ましい。尚、ダイシングの「幅」は、ウエハに素子を配置させる設計により、所望に設定できる。 On the other hand, dicing from the side where the group III nitride compound semiconductor layer is not formed on the substrate is preferably performed with a depth sufficient to cleave the substrate in a subsequent braking step. The “width” of dicing can be set as desired by the design in which elements are arranged on the wafer.
本発明は、任意のIII族窒化物系化合物半導体光素子に適用でき、特に光取り出し領域を有する発光素子、光取込み領域を有する受光素子に適用できる。支持基板を有した素子は、当該基板と接していない側のIII族窒化物系化合物半導体層に窓枠状等の電極を、直接又は透光性電極を介して形成すると良い。正負の電極が発光領域の上下にそれぞれ位置するので、支持基板としては導電性基板を用いることが望ましい。 The present invention can be applied to any group III nitride compound semiconductor optical device, and in particular to a light emitting device having a light extraction region and a light receiving device having a light extraction region. In an element having a support substrate, an electrode such as a window frame is preferably formed directly or via a translucent electrode on the group III nitride compound semiconductor layer on the side not in contact with the substrate. Since positive and negative electrodes are located above and below the light emitting region, it is desirable to use a conductive substrate as the support substrate.
レーザ照射により例えばGaNの薄膜部を溶融、分解してエピタキシャル成長基板と分離させる場合は、365nmより短波長のレーザが適しており、波長365nm、266nmのYAGレーザ、波長308nmのXeClレーザ、波長155nmのArFレーザ、波長248nmのKrFが好適に用いられる。レーザ照射を、任意個数のチップサイズとすること、例えば500μm毎にウエハに配置されたチップならば4個×4個の2mm角のレーザ照射、或いは6個×6個の3mm角のレーザ照射とすると、各チップを「レーザ照射済み」「未照射」の境界が横切ることが無く、好適である。 For example, when the thin film portion of GaN is melted and decomposed by laser irradiation to be separated from the epitaxial growth substrate, a laser with a wavelength shorter than 365 nm is suitable, a YAG laser with a wavelength of 365 nm, 266 nm, a XeCl laser with a wavelength of 308 nm, a wavelength of 155 nm An ArF laser and KrF having a wavelength of 248 nm are preferably used. For example, if the chips are arranged on the wafer every 500 μm, 4 × 4 2 mm square laser irradiations or 6 × 6 3 mm square laser irradiations are used. Then, it is preferable that the boundary between “laser irradiated” and “unirradiated” does not cross each chip.
III族窒化物系化合物半導体積層構造は、エピタキシャル成長により形成することが望ましい。但しエピタキシャル成長に先立って形成されるバッファ層は、エピタキシャル成長によらず、例えばスパッタリングその他の方法により形成されるものでも構わない。エピタキシャル成長方法、エピタキシャル成長基板、各層の構成、発光層等の機能層の構造その他の構成方法及び素子分割後の取扱い方法等は、以下の実施例では細部を全く述べないこともあるが、これは本願出願時における、任意の公知の構成を用いること、或いは複数の技術構成を任意に組み合わせて所望の光素子を形成することが、本発明に包含されうることを意味するものである。 The group III nitride compound semiconductor multilayer structure is desirably formed by epitaxial growth. However, the buffer layer formed prior to the epitaxial growth may be formed by, for example, sputtering or other methods without depending on the epitaxial growth. The details of the epitaxial growth method, the epitaxial growth substrate, the structure of each layer, the structure of the functional layer such as the light emitting layer, the other structure method, and the handling method after dividing the element may not be described at all in the following embodiments. Use of any known configuration at the time of filing, or a combination of a plurality of technical configurations to form a desired optical element means that the present invention can be included.
III族窒化物系化合物は、狭義にはAlGaInN系の任意組成の2元系及び3元系を包含する4元系の半導体自体と、それらに導電性を付与するためのドナー又はアクセプタ不純物を添加したものを意味するが、一般的に、他のIII族及びV族を追加的或いは一部置換して用いる半導体、或いは他の機能を付与するために任意の元素を添加された半導体を排除するものではない。 Group III nitride compounds, in a narrow sense, include quaternary semiconductors including arbitrary and binary AlGaInN compositions, and donor or acceptor impurities for imparting conductivity to them. In general, however, semiconductors using other groups III and V in addition or in part, or semiconductors added with any element to give other functions are excluded. It is not a thing.
III族窒化物系化合物層に直接接合させる電極や、当該電極に接続される単層又は多層の電極は、任意の導電性材料を用いることができる。高反射性金属としてはIII族窒化物系化合物層に直接接合させる場合はイリジウム(Ir)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)が好適である。透光性電極を形成することも可能であり、酸化インジウムスズ、酸化インジウムチタンその他の酸化物電極を用いることができる。エピタキシャル成長ウエハと支持基板とを接合させるのにははんだを好適に用いることができ、はんだの成分によって、支持基板やエピタキシャル成長ウエハの接合側面に必要に応じて多層金属膜を形成すると良い。また、2つの層例えば酸化物層と金属層とを直接接触させないために誘電体層をそれらの間に形成する場合、任意の誘電体材料を用い、当該誘電体層に孔部を設けて電気的接続部材を充填するなどの手法が有る。 An arbitrary conductive material can be used for the electrode directly bonded to the group III nitride compound layer and the single-layer or multi-layer electrode connected to the electrode. As the highly reflective metal, iridium (Ir), platinum (Pt), rhodium (Rh), silver (Ag), and aluminum (Al) are suitable for direct bonding to the group III nitride compound layer. A light-transmitting electrode can also be formed, and indium tin oxide, indium titanium oxide, or other oxide electrodes can be used. Solder can be suitably used to join the epitaxially grown wafer and the support substrate, and a multilayer metal film may be formed on the joining side surface of the support substrate or epitaxially grown wafer as needed depending on the solder component. In addition, when a dielectric layer is formed between two layers, for example, an oxide layer and a metal layer so as not to be in direct contact with each other, an arbitrary dielectric material is used, and a hole is provided in the dielectric layer so as to be electrically connected. For example, there is a method of filling the connecting member.
本発明は電極構成に特徴を有するものであり、繰り返し述べるように、他の構成は任意の公知構成、公知技術の組み合わせを用いることができる。 The present invention is characterized by the electrode configuration, and as described repeatedly, any other known configuration and combination of known techniques can be used for other configurations.
図1.A乃至図1.Kは、本発明の具体的な一実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子1000の製造方法を示す工程図(断面図)である。尚、図1.Kでは、実質的に1チップのIII族窒化物系化合物半導体発光素子1000に対応する図を示しており、図1.A乃至図1.Jにおいても1チップ分の断面図に対応する図面を示している。しかし、図1.A乃至図1.Jは1枚のウエハ等の「一部」を拡大して表現したものであり、図1.Kも、ダイシング等によりチップ化する前の状態である1枚のウエハ等の「一部」を拡大した断面図をも意味するものである。
FIG. A to FIG. K is a process diagram (cross-sectional view) showing a method for manufacturing a group III nitride compound semiconductor
まず、サファイア基板100を用意し、通常のエピタキシャル成長によりIII族窒化物系化合物半導体層を形成する(図1.A)。図1.Aでは単純化して、n型層11とp型層12と発光領域Lとして積層されたIII族窒化物系化合物半導体層を示した。図1.A乃至図1.Kにおいて、n型層11とp型層12とは、破線で示した発光領域Lで接する2つの層の如く記載しているが、これらは細部の積層構造の記載を省略したものである。実際、サファイア基板100に例えばバッファ層、シリコンをドープしたGaNから成る高濃度n+層、GaNから成る低濃度n層、n−AlGaNクラッド層を構成するものであっても、図1.A乃至図1.Kにおいてはn型層11として代表させている。同様に、マグネシウムをドープしたp−AlGaNクラッド層、GaNから成る低濃度p層、GaNから成る高濃度p+層を構成するものであっても、図1.A乃至図1.Kにおいてはp型層12として代表させている。また、発光領域Lは、pn接合の場合の接合面と、例えば多重量子井戸構造の発光層(通常、井戸層はアンドープ層)の両方を代表して破線で示したものであり、単に「n型層11とp型層12との界面」を意味するものではない。但し、「発光領域の平面」は発光領域Lで示した破線付近に存在する、平面である。尚、p型層12は、下記の「窒素(N2)雰囲気下の熱処理」前においては、「p型不純物を含む層ではあるが、低抵抗化していない」ものであり、当該「窒素(N2)雰囲気下の熱処理」後においては、通常の意味の低抵抗のp型層である。
First, a
次に、電子ビーム蒸着により、p型層12の全面に厚さ300nmの酸化インジウムスズ(ITO)から成る透光性電極121−tを形成する。この後、N2雰囲気下、700℃で、5分間加熱処理して、p型層12を低抵抗化すると共に、p型層12とITO電極121−tとのコンタクト抵抗を低抵抗化する。次に、ITO電極121−tの全面に、厚さ100nmの窒化ケイ素(SiNx)から成る誘電体層150を形成する(図1.B)。
Next, a translucent electrode 121-t made of indium tin oxide (ITO) having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface of the p-
次に、図示しないレジスト膜を用いたフォトリソグラフにより、ドライエッチングでSiNxから成る誘電体層150に孔部Hを形成する。後述するように、孔部Hの形状と位置、即ちニッケル(Ni)から成る接続部121−cの形状と位置は、のちに形成する多層金属膜から成るn電極130の形状と位置との関係において、「発光領域Lの平面」に投影した両者の正射影が重ならないようにする。本実施例においては、孔部Hは、一辺400乃至500μmの正方形状のIII族窒化物系化合物半導体発光素子1000に対して幅約20μm、孔部Hの間隔80乃至100μmのストライプ状とした。この後レジスト膜を除去する(図1.C)。
Next, a hole H is formed in the
次に、孔部Hにニッケル(Ni)から成る接続部121−cを形成するため、図示しないレジスト膜を形成する。このレジスト膜には、SiNxから成る誘電体層150の孔部H上部に、当該孔部よりも大きい孔部を形成する。こうして、SiNxから成る誘電体層150の孔部Hと、その上に形成されたレジスト膜の孔部とにニッケル(Ni)を抵抗加熱蒸着により形成する。この際、ニッケル(Ni)はSiNxから成る誘電体層150の孔部Hを充填し、且つ誘電体層150上部に20nm厚の庇状部が形成されるまで蒸着した。こうして、レジスト膜を除去し、SiNxから成る誘電体層150の孔部Hを充填する、ニッケル(Ni)から成る接続部121−cを形成した(図1.D)。
Next, in order to form the connection part 121-c made of nickel (Ni) in the hole H, a resist film (not shown) is formed. In this resist film, a hole larger than the hole is formed above the hole H of the
次に、ニッケル(Ni)から成る接続部121−cを孔部Hに有するSiNxから成る誘電体層150の上に、厚さ300nmのアルミニウム(Al)から成る高反射性金属層121−rを蒸着により形成する(図1.E)。こうして、ITOから成る透光性電極121−t、ニッケル(Ni)から成る接続部121−c、アルミニウム(Al)から成る高反射性金属層121−rとにより、III族窒化物系化合物半導体層との密着性が高く、光を吸収せず高反射する、多重p電極が形成される。尚、ニッケル(Ni)から成る接続部121−cを孔部Hに有するSiNxから成る誘電体層150の役割は、アルミニウム(Al)とITOを直接接触させないことで、アルミニウム(Al)の酸化による電極特性の劣化を防止することである。
Next, the highly reflective metal layer 121-r made of aluminum (Al) having a thickness of 300 nm is formed on the
次に、多層金属膜を次の順に蒸着により形成する。厚さ50nmのチタン(Ti)層122、厚さ500nmのニッケル(Ni)層123、厚さ50nmの金(Au)層124。こうして図1.Fの層構成となる。チタン(Ti)層122、ニッケル(Ni)層123、金(Au)層124の機能は、次の通りである。スズ20%の金スズはんだ(Au−20Sn)51を設けるにあたって、当該金スズはんだ(Au−20Sn)51と合金化する層として金(Au)層124を、スズ(Sn)のアルミニウム(Al)から成る高反射性金属層121−rへの拡散を防ぐ層としてニッケル(Ni)層123を、ニッケル(Ni)層123とアルミニウム(Al)から成る高反射性金属層121−rとの密着性を向上させるためにチタン(Ti)層122を各々設けるものである。
Next, a multilayer metal film is formed by vapor deposition in the following order. A titanium (Ti)
次に金(Au)層124の上に、スズ20%の金スズはんだ(Au−20Sn)51を厚さ1500nm形成する(1.G)。
Next, a gold tin solder (Au-20Sn) 51 of 20% tin is formed on the gold (Au)
次にn型シリコン基板200を用意し、両面に導電性多層膜を次の順に蒸着等により形成する。表面側の層を符号221乃至224で、裏面側の層を符号231乃至244で示す。厚さ30nmの窒化チタン(TiN)層221及び231、厚さ50nmのチタン(Ti)層222及び232、厚さ500nmのニッケル(Ni)層223及び233、厚さ50nmの金(Au)層224及び234。窒化チタン(TiN)層221及び231は、n型シリコン基板200とのコンタクト抵抗が低い点から選択された層であり、チタン(Ti)層222及び232、ニッケル(Ni)層223及び233、金(Au)層224及び234の機能は、上述のチタン(Ti)層122、ニッケル(Ni)層123、金(Au)層124の機能と全く同様である。このn型シリコン基板200に形成した表面側の導電性多層膜の最上層である金(Au)層224の上にスズ20%の金スズはんだ(Au−20Sn)52を厚さ1500nm形成し、上述の図1.Gのスズ20%の金スズはんだ(Au−20Sn)51を厚さ1500nm形成したIII族窒化物系化合物半導体発光素子ウエハと、金スズはんだ(Au−20Sn)を形成した面同士を貼り合わせる(図1.H)。こうして、300℃、30kg重/cm2(2.94MPa)で熱プレスして、2つのウエハを合体させる。以下、金スズはんだ(Au−20Sn)は一体化した層50として示す(図1.I)。
Next, an n-
このような一体化されたウエハの、サファイア基板100側から、248nmのKrF高出力パルスレーザを照射する。照射条件は、0.7J/cm2以上、パルス幅25ns(ナノ秒)、照射領域2mm角又は3mm角で、各照射ごとに、レーザ照射領域外周が、「1チップ」を横切らないようにすると良い。このレーザ照射により、サファイア基板100に最も近いn型層11(GaN層)の界面11fが薄膜状に溶融し、ガリウム(Ga)液滴と窒素(N2)とに分解する。こののち、サファイア基板100を一体化ウエハからリフトオフにより除去する(図1.J)。この後、露出したn型層11表面を希塩酸により洗浄し、表面に付着しているガリウム(Ga)液滴を除去する。
The integrated wafer is irradiated with a 248 nm KrF high-power pulse laser from the
次に、図示しないレジスト膜を形成し、レジスト膜の孔部に多層金属膜から成るn電極130を次の順に蒸着により形成する。レジスト膜の孔部は、後述する通り、ニッケル(Ni)からなる接続部121−cの形状と正射影が互いに重ならないように「窓枠状」に形成した。次にn型層11の上(レジスト膜の孔部)に順に、厚さ15nmのバナジウム(V)層、厚さ150nmのアルミニウム(Al)層、厚さ30nmのチタン(Ti)層、厚さ500nmのニッケル(Ni)層、厚さ500nmの金(Au)層。この後にレジストをリフトオフして除去することで、レジスト膜の孔部の多層金属膜から成るn電極130が残り、他の領域の金属膜はレジストと共に除去される。こうして、両面に導電性多層膜を形成したn型シリコン基板200を支持基板とし、p側にITOから成る透光性電極121−t、ニッケル(Ni)から成る接続部121−c、アルミニウム(Al)から成る高反射性金属層121−rとを形成され、多層金属膜を介して金スズはんだ(Au−20Sn)50でn型シリコン基板200と電気的に接続された、III族窒化物系化合物半導体発光素子1000が形成された(図1.K)。III族窒化物系化合物半導体発光素子1000は、「窓枠状」に形成された多層金属膜から成るn電極130の形成されていない領域が光取り出し領域である発光素子である。
Next, a resist film (not shown) is formed, and an n-
次に、本発明の要部であるダイシングについて、図2を参照しながら説明する。図2.A乃至図2.Dは、上記のように得られたウエハから個々の素子への分離工程を示す断面図であり、図2.E及び図2.Fは、得られたIII族窒化物系化合物半導体発光素子1000の、素子外周部の発光領域Lの外周付近を中心とした拡大図である。
Next, dicing which is the main part of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. A to FIG. FIG. 2D is a cross-sectional view showing a separation process from the wafer obtained as described above into individual elements, and FIG. E and FIG. F is an enlarged view centering around the outer periphery of the light emitting region L of the outer periphery of the obtained group III nitride compound semiconductor
図2.A乃至図2.Fにおいては、簡略化のため、n型シリコン基板200の裏面200Bに形成された、窒化チタン(TiN)層231、チタン(Ti)層232、ニッケル(Ni)層233、金(Au)層234から成る導電性多層膜を単に230と、n型シリコン基板200の表面200FとIII族窒化物系化合物半導体p型層12との間に形成された、窒化チタン(TiN)層221、チタン(Ti)層222、ニッケル(Ni)層223、金(Au)層224、金スズはんだ(Au−20Sn)層50、金(Au)層124、ニッケル(Ni)層123、チタン(Ti)層122、アルミニウム(Al)層121−r、ニッケル(Ni)からなる接続部121−c、ITOから成る透光性電極121−tから成る導電性多層膜を単にfmと示した。また、図2.A乃至図2.Dにおいては、III族窒化物系化合物半導体層を1層で示し、符号は「11,12」と示した。また、n電極は簡略化のため、1素子辺り2個となるように図2で示した。
FIG. A to FIG. In F, for simplicity, a titanium nitride (TiN)
まず、サファイア基板100をレーザリフトオフ法により除去したウエハ1000wを図2.Aに示す。これは図1.Kで示したIII族窒化物系化合物半導体発光素子1000の分離前の状態である。III族窒化物系化合物半導体層11,12側からダイシングブレードを操作し、切削面fdを形成して、III族窒化物系化合物半導体層11,12を個々の素子ごとに分離する。この際、切削面fdは、n型シリコン基板200の表面に対し、垂直でなく、テーパを有するものであった(図2.B)。
First, a
次に、裏面の導電性多層膜230側からダイシングブレードを操作し、切削面bdを形成した。切削面bdは、n型シリコン基板200の厚さ1/3を切削するまでの深さとした(図2.C)。次に公知のブレーキング工程により、ウエハ1000wの表裏の切削面fd及びbdがつながる様にして、個々のIII族窒化物系化合物半導体発光素子1000を得ることができる(図2.D)。
Next, a dicing blade was operated from the back side of the
III族窒化物系化合物半導体発光素子1000の、切削面fd付近の状態の例について、拡大図を図2.E及び図2.Fに示す。切削面fdは、図2.Eのように、III族窒化物系化合物半導体層11,12全体に渡って、同じ角度(図2.Eでは45度)のテーパ状としても良く、図2.Fのように、III族窒化物系化合物半導体層のp型層12からn型層11に渡って、角度が変化するテーパ状(楕円柱面その他の曲柱面状)としても良い。
An enlarged view of an example of the state of the group III nitride compound semiconductor
上記図2においては、III族窒化物系化合物半導体層11,12の素子外周部全体に渡って切削面fdが形成される例を示したが、本発明は少なくとも発光領域又は受光領域付近においてテーパが形成されていれば良い。更には、切削面fdがIII族窒化物系化合物半導体層11,12及び導電性多層膜fmに達しても、更にはその下にあたるn型シリコン基板200表面にまで達しても、更にn型シリコン基板200の一部を切削しても良い。
FIG. 2 shows an example in which the cutting surface fd is formed over the entire device outer peripheral portion of the group III nitride compound semiconductor layers 11 and 12, but the present invention is tapered at least in the vicinity of the light emitting region or the light receiving region. As long as the is formed. Further, even if the cutting surface fd reaches the group III nitride compound semiconductor layers 11 and 12 and the conductive multilayer film fm and further reaches the surface of the underlying n-
〔n電極130と、接続部121−cの充填された誘電体層150の孔部Hの平面形状について〕
n電極130と、接続部121−cの充填された誘電体層150の孔部Hの平面形状、即ち発光領域Lの平面への正射影は、重ならないことが望ましく、またそれらの正射影はいずれの位置においても一定の距離以下とならないことが好ましい。この場合の「一定の距離」とは、例えばn型層11とp型層12の総膜厚程度の距離、或いはその数倍を設定すると良い。例えばn型層11とp型層12の総膜厚が5μmであるならば、2つの正射影はいずれの位置においても5μm以上離れていることが望ましく、10μm以上離れていることがより望ましく、20μm以上離れていることが更に望ましい。
[About the planar shape of the hole H of the
It is desirable that the orthogonal projections of the n-
上記実施例において、n電極130を直接n型層11に形成するのでなく、例えば透光性電極を形成したのちに更に窓枠状のn電極を形成しても良い。
In the above embodiment, the n-
p電極側は、ITOから成る透光性電極121−t、ニッケル(Ni)から成る接続部121−c、アルミニウム(Al)から成る高反射性金属層121−rとにより構成せずに、高反射性金属の単層電極、例えばロジウム(Rh)から成る単層電極としても良い。 The p-electrode side is not composed of the translucent electrode 121-t made of ITO, the connection part 121-c made of nickel (Ni), and the highly reflective metal layer 121-r made of aluminum (Al), and is made of high A single-layer electrode made of a reflective metal, for example, a single-layer electrode made of rhodium (Rh) may be used.
1000:III族窒化物系化合物半導体発光素子
100:サファイア基板(エピタキシャル成長基板)
11:n型III族窒化物系化合物半導体層
12:p型III族窒化物系化合物半導体層
L:発光領域
121−t:ITOから成る透光性電極
121−c:Niから成る接続部
121−r:Alから成る高反射性金属層
200:シリコン基板(支持基板)
221、231:TiN層
122、222、232:Ti層
123、223、233:Ni層
124、224、234:Au層
130:多層金属膜から成るn電極
50、51、52:Au−20Snはんだ層
150:SiNxから成る誘電体層
H:誘電体層の孔部
1000: Group III nitride compound semiconductor light emitting device 100: Sapphire substrate (epitaxial growth substrate)
11: n-type group III nitride compound semiconductor layer 12: p-type group III nitride compound semiconductor layer L: Light emitting region 121-t: Translucent electrode made of ITO 121-c: Connection portion 121- made of Ni r: highly reflective metal layer made of Al 200: silicon substrate (support substrate)
221, 231:
Claims (2)
第1の基板にIII族窒化物系化合物半導体光素子を形成する工程と、
当該III族窒化物系化合物半導体光素子の最上層に電極を形成する工程と、
導電性の第2の基板と、直接又は導電性膜若しくは導電性多層膜を介して、前記電極を形成した側から前記III族窒化物系化合物半導体素子を形成した前記第1の基板とを貼り合わせる工程と、
前記第1の基板を除く工程と、
前記III族窒化物系化合物半導体素子の新たにあらわになった層に電極を形成する工程と、
前記導電性の第2の基板の前記III族窒化物系化合物半導体光素子を形成した側から、ダイシングブレードにより、III族窒化物系化合物半導体層を素子ごとに分離すると共に、分離された素子の周囲部分について、少なくとも発光領域又は受光領域付近の外周の全周がテーパ状となる様にダイシングする第1のダイシング工程と、
前記導電性の第2の基板の前記III族窒化物系化合物半導光体素子を形成した側とは反対側から、ダイシングする第2のダイシング工程とを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a group III nitride compound semiconductor optical device that is separated into individual devices by a dicing blade,
Forming a group III nitride compound semiconductor optical device on a first substrate;
Forming an electrode on the uppermost layer of the group III nitride compound semiconductor optical device;
A conductive second substrate is bonded directly to the first substrate on which the group III nitride compound semiconductor element is formed from the side on which the electrode is formed through a conductive film or a conductive multilayer film. Combining the steps,
Removing the first substrate;
Forming an electrode on the newly revealed layer of the group III nitride compound semiconductor device;
A group III nitride compound semiconductor layer is separated for each element by a dicing blade from the side of the conductive second substrate on which the group III nitride compound semiconductor optical element is formed. A first dicing step of dicing so that at least the entire circumference of the outer periphery in the vicinity of the light emitting region or the light receiving region is tapered with respect to the surrounding portion;
A group III nitride having a second dicing step of dicing from the side of the conductive second substrate opposite to the side on which the group III nitride compound semi-light guide element is formed For manufacturing a semiconductor compound semiconductor device.
導電性の基板と、
当該導電性の基板に直接又は導電性膜若しくは導電性多層膜を介して接合された第1の電極と、
当該第1の電極と接合された第1の伝導型の層、及びその伝導型とは異なる第2の伝導型の層が少なくとも積層されたIII族窒化物系化合物半導体光素子層と、
当該III族窒化物系化合物半導体光素子層の第1の電極とは逆側である表面側に形成された第2の電極とを有し、
素子外周部であって、前記III族窒化物系化合物半導体光素子層の2つの伝導型の層の間に形成される発光領域又は受光領域付近の、外周の全周に渡って形成されたテーパ部を有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体光素子。 Group III nitride compound semiconductor optical device,
A conductive substrate;
A first electrode bonded directly or via a conductive film or a conductive multilayer film to the conductive substrate;
A group III nitride compound semiconductor optical element layer in which at least a first conductivity type layer bonded to the first electrode and a second conductivity type layer different from the first conductivity type are stacked;
A second electrode formed on the surface side opposite to the first electrode of the group III nitride compound semiconductor optical element layer;
A taper formed on the outer periphery of the element and formed over the entire outer periphery of the light emitting region or the light receiving region formed between the two conductive layers of the group III nitride compound semiconductor optical device layer. A group III nitride compound semiconductor optical device having a portion.
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Cited By (2)
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JP2011528500A (en) * | 2008-07-15 | 2011-11-17 | コリア ユニバーシティ インダストリアル アンド アカデミック コラボレイション ファウンデーション | Support substrate for manufacturing vertical semiconductor light emitting device and vertical semiconductor light emitting device using the same |
TWI385705B (en) * | 2008-10-31 | 2013-02-11 | Syn Mate Co Ltd | A laser module for separating the substrate and the epitaxial layer and a method thereof |
-
2005
- 2005-12-06 JP JP2005352725A patent/JP2007158130A/en active Pending
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