JP2009032795A - Method of manufacturing nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting element whose chip shape can be stabilized and which has superior light emission efficiency. <P>SOLUTION: A group III nitride semiconductor layer 3 having a light emission portion is grown on a sapphire wafer 20 which is a transparent substrate. Laser light of 500 to 700 nm in wavelength is converged into the group III nitride semiconductor layer 3 to form a processed region 35 in the group III nitride semiconductor layer 3. A crack is made originating from the processed region 35 to divide the group III nitride semiconductor layer 3 and the transparent substrate 35 in every discrete element 21, thereby obtaining a plurality of LED chips 1. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、III族窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。III族窒化物半導体とは、III-V族半導体においてV族元素として窒素を用いた半導体であり、その代表例は、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)である。一般には、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)と表わすことができる。 The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device using a group III nitride semiconductor. A group III nitride semiconductor is a semiconductor using nitrogen as a group V element in a group III-V semiconductor, and typical examples thereof are aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), and indium nitride (InN). . In general, it can be expressed as Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).

サファイア基板上にIII族窒化物半導体層を成長させた構成の半導体発光素子が知られている。青色系の発光ダイオードや半導体レーザがその典型例である。III族窒化物半導体層は、たとえば、サファイア基板側から、n型GaN層、活性層(発光層)およびp型GaN層を積層した積層構造を有している。この構成により、活性層で電子および正孔が再結合して発光が生じる。   A semiconductor light emitting device having a structure in which a group III nitride semiconductor layer is grown on a sapphire substrate is known. Typical examples are blue light emitting diodes and semiconductor lasers. The group III nitride semiconductor layer has, for example, a stacked structure in which an n-type GaN layer, an active layer (light emitting layer), and a p-type GaN layer are stacked from the sapphire substrate side. With this configuration, electrons and holes are recombined in the active layer and light is emitted.

フリップチップ型の発光素子は、III族窒化物半導体層側にn側電極およびp側電極が設けられ、これらが回路基板にフリップチップ接合される。この場合、発光層から生じた光は、サファイア基板を透過して観測されることになる。
製造工程では、サファイアウエハ上にIII族窒化物半導体層が成長させられ、その後、ウエハが個別素子に分割される。サファイアとIII族窒化物半導体では、格子不整合のために、劈開方向が異なる。そのため、スクライブ傷を入れてブレークを行う手法では、サファイアウエハとIII族窒化物半導体層とで割れ易さが異なるので、チップ形状が安定しない。
特開平11−177137号公報 特開2004−268309号公報
In the flip-chip type light emitting device, an n-side electrode and a p-side electrode are provided on the group III nitride semiconductor layer side, and these are flip-chip bonded to a circuit board. In this case, the light generated from the light emitting layer is observed through the sapphire substrate.
In the manufacturing process, a group III nitride semiconductor layer is grown on a sapphire wafer, and then the wafer is divided into individual elements. Sapphire and III-nitride semiconductors have different cleavage directions due to lattice mismatch. For this reason, in the technique of making a break with scribe flaws, the chip shape is not stable because the sapphire wafer and the group III nitride semiconductor layer have different fragility.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-177137 JP 2004-268309 A

前記の問題を解決するために、波長355nmのYAGレーザ等を用いたレーザ加工を適用してサファイアウエハを分割することが考えられる(たとえば特許文献1)。しかし、分割を良好に行うために、深い分解ガイド溝をレーザ加工によって形成しようとすると、レーザ光の吸収により生じる熱が素子特性に悪影響を与えるおそれがある。また、サファイアウエハの表面に溝が形成されるときに、基板材料が加熱されてデブリ(ゴミ)として周辺に飛散するので、基板の表面を汚染する。さらにまた、レーザ光を吸収した部分に変色が生じる。これらの問題のために、YAGレーザ等を用いたレーザ加工を用いた基板分割手法を採用すると、発光素子の発光効率が悪くなるという問題があった。   In order to solve the above problem, it is conceivable to divide the sapphire wafer by applying laser processing using a YAG laser having a wavelength of 355 nm (for example, Patent Document 1). However, if a deep disassembly guide groove is to be formed by laser processing for good division, the heat generated by the absorption of the laser beam may adversely affect the device characteristics. Further, when grooves are formed on the surface of the sapphire wafer, the substrate material is heated and scattered as debris (dust) around the periphery, so that the surface of the substrate is contaminated. Furthermore, discoloration occurs in the portion that has absorbed the laser light. Due to these problems, there is a problem that the light emission efficiency of the light emitting element is deteriorated when the substrate dividing method using laser processing using a YAG laser or the like is employed.

一方、特許文献2の先行技術では、サファイアウエハの表面に分割ガイド溝を形成するのではなく、サファイアウエハの内部に多光子吸収による加工領域を形成し、この加工領域を起点としてサファイアウエハを分割している。しかし、この場合でも、加工領域の変色に伴う発光効率(光取り出し効率)の低下は免れない。しかも、サファイアを加工できる波長のレーザで加工すると、サファイア/III族窒化物半導体(たとえばGaN)の界面で吸収が起こり、発光効率の低下を招く。   On the other hand, in the prior art of Patent Document 2, a split guide groove is not formed on the surface of the sapphire wafer, but a processing region by multiphoton absorption is formed inside the sapphire wafer, and the sapphire wafer is split starting from this processing region. is doing. However, even in this case, a decrease in light emission efficiency (light extraction efficiency) due to discoloration of the processed region is inevitable. In addition, when processing with a laser having a wavelength capable of processing sapphire, absorption occurs at the interface of the sapphire / Group III nitride semiconductor (for example, GaN), leading to a decrease in luminous efficiency.

そこで、この発明の目的は、チップ形状を安定化でき、かつ、発光効率にも優れた窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device that can stabilize the chip shape and is excellent in luminous efficiency.

上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、発光部を有するIII族窒化物半導体層を、前記発光部の発光波長に対して透明な透明基板上に成長させる工程と、500nm〜700nmの波長のレーザ光を前記III族窒化物半導体層の内部に集光させて当該III族窒化物半導体層の内部に加工領域を形成する工程と、前記加工領域から亀裂を発生させて、前記III族窒化物半導体層および透明基板を分割する工程とを含む、窒化物半導体発光素子の製造方法である。   The invention according to claim 1 for achieving the above object comprises a step of growing a group III nitride semiconductor layer having a light emitting part on a transparent substrate transparent to the emission wavelength of the light emitting part, A step of condensing a laser beam having a wavelength of 700 nm inside the group III nitride semiconductor layer to form a processing region inside the group III nitride semiconductor layer, and generating a crack from the processing region, A method of manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device, including a step of dividing a group III nitride semiconductor layer and a transparent substrate.

500nm〜700nmの波長のレーザ光は、サファイア基板やSiC基板などの透明基板で吸収が生じず、また、III族窒化物半導体でも吸収が生じない。すなわち、この波長域は、透明基板およびIII族窒化物半導体のバンドギャップに相当する波長よりも大きい。ところが、レーザ光を集光させた集光点(焦点位置)では、レーザ光のエネルギー密度が高いため、いわゆる多光子吸収が生じる。すなわち、光子の入射によって基底準位から仮想準位まで励起された材料は、或る時定数内に別の光子が入射されることによって、励起準位へと励起され、これによって、光の吸収が生じる。したがって、エネルギー密度の高い集光点でのみレーザ光を吸収させることができる。   Laser light having a wavelength of 500 nm to 700 nm is not absorbed by a transparent substrate such as a sapphire substrate or a SiC substrate, and is not absorbed even by a group III nitride semiconductor. That is, this wavelength range is larger than the wavelength corresponding to the band gap of the transparent substrate and the group III nitride semiconductor. However, so-called multiphoton absorption occurs at the condensing point (focal position) where the laser light is condensed because the energy density of the laser light is high. That is, the material excited from the ground level to the virtual level by the incidence of the photon is excited to the excitation level by the incidence of another photon within a certain time constant, thereby absorbing the light. Occurs. Therefore, the laser beam can be absorbed only at a condensing point having a high energy density.

この発明の方法では、III族窒化物半導体層の内部に波長500nm〜700nmのレーザ光を集光させ、その集光点で多光子吸収を生じさせることにより、III族窒化物半導体層の内部に加工領域(改質領域)が形成される。集光点以外ではレーザ光の吸収が実質的に生じないので、透明基板に変色が生じることがない。また、基板表面から深く分割ガイド溝を形成するわけではなく、III族窒化物半導体層内部の集光点でレーザ光の吸収が生じるにすぎない。そのため、基板全体が過熱することも、基板材料の変質・飛散によるデブリが生じることもない。したがって、レーザ光での加工によってIII族窒化物半導体層の特性が大きく損なわれることはなく、かつ、III族窒化物半導体層の発光部から生じた光は、高効率で外部に取り出すことができる。このようにして、発光効率のよい窒化物半導体発光素子を提供できる。   In the method of the present invention, a laser beam having a wavelength of 500 nm to 700 nm is condensed inside the group III nitride semiconductor layer, and multiphoton absorption is generated at the condensing point, so that the inside of the group III nitride semiconductor layer is formed. A processing region (modified region) is formed. Absorption of laser light does not substantially occur except at the condensing point, so no discoloration occurs in the transparent substrate. Further, the dividing guide groove is not formed deeply from the substrate surface, but only the laser beam is absorbed at the condensing point inside the group III nitride semiconductor layer. For this reason, the entire substrate is not overheated, and debris due to alteration or scattering of the substrate material does not occur. Therefore, the characteristics of the group III nitride semiconductor layer are not significantly impaired by the processing with the laser light, and the light generated from the light emitting portion of the group III nitride semiconductor layer can be extracted outside with high efficiency. . In this way, a nitride semiconductor light emitting device with good luminous efficiency can be provided.

また、III族窒化物半導体層の内部に加工領域を形成しているので、基板の分割を良好に行うことができ、基板表面から深い分割ガイド溝を形成する場合と同等程度に分割個片(チップ)の形状を安定化させることができる。
請求項2記載の発明は、前記分割工程の前に、前記透明基板の前記III族窒化物半導体層とは反対側の表面において前記加工領域に対応する位置に機械的加工による分割ガイド溝を形成する工程をさらに含む、請求項1記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。
In addition, since the processing region is formed inside the group III nitride semiconductor layer, the substrate can be divided satisfactorily, and the divided pieces (similar to the case where the deep divided guide grooves are formed from the substrate surface) The shape of the chip) can be stabilized.
According to a second aspect of the present invention, before the dividing step, a dividing guide groove is formed by mechanical processing at a position corresponding to the processing region on the surface of the transparent substrate opposite to the group III nitride semiconductor layer. The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a step of:

この方法によれば、透明基板の表面に機械的加工による分割ガイド溝が形成され、その後に、基板の分割が行われる。これにより、分割個片の形状をさらに安定化させることができる。
前記分割ガイド溝の形成は、レーザ光によって加工領域を形成する前に行われてもよいし、レーザ光による加工領域の形成後に行われてもよい。
According to this method, the division guide groove is formed by mechanical processing on the surface of the transparent substrate, and then the substrate is divided. Thereby, the shape of the divided piece can be further stabilized.
The division guide groove may be formed before the processing region is formed by the laser beam or after the processing region is formed by the laser beam.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、窒化物半導体発光素子の一例であるフリップチップ型LED(発光ダイオード)チップの実装例を示す図解的な断面図である。LEDチップ1は、透明基板としてのサファイア基板2の一主面にIII族窒化物半導体層3からなる発光ダイオード構造を形成したものである。III族窒化物半導体層3の表面には、p側電極4およびn側電極5が形成されている。これらのp側電極4およびn側電極5が実装基板6に対してフリップチップボンディングされるようになっている。すなわち、実装基板6上に形成された導体パターン(図示せず)に対して電極4,5が半田等のロウ材を用いて接合される。III族窒化物半導体層3から発生した光は、サファイア基板2を透過して外部へと放射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a mounting example of a flip chip type LED (light emitting diode) chip which is an example of a nitride semiconductor light emitting element. The LED chip 1 is obtained by forming a light emitting diode structure composed of a group III nitride semiconductor layer 3 on one main surface of a sapphire substrate 2 as a transparent substrate. A p-side electrode 4 and an n-side electrode 5 are formed on the surface of the group III nitride semiconductor layer 3. The p-side electrode 4 and the n-side electrode 5 are flip-chip bonded to the mounting substrate 6. That is, the electrodes 4 and 5 are bonded to a conductor pattern (not shown) formed on the mounting substrate 6 using a brazing material such as solder. Light generated from the group III nitride semiconductor layer 3 is transmitted to the outside through the sapphire substrate 2.

図2は、LEDチップ1のより詳細な構成を説明するための図解的な断面図である。III族窒化物半導体層3は、サファイア基板2の一主面にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させて形成される。III族窒化物半導体層3は、たとえば、サファイア基板2側から順に、n型GaNバッファ層11(たとえば4μm)、n型GaNコンタクト層12(たとえば1μm〜10μm)、発光層13(活性層)およびp型GaNコンタクト層14たとえば0.2μm〜1μm)を積層して構成されている。p型GaNコンタクト層14の表面に、p側電極4が形成されている。また、III族窒化物半導体層3の一部は、n型GaNコンタクト層12が露出するまでエッチングされて凹部15が形成されている。そのn型GaNコンタクト層12の露出部に接合するようにn側電極5が形成されている。発光層13は、たとえば、InGaN層(たとえば1nm〜3nm)からなる量子井戸層とノンドープGaN層(たとえば10nm〜20nm)からなるバリア層とを交互に繰り返し(たとえば3〜8周期)形成した多重量子井戸構造(MQW:multiple-quantum well。たとえば全体で0.05μm〜0.3μmの厚さ)を有するものであってもよい。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a more detailed configuration of the LED chip 1. The group III nitride semiconductor layer 3 is formed by epitaxially growing a group III nitride semiconductor on one main surface of the sapphire substrate 2. The group III nitride semiconductor layer 3 includes, for example, an n-type GaN buffer layer 11 (for example, 4 μm), an n-type GaN contact layer 12 (for example, 1 μm to 10 μm), a light emitting layer 13 (active layer), and the like in order from the sapphire substrate 2 side. A p-type GaN contact layer 14 (for example, 0.2 μm to 1 μm) is laminated. A p-side electrode 4 is formed on the surface of the p-type GaN contact layer 14. Further, a part of the group III nitride semiconductor layer 3 is etched until the n-type GaN contact layer 12 is exposed to form a recess 15. An n-side electrode 5 is formed so as to be joined to the exposed portion of the n-type GaN contact layer 12. The light emitting layer 13 is, for example, a multiple quantum in which a quantum well layer composed of an InGaN layer (for example, 1 nm to 3 nm) and a barrier layer composed of a non-doped GaN layer (for example, 10 nm to 20 nm) are alternately and repeatedly formed (for example, 3 to 8 periods). It may have a well structure (MQW: multiple-quantum well. For example, a total thickness of 0.05 μm to 0.3 μm).

このような構成により、p側電極4およびn側電極5間に順方向電圧を印加すると、発光層13において電子および正孔が再結合し、発光が生じる。
発光層13は、青色等の可視光域の波長の光を発生するものである。そして、サファイア基板2は、発光層13の発光波長(たとえば可視光域の波長)に対して透明な基板である。したがって、発光層13で生じた光は、サファイア基板2を透過して観測され得る。
With such a configuration, when a forward voltage is applied between the p-side electrode 4 and the n-side electrode 5, electrons and holes are recombined in the light-emitting layer 13 to emit light.
The light emitting layer 13 generates light having a wavelength in the visible light region such as blue. The sapphire substrate 2 is a substrate that is transparent to the emission wavelength of the light emitting layer 13 (for example, the wavelength in the visible light region). Therefore, the light generated in the light emitting layer 13 can be observed through the sapphire substrate 2.

図3は、LEDチップ1の製造工程で用いられるサファイアウエハの図解的な斜視図である。サファイア基板2の元となるサファイアウエハ20上に、個々のLEDチップ1に対応する個別素子21が複数個一括形成される。すなわち、サファイアウエハ20の表面にIII族窒化物半導体層3がエピタキシャル成長させられる。そして、各個別素子21の領域において、n型コンタクト層14を露出させるための凹部15が形成される。その後、p型コンタクト層14に接合するp側電極4と、n型コンタクト層12に接合するn側電極5とが形成される。こうして複数個の個別素子21がサファイアウエハ20上に形成される。   FIG. 3 is a schematic perspective view of a sapphire wafer used in the manufacturing process of the LED chip 1. A plurality of individual elements 21 corresponding to individual LED chips 1 are collectively formed on a sapphire wafer 20 that is a base of the sapphire substrate 2. That is, the group III nitride semiconductor layer 3 is epitaxially grown on the surface of the sapphire wafer 20. Then, a recess 15 for exposing the n-type contact layer 14 is formed in the region of each individual element 21. Thereafter, a p-side electrode 4 joined to the p-type contact layer 14 and an n-side electrode 5 joined to the n-type contact layer 12 are formed. A plurality of individual elements 21 are thus formed on the sapphire wafer 20.

次に、個別素子21間の境界線である切断予定ライン25に沿ってサファイアウエハ20を分割するための分割工程が行われる。
図4は、分割工程を説明するための図解図である。切断予定ライン25に沿って、レーザ光で加工するレーザ加工工程(図4(a))と、外力を与えてIII族窒化物半導体層3を担持したサファイアウエハ20をブレークする工程(図4(b))とを含む。
Next, a dividing step for dividing the sapphire wafer 20 along the scheduled cutting line 25 that is a boundary line between the individual elements 21 is performed.
FIG. 4 is an illustrative view for explaining the dividing step. A laser processing step (FIG. 4A) for processing with laser light along the planned cutting line 25 and a step for breaking the sapphire wafer 20 carrying the group III nitride semiconductor layer 3 by applying an external force (FIG. b)).

図4(a)に示すレーザ加工工程では、III族窒化物半導体層3が形成されたサファイアウエハ20に向けて、レーザ加工機によってレーザ光が照射される。
詳細な構成の図示は省略するが、レーザ加工機は、レーザ光発生ユニットと、このレーザ光発生ユニットからのレーザ光をIII族窒化物半導体層3内で集光させる集光レンズ30と、サファイアウエハ20を担持するXYステージ機構とを備えている。レーザ光発生ユニットは、たとえば、YAGレーザやエキシマレーザなどのレーザ光源と、このレーザ光源が発するレーザ光を平行光に変換する光学系とを備えている。
In the laser processing step shown in FIG. 4A, laser light is irradiated by a laser processing machine toward the sapphire wafer 20 on which the group III nitride semiconductor layer 3 is formed.
Although the detailed configuration is not shown, the laser processing machine includes a laser light generation unit, a condensing lens 30 for condensing the laser light from the laser light generation unit in the group III nitride semiconductor layer 3, and sapphire. And an XY stage mechanism for supporting the wafer 20. The laser light generation unit includes, for example, a laser light source such as a YAG laser or an excimer laser, and an optical system that converts the laser light emitted from the laser light source into parallel light.

集光レンズ30は、レーザ光発生ユニットからの平行レーザ光を集光する。集光レンズ30とサファイアウエハ20との関係は、集光レンズ30の焦点位置(集光点)がIII族窒化物半導体層3内、より好ましくは、サファイアウエハ20に最も近接した層であるn型バッファ層11内に位置するように調整される。この調整は、集光レンズ30の焦点距離の調整によって行ってもよいし、集光レンズ30とサファイアウエハ20との距離の調整によって行ってもよい。集光レンズ30とサファイアウエハ20との距離の調整は、集光レンズ30をXYステージ機構のステージに対して接近/離反させて行ってもよいし、XYステージ機構のステージを集光レンズ30に対して接近/離反させて行ってもよい。   The condensing lens 30 condenses the parallel laser light from the laser light generating unit. The relationship between the condensing lens 30 and the sapphire wafer 20 is such that the focal position (condensing point) of the condensing lens 30 is the layer in the group III nitride semiconductor layer 3, more preferably the layer closest to the sapphire wafer 20. It is adjusted so as to be located in the mold buffer layer 11. This adjustment may be performed by adjusting the focal length of the condenser lens 30 or by adjusting the distance between the condenser lens 30 and the sapphire wafer 20. The distance between the condenser lens 30 and the sapphire wafer 20 may be adjusted by moving the condenser lens 30 closer to or away from the stage of the XY stage mechanism, or the stage of the XY stage mechanism may be adjusted to the condenser lens 30. You may carry out by approaching / separating with respect to it.

XYステージ機構は、集光レンズ30に対向する位置でサファイアウエハ20を担持するステージと、このステージをX方向およびこれに直交するY方向に沿って2次元移動させるステージ移動機構とを備えている。X方向およびY方向は、たとえば、いずれも水平面に沿う方向である。XYステージ機構は、必要に応じて、集光レンズ30に接近/離反する方向であるZ方向(たとえば上下方向)に沿ってステージを移動させる機構をさらに備えていてもよい。   The XY stage mechanism includes a stage that carries the sapphire wafer 20 at a position facing the condenser lens 30, and a stage moving mechanism that moves the stage two-dimensionally along the X direction and the Y direction perpendicular thereto. . The X direction and the Y direction are, for example, directions along the horizontal plane. The XY stage mechanism may further include a mechanism for moving the stage along the Z direction (for example, the vertical direction) that is a direction approaching / separating from the condenser lens 30 as necessary.

レーザ光発生ユニットは、500nm〜700nm(より具体的には532nm。第2高調波YAG)の波長のレーザ光を発生する。また、レーザ光発生ユニットは、III族窒化物半導体層3またはサファイアウエハ20において、集光レンズ30の焦点位置近傍以外ではレーザ光の吸収が生じず、焦点位置において多光子吸収が生じる強度でレーザ光を発生させる。   The laser light generation unit generates laser light having a wavelength of 500 nm to 700 nm (more specifically, 532 nm, second harmonic YAG). Further, the laser light generating unit is a laser beam having such intensity that no laser light is absorbed except in the vicinity of the focal position of the condenser lens 30 in the group III nitride semiconductor layer 3 or the sapphire wafer 20, and multiphoton absorption occurs at the focal position. Generate light.

より具体的には、集光レンズ30の焦点位置におけるレーザ光のエネルギー密度が、5.0×10W/cm〜2.0×1010W/cmの範囲となるようにレーザ光発生ユニットの出力を調整すればよい。これにより、焦点位置において多光子吸収を確実に生じさせることができる。
また、III族窒化物半導体層3の表面やサファイアウエハ20内でのエネルギー密度が、1.0×10W/cm以下となるようにレーザ光発生ユニットの出力を調整することが好ましい。これにより、焦点位置以外でのレーザ光の吸収を回避でき、III族窒化物半導体層3の表面に加工されてしまったり、サファイアウエハ20にレーザ加工に起因する変色が生じてしまったりすることを回避できる。
More specifically, the laser beam has an energy density of 5.0 × 10 9 W / cm 2 to 2.0 × 10 10 W / cm 2 at the focal position of the condenser lens 30. The output of the generating unit may be adjusted. Thereby, multiphoton absorption can be reliably generated at the focal position.
Further, it is preferable to adjust the output of the laser light generating unit so that the energy density in the surface of the group III nitride semiconductor layer 3 or in the sapphire wafer 20 is 1.0 × 10 7 W / cm 2 or less. As a result, absorption of laser light other than at the focal position can be avoided, and the surface of the group III nitride semiconductor layer 3 is processed, or the sapphire wafer 20 is discolored due to laser processing. Can be avoided.

レーザ加工機からレーザ光をウエハ20に照射する一方で、レーザ光の照射位置が切断予定ライン25に沿って移動するように、ウエハ20がレーザ光照射位置に対して相対移動させられる。すなわち、XYステージ機構によって、ウエハ20が切断予定ライン25に沿う方向に移動させられる。これにより、レーザ光は切断予定ライン25に沿って、ウエハ20を走査することになる。その結果、III族窒化物半導体層3内では、集光レンズ30の焦点位置(レーザ光の集光点)が切断予定ライン25に沿って移動し、この焦点位置の軌跡に対応する加工領域35が形成されることになる。   While the laser beam is irradiated onto the wafer 20 from the laser processing machine, the wafer 20 is moved relative to the laser beam irradiation position so that the irradiation position of the laser beam moves along the scheduled cutting line 25. That is, the wafer 20 is moved in the direction along the scheduled cutting line 25 by the XY stage mechanism. As a result, the laser beam scans the wafer 20 along the planned cutting line 25. As a result, in the group III nitride semiconductor layer 3, the focal position (condensing point of the laser beam) of the condenser lens 30 moves along the planned cutting line 25, and a processing region 35 corresponding to the locus of the focal position. Will be formed.

走査の過程において、レーザ光は常時ウエハ20に照射されていてもよいし、レーザ光発生ユニットをオン/オフすることによって、間欠的にレーザ光が照射されるようにしてもよい。走査時にレーザ光を常時照射していれば、加工領域35は連続形状となり、走査時に間欠的にレーザ光を照射すれば走査方向に所定の間隔を隔ててミシン目状に分割された複数の加工領域35が切断予定ライン25に沿って形成されることになる。   During the scanning process, the laser beam may be constantly applied to the wafer 20, or the laser beam generation unit may be turned on / off to intermittently apply the laser beam. If the laser beam is always irradiated at the time of scanning, the processing region 35 has a continuous shape. If the laser beam is irradiated intermittently at the time of scanning, a plurality of processes divided into perforations at a predetermined interval in the scanning direction. The region 35 is formed along the planned cutting line 25.

レーザ加工工程の後には、図4(b)に示すブレーク工程が行われる。すなわち、サファイアウエハ20に対して、切断予定ライン25に沿って、主面に垂直な方向の外力が加えられる。これにより、サファイアウエハ20には、加工領域35を基点とした亀裂が生じ、この亀裂に沿ってサファイアウエハ20およびIII族窒化物半導体層3が割れる。こうして、サファイアウエハ20およびIII族窒化物半導体層3は、切断予定ライン25に沿って個別素子21ごとに分割され、その結果、複数個のLEDチップ1が得られる。   After the laser processing step, a break step shown in FIG. 4B is performed. That is, an external force in a direction perpendicular to the main surface is applied to the sapphire wafer 20 along the planned cutting line 25. Thereby, the sapphire wafer 20 is cracked with the processing region 35 as a starting point, and the sapphire wafer 20 and the group III nitride semiconductor layer 3 are cracked along the crack. In this way, the sapphire wafer 20 and the group III nitride semiconductor layer 3 are divided for each individual element 21 along the planned cutting line 25, and as a result, a plurality of LED chips 1 are obtained.

ブレーク工程の前に、必要に応じて、サファイアウエハ20を研削または研磨(たとえば化学的機械的研磨)によって薄型化する薄型化工程が行われてもよい。たとえば、当初のサファイアウエハ20の厚さは、350μm程度であり、これが80μm程度まで薄型化される。この薄型化工程は、レーザ加工工程とブレーク工程との間に行われてもよいし、レーザ加工工程の前に行われてもよい。ただし、レーザ加工工程におけるサファイアウエハ20のハンドリングを容易にするためには、レーザ加工工程の後に薄型化工程が行われることが好ましい。   Before the break process, a thinning process for thinning the sapphire wafer 20 by grinding or polishing (for example, chemical mechanical polishing) may be performed as necessary. For example, the initial thickness of the sapphire wafer 20 is about 350 μm, and the thickness is reduced to about 80 μm. This thinning step may be performed between the laser processing step and the break step, or may be performed before the laser processing step. However, in order to facilitate handling of the sapphire wafer 20 in the laser processing step, it is preferable that a thinning step is performed after the laser processing step.

レーザ加工工程では、III族窒化物半導体層3の内部での多光子吸収により加工領域35が形成されるが、III族窒化物半導体層3の表面領域やサファイアウエハ20内でのレーザ光の吸収は回避される。そのため、レーザ加工に起因するデブリが生じることはなく、また、サファイアウエハ20に不所望な変色(着色)が生じることがない。また、基板の表面から深い位置までレーザ加工を行うのではなく、III族窒化物半導体層3内の限定された領域(集光レンズ30の焦点位置付近)が多光子吸収によって加工されるに過ぎない。そのため、レーザ加工工程においてIII族窒化物半導体層3が過熱されることもない。したがって、LEDチップ1は、良好な発光効率を有することができる。   In the laser processing step, the processing region 35 is formed by multiphoton absorption inside the group III nitride semiconductor layer 3, but the surface region of the group III nitride semiconductor layer 3 and the absorption of the laser light in the sapphire wafer 20. Is avoided. Therefore, debris caused by laser processing does not occur, and undesired discoloration (coloring) does not occur in the sapphire wafer 20. In addition, laser processing is not performed from the surface of the substrate to a deep position, but only a limited region in the group III nitride semiconductor layer 3 (near the focal position of the condenser lens 30) is processed by multiphoton absorption. Absent. Therefore, the group III nitride semiconductor layer 3 is not overheated in the laser processing step. Therefore, the LED chip 1 can have good light emission efficiency.

図5は、この発明の他の実施形態に係る製造方法を説明するための図解図である。この図5において、前述の図4に示された各部に対応する部分には、図5の場合と同一の参照符号を付して示す。この実施形態では、レーザ加工工程(図5(a)。図4(a)と同様の工程)の後、必要に応じてサファイアウエハ20の薄型化を行った後に、図5(b)に示すように、サファイアウエハ20のIII族窒化物半導体層3とは反対側の主面に、切断予定ライン25(図3参照)に沿って分割ガイド溝36が形成される。この分割ガイド溝36の形成は、たとえば、レーザ加工により行うのではなく、ダイヤモンドカッタ37による罫書き処理やダイシングソーによる溝形成処理等の機械的加工によって行われる。   FIG. 5 is an illustrative view for illustrating a manufacturing method according to another embodiment of the present invention. In FIG. 5, parts corresponding to the parts shown in FIG. 4 are given the same reference numerals as those in FIG. In this embodiment, after the laser processing step (FIG. 5A, the same step as FIG. 4A), the sapphire wafer 20 is thinned as necessary, and then shown in FIG. 5B. As described above, the division guide groove 36 is formed on the main surface of the sapphire wafer 20 opposite to the group III nitride semiconductor layer 3 along the planned cutting line 25 (see FIG. 3). The division guide groove 36 is formed not by laser processing, but by mechanical processing such as ruled writing processing by the diamond cutter 37 or groove forming processing by a dicing saw.

機械的加工により形成される分割ガイド溝36は、深く形成することはできず、たとえば、2μm〜3μm程度の深さとなる。しかし、III族窒化物半導体層3内にレーザ加工領域35が形成されているので、ブレーク工程(図5(c)。図4(b)と同様の工程)におけるウエハ20の分割が不良になることはない。そして、レーザ加工領域35に加えて分割ガイド溝36を形成しておくことにより、より安定した形状のLEDチップ1を得ることができる。   The division guide groove 36 formed by mechanical processing cannot be formed deeply, and has a depth of about 2 μm to 3 μm, for example. However, since the laser processing region 35 is formed in the group III nitride semiconductor layer 3, the division of the wafer 20 in the break process (FIG. 5C, the same process as FIG. 4B) becomes poor. There is nothing. Then, by forming the division guide groove 36 in addition to the laser processing region 35, the LED chip 1 having a more stable shape can be obtained.

以上、この発明の2つの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、III族窒化物半導体層3側の表面からレーザ光を照射しているが、III族窒化物半導体層3とは反対側からサファイアウエハ20を透過させてレーザ光をIII族窒化物半導体層3の内部に集光させるようにしてもよい。   As mentioned above, although two embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the laser beam is irradiated from the surface on the group III nitride semiconductor layer 3 side, but the laser beam is transmitted through the sapphire wafer 20 from the side opposite to the group III nitride semiconductor layer 3. The light may be condensed inside the group III nitride semiconductor layer 3.

また、前述の実施形態では、サファイア基板2上にIII族窒化物半導体層3が形成された構成のLEDチップ1について説明したが、基板としては、SiC基板その他の透明基板を用いることができる。
また、前述の実施形態では、LEDチップの製造にこの発明が適用された例について説明したが、半導体レーザチップその他の発光素子に対しても、この発明を同様に適用することができる。
In the above-described embodiment, the LED chip 1 having the configuration in which the group III nitride semiconductor layer 3 is formed on the sapphire substrate 2 has been described. However, as the substrate, a SiC substrate or other transparent substrate can be used.
In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the manufacture of LED chips has been described. However, the present invention can be similarly applied to semiconductor laser chips and other light emitting elements.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

窒化物半導体発光素子の一例であるフリップチップ型LEDチップの実装例を示す図解的な断面図である。It is an illustration sectional view showing the example of mounting of the flip chip type LED chip which is an example of the nitride semiconductor light emitting element. LEDチップの詳細な構成を説明するための図解的な断面図である。It is an illustration sectional view for explaining the detailed composition of a LED chip. LEDチップの製造工程で用いられるサファイアウエハの図解的な斜視図である。It is a schematic perspective view of a sapphire wafer used in the LED chip manufacturing process. 第1の実施形態に係る分割工程を説明するための図解図である。It is an illustration figure for demonstrating the division | segmentation process which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る分割工程を説明するための図解図である。It is an illustration figure for demonstrating the division | segmentation process which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 LEDチップ
2 サファイア基板
3 III族窒化物半導体層
4 p側電極
5 n側電極
6 実装基板
11 n型GaNバッファ層
12 n型GaNコンタクト層
13 発光層(発光部)
14 p型GaNコンタクト層
15 凹部
20 サファイアウエハ
21 個別素子
25 切断予定ライン
30 集光レンズ
35 加工領域
36 分割ガイド溝
37 ダイヤモンドカッタ
1 LED chip 2 Sapphire substrate 3 Group III nitride semiconductor layer 4 P-side electrode 5 N-side electrode 6 Mounting substrate 11 n-type GaN buffer layer 12 n-type GaN contact layer 13 Light-emitting layer (light-emitting portion)
14 p-type GaN contact layer 15 recess 20 sapphire wafer 21 individual element 25 line to be cut 30 condensing lens 35 processing area 36 divided guide groove 37 diamond cutter

Claims (2)

発光部を有するIII族窒化物半導体層を、前記発光部の発光波長に対して透明な透明基板上に成長させる工程と、
500nm〜700nmの波長のレーザ光を前記III族窒化物半導体層の内部に集光させて当該III族窒化物半導体層の内部に加工領域を形成する工程と、
前記加工領域から亀裂を発生させて、前記III族窒化物半導体層および透明基板を分割する工程とを含む、窒化物半導体発光素子の製造方法。
Growing a group III nitride semiconductor layer having a light emitting part on a transparent substrate transparent to the light emission wavelength of the light emitting part;
A step of condensing a laser beam having a wavelength of 500 nm to 700 nm inside the group III nitride semiconductor layer to form a processing region inside the group III nitride semiconductor layer;
A method for producing a nitride semiconductor light emitting device, comprising: generating a crack from the processing region to divide the group III nitride semiconductor layer and the transparent substrate.
前記分割工程の前に、前記透明基板の前記III族窒化物半導体層とは反対側の表面において前記加工領域に対応する位置に機械的加工による分割ガイド溝を形成する工程をさらに含む、請求項1記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。   The method further includes forming a split guide groove by mechanical processing at a position corresponding to the processing region on a surface of the transparent substrate opposite to the group III nitride semiconductor layer before the splitting step. 2. A method for producing a nitride semiconductor light emitting device according to 1.
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