JP2010103424A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光取り出し効率に優れた半導体発光素子を高収率で製造が可能な半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１１と基板１１上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体の積層構造からなるＩＩＩ族窒化物半導体層とを有するウェーハの基板１１の被研削面１０３を研削する研削工程と、研削工程により研削された基板１１の被研削面１０３の表面粗さＲａを３ｎｍ〜２５ｎｍに調整する研磨工程と、研磨工程により表面粗さＲａを調整した基板１１の被研削面１０３側から、基板１１を分割するための切断予定ラインに沿ってレーザＬ２を照射することにより、基板１１の内部に加工変質部分４１，４２を設けるレーザ加工工程と、レーザ加工工程により加工変質部分４１，４２を設けた基板１１を加工変質部分４１，４２及び切断予定ラインに沿って分割する分割工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体発光素子の製造方法に関し、より詳しくは、ＩＩＩ族窒化物半導体を含む半導体発光素子の製造方法に関する。

近年、半導体発光素子用の材料としてＩＩＩ族窒化物半導体が注目を集めている。ＩＩＩ族窒化物半導体は、サファイア等の基板の上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって成膜される。
このようなＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子の光取り出し効率を改善する方法として、発光素子とその外部の媒体との屈折率の違いによって生じる発光素子の内部への光の閉じ込めを低減させる方法が挙げられる。

例えば、特許文献１には、基板の表面に凹凸を加工し、基板とは異なる屈折率を有する層を凹凸に埋め込んで成長させ、これら凹凸状の屈折率界面を形成した後、その上に、発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造を形成することにより、発光層に生じた横方向の光を外界に向かわせる新規な構造が付与された発光素子が記載されている。
また、特許文献２には、基板裏面に凹凸を設け、光を基板側面に向けて反射させることによって、基板側面からの光の取り出し効率を上げた透光性電極を有する窒化物系化合物半導体発光素子が記載されている。

一方、特許文献３には、化合物半導体発光素子ウェーハは、基板上に多数の化合物半導体発光素子が分離帯域を介して規則的に且つ連続的に配列され、このウェーハを保護膜が形成された面の分離帯域にレーザ法で割溝を形成する方法を経てこのウェーハをサファイア基板側から押し割って、個々のチップ状の化合物半導体発光素子が分離される。
さらに、特許文献４には、ウェーハを個々の素子に分割する方法として、半導体層が積層されたウェーハの基板内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより改質領域を形成し、この改質領域によって切断起点領域を形成し、切断起点領域に沿ってウェーハを切断する方法が提案されている。この場合、基板内の所定の位置に改質領域を形成するために、レーザ光の焦光点を正確に合わせることが必要となる。

また、半導体層の膜厚が５μｍ以上の場合は、半導体層膜厚が厚くなるほど、半導体層と基板の熱膨張係数の違いに起因して、基板の薄板化後のウェーハの反りも大きくなることが知られている（特許文献４参照）。このようなウェーハの反りは、基板裏面の表面粗さ（Ｒａ）を調整することにより、ある程度調整が可能であり、基板の平坦性を保つために有効とされている。

特開２００２−２８０６１１号公報 特開２００２−３６８２６１号公報 特開２００５−１０９４３２号公報 特開２００５−３３３１２２号公報

しかしながら、例えば、基板の裏面側からレーザ光を照射する場合、上述したように、基板の平坦性を保つために、また、半導体素子の光取り出し効率を改善するために基板の裏面に形成された凹凸によって裏面の表面粗さ（Ｒａ）が過度に大きくなると、レーザ光の焦光点を正確に合わせることが困難となる。そのため、ウェーハの基板内部に正確に改質領域を形成することができず、その結果、チップの不良品が多く発生するという問題がある。

本発明の目的は、光取り出し効率に優れた半導体発光素子を高収率で製造が可能な半導体発光素子の製造方法を提供することにある。

本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体層を有する半導体発光素子の製造方法であって、基板と基板上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体の積層構造からなるＩＩＩ族窒化物半導体層とを有するウェーハの基板の被研削面を研削する研削工程と、研削工程により研削された基板の被研削面の表面粗さＲａを３ｎｍ〜２５ｎｍに調整する研磨工程と、研磨工程により表面粗さＲａを調整した基板の被研削面側から、基板を分割するための切断予定ラインに沿ってレーザを照射することにより、基板の内部に加工変質部分を設けるレーザ加工工程と、レーザ加工工程により加工変質部分を設けた基板を加工変質部分及び切断予定ラインに沿って分割する分割工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法が提供される。

ここで、本発明が適用される半導体発光素子の製造方法において、レーザ加工工程は、基板の厚さ方向に断続的に複数の加工変質部分を設けることが好ましい。
また、レーザ加工工程は、基板の内部の被研削面側から厚さ方向で（２／３）部の範囲に加工変質部分を設けることが好ましい。
さらに、レーザ加工工程は、基板に対してレーザをパルス照射することが好ましい。

次に、本発明が適用される半導体発光素子の製造方法の分割工程において、基板を分割することにより基板の分割面を粗面とすることが好ましい。
また、基板上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体層側から切断予定ラインに沿ってレーザを照射することにより基板に割溝を形成する割溝形成工程をさらに有することが好ましい。

また、本発明が適用される半導体発光素子の製造方法において、基板の表面に予め複数の凸部を形成する基板加工工程をさらに有することが好ましい。
さらに、凸部を形成した基板の表面にＩＩＩ族窒化物半導体からなるバッファ層をスパッタリングにより形成するバッファ層形成工程をさらに有することが好ましい。

また、本発明が適用される半導体発光素子の製造方法において、基板は、サファイア又はシリコンカーバイドから選ばれることが好ましい。
さらに、ウェーハのＩＩＩ族窒化物半導体層は、それぞれＩＩＩ族窒化物化合物半導体を含むｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されることが好ましい。
また、本発明が適用される半導体発光素子の製造方法において、基板は最大径が約１００ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明によれば、光取り出し効率に優れた半導体発光素子を高収率で製造が可能である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。

（半導体発光素子Ｉ）
図１は、ＩＩＩ族窒化物半導体層を有する半導体発光素子の一例を示した断面図である。図１に示すように、半導体発光素子Ｉは、表面に複数の凸部１０２が形成された基板１１と、基板１１の複数の凸部１０２が形成された面上に成膜されたバッファ層１２と、複数の凸部１０２を埋めるようにバッファ層１２上に成膜された下地層１３と、下地層１３上にＬＥＤ構造２０が形成された構造を有している。
ＬＥＤ構造２０は、ｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６が順次積層されている。ＬＥＤ構造２０を構成するｎ型半導体層１４は、ｎ型コンタクト層１４ａ及びｎ型クラッド層１４ｂを有する。発光層１５は、障壁層１５ａ及び井戸層１５ｂが交互に積層された構造を有する。ｐ型半導体層１６は、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂが積層されている。
さらに、ｐ型半導体層１６上に透明正極１７が積層され、その上に正極ボンディングパッド１８が形成されるとともに、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ａに形成された露出領域１４ｄに負極１９が積層されている。

（基板１１）
基板１１は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成される。基板１１を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）が好ましく、サファイアが特に好ましい。

本実施の形態では、後述するように、基板１１の被研削面１０３を所定の研削装置により研削し、その後、研磨装置により研磨することにより、基板１１の厚さは、通常、１７０μｍ以下であり、好ましくは１６０μｍ以下となるように調整されている。但し、基板１１の厚さは、通常、７０μｍ以上である。
さらに、本実施の形態では、基板１１の裏面である被研削面１０３の表面粗さＲａが、３ｎｍ〜２５ｎｍ、好ましくは、５ｎｍ〜２０ｎｍになるように調整されている。
基板１１の裏面を上述した範囲の表面粗さＲａを有する粗面として調整することにより、基板１１の反りが低減し、基板１１の平坦性を保つことができる。
また、被研削面１０３における光の乱反射により、半導体発光素子Ｉの光取り出し効率が増大する。
さらに、後述するように、基板１１内部に改質領域を形成するために、基板１１の被研削面１０３側からレーザ光を照射する際に、レーザ光の焦光点を正確に合わせることが可能となる。

（複数の凸部１０２）
図２及び図３は、複数の凸部１０２が形成された基板１１を説明する図である。図２に示すように、基板１１に形成された複数の凸部１０２は、所定の最大径ｄ_１と高さｈを有し、均一な大きさと均一な形状になるように形成されている。本実施の形態では、凸部１０２の形状は半球状である。尚、凸部１０２の形状は特に限定されない。
本実施の形態では、凸部１０２の最大径ｄ_１は、０．５μｍ〜２μｍの範囲である。凸部１０２の高さｈは、０．５μｍ〜２μｍの範囲である。さらに、複数の凸部１０２は、基板１１の表面に所定の間隔ｄ_２を設けて配置されている。本実施の形態では、複数の凸部１０２の間隔ｄ_２は、０．５μｍ〜２μｍの範囲である。
また、図３に示すように、複数の凸部１０２は、基板１１の表面１０１_Ｓ上に碁盤目状に等間隔に配置されている。
本実施形態では、基板１１上に均一な形状の複数の凸部１０２を形成することにより、基板１１と下地層１３との界面が凹凸形状となる。そのため、このような構造を有する基板１１の上にＬＥＤ構造２０を設けた半導体発光素子Ｉは、界面における光の乱反射により、光取り出し効率がさらに増大する。

（バッファ層１２）
バッファ層１２は、後述するように半導体発光素子のＬＥＤ構造を有する化合物半導体層を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により成膜する際に、バッファ機能を発揮する薄膜層として基板１１上に設けられる。バッファ層１２を設けることにより、バッファ層１２上に成膜される下地層１３とさらにこの上に成膜されるＬＥＤ構造２０を有する化合物半導体層は、良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。

バッファ層１２を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、Ａｌを含有することが好ましく、ＩＩＩ族窒化物であるＡｌＮを含むことが特に好ましい。バッファ層１２を構成する材料としては、一般式ＡｌＧａＩｎＮで表されるＩＩＩ族窒化物半導体であれば特に限定されない。さらに、Ｖ族として、ＡｓやＰが含有されても良い。バッファ層１２が、Ａｌを含む組成の場合、ＡｌＧａＮとすることが好ましく、Ａｌの組成が５０％以上であることが好ましい。
本実施の形態では、バッファ層１２の厚さは、０．０１μｍ〜０．５μｍである。バッファ層１２の厚さが過度に薄いと、バッファ層１２による基板１１と下地層１３との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。バッファ層１２の厚さが過度に厚いと、成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する傾向がある。

（下地層１３）
下地層１３に用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）が用いられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮを好適に用いることができる。本実施の形態における下地層１３は、ＬＥＤ構造２０を有する化合物半導体層の下地層として機能するものである。
本実施の形態では、下地層１３の厚さは、０．１μｍ以上、好ましく０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。但し、下地層１３の厚さは、通常、１０．０μｍ以下である。

（ＬＥＤ構造２０）
前述したように、ＬＥＤ構造２０を構成するｎ型半導体層１４は、ｎ型コンタクト層１４ａ及びｎ型クラッド層１４ｂを有する。発光層１５は、障壁層１５ａ及び井戸層１５ｂが交互に積層された構造を有する。ｐ型半導体層１６は、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂが積層されている。

（ｎ型半導体層１４）
ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ａとしては、下地層１３と同様にＧａＮ系化合物半導体が用いられる。また、下地層１３及びｎ型コンタクト層１４ａを構成する窒化ガリウム系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１５μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。

ｎ型クラッド層１４ｂは、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等によって形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ＧａＩｎＮとする場合には、発光層１５のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。ｎ型クラッド層１４ｂの膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。

（発光層１５）
発光層１５は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層１５ａと、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５ｂとが交互に繰り返して積層され、且つ、ｎ型半導体層１４側及びｐ型半導体層１６側に障壁層１５ａが配される順で積層して形成される。本実施の形態では、発光層１５は、６層の障壁層１５ａと５層の井戸層１５ｂとが交互に繰り返して積層され、発光層１５の最上層及び最下層に障壁層１５ａが配され、各障壁層１５ａの間に井戸層１５ｂが配される構成とされている。

障壁層１５ａとしては、例えば、インジウムを含有した窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＮ（０≦ｃ≦０．３）等の窒化ガリウム系化合物半導体を好適に用いることができる。
また、井戸層１５ｂには、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体として、例えば、Ｇａ_１−ｓＩｎ_ｓＮ（０＜ｓ＜０．４）等の窒化ガリウムインジウムを用いることができる。

（ｐ型半導体層１６）
ｐ型半導体層１６は、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂから構成される。ｐ型クラッド層１６ａとしては、好ましくは、Ａｌ_ｄＧａ_１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６ａの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
ｐ型コンタクト層１６ｂとしては、少なくともＡｌ_ｅＧａ_１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層が挙げられる。ｐ型コンタクト層１６ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。

（透明正極１７）
透明正極１７を構成する材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３）、ＩＺＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３）等の従来公知の材料が挙げられる。また、透明正極１７の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。透明正極１７は、ｐ型半導体層１６上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。

（正極ボンディングパッド１８）
透明正極１７上に形成される電極としての正極ボンディングパッド１８は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。正極ボンディングパッド１８の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。
正極ボンディングパッド１８の厚さは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であり、好ましくは３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内である。

（負極１９）
図１に示すように、負極１９は、基板１１上に成膜されたバッファ層１２及び下地層１３の上にさらに成膜されたＬＥＤ構造２０（ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６）において、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ａに接するように形成される。このため、負極１９を形成する際は、ｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４の一部を除去し、ｎ型コンタクト層１４ａの露出領域１４ｄを形成し、この上に負極１９を形成する。
負極１９の材料としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極
を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けること
ができる。

（半導体発光素子の製造方法）
次に、本実施の形態が適用される半導体発光素子の製造方法について説明する。
図４、図５、図６は、半導体発光素子の製造工程を説明する図である。
図４（ａ）に示すように、先ず、サファイア板１０を準備する。サファイア板１０の最大径は、通常、約５０ｍｍ以上、好ましくは約１００ｍｍ以上の範囲であり、約５０ｍｍ〜約２００ｍｍの範囲がより好ましい。厚さは、０．４ｍｍ〜２ｍｍの範囲が好ましい。
本実施の形態では、（１）最大径約５０ｍｍと厚さ０．７ｍｍを有するサファイア板１０、（２）最大径約１００ｍｍと厚さ１ｍｍを有するサファイア板１０、（３）最大径約１５０ｍｍと厚さ１．３ｍｍを有するサファイア板１０を使用する。

次に、図４（ｂ）に示すように、サファイア板１０の表面に均一な形状を有する複数の凸部１０２が形成された基板１１を加工する（基板加工工程）。基板１１の加工では、基板１１上における凸部１０２の平面配置を規定するマスクを形成するパターニングと、パターニングによって形成されたマスクを使って基板１１をエッチングして凸部１０２を形成するエッチングとを行なう。パターニングは、一般的なフォトリソグラフィー法で行なうことができる。エッチングは、ドライエッチング法を用いることが好ましい。

尚、凸部１０２を形成する方法としては、上述したエッチング法に限定されない。例えば、サファイア板１０に凸部１０２となる材料を、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法等により積層させることにより凸部を形成してもよい。この場合、凸部１０２となる材料としては、サファイア板１０とほぼ同等の屈折率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２等を用いることができる。

続いて、図４（ｃ）に示すように、基板１１の表面１０１_Ｓ上にＩＩＩ族窒化物半導体からなるバッファ層１２を形成する（バッファ層形成工程）。本実施の形態では、バッファ層１２は、ＩＩＩ族窒化物半導体をスパッタリングすることにより形成することが好ましい。スパッタリングによりバッファ層１２を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量の比を、窒素原料が５０％〜１００％、望ましくは７５％となるようにすることが望ましい。

また、スパッタ法によって、柱状結晶（多結晶）を有するバッファ層１２を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量の比を、窒素原料が１％〜５０％、望ましくは２５％となるようにすることが望ましい。これにより、Ｖ族元素を窒素とし、バッファ層１２を成膜する際のガス中における窒素のガス分率を５０％〜９９％以下の範囲とするとともに、バッファ層１２を単結晶組織として形成する。その結果、短時間で良好な結晶性を有するバッファ層１２を、特定の異方性を持つ配向膜として基板１１上に成膜することができ、さらに、バッファ層１２上に、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を効率良く成長させることが可能となる。

次に、図４（ｄ）に示すように、本実施形態では、バッファ層１２を形成工程の後、バッファ層１２が形成された基板１１の上面上に、凸部１０２を埋めるようにして、ＭＯＣＶＤ法によりＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層１３を成膜する。尚、本実施の形態では、下地層１３の最大厚さＨは、凸部１０２の高さｈの２倍以上であることが好ましい。

次に、図５（ａ）に示すように、成膜した下地層１３上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型半導体層１４、発光層１５、及びｐ型半導体層１６を順次積層し、半導体発光素子ウェーハＩ_０を形成する。

下地層１３、及びｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６をＭＯＣＶＤ法で積層する場合に使用するキャリアガスとしては、例えば、水素（Ｈ_２）、窒素（Ｎ_３）；ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）；Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）；Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）；Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ_３）、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）等が用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）；Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ_４）、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ_３）_４Ｇｅ）、テトラエチルゲルマニウム（（Ｃ_２Ｈ_５）_４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物；ｐ型にはＭｇ原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を利用できる。

本実施の形態において、基板１１に下地層１３を形成することにより、この上に成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６からなるＬＥＤ構造２０の結晶の結晶性が良好となる。その結果、内部量子効率に優れ、リークの少ない半導体発光素子Ｉが得られる。
尚、ＬＥＤ構造２０の内、下地層１３をＭＯＣＶＤ法によって形成した後、ｎ型コンタクト層１４ａ及びｎ型クラッド層１４ｂの各層をスパッタ法で形成し、その上の発光層１５をＭＯＣＶＤ法で形成し、そして、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を反応性スパッタ法で形成してもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、基板１１上にバッファ層１２、下地層１３及びＬＥＤ構造２０を成膜した後、ＬＥＤ構造２０のｐ型半導体層１６上に透明正極１７を積層し、その上に正極ボンディングパッド１８を形成する。続いて、ＬＥＤ構造２０の所定の位置をエッチング除去することにより、ｎ型半導体層１４を露出させて複数の露出領域１４ｄを形成し、露出領域１４ｄの各々に正極ボンディングパッド１８と対になるように複数の負極１９を形成する。

負極１９を形成する際は、まず、基板１１上に形成されたｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４の一部をドライエッチング等の方法によって除去し、ｎ型コンタクト層１４ａの露出領域１４ｄを形成する。そして、この露出領域１４ｄ上に、例えば、露出領域１４ｄ表面側から順に、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕの各材料を従来公知の方法で積層することにより、詳細な図示を省略する４層構造の負極１９を形成することができる。

続いて、図５（ｃ）に示すように、基板１１が所定の厚さになるまで基板１１の被研削面１０３を、研削及び研磨する（研削工程・研磨工程）。本実施の形態では、約２０分間程度の研削工程により、基板１１を研削し、基板１１の厚さを、例えば、約１０００μｍから約１２０μｍ迄減少させる。さらに、本実施の形態では、研削工程に続き、約１５分間の研磨工程により、基板１１の厚さを、約１２０μｍから約８０μｍ迄に研磨する。
ここで、本実施の形態では、研削工程及び研磨工程により、基板１１の厚さを調整するとともに、基板１１の裏面である被研削面１０３の表面粗さＲａを、３ｎｍ〜２５ｎｍ、好ましくは、５ｎｍ〜２０ｎｍになるように調整する。

被研削面１０３の表面粗さＲａを上述した範囲に調整する方法は特に限定されないが、例えば、基板１１の被研削面１０３を研削・研磨する際に、被研削面１０３と所定の研削・研磨装置の研削定盤の被研削面１０３とが摺り合わされる部分に研削材または研磨材を供給する。研削材または研磨材の種類は特に限定されず、市販のスラリー型の研削材または研磨材を使用することができる。

また、本実施の形態において、表面粗さＲａのその測定方法は特に限定されないが、例えば、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡；Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等による視野角解析による公知の方法で、算術平均粗さＲａとして求めることができる。

次に、図６（ａ）に示すように、ＬＥＤ構造２０側からｎ型コンタクト層１４ａの露出領域１４ｄにレーザＬ１を照射し割溝３０を形成する（割溝形成工程）。割溝３０は、後述するように、基板１１を分割するための切断予定ラインに沿ってレーザＬ１を照射することにより形成する。割溝３０の幅は特に制限されない。本実施の形態では、割溝３０の深さは、通常、基板１１の表面から６μｍ以上であり、１０μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。割溝３０の深さが過度に小さいと、切断面が斜めに割れ、不良チップが生成する傾向がある。

割溝３０の断面形状は矩形、Ｕ字状、Ｖ字状等の形状が採用され、好ましくは、Ｖ字状またはＵ字状であり、Ｖ字状が特に好ましい。割溝３０の断面形状がＶ字状の場合、チップ状に分割する際、Ｖ字状の最先端付近からクラックが発生し、不良率が低下する傾向がある。尚、割溝３０の断面形状は、ビーム径および焦点位置等のレーザ光学系の制御によりコントロール可能である。

続いて、図６（ｂ）に示すように、前述した研磨工程により表面粗さＲａを調整した基板１１の被研削面１０３側から、基板１１を分割するための切断予定ラインに沿ってレーザＬ２を照射することにより基板１１の内部に加工変質部分（内部クラック）４１，４２を設ける（レーザ加工工程）。本実施の形態では、レーザ加工工程において、基板１１の内部の被研削面側から厚さ方向で（２／３）部の範囲に、断続的に２個の加工変質部分４１，４２を設けている。
また、加工変質部分４１，４２は、基板１１に設けた割溝３０と基板１１の厚さ方向に略同一の直線上に形成している。

本実施の形態において加工変質部分４１，４２とは、例えば、サファイア製の基板１１の内部にレーザＬ２の焦光点を合わせて照射することにより、基板１１のレーザＬ２が照射された部分が溶融・再固化した改質領域や多光子吸収による改質領域等を言う。この場合、レーザ照射による溶融・再固化に伴い生じる微小なクラックの発生も含まれる。

具体的には、例えば、ステルスレーザ加工機（図示せず）を用い、エキシマ励起のパルスレーザを照射しながら、基板１１を分割するための切断予定ラインに沿ってレーザＬ２を照射する。この際、基板１１上に照射するレーザＬ２の焦点を変化させることにより、基板１１の厚さ方向において複数箇所（図６（ｂ）では２箇所）に設けることが可能となる。

使用するレーザとしては、例えば、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ等が挙げられる。本実施の形態では、パルス照射のレーザを用いることが最も好ましい。本実施の形態では、レーザＬ２の波長としては、２６６ｎｍ又は３５５ｎｍを使用している。また、基板１１の切断予定ラインに沿ってレーザＬ２を間欠的に照射（パルス照射）することにより、基板１１の内部に効果的にダメージを付与し、この部分を揮散あるいは強度的に弱い材質へと変換させることができる。この場合、パルス周期を、１０〜４０Ｈｚの範囲とすることが好ましい。

次に、図６（ｃ）に示すように、基板１１を加工変質部分４１，４２に沿って切断し、複数のチップに分割する（分割工程）。具体的には、例えば、ブレーカ装置（図示せず）を用い、割溝３０及び加工変質部分４１，４２に沿うようにブレード（図示せず）を押し当てることにより、加工変質部分４１，４２に沿って基板１１を押し割り、複数のチップに分割する。

本実施形態では、分割工程において、割溝３０及び加工変質部分４１，４２に沿って基板１１を個々の発光素子単位のチップに切断することで、加工変質部分４１，４２を起点として、基板１１に亀裂を生じさせつつ、半導体発光素子ウェーハＩ_０（図５（ａ）参照）を個々のチップ状態の半導体発光素子Ｉに分割することができる。
このとき、分割後の基板１１の分割面（端面１１ａ）には、加工変質部分４１，４２の少なくとも一部が残存する領域と、基板１１を切断した際に分割面（端面１１ａ）に生じる亀裂痕が不規則に残存する領域とが存在し、分割面（端面１１ａ）のほぼ全体が粗面となる。
このように、基板１１の分割面（端面１１ａ）を粗面として形成することにより、分割面（端面１１ａ）の表面積が増加し、入射した光を効率良く外部に出射できる基板１１とすることができ、光取り出し効率に優れた半導体発光素子Ｉを製造することが可能となる。

本実施の形態においてＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、通常、基板１１上にＬＥＤ構造２０を成膜し、次いで、基板１１の被研削面１０３を研削・研磨処理によって所定の厚さに調整し、その後、適当な大きさに切断し、所定の厚さの基板１１を有する半導体発光素子チップとして得られる。

本実施の形態においては、半導体層と基板の熱膨張係数の違いに起因して、基板の薄板化後のウェーハの反りにも影響してくる。特に、発光層を含む半導体層の膜厚が５μｍ以上の場合には半導体層膜厚が厚くなるほど反りが大きくなり、その後のレーザ加工工程に悪い影響を及ぼす。
しかしながら、本実施の形態が適用される半導体発光素子の製造方法によれば、研磨工程において、研削工程で研削された基板の被研削面の表面粗さＲａを３ｎｍ〜２５ｎｍに調整することにより、レーザ加工工程における基板の平坦性を保つことができる。
このような効果は、基板、例えば、サファイア基板の最大径が、大きいものほど格別となる。本実施の形態では、最大径が、約５０ｍｍ＜約１００ｍｍ＜約１５０ｍｍの順で、特に効果的であった。

上述したように、本実施の形態が適用される半導体発光素子Ｉは、例えば、これと蛍光体とを組み合わせてなるランプとして使用することができる。半導体発光素子Ｉと蛍光体とを組み合わせたランプは、当業者周知の手段によって当業者周知の構成とすることができる。また、従来より、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術を採用することが可能である。ランプの例としては、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等いかなる用途にも用いることができる。

ＩＩＩ族窒化物半導体層を有する半導体発光素子の一例を示した断面図である。 複数の凸部が形成された基板を説明する図である。 複数の凸部が形成された基板を説明する図である。 半導体発光素子の製造工程を説明する図である。 半導体発光素子の製造工程を説明する図である。 半導体発光素子の製造工程を説明する図である。

符号の説明

１０…サファイア板、１１…基板、１１ａ…分割面（端面）、１２…バッファ層、１３…下地層、１４…ｎ型半導体層、１５…発光層、１６…ｐ型半導体層、１７…透明正極、１８…正極ボンディングパッド、１９…負極、２０…ＬＥＤ構造、３０…割溝、４１，４２…加工変質部分（内部クラック）、１０２…凸部、１０３…被研削面、Ｉ…半導体発光素子

Claims (11)

1. ＩＩＩ族窒化物半導体層を有する半導体発光素子の製造方法であって、
   基板と当該基板上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体の積層構造からなるＩＩＩ族窒化物半導体層とを有するウェーハの当該基板の被研削面を研削する研削工程と、
   前記研削工程により研削された前記基板の前記被研削面の表面粗さＲａを３ｎｍ〜２５ｎｍに調整する研磨工程と、
   前記研磨工程により前記表面粗さＲａを調整した前記基板の前記被研削面側から、当該基板を分割するための切断予定ラインに沿ってレーザを照射することにより、当該基板の内部に加工変質部分を設けるレーザ加工工程と、
   前記レーザ加工工程により前記加工変質部分を設けた前記基板を当該加工変質部分及び前記切断予定ラインに沿って分割する分割工程と、
   を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
2. 前記レーザ加工工程は、前記基板の厚さ方向に断続的に複数の前記加工変質部分を設け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。
3. 前記レーザ加工工程は、前記基板の内部の前記被研削面側から厚さ方向で（２／３）部の範囲に前記加工変質部分を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子の製造方法。
4. 前記レーザ加工工程は、前記基板に対して前記レーザをパルス照射することを特徴とする請求項１乃至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. 前記分割工程において、前記基板を分割することにより当該基板の分割面を粗面とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
6. 前記基板上に成膜された前記ＩＩＩ族窒化物半導体層側から前記切断予定ラインに沿ってレーザを照射することにより当該基板に割溝を形成する割溝形成工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
7. 前記基板の表面に予め複数の凸部を形成する基板加工工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
8. 前記凸部を形成した前記基板の前記表面にＩＩＩ族窒化物半導体からなるバッファ層をスパッタリングにより形成するバッファ層形成工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
9. 前記基板は、サファイア又はシリコンカーバイドから選ばれることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
10. 前記ウェーハの前記ＩＩＩ族窒化物半導体層は、それぞれＩＩＩ族窒化物化合物半導体を含むｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
11. 前記基板は、最大径が約１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。

Images