JP2010161198A - 半導体発光素子、半導体発光素子用ウェハ、半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子用ウェハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子の歩留まりの向上が図れる半導体発光素子、半導体発光素子用ウェハ、半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子用ウェハの製造方法を提供する。
【解決手段】クラッド層４、６及び発光層５を有し、第一主表面側に光取出し部１９を有する化合物半導体層１４と、化合物半導体層１４の第二主表面側に設けられる金属接合層１１を含む金属層と、金属接合層１１を介して接合される支持基板１０とを有する半導体発光素子用ウェハにおいて、化合物半導体層１４と支持基板１０との間に、前記金属層の一部が除去されて形成される切削用領域Ａを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属光反射面を有する半導体発光素子、半導体発光素子用ウェハ、半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子用ウェハの製造方法に関する。

従来、半導体発光素子である発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略す）は、近年、ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の高品質結晶をＭＯＶＰＥ法で成長出来る様になったことから、青色、緑色、橙色、黄色、赤色の高輝度ＬＥＤが製作出来る様になった。そして、ＬＥＤの高輝度化に伴いその用途は、自動車のブレーキランプや液晶ディスプレイのバックライト等へ広がり、その需要は年々増加している。

現在、ＭＯＶＰＥ法によって高品質の結晶が成長可能となってから、発光素子の内部効率は理論値、限界値に近づきつつある。しかし、発光素子からの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上することが重要となっている。例えば、高輝度赤色ＬＥＤはＡｌＧａＩｎＰ系の材料で形成され、導電性のＧａＡｓ基板上に格子整合する組成のＡｌＧａＩｎＰ系の材料から成るｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層とそれらに挟まれたＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰから成る発光層（活性層）を有するダブルヘテロ構造と成っている。
しかしながら、ＧａＡｓ基板のバンドギャップは発光層のバンドギャップよりも狭い為に、発光層からＧａＡｓ基板側への光の多くがＧａＡｓ基板に吸収され、光の取り出し効率が著しく低下している。これを防止するために、発光層とＧａＡｓ基板の間に、屈折率の異なる半導体層から成る多層反射膜構造を形成することによってＧａＡｓ基板での光の吸収を低減し、取り出し効率を向上させる方法がある。しかし、この方法では、多層反射膜構造への限定された入射角を持つ光しか反射できず、光の取り出し効率を十分に高めることができない。

そこで、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料から成るダブルヘテロ構造を反射率の高い金属膜を介して、ＧａＡｓ基板よりも熱伝導率の良いＳｉ支持基板に貼り付け、その後、成長用に用いたＧａＡｓ基板を除去する方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法を用いた場合には、反射膜として金属膜を用いている為、金属膜への光の入射角を選ばずに高い反射が可能となる。

特開２００５−１７５４６２号公報

ところで、貼り替えに使用されるＳｉなどの支持基板材は、実装時のＬＥＤ素子の厚みを考慮して、貼り替え工程当初から２００μｍ前後の薄い支持基板材が用いられている。しかしながら、上述した金属反射層を備えたＬＥＤウェハは、ダイシング工程時にウェハの裏面に裏面チッピングと呼ばれる基板の欠けや割れが発生し、ＬＥＤ素子の歩留まり低下を招いている。

この裏面チッピングは、ダイシング加工による切断対象であるＬＥＤウェハにはＡｕなどの柔らかい金属材料が含まれることにより、切削に用いるダイヤモンドブレードのダイ
ヤモンド砥粒が目詰まりを起こしてしまうことが大きな原因である。Ａｕなどの難削材を含む箇所は、発光層を有する化合物半導体層と支持基板とを接合している金属接合層、金属反射層、支持基板側の裏面電極である。また、裏面チッピングの他の要因として、切削対象である支持基板が２００μｍ前後と薄く、ダイヤモンドブレードの自生発刃が起きにくいことも挙げられる。

また、従来、Ａｕなどの難削材を含むＬＥＤウェハに対して、裏面チッピングが生じ難いように、まずウェハの厚さの約半分までハーフカットしてからフルカットするという、２ステップカット方式のダイシング加工も行われているが、２ステップカット方式では生産性が悪いという問題があった。
このＬＥＤウェハの裏面チッピングは、金属層・金属膜を介して基板の貼り替えを行ったＬＥＤウェハ・ＬＥＤ素子に特有の問題であり、ＬＥＤ素子作製の歩留まりや信頼性の低下などが問題となっている。

本発明は、上記課題を解決し、半導体発光素子の歩留まりの向上が図れる半導体発光素子、半導体発光素子用ウェハ、半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子用ウェハの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。

本発明の第１の態様は、クラッド層及び発光層を有し、第一主表面側に光取出し部を有する化合物半導体層と、前記化合物半導体層の第二主表面側に設けられる金属接合層を含む金属層と、前記金属接合層を介して接合される支持基板とを有する半導体発光素子において、前記半導体発光素子の側面は、前記金属層の少なくとも一部が他の層よりも凹んで形成される凹部を有する半導体発光素子である。

本発明の第２の態様は、第１の態様の半導体発光素子において、前記凹部は、前記金属接合層の外周に沿って形成されていることを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の半導体発光素子において、前記金属接合層は、前記発光層側に設けられる第一金属接合層と、前記支持基板側に設けられる第二金属接合層とを有し、前記第一金属接合層の側面に前記凹部が形成されていることを特徴とする。

本発明の第４の態様は、クラッド層及び発光層を有し、第一主表面側に光取出し部を有する化合物半導体層と、前記化合物半導体層の第二主表面側に設けられる金属接合層を含む金属層と、前記金属接合層を介して接合される支持基板とを有する半導体発光素子用ウェハにおいて、前記化合物半導体層と前記支持基板との間に、前記金属層の一部が除去されて形成される切削用領域を有する半導体発光素子用ウェハである。

本発明の第５の態様は、第４の態様の半導体発光素子ウェハにおいて、前記切削用領域は格子状に形成されていることを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第４又は第５の態様の半導体発光素子用ウェハにおいて、前記金属接合層は、前記発光層側に設けられる第一金属接合層と、前記支持基板側に設けられる第二金属接合層とを有し、前記第一金属接合層の一部が除去されて前記切削用領域が形成されていることを特徴とする。

本発明の第７の態様は、第４〜第６のいずれかの態様に記載の半導体発光素子用ウェハ
にダイシング加工を施して個々の素子に分離する半導体発光素子の製造方法において、前記ダイシング加工は前記半導体発光素子用ウェハに形成された前記切削用領域に沿って切削する半導体発光素子の製造方法である。

本発明の第８の態様は、出発基板上に、クラッド層及び発光層を有する化合物半導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層の前記出発基板側とは反対側の面に第一金属接合層を形成する工程と、支持基板上に第二金属接合層を形成する工程と、前記第一金属接合層及び／又は前記第二金属接合層の一部を除去し切削用領域を形成する工程と、前記第一金属接合層と前記第二金属接合層を重ね合わせ貼り合わせて半導体発光素子用ウェハを形成する工程と、を有する半導体発光素子用ウェハの製造方法である。

本発明によれば、半導体発光素子の歩留まりや特性の向上が図れる。

本発明の実施形態に係る半導体発光素子用ウェハの模式的な構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体発光素子の模式的な構造を示す断面図である。 本発明の実施例に係るＬＥＤ素子の製造工程を示す工程図である。 図３に続いてなされる、本発明の実施例に係るＬＥＤ素子の製造工程を示す工程図である。 本発明の実施例で作製されたＬＥＤ素子の上面図である。 本発明の他の実施例に係るＬＥＤ素子の製造工程の一部を示す工程図である。

以下に、本発明に係る半導体発光素子用ウェハ及びその製造方法、並びに半導体発光素子及びその製造方法の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態の半導体発光素子用ウェハの模式的な断面構造を示す断面図である。
本実施形態の半導体発光素子用ウェハは、発光層を含むエピタキシャル層を成長させたＧａＡｓなどの出発基板（成長用基板）から、エピタキシャル層をＳｉなどの支持基板へと張り替えを行った半導体発光素子用ウェハである。
この半導体発光素子用ウェハは、図１に示すように、クラッド層４、６に挟まれた発光層５を有し、第一主表面を光取出し面（光取出し部）１９とする化合物半導体層１４と、化合物半導体層１４の第二主表面側に設けられた金属光反射層９と、金属光反射層９の第二主表面側に設けられた金属接合層１１と、金属接合層１１によって化合物半導体層１４に結合された支持基板１０と、化合物半導体層１４の第一主表面側に設けられた第一電極１２と、支持基板１０の第二主表面側に設けられた第二電極１３とを備えている。

化合物半導体層１４は、ｎ型コンタクト層３と、ｎ型クラッド層４と、発光層（活性層）５と、ｐ型クラッド層６と、ｐ型コンタクト層７とを有する。ｎ型コンタクト層３は、その上に所定の周期で、例えば島状にパターン形成された第一電極１２をマスクとしてエッチングされており、このエッチングによって露出したｎ型クラッド層４の表面が光取出し面１９となっている。なお、化合物半導体層１４は、上記構造に限らず、上記エピタキシャル層３〜７を他のエピタキシャル層に変更したり、上記エピタキシャル層３〜７に更に他のエピタキシャル層を追加したりしても勿論よく、また、ｐ型層、ｎ型層を全て逆にしてもよい。

本実施形態では、ｐ型コンタクト層７と金属光反射層９との間に、界面電極８が設けられている。界面電極８は、例えば、ＳｉＯ_２膜などの誘電体膜１５の開口部に金属膜を真空蒸着等によって形成したものであって、第一電極１２から発光層５へと電流が広範囲に拡散して流れるようにするものである。
支持基板１０には、Ｓｉ基板またはＧｅ基板を用いるのが好ましい。

本実施形態では、金属接合層１１は、化合物半導体層１４側の第一金属接合層１１ａと、支持基板１０側の第二金属接合層１１ｂとからなる。また、金属光反射層９と第一金属接合層１１ａとの間には、金属光反射層９の合金化を防止するための合金化バリア層１６が形成され、また、支持基板１０と第二金属接合層１１ｂとの間には、支持基板１０のＳｉ等の拡散を防止するための拡散防止バリア層１８が設けられている。
本実施形態では、金属光反射層９と、第一金属接合層１１ａと、合金化バリア層１６と、第二金属接合層１１ｂと、拡散防止バリア層１８とによって、発光層５からの光の反射および支持基板１０との接合（貼り合わせ）を行うための金属層が構成されている。この金属層の一部に後述する切削用領域Ａが形成される。

第一金属接合層１１ａ及び第二金属接合層１１ｂの材料には、接合性などの観点から、金または金を主成分として含む合金を用いるのが好ましい。第一金属接合層１１ａと第二金属接合層１１ｂとは重ね合わせられ、熱圧着などにより、第一金属接合層１１ａと第二金属接合層１１ｂとが一体的に接合される。

上記図１に示す半導体発光素子用ウェハに対して、切断位置・切断線Ｃで切断するダイシング加工などの素子化プロセスを施すことにより、図２に示す半導体発光素子が得られる。
半導体発光素子用ウェハの金属接合層１１には、ダイシング加工により切削される切削領域、即ちウェハの切断位置・切断線Ｃとなるダイシングストリー卜に沿った領域・部分に、第一金属接合層１１ａが形成されていない切削用領域（非形成領域）Ａが形成されている。
ここで、ダイシング加工により切削される切削領域とは、ダイシングの際の切りしろを指し、ダイシング用のブレードの厚さに加え、切削時のブレードのぶれ、ウェハの機械的な損傷等を考慮した切削のための領域である。切削用領域Ａは、この切削領域を包含する範囲に形成するのが好ましい。

なお、図１のように、切削用領域Ａを第一金属接合層１１ａに形成するのでなく、第二金属接合層１１ｂに形成しても、或いは第一金属接合層１１ａと第二金属接合層１１ｂの両方に切削用領域Ａを形成してもよい。即ち、切削領域に相当する金属接合層１１（第一金属接合層１１ａ及び第二金属接合層１１ｂ）の層厚方向の少なくとも一部において、金属接合層１１が形成されていない領域である切削用領域Ａを有する。
或いは、切削領域に相当する金属接合層１１（第一金属接合層１１ａ及び第二金属接合層１１ｂ）の層厚方向に垂直な幅方向（面方向）の少なくとも一部において、金属接合層１１が形成されていない領域である切削用領域Ａを有していてもよい。
また、切削用領域Ａを、金属接合層１１だけではなく、金属光反射層９など、金属接合層１１以外の金属層にも形成するようにしてもよい。

このように、金属接合層１１に切削用領域Ａが形成されているので、ダイシング加工による切削領域にある金属接合層１１の金属切削量、特に、難切削材料のＡｕ量を無くすこと、若しくはほぼ半減させることができるため、ダイヤモンドブレード等によって切削する際の切削力を高く維持することが可能となり、ダイシング工程における裏面チッピングの発生を著しく低減することができる。
裏面チッピングの発生を低減できるため、半導体発光素子の歩留まりの向上が図れる。また、切削力を高く維持できるので、ダイシング加工を１ステップフルカット方式で行うことが可能となり、従来の２ステップカット方式に比べて、約２倍のスループットの向上を実現でき、半導体発光素子の生産性を高めることができる。

金属接合層１１等の金属層に形成される切削用領域Ａの面方向の幅を、ダイシング加工による切削領域の幅よりも広くすると、図２の半導体発光素子のように、金属層の側面には、金属層の少なくとも一部が他の層よりも凹んで形成される凹部Ｂを有することになる。
半導体発光素子の側面に形成される凹部Ｂは、半導体発光素子のモジュール工程において位置決めに用いることができる。また発光波長によっては、Ａｕ等から形成される金属光反射層（又は金属接合層）に光が入射した際、数％の光が反射されずに吸収されることがある。従って、金属光反射層の外周部を凹部とし、金属層を空気層に置き換えた構成とすれば、外周部では金属光反射層による光の吸収を防ぐことができる。

金属接合層１１に切削用領域Ａを作製する方法としては、第一金属接合層１１ａと第二金属接合層１１ｂとを重ね合わせて一体的に接合する前に、予め第一金属接合層１１ａおよび第二金属接合層１１ｂのうち、少なくともどちらか一方に、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって部分的にエッチング処理し、切削用領域Ａを形成する方法を採ることが出来る。
或いは、エッチング法を用いずに、第一金属接合層１１ａおよび第二金属接合層１１ｂのうち、少なくともどちらか一方に、フォトリソグラフィによってレジストのパターニングをおこない、真空蒸着によって全面に金属層を形成した後、リフトオフ法によって金属接合層１１ａ、１１ｂを部分的に除去して、切削用領域Ａを形成する方法を採ることが出来る。なお、切削用領域Ａを第一金属接合層１１ａ及び金属光反射層９に形成する場合には、このリフトオフ法を用いるのが好ましい。

第二金属接合層１１ｂに切削用領域Ａを形成した場合、または第一金属接合層１１ａおよび第二金属接合層１１ｂの両方に切削用領域Ａを形成した場合には、金属接合層１１ａ、１１ｂを貼合せる際には、支持基板１０側の第二金属接合層１１ｂに形成した切削用領域Ａによる格子状パターンの各格子の中心が、化合物半導体層１４側の各発光素子領域の略中央に一致するようにアライメントをおこなう必要がある。
従って、化合物半導体層１４側の第一金属接合層１１ａに切削用領域Ａを形成し、支持基板１０側の第二金属接合層１１ｂには切削用領域Ａを形成せずに、これらを貼合せるのが、貼合せ工程時におけるアライメントの精度が特に厳しく要求されないので、製造上、好ましい。

ダイシングによって素子化切断する切断幅を、例えば２０μｍとすると、少なくとも金属接合層１１の一部に切削用領域Ａを形成するために、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって、或いはフォトリソグラフィのリフトオフ法によって除去する幅を、例えば２５μｍ〜３０μｍ程度とする。すなわち、ウェットエッチング等によって除去する幅は、ダイシングでの素子化切断幅よりも５μｍ〜１０μｍ程度広いことが好ましい。
この理由は、ダイシングの素子化切断における切削加工位置の精度や切断幅の公差などを考慮しても、ダイシングでの素子化切断幅よりもウェットエッチング等によって除去する幅を５μｍ〜１０μｍ程度広くすれば、確実にＡｕ等の金属層が形成されていない領域を切断できるからである。ウェットエッチング等によって除去する幅を上記範囲よりも狭くすると、Ａｕ等の金属層をダイシング時に巻き込む可能性があり、裏面チッピングの原因となる。一方、ウェットエッチング等によって除去する幅を上記範囲よりも更に広くすると、ウェハ１枚から取得できる発光素子の取得数が減少してしまう。

次に、本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
図３、図４に本発明の実施例１に係る基板貼り替え型赤色ＬＥＤの製造方法の工程図を示す。

図３（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いて、化合物半導体層１４として、Ｓｅドープのｎ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐエッチングストップ層（厚さ２００ｎｍ）２、Ｓｅドープのｎ型ＧａＡｓコンタクト層（厚さ１００ｎｍ）３、Ｓｅドープのｎ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉ
ｎ_０.５Ｐクラッド層（厚さ１０００ｎｍ）４、アンドープ（Ａｌ_０.１Ｇａ_０.９）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ活性層（厚さ５００ｎｍ）５、Ｍｇドープのｐ型（Ａl_０.７Ｇａ_０.３）_０.
５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層（厚さ５００ｎｍ）６、Ｍｇドープのｐ型ＧａＰコンタクト層
（厚さ５００ｎｍ）７を順次積層成長させた。こうしてｎ型ＧａＡｓ基板１上に化合物半導体層１４を成長させたＬＥＤ用エピタキシャルウェハを作製した。

次に、図３（ｂ）に示すように、このＬＥＤ用エピタキシャルウェハをＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、ｐ型ＧａＰコンタクト層７の表面にプラズマＣＶＤ装置で誘電体膜としてＳｉＯ_２膜１５をおよそ１１０ｎｍ成膜した。
更に図３（ｃ）に示すように、レジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィ装置、技術を使用すると共に、純水で希釈したフッ酸エッチング液を用いてＳｉＯ_２膜１５に開口部を形成し、その開口部には真空蒸着法によって界面電極８を形成した。界面電極８の材料には、ＡｕＺｎ合金（金・亜鉛合金、Ａｕ：９５ｗｔ％／Ｚｎ：５ｗｔ％）を用いており、膜厚はおよそ１１０ｎｍである。
また、作製されるＬＥＤ素子の上面図である図５に示すように、界面電極８は、後に形成される表面電極１２直下以外の領域に配置される様に適宜設計されている。配置法則は次の通りである。
界面電極８は独立した複数の部分に分かれているのではなく、単一の形状をしている。この実施例１では、界面電極８は、図５に示すように形状をしている。即ち、表面電極１２は、素子中央部に位置する円形部１２ａと、この円形部１２ａから四方に放射状に伸び且つ一部が枝分かれした細線部１２ｂとを有する。界面電極８は、表面電極１２を取り囲むように、細線部１２ｂに沿って且つ素子上方から見たときに細線部１２ｂの側方に位置するように櫛型状に配置されている。櫛型状の界面電極８と表面電極１２の細線部１２ｂとの距離は概ね一定の距離間隔に保たれて配置されている。実施例１では、界面電極８の線幅は５μｍに設定した。

次に、図３（ｄ）に示すように、上記界面電極付きエピタキシャルウェハ上に、真空蒸着法にて金属光反射層９としてＡｌ（アルミニウム）を４００ｎｍ形成した。また更にその上に合金化バリア層１６としてＰｔ（白金）を５０ｎｍ、第一金属接合層１１ａとしてＡｕ（金）を５００ｎｍを順次形成した。

第一金属接合層１１ａの蒸着形成後、フォトリソグラフィによって第一金属接合層１１ａ上に２８０μｍ角サイズのレジストマスクが３２０μｍ周期で縦横に規則配列したパターニングをおこなった。その後、Ａｕエッチング液、例えば関東化学株式会社製のＡＵＲＵＭシリーズのＡｕエッチング液を用いて、第一金属接合層１１ａであるＡｕ層の選択的エッチングをおこなった。エッチング後にはレジスト膜を除去するためにアッシング装置にて酸素プラズマによるレジストの灰化処理をおこない、図３（ｅ）に示すような第一金属接合層１１ａがパターニングされたウェハを作製した。尚この時、パターニングされた第一金属接合層１１ａの２８０μｍ角の中心位置は、前述した界面電極８の各パターンの中心位置とほぼ一致するようにパターニングされている。Ａは第一金属接合層１１ａが形
成されていない切削用領域、Ｃは、後のダイシング加工によって切断される切断位置・切断線である。

一方、図３（ｆ）に示すように、支持基板として用意した導電性ｐ型Ｓｉ基板１０の表面に、Ｔｉ（チタン）、Ａｕ（金）を、それぞれ５０ｎｍ、５００ｎｍの膜厚で順次形成した。Ｔｉ層がＳｉとのオーミックコンタクトを兼ねる拡散防止バリア層１８、Ａｕ層が第二金属接合層１１ｂとなる。
この時のＳｉ基板１０の面方位に関しては特に限定はない。Ｓｉ基板１０の面方位が作製されるＬＥＤ素子の特性を左右するものではない。しかし、Ｓｉ基板１０に対する電極の良好なオーミック性を得るために、抵抗率は０.０１Ω・ｃｍ以下のものを使用するの
が好ましい。ここでは、Ｓｉ基板１０には、抵抗率０.００５Ω・ｃｍのものを用いた。

次に、図４（ｇ）に示すように、上記の様にして作製したエピタキシャルウェハの第一金属接合層１１ａとＳｉ基板１０表面の第二金属接合層１１ｂとを重ね合わせ、熱圧着法により接合して貼り合わせた。貼合せは、圧力０.０１Ｔｏｒｒ（約１.３３Ｐａ）雰囲気で、ウェハに圧力を１５Ｋｇｆ／ｃｍ^２を負荷した状態で温度３５０℃に加熱し、その状態で３０分間加熱保持することによって貼合せウェハを得た。

次に、図４（ｈ）に示すように、Ｓｉ基板１０に貼合せたエピタキシャルウェハの出発基板材であるＧａＡｓ基板１をアンモニア水と過酸化水素水との混合エッチャントを用いてウェットエッチングにより除去し、ｎ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐエッチングストップ層２を露出させた。次いで、当該エッチングストップ層２を塩酸を用いてウェットエッチングにて除去し、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３を露出させた。

次に、図４（ｉ）に示すように、露出したＧａＡｓコンタクト層３表面にレジスト塗布装置やマスクアライナー、現像装置などを用い前述した形状の表面電極１２のパターニングをおこない、更に真空蒸着装置で電極構造を蒸着することで、表面電極１２を形成した。表面電極１２は、ＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム合金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）を、それぞれ５０ｎｍ、１０ｎｍ、３００ｎｍの膜厚で順次形成した。
次いで、表面電極１２を形成した後、硫酸と過酸化水素水と水との混合エッチャントを用い、表面電極１２をマスク材として、表面電極１２直下以外のＧａＡｓコンタクト層３をウェットエッチングにて除去し、この選択性エッチングによってｎ型（Ａｌ_０.７Ｇａ
_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４を露出させた。このエッチングによって露出した
ｎ型クラッド層４の表面が光取出し面１９となる。
更に、Ｓｉ基板１０の第二主表面の全面に裏面電極１３を同じく真空蒸着法によって形成した。当該裏面電極１３は、Ｔｉ（チタン）、Ａｕ（金）を、それぞれ４００ｎｍ、３００ｎｍの膜厚で順次形成し、その後、電極の合金化処理であるアロイ工程を、上下独立ヒータを備えたアロイ装置でおこなった。
アロイ条件は、窒素ガス雰囲気中にて４００℃まで加熱し、その状態で５分間熱処理する事とした。ウェハはグラファイト製のトレー上に載せ、ウェハを載せたトレーを下部ヒータの組み込まれた下部プレート上に設置して、アロイ処理を行った。

更にその後、図４（ｊ）に示すように、再度、フォトリソグラフィ技術と真空蒸着技術を用いて、表面電極１２上の略中央の円形部１２ａに重なるように、ボンディングパッド電極１７を形成した。
ボンディングパッド電極１７の形状は直径１００μｍの円形状であり、先の工程で形成した表面電極１２の中央部に位置する円形部１２ａと合致する。当該ボンディングパッド電極１７の構造は、表面電極１２側からＴｉ（チタン）、Ａｕ（金）となっており、それぞれの膜厚は３０ｎｍ、１０００ｎｍとした。尚、このボンディングパッド電極１７を形成した後は、アロイ処理を行わず、ＬＥＤ素子が出来上がるまでノンアロイ状態となって
いることが、ワイヤボンディング工程をおこなう上で肝要である。

上記の様にして形成された貼り替え型のＬＥＤ用ウェハに対して、表面電極１２上の円形のボンディングパッド電極１７がＬＥＤ素子の略中央に配置される様に、ダイシング装置を用いてダイシングストリートに沿った切断位置Ｃで切断して素子化を行った。

ダイシング工程は、１ステップカット方式を採用した。難切削材を多く含有するウェハをダイシングする場合、一般的にステップカット方式という複数回に分けてダイシングする方法が採られることがあるが、本実施例では、１ステップのフルカットを採用した。
ダイサーには、株式会社ディスコ製のＤＡＤ３４０という１軸式セミオートマチックダイシングソーを使用した。このダイシングソーに、同じく株式会社ディスコ製のダイヤモンドブレードＺＨ０５−ＳＤ３０００−Ｎ１−１１０−ＡＡを装着して使用した。この時のダイヤモンドブレードは、砥粒径が番手＃３０００、ダイヤモンド砥粒の集中度が１１０、刃先出し量が０.４５０ｍｍ、刃厚が１９μｍのものである。
切削条件は、スピンドル回転数３５０００ｒｐｍ、送り速度５ｍｍ／ｓｅｃ、切削深さ２３０μｍでおこなった。ＬＥＤウェハの厚さは、およそ２１０μｍ程度なので、ウェハを完全にフルカットし、ウェハに貼り付けたダイシングシートヘの切り込みが２０μｍ程度の深さにまで達するように切削した。
この時作製したＬＥＤ素子のチップピッチは設計上３２０μｍであり、ダイシング後の個別のＬＥＤチップのサイズは、およそ３００μｍ角のサイズとなった。ちなみに、切断位置Ｃの金属接合層１１は、化合物半導体層１４側の第一金属接合層１１ａであらかじめ除去されているので、切削用領域Ａ以外の部分に比べてＡｕ層の厚さが半分となっている。
出来上がった本実施例１のＬＥＤ素子の断面図を図４（ｋ）に示す。また、ＬＥＤ素子の光取り出し面側、つまり上面側から見たＬＥＤ素子の外観図を図５に示す。
図４（ｋ）に示すように、第一金属接合層１１ａに切削用領域Ａを形成したので、第一金属接合層１１ａの側面（外周面）は、金属光反射層９や第二金属接合層１１ｂなどの、他の層よりも凹んだ凹部Ｂを有する。
上記のＬＥＤのダイシング工程を終え、チップの転写工程、シートの拡張工程を経たチップの裏面チッピングの様子を確認した所、ウェハ面内における裏面チッピングの発生頻度は１０％程度に留まっており、そのどれもがチッピング幅２５μｍ以内の小さいチッピング量であった。つまり、本実施例１によって作製したＬＥＤ用ウェハ構造によって、１回のダイシングプロセスであっても裏面チッピングの発生が極めて少ないＬＥＤ素子を作製できた。

（実施例２）
実施例２では、切削用領域Ａを第一金属接合層１１ａだけでなく、Ａｌの金属光反射層９及びＰｔの合金化バリア層１６にも、同一位置に切削用領域Ａを形成した点が、実施例１と異なる。その他は実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
即ち、実施例２では、図３（ｃ）に示す実施例１の界面電極８を形成するまでの工程を行った後、その上にフォトリソグラフィによってリフトオフ用のネガレジストマスクを形成した。次いで、真空蒸着法にて金属光反射層９のＡｌ、合金化バリア層１６のＰｔ、第一金属接合層１１ａのＡｕを順次形成した。その後、ウェハをアセトン中に浸し、レジストを溶解して、図６（ｅ）に示すように、金属反射層９、合金化バリア層１６及び第一金属接合層１１ａに対し、リフトオフ法による切削用領域Ａの形成をおこなった。これによって、切削用領域Ａの格子状パターンのサイズ２８０μｍ角、これが縦横に３２０μｍ周期で規則配列するパターニングとなった。その後の貼合せ工程などは上記実施例１と同様である。得られた本実施例２のＬＥＤ素子の断面図を図６（ｋ）に示す。
図６（ｋ）に示すように、金属反射層９、合金化バリア層１６及び第一金属接合層１１ａに切削用領域Ａを形成したので、これら金属層９、１６、１１ａの側面（外周面）は、
第二金属接合層１１ｂなどの、他の層よりも凹んだ凹部Ｂを有している。
以上の様にして作製したＬＥＤ素子を上記実施例１と同様に裏面チッピングの評価をおこなった所、ウェハ面内における裏面チッピングの発生頻度は３％程度に留まっており、そのどれもがチッピング幅１５μｍ以内の極めて小さいチッピング量であった。
このように本実施例２では、実施例１と異なり、難削材である第一金属接合層１１ａのＡｕ層だけでなく、合金化バリア層１６のＰｔ層、金属反射層９のＡｌ層までもがダイシングの切断位置Ｃにおいて形成されていない構造となっているので、１ステップのみのフルカットダイシングであっても良好な裏面チッピング状態とすることが出来た。

（実施例３）
実施例１では支持基板としてＳｉ基板を用いたが、この実施例３では支持基板としてＧｅ基板を用いた。その他の点は実施例１と同一工程でＬＥＤ素子を作製し、裏面チッピングの評価を行った。その結果、実施例１と同様の結果を得ることが出来、支持基板がＧｅ基板であっても良好な効果が得られることが確認された。

（実施例４）
実施例２では支持基板としてＳｉ基板を用いたが、この実施例４では支持基板としてＧｅ基板を用いた。その他の点は実施例２と同一工程でＬＥＤ素子を作製し、裏面チッピングの評価を行った。その結果、実施例１と同様の結果を得ることが出来、支持基板がＧｅ基板であっても良好な効果が得られることが確認された。

（比較例１）
比較例１は、従来方法でＬＥＤ素子を作製した例である。実施例１と異なる点は、化合物半導体層１４側に形成した第一金属接合層１１ａに切削用領域Ａを形成していない点である。もちろん、Ｓｉ基板１０側の第二金属接合層１１ｂにも切削用領域Ａを形成していない。つまり、ＬＥＤウェハはダイシング切断位置も含めて金属接合層のほぼ全面で接合しており、素子化における切断位置の深さ方向における金属接合層部のＡｕの量は１μｍである。
この比較例１のＬＥＤ用ウェハを、実施例１と同様に素子化工程を経て裏面チッピングの検査をした結果、ウェハ面内における裏面チッピングの発生頻度はおよそ８０％程度もあり、尚且つチッピング幅は最大で６０μｍ、小さくとも２５μｍ程度と比較的大きいものであった。
このように裏面チッピングの発生頻度が高く、尚且つその裏面チッピングの幅が大きい場合、ＬＥＤ素子として充分な仕様を満足しない。したがって、切削用領域Ａを形成しない従来構造で作製した場合には、ＬＥＤ素子の歩留まりを低下させるという問題がある。

（比較例２）
比較例２は、比較例１のダイシング加工条件を変えてＬＥＤ素子を作製した例である。すなわち、比較例２のダイシング工程では、２ステップカット方式を採用した。比較例２では、２台のダイシング装置（ダイサー）を使用した。
１つ目のダイサーには、株式会社ディスコ製のＤＡＤ５２２という１軸式セミオートマチックダイシングソーを使用した。このダイシングソーに、同じく株式会社ディスコ製のダイヤモンドブレードＺＨ０５−ＳＤ３０００−Ｎ１−１１０−ＢＣを装着して使用した。この時のダイヤモンドブレードは、砥粒径が番手＃３０００、ダイヤモンド砥粒の集中度が１１０、刃先出し量がおよそ０.５７０ｍｍ、刃厚が２９μｍのものである。切削条
件は、スピンドル回転数３５０００ｒｐｍ、送り速度５ｍｍ／ｓｅｃ、切削深さ１００μｍでおこなった。ＬＥＤウェハの厚さはおよそ２１０μｍ程度なので、およそウェハの半分の深さまでハーフカットした。
１段目のハーフカットを終えた後、ワークを１つ目のダイサーから取外し、次いで２つ目のダイサーにセットした。
２つ目のダイサーにも、同じく株式会社ディスコ製のＤＡＤ５２２という１軸式セミオートマチックダイシングソーを使用した。取付けたダイヤモンドブレードは株式会社ディスコ製のＺＨ０５−ＳＤ３０００−Ｎ１−１１０−ＡＡであり、これを装着して使用した。この時のダイヤモンドブレードは、砥粒径が番手＃３０００、ダイヤモンド砥粒の集中度が１１０、刃先出し量がおよそ０.４４０ｍｍ、刃厚が１８μｍのものである。切削条
件は、スピンドル回転数３００００ｒｐｍ、送り速度５ｍｍ／ｓｅｃ、切削深さ２３０μｍでおこなった。ＬＥＤウェハの厚さはおよそ２１０μｍ程度なので、ウェハを完全にフルカットし、ダイシングシートヘの切り込みが２０μｍ程度の深さまで達するように切削した。
切削された比較例２のＬＥＤ用ウェハを、実施例１と同様に裏面チッピングの検査をおこなった結果、ウェハ面内における裏面チッピングの発生頻度はおよそ１５％程度であり、チッピングの幅も最大でおよそ３０μｍであった。この結果は実施例１よりもやや悪い。
実施例１より結果が悪かった理由は、実施例１が切削領域に金属接合層が無く、尚且つ１度のダイシング加工中において、加工性の良いＳｉ基板を２００μｍ全て切削しながら進行するのに対し、比較例２では、２段目のフルカット加工時には加工性の良いＳｉ基板が厚さが１００μｍしか残っておらず、ブレードの自生発刃を促すことが出来ないことに依存している。
また、比較例２では、ダイシング工程に要する時間が実施例１と比較して２倍程度長くかかり、また、取り付けてあるブレードが異なるダイサーが２台必要となってしまうというデメリットがある。

上記実施例においては、化合物半導体層１４の側に形成する金属膜群を、Ａｌの金属光反射層９、Ｐｔの合金化バリア層１６、Ａｕの第一金属接合層１１ａという構成であったが、これが別の難削金属材料であったり、あるいは例えば合金化バリア層１６が省かれる構造であったりしてもよい。本発明の意図する所は金属難削材が多く含まれているウェハ・基板に対し、意図的に切削位置における金属層を形成しない、若しくは意図的に除去をするといった施策によって切削部における金属難削材の量を減らす、若しくは無くす構造とすることにあり、本発明に示した構造を採れば同様の効果が得られる。

また、上記実施例においては、発光波長６３０ｎｍの赤色ＬＥＤ素子を作製した例を示したが、その他の波長帯域の発光素子であっても同様に適用することができる。また、表面電極１２の形状は、上記実施例の形状に限らず、他の形状、例えば四角、菱形、多角形等などの形状を有した表面電極であったり、また、界面電極８の形状、配置も上記実施例に限定されない。

また、上記実施例においては、特定のダイシング装置、ダイシングブレードを用いた例が記載してあるが、これと異なる装置、ブレードを用いた場合においても、同様の効果が得られる。

１ ｎ型ＧａＡｓ基板（出発基板、成長用基板）
２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層
３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層（ｎ型コンタクト層）
４ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（ｎ型クラッド層）
５ ＡｌＧａＩｎＰ活性層（活性層）
６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）
７ ｐ型ＧａＰコンタクト層（ｐ型コンタクト層）
８ 界面電極
９ 金属光反射層
１０ Ｓｉ基板（支持基板）
１１ 金属接合層
１１ａ 第一金属接合層
１１ｂ 第二金属接合層
１２ 表面電極（第一電極）
１３ 裏面電極（第二電極）
１４ 化合物半導体層
１５ ＳｉＯ_２膜（誘電体膜）
１６ 合金化バリア層
１７ ボンディングパッド電極
１８ 拡散防止バリア層
１９ 光取出し面
Ａ 切削用領域
Ｂ 凹部
Ｃ 切断位置

Claims (8)

1. クラッド層及び発光層を有し、第一主表面側に光取出し部を有する化合物半導体層と、前記化合物半導体層の第二主表面側に設けられる金属接合層を含む金属層と、前記金属接合層を介して接合される支持基板とを有する半導体発光素子において、
   前記半導体発光素子の側面は、前記金属層の少なくとも一部が他の層よりも凹んで形成される凹部を有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 請求項１に記載の半導体発光素子において、前記凹部は、前記金属接合層の外周に沿って形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
3. 請求項１〜２に記載の半導体発光素子において、前記金属接合層は、前記発光層側に設けられる第一金属接合層と、前記支持基板側に設けられる第二金属接合層とを有し、前記第一金属接合層の側面に前記凹部が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
4. クラッド層及び発光層を有し、第一主表面側に光取出し部を有する化合物半導体層と、前記化合物半導体層の第二主表面側に設けられる金属接合層を含む金属層と、前記金属接合層を介して接合される支持基板とを有する半導体発光素子用ウェハにおいて、
   前記化合物半導体層と前記支持基板との間に、前記金属層の一部が除去されて形成される切削用領域を有することを特徴とする半導体発光素子用ウェハ。
5. 請求項４に記載の半導体発光素子用ウェハにおいて、前記切削用領域は格子状に形成されていることを特徴とする半導体発光素子用ウェハ。
6. 請求項４〜５に記載の半導体発光素子用ウェハにおいて、前記金属接合層は、前記発光層側に設けられる第一金属接合層と、前記支持基板側に設けられる第二金属接合層とを有し、前記第一金属接合層の一部が除去されて前記切削用領域が形成されていることを特徴とする半導体発光素子用ウェハ。
7. 請求項４〜６のいずれかに記載の半導体発光素子用ウェハにダイシング加工を施して個々の素子に分離する半導体発光素子の製造方法において、前記ダイシング加工は前記半導体発光素子用ウェハに形成された前記切削用領域に沿って切削することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
8. 出発基板上に、クラッド層及び発光層を有する化合物半導体層を成長させる工程と、
   前記化合物半導体層の前記出発基板側とは反対側の面に第一金属接合層を形成する工程と、
   支持基板上に第二金属接合層を形成する工程と、
   前記第一金属接合層及び／又は前記第二金属接合層の一部を除去し切削用領域を形成する工程と、
   前記第一金属接合層と前記第二金属接合層を重ね合わせ貼り合わせて半導体発光素子用ウェハを形成する工程と、
   を有する半導体発光素子用ウェハの製造方法。

Images