JP2011238787A

JP2011238787A - 発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2011238787A
Application number: JP2010109248A
Authority: JP
Inventors: Takashi Norimoto; 隆司則本
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】電極形成工程やハンドリング時に破損のリスクを低減した発光素子の製造方法を提供することである。
【解決手段】発光素子の製造方法であって、結晶成長用基板の上に格子状に形成された分割予定ラインと該分割予定ラインで区画された各領域に形成された発光層を含む結晶層を形成するステップと、円形凹部と該円形凹部を囲繞する環状凸部とを備えた支持基板を準備する支持基板準備ステップと、該支持基板の該円形凹部内に、該結晶層が形成された該結晶成長用基板の該結晶層側を対面させて接合するステップと、該結晶成長用基板が接合された該支持基板から該結晶成長用基板を剥離して、該支持基板の該円形凹部内に該結晶層が配設された形態とするステップと、該支持基板を該分割予定ラインに沿って分割するステップと、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、発光素子の製造方法に関する。

ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）、ＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）等の発光素子は、結晶成長用基板上にエピタキシャル層（結晶層）を成長させ、更に格子状に形成された分割予定ラインで区画された各領域に形成される。その後、例えば結晶成長用基板を分割予定ラインに沿って分割して個片化することで、個々の発光素子が製造されている。

緑や青色の光を出射する発光層がＩｎＧａＮ系のチップでは、サファイアが結晶成長用基板に一般的に用いられ、このサファイア基板上に順次ｎ型ＧａＮ半導体層、ＩｎＧａＮ発光層、ｐ型ＧａＮ半導体層をエピタキシャル成長させる。そして、ｎ型ＧａＮ半導体層とｐ型ＧａＮ半導体層のそれぞれに外部取り出し用電極が形成されて発光素子が形成される。

ところが、サファイア基板は絶縁性であるために、ｎ電極とｐ電極はエピタキシャル成長面側に形成する必要がある。ｐ電極はｐ型ＧａＮ半導体層上に容易に形成可能であるが、ｎ型ＧａＮ半導体層はｐ型ＧａＮ半導体層とＩｎＧａＮ発光層により覆われているため、これらの層をエッチングにより除去してｎ電極をｎ型ＧａＮ半導体層上に形成するのが一般的である。

しかしこの電極配置では、電極から注入した電流を素子の横方向に流す必要があり、素子抵抗が大きくなる上、ｐ電極とｎ電極間の最短経路は素子表面となり、リーク電流が多く生じると共に有効発光面積が狭くなってしまうという問題が生じる。更に、サファイアは硬質材料であるため、各素子（チップ）への個片化の際には分割性が非常に悪いという問題がある。

これらの問題を解決すべく、例えば特開２００４−２６６２４０号公報に開示されるような、発光素子の表裏両面側にそれぞれ外部取り出し用電極を設けた所謂「縦型」発光素子が提案されている。

これらの縦型発光素子の製造プロセスでは、結晶成長用基板上にエピタキシャル層を積層した後、エピタキシャル層側に支持基板を貼り付け、結晶成長用基板を剥離して発光素子の表裏面側に電極を形成する。

結晶成長用基板の剥離には、結晶成長用基板に対して透過性を有するレーザを用いたレーザリフト法が利用される（例えば、特開２００７−１４９９８８号公報参照）。或いは、化学的エッチングを用いたケミカルリフト法も利用されている。

一方、近年の電子機器の小型化、薄型化の要望から、発光素子も小型化、薄型化が要求されている。発光素子の薄型化を達成するために、これらの縦型発光素子を製造するにあたって、支持基板を薄化する要望がある。

特開２００４−２６６２４０号公報特開２００７−１４９９８８号公報

ところが、従来の縦型発光素子の製造方法では、支持基板の外周側にはエピタキシャル層が存在せずに段差が生じていたり、支持基板とエピタキシャル層の接合が不十分であることがある。

従って、エピタキシャル層を支持基板に接合した後に支持基板を薄化しようとすると、研削装置や研磨装置による支持基板の薄化時に段差や接合不良部を起点にエピタキシャル層ごと支持基板が割れてしまうことがある。一方、予め薄化した支持基板をエピタキシャル層に接合するのでは、支持基板が薄いために電極形成工程やハンドリング時に破損してしまう恐れがある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極形成工程やハンドリング時に破損のリスクを低減した発光素子の製造方法を提供することである。

本発明によると、発光素子の製造方法であって、結晶成長用基板の上に格子状に形成された分割予定ラインと該分割予定ラインで区画された各領域に形成された発光層を含む結晶層を形成するステップと、円形凹部と該円形凹部を囲繞する環状凸部とを備えた支持基板を準備する支持基板準備ステップと、該支持基板の該円形凹部内に、該結晶層が形成された該結晶成長用基板の該結晶層側を対面させて接合するステップと、該結晶成長用基板が接合された該支持基板から該結晶成長用基板を剥離して、該支持基板の該円形凹部内に該結晶層が配設された形態とするステップと、該支持基板を該分割予定ラインに沿って分割するステップと、を具備したことを特徴とする発光素子の製造方法が提供される。

好ましくは、発光素子の製造方法は、前記支持基板を前記分割予定ラインに沿って分割するステップを実施する前に、前記結晶層が配設された該支持基板の該分割予定ラインで区画された各領域にｎ電極とｐ電極を形成するステップを更に具備している。

本発明の発光素子の製造方法によると、支持基板として中央に形成された円形凹部と該円形凹部を囲繞する環状凸部とを備えた支持基板を利用し、支持基板の円形凹部内に結晶層が接合される。従って、結晶層が接合される支持基板を薄く出来る一方で環状凸部によって剛性を保つことができるため、電極形成工程やハンドリング時の破損が低減される。

研削装置の斜視図である。研削ホイールによって実施される円形凹部研削方法を示す斜視図である。円形凹部研削方法の説明図である。円形凹部及び環状凸部を有する支持基板の斜視図である。発光素子ウエーハの斜視図である。発光素子ウエーハの縦断面図である。エピタキシャル層を対面させて支持基板に接合する様子を示す斜視図である。図８（Ａ）はエピタキシャル層を体面させて支持基板に接合した状態の一部断面側面図、図８（Ｂ）はサファイア基板を剥離した後の一部断面側面図である。図９（Ａ）は電極が形成された状態の一部断面側面図、図９（Ｂ）は電極が形成された状態の一部拡大断面図、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）の平面図である。図１０（Ａ）はエピタキシャル層を有する支持基板の分割工程を説明する一部断面側面図、図１０（Ｂ）は分割後の発光素子を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の発光素子の製造方法を説明する前に、本発明の製造方法に使用する支持基板の製造方法について図１乃至図４を参照して説明する。

図１は支持基板を製造するのに適した研削装置２の概略構成図を示している。４は研削装置２のベースであり、ベース４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向にのびる一対のガイドレール８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研削ユニット（研削手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２を保持する支持部１４を有しており、支持部１４が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動される移動基台１６に取り付けられている。

研削ユニット１０は、ハウジング１２中に回転可能に収容されたスピンドル１８と、スピンドル１８の先端に固定されたマウンタ２０と、マウンタ２０にねじ締結され環状に配設された複数の研削砥石を有する研削ホイール２２と、スピンドル１８を回転駆動するサーボモータ２６を含んでいる。

研削装置２は、研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ２８とパルスモータ３０とから構成される研削ユニット移動機構３２を備えている。パルスモータ３０を駆動すると、ボールねじ２８が回転し、移動基台１６が上下方向に移動される。

ベース４の上面には凹部４ａが形成されており、この凹部４ａにチャックテーブル機構３４が配設されている。チャックテーブル機構３４はチャックテーブル３６を有し、図示しない移動機構により図１に示されたウエーハ着脱位置Ａと、研削ユニット１０に対向する研削位置Ｂとの間でＹ軸方向に移動される。３８，４０は蛇腹である。ベース４の前方側には、研削装置２のオペレータが研削条件等を入力する操作パネル４２が配設されている。

以上のように構成された研削装置２により、ウエーハの中央部に円形凹部を形成し、外周部に円形凹部を囲繞する環状凸部を残存させる本発明の研削方法に使用する支持基板の加工方法について以下に説明する。

支持基板の材料としては、例えばシリコンインゴットから切り出されたシリコンウエーハ１１を使用する。シリコンインゴットから切り出されたウエーハ１１は、例えば７００μｍの厚さを有している。

図１示すウエーハ着脱位置Ａに位置付けられたチャックテーブル３６上に、シリコンウエーハ１１を載置してチャックテーブル３６でウエーハ１１を吸引保持する。次いで、チャックテーブル３６をＹ軸方向に移動して研削位置Ｂに位置づける。

そして、図２及び図３に示すように、チャックテーブル３６を矢印３７で示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削砥石５２を有する研削ホイール２２を矢印５３で示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ユニット移動機構３２を駆動して研削砥石５２をウエーハ１１の表面１１ａに接触させる。そして、研削ホイール２２を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。

ここで、チャックテーブル３６に保持されたウエーハ１１と研削ホイール２２を構成する研削砥石５２の関係について図３を参照して説明する。チャックテーブル３６の回転中心Ｐ１と研削砥石５２の回転中心Ｐ２は偏心しており、研削砥石５２の外径はウエーハ１１に円形凹部を形成する領域と環状凸部を残存させる領域との境界線５９の直径より小さく、境界線５９の半径より大きい寸法に設定され、環状に配置された研削砥石５２がチャックテーブル３６の回転中心Ｐ１を通過するように設定される。

研削の結果、ウエーハ１１の表面１１ａには、図４に示すように、中央部が研削除去されて所定厚さ（例えば５０μｍ）の円形凹部５６が形成されるとともに、円形凹部５６の外周側が残存されて環状凸部５８が形成され、支持基板６０が製造される。

図５を参照すると、発光素子ウエーハ６２の斜視図が示されている。発光素子ウエーハ６２は、サファイア基板６４等の結晶成長用基板上にエピタキシャル層（結晶層）６６を積層して形成されている。エピタキシャル層６６は、複数層の窒化物半導体層から形成される。

エピタキシャル層６６の表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された各領域にそれぞれＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等の発光素子Ｄが形成されている。

図６の断面図に示すように、サファイア基板６４上に積層されたエピタキシャル層６６は、ＧａＮバッファー層６８と、ｎ型ＧａＮ半導体層７０と、ＩｎＧａＮ発光層７２と、ｐ型ＧａＮ半導体層７４とを含んでおり、所謂ダブルヘテロ構造の発光素子ウエーハ６２である。

このようなダブルヘテロ構造を有する発光素子ウエーハ６２の上下を反転して、図７に示すように支持基板６０の円形凹部５６内にエピタキシャル層６６が形成された発光素子ウエーハ６２のエピタキシャル層６６側を対面させて接着剤により接着する。発光素子ウエーハ６２を支持基板６０に接合した状態の一部断面図が図８（Ａ）に示されている。

次に、サファイア基板６４に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザビームを利用した、例えば特許文献２に開示されているようなレーザリフトオフ法により、サファイア基板４を支持基板６０から剥離する。

即ち、レーザビームの集光点をバッファー層６８内に設定し、バッファー層６８に変質層を形成してバッファー層６８を脆弱化してから、サファイア基板６４を支持基板６０から剥離する。支持基板６２が剥離された状態が図８（Ｂ）に示されている。レーザリフトオフ法に替えて化学的エッチングによるケミカルリフトオフ法によりサファイア基板６４を剥離してもよい。

次に、各発光素子Ｄに対応してｎ電極７６及びｐ電極７８を形成する電極形成工程を実施する。まず図９（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＮ半導体層７０の表面は露出されているため、各発光素子Ｄに対応してｎ電極７６を形成する。

一方、ｐ電極としては、図９（Ｂ）に示すように、支持基板６０を貫通して複数のｐ電極７８を形成する。このｐ電極７８の形成方法は、まずレーザ加工により支持基板６０に各発光素子Ｄに対応した複数の貫通孔７７を形成し、この貫通孔７７中に銅等の電極材料を埋め込むことにより形成する。

レーザビームによる貫通孔７７の形成方法は、例えば、発光素子ウエーハ６２を支持基板６０に接合する前の図４に示した状態で行うのが好ましい。この貫通孔７７の形成方法は、シリコンウエーハ１１に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザビームを用いて実施する。

そして、支持基板６０と複数の貫通孔７７の形成された発光素子ウエーハ６２との接合は、例えば複数の位置決めピンを用いて発光素子ウエーハ６２の各発光素子Ｄが貫通孔７７に対応するように位置決めした後、発光素子ウエーハ６２を支持基板６０に接合する。

或いは、図９（Ａ）に示した状態で支持基板６０に複数の貫通孔７７を形成し、これらの貫通孔７７中に銅等の電極材料を埋め込んでｐ電極７８を形成するようにしてもよい。この場合には、レーザ加工装置に装着されている赤外線撮像装置により支持基板６０を通して各発光素子Ｄを撮像し、更に照射するレーザビームのパワー及び照射時間を制御して、各発光素子Ｄ表面を傷つけないように支持基板６０に貫通孔７７を形成する必要がある。

このように電極工程実施後、支持基板６０を分割予定ラインに沿って分割する分割工程を実施する。この分割工程は、例えば図１０（Ａ）に示すように、レーザヘッド８０から支持基板６０に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザビームをエピタキシャル層６６側から分割予定ラインＳ１又はＳ２に沿って照射して、エピタキシャル層６６及び支持基板６０をフルカットすることにより実施する。

或いは、支持基板６０に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザビームをエピタキシャル層６６側から支持基板６０内部に集光点を合わせて分割予定ラインＳ１又はＳ２に沿って照射して、支持基板６０内部に変質層を形成し、その後ブレーキング装置により支持基板６０を変質層に沿って破断することにより実施するようにしてもよい。

他の代替実施形態としては、支持基板６０はシリコンウエーハから形成されているため、切削ブレードを使用して支持基板６０をエピタキシャル層６６側からフルカットすることにより各発光素子Ｄに分割するようにしてもよい。

尚、これらの分割工程では、エピタキシャル層６６に形成された第１及び第２分割予定ラインＳ１，Ｓ２は可視光では視認不可能なため、赤外線を利用した撮像装置によりエピタキシャル層６６のｎ型ＧａＮ半導体層７０側から撮像して、分割予定ラインを検出するアライメントを実施する必要がある。

図１０（Ｂ）を参照すると、分割後のＬＥＤ等の発光素子Ｄが示されている。この発光素子Ｄによると、ｎ電極７６及びｐ電極７８が素子の上下に形成されているため、ｎ電極７６及びｐ電極７８の間のＩｎＧａＮ発光層７２に満遍なく電流を流すことが出来るため、十分大きな発光効率を得ることができる。

尚、結晶成長用基板としては、サファイアに替えてＳｉＣ基板、又はＧａＮ基板等も採用可能である。支持基板６０の円形凹部５６に予め金属反射膜を形成しておいてもよい。また、支持基板６０として、Ｃｕ、Ａｕ等の高導電性金属基板を採用してもよい。

１１シリコンウエーハ
５６円形凹部
５８環状凸部
６０支持基板
６２発光素子ウエーハ
６４サファイア基板
６６エピタキシャル層
６８バッファー層
７０ｎ型ＧａＮ半導体層
７２ＩｎＧａＮ発光層
７４ｐ型ＧａＮ半導体層
７６ｎ電極
７８ｐ電極
８０レーザヘッド

Claims

発光素子の製造方法であって、
結晶成長用基板の上に格子状に形成された分割予定ラインと該分割予定ラインで区画された各領域に形成された発光層を含む結晶層を形成するステップと、
円形凹部と該円形凹部を囲繞する環状凸部とを備えた支持基板を準備する支持基板準備ステップと、
該支持基板の該円形凹部内に、該結晶層が形成された該結晶成長用基板の該結晶層側を対面させて接合するステップと、
該結晶成長用基板が接合された該支持基板から該結晶成長用基板を剥離して、該支持基板の該円形凹部内に該結晶層が配設された形態とするステップと、
該支持基板を該分割予定ラインに沿って分割するステップと、
を具備したことを特徴とする発光素子の製造方法。
前記支持基板を前記分割予定ラインに沿って分割するステップを実施する前に、
前記結晶層が配設された該支持基板の該分割予定ラインで区画された各領域にｎ電極とｐ電極を形成するステップを更に具備した請求項１記載の発光素子の製造方法。