JP2012019137A - 発光ダイオードの製造方法、切断方法及び発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】金属基板のレーザー切断時に発生する熱に起因したダイシングラインのずれ等の不都合を防止できると共に、切断時に生成するデブリによる悪影響を低減できる発光ダイオードの製造方法、切断方法及び発光ダイオードを提供する。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオードの製造方法は、複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えたウェハを作製する工程と、前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図9
【解決手段】本発明に係る発光ダイオードの製造方法は、複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えたウェハを作製する工程と、前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図9
Description
本発明は、発光ダイオードの製造方法、切断方法及び発光ダイオードに関し、特に金属基板を基板に用いた発光ダイオードの製造方法、切断方法及び発光ダイオードに関するものである。
従来、赤色、赤外の光を発する高出力発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）として、砒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ；０≦Ｘ≦１）からなる発光層を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。一方、赤色、橙色、黄色或いは黄緑色の可視光を発する高輝度発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）として、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。これらのＬＥＤの基板として、一般に、発光層から出射される発光に対し光学的に不透明であり、また機械的にもそれ程強度のない砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等の基板材料が用いられてきた。
このため、最近では、より高輝度のＬＥＤを得るために、また、更なる素子の機械的強度、放熱性の向上を目的として、発光光に対して不透明な基板材料を除去して、然る後、発光光を透過または反射し、尚且つ機械強度、放熱性に優れる材料からなる支持体層（基板）を改めて接合させて、接合型ＬＥＤを構成する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜７参照）。
基板接合技術の開発により、支持体層として適用できる基板の自由度が増え、コスト面、機械強度、放熱性など大きなメリットを有する金属基板の適用が提案されている。
特に、高電流で光らせる必要がある高出力用の発光ダイオードは、従来のものに比べて発熱量が多く、放熱性の確保が課題となっている。金属基板は発光部（化合物半導体層）からの発熱を発光ダイオードの外部へ効率的に放出することができるので、化合物半導体層に金属基板を接合させることは、発光ダイオードの高出力化、長寿命化に有用である。
特に、高電流で光らせる必要がある高出力用の発光ダイオードは、従来のものに比べて発熱量が多く、放熱性の確保が課題となっている。金属基板は発光部（化合物半導体層）からの発熱を発光ダイオードの外部へ効率的に放出することができるので、化合物半導体層に金属基板を接合させることは、発光ダイオードの高出力化、長寿命化に有用である。
金属基板を用いた発光ダイオードは例えば、特許文献８及び特許文献９に開示されている。
発光層を有する化合物半導体層に金属基板を接合したウェハはブレードダイシングやレーザーダイシング等によりチップ化される。
ここで、ブレードダイシングは基板に高速回転する円盤状の切削ブレードを押し当てて切断するものである。
また、レーザーダイシングは基板にレーザーを照射し、そのレーザーエネルギーを吸収させて発生した熱エネルギーによって切断部を溶融、蒸散（アブレーション）させて切断を行うものである。
ここで、ブレードダイシングは基板に高速回転する円盤状の切削ブレードを押し当てて切断するものである。
また、レーザーダイシングは基板にレーザーを照射し、そのレーザーエネルギーを吸収させて発生した熱エネルギーによって切断部を溶融、蒸散（アブレーション）させて切断を行うものである。
しかしながら、ブレードダイシングによる金属基板の切断では、ブレードに目詰まりが生ずるやすいため、切断が容易でないという問題がある。また、切断面に欠け（チッピング）やクラックが発生し、これが回路領域に影響を及ぼすという問題もある。さらにまた、切削ブレードの幅が大きくかつチッピングがあるために、切断予定ラインの幅を大きく取る必要があり、回路領域として有効に使用できる面積の割合が低下するという問題もある。
他方、レーザーダイシングによる金属基板の切断では、切断時に発生する熱の影響が問題になる。
具体的には、異種の金属（例えば、ＭｏとＣｕ）を接合させた金属基板では、接合時にそれぞれの金属の熱膨張係数に対応して異なる延び幅を有する状態で接合されるため、常温においてはその界面に応力を有する状態となっている。金属基板が例えば、第１から第３の金属層の３層の金属層からなる場合、レーザーダイシング（レーザー切断）により第１の金属層が切断された際、第２の金属層において第１の金属層側の面は界面応力が開放されているが、第３の金属層側の面は界面応力が残ったままであるため、切断中に応力の釣り合いが崩れ、金属基板が歪んでしまう。この結果、ダイシングラインが所期の位置からずれたり、チップの分割性が悪くなったり、また、発光ダイオードチップが異常な形状になったりする問題が発生する。
また、発熱により金属基板が膨張してしまい、ダイシングのピッチ幅が不正確になってしまうという問題がある。すなわち、基板が膨張した状態で切断され、切断後に常温になり元のサイズに戻ると、ピッチ幅が切断時と異なってしまう。厚い金属基板ほど発熱量が大きくなるため、この問題は大きくなる。
さらには、熱の影響で発光ダイオードチップの裏面側の形状が変わると、ダイボンディングに影響を与えるという問題がある。
また、レーザーダイシングによる金属基板の切断では、切断時に生成するデブリも問題になる。
ここで、デブリとは、レーザービームの照射により生成される副次生成物であって、被照射材料の溶融物や飛散物等が切断部周辺（材料表面や切断面）に付着したものである。
ここで、デブリとは、レーザービームの照射により生成される副次生成物であって、被照射材料の溶融物や飛散物等が切断部周辺（材料表面や切断面）に付着したものである。
デブリは発光ダイオードの外観不良となるだけではなく、デブリがおもて面側に付いた場合はワイヤボンディング不良の原因になるし、また、裏面側に付いた場合にはダイボンディング不良の原因となる。
また、このようなデブリが発光部側に多く発生すると、発光部を構成する化合物半導体層の側面に接触してショートする等、発光ダイオードの信頼性の低下を招いたりする。
かかる問題を回避するために、切断部の切りしろを多くとることが考えられるが、この場合、１枚のウェハから製造できる発光ダイオードの数が減少してしまう。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、レーザーダイシングによる金属基板の切断時に発生する熱に起因したダイシングラインのずれ等の不都合を防止できると共に、切断時に生成するデブリによる悪影響を低減できる発光ダイオードの製造方法、切断方法及び発光ダイオードを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）ウェハにレーザーを照射してチップ状の発光ダイオードを製造する方法において、
複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えたウェハを作製する工程と、前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
ここで、「切断予定ライン」とは、ウェハにおいて切断する予定の位置を示すものであって、基板等の上に実際に何らかの加工が施されて形成されたラインも、実際の加工は施されていない仮想的なラインも含むものとする。
また、「切断予定ライン上の部分」とは、平面視して「切断予定ライン」を含む部分を意味する。
また、「複数の金属層」とは、例えば２段階で形成された隣接する２つの金属層であって同じ金属材料からなるものは単一材料の金属層であって一層の金属層であるから、少なくとも隣接する金属層は異種の金属材料からなるものを意味する。
（２）前記金属基板を切断する工程の前に、前記複数の金属層のうち前記レーザー照射面側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分をエッチングによって除去する工程をさらに備えたことを特徴とする前項（１）に記載の発光ダイオードの製造方法。
（３）前記複数の金属層は、前記化合物半導体層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料と前記化合物半導体層の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する材料を含むことを特徴とする前項（１）又は（２）のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
（４）前記化合物半導体層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料が、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、チタンまたはこれらの合金のいずれかからなることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（５）前記化合物半導体層の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する材料が、モリブデン、タングステン、クロムまたはこれらの合金のいずれかからなることを特徴とする前項（１）から（４）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（６）前記複数の金属層は三層の金属層であることを特徴とする前項（１）から（５）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（７）前記三層の金属層のうち、一層の金属層を挟む二層の金属層は同じ金属材料からなることを特徴とする前項（６）に記載の発光ダイオードの製造方法。
（８）前記一層の金属層はモリブデンからなり、前記二層の金属層は銅からなることを特徴とする前項（７）に記載の発光ダイオードの製造方法。
（９）前記三層の金属層のうち、一層の金属層を挟む二層の金属層をエッチングによって除去し、前記一層の金属層をレーザーによって切断することを特徴とする前項（６）から（８）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（１０）前記発光層は、ＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を含むことを特徴とする前項（１）から（９）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（１１）前記化合物半導体層と前記金属基板との間に反射構造体を備えることを特徴とする前項（１）から（１０）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（１２）複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された化合物半導体層とを備えたウェハにレーザーを照射してチップ状の発光ダイオードに切断する方法において、
前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、
前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、を有することを特徴とする切断方法。
（１３）前記金属基板を切断する工程の前に、前記複数の金属層のうち前記レーザー照射面側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分をエッチングによって除去する工程をさらに備えたことを特徴とする前項（１２）に記載の切断方法。
（１４）前項（１）から（１３）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法によって製造された発光ダイオード。
（１５）複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えた発光ダイオードであって、前記金属基板の側面は、該金属基板の厚さ方向に並んで配置する湿式エッチング面とレーザー切断面とからなり、複数の金属層のうち、前記化合物半導体層側の少なくとも一層の金属層の側面と前記化合物半導体層の反対側の少なくとも一層の金属層の側面とは湿式エッチング面からなり、レーザー照射による副次生成物は前記金属基板の側面にのみ付着していることを特徴とする発光ダイオード。
（１６）前記複数の金属層は三層の金属層であり、一層の金属層を挟む二層の金属層の側面は湿式エッチング面からなり、前記一層の金属層の側面はレーザー切断面からなることを特徴とする前項（１５）に記載の発光ダイオード。
（１７）前記一層の金属層はモリブデンからなり、前記二層の金属層は銅からなることを特徴とする前項（１６）に記載の発光ダイオード。
（１）ウェハにレーザーを照射してチップ状の発光ダイオードを製造する方法において、
複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えたウェハを作製する工程と、前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
ここで、「切断予定ライン」とは、ウェハにおいて切断する予定の位置を示すものであって、基板等の上に実際に何らかの加工が施されて形成されたラインも、実際の加工は施されていない仮想的なラインも含むものとする。
また、「切断予定ライン上の部分」とは、平面視して「切断予定ライン」を含む部分を意味する。
また、「複数の金属層」とは、例えば２段階で形成された隣接する２つの金属層であって同じ金属材料からなるものは単一材料の金属層であって一層の金属層であるから、少なくとも隣接する金属層は異種の金属材料からなるものを意味する。
（２）前記金属基板を切断する工程の前に、前記複数の金属層のうち前記レーザー照射面側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分をエッチングによって除去する工程をさらに備えたことを特徴とする前項（１）に記載の発光ダイオードの製造方法。
（３）前記複数の金属層は、前記化合物半導体層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料と前記化合物半導体層の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する材料を含むことを特徴とする前項（１）又は（２）のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
（４）前記化合物半導体層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料が、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、チタンまたはこれらの合金のいずれかからなることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（５）前記化合物半導体層の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する材料が、モリブデン、タングステン、クロムまたはこれらの合金のいずれかからなることを特徴とする前項（１）から（４）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（６）前記複数の金属層は三層の金属層であることを特徴とする前項（１）から（５）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（７）前記三層の金属層のうち、一層の金属層を挟む二層の金属層は同じ金属材料からなることを特徴とする前項（６）に記載の発光ダイオードの製造方法。
（８）前記一層の金属層はモリブデンからなり、前記二層の金属層は銅からなることを特徴とする前項（７）に記載の発光ダイオードの製造方法。
（９）前記三層の金属層のうち、一層の金属層を挟む二層の金属層をエッチングによって除去し、前記一層の金属層をレーザーによって切断することを特徴とする前項（６）から（８）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（１０）前記発光層は、ＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を含むことを特徴とする前項（１）から（９）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（１１）前記化合物半導体層と前記金属基板との間に反射構造体を備えることを特徴とする前項（１）から（１０）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（１２）複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された化合物半導体層とを備えたウェハにレーザーを照射してチップ状の発光ダイオードに切断する方法において、
前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、
前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、を有することを特徴とする切断方法。
（１３）前記金属基板を切断する工程の前に、前記複数の金属層のうち前記レーザー照射面側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分をエッチングによって除去する工程をさらに備えたことを特徴とする前項（１２）に記載の切断方法。
（１４）前項（１）から（１３）のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法によって製造された発光ダイオード。
（１５）複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えた発光ダイオードであって、前記金属基板の側面は、該金属基板の厚さ方向に並んで配置する湿式エッチング面とレーザー切断面とからなり、複数の金属層のうち、前記化合物半導体層側の少なくとも一層の金属層の側面と前記化合物半導体層の反対側の少なくとも一層の金属層の側面とは湿式エッチング面からなり、レーザー照射による副次生成物は前記金属基板の側面にのみ付着していることを特徴とする発光ダイオード。
（１６）前記複数の金属層は三層の金属層であり、一層の金属層を挟む二層の金属層の側面は湿式エッチング面からなり、前記一層の金属層の側面はレーザー切断面からなることを特徴とする前項（１５）に記載の発光ダイオード。
（１７）前記一層の金属層はモリブデンからなり、前記二層の金属層は銅からなることを特徴とする前項（１６）に記載の発光ダイオード。
本発明に係る発光ダイオードの製造方法によれば、複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、平面視してその金属層の除去された部分に沿って、レーザーを照射して金属基板を切断する工程と、を備えた構成なので、エッチングによってレーザー照射する側の反対側の金属層の切断予定ライン上の部分を予め除去してその金属層と隣接する金属層の界面応力を予め開放しており、レーザー切断中に金属基板内の応力の釣り合いが崩れる程度を低減できる。エッチングによる機械的強度の低下を考慮する必要はあるが、エッチングする金属層の数を多くすると、レーザー切断中に応力の釣り合いが崩れる程度をより低減できる。エッチングせずに残す金属層の機械的強度が大きいほど（例えば、モリブデン）、多くの数の金属層のエッチングが可能となる。
そして、レーザー切断中に金属基板内の応力の釣り合いが崩れる程度が低減される結果、金属基板が歪む程度を低減でき、ダイシングラインが所期の位置からずれる程度を低減でき、チップの分割性を良好に維持することができ、発光ダイオードチップが異常な形状になることを防止できる。
また、複数存在する界面の応力のうちいくつかの界面応力を開放した状態で位置合わせしてレーザー切断を行うことになるので、この点からもダイシングラインが所期の位置からずれる程度を低減できる。
さらに、エッチングよってその金属層の切断予定ライン上の部分を除去することによって、レーザー切断する金属基板の厚みを薄くしているので、レーザー切断中に発生する熱量が低下し、発熱による金属基板の膨張を抑制でき、この結果、ダイシングのピッチ幅のぶれを低減できると共に、熱の影響で発光ダイオードチップの裏面側の形状が変わるのを防止できる。
さらには、金属基板を複数の金属層からなる構成なので、エッチング選択性を利用して金属層ごとにエッチングすることが可能となり、金属基板のエッチング深さの制御が容易になる。
さらにまた、全ての金属層をレーザー切断するのではなく、一部をエッチングによって除去することでレーザー切断する金属の量が少なくなるので、レーザー切断時に生成されるデブリ量が低減し、発光層を含む化合物半導体層の側面に接触してショートするのを防止できる。また、金属基板のおもて面及び裏面にデブリが付着するのを防止でき、もしくは、付着量を低減できるので、外観不良を低減できると共に、ワイヤボンディング不良やダイボンディング不良が低減できる。
そして、レーザー切断中に金属基板内の応力の釣り合いが崩れる程度が低減される結果、金属基板が歪む程度を低減でき、ダイシングラインが所期の位置からずれる程度を低減でき、チップの分割性を良好に維持することができ、発光ダイオードチップが異常な形状になることを防止できる。
また、複数存在する界面の応力のうちいくつかの界面応力を開放した状態で位置合わせしてレーザー切断を行うことになるので、この点からもダイシングラインが所期の位置からずれる程度を低減できる。
さらに、エッチングよってその金属層の切断予定ライン上の部分を除去することによって、レーザー切断する金属基板の厚みを薄くしているので、レーザー切断中に発生する熱量が低下し、発熱による金属基板の膨張を抑制でき、この結果、ダイシングのピッチ幅のぶれを低減できると共に、熱の影響で発光ダイオードチップの裏面側の形状が変わるのを防止できる。
さらには、金属基板を複数の金属層からなる構成なので、エッチング選択性を利用して金属層ごとにエッチングすることが可能となり、金属基板のエッチング深さの制御が容易になる。
さらにまた、全ての金属層をレーザー切断するのではなく、一部をエッチングによって除去することでレーザー切断する金属の量が少なくなるので、レーザー切断時に生成されるデブリ量が低減し、発光層を含む化合物半導体層の側面に接触してショートするのを防止できる。また、金属基板のおもて面及び裏面にデブリが付着するのを防止でき、もしくは、付着量を低減できるので、外観不良を低減できると共に、ワイヤボンディング不良やダイボンディング不良が低減できる。
本発明に係る発光ダイオードの製造方法によれば、金属基板を切断する工程の前に、複数の金属層のうちレーザー照射面側の少なくとも一層の、切断予定ライン上の部分をエッチングによって除去する工程をさらに備えた構成として、エッチングによってレーザー照射する側の金属層の切断予定ライン上の部分を予め除去しているので、レーザー切断する金属基板の量が少なくなり、生成されるデブリ量を低減することができる。
また、この構成とすることにより、レーザー照射面が発光層を含む化合物半導体層側である場合には、その面側の金属層がエッチングされているので、レーザー切断が開始される金属基板の位置が化合物半導体層から遠くなる。その結果、デブリが化合物半導体層にまで届かなくなり、ショートするのを防止でき、歩留まりを向上させることができる。
また、この構成とすることにより、レーザー照射面が発光層を含む化合物半導体層側である場合には、その面側の金属層がエッチングされているので、レーザー切断が開始される金属基板の位置が化合物半導体層から遠くなる。その結果、デブリが化合物半導体層にまで届かなくなり、ショートするのを防止でき、歩留まりを向上させることができる。
本発明に係る発光ダイオードの製造方法によれば、複数の金属層を、化合物半導体層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料と化合物半導体層の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する材料を含む構成とすることにより、金属基板全体としての熱膨張係数（温度上昇に対して実際に現れる金属基板の長さ・体積が膨張する割合）は化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の、金属基板の熱膨張量と化合物半導体層の熱膨張量との差が低減するので、化合物半導体層と金属基板との間に生成する界面応力が低減し、その結果、金属基板の化合物半導体層側と化合物半導体層の反対側とにそれぞれ存在する界面応力のうち、レーザー切断時に、一方の界面応力が先に開放されることによる金属基板の歪みが低減される。
本発明に係る発光ダイオードの製造方法によれば、複数の金属層を三層の金属層とする構成により、レーザー照射面の反対側の金属層を一層エッチング除去するだけで、ダイシングラインのずれやダイシングピッチ幅のぶれを低減することができる。また、レーザー照射面側の金属層を一層エッチング除去するだけで、生成されるデブリ量を低減すると共に、デブリが化合物半導体層に付着してショートするのを防止でき、歩留まりを向上させることができる。
本発明に係る発光ダイオードの製造方法によれば、複数の金属層を三層の金属層とし、三層の金属層のうち、一層の金属層を挟む二層の金属層は同じ金属材料からなる構成とすることにより、一層の金属層を挟む二層の金属層を同じエッチャントを用いてエッチングを行うことができるので経済的でかつ簡便であり、また、二層の金属層を同時にエッチング除去することもできるので工程時間を短縮できる。
本発明に係る発光ダイオードの製造方法によれば、複数の金属層を三層の金属層とし、三層の金属層のうち、一層の金属層を挟む二層の金属層は銅からなり、前記一層の金属層はモリブデンからなる構成とすることにより、モリブデンの機械的強度が強いので、銅からなる金属層を深くエッチングしても、金属基板の安定性は維持できる。
本発明に係る切断方法によれば、複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、金属層のその除去された部分に沿って、レーザーを照射して金属基板を切断する工程と、を有する構成なので、エッチングによってレーザー照射する側の反対側の金属層の切断予定ライン上の部分を予め除去してその金属層と隣接する金属層の界面応力を予め開放しており、レーザー切断中に金属基板内の応力の釣り合いが崩れる程度を低減でき、その結果、金属基板が歪む程度を低減でき、ダイシングラインが所期の位置からずれる程度を低減でき、チップの分割性を良好に維持することができ、発光ダイオードチップが異常な形状になることを防止できる。
また、複数存在する界面の界面応力のうちいくつかの界面応力を開放した状態で位置合わせしてレーザー切断を行うことになるので、この点からもダイシングラインが所期の位置からずれる程度を低減することができる。
さらに、エッチングよってその金属層の切断予定ライン上の部分を除去することによって、レーザー切断する金属基板の厚みを薄くしているので、レーザー切断中に発生する熱量が低下し、発熱による金属基板の膨張を抑制でき、この結果、ダイシングのピッチ幅のぶれを低減することができると共に、熱の影響で発光ダイオードチップの裏面側の形状が変わるのを防止することができる。
さらにまた、金属基板を複数の金属層からなる構成なので、エッチング選択性を利用して金属層ごとにエッチングすることが可能となり、金属基板のエッチング深さの制御が容易になる。
また、複数存在する界面の界面応力のうちいくつかの界面応力を開放した状態で位置合わせしてレーザー切断を行うことになるので、この点からもダイシングラインが所期の位置からずれる程度を低減することができる。
さらに、エッチングよってその金属層の切断予定ライン上の部分を除去することによって、レーザー切断する金属基板の厚みを薄くしているので、レーザー切断中に発生する熱量が低下し、発熱による金属基板の膨張を抑制でき、この結果、ダイシングのピッチ幅のぶれを低減することができると共に、熱の影響で発光ダイオードチップの裏面側の形状が変わるのを防止することができる。
さらにまた、金属基板を複数の金属層からなる構成なので、エッチング選択性を利用して金属層ごとにエッチングすることが可能となり、金属基板のエッチング深さの制御が容易になる。
本発明に係る切断方法によれば、金属基板を切断する工程の前に、複数の金属層のうちレーザー照射面の少なくとも一層の、切断予定ライン上の部分をエッチングによって除去する工程をさらに備えた構成として、エッチングによってレーザー照射する側の金属層の切断予定ライン上の部分を予め除去しているので、レーザー切断する金属基板の量が少なくなり、生成されるデブリ量を低減することができる。
また、この構成とすることにより、レーザー照射面が発光層を含む化合物半導体層側である場合には、その面側の金属層がエッチングされているので、レーザー切断が開始される金属基板の位置が化合物半導体層から遠くなる。その結果、デブリが化合物半導体層にまで届かなくなり、ショートするのを防止でき、歩留まりを向上させることができる。
また、この構成とすることにより、レーザー照射面が発光層を含む化合物半導体層側である場合には、その面側の金属層がエッチングされているので、レーザー切断が開始される金属基板の位置が化合物半導体層から遠くなる。その結果、デブリが化合物半導体層にまで届かなくなり、ショートするのを防止でき、歩留まりを向上させることができる。
本発明に係る発光ダイオードによれば、複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えた発光ダイオードであって、金属基板の側面は、該金属基板の厚さ方向に並んで配置する湿式エッチング面とレーザー切断面とからなり、複数の金属層のうち、化合物半導体層側の少なくとも一層の金属層の側面と化合物半導体層の反対側の少なくとも一層の金属層の側面とは湿式エッチング面からなり、レーザー照射による副次生成物は金属基板の側面にのみ堆積している構成なので、金属基板のおもて面および裏面にデブリが付着しておらず、従来の発光ダイオードに比べて外観が改善している。
以下、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードの製造方法、切断方法及び発光ダイオードについて図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、具体的に示した材料や寸法等の条件は例示に過ぎない。また、同一部材には同一符号を付し説明を省略又は簡略化する。また、同一部材には適宜、同一符号を付し又は符号を省略し、説明を省略又は簡略化する。
（第１の実施形態）
［発光ダイオード］
図１は、本発明の実施形態である発光ダイオードの一例を示す図である。
図１に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）１は、複数の金属層２１Ａ、２２、２１Ｂからなる金属基板５と、金属基板５上に形成された発光層２を含む化合物半導体層３とを備えた発光ダイオード１であって、金属基板５の側面５ａａは、金属基板５の厚さ方向に並んで配置する湿式エッチング面とレーザー切断面とからなり、複数の金属層のうち、化合物半導体層に遠い側から少なくとも一層の金属層の側面２１Bａは湿式エッチング面からなり、金属層の側面２２ａ及び化合物半導体層に近い側の金属層の側面２１Ａａはレーザー切断面からなり、レーザー照射による副次生成物は金属基板５の側面５ａａにのみ付着している。
化合物半導体層に遠い側の金属層の側面２１Ａａは湿式エッチング面からなってもよい。
［発光ダイオード］
図１は、本発明の実施形態である発光ダイオードの一例を示す図である。
図１に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）１は、複数の金属層２１Ａ、２２、２１Ｂからなる金属基板５と、金属基板５上に形成された発光層２を含む化合物半導体層３とを備えた発光ダイオード１であって、金属基板５の側面５ａａは、金属基板５の厚さ方向に並んで配置する湿式エッチング面とレーザー切断面とからなり、複数の金属層のうち、化合物半導体層に遠い側から少なくとも一層の金属層の側面２１Bａは湿式エッチング面からなり、金属層の側面２２ａ及び化合物半導体層に近い側の金属層の側面２１Ａａはレーザー切断面からなり、レーザー照射による副次生成物は金属基板５の側面５ａａにのみ付着している。
化合物半導体層に遠い側の金属層の側面２１Ａａは湿式エッチング面からなってもよい。
＜化合物半導体層＞
化合物半導体層３は、発光層２を含む化合物半導体の積層構造体であって、複数のエピタキシャル成長させた層を積層してなるエピタキシャル積層構造体である。
化合物半導体層３としては、例えば、発光効率が高く、基板接合技術が確立されているＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層などを利用できる。ＡｌＧａＩｎＰ層は、一般式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）で表される材料からなる層である。この組成は、発光ダイオードの発光波長に応じて、決定される。赤および赤外発光の発光ダイオードを作製する際に用いられるＡｌＧａＡｓ層の場合も同様に、構成材料の組成は発光ダイオードの発光波長に応じて決定される。
化合物半導体層３は、ｎ型またはｐ型の何れか一の伝導型の化合物半導体であり、内部でｐｎ接合が形成される。なお、化合物半導体層３の表面の極性はｐ型、ｎ型のどちらでもよい。
化合物半導体層３は、発光層２を含む化合物半導体の積層構造体であって、複数のエピタキシャル成長させた層を積層してなるエピタキシャル積層構造体である。
化合物半導体層３としては、例えば、発光効率が高く、基板接合技術が確立されているＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層などを利用できる。ＡｌＧａＩｎＰ層は、一般式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）で表される材料からなる層である。この組成は、発光ダイオードの発光波長に応じて、決定される。赤および赤外発光の発光ダイオードを作製する際に用いられるＡｌＧａＡｓ層の場合も同様に、構成材料の組成は発光ダイオードの発光波長に応じて決定される。
化合物半導体層３は、ｎ型またはｐ型の何れか一の伝導型の化合物半導体であり、内部でｐｎ接合が形成される。なお、化合物半導体層３の表面の極性はｐ型、ｎ型のどちらでもよい。
図１に示すように、化合物半導体層３は、例えば、コンタクト層１２ｃと、クラッド層１０ａと、発光層２と、クラッド層１０ｂと、ＧａＰ層１３とからなる。
コンタクト層１２ｃは、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるための層であり、例えば、Ｓｉドープしたｎ型のＧａＡｓからなり、キャリア濃度を１×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を０．０５μｍとする。
クラッド層１０ａは、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を３×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を０．５μｍとする。
発光層２は、例えば、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなり、層厚を０．２μｍとする。
発光層２は、ダブルへテロ構造（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ：ＤＨ）、単一量子井戸構造（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＳＱＷ）または多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）などの構造を有する。ここで、ダブルへテロ構造は、放射再結合を担うキャリアを閉じ込められる構造である。また、量子井戸構造は、井戸層と、前記井戸層を挟む２つの障壁層を有する構造であって、ＳＱＷは井戸層が１つのものであり、ＭＱＷは井戸層が２以上のものである。化合物半導体層３の形成方法としては、ＭＯＣＶＤ法などを用いることができる。
発光層２から単色性に優れる発光を得るためには、発光層２としてＭＱＷ構造を用いることが好ましい。
発光層２は、ダブルへテロ構造（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ：ＤＨ）、単一量子井戸構造（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＳＱＷ）または多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）などの構造を有する。ここで、ダブルへテロ構造は、放射再結合を担うキャリアを閉じ込められる構造である。また、量子井戸構造は、井戸層と、前記井戸層を挟む２つの障壁層を有する構造であって、ＳＱＷは井戸層が１つのものであり、ＭＱＷは井戸層が２以上のものである。化合物半導体層３の形成方法としては、ＭＯＣＶＤ法などを用いることができる。
発光層２から単色性に優れる発光を得るためには、発光層２としてＭＱＷ構造を用いることが好ましい。
クラッド層１０ｂは、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を８×１０１７ｃｍ−３とし、層厚を０．５μｍとする。
ＧａＰ層１３は、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＰ層であり、キャリア濃度を５×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を２μｍとする。
化合物半導体層３の構成は、上記に記載した構造に限られるものではなく、例えば、素子駆動電流を化合物半導体層３の全般に平面的に拡散させる電流拡散層や、素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層または電流狭窄層などを有していてもよい。
＜第１の電極、第２の電極＞
第１の電極６および第２の電極８はそれぞれオーミック電極であり、それらの形状および配置は、化合物半導体層３に電流を均一に拡散させるものであればよく、特に限定されない。例えば、平面視したときに円状または矩形状の電極を用いることができ、一個の電極として配置することも、複数の電極を格子状に配置することもできる。
第１の電極６および第２の電極８はそれぞれオーミック電極であり、それらの形状および配置は、化合物半導体層３に電流を均一に拡散させるものであればよく、特に限定されない。例えば、平面視したときに円状または矩形状の電極を用いることができ、一個の電極として配置することも、複数の電極を格子状に配置することもできる。
第１の電極６の材料としては、コンタクト層１２ｃとしてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＧｅ、ＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＳｉなどを用いることができ、コンタクト層１２ｃとしてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎなどを用いることができる。
また、更にその上にＡｕなどを積層して、酸化を防止させるとともに、ワイヤボンディングを向上させることができる。
また、更にその上にＡｕなどを積層して、酸化を防止させるとともに、ワイヤボンディングを向上させることができる。
第２の電極８の材料としては、ＧａＰ層１３としてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＧｅ、ＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＳｉなどを用いることができ、ＧａＰ層１３としてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎなどを用いることができる。
＜反射構造体＞
図１に示すように、化合物半導体層３の反射構造体４側の面３ｂには、第２の電極８を覆うように反射構造体４が形成されている。反射構造体４は、金属膜１５と透明導電膜１４とが積層されてなる。
図１に示すように、化合物半導体層３の反射構造体４側の面３ｂには、第２の電極８を覆うように反射構造体４が形成されている。反射構造体４は、金属膜１５と透明導電膜１４とが積層されてなる。
金属膜１５は、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属およびそれらの合金などにより構成されている。これらの材料は光反射率が高く、反射構造体４からの光反射率を９０％以上とすることができる。金属膜１５を形成することにより、発光層２からの光を金属膜１５で正面方向ｆへ反射させて、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。これにより、発光ダイオードをより高輝度化できる。
金属膜１５は、透明導電膜１４側からＡｇ、Ｎｉ／Ｔｉバリヤ層、Ａｕ系の共晶金属（接続用金属）からなる積層構造が好ましい。
金属膜１５の化合物半導体層３と反対側の面１５ｂに形成された前記接続用金属は、電気抵抗が低く、低温で溶融する金属である。前記接続用金属を用いることにより、化合物半導体層３に熱ストレスを与えることなく、金属基板を接続できる。
接続用金属としては、化学的に安定で、融点の低いＡｕ系の共晶金属などを用いられる。前記Ａｕ系の共晶金属としては、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどの合金の共晶組成（Ａｕ系の共晶金属）を挙げることができる。
また、接続用金属には、チタン、クロム、タングステンなどの金属を添加することが好ましい。これにより、チタン、クロム、タングステンなどの金属がバリヤ金属として機能して、金属基板に含まれる不純物などが金属膜１５側に拡散して、反応することを抑制できる。
金属膜１５の化合物半導体層３と反対側の面１５ｂに形成された前記接続用金属は、電気抵抗が低く、低温で溶融する金属である。前記接続用金属を用いることにより、化合物半導体層３に熱ストレスを与えることなく、金属基板を接続できる。
接続用金属としては、化学的に安定で、融点の低いＡｕ系の共晶金属などを用いられる。前記Ａｕ系の共晶金属としては、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどの合金の共晶組成（Ａｕ系の共晶金属）を挙げることができる。
また、接続用金属には、チタン、クロム、タングステンなどの金属を添加することが好ましい。これにより、チタン、クロム、タングステンなどの金属がバリヤ金属として機能して、金属基板に含まれる不純物などが金属膜１５側に拡散して、反応することを抑制できる。
透明導電膜１４は、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜などにより構成されている。なお、反射構造体４は、金属膜１５だけで構成してもよい。
また、透明導電膜１４の代わりに、または、透明導電膜１４とともに、透明な材料の屈折率差を利用したいわゆるコールドミラー、例えば、酸化チタン膜、酸化ケイ素膜の多層膜や白色のアルミナ、ＡｌＮを用いて、金属膜１５に組み合わせてもよい。
また、透明導電膜１４の代わりに、または、透明導電膜１４とともに、透明な材料の屈折率差を利用したいわゆるコールドミラー、例えば、酸化チタン膜、酸化ケイ素膜の多層膜や白色のアルミナ、ＡｌＮを用いて、金属膜１５に組み合わせてもよい。
＜金属基板＞
金属基板５は複数の金属層からなる。
反射構造体４を構成する金属膜１５の化合物半導体層３と反対側の面１５ｂに、金属基板５の接合面５ａが接合されている。
金属基板５の厚さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。
金属基板５の厚さが１５０μｍより厚い場合には、発光ダイオードの製造コストが上昇して好ましくない。また、金属基板５の厚さが５０μｍより薄い場合には、ハンドリング時に割れ、かけ、反りなどが容易に生じて、製造歩留まりを低下させるおそれが発生する。
金属基板５は複数の金属層からなる。
反射構造体４を構成する金属膜１５の化合物半導体層３と反対側の面１５ｂに、金属基板５の接合面５ａが接合されている。
金属基板５の厚さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。
金属基板５の厚さが１５０μｍより厚い場合には、発光ダイオードの製造コストが上昇して好ましくない。また、金属基板５の厚さが５０μｍより薄い場合には、ハンドリング時に割れ、かけ、反りなどが容易に生じて、製造歩留まりを低下させるおそれが発生する。
複数の金属層の構成としては、２種類の金属層すなわち、第１の金属層２１と第２の金属層２２とが交互に積層されてなるものが好ましい。
金属基板１枚あたりの第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数は、合わせて３〜９層とすることが好ましく、３〜５層とすることがより好ましい。
第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数を合わせて２層とした場合には、厚さ方向での熱膨張が不均衡となり、金属基板５の反りが発生する。逆に、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数を合わせて９層より多くした場合には、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層の厚さをそれぞれ薄くする必要が生じる。第１の金属層２１または第２の金属層２２からなる単層基板を層の厚さを薄くして作製することは困難であり、各層の厚さを不均一にして、発光ダイオードの特性をばらつかせるおそれが発生する。さらに、前記単層基板の製造が困難であることから、発光ダイオードの製造コストを悪化させるおそれも生じる。
金属基板１枚あたりの第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数は、合わせて３〜９層とすることが好ましく、３〜５層とすることがより好ましい。
第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数を合わせて２層とした場合には、厚さ方向での熱膨張が不均衡となり、金属基板５の反りが発生する。逆に、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数を合わせて９層より多くした場合には、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層の厚さをそれぞれ薄くする必要が生じる。第１の金属層２１または第２の金属層２２からなる単層基板を層の厚さを薄くして作製することは困難であり、各層の厚さを不均一にして、発光ダイオードの特性をばらつかせるおそれが発生する。さらに、前記単層基板の製造が困難であることから、発光ダイオードの製造コストを悪化させるおそれも生じる。
第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数は、合わせて奇数とすることがより好ましい。
特に３層として、一層の金属層を挟む二層の金属層は同じ金属材料からなるものとすることが好ましい。この場合、挟む二層の金属層を同じエッチャントを用いて湿式エッチングで切断予定ラインに相当する部分を除去することができる。
特に３層として、一層の金属層を挟む二層の金属層は同じ金属材料からなるものとすることが好ましい。この場合、挟む二層の金属層を同じエッチャントを用いて湿式エッチングで切断予定ラインに相当する部分を除去することができる。
＜第１の金属層＞
第１の金属層２１（２１Ａ、２１Ｂ）は、第２の金属層として化合物半導体層３より熱膨張係数が小さい材料を用いる場合には、少なくとも化合物半導体層３より熱膨張係数が大きい材料からなることが好ましい。この構成とすることにより、金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができるからである。従って、第２の金属層として化合物半導体層３より熱膨張係数が大きい材料を用いる場合には、第１の金属層２１（２１Ａ、２１Ｂ）は少なくとも化合物半導体層３より熱膨張係数が小さい材料からなることが好ましい。
第１の金属層２１（２１Ａ、２１Ｂ）は、第２の金属層として化合物半導体層３より熱膨張係数が小さい材料を用いる場合には、少なくとも化合物半導体層３より熱膨張係数が大きい材料からなることが好ましい。この構成とすることにより、金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができるからである。従って、第２の金属層として化合物半導体層３より熱膨張係数が大きい材料を用いる場合には、第１の金属層２１（２１Ａ、２１Ｂ）は少なくとも化合物半導体層３より熱膨張係数が小さい材料からなることが好ましい。
第１の金属層２１としては、例えば、銀（熱膨張係数＝１８．９ｐｐｍ／Ｋ）、銅（熱膨張係数＝１６．５ｐｐｍ／Ｋ）、金（熱膨張係数＝１４．２ｐｐｍ／Ｋ）、アルミニウム（熱膨張係数＝２３．１ｐｐｍ／Ｋ）、ニッケル（熱膨張係数＝１３．４ｐｐｍ／Ｋ）およびこれらの合金などを用いることが好ましい。
第１の金属層２１の厚みは、５μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下とすることがより好ましい。
なお、第１の金属層２１の厚みと第２の金属層２１の厚みとは異なっていてもよい。さらに、金属基板５が複数の第１の金属層２１と第２の金属層２２により形成される場合に、各層の厚みはそれぞれ異なっていてもよい。
第１の金属層２１の厚みは、５μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下とすることがより好ましい。
なお、第１の金属層２１の厚みと第２の金属層２１の厚みとは異なっていてもよい。さらに、金属基板５が複数の第１の金属層２１と第２の金属層２２により形成される場合に、各層の厚みはそれぞれ異なっていてもよい。
金属基板５の接合面５ａ及び反対側の面５ｂに、電気的接触を安定化させる接合補助膜、または、ダイボンド用の共晶金属を形成するのが好ましい。
反射構造体の金属膜１５の接続用金属としてＡｕ系の共晶金属を用いる場合には、金属基板５の接合面５ａに、金属基板５側からＮｉ／Ａｕ膜を形成するのが好ましい。このＮｉ膜及びＡｕ膜はメッキにより形成することができる。
これにより、接合工程を簡便に行うことができる。前記接合補助膜としては、Ａｕ、ＡｕＳｎなどを用いることができる。
反射構造体の金属膜１５の接続用金属としてＡｕ系の共晶金属を用いる場合には、金属基板５の接合面５ａに、金属基板５側からＮｉ／Ａｕ膜を形成するのが好ましい。このＮｉ膜及びＡｕ膜はメッキにより形成することができる。
これにより、接合工程を簡便に行うことができる。前記接合補助膜としては、Ａｕ、ＡｕＳｎなどを用いることができる。
なお、化合物半導体層３に金属基板５を接合する方法は、上記に記載した方法に限られるものではなく、例えば、拡散接合、接着剤、常温接合方法など公知の技術を適用することもできる。
第１の金属層２１の合計の厚さは、金属基板５の厚さの５％以上５０％以下であることが好ましく、１０％以上３０％以下であることがより好ましく、１５％以上２５％以下であることが更に好ましい。第１の金属層２１の合計の厚さが金属基板５の厚さの５％未満の場合は、熱膨張係数が高い第１の金属層２１の効果が小さくなり、ヒートシンク機能が低下する。逆に、第１の金属層２１の厚さが金属基板５の厚さの５０％を超える場合は、金属基板５を化合物半導体層３と接続させたときの熱による金属基板５の割れを抑制できない。つまり、第１の金属層２１と化合物半導体層３との間の大きな熱膨張係数の差により、熱による金属基板５の割れを発生させて、接合不良発生を招く場合が生じる。
特に、第１の金属層２１として銅を用いた場合には、銅の合計の厚さが、金属基板５の厚さの５％以上４０％以下であることが好ましく、１０％以上３０％以下であることがより好ましく、１５％以上２５％以下であることが更に好ましい。
第１の金属層２１の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下とすることがより好ましい。
特に、第１の金属層２１として銅を用いた場合には、銅の合計の厚さが、金属基板５の厚さの５％以上４０％以下であることが好ましく、１０％以上３０％以下であることがより好ましく、１５％以上２５％以下であることが更に好ましい。
第１の金属層２１の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下とすることがより好ましい。
＜第２の金属層＞
第２の金属層２２は、第１の金属層として化合物半導体層３より熱膨張係数が大きい材料を用いる場合には、その熱膨張係数が化合物半導体層３の熱膨張係数より小さい材料からなることが好ましい。この構成とすることにより、金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができるからである。従って、第１の金属層として化合物半導体層３より熱膨張係数が小さい材料を用いる場合には、第２の金属層２２はその熱膨張係数が化合物半導体層３の熱膨張係数より大きい材料からなることが好ましい。
第２の金属層２２は、第１の金属層として化合物半導体層３より熱膨張係数が大きい材料を用いる場合には、その熱膨張係数が化合物半導体層３の熱膨張係数より小さい材料からなることが好ましい。この構成とすることにより、金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができるからである。従って、第１の金属層として化合物半導体層３より熱膨張係数が小さい材料を用いる場合には、第２の金属層２２はその熱膨張係数が化合物半導体層３の熱膨張係数より大きい材料からなることが好ましい。
例えば、化合物半導体層３としてＡｌＧａＩｎＰ層（熱膨張係数＝約５．３ｐｐｍ／Ｋ）を用いた場合には、第２の金属層２２としてモリブデン（熱膨張係数＝５．１ｐｐｍ／Ｋ）、タングステン（熱膨張係数＝４．３ｐｐｍ／Ｋ）、クロム（熱膨張係数＝４．９ｐｐｍ／Ｋ）およびこれらの合金などを用いることが好ましい。
本発明の一実施形態の発光ダイオード１として、発光層２を含む化合物半導体層３に金属基板５が接合された発光ダイオード１であって、金属基板５は、第１の金属層２１と第２の金属層２２とが交互に積層されてなり、第１の金属層２１は、熱膨張係数が化合物半導体層３の材料より大きく、第２の金属層２２は、熱膨張係数が化合物半導体層３の材料より小さい材料からなる構成を採用すると、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
本発明の一実施形態の発光ダイオード１として、第２の金属層２２の材料が、化合物半導体層３の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内となる熱膨張係数を有する材料である構成を採用すると、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
本発明の一実施形態の発光ダイオード１として、第１の金属層２１が、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケルまたはこれらの合金からなる構成を採用すると、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
本発明の一実施形態の発光ダイオード１として、第２の金属層２２が、モリブデン、タングステン、クロムまたはこれらの合金からなる構成を採用すると、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
本発明の一実施形態の発光ダイオード１として、第１の金属層２１が銅からなり、第２の金属層２２がモリブデンからなり、第１の金属層２１と第２の金属層２２との層の数が合わせて３層以上９層以下とされている構成を採用すると、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
［発光ダイオードの製造方法］
次に、本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法について説明する。
本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法は、複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えたウェハを作製する工程と、前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、を有する。
まず、金属基板の製造工程について説明する。
次に、本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法について説明する。
本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法は、複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えたウェハを作製する工程と、前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、を有する。
まず、金属基板の製造工程について説明する。
＜金属基板の製造工程＞
金属基板５として、熱膨張係数が化合物半導体層３の材料より大きい第１の金属層と、熱膨張係数が化合物半導体層３の材料より小さい第２の金属層とを採用して、ホットプレスして形成する。
金属基板５として、熱膨張係数が化合物半導体層３の材料より大きい第１の金属層と、熱膨張係数が化合物半導体層３の材料より小さい第２の金属層とを採用して、ホットプレスして形成する。
まず、２枚の略平板状の第１の金属板２１と、１枚の略平板状の第２の金属板２２を用意する。例えば、第１の金属板２１としては厚さ１０μｍのＣｕ、第２の金属板２２としては厚さ７５μｍのＭｏを用いる。
次に、図２（ａ）に示すように、前記２枚の第１の金属板２１の間に前記第２の金属板２２を挿入してこれらを重ねて配置する。
次に、図２（ａ）に示すように、前記２枚の第１の金属板２１の間に前記第２の金属板２２を挿入してこれらを重ねて配置する。
次に、所定の加圧装置に前記基板を配置して、高温下で、第１の金属板２１と第２の金属板２２に矢印の方向に荷重をかける。これにより、図２（ｂ）に示すように、第１の金属層２１がＣｕであり、第２の金属層２２がＭｏであり、Ｃｕ（１０μｍ）／Ｍｏ（７５μｍ）／Ｃｕ（１０μｍ）の３層からなる金属基板５を形成する。
金属基板５は、例えば、熱膨張係数が５．７ｐｐｍ／Ｋとなり、熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
金属基板５は、例えば、熱膨張係数が５．７ｐｐｍ／Ｋとなり、熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
なお、この後、化合物半導体層３の接合面の大きさに合わせて切断した後、表面を鏡面加工してもよい。
また、金属基板５の接合面５ａに、電気的接触を安定化させるため接合補助膜を形成してもよい。前記接合補助膜としては、金、白金、ニッケルなどを用いることができる。例えば、メッキにより、金属基板５の接合面５ａ上にニッケルを２μｍ成膜した後、前記ニッケル上に金を１μｍ成膜する。
さらにまた、前記接合補助膜の代わりに、ダイボンド用のＡｕＳｎ等の共晶金属を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便にすることができる。
また、金属基板５の接合面５ａに、電気的接触を安定化させるため接合補助膜を形成してもよい。前記接合補助膜としては、金、白金、ニッケルなどを用いることができる。例えば、メッキにより、金属基板５の接合面５ａ上にニッケルを２μｍ成膜した後、前記ニッケル上に金を１μｍ成膜する。
さらにまた、前記接合補助膜の代わりに、ダイボンド用のＡｕＳｎ等の共晶金属を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便にすることができる。
＜化合物半導体層および第２の電極形成工程＞
まず、図３に示すように、半導体基板１１の一面１１ａ上に、複数のエピタキシャル層を成長させてエピタキシャル積層体１７を形成する。
半導体基板１１は、エピタキシャル積層体１７形成用基板であり、例えば、一面１１ａが（１００）面から１５°傾けた面とされた、Ｓｉドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶基板である。このように、エピタキシャル積層体１７としてＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を用いる場合、エピタキシャル積層体１７を形成する基板として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板を用いることができる。
まず、図３に示すように、半導体基板１１の一面１１ａ上に、複数のエピタキシャル層を成長させてエピタキシャル積層体１７を形成する。
半導体基板１１は、エピタキシャル積層体１７形成用基板であり、例えば、一面１１ａが（１００）面から１５°傾けた面とされた、Ｓｉドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶基板である。このように、エピタキシャル積層体１７としてＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を用いる場合、エピタキシャル積層体１７を形成する基板として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板を用いることができる。
化合物半導体層３の形成方法としては、有機金属化学気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシャル（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｉｃｙ：ＭＢＥ）法や液相エピタキシャル（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｉｃｙ：ＬＰＥ）法などを用いることができる。
本実施形態では、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料に用いた減圧ＭＯＣＶＤ法を用いて、各層をエピタキシャル成長させる。
なお、Ｍｇのドーピング原料にはビスシクロペンタジエチニルマグネシウム（（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を用いる。また、Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）又はアルシン（ＡｓＨ３）を用いる。
なお、ｐ型のＧａＰ層１３は、例えば、７５０°Ｃで成長させ、その他のエピタキシャル成長層は、例えば、７３０°Ｃで成長させる。
なお、Ｍｇのドーピング原料にはビスシクロペンタジエチニルマグネシウム（（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を用いる。また、Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）又はアルシン（ＡｓＨ３）を用いる。
なお、ｐ型のＧａＰ層１３は、例えば、７５０°Ｃで成長させ、その他のエピタキシャル成長層は、例えば、７３０°Ｃで成長させる。
具体的には、まず、半導体基板１１の一面１１ａ上に、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓからなる緩衝層１２ａを成膜する。緩衝層１２ａとしては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓを用い、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を０．２μｍとする。
次に、緩衝層１２ａ上に、Ｓｉドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるエッチングストップ層１２ｂを成膜する。
エッチングストップ層１２ｂは、半導体基板をエッチング除去する際、クラッド層および発光層までがエッチングされてしまうことを防ぐための層であり、例えば、Ｓｉドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、層厚を０．５μｍとする。
次に、エッチングストップ層１２ｂ上に、Ｓｉドープしたｎ型のＧａＡｓからなるコンタクト層１２ｃを成膜する。
次に、コンタクト層１２ｃ上に、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるクラッド層１０ａを成膜する。
次に、クラッド層１０ａ上に、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなる発光層２を成膜する。
次に、発光層２上に、Ｍｇをドープしたｐ型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるクラッド層１０ｂを成膜する。
次に、クラッド層１０ｂ上に、Ｍｇドープしたｐ型のＧａＰ層１３を成膜する。
次に、緩衝層１２ａ上に、Ｓｉドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるエッチングストップ層１２ｂを成膜する。
エッチングストップ層１２ｂは、半導体基板をエッチング除去する際、クラッド層および発光層までがエッチングされてしまうことを防ぐための層であり、例えば、Ｓｉドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、層厚を０．５μｍとする。
次に、エッチングストップ層１２ｂ上に、Ｓｉドープしたｎ型のＧａＡｓからなるコンタクト層１２ｃを成膜する。
次に、コンタクト層１２ｃ上に、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるクラッド層１０ａを成膜する。
次に、クラッド層１０ａ上に、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなる発光層２を成膜する。
次に、発光層２上に、Ｍｇをドープしたｐ型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるクラッド層１０ｂを成膜する。
次に、クラッド層１０ｂ上に、Ｍｇドープしたｐ型のＧａＰ層１３を成膜する。
次に、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａを、表面から１μｍの深さに至るまで鏡面研磨して、表面の粗さを、例えば、０．１８ｎｍ以内とする。
次に、図４に示すように、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａ上に第２の電極（オーミック電極）８を形成する。第２の電極８は、例えば、０．４μｍの厚さのＡｕＢｅ上に０．２μｍの厚さのＡｕが積層されてなる。第２の電極８は、例えば、平面視したときに２０μｍφの円形状であり、６０μｍの間隔で形成される。
次に、図４に示すように、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａ上に第２の電極（オーミック電極）８を形成する。第２の電極８は、例えば、０．４μｍの厚さのＡｕＢｅ上に０．２μｍの厚さのＡｕが積層されてなる。第２の電極８は、例えば、平面視したときに２０μｍφの円形状であり、６０μｍの間隔で形成される。
＜反射構造体形成工程＞
次に、図５に示すように、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａおよび第２の電極８を覆うようにＩＴＯ膜からなる透明導電膜１４を形成する。次に、４５０℃の熱処理を施して、第２の電極８と透明導電膜１４との間にオーミックコンタクトを形成する。
次に、図５に示すように、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａおよび第２の電極８を覆うようにＩＴＯ膜からなる透明導電膜１４を形成する。次に、４５０℃の熱処理を施して、第２の電極８と透明導電膜１４との間にオーミックコンタクトを形成する。
次に、図６に示すように、透明導電膜１４のエピタキシャル積層体１７と反対側の面１４ａに、蒸着法を用いて、銀（Ａｇ）合金からなる膜を０．７μｍ成膜した後、ニッケル（Ｎｉ）／チタン（Ｔｉ）からなる膜を０．５μｍ、金（Ａｕ）からなる膜を１μｍ成膜して、金属膜１５とした。
これにより、金属膜１５と透明導電膜１４とからなる反射構造体４が形成される。
これにより、金属膜１５と透明導電膜１４とからなる反射構造体４が形成される。
＜金属基板接合工程＞
次に、図７に示すように、反射構造体４とエピタキシャル積層体１７とを形成した半導体基板１１と、前記金属基板の製造工程で形成した金属基板５と、を減圧装置内に搬入して、反射構造体４の接合面４ａと金属基板５の接合面５ａとが対向して重ねあわされるように配置する。
次に、前記減圧装置内を３×１０−５Ｐａまで排気した後、半導体基板１１と金属基板５とを４００℃に加熱した状態で、５００ｋｇの荷重を印加して反射構造体４の接合面４ａと金属基板５の接合面５ａと接合して、接合構造体１８を形成する。
次に、図７に示すように、反射構造体４とエピタキシャル積層体１７とを形成した半導体基板１１と、前記金属基板の製造工程で形成した金属基板５と、を減圧装置内に搬入して、反射構造体４の接合面４ａと金属基板５の接合面５ａとが対向して重ねあわされるように配置する。
次に、前記減圧装置内を３×１０−５Ｐａまで排気した後、半導体基板１１と金属基板５とを４００℃に加熱した状態で、５００ｋｇの荷重を印加して反射構造体４の接合面４ａと金属基板５の接合面５ａと接合して、接合構造体１８を形成する。
＜半導体基板および緩衝層除去工程＞
次に、図８に示すように、接合構造体１８から、半導体基板１１及び緩衝層１２ａをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。
次に、図８に示すように、接合構造体１８から、半導体基板１１及び緩衝層１２ａをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。
＜エッチングストップ層除去工程＞
次に、エッチングストップ層１２ｂを塩酸系エッチャントにより選択的に除去する。これにより、発光層２を有する化合物半導体層３が形成される。
次に、エッチングストップ層１２ｂを塩酸系エッチャントにより選択的に除去する。これにより、発光層２を有する化合物半導体層３が形成される。
＜第１の電極形成工程＞
次に、真空蒸着法を用いて、化合物半導体層３の反射構造体４と反対側の面３ａに電極用導電膜を成膜する。前記電極用導電膜としては、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる金属層構造を用いることができる。例えば、ＡｕＧｅ（Ｇｅ質量比１２％）を０．１５μｍの厚さで成膜した後、Ｎｉを０．０５μｍの厚さで成膜し、さらにＡｕを１μｍの厚さで成膜する。
次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用して、前記電極用導電膜を例えば、平面視円形状にパターニングして、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６として、発光ダイオードのウェハを作製する。
次に、真空蒸着法を用いて、化合物半導体層３の反射構造体４と反対側の面３ａに電極用導電膜を成膜する。前記電極用導電膜としては、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる金属層構造を用いることができる。例えば、ＡｕＧｅ（Ｇｅ質量比１２％）を０．１５μｍの厚さで成膜した後、Ｎｉを０．０５μｍの厚さで成膜し、さらにＡｕを１μｍの厚さで成膜する。
次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用して、前記電極用導電膜を例えば、平面視円形状にパターニングして、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６として、発光ダイオードのウェハを作製する。
上記第１の電極形成工程のパターニングで用いたマスクを用いて、コンタクト層１２ｃのうち、例えば、アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）／過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）／純水（Ｈ2０）混合液により、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６の下以外の部分をエッチングで除去する。これにより、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６とコンタクト層１２ｃの平面形状は図１に示すように、実質的に同一の形状となる。
なお、この後、例えば、４２０°Ｃで３分間熱処理を行って、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６の各金属を合金化することが好ましい。これにより、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６を低抵抗化することができる。
図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して、化合物半導体層及びおもて面金属層の切断予定ライン上の部分を除去する工程（おもて面エッチング工程）について説明する。
＜化合物半導体層除去工程＞
まず、図９（ａ）に示すように、発光ダイオードのウェハの化合物半導体層３上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによって、例えば、幅６０μｍ程度の切断予定ラインパターンを含むレジストパターン３１を形成する。
まず、図９（ａ）に示すように、発光ダイオードのウェハの化合物半導体層３上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによって、例えば、幅６０μｍ程度の切断予定ラインパターンを含むレジストパターン３１を形成する。
次いで、露出されている化合物半導体層の切断予定ライン上の部分をエッチングによって除去する（符号３Ａ参照）。
化合物半導体層の除去幅はこの後の金属層の除去幅を決める。従って、化合物半導体層の除去幅は、この後のレーザー切断時に生成されるデブリ量を低減するために、レーザーによる切断幅より広い幅であるのが好ましい。例えば、おもて面からレーザー照射してレーザー切断を行う場合はレーザーによる切断幅より４０μｍ程度広いのが好ましい。また、裏面からレーザー照射してレーザー切断を行う場合はレーザーによる切断幅は２０μｍ程度広いのが好ましい。
化合物半導体層の除去幅はこの後の金属層の除去幅を決める。従って、化合物半導体層の除去幅は、この後のレーザー切断時に生成されるデブリ量を低減するために、レーザーによる切断幅より広い幅であるのが好ましい。例えば、おもて面からレーザー照射してレーザー切断を行う場合はレーザーによる切断幅より４０μｍ程度広いのが好ましい。また、裏面からレーザー照射してレーザー切断を行う場合はレーザーによる切断幅は２０μｍ程度広いのが好ましい。
＜おもて面金属層除去工程＞
次いで、図９（ｂ）に示すように、そのウェハを塩化第二鉄液に浸漬して、ＩＴＯ層１４とＮｉ層３３の、化合物半導体層の除去した部分の下方に位置する部分をエッチングして除去する（符号１４Ａ、３３Ａ参照）。
次いで、図９（ｂ）に示すように、そのウェハを塩化第二鉄液に浸漬して、ＩＴＯ層１４とＮｉ層３３の、化合物半導体層の除去した部分の下方に位置する部分をエッチングして除去する（符号１４Ａ、３３Ａ参照）。
次いで、図９（ｃ）に示すように、ウェハをフッ酸系液、例えば、水素二フッ化アンモニウム２〜３％、フッ化アンモニウム０．０５〜０．１％に水を加えた溶液に浸漬して、Ｔｉ層３４の、上記除去した部分の下方に位置する部分をエッチングして除去する（符号３４Ａ参照）。
次いで、ウェハをＡｕ系エッチング液、例えば、シアン系のエッチング液に浸漬して、Ａｕ層３５、３６の、上記除去した部分の下方に位置する部分をエッチングして除去する（符号３５Ａ、３６Ａ参照）。
次いで、ウェハを、Ｎｉ、Ｃｕに対するエッチング速度がＭｏに対するエッチング速度より高くＮｉ、Ｃｕを選択的にエッチングできる塩化第二鉄液に浸漬して、Ｎｉ層３７及びＣｕ層２１Ａの、上記除去した部分の下方に位置する部分をＭｏ層２２が露出するまでエッチングして除去する（符号３７Ａ、２１ＡＡ参照）。
以上の手順によって、切断予定ライン上の化合物半導体層及びおもて面金属層を除去することができる。
次いで、ウェハをＡｕ系エッチング液、例えば、シアン系のエッチング液に浸漬して、Ａｕ層３５、３６の、上記除去した部分の下方に位置する部分をエッチングして除去する（符号３５Ａ、３６Ａ参照）。
次いで、ウェハを、Ｎｉ、Ｃｕに対するエッチング速度がＭｏに対するエッチング速度より高くＮｉ、Ｃｕを選択的にエッチングできる塩化第二鉄液に浸漬して、Ｎｉ層３７及びＣｕ層２１Ａの、上記除去した部分の下方に位置する部分をＭｏ層２２が露出するまでエッチングして除去する（符号３７Ａ、２１ＡＡ参照）。
以上の手順によって、切断予定ライン上の化合物半導体層及びおもて面金属層を除去することができる。
＜裏面金属層除去工程＞（裏面エッチング工程）
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）を参照して、裏面金属層の切断予定ライン上の部分を除去する工程について説明する。
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）を参照して、裏面金属層の切断予定ライン上の部分を除去する工程について説明する。
まず、図１０（ａ）に示すように、発光ダイオードのウェハ裏面の金属基板５上に形成されたＡｕ／Ｎｉ層上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによって、例えば、幅４０μｍ程度の切断予定ラインパターンを含むレジストパターン４１を形成する。
次いで、図１０（ｂ）に示すように、ウェハをＡｕ系エッチング液、例えば、シアン系のエッチング液に浸漬して、Ａｕ層４２の、上記除去した部分の下方に位置する部分をエッチングして除去する（符号４２Ａで示した部分）。
次いで、図１０（ｃ）に示すように、ウェハを、Ｎｉ、Ｃｕに対するエッチング速度がＭｏに対するエッチング速度より高くＮｉ、Ｃｕを選択的にエッチングできる塩化第二鉄液に浸漬して、Ｎｉ層４３及びＣｕ層２１Bの、上記除去した部分の下方に位置する部分をＭｏ層が露出するまでエッチングして除去する（符号４３Ａ、２１ＢＢで示した部分）。
以上の手順によって、切断予定ライン上の裏面Ｃｕ層を除去する。
以上の手順によって、切断予定ライン上の裏面Ｃｕ層を除去する。
化合物半導体層除去工程、おもて面Ｃｕ層除去工程、裏面Ｃｕ層除去工程はすべて行うのが好ましいが、レーザー照射をおもて面から行う場合は化合物半導体層除去工程及び裏面Ｃｕ層除去工程だけを行っても、レーザー切断時に発生する熱の悪影響を低減できる。同様に、レーザー照射を裏面から行う場合は化合物半導体層除去工程及びおもて面Ｃｕ層除去工程だけを行っても、レーザー切断時に発生する熱の悪影響を低減できる。
すべての除去工程を行う場合、化合物半導体層除去工程、おもて面金属層除去工程、裏面金属層除去工程はこの順で行ってもよいし、裏面金属層除去工程を先に行ってから化合物半導体層除去工程、おもて面金属層除去工程を順に行ってもよい。また、化合物半導体層除去工程、裏面金属層除去工程、おもて面金属層除去工程の順で行うこともできる。裏面金属層除去工程及びおもて面金属層除去工程については同時に行うこともできる。
但し、レーザー照射をおもて面から行う場合は、裏面金属層除去工程、化合物半導体層除去工程、おもて面金属層除去工程の順に行うのが簡便で好ましい。他方、レーザー照射を裏面から行う場合は、化合物半導体層除去工程、おもて面金属層除去工程、裏面金属層除去工程の順に行うのが簡便で好ましい。
但し、レーザー照射をおもて面から行う場合は、裏面金属層除去工程、化合物半導体層除去工程、おもて面金属層除去工程の順に行うのが簡便で好ましい。他方、レーザー照射を裏面から行う場合は、化合物半導体層除去工程、おもて面金属層除去工程、裏面金属層除去工程の順に行うのが簡便で好ましい。
＜レーザーダイシング工程＞
例えば、すべての除去工程を行った後に、裏面の切断予定ライン上の金属層を除去した部分に沿って、レーザーを照射してＭｏ層を切り込んで金属基板を切断する。
例えば、すべての除去工程を行った後に、裏面の切断予定ライン上の金属層を除去した部分に沿って、レーザーを照射してＭｏ層を切り込んで金属基板を切断する。
レーザーによる切断条件としてはＬＥＤ素子製造プロセスで使用される条件でよい。
例えば、レーザー波長を３５５nmとし、送り速度を２０ｍｍ／ｓｅｃとした条件で金属基板を切断することができる。
例えば、レーザー波長を３５５nmとし、送り速度を２０ｍｍ／ｓｅｃとした条件で金属基板を切断することができる。
レーザーダイシングのレーザー走査は複数回に分けて行ってもよい。その際、レーザービームの太さを変えてダイシングしてもよい。
金属基板のレーザー切断面はその後、Ａｕめっきするのが好ましい。
＜発光ダイオードランプ＞
本発明の実施形態である発光ダイオードを備えた発光ダイオードランプについて説明する。
図１１は、本発明の実施形態である発光ダイオードランプの一例を示す断面模式図である。図１１に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオードランプ５０は、パッケージ基板５５と、パッケージ基板５５上に形成された２つの電極端子５３、５４と、電極端子５４上に搭載された発光ダイオード１と、発光ダイオード１を覆うように形成されたシリコンなどからなる透明樹脂（封止樹脂）５１と、を有している。
発光ダイオード１は、化合物半導体層３と反射構造部４と金属基板５と第１の電極６と第２の電極８を有しており、金属基板５が電極端子５３と接続されるように配置されている。また、第１の電極６と電極端子５４とはワイヤボンディングされている。電極端子５３、５４に印加された電圧が、第１の電極６と第２の電極８を介して化合物半導体層３に印加され、化合物半導体層３に含まれる発光層が発光する。発光された光は、正面方向ｆに取り出される。
本発明の実施形態である発光ダイオードを備えた発光ダイオードランプについて説明する。
図１１は、本発明の実施形態である発光ダイオードランプの一例を示す断面模式図である。図１１に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオードランプ５０は、パッケージ基板５５と、パッケージ基板５５上に形成された２つの電極端子５３、５４と、電極端子５４上に搭載された発光ダイオード１と、発光ダイオード１を覆うように形成されたシリコンなどからなる透明樹脂（封止樹脂）５１と、を有している。
発光ダイオード１は、化合物半導体層３と反射構造部４と金属基板５と第１の電極６と第２の電極８を有しており、金属基板５が電極端子５３と接続されるように配置されている。また、第１の電極６と電極端子５４とはワイヤボンディングされている。電極端子５３、５４に印加された電圧が、第１の電極６と第２の電極８を介して化合物半導体層３に印加され、化合物半導体層３に含まれる発光層が発光する。発光された光は、正面方向ｆに取り出される。
パッケージ基板５５は、その熱抵抗が１０℃／Ｗ以下とされている。これにより、発光層２に１Ｗ以上の電力を加えて発光させたときでも、ヒートシンクとして機能させることができ、発光ダイオード１の放熱性をより高めることができる。
なお、パッケージ基板の形状は、これに限定されず、他の形状のパッケージ基板を用いてもよい。他の形状のパッケージ基板を用いたＬＥＤランプ製品においても、放熱性を十分確保できるので、高出力、高輝度の発光ダイオードランプとすることができる。
なお、パッケージ基板の形状は、これに限定されず、他の形状のパッケージ基板を用いてもよい。他の形状のパッケージ基板を用いたＬＥＤランプ製品においても、放熱性を十分確保できるので、高出力、高輝度の発光ダイオードランプとすることができる。
まず、発光層として（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなるもので厚さ４μｍ、ＧａＰ層が２μｍ、反射構造体がＡｇ層０．７μｍ、Ｎｉ／Ｔｉバリヤ層０．５μｍ、Ａｕ層１μｍ、金属基板がＣｕ層１０μｍ／Ｍｏ層７５μｍ／Ｃｕ層１０μｍの三層構造の両側にＮｉ層２μｍ、Ａｕ層１μｍを順に形成したウェハを作製した。
このウェハのおもて面について、金属基板のおもて面側のＣｕ層までをエッチングによって除去して、幅６０μｍの溝を形成した。また、裏面については金属基板の裏面側のＣｕ層をエッチングによって除去して、幅４０μｍの溝を形成した。
次いで、ウェハのおもて面から、レーザー波長３５５nm、送り速度２０ｍｍ／ｓｅｃの条件で金属基板のＭｏ層をレーザー切断した。
次いで、ウェハのおもて面から、レーザー波長３５５nm、送り速度２０ｍｍ／ｓｅｃの条件で金属基板のＭｏ層をレーザー切断した。
こうして作製したチップ状の発光ダイオードについてレーザー顕微鏡で観察した。
デブリは、金属基板のおもて面側のＣｕ層の側面及び裏面側のＣｕ層の側面には付着していたが、おもて面側のＣｕ層及び裏面側のＣｕ層の露出している表面に付着しているデブリは観察されなかった。
デブリは、金属基板のおもて面側のＣｕ層の側面及び裏面側のＣｕ層の側面には付着していたが、おもて面側のＣｕ層及び裏面側のＣｕ層の露出している表面に付着しているデブリは観察されなかった。
本発明は、特に金属基板を基板に用いた発光ダイオードの製造方法、切断方法及び発光ダイオードを利用する産業において利用可能性がある。
１ 発光ダイオード（発光ダイオードチップ）
２ 発光層
３ 化合物半導体層
４ 反射構造体
５ 金属基板
１４ 透明導電膜
１５ 金属接合膜
２１（２１Ａ、２１Ｂ） 第１の金属層
２２ 第２の金属層
５０ 発光ダイオードランプ
５５ 金属基板
２ 発光層
３ 化合物半導体層
４ 反射構造体
５ 金属基板
１４ 透明導電膜
１５ 金属接合膜
２１（２１Ａ、２１Ｂ） 第１の金属層
２２ 第２の金属層
５０ 発光ダイオードランプ
５５ 金属基板
Claims (17)
- ウェハにレーザーを照射してチップ状の発光ダイオードを製造する方法において、
複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えたウェハを作製する工程と、
前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、
前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、
平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 前記金属基板を切断する工程の前に、前記複数の金属層のうち前記レーザー照射面側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分をエッチングによって除去する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記複数の金属層は、前記化合物半導体層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料と前記化合物半導体層の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する材料を含むことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記化合物半導体層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料が、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、チタンまたはこれらの合金のいずれかからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記化合物半導体層の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する材料が、モリブデン、タングステン、クロムまたはこれらの合金のいずれかからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記複数の金属層は三層の金属層であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記三層の金属層のうち、一層の金属層を挟む二層の金属層は同じ金属材料からなることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記一層の金属層はモリブデンからなり、前記二層の金属層は銅からなることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記三層の金属層のうち、一層の金属層を挟む二層の金属層をエッチングによって除去し、前記一層の金属層をレーザーによって切断することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記発光層は、ＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記化合物半導体層と前記金属基板との間に反射構造体を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された化合物半導体層とを備えたウェハにレーザーを照射してチップ状の発光ダイオードに切断する方法において、
前記化合物半導体層の切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、
前記複数の金属層のうちレーザー照射面の反対側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分を、エッチングによって除去する工程と、
平面視して前記金属層の前記除去された部分に沿って、レーザーを照射して前記金属基板を切断する工程と、
を有することを特徴とする切断方法。 - 前記金属基板を切断する工程の前に、前記複数の金属層のうち前記レーザー照射面側の少なくとも一層の、前記切断予定ライン上の部分をエッチングによって除去する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の切断方法。
- 請求項１から１１のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法によって製造された発光ダイオード。
- 複数の金属層からなる金属基板と、該金属基板上に形成された発光層を含む化合物半導体層とを備えた発光ダイオードであって、
前記金属基板の側面は、該金属基板の厚さ方向に並んで配置する湿式エッチング面とレーザー切断面とからなり、
複数の金属層のうち、前記化合物半導体層側の少なくとも一層の金属層の側面と前記化合物半導体層の反対側の少なくとも一層の金属層の側面とは湿式エッチング面からなり、
レーザー照射による副次生成物は前記金属基板の側面にのみ付着していることを特徴とする発光ダイオード。 - 前記複数の金属層は三層の金属層であり、一層の金属層を挟む二層の金属層の側面は前記湿式エッチング面からなり、前記一層の金属層の側面は前記レーザー切断面からなることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオード。
- 前記一層の金属層はモリブデンからなり、前記二層の金属層は銅からなることを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010156722A JP5605033B2 (ja) | 2010-07-09 | 2010-07-09 | 発光ダイオードの製造方法、切断方法及び発光ダイオード |
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