JP2012231087A - Method of manufacturing nitride-based led - Google Patents

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晋 平岡
Yoshiki Kobayashi
由季 小林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a non-polar or semi-polar nitride-based LED that allows prevention of reduction in light-emitting efficiency due to a step of mechanically working a non-polar surface or a semi-polar surface of a nitride semiconductor.SOLUTION: A method of manufacturing a nitride-based LED comprises: a first step of preparing a nitride semiconductor stack including a non-polar or semi-polar nitride semiconductor substrate; a second step of reducing the thickness of the nitride semiconductor stack by mechanically grinding the bottom surface of the nitride semiconductor stack; and a third step of dry-etching the bottom surface of the nitride semiconductor stack so as to remove a colored portion occurring in the second step. In the third step, the flatness of the bottom surface of the nitride semiconductor stack is improved by using an etch-back method.

Description

本発明は、窒化物半導体で形成された発光構造を有する窒化物系発光ダイオード素子（以下、窒化物系ＬＥＤともいう）を製造する方法に関し、とりわけ、無極性または半極性の窒化物系ＬＥＤを製造する方法に関する。窒化物半導体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎなどの一般式で表される化合物半導体であり、III族窒化物半導体、窒化物系半導体、窒化ガリウム
（ＧａＮ）系半導体などとも呼ばれる。 The present invention relates to a method for manufacturing a nitride-based light-emitting diode element (hereinafter also referred to as a nitride-based LED) having a light-emitting structure formed of a nitride semiconductor, and more particularly, a nonpolar or semipolar nitride-based LED. It relates to a method of manufacturing. The nitride semiconductor is represented by a general formula such as Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), (Al, Ga, In) N. This compound semiconductor is also called a group III nitride semiconductor, nitride semiconductor, gallium nitride (GaN) semiconductor, or the like.

ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮのような窒化物半導体を用いた半導体デバイスが実用化されている。代表的なデバイスは、窒化物半導体でダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を構成した、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子である。特に、ｃ面サファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長された発光構造を有する窒化物系ＬＥＤは、バックライトや照明のための光源として大量に生産されている。   Semiconductor devices using nitride semiconductors such as GaN, GaInN, AlGaN, and AlGaInN have been put into practical use. A typical device is a light emitting element such as a light emitting diode or a laser diode, in which a double hetero pn junction type light emitting structure is formed of a nitride semiconductor. In particular, nitride LEDs having a light-emitting structure heteroepitaxially grown on a c-plane sapphire substrate are produced in large quantities as light sources for backlights and illumination.

発光デバイスに用いられる窒化物半導体の結晶は、六方晶のウルツ鉱型構造を有している。上述の、ｃ面サファイア基板を用いた窒化物系ＬＥＤは、発光構造を構成するｎ型層、活性層およびｐ型層がｃ軸方向に積層された発光構造を有しているために、発光効率を低下させるピエゾ電界が活性層内部に形成されるといわれている。この問題を解決するために提案されているのが、無極性または半極性のＧａＮ基板上に発光構造をホモエピタキシャル成長させることにより得られる、無極性または半極性の窒化物系ＬＥＤである（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４）。   A nitride semiconductor crystal used in a light emitting device has a hexagonal wurtzite structure. The above-described nitride-based LED using a c-plane sapphire substrate has a light-emitting structure in which an n-type layer, an active layer, and a p-type layer constituting the light-emitting structure are stacked in the c-axis direction. It is said that a piezo electric field that reduces efficiency is formed inside the active layer. In order to solve this problem, a nonpolar or semipolar nitride-based LED obtained by homoepitaxial growth of a light emitting structure on a nonpolar or semipolar GaN substrate (non-patent document) Document 1, Non-patent document 2, Non-patent document 3, Non-patent document 4).

ここで、無極性のＧａＮ基板とは、ｃ面（極性面と呼ばれる）から９０度傾いた面（無極性面と呼ばれる。例えば、ｍ面やａ面。）を主面とするＧａＮ基板のことである。また、半極性のＧａＮ基板とは、ｃ面からの傾斜が無極性面よりも小さい面（半極性面と呼ばれる。）を主面とするＧａＮ基板のことである。ただし、主面のｃ面からの傾斜が僅かであるＧａＮ基板は、通常、オフ角が付されたｃ面基板として取り扱われる。窒化物半導体基板に付与されるオフ角は、通常は１０度以内である。   Here, the nonpolar GaN substrate is a GaN substrate having a main surface that is inclined by 90 degrees from a c-plane (referred to as a polar plane) (referred to as a nonpolar plane; for example, m-plane or a-plane). It is. Moreover, the semipolar GaN substrate is a GaN substrate having a main surface with a surface (referred to as a semipolar surface) whose inclination from the c-plane is smaller than that of a nonpolar surface. However, a GaN substrate with a slight inclination from the c-plane of the main surface is normally handled as a c-plane substrate with an off angle. The off angle given to the nitride semiconductor substrate is usually within 10 degrees.

ｃ面ＧａＮ基板上に発光構造を有する窒化物系ＬＥＤにおいて、光取出し面として利用する基板の裏面を光電気化学（ＰＥＣ）エッチングのようなウェットエッチング加工で粗化して、光取出し効率を改善する試みが行われている。一方、無極性または半極性のＧａＮ基板上に発光構造を有する無極性または半極性の窒化物系ＬＥＤにおいては、ウェットエッチング加工により基板の裏面を粗くすることができないという問題が指摘されている（非特許文献５）。そこで、かかる窒化物系ＬＥＤについては、基板の裏面をドライエッチして粗化する試みが行われている（特許文献１、非特許文献５、非特許文献６）。   In a nitride LED having a light emitting structure on a c-plane GaN substrate, the back surface of the substrate used as the light extraction surface is roughened by wet etching such as photoelectrochemical (PEC) etching to improve light extraction efficiency. An attempt is being made. On the other hand, in a nonpolar or semipolar nitride-based LED having a light emitting structure on a nonpolar or semipolar GaN substrate, a problem has been pointed out that the back surface of the substrate cannot be roughened by wet etching processing ( Non-patent document 5). Then, about this nitride-type LED, the trial which dry-etches and roughens the back surface of a board | substrate is performed (patent document 1, nonpatent literature 5, nonpatent literature 6).

半導体の分野において、多層配線基板を作製するに際し、配線層間に設ける絶縁膜を平坦化する方法としてエッチバック法が知られている。エッチバック法を応用して、粗い窒化物半導体層の表面を平坦化できることが知られている（特許文献２）。   In the field of semiconductors, an etch back method is known as a method for flattening an insulating film provided between wiring layers when a multilayer wiring board is manufactured. It is known that the surface of a rough nitride semiconductor layer can be planarized by applying an etch back method (Patent Document 2).

ＷＯ２００９／０７０８０９号公報WO2009 / 070809 特開２００６−１９６６９２号公報JP 2006-196692 A

A. Chakraborty, B. A. Haskell, S. Keller, J. S. Speck, S. P. DenBaars, S. Nakamura and U. K. Mishra: Japanese Journal of Applied Physics 44 (2005) L173A. Chakraborty, B. A. Haskell, S. Keller, J. S. Speck, S. P. DenBaars, S. Nakamura and U. K. Mishra: Japanese Journal of Applied Physics 44 (2005) L173 K. Okamoto, H. Ohta, D. Nakagawa, M. Sonobe, J.Ichiharaand H. Takasu: Japanese Journal of Applied Physics 45 (2006) L1197K. Okamoto, H. Ohta, D. Nakagawa, M. Sonobe, J. Ichiharaand H. Takasu: Japanese Journal of Applied Physics 45 (2006) L1197 R. B. Chung, Y-D. Lin, I.Koslow, N. Pfaff, H. Ohta, J. Ha, S. P. DenBaarsand S. Nakamura: Japanese Journal of Applied Physics 49 (2010) 070203R. B. Chung, Y-D. Lin, I. Koslow, N. Pfaff, H. Ohta, J. Ha, S. P. DenBaarsand S. Nakamura: Japanese Journal of Applied Physics 49 (2010) 070203 I. L. Koslow, J. Sonoda, R. B. Chung, C-C. Pan, S. Brinkley, H. Ohta, S. Nakamura and S. P. DenBaars: Japanese Journal of Applied Physics 49 (2010) 080203I. L. Koslow, J. Sonoda, R. B. Chung, C-C. Pan, S. Brinkley, H. Ohta, S. Nakamura and S. P. DenBaars: Japanese Journal of Applied Physics 49 (2010) 080203 H. Zhong, A. Tyagi, N. Pfaff, M. Saito, K. Fujito, J. S. Speck, S. P. DenBaars and S. Nakamura: Japanese Journal of Applied Physics 48 (2009) 03020H. Zhong, A. Tyagi, N. Pfaff, M. Saito, K. Fujito, J. S. Speck, S. P. DenBaars and S. Nakamura: Japanese Journal of Applied Physics 48 (2009) 03020 Y. Zhao, J. Sonoda, C-C. Pan, S. Brinkley, I. Koslow, K. Fujito, H. Ohta, S. P. DenBaars and S. Nakamura: Applied Physics Express 3 (2010) 102101Y. Zhao, J. Sonoda, C-C. Pan, S. Brinkley, I. Koslow, K. Fujito, H. Ohta, S. P. DenBaars and S. Nakamura: Applied Physics Express 3 (2010) 102101

窒化物半導体の無極性面や半極性面は、機械的な刺激を受けると容易に着色する。詳細は明らかでないが、その原因は、表面近傍の窒素原子が脱離し易いからであると推定される。窒素原子が脱離した跡には、可視光を吸収する性質を持った空孔が残されるものと考えられる。原因が何であれ、窒化物系ＬＥＤにとって構成物質の着色は、発光効率を著しく低下させるので好ましくない。本発明の主たる目的は、窒化物半導体の無極性面または半極性面を機械的に加工する工程を含みながらも、該加工に起因する発光効率の低下が防止される、無極性または半極性の窒化物系ＬＥＤの製造方法を提供することである。   A nonpolar or semipolar surface of a nitride semiconductor is easily colored when subjected to mechanical stimulation. Although details are not clear, it is presumed that the cause is that nitrogen atoms near the surface are easily desorbed. It is considered that vacancies having the property of absorbing visible light remain in the traces of nitrogen atoms being desorbed. Whatever the cause, coloring of the constituent material for the nitride-based LED is not preferable because the luminous efficiency is remarkably lowered. The main object of the present invention is to provide a nonpolar or semipolar structure that includes a step of mechanically processing a nonpolar or semipolar surface of a nitride semiconductor, but prevents a decrease in luminous efficiency due to the processing. It is to provide a method for manufacturing a nitride-based LED.

次に挙げる窒化物系ＬＥＤの製造方法を提供する。
（１）底面および上面を有し、底面側から上面側に向かって、無極性または半極性の窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板の上に成長したｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層の上に成長した窒化物半導体からなる活性層と、該活性層の上に成長したｐ型窒化物半導体層とを、この順に含む窒化物半導体積層体を準備する第１工程と、該窒化物半導体積層体の底面を機械的に削ることによって該窒化物半導体積層体の厚さを減じる第２工程と、該第２工程で生じる着色部が除去されるように該窒化物半導体積層体の底面をドライエッチする第３工程と、を有し、該第３工程では、エッチバック法を用いることによって該窒化物半導体積層体の底面の平坦性を改善する、窒化物系ＬＥＤの製造方法。
（２）上記第３工程の後に、上記活性層が発する光を反射するミラーを上記窒化物半導体積層体の底面に形成する第４工程を有する、上記（１）に記載の製造方法。
（３）上記第２工程または第３工程で上記窒化物半導体基板が消失する、上記（１）または（２）に記載の製造方法。
（４）上記窒化物半導体基板が液相法により製造されたものである、上記（３）に記載の製造方法。
（５）上記第３工程の後に、開口部を有するマスクパターンを上記半導体積層体の底面に形成し、該マスクパターンの開口部に露出する上記窒化物半導体積層体をドライエッチすることによって、上記半導体積層体の底面の一部または全部を粗化する第５工程を有する、上記（１）に記載の製造方法。
（６）上記第５工程では上記半導体積層体の底面の一部を粗化し、上記半導体積層体の底
面のうち上記第５工程で粗化しない部分に電極を形成する、上記（５）に記載の製造方法。
（７）上記第２工程、第３工程、第５工程のいずれかの工程で、上記窒化物半導体基板が消失する、上記（５）または（６）に記載の製造方法。
（８）上記窒化物半導体基板が液相法により製造されたものである、上記（７）に記載の製造方法。 The following nitride-based LED manufacturing method is provided.
(1) a nonpolar or semipolar nitride semiconductor substrate having a bottom surface and a top surface from the bottom surface side toward the top surface side; an n-type nitride semiconductor layer grown on the nitride semiconductor substrate; A first nitride semiconductor multilayer body including an active layer made of a nitride semiconductor grown on an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer grown on the active layer in this order is prepared. A step, a second step of reducing the thickness of the nitride semiconductor multilayer body by mechanically scraping the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body, and the nitridation so that a colored portion generated in the second step is removed. And a third step of dry-etching the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body, and in the third step, the flatness of the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body is improved by using an etch back method. LED manufacturing method.
(2) The manufacturing method according to (1), further including a fourth step of forming a mirror that reflects light emitted from the active layer on the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body after the third step.
(3) The manufacturing method according to (1) or (2), wherein the nitride semiconductor substrate disappears in the second step or the third step.
(4) The manufacturing method according to (3), wherein the nitride semiconductor substrate is manufactured by a liquid phase method.
(5) After the third step, a mask pattern having an opening is formed on the bottom surface of the semiconductor stack, and the nitride semiconductor stack exposed in the opening of the mask pattern is dry-etched. The manufacturing method as described in said (1) which has a 5th process of roughening a part or all of the bottom face of a semiconductor laminated body.
(6) In the fifth step, a part of the bottom surface of the semiconductor stacked body is roughened, and an electrode is formed on a portion of the bottom surface of the semiconductor stacked body that is not roughened in the fifth step. Manufacturing method.
(7) The manufacturing method according to (5) or (6), wherein the nitride semiconductor substrate disappears in any one of the second step, the third step, and the fifth step.
(8) The manufacturing method according to (7), wherein the nitride semiconductor substrate is manufactured by a liquid phase method.

上記の製造方法によれば、窒化物半導体の無極性面または半極性面を機械的に加工しながらも、該加工に起因する発光効率の低下のない、無極性または半極性の窒化物系ＬＥＤを製造することができる。   According to the above manufacturing method, a nonpolar or semipolar nitride-based LED without mechanically processing a nonpolar or semipolar surface of a nitride semiconductor without causing a decrease in light emission efficiency due to the processing Can be manufactured.

窒化物系ＬＥＤの構造を示しており、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。FIG. 1A shows a structure of a nitride LED, FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 1A. 図１に示す窒化物系ＬＥＤの製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of nitride type LED shown in FIG. 図１に示す窒化物系ＬＥＤの製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of nitride type LED shown in FIG. 図１に示す窒化物系ＬＥＤの製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of nitride type LED shown in FIG. 窒化物半導体基板の裏面に割り溝を形成したウェハの断面図である。It is sectional drawing of the wafer which formed the split groove in the back surface of the nitride semiconductor substrate. 窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of nitride type LED. 図７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing the structure of a nitride LED. 図８（ａ）および（ｂ）は、それぞれ窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views showing the structure of a nitride LED. 図９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。FIGS. 9A, 9B, and 9C are cross-sectional views each showing the structure of a nitride LED. 図１０（ａ）および（ｂ）は、それぞれ窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views showing the structure of a nitride LED.

以下では、図１に示す窒化物系ＬＥＤ１０の製造手順に即して、本発明実施形態に係る製造方法を説明する。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。   Hereinafter, a manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described in accordance with the manufacturing procedure of the nitride LED 10 shown in FIG. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG.

窒化物系ＬＥＤ１０は窒化物半導体積層体Ｌを有している。窒化物半導体積層体Ｌは、底面Ｌ１側から上面Ｌ２側に向かって、無極性または半極性の窒化物半導体基板１１と、該基板の上に成長したｎ型窒化物半導体層１２と、該ｎ型窒化物半導体層の上に成長した窒化物半導体からなる活性層１３と、該活性層の上に成長したｐ型窒化物半導体層１４とを、この順に含んでいる。ｎ型窒化物半導体層１２、活性層１３およびｐ型窒化物半導体層１４は、ダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を構成している。窒化物半導体積層体Ｌから、ｐ型窒化物半導体層１４および活性層１３が部分的に除去されることにより露出したｎ型窒化物半導体層１２の表面には、ｎ電極Ｅ１が形成されている。ｐ型窒化物半導体層１４の上面には、透光性電極Ｅ２が、該上面の略全体を覆うように形成されている。透光性電極Ｅ２の一部上にｐ電極Ｅ３が形成されている。   The nitride LED 10 has a nitride semiconductor multilayer body L. The nitride semiconductor multilayer body L includes a nonpolar or semipolar nitride semiconductor substrate 11, an n-type nitride semiconductor layer 12 grown on the substrate, and the n An active layer 13 made of a nitride semiconductor grown on the type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer 14 grown on the active layer are included in this order. The n-type nitride semiconductor layer 12, the active layer 13, and the p-type nitride semiconductor layer 14 constitute a double hetero pn junction type light emitting structure. An n-electrode E1 is formed on the surface of the n-type nitride semiconductor layer 12 exposed by partially removing the p-type nitride semiconductor layer 14 and the active layer 13 from the nitride semiconductor multilayer body L. . A translucent electrode E2 is formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 14 so as to cover substantially the entire upper surface. A p-electrode E3 is formed on part of the translucent electrode E2.

窒化物系ＬＥＤ１０は、次の手順により製造することができる。
（i）エピタキシャル成長工程
無極性または半極性の窒化物半導体基板１１を準備し、ＭＯＶＰＥ法のような気相成長法を用いて、該基板上にｎ型窒化物半導体層１２、活性層１３およびｐ型窒化物半導体層１４を順次エピタキシャル成長させる。窒化物半導体基板１１は、例えば、ｍ面ＧａＮ基
板、ａ面ＧａＮ基板、半極性（１０−１−１）ＧａＮ基板、半極性（１０−１１）ＧａＮ基板、半極性（１１−２−２）ＧａＮ基板、半極性（１１−２２）ＧａＮ基板、半極性（２０−２−１）ＧａＮ基板、半極性（２０−２１）ＧａＮ基板、半極性（１０−１−２）ＧａＮ基板、半極性（１０−１２）ＧａＮ基板、半極性（１０−１−３）ＧａＮ基板、半極性（１０−１３）ＧａＮ基板、半極性（３０−３−１）ＧａＮ基板、半極性（３０−３１）ＧａＮ基板、などである。窒化物半導体基板１１の厚さは、例えば、３００〜５００μｍである。 The nitride LED 10 can be manufactured by the following procedure.
(I) Epitaxial growth step A nonpolar or semipolar nitride semiconductor substrate 11 is prepared, and an n-type nitride semiconductor layer 12, an active layer 13 and p are formed on the substrate by using a vapor phase growth method such as MOVPE. The type nitride semiconductor layer 14 is epitaxially grown sequentially. The nitride semiconductor substrate 11 includes, for example, an m-plane GaN substrate, an a-plane GaN substrate, a semipolar (10-1-1) GaN substrate, a semipolar (10-11) GaN substrate, and a semipolar (11-2-2). GaN substrate, semipolar (11-22) GaN substrate, semipolar (20-2-1) GaN substrate, semipolar (20-21) GaN substrate, semipolar (10-1-2) GaN substrate, semipolar ( 10-12) GaN substrate, semipolar (10-1-3) GaN substrate, semipolar (10-13) GaN substrate, semipolar (30-3-1) GaN substrate, semipolar (30-31) GaN substrate , Etc. The thickness of the nitride semiconductor substrate 11 is, for example, 300 to 500 μm.

（ii）電極形成工程
エピタキシャル成長工程の完了後、定法に従って、ｎ電極Ｅ１、透光性電極Ｅ２およびｐ電極Ｅ３の形成を行う。ｎ電極Ｅ１はＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒなどの上に、Ａｕを積層した構造とすることができる。透光性電極Ｅ２は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、酸化ガリウムのような透明導電性酸化物を用いて形成することができる。ｐ電極Ｅ３は、ｎ電極Ｅ１と同様の構造とすることができる。図１には示していないが、通常は、これらの電極を形成した後、ｎ電極とｐ電極の表面を除き、ウェハ表面をＳｉＯ２のような透光性の無機絶縁材料からなる絶縁保護膜で被覆する。 (Ii) Electrode formation process After completion of the epitaxial growth process, the n-electrode E1, the translucent electrode E2, and the p-electrode E3 are formed according to a conventional method. The n-electrode E1 can have a structure in which Au is laminated on Al, Ti, W, Cr, or the like. The translucent electrode E2 can be formed using a transparent conductive oxide such as ITO (indium tin oxide), indium zinc oxide, zinc oxide, and gallium oxide. The p electrode E3 can have the same structure as the n electrode E1. Although not shown in FIG. 1, normally, after these electrodes are formed, an insulating protective film made of a light-transmitting inorganic insulating material such as SiO 2 is formed on the wafer surface except for the surfaces of the n-electrode and the p-electrode. Cover with.

（iii）基板薄肉化工程
電極形成工程の後、窒化物半導体積層体Ｌの底面、すなわち、無極性または半極性の窒化物半導体基板１１の裏面を機械的に削って、該基板の厚さを２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下まで減じる。８０μｍ未満とする場合には、ハンドリング中にウェハが割れ易くなり、歩留まりが低下する可能性があるので注意を要する。加工方法としては、グラインディング、ラッピング、ポリッシングなどが例示される。グラインディングやラッピングによれば、窒化物半導体基板の厚さを数時間で１００μｍ以上も減じることができる。 (Iii) Substrate thinning step After the electrode formation step, the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body L, that is, the back surface of the nonpolar or semipolar nitride semiconductor substrate 11 is mechanically shaved to reduce the thickness of the substrate. It is reduced to 200 μm or less, preferably 150 μm or less. If the thickness is less than 80 μm, the wafer is likely to be broken during handling, and the yield may be lowered. Examples of the processing method include grinding, lapping, polishing, and the like. By grinding or lapping, the thickness of the nitride semiconductor substrate can be reduced by 100 μm or more in several hours.

この基板薄肉化工程では、好ましくは、ラッピングとポリッシングを併用して、窒化物半導体基板１１の裏面に残る加工痕（溝など）の深さを１０μｍ以下とする。ポリッシングによる平坦化は、長時間を要するので、この工程では行わない。短時間のポリッシングで加工痕を取り除こうとすると、窒化物半導体基板の着色を避けることができない。   In this substrate thinning step, preferably, lapping and polishing are used in combination so that the depth of processing marks (grooves, etc.) remaining on the back surface of nitride semiconductor substrate 11 is 10 μm or less. Since planarization by polishing takes a long time, it is not performed in this step. If the processing traces are removed by a short polishing, the nitride semiconductor substrate cannot be colored.

（iv）着色部分除去工程（エッチバック工程）
この工程では、前述の基板薄肉化工程で窒化物半導体基板１１の裏面に形成された着色部分を、ドライエッチングにより除去する。その際、エッチバック法を用いることによって、基板裏面の平坦性改善を同時に行う。
図２（ａ）は、基板薄肉化工程から上がってきたばかりのウェハの断面図であり、窒化物半導体基板１１の裏面には加工痕が残っている。この裏面上にフォトレジストＰをスピンコートすると、図２（ｂ）に示すように、加工痕はフォトレジストによって埋め込まれるが、フォトレジストの表面は表面張力によって平坦となる。 (Iv) Colored part removal process (etch back process)
In this step, the colored portion formed on the back surface of the nitride semiconductor substrate 11 in the substrate thinning step is removed by dry etching. At this time, the flatness of the back surface of the substrate is simultaneously improved by using an etch back method.
FIG. 2A is a cross-sectional view of the wafer that has just been raised from the substrate thinning step, and a processing trace remains on the back surface of the nitride semiconductor substrate 11. When the photoresist P is spin-coated on the back surface, as shown in FIG. 2B, the processing trace is embedded with the photoresist, but the surface of the photoresist is flattened by the surface tension.

スピンコート後、フォトレジストＰと窒化物半導体基板１１のエッチング速度が同じとなる条件でドライエッチすることにより、最初はフォトレジストの表面を削り取っていく。やがて、図３（ｃ）に示すように基板１１が露出するが、フォトレジストと基板のエッチング速度が同じであるため、その後も、ウェハの裏面は平坦に保たれたままエッチングが進行する。その様子を示したのが図３（ｄ）である。
フォトレジストが消失するまでエッチングを続けると、図４（ｅ）に示すように、窒化物半導体基板１１の裏面が平坦化した状態となる。平坦化後のエッチング量は、除去すべき着色部分の厚さに応じて調節する。 After the spin coating, dry etching is performed under the condition that the etching rate of the photoresist P and the nitride semiconductor substrate 11 is the same, so that the surface of the photoresist is first scraped off. Eventually, as shown in FIG. 3C, the substrate 11 is exposed, but since the etching rate of the photoresist and the substrate is the same, the etching proceeds with the back surface of the wafer kept flat thereafter. This is shown in FIG. 3 (d).
If etching is continued until the photoresist disappears, the back surface of the nitride semiconductor substrate 11 is flattened as shown in FIG. The etching amount after planarization is adjusted according to the thickness of the colored portion to be removed.

（v）ダイシング工程
着色部分除去工程の完了後、定法に従ってウェハを分割し、窒化物系ＬＥＤをチップ状にする（図４（ｆ））。
上記工程（ i）〜（v）を順次行うことによって、薄い窒化物半導体積層体Ｌを有する
、薄い窒化物系ＬＥＤを効率よく製造することができる。薄型のＬＥＤは、コンパクトなパッケージに実装できるという利点がある。また、発光効率を改善するうえでも薄型化は有用と考えられる。 (V) Dicing Step After the completion of the colored portion removal step, the wafer is divided according to an ordinary method to form nitride-based LEDs in a chip shape (FIG. 4 (f)).
By sequentially performing the steps (i) to (v), a thin nitride LED having a thin nitride semiconductor multilayer body L can be efficiently manufactured. Thin LEDs have the advantage that they can be mounted in a compact package. Moreover, it is thought that thinning is useful also in improving luminous efficiency.

上記製造方法によれば、着色部分除去工程（iv）で窒化物半導体基板１１の裏面が平坦となるので、ダイシング工程（ｖ）では、図５に示すように割り溝Ｇを基板１１の裏面に形成し、この割り溝Ｇを起点にしてウェハをブレーキングする方法を好ましく用いることができる。基板の裏面の平坦性が高いと、割り溝Ｇ以外の部分を起点としてウェハが割れることがないので、ブレーキング工程における不良の発生が防止される。   According to the above manufacturing method, the rear surface of the nitride semiconductor substrate 11 is flattened in the colored portion removing step (iv). Therefore, in the dicing step (v), the dividing grooves G are formed on the rear surface of the substrate 11 as shown in FIG. A method of forming and braking the wafer with the dividing groove G as a starting point can be preferably used. If the back surface of the substrate has a high flatness, the wafer will not be cracked starting from a portion other than the dividing groove G, so that the occurrence of defects in the braking process is prevented.

窒化物系ＬＥＤ１０は、図６に示すように、窒化物半導体積層体Ｌの底面側にｎ電極Ｅ１を配置した構成とすることもできる。この構成では、該底面（窒化物半導体基板１１の裏面）の平坦性が高いほど、該底面と接するｎ電極の表面Ｅ１ａの平坦性が高くなり、それに伴って、この表面Ｅ１ａの反射率も高くなる。従って、窒化物半導体積層体Ｌの底面の平坦性が高いほど、ｎ電極Ｅ１の表面Ｅ１ａによる光吸収に起因する損失が小さくなることになる。   As shown in FIG. 6, the nitride LED 10 may have a configuration in which an n electrode E <b> 1 is disposed on the bottom surface side of the nitride semiconductor multilayer body L. In this configuration, the higher the flatness of the bottom surface (the back surface of the nitride semiconductor substrate 11), the higher the flatness of the surface E1a of the n electrode in contact with the bottom surface, and accordingly, the reflectance of the surface E1a is also high. Become. Therefore, the higher the flatness of the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body L, the smaller the loss due to light absorption by the surface E1a of the n-electrode E1.

図７に示すように、窒化物系ＬＥＤ１０では、窒化物半導体積層体Ｌの底面上に、活性層１３から発せられる光を反射させるミラーＭを設けることができる。図７（ａ）の例では、ｎ電極Ｅ１とｐ電極Ｅ２が両方とも窒化物半導体積層体Ｌの上面Ｌ２側に配置されており、ミラーＭは窒化物半導体積層体Ｌの底面（窒化物半導体基板１１の裏面）全体を覆うように設けられている。図７（ｂ）の例では、窒化物半導体積層体の底面側に設けられたｎ電極Ｅ１が、ミラーＭに形成された貫通孔を通して、窒化物半導体基板１１の裏面に接している。   As shown in FIG. 7, in the nitride-based LED 10, a mirror M that reflects light emitted from the active layer 13 can be provided on the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body L. In the example of FIG. 7A, both the n electrode E1 and the p electrode E2 are arranged on the upper surface L2 side of the nitride semiconductor multilayer body L, and the mirror M is the bottom surface (nitride semiconductor) of the nitride semiconductor multilayer body L. It is provided so as to cover the entire back surface of the substrate 11. In the example of FIG. 7B, the n-electrode E1 provided on the bottom surface side of the nitride semiconductor multilayer body is in contact with the back surface of the nitride semiconductor substrate 11 through the through hole formed in the mirror M.

ミラーＭはＡｌ膜、Ａｇ膜のようなメタル膜を含んでもよいし、ＤＢＲのような多層膜型の反射膜を含んでもよい。ミラーＭは、また、単層または多層の透明薄膜上にメタル膜を積層した構造であってもよい。窒化物半導体積層体Ｌの底面の平坦性が高いほど、ミラーＭの反射面の平坦性も高くなり、ひいては、その反射率も高くなる。また、ミラーＭが多層膜型の反射膜を含む場合には、窒化物半導体積層体Ｌの底面の平坦性が高いほど、多層膜を構成する単位膜の膜厚を高精度で制御でき、また、多層膜構造の乱れも小さくなる。   The mirror M may include a metal film such as an Al film or an Ag film, or may include a multilayer film type reflection film such as a DBR. The mirror M may also have a structure in which a metal film is laminated on a single-layer or multilayer transparent thin film. The higher the flatness of the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body L, the higher the flatness of the reflecting surface of the mirror M, and the higher the reflectance. When the mirror M includes a multilayer-type reflective film, the higher the flatness of the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body L, the more precisely the thickness of the unit film constituting the multilayer film can be controlled. Also, the disturbance of the multilayer film structure is reduced.

図８に示すように、窒化物系ＬＥＤ１０では、光取出し効率を高めるために、窒化物半導体積層体Ｌの底面（窒化物半導体基板１１の裏面）を粗化することができる。図８（ａ）は、ｎ電極Ｅ１とｐ電極Ｅ３を両方とも窒化物半導体積層体Ｌの上面側に設けた例、図８（ｂ）はｎ電極Ｅ１を窒化物半導体積層体Ｌの底面側に設けた例を示している。図８（ｂ）の例では、窒化物半導体積層体Ｌの下面の一部を平坦なままとし、その部分にｎ電極Ｅ１を形成している。   As shown in FIG. 8, in the nitride-based LED 10, the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body L (the back surface of the nitride semiconductor substrate 11) can be roughened in order to increase the light extraction efficiency. 8A shows an example in which both the n-electrode E1 and the p-electrode E3 are provided on the upper surface side of the nitride semiconductor multilayer body L, and FIG. 8B shows the n-electrode E1 on the bottom surface side of the nitride semiconductor multilayer body L. The example provided in is shown. In the example of FIG. 8B, a part of the lower surface of the nitride semiconductor multilayer body L is kept flat, and the n-electrode E1 is formed in that part.

窒化物半導体積層体の底面を粗化するための好ましい方法は、該底面を部分的に露出させるマスクパターンを用いたドライエッチング加工である。粗化加工の前に該底面の平坦性を高くしておくことは、このマスクパターンを再現性よく形成するうえで重要である。中でも、メタル薄膜を加熱することにより自発的に生じるボールアップ現象を利用してメタル製のナノマスクパターンを形成する場合や、レーザ干渉露光によりサブミクロンスケールの微細な周期的マスクパターンを形成する場合には、特に重要である。サブミクロンスケールの微細なマスクパターンを用いて窒化物半導体積層体の底面をドライエッチ加工
することによって、全反射が発生しない、光透過性に極めて優れた粗化面を形成することができる。 A preferred method for roughening the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body is dry etching using a mask pattern that partially exposes the bottom surface. Increasing the flatness of the bottom surface before the roughening is important for forming this mask pattern with good reproducibility. In particular, when a metal nanomask pattern is formed by utilizing the ball-up phenomenon that occurs spontaneously by heating a metal thin film, or when a submicron-scale fine periodic mask pattern is formed by laser interference exposure. Is particularly important. By dry-etching the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body using a fine submicron-scale mask pattern, a roughened surface with extremely excellent light transmittance that does not cause total reflection can be formed.

上記製造方法では、基板薄肉化工程（iii）において、無極性または半極性の窒化物半
導体基板１１の全部または実質的に全部を、窒化物半導体積層体Ｌから取り除いてしまうこともできる。この方法を用いて製造する場合、窒化物系ＬＥＤ１０は、図９に示すように、窒化物半導体積層体Ｌの下面側に支持基板Ｓを取り付けた構造とするか、あるいは、図１０に示すように、窒化物半導体積層体Ｌの上面側に支持基板を取り付けた構造とすることができる。このような、窒化物半導体基板の全部または実質的に全部を、窒化物系ＬＥＤの最終構造から取り除く方法は、Ｎａフラックス法やアモノサーマル法のような液相法で製造される窒化物半導体基板を用いる場合に有用である。液相法で得られる窒化物半導体基板は、全体が不純物のために着色している場合があるからである。 In the above manufacturing method, all or substantially all of the nonpolar or semipolar nitride semiconductor substrate 11 can be removed from the nitride semiconductor multilayer body L in the substrate thinning step (iii). When manufactured using this method, the nitride LED 10 has a structure in which a support substrate S is attached to the lower surface side of the nitride semiconductor multilayer body L as shown in FIG. 9, or as shown in FIG. Furthermore, a structure in which a support substrate is attached to the upper surface side of the nitride semiconductor multilayer body L can be employed. A method for removing all or substantially all of the nitride semiconductor substrate from the final structure of the nitride-based LED is a nitride semiconductor manufactured by a liquid phase method such as a Na flux method or an ammonothermal method. This is useful when using a substrate. This is because the entire nitride semiconductor substrate obtained by the liquid phase method may be colored due to impurities.

図９（ａ）に示す例では、ミラーＭを挟んで、窒化物半導体積層体Ｌに支持基板Ｓを取り付けている。この場合、支持基板は適当な接着剤を用いてミラー層に接合することができる。
図９（ｂ）およびに示す例では、ｎ電極Ｅ１を挟んで、窒化物半導体積層体Ｌに支持基板Ｓを取り付けている。図９（ｃ）に示す例では、ミラーＭとｎ電極Ｅ１を挟んで、窒化物半導体積層体Ｌに支持基板Ｓを取り付けている。これらの場合、電極として使用可能な導電性を有する支持基板Ｓを、導電性接着剤を用いてｎ電極Ｅ１に接合する。あるいは、支持基板Ｓは、ｎ電極Ｅ１上にメッキ法で堆積させた厚膜金属層であってもよい。 In the example shown in FIG. 9A, the support substrate S is attached to the nitride semiconductor multilayer body L with the mirror M interposed therebetween. In this case, the support substrate can be bonded to the mirror layer using a suitable adhesive.
In the example shown in FIG. 9B and FIG. 9B, the support substrate S is attached to the nitride semiconductor multilayer body L with the n-electrode E1 interposed therebetween. In the example shown in FIG. 9C, the support substrate S is attached to the nitride semiconductor multilayer body L with the mirror M and the n-electrode E1 interposed therebetween. In these cases, the conductive support substrate S that can be used as an electrode is bonded to the n-electrode E1 using a conductive adhesive. Alternatively, the support substrate S may be a thick film metal layer deposited on the n-electrode E1 by a plating method.

図１０（ａ）に示す例では、透光性電極Ｅ２およびｐ電極Ｅ３を挟んで、窒化物半導体積層体Ｌに支持基板Ｓを取り付けている。図１０（ｂ）に示す例では、透光性電極Ｅ２、ミラーＭおよびｐ電極Ｅ３を挟んで、窒化物半導体積層体Ｌに支持基板Ｓを取り付けている。これらの場合、電極として使用可能な導電性を有する支持基板Ｓを、導電性接着剤を用いてｐ電極Ｅ３に接合する。あるいは、支持基板Ｓは、ｐ電極Ｅ３上にメッキ法で堆積させた厚膜金属層であってもよい。また、透光性電極Ｅ２は、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄなどを用いたメタル製のオーミック電極に置き換えることができる。   In the example shown in FIG. 10A, the support substrate S is attached to the nitride semiconductor multilayer body L with the translucent electrode E2 and the p-electrode E3 interposed therebetween. In the example shown in FIG. 10B, the support substrate S is attached to the nitride semiconductor multilayer body L with the translucent electrode E2, the mirror M, and the p electrode E3 interposed therebetween. In these cases, the conductive support substrate S that can be used as an electrode is bonded to the p-electrode E3 using a conductive adhesive. Alternatively, the support substrate S may be a thick metal layer deposited on the p-electrode E3 by plating. The translucent electrode E2 can be replaced with a metal ohmic electrode using Ag, Ni, Pd, or the like.

エッチバック法は、バルク結晶からスライスした無極性または半極性の窒化物半導体基板の表面を平坦化させるときに用いることもできる。エッチバック法で予備的に平坦化した表面を、低レートでポリッシング仕上げすることにより、窒化物半導体のエピタキシャル成長に使用可能な、着色のない無極性または半極性の窒化物半導体基板を得ることができる。この基板上に窒化物半導体からなるｎ型層、活性層およびｐ型層をエピタキシャル成長させて窒化物系ＬＥＤを製造することができる。   The etch-back method can also be used for planarizing the surface of a nonpolar or semipolar nitride semiconductor substrate sliced from a bulk crystal. A nonpolar or semipolar nitride semiconductor substrate that can be used for epitaxial growth of a nitride semiconductor can be obtained by polishing the surface that has been pre-planarized by the etch back method at a low rate. . A nitride-based LED can be manufactured by epitaxially growing an n-type layer, an active layer, and a p-type layer made of a nitride semiconductor on the substrate.

１０ 窒化物系ＬＥＤ
１１ 無極性または半極性の窒化物半導体基板
１２ ｎ型窒化物半導体層
１３ 活性層
１４ ｐ型窒化物半導体層
Ｌ 窒化物半導体積層体
Ｌ１ 底面
Ｌ２ 上面
Ｅ１ ｎ電極
Ｅ２ 透光性電極
Ｅ３ ｐ電極
Ｐ フォトレジスト
Ｇ 割り溝
Ｍ ミラー
Ｓ 支持基板 10 Nitride LED
11 Nonpolar or semipolar nitride semiconductor substrate 12 n-type nitride semiconductor layer 13 active layer 14 p-type nitride semiconductor layer L nitride semiconductor laminate L1 bottom surface L2 top surface E1 n electrode E2 translucent electrode E3 p electrode P Photoresist G Split groove M Mirror S Support substrate

Claims (8)

底面および上面を有し、底面側から上面側に向かって、無極性または半極性の窒化物半
導体基板と、該窒化物半導体基板の上に成長したｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層の上に成長した窒化物半導体からなる活性層と、該活性層の上に成長したｐ型窒化物半導体層とを、この順に含む窒化物半導体積層体を準備する第１工程と、
該窒化物半導体積層体の底面を機械的に削ることによって該窒化物半導体積層体の厚さ
を減じる第２工程と、
該第２工程で生じる着色部が除去されるように該窒化物半導体積層体の底面をドライエ
ッチする第３工程と、
を有し、
該第３工程では、エッチバック法を用いることによって該窒化物半導体積層体の底面の
平坦性を改善する、窒化物系ＬＥＤの製造方法。 A nonpolar or semipolar nitride semiconductor substrate having a bottom surface and a top surface from the bottom surface side toward the top surface side, an n-type nitride semiconductor layer grown on the nitride semiconductor substrate, and the n-type nitridation A first step of preparing a nitride semiconductor stacked body including, in this order, an active layer made of a nitride semiconductor grown on an oxide semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer grown on the active layer;
A second step of reducing the thickness of the nitride semiconductor stack by mechanically scraping the bottom surface of the nitride semiconductor stack;
A third step of dry-etching the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body so that the colored portion generated in the second step is removed;
Have
In the third step, a nitride-based LED manufacturing method that improves the flatness of the bottom surface of the nitride semiconductor multilayer body by using an etch-back method. 上記第３工程の後に、上記活性層が発する光を反射するミラーを上記窒化物半導体積層
体の底面に形成する第４工程を有する、請求項１に記載の製造方法。 The manufacturing method of Claim 1 which has a 4th process of forming the mirror which reflects the light which the said active layer emits on the bottom face of the said nitride semiconductor laminated body after the said 3rd process. 上記第２工程または第３工程で上記窒化物半導体基板が消失する、請求項１または２に
記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the nitride semiconductor substrate disappears in the second step or the third step. 上記窒化物半導体基板が液相法により製造されたものである、請求項３に記載の製造方
法。 The manufacturing method according to claim 3, wherein the nitride semiconductor substrate is manufactured by a liquid phase method. 上記第３工程の後に、開口部を有するマスクパターンを上記半導体積層体の底面に形成
し、該マスクパターンの開口部に露出する上記窒化物半導体積層体の底面をドライエッチすることによって、上記半導体積層体の底面の一部または全部を粗化する第５工程を有する、請求項１に記載の製造方法。 After the third step, a mask pattern having an opening is formed on the bottom surface of the semiconductor stack, and the bottom surface of the nitride semiconductor stack exposed at the opening of the mask pattern is dry-etched, thereby The manufacturing method of Claim 1 which has a 5th process of roughening a part or all of the bottom face of a laminated body. 上記第５工程では上記半導体積層体の底面の一部を粗化し、上記半導体積層体の底面の
うち上記第５工程で粗化しない部分に電極を形成する、請求項５に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 5, wherein in the fifth step, a part of the bottom surface of the semiconductor stacked body is roughened, and an electrode is formed on a portion of the bottom surface of the semiconductor stacked body that is not roughened in the fifth step. 上記第２工程、第３工程、第５工程のいずれかの工程で、上記窒化物半導体基板が消失
する、請求項５または６に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 5 or 6, wherein the nitride semiconductor substrate disappears in any one of the second step, the third step, and the fifth step. 上記窒化物半導体基板が液相法により製造されたものである、請求項７に記載の製造方
法。
The manufacturing method according to claim 7, wherein the nitride semiconductor substrate is manufactured by a liquid phase method.
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