JP3586641B2

JP3586641B2 - 発光ダイオードの製造方法

Info

Publication number: JP3586641B2
Application number: JP2000355763A
Authority: JP
Inventors: ゆかり井ノ口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: JP2002158372A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ結合用発光ダイオードやＩｒＤＡ等の光通信用発光ダイオードに適した、光出力（発光強度）のバラツキを抑えた発光ダイオードの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信用発光素子としては、半導体レーザのほかに、安価な発光ダイオードが用いられている。発光ダイオード（ＬＥＤ）の材料は、四元系ＡｌＧａＩｎＰ・三元系ＡｌＧａＡｓ系が多く、そのエピタキシャルウエハーは気相成長法、後者は液相成長法で通常製作されている。
ＬＥＤチップは前述のエピタキシャルウエハーに、電極付け・ウエハー分断等のプロセスを施し製作される。
【０００３】
例えば、三元系ＡｌＧａＡｓ系発光ダイオードは以下に説明する工程を経て製作される。
まず、液相成長法でＰ型−ＧａＡｓ基板ウエハー上にＰ型−ＡｌＧａＡｓクラッド層、Ｐ型−ＡｌＧａＡｓ活性層、Ｎ型−ＡｌＧａＡｓクラッド層をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウエハーを、基板をエッチングまたはラッピングしてエピタキシャルウエハーの厚みを所望の厚みに整え、ウエハー洗浄・乾燥後、そのウエハーのＰ側（ダイボンド側）・Ｎ側（ワイヤーボンド側）に金やＡｌの電極材料をスパッタする。そのウエハーに、レジスト塗布、プレ硬化・マスクパターン焼き付け・現像後、レジスト硬化し、任意形状のマスク（レジスト）をＮ側（ワイヤーボンド側）に形成した後、電極材料に応じたエッチング液でマスク部分以外の電極材料を溶解する。その後、マスク（レジスト）を有機溶剤等で除去、アロイする。アロイ後、メサエッチングによりＰＮ接合部を分断後、ダイシングで残りの部分をチップ分割するタイプと、ダイシングのみでチップ分割するタイプの２通りある。このうち、前者は比較的に信頼性を要求される際に使用されている。また、後者はチップサイズを小さくでき、安価なチップを供給できるメリットがある。
【０００４】
メサエッチングタイプにおいては、アロイ後、ウエハーのワイヤーボンド側に、メサマスクを上述の電極用マスク同様の方法で形成した後、メサエッチャントに浸漬しエッチングでＰＮ接合部分断後、マスク（レジスト）を有機溶剤等で除去する。その後ウエハーテストを行い各チップの電気的特性を測定し、基準外のチップは不良チップとして、マーキングする。ウエハーテスト後、残りの部分をダイシングでチップ分割し、発光ダイオードチップを製作する。
また、ダイシングタイプにおいては、ダイシングのみでＰＮ接合部を分断後ウエハーテストする。その後、ウエハーのダイボンド側からのスクライブでチップ分割するもの、再度ダイシングでチップ分割する等で発光ダイオードチップを製作する。
【０００５】
ウエハーテストにおける光通信用の発光ダイオードの発光強度の良品範囲（標準範囲）は、可視ディスプレイ用の発光ダイオードのものと比較して、狭い。すなわち、光通信用の発光ダイオードでは、発光強度が信号として扱われる為、その発光強度は一定の上下の基準内に入らなければならない。一方、可視ディスプレイ用発光ダイオードでは通常、下限の基準のみの場合が多い。
【０００６】
しかし、従来の技術では、同一機種は同一ウエハープロセス（製作条件）で作製されるため、光通信用の発光ダイオードは、そのエピタキシャルウエハーの内部発光効率の善し悪し（バラツキ）により、ウエハーテスト時に発光強度項目の上または下限で不良判定されており、発光強度特性歩留が低いという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点を解決する為のもので、その目的は、エピタキシャル時に生じるエピタキシシャルウエハー間の内部発光効率のバラツキに応じてウエハー単位でウエハープロセスを調整することによって、個々のウエハーから製作されるチップ間の発光強度バラツキを小さくし、発光強度特性歩留を向上することにより、発光強度特性の均一化と歩留向上による低価格化を目的とした発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、エピタキシャル成長させて製作した個々のウエハー間の発光強度（光出力）のバラツキを、個々のウエハーのメサエッチング量の制御により一定の範囲に均一化することを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造方法を提供するものである。この方法においては、エピタキシャル完了後、エピタキシャルウエハーの状態でグルービング評価し、発光強度をランク分けし、発光強度ランク大のエピタキシャルウエハーはメサエッチング量を大きく、発光強度ランク標準のエピタキシャルウエハーはメサエッチング量を標準値（設計中心）に、発光強度ランク小のエピタキシャルウエハーはメサエッチング量を小さくするウエハープロセスで加工する。
【０００９】
また、本発明は、上記メサエッチング量の制御を、フォトマスクのサイズの制御によって行うことを特徴とする上記ＬＥＤの製造方法を提供する。この方法においては、発光強度ランク大のエピタキシャルウエハーは小さいフォトマスクを形成しメサエッチング量を大きく、発光強度ランク標準のエピタキシャルウエハーは標準（設計中心）サイズのフォトマスクを形成しメサエッチング量を標準に、発光強度ランク小のエピタキシャルウエハーは大きいフォトマスクを形成しメサエッチング量を小さくする。
【００１０】
また、本発明は、上記メサエッチング量の制御を、エッチャントの温度の制御によって行うことを特徴とする上記ＬＥＤの製造方法を提供する。この方法においては、発光強度ランク大のエピタキシャルウエハーは高い温度のエッチャントでメサエッチング量を大きく、発光強度ランク標準のエピタキシャルウエハーは標準（設計中心）温度のエッチャントでメサエッチング量を標準に、発光強度ランク小のエピタキシャルウエハーは低い温度のエッチャントでメサエッチング量を小さくする。
【００１１】
また、本発明は、上記メサエッチング量の制御を、エッチング時間の制御によって行うことを特徴とする上記ＬＥＤの製造方法を提供する。この方法においては、発光強度ランク大のエピタキシャルウエハーはエッチング時間を長くすることでメサエッチング量を大きく、発光強度ランク標準のエピタキシャルウエハーは標準（設計中心）時間でメサエッチング量を標準に、発光強度ランク小のエピタキシャルウエハーはエッチング時間を短くすることでメサエッチング量を小さくする。
また、本発明は、ＬＥＤが、ファイバ結合用またはＩｒＤＡ光通信用ＬＥＤであることを特徴とする上記いずれか１つに記載のＬＥＤの製造方法を提供する。本発明のＬＥＤの製造方法は、この他、発光強度の均一性が要求される表示ディスプレイ用ＬＥＤにも同様に適用し得る。
【００１２】
さらに、本発明は、エピタキシャル成長させて製作した個々のウエハー間の発光強度のバラツキを、個々のウエハーの電極サイズの制御により一定の範囲に均一化することを特徴とする発光ダイオードの製造方法を提供する。この方法においては、エピタキシャル完了後エピタキシャルウエハーの状態でグルービング評価し、発光強度をランク分けし、発光強度ランク大のエピタキシャルウエハーはワイヤーボンド側電極形状を大きく、発光強度ランク標準のエピタキシャルウエハーはワイヤーボンド側電極形状を標準（設計中心）に、発光強度ランク小のエピタキシャルウエハーはワイヤーボンド側電極形状を小さくするウエハープロセスで加工する。
【００１３】
本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、内部発光効率が高いエピタキシャルウエハーの外部発光効率が低くなり、逆に内部発光効率が低いエピタキシャルウエハーの外部発光効率が高くなるため総合するとチップとしての発光強度バラツキが小さくなり、発光強度特性均一化をはかることができて発光強度特性歩留が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの態様を図１に参照して詳細に説明する。
図１中の工程（Ｉ）は、Ｐ−基板１上にＰ−クラッド層２、活性層３およびＮ−クラッド層４を順次エピタキシャル成長させて製作したエピタキシャルウエハー５を図示する。
通常、エピタキシャルウエハー５は、基板側をエッチングまたはラッピングして全体の厚みが調整され、ウエハー洗浄・乾燥後、Ｐ側（ダイボンド側）およびＮ側（ワイヤーボンド側）にそれぞれ電極材料がスパッタリングされてダイボンド側電極６が形成され、その後、一般的なマスクパターン形成、エッチング、マスク除去の工程を経て、ワイヤーボンド側電極７が形成される。
【００１５】
基板１の結晶材料としてはＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３などが挙げられるが、好ましくはＧａＡｓおよびＩｎＰであり、より好ましくはＧａＡｓであり、また、Ｐ型−クラッド層２、活性層３、Ｎ型−クラッド層４の発光結晶材料としては、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ：Ｓｉ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＰ：Ｎ、ＳｉＣなどが挙げらるが、好ましくはＡｌＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰであり、より好ましくはＡｌＧａＡｓであり、各々適宜組合せた、三元系または四元系のいずれの発光ダイオード製作用材料であってもよい。
【００１６】
この具体例ではエピタキシャル成長により製作したウエハーを一例にとり、本発明の１つの態様を説明するが、本発明の製造方法はこのエピタキシャル成長のほか、エピタキシャルウエハーにドーパントを拡散させてＰＮ接合を形成する方法により製作したウエハーに対しても同様に適用し得る。
【００１７】
つぎに、ウエハー毎にグルービング評価を行う。ここにグルービング評価とは、ＰＮ接合を分離するようにウエハーのＰ側中心にドーナツ状の溝を形成し、そのウエハーを検査用ステージ上に置き、形成した溝の内側の残った島状部分の中心とＮ側電極との間に通電してウエハー毎に発光強度を測定し、評価することをいう。
この様にして測定した発光強度に基づき、所望の発光強度の標準範囲と比較して各ウエハーをランク分けし、各ランクのウエハーの次工程のプロセスを決定する。
【００１８】
つぎに、工程（ＩＩ）においては、上記ランク分けで所望の発光強度の標準範囲と比較して発光強度が大きいとランク付けされたウエハー５ａ、発光強度の標準範囲とランク付けされたウエハー５ｂ、および発光強度の標準範囲と比較して発光強度が小さいとランク付けされたウエハー５ｃにつき、各々、種々の形状（サイズ）のフォトマスク８ａ−８ｃを形成して、メサエッチングを行う。
【００１９】
すなわち、標準範囲と比較して発光強度が大きいとランク付けされたウエハー５ａに対してはメサエッチング量９を大きく、標準範囲とランク付けされたウエハー５ｂに対してはメサエッチング量を標準に、標準範囲と比較して発光強度が小きいとランク付けされたウエハー５ｃに対してはメサエッチング量を小さくして、内部発光効率と外部発光効率とのバランスをとることにより、個々のウエハー上の発光ダイオードチップの発光強度を一定の範囲に均一化する。なお、本発明のこの態様では、各ウエハーのメサエッチング量の制御をフォトマスクの形状（サイズ）で制御しているが、メサエッチング量の制御は、エッチャントの種類および温度、エッチング時間等の種々の条件によって制御することができる。また、本発明のこの態様では、発光強度にバラツキのあるウエハーを３つのランクに選別して各々処理を行っているが、この選別はより多くのランク、例えば５つのランクに選別して各々異なる処理を行うことができ、より細かくランク分けして各々の処理を施すことにより、ウエハー間の発光強度のバラツキのより均一化が可能となる。
【００２０】
工程（ＩＩＩ）においては、各々、種々の量でメサエッチングされ、その後フォトマスクが除去されたウエハー１０ａ、１０ｂおよび１０ｃをダイシングして、ウエハー間で発光強度が均一化された発光ダイオードチップ１１ａ、１１ｂおよび１１ｃを各々製作する。
【００２１】
本発明のもう１つの態様において、個々のウエハーの発光強度をワイヤーボンド側の電極サイズを制御することによって均一化することができる。この場合においては、グルービング評価してランク分けしたウエハー毎に種々の大きさを有するワイヤーボンド側電極を通常の方法により形成する。
すなわち、標準範囲と比較して発光強度が大きいとランク付けされたウエハーに対してはより大きな電極を形成し、標準範囲とランク付けされたウエハーに対しては標準の大きさの電極を形成し、標準範囲と比較して発光強度が小さいとランク付けされたウエハーに対してはより小さな電極を形成することにより、各ウエハー間の発光強度を一定の範囲に均一化する。
【００２２】
本発明を詳細な説明、以下の実施例および図面によってより詳細に説明するが、これらは本発明の１つの具体例であって、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００２３】
【実施例】
実施例１
本発明による第１の係る発光ダイオードの製造方法を、三元系ＡｌＧａＡｓ発光ダイオードを例にとり説明する。
図２は、本発明の製造方法により製作したファイバ用発光ダイオードチップの一例である。エピタキシャル層構造は、Ｐ−ＧａＡｓ基板１２上に、Ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１３、活性層１４、Ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１５を成長させている。これにワイヤーボンド側電極１６、ダイボンド側電極１７を形成している。
一例のチップはダイシングピッチが３５０μｍ、チップ底面の一辺が約３２０μｍ、ワイヤーボンド側電極の形状は円形で直径約１９０μｍφである。
メサエッチング量で制御されるチップ天面の―辺をＸとする。
図３は、Ｘの違いによる発光強度分布のグラフである。（エピタキシャルウエハーの内部発光効率一定）Ｘを制御することで、発光強度を約−５％〜約＋２０％にすることができる。
【００２４】
実施例２
本発明による第２の係る発光ダイオードの製造方法を説明する。
チップ天面の一辺Ｘの制御について、メサマスクの形状（サイズ）を変更して制御する。例えば図２でＸ＝２２３μｍにする場合は、メサマスク一辺３１０μｍの正方形のものをチップの中心位置にマスク中心を合わせ形成したウエハーを濃硫酸：過酸化水素水：水＝３：１：１、５０度のエッチャントで３５分エッチングして製作する。ここで、Ｘのサイズ変更は、メサマスクのサイズを変更して行う。例えば、Ｘ＝２０３μｍの時、メサマスクの一辺は２９０μｍとなる。
【００２５】
実施例３
本発明の製造方法における発光ダイオードの電極サイズと発光強度との関係について説明する。
エピタキシャル成長させて製作した各ウエハーの中央部にドーナツ状の溝を形成し、ＰＮ接合を分離して、分離された部分に針をあてて通電し、各ウエハーの発光強度を測定してウエハーのグルービング評価を行った。図４にその結果を示す。
この分布より、発光強度４０００未満のウエハーは除き、４０００から５０００のウエハーを「Ａランクウエハー」、５０００から６５００のウエハーを「Ｂランクウエハー」、および６５００を超えるウエハーを「Ｃランクウエハー」とランク分けした。
この様にランク分けしたウエハーに電極サイズ１９０μｍφの一律の大きさにした時の出来上がった最終チップの発光強度分布は図５のようになった。
また、Ａランクウエハーには１５０μｍφの小さい電極を、Ｂランクウエハーには１７０μｍφの電極を、ｃランクウエハーには１９０μｍφの大きい電極をつけて素子を完成し、発光強度を調べると図６のように、前述の一律の大きさの電極をつけたウエハーの発光強度のバラツキは半分以下になり、歩留が非常に向上した。
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の発光ダイオードの製造方法では、エピタキシャル時に生じるエピタキシャルウエハー間の内部発光効率のバラツキに応じて個々のウエハープロセスを調整することで、チップの発光強度バラツキを小さくし、発光強度特性均一化と歩留向上による低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光ダイオードの製造方法の工程を示す図である。
【図２】本発明の製造方法によって製作された発光ダイオードチップの形状を示す上面図および側面図である。
【図３】ウエハーのメサ形状と発光強度との相関を示す図である。
【図４】グルービング評価によるウエハー発光強度分布を示す図である。
【図５】ウエハープロセス完了後のチップの発光強度分布を示すグラフである（電極サイズ一定）。
【図６】ウエハープロセス完了後のチップの発光強度分布を示すグラフである（電極サイズ調整）。
【符号の説明】
１：基板
２：Ｐ−クラッド層
３：活性層
４：Ｎ−クラッド層
５、５ａ−５ｃ：エピタキシャルウエハー
６、１７：ダイボンド側電極
７、１６：ワイヤーボンド側電極
８ａ−８ｃ：マスク（レジスト）
９：メサエッチング部（量）
１０ａ−１０ｃ：メサエッチング後のウエハー
１１ａ−１１ｃ：ＬＥＤチップ
１２：Ｐ−ＧａＡｓ基板
１３：Ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
１４：活性層
１５：Ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層

Claims

エピタキシャル成長させて製作した個々のウエハー間の発光強度（光出力）のバラツキを、個々のウエハーのメサエッチング量の制御により一定の範囲に均一化することを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造方法。
メサエッチング量の制御を、フォトマスクのサイズの制御によって行うことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤの製造方法。
メサエッチング量の制御を、エッチャントの温度の制御によって行うことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤの製造方法。
メサエッチング量の制御を、エッチング時間の制御によって行うことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤの製造方法。
ＬＥＤが、ファイバ結合用またはＩｒＤＡ光通信用ＬＥＤであることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載のＬＥＤの製造方法。
エピタキシャル成長させて作製した個々のウエハー間の発光強度のバラツキを、エピタキシャル完了後エピタキシャルウエハーの状態でグルービング評価し、発光強度をランク分けし、発光強度ランク大のエピタキシャルウエハーのワイヤーボンド側電極形状を大きくすることによって発光強度を小さくし、発光強度ランク標準のエピタキシャルウエハーのワイヤーボンド側電極形状を標準（設計中心）に、発光強度ランク小のエピタキシャルウエハーのワイヤーボンド側電極形状を小さくすることによって発光強度を大きくして、一定の範囲に均一化することを特徴とするＬＥＤの製造方法。