JP3724620B2 - 発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示用および伝送用等に用いられる発光ダイオードの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光通信や情報表示パネル等に発光ダイオード(LED)が広く用いられている。これらの発光ダイオードのチップ化工程は、従来ダイシングにより実施されているが、ダイシング時において基板のダイシング面は歪が残留した状態にある。この状態のままでチップを樹脂モールドを実施すると、通電によって輝度の低下が発生する。極端な場合は、チップを樹脂モールドするだけでダークラインが観察されたり、クラックが入ることがある。このような問題を回避するために、基板をダイシングした後にダイシング面を数μm程度の深さでエッチングすることにより、チップの歪層を除去して、その後にチップを樹脂モールドする手法が採用されている。
【0003】
例えば、従来のGaP系のLEDの場合には、基板をダイシングした後にダイシング面を硫酸/過酸化水素系のエッチャントにより、3μm程度エッチングしている。また、電流拡散層にAlxGa1-xAs(0≦x≦1)を採用したAlGaInP系のLEDの場合には臭素/メタノール混合液により、2μm程度エッチングしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電流拡散層にAlGaAsを採用したAlGaInP系のLEDの場合、発光波長を短波長(例えば、550〜590nm)化したときに、電流拡散層で光の吸収が生じて、輝度が低下する。さらに、このような光の吸収を減らすために、電流拡散層におけるAl混晶比を増加させると、高温高湿下でのLEDの信頼性に問題が生じる。
【0005】
そこで、電流拡散層にAlGaAsに比べてエネルギーバンドギャップがさらに大きく、かつAlを含まないGaPを採用している。しかしこの場合においては、電流拡散層のGaPが基板のGaAsに対して約3.6%の格子不整合を有するので、基板をダイシングした時にAlGaInP発光層とGaP電流拡散層の界面に歪がより深くまで入り易くなる。従って、通電による輝度の低下を防止するために、AlGaInP発光層およびGaP電流拡散層をより深くまでエッチングする必要がある。
【0006】
本発明の目的は、高輝度で、信頼性の向上した、効率の良い発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光ダイオードの製造方法は、第1導電型のGaAs基板上に、単層または多層からなるAlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1,0≦y≦1)発光層、第2導電型のAlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1,0≦y≦1)中間層、および第2導電型のAlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1,0≦y≦1)電流拡散層を形成する工程と;その後に、該第1導電型のGaAs基板および該第2導電型の電流拡散層に、第1導電型の電極、第2導電型の電極を該第1導電型のGaAs基板および該第2導電型の電流拡散層にそれぞれ接するように各チップ毎にそれぞれ形成する工程と;次いで、該第2導電型の電流拡散層および該第2導電型の電極の露出表面に保護膜を形成する工程と;次いで、相互に隣接する前記第2導電型の電極の間において、少なくとも該第1導電型のGaAs基板に達する深さの溝部をダイシングによってそれぞれ形成する工程と;次いで、臭素水溶液とリン酸との混合液により、該発光層、該第2導電型の中間層、および該第2導電型の電流拡散層を該溝部に面した位置から該基板面に垂直な方向に4μm以上、かつ該第2導電型の電極の端部に達しない位置まで、エッチングする工程と、;次いで、該第2導電型の電流拡散層および該第2導電型の電極上に形成された該保護膜を除去する工程と;を包含する。
【0008】
上記第2導電型の電流拡散層はGaPであっても良い。
【0009】
前記第1導電型のGaAs基板と、前記単層あるいは多層からなるAlxGayIn1-x-yP発光層との間に多層反射膜を備える構成としてもよい。
【0011】
上記ダイシング工程における溝部の幅は50μm以上であっても良い。
【0012】
以下、本発明の作用について説明する。
【0013】
本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、少なくとも第1導電型のGaAs基板に達する深さまでダイシングし、次いで溝部に面した位置から基板面に垂直な方向に4μm以上エッチングしているので、単層あるいは多層からなるAlxGayIn1-x-yP発光層、第2導電型のAlxGayIn1-x-yP中間層、および第2導電型のAlxGayIn1-x-yP電流拡散層間の格子不整合に起因するダイシング時に導入された歪の残留する部分を、続くエッチングによって十分に除去することができる。さらに、このエッチングは、第2導電型の電極の端部に達しない位置で停止されるので、第2導電型の電極と第1導電型の層との接触が起こらず、よってこれに起因するリーク電流の発生を防止することができる。
【0014】
第2導電型の電流拡散層にGaPを用いることによって、発光波長に対して吸収のない、耐湿性が高く、低抵抗の発光ダイオードを製造することができる。
【0015】
第1導電型のGaAs基板と単層あるいは多層からなるAlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1,0≦y≦1)発光層との間に多層反射膜を備える構成とすると、GaAs基板で吸収される発光をチップ表面方向(すなわち、GaAs基板から第2導電型の電極に向かう方向)に反射することができる。従って、外部出射効率を向上させ得て、より明るい発光ダイオードを製造することができる。
【0016】
GaAs基板、AlxGayIn1-x-yP発光層、およびAlxGayIn1-x-yP電流拡散層を溝部に面した位置からエッチングするエッチャントに、臭素水溶液とリン酸との混合液を使用することによって、各層間のエッチングレートの差が小さく、エッチング後の溝部側面を平坦に形成することができる。加えて、危険有害性の高い臭素の原液を取り扱う頻度を、臭素メタノール混合液をエッチャントに使用する場合よりも大幅に低減でき、製造時の安全性を向上させることができる。
【0017】
溝部の幅を50μm以上とすることによって、続くエッチング工程において、エッチャントが溝部の奥まで入り込み易く、AlxGayIn1-x-yP発光層、AlxGayIn1-x-yP中間層、およびAlxGayIn1-x-yP電流拡散層を4μm以上エッチングする時間を短縮できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0019】
(実施形態1)
図1(a)〜(e)は本実施形態の発光ダイオードの製造プロセスを示す断面模式図である。本実施形態の発光ダイオード100は、活性層がAlGaInPからなるAlGaInP系の発光ダイオードである。
【0020】
図1(a)に示すように、n型GaAs基板1(約350μm)上に、n型GaAsバッファー層2(約1μm)、n型Al0.5In0.5Pとn型(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5Pとの10ペアからなる多層反射膜としてのDBR3(約1μm)、n型Al0.5In0.5P第1クラッド層4(約1μm)、p型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P活性層5(約0.5μm)、p型Al0.5In0.5P第2クラッド層6(約1μm)、p型AlGaInP中間層7(約0.15μm)、p型GaP電流拡散層8(約7μm)、およびp型GaAsキャップ層9(約0.01μm)をMOCVD法により順次積層形成した。
【0021】
その後、図1(b)に示すように、p型GaAsキャップ層9を硫酸/過酸化水素系エッチャントによりエッチングし、p型GaP電流拡散層8上にAuBe/Auを蒸着し、フォトリソグラフィーおよびAuエッチャント(例えば、ヨウ素・ヨウ化アンモニウム系エッチャントなど)によるエッチングにより、約120μmφの複数の表面電極を形成した。その後、基板を熱処理して、複数のp型オーミックコンタクト電極10を得た。そして、GaAs基板1を約280μmの厚さまで裏面から研磨し、この研磨面にAuGe/Auを蒸着し、基板を熱処理して、n型オーミックコンタクト電極11を形成した。
【0022】
その後、図1(c)に示すように、p型電極10およびp型GaP電流拡散層8の露出表面をフォトレジスト12で保護し、ワックス(図示せず)によりSiウェハ(図示せず)に貼りつけた。
【0023】
次に、ダイシングにより、ピッチ約280μm、深さ約160μm、幅約25μmの溝を複数のp型電極10の間に等間隔に形成した。これにより、p型電極10とこれを挟むダイシングにより形成された両側の溝端部とは、約67.5μmの距離を有した。次いで、約30℃で飽和溶解させた臭素水溶液、リン酸、および純水を混合した臭素系エッチャントを約30℃にし、このエッチャントにダイシングを行ったウエハを浸すことにより、ダイシングによる歪の入っている面をLEDチップ表面となるp型GaP電流拡散層8の上面で基板面と垂直な方向に約8μmエッチングした。このとき、n型Al0.5In0.5P第1クラッド層4、p型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P活性層5、p型Al0.5In0.5P第2クラッド層6、およびp型AlGaInP中間層7の溝に面する部分は基板面と垂直な方向に5μm程度エッチングされた。
【0024】
その後、図1(d)に示すように、Siウェハ(図示せず)から基板を取り外し、ワックス(図示せず)およびレジスト12を洗浄により除去した。次に、図1(e)に示すように、基板を個々のLEDチップに分割した。以上により、発光ダイオード100が製造された。
【0025】
このようにして得られた発光ダイオード(LEDチップ)100は、チップ表面において、p型電極10とこれを挟むダイシングにより形成された両側の溝端部とは、ダイシング工程(約67.5μm)とエッチング工程(約8μm)とを経て、約59.5μmの距離が置かれているので、p型電極10とn型層(例えば、n型クラッド層4)との接触によるリーク電流を防止することができる。従来の製造方法に従って、ダイシング側面の溝部を約2μmエッチングして作製された発光ダイオードでは、チップを樹脂モールドした後に、−30℃、50mAの通電試験を行うと500時間で初期光度の約70%まで劣化したものが見られたのに対し、本実施形態の発光ダイオード100は、同条件の通電試験においても、500時間で最大劣化したもので初期光度の約90%であり、良好な発光特性を示した。
【0026】
さらに、本実施形態では、p型電流拡散層にGaPを採用しており、電流拡散層がAlを含有していないので、耐湿性も高く、85℃、湿度90%、30mAの通電試験においても500時間で初期光度の90%の光度を維持していた。抵抗率も低いため動作電圧も約1.9Vと低くできている。
【0027】
さらに、本実施形態では、チップ構造に多層反射膜を採用しているので、外部出射効率を向上させることができる。
【0028】
また、ダイシング面のエッチングに臭素水溶液とリン酸の混合液を使用しているため臭素原液を取り扱う頻度を非常に少なくでき、安全性の点で臭素とメタノールの混合液を使用する方法よりも優れている。
【0029】
(実施形態2)
図2(a)〜(e)は本実施形態の発光ダイオードの製造プロセスを示す断面模式図である。本実施形態の発光ダイオード200は、実施形態1と同じく、活性層がAlGaInPからなるAlGaInP系の発光ダイオードであり、ダイシングされる溝部の幅と、この溝部のエッチング量とが実施形態1と異なる。
【0030】
図2(a)に示すように、n型GaAs基板1(約350μm)上に、n型GaAsバッファー層2(約1μm)、n型Al0.5In0.5Pとn型(Al0.4In0.6)0.5In0.5Pとの10ペアからなる多層反射膜としてのDBR3(約1μm)、n型Al0.5In0.5P第1クラッド層4(約1μm)、p型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P活性層5(約0.5μm)、p型Al0.5In0.5P第2クラッド層6(約1μm)、p型AlGaInP中間層7(約0.15μm)、p型GaP電流拡散層8(約7μm)、およびp型GaAsキャップ層9(約0.01μm)をMOCVD法により順次積層形成した。
【0031】
その後、図2(b)に示すように、p型GaAsキャップ層9を硫酸/過酸化水素系エッチャントによりエッチングし、p型GaP電流拡散層8上にAuBe/Auを蒸着し、フォトリソグラフィーおよびAuエッチャント(例えば、ヨウ素・ヨウ化アンモニウム系エッチャントなど)によるエッチングにより、約120μmφの複数の表面電極を形成した。その後、基板を熱処理して、複数のp型オーミックコンタクト電極10を得た。そして、GaAs基板1を約280μmの厚さまで裏面から研磨し、この研磨面にAuGe/Auを蒸着し、基板を熱処理して、n型オーミックコンタクト電極11を形成した。
【0032】
その後、図2(c)に示すように、p型電極10およびp型GaP電流拡散層8の露出表面をフォトレジスト12で保護し、ワックス(図示せず)によりSiウェハ(図示せず)に貼りつけた。
【0033】
次に、ダイシングにより、ピッチ約280μm、深さ約160μm、幅約50μmの溝を複数のp型電極10の間に等間隔に形成した。これにより、p型電極10とこれを挟むダイシングにより形成された両側の溝端部とは、約55μmの距離を有した。次いで、約30℃で飽和溶解させた臭素水溶液、リン酸、および純水を混合した臭素系エッチャントを約30℃にし、このエッチャントにダイシングを行ったウェハを浸すことにより、ダイシングによる歪の入っている面をLEDチップ表面となるp型GaP電流拡散層8の上面で基板面と垂直な方向に約6μmエッチングした。このとき、n型Al0.5In0.5P第1クラッド層4、p型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P活性層5、p型Al0.5In0.5P第2クラッド層6、およびp型AlGaInP中間層7の溝部に面する部分は基板面と垂直な方向に5μm程度エッチングされた。
【0034】
その後、図2(d)に示すように、Siウェハ(図示せず)から基板を取り外し、ワックス(図示せず)およびレジスト12を洗浄により除去した。次に、図1(e)に示すように、基板を個々のLEDチップに分割した。以上により、発光ダイオード200が製造された。
【0035】
このようにして得られた発光ダイオード(LEDチップ)200は、チップ表面において、p型電極10とこれを挟むダイシングにより形成された両側の溝端部とは、ダイシング工程(約55μm)とエッチング工程(約6μm)とを経て、約49μmの距離が置かれているので、p型電極10とn型層(例えば、n型クラッド層4)との接触によるリーク電流を防止することができる。
【0036】
また、ダイシング幅が約50μmと比較的広く設定しているので、エッチャントが溝部の奥まで入り込み易く、ダイシング幅を約25μmに設定した実施形態1の場合では、中間層7の溝部に面する近傍が電流拡散層8のチップ表面部分に対して6〜7割程度の深さしかエッチングされないのに対し、本実施形態2の場合は、8〜9割程度の深さでエッチングされた。これにより、本実施形態では、エッチング時間を実施形態1に比較して3/4程度に短縮することができた。
【0037】
さらに、−30℃、50mAの通電試験においては500時間で最大劣化したものが初期光度の約90%であり、良好な発光特性を示した。
【0038】
本発明においては、発光層、中間層、および電流拡散層の組成比は上記の実施形態1および2の組成比に限定されるものではなく、AlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1,0≦y≦1)を満たすものであれば良い。保護膜は、フォトレジストに限定されず、任意の適切な材料で形成され得る。好ましい保護膜材料は、フォトレジスト、Al2O3膜、SiO2膜などが挙げられる。臭素系のエッチャントは、好ましくは臭素水溶液とリン酸とを含む混合液であり、10℃以上30℃以下で使用するのが好ましい。さらに、チップ表面に形成される電極は、必ずしもこのチップを挟む両側の溝部から等間隔に形成される必要はなく、本発明の範囲内で任意の位置に配置され得る。さらに、このチップ表面に形成される電極は、基板上に任意の数で形成され得る。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、高輝度で、信頼性の向上した、効率の良い発光ダイオードを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の発光ダイオードの製造プロセスを示す断面図である。
【図2】本発明の第2実施例の発光ダイオードの製造プロセスを示す断面図である。
【符号の説明】
1 n型GaAs基板
2 n型GaAsバッファー層
3 n型Al0.5In0.5P/n型(Al0.4In0.6)0.5In0.5P DBR
4 n型Al0.5In0.5Pクラッド層
5 p型(Al0.3In0.7)0.5In0.5P活性層
6 p型Al0.5In0.5Pクラッド層
7 p型AlGaInP中間層
8 p型GaP電流拡散層
9 p型GaAsキャップ層
10 p型オーミックコンタクト電極
11 n型オーミックコンタクト電極
12 フォトレジスト
13 溝部
100 発光ダイオード
200 発光ダイオード
Claims (4)
- 第1導電型のGaAs基板上に、単層または多層からなるAlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1,0≦y≦1)発光層、第2導電型のAlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1,0≦y≦1)中間層、および第2導電型のAlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1,0≦y≦1)電流拡散層を形成する工程と;
その後に、該第1導電型のGaAs基板および該第2導電型の電流拡散層に、第1導電型の電極、第2導電型の電極を該第1導電型のGaAs基板および該第2導電型の電流拡散層にそれぞれ接するように各チップ毎にそれぞれ形成する工程と;
次いで、該第2導電型の電流拡散層および該第2導電型の電極の露出表面に保護膜を形成する工程と;
次いで、相互に隣接する前記第2導電型の電極の間において、少なくとも該第1導電型のGaAs基板に達する深さの溝部をダイシングによってそれぞれ形成する工程と;
次いで、臭素水溶液とリン酸との混合液により、該発光層、該第2導電型の中間層、および該第2導電型の電流拡散層を該溝部に面した位置から該基板面に垂直な方向に4μm以上、かつ該第2導電型の電極の端部に達しない位置まで、エッチングする工程と、;
次いで、該第2導電型の電流拡散層および該第2導電型の電極上に形成された該保護膜を除去する工程と;
を包含する、発光ダイオードの製造方法。 - 前記第2導電型の電流拡散層がGaPである、請求項1に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記第1導電型のGaAs基板と、前記単層あるいは多層からなるAlxGayIn1-x-yP発光層との間に多層反射膜を備える、請求項1または2に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記ダイシング工程における溝部の幅が50μm以上である、請求項1から3のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
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