JP4476087B2

JP4476087B2 - 発光ダイオード素子の製造方法

Info

Publication number: JP4476087B2
Application number: JP2004279861A
Authority: JP
Inventors: 勝利古城
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP2006093594A

Description

本発明は発光ダイオード素子、特に反射層（ＤＢＲ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｒａｃｔｏｒ））付きＡｌＧａＩｎＰ素子の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は特に反射層を損傷（サイドエッチング）することなく、ダイシング加工歪を除去できる製造方法に関する。

発光ダイオード素子は、近年携帯電話のバックライト光源や、液晶パネルのバックライト光源として注目されている。また、屋内外表示灯、サインボード、交通信号装置など広く利用されている。今後はさらに自動車のストップランプ、方向指示器、室内照明、インパネ照明等での利用も広がっている。その中、ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、特に注目を集めている材料のひとつである。

図７は、反射層付きＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード素子の構造断面図を示す。図８は、工程フロー図を示す。
この発光ダイオード素子の製造方法を説明すると、まずｎ−ＧａＡｓ基板３１上にＡｌＡｓ／Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓのペア２０対からなる光反射層（ＤＢＲ層）３２、ｎ−Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5ＰのＮクラッド層３３、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの４０対からなるＭＱＷ活性層３４、ｐ−Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5ＰのＰクラッド層３５、ｐ−Ａｌ_0.01Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.01Ｐ電流拡散層３６を順次、例えばＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する（Ｓ８１）。
次に、上面側（電流拡散層３６上）にｐ側電極３７を例えば蒸着法により形成し（Ｓ８２）、その後、ＧａＡｓ基板２１を所望の厚みに加工し（Ｓ８３）、ｎ側電極３８を例えば蒸着法により形成する（Ｓ８４）。この後、スクライブ法によりケガキを施し（Ｓ８５）、ブレイクローラーにてチップに分割する（Ｓ８６）。
チップに分割後、所定の抜取り頻度でチップを抜取り、電気的特性を検査し（Ｓ８７）、チップを出荷する（Ｓ８８）。このようにして製造されたチップはランプなどへ組み立てる（Ｓ８９）。

図７において、ＧａＡｓ基板３１を加工する厚みは、およそ０．１２ｍｍである。これ以上厚みがあると、チップ分割するのが非常にむずかしくなる。またスクライブ法による分割では、チップ断面形状が例えば、ＧａＡｓ基板のＯＦＦ角度により決まることから、図７に示すように平行四辺形状になる。これにより、ランプ等への組み立て時にチップをフレームに接着するＡｇペースト等の導電性接着剤の這い上がりが発生し易く、リーク不良の原因となる。
またプロービング法による素子検査はｐｎ接合の分割がチップ分割後となるため、分割前に全数検査が出来ない。したがって、抜取りでの検査方法となり、組み立て後の歩留が低下する原因となり、製造ロスが大きくなる。
また、チップ分割法として、ハーフダイシング→プロービング→スクライブ又はフルダイシングの順序で行うことが知られている。しかし、ハーフダイシング時及びフルダイシング時にダイシング加工歪が入ってしまい、素子の信頼性が著しく低下してしまう。
このダイシング加工歪を除去する技術が、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１はＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ系発光素子を形成後、ダイシング分離し、その後、塩酸（ＨＣｌ）−過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）系エッチャントを使用してエッチング処理するものである。
特開平６−３５０１３６号公報

しかしながら、ＤＢＲ層付きＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード素子は、ＤＢＲ層がＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ混晶層よりなり、このＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ混晶層の塩酸（ＨＣｌ）−過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）系エッチャントに対するエッチングレートは、ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード素子を構成する他の材料層に比べ著しく速いため、サイドエッチングが進行し、ＤＢＲ層を損傷してしまう問題があった。
本発明は上記問題を解決するものであって、ＤＢＲ層を損傷することなく、且つダイシング加工歪を完全に除去するエッチャントを提供するものである。

本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、ＧａＡｓ基板上にＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ混晶からなる光反射層を形成し、その上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるｐｎ接合を形成し、次に前記ｐｎ接合をダイシングにより分断した後、（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液よりなるエッチング液を用いてエッチング処理することにより、前記課題を解決する。
また本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、前記ダイシング分断がハーフダイシングであり、前記エッチング処理の後、フルダイシングによりチップ状態に分断し、再度（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液を用いてエッチング処理を行うものである。
また本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、前記エッチング液が濃硫酸と３０％過酸化水素水として、硫酸:過酸化水素水：水＝３：１：１の混合比とするのがよい。特にエッチャントの液温を２５℃以下、詳しくは２０℃〜２５℃の範囲が望ましい。
また本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、前記ハーフダイシング及びフルダイシングする際のダイシングスピードは、２５ｍｍ／ｓ未満であることが望ましい。詳しくは２０ｍｍ／ｓ〜２４ｍｍ／ｓであり、２０ｍｍ／ｓが望ましく、ダイシングブレードの回転数は３０，０００ｒｐｍである。
また本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、前記チップ状態に分断する前に、プローピング検査を行うとよい。

更に本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、ＧａＡｓ基板上にＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ混晶からなる光反射層を形成し、その上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるｐｎ接合を形成し、次に表面側に電極を形成した後、前記ｐｎ接合を分断するハーフダイシングを行い、次に（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液よりなるエッチング液を用いてエッチング処理し、裏面側に電極を形成して、プローピング検査を行い、その後、チップ状態に分断するフルダイシングを行い、再度（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液を用いてエッチング処理するものである。

本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、ＧａＡｓ基板上にＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ混晶からなる光反射層を形成し、その上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるｐｎ接合を形成し、次に前記ｐｎ接合をダイシングにより分断した後、（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液よりなるエッチング液を用いてエッチング処理するので、光反射層のサイドエッチングによる損傷をなくすことがない。（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液よりなるエッチング液は、ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ混晶からなる光反射層と、ＡｌＧａＩｎＰ混晶層をほぼ均等にエッチングするので、反射層が損傷されない。このため微小電流領域でリーク電流が極めて少なくなる。
また本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、前記ダイシング分断がハーフダイシングであり、前記エッチング処理の後、フルダイシングによりチップ状態に分断し、再度（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液を用いてエッチング処理を行うので、逆バイアス電圧印加時のリーク電流を極めて小さくすることができる。エッチング処理によりダイシング加工歪が除去され、リーク電流が極めて小さくなる。またフルダイシングするので、チップ形状をほぼ立方体形状に形成することができ、ランプ等への組み立て時にチップをフレームに接着するＡｇペースト等の導電性接着剤の這い上がりがない。

更に本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、ＧａＡｓ基板上にＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ混晶からなる光反射層を形成し、その上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるｐｎ接合を形成し、次に表面側に電極を形成した後、前記ｐｎ接合を分断するハーフダイシングを行い、次に（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液よりなるエッチング液を用いてエッチング処理し、裏面側に電極を形成して、プローピング検査を行い、その後、チップ状態に分断するフルダイシングを行い、再度（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液を用いてエッチング処理するので、チップ分割前に素子の全数検査を行うことができ、製造ロスを小さくできる。

本発明の光反射層付きＡｌＧａＩｎＰ素子は、発光ダイオード、半導体レーザ、化合物系太陽電池、光デバイスに適用可能であるが、ここでは発光ダイオードの実施の形態について説明する。
図１は、本発明の製造方法によって製造された発光ダイオード素子（チップ）の断面図を示す。図２は、本発明の発光ダイオード素子の製造方法の工程フロー図である。

最初に、ウエハの厚さが５００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１１上にＡｌＡｓ／Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓのペア２０対からなる光反射層（ＤＢＲ層）１２、ｎ−Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5ＰのＮクラッド層１３、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの４０対からなるＭＱＷ活性層１４、ｐ−Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5ＰのＰクラッド層１５、ｐ−Ａｌ_0.01Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.01Ｐ電流拡散層１６を順次、例えばＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する（Ｓ４１）。
その後、上面側（電流拡散層1６上）にｐ側電極(ワイヤーボンド側電極)１７をＡｕＢｅ／Ａｕの構造で、例えば蒸着法により形成し、パターン化する（Ｓ４２）。次に、例えばフォトレジスト１９をウェハ表面全面に塗布、ベーキングする（図２参照）。その後、例えばダイシング用粘着シートにウェハを貼付し、ダイヤモンドの粒径が４μｍ以下、詳しくは２〜４μｍのダイヤモンド粒径のブレード２０を用いて、ウェハ表面より４０μｍの深さ、詳しくは６０〜２０μｍの深さに、ダイシングブレードの回転数３０，０００ｒｐｍ、ダイシングスピード２５ｍｍ／秒以下、詳しくは２０ｍｍ／秒にてハーフダイシングを行い、溝２１を形成する（Ｓ４３）（図３参照）。

その後、（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液よりなるエッチング液、詳細には、Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝３：１：１をエッチャントとして用いて１回目のエッチング処理を行う。ここで硫酸としては９７％濃硫酸がＤＢＲ層をエッチングするために使用される。過酸化水素水としては３０％過酸化水素水が使用され、エッチングムラをなくして、かつエッチングスピードを速くするため使用される。水としては好ましくは純水を使用し、水はエッチング時間のコントロール性を上げるように、混合液の濃度調整の目的で使用され、この時のエッチヤントの液温を２０℃〜２５℃の範囲、詳しくは２５℃以下で、３０秒エッチング処理を行い、ハーフダイシングのダイシング加工歪を除去する（Ｓ４４）。
次に、ＧａＡｓ基板１１を例えばケミカルエッチング処理にて、ウェハ厚みが２００μｍになるまで加工し（Ｓ４５）、更に図２に示すフォトレジスト１９を除去し、ＡｕＢｅ／Ｍｏ／Ａｕよりなるｎ側電極１８を例えば蒸着法により形成する（Ｓ４６）。続いて上記ウェハを、プロービング検査装置にて全個数電気的特性検査を実施する（Ｓ４７）。その後、再び例えばダイシング用粘着シートにウェハを貼付する。次にダイヤモンドの粒径が４μｍ以下、詳しくは２〜４μｍのダイヤモンド粒径のブレードにて、ダイシングブレードの回転数３０，０００ｒｐｍ、ダイシングスピード２５ｍｍ／秒未満、詳しくは２０ｍｍ／秒〜２４ｍｍ／秒にてフルカットダイシングを施しチップに分断する（Ｓ４８）。チップに分断後、例えば、チップ間隔がチップサイズ×１．６倍になるよう拡張装置にて拡大する。このときのチップ形状は図１に示すように、ほぼ直方体である。

その後、１回目と同じエッチング液、即ち、Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝３：１：１を用いて同様の処理を行い、ダイシング加工歪を除去するために２回目のエッチングを行う（Ｓ４９）。２回目のエッチング処理された光反射層付きＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードは、チップ側面が鏡面状態である。このようにして製造したチップの外観検査等の処理を施し、チップを出荷する（Ｓ５０）。その後、例えばランプに組み立てる（Ｓ５１）。
以上のようにして製造された、光反射層付きＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードは、図５に示すように順方向電圧（ＶＦ）０．７５〔Ｖ〕のときの順方向電流（ＩＦ）は１×１０^-12〔Ａ〕以下であった。また図６に示すように逆バイアス電圧（ＶＲ）１２〔Ｖ〕を印加した際のリーク電流（ＩＲ）は、１．２×１０^-12〔Ａ〕であった。

上記実施例１の製造方法において、ハーフダイシング後のエッチング処理をなくして、フルダイシング後のエッチング処理だけを行った場合は、図５に示すように順方向電圧（ＶＦ）０．７５〔Ｖ〕のときの順方向電流（ＩＦ）は１．５×１０^-12〔Ａ〕であり、１．２×１０^-12〔Ａ〕以下を達成する。また図６に示すように逆バイアス電圧（ＶＲ）１２〔Ｖ〕を印加した際のリーク電流（ＩＲ）は、１．４×１０^-11〔Ａ〕であり、１．５×１０^-10〔Ａ〕以下を達成する。
実施例１の製造方法において、ハーフダイシング後、１回目のエッチング処理を行い、次にフルダイシング後の２回目のエッチング処理を行わなかった場合は、実施例２よりも順方向電流及びリーク電流が若干大きくなる。

（比較例１）
上記実施例で使用するダイシングブレードのダイヤモンド粒径を例えば２〜６μｍ、詳しくは６μｍのものを使用して、ダイシングスピードを２０ｍｍ／秒、ダイシング深さを４０μｍにハーフダイシングして、上記と同条件で１回目のエッチング処理し、次にフルダイシング後、２回目のエッチング処理した結果は、ダイシング加工歪が十分に除去されず、微電流域でリークが確認された。
また同条件でダイシングしたものについて、エッチング時間を３０秒以上に長くした場合は、ＧａＡｓ基板とＡｌＧａＩｎＰ混晶層のエッチングレートの差により、発光層が鍔状になってしまい、ランプへの組み立て不良が発生した。具体的には、樹脂応力によるダイボンドハガレ不良を起こし易くなった。

（比較例２）
上記実施例で、ダイシングスピードを２５ｍｍ／秒以上にてダイシングした場合は、チッピングと呼ばれるカケが多くなり且つ、ダイシング加工歪が多くなり、エッチング処理を施してもリーク電流が減少しなかった。

（比較例３）
上記実施例で、ｐｎ接合を分断する（ハーフダイシング）深さを４０μmより浅く設定した場合、最小のダイシング深さが２０μmより浅くなる箇所があり、ダイシングが浅い箇所ではｐｎ接合が完全に分断されず、プロービング検査がなされない素子が発生した。次にダイシング深さを４０μmより深く設定した場合、最大の深さが６０μｍより深くなってしまう箇所が発生する。ダイシングが深い箇所では、２回目のダイシング（フルカット）時に１回目と同一カットライン上をダイシングする必要があるが、ダイシングラインが１回目とズレを発生すると、ダイシングブレードのライフが低下してしまい、コスト上昇の要因となる。

（比較例４）
ダイシング加工歪を除去するエッチャントについて、例えば塩酸系エッチャントにて３０秒エッチングを実施したところ、ＤＢＲ層がサイドエッチングされ、損傷してしまい、光出力が低下した。またサイドエッチされた層より剥れる不具合も発生した。燐酸系エッチャントもＤＢＲ層をサイドエッチングして、損傷してしまい、光出力が低下した。

（比較例５）
本発明によるエッチング処理は、ハーフダイシング後とフルダイシング後の２回実施するため、例えば、ＡｕＢｅ／Ｍｏ／Ａｕのような多層構造電極では、フォトレジスト等での保護が無いと、エッチャントによりバリアメタルであるＭｏがエッチングされてしまい、層界面より剥れてしまう不具合が発生する。
上記実施例１及び２と、上記比較例１〜３で製造した発光ダイオード素子（チップ）のダイシング条件と出来栄えを以下の表１に示す。

上記実施例１及び２と、比較例１及び２の発光ダイオード素子（チップ）の電気的特性を図５及び図６に示す。図５は発光ダイオード素子に順方向電圧（ＶＦ）を印加したときの順方向電流（ＩＦ）の関係を示す。図６は逆方向電圧（ＶＲ）を印加したときの逆方向電流（ＩＲ）の関係を示す。図５から本発明の実施例１及び２は、比較例１及び２に比べて順方向電流が小さいことが分かる。また図６から本発明の実施例１及び２は、比較例１及び２に比べて逆方向電流が小さいことが分かる。これにより本発明の実施例１及び２はハーフダイシング及びフルダイシングの加工歪がエッチング処理により除去されることが分かる。

本発明の製造方法により製造されたＡｌＧａＩｎＰ素子（チップ）の構造断面図である。本発明の製造方法を説明する製造途中のウェハ断面図である。本発明の製造方法を説明する製造途中のウェハ断面図である。本発明の製造方法を説明する製造工程フロー図である。本発明の実施例１及び２と、比較例の発光ダイオード素子のＶＦ-ＩＦ特性を示す。本発明の実施例１及び２と、比較例の発光ダイオード素子のＶＲ-ＩＲ特性を示す。従来の発光ダイオード素子（チップ）の構造断面図である。従来の製造方法を説明する製造工程フロー図である。

符号の説明

１１、３１ｎ型ＧａＡｓ基板
１２、３２光反射層
１３、３３ｎクラッド層）
１４、３４ＭＱＷ活性層(発光層)
１５、３５ｐクラッド層
１６、３６電流拡散層
１７、３７ｐ側電極
１８、３８ n側電極

Claims

ＧａＡｓ基板上にＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ混晶からなる光反射層を形成し、その上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるｐｎ接合を形成し、次に前記ｐｎ接合をダイシングにより分断した後、（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液よりなるエッチング液を用いてエッチング処理することを特徴とする発光ダイオード素子の製造方法。
前記ダイシング分断がハーフダイシングであり、前記エッチング処理の後、フルダイシングによりチップ状態に分断し、再度（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液を用いてエッチング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
前記エッチング液は、濃硫酸と３０％過酸化水素水として、硫酸:過酸化水素水：水＝３：１：１の混合比であることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
前記ハーフダイシング及びフルダイシングする際のダイシングスピードは、２５ｍｍ／ｓ未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法。
前記チップ状態に分断する前に、プローピング検査を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法。
ＧａＡｓ基板上にＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ混晶からなる光反射層を形成し、その上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるｐｎ接合を形成し、次に表面側に電極を形成した後、前記ｐｎ接合を分断するハーフダイシングを行い、次に（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液よりなるエッチング液を用いてエッチング処理し、裏面側に電極を形成して、プローピング検査を行い、その後、チップ状態に分断するフルダイシングを行い、再度（硫酸＋過酸化水素水＋水）の混合液を用いてエッチング処理することを特徴とする光反射層付きＡｌＧａＩｎＰ発光素子の製造方法。
前記エッチング液は、濃硫酸と３０％過酸化水素水として、硫酸:過酸化水素水：水＝３：１：１の混合比であることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
前記ハーフダイシング及びフルダイシングする際のダイシングスピードは、２５ｍｍ／ｓ未満であることを特徴とする請求項６または７に記載の製造方法。