JPH0288261A - Ｌｅｄアレイの収率を改善する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体発光ダイオードアレイの製造に関する
ものであり、特に使用可能な品質を有するＬＥＤアレイ
の収率を改善した発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイの製
造方法に関する。

更に詳しく述べると、本発明は光学プリンタ用に使用可
能、コンバクｌ−１高密度なるＬＥＤアレイの生産収率
向上を達成した電子／光学プリンタ用に設計された集積
ＬＥＤアレイ製造法の改善に関する。

（従来の技術） 文章及び画像情報の発生及び伝送は益々ディジタル化さ
れた電子形態になりつつあり、斯かる情報を低コストの
高速プリンタから直接ハードコピーをとる必要が益々増
大している。このニーズを満たす有力な一方法は、電子
／光学プリンタに使用される高密度、コンパクトのＬＥ
Ｄ線形アレイ（ａｒｒａｙ）を提供することである。Ｌ
ＥＤアレイシステムは、光源がコンパクトで高密度なる
明らかな利点に加え、斯かる使用に関し更に信頼性に富
み、かつ、安価なる利点を約束するものである。

電子／光学プリンタのＬＥＤアレイは発光強度が一様な
るを要すという厳しい要求が課せられている。この要求
は、プリント用では重要なことである。ＬＥＤアレイを
表示用に用いる場合には、眼が対数的検出器であって光
強度の変化に比較的鈍感なので、この−機作はプリンタ
はど限界的ではない。しかしながら、プリント用途はＬ
ＥＤ線形アレイが感光材料を横切る相対運動に係わり、
十分の何パーセント程の小さな強度変化でもラスタバン
ド（ｒａｓｆ、ｅｒｂａｎｄｉｎｇ）効果をもたらすで
あろう。

固体形態、半導体発光体の製造に使用される材料には、
プリンタで使用されるＬＥＤアレイの性質に影響する特
性が多数あり、装置の製造方法も多岐にわたる。これら
諸点は大部分ベルヒ（Ａ、Ａ、Ｂｅｒｇｈ）及びディー
ン（Ｐ、Ｊ、Ｄｅａｎ）著の「発光ダイオード（”Ｌｉ
ｇｂＬ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅｓ”）　Ｊなる底
置（Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ　Ｐｒｅｓｓ、０ｘｆｏｒｄ、
１９７６年刊）及びグーチ（Ｃ，Ｈ，Ｇｏｏｃｈ　）著
の「インジェクシコンエレクトロルミネッセンス製造（
”Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ＥＩｅｃＬｒｏｌｕｏｎｉｎｅ
ｓｃｅｎｔＤｅｖｉｃｅｓ　Ｊ　（Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅ
ｙ　＆　５ｏｎｓ、Ｌｏｎｄｏｎ、１９７３年刊）に記
載されている。これらの初期文献が完璧なので、ＬＥＤ
アレイ製造に関する詳しい議論は不必要であろう。しか
しながら、光学プリント用ＬＥＤアレイ製造時の特に重
要な一特性が、以下で議論するようにＬＥＤアレイ完成
品における暗線欠陥の発生に関係するのである。ＬＥＤ
の暗線欠陥は、市販の発光半導体ウェハーに線状の結晶
不規則が存在することに起因する。　ＬＥＤの製造時に
この線状結晶不規則の作用を克服することが、本発明の
主なる目０勺である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の主たる一目的は、本目的に使用可能な品質を持
ったＬＥＤアレイの生産収率を改善することにより、高
品質、コンパクト、高密度かつ比較的低コストの電子／
光学プリンタ用集積ＬＥＤアレイチップを製造する方法
を提供することである。

（課題を解決するための手順） 本発明の一特徴は、各々主軸に沿って配列された一連の
ダイオードからなる集積（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）発光
半導体ダイオードアレイを製造する方法であって、ダイ
オード完成品に暗線欠陥を発生させる可能性のある平行
な線状結晶不規則を含む共通の半導体ウェハー内に複数
のダイオードアレイを形成すること： 該ウェハーを分割して各一以上のダイオードアレイを含
む複数のチップを製造すること；及び各アレイ内ダイオ
ードのダイオード間発光一様性に基づいて使用すべきダ
イオードアレイを）Ｘ択することからなり： ダイオードアレイの形成に先立って各半導体ウェハーを
検査し、その平行線状の結晶不規則の性質及び整列線（
ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　）を定めること；及び半導体ウェ
ハー上に該平行線状の結晶不規則に対して主軸を平行に
したダイオードアレイを形成すること を包含するステップを特徴とする集積発光半導体ダイオ
ードアレイの製造方法に導かれる。

製作後のＬＥＤアレイを動作中に顕微鏡で検査すると、
ＬＥＤの一部に多数の平行、線状の暗線欠陥が頻繁に見
い出される。これを暗線欠陥（ＤＬＤｄａｒｋ−１ｉｎ
ｅ　ｄｅｆｅｃｔ、）と称する。第１図は、電極９を付
けて形成したＬＥＤアレイを有する半導体チッ１７を示
し、図中アレイ内の最初の三個のＬＥＤデバイスがその
幅を横切って伸長する暗線欠陥（ＤＬＤ　）を有するこ
とがうかがわれる。このＤＬＤはアレイ全長に伸長する
こともある。導光（ｃｏｎｄｕｃｔｉＢｉｇｈｔ）測定
により、ＤＬＤを有するＬＥＤは、通常、ＤＬＤのない
相当ＬＥＤよりも光出力が低いことが測定された。更に
（ＬＥＤアレイを製造するもとの）所与ウェハー上で二
辺上のアレイがＤＬＤを示す場合には、そのＤＬＤの暗
線は常に互いに平行であることも認められた。

ＤＬＤを更に詳しく調べるため、第２図に示すようなレ
ーザホトルメンネセンス顕ｖ＆鏡を用いてＤＬＤを検査
した。この装置を用いて、１１で示したウェハーに５１
５ｎｍの単色光源を照射した。この光源はアルゴンレー
ザ１２で発生させ、ビームエキスパンダー１３を通して
検査ウェハー１１上に結像させたものである。照射によ
り形成されたホトルミネッセンス像を、引き続き、接眼
レンズ要素１４、フィルタ！５及び顕１ｉ［対物レンズ
１６からなる顕Ｖ＆鏡を介して観察した。第１図に示し
たようなＬＥＤアレイの製作過程各種段階におけるウェ
ハーを検査することにより、暗線欠陥が購入した出発半
導体基材材料中に存在することが確定された。出発ウェ
ハーは、基材上にｎ型のＧａＡｓ１□Ｎ第一エビタキシ
ヤル成長層と該第−エピタキシャル層上に各約２０ミク
ロン厚みのＧａＡｓｏ、　７ＰＯ，３第二工ピタキシヤ
ル成長層を形成した厚み約３８１ミクロンのｎ型砒化ガ
リウム基材からなるものであった。これらの測定から、
暗線欠陥は購入したウェハー上のエピタキシャル層内に
存在する結晶学的欠陥に基づくものであって、ＬＥＤア
レイ処理時に導入されたものではないことが確定された
。暗線欠陥密度は、エピタキシャルロット間のみならず
所与ロット内でも大幅に変化することも測定された。少
数ではあったが、暗線の間隔が極めて狭く且つ交差して
いたケース、すなわち広く観察される平行線に加えてそ
れに垂直な平行線の組が認められるケースもあった。ま
た、その平行暗線は交差した表面起伏の組に対して常に
平行であり、その一以上が肉眼でウェハー表面上に認め
られることも観察された。これらの起伏（ｕｎｄｕｌａ
ｔｉｏｎｓ）は、エピタキシャル層の成長時に格子が結
晶面に沿って滑ることに起因することが知られている。

暗線欠陥は以前から産業界にも知られており、ブロック
（Ｌ、ＢＩｏｋ）著のＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓ
ｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ、３１２５０（１９７５）　；メ
ッツ（Ｓ、ｔ４ｅｔｚ）著のＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、３０，２９６（１９７７）　
：及びベルヒ（Ａ、Ａ、Ｂｅｒｇｈ）及びディーン（ｐ
、Ｊ、Ｄｅａｎ）によるＬｉｇｈｔ−ｅｍｉしｔ、ｉｎ
ｇ　Ｄｉｏｄｅｓ　（発光ダイオード）　”　、　Ｃ１
ａｒｅｎｄｏｎＰｒｅｓ、０ｘｆｏｒｄ、１９７６第２
６２−２９４頁　その他の文献に報告されている。暗線
欠陥は、エピタキシャル層の成長時に非放射線不純物に
より歪場（ｓＬｒａｉｎ−ｆｉｅｌｄ）誘起された滑り
面欠陥の装飾（ｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ）に基づくものと
考えられている。一般に観察される水準では、この暗線
欠陥は表示用に設計された個別分離（ｄ　１ｓｃｒｅＬ
ｅ）発光デバイスの作動時には有害作用をもたらすこと
はない、実際、出発ウェハーの供給業者の中には、顕微
鏡的欠陥に関する材料品質評価をしない者もいる。彼等
は試験ウェハーから幾つかの個別分離ＬＥＤを製作して
、その平均発光強度を品質管理の基礎としている。この
ような品質管理標準は、表示用分離ＬＥＤデバイスとい
う大多数のＬＥＤ用途に関してはおそらく適当であろう
。斯かる用途では、たとえ個別分離デバイスの一部に暗
線欠陥が偶々用れても、製造業者は望むならば製作時に
選び出すことができる。これは、個別分ｌ　ＬＥＤデバ
イスが発光効率に応じて区分・販売されることが多い事
実に因るのである。この理由で暗線デバイスは廃棄され
ずに低効率発光デバイスとして販売される。事実、暗線
の効果は普通は表示用に広く用いられるＬＥＤデバイス
の寸法に較べて極めて局限されたものであり、かつ、各
種表示用途では効率変化許容度が極めて大きいため、暗
線効果は大部分の産業分野で注目されてはいない。

光学プリンタ用に設計されたアレイに使用する個々のＬ
ＥＤは、表示用の個別分１ＬＥＤデバイス及びＬＥＤア
レイ用のそれよりもはるかに小さい。この事情を第３図
に示すが、同図には暗線欠陥を２２で示した個別分離Ｌ
ＥＤ装置２１を左手に示し、光学プリンタアレイ用に設
計されたＬＥＤデバイス２３を右手に示す。このＬＥＤ
デバイス２３も暗線欠陥２４を有する。個別分１ＬＥＤ
２１は、約０．０６４５平方ミリメ−トルの正方形発光
面を有する。これに対し、光学プリンタＬＥＤ２３の発
光面は４０３２平方マイクロメートルの正方形である。

はるかに小さな光学プリンタＬＥＤデバイス２３の発光
域は暗線欠陥の影響を受ける割合が大きく、その暗線欠
陥は個別分離デバイス２１の場合よりも小さな光ＬＥＤ
デバイス２３の発光強度及び発光効率にはるかに大きな
衝撃を与える。

前述に加え、プリント用に設計されたＬＥＤアレイでは
、−機作の要求が表示用のものよりはるかに苛酷である
。これは、人間の眼が対数的検出器であって強度変化を
積算して感じ、光強度の小変化には鈍感であることに因
る。しかしながら、感光記録媒体は小さな強度変化に極
めて敏感であることが多く、従って−アレイ内容ＬＥＤ
すなわちアレイ内容ＬＥＤ間の発光面を横切る変化が、
プリンタの再生ハードコピーに現れる。更には、暗線欠
陥はＡｌ１−、ＧａつＡｓ固体状態発光半導体デバイス
の作動寿命に有害なることも知られており、ベルヒ及び
ディーンの前記底置”Ｌｉ、１ｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ
　Ｄｉｏｄｅｓに報告されている。

以上の全理由により、暗線欠陥を有するＬＥＤアレイは
、プリント用としては排除しなければならない。

電子／光学プリンタ用の小型ＬＥＤアレイに及ぼす暗線
欠陥の衝撃を減らすため、第２図に示したようなレーザ
ーホトルミネッセンス顕微鏡をＬＥＤ製造プロセスの特
定点で使用し、最終製品中の暗線欠陥の効果を最小にす
る。第４図及び第５図は、その技法を示す図である。第
４図は被験ウェハー１１がレーザエレクトロルミネッセ
ンス類１ｉｉｔＭの接眼レンズに現れる状態を示す、第
４図のウェハー１１は一般的にｌＯで示される複数の互
いに平行がっ相隔たった暗線欠陥を有する。ウェハー１
１の表面上に２５で示した複数のＬＥＤアレイを第４図
に示すような長軸配向で製作したならば、実質的に全て
のＬＥＤアレイ２５は、出発ウェハー１１内に平行線状
の結晶不規則が存在する結果形成された暗線欠陥と交差
して、その悪影響を受けるであろう。第５図は、第４図
のウェハーに類似したウェハー検体を示すものである。

第５図のＬＥＤアレイ２５は、第４図とは対照的に、Ｌ
ＥＤアレイ２５の長軸が暗線欠陥１０に平行になるよう
本発明に従って適正な配向にすること及びウェハー１１
表面上にＬＥＤアレイ２５を定めるに際して亜鉛拡散マ
スクのパターニングを使用することにより形成されたも
のである。この方法により仕上げＬＥＤアレイ中の暗線
欠陥を防止する統計的確率は大幅に改善され、従って良
好なＬＥＤアレイの収率は向上する。

第５図に示した方法に加えて、購入ウェハーを処理する
前にまずレーザホトルミネッセンス顕微鏡を用いて、仕
上げＬＥＤ内に暗線欠陥をもたらす平行線状に結晶不規
則に関してウェハーを検査してスクリーニングする。ウ
ェハー中の線状結晶不規則の密度及び程度が多すぎる場
合、処理前にそれを収り除くのである。しかしながら、
線状結晶不規則の数やその程度が過大でないならば、そ
のレーザホトルミネッセンス顕微鏡を用い、第４及び５
図に示したようにウェハー面上の線状結晶不規則の配向
を定める６次に第６図に示したような方法に従い、或い
は前引用したベルヒ及びデインの底置”　ＬｉｇｈＬ−
ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅｓ　”に記載されたその
他の好適既知方法によりＬＥＤアレイを製作する。斯か
る処理では、第５図に示したように、ＬＥＤアレイはそ
の長軸を平行線状の結晶不規則に平行にして製作される
。これは、本明細書に前述したように、肉眼で観察可能
な優勢度の強い線状結晶不規則を視覚的に観察すること
により達成される。このようにすると、時折全アレイが
暗線欠陥で駄目になる事もある。しかしながら、大部分
のアレイ２５は暗線の間に入る。これと対照的に軸を暗
線欠陥ｌＯに対し垂直にしてアレイ２５を製作すると、
はぼ全部のアレイが暗線欠陥を持つＬＥＤを数個有する
ことになり、前述の理由で電子／光学プリンタに使用で
きなくなる。

第６図に示したプロセスフロー図は、本発明に従う電子
／光学プリンタ用に使用可能なＬＥＤアレイの提供に使
用される好適ＬＥＤアレイ製造方法を、ステップ毎に簡
単に説明するものである。拳法の初めに、入荷ウェハー
の平行線状結晶不規則を検査して、結晶不規則の密度及
び程度が過大なものを収り除くスクリーニング伴業を行
なう。残ったウェハーについて前述の眼に見える結晶不
規則の表面起伏を観察することにより、仕上げＬＥＤ中
に存在することになるＤＬＤの配向をチエツクする。

次にこの選択されたウェハーに刻み目を付けて２゜５４
ｃｍ　Ｘ　２．５４ＣＩ１１平方のチップに切断し、約
４５７ミクロンの厚みになるまで研磨する０次にこのチ
ップを洗浄・エツチングすると、プラズマ窒化ケイ素マ
スキング層を沈積させる準備が整う、マスキング層沈積
ステップ完了後、第５図に関連して説明したように、チ
ップ面内の眼に見える平行な線状結晶不規則にＬＥＤア
レイの長軸を平行にした光レジストマスクを用いるホト
レジスト法により、拡散マスキング層内にパターニング
で開口部を定める。次に拡散プロセスの一方法を用い、
パターニングによる開口部を通してチップ内に亜鉛を拡
散させる。亜鉛拡散ステップを終えるとＰコンタクトの
金属化沈積及びバターニングの準備が完了する。このス
テップではアルミニウムメタリゼーシゴンによるリフト
−オフバターニング法を用いる。

バターニングのあと、アルミニウムを合金化し、ウェハ
ー上に窒化ケイ素反射防止コーティングを沈積させる。

次にウェハーをホウケイ酸ナトリウムガラスの円板上に
載せ、約３３０ミクロンの最終厚みまでラッピング・研
磨する。該円板からチップを収り出す前に化学エツチン
グしてラッピング損傷を除去する０次Ｎｉ／Ａｕ−Ｇｅ
／Ｎｉの裏面メタリゼーション層を真空蒸着して合金化
する。金を真空蒸着させてＬＥＤアレイの裏面メタリゼ
ーションが完成する。チップの最終処理ステップは、反
射防止コーティングに孔を開けて接合パッドを露出させ
るステップである。この時点でＬＥＤチップの電気的試
験が行える状態になる。大サイズの正方チップを先ずは
ダイシングソウ（ｄｉｃｉｎｇ　ｓａｗ）を用い、次に
適当なヘッダー上に載せて所望寸法のＬＥＤアレイに切
断してデバイスに仕上げる。最後に超音波ワイヤボンデ
ィングを用いて各ＬＥＤをヘッダー上のリードアウトパ
ターンに接続する。

第７図は、簡単に前述したように本発明に従つて製作し
、電子／光学プリント用に好適なＬＥＤアレイ完成品の
部分断面図である。前述の１−ＧａＡ５Ｐ／ＧａＡｓ出
発基盤３１は、窒化ケイ素アンダーコーティング３４内
の開口部を経由する亜鉛の拡散域より形成されたｐ域３
２及び３３を有する。アンダーコーティング３４はマス
クとして機能すると同時にアレイ内の各ＬＥＤを電気絶
縁する。アルミニウムのコンタクト３５は、Ｐ層３２及
び３３を電気接続する。窒化ケイ素の反射防止コーティ
ング３６をアレイの頂面上に沈積してアレイ内ダイオー
ドからの光放出効率を改善する。該反射防止コーティン
グにはコンタクト３５との電気接続を可能とする適当な
開口部（図示されていない）が設けられている。　Ｎｉ
／ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの裏面メタリゼーションコーテ
ィング３７は、ｎ−基盤上への電気接続を付与する。

（発明の効果） 本発明は、８８−９ミクロンの中心上に各々実質的に７
９０３平方ミクロンの正方形発光素子を有し、電子／光
学プリンタ用に好適な多要素ガリウムーヒ素−燐の集積
発光ダイオードアレイを提供する。

得られるアレイは０．６％の電力効率及び３．１Ｅｃｍ
　−２の放射発散度を有し、素子用の放射発散度の標準
閤差は２％未満である。この比較的低コストの集ｖＥＬ
ＥＤアレイは電子／光学プリント用に特に好適であり、
かつまた、高収率で製造可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電極を取り付けたＬＥＤアレイを有する半導
体チップの平面図であり、ＬＥＤの一部表面上にある暗
線欠陥をレーザホトルミネッセンス顕微鏡の接眼レンズ
を通し見たように示したものである。 第２図は、半導体ウェハーに焦点を合わせたレーザホト
ルミネッセンス顕ｖ＆鏡の概要図であって、レーザ光ビ
ームを発するホトルミネッセンスで照射したウェハー表
面を頴Ｖ＆鏡の接眼レンズから見ている状態を示したも
のである。 第３図は、二つの相異なる発光ダイオード表面の平面図
であって、一方は表示目的に使用されるタイプの一辺２
５４ミクロンの正方形分ＭＬＥＤであり、他方の各辺６
３．５ミクロンの小正方形ＬＥＤはプリント用に使用可
能なタイプのものである。 第４図は、アレイの長軸がウニＡ−面上番こ現れた平行
線上の結晶不規則の軸長に対して直角（こ配置されるよ
う半導体上にマスキングされた複数のＬＥＤアレイの平
面図である。 第５図は、アレイの長軸がウエノ１−上の平行線上の結
晶不規則に平行に伸長するよう形成されたＬＥＤアレイ
を有するウェハーの平面図である。 第６図は、本発明に従って構成されるＬＥＤアレイの製
造方法と示す機能的フロー図である。 第７図は、第６図に示した方法で製作するＬＥＤアレイ
の製造に使用される代表的ＬＥＤデノくイスの断面図で
ある。 １生へ１」 ７・半導体チップ ８：ＬＥＤ　　（発光ダイオード） ９：電極 １０：ＤＬＤ　　（暗線欠陥） １１：半導体ウェハー １２：アルゴンレーザー １３：ビームエキスパンダ １４：［を鏡の接眼レンズ １５：フィルタ １６：ｉ？Ｊ′ｉ微鏡対物レンズ ２１：光学表示用ＬＥＤ ２２：２１上のＤＬＤ ２３：光学プリンタ用ＬＥＤ ２４：２３上のＤＬＤ ２５　：　ＬＥＤのアレイ ３１：基板 ３２：Ｐ域 ３３：Ｐ域 ３４：窒化ケイ素コーティング ３５ニアルミニウムコンタクト ３６：反射防止コーティング ３７：裏面メタリゼーシヲンコーテイ ング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主軸に沿って配列された一連のダイオードからなる集積
   発光ダイオードアレイを製造する方法であつて、 ダイオード完成品に暗線欠陥をもたらす可能性のある平
   行な線状の結晶不規則を含む共通の半導体ウェハー内に
   複数のダイオードアレイを形成すること； 該ウェハーを分割して各一以上のダイオードアレイを含
   む複数のチップを製造すること； 各アレイ内ダイオードのダイオード間発光一様性に基づ
   いて使用すべきダイオードアレイを選択することからな
   り、 半導体ウェハー上にダイオードアレイを形成することに
   先立って各半導体ウェハーを検査し、その平行な直線状
   結晶不規則の性質及び整列線を定めること； レーザホトルミネッセンス検査により、平行な線状結晶
   不規則の密度、特徴、程度及び間隔が更なる処理に不適
   当とされた被験ウェハーを廃棄すること；及び 出発半導体ウェハー面上の一以上を視覚的に観察できる
   平行な線状結晶不規則に対して平行にダイオードアレイ
   の長軸が伸長するようダイオードアレイの製造に用いる
   マスクを物理的に整列させることにより、ダイオードア
   レイをその主軸が平行な線状結晶不規則に対して平行に
   なるよう半導体ウェハー上に形成すること； からなるステップを特徴とする集積発光ダイオードアレ
   イを製造する方法。