JPWO2015140849A1 - 紫外線発光素子の製造方法、紫外線発光素子 - Google Patents
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Abstract
量産性及び製造歩留りの向上を図ることが可能な紫外線発光素子の製造方法、紫外線発光素子を提供する。紫外線発光素子(B1)の製造方法は、サファイアウェハ(10)の第1面(10a)上に多層構造の窒化物半導体層(20)を積層したウェハ(30)から個々の紫外線発光素子B1に分割する。紫外線発光素子(B1)の製造方法は、窒化物半導体層(20)側からウェハ(30)にレーザ光を照射することによりサファイアウェハ(10)の厚さ方向の途中まで到達する溝(31)を形成する溝形成工程と、ウェハ(30)の厚さを薄くするようにウェハ(30)をサファイアウェハ(10)の第2面(10b)側から研磨する研磨工程と、溝(31)に沿ってウェハ(30)を分割する分割工程と、を含み、溝形成工程と研磨工程との間に、ウェハ(30)の窒化物半導体層(20)側のデブリを粘着テープ(40)によって除去するデブリ除去工程を備える。
Description
本発明は、紫外線を放射する紫外線発光素子の製造方法、紫外線発光素子に関する。
従来、発光素子の製造方法としては、サファイア基板上に窒化物半導体層を形成した半導体ウエハから個々の発光素子に分割する方法が知られている(例えば、日本国特許出願公開番号2003−218065(以下、「文献1」という)参照)。
文献1には、半導体ウエハのサファイア基板を研磨することでサファイア基板を薄くした後に、サファイア基板にレーザ光を照射することでサファイア基板にブレイク・ラインを形成し、その後、半導体ウエハをブレイク・ラインに沿って発光素子に分割するようにした、発光素子の製造方法が記載されている。
しかしながら、上述の発光素子の製造方法は、紫外線発光素子の製造方法に適用することが難しい。
本発明の目的は、量産性及び製造歩留りの向上を図ることが可能な紫外線発光素子の製造方法、紫外線発光素子を提供することにある。
本願発明者らは、鋭意研究開発の結果、紫外線発光素子を開発し、その製造方法についても、量産性を向上させるために鋭意研究開発を行った。そして、本願発明者らは、紫外線発光素子の製造方法に、文献1に記載された窒化物半導体素子の製造方法を適用した場合には、研磨中あるいはレーザ光の照射中にウェハが割れてしまうという知見を得て、本発明を成すに至った。
本発明の紫外線発光素子の製造方法は、サファイアウェハの第1面上に多層構造の窒化物半導体層を積層したウェハから個々の紫外線発光素子に分割する紫外線発光素子の製造方法である。本発明の紫外線発光素子の製造方法は、前記ウェハの前記窒化物半導体層側から前記ウェハにレーザ光を照射することにより前記サファイアウェハの厚さ方向の途中まで到達する溝を形成する溝形成工程を含む。また、本発明の紫外線発光素子の製造方法は、前記溝形成工程の後に前記ウェハの厚さを薄くするように前記ウェハを前記サファイアウェハの第2面側から研磨する研磨工程と、前記研磨工程の後に前記溝に沿って前記ウェハを分割する分割工程と、を含む。更に、本発明の紫外線発光素子の製造方法は、前記溝形成工程と前記研磨工程との間に、前記ウェハの前記窒化物半導体層側のデブリを粘着テープによって除去するデブリ除去工程を備える。
本発明の紫外線発光素子は、サファイア基板と、前記サファイア基板の第1面上に形成された多層構造の窒化物半導体層と、を備える。前記窒化物半導体層は、前記サファイア基板の前記第1面に近い順に、第1導電型窒化物半導体層、UV−Cの波長域に発光波長を有する発光層、及び第2導電型窒化物半導体層、を備える。前記発光層及び前記第2導電型窒化物半導体層は、平面視において、前記第1導電型窒化物半導体層よりも小さい。本発明の紫外線発光素子は、前記第1導電型窒化物半導体層の露出した表面上に形成された第1電極と、前記第2導電型窒化物半導体層の表面上に形成された第2電極と、第1電極上に形成された第1パッド電極と、第2電極上に形成された第2パッド電極と、を更に備える。前記窒化物半導体層は、平面視において、前記サファイア基板よりも小さい。前記サファイア基板は、前記第1面側からの平面視において、前記サファイア基板の外周部の表面が全周に亘って露出している。前記サファイア基板は、平面視において露出している前記表面が、前記第2面を基準として前記第1面よりも低い高さとなっている。
本発明の紫外線発光素子の製造方法においては、製造歩留りの向上を図ることが可能になる。
本発明の紫外線発光素子においては、製造歩留りの向上を図ることが可能となり、また、取り扱いが容易になる。
下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態で記載する材料、数値等は、好ましい例を挙げているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
以下では、本実施形態の紫外線発光素子B1の製造方法について図1A、1B、1C、1D、1E、2、3、4A、4B、5〜7、8A、8B、9〜14に基づいて説明する。
本実施形態の紫外線発光素子B1の製造方法は、サファイアウェハ10の第1面10a上に多層構造の窒化物半導体層20を積層したウェハ30から個々の紫外線発光素子B1に分割する紫外線発光素子B1の製造方法である。紫外線発光素子B1の製造方法は、ウェハ30の窒化物半導体層20側からウェハ30にレーザ光を照射することによりサファイアウェハ10の厚さ方向の途中まで到達する溝31を形成する溝形成工程を含む。また、紫外線発光素子B1の製造方法は、溝形成工程の後にウェハ30の厚さを薄くするようにウェハ30をサファイアウェハ10の第2面10b側から研磨する研磨工程と、研磨工程の後に溝31に沿ってウェハ30を分割する分割工程と、を含む。更に、紫外線発光素子B1の製造方法は、溝形成工程と研磨工程との間に、ウェハ30の窒化物半導体層20側のデブリ24(図3参照)を粘着テープ40によって除去するデブリ除去工程を備える。ウェハ30の窒化物半導体層20側のデブリ24は、絶縁膜9の表面からサファイアウェハ10の厚さ方向の途中で溝31よりも浅い位置まで形成されている。
紫外線発光素子B1の製造方法においては、ウェハ30の窒化物半導体層20側からウェハ30にレーザ光を照射することによりサファイアウェハ10の厚さ方向の途中まで到達する溝31を形成する。その後、紫外線発光素子B1の製造方法では、ウェハ30の厚さを薄くするようにウェハ30をサファイアウェハ10の第2面10b側から研磨し、その後に溝31に沿ってウェハ30を分割する。これにより、紫外線発光素子B1の製造方法においては、レーザ光の照射中あるいは研磨中にウェハ30が割れてしまうのを抑制することが可能となり、量産性及び製造歩留りの向上を図ることが可能になる。また、紫外線発光素子B1の製造方法においては、溝形成工程と研磨工程との間に、ウェハ30の窒化物半導体層20側のデブリ24を粘着テープ40によって除去するデブリ除去工程を備える。これにより、紫外線発光素子B1の製造方法では、デブリ24の脱離等に起因した製造歩留りの低下を抑制することが可能となり、製造歩留りの向上を図ることが可能になる。
紫外線発光素子B1の製造方法においては、デブリ除去工程と研磨工程との間に、ウェハ30の残留付着物を所定の薬液によって除去する薬液処理工程を更に備えるのが好ましい。
以下では、紫外線発光素子B1の製造方法をより詳細に説明する前に、まず、紫外線発光素子B1の各構成要素について図6に基づいて説明する。
紫外線発光素子B1は、サファイア基板1と、第1バッファ層2と、第2バッファ層3と、n形窒化物半導体層4と、発光層5と、電子ブロック層6と、p形窒化物半導体層7と、p形コンタクト層8と、を備えている。また、紫外線発光素子B1は、第1電極(n電極)14と、第2電極(p電極)17と、第1パッド電極15と、第2パッド電極18と、を備える。紫外線発光素子B1は、メサ構造22を有している。メサ構造22は、第1バッファ層2と、第2バッファ層3と、n形窒化物半導体層4と、発光層5と、電子ブロック層6と、p形窒化物半導体層7と、p形コンタクト層8と、を備える多層構造体をパターニングすることにより形成されている。詳細には、メサ構造22は、多層構造体の一部を多層構造体の表面側からn形窒化物半導体層4の途中までエッチングすることで形成されている。紫外線発光素子B1は、n形窒化物半導体層4の表面4a上に第1電極14が形成されている。また、紫外線発光素子B1は、メサ構造22の上面22aの一部とメサ構造22の側面22bとn形窒化物半導体層4の表面4aの一部とに跨って絶縁膜9が形成されている。絶縁膜9の材料は、電気絶縁材料である。絶縁膜9の材料としては、例えば、SiO2等を採用することができる。
紫外線発光素子B1は、210nm〜280nmの紫外波長域に発光波長(発光ピーク波長)を有する紫外線発光ダイオードであるのが好ましい。これにより、紫外線発光素子B1は、例えば、高効率白色照明、殺菌、医療、環境汚染物質を高速で処理する用途等の分野で、利用することができる。紫外線発光素子B1は、UV−Cの波長域に発光波長を有するのが好ましい。UV−Cの波長域は、例えば国際照明委員会(CIE)における紫外線の波長による分類によれば、100nm〜280nmである。
サファイア基板1は、例えば、第1面1aが、(0001)面のサファイア基板が好ましい。つまり、サファイア基板1は、c面サファイア基板(α−Al2O3基板)が好ましい。また、サファイア基板1は、(0001)面からのオフ角が、0〜0.4°であるのが好ましい。紫外線発光素子B1は、第1バッファ層2、第2バッファ層3、n形窒化物半導体層4、発光層5、電子ブロック層6、p形窒化物半導体層7及びp形コンタクト層8が、サファイア基板1の第1面1a側に形成される。紫外線発光素子B1は、サファイア基板1の第2面1bが光取り出し面を構成している。
第1バッファ層2は、AlxGa1-xN(0<x≦1)層により構成されている。第1バッファ層2は、AlN層により構成されているのが好ましい。
第1バッファ層2は、貫通転位を減少させることを目的として設けた層である。第1バッファ層2は、厚さが薄すぎると貫通転位の減少が不十分となりやすく、厚さが厚すぎると格子不整合に起因したクラックが発生したり、ウェハ30の反りが大きくなり過ぎる懸念がある。第1バッファ層2の厚さは、一例として4μmに設定してある。第1バッファ層2の厚さは、例えば、500nm〜10μm程度の範囲で設定するのが好ましく、1μm〜5μmの範囲で設定するのが、より好ましい。
第2バッファ層3は、発光層5の貫通転位を低減し且つ発光層5の残留歪を低減するために設けた層である。第2バッファ層3は、AlyGa1-yN(0<y<1、y<x)層により構成されている。第2バッファ層3を構成するAlyGa1-yN(0<y<1、y<x)層の組成比は、発光層5で発光する紫外線を効率良く放出できるように設定するのが好ましい。第2バッファ層3の厚さは、一例として0.5μmに設定してある。
n形窒化物半導体層4は、発光層5へ電子を輸送するための層である。n形窒化物半導体層4は、n形AlzGa1-zN(0<z<1)層により構成してある。n形窒化物半導体層4を構成するn形AlzGa1-zN(0<z<1)層の組成比は、発光層5で発光する紫外光を効率良く放出できるように設定するのが好ましい。発光層5がAlGaN系の量子井戸構造を有し、井戸層のAlの組成比が0.5、障壁層のAlの組成比が0.65の場合、n形AlzGa1-zN(0<z<1)のAlの組成比zは、障壁層のAlの組成比と同じ0.65に設定するのが好ましい。すなわち、発光層5の井戸層がAl0.5Ga0.5N層により構成され、障壁層がAl0.65Ga0.35N層により構成される場合、n形窒化物半導体層4は、例えば、n形Al0.65Ga0.35N層により構成することができる。n形窒化物半導体層4の厚さは、一例として2μmに設定してある。なお、n形窒化物半導体層4のドナー不純物としては、例えば、Siが好ましい。また、n形窒化物半導体層4の電子濃度は、例えば、1×1018〜1×1019cm-3程度の範囲で設定すればよい。
発光層5は、注入された2種類のキャリア(電子、正孔)の再結合により紫外線を放射する層である。発光層5は、量子井戸構造を有しているのが好ましい。発光層5は、量子井戸構造の井戸層が、AlbGa1-bN(0<b≦1)層により構成されているのが好ましい。AlbGa1-bN(0<b≦1)層からなる井戸層を備えた発光層5は、井戸層のAlの組成比bを変化させることにより、発光波長を210nm〜360nmの範囲で任意の発光波長に設定することが可能である。例えば、所望の発光波長が265nm付近である場合には、Alの組成比bを0.50に設定すればよい。発光層5は、量子井戸構造の井戸層が、InAlGaN層により構成されていてもよい。
量子井戸構造は、多重量子井戸構造としてあるが、これに限らず、単一量子井戸構造でもよい。
紫外線発光素子B1では、一例として、井戸層の厚さを2nmに設定し、障壁層の厚さを10nmに設定してある。井戸層の厚さは、1nm〜5nm程度が好ましく、1.3nm〜3nm程度が、より好ましい。また、障壁層の厚さは、例えば、5nm〜15nm程度の範囲で設定することが好ましい。発光層5は、井戸層の厚さが厚すぎると、井戸層に注入された電子及び正孔が、量子井戸構造における格子不整合に起因するピエゾ電界に起因して、空間的に分離し、発光効率が低下してしまうと推考される。また、発光層5は、井戸層の厚さが薄すぎる場合、キャリアの閉じ込め効果が低下し、発光効率が低下してしまうと推考される。
紫外線発光素子B1は、発光層5が量子井戸構造を有した構成に限らず、例えば、発光層5がn形窒化物半導体層4とp形窒化物半導体層7とで挟まれたダブルヘテロ構造でもよい。
電子ブロック層6は、発光層5へ注入された電子のうち、発光層5中で正孔と再結合されなかった電子が、p形窒化物半導体層7側へ漏れる(オーバーフローする)のを抑制するために、発光層5とp形窒化物半導体層7との間に好適に設けることができる。電子ブロック層6は、p形AlcGa1-cN(0<c<1)層により構成してある。p形AlcGa1-cN(0<c<1)層の組成比cは、電子ブロック層6のバンドギャップエネルギが、p形窒化物半導体層7もしくは障壁層のバンドギャップエネルギよりも高くなるように設定することが好ましい。紫外線発光素子B1は、電子ブロック層6の厚さが薄すぎるとオーバーフローを抑制する効果が減少し、厚さが厚すぎると紫外線発光素子B1の抵抗が大きくなってしまうと推考される。電子ブロック層6の厚さについては、Alの組成比cや正孔濃度等の値によって適した厚さが変化するので、一概には言えないが、1nm〜50nmの範囲で設定することが好ましく、5nm〜25nmの範囲で設定することが、より好ましい。
p形窒化物半導体層7は、発光層5へ正孔を輸送するための層である。p形窒化物半導体層7は、p形AldGa1-dN(0<d<1)層により構成してあるのが好ましい。p形AldGa1-dN(0<d<1)層の組成比は、発光層5で発光する紫外線の吸収を抑制できるように設定するのが好ましい。例えば、発光層5における井戸層のAlの組成比bが0.5、障壁層のAlの組成比が0.65の場合、p形AldGa1-dN(0<d<1)層のAlの組成比dは、例えば、障壁層のAlの組成比と同じ0.65とすることができる。すなわち、発光層5の井戸層がAl0.5Ga0.5N層からなる場合、p形窒化物半導体層7は、例えば、p形Al0.65Ga0.35N層により構成することができる。p形窒化物半導体層7のアクセプタ不純物としては、例えば、Mgが好ましい。
p形窒化物半導体層7の正孔濃度は、より高い濃度のほうが好ましい。p形窒化物半導体層7の厚さは、200nm以下が好ましく、100nm以下が、より好ましい。なお、紫外線発光素子B1では、一例として、p形窒化物半導体層7の厚さを20nmに設定してある。
p形コンタクト層8は、第2電極17との接触抵抗を下げ、第2電極17との良好なオーミック接触を得るために設けてある。p形コンタクト層8は、p形GaN層により構成してあるのが好ましい。p形コンタクト層8を構成するp形GaN層の正孔濃度は、p形窒化物半導体層7よりも高濃度とすることが好ましく、例えば、7×1017cm-3程度とすることにより、第2電極17との良好なオーミック接触を得ることが可能である。ただし、p形GaN層の正孔濃度は、第2電極17との良好なオーミック接触が得られる正孔濃度の範囲で適宜変更してもよい。p形コンタクト層8の厚さは、一例として、100nmに設定してある。p形GaN層の厚さは、例えば、50nm〜150nmの範囲で設定すればよい。
n電極である第1電極14は、n形窒化物半導体層4と電気的に接続されている。第1電極14は、一例として、厚さが20nmのTi膜と、厚さが100nmのAl膜と、厚さが20nmのTi膜と、厚さが200nmのAu膜との積層膜をn形窒化物半導体層4の露出した表面4a上に積層し、アニール処理を行うことにより形成されている。また、紫外線発光素子B1は、第1電極14上に、例えばAu膜からなる第1パッド電極15が好適に設けられている。第1パッド電極15は、第1電極14を覆うように形成してある。なお、第1パッド電極15については、第1電極14と別途に形成せずに、第1電極14が第1パッド電極15を兼ねるようにしてもよい。
p電極である第2電極17は、p形コンタクト層8を介してp形窒化物半導体層7と電気的に接続されているのが好ましい。第2電極17は、一例として、厚さが15nmのNi膜と、厚さが100nmのAu膜との積層膜をp形コンタクト層8上に積層し、アニール処理を行うことにより形成されている。また、紫外線発光素子B1は、第2電極17上に、例えばAu膜からなる第2パッド電極18が好適に設けられている。
紫外線発光素子B1のチップサイズは、400μm□(400μm×400μm)に設定してあるが、これに限らない。チップサイズは、例えば、200μm□(200μm×200μm)〜1mm□(1mm×1mm)程度の範囲で適宜設定することができる。また、紫外線発光素子B1の平面形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。紫外線発光素子B1の平面形状が、長方形状の場合、紫外線発光素子B1のチップサイズは、例えば、500μm×240μmとすることができる。
本実施形態の紫外発光素子B1の製造方法については、以下に、より詳細に説明する。
(1)サファイアウェハ10の準備
サファイアウェハ10は、円板状のサファイア基板である。サファイアウェハ10は、オリエンテーションフラットが形成されているのが好ましい。サファイアウェハ10の厚さは、例えば、数100μm〜数mmであるのが好ましく、200μm〜1mmであるのがより好ましい。サファイアウェハ10の直径は、例えば、50.8mm〜150mmであるのが好ましい。
サファイアウェハ10は、円板状のサファイア基板である。サファイアウェハ10は、オリエンテーションフラットが形成されているのが好ましい。サファイアウェハ10の厚さは、例えば、数100μm〜数mmであるのが好ましく、200μm〜1mmであるのがより好ましい。サファイアウェハ10の直径は、例えば、50.8mm〜150mmであるのが好ましい。
サファイアウェハ10は、例えば、日本電子工業振興協会(JEIDA)や、SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)等の規格を満たすか準拠しているのが好ましい。サファイアウェハ10に関しては、例えば、SEMI M65−0306で規格化されている化合物半導体エピタキシャルウェハに使用するサファイア基板の仕様を満たすか準じているのが好ましい。また、サファイアウェハ10は、第1面10aとして、例えば、c面、m面、a面、R面等を採用することができ、c面である(0001)面が好ましい。また、サファイアウェハ10の第1面10aは、(0001)面からのオフ角が、0〜0.4°であるのが好ましい。
(2)サファイアウェハ10の第1面10a上に窒化物半導体層20を積層する工程
窒化物半導体層20は、第1バッファ層2、第2バッファ層3、n形窒化物半導体層4、発光層5、電子ブロック層6、p形窒化物半導体層7及びp形コンタクト層8が積層されている。要するに、窒化物半導体層20は、多層構造のエピタキシャル層である。窒化物半導体層20は、第1バッファ層2、n形窒化物半導体層4、発光層5及びp形窒化物半導体層7を備えているのが好ましい。第2バッファ層3、電子ブロック層6及びp形コンタクト層8については、適宜設ければよい。
窒化物半導体層20は、第1バッファ層2、第2バッファ層3、n形窒化物半導体層4、発光層5、電子ブロック層6、p形窒化物半導体層7及びp形コンタクト層8が積層されている。要するに、窒化物半導体層20は、多層構造のエピタキシャル層である。窒化物半導体層20は、第1バッファ層2、n形窒化物半導体層4、発光層5及びp形窒化物半導体層7を備えているのが好ましい。第2バッファ層3、電子ブロック層6及びp形コンタクト層8については、適宜設ければよい。
この工程では、窒化物半導体層20のエピタキシャル成長法として、MOVPE法を採用している。この工程では、MOVPE法として、減圧MOVPE法を採用するのが好ましい。
Alの原料ガスとしては、トリメチルアルミニウム(TMAl)を採用するのが好ましい。また、Gaの原料ガスとしては、トリメチルガリウム(TMGa)を採用するのが好ましい。Nの原料ガスとしては、NH3を採用するのが好ましい。n形導電性を付与する不純物であるSiの原料ガスとしては、テトラエチルシラン(TESi)を採用するのが好ましい。p形導電性に寄与する不純物であるMgの原料ガスとしては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を採用するのが好ましい。各原料ガスそれぞれのキャリアガスとしては、例えば、H2ガスを採用することが好ましい。
各原料ガスは、上述の例に限らず、例えば、Gaの原料ガスとしてトリエチルガリウム(TEGa)、Nの原料ガスとしてヒドラジン誘導体、Siの原料ガスとしてモノシラン(SiH4)を用いてもよい。
窒化物半導体層20の成長条件は、基板温度、V/III比、各原料ガスの供給量、成長圧力等を適宜設定すればよい。
窒化物半導体層20のエピタキシャル成長法は、MOVPE法に限らず、例えば、MBE法等でもよい。
(3)p形不純物を活性化するためのアニールを行う工程
この工程は、電子ブロック層6、p形窒化物半導体層7及びp形コンタクト層8のp形不純物を活性化する工程である。アニール条件は、一例として、アニール装置としてランプアニール装置を用い、アニール温度を750℃、アニール時間を10分に設定してある。アニール装置は、ランプアニール装置に限らず、例えば、電気炉アニール装置等を採用することができる。
この工程は、電子ブロック層6、p形窒化物半導体層7及びp形コンタクト層8のp形不純物を活性化する工程である。アニール条件は、一例として、アニール装置としてランプアニール装置を用い、アニール温度を750℃、アニール時間を10分に設定してある。アニール装置は、ランプアニール装置に限らず、例えば、電気炉アニール装置等を採用することができる。
(4)メサ構造22を形成する工程
この工程では、窒化物半導体層20においてメサ構造22の上面22aに対応する領域上に、フォトリソグラフィ技術を利用して、第1のレジスト層を形成する。そして、この工程では、第1のレジスト層をマスクとして、窒化物半導体層20を表面側からn形窒化物半導体層4の途中までエッチングすることによって、メサ構造22を形成する。更に、この工程では、第1のレジスト層を除去する。窒化物半導体層20のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング装置によるドライエッチングが好ましい。
この工程では、窒化物半導体層20においてメサ構造22の上面22aに対応する領域上に、フォトリソグラフィ技術を利用して、第1のレジスト層を形成する。そして、この工程では、第1のレジスト層をマスクとして、窒化物半導体層20を表面側からn形窒化物半導体層4の途中までエッチングすることによって、メサ構造22を形成する。更に、この工程では、第1のレジスト層を除去する。窒化物半導体層20のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング装置によるドライエッチングが好ましい。
(5)絶縁膜9を形成する工程
この工程では、サファイアウェハ10の第1面10a側の全面に絶縁膜9の基礎となるSiO2膜を例えばPECVD(plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)法により形成する。そして、この工程では、SiO2膜のうち窒化物半導体層20における第1電極14及び第2電極17それぞれの形成予定領域に重なっている部位が開口されるように、SiO2膜をパターニングすることで、パターニングされた絶縁膜9を形成する。SiO2膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して行う。なお、SiO2膜の形成方法は、PECVD法に限らず、例えば、他のCVD法等でもよい。
この工程では、サファイアウェハ10の第1面10a側の全面に絶縁膜9の基礎となるSiO2膜を例えばPECVD(plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)法により形成する。そして、この工程では、SiO2膜のうち窒化物半導体層20における第1電極14及び第2電極17それぞれの形成予定領域に重なっている部位が開口されるように、SiO2膜をパターニングすることで、パターニングされた絶縁膜9を形成する。SiO2膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して行う。なお、SiO2膜の形成方法は、PECVD法に限らず、例えば、他のCVD法等でもよい。
(6)第1電極14を形成する工程
この工程では、まず、サファイアウェハ10の第1面10a側に、第1電極14の形成予定領域のみ(つまり、n形窒化物半導体層4のうち厚さが薄くなった部位の表面4aの一部)が露出するようにパターニングされた第2のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば、厚さが20nmのTi膜と厚さが100nmのAl膜と厚さが20nmのTi膜と厚さが200nmのAu膜との積層膜を電子ビーム蒸着法により形成する。そして、この工程では、リフトオフを行うことにより、第2のレジスト層及び第2のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、第1電極14とn形窒化物半導体層4との接触がオーミック接触となるように、N2ガス雰囲気中でRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を行う。RTA処理の条件は、例えば、アニール温度を800℃、アニール時間を1分とすればよい。
この工程では、まず、サファイアウェハ10の第1面10a側に、第1電極14の形成予定領域のみ(つまり、n形窒化物半導体層4のうち厚さが薄くなった部位の表面4aの一部)が露出するようにパターニングされた第2のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば、厚さが20nmのTi膜と厚さが100nmのAl膜と厚さが20nmのTi膜と厚さが200nmのAu膜との積層膜を電子ビーム蒸着法により形成する。そして、この工程では、リフトオフを行うことにより、第2のレジスト層及び第2のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、第1電極14とn形窒化物半導体層4との接触がオーミック接触となるように、N2ガス雰囲気中でRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を行う。RTA処理の条件は、例えば、アニール温度を800℃、アニール時間を1分とすればよい。
(7)第2電極17を形成する工程
この工程では、サファイアウェハ10の第1面10a側における第2電極17の形成予定領域のみ(ここでは、p形コンタクト層8の表面の一部)が露出するようにパターニングされた第3のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば、厚さが15nmのNi膜と厚さが100nmのAu膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、リフトオフを行うことにより、第3のレジスト層及び第3のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、第2電極17とp形コンタクト層8との接触がオーミック接触となるように、N2ガス雰囲気中でRTA処理を行う。RTA処理の条件は、例えば、アニール温度を400℃、アニール時間を15分とすればよい。
この工程では、サファイアウェハ10の第1面10a側における第2電極17の形成予定領域のみ(ここでは、p形コンタクト層8の表面の一部)が露出するようにパターニングされた第3のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば、厚さが15nmのNi膜と厚さが100nmのAu膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、リフトオフを行うことにより、第3のレジスト層及び第3のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、第2電極17とp形コンタクト層8との接触がオーミック接触となるように、N2ガス雰囲気中でRTA処理を行う。RTA処理の条件は、例えば、アニール温度を400℃、アニール時間を15分とすればよい。
(8)第1パッド電極15及び第2パッド電極18を形成する工程
この工程では、フォトリソグラフィ技術及び薄膜形成技術を利用して第1パッド電極15及び第2パッド電極18を形成する。薄膜形成技術としては、例えば、電子ビーム蒸着法等を採用することができる。
この工程では、フォトリソグラフィ技術及び薄膜形成技術を利用して第1パッド電極15及び第2パッド電極18を形成する。薄膜形成技術としては、例えば、電子ビーム蒸着法等を採用することができる。
この工程が終了することにより、紫外線発光素子B1と同様の構造体が複数形成されたウェハ30が完成する。要するに、上述の(1)〜(8)の工程を順次行うことにより、紫外線発光素子B1と同様の構造体が複数形成されたウェハ30(図1A及び図2参照)が完成する。なお、図1Aでは、図6中の第1電極14、第2電極17、第1パッド電極15、第2パッド電極18及び絶縁膜9等の図示を省略してある。
ウェハ30は、サファイアウェハ10の第1面10a側が伸び、サファイアウェハ10の第2面10b側が縮んで、反っている。これは、サファイアウェハ10と、サファイアウェハ10の第1面10a上に積層された窒化物半導体層20と、の格子定数差、線膨張係数差等が主な要因であると推考される。ウェハ30は、窒化物半導体層20における第1バッファ層2を構成するAlxGa1-xN(0<x≦1)層のAlの組成比xが大きくなるほど反り量W(図8A参照)が大きくなり、第1バッファ層2がAlN層の場合に、反り量Wが最大となる傾向にある。その一方で、紫外線発光素子B1では、UV−Cの波長域に発光波長を有するように構成する場合、第1バッファ層2を、AlN層により構成するのが好ましい。
(9)ウェハ30に溝31を形成する工程(溝形成工程)
溝形成工程は、ウェハ30の窒化物半導体層20側からサファイアウェハ10の厚さ方向の途中まで到達する溝31を形成する工程である。紫外線発光素子B1の製造方法では、溝形成工程を行うことにより、図1B及び図3に示すような構造が得られる。なお、図1Bでは、図6中の第1電極14、第2電極17、第1パッド電極15、第2パッド電極18及び絶縁膜9等の図示を省略してある。
溝形成工程は、ウェハ30の窒化物半導体層20側からサファイアウェハ10の厚さ方向の途中まで到達する溝31を形成する工程である。紫外線発光素子B1の製造方法では、溝形成工程を行うことにより、図1B及び図3に示すような構造が得られる。なお、図1Bでは、図6中の第1電極14、第2電極17、第1パッド電極15、第2パッド電極18及び絶縁膜9等の図示を省略してある。
溝形成工程では、ウェハ30に対して、図4Bに示すように、格子状の溝31を形成するのが好ましい。格子状の溝31は、サファイアウェハ10のオリエンテーションフラットOF(図4A参照)に平行な直線状に形成される第1溝31bの群と、第1溝31bの群に直交する直線状に形成される第2溝31aの群と、で構成することができる。第1溝31bの幅L2b及び第2溝31aの幅L2aは、10μmに設定してあるが、これに限らず、例えば、2μm〜50μm程度の範囲で設定すればよい。第1溝31bの幅L2bと第2溝31aの幅L2aとは、同じ値に設定されているのが好ましい。また、隣り合う第1溝31b間の距離L1b及び隣り合う第2溝31a間の距離L1aは、紫外線発光素子B1のチップサイズにより決めればよい。したがって、例えば、チップサイズが400μm□の場合、距離L1b及びL1aは、400μmに設定すればよい。
溝形成工程では、溝31の、サファイアウェハ10の第1面10aからの深さD1(図3参照)を、所定厚さt11(図3参照)よりも小さく設定する。所定厚さt11は、紫外線発光素子B1におけるサファイア基板1の設計厚さt1(図6参照)である。
溝形成工程は、ウェハ30にレーザ光を照射することにより溝31を形成する。これにより、紫外線発光素子B1の製造方法では、ダイヤモンドカッタやブレードを利用して溝31を形成する場合に比べて、プロセス時間を短縮することが可能となり、量産性を向上させることが可能となる。
溝形成工程では、レーザ加工機を用いたアブレーション加工により溝31を形成することが好ましい。これにより、紫外線発光素子B1の製造方法では、溝形成工程で溝31を形成するときに、ウェハ30のうち紫外線発光素子B1になる部分に、熱ダメージ層、改質層、マイクロクラック等が形成されるのを抑制することが可能となる。アブレーション加工とは、アブレーションが起こるような照射条件でのレーザ加工を意味する。溝31をアブレーション加工により形成する場合には、窒化物半導体層20の表面側の全面にレジスト層19(図2参照)を形成してから、アブレーション加工を行う。溝形成工程では、アブレーション加工を行った後、溝31の内側面に付着しているデブリ(図示せず)を塩酸で除去してから、純水による水洗を行い、その後、レジスト層19及びレジスト層19に付着しているデブリ(図示せず)を、薬液を用いたウェット処理により除去し、その後、ウェハ30を乾燥させる。ウェット処理では、例えば、レジスト剥離用の薬液を採用することができる。より詳細には、レジスト剥離用の薬液としては、例えば、東京応化株式会社製のクリーンストリップHP−2(商品名)等を採用することができる。ウェット処理では、レジスト剥離用の薬液の入った第1処理槽にウェハ30を浸漬する第1処理と、アセトンの入った第2処理槽にウェハ30を浸漬する第2処理と、を順次行うのが好ましい。デブリとは、レーザ光を照射したときに生成される溶融物等がレジスト層19や溝31の内側面に付着した残留物である。
レーザ加工機は、例えば、レーザと、レーザからのレーザ光を集光するレンズ等の光学系と、ウェハ30が載置され3軸方向(X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向)に移動可能なステージと、ウェハ30を撮像する撮像装置と、制御装置と、を備えているのが好ましい。制御装置は、撮像装置によりウェハ30を撮像することで得られた画像に基づいて、レーザ、光学系及びステージ等を制御するように構成されているのが好ましい。制御装置は、例えば、適宜のプログラムが搭載されたマイクロコンピュータ等により構成することができる。
レーザとしては、例えば、THG−YAGレーザを採用しているが、これに限らない。レーザとしては、例えば、SHG−YAGレーザ、FHG−YAGレーザ、Ti:サファイアレーザ、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、CO2レーザ等を用いてもよい。
(10)ウェハ30の窒化物半導体層20側のデブリ24(図3参照)を粘着テープ40によって除去する工程(デブリ除去工程)
ウェハ30の窒化物半導体層20側のデブリ24とは、レーザ光をウェハ30に照射したときにレジスト層19の直下で紫外線発光素子B1の表面側に付着した残留物のうち、上述の溝形成工程でのウェット処理で除去できずに残留している残留物である。デブリ24は、絶縁膜9、窒化物半導体層20、サファイアウェハ10それぞれの成分を含んでいると推測される。
ウェハ30の窒化物半導体層20側のデブリ24とは、レーザ光をウェハ30に照射したときにレジスト層19の直下で紫外線発光素子B1の表面側に付着した残留物のうち、上述の溝形成工程でのウェット処理で除去できずに残留している残留物である。デブリ24は、絶縁膜9、窒化物半導体層20、サファイアウェハ10それぞれの成分を含んでいると推測される。
粘着テープ40は、支持体41の片面に粘着剤層42が積層されたテープである。支持体41は、例えば、ポリ塩化ビニル系フィルムである。粘着剤層42は、例えば、アクリル系粘着剤等の感圧性粘着剤により形成されている。感圧性粘着剤としては、アクリル系ポリマーをベースポリマーとするアクリル系粘着剤が好ましい。粘着剤層42は、紫外線硬化型粘着剤により形成してもよい。紫外線硬化型粘着剤は、紫外線の照射により架橋度を増大させて粘着力を容易に低下させることができる。
粘着テープ40としては、例えば、日東電工株式会社製のSPV−224(商品名)等を用いることができる。粘着テープは、粘着シートと同じ意味である。粘着シートは、支持体の片面に粘着剤層を積層したシートを意味する。また、粘着テープ40は、デブリ24がウェハ30に付着している力よりも強い粘着力を有していればよく、表面保護テープ、表面保護シート等を採用することもできる。粘着テープ40のサイズは、ウェハ30のサイズよりも大きいのが好ましい。
デブリ除去工程では、粘着テープ40をウェハ30の窒化物半導体層20側に貼り付けてから、粘着テープ40を引き剥がすことにより、デブリ24を除去する。
紫外線発光素子B1の製造方法では、デブリ24を除去することにより、紫外線発光素子B1においてデブリ24に起因して製造歩留りが低下するのを抑制するのが可能となり、製造歩留りの向上を図ることが可能となる。
(11)ウェハ30の残留付着物を所定の薬液51によって除去する工程(薬液処理工程)
ウェハ30の残留付着物とは、粘着剤層42の一部が残留して残っている付着物である。所定の薬液51としては、例えば、樹脂除去用の薬液を採用することができる。より詳細には、所定の薬液51としては、例えば、東京応化株式会社製のクリーンストリップHP−2(商品名)等を採用することができる。
ウェハ30の残留付着物とは、粘着剤層42の一部が残留して残っている付着物である。所定の薬液51としては、例えば、樹脂除去用の薬液を採用することができる。より詳細には、所定の薬液51としては、例えば、東京応化株式会社製のクリーンストリップHP−2(商品名)等を採用することができる。
薬液処理工程では、図5に示すように、薬液51を入れた処理槽50内に、ウェハ30をセットしたカセット52を浸漬する。薬液処理工程では、処理槽50内に適宜の撹拌装置を配置して、薬液51を撹拌するようにしてもよい。薬液処理工程では、ウェハ30を薬液51に浸漬した後、ウェハ30を純水等で洗浄してから、乾燥させればよい。
(12)ウェハ30を研磨する工程(研磨工程)
研磨工程は、溝形成工程の後にウェハ30の厚さを薄くするようにウェハ30をサファイアウェハ10の第2面10b側から研磨する工程である。紫外線発光素子B1の製造方法では、研磨工程を行うことにより、図1Dに示すような構造が得られる。なお、図1Dでは、図6中の第1電極14、第2電極17、第1パッド電極15、第2パッド電極18及び絶縁膜9等の図示を省略してある。
研磨工程は、溝形成工程の後にウェハ30の厚さを薄くするようにウェハ30をサファイアウェハ10の第2面10b側から研磨する工程である。紫外線発光素子B1の製造方法では、研磨工程を行うことにより、図1Dに示すような構造が得られる。なお、図1Dでは、図6中の第1電極14、第2電極17、第1パッド電極15、第2パッド電極18及び絶縁膜9等の図示を省略してある。
研磨工程では、ウェハ30の厚さを薄くするにあたり、サファイアウェハ10を所定厚さt11(以下、「第1所定厚さt11」ともいう)とするようにウェハ30をサファイアウェハ10の第2面10b側から研磨する。第2工程では、ウェハ30の厚さが第2所定厚さt30(図6参照)となるようにウェハ30をサファイアウェハ10の第2面10b側から研磨する。第2所定厚さt30は、サファイア基板1の設計厚さt1と、窒化物半導体層20の設計厚さt20と、第2電極17の設計厚さと、第2パッド電極18の設計厚さとを合わせた厚さである。第2所定厚さt30は、サファイア基板1の設計厚さt1と、窒化物半導体層20の設計厚さt20とを合わせた厚さとみなすこともできる。
ウェハ30の研磨工程では、サファイアウェハ10の第2面10bの研削工程、ラッピング工程を順次行うようにしている。
研削工程では、平行な2枚の平盤の間にウェハ30を配置する際に、サファイアウェハ10の第2面10bと一方の平盤との間に砥石を配置するとともに、ウェハ30と他方の平盤との間にセラミックプレートを配置する。そして、サファイアウェハ10の研削では、ウェハ30を加圧しながら2枚の平盤を逆向きに回転させることでサファイアウェハ10の第2面10b側を研削する。研削工程では、ウェハ30の厚さが、所定厚さt30よりもラッピング工程で除去する厚さ分だけ厚くなるように研削する。
ラッピング工程は、研削によりサファイアウェハ10の第2面10b側に生じた加工変質層を除去するために行う工程である。ラッピングでは、平行な2枚の平盤の間にウェハ30を配置し、ウェハ30を加圧しながら2枚の平盤を逆向きに回転させることでサファイアウェハ10の第2面10b側の加工変質層を取り除く。ラッピング工程では、適宜の研磨液を利用する。
(13)ウェハ30を分割する工程(分割工程)
分割工程は、研磨工程の後に溝31に沿ってウェハ30を分割する工程である。つまり、分割工程は、ウェハ30を個々の紫外線発光素子(チップ)B1に分割する工程である。紫外線発光素子B1の製造方法では、分割工程を行うことにより、1枚のウェハ30から複数の紫外線発光素子B1(図1E及び図6参照)を得ることができる。
分割工程は、研磨工程の後に溝31に沿ってウェハ30を分割する工程である。つまり、分割工程は、ウェハ30を個々の紫外線発光素子(チップ)B1に分割する工程である。紫外線発光素子B1の製造方法では、分割工程を行うことにより、1枚のウェハ30から複数の紫外線発光素子B1(図1E及び図6参照)を得ることができる。
分割工程では、ブレーキング工程と、エキスパンド工程と、を行う。エキスパンド工程の後には、個々の紫外線発光素子B1を適宜のピックアップツール(pickup tool)等によりピックアップして、紫外線発光素子B1を例えばチップトレイ等に収納すればよい。
ブレーキング工程では、例えば、ブレードを利用してウェハ30を個々の紫外線発光素子B1に分割する。ブレーキング工程では、ウェハ30を2枚のウェハテープで厚さ方向の両側から挟んでいる。ウェハテープは、粘着性樹脂テープである。ウェハ30を個々の紫外線発光素子B1に分割した後には、2枚のウェハテープのうちウェハ30の窒化物半導体層20側に配置していたウェハテープを取り外す。
エキスパンド工程では、各紫外線発光素子B1におけるサファイア基板1の第2面1b側のウェハテープを、例えば、エキスパンド装置により引き伸ばすことによって、隣り合う紫外線発光素子B1間の間隔を広げる。
紫外線発光素子B1の製造方法では、分割工程を行うことにより、研磨工程後のサファイアウェハ10の第1面10aの一部がサファイア基板1の第1面1aを構成し、サファイアウェハ10の第2面10bの一部がサファイア基板1の第2面1bを構成する。なお、図1Eでは、図6中の第1電極14、第2電極17、第1パッド電極15、第2パッド電極18及び絶縁膜9等の図示を省略してある。
ところで、本願発明者らは、溝31のサファイアウェハ10における深さD1と第1工程前後それぞれのウェハ30の反り量Wとの関係を調べるために、窒化物半導体層20における第1バッファ層2の厚さを種々変化させたウェハ30を作製した。そして、本願発明者らは、溝31の形成前後それぞれでウェハ30の反り量Wを測定した。図7は、それらの測定結果の一例であり、サファイアウェハ10の切り込み深さ(深さD1)とウェハ30の反り量との関係説明図である。図7の測定結果は、サファイアウェハ10の直径が50.8mm、厚さt10が420μm、窒化物半導体層20の設計厚さt20が7μmのウェハ30の場合である。なお、窒化物半導体層20の設計厚さt20は、7μmに限らず、例えば、5〜12μm程度の範囲で設定することができる。
ウェハ30の反り量Wの測定方法について、図8A、8Bに基づいて説明する。反り量Wの測定に関しては、平坦な基準面BPに対して吸着固定していない状態のウェハ30の表面の5点P1、P2、P3、P4及びP5それぞれについて、基準面BPに直交する方向における基準面BPからの変位量Z1、Z2、Z3、Z4及びZ5を測定した。変位量Z1、Z2、Z3、Z4及びZ5は、レーザ変位計により測定した。点P1は、ウェハ30の中心である。点P2、P3、P4及びP5は、それぞれ、ウェハ30の外周縁から5mmの位置である。反り量Wは、
W=Z1−(Z2+Z3+Z4+Z5)/4
の数式により求めた。
W=Z1−(Z2+Z3+Z4+Z5)/4
の数式により求めた。
図7からは、溝31を形成する前にウェハ30の反り量Wが約160μmもあるのに対し、深さD1が70μmの溝31を形成することにより、ウェハ30の反り量Wを約34μmまで低減できることが分かる。また、図7からは、深さD1を大きくすることにより、反り量Wを低減できることが分かる。
以上説明したように、紫外線発光素子B1の製造方法は、ウェハ30の窒化物半導体層20側からウェハ30にレーザ光を照射することによりサファイアウェハ10の厚さ方向の途中まで到達する溝31を形成する溝形成工程を備える。更に、紫外線発光素子B1の製造方法は、第1工程の後にウェハ30の厚さを薄くするようにウェハ30をサファイアウェハ10の第2面10b側から研磨する研磨工程と、研磨工程の後に溝31に沿ってウェハ30を分割する分割工程と、を備える。この紫外線発光素子B1の製造方法では、ウェハ30を研磨する前にウェハ30の反り量Wを低減することが可能となり、製造途中でウェハ30が割れてしまうのを抑制することが可能となる。これにより、紫外線発光素子B1の製造方法では、量産性及び製造歩留りを向上させることが可能となる。よって、紫外線発光素子B1の製造方法では、低コスト化を図ることが可能となる。また、紫外線発光素子B1では、チッピングやクラックの発生も抑制することが可能となる。
ところで、上述の紫外線発光素子B1の製造方法において、研磨工程では、ウェハ30を予め設定された規定厚さとするようにサファイアウェハ10を研磨する。また、紫外線発光素子B1の製造方法において、溝形成工程では、溝形成工程で形成する溝31の深さが、規定厚さの40%以上80%未満の範囲内の規定値に予め設定されているのが好ましい。これにより、紫外線発光素子B1の製造方法では、量産性及び製造歩留りを、より向上させることが可能となる。規定厚さは、上述の第2所定厚さt30(図6参照)である。
図9は、ウェハ30の厚さに対する溝31の深さの割合とウェハ30の反り量Wとの関係を示す。ここで、図9におけるウェハ30の厚さは、研磨後のウェハ30の厚さであり、150μmである。また、ウェハ30の厚さに対する溝31の深さの割合とは、{〔溝31の深さ〕/〔ウェハ30の厚さ〕}×100(%)の数式で求められる値である。
図9からは、ウェハ30の厚さに対する溝31の深さの割合が大きくなるにつれて、ウェハ30の反り量Wが小さくなることが分かる。しかしながら、ウェハ30の厚さに対する溝31の深さの割合が80%以上になると、ウェハ30において溝31が形成されている部位の厚さが薄くなり過ぎて、研磨工程でのウェハ30の研磨時にウェハ30が割れる可能性が高くなってしまう。一方、ウェハ30の厚さに対する溝31の深さの割合が40%未満になると、ウェハ30の反り量Wが大き過ぎて、研磨工程でのウェハ30の研磨時にウェハ30が割れる可能性が高くなり、割れなかった場合でもブレーキング工程の歩留りが低下してしまう。
また、本願発明者らは、デブリ除去工程と薬液処理工程とを行わない比較例の製造方法についても研究開発を行った。比較例の製造方法により製造した紫外線発光素子B2(図15A、15B参照)の基本構成は、紫外線発光素子B1と同じとした。そして、本願発明者らは、比較例の製造方法では、後工程での光学顕微鏡による紫外線発光素子B2の外観検査において、第1パッド電極15や第2パッド電極18に傷があることで不良品として排除する紫外線発光素子B2が比較的多く発生するという知見を得た。また、本願発明者らは、比較例の製造方法でチップ化した紫外線発光素子B2をSEMにより観察したところ、例えば図15A及び15Bに示す鳥瞰SEM像から分かるように、脱離する可能性のあるデブリ24が残留していることがあるという知見を得た。これは、溝形成工程の後に研磨工程を行うので、溝31の深さD1を深くする必要があり、レジスト層19の直下で絶縁膜9及び窒化物半導体層20の一部がアブレーション加工されてしまうためであると推考される。そして、本願発明者らは、溝形成工程の後に研磨工程を行うようにした製造方法では、研磨工程、分割工程等においてデブリ24が脱離して第1パッド電極15や第2パッド電極18に傷が発生してしまう可能性がある、と推考した。
これに対して、本実施形態の紫外線発光素子B1の製造方法では、溝形成工程と研磨工程との間に、ウェハ30の窒化物半導体層20側のデブリ24を粘着テープ40によって除去するデブリ除去工程を備える。これにより、紫外線発光素子B1の製造方法では、デブリ24の脱離等に起因した製造歩留りの低下を抑制することが可能となり、製造歩留りの向上を図ることが可能になる。図10は、本実施形態の紫外線発光素子B1の製造方法でチップ化した紫外線発光素子B1の鳥瞰SEM像である。
紫外線発光素子B1の製造方法においては、デブリ除去工程と研磨工程との間に、ウェハ30の残留付着物を所定の薬液51によって除去する薬液処理工程を更に備えるのが好ましい。これにより、紫外線発光素子B1の製造方法では、製造歩留りの更なる向上を図ることが可能となる。また、紫外線発光素子B1の製造方法では、上述の薬液処理工程を備えることにより、紫外線発光素子B1の第1パッド電極15及び第2パッド電極18それぞれの表面の樹脂等による汚染を抑制することが可能となる。
ところで、上述の紫外線発光素子B1の製造方法により製造される紫外線発光素子B1は、図11に示すような構成を備えている。図11では、図6における第1バッファ層2と第2バッファ層3との積層構造を1つのバッファ層200として記載してある。また、図11では、図6におけるn形窒化物半導体層4を第1導電形窒化物半導体層201として記載してある。また、図11では、図6における電子ブロック層6とp形窒化物半導体層7とp形コンタクト層8との積層構造を第2導電形窒化物半導体層202として記載してある。
紫外線発光素子B1は、サファイア基板1と、サファイア基板1の第1面1a上に形成された多層構造の窒化物半導体層20と、を備える。窒化物半導体層20は、サファイア基板1の第1面1aに近い順に、第1導電形窒化物半導体層201、UV−Cの波長域に発光波長を有する発光層5、及び第2導電形窒化物半導体層202、を備える。発光層5及び第2導電形窒化物半導体層202は、平面視において、第1導電形窒化物半導体層201よりも小さい。これにより、第1導電形窒化物半導体層201は、露出した表面201aを有する。紫外線発光素子B1は、第1導電形窒化物半導体層201の露出した表面201a上に形成された第1電極14と、第2導電形窒化物半導体層202の表面202a上に形成された第2電極17と、第1電極14上に形成された第1パッド電極15と、第2電極17上に形成された第2パッド電極18と、を更に備える。窒化物半導体層20は、平面視において、サファイア基板1よりも小さい。サファイア基板1は、第1面1a側からの平面視において、サファイア基板1の外周部の表面1cが全周に亘って露出している。サファイア基板1は、平面視において露出している表面1cが、第2面1bを基準として第1面1aよりも低い高さとなっている。これにより、紫外線発光素子B1は、製造歩留りの向上を図ることが可能となり、また、取り扱いが容易になる。
サファイア基板1の外周部の表面1cは、上述のデブリ24(図3参照)がウェハ30から除去されることにより露出した面である。サファイア基板1の外周部の表面1cは、サファイア基板1の第1面1aと略平行な面である。より詳細には、紫外線発光素子B1は、サファイア基板1の外周部に第1面1a側及び側面側が開放された凹部1dが形成されており、凹部1dの内底面が、サファイア基板1の外周部の表面1cを構成している。本実施形態の紫外線発光素子B1では、サファイア基板1の厚さt1を140μm、紫外線発光素子B1の厚さt30を150μmとしてあり、凹部1dの幅w1が10μm、凹部1dの深さt5が、3μm程度である。紫外線発光素子B1の厚さとは、サファイア基板1の第2面1bから第2パッド電極18の表面までの厚さを意味する。また、本実施形態の紫外線発光素子B1では、第2パッド電極18の表面を含む平面からサファイア基板1の外周部の表面1cまでの距離t4が10μm程度である。また、本実施形態の紫外線発光素子B1では、絶縁膜9のうち第1導電形窒化物半導体層201の露出した表面201a上に形成された部分の表面を含む平面からサファイア基板1の外周部1cまでの距離t6が9μm程度である。サファイア基板1の側面は、上述の溝31(図3参照)の内側面に対応する面と、サファイア基板1の劈開面と、で構成されている。サファイア基板1の側面では、上述の溝31の内側面に対応する面が、サファイア基板1の劈開面よりも粗面となっている。サファイア基板1の側面のうち劈開面により構成されている部位は、サファイア基板1の第2面1bを基準として略75μmの高さ位置までである。サファイア基板1は、外周部の表面1cと第2面1bとの間の厚さ(つまり、t1−t5)が、50μm以上であるのが好ましい。凹部1dの深さt5は、溝31の、サファイアウェハ10の第1面10aからの深さD1(図3参照)よりも浅い。凹部1dの深さt5は、例えば、2〜5μm程度であるのが好ましい。凹部1dの幅w1は、例えば、10μm〜30μm程度の範囲内であるのが好ましい。
紫外線発光素子B1の製造方法では、分割工程の後に、複数の紫外線発光素子B1から良品、不良品を選別するための検査工程を含むのが好ましい。検査工程での検査項目としては、例えば、光学的特性、電気的特性等が挙げられる。紫外線発光素子B1の光学的特性としては、例えば、光出力が挙げられる。紫外線発光素子B1の電気的特性としては、例えば、ESD耐性、駆動電圧、逆バイアスリーク電流等が挙げられる。
紫外線発光素子B1の光出力は、例えば、積分球及び分光器を利用して測定することができる。より詳細には、紫外線発光素子B1の光出力を測定する場合には、例えば、図12に示すようなコレット300により、支持体310上の紫外線発光素子B1を吸着保持してからコレット300を移動させ、図13及び14に示すように、サファイアプレート410上に紫外線発光素子B1を置く。図14では、サファイアプレート410上に置かれただけで所定の位置からずれている紫外線発光素子B1を一点鎖線で示してある。そして、紫外線発光素子B1の光出力を測定する場合には、サファイアプレート410上の紫外線発光素子B1の位置を、紫外線発光素子B1を挟むことができるチャック400により補正する。紫外線発光素子B1の位置を補正するとは、サファイアプレート410の表面に平行な面内での紫外線発光素子B1の姿勢を機械的に修正することを意味する。図14では、所定の位置に補正された紫外線発光素子B1を実線で示してある。そして、紫外線発光素子B1の光出力を測定する場合には、第1のプローブ針501を第1パッド電極15に接触させ、且つ、第2のプローブ針502を第2パッド電極18に接触させる。そして、紫外線発光素子B1の光出力を測定する場合には、紫外線発光素子B1に20mAの定電流を30msecだけ流したときの光出力を積分球で集光して、光ファイバで取り出し、分光器で測定する。コレット300は、コレット本体301に、紫外線発光素子B1を吸着するための吸気孔302が形成されている。コレット300は、例えば、平コレットにより構成することができる。コレット本体301の材質は、例えば、ゴムであるのが好ましい。チャック400の材質は、例えば、超硬合金であるのが好ましい。超硬合金としては、例えば、タングステンカーバイド(WC)等を採用することができる。チャック400の先端部の厚さh1は、サファイア基板1の厚さよりも小さいのが好ましく、例えば、70μm程度であるのが好ましい。また、チャック400の先端部とサファイアプレート410との距離h2は、数10μmであるのが好ましい。
紫外線発光素子B1のESD耐性の検査では、例えば、ESDサージに相当する高電圧パルスを第1パッド電極15と第2パッド電極18との間に印加したときの電流電圧波形に基づいてESD破壊の有無を判断することができる。
紫外線発光素子B1の駆動電圧は、20mAの定電流を5msecだけ流したときの順方向電圧降下(Vf)である。
紫外線発光素子B1は、上述のように、サファイア基板1の外周部の表面1cが全周に亘って露出し、平面視において露出している表面1cが、第2面1bを基準として第1面1aよりも低い高さとなっている。これにより、紫外線発光素子B1の製造方法では、例えば、後工程における検査工程において、チャック400等によって紫外線発光素子B1のサファイア基板1を挟んだときに、窒化物半導体層20、絶縁膜9等にチャック400が接触するのを抑制することが可能となる。よって、紫外線発光素子B1においては、製造歩留りの向上を図ることが可能となる。また、紫外線発光素子B1は、製造後の取扱いが容易になり、例えば、パッケージや基板等に実装する工程等での取り扱いが容易になる。
紫外線発光素子B1は、第1導電形窒化物半導体層201の導電形がn形であり、第2導電形窒化物半導体層202の導電形がp形であるが、これに限らず、第1導電形窒化物半導体層201の導電形がp形であり、第2導電形窒化物半導体層202の導電形がn形でもよい。また、第1導電形窒化物半導体層201及び第2導電形窒化物半導体層202それぞれの構成は、特に限定しない。
なお、紫外線発光素子B1は、紫外線発光ダイオードに限らず、紫外線レーザダイオードでもよい。
Claims (3)
- サファイアウェハの第1面上に多層構造の窒化物半導体層を積層したウェハから個々の紫外線発光素子に分割する紫外線発光素子の製造方法であって、
前記ウェハの前記窒化物半導体層側から前記ウェハにレーザ光を照射することにより前記サファイアウェハの厚さ方向の途中まで到達する溝を形成する溝形成工程と、
前記溝形成工程の後に前記ウェハの厚さを薄くするように前記ウェハを前記サファイアウェハの第2面側から研磨する研磨工程と、
前記研磨工程の後に前記溝に沿って前記ウェハを分割する分割工程と、を含み、
前記溝形成工程と前記研磨工程との間に、前記ウェハの前記窒化物半導体層側のデブリを粘着テープによって除去するデブリ除去工程を備える、
ことを特徴とする紫外線発光素子の製造方法。 - 前記デブリ除去工程と前記研磨工程との間に、前記ウェハの残留付着物を所定の薬液によって除去する薬液処理工程を更に備える、
ことを特徴とする請求項1記載の紫外線発光素子の製造方法。 - サファイア基板と、前記サファイア基板の第1面上に形成された多層構造の窒化物半導体層と、を備え、
前記窒化物半導体層は、前記サファイア基板の前記第1面に近い順に、第1導電型窒化物半導体層、UV−Cの波長域に発光波長を有する発光層、及び第2導電型窒化物半導体層、を備え、
前記発光層及び前記第2導電型窒化物半導体層は、平面視において、前記第1導電型窒化物半導体層よりも小さく、
前記第1導電型窒化物半導体層の露出した表面上に形成された第1電極と、前記第2導電型窒化物半導体層の表面上に形成された第2電極と、第1電極上に形成された第1パッド電極と、第2電極上に形成された第2パッド電極と、を更に備え、
前記窒化物半導体層は、平面視において、前記サファイア基板よりも小さく、
前記サファイア基板は、前記第1面側からの平面視において、前記サファイア基板の外周部の表面が全周に亘って露出しており、
前記サファイア基板は、平面視において露出している前記表面が、前記第2面を基準として前記第1面よりも低い高さとなっている、
ことを特徴とする紫外線発光素子。
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