TWI408830B - Manufacturing method of light emitting element - Google Patents
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Description
本發明係關於發光元件之製造方法。
專利文獻1：日本特開平6－151959號公報專利文獻2：日本特開2001－36129號公報專利文獻3：日本專利第3726882號公報專利文獻4：日本特開2005－116615號公報專利文獻5：日本專利第3657270號公報專利文獻6：日本特開平10－200156號公報
以Alx
Ga1－x
As混晶(其中，0≦x≦1；以下，亦稱為AlGaAs混晶或僅稱為AlGaAs)形成發光層部之發光元件，係作為定向性強之高發光效率之紅色系發光元件而實用化。如此之發光元件，係將AlGaAs層之金屬電極之周圍區域作為光取出面使用，但在由元件內部朝向光取出區域之光中，以較臨界角度大之角度入射至光取出區域之光(入射角係光束入射方向與區域面法線所夾之角度)因為全反射而回到元件內部，故並非全部取出。因此，於專利文獻1~專利文獻6揭示了下述技術：於光取出面以異向性蝕刻液進行表面粗糙處理而形成細微之凹凸(亦稱為霜狀表面處理)，以減少發光光束大角度入射之機率，而提高光取出效率。
然而，以上述專利文獻1~專利文獻6之方法進行表面粗糙處理時，以表面粗糙所形成之突起形成狀態(突起形態或突起高度)容易產生不均，而有容易導致元件之製品良率降低、或於外觀檢察步驟中之不良品除去作業時數之增大的問題。特別是，當由光取出面形成至p－n接合面之表面層的厚度小時，若局部地形成深入切入之突起，則與突起相鄰接之谷狀部會到達p－n接合界面使表面層於面內中斷，面內之電流擴散狀態惡化而導致光取出效率降低。
本發明之課題在於提供一種發光元件之製造方法，其可於AlGaAs發光元件之光取出面均勻地實施表面粗糙處理，且表面粗糙狀態不易產生不均。
為了解決上述課題，本發明之發光元件之製造方法，其特徵在於，以下述順序實施下述步驟：發光元件晶圓製造步驟，將以組成式(Alx
Ga1－x
As(其中，0<x<1))所表示之化合物分別構成之n型AlGaAs層與p型AlGaAs層以形成p－n接合的方式積層成積層體，以製造發光元件晶圓；主光取出區域表面粗糙步驟，藉由以表面粗糙用蝕刻液將積層體之第一主表面進行異向性蝕刻以形成表面粗糙突起部；該蝕刻液，係含有合計90質量%以上之乙酸、氫氟酸、硝酸、碘與水，且乙酸、氫氟酸、硝酸與碘之合計質量含有率較水之質量含有率為高。
根據上述本發明之方法，藉由使用含有乙酸、氫氟酸、硝酸與碘之本發明特有之表面粗糙用蝕刻液，即使未於AlGaAs所構成之積層體之第一主表面特別施以光罩處理，僅使該第一主表面與蝕刻液接觸，仍可藉由異向性蝕刻之原理而顯著地進行凹凸形成，且可以效率佳而廉價之方式在積層體之第一主表面上形成表面粗糙突起部。乙酸、氫氟酸、硝酸、碘與水之合計為90質量%以上，若為90質量%以下之含有率，則無法效率佳地形成表面粗糙突起部。再者，若乙酸、氫氟酸、硝酸與碘之合計質量含有率較水之質量含有率低，同樣的無法效率佳地形成表面粗糙突起部。再者，由100質量%扣除乙酸、氫氟酸、硝酸、碘與水之合計的剩餘部份，在不影響對AlGaAs之異向性蝕刻效果的範圍內，亦可添加其他成分(例如乙酸以外之羧酸等)。
又，使用該表面粗糙用蝕刻液之對AlGaAs之突起形成效果(異向性蝕刻效果)，對AlGaAs之(100)面特別顯著，故上述之發光元件晶圓，較佳為製造主表面為(100)之晶圓。
於上述之藉表面粗糙用蝕刻液進行表面粗糙步驟之前，可將AlGaAs所構成之積層體之第一主表面(主光取出區域)，與硫酸－過氧化氫水溶液所構成之前處理液接觸以進行前處理。藉此，可有效地防止藉表面粗糙所得之晶圓之突起形成形態產生不均。其結果，可抑制局部之深突起的形成，光取出面側之AlGaAs層不易因該深突起而產生於面內中斷之不良情形。而可提昇將晶圓切粒所得之元件之製品良率，又，亦可大幅節省於外觀檢察步驟之不良品除去作業時數的勞力時間。
該效果，於n型AlGaAs層與p型AlGaAs層之位於光取出面側者形成為10 μm以下之薄層的情形下特別顯著(惟，為了充分地進行面內的電流擴散，該層之厚度以1 μm以上為佳)。
表面粗糙用蝕刻液，具體而言，較佳為使用以下述範圍含有：乙酸(以CH3
COOH換算)：37.4質量%以上94.8質量%以下；氫氟酸(以HF換算)：0.4質量%以上14.8質量%以下；硝酸(以HNO3
換算)：1.3質量%以上14.7質量%以下；碘(以I2
換算)：0.12質量%以上0.84質量%以下；且水之含量為2.4質量%以上45質量%以下者。任一成分超出上述組成之範圍外，則對AlGaAs單晶之(100)面的異向性蝕刻效果會不足夠，而無法於積層體之第一主表面充分地形成表面粗糙突起部。表面粗糙用蝕刻液，更佳為採用以下述範圍含有：乙酸(以CH3
COOH換算)：45.8質量%以上94.8質量%以下；氫氟酸(以HF換算)：0.5質量%以上14.8質量%以下；硝酸(以HNO3
換算)：1.6質量%以上14.7質量%以下；碘(以I2
換算)：0.15質量%以上0.84質量%以下；且水之含量為2.4質量%以上32.7質量%以下者。亦即，為了提高對AlGaAs單晶之(100)面的異向性蝕刻效果，特別重要的是如上述般將水之含量維持在少量、且不以水而以醋酸來擔任酸主溶劑之功能。
前處理液，可使用96%硫酸：30%過氧化氫水：水之混合比率為5：1：1以上20：1：1以下者。當硫酸之比率未滿5：1：1時，藉前處理之突起形成之不均抑制效果不足，若超過15：1：1，則蝕刻用之保護光阻分解，而容易產生電極圖案不良。當未使用保護光阻時，只要為20：1：1以下即可得到充分之突起形成之不均抑制效果。
以下，參照所添附之圖式說明本發明之實施形態。
圖1，係顯示本發明之一實施形態之發光元件100之概念圖。發光元件100，係由形成光取出面(第一主表面)之p型Alx
Ga1－x
As(其中，0<x<1)層20(以下，稱為p型AlGaAs層20)、與形成其相反側之主表面(第二主表面)之n型Alx
Ga1－x
As(其中，0<x<1)層90(以下，稱為n型AlGaAs層90)，以形成p－n接合的方式積層之積層體來構成。p型AlGaAs層20之厚度為1 μm以上10 μm以下(例如6 μm)、n型AlGaAs層90之厚度為150 μm以上200 μm以下(例如170 μm)。p型AlGaAs層20與n型AlGaAs層90，皆如後述，係於n型GaAs單晶所構成之成長用基板(主表面為(100)面)上由n型AlGaAs層90側依序異質磊晶成長所形成者。
p型AlGaAs層20，係以覆蓋第一主表面((100)面)之一部分(此處為中央部)的形式形成光取出區域側金屬電極9。於光取出區域側金屬電極9，接合電極導線之一端。於光取出區域側金屬電極9之周圍區域，形成主光取出區域20p。又，以切粒所形成之積層體之側面(即p型AlGaAs層20與n型AlGaAs層90之側面)，係形成側面光取出區域20S。另一方面，n型AlGaAs層90，第二主表面之整面，係以Au電極等所構成之內面電極15覆蓋。於內面電極15與n型AlGaAs層90之間，點狀分散形成有用以降低兩者之接觸電阻之由AuGeNi合金等所構成之接合合金化層15c。又，於光取出區域側金屬電極9與p型AlGaAs層20之間，形成有由AuBe合金等所構成之接合合金化層9a。
如圖3所示，於p型AlGaAs層20之主光取出區域20p、與積層體之側面光取出區域20S兩者，藉化學蝕刻形成有表面粗糙突起部40f、50f。表面粗糙突起部40f，係使平坦之(100)結晶主表面與後述之表面粗糙用蝕刻液接觸進行異向性蝕刻而形成者。又，側面主光取出區域20S(例如{100}面)，係同樣利用異向性蝕刻而形成表面粗糙突起部50f者。藉由形成表面粗糙突起部40f、50f，使p型AlGaAs層20之厚度增加而使側面面積增大，而大幅提高了發光元件100之光取出效率。
以下，說明圖1之發光元件100之製造方法。
首先，如圖4之步驟1所示，準備作為成長用基板之n型之GaAs單晶基板1。接著，如步驟2所示，於該基板之主表面，磊晶成長n型GaAs緩衝層2，接著，磊晶成長n型AlGaAs層90(n型摻雜物為Te)。接著，如圖5之步驟3所示，於其之上，再磊晶成長p型AlGaAs層20(p型摻雜物為Zn或C)。上述各層之磊晶成長，係以周知之液相磊晶成長法進行。
p型AlGaAs層20之成長結束後，進行步驟4，利用氨/過氧化氫混合液等蝕刻液將GaAs基板1進行化學蝕刻而去除。當上述步驟結束後，如圖6之步驟5所示，藉濺鍍或真空蒸鍍法，在p型AlGaAs層20之第一主表面及n型AlGaAs層90之第二主表面，分別形成接合合金化層形成用之金屬層，接著藉由進行合金化之熱處理(即燒結處理)形成接合合金化層9a、15c(參照圖1；於圖6中省略)。接著，以分別覆蓋該等接合合金化層9a、15c之方式，形成光取出區域側電極9與內面電極15，而形成發光元件晶圓W。
接著，將發光元件晶圓W浸漬於上述之前處理液PTA中，將於光取出區域側電極9周圍露出之p型AlGaAs層20之第一主表面進行前處理。接著，如接續其之步驟6所示，於p型AlGaAs層20之主光取出區域((100)主表面)，使用表面粗糙用蝕刻液FEA實施異向性蝕刻，以形成表面粗糙突起部40f。
表面粗糙用蝕刻液，係含有乙酸、氫氟酸、硝酸、碘與水之水溶液，具體而言，係以下述之範圍含有：乙酸(以CH3
COOH換算)：37.4質量%以上94.8質量%以下；氫氟酸(以HF換算)：0.4質量%以上14.8質量%以下；硝酸(以HNO3
換算)：1.3質量%以上14.7質量%以下；碘(以I2
換算)：0.12質量%以上0.84質量%以下；且水之含量為2.4質量%以上45質量%以下者，更佳為，採用以下述之範圍含有：乙酸(以CH3
COOH換算)：45.8質量%以上94.8質量%以下；氫氟酸(以HF換算)：0.5質量%以上14.8質量%以下；硝酸(以HNO3
換算)：1.6質量%以上14.7質量%以下；碘(以I2
換算)：0.15質量%以上0.84質量%以下；且水之含量為2.4質量%以上32.7質量%以下者。液溫以40℃以上60℃以下為適。具體例，可例示如乙酸81.7質量%、氫氟酸5質量%、硝酸5質量%、碘0.3質量%、水8質量%之組成。
又，前處理液，可使用96%硫酸：30%過氧化氫水：水之混合比率為5：1：1以上20：1：1以下者(例如5：1：1者)。
於切粒前之晶圓之p型AlGaAs層20之第一主表面側，若未進行上述前處理而進行表面粗糙處理，則由表面粗糙所造成之突起形成狀態、特別是突起形態或突起高度容易產生不均。特別是，如本實施形態，當由光取出面形成至p－n接合面之表面層的厚度為小時，若局部地形成深入切入之突起，則與突起相鄰接之谷狀部會到達p－n接合界面J而使表面層(p型AlGaAs層20)於面內中斷，面內之電流擴散狀態惡化而容易導致光取出效率降低。如此局部之深突起，於使用如專利文獻1~6所採用之氫氟酸系之蝕刻液、硝酸系之蝕刻液、或混合硫酸與硝酸之混合酸系之蝕刻液的情形下，特別容易形成。
另一方面，本發明所使用之上述之蝕刻液，對AlGaAs之低能量面之{111}之選擇蝕刻性非常顯著且敏感，故即使因些微之應變或結晶缺陷的存在亦會使該選擇蝕刻性急速降低，通常不會造成問題之輕微的摩擦等，亦可能會造成表面粗糙不充足區域的形成。然而，本發明所採用之表面粗糙蝕刻液，當使用於AlGaAs時，較上述先前技術所採用之表面粗糙蝕刻液可更平穩地進行蝕刻，而較不易形成到達p－n接合界面J之局部之深突起。而要點係，藉由於該蝕刻之前以上述硫酸過氧化氫系之前處理液施以前處理，可幾乎確實地防止如上述之局部之深突起形成，而對發光元件晶片之製造良率之提昇有顯著的幫助。
回至圖6，當完成主光取出區域之表面粗糙突起部40f之形成時，沿著2個<110>方向，以藉切粒刀由晶圓W之第一主表面側形成槽DG之形式，切粒成各個晶片區域。於該切粒時，如圖6之步驟7所示，形成結晶缺陷密度較高之加工損害層20D。由於該加工損害層20D中之多數結晶缺陷，會成為發光導電時之漏電流或散射的原因，故如步驟8所示，將該加工損害層20D，以去除損害層用蝕刻液DEA進行化學蝕刻以去除。去除損害層用蝕刻液DEA，可使用硫酸含有比率較上述之前處理液低之硫酸－過氧化氫水溶液。該水溶液，例如可使用硫酸：過氧化氫：水之質量配合比率為20：1：1者。
之後，如步驟9所示，使上述之表面粗糙用蝕刻液FEA接觸已去除加工損害層20D之晶片側面，並於p型AlGaAs層20之側面進行異向性蝕刻以形成表面粗糙突起部50f。再者，於本實施形態，將晶圓W透過黏著片61貼在基材60上，以此狀態將晶圓W進行全面切粒，而於積層體之側面整面形成表面粗糙突起部50f。
又，關於側面，突起50f之形成方向係與光取出面側之突起40f相差90°，無將p－n接合面斷離之虞。因此，受到突起50f之形成不均(上述之局部之深突起)的影響較小，故可省略使用前處理液PTA之前處理。又，表面粗糙用蝕刻液FEA，僅限於該側面，可以如專利文獻1~6所採用之氫氟酸系之蝕刻液、硝酸系之蝕刻液、或混合硫酸與硝酸之混合酸系之蝕刻液代替。
再者，當於側面光取出區域20S之表面粗糙突起部50f形成時，若不想使該蝕刻液影響到已經形成表面粗糙突起部40f之主光取出區域20p時，亦可如步驟7~9中之一點鏈線所示，以阻蝕部將主光取出區域20p加以遮罩。又，亦可於主光取出區域20p之表面粗糙突起部40f形成前不進行切粒，而將主光取出區域20p與側面光取出區域20S一併形成表面粗糙突起部40f與50f。於該情形，係成為對於主光取出區域20p與側面光取出區域20S兩者進行表面粗糙處理之前，以上述之前處理液PTA進行前處理之形態。
分離後之發光元件晶片，只要將第二主表面側透過Ag漿料層接著於金屬台上，再如圖1所示，於光取出側電極9連接接合導線17，並形成未圖示之由環氧樹脂所構成之外模部，即可完成最後之發光元件。
1．．．基板
2．．．n型GaAs緩衝層
9．．．光取出區域側電極
9a．．．接合合金化層
15．．．內面電極
15c．．．接合合金化層
17．．．接合導線
20．．．p型AlGaAs層
20D．．．加工損害層
20M．．．阻蝕部
20p．．．主光取出區域
20S．．．側面光取出區域
40f．．．表面粗糙突起部
50f．．．表面粗糙突起部
60．．．基材
61．．．黏著板
90．．．n型AlGaAs層
100．．．發光元件
DEA．．．去除損害層用蝕刻液
DG．．．槽
FEA．．．表面粗糙用蝕刻液
PTA．．．前處理液
W．．．晶圓
圖1，係顯示本發明之適用對象之發光元件之一例之側面截面示意圖。
圖2，同圖1之俯視圖示意圖。
圖3，係於圖1之積層體所形成之表面粗糙突起部之概念圖。
圖4，係顯示圖1之發光元件之製造方法之步驟說明圖。
圖5，係接續於圖4之步驟說明圖。
圖6，係接續於圖5之步驟說明圖。
圖7，係說明突起形成不均之影響之圖。
9．．．光取出區域側電極
9a．．．接合合金化層
15．．．內面電極
15c．．．接合合金化層
17．．．接合導線
20．．．p型AlGaAs層
20p．．．主光取出區域
20S．．．側面光取出區域
40f．．．表面粗糙突起部
50f．．．表面粗糙突起部
90．．．n型AlGaAs層
100．．．發光元件
Claims (3)
- 一種發光元件之製造方法，其特徵在於，以下述順序實施下述步驟：發光元件晶圓製造步驟，將以組成式(Alx Ga1-x As(其中，0<x<1))所表示之化合物分別構成之n型AlGaAs層與p型AlGaAs層以形成p-n接合的方式積層成積層體，以製造發光元件晶圓；主光取出區域表面粗糙步驟，藉由以表面粗糙用蝕刻液將該積層體之該主表面進行異向性蝕刻以形成表面粗糙突起部；該蝕刻液，係含有合計90質量%以上之乙酸、氫氟酸、硝酸、碘與水，且乙酸、氫氟酸、硝酸與碘之合計質量含有率較水之質量含有率為高；於該主光取出區域表面粗糙步驟之前，實施前處理步驟，該前處理步驟係將作為該n型AlGaAs層或p型AlGaAs層所構成之該積層體之光取出面使用之主表面，與硫酸過氧化氫水溶液所構成之前處理液接觸以進行前處理；該前處理液，係使用96%硫酸：30%過氧化氫水：水之混合比率為5：1：1以上20：1：1以下者；該主光取出區域表面粗糙步驟係於該發光元件晶圓之切粒前進行。
- 如申請專利範圍第1項之發光元件之製造方法，其中，該n型AlGaAs層與該p型AlGaAs層之位於該光取出面側者，係形成為1μm以上10μm以下。
- 如申請專利範圍第2項之發光元件之製造方法，其 中，該光取出面，係由該p型AlGaAs層所形成。
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