WO2006126414A1

WO2006126414A1 - 窒化物半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: WO2006126414A1
Application number: PCT/JP2006/309680
Authority: WO
Inventors: Katsunori Kontani
Original assignee: Sanyo Electric Co., Ltd.; Tottori Sanyo Electric Co., Ltd.
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2006-11-30
Also published as: US20090087934A1; US7842529B2; JP2006332240A

Abstract

　本発明のIII－Ｖ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法は、高密度転位部２２が低転位領域と交互に繰り返し配置されたIII－Ｖ族窒化物系化合物半導体基板上に、ストライプ状の発光領域が前記高密度転位部２２の延在方向と平行方向になるように低転位領域に発光素子領域２１を形成し、次いで、素子領域２１が形成された面２４とは反対側の面２５に前記高密度転位部２２を挟むように２本のスクライブライン２３を入れた後にブレイクすることにより、チップ分割と高密度転位部２３の除去を行うことを特徴とする。このとき前記２本のスクライブラインのピッチを１００μｍ以上とするとよい。これにより、外形に欠け等を生じさせること無く、且つ確実に高密度転位部を除去することができ、ジャンクションダウン実装・フリップチップ実装を行うことが可能なIII－Ｖ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。

Description

明細書

窒化物半導体発光素子の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、窒化ガリウム GaN系の化合物半導体発光ダイオード (LED)、化合物半導体レーザ素子等の窒化物半導体発光素子の製造方法に関し、特に青紫色の短波長の光を発することができる高密度転位部が除去されたジャンクションダウン実装ないしフリップチップ実装が可能な GaN系窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、青色 LEDや青紫色半導体レーザには、 III V族窒化物系化合物半導体が主として用いられている。この III V族窒化物系化合物半導体は、欠陥の少ない Ga N基板等の III V族窒化物系化合物半導体基板を得ることが困難であるため、通常サファイア基板又は SiC基板の上に、 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Dep osition;有機金属気相成長）法、 MBE (Molecular Beam Epitaxy;分子線ェピタキシャル成長）法、または、 HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy)法などの結晶成長法を用いて成長させている。

[0003] ところで、たとえばサファイア基板上に GaN系化合物半導体層が形成されてなる窒化物系半導体素子にお、ては、サファイア基板と GaN系半導体層との間の格子定数の差が大きい。このため、サファイア基板上に形成された GaN系半導体層は多くの転位を含んでおり結晶性が劣化している。したがって、サファイア基板等を用いた II I V族窒化物系化合物半導体素子においては、良好な素子特性を実現することが困難である。そのため、 III V族窒化物系化合物半導体素子を製造するためには結晶欠陥の少な、GaN基板と同質の基板が要求されて、る。

[0004] このような問題点を解決した III— V族窒化物系化合物半導体基板として、下記特許文献 1には、気相成長の成長面を三次元的なファセット構造を持つようにし、ファセット構造を埋め込まないように成長させることにより転位を低減した単結晶 GaN基板の製造方法が開示されている。この GaN基板の製造方法は、貫通転位を成長層のある領域に集中させることにより他の領域の貫通転位を減少させるものであるため、単結晶 GaN基板には低転位領域と高密度転位部とが混在しており、特に高密度転位部は、その発生する位置を制御できず、ランダムに発生するため、高密度転位部が発光領域に形成されてしまうことを避けることができな、ので、窒化物半導体発光素子の発光特性や信頼性の低下を招ヽてしまうヽぅ問題点が存在してヽた。

[0005] 一方、この特許文献 1に開示されている III V族窒化物系化合物半導体基板の製造方法の発明の問題点を解決したものとして、下記特許文献 2には、低転位領域中に発生する高密度転位部の位置を制御し、低転位領域中に高密度転位部を規則的、例えば周期的に配列した基板を得ることができ、さらには高密度転位部の配列バターンも自由自在に変えることができる III V族窒化物系化合物半導体基板の製造方法の発明が開示されている。この下記特許文献 2に開示されている III— V族窒化物系化合物半導体基板の製造方法は、下記特許文献 1に開示された発明と同様に、ファセット面力なる斜面を有して成長させ、そのファセット面力なる斜面を維持して成長させることで転位を伝播させ、所定の位置に集合させるものである。

[0006] この特許文献 2に開示されている III V族窒化物系化合物半導体基板としての Ga N基板 50の具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サファイア基板、 GaN基板等からなる下地基板を用い、この下地基板上に例えば SiO膜からなる種を形成す

2

る。この種は、形状を例えばドット状として図 5ないし図 6に示すようなドット状の高密度転位部 Bの配置に対応した配置、又は、ストライプ状として図 7に示す高密度転位部 Bの配置に対応した配置で形成する。その後、例えばハイドライド気相ェピタキシ一（HVPE)により、 GaNを厚膜成長させる。成長後、 GaNの厚膜層の表面には、種のパターン形状に応じたファセット面が形成される。種がドット状のパターンの場合は、図 5ないし図 6に示したようなファセット面力なるピットが規則正しく形成される。一方、種がストライプ状のパターンの場合は図 7に示したようなプリズム状のファセット面が形成される。その後、下地基板を除去し、さらに GaNの厚膜層を研削加工、研磨加工し、表面を平坦化する。これによつて、 GaN基板 50を製造することができる。

[0007] このようにして製造された GaN基板 50は、 C面が主面であり、その中に、所定のサィズのドット状あるいはストライプ状の高密度転位部 Bが規則正しく形成された基板となっており、高密度転位部 B以外の単結晶領域、すなわち領域 Aは、高密度転位部 Bに比べて低転位密度となっている。そこで、この GaN基板 50を用いて、

(1)素子のサイズを高密度転位部 Bの存在する周期に合わせて設計する；

(2)素子領域が実質的に高密度転位部 Bの上に形成されることがないように、その基板上における素子領域の配置を決定する；

(3)素子内部の活性領域が高密度転位部 Bの上に形成されることがないように、素子における活性領域の位置を設計する；

ことにより、欠陥の多い高密度転位部 Bの影響を意図的に避けるような配置に各素子領域を配置することが可能となる。

[0008] これに加えて、特に半導体レーザ素子の場合には、発光領域の共振器端面が高密度転位部 Bの上に形成されることがないように素子領域や素子構造の設計を行う。例えば、図 7に示したようなストライプ状の高密度転位部 Bが形成されている場合には、例えば図 8A〜図 8Dに示したような形状および配置で素子領域 52 (太、実線で囲まれた一区画)を画定し、その中央付近にレーザストライプ 53を画定する。

[0009] そして、この GaN基板 50上にレーザ構造を形成する GaN系半導体層を成長させ、レーザストライプの形成、電極の形成などの必要なプロセスを実行してレーザ構造を形成した後、上述の素子領域 52の輪郭線に沿ってレーザ構造が形成された GaN基板 50のスクライビングを行うことにより、個々の GaN系半導体レーザチップに分離する。この場合、高密度転位部 Bがレーザストライプ 53上に形成されていないので、高密度転位部 Bの影響が発光領域に及ぶことを避けることができる。したがって、発光特性が良ぐ信頼性が高、GaN系半導体レーザ素子を得ることができると!、うものである。

[0010] さらに、下記特許文献 3には、高密度転位部が低転位領域と交互に繰り返し配置された III— V族窒化物系化合物半導体基板上の前記低転位領域に、ストライプ状の発光領域が前記高密度転位部の延在方向と平行になるように発光素子領域を形成し、次いで、前記発光素子領域が形成された側の面に、隣接する素子間の中心線から約 10 μ mの位置に、 2本のスクライブラインを入れた後にブレイクすることによりチップ分割と前記高密度転位部の除去を行う m— V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法が開示されている。

特許文献 1：特開 2001— 102307号公報

特許文献 2 :特開 2003— 124572号公報 (特許請求の範囲、段落 [0231]〜[0259 ]、 [0274ト [0289]、図 6〜図 8、図 23〜図 36)

特許文献 3：特開 2004 - 260152号公報（段落 [0065]〜 [0070]、図 13〜図 14) 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 一方、このような III V族窒化物系化合物半導体発光素子の長寿命化 ·高出力化のためには、放熱性の改善に注力する必要がある。この放熱性の改善は、一般的に I II V族窒化物系化合物半導体発光素子の活性層を放熱用マウンタに近づくように実装する、ジャンクションダウン実装な、しフリップチップ実装を行うことで対応されている。しカゝしながら、基板と基板上に形成された III— V族窒化物系化合物半導体発光素子が高密度転位部を有する場合には、この高密度転位部力電流リークが発生するため、ジャンクションダウン実装ゃフリップチップ実装を行うことが困難である。このようなジャンクションダウン実装な、しフリップチップ実装を行うことができるようにするためには、この高密度転位部を、 III V族窒化物系化合物半導体発光素子を損傷することなぐ且つ確実に除去することが必要とされる。

[0012] 従来は、基板と基板上に形成された m— V族窒化物系化合物半導体発光素子に存在する高密度転位部を除去するために、高密度転位部領域にスクライブラインを入れ、ブレイクし、チップを分割する方法が採用されていた。しかし、この方法では、高密度転位部の除去が不確実であることや、 III V族窒化物系化合物半導体発光素子の外形に欠けを生じさせることが多、と、う問題点が存在して、る。

[0013] また、上記特許文献 2には、高密度転位部が存在しない領域のみに III— V族窒化物系化合物半導体発光素子のレーザストライプを形成すること（図 8A〜図 8C参照）及び高密度転位部が存在しない領域のみに III V族窒化物系化合物半導体発光素子を形成すること（図 8D参照）が開示されているが、高密度転位部を効率的に除去する方法にっ、ては何も開示されてヽな、。

[0014] さらに、上記特許文献 3に開示されている III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法によれば、効率よくチップ分割と前記高密度転位部の除去を行う際には、ブレイク受け台を発光素子領域側の面に当接し、ブレイク刃を発光素子領域側の面とは反対側の面に当てる必要があるため、発光素子領域が損傷しないようにすると素子分割及び高密度転位部の除去ができない場合が生じるとともに、高密度転位部の除去が不完全なものが多く生じるという問題点が存在していた。

[0015] そこで、本発明の発明者は、上記特許文献 2及び 3に開示された III— V族窒化物系化合物半導体発光素子の構造にっ、て種々検討を重ねた結果、高密度転位部を挟んだスクライブラインの形成面及びそのピッチを最適化することによって、 III V 族窒化物系化合物半導体発光素子の外形に欠け等を生じさせることなぐ且つ確実に高密度転位部を除去することができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

[0016] すなわち、本発明は、 III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造に際し、高密度転位部を挟むスクライブラインの形成面及びそのピッチを最適化することで、 III V族窒化物系化合物半導体発光素子の外形に欠け等を生じさせることなぐ且つ確実に高密度転位部を除去することを可能とし、また、それによつてジャンクションダゥン実装ゃフリップチップ実装を行うことが可能な III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0017] 本発明の上記目的は以下の方法により達成し得る。すなわち、本発明に係る III— V 族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法の発明は、高密度転位部が低転位領域と交互に繰り返し配置された III V族窒化物系化合物半導体基板上の前記低転位領域に、ストライプ状の発光領域が前記高密度転位部の延在方向と平行になるように III V族窒化物系化合物半導体発光素子領域を形成し、次いで、前記発光素子領域を形成した面とは反対側の面に、前記高密度転位部を挟むように、 2本のスクライブラインを入れた後にブレイクすることにより、チップ分割と前記高密度転位部の除去を行うことを特徴とする。

[0018] 上記 III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法においては、前記チップ分割と高密度転位部の除去を行うブレイク面は、前記発光素子領域を形成した側の面であることが好ましい。

[0019] また、上記 III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法においては、前記 2本のスクライブラインは、その中間が前記高密度転位部の中心に位置することが好ましい。

[0020] また、上記 III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法においては、前記 2本のスクライブラインは、そのピッチが前記高密度転位部の幅よりも大きいことが好ましい。

[0021] 加えて、上記 III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法においては、前記 2本のスクライブラインのピッチは、 100 μ m以上であることが更に好ましい。

[0022] また、上記 III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法においては、上記チップ分割の際のブレイク刃の受け台の間隔は前記スクライブラインのピッチ未満であることが好ましい。

発明の効果

[0023] 本発明は上記のような製造方法を採用することにより以下に述べるような優れた効果を奏する。すなわち、本発明によれば、低転位領域にストライプ状の発光領域が前記高密度転位部の延在方向と平行になるように発光素子領域を形成したので、高密度転位部の影響が発光領域に与える影響がなくなるから、特性が良く信頼性が高い I II V族窒化物系化合物半導体発光素子が得られる。また、得られる III V族窒化物系化合物半導体発光素子は、発光素子領域を設けた面とは反対側の面に、前記高密度転位部を挟むように、 2本のスクライブラインを入れた後にブレイクするようにしたので、チップ分割及び高密度転位部の除去に際して欠けの発生が少なくなくなる。カロえて、得られる III V族窒化物系化合物半導体発光素子は、高密度転位領域が除去されているから、電流リークが発生し難ぐジャンクションダウン実装ないしフリツプチップ実装することができるため、放熱性が良好となり、長寿命化及び高出力化を達成することができる。

[0024] また、上記発明にお、ては、チップ分割と高密度転位部の除去を行うブレイク面を発光素子領域を形成した側の面としたので、発光素子領域は、ブレイク刃及びブレイク受け台とも当接することがないため、損傷を受けることが少なくなる。 [0025] また、上記発明においては、高密度転位部の幅は 20〜30 m程度の範囲でバラツキを持っている力その幅は高密度転位部の中心から実質的に対称となっているから、 2本のスクライブラインの中間を前記高密度転位部の中心に位置させたため、 II I V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造効率及び高密度転位領域の除去効率が向上する。

[0026] また、上記発明にお、ては、スクライブラインのピッチが高密度転位部の幅よりも大きくしたので、確実に高密度転位部が除去された III V族窒化物系化合物半導体発光素子が得られる。

[0027] カロえて、高密度転位部の幅は 20〜30 μ m程度の範囲でバラツキを持って、るため、この高密度転位部の除去の際のスクライブラインのピッチにはマージンが必要となるが、スクライブラインのピッチを 100 μ m以上としたため、高密度転位部の幅のバラツキを考慮しても、高密度転位部を実質的に 100%除去することができる。このスクライブラインのピッチの上限は、 III V族窒化物系化合物半導体発光素子のリッジ幅自体は l〜2 /z m程度であるため、実質的にチップサイズによって定まるものであるため、臨界的限度はない。

[0028] さらに、上記発明においては、チップ分割の際のブレイク刃の受け台の間隔は前記スクライブラインのピッチ未満としたことにより、効率的にチップ分割ないし高密度転位部の除去を行うことができ、し力も、チップ部に対する欠けの発生を少なくすることができる。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]実験例において製造した GaN青紫色レーザダイオード素子の断面図である。

[図 2]実験例における GaN青紫色レーザダイオード素子製造の際の素子分割及び高密度転位部除去前の基板の断面図（図 2A)及び平面図（図 2B)である。

[図 3]チップ分割ないし高密度転位部の除去に際するスクライブラインとブレーク刃及びブレイク受け台の位置関係を示す図である。

[図 4]図 2に示した基板のスクライビングピッチ Lと高密度転位部の除去率の関係を示す図である。

[図 5]ドット状の高密度転位部 Bが形成されている一例を示す図である。 [図 6]ドット状の高密度転位部 Bが形成されている別の例を示す図である。

[図 7]ストライプ状の高密度転位部 Bが形成されている例を示す図である。

[図 8]図 8A〜図 8Dは、ストライプ状の高密度転位部 Bが形成されて!/ヽる場合にお!/ヽて、素子領域及びレーザストライプを画定する例を示す図である。

符号の説明

1 GaN基板

2 n型 AlGaNクラッド層

3 3周期構造 MQW活性層

4 InGaN光ガイド層

5 p型 AlGaNキャップ層

6 p型 AlGaNクラッド層

7 p型 GaNコンタクト層

8 P側電極

9 ノッド、電極

10 SiO膜

2

11 n側電極

20 バー状の基板

21 GaN青紫色レーザダイオード素子

22 線状高密度転位部

23 スクライブライン

27 ブレイク刃

28、 29 ブレイク受け台

A 低転位密度領域

B 高密度転位部

L スクライブラインのピッチ

W ブレイク刃の受け台の間隔

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を実施するための最良の形態を実験例及び図面を用いて詳細に説明するが、以下に述べた実施例は、本発明の技術思想を具体ィ匕するための m—v族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法を例示するものであって、本発明をこの実施例に特定することを意図するものではなぐ本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。

[0032] なお、図 1は実験例において製造した GaN青紫色レーザダイオード素子の断面図であり、図 2は実験例における GaN青紫色レーザダイオード素子製造の際の素子分割及び高密度転位部除去前の基板の断面図（図 2A)及び平面図（図 2B)であり、また、図 3はチップ分割ないし高密度転位部の除去に際するスクライブラインとブレーク刃及びブレイク受け台の位置関係を示す図であり、さらに、図 4は図 2に示した基板のスクライビングピッチと高密度転位部の除去率の関係を示す図である。

[実験例]

まず、上記特許文献 2に開示された方法に従って高密度転位部が線状に収束された GaN基板（図 7参照）を用意した。この GaN基板は、 C面が主面であり、く 11 20〉方向に約 400 μ m間隔でストライプ状の高密度転位部 Βが低転位密度領域 Αに対して規則正しく形成された基板となってヽる。

[0033] この GaN基板 1を用いて、図 1に示したように、 GaN青紫色レーザダイオード素子を作成した。まず、 GaN基板 1上に、 MOCVD (有機金属気相成長法)法により n型 A1 GaNクラッド層 2を 1. O /z m成長させた。その後、 3周期構造 MQW活性層 3のうち In GaN井戸層を 0. 003 m成長させ、次に 3周期構造 MQW活性層 3のうち GaN障壁層を 0. 02 μ m成長させ、さらに、 InGaN光ガイド層 4を 0. 1 μ m成長させた。

[0034] その後、 p型 AlGaNキャップ層 5を 0. 02 μ m成長させ、次に、 p型 AlGaNクラッド層 6を 0. 5 m成長させた。そして、最後に、 p型 GaNコンタクト層 7を 0. 005 m成長させた。次に、電極プロセスを以下の手順で行った。まず、 PtZPdからなる p側電極層 8を形成し、その後、ドライエッチングにより、電流狭窄部分である p型 GaNコンタタト層 7と p側電極層 8からなるリッジを形成し、次いでに、 CVD装置を用いてリッジ両側に SiO膜 10を形成した。次に、 TiZPdZAu力もなるパッド電極 9を形成し、基板

2

の裏側を研磨してウェハを 110 m程度の厚さにし、最後に AlZPtZAuからなる n 側電極 11を形成して、複数個の GaN青紫色レーザダイオード素子が形成されたゥェハを完成させた。

[0035] 次に、このウエノ、からへき開することにより図 2に示したような複数個の GaN青紫色レーザダイオード素子が並列に形成されたバー状の基板 20を得た。次いで、 GaN 青紫色レーザダイオード素子 21を形成した面 24とは反対側の基板側の面 25に、 Ga N青紫色レーザダイオード素子 21間に存在する線状高密度転位部 22を挟むようにかつ高密度転位部の中心線 26に対して対称になるように、 2本のスクライブライン 23 を入れ、このスクライブライン 23のピッチ L力 ^40 m、 60 m、 80 μ m、 100 m、 1 20 μ mの 5種類のサンプルを作製した。なお、スクライブライン 23を入れるときの荷重は 5g〜25gと変えることによりスクライブライン 23のピッチ Lを変更した。

[0036] 最後に、それぞれのスクライブラインのピッチ Lを持つバー状の基板 20を、図 3に示したように、ブレイク刃 27の受け台 28、 29の間隔 Wを 60 /z m—定としたへき開装置（図示せず)を基板側の面 25に配置し、 GaN青紫色レーザダイオード素子 21を形成した面 24側力もブレイク刃 27を当接することによりチップ分割と高密度転位部 22の除去を行い、チップを完成させた。 2本のスクライブライン 23のピッチ Lとチップ完成状態での高密度転位部 22の除去率の測定結果を図 4に示す。

[0037] 図 4に示した結果によると、スクライブラインのピッチ L力 0 μ mの場合が最も高密度転位部分の除去率が低ぐスクライブラインのピッチ Lが大きくなるにしたがって高密度転位部分の除去率が増加し、スクライブラインのピッチ Lが 100 μ m以上では高密度転位部分の除去率は 100%となった。したがって、スクライブラインのピッチ Lは 100 m以上であれば、高密度転位部 22の幅のバラツキを考慮しても、確実に高密度転位部 22を除去することができる。

[0038] なお、チップ分割の際のブレイク刃 27の受け台 28、 29の間隔 Wが前記スクライブラインのピッチ Lと同じかそれよりも大きくなる 60 μ mないし 40 μ mの場合は、チップ部に欠けが見られるとともに、チップ部の分割ないし高密度転位部 22の除去ができない場合が生じた。したがって、チップ分割ないしは高密度転位部の除去の際のブレイク刃 27の受け台 28、 29の間隔 Wは、スクライブラインのピッチ L未満とすることにより、効率的にチップ分割ないし密度転位部の除去を行うことができ、しかも、チップ部に対する欠けの発生を少なくすることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 高密度転位部が低転位領域と交互に繰り返し配置された III V族窒化物系化合物半導体基板上の前記低転位領域に、ストライプ状の発光領域が前記高密度転位部の延在方向と平行になるように III V族窒化物系化合物半導体発光素子領域を形成し、次いで、前記発光素子領域を形成した面とは反対側の面に、前記高密度転位部を挟むように、 2本のスクライブラインを入れた後にブレイクすることにより、チップ分割と前記高密度転位部の除去を行うことを特徴とする m— V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。

[2] 前記チップ分割と高密度転位部の除去を行うブレイク面は、前記発光素子領域を形成した側の面であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。

[3] 前記 2本のスクライブラインは、その中間が前記高密度転位部の中心に位置することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。

[4] 前記 2本のスクライブラインは、そのピッチが前記高密度転位部の幅よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。

[5] 前記 2本のスクライブラインのピッチは、 100 μ m以上であることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の III V族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。

[6] 前記チップ分割の際のブレイク刃の受け台の間隔は前記スクライブラインのピッチ未満であることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれかに記載の III V 族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。