(57)【要約】【課題】発光構造部にクラックの少ない、高品質の縦型ＬＥＤチップを提供する。【解決手段】下部電極を兼ねる導電性サポート部と、該サポート部上に設けられた接続層と、該接続層上に設けられたオーミック電極層と、第２伝導型III族窒化物半導体層、該第２伝導型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層、および、該発光層の上に設けられた前記第２伝導型とは異なる伝導型の第１伝導型III族窒化物半導体層を有する発光構造部とを一対の電極で挟んだ構造を有し、前記発光構造部の平面が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)であり、かつ前記サポート部の平面は、前記発光構造部の平面よりも大きくかつ異なる形状を有することを特徴とする。【選択図】図５
2014013946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極を兼ねる導電性サポート部と、該サポート部上に設けられた接続層と、該接続層上に設けられたオーミック電極層と、第２伝導型III族窒化物半導体層、該第２伝導型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層、および、該発光層の上に設けられた前記第２伝導型とは異なる伝導型の第１伝導型III族窒化物半導体層を有する発光構造部とを一対の電極で挟んだ構造を有し、前記発光構造部の平面が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)であり、かつ前記サポート部の平面は、前記発光構造部の平面よりも大きくかつ異なる形状を有することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【請求項２】
前記コーナーに丸みを有する４ｎ角形状の一辺の直線部の長さをＬ1が、下記の式を満たす、請求項１に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
Ｌ1≦0.8Ｌ0
但し、Ｌ0は、前記４ｎ角形状がコーナーに丸みを有さない場合の４ｎ角形状の一辺の長さとする。
【請求項３】
前記サポート部の平面の形状が左右上下対称な略四角形または略八角形である、請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【請求項４】
下部電極を兼ねる導電性サポート部と、該サポート部上に設けられた接続層と、該接続層上に設けられたオーミック電極層と、第２伝導型III族窒化物半導体層、該第２伝導型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層、および、該発光層の上に設けられた前記第２伝導型とは異なる伝導型の第１伝導型III族窒化物半導体層を有する発光構造部とを一対の電極で挟んだ構造を有し、前記発光構造部の平面が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)であり、
前記導電性サポート部の側面の一部に、切断面と、切断面と表面形状の異なる非切断面とを有する、III族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【請求項５】
前記導電性サポート部の側面の前記非切断面が、前記導電性サポート部の上下に及ぶ、請求項４に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【請求項６】
前記導電性サポート部の平面の形状が四角形を基本構成とし、前記導電性サポート部の４つの側面に凹部を有し、前記４つの側面における前記凹部のない領域が前記切断面である、請求項４または５に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【請求項７】
前記導電性サポート部の平面の形状が八角形を基本構成とし、前記導電性サポート部の８つの側面の内の対向する４つの側面が切断面であり、他の対向する４つの側面は非切断面である、請求項４または５に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【請求項８】
成長用基板の上に、第１伝導型のIII族窒化物半導体層、発光層および前記第１伝導型とは異なる第２伝導型のIII族窒化物半導体層を順次積層して発光構造積層体を形成する発光構造積層体形成工程と、
前記成長用基板の一部が露出するよう、前記発光構造積層体の一部を除去することで、独立した複数個の発光構造部を形成する発光構造部形成工程と、
前記複数個の発光構造部上にオーミック電極層、および、導電性サポート体と接続するための接続層を形成する工程と、
前記接続層を介して下部電極を兼ねる導電性サポート体を形成する導電性サポート体形成工程と、
前記成長用基板を前記複数個の発光構造部からリフトオフする剥離工程と、
前記発光構造部間で前記サポート体を切断することにより、各々がサポート部に支持された前記発光構造部を有する複数個のＬＥＤチップに個片化する切断工程と、
を具え、前記剥離工程前の前記発光構造部形成工程は、前記複数個の発光構造部の各々の平面が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)となるよう、前記発光構造積層体の一部を除去する方法によって製造されるIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップであって、
前記導電性サポート体形成工程の後かつ前記切断工程の前に、前記発光構造部間に位置するサポート体に、該サポート体を貫通する複数の貫通溝または貫通孔を設ける工程をさらに含み、前記切断工程は、前記複数の貫通溝または前記貫通孔を通るよう行い、前記サポート部は、該サポート部の複数の側面のうち少なくとも１つの側面に、前記貫通溝または前記貫通孔の壁部の一部を有することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【請求項９】
前記剥離工程は、ケミカルリフトオフ法、フォトケミカルリフトオフ法、またはレーザーリフトオフ法を用いて行う、請求項８に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【請求項１０】
前記剥離工程は、ケミカルリフトオフ法またはフォトケミカルリフトオフ法を用いて行う、請求項９に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【請求項１１】
前記導電性サポート体形成工程は、接合法、湿式成膜法、乾式成膜法を用いて行う、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体層を積層した縦型構造ＬＥＤチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、III族元素とＶ族元素との化合物からなるIII-Ｖ族半導体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等のデバイスに広く用いられている。
【０００３】
III族元素としてＡｌ、Ｇａ、Ｉｎを用い、Ｖ族元素としてＰやＡｓを用いたＧａＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等のIII-Ｖ族半導体のＬＥＤにおいては、格子整合のため同種の単結晶基板上に成長を行う。たとえばＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長の場合、Ａｌ組成全域に渡り、ほぼＧａＡｓに格子整合するのでＧａＡｓ基板を用いるのが一般的である。
【０００４】
ＧａＰやＧａＡｓはバルク単結晶成長時に伝導制御用の不純物を添加することで、良質で大口径（２インチ口径以上）かつ安価なｎ型あるいはｐ型導電性単結晶基板が工業生産されている。これらの導電性基板ならびに前記III-Ｖ族半導体層を積層して形成した発光構造積層体を一対の電極で挟み、電流を縦方向に流す縦型構造を採用することができる。
【０００５】
一方、III族元素としてＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等を用い、Ｖ族元素としてＮを用いたIII族窒化物半導体は、高融点で窒素の解離圧が高くバルク単結晶成長が困難であり、大口径で安価な導電性単結晶基板が無いという理由から、異種のサファイア基板上に成長させることにより形成するのが一般的である。
【０００６】
しかしながら、サファイア基板は絶縁性であって電流が流れないため、従来は、サファイア基板上に順に成長させたｎ型のIII族窒化物半導体層、活性層（発光層）およびｐ型のIII族窒化物半導体層からなる発光構造積層体の一部を除去してｎ型のIII族窒化物半導体層を露出させ、この露出させたｎ型のIII族窒化物半導体層およびｐ型のIII族窒化物半導体層の上にｎ型電極およびｐ型電極をそれぞれ配置して、電流を横方向に流す横型構造を採用するのが通常であった。
【０００７】
この場合、ｎ電極形成部は活性層を除去するので、（１）発光部面積が減少してしまう、厚くても５μm程度のｎ型薄層を横方向に電流を流す必要があり直列抵抗が高くなり、（２）駆動電圧の上昇、（３）発熱の増大を招くという問題がある。また、サファイア基板は熱伝導率が低く、発光構造部で生じた熱の放熱が十分でなく、ＬＥＤ特性の（４）熱飽和の問題を生じ、高出力化には不利である。
【０００８】
これに対し、近年、サファイア基板上に発光構造積層体を形成後、この発光構造積層体を導電性のサポート部で支持した後、サファイア基板をリフトオフして剥離し、これらサポート部と発光構造積層体を一対の電極で挟むことで、縦型構造のＬＥＤチップを得る技術がさかんに研究開発されている。
【０００９】
特許文献１は、ＬＥＤチップの側面を通じた光抽出効果を向上させ、発熱による素子の特性劣化を防止しその寿命を延長させるために、縦型構造を有するＬＥＤチップ全体の平面形状を五角形以上の多角形または円形に形成する技術を開示している。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、側面を通じた光抽出効果はチップサイズが小さい場合に限定されるものと考えられる。すなわち、発光構造物層は通常５μｍないし高々１０μｍであり、チップサイズが大型化すると発光構造物の全表面の面積に対する側面の面積比率が低下し、チップ内から側面を通じた光抽出の比率が低下するためである。
【００１１】
その例として、縦型構造ではなく横型構造において、特許文献２の実施例１では、半径が６０から１４０μｍの円柱状に発光構造物を加工した際、円柱の半径すなわち曲率半径が小さいほうが側面からの光取り出し効率が向上し発光出力が大きくなる傾向があるとした。これは、３５０μｍ以下といった小型チップサイズ条件のもとでの各論的なものであり、チップサイズ大型化による高出力化とは相反するという問題がある。
【００１２】
また、特許文献１に記載された技術は、発光構造部はIII族窒化物半導体からなる発光構造積層体状あるいはその上全面に反射性オーミックコンタクト層を形成したもので、個々のＬＥＤチップに相当するサポート部を個々にめっきによる金属層で形成し、めっき金属をマスクにチップ間に露呈した発光構造部を乾式蝕刻法（ドライエッチング）で除去し、その後サファイア成長用基板をレーザーリフトオフ法で除去するものである。
【００１３】
個々のサポート部および発光構造部が分離された状態でサファイア基板を除去すると、チップがバラバラとなるため、ｎ型電極の作製などのその後の工程が複雑になるとともに歩留まりの低下が懸念される。
【００１４】
また、ＬＥＤチップのサポート部は後工程たとえば実装工程でのハンドリングの都合上、一般に５０から１５０μｍ程度の厚みが必要であり、めっきにより形成された金属サポート層は寸法精度、形状の維持が難しく、それをマスクとした発光構造部のエッチングは寸法精度や形状維持が困難なものとなる。さらには、反射性オーミック金属のエッチングも前記マスクを用いて行うので、発光構造積層体の側面に金属残渣が付着し、ショートやリーク電流の発生などＬＥＤチップ特性への悪影響も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−３０３４２９号公報
【特許文献２】特開２００２−７６４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ＬＥＤなどの縦型構造の窒化物半導体チップを作製するには、前述のようにレーザーでサファイア基板からエピタキシャル層を剥離するレーザーリフトオフ法や、金属バッファ層などをエッチングすることでサファイア基板からエピタキシャル層を剥離するケミカルリフトオフ法や、フォトケミカルリフトオフ法がある。いずれの方法も、エピタキシャル層をリフトオフするため、かつ窒化物半導体のエピタキシャル成長可能な物質層を成長用基板上に形成し、窒化物半導体を成長後に当該層をレーザーによる熱分解またはエッチングによって溶解することにより成長用基板からエピタキシャル層をリフトオフする方法である。なお、エピタキシャル層から成長用基板をリフトオフするという表現でも良い。
【００１７】
図１(a)〜図１(c)は、III族窒化物半導体において、リフトオフ法を用いて得られた縦型構造のＬＥＤチップを説明するための図であり、図１(a)は、個片化された１つのＬＥＤチップの概略的な側面図を、図１(b)は、個片化された１つのＬＥＤチップの概略的な平面図を、図１(c)は、個別のＬＥＤチップに個片化する前の、複数の発光構造部が形成されたウエハの概略的な平面図を示したものである。
【００１８】
図１(a)に示すように、縦型構造のＬＥＤチップ２００は、導電性サポート部２０２、発光構造部２０１および上部電極２０３を順に有し、通常、導電性サポート部２０２および発光構造部２０１は、図１(b)に示すように、その平面が四角形状に形成される。これは、図１(c)に示すように、発光構造部２０１の平面が四角形状であれば、複数の発光構造部２０１が形成された状態のウエハから個々のＬＥＤチップ２００に切断する際に、図中、鎖線で示されるような直角の二方向で直線的な切断を行えば良いため加工生産性が高く、また加工しろによる材料ロスが抑えられるためである。なお、この場合下部電極は導電性サポート部が兼ねている。
【００１９】
本発明者らは、サファイア基板上に形成したIII族窒化物半導体からなる発光構造積層体をドライエッチングにより碁盤の目状にサファイア基板まで溝加工を行い、一次分離を行った。次いで基板形状の導電性サポート体を形成後に、リフトオフを行いサファイア基板を剥離させた。リフトオフ後の個々の発光構造積層体は、サポート体に一体的に支持されている。リフトオフされた個々の発光構造積層体にかなりの比率でクラックが導入されることが分かった。クラックは、サポート体に支持された発光構造積層体が、リフトオフでサファイア基板との結合から開放される際に入るようである。
【００２０】
図２はクラックが導入された状況を上面から光学顕微鏡にて観察したものである。コーナー近傍から中央部に伸展するクラック帯が生じているのが分かる。（後述の表１に示す従来例であり、クラックの発生率は９５．５％であった。）このような状態に至れば不良品として扱われ、歩留まり、コスト、生産性の面で大問題である。
【００２１】
このようなクラック発生は研究開発途上ということもあり、特許文献や学術文献などによって公表はされていないが、縦型構造のIII族窒化物半導体ＬＥＤチップの量産化のためには解決すべき重要課題である。
【００２２】
本発明の目的は、上記問題を解決し、発光構造部にクラックのない、高品質の縦型ＬＥＤチップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）下部電極を兼ねる導電性サポート部と、該サポート部上に設けられた接続層と、該接続層上に設けられたオーミック電極層と、第２伝導型III族窒化物半導体層、該第２伝導型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層、および、該発光層の上に設けられた前記第２伝導型とは異なる伝導型の第１伝導型III族窒化物半導体層を有する発光構造部とを一対の電極で挟んだ構造を有し、前記発光構造部の平面が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)であり、かつ前記サポート部の平面は、前記発光構造部の平面よりも大きくかつ異なる形状を有することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【００２４】
（２）前記コーナーに丸みを有する４ｎ角形状の一辺の直線部の長さをＬ1が、下記の式を満たす、前記（１）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
Ｌ1≦0.8Ｌ0
但し、Ｌ0は、前記４ｎ角形状がコーナーに丸みを有さない場合の４ｎ角形状の一辺の長さとする。
【００２５】
（３）前記サポート部の平面の形状が左右上下対称な略四角形または略八角形である、前記（１）または（２）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【００２６】
（４）下部電極を兼ねる導電性サポート部と、該サポート部上に設けられた接続層と、該接続層上に設けられたオーミック電極層と、第２伝導型III族窒化物半導体層、該第２伝導型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層、および、該発光層の上に設けられた前記第２伝導型とは異なる伝導型の第１伝導型III族窒化物半導体層を有する発光構造部とを一対の電極で挟んだ構造を有し、前記発光構造部の平面が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)であり、前記導電性サポート部の側面の一部に、切断面と、切断面と表面形状の異なる非切断面とを有する、III族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【００２７】
（５）前記導電性サポート部の側面の前記非切断面が、前記導電性サポート部の上下に及ぶ、前記（４）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【００２８】
（６）前記導電性サポート部の平面の形状が四角形を基本構成とし、前記導電性サポート部の４つの側面に凹部を有し、前記４つの側面における前記凹部のない領域が前記切断面である、前記（４）または（５）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【００２９】
（７）前記導電性サポート部の平面の形状が八角形を基本構成とし、前記導電性サポート部の８つの側面の内の対向する４つの側面が切断面であり、他の対向する４つの側面は非切断面である、前記（４）または（５）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【００３０】
（８）成長用基板の上に、第１伝導型のIII族窒化物半導体層、発光層および前記第１伝導型とは異なる第２伝導型のIII族窒化物半導体層を順次積層して発光構造積層体を形成する発光構造積層体形成工程と、前記成長用基板の一部が露出するよう、前記発光構造積層体の一部を除去することで、独立した複数個の発光構造部を形成する発光構造部形成工程と、前記複数個の発光構造部上にオーミック電極層、および、導電性サポート体と接続するための接続層を形成する工程と、前記接続層を介して下部電極を兼ねる導電性サポート体を形成する導電性サポート体形成工程と、前記成長用基板を前記複数個の発光構造部からリフトオフする剥離工程と、前記発光構造部間で前記サポート体を切断することにより、各々がサポート部に支持された前記発光構造部を有する複数個のＬＥＤチップに個片化する切断工程とを具え、前記剥離工程前の前記発光構造部形成工程は、前記複数個の発光構造部の各々の平面が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)となるよう、前記発光構造積層体の一部を除去する方法によって製造されるIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップであって、前記導電性サポート体形成工程の後かつ前記切断工程の前に、前記発光構造部間に位置するサポート体に、該サポート体を貫通する複数の貫通溝または貫通孔を設ける工程をさらに含み、前記切断工程は、前記複数の貫通溝または前記貫通孔を通るよう行い、前記サポート部は、該サポート部の複数の側面のうち少なくとも１つの側面に、前記貫通溝または前記貫通孔の壁部の一部を有することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【００３１】
（９）前記剥離工程は、ケミカルリフトオフ法、フォトケミカルリフトオフ法、またはレーザーリフトオフ法を用いて行う、前記（８）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【００３２】
（１０）前記剥離工程は、ケミカルリフトオフ法またはフォトケミカルリフトオフ法を用いて行う、前記（９）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【００３３】
（１１）前記導電性サポート体形成工程は、接合法、湿式成膜法、乾式成膜法を用いて行う、前記（８）〜（１０）のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、発光構造部の平面を、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数である。つまり、４ｎとは４の倍数を意味する。)となるよう形成し、発光構造部に加わる応力を分散すること、および、サポート体に複数の貫通溝または貫通穴を形成して個々の発光構造積層体に関与するサポート体の範囲を擬似的に分割することで、サポート側から発光構造部に加わる応力の分散をはかり、個々の発光構造積層体に加わる応力を小さくすることにより、サポート体に支持された発光構造積層体がリフトオフ時にサファイア基板との結合から開放される際にクラックが入るのを回避し、クラック発生率を低減させて発光構造部にクラックのない、高品質の縦型ＬＥＤチップを歩留まりよく提供することができる。
【００３５】
また、サファイア基板上のIII族窒化物半導体からなる発光構造積層体を個々のＬＥＤチップサイズに合わせて１次分離を行うが、その後サポート部は連結された状態であるため、リフトオフにより成長基板を除去してもウエハ状態であるため後工程でのデバイス加工が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１(a)〜(c)は、それぞれ、一般的な個片化された１つのＬＥＤチップの概略的側面図、個片化された１つのＬＥＤチップの概略的平面図および個片化する前の複数の発光構造部が形成されたウエハの平面図を示したものである。
【図２】図２は、従来の発光構造部に生じたクラックの状態を示す写真である。
【図３】図３(a)〜(f)は、本発明に従う縦型ＬＥＤチップの製造方法のフローを模式的に示したものである。
【図４】図４は、本発明に従う縦型ＬＥＤの個片化前のウエハの概略的平面図を示したものである。
【図５】図５(a)は、本発明に従う縦型ＬＥＤチップの個片化前のウエハの概略的平面図を示したものであり、図５(b)は、本発明に従う個片化後の縦型ＬＥＤチップの概略的側面図を示したものである。図５(c)は、実際の縦型ＬＥＤチップを上面から見た写真である。
【図６】図６(a)は、本発明に従う縦型ＬＥＤチップの個片化前のウエハの概略的平面図を示したものであり、図６(b)は、本発明に従う個片化後の縦型ＬＥＤチップの概略的側面図を示したものである。図６(c)は、実際の縦型ＬＥＤチップを上面から見た写真である。
【図７】図７は、実験例１〜８のＬＥＤチップの発光構造部に発生したクラックの発生率を示すグラフである。
【図８】図８は、実験例９〜１４のＬＥＤチップの発光構造部に発生したクラックの発生率を示すグラフである。
【図９】図９は、実験例１５〜２２のＬＥＤチップの発光構造部に発生したクラックの発生率を示すグラフである。
【図１０】図１０(a)〜(d)は、発光構造部に生じたクラックの状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
次に、本発明に従う縦型ＬＥＤの製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図３は、本発明に従う縦型ＬＥＤの製造方法のフローを模式的に示したものであって、説明の便宜上、厚さ方向が誇張して描かれている。
【００３８】
本発明に従う縦型ＬＥＤの製造方法は、図３に示すように、成長用基板１０１の上に、第１伝導型のIII族窒化物半導体層１０２、発光層１０３および第１伝導型とは異なる第２伝導型のIII族窒化物半導体層１０４を順次積層して発光構造積層体１０５を形成する発光構造積層体形成工程(図３(a))と、成長用基板１０１の一部が露出するよう、発光構造積層体１０５の一部を除去することで、例えば島状に独立した複数個の発光構造部１０６を形成する発光構造部形成工程(図３(b))と、これら複数個の発光構造部１０６を、下部電極を兼ねるサポート体１０７を形成する工程(図３(c))と、成長用基板１０１を複数個の発光構造部１０６からリフトオフする剥離工程(図３(d))と、発光構造部１０６間でサポート体１０７を１０７aのように切断（図３(f)）することにより、各々が発光構造部１０６を有する複数個のＬＥＤチップ１００に個片化する切断工程とを具える。なお、図３(e)に示すように、剥離工程の後に、上部電極１０８を発光構造部の剥離面側に形成する工程を具えることができる。
【００３９】
本発明者らは、発光構造部に生じるクラックについて観察すべく、図１(b)に示すような、発光構造部の平面が正方形である縦型ＬＥＤ２００を形成したところ、発光構造部２０２には、図２に示すような多数のクラックが観察された。これらは、発光構造部２０２のコーナーの近傍から中央部へ向かって伸展していることがわかる。なお、図３は、平面の一辺が１０００μmの四角形状である発光構造部について、光学顕微鏡を用いて観察したものである。このような中央部へ向かって伸展するクラックは、一辺が５００μm以上の大型チップサイズの発光構造部に、より顕著に発生する。
【００４０】
本発明者らは、このようなクラックの発生形態について鋭意検討を行ったところ、クラックは、結晶学的なスベリ面やヘキ開面に依存するというよりも、むしろ、発光構造部やサポート部の形状に起因して発生するものであることを突き止めた。特に発光構造物のコーナー部近傍に多数のクラックが発生し易いことが判明した。これは、成長用基板を発光構造部から剥離する際に、成長用基板と発光構造部ならびに接続したサポート間の応力が発光構造部のコーナー部近傍に集中するといった応力分布に関係していると考えられる。
【００４１】
したがって、本発明に従う縦型ＬＥＤチップの製造方法は、発光構造部形成工程(図３(b))において、図４に示すように、複数個の発光構造部１０６の各々の平面が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)となるよう、発光構造積層体１０５の一部を除去することを含み、かかる構成を有することにより、発光構造部１０６に応力集中することを避け、クラックのない、高品質の縦型ＬＥＤチップを提供することができるものである。
【００４２】
また、本発明に従う縦型ＬＥＤチップの製造方法は、導電性サポート形成工程(図３(c))において、発光構造部間に位置するサポート体に、該サポート体を貫通する複数の貫通溝または貫通孔を設けて、個々の発光構造物に加わるサポート側からの応力を分散させ、かつ、発光構造物１０６のコーナー近傍に応力集中することを避け、クラックのない、高品質の縦型ＬＥＤチップを提供することができるものである。
【００４３】
成長用基板１０１は、サファイア基板またはサファイア基板上にＡｌＮ膜を形成したＡｌＮテンプレート基板を用いるのが好ましい。形成するリフトオフ層の種類やIII族窒化物半導体からなる発光構造積層体のＡｌ、Ｇａ、Ｉｎの組成、ＬＥＤチップの品質、コストなどにより適宜選択すればよい。
【００４４】
リフトオフ層は、レーザーリフトオフ法ではＧａＮバッファ層がレーザーでの熱分解およびその後の再固着の回避(Ｇａの融点が２９．７℃と低融点なため)ができる点で好ましく、ケミカルリフトオフ法ではＣｒＮなどの金属バッファ層が化学選択エッチングで溶解できるので好ましい。前者の形成は後述のＭＯＣＶＤ装置内で、後者はスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法やＭＯＣＶＤ法で成膜するのが好ましい。
【００４５】
発光構造積層体１０５は、第１伝導型をｎ型とし、第２伝導型をｐ型としてもよいし、この逆であってもよい。第１伝導型のIII族窒化物半導体層１０２、発光層１０３および第２伝導型のIII族窒化物半導体層１０４は、ＭＯＣＶＤ法により例えば成長用基板１０１上にエピタキシャル成長させることができる。
【００４６】
本発明に従う縦型ＬＥＤチップの製造方法により製造された発光構造部１０６は、その平面形状が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)とし、このように４の倍数の頂点を有する多角形であることにより、図４に鎖線で示されるように、導電性サポート体１０７を直交して切断することを想定した際に、内接した多角形が対称性を確保でき、加わる応力を均等に分散させることができる。さらに、発光構造部１０６の横断面の形状のコーナー部が丸みを有することで、発光構造部１０６が成長用基板１０１から離れサポート体１０７に移し替えられる際の、発光構造部１０６に加わる応力が分散され、クラックの発生をさらに抑制することができる。
【００４７】
上記発光構造部形成工程において、発光構造積層体１０５の一部の除去には、ドライエッチング法を用いるのが好ましい。これは、III族窒化物半導体層で構成される発光構造積層体１０５のエッチングの終点を再現性良く制御できるからである。また、隣接する発光構造部１０６が繋がった状態であると、例えばレーザーリフトオフ法を用いて成長用基板１０１を剥離する場合、上述したＧａＮ層等を熱分解させた際に発生する窒素ガスの逃げ道が無く、発光構造部１０６にクラックや破裂破壊が生じ、また、化学エッチング液で上述した金属バッファ層を溶解するケミカルリフトオフ法やフォトケミカルリフトオフ法を用いる場合には、エッチング液が金属層に給液されず、リフトオフができなくなってしまうため、この除去は、成長用基板１０１の一部が露出するまで行うものとする。
【００４８】
図には示されないが、上記サポート体形成工程は、複数個の発光構造部１０６とサポート体１０７とを、複数個の発光構造部１０６の各々と接するオーミック電極層、およびサポート体１０７と接する接続層を介して形成するのが好ましい。また、オーミック電極層と接続層との間にさらに反射層を形成するか、オーミック電極層が反射層の機能を兼ねることがより好ましい。これらの層形成には、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの乾式成膜法を用いることができる。
【００４９】
上記オーミック電極層は、仕事関数の大きな金属、例えばＰｄ、Ｐｔ，Ｒｈ、Ａｕなどの貴金属やＣｏ，Ｎｉにより形成されることができる。
また、反射層としては、Ｒｈ等の反射率が高いため、上記オーミック電極層との兼用も可能だが、発光領域が緑から青色の場合にはＡｇやＡｌ層等を、紫外線領域ではＲｈやＲｕ層等を用いるのがより好ましい。
また、接続層は、サポート体１０７の形成方法にもよるが、接合法、例えば加熱圧着によりサポート体１０７を接合する場合、Ａｕ、Ａｕ-Ｓｎ、ハンダ等とすることができる。
【００５０】
なお、サポート体１０７としては、導電性シリコン基板やＣｕＷ合金基板、Ｍｏ基板などが熱膨張係数、熱伝導率の面で適している。また、サポート体１０７は、湿式あるいは乾式めっきにより形成することもできる。たとえばＣｕまたはＡｕの電気めっきでは、接続層としてＣｕ、Ａｕなどを用いることができる。
【００５１】
上面から見た導電性サポート部１０７ａの平面が発光構造部１０６よりも大きく端部が５０μｍ以上露呈していることが好ましい。また、導電性サポート部１０７ａの横断面の形状が四角形または八角形を基本構成とするのが好ましい。基本構成とするとは、ダイシング後のサポート部の辺やコーナー部の一部にくぼみや突起部を有していても良いという意味であり、ダイシング前の導電性サポート体１０７に孔や溝を形成しても良いことを意味している。
すなわち、図５(a)および図６(a)に一例として示されるように、発光構造部１０６間に位置するサポート体１０７の部分には、サポート体１０７を貫通する複数の貫通溝１０９または貫通孔１１０が設けられるのが好ましい。サポート体に孔や溝を設けることにより、１つの発光構造部に関与するサポート体の領域を擬似的に分割し、発光構造部に加わるサポート部側からの応力を緩和、分散させることができるからである。
【００５２】
また、ケミカルリフトオフ法やフォトケミカルリフトオフ法を用い、化学エッチング液で金属層を溶解してリフトオフを行う場合には、発光構造部１０６間の溝１１１(エッチングチャンネル)以外にも、サポート体１０７に貫通溝１０９や貫通孔１１０を形成することにより、エッチング液の給排液を効果的に行うことができ、金属層のエッチング速度を向上させることができる副次的な効果も生じる。
【００５３】
なお、上記サポート体１０７の貫通溝１０９や貫通孔１１０は、Ｓｉ基板を用いた場合にはドライエッチング、ＣｕやＡｕめっきによって形成する場合には厚膜フォトレジストでマスクして溝や孔を形成したが、上記発光構造部１０６の間の分離溝と対向するのが当然好ましい。貫通溝１０９や貫通孔１１０が発光構造部１０６の下に位置してしまうと応力分布が均等でなくなり、クラック発生を助長したりサポート部が欠損したりするため放熱性を悪化させてしまうおそれがあるためである。
【００５４】
上記剥離工程は、上記リフトオフ層をレーザーリフトオフ法、ケミカルリフトオフ法またはフォトケミカルリフトオフ法で除去し、成長用基板１０１と発光構造物１０６間の剥離を行うのが好ましい。
【００５５】
また、剥離工程により露呈した発光構造部１０６の面は、ウエット洗浄で清浄化されるのが好ましい。次いで、ドライエッチングまたは、およびウエットエッチングで所定量削り、レジストをマスクとしたリフトオフ法によりｎ型オーミック電極、ボンディングパッド電極を形成する。電極材としてはＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕなどが用いられ、オーミック電極、ボンディングパッドにはＰｔ、Ａｕなどをカバー層として成膜して、配線抵抗の低減とワイヤーボンドの密着性を向上させる。なお、発光構造部１０６の側面ならびに表面には、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの保護膜を付与しても良い。
【００５６】
上記切断工程では、発光構造部１０６間を例えばブレードダイサーやレーザーダイサーを用いて切断するが、発光構造部１０６に熱や破砕ダメージが入るのを防止するため、一般には発光構造部１０６は導電性サポート部１０７aの平面外周よりも内側に寄せるが、通常１０から３０μｍ程度である。
【００５７】
また、切断工程は、複数の貫通溝１０９または貫通孔１１０を通るよう行われるのが好ましい。すなわち、本発明の縦型ＬＥＤは、上述した縦型ＬＥＤの製造方法を用いて、サポート部の複数の側面のうち少なくとも１つの側面が、貫通溝１０９または貫通孔１１０の壁部の一部であるものとすることができる。図６(b)および図７(b)は、切断工程後の縦型ＬＥＤの概略的な側面図を示したものであり、サポート部１０７の斜線部は、切断部分を、それ以外は上記貫通溝１０９または貫通孔１１０の壁部の一部であることを示すものである。
【００５８】
つまり、ダイシング後の分離面はサポート部の一部であり、チップ時のサポート部の側面側の一部に切断面を有しない非切断面が含まれる事が好ましい。ここで、上記「切断面」とは、切断工程においてダイサー等によって直接切断された面のことをいい、例えば上述した貫通溝や貫通孔を通るように導電性サポート体１０７が切断された場合、これら貫通溝や貫通孔の壁部に対応する面は、ブレードやレーザーが触れていない非切断面である。したがって、このような非切断面と、上記切断面とは、その表面形状が異なる。
切断面はブレード切削面またはレーザーによる溶解面となる。非切断面はドライエッチング面やレジストマスクを除去した後の面である。非切断面は、たとえばケミカルリフトオフや電極形成時にエッチング液に接触する場合がある。粗さなどで一概に定義することは困難だが、光学顕微鏡等で切断面と非切断面との表面状態の差を観察することができる。
【００５９】
次に、本発明に従う縦型ＬＥＤの実施形態について図面を参照しながら説明する。
本発明に従う縦型ＬＥＤは、一例として図４に示されるように、サポート部１０７aと、このサポート部１０７a上に設けられた第２伝導型III族窒化物半導体層、第２伝導型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層、および、発光層の上に設けられた第２伝導型とは異なる伝導型の第１伝導型III族窒化物半導体層を有する発光構造部１０６とを一対の電極で挟んだ構造を有し、発光構造部１０６の平面形状が、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)であり、かつサポート部１０７ａの平面は、発光構造部１０６の平面よりも大きくかつ異なる形状を有し、かかる構成を有することにより、発光構造部１０６にクラックが少なく、高品質の縦型ＬＥＤを提供することができるものである。
【００６０】
なお、図および以下の説明は、便宜的に縦と横の辺の長さが等しい円や正方形などの正４ｎ角形を基準にしているが、縦と横の長さが異なる場合でも同様の効果がある。楕円や長方形などの場合は、アスペクト比が３：１を越えない範囲で、縦、横のそれぞれが以下に記載する条件を満たせばよい。
【００６１】
コーナーに丸みを有する４ｎ角形状の一辺の直線部の長さをＬ1は、下記の式を満たすのが好ましい。
Ｌ1≦0.8Ｌ0
但し、Ｌ0は、４ｎ角形状がコーナーに丸みを有さない場合の４ｎ角形状の一辺の長さとする。
【００６２】
ここで、本発明のコーナーの丸みとは曲率半径Ｒを持つ円弧であることが好ましい。ＬＥＤのチップサイズや成長用基板、バッファ層、発光構造部、サポート部の構造によって、クラックを抑制するために必要なＲの下限値が異なってくるが、本発明では、一般的なフォトマスク上の面取り量またはフォトリソグラフィー工程で発生するコーナー部の鈍りによって形成される丸みの範囲を超えて、意図してコーナーの丸みを形成する。
【００６３】
ｎ角形が辺の長さＷの正方形に内接する場合、多角形の辺の長さＬ0は
Ｌ0＝Ｗ×tan(180°/Ｎ)
であり、コーナーの丸みの曲率半径Ｒの円弧がコーナーで交わる辺に内接する場合、面取り後の辺（直線部）の長さＬ1は
Ｌ1＝Ｌ0−２×Ｒ/tan((180°−360°/Ｎ)/２)
であり、Ｌ1とＬ0の比率Ｌ1/Ｌ0は
Ｌ1/Ｌ0＝１−２×Ｒ/Ｗ/tan((180°−360°/Ｎ)/２)/tan(180°/Ｎ)
＝１−２×Ｒ/Ｗ/tan(90°−180°/Ｎ)/tan(180°/Ｎ)
＝１−２×Ｒ/Ｗ
となってＷとＲで決まり、Ｎにはよらないことになる。
【００６４】
本発明は、面取り前の多角形の辺の長さＬ0と面取後の辺の直線部の長さＬ1の比率Ｌ1/Ｌ0が0.8以下さらに好ましくは0.7以下とすることで、クラック発生を大幅に抑制することができる。
【００６５】
また、サポート部１０７ａの平面は、発光構造部１０６よりも大きく、かつ端部が５０μm以上露呈していることが好ましい。また、サポート部１０７ａの平面形状は、四角形または八角形を基本構成とするのが好ましい。基本構成とするとは、切断工程後のサポート部１０７の辺やコーナー部の一部にくぼみや突起部を有していても良いという意味であり、切断工程前のサポート体１０７に貫通溝１０９や貫通孔１１０を形成しても良いことを意味している。サポート体１０７に貫通溝１０９や貫通孔１１０を設けることにより、サポート体１０７の貫通溝１０９や貫通孔１１０が、半導体発光構造部に加わる応力を緩和させ、クラックの発生防止に寄与するためである。
【００６６】
なお、図１〜図６は、代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【実験例】
【００６７】
（実験例１〜８）
実験例１〜８は、サファイア基板上に、リフトオフ層(ＣｒＮ層、厚さ:１８ｎｍ)を形成後、ｎ型III族窒化物半導体層(ＧａＮ層、厚さ:７μｍ)、発光層(ＩｎＧａＮ系ＭＱＷ層、厚さ:０．１μｍ)、ｐ型III族窒化物半導体層(ＧａＮ層、厚さ:０．２μｍ)を順次積層して発光構造積層体を形成し、その後、サファイア基板の一部が露出するよう、発光構造積層体の一部を除去することで、横断面の形状が、正方形、コーナーに丸みを有する正方形、または円となるよう、
島状に独立した複数個の発光構造部を形成した。コーナーに丸みを付与する前の正方形の一辺の長さＬ0、コーナーの曲率半径Ｒ、丸み付与後の一辺の直線部の長さＬ1、Ｌ0に対するＬ1の比率Ｌ1/Ｌ0は、表１に示す。
【００６８】
【表１】
2014013946.tif 000003
【００６９】
各々の発光構造部の上に、オーミック電極層(Ｒｈ,厚さ:0.1μm)、接続層(Ａｕ−Ｓｎ合金,厚さ:1.5μm)を形成し、また、貼り合わされるボロンドープｐ型導電性シリコン基板の両面に、Ｔｉ/Ｐｔのオーミックコンタクトを形成し、さらに、上記発光構造部と貼り合わされる側に、接続層(Ａｕ−Ｓｎ合金層,厚さ:1.0μm)を形成し、両者を加熱プレスすることで貼り合せた。
【００７０】
その後、ケミカルリフト法を用いてサファイア基板を剥離した。なお、エッチング液として硝酸第二セリウムアンモン溶液を用いた。この溶液は、シリコン基板や上記の各種金属層は腐蝕せずに、金属層のみをエッチングすることができるので好適である。
【００７１】
（実験例９〜１４）
発光構造積層体の一部を除去することで、横断面の形状が、正八角形、コーナーに丸みを有する正八角形、または円となるよう、島状に独立した複数個の発光構造部を形成したこと以外は、上記実験例と同様な方法によりサファイア基板を剥離した。
【００７２】
（実験例１５〜２２）
発光構造積層体の一部を除去することで、横断面の形状が、正十二角形、コーナーに丸みを有する正十二角形、または円となるよう、島状に独立した複数個の発光構造部を形成したこと以外は、上記実験例と同様な方法によりサファイア基板を剥離した。
【００７３】
（従来例ならびに実験例２３〜２５）
発光構造積層体の一部を除去することで、横断面の形状が、正方形（従来例）または円となるよう、島状に独立した複数個の発光構造部を形成した。発光構造部の幅Ｗは１０００μｍであり、コーナーに丸みを付与する前の正方形の一辺の長さＬ0、コーナーの曲率半径Ｒ、丸み付与後の一辺の直線部の長さＬ1、Ｌ0に対するＬ1の比率Ｌ1/Ｌ0は、表１に示す。また、個々の素子の配置は碁盤の目状の升目内とした。素子間のピッチは１２５０μｍである。
【００７４】
実験例２４および２５について、個別の発光構造部のｐ層上にオーミック電極層（ＮｉＯならびにＡｇ）を形成し、次いで分離溝にフォトレジストを埋め込むとともに個々の発光構造物のｐ−オーミック電極層部は開口して、サポート体と接続するための接続層（Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｕ）を形成した。次いで後述のＣｕめっきの際に成膜を防止するため厚膜レジストによるピラーの形成を行った。形成位置は図５(a)のように発光構造部を取り囲む升目の辺上または図６(a)のように辺の交差点位置とした。なおピラー形成位置の接続層はエッチングにより予め除去した。
【００７５】
次いで、硫酸銅系の電解液を用いてＣｕを８０μｍ電気めっきしサポート体を形成した。液温は２５〜３０℃の範囲で、成膜速度は２５μｍ／ｈｒであった。次いで、ピラー部ならびに分離溝に埋め込んだレジストを薬液洗浄により除去し、サポート体の上下に貫通する溝・孔を形成した。なお、図５(a)に示す貫通溝５０の幅は70μm、長さを900μmとして四辺に形成した。図６(a)に示す貫通孔６０は四角柱状としその辺の長さは410μmとした。その後、選択エッチング液により金属層を溶解除去して、成長用サファイア基板を分離して発光構造部をサポート体側に移し替えた。なお、従来例ならびに実験例２３については、別途ピラーを形成せず、ピラー位置の接続層の除去も行わないで、全面にＣｕめっきを行った。
【００７６】
（評価）
実験例１〜２２について、サファイア基板を発光構造部から剥離することで露出した発光構造部の表面を光学顕微鏡観察し、クラックの発生状況ならびにウエハ面内でのクラック発生率を調べた。特徴として、クラックは、図１０(a)に示すような、コーナー周辺からチップ中央に向けて伸展する形態、または図１０(b)に示すような、コーナー周辺近傍に発生する形態であり、直線状の辺の部分での発生はなかった。これらコーナー周辺からチップ中央に向かうクラックおよびコーナー周辺近傍のクラックの発生率を表１および図７〜図９に示す。なお、図７は、実験例１〜８の結果を、図８は実験例９〜１４の結果を、図９は実験例１５〜２２の結果をそれぞれ示したものである。
【００７７】
表１および図７〜９から分かるとおり、本発明に従う実験例２〜８、１０〜１４および１６〜２２は、比較例である実験例１、９および１５と比較して、コーナーから中央方向へ向かうクラックおよびコーナーに沿ったクラックの発生の少なくとも一方を抑制することができていることがわかる。
【００７８】
また、従来例ならびに実験例２３〜２５についても、サファイア基板を剥離することで露出した発光構造部の表面を光学顕微鏡観察し、クラックの発生状況ならびにウエハ面内でのクラック発生率を調べた。これらコーナー周辺からチップ中央に向かうクラックおよびコーナー周辺近傍のクラックの発生率も表１に示す。
【００７９】
上記の結果は、複数の発光構造部間に位置するサポート体に上下に貫通する貫通溝または貫通孔を設けることで、サファイア基板剥離時にサポート体から発光構造部へ加わる応力が分散されたことを示している。また、実験例２３〜２５の試料において、金属層のエッチング所要時間は、上下貫通溝・孔が無い場合には３５時間であった。一方、上下貫通溝・孔を形成した場合には両者とも６時間であり、クラック発生の抑制面だけでなく、生産性向上面でも多大な効果が認められた。
【００８０】
次に、サファイア基板を剥離することにより露出した発光構造部を清浄化し、ｎ型オーミック電極・ワイヤーボンディングパッド電極として、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを真空蒸着法で形成し、図５(a)および図６(a)に鎖線で示した切断箇所をレーザーダイサーにより切断して個片化した。加工しろ(カーフロス)は１１〜１８μmとした。ブレードダイサーの場合、貫通溝・孔の位置で切断送り速度を変更するのは現実不可能であるが、レーザーダイサーでは切断する必要がない上下貫通部はスキップさせることができるので、交点位置の貫通孔の場合５０％、升目の辺の位置に貫通溝を形成した場合には６０％切断時間を短縮することができた。
【００８１】
これにより、ＬＥＤチップのサポート部は図５(b)の側面図で示すように、未切断部を側面に含む。個片化後のサポート形状は、図５(c)に示すように、四角形を基本形状としたものになる。また、図６は交点位置の貫通孔の場合であり、正方形の支持基板のコーナー部が欠損した状態であるが、貫通孔の形状は円柱状、角柱状とでしてもよく、個片化後のサポート形状は、図６(c)に示すように、八角形を基本形状としたものになる。この場合も、図６(b)に示すように側面に切断部および切断しない部分を有する。またこれらは、発光構造部の平面形状とサポート部の平面形形状が異なり、サポート部は発光構造部よりも端面が大きく露呈した好ましい構造である。
【００８２】
したがって、表１および図７〜図９からわかるように、本発明に従う実験例２〜８、１０〜１４、１６〜２２、および２４〜２５は、従来例ならびに、比較例である実験例１、９、１５、２３と比較して、コーナーから中央方向へ向かうクラックおよびコーナーに沿ったクラックの発生のいずれか一方を効果的に抑制することができる。
【００８３】
以上、実施例実験例２〜８、１０〜１４、１６〜２２、および２４〜２５は、コーナーに丸みを有する４ｎ角形形状である横断面の、ｎ＝１、２、３の例を示した。ｎが４以上ではさらに交差角が広がりコーナーに丸みを施せばしだいに円に漸近することになり、実質的には円と考えても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によれば、発光構造部の平面を、円またはコーナーに丸みを有する４ｎ角形状(ｎは正の整数とする。)となるよう形成すること、複数の発光構造部間に位置するサポート体に上下に貫通する貫通溝または貫通孔を設けること、により、サファイア基板剥離時にサポート部から発光構造部へ加わる応力が分散され、歩留まりよく、発光構造部にクラックのない、高品質の縦型ＬＥＤチップを提供することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１００    縦型ＬＥＤチップ
１０１    成長用基板
１０２    第１伝導型のIII族窒化物半導体層
１０３    発光層
１０４    第２伝導型のIII族窒化物半導体層
１０５    発光構造積層体
１０６    発光構造部
１０７    下部電極を兼ねた導電性サポート部
１０７a   切断後の導電性サポート部
１０８    上部電極
１０９    貫通溝
１１０    貫通孔
１１１    溝（エッチングチャンネル）
２００    縦型ＬＥＤチップ
２０１    発光構造部
２０２    下部電極を兼ねた導電性サポート部
２０３    上部電極
【図１】
2014013946.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図１０】
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