(57)【要約】【課題】透明基板側から光が取り出される窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法を改善して、良好な光取り出し効率を有するＬＥＤチップを簡便かつ低コストで提供する。【解決手段】透明基板（１）の第１主面（１ａ）上に１以上のｎ型窒化物系半導体層（２、４）、窒化物系半導体発光層（５）、および１以上のｐ型窒化物系半導体層（６、７）を順次積層し、そのｐ型半導体層（７）上にｐ側電極（８）を形成し、ｐ型半導体層と発光層を貫通してｎ型半導体層に達する電極形成用溝（１０Ｈ）を形成し、その溝の底面上にｎ側電極（１０）を形成する窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法において、透明基板（１）の第１主面（１ａ）に対向する第２主面（１ｂ）側からレーザビーム（１５）をスキャンすることによって側面（１ｄ）に表面凹凸を有するチップ分割用溝（１１Ｈ）を形成する工程を含む。【選択図】図４
2008300645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の第１主面上に１以上のｎ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層、および１以上のｐ型窒化物系半導体層を順次積層し、前記ｐ型半導体層上にｐ側電極を形成し、前記ｐ型半導体層と前記発光層を貫通して前記ｎ型半導体層に達する電極形成用溝を形成し、その溝の底面上にｎ側電極を形成する窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法であって、
前記透明基板の前記第１主面に対向する第２の主面側からレーザビームをスキャンすることによって側面に表面凹凸を有するチップ分割用溝を形成する工程を含むことを特徴とする窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項２】
前記透明基板の前記第２主面側に形成される前記チップ分割用溝は、前記第１主面側の前記電極形成用溝に対向配置されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項３】
前記チップ分割用溝の深さは、前記透明基板の厚さ未満に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項４】
前記透明基板の前記第２主面側において少なくとも前記チップ分割用溝の内壁をウェットエッチングによって浄化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項５】
前記透明基板がサファイアからなり、前記ウェットエッチングがリン酸溶液を用いて行われることを特徴とする請求項４に記載の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項６】
前記透明基板の前記第２主面を粘着シートに貼り付けて固定し、前記チップ分割用溝に対向して前記第１主面側に配置したブレードでその基板に衝撃を加えてチップ分割するブレーキング工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物系半導体ＬＥＤ（発光ダイオード）チップの製造方法に関し、特に透明基板を含みかつ主にその基板を介して光を放射する窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７から図１０は、従来の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法の一例を模式的な断面図で図解している。なお、本願の図面において、長さ、幅、厚さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。特に、半導体層の厚さは、基板の厚さに比べて顕著に拡大されて示されている。また、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。
【０００３】
図７に示されたウエハにおいては、複数の窒化物系半導体ＬＥＤ構造が作り込まれている。このウエハの作製に際しては、透明基板１０１の第１主面１０１ａ上にｎ型窒化物系半導体層１０２、窒化物系半導体発光層１０３、およびｐ型窒化物系半導体層１０４がこの順に積層される。
【０００４】
ｐ型窒化物系半導体層１０４上にはｐ型用オーミック電極層１０５が形成され、その一部領域上にｐ側パッド電極１０６が形成される。また、ｐ型窒化物系半導体層１０４と窒化物系半導体発光層１０３を貫通して電極形成用溝１０７Ｈを例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）で形成し、この溝の底面において部分的に露出されたｎ型窒化物系半導体層１０２上にｎ型用電極１０７が形成される。
【０００５】
図８から図１０の模式的断面図は、図７のウエハに含まれる複数のＬＥＤ構造の各々をチップ化するための従来の典型的なチップ分割方法を図解している。
【０００６】
まず、図８に示すように、透明基板１０１の第１主面１０１ａ側の電極形成用溝１０７Ｈに対向するように、その基板の第２主面１０１ｂ上にスクライブ溝１０１ｃがダイアモンドスクライバ１１０によって形成される。
【０００７】
次に、図９に示すように、透明基板１０１の第２主面１０１ｂ上に形成されたスクライブ溝１０１ｃの位置に合わせたブレード１０８によって、矢印で示されているように衝撃を与えてブレーキングを行なう。
【０００８】
その結果、図１０に示すような窒化物系半導体ＬＥＤチップが得られる。この場合、分割された各ＬＥＤチップに含まれる透明基板１０１の側面１０１ｄは、その基板の両主面１０１ａ、１０１ｂに垂直な平面で形成される。
【０００９】
ところで、図１０に示されているような窒化物系半導体ＬＥＤチップにおいては、発光層１０３で生じた光が主に透明基板１０１の第２主面１０１ｂおよび側面１０１ｄを介して外界に放射される。この際に、透明基板１０１と大気との屈折率差に起因して、外界に出ようとする光が透明基板１０１と大気との界面において反射される傾向にある。特に、透明基板１０１内から大気との界面に対して臨界角より大きな角度で入射する光はその界面で全反射されて、大気中に取り出され得ないことになる。すなわち、透明基板と大気との界面において反射、特に全反射が生じれば、ＬＥＤチップの光取り出し効率が顕著に低下することになる。
【００１０】
このような観点から、透明基板と大気との界面における光反射を抑制してＬＥＤチップの光取り出し効率を高めるために、特許文献１の特開２００４−１０３６７２号公報は、透明基板の側面を主面に対して傾斜した面で形成する方法を開示している。また、特許文献２の特開２００４−１２８４４５号公報は、透明基板と大気との界面において、その基板の屈折率を局所的に変調する方法を開示している。
【特許文献１】特開２００４−１０３６７２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２８４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１におけるように透明基板の側面を主面に対してかなりの角度で傾斜した面で形成するためには、その大きな角度の傾斜面で形成された刃先を有するダイシングブレードで基板の全厚を切り込まなければならず、時間とコストがかかる。また、特許文献２ではパルスレーザビームを走査して透明基板の表面の屈折率を局所的に変調しているが、そのためには屈折率を変調させる全表面領域に渡って２次元的にパルスレーザを走査しなければならず、この場合にも時間とコストがかかる。
【００１２】
上述のような先行技術の状況に鑑み、本発明は、透明基板側から光が取り出される窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法を改善して、良好な光取り出し効率を有する窒化物系半導体ＬＥＤチップを簡便かつ低コストで製造し得る方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
透明基板の第１主面上に１以上のｎ型窒化物系半導体層、窒化物系半導体発光層、および１以上のｐ型窒化物系半導体層を順次積層し、ｐ型半導体層上にｐ側電極を形成し、ｐ型半導体層と発光層を貫通してｎ型半導体層に達する電極形成用溝を形成し、その溝の底面上にｎ側電極を形成する窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法において、透明基板の第１主面に対向する第２主面側からレーザビームをスキャンすることによって側面に表面凹凸を有するチップ分割用溝を形成する工程を含むことを特徴としている。
【００１４】
なお、透明基板の第２主面側に形成されるチップ分割用溝は、第１主面側の電極形成用溝に対向配置されることが好ましい。また、透明基板にレーザビームをスキャンして形成するチップ分割用溝の深さは、その透明基板の厚さ未満に設定されることが好ましい。
【００１５】
レーザビームをスキャンした後には、少なくともチップ分割用溝の内壁をウェットエッチングによって浄化する工程をさらに含んでもよい。透明基板がサファイアからなる場合、そのウェットエッチングにはリン酸溶液を好ましく用いることができる。
【００１６】
さらに、透明基板の第２主面を粘着シートに貼り付けて固定し、チップ分割用溝に対向して第１主面側に配置したブレードでその基板に衝撃を加えてチップ分割するブレーキング工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のような本発明の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法によれば、ＬＥＤチップに含まれる透明基板の側面においてレーザビーム照射に起因する表面凹凸が形成され、その側面における光反射が抑制されて光取り出し効率の改善されたＬＥＤチップを簡便かつ低コストで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による製造方法によって得られる窒化物系半導体ＬＥＤチップの一例を模式的な断面図で示している。このＬＥＤチップにおいては、透明なサファイア基板１の第１主面１ａ上にＧａＮバッファ層２、アンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮ層４、ＧａＮバリア層／ＩｎＧａＮウェル層を含む量子井戸構造を有する発光層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、ｐ型ＧａＮ層７、ｐ型用オーミック電極層８、およびｐ側パッド電極９がこの順に積層されている。また、部分的に露出されたｎ型ＧａＮ層４上には、ｎ型用電極１０が形成されている。
【００１９】
このような図１のＬＥＤチップにおいて、発光層５からの光は、主として透明なサファイア基板１の第２主面１ｂと側面１ｄを介して外界に放射される。そのサファイア基板１の側面１ｄにおいては表面凹凸が形成されており、この表面凹凸は基板１と外界との界面における光反射を抑制してＬＥＤチップからの光取り出し効率を改善するように作用し得る。
【００２０】
図２から図６は、図１の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法の一例を模式的な断面図で図解している。
【００２１】
まず、図２において、透明なサファイア基板１の第１主面１ａ上に、厚さ２５０ｎｍのＧａＮバッファ層２、厚さ１μｍのアンドープＧａＮ層３、厚さ４μｍのｎ型ＧａＮ層４、ＧａＮバリア層／ＩｎＧａＮウェル層を含みかつ総厚１００ｎｍの量子井戸構造を有する発光層５、厚さ３０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層６、および厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層７が順次にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって成長させられる。
【００２２】
図３においては、ｐ型用オーミック電極として厚さ７ｎｍのＰｄ層８がｐ型ＧａＮ層７上に蒸着され、ｐ型不純物を活性化するために窒素雰囲気中で８００℃における熱処理が行われる。その後、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによって、Ｐｄ層８からｎ型ＧａＮ層４に至るまで電極形成用溝１０Ｈが形成される。そして、その電極形成用溝１０Ｈの底面において部分的に露出されたｎ型ＧａＮ層４上に、ｎ型用電極１０が形成される。また、Ｐｄ層８上の部分的領域には、ｐ側パッド電極９が形成される。
【００２３】
図４においては、サファイア基板１の第２主面１ｂ側からレーザ光線１５をスキャンすることによって、チップ分割用溝１１Ｈを形成する。このようにレーザ光によってサファイア基板１を部分的に分解してチップ分割用溝１１Ｈを形成場合、チップ分割用溝１１Ｈの側面１ｄには、微細な表面凹凸が付随的に形成される。また、形成されたチップ分割用溝１１Ｈの内部およびその近傍には、サファイア基板材料の分解から生じたＡｌ残留物１１が付着する傾向にある。
【００２４】
なお、チップ分割用溝１１Ｈの深さはＧａＮバッファ層２に到達しないようにすることが好ましい。なぜならば、ＧａＮバッファ層２に到達する程に深くレーザ光線１５を入射させれば、レーザ光からの熱の影響によってＧａＮウェル層を含む発光層５にダメージを与えて発光効率が低下する恐れがあるからである。すなわち、チップ分割用溝１１Ｈの深さは、サファイア基板１の厚さ未満に設定されることが好ましい。
【００２５】
ここで、チップ分割用溝１１Ｈの深さは、レーザ光の強度、スキャン速度、レーザのパルス幅などを適宜に調整することによって制御することができる。また、チップ分割用溝１１Ｈの側面１ｄに形成される表面凹凸のピッチおよび高低差に関しても、同様にレーザ光の強度、スキャンス速度、レーザのパルス幅などを適宜に調整することによって制御することができる。
【００２６】
図５においては、サファイア基板１の第１主面１ａ側の全表面がレジスト層（図示せず）で保護された後に、その基板１の第２主面１ｂ側がリン酸溶液に浸漬される。これによって、レーザ光線１５のスキャンの際に発生したＡｌ残留物１１を除去することができる。このＡｌ残留物１１は不透明であるので、透明基板１を介して光を取り出す際の障害となるものである。すなわち、上述のエッチング処理によって透明なサファイア基板１の第２主面１ｂおよびチップ分割用溝１１Ｈの側面１ｄをクリーンに保てることができ、それらの領域における不所望な光吸収を防止することができる。
【００２７】
なお、レーザ光線１５のスキャンの条件によってＡｌ残留物１１の量が異なってくるので、エッチング処理時のリン酸溶液の濃度、温度、およびエッチング時間などは適宜に調整することが好ましい。
【００２８】
図６においては、まずサファイア基板１の第２主面１ｂが、粘着シート１２に貼り付けられて固定される。その後、チップ分割用溝１１Ｈに対向する電極形成用溝１０Ｈの底面対して、矢印で示されているようにブレード１３で衝撃を与える。これによって、容易かつ確実にチップ分割を行なうことができる。
【００２９】
なお、図６の場合とは逆にサファイア基板１の第１主面１ａ側を粘着シート１２に貼り付けて、チップ分割用溝１１Ｈの底面対してブレード１３で衝撃を与えることによってチップ分割を行なうことも可能である。しかし、そのような代替的なチップ分割に比べて、図６のチップ分割では、よりきれいに歩留まりよくチップ分割し得ることが実験的に確認できている。
【００３０】
以上のような新規な製造方法によって得られる図１の窒化物系化合物半導体ＬＥＤチップでは、透明基板１の側面１ｄに微細な表面凹凸が形成されているので、そこからの光取り出し効率が顕著に改善され得る。
【００３１】
なお、以上の実施形態において説明された窒化物半導体ＬＥＤチップの製造方法はサファイア基板の主面1ｂからの光取り出しを主眼においた例であるが、それ以外にｐ電極側に光透過電極を使用し、p電極側からの光取り出しを主眼におく構造でも効果があることは言うまでもない。また、本発明は透明基板を介して光を放射する方式のＬＥＤチップであれば適用し得ることが理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法によれば、ＬＥＤチップに含まれる透明基板の側面においてレーザビーム照射に起因する表面凹凸が形成され、その側面における光反射が抑制されて光取り出し効率の改善されたＬＥＤチップを簡便かつ低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の製造方法によって得られる窒化物系半導体ＬＥＤチップの一例を示す模式的な断面図である。
【図２】図１の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法における一工程を示す模式的な断面図である。
【図３】図２に続く工程を示す模式的な断面図である。
【図４】図３に続く工程を示す模式的な断面図である。
【図５】図４に続く工程を示す模式的な断面図である。
【図６】図５に続く工程を示す模式的な断面図である。
【図７】従来の窒化物系半導体ＬＥＤチップの製造方法の一例における一工程を示す模式的な断面図である。
【図８】図７に続く工程を示す模式的な断面図である。
【図９】図８に続く工程を示す模式的な断面図である。
【図１０】図７から図９の工程を経て得られる従来の窒化物系半導体ＬＥＤチップを示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  サファイア基板、１ａ  基板１の第１主面、１ｂ  基板１の第２主面、１ｄ  基板１の側面、２  ＧａＮバッファ層、３  アンドープＧａＮ層、４  ｎ型ＧａＮ層、５  発光層、６  ｐ型ＡｌＧａＮ層、７  ｐ型ＧａＮ層、８  Ｐｄ層、９  ｐ側パッド電極、１０  ｎ側パッド電極、１０Ｈ  電極形成用溝、１１  Ａｌ残留物、１１Ｈ  チップ分割用溝、１２  粘着シート、１３  ブレード、１５  レーザ光線、１０１  透明基板、１０１ａ  透明基板１０１の第１主面、１０１ｂ  透明基板１０１の第２主面、１０１ｃ  スクライブ溝、１０１ｄ  透明基板１０１の側面、１０２  ｎ型窒化物系半導体層、１０３  窒化物系半導体発光層、１０４  ｐ型窒化物系半導体層、１０５  ｐ型用オーミック電極層、１０６  ｐ側パッド電極、１０７  ｎ側パッド電極、１０７Ｈ  電極形成用溝、１０８  ブレード、１０９  粘着シート、１１０  ダイアモンドスクライバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図４】
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【図６】
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【図９】
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