(57)【要約】【課題】製造の歩留まりの低下を防止できる発光ダイオードの製造方法を提供する。【解決手段】エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とをホルダ１２３とを間隔を空けて熱処理炉１２１内に入れる。次に、上記第２加熱機構１２５で加熱した１０００℃以上の水素を熱処理炉１２１内に導入し、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを加熱処理する。次に、上記エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを接触させた後、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを加熱処理して、ｐ−ＧａＰ基板７をエピウエハ１０１に貼り付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ系の発光部とを有するエピウエハを形成する工程と、
上記エピウエハと、このエピウエハに貼り付けるべきＧａＰ基板とを間隔を空けて熱処理炉内に入れる工程と、
上記エピウエハと上記ＧａＰ基板との表面に形成された酸化物と反応可能な元素を含む雰囲気ガスを上記熱処理炉内に導入し、上記エピウエハと上記ＧａＰ基板とに加熱処理を施す工程と、
上記エピウエハと上記ＧａＰ基板とを接触させた後、上記エピウエハと上記ＧａＰ基板とに加熱処理を行って、上記ＧａＰ基板を上記エピウエハに貼り付ける工程と
を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法において、
上記元素は原子状の水素であることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の発光ダイオードの製造方法において、
上記原子状の水素を上記熱処理炉内に直接導入することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の発光ダイオードの製造方法において、
上記雰囲気ガスは原子状の水素を発生させるガスであることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）が屋内外の表示デバイスとして脚光を浴びている。発光ダイオードの高輝度化に伴い、ネオン管灯に代る媒体として屋外ディスプレイ市場での需要が急増している。
【０００３】
可視域の高輝度発光ダイオードとしては、ＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成された発光ダイオードが知られている。図４に、特許文献１（特許第３２３０６３８号公報）に記載された技術に基づく従来（以下、従来例という）のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード１００の構造を示す。
【０００４】
上記発光ダイオード１００は、ｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層２（厚さ３μｍ、Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ-3）、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ-3）、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光部の一例としての（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層４（厚さ０．６μｍ）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０17ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６（厚さ０．１μｍ、Ｚｎドープ：１×１０18ｃｍ-3）およびｐ−ＧａＰ基板７（厚さ３００μｍ、Ｚｎドープ：３×１０18ｃｍ-3）を有している。また、上記ｐ−ＧａＰ基板７下に水玉状のｐ−電極１１を形成する一方、ｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層２の中央部分上にｎ−電極１２を形成している。
【０００５】
上記発光ダイオード１００は図５（Ａ）〜図５（Ｅ）に示すように製造する。
【０００６】
まず、図５（Ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法によりｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層２（厚さ３μｍ、Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ-3）、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ-3）、（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層４（厚さ０．６μｍ）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０17ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６（厚さ０．１μｍ、Ｚｎドープ：１×１０18ｃｍ-3）を順次成長させる。ここまで成長したものをエピウエハ１０１とする。
【０００７】
その後、図６に示すように、上記エピウエハ１０１をホルダ２３に搭載して熱処理炉２１内に導入する。この時、図５（Ｂ）に示したように、上記エピウエハ１０１のｐ−ＧａＩｎＰ保護層６上にはｐ−ＧａＰ基板７を配置し、更に、ｐ−ＧａＰ基板７上には重し８を配置する。これにより、上記ｐ−ＧａＰ基板７のホルダ２３側の表面がｐ−ＧａＩｎＰ保護層６に接触する一方、ｐ−ＧａＰ基板７においてホルダ２３とは反対側の表面が重し８に接触する。
【０００８】
次に、上記熱処理炉２１内に窒素または水素を供給しながら、加熱処理機構２４を作動させて、８００℃程度の高温で約１時間加熱処理を行う。
【０００９】
次に、上記熱処理炉２１からウエハ１０１を取り出して、図５（Ｃ）に示すように、重し８を除去すると、ｐ−ＧａＰ基板７はｐ−ＧａＩｎＰ保護層６に貼り付いている。なお、上記ｐ−ＧａＰ基板７は発光ダイオード１００において電流拡散と光取り出し窓の層として機能する。
【００１０】
その後、図５（Ｄ）に示すように、上記ＧａＡｓ基板１をアンモニア系のエッチング液（例えば、アンモニア：過酸化水素＝１：２０）で除去する。
【００１１】
最後に、図５（Ｅ）に示すように、ｐ−電極１１をｐ−ＧａＰ基板７上に水玉状に形成し、更に、ｎ−電極１２をｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層２の中央部分下に形成する。
【００１２】
このように形成した発光ダイオード１００は、ｐ−ＧａＰ基板７側を下にしてステムにマウントして２０ｍＡで通電した場合、発光波長６３０ｎｍで全光束は４ｍＷと、ｐ−ＧａＰ基板７を貼付けない場合に比べて約２倍の高輝度が得られる。これは厚さ３００μｍのｐ−ＧａＰ基板７が透明基板として作用し、チップ側面から効率的に発光が取り出されるからである。
【００１３】
しかしながら、上記従来例の発光ダイオードの製造方法においては、熱処理後のｐ−ＧａＰ基板７とｐ−ＧａＩｎＰ保護層６との密着性が悪いため、ｐ−ＧａＰ基板７が剥がれるケースが多発して、製造の歩留まりが低下するという問題がある。
【特許文献１】特許第３２３０６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明の課題は、製造の歩留まりの低下を防止できる発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願発明者らは、ｐ−ＧａＰ基板７とｐ−ＧａＩｎＰ保護層６との界面をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）で調べたところ、その界面において１×１０18ｃｍ-3の酸素が観測されたので、ｐ−ＧａＰ基板７とｐ−ＧａＩｎＰ保護層６との貼付け面に存在する酸化物の影響で剥がれが生じたものと考えた。この酸化物は貼付け前のｐ−ＧａＰ基板７およびｐ−ＧａＩｎＰ保護層６の表面に存在し、熱処理の雰囲気ガスとして窒素や水素を単に導入しただけではその除去が不十分であった。なお、図５（Ｂ）において、上記酸化物を破線で図示している。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の発光ダイオードの製造方法は、
ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ系の発光部とを有するエピウエハを形成する工程と、
上記エピウエハと、このエピウエハに貼り付けるべきＧａＰ基板とを間隔を空けて熱処理炉内に入れる工程と、
上記エピウエハと上記ＧａＰ基板との表面に形成された酸化物と反応可能な元素を含む雰囲気ガスを上記熱処理炉内に導入し、上記エピウエハと上記ＧａＰ基板とに加熱処理を施す工程と、
上記エピウエハと上記ＧａＰ基板とを接触させた後、上記エピウエハと上記ＧａＰ基板とに加熱処理を行って、上記ＧａＰ基板を上記エピウエハに貼り付ける工程と
を備えたことを特徴としている。
【００１７】
上記構成の発光ダイオードの製造方法によれば、上記エピウエハとＧａＰ基板との表面に形成された酸化物と反応可能な元素を含む雰囲気ガスを上記熱処理炉内に導入し、エピウエハとＧａＰ基板とに加熱処理を施すことによって、エピウエハとＧａＰ基板との表面から酸化物が除去される。これにより、上記エピウエハにおける酸化物が除去された表面と、ＧａＰ基板における酸化物が除去された表面とが接触した状態で、ＧａＰ基板を上記エピウエハに貼り付けるための加熱処理を行える。したがって、上記エピウエハとＧａＰ基板との接合を強固にできるので、エピウエハの剥がれをなくすことがきる。その結果、製造の歩留まりの低下を防止できる。
【００１８】
一実施形態の発光ダイオードの製造方法は、上記元素は原子状の水素である。
【００１９】
一実施形態の発光ダイオードの製造方法は、上記原子状の水素を上記熱処理炉内に直接導入する。
【００２０】
一実施形態の発光ダイオードの製造方法は、上記雰囲気ガスは原子状の水素を発生させるガスである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の発光ダイオードの製造方法は、エピウエハとＧａＰ基板との表面に形成された酸化物と反応可能な元素を含む雰囲気ガスを上記熱処理炉内に導入し、エピウエハとＧａＰ基板とに加熱処理を施すことによって、エピウエハとＧａＰ基板との表面から酸化物が除去されるので、ＧａＰ基板をエピウエハに強固に貼り付けることができ、製造の歩留まりの低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の発光ダイオードの製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【実施の形態１】
【００２３】
実施の形態１に係る発光ダイオードの製造方法を説明する。
【００２４】
実施の形態１の製造方法で得る発光ダイオードの構造は、図４の従来例の発光ダイオード１００の構造と同一である。
【００２５】
実施の形態１では、図５（Ａ）に示すエピウエハ１０１を形成した後、まず、図１（Ａ）に示すように、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とをホルダ１２３に搭載して熱処理炉１２１内に入れる。この時、上記エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とは所定の間隔を空けてホルダ１２３上に配置されている。つまり、上記ｐ−ＧａＰ基板７はエピウエハ１０１に接触していない。また、上記熱処理炉１２１は、エピウエハ１０１およびｐ−ＧａＰ基板７を加熱する第１加熱機構１２４と、熱処理炉１２１内に導入する水素を１０００℃以上に加熱する第２加熱機構１２５とを有している。
【００２６】
そして、上記第２加熱機構１２５で加熱した１０００℃以上の水素（以下、「高温水素」と言う。）を熱処理炉１２１内に導入しながら、第１加熱機構１２４を作動させて、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを８００℃に加熱して１分間加熱処理する。
【００２７】
その後、上記エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを、一旦、窒素で満たしたグローブボックス（準備室）１２２内に搬出する。引き続き、上記グローブボックス１２２内において、エピウエハ１０１上にｐ−ＧａＰ基板７を載せて、ｐ−ＧａＰ基板７とｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とを接触させる。更に、上記ｐ−ＧａＰ基板７上に重し８を載せた後、図１（Ｂ）に示すように、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを熱処理炉１２１内に再度搬入する。
【００２８】
そして、上記熱処理炉１２１内に水素を導入しながら、第１加熱機構１２４を作動させて、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを１時間加熱処理する。このとき、上記熱処理炉１２１内に導入する水素は第２加熱機構で加熱しない。
【００２９】
その後、上記熱処理炉１２１からエピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを取り出すと、エピウエハ１０１のｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との密着性は良く、ｐ−ＧａＰ基板７はエピウエハ１０１から剥がれはなかった。これは、上記ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との表面に付着していた酸化物（例えば酸化膜）が高温水素によって除去されたためである。上記ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との界面の酸素濃度をＳＩＭＳ分析で調べたところ、その酸素濃度は５×１０16ｃｍ-3まで減少していた。
【００３０】
しかしながら、上記エピウエハ１０１をチップ分割して２５０μｍくらいの大きさにした場合、ｐ−ＧａＰ基板７の剥がれが生じるものが約５％存在した。これは、上記ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との表面において、酸化物（例えば酸化膜）の除去が不十分な部分が存在するためで、高温水素による処理時間を増やしても改善は見られなかった。
【実施の形態２】
【００３１】
実施の形態２に係る発光ダイオードの製造方法を説明する。
【００３２】
実施の形態２では、図５（Ａ）に示すエピウエハ１０１を形成した後、まず、図２（Ａ）に示すように、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７をホルダ２２３に搭載して熱処理炉２２１内に入れる。この時、上記エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とは所定の間隔を空けてホルダ２２３上に配置されている。つまり、上記ｐ−ＧａＰ基板７はエピウエハ１０１に接触していない。また、上記熱処理炉２２１は、エピウエハ１０１およびｐ−ＧａＰ基板７を加熱する第１加熱機構２２４と、熱処理炉２２１内に導入する水素を１０００℃以上に加熱する第２加熱機構２２５と、その水素を水素原子に分解する高周波電界印加部２２６とを有している。
【００３３】
そして、上記第２加熱機構２２５と高周波電界印加部２２６とで生成した原子状の高温水素を熱処理炉２２１内に流しながら、第１加熱機構２２４を作動させて、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを８００℃に加熱して１分間加熱処理する。
【００３４】
その後、上記エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを、一旦、窒素で満たしたグローブボックス（準備室）２２２内に搬出する。引き続き、上記グローブボックス２２２内において、エピウエハ１０１上にｐ−ＧａＰ基板７を載せて、ｐ−ＧａＰ基板７とｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とを接触させる。更に、上記ｐ−ＧａＰ基板７上に重し８を載せた後、図２（Ｂ）に示すように、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを熱処理炉２２１内に再度搬入する。
【００３５】
そして、上記熱処理炉２２１内に水素を導入しながら、第１加熱機構２２４を作動させて、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを１時間加熱処理する。このとき、上記熱処理炉２２１内に導入する水素は第２加熱機構で加熱しない。
【００３６】
その後、上記熱処理炉２２１からエピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを取り出すと、エピウエハ１０１のｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との密着性は良く、ｐ−ＧａＰ基板７はエピウエハ１０１から剥がれはなかった。これは、上記ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との表面に付着していた酸化物（例えば酸化膜）が原子状の高温水素によって除去されたためである。上記ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との界面に酸素濃度をＳＩＭＳ分析で調べたところ、その酸素濃度は１×１０16ｃｍ-3まで減少していた。
【００３７】
また、上記ｐ−ＧａＰ基板７を貼り付けたエピウエハ１０１をチップ分割して２５０μｍくらいの大きさにしても、エピウエハ１０１から剥がれるｐ−ＧａＰ基板７は無かった。すなわち、本実施の形態の発光ダイオードの製造方法は、上記実施の形態１よりも製造の歩留まりを向上できる。
【実施の形態３】
【００３８】
実施の形態３に係る発光ダイオードの製造方法を説明する。
【００３９】
実施の形態３では、図５（Ａ）に示すエピウエハ１０１を形成した後、まず、図３（Ａ）に示すように、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７をホルダ３２３に搭載して熱処理炉３２１内に入れる。この時、上記エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とは所定の間隔を空けてホルダ３２３上に配置されている。つまり、上記ｐ−ＧａＰ基板７はエピウエハ１０１に接触していない。また、上記熱処理炉３２１は、エピウエハ１０１およびｐ−ＧａＰ基板７を加熱する加熱機構３２４を有している。また、図示しないが、上記熱処理炉３２１はホスフィン（ＰＨ3）及び水素を導入できる機構を有している。
【００４０】
そして、上記熱処理炉３２１内にＰＨ3を流しながら、加熱機構３２４を作動させて、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを８００℃に加熱して１分間加熱処理する。
【００４１】
その後、上記エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを、一旦、窒素で満たしたグローブボックス（準備室）３２２内に搬出する。引き続き、上記グローブボックス（準備室）３２２において、エピウエハ１０１上にｐ−ＧａＰ基板７を載せて、ｐ−ＧａＰ基板７とｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とを接触させる。更に、上記ｐ−ＧａＰ基板７上に重し８を載せた後、図３（Ｂ）に示すように、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを熱処理炉３２１内に再度搬入する。
【００４２】
そして、上記熱処理炉３２１内に水素を導入しながら、加熱機構３２４を作動させて、エピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを１時間加熱処理する。このとき、上記熱処理炉３２１内に導入する水素は第２加熱機構で加熱しない。
【００４３】
その後、上記熱処理炉３２１からエピウエハ１０１とｐ−ＧａＰ基板７とを取り出すと、エピウエハ１０１のｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との密着性は良く、ｐ−ＧａＰ基板７はエピウエハ１０１から剥がれはなかった。これは、上記ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との表面に付着していた酸化物（例えば酸化膜）がＰＨ3の分解で生じた原子状の高温水素によって除去されたためである。上記ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との界面に酸素濃度をＳＩＭＳ分析で調べたところ、その酸素濃度は１×１０16ｃｍ-3まで減少していた。
【００４４】
また、上記ｐ−ＧａＰ基板７を貼り付けたエピウエハ１０１をチップ分割して２５０μｍくらいの大きさにしても、エピウエハ１０１から剥がれるｐ−ＧａＰ基板７は無かった。すなわち、本実施の形態の発光ダイオードの製造方法は、上記実施の形態１よりも製造の歩留まりを向上できる。
【００４５】
上記実施の形態３では、ｐ−ＧａＩｎＰ保護層６とｐ−ＧａＰ基板７との表面から酸化物を除去するために、ホスフィンを熱処理炉３２１内に導入したが、ホスフィンの代わりにアルシン（ＡｓＨ3）、ターシャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）、ターシャリブチルアルシン（ＴＢＡｓ）などを熱処理炉３２１内に導入してもよい。要するに、分解過程で水素原子を生成するガスを熱処理炉３２１内に導入しても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
上記実施の形態１〜３において述べなかった工程は上記従来例と同様に行っている。
【００４７】
上記実施の形態１〜３では、（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層４を有するエピウエハ１０１を用いたが、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光部を有するエピウエハであれば本発明に用いることができる。
【００４８】
以上のように、本発明は透明基板型のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る発光ダイオードの製造方法に用いる熱処理炉の概略構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態２に係る発光ダイオードの製造方法に用いる熱処理炉の概略構成図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態３に係る発光ダイオードの製造方法に用いる熱処理炉の概略構成図である。
【図４】図４は従来例および本発明の製造方法で作製する発光ダイオードの概略構造を示す図である。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｅ）は従来例の発光ダイオードの製造方法を説明するための図である。
【図６】図６は上記従来例の発光ダイオードの製造方法に用いる熱処理炉の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ｎ−ＧａＡｓ基板
２  ｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層
３  ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４  活性層
５  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６  ｐ−ＧａＩｎＰ保護層
７  ｐ−ＧａＰ基板
８  重し
１１  ｐ−電極
１２  ｎ−電極
１０１  エピウエハ
１２１，２２１，３２１  熱処理炉
１２２，２２２，３２２  グローブボックス
２３，１２３，２２３  ホルダ
１２４，２２４  第１加熱機構
１２５，２２５  第２加熱機構
２４，３２４  加熱機構
２２６  高周波電界印加部
【図１】
2005109354.tif 000003
【図２】
2005109354.tif 000004
【図３】
2005109354.tif 000005
【図４】
2005109354.tif 000006
【図５】
2005109354.tif 000007
【図６】
2005109354.tif 000008