(57)【要約】【課題】半導体発光デバイスが破損されることなくエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を観察できるエレクトロルミネッセンスの観察方法を提供する。【解決手段】半導体発光デバイス１の第２の電極３２の一部及び基板１０の一部を研磨して、半導体発光デバイス１に研磨面１１を形成する。研磨面１１を形成した後に、第１の電極３１が接触面４０ａに接するように、半導体発光デバイス１ａを支持体４０の上に載置する。プローブ４３を第２の電極３２ａに押し付け、プローブ４３と変形した支持体４０とにより半導体発光デバイス１ａを挟んで、半導体発光デバイス１ａを保持する。第１の電極３１と第２の電極３２との間の印加電流に応答するエレクトロルミネッセンスを半導体発光デバイス１ａに発生させる。研磨面１１を介して該エレクトロルミネッセンスを観察する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板の主面の上に設けられた複数のエピタキシャル半導体層を含む積層と、該積層の上に設けられた第１の電極と、前記基板の裏面の上に設けられた第２の電極とを含む半導体発光デバイスを準備する工程と、
前記第２の電極の一部及び前記基板の一部を研磨して、前記半導体発光デバイスに研磨面を形成する工程と、
接触面を有する支持体を準備する工程と、
前記研磨面を形成した後に、前記第１の電極が前記接触面に接するように、前記半導体発光デバイスを前記支持体の上に載置する工程と、
プローブを前記第２の電極に押し付け、前記プローブと支持体とにより前記半導体発光デバイスを挟んで前記半導体発光デバイスを保持する工程と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の印加電流に応答するエレクトロルミネッセンスを前記半導体発光デバイスに発生させて、前記研磨面を介して該エレクトロルミネッセンスを観察する工程とを備える、エレクトロルミネッセンスの観察方法。
【請求項２】
前記接触面の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で２〜８μｍである、請求項１に記載されたエレクトロルミネッセンスの観察方法。
【請求項３】
前記支持体は、導電性を有する材料からなる、請求項１又は請求項２に記載されたエレクトロルミネッセンスの観察方法。
【請求項４】
前記支持体は、基体と、該基体の主面の上に設けられた導電膜とを有し、前記基体は前記導電膜と別の材料からなる、請求項１又は請求項２に記載されたエレクトロルミネッセンスの観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光デバイスのエレクトロルミネッセンスの観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光デバイスでは、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬともいう。）の観察によって、半導体発光デバイスの不具合箇所を発見することができる（例えば、特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６６４６９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Etsuko  NOMOTO,  Koji  NAKAHARA,  Makoto  SHIMAOKA,  “Stress  on  Junction-Down-Mounted  Ridge-Waveguide  Laser  Diodes,”  Japanese  Journal  of  Applied  Physics,  Japan,  The  Japan  Society  of  Applied  Physics,  2005,  Vol.44,  No.4A,  pp.1756-1758
【非特許文献２】T.  Sasaki,  H.  Mori,  M.  Tachikawa,  T.  Yamada,  “Aging  tests  of  InP-based  laser  diodes  heteroepitaxially  grown  on  Si  substrates,”  Journal  of  Applied  Physics,  American  Institute  of  Physics,  15  December  1998,  Vol.84,  No.12,  pp.6725-6728
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び非特許文献１では、半導体発光デバイスをエピダウン形態で搭載部材に載置して、半導体発光デバイスを半田により搭載部材に実装する。また、非特許文献２では、裏面電極に窓を形成したレーザーダイオードをエピダウン形態で実装する。
【０００６】
特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２における実装では、半田が半導体発光デバイスの側面に回り込むときがある。半導体発光デバイスの側面に回り込んだ半田は、半導体発光デバイスのエピタキシャル半導体層が薄いとき、ショートを発生させる可能性がある。ショートにより、半導体発光デバイスは破損する。
【０００７】
本発明は、半導体発光デバイスが破損されることなくエレクトロルミネッセンスを観察することが可能なエレクトロルミネッセンスの観察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】
【０００８】
本発明のエレクトロルミネッセンスの観察方法は、基板と、該基板の主面の上に設けられた複数のエピタキシャル半導体層を含む積層と、該積層の上に設けられた第１の電極と、基板の裏面の上に設けられた第２の電極とを含む半導体発光デバイスを準備する工程と、第２の電極の一部及び基板の一部を研磨して、半導体発光デバイスに研磨面を形成する工程と、接触面を有する支持体を準備する工程と、研磨面を形成した後に、第１の電極が接触面に接するように、半導体発光デバイスを支持体の上に載置する工程と、プローブを第２の電極に押し付け、プローブと支持体とにより半導体発光デバイスを挟んで半導体発光デバイスを保持する工程と、第１の電極と第２の電極との間の印加電流に応答するエレクトロルミネッセンスを半導体発光デバイスに発生させて、研磨面を介して該エレクトロルミネッセンスを観察する工程とを備える。
【０００９】
この方法では、半導体発光デバイスにおける第２の電極の一部及び基板の一部を研磨して、研磨面を形成する。プローブを第２の電極に押し付け、プローブと支持体とにより半導体発光デバイスを挟む。この半導体発光デバイスが半田を用いることなく保持されるので、ショートにより半導体発光デバイスが破損されることを防止できる。第１の電極と第２の電極との間に電流を印加して、半導体発光デバイスにＥＬを発生させる。半導体発光デバイスにおける第２の電極の一部は研磨により除去されているので、研磨面を介してＥＬを観察することができる。従って、半導体発光デバイスが破損されることなくＥＬを観察することができる。
【００１０】
本発明のエレクトロルミネッセンスの観察方法における接触面の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で２〜８μｍであることが好ましい。このような接触面によれば、第１の電極と接触面との間の電気的な接続を向上できる。
【００１１】
本発明のエレクトロルミネッセンスの観察方法における支持体は、導電性を有する材料からなることが好ましい。第１の電極は支持体の接触面と接しているので、支持体を介して第１の電極に電源を接続することができる。
【００１２】
本発明のエレクトロルミネッセンスの観察方法における支持体は、基体と、該基体の主面の上に設けられた導電膜とを有し、基体は導電膜と別の材料からなっていてもよい。例えばゲルのような導電性を有しない材料であっても基体に用いることができるので、支持体を好適に変形させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体発光デバイスが破損されることなくエレクトロルミネッセンスを観察することが可能なエレクトロルミネッセンスの観察方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、エレクトロルミネッセンスの観察方法における主要なステップを示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る方法を用いて半導体発光デバイスのエレクトロルミネッセンスの観察方法を説明するための図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る方法を用いて半導体発光デバイスのエレクトロルミネッセンスの観察方法を説明するための図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る方法を用いて半導体発光デバイスのエレクトロルミネッセンスの観察方法を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る方法を用いて得たエレクトロルミネッセンスの像の一例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る方法を用いて半導体発光デバイスのエレクトロルミネッセンスの観察方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるエレクトロルミネッセンスの観察方法の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付す。
【００１６】
図１〜図６を参照しながら、本実施形態に係るエレクトロルミネッセンスの観察方法を説明する。本実施形態では、半導体発光デバイスの一例としてレーザダイオード（ＬＤ）を説明するが、本実施形態の半導体発光デバイスはこれに限られない。
【００１７】
図１は、エレクトロルミネッセンスの観察方法における主要なステップを示す図面である。工程Ｓ１０１では半導体発光デバイスを準備する。半導体発光デバイスは、例えば図２に示される構造を有する。半導体発光デバイス１は、基板１０、半導体積層２０、第１の電極３１、及び第２の電極３２を含んでいる。基板１０は、例えばシリコンをドープしたｎ型ＩｎＰ基板等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。半導体積層２０には、トレンチ溝２１ａ、２１ｂが設けられている。トレンチ溝２１ａ、２１ｂの間には半導体メサ２５が設けられている。
【００１８】
半導体積層２０は、複数のエピタキシャル半導体層を含んでいる。エピタキシャル半導体層には、下部クラッド層２２、活性層２３、及び上部クラッド層２４があり、基板１０の上にこの順に形成されて半導体メサ２５をなす。下部クラッド層２２は、例えばｎ型ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。活性層２３は、多重量子井戸構造を含み、例えばＡｌＧａＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。上部クラッド層２４は、例えばｐ型ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。
【００１９】
埋込層２６は、基板１０の上に設けられている。下部クラッド層２２、活性層２３、及び上部クラッド層２４の側面は、埋込層２６により埋め込まれている。埋込層２６は、例えばＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。
【００２０】
コンタクト層２７は、上部クラッド層２４及び埋込層２６の上に設けられている。コンタクト層２７は、例えばｐ型ＩｎＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。保護層２８は、半導体積層２０の上に設けられている。保護層２８は、開口部２８ａを有している。保護層２８は、例えば酸化シリコン等の酸化物からなる。
【００２１】
第１の電極３１は保護層２８の上に設けられている。第１の電極は３１は保護層２８の開口部２８ａを介してコンタクト層２７と接触している。基板１０の裏面の上に第２の電極３２が設けられている。
【００２２】
図３の（ａ）部を参照すると、工程Ｓ１０２では、第２の電極３２の一部と基板１０の一部とを研磨して基板１０に研磨面１１を形成する。半導体発光デバイス１の研磨を容易にするために、半導体発光デバイス１は搭載部材にワックス等を用いて固定される。研磨治具等を用いて基板１０の一部と共に第２の電極３２の一部を削る。基板１０の裏面１０ａにおける一の稜部１０ｂから研磨が開始され、裏面１０ａと側面１０ｄとを連結する斜線１１ａを含む面を形成するように削る。その結果、裏面１０ａに対して所望の角度を有する研磨面１１が半導体発光デバイス１に形成される。図３の（ａ）部では、研磨面１１が実線で描かれており、研磨して削り取られた第２の電極３２及び基板１０が破線で描かれている。
【００２３】
研磨された半導体発光デバイス１ａの基板１０は研磨面１１を有する。第２の電極３２は、基板１０の一の稜部１０ｂの側から所定の領域が削り取られている。基板１０の裏面１０ａの上には削り取られなかった第２の電極３２ａがある。活性層２３は、基板１０の研磨面１１と第１の電極３１との間にある。研磨面１１は、活性層２３から出射されるＥＬが観察可能な大きさや形状をなすことができる。
【００２４】
工程Ｓ１０３では支持体４０を準備する。保持部材４２は、マウント４１と支持体４０とを備える。保持部材４２は、プローブと支持体４０とで半導体発光デバイス１ａを挟んで保持すると共に、半導体発光デバイス１ａの第１の電極３１と電源とを電気的に接続する。マウント４１は支持体４０及び半導体発光デバイス１ａを支持する。マウント４１は、支持体４０よりも大きい硬度を有し、且つ支持体４０の厚さよりも充分に厚いので、プローブ等を半導体発光デバイス１ａに押し付けた場合でも変形しない。マウント４１には、例えば石英ガラス、ステンレス鋼板（ＳＵＳ板）、及び樹脂板を用いることができる。支持体４０は、マウント４１の主面４１ａの上に設けられている。支持体４０は、半導体発光デバイス１ａを支持して、半導体発光デバイス１ａに電流を印加するための電源と第１の電極３１とを電気的に接続する。
【００２５】
支持体４０は薄膜状の構成を有し、マウント４１の主面４１ａの上に例えば金（Ｋ２４、純度９９．９９質量％以上）をスパッタリングすることにより形成される。支持体４０の厚さは、１００ｎｍ程度であるときには充分な変形量が得られないので、例えば１μｍ以上５０μｍ以下の厚さが好ましい。支持体４０は、半導体発光デバイス１ａの第１の電極３１と接する接触面４０ａを有する。接触面４０ａの面積は、半導体発光デバイス１ａの裏面１０ａの面積よりも大きい。
【００２６】
支持体４０の材料は、プローブ４３を第２の電極３２に押し付けたときに支持体４０が変形可能な程度の硬度を有する。半導体発光デバイス１ａとマウント４１との間に挟まれた支持体４０は、支持体４０の厚さが薄くなるように変形する。支持体４０の材料は、発明者らの知見によれば、ビッカース硬度において２５〜１５０ＨＶの範囲の硬度を有するものが好ましい。例えば、金（Ｋ２４、純度９９．９９質量％以上、２５〜７０ＨＶ）、プラチナ（ＰＴ１０００、純度９９．９９質量％以上、５０〜１１０ＨＶ）、プラチナ（ＰＴ９００、純度９０質量％、６０〜１３０ＨＶ）は、支持体４０の材料として好適に用いることができる。また、金（Ｋ１８、純度７５質量％、１５０〜２５０ＨＶ）、プラチナ（ｐｔ８５０、純度８５質量％、７０〜２００ＨＶ）を支持体４０の材料として用いてもよい。
【００２７】
支持体４０は、例えば金、インジウム又はプラチナ等の導電性を有する金属材料からなり、半導体発光デバイス１ａに電流を印加するための電源と第１の電極３１とを電気的に接続する。支持体４０が金（Ｋ２４、純度９９．９９質量％以上、２５〜７０ＨＶ）からなり、接触面４０ａの表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で４μｍ、最大高さ（Ｒｙ）で８μｍ、或いは十点平均粗さ（Ｒｚ）で６μｍであるとき、第１の電極３１と接触面４０ａとの間において好適に電気的な接続を確保できる。従って、接触面４０ａの表面粗さは、上述した数値の二分の一以上から２倍未満が好ましい範囲である。すなわち、第１の電極３１と接触面４０ａとの間において好適に電気的な接続を確保するためには、接触面４０ａにおける表面粗さが、例えば算術平均粗さ（Ｒａ）で２〜８μｍ、最大高さ（Ｒｙ）で４〜１６μｍ或いは十点平均粗さ（Ｒｚ）で３〜１２μｍであることが好ましい。半導体発光デバイス１ａの第１電極２８が形成された面の構造は、例えば３μｍ程度の凹凸を有する場合がある。これ故、例えば、接触表面４０ａの表面粗さを最大高さ（Ｒｙ）で４μｍ以上とすることにより半導体発光デバイス１ａの第１の電極３１を支持体４０に安定して接触させることができる。また、例えば、接触表面４０ａの表面粗さを最大高さ（Ｒｙ）で１６μｍ以下とすることにより、半導体発光デバイス１ａを支持体４０の上に載置したときに、半導体デバイス１ａが傾くことを抑制することができる。このような表面粗さを有する接触面４０ａは、例えば上述した表面粗さを有するサンドペーパーなどを接触表面４０ａに押し付けて、上述した表面粗さを有するサンドペーパーの表面形状を接触表面４０ａに転写することにより形成する。接触面４０ａの表面粗さは、例えば表面粗さ測定器により測定する。
【００２８】
図３の（ｂ）部を参照すると、工程Ｓ１０４では、研磨面１１を有する半導体発光デバイス１ａを支持体４０の上に載置する。半導体発光デバイス１ａの第１の電極３１が、支持体４０の接触面４０ａと接するように載置する。
【００２９】
図４の（ａ）部を参照すると、工程Ｓ１０５では、プローブ４３を用いて半導体発光デバイス１ａを保持する。支持体４０とプローブ４３とで半導体発光デバイス１ａを挟む。より具体的には、プローブ４３を第２の電極３２ａに押し付ける。支持体４０は、マウント４１よりも柔らかい材料からなる場合には、半導体発光デバイス１ａとマウント４１との間にある支持体４０は支持体４０の厚さが薄くなるように変形する。この変形は塑性変形である。
【００３０】
図４の（ｂ）部を参照すると、工程Ｓ１０６では、半導体発光デバイス１ａから出射されるエレクトロルミネッセンスを観察する。プローブ４３と支持体４０との間に電源４４を接続する。半導体発光デバイス１ａは、支持体４０の接触面４０ａの上に保持されている。電源４４は、導電性を有する支持体４０を介して、第１の電極３１に接続される。半導体発光デバイス１ａに電流を印加すると、印加電流に応答してエレクトロルミネッセンスが発生する。研磨面１１を介して該エレクトロルミネッセンスを画像取得装置４５により観察する。画像取得装置４５として、例えばＣＣＤカメラ、ＩｎＧａＡｓカメラ又は顕微鏡等を用いることができる。画像取得装置４５を用いてエレクトロルミネッセンスを観察することにより、エレクトロルミネッセンスの二次元画像を得る。以上の工程により、半導体発光デバイス１ａのエレクトロルミネッセンスの二次元像が得られる。
【００３１】
ここで、エレクトロルミネッセンスの像の例について、図５を参照して説明する。図５の（ａ）部を参照すると、半導体発光デバイスの発光領域を示す領域Ｋ１の全体でエレクトロルミネッセンスが観察されるので、この半導体発光デバイスには不具合箇所がないことがわかる。図５の（ｂ）部の例では、図５の（ａ）部に示す半導体発光デバイスとは別の半導体発光デバイスの発光領域を示している。半導体発光デバイスの発光領域を示す領域Ｋ２の一部の領域ＭにおいてＥＬが発光していない場所があるので、領域Ｍにおいて不具合が生じていることがわかる。
【００３２】
図６を参照すると、工程Ｓ１０７では、半導体発光デバイス１ａを支持体４０から取り外す。第２の電極３２ａに押し付けていたプローブ４３を第２の電極３２ａから離す。半導体発光デバイス１ａを支持体４０から取り外す。
【００３３】
支持体４０から取り外した半導体発光デバイス１ａは、第１の電極３１が支持体４０に半田等を用いて実装されていないので第１の電極３１には半田等の付着物がない。これ故、例えば支持体４０から取り外した半導体発光デバイス１ａの第１の電極３１側から断面を形成して、その断面を観察する場合であっても、第１の電極３１に付着した付着物を取り除く作業は不要である。従って、迅速かつ容易に断面観察などの故障解析を実施できる。
【００３４】
本実施形態のエレクトロルミネッセンスの観察方法では、半導体発光デバイス１ａが有する第２の電極３２ａにプローブ４３を押し付ける。これにより、支持体４０とプローブ４３とにより半導体発光デバイス１ａを挟むことができる。この半導体発光デバイス１ａが半田を用いることなく保持されるので、半田によるショートで半導体発光デバイス１ａが破損されることを防止できる。更に、半田により半導体発光デバイス１ａを基板に固定する工程を省略することができるので、ＥＬの像を得るための工程数を短縮することが可能となり、実装工程中に破損される可能性を低減できる。第１の電極３１と第２の電極３２ａとの間に電流を印加して、半導体発光デバイス１ａにＥＬを発生させる。半導体発光デバイス１ａにおける第２の電極３２ａの一部は研磨により除去されているので、基板１０に形成された研磨面１１を介してＥＬを観察することにより、該ＥＬの二次元像を得ることができる。従って、半導体発光デバイス１ａが破損されることなくＥＬの像を得ることができる。半導体発光デバイス１ａは半田等を用いることなく保持されているので、該ＥＬの二次元像を得た後プローブ４３を第２の電極３２ａから離間させると、半導体発光デバイス１ａを支持体４０から容易に取り外すことができる。従って、エレクトロルミネッセンスを観察した後に、迅速かつ容易に断面観察などの故障解析を実施できる。また、基板１０を裏面１０ａ側から研磨して研磨面１１を形成するので、本実施形態のエレクトロルミネッセンスの観察方法は、スループットに優れ、鮮明なＥＬの像を得ることができる。
【００３５】
また、本実施形態のエレクトロルミネッセンスの観察方法では、プローブ４３を第２の電極３２ａに押し付ける。押し付けた結果、支持体４０が変形し第１の電極３１と接触面４０ａとの局所的な密着度が増加する。更に第１の電極３１と接触面４０ａとが接触している領域における単位面積当たりに作用する力が増大するので第１の電極３１と接触面４０ａとの間の電気的な接続を確保できる。本実施形態における接触面４０ａの表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で２〜８μｍであるので、第１の電極３１と接触面４０ａとの間の電気的な接続を好適に確保できる。また、支持体４０は導電性を有する材料からなるので、支持体４０を介して第１の電極３１に電源４４を接続することができる。
【００３６】
以上、本実施形態に係るエレクトロルミネッセンスの観察方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。上記実施形態では、支持体４０が例えば金やインジウム等から構成される例を示したが、支持体４０の構成はこれに限定されない。例えば、支持体４０は基体と該基体の上に形成された導電膜とを備えたものであってもよい。導電膜は第１の電極３１と電源４４とを電気的に接続する。導電膜は本実施形態で例示した、例えば金（Ｋ２４、純度９９．９９質量％以上）等の導電性の金属材料からなる。導電膜は基体の上にスパッタリングにより形成される。導電膜の厚さは例えば２μｍである。導電膜の厚さには好ましい範囲があり、例えば１０ｍｍ程度の厚さでは本発明の効果を得ることができない。また、基体は導電膜よりも変形しやすい材料からなる場合には、プローブ４３を第２の電極３２ａに押し付けたときに基体は変形する。基体は導電膜と別の材料からなる。基体は、例えばシリコーンゲルのゲル状材料からなる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、半導体発光デバイスが破損されることなくエレクトロルミネッセンスを観察することが可能なエレクトロルミネッセンスの観察方法が提供される。
【符号の説明】
【００３８】
１、１ａ…半導体発光デバイス、１０…基板、１１…研磨面、２０…積層部、２１ａ、２１ｂ…トレンチ溝、２２…下部クラッド層、２３…活性層、２４…上部クラッド層、２５…半導体メサ、２６…埋込層、２７…コンタクト層、２８…保護層、２８ａ…開口部、３１…第１の電極、３２、３２ａ…第２の電極、４０…支持体、４０ａ…接触面、４１…マウント、４１ａ…主面、４２…保持部材、４３…プローブ、４４…電源、４５…画像取得装置、Ｋ１、Ｋ２、Ｍ…領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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