(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記凸部の平面視形状は、多角形、又は、多角形の辺が曲線に置換された多角形近似形状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
前記レーザ光は、そのパルス幅が100フェムト秒以上500ナノ秒以下であり、前記基板の一主面と反対側の主面側から照射することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本件発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための方法を例示するものであって、本発明を以下の実施形態に特定するものではない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
【0009】
本発明の実施形態における発光素子の製造方法について、以下、図面を参照して説明する。
【0010】
(ウエハ準備工程)
まず、
図1および
図2に示すように、基板11と、基板11の一主面側に設けられた半導体構造12を有するウエハ10を準備する。
図1は、本実施形態の工程を説明する模式的な平面図であり、ウエハ10の一部を拡大した図である。
図2は、
図1のA−A線における断面図である。
図2において斜線を付した部分が切断面であり、それ以外の部分は切断面を描いた方向に現れる外観部分である。また、
図3に示すように、基板11の一主面である第1主面11aには、三角格子の各格子点21に対応する位置に凸部13が設けられている。
図3は、凸部13の配置の一例を示す平面図であり、基板1の一部を拡大した図である。
図3に示すように、三角格子は複数の三角形が二次元的に配置されたものであり、格子点21に相当する位置に凸部13が設けられる。三角格子の格子線22は、隣接する格子点21を結ぶ線であり、三角格子のうちの最少の三角形の辺を構成する線である。
図3では、格子線22が一直線上に複数並ぶことによって、1本の直線を形成している。
【0011】
(第1変質部形成工程)
図4および
図5に示すように、第1分割予定線31に沿ってレーザ光を照射することにより、基板11に複数の第1変質部41を形成する。
図4は、本実施形態の工程を説明する模式的な平面図であり、
図5は、
図4のB−B線における断面図である。
図5において斜線を付した部分が切断面であり、それ以外の部分は切断面を描いた方向に現れる外観部分である。第1分割予定線31は、
図4に示すように、一定の間隔(第1間隔)で平行に並ぶ線であり、さらに、
図6に示すように、三角格子の格子線22となす角度のうち最小の第1角度θ1が0よりも大きい仮想線である。
図6は、凸部13と第1分割予定線31の関係を示す平面図であり、基板1の一部を拡大した図である。第1分割予定線31は、第1角度θ1と後述する第2角度θ2の関係が0<θ2<θ1となるように設定する。つまり、例えば
図6に示すように正三角形の三角格子の場合は、θ1は30°より小さい。
【0012】
(第2変質部形成工程)
図7および
図8に示すように、第2分割予定線32に沿ってレーザ光を照射することにより、基板に複数の第2変質部42を形成する。
図7は、本実施形態の工程を説明する模式的な平面図であり、
図8は、
図7のC−C線における断面図である。
図8において斜線を付した部分が切断面であり、それ以外の部分は切断面を描いた方向に現れる外観部分である。第2分割予定線32は、
図7に示すように、第1分割予定線31と直交し、第1間隔よりも小さい第2間隔で平行に並ぶ線である。さらに、第2分割予定線32は、
図9に示すように、三角格子の格子線22となす角度のうち最小の第2角度θ2が第1角度θ1よりも小さく0よりも大きい仮想線である。
図9は、凸部13と第2分割予定線32の関係を示す平面図である。なお、第1変質部と第2変質部の形成順序は、この順でもよく、逆でもよい。
【0013】
第1変質部41および第2変質部42を形成する際のレーザ光の照射条件等は、同じものを用いることができる。第1変質部41および第2変質部42を形成するレーザ光は、そのパルス幅が100フェムト秒以上500ナノ秒以下であることが好ましく、さらには10ピコ秒以下であることが好ましい。多光子吸収による変質部を形成することで、レーザ光の焦点位置に生じる加工部から亀裂が広がりやすく、ウエハを精度よく分割しやすい。また、多光子吸収による加工であれば基板11が変色しないため、変色部における光吸収による発光素子の出力低下を防止できる。レーザ光のパルスエネルギは0.5〜10μJ程度とすることができる。
【0014】
また、レーザ光の照射による半導体構造12の損傷を抑制するためには、半導体構造12が設けられた第1主面11aよりも、その反対側の第2主面11b側からレーザ光を照射することが好ましい。第1主面11a側には凸部13が形成されているため、これによるレーザ光の散乱による半導体構造12の損傷や加工効率の低下を防止するためにも、第2主面11b側よりレーザ光を照射することが好ましい。レーザ光の焦点位置は、第2主面11bよりも基板11の内側寄りが好ましく、且つ、第1主面11aよりも第2主面11bに近い位置に設定することが好ましい。例えば第2主面11bから5〜50μm程度内側の位置に10μm以下のスポット径にて焦点を結ぶように設定する。レーザ光は、平面視においてその焦点位置が第1分割予定線31および第2分割予定線32に重なるように狙って走査する。同じ分割予定線において焦点の深さを変えて複数回走査してもよいが、この場合は走査ごとに焦点位置がばらつくため割断起点がずれて蛇行しやすい。よって、1回の走査で分割可能な程度に亀裂が発生するレーザ光の照射条件とすることがより好ましい。
【0015】
(ウエハ分割工程)
第1変質部41および第2変質部42に沿ってウエハ10を分割することにより、
図10および
図11に示すように、複数の発光素子50を得る。
図10は、本実施形態の工程を説明する模式的な平面図であり、
図11は、
図10のD−D線における断面図である。
図11において斜線を付した部分が切断面であり、それ以外の部分は切断面を描いた方向に現れる外観部分である。ウエハ10の分割は、例えばブレイキングにより行うことができる。基板11の厚みやレーザ光の照射条件によっては、第1変質部41および/または第2変質部42を形成した際に基板11が完全に分割されることがある。このように、第1変質部41形成工程(第2変質部42形成工程)がウエハ分割工程を兼ねていてもよい。以上の工程により得られる発光素子50の平面視形状は、長方形形状である。
【0016】
以上の本実施形態の発光素子の製造方法によって、低コスト化を図ることができる。これについて、以下、詳細に説明する。
【0017】
まず、基板11の第1主面11aにおいて、
図6および
図9に示すように、凸部13間は相対的に凹んだ部分である谷部14によって接続されているが、谷部14はその厚みが薄いことから凸部13よりも強度的に弱い。このような基板11に外力を加え分割する際には、分割すなわち破壊であるため強度の弱い谷部14に向かって分割すなわち破壊が進行する性質を有する。このとき、半導体構造12も、基板11の分割に誘導されて同様に分割される。
【0018】
凸部13が配置された格子の格子線22と分割予定線がなす角度が0である場合、つまり、格子線22と分割予定線が平行である場合には、1つのウエハ10内に配置される複数の分割予定線は、主に谷部14を通過する線もあれば主に凸部13を通過する線もあり、線によって分割容易性が異なる。すべての分割予定線を凸部13の配置に合わせて位置調整することは極めて困難であるため、このような分割容易性のばらつきは避けられない。このため、谷部14のみを通過する線では直線的に分割されるが、主に凸部13を通過する線では強度的に弱い谷部14側へ向かって破壊が進行しやすいために蛇行して分割されるというように、線によって分割状態に差異が生じる。また、線ごとに分割容易性が異なるということは、スクライブ用レーザ光の出力等の分割条件の最適値が線によって異なるということである。このため、分割容易な線に合わせて最適化すれば分割非容易な線で分割不良が発生するおそれがあり、分割非容易な線に合わせて最適化すれば分割容易な線で破損するおそれがある。
【0019】
そこで、本実施形態では、分割予定線31,32を凸部13が配置された格子線22と交差するものとすることで、分割容易性のばらつきを改善する。一例を
図12に示す。
図12は、凸部13の配置と第1分割予定線31および第2分割予定線32の関係を示す模式図である。なお、
図12と
図1〜11は、凸部13の形状など細部において異なる部分があるが、同一の符号を付した部材は同質の部材を示す。このように、分割予定線31,32を格子線22と交差させることにより、ウエハ10内における複数の分割予定線31,32において、いずれも同様に、谷部14を通過する距離が周期的に変化するものとなる。よって、分割予定線31,32間の分割容易性のばらつきが改善される。
【0020】
加えて、分割容易な部分では直線性をもって割断されるため、分割非容易な部分がこの直線性の影響により同様に直線的に割断されやすく、特に、第2分割予定線32においてその全体で直線的に割断しやすくなると考えられる。本実施形態では、
図12等に示すように、第2分割予定線32と格子線22の最小交差角度θ2を、第1分割予定線31と格子線22の最小交差角度θ1よりも小さくなるように設定する。これにより、分割容易な部分の長さが第1分割予定線31よりも第2分割予定線32のほうが長くなり、つまり、直線的に割断される部分がより長くなるため、この直線性の影響によって第2分割予定線32の全体において直線的に分割されるものと考えられる。
【0021】
ここで、第1分割予定線31および第2分割予定線32に沿って分割して得られる発光素子50は長方形状であって、第1分割予定線31で分割した側が短辺となり、第2分割予定線32で分割した側が長辺となる。このような第2分割予定線32は、それぞれの間隔が第1分割予定線31よりも狭いため、ウエハ10内における合計長さが第1分割予定線31よりも長い。よって、長辺側の割断線の蛇行を抑制することによって、歩留まりを低下させることなく長辺側を分割する際の切りしろ(ストリート幅)を小さくでき、これによって1つのウエハ10から得られる発光素子の数を増加させ、低コスト化を図ることができる。また、第2分割予定線32において直線的に分割して割断線の蛇行を抑制することにより、長辺側において発光素子50の発光部50aへの切り込みの発生確率が低減されるため、切り込みの発生数を低減させることができる。
【0022】
なお、短辺側においても、分割予定線を格子線22と平行に配置した場合における最も蛇行しやすい条件(主に凸部13を通過する線)と比較すれば、割断線の蛇行が抑制されやすいと考えられる。
【0023】
また、複数の第1分割予定線31はいずれも分割容易性が同等であることから、同一の分割条件によって同等の割断状態のものを得ることができる。第2の分割予定線32についても同様である。
【0024】
本実施形態の発光素子の製造方法において用いる各部材について、以下、詳細に説明する。
【0025】
(基板11)
基板11として、半導体構造12を成長可能な成長用基板を用いることができる。半導体構造12が窒化物半導体であれば、基板11の材料は、結晶構造が六方晶系であるものが好ましく、典型的にはサファイアが挙げられる。サファイア基板は劈開性に乏しく分割線が蛇行しやすい傾向にあるため、本実施形態の製造方法による分割線の蛇行抑制の効果をより一層享受することができる。例えば、C面を主面とするサファイア基板を用いる。この場合、凸部13が形成される前の主面がC面であって、凸部13の形成後は谷部14の底面や凸部13の上面などの平坦な面にC面が現れる。
【0026】
基板11がC面を主面とするサファイア基板である場合、第1分割予定線31および第2分割予定線32の両方がサファイア基板のA面及びM面の両方と交差するように凸部13を配置することが好ましい。A面およびM面を避けて分割することで、基板11の分割面の傾斜が抑制され、基板11側面の主面に対する角度が垂直に近づくため、ストリート幅をさらに小さくできる。この場合、第2分割予定線32のA面またはM面との交差角度が1°以上15°以下であることが好ましく、さらには3〜10°であることが好ましい。
【0027】
基板11の主面にオフアングルを有していてもよい。このオフアングルは、例えば、0〜±10°程度が挙げられ、0〜±5°程度、0〜±2°程度、0〜±1°程度、0〜±0.5°程度、0〜±0.25°程度が好ましい。基板11の厚みは特に限定されないが、レーザ光の照射により過度に破壊することなく、且つ確実に分割することを考慮すると、40〜200μm程度であることが適している。半導体構造12を成長させた後で研磨等により基板11を薄くすることでこのような厚み範囲としてもよい。
【0028】
(半導体構造12)
半導体構造12は、例えば窒化物半導体からなる。具体的には、有機金属気相成長法(MOCVD)等により、基板11上にIn
XAl
YGa
1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)からなる半導体層を複数積層したものを用いることができる。
図13および
図14に示すように、半導体構造12は、基板11の側から順に、第1導電型半導体層12a(例えばn型半導体層)と、発光層12bと、第2導電型半導体層12c(例えばp型半導体層)と、を有する。
図13は、本実施形態の発光素子50を示す模式的な平面図であり、
図14は、
図13のE−E線における断面図(端面図)である。
【0029】
基板11が絶縁性である場合は、その一部領域において、第2導電型半導体層12cおよび発光層12bが除去されて第1導電型半導体層12aが露出されることで、第1導電型半導体層12aおよび第2導電型半導体層12cにそれぞれ第1電極15および第2電極16a,16bが形成される。第1電極15および第2電極16a,16bは、ITO等の透明導電性酸化物、W、Al、Ti、Cr、Rh、Pt、Au、Ni等の金属又は合金の単層又は多層で形成することができる。これらの電極15,16a,16bや半導体構造12の表面を被覆するSiO
2膜等の保護膜を設けてもよい。なお、半導体構造12の厚みは、通常、基板11よりも小さく、数μm程度である。
【0030】
図1に示すように、ストリート17は、通常、発光部50a以外の領域、つまり発光層12bが存在しない領域である。例えば、第1導電型半導体層12aが露出した領域や基板11が露出した領域である。このとき、ストリート幅は、個片化後にそれぞれ発光素子50となる領域のうち、隣接する発光部50a間の距離で規定される。発光層除去部を設けない場合は、隣接する発光素子領域の電極間の距離で規定してもよい。ストリート幅は、発光に寄与しない領域であることから狭く設定することが好ましい。ストリート幅は10〜50μmとすることができ、より好ましくは15〜30μmとする。第2分割予定線32が通過する方のストリート幅を第1分割予定線31が通過する方のストリート幅よりも小さくすることもできる。
【0031】
(凸部13)
基板11の表面には凸部13が設けられる。このような凸部13により、半導体構造12内を伝播する光の一部が凸部13の表面で反射され伝播方向が変化するため、光の取り出し効率を向上させることができる。凸部13は、基板11の表面の一部を除去することにより形成することができる。具体的には、適当な形状のマスクパターンを用いて、凸部となる部分以外をドライエッチング又はウェットエッチング等のエッチングにより除去する方法が挙げられる。
【0032】
凸部13が配置される三角格子は、
図3に示すように、基板11の第1主面11aを平面視した平面図において二次元的に配置される。凸部13は、その中心が格子点21とほぼ一致するように配置することができる。三角格子は、正三角形で構成された正三角格子であることが好ましい。このように配置した凸部13によって、光の取り出し効率をさらに向上させることができる。なお、凸部13を繋ぐ谷部14は平坦な面であることが好ましい。
【0033】
凸部13の形状は、例えば、用いるマスクパターンの形状、エッチング方法及び条件を適宜調整して制御することができる。マスクパターンの形状は、円形、楕円形、三角形又は四角形等の多角形形状の繰り返しパターン等が挙げられる。例えば、多角形形状のマスクを用いてウェットエッチングをすると、多角形の辺に相当する部分が外側に湾曲した形状となり、多角形近似形状を容易に形成することができる。
【0034】
凸部13の平面視形状は、多角形、又は、多角形の辺が曲線に置換された多角形近似形であることが好ましい。
図3に示す凸部13の平面視形状は、正三角形の辺が曲線に置換された正三角形近似形状である。例えば、凸部13の平面視形状が円形の場合とその円に内接する三角形の場合において、第1分割予定線31または第2分割予定線32が凸部13の端を通過する際の通過距離を比較すると、円形の端を通過する場合よりも、三角形の頂点近傍を通過する場合の方が凸部13の通過距離を短くできるため、分割する際に蛇行しにくいと考えられる。また、三角形またはその近似形状の凸部13は、三角格子において高密度に配置しやすく、光取り出し効率の向上の点からも好ましい。凸部13が多角形である場合、すべての凸部13を同じ向きで配置してよい。例えば凸部13が三角形状またはその近似形状である場合には、凸部13の頂点が三角格子の格子線22上に位置する向きとすれば高密度に配置しやすい。
【0035】
凸部13は、高密度に配置することで光取り出し効率をさらに向上させることができるほか、第1分割予定線31と第2分割予定線32における分割容易な部分(主に谷部14を通過する部分)の長さの差を大きくすることができる。凸部13間は、第1分割予定線31および第2分割予定線32の両方において分割容易な部分(主に谷部14を通過する部分)と分割非容易な部分(主に凸部13を通過する部分)とが周期的に繰り返される程度に密集していることが好ましい。凸部13間の最短距離(谷部が最も狭くなる箇所の幅)は、50μm程度以下、0.5〜50μm程度、1〜20μm程度が挙げられる。また、別の観点からは、少なくとも第2分割予定線32と最小交差角度θ2で交わる格子線22並びにそれと平行な格子線22が、第2分割予定線32が通過するストリート17の幅よりも狭い間隔で配置されていることが好ましい。このような配置によれば、第2分割予定線32において分割容易な部分と分割非容易な部分が周期的に繰り返されるものとしやすい。さらにはストリート幅の4分の1以下であることが好ましい。第1分割予定線31と最小交差角度θ1で交わる格子線22についても同様に、第1分割予定線31が通過するストリート17の幅より狭い間隔であることが好ましく、さらにはストリート幅の4分の1以下であることが好ましい。
【0036】
また、格子線22と第2分割予定線32の最小交差角度θ2は、15°より小さくすることができ、10°以下であることが好ましい。製造時のずれを考慮すると、1°以上であることが好ましく、例えば3〜10°の範囲内で設定する。格子線22と第1分割予定線31の最小交差角度θ1については、少なくとも最小交差角度θ2よりも大きく、その差は例えば1°以上とすることができ、好ましくは5°以上とする。
【0037】
凸部13の底面のサイズ、例えば、隣接する頂点を結ぶ線の距離又は任意の頂点間の最長距離は、0.1μm〜5μm程度が挙げられる。凸部13の形状は、錐体状、錐台状等が挙げられる。錐体状又は錐台状である場合には、その凸部13の底面と側面のなす角は、30〜80°程度が挙げられ、40〜70°程度が好ましい。凸部13の側面がある程度傾斜していれば、垂直の場合と比較して凸部13の端における基板11の膜厚が薄くなるため、第1分割予定線31あるいは第2分割予定線32が凸部13の端を通過する際の分割線の蛇行が抑制されやすいと考えられる。凸部13の底面と側面のなす角に代えて凸部13の側面と谷部14のなす角で規定してもよく、この場合は180°から上述の角度を除算した角度を用いる。また、錐体状又は錐台状の構成面が曲面であってもよい。例えば、
図3に示す凸部13は、側面が曲面で構成された錐台状であって、その下底と上底はともに三角形近似形状であり、上底が下底よりも曲率が大きく円形に近い。
【0038】
凸部13の高さは、例えば、0.2μm程度以上、基板11上に設けられる半導体構造12の総厚さ以下であることが適している。発光素子50の発光波長をλとしたとき、高さがλ/4以上であることが好ましい。光を十分に散乱又は回折することができるとともに、半導体構造12の横方向における電流の流れを良好に維持し、発光効率を確保することができる。基板11の表面に設けられる複数の凸部13は、その形状やサイズをすべて同じとすることが、第2分割予定線32において谷部14が連続しやすく直線的に分割しやすいため好ましい。
【0039】
(発光素子50)
発光素子50の一例を、
図13および
図14に示す。発光素子50は、その平面視形状が長方形形状である。長方形形状としては、例えば、2対の辺が1:1.5〜8程度の比となるものが挙げられ、好ましくは1:2〜5程度であり、より好ましくは1:2.5〜4程度である。具体的には、150μm〜250μm×600μm〜900μm程度が挙げられる。