JP4013664B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハ上に形成され、メサ溝によって分離された半導体発光素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体発光素子は、ウエハ上に化合物半導体を積層して、多数個が同時に形成される。この半導体発光素子の半製品をそれぞれ分離してから検査しようとすると、取り扱いが困難で、時間がかかるため、ウエハ上にメサ溝を形成し、このメサ溝を利用して各半導体発光素子の半製品に通電を行い、各種の検査を行っている。
【0003】
このメサ溝を作成する方法として、ドライエッチングによる方法、ダイシングによる方法、また、ウエットエッチングによる方法がある。
【0004】
図3(A)〜(I)にドライエッチングによる半導体発光素子の製造工程を示し、図4(A)にメサ溝を形成した状態の半導体発光素子の半製品の断面図、(B)にウエハ上にマトリックス状に配置された半導体発光素子の半製品の平面図を示す。
【0005】
図3(A)に示すように、基板70(ウエハ)は240μmの厚みに形成され、エピタキシャル層71は9μmの厚みに形成されている。図4(A)に示すように、エピタキシャル層71は、下からNエピタキシャル層72、PN接合層73、Pエピタキシャル層74から構成されている。詳しく説明すると、Nエピタキシャル層72は、n−GaAsバッファ層、n−多層反射膜層およびn−AlGaInPクラッド層からなり、PN接合層73はu−AlGaInP活性層からなり、Pエピタキシャル層74は、p−AlGaInPクラッド層およびp−AlGaAs窓層から構成されている。
【0006】
図3(B)に示すように、エッチング用保護膜として、SiO2膜75をエピタキシャル層71の上に生成する。SiO2膜75の膜厚は1μm程度である。
【0007】
(C)に示すように、メサストリート幅60μmでレジストパターン76を形成した後、HF系エッチング液を用いてエッチングを行い、SiO2膜75の一部をメサストリートに沿って除去する。
【0008】
次いで、(D)に示すように、レジストパターン76を除去した後、SiCl4ガスを用いてドライエッチングを施し、エピタキシャル層71の一部を除去して、メサ溝77を形成する。メサ溝77の深さは10〜15μm程度に形成し、エピタキシャル層71をエッチングするときのエッチングレートは、約0.5μm/minである。また、SiO2膜75の上面も、約0.03μm/minのエッチングレートで浸食される。
【0009】
(E)、(F)では、(F)に示すP電極78を形成する。
【0010】
(E)に示すように、まず、Au/Zn+Au−スパッタ膜を形成し、さらにTi+Au−EB蒸着膜を積層する。
【0011】
(F)に示すように、レジストパターン79を形成してからKCN(シアン化カリウム)エッチングを施し、前記スパッタ膜および蒸着膜の不要部分を除去して、P電極78を作成する。
【0012】
(G)に示すように、表面側の全体に保護レジスト膜80を形成し、H3PO4系エッチング液にて、GaAsからなる基板70の裏面側のエッチングを行い、最終厚みが220μmになるように調整してから保護レジスト膜80を除去する。
【0013】
(H)に示すように、裏面の全体にAu/Ge/Ni+Au蒸着膜を形成し、これをN電極81とする。
【0014】
そして、(I)に示すように、460℃の雰囲気中に15〜20分放置して、PN電極の合金化熱処理を行い、この状態で通電テストを行う。
【0015】
ドライエッチングでは、イオン援助によるプラズマエッチングの場合、エッチングの進行の方向性がイオンの運動方向に支配されることを利用して、深さ方向にだけエッチングを施す異方性エッチングも可能であり、ほぼレジストパターン通りの形状のメサ溝77を形成することが可能である。
【0016】
図5(A)には、ウエットエッチングを用いてメサ溝を形成したときの半導体発光素子の半製品の断面図を示す。ウエットエッチングでは、エッチングの進行が等方性であるため、深さ方向と共に側方へもエッチングが進行する。このため、メサ溝82の幅は、メサストリート幅より広くなる。
【0017】
図6には、ダイシングを用いてメサ溝を形成したときの半導体発光素子の半製品の断面図を示す。
【0018】
図6に示すように、ダイシングを用いてメサ溝84を形成した場合には、機械的に加工するので、エピタキシャル層83の厚みを厚くしても深い場所まで切削することができ、深いメサ溝84を形成することができる。
【0019】
図7は、ダイシングの後にウエットエッチングを用いてメサ溝を形成したときの半導体発光素子の半製品の断面図を示す。
【0020】
図7に示すように、図中に点線で示す部分にダイシング加工を施した後に、ウエットエッチングを用いて、ダイシング加工面の結晶歪の除去を図ることもある。
【0021】
これらの方法により、メサ溝を形成し、所定の通電テストを行った後、メサ溝から各半導体発光素子の半製品を分離させて、完成した半導体発光素子として使用している。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半導体発光素子の製造方法は、メサ溝の形成方法に種々の方法が用いられているが、これらには次の問題がある。
【0023】
図4(A)に示すように、ドライエッチングでは、異方性エッチングによって厚み方向のみにエッチングを施すことができるが、SiO2膜75のエッチングも同時に進行するので、メサ溝77の深さを深く形成しようとするときには、SiO2膜75の厚みを厚くしなければならない。最近では、電流の広がりを向上させ、発光強度を高めるためにエピタキシャル層を厚く形成しようとする場合が多いが、ドライエッチングを用いる場合は、保護膜の厚みを厚くし過ぎると、保護膜にクラックや剥がれが発生するという問題がある。
【0024】
図5(B)に示すように、ウエットエッチングを用いた場合には、エッチングの深さに応じてサイドエッチも進行するので、エピタキシャル層86が厚い場合には、メサ溝87の溝幅が必要以上に広くなり加工ロスが大きくなるという問題がある。また、エピタキシャル層86を構成する各層の材料組成の違いによりエッチングレートに差があるため、各層の側面が凸凹に形成され、発光面積が小さくなるという問題もある。
【0025】
図6に示すように、ダイシングを用いた場合には、深い位置まで加工することができるが、加工面に結晶歪が残留し、また、加工面も粗くなって発光取り出し効率が悪くなるという問題がある。
【0026】
図7に示すように、ダイシング加工による方法を改善するため、ダイシング後にウエットエッチングを用いた場合には、結晶歪を除去すると共にメサ溝85の側面の仕上げ加工を行うことができるが、サイドエッチの進行によるメサ溝85の溝幅が広くなり、加工ロスが発生するという問題と、前述したエッチングレートの差によって、メサ溝85の側面が平面にならず、発光取り出し効率が向上しないという問題は残ったままである。
【0027】
そこで本発明は、メサ溝幅を狭く形成でき、歩留まりを向上させると共に、発光特性および発光出力を向上させる半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光素子の製造方法においては、メサ溝を、ダイシング加工後にドライエッチング加工を施して形成する半導体発光素子の製造方法としたものである。
【0029】
この発明によれば、ダイシング後にドライエッチングを行うことによりメサ溝を狭く形成でき、歩留まりと信頼性を向上させると共に、発光特性および発光出力を向上させる半導体発光素子の製造方法が得られる。
【0030】
【発明の実施の形態】
本願第1の発明は、ウエハ上に化合物半導体を積層し、この表面に検査用のメサ溝を形成する工程を備えた半導体発光素子の製造方法において、前記メサ溝は、ダイシング加工後にドライエッチング加工を施して形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法としたものであり、ダイシング加工を行って深いメサ溝を形成することができ、ドライエッチング加工を施して側面を平面状に形成し、溝幅を狭くすると共に光の乱反射を防止し、また、表面仕上げを施して側方からの光取出し量を増やすことができる。
【0031】
本願第2の発明は、前記ダイシング加工は、前記ウエハの直上部に形成されたNエピタキシャル層に到達する深さまで行われ、前記ドライエッチング加工は、前記ウエハに到達する深さまで行われることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法としたものであり、ダイシング加工をNエピタキシャル層に到達する深さまで行い、ドライエッチング加工をウエハに到達する深さまで行うので、ドライエッチングの加工量をエピタキシャル層の保護膜の厚みに合わせて調整することができる。
【0032】
以下、本発明の実施の形態について、図1、図2を用いて説明する。
【0033】
図1は本発明の半導体発光素子の半製品のメサ溝形成時の状態を示す正断面図である。図1において半導体発光素子の半製品1は、基板2(ウエハ)の上に、化合物半導体の一例であるNエピタキシャル層3、PN接合層4、およびPエピタキシャル層5を順に積層し、さらにPエピタキシャル層5を覆うエッチング用保護膜7(SiO2保護膜)を備えている。そして、基板2の表面に形成されている検査用のメサ溝9によって分離された側壁部10を有している。
【0034】
なお、半導体発光素子の完成時には、エッチング用保護膜7を除去した後、Pエピタキシャル層5の上に図示しないP電極を設け、基板2の下側にN電極を設け、さらに、基板2のメサ溝9の下側を切断して、隣接する他の半導体発光素子から分離する。
【0035】
Nエピタキシャル層3は2〜3μm以下の厚みに形成され、PN接合層4は1μm以下の厚みに形成されている。そして、Pエピタキシャル層5は、電流広がりをよくして発光強度を高めるために20〜50μm程度の厚みに形成されている。
【0036】
メサ溝9は、ダイシング加工の後にドライエッチング加工を施されて形成されている。かかる構成によって、側壁部10の高さは、23〜54μm程度になり、これは、ドライエッチングのみによるメサ溝9の形成限界深さ10〜15μm以上となっている。
【0037】
また、側壁部10は、平面状に形成されていると共に表面仕上げが施されている。
【0038】
次いで、半導体発光素子の製造方法について説明する。
【0039】
図2(A)〜(E)は、半導体発光素子の製造手順を示す説明図である。
【0040】
(A)に示すように、基板2(ウエハ)は240μmの厚みに形成され、エピタキシャル層11は23〜54μm程度の厚みに形成されている。エピタキシャル層11は、下からNエピタキシャル層3、PN接合層4、Pエピタキシャル層5から構成され、各層は、さらに、複数の層から構成されている。
【0041】
(B)に示すように、SiO2からなるエッチング用保護膜7をエピタキシャル層11の上に生成する。エッチング用保護膜7の膜厚は1μm程度である。
【0042】
(C)に示すように、メサストリート幅60μmでレジストパターン14を形成した後、HF系エッチング液を用いてエッチングを行い、エッチング用保護膜7の一部を除去する。
【0043】
次いで、(D)に示すように、レジストパターン14を除去した後、カーフ幅(切削溝幅)がメサストリート幅内に収まるように、厚みを40〜50μmに形成したブレード13で、Nエピタキシャル層3に到達する深さまでダイシングを行う。
【0044】
(E)に示すように、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチング装置を用い、SiCl4やBCl3等の塩素系ガスを用いて異方性エッチングを施し、エピタキシャル層11の一部を除去して、メサ溝9を形成する。エッチングの深さは10〜15μm程度に設定され、メサ溝9の最深部は基板2の内部に到達している。ドライエッチングを施すことによって、ダイシング面に生じた結晶歪や加工屑を除去すると共に、隣接する半導体発光素子の半製品1から電気的に分離させる。
【0045】
このときのエピタキシャル層11をエッチングするときのエッチングレートは、約0.5μm/minである。また、エッチング用保護膜7の上部8も、約0.03μm/minのエッチングレートで浸食される。
【0046】
メサ溝を形成した後は、従来と同様の手順でP電極およびN電極を形成し、通電テスト後に各半導体発光素子を分離させる。
【0047】
このようにして、半導体発光素子を製造することができる。
【0048】
【発明の効果】
以上のように本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、メサ溝を、ダイシング加工後にドライエッチング加工を施して形成するので、エピタキシャル層厚の厚いものでもメサマスクパターンと同一形状のメサ溝が形成でき、メサ溝幅の狭いメサ溝の形成が可能となりウエハ歩留まりの向上を図ることができる。
【0049】
また、深いメサ溝を形成して側方からの光取出し量を増やし、また、側面を平面状に形成して光の乱反射を防止して、発光出力を向上させることができる。
【0050】
さらに、ドライエッチング加工により表面仕上げを施し、発光特性を向上させることができる。
【0051】
また、ダイシング加工をNエピタキシャル層に到達する深さまで行い、ドライエッチング加工をウエハに到達する深さまで行うと、ドライエッチングの加工量をエピタキシャル層の保護膜の厚みに合わせて調整することができ、装置の信頼性を確保しながら製造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体発光素子の半製品のメサ溝形成時の状態を示す正断面図
【図2】(A)〜(E)は、半導体発光素子の製造手順を示す説明図
【図3】(A)〜(I)は、ドライエッチングによる半導体発光素子の製造工程を示す説明図
【図4】(A)はメサ溝を形成した状態を示す半導体発光素子の半製品の正断面図
(B)はウエハ上にマトリックス状に配置された半導体発光素子の半製品の平面図
【図5】(A)は、ウエットエッチングを用いてメサ溝を形成したときの半導体発光素子の半製品の断面図
(B)は、エピタキシャル層の厚みを厚くした半導体発光素子の半製品のウエットエッチングを施した状態を示す断面図
【図6】ダイシングを用いてメサ溝を形成したときの半導体発光素子の半製品の断面図
【図7】ダイシング後にウエットエッチングを用いてメサ溝を形成したときの半導体発光素子の半製品の断面図
【符号の説明】
1 半導体発光素子の半製品
2 基板(ウエハ)
3 Nエピタキシャル層
4 PN接合層
5 Pエピタキシャル層
7 エッチング用保護膜
8 上部
9 メサ溝
10 側壁部
11 エピタキシャル層
13 ブレード
14 レジストパターン
Claims (1)
- ウエハ上に化合物半導体を積層し、この表面に検査用のメサ溝を形成する工程を備えた半導体発光素子の製造方法において、
前記メサ溝は、前記ウエハの直上部に形成されたNエピタキシャル層に到達する深さまでダイシング加工を行った後に、前記ウエハに到達する深さまでドライエッチング加工を施すことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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JP2002178108A JP4013664B2 (ja) | 2002-06-19 | 2002-06-19 | 半導体発光素子の製造方法 |
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