专利名称：化合物半导体发光器件晶片的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造可用于制造发光器件例如发光二极管和激光二极管的半导体晶片的方法。
背景技术：
众所周知pn结发光二极管(LED)是化合物半导体发光器件的一种类型。这种公知的LED的实例包括GaP LED，其具有衬底和磷化镓(GaP)发光层，该磷化镓发光层在衬底顶部上通过外延生长导电的GaP单晶而获得；发射红色光或橙黄至绿色光的LED，该LED具有由砷化铝镓混合晶体(AlXGaYAs0≤X，Y≤1，并且X+Y＝1)形成的，或由磷化铝镓铟混合晶体(AlXGaYInZP0≤X，Y，Z≤1，并且X+Y+Z＝1)形成的发光层；以及发射短波长光(例如，近紫外光、蓝色光或绿色光)的LED，该LED具有由III族氮化物半导体例如氮化镓铟(GaαInβN0≤α，β≤1，并且α+β＝1)形成的发光层。
例如，上述AlXGaYInZP LED包括由导电的p型或n型砷化镓(GaAs)单晶形成的衬底，在其上形成有导电的n型或p型发光层。蓝色LED包括由单晶(例如，电绝缘的蓝宝石(α-Al2O3)单晶)形成的衬底。短波长LED包括由立方(3C)或六方(4H或6H)碳化硅(SiC)形成的衬底。
通常，采用切片器或划片器从包括这种衬底和许多化合物半导体发光器件的化合物半导体发光器件晶片制备分立的化合物半导体发光器件芯片，这些器件规则地和周期性地排列，其间设置有分离区。“切片器”是用于通过下列工序将这种晶片切割成芯片的装置通过具有金刚石刃的圆盘刀片的旋转对晶片进行完全切割；或在晶片上形成其宽度大于刀片刃的宽度的沟槽(半切割)，然后利用外力对所得到的晶片进行切割。另一方面，“划片器”是用于通过下列工序将这种晶片切割成芯片的装置利用其尖端由金刚石形成的针，在晶片上以例如栅格形状划出非常细的线，然后利用外力对所得到的晶片进行切割。具有闪锌矿结构的晶体例如GaP或GaAs呈现出沿“110”面的可解理性。因此，利用这种特性特征，由例如GaAs、GaAlAs或GaP形成的半导体晶片可以相对容易地被分离成具有所希望形状的芯片。
然而，层叠在蓝宝石衬底或类似衬底上的氮化物半导体具有异质外延结构，并且相对于蓝宝石衬底具有大的晶格常数失配。蓝宝石衬底具有六方晶系，由此呈现出无解理性。蓝宝石和氮化物半导体具有约为9的莫氏硬度；即，它们是非常硬的物质。因此，利用划片器很难将包括蓝宝石衬底和氮化物半导体的晶片切割成芯片。当利用切片器对这种晶片进行完全切割时，在切割表面上易于出现裂纹和碎屑；即，晶片不能被成功地切割成芯片。在某些情况下，在蓝宝石衬底上形成的半导体层会由此脱落。
为了解决这些问题，已提出了采用激光辐照的划片技术。已报道了当通过激光辐照在化合物半导体晶片上形成分离槽时，可以高成品率和大规模生产率制造发光器件(例如，参看日本专利No.3449201、日本专利No.3230572和日本专利申请特开No.11-177139)。这些技术制造了具有非常好形状的发光器件。然而，在实践中，由于激光处理所得到的残渣(debris)沉积在由此制造的发光器件的表面上，导致光从器件向外面提取的效率降低。当对化合物半导体晶片的半导体层进行激光处理时，残渣沉积在半导体层的侧面上或沉积以致覆盖在其上将要形成负电极和正电极的表面上，而因此劣化所得到的发光器件的电特性(例如，反向击穿电压)。
因此，已报导了这样的效果，即当在激光处理的表面上形成保护膜并在形成激光槽之后清洗掉沉积到保护膜上的污染物以解决上述问题时，III族氮化物型化合物半导体器件可以获得高成品率(例如，参看日本专利申请特开NO.2004-31526)。根据该方法，确实可以提高例如反向击穿电压的电特性，并且可以提高由外表和特性的缺陷所导致的成品率下降，但仍然未解决当通过激光处理形成分离槽时熔化物质附着到分离槽侧面以及器件的光发射输出降低的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种制造化合物半导体发光器件晶片的方法，该方法解决了关于否则将在晶片制造期间沉积在晶片表面上的残渣的问题。另一个目的是提供一种不具有残渣的高质量的化合物半导体发光器件晶片。
本发明提供如下方面。
(1)一种化合物半导体发光器件晶片的制造方法，包括以下步骤在包括衬底和许多化合物半导体发光器件的化合物半导体发光器件晶片的顶部表面(即半导体侧的表面)和/或底部表面上形成保护膜，所述器件规则地且周期性地排列，其间设置有分离区；在使气体吹到被激光辐照的部分上的同时，通过激光处理在其上形成有所述保护膜的所述表面的所述分离区中形成分离槽；以及除去至少部分所述保护膜，按上述顺序进行这些步骤。
(2)根据上述(1)的制造方法，其中用吸气管抽吸吹到所述被激光辐照的部分上的所述气体。
(3)根据上述(1)或(2)的制造方法，其中所述化合物半导体是III族氮化物半导体。
(4)根据上述(1)至(3)中任何一项的制造方法，其还包括在所述晶片的所述顶部表面的所述分离区中形成沟槽的步骤，在所述保护膜形成步骤之前进行该步骤。
(5)根据上述(4)的制造方法，其中通过蚀刻形成所述沟槽。
(6)根据上述(1)至(5)中任何一项的制造方法，其还包括减薄所述衬底的步骤，在所述分离槽形成步骤之前或之后进行该步骤。
(7)根据上述(6)的制造方法，在所述分离槽形成步骤之后进行所述减薄所述衬底的步骤。
(8)根据上述(1)至(7)中任何一项的制造方法，其中所述保护膜是选自抗蚀剂、透明树脂、玻璃、金属和绝缘膜之中的至少一种。
(9)根据上述(1)至(8)中任何一项的制造方法，其中激光束聚焦在所述保护膜的表面上。
(10)一种通过根据上述(1)至(9)中任何一项的制造方法制造的化合物半导体发光器件晶片。
(11)根据上述(10)的晶片，其具有分离槽，所述分离槽的截面具有V或U形状。
(12)根据上述(10)或(11)的晶片，其中在沟槽上形成的保护膜不被除去。
(13)根据上述(10)至(12)中任何一项的晶片，其中所述保护膜是透明绝缘膜。
(14)根据上述(10)至(13)中任何一项的晶片，其中所述沟槽的底部表面在与其上形成有负电极的表面的高度相等的高度处。
(15)一种由根据上述(10)至(14)中任何一项的晶片制造的化合物半导体发光器件，其中至少所述器件的顶部表面和所述器件的底部表面(即衬底的表面)基本上不具有含有选自铝、碳、硅、氯和氧之中的至少一种成分的残渣。
(16)根据上述(15)的化合物半导体发光器件，其中所述衬底由选自蓝宝石、SiC和氮化物半导体单晶中的材料形成。
(17)根据上述(16)的化合物半导体发光器件，其中所述衬底由蓝宝石形成。
根据本发明，当在晶片上形成分离槽之前在化合物半导体发光器件晶片上形成保护膜，并在形成分离槽之后从器件上除去保护膜时，在分离槽形成期间产生的并在晶片上沉积的残渣与保护膜一起被除去。因此，所得到的晶片在包括分离槽侧的晶片表面上基本上没有残渣。晶片没有至少在分离槽形成期间所产生的残渣(这种残渣占在化合物半导体发光器件晶片的制造期间所产生的残渣的绝大多数)。
原因如下。当激光辐照到化合物半导体发光器件晶片上时，不必要的熔化和蒸发物质可通过将气体吹到辐照部分而被瞬时吹走，并且不会附着到分离槽的侧面上。因为在辐照部分附近设置了吸气管并且抽吸所吹的气体，所以可减少晶片表面上分散的残渣，并且可有效地保护器件例如光学透镜不受污染。
因此，由该晶片制造的化合物半导体发光器件芯片呈现出高光提取效率和优良的电特性(例如，反向击穿电压)。
图1是示出了在实例1中制造的本发明的晶片的示意性平面图；以及图2是示出了在实例1中制造的本发明的晶片的示意性截面图。
具体实施例方式
对本发明的化合物半导体发光器件晶片的衬底的材料没有特别的限制，衬底可以由任何已知的材料形成。已知材料的实例包括玻璃；氧化物单晶，例如蓝宝石单晶(Al2O3；A面、C面、M面或R面)、尖晶石单晶(MgAl2O4)、ZnO单晶、LiAlO2单晶、LiGaO2单晶和MgO单晶；Si单晶；GaAs单晶；氮化物半导体单晶，例如AlN单晶和GaN单晶；以及硼化物单晶，例如ZrB2单晶。这些材料中，优选蓝宝石单晶、Si单晶和氮化物半导体单晶。对衬底的晶向没有特别的限制。衬底可以是正对准(just)衬底或具有斜角(off-angle)的衬底。
所要使用的衬底通常是从单晶锭上切割下来，以便具有250至1000μm的厚度。在具有在上述范围内的厚度的衬底上层叠化合物半导体层，随后，在半导体层上形成分离槽，然后抛光衬底以使其减薄。可选地，可在通过抛光使衬底减薄之后形成分离槽。抛光之后的衬底的厚度优选为150μm或更小，更优选为100μm或更小。这是因为，当减小衬底厚度时，可以缩短切割距离，从而在分离槽的位置处可靠地将晶片切割成芯片。
当半导体层的厚度是例如5μm或更大时，由于下面的原因，最好在半导体层侧形成分离槽，然后减小衬底侧的厚度。半导体层的膜厚度的厚度越大，由于半导体层和衬底之间的热膨胀系数差异，而使晶片的翘曲变得越大。此时，半导体层侧描述为凸起表面。当晶片的翘曲变大，分离槽和器件的后续形成变得非常难。通过衬底上的表面粗糙度可以调整晶片的翘曲。当表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)大时，晶片变得平坦。值Ra优选为至少0.001μm，更优选为至少0.01μm。然而，当Ra太大时，半导体层侧反而变成凹入表面。因此，Ra优选为2μm或更小，更优选为0.3μm或更小。在本发明的说明书中，利用原子力显微镜(GI公司的产品)来测量衬底的背面的Ra(算术平均粗糙度)。此时，视场是30×30μm，扫描线是256以及扫描速率是1Hz。
构成发光器件的化合物半导体层的实例包括III族氮化物半导体层，例如AlXGaYInZN1-aMa(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤Z≤1，以及X+Y+Z＝1，其中M表示氮以外的其它V族元素，并且满足下列关系0≤a＜1)层，该层设置在例如蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底上；AlXGaYAs(0≤X，Y≤1，X+Y＝1)层，设置在砷化镓(GaAs)单晶衬底上；AlXGaYInZP(0≤X，Y，Z≤1，X+Y+Z＝1)层，设置在砷化镓(GaAs)单晶层上；以及GaP层，设置在GaP衬底上。特别是在很难切割的III族氮化物半导体层的情况下，本发明的效果变得显著。
这种化合物半导体层必须设置在衬底上的适当位置处，以便获得预期的性能。例如，为了形成具有双异质结结构的发光部分，在发光层的上部和下部表面上设置n型和p型化合物半导体层。
对用于生长这些化合物半导体层的方法没有特别的限制，可以利用任何公知的方法来生长化合物半导体层，例如MOCVD(金属有机化学气相沉积)、HVPE(氢化物气相外延)或MBE(分子束外延)。从层厚度可控性和大规模生产率的观点来看，优选利用MOCVD。
在通过MOCVD生长III族氮化物半导体层的情况下，采用氢气(H2)或氮气(N2)作为载气，采用三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)作为Ga(III族元素)源，采用三甲基铝(TMA)或三乙基铝(TEA)作为Al(III族元素)源，采用三甲基铟(TMI)或三乙基铟(TEI)作为In(III族元素)源，以及采用氨(NH3)、肼(N2H4)等作为N(V族元素)源。此外，采用用作Si源的甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)、或用作Ge源的有机锗烷作为n型掺杂剂，而采用用作Mg源的镁化合物双(环戊二烯基)镁(Cp2Mg)或双(乙基环戊二烯基)镁((EtCp)2Mg)作为p型掺杂剂。
在层叠预期的半导体层之后，在半导体多层结构的预定位置上形成正电极和负电极。对本发明中所采用的正和负电极没有特别的限制，可以利用各种用于形成化合物半导体发光器件的正和负电极，所述电极具有公知的构造和结构。对用于形成正和负电极的方法没有特别的限制，可以采用任何公知的方法，例如真空沉积或溅射。
从而，均具有设置在预定位置上的电极的许多化合物半导体发光器件规则地且周期性地排列，它们之间设置有分离区。此后，用保护膜涂覆所得到的晶片，然后在分离区中形成分离槽。可在形成分离槽后设置电极。
在形成分离槽之前，可以除去存在于分离区中的化合物半导体多层结构的部分，由此形成沟槽。在通过在衬底上依序层叠n型层、发光层和p型层所形成的发光器件的情况下，优选在除去所得到的化合物半导体多层结构的部分以在n型层上形成负电极的同时，设置沟槽。
图1是示出了在实例1中制造的本发明的晶片的示意性平面图。参考标号10表示发光器件，20表示分离区，30表示负电极形成表面。图2是晶片的示意性截面图。参考标号1表示衬底，2表示n型层，3表示发光层，4表示p型层，以及5表示正电极。除去存在于分离区中的半导体多层结构的一部分，使得n型层暴露到外面，由此形成沟槽40。参考标号50表示分离槽。
各沟槽的宽度通常等于各分离区的宽度，但沟槽宽度可以小于分离区的宽度。然而，沟槽宽度必须大于各分离槽的宽度。
对各沟槽的深度没有特别的限制。根据半导体层的厚度而改变的沟槽深度通常为约1至约10μm。可以除去存在于分离区中的所有半导体层，使得衬底表面暴露到外面。优选地，在通过蚀刻暴露出负电极形成表面的同时形成沟槽，使得沟槽深度调整为使n型层暴露到外面。这是因为可以简化制造工艺。
各沟槽的横截面可以呈现任何形状，例如矩形、U形或V形。然而，从在沟槽底部上形成分离槽的观点来看，沟槽横截面优选呈现矩形。
对用于形成沟槽的技术没有特别的限制，可以通过任何公知的技术例如蚀刻、切片、激光处理和划片来形成沟槽。然而，优选通过蚀刻技术例如湿法蚀刻或干法蚀刻来形成沟槽。这是因为，蚀刻不易于引起对化合物半导体多层结构的顶部表面和侧面的损伤。
在干法蚀刻的情况下，可以采用例如反应离子蚀刻、离子铣削、聚焦粒子束蚀刻或ECR蚀刻的技术，而在湿法蚀刻的情况下，可以采用例如硫酸和磷酸的混合物。不必说，在进行蚀刻之前，在化合物半导体多层结构的顶部表面上形成预定掩模，以便得到希望的芯片形状。
可以在晶片的顶部表面(半导体侧)和/或在底部表面(衬底侧)上形成分离槽。在仅仅在底部表面上形成分离槽的情况下，必须在分离区中形成上述沟槽。当仅仅在底部表面上形成分离槽而不设置沟槽时，晶片可能不能沿分离区成功地切割成芯片，导致不合格芯片的增加。
对各分离槽的宽度没有特别的限制，只要分离槽宽度小于分离区宽度。各分离槽的深度优选为6μm或更大。当分离槽深度小于6μm时，晶片可能被倾斜地切割成芯片，这引起不合格芯片的形成。分离槽深度更优选为10μm或更大，特别优选为20μm或更大。
各分离槽的横截面可以呈现任何形状，例如矩形、U形或V形，但分离槽截面优选呈现V形。这是因为，当晶片切割成芯片时，裂纹开始于V形槽的底端附近，能够使晶片几乎垂直地被切割。
为形成分离槽，优选采用激光处理。这是因为，与蚀刻的情况相比，激光处理可以形成具有预定深度的分离槽，并能够快速形成分离槽。另外，与划片或切片的情况相比，激光处理在处理精度方面呈现出很小的变化，所述变化将作为切割刀片或金刚石针的磨损和劣化的结果而出现。此外，激光处理能够降低制造成本，因为该技术不需要例如更换切割刀片的刃。
通过激光处理形成的在其侧面具有可以在差分干涉光学显微镜下观察到的凹凸不平的分离槽能够提高光提取效率。另外，栅格形状的分离槽的各交叉点的深度变大，从而使晶片被可靠地切割成芯片，其中交叉点对应于芯片的拐角。
对在本发明中所采用的激光处理机器的类型没有特别的限制，只要该机器可以形成用于将半导体晶片分离成芯片的分离槽。可采用的机器的具体实例包括CO2激光器、YAG激光器、受激准分子激光器和脉冲激光器。在这些机器中，优选脉冲激光器。激光器频率可以为例如1064nm、355nm或266nm。
从激光处理机器中发射出的激光束可以通过光学系统(例如，透镜)聚焦在预定的位置上。
在通过激光处理形成分离槽的情况下，当对化合物半导体晶片辐照激光束以使光束聚焦在晶片表面上时，热量传导到在被激光辐照部分周围的部分，从而使化合物半导体多层结构被热损伤，这导致成品率降低。因此，优选激光束聚焦在形成于化合物半导体晶片上的保护膜的表面上。这是因为，在形成分离槽的过程期间，保护膜吸收了传导到在被激光辐照部分周围的部分的热量，从而可以减少对化合物半导体多层结构的热损伤。
并且，因为将气体吹到被激光辐照部分，所以冷却了在化合物半导体层的被激光辐照部分周围的部分，并可减少化合物半导体层的热损伤。此外，辐照所产生的熔化物质不会附着到分离槽的侧面上，而是通过气体流被吹走。因此，可以提高从分离槽侧面的光提取量。此外，因为吸气管设置在被激光辐照部分的附近并吸入被吹入的气体，所以可减少晶片表面上分散的残渣，并可有效地保护器件例如光学透镜不受污染。
被吹到被激光辐照部分的气体包括氧气、氮气、氦气、氩气、氢气等等，可以使用它们而没有任何限制。氦气、氢气和氮气具有特别高的冷却效果并可以优选使用。在这些气体中，由于氮气很廉价，更优选氮气。为吹入气体，优选在末端处的喷嘴直径尽可能小。喷嘴直径越小，局部吹气就成为可能，并可增达气体流动速度。
与通过其它技术来形成分离槽的情况相比，通过激光处理形成分离槽尤其会引起相当多的残渣分散。因此，本发明在通过激光处理形成分离槽的情况下尤其有效。
作为利用电子显微镜(FE-SEM)的EDX分析的结果，发现在形成分离槽期间在半导体晶片的顶部表面和底部表面上所沉积的残渣含有选自Al、O、C、Cl、Si之中的至少一种元素。
不必说，保护膜仅仅设置在其上形成有分离槽的表面上。当形成沟槽时，在形成沟槽之后设置保护膜。
对保护膜的材料没有特别的限制，该膜可以由例如抗蚀剂、透明树脂、玻璃、金属或绝缘膜形成。抗蚀剂的实例包括用于光刻的水溶性抗蚀剂。透明树脂的实例包括丙烯酸树脂、聚酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯和聚硅氧烷树脂。金属的实例包括镍和钛。绝缘膜的实例包括氧化硅膜和氮化硅膜。可以利用公知的技术例如涂敷、气相沉积或溅射来形成保护膜。
对保护膜的厚度没有特别的限制，只要该膜具有足以在分离槽形成期间保护膜不受损伤的强度。保护膜的最小厚度优选为0.001μm或更大，更优选为0.01μm或更大。在保护膜的厚度过大的情况下，并且当通过激光处理形成分离槽时，保护膜可能吸收激光束并可能从晶片上脱落。因此，保护膜的最大厚度优选为5μm或更小，更优选为3μm或更小，特别优选为1μm或更小。
在形成分离槽之后，除去保护膜和在其表面上沉积的残渣。对除去保护膜的技术没有特别的限制，只要能彻底除去保护膜。可以通过任何技术例如超声处理、喷水处理、喷淋、浸洗、蚀刻或洗涤来除去保护膜。
优选采用水溶性抗蚀剂，因为利用旋涂器可以由抗蚀剂形成具有均匀厚度的保护膜，以便覆盖半导体晶片的整个表面，并且在形成分离槽之后可通过清洗容易地去除抗蚀剂膜。
在保护膜由绝缘膜形成的情况下，优选部分地除去保护膜，使得膜保留在半导体晶片的沟槽上，防止正和负电极之间的短路。在这种情况下，优选保护膜由透明的绝缘膜形成。在这种部分除去保护膜的情况下，可以利用蚀刻掩模对该膜进行选择性蚀刻。
实例下面将通过实例更加详细地说明本发明，实例不应被解释为限定本发明。
(实例1)如下制造包括氮化镓化合物半导体的蓝色发光器件。
在蓝宝石衬底上形成AlN缓冲层。在AlN缓冲层上，依序层叠由未掺杂的GaN形成的底层(厚度2μm)；由掺杂有Si(浓度1×1019/cm3)的GaN形成的n接触层(厚度2μm)；由掺杂有Si(浓度1×1018/cm3)的In0.1Ga0.9N形成的n覆层(厚度12.5nm)；具有多量子阱结构的发光层，其通过交替层叠五层GaN势垒层(厚度每层16nm)和五层In0.2Ga0.8N阱层(厚度每层2.5nm)、并随后在最上面的阱层上设置GaN势垒层(厚度16nm)而形成；由掺杂有Mg(浓度1×1020/cm3)的Al0.07Ga0.93N形成的p覆层(厚度2.5nm)；以及由掺杂有Mg(浓度8×1019/cm3)的GaN形成的p接触层(厚度0.15μm)，由此制造化合物半导体多层结构。
在如上制造的化合物半导体多层结构的p接触层的预定位置上形成具有包括Au层和NiO层的多层结构的半透明正电极。具体地，通过利用公知的光刻和剥离技术在p接触层上依序层叠Au层和NiO层，形成正电极。随后，通过公知的光刻技术，形成有具有包括Ti层、Al层、Ti层和Au层的多层结构的正电极接合衬垫(bonding pad)，这些层按照这种顺序依序设置在正电极上。
发现如上形成的半透明正电极对470nm的光具有60％的透射率。利用通过上述工序形成的半透明正电极测量了透射率，调整其尺寸以满足透射率测量要求。
接着，通过公知的光刻技术和反应离子蚀刻技术，对图1中所示的分离区(间距350μm，宽度20μm)进行蚀刻，以便获得1μm的深度，由此形成沟槽。同时，如图1中所示，对面向分离区的各化合物半导体多层结构的一部分进行蚀刻，由此使n接触层暴露到外面并形成半圆形负电极形成表面(30)。随后，通过本领域技术人员公知的方法在负电极形成表面上形成具有Ti/Au两层结构的负电极。
对由此制造的化合物半导体发光器件晶片的蓝宝石衬底的底部表面进行研磨和抛光，以由此将衬底厚度减小到80μm。此外，对蓝宝石衬底的底部表面进行镜面抛光以获得平坦的表面，由此能够通过衬底的底部表面容易地观察上述分离区。
此后，利用旋涂器对半导体晶片的半导体多层结构的整个表面均匀地施加水溶性抗蚀剂，随后干燥，由此形成具有0.2μm厚度的保护膜。
随后，将UV带附着到半导体晶片的蓝宝石衬底上，然后利用真空吸盘将晶片固定在脉冲激光处理机器的平台上。平台沿X轴(左右)和Y轴(上下)方向是可移动的，并且是可转动的。在固定了晶片之后，控制激光光学系统，使得激光束聚焦在保护膜的表面上，然后将氮气从喷嘴吹到被激光辐照的部分并通过吸气管被抽吸，从而沿蓝宝石衬底的X轴方向在沟槽的底部表面上形成分离槽(间距350μm，深度25μm，宽度10μm)。如此形成各分离槽，以使其横截面呈现V形。接着，将平台旋转90°，并按与上述方式类似的方式沿Y轴方向形成分离槽。在形成分离槽之后，释放真空吸盘，并从平台移走所得到的晶片。
随后，将半导体晶片置于清洗机器的平台上，在旋转晶片的同时使水喷淋到半导体多层结构的表面，由此除去如上形成的保护膜。最后，以高速旋转所得到的晶片，从而吹掉水以干燥晶片。
对所得到的化合物半导体发光器件晶片进行目测，在晶片的表面上没有观察到残渣。通过施加压力到蓝宝石衬底上，将晶片切割成许多个发光器件芯片(各具有350μm×350μm的尺寸)。发现具有良好形状的器件芯片的成品率为90％。发现具有良好形状并呈现出高反向击穿电压的器件芯片的成品率为86％。
对裸芯片安装的发光器件进行积分球(integrating sphere)测量，器件在20mA的电流下呈现出5.1mW的发射输出。
(比较实例1)除没有形成保护膜以外，重复实例1的工序，由此制造化合物半导体发光器件芯片。目测每个由此制造的发光器件的表面，发现器件的外周被显著污染。因此，发光器件呈现出低的光提取效率；具体地，器件在20mA的电流下呈现出4.5mW的发射输出。
(比较实例2)除不对被激光辐照的部分进行吹入和抽吸氮气以外，重复实例1的工序，由此制造化合物半导体发光器件芯片。通过显微镜观察每个由此制造的发光器件的侧面，发现熔化物质附着到分离槽的侧面。因此，发光器件呈现出低的光提取效率；具体地，器件在20mA的电流下呈现出4.8mW的发射输出。
(实例2)除如下所述改变了沟槽的形状以及如下所述进行了形成和除去保护膜的步骤以外，重复实例1的工序，由此制造化合物半导体发光器件晶片。将沟槽的宽度、深度和间距分别调整为12μm、1μm和350μm。通过溅射形成用作保护膜的氧化硅绝缘膜(厚度1μm)。在形成分离槽之后，通过下面的工序除去保护膜用蚀刻掩模覆盖化合物半导体晶片的表面，除去存在于沟槽以外的区域上的蚀刻掩模的部分以由此形成开口，对所得到的晶片进行蚀刻。因此，在沟槽上保留氧化硅绝缘膜。
对所得到的化合物半导体发光器件晶片进行目测。结果，在沟槽上观察到一些残渣，而在除沟槽以外的晶片的部分上没有观察到残渣。通过施加压力到蓝宝石衬底上，将晶片切割成许多个发光器件芯片(各具有350μm×350μm的尺寸)。与实例1的情况类似，发现具有良好形状的器件芯片的成品率为90％。发现具有良好形状并呈现出高反向击穿电压的器件芯片的成品率为81％。所得到的发光器件在20mA的电流下呈现出5.0mW的发射输出。
(实例3)如下制造包括氮化镓化合物半导体的蓝色发光器件。
在蓝宝石衬底上形成AlN缓冲层。在AlN缓冲层上，依序层叠由未掺杂的GaN形成的底层(厚度8μm)；由掺杂有Si(浓度1×1019/cm3)的GaN形成的n接触层(厚度2μm)；由掺杂有Si(浓度1×1018/cm3)的In0.1Ga0.9N形成的n覆层(厚度12.5nm)；具有多量子阱结构的发光层，其通过交替层叠五层GaN势垒层(厚度每层16nm)和五层In0.2Ga0.8N阱层(厚度每层2.5nm)、并随后在最上面的阱层上设置GaN势垒层(厚度16nm)而形成；由掺杂有Mg(浓度1×1020/cm3)的Al0.07Ga0.93N形成的p覆层(厚度2.5nm)；以及由掺杂有Mg(浓度8×1019/cm3)的GaN形成的p接触层(厚度0.15μm)，由此制造化合物半导体多层结构。
在如上制造的化合物半导体多层结构的p接触层的预定位置上形成具有包括Au层和NiO层的多层结构的半透明正电极。具体地，通过公知的光刻和剥离技术在p接触层上依序层叠Au层和NiO层，形成正电极。随后，通过公知的光刻技术，形成具有包括Ti层、Al层、Ti层和Au层的多层结构的正电极接合衬垫，这些层按照这种顺序依序设置在正电极上。
发现如上形成的半透明正电极对470nm的光具有60％的透射率。利用通过上述工序形成的半透明正电极测量透射率，调整其尺寸以满足透射率测量要求。
接着，通过公知的光刻和反应离子蚀刻技术对图1中所示的分离区(间距350μm，宽度20μm)进行蚀刻，以便获得1μm的深度，由此形成沟槽。同时，如图1中所示，对面向分离区的各化合物半导体多层结构的一部分进行蚀刻，由此使n接触层暴露到外面并形成半圆形负电极形成表面(30)。随后，通过本领域技术人员公知的方法在负电极形成表面上形成具有Ti/Au两层结构的负电极。
对由此制造的化合物半导体发光器件晶片的蓝宝石衬底的底部表面进行研磨和抛光，以由此将衬底厚度减小到85μm。结果，与实例1相比，衬底的翘曲相对大。
此后，利用旋涂器对半导体晶片的半导体多层结构的整个表面均匀地施加水溶性抗蚀剂，随后干燥，由此形成具有0.2μm厚度的保护膜。
随后，使UV带附着到半导体晶片的蓝宝石衬底上，然后通过真空吸盘使晶片固定在脉冲激光处理机器的平台上。该平台沿X轴(左右)和Y轴(上下)方向是可移动的，并且是可转动的。在固定了晶片之后，控制激光光学系统，以使激光束聚焦在保护膜的表面上，然后将氮气从喷嘴吹到被激光辐照的部分并通过抽气管抽吸，以70mm/秒的处理速度沿蓝宝石衬底的X轴方向在沟槽的底部表面上形成分离槽(间距350μm，深度20μm，宽度5μm)。如此形成各分离槽，以使其横截面呈现为V形。接着，使平台旋转90°，并按与上述方式类似的方式沿Y轴方向形成分离槽。在形成分离槽之后，释放真空吸盘，并从平台移走所得到的晶片。
随后，将半导体晶片置于清洗机器的平台上，在旋转晶片的同时使水喷淋到半导体多层结构的表面上，由此除去如上形成的保护膜。最后，以高速旋转所得到的晶片，从而吹掉水以干燥晶片。
对所得到的化合物半导体发光器件晶片进行目测。结果，衬底极大地翘曲，并在化合物半导体层中在一定程度上出现由激光导致的热损伤部分，大概是因为激光的聚焦点没有稳定地辐照到化合物半导体层上。当通过施加压力到蓝宝石衬底上将晶片切割成许多个发光器件芯片(各具有350μm×350μm的尺寸)时，在晶片中出现了裂纹，而且成品率是70％。当舍弃了具有劣等的反向击穿电压的产品时，成品率变为65％。所得到的发光器件在20mA的电流下呈现出4.9mW的发射输出。
(实例4)除在激光处理之后进行了研磨和抛光化合物半导体发光器件晶片的蓝宝石衬底的底部表面的步骤以外，重复实例3的工序，由此制造化合物半导体发光器件芯片。结果，获得了350μm见方的的大量芯片。发现具有良好形状的器件芯片的成品率为90％。发现具有良好形状并呈现出高反向击穿电压的器件芯片的成品率为89％。所得到的发光器件在20mA的电流下呈现出5.3mW的发射输出。
工业适用性通过本发明的方法制造的化合物半导体发光器件晶片在其表面上没有残渣。因此，从该晶片制造的发光器件呈现出高的光提取效率，并且具有非常高的工业实用价值。
权利要求
1.一种化合物半导体发光器件晶片的制造方法，包括以下步骤在包括衬底和许多化合物半导体发光器件的化合物半导体发光器件晶片的顶部表面(即半导体侧的表面)和/或底部表面上形成保护膜，所述器件规则地且周期性地排列，其间设置有分离区；在使气体吹到被激光辐照的部分上的同时，通过激光处理在其上形成有所述保护膜的所述表面的所述分离区中形成分离槽；以及除去至少部分所述保护膜，按上述顺序进行这些步骤。
2.根据权利要求1的制造方法，其中用吸气管抽吸吹到所述被激光辐照的部分上的所述气体。
3.根据权利要求1或2的制造方法，其中所述化合物半导体是III族氮化物半导体。
4.根据权利要求1至3中任何一项的制造方法，其还包括在所述晶片的所述顶部表面的所述分离区中形成沟槽的步骤，在所述保护膜形成步骤之前进行该步骤。
5.根据权利要求4的制造方法，其中通过蚀刻形成所述沟槽。
6.根据权利要求1至5中任何一项的制造方法，其还包括减薄所述衬底的步骤，在所述分离槽形成步骤之前或之后进行该步骤。
7.根据权利要求6的制造方法，在所述分离槽形成步骤之后进行所述减薄所述衬底的步骤。
8.根据权利要求1至7中任何一项的制造方法，其中所述保护膜是选自抗蚀剂、透明树脂、玻璃、金属和绝缘膜之中的至少一种。
9.根据权利要求1至8中任何一项的制造方法，其中激光束聚焦在所述保护膜的表面上。
10.一种通过根据权利要求1至9中任何一项的制造方法制造的化合物半导体发光器件晶片。
11.根据权利要求10的晶片，其具有分离槽，所述分离槽的截面具有V或U形状。
12.根据权利要求10或11的晶片，其中在沟槽上形成的保护膜不被除去。
13.根据权利要求10至12中任何一项的晶片，其中所述保护膜是透明绝缘膜。
14.根据权利要求10至13中任何一项的晶片，其中所述沟槽的底部表面在与其上形成有负电极的表面的高度相等的高度处。
15.一种由根据权利要求10至14中任何一项的晶片制造的化合物半导体发光器件，其中至少所述器件的顶部表面和所述器件的底部表面(即衬底的表面)基本上不具有含有选自铝、碳、硅、氯和氧之中的至少一种成分的残渣。
16.根据权利要求15的化合物半导体发光器件，其中所述衬底由选自蓝宝石、SiC和氮化物半导体单晶中的材料形成。
17.根据权利要求16的化合物半导体发光器件，其中所述衬底由蓝宝石形成。
全文摘要
本发明的化合物半导体发光器件(LED)晶片的制造方法包括以下步骤在化合物半导体LED晶片的顶部和/或底部表面上形成保护膜，其中所述器件规则地且周期性地排列，其间设置有分离区；在使气体吹到被激光辐照的部分上的同时，通过激光处理在其上形成有所述保护膜的所述表面的所述分离区中形成分离槽；以及除去至少部分所述保护膜，按上述顺序进行这些步骤。
文档编号H01L21/78GK1943050SQ20058001182
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年4月20日
发明者楠木克辉 申请人:昭和电工株式会社