JP5603085B2 - 光デバイスウエーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、サファイア基板の表面にｎ型窒化物半導体層およびｐ型窒化物半導体層とからなる光デバイス層（エピ層）が積層された光デバイスウエーハの製造方法に関する。

光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って切断することにより光デバイスが形成された領域を分割して個々の光デバイスを製造している。（例えば、特許文献１参照。）

また、光デバイスの発光効率を高めるために、ｐ型窒化物半導体層の表面を凹凸状に形成する技術が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）

特許第２８５９４７８号 特開２０００−１９６１５２号公報

而して、上記特許文献２に記載された技術は、サファイア基板の表面にｎ型窒化物半導体層およびｐ型窒化物半導体層を積層した後に、リソグラフィー技術やドライエッチング技術を用いてｐ型窒化物半導体層の表面を凹凸状に形成する方法であるため、生産性が低いという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、光デバイス層の表面が凹凸状に形成された光デバイスウエーハを能率的に製造することができる光デバイスウエーハの製造方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、サファイア基板の表面に光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの製造方法であって、
サファイア基板の表面を研削してサファイア基板の表面に光デバイスから発光される光の波長の１／２の波長をもった凹凸のうねりを形成する凹凸形成工程と、
該凹凸形成工程が実施されたサファイア基板の表面に凹凸のうねりに倣って表面が凹凸の光デバイス層を積層して形成する光デバイス層形成工程と、を含む、
ことを特徴とする光デバイスウエーハの製造方法が提供される。

上記凹凸形成工程は、研削装置のチャックテーブルの保持面にサファイア基板の裏面側を保持し、研削砥石に振動を付与しつつ回転せしめてサファイア基板の表面に接触させ、該研削砥石と該チャックテーブルとをチャックテーブルの保持面と平行に相対移動させることにより、サファイア基板の表面に微細な凹凸のうねりを形成する。

本発明による光デバイスウエーハの製造方法おいては、サファイア基板の表面を研削してサファイア基板の表面に光デバイスから発光される光の波長の１／２の波長をもった凹凸のうねりを形成し、この凹凸のうねりに倣って表面が凹凸の光デバイス層を積層して形成するので、上記特許文献２に記載された技術のようにサファイア基板の表面にｎ型窒化物半導体層およびｐ型窒化物半導体層を積層した後に、リソグラフィー技術やドライエッチング技術を用いてｐ型窒化物半導体層の表面を凹凸状に形成する方法に比して、能率的であり生産性を向上することができる。

本発明による光デバイスウエーハの製造方法によって製造される光デバイスウエーハを構成するサファイア基板の斜視図。 本発明による光デバイスウエーハの製造方法における凹凸形成工程を実施するための研削装置の斜視図。 図２に示す研削装置の研削ユニットを構成するスピンドルユニットの断面図。 図１に示すサファイア基板の裏面に保護テープを貼着する保護テープ貼着工程の説明図。 本発明による光デバイスウエーハの製造方法における凹凸形成工程の説明図。 本発明による光デバイスウエーハの製造方法における凹凸形成工程が実施されたサファイア基板の平面図および要部拡大断面図。 本発明による光デバイスウエーハの製造方法における光デバイス層形成工程が実施された光デバイスウエーハの要部拡大断面図。

以下、本発明による光デバイスの製造方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、光デバイスウエーハを形成するための円形状のサファイア基板１０が示されている。このサファイア基板１０は、例えば厚みが４８０μｍに形成されている。

上記図１に示すサファイア基板１０には、先ず表面１０ａを研削してサファイア基板１０の表面１０ａに微細な凹凸のうねりを形成する凹凸形成工程を実施する。この凹凸形成工程は、図２に示す研削装置を用いて実施する。図２に示す研削装置２は、全体を番号２０で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２０は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ上下方向に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット３２を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット３２が取り付けられる。

スピンドルユニット３２は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング３２１と、該スピンドルハウジング３２１に回転自在に配設された回転スピンドル３２２とを具備している。このスピンドルユニット３２について、図３を参照して説明する。図３に示すスピンドルユニット３２を構成するスピンドルハウジング３２１は略円筒状に形成され、軸方向に貫通する軸穴３２１ａを備えている。スピンドルハウジング３２１に形成された軸穴３２１ａに挿通して配設される回転スピンドル３２２は、その中央部には径方向に突出して形成されたスラスト軸受フランジ３２２ａが設けられている。このようにしてスピンドルハウジング３２１に形成された軸穴３２１ａに挿通して配設される回転スピンドル３２２は、軸穴３２１ａの内壁との間に供給される高圧エアーによって回転自在に支持される。スピンドルハウジング３２１に回転可能に支持された回転スピンドル３２２は、一端部(図３において下端部)がスピンドルハウジング３２１の下端から突出して配設されており、その一端(図３において下端)にホイールマウント３３が設けられている。そして、このホイールマウント３３の下面に研削ホイール３４が取り付けられる。

研削ホイール３４は、円環状のホイール基台３４１と、該ホイール基台３４１の下面に装着される複数の研削砥石３４２とからなっている。ホイール基台３４１は、内周部を形成し上記ホイールマウント３３と連結する環状の取り付け部３４１ａと、該環状の取り付け部３４１ａを囲繞し外周部を形成する環状の砥石装着部３４１ｂとを備えている。取り付け部３４１ａがホイールマウント３３に締結ボルト３５によって着脱可能に装着される。上記環状の砥石装着部３４１ｂは、取り付け部３４１ａの上面より下側に段差をもって形成されており、該環状の砥石装着部３４１ｂの下面に複数の研削砥石３４２が周方向に適宜の接着剤によって装着されている。また、砥石装着部３４１ｂの上面には、複数の研削砥石３４２に振動を付与する環状の振動子３７が適宜の接着剤によって装着される。この振動子３７は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって形成されている。このようにして砥石装着部３４１ｂの上面に装着された振動子３７は、後述する電力供給手段に接続される。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット３２は、回転スピンドル３２２を回転駆動するための電動モータ３８を備えている。図示の電動モータ３８は、永久磁石式モータによって構成されている。永久磁石式の電動モータ３８は、回転スピンドル３２２の中間部に形成されたモータ装着部３２２ｂに装着された永久磁石からなるロータ３８１と、該ロータ３８１の外周側においてスピンドルハウジング３２１に配設されたステータコイル３８２とからなっている。このように構成された電動モータ３８は、ステータコイル３８２に後述する電力供給手段によって交流電力を印加することによりロータ３８１が回転し、該ロータ３８１を装着した回転スピンドル３２２を回転せしめる。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット３２は、上記振動子３７に交流電力を印加するとともに上記電動モータ３８に交流電力を印加する電力供給手段４を具備している。電力供給手段４は、スピンドルユニット３２の後端部に配設されたロータリートランス４０を具備している。ロータリートランス４０は、回転スピンドル３２２の後端に配設された受電手段４１と、該受電手段４１と対向して配設されスピンドルハウジング３２１の後端部に配設された給電手段４２とを具備している。受電手段４１は、回転スピンドル３２２に装着されたロータ側コア４１１と、該ロータ側コア４１１に巻回された受電コイル４１２とからなっている。このように構成された受電手段４１の受電コイル４１２には、導電線４１３が接続されている。この導電線４１３は、回転スピンドル３２２の中心部に軸方向に形成された穴３２２ｃ内に配設され、その先端が上記振動子３７に接続されている。上記給電手段４２は、受電手段４１の外周側に配設されたステータ側コア４２１と、該ステータ側コア４２１に配設された給電コイル４２２とからなっている。このように構成された給電手段４２の給電コイル４２２は、電気配線４３を介して交流電力が供給される。

図示の実施形態における電力供給手段４は、上記ロータリートランス４０の給電コイル４２２に供給する交流電力の交流電源４４と、電力調整手段としての電圧調整手段４５と、上記給電手段４２に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段４６と、電圧調整手段４５および周波数調整手段４６を制御する制御手段４７と、該制御手段４７に複数の研削砥石３４２に付与する振動の振幅等を入力する入力手段４８を具備している。なお、図３に示す電力供給手段４は、制御回路４９および電気配線３８３を介して上記電動モータ３８のステータコイル３８２に交流電力を供給する。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット３２は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
研削作業を行う際には、電力供給手段４から電動モータ３８のステータコイル３８２に交流電力が供給される。この結果、電動モータ３８が回転して回転スピンドル３２２が回転し、該回転スピンドル３２２の先端に取付けられた研削ホイール３４が回転せしめられる。

一方、電力供給手段４は、制御手段４７によって電圧調整手段４５および周波数変換手段４６を制御し、交流電力の電圧を所定の電圧（例えば、２０Ｖ）に制御するとともに、交流電力の周波数を所定周波数（例えば、１０ｋＨｚ）に変換して、ロータリートランス４０を構成する給電手段４２の給電コイル４２２に供給する。このように所定周波数の交流電力が給電コイル８２２に印加されると、回転する受電手段８１の受電コイル４１２、導電線４１３を介して振動子３７に所定周波数の交流電力が印加される。この結果、振動子３７は径方向および軸方向に繰り返し変位して振動する。この振動はホイール基台３４１の砥石装着部３４１ｂを介して複数の研削砥石３４２に伝達され、複数の研削砥石３４２が径方向および軸方向に振動する。

図２に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研削装置２は、上記研磨ユニット３２を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研削ユニット送り機構５を備えている。この研磨ユニット送り機構５は、直立壁２２の前側に配設され上下方向に延びる雄ねじロッド５１を具備している。この雄ねじロッド５１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材５２および５３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材５２には雄ねじロッド５１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ５４が配設されており、このパルスモータ５４の出力軸が雄ねじロッド５１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド５１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ５４が正転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ５４が逆転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

図１を参照して説明を続けると、ハウジング２０の主部２１にはチャックテーブル機構６が配設されている。チャックテーブル機構６は、チャックテーブル６１と、該チャックテーブル６１の周囲を覆うカバー部材６２と、該カバー部材６２の前後に配設された蛇腹手段６３および６４を具備している。チャックテーブル６１は、その上面に被加工物であるウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。また、チャックテーブル６１は、図示しないチャックテーブル移動手段によって図２に示す被加工物載置域Ａと上記スピンドルユニット４２を構成する研削ホイール３４による研削域Bとの間で移動せしめられる。蛇腹手段６３および６４はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段６３の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材６２の前端面に固定されている。蛇腹手段６４の前端はカバー部材６２の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２０の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル６１が矢印６１ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６３が伸張されて蛇腹手段６４が収縮され、チャックテーブル６１が矢印６１ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６３が収縮されて蛇腹手段６４が伸張せしめられる。

上述した研削装置２を用いて上記凹凸形成工程を実施するには、図４に示すようにサファイア基板１０の裏面１０ｂに保護テープTを貼着する（保護テープ貼着工程）。このように保護テープTが貼着されたサファイア基板１０の保護テープT側を研削装置２の被加工物載置域Ａに位置付けられているチャックテーブル６１の上面（保持面）に載置する。そして、図示しない吸引手段によってチャックテーブル６１上に保護テープTを介してサファイア基板１０を吸着保持する（サファイア基板保持工程）。従って、チャックテーブル６１上に保持されたサファイア基板１０は、表面１０ａが上側となる。このようにチャックテーブル６１上にサファイア基板１０を吸引保持したならば、チャックテーブル６１を研削域Bに移動して図５に示すように研削開始位置に位置付ける。次に、研削ホイール３４を図５において矢印３４ａで示す方向に例えば１０００ｒｐｍで回転しつつ下方に向けて所定の研削位置（例えば、サファイア基板１０の表面から３０μｍ下方位置）まで研削送りするとともに、上述したように振動子３７に例えば１０kHzの交流電力が印加することにより研削ホイール３４を構成する複数の研削砥石３４２を１０ｋＨｚの周波数で振動させる。そして、チャックテーブル６１を矢印６１ａで示す方向に例えば３ｍｍ／秒の加工送り速度で加工送りし、図５においてに２点鎖線で示す研削終了位置まで移動せしめる。なお、研削終了位置は、サファイア基板１０の左端が研削砥石３４２の下面である研削面を通過した所定位置に設定されている。この結果、チャックテーブル６１に保持されたサファイア基板１０の表面１０ａは、一端（右端）から他端（左端）に向けて研削砥石３４２の研削面が作用し、研削加工される。この結果、チャックテーブル６１に保持されたサファイア基板１０の表面１０ａには、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように微細な凹凸のうねり１００が形成される。なお、上記加工条件によってサファイア基板１０の表面１０ａに形成される凹凸のうねり１００の波長（Ｓ）は、３００ｎｍとなる。例えば、光デバイスから発光される光の波長の１／２の凹凸のうねりが光デバイス層に形成されると発光効率をより向上できるとされており、従って６００ｎｍの波長の光を発光する光デバイスを製造する場合には、上述した加工条件によってサファイア基板１０の表面１０ａを研削することが望ましい。

上述した凹凸形成工程を実施したならば、サファイア基板１０の表面１０ａに光デバイス層を積層して形成する光デバイス層形成工程を実施する。即ち、図７に示すようにサファイア基板１０の表面１０ａにｎ型窒化物半導体層１１１をエピタキシャル成長により積層し、このｎ型窒化物半導体層１１１の表面にｐ型窒化物半導体層１１２をエピタキシャル成長により積層することにより、光デバイス層１１を形成する。この結果、サファイア基板１０の表面１０ａにｎ型窒化物半導体層１１１とｐ型窒化物半導体層１１２とからなる光デバイス層１１が形成された光デバイスウエーハ１が得られる。このようにサファイア基板１０の表面１０ａに形成された光デバイス層１１を構成するｎ型窒化物半導体層１１１およびｐ型窒化物半導体層１１２は、サファイア基板１０の表面１０ａに形成された凹凸のうねり１００に倣って形成されるので、光デバイス層１１の表面は凹凸のうねりとなる。

上述した光デバイスウエーハの製造方法においては、サファイア基板１０の表面１０ａを研削してサファイア基板２０の表面１０ａに微細な凹凸のうねり１００を形成し、この凹凸のうねり１００に倣ってｎ型窒化物半導体層１１１およびｐ型窒化物半導体層１１２を積層するので、上記特許文献２に記載された技術のようにサファイア基板の表面にｎ型窒化物半導体層およびｐ型窒化物半導体層を積層した後に、リソグラフィー技術やドライエッチング技術を用いてｐ型窒化物半導体層の表面を凹凸状に形成する方法に比して、能率的であり生産性を向上することができる。

１：光デバイスウエーハ
１０：サファイア基板
１１：光デバイス層（エピ層）
１１１：ｎ型窒化物半導体層
１１２：ｐ型窒化物半導体層
２：研削装置
３：研削ユニット
３２：スピンドルユニット
３４：研削ホイール
３４２：研削砥石
３７：振動子
４：電力供給手段
６：チャックテーブル機構
６１：チャックテーブル
T：保護テープ

Claims (2)

1. サファイア基板の表面に光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの製造方法であって、
   サファイア基板の表面を研削してサファイア基板の表面に光デバイスから発光される光の波長の１／２の波長をもった凹凸のうねりを形成する凹凸形成工程と、
   該凹凸形成工程が実施されたサファイア基板の表面に凹凸のうねりに倣って表面が凹凸の光デバイス層を積層して形成する光デバイス層形成工程と、を含む、
   ことを特徴とする光デバイスウエーハの製造方法。
2. 該凹凸形成工程は、研削装置のチャックテーブルの保持面にサファイア基板の裏面側を保持し、研削砥石に振動を付与しつつ回転せしめてサファイア基板の表面に接触させ、該研削砥石と該チャックテーブルとをチャックテーブルの保持面と平行に相対移動させることにより、サファイア基板の表面に光デバイスから発光される光の波長の１／２の波長をもった凹凸のうねりを形成する、請求項１記載の光デバイスウエーハの製造方法。

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