JP2005142532A - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 デバイス特性に優れ、均一的に光を取り出すことのできる窒化物半導体素子を製造することを目的とする。
【解決手段】 母材基板２０１上に第１の窒化物半導体層２０２と第１の窒化物半導体層２０２よりもエッチレートの遅い第２の窒化物半導体層２０３を順に形成し、ＬＬＯにより母剤基板２０１を分離した後、第１の窒化物半導体層２０２をエッチング除去することにより、第２の窒化物半導体層２０３のエッチレートが第１の窒化物半導体層２０２よりも遅いので、平坦化された第２の窒化物半導体層表面を得ることができるため、デバイス特性に優れ、均一的に光を取り出すことのできる窒化物半導体素子を製造することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、青色域から紫外域で発光する発光素子（発光ダイオードや半導体レーザ）等の窒化物半導体素子の製造方法に関する。

現在、各種表示用や大型ディスプレイ、信号機等でIII族窒化物を用いた発光ダイオードが広く実用化されている。また、ＧａＮ系ＬＥＤと蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤも商品化され、将来的に発光効率が改善されれば、現状照明の置き換えも期待されている。

一般的にIII族窒化物半導体はサファイア基板に成長させたＧａＮ化合物層上に形成するのが主流である。しかし、サファイア基板は導電性を有しないため、ＧａＮ成長層の一方の面上にｐ、ｎ両電極を形成する必要がある。そのため直列抵抗が大きくなり、なおかつ、デバイスサイズが大きくなるといった課題が生じる。そこで、それらの課題に対してレーザリフトオフ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ：以下ＬＬＯと記す）という技術が開発された。

ＬＬＯとは、サファイア基板上にＧａＮ層を成長後、サファイア基板側からレーザ照射を行い、ＧａＮ層のサファイア基板との界面近傍部分を熱分解させ、サファイア基板とＧａＮ層とを分離する方法である。このＬＬＯによりＧａＮ層とサファイア基板を分離して、ＧａＮ層の対向する面にそれぞれｐ電極，ｎ電極を形成する構成としている。

以下、図６を用いて従来の窒化物半導体素子の製造方法について説明する。
図６は従来のＬＬＯを用いたIII族窒化物半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。

図６において、まず、サファイア基板１０１上にＧａＮ層１０２を成膜する（図６（ａ））。その後、ＧａＮ層１０２上に電極層１０３、その上に部分的に絶縁膜１０４を形成する（図６（ｂ））。続いて、電極層１０３上に厚さ５０μｍ程度のＣｕメッキ１０５を形成するが、絶縁体１０４上にはＣｕはメッキされず、電極層１０３上に図６（ｃ）に示すような形状でＣｕメッキ１０５が形成される。その後、Ｃｕメッキ１０５上に保持金属１０６を形成する（図６（ｄ））。続いて、ＬＬＯを行い、サファイア基板１０１の分離を行う。サファイア基板１０１を分離した後、ＧａＮ層１０２上に電極層１０７を形成し、続いて保持金属１０６を分離する（図６（ｅ））。なお、図６（ｄ）と（ｅ）では図の上下が入れ替わっている。保持金属１０６分離後、ＧａＮ層１０２にけがきを入れ、劈開することにより、チップ分離がなされる。その際、Ｃｕメッキ１０５の接合部は比較的接合強度が弱いため、ＧａＮ層１０２が劈開されると容易にＣｕメッキ１０５も分離される（図６（ｆ））（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２７４５０７号公報

しかし、ＬＬＯ技術には次のような課題がある。ＬＬＯ技術では熱によりＧａＮ層が融解してサファイア基板と分離するため、剥き出しになったＧａＮ層１０２には大きい凹凸が生成される。凹凸の大きさはＬＬＯ条件やＧａＮ成長層構造によって異なるが、実験では約２０ｎｍの凹凸が形成された。

面発光レーザを作製する場合、出射端、後端の双方に高反射ミラーを形成する必要がある。しかし、ＬＬＯ技術によりＧａＮ層１０２の表面に大きい凹凸が形成されると、そこで光の乱反射が生じ、光を損失するため、デバイス特性が大きく劣化するという問題点があった。

さらに、発光ダイオードを作製する場合、一般的にＧａＮ層１０２が光取り出し面となるが、その場合、ＧａＮ層１０２の表面で光がランダムに屈折されるため、光の取り出され方が不均一となるという問題点があった。

ここで、一般的な半導体装置の製造工程においては、発光ダイオードの光取り出し面や半導体レーザに要するほどに平坦化するためのエッチング技術が用いられることはなかった。例えば、形成された膜の一部または全部を除去する場合はエッチング技術が一般的に用いられる。しかしながら、従来のエッチング技術は、平坦な面をエッチングすることにより不要な膜を除去することを目的に行っており、ある凹凸も持った膜をエッチングしても、その膜のエッチレートは一定であるため凹凸の大きさを小さくすることはできず、光取り出し面等に要するほどに、エッチングによって表面の凹凸を制御することができるとはいえなかった。また、凹凸を有する膜を完全に除去し、エッチストップにより平坦な下層を露出することは可能であるが、本発明の半導体素子では、窒化物半導体層の平坦化が必要であり、従来の製造方法において、エッチストップにより平坦な窒化物半導体層を露出することは非常に困難であり、そのエッチング技術は確立されていない。そのために、窒化物半導体層を用いた半導体素子では、この２０ｎｍの凹凸が問題となっている。

以上の問題点を解決するために、本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、表面が平坦なＧａＮ層を形成することにより、デバイス特性に優れ、均一的に光を取り出すことのできる窒化物半導体素子を製造することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明における請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体素子の基板領域を形成し、レーザリフトオフにより母材基板を分離する工程を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、前記母材基板上に少なくとも第１の窒化物半導体層および前記第１の窒化物半導体層よりもエッチレートの遅い第２の窒化物半導体層とを順に形成する第１の工程と、前記母材基板側から前記第１の窒化物半導体層のエネルギーバンドギャップより大きいエネルギーを有するレーザを照射することにより前記母材基板と前記第１の窒化物半導体層とを分離する第２の工程と、前記第１の窒化物半導体層をエッチング除去する第３の工程とを有することを特徴とする。

この構成により、第１の窒化物半導体層と比較して第２の窒化物半導体層のエッチレートが遅いので、第１の窒化物半導体層を除去した際に形成される第２の窒化物半導体層における表面の凹凸を、母材基板と第１の窒化物半導体層とを分離した直後における第１の窒化物半導体層表面の凹凸よりも小さくすることができる。

請求項２記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第１の窒化物半導体層がＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）であり、前記第２の窒化物半導体層がＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）であることを特徴とする。

請求項３記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項２に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層と前記Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層においてＹ−Ｘ≧０．１であることを特徴とする。

この構成によれば、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層とＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層の選択比を２０以上とできる。
請求項４記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第３の工程のエッチング除去がドライエッチングにより行われ、少なくとも塩素系ガスと酸素を混合したガスで行われることを特徴とする。

請求項５記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第３の工程のエッチング除去がウェットエッチングにより行われることを特徴とする。

請求項６記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第３の工程におけるエッチング除去を少なくとも光が導波される部分に対して行い、電極を残った前記第２の窒化物半導体層上に形成することを特徴とする。

請求項７記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第２の工程の前に、前記窒化物半導体層上に金属層を形成することを特徴とする。

請求項８記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項７に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記金属層としてＡｕ，ＡｇまたはＣｕを用いることを特徴とする。
請求項９記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項７または請求項８のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記金属層の膜厚が１０μｍ以上であることを特徴とする。

請求項１０記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記第２の工程の前に、前記窒化物半導体層上に半導体基板を貼り合わせることを特徴とする。

請求項１１記載の窒化物半導体素子の製造方法は、請求項１０に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、前記半導体基板が劈開性を有することを特徴とする。
以上により、デバイス特性に優れ、均一的に光を取り出すことのできる窒化物半導体素子を製造することができる。

母材基板上に第１の窒化物半導体層と第１の窒化物半導体層よりもエッチレートの遅い第２の窒化物半導体層を順に形成し、ＬＬＯにより母材基板を分離した後、第１の窒化物半導体層をエッチング除去することにより、第２の窒化物半導体層のエッチレートが第１の窒化物半導体層よりも遅いので、平坦化された第２の窒化物半導体層表面を得ることができるため、デバイス特性に優れ、均一的に光を取り出すことのできる窒化物半導体素子を製造することができる。

本発明の概略について図１を参照しながら説明する。
図１は本発明における窒化物半導体素子の製造方法の概略を示す工程断面図である。
図１において、まず、母材基板２０１上に窒化物半導体層２０２と窒化物半導体層２０３を順に形成する（図１（ａ））。この際、窒化物半導体層２０３は窒化物半導体層２０２よりもエッチレートの遅い材料で構成されている。

次に、窒化物半導体層２０３上に保持材２０４を形成する（図１（ｂ））。この保持材は、次の工程で母材基板２０１と窒化物半導体層２０２とが分離された際、薄膜である窒化物半導体層２０２および２０３が割れないようにするために形成する。

保持材２０４形成後、母材基板２０１側からレーザ照射を行う。レーザとしては、母材基板２０１は透過し、窒化物半導体層２０２で吸収される波長を用い、窒化物半導体層２０２のエネルギーバンドギャップより大きいエネルギーを有する。そのような波長を有するレーザを照射することにより、窒化物半導体層２０２のうち、母材基板２０１との界面近傍部でレーザ光が吸収され、熱が発生し、窒化物半導体層２０２の一部が融解する。その結果、窒化物半導体層２０２と母材基板２０１とが分離するが、分離されて露出した窒化物半導体層２０２の表面は光取り出し面としては大きな凹凸状の形状となる（図１（ｃ））。なお、図１（ｂ）と（ｃ）では図の上下が反対になっている。

大きな凹凸が存在すると様々な課題が生じ、プロセス上では均一にレジストを塗布することが出来ないなどがある。また、デバイスの観点からは、その荒れた凹凸面で光の乱反射が生じるので、例えば面発光レーザのようなデバイスを作製する場合、大幅に光吸収ロスが生じ、特性が劣化するなどの問題がある。

そこで、次に窒化物半導体層２０２のエッチングを行う。その際、エッチレートは上述したように窒化物半導体層２０２よりも窒化半導体層２０３の方が遅い構成となっている。エッチングが進むにつれて、まず窒化物半導体層２０２の凹部で窒化物半導体層２０２が完全になくなる（図１（ｄ））。続いてエッチングを行うと、窒化物半導体層２０２が残っている部分はそのままのレートでエッチングが進むが、窒化物半導体層２０２が除去された部分では窒化物半導体層２０３のエッチングが生じる。その際、窒化物半導体層２０２の方が窒化物半導体層２０３よりもエッチレートが早いので、凹凸が徐々に小さくなりながらエッチングが進む。そして窒化物半導体層２０２が完全に除去されると、もともとの凹凸をＡ（ｎｍ）とし、選択比（窒化物半導体層２０２のエッチレート／窒化物半導体層２０３のエッチレート）＝ａとすると、エッチング後には凹凸はＡ／ａ（ｎｍ）に低減される（図１（ｅ））。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて詳しく説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における窒化物半導体から構成される青色面発光レーザの製造方法について、図２，図３を参照しながら説明する。

図２は本発明の実施の形態１における青色面発光レーザの製造方法を示す工程断面図、図３は本発明の実施の形態１における青色面発光レーザの部分的にｎ−ＧａＮ層を除去する製造方法を示す工程断面図である。

図２において、例えば、ＧａＮ層の成長装置としてはＭＯＶＰＥ装置を用いる。Ｇａ原料としてはトリメチルガリウム、Ａｌ原料としてはトリメチルアルミニウム、Ｎ原料としてはＮＨ_３を用いる。また、ドナー不純物であるＳｉの原料にはＳｉＨ_４、キャリアガスにはＨ_２を用いる。アクセプタ不純物であるＭｇの原料にはシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。

まず、２インチ（０００１）サファイア基板１上に、低温緩衝層を形成した後、ｎ−ＧａＮ層２、ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層３、ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎガイド層４、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５、ｐ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎガイド層、ｐ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層、ｐ−ＧａＮコンタクト層を順に形成する。なお、図中では低温緩衝層は省略し、ｐ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎガイド層、ｐ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層、ｐ−ＧａＮコンタクト層をまとめてｐ型層６としている。本実施の形態で形成したＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５からは波長約４０５ｎｍの青色発光が生じる（図２（ａ））。

成膜後、窒素雰囲気中、７５０℃で２０ｍｉｎアニールを行うことにより、ｐ型層６をより低抵抗化する。
アニール後、チップ分離部分のＧａＮ層をエッチングにより、完全に除去する（図２（ｂ））。エッチング方法としては、ＲＩＥ、ＥＣＲなどのドライエッチングが適している。また、エッチングガスとしては塩素系のガスを用いるのが望ましい。

ドライエッチング後、全面にＳｉＯ_２膜７を形成し、ＳｉＯ_２膜７を部分的にＢＨＦで除去する（図２（ｃ））。ＳｉＯ_２膜７の除去部に透明電極としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）８を形成し、続いて光導波路部以外の部分にｐ型電極９としてＮｉ／Ａｕ電極を形成する。ｐ型電極９形成後、酸素雰囲気中５００℃でアニールを行う。

アニール後、ＩＴＯ８形成部の光導波路部に誘電体ＤＢＲミラー１０を形成する。誘電体ＤＢＲミラー１０は波長４０５ｎｍの光に対して反射率が９９％以上になるように構成する（図２（ｄ））。

誘電体ＤＢＲミラー１０形成後、ＥＢ蒸着装置を用いてＡｕメッキ下地としてＴｉ／Ａｕ、Ａｕメッキ下地上にＡｕメッキ１１を順に形成する。Ａｕメッキ１１はＬＬＯ後に薄膜となるＧａＮ成長層の保持材として作用するため、厚さは１０μｍ以上が望ましい（図２（ｅ））。本実施の形態ではＡｕメッキ１１の厚さを５０μｍとした。また、金属の材料としては放熱性に優れているものが望ましく、ＡｕのほかにＣｕやＡｇでも良い。さらに、本実施の形態ではＡｕメッキ１１等の厚膜金属層を保持材として用いたが、半導体基板をＧａＮ成長層に貼りつけて保持材として作用させる方法もある。その際、半導体基板としては劈開性があるものを用いることにより、チップ分離工程が容易となる。

Ａｕメッキ１１形成後、サファイア基板１側からレーザ照射を行い、裏面のサファイア基板１を分離する（図２（ｆ））。なお、ＬＬＯ後には、界面近傍に分解されたＧａ金属が付着するので、塩酸で除去を行う。この時、ＬＬＯ技術はＧａＮ層がレーザ光を吸収し、その際に発生する熱によってＧａＮ層を融解させるが、熱の不均一によりｎ−ＧａＮ層２には約２０ｎｍの凹凸が形成される。

サファイア基板１除去後、ｎ−ＧａＮ層２をドライエッチングにより完全に除去する（図２（ｇ））。なお、図２（ｆ）と（ｇ）とでは図の上下が入れ替わっている。ドライエッチング装置としてはＥＣＲ、ＩＣＰ、ＲＩＥが考えられる。エッチングガスとしては酸素、塩素、アルゴンの混合ガスを用いる。通常エッチングガスとして、塩素ガスのみ、あるいは塩素とアルゴンの混合ガスが用いられるが、それらに酸素ガスを混合することによりｎ−ＧａＮ層２とｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層３のエッチレートの選択比を大きくすることが可能である。エッチレートの選択比（以下エッチングの選択比、または単に選択比という）ｎ−ＧａＮ層２／ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層３＝ａと仮定すると、ｎ−ＧａＮ層２を完全に除去することにより、凹凸は２０／ａ（ｎｍ）にまで低減することができる。なお、実施の形態ではエッチングにより除去する層をｎ−ＧａＮ層２（Ａｌ組成０％）としたが、ｎ−ＧａＮ層２の代わりにｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層３よりもＡｌ組成の小さいＡｌＧａＮ層を用いれば、エッチングの選択比ａが１以上となるため有効である。

光損失を低減するためにＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層の凹凸としては１ｎｍ以下にするのが望ましい。そのためにはＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層とＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層の選択比が２０以上必要である。選択比を２０以上得るためには、実験的にＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層とＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層のＡｌ組成差を１０％以上とすることにより効果があることが確認されている。

また、ｎ−ＧａＮ層２，ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層３の構造にすることにより、通常では平坦化が困難なウェットエッチングによりｎ−ＧａＮ層２を除去することができる。例えば、ウェハをＫＯＨエッチャントに浸し、ウェハにＵＶ照射を行うことによりｎ−ＧａＮ層２を除去することができる。ｎ−ＧａＮ層２とｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層３のエッチレートの差は大きく、実験ではｎ−ＧａＮのエッチング量に比べて、ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎのエッチング量は非常に小さくなることが確認された。すなわち、エッチレートの選択比ｎ−ＧａＮ層２／ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層３が非常に大きいため、結果として、ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層３を非常に平坦化することが可能となる。なお、ウェットエッチングにはドライエッチングに対してサンプルへのダメージが少ないという利点がある。

続いて、光導波路以外の部分にｎ型電極１２としてＴｉ／ＡｕをＥＢ蒸着により形成し、窒素雰囲気中５００℃でシンタを行う。シンタ後、光導波路部に誘電体ＤＢＲミラー１３を形成する（図２（ｈ））。誘電体ＤＢＲミラー１３としては波長４０５ｎｍに対して反射率が９９％以上となるようにする。また、本実施の形態ではｎ型層側のＤＢＲミラーとして誘電体材料を用いて形成したが、組成の異なるＡｌＧａＮの屈折率差を利用して成長層でＤＢＲミラーを形成しても良い。

誘電体ＤＢＲミラー１３形成後に、Ａｕメッキ１１側に接着性を有するシート１４を貼りつける（図２（ｉ））。
その後、デバイス分離部のＳｉＯ_２膜７およびＡｕメッキ下地のＴｉをＢＨＦで除去する。続いて、ヨードを用いて、Ａｕメッキ１１のエッチングを行い、チップ分離を行うことにより、青色面発光レーザを作製することができる（図２（ｊ））。

かかる構成による効果を以下に説明する。
Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層，Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層，サファイア基板の順で構成された半導体素子に対してＬＬＯを行うと、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層（０≦Ｘ＜１）が光を吸収し、熱分解される。その際、発生する熱のむらにより、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層にはデバイス特性に影響を及ぼす大きい凹凸が形成される。そこで、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層をドライエッチングによって完全に除去する。その際のドライエッチング条件としてはＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層と比較してＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層のエッチレートが非常に遅い条件を用いる。Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層に形成された凹凸をＡ（ｎｍ）、選択比Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層のエッチレート／Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層のエッチレート＝ａとすると、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層を完全に除去した後、Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層に形成される凹凸はＡ／ａ（ｎｍ）となり、ＬＬＯ直後に比べて非常に低減される。このように、エッチレートの異なる２層をエッチングすることにより、Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層に形成される凹凸をレーザに用いる面として適当な精度で制御することにより、ＬＬＯ技術を用いて作製した窒化物半導体素子の特性を飛躍的に向上させることができる。

また、以上のように作製された面発光レーザは、ＬＬＯ後の界面の平坦性が非常に優れているため、その界面での光の散乱損失が少なく、優れた特性を得ることが可能である。
さらに、実施の形態１の変形例を図３に示す。

図３において、まず、ＬＬＯ技術により、サファイア基板１を除去する工程までは実施の形態１と同様である（図３（ａ））。
続いて、実施の形態１と同様にｎ−ＧａＮ層２の除去を行うが、その際、全面ではなく部分的にドライエッチングを行う（図３（ｂ））。ここで、光が導波される部分は必ずドライエッチングされているようにする。

続いて、ｎ型電極１２をドライエッチングを行わなかった部分に形成する（図３（ｃ））。ドライエッチングを行わなかった部分は、ドライエッチングを行って露出された部分に対してＡｌ組成の低い層となっている。そのため、ｎ型電極１２形成の際に容易に低コンタクト抵抗を得る事ができ、デバイス特性が向上する。ｎ型電極１２形成後の工程に関しては、実施の形態１に記載と同様である。

かかる構成により、ドライエッチングを行わなかった低Ａｌ組成部に電極を形成することができるため、低コンタクト抵抗を得やすく、デバイス特性を向上させることができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における窒化物半導体から構成される青色ＬＥＤの製造方法について、図４を参照しながら説明する。

図４は本発明の実施の形態２における青色面発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
ＧａＮ層の成長装置としてはＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）装置を用いる。まず、２インチ（０００１）サファイア基板１上に、低温緩衝層を形成した後、ｎ−ＧａＮ１５を１μｍ、ｎ−Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ１６を０．５μｍ、ｎ−ＧａＮ１７を３μｍ成長させる。次に、キャリアガスをＮ_２に切り替え、ＩｎＧａＮ活性層１８を２０ｎｍの膜厚で成長させる。本実施の形態で形成したＩｎＧａＮ活性層１８からは波長４７０ｎｍの青色発光が生じる。Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウムを用いる。本実施の形態では活性層をＳＱＷ構造としたが、ＭＱＷ構造でも良い。最後に、ｐ−ＧａＮ１９を０．８μｍ成長する。アクセプタ不純物であるＭｇの原料にはシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる（図４（ａ））。

ｐ−ＧａＮ１９を成長後、アニーリング装置で窒素雰囲気中、７５０℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ−ＧａＮ１９をさらに低抵抗化する。アニール後、ｐ−ＧａＮ１９上に、ｐ型電極９としてＥＢ蒸着を用いてＮｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着し（図４（ｂ））、その後、窒素雰囲気中６００℃でシンタを行う。

ｐ型電極９を形成後、ｐ型電極９上にＧａＡｓ基板２０を貼り合わせる（図４（ｃ））。ＧａＡｓ基板２０は、ＬＬＯによりサファイア基板を除去された後に薄膜となるＧａＮ層の保持材として機能する。ここで、ＧａＡｓ基板の機能は実施の形態１におけるＡｕメッキと同様である。
また、貼り付ける基板としてはＧａＡｓ基板の他にＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＡｌＮ基板などでも良い。

続いて、サファイア基板１側からレーザ照射を行い、サファイア基板１を分離する（図４（ｄ））。その際、実施の形態１に記載と同様の理由でｎ−ＧａＮ１５上には約２０ｎｍの凹凸が形成される。

表面荒れが面内で均一に荒れていれば、光取り出し効率を向上する場合もあるが、面内で不均一に荒れているので、発光が強い部分や弱い部分が混在し、デバイス特性が安定しない。

サファイア基板１分離後、光取り出し部のみ、ｎ−ＧａＮ１５のドライエッチングを行う（図４（ｅ））。なお、図４（ｄ）と（ｅ）では図の上下が反対になっている。ドライエッチング条件としてはｎ−ＧａＮ１５とｎ−Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ１６のエッチレート差が大きい条件を用いる。ｎ−ＧａＮ１５のエッチレート／ｎ−Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ１６のエッチレート＝ａとすると、ｎ−ＧａＮ１５を完全に除去して、ｎ−Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ１６が剥き出しになった状態では、凹凸が２０／ａ（ｎｍ）にまで低減される。

ドライエッチング後、ドライエッチングを行わなかった光取り出し部以外の部分にｎ型電極１２を形成する（図４（ｆ））。電極材料としてはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを用い、ＥＢ蒸着により形成する。その後、窒素雰囲気中、５００℃で１５ｍｉｎシンタを行う。

Ｎ電極シンタ後、ＧａＡｓ基板２０の研磨、劈開を行うことにより、青色ＬＥＤが作製される。
以上のように、青色ＬＥＤの製造方法において、Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層，Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層と比較してエッチレートが非常に早いＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層，サファイア基板の順で構成された半導体素子に対してＬＬＯを行い、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層をドライエッチングにより完全に除去することにより、Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層に形成される凹凸をレーザの光取り出し面として適当な精度で制御することができ、光取り出し面が非常に平坦であるため、均一に光取り出しが行われる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における窒化物半導体から構成される紫外ＬＥＤの製造方法について、図５を参照しながら説明する。

図５は本実施の形態３における紫外ＬＥＤの製造方法を示す工程断面図である。
ＧａＮ層の成長装置としてはＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）装置を用いる。
図５において、まず、２インチ（０００１）サファイア基板１上に、低温緩衝層を形成した後、ｎ−ＧａＮ２１を０．３μｍ、ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ２２を０．７μｍを成長させる。次に、キャリアガスをＮ_２に切り替え、バリアがＡｌＧａＮ層、ウェル層がＩｎＡｌＧａＮ層からなる活性層２３を成長させる。本実施の形態で形成したＩｎＡｌＧａＮ活性層２３からは波長３６０ｎｍの紫外発光が生じる。Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウムを用いる。本実施の形態では活性層をＳＱＷ構造としたが、ＭＱＷ構造でも良い。続いて、ｐ−ＡｌＧａＮ２４を０．１μｍ、Ｐ−ＧａＮコンタクト層２５を０．０２μｍ成長する（図５（ａ）参照）。

ｐ−ＧａＮコンタクト層２５を成長後、アニーリング装置で窒素雰囲気中、７５０℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ−ＧａＮコンタクト層２５をさらに低抵抗化する。アニール後、ｐ−ＧａＮコンタクト層２５上に、ｐ型電極９としてＥＢ蒸着を用いてＮｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着し（図５（ｂ））、その後、窒素雰囲気中６００℃でシンタを行う。

ｐ型電極９を形成後、ｐ型電極９上にＳｉ基板２６を貼り合わせる（図５（ｃ））。Ｓｉ基板２６は、ＬＬＯによりサファイア基板を除去された後に薄膜となるＧａＮ層の保持材として機能する。Ｓｉ基板のほかには実施の形態２でも記したようにＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板などでも良い。ここで、Ｓｉ基板の機能は実施の形態１におけるＡｕメッキと同様である。

続いて、サファイア基板１側からレーザ照射を行い、サファイア基板１を分離する（図５（ｄ））。その際、実施の形態１に記載と同様の理由でｎ−ＧａＮ２１上には約２０ｎｍの凹凸が形成される。

サファイア基板１分離後、光取り出し部のみ、ｎ−ＧａＮ２１のドライエッチングを行う（図５（ｅ））。なお、図５（ｄ）と（ｅ）では図の上下が反対になっている。ドライエッチング条件としてはｎ−ＧａＮ２１とｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ２２のエッチレート差が大きい条件を用いる。ｎ−ＧａＮ２１のエッチレート／ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ２２のエッチレート＝ａとすると、ｎ−ＧａＮ２１を完全に除去して、ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ２２が剥き出しになった状態では、凹凸が２０／ａ（ｎｍ）にまで低減される。

また、凹凸が減少するだけでなく、本実施の形態では次のような更なる効果もある。本実施の形態の活性層からの波長は３６０ｎｍであるので、もしｎ−ＧａＮ２１が残っていると、その層で光吸収が生じてしまう。しかし、本実施の形態では光取り出し部のｎ−ＧａＮ２１が除去されているので、光吸収を無くすことが出来、光出力が向上する。このように、紫外ＬＥＤでは、本構成により大きい効果が得られる。

ドライエッチング後、ドライエッチングを行わなかった光取り出し部以外の部分にｎ型電極１２を形成する（図５（ｆ））。電極材料としてはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを用い、ＥＢ蒸着により形成する。その後、窒素雰囲気中、５００℃で１５ｍｉｎシンタを行う。

Ｎ電極シンタ後、Ｓｉ基板２６の研磨、劈開を行うことにより、紫外ＬＥＤが作製される。
以上のように、紫外ＬＥＤの製造方法において、Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層，Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層と比較してエッチレートが非常に早いＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層，サファイア基板の順で構成された半導体素子に対してＬＬＯを行い、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層をドライエッチングにより完全に除去することにより、Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層に形成される凹凸をレーザの光取り出し面として適当な精度で制御することができ、光取り出し面が非常に平坦であるため、均一に光取り出しが行われる。

本発明は、デバイス特性に優れ、均一的に光を取り出すことのできる窒化物半導体素子を製造することができ、青色域から紫外域で発光する発光素子等の窒化物半導体素子の製造方法等に有用である。

本発明における窒化物半導体素子の製造方法の概略を示す工程断面図 本発明の実施の形態１における青色面発光レーザの製造方法を示す工程断面図 本発明の実施の形態１における青色面発光レーザの部分的にｎ−ＧａＮ層を除去する製造方法を示す工程断面図 本発明の実施の形態２における青色ＬＥＤの製造方法を示す工程断面図 本発明の実施の形態３における紫外ＬＥＤの製造方法を示す工程断面図 従来のＬＬＯを用いたIII族窒化物半導体素子の製造方法を示す工程断面図

符号の説明

１ サファイア基板
２ ｎ−ＧａＮ層
３ ｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎクラッド層
４ ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎガイド層
５ ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層
６ ｐ型層
７ ＳｉＯ_２膜
８ ＩＴＯ
９ Ｐ型電極
１０ 誘電体ＤＢＲミラー
１１ Ａｕメッキ
１２ ｎ型電極
１３ 誘電体ＤＢＲミラー
１４ シート
１５ ｎ−ＧａＮ
１６ ｎ−Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ
１７ ｎ−ＧａＮ
１８ ＩｎＧａＮ活性層
１９ ｐ−ＧａＮ
２０ ＧａＡｓ基板
２１ ｎ−ＧａＮ
２２ ｎ−ＡｌＧａＮ
２３ 活性層
２４ ｐ−ＡｌＧａＮ
２５ ｐ−ＧａＮコンタクト層
２６ Ｓｉ基板
２０１ 母材基板
２０２ 窒化物半導体層
２０３ 窒化物半導体層
２０４ 保持材
１０１ サファイア基板
１０２ ＧａＮ層
１０３ 電極層
１０４ 絶縁膜
１０５ Ｃｕメッキ
１０６ 保持金属
１０７ 電極層

Claims (11)

1. 母材基板上に窒化物半導体素子の基板領域を形成し、レーザリフトオフにより母材基板を分離する工程を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
   前記母材基板上に少なくとも第１の窒化物半導体層および前記第１の窒化物半導体層よりもエッチレートの遅い第２の窒化物半導体層とを順に形成する第１の工程と、
   前記母材基板側から前記第１の窒化物半導体層のエネルギーバンドギャップより大きいエネルギーを有するレーザを照射することにより前記母材基板と前記第１の窒化物半導体層とを分離する第２の工程と、
   前記第１の窒化物半導体層をエッチング除去する第３の工程と
   を有することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
2. 前記第１の窒化物半導体層がＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）であり、前記第２の窒化物半導体層がＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法。
3. 前記Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層と前記Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ層においてＹ−Ｘ≧０．１であることを特徴とする請求項２記載の窒化物半導体素子の製造方法。
4. 前記第３の工程のエッチング除去がドライエッチングにより行われ、少なくとも塩素系ガスと酸素を混合したガスで行われることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
5. 前記第３の工程のエッチング除去がウェットエッチングにより行われることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
6. 前記第３の工程におけるエッチング除去を少なくとも光が導波される部分に対して行い、電極を残った前記第２の窒化物半導体層上に形成することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
7. 前記第２の工程の前に、前記窒化物半導体層上に金属層を形成することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
8. 前記金属層としてＡｕ，ＡｇまたはＣｕを用いることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
9. 前記金属層の膜厚が１０μｍ以上であることを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
10. 前記第２の工程の前に、前記窒化物半導体層上に半導体基板を貼り合わせることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
11. 前記半導体基板が劈開性を有することを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体素子の製造方法。

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