JP2010153450A - 半導体素子の製造方法、積層構造体の製造方法、半導体ウエハおよび積層構造体。 - Google Patents
半導体素子の製造方法、積層構造体の製造方法、半導体ウエハおよび積層構造体。 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】
半導体エピタキシャル層の成長温度よりも低い成長温度で、V/III比が3000以上となるようにV族原料とIII族原料を供給して、成長用基板上にIII族窒化物からなる下地層を形成する。次に下地層上に互いに異なる成長速度でIII族窒化物の成長を行う第1ステップおよび第2ステップを交互に複数回実施して内部に複数の空孔を含む空洞含有層を長用基板上に形成する。次に空洞含有層の上に半導体エピタキシャル層をエピタキシャル成長させる。次に半導体エピタキシャル層に支持基板を接着する。空洞含有層を起点として成長用基板を剥離する。
【選択図】図2
Description
前記下地層を形成する工程のV族原料とIII族原料の供給比率(V/III比)をS1、前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層を形成する工程のV族原料とIII族原料の供給比率(V/III比)をS2とすると、S1÷S2の値が0.5以上であることが好ましい。また、前記下地層を形成する工程は、前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層の成長温度よりも低い温度で、V/III比が3000以上となるようにV族原料とIII族原料を供給する条件下で行うことが好ましい。
空洞含有層形成工程は、低温バッファ層を高いV/III比で気相成長することにより成長用基板10上にGaNからなる下地層20aを形成する工程と、縦方向成長が助長される条件でGaN成長を行う処理(第1ステップ)と横方向成長が助長される条件でGaN膜の成長を行う処理(第2ステップ)とを交互に複数回繰り返すことにより空洞含有層20を完成させる工程を含む。V/III比とは、III族窒化物半導体層を気相成長する際に供給される原料ガスに含まれるV族元素のモル数をIII族元素のモル数で割った値であり、V族元素とIII族元素の供給比率を意味している。以下、空洞含有層20の形成工程について詳述する。
次に、MOCVD法により空洞含有層20の上にGaN系半導体からなるn層31、発光層32およびp層33を含む半導体エピタキシャル層30を形成する(図5(d))。
次に、真空蒸着法等により、p層33上にPt(10Å)およびAg(3000Å)をこの順番で堆積し、電極層40を形成する。Pt層によりp層33との間でオーミック接触が確保され、Ag層により高反射率が確保される。続いて、Ti(1000Å)、Pt(2000Å)およびAu(2000Å)をこの順番で堆積し、接着層41を形成する。接着層41は後述する支持基板60との接着部を構成する(図5(e))。
次に、成長用基板10を半導体エピタキシャル層30から剥離する。成長用基板10は、空洞含有層20内部において均一に分布した幅数μm程度の柱状構造体22を介して半導体エピタキシャル層30に接合しているので、この接続部に対して外部から僅かな力を加えることにより空洞含有層20を起点として成長用基板10を容易に剥離することが可能である。従って、LLO法によらず成長用基板10を剥離することが可能となる。例えば、成長用基板10に軽い衝撃を与えることにより成長用基板10を剥離することができる。また、超音波等を用いてウエハに振動を与えることにより成長用基板10を剥離することもできる。また、空洞含有層20内部の空洞21に液体を浸透させ、これを加熱することにより生じる水蒸気圧を利用して成長用基板10を剥離することもできる。また、ウエハを酸やアルカリ溶液に浸漬して空洞21内部にエッチャントを浸透させることにより柱状構造体22をエッチングして成長用基板10を剥離することもできる。また、LLO法を補助的に使用して成長用基板10を剥離することとしてもよい。この場合、従来と比較して低エネルギー密度でレーザを照射することができ、デバイスに与えるダメージを低減することができる(図6(g))。尚、支持基板接合工程(ステップS3)が終了した段階で、支持基板60の応力等によって成長用基板10が自然剥離していても実質上問題はない。従って、支持基板接合工程が実施された後、支持基板60の応力によって自然剥離が生じるように空洞含有層20の機械強度を調整しておくことで、本工程は省略することが可能である。
次に、成長用基板10を剥離することによって表出した面を塩酸処理することにより、空洞含有層20に付着した金属Ga23を除去するとともに、n層31表面を表出させる(図6(h))。成長用基板除去工程において、ウエハを酸やアルカリに浸漬して空洞21内部にエッチャントを浸透させた場合、金属Ga23はそのとき除去されるが、除去しきれずに残った場合はこの段階で改めて除去する。尚、エッチャントとしては、塩酸に限らず、GaN膜をエッチングすることが可能なものであればよく、例えば、リン酸、硫酸、KOH、NaOH等を使用することができる。エッチャントとしてKOH等を用いることにより、n層31表面には、所謂マイクロコーンと呼ばれるGaN結晶構造に由来する六角錐状の突起が多数形成され、これが光取り出し効率の向上に寄与する。また、表面処理はウェットエッチングに限らずArプラズマや塩素系プラズマを用いたドライエッチングによって実施してもよい。
次に、表面処理が施されたn層31表面に真空蒸着法等によりTiおよびAlを順次堆積し、更にボンディング性向上のため、最表面にTi/Auを堆積することによりn電極70を形成する(図6(i))。尚、電極材料としてはTi/Al以外に、Al/Rh、Al/Ir、Al/Pt、Al/Pd等を用いることとしてもよい。
次に、n電極70が形成された支持基板付き半導体エピタキシャル層30を個別のチップに分離する。この工程は、まず、半導体エピタキシャル層30表面に各チップ間に溝を設けるようにしたパターンをレジストによりパターニングする。次に、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching)を用いて半導体エピタキシャル層30表面から電極層40に達する深さまで溝を形成する。その後、支持基板60等をダイシングし、各チップに分離する。また、レーザスクライブ等の技術を用いてもよい。以上の各工程を経ることにより半導体発光素子が完成する。
20 空洞含有層
20a 下地層
20b1 第1のGaN層
20b2 第2のGaN層
21 空洞
22 柱状構造体
23 金属Ga
30 半導体エピタキシャル層
40 電極層
41 接着層
60 支持基板
61 接着層
Claims (26)
- 成長用基板上にIII族窒化物系化合物半導体からなり、かつ、層内に点在する柱状構造体と空洞とを含む空洞含有層を形成する工程と、
前記空洞含有層の上に、III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層を形成する工程と、
前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層の上に支持基板を接着する工程と、
前記空洞含有層を境界面として前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層から成長用基板を除去する工程と、を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記空洞含有層を形成する工程は、
前記成長用基板上にIII族窒化物からなる柱状構造体を表面に持つ下地層を形成する工程と、
前記下地層上に互いに異なる成長速度でIII族窒化物の成長を行う第1ステップおよび第2ステップを交互に複数回実施する工程と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記第1ステップは、前記下地層の成長温度よりも高い成長温度でV族原料およびIII族原料を所定の流量で供給して前記III族窒化物を主に縦方向に成長させる処理を含み、
前記第2ステップは、前記下地層の成長温度よりも高い成長温度で前記第1ステップにおける流量よりも多い流量でV族原料およびIII族原料を供給して前記III族窒化物を主に横方向に成長させる処理を含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記下地層を形成する工程のV族原料とIII族原料の供給比率(V/III比)をS1、前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層を形成する工程のV族原料とIII族原料の供給比率(V/III比)をS2とすると、S1÷S2の値が0.5以上であることを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記下地層を形成する工程は、前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層の成長温度よりも低い温度でV/III比が3000以上となるようにV族原料とIII族原料を供給する条件下で行うことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記空洞含有層の膜厚をT1μm、前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層の膜厚をT2μmとすると、T1×T2の値が0.6から2.5であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記成長用基板を除去する工程は、前記成長用基板が自然に剥がれる工程であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記成長用基板を除去する工程は、前記空洞含有層に外力を与える処理を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記成長用基板を除去する工程は、前記空洞含有層内部に液体を浸透させた後、加熱する処理を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記成長用基板を除去する工程の後に、前記成長用基板を除去して表出した面上に付着している金属Gaを除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記成長用基板を除去する工程は、前記空洞含有層をウェットエッチングする処理を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記空洞含有層をウェットエッチングする処理において、同時に前記成長用基板を除去して表出した面上に付着している金属Gaの除去を行うことを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層を形成する工程は、n型III族窒化物系化合物半導体層、発光層、およびp型III族窒化物系化合物半導体層と、を順次形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法。
- 成長用基板上に、III族窒化物系化合物半導体からなり、かつ、層内に点在した柱状構造体と空洞とを含む空洞含有層を形成する工程を含むことを特徴とする積層構造体の製造方法。
- 前記空洞含有層を形成する工程は、
V/III比が3000以上となるようにV族原料とIII族原料を供給して、前記成長用基板上にIII族窒化物からなる柱状構造体を表面に持つ下地層を形成する工程と、
前記下地層上に互いに異なる成長速度でIII族窒化物の成長を行う第1ステップおよび第2ステップを交互に複数回実施する工程と、を含むことを特徴とする請求項14に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記第1ステップは、前記下地層の成長温度よりも高い成長温度でV族原料およびIII族原料を所定の流量で供給して前記III族窒化物を主に縦方向に成長させる処理を含み、
前記第2ステップは、前記下地層の成長温度よりも高い成長温度で前記第1ステップにおける流量よりも多い流量でV族原料およびIII族原料を供給して前記III族窒化物を主に横方向に成長させる処理を含むことを特徴とする請求項15に記載の積層構造体の製造方法。 - 成長用基板と、
前記成長用基板の上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体からなり、かつ、層内に点在した柱状構造体と空洞とを含む空洞含有層と、
前記空洞含有層の上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層と、を含むことを特徴とする半導体ウエハ。 - 前記空洞含有層は、前記空洞の内壁に付着した金属Gaを含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体ウエハ。
- 前記柱状構造体の幅は1μm以上18μm以下であることを特徴とする請求項17又は18に記載の半導体ウエハ。
- 前記空洞含有層の膜厚をT1μm、前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層の膜厚をT2μmとすると、T1×T2の値が0.6から2.5であることを特徴とする請求項17乃至19のいずれか1つに記載の半導体ウエハ。
- 前記III族窒化物系化合物半導体エピタキシャル層は、n型III族窒化物系化合物半導体層と、発光層と、p型III族窒化物系化合物半導体層と、を含むことを特徴とする請求項17乃至20のいずれか1つに記載の半導体ウエハ。
- 成長用基板と、
前記成長用基板上に設けられ、III族窒化物系化合物半導体からなり、かつ、層内に点在した柱状構造体と空洞とを含む空洞含有層と、を含むことを特徴とする積層構造体。 - 前記空洞含有層は、前記空洞の内壁に付着した金属Gaを含むことを特徴とする請求項22に記載の積層構造体。
- 前記柱状構造体の幅は、1μm以上18μm以下であることを特徴とする請求項22又は23に記載の積層構造体。
- 成長用基板と、前記成長用基板上に積層されたIII族窒化物層とを含む積層構造体であって、
前記III族窒化物層は、
V/III比が3000以上となるようにV族原料とIII族原料を供給して、前記成長用基板上にIII族窒化物からなる下地層を形成した後、前記下地層上に互いに異なる成長速度でIII族窒化物の成長を行う第1ステップおよび第2ステップを交互に複数回実施することにより形成された内部に複数の空洞を含む層を有することを特徴とする積層構造体。 - 前記空洞を含む層は、層内に点在する幅1μm以上18μm以下の柱状構造体を有することを特徴とする請求項25に記載の積層構造体。
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