JP2011187596A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い生産効率で半導体発光素子を製造する。
【解決手段】 （ａ）成長基板を準備する。（ｂ）成長基板上に、成長基板側から、各々Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で構成される、第１導電型の第１半導体層、活性層、第２導電型の第２半導体層を含む半導体膜を形成する。（ｃ）支持体を準備する。（ｄ）半導体膜上及び／または支持体上に金属層を形成し、金属層を介して半導体膜と支持体とを接合する。（ｅ）成長基板の外周部にレーザビームを照射し、外周部において、成長基板と半導体膜とを剥離する。（ｆ）成長基板の外周部の内側領域に、レーザビームが照射されない未照射領域を設けながら、レーザビームを照射し、成長基板を半導体膜から剥離除去する。（ｇ）成長基板が剥離除去された半導体膜の一部を除去し、半導体発光素子が形成される領域を区画する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光素子を製造する方法に関する。

近年、特に青色発光を示すＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるＩＩＩ族窒化物半導体を主材料とする半導体発光素子の分野では、半導体膜の結晶成長に使用した成長基板を除去し、電流を縦方向に流す、いわゆる縦型半導体発光素子の採用が増えている。

成長基板には、通常、低価格で、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮとの格子整合及び高品質半導体膜の結晶成長が可能なサファイア基板等の異種基板が用いられる。しかしサファイアは、青色光に対する光屈折率が半導体膜よりも小さい。このため、半導体膜内の活性層で発光された青色光の一部を活性層側に全反射し、外部へ放出される光を制限してしまう。縦型半導体発光素子は、成長基板を除去することで光屈折率差による全反射の問題を解決し、光取り出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子である。

また縦型半導体発光素子においては、支持体をｐ電極として利用できるため、横型半導体発光素子のように、活性層を含む半導体膜の一部を除去し、半導体膜の同一面側にｎ電極及びｐ電極を形成する必要がない。光放出面側に形成する電極がｎ電極のみとなるので、半導体発光素子１個当たりの発光面積（活性層面積）を広く取ることができる。また電極が発光の影となる面積も小さくなる。

図１１（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、縦型半導体発光素子の一般的な製造方法を説明する。図１１（Ａ）は、縦型半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。成長基板、たとえばサファイア基板を準備し、その上にＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮからなる半導体膜を結晶成長させる（ステップＳ１０１）。半導体膜の結晶成長にはたとえばＭＯＣＶＤ(metal organic chemical vapor deposition)法が用いられる。形成される半導体膜は少なくとも、成長基板側から順に、第１導電型（ｎ型）の第１半導体層、発光が行われる活性層、第２導電型（ｐ型）の第２半導体層を含む。

たとえば電子ビーム蒸着法を用い、半導体膜表面に金属層（ｐ電極及び接合層を構成する金属多層膜）を形成し、これを介して半導体膜と支持体とを接合する（ステップＳ１０２）。支持体には導電性の基板、たとえば不純物が添加されたシリコンウエハや、Ｃｕ、ＣｕＷ等の金属及び合金の板またはメッキ等が用いられる。接合は、熱圧着で行われることが一般的である。

サファイア基板等の成長基板をレーザリフトオフ法により剥離除去する（ステップＳ１０３）。成長基板側からレーザを照射することで、成長基板と半導体膜との界面付近に存在する、たとえばＧａＮの半導体層の一部を、Ｇａ（金属）とＮ_２（ガス）とに分解する。たとえばライン状に整形されたレーザビームがウエハ全面にスキャンされ、成長基板が剥離される（たとえば、特許文献１及び２参照）。

本願発明者らは、先の出願（特許文献３）において、ウエハ内の半導体発光素子形成領域ごとに、それより一回り大きい矩形状に整形されたレーザパルスを入射させて成長基板を剥離する方法を提案した。

図１１（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、成長基板除去工程（ステップＳ１０３）におけるパルスレーザビームの照射領域を示す、平面図及び断面図である。半導体膜形成工程（ステップＳ１０１）及び支持体形成工程（ステップＳ１０２）によって、成長基板１０上に、順に半導体膜２０、金属層（ｐ電極及び接合層）３０、支持体４０が形成されている。パルスレーザビーム、たとえば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザは、成長基板側から照射される。エネルギ密度はビーム照射面において、たとえば９２０ｍＪ／ｃｍ^２である。

図１１（Ｂ）に示すように、矩形状のレーザパルスは、たとえばその短辺方向（図の上下方向）及び長辺方向（図の左右方向）にスキャンされる。スキャンにおいては、ビーム照射領域の端部同士をオーバーラップさせ、ウエハ上に未照射領域を残さない。

図１１（Ｃ）を参照する。ウエハに照射されるレーザパルスの長辺（レーザ幅）はたとえば５４０μｍであり、オーバーラップ幅はたとえば１０μｍである。

続いて、成長基板の除去処理を行う（ステップＳ１０４）。図１１（Ｄ）は、レーザビーム照射直後の半導体膜２０等積層構造の概略を示す断面図である。成長基板１０と半導体膜２０とは、レーザビームの照射でＧａＮの分解により析出した金属Ｇａ層５０、及び照射されたレーザビームで半導体膜２０の一部が変質した変質層６０を介して、なお接着されている。Ｇａの融点である３０℃以上の温水にウエハを浸すことで、成長基板１０を除去する。ＨＣｌ浸漬によりＧａを溶解させてもよい。

半導体発光素子間に位置する半導体膜２０を除去し（ステップＳ１０５）、個々の半導体発光素子領域ごとに区画する溝（ストリート部）を形成する。半導体膜２０の除去は、ＴＭＡＨ(tetramethylammonium hydroxide)やＫＯＨ等のアルカリ溶液によるウエットエッチ、ＲＩＥ(reactive ion etching)によるドライエッチで行うことができる。

成長基板１０の除去により露出した半導体膜２０（第１半導体層）の表面にｎ電極を形成する（ステップＳ１０６）。たとえば特許文献２においては、Ａｕ、Ｔｉを積層し、ｎ電極を形成している。

素子分離を行う（ステップＳ１０７）。半導体膜２０除去工程（ステップＳ１０５）で形成されたストリート部に沿って、金属層３０及び支持体４０を切断し、個々の半導体発光素子に分割する。切断には、スクライブ／ブレイキング、レーザスクライブ、ダイシング等が用いられる。

上述の縦型半導体発光素子の製造方法によれば、レーザビーム照射後の基板除去処理工程（ステップＳ１０４）が必要である。なお、温水やＨＣｌが隙間に入り込めない場合、この工程において、温水やＨＣｌへの浸漬によっては成長基板１０を除去することができない。更に、変質層６０が存在していると、成長基板１０除去後に機械研磨やＲＩＥによるドライエッチ等の表面処理が必要とされる。

レーザビームの照射で形成されるＧａ層５０及び変質層６０は、半導体膜２０除去工程（ステップＳ１０５）で用いるエッチャントに対して反応しない、または半導体膜２０とは異なるエッチングレートを示す。また、金属Ｇａ層５０の厚さ（金属Ｇａの析出量）や変質層６０の厚さは、ウエハの反りや装置の熱引きなどの影響を受けやすく、レーザビームの照射エネルギの変動により、ウエハ面内で不均一となる。このためこの状態で半導体膜２０除去工程（ステップＳ１０５）を行うと、ストリート部の半導体膜２０のエッチング度合いにムラが生じ、ストリート部上の半導体膜の残渣がスクライブ不良を発生させる、後工程で半導体発光素子の形成領域側面に付着してリークの発生源となるなどにより、歩留まりが低下する。図１２（Ａ）は、成長基板１０剥離後の表面状態の差に起因するエッチングムラを示す写真である。

レーザリフトオフ法を用いた成長基板１０除去工程（ステップＳ１０３）においては、ウエハ外周部が剥離しがたく、レーザビームの照射によって成長基板１０を除去することが困難な場合があった。除去のため、照射するレーザビームのエネルギを大きくすると、半導体膜２０が破壊され、半導体発光素子の形成領域にクラックが生じることがあった。更に、レーザビームがオーバーラップして照射（多重照射）される半導体発光素子の形成領域間（ストリート部中央）から半導体膜２０にクラックが発生することもあった。図１２（Ｂ）は、レーザビームの多重照射領域に発生したクラックを示す写真である。写真中にはクラックを破線で囲んで表した。

特開２００３−１６８８２０号公報 特開２００６−０７３６１９号公報 特願２００９−２５２９０２号

本発明の目的は、生産効率の高い半導体発光素子の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）成長基板を準備する工程と、（ｂ）前記成長基板上に、前記成長基板側から、各々Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で構成される、第１導電型の第１半導体層、活性層、第２導電型の第２半導体層を含む半導体膜を形成する工程と、（ｃ）支持体を準備する工程と、（ｄ）前記半導体膜上及び／または前記支持体上に金属層を形成し、前記金属層を介して前記半導体膜と前記支持体とを接合する工程と、（ｅ）前記成長基板の外周部にレーザビームを照射し、該外周部において、前記成長基板と前記半導体膜とを剥離する工程と、（ｆ）前記成長基板の外周部の内側領域に、レーザビームが照射されない未照射領域を設けながら、レーザビームを照射し、前記成長基板を前記半導体膜から剥離除去する工程と、（ｇ）前記成長基板が剥離除去された前記半導体膜の一部を除去し、半導体発光素子が形成される領域を区画する工程とを有する半導体発光素子の製造方法が提供される。

本発明によれば、生産効率の高い半導体発光素子の製造方法を提供することができる。

実施例による半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、半導体膜形成工程（ステップＳ２０１）から成長基板除去工程（ステップＳ２０３）までの各工程を示す、半導体膜等積層構造の断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、成長基板除去の第１工程を示す概略図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、成長基板除去の第２工程を示す概略図である。 レーザ未照射領域の幅を２０μｍとし、成長基板１０を剥離した後の半導体膜２０を示す写真である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、成長基板除去の第２工程でレーザビームが照射された半導体膜等積層構造（ウエハ）の概略的な断面図である。 成長基板除去工程（ステップＳ２０３）によって、成長基板１０が剥離された後の半導体膜２０を示す写真である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、半導体膜除去工程（ステップＳ２０４）から素子分離工程（ステップＳ２０６）までの各工程を示す、半導体膜等積層構造の断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、半導体膜除去工程後の処理状態を示す写真である。 レーザ照射後のクラックの有無及び半導体膜除去後のエッチングムラの有無を、レーザ未照射領域の幅によって分類した表である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、縦型半導体発光素子の一般的な製造方法を説明する図である。 （Ａ）は、成長基板１０剥離後の表面状態の差に起因するエッチングムラを示す写真であり、（Ｂ）は、レーザビームの多重照射領域に発生したクラックを示す写真である。

図１は、実施例による半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。実施例による半導体発光素子の製造方法は、半導体膜形成工程（ステップＳ２０１）、支持体形成工程（ステップＳ２０２）、成長基板除去工程（ステップＳ２０３）、半導体膜除去工程（ステップＳ２０４）、電極形成工程（ステップＳ２０５）、及び素子分離工程（ステップＳ２０６）の各工程を含む。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は、半導体膜形成工程（ステップＳ２０１）から成長基板除去工程（ステップＳ２０３）までの各工程を示す、半導体膜等積層構造の断面図である。

図２（Ａ）を参照して、半導体膜形成工程（ステップＳ２０１）について説明する。Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を結晶成長させることが可能な成長基板１０を準備する。成長基板１０は、たとえばＣ面サファイア基板である。

ＭＯＣＶＤ法を用い、成長基板１０上に半導体膜２０を形成する。半導体膜２０は、成長基板１０側から順に、各々Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮで構成される、ｎ型の半導体層（第１半導体層２１）、活性層２２、及びｐ型の半導体層（第２半導体層２３）を含む。

具体的には、まず成長基板１０をＭＯＣＶＤ装置に投入し、水素雰囲気中で１０００℃、１０分間の加熱（サーマルクリーニング）を行う。次に約５００℃で、ＴＭＧ(trimethylgallium)１０．４μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３３．３ＬＭを３分間供給し、低温バッファ層を形成する。続いて、１０００℃まで昇温し、３０秒間保持することにより、低温バッファ層を結晶化させ、そのままの温度で、ＴＭＧ４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３４．４ＬＭを２０分間供給して下地ＧａＮ層を厚さ約１μｍに形成する。その後、１０００℃でＴＭＧ４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３４．４ＬＭ、ＳｉＨ_４（モノシラン）２．７×１０^−９μｍｏｌ／ｍｉｎを１２０分間供給し、ｎ−ＧａＮ層（ｎ型の第１半導体層２１）を厚さ約７μｍに成長させる。

活性層２２には、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる多重量子井戸構造を適用した。実施例においては、ＩｎＧａＮ／ＧａＮを１周期として５周期成長を行った。約７００℃で、ＴＭＧ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ(trimethylindium)１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３４．４ＬＭを３３秒間供給し、膜厚約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層、及び、ＴＭＧ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３４．４ＬＭを３２０秒間供給し、膜厚約１５ｎｍのＧａＮ障壁層の成長を、５周期分繰り返した。

温度を８７０℃まで上げ、ＴＭＧ８．１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ(trimethylaluminum)７．５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３４．４ＬＭ、Ｃｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）２．９×１０^−７μｍｏｌ／ｍｉｎを５分間供給し、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層を厚さ約４０ｎｍに成長させる。そしてそのままの温度で、ＴＭＧ１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３４．４ＬＭ、Ｃｐ_２Ｍｇ２．９×１０^−７μｍｏｌ／ｍｉｎを７分間供給し、ｐ−ＧａＮ層（ｐ型の第２半導体層２３）を、厚さ約１５０ｎｍに成長させる。

図２（Ｂ）を参照して、支持体形成工程（ステップＳ２０２）について説明する。本工程においては、まずｐ−ＧａＮ層である第２半導体層２３の表面に、ｐ電極３１、及び、支持体との接合のための接合層３２の一部を形成する。具体的には、電子ビーム蒸着法により第２半導体層２３側から、Ｐｔ１０Å、Ａｇ１５００Å、Ｔｉ１０００Å、Ｐｔ１０００Å、Ｔｉ２５０Å、Ｗ１０００Å、Ｔｉ２５０Å、Ｐｔ１００Å、Ａｕ２０００Åの各層を順に形成した。これらは、支持体との接合の機能を有するのみならず、第２半導体層２３との密着性及びオーミック性、活性層２２で発光される光に対する反射率、構成金属層の拡散防止、特に半導体膜２０への混入防止等の特性を満足する積層構造である。

一方で、シリコン基板の表面にシリコン基板とのオーミック接触を図るための電極層と、半導体膜との接合のための接合層３２の一部を形成した支持体４０を準備する。具体的には、不純物が添加された導電性のシリコンウエハ上に、Ｐｔ２０００Å、Ｔｉ１５０００Å、Ｎｉ５０００Å、Ａｕ１０００Å、Ｐｔ２０００Å、ＡｕＳｎ１００００Åを順次成膜した。続いて、半導体膜２０側の接合層３２の一部と、支持体４０側の接合層３２の一部とが対向した状態で、半導体膜２０と支持体４０とを、接合層３２とｐ電極３１からなる金属層３０を介して密着させ、窒素雰囲気下で熱圧着し、半導体膜２０と支持体４０とをＡｕＳｎ共晶接合により一体化する。

なお、半導体膜２０と支持体４０との接合のための接合金属層は、両者の接合前の工程において、半導体膜２０側及び／または支持体４０側に任意に設けることができ、接合機能以外の他の機能を適宜備えることができる。

次に図２（Ｃ）に示す成長基板除去工程（ステップＳ２０３）に進む。成長基板除去工程においては、レーザリフトオフ法を用いて成長基板１０を除去する。

図３〜図７を参照して、成長基板除去工程を詳説する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、成長基板除去の第１工程を示す概略図である。図３（Ａ）を参照する。第１工程においては、成長基板１０側から、成長基板１０の外周部（ウエハ外周部）にパルスレーザビームを照射する。たとえば成長基板１０の非外周部を、紫外光を透過させないＵＶ非透過シートで覆い、パルスレーザビーム、一例としてＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を、ウエハの面内方向にスキャンする。実施例においては、成長基板１０よりも半径の小さい円状のＵＶ非透過シートを成長基板１０の中央部に貼付した状態で、ウエハ全面にレーザ照射を行った。

なお、レーザビームを照射する外周部は、成長基板の最外周から３ｍｍ以上の範囲まで画定するのが好ましいであろう。最外周から３ｍｍ未満とした場合、後述する成長基板除去の第２工程後においても、成長基板１０と半導体膜２０との密着力が強く残存し、成長基板１０の剥離除去が困難となる場合が生じる。

また、成長基板の最外周から５ｍｍ以下の範囲まで画定するのが好ましいであろう。第１工程において、最外周から５ｍｍを超えた領域にまでレーザ照射を行うと、ウエハ１枚から製造できる半導体発光素子の数が少なくなり、コスト面の問題を生じる。

図３（Ｂ）に、レーザパルスの照射領域の一部を示した。レーザパルスは、たとえば矩形状に整形され、ウエハに照射される。スキャン方向は、矩形状照射領域の短辺方向（図の上下方向）及び長辺方向（図の左右方向）である。ビーム照射面におけるエネルギ密度は、９５０ｍＪ／ｃｍ^２とした。照射するレーザビームのエネルギ密度は、半導体膜２０（ｎ−ＧａＮ層である第１半導体層２１）が十分に分解されるエネルギ密度、たとえば９４０ｍＪ／ｃｍ^２以上９７０ｍＪ／ｃｍ^２以下とすることが望ましい。エネルギ密度がこれより低いと、外周部の半導体膜２０の分解が不十分となり、成長基板１０と半導体膜２０とが接着されたまま、剥離が困難となる場合が生じる。一方、エネルギ密度がこれより高いと、外周部（レーザ照射領域）以外の半導体膜２０に割れ（クラック）が発生し歩留まりを低下させることがある。

パルスレーザビームのスキャンにおいては、ビーム照射領域の端部同士をオーバーラップさせ、外周部に未照射領域を残さない。レーザビームは外周部の全面に照射される。オーバーラップ幅はたとえば１０μｍである。

図３（Ｃ）を参照する。第１工程におけるレーザ照射により半導体膜２０が分解され、成長基板１０の外周部が半導体膜２０から剥離する。なお、レーザビームの照射は、ウエハをブルーシート等に固定した状態で行われる。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は、成長基板除去の第２工程を示す概略図である。図４（Ａ）を参照する。第２工程においては、ＵＶ非透過シートを除き、成長基板１０側から、成長基板１０の外周部の内側領域にパルスレーザビームを照射する。内側領域のみにレーザ照射してもよいし、外周部を含めた全面にレーザビームを照射することもできる。

たとえば矩形状に整形されたＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を、ウエハの面内方向にスキャンする。スキャン方向は、矩形状照射領域の短辺方向（図の上下方向）及び長辺方向（図の左右方向）である。ビーム照射面におけるエネルギ密度は、９２０ｍＪ／ｃｍ^２とした。照射するレーザビームのエネルギ密度は、成長基板１０を半導体膜２０から剥離するに足るエネルギ密度、たとえば６００ｍＪ／ｃｍ^２以上９３０ｍＪ／ｃｍ^２以下とすることが望ましい。エネルギ密度がこれより低いと、ｎ−ＧａＮ層である第１半導体層２１の分解が起こりにくく、成長基板１０の剥離除去が困難となる場合がある。一方、エネルギ密度がこれより高いと、半導体膜２０に割れ（クラック）が発生し歩留まりの低下を招くことがある。

パルスレーザビームは個々の半導体発光素子が形成される領域ごとに照射する。また、パルスレーザビームのスキャンにおいては、ビーム照射領域の端部同士をオーバーラップさせず、成長基板１０上に未照射領域を残す。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に破線で囲んだ領域を拡大した平面図である。半導体発光素子の形成領域は、たとえば縦２７０μｍ、横４８０μｍの矩形状である。パルスレーザビームはそれを囲む、たとえば縦３３０μｍ、横５４０μｍの矩形状領域に照射される。各レーザパルスの照射領域の周囲には、レーザビームが照射されない未照射領域が設けられる。

パルスレーザビームの照射領域間の間隔（レーザ未照射領域の幅）は、短辺方向（図の上下方向）及び長辺方向（図の左右方向）にそれぞれたとえば３μｍ以上１５μｍ以下である。３μｍ未満である場合、後工程（半導体膜除去工程Ｓ２０４）でウエットエッチが開始されないことがある。また、エッチングムラが生じる場合がある。１５μｍを超える場合、成長基板１０と半導体膜２０とを剥離できないことがある。

図５は、レーザ未照射領域の幅を２０μｍとし、成長基板１０を剥離した後の半導体膜２０を示す写真である。レーザ未照射領域の一部の半導体膜２０が成長基板１０とともに剥離されたため、残った半導体膜２０の一部にクラックが発生している。本図においてはクラックが発生している箇所を破線で囲んで表した。このように、成長基板１０と半導体膜２０が剥離された場合であっても、半導体膜２０にクラック等の発生が認められることがある。

図４（Ｃ）を参照する。成長基板１０は、成長基板除去の第２工程におけるレーザ照射中に、半導体膜２０から完全に剥離除去される。したがって成長基板１０と半導体膜２０との分離のために、Ｇａの融点である３０℃以上の温水に浸す等の処理を行う必要はない。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、成長基板除去の第２工程でレーザビームが照射された半導体膜等積層構造（ウエハ）の概略的な断面図である。

図６（Ａ）に示すように、レーザビームが照射された領域（半導体発光素子が形成される領域）の半導体膜２０（ｎ−ＧａＮで形成される第１半導体層２１）表面は分解され、金属Ｇａ層５０、及びレーザビームによる変質層６０が形成される。レーザビームが照射されない領域においては、半導体膜２０の分解は生じない。

図６（Ｂ）を参照する。第２工程のレーザ照射で、成長基板１０が半導体膜２０から剥離されるのは、レーザ照射時に発生するＮ_２ガスの圧力（体積膨張）や、支持体４０、半導体膜２０、成長基板１０等を構成する材料それぞれの熱膨張率の相違等に起因して発生する力により、レーザ照射領域及びレーザ未照射領域の成長基板１０と半導体膜２０とが剥離されるためと考えられる。金属Ｇａの析出量が少ないため、成長基板１０と半導体膜２０との密着力が弱いことも一因であろう。

なお、第１工程のレーザ照射で外周部の成長基板１０が剥離されていない場合、発生するＮ_２ガスの逃げ場がなく、半導体膜２０にクラックが生じることがある。Ｎ_２ガスの逃げ場を効果的に確保するという観点からは、第２工程のレーザ照射は、図４（Ａ）に矢印で示したように、ウエハ端部から順に行うのが望ましい。

第２工程のレーザ照射後に成長基板１０が剥離されていない場合であっても、加熱や冷却、超音波や外力の付加等により容易に剥離可能である。

成長基板除去の第１工程と第２工程とを比較した場合、第１工程において、照射するレーザビームのエネルギ密度をより高くすることが望ましい。これは本願発明者らの研究から、外周部は、その内側領域よりも成長基板１０と半導体膜２０とを剥離するのが困難との知見が得られているためである。外周部の剥離が困難なのは、（ｉ）支持体形成工程（ステップＳ２０２）における、半導体膜２０と支持体４０との共晶接合（熱圧着）時にはみ出た金属材料がウエハ端面に残存していること、（ｉｉ）外周部での結晶成長は比較的難しく、外周部の半導体膜２０表面は、内側に比べ平坦性に乏しく表面積が大きいこと、（ｉｉｉ）外周部での結晶成長は正常に行われないことがあり、組成のずれた、Ｇａリッチの半導体膜２０が形成されている場合に、レーザ照射で析出するＧａが多いこと、等によって、成長基板１０と半導体膜２０との密着力が強くなっているためと推測される。

実施例においては、成長基板除去の第１工程で、外周部に比較的強いエネルギのレーザビームを照射し半導体膜２０を分解させるため、外周部から歩留まりよく半導体発光素子を製造するのは困難な場合がある。しかしたとえば、成長基板１０の最外周から約３ｍｍの範囲までは、安定した結晶成長や電極形成等、他の工程が難しく、もともと半導体発光素子を歩留まりよく製造できない領域である。このため実施例では、第１工程のレーザ照射は、第２工程のそれよりもエネルギ密度を高く設定し、外周部において確実に半導体膜２０が分解され、成長基板１０が剥離されるようにした。

図７は、成長基板除去工程（ステップＳ２０３）によって、成長基板１０が剥離された後の半導体膜２０を示す写真である。図５に示す写真とは異なり、クラックは発生していない。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、半導体膜除去工程（ステップＳ２０４）から素子分離工程（ステップＳ２０６）までの各工程を示す、半導体膜等積層構造の断面図である。

図８（Ａ）を参照して、半導体膜除去工程（ステップＳ２０４）について説明する。半導体膜除去工程においては、まず除去する領域（ストリート部）の半導体膜２０上に、フォトレジストを残す。次に、電子ビーム蒸着法を用い、フォトレジスト及び半導体膜２０上に、厚さ１０ÅのＮｉ膜、厚さ３０００ÅのＡｇ膜をこの順に成膜する。更にリフトオフ法にて、レジスト及びレジスト上の膜を除去することによって、Ｎｉ／Ａｇのエッチングマスク７０を形成する。続いてウエハをＴＭＡＨに浸し、エッチングマスク７０の形成されていない領域の半導体膜２０を除去し、個々の半導体発光素子に区画する。

ウエハをＴＭＡＨに浸したとき、レーザ未照射領域（図６（Ｂ）に示すように、半導体膜２０表面が露出している部分）からエッチングが開始される。レーザ未照射領域においては、エッチングを阻害する金属Ｇａ層５０やレーザ照射による変質層６０がないためである。成長基板除去（ステップＳ２０３）の第２工程において、未照射領域を設けてレーザ照射を行うことで、エッチングムラなしに均一に半導体膜２０を除去することが可能である。

前述のように、初期のエッチングが開始されるために、レーザ未照射領域の幅は３μｍ以上必要である。たとえばレーザ未照射領域の幅を２０μｍとすると、成長基板除去の第２工程におけるレーザ照射中の成長基板の剥離が円滑に行われない。成長基板１０と半導体膜２０の一部が未照射領域において一部接合している状態から、無理に成長基板を剥離すると、レーザビームの未照射領域から半導体発光素子領域に向かってクラックが発生し、歩留まり低下の大きな要因となることがある。そして成長基板除去工程でクラックが発生した半導体膜２０は、クラック周辺の半導体層がエッチングできない場合がある。また、成長基板除去工程において、成長基板１０と半導体膜２０の一部が未照射領域において一部接合している状態から無理に成長基板を剥離すると、剥離した成長基板１０側に半導体膜２０の一部が付着して、半導体膜除去工程で均一なエッチング（半導体膜除去）ができなくなる場合がある。

図９（Ａ）及び（Ｂ）は、半導体膜除去工程後の処理状態を示す写真である。図９（Ａ）は半導体膜２０にクラックが発生したサンプルのエッチング処理後の状態を示し、図９（Ｂ）はクラックのないサンプルについてのそれを示す。

図９（Ａ）を参照する。半導体膜２０にクラックをもつサンプルにおいては、クラック周辺の半導体層がエッチングされていない。これはクラックを通して、金属Ｇａが拡散し、半導体膜２０に付着したためと考えられる。

図９（Ｂ）を参照する。クラックのないサンプルにおいては、エッチングによって所定位置の半導体膜２０が除去され、個々の半導体発光素子領域が画然と区画されている。

実施例においては、半導体膜除去工程（ステップＳ２０４）でＴＭＡＨを用い半導体膜２０をエッチングしたが、たとえば他にもＧａＮのＣ面をエッチングすることができるＫＯＨ等のアルカリ溶液を使用してウエットエッチを行ってもよい。

なお、Ｇａは融点が３０℃と非常に低い金属である。このため半導体発光素子形成領域の表面上に析出したＧａは、本工程のフォトレジスト形成時に行われるベーキング、現像等の操作により、フォトレジストや現像液中に溶解したり、通常のウエハ洗浄を行う間に自然除去されたりする。

図８（Ｂ）を参照して、電極形成工程（ステップＳ２０５）について説明する。電極形成工程においては、ｎ−ＧａＮ層である第１半導体層２１の表面にｎ電極８０を形成する。エッチングマスク７０の除去後、フォトレジストの塗布及びパターニング、電子ビーム蒸着法による金属膜の成膜、フォトレジスト除去の手順を経て所定の位置に、Ｔｉ２５０Å、Ｐｔ１０００Å、Ａｕ８０００Åを積層してｎ電極８０を形成する。第１半導体層２１側は、活性層２２で発光された光の放出面となるため、ｎ電極８０は半導体発光素子実装時のワイヤボンディングに最低限必要な面積に形成することが好ましい。

なお、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させるため、本工程の前後いずれかに、第１半導体層２１の露出した表面をＫＯＨ等のアルカリ溶液で処理し、表面に凹凸構造を形成する工程を含んでもよい。

図８（Ｃ）を参照して、素子分離工程（ステップＳ２０６）について説明する。素子分離工程においては、ダイシングにより金属層３０及び支持体４０を切断し、個々の半導体発光素子に分割する。分割方法はダイシングに限らず、ポイントスクライブ／ブレイキング、レーザスクライブ等も利用可能である。

実施例による半導体発光素子の製造方法は、成長基板除去工程（ステップＳ２０３）に特徴を有する。まず第１工程で、成長基板１０の外周部にエネルギ密度の相対的に高いレーザビームを照射し、外周部において成長基板１０と半導体膜２０とを剥離する。このためたとえば第２工程で、個々の半導体発光素子領域に照射するレーザビームのエネルギ密度を相対的に低くし、クラック等による不良を低減することができる。

第２工程においては、未照射領域を設けてレーザ照射を行う。たとえば半導体膜除去工程（ステップＳ２０４）で半導体膜２０を除去する領域に、金属Ｇａ層５０やレーザ変質層６０を形成することなく、成長基板１０を剥離することができるため、後処理工程を省略して、ウエットエッチを用いストリート部を作製することが可能である。また、半導体膜２０のウエットエッチを、ウエハ全面で均一なエッチングレートで行うことができる。

このように、実施例による半導体発光素子の製造方法によれば、少ない工程数で、容易に成長基板１０を剥離することができる。また、ストリート部の均一的形成から、歩留まり向上を実現することができる。すなわち高い生産効率で半導体発光素子を製造することが可能である。

なお、実施例による半導体発光素子の製造方法は、従来技術に比し、新たな設備を導入することなく実施することができる。

図１０は、レーザ照射後のクラックの有無及び半導体膜除去後のエッチングムラの有無を、レーザ未照射領域の幅によって分類した表である。

レーザビームをオーバーラップさせて重複照射する従来の方法によれば、クラックとエッチングムラがともに発生する。レーザ未照射領域の幅が３μｍ未満の場合、少なくともエッチングムラが生じる。レーザ未照射領域の幅が３μｍ以上１５μｍ以下の場合、クラックもエッチングムラもともに発生しない、高品質、高効率の半導体発光素子が歩留まりよく生産可能である。レーザ未照射領域の幅が１５μｍを超える場合、クラックとエッチングムラの双方が発生することがある。

本表に示されるように、成長基板除去工程（ステップＳ２０３）の第２工程におけるレーザ未照射領域の幅は３μｍ以上１５μｍ以下とすることが望ましい。こうすることによって、安定的かつクラックの発生なしに、成長基板１０を剥離することが可能である。また、ムラのない、安定したウエットエッチを行うことができる。このためたとえば歩留まり向上が実現される。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

たとえば、実施例においては、成長基板除去（ステップＳ２０３）の第１工程で、成長基板１０の非周辺領域にＵＶ非透過シートを貼付した状態で、ウエハ全面にレーザビームをスキャンし、成長基板１０の外周部に対応する部分のみ、半導体膜２０を分解、破壊した。レーザ照射装置を制御して、外周部にのみレーザビームを照射してもよい。ウエハを載置したステージを回転させたり、縦横方向に動かしながら、ウエハ外周部に沿って、ビーム照射領域を移動させる方法が考えられる。また、レーザパルスが成長基板１０の外周部にのみ照射されるように、ステージ動作とパルスレーザビームの出射とを同期させる制御を行ってもよい。これらの方法を採用すれば、ＵＶ非透過シートを用いずに、成長基板１０の外周部と半導体膜２０とを剥離することが可能となる。

また、実施例においては、成長基板除去（ステップＳ２０３）の第２工程で、図４（Ａ）に矢印で示すように、ウエハ端部からレーザビームを往復スキャンしたが、たとえばＮ_２ガスの閉じ込めが生じない様々なレーザスキャンを行うことができる。一例として、半径の大きい同心円上にある半導体発光素子領域から順に内側に向かい、素子領域のレーザ照射を行うことが可能である。これらのように、たとえばすでに成長基板１０と半導体膜２０とが剥離された領域に近接する半導体発光素子領域から、第２工程におけるレーザ照射を開始することで、Ｎ_２ガスの閉じ込めを少なくすることが可能であろう。

更に、実施例においては、成長基板除去工程（ステップＳ２０３）においてＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を使用した。他にも、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長３５４ｎｍ）、４倍高調波（波長２６６ｎｍ）等を用いることができる。波長が１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下のレーザビームを好適に用いることが可能であろう。

また、実施例においては、半導体膜２０の第１半導体層２１としてｎ型ＧａＮ層、活性層２２として５周期分のＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる多重量子井戸構造、第２半導体層２３としてｐ型ＧａＮ層を採用したが、これらは一般に、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で構成することができる。

更に、実施例においては、支持体４０として導電性のシリコンウエハを採用したが、たとえばＧｅ基板やＣｕなどからなる金属基板などを、それぞれ適宜な手法で採用することができる。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

様々な半導体発光素子の製造に利用可能である。

１０ 成長基板
２０ 半導体膜
２１ 第１半導体層（ｎ型半導体層）
２２ 活性層
２３ 第２半導体層（ｐ型半導体層）
３０ 金属層
３１ ｐ電極
３２ 接合層
４０ 支持体
５０ Ｇａ層
６０ 変質層
７０ エッチングマスク
８０ ｎ電極

Claims (7)

1. （ａ）成長基板を準備する工程と、
   （ｂ）前記成長基板上に、前記成長基板側から、各々Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で構成される、第１導電型の第１半導体層、活性層、第２導電型の第２半導体層を含む半導体膜を形成する工程と、
   （ｃ）支持体を準備する工程と、
   （ｄ）前記半導体膜上及び／または前記支持体上に金属層を形成し、前記金属層を介して前記半導体膜と前記支持体とを接合する工程と、
   （ｅ）前記成長基板の外周部にレーザビームを照射し、該外周部において、前記成長基板と前記半導体膜とを剥離する工程と、
   （ｆ）前記成長基板の外周部の内側領域に、レーザビームが照射されない未照射領域を設けながら、レーザビームを照射し、前記成長基板を前記半導体膜から剥離除去する工程と、
   （ｇ）前記成長基板が剥離除去された前記半導体膜の一部を除去し、半導体発光素子が形成される領域を区画する工程と
   を有する半導体発光素子の製造方法。
2. 前記工程（ｆ）において、レーザビームを、前記半導体発光素子が形成される領域を囲む照射領域に照射し、該照射領域の周囲に、３μｍ以上１５μｍ以下の幅をもつ前記未照射領域を設ける請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
3. 前記工程（ｅ）において、第１のエネルギ密度でレーザビームを照射し、
   前記工程（ｆ）において、前記第１のエネルギ密度よりも低い第２のエネルギ密度でレーザビームを照射する請求項１または２に記載の半導体発光素子の製造方法。
4. 前記第１のエネルギ密度は９４０ｍＪ／ｃｍ^２以上９７０ｍＪ／ｃｍ^２以下であり、前記第２のエネルギ密度は６００ｍＪ／ｃｍ^２以上９３０ｍＪ／ｃｍ^２以下である請求項３に記載の半導体発光素子の製造方法。
5. 前記工程（ｅ）において、前記成長基板の外周部に未照射領域を残さずレーザビームを照射する請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
6. 前記工程（ａ）において、前記成長基板としてサファイア基板を準備する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
7. 前記工程（ｆ）において、レーザビームを、前記成長基板の外周部に近接する前記半導体発光素子が形成される領域を囲む領域から照射する請求項２〜６のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。