JP2012244157A - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法は、成長用基板と、前記成長用基板の上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に形成された窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層の第1部分の上に形成された層間絶縁膜と、前記窒化物半導体層の第2部分の上に形成された電極と、前記窒化物半導体層の上に形成された層間絶縁膜及び電極と、を有する構造体の、前記層間絶縁膜及び前記電極の上に支持基板を接合した後、第1の処理材を用いて前記成長用基板を除去する工程と、前記成長用基板を除去する前記工程の後に、前記層間絶縁膜をエッチングストップ層として前記窒化物半導体層をパターニングする工程と、を備える。
【選択図】図1
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法のフローチャートである。
すなわち、この製造方法は、第1の処理工程(ステップS101)と、第2の処理工程(ステップS102)と、を備える。
第1の処理工程(ステップS101)では、成長用基板と、成長用基板の上に形成されたバッファ層と、バッファ層の上に形成された窒化物半導体層と、を有する構造体の、窒化物半導体層の側に支持基板を接合した後、第1の処理材を用いて成長用基板を除去する処理を行う。
第2の処理工程(ステップS102)では、第1の処理工程(ステップS101)で成長用基板を除去した後、バッファ層及び窒化物半導体層の厚さを、第1の処理材とは異なる第2の処理材を用いて減少させる処理を行う。
ここで、層の厚さを減少させる処理には、層の厚さを薄くする処理のほか、層を除去する処理も含まれる。
第2の処理材が第1の処理材とは異なるとは、第2の処理材が第1の処理材に含まれない要素を含む、及び、第1の処理材が第2の処理材に含まれない要素を含む、のいずれかを含む。
第1の処理材は、例えば、フッ素及び硫黄の少なくともいずれかを含むガスである。第1の処理材は、フッ素及び硫黄の少なくともいずれかと、炭素及びアルゴンの少なくともいずれかと、をさらに含む混合ガスである。
第2の処理材は、例えば、塩素を含むガスである。第2の処理材は、塩素を含むガスと、炭素及びアルゴンの少なくともいずれかと、を含む混合ガスである。
図2では、窒化物半導体素子の一例として、半導体発光素子110aを例示している。
図3は、発光層30の構成の例を示している。図3におけるZ軸方向は、図2におけるZ軸方向に対して反転されている。
ここで、窒化物半導体層の結晶成長に用いられるサファイア基板は絶縁体であるため、p側電極及びn側電極を半導体層(積層体)の上面側に設ける構造が採用される。しかし、この構造においては、直列抵抗が高い。さらに、サファイア基板の熱伝導率が低いため、特に高出力時の放熱性に改善の余地がある。
実施形態では、加工が簡便であるSi基板上にGaN層の結晶成長し、これを用いて半導体発光素子110aを製造する。
図4〜図8は、第1の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図9は、バッファ層の構成の一例を示す模式的断面図である。
もし、この凹凸の状態が解消されない状態でn形半導体層10へのエッチングを行うと、ウェーハ面内で発光層30の近傍にまでエッチングが進み、発光特性に影響を与える可能性がある。
成長用基板5は、初期の厚さは625μmであったが、エッチング時間の短縮のため、研削により6μm程度まで薄くした。図10(a)に表したように、この研削後の成長用基板5の裏面S3に2μm程度のラフネスや破砕層が形成されているのがわかる。また、図10(b)に表したように、第1エッチング工程でのエッチングにより成長用基板5が完全に除去されているのがわかる。また、成長用基板5の裏面S3のラフネスがバッファ層6aへ全く転写されていないことも確認することができる。
図11は、実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法のフローチャートである。
すなわち、この製造方法は、バッファ層のパターニング(ステップS201)と、第1の処理工程(ステップS202)と、第2の処理工程(ステップS203)と、を備える。
バッファ層のパターニング(ステップS201)では、成長用基板の上に形成したバッファ層をパターニングして、第1凹凸形状を形成する処理を行う。
第1の処理工程(ステップS202)では、成長用基板と、成長用基板の上に形成され、第1凹凸形状を含むバッファ層と、バッファ層の第1凹凸形状の上に形成された窒化物半導体層と、を有する構造体の、窒化物半導体層の側に支持基板を接合した後、第1の処理材を用いて成長用基板を除去する処理を行う。
第2の処理工程(ステップS203)では、第1の処理工程(ステップS202)で成長用基板を除去した後、バッファ層及び窒化物半導体層の厚さを、第1の処理材とは異なる第2の処理材を用いて減少させて、窒化物半導体層に第1凹凸形状を反映した第2凹凸形状を形成する処理を行う。
図12では、窒化物半導体素子の一例として、半導体発光素子110bを例示している。
図13〜図16は、第2の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図17〜図21は、製造方法を例示する拡大模式的断面図である。
図17は、図13(a)に示すA部の拡大模式的断面図を示している。図17では、図13(a)のZ軸方向を反対に表している。
図18〜図20は、図15(a)に示すB部の拡大を表している。
図21は、図15(b)に示すC部の拡大を表している。
まず、成長用基板5に、第1バッファ層61bを形成し、そして、例えばリソグラフィ技術を用いて、第1バッファ層61bをパターニングし、複数の領域に分断する。このパターニングにおいて、第1バッファ層61bのX軸に沿う幅は3μm程度であり、隣り合う第1バッファ層61b同士のX軸に沿う距離は2μm程度である。
図18に表したように、バッファ層6bの上面S6に第1凹凸形状C1が形成された状態で第2エッチング工程を行うと、第1凹凸形状C1が保たれたままバッファ層6bのエッチングが進行していく(図18〜図19参照)。第1凹凸形状C1の凹部は、凸部よりも先にn形半導体層10に到達し(図20参照)、さらにエッチングが進行していく。
図22〜図24は、実施形態を例示する拡大模式的断面図である。
図22〜図24では、バッファ層の部分の拡大図を表している。
図22に表したように、実施形態では、バッファ層6cが複数の領域に分割して形成されている。すなわち、バッファ層6cは、成長用基板5の主面5a上に所定の間隔で設けられている。
図24は、第2エッチング工程を施した状態を例示する拡大模式的断面図である。
図23に表した状態から第2エッチング工程を施すと、バッファ層6cの間から露出するn形半導体層10がエッチングされる。n形半導体層10は面方位に沿ってエッチングされ、例えば断面がV字型に形成される。また、バッファ層6cもテーパ状にエッチングされる。エッチングの進行度合いによって、エッチングされずに残るバッファ層6c及びn形半導体層10は、突起状に残ることになる。このようなバッファ層6c及びn形半導体層10の形状により、図7(b)に例示した、n形半導体層10の第2主面S2が粗面化された構造と同様な効果を発揮する。
また、実施形態において、窒化物半導体素子の例として半導体発光素子を説明したが、窒化物半導体素子は半導体発光素子に限定されず、HEMT(High Electron Mobility Transistor)、フォトダイオード等の電子デバイスに適用することも可能である。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
図1は、実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法のフローチャートである。
すなわち、この製造方法は、第1の処理工程(ステップS101)と、第2の処理工程(ステップS102)と、を備える。
第1の処理工程(ステップS101)では、成長用基板と、成長用基板の上に形成されたバッファ層と、バッファ層の上に形成された窒化物半導体層と、を有する構造体の、窒化物半導体層の側に支持基板を接合した後、第1の処理材を用いて成長用基板を除去する処理を行う。
第2の処理工程(ステップS102)では、第1の処理工程(ステップS101)で成長用基板を除去した後、バッファ層及び窒化物半導体層の厚さを、第1の処理材とは異なる第2の処理材を用いて減少させる処理を行う。
ここで、層の厚さを減少させる処理には、層の厚さを薄くする処理のほか、層を除去する処理も含まれる。
第2の処理材が第1の処理材とは異なるとは、第2の処理材が第1の処理材に含まれない要素を含む、及び、第1の処理材が第2の処理材に含まれない要素を含む、のいずれかを含む。
第1の処理材は、例えば、少なくともフッ素を含むガス、フッ素を含むガスと、炭素及びアルゴンの少なくともいずれかと、をさらに含む混合ガスである。
第2の処理材は、例えば、塩素を含むガスである。第2の処理材は、塩素を含むガスと、炭素及びアルゴンの少なくともいずれかと、を含む混合ガスである。
成長用基板5は、初期の厚さは525μmであったが、エッチング時間の短縮のため、研削により6μm程度まで薄くした。図10(a)に表したように、この研削後の成長用基板5の裏面S3に2μm程度のラフネスや破砕層が形成されているのがわかる。また、図10(b)に表したように、第1エッチング工程でのエッチングにより成長用基板5が完全に除去されているのがわかる。また、成長用基板5の裏面S3のラフネスがバッファ層6aへ全く転写されていないことも確認することができる。
Claims (7)
- 成長用基板と、前記成長用基板の上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に形成された窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層の第1部分の上に形成された層間絶縁膜と、前記窒化物半導体層の第2部分の上に形成された電極と、を有する構造体の、前記層間絶縁膜及び前記電極の上に支持基板を接合した後、第1の処理材を用いて前記成長用基板を除去する工程と、
前記成長用基板を除去する前記工程の後に、前記層間絶縁膜をエッチングストップ層として前記窒化物半導体層をパターニングする工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。 - 前記成長用基板を除去する前記工程の後に、前記第1の処理材とは異なる第2の処理材を用いて前記バッファ層及び前記窒化物半導体層の厚さを減少させる工程をさらに備え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。
- 前記成長用基板を、エッチングによって除去し、
前記バッファ層及び前記窒化物半導体層の厚さを、エッチングによって減少させ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。 - 前記第1の処理材は、前記バッファ層に対するエッチング速度よりも前記成長用基板に対するエッチング速度の方が速いエッチャント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。
- 前記第1の処理材は、フッ素を含み、
前記第2の処理材は、塩素を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子の製造方法。 - 前記成長用基板は、シリコンを含み、
前記バッファ層は、アルミニウムを含む窒化物であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子の製造方法。 - 前記成長用基板を除去する工程では、前記成長用基板を研削して厚さを減少させた後にドライエッチングして前記成長用基板を除去することを含む請求項1〜6のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
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