JP2015170712A - 窒化物半導体素子、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)の生成方法、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体素子の駆動確認方法 - Google Patents
窒化物半導体素子、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)の生成方法、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体素子の駆動確認方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】窒化アルミニウム単結晶からなる基板100と、該基板の第1主面110上に形成された窒化物半導体積層部20と、を有する窒化物半導体素子であって、前記基板100の側面にAlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)領域14を設ける。
【選択図】図1
Description
窒化物半導体素子の駆動確認には、非特許文献1に記載のように素子にかかる電圧、電流を測定・確認する手法が一般的に用いられている。
また、特許文献1には、人間の眼では認識できない赤外光を可視光へと変換することで、駆動を認識する発光装置が提案されている。
しかしながら、計測器・可視変換部材の搭載はモジュール・製品の組立工程を複雑にする、またモジュールを大きくするといった問題がある。また、計測器においては駆動の確認のために、電圧・電流値を読み取らなくてはならないといった問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、駆動確認用の計測器などを用いることなく、目視で駆動確認を行なうことの可能な窒化物半導体素子、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)の生成方法、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体素子の駆動確認方法を提供することを目的としている。
前記側面は、前記AlNxO1.5y領域を、前記基板の第1主面または前記第2主面の端部から連続する領域に有し、かつ前記第1主面または前記第2主面に対して裏面となる前記第2主面または前記第1主面の端部から連続する領域にAlN領域を有するものであってよい。
前記窒化物半導体積層部は、波長210nm以上360nm以下の領域で紫外発光をするものであってよい。
また、本発明の他の態様は、AlN単結晶を有する半導体素子にレーザを照射し、レーザ加工位置で素子分割することによりAlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)領域を側面に有する窒化物半導体素子の製造方法、である。
さらに、本発明の他の態様は、上記いずれかの態様に記載の窒化物半導体素子の前記窒化物半導体積層部に電力を印加し、前記基板の側面から放出される可視光により前記窒化物半導体素子の駆動を確認する、窒化物半導体素子の駆動確認方法、である。
また、本発明のAlNxO1.5yの生成方法によれば、第1主面、第2主面を塞ぐことなく選択的に側面にAlNxO1.5yを形成することが可能であり、光学デバイスの特性を最大限に引き出すことが可能である。
また、本発明の窒化物半導体素子の駆動確認方法を用いれば、計測器の値を確認することなく窒化物半導体素子の駆動を目視で確認することができる。
<窒化物半導体素子>
本実施形態の窒化物半導体素子は、窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、該基板の第1主面上に形成された窒化物半導体積層部と、を有する窒化物半導体素子であって、前記基板の側面にAlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)領域を有する窒化物半導体素子である。
なお、AlNxO1.5yは、AlとNとOの比率が一定であれば同一の組成を表しており、例えばAlO1.5とAl2O3は同一の組成物質を表している。
前記AlNxO1.5y領域はEDX(Energy Dispersive X-ray spectroscopy:エネルギー分散型X線分析)、XRF(X-ray Fluorescence Analysis:蛍光X線元素分析法)、AES(Auger Electron Spectroscopy:オージェ電子分光法)、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry:二次イオン質量分析法)等各種分析手法で同定が可能であるが、特にEDXでの測定が簡便で最適である。
窒化物半導体積層部は、窒化アルミニウム基板の第1主面上に形成される。
窒化物半導体素子を発光素子とする場合、複数の窒化物半導体層からなるpn接合またはpin接合を有する積層構造とすることが出来る。波長210nm以上360nm以下の紫外領域の発光素子とする場合、該積層構造としては基板上にN型AlGaN、AlGaN多重量子井戸積層薄膜、P型AlGaN、P型GaNを積層した構造を採用することが出来る。
その他にも、窒化物半導体素子の特性を引き出すための積層構造を有していればよく、上記の限りではない。
本実施形態では、AlN単結晶を有する半導体素子の所望の領域に熱エネルギーを与えることでAlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)を生成する。AlNからN2が脱離する反応熱より大きく、AlN気化熱より小さい熱エネルギーを与えたときに、AlNxO1.5yが生成される。具体的には、レーザアブレーション加工を行った際に、アブレーション加工部の周囲に、AlNxO1.5yを形成する手法が挙げられる。AlNxO1.5yのように、N2が抜けたAlNは、窒素欠陥由来の中間準位が形成されるため、紫外光を可視光へ変換する。このため、窒化物半導体素子の駆動が可視光での目視で確認可能となる。
本実施形態の窒化物半導体素子の製造方法は、AlN単結晶を有する半導体素子にレーザを照射し、レーザ加工位置で素子分割することによりAlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)領域を側面に有する窒化物半導体素子の製造方法である。つまり、AlN基板の第1主面上に窒化物半導体積層部を有する窒化物半導体ウェハに対し、前記第1主面または、第1主面の裏面としての第2主面をレーザ加工する工程(レーザ加工工程)と、レーザ加工位置と対向する第2主面側の領域の一部または全部に外力を加えて素子分割する工程(素子分割工程)と、を備える。
本発明の窒化物半導体素子の駆動確認方法を用いれば、窒化物半導体素子はAlNxO1.5yを含み、AlNxO1.5yのように、N2が抜けたAlNは、紫外光を可視光に変換するため、別途駆動確認のための計測器などを用いることなく、窒化物半導体素子の確認が目視で可能となる。
以下、上述した本実施形態の窒化物半導体素子、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)層の生成方法、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体素子の駆動確認方法にかかる各構成要件について説明する。
各構成要件の説明は、上述した本実施形態の窒化物半導体素子、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)層の生成方法、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体素子の駆動確認方法のそれぞれに対して、独立または組み合わせて適用することが可能である。
レーザ加工工程は、窒化物半導体ウェハにおいて、窒化物半導体積層部どうしの間の個別の素子に分割する位置に対応する領域をレーザ加工する工程である。なお、レーザ加工は窒化物半導体ウェハの第1主面、第2主面のいずれの主面に施すことが可能である。
ここでレーザ加工とは、レーザ光を素子表面あるいは素子内部に集光し、素子の基板や積層膜で吸光することで熱が発生し、素子材料が変質、気化することで加工する技術である。レーザ加工の種類としては、表面にアブレーション加工傷を形成するレーザスクライブ、基材を溶融させるLMA(Laser Melting Alteration法)、基材内部に集光し、変質層を形成するステルスダイシングなどが挙げられる。
分割工程は、レーザ加工工程においてレーザ照射したレーザ加工位置と対向する主面側の領域の一部または全部に外力を加えて素子分割する工程である。
分割工程の例としては、ステージ上でローラを用いて圧力を加え分割する手法、テープなどの支持体にウェハを貼り付け、支持体を拡張することで分割する手法、ステージ上でブレード(刃)を加工傷に沿って押し付けることで分割する手法などが挙げられるが、素子を分割する手法であればこの限りではない。
以下、本実施形態の窒化物半導体素子、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)の生成方法、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体素子の駆動確認方法の、より具体的な実施形態について、図面等を参酌しながらより詳細に説明する。
[窒化物半導体素子の製造方法]
図1は本発明の窒化物半導体素子の製造方法にかかる第1の実施形態の製造方法を説明するための断面模式図である。
図1(b)は、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)の生成工程を示す。図中、符号13はレーザ加工溝を表す。第1主面110をレーザ加工していることが理解される。符号14は、レーザにより基板100が一部除去、あるいは変質していることを示す。
図1(b)では一例としてレーザ加工された領域が除去(アブレーション)されているように示したが、上述のとおり本実施形態はこれに制限されず、除去および変質が同時におこるスクライブや、変質のみが生じるステルスダイシング等が適用可能である。
図1(d)は分割後の素子を表す。分割により、窒化物半導体素子1が得られることが理解される。
上述のように、レーザ加工溝13は、レーザにより基板100が一部除去、あるいは変質し、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)14が生成される。そして、窒化物半導体ウェハは、このレーザ加工溝13部分で分割されるため、分割された素子の側面には、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)14が形成されていることになる。
図2において、図2(a)は、窒化物半導体ウェハを表す。図中、符号100は基板、110は基板の第1主面、120は基板の第2主面、20は、p型窒化物半導体層、窒化物半導体発光層、n型窒化物半導体層等を含む窒化物半導体積層部を表す。
図2(b)は、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)の生成工程を示す。図中、符号13はレーザ加工溝を表す。第2主面120をレーザ加工していることが理解される。符号14は、レーザにより基板100が一部除去、あるいは変質していることを示す。図2(c)は、素子分割工程を示す。第1主面110にブレード5を押し当てることで外力を加え、素子分割される。
図2(d)は分割後の素子を表す。分割により、図1と同様に、窒化物半導体素子1が得られることが理解される。
なお、本実施形態の模式図では、電極が第1主面上にのみ形成された構造例を示しているが、電極を第1主面、第2主面両方に有する場合など、本発明の効果を有する構造であれば、有効な構造はここに記載する限りではない。
このように、本実施形態では、窒化物半導体素子の側面にAlNxO1.5yを形成した。そのため、駆動時に、電子・正孔が発光性再結合することで得られる紫外発光が、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)で可視光変換される。その結果、別途計測器などを用いることなく、目視で発光を確認することができる。
<実施例1>
AlN基板に株式会社ディスコ製のレーザソー「DFL7160」を用いてアブレーション加工を行い、第1主面にスクライブ傷を形成した。
分割した素子の側面を、日立ハイテク製SEM S−4700で観察した像を図3および図4に示す。
堀場製作所製EDX EMAX−7000による組成分析の結果、レーザ加工部の組成はAlN0.6O0.2、レーザ被加工部の組成はAlNであった。
なお、図3は、実施例1に示す手順で作成した窒化物半導体素子の基板100の一部を示したものであって、基板100は、SEM固定台の上に載置されている。図3の上側の白い部分a1がレーザ加工部、下側のグレー部分a2が分割断面である。また、図4は、図3のレーザ加工部a1の拡大図である。
AlN基板の第1主面上にN型AlGaN、AlGaN発光層、P型AlGaN、P型GaNを積層し、外部から電力を印加するためのメサ構造、N型電極、P型電極を形成した窒化物半導体ウェハを用意した。このウェハに株式会社ディスコ製のレーザソー「DFL7160」を用いてアブレーション加工を行い、第1主面にスクライブ傷を形成した。
本素子の発光第2主面側から検出した発光スペクトルを図5に示す。図5から、深紫外単色発光が得られていることが分かる。
次に、第2主面側から、前記スクライブ傷に沿って三星ダイヤモンド社製のブレードブレーカ「LB501」を用いて外力を加え、素子を分割した。
分割した素子にプローブを当てて発光を目視で観察したところ、青色発光していることが確認された。図6に、暗所での発光を、センサーテクノロジー社製STC−TC202USB−ACデジタルカメラを用いて撮影した図を示す。本カメラは可視光のみ撮影が可能であり、AlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)領域で特に強く可視光発光が得られていることが分かる。
なお、図6において、側面の上部b1がレーザスクライブ部、側面の下部b2がブレーク部、上面b3は電極パターン部(メサからは光が漏れている。)である。
AlN基板の第1主面上にN型AlGaN、AlGaN発光層、P型AlGaN、P型GaNを積層し、外部から電力を印加するためのメサ構造、N型電極、P型電極を形成した窒化物半導体ウェハを用意した。このウェハを東新理興製ガラス切りで、第1主面にスクライブ傷を形成した。次に、第2主面側から、前記スクライブ傷に沿って三星ダイヤモンド社製のブレードブレーカ「LB501」を用いて外力を加え、素子を分割した。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
13 レーザ加工溝
14 レーザによる変質層
20 窒化物半導体積層部
100 基板
110 第1主面
120 第2主面
Claims (7)
- 窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、
該基板の第1主面上に形成された窒化物半導体積層部と、
を有する窒化物半導体素子であって、
前記基板の側面にAlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)領域を有する窒化物半導体素子。 - 前記側面は、前記AlNxO1.5y領域を、前記基板の第1主面または、前記基板の、前記第1主面に対して裏面となる第2主面の端部から連続する領域に有する請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記側面は、前記AlNxO1.5y領域を、前記基板の第1主面または前記第2主面の端部から連続する領域に有し、かつ前記第1主面または前記第2主面に対して裏面となる前記第2主面または前記第1主面の端部から連続する領域にAlN領域を有する請求項2に記載の窒化物半導体素子。
- 前記窒化物半導体積層部は、波長210nm以上360nm以下の領域で紫外発光をする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子。
- AlN単結晶を有する半導体素子の所望の領域に熱エネルギーを与えることでAlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)を生成する、AlNxO1.5yの生成方法。
- AlN単結晶を有する半導体素子にレーザを照射し、レーザ加工位置で素子分割することによりAlNxO1.5y(0<(x+y)<1、0<x<1、0≦y<1)領域を側面に有する窒化物半導体素子の製造方法。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子の前記窒化物半導体積層部に電力を印加し、前記基板の側面から放出される可視光により前記窒化物半導体素子の駆動を確認する、窒化物半導体素子の駆動確認方法。
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