JP3969029B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子及び半導体素子の製造方法に関し、特に、窒化物系化合物半導体を用いて構成される半導体素子及び半導体素子の製造方法において、下地成長層を成長基板とともに分離することができ、第一導電層に裏面から電極を効率良く形成することができる半導体素子及び半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サファイア基板上に積層された半導体成長層はエッチングを施すことによりサファイア基板から剥離される。しかし、エッチングを施してサファイア基板から半導体成長層を剥離する場合、エッチング速度の緩慢やエッチングによる結晶表面へのダメージなどの問題がある。
【０００３】
窒化系化合物半導体成長層において、ウェットエッチングを施してサファイア基板から剥離することは困難であり、反応性イオンエッチングなどのようなドライエッチングを施してサファイア基板から剥離される。しかし、反応性イオンエッチングには腐食性ガスを用いるため、一般には結晶表面へのダメージが大きい。
【０００４】
このようなエッチングを施して半導体成長層を成長基板から剥離する問題を考慮して、成長基板の裏側からレーザ光を照射して半導体成長層と成長基板との界面においてブレーションを生じさせて半導体成長層を剥離する方法が開発された。
【０００５】
窒化物系化合物半導体成長層の場合、サファイア基板上に形成された半導体成長層は、サファイア基板の裏側からレーザ光を照射され、半導体成長層のアンドープ層やバッファ層においてレーザ光は吸収されアブレーションが生じ、サファイア基板からアンドープ層やバッファ層とともに半導体成長層は剥離される。その後、アンドープ層やバッファ層にエッチングを施し、素子の裏面に電極を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、サファイア基板から剥離された半導体成長層の裏面のアンドープ層やバッファ層は多結晶やアモルファス状であるため、抵抗が高く電極を形成するには不向きであり、裏面にエッチングを施すため効率が良くない。
【０００７】
さらに、半導体素子の裏面に電極を形成する場合、裏面にエッチングを施す工程により、半導体素子を形成する製造工程が増え、半導体素子の生産コストが上昇する。また、半導体素子の生産コストの上昇とともに、半導体素子を実装した画像表示装置などの生産コストも上昇する。
【０００８】
また、窒化物系化合物半導体において、素子の裏面に電極を形成するためにウェットエッチングを施すことはできず、反応性イオンエッチングのようなドライエッチングが施されるが、そのために電極を形成するアンドープ層やバッファ層の結晶へのダメージが大きい。
【０００９】
そこで、本発明の半導体素子及び半導体素子の製造方法は、下地成長層を成長基板とともに分離することができ、第一導電層に裏面から電極を効率良く形成することができる半導体素子及び半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明における半導体素子の製造方法は、光透過性を有する基板上に下地成長層を形成する工程と、前記下地成長層上に所要の開口部を有する成長阻害膜を形成する工程と、前記開口部から選択成長によりバンドギャップエネルギーが前記下地成長層より小さい第一導電層を形成する工程と、前記第一導電層上に活性層及び第二導電層を積層して形成する工程と、前記基板に前記基板の裏側からレーザ光を照射して、前記下地成長層と前記第一導電層との界面において、前記レーザ光の照射により生じるアブレーションによって前記基板から分離する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
成長基板上に形成された半導体成長層は、成長基板の裏側からのレーザ光照射によりアブレーションが生じて成長基板から分離されるのであるが、バンドギャップエネルギーが下地成長層より小さい半導体を用いて第一導電層を形成すると、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を成長基板の裏面から照射すると、下地成長層と第一導電層との第一導電層側界面においてアブレーションが生じる。そのため、下地成長層と第一導電層との界面において半導体成長層を分離することができ、下地成長層やバッファ層を成長基板とともに簡便に分離することができる。このように簡便に分離された第一導電層の裏面に効率良く電極を形成することができ、半導体素子の生産コストを低減することができる。
【００１２】
成長基板上の半導体成長層を成長基板から分離する際に下地成長層やバッファ層が成長基板とともに半導体成長層から分離するため、結晶へのダメージの大きい反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを施さず、結晶へのダメージの小さい酸などのウェットエッチングを電極が形成される第一導電層の表面に施す。そのため、結晶へのダメージが小さく良好な第一導電層に電極を形成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００１７】
［第一の実施の形態］
選択成長によって形成される断面略三角形状の六角錘状である半導体発光素子について説明する。また、図１乃至図８のＡ及びＢはそれぞれ、各工程における断面図及び斜視図を示す。
【００１８】
図１に示すように、成長基板１１上に下地成長層１２が形成される。成長基板１１は、一般には次にウルツ鉱型の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限定されず、種々のものを使用できる。例えば、成長基板１１として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としたサファイア基板を用いることができる。この場合の基板主面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。第一の実施の形態において成長基板１１は、後述する成長基板１１を分離する際にレーザ光を裏側から照射するため、サファイア基板などの光透過性を有する基板である。
【００１９】
この成長基板１１の主面上に形成される下地成長層１２としては、後の工程で六角錐のピラミッド構造を形成することからウルツ鉱型の化合物半導体を用いることができる。例えば、ＩIＩ族系化合物半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体などである。
【００２０】
下地成長層１２を成長させる方法としては、種々の気相成長法を挙げることができる。例えば、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いて成長させることができる。特に、ＭＯＶＰＥ法を用いると、迅速に結晶性の良いものが得られる。また、図１では省略しているが、下地成長層１２の底部側には所要のバッファ層を形成しても良い。
【００２１】
下地成長層１２は、一般には下地成長層１２にｎ側電極を形成するための導電層として機能することから、その全体にシリコンなどの不純物がドープされる。第一の実施の形態においては、後述するように、成長基板１１の裏側からレーザ光を照射してアブレーションにより成長基板１１を分離する際に、下地成長層１２を成長基板とともに分離する。そのため、成長基板１１とともに分離される下地成長層１２には不純物をドープしなくても良い。
【００２２】
図２のように、下地成長層１２を順に積層した下地成長層１２上の全面にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなる成長阻害膜１３を形成する。この成長阻害膜１３はマスク層として用いられる膜であり、スパッタ法若しくはその他の方法によって下地成長層１２の表面に形成される。
【００２３】
図３に示すように、成長阻害膜１３を全面に形成した後、マスクとして機能する成長阻害膜１３の一部が除去されて開口部１３ａが形成される。一般に、選択成長する上で開口部１３ａの形状は、成長基板１１主面に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造に形成することができる形状であれば特に限定されるものではない。一例としてストライプ状、矩形状、円形状、楕円状、三角形状、又は六角形状などの多角形形状とされる。成長阻害膜１３の下部の下地成長層１２は開口部１３ａの形状を反映してその表面が露出する。第一の実施の形態のように、第一導電層、活性層、及び第二導電層を断面略三角形状の六角錘状に選択成長させることができる形状としては、円形状や六角形状などがあり、図３においては円形状の開口部１３ａが形成される。
【００２４】
このような所定の形状の開口部１３ａが形成された後、図４に示すように、開口部１３ａにより選択成長によって第一導電層１４が形成される。第一導電層１４は下地成長層１２と同様に、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばシリコンドープのＧａＮの如き材料から形成される。この第一導電層１４はｎ型クラッド層として機能する。この第一導電層１４は、例えば、成長基板１１がサファイア基板として、その主面がＣ面である場合には、選択成長によって断面略三角形状の六角錐形状に形成することができる。ここで、第一導電層１４のバンドギャップエネルギーは、下地成長層１２のバンドギャップエネルギーに比べて小さいものとする。例えば、下地成長層１２に比べてバンドギャップエネルギーが小さい半導体として、下地成長層１２にはＡｌＧａＮ、第一導電層１４にはＧａＮを用いることができる。
【００２５】
図５に示すように、開口部１３ａより選択成長によって形成された第一導電層１４の上に、活性層１５、及び第二導電層１６が順に積層されて形成される。
【００２６】
活性層１５は、半導体発光素子の光を生成するための層であり、例えばＩｎＧａＮ層やＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造の層からなる。この活性層１５は、第一導電層１４の傾斜面からなるファセットに沿って延在され、発光するのに好適な膜厚を有する。また、活性層１５は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。
【００２７】
第二導電層１６は、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばマグネシウムドープのＧａＮの如き材料から形成される。この第二導電層１６はｐ型クラッド層として機能する。この第二導電層１６も第一導電層１４の傾斜面からなるファセットに沿って延在される。選択成長によって形成される六角錐形状の傾斜面は例えばＳ面、｛１１−２２｝面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる面とされる。
【００２８】
図６に示すように、六角錐形状の第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６の最外部にある第二導電層１６の表面にｐ側電極１７を形成する。ｐ側電極１７は、一例として、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造またはＰｄ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造を有し、蒸着法などによって形成される。また、ｎ側電極は裏面に形成されるため、ここでは形成されていない。
【００２９】
図７は成長基板１１の裏側からレーザ光を照射して成長基板１１を分離する工程を示す図である。成長基板１１を分離するために照射するレーザ光には、紫外線であるエキシマレーザや高調波ＹＡＧレーザなどのレーザ光がある。レーザ光は成長基板１１全面を照射しても良いし、所望の素子がある部分を選択的に照射しても良い。
【００３０】
前述のように、第一導電層１４のバンドギャップエネルギーが下地成長層１２のバンドギャップエネルギーに比べて小さいため、成長基板１１の裏側から照射するレーザ光として、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いると、レーザ光は下地成長層１２において吸収されず、第一導電層１４において吸収される。レーザ光を吸収する下地成長層１２と第一導電層１４との第一導電層１４側界面において、アブレーションが生じ、下地成長層１２とともに成長基板１１は分離される。
【００３１】
例えば、下地成長層１２をＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）、第一導電層１４（シリコンドープ）をＡｌＧａＮよりもバンドギャップエネルギーの小さなＧａＮとした場合、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）を成長基板１１の裏側から照射すると、下地成長層１２と第一導電層１４との第一導電層１４側界面において、ＧａＮが金属のＧａと窒素とに分解して成長基板１１及び下地成長層１２は容易に分離される。
【００３２】
これは、下地成長層１２であるＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）のバンドギャップエネルギーが３．８ｅＶ、第一導電層１４であるＧａＮのバンドギャップエネルギーが３．２ｅＶ、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）のレーザ光のエネルギーが３．５ｅＶであることから、ＹＡＧレーザは下地成長層１２において吸収されず、第一導電層１４に至って吸収され、第一導電層１４側界面においてアブレーションが生じるからである。
【００３３】
このように、第一導電層１４として、バンドギャップエネルギーが下地成長層１２よりも小さな半導体を用いて積層し、この二層のバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を照射すると、下地成長層１２において吸収されず、第一導電層１４に至って吸収される。レーザ光を吸収した下地成長層１２と第一導電層１４との第一導電層１４側界面においてアブレーションが生じ、成長基板１１及び下地成長層１２を容易に分離することができる。
選択成長によって形成された第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６は、成長基板１１及び下地成長層１２を介して繋がっているが、個々の第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６は分離しているため、成長基板１１及び下地成長層１２から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く複数の素子に分離することができる。
【００３４】
図８に示すように、素子の裏側表面を酸などによりエッチングした後、素子の裏面にｎ側電極１８を形成する。ｎ側電極１８は、一例として、Ｔｉ/Ａｌ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造であり、蒸着法などによって形成される。
【００３５】
第一導電層１４のバンドギャップエネルギーが下地成長層１２に比べて大きいため、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いて成長基板１１の裏側からレーザ光照射すると、レーザ光は下地成長層１２において吸収されず、第一導電層１４において吸収される。レーザ光は下地成長層１２において吸収され、レーザ光を吸収する下地成長層１２と第一導電層１４との第一導電層１４側界面においてアブレーションが生じ、下地成長層１２とともに成長基板１１は簡便に分離され、露出した第一導電層１４に効率良く裏面にｎ側電極１８を形成することができる。
【００３６】
選択成長によって形成された第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６は、成長基板１１及び下地成長層１２を介して繋がっているが、個々の断面略三角形状で六角錘状の第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６は分離しているため、成長基板１１及び下地成長層１２から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く素子毎に分離することができる。
【００３７】
［第二の実施の形態］
選択成長によって形成される断面略三角形状の三角柱状の半導体発光素子について説明する。また、図９乃至図１５のＡ及びＢはそれぞれ、各工程における断面図及び斜視図を示す。
【００３８】
図９に示すように、第一の実施の形態と同様に、成長基板３１上に下地成長層３２を積層し、下地成長層３２上に成長阻害膜３３を形成する。図９では省略しているが、下地成長層３２の底部側には所要のバッファ層を形成しても良い。
【００３９】
成長基板３１は、一般には次にウルツ鉱型の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限定されず、種々のものを使用できるが、第一の実施の形態と同様に後述する成長基板３１を分離する際にレーザ光を照射するため、サファイア基板などの光透過性を有する基板である。
【００４０】
下地成長層３２は、六角錘のピラミッド構造を形成することができる窒化ガリウム（ＧａＮ）などのようなウルツ鉱型の化合物半導体からなり、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）などにより積層されて形成される。また、一般には下地成長層３２はｎ側電極を形成するための導電層として機能することから、シリコンなどの不純物がドープされるが、後述するように、レーザ光照射によるアブレーションにより成長基板３１とともに分離されるため、不純物をドープしなくても良い。
【００４１】
成長阻害膜３３は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなるマスク層であり、スパッタ法などにより形成される。
【００４２】
図１０は成長阻害膜３３にストライプ状の開口部３３ａを形成する工程である。成長阻害膜３３の一部を除去して形成される開口部３３ａの形状は、一般には成長基板３１に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造に形成することができるストライプ状や円形状などの形状であるが、第二の実施の形態では断面略三角形状の三角柱状に第一導電層、活性層、及び第二導電層を形成するため、例えばストライプ状の開口部３３ａを形成している。また、ストライプ状以外の形状であっても、断面略三角形状の三角柱状に第一導電層、活性層、及び第二導電層を形成することができる形状であれば良い。
【００４３】
図１１は第一導電層３４を形成する工程を示す図である。第一導電層３４の形状は、開口部３３ａの形状を反映して表面に露出するが、第二の実施の形態におけるようにストライプ状の開口部３３ａを用いて選択成長をさせた場合、成長基板３１に対して傾斜面を有するファセット構造の断面略三角形状で三角柱状である第一導電層３４が形成される。
【００４４】
第一導電層３４は、ウルツ鉱型の化合物半導体層であり、例えばシリコンドープのＧａＮの如き材料からなり、ｎ型クラッド層として機能する。ここで、第一導電層３４のバンドギャップエネルギーは、下地成長層３２のバンドギャップエネルギーに比べて小さいものとする。例えば、下地成長層３２に比べてバンドギャップエネルギーが小さい半導体として、下地成長層３２にはＡｌＧａＮ、第一導電層３４にはＧａＮを用いることができる。
【００４５】
図１２のような断面略三角形状で三角柱状である第一導電層３４が形成された後に、第一の実施の形態と同様に、順に活性層３５、第二導電層３６が積層して形成される（図１３）。活性層３５は、半導体発光素子の光を生成するための層であり、例えばＩｎＧａＮ層やＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造の層からなる。また、活性層３５は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。第二導電層３６は、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばマグネシウムドープのＧａＮの如き材料から形成され、ｐ型クラッド層として機能する。
【００４６】
図１３に示すように、三角柱形状である第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６の最外部にある第二導電層３６の表面にｐ側電極３７を形成する。ｐ側電極３７は、一例として、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造またはＰｄ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造を有し、蒸着法などによって形成される。また、ｎ側電極は裏面に形成されるため、ここでは形成されていない。
【００４７】
図１４は成長基板３１の裏側からレーザ光を照射して成長基板３１を分離する工程を示す図である。成長基板３１を分離するために照射するレーザ光には、紫外線であるエキシマレーザや高調波ＹＡＧレーザなどのレーザ光がある。レーザ光は成長基板３１全面を照射しても良いし、所望の素子がある部分を選択的に照射しても良い。
【００４８】
前述のように、下地成長層３２のバンドギャップエネルギーが第一導電層３４のバンドギャップエネルギーに比べて大きいため、成長基板３１の裏側から照射するレーザ光として、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いると、レーザ光は下地成長層３２において吸収されず、第一導電層３４において吸収される。レーザ光を吸収する下地成長層３２と第一導電層３４との第一導電層３４側界面において、アブレーションが生じ、下地成長層３２とともに成長基板３１は分離される。
【００４９】
例えば、下地成長層３２をＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）、第一導電層３４をＡｌＧａＮよりもバンドギャップエネルギーの小さなＧａＮとした場合、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）を成長基板３１の裏側から照射すると、下地成長層３２と第一導電層３４との第一導電層３４側界面において、ＧａＮが金属のＧａと窒素アンドープの成長基板３１及び下地成長層３２は容易に分離される。
【００５０】
これは、下地成長層３２であるＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）のバンドギャップエネルギーが３．８ｅＶ、第一導電層３４であるＧａＮのバンドギャップエネルギーが３．２ｅＶ、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）のレーザ光のエネルギーが３．５ｅＶであることから、ＹＡＧレーザはアンドープの下地成長層３２において吸収されず、第一導電層３４に至って吸収され、第一導電層３４側界面においてアブレーションが生じるからである。
【００５１】
このように、第一導電層３４として、バンドギャップエネルギーが下地成長層３２よりも小さな半導体を用いて積層し、この二層のバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を照射すると、下地成長層３２において吸収されず、第一導電層３４に至って吸収される。レーザ光を吸収した下地成長層３２と第一導電層３４との第一導電層３４側界面においてアブレーションが生じ、成長基板３１及び下地成長層３２を容易に分離することができる。
選択成長によって形成された第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は、成長基板３１及び下地成長層３２を介して繋がっているが、個々の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は分離しているため、成長基板３１及び下地成長層３２から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く複数の素子に分離することができる。
【００５２】
図１５に示すように、素子の裏側表面を酸などによりエッチングした後、素子の裏面にｎ側電極３８を形成する。ｎ側電極３８は、一例として、Ｔｉ/Ａｌ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造であり、蒸着法などによって形成される。
【００５３】
このように成長基板３１及び下地成長層３２から分離された断面略三角形状の三角柱状の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は、稜線と垂直な方向にダイシングやエッチングを施されて複数の半導体発光素子に分離される。このとき、例えば、へき開などにより半導体レーザの共振端面となるへき開面を形成することができる。
【００５４】
前述の半導体発光素子の分離方法を応用して、図１６に示すように、成長基板３１の一部にレーザ光を照射して所望の半導体発光素子を成長基板３１及び下地成長層３２から分離して、分離と同時に半導体レーザの共振端面を形成することができる。
【００５５】
図１６Ａは所望の素子を成長基板３１及び下地成長層３２から分離する工程の斜視図であり、図１６Ｂは分離するために照射するレーザ光照射部分を示す底面図である。
【００５６】
図１６Ｂに示すように、成長基板３１の裏側において、所望の素子４１ａ及び素子４１ｂが位置するレーザ光照射部分４０にレーザ光を照射する。このとき、レーザ光照射部分４０内に位置する素子４１ａ及び素子４１ｂにはレーザ光が照射され、前述のようにして成長基板３１及び下地成長層３２から分離する。これに対して、レーザ光照射部分４０外に位置する第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６にはレーザ光が照射されず、成長基板３１及び下地成長層３２から分離されない。そのため、素子４１ａ及び素子４１ｂとそれ以外の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６との境界面において、素子４１ａ及び素子４１ｂは第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６の稜線３９に垂直な方向にへき開され、半導体レーザの共振端面となるへき開面が形成される（図１６Ａ）。
【００５７】
このように所望の素子４１ａ及び素子４１ｂにレーザ光を照射することにより、分離して素子に分割すると同時に半導体レーザにおいて共振端面となる一対のへき開面を効率良く形成することができる。
【００５８】
第一導電層３４のバンドギャップエネルギーが下地成長層３２に比べて大きいため、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いて成長基板３１の裏側からレーザ光照射すると、レーザ光は下地成長層３２において吸収されず、第一導電層３４において吸収される。レーザ光は下地成長層３２において吸収され、レーザ光を吸収する下地成長層３２と第一導電層３４との第一導電層３４側界面においてアブレーションが生じ、下地成長層３２とともに成長基板１１は簡便に分離され、露出した第一導電層３４に効率良く裏面にｎ側電極３８を形成することができる。
【００５９】
選択成長によって形成された第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は、成長基板３１及び下地成長層３２を介して繋がっているが、個々の断面略三角形状で六角錘状の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は分離しているため、成長基板３１及び下地成長層３２から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く素子毎に分離することができる。さらに、三角柱状の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６の一部に選択的にレーザを照射することにより、素子毎に分離すると同時に半導体レーザにおける共振端面となる一対のへき開面を形成することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、基板の裏側からレーザ光を照射してアブレーションを生じさせて基板から第一導電層、活性層、及び第二導電層を分離する際、下地成長層や多結晶やアモルファス状で抵抗の高いバッファ層を同時に分離することができ、結晶性が良く電極形成に最適な第一導電層に効率良く裏面から電極を形成することができる。このように効率良く電極を形成することができるため、半導体素子の生産コストを低減することができ、半導体素子の生産コストの低減にともない、半導体素子を実装した画像表示装置の製造コストも低減することができる。
【００６１】
選択成長によって形成された第一導電層、活性層、及び第二導電層は、成長基板及び下地成長層を介して繋がっているが、個々の第一導電層、活性層、及び第二導電層は分離しているため、成長基板及び下地成長層から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く素子毎に分離することができる。
【００６２】
レーザ光を照射してアブレーションにより第一導電層、活性層、及び第二導電層を成長基板及び下地成長層から分離する際、レーザ光を選択的に照射したり、レーザ光を集光や遮断するマスクを形成したりすることにより、所望の第一導電層、活性層、及び第二導電層の部分を成長基板及び下地成長層から分離することができる。
【００６３】
第一導電層、活性層、及び第二導電層を分離した後の成長基板及び下地成長層は、酸などで表面をエッチングした後に再利用することができる。成長基板との格子不整合が大きい窒化物系化合物半導体では、半導体成長層を形成する下地成長層が形成された成長基板を製造するのに生産コストが大きくなるが、成長基板及び下地成長層を再利用することにより生産コストを低減することができる。
【００６４】
従来のように成長基板のみを分離させたり下地成長層の中途部から分離させたりする半導体素子とは異なり、本発明の半導体素子では成長基板及び下地成長層が分離されるため、従来の半導体素子に比べて小型化がされた半導体素子を実現することができる。小型化された半導体素子は、素子を実装するときに、例えば合成樹脂などで周囲を固めて容易に扱えるサイズにしたとしても、電極が裏面に形成されているため、様々な形態の配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における下地成長層形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における成長阻害膜形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における開口部形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図４】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における第一導電層形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図５】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における活性層及び第二導電層の形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図６】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法におけるｐ側電極形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図７】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における成長基板及び下地成長層の分離の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図８】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法におけるｎ側電極形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図９】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における下地成長層、成長阻害膜の形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における開口部形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における第一導電層形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における活性層及び第二導電層の形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法におけるｐ側電極形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における成長基板及び下地成長層の分離の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法におけるｎ側電極形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態の半導体素子における第一導電層、活性層、及び第二導電層の一部を成長基板及び下地成長層から分離する工程を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は底面図である。
【符号の説明】
１１，３１ 成長基板
１２，３２ 下地成長層
１３，３３ 成長阻害膜
１３ａ，３３ａ 開口部
１４，３４ 第一導電層
１５，３５ 活性層
１６，３６ 第二導電層
１７，３７ ｐ側電極
１８，３８ ｎ側電極
３９ 稜線
４０ レーザ光照射部分
４１ａ，４１ｂ 素子
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子及び半導体素子の製造方法に関し、特に、窒化物系化合物半導体を用いて構成される半導体素子及び半導体素子の製造方法において、下地成長層を成長基板とともに分離することができ、第一導電層に裏面から電極を効率良く形成することができる半導体素子及び半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サファイア基板上に積層された半導体成長層はエッチングを施すことによりサファイア基板から剥離される。しかし、エッチングを施してサファイア基板から半導体成長層を剥離する場合、エッチング速度の緩慢やエッチングによる結晶表面へのダメージなどの問題がある。
【０００３】
窒化系化合物半導体成長層において、ウェットエッチングを施してサファイア基板から剥離することは困難であり、反応性イオンエッチングなどのようなドライエッチングを施してサファイア基板から剥離される。しかし、反応性イオンエッチングには腐食性ガスを用いるため、一般には結晶表面へのダメージが大きい。
【０００４】
このようなエッチングを施して半導体成長層を成長基板から剥離する問題を考慮して、成長基板の裏側からレーザ光を照射して半導体成長層と成長基板との界面においてブレーションを生じさせて半導体成長層を剥離する方法が開発された。
【０００５】
窒化物系化合物半導体成長層の場合、サファイア基板上に形成された半導体成長層は、サファイア基板の裏側からレーザ光を照射され、半導体成長層のアンドープ層やバッファ層においてレーザ光は吸収されアブレーションが生じ、サファイア基板からアンドープ層やバッファ層とともに半導体成長層は剥離される。その後、アンドープ層やバッファ層にエッチングを施し、素子の裏面に電極を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、サファイア基板から剥離された半導体成長層の裏面のアンドープ層やバッファ層は多結晶やアモルファス状であるため、抵抗が高く電極を形成するには不向きであり、裏面にエッチングを施すため効率が良くない。
【０００７】
さらに、半導体素子の裏面に電極を形成する場合、裏面にエッチングを施す工程により、半導体素子を形成する製造工程が増え、半導体素子の生産コストが上昇する。また、半導体素子の生産コストの上昇とともに、半導体素子を実装した画像表示装置などの生産コストも上昇する。
【０００８】
また、窒化物系化合物半導体において、素子の裏面に電極を形成するためにウェットエッチングを施すことはできず、反応性イオンエッチングのようなドライエッチングが施されるが、そのために電極を形成するアンドープ層やバッファ層の結晶へのダメージが大きい。
【０００９】
そこで、本発明の半導体素子及び半導体素子の製造方法は、下地成長層を成長基板とともに分離することができ、第一導電層に裏面から電極を効率良く形成することができる半導体素子及び半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明における半導体素子の製造方法は、光透過性を有する基板上に下地成長層を形成する工程と、前記下地成長層上に所要の開口部を有する成長阻害膜を形成する工程と、前記開口部から選択成長によりバンドギャップエネルギーが前記下地成長層より小さい第一導電層を形成する工程と、前記第一導電層上に活性層及び第二導電層を積層して形成する工程と、前記基板に前記基板の裏側からレーザ光を照射して、前記下地成長層と前記第一導電層との界面において、前記レーザ光の照射により生じるアブレーションによって前記基板から分離する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
成長基板上に形成された半導体成長層は、成長基板の裏側からのレーザ光照射によりアブレーションが生じて成長基板から分離されるのであるが、バンドギャップエネルギーが下地成長層より小さい半導体を用いて第一導電層を形成すると、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を成長基板の裏面から照射すると、下地成長層と第一導電層との第一導電層側界面においてアブレーションが生じる。そのため、下地成長層と第一導電層との界面において半導体成長層を分離することができ、下地成長層やバッファ層を成長基板とともに簡便に分離することができる。このように簡便に分離された第一導電層の裏面に効率良く電極を形成することができ、半導体素子の生産コストを低減することができる。
【００１２】
成長基板上の半導体成長層を成長基板から分離する際に下地成長層やバッファ層が成長基板とともに半導体成長層から分離するため、結晶へのダメージの大きい反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを施さず、結晶へのダメージの小さい酸などのウェットエッチングを電極が形成される第一導電層の表面に施す。そのため、結晶へのダメージが小さく良好な第一導電層に電極を形成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００１７】
［第一の実施の形態］
選択成長によって形成される断面略三角形状の六角錘状である半導体発光素子について説明する。また、図１乃至図８のＡ及びＢはそれぞれ、各工程における断面図及び斜視図を示す。
【００１８】
図１に示すように、成長基板１１上に下地成長層１２が形成される。成長基板１１は、一般には次にウルツ鉱型の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限定されず、種々のものを使用できる。例えば、成長基板１１として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としたサファイア基板を用いることができる。この場合の基板主面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。第一の実施の形態において成長基板１１は、後述する成長基板１１を分離する際にレーザ光を裏側から照射するため、サファイア基板などの光透過性を有する基板である。
【００１９】
この成長基板１１の主面上に形成される下地成長層１２としては、後の工程で六角錐のピラミッド構造を形成することからウルツ鉱型の化合物半導体を用いることができる。例えば、ＩIＩ族系化合物半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体などである。
【００２０】
下地成長層１２を成長させる方法としては、種々の気相成長法を挙げることができる。例えば、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いて成長させることができる。特に、ＭＯＶＰＥ法を用いると、迅速に結晶性の良いものが得られる。また、図１では省略しているが、下地成長層１２の底部側には所要のバッファ層を形成しても良い。
【００２１】
下地成長層１２は、一般には下地成長層１２にｎ側電極を形成するための導電層として機能することから、その全体にシリコンなどの不純物がドープされる。第一の実施の形態においては、後述するように、成長基板１１の裏側からレーザ光を照射してアブレーションにより成長基板１１を分離する際に、下地成長層１２を成長基板とともに分離する。そのため、成長基板１１とともに分離される下地成長層１２には不純物をドープしなくても良い。
【００２２】
図２のように、下地成長層１２を順に積層した下地成長層１２上の全面にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなる成長阻害膜１３を形成する。この成長阻害膜１３はマスク層として用いられる膜であり、スパッタ法若しくはその他の方法によって下地成長層１２の表面に形成される。
【００２３】
図３に示すように、成長阻害膜１３を全面に形成した後、マスクとして機能する成長阻害膜１３の一部が除去されて開口部１３ａが形成される。一般に、選択成長する上で開口部１３ａの形状は、成長基板１１主面に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造に形成することができる形状であれば特に限定されるものではない。一例としてストライプ状、矩形状、円形状、楕円状、三角形状、又は六角形状などの多角形形状とされる。成長阻害膜１３の下部の下地成長層１２は開口部１３ａの形状を反映してその表面が露出する。第一の実施の形態のように、第一導電層、活性層、及び第二導電層を断面略三角形状の六角錘状に選択成長させることができる形状としては、円形状や六角形状などがあり、図３においては円形状の開口部１３ａが形成される。
【００２４】
このような所定の形状の開口部１３ａが形成された後、図４に示すように、開口部１３ａにより選択成長によって第一導電層１４が形成される。第一導電層１４は下地成長層１２と同様に、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばシリコンドープのＧａＮの如き材料から形成される。この第一導電層１４はｎ型クラッド層として機能する。この第一導電層１４は、例えば、成長基板１１がサファイア基板として、その主面がＣ面である場合には、選択成長によって断面略三角形状の六角錐形状に形成することができる。ここで、第一導電層１４のバンドギャップエネルギーは、下地成長層１２のバンドギャップエネルギーに比べて小さいものとする。例えば、下地成長層１２に比べてバンドギャップエネルギーが小さい半導体として、下地成長層１２にはＡｌＧａＮ、第一導電層１４にはＧａＮを用いることができる。
【００２５】
図５に示すように、開口部１３ａより選択成長によって形成された第一導電層１４の上に、活性層１５、及び第二導電層１６が順に積層されて形成される。
【００２６】
活性層１５は、半導体発光素子の光を生成するための層であり、例えばＩｎＧａＮ層やＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造の層からなる。この活性層１５は、第一導電層１４の傾斜面からなるファセットに沿って延在され、発光するのに好適な膜厚を有する。また、活性層１５は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。
【００２７】
第二導電層１６は、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばマグネシウムドープのＧａＮの如き材料から形成される。この第二導電層１６はｐ型クラッド層として機能する。この第二導電層１６も第一導電層１４の傾斜面からなるファセットに沿って延在される。選択成長によって形成される六角錐形状の傾斜面は例えばＳ面、｛１１−２２｝面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる面とされる。
【００２８】
図６に示すように、六角錐形状の第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６の最外部にある第二導電層１６の表面にｐ側電極１７を形成する。ｐ側電極１７は、一例として、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造またはＰｄ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造を有し、蒸着法などによって形成される。また、ｎ側電極は裏面に形成されるため、ここでは形成されていない。
【００２９】
図７は成長基板１１の裏側からレーザ光を照射して成長基板１１を分離する工程を示す図である。成長基板１１を分離するために照射するレーザ光には、紫外線であるエキシマレーザや高調波ＹＡＧレーザなどのレーザ光がある。レーザ光は成長基板１１全面を照射しても良いし、所望の素子がある部分を選択的に照射しても良い。
【００３０】
前述のように、第一導電層１４のバンドギャップエネルギーが下地成長層１２のバンドギャップエネルギーに比べて小さいため、成長基板１１の裏側から照射するレーザ光として、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いると、レーザ光は下地成長層１２において吸収されず、第一導電層１４において吸収される。レーザ光を吸収する下地成長層１２と第一導電層１４との第一導電層１４側界面において、アブレーションが生じ、下地成長層１２とともに成長基板１１は分離される。
【００３１】
例えば、下地成長層１２をＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）、第一導電層１４（シリコンドープ）をＡｌＧａＮよりもバンドギャップエネルギーの小さなＧａＮとした場合、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）を成長基板１１の裏側から照射すると、下地成長層１２と第一導電層１４との第一導電層１４側界面において、ＧａＮが金属のＧａと窒素とに分解して成長基板１１及び下地成長層１２は容易に分離される。
【００３２】
これは、下地成長層１２であるＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）のバンドギャップエネルギーが３．８ｅＶ、第一導電層１４であるＧａＮのバンドギャップエネルギーが３．２ｅＶ、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）のレーザ光のエネルギーが３．５ｅＶであることから、ＹＡＧレーザは下地成長層１２において吸収されず、第一導電層１４に至って吸収され、第一導電層１４側界面においてアブレーションが生じるからである。
【００３３】
このように、第一導電層１４として、バンドギャップエネルギーが下地成長層１２よりも小さな半導体を用いて積層し、この二層のバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を照射すると、下地成長層１２において吸収されず、第一導電層１４に至って吸収される。レーザ光を吸収した下地成長層１２と第一導電層１４との第一導電層１４側界面においてアブレーションが生じ、成長基板１１及び下地成長層１２を容易に分離することができる。
選択成長によって形成された第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６は、成長基板１１及び下地成長層１２を介して繋がっているが、個々の第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６は分離しているため、成長基板１１及び下地成長層１２から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く複数の素子に分離することができる。
【００３４】
図８に示すように、素子の裏側表面を酸などによりエッチングした後、素子の裏面にｎ側電極１８を形成する。ｎ側電極１８は、一例として、Ｔｉ/Ａｌ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造であり、蒸着法などによって形成される。
【００３５】
第一導電層１４のバンドギャップエネルギーが下地成長層１２に比べて大きいため、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いて成長基板１１の裏側からレーザ光照射すると、レーザ光は下地成長層１２において吸収されず、第一導電層１４において吸収される。レーザ光は下地成長層１２において吸収され、レーザ光を吸収する下地成長層１２と第一導電層１４との第一導電層１４側界面においてアブレーションが生じ、下地成長層１２とともに成長基板１１は簡便に分離され、露出した第一導電層１４に効率良く裏面にｎ側電極１８を形成することができる。
【００３６】
選択成長によって形成された第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６は、成長基板１１及び下地成長層１２を介して繋がっているが、個々の断面略三角形状で六角錘状の第一導電層１４、活性層１５、及び第二導電層１６は分離しているため、成長基板１１及び下地成長層１２から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く素子毎に分離することができる。
【００３７】
［第二の実施の形態］
選択成長によって形成される断面略三角形状の三角柱状の半導体発光素子について説明する。また、図９乃至図１５のＡ及びＢはそれぞれ、各工程における断面図及び斜視図を示す。
【００３８】
図９に示すように、第一の実施の形態と同様に、成長基板３１上に下地成長層３２を積層し、下地成長層３２上に成長阻害膜３３を形成する。図９では省略しているが、下地成長層３２の底部側には所要のバッファ層を形成しても良い。
【００３９】
成長基板３１は、一般には次にウルツ鉱型の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限定されず、種々のものを使用できるが、第一の実施の形態と同様に後述する成長基板３１を分離する際にレーザ光を照射するため、サファイア基板などの光透過性を有する基板である。
【００４０】
下地成長層３２は、六角錘のピラミッド構造を形成することができる窒化ガリウム（ＧａＮ）などのようなウルツ鉱型の化合物半導体からなり、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）などにより積層されて形成される。また、一般には下地成長層３２はｎ側電極を形成するための導電層として機能することから、シリコンなどの不純物がドープされるが、後述するように、レーザ光照射によるアブレーションにより成長基板３１とともに分離されるため、不純物をドープしなくても良い。
【００４１】
成長阻害膜３３は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなるマスク層であり、スパッタ法などにより形成される。
【００４２】
図１０は成長阻害膜３３にストライプ状の開口部３３ａを形成する工程である。成長阻害膜３３の一部を除去して形成される開口部３３ａの形状は、一般には成長基板３１に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造に形成することができるストライプ状や円形状などの形状であるが、第二の実施の形態では断面略三角形状の三角柱状に第一導電層、活性層、及び第二導電層を形成するため、例えばストライプ状の開口部３３ａを形成している。また、ストライプ状以外の形状であっても、断面略三角形状の三角柱状に第一導電層、活性層、及び第二導電層を形成することができる形状であれば良い。
【００４３】
図１１は第一導電層３４を形成する工程を示す図である。第一導電層３４の形状は、開口部３３ａの形状を反映して表面に露出するが、第二の実施の形態におけるようにストライプ状の開口部３３ａを用いて選択成長をさせた場合、成長基板３１に対して傾斜面を有するファセット構造の断面略三角形状で三角柱状である第一導電層３４が形成される。
【００４４】
第一導電層３４は、ウルツ鉱型の化合物半導体層であり、例えばシリコンドープのＧａＮの如き材料からなり、ｎ型クラッド層として機能する。ここで、第一導電層３４のバンドギャップエネルギーは、下地成長層３２のバンドギャップエネルギーに比べて小さいものとする。例えば、下地成長層３２に比べてバンドギャップエネルギーが小さい半導体として、下地成長層３２にはＡｌＧａＮ、第一導電層３４にはＧａＮを用いることができる。
【００４５】
図１２のような断面略三角形状で三角柱状である第一導電層３４が形成された後に、第一の実施の形態と同様に、順に活性層３５、第二導電層３６が積層して形成される（図１３）。活性層３５は、半導体発光素子の光を生成するための層であり、例えばＩｎＧａＮ層やＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造の層からなる。また、活性層３５は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。第二導電層３６は、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばマグネシウムドープのＧａＮの如き材料から形成され、ｐ型クラッド層として機能する。
【００４６】
図１３に示すように、三角柱形状である第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６の最外部にある第二導電層３６の表面にｐ側電極３７を形成する。ｐ側電極３７は、一例として、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造またはＰｄ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造を有し、蒸着法などによって形成される。また、ｎ側電極は裏面に形成されるため、ここでは形成されていない。
【００４７】
図１４は成長基板３１の裏側からレーザ光を照射して成長基板３１を分離する工程を示す図である。成長基板３１を分離するために照射するレーザ光には、紫外線であるエキシマレーザや高調波ＹＡＧレーザなどのレーザ光がある。レーザ光は成長基板３１全面を照射しても良いし、所望の素子がある部分を選択的に照射しても良い。
【００４８】
前述のように、下地成長層３２のバンドギャップエネルギーが第一導電層３４のバンドギャップエネルギーに比べて大きいため、成長基板３１の裏側から照射するレーザ光として、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いると、レーザ光は下地成長層３２において吸収されず、第一導電層３４において吸収される。レーザ光を吸収する下地成長層３２と第一導電層３４との第一導電層３４側界面において、アブレーションが生じ、下地成長層３２とともに成長基板３１は分離される。
【００４９】
例えば、下地成長層３２をＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）、第一導電層３４をＡｌＧａＮよりもバンドギャップエネルギーの小さなＧａＮとした場合、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）を成長基板３１の裏側から照射すると、下地成長層３２と第一導電層３４との第一導電層３４側界面において、ＧａＮが金属のＧａと窒素アンドープの成長基板３１及び下地成長層３２は容易に分離される。
【００５０】
これは、下地成長層３２であるＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）のバンドギャップエネルギーが３．８ｅＶ、第一導電層３４であるＧａＮのバンドギャップエネルギーが３．２ｅＶ、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）のレーザ光のエネルギーが３．５ｅＶであることから、ＹＡＧレーザはアンドープの下地成長層３２において吸収されず、第一導電層３４に至って吸収され、第一導電層３４側界面においてアブレーションが生じるからである。
【００５１】
このように、第一導電層３４として、バンドギャップエネルギーが下地成長層３２よりも小さな半導体を用いて積層し、この二層のバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を照射すると、下地成長層３２において吸収されず、第一導電層３４に至って吸収される。レーザ光を吸収した下地成長層３２と第一導電層３４との第一導電層３４側界面においてアブレーションが生じ、成長基板３１及び下地成長層３２を容易に分離することができる。
選択成長によって形成された第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は、成長基板３１及び下地成長層３２を介して繋がっているが、個々の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は分離しているため、成長基板３１及び下地成長層３２から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く複数の素子に分離することができる。
【００５２】
図１５に示すように、素子の裏側表面を酸などによりエッチングした後、素子の裏面にｎ側電極３８を形成する。ｎ側電極３８は、一例として、Ｔｉ/Ａｌ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造であり、蒸着法などによって形成される。
【００５３】
このように成長基板３１及び下地成長層３２から分離された断面略三角形状の三角柱状の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は、稜線と垂直な方向にダイシングやエッチングを施されて複数の半導体発光素子に分離される。このとき、例えば、へき開などにより半導体レーザの共振端面となるへき開面を形成することができる。
【００５４】
前述の半導体発光素子の分離方法を応用して、図１６に示すように、成長基板３１の一部にレーザ光を照射して所望の半導体発光素子を成長基板３１及び下地成長層３２から分離して、分離と同時に半導体レーザの共振端面を形成することができる。
【００５５】
図１６Ａは所望の素子を成長基板３１及び下地成長層３２から分離する工程の斜視図であり、図１６Ｂは分離するために照射するレーザ光照射部分を示す底面図である。
【００５６】
図１６Ｂに示すように、成長基板３１の裏側において、所望の素子４１ａ及び素子４１ｂが位置するレーザ光照射部分４０にレーザ光を照射する。このとき、レーザ光照射部分４０内に位置する素子４１ａ及び素子４１ｂにはレーザ光が照射され、前述のようにして成長基板３１及び下地成長層３２から分離する。これに対して、レーザ光照射部分４０外に位置する第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６にはレーザ光が照射されず、成長基板３１及び下地成長層３２から分離されない。そのため、素子４１ａ及び素子４１ｂとそれ以外の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６との境界面において、素子４１ａ及び素子４１ｂは第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６の稜線３９に垂直な方向にへき開され、半導体レーザの共振端面となるへき開面が形成される（図１６Ａ）。
【００５７】
このように所望の素子４１ａ及び素子４１ｂにレーザ光を照射することにより、分離して素子に分割すると同時に半導体レーザにおいて共振端面となる一対のへき開面を効率良く形成することができる。
【００５８】
第一導電層３４のバンドギャップエネルギーが下地成長層３２に比べて大きいため、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いて成長基板３１の裏側からレーザ光照射すると、レーザ光は下地成長層３２において吸収されず、第一導電層３４において吸収される。レーザ光は下地成長層３２において吸収され、レーザ光を吸収する下地成長層３２と第一導電層３４との第一導電層３４側界面においてアブレーションが生じ、下地成長層３２とともに成長基板１１は簡便に分離され、露出した第一導電層３４に効率良く裏面にｎ側電極３８を形成することができる。
【００５９】
選択成長によって形成された第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は、成長基板３１及び下地成長層３２を介して繋がっているが、個々の断面略三角形状で六角錘状の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６は分離しているため、成長基板３１及び下地成長層３２から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く素子毎に分離することができる。さらに、三角柱状の第一導電層３４、活性層３５、及び第二導電層３６の一部に選択的にレーザを照射することにより、素子毎に分離すると同時に半導体レーザにおける共振端面となる一対のへき開面を形成することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、基板の裏側からレーザ光を照射してアブレーションを生じさせて基板から第一導電層、活性層、及び第二導電層を分離する際、下地成長層や多結晶やアモルファス状で抵抗の高いバッファ層を同時に分離することができ、結晶性が良く電極形成に最適な第一導電層に効率良く裏面から電極を形成することができる。このように効率良く電極を形成することができるため、半導体素子の生産コストを低減することができ、半導体素子の生産コストの低減にともない、半導体素子を実装した画像表示装置の製造コストも低減することができる。
【００６１】
選択成長によって形成された第一導電層、活性層、及び第二導電層は、成長基板及び下地成長層を介して繋がっているが、個々の第一導電層、活性層、及び第二導電層は分離しているため、成長基板及び下地成長層から分離されると同時に素子毎に分離され、効率良く素子毎に分離することができる。
【００６２】
レーザ光を照射してアブレーションにより第一導電層、活性層、及び第二導電層を成長基板及び下地成長層から分離する際、レーザ光を選択的に照射したり、レーザ光を集光や遮断するマスクを形成したりすることにより、所望の第一導電層、活性層、及び第二導電層の部分を成長基板及び下地成長層から分離することができる。
【００６３】
第一導電層、活性層、及び第二導電層を分離した後の成長基板及び下地成長層は、酸などで表面をエッチングした後に再利用することができる。成長基板との格子不整合が大きい窒化物系化合物半導体では、半導体成長層を形成する下地成長層が形成された成長基板を製造するのに生産コストが大きくなるが、成長基板及び下地成長層を再利用することにより生産コストを低減することができる。
【００６４】
従来のように成長基板のみを分離させたり下地成長層の中途部から分離させたりする半導体素子とは異なり、本発明の半導体素子では成長基板及び下地成長層が分離されるため、従来の半導体素子に比べて小型化がされた半導体素子を実現することができる。小型化された半導体素子は、素子を実装するときに、例えば合成樹脂などで周囲を固めて容易に扱えるサイズにしたとしても、電極が裏面に形成されているため、様々な形態の配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における下地成長層形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における成長阻害膜形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における開口部形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図４】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における第一導電層形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図５】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における活性層及び第二導電層の形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図６】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法におけるｐ側電極形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図７】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における成長基板及び下地成長層の分離の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図８】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法におけるｎ側電極形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図９】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における下地成長層、成長阻害膜の形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における開口部形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における第一導電層形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における活性層及び第二導電層の形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法におけるｐ側電極形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における成長基板及び下地成長層の分離の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態の半導体素子の製造方法におけるｎ側電極形成の工程を示し、Ａは断面図であり、Ｂは斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態の半導体素子における第一導電層、活性層、及び第二導電層の一部を成長基板及び下地成長層から分離する工程を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は底面図である。
【符号の説明】
１１，３１ 成長基板
１２，３２ 下地成長層
１３，３３ 成長阻害膜
１３ａ，３３ａ 開口部
１４，３４ 第一導電層
１５，３５ 活性層
１６，３６ 第二導電層
１７，３７ ｐ側電極
１８，３８ ｎ側電極
３９ 稜線
４０ レーザ光照射部分
４１ａ，４１ｂ 素子
Claims (8)
- 光透過性を有する基板上に下地成長層を形成する工程と、
前記下地成長層上に所要の開口部を有する成長阻害膜を形成する工程と、
前記開口部から選択成長によりバンドギャップエネルギーが前記下地成長層より小さい第一導電層を形成する工程と、
前記第一導電層上に活性層及び第二導電層を積層して形成する工程と、
前記基板に前記基板の裏側からレーザ光を照射して、前記下地成長層と前記第一導電層との界面において、前記レーザ光の照射により生じるアブレーションによって前記基板から分離する工程とを有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記下地成長層、前記第一導電層、前記活性層、及び前記第二導電層はウルツ鉱型化合物半導体層であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
- 前記ウルツ鉱型化合物半導体層は窒化物系化合物半導体層であることを特徴とする請求項２記載の半導体素子の製造方法。
- 前記下地成長層はＡｌＧａＮであり、且つ前記第一導電層はＧａＮであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
- 少なくとも前記活性層は、前記基板上の主面に対して傾斜した傾斜結晶面に平行な面内に延在して形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
- 前記レーザ光は前記下地成長層のバンドギャップエネルギーと前記第一導電層のバンドギャップエネルギーとの間のエネルギー値を有することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
- 前記素子の前記第一導電層の分離した裏面に一方の電極を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
- 前記半導体素子が半導体レーザであって、前記基板から分離する工程で、前記第一導電層、前記活性層、及び前記第二導電層の一部に選択的に前記レーザ光を照射することにより、前記半導体素子毎に分離すると同時に前記半導体素子の共振端面となるへき開面を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
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