JP4836218B1 - 半導体素子と半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体素子の製造方法は、支持基板30上に半導体層が接合された構成を具備する半導体素子の製造方法であって、成長基板11上にリフトオフ層12を介して、半導体層からなる素子領域15aを形成する素子領域形成工程と、成長基板上に、柱状物21を形成する柱状物形成工程と、支持基板に、半導体層及び柱状物の上部を接合する接合工程と、リフトオフ層を除去することにより半導体層の下面と成長基板とを分離し、かつ柱状物と成長基板とを分離しないリフトオフ工程と、柱状物と支持基板とを分離する工程と、を具備する。
【選択図】図2
Description
第2の半導体素子の製造方法は、上記の方法において、好ましくは、柱状物形成工程は、柱状物の一部に犠牲層を形成する犠牲層形成工程を備え、柱状物と支持基板とを分離する工程では、犠牲層を除去することを特徴とする。
第3の半導体素子の製造方法は、上記の方法において、好ましくは、柱状物は、半導体層と同じ材料から構成された核部を具備することを特徴とする。
第4の半導体素子の製造方法は、上記の方法において、好ましくは、素子領域形成工程において、半導体層を構成する材料をリフトオフ層を介して成長基板上に形成した後に、エッチングを施すことにより、素子領域と核部を形成し、柱状物形成工程において、リフトオフ工程において除去されない保護層を核部側面に形成することを特徴とする。
第5の半導体素子の製造方法は、上記の方法において、好ましくは、成長基板上にリフトオフ層を形成する工程において、柱状物を形成すべき領域におけるリフトオフ層を除去する工程を有し、半導体層を構成する材料をリフトオフ層を介して成長基板上に形成すると共に部分的にリフトオフ層を介さずに形成した後に、エッチングを施し、素子領域とリフトオフ工程においてリフトオフされない核部とを同時に形成することを特徴とする。
第6の半導体素子の製造方法は、上記の方法において、好ましくは、成長基板上にリフトオフ層を形成する工程において、素子領域と、柱状物を形成すべき領域の内部となる領域においてリフトオフ層を選択的に形成する工程を有し、半導体層を構成する材料をリフトオフ層を介して成長基板上に形成すると共に部分的にリフトオフ層を介さずに形成した後に、エッチングを施し、素子領域とリフトオフ工程においてリフトオフされない核部とを同時に形成することを特徴とする。
第7の半導体素子の製造方法は、支持基板上に半導体層が接合された構成を具備する半導体素子の製造方法であって、成長基板上にリフトオフ層を介して、半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、支持基板上に、柱状物を形成する柱状物形成工程と、支持基板に半導体層を接合し、成長基板に柱状物を接合する接合工程と、リフトオフ層を除去することにより半導体層の下面と成長基板とを分離し、かつ柱状物と成長基板とを分離しないリフトオフ工程と、柱状物と支持基板とを分離する工程と、を具備することを特徴とする。
第8の半導体素子の製造方法は、上記の方法において、好ましくは、柱状物形成工程は、支持基板上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程を備え、柱状物と支持基板とを分離する工程では、犠牲層を除去することを特徴とする。
第9の半導体素子の製造方法は、上記の方法において、好ましくは、半導体層は、成長基板側にn型層、当該n型層上に形成されたp型層を具備することを特徴とする。
第10の半導体素子の製造方法は、上記の方法において、好ましくは接合工程前において、素子領域における半導体層の表面、及び支持基板の表面に、それぞれ導電性材料を形成することを特徴とする。
第11の半導体素子の製造方法は、上記の方法において、好ましくはn型層に接合するn型電極を形成し、p型層に接合するp型電極を形成し、n型電極とp型電極との間に10ボルトの逆方向電圧を印加したときのリーク電流が10μA以下であることを特徴とする。
第1の半導体素子は、上記第1〜第10の半導体素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
している。また、剥離工程(ステップS77)は、リフトオフ工程(ステップS771)と犠牲層エッチング工程(ステップS772)からなり、剥離工程(ステップS77)のリフトオフ工程(ステップS771)においては、柱状物の接合が維持される。すなわち、リフトオフ工程(ステップS771)においては、リフトオフ層を除去することにより半導体層の下面と成長基板とを分離し、かつ柱状物と成長基板とを分離しない。
上記実施形態における犠牲層は、リフトオフ層をリフトオフする際に剥離されないが、その後の犠牲層エッチング工程で素子や接合層に悪影響を与えずに分離が可能な層であればよい。ケミカルリフトオフの場合、リフトオフ層である金属バッファ層と犠牲層に異なる選択エッチング液があればよい。金属バッファ層は、例えばSc、Cr、Zr、Hfなど(およびそれらの窒化物)を選択できる。犠牲層は、金属バッファ層で選択された以外の材料で、例えばCr、Ni、Tiなどの金属や樹脂、接着剤等を選択できる。なお、犠牲層を分離する方法は、エッチングに限らず、熱や光、機械的方法等を用いるものでも良い。接合層は、上記で選択された以外の材料でよく、例えばPt、Auなどの貴金属を使用できる。リフトオフ層の種類によって、および選択エッチング液の種類や分離方法によって、これらの組み合わせは多岐に亘る。
実際に、実施形態第1に例示した工程で化合物半導体層を形成し、サファイヤ基板剥離を行った。サファイア単結晶基板(0001)面上に金属バッファ層として100Åの膜厚のスカンジウム(Sc)をスパッタリング法により成膜した。
次に、アンモニア雰囲気で1200℃で10分間の窒化処理を行い、金属バッファ層は窒化され、窒化スカンジウム層(ScN層)が形成された。
次に、ScN層上に、ノンドープAlGaNを2um、Siドープn型AlGaN層(1.5μm)、MQW活性層(0.1μm)、Mgドープp型AlGaN層(0.3μm)を順次MOCVD法で成膜した。
p型AlGaN層上にCVDによりSiO2を成膜して、レジストを用いてパターニングを行い、BHFでエッチングすることでSiO2マスクを形成し、化合物半導体層のドライエッチングを行い、サファイア基板が露出するまで、エッチングを行った。その後、BHFを使用してSiO2マスクを除去し、直径850μmの円形の素子領域と、素子領域の周辺に、直径約90μmの核部を形成した。
核部全体を被覆するように保護膜としてSiO2(1μm)をCVDにより成膜した。核部の上部の保護膜上に犠牲層としてCr(250Å)を、接合層としてPt/Au(2000Å/1μm)を成膜した。
また、素子領域のp型層全面に、p側電極としてNi/Au(50Å/200Å)を成膜して550℃で15分のアニールを行った。その後、接合層として、Pt/Au(2000Å/2μm)を成膜した。
支持基板30としてp型単結晶シリコン(Si)基板を用い、支持基板側の接合層としてTi/Pt/Au/Sn/Au(100Å/2000Å/1000Å/2000Å/1μm)を成膜した。素子領域および柱状物側の接合層と、支持基板側の接合層とを、12kNの荷重を印加して、300℃で60分、真空雰囲気で熱圧着した。
接合した基板を塩酸に24時間浸漬してScおよびScNを溶解してケミカルリフトオフを行った。その後、Cr選択エッチング液(硝酸セリウムアンモニウム)を用いて犠牲層を溶解し、サファイア基板を剥離した。
サファイア基板剥離後の化合物半導体層の品質を、光学顕微鏡での表面観察により、従来の製造方法と比較した。
実施形態1に例示した工程において、犠牲層および接合層が保護層を兼ねる場合、保護層の形成工程を省き、核部全体を被覆するように犠牲層としてCr(250Å)を成膜し、接合層としてPt/Au(2000Å/1um)を成膜し、素子領域の接合層をPt/Au(2000Å/1um)とした以外は実施例1と同様に行った。図10(b)と同様の結果が得られ、化合物半導体層に割れは生じなかった。
実施形態第2に例示した工程のように、核部を形成せず、シード層としてPt/Au/Pt/Pd(500Å/7500Å/500Å/500Å)とし、柱状物を厚さ3μmのNiメッキにより形成し、柱状物と素子領域の接合層をPt/Au(2000Å/1μm)とした以外は、実施例1と同様に行った。図10(b)と同様の結果が得られ、化合物半導体層に割れは生じなかった。
実施形態第3に例示した工程のように、核部の位置となる金属バッファ層を、レジストマスクを形成しエッチングにより除去し、保護膜を形成せずに柱状物と素子領域の接合層をPt/Au(2000Å/1μm)とした以外は、実施例1と同様に行った。図10(b)と同様の結果が得られ、化合物半導体層に割れは生じなかった。
また、実施形態第4に例示する工程のように、支持基板側に剥離層を介して柱状物を形成した以外は実施例2と同様に行った。図10(b)の符号73のような柱状物を剥離した跡は見られず、化合物半導体層に割れは生じなかった。
12 リフトオフ層(金属バッファ層)(金属層:Sc層)
13 n型窒化物半導体層(n型半導体層:n型層)
14 p型窒化物半導体層(p型半導体層:p型層)
15 化合物半導体層(積層体)
15a 素子領域
16 発光層
20 分離溝
21 柱状物
22 保護膜
23 犠牲層
24 接合層
25 p型電極
26 接合層
30 支持基板
31 導電性接合層
Claims (12)
- 支持基板上に半導体層が接合された構成を具備する半導体素子の製造方法であって、
成長基板上にリフトオフ層を介して、前記半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、
前記成長基板上に、柱状物を形成する柱状物形成工程と、
支持基板に、前記半導体層及び前記柱状物の上部を接合する接合工程と、
前記リフトオフ層を除去することにより前記半導体層の下面と前記成長基板とを分離し、かつ前記柱状物と前記成長基板とを分離しないリフトオフ工程と、
前記柱状物と前記支持基板とを分離する工程と、
を具備することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記柱状物形成工程は、前記柱状物の一部に犠牲層を形成する犠牲層形成工程を備え、前記柱状物と前記支持基板とを分離する工程では、前記犠牲層を除去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。
- 前記柱状物は、前記半導体層と同じ材料から構成された核部を具備することを特徴とする請求項1または2記載の半導体素子の製造方法。
- 前記素子領域形成工程において、前記半導体層を構成する材料を前記リフトオフ層を介して前記成長基板上に形成した後に、エッチングを施すことにより、前記素子領域と前記核部を形成し、
前記柱状物形成工程において、前記リフトオフ工程において除去されない保護層を前記核部側面に形成することを特徴とする請求項3記載の半導体素子の製造方法。 - 前記成長基板上に前記リフトオフ層を形成する工程において、前記柱状物を形成すべき領域における前記リフトオフ層を除去する工程を有し、前記半導体層を構成する材料を前記リフトオフ層を介して前記成長基板上に形成すると共に部分的にリフトオフ層を介さずに形成した後に、エッチングを施し、前記素子領域とリフトオフ工程においてリフトオフされない前記核部とを同時に形成することを特徴とする請求項3記載の半導体素子の製造方法。
- 前記成長基板上に前記リフトオフ層を形成する工程において、前記素子領域と、前記柱状物を形成すべき領域の内部となる領域において前記リフトオフ層を選択的に形成する工程を有し、前記半導体層を構成する材料を前記リフトオフ層を介して前記成長基板上に形成すると共に部分的にリフトオフ層を介さずに形成した後に、エッチングを施し、前記素子領域とリフトオフ工程においてリフトオフされない前記核部とを同時に形成することを特徴とする請求項3記載の半導体素子の製造方法。
- 支持基板上に半導体層が接合された構成を具備する半導体素子の製造方法であって、
成長基板上にリフトオフ層を介して、前記半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、
前記支持基板上に、柱状物を形成する柱状物形成工程と、
前記支持基板に前記半導体層を接合し、前記成長基板に前記柱状物を接合する接合工程と、
前記リフトオフ層を除去することにより前記半導体層の下面と前記成長基板とを分離し、かつ前記柱状物と前記成長基板とを分離しないリフトオフ工程と、
前記柱状物と前記支持基板とを分離する工程と、
を具備することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記柱状物形成工程は、前記支持基板上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程を備え、前記柱状物と前記支持基板とを分離する工程では、前記犠牲層を除去することを特徴とする請求項7記載の半導体素子の製造方法。
- 前記半導体層は、前記成長基板側にn型層、当該n型層上に形成されたp型層を具備することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記接合工程前において、
前記素子領域における前記半導体層の表面、及び前記支持基板の表面に、それぞれ導電性材料を形成することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記n型層に接合するn型電極を形成し、前記p型層に接合するp型電極を形成し、前記n型電極と前記p型電極との間に10ボルトの逆方向電圧を印加したときのリーク電流が10μA以下であることを特徴とする請求項9記載の半導体素子の製造方法。
- 請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体素子。
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