JP4940359B1 - 発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光素子の製造方法は、成長基板上の一部に、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、ケミカルリフトオフ工程において除去されない材料で構成された犠牲部を、成長基板上の素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、成長基板及び半導体層を覆い、素子領域から離れた領域におけるその表面の高さが発光層表面よりも低くなるように、被覆層を形成する被覆工程と、半導体層上における被覆層と犠牲部表面における被覆層とを除去する窓形成工程と、被覆層表面及び半導体層表面に反射層を形成する反射層形成工程と、反射層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、を具備する。
【選択図】図2
Description
第1の発光素子の製造方法(請求項2に対応)は、発光層を有する半導体層を具備する発光素子の製造方法であって、成長基板上の一部に、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、後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、を具備することを特徴とする。
第2の発光素子の製造方法(請求項3に対応)は、上記の方法において、好ましくは、前記半導体層は、前記素子領域形成工程において、前記成長基板側から順にIII族窒化物半導体からなるn型層、発光層、p型層を具備することを特徴とする。
第3の発光素子の製造方法(請求項4に対応)は、上記の方法において、好ましくは、前記被覆工程は、フォトレジストを塗布することにより、少なくとも犠牲部上の前記被覆層表面の成長基板からの高さが前記発光層よりも低くなるように被覆され、前記被覆層の前記半導体層上および前記犠牲部上の一部をフォトリソグラフィによって除去されることを特徴とする。
第4の発光素子の製造方法(請求項5に対応)は、上記の方法において、好ましくは、前記下地層形成工程において、前記下地層は前記半導体層側に反射層を含むことを特徴とする。
第1の発光素子(請求項6に対応)は、上記第1〜第4の発光素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
第2の発光素子(請求項7に対応)は、支持部の上に発光層を具備する半導体層を有する発光素子において、前記支持部は凹形状を有し、前記半導体層は凹形状の底部に下地層を介して接続され、前記支持部は凹形状の頂部に、下地層からなり不連続に独立した凸部を具えることを特徴とする。
第3の発光素子(請求項8に対応)は、上記の構成において、好ましくは、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。
成長基板20上の素子領域の周囲とは、分離溝22により露出した成長基板上で素子領域とは連続しない箇所であり、素子領域に対して対称な位置に不連続に独立して配置される必要がある。犠牲部42が外界からリフトオフ層21を塞いでしまうとケミカルリフトオフ工程でのエッチング液の浸入経路が遮られるためケミカルリフトオフに時間がかかり、生産性が悪化するためである。
成長基板側を下として、被膜表面の高さが発光層11b表面よりも低くなるようにすることにより、ケミカルリフトオフ工程後に上下逆転した後の反射層14の側面13bの高さが、支持部側を下として素子領域から離れた領域において発光層11bよりも高くなる。これにより、活性層から水平方向に向かう発光を側面13bで反射させて垂直方向に取り出すことが出来る。なお、図では犠牲部を有している箇所を用いて説明しているが、犠牲部を有さない場所においても同様に、素子領域から離れた領域における被覆層24の表面の高さが発光層11b表面よりも低くなるように、被覆層24を形成することが好ましい。つまり、素子領域を個々の素子に分離した後に、素子領域の活性層を取り囲む、反射層14の側面13bの高さが、活性層の水平方向の360度全体に対して支持部側を下として発光層11bよりも高くなることが好ましい。
シード層14aは、次のめっき工程でNiめっきを用いる場合はめっき側の表面にパラジウム(Pd)を用い、Cuめっきを用いる場合はPt/Cuを用いることが好ましい。なお、犠牲部42との接合を形成した下地層14の一部が凸部41となる。
サファイア上にMOCVD法を用いてAlN単結晶層(厚さ1μm)を成長させたAlN(0001)テンプレート基板面上にリフトオフ層として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、リフトオフ層は窒化され、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、AlNテンプレート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の円形の素子領域を形成した。
次に素子領域のp型層上にp側電極としてNi/Au(50Å/200Å)を成膜し、550℃で15分のアニールを行った。
犠牲層形成工程では、ドライエッチングにより露出したAlNテンプレート基板上の素子領域と間隔を空けて4隅に犠牲層として直径約95μmのCr(200Å)層を形成した。
被覆層形成工程では被覆層としてフォトレジストをスピンコートし、素子領域および犠牲層が露出するようにパターニングを行った。素子領域の露出部分は直径840μmであり、犠牲層の露出部分は直径90μmである。パターニング後に犠牲層外周上に残ったフォトレジストの厚さは約2μmであり、フォトレジスト表面の成長基板からの高さは活性層よりも低かった。
被膜層上および露出した素子領域および犠牲層上に、下地層として、スパッタリング法によりPt/Au/Pt/Pd(250Å/5500Å/250Å/150Å)を順に成膜した。その後、下地層上に市販のNi無電解めっき液を用いてNiめっきを行い、平坦な底部からの厚さが100μmのNi支持部を形成した。
被覆層除去工程ではアセトンに浸漬して被覆層のフォトレジストを除去した。
ケミカルリフトオフ工程では成長基板と半導体層を分離する。塩酸に24時間浸漬することでリフトオフ層のケミカルエッチングを行い、リフトオフ層を除去することでAlNテンプレート板と半導体層を分離した。このケミカルリフトオフ工程において、犠牲層はエッチング液で除去されないため、AlNテンプレート基板とNi支持部は犠牲層と下地層を介して接続が維持されていた。
ケミカルリフトオフ工程の後、犠牲層除去工程で硝酸セリウムアンモニウム溶液に浸漬して犠牲層をエッチングにより除去し、支持部(下地層)とAlNテンプレート基板とを分離した。
犠牲層を形成せず、被覆層形成工程において素子領域のみが露出するようにフォトレジストのパターニングを行った以外は、実施例と同様とした。なお、ケミカルリフトオフ工程において支持部とAlNテンプレート基板は分離され、犠牲層除去工程は無い。
また、実施例および比較例において作成したサンプルについて、さらに剥離した化合物半導体層のノンドープのAlGaN層の一部を、n電極形成に必要な範囲でドライエッチングにより除去し、露出したn型AlGaN層にTi/Alを順に成膜することによりn型電極を形成して、定電流電圧測定装置によりI−V測定を行った。逆方向電圧Vr(−10uA)において、実施例が10V以上であったのに対して、比較例で割れが観察されたものは約6Vと低かった。比較例では応力集中が発生したことでリーク電流が増加したと考えられる。よって本発明により、リーク電流の少ない高品質の発光素子が得られることが分かった。
ただし、半導体素子に用いることが可能な限られた材料の中から本発明の各選択エッチング液とエッチング液に対する耐性の関係を全て満たす材料構成を得ることが、本発明の実施に必要である。
11a n型GaN層(n型半導体層:n型層)
11b 発光層
11c p型GaN層(p型半導体層:p型層)
12 支持部
13 凹部
13a 平坦な底部(平坦部)
13b テーパー形状の側面
14 下地層
14a シード層
14b 反射層
20 成長基板
21 リフトオフ層
22 分離溝
23 p側電極
24 被覆層
40 発光素子
42 犠牲部
Claims (8)
- 半導体素子の製造方法であって、
成長基板上の一部に、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、
後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、
前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、
前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、
前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、
を具備することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 発光層を有する半導体層を具備する発光素子の製造方法であって、
成長基板上の一部に、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、
後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、
前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、
前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、
前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、
を具備することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記半導体層は、前記素子領域形成工程において、前記成長基板側から順にIII族窒化物半導体からなるn型層、発光層、p型層を具備することを特徴とする請求項2に記載の発光素子の製造方法。
- 前記被覆工程は、フォトレジストを塗布することにより、少なくとも犠牲部上の前記被覆層表面の成長基板からの高さが前記発光層よりも低くなるように被覆され、前記被覆層の前記半導体層上および前記犠牲部上の一部をフォトリソグラフィによって除去されることを特徴とする請求項2または3に記載の発光素子の製造方法。
- 前記下地層形成工程において、前記下地層は前記半導体層側に反射層を含むことを特徴とする請求項4に記載の発光素子の製造方法。
- 請求項2〜5のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする発光素子。
- 支持部の上に発光層を具備する半導体層を有する発光素子において、前記支持部は凹形状を有し、前記半導体層は凹形状の底部に下地層を介して接続され、前記支持部は凹形状の頂部に、下地層からなり不連続に独立した凸部を具えることを特徴とする発光素子。
- 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7記載の発光素子。
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