JP5207944B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子の製造方法に関し、特に成長用基板と成長用基板上に形成された複数の半導体層からなる積層構造体とを分離する剥離工程を有する半導体発光素子の製造方法に関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）は、主に自動車のテールランプ、各種表示機器及び携帯電話等のモバイル機器のバックライト等に用いられている。今後、自動車のヘッドライト、液晶ディスプレイのバックライト、一般照明等への需要が大幅に伸びることが予想される。かかるＬＥＤの材料としては、例えば、窒化物半導体が使用されている。窒化物半導体は、バルク単結晶の製造が困難であることから、サファイア又はＳｉＣ等の異種基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）により、ＧａＮ等の成長層を成長させることが行われている。サファイア基板は、エピタキシャル成長工程の高温アンモニア雰囲気中において安定性が優れているので、成長用基板として特に用いられていた。

例えば、特許文献１には、サファイア基板を成長用基板として用い、エピタキシャル成長した成長層に支持体を貼り合わせ、エピタキシャル成長した成長層からサファイア基板をレーザリフトオフ（Laser Lift Off：ＬＬＯ）法によって剥離し、サファイア基板が剥離された成長層を用いて半導体発光素子を製造する技術が開示されている。

ここで、レーザリフトオフ法とは、サファイア基板上にＧａＮ等の成長層が形成されたウエハに対して、サファイア基板側からＹＡＧレーザ光又はエキシマレーザ光を照射し、かかるレーザ光のエネルギーがサファイア基板と成長層との間で吸収され、更に吸収されたエネルギーが熱に変換されることにより、サファイア基板上に形成されているＧａＮ層が金属ＧａとＮ₂ガスとに分解されることを利用した剥離方法である。

一方、現状のＬＥＤの発光効率は５０lm/W（ルーメン／ワット）前後であるが、バックライトや照明等に利用するには１００lm/W以上の発光効率が必要とされる。ＬＥＤの発光効率は、発光層における発光時の内部量子効率と、その光を外部に取り出すための効率（光取り出し効率）との積によって決まる。これまでに、内部量子効率は８０％以上にまで改善されているが、光取り出し効率については改善の余地があった。また、発光効率を向上させると発光に伴って発生する熱が増加するため、半導体発光素子の信頼性の観点から当該発生する熱を半導体発光素子の外部に効率よく放熱する必要があった。

例えば、特許文献２には、サファイア基板上にエピタキシャル成長した成長層にエッチングを施すことによって成長層の側面をサファイア基板に対して傾けさせ、かかる傾斜した側面に反射膜を形成することにより、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させる技術が開示されている。また、上記エッチングにより形成されたトレンチ領域に金属を埋め込むことにより、半導体発光素子の放熱性を向上させる技術が開示されている。
特開２００７−１３４４１５ 特開２００６−１３５３２１

特許文献１には、レーザリフトオフ時に発生するＮ₂ガスをウエハの外部に放出させるための分離溝を２度のエッチングによって形成する半導体発光素子の製造方法が開示されている。かかる分離溝からレーザリフトオフ時に発生するＮ₂ガスが放出されるため、Ｎ₂ガスの圧力等によって成長層の剥離面で発生するクラックを防止することができる。

しかしながら、特許文献１に開示された半導体発光素子の製造方法においては、上述した分離溝に金属を埋め込むことが、分離溝の使用目的上不可能である。従って、特許文献１に開示された半導体発光素子は、十分な放熱性を確保することができず、優れた信頼性を得ることができない。また、特許文献１に開示された半導体発光素子の製造方法においては、活性層の側面を保護絶縁膜で覆うことは可能であるが、ｎ型半導体層の側面を保護絶縁膜で覆うことは困難である。従って、特許文献１に開示された半導体発光素子は、ｎ型半導体層の側面からの光漏れがあり、十分な光取り出し効率の向上を図ることができない。

一方、特許文献２に開示された半導体発光素子の製造方法では、エッチングよって形成されたトレンチに金属を埋め込むことにより、半導体発光素子の放熱性を向上させることができる。

しかしながら、かかるトレンチが金属で埋め込まれているため、レーザリフトオフ時に発生するＮ₂ガスを放出することができず、Ｎ₂ガスの圧力等によって成長層の剥離面でクラックが発生する問題がある。

本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子の光取り出し効率及び放熱性の向上を図るとともに、成長用基板の剥離時における成長層表面でのクラック発生を防止して歩留まり向上を図ることができる半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の半導体発光素子の製造方法は、成長用基板の表面に半導体発光素子領域を画定する複数の分離溝を形成する溝形成工程と、分離溝を形成した成長用基板上に、第１の導電型を有し且つAl_xIn_yGa_zN（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1）からなる第１半導体層、活性層及び第２の導電型を有し且つAl_xIn_yGa_zN（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1）からなる第２半導体層を順次積層して成長層を形成する成長工程と、分離溝部分にエッチングを施して、成長層を分離する分離工程と、半導体発光素子領域に形成された成長層の表出面及び分離溝の底部に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、第１の電極の表出した部分及び絶縁膜上にパッド電極を形成するパッド電極形成工程と、パッド電極を覆う金属層を分離溝の外部に形成する金属層形成工程と、レーザリフトオフ法によって成長用基板を成長層から剥離して成長層を表出させる剥離工程と、を有し、絶縁膜形成工程は、分離溝の内部の絶縁膜と分離溝の外部の絶縁膜とを離間して形成し、パッド電極形成工程は、分離溝の内部のパッド電極と分離溝の外部のパッド電極とを離間して形成し、分離溝の深さは、絶縁膜及びパッド電極の合計膜厚よりも深いことを特徴とする。

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、成長用基板の表面に半導体発光素子領域を画定する複数の分離溝を形成し、成長用基板上に成長層を形成し、成長層上に第１の電極を形成し、成長層を分離し、分離溝の内部と外部とにおいて離間した絶縁膜を形成し、分離溝の内部と外部とにおいて離間したパッド電極を形成し、パッド電極を覆う金属層を分離溝の外部に形成し、成長用基板を成長層から剥離することにより、成長用基板、成長層、絶縁膜、パッド電極及び金属層に囲まれた空隙を形成することができる。当該空隙を通して、成長用基板の剥離時に発生するガスが外部に放出されるので、成長用基板の剥離時における成長層表面でのクラック発生を防止することができる。また、上記半導体発光素子の製造方法によれば、成長層の側面を絶縁膜で覆い、更に当該絶縁膜をパッド電極及び金属層で覆うので、半導体発光素子の光取り出し効率及び放熱性の向上を図ることができる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

本発明の実施例である半導体発光素子の製造方法を図１乃至図８を参照しつつ詳細に説明する。図１、図５、図６及び図８のそれぞれは、半導体発光素子の製造工程毎の断面図である。また、図２及び図３は、図１（ｂ）におけるウエハの平面図である。更に、図４は、図１（ｃ）の破線４で囲まれた領域の拡大図あり、図７は、図６（ｂ）の破線６で囲まれた領域の拡大図である。

（成長用基板準備工程）
本実施例においては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によりAl_xIn_yGa_zN（0≦x≦１、0≦y≦１、0≦z≦１、x+y+z=１）からなる成長層を形成することができる基板（成長用基板）としてＣ面サファイア基板１１（以下、単にサファイア基板１１と称する）が準備される（図１（ａ））。なお、成長用基板としては、本実施例のＣ面サファイア基板に限らず、ａ面サファイア、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄又はＡｌＮ等を用いても良い。

（溝形成工程）
次に、準備されたサファイア基板１１上にレジストが塗布される。続いて、フォトリソグラフィによって当該レジストをパターンニングする。更に、パターンニングされたレジストをマスクとしてサファイア基板１１の表面にドライエッチングが施され、サファイア基板１１の表面上に分離溝（凹部）１２が形成される（図１（ｂ））。分離溝１２が形成されることにより、サファイア基板１１上に凹凸形状が形成されることになる。ここで、分離溝１２によって半導体発光素子の素子形成領域（半導体発光素子領域）が画定され、凸部１３が半導体発光素子の形成領域（チップ形成領域）となる。図２（ａ）に示されているように、例えば、分離溝１２はサファイア基板１１の表面上に格子状に形成されている。格子状に形成された分離溝１２に囲まれた領域である凸部１３が、半導体発光素子の形成領域である。分離溝１２は、サファイア基板１１の端部にまで形成されている。すなわち、分離溝１２は、サファイア基板１１の外部に連通している。分離溝１２の深さは、後述する工程において凸部１３上に形成される絶縁膜及びパッド電極の合計膜厚よりも深い必要がある。かかる理由としては、分離溝１２の底部に形成される絶縁膜及びパッド電極と凸部１３上に形成される絶縁膜及びパッド電極とが接触することが無い、すなわち分離した状態（以下、段切れ状態と称する）を形成するためである。例えば、分離溝１２の深さは約２μｍ（マイクロメートル）であり、幅は約５０μｍである。

なお、分離溝１２は格子状に形成される場合に限られることは無く、例えば、図２（ｂ）に示されているように、サファイア基板１１上に複数の分離溝１２が平行に並んで形成されても良い。図２（ｂ）に示されたように分離溝１２を形成した場合にも、分離溝１２はサファイア基板１１の端部にまで形成されている。

また、図３（ａ）に示されているように、チップ形成領域３１のそれぞれが独立した１つの分離溝１２によって囲まれるように、分離溝１２が形成されても良い。更に、図３（ａ）に示された分離溝１２の各々を隣接する他の分離溝１２に連通させても良い。

（成長層形成工程）
本実施例では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によりAl_xIn_yGa_zN（0≦x≦１、0≦y≦１、0≦z≦１、x+y+z=１）からなる成長層１４が形成される。成長層１４を構成する各半導体層は、ＭＯＣＶＤ法によりウルツ鉱型結晶構造のＣ軸方向に沿ってサファイア基板１１上に積層される。また、本実施例においては、成長ガスのV／III比及び成長速度の調整により、サファイア基板１１
の表面に対して平行な方向（横方向）の成長を促進する条件で成長させる。具体的には、以下のような処理を経て成長層１４が形成される。

先ず、準備されたサファイア基板１１にサーマルクリーニングが施される。具体的には、サファイア基板１１がＭＯＣＶＤ装置に搬入され、約摂氏１０００度（１０００℃）の水素雰囲気中で約１０分程度の加熱処理が施される。続いて、雰囲気温度が約５００℃に調整され、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）（流量：10.4μmol/min）及びＮＨ₃（流量：3.3LM）が約3分間供給されることで、ＧａＮ層からなる低温バッファ層１４Ａが形成される。その後、雰囲気温度が約１０００℃まで昇温され、かかる状態が約３０秒間保持されることで低温バッファ層１４Ａが結晶化される。続いて、雰囲気温度が約１０００℃の状態に保持されたままで、ＴＭＧ（流量：45μmol/min）及びＮＨ₃（流量：4.4LM）が約２０分間供給されることにより、膜厚約１μｍ程度の下地ＧａＮ層１４Ｂが形成される。次に、雰囲気温度が約１０００℃の状態において、ＴＭＧ（流量：45μmol/min）、ＮＨ₃（流量：4.4LM）及びドーパントガスとしてＳｉＨ₄（流量：2.7×10^-9mol/min）が約１００分間供給されることにより、膜厚約５μｍ程度のｎ型ＧａＮ層からなるｎ型半導体層１４Ｃが形成される。

続いて、ｎ型半導体層１４Ｃ上に活性層１４Ｄが形成される。本実施例では、活性層１４Ｄには、InGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を適用し、InGaN/GaNを１周期として５周期の成長が行われる。具体的には、雰囲気温度が約７００℃の状態において、ＴＭＧ（流量：3.6μmol/min）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）（流量：10μmol/min）、ＮＨ₃（流量4.4LM）が約３３秒間供給されることにより、膜厚約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層が形成される。続いて、ＴＭＧ（流量：3.6μmol/min）、ＮＨ₃（流量：4.4LM）が約３２０秒間供給されることにより、膜厚約１５ｎｍのＧａＮ障壁層が形成される。かかる処理を５周期分繰り返すことにより、活性層１４Ｄが形成される。

次に、雰囲気温度が約８７０℃まで昇温され、ＴＭＧ（流量：8.1μmol/min）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）（流量：7.5μmol/min）、ＮＨ₃（流量：4.4LM）及びドーパントとしてＣＰ２Ｍｇ（ビスシクロペンタディエニルマグネシウム：bis-cyclopentadienyl Mg）（流量：2.9×10^-7μmol/min）が約５分間供給されることにより、膜厚約４０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１４Ｅが形成される。続いて、雰囲気温度が約８７０℃の状態に保持されたままで、ＴＭＧ（流量：18μmol/min）、ＮＨ₃（流量：4.4LM）及びドーパントとしてＣＰ２Ｍｇ（流量：2.9×10^-7μmol/min）が約７分間供給されることにより、膜厚約１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層からなるｐ型半導体層１４Ｆが形成される。

以上の処理が行われることにより、低温バッファ層１４Ａ、下地ＧａＮ層１４Ｂ、ｎ型半導体層１４Ｃ、活性層１４Ｄ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１４Ｅ及びｐ型半導体層１４Ｆが順次積層された積層構造体である成長層１４が形成されることになる。成長層１４の形成完了時の断面図を図１（ｃ）及び図４に示す。本工程におけるエピタキシャル成長は横方向を促進する条件であるため、分離溝１２及び凸部１３上に成長した成長層１４の断面は略台形状になる。また、分離溝１２の内部に形成された成長層１４と凸部１３上に形成された成長層１４とは、分離溝１２の上部において接続している。

また、本実施例においては、成長用基板に六方晶であるサファイア基板１１が用いられている。このため、サファイア基板１１上に成長する成長層１４は、ウルツ鉱型（六方晶）の結晶構造を持つIII族窒化物半導体結晶である。

（ｐ電極形成工程）
成長層１４の成長後に、成長層１４上にレジストが塗布される。続いて、フォトリソグラフィによって当該レジストがパターンニングされる。パターンニングされたレジストの開口部分に電子ビーム蒸着により、ｐ電極１５が形成される（図１（ｄ））。例えば、ｐ電極１５は、Ａｇ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜である。ここで、各膜厚は、Ａｇが２００ｎｍ、Ｔｉが１００ｎｍ、Ｐｔが１５０ｎｍ、Ａｕが１０００ｎｍである。なお、ｐ電極１５は、抵抗加熱蒸着又は電子ビーム蒸着によって形成されも良い。ｐ電極１５の形成後に、パターンニングされたレジストが除去される。

（素子分離工程）
ｐ電極１５が形成された後に、成長層１４及びｐ電極１５上にレジスト１６が塗布される。続いて、フォトリソグラフィによってレジスト１６が、凸部１３を覆うようにパターンニングされる（図１（ｆ））。パターンニングされたレジスト１６をマスクとしてドライエッチングが施され、分離溝１２上に形成された成長層１４が除去され、その後にレジスト１６が除去される。これにより、成長層１４はチップ毎に分離されることになる（図５（ａ））。ここで、チップ毎に分離された成長層１４の側面は、分離溝１２の底面から約７０度だけ傾斜している。このような傾斜した側面を形成することにより、後述する工程において成長層１４の側面に絶縁膜を容易に形成することができる。なお、かかる傾斜角度は、レジスト１６の形状により変更することができる。また、かかる傾斜角度は、絶縁膜の形成の容易性と発光面の確保の観点から約６０度〜８０度の範囲内で変更することができる。かかる範囲内に傾斜角度を設定する理由は、かかる傾斜角度を６０度以下にすると発光面が小さくなってしまい、かかる傾斜角度を８０度以上にすると絶縁膜の形成が困難になるからである。

（絶縁膜形成工程）
成長層１４がチップ毎に分離された後、凸部１３上に形成された成長層１３及びｐ電極１５を覆うように、真空蒸着法又はスパッタ法等の公知の成膜技術によって絶縁膜１７ａが形成される。また、分離溝１２の底面上には絶縁膜１７ｂが形成されるが、分離溝１２の深さが絶縁膜１７ｂの成膜量よりも深いことから、成長層１４の側面に形成された絶縁膜１７ａと分離溝１２の底面上に形成された絶縁膜１７ｂとは分離（段切れ）した状態となる。すなわち、分離溝１２の内部の絶縁膜１７ｂと分離溝１２の外部の絶縁膜１７ａとは、分離している。絶縁膜１７ａ、１７ｂの材料としては、成長層１４を構成する活性層１４Ｄにおいて発光した光を反射することができる材料が望ましく、例えば、ＳｉＯ₂を用いることができる。

次に、絶縁膜１７ａ上にレジストが塗布される。続いて、フォトリソグラフィによって当該レジストがパターンニングされる。更に、パターンニングされたレジストをマスクとして絶縁膜１７ａにドライエッチングが施され、絶縁膜１７ａに開口部１８が形成される。開口部１８が形成されることにより、ｐ電極１５が露出することになる。開口部１８が形成された状態の断面図を図５（ｂ）に示す。なお、絶縁膜１７ａは、成長層１４の側面のみならず、ｐ電極１５の周囲にも形成されているため、成長層１４を構成する活性層１４Ｄにおいて発光した光が効率よく反射されることになる。

（パッド電極形成工程）
次に、凸部１３上に形成された成長層１４、ｐ電極１５及び絶縁膜１７ａを覆うように、真空蒸着法等の公知の成膜技術によってパッド電極１９ａが形成される。なお、分離溝１２の底面上に形成された絶縁膜１７ｂ上にもパッド電極１９ｂが形成されるが、分離溝１２の深さが絶縁膜１７ｂ及びパッド電極１９ｂの成膜量よりも深いことから、成長層１４の側面に形成されたパッド電極１９ａと分離溝１２の底面部分に形成されたパッド電極１９ｂとは分離（段切れ）した状態となる（図５（ｃ））。すなわち、分離溝１２の内部のパッド電極１９ｂと分離溝１２の外部のパッド電極１９ａとは、分離している。パッド電極１９ａ、１９ｂは、例えば、Ｔｉ／Ａｕの積層構造とすることができる。

（金属層形成工程）
次に、電界メッキ法によってパッド電極１９ａ上に、金属層２０が形成される。金属層２０は、隣接して形成されたパッド電極１９ａ同士の空隙２１を充填するように形成される（図５（ｄ））。ここで、分離溝１２の内部に形成されたパッド電極１９ｂとｐ電極１５及び絶縁膜１７ａに形成されたパッド電極１９ａとは段切された状態であるため、分離溝１２の内部に形成されたパッド電極１９ｂ上には、金属層２０がほとんど形成されない。これは、電界メッキ法により分離溝１２の内部に形成されたパッド電極１９ｂとメッキ用金属との間に電流がほとんど流れないからである。例えば、金属層２０は、Ｃｕ又はＡｕ等の金属である。

なお、分離溝１２内部に形成されたパッド電極１９ｂ上にはレジスト（図示せず）が積層され、当該レジスト及びパッド電極１９ａ上に蒸着等によって給電用の金属膜（図示せず）が形成される。当該給電用の金属膜は、半導体発光素子領域覆い且つ隣接する半導体発光素子領域間にも形成される。従って、当該給電用の金属膜を用いた電界メッキ法により、ウエハ上の全ての半導体発光素子領域上に一括して金属層２０が形成されることになる。なお、このような方法においても、パッド電極１９ａとパッド電極１９ｂとの段切れが維持されるので、後述する成長用基板剥離工程において、溶剤によるレジスト除去工程を加えることで容易に成長用基板（サファイア基板１１）が剥離されることになる。また、給電用の金属膜は、ダイシング工程後に半導体発光素子として機能する半導体発光素子領域上のみを覆うようにパターンニングすることにより、メッキの利用効率を高めることができる。

また、分離溝１２が半導体発光素子領域の各々を囲むように形成されている場合（例えば、図３（ａ）、（ｂ）の場合）には、分離溝１２が成長用基板の端部にまで形成されている場合（例えば、図２（ａ）、（ｂ）の場合）と比較して、成長層１４を均一に成膜することができる。気相成長においては、成長ガスを円形の成長用基板を外側から中心に向かって流すことで成膜が行われるため、分離溝１２がウエハ端部にまで形成されている場合には、成長用基板端部の分離溝１２によって成長ガスの流れに乱れが生じ、成膜の均一性が低下すると考えられる。つまり、分離溝１２が成長用基板の端部に達していない場合には、成長ガスの流れの乱れを抑制し、成膜の均一性の低下を抑制することができる。

なお、金属層２０は、電界メッキ法以外の方法で形成されても良いが、かかる場合にも分離溝１２の内部にレジストを充填させておくことが望ましい。これにより、分離溝１２の内部に金属層２０が形成されることがなく、分離溝１２の内部のパッド電極１９ｂと絶縁膜１７ａ上に形成されたパッド電極１９ａとが金属層２０を介して電気的に接続されることが無くなるからである。また、レジスト上に金属層２０が形成され後に、当該レジストが除去されることになる。

上述したように、分離溝１２の内部に金属層２０が形成されないことにより、成長層１４を形成するｐ型半導体層１４Ｆとｎ型半導体層１４Ｃとの短絡を防止することができる。

（導電性支持体貼り合わせ工程）
金属層２０が形成された後に、上記工程で得られたウエハと準備された導電性支持体２２とを貼り合わせる。具体的には、先ず、ホウ素が添加されたシリコンからなる導電性支持体２２が準備される。導電性支持体２２の表面であって、上記工程で得られたウエハと貼り合わされる面（以下、第１の主面と称する）上にはスパッタによりＰｔ電極（図示せず）を蒸着後、Ｎｉ、Ａｕ、ＡｕＳｎの順番で積層された接合層（図示せず）が、蒸着によって形成されている。また、導電性支持体２２の第１の主面に対向した面（以下、第２の主面と称する）上には、スパッタリングによってＰｔから構成される金属多層膜（図示せず）が形成されている。なお、接合層及び金属多層膜は、電子ビーム蒸着によって形成されても良い。

次に、導電性支持体２２の接合層とサファイア基板１１上に形成された金属層２０とが対向した状態で密着される。その後、密着したサファイア基板１１及び導電性支持体２２が窒素雰囲気下で熱圧着される。熱圧着の条件は、例えば、圧力が約３００〜５００Ｎ／ｃｍ²、温度が約３２０℃、圧着時間が約１０分間である。この熱圧着によってＡｕＳｎが溶融し、Ａｕ及びＮｉが溶融しているＡｕＳｎに溶解する。更に、Ａｕ及びＳｎが拡散し、Ｎｉに吸収される。続いて、溶融したＡｕＳｎが固化することにより、金属層形成工程から得られたウエハと導電性支持体２２とが貼り合わせられる（図６（ａ））。

なお、本実施例においては導電性支持体２２側のみに接合層を形成しているが、サファイア基板１１上に形成された金属層２０上にも接合層を形成しても良い。

（成長用基板剥離工程）
導電性支持体貼り合わせ工程の終了後、サファイア基板１１が成長層１４から剥離される。サファイア基板１１の剥離には、レーザリフトオフ（Laser Lift Off：ＬＬＯ）等の公知の手法を用いることができる。レーザリフトオフにおいては、サファイア基板１１側からレーザが照射されることにより（図６（ｂ））、レーザ光のエネルギーがサファイア基板１１との界面付近の成長層１４で吸収される。更に、吸収されたエネルギーが熱に変換されることにより、サファイア基板１１上に形成されているＧａＮ層が金属ＧａとＮ₂ガスに分解される。なお、レーザリフトオフにおいて使用されるレーザには、例えば、ＹＡＧレーザやエキシマレーザ等を用いることができる。

また、図７は、図６（ｂ）の破線で囲まれた領域７の拡大図である。図７に示されているように、レーザ光の照射によってサファイア基板１１と成長層１４と界面付近で発生したＮ₂ガスは、サファイア基板１１と成長層１４と界面付近からサファイア基板１１と成長層１４との空隙部分である分離溝１２に流れ込むことになる。ここで、分離溝１２はサファイア基板１１の外部に連通しているので、分離溝１２に流れ込んだＮ₂ガスは、分離溝１２からウエハ外部へと放出される。これにより、レーザ光の照射によって発生したＮ₂ガスがサファイア基板１１と成長層１４と界面付近に滞留することがなくなり、Ｎ₂ガスの圧力による成長層１４の破損を防止することができる。

また、図２（ｂ）に示されたように分離溝１２を形成した場合にも、分離溝１２はサファイア基板１１の端部にまで形成されているので、レーザリフトオフ時に発生するＮ₂ガスを外部に放出することができる。

一方、図３（ａ）に示されているような、チップ形成領域３１のそれぞれが独立した１つの分離溝１２によって囲まれるように、分離溝１２が形成されている場合には、半導体発光素子の周辺（すなわち、分離溝１２）に、Ｎ₂ガスが残留することになる。このため、図３（ａ）で示されたように分離溝１２を形成する場合には、分離溝１２に残留したＮ₂ガスの圧力により半導体発光素子の破損が発生しないように、分離溝１２の大きさを調整する必要がある。

また、図３（ｂ）に示されたような、分離溝１２の各々を隣接する他の分離溝１２に連通させた場合には、分離溝１２同士の連通により、レーザリフトオフ時に発生するＮ₂ガスをサファイア基板１１の表面全体に分散することができる。かかるＮ₂ガスの分散により、チップ毎の破損を防止することができる。すなわち、チップ形成領域３１のそれぞれから発生するＮ₂ガスの量に差がある場合においても、Ｎ₂ガスの発生量が多いチップのみが破損するような問題が無くなる。

次に、導電性支持体２２が貼り合わされたウエハを３０度以上で加熱することにより、サファイア基板１１を容易に剥離することができる（図６（ｃ））。このような加熱によってサファイア基板１１が容易に剥離することができる理由は、レーザ光の照射によってＧａＮ層から分解された金属Ｇａの融点が比較的低い温度（約３０℃）であり、金属Ｇａが容易に融点に到達するからである。なお、サファイア基板１１が剥離された後には、ｎ型半導体層１４Ｃ又は下地ＧａＮ層１４Ｂが表出する。

（粗面化工程）
次に、前述の成長用基板剥離工程により露出した成長層１４の表面に、光取り出し効率の向上に有効な突起２３が形成される。具体的には、成長層１４の表面が約５０℃のＫＯＨ溶液（濃度：５mol/l）に約２時間浸される。本実施例においては、成長層形成工程中にサーマルクリーニングを施して低温バッファ層１４Ａを形成するなどの前処理を行っているため、サファイア基板１１が剥離されることにより表出する成長層１４の最表面は、Ｎ原子が配列したＮ面（Ｃ−面）によって構成されている。かかるＣ−面は、化学的に不安定であることからウェットエッチング処理による凹凸形成が可能である。また、上述したように、サファイア基板１１上に成長する成長層１４は、ウルツ鉱型（六方晶）の結晶構造を持つIII族窒化物半導体結晶である。従って、かかるウェットエッチング処理により
、成長層１４の露出した表面領域に複数の六角錐状の突起２３が形成される（図８（ａ））。

かかる六角錐状の突起２３は、ウルツ鉱型（六方晶）の結晶構造を有するAl_xIn_yGa_zNの結晶構造に由来した形状を有し、ＫＯＨ溶液を用いたウェットエッチング処理により、マスク等を用いることなく容易且つ再現性よく得ることができる。Al_xIn_yGa_zNの組成や成長条件にもよるが、上記した条件でウェットエッチング処理を行うことにより、幅約１μｍ、底面と側面のなす角が約６０度の六角錐状の突起２３が形成される。

なお、上述したウェットエッチング処理の条件は、成長層１４を構成するｎ型半導体層１４Ｃの組成や六角錐状の突起２３の大きさ等に応じて変更することができる。例えば、ＫＯＨ溶液の濃度を５mol/lに固定する場合には、温度を５０℃〜７０℃、時間を０．５〜３時間の間で変更することもできる。かかる温度範囲よりも低い温度でウェットエッチング処理が施されると、六角錐状の突起２３が小さくなるために光取り出し効率の向上を十分に図ることができない可能性がある。一方、かかる温度範囲よりも高い温度でウェットエッチング処理が施されると、エッチングレートが速すぎるために、成長層１４を構成する活性層１４Ｄまでエッチングされる可能性や六角錐状の突起２３の大きさが不均一になる可能性もある。

なお、本ウェットエッチング処理が完了したら、ウエハがＫＯＨ溶液から取り出だされ、洗浄及び乾燥が行われる。

（ｎ電極形成工程）
次に、六角錐状の突起２３が形成された成長層１４の表面上の一部にｎ電極２４が形成される。具体的な形成方法としては、六角錐状の突起２３が形成された成長層１４の表面上にレジストが塗布される。続いて、フォトリソグラフィによって当該レジストがパターンニングされる。パターンニングされたレジストの開口部分に電子ビーム蒸着により、ｎ電極２４が形成される（図８（ｂ））。例えば、ｎ電極２４は、Ｔｉ／Ａｌからなる多層膜である。ここで、各膜厚は、Ｔｉが２５ｎｍ、Ａｌが１０００ｎｍである。なお、ｎ電極２４は、抵抗加熱蒸着によって形成されも良い。ｎ電極２４の形成後に、パターンニングされたレジストが除去される。

（チップ分離工程）
上記工程を経て形成されたウエハをチップに個片化するためには、ダイシング装置が使用される。当該ウエハがダイシング装置に装着され、ダイシングラインに沿ってダンシングされることにより、当該ウエハがチップ単位に個片化される（図８（ｃ））。また、パルスレーザを用いたダイシングにより、当該ウエハがチップ化されても良い。なお、本実施例においては、分離溝１２が半導体発光素子をチップ毎に個片化するときのダイシングラインになるので、当該個片化を容易に行うことが出来る。

以上の各工程を経て本実施例に係る半導体発光素子１００が完成する。

以上のように、本実施例の製造方法においては、成長用基板であるサファイ基板１１に所望の形状の分離溝１２を形成し、分離溝１２の内部に形成される絶縁膜１７ｂ及びパッド電極１９ｂと素子形成領域上に形成された絶縁膜１７ａ及びパッド電極１９ａとを分離することにした。また、本実施例の製造方法においては、分離溝１２上で金属層２０を充填することにした。更に、金属層２０は分離溝１２の内部には形成されることが無い。以上のことから、サファイア基板１１の剥離時に発生するＮ₂ガスによるチップ破損を防止し、半導体発光素子の放熱性を向上させることができる。

本発明の実施例である半導体発光素子の製造方法における各製造工程のる断面図である。 分離溝の形成後のサファイア基板の平面図である。 分離溝の形成後のサファイア基板の平面図である。 図１（ｃ）の破線によって囲まれた領域４の拡大図である。 本発明の実施例である半導体発光素子の製造方法における各製造工程のる断面図である。 本発明の実施例である半導体発光素子の製造方法における各製造工程のる断面図である。 図６（ｂ）の破線によって囲まれた領域７の拡大図である。 本発明の実施例である半導体発光素子の製造方法における各製造工程のる断面図である。

符号の説明

１１ サファイア基板
１２ 分離溝
１４ 成長層
１５ ｐ電極
１７ａ、１７ｂ 絶縁膜
１９ａ、１９ｂ パッド電極
２０ 金属層
２２ 導電性支持体
２３ 突起
２４ ｎ電極
１００ 半導体発光素子

Claims (6)

1. 成長用基板の表面に半導体発光素子領域を画定する複数の分離溝を形成する溝形成工程と、
   前記分離溝を形成した前記成長用基板上に、第１の導電型を有し且つAl_xIn_yGa_zN（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1）からなる第１半導体層、活性層及び第２の導電型を有し且つAl_xIn_yGa_zN（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1）からなる第２半導体層を順次積層して成長層を形成する成長工程と、
   前記半導体発光素子領域に形成された前記成長層上に第１の電極を形成する第１の電極形成工程と、
   前記分離溝部分にエッチングを施して、前記成長層を分離する分離工程と、
   前記半導体発光素子領域に形成された前記成長層の表出面及び前記分離溝の底部に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
   前記第１の電極の表出した部分及び前記絶縁膜上にパッド電極を形成するパッド電極形成工程と、
   前記パッド電極を覆う金属層を前記分離溝の外部に形成する金属層形成工程と、
   レーザリフトオフ法によって前記成長用基板を前記成長層から剥離して前記成長層を表出させる剥離工程と、を有し、
   前記絶縁膜形成工程は、前記分離溝の内部の前記絶縁膜と前記分離溝の外部の前記絶縁膜とを離間して形成し、
   前記パッド電極形成工程は、前記分離溝の内部の前記パッド電極と前記分離溝の外部の前記パッド電極とを離間して形成し、
   前記分離溝の深さは、前記絶縁膜及び前記パッド電極の合計膜厚よりも深いことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
2. 前記分離溝は格子状に形成され、互いに連通していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
3. 前記分離溝は、前記成長用基板の外部に連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子の製造方法。
4. 前記金属層形成工程は、前記分離溝の内部の前記パッド電極上にレジストを形成し、前記レジスト上に前記金属層を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の半導体発光素子の製造方法。
5. 前記分離工程は、前記成長層の側面を前記分離溝の底面から所定の角度だけ傾斜させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の半導体発光素子の製造方法。
6. 前記金属層形成工程後に、前記金属層上に支持体を貼り合わせる貼り合わせ工程を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の半導体発光素子の製造方法。

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