JP5531794B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金属基板を用いた半導体発光素子の製造方法に関し、特に、窒化物半導体に金属基板を形成する半導体発光素子の製造方法に関する。
窒化物半導体素子は、高出力の短波長光を発光可能であり、青色、緑色ＬＥＤや、蛍光体と組み合わせた白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）として広く利用されている。
また、窒化物半導体素子は、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor：高電子移動度トランジスタ）等の高速電子デバイスとしても近年盛んに研究されている。
また、窒化物半導体素子は、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor：高電子移動度トランジスタ）等の高速電子デバイスとしても近年盛んに研究されている。
窒化物半導体素子は、成長させようとする半導体と同種のＧａＮ基板に窒化物半導体層をホモエピタキシャル成長させることで製造することができるが、ＧａＮ基板は高価である。そのため、窒化物半導体素子は、成長させようとする半導体とは異種のサファイア等の基板（成長基板）上に窒化物半導体層をヘテロエピタキシャル成長させて製造するのが一般的である。
しかしながら、サファイアは絶縁性であるために垂直型の半導体素子を形成するのは難しいという問題や、サファイアは熱伝導率が低いために大電流を流す半導体素子に向いてないという問題などがある。
これに対して、窒化物半導体層上に導電性基板を形成させた窒化物半導体素子が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の窒化物半導体素子は、複数の素子を一度に製造するウェハ工程において、サファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長させた窒化物半導体層の上に、異種基板である導電性基板が積層され、サファイア基板が剥離されることで、窒化物半導体層が導電性基板に移され、ダイシングにより個片化される。
また、金属板に代えてメッキ層を基板として利用するものとして、窒化物半導体層上に導電性で熱伝導率の高い金属基板をメッキ法により形成させた窒化物半導体素子が検討されている（例えば、特許文献２〜４参照）。
例えば、特許文献３に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、複数の素子を製造する際に、成長基板上に溝を形成することにより、製造しようとする各素子に対応させて窒化物半導体層を予め分割し、窒化物半導体層の溝を犠牲層で充填し、ｐ型半導体層上および犠牲層上にメッキ法によりメッキ基板を形成し、成長基板を剥離した後に犠牲層を除去し、メッキ基板を各素子に対応させて分割するものである。
しかしながら、例えば特許文献１に記載の製造方法にて、窒化物半導体層に、金属メッキで支持基板を形成してウェハ工程を行う場合、メッキ層が金属板よりも薄いため、様々な問題がある。例えば、成長基板を剥離した後で、金属メッキの応力による反り変形で、窒化物半導体層とメッキ基板とが反ってしまうと、その後の工程が困難となる。また、例えば金属メッキをダイシングすることが困難であるという問題もある。さらに、ウェハ工程での問題を避けるために、個別素子の状態で金属メッキによる支持基板を形成すると量産性が悪くなってしまう。
例えば、特許文献３に記載の技術によれば、成長基板上に溝を設けて各素子に対応させて窒化物半導体層を予め分割することで、成長基板を剥離した後の半導体層の反りの影響を軽減することが可能であるが、そのために予め設けた溝を犠牲層で充填する工程と、その後に犠牲層を除去する工程とを行うので、製造方法が複雑である。
本発明は、前記した問題に鑑みてなされたものであり、半導体層とメッキ基板との反りを低減して量産性にすぐれて簡単な半導体発光素子の製造方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、支持基板としてメッキ基板を用いて複数の素子を製造する半導体発光素子の製造方法において、成長基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体からなる活性層、ｐ型窒化物半導体層をこの順で積層した窒化物半導体層を形成する工程と、前記窒化物半導体層の上面において各素子に対応させてｐ電極層を形成する工程と、前記窒化物半導体層の上面に形成されたｐ電極層間にｐ保護層を形成して前記窒化物半導体層の上面を被覆する工程と、前記ｐ電極層およびｐ保護層の上にシード層を形成する工程と、前記シード層の上面において素子間の境界線上の一部に複数の絶縁層を形成する工程と、前記シード層上にメッキ層を形成する工程と、前記複数の絶縁層を除去することで、素子間の境界線上における前記メッキ層の一部に複数の隙間部を形成して、複数のメッキ基板とする工程と、前記窒化物半導体層から前記成長基板を剥離する工程と、前記成長基板を剥離することで現れた窒化物半導体層のｎ型窒化物半導体層側の表面から、素子間の境界線に沿って前記窒化物半導体層に複数の溝を形成する工程と、前記窒化物半導体層のｎ型窒化物半導体層側の表面上に各素子に対応させてｎ電極層を形成する工程と、前記メッキ基板を素子間の境界線に沿って切断する工程とを含み、前記複数の絶縁層は、後の工程にて形成される隣接する２つの前記メッキ基板が部分的に分離される位置に形成され、前記複数のメッキ基板とする工程において、隣接する２つの前記メッキ基板が２つの前記隙間部の間に配置された前記メッキ層の一部によって互いに部分的に接続され、前記隙間部の底部で前記シード層が露出されることを特徴とする。
かかる手順によれば、半導体発光素子の製造方法は、窒化物半導体層のｐ側に、素子間の境界線上におけるメッキ層の一部に隙間部を形成して、メッキ基板とするので、この状態では、各素子はメッキ基板に形成されている隙間部間で接続されることとなる。そして、このようにメッキ層からメッキ基板を形成し、さらに、窒化物半導体層から成長基板を剥離した後において、メッキ基板の隙間部によって、金属メッキの応力が緩和されるため、窒化物半導体層とメッキ基板との反りを低減することができる。また、このように窒化物半導体層とメッキ基板との反りを低減したので、成長基板剥離後に、メッキ基板上の窒化物半導体層に溝を容易に形成することができる。そして、メッキ基板を素子間の境界線に沿って切断する工程では、窒化物半導体層を切断する必要はなく、かつ、メッキ基板の隙間部が位置する部位においてはｐ保護層およびシード層だけを切断すればよい。そのため、メッキ基板の隙間部と隙間部との間において隣接する素子を接続している部分を容易に切断することができる。したがって、従来の反りを低減する技術のように窒化物半導体層から成長基板を剥離する前に窒化物半導体層に溝を形成して犠牲層で充填する工程や犠牲層を除去する工程を行う手間が必要ない。
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、前記シード層と前記メッキ層とが、同じ材料からなることが好ましい。これによれば、メッキ層の密着性が向上する。
また、前記メッキ基板が、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕから選択される少なくとも１つからなることが好ましい。これによれば、電解メッキ法により、絶縁層が形成されていない部位に選択的にメッキ層を容易に形成することができる。また、絶縁層は、容易に除去できるレジストとするのが好ましい。また、ｐ電極層間に形成されるｐ保護層の幅が、メッキ層の一部に形成される隙間部の幅よりも広くなるようにｐ保護層を形成することが好ましい。
また、前記メッキ基板が、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕから選択される少なくとも１つからなることが好ましい。これによれば、電解メッキ法により、絶縁層が形成されていない部位に選択的にメッキ層を容易に形成することができる。また、絶縁層は、容易に除去できるレジストとするのが好ましい。また、ｐ電極層間に形成されるｐ保護層の幅が、メッキ層の一部に形成される隙間部の幅よりも広くなるようにｐ保護層を形成することが好ましい。
本発明によれば、ウェハ工程での反り変形が少なく、ダイシングも容易にできる、量産性の高い金属メッキ基板を持つ半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る半導体発光素子の製造方法を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法によって各素子に分離する前に生成した素子集合体を図１に示し、分離された半導体発光素子を図２に示す。
［半導体発光素子の構成の概要］
図２に示すように、半導体発光素子１は、メッキ基板８の表面上に、窒化物半導体層１０と、ｐ電極層４と、ｐ保護層７と、シード層９とからなる窒化物半導体が形成されている。窒化物半導体層１０は、ｎ型窒化物半導体層１１と、窒化物半導体からなる活性層１２と、ｐ型窒化物半導体層１３とを備えている。ここでは、ｐ電極層４およびｐ保護層７の上に、ｐ型窒化物半導体層１３、活性層１２、ｎ型窒化物半導体層１１の順で積層されている。窒化物半導体層１０の上面には、ｎ電極層５が形成されている。窒化物半導体層１０の上面のｎ電極層５以外の部分と、側面とには、窒化物半導体層１０を覆うようにｎ保護層６が形成されている。なお、半導体発光素子の各部の詳細については後記する。
図２に示すように、半導体発光素子１は、メッキ基板８の表面上に、窒化物半導体層１０と、ｐ電極層４と、ｐ保護層７と、シード層９とからなる窒化物半導体が形成されている。窒化物半導体層１０は、ｎ型窒化物半導体層１１と、窒化物半導体からなる活性層１２と、ｐ型窒化物半導体層１３とを備えている。ここでは、ｐ電極層４およびｐ保護層７の上に、ｐ型窒化物半導体層１３、活性層１２、ｎ型窒化物半導体層１１の順で積層されている。窒化物半導体層１０の上面には、ｎ電極層５が形成されている。窒化物半導体層１０の上面のｎ電極層５以外の部分と、側面とには、窒化物半導体層１０を覆うようにｎ保護層６が形成されている。なお、半導体発光素子の各部の詳細については後記する。
［素子集合体の構成］
図１に示す素子集合体２において、半導体発光素子１と同じ構成には、同じ符号を付している。素子集合体２は、ｎ保護層６を形成する前の状態を表している。図１（ａ）では、一例として３×３の９個の素子の部分を素子集合体２として示した。なお、これらの素子の周囲にも同様に素子が並設されている。窒化物半導体層１０は平面視で略矩形である。
図１に示す素子集合体２において、半導体発光素子１と同じ構成には、同じ符号を付している。素子集合体２は、ｎ保護層６を形成する前の状態を表している。図１（ａ）では、一例として３×３の９個の素子の部分を素子集合体２として示した。なお、これらの素子の周囲にも同様に素子が並設されている。窒化物半導体層１０は平面視で略矩形である。
素子集合体２の発光側（表面側）には、図１（ｂ）に示すように、素子間の境界線に沿って縦方向と横方向の所定幅の溝３５がそれぞれ形成されている。平面視では、図１（ａ）に示すように、縦方向の溝３５の幅と、横方向の溝３５の幅とは等しく、溝３５と横方向の溝３５とが交差する交差点には、十字形状部が形成されている。これらの溝３５の中心線で切断することで各半導体発光素子１に個片化される。ダイシングストリートは、これらの溝３５の幅よりも狭く溝３５の中心線を通る領域である。このダイシングストリートを境界線として、半導体発光素子１に対応して形成される領域を単に素子と呼ぶ。各素子は平面視で略矩形である。
また、素子集合体２の基板側（裏面側）では、図１（ｃ）に示すように、素子のメッキ基板８と、隣接する素子のメッキ基板８とが一部のメッキ層で繋がっている。また、素子間の境界線上の一部に隙間部４０が形成されている。この隙間部４０は十字の形状であって、素子集合体２の発光側に形成された縦方向の溝３５と横方向の溝３５とが交差する交差点における十字形状部と対向する位置にそれぞれ形成されている。隙間部４０はダイシングストリートの一部をなしており、溝３５に対向する隙間部４０の十字の幅は、溝３５の幅より狭い。つまり、溝３５の幅は、隙間部４０の幅よりも広く設けている。隙間部４０の厚さは、メッキ基板８の厚さと等しくなるように形成されており、貫通してはいない。また、隙間部４０は２×２の４個の素子の間に１つずつ形成されている。つまり、メッキ基板８において、隣接する２つの素子は、境界線上の隙間部４０と隙間部４０との間のメッキ層で接続している。素子集合体２は、隙間部４０によって、金属メッキの応力が緩和されるため、窒化物半導体層１０とメッキ基板８との反りを低減することができる。
［半導体発光素子の各部の構成］
（ｐ電極層）
ｐ電極層４は、通常、電極として用いることができる材料を例示することができる。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）等の金属や、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｐｔ等の合金が挙げられる。
（ｐ電極層）
ｐ電極層４は、通常、電極として用いることができる材料を例示することができる。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）等の金属や、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｐｔ等の合金が挙げられる。
（ｎ電極層）
ｎ電極層５は、通常、電極として用いることができる材料を例示することができる。また、例えば、メッキ基板８の側からＴｉ／Ａｌの順で積層した２つの金属で構成されてもよい。同様に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕのような順で積層された３つ以上の金属で構成されてもよい。
ｎ電極層５は、通常、電極として用いることができる材料を例示することができる。また、例えば、メッキ基板８の側からＴｉ／Ａｌの順で積層した２つの金属で構成されてもよい。同様に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕのような順で積層された３つ以上の金属で構成されてもよい。
（ｎ保護層、ｐ保護層）
ｎ保護層６は、絶縁膜からなるものであって、特に酸化膜からなるものが好ましい。ｎ保護層６は、例えば、Ｚｒ酸化膜（ＺｒＯ2）やＳｉＯ2からなる。
ｎ保護層６は、例えば、スパッタリング法、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法、蒸着法、ＥＢ法（Electron Beam：電子ビーム蒸着法）等の公知の方法で形成することができる。なかでも、ＥＣＲスパッタリング法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法等で形成することが好ましい。
ｐ保護層７もｎ保護層６と同様である。
ｎ保護層６は、絶縁膜からなるものであって、特に酸化膜からなるものが好ましい。ｎ保護層６は、例えば、Ｚｒ酸化膜（ＺｒＯ2）やＳｉＯ2からなる。
ｎ保護層６は、例えば、スパッタリング法、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法、蒸着法、ＥＢ法（Electron Beam：電子ビーム蒸着法）等の公知の方法で形成することができる。なかでも、ＥＣＲスパッタリング法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法等で形成することが好ましい。
ｐ保護層７もｎ保護層６と同様である。
（メッキ基板）
メッキ基板８の材料としては、メッキが可能な金属を用いることができる。メッキ基板８の材料としては、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｕから選択される少なくとも１つからなることが好ましい。これによれば、電解メッキ法により、絶縁層が形成されていない部位に選択的にメッキ層を容易に形成することができる。したがって、金属を材料として電解メッキ法を用いてメッキ基板８を形成する工程では、メッキ基板８の隙間部４０としてメッキ層を形成させない部位に予め絶縁層を設ける。
メッキ基板８の材料としては、メッキが可能な金属を用いることができる。メッキ基板８の材料としては、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｕから選択される少なくとも１つからなることが好ましい。これによれば、電解メッキ法により、絶縁層が形成されていない部位に選択的にメッキ層を容易に形成することができる。したがって、金属を材料として電解メッキ法を用いてメッキ基板８を形成する工程では、メッキ基板８の隙間部４０としてメッキ層を形成させない部位に予め絶縁層を設ける。
（シード層）
シード層９の材料としては、メッキ基板８の材料に応じて、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕなどの金属や合金を用いることができる。シード層９の材料は、メッキ層の材料と同一であれば、密着性が向上するので、材料が同一であることが好ましい。シード層９は、例えば、スパッタリング法や、蒸着法等の公知の方法で形成することができる。
シード層９の材料としては、メッキ基板８の材料に応じて、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕなどの金属や合金を用いることができる。シード層９の材料は、メッキ層の材料と同一であれば、密着性が向上するので、材料が同一であることが好ましい。シード層９は、例えば、スパッタリング法や、蒸着法等の公知の方法で形成することができる。
（窒化物半導体層）
窒化物半導体層１０において、ｎ型窒化物半導体層１１およびｐ型窒化物半導体層１３のうちの一方または双方を複数の窒化物半導体層で構成することもできる。また、活性層１２も単層であっても多層であってもよい。従って、例えば、ｎ型窒化物半導体層１１およびｐ型窒化物半導体層１３をそれぞれ、コンタクト層、クラッド層等の必要な機能に対応させた複数の層で構成することができ、用途に応じた発光特性を実現することができる。
窒化物半導体層１０において、ｎ型窒化物半導体層１１およびｐ型窒化物半導体層１３のうちの一方または双方を複数の窒化物半導体層で構成することもできる。また、活性層１２も単層であっても多層であってもよい。従って、例えば、ｎ型窒化物半導体層１１およびｐ型窒化物半導体層１３をそれぞれ、コンタクト層、クラッド層等の必要な機能に対応させた複数の層で構成することができ、用途に応じた発光特性を実現することができる。
ｎ型窒化物半導体層１１のコンタクト層としては、例えば、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層、ｎ型窒化物半導体層１１のクラッド層としては、例えば、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧａＮ層が挙げられる。ｐ型窒化物半導体層１３のコンタクト層としては、例えば、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ層、ｐ型窒化物半導体層１３のクラッド層としては、例えば、Ｍｇドープのｐ型ＡｌＧａＮ層が挙げられる。活性層１２としては、ＩｎＧａＮ層、ＧａＮとＩｎＧａＮとの単一又は多重量子井戸層、ＩｎＧａＮ障壁層とその層とは組成比の異なるＩｎＧａＮ井戸層からなる単一又は多重量子井戸層等である。また、ｎ型窒化物半導体層１１およびｐ型窒化物半導体層１３は、アンドープの窒化物半導体層をさらに含んでいてもよい。
［半導体発光素子の製造方法］
本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、支持基板としてメッキ基板を用いて複数の半導体発光素子を製造する方法である。各半導体発光素子１にダイシングする前までの製造工程について図３〜図１０を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、支持基板としてメッキ基板を用いて複数の半導体発光素子を製造する方法である。各半導体発光素子１にダイシングする前までの製造工程について図３〜図１０を参照して説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、例えばサファイア等の成長基板３０上に、窒化物半導体層１０を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により成長させる。このとき、成長基板３０上に、ｎ型窒化物半導体層１１、活性層１２、ｐ型窒化物半導体層１３の順に積層することで窒化物半導体層１０を形成する。つまり、窒化物半導体層１０の上面は、ｐ型窒化物半導体層１３であって、図２（ｂ）の断面図とは上下が反転している。
次に、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、窒化物半導体層１０の上面において各素子に対応させてｐ電極層４を形成する。つまり、例えば、図１（ｂ）に示す窒化物半導体層１０の下の位置にｐ電極層４を形成する。このときには、後の工程でｎ電極層５が形成される部分の下に位置する箇所や、溝３５が形成される部分の下に位置する箇所には成膜せずに隙間を空けておく。ここで、溝３５が形成される部分の下に位置する箇所の隙間の幅は、後の工程で形成される隙間部４０の幅よりも広くなるようにする。ｐ電極層４の成膜方法は特に限定しないが、例えば、マグネトロンスパッタ法を用いることができる。なお、図３（ａ）、図３（ｃ）以降の断面図は主として図３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、窒化物半導体層１０の上面に形成されたｐ電極層４とｐ電極層４との間にｐ保護層７を形成して窒化物半導体層１０の上面を被覆する。つまり、このときには、後の工程でｎ電極層５が形成される部分の下に位置する箇所にｐ保護層７が形成される。これにより、発光効率を高めることができる。また、同時にｐ保護層７は、後の工程でダイシングストリートの溝３５が形成される部分の下に位置する箇所にも形成される。ダイシングストリートに当たる部分の下に位置する箇所に形成されるｐ保護層７の幅は、ダイシングストリートの幅よりも大きめに形成される。つまり、この箇所に形成されるｐ保護層７の幅は、後の工程で形成される隙間部４０の幅よりも広くなるようにする。これにより、リークを防ぐことができる。ｐ保護層７の成膜方法は特に限定しないが、例えば、ＥＣＲスパッタリング法を用いることができる。
次に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ｐ電極層４およびｐ保護層７の上にシード層９を形成する。シード層９は、ｐ電極層４およびｐ保護層７を介して窒化物半導体層１０の上面全体を覆うことが好ましいが、後の工程で形成される隙間部４０となる位置を覆うことができれば一部だけを覆うようにしてもよい。シード層９は、例えば、スパッタリング法で形成することができる。
次に、図６（ａ）に示すように、シード層９の上面において素子間の境界線上の一部に、絶縁層２０を形成する。この絶縁層２０は、後の工程でメッキ層の一部に隙間部４０を形成するために設けるものである。絶縁層２０は、後の工程で容易に除去できるように、例えば、マスク処理やパターニングに通常用いられるレジストを用いることができる。例えば、一般的なパターニングのように公知のフォトリソグラフィー技術を用いる場合は、図１（ｃ）に示す隙間部４０になる箇所を例えばフォトレジストにより覆う。つまり、この場合には、シード層９上で、素子のメッキ基板８と、隣接する素子のメッキ基板８とが一部で繋がっている部分以外をフォトレジストにより覆う。このようにすることで、図６（ａ）に断面で示すように、ｐ保護層７のうち、ダイシングストリートに当たる部分の下に形成されたｐ保護層７の上に、シード層９を介して絶縁層２０が形成される。なお、後の工程でｎ電極層５に当たる部分の下に形成されたｐ保護層７上には絶縁層２０を形成しない。
次に、図６（ｂ）に示すように、シード層９上にメッキ層を形成する。メッキ法を用いる場合、電解メッキ、無電解メッキいずれの方法でも用いることができる。例えばＮｉメッキを電解メッキ法で形成することで、シード層９上の絶縁層２０に覆われた部分以外にＮｉメッキによるメッキ基板８が形成される。
ここで、メッキ基板８の形状について図７を参照して説明する。
絶縁層２０に覆われた部分以外に形成されたメッキ基板８の上面図を図７（ａ）に示す。図７（ａ）のＢ−Ｂ線断面を図７（ｂ）に示す。また、図７（ａ）のＣ−Ｃ線断面を図７（ｃ）に示し、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面を図７（ｄ）に示す。
図７（ｂ）に示すＢ−Ｂ線断面と、図７（ｄ）に示すＤ−Ｄ線断面では、メッキ層において、隣接する素子間に絶縁層２０が形成されている。これに対して、図７（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｃ線断面では、メッキ層において、隣接する素子間でメッキ基板８が連続的に形成されている。なお、図７（ｄ）に示すように、Ｄ−Ｄ線断面では、ｐ保護層７は絶縁層２０の下にだけ形成されており、図７（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂ線断面では、ｐ保護層７は絶縁層２０の下と、後の工程でｎ電極層５に当たる部分の下に形成されている。
絶縁層２０に覆われた部分以外に形成されたメッキ基板８の上面図を図７（ａ）に示す。図７（ａ）のＢ−Ｂ線断面を図７（ｂ）に示す。また、図７（ａ）のＣ−Ｃ線断面を図７（ｃ）に示し、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面を図７（ｄ）に示す。
図７（ｂ）に示すＢ−Ｂ線断面と、図７（ｄ）に示すＤ−Ｄ線断面では、メッキ層において、隣接する素子間に絶縁層２０が形成されている。これに対して、図７（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｃ線断面では、メッキ層において、隣接する素子間でメッキ基板８が連続的に形成されている。なお、図７（ｄ）に示すように、Ｄ−Ｄ線断面では、ｐ保護層７は絶縁層２０の下にだけ形成されており、図７（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂ線断面では、ｐ保護層７は絶縁層２０の下と、後の工程でｎ電極層５に当たる部分の下に形成されている。
メッキ層の形成後、図６（ｃ）に示すように、絶縁層２０を除去することで、素子間の境界線上におけるメッキ層の一部に隙間部４０を形成して、メッキ基板８とする。
次に、図６（ｄ）に示すように、成長基板３０上に窒化物半導体層１０が形成されている側とは反対側の面から、窒化物半導体層１０に向けて符号１００の矢印で示すように、特定波長のレーザを照射する。これにより、窒化物半導体層１０から成長基板３０を剥離する。ここで、本工程では、サファイアからなる成長基板３０を透過しｎ型窒化物半導体層１１で吸収されるレーザ光を用いることができる。すなわち、レーザ光を、例えば、６００ｍＪ／ｃｍ2程度の所定の強さで成長基板３０側から照射すると、成長基板３０とｎ型窒化物半導体層１１（図２（ｂ）参照）との境界近傍に位置するｎ型窒化物半導体層１１において吸収されてその境界近傍で発熱しその熱によって分離することができる。例えば、ｎ型窒化物半導体層１１がＧａＮである場合、そのＧａＮは３６５ｎｍ以下の波長の光を吸収するので、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）を用いることができる。
ここで、メッキ基板８の形状について図８を参照して説明する。
窒化物半導体層１０から成長基板３０を剥離した後のメッキ基板８の上面図を図８（ａ）に示す。図８（ａ）のＢ−Ｂ線断面を図８（ｂ）に示し、図８（ａ）のＣ−Ｃ線断面を図８（ｃ）に示す。
図８（ａ）に示すように、上から見た場合、隙間部４０には、シード層９が見えるが、他の部分には、メッキ基板８が見える。
図８（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂ線断面では、メッキ基板８において、隣接する素子間に隙間部４０が形成されている。これに対して、図８（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｃ線断面では、メッキ基板８において、隣接する素子間でメッキ基板８が連続的に形成されている。図８（ｃ）に示すように、隣接する素子間でメッキ基板８が連結している部分により全素子が連結されているので、図８（ｂ）に示す隙間部４０があったとしてもウェハ形状を保つことができる。
窒化物半導体層１０から成長基板３０を剥離した後のメッキ基板８の上面図を図８（ａ）に示す。図８（ａ）のＢ−Ｂ線断面を図８（ｂ）に示し、図８（ａ）のＣ−Ｃ線断面を図８（ｃ）に示す。
図８（ａ）に示すように、上から見た場合、隙間部４０には、シード層９が見えるが、他の部分には、メッキ基板８が見える。
図８（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂ線断面では、メッキ基板８において、隣接する素子間に隙間部４０が形成されている。これに対して、図８（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｃ線断面では、メッキ基板８において、隣接する素子間でメッキ基板８が連続的に形成されている。図８（ｃ）に示すように、隣接する素子間でメッキ基板８が連結している部分により全素子が連結されているので、図８（ｂ）に示す隙間部４０があったとしてもウェハ形状を保つことができる。
次の工程について図９を参照して説明する。メッキ基板８を上下反転して、成長基板３０を剥離することで現れた窒化物半導体層１０のｎ型窒化物半導体層１１（図２（ｂ）参照）側の表面から、素子間の境界線に沿って窒化物半導体層１０にエッチングを施して溝３５を形成し、予め定められた素子サイズになるように素子分離を行う。溝３５を形成した後の上面図を図９（ａ）に示す。図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面を図９（ｂ）に示し、図９（ａ）のＣ−Ｃ線断面を図９（ｃ）に示す。ここでは、窒化物半導体層１０の上面において、ｐ電極層４が位置する部分の上に当たる箇所を覆うようにマスク４５を形成し、このマスク４５を用いて溝３５を形成する。このとき、溝３５の幅は、隙間部４０の幅よりも広くなる。ここで、マスク４５の材料は例えばＳｉＯ2を用いることができる。そして、溝３５の形成後にマスク４５を除去する。なお、図９（ｂ）および図９（ｃ）では、溝３５を形成した後の状態を示しているので、マスク４５を仮想線で示した。
次に、図１０（ａ）に示すように、窒化物半導体層１０のｎ型窒化物半導体層１１側の表面（上面）上に各素子に対応させてｎ電極層５を形成する。このとき、ｎ電極層５が形成される部分の下に位置する箇所に、窒化物半導体層１０を挟んでｐ保護層７が配置されている。これにより、図１に示す素子集合体２を得ることができる。
次に、図１０（ｂ）に示すように、窒化物半導体層１０の上面においてｎ電極層５が形成されていない部分の上面全体と、窒化物半導体層１０の側面とに、絶縁部材からなるｎ保護層６を形成する。これによれば、窒化物半導体層１０の側面にｎ保護層６が形成されているので、ｐ電極層４と、活性層１２またはｎ型窒化物半導体層１１との短絡や、ｐ型窒化物半導体層１３とｎ型窒化物半導体層１１との間の短絡を防止することができる。なお、ｎ保護層６は、ｎ電極層５の側面およびｎ電極層５の上面の縁部に形成してもよい。
さらに、上下反転を元に戻してから、メッキ基板を素子間の境界線に沿ったダイシングストリートで切断する。これにより、図２に示す半導体発光素子１を得ることができる。ここで、切断方法としては、例えばダイシングソーを用いて切断する。なお、ダイシングソーに限らず、レーザやウォータージェットにより切断してもよい。
本実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、ウェハ工程にて、半導体発光素子１に対応した複数の素子が集合した素子集合体２を作製し、この素子集合体２において素子間の境界線上におけるメッキ層の一部に隙間部４０を形成してメッキ基板８とする。これによって、窒化物半導体層１０から成長基板３０を剥離した後において、隙間部４０によって、金属メッキの応力が緩和されるため、窒化物半導体層１０とメッキ基板８との反りを低減する効果を奏する。また、メッキ基板８を素子間の境界線に沿って切断する工程では、隙間部４０が位置する部位においてはｐ保護層７およびシード層９だけを切断すればよく、メッキ基板８の隙間部４０と隙間部４０との間において隣接する素子を接続している部分を容易に切断することができる。そのため、ウェハ工程での反り変形が少なく、ダイシングも容易にできる、量産性の高い金属メッキ基板を持つ半導体発光素子を製造することができる。
以上、本実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、窒化物半導体層１０から成長基板３０を剥離した後に、隙間部４０のＢ−Ｂ線断面が、図８（ｂ）に示す状態になるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。窒化物半導体層１０、ｐ保護層７およびシード層９は、厚みや材質によっては、窒化物半導体層１０から成長基板３０を剥離した後に、図１１（ａ）に示すように、隙間部４０のＢ−Ｂ線断面において、窒化物半導体層１０やメッキ基板８などの応力により、例えば、窒化物半導体層１０、ｐ保護層７、シード層９が割れて、隙間部４０に連通する亀裂５０が生じる場合もある。ただし、この場合であっても、メッキ基板８において隙間部４０以外の部分は、図８（ｃ）に示すＣ−Ｃ線断面のように、窒化物半導体層１０、ｐ保護層７、シード層９は割れていない。つまり、メッキ基板８の各素子間の連結部分により全素子が連結されているので、ウェハ形状を保つことができる。
また、図１１（ａ）に示すように、隙間部４０のＢ−Ｂ線断面において、亀裂５０が生じた場合に、上下反転して、窒化物半導体層１０に溝を形成する工程を続けて行うと、隙間部４０のＢ−Ｂ線断面は、図１１（ｂ）に示す状態となる。この場合、窒化物半導体層１０には、成長基板３０の剥離後に亀裂５０があったとしても、図９（ｂ）に示す溝３５の幅を隙間部４０の幅よりも大きく設けるよう設計しているため、図１１（ｂ）に示す溝６０と、図９（ｂ）に示す溝３５とは同じ幅になる。つまり、亀裂５０が、半導体発光素子１の形状（特に、窒化物半導体層１０の形状）に影響を与えることは無い。また、図１（ｃ）に示す隙間部４０が、窒化物半導体層１０、ｐ保護層７、シード層９まで貫通することとなる。この貫通した隙間部４０も、金属メッキの応力を緩和することができるので、窒化物半導体層１０とメッキ基板８との反りを低減することができる。
また、本実施形態では、成長基板３０上に直に窒化物半導体層１０を形成することとしたが、成長基板３０上に、例えば、ＧａＮが低温で成長されたＧａＮバッファ層を形成し、その上に、ｎ型窒化物半導体層１１、活性層１２、ｐ型窒化物半導体層１３を成長させるようにしてもよい。このようにすると、より結晶性のよい窒化物半導体層１０を形成することができる。
１ 半導体発光素子
２ 素子集合体
４ ｐ電極層
５ ｎ電極層
６ ｎ保護層
７ ｐ保護層
８ メッキ基板
９ シード層
１０ 窒化物半導体層
１１ ｎ型窒化物半導体層
１２ 活性層
１３ ｐ型窒化物半導体層
２０ 絶縁層
３０ 成長基板
３５，６０ 溝
４０ 隙間部
２ 素子集合体
４ ｐ電極層
５ ｎ電極層
６ ｎ保護層
７ ｐ保護層
８ メッキ基板
９ シード層
１０ 窒化物半導体層
１１ ｎ型窒化物半導体層
１２ 活性層
１３ ｐ型窒化物半導体層
２０ 絶縁層
３０ 成長基板
３５，６０ 溝
４０ 隙間部
Claims (5)
- 支持基板としてメッキ基板を用いて複数の素子を製造する半導体発光素子の製造方法において、
成長基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体からなる活性層、ｐ型窒化物半導体層をこの順で積層した窒化物半導体層を形成する工程と、
前記窒化物半導体層の上面において各素子に対応させてｐ電極層を形成する工程と、
前記窒化物半導体層の上面に形成されたｐ電極層間にｐ保護層を形成して前記窒化物半導体層の上面を被覆する工程と、
前記ｐ電極層およびｐ保護層の上にシード層を形成する工程と、
前記シード層の上面において素子間の境界線上の一部に複数の絶縁層を形成する工程と、
前記シード層上にメッキ層を形成する工程と、
前記複数の絶縁層を除去することで、素子間の境界線上における前記メッキ層の一部に複数の隙間部を形成して、複数のメッキ基板とする工程と、
前記窒化物半導体層から前記成長基板を剥離する工程と、
前記成長基板を剥離することで現れた窒化物半導体層のｎ型窒化物半導体層側の表面から、素子間の境界線に沿って前記窒化物半導体層に複数の溝を形成する工程と、
前記窒化物半導体層のｎ型窒化物半導体層側の表面上に各素子に対応させてｎ電極層を形成する工程と、
前記メッキ基板を素子間の境界線に沿って切断する工程とを含み、
前記複数の絶縁層は、後の工程にて形成される隣接する２つの前記メッキ基板が部分的に分離される位置に形成され、
前記複数のメッキ基板とする工程において、隣接する２つの前記メッキ基板が２つの前記隙間部の間に配置された前記メッキ層の一部によって互いに部分的に接続され、前記隙間部の底部で前記シード層が露出されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記シード層と前記メッキ層とは、同じ材料からな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。
- 前記メッキ基板は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕから選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記絶縁層は、レジストであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記ｐ電極層間に形成される前記ｐ保護層の幅が、前記メッキ層の一部に形成される前記隙間部の幅よりも広くなるように前記ｐ保護層を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
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