JP5596375B2 - 半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の半導体発光素子の製造方法及びこれによって製造される半導体発光素子に関し、特に、半導体成長層の結晶成長に用いられる成長用基板をレーザリフトオフ（ＬＬＯ：Laser Lift Off）法によって除去する工程を有する製造方法及びこれにより製造される半導体発光素子に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の半導体発光素子は、近年の技術の進歩によって高効率化及び高出力化が図られている。しかし、高出力化に伴って半導体発光素子から生じる熱量も増加し、これによる信頼性の低下が問題となっている。

上述した問題を解決するために、比較的に熱伝導性の低い成長用基板を除去し、当該成長用基板に替えて比較的熱伝導性の高い支持基板で半導体成長層を支持する技術が用いられている。かかる技術を用いることにより、半導体発光素子の放熱性が改善され、更には成長用基板の除去に伴って発光効率、特に光取り出し効率の向上も期待できる。すなわち、光が成長用基板を通過する際に起こる光吸収の抑制、及び半導体成長層と成長用基板との屈折率差に起因してその界面で全反射される光の成分を減じることが可能になる。

ＧａＮ系の半導体成長層から成長用基板を剥離する場合、一般的に、レーザリフトオフ（ＬＬＯ：Laser Lift Off）法が用いられる。ここで、ＬＬＯ法とは、成長用基板上にＧａＮ等の半導体成長層が形成されたウエハに対して、成長用基板側から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成長用基板と半導体成長層との界面で吸収され、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、成長用基板上に形成されているＧａＮ層が金属ＧａとＮ_２ガスとに分解されることを利用した剥離方法である。

上述したＬＬＯ法を用いると、ＧａＮ層の分解時に発生する金属Ｇａ及びＮ_２ガスの圧力により、ＧａＮ層にクラック又は欠けが発生する問題があった。かかる問題を解決する方法として、レーザ光の照射前に、ＧａＮ層の分解時に発生するＮ_２ガスをウエハ外部に放出させる経路を形成しておき、ＧａＮ層におけるクラック及び欠けの発生を防止する方法が知られている。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、ＧａＮ系の半導体成長層を貫通し成長用基板であるサファイア基板に到達する素子分割溝を形成した後に、ＬＬＯ法によりサファイア基板を剥離する製造方法が開示されている。

特開２００７−５３４１６４号公報 特開２００７−１３４４１５号公報

しかしながら、ＬＬＯ法を用いてＧａＮ系の半導体成長層から成長用基板を完全に除去する場合、レーザ光照射時に支持体から接着用金属材料が飛散し、Ｎ_２ガスの放出経路によって露出した半導体成長層の側面に金属材料が付着することがある。このような金属材料の付着は、半導体素子のリーク不良を引き起こし、歩留まりの低下に繋がる。

このような問題点を解決するために、当該放出経路によって露出した半導体成長層の側面全体を保護膜によって被覆する方法が考えられるが、当該放出経路の底部（すなわち、成長用基板と半導体成長層との界面近傍）に位置する絶縁膜によってＮ_２ガスの放出が防止され、半導体成長層にクラック等が生じてしまう。また、レジスト等を用いて成長用基板と半導体成長層との界面近傍に保護膜を形成しないようにする方法が考えられるが、レジストの厚さ制御が困難であるため、所望の位置のみに保護膜を形成することが困難になる。更に、特許文献２のように、放出経路を２段階のエッチングで形成し、直径の大きな放出経路の側面のみに保護膜を形成する方法では、放出経路の段差部分からクラックが生じる問題がある。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＬＯ法による成長用基板の除去の際に、異物の付着を防止しつつ、発生ガスの放出を妨げず且つ半導体成長層におけるクラック等の発生を防止することができる半導体発光素子の製造方法及びこれよって製造される半導体発光素子を提供することである。

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、成長用基板の上に第１の半導体層、活性層及び第２の半導体層を順次成長させて半導体成長層を形成する工程と、前記半導体成長層を素子分割ラインに沿ってエッチングし、前記成長用基板に達する分割溝を形成して前記半導体成長層を複数の素子部に分割する工程と、前記複数の素子部の各々の側部に、前記成長用基板との界面から前記半導体成長層の成長方向に向かって広がる逆方向テーパの傾斜面を形成する工程と、前記逆方向テーパの傾斜面を露出しつつ前記側部の上に保護層を形成する工程と、前記複数の素子部に支持体を設ける工程と、前記成長用基板の裏面側から剥離用のレーザ光を照射して前記成長用基板を剥離する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の半導体発光素子の製造方法においては、半導体成長層を素子サイズに分割して形成された素子部の各々の側部に、成長用基板との界面から半導体成長層の成長方向に向かって広がる逆方向テーパの傾斜面を形成し、当該逆方向テーパの傾斜面を露出しつつ素子部の各々の側部の上に保護層を形成し、その後にレーザリフトオフ法による成長用基板の除去が行われている。

このような工程を経ることで、素子部と成長用基板との界面部分における素子部の側部の角度が鈍角となり、レーザリフトオフにおけるクラック及び欠けの発生を防止することができる。また、当該側部において、当該逆方向テーパの傾斜面を除く部分が保護層で被覆されているため、レーザリフトオフ時に生じる異物が素子部に付着することがなくなり、且つ、レーザリフトオフの際に発生するガスもウエハ外部に容易に放出される。すなわち、レーザリフトオフ法による成長用基板の除去の際に、発生ガスの放出を妨げず且つ素子部におけるクラック等の発生を防止することができる。これにより、製造される半導体発光素子の信頼性及び歩留まりを向上することができる。

本発明の半導体発光素子は、上述した製造工程を経ることで、素子部の側部の一部が第１の電極が形成された面から第２の電極が形成された面に向かって広がる逆方向テーパの傾斜面を含み、当該逆方向テーパの傾斜面を露出しつつ素子部の側部を被服する保護層を更に有している。このような構造により、高効率化、高出力化及び高信頼性化が図られている。

（ａ）は本発明の実施例１に係る半導体発光素子の断面図であり、（ｂ）は半導体発光素子を構成する半導体成長層の構造を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法における各製造工程を示す断面図である。 サファイア基板上に結晶成長した半導体成長層を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法における各製造工程を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法における各製造工程を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法における各製造工程を示す断面図である。 （ａ）は本発明に係る第１のレーザ光照射を施した場合の素子部及び当該照射を施さない場合の素子部の金属顕微鏡写真であり、（ｂ）は図７（ａ）の破線領域７ｂの拡大写真である。 本発明の実施例２に係る半導体発光素子の製造方法における各製造工程を示す断面図である。

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。

先ず、図１（ａ）、（ｂ）を参照しつつ、本実施例に係る半導体発光素子の構造を説明する。図１（ａ）は本実施例に係る半導体発光素子の断面図であり、図１（ｂ）は成長用基板上に結晶成長した半導体成長層の拡大断面図である。

図１（ａ）に示されているように、半導体発光素子１０は、支持体１１、接合層１２、ｐ側電極１３、ｎ側電極１５、保護層１６及び素子部２０、から構成されている。支持体１１は、シリコン等の半導体基板である。接合層１２はＡｕＳｕＮｉ合金から構成され、支持体１１とｐ側電極１３とを電気的に接続しつつ、支持体１１とｐ側電極及び保護層１６とを貼り合わせている。

図１（ｂ）に示されているように、素子部２０は、ｐ側電極１３からｎ側電極１５に向かって、ｐ−ＧａＮ層２１、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２、活性層２３及びｎ−ＧａＮ層２４が順次積層された積層構造を有している。また、図１（ａ）に示されているように、素子部２０の断面形状は６角形である。更に、素子部２０の側部は、ｐ側電極１３が形成された面（ｐ側面）からｎ側電極１５が形成された面（ｎ側面）に向かって当該側部が徐々に広がる傾斜面（以下、順方向テーパ面１４ａと称する）と、ｐ側面からｎ側面に向かって当該側部が徐々に狭くなる傾斜面（以下、逆方向テーパ面１４ｂと称する）と、を有している。順方向テーパ面１４ａと逆方向テーパ面１４ｂの交点における素子部２０の側部の角度は、鈍角になっている。

ｐ側電極１３はｐ−ＧａＮ層２１が位置する面（すなわち、ｐ側面）に形成され、ｎ側電極１５はｎ−ＧａＮ層２４が位置する面（すなわち、ｎ側面）に形成されている。ｐ側電極１３はＰｔ、Ａｇ、Ｔｉ及びＡｕが順次積層された構造を有し、ｎ側電極はＴｉ、Ｐｔ及びＡｕが順次積層された構造を有している。

保護層１６は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる酸化膜である。保護層１６は、順方向テーパ面１４ａ及び素子部２０のｐ側面の上に形成されている。また、保護層１６は、ｐ側電極１３の周囲を囲むように形成されている。

次に、図２乃至図６を参照しつつ、本実施例に係る半導体発光素子の製造方法について詳細に説明する。

（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）からなる半導体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３０（以下、単にサファイア基板３０と称する）を準備する。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、Ｒ面サファイア基板、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４又はＳｉＣ等の基板を用いることもできる。

（半導体成長層形成工程）
次に、サファイア基板３０を水素雰囲気中で摂氏１０００度（１０００℃）、１０分間加熱してサファイア基板３０のサーマルクリーニングを行う。次に、ＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板３０の上に低温バッファ層３１、下地ＧａＮ層３２、ｎ−ＧａＮ層２４、活性層２３、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２、ｐ−ＧａＮ層２１からなる半導体成長層１４を形成する（図２（ａ）、図３）。ここで、半導体成長層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の上に順次積層される。

具体的には、基板温度を５００℃とし、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）（流量10.4μmol/min）及びＮＨ_３（流量3.3LM）を約３分間供給してＧａＮからなる低温バッファ層３１をサファイア基板３０の上に形成する。その後、基板温度を１０００℃まで昇温し、約３０秒間保持することで低温バッファ層３１を結晶化させる。続いて、基板温度を１０００℃に保持したままＴＭＧ（流量45μmol/min）、ＮＨ_３（流量4.4LM）及びドーパントガスとしてＳｉＨ_４（流量2×10^-4mol/min）を約２０分間供給し、膜厚１μｍ程度の下地ＧａＮ層３２を形成する。

次に、基板温度が１０００℃の状態にてＴＭＧ（流量45μmol/min）、ＮＨ_３（流量4.4LM）及びドーパントガスとしてＳｉＨ_４（流量2.7×10^-9mol/min）を約１００分間供給し、膜厚５μｍ程度のｎ−ＧａＮ層２４を形成する。続いて、ｎ−ＧａＮ層２４の上に活性層２３を形成する。本実施例では、活性層２３としてInGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を適用した。すなわち、InGaN/GaNを１周期として５周期の成長を行う。具体的には、基板温度を７００℃とし、ＴＭＧ（流量3.6μmol/min）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）（流量10μmol/min）、ＮＨ_３（流量4.4LM）を約３３秒間供給し、膜厚約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を形成する。続いて、ＴＭＧ（流量3.6μmol/min）、ＮＨ_３（流量4.4LM）を約３２０秒間供給して膜厚約１５ｎｍのＧａＮ障壁層を形成する。かかる処理を５周期分繰り返すことにより活性層２３が形成される。

次に、基板温度を８７０℃まで昇温し、ＴＭＧ（流量8.1μmol/min）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）（流量7.5μmol/min）、ＮＨ_３（流量4.4LM）及びドーパントとしてＣｐ２Ｍｇ（bis-cyclopentadienyl Mg）（流量2.9×10^-7μmol/min）を約５分間供給し、膜厚約４０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２を形成する。続いて、基板温度を保持したまま、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）を約７分間供給し、膜厚約１５０ｎｍのｐ−ＧａＮ層２１を形成する。サファイア基板３０の上には、これらの各半導体層によって構成される半導体成長層１４が形成される（図３）。

（素子分割溝形成工程、順方向テーパ面形成工程）
次に、個々の半導体発光装置を区画する素子分割溝３３を半導体成長層１４に形成する（図２（ｂ））。具体的な工程としては、先ず、半導体成長層１４の表面上にレジストを塗布する。続いて、フォトリソグラフィによって当該レジストを格子状にパターニングする。更に、上述したレジストが形成された状態のウエハを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）装置に投入し、パターニングされたレジストをマスクとし、Ｃｌ_２プラズマによるドライエッチングを半導体成長層１４に施す。これにより、半導体成長層１４には、サファイア基板３０に達する格子状の素子分割溝３３が形成される。素子分割溝３３により、半導体成長層１４は例えば一辺が１０００μｍの素子部（素子領域）に分割され、素子部２０が形成される。

ここで、素子分割溝３３の開口幅は、半導体成長層１４のｐ側面からサファイア基板３０に向かうにつれて、徐々に小さくなっている。すなわち、素子部２０の断面形状は台形状になり、その側部はｐ側面からｎ側面に向かうにつれて、徐々に広がるように傾斜している。すなわち、素子分離溝３１が形成されることで、素子部２０の側部は、サファイア基板３０に対して順方向テーパの傾斜面である順方向テーパ面１４ａのみから構成される。

（ｐ側電極形成工程）
次に、素子部２０の各々の表面の所望の領域に、ｐ側電極１３を形成する（図２（ｃ））。より具体的には、先ず、素子部２０を覆うようにレジストを塗布する。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ニングする。パター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、Ｐｔ（１ｎｍ）、Ａｇ（１５０ｎｍ）、Ｔｉ（１００ｎｍ）、Ｐｔ（２００ｎｍ）及びＡｕ（２００ｎｍ）を順次堆積する。その後、当該レジストを除去することで、ｐ側電極１３が完成する。なお、本実施例においては、ｐ側電極１３が素子部２０の順方向テーパ面１４ａに到達しないように、上述したレジストをパターニングする。

なお、ｐ側電極１３は、上述した構造により、素子部２０との優れた密着性及びオーミック性、後述する支持体との優れた接合特性を備える。また、ｐ側電極１３は、活性層２３から放出される光を効率よく反射し、堆積した金属の拡散を高精度で防止（特に、素子部２０への混入を防止）することができる。

（固着テープ貼り付け工程）
次に、容易に剥がすことができる固着テープ３４をｐ側電極１３に貼り付ける（図２（ｄ））。ここで、固着テープ３４は、ｐ側電極１３を強固に固定するものでなく、簡易的に固定することができる粘着性を有するテープであればよい。なお、固着テープ３４は、ｐ側電極１３を覆うとともに素子部２０の表面を更に固定してもよい。固着テープ３４を貼り付けることで、ｐ側電極１３を損傷することなく、後述するレーザ照射が可能になる。

（第１のレーザ光照射工程）
次に、素子部２０ごとに順次レーザ光を照射し（図４（ａ））、素子部２０とサファイア基板３０との界面領域における素子部２０の縁部を除去する（図４（ｂ））。

より具体的には、サファイア基板３０の裏面側（半導体成長層１４が成長していない面側）からエキシマレーザ光を照射する。エキシマレーザ光の波長は約２４８ｎｍであり、エネルギー密度は約７５０ｍＪ／ｃｍ^２である。また、エキシマレーザ光の光源として、ＫｒＦエキシマレーザ光源を用いた。１ショットの照射範囲は、図４（ａ）において示されているように、素子部２０とサファイア基板３０と界面全域を含むように設定されている。すなわち、１つの素子部２０にエキシマレーザ光を照射すると、当該レーザ光が照射された素子部２０に隣り合う他の素子部２０にエキシマレーザ光が順次照射される。

エキシマレーザ光は、サファイア３０に対しては透過性を有する一方、素子部２０を構成するＧａＮに吸収されるという特性を有する。従って、本実施例においては、サファイア基板３０との界面付近で、低温バッファ層３１又は下地ＧａＮ層３２の一部が金属Ｇａ及びＮ_２ガスに分解される。ここで、素子部２０とサファイア基板３０と界面領域において、界面領域の中心付近は圧力が高く且つＧａＮの分解温度も高いが、界面領域の縁部は圧力が低く（例えば、大気圧）且つＧａＮの分解温度も低い。このため、エネルギー密度が約７５０ｍＪ／ｃｍ^２という比較的低いエネルギー密度のエキシマレーザ光を照射すると、界面領域における素子部２０の縁部の低温バッファ層３１又は下地ＧａＮ層３２のみが分解されることになる。従って、素子部２０の縁部に空隙４１が形成される（図４（ｂ））。

なお、エキシマレーザ光照射時に発生するＮ_２ガスは、素子分割溝３３を経由してウエハ外部に放出される。また、当該ＧａＮの分解により形成される空隙４１の表面は、Ｃ−面（Ｎ面）になる。

その後に、固着テープ３４が剥がされる（図４（ｃ））。なお、固着テープ３４が剥がされた後に、酸性溶液又はアルカリ性溶液等の洗浄を用いてウエハの洗浄を行ってもよい。これにより、ｐ側電極１３に残存する固着テープ３４を完全に除去することができる。

（逆方向テーパ面形成工程）
次に、空隙４１が形成された状態のウエハをアルカリエッチング溶液に浸し、ウエットエッチングを施す。アルカリエッチング溶液は、例えば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）又はＫＯＨ（水酸化カリウム）である。上述したように空隙４１の表面はＮ面であり化学的に不安定であるため、空隙４１の表面部分のみをアルカリエッチング溶液でエッチングすることができる。

一般に、ＧａＮからなる半導体成長層から成長用基板であるサファイア基板を完全に剥離すると、剥離により露出した面はＮ面となる。当該Ｎ面が露出した状態の半導体成長層にアルカリエッチング溶液でウエットエッチングを施すと、Ｎ面がエッチングされてウルツ鉱型（六方晶）の結晶構造に由来する六角錐状の突起が形成される。しかしながら、本実施例においては、素子部２０の縁部のみが除去されているため、当該六角錐状の突起が形成されずに、六角錘状の側面部分が現れる。すなわち、空隙４０が形成された部分に、素子部２０のｎ側面からｐ側面に向かって素子部２０の側部が徐々に広がる傾斜面（サファイア基板３０に対して逆方向テーパの傾斜面）である逆方向テーパ面１４ｂが形成される（図４（ｄ））。言い換えると、素子部２０の側部に逆方向テーパ形状の凹部４２が形成される。

（保護層形成工程）
次に、素子部２０のｐ側面及び順方向テーパ面１４ａを覆う保護層を形成する。具体的には、先ず、蒸着法、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法、又はスパッタリング等の公知の成膜技術を用いて二酸化シリコン１６ａを堆積させる。二酸化シリコン１６ａの膜厚は、約０．２μｍである。ここで、素子部２０の逆方向テーパ面１４ｂには二酸化シリコン１６ａは堆積しない。これは逆方向テーパ面１４ｂの下に二酸化シリコン１６ａが入り込めないからである。本実施例においては、逆方向テーパ面１４ｂの角度４３（すなわち、逆方向テーパ面１４ｂのサファイア基板３０の表面に対する傾き）は、ウルツ鉱型の結晶構造由来の角度となり、およそ６２度となる。少なくともこれ以上に小さい角度では、二酸化シリコン１６ａは入り込めない。また、サファイア基板３０の上に堆積した二酸化シリコン１６ａと、素子部２０の表面に堆積した二酸化シリコン１６ａとは、繋がっておらず、両者の間には段切れによる空隙５１が形成される（図５（ａ））。

次に、ｐ側電極１３、サファイア基板３０及び二酸化シリコン１６ａを覆うようにレジストを塗布する。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ニングする。本実施例においては、ｐ側電極１３上の二酸化シリコン１６ａのみが露出するようにレジストのパターニングが施される。パターニングされたレジストをマスクとしてバッファードフッ酸によるエッチングを施し、ｐ側電極１３上の二酸化シリコン１６ａを除去する。その後、当該レジストが除去されることで、保護層１６の形成が完了する（図５（ｂ））。

（貼り合わせ工程）
保護層１６が形成された後に、上記工程を経て得られたウエハと、準備した支持体１１と、接合層１２を介して貼り合わせる（図５（ｃ））。

具体的な工程としては、先ず、導電性支持基板（例えば、ホウ素が添加されたシリコン基板）及び電極層からなる支持体１１を準備する。より具体的な構造としては、導電性支持基板の表面（第１の主面）上には、スパッタリングによって電極層が形成されている。電極層は、例えば、チタン及び白金から構成される多層膜である。ここで、チタンの膜厚は約２５ｎｍであり、白金の膜厚は約１００ｎｍである。次に、溶融後の固化により接続層となる半田層を支持体１１の表面上に形成する。より具体的には、導電性支持基板の第１の主面に対向した面（第２の主面）に、スパッタリングによってＮｉ、Ａｕ及びＡｕＳｎを順次積層した半田層を形成する。半田層を構成するＮｉには、ＡｕＳｎの溶融時において、Ｓｎを吸収する役割がある。また、Ｎｉには、ＡｕＳｎの溶融後の再固化時における剥離を抑制する効果がある。更に、Ｎｉの膜厚は、ＡｕＳｎに対する濡れ性を高め且つ剥離を抑制する観点から、約１００ｎｍ以上であることが望ましい。なお、Ｐｔ又はＰｄ（パラジウム）もＡｕＳｎの溶融後の再固化時における剥離を抑制する効果があるため、Ｎｉに代えてＰｔ又はＰｄからなる層を形成してもよい。半田層を構成するＡｕには、ＡｕＳｎの濡れ性向上及びＮｉの酸化を防止する効果がある。Ａｕの膜厚は、例えば、約３０ｎｍである。また、半田層を構成するＡｕＳｎのＡｕとＳｎとの組成比は、例えば、重量比で約８：２、原子数比で約７：３である。ＡｕＳｎの膜厚は、例えば、約６００ｎｍである。

次に、上述した半田層と、素子部２０の上に形成されたｐ側電極１３及び保護層１６と、を対向した状態で密着する。その後、密着したサファイア基板３０及び支持体１１を窒素雰囲気下で熱圧着する。熱圧着の条件は、例えば、圧力が約３００〜５００Ｎ／ｃｍ^２、温度が約２８０℃〜３７０℃、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、ＡｕＳｎＮｉ合金からなる接合層１２が形成され、支持体１１と、ｐ側電極１３及び保護層１６と、の接合（貼り合わせ）が完了する。

（第２のレーザ光照射工程）
次に、レーザリフトオフ（Laser Lift Off：ＬＬＯ）により、サファイア基板３０を素子部２０から剥離する。より具体的には、サファイア基板１１の裏面（素子部２０が形成されていない面）側からレーザを照射する。エキシマレーザ光の波長は約２４８ｎｍであり、エネルギー密度は約８５０ｍＪ／ｃｍ^２である。また、エキシマレーザ光の光源として、ＫｒＦエキシマレーザ光源を用いた。１ショットの照射範囲は、図６（ａ）において示されているように、素子部２０とサファイア基板３０との界面全域を含むように設定されている。すなわち、１つの素子部２０にエキシマレーザ光を照射すると、当該レーザ光が照射された素子部２０に隣り合う他の素子部２０にエキシマレーザ光が順次照射される。

上述したように、エキシマレーザ光はサファイア３０に対しては透過性を有する一方、素子部２０を構成するＧａＮに吸収されるという特性を有する。従って、本実施例においては、サファイア基板３０との界面付近で、低温バッファ層３１又は下地ＧａＮ層３２の一部が金属Ｇａ及びＮ_２ガスに分解される。これにより、レーザ光照射部分においては、素子部２０からサファイア基板３０が剥離される。

また、空隙５１は、第２のレーザ光照射工程において、レーザ光照射によって素子部２０から発生するＮ_２ガスの放出経路として機能する。すなわち、発生したＮ_２ガスは、素子部２０とサファイア基板３０との界面に滞留することなく、空隙５１を経由してウエハ外部に放出される。これにより、素子部２０に作用するＮ_２ガスの圧力が緩和され、クラックの発生を防止することが可能となる。更に、ＬＬＯの際において、接合層１２を構成する金属材料が飛散するが、ｐ側面及び順方向テーパ面１４ａは保護層１６に被覆されているため、金属材料が素子部２０に付着することがない。また、逆方向テーパ面１４ｂは、素子部２０の内部に向かって傾斜しているため、保護層１６によって被覆されていなくても、金属材料が付着することがない。

更に、順方向テーパ面１４ａと逆方向テーパ面１４ｂとの交点における素子部２０の側部が鈍角であり、サファイア基板３０と接する部分における素子部２０の端面（すなわち、逆方向テーパ面１４ｂ）の角度が鈍角であるため、ＬＬＯ法によってＮ_２ガスが発生しても、素子部２０にクラックが発生しない。

ウエハの全域に亘ってレーザ光の照射を行うことにより、サファイア基板３０を素子部２０から完全に剥離できる（図６（ｂ））。なお、本実施例では、レーザ光源としてＫｒＦエキシマレーザを用いたが、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザや、波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザも用いることができる。また、当該ＧａＮの分解によって露出する素子部２０のｎ側面は、Ｃ−面（Ｎ面）になる。

（ｎ側電極形成工程）
次に、素子部２０を構成するｎ−ＧａＮ層２４を覆うようにレジストを塗布する。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ニングする。パター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、Ｔｉ（２５ｎｍ）、Ｐｔ（１００ｎｍ）、Ａｕ（８００ｎｍ）を順次堆積する。その後、当該レジストを除去し、ｎ側電極１５を形成する（図６（ｃ））。ｎ−ＧａＮ層２４の露出面は光放出面となるため、ｎ側電極１５が半導体発光素子の実装時におけるワイヤボンディングに最低限必要な面積を有するように、ｎ側電極１５を形成することが好ましい。本実施例においては、ｎ側電極１５が各半導体発光素子のｎ−ＧａＮ層２４の中央部に位置するようにレジストがパターニングされている。なお、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させるために、本工程の前後のいずれかにおいて、ｎ−ＧａＮ層２４の露出面をＫＯＨ等のアルカリ溶液でエッチング処理を施し、その露出面にウルツ鉱型（六方晶）の結晶構造に由来する六角錐状の突起を形成してもよい。

（素子分離工程）
次に、ダイシングにより支持体１１を切断し、上記工程を経たウエハを半導体発光素子ごとに個片化（チップ化）する。個片化の方法はダイシングに限らず、ポイントスクライブ／ブレイキング、レーザスクライブ等を用いることができる。

以上の各工程を経て本実施例に係る半導体発光素子１０が完成する。

図７（ａ）、（ｂ）は、第１のレーザ光照射工程を施した素子部２０、及び当該工程を施していない素子部２０の表面をサファイア基板３０側から撮影した金属顕微鏡写真であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の破線領域７ｂの拡大写真である。図７（ｂ）から判るように、第１のレーザ光照射工程を施した素子部２０の縁部には、チップ剥がれ（すなわち、空隙４１）を確認することができた。ここで、空隙４１は約１〜２μｍであった。一方、第１のレーザ光照射工程を施していない素子部２０の縁部には、チップ剥がれを確認することはできなかった。

かかる結果から、第２のレーザ光照射工程よりもエネルギー密度が小さいレーザ光を照射することで、素子部２０の縁部のみに空隙４１を形成できることが確認できた。空隙４１が形成されることで、その後のウエットエッチング工程で逆方向テーパ面１４ｂを形成することができる。

以上のように、本発明の半導体発光素子の製造方法においては、半導体成長層１４を素子サイズに分割して形成された素子部２０の各々の側部に、サファイア基板３０との界面から半導体成長層１４の成長方向に向かって広がる逆方向テーパの傾斜面（逆方向テーパ面１４ｂ）を形成し、逆方向テーパ面１４ｂを露出しつつ素子部２０の各々の側部の上に保護層１６を形成し、その後にＬＬＯ法によるサファイア基板３０の除去が行われている。

このような工程を経ることで、素子部２０とサファイア基板３０との界面部分における素子部２０の側部の角度が鈍角となり、ＬＬＯにおけるクラック及び欠けの発生を防止することができる。また、当該側部において、逆方向テーパ面１４ｂを除く部分が保護層１６で被覆されているため、ＬＬＯ時に生じる異物が素子部２０に付着することがなくなり、且つ、ＬＬＯの際に発生するガスもウエハ外部に容易に放出される。すなわち、ＬＬＯ法によるサファイア基板３０の除去の際に、発生ガスの放出を妨げず且つ素子部２０におけるクラック等の発生を防止することができる。これにより、製造される半導体発光素子１０の信頼性及び歩留まりを向上することができる。

本発明の半導体発光素子は、上述した製造工程を経ることで、素子部２０の側部の一部がｎ側電極１５が形成された面からｐ側電極１３が形成された面に向かって広がる逆方向テーパ面１４ｂを含み、逆方向テーパ面１４ｂを露出しつつ素子部２０の側部を被服する保護層１６を更に有している。このような構造により、高効率化、高出力化及び高信頼性化が図られている。

なお、上述した実施例においては、順方向テーパ面１４ａを形成したが、順方向テーパ面１４ａを形成せずに、逆方向テーパ面１４ｂのみを形成してもよい。すなわち、ｐ側面から所定の厚さまでは、素子部２０の側部に傾斜をもたせず（すなわち、ｐ側電極１３形成面に対して直交するような側部を設け）、所定の厚さからｎ側面に向けて逆方向テーパ面１４ｂを設けてもよい。また、順方向テーパ面１４ａと逆方向テーパ面１４ｂの交点の角度は、鋭角でもよい。更に、逆方向テーパ面１４ｂは、ウエットエッチングだけでなく、ドライエッチングで形成してもよい。

実施例１においては、第１のレーザ光照射工程は、第２のレーザ照射工程よりもエネルギー密度が低いエキシマレーザ光を素子部２０が形成された領域を囲むように照射したが、素子部２０の縁部のみに照射してもよい。以下においてかかる場合を、図８（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。なお、第１のレーザ光照射工程以外は、実施例１と同じであるため、その説明は省略する。

実施例１の成長用基板準備工程、半導体成長層形成工程、素子分割溝形成工程、ｐ側電極形成工程及び固着テープ貼り付け工程を経た状態のウエハにおいて、素子部２０ごとに順次レーザ光を照射し（図８ａ））、素子部２０とサファイア基板３０との界面領域における素子部２０の縁部を除去する（図８（ｂ））。

より具体的には、サファイア基板３０の裏面側（半導体成長層１４が成長していない面側）からＹＡＧレーザ光を照射する。ＹＡＧレーザ光の波長は約２６６ｎｍであり、エネルギー密度は約７５０ｍＪ／ｃｍ^２である。また、エキシマレーザ光の光源として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源を用いた。１ショットの照射範囲は、図８（ａ）において示されているように、素子部２０とサファイア基板３０と界面領域の縁部分である。すなわち、１つの素子部２０の４辺にＹＡＧレーザ光を照射することで、１つの素子部２０のレーザ光照射が完了し、その後に当該レーザ光が照射された素子部２０に隣り合う別の素子部２０の１辺にＹＡＧレーザ光が照射される。このようにレーザ光照射を行う理由は、ＹＡＧレーザ光のスポット径が、エキシマレーザ光のスポット径より小さいためである。

ＹＡＧレーザ光は、サファイア３０に対しては透過性を有する一方、素子部２０を構成するＧａＮに吸収されるという特性を有する。従って、本実施例においては、サファイア基板３０との界面付近で、低温バッファ層３１又は下地ＧａＮ層３２の一部が金属Ｇａ及びＮ_２ガスに分解される。ここで、ＹＡＧレーザ光は、素子部２０とサファイア基板３０との界面領域の縁部のみに照射されているため、素子部２０の縁部のみが分解される。従って、素子部２０の縁部に空隙８１が形成される（図８（ｂ））。

なお、ＹＡＧレーザ光照射時に発生するＮ_２ガスは、素子分割溝３３を経由してウエハ外部に放出される。また、当該ＧａＮの分解により形成される空隙８１の表面は、Ｃ−面（Ｎ面）になる。

その後、実施例１と同様に、逆方向テーパ面形成工程、保護層形成工程、貼り合わせ工程、第２のレーザ光照射工程、ｎ側電極形成工程及び素子分離工程を経て半導体発光素子が完成する。

実施例１及び２において支持体を接合において設けたが、これらに限らず、例えばメッキ処理によって支持体を形成してもよい。この場合は、図５（ｂ）の工程後に、先ず素子間をレジストで埋める。レジストは二酸化シリコン１６ａと同様に逆方向テーパ面１４ｂの下に入りきることはできず、空間が形成される。特に、３００ｍＰａ・ｓ以上の高い粘度を有するレジストを用いることで、空間を確実に形成することができる。その後、メッキ下地層（Ｔｉ／Ａｕ）を蒸着して、全体に導電性を持たせてからＣｕをメッキ材料とするメッキ処理を行う。当該メッキ処理により、メッキされたＣｕが支持体となる。Ｓｉからなる支持体を用いた貼り合わせの場合、サファイア基板との熱膨張係数の差により支持体が割れてしまい、歩留まりが低下することがあるが、支持体をＣｕのメッキ処理によって形成する場合には、このような不具合は生じない。

１０ 半導体発光素子
１１ 支持体
１２ 接合層
１３ ｐ側電極
１４ 半導体成長層
１４ａ 順方向テーパ面
１４ｂ 逆方向テーパ面
１５ ｎ側電極
１６ 保護層
２０ 素子部
３０ サファイア基板

Claims (3)

1. 成長用基板の上に第１の半導体層、活性層及び第２の半導体層を順次成長させて半導体成長層を形成する工程と、
   前記半導体成長層を素子分割ラインに沿ってエッチングし、前記成長用基板に達する分割溝を形成して前記半導体成長層を複数の素子部に分割する工程と、
   前記複数の素子部の各々の側部に、前記成長用基板との界面から前記半導体成長層の成長方向に向かって広がる逆方向テーパの傾斜面を形成する工程と、
   前記逆方向テーパの傾斜面を露出しつつ前記側部の上に保護層を形成する工程と、
   前記複数の素子部に支持体を設ける工程と、
   前記成長用基板の裏面側から剥離用のレーザ光を照射して前記成長用基板を剥離する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
2. 前記逆方向テーパの傾斜面を形成する工程は、前記成長用基板の裏面側から空隙形成用のレーザ光を照射して前記成長用基板と前記素子部との界面領域において前記複数の素子部の各々の縁部を除去して空隙を形成する工程と、前記空隙にエッチングを施すエッチング工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記半導体成長層を複数の素子部に分割する工程は、前記素子部の側面が前記成長用基板に対して順方向テーパの傾斜面となるようにエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。