JP5723442B2 - Ｉｉｉ族窒化物半導体縦型構造ｌｅｄチップおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、III族窒化物半導体層を積層した縦型構造ＬＥＤチップおよびその製造方法に関する。

一般に、III族元素とＶ族元素との化合物からなるIII−Ｖ族半導体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等のデバイスに広く用いられている。

III族元素としてＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を用い、Ｖ族元素としてＮを用いたIII族窒化物半導体は、高融点で窒素の解離圧が高くバルク単結晶成長が困難であり、大口径で安価な導電性単結晶基板が無いという理由から、サファイア基板上に成長させることにより形成するのが一般的である。

しかしながら、サファイア基板は絶縁性であって電流が流れないため、従来は、サファイア基板上に順に成長させたｎ型のIII族窒化物半導体層、活性層（発光層）およびｐ型のIII族窒化物半導体層からなる発光構造積層体の一部を除去してｎ型のIII族窒化物半導体層を露出させ、この露出させたｎ型のIII族窒化物半導体層およびｐ型のIII族窒化物半導体層の上にｎ型電極およびｐ型電極をそれぞれ配置して、電流を横方向に流す横型構造を採用するのが通常であった。

これに対し、近年、サファイア基板上にIII族元素（例えばＡｌ，Ｇａなど）以外の特定の元素からなるバッファ層を形成後、発光構造積層体を形成し、この発光構造積層体を導電性のサポート体で支持した後、バッファ層を化学的なエッチングにより選択的に溶解してサファイア基板を剥離（リフトオフ）し、これらサポート体と発光構造積層体を一対の電極で挟むことで、縦型構造のＬＥＤチップを得る技術が研究されている（特許文献１参照）。なお、ここで言うバッファ層は、発光構造積層体のエピタキシャル成長のためのバッファ層であるとともに、サファイア基板から発光構造積層体を剥離するためのリフトオフ層の役割も兼ねるものである。

特許第４１７２６５７号公報

ＬＥＤなどの縦型構造の窒化物半導体チップを作製するには、III族以外の金属や金属窒化物からなるリフトオフ層をエッチングすることでサファイア基板からエピタキシャル層を剥離する一般的なケミカルリフトオフ法や、エッチング中に紫外光等の光を照射し、リフトオフ層を活性化させながらエッチングを行うフォトケミカルリフトオフ法がある。これらは、特定のエッチング溶液に浸漬して、リフトオフ層をエッチングによって溶解することにより成長用基板からエピタキシャル層をリフトオフする方法であり、本明細書において「ケミカルリフトオフ法」と総称される。なお、エピタキシャル層から成長用基板をリフトオフするという表現でも良い。

ここで、エッチングされるリフトオフ層は数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の厚さしかなく、数インチの面積の基板とエピタキシャル層との間の隙間にエッチング溶液を供給することは容易ではなく、全てのエッチングが完了するのに数日かかる場合があった。

また、本発明者らは、サファイア基板上に形成したIII族窒化物半導体からなる発光構造積層体をドライエッチングにより碁盤の目状にサファイア基板まで溝加工を行い、発光構造積層体を複数の独立した発光構造部とする一次分離を行った。次いで、これらの発光構造部を一体支持する基板形状の導電性サポート体を形成し、その後、ケミカルリフトオフ法でサファイア基板を剥離させた。リフトオフ後の個々の発光構造部は、依然としてサポート体に一体的に支持されている。すると、リフトオフされた個々の発光構造部にかなりの比率でクラックが導入されることが判明した。クラックは、サポート体に支持された発光構造部が、リフトオフでサファイア基板との結合から開放される際に入るようである。

このようなクラック発生は研究開発途上ということもあり、特許文献や学術文献などによって公表はされていないが、縦型構造のIII族窒化物半導体ＬＥＤチップの量産化のためには解決すべき重要課題である。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、発光構造部に生じるクラックを抑制した、高品質のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ、および該ＬＥＤチップをより効率的に製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）成長用基板の上にリフトオフ層を介して、第１伝導型のIII族窒化物半導体層、発光層および前記第１伝導型とは異なる第２伝導型のIII族窒化物半導体層を順次積層して発光構造積層体を形成する第１工程と、
前記成長用基板の一部が露出するよう、前記発光構造積層体の一部を除去することで、独立した複数個の発光構造部を形成する第２工程と、
下部電極を有し、前記複数個の発光構造部を一体支持する導電性サポート体を形成する第３工程と、
ケミカルリフトオフ法を用いて、前記リフトオフ層を除去することで、前記成長用基板を前記複数個の発光構造部から剥離する第４工程と、
前記発光構造部間で前記導電性サポート体を分離することにより、各々が導電性サポート体に支持された前記発光構造部を有する複数個のＬＥＤチップに個片化する第５工程と、を有し、
前記第４工程より前に、前記発光構造部の中央領域に、少なくとも前記リフトオフ層が露出するまで貫通する第１貫通孔を形成し、前記第４工程で該第１貫通孔からエッチング液を供給することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。

（２）前記第３工程において、前記導電性サポート体における前記発光構造部の中央領域に位置する部分に、該導電性サポート体を貫通して前記発光構造部の貫通孔と連通する第２貫通孔を設ける上記（１）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。

（３）前記第２工程において、前記発光構造部の横断面の形状を、コーナーに丸みを有する形状とする上記（１）または（２）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。

（４）前記第２工程において、前記発光構造部の横断面の形状を、コーナーに丸みを有する４角形状とする上記（３）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。

（５）前記発光構造部のコーナーの曲率半径をＲ、前記発光構造部がコーナーに丸みを有しない場合の前記４角形状の一辺の長さをＬ_０として、Ｒ／Ｌ_０が０．１〜０．５の範囲内である上記（４）に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。

（６）前記第１貫通孔および／または第２貫通孔の直径が、２０μｍ以上である上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。

（７）前記第３工程は、接合法、湿式成膜法、乾式成膜法のいずれかを用いて行われる上記（１）〜（６）のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。

（８）上記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の方法により製造された縦型構造ＬＥＤチップであって、前記発光構造部の中央領域に第１貫通孔を有することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。

（９）下部電極を有する導電性サポート体と、該導電性サポート体上に設けられた第２伝導型III族窒化物半導体層、該第２伝導型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層、および、該発光層の上に設けられた前記第２伝導型とは異なる伝導型の第１伝導型III族窒化物半導体層を有する発光構造部と、該発光構造部上に設けられた上部電極と、を有し、
前記発光構造部の中央領域に、前記発光構造部および前記サポート部を貫通する貫通孔を有することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。

本発明によれば、発光構造部の中央領域に少なくともリフトオフ層が露出するまで貫通する第１貫通孔を形成し、この第１貫通孔からエッチング液を供給するようにしたため、発光構造部に生じるクラックを抑制した高品質のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップをより効率的に製造することが可能となった。

（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の一実施形態にかかるIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ１００の製造方法のフローを模式的に示したものである。 （Ａ）は、本発明の一実施形態にかかる製造方法の過程におけるリフトオフ途中のウェハの模式上面図（導電性サポート体１０９を除いた上面視）であり、（Ｂ）は、（Ａ）の状態のＩ−Ｉ断面図である。 本発明の一実施形態にかかるIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ１００の模式上面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施形態にかかる製造方法の過程におけるエッチングの進行過程を示す、個片化前のＬＥＤチップを上面から見た写真である。 図４のエッチング完了後、ＬＥＤチップの発光構造部のコーナーに生じたクラックを示す写真である。 本発明の他の実施形態にかかる製造方法において、発光構造部の横断面の形状を、コーナーに丸みを有する形状とする場合を説明するための、発光構造部の模式図である。 実施例におけるＲ／Ｌ_０とクラック発生率との関係を示すグラフである。 実施例における貫通孔の直径と１時間エッチング径との関係を示すグラフである。 （Ａ）〜（Ｆ）は、第１の比較例にかかる縦型ＬＥＤチップ２００の製造方法のフローを模式的に示したものである。 個片化する前の複数の発光構造部が形成されたウェハ（図９（Ｅ）の状態）の模式上面図である。 （Ａ）は、図９の製造方法でＬＥＤチップの発光構造部に生じたクラックを示す写真であり、（Ｂ）は、第３の比較例にかかる製造方法でＬＥＤチップの発光構造部に生じたクラックを示す写真である。 第２の比較例にかかる縦型ＬＥＤチップ３００の製造方法において、個片化する前の複数の発光構造部が形成されたウェハの模式上面図である。 （Ａ）は、第３の比較例にかかる縦型ＬＥＤチップ４００の製造方法において、個片化する前の複数の発光構造部が形成されたウェハの模式上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の破線に沿って個片化した１つのＬＥＤチップ４００の模式側面図である。 （Ａ）は、第４の比較例にかかる縦型ＬＥＤチップ５００の製造方法において、個片化する前の複数の発光構造部が形成されたウェハの模式上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の破線に沿って個片化した１つのＬＥＤチップ５００の模式側面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。なお、本明細書において、本発明に従う縦型ＬＥＤチップと比較例の縦型ＬＥＤチップとで共通する構成要素には、原則として下２桁が同一の参照番号を付し、説明は省略する。また、ＬＥＤチップの模式断面図においては、説明の便宜上、リフトオフ層および発光構造積層体を実状とは異なる比率で誇張して示す。

本発明の一実施形態にかかるIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ（以下、単に「縦型ＬＥＤチップ」という。）１００の製造方法は、図１に示すように、成長用基板１０１の上にリフトオフ層１０２を介して、第１伝導型のIII族窒化物半導体層１０３、発光層１０４および前記第１伝導型とは異なる第２伝導型のIII族窒化物半導体層１０５を順次積層して発光構造積層体１０６を形成する第１工程（図１（Ａ））と、成長用基板１０１の一部が露出するよう、発光構造積層体１０６の一部を除去することで、例えば島状に独立した複数個の発光構造部１０７を形成する第２工程（図１（Ｂ））と、下部電極を有し、複数個の発光構造部１０７を一体支持する導電性サポート体１０９を形成する第３工程（図１（Ｃ））と、ケミカルリフトオフ法を用いてリフトオフ層１０２を除去することで、成長用基板１０１を複数個の発光構造部１０７から剥離する第４工程（図１（Ｄ））と、発光構造部１０７間で導電性サポート体１０９を切断等により分離することにより、各々が切断後の導電性サポート体１０９Ａに支持された発光構造部１０７を有する複数個のＬＥＤチップ１００に個片化する第５工程（図１（Ｅ））と、を有し、第４工程よりも前の図１（Ｂ）に示す第２工程において、発光構造部１０７の中央領域に、少なくともリフトオフ層１０２が露出するまで（図１では成長用基板１０１まで）貫通する第１貫通孔１０８を形成し、図１（Ｄ）に示す第４工程では、第１貫通孔１０８からエッチング液を供給し、リフトオフ層１０２をその中央部から外周部に向けて選択エッチングすることを特徴とする。また、図１（Ｃ）に示す第３工程では、導電性サポート体１０９における発光構造部１０７の中央領域に位置する部分に、この導電性サポート体１０９を貫通して発光構造部１０７の貫通孔１０８と連通する第２貫通孔１１０を設ける。なお、図１（Ｅ）に示すように、第４工程（剥離工程）の後に、上部電極１１１を発光構造部１０７の剥離面側に形成する工程を具えることができる。

本発明者らは、第１貫通孔１０８からエッチング液を供給して、リフトオフ層１０２をその中央部から外周部に向けて選択エッチングするようにすることにより、発光構造部１０７に生じるクラックを十分に抑制することができることを見出した。また、この剥離によれば、エッチングに要する時間を短縮化でき、縦型ＬＥＤチップをより効率的に製造することが可能となった。

以下、比較例にかかる技術との対比において、本発明の技術的意義を説明する。

（第１の比較例）
図９は、第１の比較例にかかる縦型ＬＥＤチップ２００の製造方法のフローを模式的に示したものである。この製造方法は、成長用基板２０１の上にリフトオフ層２０２を介して、第１伝導型のIII族窒化物半導体層２０３、発光層２０４および前記第１伝導型とは異なる第２伝導型のIII族窒化物半導体層２０５を順次積層して発光構造積層体２０６を形成する第１工程（図９（Ａ））と、成長用基板２０１の一部が露出するよう、発光構造積層体２０６の一部を除去することで、独立した複数個の発光構造部２０７を形成する第２工程（図９（Ｂ））と、下部電極を兼ね、複数個の発光構造部２０７を一体支持する導電性サポート体２０９を形成する第３工程（図９（Ｃ））と、ケミカルリフトオフ法を用いてリフトオフ層２０２を除去することで、成長用基板２０１を複数個の発光構造部２０７から剥離する第４工程（図９（Ｄ））と、上部電極２１１を発光構造部１０７の剥離面側に形成する工程と（図９（Ｅ））と、発光構造部２０７間で導電性サポート体２０９を切断等により分離することにより、各々が切断後の導電性サポート体２０９Ａに支持された発光構造部２０７を有する複数個のＬＥＤチップ２００に個片化する第５工程（図１（Ｅ））と、を有する。図１０に示すように、発光構造部２０７の横断面の形状は正方形である。また、発光構造部２０７の中央領域には貫通孔がなく、サポート体２０９のうち発光構造部２０７の間に位置する部分にも特にエッチング供給口となる貫通孔を設けていない。そのため、第４工程ではリフトオフ層２０２の外周部からエッチングが進行する。図１０は、個片化する前の複数の発光構造部が形成されたウェハ（図９（Ｅ）の状態）の模式上面図であり、破線に沿って個片化を行う。

本発明者らの検討によると、この方法でリフトオフを行った後の個々の発光構造部にかなりの比率でクラックが導入されることが判明した。図１１（Ａ）は、この比較例に従ってリフトオフを実際に行ったときにクラックが導入された状況を上面から光学顕微鏡にて観察したものである。発光構造部２０７の一辺は１０００μｍである。コーナー近傍から中央部に伸展するＸ型のクラック帯が生じているのが分かる。（後述の比較例１であり、クラックの発生率は９５．５％であった。）このような状態に至れば不良品として扱われ、歩留まり、コスト、生産性の面で大問題である。また、このような中央部へ向かって伸展するクラックは、一辺が５００μm以上の大型チップサイズの発光構造部に、より顕著に発生する。

このようなコーナーから伸展するクラックが生じる理由は、成長用基板２０１を発光構造部２０７から剥離する際に、リフトオフ層の溶解フロント部で成長用基板２０１と発光構造部２０７ならびに接続したサポート２０９間の応力が発光構造部２０７の溶解フロント部のコーナー部近傍に集中するといった応力分布に関係していると考えられる。そして、クラックは、発光構造部２０７がリフトオフで成長用基板２０１との結合から開放される際に入るようである。また、この方法では、リフトオフ層２０２の外周部からエッチングが進行するため、剥離完了までに非常に時間がかかるという問題もある。

第１の比較例に生じるこのようなクラックを抑制するべく、本発明者らは以下に説明する第２〜第４の比較例を検討した。

（第２の比較例）
図１２は、第２の比較例にかかる縦型ＬＥＤチップ３００の製造方法において、個片化する前の複数の発光構造部が形成されたウェハの模式上面図である。この方法では、独立した複数個の発光構造部３０７を形成する工程において、発光構造部３０７の横断面形状を円形にした点以外、第１の比較例と同様である。すなわち、発光構造部３０７の中央領域には貫通孔がなく、サポート体３０９のうち発光構造部３０７の間に位置する部分にも特にエッチング供給口となる貫通孔を設けていない。そのため、第４工程ではリフトオフ層（図示せず）の外周部からエッチングが進行する。図１２において、符号３１１は上部電極である。また、破線に沿って個片化を行う。

本発明者らの検討によると、この方法でリフトオフを行った後の個々の発光構造部には、コーナーから中央に伸展するクラックは有効に抑制することができた。これは、発光構造部の形状を円形にしたことにより、エッチング途中でコーナーに応力が集中する（外周部からのエッチング進行のベクトル同士が衝突する）のを回避したためと考えられる。これらは、国際特許出願（PCT/JP2009/069230）にて本発明者らが記載している。しかしながら、その後、発光構造部の内部に新たに点状のクラックがかなりの比率で生じることが判明した。また、この方法でも、剥離完了までに非常に時間がかかるという問題は依然残る。

（第３の比較例）
図１３（Ａ）は、第３の比較例にかかる縦型ＬＥＤチップ４００の製造方法において、個片化する前の複数の発光構造部４０７が形成されたウェハの模式上面図であり、図１３（Ｂ）は、（Ａ）の破線に沿って個片化した１つのＬＥＤチップ４００の模式側面図である。この方法では、サポート体４０９のうち発光構造部４０７の間に位置する部分に切断ラインに沿った貫通溝４１２を設けた以外、第２の比較例と同様である。すなわち、発光構造部４０７の横断面形状は円形であり、その中央領域には貫通孔がない。そして、貫通溝４１２からエッチング液が供給可能なので、第４工程では、個片化前の各ＬＥＤチップの外周部からエッチングが進行する。図１３において、符号４１１は上部電極である。

本発明者らの検討によると、リフトオフを行った後の個々の発光構造部４０７に生じるクラックの態様は、第２の比較例と同様であった。図１１（Ｂ）は、この比較例に従ってリフトオフを実際に行ったときにクラックが導入された状況を上面から光学顕微鏡にて観察したものである。発光構造部の中央部分に点状のクラックが生じている。また、この方法の場合、各素子の外周部からエッチングが進行するので、第１および第２の比較例よりは剥離所要時間が短くて済むものの、より剥離所要時間の短縮化が求められる。

（第４の比較例）
図１４（Ａ）は、第４の比較例にかかる縦型ＬＥＤチップ５００の製造方法において、個片化する前の複数の発光構造部５０７が形成されたウェハの模式上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の破線に沿って個片化した１つのＬＥＤチップ５００の模式側面図である。この方法では、サポート体５０９のうち発光構造部の間に位置する部分（切断ラインの交点部分）に貫通孔５１３を設けた以外、第２の比較例と同様である。すなわち、発光構造部５０７の横断面形状は円形であり、その中央領域には貫通孔がない。そして、貫通孔５１３からエッチング液が供給可能なので、第４工程では、個片化前の各ＬＥＤチップの外周部からエッチングが進行する。図１４において、符号５１１は上部電極である。

本発明者らの検討によると、リフトオフを行った後の個々の発光構造部５０７に生じるクラックの態様は、第２の比較例と同様であった。また、この方法も各素子の外周部からエッチングが進行するので、第１および第２の比較例よりは剥離所要時間が短くて済むものの、より剥離所要時間の短縮化が求められる。

（本発明の実施形態）
本発明者らは、第２〜第４の比較例で生じる点状のクラックの発生形態について鋭意検討を行った。第３、第４の比較例のように、発光構造部の外周側からのエッチング液供給の場合、リフトオフ層は外周部から中央部に向けてエッチングが進行するが、成長用基板と発光構造部がまさに分離している溶解フロント部、すなわちリフトオフ層を介して成長用基板と発光構造部が接着状態である部分と、それらが分離された状態となった部分の境界領域で局所的な応力が加わってクラックが発生することが判明した。リフトオフ層のエッチングが終了する間際は、中央部分にリフトオフ層がまだ残っているため、中央部で応力が集中しクラックが発生する。第２の比較例の場合でも、エッチング終了の最終段階は、発光構造部の中央部分となる。

一方、本実施形態の場合、エッチングの進行とそれに伴うクラック抑制の作用効果は、以下のようになる。図２（Ａ）は、本発明の一実施形態にかかる製造方法の過程におけるリフトオフ途中のウェハの模式上面図（導電性サポート体１０９を除いた上面視）であり、図２（Ｂ）は、図（Ａ）の状態のＩ−Ｉ断面図である。また、図４は後述の実施例１の実際のエッチングの進行過程を示す光学顕微鏡写真である。このように、第１貫通孔１０８からエッチング液が供給され、リフトオフ層１０２をその中央部から外周部に向けて選択エッチングする。このとき、上記の溶解フロント部は同心円状に外周部に進行するため、発光構造部１０７での中央領域に応力が集中することを回避でき、その結果、発光構造部１０７の中央領域に点状のクラックが生じるのを抑制することができる。さらに、リフトオフ層の側面からのエッチングではないので、コーナーから中央部に大きく延びるＸ型のクラックが生じることも抑制できる。また、ウェハ上の個々の発光構造部においてほぼ同時に同様のエッチングを開始できる。また、エッチングに要する時間を短縮化できた。その結果、縦型ＬＥＤチップをより効率的に製造することが可能となった。

さらに、本実施形態では、リフトオフ層１０２の中央部からエッチングが広がるため、発光構造部間は分離の機能があればよく、比較例よりも隣接する発光構造部間の間隔（素子間のピッチ）を狭くすることができ、発光面積を大きくでき、ウェハあたりの有効面積のロスも少ない状態でクラック抑制できる。チップサイズにより効果は異なるが、一例として発光構造物の寸法が１０００μｍ四方の場合、比較例の分離溝幅はエッチング液経路確保のため２００〜２５０μｍであったが、本方式では８０μｍでも可能である。1チップ当りの必要面積は前者で、１．４４〜１．５６ｍｍ^２であったが、本実施形態では１．１７ｍｍ^２で良く２３〜３３％の取れ個数増となる。すなわち、クラック抑制と有効面積増の両方の効果により、ウェハあたりの歩留まりを増やすことができる。

図３は、III族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ１００の模式上面図である。III族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ１００は、下部電極を有する導電性サポート体１０９Ａと、導電性サポート体１０９Ａ上に設けられた第２伝導型III族窒化物半導体層１０５、第２伝導型III族窒化物半導体層１０５の上に設けられた発光層１０４、および、発光層１０４の上に設けられた第２伝導型とは異なる伝導型の第１伝導型III族窒化物半導体層１０３を有する発光構造部１０７と、この発光構造部１０７上に設けられた上部電極１１１と、を有し、発光構造部１０７の中央領域に、発光構造部１０７およびサポート部１０９Ａを貫通する貫通孔１０８，１１０を有することを特徴とする。なお、符号１１１Ａはパッド電極である。

（第１工程）
成長用基板１０１は、サファイア基板またはサファイア基板上にＡｌＮ膜を形成したＡｌＮテンプレート基板を用いるのが好ましい。形成するリフトオフ層の種類やIII族窒化物半導体からなる発光構造積層体のＡｌ、Ｇａ、Ｉｎの組成、ＬＥＤチップの品質、コストなどにより適宜選択すればよい。

リフトオフ層１０２は、ケミカルリフトオフ法ではＣｒＮなどのIII族以外の金属や金属窒化物バッファ層が化学選択エッチングで溶解できるので好ましい。スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法やＭＯＣＶＤ法で成膜するのが好ましい。

発光構造積層体１０６は、第１伝導型をｎ型とし、第２伝導型をｐ型としてもよいし、この逆であってもよい。第１伝導型のIII族窒化物半導体層１０３、発光層１０４および第２伝導型のIII族窒化物半導体層１０５は、ＭＯＣＶＤ法によりリフトオフ層１０２上にエピタキシャル成長させることができる。

（第２工程）
発光構造積層体１０６の一部の除去には、ドライエッチング法を用いるのが好ましい。これは、III族窒化物半導体層で構成される発光構造積層体１０６のエッチングの終点を再現性良く制御できるからである。また、隣接する発光構造部１０７が繋がった状態であると、後工程で再度分離溝加工が必要となるためこの除去は、成長用基板１０１の一部が露出するまで行うものとする。第１貫通孔１０８の形成は第４工程よりも前であれば良いが、この第２工程の時に同時に行うことが好ましい。第２工程の前後に貫通孔の形成工程を別途設けても良く、さらに第１工程にて成長させない箇所を貫通孔とする方法や、第３工程にて第２貫通孔を通して第１貫通孔を形成する方法も考えられるが、これらは工数が増えるため生産性が悪くなる恐れがあるためである。

本発明において、エッチングを高度に均等に進行させるには発光構造部の外接円の中心に第１貫通孔１０８を設けることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。本明細書における「中央領域」は、発光構造部の外接円の半径（長さＬ）に対して外接円の中心から０．４Ｌの領域内、より好ましくは０．２Ｌの領域内とすることができ、この中央領域内に第１貫通孔１０８を設ければよい。さらに、発光構造部の縦横比が大きい（例えば２倍以上の）場合には、内接円を複数設定し、それら内接円の中心群を「中央領域」として１つまたは複数の貫通孔を設けても良い。

貫通孔の横断面形状は特に限定されず、例えば、円形や発光構造部の形状と相似の形状とすることができる。

第１貫通孔１０８および／または第２貫通孔１１０が円形の場合、その直径が２０μｍ以上であることが好ましい。２０μｍ未満の場合、ドライエッチングで貫通孔１０８を形成する際に、ウエハ面内でリフトオフ層まで届かない部分が生じる場合があり、リフトオフ層のエッチングが進行しない可能性があるからである。また、エッチング所要時間を短縮化する効果を十分に得る観点からは、直径が５０μｍ以上であることがより好ましい。また、貫通孔が大きすぎても発光構造部の面積ロスが大きくなり好ましくない。発光構造部の面積を十分に確保する観点から、発光構造部の辺の長さＬ２に対して５０％以下の直径であることが好ましく、３０％以下の直径であることがより好ましい。

本発明において発光構造部１０７の横断面形状は特に限定されず、例えば、既述のとおり第２工程において発光構造部の形状を正方形とすることができる。しかし、第２工程において、前記発光構造部の横断面の形状を、コーナーに丸みを有する形状とすることが好ましく、切断の容易性を考慮すると、コーナーに丸みを有する４角形状とすることがより好ましい。

本発明者らの検討によれば、図４の実施例のように発光構造部の形状を正方形とした場合、コーナーから中央部に大きく延びるＸ型のクラックの発生は回避することができたが、図５に示すように、コーナー部にごく微小なクラックが依然生じることが判明した。そして、コーナーに丸みを有する形状とすることで、エッチングの終了段階で発光構造部１０７が成長用基板１０１から離れサポート体１０９に移し替えられる際の、発光構造部１０７に加わる応力が分散され、この微小なクラックの発生も十分に抑制でき、より高品質なＬＥＤチップを得ることができることを見出した。

丸みを有するとは、Ｒをつける、または、面取りをするとも表現することができ、その形状は好ましくは滑らかな円弧状であるが、それに限らず、コーナーに何らかの曲面となる削り面が複数ある形でも良い。

ここで、本発明においては、上記のようにコーナー部にわずかに生じるクラックを回避できればよいため、丸みもごく小さなものでよい。これにより、発光面積を大きく確保することができ、ウェハあたりの有効面積のロスが少ない状態でクラックを回避できる。具体的には、発光構造部の形状がコーナーに丸みを有しない形状の場合の面積に対して、コーナーに丸みを設けることにより減少する面積が好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下とすることができる。

また、図６に示すように、発光構造部のコーナーの曲率半径をＲ、発光構造部がコーナーに丸みを有しない場合の４角形状の一辺の長さをＬ_０として、Ｒ／Ｌ_０が０．１〜０．５の範囲内とすることが好ましい。０．１未満の場合、コーナーに生じる微小なクラックを十分に抑制できない可能性があり、０．５超えの場合、発光構造部の面積を十分に確保できないからである。なおここでは、丸みを加える前の発光構造部のコーナーで交差する２辺に内接する円弧の半径を曲率半径Ｒと称している。

（第３工程）
図には示されないが、第３工程は、複数個の発光構造部１０７とサポート体１０９とを、複数個の発光構造部１０７の各々と接するオーミック電極層、およびサポート体１０９と接する接続層を介して形成するのが好ましい。また、オーミック電極層と接続層との間にさらに反射層を形成するか、オーミック電極層が反射層の機能を兼ねることがより好ましい。これらの層形成には、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの乾式成膜法を用いることができる。

上記オーミック電極層は、仕事関数の大きな金属、例えばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ａｕ，Ａｇなどの貴金属やＣｏ，Ｎｉにより形成することができる。また、反射層としては、Ｒｈ等の反射率が高いため、上記オーミック電極層との兼用も可能だが、発光領域が緑から青色の場合にはＡｇやＡｌ層等を、紫外線領域ではＲｈやＲｕ層等を用いるのがより好ましい。また、接続層は、サポート体１０９の形成方法にもよるが、接合法、例えば加熱圧着によりサポート体１０９を接合する場合、Ａｕ，Ａｕ−Ｓｎ、ハンダ等とすることができる。

サポート体１０９としては接合法の場合、あらかじめ第２貫通孔１１０を形成しておいた導電性シリコン基板やＣｕＷ合金基板、Ｍｏ基板などが熱膨張係数、熱伝導率の面で適しており、それぞれの貫通孔位置をアラインメントして接合する。また、サポート体１０９は、湿式あるいは乾式めっきにより形成することもできる。たとえばＣｕまたはＡｕの電気めっきでは、接続層としてＣｕ，Ｎｉ，Ａｕなどを用いることができる。その際、第１貫通孔１０８および第２貫通孔１１０が接続層やめっき層で塞がらないようにレジストなどにより保護する。

（第４工程）
第４工程は、前述の一般的なケミカルリフトオフ法またはフォトケミカルリフトオフ法により行うのが好ましい。使用可能なエッチング液としては、リフトオフ層がＣｒＮの場合、硝酸第二セリウムアンモン溶液やフェリシアンカリウム系の溶液、リフトオフ層がＳｃＮの場合、塩酸、硝酸、有機酸などを挙げることができる。

また、第４工程により露呈した発光構造部１０７の面は、ウエット洗浄で清浄化されるのが好ましい。次いで、ドライエッチングおよび／またはウエットエッチングで所定量削り、レジストをマスクとしたリフトオフ法によりｎ型オーミック電極、ボンディングパッド電極を形成する。電極材としてはＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕなどが用いられ、オーミック電極、ボンディングパッドにはＰｔ、Ａｕなどをカバー層として成膜して、配線抵抗の低減とワイヤーボンドの密着性を向上させる。なお、発光構造部１０７の側面ならびに表面には、ＳｉＯ_２やＳｉＮなどの保護膜を付与しても良い。リフトオフ後、貫通孔にも保護膜を付与しても良い。

（第５工程）
第５工程では、発光構造部１０７間を例えばブレードダイサーやレーザーダイサーを用いて切断する。発光構造部１０７に熱や破砕ダメージが入るのを防止するため、一般には発光構造部１０７は導電性サポート部１０９aの平面外周よりも内側に寄せるが、通常１０から３０μｍ程度である。

以上は代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。

（実験例１）
初めに、発光構造部の中央部の貫通孔を経由したリフトオフ層のエッチング状況について説明する。サファイア基板（０００１）基板上に、金属Ｃｒを１８ｎｍスパッタリング法により成膜し、ついでＭＯＣＶＤ装置内でアンモニアガス雰囲気で窒化処理を行った後、形成されたＣｒＮバッファ層（リフトオフ層を兼ねる）上にＩｎＧａＮ系発光層を有する青色ＬＥＤ構造層１０μｍを成長した。次に、１２００μｍ角の正方形に発光構造部を形成するため、ドライエッチングにより成長基板まで分離溝加工を行った。素子間ピッチは１２８０μｍとした。この場合、発光構造部のコーナーは意図的な面取りは行っていない。同時に、発光構造部に直径１００μmの貫通加工処理を行った。次に、Ｃｕ層をスパッタリング法により１μｍ成膜してめっき用の接続層を形成した。さらに、電気めっき法により１００μm厚みのサポート部を形成した。なお、貫通孔に厚膜レジストによるピラーを形成し、めっき中の貫通孔の閉塞を防いだ。このとき、貫通孔上の厚膜レジストの位置にはＣｕはめっきされず、レジストを除去することで、発光構造部からサポート体まで貫通する貫通孔を形成した。

次に、貫通孔からエッチング液を給液してリフトオフ層のエッチングを行った。図４は、エッチング進行状況を示すものであり、透明サファイア基板側から光学顕微鏡による観察を行ったものである。リフトオフ層はメタリックな灰色を呈しているため、写真では黒く見える。図４（A）は、エッチング前の状態で、図４（ｂ）に示すようにエッチングは、均等に同心円状中央部から外側に向けて広がって進行することが分かる（リフトオフ層の溶解によって透明化する）。図４（ｃ）では４つのコーナー部で僅かにリフトオフ層が残っているが、最終的には図４（ｄ）のように剥離が完了する。

図４より、この実験例では図１１（A）に示したようなマクロ的なX型のクラックは発生していないことが分かる。また、中央部から全域に渡り、点状のマクロクラックも認められなかった。しかしながら、詳細に観察したところ、図５に示すようにコーナー部近傍に１０μｍ以下の長さのマイクロクラックが導入される場合があることが分かった。その理由として、図４（ｃ）にみられるように、コーナー部にリフトオフ層が僅かに残った部分に応力が局所的に集中してしまうためと考えられた。

（実験例２）
そこで、リフトオフ層のエッチングの終了間際の部分での応力集中を回避するため、溶解終了部分に応力が分散できるようにすることを考えた。発光構造部の中央部からエッチング液を供給してリフトオフ層をエッチングする場合、図４に示したように、エッチングは等方的に円が広がるように進行する。図６に示すように発光構造部の平面の４コーナー部の円弧の長さが、応力の分散具合と関連するので、コーナー部の面取り形状とマイクロクラックの発生率を調べた。なお、４コーナーの１箇所でもマイクロクラックが発生した場合には、チップとしては不良となるので、個々のチップ単位で発生の有無で判定した。

ここで、面取りを行う前の正方形の辺の長さをL_０とした場合に、直交する辺に内接する円の半径Ｒをパラメータとして実験を行った。試料の作製方法は、実験例１で示したものと同様のプロセスである。発光構造部の中央に設けた貫通孔の直径は５０μｍとした。また、L_０が１２００μｍに対し、Ｒは１５６、２４０、３３０、４１７、５０５、６００μｍの試料を作製した。面取りを行う前の正方形の面積に対する面取り後の面積比率はそれぞれ、９８．５、９６．６、９３．５、８９．６、８４．８、７８．５％となる。

Ｒ／Ｌ_０をそれぞれの値とした試料につき、２２００から２６００個の発光構造部のマイクロクラックの発生状況を調べたところ、図７に示す関係が得られた。ここで、横軸はＬ_０に対するＲの比率であり、左縦軸はマイクロクラックの発生率である。また、右横軸は正方形でコーナー部にＲが無い場合の発光構造部の面積に対する割合を示している。その結果、Ｒ／Ｌ_０の値が０．１以上でマイクロクラック発生の抑制効果が現れ、０．２以上ではマイクロクラックの発生は十分に抑制された。なお、Ｒ／Ｌ_０の値が０．５の時には円形となる。発光構造部の平面の面積の減少は発光出力の低下につながることが懸念されるが、発光構造部のエピタキシャル成長条件や他のデバイス構造の改良により、リカバリーが可能な範囲といえる。したがって、マイクロクラックの発生を抑制するのに必要なＲ／Ｌ_０の範囲は、０．１以上であり、より好ましくは０．２以上で、上限は０．５である。例えばＲが２４０μｍ（Ｒ／Ｌ_０＝０．２）の場合、Ｒによる発光面積のロスが３．４％でもクラックの発生を大幅に抑制できる。

（実験例３）
次に、エッチング液の供給を行う貫通孔の径と、リフトオフ層のエッチング速度との関係を調べた。試料の作製方法は実験例１に示したものと同様であるが、発光構造部の中央部ならびにサポート部の貫通孔の直径を１０μｍから４００μｍの範囲として、エッチング液に１時間浸漬した際のエッチング量（エッチングされて生じた溶解フロント部の円の直径）で評価した。図８はその結果を示したものであるが、貫通孔の直径を大きくするほどエッチング径は大きくなる。しかしながら、貫通孔の直径が２００μｍ以上になるとエッチング量の増加が緩やかになった。なお、中央部からのみのエッチング液の給液であるため、発光構造部の平面寸法によらずこの関係は不変的なものである。また、貫通孔の径が１０μmの場合は、エッチングは可能であったが、ドライエッチングで発光構造物に貫通加工を行った際に、リフトオフ層までとどかない場合があり、リフトオフ層をエッチングができない部分が生じた。２０μｍ以上の場合にはそのような問題は生じなかった。したがって、貫通孔の寸法としては、２０μｍ以上が好ましい。なお、図９の右側縦軸はＬ_０が１２００μｍの際の、貫通孔の直径に対する発光構造部の面積ロス率を示したものである。Ｌ_０が変わればこのロス率は変化するので、エッチング速度等を加味して適宜貫通孔の直径を決定することができる。

（実施例）
サファイア基板上に、リフトオフ層(ＣｒＮ層、厚さ：１８ｎｍ)を形成後、ｎ型III族窒化物半導体層(ＧａＮ層、厚さ：７μｍ)、発光層(ＩｎＧａＮ系ＭＱＷ層、厚さ：０．１μｍ)、ｐ型III族窒化物半導体層(ＧａＮ層、厚さ：０．２μｍ)を順次積層して発光構造積層体を形成し、その後、サファイア基板の一部が露出するよう、発光構造積層体の一部を除去することで、コーナーに丸みを有する正方形となるよう、島状に独立した複数個の発光構造部を形成した。発光構造部の幅Ｗは１２００μｍであり、個々の素子の配置は碁盤の目状の升目内とした。素子間のピッチは１２８０μｍである。コーナーに丸みを付与する前の正方形の一辺の長さＬ_０は１２００μｍ、コーナーの曲率半径Ｒは３３０μｍであり、Ｒ／Ｌ_０は０．２７５である。

上記の発光構造部の形成時に、独立した発光構造部の中央の位置に、直径５０μｍの貫通孔を形成した。

各々の発光構造部の上（上記貫通孔を除く）に、オーミック電極層（Ａｇ、厚さ：０．１μm）、接続層（Ｔｉ／Ｃｕ，厚さ：１．５μｍ）を形成し、上記貫通孔は厚膜レジストを用いて塞いだ。その後、第１のめっきによりＣｕ（厚さ：８０μｍ）を形成し、さらに、第２のめっきによりＣｕ（厚さ：８０μｍ）を形成し、サポート部とした。めっきは硫酸銅系の電解液を用いた電気めっきであり、液温は２５〜３０℃の範囲で、成膜速度は３５μｍ／ｈｒであった。このとき、貫通孔上の厚膜レジストの位置にはＣｕはめっきされず、レジストを除去することで、発光構造部からサポート部まで貫通する貫通孔を形成した。

その後、ケミカルリフトオフ法を用いてサファイア基板を剥離した。リフトオフ後の発光構造部を光学顕微鏡によってマクロ・マイクロクラックの発生状況を調べた。調査個数は３８６０個で、マクロ・マイクロクラックともに発生個数は皆無であった。また、エッチング完了までの時間は２時間であった。

（比較例１）
発光構造部の形状をＬ_０は１０００μｍの正方形とし、中央領域に貫通孔を設けず、素子間ピッチを１２５０μｍとした以外は、実施例と同様にして図１０のような試料を作製した。リフトオフ後の発光構造部を光学顕微鏡によって観察したところ、調査個数１９１０個のうち１８２４個に、コーナーから中央部に大きく伸展するX型のクラックが発生し、発生率は９５．５％であった。また、エッチング完了までの時間は３２時間であった。

（比較例２）
発光構造部の形状を直径１０００μｍの円形とし、中央領域に貫通孔を設けず、素子間ピッチを１２５０μｍとした以外は、実施例と同様にして図１２のような試料を作製した。リフトオフ後の発光構造部を光学顕微鏡によって観察したところ、調査個数１８９０個のうち、コーナーから中央部に大きく伸展するX型のクラックが発生したものは４３７個（発生率は２３．１％）であったが、発光構造部の中央部に点状のクラックが発生した試料が１６０７個あり、発生率は８５．０％であった。また、エッチング完了までの時間は２８時間であった。

（比較例３および比較例４）
比較例２の製造工程において、以下の工程によってサポート体に貫通溝または貫通孔を形成した以外は、比較例２と同様にして図１３（比較例３）または図１４（比較例４）のような試料を作製した。

個別の発光構造部のｐ層上にオーミック電極層（ＮｉＯならびにＡｇ）を形成し、次いで分離溝にフォトレジストを埋め込むとともに個々の発光構造物のｐ−オーミック電極層部は開口して、サポート体と接続するための接続層（Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｕ）を形成した。次いで、後述のＣｕめっきの際に成膜を防止するため、厚膜レジストによるピラーの形成を行った。形成位置は図１３（A）のように発光構造部を取り囲む升目の辺上、または、図１４（A）のように辺の交差点位置とした。なおピラー形成位置の接続層はエッチングにより予め除去した。

次いで、硫酸銅系の電解液を用いてＣｕを８０μｍ電気めっきし、サポート体を形成した。液温は２５〜３０℃の範囲で、成膜速度は２５μｍ／ｈｒであった。次いで、ピラー部ならびに分離溝に埋め込んだレジストを薬液洗浄により除去し、サポート体の上下に貫通する溝・孔を形成した。なお、図１３（Ａ）に示す貫通溝は、幅７０μｍ、長さ９００μｍとして四辺に形成した。図１４（Ａ）に示す貫通孔は四角柱状としその辺の長さは４１０μｍとした。

リフトオフ後の発光構造部を光学顕微鏡によって観察したところ、比較例３では調査個数１９００個のうち、コーナーから中央部に大きく伸展するX型のクラックが発生したものは３８個（発生率は２．０％）であったが、発光構造部の中央領域に点状のクラックが発生した試料が１０４５個あり、発生率は５５．０％であった。また、エッチング完了までの時間は３．５時間であった。また、比較例４では調査個数２０３８個のうち、コーナーから中央部に大きく伸展するＸ型のクラックが発生したものは１０８個（発生率は５．３％）であったが、発光構造部の中央領域に点状のクラックが発生した試料が９７８個あり、発生率は４８．０％であった。またエッチング完了までの時間は４．５時間であった。

本発明によれば、発光構造部の中央領域に少なくともリフトオフ層が露出するまで貫通する第１貫通孔を形成し、この第１貫通孔からエッチング液を供給するようにしたため、発光構造部に生じるクラックを抑制した高品質のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップをより効率的に製造することが可能となった。

１００ III族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ
１０１ 成長用基板
１０２ リフトオフ層
１０３ 第１伝導型のIII族窒化物半導体層
１０４ 発光層
１０５ 第２伝導型のIII族窒化物半導体層
１０６ 発光構造積層体
１０７ 発光構造部
１０８ 第１貫通孔
１０９ 下部電極を有する導電性サポート体
１０９Ａ 切断後の導電性サポート体
１１０ 第２貫通孔
１１１ 上部電極
１１１Ａ パッド電極

Claims (9)

1. 成長用基板の上にリフトオフ層を介して、第１伝導型のIII族窒化物半導体層、発光層および前記第１伝導型とは異なる第２伝導型のIII族窒化物半導体層を順次積層して発光構造積層体を形成する第１工程と、
   前記成長用基板の一部が露出するよう、前記発光構造積層体の一部を除去することで、独立した複数個の発光構造部を形成する第２工程と、
   下部電極を有し、前記複数個の発光構造部を一体支持する導電性サポート体を形成する第３工程と、
   ケミカルリフトオフ法を用いて、前記リフトオフ層を除去することで、前記成長用基板を前記複数個の発光構造部から剥離する第４工程と、
   前記発光構造部間で前記導電性サポート体を分離することにより、各々が導電性サポート体に支持された前記発光構造部を有する複数個のＬＥＤチップに個片化する第５工程と、を有し、
   前記第４工程より前に、前記発光構造部の中央領域に、少なくとも前記リフトオフ層が露出するまで貫通する第１貫通孔を形成し、前記第４工程で該第１貫通孔からエッチング液を供給することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。
2. 前記第３工程において、前記導電性サポート体における前記発光構造部の中央領域に位置する部分に、該導電性サポート体を貫通して前記発光構造部の貫通孔と連通する第２貫通孔を設ける請求項１に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。
3. 前記第２工程において、前記発光構造部の横断面の形状を、コーナーに丸みを有する形状とする請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。
4. 前記第２工程において、前記発光構造部の横断面の形状を、コーナーに丸みを有する４角形状とする請求項３に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。
5. 前記発光構造部のコーナーの曲率半径をＲ、前記発光構造部がコーナーに丸みを有しない場合の前記４角形状の一辺の長さをＬ_０として、Ｒ／Ｌ_０が０．１〜０．５の範囲内である請求項４に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。
6. 前記第１貫通孔および／または第２貫通孔の直径が、２０μｍ以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。
7. 前記第３工程は、接合法、湿式成膜法、乾式成膜法のいずれかを用いて行われる請求項１〜６のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップの製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法により製造された縦型構造ＬＥＤチップであって、前記発光構造部の中央領域に第１貫通孔を有することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。
9. 下部電極を有する導電性サポート体と、該導電性サポート体上に設けられた第２伝導型III族窒化物半導体層、該第２伝導型III族窒化物半導体層の上に設けられた発光層、および、該発光層の上に設けられた前記第２伝導型とは異なる伝導型の第１伝導型III族窒化物半導体層を有する発光構造部と、該発光構造部上に設けられた上部電極と、を有し、
   前記発光構造部の中央領域に、前記発光構造部および前記サポート部を貫通する貫通孔を有することを特徴とするIII族窒化物半導体縦型構造ＬＥＤチップ。