JP6508153B2 - 発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、発光素子の製造方法に関する。
エピタキシャル成長を行うためのサファイア等からなる基板上に、半導体層を多層積層した後、基板を半導体積層体から剥離する方法が知られている（例えば、特許文献１及び２等）。
半導体積層体は基板に対して非常に薄いことから、このような薄い半導体積層体を、ダメージを与えずに基板から迅速に剥離するためには、煩雑かつ高精度の工程を必要とする。そのために、半導体積層体の剥離に時間を要することとなり、半導体素子の製造における歩留り低下をもたらしているのが現状である。
本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、基板と半導体積層体との剥離に要する時間を短縮し、歩留りを向上することができる発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
本願の発光素子の製造方法は、基板及び前記基板の上面に形成された半導体積層体を有するウェハを準備する工程と、前記ウェハにレーザ光を照射する工程と、前記基板を前記半導体積層体から剥離する工程とを含む発光素子の製造方法である。そして、前記レーザ光を照射する工程は、前記ウェハの内側から外側に向かって又は前記ウェハの外側から内側に向かって、前記レーザ光が照射された領域が拡張するように、前記レーザ光を走査することと、前記レーザ光を前記ウェハの周縁と複数の箇所で交差するように走査することとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、基板と半導体積層体との剥離に要する時間を短縮し、歩留まりを向上することができる発光素子の製造方法を提供することができる。
本願の発光素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材のサイズや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、「上面」、「下面」などは相対的な位置関係を意味する。
本願における発光素子の製造方法は、基板及び基板の上面に形成された半導体積層体を有するウェハを準備する工程と、ウェハにレーザ光を照射する工程と、基板を半導体積層体から剥離する工程とを含む。そして、この発光素子の製造方法におけるレーザ光を照射する工程は、ウェハの内側から外側に向かって又はウェハの外側から内側に向かって、レーザ光が照射された領域が拡張するように、レーザ光を走査すること（以下「走査Ａ」ともいう。）と、レーザ光をウェハの周縁と複数の箇所で交差するように走査すること（以下「走査Ｂ」ともいう。）とを含む。
この方法によれば、走査Ａにより、ウェハの周縁よりも内側における剥離性を向上させることができ、走査Ｂにより、ウェハの周縁及びその近傍における剥離性を向上させることができるため、ウェハ全域における剥離性を向上させることができる。よって、発光素子製造の歩留まりを向上させることができる。
この方法によれば、走査Ａにより、ウェハの周縁よりも内側における剥離性を向上させることができ、走査Ｂにより、ウェハの周縁及びその近傍における剥離性を向上させることができるため、ウェハ全域における剥離性を向上させることができる。よって、発光素子製造の歩留まりを向上させることができる。
＜ウェハの準備＞
まず、基板及びこの基板の上面に形成された半導体積層体を有するウェハを準備する。
基板は、半導体層をエピタキシャル成長させることができるものであればよく、例えば、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）等の絶縁性基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体基板が挙げられる。
半導体の積層体２は、典型的には、第１導電型半導体層と、活性層と、第２導電型半導体層とが基板１の上面から順に積層されてなる。半導体積層体２に含まれる各層には、例えば、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物半導体が好適に用いられる。
まず、基板及びこの基板の上面に形成された半導体積層体を有するウェハを準備する。
基板は、半導体層をエピタキシャル成長させることができるものであればよく、例えば、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）等の絶縁性基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体基板が挙げられる。
半導体の積層体２は、典型的には、第１導電型半導体層と、活性層と、第２導電型半導体層とが基板１の上面から順に積層されてなる。半導体積層体２に含まれる各層には、例えば、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物半導体が好適に用いられる。
（第２電極の形成）
半導体積層体２に第２電極３を形成することが好ましい。第２電極３は、例えば、第２導電型半導体層の上面に、レジストを用いて第２電極３が設けられる領域に開口部を有するマスクを形成し、スパッタリング等で金属材料を積層する。その後、マスクを除去することによって形成することができる。第２電極３は、発光層からの光に対して高い反射率を有する金属材料が好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌ等を用いることが好ましい。
半導体積層体２に第２電極３を形成することが好ましい。第２電極３は、例えば、第２導電型半導体層の上面に、レジストを用いて第２電極３が設けられる領域に開口部を有するマスクを形成し、スパッタリング等で金属材料を積層する。その後、マスクを除去することによって形成することができる。第２電極３は、発光層からの光に対して高い反射率を有する金属材料が好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌ等を用いることが好ましい。
（第２保護膜の形成）
半導体積層体２に第２保護膜４を形成してもよい。第２保護膜４は、第２導電型半導体層の上面に、レジストを用いて第２保護膜４が設けられる領域に開口部を有するマスクを形成し、スパッタリング等で絶縁性材料を積層し、その後、マスクを除去することによって形成することができる。第２保護膜４は、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等を用いることが好ましい。
半導体積層体２に第２保護膜４を形成してもよい。第２保護膜４は、第２導電型半導体層の上面に、レジストを用いて第２保護膜４が設けられる領域に開口部を有するマスクを形成し、スパッタリング等で絶縁性材料を積層し、その後、マスクを除去することによって形成することができる。第２保護膜４は、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等を用いることが好ましい。
（接合層の形成）
半導体積層体の上面側であって、第２電極３及び第２保護膜４上に、接合層５を形成することが好ましい。接合層５は、スパッタリング等で導電性材料を積層することによって形成することができる。接合層５は、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｚｎ等の金属材料及びこれらの合金を用いることができる。これらの金属材料からなる合金としては、ＡｕＳｎ、ＮｉＳｎ、ＰｂＳｎ、ＴｉＷ等が挙げられる。なかでも、半導体積層体２の上面側から、Ｔｉ／ＮｉＳｎ又はＴｉ／ＡｕＳｎの順に積層した多層膜を用いることが好ましい。接合層５の厚みは、用いる材料等によって、適宜調整することができ、例えば３〜４μｍが挙げられる。ウェハと後述する支持基板７とを接合した後、反りを招くことがあるが、この反りを適宜調整し得るように、接合層５の材料、厚み、積層構造等を選択することが好ましい。これにより、レーザ照射を、ウェハの面内において均一に行うことができる。
半導体積層体の上面側であって、第２電極３及び第２保護膜４上に、接合層５を形成することが好ましい。接合層５は、スパッタリング等で導電性材料を積層することによって形成することができる。接合層５は、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｚｎ等の金属材料及びこれらの合金を用いることができる。これらの金属材料からなる合金としては、ＡｕＳｎ、ＮｉＳｎ、ＰｂＳｎ、ＴｉＷ等が挙げられる。なかでも、半導体積層体２の上面側から、Ｔｉ／ＮｉＳｎ又はＴｉ／ＡｕＳｎの順に積層した多層膜を用いることが好ましい。接合層５の厚みは、用いる材料等によって、適宜調整することができ、例えば３〜４μｍが挙げられる。ウェハと後述する支持基板７とを接合した後、反りを招くことがあるが、この反りを適宜調整し得るように、接合層５の材料、厚み、積層構造等を選択することが好ましい。これにより、レーザ照射を、ウェハの面内において均一に行うことができる。
（支持基板の接合）
ウェハの半導体積層体２側と接合される支持基板７を準備する。支持基板７は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＳｉＣ、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−ダイヤ等を用いることができる。なかでも、安価で個片化のしやすいＳｉを用いた基板を用いることが好ましい。支持基板７の上には、ウェハの半導体積層体２側と接合するために、接合層６が設けられていることが好ましい。ここでの接合層６は、上述したように、半導体積層体２上に形成されたものと同様の材料から選択することができる。ただし、半導体積層体２上及び支持基板７上のいずれか一方のみに形成されていればよい。
ウェハと支持基板７との接合は、半導体積層体２上及び支持基板７上に接合層５、６が形成されている場合、それぞれに形成された接合層５、６を互い接触させ、加熱することによって行うことができる。加熱は、ウェハ又は支持基板７側をホットプレート上に載置するなど、公知の手段を用いて行うことができる。これにより、接合層５、６が溶融し、両者が接合される。
基板１上に形成される半導体積層体２は非常に薄く、基板１を剥離した後の取り扱いが難しいが、ウェハの上面と支持基板７とを接合した後に、基板１を半導体積層体２から剥離することにより、剥離後の半導体積層体２の取り扱いが容易となる。
ウェハの半導体積層体２側と接合される支持基板７を準備する。支持基板７は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＳｉＣ、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−ダイヤ等を用いることができる。なかでも、安価で個片化のしやすいＳｉを用いた基板を用いることが好ましい。支持基板７の上には、ウェハの半導体積層体２側と接合するために、接合層６が設けられていることが好ましい。ここでの接合層６は、上述したように、半導体積層体２上に形成されたものと同様の材料から選択することができる。ただし、半導体積層体２上及び支持基板７上のいずれか一方のみに形成されていればよい。
ウェハと支持基板７との接合は、半導体積層体２上及び支持基板７上に接合層５、６が形成されている場合、それぞれに形成された接合層５、６を互い接触させ、加熱することによって行うことができる。加熱は、ウェハ又は支持基板７側をホットプレート上に載置するなど、公知の手段を用いて行うことができる。これにより、接合層５、６が溶融し、両者が接合される。
基板１上に形成される半導体積層体２は非常に薄く、基板１を剥離した後の取り扱いが難しいが、ウェハの上面と支持基板７とを接合した後に、基板１を半導体積層体２から剥離することにより、剥離後の半導体積層体２の取り扱いが容易となる。
＜レーザ光の照射＞
ウェハに対してレーザ光を照射する。ここでのレーザ光の照射は、ウェハの内側から外側に向かって又はウェハの外側から内側に向かって、レーザ光が照射された領域が拡張するように、レーザ光を走査すること（走査Ａ）と、ウェハの周縁と複数の箇所で交差するように走査すること（走査Ｂ）とを含む。これらの走査は、いずれを先に行ってもよい。また、レーザ光は、ウェハの上方又は下方、つまり、基板１側から又は半導体積層体２側のいずれから照射してもよいが、基板１側から照射することが好ましい。レーザ光を基板１側から照射することにより、レーザ光による半導体積層体２へのダメージを低減することができる。
レーザ光は、例えば、ＹＡＧレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、半導体レーザ、ＣＯ2レーザ、チタンサファイアレーザ等が好適に使用される。出力は、０．５〜５Ｗが挙げられ、１．０〜１．５Ｗが好ましい。レーザ光をパルス駆動させて照射する場合は、照射するピッチを、０．０１〜１００μｍとすることができ、０．１〜５０μｍが好ましく、１．０〜３０μｍがより好ましい。レーザ光の照射は、基板１と半導体積層体２との界面にレーザ光の集光位置を設定して行うことが好ましい。ウェハが反りを有している場合、基板１と半導体積層体２との界面が深さ方向において異なることがある。そのため、ウェハの反りに沿って変化する界面に合わせて集光位置を設定することが好ましい。走査Ａと、走査Ｂとでは、深さ方向における集光位置は必ずしも同じでなくてもよいが、同じであることが好ましい。ここでの同じとは、厚み方向での±１００μｍ程度のずれは許容される。また、レーザ光の照射中に集光位置を変動してもよい。
ウェハに対してレーザ光を照射する。ここでのレーザ光の照射は、ウェハの内側から外側に向かって又はウェハの外側から内側に向かって、レーザ光が照射された領域が拡張するように、レーザ光を走査すること（走査Ａ）と、ウェハの周縁と複数の箇所で交差するように走査すること（走査Ｂ）とを含む。これらの走査は、いずれを先に行ってもよい。また、レーザ光は、ウェハの上方又は下方、つまり、基板１側から又は半導体積層体２側のいずれから照射してもよいが、基板１側から照射することが好ましい。レーザ光を基板１側から照射することにより、レーザ光による半導体積層体２へのダメージを低減することができる。
レーザ光は、例えば、ＹＡＧレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、半導体レーザ、ＣＯ2レーザ、チタンサファイアレーザ等が好適に使用される。出力は、０．５〜５Ｗが挙げられ、１．０〜１．５Ｗが好ましい。レーザ光をパルス駆動させて照射する場合は、照射するピッチを、０．０１〜１００μｍとすることができ、０．１〜５０μｍが好ましく、１．０〜３０μｍがより好ましい。レーザ光の照射は、基板１と半導体積層体２との界面にレーザ光の集光位置を設定して行うことが好ましい。ウェハが反りを有している場合、基板１と半導体積層体２との界面が深さ方向において異なることがある。そのため、ウェハの反りに沿って変化する界面に合わせて集光位置を設定することが好ましい。走査Ａと、走査Ｂとでは、深さ方向における集光位置は必ずしも同じでなくてもよいが、同じであることが好ましい。ここでの同じとは、厚み方向での±１００μｍ程度のずれは許容される。また、レーザ光の照射中に集光位置を変動してもよい。
走査Ａでは、ウェハの中心領域から周縁部に向かって又はウェハの周縁部から中心領域に向かって、レーザ光が照射された領域が増加するようにレーザ光を走査する。なかでも、オリエンテーションフラット部分を除くウェハの周縁に沿って、ウェハ全体に、渦巻状に又はウェハの中心に対する同心円状にレーザ光を走査することが好ましく、渦巻状（図１参照）のレーザ光の走査が好ましい。レーザ照射をオンした状態での１回の走査で行うことができるためである。このようなレーザ光の走査によって、ウェハの全体において均一にレーザ光を照射することができる。ウェハの大きさにもよるが、例えば、４インチのウェハに対して、レーザ光の走査軌跡が、オリエンテーションフラットに平行で、ウェハの中心を通る直線上を、２００〜３００００回、好ましくは２０００〜１００００回通過するようにレーザ光を走査することが好ましい。
走査Ｂでは、レーザ光の走査軌跡がウェハの周縁上を複数回通過するようにレーザ光を走査するため、ウェハの周縁において基板１と半導体積層体２とをより確実に剥離させることができる。オリエンテーションフラット部分のウェハの周縁であってもよいが、オリエンテーションフラット部分を除くウェハの周縁と、複数の箇所で交差することが好ましい（図２、図４参照）。ウェハの周縁とレーザ光の走査軌跡とが交差する角度は、例えば、ウェハ周縁とレーザ光の走査軌跡とが交差する交差点における接線に対して４５〜１３５°の範囲が挙げられる。また、複数とは、２以上であればよく、その数は上述した走査Ａの条件に応じて適宜調整することが好ましい。走査Ｂにおいてレーザ光を走査する領域は、ウェハの周縁に対して、１／３以下が好ましく、１／４以下がより好ましく、１／５以下の周長とすることが好ましい（図２参照）。走査Ｂにおいて、ウェハの周縁における接線に対するレーザ光の走査角度は、複数の交差部分それぞれで異ならせてもよい。例えば、オリエンテーションフラットに対して同じ所定の角度で、ひとつの交差点を通過する直線状の走査軌跡が互いに平行関係となるように走査し、ウェハの周縁とレーザ光の走査軌跡との交差角度を徐々に変化させることができる（図２、図４参照）。ここでの所定の角度とは、例えば、９０°〜０°の範囲、特に、９０°又は０°が挙げられる。また、例えば、ウェハの中心領域から放射状に走査することにより、ウェハの周縁における接線に対するレーザ光の走査角度を全て同じとしてもよい。なお、この走査は、ウェハの周縁と複数の箇所で交差する限り、１回のみ行ってもよいし、複数回に分けて行ってもよい。例えば、図２に示すように、ウェハの周縁に対して所定の領域内で交差するように、複数回往復する走査でもよいし、ウェハの周縁に対して１回以上交差する走査を、複数回行ってもよい。
走査Ａは、走査Ｂに比較して、基板１と半導体積層体２の界面における剥離性が向上しやすい傾向にある。これは、レーザ光が照射されるウェハが少なからず反りを有していることに起因すると考えられる。例えば、ウェハと支持基板７が接合された接合体は、その中央が、支持基板７が設けられている側に向かって凸となる反りを有し、中央から周縁に向かって曲面となるよう形状となる。このようなウェハに対して、例えば、レーザ光をウェハの中心から周縁に向かって渦巻状に走査することにより、ウェハの中心から周縁に向かって剥離が進み、それと同時に基板１が反った形状から平らな形状に戻ろうとする力が働く。そのため、基板１が半導体積層体２から剥離がされやすくなると考えられる。
しかし、走査Ａのみを行うだけでは、ウェハの周縁部以外における基板１と半導体積層体２との剥離性は向上するが、ウェハの周縁部において剥離が進みにくい傾向がある。つまり、走査Ａによりウェハの内側においては剥離が目視できるものの、ウェハの周縁では剥離が確認できなかった。そこで、ウェハの周縁と複数の箇所で交差する走査Ｂをさらに行うことにより、ウェハの周縁部にも剥離する領域を形成することができる。これにより、基板１と半導体積層体２との剥離がウェハ全域において促進され、剥離に要する時間を短縮することができる。なお、例えば、走査Ａにおいてウェハの周縁を完全になぞるように走査できれば、走査Ｂを行う必要はないと思われるが、実際にウェハの周縁をなぞるように走査することは極めて難しい。そこで、本実施形態では走査Ａとは別に走査Ｂを行っている。
しかし、走査Ａのみを行うだけでは、ウェハの周縁部以外における基板１と半導体積層体２との剥離性は向上するが、ウェハの周縁部において剥離が進みにくい傾向がある。つまり、走査Ａによりウェハの内側においては剥離が目視できるものの、ウェハの周縁では剥離が確認できなかった。そこで、ウェハの周縁と複数の箇所で交差する走査Ｂをさらに行うことにより、ウェハの周縁部にも剥離する領域を形成することができる。これにより、基板１と半導体積層体２との剥離がウェハ全域において促進され、剥離に要する時間を短縮することができる。なお、例えば、走査Ａにおいてウェハの周縁を完全になぞるように走査できれば、走査Ｂを行う必要はないと思われるが、実際にウェハの周縁をなぞるように走査することは極めて難しい。そこで、本実施形態では走査Ａとは別に走査Ｂを行っている。
＜半導体積層体の剥離＞
レーザ光照射後、基板１を半導体積層体２から剥離する。ここでの剥離は、上述したレーザ光照射を行った際に、基板１と半導体積層体２との界面に発生するガスの圧力、基板１と半導体積層体２との材料による熱膨張率の相違等に起因する応力によって自然に生じる剥離であってもよいし、さらに他の工程を組み合わせてもよい。他の工程とは、例えば、ウェハを水又は温水に浸す、ウェハの上述したウェハ周縁と交差する走査を行った交差照射部分の端面に液体又は気体を噴射する、ウェハを直接又は間接的に加熱する、ウェハに超音波を負荷するなどである。これらの工程を併用することにより、例えば、レーザ光をウェハ周縁と交差させて走査を行った箇所を、ウェハ周縁からの剥離開始の起点として有効に機能させることが可能となり、より一層短時間で、かつ高精度に、半導体積層体２と基板１との剥離を実現することができる。ウェハの周縁部に形成する剥離開始の起点となる領域は、ウェハの周縁全域に形成することにより、その起点となる領域からの基板１と半導体積層体２との剥離をより促進させることができるが、ウェハの周縁の一部に形成することによっても剥離を促進させることができる。これは、例えば、基板１と半導体積層体２とを剥離する際に、水又は温水に浸す工程を行う場合、ウェハの周縁の一部に形成された剥離開始の起点からウェハに水又は温水を含浸させることができ、ウェハの周縁における剥離が周縁の一部から周縁の全域に亘って進むためであると考えられる。
半導体積層体２から基板１を剥離した後、半導体積層体２の基板１が配置されていた側を、ＣＭＰ（化学機械研磨）によって研磨してもよい。
レーザ光照射後、基板１を半導体積層体２から剥離する。ここでの剥離は、上述したレーザ光照射を行った際に、基板１と半導体積層体２との界面に発生するガスの圧力、基板１と半導体積層体２との材料による熱膨張率の相違等に起因する応力によって自然に生じる剥離であってもよいし、さらに他の工程を組み合わせてもよい。他の工程とは、例えば、ウェハを水又は温水に浸す、ウェハの上述したウェハ周縁と交差する走査を行った交差照射部分の端面に液体又は気体を噴射する、ウェハを直接又は間接的に加熱する、ウェハに超音波を負荷するなどである。これらの工程を併用することにより、例えば、レーザ光をウェハ周縁と交差させて走査を行った箇所を、ウェハ周縁からの剥離開始の起点として有効に機能させることが可能となり、より一層短時間で、かつ高精度に、半導体積層体２と基板１との剥離を実現することができる。ウェハの周縁部に形成する剥離開始の起点となる領域は、ウェハの周縁全域に形成することにより、その起点となる領域からの基板１と半導体積層体２との剥離をより促進させることができるが、ウェハの周縁の一部に形成することによっても剥離を促進させることができる。これは、例えば、基板１と半導体積層体２とを剥離する際に、水又は温水に浸す工程を行う場合、ウェハの周縁の一部に形成された剥離開始の起点からウェハに水又は温水を含浸させることができ、ウェハの周縁における剥離が周縁の一部から周縁の全域に亘って進むためであると考えられる。
半導体積層体２から基板１を剥離した後、半導体積層体２の基板１が配置されていた側を、ＣＭＰ（化学機械研磨）によって研磨してもよい。
（第１電極の形成）
その後、第１導電型半導体層の下面に第１電極８を形成することが好ましい。第１電極８は、半導体積層体２の第１導電型半導体層上に、レジストを用いて第１電極８が設けられる領域に開口部を有するマスクを形成し、スパッタリング等で金属材料を積層する。その後、マスクを除去することによって形成することができる。第１電極８は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ等の金属材料及びこれらの合金あるいはこれらの金属材料を積層した多層膜を用いることができる。
その後、第１導電型半導体層の下面に第１電極８を形成することが好ましい。第１電極８は、半導体積層体２の第１導電型半導体層上に、レジストを用いて第１電極８が設けられる領域に開口部を有するマスクを形成し、スパッタリング等で金属材料を積層する。その後、マスクを除去することによって形成することができる。第１電極８は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ等の金属材料及びこれらの合金あるいはこれらの金属材料を積層した多層膜を用いることができる。
（第１保護膜形成工程）
半導体積層体２の下面側に第１保護膜９を形成することが好ましい。第１保護膜９は、スパッタリング等によって絶縁性材料を積層することによって形成することができる。第１保護膜９は、上述した第２保護膜４と同様の材料を用いることが好ましい。第１保護膜４は、第１電極８上に、第１電極８の上面が第１保護膜９から露出する開口部が形成されていることが好ましく、この開口部から露出した第１電極８が、外部と導電性部材により接続される外部接続用領域となる。
半導体積層体２の下面側に第１保護膜９を形成することが好ましい。第１保護膜９は、スパッタリング等によって絶縁性材料を積層することによって形成することができる。第１保護膜９は、上述した第２保護膜４と同様の材料を用いることが好ましい。第１保護膜４は、第１電極８上に、第１電極８の上面が第１保護膜９から露出する開口部が形成されていることが好ましく、この開口部から露出した第１電極８が、外部と導電性部材により接続される外部接続用領域となる。
実施例
まず、図３Ａに示すように、サファイアからなる基板１の上面に、窒化物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を、ＭＯＣＶＤ法によって順次形成して、半導体積層体２を形成した。以下、基板１上に半導体積層体２を有するものをウェハと記載することがある。
ｐ型半導体層の上面の一部に第２電極３（以下「ｐ電極３」ともいう。）を形成し、絶縁性の保護膜４をｐ型半導体層の上面のうちｐ電極３が形成されていない領域に形成した。
その後、ｐ電極３が形成された半導体積層体２の上面側に、接合層５を形成した。接合層５は、例えば、半導体積層体２の上面側から、Ｔｉ／ＮｉＳｎの順に積層した多層膜である。
まず、図３Ａに示すように、サファイアからなる基板１の上面に、窒化物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を、ＭＯＣＶＤ法によって順次形成して、半導体積層体２を形成した。以下、基板１上に半導体積層体２を有するものをウェハと記載することがある。
ｐ型半導体層の上面の一部に第２電極３（以下「ｐ電極３」ともいう。）を形成し、絶縁性の保護膜４をｐ型半導体層の上面のうちｐ電極３が形成されていない領域に形成した。
その後、ｐ電極３が形成された半導体積層体２の上面側に、接合層５を形成した。接合層５は、例えば、半導体積層体２の上面側から、Ｔｉ／ＮｉＳｎの順に積層した多層膜である。
別途、図３Ａに示すように、接合層６が上面に形成されたＳｉからなる支持基板７を準備した。接合層６は、半導体積層体２の上面側に形成したものと同様に、支持基板７の上面側から、Ｔｉ／ＮｉＳｎの順に積層した多層膜である。
支持基板７上の接合層６と、上述した半導体積層体２上の接合層５とを接触させ、加熱することにより、互いに接合した。
支持基板７上の接合層６と、上述した半導体積層体２上の接合層５とを接触させ、加熱することにより、互いに接合した。
次に、図３Ｂに示すように、基板１側から、基板１と半導体積層体２との界面にレーザ光Ｘの集光位置を設定して、基板１を透過するレーザ光Ｘを照射した。ここでの集光位置は、基板１の中心付近における基板１と半導体積層体２との界面に設定した。レーザ光には、ＮｄドープのＹＡＧレーザを使用し、出力を１．２Ｗとした。また、レーザ光を走査する間隔は１５μｍとした。
まず、図１に示すように、レーザ光Ｘ１を、ウェハの周縁に沿って、ウェハの中心から渦巻状に走査することにより照射した。続いて、図２に示すように、レーザ光Ｘ２を、ウェハの周縁と複数の箇所、例えば、１２００〜１５００箇所で交差するように走査した。さらに、その複数の交差箇所を含む領域が、ウェハの周縁の１／６程度であり、オリエンテーションフラットに対して平行に往復することを繰り返す走査により照射した。これにより、基板１と半導体積層体２との界面において、ＧａＮの半導体層の一部を、ＧａとＮ2とに分解した。
その後、ウェハを温水に浸すことにより、図３Ｃに示すように、基板１と半導体積層体２との界面における剥離を促進させて半導体積層体２から基板１を剥離させた。
その後、基板１が除去された側の半導体積層体２の一面を、ＣＭＰにより研磨した。
さらに、図３Ｄに示すように、半導体積層体２の基板１が除去された側の面に露出したｎ型半導体層上に第１伝教８（以下「ｎ電極８」ともいう）を形成した。次に、半導体積層体２とｎ電極８とを被覆し、ｎ電極８上の一部に開口部を有する絶縁性の保護膜９を形成した。
このような方法によって、基板１を半導体積層体２から、簡便、短時間でかつ高精度に除去することができた。実施例に係る製造方法では、レーザ光を照射するのに１０分程度、ウェハを温水に浸して基板１を半導体積層体２から剥離するのに４０分程度かかった。つまり、レーザ光を照射する時間と温水に浸す時間は、合計で５０分程度かかった。
まず、図１に示すように、レーザ光Ｘ１を、ウェハの周縁に沿って、ウェハの中心から渦巻状に走査することにより照射した。続いて、図２に示すように、レーザ光Ｘ２を、ウェハの周縁と複数の箇所、例えば、１２００〜１５００箇所で交差するように走査した。さらに、その複数の交差箇所を含む領域が、ウェハの周縁の１／６程度であり、オリエンテーションフラットに対して平行に往復することを繰り返す走査により照射した。これにより、基板１と半導体積層体２との界面において、ＧａＮの半導体層の一部を、ＧａとＮ2とに分解した。
その後、ウェハを温水に浸すことにより、図３Ｃに示すように、基板１と半導体積層体２との界面における剥離を促進させて半導体積層体２から基板１を剥離させた。
その後、基板１が除去された側の半導体積層体２の一面を、ＣＭＰにより研磨した。
さらに、図３Ｄに示すように、半導体積層体２の基板１が除去された側の面に露出したｎ型半導体層上に第１伝教８（以下「ｎ電極８」ともいう）を形成した。次に、半導体積層体２とｎ電極８とを被覆し、ｎ電極８上の一部に開口部を有する絶縁性の保護膜９を形成した。
このような方法によって、基板１を半導体積層体２から、簡便、短時間でかつ高精度に除去することができた。実施例に係る製造方法では、レーザ光を照射するのに１０分程度、ウェハを温水に浸して基板１を半導体積層体２から剥離するのに４０分程度かかった。つまり、レーザ光を照射する時間と温水に浸す時間は、合計で５０分程度かかった。
比較例１
実施例と同様にウェハと支持基板７とが接合された接合体を形成した。比較例１に係る製造方法は、実施例に比較して、レーザ光の走査条件が異なること以外は構成が同じであるため詳細は省略する。なお、レーザ光の種類、出力及び走査間隔は実施例と同じである。
比較例１における製造方法では、走査Ａとして、レーザ光を、ウェハの周縁に沿うように、ウェハの中心から外側に向かって渦巻状に走査することにより照射した。レーザ光を照射するのに５分程度かかった。その後、実施形態１と同様にウェハを温水に浸した。比較例１では、走査Ｂとして、レーザ光を、ウェハの周縁と複数の箇所で交差するように走査することによる走査を行っていない。比較例１に係る製造方法では、レーザ光を照射した後、ウェハを温水に浸しても基板１を半導体積層体２から剥離することができなかった。なお、目視では、ウェハの内側では剥離が確認できたにもかかわらず、ウェハを温水に浸しても基板と半導体積層体は剥離しなかった。これはウェハの周縁部において温水が侵入する部分がなかったからであると考えられる。
実施例と同様にウェハと支持基板７とが接合された接合体を形成した。比較例１に係る製造方法は、実施例に比較して、レーザ光の走査条件が異なること以外は構成が同じであるため詳細は省略する。なお、レーザ光の種類、出力及び走査間隔は実施例と同じである。
比較例１における製造方法では、走査Ａとして、レーザ光を、ウェハの周縁に沿うように、ウェハの中心から外側に向かって渦巻状に走査することにより照射した。レーザ光を照射するのに５分程度かかった。その後、実施形態１と同様にウェハを温水に浸した。比較例１では、走査Ｂとして、レーザ光を、ウェハの周縁と複数の箇所で交差するように走査することによる走査を行っていない。比較例１に係る製造方法では、レーザ光を照射した後、ウェハを温水に浸しても基板１を半導体積層体２から剥離することができなかった。なお、目視では、ウェハの内側では剥離が確認できたにもかかわらず、ウェハを温水に浸しても基板と半導体積層体は剥離しなかった。これはウェハの周縁部において温水が侵入する部分がなかったからであると考えられる。
比較例２
実施例と同様にウェハと支持基板７とが接合された接合体を形成した。比較例２に係る製造方法は、実施例に比較して、レーザ光の走査条件が異なること以外は構成が同じであるため詳細は省略する。なお、レーザ光の種類、出力及び走査間隔は実施例と同じである。
比較例２に係る製造方法では、走査Ｂとして、図４に示すように、レーザ光Ｘ３をウェハの周縁と複数の箇所で交差するように走査することにより照射した。比較例２では、走査Ａを行っていない。比較例２では、レーザ光を照射するのに１０分程度かかった。その後、ウェハを温水に浸し、実施例と同様に基板１を半導体積層体２から剥離した。比較例２に係る製造方法では、ウェハを温水に浸して基板１を半導体積層体２から剥離するのに４５分程度かかった。つまり、レーザ光を照射する時間と温水に浸す時間は、合計で５５分程度かかった。
実施例と同様にウェハと支持基板７とが接合された接合体を形成した。比較例２に係る製造方法は、実施例に比較して、レーザ光の走査条件が異なること以外は構成が同じであるため詳細は省略する。なお、レーザ光の種類、出力及び走査間隔は実施例と同じである。
比較例２に係る製造方法では、走査Ｂとして、図４に示すように、レーザ光Ｘ３をウェハの周縁と複数の箇所で交差するように走査することにより照射した。比較例２では、走査Ａを行っていない。比較例２では、レーザ光を照射するのに１０分程度かかった。その後、ウェハを温水に浸し、実施例と同様に基板１を半導体積層体２から剥離した。比較例２に係る製造方法では、ウェハを温水に浸して基板１を半導体積層体２から剥離するのに４５分程度かかった。つまり、レーザ光を照射する時間と温水に浸す時間は、合計で５５分程度かかった。
上述のとおり、比較例１、２に比較して、実施例の方が基板１を半導体積層体２から短時間で剥離することができた。このことから、実施例に係る製造法方法は、比較例１、２に係る製造方法よりも量産性に優れていることが確認できた。
本発明は、種々の発光素子の製造に利用可能である。
１ ：基板
２ ：半導体積層体
３ ：第２電極
４、９ ：保護膜
５、６ ：接合層
７ ：支持基板
８ ：第１電極
Ｘ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３ ：レーザ光
２ ：半導体積層体
３ ：第２電極
４、９ ：保護膜
５、６ ：接合層
７ ：支持基板
８ ：第１電極
Ｘ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３ ：レーザ光
Claims (7)
- 基板及び前記基板の上面に形成された半導体積層体を有するウェハを準備する工程と、
前記ウェハにレーザ光を照射する工程と、
前記基板を前記半導体積層体から剥離する工程とを含む発光素子の製造方法であって、
前記レーザ光を照射する工程は、
前記ウェハの内側から外側に向かって又は前記ウェハの外側から内側に向かって、前記レーザ光が照射された領域が拡張するように、渦巻状に又はウェハの中心に対する同心円状に、前記レーザ光を走査する工程と、
前記ウェハの周縁に対して１／３以下の領域で複数の箇所と交差し、かつ前記ウェハの中心を含む領域を除いて照射するように、走査する工程とをこの順に行うことを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。 - さらに、前記ウェハにレーザ光を照射する工程の前に、前記ウェハの上面と支持基板とを接合する工程を含む請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記ウェハの内側から外側に向かって又は前記ウェハの外側から内側に向かって、前記レーザ光が照射された領域が拡張するように、前記レーザ光を走査する際及び前記レーザ光を前記ウェハの周縁と複数の箇所で交差するように走査する際、前記レーザ光の照射を、前記基板と前記半導体積層体との界面にレーザ光の集光位置を設定して行う請求項１又は２に記載の発光素子の製造方法。
- 前記レーザ光を前記ウェハに照射した後、
前記ウェハを水又は温水に浸漬する請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法。 - 前記レーザ光を前記ウェハに照射した後、
前記ウェハ周縁の交差照射部分の端面に液体又は気体を噴射する請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法。 - 前記レーザ光を前記ウェハに照射した後、
前記ウェハを加熱する請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法。 - 前記レーザ光を前記ウェハに照射した後、
前記基板と前記半導体積層体との剥離を促進するために超音波を用いる請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法。
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