JP7165858B2 - 発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子の製造方法に関する。
発光素子を構成する半導体層は、例えばサファイア基板上にエピタキシャル成長によって形成される。特許文献１には、半導体層から基板を除去し、さらに基板から露出された半導体層の一部を除去することが開示されている。
半導体層の厚さを所望の厚さまで薄くする場合、歩留まりを向上させるためには、半導体層を高精度に所望の厚さまで薄くすることが求められる。
本発明の一実施形態は、歩留まりを向上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。
本発明の一実施形態は、歩留まりを向上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。
本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法は、ガリウム及び窒素を含む第１層と、ガリウム、アルミニウム及び窒素を含み、前記第１層上に形成された第１導電型の第２層と、前記第２層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型の第３層と、を有する半導体構造体を準備する工程と、前記第１層側から化学的機械的研磨を施すことにより、前記第１層を薄くする工程と、前記第１層側からドライエッチングを施すことにより、前記第１層を除去するとともに、前記第２層を薄くする工程と、を備える。前記化学的機械的研磨を施す工程の前において、前記第１層の膜厚は前記第２層の膜厚より厚い。前記ドライエッチングを施す工程における前記第１層のエッチングレートに対する前記第２層のエッチングレートの比の値は、前記化学的機械的研磨を施す工程における前記第１層の研磨レートに対する前記化学的機械的研磨によって前記第２層を研磨した場合の研磨レートの比の値よりも小さい。
本発明の一実施形態によれば、歩留まりを向上できる発光素子の製造方法を提供できる。
＜実施形態＞
以下、実施形態に係る発光素子の製造方法について説明する。
図１は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図２は、図１における一つの発光素子が形成される予定の領域を示す拡大断面図である。
図３は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図４は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図５は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図６は、本実施形態における発光素子を示す断面図である。
以下、実施形態に係る発光素子の製造方法について説明する。
図１は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図２は、図１における一つの発光素子が形成される予定の領域を示す拡大断面図である。
図３は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図４は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図５は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図６は、本実施形態における発光素子を示す断面図である。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。特に、図１、図３～図５は、半導体構造体１の直径方向の長さを相対的に縮小し、厚み方向の長さを相対的に拡大した模式的な図面である。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。さらに、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（半導体構造体１を準備する工程）
先ず、半導体構造体１を準備する。
図１に示すように、半導体構造体１は、第１層２０と、第１層２０上に形成された第２層３０と、第２層３０上に形成された活性層４０と、活性層４０上に形成された第３層５０と、を有する。図１に示すように、基板１０から第１層２０に向かう矢印Ｄの向きを、半導体構造体１を準備する工程において「上」という。
先ず、半導体構造体１を準備する。
図１に示すように、半導体構造体１は、第１層２０と、第１層２０上に形成された第２層３０と、第２層３０上に形成された活性層４０と、活性層４０上に形成された第３層５０と、を有する。図１に示すように、基板１０から第１層２０に向かう矢印Ｄの向きを、半導体構造体１を準備する工程において「上」という。
半導体構造体１は作製することによって準備してもよく、他者から購入することによって準備してもよい。本実施形態では、半導体構造体１を作製することによって準備する例を説明する。
半導体構造体１を準備する工程は、基板１０上に第１層２０、第２層３０、活性層４０、及び第３層５０を成長させる工程と、基板１０を第１層２０から除去する工程とを有する。
半導体構造体１を準備する工程は、基板１０上に第１層２０、第２層３０、活性層４０、及び第３層５０を成長させる工程と、基板１０を第１層２０から除去する工程とを有する。
［基板１０上に第１層２０、第２層３０、活性層４０、及び第３層５０を成長させる工程］
先ず、基板１０を準備し、基板１０上に第１層２０、第２層３０、活性層４０、及び、第３層５０を成長させる。
以下、この工程について詳細に説明する。
基板１０は、例えば単結晶サファイアからなるウエハである。基板１０の直径は、例えば約１００ｍｍである。なお、基板１０は、シリコンからなる基板でもよい。
先ず、基板１０を準備し、基板１０上に第１層２０、第２層３０、活性層４０、及び、第３層５０を成長させる。
以下、この工程について詳細に説明する。
基板１０は、例えば単結晶サファイアからなるウエハである。基板１０の直径は、例えば約１００ｍｍである。なお、基板１０は、シリコンからなる基板でもよい。
次に、基板１０上に、第１層２０を例えばエピタキシャル成長させる。
第１層２０は、ガリウム（Ｇａ）及び窒素（Ｎ）を含む。第１層２０は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む。また、第１層２０は、ガリウム及び窒素の他にアルミニウム（Ａｌ）を含んでいてもよい。第１層２０の膜厚ｔａ１は、例えば５μｍ以上１５μｍ以下とすることができる。第１層２０の膜厚ｔａ１は、例えば６．５μｍである。
第１層２０は、ガリウム（Ｇａ）及び窒素（Ｎ）を含む。第１層２０は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む。また、第１層２０は、ガリウム及び窒素の他にアルミニウム（Ａｌ）を含んでいてもよい。第１層２０の膜厚ｔａ１は、例えば５μｍ以上１５μｍ以下とすることができる。第１層２０の膜厚ｔａ１は、例えば６．５μｍである。
次に、第１層２０上に、第２層３０を例えばエピタキシャル成長させる。
第２層３０は、ガリウム、アルミニウム及び窒素を含む第１導電型の半導体材料からなる。例えば、第２層３０は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含むｎ型の半導体材料からなる。第２層３０の一般式は、例えば、ＡｌＸＧａ１－ＸＮ（０＜Ｘ＜１）である。第２層３０のアルミニウムの混晶比Ｘは、例えば、０．０２以上０．１以下である。また、第２層３０は、ガリウム、アルミニウム及び窒素の他にインジウム（Ｉｎ）を含んでいてもよい。
第２層３０は、ガリウム、アルミニウム及び窒素を含む第１導電型の半導体材料からなる。例えば、第２層３０は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含むｎ型の半導体材料からなる。第２層３０の一般式は、例えば、ＡｌＸＧａ１－ＸＮ（０＜Ｘ＜１）である。第２層３０のアルミニウムの混晶比Ｘは、例えば、０．０２以上０．１以下である。また、第２層３０は、ガリウム、アルミニウム及び窒素の他にインジウム（Ｉｎ）を含んでいてもよい。
第２層３０の膜厚ｔｂ１は、第１層２０の膜厚ｔａ１よりも小さい。第２層３０の膜厚ｔｂ１は、例えば１μｍ以上３μｍ以下とすることができる。第２層３０の膜厚ｔｂ１は、例えば２．０μｍである。
なお、第１層２０と第２層３０の間に、他の層が形成されてもよい。他の層は、例えば窒化アルミニウムを含む層などである。
なお、第１層２０と第２層３０の間に、他の層が形成されてもよい。他の層は、例えば窒化アルミニウムを含む層などである。
次に、第２層３０上に活性層４０を成長させ、活性層４０上に第３層５０を成長させる。第３層５０は、第２導電型の半導体材料からなり、例えばｐ型の半導体材料からなる。
次に、半導体構造体１上に配線積層体７０を形成する。
図２に示すように、配線積層体７０は、第２層３０に接続される第２コンタクト７３ａ及び第２配線層７３と、第３層５０に接続される第３電極７５ａ及び第３配線層７５と、これらの間を絶縁する第１絶縁膜７１及び第２絶縁膜７２とを含む。
図２に示すように、配線積層体７０は、第２層３０に接続される第２コンタクト７３ａ及び第２配線層７３と、第３層５０に接続される第３電極７５ａ及び第３配線層７５と、これらの間を絶縁する第１絶縁膜７１及び第２絶縁膜７２とを含む。
次に、支持基板９１を準備し、支持基板９１に接合層９２を形成する。支持基板９１は、例えばシリコンからなる基板である。接合層９２を配線積層体７０上に接合する。これにより、図１、図２に示すように、基板１０、半導体構造体１、配線積層体７０、接合層９２、及び、支持基板９１が積層される。
［基板１０を第１層２０から除去する工程］
次に、基板１０を第１層２０から除去する。
基板１０の除去は、例えば基板１０を、例えばレーザーリフトオフ（Leaser Lift Off：ＬＬＯ）によって第１層２０から剥離することにより行う。基板１０の除去によって、支持基板９１に、第３層５０、活性層４０、第２層３０、及び、第１層２０が支持基板９１側から順に積層された半導体構造体１が形成される。
次に、基板１０を第１層２０から除去する。
基板１０の除去は、例えば基板１０を、例えばレーザーリフトオフ（Leaser Lift Off：ＬＬＯ）によって第１層２０から剥離することにより行う。基板１０の除去によって、支持基板９１に、第３層５０、活性層４０、第２層３０、及び、第１層２０が支持基板９１側から順に積層された半導体構造体１が形成される。
図３に示すように、基板１０を除去した後の第１層２０の下面には、剥離面２１が基板１０から露出する。剥離面２１は、例えば、レーザーリフトオフに起因する熱によって半導体構造体１の一部が融解されて荒くなり、凹凸が形成される場合がある。図３に示すように、第１層２０は、例えば、端縁領域ＥＳ及び中央領域ＩＳの膜厚が、中間領域ＭＳの膜厚よりも薄い。端縁領域ＥＳは、半導体構造体１のうち、半導体構造体１の端縁付近に位置する領域である。中央領域ＩＳは、半導体構造体１のうち、半導体構造体１の中央部に位置する領域である。中間領域ＭＳは、半導体構造体１のうち、端縁領域ＥＳと中央領域ＩＳとの間に位置する領域である。このように、基板１０を除去した後における第１層２０の膜厚にはばらつきが生じる。基板１０の除去後における第１層２０の膜厚ｔａ２の平均値は、例えば５μｍ以上１５μｍ以下である。基板１０の除去後における第１層２０の膜厚ｔａ２の面内における平均値は、例えば６．５μｍである。基板１０の除去後における第２層３０の膜厚ｔｂ２は、基板１０の除去前における膜厚ｔｂ１と変わらず例えば２．０μｍである。
（化学的機械的研磨を施す工程）
次に、第１層２０側から化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）を施すことにより、第１層２０を薄くする。
図３に示すように、ＣＭＰを施す工程の前において、第１層２０の膜厚ｔａ２は、第２層３０の膜厚ｔｂ２より厚い。ＣＭＰは、第１層２０の剥離面２１側から行う。
次に、第１層２０側から化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）を施すことにより、第１層２０を薄くする。
図３に示すように、ＣＭＰを施す工程の前において、第１層２０の膜厚ｔａ２は、第２層３０の膜厚ｔｂ２より厚い。ＣＭＰは、第１層２０の剥離面２１側から行う。
化学的機械的研磨においては、例えば、回転するキャリアの一端に半導体構造体１を固定する。そして、第１層２０の剥離面２１を回転する研磨パッドに押し当て、化学研磨剤を滴下しながら化学的作用と機械的研磨の複合作用によって剥離面２１を研磨する。第１層２０の剥離面２１にＣＭＰを施すことで第１層２０に研磨面２２を形成する。例えば、中間領域ＭＳに対する押付力を端縁領域ＥＳ及び中央領域ＩＳよりも強くして研磨することが好ましい。このような研磨により、膜厚が端縁領域ＥＳ及び中央領域ＩＳよりも厚い中間領域ＭＳの研磨を選択的に促進させ、図４に示すように、研磨面２２を平坦な面に近付けることができる。このように、第１層２０の剥離面２１に対してＣＭＰを施すことにより、研磨面２２を平坦化し、第１層２０の膜厚をより均一とすることができる。
一方で、同じ条件で化学的機械的研磨を行う場合、研磨される物質によって研磨レートが異なる。研磨レートとは、研磨によって単位時間あたりに除去される半導体層の厚みである。化学的機械的研磨による第１層２０の研磨レートは、例えばＰ１である。これに対して、仮に、第１層２０に対する化学的機械的研磨と同じ条件で第２層３０を研磨する場合、第２層３０に対する化学的機械的研磨による研磨レートＰ２は、研磨レートＰ１より大きい。すなわち、Ｐ２＞Ｐ１である。例えば、研磨レートＰ２は研磨レートＰ１の１．５倍以上３倍以下である。
図４に示すように、本実施形態における化学的機械的研磨を施す工程は、第１層２０について一定の膜厚を残して終了し、第２層３０は研磨しない。これにより、化学的機械的研磨によって形成された研磨面２２には、第１層２０のみが露出し、第２層３０は露出しない。また、研磨面２２が形成された第１層２０の膜厚のばらつきは、剥離面２１が形成された第１層２０の膜厚のばらつきよりも小さい。
化学的機械的研磨後の第１層２０の膜厚ｔａ３は、例えば０．３μｍ以上１μｍ以下である。第１層２０の膜厚ｔａ３は、例えば０．８μｍである。第１層２０の膜厚ｔａ３とは、化学的機械的研磨後の第１層２０の面内における平均の膜厚である。化学的機械的研磨後の第２層３０の膜厚ｔｂ３は、化学的機械的研磨前と変わらず例えば２．０μｍである。よって、化学的機械的研磨後において、第１層２０の膜厚ｔａ３は、第２層３０の膜厚ｔｂ３よりも薄くなる。なお、本実施形態において、第１層２０の膜厚ｔａ３は、例えば以下のように求めることができる。例えば第１層２０の直径が約１００ｍｍの場合、平面視で、第１層２０の中心と、第１層２０の中心から上下方向および左右方向に、８ｍｍ、１６ｍｍ、２４ｍｍ、３２ｍｍ、３８ｍｍ、４４ｍｍ離れた点と、をそれぞれ測定する。そして、測定した合計２５点における膜厚の平均値を第１層２０の膜厚ｔａ３の平均の膜厚とする。
また、第１層２０を薄くする工程の後の第１層２０の膜厚ｔａ３は、第１層２０を薄くする工程の前の第１層２０の膜厚ｔａ２の例えば２０％以下にすることが好ましく、１５％以下にすることがより好ましい。
また、第１層２０を薄くする工程の後の第１層２０の膜厚ｔａ３は、第１層２０を薄くする工程の前の第１層２０の膜厚ｔａ２の例えば２０％以下にすることが好ましく、１５％以下にすることがより好ましい。
（ドライエッチングを施す工程）
次に、図５に示すように、第１層２０側からドライエッチングを施す。これにより、第１層２０を除去するとともに、第２層３０を薄くする。
ドライエッチングは、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）である。ドライエッチングは、塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを用いて行い、例えば、四塩化ケイ素ガスと塩素ガスの混合ガス（ＳｉＣｌ４＋Ｃｌ２）を含んだエッチングガスを用いる。
次に、図５に示すように、第１層２０側からドライエッチングを施す。これにより、第１層２０を除去するとともに、第２層３０を薄くする。
ドライエッチングは、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）である。ドライエッチングは、塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを用いて行い、例えば、四塩化ケイ素ガスと塩素ガスの混合ガス（ＳｉＣｌ４＋Ｃｌ２）を含んだエッチングガスを用いる。
図４、図５に示すように、ドライエッチングは、第１層２０の研磨面２２側から行う。研磨面２２側から第１層２０と第２層３０の一部をドライエッチングで除去して、第１層２０から第２層３０を露出させる。換言すると、ドライエッチングを、第１層２０と第２層３０との界面Ｆを越えて行い、第２層３０を露出させる。ドライエッチングにより、第２層３０にエッチング面３１が形成される。エッチング面３１は、研磨面２２の表面状態と同様になる傾向があり、例えば研磨面２２が平坦であれば、エッチング面３１も平坦になる。研磨面２２が形成された第１層２０の膜厚のばらつきを小さくすることで、ドライエッチング後における第２層３０の膜厚をより均一に近付けることできる。ドライエッチング後における第２層３０の膜厚ｔｂ４は、例えば１μｍ以上２．５μｍ以下である。ドライエッチング後における第２層３０の膜厚ｔｂ４は、例えば１．５μｍである。なお、第１層２０は除去されるため、膜厚はゼロである。第２層３０の膜厚ｔｂ４とは、ドライエッチング後の第２層３０の面内における平均の膜厚である。なお、本実施形態において、第２層３０の膜厚ｔｂ４は、例えば以下のように求めることができる。例えば第２層３０の直径が約１００ｍｍの場合、平面視で、第２層３０の中心と、第２層３０の中心から上下方向および左右方向に、８ｍｍ、１６ｍｍ、２４ｍｍ、３２ｍｍ、３８ｍｍ、４４ｍｍ離れた点と、をそれぞれ測定する。そして、測定した合計２５点における膜厚の平均値を第２層３０の膜厚ｔｂ４の平均の膜厚とする。
ドライエッチングを施す工程における第１層２０のエッチングレートを、Ｅ１とし、ドライエッチングを施す工程における第２層３０のエッチングレートを、Ｅ２とする。エッチングレートとは、単位時間あたりのエッチングによって除去される厚みである。例えば、第１層２０のエッチングレートＥ１は第２層３０のエッチングレートＥ２と略等しい。ここで、第１層２０のエッチングレートＥ１は第２層３０のエッチングレートＥ２と略等しいとは、第１層２０のエッチングレートＥ１と第２層３０のエッチングレートＥ２との差が３％以下であることを意味する。
本実施形態において、第１層２０と第２層３０に対する研磨レートとエッチングレートは、以下の関係を満たすように設定する。ドライエッチングを施す工程における第１層２０のエッチングレートＥ１に対する第２層３０のエッチングレートＥ２の比の値（Ｅ２／Ｅ１）は、化学的機械的研磨を施す工程における第１層２０の研磨レートＰ１に対する化学的機械的研磨によって第２層３０を研磨した場合の研磨レートＰ２の比の値（Ｐ２／Ｐ１）よりも小さくする。すなわち、各レートについて下記数式（１）を満たすように設定する。
（Ｅ２／Ｅ１）＜（Ｐ２／Ｐ１）・・・（１）
（Ｅ２／Ｅ１）＜（Ｐ２／Ｐ１）・・・（１）
例えば、エッチングレートＥ１に対するエッチングレートＥ２の比の値（Ｅ２／Ｅ１）は１であり、研磨レートＰ１に対する研磨レートＰ２の比の値（Ｐ２／Ｐ１）は２である。
次に、図６に示すように、エッチング面３１側からエッチングを施すことにより、第２層３０、活性層４０、及び第３層５０を選択的に除去する。第２層３０が残留した領域が半導体部Ｌとなる。半導体部Ｌは、第２層３０と活性層４０と第３層５０が積層し、第２層３０と第３層５０から放出された電子と正孔が活性層４０において結合することにより発光する領域である。また、半導体部Ｌにおける第２層３０のエッチング面３１を粗面化して、凹凸面３１Ｒを形成する。
次に、半導体部Ｌ以外の領域に、第１パッド７６、第２パッド７７、及び、保護膜８０などを形成する。図６に示すように、第１パッド７６と第２パッド７７は、半導体部Ｌと同様に外部に露出して設けられ、半導体部Ｌを挟んで離隔している。第１パッド７６は、第３配線層７５に接続され、第３配線層７５を介して第３層５０に電気的に接続されている。第２パッド７７は、第２配線層７３に接続され、第２配線層７３を介して第２層３０に電気的に接続されている。第１パッド７６と第２パッド７７は、外部から電圧が供給される。保護膜８０は、凹凸面３１Ｒとその周囲に形成され、発光素子１００の表面を保護する。
その後、半導体部Ｌを含む領域ごとに個片化して複数の発光素子１００を形成する。
その後、半導体部Ｌを含む領域ごとに個片化して複数の発光素子１００を形成する。
（発光素子）
以下に、本実施形態に係る製造方法によって製造された発光素子について説明する。
図６に示すように、発光素子１００は、半導体部Ｌに形成された活性層４０において発光する発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）である。発光素子１００は、例えばｎ型の半導体からなる第２層３０と、例えばｐ型の半導体からなる第３層５０に、第２コンタクト７３ａと第３電極７５ａを介して順方向の電圧を印加することで、活性層４０が発光する。活性層４０からの光は、主に凹凸面３１Ｒを介して取り出される。活性層４０からの光は、例えば紫外光である。活性層４０からの光の発光ピーク波長は、例えば、４１０ｎｍ以下である。活性層４０からの光の発光ピーク波長は、例えば約３２０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下である。活性層４０において発光した光の一部は、薄化された第２層３０を通過するときに第２層３０によって吸収される。
以下に、本実施形態に係る製造方法によって製造された発光素子について説明する。
図６に示すように、発光素子１００は、半導体部Ｌに形成された活性層４０において発光する発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）である。発光素子１００は、例えばｎ型の半導体からなる第２層３０と、例えばｐ型の半導体からなる第３層５０に、第２コンタクト７３ａと第３電極７５ａを介して順方向の電圧を印加することで、活性層４０が発光する。活性層４０からの光は、主に凹凸面３１Ｒを介して取り出される。活性層４０からの光は、例えば紫外光である。活性層４０からの光の発光ピーク波長は、例えば、４１０ｎｍ以下である。活性層４０からの光の発光ピーク波長は、例えば約３２０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下である。活性層４０において発光した光の一部は、薄化された第２層３０を通過するときに第２層３０によって吸収される。
以下に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態に係る発光素子１００の製造方法によれば、先ず、例えばサファイアからなる基板１０上に、例えばＧａＮからなる第１層２０を成長させ、その後、第１層２０上に例えばＡｌＧａＮからなる第２層３０を成長させている。これにより、例えば第１層２０及び第２層３０をＡｌＧａＮで成長させる場合に比べて、第２層３０を良好な結晶性で成長させることができる。また、ＧａＮからなる第１層２０は、例えば波長が約３６５ｎｍの紫外光を吸収しやすい。そのため、第２層３０の形成後に第１層２０を除去することにより、紫外光を発する発光素子１００における光の取り出し効率を向上できる。
本実施形態に係る発光素子１００の製造方法によれば、先ず、例えばサファイアからなる基板１０上に、例えばＧａＮからなる第１層２０を成長させ、その後、第１層２０上に例えばＡｌＧａＮからなる第２層３０を成長させている。これにより、例えば第１層２０及び第２層３０をＡｌＧａＮで成長させる場合に比べて、第２層３０を良好な結晶性で成長させることができる。また、ＧａＮからなる第１層２０は、例えば波長が約３６５ｎｍの紫外光を吸収しやすい。そのため、第２層３０の形成後に第１層２０を除去することにより、紫外光を発する発光素子１００における光の取り出し効率を向上できる。
また、本実施形態においては、図３、４に示す工程において、剥離面２１側から化学的機械的研磨を施すことにより、第１層２０を薄くしている。これにより、第１層２０を効率的に薄くしつつ、平坦な面に近い研磨面２２が形成された第１層２０を形成することができる。例えば、第１層２０を薄くする工程の後の第１層２０の膜厚ｔａ３を、第１層２０を薄くする工程の前の膜厚ｔａ２の１０％以下にすることで、化学的機械的研磨によって界面Ｆを超えずに第１層２０を更に効率良く薄くできる。
ＣＭＰを施す工程において、界面Ｆを超えないように行い、第２層３０上に第１層２０を残存させる。ＣＭＰを施す工程において、例えば、第２層３０を研磨した場合の研磨レートＰ２が第１層２０の研磨レートＰ１よりも大きい場合、ＣＭＰを界面Ｆを超えて行うと第２層３０が部分的に過剰に研磨されるおそれがある。ＣＭＰを施す工程において、第２層３０には到達させず、第１層２０を残存させることで、第２層３０が部分的に過剰に研磨されることを回避できる。
図５に示すように、ＣＭＰの後に、ＲＩＥ等のドライエッチングを施すことにより、研磨面２２側から第１層２０を除去するとともに第２層３０を薄くしている。そして、ドライエッチングにより、エッチング前の研磨面２２と略同様な表面状態であるエッチング面３１を形成する。ＣＭＰを施すことにより剥離面２１を平坦に近い研磨面２２とし、その後、研磨面２２にドライエッチングを施すことで研磨面２２の表面状態に近いエッチング面３１を形成する。これにより、膜厚のばらつきが小さく、より平坦な第２層３０を精度よく形成することができる。また、第２層３０を薄くすることにより、活性層４０から出射する光が第２層３０により吸収されることを抑制することができる。
そして、第１層２０及び第２層３０に対する化学的機械的研磨及びドライエッチングにおいて、第１層２０のエッチングレートＥ１に対する第２層３０のエッチングレートＥ２の比の値（Ｅ２／Ｅ１）を、第１層２０の研磨レートＰ１に対する第２層３０を研磨した場合の研磨レートＰ２の比の値（Ｐ２／Ｐ１）よりも小さくする。これにより、ＣＭＰにおいては第１層２０を効率的に除去し、ドライエッチングにおいては第２層３０を精度よく加工することができる。
以上のことから、本実施形態によれば、第１層２０及び第２層３０を高精度に加工することができるため歩留まりを向上することができる。
＜試験例＞
以下に、本実施形態に係る発光素子の製造方法についての試験例を説明する。
先ず、実施形態において説明した方法により、基板１０上に半導体構造体１を成長させ、基板１０を除去した４つの試料を作製した。この試料においては、第１層２０の膜厚ｔａ２が６μｍ～７μｍ程度、第２層３０の膜厚ｔｂ２が１μｍ～２μｍ程度、活性層４０と第３層５０とを合わせた膜厚が０．３μｍ～０．５μｍ程度である。
以下に、本実施形態に係る発光素子の製造方法についての試験例を説明する。
先ず、実施形態において説明した方法により、基板１０上に半導体構造体１を成長させ、基板１０を除去した４つの試料を作製した。この試料においては、第１層２０の膜厚ｔａ２が６μｍ～７μｍ程度、第２層３０の膜厚ｔｂ２が１μｍ～２μｍ程度、活性層４０と第３層５０とを合わせた膜厚が０．３μｍ～０．５μｍ程度である。
図７Ａは、横軸に半導体構造体１の径方向の位置をとり、縦軸に最大膜厚を１００とした膜厚比をとって、ＣＭＰ前の半導体構造体１における膜厚分布を示すグラフである。
図７Ｂは、横軸に半導体構造体１の径方向の位置をとり、縦軸に膜厚比をとって、ＣＭＰ後の半導体構造体１における膜厚分布を示すグラフである。
図７Ｃは、横軸に半導体構造体１の径方向の位置をとり、縦軸に膜厚比をとって、ＲＩＥ後の半導体構造体１における膜厚分布を示すグラフである。
図７Ａ～７Ｃは、ＣＭＰ前の半導体構造体１の最大膜厚を１００として、測定した膜厚を百分率である膜厚比で表している。図７Ａ及び図７Ｂは、積層した第１層２０、第２層３０、活性層４０、及び、第３層５０を合わせた膜厚分布を表している。図７Ｃは、第２層３０、活性層４０、及び、第３層５０を合わせた膜厚分布を表している。
図７Ｂは、横軸に半導体構造体１の径方向の位置をとり、縦軸に膜厚比をとって、ＣＭＰ後の半導体構造体１における膜厚分布を示すグラフである。
図７Ｃは、横軸に半導体構造体１の径方向の位置をとり、縦軸に膜厚比をとって、ＲＩＥ後の半導体構造体１における膜厚分布を示すグラフである。
図７Ａ～７Ｃは、ＣＭＰ前の半導体構造体１の最大膜厚を１００として、測定した膜厚を百分率である膜厚比で表している。図７Ａ及び図７Ｂは、積層した第１層２０、第２層３０、活性層４０、及び、第３層５０を合わせた膜厚分布を表している。図７Ｃは、第２層３０、活性層４０、及び、第３層５０を合わせた膜厚分布を表している。
図７Ａに示すように、基板１０を除去した後の剥離面２１が形成された第１層２０は、膜厚にばらつきがあることがわかる。中間領域ＭＳにおいて、膜厚は最大値となり、端縁領域ＥＳの最端部において、膜厚が最小値となった。中間領域ＭＳにおける最大の膜厚を１００％としたとき、端縁領域ＥＳの最端部における膜厚は９０％程度であった。
次に、化学的機械的研磨によって、第１層２０の膜厚が加工前の第１層２０の膜厚に対して７％～８％程度となるように研磨した。このとき、第１層２０のうち膜厚が厚い部分は、研磨パッドを他の部分よりも強く押し付けた。これにより、図７Ｂに示すように、研磨面２２が形成された第１層２０は、化学的機械的研磨を施す前に比べて膜厚のばらつきが小さくなっていることがわかる。また、研磨面２２が形成された第１層２０の膜厚は、剥離面２１が形成された第１層２０の中間領域ＭＳにおける最大の膜厚を１００％としたとき、最大の膜厚が３９％程度であり、最小の膜厚が３２％程度であった。
次に、ドライエッチングによって、第１層２０を除去し、第２層３０の膜厚が加工前の第２層３０の膜厚に対して７５％程度となるようにエッチングした。ドライエッチングは、塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを用いて行った。図７Ｃに示すように、エッチング面３１が形成された第２層３０は、ドライエッチングを施す前と同様に、化学的機械的研磨を施す前に比べて膜厚のばらつきが小さくなっていることがわかる。また、エッチング面３１が形成された第２層３０の膜厚は、剥離面２１が形成された第１層２０の中間領域ＭＳにおける最大の膜厚を１００％としたとき、最大の膜厚が２６％程度であり、最小の膜厚が２１％程度であった。
以上説明した試験例では、４つの試料において、エッチング面３１が形成された第２層３０の膜厚のばらつきを小さくした状態で加工することができた。化学的機械的研磨によって第１層２０の膜厚のばらつきを小さくし、その後のドライエッチングによって第１層２０を除去しつつ第２層３０をエッチングすることで、第２層３０の膜厚のばらつきを小さくできた。
＜比較例＞
以下に、化学的機械的研磨のみによって第１層２０を除去して第２層３０を薄くした比較例１と、ドライエッチングのみによって第１層２０を除去して第２層３０を薄くした比較例２について説明する。
図８Ａは、比較例１における発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図８Ｂは、比較例２における発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
以下に、化学的機械的研磨のみによって第１層２０を除去して第２層３０を薄くした比較例１と、ドライエッチングのみによって第１層２０を除去して第２層３０を薄くした比較例２について説明する。
図８Ａは、比較例１における発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
図８Ｂは、比較例２における発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
比較例１においては、化学的機械的研磨のみによって第１層２０を除去して第２層３０を薄くする。この場合、化学的機械的研磨を第１層２０と第２層３０との界面Ｆを超えて行うことになる。化学的機械的研磨において、最初に第２層３０が露出された部分では、例えば第１層２０の研磨レートＰ１の２倍の研磨レートＰ２で第２層３０が除去されることになる。一方、化学的機械的研磨において、最後に第２層３０が露出された部分では、最初に露出された第２層３０よりも研磨される時間が短いため、第２層３０の除去量は少ない。そのため、化学的機械的研磨の工程において、部分的に第２層３０が過剰に除去されやすく、化学的機械的研磨後の第２層３０の膜厚にばらつきが生じやすい。
図３に示すように、第１層２０の膜厚のばらつきがある剥離面２１に対して、化学的機械的研磨を施す場合、図８Ａに示すように、例えば処理前に端縁領域ＥＳのうち最も膜厚が薄い最端部において、最初に第２層３０が露出し、第２層３０が過剰に除去される。そして、例えば処理前に中間領域ＭＳのうち最も膜厚が厚い部分において、第２層３０が最後に露出し、最初に露出された第２層３０よりも除去量が少なくなる。したがって、化学的機械的研磨後において、第２層３０の端縁領域ＥＳと中間領域ＭＳとで膜厚に差が生じる。したがって、比較例１においては、第２層３０の膜厚にばらつきが生じやすいため、歩留まりが低下する可能性がある。
また、化学的機械的研磨において中間領域ＭＳに対する押付力を強くして第１層２０の膜厚のばらつきを小さくする場合においても、第２層３０に対して同時に化学的機械的研磨を施すことは難しい。そのため、第２層３０の表面に対して化学的機械的研磨を施す時間にばらつきが生じ、第２層３０の膜厚にばらつきが生じる。
比較例２においては、ドライエッチングのみによって第１層２０から第２層３０までエッチングして、第２層３０を薄くする。ドライエッチングによる加工では、ドライエッチングされる前の第１層２０の膜厚分布を維持してエッチングされる傾向にある。そのため、図３に示すような加工前の第１層２０と同様な膜厚分布が、図８Ｂに示すように、加工後のエッチング面３９が形成された第２層３０の膜厚分布に現れる。したがって、比較例２においては、第２層３０を効率的に加工できず、第２層３０の膜厚のばらつきを抑制することが難しい。
これらの比較例１、２に対し、本実施形態に係る発光素子１００の製造方法によれば、第１層２０を効率的に除去できるとともに、第２層３０を薄くする工程において第２層３０の膜厚のばらつきを抑制することができる。このため、発光素子１００を歩留まり良く製造することができる。
１：半導体構造体
１０：基板
２０：第１層
２１：剥離面
２２：研磨面
３０：第２層
３１：エッチング面
３１Ｒ：凹凸面
３９：エッチング面
４０：活性層
５０：第３層
７０：配線積層体
７１：第１絶縁膜
７２：第２絶縁膜
７３：第２配線層
７３ａ：第２コンタクト
７５：第３配線層
７５ａ：第３電極
７６：第１パッド
７７：第２パッド
８０：保護膜
９１：支持基板
９２：接合層
１００：発光素子
Ｅ１：エッチングレート
Ｅ２：エッチングレート
ＥＳ：端縁領域
Ｆ：界面
ＩＳ：中央領域
Ｌ：半導体部
ＭＳ：中間領域
Ｐ１：研磨レート
Ｐ２：研磨レート
ｔａ１～ｔａ４、ｔｂ１～ｔｂ４：膜厚
１０：基板
２０：第１層
２１：剥離面
２２：研磨面
３０：第２層
３１：エッチング面
３１Ｒ：凹凸面
３９：エッチング面
４０：活性層
５０：第３層
７０：配線積層体
７１：第１絶縁膜
７２：第２絶縁膜
７３：第２配線層
７３ａ：第２コンタクト
７５：第３配線層
７５ａ：第３電極
７６：第１パッド
７７：第２パッド
８０：保護膜
９１：支持基板
９２：接合層
１００：発光素子
Ｅ１：エッチングレート
Ｅ２：エッチングレート
ＥＳ：端縁領域
Ｆ：界面
ＩＳ：中央領域
Ｌ：半導体部
ＭＳ：中間領域
Ｐ１：研磨レート
Ｐ２：研磨レート
ｔａ１～ｔａ４、ｔｂ１～ｔｂ４：膜厚
Claims (6)
- ガリウム及び窒素を含む第１層と、ガリウム、アルミニウム及び窒素を含み、前記第１層上に形成された第１導電型の第２層と、前記第２層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型の第３層と、を有する半導体構造体を準備する工程と、
前記第１層側から化学的機械的研磨を施すことにより、前記第１層を薄くする工程と、
前記第１層側からドライエッチングを施すことにより、前記第１層を除去するとともに、前記第２層を薄くする工程と、
を備え、
前記半導体構造体を準備する工程は、
基板上に前記第１層、前記第２層、前記活性層、及び前記第３層を成長させる工程と、
前記基板を前記第１層から除去する工程と、
を有し、
前記化学的機械的研磨を施す工程の前において、前記第１層の膜厚は前記第２層の膜厚より厚く、
前記ドライエッチングを施す工程における前記第１層のエッチングレートに対する前記第２層のエッチングレートの比の値は、前記化学的機械的研磨を施す工程における前記第１層の研磨レートに対する前記化学的機械的研磨によって前記第２層を研磨した場合の研磨レートの比の値よりも小さい発光素子の製造方法。 - 前記第１層を薄くする工程の後の前記第１層の膜厚は、前記第１層を薄くする工程の前の前記第１層の膜厚の２０％以下である請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記ドライエッチングは、塩素を含むエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより行う請求項１または２に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第１層は、ＧａＮからなる請求項１～３のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。
- 前記第２層は、ＡｌＧａＮからなる請求項１～４のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。
- 前記活性層からの光の発光ピーク波長は４１０ｎｍ以下である請求項１～５のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。
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