JP2006237339A

JP2006237339A - 窒化物系半導体素子の作製方法

Info

Publication number: JP2006237339A
Application number: JP2005050800A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Furusawa; 浩太郎古沢; Tatsuya Kunisato; 竜也國里; Yasumitsu Kuno; 康光久納
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP4817673B2

Abstract

【課題】プラズマや活性イオンなどの衝突による結晶へのダメージの導入がなく、且つ多くの時間を必要としない方法で、窒化物系半導体層に分離溝を形成することにより、素子分離を容易にする窒化物系半導体素子の作製方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る窒化物系半導体素子の作製方法は、主基板２０の主面に所定の処理を施す事により、前記主面に、第１の領域２０ａと、前記第１の領域２０ａよりも結晶成長が起こりにくい第２の領域２０ｂとを作製する領域作製工程と、前記主面に結晶成長により窒化物系半導体層１を形成する結晶成長工程と、前記第２の領域２０ｂで、前記主基板２０を前記主面に対して垂直方向に、前記第１の領域２０ａ毎に分離する分離工程とを含むことを特徴とする窒化物系半導体素子の作製方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物系半導体素子の作製方法に関する。

近年、半導体業界では、窒化物系半導体層を備えた窒化物系発光ダイオード素子などの窒化物系半導体素子の開発が盛んに行われている。窒化物系半導体素子は、将来の照明代替用途を目指した光出力の向上と大電流化の要望が強い。

一方、半導体業界では、エレクトロニクス機器の多機能化・高性能化・小型化と、コスト削減とに伴い１枚のウェハから製造される素子数である有効素子数の増加が常に望まれている。

有効素子数を増加させるためには、ウェハから素子に切り分ける分離溝を微細化する必要がある。そのため、分離溝を作製するための様々な素子化技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１には、成長基板（主基板）上に成長させた窒化物系半導体層に分離溝として主基板に達するような凹部を形成し、その後導電性基板を接着し、凹部において、素子分離を行う方法が示されている。この方法は、予め分離溝を作成してから導電性基板に貼り付けることにより、素子分離を容易にしている。
特開２００１−２４４５０３号公報（第４頁、第３図）

上述したように、窒化物系半導体層に分離溝として凹部を形成する方法は、素子分離を容易にしている。

しかしながら、上述した窒化物系半導体素子の作製方法では、結晶成長後にエッチング技術を用いて分離溝を形成する必要がある。

窒化物系半導体層のエッチング加工は、窒化物系半導体層の高い化学安定性と高硬度によりきわめて困難である。例えば、一般に使用されているプラズマエッチングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、窒化物系半導体層をエッチング加工する場合には、エッチング加工は、高硬度のため著しく遅い加工速度となり多くの時間を必要とする。更に、エッチング加工は、長時間のエッチング加工により、プラズマや活性イオンなどの衝突による結晶へのダメージの付与が問題となっていた。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、結晶へダメージを与えず、且つ多くの時間を必要としない方法で、窒化物系半導体層に分離溝を形成することにより、素子分離を容易にする窒化物系半導体素子の作製方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、主基板の主面に所定の処理を施すことにより、前記主面に、第１の領域と、前記第１の領域よりも結晶成長が起こりにくい第２の領域とを作製する領域作製工程と、
前記主面に結晶成長により窒化物系半導体層を形成する結晶成長工程と、
前記第２の領域で、前記主基板を前記主面に対して垂直方向に、前記第１の領域毎に分離する分離工程とを含むことを要旨とする。

かかる特徴によれば結晶成長が起こりにくい第２の領域を作製することにより、第２の領域に窒化物系半導体層を形成しにくくする。これにより、上述した作製方法は、第２の領域を分離溝とするため、結晶成長による窒化物系半導体層の形成と同時に分離溝を作製することができる。

すなわち、プラズマや活性イオンなどの衝突によって結晶へのダメージを与えず、且つ多くの時間を必要としない方法で、窒化物系半導体層に分離溝を形成することにより、素子分離を容易にする窒化物系半導体素子を作製することができる。

また、窒化物系半導体層に加工を施す必要がなくなるため、素子の割れや欠けを低減し、歩留りを向上させることができる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、主基板の主面に所定の処理を施す事により、前記主面に、第１の領域と、前記第１の領域よりも結晶成長が起こりにくい第２の領域とを作製する領域作製工程と、前記主面に結晶成長により窒化物系半導体層を形成する結晶成長工程と、前記窒化物系半導体層と前記主面とが接合している面とは他方の主面側で支持基板を貼り付ける貼り付け工程と、前記窒化物系半導体層から前記主基板を剥離する剥離工程と、前記第２の領域で、前記主基板を前記主面に対して垂直方向に、前記第１の領域毎に分離する分離工程とを含むことを要旨とする。

かかる特徴によれば、結晶成長が起こりにくい第２の領域を作製することにより、第２の領域で窒化物系半導体層を形成しにくくする。これにより、上述した作製方法は、第２の領域を分離溝とするため、結晶成長による窒化物系半導体層の形成と同時に分離溝を作製することができる。

すなわち、プラズマや活性イオンなどの衝突によって結晶へダメージを与えず、且つ多くの時間を必要としない方法で、窒化物系半導体層に分離溝を形成することにより、素子分離を容易にする窒化物系半導体素子を作製することができる。

また、窒化物系半導体層から主基板を剥離することにより、分離工程において、支持基板のみ切断すれば窒化物系半導体層を分離することができる。これにより、分離工程において窒化物系半導体層の割れや欠けを低減し、歩留りを向上させることができる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、所定の処理が、前記主面にレーザ光を照射する処理であってもよい。

かかる特徴によれば、レーザ光により局部的に溶解された第２の領域は、不純物がドーピングされることにより、格子定数、熱膨張係数等が異なる領域となる。これにより、第２の領域は、結晶成長が起こりにくい領域となる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、所定の処理が前記主面にイオン注入をする処理であってもよい。

かかる特徴によれば、例えば、Ｓｉ、Ｂ、Ｐ、Ａｓなどのイオン注入により不純物がドーピングされた第２の領域は、その後の熱処理により、格子定数、熱膨張係数等が異なる領域となる。これにより、第２の領域は、結晶成長が起こりにくい領域となる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、所定の処理が前記主面に成長阻止層を作製する処理であってもよい。

かかる特徴によれば、主面に成長阻止層が形成された第２の領域は、結晶成長が起こりにくい領域となる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、所定の処理が前記第１の領域と、前記第２の領域とを前記主面に交互に作製する処理を含んでもよい。

かかる特徴によれば、第１の領域と、第２の領域とを交互に作製する事により、素子分離（分離工程）後の窒化物系半導体素子の加工を容易にすることができる。

これにより、窒化物系半導体素子の割れや欠けを少なくすることにより、歩留りを向上させることができる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、前記成長阻止層が、誘電体もしくは、金属からなってもよい。

かかる特徴によれば、誘電体もしくは、金属を成長阻止層に用いることにより、第１の領域に形成される窒化物系半導体層の組成と異なる材料にすることができる。つまり、成長阻止層の格子定数と熱膨張係数等と、窒化物系半導体層の格子定数と熱膨張係数等とが大きく異なることにより、結晶成長工程において、成長阻止層には、窒化物系半導体層が形成されにくくなる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、誘電体及び前記金属が、多層膜からなってもよい。

かかる特徴によれば、誘電体及び金属を多層膜に形成することにより、主基板から層毎に段階的に熱膨張係数の異なる材料にすることができる。これにより、段階的に窒化物系半導体層が形成されにくい材料にすることができる。

すなわち、成長阻止層の表面は、更に窒化物系半導体層が形成されにくい材料となることにより、結晶成長による窒化物系半導体層の形成と同時に分離溝を作製しやすくすることができる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、結晶成長工程は、剥離層が形成された前記主面に前記窒化物系半導体層を形成してもよい。

かかる特徴によれば、剥離層は、主基板と、窒化物系半導体層との剥離を容易にすることにより、剥離する際の窒化物系半導体層の割れや欠けを低減することができる。

また、剥離層は、主基板からの剥離を容易にすることにより、主基板の再利用を可能にすることができる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、剥離層は、金属薄膜からなってもよい。

金属薄膜は、熱処理やレーザ光の照射により金属薄膜の温度が、急激に上昇しやすくなる。これにより、剥離層が変形することで主基板と、窒化物系半導体層との剥離を容易にすることができる。

また、金属薄膜は、エッチング等により、選択的にエッチングすることで剥離層を除去することができる。これにより、主基板と、窒化物系半導体層との剥離を容易にすることができる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、剥離層は、アモルファス層からなってもよい。

かかる特徴によれば、非結晶であるアモルファス層は、結晶性が悪く、窒化物系半導体層との結合をしないため、窒化物系半導体層との剥離を容易にすることができる。

また、アモルファス層は、レーザ光を吸収しやいため、レーザ光の照射により、温度が急激に上昇する。アモルファス層は、急激な温度変化により、変形することで主基板と、窒化物系半導体層との剥離を容易にすることができる。

また、アモルファス層は、エッチング等により、選択的にエッチングすることで剥離層を除去することができる。これにより、主基板と、窒化物系半導体層との剥離を容易にすることができる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、剥離層は、空隙を含んでもよい。

かかる特徴によれば、剥離層は、主面方向に力を加えることで、空隙を基点として亀裂を生じさせることができる。これにより、主基板と、窒化物系半導体層との剥離を更に容易にすることができる。

また、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の作製方法の特徴は、窒化物系半導体層は、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、窒化ホウ素、または窒化タリウムの少なくとも１つ、またはこれらの混晶を含んでもよい。

かかる特徴によれば、このようなＩＩＩ−Ｖ族窒化物系半導体層は、選択的な成長を容易にすることにより、更に窒化物系半導体素子作製の歩留りを向上させることができる。

本発明によれば、プラズマや活性イオンなどの衝突によって結晶へダメージを与えず、且つ多くの時間を必要としない方法で、窒化物系半導体層に分離溝を形成することにより、素子分離を容易にする窒化物系半導体素子の作製方法を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。尚、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意するべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態の窒化物系発光ダイオード素子の作製方法について説明する。図１及び図２は、第１実施形態の窒化物系発光ダイオード素子の作製方法を示した断面図である。

図１（ａ）に示す第１工程において、成長用基板である主基板２０に結晶成長が起こりにくい第２の領域２０ｂをレーザ加工もしくはイオン注入により作製する。これにより、主基板２０の表面に第１の領域２０ａと、結晶成長が起こりにくい第２の領域２０ｂとが作製される。

例えば、主基板２０には、ＧａＮ基板などを用いる。

レーザ加工により第２の領域２０ｂを作製する場合、具体的には、結晶成長が起こりにくくしたい領域にレーザ光を照射する。例えば、主基板２０のバンドギャップのエネルギーとほぼ同じか、または高いエネルギーの波長を有するレーザ光を用いて、主基板２０に照射する。この際、照射位置、強度、照射時間、使用周波数等を調整することにより、主基板２０を局部的に溶解して不純物元素のドーピングを行う。

また、イオン注入により第２の領域２０ｂを作製してもよい。具体的には、不純物元素としてＳｉ、Ｂ、Ｐ、Ａｓなどを用いて、イオン注入を行う。例えば、注入エネルギー２００ＫｅＶ、イオン注入量５×１０¹⁸/ｃｍ^２でイオン注入を行い、注入後、窒素雰囲気中で１０００℃〜１２００℃の熱処理を行う。

第１の領域２０ａと、第２の領域２０ｂとを交互に作製してもよい。具体的には、図３（ａ）に示すように、第１の領域２０ａと、第２の領域２０ｂとをストライプ状にする。もしくは、図３（ｂ）に示すように、第１の領域２０ａと、第２の領域２０ｂとを直行するストライプ状に作製することが好ましい。

図１（ｂ）に示す第２工程において、結晶成長により、窒化物系半導体層１を例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、形成する。窒化物系半導体層１は、素子構造を有し、例えば、ＬＥＤ構造のように、主基板２０に近い側から、ｎコンタクト層、ｎクラッド層、活性層、キャップ層、ｐクラッド層、ｐコンタクト層を有する。この後、熱処理または電子線照射を行うことにより、ｐクラッド層及びｐコンタクト層のｐ型化を行う。

図１（ｃ）に示す第３工程において、窒化物系半導体層１の上部に、真空蒸着法などを用いてオーミック電極を含むｐ型電極２を形成する。

ｐ型電極２は、透明オーミック電極と光を反射させる電極としてもよい。また、窒化物系半導体層１の上部全面もしくは、一部にのみ電極を形成してもよい。尚、一部にのみ電極を形成する場合、光を反射する膜を形成するのがより望ましい。更に、導電性基板との接着力を強くするためにパッド電極を設けてもよい。また、接着にハンダを使用する際には、オーミック電極の保護のために、PtやPｄ等のバリアメタルを形成してもよい。

図１（ｄ）に示す第４工程において、ｐ型電極２の上部に、支持基板１０を接着する。例えば、支持基板１０には、銅と銅の酸化物からなる基板を用いる。尚、支持基板１０は、必ずしも銅と銅の酸化物からなる必要はなく、主基板２０が導電性でない場合においても窒化物系半導体素子の上下方向の導電を確保するために、導電性であることがより好ましい。また、支持基板１０は、窒化物系半導体層１の光効率を確保するために、熱伝導率の高い材料が好ましい。更に、支持基板１０は、窒化物系半導体層１と接着後に反り等の発生を防ぐため、窒化物系半導体層１と熱膨張係数の近い材料が好ましい。また、支持基板１０は、ヤング率の小さい材料が好ましい。

ｐ型電極２と、支持基板１０との接着方法としては、圧接法、ろう接法、エポキシ樹脂もしくは、ＵＶ硬化樹脂を用いた接着法等が使用できる。しかし、接着方法は、窒化物系半導体素子の導電性を保つために、熱圧着、直接接合若しくは、共晶接合を利用したろう接法が好ましい。

図２（ａ）に示す第５工程において、真空蒸着法などを用いて、ｎ型コンタクト層の露出された表面上の所定領域に、ｎ電極３を形成する。ｎ電極３は、窒化物系半導体素子からの光の取り出しの妨げにならないような位置に配置されることが好ましい。また、ｎ電極３は、透明電極で、且つ一部にパッド電極を有することが好ましい。

図２（ｂ）に示す第６工程において、第２の領域２０ｂで、主基板２０に対して垂直方向に、第１の領域２０ａ毎に分離線１００に沿って素子分離する。この素子分離により、素子毎に分離をすることができる。具体的には、ダイシングもしくは、第２の領域２０ｂの一部にクラックを入れて主基板２０を分離する。

以上説明した本発明に係る第１実施形態の窒化物系発光ダイオード素子の作製方法によれば、結晶成長が起こりにくい第２の領域２０ｂを作製することにより、第２の領域２０ｂに窒化物系半導体層１を形成しにくくする。

本発明に係る第１実施形態の窒化物系発光ダイオード素子の作製方法について説明する。

例えば、レーザ光により局部的に溶解された第２の領域２０ｂは、不純物がドーピングされることにより、格子定数、熱膨張係数等が異なる領域となる。

例えば、Ｓｉ、Ｂ、Ｐ、Ａｓなどのイオン注入により不純物がドーピングされた第２の領域２０ｂは、その後の熱処理により、格子定数、熱膨張係数等が異なる領域となる。これにより、第２の領域２０ｂは、結晶成長が起こりにくい領域となる。

これにより、上述した作製方法は、第２の領域２０ｂを分離溝とするため、結晶成長による窒化物系半導体層１形成と同時に分離溝を有する窒化物系半導体を作製することができる。

すなわち、プラズマや活性イオンなどの衝突による結晶へのダメージの導入がなく、且つ多くの時間を必要としない方法で、窒化物系半導体層１に分離溝を形成することにより、素子分離を容易にする窒化物系半導体素子を作製することができる。

また、第１の領域２０ａと、第２の領域２０ｂとを交互に形成する事により、上述した作製方法は、分離工程後の窒化物系半導体素子の加工を容易にすることができる。

これにより、上述した作製方法は、窒化物系半導体素子の割れや欠けを少なくすることにより、歩留りを向上させることができる。

（第２実施形態）
以下、本発明に係る第２実施形態の窒化物系発光ダイオード素子の作製方法について説明する。第２実施形態は、主基板２０にサファイア、Ｓｉもしくは、ＧａＡｓを用いる点と窒化物系半導体層１の素子構造が異なる以外は第１実施形態の窒化物系発光ダイオード素子の作製方法において、第１工程〜第４工程（図１（ａ）〜(ｄ)）と同じように作製する。したがって、ここでは、第５工程以降について主に説明する。

尚、第２実施形態の窒化物系半導体層１は、素子構造を有し、例えば、ＬＥＤ構造のように、主基板２０に近い側から、ＡｌＧａＮもしくは、ＧａＮからなるバッファ層、アンドープＧａＮからなるＧａＮ層、ｎコンタクト層、ｎクラッド層、活性層、キャップ層、ｐクラッド層、ｐコンタクト層を有する。

図４は、第２実施形態の窒化物系発光ダイオード素子の作製方法において第５工程以降を示した断面図である。

図４（ａ）に示すように第５工程において、研磨もしくは、レーザ光の照射などによって窒化物系半導体層１から主基板２０を除去する。その後、ドライエッチングもしくは、ウエットエッチングなどによって、窒化物系半導体層１に含まれるバッファ層と、ＧａＮ層とを除去する。尚、Ｓｉ又は、ＧａＡｓを主基板２０に用いる場合は、主基板２０等を除去する方法は、特にウエットエッチングが有効である。

また、主基板２０側から、レーザ光を照射することで、主基板２０と窒化物系半導体層１とを分離する方法で主基板２０等を除去してもよい。

図４（ｂ）に示すように第６工程において、真空蒸着法などを用いて、窒化物系半導体層１の最下層であるｎ型コンタクト層の露出された表面上の所定領域に、ｎ電極３を形成する。ｎ電極３は、窒化物系半導体素子からの光の取り出しの妨げにならないような位置に配置されることが好ましい。また、ｎ電極３は、透明電極で、且つ一部にパッド電極を有することが好ましい。

図４（ｃ）に示すように第７工程において、第２の領域２０ｂで、主基板２０に対して垂直方向に、第１の領域２０ａ毎に分離線１００に沿って素子分離する。この素子分離により、素子毎に分離をすることができる。具体的には、ダイシングもしくは、支持基板１０の一部にクラックを入れて支持基板１０を分離する。

以上説明した本発明の第２実施形態に係る窒化物系発光ダイオード素子の作製方法によれば、上述した作製方法は、窒化物系半導体層１から主基板２０を剥離することにより、分離工程において、支持基板１０のみ切断すれば窒化物系半導体層１を分離することができる。

これにより、上述した作製方法は、分離工程において窒化物系半導体素子の割れや欠けを少なくすることにより、歩留りを向上させることができる。

（第３実施形態）
以下、本発明に係る第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法について説明する。図５及び図６は、第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法を示した断面図である。

図５（ａ）に示す第１工程において、成長用基板である主基板２０に結晶成長が起こりにくい成長阻止層２２を作製する。例えば、主基板２０には、ＳｉＣ基板などを用いる。成長阻止層２２には、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ等の誘電体膜やタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属を用いる。尚、成長阻止層２２は、多層構造でもよい。

例えば、ＳｉＣ基板上にスパッタリング法で厚み０．２μｍ程の格子状に形成された成長阻止層２２を形成する。この際、他金属で成長阻止層２２を形成し、その表面のみにスパッタリング法で高融点金属膜を形成してもよい。

図５（ｂ）に示す第２工程において、結晶成長により、窒化物系半導体層１を例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、形成する。

窒化物系半導体層１は、素子構造を有し、例えば、ＬＤ素子構造のように、主基板２０に近い側から、ＡｌＧａＮもしくは、ＧａＮからなるバッファ層、アンドープＧａＮからなるＧａＮ層、ｎコンタクト層、ｎクラッド層、ｎ側ガイド層、活性層、キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐクラッド層、ｐコンタクト層を有する。このとき、成長阻止層２２には、図５（ｂ）に示すように、窒化物系半導体層１が形成されにくい。

図５（ｃ）に示す第３工程において、CF₄ガスなどによるドライエッチングもしくは、熱リン酸液等によるウエットエッチングにより、窒化物系半導体層１をリッジ構造とする。

以下、第４工程〜第７工程（図５（ｄ）、図６（ａ）〜図６（ｃ））は、第１実施形態の第３工程〜第６工程（図１（ｃ）、（ｄ）、図２（ａ）、（ｂ））と同じように実施されるので、ここでは説明を省略する。

以上説明した本発明の第３実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の作製方法によれば、上述した作製方法は、成長阻止層２２を作製することにより、第２の領域を結晶成長が起こりにくい領域とすることができる。

また、上述した作製方法は、成長阻止層２２に誘電体もしくは高融点金属を用いることにより、第１の領域２０ａに形成する窒化物系半導体層１の組成と異なる組成の材料を成長阻止層２２とすることができる。

すなわち、上述した作製方法は、成長阻止層２２の格子定数と熱膨張係数等と、窒化物系半導体層１の格子定数と熱膨張係数等とが大きく異なることにより、成長阻止層には、更に窒化物系半導体層１が形成されにくくなる。

例えば、結晶成長工程において、成長阻止層２２にタングステンを使用し、チャンバー内を１２００℃程の高温に保った際に、タングステンは、融点に達しないため変形しない。

タングステン及び炭化珪素の線熱膨張係数は、大きく異なる。タングステンの線熱膨張係数は、４．４４×１０^−７/Ｋであり、主基板２０であるＳｉＣの線熱膨張係数は、６．２×１０^−６/Ｋであり、その値は大きく異なる。エピタキシャル成長法などの結晶成長は、格子定数及び熱膨張係数が主基板と成長層とで一致することが条件であるため、結晶成長工程において成長阻止層２２には、窒化物系半導体層１が形成されにくくなる。

また、誘電体及び金属を多層膜に形成することにより、主基板から層毎に段階的に熱膨張係数の異なる材料にすることができる。これにより成長阻止層の表面は、更に窒化物系半導体層１が形成されにくい材料となり、結晶成長による窒化物系半導体層１の形成と同時に分離溝を有する窒化物系半導体層１を作製しやすくすることができる。

（第４実施形態）
以下、本発明に係る第４実施形態の窒化物系発光ダイオード素子の作製方法について説明する。図７及び図８は、第４実施形態の窒化物系発光ダイオード素子の作製方法を示した断面図である。

図７（ａ）に示す第１工程において、成長用基板である主基板２０に結晶成長が起こりにくい成長阻止層２２を作製する。尚、第４実施形態の第１工程は、第３実施形態の第１工程（図５（ａ））同じように成長阻止層２２を作製するので、ここでは説明を省略する。

図７（ｂ）に示す第２工程において、主基板２０の上に、成長阻止層２２と交互に配置されるように剥離層２３を作製する。具体的には、剥離層２３は、箔、物理的蒸着法、化学的蒸着法により形成した薄膜等を用いる事ができる。例えば、剥離層２３は、金属薄膜、アモルファス層、もしくは空隙部を有する層である。

図７（ｃ）、（ｄ）及び図８（ａ）に示す第３工程〜第５工程は、剥離層２３の上に窒化物系半導体層１を形成する部分を除き、第１実施形態の第２工程〜第４工程（図１（ｂ）〜図１（ｄ））と同じように実施されるので、ここでは説明を省略する。この場合、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、窒化物系半導体層１を剥離層２３の上に形成する。

図８（ｂ）に示す第６工程において、窒化物系半導体層１から剥離層２３を剥離する。具体的には、剥離方法は、主面方向の応力、窒化物系半導体層１側からのレーザ光照射、急激な加熱による温度変化もしくは、選択エッチング等が有効である。

例えば、剥離層２３にアモルファス層を使用した場合、窒化物系半導体層１側からアモルファス層が吸収する波長のレーザ光を照射すると、アモルファス層が変形して窒化物系半導体層１を剥離する。尚、剥離後の窒化物系半導体層１には、剥離層２３が付着することもあり、その場合研磨等で窒化物系半導体層１が露出するようにする。

図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示す第７工程及び第８工程は、第２実施形態の第６工程及び第７工程（図４（ｂ）〜図１（ｃ））と同じように実施されるので、ここでは説明を省略する。

尚、本実施形態に係る窒化物系発光ダイオード素子の作製方法によれば、図７（ａ）に示す第１工程で成長阻止層２２を作製し、図７（ｂ）に示す第２工程で剥離層２３を作製したが、必ずしもこの順序である必要は無い。例えば、図７（ａ）に示す第１工程で主基板２０の主面全面に剥離層２３を作製し、第２工程で剥離層２３の上面に成長阻止層２２を設けても構わない。

以上説明した本発明の第４実施形態に係る窒化物系発光ダイオード素子の作製方法によれば、剥離層２３を作製することにより、主基板２０と窒化物系半導体層１との剥離を容易にすることができる。これにより、剥離の際に生じる窒化物系半導体層１の割れや欠けを低減することができる。

例えば、剥離層２３に金属薄膜を用いることにより、真空蒸着法などによる剥離層形成時に空隙の多い柱状構造となることにより、主面方向の力を加えた際に空隙を基点として剥離を生じやすくすることができる。また、剥離層２３に金属薄膜を用いることにより、熱処理やレーザ光の照射により金属薄膜の温度が急上昇する。これにより、剥離層２３が変形することで主基板２０と、窒化物系半導体層１の剥離を容易にすることができる。

例えば、剥離層２３にアモルファス層を用いることにより、レーザ光の照射によるレーザ光を吸収しやすくなる。剥離層２３は、レーザ光の吸収により、温度が急激に上昇し、変形することで主基板２０と、窒化物系半導体層１との剥離を容易にすることができる。非結晶であるアモルファス層は、結晶性が悪く、窒化物系半導体層１との結合をしないため、窒化物系半導体層１との剥離を容易にすることができる。

また、剥離層２３は、空隙を有する層とすることにより、空隙を基点として主面方向への亀裂を容易に作製することができる。これにより、主基板２０と、窒化物系半導体層１との剥離を容易にすることができる。

剥離層２３は、主基板２０からの窒化物系半導体層１の剥離を容易にすることにより、従来は、研磨等で削除するしかなかった主基板２０の再利用を可能にすることができる。

（第５実施形態）
以下、本発明に係る第５実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法について説明する。図９及び図１０は、第５実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法を示した断面図である。

図９（ａ）に示す第１工程において、成長用基板である主基板２０の上に、剥離層２３を作製する。尚、具体的な剥離層２３の作製方法は、第４実施形態の第２工程（図７（ｂ）と同じように剥離層２３を作製する。

図９（ｂ）に示す第２工程において、剥離層２３の上面に結晶成長が起こりにくい成長阻止層２２を作製する。尚、具体的な成長阻止層２２の作製方法は、第４実施形態の第１工程（図７（ａ））と同じように成長阻止層２２を作製する。

図９（ｃ）に示す第３工程は、第３の実施例の第３工程と同じように窒化物系半導体層１形成され、エッチングにより、窒化物系半導体層１をリッジ構造とする。窒化物系半導体層１は、素子構造を有し、例えば、ＬＤ素子構造のように、主基板２０に近い側から、ＡｌＧａＮもしくは、ＧａＮからなるバッファ層、アンドープＧａＮからなるＧａＮ層、ｎコンタクト層、ｎクラッド層、ｎ側ガイド層、活性層、キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐクラッド層、ｐコンタクト層を有する。

図９（ｄ）に示す第４工程において、第１の実施例の第３工程と同じように上部に、少なくともオーミック電極を含むｐ型電極２を形成する。ｐ型電極２を形成後に、支持基板１０に貼り付けやすいように保護膜４を形成する。具体的には、保護膜４は、ＳｉＯ₂やＳｉＮ等の絶縁膜で形成すると好ましい。

図１０（ａ）、（ｂ）に示す第５工程〜第６工程は、第４実施形態の第５工程〜第６工程（図８（ａ）（ｂ））と同じように支持基板１０を接着し、剥離層２３で剥離する。

図１０（ｃ）に示す第７工程において、第１実施形態の第６工程（図２（ｂ））と同じ様に、窒化物系半導体層１の最下層であるｎコンタクト層にｎ電極３を形成する。また、窒化物系半導体層１を含む分離体を、第５実施形態の第１〜第４工程（図９（ａ）〜（ｄ））と同じように別途作製された分離体である主基板２４、窒化物系半導体層５、ｐ電極６、保護膜７に貼り付ける。このとき、窒化物系半導体層５は、窒化物系半導体層１と異なるレーザ波長を有する構造であることが好ましい。例えば、窒化物系半導体層５は、赤色レーザ、赤外レーザに対応する波長を有する。更に、窒化物系半導体層５は、ハイブリッド作製された２波長レーザ、３波長レーザであってもよい。

図１０（ｄ）に示す第８工程において、窒化物系半導体層１と、窒化物系半導体層５とを有する素子とするような領域で主基板２４及び支持基板１０を分離線１０１に沿って分離する。具体的には、第８工程は、主基板２４と支持基板１０との一部にクラックを入れる、もしくは、ダイシングによって、主基板２４と支持基板１０とを素子単位で分離する。

以上説明した本発明の第５実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の作製方法によれば、成長阻止層２２と、剥離層２３とを用いることにより、窒化物系半導体層１と、他波長を有する窒化物系半導体層５とを有する素子を簡単に作製することができる。したがって、このような窒化物系半導体素子の製造方法によれば、多波長のレーザ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を簡単に作製することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、第１〜第５実施形態では、主として、窒化物系半導体層１の活性層から放出される光を利用する発光ダイオードや半導体レーザの製造方法について例示したが、本発明はこれに限らず、これら発光素子からの放出光を励起光とする蛍光体とを組み合わせた発光素子の製造にも利用可能である。又、窒化物系半導体層１を有するＨＥＭＴ（ＨｉｇｈＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子デバイス、ＳＡＷ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）デバイス、受光素子への応用が可能である。又、本発明による基板の張り替え技術を応用することにより、多波長の半導体レーザへの応用が可能であり、これにより多波長レーザにおけるウェハ面内での発光点間隔の歩留りを向上させることができる。

また、第１〜第５の実施の形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物系半導体層１を結晶成長させる説明したが、本発明はこれに限らず、ＨＶＰＥ法やガスソースＭＢＥ法などを用いて、窒化物系半導体層１を結晶成長させてもよい。また、窒化物系半導体層１の結晶構造として、ウルツ鉱型であっても閃亜鉛鉱型構造であってもよい。また、成長の面方位は、（０００１）に限るものではなく、（１１−２０）や（１−１００）でもよい。また、横方向成長を抑制するために、成長阻止層２２の厚み、成長圧力、成長温度、成長速度などを変更させてもよい。

また、窒化物系半導体層１の形状は、メサ構造、リッジ構造などの電流狭窄造を有するものでもよい。

また、第１〜第５の実施の形態では、窒化物系半導体層１の成長用基板である主基板２０として、ＧａＮ基板、サファイア基板、Ｓｉ、ＧａＡｓＳｉＣ基板を用いたが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体層１の成長の可能な基板、例えば、ＭｇＯ、ＺｎＯ、スピネル等が使用可能である。

また、支持基板材料は、導電性であることが好ましく、第１〜第４の実施の形態において用いた、金属−金属酸化物の複合材料の他、導電性半導体（Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ等）や、金属あるいは複合金属（Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｗ、ＣＵ−Ｍｏ等）などを用いることができる。一般に、半導体材料よりも金属系材料が機械特性に優れ、割れにくいために、支持基板材料として適している。更に、より好ましくは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの高導電性の金属と、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、ＣｕＯなどの高硬度の金属あるいは金属酸化物とを複合して、高い導電性と高い機械強度とを併せ持つ材料を用いることである。この場合、例えばＣｕ−Ｃｏ（Ｃｕ：５０重量％、Ｃｏ：５０重量％）、Ｃｕ−Ｗ（Ｃｕ：５０重量％、Ｗ：５０重量％）、Ｃｕ−Ｍｏ（Ｃｕ：５０重量％、Ｍｏ：５０重量％）の熱膨張係数は、それぞれ、９×２０^-6／Ｋ、７×２０^-6／Ｋ、７×２０^-6／Ｋである。同基板材料に対して、小さな熱膨張係数を有する調整層材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏなどが挙げられる。又、同基板材料に対して、大きな熱膨張係数を有する調整層材料としては、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｎ−Ｓｎ、Ａｇ、Ａｌなどが挙げられる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る窒化物系半導体素子の作製方法における工程（第１工程から第４工程）のフローを示す模式的な工程断面図である。本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体素子の作製方法における工程（第５工程及び第６工程）のフローを示す模式的な工程断面図である。本発明の一実施形態に係る第１の領域と第２の領域とを有する主基板の平面図である。本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体素子の作製方法における工程（第５工程から第７工程）のフローを示す模式的な工程断面図である。本発明の第３実施形態に係る窒化物系半導体素子の作製方法における工程（第１工程から第４工程）のフローを示す模式的な工程断面図である。本発明の第３実施形態に係る窒化物系半導体素子の作製方法における工程（第５工程から第７工程）のフローを示す模式的な工程断面図である。本発明の第４実施形態に係る窒化物系半導体素子の作製方法における工程（第１工程から第４工程）のフローを示す模式的な工程断面図である。本発明の第４実施形態に係る窒化物系半導体素子の作製方法における工程（第５工程から第８工程）のフローを示す模式的な工程断面図である。本発明の第５実施形態に係る窒化物系半導体素子の作製方法における工程（第１工程から第４工程）のフローを示す模式的な工程断面図である。本発明の第５実施形態に係る窒化物系半導体素子の作製方法における工程（第５工程から第８工程）のフローを示す模式的な工程断面図である。

符号の説明

１…窒化系半導体層
２…ｐ電極
３…ｎ電極
４…保護膜
５…窒化物系半導体層
６…ｐ電極
７…保護膜
１０…支持基板
２０…主基板
２０ａ…第１領域
２０ｂ…第２領域
２２…成長阻止層
２３…剥離層
２４…主基板

Claims

主基板の主面に所定の処理を施すことにより、前記主面に、第１の領域２０ａと、前記第１の領域２０ａよりも結晶成長が起こりにくい第２の領域とを作製する領域作製工程と、
前記主面に結晶成長により窒化物系半導体層を形成する結晶成長工程と、
前記第２の領域で、前記主基板を前記主面に対して垂直方向に、前記第１の領域２０ａ毎に分離する分離工程とを含むことを特徴とする窒化物系半導体素子の作製方法。
主基板の主面に所定の処理を施すことにより、前記主面に、第１の領域と、前記第１の領域よりも結晶成長が起こりにくい第２の領域とを作製する領域作製工程と、
前記主面に結晶成長により窒化物系半導体層を形成する結晶成長工程と、
形成された前記窒化物系半導体層上に支持基板を貼り付ける貼り付け工程と、
前記窒化物系半導体層から前記主基板を剥離する剥離工程と、
前記第２の領域で、前記主基板を前記主面に対して垂直方向に、前記第１の領域毎に分離する分離工程とを含むことを特徴とする窒化物系半導体素子の作製方法。
前記所定の処理は、前記主面にレーザ光を照射する処理であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記所定の処理は、前記主面にイオン注入をする処理であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記所定の処理は、前記主面に成長阻止層を作製する処理であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記所定の処理は、前記第１の領域と、前記第２の領域とを前記主面に交互に作製する処理を含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記成長阻止層は、誘電体もしくは、金属からなることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記誘電体及び前記金属は、多層膜からなることを特徴とする請求項７に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記結晶成長工程は、剥離層が形成された前記主面に前記窒化物系半導体層を形成することを特徴とする請求項２〜請求項８のいずれか１項に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記剥離層は、金属薄膜からなることを特徴とする請求項９に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記剥離層は、アモルファス層からなることを特徴とする請求項９に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記剥離層は、空隙を含むことを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。
前記窒化物系半導体層は、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、窒化ホウ素、または窒化タリウムの少なくとも１つ、またはこれらの混晶を含むことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の窒化物系半導体素子の作製方法。