JP2006041050A - Method for manufacturing light emitting element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a light emitting element whose device designability is improved. <P>SOLUTION: The manufacturing method includes a 1st stage of forming a semiconductor layer 3 on one surface of a transparent substrate 2, and a 2nd stage of separating the transparent substrate 2 and semiconductor layer 3 by irradiating the other surface side of the transparent substrate 2 with specified light L. In the 2nd stage, diffracted light L1 is used as the specified light, and the intensity distribution of the light is controlled to precisely form a fine uneven structure 3a which is predetermined by device designing on the interface between the semiconductor layer 3 and the one surface of the transparent substrate 2 with interference fringes formed by the diffracted light L1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発光素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device.

従来の発光素子の製造方法として、透明基板にダイシング溝を形成し、その上に半導体層を成長させて、レーザ光の照射時に、透明基板の分離を容易にする技術がある（特許文献１参照）。   As a conventional method for manufacturing a light emitting device, there is a technique in which a dicing groove is formed in a transparent substrate, and a semiconductor layer is grown on the transparent substrate to facilitate separation of the transparent substrate at the time of laser light irradiation (see Patent Document 1). ).

この技術では、半導体層に微細凹凸構造が形成されないので、光の取り出し効率の向上が望めない。   In this technique, since the fine uneven structure is not formed in the semiconductor layer, improvement in light extraction efficiency cannot be expected.

そこで、透明基板にレーザ光を照射して、半導体層から分離するとともに、この半導体層の分離面を擦ることで、スクラッチ痕による凹凸形状を形成する技術がある（特許文献２参照）。   Therefore, there is a technique in which a transparent substrate is irradiated with laser light to be separated from the semiconductor layer, and the separation surface of the semiconductor layer is rubbed to form an uneven shape due to scratch marks (see Patent Document 2).

この技術では、半導体層に対する凹凸形状の形成と透明基板の分離とが行えるので、光の取り出し効率を向上させることができる。
特開２０００−１０１１３９号公報 特開２００３−２１８３９４号公報 According to this technique, it is possible to form a concavo-convex shape with respect to the semiconductor layer and to separate the transparent substrate, so that the light extraction efficiency can be improved.
JP 2000-101139 A JP 2003-218394 A

しかしながら、上述の特許文献２の技術では、半導体層に対する凹凸形状がランダムなものとなり再現性が得られにくいので、予めシミュレーション等のデバイス設計で得られる最適形状の光学設計を実現することが困難であった。   However, in the technique of the above-mentioned patent document 2, since the uneven shape with respect to the semiconductor layer is random and it is difficult to obtain reproducibility, it is difficult to realize an optical design with an optimum shape obtained in advance by device design such as simulation. there were.

本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、デバイス設計性を向上させた発光素子の製造方法を提供することを課題とするものである。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light emitting element with improved device designability.

前記課題を解決するために、本発明に係る第１の手段である発光素子の製造方法は、透明基板の一面に半導体層を形成する第１工程と、前記透明基板の他面側から所定の光を照射して、前記透明基板と前記半導体層とを分離する第２工程とを備え、前記第２工程は、所定の光として、回析光を用いて光の強度分布を制御して、この回析光による干渉縞により、前記半導体層の前記透明基板の一面との界面に微細凹凸構造を形成するものである。   In order to solve the above problems, a method for manufacturing a light emitting device as a first means according to the present invention includes a first step of forming a semiconductor layer on one surface of a transparent substrate, and a predetermined step from the other surface side of the transparent substrate. A second step of irradiating light to separate the transparent substrate and the semiconductor layer, wherein the second step controls the light intensity distribution using diffracted light as the predetermined light; A fine concavo-convex structure is formed at the interface between the semiconductor layer and one surface of the transparent substrate by the interference fringes caused by the diffracted light.

本発明に係る第２の手段である発光素子の製造方法は、透明基板の一面に半導体層を形成する第１工程と、前記透明基板の他面側から所定の光を照射して、前記透明基板と前記半導体層とを分離する第２工程とを備え、前記第２工程は、所定の光として、異なる透過率の光を用いて光の強度分布を制御して、前記半導体層の前記透明基板の一面との界面に微細凹凸構造を形成するものである。   A method for manufacturing a light-emitting element as a second means according to the present invention includes a first step of forming a semiconductor layer on one surface of a transparent substrate, and irradiation with predetermined light from the other surface side of the transparent substrate. A second step of separating the substrate and the semiconductor layer, wherein the second step controls light intensity distribution using light having different transmittances as the predetermined light, and the transparent of the semiconductor layer A fine uneven structure is formed at the interface with one surface of the substrate.

前記発光素子の製造方法において、前記光の強度分布を制御する手段として、前記透明基板の他面に、組成比が可変であるパターニング材料をエピタキシャル成長させ、このパターニング材料により光の透過率を制御することができる。   In the method for manufacturing the light emitting device, as a means for controlling the light intensity distribution, a patterning material having a variable composition ratio is epitaxially grown on the other surface of the transparent substrate, and the light transmittance is controlled by the patterning material. be able to.

本発明に係る第３の手段である発光素子の製造方法は、透明基板の一面に半導体層を形成する第１工程と、前記透明基板の他面側から所定の光を照射して、前記透明基板と前記半導体層とを分離する第２工程とを備え、前記第２工程は、所定の光として、紫外領域の１ｆｓ〜１０００ｆｓの極短パルスのレーザ光を用いて、前記半導体層と前記透明基板との界面をアブレーション加工して、前記透明基板と前記半導体層とを分離するものである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a light emitting element, comprising: a first step of forming a semiconductor layer on one surface of a transparent substrate; and irradiating predetermined light from the other surface side of the transparent substrate, A second step of separating the substrate and the semiconductor layer, wherein the second step uses laser light of an ultrashort pulse of 1 fs to 1000 fs in the ultraviolet region as the predetermined light, and the transparent layer The interface with the substrate is ablated to separate the transparent substrate and the semiconductor layer.

前記発光素子の製造方法において、前記レーザ光は、少なくとも２種類以上の異なる波長のレーザ光であり、これらのレーザ光の強度分布で、前記半導体層の前記透明基板の一面との界面に微細凹凸構造を形成することができる。   In the method of manufacturing the light emitting element, the laser light is at least two types of laser light having different wavelengths, and the intensity distribution of the laser light causes fine irregularities on the interface of the semiconductor layer with the one surface of the transparent substrate. A structure can be formed.

前記発光素子の製造方法において、前記レーザ光の強度分布を制御する手段として、前記透明基板の他面に、組成比が可変であるパターニング材料をエピタキシャル成長させ、このパターニング材料によりレーザ光の透過率を制御することができる。   In the method for manufacturing the light emitting element, as a means for controlling the intensity distribution of the laser light, a patterning material having a variable composition ratio is epitaxially grown on the other surface of the transparent substrate, and the transmittance of the laser light is increased by the patterning material. Can be controlled.

本発明に係る第１の手段である発光素子の製造方法は、回析光の光の強度分布の制御による干渉縞によって、半導体層の透明基板の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造を精度良く形成するととともに、回析光によって、透明基板を半導体層から容易に分離することができるから、発光素子の放熱性が向上するとともに、発光素子を小型化でき、デバイス設計性も向上するようになる。また、半導体層に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造を精度良く形成できるから、光の取り出し効率が向上するようになる。さらに、１回の光照射のみで、半導体層に対する微細凹凸構造の精度良い形成と透明基板の分離とが同時に行えるから、製造時間や製造コストを大幅に削減することが可能になる。   The light emitting device manufacturing method as the first means according to the present invention is determined in advance by device design at the interface of the semiconductor layer with one surface of the transparent substrate by interference fringes by controlling the intensity distribution of the diffracted light. The micro uneven structure can be formed with high accuracy, and the transparent substrate can be easily separated from the semiconductor layer by diffracted light. Will also improve. Further, since the fine concavo-convex structure determined in advance by device design can be accurately formed on the semiconductor layer, the light extraction efficiency is improved. Furthermore, since the fine concavo-convex structure can be accurately formed on the semiconductor layer and the transparent substrate can be simultaneously separated by only one light irradiation, the manufacturing time and the manufacturing cost can be greatly reduced.

本発明に係る第２の手段である発光素子の製造方法は、異なる透過率の光の強度分布の制御によって、半導体層の透明基板の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造を精度良く形成するととともに、光によって、透明基板を半導体層から容易に分離することができるから、発光素子の放熱性が向上するとともに、発光素子を小型化でき、デバイス設計性も向上するようになる。また、半導体層に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造を精度良く形成できるから、光の取り出し効率が向上するようになる。さらに、１回の光照射のみで、半導体層に対する微細凹凸構造の精度良い形成と透明基板の分離とが同時に行えるから、製造時間や製造コストを大幅に削減することが可能になる。   A method for manufacturing a light-emitting element as a second means according to the present invention includes a fine concavo-convex structure predetermined in a device design at an interface between one surface of a semiconductor layer and a transparent substrate by controlling the intensity distribution of light having different transmittances. So that the transparent substrate can be easily separated from the semiconductor layer by light, so that the heat dissipation of the light emitting element can be improved, the light emitting element can be downsized, and the device design can be improved. Become. Further, since the fine concavo-convex structure determined in advance by device design can be accurately formed on the semiconductor layer, the light extraction efficiency is improved. Furthermore, since the fine concavo-convex structure can be accurately formed on the semiconductor layer and the transparent substrate can be simultaneously separated by only one light irradiation, the manufacturing time and the manufacturing cost can be greatly reduced.

本発明に係る第３の手段である発光素子の製造方法は、極短パルスのレーザ光によるアブレーション加工によって、透明基板を半導体層から容易に分離することができるから、発光素子の放熱性が向上するとともに、発光素子を小型化でき、デバイス設計性も向上するようになる。また、極短パルスのレーザ光であるので、加工時の熱発生を抑制することができ、クラック発生の防止、加工精度の向上等によって、歩留まりを向上することができる。   The method for manufacturing a light emitting device as the third means according to the present invention can easily separate the transparent substrate from the semiconductor layer by ablation processing with an ultrashort pulse laser beam, so that the heat dissipation of the light emitting device is improved. In addition, the light emitting element can be reduced in size, and the device design can be improved. In addition, since the laser light has an extremely short pulse, heat generation during processing can be suppressed, and yield can be improved by preventing generation of cracks and improving processing accuracy.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、第１実施形態の発光素子１の製造方法である。   FIG. 1 shows a method for manufacturing the light emitting device 1 of the first embodiment.

図１（ａ）の第１工程では、透明基板〔例えば、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板〕２の一面（図では下面）に、半導体層〔例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）層…Ｎ型ＧａＮ＋Ｐ型ＧａＮ〕３を形成する。かかる発光素子１の構造自体は公知である。 In the first step of FIG. 1A, a semiconductor layer (for example, a gallium nitride (GaN) layer ... N-type GaN + P) is formed on one surface (the lower surface in the figure) of a transparent substrate [for example, a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate] 2. Type GaN] 3. The structure of the light emitting element 1 itself is known.

図１（以下で説明する図２、３も同じ。）では、製造工程で用いる発光素子１は、簡略のため１つの発光素子１のチップを用いた例を示しているが、ウエハ上に複数個の発光素子のチップを設けたものを使用しても良い。   In FIG. 1 (the same applies to FIGS. 2 and 3 described below), the light emitting element 1 used in the manufacturing process shows an example in which a chip of one light emitting element 1 is used for the sake of simplicity. You may use what provided the chip | tip of the light emitting element.

図１（ｂ）の第２工程では、前記透明基板２の他面側から所定の光Ｌを照射して、前記透明基板２と前記半導体層３とを分離する。なお、図１（ｂ）では、前記透明基板２を分離する途中の傾けた状態で描いているが、所定の光Ｌを照射する際は、透明基板２は水平状態である。   In the second step of FIG. 1B, the transparent substrate 2 and the semiconductor layer 3 are separated by irradiating a predetermined light L from the other surface side of the transparent substrate 2. In FIG. 1B, the transparent substrate 2 is drawn in an inclined state while being separated, but when the predetermined light L is irradiated, the transparent substrate 2 is in a horizontal state.

ここで、所定の光Ｌとは、透明基板２を透過して、半導体層３で吸収されるような光であり、この所定の光Ｌによって半導体層３の透明基板２との界面をアブレーション加工することで、半導体層３から透明基板２が分離（剥離）されるようになる。この透明基板２を分離した後の半導体層３の界面に残る分解物（ガリウム）層は、塩酸や燐酸等によって除去することが可能である。   Here, the predetermined light L is light that passes through the transparent substrate 2 and is absorbed by the semiconductor layer 3, and the interface between the semiconductor layer 3 and the transparent substrate 2 is ablated by the predetermined light L. As a result, the transparent substrate 2 is separated (separated) from the semiconductor layer 3. The decomposition product (gallium) layer remaining at the interface of the semiconductor layer 3 after separating the transparent substrate 2 can be removed by hydrochloric acid, phosphoric acid, or the like.

ところで、透明基板２を分離する際に、透明基板２と半導体層３との界面において、半導体（窒化ガリウム）層３が分解されて生成する分解物（ガリウム）層の厚みは、照射される光の強度に大きく依存する。   By the way, when the transparent substrate 2 is separated, the thickness of the decomposition product (gallium) layer generated by the decomposition of the semiconductor (gallium nitride) layer 3 at the interface between the transparent substrate 2 and the semiconductor layer 3 is the light to be irradiated. It depends greatly on the strength of.

したがって、光照射強度に空間的分布〔図１（ｂ）の強照射領域ａと弱照射領域ｂ〕を持たせることで、分解物（ガリウム）層の厚みにも空間的分布〔図１（ｂ）の凹部ｃと凸部ｄ〕を待たせることが可能となるから、塩酸等によって分解物（ガリウム）層を除去すると、図１（ｃ）のように、半導体層３の透明基板２の一面との界面に微細凹凸構造３ａを形成することが可能となる。なお、微細凹凸構造３ａは、例えば、発光素子１から光取り出し効率が最適となるように、シミュレーション等のデバイス設計を用いて予めその形状が決められている。   Therefore, by providing the light irradiation intensity with a spatial distribution (the strong irradiation region a and the weak irradiation region b in FIG. 1B), the thickness of the decomposition product (gallium) layer is also spatially distributed [FIG. ) Of the transparent substrate 2 of the semiconductor layer 3 as shown in FIG. 1C, when the decomposition product (gallium) layer is removed by hydrochloric acid or the like. It is possible to form the fine concavo-convex structure 3a at the interface. The shape of the fine concavo-convex structure 3a is determined in advance using device design such as simulation so that the light extraction efficiency from the light emitting element 1 is optimized.

そこで、前記所定の光Ｌとして、回析光Ｌ１を用いて光の強度分布を制御すれば、回析光Ｌ１による干渉縞により、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成することができる。   Therefore, if the intensity distribution of light is controlled using the diffracted light L1 as the predetermined light L, a device design is previously formed on the interface of the semiconductor layer 3 with one surface of the transparent substrate 2 due to interference fringes by the diffracted light L1. The fine concavo-convex structure 3a determined in (1) can be formed with high accuracy.

例えば、図１（ｄ）のように、透明な回析格子（グレーティング幅１０μｍ以下）を照射光内に設置し、回折格子４を通して回析させた回折光Ｌ１による干渉縞（実線は強照射光ａ、破線は弱照射光ｂ）により、分解物（ガリウム）層の厚みにも空間的分布〔図１（ｄ）の凹部ｃと凸部ｄ〕を待たせることができるので、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成できるようになる。   For example, as shown in FIG. 1 (d), a transparent diffraction grating (grating width of 10 μm or less) is placed in the irradiation light, and interference fringes by the diffracted light L1 diffracted through the diffraction grating 4 (the solid line indicates the strong irradiation light). a, the broken line indicates the weak irradiation light b), and the thickness of the decomposition product (gallium) layer can also wait for the spatial distribution [the concave portion c and the convex portion d in FIG. The fine concavo-convex structure 3a determined in advance by device design can be accurately formed at the interface with one surface of the transparent substrate 2.

前記回析格子４の形状は、図のような正弦曲線形状の微細凹凸構造が好ましいが、ステップ形状の微細凹凸構造であっても良い。   The shape of the diffraction grating 4 is preferably a sinusoidal fine concavo-convex structure as shown in the figure, but may be a step-shaped fine concavo-convex structure.

また、回析光を利用する方法として、透明基板２の他面にスリットを形成した金属等をパターニングしたり、透明基板２の他面にダイシングやドライエッチング等で微細凹凸構造を形成したり、２分岐した光を同時に照射して干渉させることが挙げられる。   Moreover, as a method using diffraction light, patterning a metal or the like having slits formed on the other surface of the transparent substrate 2, forming a fine concavo-convex structure on the other surface of the transparent substrate 2 by dicing or dry etching, For example, the two branched lights may be irradiated simultaneously to cause interference.

第１実施形態の発光素子１の製造方法では、回析光Ｌ１の光の強度分布の制御による干渉縞によって、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成するととともに、回析光Ｌ１によって、透明基板２を半導体層３から容易に分離することができるから、発光素子１の放熱性が向上するとともに、発光素子１を小型化でき、デバイス設計性も向上するようになる。   In the method for manufacturing the light-emitting element 1 according to the first embodiment, the fineness determined in advance in the device design at the interface between the semiconductor layer 3 and one surface of the transparent substrate 2 by interference fringes by controlling the light intensity distribution of the diffracted light L1. Since the concavo-convex structure 3a is formed with high accuracy and the transparent substrate 2 can be easily separated from the semiconductor layer 3 by the diffracted light L1, the heat dissipation of the light emitting element 1 is improved and the light emitting element 1 is downsized. And device design is improved.

また、半導体層３に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成できるから、光の取り出し効率が向上するようになる。例えば、３６００ｎｍ周期、２２００ｎｍ深さの微細凹凸構造３ａを形成すれば、約１．５倍の光の取り出しが可能となる。   Further, since the fine concavo-convex structure 3a determined in advance by device design can be accurately formed in the semiconductor layer 3, the light extraction efficiency is improved. For example, if the fine concavo-convex structure 3a having a period of 3600 nm and a depth of 2200 nm is formed, light can be extracted about 1.5 times.

さらに、１回の光照射のみで、半導体層３に対する微細凹凸構造３ａの精度良い形成と透明基板２の分離とが同時に行えるから、製造時間や製造コストを大幅に削減することが可能になる。   Furthermore, since the fine concavo-convex structure 3a can be accurately formed on the semiconductor layer 3 and the transparent substrate 2 can be separated simultaneously with only one light irradiation, the manufacturing time and the manufacturing cost can be greatly reduced.

図２は、第２実施形態の発光素子１の製造方法である。   FIG. 2 shows a method for manufacturing the light emitting device 1 of the second embodiment.

透明基板２の一面に、半導体層形成する第１工程は、第１実施形態の図１（ａ）の第１工程と同じであるので、説明および図示は省略する。   Since the first step of forming a semiconductor layer on one surface of the transparent substrate 2 is the same as the first step of FIG. 1A of the first embodiment, description and illustration are omitted.

第１実施形態では、光照射強度に空間的分布を持たせるために、所定の光Ｌとして、回折光Ｌ１を用いたが、第２実施形態の図２（ａ）の第２工程では、所定の光Ｌとして、異なる透過率の光Ｌ２を用いて光の強度分布を制御することにより、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成するようにしている。   In the first embodiment, the diffracted light L1 is used as the predetermined light L in order to have a spatial distribution in the light irradiation intensity. However, in the second step of FIG. By controlling the light intensity distribution using the light L2 having different transmittance as the light L, the fine concavo-convex structure 3a determined in advance by device design at the interface between the semiconductor layer 3 and one surface of the transparent substrate 2 can be accurately obtained. I try to form well.

例えば、結像マスク５と結像レンズ６とを照射光内に設置する。前記結像マスク５は透明な石英ガラス製であって、マスク部分５ａには金属等をマスキングしている。   For example, the imaging mask 5 and the imaging lens 6 are installed in the irradiation light. The imaging mask 5 is made of transparent quartz glass, and the mask portion 5a is masked with metal or the like.

この結像マスク５によって、光照射強度に空間的分布〔図２（ａ）の強照射領域ａと弱照射領域ｂ〕を持たせることで、分解物（ガリウム）層の厚みにも空間的分布〔図２（ａ）の凹部ｃと凸部ｄ〕を待たせることが可能となるから、塩酸等によって分解物（ガリウム）層を除去すると、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａ〔図１（ｃ）を参照〕を精度良く形成できるようになる。   This imaging mask 5 gives the light irradiation intensity a spatial distribution [strong irradiation area a and weak irradiation area b in FIG. 2 (a)], so that the thickness of the decomposition product (gallium) layer is also spatially distributed. [Recess c and protrusion d in FIG. 2 (a) can be made to wait. Therefore, when the decomposition product (gallium) layer is removed by hydrochloric acid or the like, the interface between the semiconductor layer 3 and one surface of the transparent substrate 2 is formed. The fine concavo-convex structure 3a (see FIG. 1C) determined in advance by device design can be formed with high accuracy.

異なる透過率の光Ｌ２を利用する方法として、透明基板２の他面に光を遮断する金属や透過率が減少する有機多層膜を所定のパターンで蒸着しても良い。   As a method of using the light L2 having a different transmittance, a light blocking metal or an organic multilayer film having a reduced transmittance may be deposited on the other surface of the transparent substrate 2 in a predetermined pattern.

また、図２（ｂ）のように、光の強度分布を制御する手段として、透明基板２の他面に、組成比が可変であるパターニング材料７をエピタキシャル成長させ、このパターニング材料７により光の透過率を制御することができる。   Further, as shown in FIG. 2B, as a means for controlling the light intensity distribution, a patterning material 7 having a variable composition ratio is epitaxially grown on the other surface of the transparent substrate 2, and light is transmitted through the patterning material 7. The rate can be controlled.

具体的には、パターニング材料７として、例えば窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ）をエピタキシャル成長させた後、フォトリソグラフィ等を利用してパターニングする。 Specifically, for example, aluminum gallium nitride (Al x Ga 1-x N) is epitaxially grown as the patterning material 7 and then patterned using photolithography or the like.

照射光として、ＫｒＦエキシマレーザ光（λ＝２４８ｎｍ）を用いた場合、窒化アルミニウムガリウムの組成比ｘをλ＞２４８ｎｍとなるように変化させれば、窒化アルミニウムガリウムを透過するレーザ光は減衰して、光照射強度に空間的分布〔図２（ｂ）の強照射領域ａと弱照射領域ｂ〕を持たせることで、分解物（ガリウム）層の厚みにも空間的分布〔図２（ｂ）の凹部ｃと凸部ｄ〕を待たせることが可能となるから、塩酸等によって分解物（ガリウム）層を除去すると、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａ〔図１（ｃ）を参照〕を精度良く形成できるようになる。   When KrF excimer laser light (λ = 248 nm) is used as the irradiation light, if the composition ratio x of aluminum gallium nitride is changed so that λ> 248 nm, the laser light transmitted through the aluminum gallium nitride is attenuated. By providing the light irradiation intensity with a spatial distribution (strong irradiation region a and weak irradiation region b in FIG. 2B), the thickness of the decomposition product (gallium) layer is also spatially distributed [FIG. 2B. It is possible to wait for the concave portion c and the convex portion d] of the semiconductor layer 3, and when the decomposition product (gallium) layer is removed by hydrochloric acid or the like, the interface between the semiconductor layer 3 and one surface of the transparent substrate 2 is determined in advance by device design. The fine concavo-convex structure 3a (see FIG. 1C) can be formed with high accuracy.

窒化アルミニウムガリウムは、アルミニウム（Ａｌ）の組成比ｘを変化することで、λ＝２００〜３６０ｎｍにまで変化させることが可能であり、レーザ光に対する吸収率を連続的に変化させることが可能であるため、微細凹凸構造３ａを高精度に制御することができる。   Aluminum gallium nitride can be changed to λ = 200 to 360 nm by changing the composition ratio x of aluminum (Al), and the absorptance to laser light can be continuously changed. Therefore, the fine concavo-convex structure 3a can be controlled with high accuracy.

パターニング材料７としては、３元系の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ）の他に、硫化カドミウム亜鉛（ＺｎxＣｄ1-xＳ）、窒化アルミニウムホウ素（ＡｌxＢ1-xＮ）、窒化インジウムホウ素（ＩｎxＢ1-xＮ）、窒化ガリウムホウ素（ＧａxＢ1-xＮ）、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎxＡｌ1-xＮ）が可能である。 The patterning material 7 includes ternary aluminum gallium nitride (Al x Ga 1-x N), cadmium zinc sulfide (Zn x Cd 1-x S), and aluminum boron nitride (Al x B 1-x N). ), Indium boron nitride (In x B 1-x N), gallium boron nitride (Ga x B 1-x N), and indium aluminum nitride (In x Al 1-x N).

また、４元系の窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムインジウムホウ素（ＡｌＩｎＢＮ）、窒化インジウムガリウムホウ素（ＩｎＧａＢＮ）、窒化アルミニウムガリウムホウ素（ＡｌＧａＢＮ）が可能である。   Further, quaternary aluminum indium gallium nitride (AlInGaN), aluminum indium boron nitride (AlInBN), indium gallium boron nitride (InGaBN), and aluminum gallium boron nitride (AlGaBN) are possible.

なお、照射光の種類やパターニング材料７は、前記のものに限定されるものではなく、適宜に変更が可能である。   Note that the type of irradiation light and the patterning material 7 are not limited to those described above, and can be changed as appropriate.

第２実施形態の発光素子１の製造方法では、異なる透過率の光Ｌ２の強度分布の制御によって、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成するととともに、異なる透過率の光Ｌ２によって、透明基板２を半導体層３から容易に分離することができるから、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。   In the method for manufacturing the light emitting element 1 according to the second embodiment, the fine concavo-convex structure 3a determined in advance by device design at the interface between the semiconductor layer 3 and one surface of the transparent substrate 2 by controlling the intensity distribution of the light L2 having different transmittance. Since the transparent substrate 2 can be easily separated from the semiconductor layer 3 by the light L2 having different transmittance, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

また、パターニング材料７の組成比を変えることで、透過率の制御が容易に行える。   Further, the transmittance can be easily controlled by changing the composition ratio of the patterning material 7.

図３は、第３実施形態の発光素子１の製造方法である。   FIG. 3 shows a method for manufacturing the light emitting device 1 of the third embodiment.

透明基板２の一面に、半導体層形成する第１工程は、第１実施形態の図１（ａ）の第１工程と同じであるので、説明および図示は省略する。   Since the first step of forming a semiconductor layer on one surface of the transparent substrate 2 is the same as the first step of FIG. 1A of the first embodiment, description and illustration are omitted.

図３（ａ）の第２工程では、前記透明基板２の他面側から所定の光Ｌを照射して、前記透明基板２と前記半導体層３とを分離する。   In the second step of FIG. 3A, the transparent substrate 2 and the semiconductor layer 3 are separated by irradiating a predetermined light L from the other surface side of the transparent substrate 2.

ここで、所定の光Ｌとは、紫外領域の１ｆｓ〜１０００ｆｓの極短パルスのレーザ光であり、このレーザ光によって半導体層３の透明基板２との界面をアブレーション加工することで、半導体層３から透明基板２が分離（剥離）されるようになる。   Here, the predetermined light L is laser light of an ultrashort pulse of 1 fs to 1000 fs in the ultraviolet region, and the semiconductor layer 3 is ablated by ablating the interface between the semiconductor layer 3 and the transparent substrate 2. Thus, the transparent substrate 2 is separated (peeled).

極短パルスのレーザ光を発生する紫外光源としては、フェトム秒ＴＨＧ−Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ、フェトム秒パルス励起したフェトム秒ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＦＨＧ−ＹＡＧレーザなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Ultraviolet light sources that generate ultrashort pulse laser light include femtosecond THG-Ti-Sapphire laser, femtosecond XeCl excimer laser excited by femtosecond pulse, KrF excimer laser, ArF excimer laser, F 2 excimer laser, THG-YAG A laser, an FHG-YAG laser, etc. are mentioned, but it is not limited to this.

なお、各英字の略称は、通常使われているものであるが、ＴＨＧはＴｈｉｒｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（３倍高調波）、Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅはチタンサファイア、ＸｅＣｌは塩化キセノン、ＫｒＦはフッ化クリプトン、ＡｒＦはフッ化アルゴン、ＹＡＧはＹｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ（イットリウム アルミニウム ガーネット）、ＦＨＧはＦｏｕｒｔｈ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（４倍高調波）をそれぞれ意味するものである。   In addition, although the abbreviation of each alphabetic character is usually used, THG is Third Harmonic Generation (third harmonic), Ti-Sapphire is titanium sapphire, XeCl is xenon chloride, KrF is krypton fluoride, and ArF is Argon fluoride and YAG mean Yttrium Aluminum Garnet (yttrium aluminum garnet), and FHG means Fourth Harmonic Generation (fourth harmonic), respectively.

透明基板２としては、サファイアが用いられている場合、サファイアは赤外線から波長１４０ｎｍ程度までの光に対して透明であるので、この範囲のレーザ光であれば、サファイア製の透明基板２を分離することが可能である。   When sapphire is used as the transparent substrate 2, sapphire is transparent to light from infrared rays to wavelengths of about 140 nm, so that the sapphire transparent substrate 2 is separated if the laser light is in this range. It is possible.

サファイア製の透明基板２に、窒化ガリウム製の半導体層３が積層形成されている場合、加工条件としては、透明基板２と半導体層３の温度を３０〜１００℃に制御し、加工面でのレーザエネルギー密度が０．１〜１Ｊ／ｃｍ2程度であることが適切である。レーザ照射方法としては、集光ビームを走査する方法や均一なビーム強度を持つ大口径のレーザを照射することが挙げられる。 When the semiconductor layer 3 made of gallium nitride is laminated on the transparent substrate 2 made of sapphire, the processing conditions are such that the temperature of the transparent substrate 2 and the semiconductor layer 3 is controlled to 30 to 100 ° C. It is appropriate that the laser energy density is about 0.1 to 1 J / cm 2 . Examples of the laser irradiation method include a method of scanning a focused beam and irradiation of a large-diameter laser having a uniform beam intensity.

第３実施形態の発光素子１の製造方法では、極短パルスのレーザ光Ｌ３によるアブレーション加工によって、透明基板２を半導体層３から容易に分離することができるから、発光素子１の放熱性が向上するとともに、発光素子１を小型化でき、デバイス設計性も向上するようになる。   In the method for manufacturing the light-emitting element 1 according to the third embodiment, the transparent substrate 2 can be easily separated from the semiconductor layer 3 by ablation processing with an ultrashort pulse laser beam L3, so that the heat dissipation of the light-emitting element 1 is improved. In addition, the light emitting element 1 can be reduced in size, and the device design is improved.

また、極短パルスのレーザ光であるので、加工時の熱発生を抑制することができ、クラック発生の防止、加工精度の向上等によって、歩留まりを向上することができる。   In addition, since the laser light has an extremely short pulse, heat generation during processing can be suppressed, and yield can be improved by preventing generation of cracks and improving processing accuracy.

第３実施形態の発光素子１の製造方法において、図３（ｂ）の変形例１のように、少なくとも２種類以上の異なる波長のレーザ光Ｌ３を用いると、これらのレーザ光Ｌ３の強度分布で、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成することができる。   In the method for manufacturing the light emitting device 1 according to the third embodiment, when at least two types of laser beams L3 having different wavelengths are used as in Modification 1 of FIG. 3B, the intensity distribution of these laser beams L3 is obtained. The fine concavo-convex structure 3a determined in advance by device design can be accurately formed at the interface between the semiconductor layer 3 and one surface of the transparent substrate 2.

一般的に、レーザ光は波長が短いほど光照射強度が小さく、吸収率が大きく、生成する半導体層３の厚さが小さくなる。   In general, the shorter the wavelength of laser light, the lower the light irradiation intensity, the higher the absorptance, and the smaller the thickness of the generated semiconductor layer 3.

そこで、レーザ光Ｌ３として、波長の異なるＦＨＧ−ＹＡＧレーザ（λ＝２６６ｎｍ）とＴＨＧ−ＹＡＧレーザ（λ＝３５５ｎｍ）とを用いて、光照射強度に空間的分布（強照射領域ａと弱照射領域ｂ）を持たせることで、分解物（ガリウム）層の厚みにも空間的分布（凹部ｃと凸部ｄ）を待たせることが可能となるから、塩酸等によって分解物（ガリウム）層を除去すると、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａ〔図１（ｃ）を参照〕を精度良く形成できるようになる。   Therefore, as the laser light L3, an FHG-YAG laser (λ = 266 nm) and a THG-YAG laser (λ = 355 nm) having different wavelengths are used, and a spatial distribution (strong irradiation region a and weak irradiation region) is applied to the light irradiation intensity. By providing b), it becomes possible to wait for the spatial distribution (concave part c and convex part d) in the thickness of the decomposition product (gallium) layer, so the decomposition product (gallium) layer is removed by hydrochloric acid or the like. Then, the fine uneven structure 3a (see FIG. 1C) determined in advance by device design can be accurately formed at the interface between the semiconductor layer 3 and one surface of the transparent substrate 2.

変形例１の発光素子１の製造方法では、異なる波長のレーザ光の強度分布によって、半導体層３の透明基板２の一面との界面に予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａを精度良く形成できるから、光の取り出し効率が向上するようになる。   In the manufacturing method of the light-emitting element 1 of Modification 1, the fine uneven structure 3a determined in advance by device design is accurately formed on the interface between the semiconductor layer 3 and one surface of the transparent substrate 2 by the intensity distribution of laser light having different wavelengths. Therefore, the light extraction efficiency is improved.

また、１回の光照射のみで、半導体層３に対する微細凹凸構造３ａの精度良い形成と透明基板２の分離とが同時に行えるから、製造時間や製造コストを大幅に削減することが可能になる。   Moreover, since the fine concavo-convex structure 3a can be accurately formed on the semiconductor layer 3 and the transparent substrate 2 can be separated simultaneously with only one light irradiation, the manufacturing time and the manufacturing cost can be greatly reduced.

さらに、ＦＨＧ−ＹＡＧレーザは、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザよりも出力が小さいため、この２種類のレーザを選択することで、微細凹凸構造３ａのアスペクト比が得やすくなる。なお、この他に、ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ等を適宜に組み合わせることもできる。 Furthermore, since the output of the FHG-YAG laser is smaller than that of the THG-YAG laser, the aspect ratio of the fine concavo-convex structure 3a can be easily obtained by selecting these two types of lasers. In addition, a XeCl excimer laser, a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an F 2 excimer laser, or the like can be appropriately combined.

図３（ｃ）の第２変形例は、図３（ｂ）の第１変形例と同様に、少なくとも２種類以上の異なる波長のレーザ光Ｌ３を用いるとともに、これに加えて、レーザ光Ｌ３の強度分布を制御する手段として、透明基板２の他面に、組成比が可変であるパターニング材料７をエピタキシャル成長させ、このパターニング材料７によりレーザ光Ｌ３の透過率を制御することができる。   The second modification of FIG. 3C uses at least two types of laser beams L3 having different wavelengths, as well as the first modification of FIG. 3B, and in addition to this, As a means for controlling the intensity distribution, a patterning material 7 having a variable composition ratio can be epitaxially grown on the other surface of the transparent substrate 2, and the transmittance of the laser beam L3 can be controlled by the patterning material 7.

具体的には、パターニング材料７として、例えば窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ）をエピタキシャル成長させた後、フォトリソグラフィ等を利用してパターニングする。なお、その他のパターニング材料７は、第２実施形態の図２（ｂ）の項を参照されたい。 Specifically, for example, aluminum gallium nitride (Al x Ga 1-x N) is epitaxially grown as the patterning material 7 and then patterned using photolithography or the like. For other patterning material 7, refer to the section of FIG. 2B of the second embodiment.

レーザ光Ｌ３として、波長の異なるＫｒＦエキシマレーザ光（λ＝２４８ｎｍ）とＸｅＣｌエキシマレーザ（λ＝３０８ｎｍ）とを用いて、光照射強度に空間的分布（強照射領域ａと弱照射領域ｂ）を持たせることができる。なお、レーザ光Ｌ３としては、ＦＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ等を適宜に組み合わせることもできる。 As the laser beam L3, a KrF excimer laser beam (λ = 248 nm) and a XeCl excimer laser (λ = 308 nm) having different wavelengths are used, and the spatial distribution (strong irradiation region a and weak irradiation region b) is applied to the light irradiation intensity. You can have it. As the laser light L3, an FHG-YAG laser, a THG-YAG laser, an ArF excimer laser, an F 2 excimer laser, or the like can be appropriately combined.

また、パターニング材料７の窒化アルミニウムガリウムの組成比ｘをλ＞２４８ｎｍとなるように変化させれば、窒化アルミニウムガリウムを透過するレーザ光は減衰して、光照射強度に空間的分布（強照射領域ａと弱照射領域ｂ）を持たせることができる。   Further, if the composition ratio x of aluminum gallium nitride of the patterning material 7 is changed so that λ> 248 nm, the laser light transmitted through the aluminum gallium nitride is attenuated, and the spatial distribution (strong irradiation region) of the light irradiation intensity is attenuated. a and a weakly irradiated region b) can be provided.

第２変形例の発光素子１の製造方法では、異なる波長のレーザ光Ｌ３とパターニング材料７による異なる透過率のレーザ光Ｌ２との併用で、分解物（ガリウム）層の厚みにも空間的分布〔図２（ｂ）の凹部ｃと凸部ｄ〕を待たせることが可能となるから、塩酸等によって分解物（ガリウム）層を除去すると、半導体層３の透明基板２の一面との界面に、第１変形例よりも高アスペクト比の予めデバイス設計にて決めた微細凹凸構造３ａ〔図１（ｃ）を参照〕を精度良く形成できるようになる。   In the method for manufacturing the light emitting device 1 of the second modification, the laser light L3 having different wavelengths and the laser light L2 having different transmittances by the patterning material 7 are used in combination, and the spatial distribution of the thickness of the decomposition product (gallium) layer [ Since it becomes possible to make the concave part c and convex part d] of FIG.2 (b) wait, when a decomposition product (gallium) layer is removed with hydrochloric acid etc., in the interface with the one surface of the transparent substrate 2 of the semiconductor layer 3, The fine concavo-convex structure 3a (see FIG. 1C) determined in advance by device design having a higher aspect ratio than the first modification can be formed with high accuracy.

なお、上述した第３実施形態と第１変形例との組み合わせ、第３実施形態と第１変形例と第２変形例との組み合わせの他に、第３実施形態と第２変形例との組み合わせも可能である。   In addition to the combination of the third embodiment and the first modification described above, the combination of the third embodiment, the first modification, and the second modification, the combination of the third embodiment and the second modification. Is also possible.

第１実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the light emitting element of 1st Embodiment. 第２実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the light emitting element of a 2nd embodiment. 第３実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the light emitting element of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 発光素子
２ 透明基板
３ 半導体層
３ａ 微細凹凸構造
４ 回折格子
５ 結像マスク
７ パターニング材料
Ｌ 所定の光
Ｌ１ 回折光
Ｌ２ 異なる透過率の光
Ｌ３ 異なる波長のレーザ光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting element 2 Transparent substrate 3 Semiconductor layer 3a Fine uneven structure 4 Diffraction grating 5 Imaging mask 7 Patterning material L Predetermined light L1 Diffracted light L2 Light with different transmittance L3 Laser light with different wavelengths

Claims (6)

透明基板の一面に半導体層を形成する第１工程と、
前記透明基板の他面側から所定の光を照射して、前記透明基板と前記半導体層とを分離する第２工程とを備え、
前記第２工程は、所定の光として、回析光を用いて光の強度分布を制御して、この回析光による干渉縞により、前記半導体層の前記透明基板の一面との界面に微細凹凸構造を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。 A first step of forming a semiconductor layer on one surface of the transparent substrate;
A second step of separating the transparent substrate and the semiconductor layer by irradiating predetermined light from the other surface side of the transparent substrate;
In the second step, the intensity distribution of light is controlled using diffracted light as predetermined light, and fine irregularities are formed on the interface of the semiconductor layer with one surface of the transparent substrate by interference fringes by the diffracted light. A method for manufacturing a light-emitting element, comprising forming a structure. 透明基板の一面に半導体層を形成する第１工程と、
前記透明基板の他面側から所定の光を照射して、前記透明基板と前記半導体層とを分離する第２工程とを備え、
前記第２工程は、所定の光として、異なる透過率の光を用いて光の強度分布を制御して、前記半導体層の前記透明基板の一面との界面に微細凹凸構造を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。 A first step of forming a semiconductor layer on one surface of the transparent substrate;
A second step of separating the transparent substrate and the semiconductor layer by irradiating predetermined light from the other surface side of the transparent substrate;
In the second step, the light intensity distribution is controlled using light having different transmittances as the predetermined light, and a fine concavo-convex structure is formed at the interface between the semiconductor layer and one surface of the transparent substrate. A method for manufacturing a light emitting device. 前記光の強度分布を制御する手段として、前記透明基板の他面に、組成比が可変であるパターニング材料をエピタキシャル成長させ、このパターニング材料により光の透過率を制御することを特徴とする請求項２記載の発光素子の製造方法。   3. The light intensity distribution is controlled by epitaxially growing a patterning material having a variable composition ratio on the other surface of the transparent substrate and controlling the light transmittance by the patterning material. The manufacturing method of the light emitting element of description. 透明基板の一面に半導体層を形成する第１工程と、
前記透明基板の他面側から所定の光を照射して、前記透明基板と前記半導体層とを分離する第２工程とを備え、
前記第２工程は、所定の光として、紫外領域の１ｆｓ〜１０００ｆｓの極短パルスのレーザ光を用いて、前記半導体層と前記透明基板との界面をアブレーション加工して、前記透明基板と前記半導体層とを分離することを特徴とする発光素子の製造方法。 A first step of forming a semiconductor layer on one surface of the transparent substrate;
A second step of separating the transparent substrate and the semiconductor layer by irradiating predetermined light from the other surface side of the transparent substrate;
The second step uses an ultrashort pulse laser beam of 1 fs to 1000 fs in the ultraviolet region as predetermined light to ablate the interface between the semiconductor layer and the transparent substrate, and the transparent substrate and the semiconductor A method for manufacturing a light-emitting element, comprising separating a layer. 前記レーザ光は、少なくとも２種類以上の異なる波長のレーザ光であり、これらのレーザ光の強度分布で、前記半導体層の前記透明基板の一面との界面に微細凹凸構造を形成することを特徴とする請求項４記載の発光素子の製造方法。   The laser beam is a laser beam having at least two types of different wavelengths, and a fine concavo-convex structure is formed at an interface between the semiconductor layer and one surface of the transparent substrate by an intensity distribution of these laser beams. The manufacturing method of the light emitting element of Claim 4. 前記レーザ光の強度分布を制御する手段として、前記透明基板の他面に、組成比が可変であるパターニング材料をエピタキシャル成長させ、このパターニング材料によりレーザ光の透過率を制御することを特徴とする請求項４または５記載の発光素子の製造方法。   The means for controlling the intensity distribution of the laser beam is characterized in that a patterning material having a variable composition ratio is epitaxially grown on the other surface of the transparent substrate, and the transmittance of the laser beam is controlled by the patterning material. Item 6. A method for producing a light-emitting device according to Item 4 or 5.
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