JP2014041964A - 窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空間を形成することによって、成長用基板を剥離する窒化物半導体発光素子の製造方法とその製造方法により製造された窒化物半導体発光素子である。
【選択図】図6
Description
(バッファ層の形成)
まず、図1の模式的断面図に示すように、成長用基板1の第1の表面1a上にAlを含有する窒化物半導体からなるバッファ層2を形成する。
次に、図2の模式的断面図に示すように、バッファ層2上に、n型窒化物半導体層3と、発光層4と、p型窒化物半導体層5とをこの順序で結晶成長させることによって、多層窒化物半導体層6を形成する。
次に、図3の模式的断面図に示すように、多層窒化物半導体層6を支持基板9の表面上に接合する。
次に、図4の模式的断面図に示すように、成長用基板1の第2の表面1b側から成長用基板1を薄型化する。成長用基板1を薄型化する方法は特に限定されないが、たとえば、成長用基板1の第2の表面1bを研削および/または研磨することにより行なうことができる。
次に、図5の模式的断面図に示すように、成長用基板1の第2の表面1b側から光10を照射することによって、光10の少なくとも一部をバッファ層2に吸収させて、成長用基板1を剥離する。
図7に、成長用基板1の第2の表面1bに対する光10の照射方法の一例を図解する模式的な平面図を示す。図7に示すように、光10は、成長用基板1の第2の表面1bにおいて、光10の照射領域12を矢印13の方向に移動させながら照射される。
また、図12の模式的断面図に示すように、少なくとも、成長用基板1、バッファ層2および多層窒化物半導体層6の側壁を覆うようにSiO2などの保護膜15を設けることが好ましい。図13の模式的断面図に示すように、成長用基板1、バッファ層2および多層窒化物半導体層6の側壁に接合材料8が付着している場合には、成長用基板1の円滑な剥離が阻害される場合がある。しかしながら、図12に示すように、保護膜21を設けることによって、たとえば図14の模式的断面図に示すように、成長用基板1、バッファ層2および多層窒化物半導体層6の側壁への接合材料8の付着を防止することができる。
上記のようにして、成長用基板1を剥離した後には、その一部が熱分解したバッファ層2上、若しくは、バッファ層2の全部が熱分解した場合には多層窒化物半導体層6のn型窒化物半導体層3の表面に付着したAlや光10の照射により発生するその他の生成物などを除去することなどによって、n型窒化物半導体層3の表面を露出させる。そして、n型窒化物半導体層3の露出させた表面上にn側電極を形成する。これにより、実施の形態1の窒化物半導体発光素子を製造することができる。
上述したように、実施の形態1の窒化物半導体発光素子の製造方法においては、光10の少なくとも一部をAlを含有する窒化物半導体からなるバッファ層2に照射して吸収させ、バッファ層2の一部または全部を熱分解して窒素ガスを生成させる。そして、このバッファ層2の熱分解により発生した窒素ガスにより、応力波を発生させ、応力波の力によって薄型化された成長用基板1を変形させることで、成長用基板1と、その一部が熱分解したバッファ層2または多層窒化物半導体層6と、の間に空間11を形成している。そして、この空間11の形成により、成長用基板1を剥離している。
実施の形態2の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の照射により成長用基板を粉砕して、空間を形成し、多層窒化物半導体層から成長用基板を剥離することを特徴としている。
実施の形態3の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の照射により生じた応力波により、成長用基板から分離した多層窒化物半導体層が接合材料側に変形するため、結果として、バッファ層または多層窒化物半導体層と成長用基板との間に空間を形成することにより、成長用基板を剥離することを特徴としている。
まず、市販されている厚さ350μmの両面研磨を施したサファイア基板上に、厚さ約5μmのノンドープAlNバッファ層、厚さ約2μmのSiドープn型Al0.6Ga0.4N層、ノンドープAl0.4Ga0.6N量子井戸層とノンドープAl0.6Ga0.4N障壁層とが交互に5ペア積層されてなる発光層、厚さ約15nmのMgドープp型Al0.7Ga0.3Nキャリアバリア層、厚さ約10nmのMgドープp型Al0.6Ga0.4N層、および厚さ約20nmのMgドープp型GaNコンタクト層をこの順にMOCVD法により結晶成長させた。ここで、n型Al0.6Ga0.4N層、発光層、p型Al0.7Ga0.3Nキャリアバリア層、p型Al0.6Ga0.4N層、およびp型GaNコンタクト層の積層体から多層窒化物半導体層は構成された。
図24の模式的断面図に示すように、1辺が6mmの正方形状のチップとし、厚さ100μm程度の熱硬化型の導電性接着剤108を用いてチップの多層窒化物半導体層106上に形成したp電極107とSi基板109との導電性接着剤108による接合後に、サファイア基板101の多層窒化物半導体層106の積層側の第1の表面101aと反対側の第2の表面101bを研削することによって、サファイア基板101を160μm程度の厚さまで薄くした。その後研削により生じたスクラッチ傷を除去し、研削後の荒れた面の鏡面性を向上させるため、研磨することによって、サファイア基板101を95μm程度の厚さまで薄くした。その後、CMPによる鏡面研磨により、サファイア基板101の表面の鏡面を実現しつつ、サファイア基板101を90μmの厚さまで薄くした。それ以外は、実験例1と同様にして、チップを作製した。
まず、市販されている厚さ350μmの両面研磨を施したサファイア基板上に、厚さ約1μmのノンドープAlNバッファ層、厚さ約1μmのSiドープn型Al0.6Ga0.4N層、ノンドープAl0.4Ga0.6N量子井戸層とノンドープAl0.6Ga0.4N障壁層とが交互に5ペア積層されてなる発光層、厚さ約15nmのMgドープp型Al0.7Ga0.3Nキャリアバリア層、厚さ約10nmのMgドープp型Al0.6Ga0.4N層、および厚さ約20nmのMgドープp型GaNコンタクト層をこの順にMOCVD法により結晶成長させた。ここで、n型Al0.6Ga0.4N層、発光層、p型Al0.7Ga0.3Nキャリアバリア層、p型Al0.6Ga0.4N層、およびp型GaNコンタクト層の積層体から多層窒化物半導体層は構成された。なお、実験例3において、多層窒化物半導体層の厚さは3μm未満であった。
実験例4においては、1辺が500μmの長さの正方形状の1ショット照射領域に、1ショット当たり5000mJ/cm2のエネルギ密度で、実験例2と同様に結晶成長工程、接合工程、研削・研磨工程などにより、サンプルを作製して、その一領域を選び、光の照射を2箇所行なった。ここで、光の照射は、2箇所の光の照射領域の重なりがゼロとなるように、2箇所の光の照射領域が互いに接するようにして行なわれた。
実験例2のノンドープAlNバッファ層102に代えて、AlN層、Al0.2Ga0.8N層、Al0.5Ga0.5N層およびAl0.8Ga0.2N層をそれぞれ代わりのバッファ層として用いたこと以外は実験例2と同様にして光を照射し、サファイア基板101の剥離の有無について実験した。その結果、上記のいずれの代わりのバッファ層を用いた場合でも、サファイア基板101が剥離することが確認された。
まず、市販されている厚さ350μmの両面研磨を施したサファイア基板上に、厚さ約0.3μmのノンドープAlNバッファ層、厚さ約3μmのノンドープGaN層、厚さ約2μmのSiドープn型GaN層、約1.5nmのノンドープGaN層と約1.5nmのノンドープIn0.03Ga0.97N層とが交互に積層された超格子構造を有する厚さ約0.6μmのバッファ層、厚さ約3.5nmのノンドープIn0.4Ga0.6N量子井戸層と厚さ約15nmのノンドープGaN障壁層とが交互に6ペア積層されてなる発光層、厚さ約15nmのp型AlGaNからなるキャリアバリア層、厚さ約80nmのMgドープp型GaN層および厚さ約20nmのMgドープp型GaNコンタクト層をこの順にMOCVD法により結晶成長させた。
まず、実験例1と同一の方法および同一の条件で、サファイア基板上にp型GaNコンタクト層まで積層した後に、p型GaNコンタクト層上に、厚さ200nmのPd層と厚さ1000nmのAu層とをこの順序でEB蒸着法により積層することによってp側電極を形成した。
カプトンテープに代えてカーボンテープをp側電極に貼り付けたこと以外は、実験例7と同様にして、1辺が500μmの長さの正方形状の照射領域に1ショット当たり1500mJ/cm2のエネルギ密度で光の照射を行なった。その結果、光の照射領域12において、多層窒化物半導体層をサファイア基板から剥離することができた。その後、後工程(n型窒化物半導体層の表面のエッチング工程など)を実施し、n側電極の形成などを行なって、窒化物半導体発光ダイオード素子を作製した。
Claims (14)
- 成長用基板の第1の表面上にAlを含有する窒化物半導体からなるバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層とをこの順序で結晶成長させることによって、多層窒化物半導体層を形成する工程と、
前記多層窒化物半導体層を形成する工程の後に、前記多層窒化物半導体層を支持基板の表面上に接合する工程と、
前記支持基板の表面上に接合する工程の後に、前記成長用基板の第2の表面側から前記成長用基板を薄型化する工程と、
前記成長用基板の前記第2の表面側から光を照射することによって、前記光の少なくとも一部を前記バッファ層に吸収させて、前記成長用基板を剥離する工程と、を含み、
前記成長用基板を剥離する工程においては、前記光の少なくとも一部を吸収した前記バッファ層の少なくとも一部が分解して生成した窒素ガスにより、前記成長用基板と前記バッファ層または前記多層窒化物半導体層との間に空間を形成することによって、前記成長用基板を剥離する、窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記バッファ層がAlNからなる、請求項1に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記多層窒化物半導体層と前記バッファ層との合計の厚さが3μm以上である、請求項1または2に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記バッファ層を形成する工程において、前記バッファ層は、前記成長用基板の前記第1の表面に接するようにして形成される、請求項1から3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記成長用基板を薄型化する工程において、前記成長用基板の厚さは、100μm以下とされる、請求項1から4のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記成長用基板を薄型化する工程の後に、前記成長用基板の前記第2の表面を鏡面研磨する工程をさらに含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記光の照射領域が、全ての辺の長さが300μm以上の矩形である、請求項1から6のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記光の波長が200nm以下である、請求項1から7のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記光は、ArFエキシマレーザ装置から照射される、請求項1から8のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記成長用基板がサファイア基板である、請求項1から9のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 成長用基板の第1の表面上に、Alを含有する窒化物半導体からなるバッファ層と、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層とをこの順序で結晶成長させることによって、多層窒化物半導体層を形成する工程と、
前記多層窒化物半導体層を形成する工程の後に、前記多層窒化物半導体層を支持基板の表面上に接合する工程と、
前記支持基板の表面上に接合する工程の後に、前記成長用基板の第2の表面側から前記成長用基板を薄型化する工程と、
前記成長用基板の前記第2の表面側から光を照射することによって、少なくとも前記光が照射された領域における前記成長用基板を粉砕して、空間を形成して、前記成長用基板を剥離する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 成長用基板の第1の表面上に、Alを含有する窒化物半導体からなるバッファ層と、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層とをこの順序で結晶成長させることによって、多層窒化物半導体層を形成する工程と、
前記多層窒化物半導体層を形成する工程の後に、前記多層窒化物半導体層に接合材料を接合する工程と、
前記成長用基板の前記第2の表面側から光を照射して、前記バッファ層および前記多層窒化物半導体層の少なくとも一方を変形させ、前記バッファ層または前記多層窒化物半導体層と前記成長用基板との間に空間を形成して、前記成長用基板を剥離する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法によって製造された、窒化物半導体発光素子。
- 前記窒化物半導体発光素子の発光波長が320nm未満である、請求項13に記載の窒化物半導体発光素子。
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