JP2017152653A - 半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子用ウェハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶品質の高い半導体層を有する発光素子を、簡易な方法で製造する。【解決手段】 半導体発光素子用ウェハの製造方法であって、成長基板を準備する工程（ａ）と、成長基板の上層に半導体層を形成する工程（ｂ）と、半導体層に対して励起光を照射する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の実行時に半導体層から放射される蛍光を受光する工程（ｄ）と、工程（ｄ）において受光される蛍光の光出力に基づいて半導体層の良否判定を行う工程（ｅ）とを有する。【選択図】 図３Ｈ

Description

本発明は、半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子用ウェハの製造方法に関する。

近年、窒化物半導体を用いた発光素子の開発が進められている。この発光素子は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、これらｎ型半導体層及びｐ型半導体層に挟まれるように形成された活性層とを含んで構成される。ｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に電位差が設けられることで両者間に電流が流れ、活性層内で電子と正孔が再結合して発光する。活性層内で生成されたこの光を有効に利用すべく、種々の研究開発が進められている。

図７は、特許文献１に開示された、窒化物半導体発光素子の断面図を模式的に示したものである。発光素子９０は、基板９１上に導電層９２、反射膜９３、絶縁層９４、反射電極９５、半導体層９９、及びｎ側電極１００を備えて構成される。半導体層９９は、ｐ型半導体層９６、活性層９７、及びｎ型半導体層９８が基板９１側から順に積層されて構成される。

絶縁層９４の下層には金属材料からなる反射膜９３が形成されているが、この反射膜９３はオーミック性を有さず電極としての機能を奏さない。一方、反射電極９５は金属材料からなり、ｐ型半導体層９６の間でオーミック接触が実現されることで電極（ｐ側電極）として機能している。

反射電極９５は、活性層９７で生成された光のうち、基板９１に向かう方向（図面下向き）に放射された光を反射させてｎ側半導体層９８側（図面上向き）に取り出すことで、光の取り出し効率を高める目的を兼ねている。反射膜９３も同様の目的で形成されており、反射電極９５が形成されていない箇所を通過して下向きに進行した光を反射させてｎ側半導体層９８側に進行方向を変えることで、光の取り出し効率が高められる。

特許第４２０７７８１号公報

図７に示される発光素子９０のような、窒化物半導体で発光素子を形成する場合には、半導体層を成長させるための成長基板として、半導体層とは異なる材料からなる基板が一般的に使用される。特許文献１においても、サファイア基板の上面に、サファイアとは異なる材料である半導体層を成長させる旨の記述がなされている。

しかし、このような異種基板上に半導体層を成長させる場合、基板と半導体との間の格子不整合が不可避的に発生する。このような格子不整合は、半導体層内の特定の箇所に、クラックや組成の異なる領域を生じさせることがある。かかる現象は、光出力の低下を招く原因となる。

近年、上記のような結晶品質の低い半導体層にならないように、結晶品質を高めて半導体層を成長させる方法について開発が進められている。しかし、結晶品質を極めて向上させた半導体層を成長させるには、製造プロセスが煩雑化し、素子としての製造単価が著しく上昇してしまうなど、実用的な面で課題がある。

ところで、従来、予め品質が低いウェハを製造ラインから排除すべく、光学顕微鏡を用いて外観検査を行う方法が知られている。この方法では、半導体層の表面に白色光を照射し、クラックの存否によって白色光の反射の程度が異なる現象を利用して、反射光の照度によって目視でクラックの有無を検査している。しかし、本発明者の鋭意研究によれば、半導体層の表面で白色光が散乱し、クラックの視認が難しい場合があることが分かった。

図８は、クラックを有した半導体層を含む発光素子に対して白色光を照射したときの写真であるが、写真からはクラックが全く確認できない。このような方法で検査を行った場合、良品として判定された素子にクラック等が存在することで、低い光出力しか実現できなかったり、寿命特性の低い素子が市場に流通するおそれがある。

本発明は、上記の課題に鑑み、結晶品質の高い半導体層を有する発光素子を、簡易な方法で製造することを目的とする。

本発明の第一態様は、半導体発光素子用ウェハの製造方法であって、
成長基板を準備する工程（ａ）と、
前記成長基板の上層に半導体層を形成する工程（ｂ）と、
前記半導体層に対して励起光を照射する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）の実行時に前記半導体層から放射される蛍光を受光する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）において受光される蛍光の光出力に基づいて前記半導体層の良否判定を行う工程（ｅ）とを有することを特徴とする。

本発明者の鋭意研究により、結晶欠陥やクラック等の不良部を有する半導体層に対して励起光を照射した場合、当該不良部の存在箇所と、不良部が存在しない箇所とで、蛍光の光出力が異なることが確認された。よって、上記方法によれば、受光された蛍光の出力によって、不良部の存否を確認することができる。

図１は、図８の素子に対して励起光を照射し、発せされる蛍光を観察した写真である。図１によれば、周囲よりも光強度の弱い領域２が斜めの線として黒っぽく現れている。このような領域は、図８の写真では確認されていない。図１の写真より、この領域２内の半導体層には不良部が存在しているため、他の領域よりも蛍光の強度が弱くなっていると考えられる。

特に、励起光として紫外光を用いる場合には、白色光を照射する場合のように、半導体層の表面で反射された光で視認が困難になるということがない。すなわち、励起光を可視域にない波長帯の光とし、蛍光を可視域の波長帯の光とすることで、不良部の判定精度を更に高めることができる。

前記工程（ｅ）は、前記半導体層の特定箇所から受光された蛍光強度が所定の閾値以下である場合に、前記半導体層の前記特定箇所に不良部を有すると判断する工程とすることができる。

半導体層内にクラックが存在する場合や、複数の異なる準位が存在する場合には、励起光が照射されたときに生じる蛍光の強度が弱まる。よって、所定の閾値以下の蛍光しか受光されなかった場合をもって、不良部が存在すると判断することができる。

前記工程（ｄ）は、前記蛍光のうち、所定の波長帯の光を選択して受光する工程であり、
前記工程（ｅ）は、前記半導体層の特定箇所から受光された、前記所定の波長帯の蛍光強度が所定の閾値以下である場合に、前記半導体層の前記特定箇所に不良部を有すると判断するものとしても構わない。

半導体層内に組成の異なる領域が存在する場合には、当該領域は、周囲と比較してバンドギャップエネルギーが異なる。このため、当該領域に励起光が照射された場合に生じる蛍光の波長と、本来の半導体層の組成を示す領域に励起光が照射された場合に生じる蛍光の波長とが異なる。よって、本来の半導体層の組成を示す領域に励起光が照射された場合に生じるであろう蛍光が示す波長帯の光を選択的に受光したときに、受光された光の強度が閾値以下である場合には、当該領域に不良部が存在すると判断することができる。

前記工程（ｂ）は、窒化物半導体からなる前記半導体層を形成する工程であるものとしても構わない。このとき、前記半導体層は、Ａｌを含む窒化物半導体を有し、前記励起光は、紫外光であるものとしても構わない。

Ａｌを含む窒化物半導体を成長させる場合においては、特に、半導体層の表面に異常な凹凸部が形成されていると、結晶の配列が乱れ、半導体層における組成が所望する値から異なってしまう場合があり、不良部を形成しやすい。このような場合に、上記の方法によれば、予め不良部が存在するか否かの判定を行うことができるため、高品質なウェハを市場に提供することが可能となる。

本発明の第二態様は、半導体発光素子の製造方法であって、
成長基板を準備する工程（ａ）と、
前記成長基板の上層に、ｎ型又はｐ型の第一半導体層、活性層、及び前記第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層を形成する工程（ｂ）と、
前記半導体層に対して励起光を照射する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）の実行時に前記半導体層から放射される蛍光を受光する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）において受光される蛍光の光出力に基づいて前記半導体層の良否判定を行う工程（ｅ）と、
前記工程（ｂ）の後に、前記第二半導体層の上層に第二電極を形成する工程（ｆ）と、
前記第二電極の上層に、前記成長基板とは別の基板を貼り合わせる工程（ｇ）と、
前記工程（ｇ）の後に、前記成長基板を剥離して、前記第一半導体層を露出させる工程（ｈ）と、
前記第一半導体層の上面に第一電極を形成する工程（ｉ）とを有することを特徴とする。

上記方法によれば、蛍光の光出力に基づいて半導体層の良否判定が行われる。このため、良品と判定された素子のみを後の工程に送る等の処置を施すことで、品質の高い発光素子を市場に供給することができる。また、上記方法によれば、励起光を半導体層に照射して、半導体層から放出される蛍光を受光するのみでよく、簡易な方法で良不良判定を行うことができる。よって、製造コストを高騰させることなく、品質の高い発光素子を市場に提供することが可能となる。

前記工程（ｅ）は、前記半導体層の特定箇所から受光された蛍光強度が所定の閾値以下である場合に、前記半導体層の前記特定箇所に不良部を有すると判断するものとしても構わない。

前記工程（ｄ）は、前記蛍光のうち、所定の波長帯の光を選択して受光する工程であり、
前記工程（ｅ）は、前記半導体層の特定箇所から受光された、前記所定の波長帯の蛍光強度が所定の閾値以下である場合に、前記半導体層の前記特定箇所に不良部を有すると判断する工程であるものとしても構わない。

前記工程（ｃ）、前記工程（ｄ）、及び前記工程（ｅ）は、前記工程（ｈ）の後で、前記工程（ｉ）の前に実行されるものとしても構わない。工程（ｈ）の後で、工程（ｉ）の前において、半導体層が完全に露出されているため、半導体層の全面に対して励起光を照射することができ、良不良判定の精度を向上させることができる。

前記工程（ｉ）の後、ウェハをチップ毎に分割する工程（ｊ）と、
各チップに対して実装処理を行う工程（ｋ）とを有し、
前記工程（ｃ）、前記工程（ｄ）、及び前記工程（ｅ）は、前記工程（ｋ）の前に実行され、
前記工程（ｅ）において良品と判定された前記チップに対してのみ前記工程（ｋ）が実行されるものとしても構わない。

前記工程（ｂ）は、窒化物半導体からなる前記半導体層を形成する工程であるものとすることができる。

前記半導体層は、Ａｌを含む窒化物半導体を有し、
前記工程（ｃ）は、紫外光を照射する工程であるものとすることができる。

本発明によれば、安価で高輝度の半導体発光素子が実現される。

クラックを有した半導体層を含む発光素子に対して励起光を照射し、発せされる蛍光を観察した写真である。 半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す平面図である。 半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。 一部の領域に不良部が存在する場合の半導体層のエネルギーバンド図を模式的に示したものである。 一部の領域に不良部が存在する場合の半導体層のエネルギーバンド図を模式的に示したものである。 一部の領域に不良部が存在する場合の半導体層のエネルギーバンド図を模式的に示したものである。 正常な組成を示す半導体層を含む発光素子に対して励起光を照射し、発せされる蛍光を観察した写真である。 一部の領域に組成異常部が存在する半導体層を含む発光素子に対して励起光を照射し、発せされる蛍光を観察した写真である。 半導体発光素子の別実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子の別実施形態の構成を模式的に示す平面図である。 従来の半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。 クラックを有した半導体層を含む発光素子に対して白色光を照射したときの写真である。

本発明の半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子用ウェハの製造方法につき、図面を参照して説明する。各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。以下で説明する製造条件や膜厚等の寸法はあくまで一例であって、これらの数値に限定されるものではない。

また、以下において、「ＡｌＧａＮ」という記述は、Ａｌ_mＧａ_1-mＮ（０＜ｍ＜１）という記述と同義であり、ＡｌとＧａの組成比の記述を単に省略して記載したものであって、ＡｌとＧａの組成比が１：１である場合に限定する趣旨ではない。「ＩｎＧａＮ」等の記述についても同様である。

［構造］
図２Ａ〜図２Ｂは、半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。図２Ａは光取り出し方向から見たときの平面図に対応する。図２Ｂは、図２Ａ内におけるＸ１−Ｘ１線で切断したときの断面図に対応する。以下では、光取り出し面をＸ−Ｙ平面とし、このＸ−Ｙ平面に直交する方向をＺ方向と規定する。

図２Ａは、上述した図１の写真に対応している。

半導体発光素子１は、図２Ｂに示すように、基板３と、基板３の上層に形成された半導体層５と、第一電極１５と、第二電極１３とを備える。以下では、半導体発光素子１を単に「発光素子１」と適宜略記することがある。

（基板３）
基板３は、例えばＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性基板、又はＳｉなどの半導体基板で構成される。

（半導体層５）
本実施形態では、半導体層５は、基板３に近い側からｐ型半導体層１１、活性層９、及びｎ型半導体層７が順に積層されて形成されている。本実施形態では、ｎ型半導体層７が「第一半導体層」に対応し、ｐ型半導体層１１が「第二半導体層」に対応する。

ｐ型半導体層１１は、例えばＭｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、又はＣなどのｐ型不純物がドープされた窒化物半導体層で構成される。窒化物半導体層としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等を利用することができる。

活性層９は、例えばＩｎＧａＮで構成される発光層及びｎ型ＡｌＧａＮで構成される障壁層が周期的に繰り返されてなる半導体層で構成される。これらの層はアンドープでもｐ型又はｎ型にドープされていても構わない。活性層９は、少なくともエネルギーバンドギャップの異なる２種類の材料からなる層が積層されて構成されていればよい。活性層９の構成材料は、生成したい光の波長に応じて適宜選択される。本実施形態の発光素子１は、活性層９における主たる発光波長を４１０ｎｍ以下の紫外光とすることができる。例えば、主たる発光波長が３６５ｎｍの場合、活性層９は、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95ＮとＡｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎとが繰り返し積層されて構成される。

ｎ型半導体層７は、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ、又はＴｅなどのｎ型不純物がドープされた窒化物半導体層で構成される。この窒化物半導体層としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等を利用することができる。なお、ｎ型半導体層７のｎ型不純物濃度は、例えば２〜５×１０¹⁹／ｃｍ³程度に設定される。ｎ型半導体層７のｎ型不純物濃度は、１×１０¹⁸／ｃｍ³以上であるのが好ましく、１×１０¹⁹／ｃｍ³以上であるのがより好ましい。

なお、ｎ型半導体層７は、ｐ型半導体層１１と異なる組成の材料で構成されているものとしても構わない。

（第一電極１５）
第一電極１５は、半導体層５の面のうち、基板３に対して遠い側の面に接触して形成されている。より詳細には、第一電極１５は、ｎ型半導体層７の面に接触して形成されている。

本実施形態では、第一電極１５はｎ側の電極を構成する。第一電極１５は、例えば、Ｎｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕの多層構造の他、Ｃｒ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｃｒ／Ａｕ／Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ等で構成することができる。

図２Ａに示すように、第一電極１５は、Ｚ方向（基板３の面に直交する方向）に見たときに枠形状を示す。より詳細には、第一電極１５の外縁部は、半導体層５の外縁部に沿って枠形状を有して構成されている。なお、図２Ａに示す発光素子１は、枠形状を示す第一電極１５の外縁部の内側の２箇所で、外縁部からＸ方向に離間した位置に、Ｙ方向に延伸した２本の第一電極１５を有している。しかし、枠形状を示す領域の内側において、第一電極１５の延伸する本数は２本に限られるものではなく、１本でもよいし、３本以上であっても構わない。また、第一電極１５の形状は枠形状に限定されない。図２Ａに示した第一電極１５の形状はあくまで一例であり、設計に応じて任意に変更可能である。

第一電極１５は、一部の箇所において、電流供給線１４が連結される電流供給部１５ａを含んで構成される。電流供給部１５ａは、第一電極１５の他の領域と比較して幅広の領域を示す。電流供給線１４は、例えばＡｕ、Ｃｕなどで構成されている。電流供給線１４は、電流供給部１５ａが連結されている端部とは反対側の端部は、例えばパッケージ基板の給電パターンなどに接続されている。

（第二電極１３）
第二電極１３は、ｐ型半導体層１１に接触して形成されており、ｐ型半導体層１１との間でオーミック接触が形成されている。本実施形態では、第二電極１３はｐ側電極を構成する。

第一電極１５と第二電極１３との間に電圧が印加されることで、活性層９内を電流が流れ、活性層９が発光する。

第二電極１３は、活性層９から放射される光に対して高い反射率（例えば８０％以上であり、より好ましくは９０％以上）を示す導電性の材料で構成されるのが好ましい。より具体的には、第二電極１３は、例えばＡｇ、Ａｌ、又はＲｈを含む材料で構成される。上述したように、図２Ａに示す発光素子１は、活性層９から放射された光をｎ型半導体層７側に取り出すことが想定されている。第二電極１３が高い反射率を示す材料で構成されることで、活性層９から基板３側に向けて放射された光がｎ型半導体層７側に向けて反射されるため、光取り出し効率が高められる。

（導電層２０）
導電層２０は、基板３の上層に形成されている。本実施形態では、導電層２０は、保護層２３、接合層２１、接合層１９、及び保護層１７の多層構造で構成されている。

接合層１９及び接合層２１は、例えばＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｐｄ−Ｓｎ、Ｓｎなどで構成される。後述するように、これらの接合層１９と接合層２１は、基板３上に形成された接合層２１と、別の基板（後述する成長基板２５）上に形成された接合層１９を対向させた後に、両者を貼り合わせることで形成されたものである。これらの接合層１９及び接合層２１は、単一の層として一体化されているものとしても構わない。

保護層１７は、例えばＮｉ／Ｔｉ／Ｐｔ、ＴｉＷ／Ｐｔ等の多層構造で構成されており、接合層（１９，２１）を構成する材料が第二電極１３側に拡散して、第二電極１３の反射率が低下することを抑制する目的で設けられている。ただし、発光素子１が保護層１７を備えるか否かは任意である。

保護層２３は、例えば保護層１７と同一の材料で構成され、接合層（１９，２１）を構成する材料が基板３側に拡散するのを抑制する目的で設けられている。ただし、発光素子１が保護層２３を備えるか否かは任意である。

（電流遮断層２４）
本実施形態の発光素子１は、Ｚ方向に関して第一電極１５と対向する位置であって、第二電極１３に接触するように形成された、電流遮断層２４を備える。電流遮断層２４は、例えばＳｉＯ_2、ＳｉＮ、Ｚｒ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などで構成される。電流遮断層２４は、活性層９を流れる電流を、ＸＹ平面に平行な方向に拡げる役割を果たしている。ただし、発光素子１が電流遮断層２４を備えるか否かは任意である。

［製造方法］
次に、発光素子１の製造方法につき、図面を参照して説明する。

（ステップＳ１）
まず、図３Ａに示すように、成長基板２５を準備する。成長基板２５としては、一例としてＣ面を有するサファイア基板を用いることができる。

準備工程として、成長基板２５のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的な一例としては、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着）装置の処理炉内に成長基板２５を配置し、処理炉内に所定の流量の水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば１１５０℃に昇温することにより行われる。

ステップＳ１が工程（ａ）に対応する。

（ステップＳ２）
図３Ｂに示すように、成長基板２５の上層に、下地層２７、ｎ型半導体層７、活性層９、及びｐ型半導体層１１を順に形成する。このステップＳ２は、例えば以下の手順で行われる。

まず、МОＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を４８０℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ５ｓｌｍの窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が５０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及び流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に６８秒間供給する。これにより、成長基板２５の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層を形成する。

次に、ＭＯＣＶＤ装置の炉内温度を１１５０℃に昇温する。そして、処理炉内に、キャリアガスとして、流量が２０ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ及び流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に３０分間供給する。これにより、低温バッファ層の表面に、厚みが１．７μｍのＧａＮよりなるバッファ層を形成する。これらのバッファ層により下地層２７が形成される。

次に、下地層２７の上層にｎ型半導体層７を形成する。ｎ型半導体層７の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

引き続き炉内温度を１１５０℃とした状態で、ＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニア及び流量が０．０１３μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に６０分間供給する。これにより、例えばＡｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎの組成を有し、厚みが２μｍ、ｎ型不純物濃度が３×１０¹⁹／ｃｍ³のｎ型半導体層７が下地層２７の上層に形成される。なお、ｎ型半導体層７をＧａＮ又はＡｌＧａＮで構成する場合、Ａｌの組成比は、０％以上１５％以下であるのが好ましく、２％以上１１％以下であるのがより好ましく、５％以上９％以下であるのが更により好ましい。

なお、この後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを６秒間供給することにより、ｎ型ＡｌＧａＮ層の上層に、厚みが５ｎｍ程度のｎ型ＧａＮよりなる保護層を有してなるｎ型半導体層７を実現してもよい。

上記の説明では、ｎ型半導体層７に含まれるｎ型不純物をＳｉとする場合について説明したが、ｎ型不純物としては、Ｓｉ以外にＧｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ又はＴｅ等を用いることができる。

次に、ｎ型半導体層７の上層に活性層９を形成する。活性層９の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

まずＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を８３０℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が１２μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及び流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に４８秒間供給するステップを行う。その後、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が１．６μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、０．００２μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシラン及び流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に１２０秒間供給するステップを行う。以下、これらの２つのステップを繰り返すことにより、厚みが２ｎｍのＩｎＧａＮよりなる発光層、及び厚みが７ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層が１５周期積層されてなる活性層９が、ｎ型半導体層７の上層に形成される。

なお、活性層９から放射される光の波長を４１０ｎｍ以下とする場合には、発光層を構成するＩｎＧａＮのＩｎ組成比を１０％以下とするのが好ましい。この場合、障壁層を構成するＧａＮ又はＡｌＧａＮのＡｌ組成比を、０％以上１５％以下とするのが好ましく、２％以上１３％以下とするのがより好ましく、５％以上１０％以下とするのが更により好ましい。

次に、活性層９の上層にｐ型半導体層１１を形成する。ｐ型半導体層１１の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

具体的には、ＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａに維持し、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガス及び流量が２５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を１０２５℃に昇温する。その後、原料ガスとして、流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が２０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニア及びｐ型不純物をドープするための流量が０．１μｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を処理炉内に６０秒間供給する。これにより、活性層９の表面に、厚みが２０ｎｍのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、ＴＭＡの流量を４μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを３６０秒間供給することにより、厚みが１２０ｎｍのＡｌ_0.13Ｇａ_0.87Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりｐ型半導体層１１が形成される。なお、これらの正孔供給層のｐ型不純物濃度は、例えば２〜５／ｃｍ³程度に設定される。

なお、この工程の後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、ＣＰ₂Ｍｇの流量を０．２μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを２０秒間供給することにより、厚みが５ｎｍ程度で、ｐ型不純物濃度が１×１０²⁰／ｃｍ³程度のｐ型ＧａＮ層を有してなるｐ型半導体層１１を実現してもよい。

上記の説明では、ｐ型半導体層１１に含まれるｐ型不純物をＭｇとする場合について説明したが、ｐ型不純物としては、Ｍｇ以外に、Ｂｅ、Ｚｎ、又はＣ等を用いることもできる。

ステップＳ２が工程（ｂ）に対応する。

（ステップＳ３）
ステップＳ２で得られたウェハに対して活性化処理を行う。具体的な一例としては、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal：急速加熱）装置を用いて、窒素雰囲気下中６５０℃で１５分間の活性化処理を行う。

（ステップＳ４）
図３Ｃに示すように、ｐ型半導体層１１の上層に、電流遮断層２４を形成する。電流遮断層２４は、例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、Ｚｒ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、又はＡｌ₂Ｏ₃等をスパッタリング法等によって成膜することで形成される。なお、本ステップＳ４において、電流遮断層２４は、後のステップＳ１３で第一電極１５を形成する予定の領域に対して、Ｚ方向に対向する位置に形成される。

（ステップＳ５）
図３Ｃに示すように、ｐ型半導体層１１の所定の領域の上面に第二電極１３を形成する。ここでは、第二電極１３を電流遮断層２４の上面にも形成しているが、第二電極１３の形状は任意に選択される。第二電極１３は、例えば、スパッタリング装置にてＮｉ／Ａｇを成膜した後、ＲＴＡ装置を用いてドライエア雰囲気中でコンタクトアニールを行うことで形成される。ここでは、一例として、第二電極１３の材料としてＮｉとＡｇの合金を挙げたが、Ａｌ、Ｒｈ、ＡｇとＰｄとＣｕの合金等を用いることもできる。上述したように、第二電極１３の材料としては、活性層９から放射される光に対する反射率の高い材料を用いるのが好ましい。

本ステップＳ５が工程（ｆ）に対応する。

（ステップＳ６）
次に、図３Ｃに示すように、第二電極１３の上面に保護層１７を形成し、保護層１７の上面に接合層１９を形成する。

保護層１７は、例えば、電子線蒸着装置（ＥＢ装置）を用いて、膜厚８０ｎｍのＮｉ、膜厚１００ｎｍのＴｉ、及び膜厚２００ｎｍのＰｔを成膜することで形成される。なお、保護層１７の材料としては、Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ以外にも、ＴｉＷ／Ｐｔ等を用いることができる。

その後、保護層１７の上面に、膜厚１０ｎｍのＴｉを蒸着させた後、Ａｕ８０％Ｓｎ２０％で構成されるＡｕ−Ｓｎハンダを膜厚３μｍ蒸着させることで、接合層１９が形成される。なお、接合層１９としては、Ａｕ−Ｓｎハンダの他、Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｐｄ−Ｓｎ、Ｓｎ等を利用することができる。

（ステップＳ７）
図３Ｄに示すように、成長基板２５とは別に準備された基板３の上面に、保護層２３及び接合層２１を形成する。基板３としては、上述したようにＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏ等の導電性基板、又はＳｉ等の半導体基板を利用することができる。保護層２３は、保護層１７と同様に形成することができ、接合層２１は、接合層１９と同様に形成することができる。保護層２３を設けるか否かは任意である。

（ステップＳ８）
図３Ｅに示すように、成長基板２５の上層に形成された接合層１９と、基板３の上層に形成された接合層２１を貼り合わせることで、成長基板２５と基板３の貼り合わせを行う。具体的な一例としては、２８０℃の温度、０．２ＭＰａの圧力下で、貼り合わせ処理が行われる。

この工程により、接合層１９及び接合層２１が溶融して接合されることで、基板３と成長基板２５が表裏面に貼り合わされた構造が形成される。つまり、接合層１９と接合層２１は、本ステップ以後においては一体化されているものとして構わない。そして、本ステップＳ８の実行前の段階で保護層２３及び保護層１７が形成されていることで、接合層（１９，２１）の構成材料の拡散が抑制されている。

本ステップＳ８が、工程（ｇ）に対応する。

（ステップＳ９）
図３Ｆに示すように、成長基板２５を剥離する。より具体的には、成長基板２５側からレーザ光を照射する。ここで、照射するレーザ光を、成長基板２５の構成材料（本実施形態ではサファイア）を透過し、下地層２７の構成材料（本実施形態ではＧａＮ）によって吸収されるような波長の光とする。これにより、下地層２７でレーザ光が吸収されるため、成長基板２５と下地層２７の界面が高温化してＧａＮが分解され、成長基板２５が剥離される。

（ステップＳ１０）
ウェハ上に残存している金属Ｇａを塩酸等を用いて除去した後、ＧａＮ（下地層２７）をＩＣＰ装置を用いたドライエッチングによって除去し、ｎ型半導体層７を露出させる（図３Ｇ参照）。

ステップＳ９及びＳ１０が工程（ｈ）に対応する。

（ステップＳ１１）
光源部５１から半導体層５に対して所定の波長を有する励起光５５を照射する。そして、受光部５２において、半導体層５から発せられる蛍光５６を受光し、受光された強度に関する情報を演算部５３に出力する。演算部５３では、蛍光５６の強度を例えば、半導体層５内の場所毎に、所定の閾値と大小比較を行う。演算部５３は、受光部５２で受光された強度が閾値以下である場合には当該強度を示す半導体層５内の領域に不良部が存在すると判断する。

光源部５１は、任意の光源を利用することができる。一例として、発光ダイオード素子、レーザ素子、固体レーザ、放電ランプ等を利用することができる。なお、光源部５１として、良品判定がされた発光素子１を用いることも可能である。

受光部５２は、例えばフォトトランジスタ、フォトダイオード、イメージセンサ等の、受光光量に応じて電気信号を生成可能な受光素子を利用することができる。

演算部５３は、ＣＰＵ、マイコン等の演算装置にて実現することができる。

図４Ａ〜図４Ｃは、一部の領域Ａ２に不良部が存在する場合の半導体層５のエネルギーバンド図を模式的に示したものである。

図４Ａは、領域Ａ２にクラックが発生している場合のエネルギーバンド図を模式的に示している。領域Ａ１に励起光が照射されると、電子が励起され、蛍光Ｌ１が発せられる。一方、領域Ａ２にはそもそも半導体層５が存在しないため、励起される電子が存在せず、蛍光が発生しない。よって、図４Ａのような構成の場合、受光部５２において受光された蛍光の強度が閾値以下である領域Ａ２には不良部が存在すると判断される。

図４Ｂは、領域Ａ２内に半導体層５が構成する準位とは異なる準位が存在する場合のエネルギーバンド図を模式的に示している。半導体層５内に結晶欠陥が存在すると、電子捕獲準位が形成される。このような構成の下で、領域Ａ２に励起光が照射されると、伝導帯に存在していた自由電子が、電子捕獲準位に順次トラップされることで、熱変換され、蛍光が生じない場合がある。また、電子捕獲準位にトラップされる際に、蛍光Ｌ２を発する場合もある。

図４Ｂの場合においても、領域Ａ１内で発せられる蛍光Ｌ１と比較として、領域Ａ２から発せられる蛍光Ｌ２の強度は低くなる。よって、図４Ｂのような構成の場合、受光部５２において受光された蛍光の強度が閾値以下である領域Ａ２には不良部が存在すると判断される。

図４Ｃは、領域Ａ２内に領域Ａ１とは組成の異なる半導体層５が形成されている場合のエネルギーバンド図を模式的に示している。特に、Ａｌを含む窒化物半導体層を成長させる場合において、半導体層表面に異常な凹凸が形成されているときには、結晶の配列が乱れ、半導体層５における組成が所定値から変化した組成異常部がランダムに形成されることがある。このとき、半導体層５内において、Ａｌ組成の異なる領域が形成される。

このとき、図４Ｃに示すように、周囲と組成の異なる領域Ａ２は、領域Ａ１と比較してエネルギーバンドギャップの大きさが異なる。よって、領域Ａ２から発せられる蛍光Ｌ２は、領域Ａ１から発せされる蛍光Ｌ１と比較して波長が異なる。この場合、受光部５２には、予め、半導体層５が所望の組成を示す場合に発せられるであろう蛍光Ｌ１の波長を含む波長帯の光を選択的に受光する波長選択素子（フィルタ）を備えているものとして構わない。このように構成されるとき、図４Ａや図４Ｂの場合と同様に、受光部５２において受光された蛍光の強度が閾値以下である領域Ａ２には不良部が存在すると判断される。

図５Ａは、組成異常部を有しない半導体層５を含む発光素子に対して励起光を照射したときの写真であり、図５Ｂは、組成異常部を有する半導体層５を含む発光素子に対して励起光を照射したときの写真である。図５Ｂに示す写真によれば、特定の箇所に明るさの異なる部位２ａが確認される。これは、当該部位２ａから、他の箇所とは波長の異なる蛍光が発せられていることを示唆するものである。

このステップＳ１１が工程（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）に対応する。なお、光源部５１から発せされる励起光の波長は、適宜選択されるが、例えば３２０ｎｍ〜３８０ｎｍの紫外域とすることができる。演算部５３は、不良部が存在すると判断した半導体層５の場所を記憶可能に構成されているものとしても構わない。

（ステップＳ１２）
図３Ｉに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ＩＣＰ装置を用いて、素子分離領域に形成された電流遮断層２４の上面が露出するまで半導体層５をエッチングする。このとき、電流遮断層２４がエッチングストッパー層として機能する。なお、図３Ｉでは、半導体層５の側面が鉛直方向に対して傾斜を有するように図示しているが、これは一例であって、このような形状に限定する趣旨ではない。

（ステップＳ１３）
図３Ｊに示すように、ｎ型半導体層７の上面の一部に、第一電極１５を形成する。例えば、電子線蒸着装置によって例えばＮｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕからなる導電性材料を、例えば膜厚３μｍ程度蒸着させる。

本ステップＳ１３を経て形成される第一電極１５は、図２Ａを参照して上述したように、外縁部が枠形状を示す。また、本実施形態では、特に、第一電極１５は、Ｚ方向（基板３の面に直交する方向）に関し、電流遮断層２４と対向する位置に配置される。

本ステップＳ１３が工程（ｉ）に対応する。

（ステップＳ１４）
ウェハをチップ単位に分割する。具体的な一例としては、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離する。このステップＳ１４が工程（ｊ）に対応する。

（ステップＳ１５）
チップ単位に分割された各素子に対し実装処理を行う。具体的には、基板３の裏面を例えばＡｇペーストにてパッケージと接合し、電流供給部１５ａに対して電流供給線１４を連結させる。例えば、５０ｇの荷重で、Φ１００μｍの電流供給部１５ａにＡｕからなる電流供給線１４を連結させることで、ワイヤボンディングを行う。これにより、発光素子１が形成される。

なお、このステップＳ１５において、ステップＳ１１で不良部が存在すると判断された領域に対応するチップについては、本ステップＳ１５を行わず、不良部が存在しないと判断されたチップに対してのみ本ステップＳ１５を行うものとしても構わない。

ステップＳ１５が工程（ｋ）に対応する。

［作用］
上記の方法で半導体発光素子１を製造することにより、不良部を有すると判定された発光素子については後の工程に送らずに、不良部が存在しないと判定された発光素子についてのみを後の工程に送ることができる。特に、ステップＳ１１のように、励起光を照射して受光された蛍光の光強度を確認するのみで良不良判定が行えるため、ウェハ単位で一括して判定処理を行うことができる。また、白色光とは異なり、紫外光を励起光として照射するため、散乱光によって判定精度が低下するという課題も生じにくい。よって、製造プロセスを複雑化することなく、高精度に良不良判定を行うことができる。

［別実施形態］
以下、別実施形態について説明する。

〈１〉 上述した実施形態では、ステップＳ１１を、ステップＳ１０とステップＳ１２の間に実行する場合について説明した。しかし、ステップＳ１１は、種々のタイミングで実行することができる。

例えば、ステップＳ３の後にステップＳ１１を実行しても構わない。この場合、図３Ｂに示されるウェハの良不良判定が可能となる。よって、図３Ｂに示されるようなウェハを流通させる場合においては、良品のみを流通させることができる。

また、ステップＳ１２に係る素子分離工程を実行した後や、ステップＳ１３に係る第一電極１５の形成工程を実行した後に、ステップＳ１１の判定処理を行っても構わない。すなわち、ステップＳ３より後で、ステップＳ１４より前の任意のタイミングで、ステップＳ１１を実行しても構わない。

〈２〉 上述した各実施形態において、半導体発光素子１は図２Ａ〜図２Ｂに示すような構造であるものとして説明した。しかし、半導体発光素子１の構造は、上記に限られない。図６Ａ及び図６Ｂは、半導体発光素子１の別の構造を模式的に示す図面である。図６Ａは平面図に対応し、図６Ｂは断面図に対応する。

この構造を製造するに際しては、ステップＳ１〜Ｓ３を実行後に、ステップＳ１１を行って、半導体層５の良不良判定を行う。その後、以下のステップを行う。

（ステップＳ２１）
良品として判定された領域内において、一部の領域に形成されたｐ型半導体層１１及び活性層９を、ｎ型半導体層７の上面が露出するまでエッチングする。

（ステップＳ２２）
ｐ型半導体層１１の所定の領域の上面に第二電極１３を形成し、露出されたｎ型半導体層７の所定の領域の上面に第一電極１５を形成する。なお、この構造においては、第二電極１３は第一電極１５と同じ材料で構成しても構わない。その後、必要な実装処理を行う。

〈３〉 上記の実施形態では、半導体層５を構成する層のうち、基板３に近い側をｐ型半導体層１１とし、基板３から遠い側をｎ型半導体層７として説明したが、これらの導電型を反転させても構わない。

〈４〉 上述したように、図２Ｂに示す発光素子１が電流遮断層２４を備えるか否かは任意である。

なお、電流遮断層２４を備える場合において、素子分離領域においては絶縁層からなる電流遮断層２４を形成する一方、Ｚ方向に関して第一電極１５に対向する位置には、金属材料からなる電流遮断層２４を備える構成としても構わない。この電流遮断層２４は、例えば、第二電極１３と同一の材料で構成され、ｐ型半導体層１１との間でショットキー接触が形成されているものとすることができる。この場合においても、電流遮断層２４とｐ型半導体層１１との接触抵抗は、第二電極１３とｐ型半導体層１１との接触抵抗よりも高いため、活性層９内を流れる電流を基板３の面に平行な方向に拡げる効果が発揮される。

１ ： 半導体発光素子
２ ： 蛍光強度が周囲よりも低い領域
３ ： 基板
５ ： 半導体層
７ ： ｎ型半導体層
９ ： 活性層
１１ ： ｐ型半導体層
１３ ： 第二電極
１４ ： 電流供給線
１５ ： 第一電極
１５ａ ： 電流供給部
１７ ： 保護層
１９ ： 接合層
２０ ： 導電層
２１ ： 接合層
２３ ： 保護層
２４ ： 電流遮断層
２５ ： 成長基板
２７ ： 下地層
５１ ： 光源部
５２ ： 受光部
５３ ： 演算部
５５ ： 励起光
５６ ： 蛍光
９０ ： 従来の半導体発光素子
９１ ： 基板
９２ ： 導電層
９３ ： 反射膜
９４ ： 絶縁層
９５ ： 反射電極
９６ ： ｐ型半導体層
９７ ： 活性層
９８ ： ｎ型半導体層
９９ ： 半導体層
１００ ： ｎ側電極

Claims (12)

1. 半導体発光素子用ウェハの製造方法であって、
   成長基板を準備する工程（ａ）と、
   前記成長基板の上層に半導体層を形成する工程（ｂ）と、
   前記半導体層に対して励起光を照射する工程（ｃ）と、
   前記工程（ｃ）の実行時に前記半導体層から放射される蛍光を受光する工程（ｄ）と、
   前記工程（ｄ）において受光される蛍光の光出力に基づいて前記半導体層の良否判定を行う工程（ｅ）とを有することを特徴とする半導体発光素子用ウェハの製造方法。
2. 前記工程（ｅ）は、前記半導体層の特定箇所から受光された蛍光強度が所定の閾値以下である場合に、前記半導体層の前記特定箇所に不良部を有すると判断する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子用ウェハの製造方法。
3. 前記工程（ｄ）は、前記蛍光のうち、所定の波長帯の光を選択して受光する工程であり、
   前記工程（ｅ）は、前記半導体層の特定箇所から受光された、前記所定の波長帯の蛍光強度が所定の閾値以下である場合に、前記半導体層の前記特定箇所に不良部を有すると判断する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子用ウェハの製造方法。
4. 前記工程（ｂ）は、窒化物半導体からなる前記半導体層を形成する工程であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子用ウェハの製造方法。
5. 前記半導体層は、Ａｌを含む窒化物半導体を有し、
   前記励起光は、紫外光であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子用ウェハの製造方法。
6. 半導体発光素子の製造方法であって、
   成長基板を準備する工程（ａ）と、
   前記成長基板の上層に、ｎ型又はｐ型の第一半導体層、活性層、及び前記第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層を形成する工程（ｂ）と、
   前記半導体層に対して励起光を照射する工程（ｃ）と、
   前記工程（ｃ）の実行時に前記半導体層から放射される蛍光を受光する工程（ｄ）と、
   前記工程（ｄ）において受光される蛍光の光出力に基づいて前記半導体層の良否判定を行う工程（ｅ）と、
   前記工程（ｂ）の後に、前記第二半導体層の上層に第二電極を形成する工程（ｆ）と、
   前記第二電極の上層に、前記成長基板とは別の基板を貼り合わせる工程（ｇ）と、
   前記工程（ｇ）の後に、前記成長基板を剥離して、前記第一半導体層を露出させる工程（ｈ）と、
   前記第一半導体層の上面に第一電極を形成する工程（ｉ）とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
7. 前記工程（ｅ）は、前記半導体層の特定箇所から受光された蛍光強度が所定の閾値以下である場合に、前記半導体層の前記特定箇所に不良部を有すると判断する工程であることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
8. 前記工程（ｄ）は、前記蛍光のうち、所定の波長帯の光を選択して受光する工程であり、
   前記工程（ｅ）は、前記半導体層の特定箇所から受光された、前記所定の波長帯の蛍光強度が所定の閾値以下である場合に、前記半導体層の前記特定箇所に不良部を有すると判断する工程であることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
9. 前記工程（ｃ）、前記工程（ｄ）、及び前記工程（ｅ）は、前記工程（ｈ）の後で、前記工程（ｉ）の前に実行されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
10. 前記工程（ｉ）の後、ウェハをチップ毎に分割する工程（ｊ）と、
    各チップに対して実装処理を行う工程（ｋ）とを有し、
    前記工程（ｃ）、前記工程（ｄ）、及び前記工程（ｅ）は、前記工程（ｋ）の前に実行され、
    前記工程（ｅ）において良品と判定された前記チップに対してのみ前記工程（ｋ）が実行されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
11. 前記工程（ｂ）は、窒化物半導体からなる前記半導体層を形成する工程であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
12. 前記半導体層は、Ａｌを含む窒化物半導体を有し、
    前記工程（ｃ）は、紫外光を照射する工程であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子の製造方法。

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