JP4791119B2 - 窒化物系半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は窒化物系半導体発光素子の製造方法に関し、特に基板剥離工程を含んだ上下電極構造をとる窒化物系半導体発光素子の製造方法に関する。

近年、短波長光発光素子用の半導体材料としてＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶をはじめとして、種々の酸化物基板やIII−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
サファイア単結晶基板はＧａＮとは格子定数が１０％以上も異なるが、ＡｌＮやＡｌＧａＮなどのバッファ層を形成することにより、その上に良好な窒化物半導体が形成でき、一般的に広く用いられている。サファイア単結晶基板を用いた場合、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層がこの順で積層される。サファイア基板は絶縁体であるので、その素子構造は一般的に、ｐ型半導体層上に形成された正極と、ｎ型半導体層上に形成された負極が存在することになる。この種の発光素子には、ＩＴＯなどの透明電極を正極に使用しｐ型半導体側から光を取り出すフェイスアップ方式、Ａｇなどの高反射膜を正極に使用してサファイア基板側から光を取り出すフリップチップ方式の２種類が知られている。

このようにサファイア単結晶基板は発光素子用基板として一般的に広く用いられているが、絶縁体であるためにいくつかの問題点がある。第一に、負極を形成するために発光層をエッチングなどにより一部除去してｎ型半導体層を露出させるために、負極の部分だけ発光層の面積が減ってしまい、その分、出力が低下する。第二に、正極と負極が同一面にあるために、電流の流れが水平方向になってしまい、局部的に電流密度の高いところができてしまい素子が発熱してしまう。第三に、サファイア基板の熱伝導率は低いので、発生した熱が拡散せず、発光素子の温度が上昇してしまう。

以上の問題を解決させるために、サファイア単結晶基板上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層をこの順で積層した素子に導電性基板を接着し、その後にサファイア単結晶基板を除去して、正極と負極を上下に配置させる方法が開示されている。（特許文献１参照）
更に、導電性基板を接着させるのではなく、メッキにより基板を作成する方法が開示されている。（特許文献２参照）
特許第３５１１９７０号公報 特開２００４−４７７０４号公報

前記従来の導電性基板を接着させる方法には、ＡｕＳｎなどの低融点金属化合物を接着材として接着させる方法や、真空中でアルゴンプラズマなどで接合面を活性化させて接着させる活性化接合などの方法が知られている。
この方法であると接着面は極めて平滑であることが要求されパーティクルなどの異物があると、その部分が浮いてしまい、接着が良好にできないなど、均一な接着面を形成することが難しい問題がある。
メッキによってメッキ金属支持基板を作成する場合、最終的に素子にするためにはダイシングによって素子に分割する必要性がある。ダイシングはセラミックスやＳｉなどの脆性の高いものには極めて有効であるが、金属などの粘性の高い材質には、ダイシングブレードに削られた金属が付着してしまい良好な分割をすることができない問題がある。

本発明者等は上記問題を解決するために、鋭意努力検討した結果、基板上に少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が順で積層され、更に構造においては金属膜層、メッキ層が前記の層の上にこの順で積層され、かつ、基板上で素子に分割されてなる構造において、素子間が脆性透光性絶縁体部によって充填され、しかる後に、サファイアなどの基板剥離を実施し、脆性透光性絶縁体部の部分をダイシングにより素子分離することにより、容易で素子化しやすくなることを見出した。
即ち本発明は以下に関する。

（１） 少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層の発光素子部の周囲に脆性透光性絶縁体部が設けられてなる窒化物系半導体発光素子を製造するに際し、
基板上に少なくともバッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を積層し、これらの積層体を基板上で素子分割して発光素子部を形成し、その後に前記分割された個々の発光素子部上にそれぞれ金属膜層とメッキ金属板を積層し、次いで発光素子部間に脆性透光性絶縁体部を充填し、
この後に前記基板とバッファ層を除去して前記ｎ型半導体層表面を露出させ、前記発光素子部単位で前記脆性透光性絶縁体部をダイシングして分割することを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（２） 前記基板をレーザにより除去することを特徴とする前項（１）に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（３） 前記メッキ金属板を無電解メッキ法により形成することを特徴とする前項（１）または（２）に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（４） 前記メッキ金属板を形成後、１００℃〜３００℃で熱処理することを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（５） 前記ｎ型半導体層表面を露出させた後、前記ｎ型半導体層に接続する負電極を形成するとともに、前記メッキ基板に接続する正電極を形成することを特徴とする前項（１）〜（４）のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。

以上述べたように本発明によれば、基板上に少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を積層してなる構造、あるいはこの構造に加えて金属膜層、メッキ層をこの順で更に積層し、かつ、基板上で素子に分割されてなる構造において、素子間が透光性絶縁体によって充填され、しかる後に、サファイアなどの基板剥離を実施し、透光性絶縁体の部分をダイシングにより素子分離することにより、容易に素子化しやすくなることを可能にし、収率が高く信頼性の高い素子を得ることが可能になった。
本発明において脆性透光性絶縁体部としての透光性とは、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲で光の透過性を有することを意味する。窒化物半導体発光素子として光取り出し性を良好にするためには、脆性透光性絶縁体部として透光性を８０％以上とすることが好ましい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照にして説明する。ただし、本発明は以下の各実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。
図１は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の一例の断面模式図を示すもので、この例の窒化物半導体発光素子Ａは、ｎ型半導体層１、発光層２、ｐ型半導体層３からなる発光素子部５を備え、更にｐ型半導体層３上にオーミックコンタクト層７と反射層８からなる金属膜層４を形成し、更に前記反射層８上に密着層９とメッキ密着層１０とメッキ基板１１を形成し、ｎ型半導体層１からメッキ基板１１までの積層体３１の側面全部を脆性透光性絶縁体部６にて覆って概略構成され、更に、前記ｎ型半導体層１の下面側に負極１２が形成され、前記メッキ基板１１の上面側に正極１３が形成された上下電極配置構造されている。
なお、前記ｎ型半導体層１〜メッキ基板１１までの積層体３１の平面形状は４角型、丸形あるいはその他の形状で差し支えないが、脆性透光性絶縁体部６は前記積層体３１の側面全部を覆っていることが好ましい。しかし、本願発明において脆性透光性絶縁体部６が積層体３１の側面全部を完全に覆っていることを要するものではない。

図１に示す構造の窒化物半導体発光素子Ａを製造するには、例えば、図２に示す如く基板１９上に複数の窒化物半導体発光素子Ａとなり得る窒化物半導体部分を整列形成し、これらを素子分離するとともに個々に基板１９から分離することで製造することができる。
例えば、基板１９上に図２に示す如くバッファ層２０を形成する。
ここで基板１９にはサファイア単結晶（Ａｌ_２Ｏ_３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＡｇＡｌ_２Ｏ_４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ_２単結晶、ＬｉＧａＯ_２単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶などの公知の基板材料を何ら制限無く用いることができる。
また、ＳｉＣなどの導電性基板を用いれば、正極と負極を上下に配置させた窒化物半導体発光素子Ａの作成は基板剥離をしなくとも可能であるが、その場合、絶縁体であるバッファ層を使用することができなくなるので、その上に成長する窒化物系半導体層（ｎ型半導体層２１、発光層２２、ｐ型半導体層２３の結晶が劣化してしまい良好な発光素子を形成することができない。本発明においては、導電性のＳｉＣ、Ｓｉを用いた場合でも基板剥離を実施することが好ましい。

前記バッファ層２０は、例えばサファイア単結晶の基板１９とＧａＮの格子定数が１０％以上も異なるために、その中間の格子定数を有するＡｌＮやＡｌＧａＮなどがＧａＮの結晶性を向上させるために一般的に使用されており、本発明においてもＡｌＮやＡｌＧａＮを何ら制限なく適用できる。

次に、窒化物系半導体（発光素子部５）の基になる層として、先のバッファ層２０上にｎ型半導体層２１、発光層２２、ｐ型半導体層２３を順次積層する。
本実施の形態において窒化物系半導体は、例えばｎ型半導体層２１、発光層２２、ｐ型半導体層２３からなるヘテロ接合構造で構成される。窒化物系半導体層としては一般式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）で表される半導体が多数知られており、本発明においても一般式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）で表される窒化物系半導体が何ら制限なく用いられる。

これらの窒化物系半導体の基になる各層の成長方法は特に限定されず、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＰＶＥ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、などIII族窒化物系半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）または窒素（Ｎ_２）、III族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてはアンモニア（ＮＨ_３）、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ_４）またはジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を、Ｇｅ原料としてゲルマン（ＧｅＨ_４）を用い、ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）_２Ｍｇ）を用いる。

ｎ型半導体層２３、発光層２４、ｐ型半導体層２５を順次積層したならば、製造しようとする窒化物系半導体発光素子の平面形状に合わせてこれらの積層膜にバッファ層２０まで達する分離溝１８を形成して素子分割する。
図３に素子分離する場合の各積層体の平面形状の一例を示すが、この例においては基板１９上に正方形状の積層体を４つ形成した状態を示した。

窒化物系半導体（発光素子部５）の基になる部分をサファイアの基板１９上で分割する方法としては、エッチング法、レーザカッティング法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。レーザリフトオフ法を用いる場合、窒化物系半導体が分割されるが、サファイア基板にはダメージが与えられないようにすることが良好な基板剥離をするためには好ましい。従って、エッチング法で分割する場合、窒化物系半導体に対してはエッチングレートが早く、サファイア基板に対してはエッチングレートが遅い手法を用いることが好ましい。レーザで分割する場合はＧａＮとサファイアに対する吸収波長の違いから、３００−４００ｎｍの波長を持ったレーザを用いることが好ましい。

次に、ｐ型半導体層２５上に、オーミックコンタクト層２７、反射層２８、密着層２９、メッキ密着層３０を形成する。また、これらの積層体において、オーミックコンタクト層２７と反射層２８とを積層した部分が金属膜層２４を構成する。
なお、図２に示す積層構造において反射層２８、密着層２９、メッキ密着層３０は必要に応じて設ける層であるので、これらの層の内、いずれかを略しても良い。

オーミックコンタクト層２７に要求される性能としては、ｐ型半導体層との接触抵抗が小さいことが必須である。オーミックコンタクト層２７の材料はｐ型半導体層との接触抵抗の観点から、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ等の白金族またはＡｇが好ましい。さらに好ましくはＰｔ，Ｉｒ，ＲｈおよびＲｕである。Ｐｔが特に好ましい。Ａｇを用いることは良好な反射を得るためには好ましいが、接触抵抗はＰｔよりも低い。したがって、接触抵抗がそれほど要求されない用途にはＡｇを用いることも可能である。
オーミックコンタクト層７の厚さは、低接触抵抗を安定して得るために０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、均一な接触抵抗が得られる。

オーミックコンタクト層２７上には、Ａｇ合金などの反射層２８を用いても良い。Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ、Ｒｕ、ＯＳ，ＰｄなどはＡｇ合金と比較すると可視光から紫外領域の反射率が低い。したがって、発光層からの光が十分に反射せずに出力の高い素子を得ることが難しい。この場合、オーミックコンタクト層２７を光が十分に透過するほどに薄く形成し、Ａｇ合金などの反射層を形成して反射光を得る方が、良好なオーミック接触が得られ、かつ出力の高い素子を作成することができる。この場合、オーミックコンタクト層２７の膜厚は３０ｎｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは１０ｎｍ以下である。
オーミックコンタクト層２７および反射層２８の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。

密着層２９の材料としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの単体金属あるいはそれらを組み合わせた合金を用いることができる。
更に、メッキ基板３１との密着性を向上させるためにメッキ密着層３０を形成しても良い。メッキ密着層３０の材料は、使用するメッキによって異なってくるが、メッキ成分に主に含まれる物質を含んでいたほうが密着性を向上させる。例えば、ＮｉＰメッキを用いる場合、メッキ密着層３０にはＮｉ系合金を用いることが好ましい。さらに好ましくはＮｉＰを用いることである。

密着層２９、メッキ密着層３０の厚さは良好な密着性を得るために０.１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、均一な密着性が得られる。厚さの上限は特に限定されないが、生産性の観点から２μｍ以下にすることが好ましい。
密着層２９、メッキ密着層３０の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。スパッタ法はスパッタ粒子が高エネルギーを持って基板表面に衝突して成膜されるので、密着性の高い膜を得ることができる。したがって、スパッタ法を用いる方がさらに好ましい。

次に、メッキ密着層３０の上にメッキ処理によりメッキ基板３１を形成する。
ここでメッキは、導電性の部分に積層されていくので、素子分割した部分はメッキにより埋まらない。ただし、ｎ型半導体層２１はキャリー密度が高いためにメッキが成長してしまう可能性もある。これを防ぐためにｎ型半導体層２１、発光層２２、ｐ型半導体層２３の側面に絶縁性の保護層を設けても良い。

メッキを実施する前には、汎用の中性洗剤等を用いて脱脂洗浄することが好ましい。また、硝酸などの酸を用いてメッキ密着層などの表面を化学エッチングを施すことによりメッキ密着層上の自然酸化膜を除去するのが好ましい。
メッキ基板３１を形成するためのメッキには無電解メッキを用いることができる。無電解メッキの場合、材料としてはＮｉＰ合金メッキを用いることが好ましい。
メッキの厚さは、基板としての強度を保つために１０μｍ以上とすることが好ましい。厚くなるとメッキの剥離が起こりやすくなり、かつ生産性も低くなるので２００μｍ以下であることが好ましい。
ＮｉＰメッキなどのメッキ処理方法としては、メッキ浴として、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケルなどのニッケル源と、次亜リン酸塩などのリン源を含むものを用いた無電解メッキ処理法を採用することができる。無電解メッキ法に用いられるメッキ浴として好適な市販品としては、上村工業製のニムデンＨＤＸなどがある。無電解メッキ処理を行う際のメッキ浴のｐＨは４〜１０、温度は３０〜９５℃とすることが好ましい。
このようにして得られたメッキ層からなるメッキ基板３１の密着性を向上させるために熱処理することが好ましい。熱処理温度は１００〜３００℃が密着性向上のために好ましい。これ以上温度を上げると密着性はさらに向上するかもしれないが、オーミック性が低下してしまう危険性がある。

以上の説明において、発光素子部２５を分割している分離溝１８はｐ型半導体層２５の上に積層されるオーミックコンタクト層２７、反射層２８、密着層２９、メッキ密着層３０によって埋められることはなく、更にメッキ基板３１によっても埋められることがないので、分離溝１８はバッファ層２０の上からメッキ基板３１の側面側まで存在していることとなる。

次に、前記分離溝１８に脆性透光性絶縁体２６を充填する。
前述の如くメッキ層のメッキ基板３１を形成した場合、メッキ基板３１は素子間の分離溝１８側には形成されないので、脆性透光性絶縁体２６を素子間の分離溝１８に充填形成することがでできる。
脆性透光性絶縁体２６を充填するには、露出した分離溝１８に後述するＳＯＧ（スピン・オン・グラス）などの液体塗布材料を充填して脆性透光性絶縁体部２６を形成する。
ついで、基板１９の剥離を実施し、さらにバッファ層２０を除去する。その後、正電極１３、負電極１２を形成する。最終的にはメッキ基板を脆性透光性絶縁体部２６の部分で分割することにより発光素子が形成される。

発光素子部２５間の分離溝１８の幅は１〜３０μｍ程度、その深さは、発光素子部２５から金属膜層２４、メッキ層のメッキ基板３１までを含めると、１〜２００μｍ程度となる。この分離溝１８を埋める手段としては、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着などによる成膜手法では、成膜レートが遅く、実用的な生産手段として用いることは困難である。このような厚膜を形成するためには、脆性透光性絶縁体としてＳＯＧ（スピン・オン・グラス）などの液体塗布材料が適している。
ＳＯＧ材料としては、メチルシロキサン系、ハイメチルシロキサン系、水素化メチルメチルシロキサン系、燐ドープシリケート系、ポリシラザン系など透光性を有してる絶縁体であれば公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。

前記脆性透光性絶縁体部２６の透光性は３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲で透過率８０％以上であることが好ましい。
ＳＯＧ材料の塗布後に加湿条件で処理することが、シリカガラスへの転化が容易に進むために好ましい。
ＳＯＧ材料の塗布後に１００℃〜５００℃でベークすることが、剛性向上やＳＯＧ中に含まれる水分や有機成分の除去のために好ましい。
ＳＯＧ材料の塗布には、スピンコート法、スプレー法、ディップコート法など公知の方法を何ら制限無く用いることができるが、生産性の観点からスピンコート法を用いることが好ましい。

脆性透光性絶縁体部２６の充填形成後、サファイアの基板１９の剥離を実施する。基板１９の剥離の方法としては、研磨法、エッチング法、レーザリフトオフ法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。
基板１９を剥離した後、研磨法、エッチング法などによりバッファ層２０を除去し、ｎ型半導体層２１を露出させる。次いで、ｎ型半導体層２１上に負極１２を形成する。負極１２としては、各種組成および構造の負極が公知であり、これら公知の負極を何ら限なく用いることが出来る。
正極はＡｕ，Ａｌ，ＮｉおよびＣｕ等の材料を用いた各種構造が公知であり、これら公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。
素子への最終的な分割はダイシングを用いて、脆性透光性絶縁体２６の部分に沿って切削することにより容易に実施することができる。

メッキ基板３１を含めた発光素子全体の分離についても先の素子分離あるいは基板１９の剥離の場合と同様の手法を適用することができる。
メッキ基板３１を分割して窒化物系半導体発光素子Ａをメッキ基板３１から素子単位で分離する際、脆性透光性絶縁体部２６の部分は他の積層膜の部分に比べて切削やエッチング、レーザ切断による分離が容易であるので、メッキ基板３１の分割は極めて容易に行うことができる。

以上説明した工程を実施することにより、図１に示す断面構造の窒化物系半導体発光素子Ａを製造することができるが、この窒化物系半導体発光素子Ａにあっては、発光素子部５と金属膜層２４とメッキ基板３１の周囲に光透過率の高い脆性透光性絶縁体部６を設けているので、発光素子部５の周囲に向けて放射された光を遮ることなく出力光として利用できるので、光出力の高い窒化物系半導体発光素子Ａとすることができる。また、特に脆性透光性絶縁体部６が波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲の光の透過率８０％以上であるならば、可視光として認識できる波長範囲において短波長側の青色発光領域とその周辺波長域の光を減衰することなく発光できる。

以下、実施例を示して本発明の作用効果を明確にする。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例では図１に示す断面構造の窒化物系半導体発光素子を図２を基に先に説明した手順に基づいて作製した。
図２を基に先に説明した場合と同様に、サファイアからなる２インチ基板上に、ＡｌＮからなるバッファ層（厚さ１０ｎｍ）を介して、厚さ５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、厚さ３０ｎｍのｎ型Ｉｎ０.１Ｇａ０.９Ｎクラッド層、厚さ３０ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層、および、厚さ２.５ｎｍのＩｎ０.２Ｇａ０.８Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重井戸構造の発光層、厚さ５０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０.０７Ｇａ０.９３Ｎクラッド層、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層を順に積層して窒化物半導体に必要な積層膜を得た。

次いで、ドライエッチングによりバッファ層に至るまで上記積層膜を掘り込み、図２に示すように分離溝を形成した。
窒化物系半導体のｐ型コンタクト層上に厚さ１.５ｎｍのＰｔ層をオーミックコンタクト層として図２に示すようにスパッタ法により成膜した。その上に反射層としてＡｇ層を厚さ２０ｎｍになるようにスパッタ法により成膜した。Ｐｔ、Ａｇのパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。
その後、密着層としてＣｒを厚さ２０ｎｍになるようにスパッタ法により成膜し、その上にメッキ密着層としてＮｉＰ合金（Ｎｉ：８０ａｔ％、Ｐ：２０ａｔ％）を厚さ３０ｎｍになるようにスパッタ法により成膜した。
次いでＮｉＰ合金膜表面を硝酸水溶液（５Ｎ）に浸漬し、温度２５℃、時間３０秒処理し酸化皮膜を除去した。
次いで、メッキ浴（上村工業製、ニムデンＨＤＸ−７Ｇ）を用いて、ＮｉＰ合金膜上に厚さ５０μｍのＮｉＰ合金からなる無電解メッキを形成し、メッキ（金属）基板を得た。この際の、処理条件はｐＨ４.６、温度９０℃、時間３時間とした。この状態においてメッキ基板が形成されるが、先に形成した分離溝はメッキ材料及びその他の成膜材料で埋められることはなく、分離溝はバッファ層の上からメッキ基板まで達していた。
次いで、このメッキ金属基板を水洗、乾燥した後、クリーンオーブンを用いて２５０℃の条件下で１時間処理した。

その後、メッキ層のメッキ基板まで積層された素子間の分離溝をＳＯＧを用いて溝埋めを実施した。ＳＯＧ材料にはＣｌａｒｉａｎｔ社製のポリシラザンＳＯＤ Ｓｉｇｎｉｆｌｏｗ１００を用いた。塗布後１５０℃で２分間プリベークし、その後、５０℃、８０％ＲＨで３０分間加湿処理をし、３００℃３０分間Ｎ_２雰囲気で処理を実施した。
次いで、サファイアの基板およびバッファー層をレーザリフトオフ法により剥離しｎ型半導体層を露出させた。
次いで、ｎ型半導体層表面にＩＴＯ（ＳｎＯ_２：１０ｗｔ％）を厚さ４００ｎｍになるように蒸着により成膜した。次いで、ＩＴＯ表面上の中央部にＣｒ（４０ｎｍ）、Ｔｉ（１００ｎｍ）、Ａｕ（１０００ｎｍ）からなる負極を蒸着法により成膜した。負電極のパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。

次に、ｐ型半導体の表面上にＡｕ（１０００ｎｍ）からなる正極を蒸着法により成膜した。
次いで、ダイシングによりＳＯＧの部分を分割し３５０μｍ角の窒化物系半導体発光素子を得た。ここでのダイシングは、ＳＯＧの部分が脆いために容易に行うことができた。

（比較例１）
本比較例では、図４に示す断面構造の窒化物半導体発光素子を作製した。
即ち、サファイアからなる２インチ基板４１上に、ＡｌＮからなるバッファ層（厚さ１０ｎｍ）４２を介して、厚さ５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層４３を形成し、更に厚さ３０ｎｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層、厚さ３０ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重井戸構造の発光層４４を形成し、厚さ５０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ ０.０７Ｇａ０.９３Ｎクラッド層、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層を順に積層してｐ型半導体層４５とした。

窒化物系半導体のｐ型半導体層４５上に厚さ１.５ｎｍのＰｔ層（オーミックコンタクト層）４６を図４に示すようにスパッタ法により成膜した。その後、Ｐｔ層４６上に厚さ３０ｎｍのＡｇ層（反射層）４７をスパッタ法により成膜した。ＰｔおよびＡｇのパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。
次に厚さ３０ｎｍのＮｉＰ合金（Ｎｉ：８０ａｔ％、Ｐ：２０ａｔ％）（メッキ密着層４８）をスパッタ法により成膜してメッキ基板た。
ＮｉＰ合金膜表面を硝酸水溶液（５Ｎ）に浸漬し、温度２５℃、時間３０秒処理し酸化皮膜を除去した。

次いで、メッキ浴（上村工業製、ニムデンＨＤＸ−７Ｇ）を用いて、ＮｉＰ合金膜上に５０μｍのＮｉＰ合金からなる無電解メッキを形成し、メッキ金属基板４９を得た。この際の、処理条件はｐＨ４.６、温度９０℃、時間３時間とした。次いで、このメッキ金属基板４９を水洗、乾燥した後、クリーンオーブンを用いて２５０℃の条件下で１時間処理した。
次いで、サファイアの基板４１およびバッファー層４２を研磨法により剥離しｎ型半導体層４３を露出させた。
ｎ型半導体層４３の表面にＩＴＯ（ＳｎＯ_２：１０ｗｔ％）を４００ｎｍ蒸着により成膜した。次いで、ＩＴＯ表面上の中央部にＣｒ（４０ｎｍ）、Ｔｉ（１００ｎｍ）、Ａｕ（１０００ｎｍ）からなる負極を蒸着法により成膜した。負電極のパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。
ｐ型半導体表面上にはＡｕ（１０００ｎｍ）からなる正極を蒸着法により成膜した。

次いで、ダイシングにより分割し窒化物系半導体発光素子を得た。
以上の製造方法により、図５に断面構造を示し、透明電極５１上にｎ型半導体層５３、発光層５４、ｐ型半導体層５５、オーミックコンタクト層５６、反射層５７、メッキ密着層５８、メッキ金属板５９、正電極６０が積層されるとともに、透明電極５１の下面側に負電極５２が形成された窒化物系半導体発光素子を得た。

実施例１、比較例１でそれぞれ５枚づつ同一のダイシングブレードを用いて加工収率を出した。割れ、欠け、形状不良を不良品として計上した。
実施例１においては加工良品率は９８％、比較例１においては加工収率４１％と実施例１が優れた特性を示した。

本発明によって提供される窒化物系半導体素子は、優れた形状特性と安定性を有し、発光ダイオードおよびランプ等の材料として有用である。

図１は本発明に係る窒化物半導体発光素子の実施形態を示す断面図。 図２は同実施形態の窒化物半導体発光素子を製造する途中において基板上に複数の素子を作り込んだ状態を示す断面図である。 図３は基板上に形成した発光素子部の平面形状の一例を示す図である。 図４は比較例において製造した窒化物系半導体発光素子の製造途中の状態を示す断面図である。 図５は同比較例において製造された窒化物系半導体発光素子の一例を示す断面図である。

符号の説明

Ａ 窒化物半導体発光素子
１、２１ ｎ型半導体層
２、２２ 発光層
３、２３ ｐ型半導体層
４、２４ 金属膜層
５、２５ 発光素子部
６、２６ 脆性透光性絶縁体部
７、２７ オーミックコンタクト層
８、２８ 反射層
９、２９ 密着層
１０、３０ メッキ密着層
１１、３１ メッキ基板
１２ 負極
１３ 正極
１９ 基板
２０ バッファ層

Claims (5)

1. 少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層の発光素子部の周囲に脆性透光性絶縁体部が設けられてなる窒化物系半導体発光素子を製造するに際し、
   基板上に少なくともバッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を積層し、これらの積層体を基板上で素子分割して発光素子部を形成し、その後に前記分割された個々の発光素子部上にそれぞれ金属膜層とメッキ金属板を積層し、次いで発光素子部間に脆性透光性絶縁体部を充填し、
   この後に前記基板とバッファ層を除去して前記ｎ型半導体層表面を露出させ、前記発光素子部単位で前記脆性透光性絶縁体部をダイシングして分割することを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
2. 前記基板をレーザにより除去することを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
3. 前記メッキ金属板を無電解メッキ法により形成することを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
4. 前記メッキ金属板を形成後、１００℃〜３００℃で熱処理することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
5. 前記ｎ型半導体層表面を露出させた後、前記ｎ型半導体層に接続する負電極を形成するとともに、前記メッキ基板に接続する正電極を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。

Images