JP5131889B2 - 窒化物系化合物半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物系化合物半導体素子の製造方法に関する。

窒化物系化合物半導体の青色発光素子は、大型ディスプレイや液晶のバックライトに用いられると共に、将来の照明用途を目指して研究開発が進められている。

図１は、従来の青色発光素子の一例を示す構成図である。図１に示すように、従来の発光素子１０は、電気絶縁性のサファイア基板１１上に、順次に低温バッファ層１２、ｎ型コンタクト層１３、ｎ型クラッド層１４、発光層１５、ｐ型クラッド層１６、ｐ型コンタクト層１７及びｐ型電極１８が形成されるとともに、形成された多層膜構造を厚さ方向にエッチングすることにより、ｎ型コンタクト層１３を露出させ、この上にｎ型電極１９を形成するような構成を採っている。このような構成の発光素子では、有機金属気相成長法で成長させたエピタキシャル層面の同一側のｎ層及びｐ層の各々の表面上にｎ型及びｐ型の電極を設けていたので発光面積が実質的に小さくなっていた。

かかる観点から、図２に示すような構成の発光素子が開発され、実用化に向けて研究されている。図２に示す発光素子２０では、成長基板層２２上に、順次にｎ型クラッド層２４、発光層２５、ｐ型クラッド層２６、及びｐ型コンタクト層２７が形成されるとともに、ｐ型コンタクト層２７上及び成長基板層２９上において、ｐ型電極２８及びｎ型電極２９が互いに対向するようにして形成されている。このような構成の発光素子では、電極を素子の異なる上下面に設け、電流が上下に導通するように構成されている。このような構成によれば、基板当たりの発光素子数を増加させることができるので、素子の製造コストを低減できる。

上下導通タイプの発光素子構造にするには、主なものとして次の三方法がある。第一は約３００μｍ厚みの導電性の基板上にエピタキシャル成長を行う方法、第二は約３００μｍ厚みの電気絶縁性基板上にエピタキシャル成長させた層と約３００μｍ厚みの導電性基板を張り合わせた後、電気絶縁性基板を分離する方法、第三は約３００μｍ厚みの基坂上に高速成長で約１００μｍ厚みのエピタキシャル成長基板層を作製後、低速成長のエピタキシャル成長で結晶性能の良い発光部の機能性層を作製し、基板を分離する方法である。

第一の方法の導電性基板に関しては、ＳｉＣ基板が既に用いられているが、基板が加工しにくく、高価等の問題がある。また、ＧａＮ、ＡｌＮ等の窒化物基板、ＺｒＢ_２の硼化物基額板、Ｇａ_２０_３などの酸化物基板、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の半導体基板も検討されているが、窒化物基板、硼化物基板、酸化物基板はサファイア基板に比べると基板が加工しにくく、高価等の問題があり、他方半導体基板は、発光が基板に吸収され可視光に対して不透明であるという問題がある。

第二の張り合わせ基板の方法はプロセスが長くなるとともに基板を分離させることが必要でコストが高くなるという問題があり、安価な分離プロセスの開発が必要である。

第三の方法は、気相成長法を利用する方法で、基板上に塩化物気相成長法で約１００μｍ程度の厚みの窒化物系化合物半導体の基板の役割をする成長基板層を成長後、有機金属化合物気相成長法で発光部のダブルヘテロ構造等の機能性窒化物系化合物半導体を成長させ、その後基板を分離する方法である。しかしながら、この方法では、性能の異なる気相成長装置が必要で、各々の装置で成長の昇温、降温によるプロセス時間が長くなる問題がある。

基板と成長層の分離工程に関しては、結晶成長後、透明基板側から基板と成長界面の付近にレーザを照射、高温にし、基板と成長界面付近の成長基板層部分を分解、分離させる方法があるが、コストが高くなる。

このために結晶成長中に、或いは結晶成長後の冷却中に基板と成長層との間に剥離現象を生じさせ、分離する方法が検討されている。具体的には、サファイアＣ面、Ａ面、Ｒ面のいずれかの基板上に金属Ｔｉ膜を形成、窒化処理して微細孔を有するＴｉＮ膜を形成し、塩化物気相成長法で２５０μｍ厚みのＧａＮを成長後、金属Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜の作用によりＧａＮ中に形成された空隙の箇所から、冷却過程においてＧａＮがサファイア基板から自然に剥離し基板を分離でき、ＧａＮの界面は微細な凹凸のため研磨仕上げを行う方法が検討示されている（特許文献１）。

また、サファイア基板表面に凹凸を作成、凹部の底辺のみＳｉＯ_２を皮膜せずにＧａＮを成長し、−１００℃／分から−０．５℃／分程度の冷却速度で冷却すると剥離が生じて、裏面が凹凸を有するＧａＮ基板が得られることと、成長層の厚みが５０μｍ以上では結晶成長中の高温温状態においても剥離現象が生じることが開示されている（特許文献２）。この方法では、結晶成長後、気相成長装置から取り出した時は剥離、分離しており、成長層と基板との分離工程は不要となるが、研磨、或いは基板の前処理プロセスのために、コストが高くなる。また、成長層が５０μｍ以下の厚みでは自然剥離が困難である。従って、厚みが薄い場合でも自然剥離が生じる方法の開発が必要である。

他方サファイア基板上に高温バッファ層を堆積する、すなわち１２００℃から１３００℃で、サファイア基板上にＡｌＮなどのＡｌが多い組成を１−３μｍの厚みにエピキタシャル成長させると、サファイア基板と高温バッファ層との界面でクラックや剥離が生じることが開示されている（特許文献３）。

以上のような観点から、従来においては、図２に示すような構成の発光素子などの窒化物系化合物半導体素子を効率的に製造するための、実用的な方法が開発されていないのが現状であった。
特開2004-39810 特開2004−55799 特開2003-45599

本発明は、上下導通タイプの窒化物系化合物半導体素子を効率的に製造することができる方法を確立することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
サファイア基材のＣ面からオフした主面、サファイア基板のＲ面からｃ軸を含む面内にオフした主面またはサファイア基板のＲ面からｃ軸に対して反対側にオフした主面を有するサファイア基板を準備する工程と、
前記サファイア基板上に対して少なくともＡｌを含んだ有機金属をプリフローし、アルミニウム金属単体またはアルミニウムとガリウムとの合金からなる金属層を形成する工程と、
前記金属層上にＡｌＧａＮなる組成を有する窒化物系化合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、窒化物系化合物半導体からなる成長基板層を形成する工程と、
前記成長基板層上に、窒化物系化合物半導体からなる機能層を形成する工程と、
前記サファイア基板と前記バッファ層とを前記金属層を介して剥離させ、少なくとも前記成長基板層及び前記機能層を含む窒化物系化合物半導体素子を得る工程と、
を具えることを特徴とする、窒化物系化合物半導体素子の製造方法に関する。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、現在商業的にも使用されているサファイア基板において、その汎用主面であるＣ面やＡ面、Ｒ面などに代えて、前記Ｃ面から適当な角度だけオフした主面、又は前記Ｒ面からｃ軸を含む面内にオフした主面を用い、このような主面を有するサファイア基板に対して少なくともＡｌを含んだ有機金属をプリフローし、少なくともＡｌを含む金属層を所定の厚さに形成し、さらに、この金属層上にＡｌＧａＮなる組成を有する窒化物系化合物半導体からなるバッファ層を所定温度で形成し、その後、目的とする窒化物系化合物半導体を構成する成長基板層及び機能層をそれぞれ所定の厚さで形成することにより、前記機能層の形成後において、前記サファイア基板と前記バッファ層とが前記金属層を介してクラックなどを発生させることなく剥離することを見出した。

したがって、上述のような方法に基づけば、基板として汎用されており、比較的安価なサファイア基板を用いるとともに、レーザ光照射や凹凸面の形成などの煩雑なプロセスを必要とすることなく通常の成膜技術のみで、少なくとも前記成長基板層及び前記機能層を含む窒化物系化合物半導体素子を得ることができる。そして、前記成長基板層上及び前記機能層上に電極を互いに対向するようにして形成することにより、図２に示すような構成の発光素子などを簡易に形成することができる。

以上説明したように、本発明によれば、上下導通タイプの窒化物系化合物半導体素子を効率的に製造することができる方法を提供することができる。

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。

（サファイア基板の準備）
本発明においては、最初にサファイア基材のＣ面からオフした主面又はサファイア基板のＲ面からｃ軸に対して反対側にオフした主面を有するサファイア基板を準備する。前記オフ角度は、以下に詳述するように、前記サファイア基板上に、金属層、バッファ層、成長基板層及び機能層を順次に形成した後、前記金属層を介して前記サファイア基板と前記バッファ層とがクラックなどを生じることなく剥離できるものであれば、特に限定されない。

しかしながら、前記サファイア基板は、前記Ｃ面から０．０５度〜１度の範囲でオフしていること、または、前記Ｃ面から前記ｃ軸を含む面内に０．２５度〜０．７５度の範囲でオフしていることが好ましい。このような場合、前記サファイア層と前記バッファ層とが剥離した際に、その剥離面の平坦性をより向上させることができるようになる。

なお、オフ角度が上記範囲外であると、前記剥離が良好に行なわれず、剥離面に凹凸が生じてその平坦性が損なわれる場合がある。

（金属層の形成）
本発明では、上述したようにオフした主面を有するサファイア基板を準備した後、このサファイア基板上にアルミニウム金属単体あるいはアルミニウムとガリウムとの合金からなる金属層を形成する。この金属層は、前記サファイア基板に対して少なくともＡｌを含む有機金属をプリフローすることにより、例えばＭＯＣＶＤ法などを利用することによって形成する。

なお、前記金属層は、濡れ性や安定性の観点から、アルミニウム金属単体あるいはアルミニウムとガリウムとの合金からなり、特には、アルミニウム金属単体からなることが好ましい。

前記有機金属としては、トリメチルアルミニウムなどの汎用の有機金属（ガス）を用いることができる。また、前記金属層をアルミニウムとガリウムとの合金から構成する場合、前記トリメチルアルミニウムなどに加えて、トリメチルガリウムなどの汎用の有機金属ガスを用いることができる。

また、上記金属層は、その厚さが１原子層〜２０原子層の範囲であることが好ましく、さらには１原子層〜５原子層の範囲であることが好ましく、特には１原子層〜３原子層の範囲であることが好ましい。金属層の厚さをこのような範囲に設定することにより、上述したような、前記金属層を介した前記サファイア基板と前記バッファ層との剥離を、その界面に生じた大きな応力により、剥離面を平坦に維持した状態でより簡易に実施することができる。また、前記金属層上に形成するバッファ層の形成温度を従来よりも１００℃程度低くすることができ、成長装置への熱負荷を小さくできる。

なお、上記金属層の厚さが上記範囲よりも小さいと、サファイア基板を均一にカバーしにくくなり、サファイア基板とバッファ層との剥離を十分に行なうことができなくなる場合がある。また、上記金属層の厚さが上記範囲よりも厚くなると、プリフロー後のアンモニアフローにより結晶核を形成して多結晶的になり、サファイア基板とバッファ層との界面で応力緩和が生じてしまい、剥離を十分に行なうことができなくなる場合がある。

（バッファ層の形成）
本発明では、上述のようにしてサファイア基板上にＡｌ含有金属層を形成した後、ＡｌＧａＮなる組成を有する窒化物系化合物半導体からなるバッファ層を、例えばＭＯＣＶＤ法などによって形成する。このバッファ層の形成条件などは、上述のように、上記金属層を介してサファイア基板との剥離を十分に行なうことができれば特に限定されるものではない。しかしながら、好ましくは、１１００℃以上の温度で形成することによって、前記剥離をより良好に安定的に行なうことができる。

一方、前記バッファ層の形成温度の上限は１５５０℃とすることが好ましい。前記バッファ層を１５５０℃を超える温度で形成した場合は、バッファ層自体の表面が粗れてしまい、表面平坦性が劣化してしまう場合がある。

なお、従来のバッファ層は４００℃〜９００℃の低温で形成したが、本発明では、バッファ層を、上述したように好ましくは１１００℃以上１５５０℃以下の温度で形成するようにしている。したがって、このようなバッファ層の形成温度は従来の形成温度と比較して十分に高いことが分かる。

また、本発明者らは、サファイア基板のＣ面から０．０５度〜１度の範囲でオフしている主面を有する基板上、またはＲ面からｃ軸を含む面内に０．２５度〜０．７５度オフした基板上に、９００℃以下の温度で（低温）バッファ層を堆積し、このバッファ層上に以下に説明するような成長基板層を形成した場合、前記成長基板層の結晶性が向上することを確認している。これは頻度成長よりもステップ成長が生じやすく螺旋転位が少なくなることと、両方位のきまったキンク面から成長しやすいために刃状転位も少なくなることによると考えられている。

しかしながら、この場合においては、前記成長基板層を厚く、例えば１０μｍ以上に厚くしても、サファイア基板とバッファ層との間での剥離が生じることなく、それらの界面においてクラックが生じる場合がある。このような観点からも、上述したように、バッファ層の形成温度は１１００℃以上とすることが好ましい。

また、上記形成温度と同様の理由から、前記バッファ層を構成するＡｌＧａＮ組成中における、III族元素中のＡｌ含有量は９０原子％以上であることが好ましく、さらには１００％であって前記バッファ層がＡｌＮから構成されることが好ましい。

さらに、前記バッファ層を形成する際のIII族元素原料ガスとＶ族元素原料ガスとの流量比が１０〜１０００であることが好ましい。この場合、例えばアンモニアなどのＶ族有機原料ガスとIII族有機金属原料とのアダクツやオリゴマーの発生を抑制し、さらにサファイア基板表面の変化を抑制するとともに、応力緩和を引き起こし、サファイア基板との上記金属層を介した剥離を困難にならしめるカーボンが高濃度にドーピングされることを効果的に回避することができる。

また、前記バッファ層自体の表面平坦性を確保する観点からは、前記バッファ層の厚さが０．３μｍ以上であることが好ましく、さらには１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。

なお、III族元素原料ガスとしては、上述したトリメチルアルミニウムなどの汎用の有機金属（ガス）を例示することができ、Ｖ族原料ガスとしては、上記アンモニアの他に、アルキルヒドラジンを例示することができる。アルキルヒドラジンはモノメチルヒドラジン，ジメチルヒドラジン,ターシャルブチルヒドラジンである。アルキルヒドラジンを使用した場合の成長速度は通常アンモニアの成長速度より大きい。しかし安全性の点でアンモニアが好ましい。

（成長基板層の形成）
本発明では、上述のようにして（高温）バッファ層を形成した後に、成長基板層を例えばＭＯＣＶＤ法によって形成する。この場合、前記成長基板層の厚さは、目的とする窒化物系化合物半導体素子における基板として機能させるべく、十分な機械的強度を付与する目的で、１０μｍ以上の厚さに形成する。

また、このような比較的厚い成長基板層を形成するに際しては、コスト低減の観点から、高い成長速度の下に形成することが好ましい。具体的には、３μｍ／時間以上であることが好ましく、さらには２０μｍ／時間以上であることが好ましく、特には５０μｍ／時間以上であることが好ましい。なお、成長基板層の表面平坦性を維持する観点から、前記成長速度の上限は１００μｍ／時間とすることが好ましい。

このような高い成長速度を実現するためには、Ｖ族原料ガスの分解効率を向上させる必要があり、例えばＶ族原料ガスの配管出口を、サファイア基板が設置されたサセプタに近づけるとともにフェイスダウン型にし、高温サセプタとの接触時間を長くすることなどによって実現することができる。

また、前記成長基板層を形成する際のIII族元素原料ガスとＶ族元素原料ガスとの流量比が１０〜１０００であることが好ましい。この場合、例えばアンモニアなどのＶ族有機原料ガスとIII族有機金属原料とによるアダクツやオリゴマーの発生を抑制することができるようになる。

III族元素原料ガスとしては、上述したトリメチルアルミニウムやトリメチルガリウムなどの汎用の有機金属（ガス）を例示することができ、Ｖ族原料ガスとしては、上記アンモニアの他に、アルキルヒドラジンを例示することができる。アルキルヒドラジンはモノメチルヒドラジン，ジメチルヒドラジン,ターシャルブチルヒドラジンである。アルキルヒドラジンを使用した場合の成長速度は通常アンモニアの成長速度より大きい。しかし安全性の点でアンモニアが好ましい。

なお、成長基板層の厚さの上限は特に限定されるものではないが、例えば１ｍｍとする。これ以上厚さを大きくしても、目的とする窒化物系化合物半導体素子の基板として機能させる際のハンドリングを容易せしめることがないばかりでなく、成膜時間が長時間化し、コスト増となる。

（機能層の形成）
本発明では、上述のようにして成長基板層を形成した後、この層上に目的とする窒化物系化合物半導体素子の実質的な機能を奏することになる機能層を形成する。この機能層は、例えば発光層、受光層、あるいは高移動度の電子的回路部層などとすることができる。発光層の場合、前記機能層は、例えばｎ型コンタクト層／ｎ型クラッド層／活性層／ｐ型クラッド層／ｐ型コンタクト層の構造を呈する。

また、前記機能層の良好な特性を得るために、成長速度は１０μｍ／時間以下であることが好ましく、さらには５μｍ／時間以下であることが好ましい。特に、前記機能層を発光層とする場合、活性層の成長速度は小さく、約０．１μｍ／時間〜０．５μｍ／時間とする。

また、上述したバッファ層、成長基板層及び機能層を合わせた全体の厚さは１０μｍ以上であることが好ましく、さらには２０μｍ以上であることが好ましく、特には４０μｍ以上であることが好ましい。これによって、上述したサファイア基板と前記バッファ層との界面に十分大きな応力を生ぜしめることができ、かかる界面における前記金属層を介しての剥離を簡易かつ効果的に行なうことができる。

（サファイア基板とバッファ層との剥離）
上述したような工程を行ない、サファイア基板上に順次Ａｌ含有金属層、（高温）バッファ層、成長基板層及び機能層を形成すると、形成後において前記サファイア基板と前記バッファ層とは前記Ａｌ含有金属層を介して自然に剥離する。これは、例えば、前述したような各層を形成した後、所定の成膜装置から取り出すことによる自然冷却によって生ぜしめることができる。また、例えば約２０℃／分程度の十分に小さい冷却速度によっても生ぜしめることができる。

上述のような剥離が生じた後は、上記バッファ層、成長基板層及び機能層からなる窒化物系化合物半導体素子が形成されることになるが、前記バッファ層は必要に応じて、例えば高温リン酸液中に浸漬して溶解させる、あるいは研磨するなどして除去することができる。

その後、残存した前記成長基板層の主面及び前記機能層の主面上に電極を互いに対向するようにして形成することにより、図２に示すような上下導通タイプの窒化物系化合物半導体素子を得ることができる。

なお、図３には、サファイア基板とバッファ層との界面で剥離が生じる以前の、全体の層構成を概略的に示す。層構成３０は、上述したようにオフした主面を有するサファイア基板３１上に、順次Ａｌ含有金属層３２、（高温）バッファ層３３、成長基板層３４及び機能層３５が形成されてなる。

（実施例１）
サファイアＣ面からのオフ角度が０．２度と０．４度のサファイア基板を横型の有機金属気相装置内部の基板ホルダに設置し、水素ガスを流しながら、基板表面温度を１２００℃に２分間保持し基板表面のクリーニングを行なった。

次いで、基板表面温度を１４００℃まで下げ、主キャリアガスを水素とし、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を６秒供給し、Ａｌ層を２原子層の厚さに成長させた。なお、前記Ａｌ層の厚みはＡｌの成長速度から計算したものである。

次いで、基板表面温度を１４００℃に維持し、主キャリアガスを水素とし、アンモニアとＴＭＡとをＶ／III比＝１００で供給し、圧力１００ｔｏｒｒでＡｌＮバッファ層を１μｍの厚さに成長させた。

次いで、基板表面温度を１０５０℃まで下げ、アンモニア／水素比が０．７，Ｖ／III比が１００になるようにトリメチルガリウムをドーピング剤のモノシランと流し始め、１２０分間成長させ、５０μｍ厚みのＳｉ−ＧａＮ成長基板層を作成した。その後アンモニアの供給量を増やし、Ｖ／III比を２５００にし、Ｓｉをドープした２．５μｍ厚みのn型ＧａＮコンタクト兼クラッド層を成長した。

次いで、基板表面温度を７５０℃とし、Ｖ／III比を７，５００として、窒素キャリアガス中でＩｎＧａＮ／ＧａＮの６層からなるＭＱＷ発光層を成長させた。再度主キャリアガスを水素に切り替え、基板表面温度を１０００℃に昇温し、Ｖ／III比を２５００とし、Ｍｇをドープした０．４μｍ厚みのｐ型ＧａＮクラッド層を成長させた。次いで、基板表面温度を７５０℃とし、窒素キャリアガス中で約３ｎｍ厚みのＳｉ-IｎＧａＮからなる ｐ側コンタクト層を作成した。

ｐ側コンタクト層を作成後、アンモニアガスを止めて窒素ガスを流しながら室温まで自然冷却し、有機金属気相装置からウェーハを取り出した。オフC面基板と高温バッファ層ＡｌＮ層とは剥離、分離していた。

次いで、約２００℃の高温燐酸液中で高温バッファ層ＡｌＮを溶解し、平坦なＳｉ−ＧａＮ成長基板を作製した。

ｐ側コンタクト層および反射層を付けた成長基板層のそれぞれの上に、ｐ電極（Ｎｉ／Ａｕ）とｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）とを互いに対向するようにして形成し、スクライビング法により２５０μｍ角のチップを作成した。これにより、ｃ面オフ基板上に成長した層について、光取りだし面側をｐ層側にする素子を作製した。

このようにして得た発光素子に対する特性評価を実施したところ、２０ｍＡの電流で、素子の発光波長は４６０ｎｍであり、Ｖｆは３．２Ｖであり、発光出力は８ｍＷであった。なお、この値は、サファイア基板上にＧａＮバッファ層を介して上述した機能層（発光層）を作製し、成長面の同一側に電極を形成して図１に示すような構成の３８０μｍ角のチップの特性とほぼ同じであった。

なお、オフ角度０．２度と０．４度とでは、特に差は見られなかった。

（実施例２）
本実施例では、実施例１における光取りだし面をｐ側にすることに代えてｎ側にした以外は、実施例１と同様にして窒化物系化合物半導体素子を作製した。最初に、上述のようにして、サファイア基板上に、Ａｌ金属層、ＡｌＮバッファ層、Ｓｉ−ＧａＮ成長基板層及びＭＱＷ発光層などを含む機能層を順次に形成し、次いで、前記サファイア基板と前記ＡｌＮバッファ層との剥離を実施し、ＡｌＮバッファ層を溶解した後、前記成長基板層表面のｎバッド部になる部分を除いた面をＲＩＥ，干渉露光，ＥＢ法で、高さ０．５μｍ、周期０．１７μｍのる円錐状カラムを作製した。次いで、前記ｐ側コンタクト層および前記成長基板層のそれぞれの上に、ｐ電極（Ｎｉ／Ａｕ）とｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）を対向するようにして形成し、スクライビング法により２５０μｍ角のチップを作製した。

このようにして得た発光素子に対する特性評価を実施したところ、２０ｍＡの電流で、素子の発光波長は４６０ｎｍであり、Ｖｆは３．２Ｖであり、発光出力は２４ｍＷであった。なお、オフ角度０．２度と０．４度とでは、特に差は見られなかった。

（実施例３）
実施例１においてＡｌ層形成のためのプリフロー時間を２０秒及び６０秒とした以外は実施例１と同様にして窒化物系化合物半導体素子を作製した。機能層である発光層の形成の後、サファイア基板とバッファ層とは剥離、分離していた。

（比較例１）
実施例１においてＡｌ層を形成しない以外は、実施例１と同様にして窒化物系化合物半導体素子を作製した。なお、この場合においては、サファイア基板とバッファ層との間においての剥離は見られなかった。

（比較例２）
実施例１において、オフした主面を有するサファイア基板を使用する代わりに、Ｃ面サファイア基板を用いた以外は、実施例１と同様にして窒化物系化合物半導体素子を作製した。なお、この場合においては、サファイア基板とバッファ層との間においての剥離は見られなかった。

（比較例３）
実施例１において、オフした主面を有するサファイア基板を使用する代わりに、Ｒ面サファイア基板を用いた以外は、実施例１と同様にして窒化物系化合物半導体素子を作製した。なお、この場合においては、サファイア基板とバッファ層との間においての剥離は見られなかった。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

従来の発光素子の一例を示す構成図である。 従来の発光素子の一例を示す構成図である。 サファイア基板とバッファ層との界面で剥離が生じる以前の、本発明の方法に従って得た全体の層構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１０ 発光素子
１１ サファイア基板
１２ 低温バッファ層
１３ ｎ型コンタクト層
１４ ｎ型クラッド層
１５ 発光層１５
１６ ｐ型クラッド層
１７ ｐ型コンタクト層
１８ ｐ型電極
１９ ｎ型電極
２０ 発光素子
２２ 成長基板層
２４ ｎ型クラッド層
２５ 発光層
２６ ｐ型クラッド層
２７ ｐ型コンタクト層
２８ ｐ型電極
２９ ｎ型電極
３０ 層構成
３１ サファイア基板
３２ Ａｌ含有金属層
３３ （高温）バッファ層
３４ 成長基板層
３５ 機能層

Claims (21)

1. サファイア基板のＣ面からオフした主面、サファイア基板のＲ面からｃ軸を含む面上にオフした主面またはサファイア基板のＲ面からｃ軸に対して反対側にオフした主面を有するサファイア基板を準備する工程と、
   前記サファイア基板表面に対して少なくともアルミニウムを含んだ有機金属化合物をプリフローし、アルミニウム金属単体またはアルミニウムとガリウムとの合金からなる金属層を形成する工程と、
   前記金属層上にＡｌＧａＮなる組成を有する窒化物系化合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、窒化物系化合物半導体からなる成長基板層を形成する工程と、
   前記成長基板層上に、窒化物系化合物半導体からなる機能層を形成する工程と、
   前記サファイア基板と前記バッファ層とを前記金属層を介して剥離させ、少なくとも前記成長基板層及び前記機能層を含む窒化物系化合物半導体素子を得る工程と、
   を具えることを特徴とする、窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
2. 前記サファイア基板は、前記Ｃ面から０．０５度〜１度の範囲でオフしていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
3. 前記サファイア基板は、前記Ｒ面から前記ｃ軸を含む面内に０．２５度〜０．７５度の範囲でオフしていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
4. 前記金属層の厚さを１原子層〜２０原子層の範囲とすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
5. 前記金属層の厚さを１原子層〜５原子層の範囲とすることを特徴とする、請求項４に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
6. 前記金属層の厚さを１原子層〜３原子層の範囲とすることを特徴とする、請求項５に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
7. 前記バッファ層は１１００℃以上の温度で形成することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
8. 前記バッファ層は１１００℃〜１５５０℃の温度範囲で形成することを特徴とする、請求項７に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
9. 前記バッファ層中における、全III族元素に対するアルミニウム含有割合が９０原子％以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
10. 前記バッファ層はＡｌＮからなることを特徴とする、請求項９に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
11. 前記バッファ層の厚さを０．３μｍ以上とすることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
12. 前記バッファ層の厚さを１μｍ〜１０μｍとすることを特徴とする、請求項１１に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
13. 前記成長基板層の厚さを１０μｍ以上とすることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
14. 前記成長基板層を形成する際の成膜速度が３μｍ／時間以上であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
15. 前記成長基板層を形成する際の成膜速度が１００μｍ／時間以下であることを特徴とする、請求項１４に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
16. 前記バッファ層、前記成長基板層及び前記機能層の総厚を１０μｍ以上とすることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
17. 前記バッファ層、前記成長基板層及び前記機能層の総厚を２０μｍ以上とすることを特徴とする、請求項１６に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
18. 前記バッファ層、前記成長基板層及び前記機能層の総厚を４０μｍ以上とすることを特徴とする、請求項１７に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
19. 前記サファイア基板と前記バッファ層との、前記金属層を介した剥離は、自然冷却によって剥離させることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
20. 前記サファイア基板と前記バッファ層とを前記金属層を介して剥離させた後、前記バッファ層を除去する工程と具えることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
21. 前記成長基板層の主面上及び前記機能層の主面上において、互いに対向するようにして電極を形成する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。

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