JP5596375B2 - 半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子 - Google Patents
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本実施例においては、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によりAlxInyGazN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)からなる半導体成長層を形成することができる基板(成長用基板)としてC面サファイア基板30(以下、単にサファイア基板30と称する)を準備する。なお、成長用基板としては、本実施例のC面サファイア基板に限らず、R面サファイア基板、MgAl2O4又はSiC等の基板を用いることもできる。
次に、サファイア基板30を水素雰囲気中で摂氏1000度(1000℃)、10分間加熱してサファイア基板30のサーマルクリーニングを行う。次に、MOCVD法により、サファイア基板30の上に低温バッファ層31、下地GaN層32、n−GaN層24、活性層23、p−AlGaNクラッド層22、p−GaN層21からなる半導体成長層14を形成する(図2(a)、図3)。ここで、半導体成長層14を構成する各半導体層は、MOCVD法によりウルツ鉱型結晶構造のC軸方向に沿って、サファイア基板11の上に順次積層される。
次に、個々の半導体発光装置を区画する素子分割溝33を半導体成長層14に形成する(図2(b))。具体的な工程としては、先ず、半導体成長層14の表面上にレジストを塗布する。続いて、フォトリソグラフィによって当該レジストを格子状にパターニングする。更に、上述したレジストが形成された状態のウエハを反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)装置に投入し、パターニングされたレジストをマスクとし、Cl2プラズマによるドライエッチングを半導体成長層14に施す。これにより、半導体成長層14には、サファイア基板30に達する格子状の素子分割溝33が形成される。素子分割溝33により、半導体成長層14は例えば一辺が1000μmの素子部(素子領域)に分割され、素子部20が形成される。
次に、素子部20の各々の表面の所望の領域に、p側電極13を形成する(図2(c))。より具体的には、先ず、素子部20を覆うようにレジストを塗布する。続いて、フォトリソグラフィによって当該レジストをパターニングする。パターニングされたレジストの開口部分に電子ビーム蒸着により、Pt(1nm)、Ag(150nm)、Ti(100nm)、Pt(200nm)及びAu(200nm)を順次堆積する。その後、当該レジストを除去することで、p側電極13が完成する。なお、本実施例においては、p側電極13が素子部20の順方向テーパ面14aに到達しないように、上述したレジストをパターニングする。
次に、容易に剥がすことができる固着テープ34をp側電極13に貼り付ける(図2(d))。ここで、固着テープ34は、p側電極13を強固に固定するものでなく、簡易的に固定することができる粘着性を有するテープであればよい。なお、固着テープ34は、p側電極13を覆うとともに素子部20の表面を更に固定してもよい。固着テープ34を貼り付けることで、p側電極13を損傷することなく、後述するレーザ照射が可能になる。
次に、素子部20ごとに順次レーザ光を照射し(図4(a))、素子部20とサファイア基板30との界面領域における素子部20の縁部を除去する(図4(b))。
次に、空隙41が形成された状態のウエハをアルカリエッチング溶液に浸し、ウエットエッチングを施す。アルカリエッチング溶液は、例えば、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)又はKOH(水酸化カリウム)である。上述したように空隙41の表面はN面であり化学的に不安定であるため、空隙41の表面部分のみをアルカリエッチング溶液でエッチングすることができる。
次に、素子部20のp側面及び順方向テーパ面14aを覆う保護層を形成する。具体的には、先ず、蒸着法、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、又はスパッタリング等の公知の成膜技術を用いて二酸化シリコン16aを堆積させる。二酸化シリコン16aの膜厚は、約0.2μmである。ここで、素子部20の逆方向テーパ面14bには二酸化シリコン16aは堆積しない。これは逆方向テーパ面14bの下に二酸化シリコン16aが入り込めないからである。本実施例においては、逆方向テーパ面14bの角度43(すなわち、逆方向テーパ面14bのサファイア基板30の表面に対する傾き)は、ウルツ鉱型の結晶構造由来の角度となり、およそ62度となる。少なくともこれ以上に小さい角度では、二酸化シリコン16aは入り込めない。また、サファイア基板30の上に堆積した二酸化シリコン16aと、素子部20の表面に堆積した二酸化シリコン16aとは、繋がっておらず、両者の間には段切れによる空隙51が形成される(図5(a))。
保護層16が形成された後に、上記工程を経て得られたウエハと、準備した支持体11と、接合層12を介して貼り合わせる(図5(c))。
次に、レーザリフトオフ(Laser Lift Off:LLO)により、サファイア基板30を素子部20から剥離する。より具体的には、サファイア基板11の裏面(素子部20が形成されていない面)側からレーザを照射する。エキシマレーザ光の波長は約248nmであり、エネルギー密度は約850mJ/cm2である。また、エキシマレーザ光の光源として、KrFエキシマレーザ光源を用いた。1ショットの照射範囲は、図6(a)において示されているように、素子部20とサファイア基板30との界面全域を含むように設定されている。すなわち、1つの素子部20にエキシマレーザ光を照射すると、当該レーザ光が照射された素子部20に隣り合う他の素子部20にエキシマレーザ光が順次照射される。
次に、素子部20を構成するn−GaN層24を覆うようにレジストを塗布する。続いて、フォトリソグラフィによって当該レジストをパターニングする。パターニングされたレジストの開口部分に電子ビーム蒸着により、Ti(25nm)、Pt(100nm)、Au(800nm)を順次堆積する。その後、当該レジストを除去し、n側電極15を形成する(図6(c))。n−GaN層24の露出面は光放出面となるため、n側電極15が半導体発光素子の実装時におけるワイヤボンディングに最低限必要な面積を有するように、n側電極15を形成することが好ましい。本実施例においては、n側電極15が各半導体発光素子のn−GaN層24の中央部に位置するようにレジストがパターニングされている。なお、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させるために、本工程の前後のいずれかにおいて、n−GaN層24の露出面をKOH等のアルカリ溶液でエッチング処理を施し、その露出面にウルツ鉱型(六方晶)の結晶構造に由来する六角錐状の突起を形成してもよい。
次に、ダイシングにより支持体11を切断し、上記工程を経たウエハを半導体発光素子ごとに個片化(チップ化)する。個片化の方法はダイシングに限らず、ポイントスクライブ/ブレイキング、レーザスクライブ等を用いることができる。
11 支持体
12 接合層
13 p側電極
14 半導体成長層
14a 順方向テーパ面
14b 逆方向テーパ面
15 n側電極
16 保護層
20 素子部
30 サファイア基板
Claims (3)
- 成長用基板の上に第1の半導体層、活性層及び第2の半導体層を順次成長させて半導体成長層を形成する工程と、
前記半導体成長層を素子分割ラインに沿ってエッチングし、前記成長用基板に達する分割溝を形成して前記半導体成長層を複数の素子部に分割する工程と、
前記複数の素子部の各々の側部に、前記成長用基板との界面から前記半導体成長層の成長方向に向かって広がる逆方向テーパの傾斜面を形成する工程と、
前記逆方向テーパの傾斜面を露出しつつ前記側部の上に保護層を形成する工程と、
前記複数の素子部に支持体を設ける工程と、
前記成長用基板の裏面側から剥離用のレーザ光を照射して前記成長用基板を剥離する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記逆方向テーパの傾斜面を形成する工程は、前記成長用基板の裏面側から空隙形成用のレーザ光を照射して前記成長用基板と前記素子部との界面領域において前記複数の素子部の各々の縁部を除去して空隙を形成する工程と、前記空隙にエッチングを施すエッチング工程と、を有することを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 前記半導体成長層を複数の素子部に分割する工程は、前記素子部の側面が前記成長用基板に対して順方向テーパの傾斜面となるようにエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法。
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