JP6146455B2 - 発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、窒化物半導体を用いた発光素子の製造方法に関する。

窒化物半導体を用いた、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子は、サファイアなどの基板上に複数の素子をウエハプロセスで形成された後に、素子ごとに個片化（分割）されることで製造される。個片化の方法として、基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより加工痕を形成し、この加工痕に沿ってウエハを分割する方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

特開２０１３−４２１１９号公報 特開２０１１−１８１９０９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された方法では、集光点が合わせられた基板だけでなく半導体層にもレーザ光が照射される。このため、半導体層のレーザ光が照射された部分が損傷して、発光素子の電気的特性が劣化することがある。

本開示に係る実施形態は、レーザ光の照射により基板を切断する個片化工程を含む発光素子の製造方法において、レーザ光の照射による半導体層の損傷を低減して、発光素子の電気的特性の劣化を抑制することを課題とする。

本開示の実施形態に係る発光素子の製造方法は、基板と、窒化物半導体からなる第１ｐ型半導体層、窒化物半導体からなりｎ側電極が形成されたｎ型半導体層、窒化物半導体からなる活性層及び窒化物半導体からなりｐ側電極が形成された第２ｐ型半導体層が基板の側から順に基板上に積層された半導体積層体と、を有するウエハを準備する工程と、基板の下面側から基板にレーザ光を照射することにより、基板に改質領域を形成する工程と、改質領域を起点として、ウエハを個々の発光素子に分離する工程とを含むように構成される。

本開示の実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、第１ｐ型半導体層があることでレーザ光を吸収するため、レーザ光の照射による半導体層の損傷を低減して、製造される発光素子の電気的特性の劣化を抑制することができる。

実施形態に係る発光素子の製造方法によって製造される発光素子の構造を示す模式的平面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法によって製造される発光素子の構造を示す模式的断面図であり、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における断面を示す。 実施形態に係る発光素子の製造方法の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る発光素子の製造方法における基板準備工程を示す模式的断面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法における下地層形成工程を示す模式的断面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法における光吸収層形成工程を示す模式的断面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法におけるｎ型半導体層形成工程、活性層形成工程及びｐ型半導体層形成工程を示す模式的断面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法におけるｎ型半導体層露出工程を示す模式的断面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法における電極形成工程を示す模式的断面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法における保護膜形成工程を示す模式的断面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法における個片化工程のサブ工程であるレーザ光照射工程を示す模式的断面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法における個片化工程前のウエハを示す模式的平面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法における個片化工程のサブ工程である分離工程を示す模式的断面図である。 実施形態に係る発光素子の製造方法における個片化工程のサブ工程である分離工程の他の例を示す模式的断面図である。

以下、実施形態に係る発光素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材のサイズや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。更に以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

＜実施形態＞
［発光素子の構成］
実施形態に係る発光素子の製造方法によって製造される発光素子の構成について、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。

本実施形態に係る発光素子の製造方法によって製造される発光素子１は、基板１１と、基板１１上に積層される半導体積層体１２と、半導体積層体１２と電気的に接続される一対の電極であるｎ側電極１３及びｐ側電極１４と、保護膜１５と、を有する。
また、半導体積層体１２は、窒化物半導体からなる複数の半導体層の積層体であり、基板１１側から順に、下地層１２１と、第１ｐ型半導体層１２２と、ｎ型半導体層１２３と、活性層１２４と、第２ｐ型半導体層１２５と、が積層されている。本実施形態において、第１ｐ型半導体層１２２を光吸収層、第２ｐ型半導体層１２５をｐ型半導体層とする。

本実施形態に係る発光素子の製造方法においては、ウエハプロセスによって、１枚の基板１１上に複数の発光素子１が形成される。その後に、基板１１の下面側からレーザ光を照射するレーザダイシング法によって、基板１１を切断することで発光素子１が個片化される。

本実施形態において、半導体積層体１２はＬＥＤ構造を有し、ｎ側電極１３とｐ側電極１４とを外部電源に接続して、半導体積層体１２に電力を供給することにより、活性層１２４が発光するように構成されている。なお、半導体積層体１２は、ＬＥＤ構造を有するものに限定されず、例えば、ＬＤ（レーザダイオード）構造を有するものであってもよい。また、発光素子１の外形形状、電極の形状や配置領域などは一例を示したに過ぎず、適宜な形状とすることができる。
以下、各部の構成について、順次に詳細に説明する。

基板１１は、半導体積層体１２を支持するとともに、半導体をエピタキシャル成長（結晶成長）させるための基板である。半導体積層体１２に用いられる窒化部半導体に好適な基板１１としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面の何れかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、また炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジム等の酸化物基板が挙げられる。
また、半導体積層体１２を結晶成長させる基板１１の主面に複数の凸部を形成するようにしてもよい。これによって、半導体積層体１２を結晶成長させる際に、半導体積層体１２の上面にまで貫通する転位などの結晶欠陥を低減させることができる。

半導体積層体１２は、基板１１の上面である一方の主面上に、下地層１２１、光吸収層１２２、ｎ型半導体層１２３及びｐ型半導体層１２５が積層されてなり、ｎ側電極１３及びｐ側電極１４間に電流を通電することにより発光するようになっている。図１Ｂに示すように、ｎ型半導体層１２３とｐ型半導体層１２５との間に活性層１２４を備えることが好ましい。

半導体積層体１２は、半導体発光素子に適した窒化物半導体を用いることができる。また、発光素子１が発する光の一部を、蛍光体層を設けて、異なる波長の光に変換する場合には、発光波長の短い青色や紫色に発光する半導体積層体１２が好適である。そのために、半導体積層体１２の各半導体層は、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で表される窒化物系の化合物半導体を好適に用いることができる。
半導体積層体１２の各半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）、スパッタリング法などの公知の技術により形成することができる。また、各半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。

半導体積層体１２は、上面の一部の領域において、厚さ方向に、ｐ型半導体層１２５及び活性層１２４の全部と、ｎ型半導体層１２３の一部とが除去された段差部１２ａが設けられている。段差部１２ａの底面はｎ型半導体層１２３で構成されており、当該底面にｎ側電極１３が設けられている。また、ｐ型半導体層１２５の上面の略全領域には、ｐ側電極１４の下層部である全面電極１４１が設けられている。また、ｎ側電極１３が設けられる領域の他に、半導体積層体１２の外周に沿った領域にも段差部１２ａが設けられている。この外周領域の段差部１２ａは、ウエハ状態の発光素子１を個々に区画する仮想線である境界線（切断予定ライン）に沿った領域（ダイシングストリート）に設けられている。
また、半導体積層体１２のその他の表面は、ｎ側電極１３及びｐ側電極１４とともに、保護膜１５で被覆されている。

下地層１２１は、ｎ型半導体層１２３、活性層１２４及びｐ型半導体層１２５からなる発光素子として機能する半導体層の結晶性を向上させるための半導体層である。下地層１２１は、基板１１側から順に、バッファ層１２１ａ及び第１半導体層１２１ｂが積層されている。
なお、下地層１２１の積層構造は、２層構造に限定されるものではなく、１層、又は３層以上とすることもできる。

バッファ層１２１ａは、基板１１の格子定数と、バッファ層１２１ａよりも上層に積層される半導体の格子定数との差を緩和するための層である。バッファ層１２１ａは、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）で表されるアンドープの窒化物半導体を用いることが好ましく、アンドープのＡｌＧａＮを用いることがより好ましい。また、バッファ層１２１ａは、好適にはＭＯＣＶＤ法によって形成することができる。

バッファ層１２１ａの膜厚は、基板１１の上面全体をバッファ層１２１ａが十分に被膜できる５ｎｍ以上、かつ、上面に積層される光吸収層１２２の結晶性が向上する３００ｎｍ以下程度の範囲とするのが好ましく、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度の範囲とすることが更に好ましい。

第１半導体層１２１ｂは、バッファ層１２１ａの上面に直接接して積層される。第１半導体層１２１ｂは、好適にはＭＯＣＶＤ法によって結晶成長させることができ、結晶成長の過程で形成される微小な凹部が埋め込まれて、上面が平坦面となる膜厚に形成される。
第１半導体層１２１ｂは、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で表されるアンドープの窒化物系の化合物半導体を用いることが好ましく、アンドープのＧａＮを用いることがより好ましい。なお、本実施形態において、アンドープの窒化物系の化合物半導体とは、不純物濃度が１×１０^１６ｃｍ^−３以下である半導体層である。
また、第１半導体層１２１ｂの膜厚は、上面が平坦面となればよく、例えば、５００ｎｍ以上６０００ｎｍ以下程度とすることができる。

なお、第１半導体層１２１ｂは、同じ条件で結晶成長させた１層構成としてもよいが、結晶成長の条件を途中で変えて、２層以上の多層構成としてもよい。

光吸収層（第１ｐ型半導体層）１２２は、基板１１をレーザダイシング法で切断する際に、基板１１の下面側から照射されるレーザ光を吸収し、光吸収層１２２よりも上層側の半導体層、特にｐ型半導体層１２５に照射されるレーザ光の強度を低減させるための層である。
光吸収層１２２は、レーザダイシングの際に用いられるレーザ光を吸収するとともに、光吸収層１２２よりも上層に積層されるｎ型半導体層１２３を良好に結晶成長させることができる半導体材料を用いて形成することができる。このような半導体材料としては、ｐ型半導体層１２５と同様に、ｐ型不純物であるＭｇがドープされた窒化物系の半導体を好適に用いることができる。また、半導体の組成としては、下地層１２１の上面に連続して良好な結晶性が得られるように、ＧａＮを用いることが好ましい。良好な光吸収性及び結晶性が得られるように、ｐ型不純物であるＭｇの濃度は、１×１０^１７ｃｍ^−３以上１×１０^２１ｃｍ^−３以下程度とすることが好ましく、１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^２１ｃｍ^−３以下程度とすることがより好ましく、１×１０^１９ｃｍ^−３以上５×１０^２０ｃｍ^−３以下程度とすることが更に好ましい。
ここで、光吸収層１２２は、ｐ型不純物を含む窒化物半導体層であり、通常、アニール処理によりｐ型不純物を含む窒化物半導体層内の水素を脱離させることにより、ｐ型不純物を活性化させる。本願の発明者らは、アニール処理前のｐ型不純物を含む窒化物半導体層に対してレーザダイシングを行った場合は窒化物半導体層の損傷が少なく、アニール処理後にレーザダイシングを行った場合に窒化物半導体層が損傷しやすくなることから、活性化したｐ型不純物がレーザ光を吸収しやすくなり、あるエネルギー密度以上になるとｐ型窒化物半導体層の結晶の弱い箇所が損傷するのではないかと考えた。

光吸収層１２２の膜厚は、レーザダイシングの際に用いられるレーザ光が、ｐ型半導体層１２５に対して損傷を与えない程度に吸収できるように、１０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、上層に積層されるｎ型半導体層１２３を良好に結晶成長させるために、光吸収層１２２の膜厚は、１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。

なお、光吸収層１２２は、基板１１よりも上層側であり、ｎ型半導体層１２３のｎ型半導体層１２３よりも下層側に設けることができる。なお、ｎ型半導体層１２３が、ｎ型コンタクト層やｎ側クラッド層などが積層された多層構造を有している場合、光吸収層１２２は、基板１１よりも上層側であり、ｎ型コンタクト層よりも下層側に設けることができる。光吸収層１２２は、半導体積層体１２が良好な結晶性で形成されるように、バッファ層１２１ａよりも上層側に設けることが好ましく、上面が鏡面状の平坦面となる第１半導体層１２１ｂよりも上層側に設けることがより好ましい。
また、下地層１２１の何れかの層にＭｇをドープさせることで、光吸収層１２２を兼ねるように構成してもよい。

また、ｎ型半導体層１２３が良好な結晶性で形成されるように、光吸収層１２２の上面に直接接して、言い換えると、光吸収層１２２とｎ型半導体層１２３との間に第２半導体層を設けてもよい。当該第２半導体層は、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で表されるアンドープの窒化物系の化合物半導体からなる層が好ましく、アンドープのＧａＮからなる層を用いることがより好ましい。

ｎ型半導体層１２３、活性層１２４及びｐ型半導体層１２５からなる積層体は、光吸収層１２２の上面に積層される発光素子構造体であり、本実施形態ではＬＥＤ構造を有するものである。これらの半導体層は、光吸収層１２２の形成から連続して、好適にはＭＯＣＶＤ法により形成される。これらの半導体層は、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で表される窒化物半導体を好適に用いることができる。

ｎ型半導体層１２３は、前記した組成の窒化物半導体に、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎなどのｎ型不純物がドープされた半導体の結晶で構成され、特にＳｉをドープすることが好ましい。
なお、ｎ型半導体層１２３は、ｎ側電極１３を設けるための層であるｎ型コンタクト層、活性層１２４へのキャリアの注入や閉じ込めを行うための層であるｎ側クラッド層などを積層した多層構成としてもよい。

ｎ型半導体層１２３のｎ型不純物濃度は、１×１０^１７ｃｍ^−３以上１×１０^２０ｃｍ^−３以下程度とすることが好ましく、１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下程度とすることがより好ましい。また、ｎ型半導体層１２３の膜厚は、特に限定されないが、半導体の結晶性が良好に維持されるように、０．５μｍ以上１０μｍ以下程度とすることが好ましく、１μｍ以上８μｍ以下程度とすることがより好ましい。

活性層１２４は、ｎ型半導体層１２３とｐ型半導体層１２５との間に設けられ、これらの半導体層から供給されるキャリアが結合して発光する層である。
活性層１２４は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。
多重量子構造の場合は、例えば、Ｉｎ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜０．４）を井戸層とし、当該井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦Ｘ＜０．３）を障壁層とすることができる。井戸層の膜厚としては、量子効果が得られる程度の膜厚、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下程度、好ましくは２ｎｍ以上６ｎｍ以下程度とすることができる。また、障壁層の膜厚は、井戸層の膜厚に応じて適宜に定められる。

ｐ型半導体層（第２ｐ型半導体層）１２５は、前記した組成の窒化物半導体に、Ｍｇなどのｐ型不純物がドープされた半導体の結晶で構成される。
なお、ｐ型半導体層１２５は、ｐ側電極１４を設けるための層であるｐ型コンタクト層、活性層１２４へのキャリアの注入や閉じ込めを行うための層であるｐ側クラッド層などを積層した多層構成としてもよい。

ｐ型半導体層１２５のｐ型不純物濃度は、全面電極１４１との良好なオーミック接触と、良好な結晶性とを得るために、１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^２１ｃｍ^−３以下程度とすることが好ましく、５×１０^１９ｃｍ^−３以上５×１０^２０ｃｍ^−３以下程度とすることがより好ましい。また、ｐ型半導体層１２５の膜厚は、特に限定されないが、高い発光出力が得られるように、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度とすることが好ましく、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度とすることがより好ましい。

ｎ側電極１３は、半導体積層体１２の段差部１２ａの底面においてｎ型半導体層１２３と電気的に接続されており、発光素子１に外部からの電流を供給するためのパッド電極である。
ｎ側電極１３は、ワイヤボンディングなどによる外部との接続に適するように、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗなどの単体金属又はこれらの金属を主成分とする合金などを用いることができ、更には、これらの金属材料を単層で、又は積層したものを利用することができる。なお、ｎ側電極１３に合金を用いる場合は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金のように、組成元素としてＳｉなどの非金属元素を含有するものであってもよい。
また、ｎ側電極１３は、外部と接続するための上面の所定領域を除き、保護膜１５によって被覆されている。

ｐ側電極１４は、全面電極１４１とパッド電極１４２とから構成され、ｐ型半導体層１２５のｐ型半導体層１２５と電気的に接続されており、発光素子１に外部からの電流を供給するための電極である。
また、ｐ側電極１４は、外部と接続するためのパッド電極１４２の上面の所定領域を除き、保護膜１５によって被覆されている。

全面電極１４１は、ｐ型半導体層１２５の上面の略全領域を覆うように設けられ、パッド電極１４２を介して外部から供給される電流を、ｐ型半導体層１２５の全面に拡散させるための電流拡散層としての機能を有するものである。
発光素子１がフェイスアップ実装型である場合は、半導体積層体１２が発光した光は、全面電極１４１を介して外部に取り出される。このため、全面電極１４１は、半導体積層体１２が発する光の波長に対して良好な透光性を有することが好ましく、例えば、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ_２Ｏ_３）などの導電性金属酸化物を用いることができる。なかでも、ＩＴＯは、可視光領域において高い透光性を有し、導電率の高い材料であることから好適に用いることができる。
一方、発光素子１がフェイスダウン実装型（フリップチップ実装型）である場合は、半導体積層体１２が発光した光は、基板１１を介して外部に取り出される。このため、全面電極１４１は、半導体積層体１２が発する光の波長に対して良好な光反射性を有することが好ましく、例えば、特に可視光領域で良好な光反射性を有する金属材料としては、Ａｇ、Ａｌ又はこれらの何れかの金属を主成分とする合金を好適に用いることができる。

パッド電極１４２は、発光素子１に外部からの電流を供給するためのパッド電極であり、全面電極１４１の上面の一部に設けられている。パッド電極１４２は、全面電極１４１を介してｐ型半導体層１２５と電気的に接続されており、パッド電極１４２は、平面視で、略円形状に形成され、外部と接続するための領域である外部接続部１４２ａと、外部接続部１４２ａからｐ型半導体層１２５の外縁に沿ってｎ側電極１３側に延伸するように配置された延伸部１４２ｂとから構成されている。

延伸部１４２ｂは、発光素子１がフェイスアップ型で、全面電極１４１が透光性を有するために電気抵抗が比較的高い場合に、電流を全面電極１４１により均等に拡散するために設けられるものである。発光素子１がフェイスダウン実装型で、全面電極１４１が良好な導電性及び光反射性を有する金属材料で形成される場合は、延伸部１４２ｂを設けなくともよい。
また、パッド電極１４２としては、ｎ側電極１３と同様の材料を用いることができる。

保護膜１５は、透光性及び絶縁性を有し、半導体積層体１２、ｎ側電極１３及びｐ側電極１４を被覆する膜である。また、保護膜１５は、ｎ側電極１３の上面に開口部１５ｎを有し、ｐ側電極１４のパッド電極１４２の外部接続部１４２ａの上面に開口部１５ｐを有している。
保護膜１５としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの酸化物、ＳｉＮなどの窒化物、ＭｇＦ_２などのフッ化物を好適に用いることができる。

［発光素子の動作］
次に、発光素子１の動作について、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、説明する。
発光素子１は、ｎ側電極１３及びｐ側電極１４間に外部電源が接続されると、ｎ型半導体層１２３及びｐ型半導体層１２５間に電流が供給されて活性層１２４が発光する。
発光素子１がフェイスアップ実装型の場合は、発光素子１が活性層１２４で発した光は、半導体積層体１２内を伝播して、主として発光素子１の上面から外部に取り出される。
また、発光素子１がフェイスダウン実装型の場合は、発光素子１が活性層１２４で発した光は、半導体積層体１２内を伝播して、主として発光素子１の下面から外部に取り出される。

［発光素子の製造方法］
次に、実施形態に係る発光素子の製造方法について、図２〜図３Ｉを参照して説明する。

本実施形態に係る発光素子の製造方法は、基板準備工程Ｓ１０１と、下地層形成工程Ｓ１０２と、光吸収層形成工程Ｓ１０３と、ｎ型半導体層形成工程Ｓ１０４と、活性層形成工程Ｓ１０５と、ｐ型半導体層形成Ｓ１０６と、ｎ型半導体層露出工程Ｓ１０７と、電極形成工程Ｓ１０８と、保護膜形成工程Ｓ１０９と、個片化工程Ｓ１１０と、が含まれている。

まず、基板準備工程Ｓ１０１において、半導体積層体１２を支持するとともに結晶成長させるための基板１１を準備する。基板１１は、好適には、半導体積層体１２を結晶成長させるための主面をＣ面とするサファイア基板を用いることができる。また、半導体積層体１２を結晶成長させる際の転位などの結晶欠陥を低減できるように、基板１１の主面上に、エッチング法などにより複数の凸部を形成するようにしてもよい。

次に、下地層形成工程Ｓ１０２において、発光素子構造体であるｎ型半導体層１２３より上層で、良好な結晶性が得られるように、下地層１２１を形成する。下地層形成工程Ｓ１０２は、サブ工程として、バッファ層形成工程Ｓ１０２ａと第１半導体層形成工程Ｓ１０２ｂとを含んでいる。

バッファ層形成工程Ｓ１０２ａにおいて、基板１１上に、前記した材料を用いてバッファ層１２１ａを形成する。バッファ層１２１ａは、例えば、ＭＯＣＶＤ法又はスパッタリング法によって、より好ましくはＭＯＣＶＤ法によって、基板１１上に直接に形成する。

具体的には、ＭＯＣＶＤ法による場合は、バッファ層１２１ａを形成するために、ＩＩＩ族元素であるＡｌの原料としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を、Ｇａの原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）を、Ｉｎの原料としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）を、それぞれ用いることができる。また、Ｖ族元素であるＮの原料としてＮＨ_３（アンモニア）ガスを用いることができる。これらの原料ガスの供給量の割合を調整することで、任意の組成の半導体層を形成することができる。また、これらの原料を供給する際のキャリアガスとして、例えば、Ｈ_２、Ｎ_２又はこれらの混合ガスを用いることができる。

なお、ＭＯＣＶＤ法は、バッファ層１２１ａの形成の他に、下地層１２１の他の層、光吸収層１２２、ｎ型半導体層１２３、活性層１２４及びｐ型半導体層１２５の各半導体層の形成法としても好適に用いられる。また、ＭＯＣＶＤ法において、ｎ型不純物であるＳｉの原料としては、例えば、ＳｉＨ_４（シラン）を用いることができ、ｐ型不純物であるＭｇの原料としては、例えば、Ｃｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いることができる。

第１半導体層形成工程Ｓ１０２ｂにおいて、バッファ層１２１ａ上に、第１半導体層１２１ｂを形成する。
なお、下地層１２１の最上面である第１半導体層１２１ｂの上面は、鏡面状の平坦面となるように形成されることが好ましい。

次に、光吸収層形成工程Ｓ１０３において、第１半導体層１２１ｂ上に、光吸収層１２２を形成する。光吸収層１２２は、ｐ型不純物、好ましくはＭｇをドープした前記した組成の半導体を用いて形成される。光吸収層１２２は、後記する個片化工程Ｓ１１０において、基板１１の下面側から照射されるレーザ光を、当該レーザ光がｐ型半導体層１２５に損傷を与えない程度に吸収できるような膜厚及びｐ型不純物濃度で形成される。

次に、ｎ型半導体層形成工程Ｓ１０４において、光吸収層１２２上にｎ型半導体層１２３を形成し、活性層形成工程Ｓ１０５において、ｎ型半導体層１２３上に活性層１２４を形成し、更に、ｐ型半導体層形成Ｓ１０６において、活性層１２４上にｐ型半導体層１２５を形成する。これらの半導体層が、例えば、ｎ型コンタクト層及びｎ側クラッド層や、ｐ側クラッド層及びｐ型コンタクト層のように多層構成の場合は、それぞれの層に適した組成や不純物のドープ濃度を変えて形成することで、発光素子構造を有する積層体を形成することができる。
また、半導体層を積層した後で、アニール処理をすることによって、ｐ型半導体層１２５及び光吸収層１２２をｐ型化することが好ましい。

次に、ｎ型半導体層露出工程Ｓ１０７において、ｎ側電極１３を設ける領域及びダイシングストリートとなる領域、すなわち、発光素子１の外縁を示す仮想線である境界線ＢＤに沿った所定幅の領域について、半導体積層体１２の上面からエッチングすることによって、段差部１２ａを形成する。段差部１２ａは、底面にｎ型半導体層１２３が露出する深さに形成される。なお、ｎ型半導体層１２３がｎ型コンタクト層を含む多層構成の場合は、段差部１２ａは、ｎ型コンタクト層が露出する深さに形成される。また、段差部１２ａの側面には、ｐ型半導体層１２５、活性層１２４及びｎ型半導体層１２３の一部が露出する。
半導体積層体１２のエッチングには、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチング法を好適に用いることができるが、ウェットエッチング法を用いることもできる。

次に、電極形成工程Ｓ１０８において、段差部１２ａの底面に露出したｎ型半導体層１２３上にｎ側電極１３を、ｐ型半導体層１２５上にｐ側電極１４を、それぞれ形成する。
この工程では、スパッタリング法や蒸着法などによって、ｐ型半導体層１２５の上面の略全領域を被覆するように、全面電極１４１を形成する。その後、スパッタリング法や蒸着法などによって、全面電極１４１の上面の一部に、パッド電極１４２を形成する。また、スパッタリング法や蒸着法などによって、段差部１２ａの底面に、ｎ側電極１３を形成する。
なお、パッド電極１４２とｎ側電極１３とを同じ材料を用いて形成する場合には、パッド電極１４２とｎ側電極１３とを、同じ工程で形成するようにしてもよい。

ｎ側電極１３、全面電極１４１及びパッド電極１４２は、それぞれ、これらの電極を形成する材料を用いてウエハ全面に成膜した後に、フォトリソグラフィ法によって、これらの電極の配置領域を被覆するマスクを形成して、エッチングすることによってパターンニングすることができる。
また、これらの電極の配置領域に開口部を有するマスクを形成した後に、これらの電極を形成する材料を用いてウエハ全面に成膜し、その後にマスクを除去するリフトオフ法によってパターニングすることもできる。
なお、後記する保護膜１５も同様の手法を用いてパターニングすることができる。

次に、保護膜形成工程Ｓ１０９において、スパッタリング法や蒸着法などによって、ウエハ表面の略全面を被覆するように保護膜１５を形成する。なお、保護膜１５は、ｎ側電極１３及びパッド電極１４２の外部接続するための領域に開口部１５ｎ，１５ｐを有するようにパターニングする。

なお、電極形成工程Ｓ１０８において、全面電極１４１を形成した後に、全面電極１４１の上面の一部及び段差部１２ａの底面の一部に開口部を有するように保護膜１５を形成し、その後にパッド電極１４２及びｎ側電極１３を形成するようにしてもよい。また、その際に、パッド電極１４２及びｎ側電極１３が、保護膜１５の上面にまで延在するように形成してもよい。
以上説明したように、基板準備工程Ｓ１０１〜保護膜形成工程Ｓ１０９の各工程を行うことで、ウエハが準備される。

次に、個片化工程（個片化する工程）Ｓ１１０において、レーザダイシング法によって、ウエハを切断予定ラインである境界線ＢＤに沿って切断することで発光素子１を個片化する。
個片化工程Ｓ１１０には、サブ工程としてレーザ光照射工程Ｓ１１０ａと分離工程Ｓ１１０ｂとが含まれる。

まず、レーザ光照射工程（改質領域を形成する工程）Ｓ１１０ａにおいて、レーザ光照射装置２０１を用いて、境界線ＢＤに沿って、基板１１の下面側から、基板１１の内部に集光するようにレーザ光Ｌ２を照射する。これによって、基板１１は、集光点Ｆの近傍の領域に改質領域１１ａが形成される。基板１１は、改質領域１１ａを起点として容易に分離できるようになる。
改質領域１１ａは、基板１１の厚さ方向の一部に形成すればよいが、集光点Ｆを厚さ方向に多段階に変えて、複数回レーザ光照射することで、厚さ方向に広幅の改質領域１１ａを形成するようにしてもよい。これによって、ウエハをより容易に分離することができる。

また、基板１１の下面側から照射されるレーザ光Ｌ２は、基板１１の内部に設定された集光点Ｆ及びその近傍において基板１１を改質させるために使われるが、レーザ光Ｌ２の一部は基板１１を透過して、下面から半導体積層体１２の内部に入射し、更に上方に伝播する。半導体積層体１２の下面から入射したレーザ光Ｌ２は、ｐ型半導体からなる光吸収層１２２が形成されていることによって当該光吸収層１２２で吸収される。このため、光吸収層１２２を透過して更に上方に伝播するレーザ光Ｌ３の強度が低減される。

ｐ型半導体層１２５は、半導体積層体１２の他の半導体層に比べてレーザ光Ｌ３を吸収して損傷を受けやすい。特に、段差部１２ａを形成するためにエッチングされた領域の近傍のｐ型半導体層１２５がエッチングによりダメージを受けている場合は、レーザ光Ｌ３を吸収することによって、より損傷を受けやすくなっている。また、ｐ型半導体層１２５が損傷を受けることによって、発光素子１の電気的特性が劣化する。
本実施形態では、基板１１からｎ型半導体層１２３までの間に光吸収層１２２を設けることで、ｐ型半導体層１２５に照射されるレーザ光Ｌ３の強度を低減することができる。このため、レーザ光Ｌ３によるｐ型半導体層１２５の損傷を低減することができる。その結果、発光素子１の電気的特性の劣化を抑制することができる。

また、光吸収層１２２として、半導体積層体１２を構成するｐ型半導体層１２５と同じ又は類似した組成の半導体層を用いることで、光吸収層１２２の上方に積層され、発光素子構造を有する積層体を、良好な結晶性で形成することができる。

レーザ光照射装置２０１は、光源部２０１ａと集光レンズなどの集光部２０１ｂとを備えている。レーザ光照射装置２０１は、光源部２０１ａから出射されたレーザ光Ｌ１を集光部２０１ｂによって集光することで、集光点Ｆに集光されるようにレーザ光Ｌ２を出射するものである。
また、レーザ光照射装置２０１は、ウエハとの相対的な位置を移動させることで、レーザ光Ｌ２の集光点Ｆを、ウエハの平面内の任意の方向に移動できるように構成されている。

レーザダイシングに用いるレーザ光としては、５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の範囲、好ましくは７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲に中心波長を有するフェムト秒レーザ、ピコ秒レーザ、ナノ秒レーザなどのパルスレーザを用いることが好ましく、特にフェムト秒レーザがより好ましい。
このようなレーザ光を発する光源部２０１ａとしては、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、ＮｄＹＶＯ_４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦ（イットリウム・リチウム・フロライド）レーザ、チタンサファイアレーザなどを挙げることができる。

次に、分離工程（分離する工程）Ｓ１１０ｂにおいて、レーザ光照射工程Ｓ１１０ａで形成した改質領域１１ａを起点として、境界線ＢＤに沿ってウエハを分離（切断）することで、発光素子１を個片化する。分離工程Ｓ１１０ｂは、エキスパンドシート３０１を用いる方法やブレード３０２を用いる方法などで行うことができる。

エキスパンドシート３０１を用いる方法は（図３Ｊ参照）、レーザ光照射工程を行った後の基板１１の下面側にエキスパンドシート３０１を貼付し、エキスパンドシート３０１を伸長するものである。これによって、境界線ＢＤに沿って形成された改質領域１１ａを起点として、基板１１とともに、基板１１上に積層された半導体積層体１２及び保護膜１５を発光素子１ごとに分離することができる。

また、ブレード３０２を用いる方法は（図３Ｋ参照）、基板１１の下面側から、境界線ＢＤに沿って、ブレード３０２のナイフエッジを押し当てるものである。これによって、改質領域１１ａを起点として、基板１１とともに、基板１１上に積層された半導体積層体１２及び保護膜１５を発光素子１ごとに分離することができる。なお、ブレード３０２を基板１１の下面側から押し当てる前に、ウエハの上面側に保護シートを貼付するようにしてもよい。

また、レーザ光の出力を上げると割断を促進させ易くなるため、ブレイク工程を行わないで個片化が可能となるが、レーザ光の出力を上げ過ぎると半導体積層体１２が損傷し易くなるため、電気的特性が劣化する恐れがある。本実施形態によれば、半導体積層体１２に向かうレーザ光を光吸収層１２２により好適に吸収して半導体積層体１２の損傷を抑制することができる。従って、ブレイク工程を省略してウエハの個片化を行うことができる。

以上の工程を行うことによって、発光素子１を製造することができる。

［電気的特性の劣化抑制の確認実験］
本実施形態に係る発光素子の製造方法の効果を確認するために、光吸収層を設けた実験例の発光素子と、光吸収層を有さない比較例の発光素子とを作製し、レーザ光照射工程でのレーザ光照射による電気的特性の劣化として、リーク発生の割合の違いを調べた。
なお、ウエハごとに、当該ウエハ上に形成された個々の発光素子について、電極にプローブを接触させてレーザ光照射の前後におけるリークの有無を検査し、レーザ光照射前にリーク発生せずに、レーザ光照射後にリーク発生した発光素子の割合を算出した。

また、光吸収層を設けた実験例の発光素子のサンプルとして、光吸収層の積層位置、膜厚、ｐ型不純物であるＭｇの流量を、後記するように変化させて作製した。特に断らない限り、各実験例及び比較例において、発光素子のその他の作製条件は同じである。

半導体積層体の積層構造は、図１Ｂに示した積層構造と略同じであるが、光吸収層とｎ型半導体層との間に、アンドープの第２半導体層を形成した。各層の半導体の組成及び膜厚は、次の通りである。

（基板及び半導体積層体の構成）
基板 ：サファイア（主面はＣ面），１５０μｍ
バッファ層 ：ＡｌＧａＮ，１８ｎｍ
第１半導体層 ：ＧａＮ，３０００ｎｍ
光吸収層 ：ＧａＮ（Ｍｇドープ），２００ｎｍ
第２半導体層 ：ＧａＮ，４８００ｎｍ
ｎ型半導体層 ：ＧａＮ（Ｓｉドープ），５０００ｎｍ
活性層 ：ＩｎＧａＮ／ＧａＮを総膜厚６０ｎｍ
ｐ型半導体層 ：ＡｌＧａＮ（Ｍｇドープ），１５０ｎｍ
（光吸収層の形成条件）
光吸収層の厚さ：０ｎｍ（比較例）、２００ｎｍ（実験例１，２）
Ｍｇ流量：１０ｃｍ^３／分（実験例１）、１００ｃｍ^３／分（実験例２）

以下に、各条件で作製した発光素子の、レーザ光照射によるリーク発生率を示す。
なお、比較例、実験例１，２の発光素子は、半導体積層体をそれぞれ異なる製造装置で作製した。

（リーク発生率）
比較例（光吸収層なし）：４．５％
実験例１（膜厚：２００ｎｍ，Ｍｇ流量：１０ｃｍ^３／分，Ｍｇ濃度：１．０２×１０^１９ｃｍ^−３）：３．５％
実験例２（膜厚：２００ｎｍ，Ｍｇ流量：１００ｃｍ^３／分，Ｍｇ濃度：３．３７×１０^１９ｃｍ^−３）：１．０％

本実験に示した各サンプルの検査結果により、光吸収層の膜厚が同じ場合では、光吸収層を形成する際のＭｇ流量を多くして光吸収層中の不純物濃度を高くする方がリーク発生率を低減できることが確認できた。

以上説明したように、光吸収層を設けることによって、レーザ光照射によるリーク発生の割合を低減できること、すなわち、発光素子の電気的特性の劣化を抑制できることが確認できた。

以上、本発明の実施形態に係る発光素子の製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

本開示の実施形態に係る発光素子の製造方法によって製造される発光素子は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具、大型ディスプレイ、広告や行き先案内などの各種表示装置、更には、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナなどにおける画像読取装置、プロジェクタ装置など、種々の光源に利用することができる。

１ 発光素子
１１ 基板
１１ａ 改質領域
１２ 半導体積層体
１２ａ 段差部
１２１ 下地層
１２１ａ バッファ層
１２１ｂ 第１半導体層
１２２ 光吸収層（第１ｐ型半導体層）
１２３ ｎ型半導体層
１２４ 活性層
１２５ ｐ型半導体層（第２ｐ型半導体層）
１３ ｎ側電極
１４ ｐ側電極
１４１ 全面電極
１４２ パッド電極
１４２ａ 外部接続部
１４２ｂ 延伸部
１５ 保護膜
１５ｎ，１５ｐ 開口部
２０１ レーザ光照射装置
２０１ａ 光源部
２０１ｂ 集光部
３０１ エキスパンドシート
３０２ ブレード
ＢＤ 境界線（切断予定ライン）
Ｆ 集光点
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ レーザ光

Claims (8)

1. 基板と、窒化物半導体からなり、不純物としてドープされたＭｇの不純物濃度が１０ ^１９ ｃｍ ^−３ 以上１０ ^２０ ｃｍ ^−３ 以下である第１ｐ型半導体層、窒化物半導体からなりｎ側電極が形成されたｎ型半導体層、窒化物半導体からなる活性層及び窒化物半導体からなりｐ側電極が形成された第２ｐ型半導体層が前記基板の側から順に前記基板上に積層された半導体積層体と、を有するウエハを準備する工程と、
   前記基板の下面側から前記基板にレーザ光を照射することにより、前記基板に改質領域を形成する工程と、
   前記改質領域を起点として、前記ウエハを個々の発光素子に分離する工程と、を含む発光素子の製造方法。
2. 前記第１ｐ型半導体層は、膜厚が１０ｎｍ以上である請求項１に記載の発光素子の製造方法。
3. 前記半導体積層体は、エッチングにより前記第２ｐ型半導体層の一部が除去される請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
4. 前記半導体積層体は、前記第１ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に、アンドープの窒化物半導体層を有する請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。
5. 前記半導体積層体は、前記基板の上面に接して形成されるバッファ層を有する請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。
6. 前記改質領域を形成する工程において、
   前記レーザ光を、平面視で、複数の前記発光素子に分割するための切断予定ラインに沿って、前記基板の内部に集光点を合わせて照射することにより、前記ウエハを前記切断予定ラインに沿って切断するための前記改質領域を前記基板の内部に形成する請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。
7. 前記改質領域を形成する工程において、前記レーザ光として、５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の範囲に中心波長を有するフェムト秒レーザを用いる請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。
8. 基板と、窒化物半導体からなり、不純物としてドープされたＭｇの不純物濃度が１０ ^１９ ｃｍ ^−３ 以上１０ ^２０ ｃｍ ^−３ 以下である第１ｐ型半導体層、窒化物半導体からなりｎ側電極が形成されたｎ型半導体層、窒化物半導体からなる活性層及び窒化物半導体からなりｐ側電極が形成された第２ｐ型半導体層が前記基板の側から順に前記基板上に積層された半導体積層体と、を有するウエハを準備する工程と、
   前記基板の下面側から前記基板にレーザ光を照射することにより、前記ウエハを個々の発光素子に個片化する工程と、を含む発光素子の製造方法。

Images