(57)【要約】【課題】レーザーリフトオフ時に支持基板やIII 族窒化物半導体層にクラックが生じるのを抑制すること。【解決手段】第１金属層１６と、第２金属層１８とを約３００℃で圧着させ、貼り合わせる。これにより、ｐ電極１５とＳｉ基板１７とを第１金属層１６、第２金属層１８を介して接合する。次に、Ｓｉ基板１７を約２５０℃まで加熱した状態でレーザーリフトオフを行い、サファイア基板１０を分離する。加熱によりＳｉ基板１７の内部応力が緩和されているため、Ｓｉ基板１７やIII 族窒化物半導体層１４にクラックが生じるのを抑制することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、活性層、ｐ型層を順に積層してIII 族窒化物半導体層を形成し、前記ｐ型層上にｐ電極を形成する第１工程と、
前記ｐ電極と、熱膨張率が前記成長基板とは異なる導電性材料からなる支持基板と、を金属層を介して熱圧着し接合する第２工程と、
前記支持基板を前記金属層の融点より低い温度に加熱しながら、レーザーリフトオフにより前記成長基板を除去する第３工程と、
を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第３工程における前記支持基板の加熱温度は、前記金属層の融点の０．３５〜０．９９倍の温度である、ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記成長基板はサファイア基板であり、前記支持基板はＳｉ基板である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記金属層は、Ａｕ−Ｓｎであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持基板と接合した後、レーザーリフトオフ法によって成長基板を除去する工程を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法に関するものであり、特にレーザリフトオフ時の半導体層や支持基板の割れを抑制することができる製造方法である。
【背景技術】
【０００２】
III 族窒化物半導体の成長基板として、一般的にサファイア基板が用いられている。しかし、サファイアは導電性や熱伝導性に問題があり、明確な劈開面がなく加工が容易でない。そこで、これらの問題を解決する技術として、成長基板上にIII 族窒化物半導体を成長させた後に、成長基板とIII 族窒化物半導体との界面にレーザーを照射してIII 族窒化物半導体層を分解させて成長基板を分離除去する技術（レーザリフトオフ法）が開発されている。
【０００３】
特許文献１には、レーザリフトオフによりサファイア基板を除去してIII 族窒化物半導体自立基板を作製するに際して、サファイア基板を６００〜１０００℃に加熱しながらレーザリフトオフを行うことにより、III 族窒化物半導体にクラックが発生するのを防止する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７３１４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
III 族窒化物半導体発光素子の製造にレーザリフトオフ法を採用する場合、III 族窒化物半導体層が薄く、応力によってクラックが生じやすいため、支持基板と接合して応力を緩和させている。たとえばＡｕ−Ｓｎはんだを介して約３００℃で支持基板と接合している。しかし、サファイアと熱膨張率が同じで放熱性、電導性に優れた材料はなく、現状はサファイアよりも熱膨張率が小さなＳｉ基板などを支持基板として用いている。そのため、支持基板との接合後に室温に戻すと、成長基板と支持基板との熱膨張率差に起因して支持基板に内部応力が発生する。したがって、その後にレーザリフトオフを行うとIII 族窒化物半導体層や支持基板にクラックが発生してしまう。
【０００６】
また、特許文献１の方法は、サファイア基板とIII 族窒化物半導体との熱膨張率差に起因するクラックを防止する技術であり、上記のようなサファイア基板とＳｉ基板との熱膨張率差に起因するクラックを防止するものではない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、金属層を介して支持基板と接合した後、レーザリフトオフにより成長基板を除去する工程を有するIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、支持基板と成長基板の熱膨張係数の差に起因するレーザリフトオフ時の支持基板およびIII 族窒化物半導体層のクラック発生を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、成長基板上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、活性層、ｐ型層を順に積層してIII 族窒化物半導体層を形成し、ｐ型層上にｐ電極を形成する第１工程と、ｐ電極と、熱膨張率が成長基板とは異なる導電性材料からなる支持基板と、を金属層を介して熱圧着し接合する第２工程と、支持基板を金属層の融点より低い温度に加熱しながら、レーザーリフトオフにより成長基板を除去する第３工程と、を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【０００９】
ここでIII 族窒化物半導体とは、一般式Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１）で表される半導体であり、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの一部を他の第１３族元素であるＢやＴｌで置換したもの、Ｎの一部を他の第１５族元素であるＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉで置換したものをも含むものとする。より一般的には、Ｇａを少なくとも含むＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮを示す。ｎ型不純物としてはＳｉ、ｐ型不純物としてはＭｇが通常用いられる。
【００１０】
第３工程における支持基板の加熱温度は、金属層の融点よりも低く、かつなるべく第２工程における熱圧着時の温度に近い温度が望ましく、金属層の融点の０．３５〜０．９９倍の温度であることが望ましい。０．３５倍よりも低い温度では、内部応力を十分に緩和できず、クラックの抑制効果が不十分である。また、０．９９倍よりも高い温度では、ｐ電極と支持基板との接合が弱くなり、支持基板の支持体としての機能が十分に働かないので望ましくない。より望ましい加熱温度は金属層の融点の０．８〜０．９５倍の温度である。
【００１１】
加熱・冷却速度は、１〜３００℃／ｍｉｎであることが望ましい。１℃／ｍｉｎよりも遅いと、加熱温度に達するまでの時間および室温に戻すまでの時間が長くなるため望ましくなく、３００℃／ｍｉｎよりも速いと、III 族窒化物半導体層や支持基板にクラックが発生する可能性があり望ましくない。
【００１２】
成長基板には通常サファイアが用いられるが、他にもＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、などを用いることができる。
【００１３】
支持基板の材料は、成長基板の材料とは熱膨張率が異なる導電性材料であればよいが、なるべく熱膨張率が近い材料であることが望ましい。たとえば成長基板としてサファイアを用いる場合には、Ｓｉや、ＣｕＷなどである。また、支持基板の材料は放熱性、電導性の高い材料であることが望ましい。
【００１４】
ｐ電極と支持基板との接合に用いる金属層は、Ａｕ−Ｓｎ層、Ａｕ−Ｓｉ層、Ａｇ−Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層などの金属共晶層を用いることができ、Ａｕ層、Ｓｎ層、Ｃｕ層などを用いることもできる。
【００１５】
第２工程から第３工程へと移る際に、一旦室温付近まで戻してから加熱温度まで昇温させてもよいし、室温へ戻さずに、第２工程での接合温度から加熱温度まで降温させ、その後加熱温度を維持するようにしてもよい。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、第３工程における支持基板の加熱温度は、金属層の融点の０．３５〜０．９９倍の温度である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、成長基板はサファイア基板であり、支持基板はＳｉ基板である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、金属層は、Ａｕ−Ｓｎであることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によると、支持基板を金属層の融点より低い温度に加熱することで、支持基板と成長基板との熱膨張率差に起因する内部応力を緩和し、その状態でレーザーリフトオフを行うため、レーザリフトオフ時の支持基板およびIII 族窒化物半導体層のクラック発生を抑制することができる。
【００２０】
また、第２の発明によると、よりクラック発生を抑制することができる。
【００２１】
また、第３の発明のように、成長基板にはサファイア基板を用いることができ、支持基板にはサファイアと熱膨張率が異なるＳｉ基板を用いることができる。
【００２２】
また、第４の発明のように、金属層としてＡｕ−Ｓｎを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１の発光素子の製造工程について示した図。
【図２】実施例１の発光素子の製造工程について示した図。
【図３】実施例１の発光素子の製造工程について示した図。
【図４】実施例１の発光素子の製造工程について示した図。
【図５】実施例１の発光素子の製造工程について示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
実施例１の発光素子の製造方法について、図１〜５を用いて説明する。ただし、説明の簡単のため、複数の発光素子に分離するための工程については省略する。
【００２６】
まず、のサファイア基板１０（本発明の成長基板に相当）上に、ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型層１１、活性層１２、ｐ型層１３を順に積層し、III 族窒化物半導体層１４を形成する（図１）。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ3 ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）、ｎ型ドーピングガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型ドーピングガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）、キャリアガスとしてＨ2 またはＮ2 である。
【００２７】
次に、ｐ型層１３上のほぼ全面に、蒸着法によってｐ電極１５を形成し、ｐ電極１５上にＡｕ−Ｓｎからなる第１金属層１６を形成する。Ａｕ−Ｓｎの融点は約２８０℃である。ｐ電極１５には、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕやこれらの金属を主成分とする合金などの高光反射率で低コンタクト抵抗な金属や、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｕ合金などを用いることができる。また、熱膨張係数がｃ軸に平行な方向で７．７×１０-6／℃、ｃ軸に垂直な方向で７．０×１０-6／℃であるサファイアよりも熱膨張係数が小さい材料であるＳｉ（熱膨張係数４．２×１０-6／℃）からなるＳｉ基板１７（本発明の支持基板に相当）を用意し、Ｓｉ基板１７の一方の表面にＡｕ−Ｓｎ（ＡｕとＳｎの質量比は、Ａｕ：８０ｗｔ％、Ｓｎ：２０ｗｔ％）からなる第２金属層１８を形成する（図２）。
【００２８】
次に、第１金属層１６と、第２金属層１８とを約３００℃で圧着させ、貼り合わせる。これにより、第１金属層１６と第２金属層１８は一体となり、ｐ電極１５とＳｉ基板１７とが第１金属層１６、第２金属層１８を介して接合する（図３）。この接合において、温度が第１金属層１６と第２金属層１８の融点のうち低い方の融点（第１金属層１６と第２金属層とが同一材料である場合には同一の融点）よりも高い間は、サファイア基板１０とＳｉ基板１７が相互に移動し得るので、両者には接合によって内部応力が発生しない。しかし、温度が第１金属層１６と第２金属層１８の融点のうち低い方の融点よりも低くなると、第１金属層１６と第２金属層１８が固化するため、サファイア基板１０とＳｉ基板１７には熱膨張係数の差に起因して内部応力が生じる。なお、ｐ電極１５と第１金属層１６との間に拡散防止層を設け、第１金属層１６の金属がｐ電極１５へ拡散しないようにするとより望ましい。
【００２９】
次に、Ｓｉ基板１７を約２５０℃まで加熱し、サファイア基板１０とｎ型層１１との界面にレーザーを照射する。これにより、サファイア基板１０とｎ型層１１との界面においてｎ型層１１の一部を分解し、サファイア基板１０を分離する（図４）。レーザーリフトオフに用いるレーザーの波長は、サファイアを透過し、ｎ型層１１に吸収される波長であればよく、たとえば波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザーや、波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザーなどを用いる。
【００３０】
このとき、Ｓｉ基板１７を約２５０℃としたことで、サファイア基板１０とＳｉ基板１７との熱膨張率差によるＳｉ基板１７の内部応力が緩和される。すなわち、第１金属層１６と第２金属層１８の融点のうち低い方の融点より低い範囲でなるべくこの融点に近い温度に、Ｓｉ基板１７を加熱することで、Ｓｉ基板１７に内部応力が生じていない状態に戻すことができる。そのため、レーザーリフトオフ時にＳｉ基板１７やIII 族窒化物半導体層１４にクラックが生じるのを抑制することができる。なお、Ｓｉ基板１７の加熱温度は上記温度に限るものではなく、Ａｕ−Ｓｎの融点よりも低い温度であって、なるべくＡｕ−Ｓｎの融点に近い温度であればよい。特に、Ａｕが８０ｗｔ％、Ｓｎが２０ｗｔ％の比であるＡｕ−Ｓｎの融点の０．３５〜０．９９倍の温度、すなわち９８〜２７７℃であると望ましい。９８℃以下ではクラックを抑制する効果が十分でなく、２７７℃以上ではＳｉ基板１７の支持体としての機能が十分に働かない。より望ましいのは、Ａｕ−Ｓｎの融点の０．８〜０．９５倍の温度、すなわち２２４〜２６６℃である。また、加熱・冷却速度は、１〜３００℃／ｍｉｎであることが望ましい。１℃／ｍｉｎよりも遅いと、加熱温度に達するまでの時間および室温に戻すまでの時間が長くなるため望ましくなく、３００℃／ｍｉｎよりも速いと、III 族窒化物半導体層１４やＳｉ基板１７にクラックが発生する可能性があり望ましくない。
【００３１】
次に、サファイア基板１０の除去により露出したｎ型層１１表面を、ＫＯＨ水溶液などによってエッチングし、微細な凹凸１９を設ける。この微細な凹凸１９は、光取り出し効率を向上させるためである。そして、ｎ型層１１表面上に、レジストを用いたリフトオフ法によって配線状のパターンのｎ電極２０を形成する。ここで、ｎ型層１１表面のｎ電極２０を形成する領域には、微細な凹凸１９を設けずに平坦なままとすることが望ましい。ｎ電極２０と微細な凹凸１９との間で光が多重反射して減衰してしまうことにより、光取り出し効率が悪化してしまうのを防止するためである。以上によって図５に示す発光素子が製造される。
【００３２】
このように、実施例１の発光素子の製造方法によれば、Ｓｉ基板１７を、第１金属層１６、第２金属層１８を介したｐ電極との接合時に近い温度まで加熱しながらレーザーリフトオフを行うため、III 族窒化物半導体層１４やＳｉ基板１７にクラックが発生するのを抑制することができる。
【００３３】
なお、実施例では成長基板としてサファイア基板を用いたが、ＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、などを用いてもよい。また、実施例では支持基板としてＳｉ基板を用いたが、成長基板と熱膨張率が異なる材料の基板であればよい。たとえば、成長基板としてサファイア基板を用いる場合には、Ｓｉ以外にＣｕＷなどを用いることができる。
【００３４】
また、実施例では金属層としてＡｕ−Ｓｎ層を用いたが、Ａｕ−Ｓｉ層、Ａｇ−Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層などの金属共晶層を用いてもよく、Ａｕ層、Ｓｎ層、Ｃｕ層などを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の製造方法によれば、支持基板やIII 族窒化物半導体層のクラック発生が抑制されるため、歩留まりを向上させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０：サファイア基板
１１：ｎ型層
１２：活性層
１３：ｐ型層
１４：III 族窒化物半導体層
１５：ｐ電極
１６：第１金属層
１７：Ｓｉ基板
１８：第２金属層
１９：微細な凹凸
２０：ｎ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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