(57)【要約】【課題】サファイア基板剥離時の結晶損傷を抑制し、生産性の高い、高効率短波長の半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に設けられた発光部と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、ｃ面サファイアからなる第１基板の上に、結晶性のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）からなるバッファ層と、ＧａＮ層と、を積層し、前記ＧａＮ層の上に、前記ｎ型半導体層と、前記発光部と、前記ｐ型半導体層と、を積層し、前記第１基板の側から、前記第１基板と前記バッファ層とを介して、前記ＧａＮ層に、ＧａＮの禁制体幅よりも波長が短いレーザを照射することにより、前記第１基板を剥離することを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。【選択図】図１
2010056210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に設けられた発光部と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、
ｃ面サファイアからなる第１基板の上に、結晶性のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）からなるバッファ層と、ＧａＮ層と、を積層し、
前記ＧａＮ層の上に、前記ｎ型半導体層と、前記発光部と、前記ｐ型半導体層と、を積層し、
前記第１基板の側から、前記第１基板と前記バッファ層とを介して、前記ＧａＮ層に、ＧａＮの禁制体幅よりも波長が短いレーザを照射することにより、前記第１基板を剥離することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記バッファ層の形成においては、前記基板の上に、炭素を含有する第１バッファ層と、前記第１バッファ層よりも炭素の濃度が低い第２バッファ層と、を積層することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１バッファ層は、炭素の濃度が３×１０１８ｃｍ−３以上、５×１０２０ｃｍ−３以下であり、厚さが３ｎｍ以上、２０ｎｍ以下のＡｌＮからなる層であることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１バッファ層を、５族原料／３族原料比が０．７から５０にて、減圧有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させ、
前記第２バッファ層を、前記第１バッファ層よりも高い温度と高い５族原料／３族原料比とにおいて、有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記バッファ層は、ＡｌＮより構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記バッファ層の膜厚は、１μｍから４μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記レーザの照射よりも前に、前記ｐ型半導体層の前記発光部とは反対の側に、第２基板を接合することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２基板の接合の前に、前記ｐ型半導体層の前記発光部とは反対の側に、電極を形成することを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記発光部の発光のピーク波長は、３７０〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の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、窒化物系３−５族化合物半導体を用いた半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＡｌＧａＩｎＮ等のＧａＮ系混晶は、バンドギャップが大きく、また直接遷移型であり、短波長の発光素子（例えばＬＥＤ：Light Emitting Diode）用の材料として用いられている。
【０００３】
現在、ＧａＮ系混晶に対して格子整合する良質な基板がないため、便宜上、低温成長アモルファスまたは多結晶状バッファ層を介して、ＧａＮ系混晶を、サファイア基板上に成長させることが行われている。
【０００４】
この時、サファイアとＧａＮ系混晶との屈折率が異なるため、発光した光の半分近くがサファイアとＧａＮ系混晶との界面において反射され、効率が低下する。このため、サファイア側から短波長の高出力レーザを照射し、基板に面するＧａＮを分解することにより基板を剥離除去する方法が試みられている。
【０００５】
しかし、この手法を用いた場合、レーザ照射時の熱や応力によって素子構造部が損傷を受け、効率低下や、格子不整合による高密度の貫通転移が発生し、特性を劣化させる他、残留歪のためひび割れが発生しやすく歩留まりを低下させる問題がある。
【０００６】
特に、ＧａＮの吸収が大きくない３７０ｎｍよりも長い波長であっても、効率が結晶欠陥の影響を受けやすい４００ｎｍよりも短波長の紫外域において、大きな問題となっていた。
【０００７】
なお、特許文献１には、第１半導体層を形成する３族窒化物半導体よりも熱伝導率が低い熱拡散制御層を形成し、第１半導体層に吸収される光ビームを照射して、第１半導体層を分解する方法が開示されている。
【特許文献１】特許第３８０３６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、サファイア基板剥離時の結晶損傷を抑制し、生産性の高い、高効率短波長の半導体発光素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に設けられた発光部と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、ｃ面サファイアからなる第１基板の上に、結晶性のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）からなるバッファ層と、ＧａＮ層と、を積層し、前記ＧａＮ層の上に、前記ｎ型半導体層と、前記発光部と、前記ｐ型半導体層と、を積層し、前記第１基板の側から、前記第１基板と前記バッファ層とを介して、前記ＧａＮ層に、ＧａＮの禁制体幅よりも波長が短いレーザを照射することにより、前記第１基板を剥離することを特徴とする半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、サファイア基板剥離時の結晶損傷を抑制し、生産性の高い、高効率短波長の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。  
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１２】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図２は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。  
図１に表したように、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法によって製造される半導体発光素子１０は、ｎ型半導体層１３０と、ｐ型半導体層１５０と、前記ｎ型半導体層１３０と前記ｐ型半導体層１５０との間に設けられた発光部１４０と、を有する半導体発光素子である。
【００１３】
そして、図１及び図２に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法においては、まず、ｃ面サファイアからなる第１基板１１０の上に、結晶性のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）からなるバッファ層１２０と、ＧａＮ層１２３と、を積層する（ステップＳ１１０）。
【００１４】
そして、ＧａＮ層１２３の上に、前記ｎ型半導体層１３０と、前記発光部１４０と、前記ｐ型半導体層１５０と、を積層形成する（ステップＳ１２０）。
【００１５】
そして、例えば、前記ｐ型半導体層１５０の前記発光部１４０とは反対の側に、ｐ側電極１６０を形成することができる。  
また、前記ｐ型半導体層１５０の前記発光部１４０とは反対の側に、すなわち、例えば、ｐ側電極１６０の上に、第２基板１８０を接合することができる。
【００１６】
そして、前記第１基板１１０の側から、前記第１基板１１０と前記バッファ層１２０とを介して、前記ＧａＮ層１２３に、ＧａＮの禁制体幅よりも波長が短いレーザ１９０を照射することにより、前記第１基板１１０を剥離する（ステップＳ１３０）。
【００１７】
例えば、レーザ１９０には、波長が３５５ｎｍの酸化バナジウム系固体レーザを用いることができる。そして、レーザ１９０は、サファイアからなる第１基板１１０とバッファ層１２０とを透過し、ＧａＮ層１２３のバッファ層１２０との界面付近で吸収され、発熱によりＧａＮ層１２３が部分的に分解する。そして、第１基板１１０は、発光部１４０の側から剥離される。
【００１８】
これにより、サファイアからなる第１基板１１０を剥離する際の結晶損傷を抑制し、高歩留まりかつ低コストの、高効率短波長の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００１９】
すなわち、従来技術においては、低温成長のアモルファスまたは多結晶状のバッファ層を介してＧａＮ層が成長される。すなわち、ＧａＮ層と基板との間に、低温成長のアモルファスまたは多結晶状のバッファ層が挿入されている。このような構造において、基板側からＧａＮ層にレーザを照射した場合には、サファイア及びこれらバッファ層の熱伝導率がＧａＮ層よりも大幅に低いため、発生した熱が発光部１４０側に伝播する。このため、結晶損傷による効率低下が生じやすい。
【００２０】
これに対して、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法においては、高熱伝導のＡｌｘＧａ１−ｘＮからなるの結晶性のバッファ層１２０が、第１基板１１０とＧａＮ層１２３との間に設けられている。このため、第１基板１１０側からＧａＮ層にレーザ１９０を照射した時に発生する熱１９５は、バッファ層１２０側に急速に拡散する。このため、高出力レーザを用いた場合にも、結晶損傷による効率低下が防止できる。これにより、結晶損傷による効率低下が抑制できる。
【００２１】
すなわち、高出力レーザを用いた場合にも、発光効率低下などの問題を回避できるので加工時間を短縮できる。  
さらに、加工変性部が薄い領域に局在しないように、ＧａＮ層１２３の吸収率が比較的低い３５０ｎｍよりも長波長のレーザが使用できるので、加工歪が緩和され、ひび割れなどの不良が減少し、歩留まりが向上する。  
このように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法によれば、サファイア基板剥離時の結晶損傷を抑制し、生産性の高い、高効率短波長の半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００２２】
発明者は、従来の低温成長したＡｌＮ、ＧａＮ等に代わりに、高温成長した高濃度の炭素、または水素を含む層を第１基板１１０上に形成することにより、その上に厚膜の高Ａｌ組成のＡｌＧａＮまたはＡｌＮを形成でき、その上に成長するＧａＮ層の結晶品質を大幅に改善でき高効率の発光素子が作製できることを見いだしている。この方法を用いて作製した素子ウェーハのＧａＮ層１２３に、第１基板１１０側からレーザ１９０を照射すれば、発生した熱が速やかに高熱伝導のＡｌＮ、ＡｌＧａＮに吸収されるため、素子構造部の熱損傷が抑制されるとともに、ＧａＮ層が低欠陥のため熱応力によるひび割れも抑制される。
【００２３】
すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法におけるバッファ層の形成においては、前記第１基板１１０の上に、炭素を含有する第１バッファ層と、前記第１バッファ層よりも炭素の濃度が低い第２バッファ層と、を積層する。
【００２４】
これにより、レーザ照射による基板剥離時の損傷を低減でき、特に従来困難とされてきた４００ｎｍよりも短波長の紫外域発光素子を、高歩留まりかつ低コストで生産できる。
【００２５】
なお、高熱伝導のＡｌｘＧａ１−ｘＮからなるの結晶性のバッファ層１２０は、例えば１１００℃以上の高温で形成される。  
本願明細書において、「結晶性」とは、非結晶ではなく、多結晶でもない状態を言う。
【００２６】
（第１実施例）
以下、本実施形態に係る第１の実施例について説明する。  
図３は、本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。  
図４は、図３に続く工程順模式的断面図である。  
図５は、図４に続く工程順模式的断面図である。
【００２７】
図３に表したように、まず、有機金属気相成長法を用いて、表面がサファイアｃ面からなる第１基板１１０の上に、第１バッファ層１２１、第２バッファ層１２２、ＧａＮ層（格子緩和層）１２３、ｎ型コンタクト層１３１、ｎ型クラッド層１３２、発光部１４０、スペーサ層１４３、ｐ型クラッド層１５１、ｐ型コンタクト層１５２、を順次積層して形成する。
【００２８】
上記において、第１バッファ層１２１は、高炭素濃度部であり、例えば、ＡｌＮを用いることができ、炭素の濃度は３×１０１９ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３で、層厚は３ｎｍ〜２０ｎｍとすることができる。
【００２９】
第２バッファ層１２２は、例えば、高純度のＡｌＮを用いることができ、炭素の濃度は、１×１０１６ｃｍ−３〜３×１０１９ｃｍ−３で、層厚は０．６〜６μｍとすることができる。
【００３０】
ＧａＮ層（格子緩和層）１２３には、ノンドープＧａＮを用いることができ、層厚は、例えば２μｍとすることができる。
【００３１】
ｎ型コンタクト層１３１には、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮを用いることができ、例えば、Ｓｉ濃度は１×１０１９ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３で、層厚は４μｍとすることができる。
【００３２】
ｎ型クラッド層１３２は、例えば、Ｓｉドープのｎ型Ａｌ０．１３Ｇａ０．８Ｎを用いることができ、Ｓｉ濃度は２×１０１８ｃｍ−３で、層厚は０．０２μｍとすることができる。
【００３３】
そして、発光部１４０には、バリア層１４１と井戸層１４２とがが交互に６周期積層されてなる多重量子井戸構造体と、最終バリア層１４１ａと、を有することができる。  
バリア層１４１には、例えば、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３Ｉｎ０．００５Ｎを用いることができ、Ｓｉ濃度は１．１〜３．０×１０１９ｃｍ−３で、層厚は１３．５ｎｍとすることができる。  
また、井戸層１４２には、例えばＧａＩｎＮを用いることができ、発光波長は３７５〜３８５ｎｍで、層厚は４．５ｎｍとすることができる。  
最終バリア層１４１ａには、例えば、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３Ｉｎ０．００５Ｎを用いることができ、Ｓｉ濃度は１．１〜３．０×１０１９ｃｍ−３で、層厚は４．５ｎｍとすることができる。
【００３４】
スペーサ層１４３には、例えば低Ｓｉ濃度Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３Ｉｎ０．００５Ｎを用いることができ、Ｓｉ濃度は１×１０１６ｃｍ−３〜３．０×１０１８ｃｍ−３で、層厚は４．５ｎｍとすることができる。
【００３５】
ｐ型クラッド層１５１には、例えばＭｇドープｐ型Ａｌ０．２４Ｇａ０．７６Ｎを用いることができ、Ｍｇ濃度は、スペーサ層１４３の側が１．８×１０１９ｃｍ−３で、スペーサ層１４３とは反対の側が１×１０１９ｃｍ−３とし、層厚は２４ｎｍとすることができる。
【００３６】
ｐ型コンタクト層１５２には、例えば、Ｍｇドープｐ型ＧａＮを用いることができ、Ｍｇ濃度は、ｐ型クラッド層１５１の側が８×１０１８ｃｍ−３で、ｐ型クラッド層１５１とは反対の側が５〜９×１０１９ｃｍ−３とし、層厚は０．０５〜０．３μｍとすることができる。
【００３７】
なお、図１に例示したバッファ層１２０は、第１バッファ層１２１及び第２バッファ層１２２、を含む。  
また、図１に例示したｎ型半導体層１３０は、ｎ型コンタクト層１３１及びｎ型クラッド層１３２、を含む。  
また、図１に例示したｐ型半導体層１５０は、ｐ型クラッド層１５１及びｐ型コンタクト層１５２を含む。
【００３８】
次いで、ｐ型コンタクト層１５２の表面に、発光部１４０の発光光の波長以下である０．１μｍ程度の間隔で、溝１５３を形成する。例えば、この溝１５３の幅は０．０２μｍ程度とされ、深さは０．１μｍ程度とされる。
【００３９】
なお、溝１５３の形成方法としては、リソグラフィの他に、例えば、自己整列配置機能を有する高分子膜を加工マスクとして用いた気相エッチングを用いることができる。この溝１５３の形成により、光取り出し効率を改善できるとともに、合金を作りにくく、はがれやすい銀電極の密着性を高めることができる。
【００４０】
そして、半導体層全体に、例えば熱ＣＶＤ装置を用いてＳｉＯ２膜を、４００ｎｍの厚さで積層する。
【００４１】
そして、ｐ側電極１６０を形成するため、まず、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層１５２の上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、ｐ側電極１６０となる反射電極のＡｇ膜を、２００ｎｍの膜厚で真空蒸着装置を用いて形成し、３５０℃の窒素雰囲気で１分間シンター処理を行う。このようにして、ウェーハ上に、銀を主体とするｐ側電極１６０と、その周囲に保護膜を兼ねた絶縁膜１５５（ＳｉＯ２膜）が形成される。
【００４２】
そして、この後、ｐ側電極１６０及び絶縁膜１５５（ＳｉＯ２膜）の表面に、金を主体としたパッド層１６１を形成して、ｐ側電極１６０及び絶縁膜１５５（ＳｉＯ２膜）を覆う。
【００４３】
さらに、図４に示すように、第２基板１８０として、予め金からなる導電層１８１が、例えば蒸着により設けられたＳｉ基板を、導電層１８１と、パッド層１６１とが互いに対向するように配置して、加熱し、圧着する。これにより、発光部１４０を有する積層体と、Ｓｉ基板からなる第２基板１８０とが接合される。すなわち、ｐ型半導体層１５０の発光部１４０とは反対の側に、第２基板１８０を接合する。
【００４４】
この時、ＳｉとＧａＮとの間の熱膨張差と、保護膜（絶縁膜１５５）と電極材（ｐ側電極１６０、金層（導電層）１８１、及びパッド層１６１）と間の残留応力差と、により、通常はクラック等が発生しやすいが、本実施例においては、低貫通転位結晶を用いているため、問題とはならない。
【００４５】
そして、図５に表したように、レーザ１９０として、酸化バナジウム系固体レーザ（３５５ｎｍ）のパルス光を、第１基板１１０の側からスキャンしながら照射する。レーザは、サファイアからなる第１基板１１０と、ＡｌＮからなるバッファ層１２０（第１バッファ層１２１及び第２バッファ層１２２）とを透過し、ＧａＮ層１２３のバッファ層１２０との界面付近で吸収され、発熱によりＧａＮ層１２３が部分的に分解する。
【００４６】
そして、その後、温塩酸などの処理によりこの分解部を除去し、サファイアからなる第１基板１１０を剥離する。
【００４７】
通常の薄膜の低温成長バッファ層を介してＧａＮ層を形成したウェーハにレーザを照射した場合には、サファイアの熱伝導がＧａＮ層よりも大幅に低いため、発生した熱が発光部１４０側に伝播する。このため、結晶損傷による効率低下が生じやすい。
【００４８】
これに対して、本実施例の半導体発光素子の製造方法においては、高熱伝導のＡｌＮ層（第１バッファ層１２１及び第２バッファ層１２２）が、第１基板１１０側に形成されているので、発生した熱がＡｌＮ層側に急速に拡散する。このため、高出力レーザを用いた場合にも、発光効率低下などの問題が生じない効果があり、加工時間を短縮できる。さらに、加工変性部が薄い領域に局在しないようにＧａＮ層１２３の吸収率が比較的低い３５０ｎｍよりも長波長のレーザが使用できるので、加工歪が緩和され、ひび割れなどの不良が減少する。
【００４９】
なお、本実施例において、第１バッファ層１２１は、第１基板１１０との結晶型の差異を緩和する働きをし、特に螺旋転位を低減する。  
第２バッファ層１２２は、表面が原子レベルで平坦化する。このため、この上に成長するＧａＮ層（格子緩和層）１２３の欠陥が低減されるが、そのためには第２バッファ層１２２の膜厚は、０．８μｍよりも厚くすることが好ましい。また、歪みによる反り防止のためには、第２バッファ層１２２の膜厚は、４μｍ以下が望ましい。再現性と生産性の観点からは、第２バッファ層１２２の膜厚は、１．５〜３μｍが、より望ましい。
【００５０】
第２バッファ層１２２には、熱伝導の観点からはＡｌＮが用いられることが望ましいが、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ(０．８≦ｘ＜１）でも良く、Ｇａ組成の調整によりウェーハの反りを補償できウェーハの大型化に有利である。
【００５１】
ＧａＮ層（格子緩和層）１２３は、第２バッファ層１２２の上の３次元島状成長により、欠陥低減と歪緩和の役割を果たす。成長表面の平坦化には、格子緩和層１２３の平均膜厚は、０．６μｍ以上必要である。再現性と生産性の観点から格子緩和層１２３の膜厚は、０．８μｍ〜２μｍが好ましい。
【００５２】
このバッファ層１２０（第１バッファ層１２１及び第２バッファ層１２２）、及び、ＧａＮ層（格子緩和層）１２３を採用することで、従来の低温成長バッファ層と比較して転位密度は１／１０以下にすることができる。
【００５３】
これにより、異常成長のため通常では採用が困難な高い成長温度と、高い５族原料／３族原料比での結晶成長が可能となる。このため、点欠陥の発生が抑制され、高Ａｌ組成のＡｌＧａＮやバリア層に対して高濃度ドーピングが可能となる。
【００５４】
本実施例では、低欠陥結晶の利点を活かして紫外域での高効率発光を得るために、発光部１４０自体の高効率化と、発光部１４０からの電子のあふれを防ぐための、Ａｌ組成が高く、かつ、膜厚が厚いｐ型クラッド層１５１の採用を可能にする各種の工夫が施されている。
【００５５】
バリア層１４１中に高濃度のＳｉをドープし、井戸層１４２中の電子濃度を高めることにより発光再結合寿命が短くなり、効率が向上する。Ｓｉ濃度は、１．１×１０１９ｃｍ−３以下では効果が不十分であり、３．０×１０１９ｃｍ−３以上では結晶品質が低下する。
【００５６】
スペーサ層１４３は、ｎ型半導体層１３０のＳｉ濃度が高いためビルトインポテンシャルによる電界が、ｐ型クラッド層１５１に集中し、Ｍｇ原子が発光部１４０へドリフトすることよる異常拡散を防止する働きがある。これにより、信頼性と効率を低下させることなく高Ａｌ組成のｐ型クラッド層１５１の低抵抗化が可能となる。
【００５７】
また、ｐ型クラッド層１５１との界面付近の電子濃度が低下するため、ｐ型クラッド層１５１への電子オーバーフローを抑制できる。同時に、界面付近のホール濃度も上昇するため界面での非発光再結合も増大するが、転位密度が低いこととバリア層にＡｌＧａＩｎＮ四元混晶（Ｉｎ組成が０．３％〜２％）を用いていることからこの損失は低くできる。
【００５８】
ｐ型クラッド層１５１中のＭｇ濃度は、発光部１４０の側が高く、ｐ型コンタクト層１５２の側で低くなっており、正孔の注入を阻害するｐ型クラッド層１５１中のピエゾ電界を打ち消し、動作電圧の低減とともにキャリア閉じ込め効果を改善する。
【００５９】
ｐ型クラッド層１５１のｐ型コンタクト層１５２の側付近のＭｇ濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上では、発光部１４０への拡散が生じ、効率と信頼性が劣化する。また、５×１０１９ｃｍ−３以下では動作電圧が上昇する。
【００６０】
なお、上記の本実施例の半導体発光素子の製造方法においては、第１基板１１０を剥離する際の支持基材（第２基板１８０）として導電性のＳｉ基板を用いているが、本発明にはこれに限らない。本方法のクラック耐性を活かして、第２基板１８０として、例えばセラミックス等の絶縁体も同様に用いることができる。
【００６１】
また、ｎ型ドーパントとしてＳｉの他に、Ｓｎ、Ｇｅを用いることができる。特に、Ｓｎをドーピングすれば、高濃度、厚膜のｎ型コンタクト層が可能であり、直列抵抗低減により、低動作電圧の素子が作製できる。
【００６２】
なお、上記において、バッファ層１２０、ＧａＮ層１２３、ｎ型半導体層１３０、発光部１４０及びｐ型半導体層１５０の成膜は以下のようにして行われる。  
まず、１０５０℃以上１２００℃以下の基板温度において、５族原料であるＮＨ３ガスと、３族原料であるＡｌ（ＣＨ３）３やＡｌ（Ｃ２Ｈ５）３等の有機金属Ａｌ化合物と、を反応室内に導入して、結晶方位のそろったＡｌＮからなる第１バッファ層１２１を、第１基板１１０の上に成長させる。
【００６３】
ここで、ＡｌＮからなる第１バッファ層１２１の結晶方位をそろえるためには、５族原料と３族原料の供給比の制御が重要である。穴のない高品質な膜に成長するためには５族原料／３族原料比が、０．７以上５０以下の条件が必要である。
【００６４】
また、十分な品質を再現性良く得るには５族原料／３族原料比が、１．２以上３．０以下の条件が望ましい。
【００６５】
次に、基板温度を１２５０℃以上１３５０℃以下になるように昇温して、ＡｌＮからなる第２バッファ層１２２を、成長し表面を平坦化する。この時、５族原料／３族原料比は、第１バッファ層１２１よりも高く設定する。これにより、横方向成長が促進され、欠陥が低減すると共に平坦性が向上する。  
なお、第２バッファ層１２２としてＡｌＧａＮを用いる場合は、３族原料としてＧａ（ＣＨ３）３或いはＧａ（Ｃ２Ｈ５）３等の有機金属Ｇａ化合物を追加導入することもできる。
【００６６】
すなわち、第１バッファ層１２１を、５族原料／３族原料比が０．７から５０にて、減圧有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させる。そして、第２バッファ層１２２を、第１バッファ層１２１よりも高い温度と高い５族原料／３族原料比とにおいて、有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させる。
【００６７】
次に、基板温度を１１００℃以上１２５０℃以下に設定し、ＧａＮ層（格子緩和層）１２３を成長させる。
【００６８】
次に、この上に素子構造部（ｎ型半導体層１３０、発光部１４０及びｐ型半導体層１５０）となるＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ等を有する窒化物半導体層を積層して形成する。  
この時、３族原料としては、前述した有機金属Ａｌ化合物の他に、Ｇａ（ＣＨ３）３やＧａ（Ｃ２Ｈ５）３等の有機金属Ｇａ化合物、及び、Ｉｎ（ＣＨ３）３やＩｎ（Ｃ２Ｈ５）３等の有機金属Ｉｎ化合物を用いることができる。
この時、ドーピング用原料としては、ｎ型用としてＳｉＨ４等のＳｉ水素化物やＳｉ（ＣＨ３）４等の有機金属Ｓｉ化合物を用いることができる。ｐ型用としてはＣｐ２Ｍｇ或いはｍ−Ｃｐ２Ｍｇ等の有機金属Ｍｇ化合物を用いることができる。
【００６９】
また、ｐ型ドーパントの活性化率をあげるためには成長層中に混入した水素を除去するために８００℃程度の熱処理が必要とされてきたが、高い５族原料／３族原料比により成長することによりＮ原子空孔を抑制することができ水素による不活性化を本質的に避けられる。さらに、熱処理による結晶品質の劣化も避けられる。
【００７０】
（第２の実施例）
図６は、本発明の第２の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。  
図６に表したように、本発明の第２の実施例の半導体発光素子の製造方法においては、第１基板１１０を剥離した後に、ｎ型半導体層１３０の表面にｎ側電極１７０が設けられる。
【００７１】
すなわち、第１基板１１０を剥離した後のｎ型半導体層１３０の表面を、ｎ型コンタクト層１３１が露出するまで研磨する。
【００７２】
そして、例えば熱ＣＶＤ装置を用いてＳｉＯ２膜を４００ｎｍの厚さで形成する。  
そして、ｎ側電極１７０を形成するために、ｐ側電極１６０が形成されていない部分に対向するｎ型コンタクト層１３１に、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを形成し、露出したｎ型コンタクト層１３１の上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、ｎ側電極１７０となる、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる積層膜を５００ｎｍの膜厚で形成する。
【００７３】
この時、ｎ型コンタクト層１３１の表面に、微細な凹凸１３５を形成することができる。これにより、光取り出し効率を高めることができる。例えば、ｎ型コンタクト層１３１の表面は極性が窒素面のため、この凹凸１３５の形成には、反応性イオンエッチングにより結晶欠陥に起因して形成される凹凸を利用することができる。
【００７４】
次いで、劈開若しくはダイアモンドブレード等により切断し、幅４００μｍ、厚さ１００μｍの個別のＬＥＤ素子とする。  
このようにして、図６に例示した半導体発光素子２０が作製できる。
【００７５】
このように、本実施例に係る半導体発光素子の製造方法によれば、サファイア基板剥離時の結晶損傷を抑制し、生産性の高い、高効率の短波長の半導体発光素子が提供できる。
【００７６】
なお、本願明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ，ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外の５族元素もさらに含むものや、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれかをさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００７７】
また、上記において、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法で製造される、半導体発光素子は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に設けられた発光部と、を有するが、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に設けられた発光部と、を有するウェーハも、便宜状、半導体発光素子と見なすことができる。
【００７８】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００７９】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子の製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子の製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００８０】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図４】図３に続く工程順模式的断面図である。
【図５】図４に続く工程順模式的断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０、２０  半導体発光素子
１１０  第１基板
１２０  バッファ層
１２１  第１バッファ層（高炭素濃度部）
１２２  第２バッファ層
１２３  ＧａＮ層（格子緩和層）
１３０  ｎ型半導体層
１３１  ｎ型コンタクト層
１３２  ｎ型クラッド層
１３５  凹凸
１４０  発光部
１４１  バリア層
１４１ａ  最終バリア層
１４２  井戸層
１４３  スペーサ層
１５０  ｐ型半導体層
１５１  ｐ型クラッド層
１５２  ｐ型コンタクト層
１５３  溝
１５５  絶縁層
１６０  ｐ側電極
１６１  パッド層
１７０  ｎ側電極
１８０  第２基板
１８１  導電層
１９０  レーザ
１９５  熱
【図１】
2010056210.tif 000003
【図２】
2010056210.tif 000004
【図３】
2010056210.tif 000005
【図４】
2010056210.tif 000006
【図５】
2010056210.tif 000007
【図６】
2010056210.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月15日(2009.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に設けられた発光部と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、
ｃ面サファイアからなる第１基板の上に、結晶性のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）からなるバッファ層と、ＧａＮ層と、を積層し、
前記ＧａＮ層の上に、前記ｎ型半導体層と、前記発光部と、前記ｐ型半導体層と、を積層し、
前記第１基板の側から、前記第１基板と前記バッファ層とを介して、前記ＧａＮ層に、ＧａＮの禁制帯幅波長よりも波長が短いレーザを照射することにより、前記第１基板を剥離することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記第１バッファ層を、Ｖ族原料／III族原料比が０．７から５０にて、減圧有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させ、
前記第２バッファ層を、前記第１バッファ層よりも高い温度と高いＶ族原料／III族原料比とにおいて、有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
なお、特許文献１には、第１半導体層を形成するIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低い熱拡散制御層を形成し、第１半導体層に吸収される光ビームを照射して、第１半導体層を分解する方法が開示されている。
【特許文献１】特許第３８０３６０６号公報
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一態様によれば、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に設けられた発光部と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、ｃ面サファイアからなる第１基板の上に、結晶性のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）からなるバッファ層と、ＧａＮ層と、を積層し、前記ＧａＮ層の上に、前記ｎ型半導体層と、前記発光部と、前記ｐ型半導体層と、を積層し、前記第１基板の側から、前記第１基板と前記バッファ層とを介して、前記ＧａＮ層に、ＧａＮの禁制帯幅波長よりも波長が短いレーザを照射することにより、前記第１基板を剥離することを特徴とする半導体発光素子の製造方法が提供される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
そして、前記第１基板１１０の側から、前記第１基板１１０と前記バッファ層１２０とを介して、前記ＧａＮ層１２３に、ＧａＮの禁制帯幅波長よりも波長が短いレーザ１９０を照射することにより、前記第１基板１１０を剥離する（ステップＳ１３０）。ＧａＮの禁制帯幅波長は、ＧａＮの禁制帯のエネルギーによって定義される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
これに対して、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法においては、高熱伝導のＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる結晶性のバッファ層１２０が、第１基板１１０とＧａＮ層１２３との間に設けられている。このため、第１基板１１０側からＧａＮ層にレーザ１９０を照射した時に発生する熱１９５は、バッファ層１２０側に急速に拡散する。このため、高出力レーザを用いた場合にも、結晶損傷による効率低下が防止できる。これにより、結晶損傷による効率低下が抑制できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
なお、高熱伝導のＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる結晶性のバッファ層１２０は、例えば１１００℃以上の高温で形成される。  
本願明細書において、「結晶性」とは、非結晶ではなく、多結晶でもない状態を言う。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
上記において、第１バッファ層１２１は、高炭素濃度部であり、例えば、ＡｌＮを用いることができ、炭素の濃度は３×１０１８ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３で、層厚は３ｎｍ〜２０ｎｍとすることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
第２バッファ層１２２は、例えば、高純度のＡｌＮを用いることができ、炭素の濃度は、１×１０１６ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３で、層厚は０．６〜６μｍとすることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
そして、発光部１４０には、バリア層１４１と井戸層１４２とが交互に６周期積層されてなる多重量子井戸構造体と、最終バリア層１４１ａと、を有することができる。  
バリア層１４１には、例えば、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３Ｉｎ０．００５Ｎを用いることができ、Ｓｉ濃度は１．１〜３．０×１０１９ｃｍ−３で、層厚は１３．５ｎｍとすることができる。  
また、井戸層１４２には、例えばＧａＩｎＮを用いることができ、発光波長は３７５〜３８５ｎｍで、層厚は４．５ｎｍとすることができる。  
最終バリア層１４１ａには、例えば、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３Ｉｎ０．００５Ｎを用いることができ、Ｓｉ濃度は１．１〜３．０×１０１９ｃｍ−３で、層厚は４．５ｎｍとすることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
これにより、異常成長のため通常では採用が困難な高い成長温度と、高いＶ族原料／III族原料比での結晶成長が可能となる。このため、点欠陥の発生が抑制され、高Ａｌ組成のＡｌＧａＮやバリア層に対して高濃度ドーピングが可能となる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
なお、上記において、バッファ層１２０、ＧａＮ層１２３、ｎ型半導体層１３０、発光部１４０及びｐ型半導体層１５０の成膜は以下のようにして行われる。  
まず、１０５０℃以上１２００℃以下の基板温度において、Ｖ族原料であるＮＨ３ガスと、III族原料であるＡｌ（ＣＨ３）３やＡｌ（Ｃ２Ｈ５）３等の有機金属Ａｌ化合物と、を反応室内に導入して、結晶方位のそろったＡｌＮからなる第１バッファ層１２１を、第１基板１１０の上に成長させる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
ここで、ＡｌＮからなる第１バッファ層１２１の結晶方位をそろえるためには、Ｖ族原料とIII族原料の供給比の制御が重要である。穴のない高品質な膜に成長するためにはＶ族原料／III族原料比が、０．７以上５０以下の条件が必要である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
また、十分な品質を再現性良く得るにはＶ族原料／III族原料比が、１．２以上３．０以下の条件が望ましい。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
次に、基板温度を１２５０℃以上１３５０℃以下になるように昇温して、ＡｌＮからなる第２バッファ層１２２を、成長し表面を平坦化する。この時、Ｖ族原料／III族原料比は、第１バッファ層１２１よりも高く設定する。これにより、横方向成長が促進され、欠陥が低減すると共に平坦性が向上する。  
なお、第２バッファ層１２２としてＡｌＧａＮを用いる場合は、III族原料としてＧａ（ＣＨ３）３或いはＧａ（Ｃ２Ｈ５）３等の有機金属Ｇａ化合物を追加導入することもできる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
すなわち、第１バッファ層１２１を、Ｖ族原料／III族原料比が０．７から５０にて、減圧有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させる。そして、第２バッファ層１２２を、第１バッファ層１２１よりも高い温度と高いＶ族原料／III族原料比とにおいて、有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
次に、この上に素子構造部（ｎ型半導体層１３０、発光部１４０及びｐ型半導体層１５０）となるＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ等を有する窒化物半導体層を積層して形成する。  
この時、III族原料としては、前述した有機金属Ａｌ化合物の他に、Ｇａ（ＣＨ３）３やＧａ（Ｃ２Ｈ５）３等の有機金属Ｇａ化合物、及び、Ｉｎ（ＣＨ３）３やＩｎ（Ｃ２Ｈ５）３等の有機金属Ｉｎ化合物を用いることができる。
この時、ドーピング用原料としては、ｎ型用としてＳｉＨ４等のＳｉ水素化物やＳｉ（ＣＨ３）４等の有機金属Ｓｉ化合物を用いることができる。ｐ型用としてはＣｐ２Ｍｇ或いはｍ−Ｃｐ２Ｍｇ等の有機金属Ｍｇ化合物を用いることができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
また、ｐ型ドーパントの活性化率をあげるためには成長層中に混入した水素を除去するために８００℃程度の熱処理が必要とされてきたが、高いＶ族原料／III族原料比により成長することによりＮ原子空孔を抑制することができ水素による不活性化を本質的に避けられる。さらに、熱処理による結晶品質の劣化も避けられる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
なお、本願明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ，ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むものや、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれかをさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2010056210.tif 000009
【手続補正２２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2010056210.tif 000010
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2010056210.tif 000011