(57)【要約】【課題】レーザによって基板を除去した窒化物系化合物半導体積層構造の露出表面上においても確実に良好なオーミック性を有する電極を形成することを可能にし、ひいては駆動電圧が低くて信頼性の高い窒化物系化合物半導体発光素子を提供する。【解決手段】窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法において、基板（１０）上に複数の窒化物系化合物半導体層（５，６）を含む半導体積層構造を形成し、レーザ照射を利用して半導体積層構造から基板を剥離し、基板が剥離されて露出された半導体積層構造の露出表面（８１）を洗浄し、その洗浄された露出表面上に電極を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の窒化物系化合物半導体層を含む半導体積層構造を形成し、
レーザ照射を利用して前記半導体積層構造から前記基板を剥離し、
前記基板が剥離されて露出された前記半導体積層構造の露出表面を洗浄し、
前記洗浄された露出表面上に電極を形成するステップを含むことを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ照射によって前記基板が剥離されて露出された前記半導体積層構造の露出表面上にはＧａドロップレットが生じ、前記洗浄において前記露出表面がＧａの融点以上の温度に制御された水と希塩酸類から選択された一種以上の洗浄剤に接触させられ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発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記温度制御された水は、水道水、純水、超純水、または精製水のいずれかからなることを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記希塩酸類は、塩酸または少なくとも塩酸を含む酸類からなることを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記洗浄剤は室温以上の温度で用いられることを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記露出表面はｎ型窒化物系化合物半導体層であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記レーザの波長が２００ｎｍから１１００ｎｍまでであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記洗浄された前記露出表面上の一部に電極を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記洗浄された前記露出表面上の全面に透明または透光性電極を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の窒化物系化合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、青色光領域から紫外光領域で発光可能な窒化物系化合物半導体発光素子（レーザおよび発光ダイオード）の製造方法に関し、特に基板上に形成された半導体層積層構造からその基板を剥離した後におけるその半導体層積層構造の露出表面の清浄化に関する。
【０００２】
なお、本願明細書において、窒化物系化合物半導体にはＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦
ｘ，０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦１）が含まれるものとする。
【背景技術】
【０００３】
図７の模式的な断面図は、特許文献１の特開平９−８４０３号公報に開示された発光素子を示している。この発光素子の作製においては、まず絶縁性であるサファイア基板（図示せず）上に、窒化ガリウム系半導体のｎ型層１０５、活性層１０４、ｐ型層１０３、および第一のオーミック電極１０２が順次積層される。他方、ｐ型導電性のＧａＡｓ基板１００の表面上に第二のオーミック電極１０１が形成される。そして、これらの第一のオーミック電極１０２と第二のオーミック電極１０１が、互いに加熱圧着される。その後、サファイア基板がラッピングによって除去され、望まれる場合にはエッチングによって残留サファイアも除去される。サファイア基板が除去されて露出されたｎ型層１０５の露出表面上には負電極１０６が形成され、ｐ型ＧａＡｓ基板１００の裏面上には正電極１０７が形成される。
【特許文献１】特開平９−８４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、特許文献１においては、ｎ型層１０５を露出させるためにサファイア基板がラッピングによって除去され、望まれる場合にはエッチングによって残留サファイアも除去される。
【０００５】
他方、サファイア基板上の窒化物系化合物半導体積層構造からその基板を除去するために、レーザが利用される場合もある。すなわち、サファイア基板側からレーザを照射し、その基板に接している化合物半導体を熱分解させてることによって、その基板を除去することが可能である。この場合、サファイア基板が一体としてそのまま除去され、サファイアの残滓が半導体積層構造の露出表面上に残ることはない。
【０００６】
しかし、本発明者は、レーザによって基板を除去した窒化物系化合物半導体積層構造の露出表面上に電極を形成した場合に、良好なオーミックコンタクトが得られない場合のあることを経験した。
【０００７】
そこで、本発明は、レーザによって基板を除去した窒化物系化合物半導体積層構造の露出表面上においても確実に良好なオーミック性を有する電極を形成を形成することを可能にし、ひいては駆動電圧が低くて信頼性の高い窒化物系化合物半導体発光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法においては、基板上に複数の窒化物系化合物半導体層を含む半導体積層構造を形成し、レーザ照射を利用して半導体積層構造から基板を剥離し、基板が剥離されて露出された半導体積層構造の露出表面を洗浄し
、その洗浄された露出表面上に電極を形成するステップを含むことを特徴としている。この浄化された露出表面に電極を形成することにより、良好なオーミック性電極が形成でき、ひいては駆動電圧が低く信頼性の高い窒化物系化合物半導体発光素子を形成することができる。
【０００９】
なお、レーザ照射によって基板が剥離されて露出された窒化物系化合物半導体積層構造の露出表面上にはＧａなどのドロップレットが生じ、その露出表面が希塩酸類およびＧａの融点以上の温度の水（お湯）から選択された一種以上の洗浄剤に接触させられることが好ましい。このような洗浄において、露出表面をお湯で拭くかまたはお湯に浸けることによって、露出面上の望まざる残渣を取り除くことができる。また、室温または沸騰させた希塩酸類に露出面を浸けるか、またはその希塩酸類で拭く浄化も好ましい。さらに、露出面をお湯で拭きかつお湯に浸けて、その後に希塩酸に浸ける浄化がより好ましい。
【００１０】
このような浄化をしない場合においては、ｎ型窒化物系化合物半導体層が主たる発光面となるので、レーザ照射により残渣やＧａ含有ドロップレットによって発光層からの発光が遮られ、外部への光取り出し効率が低下する。他方、露出表面を浄化することにより、その浄化されたｎ型窒化物系化合物半導体層が主たる発光面となる発光層からの発光が遮られることがなく、外部への光取り出しも格段に向上する。
【００１１】
半導体積層構造の露出表面は、ｎ型窒化物系化合物半導体層であることが好ましい。なぜならば、その露出表面がｎ型窒化物系化合物半導体層である場合、ｎ型層はｐ型層に比べて導電性が良好で厚く形成し得るので、そのｎ型層にレーザ照射したりお湯や希塩酸などを接触させる際にその厚いｎ型層へのダメージが少なくてすみ、またその厚いｎ型層下に位置する発光層へのダメージも少なくなるからである。
【００１２】
用いられるレーザの波長としては２００ｎｍから１１００ｎｍの範囲内であればよく、２４８ｎｍ、２６６ｎｍ、または３５５ｎｍなどの波長のレーザを好ましく利用することができる。なぜならば、これらの波長のレーザを照射することによって、洗浄前において残滓の少ない良好な露出表面を形成することができるからである。
【００１３】
窒化物系化合物半導体層の浄化された露出表面においては、その一部上または全面上の任意の領域に良好なオーミック性電極を形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、レーザによって基板を除去した窒化物系化合物半導体積層構造の露出表面上においても良好なオーミック性を有する電極を確実に形成することが可能になり、ひいては駆動電圧が低くて信頼性の高い窒化物系化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
前述のように、サファイア基板上の窒化物系化合物半導体積層構造からその基板を除去するためにレーザを照射した場合、サファイア基板が一体としてそのまま除去され、サファイアの残滓が半導体積層構造の露出表面上に残ることはない。しかし、本発明者は、レーザによって基板を除去した窒化物系半導体積層構造の露出表面上に電極を形成した場合に、良好なオーミックコンタクトが得られない場合のあることを経験した。このことの理由を本発明者が検討したところ、レーザ照射した場合に窒化物系半導体積層構造の露出表面上に基板の残滓が残留することはないが、ＧａなどのドロップレットおよびＧａを含むドロップレットが残留することが認められた。これらのドロップレットは表面における電子状態を乱し、良好なオーミックコンタクトの形成の障害になり得ると考えられる。
【００１６】
そこで、本発明者は、窒化物系化合物半導体積層構造から基板を除去するためにレーザを利用する場合に、基板の除去によって露出された半導体表面上の残滓を除去して浄化する方法を検討した。その結果、窒化物系化合物半導体積層構造の露出された表面上の残滓を簡便かつ低コストで除去して浄化し、その浄化された表面上に良好なオーミック性の電極を形成することによって、駆動電圧が低くて信頼性の高い窒化物系化合物半導体発光素子を製造し得ることが見出された。
【００１７】
（実施形態１）
図１の模式的断面図は本発明の実施形態１における窒化物系化合物半導体発光素子を示しており、図２と図３の模式的な断面図は図１の発光素子の作製工程を図解している。すなわち、図１の発光素子１０００は、たとえば次の工程（１ａ）から（８ａ）によって作製され得る。
【００１８】
（１ａ）  サファイア基板１０（図２参照）上に厚さ３０ｎｍのＧａＮバッファ層（図示せず）、厚さ９μｍのｎ型窒化物系化合物半導体層６、厚さ５０ｎｍのＭＱＷ（多重量子井戸）発光層５、および厚さ２００ｎｍのｐ型窒化物系化合物半導体層４を順次成長させる。これらの半導体層の堆積には、たとえばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を利用することができる。
【００１９】
（２ａ）  ｐ型窒化物系化合物半導体層４上には、厚さ４．５ｎｍのＰｄオーミック電極３１、厚さ１５０ｎｍのＡｇ反射金属層３、および厚さ３μｍのＡｕＳｎ接合金属層２を順次蒸着して形成する。これらの蒸着には、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法や抵抗加熱蒸着法を利用することができる。なお、ＡｕＳｎ合金の組成としては、たとえば２０ｗｔ％Ｓｎを含み得る。
【００２０】
（３ａ）  Ｓｉ支持基板１上に、厚さ１μｍのＡｕ接合金属層２１をＥＢ蒸着法にて形成する。
【００２１】
（４ａ）  Ａｕ接合金属層２１とＡｕＳｎ接合金属層２とを対向接触させ、共晶接合法を用いて、温度２９０℃で圧力３Ｎ／ｃｍ2にて相互に接合させる。
【００２２】
（５ａ）  ＹＡＧ−ＴＨＧ（イットリウムアルミニウムガーネット３次高調波）レーザ（波長３５５ｎｍ）を鏡面研磨したサファイア基板側から照射し、サファイア基板１０と接しているＧａＮバッファ層とｎ型ＧａＮ層６の一部とを熱分解させることによってサファイア基板１０を除去する。このとき、ｎ型ＧａＮ層６の露出表面８１上にＧａドロップレット８２が発生する（図２参照）。その露出表面８１とＧａドロップレットまたはＧａ、Ｓｉなどを含むドロップレット８２を１００℃のお湯に浸けて、布性の物（例えばベンコット等）で露出表面８１を拭けば、図３に示すような清浄な露出表面８が得られる。この場合に、お湯としては、水道水、純水、超純水、精製水などを用いることができる。
【００２３】
（６ａ）  レジストマスクを用いながらｎ型ＧａＮ層６側からＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行って、ｐ型窒化物系化合物半導体層４までを完全に除去してチップ分割用の溝を形成し、オーミック電極３１や反射金属層３などを露出させる。ここで、ＲＩＥで形成される溝の幅は、たとえば約５０μｍにすることができる。
【００２４】
（７ａ）  ｎ型ＧａＮ層６の清浄にされた露出表面上に、ｎ型ボンディングパッド電極（Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ）７を形成する。
【００２５】
（８ａ）  ＲＩＥで形成された溝内にＹＡＧ−ＴＨＧレーザ（波長３５５ｎｍ）を照射して、Ｓｉ支持基板１の途中までの深さの分割用溝を形成する。そして、赤外線透過型スクライブ装置を用いて、その分割用溝に対向するようにＳｉ支持基板１の裏面側から罫書線を入れる。この罫書線に沿って分割することによって、チップ化工程が完了する。ｎ型ボンディングパッド７上に、Ａｕワイヤ９をボールボンディングする。これによって、窒化物系化合物半導体発光素子化工程が完了する。
【００２６】
本実施形態１では、レーザ照射によってサファイア基板１０を除去する際にｎ型窒化物系化合物半導体層露出表面８１上で発生するＧａドロップレット８２を除去することにより、ｎ型窒化物系化合物半導体層の清浄な表面８を形成でき、この露出表面８上にｎ型電極７を設けることにより良好なオーミック性接触の電極を形成することができる。この場合に、お湯を用いることによってＧａドロップレットを容易かつ簡単な方法で除去することができる。なお、パッド電極として、枝状のパッド電極を形成してもよい。
【００２７】
（実施形態２）
図４の模式的断面図は、本発明の実施形態２における窒化物系化合物半導体発光素子のを示しており、図５と図６の模式的な断面図は図４の発光素子の作製工程を図解している。すなわち、図４の発光素子２０００は、たとえば次の工程（１ｂ）から（８ｂ）によって作製され得る。
【００２８】
（１ｂ）  サファイア基板１０（図５参照）上に厚さ５０ｎｍのＧａＮバッファ層（図示せず）、厚さ７μｍのｎ型窒化物系化合物半導体層６、厚さ５０ｎｍのＭＱＷ発光層５、および厚さ２００ｎｍのｐ型窒化物系化合物半導体層４を順次成長させる。これらの半導体層の堆積には、たとえばＭＯＣＶＤ法を利用することができる。
【００２９】
（２ｂ）  ｐ型窒化物系化合物半導体層４上には、厚さ４．５ｎｍのＰｄオーミック電極３１、厚さ２００ｎｍのＡｇ―Ｎｄ反射金属層３、および厚さ３μｍのＡｕＳｎ接合金属層２を順次蒸着して形成する。これらの蒸着には、ＥＢ蒸着法や抵抗加熱蒸着法を利用することができる。なお、ＡｕＳｎ合金の組成としては、たとえば２０ｗｔ％Ｓｎを含み得る。
【００３０】
（３ｂ）  Ｓｉ支持基板１上に、厚さ１μｍのＡｕ接合金属層２１をＥＢ蒸着法にて形成する。
【００３１】
（４ｂ）  Ａｕ接合金属層２１とＡｕＳｎ接合金属層２とを対向接触させ、共晶接合法を用いて、温度３２０℃で圧力３Ｎ／ｃｍ2にて相互に接合させる。
【００３２】
（５ｂ）  ＹＡＧ−ＦＨＧ（イットリウムアルミニウムガーネット４次高調波）レーザ（波長２６６ｎｍ）を鏡面研磨したサファイア基板側から照射し、サファイア基板１０と接しているＧａＮバッファ層とｎ型ＧａＮ層６の一部とを熱分解することによってサファイア基板１０を除去する。このとき、ｎ型ＧａＮ層６の露出表面８１上にＧａドロップレットまたはＧａ、Ｓｉなどを含むドロップレット８２が発生する（図５参照）。その露出表面８１とＧａドロップレットまたはＧａ、Ｓｉなどを含むドロップレット８２を１００℃のお湯に浸けて、布性の物（例えばベンコット等）で露出表面８１を拭き、さらに室温にて塩酸に２分間ほど浸けておけば、図６に示すような清浄な表面８３が得られる。ここで、塩酸の代わりに、希塩酸または少なくとも塩酸を含む酸類を用いることもできる。
【００３３】
（６ｂ）  レジストマスクを用いながらｎ型ＧａＮ層６側からＲＩＥを行って、ｐ型窒化物系化合物半導体層４の一部までを除去し、チップ分割用の溝を形成する。ここで、ＲＩＥで形成される溝の深さは約３μｍで、その幅は約５０μｍにすることができる。
【００３４】
（７ｂ）  ｎ型ＧａＮ層６の清浄にされた露出面のほぼ全面上に、ＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）の透明導電膜１１を形成する。その透明導電膜１１上に、ボンディングパッド電極（Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ）７を形成する。なお、ＩＴＯ導電膜１１の代わりに、極めて薄い透光性の金属膜を形成することも可能である。
【００３５】
（８ｂ）  ＲＩＥで形成された溝に対向するようにＹＡＧ−ＴＨＧレーザ（波長３５５ｎｍ）を用いて、Ｓｉ支持基板１の裏面側からレーザスクライブ線を形成する。このレーザスクライブ線に沿って分割するればチップ化工程が完了する。そして、ボンディングパッド７上に、Ａｕワイヤ９をボールボンディングする。これによって窒化物系化合物半導体発光素子化工程が完了する。
【００３６】
本実施形態２では、レーザ照射によってサファイア基板１０を除去する際にｎ型窒化物系化合物半導体層露出表面８１で発生するＧａドロップレット８２を除去することにより、ｎ型窒化物系化合物半導体層の清浄な表面８３を形成でき、この露出表面上にｎ型電極を設けることにより良好なオーミック性接触の電極を形成することができる。この場合に、お湯と希塩酸を用いることによって容易かつ簡単な方法でＧａドロップレットを除去することができ、実施の形態１に比べてもｎ型窒化物系化合物半導体層６の露出表面８１をより清浄化することができ、より良好なオーミック性接触の電極を形成することができる。
【００３７】
なお、本実施形態２においても、ＲＩＥによるチップ分割用の溝の形成時にオーミック電極３１や反射金属層３を露出させてもよいことは言うまでもない。また、本発明において、反射金属層３と接合金属層２との間にバリア層としてＮｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ−Ｔｉなどの合金層を形成してもよい。さらに、洗浄に利用するお湯はＧａの融点以上の温度であることが好ましく、希塩酸の温度は室温以上で１１０℃以下であることが好ましい。ｎ型ＧａＮ層６上に透明導電体電極７をほぼ全面に形成する場合、その上に枝状のパッド電極を形成してもよい。さらに、上述の実施形態では波長が２６６ｎｍと３５５ｎｍのレーザが例示されたが、本発明においては２００ｎｍから１１００ｎｍの範囲内の波長のレーザをも利用することができ、たとえば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザをも好ましく利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明によれば、レーザ照射してｎ型窒化物系化合物半導体層表面で発生したＧａドロップレットを除去することにより、清浄な剥離ｎ型窒化物系化合物半導体層表面が形成でき、この表面上にｎ型電極を設けることにより良好なオーミック性接触を持つ電極が形成できる。ここで、Ｇａドロップレットを除去する方法としてお湯または希塩酸もしくは塩酸を含む酸類を用いることにより容易かつ簡単な方法で除去することができ、清浄な剥離ｎ型窒化物系化合物半導体層表面が形成でき良好なオーミック性接触を持つ電極が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１による窒化物系化合物半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図２】実施形態１の窒化物系化合物半導体発光素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図３】実施形態１の窒化物系化合物半導体発光素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図４】本発明の実施形態２による窒化物系化合物半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図５】実施形態２の窒化物系化合物半導体発光素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図６】実施形態２の窒化物系化合物半導体発光素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図７】従来の窒化物系化合物半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  導電性支持基板、２  接合金属層、３  反射金属層、３１  オーミック電極、４  ｐ型窒化物系化合物半導体層、５  ＭＱＷ発光層、６  ｎ型窒化物系化合物半導体層、７  ｎ型パッド電極、８  浄化された露出表面、９  Ａｕワイヤ、１０  サファイア基板、１１  透明導電体電極、８１  露出表面、８２  Ｇａドロップレット、８３  浄化された露出表面、１００  導電性基板、１０１  第二のオーミック電極、１０２  第一のオーミック電極、１０３  ｐ型層、１０４  活性層、１０５  ｎ型層、１０６  負電極、１０７  正電極。
【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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【図６】
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【図７】
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