(57)【要約】【課題】  レーザーアブレーション技術を用いて基板上に配列された素子を選択的に剥離する際に、効率良くエネルギーを伝達して素子の転写を行うことが可能な素子および素子転写方法を提供する。【解決手段】  転写基板上に素子を配列して任意の素子に対してレーザー光を照射することで、転写基板から素子を剥離するレーザーアブレーション技術において、照射されるレーザー光の投影形状と転写基板上に配列される素子の形状とを相似させる。レーザー光の投影形状と素子の形状が相似であることによって、レーザー光が伝達するエネルギーを素子と転写基板との界面に対して効率良く伝達することが出来る。また、レーザー光をレンズなどの光学部材で屈折させると、回折の影響でレーザー光の投影形状の角部が不鮮明となる可能性があるため、レーザー光の投影形状は略円形状であることが望ましく、素子の形状も略円柱形状であることが望ましい。【選択図】図１
2005347647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写基板上に配設されレーザー光の照射によって前記転写基板から剥離される素子であって、
前記転写基板に投影される前記レーザー光の形状と当該素子の前記転写基板に接触する面の形状とが実質的に相似であることを特徴とする素子。
【請求項２】
前記転写基板に投影される前記レーザー光の形状及び当該素子の前記転写基板に接触する面の形状が実質的に円形若しくは楕円形であることを特徴とする請求項１記載の素子。
【請求項３】
前記転写基板に接触する面に、前記レーザー光の照射によって粘着力が低下する剥離層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の素子。
【請求項４】
前記レーザー光の光強度分布が略ガウス型の分布を有することを特徴とする請求項１記載の素子。
【請求項５】
転写基板上に配設された素子に対してレーザー光を照射して、前記転写基板から前記素子を剥離する素子転写方法であって、
前記レーザー光の前記転写基板に投影する形状を前記素子の前記転写基板に接触する面の形状と実質的に相似とすることを特徴とする素子転写方法。
【請求項６】
前記転写基板に投影される前記レーザー光の形状及び当該素子の前記転写基板に接触する面の形状が実質的に円形若しくは楕円形であることを特徴とする請求項５記載の素子転写方法。
【請求項７】
開口部を形成したマスクを介して前記転写基板にエキシマレーザーを照射することを特徴とする請求項５記載の素子転写方法。
【請求項８】
ＹＡＧレーザーからのレーザー光を回転ミラーで反射し、マスクを介して前記転写基板に前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項５記載の素子転写方法。
【請求項９】
前記レーザー光の光強度分布が略ガウス型の分布を有することを特徴とする請求項５記載の素子転写方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子および素子転写方法に関し、特にレーザー照射によって基板上に配列された素子を転写する素子転写方法、および転写される素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年になって、コンピューターやテレビジョン受像装置などの表示装置において、液晶表示装置やプラズマディスプレイ装置、有機ＥＬを用いた表示装置などが開発され、表示装置の軽量化や薄型化が著しい。これらの軽量薄型の表示装置として、発光ダイオードを発光素子として用いる表示装置も提案されている。発光ダイオードを用いた表示装置では、青色、緑色、赤色を発光する発光ダイオードを半導体基板上にそれぞれ形成した後に、表示面上に対して配列し、駆動用の配線形成を行う必要がある。この素子の転写方法としては、真空吸着を用いて所望の位置に素子を配置する方法が広く用いられており、配線形成にはワイヤーボンディング技術などが用いられていた。
【０００３】
しかし発光ダイオードは、原材料が高価なガリウム砒素（ＧａＡｓ）系やガリウム・インジウム・リン（ＧａＩｎＰ）系、窒化ガリウム（ＧａＮ）系などの半導体材料を用いて製造されるため、素子一個あたりの製造コストを下げるために素子サイズを小さくする必要があり、微小な素子を真空吸着で素子配列し、ワイヤーボンディングで配線形成することは困難であり、素子配列での位置精度を向上させることも困難である。そこで、基板上に等間隔で形成した微小な発光ダイオード素子を選択的に剥離して、他の基板に対して素子を転写する技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７７９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された素子転写方法では、微小な発光ダイオード素子を基板から選択的に剥離するためには、剥離する対象の素子に対して光径の小さなレーザー光を照射し、基板と素子との界面での化学的変化や力学的変化を引き起こして素子と基板との間での結合を弱める所謂レーザーアブレーション技術を用いている。このレーザーアブレーション技術では、半導体基板上に密集して形成された微細な素子に対して選択的にレーザー光を照射するために、レーザー光の光径を小さくして素子に照射する必要があり、レーザー光をレンズなどの光学部材で集光して照射する方法が用いられている。
【０００６】
レーザー光を照射することで素子と基板との間にエネルギーを加えて、素子を基板から剥離するためには、レーザー光の持つエネルギーを効率良く素子と基板との間に伝達する必要がある。しかし、光学部材を用いてレーザー光を集光することによって、光の回折などで基板上に照射されるレーザー光の結像パターンが乱れてしまうことや、光学部材の焦点距離および焦点深度などの影響によってレーザー光の照射範囲が定まらないなどの問題が発生し易かった。
【０００７】
したがって本発明は、レーザーアブレーション技術を用いて基板上に配列された素子を選択的に剥離する際に、効率良くエネルギーを伝達して素子の転写を行うことが可能な素子および素子転写方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の素子は、転写基板上に配設されレーザー光の照射によって前記転写基板から剥離される素子であって、前記転写基板に投影される前記レーザー光の形状と当該素子の前記転写基板に接触する面の形状とが実質的に相似であることを特徴とする。
【０００９】
レーザー光の投影形状と素子の形状とを実質的に相似形状とすることによって、素子と転写基板とが接触する領域に対して効率良くレーザー光のエネルギーを伝達することができ、転写基板から素子を剥離する効率を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、通常のレーザー光の形状は円形又は楕円形であり、レーザー光の転写基板に投影される形状を略円形若しくは略楕円形として、当該素子の転写基板と接触する面の形状を略円形若しくは略楕円形とすることにより、レーザー光の投影形状に角部分が存在しないため、レンズ等の光学部材での回折によって角部で生じる回折光の発生を抑制でき、レーザーアブレーションに用いられるレーザー光の投影形状を素子の外形を精度良く反映させることが可能である。また、転写基板と接触する面に、レーザー光の照射によって粘着力が低下する剥離層が形成されていることにより、レーザー光を照射された素子を容易に転写基板から剥離することができるため、素子の転写効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
また、上記課題を解決するために本発明の素子転写方法は、転写基板上に配設された素子に対してレーザー光を照射して、前記転写基板から前記素子を剥離する素子転写方法であって、前記レーザー光の前記転写基板に投影する形状を前記素子の前記転写基板に接触する面の形状と実質的に相似とすることを特徴とする
【００１２】
レーザー光の投影形状と素子の形状とを実質的に相似形状とすることによって、素子と転写基板とが接触する領域に対して効率的にレーザー光のエネルギーを伝達することができ、転写基板から素子を剥離する効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
素子の転写基板と接触する面の形状が実質的に円形若しくは楕円形であり、レーザー光の転写基板に投影する形状が実質的に円形若しくは楕円形であることにより、レーザー光の投影形状に角部分が存在しないため、レンズ等の光学部材での回折によって角部で生じる回折光の発生を抑制でき、レーザーアブレーションに用いられるレーザー光の投影形状を素子の外形を精度良く反映させることが可能である。また、転写基板と接触する面に、レーザー光の照射によって粘着力が低下する剥離層が形成されていることにより、レーザー光を照射された素子を容易に転写基板から剥離することができるため、素子の転写効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
レーザー光の照射は、開口部を形成したマスクを介して転写基板にエキシマレーザーを照射する様にしてもよい。この場合、マスクに形成した複数の開口部を通過したレーザー光で、複数の素子を一括して転写基板から剥離することができる。レンズの外周近辺で屈折された光線と中心近辺を通過した光線との光路差が発生しても、開口部を略円形としてレーザー光の投影形状に差が生じ難くなり、開口部と相似する投影形状で素子に対して効率的にエネルギーを伝達することが可能である。
【００１５】
またレーザー光の照射は、ＹＡＧレーザーを回転ミラーで反射してマスクを介して転写基板にレーザー光を照射するとしてもよい。ＹＡＧレーザーのガルバノスキャンによって、レーザー光を照射する素子を任意に選択することで、選択的に素子の転写を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
レーザー光の投影形状と素子の形状とを実質的に相似形状とすることによって、素子と転写基板とが接触する領域に対して効率的にレーザー光のエネルギーを伝達することができ、転写基板から素子を剥離する効率を向上させることが可能となる。また、レーザー光の転写基板に投影される形状が略円形であり、当該素子の転写基板と接触する面の形状が略円形であることにより、レーザー光の投影形状に角部分が存在しないため、レンズ等の光学部材での回折によって角部で生じる回折光の発生を抑制でき、レーザーアブレーションに用いられるレーザー光の投影形状と素子の外形との相似を良好に維持することが可能である。また、転写基板と接触する面に、レーザー光の照射によって粘着力が低下する剥離層が形成されていることにより、レーザー光を照射された素子を容易に転写基板から剥離することができるため、素子の転写効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した素子および素子転写方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１８】
図１は、本発明の素子転写方法を用いて転写される素子の構造例を示す図であり、図１（ａ）は素子を基板上に配列した状態を示す断面図であり、図１（ｂ）は基板上に配列された素子を示した平面図である。図１に示すように、転写基板２５上に略円柱形状の素子２が複数配列されている。転写基板２５は、素子２を表面上に配置して保持できる程度に平坦さと剛性を有している板状の部材であり、例えばサファイア基板を用いて構成される。転写基板２５上に配列された素子２は、転写基板２５上で結晶成長されたものを用いるとしても良い。また、素子２を他の基板上で結晶成長させて転写基板２５上に転写するとしても良く、その場合には転写基板２５と素子２とは接着剤などにより接着される。
【００１９】
転写される素子２は、図１（ｂ）に示すように複数個、転写基板２５上で行方向および列方向に所定の間隔を空けた位置に配置されている素子である。転写基板２５上に配置された素子２のサイズは均一でなくとも良く、例えば、転写基板２５としての矩形状のサファイア基板を用い、直径約１５μｍの素子２を１８．７５μｍのピッチで配列し、直径約２０μｍの素子２を２５μｍのピッチで配列するなど、複数種類のサイズの素子２を異なるピッチで配列するようにしても良い。
【００２０】
図１に示すように、素子２は、ｎ型の不純物がドープされたｎ?ＧａＡｓ層１３上に、多重量子井戸構造を有する活性層であるＭＱＷ層１４、ｐ型の不純物がドープされたｐ?ＧａＡｓ層１５およびｐコンタクトメタル層１６が積層して形成され、ｐコンタクトメタル層１６上に電気伝導度の高い金属によってシード層２１およびバンプメタル層２２が形成されている。また、素子２と転写基板２５との間には接着剤層２３と剥離層２４とが形成されており、素子２を転写基板２５に接着して配置している。また、ＭＱＷ層１４、ｐ?ＧａＡｓ層１５、ｐコンタクトメタル層１６、シード層２１およびバンプメタル層２２の周囲には絶縁性の樹脂によって絶縁層１９が形成されている。ｎ?ＧａＡｓ層１３の表面には、ｎコンタクトメタル層２６が形成されており、バンプメタル層２２とｎコンタクトメタル層２６との間に電流を流すことで、ＭＱＷ層１４で発光が起きる発光ダイオードが形成されている。
【００２１】
素子２の外形は略円柱形状であり、素子２を構成する各層の形状も略円柱形状をなしている。ｎコンタクトメタル層２６の電極パターンは、ＭＱＷ層１４、ｐ−ＧａＡｓ層１５およびｐコンタクトメタル層１６が形成されている領域と重なる範囲に形成され、ＭＱＷ層１４の円周状の端部に沿って円弧状に形成する。また、ｎコンタクトメタル層２６をバンプメタル層２２が形成されている領域とは重ならない領域に形成するとしても良い。ｎコンタクトメタル層２６をＭＱＷ層１４の円周状の端部に沿って円弧状に形成することで、素子２に電流を流してＭＱＷ層１４が発光した場合に、ｎコンタクトメタル層２６によって光が遮られる領域をＭＱＷ層１４の端部に止めることができるため、素子２の光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
転写基板２５から素子２を選択的に剥離する方法としては、例えば、転写基板２５の素子２が配列されていない裏面から、転写基板２５を透過するようにレーザー光を任意の素子２に照射するレーザーアブレーションを用いることができる。レーザーアブレーションとは、照射光を吸収した固体材料が光化学的または熱的に励起され、その表面や内部の原子又は分子の結合が切断されて放出されることであり、主に固体材料の全部または一部が溶融、蒸発、気化などの相変化を生じる現象として現れる。例えば、転写基板２５としてサファイア基板を用いて、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の素子２をレーザーアブレーションで剥離すると、素子と基板との界面で窒化ガリウムが金属のガリウム（Ｇａ）と窒素ガスに分解して、素子２を容易に剥離することができる。
【００２３】
図２はレーザー光を転写基板２５の任意の領域に対して照射する方法を示す一例であり、エキシマレーザーとマスク投影の光学系とを用いる方法を説明する模式図である。エキシマレーザー発生装置５０からレーザー光５１を照射して、マスク５２に形成した開口部５３を通過するレーザー光５１のみをガルバノミラーなどの反射鏡５４に入射させる。開口部５３を通過したレーザー光５１は反射鏡５４で反射されてレンズ５５に入射し、レンズ５５でレーザー光５１が屈折されて集光されることで転写基板２５の所定領域にレーザー光５１が照射される。これにより、転写基板２５上の任意の位置に配置されている素子２と転写基板２５とを選択的に剥離して、高スループット、高位置精度、高エネルギー利用率の転写を行うことができる。本発明の素子転写方法では、素子２を転写基板２５から剥離するレーザーアブレーション技術で、マスク５２に形成する開口部５３の形状を素子２の形状と相似形状としておく。
【００２４】
図３はレーザーアブレーションで用いるマスク５２と開口部５３の形状を示す平面図である。図１に示したように素子２を略円柱形状に形成した場合には、開口部５３の開口形状も略円形とすることで、開口部５３を通過したレーザー光５１の投影形状が略円形となる。従って、反射鏡５４で反射されてレンズ５５で屈折されたレーザー光５１の投影形状も略円形となり、転写基板２５上に配列されている素子２の転写基板２５と接する領域に対して効率的にレーザー光５１のエネルギーを伝達することができる。
【００２５】
図４は、開口部５３ｓとして略正方形の孔をマスクに開口して、レーザー光をレンズ５５で集光させて投影した場合を模式的に示した図である。略正方形の開口部５３ｓを通過したレーザー光はレンズ５５に入射するまでは開口部５３ｓと同一形状を維持しており、レンズ５５を通過したレーザー光は屈折されてその結像位置で投影像５６が現れる。このとき、レーザー光はレンズ５５による回折が生じ、投影像５６の角部分が明確に投影されないなど、投影像５６と開口部５３ｓの形状とが良好な相似関係を維持できない可能性がある。しかし、開口部として略円形のものを用いると、投影像に角部分が存在しないため、レーザーアブレーションに用いられるレーザー光の投影形状と素子２の外形との相似を良好に維持することが可能である。
【００２６】
すなわち、素子２の形状を略円柱形状としマスク５２の開口部５３を略円形とすることで、レーザー光５１がレンズ５５などの光学部材によって集光されたとしても、転写基板２５に照射されるレーザー光５１の投影形状を良好に維持して効率的にエネルギーを伝達し、高効率で素子２を転写基板２５から剥離することが可能となる。
【００２７】
また、マスク５２に形成した複数の開口部５３を通過したレーザー光５１で、複数の素子２を一括して転写基板２５から剥離する場合に、レンズ５５の外周近辺で屈折された光線と中心近辺を通過した光線との光路差が発生してしまう可能性がある。しかし、開口部５３を略円形とすることで、転写基板２５に投影されるレーザー光５１の投影形状に差が生じ難くなるため、開口部５３と相似する投影形状で素子２に対して効率的にエネルギーを伝達することが可能である。
【００２８】
次に、素子２の形状をマスク５２に形成された開口部５３の形状と相似させて円柱形状とする素子２の製造方法について図５乃至図２０を用いて説明する。なお、本発明の素子製造方法は、素子２の形状をレーザーアブレーションで用いるマスク５２の開口部５３形状と相似形状にすることが出来れば、以下に述べる製造方法に限定しない。
【００２９】
図５（ａ）は、結晶成長させる成長基板上に各層を形成した状態を示す工程断面図であり、図５（ｂ）は各層の組成例と厚さの例を示した表である。成長基板１１として例えば直径２インチのサファイア基板を用い、成長基板１１上に、例えばＭＯ−ＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）を用いてバッファー層１２、ｎ−ＧａＮ層１３、ＭＱＷ層１４およびｐ−ＧａＮ層１５を積層して形成する。バッファー層１２は、サファイア基板である成長基板１１上にＧａＮ（窒化ガリウム）系の半導体層を成長させることが可能な材料で形成された層であり、例えば不純物をドープしていないＧａＮ（窒化ガリウム）を約９００ｎｍ成長させることで形成されている。また、ｎ−ＧａＮ層１３は、ｎ型の不純物をドープした層であり、例えば不純物としてＳｉ（ケイ素）をドープしたＧａＮ層を約４０００ｎｍ成長させることで形成されている。
【００３０】
またＭＱＷ層１４は、多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）を有する活性層であり、例えばＧａＮ層とＩｎＧａＮ（インジウム・ガリウム・ナイトライド）層とを交互に複数積層して複数の量子井戸構造を構成することで形成される。ｐ−ＧａＮ層１５は、ｐ型の不純物をドープした層であり、例えば不純物としてＭｇ（マグネシウム）をドープしたＧａＮ層とＩｎＧａＮ層を積層して形成される。ｐ−ＧａＮ層１５を形成した後に、例えば窒素と酸素を混合した雰囲気下で過熱を行い、ｐ−ＧａＮ層１５を活性化するためのアニールを行う。
【００３１】
次に図６に示すように、ｐ−ＧａＮ層１５上にｐコンタクト電極を形成する。図６（ａ）はｐコンタクト電極を形成した状態を示す工程断面図であり、図６（ｂ）は平面図である。まず、活性化されたｐ−ＧａＮ層１５上に、ｐコンタクトメタル層１６を蒸着し、ｐコンタクトメタル層１６上にマスク層１７を蒸着する。ｐコンタクトメタル層１６は、ｐ−ＧａＮ層１５とのオーミックコンタクトを確保することができる金属で形成され、例えばＮｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）およびＡｕ（金）を蒸着で積層した層である。マスク層１７は、後工程でのエッチング用マスクとして機能する層であり、例えばＮｉを蒸着することで形成される。次に、リフトオフで所定の領域以外のｐコンタクトメタル層１６およびマスク層１７を除去する。所望の形状に開口部を形成したマスクを用いることで、ｐコンタクトメタル層１６およびマスク層１７を所望の形状に形成することができる。図６（ｂ）では、直径約１５μｍの略円形状のマスク層１７を１８．７５μｍのピッチで残留させ、直径約１４μｍの略円形状のマスク層１７を２５μｍのピッチで残留させるなど、複数種類のサイズのマスク層１７を異なるピッチで残留させた例を示している。
【００３２】
次に図７に示すように、マスク層１７をマスクとしてドライエッチングを行い溝１８を形成する。図７（ａ）はエッチングでｎ−ＧａＡｓ層１３まで溝を形成した状態を示す工程断面図であり、図７（ｂ）は平面図である。ドライエッチングとしては、例えば、塩素を用いた誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ?ＲＩＥ）技術を用いることができる。マスク層１７は、塩素に対して耐性のあるＮｉで形成されているため、マスク層１７が残留している領域ではエッチングが進行しないが、マスク層１７の無い領域ではエッチングが進行して、ｐ−ＧａＮ層１５、ＭＱＷ層１４およびｎ−ＧａＮ層１３の一部が除去される。エッチングの量は任意であるが素子２を分離するためには少なくともｎ−ＧａＮ層１３にまで到達するまでエッチングを行う必要があり、例えば約０．５μｍ〜１．０μｍ程度の深さまで除去する。
【００３３】
ｎ−ＧａＮ層１３に到達するまでエッチングを行うことで、エッチング後には、マスク層１７が残留している領域ではｎ−ＧａＮ層１３、ＭＱＷ層１４、ｐ−ＧａＮ層１５およびｐコンタクトメタル層１６が積層された状態であり、マスク層１７が残留していない領域には溝１８が形成されて、ｎ−ＧａＮ層１３が露出した状態となる。これにより、素子２を構成する各層が溝１８によってマスク層１７の形状に分離されることになる。
【００３４】
次に図８に示すように、ウェットエッチングでマスク層１７の除去を行う。図８（ａ）はマスク層１７を除去した状態を示す工程断面図であり、図８（ｂ）は平面図である。この工程では、例えば、リン酸と酢酸を混合したエッチャントを用いてウェットエッチングを行うことで、マスク層１７として残留しているＮｉ層を除去する。マスク層１７を除去することにより、ｐコンタクトメタル層１６が露出されることになる。ｐコンタクトメタル層１６は、マスク層１７の下に形成されてドライエッチングによりマスク層１７以外の領域では除去されているため、マスク層１７と同様の略円形状にｐコンタクトメタル層１６が露出される。マスク層１７が最上層として残留したままでは、表面がＮｉであるためにマスク層１７を認識し難く、後工程でのアライメントなどで素子２の位置を認識する効率が落ちる可能性がある。したがって、マスク層１７を除去してｐコンタクトメタル層１６を露出させることが望ましい。
【００３５】
次に図９に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて絶縁層１９およびビア２０を形成する。図９（ａ）は絶縁層１９およびビア２０を形成した状態を示す工程断面図であり、図９（ｂ）は平面図である。ドライエッチング工程で形成した溝１８およびｐ−ＧａＮ層１５上に、例えばポジ型の感光性ポリイミドを塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いて所定の領域のみを感光させ、溝１８周辺領域にのみ絶縁層１９を形成するとともに、ｐ−ＧａＮ層１５まで到達する孔であるビア２０を形成する。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、ｐコンタクトメタル層１６の直径よりもビア２０の直径を小さく形成することにより、絶縁層１９は溝１８を埋めるだけではなく、一部がｐ−ＧａＮ層１５の円周領域上に重なって積層される。ｐ−ＧａＮ層１５上に積層されている絶縁層１９は例えば直径約７μｍで厚さ約６．５μｍであり、その場合はビア２０の深さも約６．５μｍ程度となる。絶縁層１９は、感光性ポリイミドを硬化することで形成されるため、絶縁性の材料を用いて溝１８を埋めることによって、溝１８によって略円形のパターンに分離されたＭＱＷ層１４、ｐ−ＧａＡｓ層１５およびｐコンタクトメタル層１６は、隣り合うパターン間での絶縁が確保されることになる。また、ビア２０がｐコンタクトメタル層１６まで到達しているため、ｐコンタクトメタル層１６の一部はビア２０から露出した状態となる。
【００３６】
次に図１０に示すように、ビア２０内を金属で満たしてバンプメタル層を形成する。図１０（ａ）はバンプメタル層を絶縁層１９上に形成した状態を示す工程断面図であり、図１０（ｂ）は平面図である。ビア２０が開口された絶縁層１９の全面に対して、スパッタリング技術を用いてシード層２１を形成する。絶縁層１９の全面とビア２０の内部に形成するシード層２１としては、例えばＴｉを約５０ｎｍ成膜した後にＣｕを約１μｍ成膜するなどの多層構造としてもよい。シード層２１を形成した後に、絶縁層１９上およびビア２０内部に金属を堆積させてバンプメタル層２２を形成する。バンプメタル層２２は、例えば電解メッキ技術を用いてシード層２１表面にＣｕを堆積させることによって形成される。ビア２０はｐコンタクトメタル層１６まで到達する孔であるので、シード層２１およびバンプメタル層２２を形成することで、ｐコンタクトメタル層１６および素子２を構成する各層との電気的な接続を確保することができる。
【００３７】
次に図１１に示すように、ＣＭＰ（化学機械研磨）技術を用いてバンプメタル層２２の研磨を行う。図１１（ａ）は絶縁層１９が露出するまで研磨を行った状態を示す工程断面図であり、図１１（ｂ）は平面図である。例えばメッキ技術によってＣｕを積層してバンプメタル層２２を形成した場合には、Ｃｕ−ＣＭＰ技術を用いてバンプメタル層２２を研磨することによって、バンプメタル層２２のＣｕを平坦化しながら除去することが出来る。Ｃｕ−ＣＭＰによる研磨では、バンプメタル層２２のＣｕのみを研磨していくため、研磨は絶縁層１９上に成膜されているシード層２１のＴｉ膜が露出した時点で終了する。次に、シード層２１のＴｉ膜をウェットエッチングによって除去し絶縁層１９を露出させる。シード層２１のＴｉ膜を除去することで、各ビア２０内に埋め込まれたバンプメタル層２２同士の間での電気的接続が切られて孤立化することになる。また、シード層２１のＴｉ膜を除去した段階では、絶縁層１９およびバンプメタル層２２の表面は略面一となる。
【００３８】
次に図１２に示すように、バンプメタル層２２側に転写基板を貼り合せる。図１２（ａ）はバンプメタル層２２および絶縁層１９が形成されている表面に転写基板を貼り合わせた状態を示す工程断面図であり、図１２（ｂ）は成長基板１１側から見た平面図である。まず、成長基板１１と同等の面積を有する転写基板２５を用意し、転写基板２５上に剥離層２４と接着剤層２３とを成膜する。剥離層２４は、例えば厚さ約１μｍのポリイミドなどで形成することができ、後工程でのレーザーアブレーションによって、レーザー光を照射された領域の粘着力が低下する材質を用いている。接着剤層２３は、例えば厚さ約３μｍ程度のエポキシ樹脂の熱硬化型接着剤などを用いることができる。次に、転写基板２５の接着剤層２３が形成された面と、Ｃｕ−ＣＭＰおよびウェットエッチングによって露出した絶縁層１９とバンプメタル層とを対向させて密着させ、加熱処理を施して接着剤層２３を硬化させて転写基板２５と成長基板１１との貼り合わせを行う。
【００３９】
次に図１３に示すように、レーザーアブレーション技術を用いて成長基板１１を剥離する。図１３（ａ）はバッファー層１２との界面で成長基板１１を剥離した状態を示す工程断面図であり、図１３（ｂ）はバッファー層１２側から見た平面図である。エキシマレーザー装置などを用いて成長基板１１側からレーザー光を照射し、成長基板１１とバッファー層１２との界面でバッファー層１２のＧａＮが金属のＧａと窒素ガスＮ２に分解して、バッファー層１２から成長基板１１が容易に剥離される。レーザーアブレーションでは、バッファー層１２の金属Ｇａが析出するため、成長基板１１を剥離したバッファー層１２の表面に析出する金属Ｇａをウェットエッチングにより除去する。金属Ｇａの除去には、例えば塩酸と酢酸を混合したエッチャントを用いることができる。
【００４０】
次に図１４に示すように、バッファー層１２側のエッチングを行ってバッファー層１２およびｎ−ＧａＮ層１３の一部をエッチングによって除去する。図１４（ａ）はバッファー層１２を除去した状態を示す工程断面図であり、図１４（ｂ）はｎ−ＧａＮ層１３側から見た平面図である。この工程は、後工程での素子分離時などにＧａＮ残渣が不具合を引き起こすことを防止するために、バッファー層１２のＧａＮが表面に残留しないようにする処理であり、ｎ−ＧａＮ層１３を除去することが目的ではないため、バッファー層１２を除去できる程度のエッチングを行えば十分である。この処理を行うことで、ｎ−ＧａＮ層１３が露出した状態となる。
【００４１】
次に図１５に示すように、露出したｎ−ＧａＮ層１３の平坦化を行う。図１５（ａ）はｎ−ＧａＮ層１３を平坦化した状態を示す工程断面図であり、図１５（ｂ）はｎ−ＧａＮ層１３側からみた平面図である。前工程でエッチングによりバッファー層１２を除去すると、ｎ−ＧａＮ層１３表面に凹凸が生じてしまう。そのため、この工程ではＣＭＰ技術を用いてｎ−ＧａＮ層１３の表面を研磨してｎ−ＧａＮ層１３表面を平坦化する。研磨に際しては通常用いられる研磨技術を用いることができ、ｎ−ＧａＮ層１３の平坦度は後工程でのフォトリソグラフィーによるパターニングに適する程度でよい。
【００４２】
次に図１６に示すように、平坦化したｎ−ＧａＮ層１３の表面に蒸着とリフトオフでｎコンタクトメタル層２６を形成する。図１６（ａ）はｎ−ＧａＮ層１３の表面にｎコンタクトメタル層２６を形成した状態を示す工程断面図であり、図１６（ｂ）はｎ−ＧａＮ層１３側からみた平面図である。ｎコンタクトメタル層２６は、例えばｎ−ＧａＮ層１３の表面全体にＴｉを約１０ｎｍ蒸着した後にＡｕを約１００ｎｍ蒸着し、リフトオフで所望のパターンを除去することで形成することが出来る。このとき、ｎコンタクトメタル層２６として形成する電極パターンは、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、ＭＱＷ層１４、ｐ−ＧａＡｓ層１５およびｐコンタクトメタル層１６が形成されている領域と重なる範囲に形成し、ＭＱＷ層１４を略円形パターンとして形成している場合には、ＭＱＷ層１４の円周領域に沿って円弧状に形成する。また、図１６（ｂ）に示しているように、ｎコンタクトメタル層２６をバンプメタル層２２が形成されている領域とは重ならない領域に形成するとしても良い。
【００４３】
ｎコンタクトメタル層２６をＭＱＷ層１４の円周領域に沿って円弧状に形成することで、素子２に電流を流してＭＱＷ層１４が発光した場合に、ｎコンタクトメタル層２６によって光が遮られる領域をＭＱＷ層１４の円周領域にすることができるため、素子２の光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【００４４】
次に図１７に示すように、ｎコンタクトメタル層２６を覆うようにメタルマスク層２７を形成する。図１７（ａ）はメタルマスク層２７を形成した状態を示す工程断面図であり、図１７（ｂ）はｎ−ＧａＮ層１３側からみた平面図である。この工程では、ｎコンタクトメタル層２６のパターンを形成したｎ?ＧａＡｓ層１３上に、蒸着でＴｉおよびＮｉ成膜してウェットエッチングで所定のパターンにＴｉおよびＮｉ膜を残留させることでメタルマスク層２７の形成を行う。メタルマスク層２７の表面はＮｉ膜であり、後工程で素子分離を行う際のドライエッチングに対する耐性を有している。
【００４５】
メタルマスク層２７は、後述するように素子２を分離して略円柱形状を形成する際の外形となるため、残留させるメタルマスク層２７パターンの形状は、形成される素子２の外形に応じた形状にする必要がある。例えば図１７（ｂ）に示すように、直径約１５μｍの略円形状パターンを１８．７５μｍピッチで配置することや、直径約２０μｍの略円形状パターンを２５μｍピッチで配置するなど、転写基板２５上での素子２の配列と同等のパターンを形成する。このメタルマスク層２７は、素子２の分離を行う際のマスクとして機能するため、素子２を構成する各層は全てメタルマスク層２７と重なる領域内に収められる必要がある。また、本発明の素子転写方法では、上述した様に、レーザーアブレーションで投影されるレーザー光の投影形状と素子２の形状とを相似にすることが重要であり、かつ、レーザー光の投影形状を略円形とすることが重要である。したがって、メタルマスク層２７の形状は、図１７（ｂ）に示すように略円形とすることが望ましい。
【００４６】
次に図１８に示すように、ドライエッチングによってｎ?ＧａＡｓ層１３のエッチングを行う。図１８（ａ）はエッチングによって絶縁層１９に至るまでｎ?ＧａＡｓ層１３をエッチングした状態を示す工程断面図であり、図１８（ｂ）はｎ−ＧａＮ層１３側からみた平面図である。この工程では、塩素による誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ?ＲＩＥ）技術を用いて、メタルマスク層２７のＮｉ膜をマスクとしてｎ?ＧａＡｓ層１３のエッチングを行う。メタルマスク層２７のＮｉ膜はドライエッチングに対して耐性を有しているため、メタルマスク層２７が形成されている領域のｎ?ＧａＡｓ層１３は除去されず、略円柱形状にｎ?ＧａＡｓ層１３が残留するようにエッチングが進行する。この工程では絶縁層１９が露出した時点で高さ方向へのｎ?ＧａＡｓ層１３のエッチングが終了する。
【００４７】
次に図１９に示すように、ドライエッチングによって絶縁層１９、接着剤層２３および剥離層２４のエッチングを行う。図１９（ａ）はエッチングによって転写基板２５に至るまで絶縁層１９、接着剤層２３および剥離層２４をエッチングした状態を示す工程断面図であり、図１９（ｂ）はメタルマスク層２７側からみた平面図である。この工程では、ＣＦ４／Ｏ２／Ｎ２プラズマによる誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ?ＲＩＥ）技術を用いて、メタルマスク層２７のＮｉ膜をマスクとして絶縁層１９、接着剤層２３および剥離層２４のエッチングを行う。メタルマスク層２７のＮｉ膜はドライエッチングに対して耐性を有しているため、メタルマスク層２７が形成されている領域の絶縁層１９、接着剤層２３および剥離層２４は除去されず、略円柱形状に絶縁層１９、接着剤層２３および剥離層２４が残留するようにエッチングが進行する。この工程では転写基板２５が露出した時点で高さ方向へのエッチングが終了する。
【００４８】
次に図２０に示すように、ウェットエッチングによってメタルマスク層２７を除去する。図２０（ａ）はエッチングによってメタルマスク層２７を除去した状態を示す工程断面図であり、図２０（ｂ）はｎ?ＧａＡｓ層１３側からみた平面図である。この工程では、メタルマスク層２７のＮｉ膜を塩酸と硝酸を混合したエッチャントで除去し、Ｔｉ膜をフッ酸とフッ化アンモニウムを混合したエッチャントで除去して、ｎ?ＧａＡｓ層１３とｎコンタクトメタル層２６とを露出させる。
【００４９】
上述して説明したような素子製造方法を用いることで、転写基板２５上に複数の略円柱形状の素子２を配列形成することが出来る。メタルマスク層２７とドライエッチングによって素子２の外形を整形するため、素子２の外形を任意の形状とすることができ、素子転写に用いるレーザーアブレーションのレーザー光の投影形状と、素子２の外形とを相似形状として転写でのエネルギー伝達の効率を向上させることが可能である。
【００５０】
図２１は、本実施の形態の素子転写方法の他の例としてＹＡＧレーザーを用いて転写基板２５の所定の位置にレーザー光を照射する方法を示す模式図である。ＹＡＧレーザー発生装置６０からビームスポットが小さいレーザー光６２をガルバノミラー６１に照射して、ガルバノミラー６１でレーザー光６２を反射する。ガルバノミラー６１は、平板状の反射面が駆動可能に形成され、反射面の法線方向を変化させるような回転動作を行う装置である。図２１ではガルバノミラー６１として一枚の平面ミラーを用いた例を示しているが、二枚以上のミラーを組み合わせて光の反射方向を変化させる構成を用いても良い。ガルバノミラー６１で反射されたレーザー光６２は、ガルバノミラー６１の法線方向に応じて進行方向が変えられ、ｆθレンズ６５に入射する。ｆθレンズ６５では、ガルバノミラー６１の駆動に従って所要の角度を以って入射したレーザー光６２が線形に変換され、結像面上での中心位置からのビーム入射角に対応した距離にスポットが位置するように制御される。このｆθレンズ６５の結像面には、転写元基板６６、転写先基板６７が配されており、レーザー光６２のスポットが照射された位置の転写元基板６６の円形素子６８が転写先基板６７に転写されて移動される。
【００５１】
ここでＹＡＧレーザー発生装置６０で発生しガルバノミラー６１に入射するレーザー光６２は、円形若しくは楕円形のスポット形状を有しており、それがｆθレンズ６５に入射して変換された場合でもｆθレンズ６５の出射光は円形若しくは楕円形のスポット形状を保っている。従って、このようなビーム走査方式を用いて円形素子６８を転写する場合であっても、円形素子６８の外形に沿った形式での剥離領域の形成がＹＡＧレーザー発生装置６０からのレーザー光６２によって実現され、特に素子の形状を円形若しくは楕円形とすることで、効率の良い転写が実現されることになる。特に、ＹＡＧレーザー発生装置６０で発生したレーザー光は、実際には光強度分布がガウス分布を示すようになっており、ｆθレンズ６５を介して角度に対応した位置に集光するような場合であってもそのガウス分布を保つことができる。このガウス分布が光学系を通過した後も維持されると言う利点を生かし、そのまま円形素子等に照射することで、角部による光回折を排除した再現性の高い転写が実現されることになる。
【００５２】
転写元基板６６のレーザー光６２が照射された領域では、上述したレーザーアブレーションによって円形素子６８が転写元基板６６から剥離され、レーザー光のオン・オフに応じて選択的に円形素子６８の転写先基板６７への転写を行うことができる。図２１を用いて説明したＹＡＧレーザーを用いた選択転写は、ガルバノミラー６１を用いたレーザーシステムであり、高スループット、高位置精度、高エネルギー利用率を得ることができる。
【００５３】
図２２は本発明にかかる他のレーザー転写装置の一例を示す模式図である。この装置はガルバノミラー７１とｆθレンズ７２の組み合わせで、レーザー光の走査を行なうと共に、ｆθレンズ７２から射出する光に対してマスク７７を用いて選択的な転写を行なう素子を定める装置となっている。
【００５４】
ＹＡＧレーザー発生装置７０からレーザー光をガルバノミラー７１に照射して、ガルバノミラー７１でレーザー光を反射する。このガルバノミラー７１で反射したレーザー光はｆθレンズ７２に入射してその射出光はほぼ中心部と周辺部で等速にスキャンされ、中心部と周辺部のむらは生じない。このｆθレンズ７２の射出光はマスク７７を介してフィールドレンズ７３に入射する。ｆθレンズ７２の射出光はほぼ平行光線に近く、マスク７７の配する位置として好適である。このマスク７７を透過した光は、フィールドレンズ７３及び投影レンズ７４を介して縮小投影される。ここでマスク７７には、略ビーム形状に合わせた円形若しくは楕円形の複数の開口部７９が形成されており、このマスク７７を用いることでＹＡＧレーザー発生装置７０のパワーのオン・オフなどによる転写対象となる素子の選択は不要となり、レーザー光を走査することで所要の転写対象となる素子の選択が可能となる。
【００５５】
投影レンズ７４の下部には、転写元基板７５と転写先基板７６が配置されており、転写元基板７５のレーザー光が縮小投影された領域では、上述したレーザーアブレーションによって円形素子７８が転写元基板７６から剥離され、マスク７７のパターンに従って選択的に円形素子６８の転写先基板６７への転写を行うことができる。図２２を用いて説明したＹＡＧレーザーを用いた選択転写は、ガルバノミラー７１を用いたレーザーシステムであり且つ縮小投影系のシステムで行なわれるものであって、高スループット、高位置精度、高エネルギー利用率を得ることができる。
【００５６】
このＹＡＧレーザー発生装置７０で発生しガルバノミラー７１に入射するレーザー光も、前述のＹＡＧレーザー発生装置６０で生成されるレーザー光と同様に、円形若しくは楕円形のスポット形状を有しており、それがｆθレンズ７２に入射して変換された場合でもｆθレンズ７２の出射光は円形若しくは楕円形のスポット形状を保っており、マスク７７を介してもその開口部７９が円形若しくは楕円形であることから、素子の形状を円形若しくは楕円形とすることで、効率の良い転写が実現されることになる。特に、ＹＡＧレーザー発生装置７０で発生したレーザー光は、実際には光強度分布がガウス分布を示すようになっており、このガウス分布がｆθレンズ７２などの光学系を通過した後も維持される。従って、そのまま円形素子７８に照射することで、角部による光回折を排除した再現性の高い転写が実現されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の素子転写方法を用いて転写される素子の構造例を示す図であり、図１（ａ）は素子を基板上に配列した状態を示す断面図であり、図１（ｂ）は基板上に配列された素子を示した平面図である。
【図２】レーザー光を転写基板の任意の領域に対して照射する方法を示す一例であり、エキシマレーザーとマスク投影の光学系とを用いる方法を説明する模式図である。
【図３】レーザーアブレーションで用いるマスクと開口部の形状を示す平面図である。
【図４】開口部として略正方形の孔をマスクに開口して、レーザー光をレンズで集光させて投影した場合を模式的に示した図である。
【図５】図５（ａ）は、結晶成長させる成長基板上に各層を形成した状態を示す工程断面図であり、図５（ｂ）は各層の組成例と厚さの例を示した表である。
【図６】図６（ａ）はｐコンタクト電極を形成した状態を示す工程断面図であり、図６（ｂ）は平面図である。
【図７】図７（ａ）はエッチングでｎ−ＧａＡｓ層まで溝を形成した状態を示す工程断面図であり、図７（ｂ）は平面図である。
【図８】図８（ａ）はマスク層を除去した状態を示す工程断面図であり、図８（ｂ）は平面図である。
【図９】図９（ａ）は絶縁層およびビアを形成した状態を示す工程断面図であり、図９（ｂ）は平面図である。
【図１０】図１０（ａ）はバンプメタル層を絶縁層上に形成した状態を示す工程断面図であり、図１０（ｂ）は平面図である。
【図１１】図１１（ａ）は絶縁層が露出するまで研磨を行った状態を示す工程断面図であり、図１１（ｂ）は平面図である。
【図１２】図１２（ａ）はバンプメタル層および絶縁層が形成されている表面に転写基板を貼り合わせた状態を示す工程断面図であり、図１２（ｂ）は成長基板側から見た平面図である。
【図１３】図１３（ａ）はバッファー層との界面で成長基板を剥離した状態を示す工程断面図であり、図１３（ｂ）はバッファー層側から見た平面図である。
【図１４】図１４（ａ）はバッファー層を除去した状態を示す工程断面図であり、図１４（ｂ）はｎ−ＧａＮ層側から見た平面図である。
【図１５】。図１５（ａ）はｎ−ＧａＮ層を平坦化した状態を示す工程断面図であり、図１５（ｂ）はｎ−ＧａＮ層側からみた平面図である。
【図１６】図１６（ａ）はｎ−ＧａＮ層の表面にｎコンタクトメタルを形成した状態を示す工程断面図であり、図１６（ｂ）はｎ−ＧａＮ層側からみた平面図である。
【図１７】図１７（ａ）はメタルマスク層を形成した状態を示す工程断面図であり、図１７（ｂ）はｎ−ＧａＮ層側からみた平面図である。
【図１８】図１８（ａ）はエッチングによって絶縁層に至るまでｎ?ＧａＡｓ層をエッチングした状態を示す工程断面図であり、図１８（ｂ）はｎ−ＧａＮ層側からみた平面図である。
【図１９】図１９（ａ）はエッチングによって転写基板に至るまで絶縁層、接着剤層および剥離層をエッチングした状態を示す工程断面図であり、図１９（ｂ）はメタルマスク側からみた平面図である。
【図２０】図２０（ａ）はエッチングによってメタルマスク層を除去した状態を示す工程断面図であり、図２０（ｂ）はｎ?ＧａＡｓ層側からみた平面図である。
【図２１】本実施の形態の素子転写方法の他の例としてＹＡＧレーザーを用いて転写基板の所定の位置にレーザー光を照射する方法を示す模式図である。
【図２２】本実施の形態の素子転写方法の更に他の例を説明するためのレーザー転写装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
２    素子
１１    成長基板
１２    バッファー層
１３    ｎ−ＧａＡｓ層
１４    ＭＱＷ層
１５    ｐ−ＧａＡｓ層
１６    ｐコンタクトメタル層
１７    マスク層
１８    溝
１９    絶縁層
２０    ビア
２１    シード層
２２    バンプメタル層
２３    接着剤層
２４    剥離層
２５    転写基板
２６    ｎコンタクトメタル層
２７    メタルマスク層
５０    エキシマレーザー発生装置
５１，６２    レーザー光
５２    マスク
５３    開口部
５４    反射鏡
５５    レンズ
６０    レーザー発生装置
６１    ガルバノミラー
６５  ｆθレンズ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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