(57)【要約】【課題】特別な工程を加えることなくチップ分離を容易にし、製造工程時間を短縮することができ、チップ分離の際に発光領域に損傷が加わらないようにすることができる窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】成長用基板１上に誘電体マスク２を形成したものに、窒化物半導体結晶１０を成長させる。窒化物半導体結晶１０は、ｎ型窒化物半導体層３、活性層４、ｐ型窒化物半導体層５等で構成されている。誘電体マスク２は、チップ形状に合わせて、矩形状にくり抜かれた開口部を有しており、この開口部の領域において成長用基板１上で、窒化物半導体結晶１０を成長させ、隣接するチップ間が分離した状態で結晶成長を終了させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長用基板上に発光領域を含む窒化物半導体結晶と第１電極層を形成し、前記窒化物半導体結晶と第１電極層を支持基板に転写した後、前記第１電極層と対向するように第２電極層を前記窒化物半導体結晶上に形成する窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記成長用基板上に矩形状の開口部を有する誘電体マスクをパターニングした後に、前記窒化物半導体結晶を選択成長させて矩形状に分離された状態で結晶成長を終了させることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記誘電体マスクが有する開口部は、正方形状であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記窒化物半導体結晶は、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記ｎ型窒化物半導体層は、温度１０００℃〜１２００℃の範囲、圧力１００Ｔｏｒｒ以上で成長させることを特徴とする請求項３記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記ｐ型窒化物半導体層は、温度１０００℃〜１１００℃の範囲、圧力１００Ｔｏｒｒ以上で成長させることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記活性層は、温度７００℃〜９００℃の範囲、圧力２００Ｔｏｒｒ以上で成長させることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の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、短時間に矩形状に分離された素子を得ることができる窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、照明、バックライト等用の光源として使われる青色ＬＥＤ、多色化で使用されるＬＥＤ、ＬＤ等に用いられている。窒化物半導体は、バルク単結晶の製造が困難なために、サファイア、ＳｉＣ等の異種基板の上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）を利用してＧａＮを成長させることが行われている。サファイア基板は、エピタキシャル成長工程の高温アンモニア雰囲気中の安定性にすぐれているので、成長用基板として特に用いられる。サファイア基板は絶縁性基板であり、導通がとれないので、サファイア基板上の窒化物半導体は、エピタキシャル成長後にｎ型窒化ガリウム層を露出するまでエッチングし、エッチングされた面にｎ型コンタクトを形成して、同一面側にｐ型とｎ型の二つの電極を設けている。
【０００３】
ところが、上記のように同一面側にｐ型とｎ型の二つの電極を設ける構成とすると、ｎ電極に近接したメサ部分に電流が集中しやすいことにより、ＥＳＤ（静電破壊）電圧を上げることができない。また、活性層に均一に電流注入するのが難しく、活性層を均等に発光させるのが困難となる。さらに、同一面側で、ｐ電極とｎ電極の両方にワイヤボンディング用電極を必要とするため、いずれか一方のワイヤボンディング用電極を設ければ良い導電性基板上の窒化物半導体よりも有効発光面積を狭めてしまうとともに、チップ（素子）面積が大きくなり、同一のウエハから取れるチップ数が減少する。また、サファイアは硬度が高く、六方晶の結晶構造であるので、サファイアを成長用基板として用いた場合、サファイア基板をスクライブによりチップ分離する必要があり、製造工程が煩雑になり歩留まりが悪い。
【０００４】
他方、導電性基板上に窒化物半導体層を成長させて、電極を対向するように設ければ、上記問題点は解消されるが、現在窒化ガリウム用に使用できる導電性基板のＳｉＣは値段が高く、導電性を持たせるために基板に不純物をドープすると光吸収が大きくなってしまう。
【０００５】
そこで、サファイア基板を剥がし、ｎ型窒化ガリウム層を露出させ、その部分にｎ電極を形成し、ｎ電極とｐ電極を対向するように配置する方法が用いられている。
【０００６】
上記のようにサファイア基板を剥離して、ｎ電極とｐ電極を対向するように配置した窒化物半導体素子は、窒化物半導体をチップ（素子）毎に分離するために、サファイア基板を剥がす前に、窒化物半導体をチップ状に分離するための分離溝を形成するようにしている。
【０００７】
例えば、図１４に示すように、サファイア基板２１上に形成され、分離層としての役割も有するＧａＮバッファ層２２と、この上に成長させた発光領域を有する窒化物半導体２３とを、素子毎に分離できる大きさに合わせてサファイア基板２１に達するまで分離溝２４をドライエッチングにより形成しておく。次に、サファイア基板２１の後方から３００ｎｍ以下程度のエキシマレーザー光を数百ｍＪ／ｃｍ２で照射し、ＧａＮバッファ層２２を分解させ、サファイア基板２１を剥離する。この方法は、レーザーリフトオフ（Laser Lift Off：以下ＬＬＯと略す）と呼ばれるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、チップ分離溝２４をドライエッチングで形成せずに、ダイシングにより形成した後に、上記のようにＬＬＯを用いてサファイア基板を剥離することも行われている。
【特許文献１】特開２００３−１６８８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の方法では、チップ分離溝２４を形成するためには、平面状に広がった窒化物半導体層に対して、縦横にチップ形状のケガキを入れる等した後、ドライエッチングやダイシング等により分離溝２４を形成する必要があるので、分離するチップ個数が多くなればなるほど、また、分割される窒化物半導体層が大きくなればなるほど、分離溝２４を作成し終わるまでの時間がかかり、チップ製造終了までの作業工程時間が長くなっていた。
【００１０】
また、分離溝２４をドライエッチングで形成する場合は、所定の幅でサファイア基板２１に達するまで形成する必要があるので、エッチング時間が長くなり、窒化物半導体２３の発光領域側面がエッチングガス（プラズマ）に曝される時間が長くなるため、発光領域にダメージが加わり、リーク電流の増加とこれによるＥＳＤ劣化、輝度劣化が発生してしまう。
【００１１】
一方、製造工程時間を短縮するために、ｎ型窒化物半導体層等の厚さを薄くしてエピタキシャル成長時間を短くすることが考えられるが、ｎ型窒化物半導体層等の厚さを薄くすると、横電流拡がりが小さくなり、活性層を十分に光らせることができなくなる等の問題が発生する。
【００１２】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、特別な工程を加えることなくチップ分離を容易にし、製造工程時間を短縮することができ、チップ分離の際に発光領域に損傷が加わらないようにすることができる窒化物半導体発光素子の製造方法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】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、成長用基板上に発光領域を含む窒化物半導体結晶と第１電極層を形成し、前記窒化物半導体結晶と第１電極層を支持基板に転写した後、前記第１電極層と対向するように第２電極層を前記窒化物半導体結晶上に形成する窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記成長用基板上に矩形状の開口部を有する誘電体マスクをパターニングした後に、前記窒化物半導体結晶を選択成長させて矩形状に分離された状態で結晶成長を終了させることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、前記誘電体マスクが有する開口部は、正方形状であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、前記窒化物半導体結晶が、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、前記ｎ型窒化物半導体層を温度１０００℃〜１２０００℃の範囲、圧力１００Ｔｏｒｒ以上で成長させることを特徴とする請求項３記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１７】
また、請求項５記載の発明は、前記ｐ型窒化物半導体層を温度１０００℃〜１１００℃の範囲、圧力１００Ｔｏｒｒ以上で成長させることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１８】
また、請求項６記載の発明は、前記活性層を温度７００℃〜９００℃の範囲、圧力２００Ｔｏｒｒ以上で成長させることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、特別な工程を加えることなくチップ分離を容易にするとともに、製造工程時間を短縮することができる。また、チップ分離溝を作成する必要がないので、発光領域等が長時間エッチングガスに曝されることがなく、発光領域等を保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による窒化物半導体発光素子製造方法の概念図を示す。
【００２１】
成長用基板１上に誘電体マスク２を形成したものに、窒化物半導体結晶１０を成長させる。成長用基板１の成長面は、通常、Ｃ面が用いられる。窒化物半導体結晶１０は、例えば、ｎ型窒化物半導体層３、活性層４、ｐ型窒化物半導体層５等で構成されている。
【００２２】
誘電体マスク２は、図４に示すように、チップ形状に合わせて、矩形状にくり抜かれた開口部１２を有している。この開口部１２の領域において成長用基板１上で、窒化物半導体結晶１０がエピタキシャル成長する。成長方向は、図１の矢印方向に行われて、開口部５の形状が矩形状であると、図２に示すように、ダイス形状ないしは直方体形状のチップ（窒化物半導体結晶１０）が分離した状態で形成され、チップ分離のためのダイシングやドライエッチング等の作業を行う必要がない。また、開口部５の形状を正方形にしておけば、窒化物半導体結晶１０を立方体形状に成長させることができる。
【００２３】
ところで、サファイア基板等の成長用基板とＧａＮとでは、格子定数が異なるため、成長用基板上に成長させたＧａＮ系半導体層においては、基板から上下方向に伸びる転位（格子欠陥）が存在している。このような転位を低減する方法として、選択横方向成長（ＥＬＯ：Epitaxial Lateral Overgrowth）が良く知られている。
【００２４】
ダイス形状に、窒化物半導体結晶１０をチップ分離させるために、上記の選択横方向成長方法を用いる。成長用基板１と窒化物半導体結晶１０が接触する面積を小さくすることで、成長用基板に存在する転位をすべて窒化物半導体結晶１０に伝えないようにしている。選択成長マスクとしての誘電体マスク２で成長用基板１を覆うことにより、最初に誘電体マスク２の開口部１２から成長が起こり（選択成長）、その後誘電体マスク２の上にも成長層が拡がることで横方向に結晶成長が形成される。分離されたチップを形成するためには、成長用基板１の成長面内で横方向にも縦方向にも同様に成長するように誘電体マスク２の開口部１２を正方形状とするのが望ましい。
【００２５】
しかしながら、本発明では、最終的に矩形状に分離されたチップになるように結晶成長を行う必要があるので、縦方向成長が強い条件で成長させるようにする。一般に１０００℃以上の高温、１００Ｔｏｒｒ未満の低圧力で窒化物半導体結晶を成長させると横方向成長が強くなるので、適切な範囲に温度、圧力の条件を後述するように設定する。
【００２６】
以下、窒化物半導体発光素子製造方法を説明する。まず、図３に示すように、成長用基板１上に窒化物半導体結晶１０を成長させるための領域を矩形状にくり抜いた開口部１２を有する誘電体マスク２をパターニングする。成長用基板１としては絶縁性のサファイア基板やＳｉＣを用いることができるが、本実施例ではサファイア基板を用い、そのＣ面上に窒化物半導体結晶１０を成長させた。誘電体マスク２は、選択成長マスクとして機能するもので、ＳｉＯ２やＳｉＮが用いられる。
【００２７】
また、誘電体マスク２の開口部の大きさＬは、完成後のチップの同方向の大きさをＷとすると、Ｌ＝Ｗ−（５０μｍ〜１００μｍ）となるように形成されている。一例として、開口部の大きさＬを１５０μｍ〜１ｍｍ程度とすることができる。
【００２８】
次に、図５に示すようにｎ型窒化物半導体層３を成長用基板１上で成長させる。図５〜図１３までは、図１の破線で囲まれたＡの部分、すなわち１チップ分を拡大した製造工程図を示す。最初の段階では、誘電体マスク２上では、半導体結晶は成長しないため、開口部１２に積層していく半導体結晶は、上方向と横方向とに成長してゆき、図５のような直方体形状となる。ｎ型窒化物半導体層３として、例えば、Ｓｉドープのｎ−ＧａＮコンタクト層が形成される。基板温度を１０００〜１２００℃望ましくは１０５０〜１１００℃に上昇させ、圧力１００Torr〜大気圧望ましくは２００Torr〜大気圧の下で、既知のＨＶＰＥ法（ハライド気相成長法）により成長させる。
【００２９】
ｎ型窒化物半導体層３形成後に、図６に示すように活性層４を形成する。活性層４は、例えば、ＩｎＧａＮにより構成されており、温度を７００℃〜９００℃に下げ、圧力を２００Torr〜大気圧で成長させる。活性層４は図に示すようにｎ型窒化物半導体層３全体を包み込むように外側に形成される。
【００３０】
その後、図７に示すように、ｐ型窒化物半導体層５を形成する。ｐ型窒化物半導体層５は、例えば、Ｍｇドープのｐ−ＧａＮコンタクト層で構成されており、温度を１０００〜１１００℃望ましくは１０１０〜１０７０℃に上昇させ、圧力１００Torr〜大気圧の範囲で望ましくは２００Torr〜大気圧の範囲で成長させる。ｐ型窒化物半導体層５は、活性層４全体を包み込むように外側に形成される。
【００３１】
次に、図８に示すように、縦方向の完全な積層構造とするために、残しておかなければならない半導体層の領域部分にマスク６をパターニングして、チップの端部についてドライエッチングを行い、窒化物半導体結晶１０の余分な領域を削除する。マスク６には、誘電体マスクであるＳｉＯ２やＳｉＮの他に、メタルマスクであるＰｔやＮｉ等が用いられる。
【００３２】
その後、図９に示すようにマスク６を除去すると、ｎ型窒化物半導体層３、活性層４、ｐ型窒化物半導体層５が矩形状に形成され、隣接するチップ同士が分離された状態となる。この全体の状態が、図２に示されている。
【００３３】
次に、図１０に示すように、蒸着法で、第１電極層としてｐ電極７を積層し、この上に導電性融着層８を形成する。ｐ電極７として、例えば、ＮｉとＡｕの積層体等を用いることができるが、光の取出効率を考えた構造とする場合には、透明電極とすることが望ましく、例えばＺｎＯを用いてオーミック接触させた電極とすることができる。
【００３４】
導電性融着層８は、ｐ電極７と図１１で示された支持基板９とを接合するもので、半田等のろう材であっても良く、熱圧着の場合にはＴｉとＡｕの多層金属膜又はＡｕのみ、Ａｕ及びＳｎの合金とＴｉとの多層金属膜等が用いられる。導電性融着層８によってｐ電極７と支持基板９とが電気的に接続される。
【００３５】
導電性融着層８を形成した後、図１１に示すように、支持基板９を接合し、レーザー光を成長用基板１の後方から照射してｎ型窒化物半導体層３のＧａＮ層の一部を分解させ、成長用基板１を剥離する。
【００３６】
支持基板９は、成長用基板１上に成長させた窒化物半導体結晶１０とｐ電極７とを貼り替える（転写）ために用いられるもので、導電性基板が用いられる。導電性基板として、ＧａＮ、シリコン、ＳｉＣ等の材料が用いられ、また、高熱伝導サブマウントとしてＣｕ等も用いられる。導電性融着層８が形成された面とは反対側の支持基板９の面に外部接続端子等が設けられ、外部の電気端子と接続される。
【００３７】
図１１のように、成長用基板１が除去されると、この成長用基板１とともに誘電体マスク２も除去されるので、図１２のような形状となる。
【００３８】
成長用基板１の剥離後、酸エッチングなどで余分のＧａを流し、図１３に示すように、第２電極層としてｎ電極１１を蒸着により形成する。ｎ電極１１は、ＴｉとＡｌの積層体又はＡｌ等で構成されており、ｎ型窒化物半導体層３にオーミック接触している。
【００３９】
その後、ダイシング等により支持基板９を切断してチップ状に完全分離する。以上のようにして、矩形状の開口部を有する誘電体マスクを用いて窒化物半導体結晶を選択成長させ、結晶成長の条件を適切に調整して、縦方向の成長も考慮することで、矩形状（ダイス状）のチップを形成することができ、隣接するチップ間が分離された状態で結晶成長を終わらせることができる。
【００４０】
したがって、チップ分離溝をエッチングやダイシング等で作成する必要がなく、製造工程時間を短縮することができる。特に、サファイア基板上に窒化物半導体をエピタキシャル成長させた後に、ｎ型窒化ガリウム層を露出するまでエッチングし、エッチングされた面にｎ型コンタクトを形成して、同一面側にｐ型とｎ型の二つの電極を設ける構造の窒化物半導体発光素子の場合は、ｎ型窒化ガリウム層を露出するまでメサエッチングする工程等が含まれていて時間がかかるが、本発明のようにｐ電極とｎ電極を対向するように配置した構造の窒化物半導体発光素子においては、ダイス状に成長した窒化物半導体結晶１０の形状をほとんどそのまま使用することができるので、チップ製造時間を短くすることができる。
【００４１】
また、図８の工程で、窒化物半導体結晶１０の余分な領域を削除するために行われたチップ端部のドライエッチングは、従来の図１４に示すチップ分離溝を形成するためのドライエッチングと異なり、短時間で作業が完了するので活性層４等の半導体層に損傷はほとんど発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の窒化物半導体発光素子製造方法の概念を示す図である。
【図２】窒化物半導体発光素子製造方法によりチップ分離された状態で成長が終了した状態を示す図である。
【図３】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図４】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図５】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図６】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図７】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図８】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図９】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図１０】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図１１】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図１２】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図１３】窒化物半導体発光素子製造方法の一工程を示す図である。
【図１４】従来のチップ分離工程の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    成長用基板
２    誘電体マスク
３    ｎ型窒化物半導体層
４    活性層
５    ｐ型窒化物半導体層
６    マスク
７    ｐ電極
８    導電性融着層
９    支持基板
１０  窒化物半導体結晶
１１  ｎ電極
【図１】
2007158100.tif 000003
【図２】
2007158100.tif 000004
【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】
2007158100.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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