(57)【要約】【課題】ＧａＮ系半導体等の窒化物系半導体からなる半導体素子層からＧａＮ基板等の基板を良好に分離することにより、歩留まりの低下を抑制した窒化物系半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】  ＧａＮ基板１上に、半導体素子層９を形成する工程と、半導体素子層９の表面とサファイア基板１０とを接合する工程と、レーザ光をサファイア基板１０側から照射して、ＧａＮ基板１の半導体素子層側表面を分解させることによって、半導体素子層９とＧａＮ基板１とを分離する工程とを備える。【選択図】    図２
2007221051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の基板上に少なくとも１層以上の窒化物系半導体からなる層を有する半導体素子層を成長する工程と、前記半導体素子層上に第二の基板を形成する工程と、前記第二の基板と前記半導体素子層を透過し、かつ、前記第一の基板に吸収されるレーザ光を前記第二の基板側から照射して、前記第一の基板を分離する工程とを備えることを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ光は、前記第一の基板のバンドギャップエネルギーよりも大きく、かつ、前記半導体素子層のバンドギャップエネルギーよりも小さいフォトンエネルギーを有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記第一の基板は、窒化物系化合物半導体からなることを特徴とする請求項１乃至２に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第一の基板は、上部に前記レーザ光が吸収される剥離層を有することを特徴とする請求項１乃至３に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記剥離層は、加熱により相分離した、Ｉｎを含む窒化物系半導体混晶からなることを特徴とする請求項４に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項６】
第一の基板上に少なくとも１層以上の窒化物系半導体からなる層を有する半導体素子層を形成する工程と、前記半導体素子層上に、第一の基板と比べて、レーザ光の部分的な吸収が少ない第二の基板を形成する工程と、前記第二の基板と前記半導体素子層を透過し、かつ、第一の基板に吸収されるレーザ光を前記第二の基板側から照射して、前記第一の基板を分離する工程とを備えることを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外光や青色光を発光する窒化物系半導体発光素子等の窒化物系半導体素子を製造するのに適した窒化物系半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ等の窒化物系化合物半導体は、青色光や緑色光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）や青紫色光を発光する半導体レーザなどの発光素子、水銀ランプなどの代用として深紫外領域の光を発光する発光素子の材料として、また、高温動作可能な高速トランジスタなどの電子デバイスの材料として、盛んに用いられている。
【０００３】
このような窒化物系化合物半導体を用いた窒化物系半導体素子としては、成長用の基板の上に窒化物系半導体層を形成した後、該窒化物系半導体層を支持する基板として、成長用の基板に代えて放熱性の良い基板に貼り替えることにより、高い電流密度まで光出力が飽和傾向を示さない窒化物系半導体発光素子が提案されている。
【０００４】
具体的には、例えば、特許文献１では、成長用のＧａＮ基板上に、ＧａＮのバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する、例えばＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．１５）からなる剥離層を介してＧａＮ系半導体層、電極層を形成し、その上に熱抵抗の小さいＣｕ−Ｗからなる導電性基板を接合し、その後、ＧａＮ基板を透過し剥離層で吸収されるフォトンエネルギーのレーザ光をＧａＮ基板の下方側（ＧａＮ系半導体層を形成した面とは反対側）から剥離層に照射し、剥離層を変質させることにより、ＧａＮ基板を分離する方法により発光ダイオードを形成している。
【特許文献１】特開２００５−９３９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的に窒化物系半導体層の成長用基板に適しているＧａＮ基板等の窒化物系化合物半導体からなる基板の多くは、サファイアやガリウム砒素からなる異種基板上に気相成長によりＧａＮ層を厚膜に形成した後に、異種基板を除去することにより形成されている。このような方法で形成された成長用基板は不均一なサイズの結晶粒が集合した構造となっており、多数の結晶欠陥が内在しているので、この基板内に内在している結晶欠陥などにより、部分的にレーザ光が吸収される。
【０００６】
このため、上述の特許文献１に記載された窒化物系半導体素子の製造方法のように、レーザ光をＧａＮ基板などの基板の下方側から剥離層に照射して基板を分離する方法では、レーザ光の照射によって、基板の劣化（結晶の分解やクラックの発生など）が起こり、それによりレーザ光が基板内を均一に透過できなくなり、剥離層へのレーザ光の照射が不均一になる。その結果、上記特許文献１に記載された従来の製造方法では、剥離層に変質が不十分な領域が形成され、ＧａＮ系半導体層からの基板の分離が行い難くなり、歩留まりが低下するという問題が起こる。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点に鑑み為されたものであり、ＧａＮ系半導体等の窒化物系半導体からなる半導体素子層からＧａＮ基板等の基板を良好に分離することにより、歩留まりの低下を抑制した窒化物系半導体素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の第一の局面における窒化物系半導体素子の製造方法は、第一の基板上に少なくとも１層以上の窒化物系半導体からなる層を有する半導体素子層を成長する工程と、前記半導体素子層上に第二の基板を形成する工程と、前記第二の基板と前記半導体素子層を透過し、かつ、前記第一の基板に吸収されるレーザ光を前記第二の基板側から照射して、前記第一の基板を分離する工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第一の局面における窒化物系半導体素子の製造方法によれば、半導体素子層の成長用基板である第一の基板側からレーザ光を照射せず、半導体素子層上に形成される第二の基板側からレーザ光を照射して第一の基板を分離するので、レーザ光を成長用の基板側から照射することで生じていたレーザ光の部分的な吸収による基板の分離状態の悪化を抑制することができ、歩留まりが向上する。
【００１０】
さらに、本発明の第一の局面における窒化物系半導体素子の製造方法では、前記レーザ光は、前記第一の基板のバンドギャップエネルギーよりも大きく、かつ、前記半導体素子層のバンドギャップエネルギーよりも小さいフォトンエネルギーを有する。このように構成すれば、第二の基板側から照射したレーザ光は、第二の基板と半導体素子層を透過し、第一の基板で吸収され、第一の基板を分離することができる。
【００１１】
また、半導体素子層のバンドギャップエネルギーが、第一の基板の主体となる部分のバンドギャップエネルギーよりも大きい場合は、第一の基板の主体となる部分でレーザ光が吸収されるため、第一の基板の主体となる部分と半導体素子層との間にレーザ光を吸収するためのバンドギャップエネルギーが小さい剥離層を形成する必要がない。このため、剥離層を設けることにより生じていた問題、例えば、半導体素子層での格子欠陥、反り、クラック等の発生を抑制することができるという効果が得られる。
本発明の第一の局面における窒化物系半導体素子の製造方法では、前記第一の基板は、その主体となる部分が窒化物系化合物半導体からなる。このように構成すれば、窒化物系半導体層の成長に適した第一の基板上に、半導体素子層を成長することができ、しかも、第一の基板に内在している結晶欠陥などの影響を受けることなく、第一の基板を分離することができる。また、第一の基板の主体となる部分を構成する窒化物系化合物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどのＧａＮ系の半導体が適している。
【００１２】
本発明の第一の局面における窒化物系半導体素子の製造方法では、前記第一の基板は、上部に、レーザ光が吸収される剥離層を有する。このように構成すれば、仮に半導体素子層が、第一の基板の主体となる部分よりもバンドギャップエネルギーが小さく、半導体素子層を透過するレーザ光は、第一の基板の主体となる部分を透過するような条件の場合であっても、第一の基板の上部に形成された剥離層の部分でレーザ光が吸収されるため、第一の基板に内在している結晶欠陥などの影響を受けることなく、第一の基板を、剥離層の部分で良好に分離することができる。
【００１３】
本発明の第一の局面における窒化物系半導体素子の製造方法では、前記剥離層は、加熱により相分離したＩｎを含む窒化物系半導体混晶からなる。
【００１４】
Ｉｎを含む窒化物系半導体混晶からなる剥離層は、高温で保持することにより相分離して、剥離層中にＩｎＮや、金属Ｉｎ、金属Ｇａなどが偏析して、黒色化する。この黒色化した剥離層は、層中に偏析したＩｎＮや、金属Ｉｎ、金属Ｇａでの光の吸収によって、吸収されうる光の波長域が拡大される。このため、剥離層で吸収されるレーザ光のフォトンエネルギーをさらに低くすることができるため、レーザ光が透過する半導体素子層の材料の選択範囲が拡がり、またレーザ光が半導体素子層を透過することによる半導体素子層への悪影響を抑えることができる。
【００１５】
また、本発明の第二の局面における窒化物系半導体素子の製造方法は、第一の基板上に少なくとも１層以上の窒化物系半導体からなる層を有する半導体素子層を形成する工程と、前記半導体素子層上に、第一の基板と比べて、レーザ光の部分的な吸収が少ない第二の基板を形成する工程と、前記第二の基板と前記半導体素子層を透過し、かつ、前記第一の基板に吸収されるレーザ光を前記第二の基板側から照射して、前記第一の基板を分離する工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第二の局面における窒化物系半導体素子の製造方法によれば、第一の基板よりもレーザ光の部分的な吸収が少ない第二の基板側からレーザ光を照射するため、レーザ光は部分的な吸収が少ない状態で第一の基板の分離面まで達し、第一の基板を良好に分離することができ、歩留まりが向上する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＧａＮ系半導体等の窒化物系半導体からなる半導体素子層からＧａＮ基板等の基板を良好に分離することにより、歩留まりの低下を抑制した窒化物系半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
図１〜図４は、本発明の第一実施形態である窒化物系化合物半導体を用いた発光ダイオードの製造方法を示す断面図である。
【００１９】
まず、図１（a）に示すように、減圧ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ＧａＮ基板１上に、下地層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、キャリアブロック層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８を順次形成する。尚、ＧａＮ基板１は、本発明の「第一の基板」の一例であり、ＧａＮ基板１により、第一の基板の主体となる部分が構成されている。下地層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、キャリアブロック層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８からなる半導体素子層９が、本発明の「半導体素子層」の一例である。
【００２０】
具体的には、約７６Ｔｏｒｒの圧力下で、ＧａＮ基板１を約１０００℃〜１２００℃（例えば１１５０℃）の成長温度に昇温した状態で、ＮＨ３（アンモニア）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）からなる原料ガスを用いて、ＧａＮ基板１上に、約０．２μｍの厚みを有するアンドープの単結晶のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる下地層２を成長させ、さらに、ＳｉＨ４からなるドーパントガスを加えることで、下地層２上に、約０．１μｍの厚みを有するＳｉがドープされた単結晶のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｎ型コンタクト層３を成長させる。
【００２１】
次に、ＧａＮ基板１、下地層２、ｎ型コンタクト層３を約１０００℃〜約１２００℃（例えば１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌからなる原料ガスとＳｉＨ４からなるドーパントガスとを用いて、ｎ型コンタクト層３上に、約３０ｎｍの厚みを有するＳｉがドープされた単結晶のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎからなるｎ型クラッド層４を成長させる。
【００２２】
次に、ＧａＮ基板１、下地層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４を約１０００℃〜約１２００℃（例えば１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌからなる原料ガスを用いて、ｎ型クラッド層４上に、約２ｎｍの厚みを有するアンドープの単結晶のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる井戸層、および約５ｎｍの厚みを有するアンドープの単結晶のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる障壁層を交互に成長させる。これにより、２つの井戸層と３つの障壁層の計５層からなる多重量子井戸構造の活性層５を成長させ、さらに、約２５ｎｍの厚みを有するアンドープの単結晶のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎからなるキャリアブロック層６を成長させる。
【００２３】
次に、ＧａＮ基板１、下地層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、キャリアブロック層６を約１０００℃〜約１２００℃（例えば１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌからなる原料ガスと、ＣＰ２Ｍｇからなるドーパントガスとを用いて、キャリアブロック層６上に、約５０ｎｍの厚みを有するＭｇがドープされた単結晶のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎからなるｐ型クラッド層７を成長させ、さらに、ｐ型クラッド層７上に、約５ｎｍの厚みを有するＭｇがドープされた単結晶のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるコンタクト層８を成長させる。
【００２４】
その後、熱処理や電子線処理を行うことにより、ｐ型クラッド層７、ｐ型コンタクト層８のｐ型化を行う。このようにして、下地層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、キャリアブロック層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８によって構成される半導体素子層９を形成する。
【００２５】
この後、図１（ｂ）に示すように、両面が鏡面研磨された約３００μｍの厚みを有する透光性のサファイア基板１０を用意するとともに、アクリル系樹脂からなる透明接着剤を用いて、半導体素子層９の表面に露出しているｐ型コンタクト層８とサファイア基板１０とを接合する。尚、サファイア基板１０は、本発明の「第二の基板」の一例である。
【００２６】
この後、図２に示すように、レーザ光をサファイア基板１０側から照射して、ＧａＮ基板１の半導体素子層側表面を分解させることによって、半導体素子層９とＧａＮ基板１とを分離する。図２の矢印Ｘは、レーザ光の照射方向を示しており、図２の矢印Ｙは、レーザ光のスキャン方向を示している。また、図２の点線Ｅはレーザ光を吸収し、レーザの照射によって、ＧａＮ基板１の一部が分解された部分を示している。
【００２７】
具体的には、まず、サファイア基板側からＮｄ：ＹＡＧ（もしくはＮｄ：ＹＶＯ４など）レーザ光の第３高調波（例えば、波長：約３５５ｎｍ）を、約２００ｍＪ／ｃｍ−２〜約１０００ｍＪ／ｃｍ−２のエネルギー密度で、所定の方向にスキャンさせながら、断続的に照射する。図９は、レーザ光のスキャンの軌跡を示す図である。図９（ａ）は、ウェハ全体（ＧａＮ基板１、半導体素子層９、サファイア基板１０）をサファイア基板側から見た模式図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の（イ）の部分の拡大図である。レーザ光は、図９（ｂ）に示すように、照射部Ｂの隣接するもの同士が重なるように図９（ａ）の矢印Ａのような軌跡を描きながら、サファイア基板１０の全域に亘って照射される。円Ｂは、レーザ光のサファイア基板１０での照射部を模式的に示したものである。このような断続的にスポットを照射させることによって、サファイア基板側から、レーザ光の照射を行う。
【００２８】
ここで、レーザ光は、ＧａＮ基板１のバンドギャップエネルギー（約３．４ｅＶ：波長に換算すると約３６５ｎｍ）よりも大きく、かつ、半導体素子層９のなかで最もバンドギャップエネルギーの小さい活性層５の井戸層（Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ）のバンドギャップエネルギー（約３．７ｅＶ：波長に換算すると約３３５ｎｍ）よりも小さいフォトンエネルギーを有するものとする。
【００２９】
本実施形態では、上記の範囲に入るレーザ光の一例として、約３５５ｎｍの波長を有するレーザ光を用いている。
【００３０】
照射されたレーザ光は、透光性のサファイア基板１０と半導体素子層９とを透過し、ＧａＮ基板１の半導体素子層９側の表面部分で吸収される。その結果、ＧａＮ基板１の半導体素子層９側の表面部分のＧａＮの結晶は、レーザ光の照射によって、ＧａおよびＮ２に分解される。その後、ウェハ全体（ＧａＮ基板１、半導体素子層９、サファイア基板１０）を５０℃程度に加熱し、レーザ光によって分解されたＧａを溶融状態にすることで、半導体素子層９とＧａＮ基板１とを分離する。
【００３１】
この後、ＧａＮ基板１が分離されて露出した下地層２を、研磨やエッチングを用いて除去し、ｎ型コンタクト層３を露出させた後、図３（ａ）に示すように、ｎ型コンタクト層３上に、真空蒸着法を用いて、それぞれ約１ｎｍ／約１００ｎｍ／約１０ｎｍ／約５０ｎｍ／約５００ｎｍの厚みを有するＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕからなる、反射性の第一のｎ側電極１１をｎ型コンタクト層３の露出面に形成する。
【００３２】
他方、図３（ｂ）に示すように、約２００μｍの厚みを有するＳｉ基板１２を用意し、それぞれ約１０ｎｍ／約５０ｎｍ／約５００ｎｍの厚みを有するＴｉ／Ｐｄ／Ａｕからなる融着層１３を真空蒸着法により、Ｓｉ基板１２の上面に形成する。
【００３３】
次に、図３（ｃ）に示すように、ｎ型コンタクト層３に形成されたｎ側電極１１のＡｕ層と、Ｓｉ基板１２上に形成された融着層１３の表面のＡｕ層とを、Ａｕ−ＳｎやＰｄ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎなどからなる半田、あるいはＡｇからなる導電性ペーストを介して熱圧着して、融着層１３と第一のｎ側電極１１とを接合する。尚、第一のｎ側電極１１は、ｎ型コンタクト層３と、Ｓｉ基板１２側の融着層１３との間の導電性や密着性などを良好にするものである。
【００３４】
この後、図４（ａ）に示すように、アクリル系樹脂用の剥離材を用いて、ｐ型コンタクト層８とサファイア基板１０とを接合している透明接着剤を除去することで、サファイア基板１０とｐ型コンタクト層８とを分離させ、ｐ型コンタクト層８を再び露出させる。さらに、図４（ｂ）に示すように、真空蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層８上に、約２ｎｍの厚みを有するＮｉ層と約３ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなる透光性のｐ側電極１４を形成し、さらに、真空蒸着法を用いて、Ｓｉ基板１２の裏面に、約５００ｎｍのＡｌからなる第二のｎ側電極１６を形成する。
【００３５】
尚、ｐ型電極１４及び第二のｎ側電極１６には、後の工程で電極パッドを取り付けられる。
【００３６】
最後に、図４（ｂ）の工程で形成されたウェハを、図４（ｃ）の破線Ｃ−Ｃ´に沿って、ダイシングやレーザスクライブなどによって、素子分離を行い、発光ダイオードのチップ２０を形成する。
【００３７】
このようにして、第一実施形態による発光ダイオードが形成される。
【００３８】
上述した第一実施形態の発光ダイオードの製造方法では、半導体素子層の成長用基板であるＧａＮ基板１側からレーザ光を照射せず、半導体素子層９上に形成されるサファイア基板１０側からレーザ光を照射して、ＧａＮ基板１を分離するので、レーザ光を成長用の基板側から照射することで生じていたレーザ光の部分的な吸収による基板の分離状態の悪化を抑制することができ、基板分離の歩留まりが向上する。
【００３９】
また、第一実施形態においては、サファイア基板１０側から照射したレーザ光は、ＧａＮ基板１のバンドギャップエネルギーよりも大きく、かつ、半導体素子層９のバンドギャップエネルギーよりも小さいフォトンエネルギーを有するので、サファイア基板１０と半導体素子層９を透過し、ＧａＮ基板１で吸収され、ＧａＮ基板１を分離することができる。また、半導体素子層９のバンドギャップエネルギーが、ＧａＮ基板１のバンドギャップエネルギーよりも大きく、ＧａＮ基板１でレーザ光が吸収されるため、ＧａＮ基板１と半導体素子層９との間にレーザ光を吸収するためのバンドギャップエネルギーが小さい剥離層を形成する必要がない。このため、剥離層を設けることにより生じていた問題、例えば、半導体素子層９での格子欠陥、反り、クラック等の発生を抑制することができる。
（第二実施形態）
図５〜図８は、本発明の第二実施形態である窒化物系化合物半導体を用いた発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【００４０】
まず、図５（a）に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ＧａＮ基板１０１上に、剥離層１１５、下地層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型クラッド層１０４、活性層１０５、ｐ型キャップ層１０６、ｐ型クラッド層１０７およびｐ型コンタクト層１０８を順次成長させる。尚、ＧａＮ基板１０１と剥離層１１５とは、本発明の「第一の基板」の一例であり、ＧａＮ基板１０１により、第一の基板の主体となる部分が構成されている。また、下地層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型クラッド層１０４、活性層１０５、ｐ型キャップ層１０６、ｐ型クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層１０８からなる半導体素子層１０９が、本発明の「半導体素子層」の一例である。
【００４１】
具体的には、ＧａＮ基板１０１を約７００℃〜１０００℃（例えば７７０℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ３（アンモニア）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）からなる原料ガスを用いて、ＧａＮ基板１０１上に、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープの単結晶のＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｎからなる剥離層１１５を成長させる。
【００４２】
次に、ＧａＮ基板１０１、剥離層１１５を約１０００℃〜１２００℃（例えば１１５０℃）の成長温度に昇温した状態で、ＮＨ３（アンモニア）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）からなる原料ガスを用いて、剥離層１１５上に、約１．０μｍの厚みを有するアンドープの単結晶のＧａＮからなる下地層１０２を成長させ、さらに、ＳｉＨ４からなるドーパントガスを加えることで、下地層１０２上に、約０．５μｍの厚みを有するＳｉがドープされた単結晶のＧａＮからなるｎ型コンタクト層１０３を成長させる。
【００４３】
尚、この下地層の形成時に、加熱によって、剥離層１１５が黒色化される。具体的には、Ｉｎを含む窒化物系半導体混晶からなる剥離層は、高温で保持することにより相分離して、剥離層中にＩｎＮや、金属Ｉｎ、金属Ｇａなどが偏析して、黒色化する。この黒色化した剥離層は、層中に偏析したＩｎＮや、金属Ｉｎ、金属Ｇａでの光の吸収によって、吸収されうる光の波長域が拡大される。
【００４４】
次に、ＧａＮ基板１０１、剥離層１１５、下地層１０２、ｎ型コンタクト層１０３を約１０００℃〜約１２００℃（例えば１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌからなる原料ガスと、ＳｉＨ４からなるドーパントガスとを用いて、ｎ型コンタクト層１０３上に、約０．１５μｍの厚みを有するＳｉがドープされた単結晶のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｎ型クラッド層１０４を成長させる。
【００４５】
次に、ＧａＮ基板１０１、剥離層１１５、下地層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型クラッド層１０４を約７００℃〜約１０００℃（例えば８５０℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＩｎからなる原料ガスを用いて、ｎ型クラッド層１０４上に、約５ｎｍの厚みを有するアンドープの単結晶のＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる井戸層、および約１０ｎｍの厚みを有するアンドープの単結晶のＧａＮからなる障壁層を交互に成長させる。これにより、３つの井戸層と、４つの障壁層の計７層からなる多重量子井戸構造の活性層１０５を成長させる。続いて、原料ガスをＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌに変えるとともに、ＣＰ２Ｍｇからなるドーパントガスを加えて、約１０ｎｍの厚みを有するＭｇがドープされた単結晶のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型キャップ層１０６を成長させる。
【００４６】
次に、ＧａＮ基板１０１、剥離層１１５、下地層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型クラッド層１０４、活性層１０５、ｐ型キャップ層１０６を約１０００℃〜約１２００℃（例えば１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌからなる原料ガスと、ＣＰ２Ｍｇからなるドーパントガスとを用いて、ｐ型キャップ１０６層上に、約０．１μｍの厚みを有するＭｇがドープされた単結晶のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型クラッド層１０７を成長させる。
【００４７】
続いて、ＧａＮ基板１０１、剥離層１１５、下地層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型クラッド層１０４、活性層１０５、ｐ型キャップ層１０６、ｐ型クラッド層１０７を約７００℃〜約１０００℃（例えば８５０℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＩｎからなる原料ガスと、ＣＰ２Ｍｇからなるドーパントガスとを用いて、ｐ型クラッド層１０７上に、約５ｎｍの厚みを有するＭｇがドープされた単結晶のＧａ０．９５Ｉｎ０．０５Ｎからなるｐ型コンタクト層１０８を成長させる。
【００４８】
その後、熱処理や電子線処理を行うことにより、ｐ型キャップ層１０６、ｐ型クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層１０８のｐ型化を行う。このようにして、剥離層１１５、下地層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型クラッド層１０４、活性層１０５、ｐ型キャップ層１０６、ｐ型クラッド層１０７およびｐ型コンタクト層１０８によって構成される半導体素子層１０９を形成する。
【００４９】
この後、図５（ｂ）に示すように、両面が鏡面研磨された約３００μｍの厚みを有する透光性のサファイア基板１１０を用意するとともに、アクリル系樹脂からなる透明接着剤を用いて、半導体素子層１０９の表面に露出しているｐ型コンタクト層１０８とサファイア基板１１０とを接合する。尚、サファイア基板１１０は、本発明の「第二の基板」の一例である。
【００５０】
この後、図６に示すように、レーザ光をサファイア基板１１０側から照射して、剥離層１１５を分解させることによって、半導体素子層１０９とＧａＮ基板１０１とを分離する。図６の矢印Ｘは、レーザ光の照射方向を示しており、図６の矢印Ｙは、レーザ光のスキャン方向を示している。また、図６の点線Ｅはレーザ光を吸収し、レーザの照射によって、剥離層１１５の一部が分解された部分を示している。
【００５１】
具体的には、まず、サファイア基板側からＮｄ：ＹＡＧ（もしくはＮｄ：ＹＶＯ４など）レーザ光の第２高調波（例えば、波長：約５３２ｎｍ）を、約５００ｍＪ／ｃｍ−２〜約１０００ｍＪ／ｃｍ−２のエネルギー密度で、所定の方向にスキャンさせながら、断続的に照射する。図９は、レーザ光のスキャンの軌跡を示す図である。図９（ａ）は、ウェハ全体（ＧａＮ基板１０１、半導体素子層１０９、サファイア基板１１０）をサファイア基板側から見た模式図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の（イ）の部分の拡大図である。レーザ光は、図９（ｂ）に示すように、照射部Ｂの隣接するもの同士が重なるように図９（ａ）の矢印Ａのような軌跡を描きながら、サファイア基板１１０の全域に亘って照射される。円Ｂは、レーザ光のサファイア基板１１０での照射部を模式的に示したものである。このような断続的にスポットを照射させることによって、サファイア基板側から、レーザ光の照射を行う。
【００５２】
ここで、レーザ光は、剥離層１１５のバンドギャップエネルギー（約２．１ｅＶ：波長に換算すると約５９０ｎｍ）よりも大きく、かつ、半導体素子層９のなかで最もバンドギャップエネルギーの小さい活性層１０５の井戸層（Ｇａ０．９Ｉｎ０．１Ｎ）のバンドギャップエネルギー（約３．０ｅＶ：波長に換算すると約４１３ｎｍ）よりも小さいフォトンエネルギーを有するものとする。
【００５３】
本実施形態では、上記の範囲に入るレーザ光の一例として、約５３２ｎｍの波長を有するレーザ光を用いている。
【００５４】
照射されたレーザ光は、サファイア基板１１０と半導体素子層１０９とを透過し、剥離層１１５の半導体素子層１０９側の表面部分で吸収される。その結果、剥離層１１５は、レーザ光の照射によって、Ｇａ、ＩｎおよびＮ２に分解される。その後、ウェハ全体（ＧａＮ基板１０１、半導体素子層１０９、サファイア基板１１０）を２００℃程度に加熱し、レーザ光によって分解されたＧａやＩｎを溶融状態にすることで、半導体素子層１０９とＧａＮ基板１０１とを分離する。
【００５５】
この後、ＧａＮ基板１０１が分離され露出した下地層１０２を、研磨やエッチングを用いて除去し、ｎ型コンタクト層１０３を露出させた後、図７（ａ）に示すように、ｎ型コンタクト層１０３上に、真空蒸着法を用いて、それぞれ約１ｎｍ／約１００ｎｍ／約１０ｎｍ／約５０ｎｍ／約５００ｎｍの厚みを有するＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕからなる、反射性の第一のｎ側電極１１１をｎ型コンタクト層１０３の露出面に形成する。
【００５６】
他方、図７（ｂ）に示すように、約２００μｍの厚みを有するＳｉ基板１１２を用意し、それぞれ約１０ｎｍ／約５０ｎｍ／約５００ｎｍの厚みを有するＴｉ／Ｐｄ／Ａｕからなる融着層１１３を真空蒸着法によりＳｉ基板１１２の上面に形成する。
【００５７】
次に、図７（ｃ）に示すように、ｎ型コンタクト層１０３に形成されたｎ側電極１１１のＡｕ層と、Ｓｉ基板１１２上に形成された融着層１１３の表面のＡｕ層とを、Ａｕ−ＳｎやＰｄ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎなどからなる半田、あるいはＡｇからなる導電性ペーストを介して、熱圧着して、融着層１１３と第一のｎ側電極１１１とを接合する。尚、第一のｎ側電極１１１は、ｎ型コンタクト層１０３と、Ｓｉ基板１１２側の融着層１１３との間の導電性や密着性などを良好にするものである。
【００５８】
この後、図８（ａ）に示すように、アクリル系樹脂用の剥離材を用いてｐ型コンタクト層１０８とサファイア基板１１０を接合している透明樹脂を除去することで、サファイア基板１１０とｐ型コンタクト層１０８とを分離させ、ｐ型コンタクト層１０８を再び露出させる。さらに、図８（ｂ）に示すように、真空蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト１０８層上に、約２ｎｍの厚みを有するＮｉ層と、約３ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなる透光性のｐ側電極１１４を形成し、さらに、真空蒸着法を用いて、Ｓｉ基板１１２の裏面に、約５００ｎｍのＡｌからなる第二のｎ側電極１１６を形成する。
【００５９】
尚、ｐ側電極１１４及び第二のｎ側電極１１６には、後の工程で電極パッドを取り付けられる。
【００６０】
最後に、図８（ｂ）の工程で形成されたウェハを、図８（ｃ）の破線Ｃ−Ｃ´に沿って、ダイシングやレーザスクライブなどによって、素子分離を行い、発光ダイオードのチップ１２０を形成する。
【００６１】
このようにして、第二実施形態による発光ダイオードが形成される。
【００６２】
上述した第二実施形態の発光ダイオードの製造方法では、半導体素子層の成長用基板であるＧａＮ基板１０１側からレーザ光を照射せず、半導体素子層１０９上に形成されるサファイア基板１１０側からレーザ光を照射して、ＧａＮ基板１０１を分離するので、レーザ光を成長用の基板側から照射することで生じていたレーザ光の部分的な吸収による基板の分離状態の悪化を抑制することができ、基板分離の歩留まりが向上する。
【００６３】
また、第二実施形態では、半導体素子層９のバンドギャップエネルギーが、ＧａＮ基板１０１のバンドギャップエネルギーよりも小さく、半導体素子層９を透過するレーザ光は、ＧａＮ基板１０１を必然的に透過する関係にあるが、ＧａＮ基板１０１の上部に形成された剥離層１１５の部分でレーザ光が吸収されるため、ＧａＮ基板１０１を、剥離層１１５の部分で良好に分離することができる。
【００６４】
また、第二実施形態における剥離層１１５は、Ｉｎを含む窒化物系半導体を高温で保持することにより、剥離層１１５中のインジウムナイトライド（ＩｎＮ）や、金属Ｉｎや、金属Ｇａなどを偏析させて、剥離層を黒色化して、相分離したＩｎを含む窒化物系半導体混晶となっている。層中に偏析したＩｎＮや、金属Ｉｎ、金属Ｇａでの光の吸収によって、吸収されうる光の波長域が拡大されるため、剥離層で吸収されるレーザ光のフォトンエネルギーをさらに低くすることができるため、レーザ光が透過する半導体素子層の材料の選択範囲が拡がり、またレーザ光が半導体素子層を透過することによる半導体素子層への悪影響を抑えることができる。
【００６５】
以上、本発明の２つの実施形態では、主として窒化物系半導体素子層の活性層から放出される光を利用する発光ダイオードについて例示したが、本発明はこれに限らず、これら発光素子からの放出光を励起光とする蛍光体とを組み合わせた発光素子の作製にも利用可能である。また、半導体素子層の形状は、メサ構造、リッジ構造などの電流狭窄構造を有するものでもよく、また成長面に垂直および水平な方向に数μｍ程度の光の導波構造を形成し、素子側面にへき開面など反射面を形成することにより、半導体レーザとして作用する素子構造を有するものでもよく、さらに本発明による基板の貼り替え技術を応用することにより、多波長の半導体レーザへの応用が可能である。また、窒化物系半導体素子層を有するＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子デバイス、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）デバイス、受光素子への応用が可能である。
【００６６】
また、本発明の２つの実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物系半導体各層の結晶成長を行ったが、本発明はこれに限らず、ＨＶＰＥ法やガスソースＭＢＥ法などを用いて、窒化物系半導体各層の結晶成長を行ってもよい。また、窒化物系化合物半導体の結晶構造として、ウルツ鉱型であっても閃亜鉛鉱型構造であってもよい。また、成長の面方位は、［０００１］に限るものではなく、［１１−２０］や［１−１００］でもよい。
【００６７】
また、本発明の第一、第二実施形態のＧａＮ基板１、１０１に代えて、ＡｌＧａＮ基板、ＩｎＧａＮ基板などのＧａＮ系材料からなる基板などの窒化物系化合物半導体からなる基板を適用してもよい。
【００６８】
また、本発明の２つの実施形態では、透光性の基板として、サファイア基板を例示したが、本発明はこれに限らず、レーザ光に対して透明性が高く、支持基板として機械的強度に優れるものであれば適応可能である。好ましくは、レーザ照射による基板分離の際の、半導体素子層との間の歪みを低減するために半導体素子層と熱膨張係数が近い材料を用いることである。また、好ましくは、レーザ照射による基板分離の際の蓄熱を抑制するため熱伝導率に優れた材料を用いることである。例えば、Ａｌ（Ｇａ）Ｎ、（Ｍｇ）ＺｎＯ、ＳｉＣなどである。
【００６９】
また、本発明の２つの実施形態では、支持基板としてＳｉを例示したが、それ以外でもよい。支持基板としては、導電性であることが好ましく、導電性半導体（Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ等）や、金属あるいは複合金属（Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ等）や、金属・金属酸化物の複合材料（Ｃｕ−ＣｕＯ等）等を用いるとよい。一般に、半導体材料よりも金属系材料が機械的特性に優れ、割れにくいために、適している。さらに、より好ましくは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの高導電性の金属と、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、ＣｕＯなどの高硬度の金属あるいは金属酸化物とを複合して、高い導電性と高い機械強度とをあわせ持つ材料を用いることである。
【００７０】
また、本発明の第二実施形態では、剥離層としてＩｎＧａＮからなる層について例示したが、本発明はこれに限らず、ＩｎＡｌＮやＩｎＧａＡｌＮ、またこれらをアニール等により相分離した層が使用可能である。また、使用するレーザ光を吸収する材料からなる金属薄膜を用いることも可能である。
【００７１】
また、本発明の第二実施形態では、剥離層の黒色化の方法として、半導体素子層の成長段階における加熱による熱的な分解による方法を示したが、本発明はこれに限らず、半導体素子層の成長後の加熱による方法や、光照射による方法、電子線の照射による方法などが可能である。
【００７２】
また、本発明の第二実施形態では、加熱により剥離層を黒色化処理して、相分離させているが、黒色化をしていなくても製造は可能である。
【００７３】
また、本発明の２つの実施形態では、第二の基板として用いたサファイア基板を製造過程において分離しているが、第二の基板を支持基板として用いることで窒化物系半導体素子の完成とすることも可能である。具体的には、第一実施形態における図３（ａ）までの工程を行った後、図４（ｃ）に相当する工程を行うこと、または、第二実施形態における図７（ａ）までの工程を行った後、図８（ｃ）に相当する工程を行うことにより、窒化物系半導体素子を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第一実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の第二実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の第二実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の第一実施形態および第二実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法におけるレーザ光のスキャンの軌跡を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  ＧａＮ基板（第一の基板）
２  下地層
３  ｎ型コンタクト層
４  ｎ型クラッド層
５  活性層
６  キャリアブロック層
７  ｐ型クラッド層
８  ｐ型コンタクト層
９  半導体素子層
１０  サファイア基板（第二の基板）
１１  第一のｎ側電極
１２  Ｓｉ基板
１３  融着層
１４  ｐ側電極
１６  第二のｎ側電極
２０  発光ダイオードのチップ
１０１  ＧａＮ基板（第一の基板の主体となる部分）
１０２  下地層
１０３  ｎ型コンタクト層
１０４  ｎ型クラッド層
１０５  活性層
１０６  キャリアブロック層
１０７  ｐ型クラッド層
１０８  ｐ型コンタクト層
１０９  半導体素子層
１１０  サファイア基板（第二の基板）
１１１  第一のｎ側電極
１１２  Ｓｉ基板
１１３  融着層
１１４  ｐ側電極
１１５  剥離層
１１６  第二のｎ側電極
１２０  発光ダイオードのチップ
【図１】
2007221051.tif 000003
【図２】
2007221051.tif 000004
【図３】
2007221051.tif 000005
【図４】
2007221051.tif 000006
【図５】
2007221051.tif 000007
【図６】
2007221051.tif 000008
【図７】
2007221051.tif 000009
【図８】
2007221051.tif 000010
【図９】
2007221051.tif 000011