(57)【要約】【課題】非極性面または半極性面を主面とする結晶構造を有する基板をブレーキングして半導体素子を製造する方法において、該半導体素子の側面の形状を一定にするため有利な技術を提供する。【解決手段】半導体素子の製造方法は、結晶構造を有する基板の非極性面または半極性面を主面として前記主面の上に半導体層を形成する工程と、前記基板の前記半導体層の側にレーザ光を照射することによって前記半導体層の表面からの深さが１０μｍ以上３０μｍ未満の変成部を形成し、または、前記主面の反対側の面である前記基板の裏面にレーザ光を照射することによって前記裏面からの深さが１０μｍ以上３０μｍ未満の変成部を形成する工程と、前記変成部を起点として前記半導体層を有する前記基板をブレーキングして半導体素子を形成する工程とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶構造を有する基板の非極性面または半極性面を主面として前記主面の上に半導体層が形成されたウェハを準備する工程と、
前記基板の前記半導体層の側にレーザ光を照射することによって前記半導体層の表面からの深さが１０μｍ以上３０μｍ未満の変成部を形成し、または、前記主面の反対側の面である前記基板の裏面にレーザ光を照射することによって前記裏面からの深さが１０μｍ以上３０μｍ未満の変成部を形成する工程と、
前記変成部を起点として前記ウェハをブレーキングして半導体素子を形成する工程とを含み、
前記半導体素子において、ブレーキングされた状態における前記主面の外周エッジと前記裏面の外周エッジとを接続する外周側面のうち、前記結晶構造の単位構造において極性面の側に配置された側面である所定側面は、前記極性面に対する傾きが０°以上１０°以内の範囲内であり、前記主面の外周エッジのうち前記所定側面とともに稜線を構成する辺と前記裏面の外周エッジのうち前記所定側面とともに稜線を構成する辺とを含む平面と前記所定側面との間の距離の最大値が２０μｍ未満である、
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板は、第１３族金属窒化物半導体で構成される基板である、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体層は、第１３族金属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２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法によって製造される半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色発光素子や紫外線発光素子は、適切な波長変換材料との組み合わせにより白色光源とすることができる。このような白色光源は、液晶ディスプレイなどのバックライト、発光ダイオードイルミネーション、自動車用照明、あるいは蛍光灯に替わる一般照明などとしての応用が盛んに研究されてきており、その一部は既に実用化されている。  現在では、このような発光素子は主として、半導体発光素子（ＬＥＤ）により実現されている。青色光〜紫外線を発する半導体発光素子は、例えばｃ面サファイア基板またはｃ面ＧａＮ基板などの上にＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長法によって形成した半導体ウェハを製造し、この半導体ウェハを分断して、チップ化することにより製造される。通常、このような半導体ウェハの分断は、ダイヤモンドスクライバやレーザスクライバを用いてウェハの表面に溝を形成し、その溝を利用してブレーキングすることにより行われている。  特許文献１には、サファイアから成る基板の上面にｎ型半導体層およびｐ型半導体層等を積層した半導体ウェハの裏面にレーザービームを照射することにより、深さが５０μｍ〜２５０μｍ程度の分割溝を形成し、この分割溝を利用して半導体ウェハを分割することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８９０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非極性面または半極性面を主面とする六方晶系結晶構造を有する基板をブレーキングする場合、基板は主面に垂直な面に沿って劈開しないので、破断面（つまり、形成される半導体素子の側面）の形状を一定にすることは難しかった。平面に近い破断面を得ることは特に難しかった。
【０００５】
本発明は、非極性面または半極性面を主面とする結晶構造を有する基板をブレーキングして半導体素子を製造する方法において、該半導体素子の側面の形状を一定にするため有利な技術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】
【０００６】
明細書に記載された第１の発明は、半導体素子の製造方法に係り、前記製造方法は、結晶構造を有する基板の非極性面または半極性面を主面として前記主面の上に半導体層が形成されたウェハを準備する工程と、前記基板の前記半導体層の側にレーザ光を照射することによって前記半導体層の表面からの深さが１０μｍ以上３０μｍ未満の変成部を形成し、または、前記主面の反対側の面である前記基板の裏面にレーザ光を照射することによって前記裏面からの深さが１０μｍ以上３０μｍ未満の変成部を形成する工程と、前記変成部を起点として前記ウェハをブレーキングして半導体素子を形成する工程とを含む。ここで、形成される前記半導体素子において、ブレーキングされた状態における前記主面の外周エッジと前記裏面の外周エッジとを接続する外周側面のうち、前記結晶構造の単位構造において極性面の側に配置された側面である所定側面は、前記極性面に対する傾きが０°以上１０°以内の範囲内であり、前記主面の外周エッジのうち前記所定側面とともに稜線を構成する辺と前記裏面の外周エッジのうち前記所定側面とともに稜線を構成する辺とを含む平面と前記所定側面との間の距離の最大値が２０μｍ未満である。
【０００７】
第１の発明において、前記基板は、第１３族金属窒化物半導体で構成される基板でありうる。また、前記半導体層は、第１３族金属窒化物半導体で構成されうる。
【０００８】
明細書に記載された第２の発明は、上記の製造方法によって製造される半導体素子として特定される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、非極性面または半極性面を主面とする結晶構造を有する基板をブレーキングして半導体素子を製造する方法において、該半導体素子の側面の形状を一定にするため有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】窒化物半導体基板を準備する工程を説明するための図である。
【図２】半導体層を形成する工程および変成部を形成する工程を説明するための図である。
【図３】窒化物半導体基板をブレーキングする工程を説明する図である。
【図４】半導体素子の構造を例示する図である。
【図５】ブレーキングされた窒化物半導体基板を例示する図である。
【図６】ブレーキングされた窒化物半導体基板を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、結晶構造における面について説明する。「＋Ｃ面」とは、六方晶系結晶構造（ウルツ鋼型結晶構造）における（０００１）面である。ＩＩＩ族窒化物結晶では、「＋Ｃ面」はＩＩＩ族面（窒化ガリウムではＧａ面）であり、これは、１つの極性面である。「−Ｃ面」とは、（０００−１）面である。ＩＩＩ族窒化物結晶では、「−Ｃ面」はＮ面であり、これは、もう１つの極性面である。「Ｍ面」とは、六方晶系結晶構造（ウルツ鋼型結晶構造）における｛１−１００｝面と等価な面であり、これは非極性面である。｛１−１００｝面と等価な面は、（１−１００）面、（−１１００）面、（０１−１０）面、（０−１１０）面、（１０−１０）面、（−１０１０）面である。「Ａ面」とは、六方晶系結晶構造（ウルツ鋼型結晶構造）における｛１１−２０｝面と等価な面であり、これは非極性面である。｛１１−２０｝面と等価な面は、（１１−２０）面、（−１−１２０）面、（１−２１０）面、（−１２−１０）面、（−２１１０）面、（２−１−１０）面である。
【００１２】
半極性面は、極性面と非極性面との間の面であり、極性面でもなく非極性面でもない面は、半極性面である。このような半極性面として、例えば六方晶系結晶構造（ウルツ鋼型結晶構造）における｛１１−２２｝面と等価な面や、｛２０−２１｝面と等価な面を挙げることができる。｛１１−２２｝面と等価な面は、（１１−２２）面、（−１−１２２）面、（１−２１２）面、（−１２−１２）面、（−２１１２）面、（２−１−１２）面を挙げることができる。｛２０−２１｝面と等価な面は、（２０−２１）面、（２−２０１）面、（０２−２１）面、（０−２２１）面、（−２２０１）面、（−２０２１）面を挙げることができる。
【００１３】
この明細書では、極性面、非極性面および半極性面は、基板における複数の端面のいずれかを意味する場合もあるが、結晶学的な面を意味する場合もある。例えば、ＧａＮ基板において、極性面としてのＧａ面（＋Ｃ面）は、Ｇａ原子で終端された面を意味する場合もあるが、結晶構造の単位構造（単位格子）における面のうちＧａ原子の配列で構成される面を意味する場合もある。また、ＧａＮ基板において、極性面としてのＮ面（−Ｃ面）は、Ｎ原子で終端される面を意味する場合もあるが、結晶構造の単位構造（単位格子）における面のうちＮ原子の配列で構成される面を意味する場合もある。
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態の半導体素子およびその製造方法を説明する。
【００１５】
本発明の好適な実施形態において製造される半導体素子は、結晶構造を有する基板の非極性面または半極性面を主面として該主面の上に形成された半導体層を有する。結晶構造は、典型的には六方晶系結晶構造（ウルツ鋼型結晶構造）でありうる。主面とは、その上に半導体層が形成される面である。半導体素子は、例えば発光素子であり、この場合において半導体層は発光層を含む。
【００１６】
基板は、上記結晶構造を有していれば特に限定はないが、通常、窒化物半導体、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ等が用いられる。好ましくは窒化物半導体、更に好ましくは第１３族金属窒化物半導体で構成される。第１３族金属窒化物半導体としては、例えばＧａｘＡｌｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（式中０＜ｘ≦１）で表されるＧａＮ系化合物半導体を挙げることができる。ＧａＮ系化合物半導体の中でもＧａＮが好ましく用いられる。窒化物半導体は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）またはハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）といったエピタキシャル成長法により形成されうる。
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態の半導体素子の製造方法を例示により具体的に説明する。
［１］ウェハ準備工程
まず、ウェハ準備工程において、基板の主面の上に半導体層が形成されたウェハを準備する。前記ウェハは後述の通り基板の主面上に半導体を形成して準備する他、予め基板の主面の上に半導体層が形成されたウェハを購入して準備してもよい。
【００１８】
ウェハ準備工程を図１および図２を参照して説明する。まず、図１に模式的に示す工程では、＋Ｃ面を有する下地基板（例えば、ＧａＮ基板、サファイア基板）１０を準備し、下地基板１０の＋Ｃ面を結晶成長面としてその上に窒化物半導体としてのＧａＮを成長させてＧａＮ単結晶２０を得る。この際に、一般的には、図１（ａ）に誇張して示されたように、反りを有するＧａＮ単結晶２０が形成されうる。次に、ＧａＮ単結晶２０を結晶構造のＭ面に沿ってスライスすることによって窒化物半導体基板としてのＧａＮ基板２１を得る。ＧａＮ基板２１は、非金属原子（Ｎ）および金属原子（Ｇａ）を含んで構成された結晶構造（より具体的には、六方晶系結晶構造）を有する基板である。
【００１９】
次いで、図２に模式的に示す工程において、ＧａＮ基板２１の主面１１０であるＭ面の上に半導体層３０および不図示の電極を形成する。半導体層３０は、例えば、ＧａＮ層などの第１３族金属窒化物半導体で構成されうる。半導体層３０は、例えば、第１導電型層（例えばｎ型ＧａＮ層）、活性層、第２導電型層（例えばｐ型ＧａＮ層）を含みうる。
［２］変成部形成工程
次いで、変成部形成工程において、図２に模式的に示すように、レーザ装置を用いてＧａＮ基板２１に変成部４０を形成する。具体的には、ＧａＮ基板２１の半導体層３０の側にレーザ光を照射することによって半導体層３０の表面からの深さが通常１０μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上であり、通常３０μｍ未満、好ましくは２５μｍ以下の変成部４０を形成する。これに代えて、ＧａＮ基板２１の主面１１０の反対側の面である裏面１２０にレーザ光を照射することによって裏面１２０からの深さが通常１０μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上であり、通常３０μｍ未満、好ましくは２５μｍ以下の変成部４０を形成してもよい。このような変成部４０を形成することにより、後のブレーキング工程において、ほぼ平面形状とみなせる側面を有する半導体素子を得ることができる。レーザ装置としては、例えば、波長が３５５ｎｍ、パルス周波数が５０ｋＨｚの半導体励起固体レーザ（ＤＰＳＳ）を使用することができるが、他のレーザ装置を用いることもできる。
［３］ブレーキング工程
次いで、図３に模式的に示すブレーキング工程において、ブレーキング装置を用いて、変成部４０を起点として、半導体層３０を有するＧａＮ基板２１をブレーキングする。これにより、図４に示すような半導体素子１００が形成される。図５は、図４に示された半導体素子１００におけるＧａＮ基板２１の構造を示す斜視図である。ブレーキングされた状態におけるＧａＮ基板２１の主面１１０の外周エッジと裏面１２０の外周エッジとを接続する外周側面は、第１側面１３０と、第２側面１４０とを含む。該外周側面は、一例では、更に、第３側面１５０と、第４側面１６０とを含みうる。第１側面１３０、第２側面１４０、第３側面１５０および第４側面１６０は、ブレーキングによって形成される面である。
【００２０】
第１側面１３０は、ＧａＮ基板２１の六方晶系結晶構造の単位構造における１つの極性面（第１極性面；Ｎ面）である−Ｃ面の側に配置された側面であり、−Ｃ面に対する傾きが０°以上１０°以内の範囲内である。第１側面１３０は、ほぼ平面形状であるとみなすことができる。第１側面１３０の平面度について図６を参照して説明すると、主面１１０の外周エッジのうち第１側面１３０とともに稜線を構成する辺と裏面１２０の外周エッジのうち第１側面１３０とともに稜線を構成する辺とを含む平面Ｐ１と第１側面１３０との間の距離の最大値ｔ１は、２０μｍ未満である。
【００２１】
第２側面１４０は、ＧａＮ基板２１の六方晶系結晶構造の単位構造における１つの極性面（第２極性面；Ｇａ面）である＋Ｃ面の側に配置された側面であり、＋Ｃ面に対する傾きが０°以上１０°以内の範囲内である。第２側面１４０は、ほぼ平面形状であるとみなすことができる。第２側面１４０の平面度について図６を参照して説明すると、主面１１０の外周エッジのうち第２側面１４０とともに稜線を構成する辺と裏面１２０の外周エッジのうち第２側面１４０とともに稜線を構成する辺とを含む平面Ｐ２と第２側面１４０との間の距離の最大値ｔ２は、２０μｍ未満である。
【００２２】
ここで、ｔ１、ｔ２が２０μｍ未満であるという平面度は、測定ばらつきを考慮すると評価限界であり、ｔ１、ｔ２が２０μｍ未満であるという平面度を有する面は、ほぼ平面形状であるものとして評価される。なお、第１側面１３０および第２側面１４０は、ほぼ平面形状であるとみなすことができる面であるが、図６では、ｔ１およびｔ２の定義を明確にする目的で、第１側面１３０および第２側面１４０が有しうる僅かな凹凸が誇張して示されている。
【００２３】
表１は、レーザ装置によってＧａＮ基板２１に変成部４０を形成する際の条件を変化させたときの変成部４０の深さを示している。なお、変成部４０の深さは、半導体層３０の表面からの深さ、または、ＧａＮ基板２１の裏面１２０からの深さを意味する。第１側面１３０と第２側面１４０とは同時に形成されうるので、ｔ１とｔ２とは同一の値として評価することができる。スイープ（ｍｍ／ｓｅｃ）は、レーザ光によってＧａＮ基板２１を走査する速度であり、パワー（Ｗ）はレーザ装置の出力パワーである。比較例５、６における「ダイヤモンド」は、レーザ装置の代わりにダイヤモンドスクライブによってブレーキングのための起点を形成したことを示している。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示す結果より、変成部４０の深さを３０μｍ未満にすることによって、ｔ１およびｔ２を２０μｍ未満とすること、即ち、第１側面１３０および第２側面１４０をほぼ平面形状にすることができることが理解される。
【００２６】
なお、比較例５、６において、通常のダイヤモンドスクライブの後ブレーキングした場合は、側面が粗面になり平面が再現されなかった。
【００２７】
上記の実施形態では、窒化物半導体基板のＭ面を主面１１０としてその上に半導体層３０を形成しているが、Ｍ面に対してオフ角を有する窒化物半導体基板を使用してもよい。また、半導体層３０を形成する主面１１０は、他の非極性面であってもよいし、半極性面であってもよい。ここで、半極性面は、極性面または非極性面に対してオフ角を有する面として考えることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  下地基板
２０  ＧａＮ単結晶
２１  ＧａＮ基板
３０  半導体層
４０  変成部
１１０  主面
１２０  裏面
１３０  第１側面
１４０  第２側面
１５０  第３側面
１６０  第４側面
１００  半導体素子
【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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