(57)【要約】      （修正有）【課題】クラックの発生が抑制された窒化物半導体層を有する半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子の製造方法は、ＧａＮ基板１１を準備する工程と、前記ＧａＮ基板上に、ＧａＮと材料の異なる窒化物半導体からなるバッファ層１２を部分的に形成する工程と、前記バッファ層から前記ＧａＮ基板が露出された第１領域、および、前記バッファ層が形成された第２領域にＧａＮを成長させてＧａＮ層を形成する工程と、前記ＧａＮ層上に窒化物半導体層を形成する工程と、を有する。【選択図】図２Ｂ
2012142513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層を有する半導体発光素子の製造方法において、
ＧａＮ基板を準備する工程と、
前記ＧａＮ基板上に、ＧａＮと材料の異なる窒化物半導体からなるバッファ層を部分的に形成する工程と、
前記バッファ層から前記ＧａＮ基板が露出された第１領域、および、前記バッファ層が形成された第２領域にＧａＮを成長させてＧａＮ層を形成する工程と、
前記ＧａＮ層上に窒化物半導体層を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２領域上の全領域に、前記バッファ層から前記窒化物半導体層に延伸する貫通転位を形成する請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記バッファ層は、ＡｌＮを成長させて形成する請求項１又は２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記窒化物半導体層は、ＡｌｘＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）を成長させて形成する請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記窒化物半導体層を、前記ＧａＮ層側からｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層の順に積層して形成し、
前記第１領域上の前記ｐ型窒化物半導体層の表面にｐ側電極を形成する工程を有する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２領域上の前記ｎ型窒化物半導体層が露出するように、前記ｐ型窒化物半導体層および前記活性層を除去し、
露出された前記ｎ型窒化物半導体層の表面にｎ側電極を形成する工程を有する請求項５に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記ＧａＮ層、前記バッファ層および前記ＧａＮ基板を除去し、
前記第２領域上であって、露出された前記ｎ型窒化物半導体層の表面にｎ側電極を形成する工程を有する請求項５に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物半導体層を半導体発光素子ごとに分割する工程を有し、
前記バッファ層を前記窒化物半導体層の分割予定線に沿って形成する請求項１乃至７のいずれか１つに記載の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、窒化物半導体層を有する半導体発光素子の製造方法に関し、特にＧａＮ基板上に窒化物半導体を成長させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から窒化物半導体の成長に用いられる基板として、サファイア基板が一般的に用いられているが、形成された窒化物半導体層に転位（例えば、サファイア基板の場合は１×１０９ｃｍ−２程度の転位）等の欠陥が多く発生するという問題が知られている。
このような問題を解決すべく、近年、窒素ガリウム（ＧａＮ）基板が用いられており、ＧａＮ基板上に形成される窒化物半導体層との格子定数差が、サファイア基板よりも小さいため、転位等の欠陥を減らすことができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３４０５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＧａＮ基板上に窒化物半導体層を形成することによって、窒化物半導体層に発生する転位を減らすことができる一方、窒化物半導体層に熱膨張係数差に起因したクラックが発生するといった新たな問題を有していた。これは、熱応力を緩和していた転位が減ることによって、応力が十分に緩和されずに窒化物半導体層にかかるためだと考えられている。
【０００５】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、クラックの発生が抑制された窒化物半導体層を有する半導体発光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、前記課題は次の手段により解決される。
【０００７】
本発明に係る窒化物半導体層を有する半導体発光素子の製造方法は、ＧａＮ基板を準備する工程と、前記ＧａＮ基板上に、ＧａＮと材料の異なる窒化物半導体からなるバッファ層を部分的に形成する工程と、前記バッファ層から前記ＧａＮ基板が露出された第１領域、および、前記バッファ層が形成された第２領域にＧａＮを成長させてＧａＮ層を形成する工程と、前記ＧａＮ層上に窒化物半導体層を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。これにより、ＧａＮ基板上に形成される窒化物半導体層にクラックが発生するのを抑制することができる。
また、前記第２領域上の全領域に、前記バッファ層から前記窒化物半導体層に延伸する貫通転位を形成することができる。これにより、窒化物半導体層にかかる応力を貫通転位によって十分に緩和することができるため、窒化物半導体層に発生するクラックをさらに抑制することができる。
また、前記バッファ層は、ＡｌＮを成長させて形成するのが好ましく、応力を緩和するのに十分な密度の貫通転位をバッファ層上に形成することができる。
また、前記窒化物半導体層として、ＧａＮとの熱膨張係数差が大きく、クラックが比較的に発生しやすいＡｌｘＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）であっても成長させることができ、本発明が特に有効に作用する。
【０００８】
またさらに、本発明に係る窒化物半導体層を有する半導体発光素子の製造方法は、前記窒化物半導体層を、前記ＧａＮ層側からｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層の順に積層して形成し、前記第１領域上の前記ｐ型窒化物半導体層の表面にｐ側電極を形成する工程を有することができる。これにより、第１領域上内にある転位の少ない活性層を主な発光領域とすることができるため、発光効率に優れた半導体発光素子とすることができる。
また、前記第２領域上の前記ｎ型窒化物半導体層が露出するように、前記ｐ型窒化物半導体層および前記活性層を除去し、露出された前記ｎ型窒化物半導体層の表面にｎ側電極を形成する工程、若しくは、前記ＧａＮ層、前記バッファ層および前記ＧａＮ基板を除去し、前記第２領域上であって、露出された前記ｎ型窒化物半導体層の表面にｎ側電極を形成する工程を有することができる。これにより、もともと光取り出し効率の悪いｎ側電極下に貫通転位を集中させて形成することができるため、半導体発光素子として発光効率の低下を最小限にして、窒化物半導体層に発生するクラックを抑制することができる。
また、前記窒化物半導体層を半導体発光素子ごとに分割する工程を有し、前記バッファ層を前記窒化物半導体層の分割予定線に沿って形成することができる。これにより、実質的に非発光領域である分割予定線上に貫通転位を集中させて形成することができるため、半導体発光素子として発光効率の低下を最小限にして、窒化物半導体層に発生するクラックを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クラックの発生が抑制された窒化物半導体層を有する半導体発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】第１実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す上面図である。
【図１Ｂ】第１実施形態に係る半導体発光素子であって、図１ＡにおけるＡ−Ａ′断面図である。
【図２Ａ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｂ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｃ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｄ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｅ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｆ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｇ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｈ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｉ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｊ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｋ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｌ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｍ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図２Ｎ】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図３】第１実施形態に係り、バッファ層が形成されたＧａＮ基板を模式的に示す上面図である。
【図４】第２実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。
【図５】第２実施形態に係り、バッファ層が形成されたＧａＮ基板を模式的に示す上面図である。
【図６Ａ】第３実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す上面図である。
【図６Ｂ】第２実施形態に係る半導体発光素子であって、図６ＡにおけるＢ−Ｂ′断面図である。
【図７Ａ】第２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図７Ｂ】第２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図７Ｃ】第２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図７Ｄ】第２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図７Ｅ】第２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図７Ｆ】第２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図７Ｇ】第２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図７Ｈ】第２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【図８Ａ】第１領域上のＧａＮ層表面に形成された貫通転位を示す図である。
【図８Ｂ】第１領域および第２領域上の境界付近のＧａＮ層表面に形成された貫通転位を示す図である。
【図８Ｃ】第２領域上のＧａＮ層表面に形成された貫通転位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る半導体発光素子の実施形態として、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１Ａは、第１実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す上面図であり、図１Ｂは、図１ＡにおけるＡ−Ａ′断面図である。図２Ａ〜Ｎは、第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。図３は、第１実施形態に係り、バッファ層が形成されたＧａＮ基板を模式的に示す上面図である。
【００１３】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第１実施形態に係る半導体発光素子１０は、支持基板１と、支持基板１の上部に窒化物半導体層２と、窒化物半導体層２の上面に形成された第１電極３と、窒化物半導体層２の下面に形成された第２電極４と、支持基板１と第２電極４とを接合するための接合層５と、を少なくとも有する。
窒化物半導体層２は、支持基板１側から順に、ｐ型窒化物半導体層２ａ、窒化物半導体からなる活性層２ｂ、ｎ型窒化物半導体層２ｃを有する。ｎ型窒化物半導体層２ｃは、光取り出し面側（発光層に接する面と反対側）の面に、ｎ側電極である第１電極３が接続されており、さらに第１電極３の少なくとも一部が露出されるように第１絶縁層６が設けられている。また、ｐ型窒化物半導体層２ａは、光反射面側（発光層に接する面と反対側）の面に、ｐ側電極である第２電極４が接続されており、その第２電極４の周囲に離間して第２絶縁層７が設けられている。第２絶縁層７は、窒化物半導体層２を挟んで第１電極３と対向するように配置されている。窒化物半導体層２は、この対向する領域Ｉ１、つまり第１電極３下の領域Ｉ１において、ｎ型窒化物半導体層２ｃからｐ型窒化物半導体層２ａまで延伸する転位（貫通転位）が主に集中して形成されている。具体的には、領域Ｉ１における貫通転位の転位密度が、１×１０８ｃｍ−２程度以上であるのに対し、それ以外の領域Ｉ２においては１×１０７ｃｍ−２程度以下の密度を有する。また、第２電極４および第２絶縁層７の下面側には接合層５が設けられており、接合層５が第２電極４とその下に設けられる支持基板１とを電気的に接続している。
【００１４】
以下、半導体発光素子１０を構成する各要素について説明する。
【００１５】
（支持基板）
支持基板は、電極や窒化物半導体層などの各部材が設けられる土台となる部材である。このような支持基板を構成する材料としては、導電性を有していれば良く、例えばＳｉ，ＳｉＣ，ＡｌＮ，ＡｌＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏ，Ｃｕ−ダイヤ等が好適に用いられる。
【００１６】
（窒化物半導体層）
窒化物半導体層は、ｎ型窒化物半導体層と、窒化物半導体からなる活性層と、ｐ型窒化物半導体層とから少なくとも構成される。このような窒化物半導体を構成する材料としては、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等が好適に用いられる。
【００１７】
（第１電極および第２電極）
第１電極および第２電極は、窒化物半導体層の表面に設けられ、窒化物半導体層に電流を供給するための部材である。本実施形態における第１電極と第２電極とは、上面視において互いに重なり合わないように配置されている。これにより、第１電極と第２電極との間を流れる電流が、窒化物半導体層の内部を最短で流れてしまうのを抑制し、過度な電流集中によって半導体発光素子が破壊するのを防止することができる。このような第１電極および第２電極を構成する材料としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｈｆ等の金属材料が好適に用いられる。
【００１８】
（第１絶縁層）
第１絶縁層は、第１電極および窒化物半導体層を、電流のショートや埃・塵の付着等による物理的ダメージから保護するための層である。第１絶縁層は、第１電極および窒化物半導体層の上部に全面的に設けられており、ワイヤ等の外部接続部を接続するために第１電極の一部が露出するように開口している。このような第１絶縁層を構成する材料としては、透光性を有していれば良く、例えばＳｉＯ２が好適に用いられる。
【００１９】
（第２絶縁層）
第２絶縁層は、窒化物半導体層と、その下に設けられる接合層や支持基板とを絶縁するための層である。第２絶縁層は、第２電極に隣接する領域に設けられており、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２等の材料が好適に用いられる。
【００２０】
（接合層）
接合層は、第２電極および第２絶縁層を支持基板に接合すると共に、第２電極と支持基板とを電気的に接続するための層である。このような接合層を構成する材料としては、少なくともＳｎ，Ｐｂ等の低融点材料を含み、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｓｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｐｂ，Ｚｎ等の金属材料およびこれらの合金が好適に用いられる。
【００２１】
以下、第１実施形態に係る窒化物半導体層２を有する半導体発光素子１０の製造方法について説明する。
【００２２】
本実施形態に係る製造方法は、ＧａＮ基板１１を準備する工程と、ＧａＮ基板１１上に、ＧａＮと異なる窒化物半導体からなるバッファ層１２を部分的に形成する工程と、バッファ層１２からＧａＮ基板１１が露出された第１領域ａ、および、バッファ層１２が形成された第２領域ｂにＧａＮを成長させてＧａＮ層１３を形成する工程と、ＧａＮ層１３上に窒化物半導体層２を形成する工程と、を少なくとも有することにより、第２領域ｂ上の全領域に、バッファ層１２から窒化物半導体層２に延伸する貫通転位８を形成することができる。これにより、ＧａＮ基板１１との熱膨張係数差に起因した窒化物半導体層２にかかる応力を貫通転位８によって十分に緩和することができるため、ＧａＮ基板１１上に形成される窒化物半導体層２にクラックが発生するのを抑制することができる。
なお、本発明に係る「第２領域上の全領域に、・・・」とは、第２領域ｂ上に隙間なく貫通転位８が形成された状態に限定されるものでは無く、少なくとも１×１０８ｃｍ−２程度以上の密度で貫通転位が形成されていれば良いものとする。
【００２３】
以下、詳細に説明する。
（ＧａＮ基板の準備工程）
まず、図２Ａに示すように、窒化物半導体層２を成長させるための基板（成長基板）として、ＧａＮ基板１１を準備する。ＧａＮ基板１１は、少なくともその表面部分において、転位密度が、例えば、１×１０７ｃｍ−２程度以下、好ましくは１×１０６ｃｍ−２程度と少ないものが適当である。
【００２４】
（バッファ層の形成工程）
次に、準備したＧａＮ基板１１の表面の一部領域にＳｉＯ２等からなるマスクを形成する。このとき、本実施形態においては、後述する第１電極３が形成される位置に対応してＧａＮ基板１１が露出するようにマスクをパターン形成する。マスクが形成されたＧａＮ基板１１をＭＯＣＶＤ反応炉内に設置し、キャリアガスとしてＨ２、原料ガスとしてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）およびＮＨ３を供給し、９００℃以下、より好ましくは４００℃〜８００℃の温度でＡｌＮを０．０１μｍ〜０．１０μｍの膜厚で低温成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ反応炉からＧａＮ基板１１を取り出し、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いてマスクを除去することによって、図２Ｂ及び図３に示すように、ＧａＮ基板１１上にＡｌＮからなるバッファ層１２が部分的に形成される。このとき、バッファ層１２を構成する材料としては、ＡｌＮ以外にＡｌＧａＮ等のＧａＮと材料の異なる窒化物半導体を用いることができるが、本実施形態のようにＡｌＮからなるバッファ層を形成するのが好ましい。これにより、後述するＧａＮ層１３をバッファ層１２上に形成した際に、応力を緩和するのに十分な密度の貫通転位８を形成することができる。
【００２５】
（ＧａＮ層の形成工程）
次に、バッファ層１２が形成されたＧａＮ基板１１をＭＯＣＶＤ反応炉内に設置し、温度を１０００℃〜１２００℃に設定し、キャリアガスとしてＨ２およびＮ２、原料ガスとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＮＨ３を供給する。これにより、図２Ｃに示すように、バッファ層１２からＧａＮ基板１１が露出された第１領域ｂ、および、バッファ層１２が形成された第２領域ａにＧａＮが成長することによってＧａＮ層１３が形成される。このとき、ＧａＮ層１３は、第２領域ａ上に十分な貫通転位８を形成するために、少なくとも第２領域ａ上に１．０μｍ以上の膜厚で形成するのが好ましい。
形成されたＧａＮ層１３は、図２Ｄに示すように、第２領域ａ上に貫通転位８が集中して形成されており、その転位密度８はＧａＮ層表面１３において１×１０８ｃｍ−２程度以上であるのに対し、第１領域ｂ上では１×１０７ｃｍ−２程度以下の転位密度を有しており、第１領域ｂ上よりも第２領域ａ上における貫通転位の密度が高い。また、本実施形態ではバッファ層１２をＧａＮ基板１１の上面に形成したが、ＧａＮ基板１１上にＧａＮ層１３を形成した後にバッファ層１２を形成し、さらにバッファ層１２上にＧａＮ層１３を形成することによって貫通転位８を形成することもできる。
【００２６】
（窒化物半導体層の形成工程）
次に、図２Ｅに示すように、ＧａＮ層１３上に窒化物半導体層２として、ＧａＮ基板１１側から、ｎ型窒化物半導体層２ｃ、窒化物半導体からなる活性層２ｂ、ｐ型窒化物半導体層２ａの順に形成する。このとき、バッファ層１２から延伸する貫通転位８は、ＧａＮ層１３を介して窒化物半導体層２（ｐ型窒化物半導体層２ａ）の表面まで延伸される。これにより、窒化物半導体層２にかかる応力が貫通転位８によって緩和されるため、形成する窒化物半導体層２にクラックが生じるのが抑制することができる。
このような窒化物半導体層２を構成する材料としては、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等が好適に用いられるが、ＧａＮとの熱膨張係数差が大きく、クラックが比較的に発生しやすいＡｌｘＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）であっても成長させることができ、本発明が特に有効に作用する。例えば本実施形態においては、まず温度を１０００℃〜１２００℃に設定し、キャリアガスとしてＨ２およびＮ２、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３およびＳｉＨ４を供給することにより、ＳｉがドープされたＡｌＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層２ｃを形成する。続いて、原料ガスとしてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを供給することにより、ＳｉがドープされたＡｌＧａＮと、アンドープのＩｎＧａＮとが交互に積層された多重量子井戸構造を有する活性層２ｂを形成する。続いて、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３およびＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を供給し、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層２ａを形成する。
【００２７】
（第２電極の形成工程）
次に、ｐ型窒化物半導体層２ａの表面に、レジストを用いて第１領域ｂに対応した位置が開口したマスクを形成する。続いて、スパッタリング等で金属材料を導電性の観点から０．０５μｍ〜０．５μｍの膜厚で積層した後にマスクを除去することにより、図２Ｆに示すように、第１領域ｂ上のｐ型窒化物半導体層２ａの表面に第２電極（ｐ側電極）４を形成することができる。これにより、第１領域ｂ上内にある転位の少ない活性層２ｂを主な発光領域とすることができるため、発光効率に優れた半導体発光素子１０とすることができる。なお、積層する金属材料としては、特に限定しないが、例えば光反射率の比較的に高いＡｇ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｒｈや、ｐ型窒化物半導体層側からＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔの順に積層した多層構造とすることができる。
【００２８】
（第２絶縁層の形成工程）
次に、ｐ型窒化物半導体層２ａの表面に、レジストを用いて第２領域ａに対応した位置が開口したマスクを形成する。続いて、スパッタリング等で絶縁材料を０．０５μｍ〜０．５μｍの膜厚で積層した後にマスクを除去することにより、図２Ｇに示すように、第２領域ａ上のｐ型窒化物半導体層２ａの表面に第２絶縁層７を形成することができる。なお、積層する絶縁材料としては、特に限定しないが、例えばＳｉＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２等を用いることができる。
【００２９】
（接合層の形成工程）
次に、図２Ｈに示すように、ｐ型窒化物半導体層２ａ、第２電極４および第２絶縁層７上に、スパッタリング等で金属材料を、接合性および導電性の観点から３．０μｍ〜４．０μｍの膜厚で積層することによって接合層５を形成する。なお、積層する金属材料としては、特に限定しないが、例えばｐ型窒化物半導体層２ａ側からＴｉ／Ｐｔ／ＰｔＳｎ／ＡｕＳｎの順に積層した多層構造とすることができる。
【００３０】
（貼り合せ工程）
次に、図２Ｉに示すように、接合層５が同様に形成された支持基板１を準備し、当該支持基板１側の接合層５と前記したｐ型窒化物半導体層２ａ側の接合層５とを貼り合わせ、加熱することで互いに接合する。なお、支持基板１側の接合層５は、ｐ型窒化物半導体層２ａ側の接合層５との接合性の観点から支持基板１側からＴｉ／Ｐｔ／ＰｄＳｎの順に積層した多層構造とすることができ、貼り合わせることによって、ｐ型窒化物半導体層２ａ側からＴｉ／Ｐｔ／ＰｔＳｎ／ＡｕＳｎ／ＰｄＳｎ／Ｐｔ／Ｔｉの順に積層された接合層を形成することができる。
【００３１】
（ＧａＮ基板の除去工程）
次に、エキシマレーザやフェムト秒レーザ等を用いてＧａＮ基板１１側からレーザ光を照射するか、あるいはＧａＮ基板１１側から研削等によって、図２Ｊに示すように、ＧａＮ基板１１、バッファ層１２およびＧａＮ層１３を除去し、露出したｎ型窒化物半導体層２ｃの表面をＣＭＰ（化学機械研磨）によって研磨する。
なお、レーザ光を照射してＧａＮ基板１１を除去する場合は、前記ＧａＮ層１３の形成工程後において、ＧａＮ層１３とｎ型窒化物半導体層２ｃとの間に剥離層（図示しない）を０．１０μｍ〜５．０μｍの膜厚で形成しておくのが好ましい。このような剥離層を構成する材料としては、ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮから選択された少なくとも１つを用いることができる。さらに剥離層は、ＧａＮ基板１１を透過するレーザ光を吸収するために、ＧａＮ基板１１のエネルギーバンドギャップよりは小さく、活性層２ｂのエネルギーバンドギャップよりは大きいエネルギーバンドギャップを有するようにＧａ，Ｉｎ，Ａｌ等の成分比を調節するのが望ましい。これにより、レーザ光をＧａＮ基板１１側から剥離層に照射することによって、ｎ型窒化物半導体層２ｃから容易にＧａＮ層１３を剥離して、ＧａＮ基板１１を除去することができる。
【００３２】
（第１電極の形成工程）
次に、露出したｎ型窒化物半導体層２ｃの表面に、レジストを用いて第２領域に対応した位置が開口したマスクを形成する。続いて、スパッタリング等で金属材料を導電性の観点から０．０５μｍ〜１．５μｍの膜厚で積層した後にマスクを除去する。これにより、図２Ｋに示すように、第２領域ａ上であって、露出された前記ｎ型窒化物半導体層２ｃの表面に第１電極（ｎ側電極）３を形成することができる。なお、図２Ｋ以降は、上下を反転して図示する。もともと光取り出し効率の悪い第１電極３下の領域Ｉ１に貫通転位８を集中させて形成することができるため、半導体発光素子１０として発光効率の低下を最小限にして、窒化物半導体層２に発生するクラックを抑制することができる。なお、積層する金属材料としては、特に限定しないが、例えばｎ型窒化物半導体層２ｃ側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの順に積層した多層構造とすることができる。
【００３３】
（第１絶縁層の形成工程）
次に、図２Ｌに示すように、半導体発光素子１０ごとに分割する位置に対応させて窒化物半導体層２に溝１４を形成する。続いて、図２Ｍに示すように、ｎ型窒化物半導体層２ｃおよび第１電極３の表面に、スパッタリング等で絶縁材料を積層することにより、第１絶縁層６を形成する。続いて、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等により、第１電極３においてワイヤ等の外部接続部材（図示しない）が接続される領域に相当する部分を除去する。なお、第１絶縁層６の形成前に、ｎ型窒化物半導体層２ｃの上面に凹凸を形成（ディンプル加工）して、半導体発光素子１０として光取り出し効率を向上させることもできる。
【００３４】
（窒化物半導体層の分割工程）
次に、図２Ｎに示すように、窒化物半導体層２を半導体発光素子１０ごとに分割する。分割方法としては、特に限定しないが、ダイサー、スクライバー、エッチング等当該分野で公知の方法を利用することができる。又は、これらの方法を用いて各半導体素子間の窒化物半導体層に溝を形成し、溝に沿ってブレイカー等で加圧して分割しても良い。
【００３５】
以上のようにして本実施形態では、クラックの発生が抑制された窒化物半導体層２を有する半導体発光素子１０を提供することができる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態に係る半導体発光素子、及びその製造方法について説明する。なお、図４は、第２実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。図５は、第２実施形態に係り、バッファ層が形成されたＧａＮ基板を模式的に示す上面図である。
【００３７】
第２実施形態に係る半導体発光素子２０は、図４に示すように、窒化物半導体層２の周縁領域に貫通転位８が集中している以外は、前記第１実施形態に係る半導体発光素子１０と同様の構成を備えている。同様の構成については、同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【００３８】
このような本実施形態に係る半導体発光素子２０の製造方法としては、前記した第１実施形態に係るバッファ層１２の形成工程にかえて、まず図５に示すように、準備したＧａＮ基板１１上に、ＧａＮと材料の異なる窒化物半導体からなるバッファ層１２を、後述する窒化物半導体層２の分割予定線１００に沿って形成する工程を有する。続いて、第１実施形態と同様に、バッファ層１２からＧａＮ基板１１が露出された第１領域ｂ、および、バッファ層１２が形成された第２領域ａにＧａＮを成長させてＧａＮ層１３を形成する工程と、ＧａＮ層１３上に窒化物半導体層２を形成する工程と、を有する。最後に、窒化物半導体層２を半導体発光素子２０ごとに分割する工程と、を有する。
これにより、図４に示すように、実質的に非発光領域である分割予定線１００上の窒化物半導体層２に、貫通転位８を集中して形成することができるため、半導体発光素子２０として発光効率の低下を最小限にして、窒化物半導体層２に発生するクラックを抑制することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、窒化物半導体層２の周縁領域のみに貫通転位８が集中するように形成したが、これに限定されず、第１実施形態のようにｎ側電極３下にも同時に貫通転位８を形成しても良い。これにより、窒化物半導体層２に発生するクラックをさらに抑制することができる。
【００４０】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態に係る半導体発光素子、及びその製造方法について説明する。なお、図６Ａは、第３実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す上面図である。図６Ｂは、第２実施形態に係る半導体発光素子であって、図６ＡにおけるＢ−Ｂ′断面図である。図７Ａ〜Ｈは、第２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す図である。
【００４１】
第３実施形態に係る半導体発光素子３０は、第１電極３および第２電極４を同一面側に有する以外は、実質的に前記第１実施形態に係る半導体発光素子１０と同様の構成を備える。同様の構成については、同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【００４２】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施形態に係る半導体発光素子３０は、ＧａＮ基板１１上に、バッファ層１２が部分的に形成され、このバッファ層１２を埋めるようにしてＧａＮ層１３が形成される。ＧａＮ層１３上には、窒化物半導体層２としてｎ型窒化物半導体層２ｃと、窒化物半導体からなる活性層２ｂと、ｐ型窒化物半導体層２ａとを順に積層して備える。さらに半導体発光素子３０は、ｎ型窒化物半導体層２ｃに電気的に接続するｎ側電極である第１電極３、およびｐ型窒化物半導体層２ａに電気的に接続するｐ側電極である第２電極４を、共に上面側に備え、また、第１絶縁層６を表面に備える。第１電極３は、ｐ型窒化物半導体層２ａおよび活性層２ｂの一部が除去されて露出したｎ型窒化物半導体層２ｃの表面に直接に形成される。一方、第２電極４は、ｐ型窒化物半導体層２ａの表面上のほぼ全面に形成された透光性電極１５を介して、透光性電極１５上の一部の領域に接して形成される。また、窒化物半導体層２は、主に第１電極３下の領域Ｉ１において、バッファ層からｎ型窒化物半導体層２ｃの表面まで延伸する転位（貫通転位）８が集中して形成されている。具体的には、領域Ｉ１における貫通転位８の転位密度が、１×１０８ｃｍ−２程度以上であるのに対し、それ以外の領域Ｉ２においては１×１０７ｃｍ−２程度以下の密度を有する。なお、本実施形態における「上」とは、ＧａＮ基板１１に対して窒化物半導体層２を備えた側を指し、図６Ｂにおける上方向である。
【００４３】
（透光性電極）
透光性電極は、ｐ型窒化物半導体層の全域に電流を均一に供給するための部材であり、導電性酸化物からなる。透光性電極として金属薄膜を用いることもできるが、導電性酸化物は金属薄膜に比べて透光性に優れるため、半導体発光素子として発光効率を向上することができる。このような導電性酸化物としては、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｇからなる群から選択された少なくとも一種を含む酸化物、具体的にはＺｎＯ，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＩＴＯが挙げられる。
【００４４】
（製造方法）
本実施形態に係る製造方法は、まずＧａＮ基板を準備する（図７Ａ）。次にＧａＮ基板上に、ＧａＮと異なる窒化物半導体からなるバッファ層を部分的に形成し、続けてバッファ層からＧａＮ基板が露出された第１領域、および、バッファ層が形成された第２領域にＧａＮを成長させてＧａＮ層を形成する（図７Ｂ及び図７Ｃ）。次に、ＧａＮ層上に窒化物半導体層を形成する（図７Ｄ）。さらに、第２領域ａ上のｎ型窒化物半導体層２ｃが露出するように、ｐ型窒化物半導体層２ａおよび前記活性層２ｄを除去する。（図７Ｅ）次に、露出された前記ｎ型窒化物半導体層２ｃの表面２ｄにｎ側電極３を形成する（図７Ｆ）。次に、ｎ型窒化物半導体層２ｃ、第１電極３および第２電極４の表面に第１絶縁層６を形成する（図７Ｇ）。最後に、図１２に示すように、窒化物半導体層２を半導体発光素子３０ごとに分割する（図７Ｈ）。
これにより、もともと光取り出し効率の悪いｎ側電極３下に貫通転位８を集中させて形成することができるため、半導体発光素子３０として発光効率の低下を最小限にして、窒化物半導体層２に発生するクラックを抑制することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の効果を確認するために複数のサンプル（実施例１、実施例２および比較例）を作製し、窒化物半導体層に発生するクラックの状態を比較して説明する。なお、作製するサンプルは、いずれも貫通転位を形成するバッファ層の配置以外は第１実施形態に係る半導体発光素子と同じ構造を有するものである。ただし、クラックの状態を確認し易くするため、電極は形成せずにｎ型窒化物半導体層まで形成したもので比較する。
【００４６】
（実施例１及び実施例２に係るサンプルの作製）
実施例１としては、ウェハを半導体発光素子ごとに分割する際の分割予定線上に、貫通転位が集中するようにバッファ層を配置したサンプルを作成した。実施例２としては、ｎ側電極下に、貫通転位が集中するようにバッファ層を配置したサンプルを作製した。
【００４７】
具体的には、まずＭＯＣＶＤ反応炉を用いて、３インチのＧａＮ基板上にＡｌＮを６００℃にて低温成長させて、０．０２μｍ程度の膜厚でバッファ層を形成する。このとき、実施例１においては、図５に示すように、ウェハを半導体発光素子ごとに分割する際の分割予定線１００上となるように、１０００μｍ程度の間隔で格子状にバッファ層を形成する。実施例２においては、図３に示すように、半導体発光素子のｎ電極下の位置に対応させてバッファ層を部分的に（０．０１５μｍ程度の間隔で略格子状に）形成する。
続いて、炉内の温度を１０５０℃に設定し、バッファ層からＧａＮ基板が露出された第１領域、および、バッファ層が形成された第２領域にＧａＮを成長させて、１．５μｍ程度の膜厚でＧａＮ層を形成する。
続いて、同じ温度にて、形成されたＧａＮ層上に、ＳｉドープのＡｌＧａＮを成長させて、２．０μｍ程度の膜厚でｎ型窒化物半導体層を形成する。
【００４８】
（比較例に係るサンプルの作製）
比較例としては、ＧａＮ基板上にバッファ層を配置せずにサンプルを作製した。
具体的には、ＭＯＣＶＤ反応炉を用いて、３インチのＧａＮ基板上にＧａＮを１０５０℃にて成長させて、１．５μｍ程度の膜厚でＧａＮ層を形成する。
続いて、同じ温度にて、形成されたＧａＮ層上に、ＳｉドープのＡｌＧａＮを成長させて、２．０μｍ程度の膜厚でｎ型窒化物半導体層を形成する。
【００４９】
（貫通転位の密度測定）
次に、作製した各サンプルにおいて貫通転位の密度を測定した。この測定には、カソードルミネッセンス（ＣＬ）を用いて行なった。
その結果、実施例１および実施例２については、図８Ｃに示すように、ｎ型窒化物半導体層の貫通転位が集中する領域（第２領域上の全領域）の転位密度が７．０×１０８ｃｍ−１程度であり、図８Ａに示すように、それ以外の領域（第１領域上）の転位密度が３．０×１０６ｃｍ−１程度であった。なお、図８Ｂは、第１領域および第２領域上の境界付近を測定したものであり、左側が第１領域、右側が第２領域を示している。
また、比較例については、ｎ型窒化物半導体層の全領域において、貫通転位の密度が３．０×１０６ｃｍ−１程度と、実施例１および実施例２における第１領域上と同程度であった。
【００５０】
（クラックの評価）
次に、作製した各サンプルにおける窒化物半導体層に発生するクラックの状態を評価した。ここでは、金属顕微鏡を用い、その結果を表１に示す。表１において、◎はクラックの発生無し、○はクラックの発生が抑制、×はクラックが多数発生、をそれぞれ示している。
【００５１】
【表１】
2012142513.tif 000003
【００５２】
以上のようにして、バッファ層が形成された第２領域上の全領域に、バッファ層から窒化物半導体層に延伸する貫通転位を十分に形成することによって、窒化物半導体層にクラックが発生するのを抑制することができた。特に、ｎ電極下である第２領域の占める面積が広い実施例２においては、窒化物半導体層にかかる応力を貫通転位によって十分に緩和することができ、クラックの発生を無くすことができた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の半導体発光素子は、照明用光源、ディスプレイ光源、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、イメージスキャナ等の各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１    支持基板
２    窒化物半導体層
２ａ  ｐ型窒化物半導体層
２ｂ  活性層
２ｃ  ｎ型窒化物半導体層
３    第１電極
４    第２電極
５    接合層
６    第１絶縁層
７    第２絶縁層
８    貫通転位
１０  第１実施形態に係る半導体発光素子
１１  ＧａＮ基板
１２  バッファ層
１３  ＧａＮ層
２０  第２実施形態に係る半導体発光素子
３０  第２実施形態に係る半導体発光素子
１００  分割予定線
【図１Ａ】
2012142513.tif 000004
【図１Ｂ】
2012142513.tif 000005
【図２Ａ】
2012142513.tif 000006
【図２Ｂ】
2012142513.tif 000007
【図２Ｃ】
2012142513.tif 000008
【図２Ｄ】
2012142513.tif 000009
【図２Ｅ】
2012142513.tif 000010
【図２Ｆ】
2012142513.tif 000011
【図２Ｇ】
2012142513.tif 000012
【図２Ｈ】
2012142513.tif 000013
【図２Ｉ】
2012142513.tif 000014
【図２Ｊ】
2012142513.tif 000015
【図２Ｋ】
2012142513.tif 000016
【図２Ｌ】
2012142513.tif 000017
【図２Ｍ】
2012142513.tif 000018
【図２Ｎ】
2012142513.tif 000019
【図３】
2012142513.tif 000020
【図４】
2012142513.tif 000021
【図５】
2012142513.tif 000022
【図６Ａ】
2012142513.tif 000023
【図６Ｂ】
2012142513.tif 000024
【図７Ａ】
2012142513.tif 000025
【図７Ｂ】
2012142513.tif 000026
【図７Ｃ】
2012142513.tif 000027
【図７Ｄ】
2012142513.tif 000028
【図７Ｅ】
2012142513.tif 000029
【図７Ｆ】
2012142513.tif 000030
【図７Ｇ】
2012142513.tif 000031
【図７Ｈ】
2012142513.tif 000032
【図８Ａ】
2012142513.tif 000033
【図８Ｂ】
2012142513.tif 000034
【図８Ｃ】
2012142513.tif 000035