(57)【要約】【課題】窒化物半導体素子の変質劣化をより抑制し、信頼性の高い窒化物半導体素子を提供する。【解決手段】サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に形成されたメサ部２１を有する窒化物半導体部２０と、を備えた窒化物半導体素子１において、窒化物半導体部２０は、チップへの個片化に伴い形成された断面からなる側面２２を有し、この側面２２に、窒化物半導体部２０とは組成の異なる無機材料３０を被覆する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板と、
当該サファイア基板上に形成されたメサ部を有する窒化物半導体部と、を備えた窒化物半導体素子であって、
前記窒化物半導体部は、チップへの個片化に伴い形成された断面を有し、
当該断面に、前記窒化物半導体部とは組成の異なる無機材料が被覆されている窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記無機材料は酸化アルミニウムである請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体素子を備える装置。
【請求項４】
サファイア基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、
前記窒化物半導体層が形成されたサファイア基板をチップに分割する工程と、
前記チップに分割する工程で前記窒化物半導体層に形成された断面に、前記窒化物半導体層とは組成の異なる無機材料を被覆する工程と、
を備える窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体素子及びそれを用いた装置並びに窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体素子は、さまざまな電子機器に用いられており、演算処理装置、発光素子や受光素子等の光学デバイス、及び各種センサ等に応用されている。これらは、外部からの電力を変換する装置、外部電力を発光へと変換する装置、又は外部光を電力へと変換する装置である。
【０００３】
窒化物半導体素子は、使用に伴い特性が劣化することが知られている。例えば、窒化物半導体発光素子の発光出力は、使用に伴い出力が低下していく傾向がある。この要因の一つとして、大気中の酸素や水と窒化物半導体とが反応し、酸化物や水酸化物へと変化することが挙げられる。窒化物が酸化物や水酸化物へと変化すると、発光特性が変化する、脆くなる、駆動電圧が上昇する、変化点を起点とした素子破壊が起こる、等の不良を引き起こす。このように、窒化物半導体素子の使用中の変質は広く認識されており、変質を抑制するために様々な工夫が為されている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、窒化物半導体素子の特性劣化を抑制するために、活性層の端面とエポキシ樹脂との間に特に厚い絶縁層を形成する手法が用いられている。本手法を用いることで光を拡散すると共に、絶縁層自体を形成する理由である、大気中の酸素や水が起因となる酸化を抑制することができ、膜剥離等の素子劣化や素子不良を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９０２０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、窒化物半導体表面に無機材料からなる保護膜を用いることにより、大気中の酸素や水が起因となる、酸化物や水酸化物の生成を抑制することができ、変質及び素子劣化を抑制することができる。
しかしながら、窒化物半導体素子がウェハの状態で、保護膜が形成される場合には、ウェハをチップへと分割した際に分割断面に露出する窒化物半導体部の側面を、保護膜で被覆することができない。そのため、チップの分割断面に変質等が生じ、素子不良の原因となるという問題がある。
本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、窒化物半導体素子の変質劣化をより抑制し、信頼性の高い窒化物半導体素子及びそれを用いた装置並びに窒化物半導体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】
【０００７】
本発明の一態様による窒化物半導体素子は、サファイア基板と、当該サファイア基板上に形成されたメサ部を有する窒化物半導体部と、を備えた窒化物半導体素子であって、前記窒化物半導体部は、チップへの個片化に伴い形成された断面を有し、当該断面に、前記窒化物半導体部とは組成の異なる無機材料が被覆されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様による装置は、上記態様の窒化物半導体素子を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の他の態様による窒化物半導体素子の製造方法は、サファイア基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、前記窒化物半導体層が形成されたサファイア基板をチップに分割する工程と、前記チップに分割する工程で前記窒化物半導体層に形成された断面に、前記窒化物半導体層とは組成の異なる無機材料を被覆する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、窒化物半導体部の、チップへの個片化に伴い形成された断面に、窒化物半導体部とは組成の異なる無機材料を被覆したため、窒化物半導体部の断面が外気に曝露されない。その結果、大気中の酸素や水が窒化物半導体部の断面に接触しないため、窒化物半導体部の断面が酸化物や水酸化物等へ変質することを防止することができ、変質由来の素子不良を抑制し、信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る窒化物半導体素子の一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
＜窒化物半導体素子＞
本実施形態の窒化物半導体素子は、サファイア基板と、このサファイア基板上に形成されたメサ部を有する窒化物半導体部と、を備えた窒化物半導体素子である。窒化物半導体部は、チップへの個片化に伴い形成された断面を有し、この断面に、窒化物半導体部とは組成の異なる無機材料が被覆されている。
【００１２】
ここで、チップへの個片化に伴い形成された断面とは、ウェハをチップへ分割した際の分割断面により形成される面のことをいい、例えばメサ構造やリッジ構造、トレンチ構造等の断面に相当する面とは異なる。典型的には、サファイア基板の裏面（すなわち窒化物半導体部が形成されていない面）の外周と接している側面が、チップへの個片化に伴い形成された断面に該当する。
【００１３】
窒化物半導体素子としては、窒化物半導体部に窒化物半導体を用いている素子を指し、ダイオードや太陽電池、トランジスタ等の特性を有する構造が挙げられる。
図１は本実施形態の窒化物半導体素子１の一例を示す断面模式図である。この窒化物半導体素子１は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に形成されたメサ部２１を有する窒化物半導体部２０と、を備える。
【００１４】
この窒化物半導体素子１は、窒化物半導体部２０となる窒化物半導体層がサファイア基板上に複数形成されたウェハからチップに個片化する際に、例えばサファイア基板上に形成された複数のメサ部の間で切断することにより、チップに個片化される。そして、この切断によりサファイア基板１０に形成される分割断面がサファイア基板１０の側面１１となり、同様に窒化物半導体層に形成される分割断面が窒化物半導体部２０の側面２２となる。そして、サファイア基板１０の側面１１と窒化物半導体部２０の側面２２とで形成される面が、窒化物半導体素子１の側面１００となる。つまり、窒化物半導体素子１の側面１００は、ウェハからチップに個片化する際の切断に伴い形成される分割断面である。以後、窒化物半導体素子１の側面のうち、分割断面からなる側面を分割側面１００という。
窒化物半導体素子１の分割側面１００の少なくとも窒化物半導体部２０の側面２２に対応する部分には、窒化物半導体部２０とは組成の異なる無機材料３０が被覆されている。
【００１５】
［窒化物半導体部］
窒化物半導体部２０は、サファイア基板１０上に形成され、メサ部２１を有する。例えば、窒化物半導体素子１を発光素子として用いる場合には、窒化物半導体部２０として、ＡｌＮ層、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ多重量子井戸積層薄膜、Ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ、Ｐ型ＧａＮ等を、この順に積層した構造を採用することが出来る。
【００１６】
窒化物半導体部２０の材料としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ボロン（ＢＮ）、或いはこれらの混晶が挙げられる。
窒化物半導体部２０は、導電性を有する目的でシリコン（Ｓｉ）やマグネシウム（Ｍｇ）等の不純物がドーピングされていても良い。また、窒素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）等の不純物が混入していても良い。
その他にも、窒化物半導体素子１の特性を引き出すための構造を有していればよく、上記の限りではない。
【００１７】
メサ部２１とは表面に露出していない導電層を露出させることを目的として、窒化物半導体部２０をエッチングした際に形成される凸部である。例えば、ＡｌＮ層、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ多重量子井戸積層薄膜、Ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ、Ｐ型ＧａＮ層をこの順に積層した発光素子の場合、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層を露出させるために、部分的に上層をエッチング除去した際に形成される凸部がメサ部２１となる。
【００１８】
例えば、無機材料３０が、窒化物半導体素子１の分割側面１００のうちの窒化物半導体部２０の側面２２部分及びメサ部２１の側面の両方を被覆する場合は、本発明の一実施形態に該当するが、無機材料３０が、メサ部２１を被覆するが窒化物半導体部２０の側面２２部分を被覆しない場合は、本発明の一実施形態には該当しない。すなわち、本発明の一実施形態における窒化物半導体素子１は、無機材料３０が、少なくとも窒化物半導体部２０の側面２２を被覆する。
【００１９】
[無機材料]
無機材料３０は、窒化物半導体部２０とは異なる組成を有し、少なくとも窒化物半導体部２０の側面２２を被覆する。
この無機材料３０は、窒化物半導体部２０の側面２２を部分的に被覆していても、側面２２全面を被覆していてもよい。また、窒化物半導体素子１の分割断面からなる複数の分割側面１００のうち、いずれか１つの分割側面１００についてのみ窒化物半導体部２０の側面２２を被覆していてもよく、複数の分割側面１００について窒化物半導体部２０の側面２２を被覆していてもよい。
【００２０】
また、無機材料３０は、窒化物半導体部２０の側面２２を被覆していれば、単結晶であっても、多結晶であっても、アモルファスであっても良い。
また、無機材料３０は、窒化物半導体部２０の劣化を抑制する目的で形成されており、この目的を満足する無機材料３０であれば特に制限はされない。
また、無機材料３０は、窒化物半導体部２０の側面２２を被覆していれば単層でも多層でも良く、また一様の組成で形成されていなくても良い。
【００２１】
さらに、無機材料３０により、窒化物半導体素子１の分割側面１００のみ被覆するようにしてもよく、分割側面１００のみに限らず、さらに、窒化物半導体素子１の電極が形成される側の表面、或いは、窒化物半導体素子１の電極とは逆側の表面も被覆するように連続的に形成されていてもよい。
無機材料３０は、窒化物半導体部２０の側面２２に接触する形で形成されていれば良く、側面２２を被覆する無機材料３０が、さらに有機物等で被覆されていても良い。
【００２２】
無機材料３０としては、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、窒化ガリウム、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化亜鉛等が挙げられる。サファイア基板１０及び窒化物半導体部２０との密着性の観点から、本発明の一態様では、酸化アルミニウムを用いる。
無機材料３０を形成する方法は特に制限されず、例えば蒸着や塗布等の方法が挙げられる。
【００２３】
無機材料３０はＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray spectroscopy：エネルギー分散型Ｘ線分析)、ＸＲＦ（X-ray Fluorescence Analysis：蛍光Ｘ線元素分析法）、ＡＥＳ（Auger Electron Spectroscopy：オージェ電子分光法）、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry：二次イオン質量分析法）等、各種分析手法で同定が可能であるが、特にＥＤＸでの測定が簡便で最適である。
【００２４】
＜実施形態の効果＞
このように、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子は、窒化物半導体部２０の側面２２が、無機材料３０により被覆されている。そのため、窒化物半導体部２０において、外気に曝露される領域を狭くすることができる。つまり、窒化物半導体部２０の側面２２において、大気中の酸素や水が接触する領域を狭くすることができるため、酸化物や水酸化物等へ変質する領域を狭くすることができる。よって、酸化物や水酸化物等への変質に由来する素子不良を抑制することができ、窒化物半導体素子１の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
＜装置＞
本発明の一実施形態に係る装置は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を備えるものである。
本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子は、各種の装置に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子は、紫外線ランプが用いられている既存の全ての装置に適用・置換可能である。特に、波長２８０ｎｍ以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子は、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。
【００２６】
本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）・プリント基板（ＰＣＢ）・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
【００２７】
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿及び貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコンディショナー、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。
【００２８】
固体殺菌装置(表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。
【実施例】
【００２９】
＜実施例＞
サファイア基板上にＮ型ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ発光層、Ｐ型ＡｌＧａＮ、Ｐ型ＧａＮをこの順に積層して窒化物半導体層を形成した。この窒化物半導体層を、一部を残して除去し、外部から電力を印加するためのメサ部を形成し、さらに、窒化物半導体層に、Ｎ型電極及びＰ型電極を形成した窒化物半導体ウェハを用意した。このウェハをＵＶテープに貼り付けた後、ブレードダイシング及びエキスパンドを行い、メサ部どうしの間で切断することにより個片化し、窒化物半導体素子を得た。
【００３０】
この窒化物半導体素子の電極側に、スポイトを用いてレジスト（ＡＺ５２１４、Ｃｌａｒｉａｎｔ  Ｃｏ．）を垂らし、個片化することにより形成された分割断面に付着したレジストを、アセトンを浸漬させた綿棒で拭い取った。このレジストが形成された窒化物半導体素子を１１０℃のホットプレート上でベークした後、スパッタ装置を用いて、窒化物半導体素子の側面の、少なくとも窒化物半導体部の側面に、無機材料として酸化アルミニウムを成膜した。
【００３１】
酸化アルミニウムを成膜した後の窒化物半導体素子をアセトンへ浸漬させ、超音波をかけることで、窒化物半導体素子の側面１００の、窒化物半導体部２０の側面２２部分が酸化アルミニウム（無機材料３０）で被覆された窒化物半導体素子１を作製した。
この酸化アルミニウムで被覆された窒化物半導体素子１を、大気下において、１０ｍＡで通電試験を評価したところ、窒化物半導体素子１の出力が初期値の５０％に減衰するまでの時間は１００時間であった。
【００３２】
＜比較例＞
サファイア基板１０上にＮ型ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ発光層、Ｐ型ＡｌＧａＮ、Ｐ型ＧａＮをこの順に積層して窒化物半導体層を形成し、この窒化物半導体層を、一部を残して除去し、外部から電力を印加するためのメサ部を形成し、さらに、窒化物半導体層にＮ型電極及びＰ型電極を形成した窒化物半導体ウェハを用意した。このウェハをＵＶテープに貼り付けた後、ブレードダイシング及びエキスパンドを行い、メサ部どうしの間で切断することにより個片化し、窒化物半導体素子を得た。
【００３３】
この窒化物半導体素子を、大気下において、１０ｍＡで通電試験を評価したところ、窒化物半導体素子の出力が初期値の５０％に減衰するまでの時間は２４時間であった。
以上から、窒化物半導体素子１の分割側面１００のうちの少なくとも窒化物半導体部２０の側面２２部分を、無機材料３０としての酸化アルミニウムで被覆することにより、窒化物半導体素子１の素子不良が低減され、信頼性が向上することが確認された。
【符号の説明】
【００３４】
１  窒化物半導体素子
１０  サファイア基板
１１  サファイア基板の側面
２０  窒化物半導体部
２１  メサ部
２２  窒化物半導体部の側面
３０  無機材料
１００  窒化物半導体素子の側面（分割側面）
【図１】
2016149527.tif 000003