(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下地成長層を形成する工程と、
前記下地成長層上にバンドギャップエネルギーが前記下地成長層より小さい下側導電層を形成する工程と、
前記下側導電層上に成長阻害膜を形成する工程と、
前記成長阻害膜の一部を除去して開口部を形成する工程と、
前記開口部から露出した前記下側導電層上に半導体層を積層して形成する工程と、
前記半導体層に保護膜を形成する工程と、
前記基板上に形成された前記下側導電層及び前記半導体層をエッチングにより素子毎の領域に分離する素子分離溝を形成する工程と、
前記半導体層に形成した前記保護膜を除去する工程と、
前記基板に光を照射して前記下地成長層と前記下側導電層との界面においてアブレーションを生じさせて前記基板から前記下側導電層及び前記半導体層を分離する工程とを有する
半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記下側導電層及び半導体層はウルツ鉱型化合物半導体層である
請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記ウルツ鉱型化合物半導体層は窒化物系化合物半導体層である
請求項２記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記下地成長層はＡｌＧａＮであり、且つ前記下側導電層はＧａＮである
請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体層は、前記基板上に該基板の主面に積層する結晶層を形成し、前記主面に平行な面内に延在する第一導電層、活性層、及び第二導電層を前記結晶層に形成してなる、若しくは前記基板上に該基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層を形成し、前記傾斜結晶面に平行な面内に延在する第一導電層、活性層、及び第二導電層を前記結晶層に形成してなる、
請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記基板は光透過性を有する
請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記光は前記基板の裏側から照射される
請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記光は前記下地成長層のバンドギャップエネルギーと前記下側導電層のバンドギャップエネルギーとの間のエネルギー値を有する
請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記光はレーザ光である
請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記レーザ光の波長は３４０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下である
請求項９記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記素子分離溝は前記下地成長層に至る深さを有する
請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記素子の前記下側導電層の分離した裏面に一方の電極を形成する
請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法に関し、特に、窒化物系化合物半導体を用いて構成される半導体素子の製造方法において、下地成長層を成長基板とともに分離することができ、下側導電層に裏面から電極を効率良く形成することができる半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サファイア基板上に積層された半導体成長層はエッチングを施すことによりサファイア基板から剥離される。しかし、エッチングを施してサファイア基板から半導体成長層を剥離する場合、エッチング速度の緩慢やエッチングによる半導体成長層の腐食などの問題がある。
【０００３】
窒化系化合物半導体成長層において、ウェットエッチングを施してサファイア基板から剥離することは困難であり、反応性イオンエッチングなどのようなドライエッチングを施してサファイア基板から剥離される。しかし、反応性イオンエッチングには毒性のガスを用いるため、ドライエッチングによる半導体成長層の腐食が大きい。
【０００４】
このようなエッチングを施して半導体成長層を成長基板から剥離する問題を考慮して、成長基板の裏側からレーザ光を照射して半導体成長層と成長基板との界面においてアブレーションを生じさせて半導体成長層を剥離する方法が開発された。
【０００５】
窒化物系化合物半導体成長層の場合、サファイア基板上に形成された半導体成長層は、サファイア基板の裏側からレーザ光を照射され、半導体成長層のアンドープ層やバッファ層においてレーザ光は吸収されアブレーションが生じ、サファイア基板からアンドープ層やバッファ層とともに半導体成長層は剥離される。その後、アンドープ層やバッファ層にエッチングを施し、素子の裏面に電極を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、サファイア基板から剥離された半導体成長層の裏面のアンドープ層やバッファ層は多結晶やアモルファス状であるため、抵抗が高く電極を形成するには不向きであり、半導体素子の裏面に電極を形成する場合には裏面にエッチングを施してアンドープ層やバッファ層を除去するので効率が良くない。
【０００７】
さらに、半導体素子の裏面に電極を形成する場合、裏面にエッチングを施す工程とともに半導体素子を形成する製造工程が増え、半導体素子の生産コストが上昇する。また、半導体素子の生産コストの上昇とともに、半導体素子を実装した画像表示装置などの生産コストも上昇する。
【０００８】
そこで、本発明の半導体素子の製造方法は、下地成長層を成長基板とともに分離することができ、下側導電層に裏面から電極を効率良く形成することができる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明における半導体素子の製造方法は、基板上に下地成長層を形成する工程と、下地成長層上にバンドギャップエネルギーが下地成長層より小さい下側導電層を形成する工程と、下側導電層上に成長阻害膜を形成する工程と、成長阻害膜の一部を除去して開口部を形成する工程と、開口部から露出した下側導電層上に半導体層を積層して形成する工程と、半導体層に保護膜を形成する工程と、基板上に形成された下側導電層及び半導体層をエッチングにより素子毎の領域に分離する素子分離溝を形成する工程と、半導体層に形成した保護膜を除去する工程と、基板に光を照射して下地成長層と下側導電層との界面においてアブレーションを生じさせて基板から下側導電層及び前記半導体層を分離する工程とを有する。
【００１０】
基板上に形成された半導体層は基板の裏側から光を照射され基板から分離されるのであるが、バンドギャップエネルギーが下地成長層より小さな半導体を用いて下側導電層を形成し、これらの間のエネルギー値を有するレーザ光を成長基板の裏側から照射すると、下地成長層と下側導電層との下側導電層側界面においてアブレーションを生じさせることができる。そのため、下地成長層と下側導電層との界面において半導体層から下地成長層やバッファ層を成長基板とともに簡便に分離することができる。
【００１１】
さらに、半導体層には下地成長層に至る深さを有する素子毎の領域に分離する素子分離溝を形成した後にレーザ光を照射して基板から分離すると、半導体層を基板から分離すると同時に複数の半導体素子を形成することができ、分離された下側導電層に裏側から効率良く電極を形成することができる。
【００１２】
また、基板を下地成長層とともに簡便に分離することができ、複数の素子に効率良く分離することができるため、半導体素子の生産コストを低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００１８】
［参考例］
成長基板上に下地成長層が形成され、下側導電層、第一導電層、活性層、及び第二導電層が積層されて半導体成長層が形成され、下地成長層に至る素子分離溝が半導体成長層に形成された後に、下地成長層と下側導電層との界面において分離して形成されるプレナー型の半導体発光素子について説明する。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、成長基板１１上に下地成長層１２が形成される。一般には、成長基板１１としては、次にウルツ鉱型の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限定されず、種々のものを用いることができ、例えば、成長基板１１として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としたサファイア基板を用いることができる。参考例における成長基板１１は、後述する成長基板１１を分離する際にレーザ光を裏側から照射するため、サファイア基板などの光透過性を有する基板とする。
【００２０】
成長基板１１の主面上に形成される下地成長層１２も、一般には種々のものを用いることができる。下地成長層１２としては、例えば、ＩＩＩ族系化合物半導体を用いることができ、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体などがある。
【００２１】
下地成長層１２の成長させる方法としては、種々の気相成長法を挙げることができる。例えば、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いて成長させることができる。特に、ＭＯＶＰＥ法を用いると、迅速に結晶性の良いものが得られる。図１（ａ）では省略しているが、下地成長層１２の底部側には所要のバッファ層を形成しても良い。
【００２２】
図１（ｂ）のように下地成長層１２の上に下側導電層であるｎ側コンタクト層１３が形成され、さらに順に第一導電層１４、活性層１５、第二導電層１６及びｐ側コンタクト層１７が積層され半導体成長層が形成される。このとき、下地成長層１２上に積層されるｎ側コンタクト層１３は、下地成長層１２よりバンドギャップエネルギーが小さい半導体を用いて形成される。ｎ側コンタクト層１３は下地成長層１２と同様に、ウルツ鉱型の化合物半導体層である。参考例において、下地成長層１２に比べてバンドギャップエネルギーが小さい半導体として、例えば、下地成長層１２にはＡｌＧａＮ、ｎ側コンタクト層１３にはＧａＮを用いることができる。
【００２３】
一般に、第一導電層１４は下地成長層１２と同様に、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばシリコンドープのＧａＮの如き材料から形成される。第一導電層１４はｎ型クラッド層として機能し、活性層１５は、半導体発光素子の光を生成するための層であり、第一導電層１４の上に積層され、発光するのに好適な膜厚を有する。ｐ側コンタクト層１７及び第二導電層１６は、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばマグネシウムドープのＧａＮの如き材料から形成される。この第二導電層１６はｐ型クラッド層として機能する。また、活性層１５は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。
【００２４】
図１（ｃ）は成長基板１１上に積層された半導体成長層に素子分離溝１８を形成する工程を示している。素子分離溝１８は反応性イオンエッチング等の処理を施して形成され、半導体成長層は素子毎の領域に分離される。素子分離溝１８の深さは、下地成長層１２に至る深さであるため、後述のように、成長基板１１の裏側からレーザ光を照射して成長基板１１及び下地成長層１２を分離すると同時に、半導体成長層を複数の半導体発光素子に効率良く分離することができる。
【００２５】
図２（ｄ）は成長基板１１上の裏側からレーザ光を照射し成長基板１１を分離する工程を示す図である。図２（ｄ）に示すように、前述のように下地成長層１２上に積層されるｎ側コンタクト層１３は、下地成長層１２よりバンドギャップエネルギーが小さい半導体を用いて形成されるため、成長基板１１の裏側から照射するレーザ光として、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いると、レーザ光は下地成長層１２において吸収されず、ｎ側コンタクト層１３において吸収される。レーザ光を吸収した下地成長層１２とｎ側コンタクト層１３とのｎ側コンタクト層１３側界面においてアブレーションが生じ、この界面において下地成長層１２とともに成長基板１１を分離することができる。このとき照射されるレーザ光には、例えば、紫外線であるエキシマレーザや高調波ＹＡＧレーザのようなレーザ光がある。
【００２６】
例えば、下地成長層１２にＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）、ｎ側コンタクト層１３にＧａＮを用いて成長基板の裏側から３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）を照射した場合、ＡｌＧａＮのバンドギャップエネルギーが３．８ｅＶ、ＧａＮのバンドギャップエネルギーが３．２ｅＶ、３倍高調波ＹＡＧレーザ光のレーザ光のエネルギーが３．５ｅＶであることから、レーザ光は下地成長層１２では吸収されず、ｎ側コンタクト層１３において吸収される。レーザ光を吸収したｎ側コンタクト層１３と下地成長層１２とのｎ側コンタクト層１３側界面においてＧａＮが金属のＧａと窒素とに分解され、成長基板１１及び下地成長層１２を簡便に分離することができる。
【００２７】
このように、ｎ側コンタクト層１３のバンドギャップエネルギーが下地成長層１２のバンドギャップエネルギーより小さく、これらの間にエネルギーの値を持つレーザ光を照射すると、レーザ光は下地成長層１２において吸収されずにｎ側コンタクト層１３に至り、ｎ側コンタクト層１３において吸収される。ｎ側コンタクト層１３でレーザ光が吸収され、ｎ側コンタクト層１３側界面においてアブレーションが生じて、成長基板１１は下地成長層１２とともに簡便に分離することができる。
【００２８】
図２（ｅ）は成長基板１１から分離した第一導電層、活性層、及び第二導電層にｐ側電極１９およびｎ側電極２０を形成する工程を示す図である。ｐ側電極１９は、ｐ側コンタクト層１７に蒸着法などにより形成され、例えば、Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造またはＮｉ（Ｐｄ）/Ｐｔ/Ａｕ電極構造を有する。ｎ側電極２０は、例えば、ＡｕＧｅ/Ｎｉ/Ａｕ電極構造を有し、ｎ側コンタクト層１３に蒸着法などにより形成される。
【００２９】
また、上述のように、下地成長層１２上に積層されるｎ側コンタクト層１３を下地成長層１２よりバンドギャップエネルギーが小さい半導体を用いて形成し、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いて成長基板１１及び下地成長層１２を分離した後、へき開して複数の半導体発光素子に分離すると、半導体レーザの共振端面となるへき開面を形成することができる。
【００３０】
以上のように、ｎ側コンタクト層１３のバンドギャップエネルギーが下地成長層１２のバンドギャップエネルギーより小さく、これらの間にエネルギーの値を持つレーザ光を照射すると、レーザ光照射により下地成長層１２とｎ側コンタクト層１３とのｎ側コンタクト層１３側界面においてアブレーションが生じさせることができ、半導体成長層を成長基板１１及び下地成長層１２から簡便に分離することができ、電極形成に適した下側導電層であるｎ側コンタクト層１３を露出させることができる。
【００３１】
さらに、素子分離溝１８を下地成長層１２に至る深さに形成した後にレーザ光照射により成長基板１１及び下地成長層１２から半導体成長層を分離すると、成長基板１１が下地成長層１２とともに分離されると同時に、半導体成長層を複数の半導体発光素子毎に効率良く分離することができ、複数の半導体発光素子に分離されたｎ側コンタクト層１３の裏面に効率良くｎ側電極を形成することができる。
【００３２】
［第一の実施の形態］
成長基板上に下地成長層が形成され、下地成長層上に下側導電層が形成され、下側導電層上に選択成長によって第一導電層、活性層、及び第二導電層が積層されて断面略三角形状で六角錘状の半導体成長層が形成された後に、下地成長層と下側導電層との界面において分離されて形成される半導体発光素子について説明する。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、成長基板３１上に下地成長層３２及び下側導電層３３が順に積層されて形成される。成長基板３１としては、次にウルツ鉱型の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限定されず、種々のものを使用できる。例えば、成長基板３１として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としたサファイア基板を用いることができる。この場合の基板主面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。ここで、第一の実施の形態において成長基板３１は、後述する成長基板３１を分離する際にレーザ光を裏側から照射するため、サファイア基板などの光透過性を有する基板とする。
【００３４】
この成長基板３１の主面上に形成される下地成長層３２及び下側導電層３３としては、後の工程で六角錐のピラミッド構造を形成することからウルツ鉱型の化合物半導体を用いることができる。例えば、ＩＩＩ族系化合物半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体などである。
【００３５】
下地成長層３２及び下側導電層３３を成長させる方法としては、種々の気相成長法を挙げることができる。例えば、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いて成長させることができる。特に、ＭＯＶＰＥ法を用いると、迅速に結晶性の良いものが得られる。また、図３では省略しているが、下地成長層３２の底部側には所要のバッファ層を形成しても良い。
【００３６】
下地成長層３２は、一般にはｎ側電極を形成するための導電層として機能することから、その全体にシリコンなどの不純物がドープされる。第一の実施の形態においては、後述するように、成長基板３１の裏側からレーザ光を照射してアブレーションにより成長基板３１を分離する際に、下地成長層３２の一部を成長基板とともに分離する。そのため、成長基板３１とともに分離される部分の層には不純物をドープしなくても良い。
【００３７】
下地成長層３２上に積層される下側導電層３３にはシリコンなどの不純物がドープされてｎ側電極を形成され、下地成長層３２よりバンドギャップエネルギーが小さい半導体を用いて形成される。例えば、下地成長層３２に比べてバンドギャップエネルギーが小さい半導体として、下地成長層３２にはＡｌＧａＮ、下側導電層３３にはＧａＮを用いることができる。
【００３８】
図３（ｂ）のように、下地成長層３２及び下側導電層３３を順に積層した下地成長層３２上の全面にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなる成長阻害膜３４を形成する。この成長阻害膜３４はマスク層として用いられる膜であり、スパッタ法若しくはその他の方法によって下地成長層３２の表面に形成される。
【００３９】
図３（ｃ）に示すように、成長阻害膜３４を全面に形成した後、マスクとして機能する成長阻害膜３４の一部が除去されて開口部３４ａが形成される。一般に、選択成長する上で開口部３４ａの形状は、基板主面に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造に形成することができる形状であれば特に限定されるものではない。一例としてストライプ状、矩形状、円形状、楕円状、三角形状、又は六角形状などの多角形形状とされる。成長阻害膜３４の下部の下側導電層３３は開口部３４ａの形状を反映してその表面が露出する。第一の実施の形態において、第一導電層、活性層、及び第二導電層を断面略三角形状の六角錘状に選択成長させることができる形状としては、円形状や六角形状などがある。
【００４０】
このような所定の形状の開口部３４ａが形成された後、図４（ｄ）に示すように、選択成長により第一導電層３５、活性層３６、及び第二導電層３７が積層される。
【００４１】
第一導電層３５は下地成長層３２と同様に、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばシリコンドープのＧａＮの如き材料から形成される。この第一導電層３５はｎ型クラッド層として機能する。この第一導電層３５は、例えば、成長基板３１がサファイア基板として、その主面がＣ面である場合には、選択成長によって断面略三角形状の六角錐形状に形成することができる。
【００４２】
活性層３６は、半導体発光素子の光を生成するための層であり、例えばＩｎＧａＮ層やＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造の層からなる。この活性層３６は、第一導電層３５の傾斜面からなるファセットに沿って延在され、発光するのに好適な膜厚を有する。また、活性層３６は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。
【００４３】
第二導電層３７は、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばマグネシウムドープのＧａＮの如き材料から形成される。この第二導電層３７はｐ型クラッド層として機能する。この第二導電層３７も第一導電層３５の傾斜面からなるファセットに沿って延在される。選択成長によって形成される六角錐形状の傾斜面は例えばＳ面、｛１１−２２｝面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる面とされる。
【００４４】
図４（ｅ）及び図４（ｆ）は素子分離溝３９を形成する工程を示している。図４（ｅ）に示すように、最外部に形成された第二導電層３７が素子分離溝３９形成のためのエッチングにより侵食されるのを防ぐため、第二導電層３７及び成長阻害膜３４が形成されている下側導電層３３の全面に保護膜３８で覆う。保護膜３８は、例えば、プラズマＣＶＤ法等により形成されるシリコン酸化膜などである。このような保護膜３８が形成された後、図４（ｆ）に示すように、反応性イオンエッチングなどの処理を施して素子分離溝３９を形成し、素子毎の領域に分離する。
【００４５】
素子分離溝３９の深さは、下地成長層３２に至る深さである。後述するように、成長基板３１の裏側からレーザ光を照射して成長基板３１を分離する際に、下地成長層３２と下側導電層３３との下側導電層３３側界面においてアブレーションが生じ、成長基板３１を下地成長層３２とともに分離することができる。このとき、素子分離溝３９を下地成長層３２に至る深さに形成することにより、成長基板３１及び下地成長層３２を分離すると同時に素子毎の領域に分離することができ、効率良く半導体発光素子を形成することができる。
【００４６】
素子分離溝３９が形成された後、酸などにより保護膜３８を除去する（図５（ｇ））。図５（ｈ）に示すように、保護膜３８を除去した後に、六角錐形状の第一導電層、活性層、及び第二導電層の最外部にある第二導電層３７の表面にｐ側電極４０の形成する。ｐ側電極４０は、一例として、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造またはＰｄ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造を有し、蒸着法などによって形成される。また、ｎ側電極は裏面に形成されるため、ここでは形成されていない。
【００４７】
図５（ｉ）は成長基板３１の裏側からレーザ光を照射して成長基板３１を分離する工程を示す図である。前述のように下側導電層３３のバンドギャップエネルギーが下地成長層３２のバンドギャップエネルギーに比べて小さいため、成長基板１１の裏側から照射するレーザ光として、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いると、レーザ光は下地成長層３２において吸収されず、下側導電層３３において吸収される。そのため、レーザ光を吸収する下側導電層３３と下地成長層３２との下側導電層３３側界面において、アブレーションが生じ、下地成長層３２とともに成長基板３１を分離することができる。また、成長基板３１を分離するために照射されるレーザ光には、紫外線であるエキシマレーザや高調波ＹＡＧレーザなどのレーザ光がある。
【００４８】
例えば、下地成長層３２をＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）、下側導電層３３をＡｌＮよりもバンドギャップエネルギーの小さなＧａＮとした場合、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）を成長基板３１の裏側から照射すると、下側導電層３３と下地成長層３２との下側導電層３３側界面において、ＧａＮが金属のＧａと窒素とに分解して成長基板３１及び下地成長層３２は簡便に分離することができる。
【００４９】
これは、下地成長層３２であるＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）のバンドギャップエネルギーが３．８ｅＶ、下側導電層３３であるＧａＮのバンドギャップエネルギーが３．２ｅＶ、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）のレーザ光のエネルギーが３．５ｅＶであることから、ＹＡＧレーザは下地成長層３２において吸収されずに透過し、下側導電層３３に至って吸収されるからである。
【００５０】
このように、下側導電層３３として、バンドギャップエネルギーが下地成長層３２より小さな半導体を用いて積層し、この二層のバンドギャップエネルギーの間に位置するエネルギーをもつレーザ光を照射すると、下地成長層３２において吸収されず、下側導電層３３に至って吸収される。レーザ光を吸収した下側導電層３３と下地成長層３２との下側導電層３３側界面においてアブレーションが生じ、成長基板３１及び下地成長層３２を簡便に分離することができる。
【００５１】
図６（ｊ）に示すように、成長基板３１及び下地成長層３２を分離した際、素子分離溝３９の深さが下地成長層３２に至る深さであるため、レーザ光を照射して成長基板３１および下地成長層３２を分離すると同時に、複数の素子毎に分離される。
【００５２】
図６（ｋ）は素子の裏面にｎ側電極４１を形成する工程を示す図である。ｎ側電極４１は、一例として、Ｔｉ/Ａｌ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造であり、蒸着法などによって形成される。
【００５３】
以上のように、下側導電層３３のバンドギャップエネルギーが下地成長層３２のバンドギャップエネルギーに比べて小さく、成長基板３１の裏側から照射するレーザ光として、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いる場合、レーザ光は下地成長層３２において吸収されず、下側導電層３３において吸収される。このようなレーザ光を照射することにより下地成長層３２と下側導電層３３との下側導電層３３側界面においてアブレーションが生じ、成長基板３１及び下地成長層３２を分離することができ、電極形成に適した下側導電層３３を露出させることができる。
【００５４】
さらに、素子分離溝３９を下地成長層３２に至る深さに形成した後にレーザ光照射により成長基板３１及び下地成長層３２から半導体成長層を分離すると、成長基板３１が下地成長層３２とともに分離されると同時に、半導体成長層を複数の半導体発光素子毎に効率良く分離することができ、複数の半導体発光素子に分離された下側導電層３３の裏面に効率良くｎ側電極を形成することができる。
【００５５】
［第二の実施の形態］
成長基板上に下地成長層が形成され、下地成長層上に下側導電層が形成され、下側導電層上に選択成長によって第一導電層、活性層、及び第二導電層が積層されて断面略台形状で台形柱状の半導体成長層が形成された後に、下地成長層と下側導電層との界面において分離されて形成される半導体発光素子について説明する。
【００５６】
図７（ａ）に示すように、第一の実施の形態と同様に、成長基板５１上に下地成長層５２及び下側導電層５３順に積層し、下地成長層５２上に成長阻害膜５４を形成する。下地成長層５２は、成長基板５１とともに分離されるため不純物をドープしなくても良い。
【００５７】
成長基板５１は、サファイア基板のような次にウルツ鉱型の化合物半導体を形成し得るものであれが良いが、第二の実施の形態において成長基板５１は、後述する成長基板５１を分離する際にレーザ光を裏側から照射するため、サファイア基板などの光透過性を有する基板とする。
【００５８】
下地成長層５２上に積層される下側導電層５３は、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのウルツ鉱型の化合物半導体であり、シリコンなどの不純物がドープされ、ｎ側電極が形成される。また、下側導電層５３は、下地成長層５２よりもバンドギャップエネルギーが小さい半導体を用いて形成される。例えば、第一の実施の形態と同様に、下地成長層５２に比べてバンドギャップエネルギーが小さい半導体として、下地成長層５２にはＡｌＧａＮ、下側導電層５３にはＧａＮを用いることができる。
【００５９】
下側導電層５３上に形成される成長阻害膜５４はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜からなり、スパッタ法などにより形成される。
【００６０】
図７（ｂ）は成長阻害膜５４にストライプ状の開口部５４ａを形成する工程を示す。この開口部５４ａの形状は、一般には基板主面に対して傾斜面を有するファセット構造にすることができるストライプ状の開口部であれば良い。第二の実施の形態では断面略台形状の台形柱状の半導体発光素子を形成するストライプ状であるが、例えば、開口部５４ａの長手方向を［１−１００］方向若しくは［１１-２０］方向とすると、断面略台形状の台形柱状の第一導電層、活性層、及び第二導電層を形成することができる。
【００６１】
図７（ｃ）に示すように、ストライプ状の開口部５４ａから選択成長によって断面略台形状で台形柱状の第一導電層５５が形成される。第一導電層５５は、ウルツ鉱型の化合物半導体からなり、例えばシリコンドープのＧａNの如き材料から形成され、ｎ型クラッド層として機能する。
【００６２】
図７（ｃ）のような断面略台形状で台形柱状の第一導電層５５が形成された後に、第一の実施の形態と同様に、順に活性層５６、第二導電層５７が積層して形成される（図８（ｄ））。活性層５６は、半導体発光素子の光を生成するための層であり、例えばＩｎＧａＮ層やＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造の層からなる。また、活性層５６は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。第二導電層５７は、ウルツ鉱型の化合物半導体層であって、例えばマグネシウムドープのＧａＮの如き材料から形成され、ｐ型クラッド層として機能する。
【００６３】
図８（ｅ）及び図８（ｆ）は素子分離溝５９を形成する工程を示している。図８（ｅ）に示すように、第一の実施の形態と同様に、最外部に形成された第二導電層５７及び成長阻害膜５４が形成されている下側導電層５３の全面にプラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜などの保護膜５８を形成し、図８（ｆ）に示すように、反応性イオンエッチングなどの処理を施して素子分離溝５９を形成し、素子毎の領域に分離する。
【００６４】
素子分離溝５９の深さは、下地成長層５２に至る深さである。後述するように、成長基板５１の裏側からレーザ光を照射して成長基板５１を分離する際に、下地成長層５２と下側導電層５３との下側導電層５３側界面においてアブレーションが生じ、成長基板５１を下地成長層５２とともに分離することができる。このとき、素子分離溝５９を下地成長層５２に至る深さに形成することにより、成長基板５１及び下地成長層５２を分離すると同時に下側導電層５３及び半導体成長層を素子毎に分離することができ、効率良く半導体発光素子を形成することができる。
【００６５】
素子分離溝５９が形成された後、酸などにより保護膜５８を除去し（図９（ｇ））、図９（ｈ）に示すように、保護膜５８を除去した後に、六角錐形状の半導体成長層の最外部にある第二導電層５７の表面にｐ側電極６０の形成する。ｐ側電極６０は、一例として、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造またはＰｄ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造を有し、蒸着法などによって形成される。また、ｎ側電極は裏面に形成されるため、ここでは形成されていない。
【００６６】
図９（ｉ）は成長基板５１の裏側からレーザ光を照射して成長基板５１を分離する工程を示す図である。前述のように下側導電層５３のバンドギャップエネルギーが下地成長層５２のバンドギャップエネルギーに比べて小さいため、成長基板５１の裏側から照射するレーザ光として、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いると、レーザ光は下地成長層５２において吸収されず、下側導電層５３において吸収される。そのため、このようなレーザ光を成長基板５１の裏側から照射すると、レーザ光は下地成長層５２を透過し、下側導電層５３において吸収され、レーザ光を吸収する下側導電層５３と下地成長層５２との下側導電層５３側界面においてアブレーションが生じ、下地成長層５２とともに成長基板５１を分離することができる。また、成長基板５１を分離するために照射されるレーザ光には、紫外線であるエキシマレーザや高調波ＹＡＧレーザなどのレーザ光がある。
【００６７】
例えば、下地成長層５２をＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）、下側導電層５３をＡｌＮよりもバンドギャップエネルギーの小さなＧａＮとした場合、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）を成長基板５１の裏側から照射すると、下側導電層５３と下地成長層５２との下側導電層５３側界面において、ＧａＮが金属のＧａと窒素とに分解して成長基板３１及び下地成長層３２は簡便に分離することができる。
【００６８】
これは、下地成長層５２であるＡｌＧａＮ（Ａｌ組成が約１５％）のバンドギャップエネルギーが３．８ｅＶ、下側導電層５３であるＧａＮのバンドギャップエネルギーが３．２ｅＶ、３倍高調波ＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）のレーザ光のエネルギーが３．５ｅＶであることから、ＹＡＧレーザは下地成長層５２において吸収されずに透過し、下側導電層５３に至って吸収されるからである。
【００６９】
このように、下地成長層５２として、バンドギャップエネルギーが下側導電層５３より大きな半導体を用いて積層し、この二層のバンドギャップエネルギーの間に位置するエネルギーをもつレーザ光を照射すると、下地成長層５２において吸収されずに透過し、下側導電層５３に至って吸収される。レーザ光を吸収した下側導電層５３と下地成長層５２との下側導電層５３側界面においてアブレーションが生じ、成長基板３１及び下地成長層３２を簡便に分離することができる。
【００７０】
図１０（ｊ）に示すように、成長基板３１及び下地成長層３２を分離した際、素子分離溝５９の深さが下地成長層５２に至る深さであるため、下側導電層５３、第一導電層、活性層、及び第二導電層は素子毎に分離される。図１０（ｋ）に示すように、素子の裏面にｎ側電極６１を形成する。ｎ側電極６１は、一例として、Ｔｉ/Ａｌ/Ｐｔ/Ａｕ電極構造であり、蒸着法などによって形成される。
【００７１】
このように分離された断面略台形状の台形柱状の半導体発光素子は、台形柱の稜線と垂直な方向にダイシングやエッチングを施されて複数の素子に分離される。このとき、例えば、へき開などにより半導体レーザの共振端面となるへき界面を形成することができる。
【００７２】
以上のように、下側導電層５３のバンドギャップエネルギーが下地成長層５２のバンドギャップエネルギーに比べて小さく、成長基板５１の裏側から照射するレーザ光として、これらのバンドギャップエネルギーの間にエネルギー値を有するレーザ光を用いる場合、レーザ光は下地成長層５２において吸収されず、下側導電層５３において吸収される。このようなレーザ光を照射することにより下地成長層５２と下側導電層５３との下側導電層５３側界面においてアブレーションが生じ、成長基板３１及び下地成長層３２を分離することができ、電極形成に適した下側導電層５３を露出させることができる。
【００７３】
さらに、素子分離溝５９を下地成長層５２に至る深さに形成した後にレーザ光照射により成長基板５１及び下地成長層５２から半導体成長層を分離すると、成長基板５１が下地成長層５２とともに分離されると同時に、半導体成長層を複数の半導体発光素子毎に効率良く分離することができ、複数の半導体発光素子に分離された下側導電層５３の裏面に効率良くｎ側電極を形成することができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、成長基板の裏側からレーザ光を照射してアブレーションを生じさせて成長基板を分離する際に、多結晶やアモルファス状のバッファ層やアンドープ層を成長基板とともに同時に簡便に分離することができる。そのため、成長基板を分離する際に、単結晶からなる結晶性の良いｎ側コンタクト層などの下側導電層を露出させることができ、電極形成に好適な下側導電層に裏面から効率良くｎ側電極を形成することができる。また、下側導電層に効率良く電極を形成することができるため、半導体素子の生産コストを低減することができ、半導体素子を実装した画像表示装置の製造コストも低減することができる。
【００７５】
下側成長層及び半導体層に素子毎の領域に分離する素子分離溝を下地成長層に至るように形成し、成長基板の裏側からレーザ光を照射して成長基板を分離すると、レーザ光照射により成長基板及び下地成長層から半導体層を分離すると同時に半導体層を複数の半導体素子に効率良く分離することができる。
【００７６】
従来のように成長基板のみを分離させたり下地成長層の中途部から分離させたりする半導体素子とは異なり、本発明の半導体素子では成長基板及び下地成長層が分離されるため、従来の半導体素子に比べて小型化がされた半導体素子を実現することができる。小型化された半導体素子は、素子を実装するときに、例えば合成樹脂などで周囲を固めて容易に扱えるサイズにしたとしても、電極が裏面に形成されているため、様々な形態の配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例半導体素子の製造方法における下地成長層の形成、半導体成長層の形成、及び素子分離溝の形成の工程を示し、（ａ）は下地成長層形成の工程断面図であり、（ｂ）は第一導電層、活性層、及び第二導電層の形成の工程断面図であり、（ｃ）は素子分離溝形成の工程断面図である。
【図２】  参考例の半導体素子の製造方法における半導体成長層の分離及び両電極の形成の工程を示し、（ｄ）は半導体成長層分離の断面図であり、（ｅ）は両電極形成の工程断面図である。
【図３】  本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における下地成長層、成長阻害膜及び開口部の形成工程を示し、（ａ）は下地成長層形成の工程断面図であり、（ｂ）は成長阻害膜形成の工程断面図であり、（ｃ）は開口部形成の工程断面図である。
【図４】  本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における第一導電層、活性層、及び第二導電層の形成及び素子分離溝の形成工程を示し、（ｄ）は第一導電層、活性層、及び第二導電層の形成の工程断面図であり、（ｅ）は保護膜形成の工程断面図であり、（ｆ）は素子分離溝形成の工程断面図である。
【図５】  本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における保護膜の除去、ｐ側電極の形成、及び成長基板の分離の工程を示し、（ｇ）は保護膜除去の工程断面図であり、（ｈ）はｐ側電極形成の工程断面図であり、（ｉ）は成長基板分離の工程断面図である。
【図６】  本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における成長基板の分離及びｎ側電極の形成の工程を示し、（ｊ）は成長基板分離の工程断面図であり、（ｋ）はｎ側電極形成の工程断面図である。
【図７】  本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における下地成長層、成長阻害膜、開口部の形成及び第一導電層の形成工程を示し、（ａ）は下地成長層及び成長阻害膜形成の工程断面図であり、（ｂ）は開口部形成の工程断面図であり、（ｃ）は第一導電層形成の工程断面図である。
【図８】  本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における第一導電層、活性層、及び第二導電層の形成、保護膜の形成、及び素子分離溝の形成工程を示し、（ｄ）は活性層及び第二導電層形成の工程断面図であり、（ｅ）は保護膜形成の工程断面図であり、（ｆ）は素子分離溝形成の工程断面図である。
【図９】  本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における保護膜の除去、ｐ側電極の形成、及び成長基板の分離の工程を示し、（ｇ）は保護膜除去の工程断面図であり、（ｈ）はｐ側電極形成の工程断面図であり、（ｉ）は成長基板分離の工程断面図である。
【図１０】  本発明の実施形態の半導体素子の製造方法における成長基板の分離及びｎ側電極の形成の工程を示し、（ｊ）は成長基板分離の工程断面図であり、（ｋ）はｎ側電極形成の工程断面図である。
【符号の説明】
１１，３１，５１  成長基板
１２，３２，５２  下地成長層
１３  ｎ側コンタクト層
１４，３５，５５  第一導電層
１５，３６，５６  活性層
１６，３７，５７  第二導電層
１７  ｐ側コンタクト層
１８，４０，６０  ｐ側電極
１９，４１，６１  ｎ側電極
３３，５３  下側導電層
３４，５４  成長阻害膜
３４ａ，５４ａ  開口部
３８，５８  保護膜
３９，５９  素子分離溝
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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