発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法
【課題】ケミカルリフトオフ時に化合物半導体層の内部応力による化合物半導体層の割れが生じない発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】発光素子の製造方法は、成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、ケミカルリフトオフ工程において除去されない材料で構成された犠牲部を、成長基板上の素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、成長基板及び半導体層を覆い、素子領域から離れた領域におけるその表面の高さが発光層表面よりも低くなるように、被覆層を形成する被覆工程と、半導体層上における被覆層と犠牲部表面における被覆層とを除去する窓形成工程と、被覆層表面及び半導体層表面に反射層を形成する反射層形成工程と、反射層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、を具備する。
【解決手段】発光素子の製造方法は、成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、ケミカルリフトオフ工程において除去されない材料で構成された犠牲部を、成長基板上の素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、成長基板及び半導体層を覆い、素子領域から離れた領域におけるその表面の高さが発光層表面よりも低くなるように、被覆層を形成する被覆工程と、半導体層上における被覆層と犠牲部表面における被覆層とを除去する窓形成工程と、被覆層表面及び半導体層表面に反射層を形成する反射層形成工程と、反射層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法に関し、特に、支持部上にｐ型半導体層とｎ型半導体層が積層された構成をもつ発光素子と発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、そのバンドギャップが広いために、青色、緑色等のＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザーダイオード）等の発光素子の材料として広く用いられている。こうした発光素子においては、ｐ型の半導体層（ｐ型層）とｎ型の半導体層（ｎ型層）とがエピタキシャル成長によって積層されて構成される。
【０００３】
良質かつ低コストでこの構造を製造するためには、ＩＩＩ族窒化物半導体以外の材料からなる成長基板上にｐ型層とｎ型層をエピタキシャル成長することによって得ることが一般的に行われている。この場合、特に良質の半導体層を得るためには、使用できる成長基板の材料は限られる。例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体の代表である窒化ガリウム（ＧａＮ）は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）等によって、ＳｉＣ、サファイア等からなる異種成長基板上に成長させることができる。
【０００４】
しかしながら、サファイアは絶縁体であるため、その上に積層される半導体層の上面に２つの電気接触部を設ける必要があり、導電体基板に比べて同一基板面積における有効発光面積を狭めるとともに、同一面に両電極を有するため、電流密度が局部的に高くなり、発熱に起因して素子の劣化を招くという問題があった。
【０００５】
そこで、特許文献１には、レーザーリフトオフ技術を利用した発光素子の製造方法が開示されており、特許文献２には、ケミカルリフトオフ技術を利用した発光素子の製造方法が開示されている。これらの製造方法においては、サファイア基板上にｎ型層、ｐ型層、ｐ側電極を順次形成した後で、ｐ側電極側に導電性の支持部を新たに形成し、サファイア基板を剥離する。
【０００６】
このようなリフトオフ技術を用いた垂直型の発光素子では、熱伝導率などが最適化された他の材料からなる支持部を用いることができるため、高い放熱性や信頼性も得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−５３６８５号
【特許文献２】再公表２００６―１２６３３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ケミカルリフトオフ技術はレーザーリフトオフ技術に比べて生産性や発光層へのダメージが少ない点で優れている。しかしながら、レーザーリフトオフ技術とは異なり、ケミカルリフトオフ技術によれば、成長基板から発光素子を形成する化合物半導体層を剥離するときに、リフトオフ層にエッチング液を供給し、エッチング液が接触するリフトオフ層の周辺からエッチングしていく必要がある。そのため、徐々にリフトオフ層と化合物半導体層が剥離していく際に、成長時に異種成長基板と化合物半導体層との間の格子定数や熱膨張係数の違いにより生じている内部応力が、未だ剥離していない部分に集中し、化合物半導体層に割れが生じてしまうという問題点があることが分かった。
【０００９】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ケミカルリフトオフ時に化合物半導体層の内部応力による化合物半導体層の割れが生じない発光素子と発光素子を含む半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１１】
第１の半導体素子の製造方法（請求項１に対応）は、半導体素子の製造方法であって、成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、を具備することを特徴とする。
第１の発光素子の製造方法（請求項２に対応）は、発光層を有する半導体層を具備する発光素子の製造方法であって、成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、前記半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、を具備することを特徴とする。
第２の発光素子の製造方法（請求項３に対応）は、上記の方法において、好ましくは、前記半導体層は、前記素子領域形成工程において、前記成長基板側から順にＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層を具備することを特徴とする。
第３の発光素子の製造方法（請求項４に対応）は、上記の方法において、好ましくは、前記被覆工程は、フォトレジストを塗布することにより、少なくとも犠牲部上の前記被覆層表面の成長基板からの高さが前記発光層よりも低くなるように被覆され、前記被覆層の前記半導体層上および前記犠牲部上の一部をフォトリソグラフィによって除去されることを特徴とする。
第４の発光素子の製造方法（請求項５に対応）は、上記の方法において、好ましくは、前記下地層形成工程において、前記下地層は前記半導体層側に反射層を含むことを特徴とする。
第１の発光素子（請求項６に対応）は、上記第１〜第４の発光素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
第２の発光素子（請求項７に対応）は、支持部の上に発光層を具備する半導体層を有する発光素子において、前記支持部は凹形状を有し、前記半導体層は凹形状の底部に下地層を介して接続され、前記支持部は凹形状の頂部に、下地層からなり不連続に独立した凸部を具えることを特徴とする。
第３の発光素子（請求項８に対応）は、上記の構成において、好ましくは、１０ボルトの逆方向電圧を印加したときのリーク電流が１０μＡ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ケミカルリフトオフ時に成長基板と化合物半導体層との間の内部応力による化合物半導体層の割れが生じない発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の本実施形態に係る発光素子の断面図である。
【図２】本発明の本実施形態に係る発光素子を製造する工程を示すフローチャートである。
【図３】本発明の本実施形態に係る発光素子の製造方法の各工程での基板の断面図である。
【図４】本発明の本実施形態に係る発光素子の製造方法の各工程での基板の断面図である。
【図５】本実施例に係る犠牲層除去工程後の支持部側の化合物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の本実施形態に係る発光素子の断面図（ａ）と上面図（ｂ）である。発光素子４０は、発光層１１ｂを具備する半導体層１１が支持部１２に支持された構成を具備している。発光素子４０では、支持部１２は、めっきで形成されている。支持部１２は凹状であり、平坦な底面（平坦部）１３ａとテーパー形状の側面１３ｂで構成された凹部１３が形成され、かつ表面には反射層１４ｂが形成されている。また、発光素子４０の半導体層１１は平坦部１３ａに載置され、平坦部１３ａから離れた領域における下地層１４の表面の高さが発光層１１ｂよりも高くなるように形成されている。それにより、発光層１１ｂから側面１３ｂに達した光は、反射層１４ｂで反射されることによって平坦部１３ａの法線方向に発される成分をもつ。さらに、この発光素子４０では、側面１３ｂの一部であり、凹状の頂部となる位置に、下地層１４で形成された凸部４１を具備している。この凸部４１は、ケミカルリフトオフ工程の際に犠牲部により接合を維持していた柱状の部分である。
【００１６】
発光素子４０の半導体層１１は、ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層：ｎ型層）１１ａ、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層：ｐ型層）１１ｃの間に発光層１１ｂを備えている。ｐ型ＧａＮ層１１ｃにはｐ側電極２３が形成されている。
【００１７】
発光素子４０の支持部１２は、例えばＮｉめっきやＣｕめっきにより形成されている。また、図１には、支持部１２を形成するときのシード層１４ａが示されている。下地層１４のめっき側であるシード層１４ａは、Ｎｉめっきのときにはパラジウム（Ｐｄ）が用いられ、Ｃｕめっきのときには白金（Ｐｔ）／銅（Ｃｕ）が用いられる。
【００１８】
発光素子４０の反射層１４ｂは、ロジウム（Ｒｈ）やルテニウム（Ｒｕ）を用いることが好ましい。ＩＩＩ族窒化物の波長領域に対して高い反射率を有し、ケミカルリフトオフのエッチング液に侵されにくいからである。
【００１９】
発光素子４０は、上記構成により、従来の平坦な支持部を用いた場合では発光層から横方向へ放出する光は、横方向へと漏れてしまい、光を十分効果的に取り出すことはできなかったものが、発光層１１ｂから側面１３ｂに達した光は、反射層１４と凸部４１で反射されることによって平坦部１３ａの法線方向に発される成分をもつことにより、光を十分効果的に取り出すことができる。
【００２０】
また、本実施形態に係る発光素子４０では、従来の支持部上の絶縁膜を介して半導体層の側面方向に反射部を設けた構造ではなく、支持部１２上に絶縁膜を介した構造ではなく、支持部１２上に直接反射層１４を設けた構成となっている。それにより、発光素子１０は、構造が単純で、以下に説明するように発光素子４０は、簡単に製造することができる。
【００２１】
以下、本発明の本実施形態に係る発光素子４０の製造方法について説明する。この発光素子４０において用いられるｎ型、ｐ型の半導体層１１は、成長基板上にエピタキシャル成長することによって得られる。ただし、実際に製造される発光素子４０においては、この成長基板は除去され、成長基板があった側と反対側に成長基板とは異なる支持部１２が接続される。
【００２２】
図２は、本発明の本実施形態に係る発光素子を製造する工程を示すフローチャートである。図３と図４は、本発明の実施形態に係る発光素子の製造方法の各工程での基板の断面図である。ここでは、この発光素子として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料を材料とする発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造する場合につき説明する。このＬＥＤはｎ型層と発光層、ｐ型層の積層体であり。また、図１においてはＬＥＤの１素子分だけの構成が示されているが、実際には、単一の支持部上に複数のＬＥＤを形成することができ、素子形成後に個々に分離、または、これらを直列あるいは並列に接続して使用することができる。
【００２３】
本実施形態に係る半導体素子の製造方法は、化合物半導体層形成工程（ステップＳ３１）と、素子領域形成工程（ステップＳ３２）と、犠牲部形成工程（ステップＳ３３）と、被覆工程（ステップＳ３４）と、窓形成工程（ステップＳ３５）と、下地層形成工程（ステップＳ３６）と、めっき工程（ステップＳ３７）と、被覆層除去工程（ステップＳ３８）と、ケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）と、犠牲部除去工程（ステップＳ４０）と、ｎ型電極形成工程（ステップＳ４１）と、ワイヤボンディング工程（ステップＳ４２）と、を有している。
【００２４】
化合物半導体層形成工程（ステップＳ３１）では、成長基板上に、リフトオフ層（金属バッファー層）と、リフトオフ層上の化合物半導体層を形成する。まず、図３（ａ）に示されるように、成長基板２０上に、リフトオフ層２１を形成する。成長基板２０としては、ＡｌＮテンプレート基板（サファイアの表面にＡｌＮ層を有する基板）が特に好ましく用いられる。また、この上のリフトオフ層２１としては、例えばスカンジウム（Ｓｃ）やクロム（Ｃｒ）を用いることができる。リフトオフ層２１の成膜は、スパッタリング法、真空蒸着法等により行うことができる。
【００２５】
次に、この状態で窒化処理、例えばアンモニア雰囲気で加熱することにより、リフトオフ層２１は窒化され、例えば窒化スカンジウム層（金属窒化物層：ＳｃＮ層）や窒化クロム層（金属窒化物層：ＣｒＮ層）となる。なお、リフトオフ層２１にＳｃ（ＳｃＮ層）を用いた場合を例に以下説明する。
【００２６】
次に、リフトオフ層２１上に、ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層：ｎ型層）１１ａ、発光層１１ｂ、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層：ｐ型層）１１ｃを順次成膜する（エピタキシャル成長工程）。この成膜は、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で行われ、ｎ型層１１ａにはドナーとなる不純物が、ｐ型層１１ｃにはアクセプタとなる不純物がそれぞれドーピングされる。
【００２７】
素子領域形成工程（ステップＳ３２）では、少なくとも化合物半導体層（積層体）１１の一部を、エッチングにより除去して素子領域１１ｄと分離溝２２を同時に形成する（図３（ｂ））。図３（ｂ）に示されるように、分離溝２２は、図３中の上側（ｐ型層１１ｃ側）から、成長基板２０表面に達する深さをもつ。これにより、積層体１１は基板２０上で分断される。図３（ｂ）においては、一方向における断面が示されているが、この分離溝２２はこれと異なる方向にも形成され、分離溝２２で囲まれた複数の領域の素子領域１１ｄが形成される。これにより、ケミカルリフトオフのエッチング液を各素子領域のリフトオフ層に供給することができる。なお、素子領域１１ｄは円形が好ましい。ケミカルリフトオフ工程でのエッチング時に未溶解領域が均等に縮小され、素子領域の外周部での応力集中によるクラック発生を抑制できるためである。なお、分離溝の素子分離予定ラインは多角形が好ましく、特に四角形が好ましい。ダイシング等での素子分離が容易であり、かつ、犠牲部の形成に用いるためである。
【００２８】
分離溝２２の形成は、例えば、次のようにして行われる。化合物半導体層１１にＣＶＤによりＳｉＯ２を成膜して、レジストを用いてパターニングを行い、ＢＨＦでエッチングすることで、ＳｉＯ２のマスクを形成する。その後、ＳｉＯ２をマスクとして化合物半導体層のドライエッチングを行い、成長基板が露出するまで、エッチングを行う。その後、ＢＨＦを使用してＳｉＯ２マスクを除去する。
【００２９】
次に、最上面に存在するｐ型層１１ｃの全面に、ｐ側電極２３として、ｐ型層１１ｃとオーミック性接触のとれる材料を成膜する。例えば、Ｎｉ／Ａｕ（５０Å／２００Å）をスパッタまたは蒸着により成膜し、アニールを行う。
【００３０】
犠牲部形成工程（ステップＳ３３）では、ケミカルリフトオフ工程において除去されない材料で構成され、その高さが半導体層１１表面よりも低い犠牲部４２を、成長基板２０上の素子領域の周囲に形成する（図３（ｂ））。犠牲部４２の材料としては、成長基板２０や後の下地層１４との密着性を確保でき、ケミカルリフトオフ工程において除去されず、かつケミカルリフトオフ工程後に他に悪影響を与えず容易に除去できる材料であれば良く、例えば、クロム（Ｃｒ）または二酸化けい素（ＳｉＯ２）が使用できる。
成長基板２０上の素子領域の周囲とは、分離溝２２により露出した成長基板上で素子領域とは連続しない箇所であり、素子領域に対して対称な位置に不連続に独立して配置される必要がある。犠牲部４２が外界からリフトオフ層２１を塞いでしまうとケミカルリフトオフ工程でのエッチング液の浸入経路が遮られるためケミカルリフトオフに時間がかかり、生産性が悪化するためである。
【００３１】
被覆工程（ステップＳ３４）では、成長基板２０と半導体層１１と犠牲部４２を覆い、素子領域から離れた領域におけるその表面の高さが発光層１１ｂ表面よりも低くなるように、被覆層２４を形成する（図３（ｃ））ことが好ましい。被覆層２４は、塗布条件により上記の形状を得ることができ、溶解除去が容易なフォトレジストを用いることが好ましい。
成長基板側を下として、被膜表面の高さが発光層１１ｂ表面よりも低くなるようにすることにより、ケミカルリフトオフ工程後に上下逆転した後の反射層１４の側面１３ｂの高さが、支持部側を下として素子領域から離れた領域において発光層１１ｂよりも高くなる。これにより、活性層から水平方向に向かう発光を側面１３ｂで反射させて垂直方向に取り出すことが出来る。なお、図では犠牲部を有している箇所を用いて説明しているが、犠牲部を有さない場所においても同様に、素子領域から離れた領域における被覆層２４の表面の高さが発光層１１ｂ表面よりも低くなるように、被覆層２４を形成することが好ましい。つまり、素子領域を個々の素子に分離した後に、素子領域の活性層を取り囲む、反射層１４の側面１３ｂの高さが、活性層の水平方向の３６０度全体に対して支持部側を下として発光層１１ｂよりも高くなることが好ましい。
【００３２】
窓形成工程（ステップＳ３５）では、半導体層１１上と犠牲部４２表面における被覆層２４を除去し、窓２５と窓４３を形成する（図３（ｄ））。この窓形成工程（ステップＳ３５）は、被覆工程がフォトレジストならばフォトリソグラフィによって行われる。なお、半導体層上および犠牲部上の一部を除いて成長基板上を上記のように覆うことができればいかなる方法でもよく、本実施形態のように窓形成工程と被覆工程とを区別せずに被覆工程としても良い。
【００３３】
下地層形成工程（ステップＳ３６）では、被覆層２４表面及び半導体層１１表面（ｐ側電極２３表面を含む）と犠牲部４２に下地層１４を形成する。下地層は、半導体層１１および犠牲部４２との良好な密着性を持ち、かつ、めっき法でのシードの役目を果たすものである。下地層の半導体層側は、被覆層、リフトオフ層、犠牲部の各エッチング液に対し侵されないことが好ましい。さらに、下地層１４に発光層からの光の反射機能を持たせる場合は、シード層１４ａと反射層１４ｂとから構成することが可能であり、その場合の反射層１４ｂは例えば半導体層側の表面をロジウム（Ｒｈ）またはルテニウム（Ｒｕ）等の白金族とすることができ、下地層形成工程（ステップＳ３６）において、半導体層側から反射層１４ｂ、シード層１４ａの順に形成すればよい（図３（ｅ））。
シード層１４ａは、次のめっき工程でＮｉめっきを用いる場合はめっき側の表面にパラジウム（Ｐｄ）を用い、Ｃｕめっきを用いる場合はＰｔ／Ｃｕを用いることが好ましい。なお、犠牲部４２との接合を形成した下地層１４の一部が凸部４１となる。
【００３４】
めっき工程（ステップＳ３７）では、反射層１４上にめっきを施すことによって支持部１２を形成する（図３（ｆ））。めっきの種類はめっきが可能でリフトオフ層や犠牲部と異なる金属であればよく、例えば、Ｎｉめっき、またはＣｕめっきが好ましい。めっき方法は乾式めっきでも湿式めっきでもよい。
【００３５】
被覆層除去工程（ステップＳ３８）では、被覆層２４を除去する（図４（ｇ））。フォトレジストの溶解液に浸漬することで、被覆層２４で塞いでいた半導体層１１と成長基板２０との間の隙間を復活させ、後のケミカルリフトオフ工程でのエッチング液の浸入経路を形成する。フォトレジストの溶解液は少なくとも犠牲部等に影響が無ければよく、フォトレジストの種類により選択し、例えばアセトンなどの有機溶媒などが利用できる。
【００３６】
ケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）では、半導体層１１と成長基板２０とを分離する（図４（ｈ））。ケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）は、例えば、めっきで支持した基板５０を塩酸に浸漬してケミカルエッチングを行うことによりリフトオフ層２１を溶解する（図４（ｈ））。このケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）においては、側面の凸部４１と犠牲部４２が接合されて柱のようになっているため、リフトオフ層２１のエッチングにより未溶解部分が縮小しても成長基板側と半導体層側の変形が抑制され、半導体層１１にかかる応力が緩和され、割れが生じないようにして、成長基板２０から半導体層１１を剥離することができる。
【００３７】
犠牲部除去工程（ステップＳ４０）は、例えば、犠牲部がＣｒの場合はＣｒ選択エッチング液（硝酸セリウムアンモニウム）、例えば、犠牲部が二酸化けい素（ＳｉＯ２）の場合はＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いて、ケミカルエッチングを行うことにより犠牲部４２を溶解し、成長基板２０を剥離する。既にケミカルリフトオフにより半導体層が分離しているため、接合を維持している犠牲部は機械的に剥離することも可能だが、エッチングを用いた方が余分な付着物が生じにくく好ましい。
【００３８】
犠牲部除去工程後には、ｎ型電極形成工程（ステップＳ４１）と素子分離予定ラインでのダイシング等による素子分離工程（図示せず）、ワイヤボンディング工程（ステップＳ４２）を経て、光を効果的に取り出すことができる垂直型のＬＥＤ（半導体素子）を製造することができる。なお、ｎ型電極上を除き素子領域全体を覆う保護膜を形成することがより好ましい。支持部の側面１３ａと半導体層との間のリークを防ぐためである。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、成長基板２０として、ＡｌＮテンプレート基板を用いて説明したが、成長基板２０としては、ＡｌＮテンプレート基板以外にも、バッファ層２１等を介して良質のＧａＮやＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＡｌＩｎＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物半導体（ｎ型層１１ａ、発光層１１ｂ、ｐ型層１１ｃ）を成長させることができるものであれば、他の材料、例えばサファイアやＳｉＣ等を用いることも可能である。同種のＩＩＩ族窒化物基板を用いても良いが内部応力の発生がすくなく、成長させる半導体層との間に内部応力を発生する成長基板、つまり異種成長基板を用いてリフトオフをする場合の内部応力を制御する方法として特に有効である。
【００４０】
なお、上記の例では、積層体は、共にＧａＮ系材料からなるｎ型層１１ａ、発光層１１ｂ、ｐ型層１１ｃで構成されるものとして説明した。しかしながら、この他の場合であっても、同様の効果を奏することは明らかである。例えば、ＨＥＭＴなどの半導体デバイスや、単純なｐｎ接合を利用したダイオードや、ｎ型層とｐ型層との間に発光層（活性層）を設けて発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオードを同様に製造できることも明らかである。また、ｎ型層やｐ型層はＧａＮではなく、他のＩＩＩ族窒化物半導体、例えばＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）としてもよい。発光素子の場合には、例えばエピタキシャル成長工程において、ｎ型層１１ａ、活性層、ｐ型層１１ｃの順に形成する。
【００４１】
また、上記実施形態においては、化合物半導体層形成工程（ステップＳ３１）におけるリフトオフ層２１としてＳｃを用いて説明したが、例えばリフトオフ層２１としてＣｒを用いた場合には、ケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）で用いるリフトオフ層エッチング液として過マンガン酸ナトリウムまたは過マンガン酸カリウム等を用いればよい。そのときは、犠牲部形成工程（ステップＳ３３）における犠牲層４２としてＣｒではなくＳｉＯ２を用いればよい。そのときには、犠牲部除去工程（ステップＳ４０）で用いる犠牲層エッチング液としてＢＨＦを用いればよい。このように、リフトオフ層２１の種類によって、ケミカルリフトオフ工程ではエッチングされずに接合を維持できる犠牲層とエッチング液の種類を選択する。
【００４２】
（実施例）
サファイア上にＭＯＣＶＤ法を用いてＡｌＮ単結晶層（厚さ１μｍ）を成長させたＡｌＮ（０００１）テンプレート基板面上にリフトオフ層として１００Åの膜厚のスカンジウム（Ｓｃ）をスパッタリング法により成膜した。
次に、アンモニア雰囲気で１２００℃で１０分間の窒化処理を行い、リフトオフ層は窒化され、窒化スカンジウム層（ＳｃＮ層）が形成された。
次に、ＳｃＮ層上に、ノンドープＡｌＧａＮを２ｕｍ、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層（１．５μｍ）、ＭＱＷ活性層（０．１μｍ）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層（０．３μｍ）を順次ＭＯＣＶＤ法で成膜した。
ｐ型ＡｌＧａＮ層上にＣＶＤによりＳｉＯ２を成膜して、レジストを用いてパターニングを行い、ＢＨＦでエッチングすることでＳｉＯ２マスクを形成し、化合物半導体層のドライエッチングを行い、ＡｌＮテンプレート基板が露出するまで、エッチングを行った。その後、ＢＨＦを使用してＳｉＯ２マスクを除去し、直径８５０μｍの円形の素子領域を形成した。
次に素子領域のｐ型層上にｐ側電極としてＮｉ／Ａｕ（５０Å／２００Å）を成膜し、５５０℃で１５分のアニールを行った。
犠牲層形成工程では、ドライエッチングにより露出したＡｌＮテンプレート基板上の素子領域と間隔を空けて４隅に犠牲層として直径約９５μｍのＣｒ（２００Å）層を形成した。
被覆層形成工程では被覆層としてフォトレジストをスピンコートし、素子領域および犠牲層が露出するようにパターニングを行った。素子領域の露出部分は直径８４０μｍであり、犠牲層の露出部分は直径９０μｍである。パターニング後に犠牲層外周上に残ったフォトレジストの厚さは約２μｍであり、フォトレジスト表面の成長基板からの高さは活性層よりも低かった。
被膜層上および露出した素子領域および犠牲層上に、下地層として、スパッタリング法によりＰｔ／Ａｕ／Ｐｔ／Ｐｄ（２５０Å／５５００Å／２５０Å／１５０Å）を順に成膜した。その後、下地層上に市販のＮｉ無電解めっき液を用いてＮｉめっきを行い、平坦な底部からの厚さが１００μｍのＮｉ支持部を形成した。
被覆層除去工程ではアセトンに浸漬して被覆層のフォトレジストを除去した。
ケミカルリフトオフ工程では成長基板と半導体層を分離する。塩酸に２４時間浸漬することでリフトオフ層のケミカルエッチングを行い、リフトオフ層を除去することでＡｌＮテンプレート板と半導体層を分離した。このケミカルリフトオフ工程において、犠牲層はエッチング液で除去されないため、ＡｌＮテンプレート基板とＮｉ支持部は犠牲層と下地層を介して接続が維持されていた。
ケミカルリフトオフ工程の後、犠牲層除去工程で硝酸セリウムアンモニウム溶液に浸漬して犠牲層をエッチングにより除去し、支持部（下地層）とＡｌＮテンプレート基板とを分離した。
【００４３】
（比較例）
犠牲層を形成せず、被覆層形成工程において素子領域のみが露出するようにフォトレジストのパターニングを行った以外は、実施例と同様とした。なお、ケミカルリフトオフ工程において支持部とＡｌＮテンプレート基板は分離され、犠牲層除去工程は無い。
【００４４】
実施例と比較例のＡｌＮテンプレート基板剥離後の化合物半導体層の品質を、光学顕微鏡での表面観察により比較した。図５は基板剥離後に比較例では、１０個中９個において、ＡｌＮテンプレート基板剥離後の化合物半導体層の中央部に割れが生じていることが金属顕微鏡および電子顕微鏡により観察された。化合物半導体層の外周部からエッチングされ、ＡｌＮテンプレート基板が剥離する直前に中央部に残る微小領域で、基板と化合物半導体層および支持部との間の応力の集中が生じた結果、剥離後に割れが観察されたと考えられる。しかしながら実施例では、図５に示すように、化合物半導体層に比較例のような割れやクラックは観察されなかった。ケミカルリフトオフ工程において成長基板と半導体層の間の柱としての役割を担う犠牲層部側が変形を抑えるため、柱で囲まれた素子領域側で半導体層にかかる応力は比較例に比べて大幅に緩和されており、素子領域側の化合物半導体層に割れが生じないと考えられる。従って、実施例ではＡｌＮテンプレート基板剥離時に割れが生じず、リフトオフ層を周辺からエッチングしてリフトオフされる化合物半導体層のエッチングの進行により応力が集中する箇所の割れを抑制できることが分かった。
また、実施例および比較例において作成したサンプルについて、さらに剥離した化合物半導体層のノンドープのＡｌＧａＮ層の一部を、ｎ電極形成に必要な範囲でドライエッチングにより除去し、露出したｎ型ＡｌＧａＮ層にＴｉ／Ａｌを順に成膜することによりｎ型電極を形成して、定電流電圧測定装置によりＩ−Ｖ測定を行った。逆方向電圧Ｖｒ（−１０ｕＡ）において、実施例が１０Ｖ以上であったのに対して、比較例で割れが観察されたものは約６Ｖと低かった。比較例では応力集中が発生したことでリーク電流が増加したと考えられる。よって本発明により、リーク電流の少ない高品質の発光素子が得られることが分かった。
【００４５】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成等については例示にすぎない。なお、ケミカルリフトオフ時に割れが発生しないことは、発光素子に限らず半導体素子全般に必要な技術である。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
ただし、半導体素子に用いることが可能な限られた材料の中から本発明の各選択エッチング液とエッチング液に対する耐性の関係を全て満たす材料構成を得ることが、本発明の実施に必要である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法は、ＬＥＤ光学系素子とＬＥＤ光学系素子を製造する方法に利用される。
【符号の説明】
【００４７】
１１ 半導体層
１１ａ ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層：ｎ型層）
１１ｂ 発光層
１１ｃ ｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層：ｐ型層）
１２ 支持部
１３ 凹部
１３ａ 平坦な底部（平坦部）
１３ｂ テーパー形状の側面
１４ 下地層
１４ａ シード層
１４ｂ 反射層
２０ 成長基板
２１ リフトオフ層
２２ 分離溝
２３ ｐ側電極
２４ 被覆層
４０ 発光素子
４２ 犠牲部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法に関し、特に、支持部上にｐ型半導体層とｎ型半導体層が積層された構成をもつ発光素子と発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、そのバンドギャップが広いために、青色、緑色等のＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザーダイオード）等の発光素子の材料として広く用いられている。こうした発光素子においては、ｐ型の半導体層（ｐ型層）とｎ型の半導体層（ｎ型層）とがエピタキシャル成長によって積層されて構成される。
【０００３】
良質かつ低コストでこの構造を製造するためには、ＩＩＩ族窒化物半導体以外の材料からなる成長基板上にｐ型層とｎ型層をエピタキシャル成長することによって得ることが一般的に行われている。この場合、特に良質の半導体層を得るためには、使用できる成長基板の材料は限られる。例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体の代表である窒化ガリウム（ＧａＮ）は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）等によって、ＳｉＣ、サファイア等からなる異種成長基板上に成長させることができる。
【０００４】
しかしながら、サファイアは絶縁体であるため、その上に積層される半導体層の上面に２つの電気接触部を設ける必要があり、導電体基板に比べて同一基板面積における有効発光面積を狭めるとともに、同一面に両電極を有するため、電流密度が局部的に高くなり、発熱に起因して素子の劣化を招くという問題があった。
【０００５】
そこで、特許文献１には、レーザーリフトオフ技術を利用した発光素子の製造方法が開示されており、特許文献２には、ケミカルリフトオフ技術を利用した発光素子の製造方法が開示されている。これらの製造方法においては、サファイア基板上にｎ型層、ｐ型層、ｐ側電極を順次形成した後で、ｐ側電極側に導電性の支持部を新たに形成し、サファイア基板を剥離する。
【０００６】
このようなリフトオフ技術を用いた垂直型の発光素子では、熱伝導率などが最適化された他の材料からなる支持部を用いることができるため、高い放熱性や信頼性も得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−５３６８５号
【特許文献２】再公表２００６―１２６３３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ケミカルリフトオフ技術はレーザーリフトオフ技術に比べて生産性や発光層へのダメージが少ない点で優れている。しかしながら、レーザーリフトオフ技術とは異なり、ケミカルリフトオフ技術によれば、成長基板から発光素子を形成する化合物半導体層を剥離するときに、リフトオフ層にエッチング液を供給し、エッチング液が接触するリフトオフ層の周辺からエッチングしていく必要がある。そのため、徐々にリフトオフ層と化合物半導体層が剥離していく際に、成長時に異種成長基板と化合物半導体層との間の格子定数や熱膨張係数の違いにより生じている内部応力が、未だ剥離していない部分に集中し、化合物半導体層に割れが生じてしまうという問題点があることが分かった。
【０００９】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ケミカルリフトオフ時に化合物半導体層の内部応力による化合物半導体層の割れが生じない発光素子と発光素子を含む半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１１】
第１の半導体素子の製造方法（請求項１に対応）は、半導体素子の製造方法であって、成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、を具備することを特徴とする。
第１の発光素子の製造方法（請求項２に対応）は、発光層を有する半導体層を具備する発光素子の製造方法であって、成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、前記半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、を具備することを特徴とする。
第２の発光素子の製造方法（請求項３に対応）は、上記の方法において、好ましくは、前記半導体層は、前記素子領域形成工程において、前記成長基板側から順にＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層を具備することを特徴とする。
第３の発光素子の製造方法（請求項４に対応）は、上記の方法において、好ましくは、前記被覆工程は、フォトレジストを塗布することにより、少なくとも犠牲部上の前記被覆層表面の成長基板からの高さが前記発光層よりも低くなるように被覆され、前記被覆層の前記半導体層上および前記犠牲部上の一部をフォトリソグラフィによって除去されることを特徴とする。
第４の発光素子の製造方法（請求項５に対応）は、上記の方法において、好ましくは、前記下地層形成工程において、前記下地層は前記半導体層側に反射層を含むことを特徴とする。
第１の発光素子（請求項６に対応）は、上記第１〜第４の発光素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
第２の発光素子（請求項７に対応）は、支持部の上に発光層を具備する半導体層を有する発光素子において、前記支持部は凹形状を有し、前記半導体層は凹形状の底部に下地層を介して接続され、前記支持部は凹形状の頂部に、下地層からなり不連続に独立した凸部を具えることを特徴とする。
第３の発光素子（請求項８に対応）は、上記の構成において、好ましくは、１０ボルトの逆方向電圧を印加したときのリーク電流が１０μＡ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ケミカルリフトオフ時に成長基板と化合物半導体層との間の内部応力による化合物半導体層の割れが生じない発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の本実施形態に係る発光素子の断面図である。
【図２】本発明の本実施形態に係る発光素子を製造する工程を示すフローチャートである。
【図３】本発明の本実施形態に係る発光素子の製造方法の各工程での基板の断面図である。
【図４】本発明の本実施形態に係る発光素子の製造方法の各工程での基板の断面図である。
【図５】本実施例に係る犠牲層除去工程後の支持部側の化合物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の本実施形態に係る発光素子の断面図（ａ）と上面図（ｂ）である。発光素子４０は、発光層１１ｂを具備する半導体層１１が支持部１２に支持された構成を具備している。発光素子４０では、支持部１２は、めっきで形成されている。支持部１２は凹状であり、平坦な底面（平坦部）１３ａとテーパー形状の側面１３ｂで構成された凹部１３が形成され、かつ表面には反射層１４ｂが形成されている。また、発光素子４０の半導体層１１は平坦部１３ａに載置され、平坦部１３ａから離れた領域における下地層１４の表面の高さが発光層１１ｂよりも高くなるように形成されている。それにより、発光層１１ｂから側面１３ｂに達した光は、反射層１４ｂで反射されることによって平坦部１３ａの法線方向に発される成分をもつ。さらに、この発光素子４０では、側面１３ｂの一部であり、凹状の頂部となる位置に、下地層１４で形成された凸部４１を具備している。この凸部４１は、ケミカルリフトオフ工程の際に犠牲部により接合を維持していた柱状の部分である。
【００１６】
発光素子４０の半導体層１１は、ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層：ｎ型層）１１ａ、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層：ｐ型層）１１ｃの間に発光層１１ｂを備えている。ｐ型ＧａＮ層１１ｃにはｐ側電極２３が形成されている。
【００１７】
発光素子４０の支持部１２は、例えばＮｉめっきやＣｕめっきにより形成されている。また、図１には、支持部１２を形成するときのシード層１４ａが示されている。下地層１４のめっき側であるシード層１４ａは、Ｎｉめっきのときにはパラジウム（Ｐｄ）が用いられ、Ｃｕめっきのときには白金（Ｐｔ）／銅（Ｃｕ）が用いられる。
【００１８】
発光素子４０の反射層１４ｂは、ロジウム（Ｒｈ）やルテニウム（Ｒｕ）を用いることが好ましい。ＩＩＩ族窒化物の波長領域に対して高い反射率を有し、ケミカルリフトオフのエッチング液に侵されにくいからである。
【００１９】
発光素子４０は、上記構成により、従来の平坦な支持部を用いた場合では発光層から横方向へ放出する光は、横方向へと漏れてしまい、光を十分効果的に取り出すことはできなかったものが、発光層１１ｂから側面１３ｂに達した光は、反射層１４と凸部４１で反射されることによって平坦部１３ａの法線方向に発される成分をもつことにより、光を十分効果的に取り出すことができる。
【００２０】
また、本実施形態に係る発光素子４０では、従来の支持部上の絶縁膜を介して半導体層の側面方向に反射部を設けた構造ではなく、支持部１２上に絶縁膜を介した構造ではなく、支持部１２上に直接反射層１４を設けた構成となっている。それにより、発光素子１０は、構造が単純で、以下に説明するように発光素子４０は、簡単に製造することができる。
【００２１】
以下、本発明の本実施形態に係る発光素子４０の製造方法について説明する。この発光素子４０において用いられるｎ型、ｐ型の半導体層１１は、成長基板上にエピタキシャル成長することによって得られる。ただし、実際に製造される発光素子４０においては、この成長基板は除去され、成長基板があった側と反対側に成長基板とは異なる支持部１２が接続される。
【００２２】
図２は、本発明の本実施形態に係る発光素子を製造する工程を示すフローチャートである。図３と図４は、本発明の実施形態に係る発光素子の製造方法の各工程での基板の断面図である。ここでは、この発光素子として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料を材料とする発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造する場合につき説明する。このＬＥＤはｎ型層と発光層、ｐ型層の積層体であり。また、図１においてはＬＥＤの１素子分だけの構成が示されているが、実際には、単一の支持部上に複数のＬＥＤを形成することができ、素子形成後に個々に分離、または、これらを直列あるいは並列に接続して使用することができる。
【００２３】
本実施形態に係る半導体素子の製造方法は、化合物半導体層形成工程（ステップＳ３１）と、素子領域形成工程（ステップＳ３２）と、犠牲部形成工程（ステップＳ３３）と、被覆工程（ステップＳ３４）と、窓形成工程（ステップＳ３５）と、下地層形成工程（ステップＳ３６）と、めっき工程（ステップＳ３７）と、被覆層除去工程（ステップＳ３８）と、ケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）と、犠牲部除去工程（ステップＳ４０）と、ｎ型電極形成工程（ステップＳ４１）と、ワイヤボンディング工程（ステップＳ４２）と、を有している。
【００２４】
化合物半導体層形成工程（ステップＳ３１）では、成長基板上に、リフトオフ層（金属バッファー層）と、リフトオフ層上の化合物半導体層を形成する。まず、図３（ａ）に示されるように、成長基板２０上に、リフトオフ層２１を形成する。成長基板２０としては、ＡｌＮテンプレート基板（サファイアの表面にＡｌＮ層を有する基板）が特に好ましく用いられる。また、この上のリフトオフ層２１としては、例えばスカンジウム（Ｓｃ）やクロム（Ｃｒ）を用いることができる。リフトオフ層２１の成膜は、スパッタリング法、真空蒸着法等により行うことができる。
【００２５】
次に、この状態で窒化処理、例えばアンモニア雰囲気で加熱することにより、リフトオフ層２１は窒化され、例えば窒化スカンジウム層（金属窒化物層：ＳｃＮ層）や窒化クロム層（金属窒化物層：ＣｒＮ層）となる。なお、リフトオフ層２１にＳｃ（ＳｃＮ層）を用いた場合を例に以下説明する。
【００２６】
次に、リフトオフ層２１上に、ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層：ｎ型層）１１ａ、発光層１１ｂ、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層：ｐ型層）１１ｃを順次成膜する（エピタキシャル成長工程）。この成膜は、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で行われ、ｎ型層１１ａにはドナーとなる不純物が、ｐ型層１１ｃにはアクセプタとなる不純物がそれぞれドーピングされる。
【００２７】
素子領域形成工程（ステップＳ３２）では、少なくとも化合物半導体層（積層体）１１の一部を、エッチングにより除去して素子領域１１ｄと分離溝２２を同時に形成する（図３（ｂ））。図３（ｂ）に示されるように、分離溝２２は、図３中の上側（ｐ型層１１ｃ側）から、成長基板２０表面に達する深さをもつ。これにより、積層体１１は基板２０上で分断される。図３（ｂ）においては、一方向における断面が示されているが、この分離溝２２はこれと異なる方向にも形成され、分離溝２２で囲まれた複数の領域の素子領域１１ｄが形成される。これにより、ケミカルリフトオフのエッチング液を各素子領域のリフトオフ層に供給することができる。なお、素子領域１１ｄは円形が好ましい。ケミカルリフトオフ工程でのエッチング時に未溶解領域が均等に縮小され、素子領域の外周部での応力集中によるクラック発生を抑制できるためである。なお、分離溝の素子分離予定ラインは多角形が好ましく、特に四角形が好ましい。ダイシング等での素子分離が容易であり、かつ、犠牲部の形成に用いるためである。
【００２８】
分離溝２２の形成は、例えば、次のようにして行われる。化合物半導体層１１にＣＶＤによりＳｉＯ２を成膜して、レジストを用いてパターニングを行い、ＢＨＦでエッチングすることで、ＳｉＯ２のマスクを形成する。その後、ＳｉＯ２をマスクとして化合物半導体層のドライエッチングを行い、成長基板が露出するまで、エッチングを行う。その後、ＢＨＦを使用してＳｉＯ２マスクを除去する。
【００２９】
次に、最上面に存在するｐ型層１１ｃの全面に、ｐ側電極２３として、ｐ型層１１ｃとオーミック性接触のとれる材料を成膜する。例えば、Ｎｉ／Ａｕ（５０Å／２００Å）をスパッタまたは蒸着により成膜し、アニールを行う。
【００３０】
犠牲部形成工程（ステップＳ３３）では、ケミカルリフトオフ工程において除去されない材料で構成され、その高さが半導体層１１表面よりも低い犠牲部４２を、成長基板２０上の素子領域の周囲に形成する（図３（ｂ））。犠牲部４２の材料としては、成長基板２０や後の下地層１４との密着性を確保でき、ケミカルリフトオフ工程において除去されず、かつケミカルリフトオフ工程後に他に悪影響を与えず容易に除去できる材料であれば良く、例えば、クロム（Ｃｒ）または二酸化けい素（ＳｉＯ２）が使用できる。
成長基板２０上の素子領域の周囲とは、分離溝２２により露出した成長基板上で素子領域とは連続しない箇所であり、素子領域に対して対称な位置に不連続に独立して配置される必要がある。犠牲部４２が外界からリフトオフ層２１を塞いでしまうとケミカルリフトオフ工程でのエッチング液の浸入経路が遮られるためケミカルリフトオフに時間がかかり、生産性が悪化するためである。
【００３１】
被覆工程（ステップＳ３４）では、成長基板２０と半導体層１１と犠牲部４２を覆い、素子領域から離れた領域におけるその表面の高さが発光層１１ｂ表面よりも低くなるように、被覆層２４を形成する（図３（ｃ））ことが好ましい。被覆層２４は、塗布条件により上記の形状を得ることができ、溶解除去が容易なフォトレジストを用いることが好ましい。
成長基板側を下として、被膜表面の高さが発光層１１ｂ表面よりも低くなるようにすることにより、ケミカルリフトオフ工程後に上下逆転した後の反射層１４の側面１３ｂの高さが、支持部側を下として素子領域から離れた領域において発光層１１ｂよりも高くなる。これにより、活性層から水平方向に向かう発光を側面１３ｂで反射させて垂直方向に取り出すことが出来る。なお、図では犠牲部を有している箇所を用いて説明しているが、犠牲部を有さない場所においても同様に、素子領域から離れた領域における被覆層２４の表面の高さが発光層１１ｂ表面よりも低くなるように、被覆層２４を形成することが好ましい。つまり、素子領域を個々の素子に分離した後に、素子領域の活性層を取り囲む、反射層１４の側面１３ｂの高さが、活性層の水平方向の３６０度全体に対して支持部側を下として発光層１１ｂよりも高くなることが好ましい。
【００３２】
窓形成工程（ステップＳ３５）では、半導体層１１上と犠牲部４２表面における被覆層２４を除去し、窓２５と窓４３を形成する（図３（ｄ））。この窓形成工程（ステップＳ３５）は、被覆工程がフォトレジストならばフォトリソグラフィによって行われる。なお、半導体層上および犠牲部上の一部を除いて成長基板上を上記のように覆うことができればいかなる方法でもよく、本実施形態のように窓形成工程と被覆工程とを区別せずに被覆工程としても良い。
【００３３】
下地層形成工程（ステップＳ３６）では、被覆層２４表面及び半導体層１１表面（ｐ側電極２３表面を含む）と犠牲部４２に下地層１４を形成する。下地層は、半導体層１１および犠牲部４２との良好な密着性を持ち、かつ、めっき法でのシードの役目を果たすものである。下地層の半導体層側は、被覆層、リフトオフ層、犠牲部の各エッチング液に対し侵されないことが好ましい。さらに、下地層１４に発光層からの光の反射機能を持たせる場合は、シード層１４ａと反射層１４ｂとから構成することが可能であり、その場合の反射層１４ｂは例えば半導体層側の表面をロジウム（Ｒｈ）またはルテニウム（Ｒｕ）等の白金族とすることができ、下地層形成工程（ステップＳ３６）において、半導体層側から反射層１４ｂ、シード層１４ａの順に形成すればよい（図３（ｅ））。
シード層１４ａは、次のめっき工程でＮｉめっきを用いる場合はめっき側の表面にパラジウム（Ｐｄ）を用い、Ｃｕめっきを用いる場合はＰｔ／Ｃｕを用いることが好ましい。なお、犠牲部４２との接合を形成した下地層１４の一部が凸部４１となる。
【００３４】
めっき工程（ステップＳ３７）では、反射層１４上にめっきを施すことによって支持部１２を形成する（図３（ｆ））。めっきの種類はめっきが可能でリフトオフ層や犠牲部と異なる金属であればよく、例えば、Ｎｉめっき、またはＣｕめっきが好ましい。めっき方法は乾式めっきでも湿式めっきでもよい。
【００３５】
被覆層除去工程（ステップＳ３８）では、被覆層２４を除去する（図４（ｇ））。フォトレジストの溶解液に浸漬することで、被覆層２４で塞いでいた半導体層１１と成長基板２０との間の隙間を復活させ、後のケミカルリフトオフ工程でのエッチング液の浸入経路を形成する。フォトレジストの溶解液は少なくとも犠牲部等に影響が無ければよく、フォトレジストの種類により選択し、例えばアセトンなどの有機溶媒などが利用できる。
【００３６】
ケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）では、半導体層１１と成長基板２０とを分離する（図４（ｈ））。ケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）は、例えば、めっきで支持した基板５０を塩酸に浸漬してケミカルエッチングを行うことによりリフトオフ層２１を溶解する（図４（ｈ））。このケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）においては、側面の凸部４１と犠牲部４２が接合されて柱のようになっているため、リフトオフ層２１のエッチングにより未溶解部分が縮小しても成長基板側と半導体層側の変形が抑制され、半導体層１１にかかる応力が緩和され、割れが生じないようにして、成長基板２０から半導体層１１を剥離することができる。
【００３７】
犠牲部除去工程（ステップＳ４０）は、例えば、犠牲部がＣｒの場合はＣｒ選択エッチング液（硝酸セリウムアンモニウム）、例えば、犠牲部が二酸化けい素（ＳｉＯ２）の場合はＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いて、ケミカルエッチングを行うことにより犠牲部４２を溶解し、成長基板２０を剥離する。既にケミカルリフトオフにより半導体層が分離しているため、接合を維持している犠牲部は機械的に剥離することも可能だが、エッチングを用いた方が余分な付着物が生じにくく好ましい。
【００３８】
犠牲部除去工程後には、ｎ型電極形成工程（ステップＳ４１）と素子分離予定ラインでのダイシング等による素子分離工程（図示せず）、ワイヤボンディング工程（ステップＳ４２）を経て、光を効果的に取り出すことができる垂直型のＬＥＤ（半導体素子）を製造することができる。なお、ｎ型電極上を除き素子領域全体を覆う保護膜を形成することがより好ましい。支持部の側面１３ａと半導体層との間のリークを防ぐためである。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、成長基板２０として、ＡｌＮテンプレート基板を用いて説明したが、成長基板２０としては、ＡｌＮテンプレート基板以外にも、バッファ層２１等を介して良質のＧａＮやＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＡｌＩｎＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物半導体（ｎ型層１１ａ、発光層１１ｂ、ｐ型層１１ｃ）を成長させることができるものであれば、他の材料、例えばサファイアやＳｉＣ等を用いることも可能である。同種のＩＩＩ族窒化物基板を用いても良いが内部応力の発生がすくなく、成長させる半導体層との間に内部応力を発生する成長基板、つまり異種成長基板を用いてリフトオフをする場合の内部応力を制御する方法として特に有効である。
【００４０】
なお、上記の例では、積層体は、共にＧａＮ系材料からなるｎ型層１１ａ、発光層１１ｂ、ｐ型層１１ｃで構成されるものとして説明した。しかしながら、この他の場合であっても、同様の効果を奏することは明らかである。例えば、ＨＥＭＴなどの半導体デバイスや、単純なｐｎ接合を利用したダイオードや、ｎ型層とｐ型層との間に発光層（活性層）を設けて発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオードを同様に製造できることも明らかである。また、ｎ型層やｐ型層はＧａＮではなく、他のＩＩＩ族窒化物半導体、例えばＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）としてもよい。発光素子の場合には、例えばエピタキシャル成長工程において、ｎ型層１１ａ、活性層、ｐ型層１１ｃの順に形成する。
【００４１】
また、上記実施形態においては、化合物半導体層形成工程（ステップＳ３１）におけるリフトオフ層２１としてＳｃを用いて説明したが、例えばリフトオフ層２１としてＣｒを用いた場合には、ケミカルリフトオフ工程（ステップＳ３９）で用いるリフトオフ層エッチング液として過マンガン酸ナトリウムまたは過マンガン酸カリウム等を用いればよい。そのときは、犠牲部形成工程（ステップＳ３３）における犠牲層４２としてＣｒではなくＳｉＯ２を用いればよい。そのときには、犠牲部除去工程（ステップＳ４０）で用いる犠牲層エッチング液としてＢＨＦを用いればよい。このように、リフトオフ層２１の種類によって、ケミカルリフトオフ工程ではエッチングされずに接合を維持できる犠牲層とエッチング液の種類を選択する。
【００４２】
（実施例）
サファイア上にＭＯＣＶＤ法を用いてＡｌＮ単結晶層（厚さ１μｍ）を成長させたＡｌＮ（０００１）テンプレート基板面上にリフトオフ層として１００Åの膜厚のスカンジウム（Ｓｃ）をスパッタリング法により成膜した。
次に、アンモニア雰囲気で１２００℃で１０分間の窒化処理を行い、リフトオフ層は窒化され、窒化スカンジウム層（ＳｃＮ層）が形成された。
次に、ＳｃＮ層上に、ノンドープＡｌＧａＮを２ｕｍ、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層（１．５μｍ）、ＭＱＷ活性層（０．１μｍ）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層（０．３μｍ）を順次ＭＯＣＶＤ法で成膜した。
ｐ型ＡｌＧａＮ層上にＣＶＤによりＳｉＯ２を成膜して、レジストを用いてパターニングを行い、ＢＨＦでエッチングすることでＳｉＯ２マスクを形成し、化合物半導体層のドライエッチングを行い、ＡｌＮテンプレート基板が露出するまで、エッチングを行った。その後、ＢＨＦを使用してＳｉＯ２マスクを除去し、直径８５０μｍの円形の素子領域を形成した。
次に素子領域のｐ型層上にｐ側電極としてＮｉ／Ａｕ（５０Å／２００Å）を成膜し、５５０℃で１５分のアニールを行った。
犠牲層形成工程では、ドライエッチングにより露出したＡｌＮテンプレート基板上の素子領域と間隔を空けて４隅に犠牲層として直径約９５μｍのＣｒ（２００Å）層を形成した。
被覆層形成工程では被覆層としてフォトレジストをスピンコートし、素子領域および犠牲層が露出するようにパターニングを行った。素子領域の露出部分は直径８４０μｍであり、犠牲層の露出部分は直径９０μｍである。パターニング後に犠牲層外周上に残ったフォトレジストの厚さは約２μｍであり、フォトレジスト表面の成長基板からの高さは活性層よりも低かった。
被膜層上および露出した素子領域および犠牲層上に、下地層として、スパッタリング法によりＰｔ／Ａｕ／Ｐｔ／Ｐｄ（２５０Å／５５００Å／２５０Å／１５０Å）を順に成膜した。その後、下地層上に市販のＮｉ無電解めっき液を用いてＮｉめっきを行い、平坦な底部からの厚さが１００μｍのＮｉ支持部を形成した。
被覆層除去工程ではアセトンに浸漬して被覆層のフォトレジストを除去した。
ケミカルリフトオフ工程では成長基板と半導体層を分離する。塩酸に２４時間浸漬することでリフトオフ層のケミカルエッチングを行い、リフトオフ層を除去することでＡｌＮテンプレート板と半導体層を分離した。このケミカルリフトオフ工程において、犠牲層はエッチング液で除去されないため、ＡｌＮテンプレート基板とＮｉ支持部は犠牲層と下地層を介して接続が維持されていた。
ケミカルリフトオフ工程の後、犠牲層除去工程で硝酸セリウムアンモニウム溶液に浸漬して犠牲層をエッチングにより除去し、支持部（下地層）とＡｌＮテンプレート基板とを分離した。
【００４３】
（比較例）
犠牲層を形成せず、被覆層形成工程において素子領域のみが露出するようにフォトレジストのパターニングを行った以外は、実施例と同様とした。なお、ケミカルリフトオフ工程において支持部とＡｌＮテンプレート基板は分離され、犠牲層除去工程は無い。
【００４４】
実施例と比較例のＡｌＮテンプレート基板剥離後の化合物半導体層の品質を、光学顕微鏡での表面観察により比較した。図５は基板剥離後に比較例では、１０個中９個において、ＡｌＮテンプレート基板剥離後の化合物半導体層の中央部に割れが生じていることが金属顕微鏡および電子顕微鏡により観察された。化合物半導体層の外周部からエッチングされ、ＡｌＮテンプレート基板が剥離する直前に中央部に残る微小領域で、基板と化合物半導体層および支持部との間の応力の集中が生じた結果、剥離後に割れが観察されたと考えられる。しかしながら実施例では、図５に示すように、化合物半導体層に比較例のような割れやクラックは観察されなかった。ケミカルリフトオフ工程において成長基板と半導体層の間の柱としての役割を担う犠牲層部側が変形を抑えるため、柱で囲まれた素子領域側で半導体層にかかる応力は比較例に比べて大幅に緩和されており、素子領域側の化合物半導体層に割れが生じないと考えられる。従って、実施例ではＡｌＮテンプレート基板剥離時に割れが生じず、リフトオフ層を周辺からエッチングしてリフトオフされる化合物半導体層のエッチングの進行により応力が集中する箇所の割れを抑制できることが分かった。
また、実施例および比較例において作成したサンプルについて、さらに剥離した化合物半導体層のノンドープのＡｌＧａＮ層の一部を、ｎ電極形成に必要な範囲でドライエッチングにより除去し、露出したｎ型ＡｌＧａＮ層にＴｉ／Ａｌを順に成膜することによりｎ型電極を形成して、定電流電圧測定装置によりＩ−Ｖ測定を行った。逆方向電圧Ｖｒ（−１０ｕＡ）において、実施例が１０Ｖ以上であったのに対して、比較例で割れが観察されたものは約６Ｖと低かった。比較例では応力集中が発生したことでリーク電流が増加したと考えられる。よって本発明により、リーク電流の少ない高品質の発光素子が得られることが分かった。
【００４５】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成等については例示にすぎない。なお、ケミカルリフトオフ時に割れが発生しないことは、発光素子に限らず半導体素子全般に必要な技術である。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
ただし、半導体素子に用いることが可能な限られた材料の中から本発明の各選択エッチング液とエッチング液に対する耐性の関係を全て満たす材料構成を得ることが、本発明の実施に必要である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法は、ＬＥＤ光学系素子とＬＥＤ光学系素子を製造する方法に利用される。
【符号の説明】
【００４７】
１１ 半導体層
１１ａ ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層：ｎ型層）
１１ｂ 発光層
１１ｃ ｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層：ｐ型層）
１２ 支持部
１３ 凹部
１３ａ 平坦な底部（平坦部）
１３ｂ テーパー形状の側面
１４ 下地層
１４ａ シード層
１４ｂ 反射層
２０ 成長基板
２１ リフトオフ層
２２ 分離溝
２３ ｐ側電極
２４ 被覆層
４０ 発光素子
４２ 犠牲部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の製造方法であって、
成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、
後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、
前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、
前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、
前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、
を具備することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
発光層を有する半導体層を具備する発光素子の製造方法であって、
成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、前記半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、
後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、
前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、
前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、
前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、
を具備することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体層は、前記素子領域形成工程において、前記成長基板側から順にＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層を具備することを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記被覆工程は、フォトレジストを塗布することにより、少なくとも犠牲部上の前記被覆層表面の成長基板からの高さが前記発光層よりも低くなるように被覆され、前記被覆層の前記半導体層上および前記犠牲部上の一部をフォトリソグラフィによって除去されることを特徴とする請求項２または３に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記下地層形成工程において、前記下地層は前記半導体層側に反射層を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする発光素子。
【請求項７】
支持部の上に発光層を具備する半導体層を有する発光素子において、前記支持部は凹形状を有し、前記半導体層は凹形状の底部に下地層を介して接続され、前記支持部は凹形状の頂部に、下地層からなり不連続に独立した凸部を具えることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
１０ボルトの逆方向電圧を印加したときのリーク電流が１０μＡ以下であることを特徴とする請求項７記載の発光素子。
【請求項１】
半導体素子の製造方法であって、
成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、
後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、
前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、
前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、
前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、
を具備することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
発光層を有する半導体層を具備する発光素子の製造方法であって、
成長基板上の一部に、リフトオフ層を介して、前記半導体層からなる素子領域を形成する素子領域形成工程と、
後記ケミカルリフトオフ工程で除去されない犠牲部を前記成長基板上の前記素子領域の周囲に形成する犠牲部形成工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部を除いた前記成長基板上を覆う被覆層を形成する被覆工程と、
前記半導体層上および前記犠牲部上の一部および被覆層表面を含む前記成長基板上の表面に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層上にめっきを施すことによって支持部を形成するめっき工程と、
前記被覆層を溶解除去する被覆層除去工程と、
前記リフトオフ層を溶解除去することにより、前記半導体層と前記成長基板とを分離するケミカルリフトオフ工程と、
前記ケミカルリフトオフ工程の後に、前記犠牲部において前記成長基板と前記下地層とを分離する犠牲部除去工程と、
を具備することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体層は、前記素子領域形成工程において、前記成長基板側から順にＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層を具備することを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記被覆工程は、フォトレジストを塗布することにより、少なくとも犠牲部上の前記被覆層表面の成長基板からの高さが前記発光層よりも低くなるように被覆され、前記被覆層の前記半導体層上および前記犠牲部上の一部をフォトリソグラフィによって除去されることを特徴とする請求項２または３に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記下地層形成工程において、前記下地層は前記半導体層側に反射層を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする発光素子。
【請求項７】
支持部の上に発光層を具備する半導体層を有する発光素子において、前記支持部は凹形状を有し、前記半導体層は凹形状の底部に下地層を介して接続され、前記支持部は凹形状の頂部に、下地層からなり不連続に独立した凸部を具えることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
１０ボルトの逆方向電圧を印加したときのリーク電流が１０μＡ以下であることを特徴とする請求項７記載の発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５１１７８（Ｐ２０１２−１５１１７８Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７０８３（Ｐ２０１１−７０８３）
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【特許番号】特許第４９４０３５９号（Ｐ４９４０３５９）
【特許公報発行日】平成２４年５月３０日（２０１２．５．３０）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【特許番号】特許第４９４０３５９号（Ｐ４９４０３５９）
【特許公報発行日】平成２４年５月３０日（２０１２．５．３０）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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