ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法
【課題】レーザリフトオフのためのレーザ照射時の、未照射領域への応力の緩和。
【解決手段】２．Ａにおいて、拡大素子領域Ａ１は前回までにレーザ照射済であり、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２は今回レーザ照射中であり、応力緩和領域Ｂ３及びＢ４並びに拡大素子領域Ａ３及びＡ４はレーザ未照射である。応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生し、溝ｔｒ１ｂ、ｔｒ２ａ及びｔｒ２ｂから排出される。この際、非常に大きな体積膨張が生じる。拡大素子領域Ａ１のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と剥離しており、大きな応力はかからない。応力緩和領域Ｂ３のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と接合しているので、大きな応力がかかる。しかし、更にその右側の領域である拡大素子領域Ａ３には応力が直接には及ばない。
【解決手段】２．Ａにおいて、拡大素子領域Ａ１は前回までにレーザ照射済であり、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２は今回レーザ照射中であり、応力緩和領域Ｂ３及びＢ４並びに拡大素子領域Ａ３及びＡ４はレーザ未照射である。応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生し、溝ｔｒ１ｂ、ｔｒ２ａ及びｔｒ２ｂから排出される。この際、非常に大きな体積膨張が生じる。拡大素子領域Ａ１のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と剥離しており、大きな応力はかからない。応力緩和領域Ｂ３のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と接合しているので、大きな応力がかかる。しかし、更にその右側の領域である拡大素子領域Ａ３には応力が直接には及ばない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法に関する。本発明は異種基板上にIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて素子構造を形成したのち、当該異種基板の当該素子構造を形成した面に、金属、はんだその他の導電層を介して導電性の支持基板を接着し、異種基板との界面近傍のIII族窒化物系化合物半導体の薄層をレーザ照射で分解して異種基板を取り除く、いわゆるレーザリフトオフ技術に関する。本発明は特にｐｎ接合又は活性層を挟んで上下にｐ型層とｎ型層を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法に特に有効である。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１として後述する、Ｋｅｌｌｙらに始まるレーザリフトオフ技術により、発光素子その他のIII族窒化物系化合物半導体素子を、エピタキシャル成長に用いた基板から導電性の支持基板に貼り替えることが可能となった。これにより、例えば発光ダイオードにおいては、支持基板裏面に電極を設けることができる。これによりＧａＡｓ系の発光素子同様に、基板裏面とエピタキシャル層最上面の２箇所に正負のいわゆる対向電極を有する発光素子とすることが可能となる。
正負の電極が発光層を挟んで対向することの利点は、支持基板の水平面積と同程度の発光層面積を形成できること、及び、均一な発光を得ることができることによる、素子当たりの光取り出し効率の向上である。本発明の先行技術として、本願出願人による先行出願の公報を特許文献１として示す。
【０００３】
レーザリフトオフ技術は、適切な波長のレーザ照射により、例えば窒化ガリウムＧａＮ層の、例えば窒化アルミニウムから成るバッファを介してサファイア基板と対向している界面部分を薄膜状に分解して溶融金属ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ2）ガスに分解する。接合したウエハの外周部から順に当該窒化ガリウムＧａＮ層の分解を行えば、分解により生ずる溶融金属ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ2）ガスはウエハの外周に排出させることができる。
しかし、レーザ照射面積に対する照射エネルギーを十分に大きくするためには、ウエハ全体に一度にレーザ照射をすることは好ましくない。このため、例えば１回のレーザ照射範囲を０．１〜数ｍｍ角の正方形等に調整し、ウエハを当該正方形に分割して、外周付近からレーザ照射をスキャンするように行う。
ここで、１回のレーザ照射毎に生成する窒素ガスの体積が大きいので、窒素ガスによりエピタキシャル成長基板と、支持基板に接合されたエピタキシャル層とを剥がす方向に大きな応力が加わる。
【０００４】
実際には、紫外線で分解されるＧａＮ層の厚さは数ｎｍからせいぜい数十ｎｍと考えられ、レーザ照射済領域の、分離したＧａＮ層領域と異種基板との隙間は極めて狭い。一方、レーザ照射により発生する窒素ガスは、極めて大きな体積である。そこで発生する窒素ガスを効率的に外部に排出できなければ、レーザ未照射の、エピタキシャル層と異種基板の接合部分に大きな応力が係る。
そこで、例えば素子分離ラインに合わせて、窒素ガスを排出するための溝を形成したのちにレーザリフトオフを行う技術がある。まずこれを説明する。
図７．Ａ乃至図７．Ｄは従来技術に係るレーザリフトオフの作業工程を示す断面図である。
【０００５】
エピタキシャル成長基板１００にｎ型層１１及びｐ型層１２を順にエピタキシャル成長させて、エピタキシャル層１０とする。発光領域ＬはＭＱＷ構造で形成したが、図７他では単に太破線で示した。
次に、レーザリフトオフ時の空気孔となる、溝ｔｒをレーザ照射により形成する。溝ｔｒにより、エピタキシャル層１０は多数の拡大素子領域Ｓに分割される。拡大素子領域Ｓは、以下で示す素子領域Ｓ’を内包し、且つそれよりも大きな領域である。拡大素子領域Ｓと素子領域Ｓ’は、平面図においては矩形（正方形を含む）であるものとする。
次にｐ型層１２の表面に導電多層膜１２０を形成する。導電多層膜１２０の最上面（図７．Ａでは、ｐ型層１２から最も遠い下の面）ははんだ層とする。ここで、導電多層膜１２０の形成の際、それに先立って形成された溝ｔｒを、導電多層膜１２０が覆うことがあっても、溝ｔｒの空気孔としての外部との連通が確保されるか、レーザリフトオフの際のレーザ照射時に連通可能となれば良い。
以上のようにして、図７．Ａの上側の、溝ｔｒを有する、エピタキシャル成長基板１００にエピタキシャル層１０と導電多層膜１２０を形成したウエハが形成される。溝ｔｒにより、エピタキシャル成長基板１００に接合したエピタキシャル層１０は、複数個の拡大素子領域Ｓに分割されたままである。
【０００６】
次に、導電性材料から成る支持基板２００に、導電多層膜２１０を形成する。導電多層膜２１０の最上面ははんだ層とする（図７．Ａの下側）。
こうして、上記エピタキシャル層１０を有するエピタキシャル成長基板１００と支持基板２００を、いずれも最上層がはんだ層である、導電多層膜１２０と２１０を向かい合わせて接合する（図７．Ｂ）。
【０００７】
次に、レーザリフトオフを行う。エピタキシャル層のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近にレーザ照射して、薄膜状部分を分解する。この際、１回ごとのレーザ照射領域（ショットエリア、ＬＳ）としては、拡大素子領域Ｓを１個ずつ含む領域とする。こうして、ｎ型層１１の、サファイアから成るエピタキシャル成長基板１００との界面付近の薄膜状部分を全て分解して結合を解き、エピタキシャル成長基板１００を剥離させる（図７．Ｃ）。
次にドライエッチングにより、エピタキシャル層１０のチップ外周部ｓ１、ｓ２を除去し、ｎ電極１３０を形成する。
シリコンから成る支持基板２００の裏面に導電多層膜２３０を形成する。
こうして図７．Ｄに示す構造が完成したので、破線で示された切り代領域Ｃｔを除去することにより、個々の素子が得られる。
【０００８】
図７．Ｄの個々の素子領域Ｓ’は、エピタキシャル層１０のチップ外周部ｓ１だけ、図７．Ａの拡大素子領域Ｓよりも小さい。チップ外周部ｓ１と溝ｔｒは、切り代領域Ｃｔに含まれる。尚チップ外周部ｓ２は、ｎ電極１３０と、ｐ型層１２から導電多層膜２３０までのｐ側領域との短絡を防止する絶縁性保護膜を形成する等の理由により、除去されるエピタキシャル層１０の領域である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１８６９５９号公報
【特許文献２】特開２００４−３６３５３２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６９，１９９６，ｐｐ．１７４９−１７５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここにおいて、図７．Ｂにおける各レーザ照射の際に、レーザ未照射領域において応力が発生して、当該レーザ未照射領域のエピタキシャル層１０にクラックが発生する問題が見出された。これを図８で説明する。
図８．Ａは、拡大素子領域Ｓ２にレーザ照射を行っている状態を示す断面図、図８．Ｂは、拡大素子領域Ｓ３にレーザ照射を行っている状態を示す断面図である。
図８．Ａのように４つの拡大素子領域を、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と呼ぶことにする。拡大素子領域Ｓ１とＳ２は溝ｔｒ１２で分割され、拡大素子領域Ｓ２とＳ３は溝ｔｒ２３で分割され、拡大素子領域Ｓ３とＳ４は溝ｔｒ３４で分割されている。いま、４回のレーザ照射ＬＳを、拡大素子領域をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の順に１つずつ内包するように順に行うものとする。
【００１２】
図８．Ａにおいて、拡大素子領域Ｓ１は前回までにレーザ照射済であり、拡大素子領域Ｓ２は今回レーザ照射中であり、拡大素子領域Ｓ３及びＳ４はレーザ未照射である。
この時、拡大素子領域Ｓ２のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生し、溝ｔｒ１２及びｔｒ２３から排出される。この際、非常に大きな体積膨張が生じる。今回レーザ照射中の拡大素子領域Ｓ２の左側の領域である拡大素子領域Ｓ１のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と剥離している。このため、拡大素子領域Ｓ１のエピタキシャル層１０には大きな応力はかからない。一方、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ｓ２の右側の領域である拡大素子領域Ｓ３のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と接合している。このため、拡大素子領域Ｓ３のエピタキシャル層１０には、大きな応力がかかる。即ち、拡大素子領域Ｓ２のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生してエピタキシャル成長基板１００を持ち上げる方向に応力がかかるからである。このため、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ｓ２の右側の領域である拡大素子領域Ｓ３のエピタキシャル層１０の、溝ｔｒ２３付近にはクラックが生じる可能性が高い。エピタキシャル層１０に一旦生じたクラックは、のちの工程で消滅することは無く、更に伸長する可能性が高い。すると、拡大素子領域Ｓ３のエピタキシャル層１０の溝ｔｒ２３付近に生じたクラックは、最終的には図７．Ｄの切り代領域Ｃｔ上のチップ外周部ｓ１や、エッチングで除去されるチップ外周部ｓ２を貫いて、素子領域Ｓ’に達することとなり、素子特性を大きく損なう。
【００１３】
ここで、図８．Ｂを検討すると、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ｓ３の左側の領域である拡大素子領域Ｓ２のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と剥離している。このため、拡大素子領域Ｓ２のエピタキシャル層１０には、大きな応力はかからない。
但し、拡大素子領域Ｓ３で瞬時に多量の窒素ガスが発生するため、エピタキシャル成長基板１００と剥離している拡大素子領域Ｓ２のエピタキシャル層１０にも部分的にクラックが発生することも、まれにある。特に、支持基板の固定が十分でない場合に、発生したガスの応力により支持基板が振動し、エピタキシャル層１０にクラックが発生しやすい。
【００１４】
そこで特許文献２では、サファイア基板等のエピタキシャル成長基板を、レーザ照射された領域を順次破片化して破壊する技術を提示している。
【００１５】
特許文献２ではサファイアの小片が多数散乱するので、その収拾にコストがかかる。
本発明者らは、図７．Ｄに示す通り、溝ｔｒを形成する幅を含めて大きな切り代領域Ｃｔがあることに着目し、本願発明を完成させた。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に係る発明は、異種基板をエピタキシャル成長基板として用い、III族窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層を積層し、その最上面に導電層を介して支持基板を接着したのち、レーザリフトオフによりエピタキシャル成長基板を取り除く、III族窒化物系化合物半導体素子の製造方法において、エピタキシャル層を形成したエピタキシャル成長基板に支持基板を接着する前に、エピタキシャル成長基板に形成したエピタキシャル層を含む積層構造の最上面から、エピタキシャル層の最下面とエピタキシャル成長基板との界面まで少なくとも達する溝を形成する溝形成工程を有し、溝により、エピタキシャル成長基板に接合されたエピタキシャル層が分割されて、最終的に得るべき素子構造を内部に有すべき領域である拡大素子領域と、それ以外の応力緩和領域とが生成され、レーザリフトオフのために実施される複数回のレーザ照射の、各レーザ照射の際には、拡大素子領域と応力緩和領域の全てが、当該レーザ照射後にレーザ照射済となった領域とレーザ未照射の領域とに分けられ、且つその境界部は、帯状のレーザ未照射の応力緩和領域となるようにレーザ照射が実施されることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法である。
ここで異種基板とは、分解目的のIII族窒化物系化合物半導体層へのレーザ照射の際に当該レーザ光を吸収しないものを想定しているので、この点において分解目的のIII族窒化物系化合物半導体層と異なる組成のIII族窒化物系化合物半導体基板を排除するものではない。
拡大素子領域、応力緩和領域とは、エピタキシャル層を、異種基板との接合面内で分割したものを想定している。即ち、エピタキシャル層と異種基板との接合面が溝で分割されることにより、拡大素子領域と応力緩和領域が形成される。これらはエピタキシャル層の領域であって、異種基板との接合が解除されたあとのものも含まれる。拡大素子領域とは、最終的に得るべき素子構造において存在するエピタキシャル層を含む、応力緩和領域でない領域である。拡大素子領域のエピタキシャル層は、のちの工程で、その外周部が一部除去されて最終的な素子領域となる。
境界部の帯状のレーザ未照射の応力緩和領域とは、必ずしも連続しているものでなく、溝を挟んで分割された複数のレーザ未照射の応力緩和領域が帯状に形成されているものを含む。更に例えば矩形状の複数のレーザ未照射の応力緩和領域が、数カ所で屈曲した形状を成すものも帯状と称することとする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、全ての溝の長手方向が、互いに垂直な２方向のいずれかに平行に形成されていることを特徴とする。この場合、拡大素子領域と応力緩和領域はいずれも矩形状となる。
請求項３に係る発明は、隣接する２つの拡大素子領域の間の応力緩和領域は、当該２つの拡大素子領域の間に順に並んだｎ個、但しｎは２以上の整数、の矩形の領域であり、
各々１頂点で向き合う４つの拡大素子領域の当該４頂点の間の応力緩和領域は、ｎ2個の矩形の領域であることを特徴とする。これは、ｎ＝１の場合の応力緩和領域を、分割した応力緩和領域とするものであり、請求項１に係る発明の帯状の領域が、１乃至ｎ個の分割された細い帯状の領域から形成しうることを意味する。
請求項４に係る発明は、レーザリフトオフのために実施される複数回のレーザ照射の、各レーザ照射の際には、今回レーザ照射される拡大素子領域とレーザ照射済の拡大素子領域との間には、前回までにレーザ照射済の応力緩和領域が存在するようにレーザ照射が実施されることを特徴とする。これは下記で説明するが、応力緩和領域の一部を、境界部の帯状のレーザ未照射の応力緩和領域として活用せずに、レーザ照射済の状態であって、照射済の拡大素子領域と今回照射領域である拡大素子領域との間の空隙として用いるものである。
【発明の効果】
【００１８】
ある拡大素子領域がレーザ照射により窒素ガス発生源となった際に、その近傍のエピタキシャル成長基板と接合した状態の拡大素子領域との間には、エピタキシャル成長基板と接合した状態の応力緩和領域が必ず存在する。これにより、レーザ照射により発生した窒素ガスの体積膨張に伴う、エピタキシャル成長基板とエピタキシャル層とを引き剥がす方向に働く応力は、当該応力緩和領域に作用し、近傍のエピタキシャル成長基板と接合した状態の拡大素子領域には直接的には作用しない。これにより、当該近傍のエピタキシャル成長基板と接合した状態の拡大素子領域にクラックが発生することを抑制することが可能となる。
溝は、例えば５μｍ以上の幅と深さを有するように形成できるので、レーザリフトオフのためのレーザ照射の際に発生する窒素ガスの排出路として大いに作用する。この溝が、いずれのレーザ照射領域の回りにおいても二重又は（ｎ＋１）重になっているので、窒素ガスの排出が極めて効果的にできる。このため、エピタキシャル成長基板と、それとは剥離したIII族窒化物系化合物半導体層との数ｎｍ〜数十ｎｍの間隙からの窒素ガスの排出が減り、剥離済のIII族窒化物系化合物半導体層に部分的にクラックが発生することを防ぐこともできる。
【００１９】
以下、図１及び図２を用いて本発明の効果を視覚的に説明する。
図１．Ａ乃至図１．Ｄは、本発明の効果を説明するための工程を示す断面図である。図１．Ａ乃至図１．Ｄは、図７．Ａ乃至図７．Ｄで１本だった拡大素子領域Ｓ間の溝ｔｒを、２本の溝ｔｒと応力緩和領域Ｂとに置き換えたものである。
エピタキシャル成長基板１００にｎ型層１１及びｐ型層１２を順にエピタキシャル成長させて、エピタキシャル層１０とする。発光領域ＬはＭＱＷ構造で形成したが、図１他では単に太破線で示した。次に、レーザリフトオフ時の空気孔となる、溝ｔｒをレーザ照射により形成する。２本の溝ｔｒの幅及び当該２本の溝ｔｒに挟まれた応力緩和領域Ｂの幅は、各々、拡大素子領域Ａの１辺の１／１０以下、より好ましくは１／３０以下とすると良い。拡大素子領域Ａは、以下で示す素子領域Ａ’を内包し、且つそれよりも大きな領域である。拡大素子領域Ａと素子領域Ａ’、応力緩和領域Ｂは、平面図においては矩形（正方形を含む）であるものとする。
【００２０】
次にｐ型層１２の表面に導電多層膜１２０を形成する。導電多層膜１２０の最上面（図１．Ａでは、ｐ型層１２から最も遠い下の面）ははんだ層とする。ここで、導電多層膜１２０の形成の際、それに先立って形成された溝ｔｒを、導電多層膜１２０が覆うことがあっても、溝ｔｒの空気孔としての外部との連通が確保されるか、レーザリフトオフの際のレーザ照射時に連通可能となれば良い。
以上のようにして、図１．Ａの上側の、溝ｔｒを有する、エピタキシャル成長基板１００にエピタキシャル層１０と導電多層膜１２０を形成したウエハが形成される。溝ｔｒにより、エピタキシャル成長基板１００に接合したエピタキシャル層１０は、拡大素子領域Ａと応力緩和領域Ｂとに分割されている。
【００２１】
次に、導電性材料から成る支持基板２００に、導電多層膜２１０を形成する。導電多層膜２１０の最上面ははんだ層とする（図１．Ａの下側）。
こうして、上記エピタキシャル層１０を有するエピタキシャル成長基板１００と支持基板２００を、いずれも最上層がはんだ層である、導電多層膜１２０と２１０を向かい合わせて接合する。（図１．Ｂ）。
【００２２】
次に、レーザリフトオフを行う。エピタキシャル層のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近にレーザ照射して、薄膜状部分を分解する。この際、１回ごとのレーザ照射領域（ショットエリア、ＬＳ）としては、拡大素子領域Ａを１個、応力緩和領域Ｂを１個含む領域として示した。こうして、ｎ型層１１の、サファイアから成るエピタキシャル成長基板１００との界面付近の薄膜状部分を全て分解して結合を解き、エピタキシャル成長基板１００を剥離させる（図１．Ｃ）。
次にドライエッチングにより、エピタキシャル層１０のチップ外周部ａ１、ａ２を除去し、ｎ電極１３０を形成する。
シリコンから成る支持基板２００の裏面に導電多層膜２３０を形成する。
こうして図１．Ｄに示す構造が完成したので、破線で示された切り代領域Ｃｔを除去することにより、個々の素子が得られる。
【００２３】
ここにおいて、図１．Ｂにおける各レーザ照射の際に、レーザ未照射領域との間に応力が発生せず、当該レーザ未照射領域のエピタキシャル層１０にクラックが発生しないことを図２で説明する。
図２．Ａは、拡大素子領域Ａ２にレーザ照射を行っている状態を示す断面図、図２．Ｂは、拡大素子領域Ａ３にレーザ照射を行っている状態を示す断面図である。
図２．Ａのように４つの拡大素子領域をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と呼ぶことにする。同様に３つの応力緩和領域をＢ２、Ｂ３、Ｂ４と呼ぶことにする。拡大素子領域Ａ１と応力緩和領域Ｂ２とは溝ｔｒ１ｂで分割され、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２とは溝ｔｒ２ａで分割されている。拡大素子領域Ａ２と応力緩和領域Ｂ３とは溝ｔｒ２ｂで分割され、応力緩和領域Ｂ３と拡大素子領域Ａ３とは溝ｔｒ３ａで分割されている。拡大素子領域Ａ３と応力緩和領域Ｂ４とは溝ｔｒ３ｂで分割され、応力緩和領域Ｂ４と拡大素子領域Ａ４とは溝ｔｒ４ａで分割されている。いま、４回のレーザ照射ＬＳを、拡大素子領域Ａ１、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２、応力緩和領域Ｂ３と拡大素子領域Ａ３、応力緩和領域Ｂ４と拡大素子領域Ａ４をそれぞれ含むように４回、順に行うこととする。
【００２４】
図２．Ａにおいて、拡大素子領域Ａ１は前回までにレーザ照射済であり、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２は今回レーザ照射中であり、応力緩和領域Ｂ３及びＢ４並びに拡大素子領域Ａ３及びＡ４はレーザ未照射である。
この時、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生し、溝ｔｒ１ｂ、ｔｒ２ａ及びｔｒ２ｂから排出される。この際、非常に大きな体積膨張が生じる。今回レーザ照射中の拡大素子領域Ａ２の左側の領域である拡大素子領域Ａ１のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と剥離している。このため拡大素子領域Ａ１のエピタキシャル層１０には大きな応力はかからない。また、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ａ２の右側の領域である応力緩和領域Ｂ３のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と接合しているので、大きな応力がかかる。しかし、更にその右側の領域である拡大素子領域Ａ３には応力が直接には及ばない。よって、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ａ２の右側の領域である拡大素子領域Ａ３のエピタキシャル層１０の、溝ｔｒ３ａ付近にはクラックが生じる可能性が低い。よって拡大素子領域Ａ３内部の最終的に得られる素子領域に達するクラックは無く、素子特性は損なわれない。
【００２５】
次に、図２．Ｂの状態を検討する。拡大素子領域Ａ２は既にレーザ照射済であり、エピタキシャル層１０とエピタキシャル成長基板１００とは剥離しているので、応力緩和領域Ｂ３と拡大素子領域Ａ３のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生しても、拡大素子領域Ａ２のエピタキシャル層１０への影響は少ない。
【００２６】
ここまでは断面図のみで本発明を説明したが、平面図で説明する。
図３は、拡大素子領域Ａ１１乃至Ａ３４と、応力緩和領域Ｂ１２乃至Ｂ３４、Ｃ１１乃至Ｃ４４、Ｄ１２乃至Ｄ４４の配置を示した模式的平面図である。図３においては、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮを間隔の広いハッチングで、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤを間隔の狭い左上から右下へのハッチングで示した。
また、図３では、拡大素子領域Ａ２２と応力緩和領域Ｂ２２、Ｃ２２、Ｄ２２が今回レーザ照射されたことを示しており、これらのみを間隔の広い左上から右下へのハッチングで示し、領域ＤＮのうち、前回までのレーザ照射によりエピタキシャル成長基板１００と剥離した領域を間隔の広い右上から左下へのハッチングで示した。
【００２７】
図３は図２．Ａ及び図２．Ｂを平面図的に示すためのものである。互いに垂直な２方向のいずれかに平行な溝により、エピタキシャル層１０がいずれも矩形状の拡大素子領域Ａ１１乃至Ａ３４と、応力緩和領域Ｂ１２乃至Ｂ３４、Ｃ１１乃至Ｃ４４、Ｄ１２乃至Ｄ４４に分割されている。間隔の広いハッチングで示された、ｎ型層１１のエピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮと、間隔の狭い左上から右下へのハッチングで示した、ｎ型層１１のエピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤの境界には、ｎ型層１１のエピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤに含まれる帯状領域ＢＢが形成されている。帯状領域ＢＢは、図３内では、エピタキシャル成長基板１００と接合したレーザ未照射領域である応力緩和領域Ｃ３１、Ｄ３２、Ｃ３２、Ｄ３３、Ｂ２３、Ｄ２３、Ｃ２３、Ｄ２４及びＣ２４である。
このため、拡大素子領域Ａ２２と応力緩和領域Ｂ２２、Ｃ２２、Ｄ２２にレーザ照射されることにより発生する窒素ガスに基づく応力は、いずれもエピタキシャル成長基板１００と接合したままの、応力緩和領域Ｃ３１とＤ３２により拡大素子領域Ａ３１には及ばず、応力緩和領域Ｄ３２とＣ３２とＤ３３により拡大素子領域Ａ３２には及ばず、応力緩和領域Ｄ３３により拡大素子領域Ａ３３には及ばず、応力緩和領域Ｄ３３、Ｂ２３、Ｄ２３、Ｃ２３により拡大素子領域Ａ２３には及ばない。
一方、拡大素子領域Ａ２２と応力緩和領域Ｂ２２、Ｃ２２、Ｄ２２にレーザ照射されることにより発生する窒素ガスに基づく応力は、いずれもエピタキシャル成長基板１００との接合が解除されている、拡大素子領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１に及ぼす影響は小さい。
【００２８】
図３は、言わば第ｉ行の、拡大素子領域Ａｉｊと応力緩和領域Ｂｉｊ、Ｃｉｊ、Ｄｉｊを１度のレーザ照射領域として、ｊを１（図３で左）から４（図３で右）まで照射を繰り返し、ｉを１（図３で上）から４（図３で下）までこれを繰り返すものを想定している。ここにおいて、どのレーザ照射の際にも、応力緩和領域Ｃ（ｉ＋１，１）、Ｄ（ｉ＋１，２）、…、Ｄ（ｉ＋１，ｊ）、Ｃ（ｉ＋１，ｊ）、Ｄ（ｉ＋１，ｊ＋１）、Ｂ（ｉ，ｊ＋１）、Ｄ（ｉ，ｊ＋１）、Ｃ（ｉ，ｊ＋１）、…、Ｄ（ｉ，４）、Ｃ（ｉ，４）が帯状領域ＢＢとなる。このため、上記の、拡大素子領域Ａ２２にレーザ照射された場合の論理が、ウエハ全体で成り立つ。即ち、本発明により、いずれもエピタキシャル成長基板１００と接合したままの、応力緩和領域の存在により拡大素子領域に応力が直接係ることはない。
【００２９】
図４は、本願の請求項３に係る発明のｎ＝２の場合に相当する。図４は、図３で応力緩和領域を分割したものである。図３と同様に、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮを間隔の広いハッチングで、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤを間隔の狭い左上から右下へのハッチングで示し、今回レーザ照射されたＡ２２及びその周囲の領域を間隔の広い左上から右下へのハッチングで示し、領域ＤＮのうち、前回までのレーザ照射によりエピタキシャル成長基板１００と剥離した領域を間隔の広い右上から左下へのハッチングで示した。領域ＤＮと領域ＵＤの境界部の領域ＤＮ側を帯状領域ＢＢとして示した。帯状領域ＢＢに２重の応力緩和領域の帯が形成されていると見ることもできる。ｎの数により、ｎ重の応力緩和領域の帯が形成されることを明らかである。この詳細を図５で説明する。
【００３０】
図５．Ａは、図４の今回レーザ照射されたＡ２２及びその周囲の領域を示す拡大図である。尚、各領域の縮尺は無視して領域の位置関係のみを示すものである。
今回レーザ照射された太破線で囲まれた領域は、拡大素子領域Ａ２２、応力緩和領域Ｂ２２１及びＢ２２２、Ｃ２２１及びＣ２２２、Ｄ２２１、Ｄ２２２、Ｄ２２３及びＤ２２４である。エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮに含まれるその他の領域は、拡大素子領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、応力緩和領域Ｂ１２１及びＢ１２２、Ｂ１３１及びＢ１３２、Ｃ２１１及びＣ２１２である。
エピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤに含まれる領域は、拡大素子領域Ａ２３、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３、応力緩和領域Ｂ２３１及びＢ２３２、Ｂ３２１及びＢ３２２、Ｂ３３１及びＢ３３２、Ｃ２３１及びＣ２３２、Ｃ３１１及びＣ３１２、Ｃ３２１及びＣ３２２、Ｃ３３１及びＣ３３２、Ｄ２３１、Ｄ２３２、Ｄ２３３及びＤ２３４、Ｄ３２１、Ｄ３２２、Ｄ３２３及びＤ３２４、Ｄ３３１、Ｄ３３２、Ｄ３３３及びＤ３３４である。このうち、帯状領域ＢＢを形成するのは、応力緩和領域Ｃ３１１及びＣ３１２、応力緩和領域Ｄ３２１、Ｄ３２２、Ｄ３２３及びＤ３２４、応力緩和領域Ｃ３２１及びＣ３２２、応力緩和領域Ｄ３３１、Ｄ３３２、Ｄ３３３及びＤ３３４、応力緩和領域Ｂ２３１及びＢ２３２、応力緩和領域Ｄ２３１、Ｄ２３２、Ｄ２３３及びＤ２３４、応力緩和領域Ｃ２３１及びＣ２３２である。帯状領域ＢＢが応力緩和領域の二重の帯となっていることがわかる。帯状領域ＢＢが応力緩和領域の多重の帯となると、レーザ未照射の拡大素子領域の、エピタキシャル成長基板と接合した状態のエピタキシャル層への応力がより一層低減できる。
【００３１】
図５．Ｂのようにレーザ照射を行っても良い。即ち、今回レーザ照射される太破線で囲まれた領域は、拡大素子領域Ａ２２、応力緩和領域Ｄ２２４、Ｃ２２２、Ｄ２３３、Ｂ２３１、Ｄ３３１、Ｃ３２１、Ｄ３２２、Ｂ２２２である。この時、エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮに含まれるその他の領域は、拡大素子領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、応力緩和領域Ｂ１２１及びＢ１２２、Ｂ１３１及びＢ１３２、並びにＢ２２１、Ｃ２１１及びＣ２１２、Ｃ２２１、Ｃ２３１、並びにＣ３１１、Ｄ３２１、Ｄ２２３、Ｄ２２１、Ｄ２２２、Ｄ２３１、並びにＤ２３２である。
エピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤに含まれる領域は、拡大素子領域Ａ２３、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３、応力緩和領域Ｂ２３２、Ｂ３２１及びＢ３２２、Ｂ３３１及びＢ３３２、Ｃ２３２、Ｃ３１２、Ｃ３２２、Ｃ３３１及びＣ３３２、Ｄ２３４、Ｄ３２３及びＤ３２４、Ｄ３３２、Ｄ３３３及びＤ３３４である。このうち、帯状領域ＢＢを形成するのは、応力緩和領域Ｃ３１２、応力緩和領域Ｄ３２３及びＤ３２４、応力緩和領域Ｃ３２２、応力緩和領域Ｄ３３３、Ｄ３３４及びＤ３３２、応力緩和領域Ｂ２３２、応力緩和領域Ｄ２３４、応力緩和領域Ｃ２３２である。図５．Ａと違い、図５．Ｂでは帯状領域ＢＢが応力緩和領域の一重の帯となっていることがわかる。
エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮに含まれる応力緩和領域Ｄ３２１、Ｂ２２１、Ｄ２２３、Ｄ２２１、Ｄ２２２、Ｃ２２１、Ｄ２３１、Ｄ２３２は、太破線で囲まれたレーザ照射領域から瞬時に多量に発生する窒素ガスの、素子拡大領域Ａ２１、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３への応力の影響を低減する応力緩和領域として働く。
【００３２】
以上の説明においては、例えば図３で、Ａ１１から右へＡ１４まで、次に下の列のＡ２１からＡ２４まで、と言った、右から左へのレーザ照射スキャンを上の列から下の列へ順に行うものを示したが、逆方向にしたり、或いは左右のスキャンを交互に逆転させても良い。その際も、レーザ未照射領域に応力緩和領域から成る帯状領域ＢＢを形成するようにする。
【００３３】
素子拡大領域は、所望の任意の多角形として本発明を適用できる。一例として六角形の素子拡大領域を形成した場合を図６に示す。ハッチングその他は図３と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の効果を説明するための工程を示す４つの断面図。
【図２】図１．Ｂでの詳細を示す２つの断面図。
【図３】拡大素子領域と応力緩和領域の配置の一例を示す平面図。
【図４】拡大素子領域と応力緩和領域の配置の他の例を示す平面図。
【図５】５．Ａは図４の詳細図、５．Ｂは変形例に係る平面図。
【図６】拡大素子領域と応力緩和領域の配置の更に他の例を示す平面図。
【図７】従来の工程を示す４つの断面図。
【図８】図７．Ｂでの詳細を示す２つの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明はレーザリフトオフを用いて、エピタキシャル成長基板を除去する工程を含む、任意のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法に適用可能である。中でも、本発明を適用したIII族窒化物系化合物半導体発光素子は、大型で大電流を流すＬＥＤ等として有用である。III族窒化物系化合物半導素子の構成は全く任意であり、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
レーザリフトオフのためのレーザ照射の際の、窒素ガスの排出路となり、且つエピタキシャル層を拡大素子領域と応力緩和領域とに分割する溝は、公知の任意の技術で形成できる。ダイサーによるダイシング加工、ブラスト処理によるエッチング、レーザ加工、その他エッチングを用いて良い。溝の幅は５μｍ以上５０μｍ以下とすると良い。応力緩和領域の幅は、５μｍ以上５０μｍ以下とすると良い。ｎ重とする場合は、各応力緩和領域の幅は、５μｍ以上５０μｍ以下とすると良い。２つの隣接する拡大素子領域の間の溝の幅と応力緩和領域の幅の合計は、切り代領域の幅以下が好ましく、概ね１５μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下とすると良い。
最終的に素子を得るための支持基板を切断する工程においては、任意の切断方法を用いることができる。この場合、金属その他の導電層と導電性の支持基板の小片等が飛散及び付着する可能性がある。そこで、絶縁性保護膜を形成して、支持基板の切断の際にｐ型層とｎ型層とのショートを防止するとと良い。切断方法として採用されうる技術は、極めて選択範囲が広い。ダイサー等によるハーフカットと機械的切断の組み合わせや、レーザ照射による分解も好ましい。
工程中にエピタキシャル成長基板や支持基板を薄肉化する工程を設けても良い。
【実施例１】
【００３７】
次のようにして青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製した。各工程では図１．Ａ乃至図１．Ｄを当てはめているが、拡大素子領域と応力緩和領域は正確には、図４のように形成したものであり、拡大素子領域と応力緩和領域へのレーザ照射は、正確には図５．Ｂのように実施した。
厚さ５００μｍのサファイアから成るエピタキシャル成長基板１００にｎ型層１１及びｐ型層１２を順にエピタキシャル成長させて、エピタキシャル層１０とした。発光領域ＬはＭＱＷ構造で形成したが、図１他では単に太破線で示した。
次に、レーザリフトオフ時の空気孔となる、溝ｔｒを次のようにレーザ照射により形成した。即ち、エピタキシャル層１０の最上層であるｐ型層１２全面に酸化シリコン（ＳｉＯ2）被膜を形成したのち、ＹＡＧレーザ（出力８Ｗ）により溝ｔｒを形成した。溝ｔｒは、ｐ型層１２及びｎ型層１１の合計膜厚約４μｍと、エピタキシャル成長基板１００の深さ１０μｍ程度を除去することにより形成された。溝ｔｒの幅は約１５μｍとし、２本の溝ｔｒに挟まれた応力緩和領域Ｂの幅は２０μｍとした。こののち、硫酸と過酸化水素の混合液での処理により、レーザで溶解して残存したガリウムその他の金属を除去した。こののち、バッファードＨＦ（ＢＨＦ）での処理により、ｐ型層１２を覆う酸化シリコン（ＳｉＯ2）被膜を除去した。こうして、エピタキシャル層１０は溝ｔｒにより、拡大素子領域Ａと応力緩和領域Ｂとに分割された。尚、拡大素子領域と応力緩和領域は正確には、図４のように形成したものである。溝ｔｒは３重、応力緩和領域は２重とした。
【００３８】
次にｐ型層１２の表面に導電多層膜１２０を以下のように形成した。
まずスパッタ装置により、Ａｇ合金層を全面に形成し、レジストマスクを形成してＡｇ合金層の不要部分を除去し、レジストマスクを除去し、その後、加熱によりアロイ化してｐコンタクト電極を形成した。次にスパッタ装置によりＴｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層を順に全面に形成した。 また、抵抗加熱蒸着装置によりはんだ層として、ＡｕＳｎ層及びＡｕ層を全面に形成した。最終形成のＡｕ層は、スズ（Ｓｎ）の酸化を防止するための薄膜である。こうしてＡｇ合金から成るコンタクト電極、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層及びＡｕ層の５層構造、並びにＡｕＳｎ層及びＡｕ層から成るハンダ層の積層構造からなる導電多層膜１２０を形成した。
ここで、導電多層膜１２０の形成の際、それに先立って形成された溝ｔｒを、導電多層膜１２０が覆うことがあっても、溝ｔｒの空気孔としての外部との連通が確保されるか、レーザリフトオフの際のレーザ照射時に連通可能となれば良い。即ち、溝ｔｒの底部には導電多層膜１２０が形成されうるが、側壁には形成されないか、形成されたとしても極めて薄い。よって、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近に発生した窒素が溝ｔｒに排出されるべき、連通すべき位置に導電多層膜１２０が形成されたとしても、レーザリフトオフ時に発生する窒素ガスにより容易に除かれ、生成する窒素ガスの排出が容易となる。以上のようにして、溝ｔｒを有する、エピタキシャル成長基板１００にエピタキシャル層１０と導電多層膜１２０を形成したウエハが形成された（図１．Ａの上側に相当）。
【００３９】
次に、厚さ５００μｍのシリコンから成る支持基板２００に、抵抗加熱蒸着装置によりＴｉ層、Ｎｉ層及びＡｕ層の５層構造と、ＡｕＳｎ層及びＡｕ層から成るはんだ層を全面に形成して導電多層膜２１０を形成した（図１．Ａの下側に相当）。
こうして、上記エピタキシャル層１０を有するエピタキシャル成長基板１００と支持基板２００を、いずれも最上層がはんだ層である、導電多層膜１２０と２１０を向かい合わせて接合した。加熱温度は３２０℃、圧力は１９６ｋＰａ（約２気圧、２ｋｇｆ／ｃｍ2）とした（図１．Ｂに相当）。
図１等では、導電多層膜１２０と２１０として別々に示したが、２つのＡｕＳｎ層の間のＡｕ薄膜２層は、ＡｕＳｎ層に吸収され、且つ導電多層膜１２０と２１０それぞれに形成された２つのＡｕＳｎ層は１つのＡｕＳｎ層となっている。
【００４０】
次に、レーザリフトオフを行った。エピタキシャル層のｎ型層１１の、サファイアから成るエピタキシャル成長基板１００との界面付近にレーザ照射して、薄膜状部分を分解した。この際、レーザ照射領域（ショットエリア）としては、１ｍｍピッチに形成される正方形状のチップを１個含む、１辺１ｍｍの正方形領域とした。こうして、ｎ型層１１の、サファイアから成るエピタキシャル成長基板１００との界面付近の薄膜状部分を全て分解して結合を解き、エピタキシャル成長基板１００を剥離させた（図１．Ｃに相当）。尚、拡大素子領域と応力緩和領域へのレーザ照射は、正確には図５．Ｂのように実施した。
【００４１】
次にＣＶＤによりを形成したＳｉＯ2マスクを用いたドライエッチングにより、エピタキシャル層１０のチップ外周部ａ１及びａ２を除去し、レジストマスクを用いて、所望領域にＡｌ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層を順に積層してｎ電極１３０を形成した。
シリコンから成る支持基板２００の裏面を研磨して薄肉化し、研磨した面にＰｔ層、Ｔｉ層、Ａｕ層から成る導電層と、ＡｕＳｎ層とＡｕ層から成るはんだ層（ソルダ層）を蒸着して導電多層膜２３０を形成した。
こうして素子構造が完成したので（図１．Ｄに相当）、破線で示された切り代領域Ｃｔを除去することにより、個々の素子が得られた。
【００４２】
このように得られたIII族窒化物系化合物半導体素子（青色ＬＥＤ）は、１枚のエピタキシャル成長基板１００（支持基板２００）から得られた１ｍｍ四方の複数個のチップについて、逆電流不良の発生率を確認した。試験条件は、逆方向電圧５Ｖ、即ちＬＥＤのｐ電極側であるシリコン基板裏面の電位に対し、ｎ電極１３０の電位を５Ｖ高くした場合に、電流が２μＡ以上であるものを逆電流不良と判定した。逆電流不良は２％、即ち合格率は９８％であり、極めて高い歩留まり率を示した。
【００４３】
〔比較例〕
比較のため、応力緩和領域を形成せず、素子間の溝を１本とした他は同様にしてIII族窒化物系化合物半導体素子（青色ＬＥＤ）を形成した。１枚のエピタキシャル成長基板１００（支持基板２００）から得られたチップのうち、逆電流不良は３０％、即ち合格率は７０％であり、歩留まり率が非常に低かった。
【符号の説明】
【００４４】
１００：サファイア基板（エピタキシャル成長基板）
１１：ｎ型層
Ｌ：発光領域
１２：ｐ型層
１２０：導電多層膜
２１０、２３０：導電多層膜
１３０：ｎ電極
２００：シリコン基板（支持基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明はIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法に関する。本発明は異種基板上にIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて素子構造を形成したのち、当該異種基板の当該素子構造を形成した面に、金属、はんだその他の導電層を介して導電性の支持基板を接着し、異種基板との界面近傍のIII族窒化物系化合物半導体の薄層をレーザ照射で分解して異種基板を取り除く、いわゆるレーザリフトオフ技術に関する。本発明は特にｐｎ接合又は活性層を挟んで上下にｐ型層とｎ型層を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法に特に有効である。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１として後述する、Ｋｅｌｌｙらに始まるレーザリフトオフ技術により、発光素子その他のIII族窒化物系化合物半導体素子を、エピタキシャル成長に用いた基板から導電性の支持基板に貼り替えることが可能となった。これにより、例えば発光ダイオードにおいては、支持基板裏面に電極を設けることができる。これによりＧａＡｓ系の発光素子同様に、基板裏面とエピタキシャル層最上面の２箇所に正負のいわゆる対向電極を有する発光素子とすることが可能となる。
正負の電極が発光層を挟んで対向することの利点は、支持基板の水平面積と同程度の発光層面積を形成できること、及び、均一な発光を得ることができることによる、素子当たりの光取り出し効率の向上である。本発明の先行技術として、本願出願人による先行出願の公報を特許文献１として示す。
【０００３】
レーザリフトオフ技術は、適切な波長のレーザ照射により、例えば窒化ガリウムＧａＮ層の、例えば窒化アルミニウムから成るバッファを介してサファイア基板と対向している界面部分を薄膜状に分解して溶融金属ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ2）ガスに分解する。接合したウエハの外周部から順に当該窒化ガリウムＧａＮ層の分解を行えば、分解により生ずる溶融金属ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ2）ガスはウエハの外周に排出させることができる。
しかし、レーザ照射面積に対する照射エネルギーを十分に大きくするためには、ウエハ全体に一度にレーザ照射をすることは好ましくない。このため、例えば１回のレーザ照射範囲を０．１〜数ｍｍ角の正方形等に調整し、ウエハを当該正方形に分割して、外周付近からレーザ照射をスキャンするように行う。
ここで、１回のレーザ照射毎に生成する窒素ガスの体積が大きいので、窒素ガスによりエピタキシャル成長基板と、支持基板に接合されたエピタキシャル層とを剥がす方向に大きな応力が加わる。
【０００４】
実際には、紫外線で分解されるＧａＮ層の厚さは数ｎｍからせいぜい数十ｎｍと考えられ、レーザ照射済領域の、分離したＧａＮ層領域と異種基板との隙間は極めて狭い。一方、レーザ照射により発生する窒素ガスは、極めて大きな体積である。そこで発生する窒素ガスを効率的に外部に排出できなければ、レーザ未照射の、エピタキシャル層と異種基板の接合部分に大きな応力が係る。
そこで、例えば素子分離ラインに合わせて、窒素ガスを排出するための溝を形成したのちにレーザリフトオフを行う技術がある。まずこれを説明する。
図７．Ａ乃至図７．Ｄは従来技術に係るレーザリフトオフの作業工程を示す断面図である。
【０００５】
エピタキシャル成長基板１００にｎ型層１１及びｐ型層１２を順にエピタキシャル成長させて、エピタキシャル層１０とする。発光領域ＬはＭＱＷ構造で形成したが、図７他では単に太破線で示した。
次に、レーザリフトオフ時の空気孔となる、溝ｔｒをレーザ照射により形成する。溝ｔｒにより、エピタキシャル層１０は多数の拡大素子領域Ｓに分割される。拡大素子領域Ｓは、以下で示す素子領域Ｓ’を内包し、且つそれよりも大きな領域である。拡大素子領域Ｓと素子領域Ｓ’は、平面図においては矩形（正方形を含む）であるものとする。
次にｐ型層１２の表面に導電多層膜１２０を形成する。導電多層膜１２０の最上面（図７．Ａでは、ｐ型層１２から最も遠い下の面）ははんだ層とする。ここで、導電多層膜１２０の形成の際、それに先立って形成された溝ｔｒを、導電多層膜１２０が覆うことがあっても、溝ｔｒの空気孔としての外部との連通が確保されるか、レーザリフトオフの際のレーザ照射時に連通可能となれば良い。
以上のようにして、図７．Ａの上側の、溝ｔｒを有する、エピタキシャル成長基板１００にエピタキシャル層１０と導電多層膜１２０を形成したウエハが形成される。溝ｔｒにより、エピタキシャル成長基板１００に接合したエピタキシャル層１０は、複数個の拡大素子領域Ｓに分割されたままである。
【０００６】
次に、導電性材料から成る支持基板２００に、導電多層膜２１０を形成する。導電多層膜２１０の最上面ははんだ層とする（図７．Ａの下側）。
こうして、上記エピタキシャル層１０を有するエピタキシャル成長基板１００と支持基板２００を、いずれも最上層がはんだ層である、導電多層膜１２０と２１０を向かい合わせて接合する（図７．Ｂ）。
【０００７】
次に、レーザリフトオフを行う。エピタキシャル層のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近にレーザ照射して、薄膜状部分を分解する。この際、１回ごとのレーザ照射領域（ショットエリア、ＬＳ）としては、拡大素子領域Ｓを１個ずつ含む領域とする。こうして、ｎ型層１１の、サファイアから成るエピタキシャル成長基板１００との界面付近の薄膜状部分を全て分解して結合を解き、エピタキシャル成長基板１００を剥離させる（図７．Ｃ）。
次にドライエッチングにより、エピタキシャル層１０のチップ外周部ｓ１、ｓ２を除去し、ｎ電極１３０を形成する。
シリコンから成る支持基板２００の裏面に導電多層膜２３０を形成する。
こうして図７．Ｄに示す構造が完成したので、破線で示された切り代領域Ｃｔを除去することにより、個々の素子が得られる。
【０００８】
図７．Ｄの個々の素子領域Ｓ’は、エピタキシャル層１０のチップ外周部ｓ１だけ、図７．Ａの拡大素子領域Ｓよりも小さい。チップ外周部ｓ１と溝ｔｒは、切り代領域Ｃｔに含まれる。尚チップ外周部ｓ２は、ｎ電極１３０と、ｐ型層１２から導電多層膜２３０までのｐ側領域との短絡を防止する絶縁性保護膜を形成する等の理由により、除去されるエピタキシャル層１０の領域である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１８６９５９号公報
【特許文献２】特開２００４−３６３５３２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６９，１９９６，ｐｐ．１７４９−１７５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここにおいて、図７．Ｂにおける各レーザ照射の際に、レーザ未照射領域において応力が発生して、当該レーザ未照射領域のエピタキシャル層１０にクラックが発生する問題が見出された。これを図８で説明する。
図８．Ａは、拡大素子領域Ｓ２にレーザ照射を行っている状態を示す断面図、図８．Ｂは、拡大素子領域Ｓ３にレーザ照射を行っている状態を示す断面図である。
図８．Ａのように４つの拡大素子領域を、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と呼ぶことにする。拡大素子領域Ｓ１とＳ２は溝ｔｒ１２で分割され、拡大素子領域Ｓ２とＳ３は溝ｔｒ２３で分割され、拡大素子領域Ｓ３とＳ４は溝ｔｒ３４で分割されている。いま、４回のレーザ照射ＬＳを、拡大素子領域をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の順に１つずつ内包するように順に行うものとする。
【００１２】
図８．Ａにおいて、拡大素子領域Ｓ１は前回までにレーザ照射済であり、拡大素子領域Ｓ２は今回レーザ照射中であり、拡大素子領域Ｓ３及びＳ４はレーザ未照射である。
この時、拡大素子領域Ｓ２のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生し、溝ｔｒ１２及びｔｒ２３から排出される。この際、非常に大きな体積膨張が生じる。今回レーザ照射中の拡大素子領域Ｓ２の左側の領域である拡大素子領域Ｓ１のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と剥離している。このため、拡大素子領域Ｓ１のエピタキシャル層１０には大きな応力はかからない。一方、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ｓ２の右側の領域である拡大素子領域Ｓ３のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と接合している。このため、拡大素子領域Ｓ３のエピタキシャル層１０には、大きな応力がかかる。即ち、拡大素子領域Ｓ２のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生してエピタキシャル成長基板１００を持ち上げる方向に応力がかかるからである。このため、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ｓ２の右側の領域である拡大素子領域Ｓ３のエピタキシャル層１０の、溝ｔｒ２３付近にはクラックが生じる可能性が高い。エピタキシャル層１０に一旦生じたクラックは、のちの工程で消滅することは無く、更に伸長する可能性が高い。すると、拡大素子領域Ｓ３のエピタキシャル層１０の溝ｔｒ２３付近に生じたクラックは、最終的には図７．Ｄの切り代領域Ｃｔ上のチップ外周部ｓ１や、エッチングで除去されるチップ外周部ｓ２を貫いて、素子領域Ｓ’に達することとなり、素子特性を大きく損なう。
【００１３】
ここで、図８．Ｂを検討すると、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ｓ３の左側の領域である拡大素子領域Ｓ２のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と剥離している。このため、拡大素子領域Ｓ２のエピタキシャル層１０には、大きな応力はかからない。
但し、拡大素子領域Ｓ３で瞬時に多量の窒素ガスが発生するため、エピタキシャル成長基板１００と剥離している拡大素子領域Ｓ２のエピタキシャル層１０にも部分的にクラックが発生することも、まれにある。特に、支持基板の固定が十分でない場合に、発生したガスの応力により支持基板が振動し、エピタキシャル層１０にクラックが発生しやすい。
【００１４】
そこで特許文献２では、サファイア基板等のエピタキシャル成長基板を、レーザ照射された領域を順次破片化して破壊する技術を提示している。
【００１５】
特許文献２ではサファイアの小片が多数散乱するので、その収拾にコストがかかる。
本発明者らは、図７．Ｄに示す通り、溝ｔｒを形成する幅を含めて大きな切り代領域Ｃｔがあることに着目し、本願発明を完成させた。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に係る発明は、異種基板をエピタキシャル成長基板として用い、III族窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層を積層し、その最上面に導電層を介して支持基板を接着したのち、レーザリフトオフによりエピタキシャル成長基板を取り除く、III族窒化物系化合物半導体素子の製造方法において、エピタキシャル層を形成したエピタキシャル成長基板に支持基板を接着する前に、エピタキシャル成長基板に形成したエピタキシャル層を含む積層構造の最上面から、エピタキシャル層の最下面とエピタキシャル成長基板との界面まで少なくとも達する溝を形成する溝形成工程を有し、溝により、エピタキシャル成長基板に接合されたエピタキシャル層が分割されて、最終的に得るべき素子構造を内部に有すべき領域である拡大素子領域と、それ以外の応力緩和領域とが生成され、レーザリフトオフのために実施される複数回のレーザ照射の、各レーザ照射の際には、拡大素子領域と応力緩和領域の全てが、当該レーザ照射後にレーザ照射済となった領域とレーザ未照射の領域とに分けられ、且つその境界部は、帯状のレーザ未照射の応力緩和領域となるようにレーザ照射が実施されることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法である。
ここで異種基板とは、分解目的のIII族窒化物系化合物半導体層へのレーザ照射の際に当該レーザ光を吸収しないものを想定しているので、この点において分解目的のIII族窒化物系化合物半導体層と異なる組成のIII族窒化物系化合物半導体基板を排除するものではない。
拡大素子領域、応力緩和領域とは、エピタキシャル層を、異種基板との接合面内で分割したものを想定している。即ち、エピタキシャル層と異種基板との接合面が溝で分割されることにより、拡大素子領域と応力緩和領域が形成される。これらはエピタキシャル層の領域であって、異種基板との接合が解除されたあとのものも含まれる。拡大素子領域とは、最終的に得るべき素子構造において存在するエピタキシャル層を含む、応力緩和領域でない領域である。拡大素子領域のエピタキシャル層は、のちの工程で、その外周部が一部除去されて最終的な素子領域となる。
境界部の帯状のレーザ未照射の応力緩和領域とは、必ずしも連続しているものでなく、溝を挟んで分割された複数のレーザ未照射の応力緩和領域が帯状に形成されているものを含む。更に例えば矩形状の複数のレーザ未照射の応力緩和領域が、数カ所で屈曲した形状を成すものも帯状と称することとする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、全ての溝の長手方向が、互いに垂直な２方向のいずれかに平行に形成されていることを特徴とする。この場合、拡大素子領域と応力緩和領域はいずれも矩形状となる。
請求項３に係る発明は、隣接する２つの拡大素子領域の間の応力緩和領域は、当該２つの拡大素子領域の間に順に並んだｎ個、但しｎは２以上の整数、の矩形の領域であり、
各々１頂点で向き合う４つの拡大素子領域の当該４頂点の間の応力緩和領域は、ｎ2個の矩形の領域であることを特徴とする。これは、ｎ＝１の場合の応力緩和領域を、分割した応力緩和領域とするものであり、請求項１に係る発明の帯状の領域が、１乃至ｎ個の分割された細い帯状の領域から形成しうることを意味する。
請求項４に係る発明は、レーザリフトオフのために実施される複数回のレーザ照射の、各レーザ照射の際には、今回レーザ照射される拡大素子領域とレーザ照射済の拡大素子領域との間には、前回までにレーザ照射済の応力緩和領域が存在するようにレーザ照射が実施されることを特徴とする。これは下記で説明するが、応力緩和領域の一部を、境界部の帯状のレーザ未照射の応力緩和領域として活用せずに、レーザ照射済の状態であって、照射済の拡大素子領域と今回照射領域である拡大素子領域との間の空隙として用いるものである。
【発明の効果】
【００１８】
ある拡大素子領域がレーザ照射により窒素ガス発生源となった際に、その近傍のエピタキシャル成長基板と接合した状態の拡大素子領域との間には、エピタキシャル成長基板と接合した状態の応力緩和領域が必ず存在する。これにより、レーザ照射により発生した窒素ガスの体積膨張に伴う、エピタキシャル成長基板とエピタキシャル層とを引き剥がす方向に働く応力は、当該応力緩和領域に作用し、近傍のエピタキシャル成長基板と接合した状態の拡大素子領域には直接的には作用しない。これにより、当該近傍のエピタキシャル成長基板と接合した状態の拡大素子領域にクラックが発生することを抑制することが可能となる。
溝は、例えば５μｍ以上の幅と深さを有するように形成できるので、レーザリフトオフのためのレーザ照射の際に発生する窒素ガスの排出路として大いに作用する。この溝が、いずれのレーザ照射領域の回りにおいても二重又は（ｎ＋１）重になっているので、窒素ガスの排出が極めて効果的にできる。このため、エピタキシャル成長基板と、それとは剥離したIII族窒化物系化合物半導体層との数ｎｍ〜数十ｎｍの間隙からの窒素ガスの排出が減り、剥離済のIII族窒化物系化合物半導体層に部分的にクラックが発生することを防ぐこともできる。
【００１９】
以下、図１及び図２を用いて本発明の効果を視覚的に説明する。
図１．Ａ乃至図１．Ｄは、本発明の効果を説明するための工程を示す断面図である。図１．Ａ乃至図１．Ｄは、図７．Ａ乃至図７．Ｄで１本だった拡大素子領域Ｓ間の溝ｔｒを、２本の溝ｔｒと応力緩和領域Ｂとに置き換えたものである。
エピタキシャル成長基板１００にｎ型層１１及びｐ型層１２を順にエピタキシャル成長させて、エピタキシャル層１０とする。発光領域ＬはＭＱＷ構造で形成したが、図１他では単に太破線で示した。次に、レーザリフトオフ時の空気孔となる、溝ｔｒをレーザ照射により形成する。２本の溝ｔｒの幅及び当該２本の溝ｔｒに挟まれた応力緩和領域Ｂの幅は、各々、拡大素子領域Ａの１辺の１／１０以下、より好ましくは１／３０以下とすると良い。拡大素子領域Ａは、以下で示す素子領域Ａ’を内包し、且つそれよりも大きな領域である。拡大素子領域Ａと素子領域Ａ’、応力緩和領域Ｂは、平面図においては矩形（正方形を含む）であるものとする。
【００２０】
次にｐ型層１２の表面に導電多層膜１２０を形成する。導電多層膜１２０の最上面（図１．Ａでは、ｐ型層１２から最も遠い下の面）ははんだ層とする。ここで、導電多層膜１２０の形成の際、それに先立って形成された溝ｔｒを、導電多層膜１２０が覆うことがあっても、溝ｔｒの空気孔としての外部との連通が確保されるか、レーザリフトオフの際のレーザ照射時に連通可能となれば良い。
以上のようにして、図１．Ａの上側の、溝ｔｒを有する、エピタキシャル成長基板１００にエピタキシャル層１０と導電多層膜１２０を形成したウエハが形成される。溝ｔｒにより、エピタキシャル成長基板１００に接合したエピタキシャル層１０は、拡大素子領域Ａと応力緩和領域Ｂとに分割されている。
【００２１】
次に、導電性材料から成る支持基板２００に、導電多層膜２１０を形成する。導電多層膜２１０の最上面ははんだ層とする（図１．Ａの下側）。
こうして、上記エピタキシャル層１０を有するエピタキシャル成長基板１００と支持基板２００を、いずれも最上層がはんだ層である、導電多層膜１２０と２１０を向かい合わせて接合する。（図１．Ｂ）。
【００２２】
次に、レーザリフトオフを行う。エピタキシャル層のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近にレーザ照射して、薄膜状部分を分解する。この際、１回ごとのレーザ照射領域（ショットエリア、ＬＳ）としては、拡大素子領域Ａを１個、応力緩和領域Ｂを１個含む領域として示した。こうして、ｎ型層１１の、サファイアから成るエピタキシャル成長基板１００との界面付近の薄膜状部分を全て分解して結合を解き、エピタキシャル成長基板１００を剥離させる（図１．Ｃ）。
次にドライエッチングにより、エピタキシャル層１０のチップ外周部ａ１、ａ２を除去し、ｎ電極１３０を形成する。
シリコンから成る支持基板２００の裏面に導電多層膜２３０を形成する。
こうして図１．Ｄに示す構造が完成したので、破線で示された切り代領域Ｃｔを除去することにより、個々の素子が得られる。
【００２３】
ここにおいて、図１．Ｂにおける各レーザ照射の際に、レーザ未照射領域との間に応力が発生せず、当該レーザ未照射領域のエピタキシャル層１０にクラックが発生しないことを図２で説明する。
図２．Ａは、拡大素子領域Ａ２にレーザ照射を行っている状態を示す断面図、図２．Ｂは、拡大素子領域Ａ３にレーザ照射を行っている状態を示す断面図である。
図２．Ａのように４つの拡大素子領域をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と呼ぶことにする。同様に３つの応力緩和領域をＢ２、Ｂ３、Ｂ４と呼ぶことにする。拡大素子領域Ａ１と応力緩和領域Ｂ２とは溝ｔｒ１ｂで分割され、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２とは溝ｔｒ２ａで分割されている。拡大素子領域Ａ２と応力緩和領域Ｂ３とは溝ｔｒ２ｂで分割され、応力緩和領域Ｂ３と拡大素子領域Ａ３とは溝ｔｒ３ａで分割されている。拡大素子領域Ａ３と応力緩和領域Ｂ４とは溝ｔｒ３ｂで分割され、応力緩和領域Ｂ４と拡大素子領域Ａ４とは溝ｔｒ４ａで分割されている。いま、４回のレーザ照射ＬＳを、拡大素子領域Ａ１、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２、応力緩和領域Ｂ３と拡大素子領域Ａ３、応力緩和領域Ｂ４と拡大素子領域Ａ４をそれぞれ含むように４回、順に行うこととする。
【００２４】
図２．Ａにおいて、拡大素子領域Ａ１は前回までにレーザ照射済であり、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２は今回レーザ照射中であり、応力緩和領域Ｂ３及びＢ４並びに拡大素子領域Ａ３及びＡ４はレーザ未照射である。
この時、応力緩和領域Ｂ２と拡大素子領域Ａ２のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生し、溝ｔｒ１ｂ、ｔｒ２ａ及びｔｒ２ｂから排出される。この際、非常に大きな体積膨張が生じる。今回レーザ照射中の拡大素子領域Ａ２の左側の領域である拡大素子領域Ａ１のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と剥離している。このため拡大素子領域Ａ１のエピタキシャル層１０には大きな応力はかからない。また、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ａ２の右側の領域である応力緩和領域Ｂ３のエピタキシャル層１０は、エピタキシャル成長基板１００と接合しているので、大きな応力がかかる。しかし、更にその右側の領域である拡大素子領域Ａ３には応力が直接には及ばない。よって、今回レーザ照射中の拡大素子領域Ａ２の右側の領域である拡大素子領域Ａ３のエピタキシャル層１０の、溝ｔｒ３ａ付近にはクラックが生じる可能性が低い。よって拡大素子領域Ａ３内部の最終的に得られる素子領域に達するクラックは無く、素子特性は損なわれない。
【００２５】
次に、図２．Ｂの状態を検討する。拡大素子領域Ａ２は既にレーザ照射済であり、エピタキシャル層１０とエピタキシャル成長基板１００とは剥離しているので、応力緩和領域Ｂ３と拡大素子領域Ａ３のｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近の分解により窒素ガスが発生しても、拡大素子領域Ａ２のエピタキシャル層１０への影響は少ない。
【００２６】
ここまでは断面図のみで本発明を説明したが、平面図で説明する。
図３は、拡大素子領域Ａ１１乃至Ａ３４と、応力緩和領域Ｂ１２乃至Ｂ３４、Ｃ１１乃至Ｃ４４、Ｄ１２乃至Ｄ４４の配置を示した模式的平面図である。図３においては、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮを間隔の広いハッチングで、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤを間隔の狭い左上から右下へのハッチングで示した。
また、図３では、拡大素子領域Ａ２２と応力緩和領域Ｂ２２、Ｃ２２、Ｄ２２が今回レーザ照射されたことを示しており、これらのみを間隔の広い左上から右下へのハッチングで示し、領域ＤＮのうち、前回までのレーザ照射によりエピタキシャル成長基板１００と剥離した領域を間隔の広い右上から左下へのハッチングで示した。
【００２７】
図３は図２．Ａ及び図２．Ｂを平面図的に示すためのものである。互いに垂直な２方向のいずれかに平行な溝により、エピタキシャル層１０がいずれも矩形状の拡大素子領域Ａ１１乃至Ａ３４と、応力緩和領域Ｂ１２乃至Ｂ３４、Ｃ１１乃至Ｃ４４、Ｄ１２乃至Ｄ４４に分割されている。間隔の広いハッチングで示された、ｎ型層１１のエピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮと、間隔の狭い左上から右下へのハッチングで示した、ｎ型層１１のエピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤの境界には、ｎ型層１１のエピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤに含まれる帯状領域ＢＢが形成されている。帯状領域ＢＢは、図３内では、エピタキシャル成長基板１００と接合したレーザ未照射領域である応力緩和領域Ｃ３１、Ｄ３２、Ｃ３２、Ｄ３３、Ｂ２３、Ｄ２３、Ｃ２３、Ｄ２４及びＣ２４である。
このため、拡大素子領域Ａ２２と応力緩和領域Ｂ２２、Ｃ２２、Ｄ２２にレーザ照射されることにより発生する窒素ガスに基づく応力は、いずれもエピタキシャル成長基板１００と接合したままの、応力緩和領域Ｃ３１とＤ３２により拡大素子領域Ａ３１には及ばず、応力緩和領域Ｄ３２とＣ３２とＤ３３により拡大素子領域Ａ３２には及ばず、応力緩和領域Ｄ３３により拡大素子領域Ａ３３には及ばず、応力緩和領域Ｄ３３、Ｂ２３、Ｄ２３、Ｃ２３により拡大素子領域Ａ２３には及ばない。
一方、拡大素子領域Ａ２２と応力緩和領域Ｂ２２、Ｃ２２、Ｄ２２にレーザ照射されることにより発生する窒素ガスに基づく応力は、いずれもエピタキシャル成長基板１００との接合が解除されている、拡大素子領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１に及ぼす影響は小さい。
【００２８】
図３は、言わば第ｉ行の、拡大素子領域Ａｉｊと応力緩和領域Ｂｉｊ、Ｃｉｊ、Ｄｉｊを１度のレーザ照射領域として、ｊを１（図３で左）から４（図３で右）まで照射を繰り返し、ｉを１（図３で上）から４（図３で下）までこれを繰り返すものを想定している。ここにおいて、どのレーザ照射の際にも、応力緩和領域Ｃ（ｉ＋１，１）、Ｄ（ｉ＋１，２）、…、Ｄ（ｉ＋１，ｊ）、Ｃ（ｉ＋１，ｊ）、Ｄ（ｉ＋１，ｊ＋１）、Ｂ（ｉ，ｊ＋１）、Ｄ（ｉ，ｊ＋１）、Ｃ（ｉ，ｊ＋１）、…、Ｄ（ｉ，４）、Ｃ（ｉ，４）が帯状領域ＢＢとなる。このため、上記の、拡大素子領域Ａ２２にレーザ照射された場合の論理が、ウエハ全体で成り立つ。即ち、本発明により、いずれもエピタキシャル成長基板１００と接合したままの、応力緩和領域の存在により拡大素子領域に応力が直接係ることはない。
【００２９】
図４は、本願の請求項３に係る発明のｎ＝２の場合に相当する。図４は、図３で応力緩和領域を分割したものである。図３と同様に、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮを間隔の広いハッチングで、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤを間隔の狭い左上から右下へのハッチングで示し、今回レーザ照射されたＡ２２及びその周囲の領域を間隔の広い左上から右下へのハッチングで示し、領域ＤＮのうち、前回までのレーザ照射によりエピタキシャル成長基板１００と剥離した領域を間隔の広い右上から左下へのハッチングで示した。領域ＤＮと領域ＵＤの境界部の領域ＤＮ側を帯状領域ＢＢとして示した。帯状領域ＢＢに２重の応力緩和領域の帯が形成されていると見ることもできる。ｎの数により、ｎ重の応力緩和領域の帯が形成されることを明らかである。この詳細を図５で説明する。
【００３０】
図５．Ａは、図４の今回レーザ照射されたＡ２２及びその周囲の領域を示す拡大図である。尚、各領域の縮尺は無視して領域の位置関係のみを示すものである。
今回レーザ照射された太破線で囲まれた領域は、拡大素子領域Ａ２２、応力緩和領域Ｂ２２１及びＢ２２２、Ｃ２２１及びＣ２２２、Ｄ２２１、Ｄ２２２、Ｄ２２３及びＤ２２４である。エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮに含まれるその他の領域は、拡大素子領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、応力緩和領域Ｂ１２１及びＢ１２２、Ｂ１３１及びＢ１３２、Ｃ２１１及びＣ２１２である。
エピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤに含まれる領域は、拡大素子領域Ａ２３、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３、応力緩和領域Ｂ２３１及びＢ２３２、Ｂ３２１及びＢ３２２、Ｂ３３１及びＢ３３２、Ｃ２３１及びＣ２３２、Ｃ３１１及びＣ３１２、Ｃ３２１及びＣ３２２、Ｃ３３１及びＣ３３２、Ｄ２３１、Ｄ２３２、Ｄ２３３及びＤ２３４、Ｄ３２１、Ｄ３２２、Ｄ３２３及びＤ３２４、Ｄ３３１、Ｄ３３２、Ｄ３３３及びＤ３３４である。このうち、帯状領域ＢＢを形成するのは、応力緩和領域Ｃ３１１及びＣ３１２、応力緩和領域Ｄ３２１、Ｄ３２２、Ｄ３２３及びＤ３２４、応力緩和領域Ｃ３２１及びＣ３２２、応力緩和領域Ｄ３３１、Ｄ３３２、Ｄ３３３及びＤ３３４、応力緩和領域Ｂ２３１及びＢ２３２、応力緩和領域Ｄ２３１、Ｄ２３２、Ｄ２３３及びＤ２３４、応力緩和領域Ｃ２３１及びＣ２３２である。帯状領域ＢＢが応力緩和領域の二重の帯となっていることがわかる。帯状領域ＢＢが応力緩和領域の多重の帯となると、レーザ未照射の拡大素子領域の、エピタキシャル成長基板と接合した状態のエピタキシャル層への応力がより一層低減できる。
【００３１】
図５．Ｂのようにレーザ照射を行っても良い。即ち、今回レーザ照射される太破線で囲まれた領域は、拡大素子領域Ａ２２、応力緩和領域Ｄ２２４、Ｃ２２２、Ｄ２３３、Ｂ２３１、Ｄ３３１、Ｃ３２１、Ｄ３２２、Ｂ２２２である。この時、エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮに含まれるその他の領域は、拡大素子領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、応力緩和領域Ｂ１２１及びＢ１２２、Ｂ１３１及びＢ１３２、並びにＢ２２１、Ｃ２１１及びＣ２１２、Ｃ２２１、Ｃ２３１、並びにＣ３１１、Ｄ３２１、Ｄ２２３、Ｄ２２１、Ｄ２２２、Ｄ２３１、並びにＤ２３２である。
エピタキシャル成長基板１００と接合した領域ＵＤに含まれる領域は、拡大素子領域Ａ２３、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３、応力緩和領域Ｂ２３２、Ｂ３２１及びＢ３２２、Ｂ３３１及びＢ３３２、Ｃ２３２、Ｃ３１２、Ｃ３２２、Ｃ３３１及びＣ３３２、Ｄ２３４、Ｄ３２３及びＤ３２４、Ｄ３３２、Ｄ３３３及びＤ３３４である。このうち、帯状領域ＢＢを形成するのは、応力緩和領域Ｃ３１２、応力緩和領域Ｄ３２３及びＤ３２４、応力緩和領域Ｃ３２２、応力緩和領域Ｄ３３３、Ｄ３３４及びＤ３３２、応力緩和領域Ｂ２３２、応力緩和領域Ｄ２３４、応力緩和領域Ｃ２３２である。図５．Ａと違い、図５．Ｂでは帯状領域ＢＢが応力緩和領域の一重の帯となっていることがわかる。
エピタキシャル成長基板１００と剥離した領域ＤＮに含まれる応力緩和領域Ｄ３２１、Ｂ２２１、Ｄ２２３、Ｄ２２１、Ｄ２２２、Ｃ２２１、Ｄ２３１、Ｄ２３２は、太破線で囲まれたレーザ照射領域から瞬時に多量に発生する窒素ガスの、素子拡大領域Ａ２１、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３への応力の影響を低減する応力緩和領域として働く。
【００３２】
以上の説明においては、例えば図３で、Ａ１１から右へＡ１４まで、次に下の列のＡ２１からＡ２４まで、と言った、右から左へのレーザ照射スキャンを上の列から下の列へ順に行うものを示したが、逆方向にしたり、或いは左右のスキャンを交互に逆転させても良い。その際も、レーザ未照射領域に応力緩和領域から成る帯状領域ＢＢを形成するようにする。
【００３３】
素子拡大領域は、所望の任意の多角形として本発明を適用できる。一例として六角形の素子拡大領域を形成した場合を図６に示す。ハッチングその他は図３と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の効果を説明するための工程を示す４つの断面図。
【図２】図１．Ｂでの詳細を示す２つの断面図。
【図３】拡大素子領域と応力緩和領域の配置の一例を示す平面図。
【図４】拡大素子領域と応力緩和領域の配置の他の例を示す平面図。
【図５】５．Ａは図４の詳細図、５．Ｂは変形例に係る平面図。
【図６】拡大素子領域と応力緩和領域の配置の更に他の例を示す平面図。
【図７】従来の工程を示す４つの断面図。
【図８】図７．Ｂでの詳細を示す２つの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明はレーザリフトオフを用いて、エピタキシャル成長基板を除去する工程を含む、任意のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法に適用可能である。中でも、本発明を適用したIII族窒化物系化合物半導体発光素子は、大型で大電流を流すＬＥＤ等として有用である。III族窒化物系化合物半導素子の構成は全く任意であり、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
レーザリフトオフのためのレーザ照射の際の、窒素ガスの排出路となり、且つエピタキシャル層を拡大素子領域と応力緩和領域とに分割する溝は、公知の任意の技術で形成できる。ダイサーによるダイシング加工、ブラスト処理によるエッチング、レーザ加工、その他エッチングを用いて良い。溝の幅は５μｍ以上５０μｍ以下とすると良い。応力緩和領域の幅は、５μｍ以上５０μｍ以下とすると良い。ｎ重とする場合は、各応力緩和領域の幅は、５μｍ以上５０μｍ以下とすると良い。２つの隣接する拡大素子領域の間の溝の幅と応力緩和領域の幅の合計は、切り代領域の幅以下が好ましく、概ね１５μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下とすると良い。
最終的に素子を得るための支持基板を切断する工程においては、任意の切断方法を用いることができる。この場合、金属その他の導電層と導電性の支持基板の小片等が飛散及び付着する可能性がある。そこで、絶縁性保護膜を形成して、支持基板の切断の際にｐ型層とｎ型層とのショートを防止するとと良い。切断方法として採用されうる技術は、極めて選択範囲が広い。ダイサー等によるハーフカットと機械的切断の組み合わせや、レーザ照射による分解も好ましい。
工程中にエピタキシャル成長基板や支持基板を薄肉化する工程を設けても良い。
【実施例１】
【００３７】
次のようにして青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製した。各工程では図１．Ａ乃至図１．Ｄを当てはめているが、拡大素子領域と応力緩和領域は正確には、図４のように形成したものであり、拡大素子領域と応力緩和領域へのレーザ照射は、正確には図５．Ｂのように実施した。
厚さ５００μｍのサファイアから成るエピタキシャル成長基板１００にｎ型層１１及びｐ型層１２を順にエピタキシャル成長させて、エピタキシャル層１０とした。発光領域ＬはＭＱＷ構造で形成したが、図１他では単に太破線で示した。
次に、レーザリフトオフ時の空気孔となる、溝ｔｒを次のようにレーザ照射により形成した。即ち、エピタキシャル層１０の最上層であるｐ型層１２全面に酸化シリコン（ＳｉＯ2）被膜を形成したのち、ＹＡＧレーザ（出力８Ｗ）により溝ｔｒを形成した。溝ｔｒは、ｐ型層１２及びｎ型層１１の合計膜厚約４μｍと、エピタキシャル成長基板１００の深さ１０μｍ程度を除去することにより形成された。溝ｔｒの幅は約１５μｍとし、２本の溝ｔｒに挟まれた応力緩和領域Ｂの幅は２０μｍとした。こののち、硫酸と過酸化水素の混合液での処理により、レーザで溶解して残存したガリウムその他の金属を除去した。こののち、バッファードＨＦ（ＢＨＦ）での処理により、ｐ型層１２を覆う酸化シリコン（ＳｉＯ2）被膜を除去した。こうして、エピタキシャル層１０は溝ｔｒにより、拡大素子領域Ａと応力緩和領域Ｂとに分割された。尚、拡大素子領域と応力緩和領域は正確には、図４のように形成したものである。溝ｔｒは３重、応力緩和領域は２重とした。
【００３８】
次にｐ型層１２の表面に導電多層膜１２０を以下のように形成した。
まずスパッタ装置により、Ａｇ合金層を全面に形成し、レジストマスクを形成してＡｇ合金層の不要部分を除去し、レジストマスクを除去し、その後、加熱によりアロイ化してｐコンタクト電極を形成した。次にスパッタ装置によりＴｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層を順に全面に形成した。 また、抵抗加熱蒸着装置によりはんだ層として、ＡｕＳｎ層及びＡｕ層を全面に形成した。最終形成のＡｕ層は、スズ（Ｓｎ）の酸化を防止するための薄膜である。こうしてＡｇ合金から成るコンタクト電極、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層及びＡｕ層の５層構造、並びにＡｕＳｎ層及びＡｕ層から成るハンダ層の積層構造からなる導電多層膜１２０を形成した。
ここで、導電多層膜１２０の形成の際、それに先立って形成された溝ｔｒを、導電多層膜１２０が覆うことがあっても、溝ｔｒの空気孔としての外部との連通が確保されるか、レーザリフトオフの際のレーザ照射時に連通可能となれば良い。即ち、溝ｔｒの底部には導電多層膜１２０が形成されうるが、側壁には形成されないか、形成されたとしても極めて薄い。よって、ｎ型層１１の、エピタキシャル成長基板１００との界面付近に発生した窒素が溝ｔｒに排出されるべき、連通すべき位置に導電多層膜１２０が形成されたとしても、レーザリフトオフ時に発生する窒素ガスにより容易に除かれ、生成する窒素ガスの排出が容易となる。以上のようにして、溝ｔｒを有する、エピタキシャル成長基板１００にエピタキシャル層１０と導電多層膜１２０を形成したウエハが形成された（図１．Ａの上側に相当）。
【００３９】
次に、厚さ５００μｍのシリコンから成る支持基板２００に、抵抗加熱蒸着装置によりＴｉ層、Ｎｉ層及びＡｕ層の５層構造と、ＡｕＳｎ層及びＡｕ層から成るはんだ層を全面に形成して導電多層膜２１０を形成した（図１．Ａの下側に相当）。
こうして、上記エピタキシャル層１０を有するエピタキシャル成長基板１００と支持基板２００を、いずれも最上層がはんだ層である、導電多層膜１２０と２１０を向かい合わせて接合した。加熱温度は３２０℃、圧力は１９６ｋＰａ（約２気圧、２ｋｇｆ／ｃｍ2）とした（図１．Ｂに相当）。
図１等では、導電多層膜１２０と２１０として別々に示したが、２つのＡｕＳｎ層の間のＡｕ薄膜２層は、ＡｕＳｎ層に吸収され、且つ導電多層膜１２０と２１０それぞれに形成された２つのＡｕＳｎ層は１つのＡｕＳｎ層となっている。
【００４０】
次に、レーザリフトオフを行った。エピタキシャル層のｎ型層１１の、サファイアから成るエピタキシャル成長基板１００との界面付近にレーザ照射して、薄膜状部分を分解した。この際、レーザ照射領域（ショットエリア）としては、１ｍｍピッチに形成される正方形状のチップを１個含む、１辺１ｍｍの正方形領域とした。こうして、ｎ型層１１の、サファイアから成るエピタキシャル成長基板１００との界面付近の薄膜状部分を全て分解して結合を解き、エピタキシャル成長基板１００を剥離させた（図１．Ｃに相当）。尚、拡大素子領域と応力緩和領域へのレーザ照射は、正確には図５．Ｂのように実施した。
【００４１】
次にＣＶＤによりを形成したＳｉＯ2マスクを用いたドライエッチングにより、エピタキシャル層１０のチップ外周部ａ１及びａ２を除去し、レジストマスクを用いて、所望領域にＡｌ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層を順に積層してｎ電極１３０を形成した。
シリコンから成る支持基板２００の裏面を研磨して薄肉化し、研磨した面にＰｔ層、Ｔｉ層、Ａｕ層から成る導電層と、ＡｕＳｎ層とＡｕ層から成るはんだ層（ソルダ層）を蒸着して導電多層膜２３０を形成した。
こうして素子構造が完成したので（図１．Ｄに相当）、破線で示された切り代領域Ｃｔを除去することにより、個々の素子が得られた。
【００４２】
このように得られたIII族窒化物系化合物半導体素子（青色ＬＥＤ）は、１枚のエピタキシャル成長基板１００（支持基板２００）から得られた１ｍｍ四方の複数個のチップについて、逆電流不良の発生率を確認した。試験条件は、逆方向電圧５Ｖ、即ちＬＥＤのｐ電極側であるシリコン基板裏面の電位に対し、ｎ電極１３０の電位を５Ｖ高くした場合に、電流が２μＡ以上であるものを逆電流不良と判定した。逆電流不良は２％、即ち合格率は９８％であり、極めて高い歩留まり率を示した。
【００４３】
〔比較例〕
比較のため、応力緩和領域を形成せず、素子間の溝を１本とした他は同様にしてIII族窒化物系化合物半導体素子（青色ＬＥＤ）を形成した。１枚のエピタキシャル成長基板１００（支持基板２００）から得られたチップのうち、逆電流不良は３０％、即ち合格率は７０％であり、歩留まり率が非常に低かった。
【符号の説明】
【００４４】
１００：サファイア基板（エピタキシャル成長基板）
１１：ｎ型層
Ｌ：発光領域
１２：ｐ型層
１２０：導電多層膜
２１０、２３０：導電多層膜
１３０：ｎ電極
２００：シリコン基板（支持基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種基板をエピタキシャル成長基板として用い、III族窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層を積層し、その最上面に導電層を介して支持基板を接着したのち、レーザリフトオフにより前記エピタキシャル成長基板を取り除く、III族窒化物系化合物半導体素子の製造方法において、
エピタキシャル層を形成したエピタキシャル成長基板に支持基板を接着する前に、エピタキシャル成長基板に形成したエピタキシャル層を含む積層構造の最上面から、エピタキシャル層の最下面とエピタキシャル成長基板との界面まで少なくとも達する溝を形成する溝形成工程を有し、
前記溝により、前記エピタキシャル成長基板に接合された前記エピタキシャル層が分割されて、最終的に得るべき素子構造を内部に有すべき領域である拡大素子領域と、それ以外の応力緩和領域とが生成され、
レーザリフトオフのために実施される複数回のレーザ照射の、各レーザ照射の際には、前記拡大素子領域と前記応力緩和領域の全てが、当該レーザ照射後にレーザ照射済となった領域とレーザ未照射の領域とに分けられ、且つその境界部は、帯状のレーザ未照射の前記応力緩和領域となるようにレーザ照射が実施されることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
全ての前記溝の長手方向が、互いに垂直な２方向のいずれかに平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
隣接する２つの前記拡大素子領域の間の前記応力緩和領域は、当該２つの前記拡大素子領域の間に順に並んだｎ個、但しｎは２以上の整数、の矩形の領域であり、
各々１頂点で向き合う４つの前記拡大素子領域の当該４頂点の間の前記応力緩和領域は、ｎ2個の矩形の領域であることを特徴とする請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
レーザリフトオフのために実施される複数回のレーザ照射の、各レーザ照射の際には、
今回レーザ照射される前記拡大素子領域とレーザ照射済の前記拡大素子領域との間には、前回までにレーザ照射済の前記応力緩和領域が存在するようにレーザ照射が実施されることを特徴とする請求項３に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
異種基板をエピタキシャル成長基板として用い、III族窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層を積層し、その最上面に導電層を介して支持基板を接着したのち、レーザリフトオフにより前記エピタキシャル成長基板を取り除く、III族窒化物系化合物半導体素子の製造方法において、
エピタキシャル層を形成したエピタキシャル成長基板に支持基板を接着する前に、エピタキシャル成長基板に形成したエピタキシャル層を含む積層構造の最上面から、エピタキシャル層の最下面とエピタキシャル成長基板との界面まで少なくとも達する溝を形成する溝形成工程を有し、
前記溝により、前記エピタキシャル成長基板に接合された前記エピタキシャル層が分割されて、最終的に得るべき素子構造を内部に有すべき領域である拡大素子領域と、それ以外の応力緩和領域とが生成され、
レーザリフトオフのために実施される複数回のレーザ照射の、各レーザ照射の際には、前記拡大素子領域と前記応力緩和領域の全てが、当該レーザ照射後にレーザ照射済となった領域とレーザ未照射の領域とに分けられ、且つその境界部は、帯状のレーザ未照射の前記応力緩和領域となるようにレーザ照射が実施されることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
全ての前記溝の長手方向が、互いに垂直な２方向のいずれかに平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
隣接する２つの前記拡大素子領域の間の前記応力緩和領域は、当該２つの前記拡大素子領域の間に順に並んだｎ個、但しｎは２以上の整数、の矩形の領域であり、
各々１頂点で向き合う４つの前記拡大素子領域の当該４頂点の間の前記応力緩和領域は、ｎ2個の矩形の領域であることを特徴とする請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
レーザリフトオフのために実施される複数回のレーザ照射の、各レーザ照射の際には、
今回レーザ照射される前記拡大素子領域とレーザ照射済の前記拡大素子領域との間には、前回までにレーザ照射済の前記応力緩和領域が存在するようにレーザ照射が実施されることを特徴とする請求項３に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２３８９２２（Ｐ２０１０−２３８９２２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８５４３７（Ｐ２００９−８５４３７）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]