JP2007173465A - 窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップ分離用やレーザーリフトオフ用の分離溝を形成する場合に、発光領域に損傷が加わらず、劣化のない高輝度な窒化物半導体発光素子を形成することができる窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ型窒化物半導体層２には、ｐ側から見て活性層３を越えた領域に段差Ａが形成されている。この段差Ａの部分まで、保護絶縁膜６によりｎ型窒化物半導体層２の一部、活性層３、ｐ型窒化物半導体層４、ｐ電極５の側面とｐ電極５の上側一部にかけて覆われている。チップ側面を保護絶縁膜６で覆う構造とすることで、チップ分離用やレーザーリフトオフ用の分離溝をエッチングにより形成する場合、活性層３等が、長時間エッチングガスに曝されることがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光領域を有し、ＧａＮを含む半導体積層体を分割するための分離溝を形成する窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。

例えば、窒化物半導体は、照明、バックライト等用の光源として使われる青色ＬＥＤ、多色化で使用されるＬＥＤ、ＬＤ等に用いられている。バルク単結晶の製造が困難なために、サファイア、ＳｉＣ等の異種基板の上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）を利用してＧａＮを成長させることが行われている。サファイア基板は、エピタキシャル成長工程の高温アンモニア雰囲気中の安定性にすぐれているので、成長用基板として特に用いられる。サファイア基板は絶縁性基板であり、サファイア基板上の窒化物半導体は、エピタキシャル成長後にｎ型窒化ガリウム層を露出するまでエッチングし、エッチングされた面にｎ型コンタクトを形成して、同一面側にｐ型とｎ型の二つの電極を設けている。

上記のように、同一面側にｐ型とｎ型の二つの電極が設けられた構造の窒化物半導体層をチップ形状に分離するには、ウエハ状の窒化物半導体層に、ドライエッチングを用いて分離溝を形成することが行われる。

他方、サファイア基板は絶縁性基板であり、導通がとれず、サファイア基板を挟んで電極を設けることができないので、電極が対向した構造とするには、サファイア基板を剥がし、ｎ型窒化ガリウム層を露出させ、その部分にｎ電極を形成し、ｎ電極とｐ電極を対向するように配置する方法が用いられる。

上記のようにサファイア基板を剥離して、ｎ電極とｐ電極を対向するように配置した窒化物半導体素子は、窒化物半導体層をチップ（素子）毎に分離するために、サファイア基板を剥がす前に、窒化物半導体層に分離溝をドライエッチングにより形成するようにしている。

例えば、図１５示すように、サファイア基板２１上に形成され、分離層としての役割も有するＧａＮバッファ層２２と、この上に成長させた発光領域を有する窒化物半導体２３とを、素子毎に分離できる大きさに合わせてサファイア基板２１に達するまで分離溝２４をドライエッチングにより形成しておく。次に、サファイア基板２１の後方から３００ｎｍ以下程度のエキシマレーザ光を数百ｍＪ／ｃｍ^２で照射し、ＧａＮバッファ層２２を分解させ、サファイア基板２１を剥離する。この方法は、レーザーリフトオフ（Laser Lift Off：以下ＬＬＯと略す）と呼ばれるものである（例えば、特許文献１参照）。

また、サファイア基板２１の後方からレーザ光を照射すると、ＧａＮバッファ層２２がレーザ光を吸収してＧａとＮとに分解し、Ｎ_２ガスが発生するが、分離溝２４が形成されているので、分離溝２４からＮ_２ガスが排気され、Ｎ_２ガスによる過剰な応力が窒化物半導体２３の結晶層に加わることを防止できるという役割も果たしている。
特開２００３−１６８８２０号公報

しかし、上記従来の方法では、サファイア基板上の同一面側にｐ型とｎ型の二つの電極を設ける構造であっても、また、サファイア基板を剥がし、ｎ電極とｐ電極を対向させた構造であっても、分離溝２４をサファイア基板２１に達するまで形成する必要があるので、ドライエッチング時間が長くなり、窒化物半導体２３の発光領域側面がエッチングガス（プラズマ）に曝される時間が長くなるため、発光領域にダメージが加わり、リーク電流の増加とこれによるＥＳＤ劣化、輝度劣化が発生する。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、チップ分離用やレーザーリフトオフ用の分離溝を形成する場合に、発光領域に損傷が加わらず、劣化のない高輝度な窒化物半導体発光素子を形成することができる窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層、発光領域、ｐ型窒化物半導体層とを順に備えたＧａＮを含む窒化物積層構造体が成長用基板上に積層され、前記窒化物積層構造体に分離溝を形成する窒化物半導体素子の製造方法において、前記ｎ型窒化物半導体層から前記発光領域を越えるまでの第１分離溝については塩素を含むガスによるドライエッチングを用いて形成し、前記第１分離溝から続けて前記成長用基板に達するまで形成される第２分離溝は、前記成長用基板には透明で、前記窒化物積層構造体では吸収する波長を持つレーザを用いて形成することを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法である。

また、請求項２記載の発明は、前記第１分離溝を形成した後、ドライエッチングによる前記窒化物積層構造体側面のダメージを電気化学エッチングにより除去することを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。

また、請求項３記載の発明は、前記第１分離溝を形成した後、該第１分離溝に沿って該窒化物積層構造体の側面に保護絶縁膜を形成し、その後に前記第２分離溝を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。

また、請求項４記載の発明は、前記第２分離溝の形成に用いるレーザは、波長が３６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。

また、請求項５記載の発明は、前記第２分離溝の形成に用いるレーザは、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＹＡＧ４倍波、Ｔｉ−サファイア３倍波のいずれかであることを特徴とする請求項４記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。

本発明によれば、チップ分離用又はレーザーリフトオフ用の分離溝は、ｎ型窒化物半導体層から発光領域を越えるまでの第１分離溝についてはドライエッチングで行い、第１分離溝から続けて成長用基板に達するまで形成される第２分離溝については、レーザ光により行われるので、発光領域等が長時間エッチングガス（プラズマ）に曝されることがなく、発光領域等へのダメージを軽減することができる。

また、ドライエッチングを用いて形成された第１分離溝に沿って窒化物積層構造体の側面に保護絶縁膜を形成した後、成長用基板に達するまでの第２分離溝を形成するようにしているので、レーザ照射による発光領域等へのダメージ等も防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による第１の窒化物半導体発光素子の断面構造を示す。

III−V族半導体としても知られる窒化物半導体は、周期表のIII族から選択されるＡｌ、Ｇａ及びＩｎ等の元素と、V族の元素Ｎとを有する。窒化物半導体は、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の２元混晶であってもよく、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）または窒化アルミニウムインジウム（ＩｎＧａＮ）等の３元混晶、及び窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）等の４元混晶であってもよい。これらの材料を基板上に付着させて、光電子デバイス用途の発光素子として使用可能な積層半導体構造を製造する。窒化物半導体は、緑−青−紫−紫外スペクトルの短波長の可視光の発光に必要な広いバンドギャップを有する。

本実施例では、ＩｎＧａＮの３元混晶系を用いているが、上述したようにＩｎＧａＮに限定されるものではない。発光領域としての活性層３を挟むようにしてｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層４が形成されており、ダブルへテロ構造を有する。活性層３は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮで構成された多重量子井戸構造を有するもので、井戸層としてＩｎＧａＮ、バリア層（障壁層）としてアンドープＧａＮを交互に積層しているが、バリア層は、０．５〜２％のＩｎ組成からなるＩｎＧａＮを用いることもできる。ところで、発光領域として活性層３を設けるようにしているが、この活性層３を設けずに、ｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層４とを直接ｐｎ接合するようにしても良い。この場合、発光領域はｐｎ接合界面部分となる。

ｎ型窒化物半導体層２は、例えば、ｎ型不純物ＳｉドープのＧａＮコンタクト層とこの上に積層されたｎ型不純物ＳｉドープのＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層とで構成される。この超格子層は、格子定数差の大きいＩｎＧａＮとＧａＮの応力を緩和し、活性層のＩｎＧａＮを成長させやすくするものである。一方、ｐ型窒化物半導体層４は、例えば、ｐ型不純物ＭｇドープのＧａＮコンタクト層で構成される。ｎ型窒化物半導体層２の下側にはｎ電極１が形成され、ｐ型窒化物半導体層４の上にはｐ電極５が形成されている。ｎ電極１は、ＴｉとＡｌの積層体又はＡｌ等で構成されており、ｎ型窒化物半導体層２にオーミック接触している。ｐ電極５はＮｉとＡｕの積層体等を用いることができるが、光の取出効率を考えた構造とする場合には、透明電極とすることが望ましく、例えばＧａドープＺｎＯを用いてオーミック接触させた電極とすることができる。

反射膜６は、活性層３で発生した光を反射させてｎ電極１の方向に取り出すために設けられており、ＡｌやＡｇなどの銀白色系の反射ミラーとして働く金属が用いられる。この場合、ｐ電極５は透明電極が望ましく、上述したＧａドープＺｎＯ電極を用いる。ｐ型窒化物半導体層４にｐ型ＧａＮコンタクト層を用いた場合、ＧａをドープしたＺｎＯは、ＧａＮと格子定数が近似しており、事後のアニ−ルをすることなく、ｐ型ＧａＮコンタクト層との間に良好なオーミック接触を形成する。

導電性融着層７は、反射膜６と支持基板８とを接合するもので、半田等のろう材であっても良く、熱圧着の場合にはＴｉとＡｕの多層金属膜又はＡｕのみ、Ａｕ及びＳｎの合金とＴｉとの多層金属膜等が用いられる。導電性融着層７によってｐ電極５から反射膜６を介して支持基板８とが電気的に接続される。支持基板８は、サファイア基板上に成長させた窒化物半導体を貼り替える（転写）ために用いられるもので、導電性基板が用いられることが多く、導電性基板として、ＧａＮ、シリコン、ＳｉＣ等の材料が用いられ、また、高熱伝導サブマウントとしてＣｕやＡｌＮ等も用いられる。ＡｌＮを支持基板とした場合は、絶縁性基板となるが、プリント基板等の回路上にチップを載せるときに有利となる。支持基板８を導電性基板とした場合には、支持基板８に形成された導電性融着層７とは反対側に外部接続端子等が設けられ、外部の電気端子と接続される。

ところで、ｎ型窒化物半導体層２には、ｐ側から見て活性層３を越えた領域に段差Ａが形成されている。この段差Ａの部分まで、Ｃｌ_２ガスもしくはＳｉＣｌ_４ガスなどの塩素を含むガスを使用して、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型）エッチャーなどでメサエッチングを行って第１分離溝を形成し、段差Ａから下側（ｎ電極１の方向）については、成長基板には透明で、成長基板上のＧａＮ系半導体層では吸収する波長を持つレーザを用いてエッチングして第２分離溝を形成する。

第２分離溝は、ドライエッチングではなく、レーザ光によるエッチングなので、ｎ型窒化物半導体層２の一部、活性層３、ｐ型窒化物半導体層４等は、長時間エッチングガス（プラズマ）に曝されることがなく、発光領域等の劣化を防止することができる。

図２は本発明による第２の窒化物半導体発光素子の断面構造を示す。図１と同じ番号を付しているものは、同じ構成を示す。図２のように、段差Ａの位置から上側のチップ側面を保護絶縁膜９で覆う構造とすることで、素子毎に分離するための分離溝や、ＬＬＯによって発生するＮ_２ガスを排気するための分離溝を形成する場合に、ｎ型窒化物半導体層２の一部、発光領域である活性層３、ｐ型窒化物半導体層４は保護絶縁膜９により保護されるので、レーザ光のエッチングによるダメージを防止することができる。例えば、発光ダイオード素子の場合、保護絶縁膜９はチップの周縁部に環状に形成され、半導体レーザの場合には、共振器構造を得るためにチップの両側面に形成される。保護絶縁膜９には、ＳｉＮやＳＯＧ（Spin On Glass）等が用いられる。

図２の構成による窒化物半導体発光素子の活性層３で発生した光は、ｎ電極１の方向（図の下側方向）に取り出されるが、保護絶縁膜９の屈折率をｎ型窒化物半導体層２、活性層３、ｐ型窒化物半導体層４のいずれの屈折率よりも小さくすることによって、素子内部から側面に向かって放射される光の一部が各半導体層と保護絶縁膜９との境界面で全反射するため、光の取出効率が向上する。上述したように、保護絶縁膜９をＳｉＮやＳＯＧとすると、ＧａＮを含む各半導体層よりも保護絶縁膜９の屈折率が小さくなる。

また、反射膜６１が設けられており、図１と同様、ＡｌやＡｇなどの銀白色系の反射ミラーとして働く金属が用いられる。この反射膜６１は、側面の保護絶縁膜９からの全反射だけでなく、この反射膜６１により上方向に向かった光を反射させてｎ電極１の方向に取り出そうとするものである。

ところで、反射膜６１は、ｐ電極５上に直接全面に積層されておらず、小さなコンタクトホール１８を介して反射膜６１の一部がｐ電極５に直接接触するように形成され、その他の領域には保護絶縁膜９を間に挟んで反射膜６１が形成されている。これは、ｐ電極５と反射膜６１とがほぼ全面で接するようにすると、ｐ電極５と反射膜６１との間で光の吸収が発生して反射率が低下するためである。ＡｌやＡｇなどの銀白色系金属は、ＧａドープＺｎＯとオーミック接触を形成し、これに起因して、反射膜６１の反射率が阻害されるものと推定される。

したがって、図２のように、コンタクトホール１８でのみ接触させるようにすれば、光の吸収はコンタクトホール１８のみでしか発生せず、高い反射率を維持することができる。

また、ｎ型窒化物半導体層２の光取り出し面（ｎ電極１側の面）は、図１のように鏡面に仕上げられていても良いが、光の取出効率を高めるために、図２に示すように粗面加工した表面（凹凸が形成された表面）としても良い。ｎ型窒化物半導体層２と大気との屈折率差により臨界角が存在し、臨界角よりも大きな入射角を有する出射光は、全反射して外部に取り出すことができないので、凹凸を形成することにより、入射角が臨界角よりも小さくなる割合を増やして、光の取出効率を向上させるものである。

以下、図３〜図８を用いて、本発明の第１の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する。最初に図３を参照しつつ説明すると、まず、成長用基板としてサファイア基板１１をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置に入れ、水素ガスを流しながら、１０５０℃程度まで温度を上げ、サファイア基板１１をサーマルクリーニングする。温度を６００℃程度まで下げ、低温で分離層となるＧａＮバッファ層１２を成長させる。

上記最初の工程については、以下のように行うこともできる。例えば、サファイア基板１１をＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）装置に入れ、ガスを導入しないまま、６００〜８００℃でサファイア基板１１をクリーニングする。ＧａＮをターゲットとし、ＫｒＦレーザでアブレートしてＧａＮ単結晶からなるＧａＮバッファ層１２を成長させるようにしても良い。その後は、ＭＯＣＶＤ装置に搬入し、以下同様に成膜を行う。

ＭＯＣＶＤ装置内の温度を再び１０００℃程度まで上げ、ＧａＮバッファ層１２の上に、ｎ型窒化物半導体層２を積層する。ｎ型窒化物半導体層２は、例えば、ｎ型不純物ＳｉドープのＧａＮコンタクト層とｎ型不純物ＳｉドープのＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層との積層構造で構成される。したがって、まず、ＧａＮバッファ層１２の上に、ｎ型不純物ＳｉドープのＧａＮコンタクト層を成長させ、さらにその上にｎ型不純物ＳｉドープのＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層を成長させる。

次に、活性層３を形成する。活性層３は、一例として、ＩｎＧａＮ／ＧａＮによるＭＱＷ層（多重量子井戸構造層）を用いており、井戸層としてＩｎ_０．１７ＧａＮを２０〜４０Å望ましくは２５〜３５Å、バリア層としてアンドープＧａＮ層又は１％程度のＩｎ組成を有するＩｎＧａＮ層を５０〜３００Å望ましくは１００〜２００Åで交互に積層して、例えば３〜１０周期望ましくは５〜８周期の多層構造で成長させる。ところで、Ｉｎ組成比率が高いＩｎＧａＮ井戸層は、高温になるとＩｎが昇華して壊れやすくなるので、キャップ層の役割を有するアンドープＧａＮ層もしくは１％程度のＩｎ組成のＩｎＧａＮ層を活性層３の上に積層する。その後昇温し、ｐ型窒化物半導体層４を成長させる。ｐ型窒化物半導体層４は、例えば、ｐ型不純物ＭｇドープのＧａＮコンタクト層等で構成される。

次に、ｐ電極５として、例えば、ＧａドープＺｎＯ電極を用いる場合は、分子線エピタキシー法を用いて、２ｅ^−４Ωｃｍ程度の低い抵抗率を持つＧａドープＺｎＯ電極を積層し、チップの形状に合わせてエッチングする。ＳｉＯ_２のような誘導体膜やレジストによりマスク１３をチップ形状に合わせて形成する。

次に、図４に示すように、メサエッチングを行って第１分離溝を形成する。メサエッチングは、Ｃｌ_２ガスもしくはＳｉＣｌ_４ガスなどの塩素を含むガスを使用して、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型）エッチャーなどで行う。メサエッチングは、活性層３を通過し、ｎ型窒化物半導体層２中のｎ型ＧａＮコンタクト層が露出するところまで行い、一旦エッチングを停止する。

ここで、上記塩素を含むガスによるドライエッチングを行うと、窒化物積層構造体の側面、すなわちｐ型窒化物半導体層４、活性層３、ｎ型窒化物半導体層２の一部に渡って、リークパスが発生するので、このダメージを電気化学エッチングにより除去するようにしても良い。電気化学エッチングの一例として、窒化物積層構造体をＮａＯＨ、ＫＯＨ等の強アルカリ中にひたし、活性層３のバンドギャップエネルギー以上の波長を有するＵＶ光を照射することにより、リークパスのダメージを除去する。

図５に示すように、マスク１３をリフトオフしてｐ電極５上に成膜できるようにし、図６のように、ＡｌやＡｇなどの銀白色系の反射ミラーとして働く反射膜６を蒸着法でｐ電極５上に積層し、この上に導電性融着層７を積層する。導電性融着層７は、Ｔｉ／Ａｕ又はＡｕのみなどを蒸着法で形成する。この時、Ａｕを蒸着した後、チップの形にパターニングして電界メッキで数μｍのＡｕメッキを施すと好ましい。反射膜６や導電性融着層７のメタル形成後、マスク１３を除去する。

図７に示すように、図４のプロセスで中断していたエッチングを再開し、サファイア基板１１が露出するまでエッチングを行って第２分離溝を形成する。第２分離溝の形成は、図４の第１分離溝の形成と異なり、２４８ｎｍで発振するＫｒＦレーザを１ｍＪ以上のエネルギーフルーエンスでメサ間（分離溝）に照射し、スキャンすることでエッチングを行い、サファイア基板１１が露出するまでエッチングを行う。レーザによるエッチングは、成長用基板（サファイア基板１１）に、吸収されずに透過する（透明）とともに、成長用基板上のＧａＮを含む窒化物積層構造体では吸収される波長を持つレーザを用いて行われる。このレーザ光は、例えば、ｎ型窒化物半導体層２に含まれるＧａＮに吸収され、ＧａＮが温度上昇を起こしてＧａとＮに分解することにより、エッチングが行われる。

また、レーザによるエッチングは、ドライエッチングのように発光領域等にダメージを与えないため、第２分離溝を形成するエッチングとしては理想的である。その上、エッチングレートもドライエッチングよりも速く（５μｍ／ｍｉｎ以上）、製造工程時間を短くすることができる。

エッチングに使用する、サファイア基板１１には透明で、成長用基板上のＧａＮ系半導体層では吸収する波長を持つレーザには、上記２４８ｎｍで発振するＫｒＦレーザ以外に、ＸｅＣｌ：３０８ｎｍ、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）４倍波：２６６ｎｍ、Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅ（サファイア）３倍波：３６０ｎｍなどがあり、これらを使用する。

エッチングが終了した後、図８に示すように、支持基板８を成長用基板（サファイア基板１１）上の成長層の最上部に配置し、導電性融着層７により熱圧着等を利用して、図８に示される積層体に貼り付ける。熱圧着は４００℃程度で行い、カーボンの冶具で挟むと、カーボンの熱膨張が小さいので、カーボン冶具の空間はそのままで、成長用基板上に形成された積層体と支持基板８が膨張することで圧着でき、好適である。

ここで、分離溝Ｃ＝第１分離溝＋第２分離溝を示す。第２分離溝の溝幅は、図４で示された第１分離溝よりも小さくなる。この分離溝Ｃは、素子毎（チップ毎）に分離する素子分離溝としての役割と、サファイア基板１１を除去するために、ＬＬＯを用いた場合、ＧａＮバッファ層１２が分解して発生するＮ_２ガスを排気して窒化物半導体層のクラックを防止する役割とを有する。

次に、ＬＬＯによりサファイア基板１１を除去する場合は、図８に示すように、２４８ｎｍで発振するＫｒＦレーザをサファイア基板１１側からＧａＮバッファ層１２に向けて照射してサファイア基板１１を剥離する。レーザはＫｒＦ以外に、ＡｒＦ：１９３ｎｍ、ＸｅＣｌ：３０８ｎｍ、ＹＡＧ３倍波：３５５ｎｍ、Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅ３倍波：３６０ｎｍ、Ｈｅ−Ｃｄ：３２５ｎｍなどが使用できる。

ＫｒＦの場合、必要照射エネルギーは５０〜５００ｍＪ／ｃｍ^２望ましくは１００〜４００ｍＪ／ｃｍ^２である。２４８ｎｍの光はサファイア基板１１をほぼ完全に透過し、ＧａＮバッファ層１２ではほぼ１００％吸収するため、サファイア基板１１とＧａＮバッファ層１２の界面で急速に温度上昇が起こり、ＧａＮバッファ層１２のＧａＮが分解する。この時発生するＮ_２は分離溝Ｃの空隙に逃げるため、窒化物半導体層に圧力がかからず、効果的にクラックを防止できる。

サファイア基板１１の剥離後、酸エッチングなどで余分のＧａを流し、ｎ電極１を形成する。ｎ電極１は、多層金属膜で形成されており、Ａｌ／Ｎｉ／ＡｕやＡｌ／Ｐｄ／Ａｕ、又はＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／ＡｕやＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ等で構成し、オーミックコンタクトを取るようにする。

その後、ダイシング等により支持基板８を切断してチップ状に分離すると図１の窒化物半導体発光素子が完成する。

次に、以下、図９〜図１３を用いて、図２に示す第２の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する。

第１の窒化物半導体発光素子の製造方法と同様、まず、図３〜図４までの工程にしたがって製造する。第１分離溝を形成してマスク１３を除去した後、図９に示すように、Ｐ−ＣＶＤやスパッタリングで保護絶縁膜９をｐ電極５上面から第１分離溝の下端まですべて覆うように形成し、第１分離溝内を埋めつくさないように、隣接する素子間の隙間は十分に開けておく。保護絶縁膜９は、発光ダイオード素子の場合、チップの周縁部に環状に形成され、半導体レーザの場合には、共振器構造を得るためにチップの両側面に形成される。そして、図１０に示すように、ＳｉＯ_２のような誘導体膜やレジストによるマスク１４のパターニングをコンタクトホール形状に合わせて行い形成する。

次に、図１１に示すように、ＣＦ４系ドライエッチングでコンタクトホール１８の領域に該当する保護絶縁膜９を除去し、ｐ電極５に対するコンタクトホール１８を形成する。本実施例では、ｐ電極５にＺｎＯ電極を用いているが、ＣＦ４系のドライエッチングではＺｎＯのエッチングレートは保護絶縁膜９より遅いため、ＺｎＯ自身がエッチングストップとして機能する。

コンタクトホールを形成した後、反射膜６１と導電性融着層７を蒸着法で形成し、図１１に示すように、図４のプロセスで中断していたエッチングを再開し、サファイア基板１１が露出するまでエッチングを行って第２分離溝を形成する。このエッチングは、上述した図７の場合と同様、成長用基板（サファイア基板１１）には透明で、成長用基板上のＧａＮ系半導体層では吸収する波長を持つレーザを用いて行われる。例えば、２４８ｎｍで発振するＫｒＦレーザを１ｍＪ以上のエネルギーフルーエンスでメサ間（分離溝）に照射し、スキャンすることでエッチングを行い、サファイア基板１１が露出するまでエッチングを行う。その他に、ＸｅＣｌ：３０８ｎｍ、ＹＡＧ４倍波：２６６ｎｍ、Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅ（サファイア）３倍波：３６０ｎｍ等も用いることができる。

上記レーザによるエッチングの際に、発光領域としての活性層３、ｐ型窒化物半導体層４等の既に保護絶縁膜９が設けられている領域は、レーザ照射から保護され、劣化を防止することができる。第２分離溝の溝幅は、図４で示された第１分離溝よりも小さくなる。また、分離溝Ｃ＝第１分離溝＋第２分離溝を示す。

エッチングが終了した後、図１３に示すように、支持基板８を成長用基板（サファイア基板１１）上の成長層の最上部に配置し、導電性融着層７により熱圧着等を利用して、図２に示される積層体に貼り付ける。図８で述べたように、熱圧着は４００℃程度で行い、カーボンの冶具で挟むことにより圧着することができる。

次に、ＬＬＯによりサファイア基板１１を除去する場合は、図８と同様に、例えば、２４８ｎｍで発振するＫｒＦレーザをサファイア基板１１側からＧａＮバッファ層１２に向けて照射してサファイア基板１１を剥離する。この時、ＧａＮが分解して、Ｎ_２が発生するが、Ｎ_２は分離溝Ｃの空隙に逃げるため、窒化物半導体層に圧力がかからず、効果的にクラックを防止できる。レーザはＫｒＦ以外に、ＡｒＦ：１９３ｎｍ、ＸｅＣｌ：３０８ｎｍ、ＹＡＧ３倍波：３５５ｎｍ、Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅ３倍波：３６０ｎｍ、Ｈｅ−Ｃｄ：３２５ｎｍなどが使用できる。

サファイア基板１１の剥離後、酸エッチングなどで余分のＧａを流し、ｎ電極１を形成する。ｎ電極１は、多層金属膜で形成されており、Ａｌ／Ｎｉ／ＡｕやＡｌ／Ｐｄ／Ａｕ、又はＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／ＡｕやＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ等で構成し、オーミックコンタクトを取るようにする。
粗面加工は、図１３の製造工程において、ｎ電極１を形成する前に、ｎ電極１を積層する領域部分をＳＯＧ、ＳｉＮ等のマスクで覆い、ＫＯＨと波長３６５ｎｍを含むＵＶ光を用いてエッチングを行い、ｎ型窒化物半導体層２の露出面に凹凸を形成する。次に、マスクを剥離してｎ電極１を形成する。

ところで、第１及び第２の窒化物半導体発光素子の構造は、サファイア基板を剥がし、ｎ電極とｐ電極を対向するように設けた構造としているが、サファイア基板上の同一面側にｐ型とｎ型の二つの電極を設ける構造とすることもできる。この一例を示すのが、図１４である。図４の工程で、第１分離溝幅を広く形成しておき、図６の工程で導電性融着層７を積層せずに、図７の工程で第２分離溝を作成してチップ形状に分離した後、図８に示される支持基板８を貼り付けずに、サファイア基板１１（成長用基板）が接合されている状態で、各チップの反射電極６の上部にｐ側パッド電極１５を設ける。

他方、図４の第１分離溝形成工程でメサエッチングされて露出した各チップにおけるｎ型窒化物半導体層２中の最下層、例えば本実施例では、ｎ−ＧａＮコンタクト層にｎ側パッド電極１７を形成し、ｐ側パッド電極１５にワイヤーボンディングされたワイヤー１６を隣接するチップのｎ側パッド電極１７に接続することにより、個々のチップが直列に接続された形となって、ライン状の発光素子、又は２次元状の発光素子とすることができる。なお、この場合、発生した光はサファイア基板１１の下側へ取り出される。

本発明の第１の窒化物半導体発光素子の断面構造を示す図である。 本発明の第１の窒化物半導体発光素子の断面構造を示す図である。 第１の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第１の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第１の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第１の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第１の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第１の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第２の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第２の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第２の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第２の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 第２の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。 成長用基板を剥離せずに、窒化物半導体発光素子を構成した図である。 従来の窒化物半導体発光素子の製造工程を示す図である。

符号の説明

１ ｎ電極
２ ｎ型窒化物半導体層
３ 活性層
４ ｐ型窒化物半導体層
５ ｐ電極
６ 反射膜
７ 導電性融着層
８ 支持基板
９ 保護絶縁膜

Claims (5)

1. 少なくとも、ｎ型窒化物半導体層、発光領域、ｐ型窒化物半導体層とを順に備えたＧａＮを含む窒化物積層構造体が成長用基板上に積層され、前記窒化物積層構造体に分離溝を形成する窒化物半導体素子の製造方法において、
   前記ｎ型窒化物半導体層から前記発光領域を越えるまでの第１分離溝については塩素を含むガスによるドライエッチングを用いて形成し、
   前記第１分離溝から続けて前記成長用基板に達するまで形成される第２分離溝は、前記成長用基板には透明で、前記窒化物積層構造体では吸収する波長を持つレーザを用いて形成することを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
2. 前記第１分離溝を形成した後、ドライエッチングによる前記窒化物積層構造体側面のダメージを電気化学エッチングにより除去することを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
3. 前記第１分離溝を形成した後、該第１分離溝に沿って該窒化物積層構造体の側面に保護絶縁膜を形成し、
   その後に前記第２分離溝を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
4. 前記第２分離溝の形成に用いるレーザは、波長が３６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
5. 前記第２分離溝の形成に用いるレーザは、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＹＡＧ４倍波、Ｔｉ−サファイア３倍波のいずれかであることを特徴とする請求項４記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
   

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