JP2011198788A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体層から成長用基板を再現性よく分離することが困難である。
【解決手段】 成長用基板の上に、Ｉｎ、Ｇａ、及びＮを含む化合物半導体からなる下地層を形成する。下地層の一部を成長核として、Ｇａ及びＮを含む化合物半導体からなる複数の支柱を成長させるとともに、Ｇａ及びＮを含む化合物半導体からなる半導体層を形成する。半導体層は支柱によって支持され、面内方向に連続する。半導体層と成長用基板との間に空洞が画定される。半導体層に、支持基板を接着する。成長用基板を半導体層から分離する。
【選択図】 図１−３

Description

本発明は、成長用基板の上に半導体層を形成した後、半導体層から成長用基板を分離する半導体素子の製造方法に関する。

発光ダイオード等の光半導体素子の従来の製造方法の一例について説明する。まず、成長用基板の上に、ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層を成長させる。成長用基板が絶縁性である場合には、ｐ型半導体層及び発光層の一部を除去してｎ型半導体層を露出させる。ｎ型半導体層の露出した領域、及び露出しているｐ型半導体層に電極を形成する。

成長用基板は、その上に成長させる半導体層の結晶品質に大きな影響を与える。また、成長用基板の導電性、熱伝導性、光吸収係数等の物性が、光半導体素子の電気特性、熱特性、及び光学特性に影響する。結晶性のよい半導体層を形成するために適した成長用基板が、導電性、熱伝導性、光吸収係数等の物性の点で好ましいものであるとは限らない。

半導体層を成長させた後、成長用基板を半導体層から分離した光半導体素子が提案されている。最終的に成長用基板が分離されるため、成長用基板として、半導体層の結晶成長に最適のものを選択することができる。成長用基板と半導体層との間に配置される層に空孔を生じさせることにより、成長用基板を半導体層から分離することができる（特許文献１、２、４）。また、成長用基板と半導体層との間に剥離層を配置し、この剥離層をエッチングすることにより、成長用基板を半導体層から分離することができる（特許文献３）。

特開２０００−２２８５３９号公報 特開２００２−２４１１９２号公報 特開２００４−１７２３５１号公報 特開２００４−１１２０００号公報

成長用基板の上に形成する半導体層が薄くても、再現性よく半導体層から成長用基板を分離する方法が望まれる。従来の方法では、半導体層から成長用基板を再現性よく分離することが困難であった。

本発明の一観点によると、
成長用基板の上に、Ｉｎ、Ｇａ、及びＮを含む化合物半導体からなる下地層を形成する工程と、
前記下地層の一部を成長核として、Ｇａ及びＮを含む化合物半導体からなる複数の支柱を成長させるとともに、該支柱によって支持され、面内方向に連続し、前記成長用基板との間に空洞を画定し、Ｇａ及びＮを含む化合物半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に、支持基板を接着する工程と、
前記成長用基板を前記半導体層から分離する工程と
を有する半導体素子の製造方法が提供される。

下地層を、Ｉｎ、Ｇａ、及びＮを含む化合物半導体で形成することにより、支柱の分布の偏りを抑制することができる。これにより、成長用基板の分離の再現性を高めることができる。

実施例による方法で製造される半導体素子の製造途中段階における断面図である。 実施例による方法で製造される半導体素子の製造途中段階における断面図である。 実施例による方法で製造される半導体素子の製造途中段階における断面図である。 実施例による方法で製造される半導体素子の製造途中段階における断面図である。 実施例による方法で適用される半導体層の成長条件を示す図表である。

図１Ａ〜図１Ｊを参照して、実施例による半導体素子の製造方法について説明する。

図１Ａに示すように、成長用基板１０の上に、ＩｎＧａＮからなる下地層１２を形成する。実施例では、成長用基板１０として、Ｃ面サファイア基板を用いる。下地層１２は、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）により形成される。下地層１２の成長条件は、例えば下記の通りである。
・トリメチルガリウム（ＴＭＧ）供給量 １１μｍｏｌ／ｍｉｎ
・トリメチルインジウム（ＴＭＩ）供給量 ３μｍｏｌ／ｍｉｎ
・キャリアガス 窒素ガス（１３．５ＳＬＭ）
・アンモニアガス（ＮＨ_３）供給量 ３．３ＳＬＭ
・成長温度 ５２５℃
上述の条件で、Ｖ／ＩＩＩ比は１４０００である。ここで、Ｖ／ＩＩＩ比は、供給される原料中のＩＩＩ族元素のモル数に対するＶ族元素のモル数の比と定義される。下地層１２の厚さは、例えば５００ｎｍとする。下地層１２の被覆率は必ずしも１００％であるとは限らず、成長用基板１０の表面に、下地層１２で被覆されない領域が残る場合もある。

図１Ｂ〜図１Ｄに示す工程について説明する。下地層１２（図１Ａ）を形成した後、ＴＭＧ及びＴＭＩの供給を停止し、基板温度を７００℃〜９００℃の範囲内まで上昇させ、一定温度になるように加熱したまま所定時間、例えば３０秒間保持する。温度の上昇中、及び一定温度保持期間には、有機金属材料の原料の供給は停止させている。その後、成長条件の異なる第１工程と第２工程とを交互に繰り返すことにより、ＧａＮからなる半導体層１３（図１Ｆ）を形成する。繰り返し回数は、例えば４回とする。

図２に、第１工程と第２工程との成長条件、及び窒素ガスと水素ガスとの総供給量に対する窒素ガスの供給量の比の時刻暦を示す。

第１工程の成長条件は、例えば下記の通りである。
・ＴＭＧ供給量 ２３μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ_３供給量 ２．２ＳＬＭ
・窒素ガス供給量 １３．５ＳＬＭ
・成長時間 膜厚２０ｎｍになる時間
第２工程のうち、前半の２回の成長条件は、例えば下記の通りである。
・ＴＭＧ供給量 ４５μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ_３供給量 ４．４ＳＬＭ
・窒素ガス供給量 ６ＳＬＭ
・水素ガス供給量 ７．５ＳＬＭ
・成長時間 膜厚８０ｎｍになる時間
第２工程のうち、後半の２回の成長条件は、例えば下記の通りである。
・ＴＭＧ供給量 ４５μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ_３供給量 ４．４ＳＬＭ
・窒素ガス供給量 ３ＳＬＭ
・水素ガス供給量 １０．５ＳＬＭ
・成長時間 膜厚８０ｎｍになる時間
下地層１２のＩｎＧａＮは、成長時にＩｎの偏析を生じやすいため、面内に、Ｉｎが相対的に多い領域とＩｎが相対的に少ない領域とが分布する。Ｉｎが多い領域ではＩｎＧａＮの分解が進み易く、Ｉｎが少ない領域では分解が進み難い。下地層１２を形成した後、成長用基板１０の温度を上昇させる過程及び一定温度に保持する過程で、Ｉｎが多い領域が主に分解し、発生した窒素及びＩｎがガスとなって成長用基板から脱離する。

下地層１２の窒素及びＩｎは、温度上昇過程でも脱離するが、温度上昇過程のみでは、十分な量の脱離が生じ難いか、または脱離量の基板面内のばらつきが大きくなる。従って、成長用基板１０の温度上昇後、一定温度に保持する期間を設けることが好ましい。実施例においては、基板温度を３０秒間一定に保持することにより、下地層１２の厚さの約３％の量に相当する脱離が生じる。脱離量は、下地層１２の１０％を超えない程度とすることが好ましい。一定温度に保持する温度が７００℃〜９００℃の範囲内である場合には、一定温度に保持する期間を６０秒以下にすることが好ましい。Ｉｎが少ない領域では、Ｉｎが多い領域に比べて分解が生じにくい。このため、Ｉｎの少ない領域に凸部が発生し、この部分が成長核となる。

第１工程で、成長用基板１０の表面に残った下地層１２のうち成長核となる部分から結晶が成長する。その他の領域では、熱によってＩｎＧａＮの分解が進行する。なお、第１工程では、窒素リッチの雰囲気にすることにより、Ｉｎ及び窒素の脱離を抑制し、過剰に分解が進むことに起因して下地層１２内の成長核の密度が低くなりすぎることを防止している。これにより、成長用基板１０の表面に離散的に分布する支柱１３ａ（図１Ｂ）が形成される。支柱１３ａの分布は、下地層１２のＩｎ濃度の分布に依存する。支柱１３ａの分布を均一に近づけるために、下地層１２は、Ｉｎの偏析が起こりやすい条件で形成することが好ましい。

窒素リッチの雰囲気では、マイグレーションが起こり難いため、ＧａＮは縦方向に成長し易くなる。

Ｉｎ、窒素、及び水素の雰囲気では、以下の化学式で示す平衡状態が実現される。
Ｉｎ（ガス）＋ＮＨ_３←→ＩｎＮ（固体）＋（３／２）Ｈ_２（ガス）
水素が多い雰囲気では、上記平衡状態が左辺側に進むため、マイグレーションが起こり易くなり、横方向成長が起こり易くなる。このため、第１工程では、縦方向の成長が支配的になり、第２工程では、横方向の成長が支配的になる。ここで、第１工程で「縦方向成長が支配的」とは、横方向成長速度をＶｓ、縦方向成長速度をＶｎとしたとき、第１工程のＶｎ／Ｖｓが、第２工程のＶｎ／Ｖｓよりも大きいことを意味する。また、第２工程で「横方向成長が支配的」とは、第２工程のＶｓ／Ｖｎが、第１工程のＶｓ／Ｖｎよりも大きいことを意味する。

第２工程では、横方向の成長が支配的になり、支柱１３ａの先端から横方向に張り出した庇部１３ｂ（図１Ｃ）が形成される。庇部１３ｂの端面には、ＧａＮの（１１−２２）面が現れる。ここで、「−２」は、２のオーバーバーを意味する。庇部１３ｂが形成されると、次の第１工程で、その下の空洞にＮＨ_３が供給され難くなり、ＩｎＧａＮ及びＧａＮの分解及び窒素の脱離が促進される。これにより支柱１３ａが細くなる。

庇部１３ｂの張り出し量が長くなると、相互に隣り合う支柱１３ａから成長した庇部１３ｂ同士が接触する。これにより、面内方向に連続し、平滑な表面を有する半導体層１３（図１Ｄ）が形成される。半導体層１３は、複数の支柱１３ａによって成長用基板１０の上方に支持される。支柱１３ａの間には、空洞１３ｃが残る。空洞１３ｃは、面内方向に連通している。半導体層１３のうち、横方向に成長した部分（空洞１３ｃの上の部分）には、成長用基板１０と支柱１３ａとの界面から成長する欠陥が導入され難いため、結晶性の高い半導体層１３が得られる。

第２工程のうち、前半の２回の工程では、後半の２回の工程に比べて、水素ガスの供給量を少なくしている。これにより、支柱１３ａが、細くなりすぎて成長用基板１０から脱離してしまうことを防止することができる。

第１工程及び第２工程では、ＩｎＧａＮ及びＧａＮの分解及び脱離が起こり過ぎないようにするために、成長温度を７００℃〜９００℃の範囲内にすることが好ましい。第１工程において、ＴＭＧの供給量を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ〜３０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内とし、ＮＨ_３の供給量を１ＳＬＭ〜３ＳＬＭの範囲内とし、窒素ガスと水素ガスとの総供給量に対する窒素ガスの供給量の比を０．８〜１の範囲内にすることが好ましい。第２工程においては、ＴＭＧ供給量を３０μｍｏｌ／ｍｉｎ〜７０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内とし、ＮＨ_３の供給量を３ＳＬＭ〜７ＳＬＭの範囲内とし、窒素ガスと水素ガスとの総供給量に対する窒素ガスの供給量の比を０〜０．４５の範囲内にするすることが好ましい。

支柱１３ａの十分な高さを確保するために、第１工程と第２工程との繰り返し回数は、４回以上とすることが好ましい。

半導体層１３に、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドープしてもよい。Ｓｉの濃度が高くなると横方向成長し難くなるため、Ｓｉ濃度は、５×１０^１７ｃｍ^−３以下にすることが好ましい。

図１Ｅに示すように、半導体層１３の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層２０を形成する。ｎ型半導体層２０の厚さは、例えば３μｍ〜１０μｍの範囲内である。ｎ型不純物としてＳｉが用いられ、その濃度は例えば約５×１０^１８ｃｍ^−３である。Ｓｉ原料として、例えばＳｉＨ_４が用いられる。

成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度 １０００℃
・ＴＭＧ供給量 ４５μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ_３供給量 ４．４ＳＬＭ
なお、成長温度を９８０℃〜１０２０℃の範囲内としてもよい。ＴＭＧ供給量を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ〜７０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内とし、ＮＨ_３供給量を３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭの範囲内としてもよい。Ｖ／ＩＩＩ比は、２０００〜２２５００の範囲内とすることが好ましく、３０００〜８０００の範囲内とすることが、平坦性及び結晶性の点でより好ましい。成長速度は、０．５μｍ／ｈ〜５μｍ／ｈの範囲内とすることが好ましい。図１Ｅでは、半導体層１３とｎ型半導体層２０との境界を明示しているが、実際には、両者ともＧａＮで形成され、同一チャンバ内で連続して成長されるため、両者の境界が明瞭に識別できるわけではない。

ｎ型半導体層２０の上に歪緩和層２１を形成する。歪緩和層２１は、例えば交互に積層された厚さ２ｎｍのＧａＮ層と厚さ２ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層とを含み、合計の厚さは例えば１２０ｎｍである。なお、各層の厚さ及び積層数を変えることにより、合計の膜厚を５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にしてもよい。歪緩和層２１の成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度 ７３０℃〜７９０℃
・ＴＭＧ供給量 ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＴＭＩ供給量 ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ_３供給量 ３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭ
ＧａＮ層の成長時には、ＴＭＩの供給が停止される。ＴＭＧの供給量及びＴＭＩの供給量を１μｍｏｌ／ｍｉｎ〜１０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内としてもよい。ただし、ＴＭＧの供給量とＴＭＩの供給量との比は、Ｉｎ組成比が０．２になるように調整される。

歪緩和層２１にＳｉをドープしてもよい。Ｓｉ濃度は、例えば５×１０^１７ｃｍ^−３以下とする。また、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層（０＜ｘ＜０．２）と、Ｉｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層とが交互に積層された構造としてもよい。

歪緩和層２１の上に発光層２２を形成する。発光層２２は、ＧａＮからなる厚さ１４ｎｍの障壁層と、Ｉｎ_０．３５Ｇａ_０．６５Ｎからなる厚さ２．２ｎｍの井戸層とを含む。障壁層と井戸層とは交互に積層されている。障壁層及び井戸層の層数は、それぞれ５である。発光層２２の成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度 ７００℃〜７６０℃
・ＴＭＧ供給量 ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＴＭＩ供給量 １０μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ_３供給量 ３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭ
ＧａＮ層の成長時には、ＴＭＩの供給が停止される。ＴＭＧの供給量を１μｍｏｌ／ｍｉｎ〜１０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内としてもよい。このとき、ＴＭＩの供給量は、Ｉｎ組成比が０．３５になるように調整される。発光層２２にＳｉをドープしてもよい。Ｓｉ濃度は、例えば５×１０^１７ｃｍ^−３以下とする。

発光層２２の上に、Ｍｇがドープされたｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなる第１ｐ型半導体層２３を形成する。第１ｐ型半導体層２３の厚さは、例えば２０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲内である。第１ｐ型半導体層２３の成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度 ７７０℃〜９７０℃
・ＴＭＧ供給量 ８．１μｍｏｌ／ｍｉｎ
・トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）供給量 ７．６μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ_３供給量 ３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭ
ドーパントであるＭｇの原料として、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いることができる。ＴＭＧの供給量を４μｍｏｌ／ｍｉｎ〜２０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内としてもよい。このとき、ＴＭＡの供給量は、Ａｌ組成比が０．２になるように調整される。Ｍｇ濃度は、例えば１×１０^２０ｃｍ^−３である。

第１ｐ型半導体層２３の上に、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなる第２ｐ型半導体層２４を形成する。第２ｐ型半導体層２４の厚さは、例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内である。第２ｐ型半導体層２４の成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度 ７７０℃〜９７０℃
・ＴＭＧ供給量 １８μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ_３供給量 ３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭ
ＴＭＧの供給量を８μｍｏｌ／ｍｉｎ〜３６μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内としてもよい。Ｍｇ濃度は、例えば１×１０^２０ｃｍ^−３である。

第２ｐ型半導体層２４の上に、ｐ側電極２５を形成する。ｐ側電極２５は、例えば、基板側に配置された厚さ１ｎｍの白金（Ｐｔ）膜と、その上に配置された厚さ３００ｎｍの銀（Ａｇ）膜とを含む。なお、Ｐｔ膜の厚さを０．３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内にしてもよいし、Ａｇ膜の厚さを５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内としてもよい。Ｐｔ膜及びＡｇ膜の形成には、例えば電子ビーム蒸着が用いられる。Ｐｔ膜は、オーミック接触を確保するためのものである。ｐ側電極２５と第２ｐ型半導体層２４との接触抵抗率は、約１×１０^−３Ω・ｃｍ^２である。Ａｇ膜は、発光層２２からの放射光に対して高い反射率を確保するためのものである。ｐ側電極２５の反射率は約８０％である。Ｐｔ膜の厚さを０．３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内としてもよい。Ａｇ膜の厚さを５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内としてもよい。

ｐ側電極２５として、Ｐｔ膜とＲｈ膜との２層構造を採用してもよいし、Ｎｉ膜とＡｇ膜との２層構造を採用してもよい。

ｐ側電極２５の上に、共晶用金属膜２６を形成する。共晶用金属膜２６は、例えば厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、その上の厚さ２００ｎｍのＰｔ膜、及びその上の厚さ２００ｎｍのＡｕ膜で構成される。これらの膜の形成には、例えば電子ビーム蒸着が用いられる。Ｔｉ膜は、その上のＰｔ膜の密着性を高める。Ｐｔ膜は、ＡｕＳｎ合金との接合時におけるＳｎの拡散を防止する。Ａｕ膜は、ＡｕＳｎ共晶を形成するためのものである。

Ｔｉ膜の厚さを５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内としてもよい。Ｐｔ膜の厚さを２００ｎｍ以上にしてもよい。Ａｕ膜は、接合されるＡｕＳｎ膜の厚さ及び組成を考慮し、ＡｕＳｎ共晶点に整合する厚さにすればよい。

共晶用金属膜２６を、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、厚さ１００ｎｍのＰｔ膜、厚さ２００ｎｍのＡｕ膜、厚さ１００ｎｍのＰｔ膜、及び厚さ２００ｎｍのＡｕ膜がこの順番に積層された５層構造としてもよい。５層構造を採用することにより、Ｓｎの拡散防止機能を高めることができる。

図１Ｆに示すように、支持基板３０の片側の表面に共晶用金属膜３１を形成する。支持基板３０には、例えばシリコン基板が用いられる。共晶用金属膜３１は、Ｐｔ膜、Ｔｉ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜、及びＡｕＳｎ膜がこの順番に積層された積層構造を有する。Ｐｔ膜は、支持基板３０のＳｉとシリサイド反応することにより、支持基板３０に対してオーミック接触する。オーミック接触が得られたことは、例えば点灯試験等により確認することができる。Ｔｉ膜は、シリサイド化したＰｔ膜と、Ｎｉ膜との密着性を高める。Ｎｉ膜は、ＡｕＳｎの濡れ性を高める。Ａｕ膜は、Ｎｉ膜の酸化を防止する。ＡｕＳｎ膜は、共晶を形成するためのものである。

支持基板３０と成長用基板１０とを、共晶用金属膜２６と３１とが対向する向きに配置する。

図１Ｇに示すように、共晶用金属膜２６と３１とを接触させ、真空中で熱圧着を行う。熱圧着時の圧力は、３ＭＰａとし、温度は３３０℃とする。なお、熱圧着を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。また、ＡｕＳｎ共晶の形成に適した温度であれば、３３０℃以外の温度で熱圧着を行ってもよい。

図１Ｈに示すように、基板温度を室温に戻す過程で、成長用基板１０と支持基板３０との熱膨張係数の相違に起因して、成長用基板１０が半導体層１３から自然に分離する。自然分離した半導体層１３の表面及び成長用基板１０の表面には、複数の支柱１３ａが残る。なお、自然分離し難い場合には、ピンセット等で成長用基板１０の端部に機械的な衝撃を与えてもよい。また、超音波により衝撃を与えてもよい。成長用基板１０と半導体層１３との間の空洞に溶剤を浸透させ、加熱してもよい。この場合には、溶剤の蒸気圧によって成長用基板１０が半導体層１３から分離する。

その他に、補助的にレーザを照射したり、酸やアルカリに浸漬させたりして、分離してもよい。また、電界エッチング手法を用いてもよい。

下地層１２にＧａＮを用いた場合には、支柱１３ａの分布は、ＧａＮの結晶性に依存する。具体的には、結晶性が比較的高い領域が支柱１３ａの成長核を含み、結晶性の低い領域に空洞１３ｃ（図１Ｄ）が形成される。これに対し、実施例においては、下地層１２にＩｎＧａＮを用いているため、支柱１３ａ（図１Ｂ）の分布が、Ｉｎの偏析の影響を受ける。Ｉｎの偏析によるＩｎ組成の高い領域と低い領域とは、基板面内にある程度均一に分布する。このため、下地層１２にＧａＮを用いる場合に比べて、支柱１３ａの分布の均一性を高めることができる。これにより、成長用基板１０の分離の再現性を高めることが可能になる。

図１Ｉに示すように、半導体層１３の表面を塩酸で処理する。塩酸処理により、ｎ型半導体層２０が露出する。なお、塩酸に代えて、窒化物半導体をエッチングできる他の薬液、例えばリン酸、硫酸、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等を用いてもよい。また、薬液処理に代えて、Ａｒプラズマや塩素系プラズマを用いたドライエッチングを適用してもよい。

図１Ｊに示すように、ｎ型半導体層２０の表面の一部の領域に、ｎ側電極３５を形成する。ｎ側電極３５は、例えばＴｉ膜と、その上に配置されたＡｌ膜との２層で構成される。ｎ側電極３５として、Ａｌ膜とＲｈ膜との２層構造、Ａｌ膜とＩｒ膜との２層構造、Ａｌ膜とＰｔ膜との２層構造、またはＡｌ膜とＰｄ膜との２層構造を採用してもよい。これらの積層構造とすることにより、ｎ側電極３５とｎ型半導体層２０との接触抵抗率を１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下にすることができる。ｎ側電極３５の上に、ボンディングし易くするために、Ｔｉ膜とＡｕ膜とを順番に積層してもよい。

その後、支持基板３０からｎ型半導体層２０までの積層構造を、個別のチップに分割する。以下、分割方法について説明する。

ｎ型半導体層２０の表面から、ｐ側電極２５まで達する溝を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により形成する。溝を形成した後、支持基板３０をダイシングし、各チップに分割する。なお、レーザスクライブ等の技術を用いてもよい。

以下、下地層１２の好ましい成長条件について説明する。下地層１２は、上述のように、Ｉｎの偏析が生じやすい条件で形成することが好ましい。具体的には、成長温度を４２５℃〜６２５℃の範囲内にすることが好ましい。

下地層１２を形成する時の成長速度を５ｎｍ／ｍｉｎ〜４５ｎｍ／ｍｉｎの範囲内にすることにより、図１Ｈに示した工程で、成長用基板１０を半導体層１３から容易に分離することが可能になる。成長速度を８ｎｍ／ｍｉｎ〜２５ｎｍ／ｍｉｎの範囲内にすることにより、意図しない段階で成長用基板１０が半導体層１３から分離してしまうことを防止し、所望の段階で容易に成長用基板１０を分離することが可能になる。成長速度を１０ｎｍ／ｍｉｎ〜２５ｎｍ／ｍｉｎの範囲内にすることにより、Ｉｎの偏析が生じやすくなり、Ｉｎが多い領域とＩｎが少ない領域との区分がより明確になる。

下地層１２のＩｎ組成が多すぎると、結晶性が低下してしまう。ＩＩＩ族元素に対するＩｎの組成比が０．３以下であれば、発光素子に適用するのに十分な結晶性を確保することができる。さらに、Ｉｎの組成比が０．２５以下の場合、Ｉｎの脱離制御が容易になる。逆に、Ｉｎ組成が少なすぎると、Ｉｎの偏析が生じにくくなる。下地層１２においてＩｎの偏析を生じさせ、かつＩｎＧａＮの脱離が生じすぎないようにするために、下地層１２のＩＩＩ族元素に対するＩｎの組成比が０．１〜０．３の範囲内になるように調整することが好ましく、０．１〜０．２５の範囲内になるように調整することがより好ましい。ＴＭＩの供給量は、Ｉｎの組成比が０．１〜０．３の範囲内になるように決定される。

ＮＨ_３の供給量は、０．５ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭとすることが好ましい。Ｖ／ＩＩＩ比は、３０００〜２５０００の範囲内にすることが好ましく、９０００〜２５０００の範囲内にすることがより好ましい。下地層１２の膜厚は３００ｎｍ〜１０００ｎｍにすることが好ましい。

上記実施例では、図１Ｇに示した工程で、Ｓｉからなる支持基板を、成長用基板１０の上に成長させた半導体層に接合した。その他に、図１Ｅに示したｐ側電極２５の表面に銅等の金属めっきを施すことにより、十分な機械的支持力を持つ厚さの金属膜を形成してもよい。この構造では、めっきにより形成された金属膜が、支持基板としての役割を持つ。

上記実施例では、半導体層１３及びｎ型半導体層２０をＧａＮで形成したが、その他、ＩＩＩ族元素としてＧａを含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成してもよい。また、下地層１２に、ＩＩＩ族元素としてＩｎ及びＧａを含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いてもよい。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 成長用基板
１２ 下地層
１３ 半導体層
１３ａ 支柱
１３ｂ 庇部
１３ｃ 空洞
２０ ｎ型半導体層
２１ 歪緩和層
２２ 発光層
２３ 第１ｐ型半導体層
２４ 第２ｐ型半導体層
２５ ｐ側電極
２６ 共晶用金属膜
３０ 支持基板
３１ 共晶用金属膜
３５ ｎ側電極

Claims (7)

1. 成長用基板の上に、Ｉｎ、Ｇａ、及びＮを含む化合物半導体からなる下地層を形成する工程と、
   前記下地層の一部を成長核として、Ｇａ及びＮを含む化合物半導体からなる複数の支柱を成長させるとともに、該支柱によって支持され、面内方向に連続し、前記成長用基板との間に空洞を画定し、Ｇａ及びＮを含む化合物半導体からなる半導体層を形成する工程と、
   前記半導体層に、支持基板を接着する工程と、
   前記成長用基板を前記半導体層から分離する工程と
   を有する半導体素子の製造方法。
2. 前記下地層のＩＩＩ族元素に対するＩｎの組成比が０．１以上、かつ０．３以下である請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
3. 前記半導体層を形成するときの成長温度を７００℃〜９００℃の範囲内とする請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
4. 前記半導体層を形成する工程において、第１工程と第２工程とを交互に繰り返すことにより前記半導体層を形成し、
   前記第１工程では、原料ガス、窒素ガス、水素ガスの混合ガスを、窒素ガスと水素ガスとの総流量に対する窒素ガスの流量の比を０．８〜１の範囲内にした条件で成長用チャンバ内に供給し、
   前記第２工程では、原料ガス、窒素ガス、水素ガスの混合ガスを、窒素ガスと水素ガスとの総流量に対する窒素ガスの流量の比を０〜０．４５の範囲内にした条件で前記成長用チャンバ内に供給する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
5. 複数の第２工程のうち少なくとも１つの第２工程は、前回実行した第２工程よりも、窒素ガスと水素ガスとの総供給量に対する水素ガスの供給量の比を増加させる請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
6. 前記下地層を形成する工程、及び前記半導体層を形成する工程は、同一の成長用チャンバ内で行われ、前記下地層を形成した後、前記半導体層を形成するまでの間に、ＩＩＩ族原料の供給を停止して、前記成長用基板の温度を上昇させる工程を含む請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
7. 前記下地層は、Ｖ−ＩＩＩ比を３０００〜２５０００の範囲内とした有機金属化学気相成長により形成する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。

Images