JP6072541B2 - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体素子の製造方法、特にレーザリフトオフ技術を用いた窒化物半導体素子の製造方法に関する。

ＧａＮ（ガリウム・窒素）等の窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、紫外光ないし青色光を発光することができ、さらに蛍光体を利用することにより白色光を発光することができる。このような半導体発光素子は、たとえば照明などに用いられる。

窒化物半導体を成長させるための基板として、一般的にサファイア基板が用いられる。しかし、サファイア基板は、熱伝導率が比較的低く放熱性が劣るため、照明などに利用されるような大電流が投入される発光デバイスの支持基板には相応しくない。

近年、サファイア基板に窒化物半導体を成長させた後、当該窒化物半導体を放熱性に有利なシリコン基板などに接着して、サファイア基板をレーザリフトオフ技術により除去する方法が開発されている。レーザリフトオフとは、サファイア基板側から窒化物半導体にレーザ光を照射し、サファイア基板と接する窒化物半導体の一部を熱分解して、サファイア基板と窒化物半導体とを分離する技術である。

サファイア基板上に成長した窒化物半導体のサイズが大きい、たとえば１０ｍｍ□以上である場合、窒化物半導体全面に一様にレーザ光を照射して、サファイア基板から窒化物半導体を分離することは困難である。このような場合、サファイア基板上に成長した窒化物半導体を、レーザ光が一度に照射できるサイズに分割した後、その分割された窒化物半導体各々にレーザ光を照射していき、個々の窒化物半導体をサファイア基板から順次分離していく方法がある（たとえば特許文献１，２）。また、窒化物半導体を分割せず、窒化物半導体の一部の領域を照射するレーザ光を走査して、窒化物半導体全面にレーザ光を照射していき、窒化物半導体全体をサファイア基板から一挙に分離する方法がある（たとえば特許文献３）。

特表２００７−５３４１６４号公報 特開２００７−１３４４１５号公報 特許４９４８６２９号公報

従来のレーザリフトオフ技術では、レーザ光照射による光半導体積層の熱分解により、成長基板と光半導体積層とを分離する。

本発明の１つの目的は、レーザリフトオフ技術を利用した窒化物半導体素子の製造方法であって、従来の分離メカニズムとは異なる分離メカニズムに基づいて、成長基板と光半導体積層とを分離する窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、比較的大きいサイズを有する窒化物半導体素子の製造方法であって、従来よりも信頼性が高い窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。

本発明の１つの観点によれば、ａ）窒化物半導体を含み発光性を有する光半導体積層を成長した成長基板と、支持基板とが、該光半導体積層を挟んで対向するサンドウィッチ構造体を準備する工程と、ｂ）前記光半導体積層に、前記成長基板側から、１パルス照射では前記光半導体積層が分解せず、２パルス照射で前記光半導体積層が分解する条件を有するパルスレーザ光を照射し、前記光半導体積層全面に２パルス未満で照射される領域が残らないように前記パルスレーザ光を走査し、前記成長基板に接する前記光半導体積層の界面部全面を分解して、前記成長基板と前記光半導体積層とを分離する工程と、を含む窒化物半導体素子の製造方法、が提供される。

従来の分離メカニズムとは異なる分離メカニズムに基づくレーザリフトオフ技術を利用し、従来よりも信頼性が高い窒化物半導体素子を得ることができる。

図１Ａおよび図１Ｂは、実施例によるウエハを示す斜視図、および、ウエハを複数に分割した１つのチップを示す平面図である。 図２Ａ〜図２Ｅは、実施例によるウエハないしチップを製造する様子を示す断面図である。 図３Ａは、実施例による支持体を示す平面図であり、図３Ｂ〜図３Ｄは、実施例による支持体を製造する様子を示す断面図である。 図４Ａは、実施例による半導体発光素子を示す平面図であり、図４Ｂおよび図４Ｃは、実施例による半導体発光素子を製造する様子を示す断面図である。 図５は、本発明者が行った実験の結果を示すテーブルである。 図６Ａ〜図６Ｆは、レーザリフトオフ工程におけるパルスレーザ光の照射方法を示す平面図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、光半導体積層の成長基板との界面を示す顕微鏡写真である。 図８Ａ〜図８Ｃは、レーザリフトオフ工程におけるパルスレーザ光の照射方法の他の例を示す平面図である。 図９Ａ〜図９Ｃは、レーザリフトオフ工程におけるパルスレーザ光の照射方法の他の例を示す平面図である。

以下、本発明の実施例による窒化物半導体素子、具体的には窒化物半導体を含む半導体発光素子の製造方法について説明する。

図１Ａおよび図１Ｂは、製造したウエハ１００を示す概略斜視図、および、ウエハ１００を複数に分割した１つのチップ１０１を示す平面図である。

ウエハ１００は、図１Ａに示すように、オリエンテーションフラット１ａを有する成長基板１上に、発光構造体１０１ａを形成した構成を有する。発光構造体１０１ａは、発光性を有する光半導体積層２、および、その光半導体積層２に電流を注入するための電極７を含む構成である。ウエハ１００のサイズは、直径約５０ｍｍ程度である。

ウエハ１００を複数に分割した１つのチップ１０１は、図１Ｂに示すように、成長基板１上に、少なくともｎ型半導体層，活性層，ｐ型半導体層が積層する光半導体積層２が成長し、さらにその上に、電極４，５を形成した構成を有する。光半導体積層２表面には、複数の土手部２ａおよび溝部２ｂが形成されており、土手部２ａ各々の上に電極４が、１つの溝部２ｂ上に電極５が形成されている（図中では溝部２ｂが点線により示されている）。チップ１０１のサイズは、約１０ｍｍ□程度である。

以下、図２Ａ〜図２Ｅを参照して、ウエハ１００ないしチップ１０１を製造する工程を説明する。なお、図２Ａ〜図２Ｅは、ウエハ１００ないしチップ１０１を製造する様子を示す断面図である。また、図中に示す各構成要素の相対的なサイズは、実際のものと異なっている。

まず、図２Ａに示すように、成長基板であるウエハ状のＣ面サファイア基板１を準備し、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて窒化物系半導体からなる光半導体積層２を形成する。具体的には、例えば、厚さ４３０μｍのサファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置に投入後、サーマルクリーニングを行い、ＧａＮバッファ層２０を成長した後に、Ｓｉ等をドープしたｎ型ＧａＮ層２１，ＩｎＧａＮ井戸層およびＧａＮ障壁層を含む多重量子井戸発光層（活性層）２２，Ｍｇ等をドープしたｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３およびｐ型ＧａＮ層２４を順次成長させる。

実施例では、ＧａＮバッファ層２０を、トリメチルガリウム・ガス流量：１０．４μｍｏｌ／ｍｉｎ，アンモニア・ガス流量：３．３Ｌ／ｍｉｎ，基板温度：５００℃，成長時間：３ｍｉｎ，の条件で作製した。その後、基板温度を１０００℃まで昇温し、その温度を３０秒間保持して、ＧａＮバッファ層２０を結晶化させた。

また、膜厚５μｍ程度のｎ型ＧａＮ層２１を、トリメチルガリウム・ガス流量：４５μｍｏｌ／ｍｉｎ，アンモニア・ガス流量：４．４Ｌ／ｍｉｎ，シラン・ガス流量：２．７×１０^−９ｍｏｌ／ｍｉｎ，基板温度：１０００℃，成長時間：１００ｍｉｎ，の条件で作製した。

また、膜厚２．２ｎｍ程度のＩｎＧａＮ井戸層を、トリメチルガリウム・ガス流量：３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ，トリメチルインジウム・ガス流量：１０μｍｏｌ／ｍｉｎ，アンモニア・ガス流量：４．４Ｌ／ｍｉｎ，基板温度：７００℃，成長時間：３３ｓｅｃ，の条件で、膜厚１５ｎｍ程度のＧａＮ障壁層を、トリメチルガリウム・ガス流量：３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ，アンモニア・ガス流量：４．４Ｌ／ｍｉｎ，基板温度：７００℃，成長時間：３２０ｓｅｃ，の条件で、作製した。そして、これらを５周期繰り返して活性層２２を作製した。

また、膜厚４０ｎｍ程度のｐ型ＡｌＧａＮ層２３を、トリメチルガリウム・ガス流量：８．１μｍｏｌ／ｍｉｎ，トリメチルアルミニウム・ガス流量：７．５μｍｏｌ／ｍｉｎ，アンモニア・ガス流量：４．４Ｌ／ｍｉｎ，ＣＰ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニエルマグネシウム）・ガス流量：２．９×１０^−７ｍｏｌ／ｍｉｎ，基板温度：８７０℃，成長時間：５ｍｉｎ，の条件で作製し、膜厚１５０ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層２４を、トリメチルガリウム・ガス流量：１８μｍｏｌ／ｍｉｎ，アンモニア・ガス流量：４．４Ｌ／ｍｉｎ，ＣＰ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニエルマグネシウム）・ガス流量：２．９×１０^−７ｍｏｌ／ｍｉｎ，基板温度：８７０℃，成長時間：７ｍｉｎ，の条件で作製した。

なお、サファイア基板１は、ＧａＮのエピタキシャル成長が可能な格子定数を有する単結晶基板であり、後工程においてレーザリフトオフによる基板剥離を可能にするよう、ＧａＮの吸収端波長である３６２ｎｍの光に対して透明なものから選択される。サファイア以外に、スピネル、ＺｎＯ等を用いても良い。

次に、図２Ｂに示すように、レジストマスク及び塩素ガスを用いたドライエッチング法などにより、光半導体積層２にｎ型ＧａＮ層２１まで到達する複数の溝部２ｂを形成する。溝部２ｂはサファイア基板１に向かって徐々に幅が狭くなる形状を有している。なお、光半導体積層２において、エッチングされない領域は土手部２ａを構成する。

次に、図２Ｃに示すように、フォトリソグラフィ法などにより、たとえばＳｉＯ_２からなる絶縁層３を、光半導体積層２における土手部２ａの側面および溝部２ｂの底面一部を覆うように形成する。土手部２ｂ上面および溝部２ａの底面一部には、それぞれｎ型ＧａＮ層２１およびｐ型ＧａＮ層２４が露出している。

次に、図２Ｄに示すように、光半導体積層２および絶縁層３上に、電子ビーム蒸着法などにより、たとえばＰｔ（膜厚１ｎｍ）／Ａｇ（たとえば膜厚１５０ｎｍ）／Ｔｉ（膜厚１００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚２００ｎｍ）を順次堆積し、リフトオフ法等によりパターニングして、光半導体積層２における土手部２ａの上面（絶縁膜３から露出するｐ型ＧａＮ層２３表面）に、ｐ側電極４を形成する。

次に、図２Ｅに示すように、光半導体積層２および絶縁層３上に、電子ビーム蒸着法などにより、たとえばＴｉ（膜厚２５ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚１００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚１０００ｎｍ）を順次堆積し、リフトオフ法等によりパターニングして、光半導体積層２における溝部２ｂの底面一部（絶縁膜３から露出するｎ型ＧａＮ層２０表面）に、ｎ側電極５を形成する。

以上により、ウエハ１００（図１Ａ参照）が完成する。その後、ダイシングにより、ウエハ１００を複数に分割し、チップ１０１（図１Ｂ参照）を形成する。

図３Ａは、図１Ｂに示すチップ１０１と接着する支持体１０２を示す平面図である。支持体１０２は、表面に絶縁膜９が形成された支持基板１０上に、第１および第２の接続電極７ａ，７ｂが形成され、さらにその上に、厚み方向にのみ導電性を有する異方性導電性接着剤８が塗布された構成を有する。

以下、図３Ｂ〜図３Ｄを参照して、支持体１０２を製造する工程を説明する。なお、図３Ｂ〜図３Ｄは、支持体１０２を製造する様子を示す断面図である。

まず、図３Ｂに示すように、支持基板であるシリコン基板１０を用意し、熱酸化処理を行って、表面に絶縁膜（熱酸化ＳｉＯ_２膜）９を形成する。支持基板１０は熱膨張係数がサファイア（７．５×１０^−６／Ｋ）やＧａＮ（５．６×１０^−６／Ｋ）に近く、熱伝導率が高い材料が好ましい。例えば、Ｓｉ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷ等を用いることができる。絶縁膜９の膜厚は、絶縁性を確保する目的を達成できる厚さであればよい。

次に、図３Ｃに示すように、絶縁膜９上に、電子ビーム蒸着法などにより、たとえばＴｉ（膜厚２５ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚１００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚１０００ｎｍ）を順次堆積し、リフトオフ法等によりパターニングして、第１および第２の接続電極７ａ，７ｂを形成する。第１および第２の接続電極７ａ，７ｂは、チップ１０１（図１Ｂ参照）と貼り合わせた際に、それぞれｐ側電極４およびｎ側電極５に対応する位置に形成される。

次に、図３Ｄに示すように、絶縁膜９ならびに第１および第２の接続電極７ａ，７ｂ上に、厚み方向にのみ導電性を有する異方性導電性接着剤８を塗布し、約６０℃で熱処理を行う。なお、接着剤８は、チップ１０１（図１Ｂ参照）と貼り合せる際に、チップ１０１と重なる領域に塗布されていればよい。

以上により、支持体１０２が完成する。

図４Ａは、図１Ｂに示すチップ１０１と図３Ａに示す支持体１０２とを接着した後、チップ１０１のサファイア基板１を除去して形成した半導体発光素子１０３を示す平面図である。第１および第２の接続電極７ａ，７ｂから電力を供給することにより、光半導体積層２から光が放出される。

以下、図４Ｂおよび図４Ｃを参照して、半導体発光素子１０３を製造する工程を説明する。なお、図４Ｂ〜図４Ｃは、半導体発光素子１０３を製造する様子を示す断面図である。

まず、図４Ｂに示すように、事前に準備したチップ１０１と支持体１０２とを、異方性導電性接着剤９を介して、ｐ側電極４と第１の接続電極７ａとが対向し、かつ、ｎ側電極５と第２の接続電極７ｂとが対向するように、貼り合わせる。そして、圧力８００Ｎ／ｍ^２で加圧した状態で３００℃に加熱する。なお、異方性導電性接着剤９は、チップ１０１と支持体１０２との間に間隙が形成されないように変形する。これにより、サファイア基板１と支持基板１０とが、光半導体積層２を挟んで対向するサンドウィッチ構造体が完成する。

その後、波長２４８ｎｍのＵＶエキシマレーザＬｅをサファイア基板１側から照射し、ＧａＮ層（光半導体積層２，特にＧａＮバッファ層２０）を分解することで、レーザリフトオフによるサファイア基板１の剥離を行う。なお、エキシマレーザＬｅの照射条件および照射方法の詳細については後述する。

次に、図４Ｃに示すように、レーザリフトオフにより発生したＧａを塩酸などで除去する。これにより、ｎ型ＧａＮ層２１が露出する。表面処理には窒化物半導体をエッチングできるものであればよく、リン酸、硫酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどの酸やアルカリなどの薬剤も用いることができる。また、表面処理は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や、研磨などで行ってもよい。

以上により、半導体発光素子１０３が完成する。

本発明者は、図４Ｂに示すレーザリフトオフ工程において、特定の条件を有するレーザ光Ｌｅを光半導体積層２に照射することにより、光半導体積層２に特異な現象が生じることを見出した。

図５は、本発明者が行った実験結果を示すテーブルである。本発明者は、レーザリフトオフ工程において、１パルスにおける光照射時間が約２．５ｎｓｅｃであるパルスレーザ光（エキシマレーザ，波長２４８ｎｍ・エネルギ約５ｅＶ）の照射エネルギ密度を、図５に示すように、８００ｍＪ／ｃｍ^２〜８３０ｍＪ／ｃｍ^２に変化させて、サファイア基板１側から光半導体積層２（特にＧａＮバッファ層２０）に照射する実験を行った。

その結果、パルスレーザ光の照射エネルギ密度が８３０ｍＪ／ｃｍ^２以上である場合には、１パルス照射しただけで光半導体積層２が成長基板１から完全に分離することがわかった。

また、パルスレーザ光の照射エネルギ密度が８２５ｍＪ／ｃｍ^２である場合には、１パルス照射しただけでは光半導体積層２が成長基板１から完全に分離せず、同じ領域に再度１パルス照射する、つまり計２パルス照射することにより光半導体積層２が成長基板１から完全に分離することがわかった。

また、パルスレーザ光の照射エネルギ密度が８１５ｍＪ／ｃｍ^２である場合には、１パルス照射しただけでは光半導体積層２が成長基板１から全く分離せず、同じ領域に再度１パルス照射する、つまり計２パルス照射することにより光半導体積層２が成長基板１から完全に分離することがわかった。さらに、このとき、光半導体積層２と成長基板１との完全な分離は、１回目のパルス照射から２回目のパルス照射までの時間に依存しないことがわかった。

また、パルスレーザ光の照射エネルギ密度が８００ｍＪ／ｃｍ^２以下ある場合には、２回ないしそれ以上パルス照射しても光半導体積層２が成長基板１から完全に分離しないことがわかった。

一般的なレーザリフトオフ工程では、光半導体積層（特にＧａＮバッファ層）の光吸収による発熱を利用して、光半導体積層を成長基板から分離する。つまり、レーザ光照射により、光半導体積層の成長基板との界面部を加熱・熱分解し、光半導体積層を成長基板から分離する。

この分離メカニズムによれば、パルスレーザ光の照射エネルギ密度が、光半導体積層の熱分解に要するエネルギ密度に達していなければ、何回パルス照射しても光半導体積層が分解することはない。逆に、パルスレーザ光の照射エネルギ密度が、光半導体積層の熱分解に要するエネルギ密度に達していれば、１パルス照射しただけで光半導体積層は分解する。また、１パルスにおける照射時間が極めて短いような場合には、光吸収により昇温した光半導体積層が完全に降温する前に、繰り返しパルス照射することにより、光半導体積層はいずれ熱分解に要する温度に達し、分解する。

この発熱による分解メカニズムに基づけば、たとえば、照射エネルギ密度が８１５ｍＪ／ｃｍ^２であるパルスレーザ光を光半導体積層に照射した場合、１パルス照射しても光半導体積層が分解していないため、同じ領域に何回パルス照射しても光半導体積層は分解しないと推察される。しかしながら、実験結果によれば、同じ領域に２パルス照射すると光半導体積層が完全に分解することがわかった。しかも、この分解は、１回目のパルス照射から２回目のパルス照射までの時間に依存せず、１回目のパルス照射により昇温した光半導体積層が完全に降温しても、２回目のパルス照射を行うことにより、光半導体積層が分解することがわかった。このような分解メカニズムは、これまでの発熱による分解メカニズムでは説明できず、光半導体積層と成長基板とは、これまでの分離メカニズムとは異なる分離メカニズムに基づいて分離するものと考えられる。

実験結果から、このような１パルス照射しただけでは光半導体積層を分解せず、２パルス照射すると光半導体積層を分解するパルスレーザ光の照射エネルギ密度は、８００ｍＪ／ｃｍ^２〜８２５ｍＪ／ｃｍ^２程度であると考えられる。また、パルスレーザ光の波長は、光半導体積層が光吸収する波長であればよいと考えられる。

次に、このような特異な現象を利用した、レーザリフトオフ工程におけるパルスレーザ光の照射方法について説明する。

図６Ａ〜図６Ｆは、図４Ｂに示すレーザリフトオフ工程において、光半導体積層２の成長基板１との界面（つまりＧａＮバッファ層２０）に、パルスレーザ光を照射する様子を示す平面図である。図６Ａ〜図６Ｃは、パルスレーザ光を走査して、ＧａＮバッファ層２０全面を順次照射していく１回目の走査工程を示し、図６Ｄ〜図６Ｆは、パルスレーザ光を走査して、再度、ＧａＮバッファ層２０全面を順次照射していく２回目の走査工程を示す。正方形状のＧａＮバッファ層２０（ないし光半導体積層２）の１つの辺に沿う方向をｘ軸とし、ＧａＮバッファ層２０（ないし光半導体積層２）平面においてｘ軸に直交する方向をｙ軸とするｘｙ直交座標系を定義する。

なお、図中では、ＧａＮバッファ層２０において、パルスレーザ光により１パルス照射された領域をピッチが相対的に広い斜線模様で示し、パルスレーザ光により２パルス以上照射された領域をピッチが相対的に狭い斜線模様で示している。また、パルスレーザ光が直近に照射した領域を実線で示し、それよりも以前に照射した領域を点線で示している。

ＧａＮバッファ層２０を照射するパルスレーザ光は、波長が２４８ｎｍ、照射エネルギ密度が８１５ｍＪ／ｃｍ^２、１パルスあたりの光照射時間が０．２秒の条件である。パルスレーザ光が１パルスでＧａＮバッファ層２０を照射する単位照射領域のサイズを、２５０μｍ□に設定する。

まず、図６Ａに示すように、ＧａＮバッファ層２０の角部近傍にパルスレーザ光を１パルス照射する。このときパルスレーザ光が１パルス照射する領域を単位照射領域Ａ１１と呼ぶこととする。単位照射領域Ａ１１は、たとえば約２５０μｍ四方である。その後、ｘ軸正方向に沿って、単位照射領域Ａ１１から１５０μｍピッチずらした位置に、パルスレーザ光を１パルス照射する。このときパルスレーザ光が１パルス照射する領域を単位照射領域Ａ１２と呼ぶこととする。

単位照射領域Ａ１１および単位照射領域Ａ１２は、相互に部分的に重なり合う領域を有している。この領域は２パルス照射されたことになり、この領域のＧａＮ層は分解され、成長基板１と分離する。単位照射領域Ａ１１と単位照射領域Ａ１２とが重なる領域の幅は、１００μｍであるが、実際にＧａＮ層が分解された領域の幅は、１００μｍ以下であった。これは、単位照射領域のエッジ部分の照射エネルギ密度が、設定した照射エネルギ密度よりも低くなっているためだと考えられる。なお、２パルス照射された領域以外の領域のＧａＮ層は、成長基板１と接合した状態である。

このように、パルスレーザ光が照射する単位照射領域が、ＧａＮバッファ層２０の一端側から他端側まで配列するように、ｘ軸正方向にパルスレーザ光照射を繰り返す。この際、パルスレーザ光は、隣接する単位照射領域が重なり合うように照射される。

次に、図６Ｂに示すように、単位照射領域Ａ１１から、ｙ軸正方向に沿って１５０μｍピッチずらした位置に、パルスレーザ光を１パルス照射する。このときパルスレーザ光が１パルス照射する領域を単位照射領域Ａ２１と呼ぶこととする。その後、ｘ軸正方向に沿って、単位照射領域Ａ２１から１５０μｍピッチずらした位置に、パルスレーザ光を１パルス照射する。このときパルスレーザ光が１パルス照射する領域を単位照射領域Ａ２２と呼ぶこととする。

単位照射領域Ａ１１，Ａ１２および単位照射領域Ａ２１，２２は、相互に部分的に重なり合う領域を有している。この領域は少なくとも２パルス以上照射されることになり、この領域のＧａＮ層は分解され、成長基板１と分離する。なお、２パルス以上照射された領域以外の領域のＧａＮ層は、成長基板１と接合した状態である。

このように、パルスレーザ光が照射する単位照射領域が、ＧａＮバッファ層２０全面において、行列状に配置されるように、パルスレーザ光照射を繰り返す。つまり、相互に隣接する単位照射領域が部分的に重なるように、パルスレーザ光をラスター走査する。すると、図６Ｃに示すように、ＧａＮバッファ層２０全面において、パルスレーザ光が２パルス以上照射される多重照射領域Ａｍが網状（ないし格子状）に形成されることになる。多重照射領域Ａｍは、成長基板１および光半導体積層２の側端面にまで連続して形成される。そして、網状の多重照射領域Ａｍ以外の領域は、パルスレーザ光が１パルス照射される単発照射領域Ａｓとなる。単発照射領域Ａｓは、多重照射領域Ａｍに囲まれる形状となる。

次に、パルスレーザ光が１パルスでＧａＮバッファ層２０を照射する単位照射領域のサイズを、１５０μｍ□に設定する。そして、図６Ｄ〜図６Ｆに示すように、パルスレーザ光を、ＧａＮバッファ層２０の角部近傍に位置する単発照射領域Ａｓから順次照射していき、ＧａＮバッファ層２０全面を照射する。つまり、ＧａＮバッファ層２０全面において、２パルス未満で照射される領域が残らないように、パルスレーザ光を走査する。これにより、ＧａＮバッファ層２０全面が２パルス以上で照射されることになり、光半導体積層２と成長基板１とが全面的に分離する。

ＧａＮ層（光半導体積層２，特にＧａＮバッファ層２０）が分解すると、窒素ガスが発生する。たとえば、図６Ａにおいて、単位照射領域Ａ１１，Ａ１２に、ＧａＮバッファ層を熱分解するのに十分なエネルギ密度を有するパルスレーザ光（つまり照射エネルギ密度が８３０ｍＪ／ｃｍ^２以上のパルスレーザ光）を照射する場合を想定する。このとき、単位照射領域Ａ１１，Ａ１２が全面的に分解されるため、ＧａＮ層と成長基板１との界面に、相対的に大量の窒素ガスが発生する。そして、相対的に大量に発生する窒素ガスの圧力により、特にパルスレーザ光が照射された領域と照射されていない領域との境界部分のＧａＮ層（特に光半導体積層２）に、過剰なストレスが加わる可能性がある。これにより、ＧａＮ層（特に光半導体積層２）に、クラックが発生する可能性がある。

単位照射領域Ａ１１，Ａ１２に、実施例で示したように、ＧａＮ層を１パルス照射しただけでは分解せず、２パルス以上照射すると分解する条件を有するパルスレーザ光を照射する場合、単位照射領域Ａ１１と単位照射領域Ａ１２とが重なり合う領域のみが分解される。このため、ＧａＮ層と成長基板１との界面には、相対的に少量の窒素ガスしか発生しない。したがって、窒素ガスによりＧａＮ層（特に光半導体積層２）に加えられるストレスは、限定されると考えられる。

また、図６Ｄ〜図６Ｆに示すように、比較的大きい面積を有する単発照射領域Ａｓを分解する場合、発生する窒素ガスは、ＧａＮ層が分解されている多重照射領域Ａｍを通って、側端面から外部へ放出される。このため、窒素ガスによりＧａＮ層（特に光半導体積層２）に加えられるストレスは、抑制されると考えられる。

以上より、実施例で示したパルスレーザ光の照射方法は、ＧａＮ層を熱分解するのに十分なエネルギ密度を有するパルスレーザ光を順次照射していく方法よりも、ＧａＮ層（特に光半導体積層２）に加えられるストレスを抑制することができ、製造される半導体発光素子の信頼性を向上させることができると考えられる。

図７Ａおよび図７Ｂは、図６Ｃおよび図６Ｆに示す状態のＧａＮバッファ層の成長基板との界面を示す顕微鏡写真である。図７Ａにおいて、灰色で示される網状（ないし格子状）の領域が多重照射領域であり、ＧａＮバッファ層と成長基板とが分離している領域である。また、多重照射領域の網目部分を占める黒色で示されている領域が、単発照射領域であり、ＧａＮバッファ層と成長基板とが接合している領域である。図７Ｂにおいては、全面が灰色に示されている、つまりＧａＮバッファ層と成長基板とが全面的に分離している。

図７Ａから、パルスレーザ光の１回目の走査（図６Ａ〜図６Ｃに示す工程）により、ＧａＮバッファ層に網状の多重照射領域（分解領域）とその網目部分を占める単発照射領域（接合領域）とが形成されていることがわかる。また、図７Ｂから、パルスレーザ光の２回目の走査（図６Ｄ〜図６Ｆに示す工程）により、ＧａＮバッファ層と成長基板とが全面的に分離していることがわかる。

２パルス照射するとＧａＮ系結晶を分解するパルスレーザ光の照射エネルギ密度の範囲は、実施例においては、概ね８００ｍＪ／ｃｍ^２〜８２５ｍＪ／ｃｍ^２の範囲である。しかしながら、成長基板の厚み、光半導体積層の成長条件等により、その照射エネルギ密度の範囲が変化することが本発明者の検討によりわかっている。実施例で示した半導体発光素子の製造条件以外の条件で半導体発光素子を製造した場合には、光半導体積層（ないしＧａＮバッファ層）に照射エネルギ密度を変化させながらパルスレーザ光を照射し、顕微鏡等により光半導体積層（ないしＧａＮバッファ層）の分解状態を確認すれば、その製造条件における好適な照射エネルギ密度の範囲を決定することができるであろう。

図８Ａ〜図８Ｃは、実施例で示したパルスレーザ光の照射方法の他の例を示す平面図である。図８Ａ〜図８Ｃは、特に、２回目の走査に係るパルスレーザ光の照射方法を示す。

この例では、ＧａＮバッファ層２０に網状の多重照射領域Ａｍと、その網目部分を占める単発照射領域Ａｓとを形成した（図８Ａ）後に、図８Ｂに示すように、ＧａＮバッファ層２０の周縁より内側に位置する単発照射領域Ａｓを照射していく。これにより、光半導体積層２の内側部分は成長基板１と分離するが、その周縁部分は成長基板１と接合した状態となる。そして、その後、図８Ｃに示すように、ＧａＮバッファ層２０の周縁に位置する単発照射領域Ａｓを照射していき、光半導体積層２と成長基板１とを全面的に分離する。

図６Ｄ〜図６Ｆに示す工程のように、パルスレーザ光をＧａＮ層の角部近傍に位置する単発照射領域Ａｓから照射していくと、ＧａＮ層の成長基板１と分離した部分が浮いた状態となり、ＧａＮ層の分解に係る窒素ガスの流れ方によっては、その浮いた部分が反る・撓むなどして、ＧａＮ層（特に光半導体積層２）にストレスが加わる可能性がある。図８Ａ〜図８Ｃに示す工程のように、ＧａＮ層の内側部分に位置する単発照射領域Ａｓから先にパルスレーザ光を照射していけば、反り・撓みによるＧａＮ層（特に光半導体積層２）へのストレスは低減されると考えられる。

図９Ａ〜図９Ｃは、実施例で示したパルスレーザ光の照射方法の他の例を示す平面図である。図９Ａ〜図９Ｃは、特に、１回目の走査に係るパルスレーザ光の照射方法を示す。

まず、図９Ａに示すように、ＧａＮバッファ層２０の第１の角部近傍にパルスレーザ光を１パルス照射する（単位照射領域Ａ１１）。その後、ｘ軸正方向に沿って、単位照射領域Ａ１１から１５０μｍピッチずらした位置に、パルスレーザ光を１パルス照射する。このように、パルスレーザ光が照射する単位照射領域が、ＧａＮバッファ層２０の一端側から他端側まで配列するように、ｘ軸正方向にパルスレーザ光照射を繰り返す。

次に、図９Ｂに示すように、単位照射領域Ａ１１から、ｙ軸正方向に沿って１５０μｍピッチ、ｘ軸負方向に沿って７５μｍピッチずらした位置に、パルスレーザ光を１パルス照射する（単位照射領域Ａ２１）。その後、ｘ軸正方向に沿って、単位照射領域Ａ２１から１５０μｍピッチずらした位置に、パルスレーザ光を１パルス照射する。このように、パルスレーザ光が照射する単位照射領域が、ＧａＮバッファ層２０の一端側から他端側まで配列するように、ｘ軸正方向にパルスレーザ光照射を繰り返す。

そして、図９Ｃに示すように、単位照射領域Ａ２１から、ｙ軸正方向に沿って１５０μｍピッチ、ｘ軸正方向に沿って７５μｍピッチずらした位置に、パルスレーザ光を１パルス照射し（単位照射領域Ａ３１）、パルスレーザ光が照射する単位照射領域が、ＧａＮバッファ層２０界面の一端側から他端側まで配列するように、ｘ軸正方向にパルスレーザ光照射を繰り返す。このようなパルスレーザ光によるラスター走査により、ＧａＮバッファ層２０全面において、パルスレーザ光が２パルス以上照射される多重照射領域Ａｍが網状に形成されることになる。

図６Ａ〜図６Ｃに示す工程において、たとえば、単位照射領域Ａ１１，Ａ１２および単位照射領域Ａ２１、Ａ２２が重なる領域では、パルスレーザ光が４重に照射されることになる。パルスレーザ光をＧａＮ層の同じ領域に４パルスないしそれ以上照射すると、分離したＧａＮ層と成長基板１とが再び接着してしまう可能性があることが本発明者により確認されている。したがって、ＧａＮ層に照射されるパルス回数はより少ない方が好ましい。

図９Ａ〜図９Ｃに示す工程のように、行列状に配列する単位照射領域の奇数行成分と、偶数行成分とをｘ軸方向にずらすことにより、４パルス照射される領域がなくなり、多くても３パルス照射される領域しか残らなくなる。このようなパルスレーザ光の照射方法を用いることにより、ＧａＮ層に照射されるパルス回数を少なくすることができる。

なお、光半導体積層２を構成するＧａＮ系結晶は、六方晶構造を有する。そして、Ｃ面サファイア基板１に平行なＣ面を有している。六方晶構造のＭ面はへき開しやすいため、パルスレーザ光をエッジライン方向（ｘ軸方向およびｙ軸方向）、ないし、行列状に配列する単位照射領域の行方向および列方向は、光半導体積層２（ＧａＮ系結晶）のＭ面に沿う方向から、たとえば１０°〜１５°程度ずれていることが好ましい。

以上、実施例および変形例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、実施例では窒化物半導体を含む半導体発光素子の製造方法について説明したが、窒化物半導体を含む他の電子デバイスにも適用可能である。その他にも、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

１…成長基板、２…光半導体積層（ＧａＮ系発光部）、３…絶縁層、４…ｐ側電極、５…ｎ側電極、７…接続電極、８…異方性導電性接着剤、９…絶縁層、１０…支持基板、１００…ウエハ、１０１…チップ、１０２…支持体、１０３…半導体発光素子。

Claims (5)

1. ａ）窒化物半導体を含み発光性を有する光半導体積層を成長した成長基板と、支持基板とが、該光半導体積層を挟んで対向するサンドウィッチ構造体を準備する工程と、
   ｂ）前記光半導体積層に、前記成長基板側から、１パルス照射では前記光半導体積層が分解せず、２パルス照射で前記光半導体積層が分解する条件を有するパルスレーザ光を照射し、前記光半導体積層全面に２パルス未満で照射される領域が残らないように前記パルスレーザ光を走査し、前記成長基板に接する前記光半導体積層の界面部全面を分解して、前記成長基板と前記光半導体積層とを分離する工程と、
   を含む窒化物半導体素子の製造方法。
2. 前記工程ｂ）は、
   ｂ１）前記パルスレーザ光が前記光半導体積層の界面部を１パルスで照射する領域を単位照射領域としたとき、相互に隣接する前記単位照射領域が部分的に重なるように、前記パルスレーザ光をラスター走査して、前記光半導体積層の界面部全面に、２パルス以上照射され、網状もしくは格子状の全体的平面形状を有する多重照射領域と、１パルス照射され、前記多重照射領域を除く領域に画定される単発照射領域と、を形成する工程と、
   ｂ２）前記単発照射領域に、前記パルスレーザ光を照射する工程と、
   を含む請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法。
3. 前記サブ工程ｂ２）において、前記光半導体積層の界面部の周縁より内側に位置する単発照射領域に、前記パルスレーザ光を照射した後に、前記光半導体積層の界面部の周縁に位置する単発照射領域に、前記パルスレーザ光を照射する請求項２記載の窒化物半導体素子の製造方法。
4. 前記光半導体積層は、前記成長基板表面と平行する平面にＣ面を有する六方晶構造を有し、
   前記サブ工程ｂ１）において、前記パルスレーザ光のエッジライン方向は、前記光半導体積層のＭ面に沿う方向からずれている請求項２または３記載の窒化物半導体素子の製造方法。
5. 前記光半導体積層は、ＧａＮ系結晶を含み、
   前記パルスレーザ光は、前記光半導体積層が光吸収する波長であり、照射エネルギ密度が８００ｍＪ／ｃｍ^２ より大きく８２５ｍＪ／ｃｍ^２ 以下の範囲内である請求項１〜４いずれか１項記載の窒化物半導体素子の製造方法。