特開 2023-100027 窒化物半導体発光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023100027

(43)【公開日】2023-07-18

(54)【発明の名称】窒化物半導体発光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20230710BHJP

   H01L 33/22 20100101ALI20230710BHJP

【ＦＩ】

H01L33/32

H01L33/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022000351

(22)【出願日】2022-01-05

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和３年２月２５日、Ｔｈｅ ８▲ｔｈ▼ Ａｓｉａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣＧＣＴ－８）の予稿集に要約として窒化物半導体発光素子の製造方法に関する研究について公開した。 令和３年３月１日、Ｔｈｅ ８▲ｔｈ▼ Ａｓｉａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣＧＣＴ－８）において、窒化物半導体発光素子の製造方法に関する研究について公開した。 令和３年４月２７日、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓの論文に、窒化物半導体発光素子の製造方法に関する研究について公開した。 令和３年８月２６日、第８２回 応用物理学会秋季学術講演会の予稿集に要約として、窒化物半導体発光素子の製造方法に関する研究について公開した。 令和３年９月１２日、第８２回 応用物理学会秋季学術講演会において、窒化物半導体発光素子の製造方法に関する研究について公開した。 令和３年９月６日、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈの論文に、窒化物半導体発光素子の製造方法に関する研究について公開した。

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「令和３年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業『紫外レーザの作製および評価』委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願」

(71)【出願人】

【識別番号】599002043

【氏名又は名称】学校法人 名城大学

(71)【出願人】

【識別番号】304026696

【氏名又は名称】国立大学法人三重大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩谷 素顕

(72)【発明者】

【氏名】下川 萌葉

(72)【発明者】

【氏名】大森 智也

(72)【発明者】

【氏名】岩山 章

(72)【発明者】

【氏名】竹内 哲也

(72)【発明者】

【氏名】上山 智

(72)【発明者】

【氏名】三宅 秀人

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA21

5F241CA04

5F241CA05

5F241CA65

5F241CA74

5F241CA77

5F241CB03

5F241CB36

(57)【要約】

【課題】縦方向に電流を流す構造の品質が良好な窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体発光素子の製造方法は、第２ＡｌＮ層１１の表面側に、ＡｌＮモル分率が他の領域よりも低い低ＡｌＮモル分率領域ＬC1を有するｎ－ＡｌＧａＮ層１２を成長させる第１工程と、レーザーリフトオフを実行してｎ－ＡｌＧａＮ層１２を第２ＡｌＮ層１１から剥離する第２工程とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下地層の表面側に、ＡｌＮモル分率が他の領域よりも低い低ＡｌＮモル分率領域を有するＡｌＧａＮ層を成長させる第１工程と、
レーザーリフトオフを実行して前記ＡｌＧａＮ層を前記下地層から剥離する第２工程と、
を備える窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項2】

前記第１工程の実行前に、前記下地層の表面に複数の凸部を形成する凸部形成工程を実行する請求項１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項3】

前記下地層は、ＡｌＧａＮ及びＡｌＮのいずれかで形成されている請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項4】

前記低ＡｌＮモル分率領域は、厚み方向に重なり、ＡｌＮモル分率が異なる第１領域及び第２領域を有している請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は窒化物半導体発光素子の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

紫外発光デバイスは、絶縁性を有するサファイア基板、又はＡｌＮ基板を下地層として用い、下地層に成長させたＡｌＧａＮ系窒化物半導体結晶を用いて作製されることが知られている。例えば、特許文献１には、サファイア基板の表面にＡｌＮ核形成を行った後、ＡｌＮ核を埋め込んで貫通転位を低減し、その後、縦方向に高速に結晶成長させることを繰り返すことによって得られた品質の良好なＡｌＮ層を下地として、その上にＡｌＮのモル分率が０．７以上の品質の良好なＡｌＧａＮ層を形成することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－５４７８０号公報

【非特許文献1】Michael K. Kelly Michael K. Kelly et al"Large Free-Standing GaN Substrates by Hydride Vapor Phase Epitaxy and Laser-Induced Liftoff"、Japanese Journal of Applied Physics 1999 Jpn.J.Appl.Phys. 38 L217

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上記のような手法には、以下の２つの問題点がある。１つ目の問題点は、ＡｌＮ層上にＭＯＣＶＤ法等を用いてＡｌＧａＮ結晶を成長させると、ＡｌＮ層とＡｌＧａＮ層との格子定数の違いによって、ＡｌＧａＮ層に圧縮応力がかかり、これによって、ＡｌＧａＮ層に格子緩和が生じてしまうことである。２つ目の問題点は、絶縁性の基板を用いるために、素子のｐ側電極、及びｎ側電極を共にウエハ表面側に形成することになり、これによって、素子の厚み方向に直交する方向（すなわち、素子が拡がる方向（横方向））に電流を流すことになり、発光領域において不均一に電流が流れてしまう。また、素子の電気抵抗が高くなってしまう。

【0005】

１つ目の問題点は、特許文献１に開示された上記手法を用いることによって、ＡｌＮモル分率が０．７以上の高ＡｌＮモル分率のＡｌＧａＮ成長においては、克服することができる。但し、ＡｌＮモル分率が０．７未満のＡｌＧａＮ成長においては格子緩和が生じ、結晶欠陥は３～５×１０⁹／ｃｍ²程度に増大する。２つ目の問題点については、例えば、非特許文献１に開示された手法を用いて克服することができる。具体的には、レーザを用いてサファイア基板から窒化物半導体結晶を剥離（レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）技術）して、剥離した窒化物半導体結晶の表面と裏面とに電極を設け、この結晶に厚み方向（すなわち、縦方向）に電流を流す構成とすることによって２つ目の問題点を克服することができる。

【0006】

ＬＬＯ技術を用いてサファイア基板やＡｌＮ基板からＡｌＧａＮ結晶を剥離する場合、波長が２４８ｎｍのエキシマレーザ、又は波長が２６６ｎｍのＹＡＧレーザのいずれかのレーザを用いることが考えられる。しかし、ＬＬＯにこのような波長のレーザを用いる場合には、これらの波長のレーザを吸収して分解され易い低いＡｌＮモル分率のＡｌＧａＮ層を基板と剥離する結晶との間に設ける必要がある。例えば、特許文献１の手法を用いて、転位の少ない高品質なＡｌＧａＮ結晶を製造したとしても、ＬＬＯ技術を採用するために基板と結晶の間に低いＡｌＮモル分率のＡｌＧａＮ層を設けると、低いＡｌＮモル分率のＡｌＧａＮ層と転位の少ない高品質な高いＡｌＮモル分率のＡｌＧａＮ結晶との格子定数の違いによって格子緩和が生じ、結局、ＡｌＧａＮ結晶の結晶性を低下させてしまうことが懸念される。

【0007】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、縦方向に電流を流す構造の品質が良好な窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、
下地層の表面側に、ＡｌＮモル分率が他の領域よりも低い低ＡｌＮモル分率領域を有するＡｌＧａＮ層を成長させる第１工程と、
レーザーリフトオフを実行して前記ＡｌＧａＮ層を前記下地層から剥離する第２工程と、
を備える。

【0009】

この構成によれば、第２工程において、レーザーリフトオフを実行することによって、第１工程において成長した低ＡｌＮモル分率領域を分解して、下地層からＡｌＧａＮ層を良好に剥離することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１の窒化物半導体発光素子の構造を示す模式図である。

【図2】実施例１の窒化物半導体発光素子において、第２ＡｌＮ層と、ｎ－ＡｌＧａＮ層とを拡大して示す電子顕微鏡画像である。

【図3】実施例１の窒化物半導体発光素子を保持基板に貼り付けて、サファイア基板の裏面からレーザ光を照射する状態を示す模式図である。

【図4】実施例１の窒化物半導体発光素子にレーザ光を照射した後における第２ＡｌＮ層と、ＡｌＧａＮ層とを拡大して示す電子顕微鏡画像である。

【図5】実施例１の窒化物半導体発光素子において、サファイア基板を低ＡｌＮモル分率領域と共に保持基板から剥がした状態を示す模式図である。

【図6】実施例１の窒化物半導体発光素子において、（Ａ）は保持基板側の露出したｎ－ＡｌＧａＮ層の電子顕微鏡画像であり、（Ｂ）はサファイア基板側の露出したｎ－ＡｌＧａＮ層の電子顕微鏡画像である。

【図7】実施例２の窒化物半導体発光素子の構造を示す模式図である。

【図8】実施例２の窒化物半導体発光素子において、凸部を形成した第２ＡｌＮ層の表面の電子顕微鏡画像であり、（Ａ）は、平面視の電子顕微鏡画像であり、（Ｂ）は側面視の顕微鏡画像である。

【図9】実施例２の窒化物半導体発光素子において、第２ＡｌＮ層と、ｕ－ＡｌＧａＮ層とを拡大して示す電子顕微鏡画像である。

【図10】実施例２の窒化物半導体発光素子において、サファイア基板を保持基板から剥がした状態を示す電子顕微鏡画像であって、（Ａ）は保持基板側の側面視の電子顕微鏡画像であり、（Ｂ）はサファイア基板側の側面視の電子顕微鏡画像であり、（Ｃ）は保持基板側の露出したｕ－ＡｌＧａＮ層の露出面の電子顕微鏡画像であり、（Ｄ）はサファイア基板側の露出した第２ＡｌＮ層の露出面の電子顕微鏡画像である。

【図11】実施例２の窒化物半導体発光素子において、サファイア基板を保持基板から剥がした状態を示す模式図である。

【図12】実施例３の窒化物半導体発光素子の構造を示す模式図である。

【図13】実施例３の窒化物半導体発光素子において、第２ＡｌＮ層と、ＡｌＧａＮ層とを拡大して示す電子顕微鏡画像である。

【図14】実施例３の窒化物半導体発光素子において、サファイア基板を保持基板から剥がした後におけるＡｌＧａＮ層の側面視の電子顕微鏡画像である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明における好ましい実施の形態を説明する。

【0012】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、第１工程の実行前に、下地層の表面に複数の凸部を形成する凸部形成工程を実行し得る。この構成によれば、下地層の表面に形成した凸部が、ＡｌＧａＮ層の結晶欠陥を低減させるきっかけになるとともに、下地層からＡｌＧａＮ層を剥離する際のきっかけになり、下地層からＡｌＧａＮ層を、より良好に剥離することができる。

【0013】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、下地層は、ＡｌＧａＮ及びＡｌＮのいずれかで形成され得る。この構成によれば、下地層とＡｌＧａＮ層とを積層して成長させる際に、反応炉へのＡｌの供給を調整することによって層の種類を作り分けることができる。

【0014】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、低ＡｌＮモル分率領域は、厚み方向に重なり、ＡｌＮモル分率が異なる第１領域及び第２領域を有し、第１領域は、第２領域と下地層の表面との間に位置し得る。この構成によれば、レーザーリフトオフを実行した際、低ＡｌＮモル分率領域内に剥離を止め易い。

【0015】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、第１領域は、第２領域と下地層の表面との間に位置し、ＡｌＮモル分率が第２領域よりも高くし得る。この構成によれば、レーザーリフトオフを実行した際、第２領域にレーザ光を吸収させて第２領域を分解させることによって、第１領域と第２領域との間において剥離を生じさせることができる。

【0016】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、第１領域は、第２領域と下地層の表面との間に位置し、ＡｌＮモル分率が第２領域よりも低くし得る。この構成によれば、レーザーリフトオフを実行した際、第１領域にレーザ光を吸収させて第１領域を分解させることによって、第１領域と下地層との間において剥離を生じさせることができる。

【0017】

次に、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法を具体化した実施例１から３について、図面を参照しつつ説明する。

【0018】

＜実施例１＞
実施例１の窒化物半導体発光素子１は、図１に示すように、サファイア基板１０Ａ、第１ＡｌＮ層１０Ｂ、第２ＡｌＮ層１１、ｎ－ＡｌＧａＮ層１２、及び発光層１３を備えている。発光層１３は、第１ガイド層１３Ａ、二重量子井戸活性層１３Ｂ、及び第２ガイド層１３Ｃを備えている。窒化物半導体発光素子１は結晶欠陥のレベルを確認するためのテスト構造であり、発光層１３として機能する二重量子井戸活性層１３Ｂの表面に位置する第２ガイド層１３Ｃまでの結晶成長を行ったものである。実施例１の窒化物半導体発光素子１は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて積層して結晶成長する。

【0019】

サファイア基板１０ＡはＣ面（（０００１）面）が表面（表は図１における上側である、以下同じ）である。第１ＡｌＮ層１０Ｂは、サファイア基板１０Ａの表面に、スパッタ法を用いて積層される。第１ＡｌＮ層１０Ｂは、下地層である。第１ＡｌＮ層１０Ｂは少なくともＡｌＮを含む。第１ＡｌＮ層１０ＢのＡｌＮのモル分率は、１である。第１ＡｌＮ層１０Ｂの厚みは１７５ｎｍである。第１ＡｌＮ層１０Ｂを積層したところで、Ｎ₂（窒素）雰囲気中で１７００℃、３時間アニールを行う。こうして、サファイア基板１０Ａ、及び第１ＡｌＮ層１０Ｂを有するスパッタ法を用いたＡｌＮテンプレート基板１０を作製する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて層構造を形成する。

【0020】

ＭＯＣＶＤ法を実行することができる反応炉（以下、単に、反応炉ともいう）内にＡｌＮテンプレート基板１０を配置し、ＡｌＮテンプレート基板１０の表面（第１ＡｌＮ層１０Ｂの表面）にＮ（窒素）原料であるＮＨ₃（アンモニア）を流しながら（以下、供給は停止しない）、Ｈ₂（水素）雰囲気中で、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１２００℃まで昇温した後、１０分間保持する。

【0021】

次に、第１ＡｌＮ層１０Ｂの表面に第２ＡｌＮ層１１を積層して結晶成長する。第２ＡｌＮ層１１の厚みは１μｍである。第２ＡｌＮ層１１は、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１２００℃にした状態で、Ａｌ（アルミニウム）原料のＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を反応炉内に供給して形成する。第２ＡｌＮ層１１のＡｌＮのモル分率は、１である。第２ＡｌＮ層１１は、少なくともＡｌＮを含む。第２ＡｌＮ層１１は、下地層である。

【0022】

次に、第２ＡｌＮ層１１（下地層）の表面に、ＡｌＮモル分率が他の領域よりも低い低ＡｌＮモル分率領域ＬC1を有するｎ－ＡｌＧａＮ層１２を成長させる第１工程を実行する。具体的には、第２ＡｌＮ層１１の表面にｎ－ＡｌＧａＮ層１２を積層して結晶成長する。ｎ－ＡｌＧａＮ層１２の厚みは５μｍである。先ず、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１１３０℃まで降温し、所定の温度に達したら、ＡｌＮのモル分率が０．６になるようにＮ₂、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ、及びドナーとなるＳｉ原料であるＳｉＨ₄（シラン）を反応炉内に供給する。この時、Ｖ／ＩＩＩ比は８００～１２００として、成長レートを０．８～１．２μｍ／ｈとし、低く抑える。ｎ－ＡｌＧａＮ層１２におけるＳｉの添加濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3になるように原料の供給流量を調整する。ｎ－ＡｌＧａＮ層１２のＡｌＮのモル分率は、第１ＡｌＮ層１０Ｂ、及び第２ＡｌＮ層１１より小さい。第１工程の開始から終了までにわたって、反応炉内への各原料の供給量、反応炉内の温度や圧力は、一定である。

【0023】

次に、ｎ－ＡｌＧａＮ層１２の表面に発光層１３を積層して結晶成長する。先ず第１ガイド層１３Ａを積層して結晶成長する。第１ガイド層１３Ａの厚みは１８０ｎｍである。
先ず、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、及びＳｉＨ₄の反応炉内への供給を停止し、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１１００℃まで降温する。所定の温度に達したら、ＡｌＮのモル分率が０．５になるようにＴＭＧａ、及びＴＭＡｌを反応炉内に供給する。

【0024】

次に、第１ガイド層１３Ａの表面に二重量子井戸活性層１３Ｂを積層して結晶成長する。二重量子井戸活性層１３ＢはＡｌＮのモル分率が０．３のＡｌＧａＮ井戸層、及びＡｌＮのモル分率が０．５のＡｌＧａＮ障壁層を有している（図示せず。）。ＡｌＧａＮ井戸層の厚みは４ｎｍである。ＡｌＧａＮ障壁層の厚みは８ｎｍである。二重量子井戸活性層１３Ｂは、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１１００℃にした状態でＡｌＧａＮ井戸層を積層して結晶成長させ、続いて、第１ガイド層１３Ａと同じ成長条件でＡｌＧａＮ障壁層を積層して結晶成長させる。これを２回繰り返すことで、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの二重量子井戸活性層１３Ｂを形成する。

【0025】

次に、ＡｌＮのモル分率が０．５になるようにＴＭＧａ、及びＴＭＡｌを反応炉内に供給して、第２ガイド層１３Ｃを積層して結晶成長する。こうして、発光層１３を形成する。第２ガイド層１３Ｃの厚みは１８０ｎｍである。

【0026】

そして、ＴＭＧａ、及びＴＭＡｌの反応炉内への供給を停止して、結晶成長を終了させ、Ｈ₂とＮＨ₃を反応炉内に流しながら室温までＡｌＮテンプレート基板１０の温度を降温する。ＡｌＮテンプレート基板１０の温度が室温になった後、反応炉のパージを十分行い、ＡｌＮテンプレート基板１０を反応炉から取り出す。こうして、図１に示す層構造を有する窒化物半導体発光素子１が完成する。
上記により製作されたｎ－ＡｌＧａＮ層１２の欠陥の数は、５．８×１０⁸／ｃｍ²であった。

【0027】

図２に示すように、反応炉から取り出した窒化物半導体発光素子１は、第２ＡｌＮ層１１の表面に微小な三角形状の領域Ｔｒが複数形成されていることがわかった。そして、ｎ－ＡｌＧａＮ層１２には、領域Ｔｒの頂点付近に連なるように、領域ＴｒのＡｌＮモル分率よりも低いＡｌＮモル分率の低ＡｌＮモル分率領域ＬC1（図２における白色点線部分）が形成されていることがわかった。つまり、ｎ－ＡｌＧａＮ層１２は、ＡｌＮモル分率が自身の内部に他の領域より低い低ＡｌＮモル分率領域ＬC1を有している。ｎ－ＡｌＧａＮ層１２は、第１工程において、反応炉内への各原料の供給量、反応炉内の温度や圧力が一定である中で、第１工程の初期段階に低ＡｌＮモル分率領域ＬC1が形成されている。

【0028】

次に、窒化物半導体発光素子１の裏面（すなわち、サファイア基板１０Ａの裏面）に鏡面研磨を施した後、エポキシ樹脂を用いて、窒化物半導体発光素子１の表面（すなわち、第２ガイド層１３Ｃの表面）にＡｌＮで形成された保持基板１４を貼り付ける（図３参照）。図３は、図１に対して窒化物半導体発光素子１の向きが上下方向に反転している。

【0029】

そして、レーザーリフトオフを実行してｎ－ＡｌＧａＮ層１２を低ＡｌＮモル分率領域ＬC1に沿って第２ＡｌＮ層１１（下地層）から剥離する第２工程を実行する。具体的には、窒化物半導体発光素子１の裏面側（すなわち、サファイア基板１０Ａの裏面側）から、波長２５７ｎｍ、エネルギー密度０．５３Ｊ／ｃｍ²のレーザ光Ｌを裏面全体に満遍なく照射する。

【0030】

レーザ光Ｌを照射した後の窒化物半導体発光素子１を電子顕微鏡を用いて観察すると、図４に示すように、低ＡｌＮモル分率領域ＬC1に沿うように亀裂Ｃが生じていることがわかった。この状態においてサファイア基板１０Ａに対し、保持基板１４から引き剥がす方向に外力を加える。すると、図５に示すように、サファイア基板１０Ａは、第１ＡｌＮ層１０Ｂ、第２ＡｌＮ層１１、及びｎ－ＡｌＧａＮ層１２の一部と共に保持基板１４から剥がれた。こうして、２つに分離した窒化物半導体発光素子１は、保持基板１４側においてｎ－ＡｌＧａＮ層１２の裏面側が露出し、サファイア基板１０Ａ側においてもｎ－ＡｌＧａＮ層１２が露出した状態になる。

【0031】

図６（Ａ）に示すように、露出したｎ－ＡｌＧａＮ層１２の裏面側には、六角錐状をなした形状Ｈpが複数観察された。そして、図６（Ｂ）に示すように、サファイア基板１０Ａ側において露出したｎ－ＡｌＧａＮ層１２には、形状Ｈpに対応する窪みＤが複数観察された。

【0032】

次に、上記実施例における作用効果を説明する。

【0033】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、第２ＡｌＮ層１１（下地層）の表面側に、ＡｌＮモル分率が他の領域よりも低い低ＡｌＮモル分率領域ＬC1を有するｎ－ＡｌＧａＮ層１２を成長させる第１工程と、レーザーリフトオフを実行してｎ－ＡｌＧａＮ層１２を第２ＡｌＮ層１１から剥離する第２工程と、を備える。この構成によれば、第２工程において、レーザーリフトオフを実行することによって、第１工程において成長した低ＡｌＮモル分率領域ＬC1を分解して、第２ＡｌＮ層１１からｎ－ＡｌＧａＮ層１２を良好に剥離することができる。

【0034】

窒化物半導体発光素子の製造方法において、第２ＡｌＮ層１１は、ＡｌＮで形成されている。この構成によれば、第２ＡｌＮ層１１とｎ－ＡｌＧａＮ層１２とを積層して成長させる際に、反応炉へのＡｌの供給を調整することによって層の種類を作り分けることができる。

【0035】

＜実施例２＞
実施例２の窒化物半導体発光素子２は、図７に示すように、第２ＡｌＮ層１１の表面側に複数の凸部１１Ａが設けられる点、第２ＡｌＮ層１１に積層して成長する層の構成が実施例１の窒化物半導体発光素子１と相違する。実施例１と同一の構成は、符号を付して詳細な説明は省略する。実施例１と同一の手順は、詳細な説明は省略する。実施例２の窒化物半導体発光素子２において、サファイア基板１０Ａに第１ＡｌＮ層１０Ｂ、第２ＡｌＮ層１１を積層して成長させる手順は、実施例１の窒化物半導体発光素子１を作製する手順と同一であり詳細な説明を省略する。

【0036】

[凸部形成工程について]
第１工程の実行前に、第２ＡｌＮ層１１（下地層）の表面に複数の凸部１１Ａを形成する凸部形成工程を実行する。具体的には、第２ＡｌＮ層１１の表面にスパッタ装置を用いてＳｉＯ₂層を４２０ｎｍ積層させる。そして、ＳｉＯ₂層の表面にレジストを塗布してレジスト膜を形成した後に、ナノインプリント装置を用いて、ピッチ１０００ｎｍ、直径３００ｎｍの微細なパターンをレジスト膜に形成する。この微細なパターンよりも外側の部分は、ＳｉＯ₂層の表面が露出する。そして、ＩＣＰ装置を用いて、露出したＳｉＯ₂層をＣＦ４ガスにてドライエッチングし、続いて、バッファードフッ酸を用いて、ＳｉＯ₂層の残渣を除去する。そして、Ｃｌ₂ガスを用いて、第２ＡｌＮ層１１の表面側を５００ｎｍの深さエッチングし、マスクとして利用したＳｉＯ₂層及びレジスト膜をバッファードフッ酸を用いて除去する。こうして、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２ＡｌＮ層１１の表面側にピッチおよそ１０００ｎｍ、直径およそ２７０ｎｍ、高さおよそ５００ｎｍの凸部１１Ａを複数形成する。こうして、凸部形成工程を実行する。

【0037】

次に、第１工程を実行する。凸部１１Ａを形成した第２ＡｌＮ層１１の表面にｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａを積層して結晶成長させる。凸部１１Ａを形成したＡｌＮテンプレート基板１０を再び反応炉に配置する。そして、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１２００℃まで昇温し、所定の温度に達したら、ＡｌＮのモル分率が０．６になるようにＨ₂、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＮＨ₃を反応炉内に供給する。反応炉内の圧力は、７ｋＰａである。ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａの厚みは、３μｍである。ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａの厚みを３μｍにすることによって、凸部１１Ａが形成された第２ＡｌＮ層１１の表面を埋め込んで平坦化させることができる。ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａには、ＳｉやＭｇ等の不純物を添加していないが、ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａに変えて、Ｓｉなどをドーピングしたｎ－ＡｌＧａＮ層としても良い。ここで、ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａの厚みは、凸部１１Ａの基端からｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａの表面までの寸法である。

【0038】

次に、ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａの表面に、ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂを積層して結晶成長させる。具体的には、Ｈ₂、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＮＨ₃の反応炉内への供給を継続しつつ、ＳｉＨ₄を反応炉内に供給する。ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２ＢにおけるＳｉの添加濃度は６×１０¹⁸ｃｍ^-3になるように原料の供給流量を調整する。ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂの厚みは２μｍである。ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２ＢのＡｌＮのモル分率は、０．６である。こうして、第１工程を実行する。第１工程において、ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａの成長の開始から終了までにわたって、反応炉内への各原料の供給量、反応炉内の温度や圧力は、一定である。

【0039】

次に、ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂの表面に発光層１１３を積層して結晶成長させる。具体的には、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１０５０℃まで降温し、反応炉内の圧力を３０ｋＰａにする。そして、ＴＭＧａからＴＥＧａ（トリエチルガリウム）に切り替える。そして、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度が所定の温度に達したら、１５０ｎｍの厚みの第１ガイド層、４ｎｍの厚みの井戸層及び８ｎｍの厚みの障壁層が２組積層された二重量子井戸活性層、及び１５０ｎｍの厚みの第２ガイド層の順に積層して結晶成長させる。

【0040】

次に、発光層１１３の表面に電子障壁層１５を積層して結晶成長させる。具体的には、ＴＥＧａからＴＭＧａに切り替える。電子障壁層１５の厚みは２０ｎｍである。そして、電子障壁層１５の表面に、ｐ-ＡｌＧａＮ層１６と、ｐ-ＧａＮ層１７と、を積層して結晶成長させる。ｐ-ＡｌＧａＮ層１６は、層の厚み方向に、ＡｌＮモル分率が傾斜して形成されている。こうして、図７に示す層構造を有する窒化物半導体発光素子２が完成する。上記により製作されたｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａ、ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂ等における欠陥の数は、１．０×１０⁹／ｃｍ²であった。

【0041】

図９に示すように、窒化物半導体発光素子２は、第２ＡｌＮ層１１の隣合う凸部１１Ａの間に、三角形状の第１領域ＬC2が形成されていることがわかった。そして、第１領域ＬC2の上方には、第１領域ＬC2の上側の二辺に連なり上向きに拡がるように、第２領域ＬC3が形成されていることがわかった。第２領域ＬC3は、凸部１１Ａよりも上方まで延びて形成されている。第２領域ＬC3は、凸部１１Ａの先端を覆うように凸部１１Ａの上方に回り込んでいる。第１領域ＬC2、第２領域ＬC3のＡｌＮモル分率は、ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａの上部やｎ－ＡｌＧａＮ層１１２ＢのＡｌＮモル分率よりも小さいことがわかった。第２領域ＬC3におけるＡｌＮモル分率は、第１領域ＬC2のＡｌＮモル分率よりも小さいことがわかった。つまり、第１領域ＬC2及び第２領域ＬC3は、低ＡｌＮモル分率領域である。換言すると、低ＡｌＮモル分率領域は、厚み方向に重なり、ＡｌＮモル分率が異なる第１領域ＬC2及び第２領域ＬC3を有している。また、第１領域ＬC2は、第２領域ＬC3と第２ＡｌＮ層１１（下地層）の表面との間に位置し、ＡｌＮモル分率が第２領域ＬC3よりも高い。実施例２において、低ＡｌＮモル分率領域は、隣合う凸部１１Ａの間に配置されている。ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａは、第１工程において、反応炉内への各原料の供給量、反応炉内の温度や圧力が一定である中で、第１工程の初期段階に低ＡｌＮモル分率領域が形成されている。

【0042】

次に、窒化物半導体発光素子２の裏面（すなわち、サファイア基板１０Ａの裏面）に鏡面研磨を施した後、エポキシ樹脂を用いて、窒化物半導体発光素子２の表面（すなわち、ｐ-ＧａＮ層１７の表面）にＡｌＮで形成された保持基板１４を貼り付ける（図１１参照）。そして、窒化物半導体発光素子２の裏面側（すなわち、サファイア基板１０Ａの裏面側）から、波長２５７ｎｍ、エネルギー密度０．５３Ｊ／ｃｍ²のレーザ光を裏面全体に満遍なく照射する。

【0043】

その後、サファイア基板１０Ａに対して保持基板１４から引き剥がす方向に外力を加えると、サファイア基板１０Ａは、保持基板１４から剥がれた（図１１参照）。剥離して露出したサファイア基板１０Ａ、及び保持基板１４の面を電子顕微鏡を用いて観察すると、図１０（Ａ）から（Ｄ）に示すように、凸部１１Ａがｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａと共に保持基板１４側に付いている（すなわち、凸部１１Ａが第２ＡｌＮ層１１から剥がれている）ことがわかった（図１１参照）。また、隣合う凸部１１Ａの間においては、第１領域ＬC2と、第２領域ＬC3と、の界面において剥離していることが分かった。つまり、第１領域ＬC2は第２ＡｌＮ層１１に付いて、第２領域ＬC3は保持基板１４側のｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａに付いていることがわかった（図１０（Ａ）、（Ｂ）参照）。

【0044】

波長２５７ｎｍのレーザ光は、第１領域ＬC2を透過して、第２領域ＬC3に吸収され、その結果、外力を付与することなく第１領域ＬC2と、第２領域ＬC3と、の界面に剥離が生じると考えられる。そして、第１領域ＬC2と、第２領域ＬC3と、の界面において生じた剥離が第２ＡｌＮ層１１から凸部１１Ａが剥がれるきっかけとなり、これにより、ｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａは、欠損することなくサファイア基板１０Ａから剥離することができたと考えられる。

【0045】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、第１工程の実行前に、第２ＡｌＮ層１１（下地層）の表面に複数の凸部１１Ａを形成する凸部形成工程を実行する。この構成によれば、第２ＡｌＮ層１１の表面に形成した凸部１１Ａが、第２ＡｌＮ層１１からｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａを剥離する際のきっかけになり、第２ＡｌＮ層１１からｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａを、より良好に剥離することができる。

【0046】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、低ＡｌＮモル分率領域は、厚み方向に重なり、ＡｌＮモル分率が異なる第１領域ＬC2及び第２領域ＬC3を有している。この構成によれば、レーザーリフトオフを実行した際、第１領域ＬC2と第２領域ＬC3との界面で剥離が生じるので、低ＡｌＮモル分率領域内に剥離を止め易い。

【0047】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、第１領域ＬC2は、第２領域ＬC3と第２ＡｌＮ層１１の表面との間に位置し、ＡｌＮモル分率が第２領域ＬC3よりも高い。この構成によれば、レーザーリフトオフを実行した際、第２領域ＬC3にレーザ光を吸収させて第２領域ＬC3を分解させることによって、それがきっかけとなり、第１領域ＬC2と第２領域ＬC3との間において剥離を生じさせ、第２ＡｌＮ層１１からｕ－ＡｌＧａＮ層１１２Ａを良好に剥離することができる。

【0048】

＜実施例３＞
実施例３の窒化物半導体発光素子３は、図１２に示すように、第２ＡｌＮ層１１の表面側に形成された複数の凸部２１１Ａの高さ、及びｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａの厚みが実施例２の窒化物半導体発光素子２と相違する。実施例２と同一の構成は、符号を付して詳細な説明は省略する。実施例２と同一の手順は、詳細な説明を省略する。

【0049】

第２ＡｌＮ層１１の表面側には、ピッチ１０００ｎｍ、直径２７０ｎｍ、高さ１０００ｎｍの凸部２１１Ａが複数形成されている。ｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａの厚みは、４μｍである。ｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａの厚みを４μｍにすることによって、凸部２１１Ａが形成された第２ＡｌＮ層１１の表面を埋め込んで平坦化させることができる。ｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａは、Ｓｉなどをドーピングしたｎ－ＡｌＧａＮ層としても良い。ここで、ｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａの厚みは、凸部２１１Ａの基端からｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａの表面までの寸法である。
上記により製作されたｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａ、ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂ等における欠陥の数は、３．４×１０⁸／ｃｍ²であった。なお、図１２において、サファイア基板１０Ａの裏面が上端に位置し、ｐ-ＧａＮ層１７の表面が下端に位置している。

【0050】

図１３に示すように、窒化物半導体発光素子３の凸部２１１Ａの基端部の周囲には、空間Ｖo（ボイド）が形成されている。空間Ｖoに臨む凸部２１１Ａの外周面には、この外周面を覆うように第１領域ＬC4が形成されていることがわかった。さらに、空間Ｖoの上方であって、隣合う凸部１１Ａの間には、上下方向に長く第２領域ＬC5が形成されていることがわかった。つまり、第１領域ＬC4は、第２領域ＬC5と第２ＡｌＮ層１１の表面との間に位置している。第２領域ＬC5は、凸部２１１Ａよりも上方まで延びて形成されている。第２領域ＬC5は、凸部２１１Ａの先端を覆うように凸部２１１Ａの上方に回り込んでいる。第１領域ＬC4、第２領域ＬC5におけるＡｌＮモル分率は、ｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａの上部のＡｌＮモル分率よりも小さいことがわかった。つまり、第１領域ＬC4、第２領域ＬC5は、低ＡｌＮモル分率領域である。また、第１領域ＬC4のＡｌＮモル分率は、第２領域ＬC5のＡｌＮモル分率よりも低いことがわかった。

【0051】

次に、窒化物半導体発光素子３の裏面（すなわち、サファイア基板１０Ａの裏面）に鏡面研磨を施した後、エポキシ樹脂を用いて、窒化物半導体発光素子３の表面（すなわち、ｐ-ＧａＮ層１７の表面）にＡｌＮで形成された保持基板１４を貼り付ける。そして、窒化物半導体発光素子３の裏面側から、波長２５７ｎｍ、エネルギー密度０．５３Ｊ／ｃｍ²のレーザ光を裏面全体に満遍なく照射する。その後、サファイア基板１０Ａに対して保持基板１４から引き剥がす方向に外力を加えると、サファイア基板１０Ａは、第１ＡｌＮ層１０Ｂ、第２ＡｌＮ層１１、と共に保持基板１４から剥がれた。図１４に示すように、凸部２１１Ａは、ｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａと共に保持基板１４側に付いている（すなわち、凸部２１１Ａは第２ＡｌＮ層１１から剥がれている）ことがわかった。また、隣合う凸部２１１Ａの間では、第１領域ＬC4内において剥離が発生しており、これにより、第１領域ＬC4の一部もｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａと共に保持基板１４側に付いている。つまり、レーザーリフトオフによって、第１領域ＬC4と第２ＡｌＮ層１１との間において剥離が生じている。

【0052】

波長２５７ｎｍのレーザ光は、第１領域ＬC4に吸収され、その結果、第１領域ＬC4内において剥離が生じると考えられる。そして、第１領域ＬC4内において生じた剥離が第２ＡｌＮ層１１から凸部２１１Ａが剥がれるきっかけとなり、これにより、ｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａは、欠損することなくサファイア基板１０Ａから剥離することができたと考えられる。

【0053】

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、第１領域ＬC4は、第２領域ＬC5と第２ＡｌＮ層１１の表面との間に位置し、ＡｌＮモル分率が第２領域ＬC5よりも低い。この構成によれば、レーザーリフトオフを実行した際、第１領域ＬC4にレーザ光を吸収させて第１領域ＬC4を分解させることによって、それがきっかけとなり、第１領域ＬC4と第２ＡｌＮ層１１（下地層）との間において剥離を生じさせ、第２ＡｌＮ層１１から凸部２１１Ａが剥がれ、ｕ－ＡｌＧａＮ層２１２Ａを良好に剥離することができる。

【0054】

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例１から実施例３に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１では、ｎ型不純物としてＳｉを添加してｎ－ＡｌＧａＮ層としているが、これに限らず、ｎ型不純物である、Ｇｅ、Ｔｅ等であっても良い。また、ｐ型不純物としてＭｇ、Ｚｎ，Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａ等を添加して、ｐ－ＡｌＧａＮ層としてもよい。また、初期にｕ－ＡｌＧａＮ層を成長し、その後にｎ－ＡｌＧａＮ層を用いる構造でも良い。
（２）実施例１、２、３ではサファイア基板を使用しているが、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）で使用するレーザ光が透過するＡｌＮ基板等の他の基板にＡｌＮ層を積層して結晶成長しても良い。
（３）実施例１、２、３では、下地層として第１ＡｌＮ層、第２ＡｌＮ層を用いているが、下地層にＡｌＧａＮを用いてもよい。つまり、下地層は、ＡｌＧａＮ及びＡｌＮのいずれかで形成されていればよい。
（４）実施例１、２、３では、下地層にスパッタで作製したＡｌＮ層を含めているが、スパッタに変えて、ＭＯ―ＶＰＥ成長のＡｌＮ層のみでも良い。

【0055】

１，２，３…窒化物半導体発光素子
１０Ｂ…第１ＡｌＮ層（下地層）
１１…第２ＡｌＮ層（下地層）
１１Ａ，２１１Ａ…凸部
１２…ｎ－ＡｌＧａＮ層（低ＡｌＮモル分率領域を有するＡｌＧａＮ層）
１１２Ａ，２１２Ａ…ｕ－ＡｌＧａＮ層（低ＡｌＮモル分率領域を有するＡｌＧａＮ層）
ＬC1…低ＡｌＮモル分率領域
ＬC2，ＬC4…第１領域（低ＡｌＮモル分率領域）
ＬC3，ＬC5…第２領域（低ＡｌＮモル分率領域）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】