專利名稱：氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，GaN、InN、AlN等氮化物類半導(dǎo)體元件，作為藍(lán)色和綠色的發(fā)光二極管、藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器等的發(fā)光元件、能夠高溫動作的高速晶體管等的電子設(shè)備材料，被廣泛應(yīng)用。
另外，以提高取出光的效率、放熱性和靜電耐壓性為目的，提出在成長基板上形成半導(dǎo)體元件層后，在具有高放熱性的金屬基板等上換貼成長基板方法。
例如，作為該方法之一，可以列舉在形成于藍(lán)寶石基板上的氮化物半導(dǎo)體層上，從藍(lán)寶石基板的里側(cè)照射紫外線區(qū)域的激光，使藍(lán)寶石基板和氮化物半導(dǎo)體層的界面附近分解、分離藍(lán)寶石基板和氮化物半導(dǎo)體層的方法(例如，日本專利特開2000-101139號公報)。
另外，作為該方法之一，可以列舉在由GaN構(gòu)成的成長基板上，形成具有比成長基板低的帶隙能(band gap energy)的剝離層，在剝離層上形成氮化物半導(dǎo)體層后，向剝離層上照射比剝離層帶隙能高、并且比成長基板帶隙能低的激光，分離成長基板和氮化物半導(dǎo)體層的方法(例如，日本專利特開2005-93988號公報)。
這里，在成長基板上形成剝離層的方法中，為了在剝離層上形成氮化物半導(dǎo)體層，剝離層的材料必須和氮化物半導(dǎo)體層的材料相同。此時，為了減少由向氮化物半導(dǎo)體層的變形產(chǎn)生的裂縫和穿透轉(zhuǎn)移等缺陷的發(fā)生，必須使剝離層的組成為近似于氮化物半導(dǎo)體層的混合結(jié)晶組成，而且，使剝離層非常薄膜化。即，由于剝離層的組成近似于氮化物半導(dǎo)體層，所以，使剝離層的帶隙能接近氮化物半導(dǎo)體層和成長基板的帶隙能。另外，由于使剝離層薄膜化，所以，剝離層的光吸收能力變?nèi)?。因此，使用于分離成長基板和氮化物半導(dǎo)體層而照射在剝離層上的激光的光子能，接近成長基板和氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，同時，激光也變得容易透射剝離層。
這樣，激光的光子能變得和氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能同等程度，如果激光透射剝離層的量增大，對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體層的組成和結(jié)晶缺陷量，有時激光被氮化物半導(dǎo)體層(例如，在發(fā)光元件中形成的活性層)吸收。即，由于激光的吸收，在氮化物半導(dǎo)體層上造成損傷，存在氮化物半導(dǎo)體元件的特性(光學(xué)特性和電特性)產(chǎn)生劣化的可能性。
另外，一般地可以用作設(shè)置在氮化物半導(dǎo)體元件中的p側(cè)歐姆電極的材料的金屬(鈀、鎳、鉑等)，在接近可見光的波長區(qū)域中所含的短波長一側(cè)的光吸收具有大的傾向。因此，照射在剝離層上的激光的光子能與成長基板或氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能是同等程度，照射在剝離層上的激光的波長比較短時，用p側(cè)歐姆電極等的電極容易吸收激光。即，由于激光的吸收，電極容易產(chǎn)生熱，存在產(chǎn)生氮化物半導(dǎo)體元件的電特性產(chǎn)生劣化的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特征之一，其要點是一種氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法，包含在基板上形成含有In的剝離層的工序，在上述剝離層上形成氮化物類半導(dǎo)體層的工序，由于上述剝離層的溫度上升、產(chǎn)生上述剝離層分解的工序，在上述剝離層上照射激光的工序，和使上述氮化物類半導(dǎo)體層從上述基板分離的工序。
根據(jù)這種特征，由于含有In的剝離層的溫度上升，產(chǎn)生認(rèn)為是相分離的剝離層的分解，所以，在產(chǎn)生分解前和產(chǎn)生分解后，剝離層的吸收光譜發(fā)生變化。另外，可以認(rèn)為剝離層的吸收光譜由于金屬Ga、金屬In和InN的偏析和缺陷的發(fā)生(即分解)而產(chǎn)生變化。
由此，產(chǎn)生分解的剝離層的吸收系數(shù)大于氮化物半導(dǎo)體層和基板的吸收系數(shù)。產(chǎn)生分解的剝離層的吸收端，也比氮化物半導(dǎo)體層和基板的吸收端更加長波長化。即，即使在剝離層的組成與氮化物半導(dǎo)體層以及基板的組成接近、使剝離層薄膜化的情況下，也可以實現(xiàn)剝離層的吸收系數(shù)的增大和吸收端的長波長化。
因此，即使使照射在剝離層上的激光的光子能充分小于氮化物半導(dǎo)體和基板的帶隙能，激光也被剝離層吸收，所以，可以通過激光抑制氮化物半導(dǎo)體元件的特性劣化、同時使氮化物半導(dǎo)體和基板容易地分離。
另外，即使激光隔著基板照射在剝離層上，也能夠抑制以基板中的缺陷和雜質(zhì)為起因的基板分解以及裂縫的產(chǎn)生。并且，即使激光到達(dá)電極，也能夠抑制激光對電極產(chǎn)生的影響。
在本發(fā)明的一個特征中，優(yōu)選上述剝離層由含有組成比為18％以上In的InGaN構(gòu)成。
根據(jù)這樣的特征，因為剝離層含有組成比為18％以上的In，所以，可以容易地產(chǎn)生剝離層的分解。
在本發(fā)明的一個特征中，優(yōu)選上述激光的光子能低于上述基板的帶隙能低。
根據(jù)這樣的特征，即使隔著基板在剝離層上照射激光，因為基板難以吸收激光，所以，能夠抑制激光對基板造成的影響。
在本發(fā)明的一個特征中，優(yōu)選上述激光的光子能低于上述氮化物類半導(dǎo)體層的帶隙能低。
根據(jù)這樣的特征，即使照射在剝離層上的激光透射剝離層、到達(dá)氮化物半導(dǎo)體層，因為氮化物半導(dǎo)體層難以吸收激光，所以，能夠抑制激光對氮化物半導(dǎo)體層造成的影響。
在本發(fā)明的一個特征中，優(yōu)選上述激光的光子能大于產(chǎn)生分解的上述剝離層的帶隙能。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件制造方法的流程圖。
圖2表示本發(fā)明的第一實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖3表示本發(fā)明的第一實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖4表示本發(fā)明的第一實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖5表示本發(fā)明的第一實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖6表示本發(fā)明的第一實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖7表示本發(fā)明的第一實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖8表示本發(fā)明的第二實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖9表示本發(fā)明的第二實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖10表示本發(fā)明的第二實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖11表示本發(fā)明的第二實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖12表示本發(fā)明的第二實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖13表示本發(fā)明的第二實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法。
圖14是表示照射在剝離層上的激光的波長和吸收率關(guān)系的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。另外，在以下的附圖中，對相同或類似部分附注相同或類似的符號。但是，附圖是示意圖，應(yīng)當(dāng)注意各尺寸的比例等和現(xiàn)實物體是有差別的。
因此，具體的尺寸等應(yīng)當(dāng)參照以下的說明來判斷。另外，當(dāng)然在附圖相互之間也包含相互的尺寸關(guān)系和比例不同的部分。
(第一實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法)下面，參照圖1～7，對本發(fā)明的第一實施方式的發(fā)光二極管的制造方法進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明的第一實施方式的發(fā)光二極管的制造方法的流程圖。圖2～圖7是第一實施方式的發(fā)光二極管的制造過程中的截面圖。
如圖1所示，在步驟S10中，進(jìn)行剝離層形成處理。這里，在如圖2所示，在由GaN基板構(gòu)成的成長基板50上，使用MOCVD(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積)法，形成由含有In的氮化物類半導(dǎo)體構(gòu)成的剝離層10。
具體而言，在將成長基板50保持在約700℃～1000℃(例如770℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3、TMGa(三甲基鎵)和TMIn(三甲基銦)組成的原料氣體，在成長基板50上形成具有約20nm厚度、由不摻雜的單晶Ga0.7In0.3N組成的剝離層10。
這里，優(yōu)選剝離層10由含有組成比為18％以上In的InGaN構(gòu)成。并且，更優(yōu)選剝離層10由含有組成比為30％以下In的InGaN構(gòu)成。
在步驟S11中，進(jìn)行氮化物類半導(dǎo)體層形成和分解處理。這里，如圖3所示，使用MOCVD法，在剝離層10上形成氮化物類半導(dǎo)體層100，進(jìn)行剝離層10的分解處理。
這里，氮化物類半導(dǎo)體層100，從剝離層10一側(cè)開始，由基底層11、n型接觸層(contact layer)12、n型包覆層(clad layer)13、活性層14、p型間隙(キャツプ)層15、p型包覆層16、p型接觸層17形成。
參照圖3(a)、圖3(b)，進(jìn)一步說明氮化物類半導(dǎo)體形成處理和分解處理。另外，在圖3(a)中，在成長基板50的剝離層10上形成基底層11時，進(jìn)行分解處理。另一方面，在圖3(b)中，在形成氮化物類半導(dǎo)體層100之后進(jìn)行，進(jìn)行分解處理。
首先，如圖3(a)所示，氮化物類半導(dǎo)體形成處理，在將成長基板50保持在約1000℃～約1200℃(例如1150℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3和TMGa組成的原料氣體，在剝離層10上形成具有約1.0μm厚度、由不摻雜的單晶GaN構(gòu)成的基底層11。在圖3(a)中，在成長基板50的剝離層10上形成基底層11時，產(chǎn)生可以認(rèn)為是相分離的剝離層10的分解，剝離層10黑色化。另外，剝離層10的分解是包含發(fā)生金屬Ga、金屬In和InN的偏析或缺陷(或由于缺陷引起的準(zhǔn)位)的概念，可以認(rèn)為是吸收系數(shù)增大和吸收端長波長化的主要原因。
下面，如圖3(b)所示，說明在形成氮化物類半導(dǎo)體層100之后，進(jìn)行剝離層10的分解處理的情況。
首先，在形成成長基板50的基底層11后，在將成長基板50保持在約1000℃～約1200℃(例如1150℃)的成長溫度保持的狀態(tài)下，使用由NH3、TMGa(三甲基鎵)和TMA1(三甲基鋁)組成的原料氣體，以及SiH4組成的摻雜氣體，在n型接觸層12上，形成具有約0.15μm厚度、由摻雜Si的單晶Al0.1 Ga0.9N組成的n型包覆層13。
然后，在將成長基板50保持在約700℃～約1000℃(例如850℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3、TMG和TMIn組成的原料氣體，在n型包覆層13上交替地形成具有約5nm厚度、由不摻雜的單晶Ga0.9In0.1N組成的井層，和具有約10nm厚度、由不摻雜的單晶GaN組成的阻擋層。由此，可以形成包含3個井層的MQW(Multiple-QuantumWell多量子阱)結(jié)構(gòu)的活性層14。
接著，加入由NH、TMGa和TMAI組成的原料氣體，以及由CP2Mg組成的摻雜氣體，在活性層14上，形成具有約10nm厚度、由摻雜Mg的單晶Al0.1 Ga0.9N構(gòu)成的p型間隙層。
然后，在將成長基板50保持在約1000℃～約1200℃(例如1150℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3、TMGa和TMAI組成的原料氣體，以及由CP2Mg組成的摻雜氣體，在p型間隙層上，形成具有約0.1μm厚度、由摻雜Mg的單晶A10.1 Ga0.9N組成的p型包覆層16。
接著，在將成長基板50保持在約700℃～約1000℃(例如850℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3、TMGa和TMIn組成的原料氣體，以及由CP2Mg組成的摻雜氣體，在p型包覆層16上，形成具有約5nm厚度、由摻雜Mg的單晶Ga0.95 In0.05N組成的p型接觸層17。
最后，通過進(jìn)行熱處理和電子射線處理，使p型間隙層、p型包覆層16、p型接觸層17p型化。
這樣，氮化物類半導(dǎo)體層100由基底層11、n型接觸層12、n型包覆層13、活性層14、p型間隙層15、p型包覆層16、p型接觸層17形成。
接著，通過高溫保持成長基板50，產(chǎn)生可以認(rèn)為是相分離的剝離層10的分解，剝離層10黑色化。另外，如上所述，剝離層10的分解是包含發(fā)生金屬Ga、金屬In和InN偏析以及缺陷(或由于缺陷引起的準(zhǔn)位)的概念，可以認(rèn)為是吸收系數(shù)增大和吸收端的長波長化的主要原因。
具體而言，在產(chǎn)生分解的剝離層10中，可以認(rèn)為發(fā)生氮化銦(InN)、金屬In和金屬Ga的偏析。例如，因為氮化銦(InN)的帶隙能約為0.7eV，比金屬In、金屬Ga的帶隙能低，所以，能夠降低剝離層10的帶隙能。即，能夠不調(diào)整剝離層10中所含的In等的組成比而降低剝離層10的帶隙能。另外，在產(chǎn)生了分解的剝離層10中，考慮到在帶隙內(nèi)形成由于缺陷引起的準(zhǔn)位，由于相同準(zhǔn)位的光子的吸收成為可能，所以，使吸收系數(shù)增大，同時能夠使吸收端長波長化。如果在至少在剝離層10的表面上形成基底層11之后，因為不對氮化物類半導(dǎo)體層100的形成來影響，可以隨時進(jìn)行剝離層10的分解處理。但是，在剝離層10產(chǎn)生分解的溫度下、存在氮化物類半導(dǎo)體層100的特性發(fā)生變化的可能性時，如圖3(a)所示，優(yōu)選在剝離層10上形成基底層11時，進(jìn)行剝離層10的分解處理。通過變更剝離層10中In的含量、剝離層10的膜厚、疊層結(jié)構(gòu)等，可以控制引起剝離層10中的InN偏析的溫度。
例如，在圖3(a)中，在成長基板50的剝離層10上形成基底層11時，通過剝離層10中的氮化銦(InN)、金屬In、金屬Ga發(fā)生偏析以及缺陷而進(jìn)行分解處理。
另外，如圖3(b)所示，剝離層10的分解處理也可以在形成氮化物類半導(dǎo)體層100之后進(jìn)行。另外，分解處理也可以在剝離層10上形成氮化物類半導(dǎo)體層100期間進(jìn)行。
在步驟S12中，進(jìn)行熱壓接合處理。這里，如圖4所示，在p型接觸層17上形成反射性的p型電極18，將具有熔融層52的支持基板51熱壓接合。
這里，反射性的p型電極18從p型接觸層17一側(cè)開始，由具有約200nm厚度的Ag層、具有約200nm厚度的Pt層、具有約500nm厚度的Au層的3層構(gòu)成，分別通過真空蒸鍍法形成在p型接觸層17上。
這樣，通過在氮化物類半導(dǎo)體層100上形成反射性的p型電極18，形成氮化物類半導(dǎo)體元件200。
另外，支持基板51由Si構(gòu)成，具有約200μm的厚度。在支持基板51上形成的熔融層52從支持基板51一側(cè)開始，由具有約10nm厚度的Ti層、具有約50nm厚度的Pd層、具有約500nm厚度的Au層的3層構(gòu)成，分別由真空蒸鍍法形成。
接著，使用由Au-Sn、Pd-Sn、In-Sn等組成的焊錫，或由Ag組成的導(dǎo)電性糊，將反射性p型電極18的Au層和熔融層52的Au層熱壓接合。例如，借助由Au-Sn(組成比Au80％-Sn20％)組成的焊錫進(jìn)行結(jié)合時，將成長基板50和支持基板51加熱到300℃左右，在約0.3Pa的壓力下保持?jǐn)?shù)十分鐘，進(jìn)行熱壓接合。
在步驟S13中，進(jìn)行激光照射處理。這里，如圖5所示，通過在由分解而被黑色化的剝離層10上照射激光，將剝離層10分離為In、Ga和N2，形成分離層10b。
具體而言，首先，從成長基板50側(cè)開始，以約200mJ/cm-2～約1000mJ/cm-2的能量密度，照射光子能為2.3eV的Nd:YAG(NeodymiumYttrium-Aluminium-Gamet)激光的第二高次諧波或Nd:YVO4激光等的第二高次諧波，使剝離層10吸收。由此，基底層11的一部分和剝離層10被分解為In、Ga和N2，成為分離層10b。
優(yōu)選激光的光子能低于氮化物類半導(dǎo)體層100的帶隙能。具體而言，更優(yōu)選激光的光子能在2.7eV以下。
在步驟S14中，進(jìn)行熱處理。這里，如圖6所示，通過加熱氮化物類半導(dǎo)體元件200，將成長基板50從氮化物類半導(dǎo)體元件200分離。具體而言，將氮化物類半導(dǎo)體元件200加熱到200℃左右，使分離層10b的In和Ga處于熔融狀態(tài)，將成長基板50從氮化物類半導(dǎo)體元件200分離。
然后，通過對分離成長基板50而露出的氮化物類半導(dǎo)體層100，使用研磨或蝕刻，除去分離層10b和基底層11，使n型接觸層12露出。
在步驟S15中，進(jìn)行元件分離處理。這里，如圖7所示，在氮化物類半導(dǎo)體層100的n型接觸層12上形成n型電極19，分離氮化物類半導(dǎo)體元件200。具體而言，使用真空蒸鍍法，在n型接觸層12上形成由具有約1nm厚度的Ti層和具有約5nm厚度的A1層組成的透光性的n型電極19。
接著，通過切割和激光劃線、或支持基板51的選擇蝕刻，沿著相對于使氮化物類半導(dǎo)體層100成長的支持基板51的面的垂直方向的分離線53，切斷氮化物類半導(dǎo)體元件200，分離元件。由此，能夠得到本發(fā)明的第一實施方式的發(fā)光二極管。
(第一實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法的作用·效果)根據(jù)以上說明的本發(fā)明的第一實施方式的發(fā)光二極管的制造方法，在成長基板50上形成剝離層10，由于使溫度上升而產(chǎn)生剝離層10的分解，所以，能夠不調(diào)整剝離層10的組成比而降低帶隙能。
因此，由于剝離層10的帶隙能和成長基板50的帶隙能之間的差增大，所以，即便使照射在剝離層10上的激光的光子能大于剝離層10的帶隙能，也能夠使其充分小于成長基板50的帶隙能。
由此，激光的光子能對成長基板50產(chǎn)生的影響變小，能夠減少以成長基板50中的缺陷和雜質(zhì)等為起因的成長基板50的分解和裂縫的產(chǎn)生、以及氮化物類半導(dǎo)體元件200特性的劣化，同時使氮化物類半導(dǎo)體層100容易地從成長基板50分離。
另外，因為可以減少成長基板50的分解和裂縫的產(chǎn)生，所以，成長基板50的再次利用成為可能。
另外，在激光透射剝離層10、到達(dá)氮化物類半導(dǎo)體層100時，因為激光的光子能低，所以，能夠減少氮化物類半導(dǎo)體元件200特性的劣化。
另外，因為成長基板50的帶隙能和剝離層10的帶隙能之間的差增大，所以，可以使用的激光的光子能的范圍擴(kuò)大。
另外，剝離層10由含有組成比為18％以上In的InGaN組成，可以容易地產(chǎn)生剝離層10的分解。由此，被分解的剝離層10容易吸收激光，可以降低剝離層的帶隙能。
并且，剝離層10由含有組成比是30％以下In的InGaN組成，可以在剝離層10上容易地形成氮化物類半導(dǎo)體層100。
另外，隔著成長基板50照射在剝離層10上的激光，在透過剝離層10照射在氮化物類半導(dǎo)體層100上時，由于激光的光子能低于形成氮化物類半導(dǎo)體層100的各層的帶隙能，因為形成氮化物類半導(dǎo)體層100的各層不易吸收激光，所以，能夠進(jìn)一步減少激光對氮化物類半導(dǎo)體層100帶來的損傷。
另外，由于激光的光子能在2.7eV以下，可以減少對成長基板50的損傷。由此，成長基板50的再次利用成為可能。
(第二實施方式的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法)下面，參照圖1以及圖8～圖13，進(jìn)一步說明本發(fā)明的第二實施方式的氮化物類半導(dǎo)體激光的制造方法的各個步驟。
另外，在以下描述中，主要說明與上述第一實施方式的不同點。
具體而言，在第一實施方式中，氮化物類半導(dǎo)體層100由基底層11、n型接觸層12、n型包覆層13、活性層14、p型間隙層15、p型包覆層16、p型接觸層17構(gòu)成。
與此相對，在第二實施方式中，氮化物類半導(dǎo)體層101由基底層21、n型接觸層22、n型包覆層23、n型光導(dǎo)層30、活性層24、p型間隙層25、p型光導(dǎo)層31、p型包覆層26、p型接觸層27構(gòu)成。并且此后，還形成有隆起部64、電流阻擋層(block layer)32、p側(cè)歐姆電極33、p側(cè)襯墊電極(pad electrode)34。即，在第二實施方式中，在構(gòu)成氮化物類半導(dǎo)體層101的層中包含n型光導(dǎo)層30及p型光導(dǎo)層31，以及形成有隆起部64、電流阻擋層32、p側(cè)歐姆電極33、p側(cè)襯墊電極34方面不同。
圖8～圖13是在第二實施方式的半導(dǎo)體激光器的制造過程中的截面圖。
在步驟S10中，進(jìn)行剝離層形成處理。這里，如圖8所示，與第一實施方式同樣，使用MOCVD法，在由GaN基板構(gòu)成的成長基板60上，形成由含有In的氮化物類半導(dǎo)體構(gòu)成的剝離層20。
在步驟S11中，進(jìn)行半導(dǎo)體層形成和分解處理。這里，如圖9所示，與第一實施方式同樣，使用MOCVD法，在剝離層20上形成氮化物類半導(dǎo)體層101，進(jìn)行剝離層20的分解處理。氮化物類半導(dǎo)體層101從剝離層20側(cè)開始，由基底層21、n型接觸層22、n型包覆層23、n型光導(dǎo)層30、活性層24、p型間隙層25、p型光導(dǎo)層31、p型包覆層26、p型接觸層27形成。
與第一實施方式同樣，如圖9(a)所示，在剝離層20上形成基底層21后進(jìn)行分解處理。
另外，也可以如圖9(b)所示，在剝離層20上形成氮化物類半導(dǎo)體層101后、或在形成期間進(jìn)行分解處理。
對氮化物類半導(dǎo)體層101的形成方法具體地進(jìn)行說明。在形成成長基板60的基底層21后，在將成長基板60保持在約1000℃～1200℃(例如1150℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3、TMGa和TMAl組成的原料氣體，以及由SiH4組成的摻雜氣體，在n型接觸層22上，形成具有約1μm厚度、由摻雜Si的單晶Al0.07 Ga0.93N組成的n型包覆層23。
其次，在將成長基板60保持在約1000℃～約1200℃(例如1150℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3、TMG組成的原料氣以及由SiH4組成的摻雜氣體，使具有約0.1μm厚度、由摻雜Si的單晶GaN組成的n型光導(dǎo)層30在n型包覆層23上成長。
接著，在將成長基板60保持在約700℃～約1000℃(例如850℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3、TMG和TMIn組成的原料氣體，在n型光導(dǎo)層30上，交替地形成具有約3.5nm厚度、由不摻雜的單晶Ga0.85 In0.15N組成的井層，以及具有約20nm厚度、由不摻雜的單晶Ga0.95 In0.05N組成的阻擋層。由此，形成包含3個井層的MQW結(jié)構(gòu)的活性層24。
然后，使用由NH3、TMGa和TMIn組成的原料氣體，在活性層24上，形成具有約20nm厚度、由摻雜Mg的單晶Al0.25 Ga0.75N組成的p型間隙層25。
接著，在將成長基板60保持在約1000℃～約1200℃(例如1150℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3和TMGa組成的原料氣體，以及由CP2Mg組成的摻雜氣體，在p型間隙層25上，形成具有約0.1μm厚度、由摻雜Mg的單晶GaN組成的p型光導(dǎo)層31。
接著，在將成長基板60保持在約1000℃～約1200℃(例如1150℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3、TMGa和TMAl組成的原料氣體，以及由CP2Mg組成的摻雜氣體，在p型間隙層25上，形成具有約0.5μm厚度、由摻雜Mg的單晶Al0.07 Ga0.93N組成的p型包覆層26。
接著，在將成長基板60保持在約700℃～約1000℃(例如850℃)的成長溫度的狀態(tài)下，使用由NH3、TMGa和TMIn組成的原料氣體，以及由CP2Mg組成的摻雜氣體，在p型包覆層26上，形成具有約3nm厚度、由摻雜Mg的單晶Ga0.99 In0.01N組成的p型接觸層27。
接著，與第一實施方式同樣，通過熱處理和電子射線處理，使p型間隙層25、p型光導(dǎo)層31、p型光導(dǎo)層31、p型包覆層26、p型接觸層27進(jìn)行p型化。
這樣，氮化物類半導(dǎo)體層101由基底層21、n型接觸層22、n型包覆層23、n型光導(dǎo)層30、活性層24、p型間隙層25、p型光導(dǎo)層31、p型包覆層26、p型接觸層27形成。
然后，通過除去p型包覆層26、p型接觸層27的規(guī)定區(qū)域，形成隆起部64。具體而言，采用光刻技術(shù)，在p型接觸層27上形成具有約1.5μm的寬度、在[1-100]方向延伸的帶狀(stripe)狀的微細(xì)圖案，通過使用由氯類氣體產(chǎn)生的反應(yīng)性離子蝕刻，除去p型包覆層26、p型接觸層27的規(guī)定區(qū)域。由此，形成具有約1.5μm寬度的隆起部64。此時，控制反應(yīng)性離子蝕刻的深度，使得除去p型包覆層26的隆起部64的平坦部分的厚度為約0.05μm。
接著，在p型包覆層26上形成電流阻擋層32。具體而言，使用等離子體CVD法，形成具有約0.2μm厚度的SiO2膜，使得具備氮化物類半導(dǎo)體層101的隆起部64，覆蓋p型包覆層26和p型接觸層27露出的面。與隆起部64的形成相同，通過光刻技術(shù)和CF4氣體產(chǎn)生的反應(yīng)性離子蝕刻，除去隆起部64的凸部的p型接觸層27上面上部的SiO2膜，形成電流阻擋層32。
接著，在電流阻擋層32上和p型接觸層27上，形成p側(cè)歐姆電極33。具體而言，與電流阻擋層32的形成相同，由真空蒸鍍法，使在p型接觸層27上從p型接觸層27的上側(cè)開始，由具有約1nm厚度的Pt層、具有約100nm厚度的Pd層、具有約240nm厚度的Au層和具有約240nm厚度的Ni層組成的p側(cè)歐姆電極33形成為帶狀。
接著，形成p側(cè)襯墊電極34，使得覆蓋電流阻擋層32上和p側(cè)歐姆電極33。具體而言，由真空蒸鍍法，形成從電流阻擋層32一側(cè)開始，由具有約100nm厚度的Ti層、具有約150nm厚度的Pt層和具有約3μm厚度的Au層組成的p側(cè)襯墊電極34。由于形成氮化物類半導(dǎo)體層101、電流阻擋層32、p側(cè)歐姆電極33和p側(cè)襯墊電極34，得到氮化物類半導(dǎo)體元件201。
在步驟S12中，進(jìn)行熱壓接合處理。這里，如圖10所示，與第一實施方式同樣，將具有熔融層62的支持基板61熱壓接合在氮化物類半導(dǎo)體元件201上。
在步驟S13中，進(jìn)行激光照射處理。這里，如圖11所示，與第一實施方式同樣，通過在由于分解而被黑色化的剝離層20上照射激光，使剝離層20分解為In、Ga和N2，成為分離層20b。
在步驟S14中，進(jìn)行熱處理。這里，如圖12所示，與第一實施方式同樣，通過加熱氮化物類半導(dǎo)體元件201，使成長基板60從氮化物類半導(dǎo)體元件201分離。
接著，通過對分離成長基板60而露出的氮化物類半導(dǎo)體層101，使用研磨和蝕刻，除去分離層20b和基底層21，使n型接觸層22露出。
在步驟S15中，進(jìn)行元件分離處理。這里，如圖13所示，在氮化物類半導(dǎo)體層101的n型接觸層22上的規(guī)定區(qū)域內(nèi)形成n側(cè)歐姆電極35。具體而言，使用真空蒸鍍法，在n型接觸層22上形成由具有約6nm厚度的Al層、具有約10nm厚度的Ni層和具有約100nm厚度的Au層組成的n側(cè)歐姆電極35。
接著，在n側(cè)歐姆電極35上，形成由具有約10nm厚度的Ni層和具有約700nm厚度的Au層組成的n側(cè)的襯墊電極36。
然后，沿著垂直于隆起部64的帶的分離線和與隆起部64的帶平行的分離線63劃線。由此，形成沿著隆起部64的帶、由[1-100]面和[-1100]面構(gòu)成的激光共振面，并且進(jìn)行元件分離。由此，能夠得到本發(fā)明的第二實施方式的氮化物類半導(dǎo)體激光器。
實施例下面，對分解前的剝離層和分解后的剝離層，比較照射在剝離層上的激光的波長和吸收率的關(guān)系。圖14是表示分解前的剝離層和分解后的剝離層的波長和吸收率的關(guān)系的圖。另外，在圖14中，橫軸是光的波長，縱軸是光的吸收率。
如圖14所示，在分解前的剝離層中，剝離層能夠充分地吸收激光的波長帶只是短波長側(cè)。例如，要確保0.4以上的吸收率，在分解前的剝離層中，就只能使用短于約400nm的短波長的激光。
與此相對，在分解后的剝離層中，剝離層能夠充分地吸收激光的波長帶與分解前的剝離層相比，擴(kuò)展到長波長側(cè)。例如，在分解后的剝離層中，在約1100nm以下的波長帶中，能夠確保0.4以上的吸收率。
這樣，確認(rèn)能夠通過產(chǎn)生剝離層的分解，實現(xiàn)吸收端的長波長化。
(其他實施方式)本發(fā)明通過上述的實施方式進(jìn)行描述，但是不應(yīng)該將構(gòu)成該公開的一部分的論述及附圖理解為是用于限定本發(fā)明的。由此公開，對于從業(yè)人員，將會清楚各種代替實施方式、實施方式及其運(yùn)用技術(shù)。
例如，在第一和第二實施方式中，主要對于利用從氮化物類半導(dǎo)體層的活性層放出的光的發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器的制造方法進(jìn)行例示，但本發(fā)明不限于此，也可以用于與將從這些發(fā)光元件放出的光作為激發(fā)光的熒光體進(jìn)行組合的發(fā)光元件的制造方法中。另外，可以應(yīng)用于具有氮化物類半導(dǎo)體層的HEMT(High Electron MobilityTransistor高電子遷移率晶體管)等電子設(shè)備、SAW(Surface AcousticWave聲表面波)設(shè)備、受光元件。另外，通過應(yīng)用本發(fā)明的成長基板的換貼技術(shù)，能夠應(yīng)用于多波長的半導(dǎo)體激光器，由此，可以使在多波長激光器中的晶片面內(nèi)的發(fā)光點間隔的合格率提高。
另外，在第一和第二實施方式中，對于使用MOCVD法、使氮化物類半導(dǎo)體層成長進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于此，也可以使用HVPE法和氣態(tài)源MBE法等，使氮化物類半導(dǎo)體層成長。另外，作為氮化物類半導(dǎo)體層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，可以是纖鋅礦型、也可以是閃鋅礦型結(jié)構(gòu)。另外，成長的面方位不限于 ，也可以是[11-20]和[1-100]。
另外，在第一和第二實施方式中，作為氮化物類半導(dǎo)體層的成長基板，使用GaN基板，但本發(fā)明不限于此，可以使用氮化物類半導(dǎo)體層能夠成長的基板，例如SiC、ZnO、LAO、尖晶石、藍(lán)寶石、AlXGal-XN(0＜X≤1)等。
另外，在第一和第二實施方式中，作為剝離層，對于由InGaN組成的層進(jìn)行了例示，但本發(fā)明不限于此，也可以使用InAlN和InGaAlN，在這些含有Al的混合結(jié)晶中，不僅剝離層的分解變得容易，而且由于適當(dāng)?shù)卦O(shè)定其組成比，可以使成長基板、與氮化物類半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)差緩和。另外，剝離層也可以是多層結(jié)構(gòu)，例如，可以將In的組成比較高的層與不含In或In的組成較低的層疊層，形成超晶格結(jié)構(gòu)。由此，能夠減少由于剝離層的插入產(chǎn)生的氮化物類半導(dǎo)體層的結(jié)晶性惡化，和氮化物類半導(dǎo)體層的變形增大。另外，在剝離層和氮化物類半導(dǎo)體層之間插入例如由AlGaN和GaN組成的超晶格層，更有效地減小氮化物類半導(dǎo)體層的變形。
另外，在第一和第二實施方式中，作為分解的方法，例示了在氮化物類半導(dǎo)體層的成長階段中通過加熱的熱分解的方法，但本發(fā)明不限于此，也可以是在氮化物類半導(dǎo)體層成長后通過加熱的方法、光照射的方法和電子射線照射的方法。這是因為通過激光照射、電子射線，也可以使氮化物類半導(dǎo)體層的溫度升高。
另外，在第一和第二實施方式中，作為用于基板分離的激光，例示了Nd:YAG(或Nd:YVO4等)激光的第二高次諧波，但本發(fā)明不限于此，也可以使用激光的基波。另外，使用作為用Ti藍(lán)寶石激光器的超短脈沖的飛秒脈沖激光器，能夠減少由于伴隨著照射激光時發(fā)熱的變形而產(chǎn)生的氮化物類半導(dǎo)體層的劣化。并且，作為向剝離層照射激光的激光器，也可以使用紅寶石激光器和CO·CO2激光器。
另外，支持基板不限于Si，但優(yōu)選具有導(dǎo)電性的基板。例如，可以使用導(dǎo)電性半導(dǎo)體(Si、SiC、GaAs、ZnO等)，金屬或復(fù)合金屬(Al、Fe-Ni、Cu-W、Cu-Mo等)，和金屬·金屬氧化物的復(fù)合材料(Cu-CuO)等。一般地，因為金屬類材料比半導(dǎo)體材料的機(jī)械特性優(yōu)異，難以割裂，所以，適于作為支持基板材料。進(jìn)一步，更優(yōu)選使用將Cu、Ag、Au等高導(dǎo)電性金屬與W、Mo、Ni、CuO等高硬度的金屬或金屬氧化物復(fù)合，同時具有高導(dǎo)電性和高機(jī)械強(qiáng)度的材料。
這樣，本發(fā)明當(dāng)然包含沒有在這里描述的各種實施方式。因此，由上述說明，本發(fā)明的技術(shù)范圍不僅僅限于適當(dāng)?shù)臋?quán)利要求的發(fā)明特定事項。
權(quán)利要求
1.一種氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，包含在基板上形成含有In的剝離層的工序；在所述剝離層上形成氮化物類半導(dǎo)體層的工序；由所述剝離層的溫度上升、產(chǎn)生所述剝離層分解的工序；在所述剝離層上照射激光的工序；和將所述氮化物半導(dǎo)體從所述基板分離的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于所述剝離層由含有組成比為18％以上的In的InGaN構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于所述激光的光子能低于所述基板的帶隙能。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于所述激光的光子能低于形成所述氮化物類半導(dǎo)體層的各層的帶隙能。
5.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于所述激光的光子能大于產(chǎn)生分解的所述剝離層的帶隙能。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物類半導(dǎo)體元件的制造方法，其包含在基板上形成含有In的剝離層的工序，在上述剝離層上形成氮化物類半導(dǎo)體層的工序，由上述剝離層的溫度上升、產(chǎn)生上述剝離層分解的工序，在上述剝離層上照射激光的工序，和將上述氮化物半導(dǎo)體從上述基板分離的工序。
文檔編號H01L33/32GK1937271SQ20061015436
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者久納康光, 竹內(nèi)邦生 申請人:三洋電機(jī)株式會社