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化合物半導体素子の製造方法 コモンズ

国内特許コード P110004894
整理番号 P20060187
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-254013
公開番号 特開2008-078275
登録番号 特許第4852755号
出願日 平成18年9月20日(2006.9.20)
公開日 平成20年4月3日(2008.4.3)
登録日 平成23年11月4日(2011.11.4)
発明者
  • 八百 隆文
  • ▲チョ▼ 明煥
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 化合物半導体素子の製造方法 コモンズ
発明の概要

【課題】基板上に金属窒化物層を介して選択成長した高性能の化合物半導体素子を得るとともに、素子を基板及び金属窒化物層から容易に分離できるようにすることを課題とする。
【解決手段】単結晶基板上に金属窒化物層を形成し、その上に多様な方法で任意の形態のパターンを形成して制限された金属窒化物層上でだけIII-V族窒化物半導体あるいはLED構造を選択成長し、LED構造の上に金属電極形成と電気メッキによる金属支持層を形成した後エッチング溶液注入口を利用したCLOにより最初の単結晶基板とLED素子を分離することである。
【選択図】図6

従来技術、競合技術の概要


GaN系に基づく照明用、自動車搭載用高輝度青色、紫外線及び白色発光ダイオード等の発光素子の需要が増加している。特に、家庭用蛍光灯、LCDのバックライトなどへの応用のため、高輝度LEDの商品化が強く求められている。最近では高輝度LEDを実現するため垂直型LEDが提案され、サファイア基板からLED構造の分離によって良好な熱放出の効果を持ち、発光出力を2倍以上増加させることに成功している。



主に垂直型LEDは、LLO(レーザーリフトオフ)に基づいて作製されている。これはサファイア基板上にLED構造を形成後、GaNのバンドギャップより短い波長を持つレーザー光を照射することによって、サファイア基板との界面に存在するGaN膜がレーザー光を吸収し、GaとNに分解することによってサファイア基板とLED構造を分離させる方法である。分離されたLED構造に、上下部に電極を形成して垂直型LED構造を実現する。



LLOは、分離時に使用する高出力レーザーによってLED構造あるいはGaN薄膜にダメージを与え、また、チップの大きさが大きくなるにつれクラックが発生しやすい等の問題点がある。



従来の低温多結晶あるいは非晶質状態のバッファ層の上に成長するGaN薄膜は高転位密度(>109 cm-2)を有している。発明者らは、金属窒化物からなる結晶成長促進層とGaNとの格子定数及び熱膨張係数の差が、従来の低温バッファ層より遥かに小さいことに着目し、これにより高品質のGaN結晶成長ができることを見出した(特許文献1参照)。単結晶の金属バッファ層を用いた場合、結晶成長初期からGaNは単結晶エピタキシーモードを維持し、低転位GaN膜成長が得られることである。 高性能の素子作製の為にはサファイア基板上にGaN系光・電子デバイスの作製後、デバイスをサファイア基板から分離する必要がある。



垂直型LEDを製作するためLLOを用いてサファイア基板とLEDチップを分離する方法が提案されている。しかし、チップ分離時に使用する高出力レーザーによってLED構造あるいはGaN薄膜にダメージを与え、また、チップの大きさが大きくなるにつれクラックが発生しやすい、複雑な工程による低歩留まり等の問題がある。




【特許文献1】PCT/JP2006/306958号

【非特許文献1】Comparison of p-Side Down and p-Side Up GaN Light-Emitting Diodes Fabricated by Laser Lift-Off, Chen-Fu CHU, Chang-Chin YU, Hao-Chun CHENG, Chia-Feng LIN and Shing-Chung WANG, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 42 (2003) pp. L147-L150

【非特許文献2】Study of GaN light-emitting diodes fabricated by laser lift-off technique, Chen-Fu Chu, Fang-I Lai, Jung-Tang Chu, Chang-Chin Yu, Chia-Feng Lin, Hao-Chung Kuo, and S. C. Wang, J. Appl. Phys. Vol. 95, No. 8, 3916-3921 (2004)

産業上の利用分野


本発明は、LED等の化合物半導体素子の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
単結晶基板上に金属窒化物からなる結晶成長促進層を形成する工程と、上記結晶成長促進層上に、結晶成長阻止のためのマスク層であって、上記結晶成長促進層が複数の独立した素子形成領域となるように選択的にパターニングされた区画領域を構成するとともに、エッチング溶液注入口となる注入口領域を構成するマスク層を形成する工程と、上記素子形成領域上にAlGa1-xN(0≦x<1)バッファ層を成長させた後、AlGa1-xN(0≦x<1)バッファ層上にIII-V族窒化物半導体を主成分とする単結晶化合物半導体層を1層以上成長させて、そこに所望の化合物半導体素子を形成する工程と、上記化合物半導体素子の側面を被覆する工程と、上記注入口領域を除く全面に、金属支持層を形成する工程と、上記注入口領域からエッチング液を注入して、上記マスク層及び上記結晶成長促進層を除去する工程と、上記区画領域上の上記金属支持層から上記化合物半導体素子を分離する工程とを順に備えた、化合物半導体素子の製造方法。

【請求項2】
上記金属支持層は、上記注入口領域を除く全面に形成されたシード金属を介してメッキにより形成されていることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体素子の製造方法。

【請求項3】
上記複数の独立した素子形成領域は、上記単結晶基板上に繰り返しパターンをなすように配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の化合物半導体素子の製造方法。

【請求項4】
上記素子形成領域は、正方形であることを特徴とする請求項3に記載の化合物半導体素子の製造方法。

【請求項5】
上記注入口領域は、上記単結晶基板上に複数個均等に設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の化合物半導体素子の製造方法。

【請求項6】
上記単結晶基板は、サファイア基板であり、上記マスク層はSiO層であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の化合物半導体素子の製造方法。

【請求項7】
上記化合物半導体素子は、LEDであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の化合物半導体素子の製造方法。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006254013thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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