(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層と、
前記発光層に略平行な矩形状の第１の主面と、
前記第１の主面に前記発光層を挟んで対向する矩形状の第２の主面と、
前記第１の主面の対向する一組の辺に垂直な断面が台形の形状を有し、前記第１の主面及び前記第２の主面の間に対向するように配置された第１の側面及び第２の側面と、
前記第１の主面の対向する他の組の辺に垂直な断面が逆台形の形状を有し、前記第１の主面及び前記第２の主面の間に対向するように配置された第３の側面及び第４の側面
とを備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
樹脂でモールドされる前記第１〜第４の側面において、前記第１の側面及び前記第２の側面は、前記第１の主面の対向する一組の辺から前記第２の主面の対応する一組の辺に延在し、前記樹脂から前記第１及び第２の主面に垂直な一方向に応力を受けるように配置され、前記第３の側面及び前記第４の側面は、前記第１の主面の対向する他の組の辺から前記第２の主面の対応する他の組の辺に延在し、前記樹脂から前記一方向とは逆の方向に応力を受けるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１及び第２の側面と前記第１の主面、並びに、前記第３及び第４の側面と前記第２の主面とのなす角が２０〜４０度の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１及び第２の主面の面方位は、（１００）面と（１００）面から２０度傾いた面の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１〜第４の側面が、粗面からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記粗面の粗さの間隔が０．５〜５μｍの範囲であることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
発光層を有する半導体基板の第１の主面でＶ字型ブレードを用いて一方向に第１の切り込みを形成する工程と
前記半導体基板の前記第１の主面に対向する第２の主面で前記Ｖ字型ブレードを用いて、前記一方向と直交する他の方向に第２の切り込みを形成する工程と、
前記第１及び第２の切り込みからチップを分離する工程と、
前記第１及び第２の切り込み面にウェットエッチングを施し、粗面を形成する工程
とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記粗面を形成するウェットエッチングが、前記第１の切り込みを形成した後と前記第２の切り込みを形成した後に実施されることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記粗面の粗さの間隔が０．５〜５μｍの範囲であることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記ウェットエッチングが塩酸により行われることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高輝度半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子（ＬＥＤ）の光出力は、注入した電流に対するフォトンへの変換効率を表す内部量子効率と、フォトンが半導体層内からモールド樹脂や空気を通過して外部に放出される効率を表す光取り出し効率の積で決まる。このうち、光取り出し効率を向上させてＬＥＤの光出力を増大させるために、傾斜側面の採用や、側面及び表面の粗面化、マイクロレンズ、反射防止膜など数多くの方法が提案されている。
【０００３】
ＬＥＤの光取り出し効率を向上させる基本的な考えは次のように説明できる。フォトンの光取り出し効率は、半導体層と周囲媒体の屈折率の相違により制限を受け、例えば半導体層周囲をエポキシ樹脂で封止した場合、半導体層表面の垂線に対して２７度未満の角度で入射したフォトンしか外部に取り出すことはできないように設計されている。即ち、市場に出ているＬＥＤでは、２７度以上の角度で入射したフォトンは、半導体層／エポキシ樹脂界面で反射されてしまうような光学的設計が採用されているので、結晶内で吸収されて消滅するか、もしくは多重反射の末、一部のフォトンのみが外部に取り出されるのが一般的である。このため、半導体層周囲をエポキシ樹脂で封止した場合の光取り出し効率は低い効率にならざるを得ない。
【０００４】
この問題を解決するためには、発光層から放出されたフォトンが半導体層／周囲媒体界面に入射する角度を小さくするように側面に傾斜側面を設けたり、半導体層表面を粗面化することでランダムな半導体層／周囲媒体界面の角度分布を実現して、光散乱の効果によって多くのフォトンを外部に取り出す方法がある。
【０００５】
傾斜側面に関しては、ＬＥＤチップを台形型に加工することで光取り出し効率を向上させている（例えば、特許文献１及び２参照）。また、側面もしくは表面の粗面化に関しての提案が開示されている（例えば、特許文献３、４及び５参照）。また、実際に発光するデバイスに適用した例として、ＧａＡｌＡｓ ＬＥＤの表面を、電子線描画装置を用いて円錐状に加工している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
また、半導体層から周囲媒体までの屈折率を連続的に変化させて光の屈折を防止する屈折率分布（graded index）層を半導体層表面に形成すれば光取り出し効率を向上させることができるが、現実的には、このような連続して変化する屈折率を有する層をＬＥＤ表面に形成することは難しい。ただし、ＬＥＤ表面に発光波長以下の微小な凹凸を形成する、つまり表面を粗面化することにより屈折率分布層と同様の光取り出し効率向上効果を得ることができる可能性がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０-３４１０３５号公報（第３−４頁、図２）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１-６８７４３号公報（第３頁、図１）
【０００９】
【特許文献３】
特開２０００-１９６１４１号公報（第３−４頁、図１）
【００１０】
【特許文献４】
特開平１０-２００１６２号公報（第３頁、図２）
【００１１】
【特許文献５】
特開２０００-２９９４９４号公報（第３−４頁、図１）
【００１２】
【非特許文献１】
石杜，第４８回応用物理学関連連合講演会予稿集，講演番号３１ａ−ＺＷ−１０，２００１年３月，ｐ．９９７
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＬＥＤ側面に傾斜をつけて粗面化することにより光取り出し効率を向上させることが期待されているが、次のような新たな問題点が生ずる。
【００１４】
（１）側面を斜めに切断したＧａＰ基板の斜面を粗面化する場合、結晶方位の関係で、４面あるうちの２面しか粗面化できないので、必然的に４面全てを粗面化するよりも光取り出し効率は小さくなってしまう。これでは本来の発光層がもっている内部量子効率の実力を、充分発揮できているとは言い難い。
【００１５】
（２）モールド樹脂応力の不均一性によるチップの信頼性低下の問題である。すなわち、側面に傾斜を設けた台形型のＬＥＤチップをエポキシ等の樹脂でモールドした場合、表面電極が裏面電極よりも面積が大きいとすると、ＬＥＤチップには樹脂から上向きの力が加わる。逆に表面電極が裏面電極よりも小さい場合には下向きの力が加わる。このようなにチップに加わる不均一な応力は、歪やクラックの原因となり、ＬＥＤの長期信頼性を著しく損なう。また、ＬＥＤチップへの過度な応力はチップ剥がれ、チップ割れの原因となる。このような樹脂応力の問題は、従来の直方体型のＬＥＤチップでは、対向する側面に加わる力が打ち消し合うのでバランスが取れていたもの、台形型のＬＥＤチップではチップ形状の対称性を保つことができないので、根本的に解決するのは非常に難しい。
【００１６】
本発明は、上述の如き従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、低コストで信頼性が高く、且つ高輝度化を向上させた半導体発光素子及びその製造方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴は、（イ）発光層と、（ロ）発光層に略平行な矩形状の第１の主面と、（ハ）第１の主面に発光層を挟んで対向する矩形状の第２の主面と、（ニ）第１の主面の対向する一組の辺に垂直な断面が台形の形状を有し、第１の主面及び第２の主面の間に対向するように配置された第１の側面及び第２の側面と、（ホ）前記第１の主面の対向する他の組の辺に垂直な断面が逆台形の形状を有し、前記第１の主面及び前記第２の主面の間に対向するように配置された第３の側面及び第４の側面とを備える半導体発光素子であることを要旨とする。
【００１８】
本発明の第１の特徴によれば、低コストで信頼性が高く、且つ高輝度化を向上させた半導体発光素子を提供することができる。
【００１９】
本発明の第１の特徴において、第１の側面及び第２の側面は、第１の主面の対向する一組の辺から第２の主面の対応する一組の辺に延在し、一方向に応力を受けるように配置され、第３の側面及び第４の側面は、第１の主面の対向する他の組の辺から第２の主面の対応する他の組の辺に延在し、一方向とは逆の方向に応力を受けるように配置されることが好ましい。また、第１及び第２の側面と第１の主面、並びに、第３及び第４の側面と第２の主面とのなす角が２０〜４０度の範囲であることが好ましい。また、第１及び第２の主面の面方位は、（１００）面からジャスト〜２０度の範囲であることが好ましい。更に、第１〜第４の側面が、粗面からなることが望ましい。
【００２０】
本発明の第２の特徴は、（イ）発光領域を有する半導体基板の第１の主面でＶ字型ブレードを用いて一方向に第１の切り込みを形成する工程と、（ロ）半導体基板の第１の主面に対向する第２の主面でＶ字型ブレードを用いて、一方向と直交する他の方向に第２の切り込みを形成する工程と、（ハ）第１及び第２の切り込みからチップを分離する工程と、（ニ）第１及び第２の切り込み面にウェットエッチングを施し粗面を形成する工程とを含む半導体発光素子の製造方法であることを要旨とする。
【００２１】
本発明の第２の特徴によれば、低コストで信頼性が高く、且つ高輝度化を向上させた半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【００２２】
本発明の第２の特徴において、粗面を形成するウェットエッチングが、第１の切り込みを形成した後と第２の切込みを形成した後に実施されてもよい。また、ウェットエッチングが塩酸により行われることが好ましい。
【００２３】
本発明の第３の特徴は、（イ）発光領域を有する半導体基板をチップに分離する工程と、（ロ）チップにフッ酸を用いてウェットエッチングを施し粗面を形成する工程とを含む半導体発光素子の製造方法であることを要旨とする。
【００２４】
本発明の第５の特徴によれば、低コストで信頼性が高く、且つ高輝度化を向上させた半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【００２５】
本発明の第３の特徴において、半導体基板の面方位は、（１００）面からジャスト〜２０度の範囲の｛１００｝面であることが好ましい。また、チップの形状は、直方体でも粗面を形成することができる。
【００２６】
本発明の第１〜第３の特徴において、粗面の粗さの間隔が０．５〜５μｍの範囲であることが好ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子（ＬＥＤチップ）の構造を示す斜視図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１に示したＬＥＤチップの側面図、図２（ｃ）は、その上面図である。
【００２９】
このＬＥＤチップは、図１に示すように、例えば支持基板４１にＧａＰ、発光層４２にＩｎＧａＡｌＰを採用したＬＥＤウェーハ（例えば厚さ：１５０μｍ）により作製される六面体の基本形状を成している。上面（第１の主面）１５である長方形（例えば長辺：３００μｍ、短辺：１６０μｍ）と底面（第２の主面）１０である長方形（例えば長辺：３００μｍ、短辺：１２６μｍ）とが直交して形成され、さらに第１、第２、第３及び第４の側面１１、１２、１３及び１４のうち、対向する第１及び第２の側面１１、１２が同形状同寸法の台形で形成され、残りの対向する第３及び第４の側面１３、１４が第１及び第２の側面１１、１２の台形を１８０度反転した逆台形で形成されている。
【００３０】
具体的には、長方形である上面１５の２つの短辺が台形である第１及び第２の側面１１、１２の上辺となり、第１及び第２の側面１１、１２の底辺が長方形である底面１０の長辺になっている。また、長方形である上面１５の２つの長辺が台形である第３及び第４の側面１３、１４の底辺となり、第３及び第４の側面１３、１４の上辺が長方形である底面１０の短辺になっている。これによって、このＬＥＤチップの第１及び第２の側面１１、１２が、図２（ａ）に示すようにＬＥＤチップの上面１５の垂線Ｍに対してなす傾斜角αは、約プラス３０度の傾斜をもち、第３及び第４の側面１３、１４が、図２（ｂ）に示すように上面１５の垂線Ｍに対してなす傾斜角βは、例えば約マイナス３０度の傾斜をもつような構造となる。すなわち、チップの側面を構成する第１〜第４の側面１１〜１４は、上面１５に対して同じ傾斜角αをもつ対向する第１及び第２の側面１１、１２と、第１及び第２の側面１１、１２とほぼ同じ大きさで負の傾斜角βをもつ対向する第３及び第４の側面１３、１４により構成されている。ここで、第１〜第４の側面１１〜１４が上面１５の垂線Ｍに対してなす傾斜角α、βは、約３０度としているが、傾斜角α、βとしては、２０〜４０度の範囲であればよい。
【００３１】
そして、各面１０〜１５の結晶方位は、底面１０が（−１００）、第１の側面１１が（−１−１−１）Ｐ面、第２の側面１２が（−１１１）Ｐ面、第３の側面１３が（１１−１）Ｐ面、第４の側面１４が（１−１１）Ｐ面、上面１５が（１００）の発光層（ＩｎＧａＡｌＰ）となり、全ての側面１１〜１４が｛１１１｝Ｐ面、もしくはそれに近い結晶方位をもつ結晶面により構成され、これによって各側面１１〜１４は、粗面の粗さの周期が、例えば１μｍ程度で粗面化が実現されている。ここで、「粗さの周期」とは、粗面の隣接する突起の先端間の距離である。第１の実施の形態では、粗面の粗さの周期を約１μｍとしているが、約０．５〜５μｍの範囲であれば、同様の効果が得られる。
【００３２】
このような構造の第１の実施の形態のＬＥＤチップは、従来、最大でも２側面しか加工できなかった側面の粗面化が４面全ての側面に対して可能となるので、光取り出し効率の大幅な向上が可能になる。さらに、左右、上下に対称な形状をしているので、樹脂モールドの応力がチップに均等に加わり、その結果として信頼性を向上させることができる。
【００３３】
以下、上記形状（以下、変形ピラミッド型と記す）のＬＥＤチップの製造方法について、図３（ａ）〜図３（ｄ）、及び図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照しつつ説明する。
【００３４】
（イ）図３（ａ）に示すように、支持基板４１にＧａＰ、その上部の発光層４２にＩｎＧａＡｌＰを採用した１５０μｍ厚のＬＥＤウェーハ（半導体基板、図４（ａ）参照）４０の上面に、レジスト層４３を形成する。支持基板４１の種類に関わらず基本的となるプロセスは共通であるので、基板が発光波長に対してほぼ透明ならば、発光層４２がＩｎＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｓＰなどの各種ＬＥＤへの適応が可能なのはいうまでもない。
【００３５】
（ロ）このＬＥＤウェーハ４０を、図３（ａ）に示すようにダイシングシート３０上に固定し、ＬＥＤウェーハ４０に対して、先端角６０度の断面Ｖ字型のブレード２０を用い、一方向にダイシングして第１の切り込み（ダイシングライン）５１を形成する（図４（ｂ）参照）。このダイシングの際、第1の切り込み５１の深さはＬＥＤウェーハ４０を完全に分離しないように設定する。つまり、３００μｍピッチでウェーハ表面から例えば、１２０μｍの深さまで切り込む。ブレード２０の先端角は６０度であるのでチップ側壁の傾斜は３０度になる。
【００３６】
（ハ）次にＬＥＤウェーハ４０をダイシングシート３０から剥がし、図３（ｂ）に示すように、表裏を反転させて再度ダイシングシート３１に固定する。この際、最初のダイシングでフルカットやウェーハに割れが発生しないように第１の切り込み５１の深さを設定しているので、ダイシングシートからの分離、貼り替えが容易に行える。ＬＥＤウェーハ４０をダイシングシート３１に固定したら、表側の第1の切り込み５１と直交する方向に裏面をダイシングして第２の切り込み５２を形成する（図４（ｃ）参照）。
【００３７】
上記のように、ブレード２０の先端角は６０度で、チップの高さに相当する基板厚は１５０μｍで、３００μｍピッチでウェーハ表面から１２０μｍの深さまで切り込んだ後、表裏を反転して、裏面を３００μｍピッチでフルダイスする。このダイシング条件で、表面は長辺３００μｍ、短辺１６０μｍ、裏面は長辺３００μｍ、短辺１２６μｍの長方形となる。このように基板の厚さ、ブレードの先端角度、ダイシングのピッチ、切り残し厚を設定することにより、様々な大きさ、形状の変形ピラミッド型チップを実現できる。例えば、ダイシングに先端角６０度の断面Ｖ字型のブレード２０を用いているが、ブレード２０の先端角として４０〜８０度の範囲であればよく、この場合、チップ側壁の傾斜は２０〜４０度となる。
【００３８】
なお、裏面のダイシングは、ダイシング後に確実にブレーキング等の方法を用いてチップを分離できるなら、フルカット、セミフルカットのいずれでも構わない。
【００３９】
（二）上述のようにダイシングした後、ブレーキングを行うと、図３（ｃ）に示すように割れ目５３が生じて個々のＬＥＤチップ４８に分離され、このときにダイシングシート３１を引き延ばすことにより、図３（ｄ）に示すように、ダイシングシート３１上にレジスト層４３を介し、全ての側面が｛１１１｝Ｐ面、もしくはそれに近い結晶方位をもつ結晶面により構成された変形ピラミッド型ＬＥＤチップ４８が得られる。
【００４０】
次に、上記の如く得られた変形ピラミッド型ＬＥＤチップ４８の表面を粗面加工する方法を図５（ａ）〜図５（ｄ）、及び図６（ｅ）〜図６（ｆ）を用いて説明する。ＬＥＤチップ４８の側面を発光波長程度の周期で粗面化すると、粗面加工層は半導体である突起と真空の平均的な有効屈折率を持った一様な混合層と見なすことができる。したがって、擬似的に連続した屈折率をもつ反射防止膜が実現でき、大きな輝度の向上が期待できる。本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤチップ４８では、電子線描画装置（ＥＢ）や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の装置を使ったプロセスに比べて、安価なコストで粗面化を実現できるウェットエッチングによる粗面加工を行う。
【００４１】
（イ）まず、図３（ｄ）に示したように、ダイシングシート３１上に個々の変形ピラミッド型ＬＥＤチップ４８が接着されている状態で、さらに図５（ａ）に示すように、変形ピラミッド型ＬＥＤチップ４８を挟んでダイシングシート３１と対向する側に耐酸性シート３２を貼る。
【００４２】
（ロ）そして、図５（ｂ）に示すように、表裏を反転してダイシングシート３１を剥がした後、耐酸性シート３２上の個々のＬＥＤチップ４８群を、図５（ｃ）に示すように、塩酸（ＨＣｌ）と過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）の混合液６０に浸漬し、ダイシングした側面の破砕層を除去して、その表面を滑らかにする。
【００４３】
（ハ）その後、水洗して、図５（ｄ）に示すように塩酸溶液６１の中に浸漬し、ＬＥＤチップ４８の４側面をウェットエッチングすると（ウェットエッチングの条件は６０℃、１０分）、４側面全てが粗面４５となる。
【００４４】
（二）粗面加工後のＬＥＤチップ４８群を水洗した後に図６（ｅ）に示すように現像液６２に浸漬してレジスト層４３を除去し、水洗及び乾燥すると、図６（ｆ）に示すように全ての側面が、粗さの周期Ｄｒで粗面加工された変形ピラミッド型のＬＥＤチップ４８が得られる。粗面４５となった側面をＳＥＭモニタで観察すると、粗面４５の粗さの周期Ｄｒは、およそ０．１〜１μｍで、可視光の波長と同等、もしくは充分短い周期であることが判る。
【００４５】
なお、上記の粗面加工において、発光層４２がＩｎＧａＡｌＰであったため、発光層４２を塩酸によるウェットエッチングから保護するために、第１の実施の形態では、ダイシング前に予め発光層４２をレジスト層４３で保護する場合を示したが、発光層４２が充分エッチングに耐えられるような材料であれば、レジスト層４３を設けて発光層４２を保護する必要はない。
【００４６】
支持基板４１にＧａＰを使ったＩｎＧａＡｌＰのＬＥＤに粗面加工を施すためには、ＧａＰ特有の異方性エッチングを考慮する必要がある。通常用いられるＧａＰ基板の表面は（１００）面、もしくは（１００）面を若干傾けた結晶面である。
【００４７】
塩酸でＧａＰを粗面加工する場合、最も粗面化の進む面は｛１１１｝Ｐ面であり、（１００）面や（１１０）面、もしくはこれらと等価な面を粗面化することはできない。従って、図７に示すような、第１及び第２の側面７１、７２が（０１１）および（０−１−１）で、且つ第３及び第４の側面７３、７４が（０１−１）及び（０−１１）で、上面及び底面７５、７０が（１００）および（−１００）である直方体のＧａＰ基板を用いたＬＥＤチップの側面を粗面化することは不可能である。
【００４８】
しかしながら、側面を斜めにカットして（１１１）面を出せば、その側面を粗面化することはできる。例えば基板の表面が（１００）面として、（１１１）面を側面に出すためには、主軸［１００］と主軸［１１１］の成す角は５４．７度であるので、ウェーハ表面に対して９０度から５４．７度を引いた３５．３度の２倍、つまり先端角が７０．６度のブレードでダイシングすればよい。
【００４９】
実際に、図８に示すように、（１００）が表面のＧａＰウェーハを先端角度７０度のブレードを用いて（０１−１）方向に平行及び直角にダイシングし、その側面を塩酸でエッチングした切頭ピラミッド型の場合は、４面ある側面のうちＰ原子が最表面に出ている（１１−１）面及び（１−１１）面の第１及び第２の側面８１、８２は粗面化ができるが、Ｇａ原子が最表面に出ている（１１１）面及び（１−１−１）面の第３及び第４の側面８３、８４は粗面化はできない。
【００５０】
この切頭ピラミッド型ＬＥＤチップをＬＥＤランプに組み立て、その輝度を測定したところ、直方体のＬＥＤチップの１．５倍に輝度が向上した。つまり、４面ある側面のうち２面を粗面化することで輝度が５０％向上する。従って、４面全てを粗面化することができれば、直方体ＬＥＤチップの２倍の輝度を期待できる。
【００５１】
結晶面の中で粗面化することができる面は｛１１１｝Ｐ面で、｛１１１｝Ｐ面の等価な面は、（−１−１−１）、（１１―１）、（１−１１）、（−１１１）の４面ある。第１の実施の形態において、この４面を側面とするチップの形状と、またその形状を実現する製造方法を、上述したように説明している。
【００５２】
本発明の第１の実施の形態に係る変形ピラミッド型ＬＥＤチップの輝度を測定した結果を図９に示す。
【００５３】
図９においては、比較として、例えば、同一ウェーハを３分割し、一部は従来型の直方体型、一部は切頭ピラミッド型、残りを変形ピラミッド型とし、ＬＥＤランプを試作してチップ形状による光取り出し効率向上の効果を確認した。
【００５４】
輝度はＬＥＤチップに２０ｍＡの電流を流して、ＬＥＤチップから出てくる光量を積分球で測定し、直方体型のＬＥＤチップはスクライブで製作し、切頭ピラミッド型と変形ピラミッド型のＬＥＤチップはダイシング後に塩酸によるウェットエッチングで粗面化を行なった。ＬＥＤチップの厚さは１５０μｍ、ブレードの先端角度は７０度を使用した。この条件で切頭ピラミッド型の側面は｛１１１｝Ｐ面が２面、変形ピラミッド型の側面は｛１１１｝Ｐ面が４面出ている。測定したサンプル数は各条件について１０個である。
【００５５】
図９から明らかなように、従来の直方体型のＬＥＤチップと比較して切頭ピラミッド型のＬＥＤチップは約１．５倍、変形ピラミッド型のＬＥＤチップは約１．９倍の輝度であった。従って、４面ある側面のうち、２面を粗面化した効果が５０％の輝度向上、残りの２面を粗面化した効果が４０％の輝度向上に資するものと推定できる。
【００５６】
このように、本発明の第１の実施の形態の変形ピラミッド型のＬＥＤチップは、従来型のＬＥＤチップにダイシングとウェットエッチングという低コストのプロセスを追加しただけで、２倍近い高輝度化を達成できる。
【００５７】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る変形ピラミッド型ＬＥＤチップの信頼性を測定した結果を図１０に示す。
【００５８】
図１０においては、樹脂モールドした直方体型、切頭ピラミッド型、変形ピラミッド型の３種類のＬＥＤチップで、−４０度で５０ｍＡの加速通電試験を行った結果を示す。
【００５９】
従来の直方体型ＬＥＤチップでは１万時間で残存率９５％、切頭ピラミッド型では残存率５５％、変形ピラミッド型では９２％で、切頭ピラミッド型のＬＥＤチップの残存率が著しく小さい。この原因は以下のように説明できる。
【００６０】
低温でＬＥＤチップはモールドした樹脂から圧縮応力を受ける。直方体型のＬＥＤチップ側面は樹脂から均一な応力を受けるものの、切頭ピラミッド型チップでは斜面に垂直方向に応力が加わり、その結果、ＬＥＤチップ内部において、ＬＥＤチップを底面から上面に持ち上げる方向に応力が発生する。このアンバランスな応力と通電のエネルギーにより、切頭ピラミッド型のＬＥＤチップでは発光層まで貫通転位が伸び、発光効率が小さくなるものと考えられる。
【００６１】
また変形ピラミッド型のＬＥＤチップは切頭ピラミッド型と同様に側面を傾斜させているが、隣接する側面同士は傾斜の方向が異なる。図１に示したＬＥＤチップ内部において、台形の第１及び第２の側面１１、１２では、上面１５から底面１０に向かう方向に応力が発生し、逆台形の第３及び第４の側面１３、１４では、底面１０から上面１５に向かう方向に応力が発生する。このように、傾斜の方向が異なる２側面同士が互いに応力を打ち消し合い、切頭ピラミッド型のようなアンバランスな応力は生じない。つまり、形状の線対称性が保たれている直方体型のＬＥＤチップや、底面１０及び上面１５が略回転対称である変形ピラミッド型のＬＥＤチップの場合、ＬＥＤチップに加わる応力は全体として打ち消し合っているので、応力による転位の発生は少なく、長期信頼性に対しては有利である。逆に、切頭ピラミッド型ＬＥＤチップは底面及び上面間の線対称性が崩れ、ＬＥＤチップの一部に応力が集中するため、多くの転位が発生する。この転位が輝度低下を招き、長期信頼性を損なう原因となっている。したがって、本発明の第１の実施の形態に係る変形ピラミッド型の構造は信頼性の面からも非常に有利な構造であることが判る。
【００６２】
このように、本発明の第１の実施の形態に係る変形ピラミッド型のＬＥＤチップを、ダイシングとウェットエッチングの組み合わせにより低コストの方法で作製し、ＬＥＤチップの信頼性の確保と高輝度化を実現している。
【００６３】
（第１の実施の形態の変形例）
図１で示した構造の変形ピラミッド型のＬＥＤチップの製造方法について、本発明の第１の実施の形態では、全ての側面１１〜１４が［１１１］Ｐ面、もしくはそれに近い結晶方位をもつ結晶面により構成された変形ピラミッド型チップを予め作製しておき、その後に粗面加工を実施するようにしたが、本発明の第１の実施の形態の変形例では、変形ピラミッドピラミッド型ＬＥＤチップの作製途中で粗面加工を実施するようにしている点が異なり、他は第1の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。
【００６４】
以下、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る変形ピラミッド型ＬＥＤチップの製造方法について、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）、図１２（ｅ）〜図１２（Ｈ）、図１３（ｉ）、及び図１３（ｊ）を参照しつつ説明する。
【００６５】
（イ）まず、図１１（ａ）に示すように、耐酸性シート３２上に固定し、ＬＥＤウェーハ４０の表面に対して、先端角６０度の断面Ｖ字型のブレード２０を用い、一方向にダイシングして第１の切り込み５１を形成する（図４（ｂ）参照）。
【００６６】
（ロ）次に図１１（ｂ）に示すように、塩酸と過酸化水素水の混合液６０に浸漬し、ダイシングした側面の破砕層を除去して、その表面を滑らかにする。その後、水洗し、図１１（ｃ）に示すように、塩酸６１の中に浸漬してウェットエッチングすると（ウェットエッチングの条件は６０℃、１０分）、第１の切り込み５１面が粗面４５となる。
【００６７】
（ハ）その後、洗浄且つ乾燥して耐酸性シート３２から剥がし、図１１（ｄ）に示すように、２側面の粗面加工後のＬＥＤウェーハ４０を表裏反転して耐酸性シート３３に固定する。ＬＥＤウェーハ４０の表面側の第１の切り込み５１と直交する方向に裏面をダイシングして第２の切り込み５２を形成する（図４（ｃ）参照）。
【００６８】
（二）次に図１２（ｅ）に示すように、塩酸と過酸化水素水の混合液６０に浸漬し、ダイシングした側面の破砕層を除去して、その表面を滑らかにする。その後、水洗し、図１２（ｆ）に示すように、塩酸６１の中に浸漬してウェットエッチングして（ウェットエッチングの条件は６０℃、１０分）、第２の切り込み５２面の粗面加工をおこなう。
【００６９】
（ホ）その後、洗浄且つ乾燥し、ブレーキングを行うと、図１２（ｇ）に示すように割れ目５３が生じて個々の変形ピラミッド型ＬＥＤチップ４８に分離され、このときに耐酸性シート３３を引き延ばし、さらに、図１２（ｈ）に示すように、変形ピラミッド型ＬＥＤチップ４８を挟んで耐酸性シート３３と対向する側に新たに耐酸性シート３４を貼る。
【００７０】
（ヘ）そして、表裏反転して耐酸性シート３３を剥がし、図１３（ｉ）に示すように現像液６２に浸漬してレジスト層４３を除去する。そして、水洗及び乾燥して耐酸性シート３４を剥がすと、図１３（ｊ）に示すように全ての側面が粗面加工された変形ピラミッド型のＬＥＤチップ４８が得られる。
【００７１】
このように、本発明の第１の実施の形態の変形例に係るＬＥＤの製造方法によれば、高信頼性で高輝度化を実現する変形ピラミッド型のＬＥＤチップを、ダイシングとウェットエッチングの組み合わせにより低コストの方法で作製することができる。
【００７２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤチップ１４８は、図１４に示すように、ＧａＰの支持基板の上に、発光層を有するＩｎＧａＡｌＰエピタキシャル層が配置されている。支持基板は、ｐ型ＧａＰ基板1０８と、ｐ型ＧａＰ基板1０８の上に設けた高濃度のｐ型ＧａＰ層１０７を有する。ＩｎＧａＡｌＰエピタキシャル層は、高濃度のｎ型電流拡散層１０２と、ｎ型クラッド層１０３と、活性層１０４と、ｐ型クラッド層１０５と、及び、接着層１０６とを積層した構造を有する。発光層は、ｎ型クラッド層１０３とｐ型クラッド層１０５とに挟まれて配置されている活性層１０４である。支持基板のｐ型ＧａＰ層１０７の上にＩｎＧａＡｌＰエピタキシャル層の接着層１０６が直接配置される。ｐ型ＧａＰ基板１０８の裏面及びｎ型電流拡散層１０２の表面には、それぞれ電極１０９及び１１０が設置されている。また、支持基板の側面は、粗さの周期がＤｓの粗面１１１を有する。
【００７３】
本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤチップ１４８の製造方法では、第１の実施の形態での述べた｛１１１｝Ｐ面だけでなく、他の面にも粗面が形成できるエッチャントを用いる。ＧａＰに対するエッチャントとしては、塩酸以外にも、例えば、硫酸−過酸化水素水−水（Ｈ2ＳＯ4−Ｈ2Ｏ2−Ｈ2Ｏ）、塩酸−過酸化水素水−硫酸（ＨＣｌ−Ｈ2Ｏ2−Ｈ2ＳＯ4）、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ3）等が用いられる。粗面が形成できるのは、しかし、ＨＣｌとＨＦである。ＨＣｌは、（１１１）Ｐ面に対してだけ粗面を形成するが、ＨＦは、（１１１）Ｐ面、（１１１）Ｇａ面及び（１１０）面に対して粗面を形成することができる。（１００）面はいずれのエッチャントでも粗面を形成することができない。第２の実施の形態においては、ＨＦを用いてＬＥＤの側面に粗面を形成する方法を、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）に示す断面工程図により説明する。
【００７４】
（イ）まず、図１５（ａ）に示すように、面方位（１００）のｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上にｎ型電流拡散層１０２、ｎ型クラッド層１０３、活性層１０４、ｐ型クラッド層１０５、接着層１０６を順次成長させたＩｎＧａＡｌＰエピウェーハを作製する。また、図１５（ｂ）に示すように、面方位（１００）のｐ型ＧａＰ基板１０８の上に１×１０18ｃｍ-3程度の高濃度のｐ型ＧａＰ層１０７を成長させた支持基板を準備する。
【００７５】
（ロ）支持基板のｐ型ＧａＰ層１０７の表面にエピウェーハの接着層１０６の表面を直接貼り合わせ法のより接着する。その後、研磨やエッチング等によりエピウェーハのｎ型ＧａＡｓ基板１０１を除去して、ｎ型電流拡散層１０２表面を露出させる。そして、図１５（ｃ）に示すように、ｐ型ＧａＰ基板１０８の表面及びｎ型電流拡散層１０２の表面に、それぞれ電極１０９及び１１０を真空蒸着法等により金属を堆積して形成する。
【００７６】
（ハ）次に、スクライブやダイシング等の方法でＬＥＤチップ１４８を分離する。第２の実施の形態に係るＬＥＤでは、（１１０）面に沿った劈開方向で垂直に分離して直方体構造としている。例えば、スクライブ法で分離する場合、ｐ型ＧａＰ基板１０８側をスクライブ用シートに装着してスクライブを行う。そして、スクライブシートからｎ型電流拡散層側を粘着シートに貼り付けて移し、粘着シートを引き伸ばしてＬＥＤチップ１４８を分離する。この状態でＨＦに浸漬してウェットエッチングを行い、図１５（ｄ）に示すように、ＬＥＤチップ１４８側面に粗面１１１を形成する。ＨＦの濃度は、例えば、４９％で、エッチング時間は２０分としているが、エッチング条件は適宜選択できることは、勿論である。ＨＦ浸漬（ウェットエッチング）により、ＬＥＤチップ１４８の側面全体に１〜５μｍの粗さの周期Ｄｓで粗面１１１が形成される。ＨＦによる粗面１１１形成後、流水中で１５分間洗浄し、乾燥後ＬＥＤチップ１４８をランプに組み立てる。
【００７７】
ＨＦ浸漬により側面全体に粗面１１１を形成したＬＥＤチップ１４８を用いたランプは、図１６に示すように、粗面無しのＬＥＤチップのランプに比べて、約４７％の輝度向上が認められる。
【００７８】
本発明の第２の実施の形態に係るLEDでは、接着するｐ型ＧａＰ基板１０８に、表面の面方位が（１００）面、もしくは（１００）面から０．５〜２０度以内、好ましくは５〜１５度傾斜したウェーハを用いている。ＬＥＤの電極１０９が形成されるｐ型ＧａＰ基板１０８の裏面には粗面は無いほうが良い。ＨＦ浸漬による粗面加工では、（１００）面、及び（１００）面から２０度以内で傾斜した結晶面は粗面にすることができない。
【００７９】
直方体形状のＬＥＤチップの場合、例えば、（１００）面を側面に配置する構造では、４つの側面のうち２面は粗面が形成されない（１００）面であるが、残りの２面は粗面形成が可能な（１１０）面となる。したがって、粗面が形成されている（１１０）面の２側面では光取り出し効率は大きくて明るくなり、一方（１００）面の２側面は暗くなる。そのため、ＬＥＤランプの重要な特性の一つである配光特性が損なわれる。したがって、ＨＦ浸漬による粗面加工を利用するＬＥＤチップでは、側面に（１００）面が現れないようにする。本発明の第２の実施の形態では、（１００）面を配光特性に影響を及ぼさない電極面としている。このように、（１００）面を電極面とすると、直方体構造のＬＥＤチップの側面はいずれも（１００）面以外の、例えば、（１１０）面となるため配光特性の良好な、高輝度のＬＥＤランプを実現することができる。
【００８０】
ＨＦ浸漬による粗さの周期は、エッチング時間と面方位に大きく依存する。特に、エッチング時間が長いほど粗さの周期は大きくなる傾向がある。直方体形状のＬＥＤの輝度向上効果は、図１７に示すように、粗さの周期が約０．５〜５μｍの範囲で粗面無しのＬＥＤチップに比べ約１．５倍となる。
【００８１】
本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤチップの製造方法によれば、直方体形状で配光特性が良好で、高信頼性で高輝度化のＬＥＤチップを実現することができる。
【００８２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の第１〜第４の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかとなろう。
【００８３】
本発明の第１の実施の形態及び第１の実施の形態の変形例に係るＬＥＤチップにおいては、ＧａＰ基板を用いて変形ピラミッド型の形状を形成しているが、ＧａＰ基板を使用したＬＥＤウェーハのみならず、発光波長に対してほぼ透明な基板を使用している各種のＬＥＤ、例えばサファイヤ基板やＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板を利用したＬＥＤに適応できることはもちろんである。また、本発明の第１及び第１の実施の形態の変形例に係る構造は、切り残し厚さや、側壁の角度、基板の厚さ、ダイシングのピッチなどの組み合わせにより様々な形状を加工することができる、非常に汎用性の大きな構造であり、この構造を元として様々なバリエーションが考えられる。また、基板の種類や面方位によっては、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る形状を作る手段として、ダイシング及びスクライブのみならずワイヤーソー、研磨、あるいはへき開などの技術を用いることができるのも当然である。また本発明の主旨によれば、（１００）基板のみならず（１００）から任意の角度でオフした基板にも適応できることはいうまでもない。
【００８４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、低コストで信頼性が高く、且つ高輝度化を向上させた半導体発光素子を提供することができる。
【００８６】
また、本発明によれば、低コストで信頼性が高く、且つ高輝度化を向上させた半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子（ＬＥＤチップ）の構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示したＬＥＤチップの側面と上面図である。
【図３】  本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤチップの製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤチップの製造時におけるウェーハの状態を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤチップの粗面加工方法を示す図である。
【図６】図５の続きの工程図である。
【図７】直方体型ＬＥＤチップの概観図である。
【図８】切頭ピラミッド型ＬＥＤチップの概観図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る変形ピラミッド型ＬＥＤチップの輝度の測定結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る変形ピラミッド型ＬＥＤチップの信頼性の測定結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の変形例に係るＬＥＤチップの製造方法を示す工程図である。
【図１２】図１１の続きの工程図である。
【図１３】図１２の続きの工程図である。
【図１４】本発明の本発明の第１の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子（ＬＥＤチップ）の構造を示す斜視図である。
【図１５】本発明の本発明の第１の実施の形態の変形例に係るＬＥＤの製造方法を示す工程図である。
【図１６】粗面有および無のLEDの輝度の測定結果を示すグラフである。
【図１７】  LEDの粗面の粗さの周期と輝度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、７０、８０  底面（第２の主面）
１１、７１、８１  第１の側面
１２、７２、８２  第２の側面
１３、７３、８３  第３の側面
１４、７４、８４  第４の側面
１５、７５、８５  上面（第１の主面）
２０  ブレード
３０、３１  ダイシングシート
３２、３３、３４  耐酸性シート
４０  ＬＥＤウェーハ
４１  支持基板
４２  発光層
４３  レジスト層
４５、１１１  粗面
４８、１４８  ＬＥＤチップ
５１  第１の切り込み
５２  第２の切り込み
５３  割れ目
６０  混合液
６１  塩酸溶液
６２  現像液
１０１  ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２  ｎ型で竜拡散層
１０３  ｎ型クラッド層
１０４  活性層
１０５  ｐ型クラッド層
１０６  接着層
１０７  ｐ型ＧａＰ層
１０８  ＧａＰ基板
１０９、１１０  電極
【図１】
0003715627.tif 000002
【図２】
0003715627.tif 000003
【図３】
0003715627.tif 000004
【図４】
0003715627.tif 000005
【図５】
0003715627.tif 000006
【図６】
0003715627.tif 000007
【図７】
0003715627.tif 000008
【図８】
0003715627.tif 000009
【図９】
0003715627.tif 000010
【図１０】
0003715627.tif 000011
【図１１】
0003715627.tif 000012
【図１２】
0003715627.tif 000013
【図１３】
0003715627.tif 000014
【図１４】
0003715627.tif 000015
【図１５】
0003715627.tif 000016
【図１６】
0003715627.tif 000017
【図１７】
0003715627.tif 000018