(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長用基板上に発光層を含む半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
前記半導体膜をエッチング処理してテーパー状端面を形成する工程と、
前記半導体膜上に反射電極を介して支持基板を接合する支持基板接合工程と、
前記成長用基板を除去する成長用基板除去工程と、
前記成長用基板を除去することにより露出した前記半導体膜の表面のエッジ部周辺の第１領域において、前記第１領域よりも内側の第２領域において表出している結晶面に対してオフセットした面を、前記露出した前記半導体膜の表面を研磨し、前記エッジ部を面取りすることにより表出させるオフセット面表出工程と、
前記半導体膜の表面をウェットエッチング処理して前記第１領域および第２領域に前記半導体膜の結晶構造に由来する形状の複数の突起からなる凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体膜は、III族窒化物半導体からなり、
前記オフセット面表出工程において、前記第２領域に表出しているIII族窒化物半導体結晶のＣ−面に対してオフセットした面が前記第１領域に表出することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記支持基板の接合工程の前に、前記半導体膜の表面から前記成長用基板に達する分割溝を形成して前記半導体膜を複数の個片に分割する分割溝形成工程を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
III族窒化物半導体からなる発光層を含む半導体膜と、
前記半導体膜の光取り出し面とは反対側の面に設けられた反射電極と、
前記反射電極に接合層を介して接合された支持基板と、を含み、
前記半導体膜は、前記光取り出し面に対して傾斜したテーパー状端面を有し、
前記光取り出し面は、前記半導体膜の結晶構造に由来する形状の複数の突起からなる凹凸構造を有し、
前記光取り出し面のエッジ部周辺の第１領域における前記複数の突起の平均サイズが、前記光取り出し面の前記第１領域よりも内側の第２領域における前記複数の突起の平均サイズよりも小であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項５】
前記第１領域は、前記テーパー状端面の直上領域を含み、
前記第２領域は、前記反射電極の直上領域を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光装置に関し、特に半導体発光装置の光取り出し向上のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ等の半導体発光装置は、近年の技術の進歩により高効率、高出力化されている。しかし、高出力化に伴って発光素子から発せられる熱量も増加し、これによる信頼性の低下が問題となっている。これを解決するために結晶成長に用いられる比較的熱伝導率の低い成長用基板を除去し、これに代えて比較的熱伝導率の高い部材で半導体層を支持する所謂thin-film構造のＬＥＤが提案されている。thin-film構造によれば、発光素子の放熱性が改善される他、成長用基板を除去することにより光取り出し効率の向上も期待できる。例えば、ＧａＮ系半導体結晶を含む半導体膜から成長用基板を剥離する方法として成長用基板の裏面側からレーザを照射してＧａＮを分解するレーザリフトオフ（ＬＬＯ）法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５１６４１５号公報
【特許文献２】特開２０００−２２８５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１（ａ）は、従来のthin-film構造を有する半導体発光装置の構成を示す断面図、図１（ｂ）は、該半導体発光装置を構成する半導体膜２０のエッジ部周辺の拡大断面図である。ＧａＮ等のIII族窒化物半導体からなる半導体膜２０は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によりサファイア基板等の成長用基板（図示せず）上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次積層することにより形成される。
【０００５】
半導体膜２０の光取り出し面（ｎ型半導体層の表面）には、光取り出し効率向上のための凹凸構造が形成されている。例えば、半導体膜２０の光取り出し面をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いてウェットエッチングすることによりウルツ鉱型の結晶構造に由来する複数の六角錐状突起２００からなる凹凸構造が形成される。この六角錐状突起は、マイクロコーンと称されている。図２（ａ）は、III族窒化物系半導体をアルカリ溶液でエッチングすることにより得られる六角錐状突起２００の側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）における２ｂ−２ｂ線に沿った断面図である。六角錐状突起２００の断面形状は、底角５７°、頂角６６°の二等辺三角形である。複数の六角錐状突起を光取り出し面に形成することにより、臨界角よりも大きい角度で光取り出し面に向かう光を効率的に外部に取り出すことができるので、光取り出し効率が飛躍的に向上する。
【０００６】
半導体膜２０の光取り出し面とは反対側の面（ｐ型半導体層の表面）には、半導体膜２０に対して電気的コンタクトをとるためにＩＴＯ膜３０および光反射面を形成する反射電極４０が形成されている。キャップ層５０はＩＴＯ膜３０と反射電極４０とを全体的に覆い、支持基板６０と半導体膜２０とを接合するためのＡｕＳｎ等の共晶接合材の反射電極４０への拡散を防止する。支持基板６０は、例えばサファイア基板よりも熱伝導率が高いＳｉ基板であり、共晶接合層を介してキャップ層５０に接合されている。
【０００７】
半導体膜２０は、半導体発光装置の１区画を画定する格子状の分割溝（ストリート）により複数の個片に分割される。この分割溝をダイシングにより形成すると、個片化された半導体膜２０の端面（側面）が粗面となり電流リークを引き起こす。このため、分割溝の形成は、エッチングにより行われる場合が多い。分割溝を形成するためのエッチングは、通常、サファイア基板を除去する前に行われので、光取り出し面とは反対側の面（ｐ型半導体層の表面）からエッチングが行われることとなる。その結果、半導体膜２０の断面形状は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、光取り出し面側に向けて広がるメサ形状となり、半導体膜２０の端面２０ａは、光取り出し面に対して４０°〜６０°程度傾斜する。
【０００８】
青色光を生成するIII族窒化物系半導体では、発光層は例えばＩｎＧａＮ により構成され得る。また、発光層を構成するＩｎＧａＮよりもバンドギャップの大きいＧａＮやＡｌＧａＮからなる層で発光層を挟んだ所謂ダブルヘテロ構造が構成される。発光層を構成するＩｎＧａＮ層は、隣接するＧａＮ層やＡｌＧａＮ層よりも屈折率が高いため、発光層内に閉じ込められたまま発光層内を伝搬する光が存在する。このような光は、発光層内を伝搬して、半導体膜２０の端面２０ａに至る。半導体膜の端面２０ａが例えば光取り出し面に対して４５°で傾斜している場合、半導体膜２０の端面２０ａに到来した光は、端面２０ａで反射され光取り出し面に対して直交する角度（すなわち入射角０°）で光取り出し面に向かう。ここで、入射角とは、凹凸構造がないとした場合における平坦な光取り出し面の法線と入射光とのなす角をいう。半導体膜２０の光取り出し面に形成された凹凸構造により上記したように、臨界角よりも大きい角度で光取り出し面に向かう光は、効率的に外部に取り出すことが可能となる一方、臨界角よりも小さい角度で光取り出し面に向かう光は、外部に取り出すことができない場合がある。すなわち、発光層内を伝搬して半導体膜２０の傾斜した端面２０ａで反射される光の多くは、臨界角よりも小さい角度で光取り出し面に向かう故、このような光を外部に取り出すことができず、光取り出し効率の低下を招来することとなっていた。尚、このような素子において発光層のうち実際の発光に寄与するのは主として電極直上の領域であるため、図面上ではこの領域のみを図示している。
【０００９】
例えば図３（ａ）に示すように、０°以上１２．７°未満の入射角（凹凸構造がないとした場合における平坦な光取り出し面の法線と入射光とのなす角  以下同じ）で光取り出し面に向かう光は、六角錐状突起２００の側面で反射され、一旦外部に取り出されるものの隣接する六角錐状突起に再突入する可能性がある。また、図３（ｂ）に示すように、１２．７°以上１４．９°未満の入射角で光取り出し面に向かう光は、六角錐状突起２００の側面で反射され、一旦外部に取り出されるものの、下向きの角度で出射されるため、隣接する六角錐状突起への再突入は確定的となる。また、図３（ｃ）に示すように、１４．９°以上３３．１°未満の入射角で光取り出し面に向かう光は、外部に取り出されることなく六角錐状突起２００の側面で反射されて発光層側に戻される。このように、光取り出し面が一様な凹凸構造を有する場合、発光層内を伝搬して半導体膜２０の端面２０ａで反射される光の多く（４〜７％）は、外部に取り出すことができなかった。
【００１０】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、発光層内を伝搬して半導体膜の端面で反射される光をも効率的に外部に取り出すことができる半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、成長用基板上に発光層を含む半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、前記半導体膜をエッチング処理してテーパー状端面を形成する工程と、前記半導体膜上に反射電極を介して支持基板を接合する支持基板接合工程と、前記成長用基板を除去する成長用基板除去工程と、前記成長用基板を除去することにより露出した前記半導体膜の表面のエッジ部周辺の第１領域において、前記第１領域よりも内側の第２領域において表出している結晶面に対してオフセットした面を表出させるオフセット面表出工程と、前記半導体膜の表面をウェットエッチング処理して前記第１領域および第２領域に前記半導体膜の結晶構造に由来する形状の複数の突起からなる凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、を含むことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る半導体発光装置は、III族窒化物半導体からなる発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜の光取り出し面とは反対側の面に設けられた反射電極と、前記反射電極に接合層を介して接合された支持基板と、を含み、前記半導体膜は、前記光取り出し面に対して傾斜したテーパー状端面を有し、前記光取り出し面は、前記半導体膜の結晶構造に由来する形状の複数の突起からなる凹凸構造を有し、前記光取り出し面のエッジ部周辺の第１領域における前記複数の突起の平均サイズが、前記光取り出し面の前記第１領域よりも内側の第２領域における前記複数の突起の平均サイズよりも小であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体発光装置によれば、第１領域に形成される六角錐状突起の平均サイズは第２領域に形成される六角錐状突起の平均サイズよりも小さいので、発光層内を横方向に伝搬しテーパー状端面で反射されて光取り出し面に向かう光を効率的に外部に取り出すことが可能となり、従来よりも光取り出し効率を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法によれば、比較的簡便な方法で上記の効果を奏する半導体発光装置を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は、従来のthin-film構造を有する半導体発光装置の構成を示す断面図である。図１（ｂ）は、該半導体発光装置を構成する半導体膜２０のエッジ部周辺の拡大断面図である。
【図２】図２（ａ）は、III族窒化物系半導体をアルカリ溶液でエッチングすることにより得られる六角錐状突起の側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）における２ｂ−２ｂ線に沿った断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、光取り出し面に対する光の入射角と光の進路との関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置の構成を示す断面図、図４（ｂ）は本発明の実施例に係る半導体膜のエッジ部周辺の拡大断面図、図４（ｃ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係る半導体発光装置において、発光層内を横方向に伝搬してテーパー状端面に至る光の進路を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施例に係るオフセット面表出工程において研磨処理された半導体膜のエッジ部周辺の断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例に係る製造工程を経ることにより形成された凹凸構造を有する半導体膜表面のＳＥＭ写真である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
【００１７】
図４（ａ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置１の構成を示す断面図、図４（ｂ）は半導体発光装置１を構成する半導体膜２０のエッジ部周辺の拡大断面図、図４（ｃ）は半導体発光装置１を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【００１８】
半導体発光装置１は、半導体膜２０が、その結晶成長に用いられる成長用基板とは異なる支持基板６０によって支持されるthin-film構造のＬＥＤである。半導体膜２０は、III族窒化物系半導体からなるｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて構成され、ｎ型半導体層の表面が光取り出し面となっている。光取り出し面となるｎ型半導体層の表面には、ウルツ鉱型の結晶構造に由来する複数の六角錐状突起からなる凹凸構造が全域に亘り形成されている。ｎ電極７０は、この凹凸構造が形成された光取り出し面（ｎ型半導体層の表面）に形成されている。
【００１９】
半導体膜２０の光取り出し面とは反対側の面（すなわち、ｐ型半導体層の表面）には、半導体膜２０に対して電気的なコンタクトをとるためのＩＴＯ膜３０が形成されている。すなわち、ＩＴＯ膜３０は、半導体膜２０との間でオーミック性接触を形成している。ＩＴＯ膜３０は、半導体膜２０表面の比較的広い範囲を覆うように形成され、正方向、長方形などの形状にパターニングされている。ＩＴＯ膜３０の表面には、Ａｇなどの高反射率を有する金属からなる反射電極４０が設けられている。反射電極４０は、ＩＴＯ膜３０との界面において光反射面を形成し、発光層から発せられた光を光取り出し面に向けて反射させる。キャップ層５０は、ＩＴＯ膜３０、反射電極４０からなる積層体を全体的に覆うように設けられている。キャップ層５０は、ＡｕＳｎ等の共晶接合材に対してバリア機能を持つＴｉＷ層およびＴｉ層を含んでいる。  
【００２０】
支持基板６０は、例えば、半導体膜２０の結晶成長に用いられるサファイア基板よりも熱伝導率が高いＳｉ基板等により構成され、ＡｕＳｎ等の共晶接合材からなる共晶メタル層６１を介してキャップ層５０に接合されている。
【００２１】
半導体膜２０の端面（側面）２０ａは、半導体膜２０に分割溝（ストリート）を形成する際のエッチングに起因して、光取り出し面に対して斜め方向に傾斜したテーパー状となっている。すなわち、半導体膜２０は、光取り出し面側の幅が反射電極４０側の幅より広いメサ形状を有している。
【００２２】
テーパー状端面２０ａの直上領域を含む、半導体膜２０の光取り出し面のエッジ部周辺の第１領域１０１に形成された複数の六角錐状突起２００ａの平均サイズ（平均径）は、反射電極４０の直上領域を含む、第１領域１０１よりも内側の第２領域１０２に形成された複数の六角錐状突起２００ｂの平均サイズ（平均径）よりも小さくなっている。すなわち、第１領域１０１には、その径が発光層から発せられる光の波長（例えば４５０ｎｍ）よりも十分に小さい六角錐状突起２００ａが多数形成されている。一方、第２領域１０２には、その径が発光層から発せられる光の波長よりも十分に大きい六角錐状突起２００ｂが多数形成されている。尚、六角錐状突起の径とは、六角錐の底面の互いに対角をなす２つの頂点間を結ぶ線分の長さｄ（図２参照）に相当する。
【００２３】
図５は、本発明の実施例に係る半導体発光装置において、発光層２２内を横方向に伝搬してテーパー状端面２０ａに至る光の進路を示す断面図である。発光層２２内を伝搬し、テーパー状端面２０ａに到来した光は、テーパー状端面２０ａで反射されて、臨界角よりも小さい入射角で光取り出し面に向かう。半導体膜２０の光取り出し面のエッジ部周辺の第１領域１０１に形成される六角錐状突起２００ａの多くは、その径が発光層から発せられる光の波長よりも十分に小さい故、臨界角よりも小さい入射角で光取り出し面に向かう光は、六角錐状突起２００ａの側面で反射されることなく外部に取り出される。このように、第１領域１０１に微小マイクロコーンによる低反射構造が形成されることにより、発光層２２内を横方向に伝搬してテーパー状端面２０ａに至る光を効率的に外部に取り出すことが可能となる。更に第１領域１０１から外部に取り出される光は、発光波長よりも小さい六角錐状突起２００ａによって拡散・散乱されるので、この領域から出射される光が特定の方向に偏って出射されてしまうことを防止することが可能となる。すなわち、第１領域１０１には発光層内を伝搬する光が集中するので、第１領域１０１から外部に取り出される光の密度は比較的高い。仮に第１領域１０１が平坦な光取り出し面とされた場合には、高密度の光が特定の方向に偏って出射され、発光面内における輝度むらや色むらが顕著となる。
【００２４】
一方、反射電極４０の直上領域においては、あらゆる方向の光が光取り出し面に向かうので、反射電極４０の直上領域を含む第２領域１０２においては、発光波長より十分に大きい径の六角錐状突起２００ｂを形成することが、光取り出しに有利となる。
【００２５】
このように、テーパー状端部２０ａの直上領域を含む光取り出し面のエッジ部周辺の第１領域１０１に主に発光波長よりも十分小さい複数の六角錐状突起で構成される凹凸構造を形成する一方、反射電極４０の直上領域を含む第２領域１０２に主に発光波長よりも十分大きい複数の六角錐状で構成される凹凸構造を形成することにより、従来外部に取り出すことが困難であった光をも取り出すことが可能となり、従来よりも光取り出し効率を高めることができる。尚、光取り出し効率を従来よりも顕著に高めるために、第１領域１０１に形成された複数の六角錐状突起２００ａのうち、その径が発光層から発せられる光の波長よりも小さいものの面積占有率が７０％以上であることが好ましく、一方、第２領域１０２に形成された複数の六角錐状突起２００ｂのうち、その径が発光層から発せられる光の波長よりも大きいものの面積占有率が４０％以上であることが好ましい。
【００２６】
上記した構成を有する半導体発光装置１の製造方法について以下に説明する。図６（ａ）〜（ｅ）および図７（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す断面図である。
【００２７】
（半導体膜形成工程）
半導体結晶の成長を行うための成長用基板としてサファイア基板１０を用意する。サファイア基板１０を水素雰囲気中で１０００℃、１０分間加熱してサファイア基板１０のサーマルクリーニングを行う。次にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によりサファイア基板１０上に低温バッファ層、下地ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮ層からなる半導体膜２０を形成する。具体的には、基板温度を５００℃とし、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）（流量10.4μmol/min）およびＮＨ３（流量3.3LM）を約３分間供給してＧａＮからなる低温バッファ層をサファイア基板１０上に形成する。その後、基板温度を１０００℃まで昇温し、約３０秒間保持することで低温バッファ層を結晶化させる。続いて、基板温度を１０００℃に保持したままＴＭＧ（流量45μmol/min）およびＮＨ３（流量4.4LM）を約２０分間供給し、厚さ約１μｍの下地ＧａＮ層を形成する。次に、基板温度１０００℃にてＴＭＧ（流量45μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）およびドーパントガスとしてＳｉＨ４（流量2.7×10-9mol/min）を約１００分間供給し、厚さ約５μｍのｎ型ＧａＮ層を形成する。続いて、ｎ型ＧａＮ層の上に発光層を形成する。本実施例では、発光層としてInGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を適用した。すなわち、InGaN/GaNを１周期として５周期の成長を行う。具体的には、基板温度を７００℃とし、ＴＭＧ（流量3.6μmol/min）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）（流量10μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）を約３３秒間供給し、厚さ約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を形成し、続いてＴＭＧ（流量3.6μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）を約３２０秒間供給して厚さ約１５ｎｍのＧａＮ障壁層を形成する。かかる処理を５周期分繰り返すことにより発光層が形成される。次に、基板温度を８７０℃まで昇温し、ＴＭＧ（流量8.1μmol/min）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）（流量7.5μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）およびドーパントとしてＣｐ２Ｍｇ（bis-cyclopentadienyl Mg）（流量2.9×10-7μmol/min）を約５分間供給し、厚さ約４０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を形成する。続いて、基板温度を保持したまま、ＴＭＧ（流量18μmol/min）、ＮＨ３（流量4.4LM）およびドーパントとしてＣｐ２Ｍｇ（流量2.9×10-7μmol/min）を約７分間供給し、厚さ約１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を形成する。サファイア基板１０上には、これらの各層によって構成される半導体膜２０が形成される（図６（ａ））。
【００２８】
（ｐ型ＧａＮ層活性化工程）
ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ｐ型ＧａＮ層の活性化を行う。成長過程において、ｐ型ＧａＮ層の層内にはキャリアガスの原料である水素が混入しており、Ｍｇ−Ｈ結合が形成されている。このような状態では、ドープされたＭｇはドーパントとしての機能を果たすことができず、ｐ型ＧａＮ層は高抵抗化している。この為、ｐ型ＧａＮ層内に混入している水素を脱離させる活性化工程が必要となる。具体的には、４００℃の不活性ガス雰囲気中でウエハの熱処理を行ってｐ型ＧａＮ層を活性化させる。
【００２９】
（ＩＴＯ膜形成工程）
半導体膜２０のｐ型ＧａＮ層の表面を洗浄した後、基板温度を約２００℃とし、スパッタ法によりｐ型ＧａＮ層の表面に厚さ約４０ｎｍのＩＴＯ膜３０を形成する。次に、ＩＴＯ膜３０上に、半導体発光装置の１区画を画定する分割ラインに沿った格子状の開口パターンを有するレジストマスク（図示せず）を形成し、このレジストマスクを介してＩＴＯ膜３０を硝酸と塩酸の混合液を用いたウェットエッチングにより除去してＩＴＯ膜３０にパターニングを施す。このウェットエッチングによりＩＴＯ膜３０には上記分割ラインに沿った格子状の溝が形成され、ＩＴＯ膜３０は、ウエハ内に形成される複数の発光素子毎に分割される。分割されたＩＴＯ膜３０の個片の各々が正方形または長方形となるようにパターニングされる。レジストマスクを除去した後、４５０℃の酸素を含む雰囲気中にウエハを投入し、１分間の熱処理を行う。この熱処理によりＩＴＯ膜３０と半導体膜２０との間にオーミック性接触が形成され、接触抵抗が大幅に低減される（図６（ｂ））。
【００３０】
（反射電極形成工程）
ＩＴＯ膜３０上に開口部を有するレジスト（図示せず）を形成した後、逆スパッタ法によりＩＴＯ膜３０の表面を浄化する。次に、スパッタ法によりウエハ全面に厚さ１５０ｎｍ程度のＡｇ膜を形成した後、不要部分のＡｇ膜を上記のレジストと供に除去することによりＡｇ膜のパターニングを行って、反射電極４０を形成する（図６（ｃ））。
【００３１】
（キャップ層形成工程）
ＩＴＯ膜３０の形成領域に対応する部分に開口部を有するレジスト（図示せず）を形成する。次に、スパッタ法などによりＩＴＯ膜３０および反射電極４０からなる積層体を全体的に覆うようにＴｉＷ（厚さ４００ｎｍ）、Ｔｉ（厚さ１００ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ２００ｎｍ）、Ａｕ（厚さ２００ｎｍ）を順次堆積した後、不要部分を上記のレジストと供に除去することによりパターニングを行って、キャップ層５０を形成する（図６（ｄ））。キャップ層５０を形成する上記の金属のうち、ＴｉＷ層およびＴｉ層は、共晶メタル層６１を構成するＡｕＳｎの反射電極４０への拡散を防止するバリア層として機能する。Ｐｔ層およびＡｕ層は、ＡｕＳｎに対する濡れ性を向上させるための層である。
【００３２】
（分割溝形成工程）
半導体膜２０に半導体発光装置の１区画を画定する分割溝（ストリート）２５を形成する。具体的には、半導体膜２０の表面に分割溝２５のパターンに対応した格子状パターンのレジスト（図示せず）を形成する。次に、ウエハをＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に投入し、Ｃｌ２プラズマによるドライエッチングにより上記レジストの開口部において露出している半導体膜２０をｐ型ＧａＮ層側からエッチングする。これにより半導体膜２０には、サファイア基板１０に達する格子状の分割溝２５が形成され、半導体膜２０は例えば一辺が１０００μｍの個片（チップ）に分割される。半導体膜２０の個片の端面（側面）２０ａは、光取り出し面に対して斜め方向に傾斜したテーパー状となっている。すなわち、半導体膜２０の個片は、メサ形状となる（図６（ｅ））。
【００３３】
（支持基板接合工程）
半導体膜２０を支持するための支持基板６０を用意する。支持基板６０は、例えば熱伝導率がサファイア基板１０よりも高く、半導体膜２０を支持するのに十分な機械的強度を有する部材が好ましい。支持基板６０として、例えばシリコン基板、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、金属基板などを用いることが可能である。支持基板６０の表面には、共晶接合材であるＡｕＳｎなどからなる共晶メタル層６１が形成されている。共晶メタル層６１と、キャップ層５０とを密着させ真空中でこれらを熱圧着することにより、半導体膜２０と支持基板６０とを接合する（図７（ａ））。
【００３４】
（成長用基板除去工程）
サファイア基板１０を半導体膜２０から剥離する。サファイア基板１０の剥離には、レーザリフトオフ法を用いることができる。具体的には、サファイア基板１０の裏面（半導体膜２０の形成面とは反対側の面）からエキシマレーザを照射する。これによりサファイア基板１０との界面近傍におけるＧａＮ結晶がＧａとＮ２ガスに分解し、サファイア基板１０が半導体膜２０から剥離する。サファイア基板１０を除去することによりｎ型ＧａＮ層の表面２０ｂが露出する。ｎ型ＧａＮ層の表面２０ｂは、IＣ−面で構成されており、アルカリ溶液を用いたウェットエッチング処理によりウルツ鉱型結晶構造に由来する形状の複数の六角錐状突起からなる凹凸構造を形成することが可能である。サファイア基板１０を除去することにより露出したｎ型ＧａＮ層の表面２０ｂに付着しているＧａは、ＨＣｌを用いて除去される（図７（ｂ））。
【００３５】
（オフセット面表出工程）
分割溝２５にレジスト８０を埋め込んだ後、ＣＭＰ（化学機械研磨）技術によりサファイア基板１０を除去することにより露出したｎ型ＧａＮ層の表面（Ｃ−面）２０ｂを研磨する。これにより、ｎ型ＧａＮ層の表面（Ｃ−面）２０ｂのエッジ部の面取りが行われ、エッジ部周辺においてＣ−面からオフセットしたオフセット面２０ｃが表出する（図７（ｃ））。図８は、研磨処理後における半導体膜２０のエッジ部周辺の断面図である。例えば、半導体膜２０のエッジ部からの幅ａが１０μｍ、光取り出し面からの深さｂが約１μｍの範囲が研磨により除去される。これにより、半導体膜２０のエッジ部周辺にＣ−面２０ｂから約５．７°オフセットしたオフセット面２０ｃが表出する。オフセット面２０ｃは、半導体膜２０のテーパー状端面２０ａの直上に形成される。
【００３６】
半導体膜２０の研磨は、表１に示すように、研磨押圧の大きさおよび研磨パッドの回転数を変化させながら行うのが好ましい。すなわち、研磨処理の初期のステップ１および終盤のステップ３において研磨押圧および回転数を低く抑えることにより半導体膜２０の割れや欠けを防止することができる。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
（凹凸構造形成工程）
ウエハを７０℃のＫＯＨに１０分間浸漬してサファイア基板１０を除去することにより露出したｎ型ＧａＮ層の表面（Ｃ−面）２０ｂおよびＣ−面からオフセットしたオフセット面２０ｃをエッチングして、これらの面にウルツ鉱型の結晶構造に由来する形状の複数の六角錐状突起からなる凹凸構造を形成する。オフセット面２０ｃのエッチングレートは、Ｃ−面２０ｂのエッチングレートよりも低いため、オフセット面２０ｃに形成される六角錐状突起の平均サイズ（平均径）は、Ｃ−面２０ｂに形成される六角錐状突起の平均サイズ（平均径）よりも小さくなる（図７（ｄ））。尚、オフセット面２０ｃは、図９に示すように、丸みを帯びた湾曲面を含んでいてもよい。この場合、半導体膜２０のエッジ部に近づくにつれてＣ−面２０ｂからのオフセット量が徐々に大きくなるので、エッジ部に近づくにつれて六角錐状突起のサイズが段階的に小さくなる。図７（ｄ）においては、エッチング後もオフセット面２０ｃによる傾斜形状が残存している場合が示されている。しかしながら、オフセット面２０ｃのエッチングレートは、Ｃ−面２０ｂのエッチングレートよりも低いため、図１０に示すように、半導体膜２０のエッジ部周辺が中央部よりも盛り上がった形状となることもある。このような形状の差異はエッチング条件などにより生じるが、いずれの形状であってもオフセット面２０ｃ上に形成される六角錐状突起のサイズがＣ−面２０ｂ上に形成されるものよりも小さくなることに変わりはない。
【００３９】
（ｎ電極形成工程）
凹凸構造が形成された半導体膜２０のｎ型ＧａＮ層の表面にＴｉおよびＡｌを順次蒸着した後、これをエッチングまたはリフトオフなどによりパターニングしてｎ電極７０を形成する（図７（ｅ））。以上の各工程を経ることにより、半導体発光装置１が完成する。
【００４０】
上記した本発明の実施例に係る製造方法によれば、半導体膜２０の表面研磨工程を従来の製造工程に追加するだけで、半導体膜の表面のエッジ部周辺（第１領域）に、内側領域（第２領域）と比べてサイズ（径）の小さい六角錐状突起を形成することが可能となる。すなわち、本発明の実施例に係る製造方法によれば、比較的簡便な方法で従来よりも光取り出し効率の高い半導体発光装置を製造することが可能となる。
【００４１】
半導体膜表面のエッジ部周辺における光取り出し効率を改善するための他の製造方法として、成長用基板を除去することにより露出した半導体膜の表面のエッジ部周辺にメタルマスクを形成した後に凹凸構造を形成するためのウェットエッチングを行う方法が考えられる。この方法によれば、半導体膜表面のエッジ部周辺に六角錐状突起が形成されることはないので、当該領域における光取り出し効率を改善することが可能となる。しかしながら、この方法によれば、フォトリソグラフィ、メタル蒸着、リフトオフ、凹凸形成、メタル除去といった多くの工程が必要となる。また、この方法によれば、半導体膜表面のエッジ部周辺は平坦面となり、光を散乱させる効果がなくなるため、高密度の光が特定の方向に偏って出射するおそれがある。本発明の実施例に係る製造方法によれば、これらの問題を生じることなく光取り出し効率の向上を達成することができる。
【００４２】
図１１は、上記した本発明の実施例に係る製造方法によって製造された半導体発光装置における半導体膜２０表面のＳＥＭ写真である。半導体膜２０表面のエッジ部周辺の第１領域１０１における六角錐状突起の平均サイズ（径）は、第２領域１０２におけるそれよりも顕著に小さくなっているのが確認できる。オフセット面を含む第１領域１０１に形成された六角錐状突起のうち、その径が５００ｎｍ未満のものの面積占有率は７６％であった。一方、Ｃ−面を含む第２領域１０２に形成された六角錐状突起のうち、その径が５００ｎｍ未満のものの面積占有率は１２％、５００ｎｍ以上１．５μｍ未満のものは７４％、１．５μｍ以上のものは１４％であった。上記した本発明の実施例に係る製造方法により作製された半導体発光装置によれば、図１に示す如き従来の半導体発光装置よりもの光出力を２％程度向上させることができた。
【００４３】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。本実施例に係る製造方法は、オフセット面表出工程における処理が第１の実施例に係る製造方法と異なる。サファイア基板を除去するまでの工程は、第１の実施例と同様であるのでその説明は省略する。
【００４４】
サファイア基板を除去することにより露出した半導体膜２０の表面にレジスト９０を形成する。レジスト９０は、半導体膜２０のエッジ部から第２領域１０２に向けて膜厚が徐々に大きくなる所謂テーパー形状を有している。つまり、レジスト９０の第１領域１０１を覆う部分において膜厚が連続的に変化している。このようなテーパー形状を有するレジスト９０は、例えば、以下の手順で形成することができる。レジスト材（例えばクラリアントジャパン製：ＡＺ６１３０）を半導体膜２０の表面に塗布する。次に９０℃、６０秒間の熱処理を行う（ファーストベーク）。その後、所定のマスクを用いて２５０ｍＪ／ｃｍ２にてレジスト材を露光する。次に１１０℃、９０秒間の熱処理によりレジスト材を固化する（セカンドベーク）。次に、現像液（例えばＡＺ６００ＭＩＦ）を使用して現像処理を行いレジスト材をパターニングする（図１２（ａ））。
【００４５】
次にレジスト９０を介して半導体膜２０の表面をＲＩＥによるエッチングを行う。このエッチング処理によりレジスト９０がエッチングされ、半導体膜２０表面のエッジ部が最初に露出する。そして、半導体膜２０の露出領域は徐々に内側に広がる。これにより、半導体膜２０のエッジ部周辺がレジスト９０のテーパー形状に対応した形状でエッチングされ、Ｃ−面２０ｂからオフセットしたオフセット面２０ｃが表出する（図１２（ｂ））。その後、レジスト９０が除去される（図１２（ｃ））。以降の工程は、上記した第１の実施例に係る製造方法と同様であるのでその説明は省略する。
【００４６】
このように、第２の実施例に係る製造方法によれば、第１の実施例に係る製造方法と同様、比較的簡便な方法で従来よりも光取り出し効率の高い半導体発光装置を製造することが可能となる。また、第２の実施例に係る製造方法によれば、Ｃ−面２０ｂとオフセット面２０ｃとの境界が明確となるので、この境界で六角錐状突起のサイズ（径）が明確に切り替わることとなる。
【符号の説明】
【００４７】
１  半導体発光装置
１０  サファイア基板
２０  半導体膜
２０ａ  テーパー状端面
２０ｂ  Ｃ−面
２０ｃ  オフセット面
３０  ＩＴＯ膜
４０  反射電極
５０  キャップ層
６０  支持基板
１０１  第１領域
１０２  第２領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005912442.tif 000008
【図７】
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【図８】
0005912442.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１１】
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