(57)【要約】【課題】製造工程を増やすことなく、光取出し効率の向上を図ることが可能な半導体発光素子および本半導体発光素子を用いた半導体発光装置を提供する。【解決手段】単結晶基板に化合物半導体層３を積層し、単結晶基板を長方形に分割して個片化することで形成された半導体発光素子１において、分割された単結晶基板である個片基板２の長尺側面２１と２３は、単結晶基板における結晶構造の劈開面とは異なる面となるように、劈開面に対して所定の角度を成すように形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板上に設けた主面上に窒化物半導体層を積層し、前記単結晶基板を分割して形成された長方形の半導体発光素子であって、
長辺方向の側面である長尺側面が前記単結晶基板の劈開面と異なる方向で分割されている半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体発光素子の長辺と短辺の比が２以上である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記単結晶基板が六方晶半導体であり、前記主面が（０００１）ｃ面であり、前記長尺側面が前記単結晶基板のｍ面と５°以上５５°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載された半導体発光素子。
【請求項４】
前記長尺側面が前記単結晶基板のｍ面と５°以上２５°以下の角度をなす請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記単結晶基板が六方晶半導体であり、前記主面が（１−１００）ｍ面であり、前記長尺側面が前記単結晶基板のｃ面と５°以上１７５°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載された半導体発光素子。
【請求項６】
前記長尺側面が前記単結晶基板のｃ面と５°以上８５°以下の角度をなす請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記長尺側面が前記単結晶基板のｃ面と５°以上６０°以下の角度をなす請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記単結晶基板が六方晶半導体であり、前記主面が（１１−２０）ａ面であり、前記長尺側面が前記単結晶基板のｃ面あるいはｍ面と５°以上８５°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載された半導体発光素子。
【請求項９】
前記単結晶基板が、窒化物化合物半導体、炭化珪素半導体、酸化亜鉛系化合物半導体のいずれかから選ばれた１つの単結晶基板であることを特徴とする請求項３乃至８のいずれかの請求項に記載された半導体発光素子。
【請求項１０】
前記長尺側面は前記長尺側面の厚さ方向の半分以上の領域で微小凹凸が存在する請求項１乃至９の何れかの請求項に記載された半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかの請求項に記載された発光素子を用いた半導体発光装置。
【請求項１２】
基板の片面にｎ電極とｐ電極を有する化合物半導体層を形成しバンプでサブマウントに固定される半導体発光装置であって、
ｐ側バンプは２つ以上あり、
少なくとも１つのｐ側バンプはｎ側バンプと同じ長尺側面側に配置し、少なくとも１つのｐ側バンプは前記ｎ側バンプの反対側の長尺側面側に配置された請求項１１に記載された半導体発光装置。
【請求項１３】
六方晶半導体単結晶基板上にｎ型半導体層と活性層とｐ型半導体層を形成する工程と、
前記六方晶半導体単結晶基板上の一部の領域で前記活性層とｐ型半導体層を除去し前記ｎ型半導体層または前記六方晶半導体単結晶基板を露出させる工程と、
前記露出したｎ型半導体層または前記六方晶半導体単結晶基板と前記ｐ型半導体層にｎ電極とｐ電極をそれぞれ形成する工程と、
前記六方晶半導体単結晶基板の劈開面でない面が長尺側面となるようにレーザースクライブで切断溝を形成する工程を含む長方形半導体発光装置の製造方法。
【請求項１４】
ｎ型導電性を有する六方晶半導体単結晶基板上にｎ型半導体層と活性層とｐ型半導体層を形成する工程と、
前記六方晶半導体単結晶基板の裏面と前記ｐ型半導体層にｎ電極とｐ電極をそれぞれ形成する工程と、
前記六方晶半導体単結晶基板の劈開面でない面が長尺側面となるようにレーザースクライブで切断溝を形成する工程を含む長方形半導体発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記切断溝を形成する工程は、前記六方晶半導体単結晶基板の厚みの５％から５０％の深さを有する切断溝を形成する請求項１３又は１４に記載の長方形半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶基板に化合物半導体層が積層された半導体発光素子およびそれを用いた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子の光取出し効率を上げ、輝度向上を図る技術として特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、基板の側面が、またはこの基板上に積層された窒化ガリウム系化合物半導体素子の側面が、エッチングにより凹凸形状に形成されたものである。【０００３】
このように光が出射する出射面を平滑面とするよりも凹凸面とする方が、内部からの光がその表面で光が全反射する程度を減少させることができるので、光取出し効率の向上が望める。
【特許文献１】特開２００４−６６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、基板の側面を、または基板に積層された窒化ガリウム系化合物半導体の側面を、エッチングにより凹凸形状にしているので、その製造工程において基板に窒化ガリウム系化合物半導体を積層した後に、エッチング工程を追加する必要がある。そうなると製造工程が煩雑となるだけでなく製造コストも増加する。また、この方法ではエッチング深さが深くなるにつれ凹凸が小さくなってしまうので、全面に渡って凹凸形状を形成するのが困難である。【０００５】
そこで本発明は、製造工程を増やすことなく、半導体発光素子の側面の全面に渡って凹凸を形成し、光取出し効率の向上を図ることが可能な半導体発光素子およびそれを用いた半導体発光装置とそ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】
【０００６】
本発明の半導体発光素子は、単結晶基板に化合物半導体層を積層し、前記単結晶基板を分割して個片化することで形成された半導体発光素子において、分割された単結晶基板の側面は、前記単結晶基板の劈開面とは異なる面で形成されていることを特徴とする。【０００７】
特に本発明の半導体発光素子は、化合物半導体を積層した単結晶基板から分割された個片が長方形であって、長い方の辺の側面は、劈開面でないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、製造工程で単結晶基板を分割するときに単結晶基板の側面が劈開面とは異なる面となるようにするだけでよいので、光取出し効率を向上させるために、新たな製造工程を追加する必要がない。よって、製造コストを増加させることなく、輝度効率の高い半導体素子とすることができる。【０００９】
また、単結晶基板から分割された個片を長方形として、その長い方の辺の側面を劈開面でない面とするので、仮に、短い方の辺の側面が劈開面となり、光が全反射したとしても、半導体発光素子全体での光取出し効率は、全ての側面が劈開面で形成されている場合と比較して、高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態にかかわる半導体発光素子を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態にかかわる半導体発光素子を示す平面図
【図３】主面をｃ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハおよびこのウェハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図
【図４】主面をｃ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハと劈開面の関係を示す斜視図
【図５】主面をａ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハおよびこのウェハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図
【図６】主面をａ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハと劈開面の関係を示す斜視図
【図７】主面をｍ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハおよびこのウェハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図
【図８】主面をｍ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハと劈開面の関係を示す斜視図
【図９】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した半導体発光装置を示す図
【図１０】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した他の実施の形態である半導体発光装置を示す図
【図１１】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した他の実施の形態である半導体発光装置を示す図
【図１２】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した他の実施の形態である半導体発光装置を示す図
【図１３】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した他の実施の形態である半導体発光装置を示す図
【図１４】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載し射光面に微小凹凸構造を設けた半導体発光装置を示す図
【符号の説明】
【００１１】
１          半導体発光素子
２          個片基板
３          化合物半導体層
４          ｎ電極
５          ｐ電極
１０        ウェハ
１１、１２  ＯＦ面
２０        積層面
２１〜２４  側面
３１        ｎ型半導体層
３２        活性層
３３        ｐ型半導体層
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を図１、図２および図３に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。図２は平面図を示す。図３は、ウェハから半導体発光素子を切り出す際の結晶面とウェハおよび半導体発光素子の位置関係を示す。【００１３】
図１に示すように半導体発光素子１は、個片基板２と、化合物半導体層３と、ｎ電極４と、ｐ電極５からなり、ウェハ状態の単結晶基板を分割して形成されている。個片基板２は、光透過性を有するものであれば使用することができるが、本実施の形態では六方晶系結晶構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体、炭化珪素半導体、酸化亜鉛系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成することができる。なお、本明細書および特許請求の範囲を通じて、窒化ガリウム系化合物半導体と窒化アルミニウム系化合物半導体を総称して窒化物化合物半導体を呼ぶ。【００１４】
図３を参照して、半導体発光素子１は、ウェハの積層面２０を略矩形状に分割することで、形成される。そして個片基板２の側面２１と側面２３は、ウェハから個片とするときに劈開面とは異なるように分割されているので、その側面は劈開面で分割したときと比較して微小な凹凸が多く形成されている。この凹凸は側面上において個片基板の主面に垂直な方向に伸びる筋状の凹凸として形成され易い。なお、図３を用いた劈開面と個片基板の切り出し方についての詳細は後述する。【００１５】
図１を再び参照して、化合物半導体層３は、この六方晶系結晶構造を有する個片基板２の特定の面方位を有する結晶面上に積層されている。化合物半導体層３を積層する面を主面と呼ぶ。また、化合物半導体層３の結晶品質を良好なものとする為に、化合物半導体層３を積層する主面を、個片基板２の結晶面から０．１°〜５°ずれた面としてもよい。【００１６】
化合物半導体層３は、例えば個片基板２が窒化物化合物半導体（ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮなど）や、炭化珪素半導体（ＳｉＣ）や、酸化亜鉛系化合物半導体（ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯなど）であれば、窒化ガリウム系化合物半導体層としたり、酸化亜鉛系化合物半導体であれば酸化亜鉛系化合物半導体層としたりすることができる。特に個片基板２を窒化物化合物半導体とするときには、化合物半導体層３は窒化ガリウム系化合物半導体とするのが望ましい。また、個片基板２を酸化亜鉛系化合物半導体とするときには、化合物半導体層３は酸化亜鉛系化合物半導体層とするのが望ましい。【００１７】
このような材質の化合物半導体層３を単結晶基板２に成長させると、単結晶基板２の劈開面の方向と化合物半導体層３の劈開面の方向が一致した状態で化合物半導体層３が積層されるので、化合物半導体層３の側面も微小な凹凸面とすることができる。【００１８】
化合物半導体層３は、ｎ型半導体層３１と、活性層３２と、ｐ型半導体層３３とを備えている。ｎ型半導体層３１と個片基板２との間にバッファ層を設けることも可能である。化合物半導体層３は、単結晶基板（ウェハ）２上に結晶成長装置を使ってｎ型半導体層３１と、活性層３２と、ｐ型半導体層３３とを順次成長させ形成される。【００１９】
ｎ電極４は、化合物半導体層３が形成されたウェハを、ドライエッチング等によりｐ型半導体層３３と、活性層３２と、ｎ型半導体層３１の一部とを除去して、ｎ電極４を形成する領域を露出させ、この露出したｎ型半導体層３１上に形成されている。単結晶基板２がｎ型の導電性を持つ場合、ｎ電極４はｎ型半導体層３１をも除去して単結晶基板２を露出させ、単結晶基板２上に形成しても良い。また、単結晶基板２がｎ型の導電性を持つ場合、単結晶基板２の化合物半導体層３が積層された面とは反対側の面上にｎ電極を形成しても良い。この場合はドライエッチングは必ずしも必要ない。【００２０】
ｎ電極４は、射光面に光を反射できるようにｎ型半導体層３１若しくは導電性の基板上に接して反射率の高いＡｌを用いるのがよい。一方、ｎ電極４の表面はボンディング用電極としてＡｕで形成されるのがよい。そこでＡｌの層を形成し、その上にＴｉ、Ｐｔ、Ｎｉなどの元素でバリアメタル層を形成し、その上にＡｕ層を形成するのが好ましい。【００２１】
ｐ電極５は、ボンディング用の電極でありＡｕで形成されている。このｐ電極５は、多層構造とすることができる。例えばｐ型半導体層３３とのオーミックコンタクトを得るためにコンタクト層を設けることができる。このコンタクト層は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇまたは、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金、または導電性膜より形成することができる。またコンタクト層を、導電性膜とするときにはＩＴＯ，ＺｎＯとすることができる。【００２２】
また、コンタクト層の次にｐ型半導体層３３から通過する光を単結晶基板２の方向へ反射させるための反射層を設けることもできる。この反射層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈまたは、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金より形成することができるが、ＡｇまたはＡｇ合金が高い反射率を有しているので望ましい。【００２３】
図２を参照して、本発明の半導体発光素子は、ｐ電極５の側から見て長方形をしている。半導体発光素子は、略正方形をしている場合が多いが、近年、蛍光体と組み合わせることで白色にすることで照明用としての用途が増えるに従い、長方形の半導体発光素子の需要も多い。最も典型的な用途は、携帯電話やカーナビゲーション、ノート型パソコンの画面照明（バックライト）の用途であり、液晶テレビのバックライトとしての用途も拡がりつつある。本発明は特にこのような長方形をした半導体発光素子に関するものである。従って、本発明の半導体発光素子には、長辺側の側面と短辺側の側面がそれぞれ一対ずつ存在する。長辺側と短辺側の側面をそれぞれ長尺側面と短尺側面と呼ぶ。本発明で長方形とは、長辺／短辺の比が１．５以上、好ましくは２以上、より好ましくは３以上の場合をいう。【００２４】
ここで単結晶基板２を分割して形成される半導体発光素子１について、更に図３および図４を参照しながら詳細に説明する。図３は、すでに説明したように、本発明の実施の形態にかかわる半導体発光素子の単結晶基板について説明する図である。また、図４は、図３のウェハ１０と、単結晶基板の結晶面との関係を示す斜視図である。【００２５】
図３に示すようにウェハ１０は、単結晶基板のｃ面上に化合物半導体層３が積層され、ｎ電極４、ｐ電極５が形成されたものであり、スクライブされた後、スクライブラインに沿って分割して個片化され半導体発光素子１となる。このウェハ１０は、ウェハを分割するときや電極パターンを形成するときの基準となるＯＦ面１１が形成された矩形状であり、六方晶系結晶構造を有する窒化物化合物半導体、炭化珪素半導体、酸化亜鉛系化合物半導体で形成されている。六方晶系結晶構造を持つこれらの半導体において、劈開面である（１−１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面のそれぞれが成す角は６０°である。これらの面はｍ面と呼ばれる。より厳密には、面の表と裏では面方位を表す数字の符号が異なるが、本発明では、例えば（１−１００）面は、（１−１００）面と（−１１００）面の両方を指すこととする。【００２６】
図３では、ウェハ１０上には、矩形状の発光素子の短尺側面がＯＦ面１１に平行になるように、またその配列がＯＦ面１１に対し垂直および平行になるようにｎ電極４、ｐ電極５が形成されており、このウェハ１０を分割するときは、ＯＦ面１１に平行方向または垂直方向に電極パターンに沿って行われる場合を示す。【００２７】
尚、ウェハ１０の形状は矩形に限らず、ＯＦ面１１あるいはこれに相当する印を有すれば略円盤状であっても、その他の形状であってもいい。【００２８】
図３では、このＯＦ面１１が劈開面である（１０−１０）面に対して０°の角度に設定されている。ウェハ１０を、電極パターンに沿って分割することによって、矩形状に形成された個片基板２の側面２４は、劈開面である（１０−１０）面に対して０°の角度を成した状態となる。【００２９】
この時側面２４に隣接した一方の側面２１は、（１０−１０）面に対して９０°の角度を成し、（０１−１０）面に対して３０°の角度を成し、（１−１００）面に対して１５０°の角度を成すこととなる。すなわち、側面２１はいずれの劈開面にもならない。【００３０】
本発明では、各個片は、長方形をしているので、側面２４の反対側の側面２２は、側面２４と同じ劈開面であり、側面２１の反対側の側面となる側面２３は、側面２１同様いずれの劈開面にもならない。【００３１】
従って、単結晶基板であるウェハ１０をこのように分割し、分割して個片とすることで、個片基板２の長尺側面２１（および２３）を劈開面とは異なる面とすることができる。この時、短尺側面２４は劈開面であるが、個片基板が長方形の場合は長尺側面の光取出し効率を高くすることで半導体発光素子全体の光取出し効率を向上させることができる。従って、長辺／短辺の比が大きくなればなるほど、この光取出し効率の向上の割合は高くなる。【００３２】
なお、図３では、長尺側面が劈開面でない場合として、短尺側面が劈開面である（１０−１０）面である場合を示した。しかし、長尺側面２１が劈開面でないのは、図３の場合だけではない。長尺側面２１が劈開面でないのは、長尺側面が（０１−１０）面から（１−１００）面の間にある場合である。長尺面２１がどちらの劈開面からも３０°ずれている場合が、図３に示した場合である。長尺側面２１が（０１−１０）面から（１−１００）面の間にあって、どちらからも３０°の角度で無い場合は、短尺側面２４も、劈開面（１０−１０）と平行にならない。結果、全ての側面は劈開面とならない。すなわち、全ての側面に、凹凸構造を形成することができる。【００３３】
この場合は、短尺側面が劈開面である場合よりも、光取出し効率は向上し、より望ましい半導体発光素子を得ることができる。なお、長尺側面２１が（１０−１０）から（０１−１０)若しくは、(１０−１０)から(１−１００)の間にあっても、長尺側面は劈開面に
ならず、上記と同様の事情となる。【００３４】
この基板の分割は、レーザスクライブ装置で、それぞれ単結晶基板上に化合物半導体層が形成されたウェハを区分する溝を形成し、この溝を割ることで容易に行うことができる。溝の深さは側面の厚さの５％以上、５０％以下であることが望ましい。溝の深さが５％より浅い場合は、溝の位置で割れにくくなるため、分割の歩留りが低下する。溝の深さが５０％より深い場合は、側面に形成される微小な凹凸の面積が減少するため、光取出し効率が低下する。【００３５】
すなわち、劈開面でない部分を側面として切り出す際に、レーザスクライブ装置を用いると、レーザスクライブ装置で形成された溝の側面は比較的滑らかになるため、基板の厚さ方向で、側面には微小な凹凸ができる部分と微小な凹凸ができない部分とができる。このことは、本発明の半導体発光素子は、基板の側面で微小凹凸ができる部分が、基板の厚さ方向の半分以上は存在することを意味する。【００３６】
尚、このレーザスクライブ装置による溝は、ウェハの化合物半導体層３が積層された側の面に形成しても、化合物半導体層３が積層された面とは反対側の面に形成しても良い。【００３７】
このように、製造工程で単結晶基板を分割するときに個片基板２の長尺側面が劈開面と異なる面となるようにするだけで、半導体発光素子１の側面に凹凸を形成して光取出し効率を向上させることができ、新たな製造工程を追加する必要がない。従って、製造時の煩雑さや、製造コストの増大を抑制することができる。【００３８】
本実施の形態では、個片基板２の短尺側面を劈開面に対して０°の角度を成すように分割した場合を説明した。これは、個片基板２の基準とした側面を劈開面に対して０°の角度を成すようにすると、長尺側面は、いずれの劈開面に対しても３０°以上の角度を成すことできるからである。しかし、異なる劈開面同士が成す角度は必ず６０°であるので、個片基板２の長尺側面が劈開面に対して成す角度は、０°より大きく６０°未満であればよい。【００３９】
しかし、その角度が０°または６０°に近いと劈開が容易な劈開面から割れるおそれがある。従って、その角度を５°以上、５５°以下とすることで、個片基板２の長尺側面が劈開面に対して５°以上の余裕角度を成すことができるので、劈開面を避けて分割するときに劈開面から割れてしまうことを防止することができる。【００４０】
更に、個片基板２の長尺側面を、劈開面に対して１０°以上、５０°以下の角度を成すようにすると、個片基板２のいずれの側面も劈開面に対して１０°以上の余裕角度を成すことができるので、より確実に劈開面から割れてしまうことが防止できるとともに、より多くの凹凸が形成でき、光取出し効率をさらに高めることができる。【００４１】
さらに、長尺側面が劈開面から０°から３０°の間にあれば、短尺側面も劈開面でなくすことができ、さらに望ましい。上記のように劈開面からの余裕角度を５°または１０°にとることで、加工時の劈開面からの割れを防止することができる。具体的には、長尺側面が劈開面から５°乃至２５°の範囲、より好ましくは１０°から２０°の間にあることである。【００４２】
本発明は、長方形の半導体発光素子を作製する際に、その長尺側面が単結晶の劈開面でなければ、ウェハから分割するだけで、微小な凹凸構造を長尺側面に設けることができる。すなわち、光取出し効率を向上させることができる。六方晶系の単結晶では、図３以外でも、本発明を実施する事ができる結晶面の組み合わせが存在する。【００４３】
図５および図６には、主面をａ面とした場合のウェハからの分割の仕方を示す。六方晶系の単結晶では、ｃ面（０００１）面とｍ面（１−１００）面が劈開面となる。すなわち、主面をａ面とした場合は、主面に略垂直に分割する面内にｃ面とｍ面の２つの劈開面が存在する。この場合、長尺側面２１が劈開面でないようにするには、長尺側面が、ｃ面またはｍ面から０°以上９０°以下の範囲内にあればよい。劈開面に対する余裕角度を上記の説明のように５°とすると、長尺側面がｃ面又はｍ面から５°以上８５°以下の範囲にあればよい。ｃ面とｍ面はこの場合、互いに９０°角度が異なるので、短尺側面も劈開面でない。すなわち、ａ面を主面として、長尺側面がｃ面又はｍ面から５°以上８５°以下の範囲にすることによって、全ての側面が劈開面でなくなり、ウェハより分割するだけで側面に微小凹凸を形成することができ、光取出し効率を向上させることができる。もちろん、余裕角度を１０°にすればより好ましいのは言うまでもない。【００４４】
図７および図８には、主面をｍ面とした場合のウェハからの分割の仕方を示す。図では、長尺側面がｃ面から４５°異なる場合について示した。ｍ面が主面となる場合は、面内には、ｃ面とａ面が存在する。六方晶系の単結晶では、ｃ面（０００１）面とｍ面（１−１００）面が劈開面となる。すなわち、主面をｍ面（１−１００）面とした場合は、分割する面内に存在する劈開面は、ｃ面だけと考えてよい。この場合、長尺側面２１が劈開面でないようにするには、長尺側面が、ｃ面から０°以上１８０°以下の範囲内にあればよい。劈開面に対する余裕角度を上記の説明のように５°とすると、長尺側面がｃ面から５°以上１７５°以下の範囲にあればよい。もちろん、余裕角度は１０°であればより好ましい。【００４５】
ここで、長尺側面がｃ面から９０°異なる場合には、短尺側面がｃ面と一致し、劈開面となる場合がある。しかし、主面がｃ面の場合と同様、短尺側面は劈開面となっても、面積の大きな長尺側面に微小凹凸を設けることができれば、全体の光取出し効率は向上する。すなわち、本発明は、短尺側面が劈開面である場合も含む。また、長尺側面がｃ面から０°以上９０°以下の範囲にあれば、全ての面を劈開面でなくすことができ、より好ましい。【００４６】
ただし、長尺側面がｃ面から９０°異なる場合には、たとえレーザスクライブ装置で主面に垂直に溝を形成して割っても、レーザスクライブ溝以外の長尺側面は主面に垂直にはならず、主面と６０°あるいは１２０°で交差する他のｍ面（０１−１０）面あるいは（１０−１０）面で割れる確率が少なからずある。そのため、長尺側面はｃ面から０°以上６０°以下の範囲にあればより好ましい。劈開面に対する余裕角度を上記の説明のように５°とすると、５°以上６０°以下の範囲にあればよい。【００４７】
以上のように本発明の半導体発光素子は六方晶系の単結晶のｃ面、ａ面、ｍ面を主面とし、基板からの切り出しを所定の面方向とすることで、光取出し効率を向上させることができる。この半導体発光素子は、さまざまなタイプの半導体発光装置に用いる事ができる。【００４８】
図９から本実施の形態の半導体発光素子１を用いた半導体発光装置１００の具体例を示す。図９は、図１の半導体発光素子の化合物半導体層３と反対の基板面を射光面３６とする場合の一例である。基板２は、六方晶系の単結晶から上記のいずれかの方法で作製したものである。ｎ電極とｐ電極は図１と同じように形成される。【００４９】
サブマウント１２１には、引出電極１２２、１２３が形成される。引出電極は半導体発光素子１へ電流を印加するための電極である。半導体発光素子のｎ型層の側に接続するｎ側引出電極１２２とｐ型層の側に接続されるｐ側引出電極１２３がある。【００５０】
サブマウント１２１は、シリコンツェナーダイオード、シリコンダイオード、シリコン、窒化アルミニウム、アルミナ、その他のセラミック等を用いることができる。【００５１】
引出電極にはバンプ１２４、１２５が形成されている。引出電極同様、バンプもｎ型層に接続されるｎ側バンプ１２４と、ｐ型層に接続されるｐ側バンプ１２５がある。図９ではｐ側バンプは複数あるが、まとめて符号１２５で表す。もちろんｎ側バンプが複数個あってもよい。このバンプによって引出電極と半導体発光素子は電気的に接続されている。【００５２】
バンプは半導体発光素子１をサブマウント１２１上に固定し、また引出電極１２２、１２３との間を電気的に結合させる役割を有する。【００５３】
バンプの材料としては、金、金−錫、半田、インジウム合金、導電性ポリマーなどを用いることができるが、特に金や金を主成分とする材料が好ましい。これらの材料を用いて、メッキ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法、液滴射出法、ワイヤーバンプ法等を用いて形成することができる。【００５４】
例えば、ワイヤーバンプ法で金ワイヤーを作製し、その一端をボンダーにてサブマウント上の引出電極に接着した後、ワイヤーを切断することで金バンプを形成する。また、金などの高導電性材料の微粒ナノ粒子を揮発性溶剤に分散した液をインクジェット印刷と同様な手法で印刷し、溶剤を揮発除去してナノ粒子の集合体としてのバンプを形成する液滴射出法を用いることもできる。【００５５】
図１０は、図９の射光面３６側からみた平面図である。ここで示すように、ｐ側バンプは２個以上配置する。もしｐ側バンプが１つであると、半導体発光素子１は、ｎ側バンプとｐ側バンプの２つのバンプでサブマウント１２１上に固定されることになり、不安定である。【００５６】
また、ｐ側バンプのうち、少なくとも１つはｎ側バンプと同じ側の長尺側面に近い位置に配置し、少なくとも１つはｎ側バンプと反対側の長尺側面に近い位置に配置する。図１０を用いて具体的に示すと、ｐ側バンプ１２５−１はｎ側バンプ１２４のある側面２１と反対の側面２３側に配置する。またｐ側バンプ１２５−２はｎ側バンプ１２４のある側面２１と同じ側の側面２１側に配置する。このようにｐ側バンプを配置することで、半導体発光素子１は３つのバンプを三角形に配置した３点支持でサブマウント１２１上に安定して固定される。【００５７】
また、ｎ側バンプと同じ側の側面に配置するｐ側バンプ１２５−２は、ｎ側バンプ１２４からできるだけ遠い位置に配置するのが好ましい。３つのバンプで作る三角形の面積を大きくするためである。この三角形の面積が大きい方が半導体発光素子１は安定に固定される。３つ目以降のｐ側バンプからは、どこに配置してもよい。【００５８】
図１１には、射光面３６が化合物半導体層を形成していない側の基板である場合の他の例を示す。この例は、基板２が導電性の場合の半導体発光装置である。化合物半導体層には、ｐ電極を全面に形成する。ｎ電極は導電性の基板上に直接形成し、ボンディング１２８で外部から送電する。サブマウントには、ｐ側の引出電極１２３だけでよい。図１１では、側面近傍においてエッチングでｎ型層を露出させているが、エッチングでｎ型層を露出させなくてもいい。【００５９】
図１２には、射光面３６を化合物半導体層側に形成した例を示す。サブマウント１２１には、半導体発光素子の基板側を接着する。接着剤１４２は、はんだ、銀ペースト、樹脂製の接着剤を好適に用いる事ができる。ｎ電極１２２は図１と同じように形成する。一方ｐ電極は射光面３６となるので、透明電極１４０を用いる。ｐ電極とｎ電極はボンディング１２８により図示しない電極端子と接続される。【００６０】
図１３には、同じく射光面３６をｐ電極側とする他の例を示す。サブマウント１２１にはｎ電極への引出電極１２２を形成する。基板２は導電性の基板を用いる。サブマウントの引出電極１２２と導電性基板２は、はんだや銀ペーストなど導電性の接着剤１４２で接着する。なお、オーミック抵抗を下げるために、ＰｔやＮｉ、Ｃｏ、ＩＴＯ等の電極層１４３を付加してもよい。図１３では、側面近傍においてエッチングでｎ型層を露出させているが、エッチングでｎ型層を露出させなくてもいい。【００６１】
本発明は、六方晶系の単結晶のｃ面、ａ面、ｍ面のいずれかを主面として、化合物半導体層を形成し、基板の切り出し方向を所定の角度にすることで、長尺側面を劈開面とならないようにし、基板の分割工程だけで微小凹凸を形成し、光取出し効率を向上させるものであるが、射光面自身に微小凹凸を形成してもよいのはいうまでもない。【００６２】
図１４には、長尺側面を劈開面でない面とし、切り出しによる微小凹凸１４８を側面に形成した半導体発光素子１の射光面３６に微小凹凸１４７を形成した半導体発光装置を示す。図１４は、図９の半導体発光装置の射光面に全反射防止用の微小凹凸１４７を形成した半導体発光装置を示すものである。したがってサブマウント１２１、引出電極１２２と１２３、バンプ１２４と１２５は、図９の説明と同じである。【００６３】
微小凹凸１４７の形成は、いくつかの方法があり、どの方法を用いても構わない。しかし、機械的な応力がなるべく掛からない方法が望ましい。具体的には、エッチングによる方法が挙げられる。エッチングによる表面の凹凸形状の形成は、工程が簡単であり、また光取出し効率も向上する。しかし、凹凸形状の正確な制御が困難であり、また全く同じ凹凸形状を射光面上に形成できないという特性がある。エッチングはウェットエッチングでもドライエッチングでも利用する事ができる。ドライエッチングでは、イオンミリング法や塩素ガス法などが利用できる。ウェットエッチングでは、アルカリを主体としたエッチャントを用いてエッチングを行うことができる。【００６４】
また、インクジェット印刷法により射光面の表面に凹凸構造を作製することもできる。この方法は射光面をエッチングする工程を含まないので簡便に行うことができる。また、インクに仕込む凹凸構造を作製する材料の屈折率を調整することで、さらに光取出し効率を向上させる事もできる。【００６５】
また、ある程度の機械的な応力が許される場合は、ナノインプリントなどによる機械的な加工方法を用いることもできる。ナノインプリントにおいては、射光面に封止樹脂を塗布し、硬化させた後に、ブラスト加工により射光面３６に凹凸形成することができる。【００６６】
また、封止樹脂を一旦硬化させた後、表面を研磨平坦化し、研磨表面に薄く液状樹脂を塗布して膜を形成し、この膜に対してナノインプリントを実施して凹凸を形成することもできる。なお、基板の射光面と反射防止処理を施す表面の間に、蛍光体を含有する封止層を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、新たな製造工程を追加する必要なしに、半導体発光素子の側面に凹凸を形成し、光取出し効率を向上させることができるので、透光性基板上に半導体層を積層して形成された半導体発光素子に好適である。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月6日(2010.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶基板に化合物半導体層が積層された半導体発光素子およびそれを用いた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子の光取出し効率を上げ、輝度向上を図る技術として特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、基板の側面が、またはこの基板上に積層された窒化ガリウム系化合物半導体素子の側面が、エッチングにより凹凸形状に形成されたものである。
【０００３】
このように光が出射する出射面を平滑面とするよりも凹凸面とする方が、内部からの光がその表面で光が全反射する程度を減少させることができるので、光取出し効率の向上が望める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、基板の側面を、または基板に積層された窒化ガリウム系化合物半導体の側面を、エッチングにより凹凸形状にしているので、その製造工程において基板に窒化ガリウム系化合物半導体を積層した後に、エッチング工程を追加する必要がある。そうなると製造工程が煩雑となるだけでなく製造コストも増加する。また、この方法ではエッチング深さが深くなるにつれ凹凸が小さくなってしまうので、全面に渡って凹凸形状を形成するのが困難である。
【０００６】
そこで本発明は、製造工程を増やすことなく、半導体発光素子の側面の全面に渡って凹凸を形成し、光取出し効率の向上を図ることが可能な半導体発光素子およびそれを用いた半導体発光装置とそ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】
【０００７】
本発明の半導体発光素子は、単結晶基板に化合物半導体層を積層し、前記単結晶基板を分割して個片化することで形成された半導体発光素子において、分割された単結晶基板の側面は、前記単結晶基板の劈開面とは異なる面で形成されていることを特徴とする。
【０００８】
特に本発明の半導体発光素子は、化合物半導体を積層した単結晶基板から分割された個片が長方形であって、長い方の辺の側面は、劈開面でないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、製造工程で単結晶基板を分割するときに単結晶基板の側面が劈開面とは異なる面となるようにするだけでよいので、光取出し効率を向上させるために、新たな製造工程を追加する必要がない。よって、製造コストを増加させることなく、輝度効率の高い半導体素子とすることができる。
【００１０】
また、単結晶基板から分割された個片を長方形として、その長い方の辺の側面を劈開面でない面とするので、仮に、短い方の辺の側面が劈開面となり、光が全反射したとしても、半導体発光素子全体での光取出し効率は、全ての側面が劈開面で形成されている場合と比較して、高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態にかかわる半導体発光素子を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態にかかわる半導体発光素子を示す平面図
【図３】主面をｃ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハおよびこのウェハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図
【図４】主面をｃ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハと劈開面の関係を示す斜視図
【図５】主面をａ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハおよびこのウェハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図
【図６】主面をａ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハと劈開面の関係を示す斜視図
【図７】主面をｍ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハおよびこのウェハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図
【図８】主面をｍ面とした時の本発明の実施の形態にかかわるウェハと劈開面の関係を示す斜視図
【図９】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した半導体発光装置を示す図
【図１０】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した他の実施の形態である半導体発光装置を示す図
【図１１】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した他の実施の形態である半導体発光装置を示す図
【図１２】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した他の実施の形態である半導体発光装置を示す図
【図１３】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載した他の実施の形態である半導体発光装置を示す図
【図１４】本発明の半導体発光素子をサブマウントに搭載し射光面に微小凹凸構造を設けた半導体発光装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を図１、図２および図３に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。図２は平面図を示す。図３は、ウェハから半導体発光素子を切り出す際の結晶面とウェハおよび半導体発光素子の位置関係を示す。
【００１３】
図１に示すように半導体発光素子１は、個片基板２と、化合物半導体層３と、ｎ電極４と、ｐ電極５からなり、ウェハ状態の単結晶基板を分割して形成されている。個片基板２は、光透過性を有するものであれば使用することができるが、本実施の形態では六方晶系結晶構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体、炭化珪素半導体、酸化亜鉛系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成することができる。なお、本明細書および特許請求の範囲を通じて、窒化ガリウム系化合物半導体と窒化アルミニウム系化合物半導体を総称して窒化物化合物半導体を呼ぶ。
【００１４】
図３を参照して、半導体発光素子１は、ウェハの積層面２０を略矩形状に分割することで、形成される。そして個片基板２の側面２１と側面２３は、ウェハから個片とするときに劈開面とは異なるように分割されているので、その側面は劈開面で分割したときと比較して微小な凹凸が多く形成されている。この凹凸は側面上において個片基板の主面に垂直な方向に伸びる筋状の凹凸として形成され易い。なお、図３を用いた劈開面と個片基板の切り出し方についての詳細は後述する。
【００１５】
図１を再び参照して、化合物半導体層３は、この六方晶系結晶構造を有する個片基板２の特定の面方位を有する結晶面上に積層されている。化合物半導体層３を積層する面を主面と呼ぶ。また、化合物半導体層３の結晶品質を良好なものとする為に、化合物半導体層３を積層する主面を、個片基板２の結晶面から０．１°〜５°ずれた面としてもよい。
【００１６】
化合物半導体層３は、例えば個片基板２が窒化物化合物半導体（ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮなど）や、炭化珪素半導体（ＳｉＣ）や、酸化亜鉛系化合物半導体（ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯなど）であれば、窒化ガリウム系化合物半導体層としたり、酸化亜鉛系化合物半導体であれば酸化亜鉛系化合物半導体層としたりすることができる。特に個片基板２を窒化物化合物半導体とするときには、化合物半導体層３は窒化ガリウム系化合物半導体とするのが望ましい。また、個片基板２を酸化亜鉛系化合物半導体とするときには、化合物半導体層３は酸化亜鉛系化合物半導体層とするのが望ましい。
【００１７】
このような材質の化合物半導体層３を単結晶基板２に成長させると、単結晶基板２の劈開面の方向と化合物半導体層３の劈開面の方向が一致した状態で化合物半導体層３が積層されるので、化合物半導体層３の側面も微小な凹凸面とすることができる。
【００１８】
化合物半導体層３は、ｎ型半導体層３１と、活性層３２と、ｐ型半導体層３３とを備えている。ｎ型半導体層３１と個片基板２との間にバッファ層を設けることも可能である。化合物半導体層３は、単結晶基板（ウェハ）２上に結晶成長装置を使ってｎ型半導体層３１と、活性層３２と、ｐ型半導体層３３とを順次成長させ形成される。
【００１９】
ｎ電極４は、化合物半導体層３が形成されたウェハを、ドライエッチング等によりｐ型半導体層３３と、活性層３２と、ｎ型半導体層３１の一部とを除去して、ｎ電極４を形成する領域を露出させ、この露出したｎ型半導体層３１上に形成されている。単結晶基板２がｎ型の導電性を持つ場合、ｎ電極４はｎ型半導体層３１をも除去して単結晶基板２を露出させ、単結晶基板２上に形成しても良い。また、単結晶基板２がｎ型の導電性を持つ場合、単結晶基板２の化合物半導体層３が積層された面とは反対側の面上にｎ電極を形成しても良い。この場合はドライエッチングは必ずしも必要ない。
【００２０】
ｎ電極４は、射光面に光を反射できるようにｎ型半導体層３１若しくは導電性の基板上に接して反射率の高いＡｌを用いるのがよい。一方、ｎ電極４の表面はボンディング用電極としてＡｕで形成されるのがよい。そこでＡｌの層を形成し、その上にＴｉ、Ｐｔ、Ｎｉなどの元素でバリアメタル層を形成し、その上にＡｕ層を形成するのが好ましい。
【００２１】
ｐ電極５は、ボンディング用の電極でありＡｕで形成されている。このｐ電極５は、多層構造とすることができる。例えばｐ型半導体層３３とのオーミックコンタクトを得るためにコンタクト層を設けることができる。このコンタクト層は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇまたは、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金、または導電性膜より形成することができる。またコンタクト層を、導電性膜とするときにはＩＴＯ，ＺｎＯとすることができる。
【００２２】
また、コンタクト層の次にｐ型半導体層３３から通過する光を単結晶基板２の方向へ反射させるための反射層を設けることもできる。この反射層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈまたは、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金より形成することができるが、ＡｇまたはＡｇ合金が高い反射率を有しているので望ましい。
【００２３】
図２を参照して、本発明の半導体発光素子は、ｐ電極５の側から見て長方形をしている。半導体発光素子は、略正方形をしている場合が多いが、近年、蛍光体と組み合わせることで白色にすることで照明用としての用途が増えるに従い、長方形の半導体発光素子の需要も多い。最も典型的な用途は、携帯電話やカーナビゲーション、ノート型パソコンの画面照明（バックライト）の用途であり、液晶テレビのバックライトとしての用途も拡がりつつある。本発明は特にこのような長方形をした半導体発光素子に関するものである。従って、本発明の半導体発光素子には、長辺側の側面と短辺側の側面がそれぞれ一対ずつ存在する。長辺側と短辺側の側面をそれぞれ長尺側面と短尺側面と呼ぶ。本発明で長方形とは、長辺／短辺の比が１．５以上、好ましくは２以上、より好ましくは３以上の場合をいう。
【００２４】
ここで単結晶基板２を分割して形成される半導体発光素子１について、更に図３および図４を参照しながら詳細に説明する。図３は、すでに説明したように、本発明の実施の形態にかかわる半導体発光素子の単結晶基板について説明する図である。また、図４は、図３のウェハ１０と、単結晶基板の結晶面との関係を示す斜視図である。
【００２５】
図３に示すようにウェハ１０は、単結晶基板のｃ面上に化合物半導体層３が積層され、ｎ電極４、ｐ電極５が形成されたものであり、スクライブされた後、スクライブラインに沿って分割して個片化され半導体発光素子１となる。このウェハ１０は、ウェハを分割するときや電極パターンを形成するときの基準となるＯＦ面１１が形成された矩形状であり、六方晶系結晶構造を有する窒化物化合物半導体、炭化珪素半導体、酸化亜鉛系化合物半導体で形成されている。六方晶系結晶構造を持つこれらの半導体において、劈開面である（１−１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面のそれぞれが成す角は６０°である。これらの面はｍ面と呼ばれる。より厳密には、面の表と裏では面方位を表す数字の符号が異なるが、本発明では、例えば（１−１００）面は、（１−１００）面と（−１１００）面の両方を指すこととする。
【００２６】
図３では、ウェハ１０上には、矩形状の発光素子の短尺側面がＯＦ面１１に平行になるように、またその配列がＯＦ面１１に対し垂直および平行になるようにｎ電極４、ｐ電極５が形成されており、このウェハ１０を分割するときは、ＯＦ面１１に平行方向または垂直方向に電極パターンに沿って行われる場合を示す。
【００２７】
尚、ウェハ１０の形状は矩形に限らず、ＯＦ面１１あるいはこれに相当する印を有すれば略円盤状であっても、その他の形状であってもいい。
【００２８】
図３では、このＯＦ面１１が劈開面である（１０−１０）面に対して０°の角度に設定されている。ウェハ１０を、電極パターンに沿って分割することによって、矩形状に形成された個片基板２の側面２４は、劈開面である（１０−１０）面に対して０°の角度を成した状態となる。
【００２９】
この時側面２４に隣接した一方の側面２１は、（１０−１０）面に対して９０°の角度を成し、（０１−１０）面に対して３０°の角度を成し、（１−１００）面に対して１５０°の角度を成すこととなる。すなわち、側面２１はいずれの劈開面にもならない。
【００３０】
本発明では、各個片は、長方形をしているので、側面２４の反対側の側面２２は、側面２４と同じ劈開面であり、側面２１の反対側の側面となる側面２３は、側面２１同様いずれの劈開面にもならない。
【００３１】
従って、単結晶基板であるウェハ１０をこのように分割し、分割して個片とすることで、個片基板２の長尺側面２１（および２３）を劈開面とは異なる面とすることができる。この時、短尺側面２４は劈開面であるが、個片基板が長方形の場合は長尺側面の光取出し効率を高くすることで半導体発光素子全体の光取出し効率を向上させることができる。従って、長辺／短辺の比が大きくなればなるほど、この光取出し効率の向上の割合は高くなる。
【００３２】
なお、図３では、長尺側面が劈開面でない場合として、短尺側面が劈開面である（１０−１０）面である場合を示した。しかし、長尺側面２１が劈開面でないのは、図３の場合だけではない。長尺側面２１が劈開面でないのは、長尺側面が（０１−１０）面から（１−１００）面の間にある場合である。長尺面２１がどちらの劈開面からも３０°ずれている場合が、図３に示した場合である。長尺側面２１が（０１−１０）面から（１−１００）面の間にあって、どちらからも３０°の角度で無い場合は、短尺側面２４も、劈開面（１０−１０）と平行にならない。結果、全ての側面は劈開面とならない。すなわち、全ての側面に、凹凸構造を形成することができる。
【００３３】
この場合は、短尺側面が劈開面である場合よりも、光取出し効率は向上し、より望ましい半導体発光素子を得ることができる。なお、長尺側面２１が（１０−１０）から（０１−１０)若しくは、(１０−１０)から(１−１００)の間にあっても、長尺側面は劈開面に
ならず、上記と同様の事情となる。
【００３４】
この基板の分割は、レーザスクライブ装置で、それぞれ単結晶基板上に化合物半導体層が形成されたウェハを区分する溝を形成し、この溝を割ることで容易に行うことができる。溝の深さは側面の厚さの５％以上、５０％以下であることが望ましい。溝の深さが５％より浅い場合は、溝の位置で割れにくくなるため、分割の歩留りが低下する。溝の深さが５０％より深い場合は、側面に形成される微小な凹凸の面積が減少するため、光取出し効率が低下する。
【００３５】
すなわち、劈開面でない部分を側面として切り出す際に、レーザスクライブ装置を用いると、レーザスクライブ装置で形成された溝の側面は比較的滑らかになるため、基板の厚さ方向で、側面には微小な凹凸ができる部分と微小な凹凸ができない部分とができる。このことは、本発明の半導体発光素子は、基板の側面で微小凹凸ができる部分が、基板の厚さ方向の半分以上は存在することを意味する。
【００３６】
尚、このレーザスクライブ装置による溝は、ウェハの化合物半導体層３が積層された側の面に形成しても、化合物半導体層３が積層された面とは反対側の面に形成しても良い。
【００３７】
このように、製造工程で単結晶基板を分割するときに個片基板２の長尺側面が劈開面と異なる面となるようにするだけで、半導体発光素子１の側面に凹凸を形成して光取出し効率を向上させることができ、新たな製造工程を追加する必要がない。従って、製造時の煩雑さや、製造コストの増大を抑制することができる。
【００３８】
本実施の形態では、個片基板２の短尺側面を劈開面に対して０°の角度を成すように分割した場合を説明した。これは、個片基板２の基準とした側面を劈開面に対して０°の角度を成すようにすると、長尺側面は、いずれの劈開面に対しても３０°以上の角度を成すことできるからである。しかし、異なる劈開面同士が成す角度は必ず６０°であるので、個片基板２の長尺側面が劈開面に対して成す角度は、０°より大きく６０°未満であればよい。
【００３９】
しかし、その角度が０°または６０°に近いと劈開が容易な劈開面から割れるおそれがある。従って、その角度を５°以上、５５°以下とすることで、個片基板２の長尺側面が劈開面に対して５°以上の余裕角度を成すことができるので、劈開面を避けて分割するときに劈開面から割れてしまうことを防止することができる。
【００４０】
更に、個片基板２の長尺側面を、劈開面に対して１０°以上、５０°以下の角度を成すようにすると、個片基板２のいずれの側面も劈開面に対して１０°以上の余裕角度を成すことができるので、より確実に劈開面から割れてしまうことが防止できるとともに、より多くの凹凸が形成でき、光取出し効率をさらに高めることができる。
【００４１】
さらに、長尺側面が劈開面から０°から３０°の間にあれば、短尺側面も劈開面でなくすことができ、さらに望ましい。上記のように劈開面からの余裕角度を５°または１０°にとることで、加工時の劈開面からの割れを防止することができる。具体的には、長尺側面が劈開面から５°乃至２５°の範囲、より好ましくは１０°から２０°の間にあることである。
【００４２】
本発明は、長方形の半導体発光素子を作製する際に、その長尺側面が単結晶の劈開面でなければ、ウェハから分割するだけで、微小な凹凸構造を長尺側面に設けることができる。すなわち、光取出し効率を向上させることができる。六方晶系の単結晶では、図３以外でも、本発明を実施する事ができる結晶面の組み合わせが存在する。
【００４３】
図５および図６には、主面をａ面とした場合のウェハからの分割の仕方を示す。六方晶系の単結晶では、ｃ面（０００１）面とｍ面（１−１００）面が劈開面となる。すなわち、主面をａ面とした場合は、主面に略垂直に分割する面内にｃ面とｍ面の２つの劈開面が存在する。この場合、長尺側面２１が劈開面でないようにするには、長尺側面が、ｃ面またはｍ面から０°以上９０°以下の範囲内にあればよい。劈開面に対する余裕角度を上記の説明のように５°とすると、長尺側面がｃ面又はｍ面から５°以上８５°以下の範囲にあればよい。ｃ面とｍ面はこの場合、互いに９０°角度が異なるので、短尺側面も劈開面でない。すなわち、ａ面を主面として、長尺側面がｃ面又はｍ面から５°以上８５°以下の範囲にすることによって、全ての側面が劈開面でなくなり、ウェハより分割するだけで側面に微小凹凸を形成することができ、光取出し効率を向上させることができる。もちろん、余裕角度を１０°にすればより好ましいのは言うまでもない。
【００４４】
図７および図８には、主面をｍ面とした場合のウェハからの分割の仕方を示す。図では、長尺側面がｃ面から４５°異なる場合について示した。ｍ面が主面となる場合は、面内には、ｃ面とａ面が存在する。六方晶系の単結晶では、ｃ面（０００１）面とｍ面（１−１００）面が劈開面となる。すなわち、主面をｍ面（１−１００）面とした場合は、分割する面内に存在する劈開面は、ｃ面だけと考えてよい。この場合、長尺側面２１が劈開面でないようにするには、長尺側面が、ｃ面から０°以上１８０°以下の範囲内にあればよい。劈開面に対する余裕角度を上記の説明のように５°とすると、長尺側面がｃ面から５°以上１７５°以下の範囲にあればよい。もちろん、余裕角度は１０°であればより好ましい。
【００４５】
ここで、長尺側面がｃ面から９０°異なる場合には、短尺側面がｃ面と一致し、劈開面となる場合がある。しかし、主面がｃ面の場合と同様、短尺側面は劈開面となっても、面積の大きな長尺側面に微小凹凸を設けることができれば、全体の光取出し効率は向上する。すなわち、本発明は、短尺側面が劈開面である場合も含む。また、長尺側面がｃ面から０°以上９０°以下の範囲にあれば、全ての面を劈開面でなくすことができ、より好ましい。
【００４６】
ただし、長尺側面がｃ面から９０°異なる場合には、たとえレーザスクライブ装置で主面に垂直に溝を形成して割っても、レーザスクライブ溝以外の長尺側面は主面に垂直にはならず、主面と６０°あるいは１２０°で交差する他のｍ面（０１−１０）面あるいは（１０−１０）面で割れる確率が少なからずある。そのため、長尺側面はｃ面から０°以上６０°以下の範囲にあればより好ましい。劈開面に対する余裕角度を上記の説明のように５°とすると、５°以上６０°以下の範囲にあればよい。
【００４７】
以上のように本発明の半導体発光素子は六方晶系の単結晶のｃ面、ａ面、ｍ面を主面とし、基板からの切り出しを所定の面方向とすることで、光取出し効率を向上させることができる。この半導体発光素子は、さまざまなタイプの半導体発光装置に用いる事ができる。
【００４８】
図９から本実施の形態の半導体発光素子１を用いた半導体発光装置１００の具体例を示す。図９は、図１の半導体発光素子の化合物半導体層３と反対の基板面を射光面３６とする場合の一例である。基板２は、六方晶系の単結晶から上記のいずれかの方法で作製したものである。ｎ電極とｐ電極は図１と同じように形成される。
【００４９】
サブマウント１２１には、引出電極１２２、１２３が形成される。引出電極は半導体発光素子１へ電流を印加するための電極である。半導体発光素子のｎ型層の側に接続するｎ側引出電極１２２とｐ型層の側に接続されるｐ側引出電極１２３がある。
【００５０】
サブマウント１２１は、シリコンツェナーダイオード、シリコンダイオード、シリコン、窒化アルミニウム、アルミナ、その他のセラミック等を用いることができる。
【００５１】
引出電極にはバンプ１２４、１２５が形成されている。引出電極同様、バンプもｎ型層に接続されるｎ側バンプ１２４と、ｐ型層に接続されるｐ側バンプ１２５がある。図９ではｐ側バンプは複数あるが、まとめて符号１２５で表す。もちろんｎ側バンプが複数個あってもよい。このバンプによって引出電極と半導体発光素子は電気的に接続されている。
【００５２】
バンプは半導体発光素子１をサブマウント１２１上に固定し、また引出電極１２２、１２３との間を電気的に結合させる役割を有する。
【００５３】
バンプの材料としては、金、金−錫、半田、インジウム合金、導電性ポリマーなどを用いることができるが、特に金や金を主成分とする材料が好ましい。これらの材料を用いて、メッキ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法、液滴射出法、ワイヤーバンプ法等を用いて形成することができる。
【００５４】
例えば、ワイヤーバンプ法で金ワイヤーを作製し、その一端をボンダーにてサブマウント上の引出電極に接着した後、ワイヤーを切断することで金バンプを形成する。また、金などの高導電性材料の微粒ナノ粒子を揮発性溶剤に分散した液をインクジェット印刷と同様な手法で印刷し、溶剤を揮発除去してナノ粒子の集合体としてのバンプを形成する液滴射出法を用いることもできる。
【００５５】
図１０は、図９の射光面３６側からみた平面図である。ここで示すように、ｐ側バンプは２個以上配置する。もしｐ側バンプが１つであると、半導体発光素子１は、ｎ側バンプとｐ側バンプの２つのバンプでサブマウント１２１上に固定されることになり、不安定である。
【００５６】
また、ｐ側バンプのうち、少なくとも１つはｎ側バンプと同じ側の長尺側面に近い位置に配置し、少なくとも１つはｎ側バンプと反対側の長尺側面に近い位置に配置する。図１０を用いて具体的に示すと、ｐ側バンプ１２５−１はｎ側バンプ１２４のある側面２１と反対の側面２３側に配置する。またｐ側バンプ１２５−２はｎ側バンプ１２４のある側面２１と同じ側の側面２１側に配置する。このようにｐ側バンプを配置することで、半導体発光素子１は３つのバンプを三角形に配置した３点支持でサブマウント１２１上に安定して固定される。
【００５７】
また、ｎ側バンプと同じ側の側面に配置するｐ側バンプ１２５−２は、ｎ側バンプ１２４からできるだけ遠い位置に配置するのが好ましい。３つのバンプで作る三角形の面積を大きくするためである。この三角形の面積が大きい方が半導体発光素子１は安定に固定される。３つ目以降のｐ側バンプからは、どこに配置してもよい。
【００５８】
図１１には、射光面３６が化合物半導体層を形成していない側の基板である場合の他の例を示す。この例は、基板２が導電性の場合の半導体発光装置である。化合物半導体層には、ｐ電極を全面に形成する。ｎ電極は導電性の基板上に直接形成し、ボンディング１２８で外部から送電する。サブマウントには、ｐ側の引出電極１２３だけでよい。図１１では、側面近傍においてエッチングでｎ型層を露出させているが、エッチングでｎ型層を露出させなくてもいい。
【００５９】
図１２には、射光面３６を化合物半導体層側に形成した例を示す。サブマウント１２１には、半導体発光素子の基板側を接着する。接着剤１４２は、はんだ、銀ペースト、樹脂製の接着剤を好適に用いる事ができる。ｎ電極１２２は図１と同じように形成する。一方ｐ電極は射光面３６となるので、透明電極１４０を用いる。ｐ電極とｎ電極はボンディング１２８により図示しない電極端子と接続される。
【００６０】
図１３には、同じく射光面３６をｐ電極側とする他の例を示す。サブマウント１２１にはｎ電極への引出電極１２２を形成する。基板２は導電性の基板を用いる。サブマウントの引出電極１２２と導電性基板２は、はんだや銀ペーストなど導電性の接着剤１４２で接着する。なお、オーミック抵抗を下げるために、ＰｔやＮｉ、Ｃｏ、ＩＴＯ等の電極層１４３を付加してもよい。図１３では、側面近傍においてエッチングでｎ型層を露出させているが、エッチングでｎ型層を露出させなくてもいい。
【００６１】
本発明は、六方晶系の単結晶のｃ面、ａ面、ｍ面のいずれかを主面として、化合物半導体層を形成し、基板の切り出し方向を所定の角度にすることで、長尺側面を劈開面とならないようにし、基板の分割工程だけで微小凹凸を形成し、光取出し効率を向上させるものであるが、射光面自身に微小凹凸を形成してもよいのはいうまでもない。
【００６２】
図１４には、長尺側面を劈開面でない面とし、切り出しによる微小凹凸１４８を側面に形成した半導体発光素子１の射光面３６に微小凹凸１４７を形成した半導体発光装置を示す。図１４は、図９の半導体発光装置の射光面に全反射防止用の微小凹凸１４７を形成した半導体発光装置を示すものである。したがってサブマウント１２１、引出電極１２２と１２３、バンプ１２４と１２５は、図９の説明と同じである。
【００６３】
微小凹凸１４７の形成は、いくつかの方法があり、どの方法を用いても構わない。しかし、機械的な応力がなるべく掛からない方法が望ましい。具体的には、エッチングによる方法が挙げられる。エッチングによる表面の凹凸形状の形成は、工程が簡単であり、また光取出し効率も向上する。しかし、凹凸形状の正確な制御が困難であり、また全く同じ凹凸形状を射光面上に形成できないという特性がある。エッチングはウェットエッチングでもドライエッチングでも利用する事ができる。ドライエッチングでは、イオンミリング法や塩素ガス法などが利用できる。ウェットエッチングでは、アルカリを主体としたエッチャントを用いてエッチングを行うことができる。
【００６４】
また、インクジェット印刷法により射光面の表面に凹凸構造を作製することもできる。この方法は射光面をエッチングする工程を含まないので簡便に行うことができる。また、インクに仕込む凹凸構造を作製する材料の屈折率を調整することで、さらに光取出し効率を向上させる事もできる。
【００６５】
また、ある程度の機械的な応力が許される場合は、ナノインプリントなどによる機械的な加工方法を用いることもできる。ナノインプリントにおいては、射光面に封止樹脂を塗布し、硬化させた後に、ブラスト加工により射光面３６に凹凸形成することができる。
【００６６】
また、封止樹脂を一旦硬化させた後、表面を研磨平坦化し、研磨表面に薄く液状樹脂を塗布して膜を形成し、この膜に対してナノインプリントを実施して凹凸を形成することもできる。なお、基板の射光面と反射防止処理を施す表面の間に、蛍光体を含有する封止層を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、新たな製造工程を追加する必要なしに、半導体発光素子の側面に凹凸を形成し、光取出し効率を向上させることができるので、透光性基板上に半導体層を積層して形成された半導体発光素子に好適である。
【符号の説明】
【００６８】
１          半導体発光素子
２          個片基板
３          化合物半導体層
４          ｎ電極
５          ｐ電極
１０        ウェハ
１１、１２  ＯＦ面
２０        積層面
２１〜２４  側面
３１        ｎ型半導体層
３２        活性層
３３        ｐ型半導体層
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板上に設けた主面上に窒化物半導体層を積層し、前記単結晶基板を分割して形成された長方形の半導体発光素子であって、
長辺方向の側面である長尺側面が前記単結晶基板の劈開面と異なる方向で分割されている半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体発光素子の長辺と短辺の比が２以上である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記単結晶基板が六方晶半導体であり、前記主面が（０００１）ｃ面であり、前記長尺側面が前記単結晶基板のｍ面と５°以上５５°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載された半導体発光素子。
【請求項４】
前記長尺側面が前記単結晶基板のｍ面と５°以上２５°以下の角度をなす請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記単結晶基板が六方晶半導体であり、前記主面が（１−１００）ｍ面であり、前記長尺側面が前記単結晶基板のｃ面と５°以上１７５°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載された半導体発光素子。
【請求項６】
前記長尺側面が前記単結晶基板のｃ面と５°以上８５°以下の角度をなす請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記長尺側面が前記単結晶基板のｃ面と５°以上６０°以下の角度をなす請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記単結晶基板が六方晶半導体であり、前記主面が（１１−２０）ａ面であり、前記長尺側面が前記単結晶基板のｃ面あるいはｍ面と５°以上８５°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載された半導体発光素子。
【請求項９】
前記単結晶基板が、窒化物化合物半導体、炭化珪素半導体、酸化亜鉛系化合物半導体のいずれかから選ばれた１つの単結晶基板であることを特徴とする請求項３乃至８のいずれかの請求項に記載された半導体発光素子。
【請求項１０】
前記長尺側面は前記長尺側面の厚さ方向の半分以上の領域で微小凹凸が存在する請求項１乃至９の何れかの請求項に記載された半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかの請求項に記載された発光素子を用いた半導体発光装置。
【請求項１２】
基板の片面にｎ電極とｐ電極を有する化合物半導体層を形成しバンプでサブマウントに固定される半導体発光装置であって、
ｐ側バンプは２つ以上あり、
少なくとも１つのｐ側バンプはｎ側バンプと同じ長尺側面側に配置し、少なくとも１つのｐ側バンプは前記ｎ側バンプの反対側の長尺側面側に配置された請求項１１に記載された半導体発光装置。
【請求項１３】
六方晶半導体単結晶基板上にｎ型半導体層と活性層とｐ型半導体層を形成する工程と、
前記六方晶半導体単結晶基板上の一部の領域で前記活性層とｐ型半導体層を除去し前記ｎ型半導体層または前記六方晶半導体単結晶基板を露出させる工程と、
前記露出したｎ型半導体層または前記六方晶半導体単結晶基板と前記ｐ型半導体層にｎ電極とｐ電極をそれぞれ形成する工程と、
前記六方晶半導体単結晶基板の劈開面でない面が長尺側面となるようにレーザースクライブで切断溝を形成する工程を含む長方形半導体発光装置の製造方法。
【請求項１４】
ｎ型導電性を有する六方晶半導体単結晶基板上にｎ型半導体層と活性層とｐ型半導体層を形成する工程と、
前記六方晶半導体単結晶基板の裏面と前記ｐ型半導体層にｎ電極とｐ電極をそれぞれ形成する工程と、
前記六方晶半導体単結晶基板の劈開面でない面が長尺側面となるようにレーザースクライブで切断溝を形成する工程を含む長方形半導体発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記切断溝を形成する工程は、前記六方晶半導体単結晶基板の厚みの５％から５０％の深さを有する切断溝を形成する請求項１３又は１４に記載の長方形半導体発光装置の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009054088.tif 000017
【図２】
2009054088.tif 000018
【図３】
2009054088.tif 000019
【図４】
2009054088.tif 000020
【図５】
2009054088.tif 000021
【図６】
2009054088.tif 000022
【図７】
2009054088.tif 000023
【図８】
2009054088.tif 000024
【図９】
2009054088.tif 000025
【図１０】
2009054088.tif 000026
【図１１】
2009054088.tif 000027
【図１２】
2009054088.tif 000028
【図１３】
2009054088.tif 000029
【図１４】
2009054088.tif 000030
【国際調査報告】
2009054088.tif 000031
2009054088.tif 000032
2009054088.tif 000033
2009054088.tif 000034
2009054088.tif 000035
2009054088.tif 000036
2009054088.tif 000037
2009054088.tif 000038