(57)【要約】【課題】半導体発光素子の光取出効率を高める。【解決手段】半導体発光素子の製造方法は、凹凸構造５０が設けられる光取出面２２ｃを有する光取出層と、光取出層の光取出面２２ｃとは反対側の主面上に設けられる発光構造体３０と、を備える積層体１２を用意する工程と、光取出面２２ｃの一部領域の凹凸構造５０上にマスクを形成する工程と、マスクが形成されずに露出する凹凸構造５０を除去して平坦面２２ｆを形成する工程と、平坦面２２ｆにレーザ７４を照射し、平坦面２２ｆの位置で少なくとも光取出層を切断して積層体１２を個片化する工程と、を備える。【選択図】図８
2019040980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸構造が設けられる光取出面を有する光取出層と、前記光取出層の前記光取出面とは反対側の主面上に設けられる発光構造体と、を備える積層体を用意する工程と、
前記光取出面の一部領域の前記凹凸構造上にマスクを形成する工程と、
前記マスクが形成されずに露出する前記凹凸構造を除去して平坦面を形成する工程と、
前記平坦面にレーザを照射し、前記平坦面の位置で少なくとも前記光取出層を切断して前記積層体を個片化する工程と、を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記凹凸構造は、高さが１００ｎｍ以上であり、前記平坦面は、算術平均粗さが５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記平坦面は、ドライエッチングにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記凹凸構造を除去して前記平坦面を形成する工程のエッチング深さは、前記凹凸構造の高さの２倍以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記光取出層は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）層、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）層、窒化ケイ素層（ＳｉＮｘ）または酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３）であり、
前記発光構造体は、波長２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下の紫外光を発する窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体層を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有する光取出層と、前記光取出層の前記第１主面上に設けられる発光構造体と、を備える積層体を用意する工程と、
前記第２主面の一部領域にパターンマスクを形成する工程と、
前記パターンマスクが形成される領域に凹凸構造が形成され、前記パターンマスクが形成されずに露出する領域に平坦面を有する凹部が形成されるように前記第２主面をドライエッチングする工程と、
前記平坦面にレーザを照射し、前記平坦面の位置で少なくとも前記光取出層を切断して前記積層体を個片化する工程と、を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
光取出面を有する光取出層と、
前記光取出層の前記光取出面とは反対側の主面上に設けられる発光構造体と、を備え、
前記光取出面は、外周領域と、前記外周領域の内側の内側領域と、を有し、
前記外周領域は、算術平均粗さが５ｎｍ以下であり、前記内側領域は、高さが１００ｎｍ以上の凹凸構造が設けられており、
前記外周領域は、前記内側領域に対して前記光取出層の厚み方向に凹むように構成されており、前記外周領域と前記内側領域の高低差が前記凹凸構造の高さの２倍以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、深紫外光を出力する半導体発光素子の開発が進められている。深紫外光用の発光素子は、基板上に順に積層される窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を有する。光出力向上のため、基板の光取出面にモスアイ構造などの凹凸構造が形成される（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Applied physics express 3 (2010) 061004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体発光素子の製造工程では、基板上に多数の素子部分を形成した後、基板を切断して個片化される。個片化の手法として、レーザ光を照射して基板内部に改質部を形成し、改質部を起点として基板を切断する方法が知られている。しかしながら、上述の凹凸構造にレーザ光を照射すると、凹凸構造によりレーザ光が散乱されて改質部の形成が困難となる。発光素子の光出力の向上のためには、凹凸構造の形成とレーザ改質を利用した個片化を好適に両立できることが好ましい。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、半導体発光素子の光取出効率を高める技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の半導体発光素子の製造方法は、凹凸構造が設けられる光取出面を有する光取出層と、光取出層の光取出面とは反対側の主面上に設けられる発光構造体と、を備える積層体を用意する工程と、光取出面の一部領域の凹凸構造上にマスクを形成する工程と、マスクが形成されずに露出する凹凸構造を除去して平坦面を形成する工程と、平坦面にレーザを照射し、平坦面の位置で少なくとも光取出層を切断して積層体を個片化する工程と、を備える。
【０００７】
この態様によると、凹凸構造を部分的に除去して形成される平坦面にレーザを照射するため、レーザ照射により好適に改質部を形成できる。また、凹凸構造を除去して平坦面を形成するため、平坦面の位置における光取出層の厚みを小さくでき、平坦面の位置における光取出層の切断を容易化できる。これにより、積層体を個片化する際の発光構造体へのダメージを軽減でき、光取出効率の高い半導体発光素子を提供できる。
【０００８】
凹凸構造は、高さが１００ｎｍ以上であってもよく、平坦面は、算術平均粗さが５ｎｍ以下であってもよい。
【０００９】
平坦面は、ドライエッチングにより形成されてもよい。
【００１０】
凹凸構造を除去して平坦面を形成する工程のエッチング深さは、凹凸構造の高さの３倍以上であってもよい。
【００１１】
光取出層は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）層、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）層、窒化ケイ素層（ＳｉＮｘ）または酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３）であってもよい。発光構造体は、波長２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下の紫外光を発する窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体層を含んでもよい。
【００１２】
本発明の別の態様は、半導体素子の製造方法である。この製造方法は、第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面とを有する光取出層と、光取出層の第１主面上に設けられる発光構造体と、を備える積層体を用意する工程と、第２主面の一部領域にパターンマスクを形成する工程と、パターンマスクが形成される領域に凹凸構造が形成され、パターンマスクが形成されずに露出する領域に平坦面を有する凹部が形成されるように第２主面をドライエッチングする工程と、平坦面にレーザを照射し、平坦面の位置で少なくとも光取出層を切断して積層体を個片化する工程と、を備える。
【００１３】
この態様によると、１回のドライエッチング工程により凹凸構造および平坦面を同時形成でき、平坦面へのレーザ照射により好適に改質部を形成できる。第２主面をドライエッチングして平坦面を形成するため、平坦面の位置における光取出層の厚みを小さくでき、平坦面の位置における光取出層の切断を容易化できる。これにより、積層体を個片化する際の発光構造体へのダメージを軽減でき、光取出効率の高い半導体発光素子を提供できる。
【００１４】
本発明のさらに別の態様は、半導体発光素子である。この半導体発光素子は、光取出面を有する光取出層と、光取出層の光取出面とは反対側の主面上に設けられる発光構造体と、を備える。光取出面は、外周領域と、外周領域の内側の内側領域と、を有する。外周領域は、算術平均粗さが５ｎｍ以下であり、内側領域は、高さが１００ｎｍ以上の凹凸構造が設けられる。外周領域は、内側領域に対して光取出層の厚み方向に凹むように構成されており、外周領域と内側領域の高低差が凹凸構造の高さの２倍以上である。
【００１５】
この態様によると、光取出面の内側領域には凹凸構造が形成されるため、半導体発光素子の光取出効率を高めることができる。また、光取出面の外周領域が平坦化されており、かつ、外周領域の光取出層の厚みが小さいため、レーザ改質を利用した外周領域の切断が容易な構造とできる。したがって、半導体発光素子の個片化に伴う発光構造体へのダメージを軽減でき、光取出効率の高い半導体発光素子を提供できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体発光素子の光取出効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に係る半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の半導体発光素子の光取出面の構成を概略的に示す平面図である。
【図３】半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】半導体発光素子の製造工程を模式的に示す図である。
【図５】半導体発光素子の製造工程を模式的に示す図である。
【図６】半導体発光素子の製造工程を模式的に示す図である。
【図７】半導体発光素子の製造工程を模式的に示す図である。
【図８】半導体発光素子の製造工程を模式的に示す図である。
【図９】変形例に係る半導体発光素子の製造工程を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の発光素子の寸法比と一致しない。
【００１９】
図１は、実施の形態に係る半導体発光素子１０の構成を概略的に示す断面図である。半導体発光素子１０は、ベース構造体２０と、発光構造体３０とを備える。ベース構造体２０は、基板２２、第１ベース層２４、第２ベース層２６を含む。発光構造体３０は、ｎ型クラッド層３２、活性層３４、電子ブロック層３６、ｐ型クラッド層３８、ｐ側電極４０、ｎ側電極４２を含む。
【００２０】
半導体発光素子１０は、中心波長が約３６５ｎｍ以下となる「深紫外光」を発するように構成される半導体発光素子である。このような波長の深紫外光を出力するため、活性層３４は、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料で構成される。本実施の形態では、特に中心波長が約３１０ｎｍ以下の深紫外光を発する場合について示す。
【００２１】
本明細書において、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」とは、主に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体材料のことをいい、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の材料を含有する半導体材料を含むものとする。したがって、本明細書にいう「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成で表すことができ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）を含むものとする。
【００２２】
また「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＡｌＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＧａＮ系半導体材料」ということがある。「ＧａＮ系半導体材料」には、主にＧａＮやＩｎＧａＮが含まれ、これらに微量のＡｌＮを含有する材料も含まれる。同様に、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＧａＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＡｌＮ系半導体材料」ということがある。「ＡｌＮ系半導体材料」には、主にＡｌＮやＩｎＡｌＮが含まれ、これらに微量のＧａＮが含有される材料も含まれる。
【００２３】
基板２２は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板である。基板２２は、変形例において窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であってもよい。基板２２は、主面２２ａ（第１主面ともいう）と、第１主面２２ａの反対側の光取出面２２ｃとを有する。第１主面２２ａは、結晶成長面となる一主面であり、例えば、サファイア基板の（０００１）面である。光取出面２２ｃの内側領域Ｃ１には、サブミクロン程度の微小な凹凸構造（テクスチャ構造）５０が形成される。光取出面２２ｃの外周領域Ｃ２には、平坦面２２ｆが形成される。
【００２４】
基板２２の第１主面２２ａ上には、第１ベース層２４および第２ベース層２６が積層される。第１ベース層２４は、ＡｌＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ−ＡｌＮ）層である。第２ベース層２６は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ（ｕ−ＡｌＧａＮ）層である。
【００２５】
基板２２、第１ベース層２４および第２ベース層２６は、ｎ型クラッド層３２から上の層を形成するための下地層（テンプレート）として機能する。またこれらの層は、活性層３４が発する深紫外光を外部に取り出すための光取出層として機能し、活性層３４が発する深紫外光を透過する。第１ベース層２４および第２ベース層２６は、活性層３４からの深紫外光の透過率が高まるように、活性層３４よりもＡｌＮ比率の高いＡｌＧａＮ系またはＡｌＮ系材料で構成されることが好ましく、活性層３４より低屈折率の材料で構成されることが好ましい。また、第１ベース層２４および第２ベース層２６は、基板２２より高屈折率の材料で構成されることが好ましい。例えば、基板２２がサファイア基板（屈折率ｎ１＝１．８程度）であり、活性層３４がＡｌＧａＮ系半導体材料（屈折率ｎ３＝２．４〜２．６程度）である場合、第１ベース層２４や第２ベース層２６は、ＡｌＮ層（屈折率ｎ２＝２．１程度）や、ＡｌＮ組成比が相対的に高いＡｌＧａＮ系半導体材料（屈折率ｎ２＝２．２〜２．３程度）で構成されることが好ましい。
【００２６】
ｎ型クラッド層３２は、第２ベース層２６の上に設けられるｎ型半導体層である。ｎ型クラッド層３２は、ｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層３２は、活性層３４が発する深紫外光を透過するように組成比が選択され、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。ｎ型クラッド層３２は、活性層３４が発する深紫外光の波長よりも大きいバンドギャップを有し、例えば、バンドギャップが４．３ｅＶ以上となるように形成される。ｎ型クラッド層３２は、５００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２０００ｎｍ程度の厚さを有する。
【００２７】
活性層３４は、ｎ型クラッド層３２の一部領域上に形成される。活性層３４は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、ｎ型クラッド層３２と電子ブロック層３６に挟まれてダブルヘテロ接合構造を構成する。活性層３４は、単層もしくは多層の量子井戸構造を構成してもよい。このような量子井戸構造は、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるバリア層と、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される井戸層とを積層させることにより形成される。活性層３４は、波長３５５ｎｍ以下の深紫外光を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成され、例えば、波長３１０ｎｍ以下の深紫外光を出力できるようにＡｌＮ組成比が選択される。
【００２８】
電子ブロック層３６は、活性層３４の上に形成される。電子ブロック層３６は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ層である。電子ブロック層３６は、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。電子ブロック層３６は、ＡｌＮのモル分率が８０％以上となるように形成されてもよく、実質的にＧａＮを含まないＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層３６は、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされるＡｌＧａＮ系半導体材料またはＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層３６は、１ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００２９】
ｐ型クラッド層３８は、電子ブロック層３６の上に形成される。ｐ型クラッド層３８は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、ＭｇドープのＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層３８は、電子ブロック層３６よりもＡｌＮのモル分率が低くなるように組成比が選択される。ｐ型クラッド層３８は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の厚さを有する。
【００３０】
ｐ側電極４０は、ｐ型クラッド層３８の上に設けられる。ｐ側電極４０は、ｐ型クラッド層３８との間でオーミック接触が実現できる材料で形成され、例えば、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層構造により形成される。
【００３１】
ｎ側電極４２は、ｎ型クラッド層３２の上に設けられる。ｎ側電極４２は、Ｔｉ／Ａｌ系電極であり、例えば、チタン（Ｔｉ）／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕの積層構造により形成される。
【００３２】
凹凸構造５０は、基板２２の光取出面２２ｃに形成される。凹凸構造５０は、光取出面２２ｃにおける反射または全反射を抑制し、光取出面２２ｃから出力される深紫外光の外部取出効率を高める。凹凸構造５０は、光取出面２２ｃのほぼ全面に形成されるが、光取出面２２ｃの外周領域Ｃ２を避けて形成される。凹凸構造５０は、光取出面２２ｃの内側領域Ｃ１に形成される複数の錐形状部５２を有する。錐形状部５２は、基板２２と同じ材料で構成され、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成される。
【００３３】
複数の錐形状部５２は、ほぼ均一な高さｈＡを有するように形成される。錐形状部５２の高さｈＡは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、好ましくは２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。錐形状部５２の高さｈＡは、ある程度（例えば、５％〜３０％程度）のばらつきを有してもよい。
【００３４】
複数の錐形状部５２は、所定のピッチで並ぶように形成される。ここで、錐形状部５２のピッチとは、隣接する錐形状部５２の頂部間の距離である。錐形状部５２のピッチは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となるよう形成され、例えば、２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下となるように形成される。
【００３５】
光取出面２２ｃの外周領域Ｃ２には、平坦面２２ｆが設けられる。平坦面２２ｆは、凹凸構造５０に比べて平坦性が高く、例えば、算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下となるように構成される。平坦面２２ｆは、内側領域Ｃ１の凹凸構造５０に対して基板２２の厚み方向に凹むように形成され、内側領域Ｃ１と外周領域Ｃ２の境界には、高さｈＢの高低差または段差が設けられる。凹凸構造５０の底面に相当する基準面２２ｄと平坦面２２ｆの間の高さｈＢは、凹凸構造５０の高さｈＡより大きく、好ましくは、凹凸構造５０の高さｈＡの２倍以上である。したがって、外周領域Ｃ２における基板２２の厚みｔ２は、内側領域Ｃ１における基板２２の厚みｔ１よりも小さい。
【００３６】
基板２２の内側領域Ｃ１の厚さｔ１は、１μｍ以上であり、例えば、５μｍ、１０μｍ、１００μｍ、３００μｍ、５００μｍ程度の厚さを有する。基板２２の厚さｔ１は、凹凸構造５０の高さｈＡの２倍以上であり、典型的には凹凸構造５０の高さｈＡの１０倍以上である。一方、基板２２の外周領域Ｃ２の厚さｔ２は、０．５μｍ以上である。基板２２の内側領域Ｃ１と外周領域Ｃ２の厚さの差（ｔ１−ｔ２）は、０．５μｍ以上であり、例えば、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍまたは１０μｍ程度である。
【００３７】
基板２２の内側領域Ｃ１と外周領域Ｃ２の境界部分には、段差面２２ｅが設けられる。段差面２２ｅは、例えば、基板２２の基準面２２ｄに対して垂直となるように形成される。段差面２２ｅは、基準面２２ｄに対して傾斜するように形成されてもよい。
【００３８】
図２は、図１の半導体発光素子１０の光取出面２２ｃの構成を概略的に示す平面図である。光取出面２２ｃは、内側領域Ｃ１と外周領域Ｃ２を有する。外周領域Ｃ２は、光取出面２２ｃの外縁に沿って枠状に設けられる領域であり、凹凸構造５０が形成されずに平坦面２２ｆとなる領域である。外周領域Ｃ２の幅ｗは特に限られないが、例えば、１μｍ〜５０μｍ程度の範囲であり、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度である。内側領域Ｃ１は、外周領域Ｃ２より内側の領域であり、凹凸構造５０（つまり、複数の錐形状部５２）が設けられる領域である。
【００３９】
複数の錐形状部５２は、光取出面２２ｃの内側領域Ｃ１に二次元アレイ状に配列され、例えば、図示されるように三角格子状に並んで配置される。複数の錐形状部５２は、内側領域Ｃ１のほぼ全体を隙間なく占めるように設けられることが好ましく、光取出面２２ｃの平面視の単位面積あたりに複数の錐形状部５２が占める面積の割合が７０％以上、８０％以上または９０％以上となるように構成されることが好ましい。錐形状部５２は、光取出面２２ｃの平面視での外郭が円形状である。なお、錐形状部５２の内側領域Ｃ１での充填率を高めるために、錐形状部５２の外郭が円形と多角形の中間の形状を有してもよく、例えば、円形と六角形の中間の形状を有してもよい。
【００４０】
つづいて、半導体発光素子１０の製造方法について述べる。図３は、半導体発光素子１０の製造方法を示すフローチャートである。まず、光取出層と発光構造体を備える積層体を用意し（Ｓ１０）、光取出層上に凹凸構造を形成する（Ｓ１２）。つづいて、凹凸構造の一部領域上にマスクを形成し（Ｓ１４）、マスクが形成されずに露出する凹凸構造を選択的に除去して平坦面を形成する（Ｓ１６）。その後、平坦面にレーザを照射して光取出層の内部に改質部分を形成し、改質部分を起点として光取出層および発光構造体を切断することにより積層体を半導体発光素子に個片化する（Ｓ１８）。
【００４１】
図４〜図８は、半導体発光素子１０の製造工程を模式的に示す図である。図４は、光取出層となる基板２２と、発光構造体３０とを備える積層体１２の構造を示している。積層体１２は、複数の半導体発光素子１０に個片化される前の構造体であり、基板２２上に形成される複数の素子部分１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する。
【００４２】
積層体１２を用意する工程では、凹凸構造５０が形成されていない基板２２を用意し、基板２２の第１主面２２ａ上に第１ベース層２４、第２ベース層２６、ｎ型クラッド層３２、活性層３４、電子ブロック層３６、ｐ型クラッド層３８を順に積層させる。ＡｌＧａＮ系またはＧａＮ系半導体材料で形成される第２ベース層２６、ｎ型クラッド層３２、活性層３４、電子ブロック層３６およびｐ型クラッド層３８は、有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などの周知のエピタキシャル成長法を用いて形成できる。
【００４３】
次に、ｎ型クラッド層３２の上に積層される活性層３４、電子ブロック層３６、ｐ型クラッド層３８の一部を除去し、ｎ型クラッド層３２の一部領域を露出させる。例えば、ｐ型クラッド層３８の一部領域を避けてマスクを形成し、反応性イオンエッチングやプラズマ等を用いたドライエッチングを行うことにより、活性層３４、電子ブロック層３６、ｐ型クラッド層３８の一部を除去し、ｎ型クラッド層３２の一部領域を露出させることができる。
【００４４】
次に、露出したｎ型クラッド層３２の一部領域上にｎ側電極４２が形成され、ｐ型クラッド層３８の上にｐ側電極４０が形成される。ｐ側電極４０およびｎ側電極４２を構成する各金属層は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの周知の方法により形成することができる。これにより、複数の素子部分１４ａ〜１４ｃを有する積層体１２ができあがる。
【００４５】
つづいて、基板２２の第１主面２２ａとは反対側の第２主面２２ｂの上に第１マスク６０を形成する。第１マスク６０は、第２主面２２ｂに凹凸構造５０を形成するために用いられ、第２主面２２ｂのほぼ全面に形成される。第１マスク６０は、凹凸構造５０の錐形状部５２に対応した二次元アレイ状のパターンを有するパターンマスクであり、二次元アレイ状に配置される複数の柱状体６２を有する。複数の柱状体６２は、三角格子状に配置され、それぞれが角柱または円柱形状を有する。柱状体６２にはわずかなテーパ角が設けられてもよく、角錐台または円錐台形状であってもよい。第１マスク６０は、例えば、ナノインプリント技術を用いてレジスト樹脂により形成される。なお、第１マスク６０を形成する方法は特に限定されず、露光や電子ビーム描画などによるリソグラフィ技術を用いて形成されてもよい。
【００４６】
つづいて、第１マスク６０の上から第１ドライエッチング７０が実行される。第１ドライエッチング７０として、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）を用いることができ、より具体的には、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ；Inductive Coupling Plasma）によるプラズマエッチングを用いることができる。プラズマエッチングに用いるガス種は特に限定されないが、エッチングガスとして塩素（Ｃｌ２）や三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）などの塩素系ガスを用いることが好ましい。これらのエッチングガスを用いることにより、基板２２を構成するサファイアまたは窒化アルミニウム、および、第１マスク６０を構成するレジスト樹脂を好適にエッチングできる。
【００４７】
図５は、第１ドライエッチング７０の実行後の状態を示し、凹凸構造５０を有する光取出面２２ｃが形成された状態を示す。第１ドライエッチング７０では、柱状体６２が上方および側方から等方的にエッチングされ、エッチング工程が進むにつれて柱状体６２の高さおよび直径が小さくなっていく。一方、第１マスク６０の下に位置する基板２２の第２主面２２ｂは、柱状体６２に覆われていない箇所がエッチングされていく。柱状体６２の被覆領域は時間経過とともに柱状体６２の中心に向かって縮小していくため、第２主面２２ｂがエッチングされる領域は時間経過とともに増大していく。その結果、柱状体６２の中心からの距離に応じて第２主面２２ｂの深さ方向のエッチング量が異なることとなり、側面が傾斜した錐形状部５２が形成される。なお、錐形状部５２の頂点の高さ位置は、第１ドライエッチング７０の完了後において、基板２２の第２主面２２ｂの高さより低くなる。
【００４８】
図６は、凹凸構造５０の上に第２マスク６４（６４ａ，６４ｂ，６４ｃ）を形成する工程を示す。第２マスク６４は、上述の半導体発光素子１０の内側領域Ｃ１に対応する素子領域Ｃ３に選択的に設けられ、半導体発光素子１０の外周領域Ｃ２に対応する分離領域Ｃ４を避けて設けられる。分離領域Ｃ４は、複数の素子部分１４ａ〜１４ｃの境界部分に相当する。第２マスク６４は、素子領域Ｃ３の凹凸構造５０を完全に被覆するように設けられ、第２マスク６４の高さｈＣが凹凸構造５０の高さｈＡの２倍以上、好ましくは３倍以上となるように設けられる。第２マスク６４の高さｈＣは、例えば、１μｍ以上であり、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍまたは１０μｍ程度である。
【００４９】
図７は、第２マスク６４の上から第２ドライエッチング７２を実行して分離領域Ｃ４の凹凸構造５０を除去する工程を示す。図示されるように、第２マスク６４が形成されていない分離領域Ｃ４では、凹凸構造５０が第２ドライエッチング７２により除去され、凹部６６が形成される。このとき、第２ドライエッチング７２によるエッチング深さｈＤを凹凸構造５０の高さの２倍以上、好ましくは３倍以上とすることにより、凹部６６の底面を平坦化し、算術平均粗さが１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下の平坦面２２ｆを形成できる。一方、第２マスク６４が形成される素子領域Ｃ３では、第２マスク６４の厚みが減少するものの、第２マスク６４により凹凸構造５０が保護され、第２ドライエッチング７２の完了後においても凹凸構造５０がそのまま残る。第２ドライエッチング７２の完了後、凹凸構造５０の上に残る第２マスク６４は、ウェット処理等により除去される。
【００５０】
図８は、レーザ７４の照射により基板２２の内部に改質部７６を形成する工程を示す。改質部７６は、レーザ７４が基板２２の内部で多光子吸収されることにより基板２２の内部のみに形成される。レーザ７４として、例えば、基板２２に対して透明な波長帯域の高強度短パルスレーザを用いればよい。改質部７６は、分離領域Ｃ４に沿って、各素子部分１４ａ〜１４ｃを囲むように格子状に形成される。その後、改質部７６を起点にして基板２２が切断され、各素子部分１４ａ〜１４ｃが個片化される。これにより、図１に示す半導体発光素子１０ができあがる。
【００５１】
本実施の形態によれば、光取出面２２ｃに凹凸構造５０を形成することにより、半導体発光素子１０の光取出効率を高めることができる。また、半導体発光素子１０に個片化する前の積層体１２の分離領域Ｃ４に平坦面２２ｆを形成することで、基板２２の内部に改質部７６を好適に形成できる。仮に、凹凸構造５０の上からレーザ７４を照射した場合、凹凸構造５０によりレーザ７４が散乱され、高強度のレーザ光が十分に集光されないため、改質部７６の形成が困難となる。また、凹凸構造５０により散乱されたレーザ７４の一部が発光構造体３０に照射され、発光構造体３０の特性に影響を与えるおそれもある。本実施の形態では、分離領域Ｃ４のレーザ７４の入射面が平坦化されるため、入射面でのレーザ７４の散乱を抑え、改質部７６を適切に形成することができる。これにより、個片化プロセスにおける発光構造体３０へのダメージを軽減でき、光出力の高い半導体発光素子１０を提供できる。
【００５２】
本実施の形態によれば、分離領域Ｃ４に平坦面２２ｆを形成する際に凹部６６が形成されるため、分離領域Ｃ４の基板２２の厚みを相対的に小さくできる。これにより、凹部６６が形成されない場合と比較して、基板２２の切断をより容易にできる。また、基板２２が切断されやすくなる結果、基板２２の切断時に積層体１２に過度な応力を加える必要がなくなり、切断時における発光構造体３０へのダメージをより軽減できる。これにより、光取出効率のより高い半導体発光素子１０を提供できる。
【００５３】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００５４】
上述の実施の形態では、積層体１２の第２主面２２ｂの全面に凹凸構造５０を形成した後に分離領域Ｃ４の凹凸構造５０を部分的に除去する製造方法について説明した。変形例においては、素子領域Ｃ３に選択的にパターンマスクを形成することにより、パターンマスクを介した凹凸構造５０の形成と分離領域Ｃ４での凹部６６の形成とが同時に実行されてもよい。
【００５５】
図９は、変形例に係る半導体発光素子の製造工程を模式的に示す図である。図９は、上述の実施の形態に係る図４の工程に対応する。本変形例では、複数の柱状体６２を有するパターンマスク６８が素子領域Ｃ３に選択的に形成され、分離領域Ｃ４にはパターンマスク６８が形成されない。したがって、分離領域Ｃ４は、パターンマスク６８が形成されずに第２主面２２ｂが露出した状態となる。この状態でドライエッチング７０を実行することにより、素子領域Ｃ３には凹凸構造５０が形成され、分離領域Ｃ４には平坦面２２ｆを伴う凹部６６が形成される。その結果、図８に示す光取出面２２ｃと同様の構造を１回のドライエッチング工程で作製できる。その後、図８に示されるように、分離領域Ｃ４にレーザを照射して改質部７６を形成し、改質部７６を起点にして基板２２が切断され、各素子部分１４ａ〜１４ｃが個片化される。本変形例においても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
上述の実施の形態では、基板２２の光取出面２２ｃに凹凸構造５０を形成する場合を示した。変形例においては、基板２２の光取出面２２ｃ上に形成される別の層上に凹凸構造５０が形成されてもよい。例えば、光取出面２２ｃ上に第３ベース層が形成され、第３ベース層上に凹凸構造５０が形成されてもよい。第３ベース層は、活性層３４が発する深紫外光の波長に対して、活性層３４より屈折率が低く、基板２２より屈折率が高い材料で構成されることが好ましい。基板２２がサファイア（屈折率ｎ１＝１．８程度）であり、活性層３４がＡｌＧａＮ系半導体材料（屈折率ｎ３＝２．４〜２．６程度）である場合、第３ベース層は、ＡｌＮ（屈折率ｎ４＝２．１程度）や、ＡｌＮ組成比の相対的に高いＡｌＧａＮ系半導体材料（屈折率ｎ４＝２．２〜２．３程度）で構成されることが好ましい。第３ベース層は、窒化シリコン（ＳｉＮｘ、屈折率ｎ４＝１．９〜２．１程度）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であってもよい。第３ベース層は、活性層３４が発する深紫外光の透過率が高いと好ましく、内部透過率が９０％以上となるよう構成されることが好ましい。
【００５７】
上述の実施の形態では、発光構造体３０を形成した後に光取出層に凹凸構造５０および凹部６６を形成する場合を示した。さらなる変形例においては、光取出層に凹凸構造５０および凹部６６を形成した後に発光構造体３０を形成してもよい。例えば、凹凸構造５０凹部６６があらかじめ形成された基板２２を用意し、その基板上に発光構造体３０を形成してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０…半導体発光素子、１２…積層体、２２…基板、２２ｃ…光取出面、２２ｆ…平坦面、３０…発光構造体、５０…凹凸構造、７４…レーザ、７６…改質部、Ｃ１…内側領域、Ｃ２…外周領域。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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