(57)【要約】【課題】ＡｌＮ単結晶基板を用いた窒化物半導体発光素子において、化学的・物理的耐性のより高い窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】窒化物半導体発光素子１に含まれるＡｌＮ単結晶基板１０の側面ｆ１、ｆ２およびこれら側面ｆ１、ｆ２と対向する面ｆ３、ｆ４の法線と、このＡｌＮ単結晶基板１０のＡｌＮ単結晶のａ面およびｍ面のいずれかの面の法線とのなす角度が±４°未満で微傾斜または平行となるように形成する。【選択図】      図１
2015185831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＮ単結晶基板と、
当該ＡｌＮ単結晶基板上に形成された積層構造部と、を備え、
前記積層構造部は、第１導電型層、発光層、および第２導電型層がこの順に前記ＡｌＮ単結晶基板上に積層されてなり、
前記ＡｌＮ単結晶基板の一の側面の法線と、当該ＡｌＮ単結晶基板のＡｌＮ単結晶ａ面およびｍ面のいずれか一の面の法線とのなす角度が±４°未満である窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ＡｌＮ単結晶基板の側面のソゲ量が±２５μｍ以下である請求項１に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体発光素子に関し、特に、ＡｌＮ単結晶基板を用いた窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光素子は広く利用されているが、近年、特に２８０ｎｍ以下の波長を有する殺菌用途に利用可能な高出力・長寿命の深紫外ＬＥＤ（以下ＵＶＣ−ＬＥＤ）の開発が期待されている。現在主なＵＶＣ−ＬＥＤはサファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長させたＡｌＮ薄膜上にＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ混晶層（０≦ｘ＋ｙ≦１）を積層させることで作製されている。
【０００３】
しかしながら、サファイアの熱膨張係数は７．５×１０−６／Ｋであるのに対して窒化アルミは４．１５×１０−６／Ｋであり、格子定数のミスマッチも１３％と大きい。これらの理由によりサファイア上に形成させた窒化アルミ薄膜には多数の欠陥が含まれる。この欠陥により不純物準位が形成されることでＬＥＤの発光効率は著しく低下し、欠陥箇所での電流集中によりＬＥＤの寿命も低下する。
【０００４】
この課題に対して例えば特許文献１では、サファイア基板などの下地基板に窓付きのマスク層を設けた後、成長条件を調節して結晶成長表面に複数のファセットを有するピットを形成し、薄膜成長することで転位を一部に集中させて、その他の部位に低転位密度の領域を形成している。
また、特許文献２は、発光素子、電子素子、半導体センサなどの半導体デバイスの基板などに用いられるＡｌＮ結晶の表面処理方法とＡｌＮ結晶の表面処理方法とにより得られたＡｌＮ結晶基板に関するもので、ヘテロエピタキシャルでの課題を解決するために、上記のＡｌＮ結晶基板を含むＡｌＮ結晶基板における一方の主面側にホモエピタキシャル成長された３層以上の半導体層と、ＡｌＮ結晶基板の他方の主面に形成された第１の電極と、半導体層の最外半導体層上に形成された第２の電極とを含む発光素子と、発光素子を搭載する導電体とを備え、上記発光素子は、ＡｌＮ結晶基板側が発光面側であり、最外半導体層側が搭載面側であり、上記半導体層は、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に形成される発光層とを含む半導体デバイスであることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０２３０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−４９６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２のようなＡｌＮ結晶を基板として用いた半導体デバイスの場合、半導体層との格子整合性が高いため、半導体層は、サファイア基板上に形成された半導体層と比較して低転位密度となるが、耐久性に乏しいという課題が生じる。具体的には発光素子製造工程の後工程において化学的・物理的なダメージを受けてしまい、発光素子としての性能が劣化してしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ＡｌＮ単結晶基板を用いた窒化物半導体発光素子において、化学的・物理的耐性のより高い窒化物半導体発光素子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】
【０００８】
本発明の一態様による窒化物半導体発光素子は、ＡｌＮ単結晶基板（例えば図５に示す、ＡｌＮ単結晶基板１０）と、当該ＡｌＮ単結晶基板上に形成された積層構造部（例えば図５に示す、積層構造部２０）と、を備え、前記積層構造部は、第１導電型層（例えば図５に示す、第１導電型層２１）、発光層（例えば図５に示す、発光層２２）、および第２導電型層（例えば図５に示す、第２導電型層２３）がこの順に前記ＡｌＮ単結晶基板上に積層されてなり、前記ＡｌＮ単結晶基板の一の側面の法線と、当該ＡｌＮ単結晶基板のＡｌＮ単結晶ａ面およびｍ面のいずれか一の面の法線とのなす角度が±４°未満であることを特徴とする。
前記ＡｌＮ単結晶基板の側面のソゲ量が±２５μｍ以下であってよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の窒化物半導体発光素子によれば化学的・物理的耐性の強い窒化物半導体発光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】素子側面の構成を説明するための模式図である。
【図２】窒化物半導体の結晶方位を説明するための模式図である。
【図３】ＡｌＮ単結晶基板の側面とａ面、ｍ面との位置関係を説明するための説明図である。
【図４】ソゲ量を説明するための素子側面の概略図である。
【図５】本実施形態における窒化物半導体発光素子の一例を模式的に示す斜視図である。
【図６】素子側面とｍ面とがなす角度と、エッチングレートとの関係を示す特性図である。
【図７】素子側面とａ面とがなす角度と、エッチングレートとの関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
＜窒化物半導体発光素子＞
本実施形態の窒化物半導体発光素子は、ＡｌＮ単結晶基板と、当該ＡｌＮ単結晶基板上に形成された積層構造部と、を備え、積層構造部は、第１導電型層、発光層、および第２導電型層がこの順にＡｌＮ単結晶基板上に積層されてなり、ＡｌＮ単結晶基板の一の側面の法線と、このＡｌＮ単結晶基板のＡｌＮ単結晶ａ面およびｍ面のいずれか一の面の法線とがなす角度が±４°未満となっている。
【００１２】
すなわち、図１に示すように、窒化物半導体発光素子１に含まれるＡｌＮ単結晶基板１０の側面ｆ１、ｆ２およびこれら側面ｆ１、ｆ２と対向する面ｆ３、ｆ４のうちのいずれかの面の法線と、ＡｌＮ単結晶基板１０のＡｌＮ単結晶ａ面およびｍ面のいずれかの面の法線とが平行、もしくはａ面またはｍ面の一の辺の延びる方向を前後方向としたとき、素子側面が前後方向、または、この前後方向に直交する左右方向、または前後方向および左右方向に傾いたときのａ面またはｍ面と素子側面とがなす角度、すなわちこれら面の法線どうしがなす角度が±４°未満であって、ａ面またはｍ面と素子側面とが平行（ａ面またはｍ面の法線と素子側面の法線とがなす角度が０°の場合）、あるいは、完全に平行ではないがａ面またはｍ面に対して素子側面が微傾斜状態となるように形成されている。
【００１３】
図２は、ＡｌＮ単結晶の面方位を示すユニットセルである。ＡｌＮ単結晶は六方晶系で記述され、６回対称性を有しているため、ｍ面およびａ面は、図２に示すようにそれぞれ等価な六つの面が存在する。
ＡｌＮ単結晶のａ面およびｍ面は、ＡｌＮ単結晶を（０００１）面から見た時、最隣接窒素原子３つと最隣接アルミニウム原子３つとから構成される六角形の一つの辺を通る面がｍ面であり、ｍ面と９０°をなす面がａ面となる。
【００１４】
そして、図３に示すように、ＡｌＮ単結晶基板１０の側面ｆ１の法線Ｎｆ１と一のａ面の法線Ｎａとがなす角度が±４°未満となっており、ＡｌＮ単結晶基板１０の側面ｆ２の法線Ｎｆ２と一のｍ面の法線Ｎｍとがなす角度が±４°未満、となっている。前述のように、ａ面とｍ面とは９０°ずれているため、矩形状のＡｌＮ単結晶基板１０の場合、一の側面の法線と、ｍ面およびａ面のいずれかの面の法線とがなす角度が±４°未満であれば、他の側面の法線も、ｍ面およびａ面のいずれかの面の法線とがなす角度は、±４°未満となる。
【００１５】
窒化物半導体発光素子１のＡｌＮ単結晶基板１０の側面の法線と、ＡｌＮ単結晶のａ面およびｍ面のいずれかの面の法線とがなす角度が±４°未満であることにより、側面に存在するダングリングボンド数や素子を割断する際の劈開により形成される段差構造が少なくなる。そのため、化学的・物理的耐性が向上を図ることができる。
化学的耐性は、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）による素子側面のエッチングレートを測定することにより評価することができる。
【００１６】
また、物理的耐性は、例えば素子割断の際の素子の破壊確率やチッピングの有無により評価することができる。
ＡｌＮ単結晶基板１０のいずれかの素子側面の法線とＡｌＮ単結晶ａ面およびｍ面のいずれかの面の法線とがなす角度が±４°未満となっているか否かは、結晶の逆格子による回折解析手法（たとえば高速電子線回折、低速電子線回折等）による結晶方位測定により同定されるがＸＲＤ（Ｘ線回折）による同定が好ましい。
【００１７】
また、素子割断のためのスクライブ溝の幅は通常２０μｍ程度よりも小さく、スクライブ溝幅と割断した際のソゲ量とを考慮した場合、ソゲ量が２５μｍを超える場合は素子そのもの、あるいは隣接する素子の破壊につながる。また２５μｍを超えるソゲに対して素子の破壊を予防するために素子間の間隔を広げて素子を作製した場合、素子の取り数が減ることとなる。本実施形態の窒化物半導体発光素子１は、ＡｌＮ単結晶基板１０の各側面ｆ１〜ｆ４のソゲ量を±２５μｍ以下にすることで素子取り数を十分に確保しつつ、割断による素子破壊を抑えることができる。
【００１８】
なお、「ソゲ量」とは、図４に示すように素子１の表面Ａに対する割断面Ｂ１、Ｂ２の厚さ方向の直角度をいう。すなわち、図４に示すように、割断予定線Ｌａ、Ｌｂに対応する垂直な面からの割断面Ｂ１、Ｂ２のずれΔＬ１、ΔＬ２を、ソゲ量という。
本実施形態の窒化物半導体発光素子１において、ソゲ量は、例えば、光学顕微鏡、あるいはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等を用いた素子側面平行方向からの測長による側面最凸部と最凹部間の距離により評価される。また、測定は素子側面の最外辺について行い、ソゲ量は平均値をとる。
【００１９】
たとえば、図５に示す、窒化物半導体発光素子１の一例を示す概略構成図において、窒化物半導体発光素子１の側面ｆ１１の最外辺部分Ｃ１０について、側面ｆ１１に対して平行な方向からの測長と側面ｆ１２に対して平行な方向からの測長とを行う。図５のような構成を有する窒化物半導体発光素子１の場合は４つの最外辺部分について、それぞれ２方向から、計８ヶ所について測長を行い、８ヶ所の測定結果の平均値を求め、この平均値をソゲ量としてその評価を行う。
【００２０】
なお、ここでは、８ヶ所の測定結果の平均値を求め、この平均値をソゲ量としてその評価を行なう場合について説明したが、８ヶ所の測定結果それぞれをソゲ量として評価するようにしてもよい。上述のように、８ヶ所の測定結果の平均値をソゲ量としてその評価を行なうようにすることによって、素子の一部ではなく素子全体としての物理的・化学的耐性について評価することができる。
【００２１】
＜具体例＞
次に、本実施形態の窒化物半導体発光素子のより具体的な形態を、図面を参酌しながら説明する。
図５は本実施形態の窒化物半導体発光素子１の一例を模式的に示す斜視図である。
窒化物半導体発光素子１は、ＡｌＮ単結晶基板１０と、ＡｌＮ単結晶基板１０上に形成された積層構造部２０と、発光素子に電極を供給するための電極部３１、３２と、を備える。
積層構造部２０は、第１導電型層２１と、発光層２２と、第１導電型層２１とは導電型の異なる第２導電型層２３と、がこの順にＡｌＮ単結晶基板１０上に積層されてなる。
【００２２】
第１導電型層２１は、上面視で長方形の底部領域２１ａと、当該底部領域２１ａ上に凸状に形成される、底部領域２１ａよりも外径が小さい長方形状の積層部２１ｂとから構成され、底部領域２１ａの長手方向の一方の側に積層部２１ｂが形成され、他方の側の領域は電極部３２を形成する領域となる。積層構造部２０は、例えば、第１導電型層２１となる層と、発光層２２となる層と、第２導電型層２３となる層とをこの順に積層し、この積層構造において、電極部３２を形成する領域にはマスクを形成せずに積層構造部２０となる部分にマスクを形成し、積層部２１ｂが残るように第１導電型層２１をエッチングすることなどにより形成される。
【００２３】
そして、第２導電型層２３の上に、電極部３１が積層される。
ＡｌＮ単結晶基板１０は、各側面、すなわち、図５の場合は、側面ｆ１１、ｆ１２、ｆ１３およびそれら側面ｆ１１、ｆ１２と対向する側面ｆ１３、ｆ１４それぞれが、これら側面ｆ１１〜ｆ１４の法線と、ＡｌＮ単結晶基板１０のａ面およびｍ面のいずれかの面の法線とがなす角度が±４°未満となっている。
【００２４】
なお、必ずしも、ＡｌＮ単結晶基板１０の全ての側面の法線とＡｌＮ単結晶基板１０のａ面およびｍ面のいずれかの面の法線とがなす角度が±４°未満でなくともよいが、全ての側面の法線と、ａ面またはｍ面の法線とのなす角度が、±４°未満であることが好ましい。
この側面ｆ１１〜ｆ１４と、ＡｌＮ単結晶基板１０のａ面およびｍ面のいずれかの面とのなす角度を評価する方法としては、例えば以下の方法がある。すなわち、まず、評価対象の目的素子の研磨を行って、電極部３１および３２と、積層部２１ｂ、発光層２２および積層部２１ｂとからなる積層構造からなるメサ部２５と、を除去して、目的素子上面に第１導電型層２１からなる平坦面を生成する。
【００２５】
そして、平坦面の結晶逆格子による回折解析手法によって結晶方位の同定を行い、素子形状と結晶方位との関係より、素子側面ｆ１１〜ｆ１４の法線と、ｍ面およびａ面のいずれかの面の法線とがなす角度を評価する。つまり、素子側面ごとに、素子側面とｍ面またはａ面のいずれかの面とがなす角度について評価を行う。なお結晶逆格子による回折解析手法としてはＸＲＤ（Ｘ線回折法）が好ましい。
【００２６】
次に、本実施形態の窒化物半導体発光素子１に含まれる各要素について説明する。
これら各要素は、本実施形態の窒化物半導体発光素子１においてそれぞれ独立または組み合わせて適用される。
【００２７】
〔ＡｌＮ単結晶基板〕
ＡｌＮ単結晶基板１０の製造方法は特に制限されないが、高品質なＡｌＮ単結晶基板１０を得る観点から窒化アルミニウムセラミックスを原料とする昇華法により製造することが好ましい。ＡｌＮ単結晶基板１０の転位密度は１０７ｃｍ-２未満であることが好ましく、特に１０５ｃｍ-２未満であることが好ましい。
【００２８】
不完全な表面処理は第１導電型層２１の成膜時に転位密度を増大させるため、ＡｌＮ単結晶基板１０のＲＭＳ（二乗平均粗さ）表面粗さは、１０μｍ×１０μｍの面積に対して０．５ｎｍ未満であることが好ましい。
本実施形態の窒化物半導体発光素子１において、ＡｌＮ単結晶基板１０は、その上に、第１導電型層２１と発光層２２と第２導電型層２３とを有する積層構造部２０を形成可能なものであれば特に制限されない。結晶性の良い積層構造部２０を得る観点から、積層構造部２０が形成される面はＡｌ面であることが好ましい。また、素子側面の法線がａ面およびｍ面のいずれか一つの面の法線となす角度が±４°未満であるため、上記ＡｌＮ単結晶基板１０の表面がＡｌ面（またはＮ面）から４°未満の傾斜基板であることが好ましい。
【００２９】
〔積層構造部〕
本実施形態の窒化物半導体発光素子１において、積層構造部２０は第１導電型層２１、発光層２２、および第２導電型層２３を有している。
第１導電型層２１および第２導電型層２３はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成されるものが望ましい。
【００３０】
特定の態様では、第１導電型層２１は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成される複数の個別層からなっており、発光層２２の格子パラメータに対して近づくように擬似格子整合的に歪まされていてよい。この複数の層はｘ、ｙが厚みと共に変化する、傾斜する組成を有する複数の層を含んでいてよい。このような層では、個々の段階で又は線形的に組成が傾斜していてよい。好ましい態様では、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層はＡｌＮ単結晶基板１０の界面で、単結晶ＡｌＮの組成にほぼ等しい組成を有している。それによって二次元の成長が促進され、不都合なアイランドが形成されることが抑制され、そのようなアイランド形成により、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層からなる第１導電型層２１及び後続の成長層（発光層２２、第２導電型層２３）での不都合な弾性の歪み緩和が生じることが回避される。
【００３１】
発光層２２は一態様では多重量子井戸（ＭＱＷ）層を含み、たとえばＡｌｘＧａ１−ｘＮ層からなる第１導電型層２１上に製造される。ＭＱＷ層は、複数の量子井戸を含み、その量子井戸のそれぞれは、ＡｌＧａＮを含む、又は本質的にＡｌＧａＮからなっていてよい。
一態様では、ＭＱＷ層の各周期は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ量子井戸及びＡｌｙＧａ１−ｙＮ量子井戸を含む。ここで、ｘはｙと異なる。好ましい態様で、ｘとｙの差は、活性領域での電子及び正孔の良好な閉じ込めが得られるように十分に大きくなっており、これにより、放射性の再結合の、非放射性の再結合に対する比を高くすることができる。一態様では、ｘとｙとの差は約０．０５であり、例えばｘは約０．３５で、ｙは約０．４である。しかし、ｘとｙの差が過度に大きい場合、例えば、０．３より大きい場合には、ＭＱＷ層の形成中に不都合なアイランド形成が起こってしまう。
【００３２】
ＭＱＷ層は、複数の周期を含んでいてよく、５０ｎｍ未満の全厚みを有していてよい。なお、ここでいう「全厚み」とは、発光層２２が１層で構成されている場合は、その層の厚みであり、２層以上で構成されている場合は、全ての層の厚みの合計である。
一態様では発光層２２は任意の薄い電子ブロック（又はｎ型コンタクトがデバイスの上部に置かれている場合には正孔ブロック）層を有し、この層は、例えば、Ｍｇのような１つ以上の不純物でドーピングされたＡｌｘＧａ１−ｘＮを含むか又はそれから本質的になっている。電子ブロック層は、例えば２０ｎｍの厚みを有している。
【００３３】
発光層２２上に形成される第２導電型層２３としてのＡｌｘＧａ１−ｘＮ層は本質的に１つ以上の半導体材料、例えば、Ｍｇのような少なくとも１つの不純物でドープされたＡｌｘＧａ１−ｘＮを含むか又はそれから本質的になっている。第２導電型層２３としてのＡｌｘＧａ１−ｘＮ層はｎ型又はｐ型にドープされているが、第１導電型層２１としてのＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の導電性とは反対の導電性を有している。第２導電型層２３としてのＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の厚みは、５０ｎｍより大きく１００ｎｍ未満である。一態様では第２導電型層２３としてのＡｌｘＧａ１−ｘＮ層は同じ導電性でドープされた１つ以上の半導体材料を含むか又はその材料から本質的になるキャップ層を有している。キャップ層は、ＭｇでドープされたＧａＮを含み、１０ｎｍより大きく２００ｎｍ未満、好ましくは５０ｎｍの厚みを有する。
【００３４】
積層構造部２０は１つであってもよいし、複数であってもよい。単位面積当たりの発光量を向上させる観点から、並列接続された複数の積層構造部２０を備えることが好ましい場合もある。また、積層構造部２０の形状も特に制限されず、例えば矩形状、円または楕円状、多角形状、およびそれらの組み合わせ等が挙げられる。
【００３５】
〔電極部〕
本実施形態の窒化物半導体発光素子１は、発光層２２に電力を供給するための電極部３１、３２を備えている。電極部３１、３２の配置については特に制限されないが、積層構造部２０がメサ型構造の場合、メサ頂部とメサ底部にそれぞれ電極を配置する例が挙げられる。また、他には素子上面と下面とにそれぞれ電極を配置する例などがある。
【００３６】
電極部３１、３２は例えばＮｉ／Ａｕ合金（典型的には、ｐ型コンタクトに対して使用される）又はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕスタック（典型的には、ｎ型コンタクトに対して使用される）から形成されており、例えばスパッタリング又は蒸着によって形成されている。電極部３１、３２は紫外線（ＵＶ）反射器も含んでいてよい。ＵＶ反射器は、電極部３１、３２に向かって発光する光子を再度方向付けする（光子が積層構造部から逃げることができないように）こと、並びに所望の発光面、例えば底部表面に向けて光子を再度方向付けることによって、デバイスの活性領域において生成される光子の抽出効率を改善するように設計される。また電極部３１、３２の材料は導電性の材料、例えば金、ニッケル、アルミ、チタン及びそれらの組み合わせなどでもよい。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
＜その他＞
本実施形態の窒化物半導体発光素子１は、目的に応じて他の構成を備えていてもよい。一例としては、積層構造部２０の表面を覆うＳｉＯ２および／またはＳｉＮ等からなる保護層や、外部から電力を供給するための金属細線、ＰＫＧ化するための封止樹脂、反射防止膜やレンズ等の光学部材、窒化物半導体発光素子の動作を制御するための回路部やセンサ部等が挙げられる。
＜窒化物半導体発光素子の製造方法＞
次に本実施形態の窒化物半導体発光素子１の製造方法例について説明する。
【００３８】
本実施形態の窒化物半導体発光素子１の製造方法例としては、ＡｌＮ単結晶基板１０上に第１導電型層２１としてのＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ≦１）、発光層２２、および第２導電型層２３としてのＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をこの順に積層し、ＡｌＮ単結晶基板１０のいずれかの素子側面の法線とＡｌＮ単結晶基板１０のＡｌＮ単結晶ａ面およびｍ面のいずれの面の法線とのなす角度が、±４°未満の面となるように素子を割断する方法が挙げられる。
【００３９】
素子を割断する方法の一例として、例えば以下の方法が挙げられる。すなわち、略矩形状の素子に分割する場合には、上面視で、分割後の素子の対向する一対の辺と平行な方向に延びる第１のスクライブ溝と、他の一対の辺と平行な方向に延びる第２のスクライブ溝とを、形成する必要がある。
すなわち、まず、第１のスクライブ溝を一定間隔で平行に形成する。このとき、第１のスクライブ溝により溝内側に形成される面の法線とＡｌＮ単結晶のｍ面の法線とがなす角度が±４°未満となるようにレーザー照射を行なう。例えば、ＡｌＮ単結晶基板１０の結晶構造を表す六角柱を（０００１）面から見たときのｍ面の一部をなす六角形の一の辺と略平行に第１のスクライブ溝を形成し、かつ、（０００１）面から見たｍ面の延びる方向とレーザー照射方向とが略平行となるようにレーザー照射を行なう。
【００４０】
次に、レーザー照射方向を９０°回転させ、第１のスクライブ溝と直交する第２のスクライブ溝を一定間隔で平行に形成する。このとき、第２のスクライブ溝により溝内側に形成される面の法線とＡｌＮ単結晶ａ面の法線とのなす角度が±４°未満となるようにレーザー照射を行なう。例えば、ＡｌＮ単結晶基板１０の結晶構造を表す六角柱を（０００１）面から見たときのａ面の一部をなす辺でありかつ前述のｍ面の一部をなす一の辺と直交する辺と略平行に第２のスクライブ溝を形成し、かつ、（０００１）面から見たａ面の延びる方向とレーザー照射方向とが略平行となるようにレーザー照射を行なう。
【００４１】
その後レーザー照射を行なった側の面とは逆の面からブレードを当てて押圧することにより第１および第２のスクライブ溝にそって素子の割断を行う。
割断手法の例としてここではレーザーとスクライバーの組み合わせを記したが、他にもレーザーによるステルスダイシングとエキスパンドの組み合わせや、ダイアモンドカッターによるブレードダイシング、あるいはそれとスクライバー・チョッパー・エキスパンドの組み合わせなどがあげられる。
【００４２】
また、割断後の素子の４つの側面の法線と、ｍ面およびａ面のいずれかの面の法線とが平行となるようにするためには、素子の形成方向とＡｌＮ単結晶基板１０のｍ面およびａ面の延びる方向とを整合させる必要がある。素子の形成方向を合わせるために、ＡｌＮ単結晶基板１０にｍ面またはａ面と平行なオリエンテーションフラットを形成しておくことが好ましい。
【実施例】
【００４３】
以下に、実施例を示す。
＜実施例１＞
昇華法を用いて成長した単結晶ＡｌＮをワイヤーソーなどにより（０００１）面が表面、（０００−１）面が裏面となるようにウェハ状に加工し、表面に機械的研削と化学的物理的研磨法とによる研磨を行うことにより原子レベルで平坦なＡｌ面を有するＡｌＮ単結晶基板１０を準備した。
【００４４】
準備したＡｌＮ単結晶基板１０を有機金属気相エピタキシー反応器内に導入した後、水素及びアンモニア混合ガスを反応器内に導入し、ＡｌＮ単結晶基板１０を１１００℃まで加熱した。
続いて、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を導入し、ＡｌＮバッファ層（厚み０．３μｍ）をＡｌＮ単結晶基板１０上に成長させた。
【００４５】
続いて、ＴＭＡガス流量を減らし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス流量を増やして、傾斜ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させ、ｘが厚み方向に線形的に傾斜（勾配）するＡｌｘＧａ１−ｘＮ遷移層を０．１μｍ成長させた。
第１導電型層２１として、遷移層の上にＳｉでドープされた第一導電型のＡｌＧａＮ層を５００ｎｍの厚みで成長させた。
【００４６】
第一導電型のＡｌＧａＮ層の上には発光層２２として５０ｎｍの全厚みを有する多重量子井戸（ＭＱＷ）層を成長させた。
ＭＱＷ層上には、５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ電子ブロック層を形成した。
第２導電型層２３として、ＡｌＧａＮ電子ブロック層の上部に、Ｍｇでドープされた２００ｎｍの厚みを有する第二導電型のＧａＮ層を形成した。
【００４７】
このようにして形成された第一導電型のＡｌＧａＮ層、多重量子井戸（ＭＱＷ）層、ＡｌＧａＮ電子ブロック層、および第二導電型のＧａＮ層からなる積層構造部２０が形成された、ＡｌＮ単結晶基板１０の結晶方位をＸＲＤによって測定し、割断後のいずれかの素子側面の法線と、いずれかのｍ面の法線とがなす角度が、０°、１°、２°、３°、４°、５°のそれぞれの角度となるように素子方向を決定し、発光層２２に電力を供給するための電極部３１、３２を形成した。
【００４８】
素子割断のためにレーザーアブレーション法を用いてスクライブ溝の形成を行い、ジルコニアセラミックブレードを用いた半導体個片化装置を用いて素子の割断を行い、割断後のいずれかの素子側面の法線と、いずれかのＡｌＮ単結晶ｍ面の法線とがなす角度が、０°、１°、２°、３°、４°、５°である窒化物半導体発光素子１をそれぞれ作製した。
【００４９】
割断後の素子側面に対して、光学顕微鏡で観察を行い、チッピングの測定とソゲ量の測定とを行い、素子側面のソゲ量が±２５μｍ以下であることを確認した。また、作製した素子を用いて強アルカリ水溶液（濃度２０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液）でエッチング処理を行い処理前後の側面のＳＥＭによる測長によってエッチングレートの算出を行なった。エッチング処理において、レーザーアブレーションによって発生した分解生成物が除去されることが必要であり、一般的には発生した分解生成物の除去には上記の強アルカリ水溶液を用いて１０分程度エッチングを行うことがのぞましいが、長時間のエッチングを行うと光学的改良を行うための表面形状が失われてしまうため、エッチング量は光学的改良を行なうための表面形状が失われてしまわない程度である必要があり、２８０ｎｍ以下のエッチング量であることが好ましく、したがってエッチングレートは１．７μｍ／時間程度である必要がある。
【００５０】
いずれかのｍ面の法線といずれかの素子側面の法線とがなす角度が、０°、１°、２°、３°、４°、５°の角度を持つように形成した各素子について、割断した際の素子のチッピング発生状況の確認を行った。チッピングとは素子の欠けを意味しており、電極部３１、３２まで達する欠けをチッピングと定義する。チッピングの測定結果を表１に示す。
なお、表１は、ｍ面に対する素子側面の角度すなわち、いずれかのｍ面の法線といずれかの素子側面の法線とがなす角度と、各角度におけるチッピングの発生状況とを、表したものである。
【００５１】
表１から、ｍ面の法線と素子側面の法線とがなす角度が４°未満である場合には、割断の際にチッピングが生じてはいないが、ｍ面の法線と素子側面の法線とがなす角度が４°以上である場合には、割断の際にチッピングが生じ、物理的脆弱性が現れていることがわかる。
【００５２】
【表１】
2015185831.tif 000003
【００５３】
＜実施例２＞
実施例１と同様に形成された第１導電型層２１としての、第一導電型のＡｌＧａＮ層、発光層２２としての多重量子井戸（ＭＱＷ）層、ＡｌＧａＮ電子ブロック層、および第２導電型層２３としての、第二導電型のＧａＮ層からなる積層構造部２０が形成された、ＡｌＮ単結晶基板１０の結晶方位をＸＲＤによって測定し、割断後のいずれかの素子側面の法線と、いずれかのａ面の法線とがなす角度が、０°、１°、２°、３°、４°、５°のそれぞれの角度となるように素子方向を決定し、発光層２２に電力を供給するための電極部３１、３２を形成した。
【００５４】
実施例１と同様に素子の割断を行い、割断後の素子側面の法線と、ＡｌＮ単結晶ａ面のいずれかの面の法線とがなす角度が、０°、１°、２°、３°、４°、５°である窒化物半導体発光素子１をそれぞれ作製した。
割断後の素子側面に対して、光学顕微鏡で観察を行い、チッピングの測定とソゲ量の測定とを行い、素子側面のソゲ量が±２５μｍ以下であることを確認した。また、作製した素子を用いて強アルカリ水溶液（濃度２０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液）でエッチング処理を行い処理前後の側面のＳＥＭによる測長によってエッチングレートの算出を行なった。
【００５５】
ａ面のいずれかの面の法線といずれかの素子側面の法線とがなす角度が、０°、１°、２°、３°、４°、５°の角度を持つように形成した各素子について、割断した際の素子のチッピング発生状況の確認を行った。
表２は、ａ面に対する素子側面の角度すなわち、ａ面の法線と素子側面の法線とがなす角度と、各角度におけるチッピングの発生状況とを、表したものである。
【００５６】
表２から、ａ面の法線と素子側面の法線とがなす角度が４°未満である場合には、割断の際にチッピングが生じてはいないが、ａ面の法線と素子側面の法線とがなす角度が４°以上である場合には、割断の際にチッピングが生じ、物理的脆弱性が現れていることがわかる。
【００５７】
【表２】
2015185831.tif 000004
【００５８】
＜実施例３＞
実施例１に記載の方法と同様の方法で、ｍ面に対する角度、すなわち、ｍ面の法線と素子側面の法線とのなす角度が１°〜５°の間の値となるように、１°きざみで角度をずらした面で割断して得た窒化物半導体発光素子１について、強アルカリ溶液（濃度２０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液）により素子のウェットエッチングを行い、素子側面のエッチングレートの確認を行った。図６にその結果を示す。図６から、ｍ面の法線と素子側面の法線とがなす角度が４°未満である場合には、エッチングはそれほど急速には進行しないが、４°以上となる素子側面では、エッチングが急速に進行し化学的脆弱性が現れ、１．７μｍ／時間以上のエッチングレート、すなわち、光学的改良を行なうための表面形状が失われてしまうエッチングレートを超えてしまうことがわかる。
なお、図６において、横軸は、素子側面の、ｍ面からの角度のずれ量、すなわち、ｍ面（の法線）と素子側面（の法線）とがなす角度〔°〕、縦軸は、エッチングレート〔μｍ〕である。
【００５９】
＜実施例４＞
実施例２に記載の方法と同様の方法で、ａ面に対する角度、すなわち、ａ面の法線と素子側面の法線とのなす角度が１°〜５°の間の値となるように、１°きざみで角度をずらした面で割断して得た窒化物半導体発光素子１について、強アルカリ溶液（濃度２０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液）により素子のウェットエッチングを行い、素子側面のエッチングレートの確認を行った。図７にその結果を示す。図７から、ａ面の法線と素子側面の法線とがなす角度が４°以下である場合には、エッチングはそれほど急速には進行しないが、５°以上となる素子側面では、エッチングが急速に進行し化学的脆弱性が現れ、１．７μｍ／時間以上のエッチングレート、すなわち、光学的改良を行なうための表面形状が失われてしまうエッチングレートを超えてしまうことがわかる。
【００６０】
なお、図７において、横軸は、素子側面の、ａ面からの角度のずれ量、すなわち、ａ面（の法線）と素子側面（の法線）とがなす角度〔°〕、縦軸は、エッチングレート〔μｍ〕である。
以上のように本発明により、ＡｌＮ単結晶基板１０を用いた化学的、物理的耐性が向上した窒化物半導体発光素子を実現することが可能であることが確認された。
【００６１】
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態や実施例に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて各実施形態や実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、各実施形態や実施例を任意に組み合わせてもよく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす、すべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【００６２】
１  窒化物半導体発光装置
１０  ＡｌＮ単結晶基板
２０  積層構造部
２１  第１導電型層
２２  発光層
２３  第２導電型層
３１、３２  電極部
ｆ１１〜ｆ１４  側面
【図１】
2015185831.tif 000005
【図２】
2015185831.tif 000006
【図３】
2015185831.tif 000007
【図４】
2015185831.tif 000008
【図５】
2015185831.tif 000009
【図６】
2015185831.tif 000010
【図７】
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