(57)【要約】【課題】ＡｌＮ基板を用いた半導体発光素子において、性能ばらつきが小さく信頼性が高く、さらに発光効率の高い、半導体発光素子を実現する。【解決手段】第１主面１０１側に半導体積層部２０が形成されたＡｌＮ単結晶からなる半導体ウェハに対して、半導体ウェハを個片化するためのレーザ加工を第１主面側から行ない、レーザ加工後、第１主面の裏面である第２主面１０２に保護層５０を形成する。第１主面１０１のレーザ加工がなされた領域１０３を第１薬液で処理した後、保護層５０を除去し、第２主面１０２を第２薬液で処理する。その後、レーザ加工がなされた領域１０３を利用して半導体ウェハを個片化する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面側に半導体積層部が形成されたＡｌＮ単結晶からなる半導体ウェハに対して、前記半導体ウェハを個片化するためのレーザ加工を前記第１主面側から行なう工程と、
前記レーザ加工後、前記第１主面の裏面である第２主面に保護層を形成する工程と、
前記第２主面に前記保護層を形成した後、前記第１主面の前記レーザ加工がなされた領域を第１薬液で処理する第１処理工程と、
前記第１処理工程後、前記保護層を除去し、前記第２主面を第２薬液で処理する第２処理工程と、
前記第２処理工程後、前記レーザ加工がなされた領域を利用して前記半導体ウェハを個片化する工程と、
を備える半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１薬液および前記第２薬液が、アルカリ性である請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１薬液のｐＨが前記第２薬液のｐＨよりも大きい請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２処理工程後の前記第２主面の表面粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１処理工程が、前記レーザ加工により前記半導体ウェハに形成された凹部に存在するＡｌＮｘＯ１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を除去する工程である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
ＡｌＮ基板と、
当該ＡｌＮ基板の第１主面側に設けられた半導体積層部と、を備え、
上面視で前記第１主面は、その外径が、前記第１主面の裏面である第２の主面の外径よりも内側にあり、かつ、前記第２主面の算術平均粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下である半導体発光素子。
【請求項７】
前記ＡｌＮ基板は、
前記第１主面側の第１領域と、断面において前記ＡｌＮ基板の側面間の間隔が前記第１領域よりも大きい前記第２主面側の第２領域とを有し、
前記第１領域の側面は、ＡｌＮｘＯ１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）を含まない請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記半導体積層部が、波長２１０〜３２０ｎｍの紫外光を発光する請求項６または請求項７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、半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子に関し、特に、ＡｌＮ基板を用いた半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＮ基板を用いた窒化物半導体素子は、さまざまな電子機器に用いられており、演算処理装置や、発光素子や受光素子などの光学デバイス、および各種センサなどに応用されている。これら窒化物半導体素子の特性を最大限に引き出すために、素子表面や裏面を粗面加工する手法が広く用いられている。
半導体発光素子においては素子の光取り出し面を粗面加工することで、界面での光の透過率を向上させる技術がよく用いられている。例えば、下記の特許文献１には、六方ピラミッドキャビティが設けられるように窒化物半導体層の成膜を行うことで、半導体層表面に凹凸構造を形成する手法が記載されている。また、特許文献２には、窒化物半導体層の成膜後に、化学湿潤エッチング法（ウェットエッチング）を用いて素子表面に凹凸構造を形成する手法も記載されている。
【０００３】
他にも素子の放熱性を高めるため、配光性を制御するために素子表面や裏面を粗面化する手法が知られている。
表面を粗面化した窒化物半導体ウェハを素子に分割するには、スクライバーやダイサーを用いた機械加工、支持体に貼り付けた後に支持体を拡張させることで分割する手法、レーザ照射を用いて変質加工を加えた後に外力を加えて分割する手法等が用いられている（特許文献３、４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７７４２３号公報
【特許文献２】特開２００３−２１８３８３号公報
【特許文献３】特開２００７−１２９１４３号公報
【特許文献４】特開２００７−１０９８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ照射を用いて変質加工を加えた後に外力を加えて分割する手法を、ＡｌＮ基板を備える半導体発光素子に適用すると、半導体発光素子としての性能ばらつきが大きく、また素子の信頼性が低いという課題があった。
また、従来方法のウェットエッチング法で基板の裏面に凹凸構造を形成する手法を、ＡｌＮ基板を備える半導体発光素子に適用すると、発光効率が向上する傾向にはあるが、素子の性能ばらつきが大きいという課題があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、性能ばらつきが小さく信頼性が高く、さらに発光効率の高い、ＡｌＮ基板を用いた半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様による、半導体発光素子の製造方法は、第１主面（例えば図３に示す、第１主面１０１）側に半導体積層部（例えば図３に示す、半導体積層部２０）が形成されたＡｌＮ単結晶からなる半導体ウェハに対して、前記半導体ウェハを個片化するためのレーザ加工を前記第１主面側から行なう工程と、前記レーザ加工後、前記第１主面の裏面である第２主面（例えば図３に示す、第２主面１０２）に保護層（例えば図３に示す、保護層５０）を形成する工程と、前記第２主面に前記保護層を形成した後、前記第１主面の前記レーザ加工がなされた領域（例えば図３に示す、領域１０３）を第１薬液で処理する第１処理工程と、前記第１処理工程後、前記保護層を除去し、前記第２主面を第２薬液で処理する第２処理工程と、前記第２処理工程後、前記レーザ加工がなされた領域を利用して前記半導体ウェハを個片化する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
前記第１薬液および前記第２薬液が、アルカリ性であってよい。
前記第１薬液のｐＨが前記第２薬液のｐＨよりも大きくてよい。
前記第２処理工程後の前記第２主面の表面粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下であってよい。
前記第１処理工程が、前記レーザ加工により前記半導体ウェハに形成された凹部に存在するＡｌＮｘＯ１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を除去する工程であってよい。
【０００８】
本発明の他の態様による、半導体発光素子（例えば図１に示す、半導体発光素子１）は、ＡｌＮ基板（例えば図１に示す、単結晶ＡｌＮ基板１０）と、当該ＡｌＮ基板の第１主面（例えば図１に示す、第１主面１０１）側に設けられた半導体積層部（例えば図１に示す、半導体積層部２０）と、を備え、上面視で前記第１主面は、その外径が、前記第１主面の裏面である第２の主面の外径よりも内側にあり、かつ、前記第２主面の算術平均粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
前記ＡｌＮ基板は、前記第１主面側の第１領域（例えば図１に示す、第１領域１０Ａ）と、断面において前記ＡｌＮ基板の側面間の間隔が前記第１領域よりも大きい前記第２主面側の第２領域（例えば図１に示す、第２領域１０Ｂ）とを有し、前記第１領域の側面は、ＡｌＮｘＯ１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）を含まなくてよい。
前記半導体積層部が、波長２１０〜３２０ｎｍの紫外光を発光するものであってよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、性能ばらつきが小さく、信頼性が高く、かつ発光効率の高い、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】
【００１１】
【図１】本発明における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。
【図２】サブマウント基板に実装された半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施例１における半導体発光素子の製造工程の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例２における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の比較例１における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の比較例２における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の比較例３における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
＜半導体発光素子の製造方法＞
まず、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明する。
本実施形態の半導体発光素子の製造方法は、第１主面側に半導体積層部が形成されたＡｌＮ単結晶からなる半導体ウェハに対して、この半導体ウェハを個片化するためのレーザ加工を第１主面側から行なう工程と、レーザ加工後、前述の第１主面の裏面である第２主面に保護層を形成する工程と、第２主面に保護層を形成した後、第１主面のレーザ加工がなされた領域を第１薬液で処理する第１処理工程と、第１処理工程後、前述の保護層を除去し、第２主面を第２薬液で処理する第２処理工程と、第２処理工程後、レーザ加工がなされた領域を利用して半導体ウェハを個片化する工程と、を備える。
【００１３】
半導体ウェハを個片化するため、第１主面側から所望の領域をレーザ加工する工程の後に、第２主面上に保護層を形成し、半導体ウェハのＡｌＮ基板のレーザ加工された領域を第１薬液で処理する第１処理工程を行うことで、ＡｌＮ基板の第２主面には影響を与えずに、レーザ加工により生じた変質部を除去することが可能になる。また、ＡｌＮ基板の第２主面は第１薬液の影響を受けないため、第１薬液はレーザ加工部の変質部を除去する目的において自由に選択が可能である。例えば第１薬液として強アルカリの薬液を用いることが可能である。
【００１４】
第１処理工程によって、変質部が除去されることで、平面視におけるＡｌＮ基板の第１主面の面積が、第２主面の面積よりも小さくなる。その後、保護層を除去し、ＡｌＮ基板の第２主面を第２薬液で処理することで、ＡｌＮ基板の第２主面に所望の処理をすることが可能になる。例えば、第２主面の算術平均粗さを２００ｎｍ以上１０μｍ以下にする目的で、弱アルカリの薬液を用いることが可能になる。
ここで、第１薬液での処理に先立ち保護層を形成する工程の無い従来技術では、第１薬液として強アルカリの薬液で処理すると、レーザ加工により生成された変質部については除去可能であるものの、第２主面の算術平均粗さが１５μｍ以上と大きいものになってしまい、それに起因して性能ばらつきが大きくなったり、封止樹脂との密着性が悪化したりしてしまう。逆に、弱アルカリの薬液で処理すると、第２主面の算術平均粗さは小さくなるものの、レーザ加工の変質部が除去されず、その結果、半導体発光素子の性能ばらつきが大きくなってしまう。
【００１５】
＜半導体発光素子＞
次に、本実施形態に係る半導体発光素子を説明する。
本実施形態の半導体発光素子は、ＡｌＮ基板と、このＡｌＮ基板の第１主面側に設けられた半導体積層部と、を備え、上面視で第１主面は、その外径が、第１主面の裏面である第２の主面の外径よりも内側にあり、かつ、第２主面の算術平均粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下である。
上面視で、第１主面の外径が、第１主面の裏面である第２主面の外径よりも内側にあり、かつ第２主面の算術平均粗さを２００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることで、性能ばらつきが小さく、かつ、発光効率の高い半導体発光素子を実現することができる。
【００１６】
半導体発光素子の光取り出し向上の観点から、第２主面の算術平均粗さは２００ｎｍ以上であることが好ましい。また、第１主面側の半導体積層部に電力を供給するためのサブマウント基板と適切にボンディングさせ、素子性能のばらつきを低減する観点から、第２主面の算術平均粗さは１０μｍ以下であることが好ましい。
また、本実施形態の半導体発光素子は、ＡｌＮ基板は、第１主面側の第１領域と、断面においてＡｌＮ基板の側面間の間隔が第１領域よりも大きい第２主面側の第２領域とを有し、第１領域の側面は、ＡｌＮｘＯ１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）を含まない。
【００１７】
ＡｌＮ基板の第１領域の側面部に、ＡｌＮｘＯ１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）を含まないことにより、半導体発光素子の性能ばらつきをより小さく抑制することができる。
また、本実施形態の半導体発光素子は、半導体積層部が、波長２１０〜３２０ｎｍの紫外光を発光するものであってもよい。波長２１０〜３２０ｎｍの紫外光を発光する従来の半導体発光素子をパッケージ化して得られる発光装置では、発光する紫外光によってパッケージに用いられる封止樹脂が劣化し、信頼性が低下するが、本実施形態の半導体発光素子では信頼性低下が抑制される。これは本実施形態の半導体発光素子が、第２主面の算術平均粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下であることにより、封止樹脂との密着性が優れていることに起因していると考えられる。
【００１８】
上述のように、本実施形態では、第２主面に第１薬液による影響を与えることなく、変質部を除去することができ、かつ第２主面に適した第２薬液を用いて薬液処理を行なうことができる。そのため、変質部を的確に除去することができるとともに、第２主面の算術平均粗さを所望の粗さに調整することができる。その結果、第２主面の算術平均粗さが適切な値でないことに起因して封止樹脂との密着性の悪化などが生じることを回避することができ、性能ばらつきを抑制し、信頼性の高い半導体発光素子を実現することができ、さらに、第２主面の算術平均粗さを所望の粗さに調整することができるため、発光効率の高い、半導体発光素子を実現することができる。
【００１９】
＜具体例＞
次に、本実施形態の半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子の、より具体的な実施形態を、図面を参酌しながら説明する。
図１は、本実施形態の半導体発光素子１の一例を示す構成図である。半導体発光素子１は、単結晶ＡｌＮ基板１０と、単結晶ＡｌＮ基板１０の上に形成される半導体積層部２０と、電極部３０とからなる。
半導体積層部２０は、図１に示すように、単結晶ＡｌＮ基板１０に積層される第１導電型層２１と、第１導電型層２１に積層される発光層２２と、発光層２２に積層される、第１導電型層２１とは導電型の異なる第２導電型層２３と、を備える。
【００２０】
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上面視で略正方形状の積層部２１ｂとから構成され、積層部２１ｂを挟んで底部領域２１ａの長手方向の両側が電極部３２ａ、３２ｂを形成する領域となる。半導体積層部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３２ａ、３２ｂを形成する領域にはマスクを形成せず、半導体積層部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。
そして、第２導電型層２３の上に、電極部３１が積層される。
【００２１】
以下、図１に示す半導体発光素子１の各構成要件について説明する。
〔ＡｌＮ基板〕
本実施形態において、単結晶ＡｌＮ基板１０は、ＡｌＮ単結晶からなる基板であれば特に制限されない。単結晶ＡｌＮ基板１０は、図１に示すように、第１主面１０１側の第１領域１０Ａと、第２主面１０２側の第２領域１０Ｂとを含み、断面において、第１領域１０Ａは、単結晶ＡｌＮ基板１０の側面間の間隔が、第２領域１０Ｂよりも小さい。
【００２２】
〔半導体積層部〕
本実施形態の半導体発光素子１において、半導体積層部２０は、図１に示すように、第１導電型層２１、発光層２２、第２導電型層２３が、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１上にこの順に積層されてなる。
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。
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が厚みと共に変化し、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層は単結晶ＡｌＮ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おり、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形成が回避される。その結果、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層からなる第１導電型層２１および後続の成長層（すなわち、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起こる）が回避される。
【００２３】
発光層２２は一態様では多重量子井戸（ＭＱＷ）層を含み、第１導電型層（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層）２１上に積層される。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を含む又はこれから本質的になっていてよい。一態様では、ＭＱＷ層の各周期は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ量子井戸及びＡｌｙＧａ１−ｙＮ量子井戸を含み、ここで、ｘはｙと異なる。好ましい態様では、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、約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。ＭＱＷ層は、複数の周期を含んでいてよく、約５０ｎｍ未満の全厚みを有していてよい。
【００２４】
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ていてよい。発光層２２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮを含むか又は本質的にＡｌｘＧａ１−ｘＮからなっている。電子ブロック層は、例えば約２０ｎｍの厚みを有している。
発光層２２上に形成される第２導電型層（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層）２３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（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層）２３はｎ型又はｐ型にドープされているが、第１導電型層（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層）２１の導電性とは異なる導電性を有している。第２導電型層（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層）２３の厚みは、例えば約５０ｎｍ〜約１００ｎｍである。一態様では第２導電型層（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層）２３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、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、好ましくは約５０ｎｍの厚みを有する。
【００２５】
〔電極部〕
本実施形態の半導体発光素子１は、発光層２２に電力を供給するための電極部３０をさらに備えている。電極部３０の配置については特に制限されないが、図１に示すように、半導体積層部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部３１、３２ａ、３２ｂを配置する例が挙げられる。また、他には素子上面と下面にそれぞれ電極を配置する例などがある。
電極部３０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３０は紫外線（ＵＶ）反射器も含んでいてよい。ＵＶ反射器は、電極部３０に向かって発光する光子を、光子が半導体積層部２０から逃げることができないように再度方向付けすること、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３０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。
【００２６】
次に、本実施形態の半導体発光素子の、各製造工程について説明する
〔レーザ加工工程〕
本実施形態では、半導体発光素子１となる同一パターンの複数の半導体素子が単結晶ＡｌＮ基板１０に配置されており、また、半導体素子の間にスクライブ部が設定されており、このスクライブ部に沿って、半導体素子の個片化を行う必要がある。通常のＬＳＩ半導体素子の個片化は、ブレードダイシングで加工されるが、ＡｌＮ基板は通常非常に硬いため、ブレードダイシング方法はＡＬＮ単結晶基板を所望の幅で切断出来ず、欠けなどの不良も発生するため、生産性が非常に低いとの課題がある。そのため、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１からレーザ光を照射することでスクライブ溝をつけた後、スクライブ溝を利用して機械的に分断することが好ましい。加工に使用されるレーザは特には限定されないが、そのレーザ光の波長は３６５ｎｍ、または２６５ｎｍが好ましい。
【００２７】
〔ウェハ薬液処理工程〕
次に、単結晶ＡｌＮ基板１０の、第１主面１０１の裏面となる第２主面１０２上に保護層（図示せず）を形成させる。保護層は、第１薬液を使用する処理工程において、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２が受ける影響を低減できるものであればよく、例としてはＵＶテープなどのダイシングに用いられる粘着テープや、粘着性を有するフィルム、またはレジストなどがあげられる。保護層は第２主面１０２と気泡巻き込みや、隙間などが生じることなく密着していることが望ましく、かつ第１薬液により保護層もしくは粘着層が劣化しない耐薬品性を有することが望ましい。
【００２８】
続いて、保護層を付けた状態で、同一パターンが複数形成され半導体素子を第１薬液にディップし、レーザ加工により生じされる変質部の除去を行う。第１薬液は特に限定されないが、アルカリ性の薬液は変質部を溶解させるため、ｐＨ＞１２の方が好ましく、例として、水酸化ナトリウムや、水酸化カリウム、アンモニアが好ましい。
次に、保護層を除去する工程を行う。保護層を除去する方法は特に限定されないが、単結晶ＡｌＮ基板１０および半導体積層部２０、並びに電極部３０にダメージを与えない方法が好ましく、機械的に除去するほか、有機溶剤などの薬液などを用いて化学的に取ることが好ましい。保護層を除去した後、第２主面１０２上を洗浄するために、有機溶剤、水溶液での洗浄、もしくは、酸素プラズマ、スパッタリングなどによる表面洗浄を行うことが好ましい。
【００２９】
次に、第２主面１０２に第２薬液を用いて粗面加工を行う。粗面加工により第２主面１０２上に六角錘のＡｌＮ結晶構造が形成出来る。第２薬液はアルカリ性のものであれば、特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウムや、水酸化カリウム、アンモニアなど特に限定はされない。六角錘形状の高さは、使用される薬液の種類、濃度、温度などの処理条件によって変化する。第２薬液は第１薬液と同じ薬液でもよく、異なる薬液を使用することも可能であるが、第２薬液のｐＨは第１薬液のｐＨよりも小さいものであることが好ましい。
【００３０】
〔個片化工程〕
次に、レーザでスクライブしたスクライブ溝にアライメントを実施し、金属ブレードを第１主面１０１方向から適切な力で押しあてることで素子の割断を行う。
〔実装工程〕
個片化した半導体発光素子１は、図２に示すようにサブマウント基板４０と呼ばれる、半導体発光素子１に含まれる単結晶ＡｌＮ基板１０とは異なる接続基板に、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２が上方を向くように、すなわち、第２主面１０２がサブマウント基板４０とは逆側となるように電気的に接続される。サブマウント基板４０の材料は熱放散性の高いセラミック基板が用いられ、アルミナ基板や窒化アルミ基板が好ましい。また、サブマウント基板４０と半導体発光素子１との接続にはフリップチップと呼ばれる手法が用いられ、サブマウント基板４０の電極部３０と半導体発光素子１の電極とを適切な熱、超音波、加重で接合させる。サブマウント基板４０の電極部３０は熱放散性かつ発光装置との接合のよいものがよく、金、銀、銅、金錫などの材料およびそれらの組み合わせからなるバンプ部４０ａを有してもよい。
【００３１】
＜測定方法＞
次に、上述した本実施形態により作成した半導体発光素子１の評価に用いる、半導体発光素子１の各種諸元の測定方法を説明する。
〔ＡｌＮ単結晶基板の第１主面および第２主面の面積〕
単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１および第２主面１０２の面積は、半導体発光素子１において、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１および第２主面１０２それぞれを光学顕微鏡や電子顕微鏡で撮像し、その外縁で囲まれた一連の領域の面積を算出することで測定される。
【００３２】
〔算術平均粗さ〕
単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２の算術平均粗さＲａは、触針式段差計より測定される。初めに、光学顕微鏡や電子顕微鏡で第２主面１０２を撮像し、第２主面１０２の表面形状及び粗さの最大値と最小値とを確認し、その後、測定許容値範囲内に先端半径が適切な触針を選択し、測定条件（基準長さ、評価長さ等）を設定し、測定を行う。
〔側面部のＡｌＮｘＯ１．５ｙの有無〕
単結晶ＡｌＮ基板１０の側面部のＡｌＮｘＯ１．５ｙの有無は、第１薬液処理後のレーザ加工された領域１０３で、オージェ電子分光法（ＡＥＳ分析）により測定される。
【００３３】
〔素子特性の評価方法〕
裏面粗化の効果を評価するために、第２薬液浸漬前、および浸漬後のそれぞれについて、２２０〜６００ｎｍの光出力のトータルカウント量（積算量）を演算し、「第２薬液浸漬後の、２２０〜６００ｎｍの光出力のトータルカウント量（積算量）」を、「第２薬液浸漬前の、２２０〜６００ｎｍの光出力のトータルカウント量（積算量）」で除する事で光出力の向上比の評価を実施する。
半導体積層部２０の光出力は積分球により測定される。
【００３４】
また、半導体発光素子１の信頼性についての評価は以下の手順で行なう。すなわち、温度８５℃、湿度８５％の環境で２５０時間、半導体発光素子１を１００ｍＡで通電した後、−５Ｖから＋１２Ｖまでの電圧を半導体発光素子１にかけ、スイープしたＩＶカーブを得る。
このＩＶカーブのデータを用いて、表１に示した４項目を基準として、半導体発光素子１の電気特性を評価する。具体的には、半導体発光素子１に−５Ｖをかけた際の逆方向リーク電流Ｉｒが１０μＡより小さいこと、半導体発光素子１に４Ｖをかけた時の正方向電流Ｉｆが１ｍＡより小さいこと、半導体発光素子１に１００ｍＡをかけた時の順方向電圧（すなわち、順方向電流を印加したときの半導体発光素子の端子間電圧）Ｖｆが１２Ｖより小さいこと、半導体発光素子１に１００ｍＡをかけた時の発光の強度が１２５μＷより大きいこと、の計４つの条件を同時に満たした場合、半導体発光素子１が良品と判断される。
【００３５】
【表１】
2015185744.tif 000003
【００３６】
〔シェア強度〕
図２に示すように、半導体発光素子１がサブマウント基板４０上にフリップチップ実装されてなる半導体装置の接合状態を評価する。
ＮｏｒｄｏｎＤａｇｅ社製のボンドテスター装置「４０００Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ  Ｂｏｎｄｔｅｓｔｅｒ」を用いてシェアツールを半導体装置の側面に平行にあて、水平に加重をかけたとき、フリップチップ接合部が破壊するまでにかけた印加加重を測定することで接合状態の比較を行うことが出来る。
【実施例】
【００３７】
以下に、実施例および比較例を示す。
各実施例および比較例では、下記に示す手順で半導体発光素子を作成し、作成した半導体発光素子について、上記測定方法にしたがって各種諸元の測定を行ない、評価を行なった。
なお、下記の記載を除く事項については、上記に準じて加工を施した。
＜実施例１＞
図３は本発明の実施例１における半導体発光素子１の形成方法を示す。なお、図３において、半導体発光素子１となる素子部の形状は簡略化して記載しているが、実際には、図１に示す形状を有する。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、単結晶ＡｌＮ基板１０上に、半導体積層部２０および電極部が形成された半導体ウェハにおいて、第１主面１０１の、半導体発光素子１となる素子間に設定されたスクライブ部に対し、波長が３６５ｎｍのレーザを用いて、第１主面１０１側から、スクライブ部の中央に深さが１００μｍ、幅１０μｍで溝を掘った。ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の３００倍で確認した結果により、その溝にはレーザ加工から生じた変質部に充満されていた。また、その変質部をＡＥＳ（オージェ電子分光法）で分析した結果として、変質部はＡｌＮｘＯ１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）であることが確認された。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示すように、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２にローラー或はマウントを使用し、保護層５０としてＵＶテープを気泡巻き込み無きようローラーを用いて貼り付けた。
続いて、半導体ウェハの単結晶ＡｌＮ基板１０のレーザ加工された領域１０３をｐＨ１３．５に調整した第１薬液の中に３０分浸し、保護層５０（ＵＶテープ）を第２主面１０２から外し、更にアセトンの中に３０分浸し、第２主面１０２の洗浄を行った。図３（ｃ）に示すように、レーザ加工された領域１０３の、レーザ加工により生成された変質層が除去され、これにより、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１の面積が、第２主面１０２の面積よりも小さくなり、素子の側面に楔のような形が形成された。
【００４０】
その後、光出力の測定を実施したあと、第２薬液で単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２のエッチングを行なった（エッチング工程を行った）。実施例１の半導体発光素子１は、第２主面１０２を、ｐＨが１１．５の第２薬液に１分間ディップした。その結果、図３（ｄ）に示すように第２主面１０２に六角錘が形成された。六角錘を形成した第２主面１０２の表面荒さを触針式段差計で測定したところ第２主面１０２の算術平均粗さＲａは２００ｎｍであった。
さらに第２薬液に浸漬後の光出力を再度測定した。
【００４１】
次に、図３（ｅ）のように、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２からブレードを当てて押すことにより半導体素子の割断を行った。その後第１薬液で処理した単結晶ＡｌＮ基板１０のレーザ加工された領域側面の変質層の有無を確認するために、レーザ加工領域１０３をＳＥＭの３００００倍で観察し、ＡＥＳ分析を行った。
ＳＥＭ観察の結果として、変質部が見られず、ＡＥＳ分析でもＡｌとＮしか検出出来ず、Ｏは検出限界以下であった。
変質層を除去することにより、上面視で、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１の外径が、第２主面１０２の外径よりも小さくなり、半導体素子の側面に楔のような形が形成された。
【００４２】
半導体発光素子１の側面が楔のような形状であることにより、後工程において、ウェハを分割して生成された半導体発光素子１に対して、封止剤を導入する際に、素子側面と封止剤との接触面積が大きくなり、アンカー効果によって、接着力が高まる効果がある。
また、素子側面と封止剤との密着性が良くなることによって、湿気が侵入しにくくなる。その結果、温度８５℃湿度８５％の条件で行った信頼性試験では、上面視で、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１の外径が、第２主面１０２の外径よりも小さくなった半導体発光素子１の方が、他の半導体発光素子よりも信頼性に優れていることが確認できた。
【００４３】
また、半導体発光素子１の光出力について、単結晶ＡｌＮ基板１０の屈折率が高いため、内部の発光が外部に取り出すことは困難となり、外への入射角度が２５°以上の発光は全て反射されてしまう。第２薬液を使用し、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２に六角錘を形成することによって、発光の入射角度を変更し、光の取り出し効率を１．２倍に向上させることができた。また、実施例１の半導体素子のシェア強度は９６９ｇであった。
また、上述のような各種の信頼性試験を行なった後、表１に示す素子の電気特性を評価した。その結果、電気特性を評価した２０個全ての半導体発光素子１が良品と判断された。また、光出力の向上比は、１．２１であった。
【００４４】
＜実施例２＞
次に、実施例２を説明する。
図４に示すように、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２のエッチング時間を１分から１０分に延長し、他は実施例１と同じ条件で加工し半導体発光素子１を作成した。そして、実施例１と同様の評価を実施した。
第２主面１０２の表面荒さを触針式段差計で測定したところ第２主面１０２の算術平均粗さＲａは１０μｍであった。実施例１と同様に素子の光取り出し効率は１．２倍まで向上されたことを確認した。また、実施例２の素子のシェア強度が９２５ｇになり、第２主面１０２の算術平均粗さが１０μｍの場合、フリップチップ実装に影響ないことが確認された。
また、上述のような各種の信頼性試験を行なった後、表１に示す素子の電気特性を評価した。その結果、電気特性を評価した２０個全ての半導体発光素子１が良品と判断された。また、光出力の向上比は、１．２４であった。
【００４５】
＜比較例１＞
次に、比較例１を説明する。
実施例１と同様の手順で半導体発光素子を作成するが、保護層を設けて第１薬液により変質部を除去する処理は省いて、図５に示す比較例１の半導体発光素子を作成し、実施例１と同様の評価を実施した。
つまり、図５に示すように、レーザ加工を行なった領域１０３に、変質部を残したままの状態で、半導体発光素子を作成した。
その結果、第２主面１０２の算術平均粗さＲａは２００ｎｍ、シェア強度は９５７ｇであった。
また、電気特性を評価した２０個中、２個の半導体発光素子１が良品と判断された。また、光出力の向上比は１．２３であった。
【００４６】
＜比較例２＞
次に、比較例２を説明する。
実施例２と同様の手順で半導体発光素子を作成するが、第１薬液時の保護層を設けずに、図６に示す比較例２の装置を作成し、実施例１と同様の評価を実施した。第１薬液及び第２薬液にエッチングされた第２主面１０２の表面荒さを触針式段差計で測定したところ、第２主面の算術平均粗さは１５μｍであった。比較例２の素子のシェア強度が３０７ｇになり、第２主面１０２の算術平均粗さは１５μｍになった場合、素子をフリップチップ実装する際に、第２主面１０２で受けた押す力及び超音波の強度が均一に分散されず、基板と素子の間のシェア強度が弱くなることが確認された。なお、光出力の向上比は１．２３であった。
【００４７】
＜比較例３＞
次に、比較例３を説明する。
実施例１と同様の手順で半導体発光素子を作成するが、第２薬液により第２主面１０２をエッチングする処理を除いて、図７に示す比較例３の装置を作成し、実施例１と同様の評価を実施した。比較例３の素子のシェア強度は９７３ｇになった。
上述の実施例１、２および比較例１、２、３により得た評価結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
2015185744.tif 000004
【００４９】
表２に示す評価結果から、実施例１が、素子特性のばらつきが最も小さく、且つ、光取り出し効率が高く、優れた特性を有する半導体発光素子を生成することができることが確認できた。
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】
【００５０】
１  半導体発光素子
１０  単結晶ＡｌＮ基板
１０１  第１主面
１０２  第２主面
２０  半導体積層部
２１  第１導電型層
２２  発光層
２３  第２導電型層
３０  ３１、３２  電極部
４０  サブマウント基板
５０  保護層
【図１】
2015185744.tif 000005
【図２】
2015185744.tif 000006
【図３】
2015185744.tif 000007
【図４】
2015185744.tif 000008
【図５】
2015185744.tif 000009
【図６】
2015185744.tif 000010
【図７】
2015185744.tif 000011