(57)【要約】【課題】簡便な方法で高い発光出力を有する六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子を製造することができる半導体素子の製造方法を提供すること。【解決手段】バッファ層２０２上に機能層が形成されて成る半導体素子を製造する場合、半導体素子を構成する結晶主面が｛０００１｝になるように、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長して形成したバッファ層２０２を、分離溝２２１で、［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿った分画して複数のバッファ層に形成し、複数のバッファ層のそれぞれの上に六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長して機能層を形成することにより、半導体素子を構成する側面の結晶面を粗面に加工する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子の製造方法であって、
前記半導体素子を構成する側面の結晶面を、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛０００１｝、｛１−１０１｝、｛１−１０２｝、｛１−１２３｝、｛１１−２２｝のいずれかではない面に沿って加工をする工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体素子を構成する結晶主面が｛０００１｝であり、前記半導体素子を構成する側面を［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿った加工をする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子の製造方法であって、
成長用基板上に、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を、前記半導体素子を構成する結晶主面が｛０００１｝になるように成長させる工程と、
該エピタキシャル結晶を［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿って加工し前記半導体素子を構成する側面を形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項４】
六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子であって、バッファ層上に機能層が形成されて成る半導体素子の製造方法であって、
前記半導体素子を構成する結晶主面が｛０００１｝になるように、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長をしてバッファ層を形成する工程と、
該バッファ層を、［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿った加工で複数の領域に分画し、分画された複数のバッファ層を形成する工程と、
前記分画された複数のバッファ層のそれぞれの上に六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長して前記機能層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子が発光素子である請求項１、２、３又４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記側面が傾斜している請求項１、２、３、４又は５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記半導体素子が、ｎ型３−５族窒化物半導体層と、発光層としての３−５族窒化物半導体層と、ｐ型３−５族窒化物半導体層と、ｎ+ 型３−５族窒化物半導体層とをこの順で有するダブルへテロ構造の３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を有する請求項１、２、３、４、５又は６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の方法によって製造された半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光出力を向上させることができる六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外もしくは青色の発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子の材料として、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族窒化物半導体が知られている。３−５族窒化物半導体は、３族元素の組成を変えることにより幅広い波長の光エネルギーに対応させることができるという特長を有しており、３−５族窒化物半導体を用いた発光素子が広く使用されるようになってきている。現在広く実用化されている発光素子用の３−５族窒化物半導体成長用基板はサファイアであり、サファイア基板の上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等で六方晶系３−５族窒化物半導体をエピタキシャル成長させて発光素子を得る方法が一般的に用いられている。
【０００３】
最近、この種の発光素子が広く使用されるようになるに従って、さらに高い発光出力が得られる３−５族窒化物半導体発光素子が求められるようになってきた。そこで、３−５族窒化物半導体を含む発光出力の高い半導体発光素子の、光取出し効率を高めることにより、発光出力を向上させるようにした技術が種々提案されている。例えば、特許文献１によれば、窒化ガリウム系化合物半導体層の一部分の側面を傾斜させて、この半導体層の一部分の側面での光反射により損失を低減させ、これにより光取出し効率を高めて発光出力を向上させるようにした技術が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−３２１８９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、この提案された従来技術によると、ドライエッチングに限定され、現在要求されている発光出力の改善を充分満足させ得るものではなく、さらなる発光出力の増大を図ることが望まれていた。
【０００５】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる発光デバイス用の半導体素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の目的は、また、簡便な方法で高い発光出力を有する六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子を製造することができる半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、種々検討し実験を行った結果、六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子を構成する側面の結晶面が、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛０００１｝、｛１−１０１｝、｛１−１０２｝、｛１−１２３｝、｛１１−２２｝のいずれかではない面に沿って加工されることにより、高い発光出力を有する六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子が得られることを見出し、この知見に基づいてさらに種々の検討を加えて本発明を完成した。
【０００８】
請求項１の発明によれば、六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子の製造方法であって、前記半導体素子を構成する側面の結晶面を、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛０００１｝、｛１−１０１｝、｛１−１０２｝、｛１−１２３｝、｛１１−２２｝のいずれかではない面に沿って加工をする工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法が提案される。
【０００９】
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記半導体素子を構成する結晶主面が｛０００１｝であり、前記半導体素子を構成する側面を［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿った加工をする半導体素子の製造方法が提案される。
【００１０】
請求項３の発明によれば、六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子の製造方法であって、成長用基板上に、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を、前記半導体素子を構成する結晶主面が｛０００１｝になるように成長させる工程と、該エピタキシャル結晶を［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿って加工し前記半導体素子を構成する側面を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法が提案される。
【００１１】
請求項４の発明によれば、六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子であって、バッファ層上に機能層が形成されて成る半導体素子の製造方法であって、前記半導体素子を構成する結晶主面が｛０００１｝になるように、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長をしてバッファ層を形成する工程と、該バッファ層を、［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿った加工で複数の領域に分画し、分画された複数のバッファ層を形成する工程と、前記分画された複数のバッファ層のそれぞれの上に六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長して前記機能層を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法が提案される。
【００１２】
請求項５の発明によれば、請求項１、２、３又４に記載の発明において、前記半導体素子が発光素子である半導体素子の製造方法が提案される。
【００１３】
請求項６の発明によれば、請求項１、２、３、４又は５に記載の発明において、前記側面が傾斜している半導体素子の製造方法が提案される。
【００１４】
請求項７の発明によれば、請求項１、２、３、４、５又は６に記載の発明において、前記半導体素子が、ｎ型３−５族窒化物半導体層と、発光層としての３−５族窒化物半導体層と、ｐ型３−５族窒化物半導体層と、ｎ+ 型３−５族窒化物半導体層とをこの順で有するダブルへテロ構造の３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を有する半導体素子の製造方法が提案される。
【００１５】
請求項８の発明によれば、請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の方法によって製造された半導体素子が提案される。
【００１６】
本発明の製造方法によれば、六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子を構成する側面の結晶面が、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛０００１｝、｛１−１０１｝、｛１−１０２｝、｛１−１２３｝、｛１１−２２｝のいずれかではない面に沿った加工することによって、発光出力特性が向上する半導体素子を得ることができる。これは側面加工配置の変更だけで済むので簡便に作製でき生産性も上がり、発光出力の高い半導体素子となり得、屋内表示用だけではなく、照明用、屋外表示用、ディスプレイ用、信号灯用など高い輝度が求められる用途に好適に使用することができ、工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１８】
本発明による半導体素子の製造方法は、六方晶系３−５族窒化物半導体を含んで成る半導体素子を構成している半導体結晶の側面を、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛０００１｝、｛１−１０１｝、｛１−１０２｝、｛１−１２３｝、｛１１−２２｝のいずれかではない結晶面に沿って加工することを特徴としている。
【００１９】
本発明の六方晶系３−５族窒化物半導体は、図１に示すように、６回回転軸を有する六方晶単位格子であり、結晶構造としてはウルツ鉱型である。その主なる結晶面としては、｛１−１００｝（Ｍ面）、｛１１−２０｝（Ａ面）、｛０００１｝（Ｃ面）、｛１−１０２｝（Ｒ面）、｛１−１２３｝（Ｎ面）、｛１−１０１｝（Ｓ面）、｛１１−２２｝が挙げられる。これらの主なる結晶面は、単位格子を構成する、或いはへき開性等を有する等の比較的安定した特徴ある結晶面である。
【００２０】
本発明は、六方晶系３−５族窒化物半導体を含んで成る単結晶半導体素子の側面を、これらの主なる結晶面とずらした軸に沿って加工した面とすることにより、単結晶半導体素子の側面に粗面が現れるようにし、これにより光素子としての特性が向上する半導体素子を得るようにしたものである。但し、単位格子、結晶構造はこれらに限定されるものではなく、例えば立方晶系等にも適用できる。
【００２１】
半導体素子を構成する側面を粗面とするための上述の加工とは、ウェハ、チップ加工等において採用されている、単結晶半導体を切削し、切断し、研磨する加工を含むのは勿論、通常のエピタキシャル成長などの結晶成長による側面形成をも含むものである。例えば、下地層上に、或いはバッファ層上に３−５族窒化物半導体をエピタキシャル成長してエピタキシャル結晶を成長させていくと、エピタキシャル結晶の成長につれてその側面が形成されていくが、この側面の形成過程もまたここで言う加工である。通常のエピタキシャル成長などの結晶成長による側面形成のより具体的な例は、以下の実施形態の説明において明らかになる。このように、半導体素子を構成する側面を粗面とするための加工は、通常のエピタキシャル成長などの結晶成長や、ウェハ、チップ加工等の工程中に容易に取り込めるので、半導体素子の製造において簡便な工程である。
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について具体的に説明する。先ず、成長用基板としてサファイア基板を用意し、サファイア基板の上に３−５族窒化物半導体としてＧａＮを成長させる。ここでは、ＧａＮの成長面をサファイア基板の｛０００１｝面と等価である（０００１）面（Ｃ面）とする。したがって、ＧａＮは（０００１）軸（Ｃ軸）方向にエピタキシャル成長する。一般にサファイアとＧａＮは、ＧａＮ（０００１）［１−１００］／／Ａｌ2 Ｏ3 （０００１）［２−１−１０］の結晶方位関係にある。つまりＣ軸を中心に３０度回転した結晶方位関係で、サファイア基板の｛０００１｝面上にＧａＮがエピタキシャル成長する。このようにして、サファイア基板上に六方晶系３−５族窒化物半導体を含んで成る半導体が形成されたエピタキシャル基板を製作する。
【００２３】
図２は、以上のようにして得られたエピタキシャル基板を用いて、本発明の方法により半導体素子を製造するための、半導体素子の構成側面の加工について説明するための説明図である。図２の（ａ）に示されているのは、サファイア基板上に形成された六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶の結晶主面が｛０００１｝となっているエピタキシャル基板１である。エピタキシャル基板１を加工して３−５族窒化物半導体を含む複数の半導体素子を製造するため、［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿った加工線２に沿って、サファイア基板上のエピタキシャル結晶を加工する。この加工によりエピタキシャル結晶は複数に分画され、このとき半導体素子の側面が加工される。
【００２４】
図２の（ｂ）はＹ＝４５度（Ｘ＝１）の場合の加工を示し、図２の（ｃ）はＹ＝１３５度（Ｘ＝４）の場合の加工を示している。この加工によって、エピタキシャル基板１を用いて製造される半導体素子の側面が粗面になる。この結果、得られた半導体素子が発光素子として用いられる場合、側面が粗面となっていることによって、半導体素子の主面からの光の強度が大幅に改善される。このように、発光効率の高い発光素子を簡単な工程により得ることができる。
【００２５】
アラメント精度などが影響する加工精度、つまり［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸作製精度の好ましい範囲は±１０度であり、より好ましくは±５度、さらに好ましくは±２度である。
【００２６】
エピタキシャル基板１のエピタキシャル結晶を上述の如く加工することにより、エピタキシャル基板１を用いて製造される半導体素子を構成する側面が、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛０００１｝、｛１−１０１｝、｛１−１０２｝、｛１−１２３｝、｛１１−２２｝のいずれかではない面に沿って加工されることになる。これにより形成される側面が粗面となることにより、得られた半導体素子が発光素子である場合、高い発光効率を有する。
【００２７】
図２に示した方法により半導体素子を構成する側面を作製する工程はどのようなものであってもよく、特に限定されない。以下に、側面の加工のいくつかの実施形態について説明する。
【００２８】
１つの実施形態は、エピタキシャル結晶を図２に従う方法により加工して半導体素子を製造するため、
Ａ１）成長用基板上に、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を、六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子を構成する結晶面が｛０００１｝になる成長をさせ、
Ａ２）この成長により得られたエピタキシャル結晶を、六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子の側面を［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿って側面を加工し、半導体素子を得るようにした方法が挙げられる。
【００２９】
別の実施形態としては、エピタキシャル結晶を図２に従う方法により加工して半導体素子を製造するため、
Ｂ１）六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を、六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子を構成する結晶面が｛０００１｝になる成長をしてバッファ層を形成し、
Ｂ２）該バッファ層を、六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子の側面を［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である軸に沿った側面の加工により、複数の領域に分画し、
Ｂ３）続いて、該分画されたバッファ層上に六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長して機能層を形成することにより、半導体素子を得るようにした方法が挙げられる。
【００３０】
図３は、上記工程Ａ１〜Ａ２を含んでいる本発明の一実施形態をより具体的に説明するための工程図である。図３の（ａ）は、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶から発光素子を製造するために用いるエピタキシャル基板１００の層構造を模式的に示す断面図である。図３の（ａ）に示したエピタキシャル基板１００は、成長用基板１０１の上に六方晶系３−５族窒化物半導体を含む所要のエピタキシャル結晶を積層する工程を完了した状態を示す。ここでは、成長用基板１０１はサファイア基板である。
【００３１】
本発明の製造方法において用いる成長用基板としては、サファイアの他、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＬｉＴａＯ3 、ＺｒＢ2 、ＣｒＢ2 、ＧａＮ、ＡｌＮ、コロイダルシリカ粒子を界面近傍に含有するＧａＮ／サファイア等からなる基板を用いることができる。３−５族窒化物半導体との反応性、熱膨張係数差、高温での安定性、ウェハ入手の容易性等の観点から、サファイア、ＳｉＣがより好ましく、さらに好ましくはサファイアである。上記２点の観点から、好ましいのはサファイアである。
【００３２】
例えば、成長用基板としてサファイアを用いる場合、該サファイア結晶面は、高品質な結晶を得るという観点から、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛０００１｝、｛１−１０２｝が好ましく、｛０００１｝がより好ましい。
【００３３】
エピタキシャル基板１００において、成長用基板１０１の上に積層されている図３の（ａ）に示すエピタキシャル結晶は、半導体デバイスを構成するために必要なもので、バッファ層と機能層とを有している。図３の（ａ）に示すエピタキシャル基板１００は、発光ダイオードの製造を予定したものであり、機能層として発光層が形成されている。
【００３４】
成長用基板１０１の上に積層される、３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶の成長方法としては、有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ法）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、ＭＢＥ法などが挙げられる。
【００３５】
ＭＯＣＶＤ法を用いて３−５族窒化物半導体を結晶成長させる場合、以下のような化合物を出発原料として用いることができる。
【００３６】
３族原料としては、例えばトリメチルガリウム［（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、以下ＴＭＧと記すことがある］、トリエチルガリウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ、以下ＴＥＧと記すことがある］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｇａ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は、低級アルキル基を示す）で表されるトリアルキルガリウム；トリメチルアルミニウム［（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、以下ＴＭＡと記すことがある］、トリエチルアルミニウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ａｌ、以下ＴＥＡと記すことがある］、トリイソブチルアルミニウム［（ｉ−Ｃ4 Ｈ9 ）3 Ａｌ］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ａｌ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は、低級アルキル基を示す）で表されるトリアルキルアルミニウム；トリメチルアミンアラン［（ＣＨ3 ）3 Ｎ：ＡｌＨ3 ］；トリメチルインジウム［（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、以下ＴＭＩと記すことがある］、トリエチルインジウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｉｎ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は、低級アルキル基を示す）で表されるトリアルキルインジウム、ジエチルインジウムクロライド［（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ＩｎＣｌ］などのトリアルキルインジウムから１ないし２つのアルキル基をハロゲン原子に置換したもの、インジウムクロライド［ＩｎＣｌ］など一般式ＩｎＸ（Ｘはハロゲン原子）で表されるハロゲン化インジウム等が挙げられる。これらは、単独で用いても混合して用いてもよい。
これらの３族原料の中で、ガリウム源としてはＴＭＧ、アルミニウム源としてはＴＭＡ、インジウム源としてはＴＭＩが好ましい。
【００３７】
５族原料としては、例えばアンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、１，１−ジメチルヒドラジン、１，２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独でまたは任意の組み合わせで混合して用いることができる。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジンは、分子中に炭素原子を含まないため、半導体中への炭素の汚染が少なく好適であり、高純度品が入手しやすい観点からアンモニアがより好適である。
【００３８】
ＭＯＣＶＤ法においては、成長時雰囲気ガス及び有機金属原料のキャリアガスとしては、窒素、水素、アルゴン、ヘリウムなどの気体を単独あるいは混合して用いることができ、水素、ヘリウムが好ましい。
【００３９】
以上の原料ガスを反応炉に導入して窒化物半導体層を成長させる。反応炉は公知の構成のものを用いることができる。原料供給装置から原料ガスを反応炉に供給する原料供給ラインを備え、反応炉内には基板を加熱するためのサセプタが設けられている構成のものでもよい。サセプタは、窒化物半導体層を均一に成長させるために、通常は回転装置によって回転できる構造となっている。サセプタの内部には、サセプタを加熱するための赤外線ランプ等の加熱装置が備えられている。この加熱により、原料供給ラインを通じて反応炉に供給される原料ガスが成長基板上で熱分解し、基板上に所望の化合物を気相成長させることができるようになっている。反応炉に供給された原料ガスのうち未反応の原料ガスは、排気ラインより反応炉の外部に排出され、排ガス処理装置へ送られる。
【００４０】
また、ＨＶＰＥ法を用いて窒化物半導体層を結晶成長させる場合、以下のような化合物を出発原料として用いることができる。３族原料としては、ガリウム金属を塩化水素ガスと高温で反応させて生成する塩化ガリウムガスやインジウム金属を塩化水素ガスと高温で反応させて生成する塩化インジウムガス等が挙げられる。５族原料としては、アンモニアが挙げられる。キャリアガスとしては、窒素、水素、アルゴン、ヘリウムなどの気体を単独あるいは混合して用いることができ、水素、ヘリウムが好ましい。以上の原料ガスを反応炉に導入して３−５族窒化物半導体を成長させる。
【００４１】
また、ＭＢＥ法を用いて３−５族窒化物半導体を結晶成長させる場合、以下のような化合物を出発原料として用いることができる。３族原料としては、ガリウム、アルミニウム及びインジウム等の金属が挙げられる。５族原料としては、窒素やアンモニア等のガスが挙げられる。キャリアガスとしては、窒素、水素、アルゴン、ヘリウムなどの気体を単独あるいは混合して用いることができ、水素、ヘリウムが好ましい。以上の原料ガスを反応炉に導入して３−５族窒化物半導体を成長させる。
【００４２】
次に、図３の（ａ）に示した、成長用基板１０１の上に積層される六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶の構造について説明する。
【００４３】
このエピタキシャル結晶の構造は、ｎ型３−５族窒化物半導体層と、発光層としての３−５族窒化物半導体層と、ｐ型３−５族窒化物半導体層の順で有するダブルへテロ構造の３−５族窒化物半導体を有する。好ましい構造は、発光出力が高くなるように、ｎ型３−５族窒化物半導体層と、発光層としての３−５族窒化物半導体層と、ｐ型３−５族窒化物半導体層とｎ+ 層３−５族窒化物半導体層の順で有するダブルへテロ構造の３−５族窒化物半導体である。必要に応じて、ｎ型３−５族窒化物半導体層下にはアンドープ３−５族窒化物半導体層を有していてもよい。
【００４４】
かかる半導体としては、サファイア等の基板上にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなるバッファ層、ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ等からなるｎ型層、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等からなる発光層、アンドープＧａＮ、アンドープＡｌＧａＮ等からなるキャップ層、ＭｇドープＡｌＧａＮ、ＭｇドープＧａＮなどからなるｐ型層、ｎ+ −ＩｎＧａＮなどからなるｎ+ 型層を、この順でエピタキシャル成長させた積層構造等が挙げられる。必要に応じて、ｎ型３−５族窒化物半導体層下にはＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなるアンドープ３−５族窒化物半導体層を有していてもよい。
【００４５】
ｎ型層は、通常、Ｓｉ、Ｏ、Ｓｅ、ＣまたはＧｅがドープされている３−５族窒化物半導体であり、好ましくはＳｉまたはＧｅが高濃度にドープされている３−５族窒化物半導体である。ｐ型層は、通常、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃ、ＣａまたはＨｇがドープされている３−５族窒化物半導体であり、好ましくはＭｇが高濃度にドープされている３−５族窒化物半導体である。
【００４６】
図３の（ａ）に示すエピタキシャル結晶構造においては、１０２はバッファ層、１０３はｎ−ＧａＮ層である。１０４は、ＩｎＧａＮ層１０４Ａ〜１０４ＥとＧａＮ層１０４Ｆ〜１０４Ｊとを交互に繰り返し積層し、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層との積層を５組成長させて成る多重量子井戸層である。多重量子井戸層に接してキャップ層１０５が形成されており、これにより発光層が形成されている。１０６はｐ型層、１０７はｎ+ 型層である。エピタキシャル基板１００は、以上のように、半導体発光素子を構成するのに必要なエピタキシャル結晶層構造を有している。１枚のエピタキシャル基板１００は後述するようにしてカットされ、これにより、多数の半導体素子チップが得られる。
【００４７】
図３の（ｂ）に示す工程では、分離溝１０８を作製する。分離溝１０８は成長用基板１０１の上に形成されているエピタキシャル結晶を、ある単位に分画するための溝である。ここでは、エピタキシャル結晶を、分離溝１０８により、目的のデバイスチップの面積と同程度以上の面積を有する複数の領域に分画している。該分離溝１０８の作製において、半導体素子を構成する側面１０９が加工される。
【００４８】
分離溝１０８の作製は、どのような手段で行ってもよいが、３−５族窒化物半導体の場合、ドライエッチング、レーザーを用いて分離溝１０８を作製するのが好ましい。また、分離溝１０８は、バッファ層１０２及びｎ−ＧａＮ層１０３を分離するが、分離溝１０８の底面１０８ａが成長用基板１０１にまで達していない形態でもよい。好ましくは、図３の（ｂ）に示されるように、分離溝１０８の底面１０８ａが成長用基板１０１にまで達している形態とする。例えばレーザーを用い、図３の（ｂ）に示すように、成長用基板１０１にまで分離溝１０８の底面１０８ａが達するように分離溝１０８を形成すると、後のエピタキシャル結晶を積層する工程で、分離溝１０８の底面１０８ａにエピタキシャル結晶が成長するのを阻止することができるからである。
【００４９】
また、分離溝１０８を図３の（ｂ）に示す形態に作製すると、エピタキシャル基板１００の反りが低減でき、大きいウェハを結晶成長する工程やチップを加工する工程が実施しやすくなり、諸特性の面内均一性が向上する効果もある。
【００５０】
照射するレーザーの波長は、３−５族窒化物半導体に吸収できる程度に短い波長であればよい。例えば、バンドギャップよりエネルギーが大きい光であると吸収は大きいので、主なる六方晶系３−５族窒化物半導体がＧａＮの場合、ＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶ程度なので、３６５ｎｍ程度より短い波長の光であればよい。用いることができるレーザーとして、ＹＡＧ、ＹＶＯ4 の３倍高調波（波長３５５ｎｍ）または４倍高調波（波長２６６ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）等のエキシマ、等が挙げられる。エネルギー均一性の観点からは、ＹＡＧ或いはＹＶＯ4 レーザーが好ましい。
【００５１】
照射する光は、上記に限定されたものではなく、例えば３−５族窒化物半導体に不純物、欠陥等を導入し、バンドギャップ内準位を生成する等をして、３−５族窒化物半導体への吸収が大きくした場合には、バンドギャップよりエネルギーが小さい光でもよい。
【００５２】
レーザー光を用いる場合の発振形態として、連続発振、ノーマルパルス発振、Ｑスイッチパルス発振が挙げられるが、熱影響を小さくする観点から、ｎｓオーダーの短パルスと高ピークパワーを有するＣＷ励起Ｑスイッチパルス発振が好ましい。照射するレーザーのエネルギーは、特に限定されないが、大き過ぎると３−５族窒化物半導体に損傷を与えることがある。
【００５３】
また、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶厚が厚くなるほど、レーザー加工の際に発生する削りカス量が増え、歩留まりに影響する場合がある。この削りカスの再付着を防止するために、レーザー加工前にレジスト、表面保護材等の保護材をコートして、削りカスを除去してもよい。特に、２０μｍ以上とエピタキシャル結晶厚が厚く分画されたエピタキシャル結晶層上に、第二の結晶成長により機能層を含む六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長する場合に効果がある。
【００５４】
半導体素子チップの大きさは、特に限定されないが、１００μｍ2 〜１００ｍｍ2 程度が挙げられ、好ましくは１００００μｍ2 〜２５ｍｍ2 、より好ましくは４００００μｍ2 〜１０ｍｍ2 である。
【００５５】
エピタキシャル結晶の側面、すなわち、分離溝１０８の溝壁面、は傾斜していてもよい。傾斜した側面の作製方法には、フォトレジストに傾斜側面を形成し、エッチングする方法、又は等方性エッチングと異方性エッチングとを組み合わせる方法などを用いることができる。
【００５６】
フォトレジストに傾斜側面を形成する方法は、フォトレジストの熱処理によるリフローを利用する方法である。フォトレジストのリフローはフォトレジストの構成材料にもよるが、通常１３０℃以上の温度で生じパターンの端部に傾斜面を生じさせることができる。図４に示す傾斜角αは熱処理温度が高いほど大きくなる。好ましい熱処理温度は１３０℃以上２５０℃以下である。１３０℃以下ではリフローが起こらず傾斜角αは略９０度になり好ましくない。２５０℃以上では傾斜角αが大きくなりすぎ好ましくない。より好ましくは１３５℃以上２３０℃以下であり、更に好ましくは１４０℃以上２１０℃以下である。このようにして形成した傾斜側面を有するフォトレジストを用いて、ＩＣＰドライエッチングなどの異方性エッチングを行うことにより、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶の側面１０９に傾斜面かつ粗面を形成することができる。
【００５７】
等方性エッチングと異方性エッチングとを組み合わせる方法とは、３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶の表面に一旦異種材料膜を形成した後、この上にフォトレジストでパターンを形成し、ＲＩＥなどの等方性エッチングを行うことにより、傾斜側面を異種材料膜に形成し、次にこの傾斜側面の形成された異種材料膜をマスクにしてＩＣＰドライエッチングなどの異方性エッチングを行うことにより、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶の側面１０９に傾斜側面を形成する方法である。異種材料膜としては、ＳｉＯ2 などの酸化膜、ＳｉＮなどの窒化膜やＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属膜を用いることができる。
【００５８】
次に、エピタキシャル結晶の下にあるｎ−ＧａＮ層１０３を露出するメサ加工を行う（図３の（ｃ））。このメサ加工段階でもエピタキシャル結晶の新しい側面が露出するので、本発明の側面の加工となる。引き続き、ｎ+ 型層１０７の上にｎ+ 電極１１０を設ける。図３の（ｃ）では、説明の簡単化のため、ｎ+ 電極１１０の数は２つであるが、ｎ+ 電極１１０の数は、実際には、エピタキシャル基板１００を用いて製作する半導体デバイスチップの数だけ設けられる。ｎ−ＧａＮ層１０３の上に、ｎ電極１１１を作製する。これらのｎ電極１１１は、前記工程で設けたｎ+ 電極１１０に対応して設けられる。
【００５９】
しかる後、各ｎ+ 電極１１０の上にそれぞれｎ+ 電極パッド１１２を設ける。これにより、エピタキシャル基板１００は、成長用基板（サファイア基板）１０１上に形成されたバッファ層１０２及びｎ−ＧａＮ層１０３上に、発光デバイスとして機能する機能層が、それぞれ一対の電極が設けられた状態で、設けられている形態となっている。
【００６０】
この電極形成工程では、先ず、成長後の六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶表面に、必要に応じて洗浄を行い、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／ＩＴＯ、Ａｕ粒子／Ｐｔ等からなるオーミックｐ電極、またはＴｉ／Ａｌ、Ａｌ、Ｖ／Ａｌ、ＩＴＯ、ＺｎＯ等からなるオーミックｎ＋電極、ドライエッチング等によりメサ加工して、エピタキシャル結晶下層にある、露出したｎ型面にＴｉ／Ａｌ、Ａｌ、Ｖ／Ａｌ、ＩＴＯ、ＺｎＯ等からなるオーミックｎ電極を作製する。
【００６１】
しかる後、図３の（ｄ）に示されるように素子分割する。必要に応じて、サファイア薄化するための研削や研磨、レーザスクライブ、ダイヤモンドスクライブなどを用いた分割ラインを入れるためのスクライブ、及びブレーキングの方法などによって各素子を分割すると、本発明の半導体素子チップとなる。ここで、各素子の分割を前記分離溝に沿って行うと、クラック等が抑えられ、生産性が向上し好ましい。また、必要に応じて、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶と成長用基板を剥離してもよい。成長用基板がサファイアの場合、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を電気絶縁性のサファイアから剥離することにより、サファイアによる放熱の妨げがなくなり、高い発光出力を示す高電流密度駆動が可能となる上、発熱に伴う素子破壊も低減されデバイスの信頼性が高くなるという利点がある。
【００６２】
六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶と成長用基板を剥離するためには、光照射によって成長用基板を剥離する方法、研磨により成長用基板を除去する方法、界面応力を利用した剥離方法、成長用基板とエピタキシャル結晶界面近傍を化学的エッチングすることにより成長用基板を剥離する方法等がある。ここで、分離溝１０８はその底面１０８ａが成長用基板１０１に形成されていると、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長用基板から剥離すると、すぐに半導体素子チップになるので、工程が簡便になり好ましい。
【００６３】
次に、必要に応じて、各チップを、パッケージ或いはサブマウント材に、マウントする。マウント後、必要に応じて、各チップにワイヤーボンディング等して、樹脂等で封止することにより、半導体発光素子を製造することができる。
【００６４】
かくして、本発明の半導体素子が得られるが、この素子の実装型は、光取出し面が、電極側に存在するフェースアップ型発光素子、光取出し面が電極の反転面側に存在するフリップチップ型発光素子、縦方向に通電する縦型発光素子等のあらゆる発光素子に適用できる。
【００６５】
図５は、上述の工程Ｂ１〜Ｂ３を含んでいる本発明の別の実施形態を説明するための工程図である。
【００６６】
先ず、図５の（ａ）のように、成長用基板２０１の上にバッファ層２０２を成長させる。ここでは、成長用基板２０１はサファイアである。
【００６７】
次に、分離溝２２１を作製する（図５の（ｂ））。分離溝２２１は、図３に示した実施形態における分離溝１０８と同様な趣旨で設けられるものである。この分離溝２２１の作製には、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工、ダイサー加工等による方法が挙げられ、好ましくはドライエッチング、レーザー加工である。
【００６８】
分離溝２２１はバッファ層２０２を分画し、しかもその底面２２１ａが成長用基板２０１に達するように形成されている。これは、後述する図５の（ｃ）の工程で、バッファ層２０２の上に別のエピタキシャル結晶が成長（第２の結晶成長）する場合に、分離溝２２１内に結晶成長することがある。しかし、例えば分離溝２２１をレーザー加工してその底面２２１ａが成長用基板２０１にまで達していると、底面２２１ａの表面はサファイアをレーザー加工した加工面になるため、エピタキシャル結晶成長を抑える効果がある。
【００６９】
次に、図５の（ｃ）において、バッファ層２０２の上にエピタキシャル結晶の成長により積層される層は、図３の（ａ）に示すそれと同様である。すなわち、２０３はｎ−ＧａＮ層である。２０４は、ＩｎＧａＮ層２０４Ａ〜２０４ＥとＧａＮ層２０４Ｆ〜２０４Ｊとを交互に繰り返し積層し、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層との組を５組成長させて成る多重量子井戸層である。多重量子井戸層に接してキャップ層２０５が形成されており、これにより発光層が形成されている。２０６はｐ型層、２０７はｎ+ 型層である。なお、これらの各層は、分画された各バッファ層２０２のそれぞれの上に積層される。
【００７０】
次に、図５の（ｄ）に示すように、エピタキシャル結晶下層のｎ−ＧａＮ層２０３を露出するメサ加工を行い、ｎ+ 型層２０７の上にｎ+ 電極２０８を形成し、しかる後、各ｎ−ＧａＮ層２０３上にｎ電極２０９を形成する。そして、各ｎ+ 電極２０８の上にｎ+ 電極パッド２１０を形成する。そして、図５の（ｅ）に示されるように、素子分割する。図５の（ｄ）の工程は図３の（ｃ）の工程に対応しており、図５の（ｅ）の工程は図３の（ｄ）の工程に対応している。
【００７１】
しかる後、必要に応じて、サファイア薄化するための研削や研磨、レーザスクライブ、ダイヤモンドスクライブなどを用いた分割ラインを入れるためのスクライブ、及びブレーキングの方法などによって各素子を分割すると、本発明の半導体素子チップとなる。
【００７２】
次に、必要に応じて、各チップを、パッケージ或いはサブマウント材に、マウントする。マウント後、必要に応じて、各チップにワイヤーボンディング等して、樹脂等で封止することにより、半導体素子を製造することができる。
【００７３】
以下、さらに具体的に本発明を実施例により説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００７４】
（比較例１）
成長用基板は４３０μｍ厚のサファイア（０００１）面を鏡面研磨したものを用いた。この成長用基板上に、六方晶系３−５族窒化物半導体をエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長にはＭＯＣＶＤ法を用いた。１気圧で、サセプタの温度を４８５℃、キャリアガスを水素とし、キャリアガス、アンモニア及びＴＭＧを供給して、厚みが約５００ÅのＧａＮバッファ層を成長した。次に、サセプタ温度１０４０℃にして炉圧力を１／４気圧に落とし、キャリアガス、アンモニア及びＴＭＧを供給してアンドープＧａＮ層を形成した。続いて、キャリアガス、アンモニア、ＴＭＧ及びシランを供給してＳｉドープＧａＮ層を形成した。成長温度の１０４０℃から室温までゆっくりと冷却した。
【００７５】
続いて、再成長により、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型層、ＧａＮ、ＩｎＧａＮからなるダブルへテロ構造の障壁層と井戸層（多重量子井戸構造）、ＧａＮ、ＡｌＧａＮからなるキャップ層、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型層、ＳｉドープＩｎＧａＮからなるｎ+ 型層を順に形成し、エピタキシャル結晶の厚さとして５μｍの青色発光を示す六方晶系３−５族窒化物半導体を作製した。
【００７６】
成長後の３−５族窒化物半導体をＮ2 中７００℃２０分の熱処理をし、ｐ型層を低抵抗のｐ型にした。
【００７７】
傾斜した側面を作製するために、ポジ型フォトレジスト（商品名ＰＦＩ−２４１Ｆ、住友化学製）を用い、レジスト塗布、レジストベーキング１２０℃、４分を２回繰り返した。次に、オリフラ軸とフォトマスク（チップの側面パターンと平行と垂直、チップ形状は正方形）を平行にして、パターン露光した。このオリフラ軸は３−５族窒化物半導体で［１１―２０］軸（図１）となり、これは該３−５族窒化物半導体を含む半導体素子を構成する側面と［１１−２０］軸となす角度は０度と９０度になる。また、パターニングのアライメント精度は±１度以下であった。
【００７８】
引き続きＳＯＰＤによるパターン現像、水洗を順次行った後、このフォトレジストのリフロー温度１５０℃、時間５分にした。
【００７９】
次にＩＣＰドライエッチングによって、サファイアが露出する深さまで、エピタキシャル結晶をエッチングし、メサ側面を傾斜露出させた。ＩＣＰドライエッチングに用いたエッチングガスは、Ｃｌ2 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、Ａｒの混合ガスであり、ガス流量は各々２０、１０、４０ｓｃｃｍ、圧力０．８Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、処理時間６０ｍｉｎである。
【００８０】
ドライエッチング終了後、余分のマスクを除去するために、アセトン溶液による超音波洗浄、超純水による洗浄、硫酸と過酸化水素水の混合溶液による洗浄、超純水による洗浄の順序で行った。
【００８１】
以上のようにして得られた比較例１をＳＥＭ（加速電圧：３ｋＶ）で観察したところ、サファイアが露出し、サファイアに傾斜していた。傾斜した側面は、比較的平滑な側面であった。
【００８２】
次に、３−５族窒化物半導体のオーミックｎ電極を形成するためのｎ型層露出領域のパターニングを行った。具体的には、前記表面上に、前記同様レジスト塗布、レジストベーキング、パターン露光、パターン現像を順次行い、ｎ型層露出領域のパターニングを行った。次にＩＣＰドライエッチングによって、ｎ型層露出する深さまで、エピタキシャル結晶をエッチングし、ｎ型層表面をメサ形状に露出させた。ＩＣＰドライエッチングに用いたエッチングガスは、Ｃｌ2 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、Ａｒの混合ガスであり、ガス流量は各々２０、１０、４０ｓｃｃｍ、圧力０．８Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、バイアスパワー１００Ｗである。ドライエッチング終了後、余分のマスクを有機溶剤で除去した。
【００８３】
次に、３−５族窒化物半導体の表面にオーミックｎ+ 電極を形成するために、３−５族窒化物半導体表面の洗浄を、アセトン溶液による超音波洗浄、硫酸と過酸化水素水の混合溶液、超純水による超音波洗浄の順序で行った。次に、オーミックｎ+ 電極となるＩＴＯ電極を形成するために、真空蒸着装置にてＩＴＯを１４０ｎｍ蒸着し、この表面上にレジスト塗布、レジストベーキング、パターン露光、パターン現像を順次行った後、塩化第二鉄水溶液と塩酸溶液とを１：１の割合で混合した溶液でエッチングすることにより、ＩＴＯ電極パターンを形成した。パターン形成後、残存するレジストを剥離した。
【００８４】
次に、露出したｎ型層表面上に、オーミックｎ電極となるＶ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を形成するために、この表面上にレジスト塗布、レジストベーキング、パターン露光、パターン現像を順次行った後、真空蒸着装置にてＶを１０ｎｍ蒸着し、引き続きＡｌを１００ｎｍ蒸着し、引き続きＴｉを５０ｎｍ蒸着し、引き続きＰｔを１５ｎｍ、引き続きＡｕを２００ｎｍ蒸着した。次に、リフトオフ法により、Ｖ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極パターンを形成した。
【００８５】
次に、ＩＴＯ電極表面上に、ｎ+ 電極パッドとなるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極パッドを形成するために、この表面上にレジスト塗布、レジストベーキング、パターン露光、パターン現像を順次行った後、真空蒸着装置にてＴｉを５０ｎｍ蒸着し、引き続きＰｔを１５ｎｍ、引き続きＡｕを２００ｎｍ蒸着した。次に、リフトオフ法により、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極パッドパターンを形成した。
【００８６】
次に、サファイア側を研削、研磨して、サンプル厚を約９０μｍにし、レーザースクライブ・ブレーキングの方法により、約４２０μｍ×４２０μｍの目的の面積を有する半導体発光素子チップを作製した。スクライブラインは、前記サファイアが露出した分離溝に沿った形で作製し、同様ブレーキングを作製した。
【００８７】
このチップを、２０ｍＡで駆動させたところ、明瞭な青色発光を示した。光出力の測定で、この例の光出力値を１とした。
【００８８】
（実施例１）
メサ側面の作製条件を除いては、比較例１と同様にして、半導体素子チップを作製した。
【００８９】
傾斜した側面を作製するために、ポジ型フォトレジスト（商品名ＰＦＩ−２４１Ｆ）を用い、レジスト塗布、レジストベーキング１２０℃、４分を２回繰り返した。次に、オリフラ軸とフォトマスクを４５度なす角度にして、パターン露光した。これは、該３−５族窒化物半導体を含む半導体素子を構成する側面と［１１−２０］軸となす角度は４５度と１３５度になる。また、パターニングのアライメント精度は±１度以下であった。次にＳＯＰＤによるパターン現像、水洗を順次行った後、このフォトレジストのリフロー温度１５０℃、時間５分にした。
【００９０】
次にＩＣＰドライエッチングによって、サファイアが露出する深さまで、エピタキシャル結晶をエッチングし、ｎ型層メサ側面を傾斜露出させた。ＩＣＰドライエッチングに用いたエッチングガスは、Ｃｌ2 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、Ａｒの混合ガスであり、ガス流量は各々２０、１０、４０ｓｃｃｍ、圧力０．８Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、処理時間６０ｍｉｎである。
【００９１】
以上のようにして得られた半導体素子をＳＥＭで観察したところ、サファイアが露出し、サファイアに傾斜していた。比較例１と比べると、側面にうねりがあり、粗面な３−５族窒化物半導体の側面が形成できていた。
【００９２】
ドライエッチング終了後、余分のマスクを除去するために、アセトン溶液による超音波洗浄、超純水による洗浄、硫酸と過酸化水素水の混合溶液による洗浄、超純水による洗浄の順序で行った。
【００９３】
以降のパターニングは、前記で作製したオリフラ軸と４５度なす角度で作製したパターンに合わせて作製したことを除いては、比較例１と同様にして、約４２０μｍ×４２０μｍの目的の面積を有する半導体発光素子チップを作製した。
【００９４】
このチップを、２０ｍＡで駆動させたところ、明瞭な青色発光を示した。光出力は、比較例１の光出力の２倍であった。
【００９５】
（比較例２）
メサ側面の作製条件を除いては、比較例１と同様にして、半導体発光素子チップを作製した。
【００９６】
側面を作製するために、ポジ型フォトレジスト（商品名ＰＦＩ−２４１Ｆ）を用い、レジスト塗布、レジストベーキング１２０℃、４分を２回繰り返した。次に、比較例１と同様、オリフラ軸とフォトマスク（チップの側面パターンと平行）を平行にして、パターン露光した。次にＳＯＰＤによるパターン現像、水洗を順次行った。
【００９７】
次にＩＣＰドライエッチングによって、サファイアが露出する深さまで、エピタキシャル結晶をエッチングし、メサ側面を傾斜露出させた。ＩＣＰドライエッチングに用いたエッチングガスは、Ｃｌ2 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、Ａｒの混合ガスであり、ガス流量は各々２０、１０、４０ｓｃｃｍ、圧力０．８Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、処理時間６０ｍｉｎである。
【００９８】
ドライエッチング終了後、余分のマスクを除去するために、アセトン溶液による超音波洗浄、超純水による洗浄、硫酸と過酸化水素水の混合溶液による洗浄、超純水による洗浄の順序で行った。
【００９９】
このようにして得られた比較例２をＳＥＭで観察したところ、サファイアが露出し、サファイア（０００１）面に垂直な六方晶系３−５族窒化物半導体の側面が形成できていた。結晶方位関係から、該側面は｛１−１００｝、｛１１−２０｝に相当する。
【０１００】
以降の工程は、比較例１と同様にして、約４２０μｍ×４２０μｍの目的の面積を有する半導体発光素子チップを作製した。
【０１０１】
このチップを、２０ｍＡで駆動させたところ、明瞭な青色発光を示した。光出力は、比較例１の光出力と同等であった。
【０１０２】
（実施例２）
成長用基板上に第一の結晶成長により、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長させ、該エピタキシャル結晶を、３−５族窒化物半導体デバイスを構成する側面と［１１−２０］軸となす角度が１５度と１０５度である軸に沿った側面加工により、目的のデバイスチップの面積と同程度以上の面積を有する複数の領域に分画し、続いて該分画されたエピタキシャル結晶層上に第二の結晶成長により素子機能部分を含む六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長したことを以外は、実施例１と同様にして、３−５族窒化物半導体発光素子を作製した。
【０１０３】
成長用基板上に、六方晶系３−５族窒化物半導体をエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長にはＨＶＰＥ法を用いた。全層厚として２０μｍまでアンドープＧａＮ層を成長させた。
【０１０４】
六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶の分離溝をレーザー光により作製した。照射したレーザー光は、ＣＷ励起ＹＶ０4 レーザーの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）をチョッパーにより周波数３０ｋＨｚのパルスにしたものであり、Ｑスイッチパルス幅は８ｎｓ程度、発振モードはＴＥＭ0 0 、３倍高調波の出力は試料面で約０．２Ｗである。このレーザー光をエピタキシャル結晶表面側から入射させ、結晶表面に焦点位置が来るように照射した。加工方向は、オリフラ軸と４５度なす角度にした。これは、該六方晶系３−５族窒化物半導体を含む半導体素子を構成する側面と［１１−２０］軸となす角度は４５度と１３５度になる。そのステージを１０ｍｍ／ｓｅｃでスキャンし、１ライン分の５回スキャン終了後、素子サイズである４２０μｍ、平行にステージを移動した。これを繰り返し、エピタキシャル結晶に網目状にレーザー光を照射させ、約４２０μｍ×４２０μｍの目的のデバイスチップ面積を有する複数の領域に分画した。
【０１０５】
続いて、再成長により、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型層、ＧａＮ、ＩｎＧａＮからなるダブルへテロ構造の障壁層と井戸層（多重量子井戸構造）、ＧａＮ、ＡｌＧａＮからなるキャップ層、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型層、ＳｉドープＩｎＧａＮからなるｎ+ 型層を順に形成し、エピタキシャル結晶の厚さとして２５μｍの青色発光を示す３−５族窒化物半導体を作製した。
【０１０６】
このようにして得られた実施例２の半導体素子をＳＥＭで観察したところ、図６に示すようにサファイアが露出し、うねりをもつ粗面な３−５族窒化物半導体の側面が形成できていた。実施例２は、［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）の範囲内である４５度（Ｘ＝１）と１３５度（Ｘ＝４）である軸に沿った加工で側面を製造したもので、図６は、結晶主面からみた側面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。このように、ＳＥＭ観察により、うねりがある粗面を確認することができた。また、側面から観察しても［１１−２０］軸となす角度Ｙ度がＹ＝１５＋３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）の範囲外である軸に沿った加工で側面を製造した場合と比較して、うねりがある粗面を確認することができた。これらの結果から、発光特性が向上する半導体素子を得られたことが判る。
【０１０７】
以上の工程により、成長用基板上に第一の結晶成長により、六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長させ、該エピタキシャル結晶を、３−５族窒化物半導体デバイスを構成する側面と［１１−２０］軸となす角度が４５度と１３５度である軸に沿った側面加工により、目的のデバイスチップの面積と同程度以上の面積を有する複数の領域に分画し、  続いて該分画されたエピタキシャル結晶層上に第二の結晶成長によりデバイス動作部分を含む六方晶系３−５族窒化物半導体を含むエピタキシャル結晶を成長した３−５族窒化物半導体から作製し、比較例１と同様にして、約４２０μｍ×４２０μｍの目的の面積を有する半導体発光素子チップを作製した。
【０１０８】
このチップを、２０ｍＡで駆動させたところ、明瞭な青色発光を示した。光出力は、比較例１の光出力の２倍であった。
【０１０９】
（実施例３）
成長用基板を剥離することを除いては、実施例２と同様にして、半導体素子チップを作製した。
【０１１０】
実施例２と同様にして、ｎ+ 電極パッド作製まで行った後、成長用基板であるサファイアを剥離した。成長用基板であるサファイア剥離するために、サファイアからレーザー光照射を行った。照射した光は、ＣＷ励起ＹＶ０4 レーザーの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）をチョッパーにより周波数１５ｋＨｚのパルスにしたものであり、Ｑスイッチパルス幅は８ｎｓ程度、発振モードはＴＥＭ0 0 、３倍高調波の出力は試料面で０．４２Ｗである。この光をサファイア基板側から入射させ、サファイア／エピタキシャル結晶界面からＧａＮ側４５０μｍの位置に焦点位置が来るようにデフォーカスして照射した。試料を真空吸着でステージに固定し、そのステージを３５０ｍｍ/ ｓｅｃで線状にスキャンし、１ライン分のスキャン終了後、１５μｍ、平行にステージを移動し、線状にスキャンを繰り返し、サファイア全面に光を照射させた。
【０１１１】
光照射の終わった貼り合せ試料を、サファイアから観察するとサファイアとエピタキシャル結晶界面近傍の全面が、均一に透明から灰色に変色していることが分かった。この界面近傍の変色は、分析により調べたところ、主にＧａであった。
【０１１２】
光照射後の試料を、４インチ程度のリング治具上に固定した樹脂テープの中心部に載置した。樹脂テープは、約７０μ厚のＰＶＣ／アクリル系ベースフィルムに約１０μ厚、粘着力１８ｇｆ／２５ｍｍの粘着層厚である。フィルム、粘着層両者とも薄く、粘着性の弱いものを用いた。
【０１１３】
サファイアを剥離するために、樹脂テープ上に、サファイアを上にエピタキシャル結晶表面を下に載置した試料を約６０℃に加熱し、サファイアを剥離した。この段階で、この樹脂テープ上にあるエピタキシャル結晶のサファイア剥離面を、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）、１０分に浸し、サファイア分離時に残存したＧａを除去した。
【０１１４】
サファイア剥離面が上にある試料が載置してある前記樹脂テープから同種の樹脂テープへ移植したことにより、エピタキシャル結晶表面側を一括で上にした。これらにより約４２０μｍ×４２０μｍの目的の面積を有する成長用基板であるサファイアが剥離した半導体素子チップを作製した。
【０１１５】
このチップを、２０ｍＡで駆動させたところ、明瞭な青色発光を示した。光出力は、比較例１の光出力の２. ６倍であった。高電流で駆動させたところ、３００ｍＡまで、光出力が増加した。また９６０ｍＡまで、素子破壊はしなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】六方晶系３−５族窒化物半導体の結晶構造を説明するための図。
【図２】本発明の方法による半導体素子構成側面の加工を説明するための加工工程図。
【図３】本発明の一実施形態をより具体的に説明するための工程図。
【図４】フォトレジストにより傾斜側面を形成する方法を説明するための図。
【図５】本発明の別の実施形態を説明するための工程図。
【図６】実施例の半導体素子をＳＥＭで観察した様子を示す図。
【符号の説明】
【０１１７】
１００  エピタキシャル基板
１０１、２０１  成長用基板
１０２、２０２  バッファ層
１０３、２０３  ｎ−ＧａＮ層
１０４、２０４  多重量子井戸層
１０４Ａ〜１０４Ｅ、２０４Ａ〜２０４Ｅ  ＩｎＧａＮ層
１０４Ｆ〜１０４Ｊ、２０４Ｆ〜２０４Ｊ  ＧａＮ層
１０５、２０５  キャップ層
１０６、２０６  ｐ型層
１０７、２０７  ｎ+ 型層
１０８、２２１  分離溝
１０９、２２２  側面
１１０、２０８  ｎ+ 電極
１１１、２０９  ｎ電極
１１２、２１０  ｎ+ 電極パッド
【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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