(57)【要約】【課題】  輝度が高い半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】  ＧａＰ基板に発光層を形成し、この発光層からの光が射出するＧａＰ基板の第１乃至第４の側面を、そこに金属層を形成した後にエッチングすることにより、あるいは、粒子を吹き付けた後にエッチングすることにより、さらには、ダイシングブレードで形成した第１乃至第４の側面をエッチングすることにより、前記第１乃至第４の側面に複数の凹凸を形成する。【選択図】  図１１
2005328073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と、前記第１の面と対向し前記第１の面よりも小さい面積を有する第２の面と、を有するＧａＰ基板であって、（１００）面から［０１１］方向に角度θ（５°≦θ≦２０°）傾斜したオフ基板であるＧａＰ基板の前記第１の面上に、前記ＧａＰ基板を透過する波長λの光を放射する発光層を形成し、
前記ＧａＰ基板に、前記第２の面に向けて狭まるよう互いにほぼ等しい角度で傾斜する第１乃至第４の側面を形成することにより、前記第１の側面は（１−１１）面、第２の側面は（１１１）面から所定角度傾斜した面、前記第１の側面に対向する第３の側面は（１１−１）面、前記第２の側面に対向する第４の側面は（１−１−１）面から所定角度傾斜した面となし、
前記複数の側面に、真空蒸着またはスパッタにより、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕのいずれかからなる金属層を形成し、前記金属層をエッチング液によりエッチング除去することにより、複数の凹凸を形成す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】
第１の面と、前記第１の面と対向し前記第１の面よりも小さい面積を有する第２の面と、を有するＧａＰ基板であって、（１００）面から［０１１］方向に角度θ（５°≦θ≦２０°）傾斜したオフ基板であるＧａＰ基板の前記第１の面上に、前記ＧａＰ基板を透過する波長λの光を放射する発光層を形成し、
前記ＧａＰ基板に、前記第２の面に向けて狭まるよう互いにほぼ等しい角度で傾斜する第１乃至第４の側面を形成することにより、前記第１の側面は（１−１１）面、第２の側面は（１１１）面から所定角度傾斜した面、前記第１の側面に対向する第３の側面は（１１−１）面、前記第２の側面に対向する第４の側面は（１−１−１）面から所定角度傾斜した面となし、
前記複数の側面に、直径２μｍ以上３μｍ以下のアルミナを含む粒子を吹き付け、エッチング液によりエッチングすることにより、複数の凹凸を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
第１の面と、前記第１の面と対向し前記第１の面よりも小さい面積を有する第２の面と、を有するＧａＰ基板であって、（１００）面から［０１１］方向に角度θ（５°≦θ≦２０°）傾斜したオフ基板であるＧａＰ基板の前記第１の面上に、前記ＧａＰ基板を透過する波長λの光を放射する発光層を形成し、
表面に複数の凹凸を有するダイシングブレードを用いて、前記ＧａＰ基板に、前記第２の面に向けて狭まるよう互いにほぼ等しい角度で傾斜し複数の凹凸を有する第１乃至第４の側面を形成することにより、前記第１の側面は（１−１１）面、第２の側面は（１１１）面から所定角度傾斜した面、前記第１の側面に対向する第３の側面は（１１−１）面、前記第２の側面に対向する第４の側面は（１−１−１）面から所定角度傾斜した面となし、
前記第１乃至第４の側面をエッチング液によりエッチングして、前記複数の側面に複数の凹凸を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記ＧａＰ基板が（１００）面から［０１１］方向に角度θ（５°≦θ≦２０°）傾斜したオフ基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記複数の凹凸の高さが０．１λ以上３λ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光半導体発光素子（ＬＥＤ）は小型、低消費電力、高信頼性などの特徴を兼ね備え、広く表示用光源として用いられている。その発光の高輝度化が進めば屋外での表示機や通信用光源としての用途も飛躍的に広げることができる。実用化されている高輝度ＬＥＤ材料としてはＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｌＰ、ＧａＰなどがあり、赤色、橙色、黄色、緑色等の発光色で、低コストでの供給が行われている。
【０００３】
近時では、バンド構造が赤から緑色に対し直接遷移型を有するＩｎＧａＡｌＰが、この波長範囲における高輝度ＬＥＤ材料として、注目されてきた。その結晶成長法としては、ＧａＡｌＡｓやＧａＰなどの従来材料に使われてきた液相成長法（ＬＰＥ）ではＡｌの偏析が大きく組成の制御が困難なことから、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）が用いられている。これらの成長方法では、ＩｎＧａＡｌＰは、格子整合するＧａＡｓ基板上に形成される。
【０００４】
もっとも、上記のＧａＡｓ基板は、ＩｎＧａＡｌＰ活性層からの光に対して不透明である。このため、この不透明なＧａＡｓ基板を除去し、代わりに、ＩｎＧａＡｌＰ活性層の発光波長に対し透明なＧａＰ基板を接着して、比較的高輝度のＬＥＤを得る方法が開発されている。図１６は、このようなＬＥＤを示す図である。ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる発光層２０１は、透明なＧａＰ基板２００上に接着形成されている。この透明基板２００は、側面２００Ａ、２００Ｂを有し、これらの側面２００Ａ、２００Ｂが傾斜している。これらの側面２００Ａ、２００Ｂの傾斜角度は、必要に応じて変化させることができるが、図１６のＬＥＤでは、面方位の説明をし易くするため、図中上側の面に対して４５°の傾斜角度とした例を示している。図１６のＬＥＤでは、透明基板２００を用い、その透明基板２００の第１の側面２００Ａ、第２の側面２００Ｂ、を傾斜させているので、この側面２００Ａ、２００Ｂからも発光層２０１の光が取り出され、光取り出し効率が高くなる。また、第１の側面２００Ａと対向する第３の側面２００Ｃ、第２の側面２００Ｂと対向する第４の側面２００Ｄ、からも発光層２０１の光が取り出され、光取り出し効率が高くなる。ここで、ＧａＰ基板２００は、面方位に傾斜がないジャスト基板であり、図１７から分かるように、第１の側面２００Ａは（１−１１）面に、第２の側面２００Ｂは（１１１）面に、第３の側面２００Ｃは（１１−１）面に、第４の側面２００Ｄは（１−１−１）面に、なる。
【０００５】
また、半導体発光素子の光取り出し効率をさらに高くする方法として、素子表面に発光波長程度（サブμｍ）の高さの複数の凹凸を設ける方法も用いられている。これは、素子の表面積を広げることで光の透過確立を向上させたり、実効屈折率の変化を利用したりして、光取り出し効率を向上させるものである。図１６に示す素子においても、例えば、基板２００の第１の側面２００Ａ、およびこれと対向する第３の側面２００Ｃにその凹凸を形成することで、光取り出し効率を向上させることが可能である。ここで、ＧａＰ基板では、傾斜した側面を設けた場合、（１−１１）面方向の傾斜面、および、これと対向する（１１−１）面方向の傾斜面、にはウェットエッチングにより、凹凸を比較的容易に形成することができることが知られている。このため、図１６の素子の第１の側面２００Ａと、これと対向する第３の側面２００Ｃと、にはウェットエッチングにより凹凸を比較的容易に形成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＩｎＧａＡｌＰ系半導体発光素子の光出力をさらに高くすることができれば、さまざまな用途に有効に使用できることは明らかである。本発明者は、このような素子を得るべく、さまざまな実験を繰り返した。その結果、上記のＧａＰ基板２００の第１の側面２００Ａおよび第３の側面２００Ｃに加え、第２の側面２００Ｂおよび第４の側面２００Ｄにも凹凸を形成することで、これを実現できることを独自に知得した。
【０００７】
しかしながら、従来の技術常識では、このように側面２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄの全面に凹凸を形成することは極めて困難であると考えられていた。これは、ＧａＰ基板２００では、その側面２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄに均等に凹凸を形成することが極めて困難であると考えられていたからである。
【０００８】
すなわち、ＧａＰ基板２００の側面は、図１６の場合、第１の側面２００Ａは（１−１１）面となるが、第２の側面２００Ｂは（１１１）面となる。そして第１の側面２００Ａには、上記のようにウェットエッチングにより比較的容易に凹凸が形成できるが、第２の側面２００Ｂには、同様の方法で凹凸を形成することは困難となる。また、同様に、第１の側面２００Ａと対向する第３の側面２００Ｃは（１１−１）面となり比較的容易に凹凸が形成できるが、第２の側面２００Ｂと対向する第４の側面２００Ｄは（１−１−１）面となり凹凸を形成することが困難となる。また、各側面２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄの傾斜角度を変化させ、例えば図中上側の面に対して６０°の傾斜角度とした場合でも、同様に、第１の側面２００Ａおよび第３の側面２００Ｃには凹凸を形成しやすくなるが、第２の側面２００Ｂおよび第４の側面２００Ｄには凹凸を形成しにくくなる。
【０００９】
このように、基板２００の側面に凹凸を形成する場合、基板側面には多くの結晶面方位が存在するので、面方位に依存したエッチングレートを示す化学エッチングでは、凹凸の一様な形成が難しい。このため、基板の側面の全面に凹凸を形成する構造は、実現するに至っていなかった。
【００１０】
しかし、本発明者は、従来よりもさらに光出力が高いＩｎＧａＡｌＰ系半導体発光素子を得るべく、基板の側面に光取り出し効率を高くするための凹凸を均一に形成する製造方法について、さまざまな実験を繰り返した。その結果、面方位への依存が少ない凹凸の製造方法を独自に知得し、これを実現するに至った。また、上記の製造方法を用い、さらに、上記のＧａＰ基板２００を（１００）面から［０１１］方向に５°〜２０°傾斜した傾斜基板（オフ基板）とすることで、さらに輝度が高いＬＥＤを実現するに至った。
【００１１】
本発明は上述した課題の認識に基づくもので、その目的は、ＧａＰ基板を用いた半導体発光素子の製造方法であって、上記基板の任意の側面に光取り出し効率を高くするための凹凸を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、第１の面と、前記第１の面と対向し前記第１の面よりも小さい面積を有する第２の面と、を有するＧａＰ基板であって、（１００）面から［０１１］方向に角度θ（５°≦θ≦２０°）傾斜したオフ基板であるＧａＰ基板の前記第１の面上に、前記ＧａＰ基板を透過する波長λの光を放射する発光層を形成し、
前記ＧａＰ基板に、前記第２の面に向けて狭まるよう互いにほぼ等しい角度で傾斜する第１乃至第４の側面を形成することにより、前記第１の側面は（１−１１）面、第２の側面は（１１１）面から所定角度傾斜した面、前記第１の側面に対向する第３の側面は（１１−１）面、前記第２の側面に対向する第４の側面は（１−１−１）面から所定角度傾斜した面となし、前記複数の側面に、真空蒸着またはスパッタにより、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕのいずれかからなる金属層を形成し、前記金属層をエッチング液によりエッチング除去することにより、複数の凹凸を形成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、第１の面と、前記第１の面と対向し前記第１の面よりも小さい面積を有する第２の面と、を有するＧａＰ基板であって、（１００）面から［０１１］方向に角度θ（５°≦θ≦２０°）傾斜したオフ基板であるＧａＰ基板の前記第１の面上に、前記ＧａＰ基板を透過する波長λの光を放射する発光層を形成し、
前記ＧａＰ基板に、前記第２の面に向けて狭まるよう互いにほぼ等しい角度で傾斜する第１乃至第４の側面を形成することにより、前記第１の側面は（１−１１）面、第２の側面は（１１１）面から所定角度傾斜した面、前記第１の側面に対向する第３の側面は（１１−１）面、前記第２の側面に対向する第４の側面は（１−１−１）面から所定角度傾斜した面となし、前記複数の側面に、直径２μｍ以上３μｍ以下のアルミナを含む粒子を吹き付け、エッチング液によりエッチングすることにより、複数の凹凸を形成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、第１の面と、前記第１の面と対向し前記第１の面よりも小さい面積を有する第２の面と、を有するＧａＰ基板であって、（１００）面から［０１１］方向に角度θ（５°≦θ≦２０°）傾斜したオフ基板であるＧａＰ基板の前記第１の面上に、前記ＧａＰ基板を透過する波長λの光を放射する発光層を形成し、
表面に複数の凹凸を有するダイシングブレードを用いて、前記ＧａＰ基板に、前記第２の面に向けて狭まるよう互いにほぼ等しい角度で傾斜し複数の凹凸を有する第１乃至第４の側面を形成することにより、前記第１の側面は（１−１１）面、第２の側面は（１１１）面から所定角度傾斜した面、前記第１の側面に対向する第３の側面は（１１−１）面、前記第２の側面に対向する第４の側面は（１−１−１）面から所定角度傾斜した面となし、
前記第１乃至第４の側面をエッチング液によりエッチングして、前記複数の側面に複数の凹凸を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、異なる面方位からなるＧａＰ基板の側面のいかなる面に対しても凹凸構造の形成が可能となる。このため、透明なＧａＰ基板を用い、かつ、このＧａＰ基板の側面に光取り出し効率を高くするための凹凸をほぼ均一に形成して、輝度が高い素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照にしつつ本発明の実施の形態について説明する。本実施形態の特徴の１つは、図１、図２から分かるように、透明基板１０の側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを傾斜させ、さらに、この側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのすべてに所定の製造方法により複数の凹凸（フロスト）を設けた点である。これにより、発光輝度および光取り出し効率が高く、光出力が高い素子を提供することができる。以下、凹凸の製造方法を変えた７つの実施の形態について説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の断面斜視図である。また図２は、図１の素子の断面図であり、図２（ａ）は［０１−１］方向から見た図、図２（ｂ）は［０１１］方向から見た図である。
【００１８】
半導体発光素子は、ＧａＰ基板１０と、電流注入により前記ＧａＰ基板１０を透過する波長λの光を放射する発光層１１と、を備える。本実施形態では、この波長λを６５０ｎｍとしている。上記のＧａＰ基板１０は、上記発光層１１を設けた裏面（第１の面）１０Ｒと、この裏面１０Ｒと対向し（１００）面から［０１１］方向に１５°傾斜した面からなる主面（第２の面）１０Ｍと、を有する。主面１０Ｍは、裏面１０Ｒよりも小さい面積を有する。この主面１０Ｍと裏面１０Ｒとの間には、主面１０Ｍ側に向けて狭まるように、４つの側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄがある。この４つの側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、主面１０Ｍに対して約４５°傾斜し、表面に高さ０．１λ以上３λ以下の複数の凹凸が形成され、上記発光層１１からの光の一部を外部に射出する。図１７から分かるように、第１の側面１０Ａは（１−１１）面、第２の側面１０Ｂは（１１１）面から１５°傾斜した面、第１の側面１０Ａと対向する第３の側面１０Ｃは（１１−１）面、第２の側面１０Ｂと対向する第４の側面１０Ｄは（１−１−１）面から１５°傾斜した面、である。また、第１乃至第４の側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと、裏面１０Ｒと、の間には、へき開によって形成された第１乃至第４のへき開面１０Ａ’、１０Ｂ’、１０Ｃ’、１０Ｄ’が形成されている。ＧａＰ基板１０が１５°傾斜した基板であるため、第２のへき開面１０Ｂ’、および第４のへき開面１０Ｄ’は、垂直方向から１５°傾斜した面となる。
【００１９】
上記の発光層１１には、ｐ側電極１２と、ｎ側電極１３と、から電流が注入される。この発光層１１は、より詳しくは、図２（ｂ）から分かるように、ｐ型のＧａＰ基板１０上に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ接着層６、ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層５、ＩｎＧａＡｌＰ活性層４、ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層３、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層２、が順次形成された構造である。またｎ側電極１３は、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１、ｎ側電極本体１３’が順次形成された構造である。このｎ側電極１３およびｐ側電極１２からの電流注入により、発光層１１の活性層４は、波長λの光を放射する。この光は、図中上側から取り出される。また、この光は、ＧａＰ基板１０の第１乃至第４の側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄからも取り出される。
【００２０】
以上説明した図１、図２の半導体発光素子では、ＧａＰ基板１０が発光層１１からの光に対して透明で、ＧａＰ基板１０の第１乃至第４の側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを傾斜させたので、この第１乃至第４の側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄから光を取り出し、光取り出し効率を高くすることができる。
【００２１】
また、図１、図２の半導体発光素子では、ＧａＰ基板１０の側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄに高さ０．１λ以上３λ以下の複数の凹凸を設けたので、光取り出し面となる側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの表面積を増加させ、さらに光取り出し効率を高くすることができる。この結果、図１、図２の半導体発光素子では、光出力が高い半導体発光素子を提供することができる。本発明者の実験によれば、凹凸を設けることにより光出力が１０％上昇し、凹凸構造形成による光取り出し効率の向上を確認できた。
【００２２】
次に、図１、図２の半導体発光素子の製造方法について、図３〜図８を参照にして説明する。本実施形態の製造方法の特徴の１つは、図７に示すように、ＭＯＣＶＤ法によるＧａＰの再成長により凹凸を形成した点である。
【００２３】
（１）まず、図３から分かるように、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾斜した主面を持つｎ型ＧａＡｓ基板１４を、有機溶剤や硫酸系エッチャントでクリーニングした後、ＭＯＣＶＤ炉内に入れる。その後、基板を７３０℃に加熱し、ｎ型ＧａＡｓ基板１４の主面上に、Ｐ原料と適当な３族原料を供給して、ｎ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１５を成長する。次いで、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１からｐ型ＩｎＧａＡｌＰ接着層６までの発光層１１を連続に成長する。これらの層の成長膜厚を以下に示す。
【００２４】
ｎ型ＩｎＧａＰ層１５                ０．０５（μｍ）
ｎ型ＧａＡｓ層１                    ０．０１
ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ層２              ３．０
ｎ型ＩｎＡｌＰ層３                  １．０
アンドープＩｎＧａＰ活性層４        ０．５
ｐ型ＩｎＡｌＰ層５                  １．０
ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層６              ０．０５
上記結晶層はすべてｎ型ＧａＡｓ基板１４に格子整合して成長されている。成長原料としては、例えばＧａ源としてトリメチルガリウムやトリエチルガリウム、Ｉｎ源としてはトリメチルインジウムやトリエチルインジウム、Ａｌ源としてはトリメチルアルミニウムやトリエチルアルミニウム、Ｐ源としてはホスフィンやターシャリブチルホスフィン、などを用いることができる。また、ｎ型およびｐ型の不純物としてはそれぞれモノシラン、ジメチルジンクを用いた。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１４は、活性層４からの光に対して不透明である。
【００２５】
（２）次に、図４に示すように、厚さ１５０μｍ〜２５０μｍのｐ型ＧａＰ基板１０を発光層１１のｐ型ＩｎＧａＡｌＰ接着層６上に貼り付ける。ｐ型ＧａＰ基板１０の主面１０Ｍは、ｎ型ＧａＡｓ基板１４の主面と面方位が一致するように、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾斜した面となるようにする。発光層１１は、このｐ型ＧａＰ基板１０の裏面１０Ｒに接着する。
【００２６】
（３）次に、図５に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１４をエッチングにより除去する。このとき、ｎ型ＩｎＧａＰ層１５を設けているため、ｎ型ＧａＡｓ基板１４を選択的にエッチングすることができる。
【００２７】
（４）次に、図６に示すように、ＧａＰ基板１０の上面にＳｉＯ２膜２０にてカバーを行った後、ＧａＰ結晶１０をブレードによってハーフダイシングし、第２、第４の側面１０Ｂ、１０Ｄ、および第１、第３の側面１０Ａ、１０Ｃを形成する。
【００２８】
（５）次に、図７に示すように、ＧａＰ基板１０の側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄに、ＭＯＣＶＤ法によるＧａＰの再成長により、凹凸を形成する。具体的には、ハーフダイシング部の破砕層を塩酸系のエッチング液によるエッチングで除去した後、ＭＯＣＶＤ炉に導入しＧａＰの再成長を行う。ＧａＰの再成長の工程は、まず、成長炉内に、水素と、Ｖ族原料であるＰＨ３と、を供給してウェハの雰囲気をつくる。次に、ウェハの温度を昇温し、成長温度６５０℃に達した後、III族原料であるＴＭＧを炉内に導入して、ＧａＰの再成長を開始する。再成長時のＶ/III比は１５０としている。成長終了時にはＴＭＧの供給を停止して、水素とＰＨ３の雰囲気の下、ウェハの温度を降温する。
【００２９】
（６）次に、図８に示すように、ＳｉＯ２膜２０を除去し、へき開によりへき開面１０Ｂ'、１０Ｄ'、１０Ａ'、１０Ｃ'を形成して素子分離を行い、ｐｎ各電極１２、１３を形成し、図１、図２の素子が得られる。
【００３０】
以上説明した本実施形態の製造方法では、図７に示したように、ＭＯＣＶＤによるＧａＰの再成長を用いることにより、４つの側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄにほぼ均等に、所望の凹凸構造を形成することができる。本発明者が鋭意行った実験の結果からは、再成長時の成長温度と成長原料のモル流量比（Ｖ/III比：ＰＨ３/ＴＭＧ）によってその成長層の状態を制御でき、それぞれ３５０℃以上７００℃以下、１０以上２００以下の成長条件にて、所望の凹凸構造を形成することができた。この理由は、次のように解析される。
【００３１】
すなわち、ＧａＰ基板１１を用いてＭＯＣＶＤ法によりＧａＰ膜の結晶成長を行う場合、平坦なＧａＰ膜を形成するためには、ＧａＰ基板の（１００）を用いることが望ましい。つまり、本実施形態の素子の側面は、平坦なＧａＰ膜を形成するためには、本来望ましくない面である。しかしながら、平坦な膜が得にくい面であることにより、かえって凹凸の膜が得やすくなる。また、成長温度を３５０℃以上７００℃以下とし、通常のＧａＰの成長温度よりも低めに設定することで、さらに凹凸の膜が得やすくなる。この結果、所望の凹凸が形成できると解析される。なお、Ｖ/III比は、通常のＧａＰの結晶成長とほぼ同程度であるので、結晶成長に特殊な装置を用いる必要はない。
【００３２】
これに対し、従来は、凹凸の形成には、主にウェットエッチングが用いられていた。しかし、この方法では、（１−１１）面方向の傾斜面および（１１−１）面方向の傾斜面には凹凸を形成できるが、（１１１）面方向の傾斜面および（１−１−１）面方向の傾斜面に凹凸を形成することは極めて困難であった。このため、本実施形態のように、第２の側面１０Ｂ、および、第４の側面１０Ｄ、に凹凸を形成することは極めて困難であると考えられていた。
【００３３】
また、以上説明した本実施形態の製造方法では、ＧａＡｓ基板１４を（１００）面から［０１１］方向に１５°傾斜したオフ基板としたので、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる発光層１１の発光輝度を高くすることができる。また、この発光層１１に接着するＧａＰ基板１０を、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾斜したオフ基板としたので、発光層１１とＧａＰ基板１０とで結晶の方向が一致しており、動作電流や動作電圧が上昇しない。
【００３４】
以上説明した図１、図２の半導体発光素子では、主面１０Ｍと、側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと、のなす角度を４５°としたが、これを他の角度とすることも可能である。ただし、側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄはダイシングにより形成する（図６）ので、それぞれの側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと、主面１０Ｍと、のなす角度は互いに等しくなるようにする。互いに等しくなるようにしないと、製造方法が極めて複雑になってしまうからである。そして、本実施形態の製造方法を用いれば、異なる面方位からなる側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのいかなる面に対しても凹凸構造の形成が可能である。
【００３５】
また、図１、図２の半導体発光素子では、ＧａＰ基板１０を、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾斜した傾斜基板としたが、これを（１００）面から［０１１］方向に５°〜２０°傾斜した傾斜基板とすれば、発光層１１の発光輝度を高くする効果を得ることができる。
【００３６】
また、ＧａＰ基板１０を、面方位に傾斜がないジャスト基板とすることもできる。ジャスト基板を用いた場合は、第１の側面１０Ａは（１−１１）面、第２の側面１０Ｂは（１１１）面、第３の側面１０Ｃは（１１−１）面、第４の側面１０Ｄは（１−１−１）面、となる。この場合も、従来のウェットエッチングによる凹凸の形成方法では、第１の側面１０Ａと第３の側面１０Ｃには凹凸を形成できるが、第２の側面１０Ｂと第４の側面１０Ｄには凹凸の形成が困難であった。しかし、本発明の凹凸の製造方法を用いれば、いかなる面に対しても凹凸構造の形成が可能である。
【００３７】
（変形例）
図９は、本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の変形例を示す図である。図９の素子の特徴の１つは、基板１０に、マウント補助側面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄを設けた点である。他の主要な部分の構成は第１の実施の形態（図１、図２）と同様であり、第１の実施の形態と同様の構成部分には同じ番号を示した。
【００３８】
図９の素子では、マウント補助側面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄを設けたので、さらに歩留まりを高くすることができる。即ち、図９の素子を使用する場合、通常、ｎ側電極１２および主面１０Ｍを、銀ペースト等の接着剤を用いて、ｎ側リードフレーーム上にマウントする。このマウントの際に、図９の素子では、主面１０Ｍおよびｎ側電極１２に加えて、マウント補助側面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄにも銀ペーストを接着することができるので、高い接着強度を得ることができる。
【００３９】
また、不透明な銀ペーストでマウント補助側面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄを覆っても、４つの側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄから発光層１１の光を取り出すことができるので、光取り出し効率は低下しない。このため、図９の素子では、光取り出し効率を低下させることなく、ｎ側電極１２とｎ側リードフレームとの剥離を生じにくくし、歩留まりを高くすることができる。
【００４０】
図９では、マウント補助側面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄがほぼ垂直になる例を示しているが、この面を、図中上側の裏面１０Ｒ側が広くなるようにわずかに傾斜させることもできる。このようにすると、上記のＡｇペーストを熱処理により硬化させる時に、表面張力により銀ペースとが光取出し面となる側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄに這い上がるのを効果的に防止することができる。
【００４１】
また、図９の素子では、マウント補助側面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄに、側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと同様の凹凸を設けることもできる。凹凸を設ければ、上記のＡｇペースト這い上がりをさらに効果的に防止することができる。このマウント補助側面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄへの凹凸の形成は、側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄへの凹凸の形成と同様の方法で行うことができる。なお、マウント補助面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄがほぼ垂直になる場合は、ウェットエッチングによる方法でも、４つのマウント補助面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄにほぼ均等に凹凸を形成できる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、図１０から分かるように、凹凸の形成を、ＭＯＣＶＤ炉内におけるＧａＰ結晶１１の熱分解を用いて行っている。素子の形状は図１、図２と同じである。また、製造方法については、凹凸の形成以外は（図３〜図６、図８）、第１の実施の形態と同様である。以下では、図１０を参照にして、凹凸の形成方法について説明する。
【００４３】
まず、第１の実施の形態と同様に、ＳｉＯ２膜２０にてカバーを行いながらウェハのハーフダイシング部の破砕層を塩酸系のエッチングで除去した後、ウェハを、ＭＯＣＶＤ炉に導入する。次に、炉内に水素とＰＨ３を供給し、ウェハ温度を昇温することで、ＳｉＯ２カバーされていない領域のＧａＰ基板１０を熱分解する。本条件では基板温度約３５０度から熱分解が始まり、蒸気圧の比較的高いＰは結晶外部に放出され、残ったＧａは近隣のＧａと結合してドロップレットを形成して面上に残る。ここでこのＧａドロップレットの大きさと密度は、基板温度と昇温時間にて制御でき、また雰囲気ガス中にＰＨ３を混合して混合量を制御することでＰ抜けの量と速度を調整できる。例えば、雰囲気ガスを水素のみにするとＰの抜け量が多すぎる場合、雰囲気ガスの水素にＰＨ３を混合することで、Ｐの抜け量を少なくすることができる。このような制御により、Ｇａドロップレットの制御が可能になる。今回実際に用いた条件は水素中に５％のＰＨ３を混合した雰囲気ガス中でウェハ温度７００℃、５分の熱処理を行ったところ、高さ〜０．５μｍのＧａドロップレットを面上に１×１０８個／ｃｍ2の密度で形成することができた。
【００４４】
次に本ウェハをＭＯＣＶＤ炉から取り出し、塩酸系のエッチング液によりエッチングを行ったところ、Ｇａドロップレットの存在している領域とそうでない領域とでエッチング速度が異なり、ＧａＰ基板１０の側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄに、高さ１／１０λ以上３λ以下の複数の凹凸構造を形成することができた。なお、Ｇａドロップレットは、光吸収となるので、上記のエッチングの際にできる限り残らないようにする。
【００４５】
以上説明したＧａＰの熱分解は、従来は、素子の特性を悪化させるため、できる限り防止しなければならないと考えられていた。しかしながら、本発明者は、従来の技術常識に反し、このＧａＰの熱分解を積極的に用い、これにより凹凸を形成することで、特性が高い素子が得られることを独自に知得した。本発明者の実験によれば、Ｐを含むＶ族原料と水素との混合ガス、または、水素、を雰囲気ガスとして、３５０℃以上１０００℃以下の温度で熱分解することにより、所望の凹凸が形成できた。
【００４６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、金属膜を堆積/蒸着した後に、その金属膜をエッチングすることによって、凹凸を形成する方法について記す。
【００４７】
図１１から分かるように、ＧａＰ結晶表面に６０°の刃先角度であるブレードでハーフダイシングを行い、Ｖ溝を形成する。次に、Ｖ溝を含む全面に、Ａｌを、真空蒸着またはスパッタにより、約５０ｎｍ形成する。続いて、塩酸を主成分とする溶液に浸すことにより、Ａｌ金属がエッチングされる際にＧａＰ表面の反応が促進され、ランダムな表面エッチングが起こる。なお、前記Ａｌが蒸着された基板を〜２００℃以上で熱処理し、塩酸を主成分とする溶液に浸すことにより、より反応をより促進させることが可能である。このことによりＧａＰ結晶表面に凹凸構造を作製することができる。本実施形態では蒸着用金属として、Ａｌを使用したが、Ｔｉ，Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、等の金属を用いても良い。
【００４８】
図１１の素子では、各側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが裏面１０Ｒと６０°の角度をなしている。従って、第１の側面１０Ａは（１−１１）面から１５°傾斜した面、第２の側面１０Ｂは（１１１）面、第３の側面１０Ｃは（１１−１）面から１５°傾斜した面、第４の側面１０Ｄは（１−１−１）面から３０°傾斜した面、となる。このため、従来のウェットエッチングによる凹凸の形成方法では、各側面の面方位がばらばらであるため、各側面の均一に凹凸を形成することは極めて困難であった。しかし、本実施形態のように、金属膜を堆積/蒸着した後にその金属膜をエッチングする方法を用いれば、いずれの側面にも凹凸を形成することができる。
【００４９】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、サンドブラスト法を用いた凹凸構造の形成について記す。
【００５０】
図１２にサンドブラスト法による加工についての説明図を示す。ここでは、第２の側面１０Ｂに凹凸を形成する場合を例にして説明する。図１２では、ＧａＰ基板１０の主面１０Ｍおよび裏面１０Ｒにオーミック電極１２、１３を形成した後、ｐ型電極１３表面に保護レジスト２０を形成し、ｎ側電極１２を粘着シート２５に貼り付けて、ダイシングにより個々のチップに分離する。この状態でチップ側面１０Ｂにサンドブラスト加工を施す。吹き付ける粒子をアルミナを含むものとし、粒子径を２〜３μｍとして、空気圧力３ｋｇｆ／ｃｍ２とすることにより、数μｍサイズの凹凸がチップ側面１０Ｂに形成される。このとき（１１１）Ｐ面に近い面が一定の割合で露出する。こうしたうえでチップ側面を６０℃程度に加熱した塩酸に浸漬すると、この（１１１）Ｐ面がサブミクロンサイズの針状突起が密集した微小凹凸面にエッチングされる。
【００５１】
上記のように、吹き付ける粒子として、粒子径が２〜３μｍのアルミナを用いると良いのは、アルミナの硬さ、重さ、比重等が、ＧａＰ基板１０への凹凸の形成に適しているからであると考えられる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態では、特殊ブレードを用いた凹凸構造の形成について記す。
【００５３】
図６に示したハーフダイシングを行うときに、図１３（ａ）に示すような断面形状を有するブレードでＧａＰ基板１０に図１３（ｃ）のような切削断面を形成する。あるいは図１３（ｂ）で示すような厚みの異なるブレードを所望枚数用意して、幅の小さなブレードから順に切削を行い、図１３（ｃ）のような結晶断面を形成する。これらのような切削加工を結晶に施すことで切削結晶面に方位の異なる無数の面が形成される。上記工程で得られた切削面に、例えば（１１１）面のみに作用するエッチング液を用いてエッチングすることによりフロスト加工された面を得ることができる。
【００５４】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態では、光照射エッチングによる凹凸構造の形成について記す。
【００５５】
図１４に、光照射エッチングによる加工のイメージ図を示す。ＬＥＤチップの、発光層１１を粘着シート２５に固定し、ＧａＰ基板１０の主面Ｍを保護レジスト２０で保護する。このＬＥＤチップの側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄをエッチング液３５でエッチングする際に、ハロゲン光３０のような強力な光を照射してエッチングする。このことにより側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ上にフロスト加工された面を得ることができる。
【００５６】
（第７の実施の形態）
第７の実施の形態ではプレス法による凹凸構造の形成について記す。
【００５７】
予め図１５（ｂ）のような金型４０Ａ（結晶と接する面にフロスト加工を施した）を有する金属金型４０を用意し、図１５（ａ）のように、ダイシング加工されたウェハの側面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄに、プレスを施し、結晶にフロスト状の凹凸を転写（プレス）することで、フロスト加工された面を得ることができる。なお、プレスに際しては台座４５、ウェハ１０、金属金型４０を結晶が軟らかくなる軟化点まで予め加熱をしておく。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の概念斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の概念断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す概念断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す概念断面図で、図３に続く図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す概念断面図で、図４に続く図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す概念断面図で、図５に続く図。
【図７】本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す概念断面図で、図６に続く図。
【図８】本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す概念断面図で、図７に続く図。
【図９】本発明の第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を説明するための図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための図。
【図１３】本発明の第５の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための図。
【図１４】本発明の第６の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための図。
【図１５】本発明の第７の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための図。
【図１６】従来の半導体発光素子の概念断面図。
【図１７】結晶の面方位を説明するための図。
【符号の説明】
【００５９】
１０  ＧａＰ基板
１０Ａ  第１の側面
１０Ｂ  第２の側面
１０Ｃ  第３の側面
１０Ｄ  第４の側面
１０Ｍ  主面（第２の面）
１０Ｒ  裏面（第１の面）
１１  発光層
３０  ハロゲン光
３５  エッチング液
４０  金属金型
【図１】
2005328073.tif 000003
【図２】
2005328073.tif 000004
【図３】
2005328073.tif 000005
【図４】
2005328073.tif 000006
【図５】
2005328073.tif 000007
【図６】
2005328073.tif 000008
【図７】
2005328073.tif 000009
【図８】
2005328073.tif 000010
【図９】
2005328073.tif 000011
【図１０】
2005328073.tif 000012
【図１１】
2005328073.tif 000013
【図１２】
2005328073.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2005328073.tif 000016
【図１５】
2005328073.tif 000017
【図１６】
2005328073.tif 000018
【図１７】
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