(57)【要約】  【課題】  発光むらを少なくした発光素子および発光素子の製造方法を提供する。  【解決手段】  本発明の発光素子は、複数の半導体層が積層された光半導体層２と、光半導体層２の上面２Ａに設けられた複数の凸状体３とを有しており、凸状体３は、光半導体層２の上面２Ａと接する底面３Ａから上方に向かうにつれて光半導体層２の上面２Ａと平行な断面積が底面３Ａの面積よりも小さくなる漸小部３’を有し、光半導体層２を構成する最上層の前記半導体層内に、平面透視して、上端５ａが凸状体３と重なる領域に配置されるとともに、下端５ｂが凸状体３と重ならない領域に配置された転位５を有する。そのため、転位５の上端５ａと重なる領域の光が凸状体３に入射して、凸状体３の側面と外部との界面で出射される際に、入射角よりも大きな屈折角で出射されるため、発光素子１の発光むらを改善することができる。【選択図】  図２
2012094624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体層が積層された光半導体層と、
該光半導体層の上面に設けられた複数の凸状体とを有しており、
該凸状体は、前記光半導体層の前記上面と接する底面から上方に向かうにつれて前記光半導体層の前記上面と平行な断面積が前記底面の面積よりも小さくなる漸小部を有し、
前記光半導体層を構成する最上層の前記半導体層内に、平面透視して、上端が前記凸状体と重なる領域に配置されるとともに、下端が前記凸状体と重ならない領域に配置された転位を有する
発光素子。
【請求項２】
隣り合う２つの前記凸状体同士が間隔をおいて配置されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記凸状体は、前記漸小部の側面が上下方向に湾曲している請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記凸状体は上面を有し、
前記凸状体の上面は前記底面に対して傾いている請求項１−３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
主面に、頂面から下方に向かうにつれて前記主面と平行な断面積が前記頂面の面積よりも小さくなる漸小部分を持つ突起が複数形成された単結晶基板を準備する工程と、
前記突起の前記頂面に光半導体層を成長させる工程と、
前記単結晶基板の側面に対して、前記頂面と平行な方向に沿った外力を加えて、前記突起を前記頂面に沿った方向に分断することにより、前記光半導体層の下面に前記突起が分断された残存部を凸状体として複数形成する工程とを有する
発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記光半導体層を成長させる工程と前記凸状体を複数形成する工程との間に、前記漸小部分の側面をエッチングする工程をさらに有する請求項５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記凸状体を複数形成する工程において、前記単結晶基板の前記突起を前記漸小部分で分断する請求項５または６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記凸状体を複数形成する工程に代えて、
前記漸小部分をエッチングによって前記突起を分断することにより、前記光半導体層の前記下面に前記突起の分断された前記残存部であって、先端に向かうにつれて前記光半導体層の前記下面と平行な断面積が前記頂面の面積よりも小さくなっている凸状体を複数形成する工程を有する請求項５または６に記載の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、発光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＬＥＤ（Light Emitting diode：発光ダイオード）を初めとする発光素子またはフォトダイオードを初めとする受光素子について、その層構成あるいはその層のうちの半導体層を基板上に積層させる方法が種々提案されている。特に、発光素子や受光素子に用いられる半導体層を基板上に結晶成長させる場合には、半導体層の結晶品質を向上させる必要があった。
【０００３】
そこで、基板上に半導体層を結晶成長させる技術として、例えば、基板上に複数の突起を設けることにより、半導体層の結晶性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2002−164296号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された半導体層を結晶成長させる技術によれば、半導体層内の厚み方向に延びる転位が発生してしまう。そのため、半導体層を平面透視して、転位と重なる領域は、転位と重ならない領域と比較して、半導体層から発光される光の発光強度が低くなってしまう。その結果、例えば、半導体層の平面方向において発光する光の発光強度が部分的に異なることになり、発光素子の発光むらを引き起こしやすいので、その改善が望まれているという解決すべき課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光むらを少なくすることが可能な発光素子を提供することにある。また、そのような発光素子を製造することが可能な発光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】
本発明の発光素子は、複数の半導体層が積層された光半導体層と、該光半導体層の上面に設けられた複数の凸状体とを有しており、該凸状体は、前記光半導体層の前記上面と接する底面から上方に向かうにつれて前記光半導体層の前記上面と平行な断面積が前記底面の面積よりも小さくなる漸小部を有し、前記光半導体層を構成する最上層の前記半導体層内に、平面透視して、上端が前記凸状体と重なる領域に配置されるとともに、下端が前記凸状体と重ならない領域に配置された転位を有している。
【０００８】
また、本発明の発光素子の製造方法は、主面に、頂面から下方に向かうにつれて前記主面と平行な断面積が前記頂面の面積よりも小さくなる漸小部分を持つ突起が複数形成された単結晶基板を準備する工程と、前記突起の前記頂面に光半導体層を成長させる工程と、前記単結晶基板の側面に対して、前記頂面と平行な方向に沿った外力を加えて、前記突起を前記頂面に沿った方向に分断することにより、前記光半導体層の下面に前記突起が分断された残存部を凸状体として複数形成する工程とを有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光素子によれば、平面透視して、光半導体層の上面に設けられた凸状体を光半導体層の最上層に位置する半導体層の転位の上端と重なるように配置するとともに、凸状体と重なる領域で発光した光の進行方向を凸状体によって変えるようにする。その結果、光半導体層で発光した光を散乱させることができ、発光素子の発光むらを少なくすることができる。
【００１０】
また、本発明の発光素子の製造方法によれば、上述のように、単結晶基板上に、漸小部分を持つ突起が複数形成され、この突起の頂面に光半導体層を成長させた後、突起を分断することにより、光半導体層の下面に凸状体を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる発光素子を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる発光素子の一例を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図３】本発明の一実施形態にかかる発光素子の断面図であり、凸状体、第１半導体層、発光層およびその周辺を拡大した拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる発光素子の変形例の断面図であり、凸状体、第１半導体層、発光層およびその周辺を拡大した拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる発光素子の変形例の断面図であり、凸状体、第１半導体層、発光層およびその周辺を拡大した拡大図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる発光素子の変形例を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図７】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の一例の一工程を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図８】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の一例の一工程を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の一例の一工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の一例の一工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の一例の一工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の一例の一工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の変形例の一工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態の例について図を参照しながら説明する。
【００１３】
なお、本発明は以下の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を施すことができる。
【００１４】
＜発光素子＞
図１は本発明の実施の形態の一例の発光素子１の斜視図であり、図２は図１に示す発光素子１の断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【００１５】
発光素子１は、図１および図２に示すように、光半導体層２および凸状体３を有する。本例において、発光素子の外部は、屈折率が例えば１の空気に設定されている。
【００１６】
光半導体層２は、例えば、複数の突起を持つ単結晶基板に、複数の半導体層を結晶成長させることによって設けられている。本例では、複数の半導体層として、第１半導体層２ａ、発光層２ｂおよび第２半導体層２ｃを用いた場合について説明をする。
【００１７】
光半導体層２は、第１半導体層２ａ、発光層２ｂおよび第２半導体層２ｃを順次積層することによって構成されている。光半導体層２は、全体の厚みが例えば0.1μｍ以上10μ
ｍ以下に設定される。
【００１８】
光半導体層２としては、例えばIII−Ｖ族半導体を用いることができる。III−Ｖ族半導体としては、III族窒化物半導体であるガリウム燐またはガリウムヒ素などを例示するこ
とができる。III族窒化物半導体としては、ボロン、アルミニウム、ガリウムまたはイン
ジウムのうち少なくとも１つの窒化物からなる混晶を用いることができ、例えば窒化ガリウムを用いることができる。本例においては、光半導体層２として窒化ガリウムを用いており、光半導体層２の各層は、屈折率が、例えば1.8以上2.7以下に設定される。
【００１９】
第１半導体層２ａは、厚みが１μｍ以上10μｍ以下に設定されている。第１半導体層２ａは、複数の突起を持つ単結晶基板に結晶成長させることによって設けられることから、厚み方向に延在する転位４を有している。
【００２０】
転位４は、結晶成長させる半導体層の結晶面に、意図しない結晶面または原子ステップが発生することによって生じやすくなり、例えば刃状転位またはらせん状転位などの種類がある。このような転位４は、第１半導体層２ａと単結晶基板との間で格子定数が異なることに起因して、第１半導体層２ａと単結晶基板との界面で起こりやすくなる。
【００２１】
発光層２ｂは、第１半導体層２ａに設けられている。発光層２ｂは、禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とからなる量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された、多層量子井戸構造（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）を用いることができる。障壁
層および井戸層としては、インジウムとガリウムとの窒化物からなる混晶においてインジウムとガリウムとの組成比を調整したものを用いることができる。このように構成された発光層２ｂは、例えば350ｎｍ以上600ｎｍ以下の波長の光を発光することができる。
【００２２】
第２半導体層２ｃは、発光層２ｂに設けられている。第２半導体層２ｃは、電子または正孔のどちらかを多数キャリアとすることによって、第１半導体層２ａとは逆導電型を示すように設定されている。半導体層に導電型を付与する方法としては、例えばマグネシウムまたはシリコンを不純物として添加する方法を用いることができる。
【００２３】
このような光半導体層２の上面２Ａである、第１半導体層２ａの上面２Ａには、複数の凸状体３を有している。凸状体３について、図３を参考しつつ、以下に具体的に説明する。
【００２４】
凸状体３は、漸小部３’を有している。漸小部３’は、光半導体層２の上面２Ａと接する底面３Ａから上方に向かうにつれて、光半導体層２の上面２Ａと平行な断面積が凸状体３の底面３Ａの面積よりも小さくなっている。凸状体３の底面３Ａは、平面視した形状が、例えば四角形または五角形などの多角形状、または円形状に設定されている。凸状部３の高さは、例えば0.15μｍ以上５μｍ以下に設定されている。
【００２５】
凸状体３の底面３Ａは、面積が例えば１μｍ２以上20μｍ２以下に設定されており、凸状体３を断面視した際の寸法が0.5μｍ以上５μｍ以下に設定されている。凸状体３の底
面３Ａは、光半導体層２の上面２Ａの面積に対して、例えば20％以上80％以下となるように設定されている。
【００２６】
凸状体３は、漸小部３’を、凸状体３の上端から下端までの途中に有していればよい。漸小部３’の断面積は、それぞれの断面において、光半導体層２と接している凸状体３の底面３Ａの面積に対して、例えば0.2倍よりも大きく１倍よりも小さく設定されている。
【００２７】
漸小部３’は、光半導体層２の上面２Ａと平行な断面積が、上方に向かうにつれて、凸状体３の底面３Ａの面積から漸次小さくなるように設定されていても、凸状体３の底面３Ａの面積から段階的に小さくなるように設定されていてもよい。
【００２８】
凸状体３は、断面積の最小となる最小部３”が、凸状体３の高さ方向の最上部に位置するように配置されている。凸状体３の最小部３”の面積は、凸状体３の底面３Ａの面積に対して、例えば0.3倍以上0.6倍以下に設定されている。具体的には、凸状体３の最小部３”は、例えば0.15μｍ以上３μｍ以下に設定されている。なお、漸小部３’の最小部３”は、凸状体３の高さ方向の間にあってもよい。
【００２９】
このように凸状体３が漸小部３’を有することにより、凸状体３の側面の一部である、凸状体３の漸小部３’に位置する側面３Ｂが、光半導体層２の上面２Ａに対して傾斜するようになる。すなわち、凸状体３を高さ方向に断面視した場合に、凸状体３の側面３Ｂをなす側辺の接線Ｆｘと光半導体層２の上面２Ａとがなす内角Ｒｔが鋭角となる。本例において、漸小部３’は、凸状体３の底面３Ａから上方に向かうにつれて、底面３Ａと平行な断面積が小さくなっている。
【００３０】
さらに、凸状体３は、平面透視して、第１半導体層２ａ内に延在する転位４の上端４ａと重なる領域に配置されるとともに、転位４の下端４ｂと重ならない領域に配置されている。すなわち、平面透視して、凸状体３と重なる領域に、転位４の上端４ａが含まれるとともに、転位４の下端４ｂが含まれないようになっている。
【００３１】
ここで、第１半導体層２ａ内に延在する転位４は、複数の突起を持つ単結晶基板を用いて横方向に結晶成長させることから、厚み方向と垂直な方向に曲がりながら結合している。そのため、第１半導体層２ａ内に延在する転位４は、平面透視して、上端４ａと下端４ｂが重ならない位置に配置されやすくなっている。
【００３２】
凸状体３は、発光層２ｂで発光した光を透過しやすい、透光性を有する材料を用いることができる。このような凸状体３の材料としては、例えば、サファイアまたは窒化ガリウムなどの単結晶材料を用いることができる。さらに、凸状体３として、チタン、タンタル、マグネシウム、ジルコニウム、ハフニウム、イットリウム、トリウム、ニオブもしくはシリコンから選ばれた酸化物、弗化物または窒化物などからなる無機材料などを用いることができる。このような無機材料としては、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウムまたは弗化マグネシウムなどを用いることができる。本例の発光素子１は、凸状体３がサファイアからなり、発光層２ｂで発光した光の波長が、例えば350ｎｍ以上600ｎｍ以下である場合に、光半導体層２の屈折率が約1.75以上2.35以下になり、サファイアの屈折率が約1.65以上1.80以下になる。
【００３３】
第１電極層５は第１半導体層２ａに、第２電極層６は第２半導体層２ｃに、それぞれ設けられている。第１電極層５および第２電極層６によって、光半導体層２に電圧が印加される。
【００３４】
第１電極層５および第２電極層６の材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、クロム、インジウム、錫、モリブデン、銀、金、タンタルまたは白金などの金属、あるいは酸化錫、酸化インジウムまたは酸化インジウム錫などの酸化物、あるいは銀−
アルミニウム合金、金−亜鉛合金または金−ベリリウム合金などの合金膜を用いることができる。第１電極層５および第２電極層６として、それぞれ前記材質の中から選択した層を複数回積層して設けてもよい。
【００３５】
本例においては、光半導体層２の発光層２ｂで発光した光を第１半導体層２ａ側から取り出すことから、第２電極層６として反射性電極材料を用いてもよい。第２電極層６として反射性電極材料を用いた場合には、発光層２ｂで発光した光が第２半導体層２ｃに入射した場合に第１半導体層２ａ側に反射しやすくすることができ、光取出し効率を向上させることができる。
【００３６】
本例において、凸状体３は、平面透視して、第１半導体層２ａ内に延在する転位４の上端４ａと重なる領域に設けられている。凸状体３が漸小部３’を有していることにより、凸状体３の漸小部３’に位置する凸状体３の側面３Ｂが、光半導体層２の上面２Ａに対して傾斜するようになる。
【００３７】
このように凸状体３の側面３Ｂが、図３に示すように、光半導体層２の上面２Ａに対して傾斜することにより、光半導体層２で発光して凸状体３に入った光線Ｌｈを、凸状体３の側面３Ｂと外部との界面において、凸状体３の側面４Ｂに臨界角よりも大きい角度で入射させやすくすることができる。そのため、凸状体３と外部との界面で反射させにくくすることができ、光取出し効率を向上させることができる。
【００３８】
さらに、このように凸状体３の側面３Ｂと外部との界面に入射した光は、凸状体３の屈折率が外部の屈折率よりも高く設定されているため、入射角よりも大きい角度の屈折角で屈折されて、凸状体３から外部へ出射されるようになる。
【００３９】
ここで、光半導体層２は、平面透視して、第１半導体層２ａ内に延在する転位４の上端４ａと重なる領域で発光された光が、転位４の下端４ｂと重なる領域で発光された光よりも、発光強度が高くなっている。そのため、転位４の上端４ａと重なる領域で発光した光が、凸状体３の側面３Ｂと外部との界面で、入射角よりも大きい角度の屈折角で屈折されて、転位４の下端４ｂと重なる領域の方向に進むようになる。その結果、転位４の上端４ａと重なる領域と、転位４の下端４ｂと重なる領域とから取り出された光の強度を近づけることができるため、発光素子１の発光むらを少なくすることができる。
【００４０】
複数の凸状体３は、隣り合う２つの凸状体３同士が間隔をおいて配置されていてもよい。すなわち、複数の凸状体３は、底面３Ａが接しないように配置されていてもよい。このように隣り合う２つの凸状体３同士が間隔をおいて配置されていることにより、隣り合う２つの凸状体３同士の間に位置する光半導体層２の上面２Ａが露出するようになる。この光半導体層２の上面２Ａが露出した領域は、平面透視して、転位４の下端４ｂと重なるように配置されるようになる。
【００４１】
そのため、転位４の下端４ｂと重なる領域であって光半導体層２の発光層２ｂで発光するとともに第１半導体層２ａ方向に進む光は、光半導体層２の上面２Ａが露出していることから、第１半導体層２ａと外部との界面で進行方向を変えられにくくすることができる。そのことから、光半導体層２の上方から外部に取り出される光は、転位４の下端４ｂと重なる領域で発光した光の量を維持しつつ、転位４の上端４ａと重なる領域で発光した光の一部を凸状体３によって転位４の下端４ｂと重なる領域の方向へ屈折させることができる。その結果、光半導体層２から出射される光のばらつきを抑制することができるため、発光素子１の発光むらを少なくすることができる。
【００４２】
また、凸状体３は、図３に示すように、漸小部３’の側面３Ｂが上下方向に湾曲してい
てもよい。本例においては、漸小部３’の側面３Ｂの湾曲している曲面が、凸状体３の内部方向に向かうように設けられている。すなわち、凸状体３を断面視した際に、漸小部３’の側面３Ｂをなす側辺において、２つの接線同士が交わる交点が凸状体３の内部方向に位置するようになる。
【００４３】
このように凸状体３の側面３Ｂが湾曲していることによって、光半導体層２の転位４の上端４ａと重なる領域で発光した光に対して、凸状体３の側面に対する入射角を小さくすることができるため、反射されにくくすることができる。その結果、発光素子１の光取出し効率を向上させることができる。
【００４４】
さらに、凸状体３は、図３に示すように、上面３Ｃを有していてもよい。このように凸状体３が上面３Ｃを有していることにより、凸状体３の上面３Ｃと重なる領域で発光した光を、凸状体３の上面３Ｃと外部との界面において屈折しにくくして、効率よく取り出すことができる。
【００４５】
また、図４に示すように、凸状体３の側面３Ｂは、湾曲した曲面が、凸状体３の外方向に向かうように設けられている。すなわち、凸状体３を断面視した際に、漸小部３’の側面３Ｂをなす側辺において、２つの接線同士が交わる交点が凸状体３の外方向に位置するようになる。
【００４６】
このように凸状体３の側面３Ｂが湾曲していることによって、光半導体層２で発光した光が凸状体３に入射した場合に、凸状体３の側面３Ｂに入射しやすくすることができる。そのため、凸状体３の側面３Ｂと外部との界面に入射した光が、入射角よりも大きな屈折角で屈折されることにより、発光素子１の発光むらを少なくすることができる。
【００４７】
また、凸状体３の上面３Ｃは、図５に示すように、底面３Ａに対して傾いていてもよい。このように凸状体３の上面３Ｃが、底面３Ａに対して傾いていることにより、凸状体３の上面３Ａと重なる領域で発光した光を、凸状体３の上面３Ｃと外部との界面において屈折させて、転位４の下端４ｂと重なる領域の光の量をさらに増やすことができる。凸状体３の上面３Ｃを底面３Ａに対して傾斜させることから、転位４の下端４ｂと重なる領域の光の量を調整することができ、発光素子１の発光むらを少なくするように調整することができる。
【００４８】
さらに、図６に示すように、それぞれの凸状体３の上面３Ｃの高さ位置を、光半導体層２の上面２Ａに対して変化させてもよい。それぞれの凸状体３の上面３Ｃの高さ位置は、徐々に変化するように設定されていてもよいし、規則正しく変化するように設定されていなくてもよい。本例においては、それぞれの凸状体３の高さ位置が、ｘ方向に向かうにつれて、徐々に高くなるように設定されている。
【００４９】
光半導体層２で発光した光の強度は、例えば第１電極層５および第２電極層６の配置などによって、光半導体層２の上面２Ａにおける面内でばらつきが生じる場合があるため、このように凸状体３の上面３Ｃの高さ位置を変化させることにより、発光素子１の発光むらを少なくしてもよい。
【００５０】
発光素子１は、光半導体層２で発光した光が透過しやすい透光性樹脂で覆われていてもよい。このような透光性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂またはそれらを混合した混合樹脂などを用いることができる。透光性樹脂は、光半導体層２の第１半導体層２ａの屈折率と凸状体３の屈折率よりも小さい屈折率を有していてもよい。
【００５１】
本例においては、第１半導体層２ａが窒化ガリウムからなり、屈折率が例えば1.8以上2.7以下に設定されており、凸状体３がサファイアからなり、屈折率が例えば1.68以上1.80以下に設定されている。そのため、透光性樹脂としては、屈折率が例えば1.5以上1.65以
下のエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００５２】
＜発光素子の製造方法＞
図７−図13は、それぞれ発光素子１の製造工程を示す断面図であり、いずれも図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。上述した発光素子１と重複する部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
続いて、本発明の実施の形態の発光素子１の製造方法を説明する。本発明の実施の形態の発光素子１に係る製造方法は、単結晶基板を準備する工程、光半導体層を成長させる工程および凸状体３を複数形成する工程を有している。
【００５４】
（単結晶基板を準備する工程）
単結晶基板７の第１主面７Ａに、突起８を複数形成する方法を、図７−図12を参考にしつつ説明する。
【００５５】
単結晶基板７は、光半導体層２を結晶成長させることが可能な材料から構成されている。単結晶基板７としては、例えばサファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコンまたは二ホウ化ジルコニウムなどを用いることができる。単結晶基板７の厚みとしては、例えば１μｍ以上1500μｍ以下程度である。なお、単結晶基板７の厚みは、単結晶基板７の第１主面７Ａから第２主面７Ｂまでの厚みを指す。本例においては、単結晶基板７としてサファイアを用いている。
【００５６】
単結晶基板７は、平面視形状が例えば四角形状などの多角形状または円形状などに設定されている。単結晶基板７は、厚みが例えば１μｍ以上2000μｍ以下に設定されている。単結晶基板７として、単結晶基板７の上面７Ａ’が平坦なものを用いることができる。
【００５７】
単結晶基板７の上面７Ａ’の平坦性は、表面粗さが例えば10ｎｍ以下に設定されている。なお、単結晶基板７としては、単結晶基板７の上面７Ａ’を研磨したものを用いてもよく、単結晶基板７の上面７Ａ’の表面粗さとしては、ＪＩＳ  Ｂ0601−2001に準拠した最大高さ粗さＲｚを用いればよい。
【００５８】
単結晶基板７の上面７Ａ’としては、例えば単結晶基板７の結晶面が揃っているものを用いることができる。単結晶基板７がサファイアの場合であれば、単結晶基板７の結晶面としては、例えばサファイアのＡ面、Ｃ面またはＲ面などを用いることができる。
【００５９】
単結晶基板７の上面７Ａ’上に、図７に示すように、単結晶基板７の上面７Ａ’の一部が露出する露出領域９を有するマスクパターン10を形成する。マスクパターン10の露出領域９は、平面視形状が例えば単結晶基板７の第１主面７Ａ上に形成する突起８の底面形状となるように設定される。そのため、露出領域９の幅は、突起８の底面の寸法に設定すればよく、例えば0.5μｍ以上50μｍ以下に設定される。
【００６０】
マスクパターン10としては、後に容易に除去することができる材料を選択することができ、例えば酸化シリコンなどの酸化物またはチタンなどの金属を用いることができる。マスクパターン10の膜厚は、エッチングによって単結晶基板７の一部を除去する場合であれば、単結晶基板７のエッチングレートとマスクパターン10のエッチングレートとの選択比によって適宜選択することができ、例えば200ｎｍ以上3500ｎｍ以下に設定することがで
きる。
【００６１】
マスクパターン10は、マスク材料をスパッタリング法または蒸着法などの真空積層法を用いることによって単結晶基板７上に積層膜を積層し、露出領域９を有するようにパターニングすることによって形成することができる。この際、単結晶基板７としてサファイアを用いてドライエッチングを行なう場合は、サファイアと反応しやすい塩素系ガスを反応ガスとして用いることができるが、この場合には、マスク材料としては、チタン、ニッケルまたはクロムなどの金属や酸化シリコンなどの耐塩素性の無機材料を用いることが望ましい。
【００６２】
次に、図８に示すように、単結晶基板７の上面７Ａ’を、エッチングされる方向から傾斜させるとともに回転させた状態で、単結晶基板７の上面７Ａ’の一部を露出させた露出領域９からエッチング法などで、単結晶基板７の一部を厚み方向へ除去する。なお、図８において、矢印Ａはエッチングを行なうエッチング方向を、矢印Ｂは回転保持体11の回転方向を、それぞれ示している。
【００６３】
マスクパターン10が形成された単結晶基板７を、エッチングを行なうエッチング方向から傾斜させた回転保持体11に搭載し、回転保持体11を傾斜させた状態で回転させる。このように回転保持体11に載置された単結晶基板７を、上面７Ａ’から深さ方向にエッチングする。
【００６４】
このように、単結晶基板７のエッチングをエッチング方向から傾斜させた状態で行なうため、単結晶基板７の上方から平面透視して、マスクパターン10と重ならない領域である露出領域９に位置する単結晶基板７を深さ方向に除去するとともに、マスクパターン10と重なる領域に位置する単結晶基板７を除去することができる。
【００６５】
具体的には、傾斜した単結晶基板７の露出領域９から直線的にエッチングを行なうため、平面透視して、マスクパターン10と重なる領域の単結晶基板７が除去された面と、突起８の突起上面８Ａとなる単結晶基板７の上面７Ａ’とのなす角を鋭角にすることができる。
【００６６】
さらに、単結晶基板７を回転させることから、単結晶基板７の上方から平面透視して、露出領域９の周囲に位置するマスクパターン10と重なる領域に位置する単結晶基板７を除去する。その結果、図９に示すように、突起上面８Ａから下方に向かうにつれて突起上面８Ａと平行な断面積が突起上面８Ａの面積よりも小さくなる漸小部分８’を形成することができる。
【００６７】
単結晶基板７としてサファイアを用いた場合に、ドライエッチングによって単結晶基板７の一部を除去する際には、サファイアと反応しやすい塩素系ガス雰囲気中でドライエッチングを行なってもよい。このようにドライエッチングを行なうことによって、生産性を向上させることができる。
【００６８】
その後、図10に示すように、マスクパターン10を単結晶基板７から剥離することによって、単結晶基板７の第１主面２Ａに複数の突起８を単結晶基板７と一体的に設けることができる。ここで、単結晶基板７の上面２Ａ’に、結晶が揃った平坦な結晶面を用いた場合は、突起８の突起上面８Ａがマスクパターン10で覆われていることから、単結晶基板７の一部を除去する工程の際に、平坦性を維持することができる。
【００６９】
（光半導体層を成長させる工程）
次に、図11に示すように、単結晶基板７上に光半導体層２を成長させる。
【００７０】
光半導体層２としては、例えばIII−Ｖ族半導体を用いることができる。本例において
は、光半導体層２は窒化ガリウムが用いられている。単結晶基板７の上面７Ａに光半導体層２を成長させる方法としては、分子線エピタキシャル法、有機金属エピタキシャル法、ハイドライド気相成長法またはパルスレーザデポジション法などを用いることができる。
【００７１】
光半導体層２を成長させる方法としては、例えば、単結晶基板７の第１主面７Ａに対して垂直である垂直方向よりも第１主面７Ａと平行な平面方向に結晶成長しやすくした横方向成長を用いることができる。具体的には、光半導体層２のそれぞれの層において組成比、成長温度および成長圧力などの成長条件を調整することにより、光半導体層２を横方向成長させることができる。
【００７２】
このように光半導体層２を突起８の突起上面８Ａに結晶成長させた場合には、隣接する２つの突起８同士の間に空隙を有する状態で光半導体層２を形成することができる。具体的には、原料ガスを突起８の突起上面８’に対して傾斜した方向から流入して突起８の突起上面８’に光半導体層２を結晶成長させる。
【００７３】
このように光半導体層２を結晶成長させることにより、隣接する２つの突起８の間に位置する空間に原料ガスが回り込みにくくなる。その結果、隣接する２つの突起８の間に位置する単結晶基板７上および突起８の側面８Ｂには光半導体層２が結晶成長しにくくなり、それが空隙となる。
【００７４】
単結晶基板７上に光半導体層２として窒化ガリウムを結晶成長させるには、窒化ガリウムの組成比、成長温度および成長圧力などの成長条件を調整すればよい。成長温度としては、例えば350℃以上1500℃以下に設定することができる。単結晶基板７上に窒化ガリウ
ムからなる第１半導体層２ａの低温バッファ層を設ける場合には、成長温度として例えば350℃以上800℃以下に設定すればよい。
【００７５】
光半導体層２を横方向成長によって結晶成長させる場合は、突起８の突起上面８Ａに第１半導体層２ａの結晶体を結晶成長させた後、第１半導体層２ａ、発光層２ｂおよび第２半導体層２ｃを順に横方向成長させる。結晶体は、例えば三角錐形状または六角錐形状などの多角錐形状、三角錐台形状または六角錐台形状などの多角錐台形状、円錐形状、または円錐台形状などを用いることができる。本例において、結晶体は、円錐形状で形成されている。
【００７６】
突起８の突起上面８Ａに形成させる結晶体は、特定の結晶面が結晶体の側面となるように成長させる。その後、隣接する２つの突起８の突起上面８Ａの結晶体同士を、それぞれ横方向に成長させて、それぞれの突起上面８Ａから延びる転位を、平面透視して、隣接する２つの突起８の間で結合させる。
【００７７】
このように光半導体層２の厚み方向に延びる転位４の数を少なくすることにより、光半導体層２の結晶品質を向上させることができ、光半導体層２の発光効率を向上させることができる。また、第１半導体層２ａを横方向に結晶成長させて、光半導体層２の第１半導体層２ａ内で転位４を結合させた場合には、発光層２ｂに延在する転位４を少なくすることができるため、発光層２ｂで発光する領域を広げることができる。
【００７８】
その後、第１半導体層２ａと電気的に接続される第１電極層５と、第２半導体層３ｂと電気的に接続される第２電極層６とを光半導体層２に形成する。このように形成された、第１電極層５および第２電極層６の間に電圧を印加することにより、光半導体層２を発光させることができる。
【００７９】
（凸状体３を複数形成する工程）
次に、図12に示すように、光半導体層２の下面２Ｂに凸状体３を複数形成する。
【００８０】
単結晶基板７の側面７Ｂに対して、突起８の頂面である突起上面８Ａと平行な方向に沿った外力を加える。突起８の突起上面８Ａと平行な方向に沿った外力は、単結晶基板７の側面７Ｂに加えた外力のうち、突起８の突起上面８Ａと平行な方向に沿った力の方向成分を有していればよい。
【００８１】
単結晶基板７の側面７Ｃに対する外力の加え方としては、単結晶基板７の側面７Ｃに一瞬だけ衝撃力を加えるとよい。単結晶基板７の側面７Ｃに衝撃を加えることにより、突起８の漸小部分８’周辺に応力が集中し、突起８の途中において突起上面８Ａと平行な方向にへき開させることができる。突起８の突起上面８Ａが例えばサファイア基板のＣ面からなる場合には、へき開される面もＣ面になる場合がある。
【００８２】
その結果、突起８を突起上面８Ａに沿った方向に分断することができる。このように突起８が分断されることにより、光半導体層２の下面２Ｂに突起８が分断された残存部として凸状体３を複数形成することができる。
【００８３】
このように突起８で単結晶基板７と光半導体層２とを分断することができることから、光半導体層２から単結晶基板７を容易に除去することができる。また、光半導体層２の下面２Ｂに、突起８の残存部である凸状体３を複数形成することができ、発光素子１で発光した光の発光むらを少なくすることができる。
【００８４】
単結晶基板７の側面７Ｃに対する外力の加え方としては、外力の大きさを徐々に大きくしていく方法などを用いることもできる。このように外力の大きさを徐々に大きくしていくことにより、外力をかけた単結晶基板７の側面７Ｃ側から遠ざかるにつれて、漸小部分８’にかかる応力が小さくなりやすくすることができる。その結果、図６に示すように、それぞれの凸状体３の上面３Ｃの高さ位置を、光半導体層２の上面２Ａに対して変化させることができる。
【００８５】
単結晶基板７に外力を加える方法としては、例えば光半導体層２の上端を固定した状態で単結晶基板７の側面７Ｃの下方端に外力を加える方法、または単結晶基板７の下端を固定した状態で光半導体層２の側面に外力を加える方法などを用いることができる。
【００８６】
その他の方法としては、光半導体層２の上面２Ａを第１固定具によって固定するとともに、単結晶基板７の第２主面７Ｂを第２固定具によって固定した状態で、例えば上下方向または左右方向の異なる方向に動かす方法を用いることができる。このように第１固定具および第２固定具を異なる方向に動かすことによっても、突起８の漸小部分８’周辺に応力を集中させて、突起８を分断することにより、単結晶基板７の一部と光半導体層２とを分離することができる。
【００８７】
また、光半導体層２の上面を固定する第１固定具と単結晶基板７の下面を固定する第２固定具とを逆方向に回転させることにより、突起８にせん断応力がかかるようにして、突起８の突起上面８Ａと平行な方向に分断してもよい。このように第１固定具および第２固定具を用いて単結晶基板７を分断させる場合には、衝撃によって外力を加える場合と比較して、光半導体層２を割れにくくすることができる。
【００８８】
さらに、光半導体層２を成長させる工程と凸状体３を複数形成する工程との間に、突起８の漸小部分８’の側面をエッチングする工程をさらに有していてもよい。このようにエッチングする方法としては、ウエットエッチング法またはドライエッチング法などを用い
ることができる。
【００８９】
このように突起８の漸小部分８’をエッチングすることにより、漸小部分８’の突起上面８Ａと平行な方向に切断した断面積を、エッチング前と比較してさらに小さくすることができる。このように突起８の漸小部分８’の断面積をさらに小さくすることにより、単結晶基板７の側面７Ｃに外力が印加された際に、突起８の突起上面８Ａに沿った方向に分断されやすくすることができる。そのため、凸状体３を複数形成する工程において、単結晶基板７の側面７Ｃに印加する外力の大きさを小さくすることができる。
【００９０】
凸状体３を複数形成する工程において、単結晶基板７の側面７Ｃに外力を印加した際に、突起８の漸小部分８’で分断してもよい。突起８の漸小部分８’で分断することにより、突起８の中でも漸小部分８’の断面積は小さくなっているため、小さい外力で分断することができる。
【００９１】
凸状体３を複数形成する工程に代えて、漸小部分８’をエッチングで分断することにより、光半導体層２の下面２Ｂに凸状体３を複数形成する工程を有していてもよい。漸小部分８’をエッチングで分断することにより、光半導体層２の下面２Ｂに、突起８の分断された残存部であって、先端に向かうにつれて光半導体層２の下面２Ｂと平行な断面積が突起８の突起上面８Ａよりも小さくなっている凸状体３を複数形成することができる。この場合について、図13を参照しつつ説明する。
【００９２】
具体的に、ウエットエッチングを用いて分断する方法としては、図13（ａ）に示すように、突起８を有する単結晶基板７に光半導体層２を結晶成長させた場合に、隣接する２つの突起８の間には空隙12を有するようになる。そのため、図13（ｂ）に示すように、空隙12にエッチング液を注入することにより、漸小部分８’の断面積が徐々に小さくなる。その結果、図13（ｃ）に示すように、漸小部分８’の断面積が最小となっている最小部分８”で分断される。
【００９３】
このようにエッチングで漸小部分８’を分断することにより、単結晶基板７と光半導体層２とを容易に分離するとともに、光半導体層２の下面２Ｂに、先端方向に向かうにつれて断面積が小さくなっている凸状体３を形成することができる。この方法によれば、エッチングによって単結晶基板７と光半導体層２とを分離することから、大型基板を用いた場合であっても、高い生産性を維持しつつ、光半導体層２の下面に同じような形状の凸状体３を複数形成することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  発光素子
２  光半導体層
２ａ  第１半導体層
２ｂ  発光層
２ｃ  第２半導体層
３  凸状体
４  転位
４ａ  上端
４ｂ  下端
５  第１電極層
６  第２電極層
７  単結晶基板
８  突起
８Ａ  突起上面
８’  漸小部分
８”  最小部分
９  露出領域
10  マスクパターン
11  回転保持体
12  空隙
13  エッチング液
【図１】
2012094624.tif 000003
【図２】
2012094624.tif 000004
【図３】
2012094624.tif 000005
【図４】
2012094624.tif 000006
【図５】
2012094624.tif 000007
【図６】
2012094624.tif 000008
【図７】
2012094624.tif 000009
【図８】
2012094624.tif 000010
【図９】
2012094624.tif 000011
【図１０】
2012094624.tif 000012
【図１１】
2012094624.tif 000013
【図１２】
2012094624.tif 000014
【図１３】
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