(57)【要約】【課題】ＧａＮ基板を成長基板とするIII 族窒化物半導体発光素子において、ＧａＮ基板裏面を容易にテーパー形状に加工すること。【解決手段】まず、ＧａＮ基板１０表面上に、ＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体からなる半導体層１１、ＩＴＯ電極１５、ｐ電極１２、ｎ電極１３を形成する。その後、ＧａＮ基板１０裏面を機械的に研磨して薄膜化し、化学機械研磨によって研磨傷を除去し、平坦化する。次に、ＧａＮ基板１０裏面にマスク１４を形成し、リン酸を用いてウェットエッチングする。リン酸によるＧａＮのエッチングには異方性があり、ＧａＮ基板１０に対して約６０度の傾斜を有したテーパー面１０ａが露出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III 族窒化物半導体からなる成長基板表面上に、III 族窒化物半導体からなる半導体層が積層された発光素子の製造方法において、
前記成長基板裏面を平坦化する平坦化工程と、
前記平坦化工程の後、前記成長基板裏面に所望の形状にマスクを形成し、前記成長基板裏面をウェットエッチングすることにより、前記成長基板裏面からなる平坦面と、その平坦面周囲から前記成長基板に対して傾斜を有したテーパー面と、からなる凹凸部を形成するウェットエッチング工程と、
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記平坦化工程は、化学機械研磨により前記成長基板裏面を平坦化する工程であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記ウェットエッチングは、前記成長基板裏面から５μｍ以上の深さまで行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記ウェットエッチングは、前記成長基板の膜厚に対して４０〜７０％の深さまで行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記成長基板に対する前記テーパー面の角度は、２０〜７０度であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記成長基板に対する前記テーパー面の角度は、６０度であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記ウェットエッチングは、リン酸により行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記成長基板はＣ面基板であり、前記成長基板裏面はＮ極性面であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記成長基板は、ＧａＮ基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記凹凸部は、単数または複数の突出部であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記凹凸部は、前記成長基板裏面の中央に位置する１つの凹部からなることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記凹凸部は、前記成長基板裏面に平行な底面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記凹凸部は、複数の突出部から成り、前記突出部間に形成される第１溝を、前記ウェットエッチング工程により、エッチングが停止するまで、エッチングすることにより、前記成長基板裏面に垂直な断面において、Ｖ字形状に形成することを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１溝を形成するための前記マスクに形成される複数の第１窓の大きさを異なるものとすることにより、前記第１溝の深さを変化させることを特徴とする請求項１３に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記凹凸部は、複数の突出部から成り、前記突出部間に形成され、前記成長基板裏面に垂直な断面における形状がＶ字状をした第１溝と、前記第１溝の深さよりも深い、前記発光素子をチップ毎に分離するための第２溝とを、前記第２溝に対応する前記マスクに形成される第２窓の大きさを、前記第１溝に対応する前記マスクに形成される第１窓の大きさよりも大きくして、前記ウェットエッチング工程により、同工程でエッチングにして形成することを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１溝及び前記第２溝は、前記ウェットエッチング工程によりエッチングが停止するまでエッチングすることにより、前記第２溝の前記成長基板裏面に垂直な断面における形状をＶ字状としたことを特徴とする請求項１５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記発光素子はフェイスアップ型であり、
前記マスクのパターンは、前記マスクのパターンをすべて含む外に凸な閉曲線で囲われ、かつその面積が最小である仮想領域に対して、パッドの中心位置が前記仮想領域の内側となるようなパターンであることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記成長基板は、前記発光素子の放射光に対する吸光係数が、３／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１９】
III 族窒化物半導体からなる成長基板表面上に、III 族窒化物半導体からなる半導体層が積層された発光素子において、
前記成長基板裏面は、
前記成長基板裏面からなる平坦面と、その平坦面周囲から前記成長基板に対して傾斜を有したテーパー面と、からなる凹凸部を有し、
前記テーパー面はウェットエッチング面である、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項２０】
前記テーパー面は、前記成長基板裏面から５μｍ以上の深さまで形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
【請求項２１】
前記テーパー面は、前記成長基板の膜厚に対して４０〜７０％の深さまで形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
【請求項２２】
前記成長基板に対する前記テーパー面の角度は、２０〜７０度であることを特徴とする請求項１９ないし請求項２１のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２３】
前記成長基板に対する前記テーパー面の角度は、６０度であることを特徴とする請求項１９ないし請求項２１のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２４】
前記成長基板は、ＧａＮ基板であることを特徴とする請求項１９ないし請求項２３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２５】
前記成長基板はＣ面基板であり、前記成長基板裏面はＮ極性面であることを特徴とする請求項１９ないし請求項２４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２６】
前記凹凸部は、単数または複数の突出部であることを特徴とする請求項１９ないし請求項２５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２７】
前記凹凸部は、前記成長基板裏面の中央に位置する１つの凹部からなることを特徴とする請求項１９ないし請求項２５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２８】
前記凹凸部は、前記成長基板裏面に平行な底面を有することを特徴とする請求項１９ないし請求項２７に記載の発光素子。
【請求項２９】
前記凹凸部は、複数の突出部から成り、前記突出部間に形成される第１溝は、前記成長基板裏面に垂直な断面において、Ｖ字形状であることを特徴とする請求項１９乃至請求項２８の何れか１項に記載の発光素子。
【請求項３０】
複数の前記第１溝の深さは、異なることを特徴とする請求項２９に記載の発光素子。
【請求項３１】
前記凹凸部は、複数の突出部から成り、前記突出部間に形成され、前記成長基板裏面に垂直な断面における形状がＶ字状をした第１溝と、前記第１溝の深さよりも深い、前記発光素子をチップ毎の分離位置に形成された第２溝の側面とを有することを特徴とする請求項１９乃至請求項３０の何れか１項に記載の発光素子。
【請求項３２】
前記第１溝及び前記第２溝は、前記第２溝の前記成長基板裏面に垂直な断面における形状がＶ字状としたことを特徴とする請求項３１に記載の発光素子。
【請求項３３】
前記発光素子はフェイスアップ型であり、
前記凹凸部は、前記凹凸部の前記平坦面をすべて含む外側に凸な閉曲線で囲われ、かつその面積が最小である仮想領域に対して、パッドの中心位置が前記仮想領域の内側となるように形成されていることを特徴とする請求項１９ないし請求項３２のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項３４】
前記成長基板は、前記発光素子の放射光に対する吸光係数が、３／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１９ないし請求項３３のいずれか１項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III 族窒化物半導体を成長基板として用いた、III 族窒化物半導体からなる発光素子、およびその製造方法に関するものであり、特に、光取り出し効率が改善された発光素子、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ基板を成長基板として用いたIII 族窒化物半導体からなる発光素子において、発光素子の光取り出し効率を改善するために、ＧａＮ基板の裏面をテーパー形状に加工した発光素子が従来より知られている（特許文献１〜３）。
【０００３】
このようなＧａＮ基板裏面のテーパー形状は、研磨やダイシングなどの機械的な加工によって形成されている。この機械的な加工により生じるダメージは、光取り出し効率を悪化させるため、特許文献３ではドライエッチングによりダメージ層を除去している。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１７５４６
【特許文献２】特開２００３−０８６８３８
【特許文献３】特開２００５−３０２８０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献３の方法では、ＧａＮ基板裏面のテーパー形状の形成のために、機械的な加工とドライエッチングの２工程が必要であり、加工の容易さに欠けていた。また、ダイシングなどの機械的な加工によってテーパー形状を形成する場合、形状の再現性が悪く、明るさや配光にばらつきを生じていた。
【０００６】
そこで本発明の目的は、成長基板裏面を容易にテーパー形状に加工することができ、再現性に優れたIII 族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法、およびその発光素子である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、III 族窒化物半導体からなる成長基板表面上に、III 族窒化物半導体からなる半導体層が積層された発光素子の製造方法において、成長基板裏面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後、成長基板裏面に所望の形状にマスクを形成し、成長基板裏面をウェットエッチングすることにより、成長基板裏面からなる平坦面と、その平坦面周囲から成長基板に対して傾斜を有したテーパー面と、からなる凹凸部を形成するウェットエッチング工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。
【０００８】
III 族窒化物半導体とは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなど、一般式Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるものである。ｎ型不純物としては、Ｓｉなどを用い、ｐ型不純物としてはＭｇなどを用いる。
【０００９】
III 族窒化物半導体をウェットエッチングすることができるエッチング溶液は、リン酸やピロリン酸などのリン酸類、リン酸と硫酸の混酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどが知られている。ウェットエッチングは、紫外線を照射しながら行ってもよいし、III 族窒化物半導体にバイアスを印加しながら行ってもよい。
【００１０】
成長基板は、Ｃ面、Ｒ面、Ｍ面、Ａ面など各種面方位のものを用いることができるが、入手の容易さ等の理由からＣ面を用いるのが一般的である。Ｃ面を用いる場合は、成長基板裏面がＮ極性面であることが望ましい。Ｇａ極性面はＮ極性面に比べてエッチングされにくいためである。
【００１１】
また、第１の発明における「平坦化」とは、単に成長基板裏面の凹凸を減らすだけでなく、機械研磨などによるダメージ層を除去することにより、ウェットエッチングを行ってもスクラッチ痕などの表面凹凸が発達しないような表面処理を行うことを意味する。このような平坦化は、裏面全面をドライエッチングした後に高温熱処理を行ったり、化学機械研磨などによって行うことができる。この平坦化が基板裏面の加工精度にとって重要であるので、ウェットエッチング工程の前に平坦化を行う必要がある。
【００１２】
成長基板裏面の加工には、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用してもかまわない。また、のちのチップ分離を容易にするために、平坦化工程の前に機械的研磨により成長基板を薄くすることが望ましい。
【００１３】
ウェットエッチング工程で用いたマスクは、その後除去してもよいし、そのまま残してもよい。
【００１４】
なお、本発明による少なくとも平坦化工程、または、平坦化工程およびウェットエッチング工程を含む成長基板裏面の加工は、成長基板表面に半導体層を形成する前に行ってもよいし、半導体層を形成後に行ってもよい。また、半導体層を形成する前に行った場合は、平坦化工程として、全面をドライエッチングしたのち高温熱処理することで平坦化する方法を採用することができる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、平坦化工程は、化学機械研磨により成長基板裏面を平坦化する工程であることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、ウェットエッチングは、成長基板裏面から５μｍ以上の深さまで行うことを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００１７】
エッチングの深さが５μｍ以上であると、光取り出し効率がより向上し、エッチングにより薄くなった領域が分割する部分である場合にはチップ分離工程がより容易となるので望ましい。エッチングの深さは、１０μｍ以上であるとより望ましく、５０μｍ以上であるとさらに望ましい。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明または第２の発明において、ウェットエッチングは、成長基板の膜厚に対して４０〜７０％の深さまで行うことを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００１９】
エッチングの深さが成長基板の膜厚に対して４０〜７０％の深さであると、光取り出し効率がより向上し、エッチングにより薄くなった領域が分割する部分である場合にはチップ分離工程がより容易となるので望ましい。エッチングの深さは、成長基板の膜厚に対して４５〜７０％の範囲であるとより望ましく、５０〜７０％の範囲であるとさらに望ましい
【００２０】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、成長基板に対するテーパー面の角度は、２０〜７０度であることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００２１】
テーパー面の角度がこの範囲であると、光取り出し効率がより向上して望ましい。
【００２２】
第６の発明は、第１の発明から第４の発明において、成長基板に対するテーパー面の角度は、６０度であることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００２３】
ここで言う「６０度」とは、厳密に６０度であることを言うのではなく、±５度の範囲を含むものである。
【００２４】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、ウェットエッチングは、リン酸により行うことを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００２５】
リン酸によるIII 族窒化物半導体のウェットエッチングは異方性を示し、Ｃ面に対して約６０度傾斜したテーパー面を有する形状にエッチングされる。リン酸の温度は１００〜２００度であることが望ましい。１００度以下ではエッチング速度が遅く、エッチングに時間がかかり、２００度以上ではマスクが損傷する可能性があるためである。より望ましいのは、１４０〜１７０℃である。また、濃度は１％以上であることが望ましい。濃度１％未満ではエッチング速度が遅いためである。より望ましくは１０％以上である。
【００２６】
第８の発明は、第１の発明から第７の発明において、成長基板はＣ面基板であり、成長基板裏面はＮ極性面であることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００２７】
第９の発明は、第１の発明から第８の発明において、成長基板は、ＧａＮ基板であることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００２８】
第１０の発明は、第１の発明から第９の発明において、凹凸部は、単数または複数の突出部であることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００２９】
第１１の発明は、第１の発明から第９の発明において、凹凸部は、成長基板裏面の中央に位置する１つの凹部からなることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００３０】
第１２の発明は、第１の発明から第１１の発明において、凹凸部は、成長基板裏面に平行な底面を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００３１】
第１３の発明は、第１の発明から第１２の発明において、凹凸部は、複数の突出部から成り、突出部間に形成される第１溝を、ウェットエッチング工程により、エッチングが停止するまで、エッチングすることにより、成長基板裏面に垂直な断面において、Ｖ字形状に形成することを特徴とする。
すなわち、ウエットエッチングにより、第１溝が、成長基板裏面に垂直な断面において、Ｖ字形状に形成される場合には、Ｖ字の完成により、エッチングが自動的に停止するので、マスクの窓の大きさだけで、第１溝の深さを制御することができる。したがって、各素子間で、第１溝の深さを均一にすることができ、素子の性能を均一化することができる。
【００３２】
第１４の発明は、第１３の発明において、第１溝を形成するためのマスクに形成される複数の第１窓の大きさを異なるものとすることにより、第１溝の深さを変化させることを特徴とする。
マスクの窓の大きさを変化させることで、エッチングが停止するまでエッチングを行えば、複数の第１溝の深さを所定の設計した分布にすることができる。この結果、各素子間の発光出力の性能を均一化することができる。
【００３３】
第１５の発明は、第１の発明から第１２の発明において、凹凸部は、複数の突出部から成り、突出部間に形成され、成長基板裏面に垂直な断面における形状がＶ字状をした第１溝と、第１溝の深さよりも深い、発光素子をチップ毎に分離するための第２溝とを、第２溝に対応するマスクに形成される第２窓の大きさを、第１溝に対応するマスクに形成される第１窓の大きさよりも大きくして、ウェットエッチング工程により、同工程でエッチングにして形成することを特徴とする。
同一のウェットエッチング工程により、第１溝と、第１溝よりも深い、素子をチップ毎に分離するための第２溝とを形成することができる。このため、製造が簡単となる。
【００３４】
第１６の発明は、第１５の発明において、第１溝及び第２溝は、ウェットエッチング工程によりエッチングが停止するまでエッチングすることにより、第２溝の成長基板裏面に垂直な断面における形状をＶ字状としたことを特徴とする。
同一のウェットエッチング工程により、第１溝と、第１溝よりも深い、素子をチップ毎に分離するための第２溝とを形成することができる。この場合に、第１溝及び第２溝は、各素子毎に、変動がなく均一な深さとなる。この結果、素子間の光出力特性が均一となる。
【００３５】
第１７の発明は、第１の発明から第１６の発明において、発光素子はフェイスアップ型であり、マスクのパターンは、マスクのパターンをすべて含む外に凸な閉曲線で囲われ、かつその面積が最小である仮想領域に対して、パッドの中心位置が仮想領域の内側となるようなパターンであることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００３６】
第１８の発明は、第１の発明から第１７の発明において、成長基板は、前記発光素子の放射光に対する吸光係数が、３／ｃｍ以下であることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００３７】
ここで吸光係数とは、光がある媒質に入射したときに、その媒質がどれくらい光を吸収するかを示す定数である。媒質に入射する前の光の強度をＩ0 、入射後の光の強度をＩ、吸光係数α、光が媒質中を通過する距離をｘとすると、Ｉ＝Ｉ0 ｅｘｐ（−αｘ）で表わされる。
【００３８】
第１９の発明は、III 族窒化物半導体からなる成長基板表面上に、III 族窒化物半導体からなる半導体層が積層された発光素子において、成長基板裏面は、成長基板裏面からなる平坦面と、その平坦面周囲から成長基板に対して傾斜を有したテーパー面と、からなる凹凸部を有し、テーパー面はウェットエッチング面であることを特徴とする発光素子である。
【００３９】
第２０の発明は、第１９の発明において、テーパー面は、成長基板裏面から５μｍ以上の深さまで形成されていることを特徴とする発光素子である。
【００４０】
第２１の発明は、第１９の発明において、テーパー面は、成長基板の膜厚に対して４０〜７０％の深さまで形成されていることを特徴とする発光素子である。
【００４１】
第２２の発明は、第１９の発明から第２１の発明において、成長基板に対するテーパー面の角度は、２０〜７０度であることを特徴とする発光素子である。
【００４２】
第２３の発明は、第１９の発明から第２１の発明において、成長基板に対するテーパー面の角度は、６０度であることを特徴とする発光素子である。
【００４３】
ここで言う「６０度」もまた、上述のように、厳密に６０度であることを言うのではなく、±５度の範囲を含むものである。
【００４４】
第２４の発明は、第１９の発明から第２３の発明において、成長基板は、ＧａＮ基板であることを特徴とする発光素子である。
【００４５】
第２５の発明は、第１９の発明から第２４の発明において、成長基板はＣ面基板であり、成長基板裏面はＮ極性面であることを特徴とする発光素子である。
【００４６】
第２６の発明は、第１９の発明から第２５の発明において、凹凸部は、単数または複数の突出部であることを特徴とする発光素子である。
【００４７】
第２７の発明は、第１９の発明から第２５の発明において、凹凸部は、成長基板裏面の中央に位置する１つの凹部からなることを特徴とする発光素子である。
【００４８】
第２８の発明は、第１９の発明から第２７の発明において、凹凸部は、成長基板裏面に平行な底面を有することを特徴とする発光素子である。
【００４９】
第２９の発明は、第１９の発明から第２８の発明において、凹凸部は、複数の突出部から成り、突出部間に形成される第１溝は、成長基板裏面に垂直な断面において、Ｖ字形状であることを特徴とする。
【００５０】
第３０の発明は、第２９の発明において、複数の第１溝の深さは、異なることを特徴とする。
【００５１】
第３１の発明は、第１９の発明から第３０の発明において、凹凸部は、複数の突出部から成り、突出部間に形成され、成長基板裏面に垂直な断面における形状がＶ字状をした第１溝と、第１溝の深さよりも深い、発光素子をチップ毎の分離位置に形成された第２溝の側面とを有することを特徴とする。
【００５２】
第３２の発明は、第３１の発明において、第１溝及び第２溝は、第２溝の前記成長基板裏面に垂直な断面における形状がＶ字状としたことを特徴とする。
【００５３】
第３３の発明は、第１９の発明から第３２の発明において、発光素子はフェイスアップ型であり、凹凸部は、凹凸部の平坦面をすべて含む外側に凸な閉曲線で囲われ、かつその面積が最小である仮想領域に対して、パッドの中心位置が仮想領域の内側となるように形成されていることを特徴とする発光素子である。
【００５４】
第３４の発明は、第１９の発明から第３３の発明において、成長基板は、発光素子の放射光に対する吸光係数が、３／ｃｍ以下であることを特徴とする発光素子である。
【発明の効果】
【００５５】
第１の発明では、成長基板裏面を平坦化しているので、マスクの下にエッチング溶液が入り込み、マスク直下の領域をエッチングしてしまう、ということがない。そのため、所望のパターン通り正確に再現性よく成長基板裏面をエッチングすることができる。また、再現性がよいことから明るさや配光のばらつきを抑えることができる。また、III 族窒化物半導体のウェットエッチングは異方性を有しており、容易にテーパー形状を形成することができ、ウェットエッチングにより露出するテーパー面にはダメージが生じない。以上のように、成長基板裏面のテーパー形状によって光取り出し効率が向上した発光素子を、従来よりも容易にかつ再現性よく製造することができる。また、成長基板裏面をテーパー形状に加工して分割する領域を薄くした場合には、その後のチップ分離工程が容易となる。
【００５６】
また、第２の発明のように、成長基板裏面の平坦化は、化学機械研磨により行うことができる。
【００５７】
また、第３の発明のように、エッチングは成長基板裏面から５μｍ以上の深さまで行うと、もしくは第４の発明のように、成長基板の膜厚に対して４０〜７０％の深さまで行うと、光取り出し効率を向上でき、分割する領域をエッチングにより薄くした場合にはその後のチップ分離工程がより一層容易となる。
【００５８】
また、第５の発明のように、成長基板に対するテーパー面の角度を２０〜７０度の範囲、もしくは第６の発明のように、成長基板に対するテーパー面の角度を６０度とすると、より光取り出し効率を向上させることができる。
【００５９】
また、第７の発明のように、エッチングとしてリン酸を用いると、リン酸によるIII 族窒化物半導体エッチングの異方性により、成長基板裏面にテーパー面が露出するため、簡便に成長基板裏面をテーパー形状に加工することができる。また、エッチング面の荒れも少ない。
【００６０】
また、第８の発明のように、成長基板をＣ面基板とし、成長基板裏面をＮ極性面とすると、III 族窒化物半導体のエッチングがさらに容易となる。
【００６１】
また、第９の発明のように、成長基板にはＧａＮ基板を用いることができる。
【００６２】
また、第１０の発明のように、凹凸部を単数もしくは複数の突出部を有する形状としてもよいし、第１１の発明のように、成長基板裏面の中央に１つの凹部を有した形状としてもよい。また、第１２の発明のように、エッチングによって成長基板裏面に平行な底面を露出させてもよい。
【００６３】
また、第１３の発明によれば、ウエットエッチングにより、第１溝が、成長基板裏面に垂直な断面において、Ｖ字形状に形成される場合には、Ｖ字の完成により、エッチングが自動的に停止するので、マスクの窓の大きさだけで、第１溝の深さを制御することができる。したがって、各素子間で、第１溝の深さを均一にすることができ、素子の性能を均一化することができる。
【００６４】
また、第１４の発明によれば、第１窓の大きさを変化させることで、エッチングが停止するまでエッチングを行えば、複数の第１溝の深さを所定の設計した分布にすることができる。この結果、各素子間の発光出力の性能を均一化することができる。
【００６５】
また、第１５の発明によれば同一のウェットエッチング工程により、第１溝と、第１溝よりも深い、素子をチップ毎に分離するための第２溝とを形成することができる。このため、製造が簡単となる。
【００６６】
また、第１６の発明によれば、同一のウェットエッチング工程により、第１溝と、第１溝よりも深い、素子をチップ毎に分離するための第２溝とを形成することができる。この場合に、第１溝及び第２溝は、各素子毎に、変動がなく均一な深さとなる。この結果、素子間の光出力特性が均一となる。
【００６７】
また、第１７の発明のようにマスクの平面パターンを決定すると、フェイスアップ型の発光素子であってもワイヤボンディング時にチップが傾かないようにすることができる。
【００６８】
また、第１８の発明のように、発光素子の放射光に対する吸光係数が、３／ｃｍ以下である基板を成長基板として用いると、光取り出し効率をより向上させることができる。吸光係数が１／ｃｍ以下であるとさらに光取り出し効率を向上できて望ましい。
【００６９】
また、第１９〜３４の発明によると、光取り出し効率の向上した発光素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照にしながら説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００７１】
図１は、実施例１のフェイスアップ型の発光素子１の構造を示す図である。発光素子１の大きさは、約３５０μｍ角である。
【００７２】
まず、発光素子１の構造について説明する。発光素子１は、図１（ａ）に示すように、成長基板であるＧａＮ基板１０と、ＧａＮ基板１０表面上に形成された、III 族窒化物半導体からなる半導体層１１と、半導体層１１の表面に形成されたＩＴＯ電極１５およびｐ電極１２と、ｎ電極１３と、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂに形成されたＳｉＯ2 からなるマスク１４と、によって構成されている。
【００７３】
半導体層１１は、図１（ｂ）に示すように、ｎ層１１１、活性層１１２、ｐ層１１３が順に積層された構造である。ｎ層１１１は、ＧａＮからなる高濃度にＳｉがドープされたｎ型コンタクト層、ＧａＮからなるｎクラッド層が順に積層された構造であり、ｐ層１１３は、ＡｌＧａＮからなるＭｇがドープされたｐクラッド層、ＧａＮからなるＭｇがドープされたｐコンタクト層が順に積層された構造である。活性層１１２はＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層が繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。また、活性層１１２、ｐ層１１３の一部はエッチングされていて、ｎ層１１１の一部が露出している。
【００７４】
ＩＴＯ電極１５は、ｐ層１１３上にほぼ全面にわたって形成されていて、ｐ電極１２は、ＩＴＯ電極１５上の一部領域に、所定のパターンに形成されている。また、ｎ電極１３は、露出したｎ層１１１上に形成されている。
【００７５】
ＧａＮ基板１０は、約１８５μｍの厚さであり、ＧａＮ基板１０裏面１０ｂは、２５０μｍ角に形成されたマスク１４にほぼ一致している。このマスク１４に覆われたＧａＮ基板１０裏面１０ｂが、本発明の平坦面に相当する。また、ＧａＮ基板１０は、ＧａＮ基板１０裏面１０ｂから約８５μｍの深さにわたって、ＧａＮ基板１０の表面側に向かって断面積が増加する角錐台状の突出部１００を有している。この突出部１００によるテーパー面１０ａは、ＧａＮ基板１０に対して約６０度の傾斜を有している。このテーパー面１０ａは、ウェットエッチングの異方性によって露出したエッチング面である。また、ＧａＮ基板１０はＣ面基板であり、ＧａＮ基板１０の裏面はＮ極性面である。
【００７６】
またＧａＮ基板１０は、発光素子１の発光波長に対する吸光係数が３／ｃｍ以下であることが望ましい。吸光係数が３／ｃｍ以下とすることで、光取り出し効率を大きく向上させることができる。より望ましくは１／ｃｍ以下である。
【００７７】
次に、発光素子１の製造方法について、図２Ａ〜Ｆに示す製造工程図を参照に説明する。まず、厚さ約３５０μｍのＧａＮ基板１０表面上に、ＭＯＣＶＤ法によってｎ層１１１、ＭＱＷ層１１２、ｐ層１１３を積層させ、半導体層１１を形成する（図２Ａ）。このＧａＮ基板１０はＣ面基板であり、表面がＧａ極性面、裏面がＮ極性面である。半導体層１１の形成において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ3 ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）、ｎ型ドーピングガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型ドーピングガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）、キャリアガスにはＨ2 またはＮ2 を用いる。
【００７８】
次に、ｐ−ＧａＮ層１１３上にＩＴＯ電極１５を蒸着法により形成後、アニール処理を行う。ついでフォトリソグラフィとウェットエッチングによりＩＴＯ電極１５を所定のパターンにする。次に、フォトリソグラフィとドライエッチングによってｎ層１１１を一部露出させる。その後、フォトリソグラフィによりレジストマスクを形成し、電極材を蒸着した後、リフトオフすることによって、ＩＴＯ電極１５上にｐ電極１２、露出したｎ層１１１上にｎ電極１３を、所定のパターンに形成する（図２Ｂ）。
【００７９】
次に、ＧａＮ基板１０裏面を機械的に研磨し、約１８５μｍの厚さとする。そして、ＣＭＰ（化学機械研磨）によって平坦化する（図２Ｃ）。ここでいう平坦化とは、成長基板裏面の凹凸を減らし、さらに機械研磨によるダメージ層を除去することを意味する。ＣＭＰにおいて用いる研磨剤には、たとえばコロイド状のシリカ粒子（コロイダルシリカ）などを用い、エッチング剤にはリン酸などを用いる。
【００８０】
次に、ＧａＮ基板１０裏面１０ｂにＳｉＯ2 からなるマスク１４を、ＰＥＣＶＤ法によって膜厚３００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィとドライエッチングによって２５０μｍ角の形状に形成する。また、ＧａＮ基板１０表面側には、次工程のウェットエッチングからの保護のためレジスト膜１６を形成する（図２Ｄ）。なお、マスク１４はＰＥＣＶＤ法ではなくスパッタ法などによって成膜されたＳｉＯ2 を用いてもよいし、エッチング溶液に対して耐蝕性を有した酸化膜、窒化膜、金属膜、レジスト材などの任意の材料を用いてもよい。また、ウェットエッチングからの保護膜は上述のレジスト膜１６以外にも、エッチング溶液に対する耐性とエッチング工程後の除去が容易な特性を有するもの、たとえばワックスなどを利用することができる。
【００８１】
次に、温度１５０度、濃度８５％のリン酸を用いて９０分間、ＧａＮ基板１０をウェットエッチングする。リン酸によるＧａＮのエッチングには異方性があり、ＧａＮ基板１０はテーパー形状に約８５μｍの深さまでエッチングされる（図２Ｅ）。これにより、角形のマスク１４の各辺を１辺として露出する４つのテーパー面１０ａは、それぞれＧａＮ基板１０に対して約６０度の傾斜を有している。また、ＧａＮ基板１０裏面１０ｂはＣＭＰにより平坦化されているため、マスクパターン通りに正確なエッチングをすることができる。このようなウェットエッチングによると、テーパー面１０ａの荒れは少なく、加工形状の再現性もよい。
【００８２】
なお、ＣＭＰ処理が不十分であると、ウェットエッチング初期において機械研磨によるダメージ層が先にエッチングされてスクラッチ痕が形成されてしまい、そのスクラッチ痕によってマスク１４の下にエッチング溶液であるリン酸が入り込み、パターン形成の精度が低下してしまう。したがって、ＧａＮ基板１０裏面１０ｂをできるだけ平坦とすることはもちろん、機械的ダメージ層が適切に除去されるようＣＭＰ処理を行う必要がある点に留意する。
【００８３】
エッチングレートはリン酸の温度、濃度により調整することができる。リン酸の温度は、１００〜２００度の範囲が望ましい。１００度以下ではエッチング速度が遅く、エッチングに時間がかかり、２００度以上ではマスク１４が損傷する可能性があるためである。また、リン酸の濃度は１％以上が望ましい。１％未満ではエッチング速度が遅いためである。
【００８４】
上記ウェットエッチングに用いるエッチング溶液には、リン酸以外に、ピロリン酸、リン酸と硫酸の混酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどを用いることができる。エッチングの深さはＧａＮ基板１０裏面から５μｍ以上の深さ、もしくはＧａＮ基板１０の厚さに対して４０〜７０％の深さであることが望ましい。エッチングの深さが５μｍ以上、もしくはＧａＮ基板１０の厚さに対して４０〜７０％の深さであると、より光取り出し効率を向上させることができる。さらに、ＧａＮ基板１０の分割する部分をエッチングにより薄くした場合には、のちのチップ分離工程がより容易となる。また、テーパー面１０ａのＧａＮ基板１０に対する傾斜角は、２０〜７０度の範囲であることが望ましい。テーパー面１０ａの傾斜角がこの範囲であると、より光取り出し効率を向上させることができる。
【００８５】
次に、ＧａＮ基板１０表面のレジスト膜１６を除去し、ＧａＮ基板１０表面側の、エッチングによってＧａＮ基板１０の厚さが最も薄くなった位置をスクライビングし、ブレーキングすることで、発光素子１を個々の３５０μｍ角のチップに分離する（図２Ｆ）。ＧａＮ基板１０の一部がウェットエッチングにより薄くなっているため、従来よりもチップ分離が容易となっている。
【００８６】
以上のようにして製造した発光素子１を、基板にフェイスアップ実装して出力を測定したところ、ＧａＮ基板１０裏面を加工しない発光素子と比較して約１０％光取り出し効率が向上していることがわかった。また、ウェットエッチングによるテーパー形状の加工であるため再現性がよく、明るさや配光のばらつきが抑えられていることがわかった。
【００８７】
なお、実施例１ではＧａＮ基板１０を機械研磨により約１８５μｍの厚さとしているが、機械研磨後のＧａＮ基板の厚さはこの値に限定されるものではない。以下の各実施例においても同様である。
【実施例２】
【００８８】
図３は、実施例２のフェイスダウン型の発光素子２の構造を示す図である。この発光素子２は、ＧａＮ基板２０表面上に、半導体層１１、Ａｇからなる高反射電極２５、ｐ電極１２、ｎ電極１３が形成された構造である。また、発光素子２の大きさは実施例１の発光素子１と同じ約３５０μｍ角である。実施例１の発光素子１との主たる違いは、ＧａＮ基板２０裏面の加工形状が、実施例１のＧａＮ基板１０の加工形状と異なることである。
【００８９】
ＧａＮ基板２０は、厚さ１８５μｍのＣ面基板であり、裏面がＮ極性面である。また、発光素子２の発光波長に対する吸光係数が３／ｃｍ以下である。ＧａＮ基板２０裏面２０ｂは、２０μｍ角に形成されたマスク２４にほぼ一致している。このマスク２４に覆われたＧａＮ基板２０裏面２０ｂが、本発明の平坦面に相当する。また、ＧａＮ基板２０は、ＧａＮ基板２０裏面２０ｂから深さ約１２０μｍまでの範囲では、ＧａＮ基板２０の表面側に向かって断面積が増加する形状であり、上面（ＧａＮ基板２０裏面２０ｂ）が四角形、底面が十二角形の角錐台状の突出部２００を有していて、ＧａＮ基板２０裏面からの深さが約１２０〜１８５μｍの範囲では、約３５０μｍ角、厚さ約６５μｍの直方体状である。したがって、ＧａＮ基板２０裏面２０ｂから深さ約１２０μｍの部分にはＧａＮ基板２０裏面２０ｂに平行な底面２０ｃが形成されている。この底面２０ｃが、本発明の「成長基板裏面に平行な底面」に相当している。突出部２００によるテーパー面２０ａは、ＧａＮ基板２０に対して約６０度の傾斜を有している。このテーパー面２０ａは、ウェットエッチングの異方性によって露出したエッチング面である。
【００９０】
次に、発光素子２の製造方法について図４Ａ〜Ｂを参照に説明するが、ＩＴＯ電極１５に替えて高反射電極２５を形成することと、ＧａＮ基板２０裏面の加工工程以外は実施例１の発光素子１の製造工程と同様であるため、以下ではＧａＮ基板２０裏面の加工工程以降についてのみ説明する。
【００９１】
ＣＭＰによるＧａＮ基板２０裏面の平坦化の後、ＧａＮ基板２０裏面に、ＳｉＯ2 からなるマスク２４を、ＰＥＣＶＤ法によって膜厚３００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィとドライエッチングによって２０μｍ角の形状に形成する。また、ＧａＮ基板１０表面側には、次工程のウェットエッチングからの保護のためにレジスト膜２６を形成する（図４Ａ）。
【００９２】
次に、リン酸によるウェットエッチングによって、ＧａＮ基板２０裏面を角錐台状に、１２０μｍの深さまでエッチングする（図４Ｂ）。用いるリン酸の温度は１５０度、濃度は８５％である。テーパー面２０ａは、リン酸によるＧａＮエッチングの異方性によって露出したものであり、ＧａＮ基板２０に対して約６０度の傾斜を有している。
【００９３】
その後、実施例１と同様に、ＧａＮ基板２０表面のレジスト膜２６を除去し、ＧａＮ基板２０表面側の、所定の位置をスクライビングし、ブレーキングすることで、発光素子２を個々に、３５０μｍ角のチップに分離する。
【００９４】
以上のようにして製造した発光素子２を、基板にフリップチップ実装して出力を測定したところ、ＧａＮ基板２０裏面を加工しない発光素子と比較して約１５％光取り出し効率が向上していることがわかった。また、実施例１と同様に、テーパー形状の加工の再現性がよく、明るさや配光のばらつきが抑えられていることがわかった。
【実施例３】
【００９５】
図５は、実施例３の発光素子３の構造を示す図である。この発光素子３は、ＧａＮ基板３０表面上に、実施例２の発光素子２と同様に半導体層１１、高反射電極２５、ｐ電極１２、ｎ電極１３が形成された構造である。また、発光素子３の大きさは実施例２の発光素子２と同じ約３５０μｍ角である。実施例２の発光素子２との違いは、ＧａＮ基板３０裏面の加工形状が、実施例２のＧａＮ基板２０の加工形状と異なることである。
【００９６】
ＧａＮ基板３０は、厚さ１８５μｍのＣ面基板であり、裏面がＮ極性面である。また、発光素子３の発光波長に対する吸光係数が３／ｃｍ以下である。ＧａＮ基板３０裏面３０ｂは、２０μｍ角に形成されたマスク３４が６×６のマトリクス状に配列されたマスクパターン（図６参照）にほぼ一致している。このマスク３４に覆われたＧａＮ基板３０裏面３０ｂが、本発明の平坦面に相当する。また、ＧａＮ基板３０は、ＧａＮ基板３０裏面３０ｂからＧａＮ基板３０の表面側に向かって断面積が増加する、３６個の６×６マトリクス状に配列された角錐台状の突出部３００を有している。この突出部３００の側面であるテーパー面３０ａは、ＧａＮ基板３０に対して約６０度の傾斜を有している。このテーパー面３０ａは、ウェットエッチングの異方性によって露出したエッチング面である。なお、ＧａＮ基板３０裏面３０ｂとテーパー面３０ａとからなる３６個の角錐台状の部分が本発明の突出部に相当する。
【００９７】
この発光素子３は、ＧａＮ基板３０裏面２０ｂに形成するマスクパターンを図６に示すものに替える以外は、実施例２の発光素子２の製造工程と同様の工程により製造することができる。
【００９８】
図７は、３個の発光素子３をフリップチップ実装して配光特性を測定した結果である。また、比較のため、基板３０裏面３０ｂを加工していない３個の発光素子についても、フリップチップ実装して配光特性を測定した（図８）。図７と図８を比較すると、発光素子３は角度による光強度のばらつきが少ないのに対して、基板３０裏面３０ｂを加工していない発光素子では中心付近の光強度が弱く、角度によって光強度のばらつきが大きいことがわかる。このように、基板３０裏面３０ｂにテーパー加工を施すことにより、配光のばらつきを低減することができることがわかる。また、図７、８から、３個の発光素子３の間での明るさのばらつきは、基板３０裏面３０ｂを加工していない３個の発光素子の間での明るさのばらつきに比べて少ないことがわかる。
【実施例４】
【００９９】
図９は、実施例４の発光素子４の構造を示す図である。この発光素子４は、ＧａＮ基板４０表面上に、実施例１の発光素子１と同様に半導体層１１、ＩＴＯ電極１５、ｐ電極１２、ｎ電極１３が形成された構造である。また、発光素子４の大きさも実施例１の発光素子１と同じ約３５０μｍ角である。実施例１の発光素子１との違いは、ＧａＮ基板４０裏面の加工形状が、実施例１のＧａＮ基板１０の加工形状と異なることである。
【０１００】
ＧａＮ基板４０は、Ｃ面基板であり、裏面がＮ極性面である。また、発光素子４の発光波長に対する吸光係数が３／ｃｍ以下である。ＧａＮ基板４０裏面４０ｂは、中央が正方形状に開口したマスク４４（図１０参照）にほぼ一致している。このマスク４４に覆われたＧａＮ基板４０裏面４０ｂが、本発明の平坦面に相当している。マスク４４の開口しているＧａＮ基板４０裏面の中央には、凹部４００が形成されている。この凹部４００は、ＧａＮ基板４０裏面４０ｂに平行な正方形状の底面４０ｃと、ＧａＮ基板４０に対して約６０度の傾斜を有した４つのテーパー面４０ａとで構成された四角錐台状の形状である。このテーパー面４０ａは、ウェットエッチングの異方性によって露出したエッチング面である。凹部４００の深さｄは、５μｍ以上もしくはＧａＮ基板４０の厚さｄ０に対して４０〜７０％であることが望ましい。
【０１０１】
次に、発光素子４の製造方法について図１１Ａ〜Ｃを参照に説明する。
【０１０２】
まず、Ｃ面基板であり、表面がＧａ極性面、裏面がＮ極性面であるＧａＮ基板４０を用意し、ＧａＮ基板４０裏面４０ｂを機械的に研磨して薄くする。そして、ＧａＮ基板４０裏面４０ｂの全面をドライエッチングしたのち高温熱処理を行うことによって平坦化する。ここでいう平坦化は、他の実施例において述べたように、ＧａＮ基板４０裏面４０ｂの凹凸を減らし、さらに機械研磨によるダメージ層を除去することを意味する。半導体層１１を形成する前であるので、平坦化においてこのような高温熱処理を行うことが可能である。
【０１０３】
次に、ＧａＮ基板４０裏面４０ｂにＳｉＯ2 からなるマスク４４を、ＰＥＣＶＤ法によって膜厚３００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィとドライエッチングによって正方形に開口した形状に形成する。また、ＧａＮ基板４０表面側には、次工程のウェットエッチングからの保護のためレジスト膜４６を形成する（図１１Ａ）。
【０１０４】
次に、温度１５０度、濃度８５％のリン酸を用いてＧａＮ基板４０をウェットエッチングする。リン酸によるＧａＮのエッチングには異方性があるため、ＧａＮ基板４０はテーパー形状にエッチングされる。このエッチングによって、正方形状の底面４０ｃと、４つのテーパー面４０ａが露出する。テーパー面４０ａは、ＧａＮ基板４０に対して約６０度の傾斜を有している。この底面４０ｃと４つの側面であるテーパー面４０ａとにより、深さｄの四角錐台状の凹部４００が形成される。その後、ＧａＮ基板４０表面のレジスト膜４６は除去する（図１１Ｂ）。
【０１０５】
次に、ＧａＮ基板４０表面上に、ＭＯＣＶＤ法によってｎ層１１１、ＭＱＷ層１１２、ｐ層１１３を積層させて半導体層１１を形成し、ｐ−ＧａＮ層１１３上にＩＴＯ電極１５を蒸着法により形成し、アニール処理を行う。フォトリソグラフィとウェットエッチングによりＩＴＯ電極１５を所定のパターンに形成後、フォトリソグラフィとドライエッチングによってｎ層１１１を一部露出させる。その後、リフトオフ法によってＩＴＯ電極１５上にｐ電極１２、露出したｎ層１１１上にｎ電極１３を、所定のパターンに形成する（図１１Ｃ）。
【０１０６】
次に、ＧａＮ基板４０の所定の位置をスクライビングし、ブレーキングすることで、発光素子４を個々の３５０μｍ角のチップに分離する。
【０１０７】
以上が発光素子４の製造工程である。この発光素子４もまた、テーパー面４０ａが形成されていることから、光取り出し効率が向上している。
【０１０８】
なお、実施例４の製造工程は、平坦化工程、ウェットエッチング工程、半導体層の形成工程、の順であるが、平坦化工程、半導体層の形成工程、ウェットエッチング工程、の順であってもよい。また、ドライエッチングと高温熱処理による平坦化工程に替えて、ＣＭＰによる平坦化工程としてもよい。
【０１０９】
ここで、上記の全実施例で用いたリン酸によるＧａＮのウェットエッチングについて、図１２を参照に詳細に説明する。
【０１１０】
図１２は、Ｃ面基板であるＧａＮ基板６０のＮ極性面に開口を有したマスク６４を形成し、リン酸によってウェットエッチングした場合の、ウェットエッチングの進行状況を時間の経過順に模式的に示したものである。図１２（ａ）がエッチング初期の段階、図１２（ｂ）が中期の段階、図１２（ｃ）が終期の段階である。
【０１１１】
図１２（ａ）に示すように、ＧａＮ基板６０がエッチングされ始めた段階では、ＧａＮ基板６０の面に平行に底面６０ｃが露出し、その底面６０ｃとマスク６４によって保護された面６０ｂとに連続したテーパー面６０ａが露出する。このテーパー面６０ａは、ＧａＮ基板６０に対して約６０度に形成される。
【０１１２】
エッチングは、ＧａＮ基板６０に対して約６０度の傾斜を有したテーパー面６０ａを維持した状態で進行するため、図１２（ｂ）に示すように、エッチングが深くなるのに従って、テーパー面６０ａは拡大し、底面６０ｃの面積は縮小していく。
【０１１３】
エッチングがさらに進行すると、図１２（ｃ）に示すように、底面６０ｃは縮小して消え、拡大したテーパー面６０ａ同士が合わさって断面がＶ字型の形状となる。このようなＶ字型の形状となった時点でエッチングの進行は抑制され、これ以上エッチング時間を延ばしてもエッチングの深さ、形状にほとんど変化はみられない。
【０１１４】
このように、エッチング時間を十分に長くとれば、エッチングの形状は一定となり時間に依存しなくなるので、マスクパターンのみに依存することになる。つまり、マスクパターンによってエッチング形状がほぼ決定されることになる。
【０１１５】
以上のように、リン酸によるＧａＮのウェットエッチングでは、エッチング時間によってエッチング形状を変えることができることがわかる。また、エッチング時間を十分に長くとればマスクパターンのみによってエッチング形状を決定することができ、素子間のエッチング形状のばらつきを抑えることができる。また、リン酸でエッチングすると、マスクパターンに依らずにテーパー面が露出する。そのため、ＧａＮをエッチングしてテーパー面を露出させるためのマスクパターンとして、自由曲線をも含む任意の形状のマスクパターンを採用することができる。
【０１１６】
エッチング時間を十分に長くとって、エッチング形状をマスクパターンのみによって制御する方法を、次に示すように、例えば、図５に示す実施例３に応用することができる。図１３に示すように、ＧａＮ基板３０裏面３０ｂにＳｉＯ2 からなるマスク３４を形成する。この時、各チップ毎に切断する切断線３３０の位置する第２溝である切断領域３１０におけるマスク３４の第２窓３４２の面積や幅ｗ２を、エッチングにより除去される他の第１溝３２０におけるマスク３４の第１窓３４１の面積や幅ｗ１よりも広くする。このように構成することで、切断領域３１０（第２溝）の深さｄ１を、各突出部３００の間に位置する第１溝３２０の深さｄ２よりも大きくすることができる。この結果、突出部３００の作成と、各チップの第２溝である切断領域３１０の作成とを、マスク３４の窓の大きさを変化させた、一つのエッチング工程だけで、実現することができる。したがって、製造が容易となる。
【０１１７】
この時、エッチングが停止するまで、エッチングを行うことにより、第１溝３２０と、第２溝である切断領域３１０のＧａＮ基板４０の裏面４０ｂに垂直な断面にけおる形状は、先端が鋭角のＶ字形状となる。このＶ字形状の深さを、第１溝３２０よりも、切断領域３１０の方を深くすることができる。しかも、Ｖ字形状の完成によりエッチングが停止するので、この深さは、各素子毎に、均一なものとなり、素子の特性が均一となる。
【０１１８】
また、図１４（ａ）に示すように、各突出部３００の間に位置する複数の第１溝３２０において、深さを１つの値だけでなく、色々な深さの値に分布させる場合においても、複数の第１溝３２０を形成するためのマスク３４の第１窓３４１の大きさを変化させるだけで、Ｖ字形状の深さ分布を得ることができる。この結果、より光の取り出し効率を向上させるための突出部３００の設計、製造が容易となる。
【０１１９】
また、図１４（ｂ）に示すように、第１溝３２０と第２溝である切断領域３１０とを形成する場合に、エッチング時間で制御しても良い。ただし、このエッチング時間は、第１溝３２０がエッチングの停止により、基板の裏面に垂直な断面における形状がＶ字形状に完成する時間とする。そして、第２溝である切断領域３１０の深さは、時間により制御されるので、側面がテーパに形成される切断領域３１０の底部分は、平坦であっても良い。光出力の素子特性に影響を与えるのは、第１溝３２０の深さであるので、第１溝３２０の深さや、深さの平面上の分布が、各素子で均一であれば、素子の性能は均一化するので、この方法で製造しても良い。
【０１２０】
上記全実施例では成長基板としてＧａＮ基板を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、III 族窒化物半導体からなる基板であればよい。また、実施例ではＣ面基板を用いているが、Ｒ面、Ｍ面、Ａ面などの基板を用いてもよい。
【０１２１】
また、実施例１〜３では、半導体層の形成後にＣＭＰによる平坦化工程およびウェットエッチング工程を行っているが、ＣＭＰによる平坦化工程の後半導体層を形成し、その後ウェットエッチング工程を行ってもよいし、ＣＭＰによる平坦化工程およびウェットエッチング工程の後、半導体層を形成してもよい。さらに半導体層の形成前に平坦化工程を行う場合は、ＣＭＰに替えて、実施例４のようにドライエッチングと高温熱処理による平坦化工程を採用してもよい。また、実施例４においても、実施例１〜３のように、半導体層の形成後にＣＭＰによる平坦化工程およびウェットエッチング工程を行ってもよい。
【０１２２】
また、成長基板表面上に形成される半導体層および電極の構造は実施例に限るものではなく、発光素子の半導体層および電極の構造として従来より知られているさまざまな構造を用いることができる。たとえば、成長基板裏面にｎ電極が形成された上下電極構造とすることもできる。
【０１２３】
また、実施例ではウェットエッチング工程で用いたマスクを除去していないが、ウェットエッチング工程後にマスクを除去してもよい。また、ＰｔやＩｒなどの高耐蝕性金属をマスクとして用い、これをそのまま残してｎ型電極として利用することで、上下電極構造の発光素子としてもよい。
【０１２４】
また、成長基板裏面のエッチングパターンも実施例に示したパターンに限るものではない。テーパー面を有した形状であれば、どのようなパターンにエッチングしてもかまわない。また、成長基板裏面の加工形状、つまりは成長基板裏面に形成するマスクパターンによって配光を制御することも可能である。ただし、成長基板裏面がテーパー形状に加工されているため、フェイスアップ型の発光素子をワイヤボンディングする際にはチップが傾かないようにする必要がある。そこで、成長基板裏面に形成されたすべてのマスクパターンを含む外に凸な閉曲線で囲われた領域であって、その面積が最小である仮想領域に対し、パッドの中心位置がその仮想領域の内側となるように、マスクパターンを形成することが望ましい。
【０１２５】
たとえば、図１５に示すマスクパターンは、ワイヤボンディングする際にチップが傾かないように形成されたマスクのパターンの一例である。このマスクパターンは、ＧａＮ基板５０裏面に、正方形のマスク５１が、４×４のマトリクス状に配列したパターンである。円形の点線部分および角の丸い四角形の点線がパッド領域５２、５３であり、その中心がパッドの中心位置５２ａ、５３ａである。また、図１５において網かけで示した領域が、１６個の正方形のマスク５１をすべて含み、外に凸な閉曲線で囲われ、かつ面積が最小である仮想領域５４である。マスクパターンは、パッドの中心位置５２ａ、５３ａが仮想領域５４の内側となるように形成されている。したがって、ワイヤボンディング時においてもチップが傾かないようなマスクパターンである。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明の発光素子は、表示装置や照明装置などに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】実施例１の発光素子１の構造を示す図。
【図２Ａ】実施例１の発光素子１の製造工程を示す図。
【図２Ｂ】実施例１の発光素子１の製造工程を示す図。
【図２Ｃ】実施例１の発光素子１の製造工程を示す図。
【図２Ｄ】実施例１の発光素子１の製造工程を示す図。
【図２Ｅ】実施例１の発光素子１の製造工程を示す図。
【図２Ｆ】実施例１の発光素子１の製造工程を示す図。
【図３】実施例２の発光素子２の構造を示す図。
【図４Ａ】実施例２の発光素子２の製造工程を示す図。
【図４Ｂ】実施例２の発光素子２の製造工程を示す図。
【図５】実施例３の発光素子３の構造を示す図。
【図６】マスク３４のパターンを示す図。
【図７】配光特性について示したグラフ。
【図８】配光特性について示したグラフ。
【図９】実施例４の発光素子４の構造を示す図。
【図１０】マスク４４のパターンを示す図。
【図１１Ａ】実施例４の発光素子４の製造工程を示す図。
【図１１Ｂ】実施例４の発光素子４の製造工程を示す図。
【図１１Ｃ】実施例４の発光素子４の製造工程を示す図。
【図１２】リン酸によるエッチングの進行を模式的に示した図。
【図１３】リン酸によるエッチングより形成される凹部の深さが、マスクの窓の大きさだけで制御できることを示した説明図。
【図１４】リン酸によるエッチングより形成される凹部の深さが、マスクの窓の大きさだけで制御できる他の例を示した説明図。
【図１５】ＧａＮ基板裏面に形成するマスクパターンの一例を示した図。
【符号の説明】
【０１２８】
１０、２０、３０、４０：ＧａＮ基板
１１：半導体層
１２：ｐ電極
１３：ｎ電極
１４、２４、３４、４４：マスク
１５：ＩＴＯ電極
２５：高反射電極
３００：突出部
３１０：切断領域
３２０：凹部
３３０：切断線
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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