(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体発光素子において、素子駆動用の配線配置による光取り出しロス低減を可能とし、しいては素子面積の縮小によるパッケージの小型化を可能とする。【解決手段】サファイア基板４、バッファ層、Ｎ型ドーパントがドープされたＡｌＧａＮからなるＮ型窒化物半導体層３，ノンドープＩｎＧａＮからなる活性層２およびＰ型ドーパントがドープされたＡｌＧａＮからなるＰ型窒化物半導体層１がこの順序で積層され、サファイア基板４に傾斜面を形成し、その傾斜面に形成された反射膜８ｂにより結晶成長基板の側面から光を取り出す。【選択図】図１
2009295611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子において、結晶成長基板の上に少なくとも１層の半導体結晶層が形成され、前記結晶成長基板の側面から光を取り出す構造を特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体結晶層が窒化物系半導体結晶からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
結晶成長基板の１つ以上の側面は、断面形状が半導体結晶層成長面に対し９０度以下の鋭角となる傾斜面である事を特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
結晶成長基板の傾斜面には反射膜が備えられ、反射膜によって半導体結晶層からの発光が反射することで結晶成長基板の他の側面から光を取り出す構造である事を特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
結晶成長基板の側面は、断面形状が半導体結晶層成長面に対し９０度以下の鋭角となる傾斜面と、９０度以上の鈍角となる傾斜面が組み合わされた構造である事を特徴とする請求項３または４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
半導体結晶層には反射膜が備えられ、半導体結晶層からの発光を結晶成長基板側へ向け反射する構造である事を特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
傾斜面および半導体結晶層に備えられた反射膜は絶縁膜によって覆われており、反射膜は大気に露出しない構造である事を特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
傾斜面の反射膜および絶縁膜は透光性樹脂で覆われた構造である事を特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
傾斜面の反射膜および絶縁膜は金属層で覆われた構造である事を特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
金属層側に通電駆動のためのボンディング用金属電極が１つ以上形成された構造を特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
金属層側に設けられたボンディング用金属電極と反射膜を介して半導体結晶層を通電駆動する構造を特徴とする請求項９または１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
通電駆動のためのボンディング用金属電極が形成される半導体結晶層面側には、反射膜と絶縁膜が備えられた構造である事を特徴とする請求項３から１１のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
主な光を取り出す面である結晶成長基板側面に凹凸形状が形成されている構造である事を特徴とする請求項３から１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
結晶成長基板は窒化ガリウム、サファイア、炭化ケイ素、酸化亜鉛、ジルコニア、透光性セラミックスからなる群から選ばれた少なくとも一種の透光性を有した材料からなる基板である事を特徴とする請求項３から１３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
半導体発光素子結晶成長基板の側面から光を取り出す構造における傾斜面は、光取り出し面よりも平坦性が高い事を特徴とする請求項３から１４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
レーザ照射の工程とダイシングの工程を含んで結晶成長基板の側面に傾斜面を形成する事を特徴とする請求項１から１５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】
本発明は従来にない光取り出し方法による半導体発光素子の製造方法及びその製造方法を用いた半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から窒化物半導体発光素子は、結晶成長基板上に窒化物半導体層を順次積層して形成され、積層した半導体層の最表面にあたる面が光取り出し面とされ、あるいはフリップチップマウント実装方法によって結晶成長基板側から光を取り出す構造であるが、しかしながら半導体発光層に対し垂直方向を中心とした放射状に光が取り出されるのみであった。光取り出し面である窒化物半導体層の最表面に各種電極形成などを行なう必要があるために、光取り出し面としての有効領域を減少せざるをえなかった。また、発光素子の通電駆動時に発生する熱によって素子寿命などの信頼性に悪影響を及ぼしていた。
【０００３】
特許文献１には発光ダイオードの素子構造及び素子の作製方法が開示されている。その内容よると、半導体発光素子結晶成長面に対して裏面にあたる基板面に対してテーパ状溝加工を行なう事で、最終的に素子形状として結晶成長基板の側面形状が傾斜する事としている。しかしながら光を取り出す方向としては半導体結晶層に対し垂直方向を中心とした放射状に光が取り出されるだけにとどまる。このように特許文献１に記載されるような従来の技術では、素子側面から主な光が取り出すことができない事から必然的に素子搭載に必要な面積が大きくなり、素子駆動用の配線配置および光取り出し方向の制約から、結果的にパッケージングの小型化、至っては搭載機器の小型薄型化に適さない。
【特許文献１】特開２００５−３０２８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の半導体発光素子では半導体発光層に対し垂直方向を中心とした放射状に光が取り出される構造により、素子搭載に必要な面積も大きくパッケージングにおける制約が大きかった。例えば液晶方式表示機器におけるバックライトユニットとして、より小型化された光源ユニットが求められていた。具体的には昨今における液晶テレビの筐体薄型化技術の進歩には目覚しいものがあるが、一般的な冷陰極管バックライト方式では筐体薄型化に不向きであった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決する為に鋭意検討を行った結果、結晶成長基板側面から光を取り出せる構造とする事で、これまでの半導体結晶層に対して垂直方向から光を取り出す構造の課題であった素子駆動用の配線配置による光取り出しロス低減を可能とし、しいては素子面積の縮小によるパッケージの小型化を可能とする事を見出し、本発明に達した。
【０００６】
すなわち、本発明の半導体発光素子は、結晶成長基板の上に少なくとも１層の半導体結晶層が形成され、前記結晶成長基板の側面から光を取り出す構造を特徴としている。
【０００７】
ここで、本発明の半導体発光素子は、前記半導体結晶層が窒化物系半導体結晶からなることを特徴としている。
【０００８】
また、前記窒化物系半導体からなる半導体発光素子は、その結晶成長基板の１つ以上の側面において、断面形状が半導体結晶層成長面に対し９０度以下の鋭角となる傾斜面である事を特徴としている。成長基板の側面を傾斜させる事で、発光層から放出された光を基板側面へ導く事が可能となり、基板側面からの光取出しが向上する。
【０００９】
また、前記結晶成長基板の傾斜側面に反射膜を備える構造とすることが望ましい。反射膜を備える事で、発光層から放出された光をより効率的に基板側面へ導く事が可能となり、基板側面からの光取出しが向上する。
【００１０】
また、前記結晶成長基板の側面は、その断面形状が半導体結晶層成長面に対し９０度以下の鋭角となる傾斜面と、９０度以上の鈍角となる傾斜面が組み合わされた構造としても良い。傾斜面を増やす事で、発光層から放出された光をより効率的に基板側面へ導く事が可能となり、基板側面からの光取出しが向上する。
【００１１】
また、前記半導体結晶層には反射膜を備える構造とする事が望ましい。半導体結晶層に反射膜を備える事で、発光層から半導体側へ放出された光を基板側に反射させ、基板側面からの光取出しを向上することが可能となる。
【００１２】
また、前記半導体発光素子は、傾斜面および半導体結晶層に備えられた反射膜は保護膜によって覆われる事が望ましい。反射膜を大気に露出しない構造とする事で、反射金属膜の劣化を防止することができる。更には、反射金属膜にマイグレーションを起こしやすいＡｇなどを用いる場合、保護膜で覆う事でマイグレーションを抑制し、信頼性を向上することができる。
【００１３】
また、前記半導体発光素子は、傾斜面の反射膜および保護膜は透光性樹脂で覆われた構造とする事を特徴としている。
【００１４】
また、前記半導体発光素子は、傾斜面の反射膜および保護膜は金属層で覆われた構造としても良い。
【００１５】
また、前記半導体発光素子は、金属層側に通電駆動のためのボンディング用金属電極が１つ以上形成された構造とする事が望ましい。
【００１６】
また、前記半導体発光素子は、金属層側に設けられたボンディング用金属電極と反射膜を介して半導体結晶層を通電駆動する構造を特徴としている。
【００１７】
また、前記半導体発光素子は、通電駆動のためのボンディング用金属電極が形成される半導体結晶面側に、反射膜と絶縁膜が備えられた構造である事を特徴としている。
【００１８】
また、前記半導体発光素子は、主な光を取り出す面である結晶成長基板側面に凹凸形状が形成されている構造とする事が望ましい。基板側面からの光取出しを向上させるためである。
【００１９】
また、結晶成長基板は窒化ガリウム、サファイア、炭化ケイ素、酸化亜鉛、ジルコニア、透光性セラミックスからなる群から選ばれた少なくとも一種の透光性を有した材料からなる基板である事を特徴としている。
【００２０】
また、半導体発光素子結晶成長基板の側面から光を取り出す構造における傾斜面は、光取り出し面よりも平坦性が高い事を特徴としている。
【００２１】
また、半導体発光素子結晶成長基板の側面から光を取り出す構造は、レーザ照射の工程とダイシングの工程によって作製する事を特徴とする。本半導体発光素子については、レーザ照射の工程とダイシングの工程を含んで結晶成長基板の側面に傾斜面を形成する事を特徴としている。この理由についてであるが、レーザ照射を行った上でダイシングを行う事により、ダイシング刃の磨耗量抑制による溝部の平坦な傾斜面を安定した形状で形成する事が可能となる為である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によって得られた半導体発光素子においては結晶成長基板側面の１つ以上を傾斜した面として加工し、傾斜面に備えられた反射膜によって半導体結晶層からの発光が反射することで、傾斜された面と異なる他方の結晶成長基板側面から光を取り出すことができる。また本発明による半導体発光素子をバックライトユニット用途などに用いる事で一般的な冷陰極管バックライト方式と比較してパッケージングを小型化あるいは高密度化できるために、すなわち機器の小型薄型化を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２４】
＜半導体発光素子＞
本発明の半導体発光素子を図１を用いて説明する。
【００２５】
本発明は、結晶成長基板４上に順次積層された、Ｎ型窒化物半導体層３と、活性層２と、Ｐ型窒化物半導体層１と、１つ以上の素子側面には傾斜した面を有している窒化物半導体発光素子であることを特徴としている。本発明は結晶成長基板４側面に１つ以上の傾斜面と反射膜８ｂを形成することで半導体結晶層から発せられる光を反射によって効果的に他方の結晶成長基板側面から取り出すことができる構造を見いだしたことによるものである。
【００２６】
また、本発明において、窒化物半導体発光素子とは、少なくとも発光層が窒化物半導体層からなる素子のことをいう。
【００２７】
また、本発明の窒化物半導体発光素子は、反射層や拡散防止層などの層を含んでいても
よいことは言うまでもない。
【００２８】
＜傾斜面＞
本発明において、素子側面の１つ以上に形成された斜面は、断面での位置関係からすると半導体結晶成長面に対して鋭角をなす配置形成されたものであるか、好ましくは前記の半導体結晶成長面に対して鋭角をなす配置に加えて半導体結晶成長面に対して鈍角をなす配置形成されたものを兼ね備えた形状であることが望ましい。
【００２９】
つまりは本発明の傾斜面をもった半導体発光素子の断面形状は好ましくはくさび型となる。
【００３０】
＜傾斜面の形成方法＞
本発明において傾斜面を形成する手法として、結晶成長基板４側面にダイシングによって傾斜面形成する事が望ましいが、ダイシング溝形成領域に対し、あらかじめレーザスクライブ法を用いた溝形状加工を行なったのちに、ダイシングによって溝側面が平坦な傾斜面となるように加工すると、結晶成長基板４に対するダイシング切削量が少なくなることによってダイシング刃の磨耗量が抑制されるために、溝部の平坦な傾斜面が安定した形状で形成できるのでより望ましい。このレーザ照射方法については同一照射箇所に対し、複数回レーザ照射を行なう回数によって段階的に溝深さを変えることができ、のちにおけるダイシング加工において安定した傾斜面を得ることができる。例えば、傾斜面形成領域における溝の最深部は５回照射し、再浅部は１回照射と段階的に行なうことによって形成することができるが、レーザ照射装置の仕様によって照射方法が異なる事は言うまでも無い。またこのときレーザ照射よって結晶成長基板に形成された変質層は、ダイシングによって除去されている。このときダイシング刃は断面形状がＶ文字形状となったものを用いることによって、ダイシング溝は断面が概ねＶ文字形状となるよう形成し、Ｖ文字溝の１側面の角度が光取り出しに用いる反射膜が形成される傾斜面となるが、半導体結晶層の素子パターン形状と結晶成長基板厚さによって任意の反射角度となるように傾斜面を形成してもよい。
【００３１】
＜結晶成長基板＞
本発明において、結晶成長用基板４としては、たとえば、窒化ガリウム、サファイア、炭化ケイ素、酸化亜鉛、ジルコニア、透光性セラミックスからなる群から選択された少なくとも１種からなる基板を用いることができる。
【００３２】
＜半導体結晶層＞
本発明において、半導体結晶層はＰ型ドーパントがドープされたＰ型窒化物半導体層１、ノンドープの活性層２およびＮ型ドーパントがドープされたＮ型窒化物半導体層３からなる。
【００３３】
本発明において、Ｐ窒化物半導体層１としては、たとえば、ＩｎyＡｌzＧａ1-y-zＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｙ＋ｚ≦１）の式で組成が表わされる窒化物系半導体にｐ型ドーパントを拡散させたものを用いることができる。
【００３４】
本発明において、Ｎ型窒化物半導体層３としては、たとえば、ＩｎwＡｌxＧａ1-w-xＮ（０≦ｗ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｗ＋ｘ≦１）の式で組成が表わされる窒化物系半導体にｎ型ドーパントを拡散させたものを用いることができる。
【００３５】
本発明において、ｐ型のドーパントとしては、従来から公知の材料を用いることができ、たとえば、Ｍｇ、Ｚｎ、ＣｄおよびＢｅからなる群から選択された少なくとも１種を用いることができる。また、本発明において、ｎ型のドーパントとしては、従来から公知の材料を用いることができ、たとえば、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、ＣおよびＧｅからなる群から選択された少なくとも１種を用いることができる。
【００３６】
本発明において、活性層２としては、たとえば、ＩｎuＡｌvＧａ1-u-vＮ（０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｕ＋ｖ≦１）の式で組成が表わされる窒化物系半導体を用いることができる。また、本発明に用いられる活性層は、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造またはＳＱＷ（単一量子井戸）構造のいずれであってもよい。
【００３７】
本発明において、Ｎ型窒化物半導体層３、Ｐ型窒化物半導体層１および活性層２の積層方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえばＬＰＥ法（液相エピタキシー法）、ＶＰＥ法（気相エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ガスソースＭＢＥ法またはこれらの方法を組み合わせた方法などを用いることができる。
【００３８】
＜反射膜＞
本発明において、反射膜８ａ，８ｂとは、発光層からの光を反射する機能を有する膜のことをいう。反射膜としては例えばＡｇ、Ａｌ、あるいはそれらを含む合金などを用いることができる。
【００３９】
本発明において、反射膜の積層方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば真空蒸着法、スパッタリング法などを用いることができる。
【００４０】
＜絶縁膜＞
本発明において、絶縁膜９ａ，９ｂとしてはＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＯ3、ＺｒＯ2などを用いることができる。
【００４１】
＜透光性樹脂＞
本発明において、透光性樹脂１０としてはシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネートなどを用いることができる。
【００４２】
＜金属層＞
本発明において、金属層１４（図２７）としてはＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｃｒなどを用いることができる。
【００４３】
＜ボンディング用金属電極＞
本発明において、ボンディング用金属電極５，６としてはＴｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒなどを用いることができる。
【００４４】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、本発明の窒化物半導体発光素子においては、結晶成長基板としてのサファイア基板４、バッファ層（図示せず）、Ｎ型ドーパントがドープされたＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）からなるＮ型窒化物半導体層３、ノンドープのＩｎbＧａ1-ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる活性層２およびＰ型ドーパントがドープされたＡｌcＧａ1-cＮ（０≦ｃ≦１）からなるＰ型窒化物半導体層１がこの順序で順次積層されている。そして、Ｐ型窒化物半導体層１上にはＰ型用オーミック電極５が形成されている。
【００４５】
図２〜図１３を参照して、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例について説明する。
【００４６】
（半導体結晶層、オーミック電極の形成）
まず、図２に示すようにサファイア基板４上に、ＧａＮからなるバッファ層が形成され（図示せず）、Ｎ型窒化物半導体層３、活性層２およびＰ型窒化物半導体層１がＭＯＣＶＤ法によって順次積層され、Ｐ型窒化物半導体層１上にオーミック電極５が形成されている。
【００４７】
（Ｎ型窒化物半導体層の露出）
次にエッチング用マスクを作製しドライエッチングを行なうことによって、エッチング用マスクの非被覆部はＰ型窒化物半導体層１と活性層２とＮ型窒化物半導体層３の一部がドライエッチングにより除去され、Ｎ型窒化物半導体層３が露出しＮ電極形成面となる。その後に有機溶剤によりエッチング用マスクの除去を行ない、図３に示す構造を得る。
【００４８】
（絶縁膜の形成）
次に図４に示すようにＰ型窒化物半導体層と活性層及びＮ型窒化物半導体層が露出している半導体結晶層側面を電気的に絶縁するためにＳｉＯ2を３００ｎｍの厚さで成膜し、Ｐ型窒化物半導体層とＮ型窒化物半導体層のそれぞれボンディング用金属電極の形成領域と反射膜を形成する領域のＳｉＯ2を部分的に除去することで絶縁膜９ａとなり、素子通電時に短絡しない構造となる。ＳｉＯ2の除去方法についてはフォトリソグラフィにてレジストマスクを作製し、フッ酸系エッチャントを用いたウェットエッチングを行ない、そののちレジストマスクを有機溶剤で除去する。
【００４９】
（反射膜の形成）
次にフォトリソグラフィ法によりレジストマスクを作製する。このとき、レジストマスクの開口部はＳｉＯ2（絶縁膜）形成領域よりも小さくなり、後の工程において反射膜が形成される。また、ボンディング用金属電極が形成される領域には反射膜が形成されないようにレジストマスクで覆う。
【００５０】
次に真空蒸着法によりＡｇを２００ｎｍの厚さで成膜したのち、リフトオフ法によって反射膜８ａがパターン形状をなして現われ、反射膜形状はＳｉＯ2形成領域よりも小さくなり、後の工程においてＳｉＯ2（絶縁膜）で反射膜８ａを封止することができる。
【００５１】
（絶縁膜の形成）
次に絶縁膜９ｂとしてＳｉＯ2を３００ｎｍの厚さでプラズマＣＶＤ法によって成膜する。このとき反射膜８ａは絶縁膜９ａおよび９ｂによって封止され、大気に露出しない構造となる。
【００５２】
（Ｐ型ボンディング用金属電極およびＮ型ボンディング用金属電極の形成）
次にＰ型ボンディング用金属電極６（図６）およびＮ型ボンディング用金属電極７（図６）を形成するためにレジストマスクを作製する。このときレジストマスクの開口部は先に反射膜のパターン形成を行なった開口部より小さく形成し、反射膜が露出しない構造となる。こうして形成したレジストマスクによってボンディング用金属電極形成領域のＳｉＯ2をフッ酸系エッチャントによるウェットエッチングで除去する。このとき反射膜８の形成領域はＳｉＯ2形成領域より小さい事によって反射膜８ａは絶縁膜９ａと９ｂであるＳｉＯ2層に挟み込まれて封止されることで大気に露出しない構造となるために、反射膜の劣化が防止された図５に示す構造を得る事ができる。
【００５３】
次に図６に示すように、真空蒸着法によってＴｉ−Ａｕを厚さ１０００ｎｍに成膜し、リフトオフ法によってＰ型ボンディング用金属電極６とＮ型ボンディング用金属電極７が形成される。
【００５４】
（傾斜面の形成）
次に図７に示すように、ラッピングによって基板厚みを１００μｍに加工したのち、基板面側の傾斜面形成領域に対し、レーザスクライブ法を用いた溝形状加工を行なう。このとき同一照射箇所に対し、複数回レーザ照射を行なう回数によって段階的に溝深さを変えることができ、のちにおけるダイシング加工において安定した傾斜面を得ることができる。例えば、ＹＡＧ−ＴＨＧレーザ（波長３５５ｎｍ）照射装置において、変調周波数を２００ｋＨｚ、出力を３００ｍＷ、照射径を２０μｍとして、傾斜面形成領域に対してレーザ照射を行なう。後に傾斜面となる素子パターン境界付近である低部領域は５回照射し、高部領域は１回照射と段階的に変化させて照射することによって、段階的に深さを持った溝加工を行なうことができる。
【００５５】
次に図８に示すように基板面側に形成された段階的な深さを持つ溝に対しダイシングによる傾斜面形成を行なう。このときに用いるダイシング刃１３ａは先端角度が１２０度のものを用いる。この先端角度が傾斜面を形成する角度に反映されるために断面形状はＶ文字型となっていることが望ましく、またこのダイシング加工によって得られた断面形状がＶ文字型溝の片側１側面が最終的な素子形状における傾斜面となり、各素子の傾斜面は半導体結晶層成長面に対し約３０度の傾斜を持つ。本例においては約３０度の傾斜面を得る手法について記載したが、素子パターン形状およびサイズ設計において有効な傾斜角度が異なる為、角度を限定するものではない。
【００５６】
すなわち向かい合った２つの素子パターンの中間位置に対し１本のＶ文字型溝加工を行ない、光取り出し面となる領域にＶ文字型溝加工は行なわないようにすると、２素子パターン毎に１本のＶ文字型溝加工がなされた状態となり、Ｖ文字型溝に対し左右対称配置となる。
【００５７】
またレーザ照射後にダイシングによって溝側面が平坦な傾斜面となるように加工すると、結晶成長基板に対するダイシング切削量が少なくなることによってダイシング刃の磨耗量が抑制されるために、平坦な傾斜面が安定して形成できるのでより望ましい。またこのときレーザ照射によって結晶成長基板に変質層が形成されていたが、ダイシング加工によって除去されている。
【００５８】
（反射膜の形成）
次にフォトリソグラフィ法によりレジストマスクを作製する。ダイシングによって形成されたＶ文字溝の最深部ではのちに保護膜を形成し、反射膜を封止するためにレジストマスクで覆われている。
【００５９】
次に図９に示すように真空蒸着法によりＡｇを３００ｎｍの厚さで成膜したのち、リフトオフ法によって反射膜８ｂがパターン形状をなして現われる。
【００６０】
（絶縁膜の形成）
次に図１０に示すように絶縁膜９ｃとしてＳｉＯ2を５００ｎｍの厚さでプラズマＣＶＤ法によって成膜する。このときダイシングＶ文字溝の最深部である頂点は反射膜を形成していない為に、また反射膜８ｂは絶縁膜９ｃであるＳｉＯ2膜よりも面積が小さく形成されていることによって封止され、大気に露出しないために、反射膜の劣化が防止された構造を得ることができる。
【００６１】
（透光性樹脂の形成）
次に透光性樹脂１０として透明シリコーン系樹脂を溝加工及び反射膜と絶縁膜が形成された結晶成長基板面の全面に塗布し、１５０℃設定されたＮ2雰囲気オーブン内でのベーキングを１２０分行なうことによって樹脂を硬化する。
【００６２】
（分離溝の形成）
次に図１１に示すように樹脂コーティングされた結晶成長基板側から各素子へ分離する領域にレーザスクライブ法を用いた溝形状加工を行なう。このとき素子分離領域に対し透明樹脂ごとレーザスクライブ法による溝加工を行なう事によって、結晶成長基板に対するダイシング切削量が少なくなり、ダイシング刃の磨耗量が抑制されるために、安定して素子分離できるのでより望ましい。例えば、ＹＡＧ−ＴＨＧレーザ（波長３５５ｎｍ）照射装置において、変調周波数を２００ｋＨｚ、出力を４００ｍＷ、照射径を５μｍとして、素子分割領域に対してレーザ照射を行なう。また、前工程において透明シリコーン系樹脂を形成したが、レーザ照射装置の構造によって素子パターンの認識が可能である場合は透光性樹脂でなく非透光性であってもよい。具体的にはレーザ照射面の裏側となる半導体結晶層側の素子パターンを認識するモニタリング機構を備えた仕様の装置であれば、透光性樹脂である必要はないことは言うまでも無い。
【００６３】
（素子形状への分断）
次に図１２に示すようにダイシングを行ない各素子形状に分断する。このときレーザ照射時に生成された結晶成長基板の変質層は、ダイシングによって除去されている。またこのとき光取り出し面となる領域については、用いるダイシング刃１３ｂは傾斜面形成における溝加工時と比較して粒度の粗いものを使用することで、その切断面である結晶成長基板側面には微細な凹凸形状が形成できるために、効果的に光を取り出すことができる。具体的には、ダイシング刃に埋め込まれたダイヤモンド粒径は傾斜面形成加工時と比較して５０％以上５００％以下の大きいものを用いる。
【００６４】
またこのとき光取り出し面でない領域についてはダイシング刃１３ｃの粒度を大きくしない。
【００６５】
このようにして作製された手法によって図１に示す本発明の窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【００６６】
以上のように本発明である手法によって作製された窒化物系半導体発光素子を通電駆動すると、図１に示すように半導体素子側面の１つ以上が傾斜された面でかつ反射膜を備えた構造によって、半導体結晶層から発した光は反射して素子側面の傾斜されていない光取り出し方向１１の面から光を取り出すことができるという、従来に無い構造の窒化物系半導体発光素子を得ることができ、ひいては搭載機器の小型化に貢献する。また、反射膜は封止され大気中に露出しない構造であるために、信頼性は向上する。
【００６７】
＜実施の形態２＞
図１３に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、本発明の窒化物半導体発光素子においては、結晶成長基板であるサファイア基板４、バッファ層（図示せず）、Ｎ型ドーパントがドープされたＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）からなるＮ型窒化物半導体層３、ノンドープのＩｎbＧａ1-ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる活性層２およびＰ型ドーパントがドープされたＡｌcＧａ1-cＮ（０≦ｃ≦１）からなるＰ型窒化物半導体層１がこの順序で順次積層されている。そして、Ｐ型窒化物半導体層１上にはＰ型用オーミック電極５が形成されている。
【００６８】
本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例について説明する。
（半導体層、オーミック電極の形成）
まず、図１４の模式的断面図に示すように、サファイア基板４上に、ＧａＮからなるバッファ層が形成され（図示せず）、Ｎ型窒化物半導体層３、活性層２およびＰ型窒化物半導体層１がＭＯＣＶＤ法によって順次積層されており、Ｐ型窒化物半導体層１上にＰ型用オーミック電極５が形成されている。
【００６９】
（傾斜面の形成）
次にラッピングによって基板厚みを１００μｍに加工したのち、傾斜面形成領域に対し、レーザスクライブ法を用いた溝形状加工を行なう。このとき同一照射箇所に対し、複数回レーザ照射を行なう回数によって段階的に溝深さを変えることができ、のちにおけるダイシング加工において安定した傾斜面を得ることができる。例えば、ＹＡＧ−ＴＨＧレーザ（波長３５５ｎｍ）照射装置において、変調周波数を２００ｋＨｚ、出力を３００ｍＷ、照射径を２０μｍとして、傾斜面形成領域に対してレーザ照射を行なう。素子パターンの境界付近である傾斜面の低部領域は５回照射し、高部領域は１回照射と段階的に変化させて照射することによって、多段的に深さを持った溝加工を行なうことができる。こうして得られた構造を図１５に示す。
【００７０】
次に図１６に示すように結晶成長基板面側に形成された段階的な深さを持つ溝に対しダイシングによる傾斜面形成を行なう。このときに用いるダイシング刃は先端角度が１２０度のものを用いる。この先端角度が傾斜面を形成する角度に反映されるために断面形状はＶ文字型となっていることが望ましく、またこのダイシング加工によって得られたＶ文字型溝の片側１側面が最終的な素子形状における傾斜面となり、各素子の傾斜面は半導体結晶層成長面に対し約３０度の傾斜を持つ。
【００７１】
すなわち向かい合った２つの素子パターンの中間位置に対し１本のＶ文字型溝加工を行ない、光取り出し面となる領域にＶ文字型溝加工は行なわないようにすると、２素子パターン毎に１本のＶ文字型溝加工がなされた状態となり、Ｖ文字型溝に対し左右対称配置となる。
【００７２】
またレーザ照射後にダイシングによって溝側面が平坦な傾斜面となるように加工すると、結晶成長基板に対するダイシング切削量が少なくなることによってダイシング刃の磨耗量が抑制されるために、平坦な傾斜面が安定して形成できるのでより望ましい。またこのときレーザ照射によって結晶成長基板に変質層が形成されていたが、ダイシング加工によって除去されている。
【００７３】
（反射膜の形成）
次にフォトリソグラフィ法により反射膜形状を作製するためのマスクを作製する。ダイシングによって形成されたＶ文字溝の最深部である頂点はのちに保護膜を形成するためにマスクは開口している。
【００７４】
次に図１７に示すように真空蒸着法によりＡｇを３００ｎｍの厚さで成膜したのち、リフトオフ法によって反射膜がパターン形状をなして現われる。
【００７５】
（保護膜の形成）
次に図１８に示すように保護膜としてＳｉＯ2を５００ｎｍの厚さでプラズマＣＶＤ法によって成膜する。このとき反射膜はＳｉＯ2により封止され大気中に露出しない構造となる。
【００７６】
（透光性樹脂の形成）
次に図１９に示すように透明シリコーン系樹脂を溝加工及び反射膜と保護膜が形成された結晶成長基板面の全面に塗布し、１５０℃設定されたＮ2雰囲気オーブン内でのベーキングを１２０分行なうことによって樹脂を硬化する。透光性樹脂を形成することによって、後の工程においても十分な強度を持たせることができる。
【００７７】
（Ｎ型窒化物半導体層の露出）
次にエッチング用マスクを作製しドライエッチングを行なうことによって、エッチング用マスクの非被覆部はＰ型窒化物半導体層１と活性層２とＮ型窒化物半導体層３の一部がドライエッチングにより除去され、Ｎ型窒化物半導体層３が露出しＮ電極形成面となる。その後に有機溶剤によりエッチング用マスクの除去を行なう。
【００７８】
（傾斜面の形成）
次に傾斜面形成領域に対し、レーザスクライブ法を用いた溝形状加工を行なう。このとき同一照射箇所に対し、複数回レーザ照射を行なう回数によって段階的に溝深さを変えることができ、のちにおけるダイシング加工において安定した傾斜面を得ることができる。例えば、ＹＡＧ−ＴＨＧレーザ（波長３５５ｎｍ）照射装置において、変調周波数を２００ｋＨｚ、出力を３００ｍＷ、照射径を１０μｍとして、傾斜面形成領域に対してレーザ照射を行なう。素子パターンの境界付近である傾斜面の低部領域は３回照射し、高部領域は１回照射と段階的に変化させて照射することによって、多段的に深さを持った溝加工を行なうことができる。
【００７９】
次に半導体結晶層側の加工領域に対しダイシングによる傾斜面形成を行なう。このときに用いるダイシング刃は先端角度が９０度のものを用いる。この先端角度が傾斜面を形成する角度に反映されるために断面形状はＶ文字型となっていることが望ましく、またこのダイシング加工によって得られたＶ文字型溝の片側１側面が最終的な素子形状における傾斜面となり、各素子の傾斜面は半導体結晶層成長面に対し約４５度の傾斜を持つ。
【００８０】
すなわち向かい合った２つの素子パターンの中間位置に対し１本のＶ文字型溝加工を行ない、光取り出し面となる領域にＶ文字型溝加工は行なわないようにすると、２素子パターン毎に１本のＶ文字型溝加工がなされた状態となり、Ｖ文字型溝に対し左右対称配置となる。こうして得られた構造を図２０に示す。
【００８１】
（絶縁膜の形成）
次に図２１に示すようにＰ型窒化物半導体層と活性層及びＮ型窒化物半導体層が露出している端面を電気的に絶縁するためにＳｉＯ2を３００ｎｍの厚さで成膜し、Ｐ型窒化物半導体層とＮ型窒化物半導体層のそれぞれボンディング用金属電極を形成する部分と反射膜を形成する領域のＳｉＯ2を除去する。ＳｉＯ2の除去方法についてはフォトリソグラフィにてレジストマスクを作製し、フッ酸によるウェットエッチングで行ない、そののちレジストマスクを有機溶剤で除去する。
【００８２】
（反射膜の形成）
次にフォトリソグラフィ法により反射膜形状を作製するためのマスクを作製する。ダイシングによって形成されたＶ文字溝の最深部である頂点はのちに絶縁膜を形成するためにマスクは開口している。このとき素子通電時に短絡の原因となる為、ボンディング電極形成領域には反射膜が形成されないようにする。
【００８３】
次に真空蒸着法によりＡｇを２００ｎｍの厚さで成膜したのち、リフトオフ法によって反射膜がパターン形状をなして現われ、反射膜形状はＳｉＯ2形成領域よりも小さくなり、後の工程においてＳｉＯ2で反射膜を封止することができる。
【００８４】
（絶縁膜の形成）
次に絶縁膜としてＳｉＯ2を３００ｎｍの厚さでプラズマＣＶＤ法によって成膜する。
【００８５】
このとき反射膜は図２２に示すように絶縁膜によって封止され、大気に露出しない構造となり、また半導体結晶層側の傾斜面に形成された反射膜は、先に形成した基板側傾斜面の反射膜とつながった構造となるため、効率よく反射することができ、光の取り出しは向上する。
【００８６】
（Ｐ型ボンディング用金属電極およびＮ型ボンディング用金属電極の形成）
次に図２３に示すようにＰ型ボンディング用金属電極およびＮ型ボンディング用金属電極を形成するためにレジストマスクを作製する。このときレジストマスクの開口部は先に反射膜のパターン形成を行なった開口部より小さく形成し、反射膜が露出しない構造となる。こうして形成したレジストマスクによってボンディング用金属電極形成領域のＳｉＯ2をフッ酸系エッチャントによるウェットエッチングで除去する。このとき反射膜８の形成領域はＳｉＯ2形成領域より小さい事によって挟み込まれて封止されることで大気に露出しない構造となるために、反射膜の劣化が防止された構造を得る事ができる。
【００８７】
次に真空蒸着法によってＴｉ−Ａｕを厚さ１０００ｎｍに成膜し、リフトオフ法によってＰ型ボンディング用金属電極とＮ型ボンディング用金属電極が形成される。こうして得られた構造を図２４に示す。
【００８８】
（分離溝の形成）
次に図２５に示すように半導体結晶層側から各素子分離する領域にレーザスクライブ法を用いた溝形状加工を行なう。このとき素子分離領域に対し透明樹脂ごとレーザスクライブ法による溝加工を行なう事によって、結晶成長基板に対するダイシング切削量が少なくなり、ダイシング刃の磨耗量が抑制されるために、安定して素子分離できるのでより望ましい。例えば、ＹＡＧ−ＴＨＧレーザ（波長３５５ｎｍ）照射装置において、変調周波数を２００ｋＨｚ、出力を３００ｍＷ、照射径を５μｍとして、素子分割領域に対してレーザ照射を行なう。
【００８９】
（素子形状への分断）
次に図２６に示すようにダイシングを行ない各素子形状に分断する。このときレーザ照射時に生成された結晶成長基板側面の変質層は、ダイシングによって除去されている。またこのとき光取り出し面となる領域について、用いるダイシング刃は傾斜面形成における溝加工時と比較して粒度の粗いものを使用することによって、その結晶成長基板側面には微細な凹凸形状が形成できるために、効果的に光を取り出すことができる。具体的には、ダイシング刃に埋め込まれたダイヤモンド粒径は傾斜面形成加工時と比較して５０％以上５００％以下の大きいものを用いる。
【００９０】
またこのとき光取り出し面でない領域についてはダイシング刃の粒度を大きくしない。
このようにして作製された手法によって図１３に示す本発明の窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００９１】
以上のように本発明である手法によって作製された窒化物系半導体発光素子を通電駆動すると、半導体素子側面の１つ以上が傾斜された面でかつ反射膜を備えた構造によって、半導体結晶層から発した光は反射して素子側面の傾斜されていない面から光を取り出すことができるという、従来に無い構造の窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【００９２】
＜実施の形態３＞
実施の形態２と同様の手法によって作製を行なうが、実施の形態３においては透明性樹脂コーティングを行なわずに、湿式めっき法により金属層を形成する。実施の形態２において透明性樹脂をダイシングによって除去した部分、すなわち各素子に分割加工するべき領域には金属層を形成しない。そのためにフォトリソグラフィを行ない、レジストマスクによって金属めっきしない領域を形成する。金属めっき後にはレジストマスクは有機溶剤によって容易に除去される。こうして得られた窒化物系半導体発光素子を通電駆動すると、半導体素子側面の１つ以上が傾斜された面でかつ反射膜を備えた構造によって、半導体結晶層から発した光は反射して素子側面の傾斜されていない面から光を取り出すことができ、かつめっきによって形成した金属層は通電駆動時に半導体結晶層からの発熱を効果的に放散することが出来るために、素子信頼性が飛躍的に向上する従来に無い構造の窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【００９３】
＜実施の形態４＞
実施の形態３と同様の手法によって作製を行なうが、実施の形態４においては図１４に示すように形成された金属層側にＮ型ボンディング用金属電極を形成する。半導体結晶層側に形成されたＰ型窒化物半導体層とＮ型窒化物半導体層は絶縁膜によって電気的に導通しない構造となっているために、Ｎ型窒化物半導体層から反射膜および金属層を介した電流経路によって通電駆動することができる。Ｎ型窒化物半導体層にボンディング用金属電極を形成する必要が無くなることによって、半導体結晶層の発光領域を拡大して設計する事ができるために、結果的に光出力が増大する。
【００９４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施の形態１における模式的断面図。
【図２】実施の形態１におけるオーミック電極形成での模式的断面図。
【図３】実施の形態１におけるＮ型窒化物半導体層露出工程での模式的断面図。
【図４】実施の形態１における絶縁膜形成工程での模式的断面図。
【図５】実施の形態１における絶縁膜層開口工程での模式的断面図。
【図６】実施の形態１におけるボンディング用金属電極形成工程での模式的断面図。
【図７】実施の形態１におけるレーザスクライブ工程での模式的断面図。
【図８】実施の形態１における傾斜面形成工程での模式的断面図。
【図９】実施の形態１における傾斜面への反射膜形成工程での模式的断面図。
【図１０】実施の形態１における傾斜面への保護膜形成工程での模式的断面図。
【図１１】実施の形態１における分離溝形成工程での模式的断面図。
【図１２】実施の形態１におけるダイシングによる各素子分離工程での模式的断面図。
【図１３】実施の形態２における模式的断面図。
【図１４】実施の形態２におけるオーミック電極形成での模式的断面図。
【図１５】実施の形態２におけるレーザスクライブ工程での模式的断面図。
【図１６】実施の形態２における傾斜面形成工程での模式的断面図。
【図１７】実施の形態２における傾斜面への反射膜形成工程での模式的断面図。
【図１８】実施の形態２における傾斜面への保護膜形成工程での模式的断面図。
【図１９】実施の形態２における透光性樹脂形成工程での模式的断面図。
【図２０】実施の形態２における傾斜面形成工程での模式的断面図。
【図２１】実施の形態２における半導体結晶層の保護膜形成工程での模式的断面図。
【図２２】実施の形態２における傾斜面への保護膜形成工程での模式的断面図。
【図２３】実施の形態２におけるボンディング用金属電極形成工程での模式的断面図。
【図２４】実施の形態２におけるボンディング用金属電極形成工程での模式的断面図。
【図２５】実施の形態２における分離溝形成工程での模式的断面図。
【図２６】実施の形態１におけるダイシングによる各素子分離工程での模式的断面図。
【図２７】実施の形態４における模式的断面図。
【符号の説明】
【００９６】
１  Ｐ型窒化物半導体層、２  活性層、３  Ｎ型窒化物半導体層、４  結晶成長基板、５  Ｐ型用オーミック電極、６  Ｐ型ボンディング用金属電極、７  Ｎ型ボンディング用金属電極、８ａ，８ｂ，８ｃ  反射膜、９ａ，９ｂ  絶縁膜、１０  透光性樹脂、１１  光取り出し方向、１２  レーザ照射方向、１３  ダイシング刃、１４  金属層。
【図１】
2009295611.tif 000003
【図２】
2009295611.tif 000004
【図３】
2009295611.tif 000005
【図４】
2009295611.tif 000006
【図５】
2009295611.tif 000007
【図６】
2009295611.tif 000008
【図７】
2009295611.tif 000009
【図８】
2009295611.tif 000010
【図９】
2009295611.tif 000011
【図１０】
2009295611.tif 000012
【図１１】
2009295611.tif 000013
【図１２】
2009295611.tif 000014
【図１３】
2009295611.tif 000015
【図１４】
2009295611.tif 000016
【図１５】
2009295611.tif 000017
【図１６】
2009295611.tif 000018
【図１７】
2009295611.tif 000019
【図１８】
2009295611.tif 000020
【図１９】
2009295611.tif 000021
【図２０】
2009295611.tif 000022
【図２１】
2009295611.tif 000023
【図２２】
2009295611.tif 000024
【図２３】
2009295611.tif 000025
【図２４】
2009295611.tif 000026
【図２５】
2009295611.tif 000027
【図２６】
2009295611.tif 000028
【図２７】
2009295611.tif 000029