(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上にIII族窒化物系化合物半導体より成る複数の半導体層が結晶成長により積層された半導体発光素子の製造方法において、
前記基板と前記複数の半導体層と電極とを有する半導体ウエハの、前記基板側の面が表側に表れる様に、前記半導体ウエハを粘着シートに貼り付ける貼り付け工程と、
前記半導体ウエハの前記基板側の面に前記半導体発光素子単位に分割線を罫描くスクライブ工程と、
前記半導体ウエハの前記基板側の面に、透光性の金属酸化物又は透光性のセラミックスより成る透光層と、前記発光層から放出される光を前記基板側に反射する金属製の反射層とを順次、スパッタリング又は蒸着により成膜する鏡部成膜工程とを、
この順序で実行することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記貼り付け工程に先立って、前記半導体ウエハを前記電極側から所定の深さまで切削することにより、前記半導体発光素子単位の分離溝を形成する分離溝形成工程と、
前記半導体ウエハの前記基板を所望の厚さにまで研削又は研磨する薄板化工程と、
前記鏡部成膜工程の後に、前記半導体ウエハを前記半導体発光素子単位に分割するブレーク工程とを更に有することを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板はサファイアであり、前記薄膜化工程により厚さが７５μｍ以上、１５０μｍ以下に研削又は研磨することを特徴とする請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記反射層は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、又はこれらの金属元素の内の少なくとも１種類以上を含んだ合金より形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記反射層の膜厚は５ｎｍ以上、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記透光層は、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、又はその他の透光性の金属酸化物又は酸化物より形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記透光層の膜厚は、５ｎｍ以上、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記鏡部成膜工程には、前記反射層を積層したのち、その上に金属酸化物又はセラミックスより成る耐蝕層をスパッタリング又は蒸着により成膜する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至第７のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記耐蝕層は、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、又はその他の耐蝕性の金属酸化物又は酸化物、或いは、耐蝕性の金属炭化物、金属窒化物又は金属ホウ化物より形成されていることを特徴とする請求項８に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記耐蝕層の膜厚は、５ｎｍ以上、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記反射層は、複数の金属層より構成された多層構造を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法に関し、特に、反射効果等を鑑みて形成される基板裏面の鏡部の構造とその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射効果等を鑑みて基板裏面に鏡部が形成されたIII族窒化物系化合物半導体発光素子、又はその製造方法に関する従来技術としては、公開特許公報「特開平１１−１２６９２４：窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法」や「特開平１１−１２６９２５」、「特開平５−１２９６５８」、「特開平１１−２６１１１２」に記載されているもの等が一般に知られている。
【０００３】
図１４は、上記の公開特許公報「特開平１１−１２６９２４：窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法」で開示されているIII族窒化物系化合物半導体発光素子を例示する半導体発光素子９００の模式的な断面図である。
薄板状の基板１１は、略正方形に形成されている。この基板１１の上には、バッファ層１２が設けられ、その上にｎ型コンタクト層１３（以下、「高キャリア濃度ｎ+層１３」或いは、単に「ｎ+層１３」等と言う場合がある。）が形成されている。この高キャリア濃度ｎ+層１３の上にｎ型クラッド層１４が形成されている。
【０００４】
そして、ｎ型クラッド層１４の上にバリア層１５１と井戸層１５２とが交互に周期的に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の発光層１５が形成されている。バリア層１５１は６層、井戸層１５２は５層である。発光層１５の上にはｐ型クラッド層１６が形成されている。さらに、ｐ型クラッド層１６の上にはｐ型コンタクト層１７が形成されている。
【０００５】
又、コンタクト層１７の上の透光性の正電極１８Ａは、コンタクト層１７に接合する１層目の薄膜金属層と、この薄膜金属層に接合する２層目の薄膜金属層とで構成されている。ｎ+層１３上の負電極１８Ｂは、多層構造の複数の金属層より構成されている。更に、正電極１８Ａ上の一部領域には、金属製の電極パッド２０が形成されている。
また、基板１１（サファイア基板１１）の裏面には、膜厚約200nmのアルミニウム(Al)から成る金属層９０（鏡部９０）が形成されている。
【０００６】
また、例えば、サファイヤ等から構成される基板は一般に固いので、半導体ウエハを正確に分離するために、半導体発光素子９００の集合体である一連の半導体ウエハ（図略）の基板の上下両面には、上記の各電極形成後、分離溝や分割線（スクライブライン）が設けられる。
この分離溝を半導体ウエハの電極側の面（上側）より形成する際には、基板にある程度の強度が要求されるため、基板の厚さは約数百μｍ程度とされるが、その後、歩留り良く半導体発光素子を分離するために、基板は適当な厚さにまで研磨される。上記の分割線は、この研磨済みの基板裏側の表面（ひょうめん）にスクライブされるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な従来技術においては製造工程上以下の問題があり、上記の様な反射金属層を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子は、その量産や商用化が容易でなかった。
【０００８】
（問題点１）分割線の形成手順の問題
以下の理由（障害要因）により、基板裏面の金属層を形成する前に分割線（スクライブライン）を半導体ウエハの裏面（基板の裏側表面（ひょうめん））に入れる必要が有る。
（理由ａ）スクライビングカッターは、ダイヤモンドの粒（小片）を多数集めて構成されているが、このカッターの刃は、成膜された金属により目詰まりを起こすため、金属層形成後は分割線が形成できない。
（理由ｂ）スクライビングカッターの位置合わせを正確に行う際、被切削面上に成膜された金属層が障害となる。また、上記の公開特許公報に掲載されている様な、位置合わせのために金属層を基板裏面の一部分領域には形成しない方法も考えられるが、上記の従来技術におけるこの様な方法によれば、金属層（鏡部）が無く製品化できない半導体発光素子が生じてしまい、歩留りが低下する。
【０００９】
しかしながら、以下の理由（障害要因）により、金属層９０（鏡部９０）を形成する前に分割線を半導体ウエハの裏面（基板の裏側表面）に入れる（スクライブする）ことは容易でない。
（理由ｃ）半導体ウエハは、通常粘着シートに密着・固定された状態でスクライブされるが、その後、粘着シートが付着したままの状態で半導体ウエハの基板面に金属層を成膜させると、成膜処理中に粘着シートの表面上の粘着材から不要なガスが多量に揮発する。このガスは蒸着又はスパッタされる金属と化学的に結合するため、成膜される金属層の、反射率や基板との親和性（密着性）が大きく低下する。
【００１０】
（問題点２）鏡部の耐蝕性の問題
発光素子をリードフレーム、サブマウント、ステム等の基材にボンディングするために用いる接着剤（例えば、銀を含んだペースト材等）と上記の鏡部の金属層とが接触し、金属層が合金化や酸化等により劣化して、鏡部の反射率が低下することがある。
また、ブレーク工程を含めブレーク工程以降の発光素子の取り扱い時に、反射層に傷が付くことがあり、損傷の度合いによっては、反射光の光量が低下したり、或いは反射層が剥離したりする恐れが生じる。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、高光度で長寿命の半導体発光素子を低コストで量産するための、発光素子の構造とその製造方法を提案することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、第１の手段は、基板の上にIII族窒化物系化合物半導体より成る複数の半導体層が結晶成長により積層された半導体発光素子の製造方法において、基板と複数の半導体層と電極とを有する半導体ウエハの、基板側の面が表側に表れる様に、半導体ウエハを粘着シートに貼り付ける貼り付け工程と、半導体ウエハの基板側の面に半導体発光素子単位に分割線を罫描くスクライブ工程と、半導体ウエハの前記基板側の面に、透光性の金属酸化物又は透光性のセラミックスより成る透光層と、発光層から放出される光を基板側に反射する金属製の反射層とを順次、スパッタリング又は蒸着により成膜することにより、鏡部を形成する鏡部成膜工程とを、この順序で実行することである。
【００１３】
また、第２の手段は、貼り付け工程に先立って、半導体ウエハを電極側から所定の深さまで切削することにより、半導体発光素子単位の分離溝を形成する分離溝形成工程と、半導体ウエハの基板を所望の厚さにまで研削又は研磨する薄板化工程と、鏡部成膜工程の後に、半導体ウエハを半導体発光素子単位に分割するブレーク工程とを更に有することである。
【００１４】
また、第３の手段は、上記の第２の手段において、基板はサファイアであり、薄膜化工程により厚さが７５μｍ以上、１５０μｍ以下に研削又は研磨することである。
【００１５】
また、第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、反射層をアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、又はこれらの金属元素の内の少なくとも１種類以上を含んだ合金より形成することである。
【００１６】
また、第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段において、反射層の膜厚を５ｎｍ以上、２０μｍ以下にすることである。
【００１７】
また、第６の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段において、透光層をＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、又はその他の透光性の金属酸化物又は酸化物より形成することである。
【００１８】
また、第７の手段は、上記の第１乃至第６の何れか１つの手段において、透光層の膜厚を５ｎｍ以上、１０μｍ以下にすることである。
【００１９】
また、第８の手段は、上記の第１乃至第７の何れか１つの手段において、鏡部成膜工程には、反射層を積層したのち、その上に金属酸化物又はセラミックスより成る耐蝕層を、スパッタリング又は蒸着により成膜する工程を含むことである。
また、第９の手段は、第８の手段において、耐蝕層をＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、又はその他の耐蝕性の金属酸化物又は酸化物、或いは、耐蝕性の金属炭化物、金属窒化物又は金属ホウ化物より形成することである。
【００２０】
また、第１０の手段は、上記の第８又は第９の手段において、耐蝕層の膜厚を５ｎｍ以上、１０μｍ以下にすることである。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
また、第１１の手段は、上記の第１乃至第１０の何れか１つの手段において、反射層を複数の金属層より構成された多層構造にすることである。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
以上の手段により、前記の課題を解決することができる。
【００２７】
【作用及び発明の効果】
分割線形成後に、透光層及び反射層より成る鏡部の各層を順次スパッタリング又は蒸着により成膜することにより、前記の分割線の形成手順の問題（前記の問題点１）が解決できる。
【００２８】
透光層成膜後には、粘着シートの表面上の粘着材から不要なガスが揮発することが無くなる。これは、後から図６等を用いて詳述する様に、粘着材が露出していた粘着シートの表面が透光層成膜時に、蒸着、若しくは、スパッタリングにより透光層の形成材料で全面的に覆われてしまうためである。このため、粘着材のガスは揮発しなくなり、その後処理空間内に以前より残留している粘着材の揮発ガスを排気してしまえば、その後は粘着材のガスが蒸着又はスパッタされる金属と化学的に結合することも無くなる。従って、透光層の次に成膜される金属層（反射層）の、反射率は良好に維持される。
【００２９】
以上の理由により、鏡部（反射層）を形成する前に分割線（スクライブライン）を半導体ウエハの裏面（基板の裏側表面（ひょうめん））に入れることが容易となり、前記の分割線の形成手順の問題（前記の問題点１）が解消される。
【００３０】
また、前記の条件を満たす透光層の材料としては、より具体的には、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2等の、透光性の酸化金属又は酸化物等が考えられる。
【００３１】
この透光層の膜厚は、５ｎｍ以上、１０μｍ以下であれば良い。ただし、より望ましいこの膜厚の範囲は、材料の種類にも依存するものの、概ね１０〜５００ｎｍ程度であり、更により望ましくは２０〜３００ｎｍ程度が理想的である。この膜厚が薄過ぎると粘着材が露出した粘着シートの表面が透光層成膜時に、十分には覆われなくなり、ガスの揮発の抑止効果が不足する。このため、反射層の金属が成膜過程でガスと化学反応し、このため、反射率が劣化すると同時に基板と鏡部との密着性も弱くなる。また、厚過ぎるとその厚さに応じて透光量が徐々に低下すると共に、成膜コスト（材料、成膜時間等のコスト）が必要以上に高くなる。
【００３２】
また、鏡部の最後に積層される層として、金属酸化物又はセラミックスより成る耐蝕層を積層することにより、鏡部の耐蝕性の問題（前記の問題点２）を解決することができる。これは、本耐蝕層により、反射層が保護されるためである。
この耐蝕層の材料としては、反射層と合金化し難く、機械的強度が高く硬質な、耐蝕性の有るものであれば良く、望ましくは、半田等によりリードフレーム、サブマウント、ステム等の基材に確実にボンディングすることが容易なものが良い。この様な条件を満たす材料としては、金属酸化物や、セラミックス等が考えられる。
【００３３】
また、半導体ウエハを半導体発光素子単位に分割するブレーク工程を更に設けることにより、発光素子単位の製造・販売が可能となる。ただし、本工程は、省略することも可能である。例えば、半導体ウエハの購買者が、上記の半導体発光素子単位の分割（上記のブレーク工程）を実施しても良い。
【００３４】
尚、半導体結晶の成長基板には、サファイア、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、砒化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ガリウムチチウム（ＬｉＧａＯ2）、硫化モリブデン（ＭｏＳ）等の材料を用いることができる。
【００３５】
また、前記の分離溝の各種基板に対する深さは、分離溝の幅や、基板の種類、薄板化工程後の厚さ等にも依存するが、例えば、サファイアより発光素子の基板を構成する場合等には、基板の厚みに対する分離溝の深さは、概ね１／３０〜１／２程度で良い。ただし、より望ましくは、１０％前後（５〜１５％）が理想的である。この分離溝が深過ぎると、これにより、分離溝形成工程、薄板化工程、スクライブ工程等の途中の製造工程において生じ得る半導体ウエハの部分的な亀裂等の破損のために、発光素子を所望の形状に正確に分離できなくなる恐れが生じる。また、この分離溝が浅過ぎると、ブレーク工程において発光素子を分割することが困難となるか、又は、所望の形状に正確に分離できなくなる、と言う恐れが生じる。
【００３６】
また、基板をサファイヤより構成し、薄膜化工程により厚さが７５μｍ以上、１５０μｍ以下とすることにより、分割線（スクライブライン）を罫描くスクライブ工程と、その後のブレーク工程において、歩留り良く半導体チップを分離することができる。ただし、この基板のより望ましい厚さは、８０〜１１０μｍ程度であり、更により望ましくは、約８５〜１００μｍ程度が理想的である。
この基板の厚さが厚過ぎると歩留りが低下し、また、この基板の厚さが薄過ぎると、その後の洗浄工程やスクライブ工程に十分に耐え得る基板の強度を得ることができなくなる。
【００３７】
また、反射層の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、又はこれらの金属元素の内の少なくとも１種類以上を含んだ合金を選択することにより、極めて反射率の高い反射層を構成することが可能となる。
この反射層の膜厚は、５ｎｍ以上、２０μｍ以下であれば良い。ただし、より望ましいこの膜厚の範囲は、金属の種類にも若干は依存するものの、概ね３０〜１０００ｎｍ程度であり、更により望ましくは５０〜５００ｎｍ程度が理想的である。この膜厚が薄過ぎると反射率が低くなり、また、厚過ぎると成膜コスト（金属材料、成膜時間等のコスト）が必要以上に高くなる。
【００３８】
また、反射層をロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、又はこれらの金属元素の内の少なくとも１種類以上を含んだ合金より形成することによっても上記の作用効果をある程度まで有効に得ることができる。
【００３９】
中でも特にロジウム（Ｒｈ）は、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）程ではないが、反射率が高い金属であるため、反射層には有用な金属である。また、ロジウム（Ｒｈ）は、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）よりも固い金属であるため、スクライビングカッターの目詰まりが生じ難い。このため、反射層をロジウム（Ｒｈ）で構成することにより、前記の分割線の形成手順の問題（前記の問題点１）の理由ａを排除することが可能となる。
【００４０】
また、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）は、比較的耐蝕性に優れた金属であるため、前記の耐蝕層を形成しない場合に、特に有効である。
【００４１】
また、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）は、基板との親和性（密着性）に比較的優れた金属であるため、前記の透光層を形成しない場合に、特に有効である。例えば、透光層の代わりに、或いは、反射層の一部として反射層の内で最初に積層される層として、ロジウム（Ｒｈ）より成る膜厚約１５Å程度の薄膜金属層を積層する等の方法を採用しても良い。例えば、このような構成によれば、ロジウム（Ｒｈ）は反射率が比較的高い金属であるため、鏡部全体の反射率を落すことなく、鏡部の剥離を防止する効果が得られる。
【００４２】
また、金（Ａｕ）は、赤色光に対して、アルミニウム（Ａｌ）よりも高い反射率を示すため、比較的長波長の光を発光する半導体発光素子の反射層を構成する金属として特に有効である。
【００４３】
また、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、又はこれらの金属元素の内の少なくとも１種類以上を含んだ合金は、蒸着又はスパッタリングによる成膜時に、雰囲気ガスと化学結合し難いため、前記の透光層を成膜しなくとも反射率の高い鏡部を構成し得る。
【００４４】
また、前記の条件を満たす耐蝕層の材料としては、より具体的には、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2等の、耐蝕性の酸化金属又は酸化物、或いは、耐蝕性の金属炭化物、金属窒化物又は金属ホウ化物等が考えられる。
【００４５】
この耐蝕層の膜厚は、５ｎｍ以上、１０μｍ以下であれば良い。ただし、より望ましいこの膜厚の範囲は、材料の種類にも依存するものの、概ね３０〜５００ｎｍ程度であり、更により望ましくは５０〜３００ｎｍ程度が理想的である。この膜厚が薄過ぎると鏡部の耐蝕性の問題（前記の問題点２）が表面化し、また、厚過ぎると成膜コスト（材料、成膜時間等のコスト）が必要以上に高くなる。
【００４６】
尚、以上の作用・効果は、少なくともＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）にて表される２元系、３元系、若しくは４元系の半導体から成る半導体層が積層されたＬＥＤ等のIII族窒化物系化合物半導体発光素子一般に対して得ることができる。また、更に、III族元素の一部は、ボロン（Ｂ）、タリウム（Tl）で置き換えても良く、また、窒素（Ｎ）の一部、若しくは全部をリン（Ｐ）、砒素（As）、アンチモン（Sb）、又はビスマス（Bi）で置き換えても良い。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
（第１実施例）
図１は、本第１実施例に係わるIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００（以下、「半導体発光素子１００」或いは、単に「素子１００」等と言う場合がある。）の模式的な断面図である。本発光素子１００は、図１４に示した従来技術による半導体発光素子９００と殆ど同じ構造をしているが、しかし、本発光素子１００は、サファイヤより成る基板１１の裏面に形成された光反射用の鏡部１０の構造に大きな特徴を有する。
より具体的には、本第１実施例の半導体発光素子１００の構造は、以下に示す通りである。
【００４８】
即ち、基板１１は、略正方形に形成されている。この基板１１の上には窒化アルミニウム(AlN)から成る膜厚約25nmのバッファ層１２が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaNから成る膜厚約4.0μｍの高キャリア濃度ｎ+層１３（ｎ型コンタクト層１３）が形成されている。この高キャリア濃度ｎ+層１３（ｎ型コンタクト層１３）の上にSiドープのｎ型GaNから成る膜厚約0.5μｍのｎ型クラッド層１４が形成されている。
そして、ｎ型クラッド層１４の上に膜厚約35ÅのGaNから成るバリア層１５１と膜厚約35ÅのGa0.8In0.2Nから成る井戸層１５２とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の発光層１５が形成されている。バリア層１５１は６層、井戸層１５２は５層である。発光層１５の上にはｐ型Al0.15Ga0.85Nから成る膜厚約50nmのｐ型クラッド層１６が形成されている。さらに、ｐ型クラッド層１６の上にはｐ型GaNから成る膜厚約１００ｎｍのｐ型コンタクト層１７が形成されている。
【００４９】
又、ｐ型コンタクト層１７の上には金属蒸着による透光性の正電極１８Ａが、ｎ+層１３の上には負電極１８Ｂが形成されている。透光性の正電極１８Ａは、ｐ型コンタクト層１７に接合する膜厚約15Åのコバルト(Co)と、Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)とで構成されている。負電極１８Ｂは膜厚約200Åのバナジウム(V)と、膜厚約1.8μｍのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成されている。正電極１８Ａ上の一部には、CoもしくはNiとAu、Al、又は、それらの合金から成る膜厚約1.5μｍの電極パッド２０が形成されている。
更に、基板１１の裏面１１ｂ（図３）には、後から図８（若しくは図１１）を用いて詳細にその積層構成・製法等が説明される様に、鏡部１０が形成されている。
【００５０】
次に、この発光素子１００の製造方法について説明する。
上記発光素子１００は、有機金属気相成長法（以下「MOVPE」と略す）による気相成長により製造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3)、キャリアガス(H2,N2)、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)（以下「CP2Mg」と記す）である。
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とした単結晶の基板１１をMOVPE装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧でH2を反応室に流しながら温度1100℃で基板１１をベーキングした。
次に、基板１１の温度を400℃まで低下させて、H2、NH3及びTMAを供給してAlNのバッファ層１２を約25nmの膜厚に形成した。
【００５１】
次に、基板１１の温度を1150℃に保持し、H2、NH3、TMG及びシランを供給し、膜厚約4.0μｍ、電子濃度2×1018/cm3のGaNから成る高キャリア濃度ｎ+層１３を形成した。
次に、基板１１の温度を1150℃に保持し、N2又はH2、NH3、TMG、TMA及びシランを供給して、膜厚約0.5μｍ、電子濃度1×1018/cm3のGaNから成るクラッド層１４を形成した。
上記のクラッド層１４を形成した後、続いて、N2又はH2、NH3及びTMGを供給して、膜厚約35ÅのGaNから成るバリア層１５１を形成した。次に、N2又はH2、NH3、TMG及びTMIを供給して、膜厚約35ÅのGa0.8In0.2Nから成る井戸層１５２を形成した。さらに、バリア層１５１と井戸層１５２を同一条件で４周期形成し、その上にGaNから成るバリア層１５１を形成した。このようにして５周期のMQW構造の発光層１５を形成した。
【００５２】
次に、基板１１の温度を1100℃に保持し、N2又はH2、NH3、TMG、TMA及びCP2Mgを供給して、膜厚約50nm、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.15Ga0.85Nから成るクラッド層１６を形成した。
次に、基板１１の温度を1100℃に保持し、N2又はH2、NH3、TMG及びCP2Mgを供給して、膜厚約100nm、Mgをドープしたｐ型GaNから成るコンタクト層１７を形成した。
次に、コンタクト層１７の上にエッチングマスクを形成し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆われていない部分のコンタクト層１７、クラッド層１６、発光層１５、クラッド層１４、ｎ+層１３の一部を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングによりエッチングして、ｎ+層１３の表面を露出させた。
次に、以下の手順で、ｎ+層１３に対する電極１８Ｂと、コンタクト層１７に対する透光性の電極１８Ａとを形成した。
【００５３】
(1)フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりｎ+層１３の露出面上の所定領域に窓を形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚約200Åのバナジウム(V)と膜厚約1.8μｍのAlを蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これによりｎ+層１３の露出面上に電極１８Ｂが形成される。
(2)次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィにより、コンタクト層１７の上の電極形成部分のフォトレジストを除去して、窓部を形成する。
(3)蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたコンタクト層１７上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚約15ÅのCoを成膜し、このCo上に膜厚約60ÅのAuを成膜する。
【００５４】
(4)次に、試料を蒸着装置から取り出し、リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Auを除去し、コンタクト層１７上に透光性の電極１８Ａを形成する。
(5)次に、透光性の電極１８Ａ上の一部にボンディング用の電極パッド２０を形成するために、フォトレジストを一様に塗布して、その電極パッド２０の形成部分のフォトレジストに窓を開ける。次に、CoもしくはNiとAu、Al、又は、それらの合金を膜厚1.5μｍ程度に、蒸着により成膜させ、(4)の工程と同様に、リフトオフ法により、フォトレジスト上に堆積したCoもしくはNiとAu、Al、又はそれらの合金から成る膜を除去して、電極パッド２０を形成する。
(6)その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガスを供給して圧力3Paとし、その状態で雰囲気温度を約550℃にして、3分程度、加熱し、コンタクト層１７、クラッド層１６をｐ型低抵抗化すると共にコンタクト層１７と電極１８Ａとの合金化処理、ｎ+層１３と電極１８Ｂとの合金化処理を行った。
このようにして、鏡部１０のない半導体ウエハ２００が形成される。
【００５５】
以下、図２〜図８を用いて、鏡部１０の形成方法と半導体発光素子１００の分離方法について説明する。
図２は、本第１実施例の分離溝形成工程を説明する半導体ウエハ２００の模式的な断面図である。まず、本図２に示すように、ブレード４０を用いて基板１１に達する程度の深さに半導体ウエハ２００をダイシングし、分離溝２１を形成する（分離溝形成工程）。この分離溝の基板に対する深さ（基板上面からの深さ）は、約６μｍ〜１５μｍ程度で良い。本実施例においては、約１０μｍ程度とした。
【００５６】
次に、研磨盤を用いて、図２の半導体ウエハ２００の基板１１の下面１１ｂを研磨し、基板１１を薄板化する（薄板化工程）。これにより、図３に示す断面構成、及び図４に示す平面構成が得られる。即ち、この状態を、基板１１の下面１１ｂ側から見ると、図４に示す様に、分離溝２１の部分が最も薄肉であるので、分離溝２１を視覚的に認識することができる。ただし、図３、図４は、それぞれ本実施例の半導体ウエハ２００の薄板化工程終了後の模式的な断面図、及び、基板側（下面１１ｂ）から見た模式的な平面図である。
【００５７】
次に、電極が形成されている面に、ステンレス製の支持リング６０にて支持されている粘着シート２４を貼着し、図５、及び図６（ａ）に示す構成を得る（貼り付け工程）。ただし、図５は、本第１実施例の本貼り付け工程後の粘着シート２４を有する半導体ウエハ２００（以下、「半導体ウエハ２０１」と言う。）の模式的な断面図であり、図６は、本貼り付け工程、及びその後のスクライブ工程を説明する、基板側から見た半導体ウエハ２０１の模式的な平面図である。
【００５８】
次に、基板１１の下面１１ｂ側を分離溝２１に沿ってスクライバを用いてスクライビングし、分割線（スクライブライン）２５を形成する（スクライブ工程：図６（ｂ））。この分割線形成後の断面構成を示せば、図７のようになる。即ち、図７は、本第１実施例の半導体ウエハ２０１のスクライブ工程後の断面形状を示す模式的な断面図である。
【００５９】
次に、以下のスパッタリング実施条件に従って、基板１１の下面１１ｂ上に、透光層１０１、反射層１０２、及び耐蝕層１０３をそれぞれ順次積層することにより鏡部１０を形成する。
（スパッタリング実施条件）
（１）透光層１０１（膜厚約３０ｎｍのＡｌ2Ｏ3層）
（ａ）スパッタリング方式：ＲＦスパッタ（１００Ｗ）
（ｂ）スパッタ装置の処理空間内の到達真空度：２×１０-4Ｐａ
（ｃ）加圧に使用する不活性ガスのガス圧：４×１０-1Ｐａ（Ａｒガス）
（２）反射層１０２（膜厚約３００ｎｍのＡｌ層）
（ａ）スパッタリング方式：ＤＣスパッタ（２００ｍＡ，３８０Ｖ）
（ｂ）スパッタ装置の処理空間内の到達真空度：２×１０-4Ｐａ
（ｃ）加圧に使用する不活性ガスのガス圧：４×１０-1Ｐａ（Ａｒガス）
（３）耐蝕層１０３（膜厚約１００ｎｍのＡｌ2Ｏ3層）
（ａ）スパッタリング方式：ＲＦスパッタ（１００Ｗ）
（ｂ）スパッタ装置の処理空間内の到達真空度：２×１０-4Ｐａ
（ｃ）加圧に使用する不活性ガスのガス圧：４×１０-1Ｐａ（Ａｒガス）
【００６０】
以上の様にして、図８に示される鏡部１０が形成される（鏡部成膜工程）。即ち、図８は、本第１実施例の半導体ウエハ２０１の鏡部成膜工程後の断面形状を示す模式的な断面図である。
次に、ブレーキング装置により分割線付近に荷重を作用させて、ウエハをチップに分離し、図１の構成を得る（ブレーク工程）。
【００６１】
上記に示すように、基板１１下面に鏡部１０を形成することにより、反射層１０２の反射率の劣化が抑制できるため、発光層１５より出力される光を効果的に反射できる（高光度化）。例えば、上記の様に本発明に基づいて製造された発光素子１００は、基板の裏面に鏡部を有しない従来の半導体発光素子と比べて、約１３０％の光度を示した。
また、鏡部１０は基板１１の下面１１ｂから剥離する恐れがない（長寿命化）。
【００６２】
図９は、本第１実施例における半導体ウエハ２０１から、上記のブレーキングにより分離したIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の長時間連続通電テストにおけるテスト結果を示す表である。ただし、光度維持率（％）とは、発光素子の初期の光度に対する連続通電後の光度の比率（百分率）を示すものである。この表に示されるように、長時間連続通電後も、本発明に基づいて製造された発光素子１００は、鏡部１０により、従来の構造の鏡部９０を有する発光素子９００よりも光を効果的に反射して、高い発光強度を示すことが判る。
【００６３】
尚、透過層１０１、反射層１０２、及び耐蝕層１０３の形成は、上記のブレーク工程後に実施しても良い。
【００６４】
（第２実施例）
その他の製造方法として、本第２実施例では、半導体ウエハ３００（図４）より、図１に示す構成（断面形状）を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００を得るまでの各工程について説明する。
【００６５】
本第２実施例の薄板化工程終了後の基板側（１１ｂ）から見た半導体ウエハ３００の模式的な平面図を図４に示す。この薄板化工程終了後の半導体ウエハ３００は、上記の第１実施例の薄板化工程終了後の半導体ウエハ２００（図４）と同じものである。
【００６６】
その後、半導体ウエハ３００をアセトン又はＩＰＡ等により、有機洗浄し、基板の表面温度を約１５０℃にまで、昇温する。
次に、図１０に示す様に、マスク工程を実施する。図１０は、本第２実施例のマスク工程及び鏡部成膜工程を説明する半導体ウエハ３００と外付けマスク７０の模式的な平面図（ａ），（ｂ）及び、模式的な断面図（ｃ）である。
本半導体ウエハ３００から分離可能なIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の平面図上の形状は、その一辺（Ｌ１）が約３３０μｍの略正方形である（図１０（ａ））。
【００６７】
また、外付けマスク７０はステンレスにより、図１０（ｂ）に示す様な格子型の網状に形成されており、この外付けマスク７０によりマスクされるストライプ幅Ｄ２は、分離溝２１のストライプ幅Ｌ２の約３倍に設定されている。
外付けマスク７０は、図１０（ｃ）に示す様に、基板１１の底面１１ｂに対して略平行に、かつ、外付けマスク７０のストライプ幅Ｄ２の中心線が、分離溝２１のストライプ幅Ｌ２の中心線と略一致する様に配置される（マスク工程）。
【００６８】
尚、基板１１の底面１１ｂと、外付けマスク７０との間隔は、その後順次積層される鏡部１０の厚さや、その材料等に応じて決定すれば良い。また、その間隔は、約０μｍとしても良い。また、上記の昇温は、外付けマスク７０に対する通電によって外付けマスク７０を加熱することにより実施しても良い。また、上記の昇温は、必ずしも実施しなくとも良い。
【００６９】
図１１に、上記のマスキングに基づいて実施した鏡部成膜工程後の半導体ウエハ３００の模式的な断面図を示す。多層構造の反射層１０２０は、膜厚約９００ÅのＡｇ層１０２ａと、膜厚約３００ÅのＮｉ／Ｍｏ層１０２ｂと、膜厚約３０００ÅのＡｕ層１０２ｃとから構成されている。これらの金属層の成膜は、エレクトロンビーム蒸着により実施することができる。
その後、耐蝕層１０３を上記のマスキングに基づいて、第１実施例と略同様の条件で形成した。ただし、本第２実施例における耐蝕層１０３は、必ずしも形成しなくとも良い。
【００７０】
この様な構成によっても、通常、反射層の反射率は膜厚が約８００〜１０００Å程度で飽和するため十分に高い反射率が得られ、尚且つ、高い耐蝕性をも同時に確保することができる。即ち、例えば、この様に鏡部１０を構成することによっても、第１実施例の場合と同等レベルの高い反射率と耐蝕性を得ることができる。
【００７１】
その後、第１実施例と同様の貼り付け工程を実施することにより、図１２に模式的に示す、粘着シート２４を有する半導体ウエハ３０１の断面構成を得る。
その後、第１実施例と同様のスクライブ工程を実施することにより、図１３に模式的に示す、分割線２５を有する半導体ウエハ３０１の断面構成を得る。
【００７２】
次に、ブレーキング装置により分割線付近に荷重を作用させて、ウエハをチップに分離し、図１の構成を得る（ブレーク工程）。
【００７３】
以上に示すように、基板１１下面に鏡部１０を形成することにより、反射層１０２０（特に、光を反射する主たる層１０２ａ）の反射率の劣化が抑制できるため、発光層１５より出力される光を効果的に反射できる（高光度化）。
【００７４】
また、鏡部１０は分割線（スクライブライン）の設定予定領域には積層（成膜）されないので、半導体ウエハ３０１では、スクライブ工程において鏡部１０側から分離溝２１を視覚的に容易に認識できる。よって、半導体ウエハ３０１では、基板１１の下面に鏡部１０を形成した後のスクライビングが容易となり、更に、この分割線によりその後の素子１００の分割が容易に行える。
【００７５】
また、第２実施例においては、鏡部成膜工程においては、まだ粘着シートが使用されていないため、この段階で半導体ウエハ３００を洗浄したり、加熱したりすることが可能である。また、成膜時にも粘着シートがないため不要なガスが揮発しないので、基板面に透光層１０１を成膜しなくとも反射率や密着性の高い鏡部を形成することができる。
【００７６】
また、多層構造の反射層１０２０の代わりに、例えば、膜厚１０００Å程度のロジウム（Ｒｈ）よりなる金属層を形成しても良い。Ｒｈは、基板との密着性に優れており、また、耐蝕性や反射率も比較的高いため、この様な金属層によっても高い密着性と反射率を同時に確保することができる。
【００７７】
また、外付けマスクを厚さが２０μｍ以上、５００μｍ以下のステンレスより形成することにより、上記の外付けマスクを作成することができる。ただし、この厚さの範囲は、より望ましくは、約３０〜３００μｍ程度であり、更により望ましくは、５０μｍ前後（約３０〜１００μｍ程度）が理想的である。この厚さが薄過ぎるとこの外付けマスクの再利用が不能となったり、破損し易くなったりして、望ましくない。また、この厚さが厚過ぎるとマスクするべき領域の縁の境界線周辺での鏡部の膜厚にバラツキが生じ易くなり、正確なマスクができなくなる。
【００７８】
また、外付けマスクがマスクするストライプ幅は、分離溝の幅の概ね１倍以上、１０倍以下程度が良い。分離溝の幅に対するこのストライプ幅の比の範囲は、分離溝の幅の絶対値にもよるが、望ましくは、およそ２倍から５倍程度であり、更により望ましくは、３倍前後が理想的である。この幅が広過ぎると、鏡部の有効面積が狭くなり、反射光の光量が低下する。また、この幅が狭過ぎると、極めて高度なマスクの位置付け精度が要求されると同時に、鏡部成膜後、スクライビングカッターの位置合わせを行う際に分離溝を視覚的に認識することが難しくなる。
【００７９】
尚、上記の各実施例においては、発光素子１００の発光層１５はＭＱＷ構造としたが、ＳＱＷやGa0.8In0.2N等から成る単層、その他、任意の混晶比の４元、３元系のAlGaInNとしても良い。又、ｐ型不純物としてMgを用いたがベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族元素を用いることができる。
又、本発明はＬＥＤやＬＤの発光素子に利用可能であると共に受光素子にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の各実施例に係わるIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の模式的な断面図。
【図２】  本発明の第１及び第２実施例の分離溝形成工程を説明する半導体ウエハ２００の模式的な断面図。
【図３】  本発明の第１及び第２実施例の薄板化工程を説明する半導体ウエハ２００の模式的な断面図。
【図４】  本発明の第１及び第２実施例の薄板化工程終了後の基板側（１１ｂ）から見た半導体ウエハ２００又は３００の模式的な平面図。
【図５】  本発明の第１実施例の貼り付け工程を説明する半導体ウエハ２０１の模式的な断面図。
【図６】  本発明の第１実施例の貼り付け工程及びスクライブ工程を説明する、基板側から見た半導体ウエハ２０１の模式的な平面図。
【図７】  本発明の第１実施例のスクライブ工程を説明する半導体ウエハ２０１の模式的な断面図。
【図８】  本発明の第１実施例の鏡部成膜工程を説明する半導体ウエハ２０１の模式的な断面図。
【図９】  本発明の第１実施例における半導体ウエハ２０１から、ブレーキングにより分離したIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００のテスト結果を示す表。
【図１０】  本発明の第２実施例のマスク工程及び鏡部成膜工程を説明する半導体ウエハ３００の模式的な平面図（ａ），（ｂ）及び、模式的な断面図（ｃ）。
【図１１】  本発明の第２実施例の鏡部成膜工程を説明する半導体ウエハ３００の模式的な断面図。
【図１２】  本発明の第２実施例の貼り付け工程を説明する半導体ウエハ３０１の模式的な断面図。
【図１３】  本発明の第２実施例のスクライブ工程を説明する半導体ウエハ３０１の模式的な断面図。
【図１４】  従来技術によるIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００の模式的な断面図。
【符号の説明】
１００    …  ＬＥＤ（III族窒化物系化合物半導体発光素子）
２００，２０１，３００，
３０１  …  半導体ウエハ
１１    …  基板
１２    …  バッファ層
１３    …  ｎ型コンタクト層
１４    …  ｎ型クラッド層
１５    …  発光層（ＭＱＷ発光層）
１６    …  ｐ型クラッド層
１７    …  ｐ型コンタクト層
１８Ａ  …  正電極金属層
１８Ｂ  …  負電極金属層
１０    …  鏡部
１０１  …  透光層
１０２  …  反射層
１０３  …  耐蝕層
２１    …  分離溝
２４    …  粘着シート
２５    …  分割線（スクライブライン）
４０    …  ブレード（ダイシング・カッター）
７０    …  外付けマスク
【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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【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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